KR100208735B1 - 유압식 굴삭기의 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

부움 및 부움실린더와 동체선회용 유압모터를 포함한 작업장치와, 작업조작기를 가지는 유압식굴삭기의 제어장치에 있어서, 상기 부움실린더 및 유압모터의 작동을 각각 조절하는 제어밸브들과, 상기 부움의 회전변위를 검출하는 부움회전각검출기와, 상기 유압모터의 회전변위를 검출하는 선회회전각검출기와, 상기 부움회전각검출기 및 선회회전각검출기로부터 각각 부움회전각 및 선회회전각에 관한 데이터와 상기 작업조작기로부터 작업조작량에 관한 데이터를 입력하여 상기 부움과 유압모터의 복합적인 조작을 수행하는 제어신호를 자동으로 설정하여 상기 제어밸브들로 인가하는 수단을 가지며, 상기 작업조작기로부터 부움조작량데이터와 선회조작량데이터를 입력한 다음 부움작동과 선회작동의 복합조작인 경우에는 부움회전각 및 선회회전각의 초기값을 각각 현재값으로 설정하고 상기 복합조작이 아닌 경우에는 상기 부움회전각 및 선회회전각의 최종값을 각각 현재값으로 설정하는 과정과, 상기 초기값과 최종값을 이용하여 상기 부움회전각 및 선회회전각의 변화량을 각각 구하는 과정과, 상기 변화량에 관한 값이 소정의 기준값보다 적어도 이상인 경우에 상기 부움회전각의 변화량에 대한 상기 선회회전각의 변화량의 비율을 구하는 과정에 의해 부움작동과 선회작동의 복합조작을 자동제어하는 장치 및 방법.

Description

유압식 굴삭기의 제어장치 및 방법

제1도는 본 발명이 적용될 수 있는 굴삭 및 상차작업도로서,

제1도(a)는 측면상으로 보인 것이며,

제1도(b)는 평면상으로 보인 것이다.

제2도는 본 발명에 따른 제어장치의 개략적인 구성을 보여주는 유압회로도이다.

제3도는 본 발명의 제어방법에 따른 알고리즘에 대한 프로그램 흐름도이다.

본 발명은 유압식굴삭기에 관한 것으로서, 특히 유압식굴삭기의 굴삭 및 상차작업을 위한 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

유압식굴삭기의 기본적인 작업인 굴삭 및 상차작업을 함에 있어서, 운전자는 작업장내의 원하는 위치로 부움의 상승 및 하강과 동체의 선회를 동시에 조작하여 작업장치(버켓, 아암, 부움 및 동체를 포함한 것으로서 실질적으로 물리적 및 기계적 작업을 행하는 부분)를 작동시키게 된다. 그러나, 제1도에 보인 바와 같이, 작업환경 및 작업조건에 대하여 굴삭위치로부터 상차하고자 하는 위치 혹은 상차위치로부터 굴삭하고자 하는 위치로 부움을 상승 및 하강하기 위하여 소요되는 시간과 동체선회에 소요되는 시간의 격차가 발생하는 경우가 있다. 즉, 제1도(a)에서, 굴삭위치 DP1으로부터 상차위치 LC1으로 작업장치를 이동시키려고 하는 경우에, 운전자는 부움(3)을 먼저 상승시킨 다음 동체(1)을 선회시키는 조작을 행하여야 한다. 이러한 경우에 운전자는 부움작동이 완료될 때까지 선회조작을 임의로 지연시키거나 혹은 선회작동이 완료될 때까지 부움조작을 지연시켜야 하는 조작의 문제를 갖게 된다. 더욱이, 제1도(b)에 보인 바와 같이, 굴삭위치 DP1 또는 DP2로부터 상차위치 LC1으로 작업장치를 이동시키고자 하는 경우에는, 작업장치의 이동중에 장애물 OB1 또는 OB2를 피하여야 하므로 전술한 부움상승 및 하강동작과 동체선회동작이 훨씬 더 복잡해짐을 알 수 있다. 이러한 작업환경에 있어서는 운전자의 고도로 숙련된 조작기술이 필요하며, 그러한 작업이 반복되는 경우에는 운전자의 피로를 가중시킴은 물론 별도로 소요되는 부움상승 및 하강동작시간과 동체선회시간으로 인해 작업시간의 지연을 가져온다.

그러한 수동조작의 불편함을 개선하고자 제안된 자동조작기술은 부움상승 및 하강과 동체선회에 대하여 미리 설정된 부움동작 및 선회의 속도비를 여러 가지로 선정하여 부움동작과 선회동작이 동시에 이루어지도록 하는 방식을 사용하고 있으나, 굴삭 및 상차의 작업환경 및 작업조건에 따라 운전자가 미리 설정된 속도비들 중에서 적당한 것을 선택하여야 하고, 제1도(b)에 보인 바와 같이, 상차위치가 LC1에서 LC2로 바뀌는 경우에는 미리 설정된 속도비를 변경시켜 주어야 한다. 따라서, 이는 항상 다양하게 변화하는 작업환경 및 작업조건에 대하여 효율적으로 대응하기에 상당한 불편함이 수반된다.

따라서 본 발명의 목적은 굴삭 및 상차작업을 행하는 유압식굴삭기에 있어서 다양하게 변화하는 작업환경 및 작업조건에 대하여 자동적으로 최적의 작업성 및 작업효율을 보장할 수 있는 제어장치 및 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 제어장치는, 부움 및 부움실린더와 동체선회용 유압모터를 포함한 작업장치와, 작업조작기를 가지는 유압식굴삭기의 제어장치에 있어서, 상기 부움실린더 및 유압모터의 작동을 각각 조절하는 제어밸브들과, 상기 부움의 회전변위를 검출하는 부움회전각검출기와, 상기 유압모터의 회전변위를 검출하는 선회회전각검출기와, 상기 부움회전각검출기 및 선회회전각검출기로부터 각각 부움회전각 및 선회회전각에 관한 데이터와 상기 작업조작기로부터 작업조작량에 관한 데이터를 입력하여 상기 부움과 유압모터의 복합적인 조작을 수행하는 제어신호를 자동으로 설정하여 상기 제어밸브들로 인가하는 수단을 구비함을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 제어방법은, 부움 및 부움실린더와 동체선회용 유압모터를 포함한 작업장치와, 작업조작기를 가지는 유압식굴삭기의 제어방법에 있어서, 상기 작업조작기로부터 부움조작량데이터와 선회조작량데이터를 입력한 다음 부움작동과 선회작동의 복합조작인 경우에는 부움회전각 및 선회회전각의 초기값을 각각 현재값으로 설정하고 상기 복합조작이 아닌 경우에는 상기 부움회전각 및 선회회전각의 최종값을 각각 현재값으로 설정하는 과정과, 상기 초기값과 최종값을 이용하여 상기 부움회전각 및 선회회전각의 변화량을 각각 구하는 과정과, 상기 변화량에 관한 값이 소정의 기준값보다 적어도 이상인 경우에 상기 부움회전각의 변화량에 대한 상기 선회회전각의 변화량의 비율을 구하는 과정을 구비함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 제2도를 참조하면, 엔진(11)에 의해 구동되는 가변용량형 유압펌프(12) 및 (13)은 작동유를 공급한다. 유압펌프(12)로부터 공급된 작동유는 전자비례형 방향제어밸브(14)를 통하여 동회선회용의 유압모터(18)로 유입되고, 유압펌프(13)으로부터 공급된 작동유는 전자비례형 방향제어밸브(15)를 통하여 부움(3)을 작동시키는 부움실린더(2)로 유입된다. 유압모터(18)에는 동체선회에 따른 회전변위를 검출할 수 있는 선회회전각검출기(19)가 장착되고, 부움 3의 동체측 회전축에는 부움(3)의 상승 및 하강에 따른 각도의 변위를 검출할 수 있는 부움회전각검출기(20)가 장착된다. 선회회전각검출기(19) 및 부움회전각검출기(20)으로부터 검출된 선회회전각과 부움회전각은 마이크로컨트롤러(10)에 입력된다. 마이크로컨트롤러(10)은, 또한, 작업조작기(16) 및 (17)로부터 작업장치에 대한 작업조작신호들을 입력하며 부움(3) 및 유압모터(18)의 작동상태를 조절하는 방향제어밸브(14) 및 (15)를 제어한다.

제1도에 보인 구성은 동체선회와 부움작동에 관여하는 제어요소들만을 도시하였으나, 작업장치를 구성하는 다른 요소들 예를들면 버켓이나 아암 등의 작동에 관여하는 제어요소들이 생략되었다.

마이크로컨트롤러(10)는 마이크로 컴퓨터를 내장하고 있으며, 입력된 부움회전각 및 부움회전각에 관한 데이터의 변화량에 대한 비율을 이용한 소정의 연산과정을 통하여 작업조작기(16) 및 (17)로부터 인가되는 작업조작신호들을 적절히 제어처리한 다음, 방향제어밸브들을 제어하는 신호들을 발생한다.

이러한 제어알고리즘을 보다 상세하게 설명하기 위하여 제3도를 참조하면, 먼저 스텝-1에서 부움회전각의 초기값 tB0와 선회회전각의 초기값 tS0를 부움회전각검출기(20) 및 선회회전각검출기(19)로부터의 현재값으로 설정하여 초기화한 다음 스텝-2로 진행한다. 스텝-2에서는, 부움회전각의 변화량에 대한 선회회전각의 변화량의 비율 r을 1(즉, 부움회전각의 변화량 = 선회회전각의 변화량)로 설정하여 초기화한 다음 스텝-3으로 진행한다. 스텝-3에서는, 제어알고리즘에 사용되는 초기플래그를 오프상태로 설정한 다음 스텝-4로 진행한다. 스텝-4에서는 작업조작기(16) 및 (17)로부터 부움조작량데이터 jB 및 선회조작량데이터 jS를 입력한 다음 스텝-5로 진행한다.

스텝-5에서는, 스텝-4에서 입력된 부움조작량데이터 jB 및 선회조작량데이터 jS로부터 부움작동과 선회작동의 복합조작인가를 판별한다. 여기서 복합동작이라 함은 굴삭위치에서 상차위치로 작업장치를 이동시키거나 상차위치에서 굴삭위치로 작업장치를 이동시키는 동작을 의미한다. 스텝-5에서, 복합조작인 경우에는 스텝-6으로 진행하고, 복합조작이 아닌 경우에는 스텝-9로 진행한다. 스텝-6에서는, 초기플래그의 상태를 전환(온상태에 있으면 오프상태로 하고, 오프상태에 있으면 온상태로 함)시킨 다음 스텝-7로 진행한다.

스텝-7에서는, 초기플래그가 온상태인가를 판별한다. 초기플래그가 온상태라는 것은 부움작동과 선회작동을 위한 복합조작을 최초로 시작한 상태임을 의미한다. 스텝-7에서, 초기플래그가 온상태이면 스텝-8로 진행하고, 초기플래그가 온상태가 아닌 오프상태이면 스텝-13으로 진행한다. 스텝-8에서는, 부움회전각의 초기값 tB0와 선회회전각의 초기값 tS0를 부움회전각검출기(20) 및 선회회전각검출기(19)로부터의 부움회전각 및 선회회전각의 현재값으로 설정한 다음 스텝-9로 진행한다. 스텝-9에서는, 입력된 부움조작량데이터 및 선회조작량데이터가 부움작동 및 선회작동의 복합동작이 아닌 것으로 스텝-5에서 판별된 경우이므로, 부움회전각의최종값 tB1과 선회회전각의 최종값 tS1을 부움회전각검출기(20) 및 선회회전각검출기(19)로부터 입력된 부움회전각 및 선회회전각의 현재값으로 설정한 다음 스텝-10으로 진행한다. 스텝-10에서는, 스텝-1 또는 스텝-8에서 설정된 부움회전각 및 선회회전각의 초기값 tB0 및 tS0과 스텝-9에서 설정된 부움회전각 및 선회회전각의 최종값 tB1 및 tS1을 이용하여 부움회전각의 절대변화량데이터 dB(=｜tB1-tB0｜)와 선회회전각의 절대변화량데이터 dS(=｜tS1-tS0｜)를 연산한 다음 스텝-11로 진행한다.

스텝-11에서는, 스텝-10에서 연산된 부움회전각의 절대변화량데이터 dB 및 선회회전각의 절대변화량데이터 dS가 부움작동 및 선회작동의 각각에 대하여 설정된 오프셋값 dBoff 및 dSoff보다 각각 작은지를 판별한다. 이는 굴삭위치와 상차위치 사이의 작업장치이동이 아닌 굴삭작업중 혹은 상타작업중 발생되는 부움작동과 선회작동의 제한된 작업영역범위 내에서의 복합조작을 보장하기 위한 것이다. 스텝-11의 조건이 만족하는 경우에는 스텝-13으로 진행하고, 그렇지 않은 경우 즉 굴삭위치와 상차위치간의 작업장치이동이 완료된 경우에는 스텝-12로 진행한다. 스텝-12에서는, 스텝-10에서 연산된 부움회전각 및 선회회전각의 절대변화량데이터 dB 및 dS를 이용하여 부움회전각의 변화량에 대한 선회회전각의 변화량의 비율 r에 관한 함수연산 r=f(dS/dB)를 수행한 다음 스텝-13으로 진행한다.

스텝-13에서는, 스텝-4에서 입력된 부움조작량데이터 jB 및 선회조작량데이터 jS와 스텝-12에서 연산된 부움회전각의 변화량에 대한 선회회전각의 변화량의 비율 r을 파라미터로하여 제2도의 부움(3) 및 유압모터(18)의 작동을 조절하는 방향제어밸브(15) 및 (14)로 인가되는 제어신호 vB 및 vS를 연산한 다음 스텝-14로 진행한다. 스텝-14에서는, 스텝-13에서 연산된 제어신호들을 제2도의 방향제어밸브들로 출력하고 후속하는 작업에 대응하기 위하여 스텝-4로 진행하여 무한루우프를 형성한다.

결과적으로, 본 발명은 굴삭위치와 상차위치 사이에서의 작업장치이동을 위한 부움작동 및 선회작동을 위한 복합조작에 있어서, 그러한 복합조작을 위한 별도의 설정장치를 사용하지 않고 굴삭 및 상차의 국부적인 작업영역 내에서의 작업장치작동을 보장하면서 전회의 작업장치 이동에 대하여 부움회전각의 절대변화량과 선회회전각의 절대변화량에 의한 비율을 기준으로 부움동작과 선회동작의 복합동작을 위한 방향제어밸브의 제어신호를 자동적으로 설정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 부움의 상승 및 하강동작과 동체의 선회동작의 복합동작을 다양하게 변화하는 작업환경 및 작업조건과 무관하게 자동적으로 제어할 수 있기 때문에, 최적의 작업성 및 작업효율은 물론 운전자에 의한 조작의 편리성을 제공하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 부움 및 부움실린더와 동체선회용 유압모터를 포함한 작업장치와 작업조작기를 가지는 유압식굴삭기의 제어방법에 있어서, 상기 작업조작기로부터 부움조작량데이터와 선회조작량데이터를 입력한 다음 부움작동과 선회작동의 복합조작인 경우에는 부움회전각 및 선회회전각의 초기값을 각각 현재값으로 설정하고 상기 복합조작이 아닌 경우에는 부움회전각검출기에 의해 검출된 상기 부움회전각 및 선회회전각에 의해 검출된 선회회전각의 최종값을 각각 현재값으로 설정하는 과정; 상기 과정에서의 초기값과 최종값을 이용하여 상기 부움회전각 및 선회회전각의 변화량을 각각 구하는 과정; 상기 변화량에 관한 값이 소정의 기준값 이상인 경우에 상기 부움회전각의 변화량에 대한 상기 선회회전각의 변화량의 비율을 구하는 과정; 상기 비율과 부움조작량데이터 및 선회조작량데이터에 따르는 제어신호를 제어밸브들에 인가하여 이 제어밸브들로 하여금 작업장치의 동작을 조작하게끔 하는 과정을 포함하여 구성되는 유압식굴삭기의 제어방법.