KR100230691B1

KR100230691B1 - 건설기계의 프론트 제어장치 및 기록매체

Info

Publication number: KR100230691B1
Application number: KR1019970027019A
Authority: KR
Inventors: 에이지 에가와; 가즈오 후지시마; 마사까즈 하가; 히로시 와따나베
Original assignee: 세구치 류이치; 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-11-15
Also published as: JPH108489A; CN1069721C; EP0816573A2; CN1172880A; EP0816573A3; JP3306301B2; US5968104A

Abstract

프론트장치(1A)가 움직일 수 있는 영역을 미리 설정해 두고, 프론트 장치가 설정영역 밖이 아니도록 프론트 동작을 제어한다. 이때 제어유닛(9)은 아암실린더 속도연산부(9d)에 있어서, 각도검출기(8b)에서 검출한 아암 회동각을 좌표변환 및 미분하여 구한 아암실린더 속도의 저주파 성분과, 조작레버장치(14b)에 의한 유량제어밸브(15b)로의 지령치와 아암의 유량제어밸브(15b)의 유량특성에 의하여 구한 아암실린더 속도의 고주파성분과의 합에 의하여 제어용 아암실린더 속도를 추정하고, 이 추정한 동작속도를 사용하여 프론트장치의 동작을 제어한다. 이에 의하여, 유량제어밸브의 유량특성에 영향을 미치는 부하, 오일온도 등의 어떠한 파라미터가 변화했다해도, 프론트장치의 동작을 원활하고 정밀도좋게 제어할 수 있다.

Description

건설기계의 프론트 제어장치 및 기록매체{FRONT CONTROL SYSTEM AND RECORDING MEDIUM FOR CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은 다관절형의 프론트장치를 구비한 건설기계, 특히 아암, 부움, 버킷 등의 복수의 프론트부재로 이루어진 프론트장치를 구비한 유압셔블 등의 건설기계에 있어서, 프론트장치의 이동가능 영역을 제한하는 영역제한 굴삭제어, 프론트장치의 선단을 소정 궤적에 따라 이동시키는 궤적제어등, 적어도 하나의 조작레버장치의 신호를 보정하여 프론트장치의 동작을 제어하는 건설기계 제어장치에 관한 것이다.

건설기계의 대표적 예로 유압셔블이 있다. 유압셔블에서는 오퍼레이터가 프론트장치를 구성하는 부움, 아암 등의 프론트부재를 각각의 수동레버에 의하여 조작하고 있다. 이들 프론트부재는 각각이 관절부에 의하여 연결되어 회동(回動)운동을 행하는 것이기 때문에, 이들 프론트부재를 조작하여 소정의 영역을 굴삭하거나, 소정의 평면을 굴삭하는 것은, 대단히 곤란한 작업이다. 또, 굴삭범위를 넓게 차지하기 때문에 프론트에 오프셋(제2부움)을 구비한 유압셔블이나, 차폭내에서 선회가능한 초소선회형의 유압셔블이 있으나, 이와 같은 유압셔블에서는, 자세에 따라서는 프론트가 캡(cab)에 간섭할 염려가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의한 건설기계의 프론트 제어장치(영역제한 굴삭 제어장치)를 그 유압구동장치와 함께 나타낸 도,

도 2는 본 발명이 적용되는 유압셔블의 외관을 나타낸 도,

도 3은 제어유닛의 내부구성의 개략을 나타낸 도,

도 4는 제어유닛의 제어기능을 나타내는 기능블록도,

도 5는 본 실시예의 영역제한 굴삭제어에서 굴삭영역의 설정방법을 나타낸 도,

도 6은 버킷선단속도의 제한치를 구할 때 설정영역의 경계로부터의 거리와의 관계를 나타낸 도,

도 7은 아암실린더 속도의 연산의 상세를 나타내는 기능블록도,

도 8은 버킷선단이 설정영역내에 있는 경우와, 설정영역의 경계상에 있는 경우와, 설정영역밖에 있는 경우의 부움에 의한 버킷의 선단속도의 보정동작의 차이를 나타낸 도,

도 9는 부움지령의 제한치의 연산에서 부하보상에 사용하는 부움의 유량제어밸브의 유량특성을 나타낸 도,

도 10은 버킷선단이 설정영역내에 있을 때의 보정동작 궤적의 일례를 나타낸 도,

도 11은 버킷선단이 설정영역밖에 있을 때의 보정동작 궤적의 일례를 나타낸 도,

도 12는 본 발명의 제 2실시예에 의한 건설기계의 프론트장치(영역제한 굴삭제어장치)를 그 유압구동장치와 함께 나타낸 도,

도 13은 제어유닛의 제어기능을 나타낸 도,

도 14는 본 발명의 제 3실시예에 의한 건설기계의 프론트 제어장치(영역제한 굴삭제어장치)를 그 유압구동장치와 함께 나타낸 도,

도 15는 제어유닛의 제어기능을 나타낸 플로우챠트,

도 16는 아암조작신호와, 현재값으로부터 몇 사이클 전까지의 각도 검출기의 출력치를 사용할 것인가의 연산 사이클수와의 관계를 나타낸 도,

도 17은 아암조작신호와 로우패스필터 처리시의 컷오프 주파수와의 관계를 나타낸 도,

도 18은 아암조작신호와 아암실린더 속도의 관계를 나타낸 도,

도 19는 아암조작신호로부터 아암의 지령각속도를 계산하는데 사용하는 여러 치수를 나타낸 도,

도 20은 아암조작신호와 하이패스필터 처리시의 컷오프 주파수의 관계를 나타낸 도,

도 21은 검출하고자 하는 각속도와 각속도의 연산 사이클의 적절치(n)와의 관계를 나타낸 도,

도 22는 아암이 움직이기 시작한 후의 아암각도의 변화량을 나타낸 도,

도 23은 도 22에 나타낸 연산결과로부터 계산된 각속도를 나타낸 도,

도 24a 및 도 24b는 연산 사이클이 작은 경우와 큰 경우에서 계산되는 각속도의 차이를 나타낸 도,

도 25는 지령각속도에 대하여 컷오프 주파수를 바꾸어 하이패스필터 처리를 실시한 경우의 특성을 나타낸 도,

도 26은 연산 사이클이 작은 경우의 각속도의 합성과정을 나타낸 도,

도 27은 연산사이클이 큰 경우의 각속도의 합성과정을 나타낸 도,

도 28은 실측 각속도와 지령각속도의 합성에 대해서 지령각속도에 1이상의 게인(k)을 곱함으로써 얻어지는 효과를 나타낸 도,

도 29는 본 실시예의 감속영역 및 복원영역에서의 목표백터의 보정방법을 나타낸 도,

도 30은 버킷의 선단과 설정영역의 경계와의 거리와 감속백터와의 관계를 나타낸 도,

도 31은 버킷의 선단이 보정대로 감속제어되었을 때의 궤적의 일례를 나타나타낸 도,

도 32는 버킷의 선단과 설정영역의 경계와의 거리와 복원 백터와의 관계를 나타낸 도,

도 33은 버킷의 선단이 보정대로 복원제어되었을 때의 궤적의 일례를 나타낸 도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1A : 프론트장치 1B : 차체

1a : 부움 1b : 아암

1c : 버킷 1d : 상부선회체

1e : 하부주행체 2 : 유압펌프

3a : 부움실린더 3b : 아암실린더

4a∼4f, 14a∼14f : 조작레버장치

5a∼5f, 15a∼15f : 유량제어밸브

7 : 설정기 8a∼8c : 각도검출기

8d : 경사각도 검출기 9 : 제어유닛

9a : 프론트 자세연산부 9b : 영역설정 연산부

9c : 버킷 선단속도의 제한치 연산부

9d : 영역설정연산부 9e : 아암에 의한 버킷선단속도 연산부

9f : 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 연산부

9g : 부움실린더 속도의 제한치 연산부

9h : 부움지령 연산부 9i : 부움지령의 최대 연산부

9j : 밸브지령연산부 10a, 10b : 비례전자밸브

12 : 셔틀밸브 30a∼35b : 전자구동부

50a∼55b : 유압구동부 61a, 61b : 압력검출기

70, 71 : 압력검출기

그러므로, 굴삭작업을 용이하게 하거나 프론트의 캡과의 간섭을 방지하기 위한 여러 가지의 제안이 행해지고 있다.

예를 들면, 일본국 특개 평4-136324호 공보에서는 침입불가영역의 바로 앞에 감속영역을 설정하여, 프론트 장치의 일부, 예를 들면 버킷이 감속영역에 침입하면, 조작레버의 조작신호를 작게하여 프론트장치를 감속하여 버킷이 침입불가영역의 경계에 달하면 정지하도록 하고 있다.

또, 국제 공개공보 WO95/30059호 공보에서는, 굴삭영역을 설정하여, 프론트장치의 일부, 예를 들면 버킷이 굴삭영역의 경계에 가까워지면 버킷의 굴삭영역으로 향하는 방향의 움직임만을 감속하고, 버킷이 굴삭영역의 경계에 달하면 버킷은 굴삭영역의 밖으로는 나오지 않으나 굴삭영역의 경계를 따라서는 움직일 수 있도록 하고 있다. 구체적으로는, 그와 같은 제어를 실현하기 위하여 각도센서 등의 위치검출수단으로부터의 신호에 의거하여 부움, 아암 등의 프론트부재의 위치와 자세를 연산하고, 조작레벼장치로부터의 신호를 사용하고 그 위치와 자세의 연산치에 의거하여, 부움, 아암 등의 프론트 부재가 조작레버장치로부터의 신호에 의하여 움직여질 때의 동작속도(예를 들면 부움실린더, 아암실린더등의 속도)를 추정하고, 이 추정한 동작속도를 사용하여 조작레버장치로부터의 신호를 보정하고 있다.

또, 국제 공개 공보 WO95/33100호 공보에서는 상기 국제 공개 공보 WO95/30059호 공보에 기재된 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 부움실린더, 아암실린더 등의 유압 액츄에이터의 부하압을 검출하여, 조작레버장치로부터의 신호를 보정할 때에, 또 이 부하압을 사용하여 보정을 행하여, 유압액츄에이터의 부하압력의 변화에 관계없이 정밀도가 좋은 제어가 행해지도록 하고 있다.

그러나, 상기 종래예에는 다음과 같은 문제가 있다.

일본국 특개 평4-136324호 공보에 기재된 종래 기술에서는 버킷이 감속영역에 침입하면, 조작레버의 신호를 작게하여 프론트장치를 감속하고, 버킷이 침입불가영역의 경계에 도달하면 프론트장치를 정지시키므로, 버킷을 침입불가영역의 경계상에서 원활하게 정지시킬 수가 있다.

그러나, 이 종래 기술에서는 프론트장치의 속도를 느리게 할 때, 버킷의 이동방향에 관계없이 그대로 속도를 느리게 하고 있다. 이 때문에, 침입불가영역의 경계에 따라 굴삭을 하는 경우, 아암을 조작하여 침입불가영역에 가까워짐에 따라서 침입불가 영역의 경계를 따른 방향의 굴삭속도도 느려져서, 그때 마다 부움레버를 조작하여 버킷을 침입 불가영역으로부터 떨어지게 하여 굴삭속도가 느려지는 것을 방지하지 않으면 안된다. 그 결과, 침입불가영역을 따라 굴삭하는 경우에는, 극단적으로 능률이 나빠진다.

국제 공개공보 WO95/30059호 공보에 기재된 종래 기술에서는 버킷이 굴삭영역의 경계에 근접하면 버킷의 굴삭영역으로 향하는 방향의 움직임만을 감속하고, 버킷이 굴삭영역의 경계에 도달하면 버킷은 굴삭영역의 밖으로는 나오지 않으나, 굴삭영역의 경계를 따라서는 움직일 수 있게 하고 있으므로, 상기 종래기술의 결점을 해결하여, 영역을 제한한 굴삭을 능률좋고 원활하게 행할 수가 있다.

그런데, 상기 종래기술에서는 부움, 아암 등의 프론트부재의 동작속도를 추정하는데 조작레벼장치의 신호(조작신호)를 사용하여, 부움실린더, 아암실린더 등의 속도를 추정하고 있다.

일반적으로, 부움실린더, 아암실리더 등의 액츄에이터는 각각의 유량제어밸브에 의하여 압력유의 공급유량이 제어되어 속도가 제어되나, 유량제어 밸브의 입력신호(개구면적)에 대한 공급유량의 유량특성은 부하압, 오일온도 등의 영향을 받아 일정하지는 않다. 예를 들면, 동일 입력신호(개구면적)이더라도 액츄에이터의 부하압이 증대하면 압력유가 액츄에이터로 가기 어렵게 되어, 공급유량이 감소하여 액츄에이터의 속도가 감소한다. 또, 오일온도가 저하하면, 오일의 점도가 증대하여 동일 입력신호(개구면적)이더라도 공급유량이 감소하여 액츄에이터의 속도는 감소한다.

이 때문에, 조작신호를 사용하여 액츄에이터의 속도를 추정하고 있는 상기 종래 기술에서는, 부하압, 오일온도등이 변화하면 유량제어 밸브의 유량특성이 변화하여, 제어정밀도가 저하하거나, 제어게인의 변화에 의한 불안정에 기인하여 헌칭이 생기는 일이 있다. 또, 가령 유량제어밸브의 전후에 부하 보상밸브등이 설치되어 있는 경우에도 부하 보상밸브의 정밀도나 오일온도의 변화의 영향은 피할 수 없다.

국제 공개공보 WO95/33100호 공보에 기재된 종래기술에서는, 조작레버장치로부터의 신호를 보정할 때에, 다시 액츄에이터의 부하압을 사용하여 보정을 행하고 있으므로, 국제 공개공보 WO95/30059호 공보에 기재된 것에 비하여 액츄에이터의 부하압력의 변화에 관계없이 정밀도가 좋은 제어가 행해진다. 그러나, 이 종래 기술은 액츄에이터 부하압의 변화에만 대응하고, 오일온도등 유량제어밸브의 유량특성에 영향을 미치는 기타의 파라미터의 변화에는 대응할 수가 없다.

본 발명의 목적은, 유량제어밸브의 유량특성에 영향을 미치는 부하, 오일온도 등의 어떠한 파라미터가 변화했다해도, 프론트장치의 동작을 원활하게 정밀도 좋게 제어할 수 있는 건설기계의 프론트 제어장치 및 그와 같은 제어를 가능하게 하는 프로그램을 기록한 기록매체를 제공하는 데 있다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상하방향으로 회동가능한 복수의 프론트 부재에 의하여 구성되는 다관절형의 프론트장치와, 상기 복수의 프론트부재를 구동하는 복수의 유압액츄에이터와, 상기 복수의 프론트부재의 동작을 지시하는 복수의 수단과, 상기 복수의 조작수단으로부터의 신호에 의하여 구동되고, 상기 복수의 유압 액츄에이터에 공급되는 압력유의 유량을 제어하는 복수의 유압제어밸브를 가지는 건설기계에 구비되고, 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 제 1검출수단; 상기 제 1검출수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제 1연산수단; 상기 복수의 조작수단중의 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호를 사용하여, 상기 제 1연산수단에서 연산된 프론트장치의 위치와 자세에 의거 하여, 상기 제 1의 특정 조작수단에 대응하는 제 1의 특정 유압액츄에이터에 의하여 구동되는 제 1의 특정 프론트부재의 동작속도를 추정하는 제 2연산수단을 구비하고, 이 추정한 동작속도를 사용하여 상기 프론트장치의 동작을 제어하는 건설기계의 프론트 제어장치에 있어서, 상기 제 2연산수단은 상기 제 1검출수단으로부터의 신호에 의하여 상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도의 저주파 성분을 구하는 제 1연산·필터수단과, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호에 의하여 상기 제 1의 특정 프론트부재의 지령동작속도의 고주파성분을 구하는 제 2 연산·필터수단과, 상기 실측동작속도의 저주파 성분과 상기 지령동작속도의 고주파 성분을 조합하여 상기 제 1의 특정 프론트부재의 제어용 동작속도를 추정하는 합성연산수단을 가지는 것으로 한다.

제 1의 특정 조작수단의 신호로부터 구한 제 1의 특정 프론트부재의 지령동작속도는 대응하는 유량제어밸브의 실제의 유량특성이 부하압, 오일온도 등의 영향을 받아 일정하지는 않기 때문에, 정상시에도 제 1의 특정 프론트부재의 실제의 속도에 정확하게는 일치하지 않는 일이 많다. 그러나, 제 1의 특정 조작수단의 신호의 급격한 변화는 정확하게 반영하고 있다.

한편, 제 1검출수단으로부터의 신호에 의하여 실측하여 구한 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도는, 부하압, 오일온도 등에 영향받지 않고 연산된다. 단, 제 1의 특정 조작수단에 의한 지령으로부터 제 1의 특정 프론트부재로의 출력까지에 지연이 있기 때문에, 제 1의 특정 조작수단의 신호의 급격한 변화에 대해서는 신뢰성이 없다. 또, 검출치이므로 어느정도 노이즈가 포함되는 것은 피할 수 없다.

그러므로, 본 발명에서는 제 1연산·필터수단에 있어서, 실측하여 구한 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도는 고주파성분은 신뢰성이 없기 때문에 저주파 성분만을 사용하고, 제 2연산·필터수단에 있어서 제 1의 특정 조작수단의 신호로부터 구한 제 1의 특정 프론트부재의 지령동작속도는 실제의 유량특성이 변화하기 때문에, 고주파 성분만을 사용하고, 합산 연산수단에 있어서, 양자를 조합하여 제 1의 특정 프론트부재의 제어용 동작속도를 추정한다. 이에 의하여 부하압이나 오일온도 등의 변화의 영향을 받지 않고, 또 신호의 지연이나 정상오차의 영향을 최소한으로 한 원활한 프론트제어가 행해진다.

또, 실동작 속도에는 유압제어밸브(유량제어밸브)의 유량특성의 변화가 이미 반영되어 있으므로, 부하압에 한정하지 않고, 유압제어밸브의 유량특성에 영향을 미치는 오일온도 등의 기타의 여하한 파라미터가 변화했다해도 정확하게 프론트부재의 동작속도를 추정할 수 있어 프론트장치의 동작을 원활하게 정밀도 좋게 제어할 수 있다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 제 1연산·필터수단은 상기 제 1검출수단으로부터의 신호를 미분하여 상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도를 구하는 수단과, 이 실측동작 속도에 로우패스 필터처리를 실시하는 수단을 가지며, 상기 제 2연산·필터수단은 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호에 의하여 상기 제 1의 특정 프론트부재의 지령동작속도를 구하는 수단과, 이 지령동작속도에 하이패스필터 처리를 실시하는 수단을 가진다.

이에 의하여, 상기 (1)의 제 1 및 제 2연산·필터수단의 처리기능을 실현할 수 있다.

(3) 상기 (2)에 있어서, 바람직하게는 상기 제 1연산·필터수단의 실측동작 속도를 구하는 수단은, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호에 의하여 상기 제 1검출수단으로부터의 신호를 도입하기 위한 연산사이클수를 연산하는 사이클수 연산수단과, 최신의 연산사이클을 포함하여 상기 연산사이클수만큼, 상기 제 1검출수단으로부터의 신호를 보존하는 기억수단과, 상기 연산사이클 수를 n, 상기 최신의 연산사이클에 있어서의 제 1검출수단으로부터의 신호를 α_a, n사이클전의 제 1검출수단으로부터의 신호를 α_a-n, 1연산사이클의 주기를 T, 상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측속도를 Ω₁이라 했을 때,

Ω₁= (α_a- α_a-n) / (T ×n)

의 식에 따라 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도를 연산하는 수단을 가진다.

이에 의하여 상기 제 1연산·필터수단은 제 1검출수단으로부터의 신호에 의하여 실측동작속도 Ω₁을 계산할 수 있다.

(4) 또, 상기 (3)에 있어서, 바람직하게는 상기 사이클수 연산수단은, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호가 커짐에 따라, 상기 연산사이클수가 적어지도록 해당 연산 사이클수(n)를 연산하는 것이다.

상기 (3)과 같이 제 1검출수단으로부터의 신호를 미분하여 실측각속도(Ω₁)를 산출할 때, 그 정밀도는 몇사이클 전의 제 1검출수단으로부터의 출력치를 사용하여 미분하는가에 따라 결정되나, 조작수단으로부터의 크기를 목표로 하여, 이 신호가 작은 경우는 비교적 많은 사이클전의 출력치를 사용하여 미분을 행하고, 또 신호가 큰 경우에는 비교적 적은 사이클전의 출력치를 사용하여 미분을 행함으로서 정밀도가 거의 일정하게 유지된다.

(5) 상기 (4)에 있어서, 바람직하게는 상기 제 2연산·필터수단의 하이패스 필터 처리를 실시하는 수단은, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호가 커짐에 따라 높아지도록 컷오프 주파수를 연산하고, 이 컷오프 주파수를 사용하여 상기 지령동작속도에 하이패스필터 처리를 실시하는 것이다.

이와 같이, 조작수단으로부터의 신호의 크기에 따라 컷오프 주파수를 결정하고, 지령동작속도에 하이패스필터 처리를 실시한 것을 실측각속도와 합성하여 제어용의 동작속도를 추정함으로써, 조작수단으로부터의 신호의 크기에 의존하는 제 1검출수단의 상승시의 검출오차가 보정되어 상승시에도 정확한 값에 가까운 동작속도가 얻어진다.

(6) 또, 상기 (4)에 있어서, 바람직하게는 상기 제 1연산·필터수단의 로우패스 필터 처리를 실시하는 수단은, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호가 커짐에 따라 높아지도록 컷오프 주파수를 연산하고, 이 컷오프 주파수를 사용하여 상기 실측동작속도에 로우패스 필터 처리를 실시하는 것이다.

(7) 또, 상기 (1)에 있어서 바람직하게는, 상기 합성연산수단은 상기 실측 동작속도의 저주파 성분과 상기 지령동작속도의 고주파 성분을 가산하는 수단을 가진다.

(8) 또, 상기 (7)에 있어서 바람직하게는, 상기 합성연산수단은, 상기 지령동작속도의 고주파 성분에 게인을 곱하는 수단을 더 가지며, 상기 가산수단은 이 게인을 곱한 지령동작속도의 고주파 성분과 상기 실측 동작속도의 저주파 성분을 가산한다.

이에 의하여, 제 2의 특정 프론트부재의 관성의 대소에 따라 신호상승 지연의 보상 정도를 최적으로 설정할 수 있다. 예를 들면, 제 2의 특정 프론트부재가 유압셔블의 부움일 때, 부움은 관성이 커서 상승의 응답이 늦는 것이 예상되나, 지령동작속도의 고주파 성분에 곱하는 게인을 비교적 크게 잡고(1이상), 제 1의 특정 프론트부재(예를 들면 아암)의 동작속도를 상승시에 있어 크게 대략 계산함으로서 부움의 목표속도도 상승시에는 크게 계산되어, 지연에 대하여 보상하는 효과가 얻어진다.

(9) 또, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 본 발명의 프론트 제어장치는, 상기 프론트장치의 이동가능 영역을 설정하는 영역설정수단; 상기 제 2연산수단에 의하여 추정된 제 1의 특정 프론트부재의 동작속도를 사용하고 상기 제 1연산수단에서 연산된 프론트 장치의 위치와 자세에 의거하여, 상기 프론트장치의 동작속도를 추정하는 제 3연산수단; 상기 제 3연산수단에 의하여 추정된 프론트장치의 동작속도를 사용하고 상기 제 1연산수단에서 연산된 프론트장치의 위치와 자세에 의거하여, 상기 프론트장치가 상기 설정영역내에서 그 경계근방에 있고, 상기 제 1의 특정 프론트부재가 상기 추정한 동작속도로 움직일 때에, 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 이동속도를 제한하는데 필요한 제 2의 특정 프론트부재의 동작속도의 제한치를 연산하는 제 4연산수단; 및 상기 제 2의 특정 프론트부재의 동작속도가 상기 제한치를 초과하지 않도록 상기 제 2의 특정 프론트부재에 관계되는 제 2의 특정 조작수단으로부터의 신호를 보정하는 신호보정수단을 더 구비하고, 상기 신호 보정수단은, 상기 제 2의 특정 프론트부재의 동작속도의 제한치로부터,상기 제 2의 특정 조작수단으로부터의 신호의 제한치를 연산하고, 상기 제 2의 특정 조작수단으로부터의 신호가 이 제한치를 넘지 않도록 해당 신호를 보정하는 것이다.

이와 같이, 제 4연산수단에서 제 2의 특정 프론트부재의 동작속도의 제한치를 연산하고, 신호보정수단에서 제 2의 특정 조작수단으로부터의 신호를 보정함으로써, 설정영역의 경계에 대하여 접근하는 방향의 프론트장치의 움직임을 감속하는 방향 변환제어가 행해져, 설정영역의 경계를 따라 프론트 장치를 움직일 수가 있다. 이 때문에 영역을 제한한 굴삭을 능률좋고 원활하게 행할 수가 있다.

(10) 또, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도 및 지령속도는 각각 상기 제 1의 특정 유압 액츄에이터의 속도이다.

(11) 상기 (1)에 있어서, 상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도 및 지령동작속도는 각각 상기 제 1의 특정 프론트부재의 각속도 이어도 된다.

(12) 또, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 제 1의 특정 프론트부재는 유압셔블의 아암이고, 상기 제 2의 특정 프론트부재는 유압셔블의 부움이다.

(13) 또, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 컴퓨터에 의하여 상하 방향으로 회동가능한 복수의 프론트부재에 의하여 구성되는 다관절형의 프론트장치의 동작을 제어하기 위한 제어프로그램을 기록한 기록매체이고, 상기 제어프로그램은 상기 컴퓨터에, 상기 프론트장치의 위치와 자세를 연산시키고, 이 프론트장치의 위치와 자세에 의거하여 상기 복수의 프론트부재에 포함되는 제 1의 특정의 프론트부재의 동작속도를 추정시키고, 이 추정한 동작속도를 사용하여 상기 프론트장치의 동작 지령치를 연산함과 동시에, 상기 제 1의 특정 프론트부재의 동작속도를 추정함에 있어, 상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도의 저주파성분과 제 1의 특정 프론트부재의 지령동작속도의 고주파 성분을 구하고, 이 실측 동작속도의 저주파 성분과 지령동작속도의 고주파 성분을 조합시키는 것으로 한다.

이와 같은 기록매체를 사용하여 프론트 제어장치를 구성함으로써 상기 (1)에서 기술한 바와 같이, 유량제어밸브의 유량특성에 영향을 미치는 부하, 오일온도 등의 여하한 파라미터가 변화했다 해도, 프론트장치의 동작을 원활하게 제어할 수 있음과 동시에, 비용절감이 도모된다.

(실시예)

이하, 본 발명의 몇가지의 실시예를 건설기계의 프론트 제어로서 유압셔블의 영역제한 굴삭제어를 예로 들어, 도면을 사용하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 제 1의 실시예를 도 1 내지 도 10에 의하여 설명한다.

도 1에 있어서, 본 발명이 적용되는 유압셔블은 유압펌프(2)와, 이 유압펌프로부터의 압력유에 의하여 구동되는 부움실린더(3a), 아암실린더(3b), 버킷실린더(3c), 선회모터(3d) 및 좌우의 주행모터(3e, 3f)를 포함하는 복수의 유압 액츄에이터와, 이들 유압 액츄에이터(3a∼3f)의 각각에 대응하여 설치된 복수의 조작레버장치(14a∼14f)와, 유압펌프(2)와 복수의 유압 액츄에이터(3a∼3f) 사이에 접속되어, 조작레버장치(14a∼14f)의 조작신호에 의하여 제어되고, 유압 액츄에이터(3a∼3f)에 공급되는 압력유의 유량을 제어하는 복수의 유량제어밸브(15a∼15f)와, 유압펌프(2)와 유량제어밸브(15a∼15f)의 사이에 압력이 설정치 이상이 되었을 경우에 열리는 릴리프밸브(6)를 가지며, 이들은 유압셔블의 피구동부재를 구동하는 유압구동장치를 구성하고 있다.

유압셔블은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수직방향으로 각각 회동하는 부움 (1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)으로 이루어진 다관절형의 프론트장치(1A)와, 상부선회체(1d) 및 하부주행체(1e)으로 이루어진 차체(1B)로 구성되고, 프론트장치(1A)의 부움(1a)은 기단은 상부 선회체(1d)의 전(앞)부에 지지되어 있다. 부움(1a), 아암(1b), 버킷(1c), 상부 선회체(1d) 및 하부주행체(1e)는 각각 부움실린더(3a), 아암실린더(3b), 버킷실린더(3c), 선회모터(3d) 및 좌우의 주행모터(3e, 3f)에 의하여 각각 구동되는 피구동부재를 구성하고, 그들의 동작은 상기 조작레버장치(14a∼14f)에 의하여 지시된다.

또, 조작레버장치(14a∼14f)는 조작신호로서 전기신호(전압)를 출력하는 전기레버방식이고, 유량제어밸브(15a∼15f)는 양단에 전기유압 변환수단, 예를 들면 비례전자밸브를 구비한 전자구동부(30a, 30b∼35a, 35b)를 가지고, 조작레버장치 (14a∼14f)는 오퍼레이터의 조작량과 조작방향에 따른 전압을 전기신호로서 대응하는 유량제어밸브(15a∼15f)의 전자구동부(30a, 30b∼35a, 35b)에 공급한다.

유량제어밸브(15a∼15f)는 센터 바이패스 타입의 유량제어밸브이고, 각 유량제어밸브의 센터 바이패스통로는 센터 바이패스라인(242)에 의하여 직렬로 접속되고, 센터 바이패스라인(242)의 상류측은 공급라인(243)을 거쳐 유압펌프(2)에 접속되고, 하류측은 탱크에 접속되어 있다.

이상과 같은 유압셔블에 본 실시예에 의한 영역제한 굴삭제어장치가 설치되어 있다. 이 제어장치는 미리 작업에 따라 프론트장치의 소정부위, 예를 들면 버킷(1c)의 선단이 움직일 수 있는 굴삭영역의 설정을 지시하는 설정기(7)와, 부움 (1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)의 각각의 회동지점에 설치되고, 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량으로서 각각의 회동각을 검출하는 각도검출기(8a, 8b, 8c)와, 차체(1B)의 전후방향의 경사각을 검출하는 경사각 검출기(8d)와, 부움실린더 (3a)의 올림방향작동의 바닥측의 부하압력을 검출하는 압력검출기(70)와, 조작레버장치(14a∼14f)의 조작신호, 설정기(7)의 설정신호 및 각도검출기(8a, 8b, 8c), 경사각검출기(8d), 압력검출기(70)의 검출신호를 입력하여, 버킷(1c)의 선단이 움직일 수 있는 굴삭영역을 설정함과 동시에, 영역을 제한한 굴삭제어를 행하기 위한 조작신호의 보정을 행하는 제어유닛(9)으로 구성되어 있다.

설정기(7)는 조작패널 또는 글립상에 설치된 스위치 등의 조작수단에 의하여 설정신호를 제어유닛(9)에 출력하여 굴삭영역의 설정을 지시하는 것으로, 조작패널상에는 표시장치등, 기타의 보조수단이 있어도 좋다. 또, IC카드에 의한 방법, 바아코드에 의한 방법, 레이저방법, 무선통신에 의한 방법등, 기타 방법을 사용해도 된다.

도 3에 제어유닛(9)의 구성을 나타낸다. 제어유닛(9)은 마이크로 컴퓨터로 구성되고, 입력부(91), 중앙처리장치(CPU)(92)와, 리드 온리 메모리(ROM)(93)와, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(94)와, 출력부(95)를 가지고 있다. 입력부(91)는 조작레버장치(14a∼14f)의 조작신호, 설정기(7)의 설정신호 및 각도검출기(8a, 8b, 8c), 경사각검출기(8d), 압력검출기(70)의 검출신호를 입력하고, A/D변환을 행한다. ROM(93)에는 제어프로그램(후술)이 기억되고, CPU(92)는 ROM(93)에 기억된 제어프로그램에 따라 입력부(91)로부터 들어온 신호에 대하여 소정의 연산처리를 행한다. RAM(94)은 연산도중의 수치를 일차적으로 기억한다. 출력부(95)는 CPU(92)에서의 연산결과에 따른 출력용 신호를 작성하고, 유량제어밸브(15a∼15f)에 그 신호를 출력한다.

제어유닛(9)의 ROM(93)에 기억된 제어프로그램의 개요를 기능블럭도로 도 4에 나타낸다. 제어유닛(9A)은 프론트 자세연산부(9a), 영역설정연산부(9b), 버킷선단속도의 제한치 연산부(9c), 아암실린더속도연산부(9d), 아암에 의한 버킷선단속도 연산부(9e), 아암에 의한 버킷선단속도의 제한치 연산부(9f), 부움실린더속도의 제한치 연산부(9g), 부움지령의 제한치 연산부(9h), 부움지령의 최대치 연산부 (9j), 부움용 밸브지령연산부(9i), 아암용 지령연산부(9k)의 각 기능을 가지고 있다.

프론트 자세연산부(9a)에서는, 각도검출기(8a∼8c) 및 경사각 검출기(8d)에서 검출한 부움, 아암, 버킷의 회동각 및 차체(1B)의 전후의 경사각에 의거하여 프론트장치(1A)의 위치와 자세를 연산한다.

영역설정 연산부(9b)에서는 설정기(7)로부터의 지시로 버킷(1c)의 선단이 움직일 수 있는 굴삭영역의 설정영역을 행한다. 그 일례를 도 5를 사용하여 설명한다.

도 5에 있어서, 오퍼레이터의 조작으로 버킷(1c)의 선단을 점(P)의 위치로 움직인 후, 설정기(7)로부터의 지시로 그때의 버킷(1c)의 선단위치를 계산하고, 다시 설정기(7)에서 지시된 경사각(ζ)에 의하여 제한영역의 경계(L)를 설정한다.

여기서, 제어유닛(9)의 기억장치에는 프론트장치(1A) 및 차체(1B)의 각부 치수가 기억되어 있고, 영역 설정연산부(9b)는 프론트 자세연산부(9a)에서 이들 데이터와, 각도검출기(8a, 8b, 8c)에서 검출한 회동각 및 경사각 검출기(8d)에서 검출한 차체(1b)의 경사각을 사용하여 점 P의 위치를 계산한다. 이때, 점 P의 위치는 예를 들면 부움(1a)의 회동지점(支点)을 원점으로 한 XY좌표계의 좌표치로서 구한다. XY좌표계는 본체(1B)에 고정한 수직면내에 있는 직교좌표계이다.

그리고, 점 P의 위치와 설정기(7)에서 지시된 경사각(ζ)에 의하여 제한영역의 경계(L)의 직선식을 만들어(세워서) 당해 직선상에 원점을 가지고 그 직선을 일축으로 하는 직교좌표계, 예를 들면 점 P를 원점으로 하는 XaYa좌표계를 만들어 XY좌표계로부터 XaYa좌표계로의 변환데이터를 구한다.

버킷 선단속도의 제한치 연산부(9c)에서는, 버킷선단의 경계(L)로부터의 거리(D)에 의거하여 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)를 계산한다. 이것은 제어유닛(9)의 기억장치에 도 6에 나타낸 바와 같은 관계를 기억해 두고, 이 관계를 읽어내어 행한다.

도 6에 있어서, 횡축은 버킷선단의 경계(L)로부터의 거리(D)를 나타내고, 종축은 버킷 선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)를 나타내고, 횡축의 거리(D) 및 종축의 속도제한치(a)는 XaYa좌표계와 동일하게 각각 설정영역 밖으로부터 설정영역내로 향하는 방향을 (+)방향으로 하고 있다. 이 거리(D)와 제한치(a)의 관계는 버킷선단이 설정영역내에 있을 때에는, 그 거리(D)에 비례한 (-)방향의 속도를 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)로 하고, 버킷선단이 영역밖에 있을 때에는, 그 거리(D)에 비례한 (+)방향의 속도를 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)로 하도록 정해져 있다. 따라서, 설정영역내에서는 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분이 (-)방향으로 제한치를 넘은 경우만 감속되고, 설정영역밖에서는, 버킷선단이 (+)방향으로 증속되게 된다.

또한, 버킷선단과 설정영역의 경계(L)와의 거리(D)와 버킷선단속도의 제한치 (a)와의 관계는 직선적으로 비례하는 관계로 했으나, 이에 한정하지 않고 여러 가지의 설정이 가능하다.

아암실린더 속도연산부(9d)에서는, 각도검출기(8b)에서 검출한 아암의 회동각을 좌표변환 및 미분하여 구한 아암실린더 속도의 저주파 성분과, 조작레버장치 (14b)에 의한 유량제어밸브(15b)에의 지령치와 아암의 유량제어밸브(15b)의 유량특성에 의하여 구한 아암 실린더속도의 고주파 성분과의 합에 의하여 제어용 아암실린더속도를 추정한다.

도 7에 아암실린더 속도연산부(9d)에서 행해지는 연산처리의 상세를 나타낸다. 도 7에 있어서, 아암실린더 속도연산부(9d)는, 아암실린더 변위연산부(9d1), 미분연산부(9d2), 로우패스 필터부(9d3), 유량특성연산부(9d4), 하이패스 필터부 (9d5), 및 합산부(9d6)로 이루어져 있다.

아암실린더 변위연산부(9d1)에서는, 각도검출기(8b)에 의하여 검출한 아암각도를 좌표 변환하여 아암실린더변위(X)를 구한다. 다음에 미분연산부(9d2)에서는 아암실린더변위(X)를 미분하여 아암실린더속도(V1)을 구한다. 다음에 로우패스 필터부(9d3)에서는 아암실린더속도(V1)의 저주파성분(Vl1)을 구한다. 또, 유량특성 연산부(9d4)에서는 아암의 지령치와 아암의 유량제어밸브(15b)의 기지의 유량특성에 의하여 아암실린더속도(V2)를 구한다. 다음에 하이패스 필터부(9d5)에서는 아암실린더 속도(V2)의 고주파성분(V2h)를 구한다. 다시 합산부(9d6)에서는 이들 아암실린더 속도의 저주파성분(Vl1)과 고주파성분(V2h)의 합을 구하여 부움의 제어에 사용해야 할 아암의 실린더속도를 추정한다.

여기서, 아암의 지령치와 유량제어밸브(15b)의 기지의 유량특성으로부터 구한 아암 실린더속도(V2)는 유량제어밸브(15b)의 실제의 유량특성이 아암실린더(3b)의 부하압, 오일온도 등의 영향을 받아 일정하지는 않기 때문에, 정상시에도 아암실린더(3b)의 실제 속도에 정확하게는 일치하지 않는 일이 많다. 그러나, 아암 지령치의 급격한 변화는 정확하게 반영하고 있다.

한편, 실측하여 구한 아암실린더속도(V1)는 아암실린더(3b)의 부하압, 오일온도 등에 영향받지 않고 연산된다. 단, 조작레버장치(14b)에 의한 지령으로부터 아암으로의 출력까지에 지연이 있기 때문에, 아암 지령치의 급격한 변화에 대해서는 신뢰성이 없다. 또, 검출치이기 때문에 어느 정도 노이즈가 포함되는 것은 피할 수 없다.

그러므로, 아암실린더 속도연산부(9d)에서는, 상기와 같이 실측하여 구한 아암실린더속도(V1)는, 고주파성분은 신뢰성이 없기 때문에 저주파성분(Vl1)만을 사용하고, 유량제어밸브(15b)의 기지의 유량특성으로부터 구한 아암실린더속도(V2)는, 실제의 유량특성이 변화하기 때문에, 고주파성분(V2h)만을 사용하고, 양자의 합에 의하여 부움의 제어에 사용하는 아암실린더속도를 추정한다. 따라서, 아암실린더(3b)의 부하압이나 오일온도 등의 변화의 영향을 받지 않으며, 신호의 지연이나 정상오차의 영향을 최소한으로 한 아암실린더속도의 추정이 행해진다.

또, 실측치로서의 아암실린더속도(V1)에는 유량제어밸브(15b)의 유량특성의 변화가 이미 반영되어 있으므로, 부하압에 한정하지 않고, 유량제어밸브(15b)의 유량특성에 영향을 미치는 오일온도 등의 기타 여하한 파라미터가 변화했다 해도, 아암실린더속도를 정확하게 추정할 수 있어, 프론트장치의 동작을 원활하고 정밀도 좋게 제어할 수 있다.

아암에 의한 버킷선단속도 연산부(9e)에서는, 아암실린더속도 연산부(9d)에서 추정한 제어용 아암실린더 속도와 프론트자세 연산부(9a)에서 구한 프론트장치 (1A)의 위치와 자세에 의하여 제어용 아암에 의한 버킷선단속도(b)를 추정한다.

부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 연산부(9f)에서는 연산부(9e)에서 구한 아암에 의한 버킷선단속도(b)를 영역설정 연산부(9b)에서 구한 변환데이터를 사용하여 XY좌표계로부터 XaYa좌표계로 변환하여 아암에 의한 버킷선단속도(bx, by)를 연산하고, 연산부(9c)에서 구한 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치 (a)와 그 아암에 의한 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분(by)에 의하여 부움에 의한 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(c)를 연산한다. 이것을 도 8을 사용하여 설명한다.

도 8에 있어서, 버킷선단속도의 제한치 연산부(9c)에서 구해지는 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)와 아암에 의한 버킷선단속도 연산부(9e)에서 구해지는 아암에 의한 버킷선단속도(b)의 경계(L)에 수직인 성분(by)의 차(a-by)가 부움에 의한 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(c)이고, 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 연산부(9f)에서는 c=a-by의 식에 의하여 제한치(c)를 계산한다.

제한치(c)의 의미에 대해서 버킷선단이 설정영역내에 있는 경우, 경계상에 있는 경우, 설정영역 밖에 있는 경우로 나누어 설명한다.

버킷선단이 설정영역내의 경우에는, 버킷선단속도는 버킷선단의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례하여 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)에 제한되고, 이로부터 부움에 의한 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분은 c(=a-by)로 제한된다. 즉 버킷선단속도(b)의 경계(L)에 수직인 성분(by)이 c를 넘는 경우에는 부움은 c로 감속된다.

버킷선단이 설정영역의 경계(L)상에 있는 경우에는, 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)는 0이 되고, 설정영역 밖으로 향하는 아암에 의한 버킷선단속도(b)는 속도(c)의 부움올림에 의한 보정동작에 의하여 캔슬되어 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인성분(by)도 0이 된다.

버킷선단이 영역밖인 경우에는, 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분은 버킷선단의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 상향의 속도(a)로 제한함으로써 항상 설정영역내로 복원하도록 속도(c)의 부움올림에 의한 보정동작이 행해진다.

부움실린더속도의 제한치 연산부(9g)에서는, 부움에 의한 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(c)와 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 의거하여, 상기 변환데이터를 사용한 좌표변환에 의하여 부움실린더속도의 제한치를 연산한다.

부움지령의 제한연산부(9h)에서는 압력검출기(70)에서 검출한 부움실린더 (3a)의 부하압과, 도 9에 나타낸 부하압을 고려한 부움의 유량제어밸브(15a)의 유량특성에 의거하여 연산부(9g)에서 구한 부움실린더 속도의 제한치에 대응하는 부움의 지령제한치를 구한다. 이와 같이 부움의 지령제한치에 대하여 부하보상을 행함으로서, 보다 더 부움실린더(3a)의 부하변동의 영향을 받기 어려운 제어가 행해진다.

부움지령의 최대치 연산부(9j)에서는, 연산부(9h)에서 구한 부움지령의 제한치와 조작레버장치(14a)의 지령치를 비교하여 큰 쪽을 출력한다. 여기서 조작레버장치(14a)의 지령치는 XaYa좌표계와 같이 설정영역밖에서 설정영역내로 향하는 방향(부움올림방향)을 (+)방향으로 하고 있다. 또, 연산부(9j)에서 부움지령의 제한치와 조작레버장치(14a)의 지령치중 큰 쪽을 출력하는 것은 버킷선단이 설정영역내의 경우에는 제한치(c)가 (-)이므로 양자의 절대치중 작은 쪽을 출력하는 것이고, 버킷선단이 영역밖인 경우에는 제한치(c)가 (+)이므로 양자의 절대치중 큰 쪽을 출력하는 것이다.

부움용 밸브지령연산부((9i)에서는 부움지령의 최대치 연산부(9j)로부터 출력된 지령치가 정(正)의 값인 경우에는 유량제어밸브(15a)의 부움올림구동부(30a)에 대응하는 전압을 출력하고, 부움내림구동부(30b)에는 0의 전압을 출력하고, 지령치가 부인 경우에는 역이 된다.

아암용 밸브 지령연산부(9k)에서는 조작레버장치(14b)의 지령치를 입력하고, 그 지령치가 정인 경우에는 유량제어밸브(15b)의 아암 클라우드 구동부(31a)에 대응하는 전압을 출력하고, 아암 덤프구동부(31b)에는 0의 전압을 출력하고 지령치가 부인 경우에는 역이 된다.

이상과 같이 구성한 본 실시예의 동작을 설명한다. 작업예로서, 버킷선단의 위치결정을 행하고자 부움용 조작레버장치(14a)의 조작레버를 부움내림 방향으로 조작하여 부움을 내리는 경우(부움내림동작)와, 바로 앞쪽 방향으로 굴삭하고자 아암용 조작레버(14b)의 조작레버를 아암 클라우드 방향으로 조작하여 아암 클라우드 하는 경우(아암 클라우드 조작)에 대하여 설명한다.

버킷선단의 위치결정을 행하고자 부움용 조작레버장치(14a)의 조작레버를 내림방향으로 조작하면 그 조작레버장치(14a)의 지령치가 최대치 연산부(9j)에 입력된다. 한편, 이와 동시에, 연산부(9c)에서는 도 6에 나타낸 관계로부터 버킷선단과 설정영역의 경계(L)로부터 거리(D)에 비례한 버킷선단속도의 제한치 a(＜0)가 계산되고, 연산부(9f)에서는 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 c=a(＜0)가 계산되고, 부움지령의 제한치 연산부(9h)에서는 제한치 c에 따른 부의 부움지령의 제한치가 계산된다. 이때, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)로부터 멀 때에는 연산부(9h)에서 구한 부움지령의 제한치보다 조작레버장치(14a)의 지령치의 쪽이 크므로, 부움지령의 최대치 연산부(9j)에서는 조작레버장치(14a)의 지령치가 선택되고, 이 지령치는 부이므로, 밸브지령연산부(9i)에서는 유량제어밸브(15a)의 부움내림구동부 (30b)에 대응하는 전압을 출력하고, 부움올림구동부(30a)에는 0의 전압을 출력하고, 이에 의하여 조작레버장치(14a)의 지령치에 따라 부움이 내려간다.

상기와 같이 부움이 내려가서 버킷선단이 설정영역의 경계(L)에 근접함에 따라 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 c=a(＜0)는 커지고 (｜a｜또 ｜c｜)는 작아지고), 연산부(9h)에서 구한 대응하는 부움지령의 제한치가 조작레버장치(14a)의 지령치 보다 커지면, 부움지령의 최대치 연산부(9j)에서는 그 제한치가 선택되고, 밸브지령연산부(9i)에서는 제한치(c)에 따라 유량제어밸브 (15a)의 부움내림 구동부(30b)에 출력하는 전압을 서서히 제한한다. 이에 의하여, 설정영역의 경계(L)에 가까워짐에 따라 부움내림속도가 서서히 제한되고, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)에 도달하면 부움은 정지한다. 따라서, 버킷선단의 위치결정이 간단하고 원활하게 될 수 있다.

또, 상기의 보정은 속도제어이기 때문에, 프론트장치(1A)의 속도가 극단적으로 크거나, 급격하게 조작레버장치(1a)를 조작했을 경우에는, 유압회로상의 지연등 제어상의 응답지연이나 프론트장치(1A)에 걸리는 관성력 등에 의하여 버킷선단이 설정영역의 경계(L)로부터 밀려나올 가능성이 있다. 이와 같이 버킷선단이 밀려나왔을 경우, 연산부(9c)에서는 도 6에 나타낸 관계로부터 버킷선단과 설정영역의 경계(L)로부터 거리(D)에 비례한 버킷선단속도의 제한치 a(=c)가 정의 값으로 계산되고, 밸브지령연산부(9i)에서는 제한치(c)에 따라 전압을 유량제어밸브(15a)의 부움올림 구동부(30a)에 출력한다. 이에 의하여 부움은 거리(D)에 비례한 속도로 영역내로 복원하도록 올림방향으로 움직여지고, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)까지 되돌아가면 정지한다. 따라서, 버킷선단의 위치결정이 더욱 원활하게 행해진다.

또, 바로 앞 방향으로 굴삭하고자 아암용 조작레버장치(14b)의 조작레버를 아암클라우드 방향으로 조작하면 그 조작레버장치(14b)의 지령치가 아암용 밸브지령연산부(9k)에 입력되어, 유량제어밸브(15b)의 아암클라우드 구동부(31a)에 대응하는 전압을 출력하고, 아암은 바로 앞 방향으로 내려가도록 움직여진다. 한편, 이와 동시에, 각도검출기(8b)에서 검출한 아암의 회동각과 조작레버장치(14b)의 지령치가 연산부(9d)에 입력되어 제어용 아암실린더 속도가 추정 연산되고, 연산부 (9e)에서 제어용 아암에 의한 버킷선단속도(b)가 추정 연산된다. 또, 연산부(9c)에서는, 도 6에 나타낸 관계로부터 버킷선단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리 (D)에 비례한 버킷선단속도의 제한치 a(＜0)가 계산되고, 연산부(9f)에서는 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 c=a-by가 계산된다. 그리고, 연산부(9g)에서 부움실린더속도의 제한치를 계산한 후, 연산부(9h)에서는 부움실린더(3a)의 부하압을 고려한 유량제어밸브(15a)의 유량특성에 의거하여 부움의 지령제한치를 구한다. 이때, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)로부터 멀고, a＜by(｜a｜＞｜by｜)일 때는, 연산부(9f)에서 계산되는 제한치(c)는 부의 값으로 계산되고, 부움지령의 최대치 연산부(9j)에서는 조작레버장치(14a)의 지령치(=0)가 선택되고, 밸브지령연산부 (9i)에서는 유량제어밸브(15a)의 부움올림구동부(30a) 및 부움내림구동부(30b)에 0의 전압을 출력한다. 이에 의하여, 조작레버장치(14b)의 지령치에 따라 아암이 앞쪽방향으로 움직여진다.

상기와 같이 아암이 바로 앞 방향으로 움직여지고, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)에 근접함에 따라 연산부(9c)에서 계산되는 버킷속도의 제한치(a)는 커지고 (｜a｜는 작아지고), 이 제한치(a)가 연산부(9e)에서 계산되는 아암에 의한 버킷선단속도(b)의 경계(L)에 수직인 성분(by)보다도 커지면, 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 c=a-by는 정의 값이 되고, 부움지령의 최대치 연산부(9j)에서는 연산부(9h)에서 계산된 제한치가 선택되고, 밸브지령 연산부(9i)에서는 제한치(c)에 따른 전압을 유량제어밸브(15a)의 부움올림구동부(30a)에 출력한다. 이에 의하여, 버킷 선단속도의 경계(L)에 수직인 성분이 버킷선단과 경계 (L)로부터의 거리(D)에 비례하여 서서히 제한되도록 부움올림에 의한 보정동작이 행해지고, 아암에 의한 버킷선단속도의 보정되지 않은 경계(L)에 평행인 성분(bx)과 이 제한치(c)에 의해 보정된 속도에 따라, 도 10에 나타낸 바와 같은 방향전환제어가 행해져 설정영역의 경계(L)에 따른 굴삭이 행해진다.

또, 이 경우도, 상기와 같은 이유로 버킷선단이 설정영역의 경계(L)로부터 밀려나올 가능성이 있다. 이와 같이 버킷선단이 밀려나올 경우, 연산부(9c)에서는 도 6에 나타낸 관계로부터 버킷선단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷선단속도의 제한치(a)가 정의 값으로 계산되고, 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 c=a-by(＞0)는 제한치(a)에 비례하여 커지고, 밸브지령연산부(9i)로부터 유량제어밸브(15a)의 부움올림 구동부(30a)로 출력되는 전압은 제한치(c)에 따라 증대한다. 이에 의하여, 설정영역 밖에서는 거리(D)에 비례한 버킷선단속도로 영역내로 복원하도록 부움올림에 의한 보정동작이 행해지고, 아암에 의한 버킷선단속도의 보정되지 않은 경계(L)에 평행인 성분(bx)과 이 제한치(c)에 의하여 보정된 속도에 의하여 도 11에 나타낸 바와 같이 설정영역의 경계(L)를 따라 서서히 되돌아가면서 굴삭이 행해진다. 따라서, 아암을 클라우드하는 것만으로 원활하게 설정영역의 경계(L)에 따른 굴삭이 행해진다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면, 버킷선단이 설정영역내에 있는 경우는 버킷선단속도의 설정영역의 경계(L)에 수직인 성분은, 버킷선단의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례하여 제한치(a)에 의하여 제한되므로, 부움내림동작에서는 버킷선단의 위치결정이 간단하고 원활하게 되고, 아암 클라우드 조작에서는 설정영역의 경계를 따라 버킷선단을 움직일 수가 있어, 영역을 제한한 굴삭을 능률좋고 원활하게 행할 수가 있다.

또, 버킷선단이 설정영역밖에서는 버킷선단의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례하여 제한치(a)에 의해 프론트장치가 설정영역으로 되돌아가도록 제어되므로, 프론트장치를 빨리 움직였을 때에도 설정영역의 경계를 따라 프론트장치를 움직일 수가 있어 영역을 제한한 굴삭을 정확하게 행할 수가 있다.

또, 이 때, 상기와 같이 미리 방향변환 제어로 감속되어 있으므로, 설정영역밖으로의 침입량은 적어지고, 설정영역으로 되돌아갈 때의 쇼크는 큰폭으로 완화된다. 이 때문에, 프론트장치를 빨리 움직였을 때에도 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행할 수가 있어, 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행할 수가 있다.

또, 본 실시예에서는, 아암실린더속도 연산부(9d)에서는, 각도검출기(8b)에서 검출한 아암의 회동각을 좌표변환 및 미분하여 구한 아암실린더속도의 저주파성분과, 조작레버장치(14b)에 의한 유량제어밸브(15b)로의 지령치와 아암의 유량제어밸브(15b)의 유량특성으로부터 구한 아암실린더속도의 고주파성분의 합에 의하여 제어용 아암실린더속도를 추정하기 때문에, 아암실린더(3b)의 부하압, 오일온도 등의 변화의 영향을 받지 않고, 신호의 지연이나 정상오차의 영향을 최소한으로 한 제어용 아암실린더속도의 추정이 행해진다.

또, 각도검출기(8b)에서 검출한 아암의 회전각도를 좌표변환 및 미분하여 구한 아암실린더속도에는 유량제어밸브(15b)의 유량특성의 변화가 이미 반영되어 있으므로, 부하압에 한정하지 않고 유량제어밸브(15b)의 유량특성에 영향을 미치는 오일온도 등의 기타 어떠한 파라미터가 변화했다고 해도, 정확하게 아암실린더 속도를 추정할 수 있고, 프론트장치의 동작을 원활하게 정밀도좋게 제어할 수 있다.

또, 부움지령의 제한연산부(9h)에서는, 부움실린더(3a)의 부하압을 고려한 유량제어밸브(15a)의 유량특성에 의거하여 부움의 지령제한치를 구하므로 더욱 부하변동의 영향을 받지 않는 제어가 행해진다.

본 발명의 제 2실시예를 도 12 및 도 13에 따라 설명한다. 본 실시예는, 조작레버장치로서 유압파일롯방식을 사용한 유압셔블에 적용한 것이다. 도면중, 도 1에 나타낸 부재와 동등한 것에는 동일부호를 붙이고 있다.

도 12에 있어서, 본 실시예가 적용되는 유압셔블은, 전기방식의 조작레버장치(14a∼14f) 대신에 유압파일롯방식의 조작레버장치(4a∼4f)를 구비하고 있다. 조작레버장치(4a∼4f)는 파일롯압에 대응하는 유량제어밸브(5a∼5f)를 구동하고, 각각 오퍼레이터에 의하여 조작되는 조작레버(40a∼40f)의 조작량과 조작방향에 따른 파일롯압을 파일롯라인(44a∼49b)를 거쳐 대응하는 유량제어밸브의 유압구동부 (50a∼55b)에 공급한다.

이상과 같은 유압셔블에 본 실시예에 의한 영역제한 굴삭제어장치가 설치되어 있다. 이 제어장치는 제 1실시예에서 구비되어 있던 것 이외에, 아암용 조작레버장치(4b)의 파일롯라인(45a, 45b)에 설치되어 조작레버장치(4b)의 조작량으로서 파일롯압을 검출하는 압력검출기(61a, 61b)와, 1차 포트측이 파일롯펌프(43)에 접속되어 전기신호에 따라 파일롯펌프(43)로부터의 파일롯압을 감압하여 출력하는 비례전자밸브(10a)와, 부움용 조작레버장치(4a)의 파일롯라인(44a)과 비례전자밸브 (10a)의 2차 포오트측에 접속되고, 파일롯라인(44a)내의 파일롯압과 비례전자밸브 (10a)로부터 출력되는 제어압의 고압측을 선택하여, 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)로 인도하는 셔틀밸브(12)와, 부움용 조작레버장치(4a)의 파일롯라인(44b)에 설치되고, 전기신호에 따라 파일롯라인(44b)내의 파일롯압을 감압하여 출력하는 비례전자밸브(10b)가 구비되어 있다.

도 13을 사용하여 제어유닛(9B)에 있어서의 제 1도의 실시예와의 제어기능의 차이를 설명한다.

아암실린더 속도연산부(9Bd)에서는, 각도검출기(8b)에서 검출한 아암의 회동각을 좌표변환 및 미분하여 구한 아암실린더속도의 저주파 성분과 조작레버장치 (4b)에 의한 유량제어밸브(5b)로의 지령치 대신에, 압력검출기(61a, 61b)에서 검출한 유량제어밸브(5b)로의 지령치(파일롯압)와 아암의 유량제어밸브(5)의 유량특성에 의하여 구한 아암실린더속도의 고주파 성분과의 합에 의하여 제어용 아암실린더속도를 추정한다.

또, 부움지령의 제한연산부(9Bh)에서는 압력검출기(70)에서 검출한 부움실린더(3a)의 부하압과, 도 9에 나타낸 것과 동일한 부하압을 고려한 부움의 유량제어밸브(5a)의 유량특성에 의거하여, 연산부(9g)에서 구한 부움실린더속도의 제한치에 대응하는 부움의 파일롯압(지령)제한치를 구한다.

또, 비례전자밸브(10a, 10b) 및 셔틀밸브(12)를 설치했으므로, 부움지령의 최대치 연산부(9j)는 필요없게 되고, 그 대신 밸브연산부(9Bi)에서는 부움파일롯압의 제한치 연산부(9Bh)에서 얻어진 파일롯압의 제한치가 정인 경우에는 부움올림측의 비례전자밸브(10a)에 제한치에 대응하는 전압을 출력하고, 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)의 파일롯압을 해당 제한치로 하고, 부움내림측의 비례전자밸브 (10b)에 0의 전압을 출력하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50b)의 파일롯압을 0으로 한다. 또, 제한치가 부인 경우에는 부움내림측의 유량제어밸브의 유압구동부 (50b)의 파일롯압을 제한하도록 제한치에 대응하는 전압을 비례전자밸브(10b)에 출력하고, 부움올림측의 비례전자밸브(10a)에는 0의 전압을 출력하여 유량제어밸브 (5a)의 유압구동부(50a)의 파일롯압을 0으로 한다.

이상과 같이 구성한 본 실시예의 동작을 제 1실시예와 마찬가지로 부움내림동작과 아암클라우드 조작에 대하여 설명한다.

버킷 선단의 위치결정을 행하고자 부움용 조작레버장치(4a)의 조작레버를 부움내림방향으로 조작하면 그 조작레버장치(4a)의 지령치인 파일롯압이 파일롯라인 (44b)을 거쳐 유량제어밸브(5a)의 부움내림측의 유압구동부(50b)에 가해진다. 한편, 이와 동시에, 연산부(9c)에서는 도 6에 나타낸 관계로부터 버킷선단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷선단속도의 제한치 a(＜0)가 계산되고, 연산부(9f)에서는 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 c=a(＜0)가 계산되고, 부움 파일롯압의 제한치 연산부(9Bh)에서는 제한치(c)에 따른 부의 부움지령의 제한치가 계산되고, 밸브지령연산부(9Bi)에서는 부움내림측의 유량제어밸브의 유압구동부(50b)의 파일롯압을 제한하도록 제한치에 대응하는 전압을 비례전자밸브(10b)에 출력하고, 부움올림측의 비례전자밸브(10a)에는 0의 전압을 출력하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)의 파일롯압을 0으로 한다. 이 때, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)로부터 멀 때는 연산부(9Bh)에서 구한 부움파일롯압의 제한치의 절대치는 크고, 이보다 조작레버장치(4a)의 파일롯압 쪽이 작으므로, 비례전자밸브 (10b)는 조작레버장치(4a)의 파일롯압을 그대로 출력하고, 이에 의하여 조작레버장치(4a)의 파일롯압에 따라 부움이 내려간다.

상기와 같이 부움이 내려가고, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)에 가까워짐에 따라 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 c=a(＜0)는 커지고(｜a｜ 또 ｜c｜는 작아지고), 연산부(9h)에서 구한 대응하는 부움지령의 제한치(＜0)의 절대치는 작아진다. 그리고, 이 제한치의 절대치가 조작레버장치(4a)의 지령치 보다도 작아지고, 밸브지령연산부(9Bi)로부터 비례전자밸브(10b)에 출력되는 전압이 그에 따라 작아지면, 비례전자밸브(10b)는 조작레버장치(4a)의 파일롯압을 감압하여 출력하고, 유량제어밸브(5a)의 부움내림측의 유압구동부(50b)에 가해지는 파일롯압을 제한치(c)에 따라 서서히 제한한다. 이에 의하여, 설정영역의 경계(L)에 가까워짐에 따라 부움내림 속도가 서서히 제한되고, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)에 도달하면 부움은 정지한다. 따라서, 버킷선단의 위치결정이 간단하고 원활하게 행해진다.

또, 버킷선단이 설정영역(L)으로부터 밀려나왔을 경우에는 연산부(9c)에서는 도 6에 나타낸 관계로부터 버킷선단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷선단속도의 제한치 a(=c)가 정의 값으로 계산되고, 밸브 지령연산부(9Bi)에서는 제한치(c)에 따른 전압을 비례전자밸브(10a)에 출력하여 부움올림측의 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)에 제한치(a)에 따른 파일롯압을 가한다. 이에 의하여, 부움은 거리(D)에 비례한 속도로 영역내로 복원하도록 올림방향으로 움직여지고, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)까지 되돌아가면 정지한다. 따라서, 버킷선단의 위치결정이 더욱 원활하게 행해진다.

또, 바로 앞 방향으로 굴삭하고자 아암용 조작레버장치(4b)의 조작레버를 아암클라우드 방향으로 조작하면 조작레버장치(4b)의 지령치인 파일롯압이 유량제어밸브(5b)의 아암클라우드측의 유압구동부(51a)에 가해져, 아암은 바로 앞 방향으로 내려가도록 움직여진다. 한편, 이와 동시에, 조작레버장치(4b)의 파일롯압이 압 력검출기(61a)에서 검출되고, 각도검출기(8b)에서 검출한 아암의 회동각과 압력검출기(61a)에서 검출한 파일롯압이 연산부(9Bd)에 입력되어 제어용 아암실린더속도가 추정 연산되고, 연산부(9e)에서 제어용 아암에 의한 버킷선단속도(b)가 추정 연산된다. 또, 연산부(9c)에서는 도 6에 나타낸 관계로부터 버킷선단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷선단속도의 제한치 a(＜0)가 계산되고, 연산부(9f)에서는 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 c=a-by가 계산된다. 그리고 연산부(9g)에서 부움실린더속도의 제한치를 계산한 후, 연산부(9Bh)에서는 부움실린더(3a)의 부하압을 고려한 유량제어밸브(5a)의 유량특성에 의거하여 부움의 지령제한치를 구한다. 이때, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)로부터 멀고, a＜by(｜a｜＞｜by｜)일 때는 연산부(9f)에서 계산되는 제한치(c)는 부의 값으로 계산되고, 밸브지령연산부(9i)에서는 부움내림측의 유량제어밸브의 유압구동부(50b)의 파일롯압을 제한하도록 제한치에 대응하는 전압을 비례전자밸브(10b)에 출력하고, 부움올림측의 비례전자밸브(10a)에는 0의 전압을 출력하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부 (50a)의 파일롯압을 0으로 한다. 이 때, 조작레버장치(4a)는 조작되고 있지 않으므로, 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50b)에는 파일롯압은 출력되지 않는다. 이에 의하여 조작레버장치(4b)의 파일롯압에 따라 아암이 바로 앞 방향으로 움직여진다.

상기와 같이 아암이 바로 앞 방향으로 움직이고, 버킷선단이 설정영역의 경계(L)에 가까워짐에 따라 연산부(9c)에서 계산되는 버킷선단속도의 제한치(a)는 커지고(｜a｜는 작아지고), 이 제한치(a)가 연산부(9e)에서 계산되는 아암에 의한 버킷선단속도(b)의 경계(L)에 수직인 성분(by)보다도 커지면 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 c=a-by는 정의 값이되고, 밸브지령연산부 (9Bi)에서는 부움올림측의 비례전자밸브(10a)에 제한치에 대응하는 전압을 출력하여, 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)의 파일롯압을 해당 제한치로 하고, 부움내림측의 비례전자밸브(10b)에 0의 전압을 출력하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50b)의 파일롯압을 0으로 한다. 이에 의하여 버킷선단속도의 경계(L)에 수직인 성분이 버킷선단과 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례하여 서서히 제한되도록 부움올림에 의한 보정동작이 행해지고, 아암에 의한 버킷선단속도의 보정되어 있지 않은 경계(L)에 평행인 성분(bx)과 이 제한치(c)에 의한 보정된 속도에 의하여 도 10에 나타낸 바와 같은 방향변환제어가 행해져, 설정영역의 경계(L)에 따른 굴삭이 행해진다.

또, 버킷선단이 설정영역의 경계로부터 밀려나왔을 경우는, 연산부(9c)에서는 도 6에 나타낸 관계로부터 버킷선단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷선단속도의 제한치(a)가 정의 값으로 계산되고, 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷선단속도의 제한치 c=a-by(＞0)는 제한치(a)에 비례하여 커지고, 밸브지령연산부(9i)로부터 부움올림측의 비례전자밸브(10a)에 출력되는 전압은 제한치(c)에 따라 증대한다. 이에 의하여, 설정영역밖에서는 거리(D)에 비례한 버킷선단속도로 영역내로 복원하도록 부움올림에 의한 보정동작이 행해지고, 아암에 의한 버킷선단속도의 보정되어 있지 않은 경계(L)에 평행인 성분(bx)과 이 제한치 (c)에 의하여 보정된 속도에 의하여 도 11에 나타낸 바와 같이 설정영역의 경계(L)를 따라 서서히 되돌아가면서 굴삭이 행해진다. 따라서, 아암을 클라우드하는 것만으로 원활하게 설정영역의 경계(L)를 따른 굴삭이 행해진다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면 조작수단으로서 유압파일롯방식을 채용한 것에 있어서 제 1실시예와 동일한 효과가 얻어진다.

본 발명의 제 3실시예를 도 14 내지 도 33에 의하여 설명한다. 본 실시예는 제 1실시예와는 다른 영역제한 굴삭제어에 본 발명을 적용한 것이다. 도면중, 도 1에 나타낸 부재와 동등한 것에는 동일부호로 나타내고 있다.

도 14에 있어서, 본 실시예의 영역제한 굴삭제어장치는 부움실린더(3a)의 올림방향 작동의 바닥측의 부하압력을 검출하는 압력검출기(70)에 부가하여 아암실린더(3b)의 아암클라우드 방향작동의 바닥측 부하압력을 검출하는 압력검출기(71)를 구비하고, 이들의 검출신호가 제어유닛(9c)에 입력되어 있다.

제어유닛(9C)은 영역설정부와 영역제한굴삭제어부를 가지며, 영역설정부에서는 설정기(7)로부터의 지시로 버킷(1c)의 선단이 움직일 수 있는 굴삭영역의 설정연산을 행한다. 그 일례는 제 1실시예에서 설명했으므로 여기서는 설명하지 않는다.

또, 제어유닛(9C)의 영역제한 굴삭제어부에서는 도 15에 플로우챠트로 나타낸 처리에 의하여 프론트장치(1A)의 이동가능 영역을 제한하는 제어를 행한다. 이하 도 15에 나타낸 플로우챠트에 의하여 영역제한굴삭제어부의 제어기능을 명백히 하면서 본 실시예의 동작을 설명한다.

먼저, 수순 100에 있어서, 조작레버장치(14a∼14f)의 조작신호를 입력하고, 수순 110에서, 각도검출기(8a, 8b, 8c)에 의하여 검출한 부움(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)의 회전각을 입력한다.

다음에 수순 120에 있어서, 검출한 회전각(α, β, γ)과 미리 입력되어 있는 프론트장치(1A)의 각부 치수에 의거하여 프론트장치(1A)의 위치와 자세의 계산이 행해지고, 프론트장치(1A)의 소정부위의 위치, 예를 들면 버킷(1c)의 선단위치를 계산한다. 이 때의 계산은 앞서의 영역설정부에 있어서의 버킷선단위치의 계산과 같으며, 이 경우도 버킷선단의 위치는 XY좌표계의 값으로 구한후, XaYa좌표계로 변환한다.

다음에, 수순 130에 있어서, 각도검출기(8a, 8b, 8c)에서 검출한 부움, 아암, 버킷의 회동각의 저주파 성분과, 조작레버장치(14a, 14b, 14c)의 조작신호에 의한 부움, 아암, 버킷의 각속도의 고주파 성분과의 각각의 합에 의하여, 제어용 부움실린더속도, 아암실린더속도, 버킷실린더속도를 추정한다.

수순 130에 있어서의 처리내용을 수순(130-1∼130-3)에 따라 설명한다. 또한, 설명의 간략화를 위해 여기서는 아암의 각속도에 대해서만 설명한다.

먼저 수순 130-1에 있어서, 아암용 조작레버장치(14b)의 조작신호(S_4b)와, 미리 설정해둔 도 16에 나타낸 바와 같은 조작신호(S_4b)와 몇사이클전의 각도검출기 (8b)의 출력치를 사용하는가의 연산사이클수와의 테이블로부터, 아암조작신호(S_4b)의 크기에 따른 연산사이클수(n)를 구하고, 몇사이클전의 각도검출기(8b)의 출력치를 사용하느냐를 결정한다. 그리고, 제어유닛(9)의 1차기억메모리(RAM)에 현재 값을 포함하여 n사이클수 만큼의 각도검출기의 출력치를 보존하고, 이하의 식에 따라 각도검출기(8b)의 n사이클전의 출력치로부터 아암의 실측각속도(Ω₁)을 연산한다.

Ω₁= (α_a- α_a-n)/(T×n)

n : 사이클 수

α_a: 금회의 각도검출기 출력

α_a-n: n사이클전의 각도검출기 출력

T : 1사이클의 주기

이어서, 연산된 아암의 실측각속도(Ω₁)에 대한 신호상승 지연의 영향을 배제하기 위해서, 또 노이즈를 제거하기 위해서 실측각속도(Ω₁)에 대하여 로우패스필터처리를 실시한다. 이 때, 필터처리에 있어서의 컷오프 주파수는 미리 도 17에 나타낸 바와 같은 조작신호(S_4b)와 필터의 컷오프 주파수와의 테이블로부터 아암용 조작레버장치(14b)의 조작신호(S_4b)의 크기에 따른 컷오프주파수(f_L)를 연산하고, 이 컷오프주파수(f_L)를 사용하여 실측각속도(Ω₁)에 대하여 로우패스 처리를 실시한다. 이 값을 Ω₁₁로 한다.

다음에 수순 130-2에 있어서, 아암용 조작레버장치(14b)의 조작신호(S_4b)와, 미리 설정해둔 도 18에 나타낸 바와 같은 조작신호(S_4b)와 유량제어밸브(15b)에 의한 아암실린더속도(Va)와 미터링테이블로부터 조작신호(S_4b)의 크기에 따른 아암실린더속도(Va)를 연산한다. 그리고, 이하의 식에 따라 아암실린더속도(Va)를 아암 지령각속도(Ω₂)로 변환한다.

Ω₂=-Sa×Va/(L₄L₅Sin(π- β- α₂- β₂))

Sa=√(L₄ ²+L₅ ²-2L₄L₅cos (π- β- α₂- β₂))

Sa : 아암실린더길이

L₄: 아암실린더기부와 부움선단간의 거리(도 19참조)

L₅: 아암실린더선단과 부움선단간의 거리(도 19참조)

α₂: 부움기부와 부움선단을 연결하는 선분과 아암실린더 기부와 부움선단과를 연결하는 선분과 이루는 각도(도 19참조)

β : 부움기부와 부움선단을 연결하는 선분과 부움선단과 아암선단과를 연결하는 선분과 이루는 각도(도 19참조)

β₂: 부움선단과 아암실린더 선단과를 연결하는 선분과 부움선단과 아암선단과를 연결하는 선분과 이루는 각도(도 19참조)

다음에, 미리 설정해둔 도 20에 나타낸 바와 같은 조작신호(S_4b)와 필터의 컷오프 주파수의 테이블로부터 조작신호(S_4b)의 크기에 따른 컷오프 주파수(f_H)를 연산하고, 이 컷오프주파수(f_H)를 이용하여 지령각속도(Ω₂)에 대하여 하이패스처리를 실시한다. 이 값을 Ω_2h로 한다.

다음에 수순 130-3에 있어서, 먼저 지령각속도의 고주파성분(Ω_2h)에 게인(k)을 곱하고, 그리고 수순 130-1에 있어서 연산된 실측각속도의 저주파 성분(Ω₁₁)과의 합을 연산함으로써 제어용 아암각속도(Ω_a)를 산출한다.

Ω_a=Ω₁₁+ kΩ_2h

여기서, 상기와 같이 아암의 실측각속도(Ω₁)을 산출함에 있어서, 사이클수 (n)를 도 16)에 나타낸 테이블로부터 조작신호(S_4b)의 크기에 따라 구하는 이유를 설명한다.

(1) 아암각속도(8b)의 출력치로부터 아암각속도를 연산하는 경우,

각도검출기(8b) … 180°회전으로 0∼5V를 출력하는 포텐셔미터

A/B변환기 …0∼5V를 10비트(1024 분해능)로 변환

의 하드웨어로 구성하면, A/D변환했을 경우의 1digit당의 각도분해능(dθ)은,

dθ=180/1024 = 0.176°/digit

가 된다.

(2) 그러면, 각속도를 산출하는데는 어떤 시간(t)에 있어서의 각도의 변화량 (차이분)을 t로 나누면 된다. 여기서 각속도가 40°/sec, 각도연산주기가 10msec, 각속도연산에 사용되는 사이클수를 5사이클이라 하면, 5사이클의 사이에 검출되는 각도변화의 검출치는 이하와 같다.

(40°/sec/0.176/digit)×(5×10msec)=11 digit

(A/B 변환치는 정수이므로 소수점은 절사)

즉, 5사이클(50msec)에서 각도 변화량이 11 digit이기 때문에 이 결과로부터 역으로 각속도를 연산하면,

(11 digit×0.176°/digit)/50msec=38.72°/sec

가 되고, 바른값 40°/sec와는 오차가 생긴다. 이 오차는 수학식 2로부터도 알 수 있는 바와 같이, A/D변환한 값은 정수치이므로 반드시 ±0.5 digit 상당의 오차가 포함되는 것에 기인한다(양자화 오차). 이 오차를 작게하기 위해서는 각속도 연산에 사용되는 사이클수를 증가시켜 양자화 오차의 영향을 줄이면 된다. 예를 들면, 상기 예에 있어서 사이클수를 20사이클로 하면, 20사이클의 사이에 검출되는 각도 검출치는

(40°/sec/0.176°/digit) × (20×10msec) = 45 digit

이므로, 역으로 각속도를 연산하면,

(45 digit ×0.176°/digit) / 200msec = 39.6°/sec

가 되어, 수학식 3과 비교하여 각속도의 연산정밀도가 올라간다. 또, A/D변환치가 노이즈의 영향등으로 ±1 digit정도의 오차를 발생했다면, 그 영향은 사이클수가 5사이클인 경우,

((11+1)×0.176°/ digit) / 50msec = 42.2°/sec

((11-1)×0.176°/ digit) / 50msec = 35.2°/sec

이 되어, +2.2∼-4.8°/sec의 오차가 되나, 사이클수가 20사이클인 경우

((45+1)×0.176°/ digit) / 200msec = 40.5°/sec

((45-1)×0.176°/ digit) / 200msec = 38.7°/sec

가 되어, +0.5∼-1.3°/sec로 오차가 5사이클의 경우보다 작아진다.

따라서, 검출하고 싶은 각속도(Ω)(상기의 Ω₁에 상당)와 각속도의 연산 사이클의 적절치(n)의 관계는 이하와 같다.

Ω×N = 일정

이 관계를 도면으로 나타내면 도 21과 같이 된다.

(3) 실제로 연산을 행하는 경우, 각속도(Ω)는 미리 알고 있는 것은 아니기 때문에 Ω와 거의 비례관계에 있는 조작레버신호(S)(상기한 S_4b에 상당)를 Ω대신에 사용한다.

또, 연산 사이클수(n)는 무한으로는 될 수 없으므로, 어떤 상한(nmax)을 정한다. 또 Ω는 최대치(Ωmax)를 취하므로 Ωmax가 되는 조작신호를 Smax로 하면, 도 21은 도 16에 나타낸 바와 같이 된다.

이상과 같이, 각도검출기로부터의 출력을 미분하여 아암의 실측각도(Ω₁)를 산출할 때, 그 정밀도는 몇사이클 전의 각도검출기로부터의 출력치를 사용하여 미분하는가에 따라 결정되나, 조작시호(S_4b)의 크기를 목표로 하여, 이 신호가 작은 경우에는 비교적 적은 사이클전의 출력치를 사용하여 미분을 행하고, 또 신호가 큰 경우에는 비교적 적은 사이클전의 출력치를 사용하여 행함으로써, 정밀도가 거의 일정하게 유지된다.

다음에, 지령각속도(Ω₂)에 대해서 하이패스필터 처리를 실시할 때에, 컷오프주파수(f_H)를 도 20에 나타낸 테이블로부터 조작신호(S_4b)의 크기에 따라 구하는 이유 및 Ω_2h에 게인 k를 곱하는 것을 설명한다.

(4) 그러면, 각속도 40°/sec, 연산사이클 n=20, 각속도 검출주기 10msec라 하면, 아암이 움직이기 시작하고나서 부터의 아암의 각도의 변화량은 도 22와 같이 된다.

1사이클째 : 40°/sec×40msec×(1/0.176°/digit) = 2 digit

2사이클째 : 40°/sec×20msec×(1/0.176°/digit) = 4 digit

3사이클째 : 40°/sec×30msec×(1/0.176°/digit) = 6 digit

4사이클째 : 40°/sec×40msec×(1/0.176°/digit) = 9 digit

· · ·

또, 상기 계산결과로부터 각속도를 계산하면, 20사이클째까지는 20사이클전의 각도는 0이 되고, 21사이클째 들어가서 비로소 20사이클전의 각도가 2 digit로 계산되기 때문에,

1사이클째 : (1사이클째의 각도변화 - 20사이클전의 각도)/200msec×0.176=1.8°/sec

2사이클째 : (2사이클째의 각도변화 - 20사이클전의 각도)/200msec×0.176=3.5°/sec

3사이클째 : (3사이클째의 각도변호 - 20사이클전의 각도)/20msec×0.176=5.3°/sec

· · ·

20사이클째 : (20사이클째의 각도변화 - 20사이클전의 각도)/200msec×0.176=39.6°/sec

21사이클째 : (21사이클째의 각도변화 - 20사이클전의 각도)/200msec×0.176=39.6°/sec

· · ·

가 되어, 도 23에 나타낸 바와 같이 연산사이클 20을 경과하여 비로소 바른 값을 계산할 수 있게 된다. 따라서, 연산사이클이 작은 경우(조작신호 S_4b가 큰 경우)와, 큰경우(조작신호 S_4b가 작은 경우)에서는 각각 각속도가 도 24A 및 24B와 같이 연산된다.

(5) 상기 연산결과에 있어서, 상승후의 바른 각속도에 도달할 때까지의 시간(n 또는 n₂)의 오차를 보정하기 위하여, 도 18에 나타낸 바와 같은 조작레버신호(S_4b)와 아암실린더속도(Va)의 테이블을 미리 구해두고, S_4b에 대응하는 Va로부터, 지령각속도(Ω₂)를 산출하고, 이 지령각속도(Ω₂)에 대하여 컷오프주파수(f_H)를 바꾸어 하이패스필터 처리를 실시하면 도 25에 나타낸 바와 같은 특성이 되어, 도 24A 및 도 24B에 나타낸 상승시의 각도검출기의 오차를 보정하는데 불편이 없다.

즉, 도 24a의 연산사이클이 작은 경우(조작신호 S_4b가 큰 경우)는 도 26에 나타낸 바와 같이 지령각속도(Ω₂)에 대하여 컷오프주파수가 높은 하이패스필터 처리를 실시한 연산치에 적당한 게인(k₁)을 곱한 것을 각속도의 실측치(Ω₁)를 더해 넣으면 상승시에 있어서도 바른 값에 가까운 각속도가 얻어진다.

한편, 도 24b의 연산사이클이 큰 경우(조작신호 S_4b가 작은 경우)는 도 27에 나타낸 바와 같이 지령각속도(Ω₂)에 대하여 컷오프 주파수가 낮은 하이패스필터 처리를 실시한 연산치에 적당한 게인(K₂)를 곱한 것을 각속도의 실측치에 더해 넣어주면, 상승시에 있어서도 바른 값에 가까운 각속도가 얻어진다.

(6) 또한, 본 제어는 최종적으로 아암의 각속도로부터 부움실린더의 목표속도를 연산하는 것이나, 부움은 관성이 크고, 상승의 응답이 늦은 것이 예상된다. 그러므로, 부움의 응답지연을 보상하기 위하여, 상기 게인(k₁, k₂)을 비교적 크게 잡음으로써 아암각속도를 상승시에 있어서 도 28에 나타낸 바와 같이 크게 대략 계산(見積)한다. 이에 의하여 부움의 목표속도도 상승시에는 크게 계산되어, 지연에 대하여 보상하는 효과가 얻어진다. 이것은 실질상 미분제어와 동일한 효과이다.

이상과 같은 수순 130의 처리에 의하여 계산된 각속도성분중 저주파성분(Ω₁₁)은 각도검출기로부터의 출력을 미분한 실측치이므로, 프론트장치에 걸리는 부하나 오일온도에 영향을 받지 않고 정밀도 좋게 연산된다. 또 이 정밀도는 몇 사이클전의 각도검출기로부터의 출력치를 사용하여 미분하는가에 따라 결정되나, 상기와 같이 조작신호(S_4b)의 크기를 목표로 하여, 이 신호가 작은 경우는 비교적 많은 사이클전의 출력치를 사용하여 미분을 행하고, 또 신호가 큰 경우에는 비교적 적은 사이클전의 출력치를 사용하여 미분을 행함으로써 정밀도가 거의 일정하게 유지된다.

또, 조작신호(S_4b)의 크기를 목표로 하여, 이 신호가 작은 경우는 비교적 낮은 컷오프주파수로 필터처리를 행하고, 또 신호가 큰 경우에는 비교적 높은 컷오프주파수로 필터처리를 행하여, 실측각속도와 합성하여 제어용의 각속도를 추정하기 때문에, 조작수신호의 크기에 의존하는 각도검출기의 상승시의 검출오차가 보정되고, 상승시에 있어서도 바른값에 가까운 각속도가 얻어진다.

또, 지령각속도의 고주파성분(Ω_2h)에 곱하는 게인(k)을 적당히 선정함으로써, 신호의 상승지연의 보상의 정도를 최적으로 설정할 수가 있다.

또한, 부움등 기타의 프론트부재의 제어용 각속도를 연산하는 경우도 동일하므로 설명은 생략한다.

다음에 수순 140에 있어서, 수순 130에서 연산된 프론트부재의 각속도와 프론트장치(1A)의 각부 치수를 사용하여 버킷선단의 목표속도백터(Vc)를 연산한다. 목표속도백터(Vc)는 XY좌표계를 사용하여 계산한 후, 앞서 구한 XY좌표계로부터 XaYa좌표계로의 변환데이터를 사용하여 목표속도백터(Vc)를 XaYa 좌표계로 변환하고, 목표속도백터(Vc)의 설정영역의 경계에 평행인 방향의 백터성분(Vcx)와 수직인 방향의 백터성분(Vcy)을 구한다. 여기서, XaYa좌표계에서의 목표속도백터(Vc)의 Xa좌표성분(Vcx)은 목표속도백터(Vc)의 설정영역의 경계에 평행인 방향의 성분이 되고, Ya좌표성분(Vcy)는 목표속도백터(Vc)의 설정영역의 경계에 수직인 방향의 백터성분이 된다.

다음에 수순 150에 있어서, 버킷(1c)의 선단이 상기와 같이 설정한 도 29에 나타낸 바와 같은 설정영역내의 경계근방의 영역인 감속영역에 있는 경우에 있는지 여부를 판정하고, 감속영역에 있는 경우에는 수순 160으로 진행하여 프론트장치 (1A)의 감속을 행하도록 목표속도백터(Vc)를 보정하고, 감속영역에 있지 않을 때에는 수순 170으로 진행한다.

다음에 수순 170에 있어서, 버킷(1c)의 선단이 상기와 같이 설정한 도 29에 나타낸 바와 같이 설정영역밖에 있는 경우인지 여부를 판정하고, 설정영역 밖에 있는 경우에는 수순 180으로 진행하여 버킷(1c)의 선단이 설정영역으로 되돌아가도록 목표속도백터(Vc)를 보정하고, 설정영역 밖에 있지 않을 때에는 수순 185로 진행한다.

다음에 수순 185에서는 압력검출기(70, 71)에 의하여 검출한 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 부하압을 입력한다.

다음에 수순 190에 있어서, 압력검출기(70, 71)에서 검출한 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 각각의 부하압과, 도 9에 나타낸 것과 마찬가지인 부하압을 고려한 유량제어밸브(15a, 15b)의 유량특성에 의거하여, 수순 160 또는 180에서 얻은 보정후의 목표속도백터(Vc)에 대응하는 프론트부재의 각속도를 구하고, 다시 유량제어밸브(5a∼5c)의 조작신호를 계산한다. 이들은 수순 130에 있어서의 각속도의 계산 및 수순 140에 있어서의 목표속도백터(Vc) 계산의 역연산이다. 이와 같이 부움 및 아암의 유량제어밸브의 조작신호에 대하여 부하보상을 행함으로써 보다 더 부하변동의 영향을 받기 어려운 제어가 행해진다.

다음에 수순 200에 있어서, 수순 100에서 입력한 조작신호 또는 수순 190에서 계산한 조작신호를 출력하고, 처음으로 되돌아간다.

여기서 수순 150에 있어서 감속영역에 있는지 여부의 판정 및 수순 160에 있어서의 감속영역에서의 조작신호에 대하여 도 30 및 도 31을 사용하여 설명한다.

제어유닛(9)의 기억장치에는 도 30에 나타낸 바와 같은 설정영역내에 있어서 설정영역의 경계로부터 버킷(1c)의 선단까지의 거리(D1)와 감속백터계수(h)와의 관계가 기억되어 있다. 이 거리(D1)와 계수(h)와의 관계는 거리(D1)가 거리(Y_a1)보다 클 때는 h=0이고, D1이 Y_a1보다 작아지면, 거리(D1)이 감소함에 따라 감속백터계수 (h)가 증대하고, 거리 D1=0에서 h=1이 되도록 설정되어 있다. 여기서, 설정영역의 경계로부터 거리(Y_a1)의 범위가 감속영역에 상당한다. 수순 150에서는 상기한 XY좌표계로부터 XaYa좌표계로의 변환데이터를 사용하여 프론트 선단의 위치를 XaYa좌표계로 변환하고, 그 Ya좌표치를 거리(D1)로서 구하고, 이 거리(D1)(Ya좌표치)가 거리(Y_a1)보다 작아지면 감속영역에 진입했다고 판정한다.

또, 수순 160에서는 수순 140에서 계산한 버킷(1c) 선단의 목표속도백터(Vc)의 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 백터성분인 설정영역의 경계에 대하여 수직방향의 백터성분, 즉 XaYa 좌표계에 있어서의 Ya좌표의 성분 Vcy을 줄이도록 목표속도백터(Vc)를 보정한다. 구체적으로는 기억장치에 기억한 도 30에 나타낸 관계로부터 그때의 설정영역의 경계와 버킷(1c)의 선단과의 거리(D1)에 대응하는 감속백터계수(h)를 계산하고, 이 감속백터계수(h)를 목표속도백터(Vc)의 Ya좌표의 성분 (수직방향의 백터성분)(Vcy)에 곱하고, 다시 -1을 곱하여 감속백터 V_R(=-h·Vcy)를 구하고, Vcy에 V_R을 가산한다. 여기서, 감속백터(V_R)는 버킷(1c)의 선단과 설정영역의 경계와의 거리(D1)가 Y_a1보다 작아짐에 따라 커지고, D1=0에서 V_R=-V_cy가 되는 V_cy의 역방향의 속도백터이다. 이 때문에, 감속백터(V_R)를 목표속도백터(V_c)의 수직방향의 백터성분(V_cy)에 가산함으로써, 거리(D1)가 Y_a1보다 작아짐에 따라 수직방향의 백터성분(V_cy)의 감소량이 커지도록 백터성분(Vcy)가 감소되어 목표백터(Vc)는 목표백터(Vca)로 보정된다.

버킷(1c) 선단이 상기와 같은 보정후의 목표속도백터(Vca)와 같이 감속제어되었을 때의 궤적의 일례를 도 31에 나타낸다. 목표속도백터(Vc)가 경사 아래쪽으로 일정할 때에는 그 평행성분(Vcx)은 일정하게 되고, 수직성분(Vcy)는 버킷(1c)의 선단이 설정영역의 경계에 근접함에 따라(거리 D1이 Y_a1보다 작아짐에 따라)작아진다. 보정후의 목표속도백터(Vca)는 그 합성이므로, 궤적은 도 31과 같이 설정영역의 경계에 가까워짐에 따라 평행이 되는 곡선상이 된다. 또 D1=0에서 h=1, V_R=-Vcy가 되므로, 설정영역의 경계상에서의 보정후의 목표속도백터(Vca)는 평행성분(Vcx)에 일치한다.

수순 170에 있어서 설정영역 밖에 있는지 여부의 판정 및 수순 180에 있어서 설정영역 밖에서의 조작신호의 보정에 대하여 도 32 및 도 33을 사용하여 설명한다.

제어유닛(9)의 기억장치에는 도 32에 나타낸 바와 같은 설정영역 밖에 있어서의 설정영역의 경계로부터 버킷(1c)의 선단까지의 거리(D2)와 복원백터(A_R)와의 관계가 기억되어 있다. 이 거리(D2)와 복원백터(A_R)와의 관계는 거리(D2)가 감속함에 따라 복원백터(A_R)가 증대하도록 설정되어 있다. 이 거리(D2)는 수순 150에서 구한 프론트 선단위치의 Ya좌표치의 절대치에 상당한다.

수순 170에서는 수순 150에서 구한 프론트 선단위치의 Ya좌표치가 부의 값이 되었으면 설정영역 밖에 침입했다고 판단한다.

수순 180에서는 수순 150에서 구한 프론트 선단위치의 Ya좌표치의 절대치를 거리(D2)로서 구하고, 이 거리(D2)로부터 복원 백터(A_R)를 구하고, 이 복원백터(A_T)를 사용하여 수순 160에서 계산한 버킷(1c) 선단의 목표속도백터(Vc)의 설정영역의 경계에 대하여 수직방향의 백터성분, 즉 XaYa좌표계의 Ya좌표의 성분(Vcy)가 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 수직성분으로 변하도록 목표속도백터(Vc)를 보정한다.

구체적으로는, 수직방향의 백터성분(Vcy)을 캔슬하도록 Vcy의 역방향백터 (Acy)를 가산하여, 평행성분(Vcx)을 추출한다. 이 보정에 의하여 버킷(1c)의 선단은 설정영역 밖을 다시 나가려고 하는 동작이 저지된다. 그리고, 다음에 복원백터 (A_R)를 목표속도백터(Vc)의 수직방향의 백터성분(Vcy)에 다시 가산한다. 여기서, 복원백터(A_R)는 버킷(1c)의 선단과 설정영역의 경계와의 거리(D2)가 작아짐에 따라 작아지는 역방향의 속도백터이다. 이 때문에, 복원백터(A_R)를 목표속도백터(Vc)의 수직방향의 백터성분(Vcy)에 가산함으로써, 거리(D2)가 작아짐에 따라 수직방향의 백터성분이 작아지도록 목표속도백터(Vc)는 목표속도(Vca)로 보정된다.

버킷(1c) 선단이 상기와 같은 보정후의 목표속도백터(Vca)대로 복원 제어되었을 때의 궤적의 일례를 도 33에 나타낸다. 목표속도백터(Vc)가 경사 아래쪽으로 일정할 때는, 그 평행성분(Vcx)은 일정하게 되고, 또 복원백터(A_R)는 거리(D2)에 비례하므로, 수직성분은 버킷(1c)의 선단이 설정영역의 경계에 가까워짐에 따라(거리 D2가 작아짐에 따라)작아진다. 보정후의 목표속도백터(Vca)는 그 합성이므로, 궤적은 도 33과 같이 설정영역의 경계에 가까워짐에 따라 평행이 되는 곡선상이 된다.

따라서, 본 실시예에 의해서도 버킷선단이 설정영역내에 있는 경우는, 버킷선단속도의 설정영역의 경계에 수직인 성분은 버킷선단의 경계로부터의 거리(D1)에 따라 제한되므로, 부움내림동작에서는 버킷선단의 위치결정이 간단하고 원활하게 되고, 아암 클라우드 조작에서는 설정영역의 경계에 따라 버킷선단을 움직일 수가 있어, 영역을 제한한 굴삭을 능률좋고 원활하게 행할 수가 있다.

또, 버킷선단이 설정영역 밖에서는 버킷선단의 경계로부터의 거리(D2)에 따라 프론트장치가 설정영역으로 되돌아가도록 제어되므로, 프론트장치를 빨리움직였을 때에도 설정영역의 경계를 따라 프론트장치를 움직일 수가 있어, 영역을 제한한 굴삭을 정확하게 행할 수가 있다.

또, 이 때, 상기와 같이 미리 감속제어(방향변환제어)로 감속되고 있으므로, 설정영역 밖으로의 침입량은 적어지고, 설정영역으로 되돌아갈 때의 쇼크는 큰폭으로 완화된다. 이 때문에, 프론트장치를 빨리 움직였을 때도 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행할 수가 있어 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행할 수가 있다.

또, 본 실시예에서도 프론트부재의 제어용 각속도를 구할 때, 각도검출기로부터의 출력을 미분한 실측각도의 저주파성분과, 조작레버신호로부터 미터링 테이블을 사용하여 구한 지령 각속도의 고주파 성분과의 합에 의하여 프론트부재의 각속도를 추정하므로, 프론트에 걸리는 부하나 오일온도 등의 변화에 영향을 받지 않고, 또한 프론트가 움직이기 시작할 때의 연산상의 지연이 보상되어 정밀도가 높은 제어가 가능하게 된다.

또, 각속도의 추정연산에 있어서, 각도 검출기로부터의 출력을 미분한 실측치의 저주파성분(Ω₁₁)은 몇사이클전의 각도검출기로부터의 출력치를 사용하여 미분하는가에 의하여 정밀도가 결정되나, 상기와 같이 조작신호(S_4b)의 크기를 기준으로 하여, 이 신호가 작은 경우는 비교적 많은 사이클전의 출력치를 사용하여 미분을 행하고, 또 신호가 큰 경우에는 비교적 적은 사이클전의 출력치를 사용하여 미분을 행함으로써, 정밀도가 거의 일정하게 유지된다. 또, 조작신호(S_4b)의 크기를 기준으로 하여, 이 신호가 작은 경우는 비교적 낮은 컷오프 주파수로 필터처리를 행하고, 또 신호가 큰 경우에는 비교적 높은 컷오프 주파수로 필터처리를 행함으로서 필터처리의 정밀도 역시 일정하게 유지된다.

또, 지령각속도의 고주파성분(Ω_2h)에 곱하는 게인(k)을 적당히 선택함으로서 신호의 상승지연의 보상 정도를 최적으로 설정할 수가 있다.

이상 본 발명의 대표적인 실시예를 몇가지 설명했으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 가지의 변형이 가능하다.

예를 들면, 상기 실시예에서는 압력검출기로 부움 실린더 등의 부하압을 검출하여, 추정한 프론트 부재의 동작속도와 이 검출한 부하압을 사용하여 조작신호를 보정하여, 부하보상을 행하였으나, 실측동작속도의 저주파 성분과 지령동작속도의 고주파성분과를 조합하여 제어용 동작속도를 추정함으로서, 실용에 지장이 없을 정도의 부하보상이 행해지는 것이 판명되고 있어 부하압에 의한 조작신호의 보정(부하보상)은 반드시 필요하지는 않다.

여기서, 부하압에 의한 보정은 제어프로그램에 관련되는 유량제어밸브의 유량특성(설계치)을 미리 설정해두고, 이 유량특성을 보정함으로서 행한다. 그러나, 실제의 유량제어밸브의 유량특성은 제품마다 차이가 있어 설계치로 설정한 유량특성은 부하압으로 보정해도, 제품마다의 변동에 대응할 수 없어 제어정밀도의 향상에 한계가 있다. 또, 부하압을 검출하기 위한 센서도 필요하게 되어 원가가 상승하게 된다.

부하압에 의한 조작신호의 보정(부하보상)을 생략한 경우에도 본 발명에 의한 아암속도의 추정을 행하면, 유량 제어밸브의 유량특성에 대하여 그 기종의 대표치를 설정해두면 실용상 충분한 제어정밀도를 얻을 수가 있다.

또, 영역제한 굴삭제어를 행하기 위한 설정영역의 경계(L)에 대한 거리(D)로 하여 버킷선단에 대하여 설명했으나, 간이적으로 실시한다면 아암선단 핀으로부터의 거리를 취해도 좋다. 또 프론트장치와의 간섭을 방지하고 안전성을 도모하기 위하여 영역을 설정하는 경우는, 그 간섭이 일어날 수 있는 다른 부위이더라도 좋다.

또, 적용되는 유압구동장치는 오픈센터타입의 유량제어밸브를 가지는 오픈센터 시스템으로 했으나, 클로즈드센터타입의 유량제어밸브를 사용한 클로즈드센터 시스템이라도 좋다.

또, 유압셔블의 프론트 제어로서 영역제한 굴삭의 예를 나타냈으나, 프론트와 주위 물체와의 간섭을 방지하는 간섭방지제어, 프론트와 캡(cab)과의 간섭을 방지하는 간섭방지제어 등의 기타의 프론트 제어에 본 발명을 적용해도 좋다.

Claims

상하방향으로 회동가능한 복수의 프론트부재에 의하여 구성되는 다관절형의 프론트장치와, 상기 복수의 프론트부재를 구동하는 복수의 유압 액츄에이터와, 상기 복수의 프론트부재의 동작을 지시하는 복수의 조작수단과, 상기 복수의 조작수단으로 부터의 신호에 의하여 구동되고, 상기 복수의 유압 액츄에이터에 공급되는 압력유의 유량을 제어하는 복수의 유압제어밸브를 가지는 건설기계에 구비되어,

상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 제 1검출수단;

상기 제 1검출수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제 1연산수단과;

상기 복수의 조작수단중 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호를 사용하고, 상기 제 1연산수단에서 연산된 프론트장치의 위치와 자세에 의거하여 상기 제 1의 특정 조작수단에 대응하는 제 1의 특정 유압 액츄에이터에 의하여 구동되는 제 1의 특정 프론트부재의 동작속도를 추정하는 제 2연산수단을 구비하고, 이 추정한 동작속도를 사용하여 상기 프론트장치의 동작을 제어하는 건설기계의 프론트제어장치에 있어서,

상기 제 2연산수단은 상기 제 1검출수단으로부터의 신호에 의하여 상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도의 저주파 성분을 구하는 제 1연산·필터수단과, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호에 의하여 상기 제 1의 특정 프론트부재의 지령동작속도의 고주파 성분을 구하는 제 2연산·필터수단과, 상기 실측동작속도의 저주파 성분과 상기 지령동작속도의 고주파 성분을 조합하여 상기 제 1의 특정 프론트부재의 상기 제어용 동작속도를 추정하는 합성 연산수단을 가지는 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1연산·필터수단은, 상기 제 1검출수단으로 부터의 신호를 미분하여 상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측 동작속도를 구하는 수단과, 이 실측동작속도에 로우패스 필터처리를 실시하는 수단을 가지며, 상기 제 2연산·필터수단은, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호에 의하여 상기 제 1의 특정 프론트부재의 지령동작속도를 구하는 수단과, 이 지령동작속도에 하이패스 필터처리를 실시하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트 제어장치.
제 2항에 있어서,

상기 제 1연산·필터수단의 실측동작속도를 구하는 수단은, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호에 의하여 상기 제 1검출수단으로부터의 신호를 입력하기 위한 연산사이클수를 연산하는 사이클수 연산수단과, 최신의 연산사이클을 포함하고, 상기 연산사이클 수만큼, 상기 제 1검출수단으로부터의 신호를 보존하는 기억수단과, 상기 연산 사이클수단을 n, 상기 최신의 연산사이클에 있어서의 제 1검출수단으로부터의 신호를 α_a, n 사이클전의 제 1검출수단으로부터의 신호를 α_a-n, 1연산사이클의 주기를 T, 상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도를 Ω₁이라 했을 때,

Ω₁= (α_a- α_a-n)/(T×n)

의 식에 따라 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도를 연산하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트제어장치.
제 3항에 있어서,

상기 사이클수 연산수단은, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호가 커짐에 따라 상기 연산사이클수가 적어지도록 해당연산 사이클수(n)를 연산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트 제어장치.
제 4항에 있어서,

상기 제 2연산·필터수단의 하이패스필터 처리를 실시하는 수단은, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호가 커짐에 따라 높아지도록 컷오프 주파수를 연산하고, 이 컷오프 주파수를 사용하여 상기 지령동작속도에 하이패스 필터처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트 제어장치.
제 4항에 있어서,

상기 제 1연산·필터수단의 로우패스 필터처리를 실시하는 수단은, 상기 제 1의 특정 조작수단으로부터의 신호가 커짐에 따라 높아지도록 컷오프 주파수를 연산하고, 이 컷오프 주파수를 사용하여 상기 실측동작속도에 로우패스 필터처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 합성연산수단은, 상기 실측동작속도의 저주파 성분과 상기 지령동작속도의 고주파 성분을 가산하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트장치.
제 7항에 있어서,

상기 합성연산수단은, 상기 지령동작속도의 고주파 성분에 게인을 곱하는 수단을 더 구비하며, 상기 가산수단은 이 게인을 곱한 지령동작속도의 고주파 성분과 상기 실측동작속도의 저주파 성분을 가산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 프론트장치의 이동가능 영역을 설정하는 영역설정 수단과;

상기 제 2연산수단에 의하여 추정된 제 1의 특정 프론트부재의 동작속도를 이용하여, 상기 제 1연산수단에서 연산된 프론트장치의 위치와 자세에 의거하여, 상기 프론트장치의 동작속도를 추정하는 제 3연산수단과;

상기 제 3연산수단에 의하여 추정된 프론트장치의 동작속도를 사용하여, 상기 제 1연산수단에서 연산된 프론트장치의 위치와 자세에 의거하여 상기 프론트장치가 상기 설정영역내에서 그 경계근방에 있고, 상기 제 1의 특정 프론트부재가 상기 추정한 동작속도로 움직여질 때에, 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 이동속도를 제한하는데 필요한 제 2의 특정 프론트부재의 동작속도의 제한치를 연산하는 제 4연산수단과;

상기 제 2의 특정 프론트부재의 동작속도가 상기 제한치를 넘지 않도록 상기 제 2의 특정 프론트부재에 관계되는 제 2의 특정 조작수단으로부터의 신호를 보정하는 신호보정수단을 더 구비하고;

상기 신호 보정수단은, 상기 제 2의 특정 프론트부재의 동작속도의 제한치로부터 상기 제 2의 특정 조작수다으로부터의 신호의 제한치를 연산하고, 상기 제 2의 특정 조작수단으로부터의 신호가 이 제한치를 넘지 않도록 해당 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도 및 지령동작속도는 각각 상기 제 1의 특정 유압 액츄에이터의 속도인 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1의 특정의 프론트부재의 실측동작속도 및 지령동작속도는 각각 상기 제 1의 특정 프론트부재의 각속도인 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1의 특정 프론트부재는 유압셔블의 아암이고,

상기 제 2의 프론트부재는 유압셔블의 부움인 것을 특징으로 하는 건설기계의 프론트제어장치.
컴퓨터에 의하여 상하방향으로 회동가능한 복수의 프론트부재에 의하여 구성되는 다관절형의 프론트장치의 동작을 제어하기 위한 제어프로그램을 기억한 기록매체로서,

상기 제어프로그램은, 상기 컴퓨터에 상기 프론트장치의 위치와 자세를 연산시키고, 이 프론트장치의 위치와 자세에 의거하여 상기 복수의 프론트부재에 포함되는 제 1의 특정 프론트부재의 동작속도를 추정시키고, 이 추정한 동작속도를 사용하여 상기 프론트장치의 동작지령치를 연산함과 동시에,

상기 제 1의 특정 프론트부재의 동작속도를 추정함에 있어서, 상기 제 1의 특정 프론트부재의 실측동작속도의 저주파성분과, 제 1의 특정 프론트부재의 지령동작속도의 고주파 성분을 구하고, 이 실측동작속도의 저주파 성분과 지령동작속도의 고주파성분을 조합하는 것을 특징으로 하는 기록매체.