KR100335361B1 - 굴삭기의평탄작업제어장치및방법 - Google Patents

Abstract

부움 및 아암과 버켓으로 구성되는 작업장치를 가지는 굴삭기에 있어서, 상기 굴삭기의 차체에 대한 상기 부움의 회전각을 검출하는 부움회전각센서와, 상기 부움에 대한 상기 아암의 회전각을 검출하는 아암회전각센서와, 상기 작업장치의 작동을 조절하는 방향제어밸브들과, 상기 방향제어밸브들로의 작동유공급을 조절하는 전자비례식의 주제어밸브와, 상기 부움회전각 및 아암회전각에 관한 데이타와 작업조작기로부터 입력되는 작업조작신호에 관한 데이타를 이용한 소정의 제어연산을 수행하여 상기 주제어밸브의 동작을 제어하는 제어신호를 발생하는 수단을 구비하는 평탄작업제어장치

Description

굴삭기의 평탄작업제어장치 및 방법

본 발명은 굴삭기에 관한 것으로, 특히 굴삭기의 평탄작업을 자동으로 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

유압식 건설기계의 하나인 굴삭기는 다양한 종류의 작업을 수행하데, 그중 대표적인 것으로 평탄작업을 예로 들 수 있다. 굴삭기가 평탄작업을 수행함에 있어서, 운전자는 부움, 아암 및 버켓을 동시에 작동시켜야 하므로 수동으로만 작업을 수행할 수 밖에 없는 경우에는 고도의 숙련된 조작기술이 필요하다. 이러한 평탄작업을 운전자가 보다 간편하고 편리하게 수행할 수 있도록 하기 위하여 평탄작업수행을 위한 자동제어기술이 개발되어 왔다.

하나의 예로서, 일본국 특허공고번호 소 62-38495호에 개시된 기술에서는, 제 1 도에 보인 바와 같이, 부움(2), 아암(3) 및 버켓(4)의 회동축에 각각의 회전각(부움회전각 α, 아암회전각 β, 버켓회전각 γ)을 검출하는 회전각검출기들(8), (9) 및 (10)을 설치하고 미리 특정의 평탄작업면에 대한 기준회전각을 각각 설정한다음 운전자에 의한 아암조작레버의 조작만으로 버켓 및 부움의 작동을 자동으로 제어하는 방식을 사용하고 있다. 그러나, 버켓회전각검출기 (10)은 작업시에 흙이나 물, 암석등과 같은 작업현장물등에 빈번히 직접 접촉하는 버켓의 회동축에 장착된 채로 노출되기 때문에 거친 작업환경에 물리적으로 견디지 못하고 파손되거나 제대로 동작하지 못할 위험이 많다. 이러한 불리한 가능성은, 결과적으로, 이러한 방식을 사용하는 제어장치의 물리적 취약성은 물론 파손된 버켓회전각검출기는 다시 교체조립하여야 하는등의 실제적인 불편함들로 인해 평탄작업제어의 신뢰성과 안정성을 저하시키는 단점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 굴삭기에 있어서 평탄작업을 안정되고 신뢰성있게 제어할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 굴삭기의 버켓대한 회전각검출기를 장착하지 않고도 평탄작업을 안정되고 신뢰성있게 제어할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 부움 및 아암과 버켓으로 구성되는 작업장치를 가지는 굴삭기의 평탄작업제어장치에 있어서, 상기 굴삭기의 차체에 대한 상기 부움의 회전각을 검출하는 부움회전각센서와, 상기 부움에 대한 상기 아암의 회전각을 검출하는 아암회전각센서와, 상기 작업장치의 작동을 조절하는 방항제어밸브들과, 상기 방향제어밸브들로의 작동유공급을 조절하는 전자비례식의 주제어밸브와, 상기 부움회전각 및 아암회전각에 관한 데이타와 작업 조작기로부터 입력되는 작업조작신호에 관한 데이타를 이용한 소정의 제어연산을 수행하여 상기 주제어밸브의 동작을 제어하는 제어신호를 발생하는 수단을 구비함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 부움 및 아암과 버켓으로 구성되는 작업장치를 가지는 굴삭기의 평탄작업제어방법에 있어서, 상기 부움 및 아암과 상기 버켓에 대한 조작회전각과 상기 부움 및 아암에 대한 현재회전각과 조작모드신호 및 작업평탄각에 관한 데이타를 입력하는 제 1 과정과, 자동조작모드인 경우에는 상기 부움 및 아암에 대한 현재회전각에 관한 데이타를 이용하여 상기 부움 및 버켓에 대한 목표회전각을 각각 구한 다음 상기 부움 및 버켓에 대한 목표회전각과 상기 아암에 대한 조작회전각을 이용하여 상기 작업장치의 동작을 조절하는 밸브수단으로 인가되는 제어신호를 발생하고 수동조작모드인 경우에는 상기 부움 및 아암과 버켓에 대한 조작회전각을 이용하여 상기 밸브수단으로 인가되는 제어신호를 발생하는 제 2 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 참조되는 도면에서 제 1 도의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에 대하여는 제 1 도와 동일한 참조부호를 사용하였다.

제 2 도를 참조하면, 본 발명에 따른 제어장치는, 차체에 대한 부움의 회전각을 검출하는 부움회전각센서(12)와, 부움에 대한 아암의 회전각을 검출하는 아암회전각센서(14)와, 부움실린더(5), 아암실린더(6) 및 버켓실린더(7)의 작동을 각각 조절하는 방향제어밸브들(28), (30) 및 (32)와, 방향제어밸브들(28), (30) 및 (32)로의 작동유공급을 조절하는 전자비례식의 주제어밸브(26)과, 부움회전각센서(12)및 아암회전각센서(14)로부터 입력되는 각각 부움회전각 및 아암회전각에 관한 데이타와 작업조작기(16) 및 (18)로부터 입력되는 작업조작신호를 이용한 소정의 제어연산을 수행하여 주제어밸브(26)의 동작을 제어하는 제어신호를 출력하는 컨트롤러(22)를 갖고 있다. 또한, 콘트롤러(22)에는, 조작모드선택기(20)으로부터 수동 또는 자동조작을 지령하는 조작모드신호가 인가되며, 컨트롤러(22)의 동작을 관측/통제하는 모니터/키보드(24)가 연결된다. 전술한 제 2 도의 구성에서는, 종래와 같이 버켓회전각을 검출하는 수단이 구비되지 않는다.

다음, 제 3 도 및 제 4 도를 참조하며 제 2 도의 구성을 근거로 한 본 발명에 따른 제어방법을 설명한다. 먼저, 스텝-1에서, 작업조작기(16) 및 (18)로부터의 부움, 아암 및 버켓의 조작회전각 Φ1, Φ2 및 Φ3와, 조작모드선택기(20)으로부터의 조작모드신호와, 운전자가 키보드(24)를 통하여 입력한 평탄작업각 θ와, 부움회전각센서(12)로부터의 현재의 부움회전각 α0 및 아암회전각센서(14)로부터의 현재의 아암회전각 β0를 입력한 다음 스텝-2로 진행한다. 스텝-2에서는, 입력된 조작모드신호가 자동조작을 지령하는 조작모드신호인가를 판별한다. 자동조작모드신호인 경우에는 스텝-3으로 진행하고, 수동조작모드신호인 경유에는 스텝-6으로 진행한다.

스텝-3에서는, 버켓과 아암을 연결하는 회동축(15)에 대한 좌표값(x,y) 및 평탄작업각 θ를 이용하여 부움의 목표회전각 α*를 구한다.

이는, 제 4 도에 보인 바와 같이, 삼각함수법에 의한 좌표값 x 및 y에 관한 방정식,

x = L1 · sinα* + L2 · sin(α*+β0) - - (1)

y = L1 · cosα* + L2 · cos(α*+β0) - - (2)

과, 회동축 (15)에 관한 좌표값과 운전자에 의해 입력된 평탄작업각 θ와의 관계방정식,

에 의해 구해진다. 식(1) 및 (2)에서, L1은 차체(1)과 부움(2)를 연결하는 회동축으로부터 부움(2)와 아암(3)을 연결하는 회동축사이의 직선거리를 나타내며, L2는 부움(2)와 아암(3)을 연결하는 회동축으로부터 아암(3)과 버켓(4)를 연결하는 회동축사이의 직선거리를 나타낸다. 또한, 스텝-3에서는, 위와 같은 방식을 이용하여 γ* = k · β0 (k는 비례상수임)의 관계로부터 버켓의 목표회전각 γ*를 구한 다음 스텝-4로 진행한다.

스텝-4에서는, 부움의 목표회전각 α* 및 버켓의 목표회전각 γ*와 아암의 조작회전각 Φ2를 각각의 함수파라미터로 하여, 제 5 도, 제 6 도 및 제 7 도에 각각 나타낸 바와 같은 관계를 가지는 자동조작용의 부움 및 버켓과 아암방향제어밸브공급유량제어값 IBo=f(α*) 및 Iko=(γ*)와 IAo=(Φ2)을 각각 구한 다음 스텝-5로 진행한다. 스텝-5에서는, 스텝-4에서 구한 부움 및 버켓과 아암방향제어밸브공급유량제어값 IBo 및 Iko와 IAo에 대응하는 제어신호를 제 2 도의 주제어밸브(26)으로 인가한 다음 스텝-1로 궤한 진행한다.

한편, 스텝-2로부터 수동조작모드신호인 경우에 진행되는 스텝-6에서는, 작업조작기(16) 및 (18)로부터 입력되는 부움 및 아암과 버켓에 대한 조작회전각 Φ1 및 Φ2와 Φ3를 함수파라미터로 하는 각각의 해당하는 수동조작용의 방향제어밸브공급유량제어값 IBm=f(Φ1) 및 IAm=f(Φ2)와 IKm=f(Φ3)를 제 5 도에 보인 바와 같은 관계를 각각 가지도록 구한 다음 스텝-7로 진행한다. 스텝-7에서는 스텝-6에서 얻어진 수동조작용의 방향제어밸브공급유량제어값 IBm 및 IAm과 IKm에 대응하는 제어신호를 제 2 도의 주제어밸브 (26)으로 인가한 다음 스텝-1로 궤환진행한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 버켓회전각검출기를 사용하지 않고 평탄작업을 효율적으로 제어할 수 있기 때문에, 작업환경으로 인한 평탄작업제어시스템의 물리적 안정성을 보장하고 평탄작업제어의 간편성 및 신뢰성향상에 기여하는 효과가 있다.

제 1 도는 종래의 평탄작업제어장치의 외양구조를 보여주는 도면.

제 2 도는 본 발명에 따른 평탄작업제어장치의 구성을 보여주는 블럭도.

제 3 도는 본 발명의 평탄작업제어방법에 따른 알고리즘의 흐름도.

제 4 도는 본 발명에 의한 평탄작업제어장치의 외양구조를 보여주는 도면.

제 5 도는 본 발명의 실시예에 따라 나타나는 조작레버변위각과 주 제어밸브제어값과의 상관관계를 보여주는 그래프.

제 6 도는 본 발명의 실시예에 따라 나타나는 부움회전각속도와 부움방향제어밸브공급유량제어값과의 상관관계를 주는 그래프.

제 7 도는 본 발명의 실시예에 따라 나타나는 버켓회전각속도와 버켓방향제어밸브공급유량제어값과의 상관관계를 보여주는 그래프.

도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명

1: 굴삭기차체

2: 부움

3: 아암

4: 버켓

5: 부움실린더

6: 아암실린더

7: 버켓실린더

8: 부움회전각검출기

9: 아암회전각검출기

10: 버켓회전각검출기

Claims (2)

1. 부움 및 아암과 버켓으로 구성되는 작업장치를 가지는 굴삭기의 평탄작업 제어장치에 있어서,

   상기 굴삭기의 자체에 대한 상기 부움의 회전각을 검출하는 부움회전각센서;

   상기 부움에 대한 상기 아암의 회전각을 검출하는 아암회전각센서;

   상기 작업장치의 작동을 조절하는 방향제어밸브들;

   상기 방향제어밸브들로의 작동유 공급을 조절하는 전자비례식의 주제어밸브;및

   상기 부움회전각 및 아암회전각에 대한 데이터와 작업조작기로부터 입력되는 작업조작신호에 관한 데이터를 이용한 소정의 제어연산을 수행하여 상기 주제어밸브의 동작을 제어하는 제어신호를 발생할 수 있도록, 수동 또는 자동조작을 지령하는 조작모드신호와 평탄작업각에 대한 데이터를 입력하게 구성된 수단을 포함하여 이루어진 굴삭기의 평탄작업 제어장치.
2. 부움 및 아암과 버켓으로 구성되는 작업장치를 가지는 굴삭기의 평탄작업제어방법에 있어서,

   상기 부움 및 아암과 상기 버켓에 대한 조작회전각과 상기 부움 및 아암에 대한 현재회전각과 조작모드신호 및 작업평탄각에 관한 데이터를 입력하는 제 1 과정;

   자동조작모드인 경우에는 상기 부움 및 아암에 대한 현재회전각에 관한 데어터를 이용하여 상기 부움 및 버켓에 대한 목표회전각을 각각 구한 다음 상기 부움 및 버켓에 대한 목표회전각과 상기 아암에 대한 조작회전각을 이용하여 상기 작업장치의 동작을 조절하는 밸브수단으로 인가되는 제어신호를 발생하고, 수동조작모드인 경우에는 상기 부움 및 아암과 버켓에 대한 조작회전각을 이용하여 상기 밸브 수단으로 인가되는 제어신호를 발생하는 제 2 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 굴삭기의 평탄작업제어방법.