KR100395823B1 - 유압셔블의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유압셔블의 제어장치는, 각 조작레버의 조작량을 검출하는 각 조작량센서와, 이 조작량에 의거하여 특징량을 연산하는 특징량 추출부와, 복수의 멤버십함수를 기억하는 멤버십함수 기억부와, 연산된 각 특징량을, 각 멤버십함수에 적용함으로써, 그 각 특징량의 각 작업에 대한 적합도를 연산하는 적합도 연산부와, 미리 설정된 조작특성 설정값을 기억하는 조작특성 설정값 기억부와, 복수의 작업종류에 대응하여 연산된 적합도 및 기억된 조작특성 설정값에 의거하여 유압셔블의 제어용의 조작특성을 출력하는 조작특성 연산부를 구비하고 있으므로, 유압셔블의 조작특성을 향상시킬 수 있다.

Description

유압셔블의 제어장치{CONTROL APPARATUS FOR HYDRAULIC EXCAVATOR}

본 발명은, 유압셔블의 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 퍼지추론을 사용하여 유압셔블을 제어하는 유압셔블의 제어장치에 관한 것이다.

유압셔블과 같은 작업기계에 있어서는, 살포작업, 경사면 다지기작업, 경사면 다듬질작업, 크레인작업, 눌러붙이기 굴착작업, 화물싣기작업, 선회정지작업, 단순굴착작업, 홈굴착작업, 수평정지작업등의 많은 작업이 존재하며, 이들의 작업에 적합한 조작특성은 상이하다. 이 때문에, 몇개의 작업모드를 준비해놓고, 조작자가 수동으로 스위치를 조작함으로써, 작업모드의 전환을 행하고 있었다. 그러나, 이 스위치조작이 번잡하기 때문에 상기 작업모드는 충분히 익숙하게 사용되고 있지 않았다.

그래서, 작업모드의 전환을 행하기 위한 작업판별을 자동적으로 행하는 기술이 개발되었다. 그러나, 실제의 굴착작업에 있어서는, 어느 특정한 작업만이 행해지는 일은 적고, 예컨대 굴착작업을 행하고, 다음에 다듬질작업을 행하는 등과 같이, 복수의 작업이 조합되어, 이들의 작업으로의 전환이 빈번하게 행해지는 경우가많다.

이제, 유압펌프의 최대유량이, 단순굴착작업에 대하여 100%. 경사면 다듬질작업에 대하여 70%에 각각 설정되어 있다고 하자. 그리고, 조작자가 경사면 다듬질로부터, 단순굴착으로 옮기는 것 같은 작업을 하였다고 하자. 그러면, 유압펌프의 최대유량이, 70%로부터 100%로 급격히 변화하고, 이것에 의해 조작자는 상당한 충격을 느끼며, 그 결과, 유압셔블의 조작성이 크게 불량하게 되는 경우가 있다.

또, 작업판별에 필요한 각 특징량을 추출하기 위해서는, 소정시간(예컨대 15초간)의 각 조작량의 이력데이터를 필요로 한다. 이 소정시간내에 조작자가 조작을 전환하면, 조작량 이력데이터내에 상이한 종류의 작업의 데이터가 혼재하는 것으로 되어, 작업판별에 착오가 발생하기 쉽다. 따라서, 예를 들면 조작자가 조작을, 굴착작업으로부터 경사면 다듬질작업용의 조작으로 전환한 경우, 판별결과가 굴착작업으로 확정하기 직전에, 경사면 다듬질작업과는 별도의 다른 작업으로 판별되고, 결과로서 조작자가 의도하지 않는 작업모드로 전환하는 경우가 있다. 이와 같이 의도하지 않는 작업모드로 전환되므로 인한 조작의 위화감이 조작자로서는 현저하게 느껴지며, 그 결과, 유압셔블의 조작성이 불량하게 되는 경우가 있다

본 발명은, 조작의 전환시의 충격이나 위화감을 극력 적게하여 유압셔블의 조작특성을 향상시킬 수 있는 유압셔블의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 제어장치의 개략구성을 표시하는 블록도,

도 2는 본 발명의 실시형태 1에 관한 제어장치를 포함하는 유압셔블의 전체 시스템구성도,

도 3은 본 발명의 실시형태 1에 관한 제어장치의 작동설명도,

도 4는 붐조작 복잡도 표시량에 관한 멤버십함수의 실예의 도면,

도 5는 버킷조작 복잡도 표시량에 관한 멤버십함수의 실예의 도면,

도 6은 고속선회시간의 표시량에 관한 멤버십함수의 실예의 도면,

도 7은 버킷·암 정지시간의 표시량에 관한 멤버십함수의 실예의 도면,

도 8은 붐 역조작시간의 표시량에 관한 멤버십함수의 실예의 도면,

도 9는 붐 조작량 평균값의 표시량에 관한 멤버십함수의 실예의 도면,

도 10은 암 조작량 평균값의 표시량에 관한 멤버십함수의 실예의 도면,

도 11은 버킷조작량 평균값의 표시량에 관한 멤버십함수의 실예의 도면,

도 12는 본 발명에 관한 복잡도 표시량의 파악의 방식을 예시한 도면,

도 13은 본 발명에 관한 작업종류와 특징량과의 관계를 표시하는 도면,

도 14는 본 발명에 관한 조작특성 설정값(Pki)의 설정 및 기억방법을 예시한도면,

도 15는 본 발명에 관한 작업그룹화를 예시한 도면, 및

도 16은 본 발명에 관한 각 작업그룹과 조작특성 설정값의 관계를 표시하는 도면.

본 발명의 유압셔블의 제어장치는, 유압셔블의 각 작업용 액추에이터에 대응하는 각 조작레버의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단과, 상기 검출된 조작량에 의거하여 유압셔블의 조작의 특징을 표시하는 특징량을 연산하는 특징량 연산수단과, 작업종류별로 각 특징량에 대응시켜서 미리 설정된 퍼지추론용의 복수의 멤버십함수를 기억하는 멤버십함수 기억수단과, 상기 연산된 각 특징량을, 상기 기억된 각 멤버십함수에 적용함으로써, 이 연산된 각 특징량의 각 작업에 대한 적합도를 연산하는 적합도 연산수단과, 각 작업종류별로 각 조작특성에 대응시켜서 미리 설정된 조작특성 설정값을 기억하는 조작특성 설정값 기억수단과, 복수의 작업종류에 대응하여 연산된 적합도 및 기억된 조작특성 설정값에 의거하여 유압셔블의 제어용의 조작특성을 출력하는 조작특성 출력수단을 구비한다.

이 경우, 유압셔블의 각 작업용 액추에이터에 대응하는 각 조작레버의 조작량이 조작량 검출수단에 의해 검출되고, 상기 검출된 조작량에 의거하여 유압셔블의 조작의 특징을 표시하는 특징량이 특징량 연산수단에 의해 연산되고, 작업종류별로 각 특징량에 대응시켜서 미리 설정된 퍼지추론용의 복수의 멤버십함수가 멤버십함수 기억수단에 의해 기억되며, 상기 연산된 각 특징량이, 상기 기억된 각 멤버십함수에 적용되므로써, 이 연산된 각 특징량의 각 작업에 대한 적합도가 적합도 연산수단에 의해 연산된다. 이 때에, 각 작업종류별로 각 조작특성에 대응시켜서 미리 설정된 조작특성 설정값이 조작특성 설정값 기억수단에 기억되고, 복수의 작업종류에 대응하여 연산된 적합도 및 기억된 조작특성 설정값에 의거하여 유압셔블의 제어용의 조작특성이 조작특성 출력수단에 의해 출력된다. 즉, 단일의 작업종류에 대응하는 조작특성 설정값이 그대로 출력되는 것은 아니며, 여기서는 복수의 작업종류에 대응하는 적합도와 조작특성 설정값으로부터 구해진 조작특성의 출력값이 출력된다. 이것에 의해, 복수의 적합도가 조작특성의 출력값에 종합적으로 반영되는 것이다.

보다 구체적으로는, 예컨대 미리 각 특징량과 각 작업과의 관계가 퍼지룰에 의해 기술되어 있으며, 각 룰에 대한 적합도는, 미리 설정된 멤버십함수에 의거하여 계산되고, 조작특성의 출력값이, 각 작업마다에 설정된 조작특성값을 사용하여, 각 룰에 대한 적합도를 가중치(weight)로 한 가중평균(weighted average)에 의해 구해진다.

이것에 의해, 조작특성이 미리 정해진 값에 ON-OFF 식으로 전환되는 것은 아니며, 중간의 값이 출력된다. 예컨대, 유압펌프의 최대유량이 상기 관련기술과 동일한 경우에 있어서는, 그 출력값은 100%와 70%의 중간인 85%로 된다.

따라서, 예컨대 조작자가 경사면 다듬질로부터, 단순굴착과 같은 작업을 하는 경우에도, 작업전환의 전후에서 미리 기억된 조작특성 설정값 이외의 중간 출력값을 제어값으로 할 수가 있으므로, 유압펌프의 최대유량이 스텝식으로 변화되지 않고, 단계적으로 변화하여 조작특성의 전환이 원활하게 된다.

또, 조작량 이력데이터내에 상이한 종류의 작업의 데이터가 혼재하는 경우에도, ON-OFF식인 전환에 비교하여, 각 적합도를 고려한 제어로 되어 있어, 오판별 즉 조작자가 의도하지 않는 작업의 적합도가 크게되는 것 같은 경우에도, 그들의 조작특성에 미치는 영향이 평균화되므로, 조작의 위화감이 감소된다.

또한, 조작특성 설정값을 동일한 조작특성을 갖는 작업종류마다 그룹화하고, 각 작업그룹마다의 적합도 및 조작특성 설정값에 의거하여 유압셔블의 제어용의 조직특성을 출력한다면, 어느 특정 조작특성이 중복하여 출현하게 되어, 그 조작특성이 강조되는 것을 방지할 수 있다.

보다 구체적으로는, 예컨대 미리 각 특징량과 각 작업그룹과의 관계가 퍼지룰로 기술되어 있고, 각 룰에 대한 적합도는, 미리 설정된 멤버십함수에 의거하여 계산되며, 조작특성의 출력값이, 각 작업그룹마다에 설정된 조작특성값을 사용하여, 각 룰에 대한 적합도를 가중치로 한 가중평균에 의해 구해진다.

그 결과, 어느 경우에도, 조작의 전환시의 충격이나 위화감을 극력 적게 하여 유압셔블의 조작특성의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명은, 조작의 전환시의 충격이나 위화감을 극력 적게하여 유압셔블의 조작특성을 향상시킬 수 있는 유압셔블의 제어장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

(바람직한 실시예의 설명)

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 관하여 설명한다. 또한, 아래의 실시형태는 본 발명을 구체화한 하나의 예로서, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

(실시형태 1)

도 2는 본 발명의 실시형태 1에 관한 제어장치를 포함하는 유압셔블의 전체 시스템구성도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 유압셔블은, 엔진(10)과, 이 것을 구동원으로 하는 2대의 유압펌프(11, 12)와, 작업용 액추에이터인 붐용 유압실린더(13), 암용 유압실린더(14), 버킷용 유압실린더(15), 선회용 유압모터(16), 우측주행용 유압모터(17) 및 좌측주행용 유압모터(18)와, 이들의 기기(1 내지 18)의 동작을 제어하는 제어기(19)를 구비하고 있다.

유압펌프(11)는 붐용 유압실린더(13), 버킷용 유압실린더(15) 및 우측주행용 유압모터(17)에 압유를, 각각 대응하는 제어밸브(13a, 15a, 17a)를 통하여 공급하고, 이들을 구동한다. 유압펌프(12)는, 암용 유압실린더(14), 선회용 유압모터(16) 및 좌측주행용 유압모터(18)에 압유를, 각각 대응하는 제어밸브(14a, 16a, 18a)를 통하여 공급하고, 이들을 구동한다.

각 제어밸브(13a 내지 18a)는, 각각 붐용 조작레버(20), 버킷용 조작레버 (21), 우측주행용 조작레버(22), 암용 조작레버(23), 선회용 조작레버(24) 및 좌측 주행용 조작레버(25)를 구비한 조작장치의 도시하지 않은 파일럿밸브로부터 각 조작레버(20 내지 25)의 조작량 및 조작방향에 맞는 파일럿압유가 공급되어 전환동작이 행해진다. 또한 여기서는, 설명의 편의상, 각 조작레버를 개별로 설치하고 있는데, 실제 기계에 있어서는, 그들의 공통화가 도모되어 있다.

또 유압펌프(11, 12)는, 가변용량형의 것이며, 그 토출유량을 규제하는 경전각(傾轉角)이 각각 제 1 비례 전자밸브(26) 및 제 2 비례 전자밸브(27)에 의해 생성되는 2차압에 의해 도시하지 않은 레귤레이터를 통하여 조정가능하게 되어 있다.

요컨대, 이들 전자밸브(26, 27)의 통전제어에 의해 유압펌프(11, 12)의 토출유량이 제어가능하게 되어 있다.

한편, 이 유압셔블은, 각 조작레버(20 내지 25)의 조작방향을 포함하는 조작량을 검출하는 각 조작량센서(조작량 검출수단에 상당)(1)인 붐 조작량센서(20a). 버킷 조작량센서(21a), 우측주행 조작량센서(22a), 암 조작량센서(23a), 선회조작량센서(24a) 및 좌측주행 조작량센서(25a)를 구비하고 있다. 각 조작량센서(1)는, 예컨대 압력센서에 의해 구성되고, 각 조작레버(20 내지 25)의 조작량에 따른 신호를 제어기(19)에 출력한다.

또한, 도시하지 않은 관로가 유압펌프(11, 12)의 관로에 접속되어 있다. 이것에 의해, 붐용 유압실린더(13), 암용 유압실린더(14)에는 양 펌프로부터 압유가 공급되고, 또 각 액추에이터의 비작동시에는 압유가 도시하지 않은 탱크로 환류된다.

도 1은, 본 실시형태 1에 관한 제어장치(이하, 「본 장치」라 한다.)의 개략구성을 표시하는 블록도이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 장치의 주요부를 이루는 제어기(19)는 예컨대 마이크로컴퓨터에 의해 구성되어 있다. 그 기능적 구성으로서, 각 조작량센서(1)로부터의 출력신호를 A/D 변환하는 A/D 변환기 (28)와, 이 A/D 변환된 각 조작레버(20 내지 25)의 조작량을 표시하는 데이터를 연속한 소정시간(예컨대 20초간) 유지하고, 그것을 예컨대 5초마다 갱신해가는 데이터유지부(29)와, 이 유지된 데이터에 의거하여 유압셔블의 특징을 표시하는 특징량을 추출하는 특징량 추출부(특징량 연산수단에 상당)(2)와, 작업종류별로 각 특징량에 대응시켜서 미리 설정된 퍼지추론용의 복수의 멤버십함수를 기억하는 멤버십함수 기억부(멤버십함수 기억수단에 상당)(3)와, 상기 연산된 각 특징량을, 이 기억된 각 멤버십함수에 적용함으로써, 이 연산된 각 특징량의 각 작업에 대한 적합도를 연산하는 적합도 연산부(적합도 연산수단에 상당)(4)를 구비하고 있다.

또한, 특징량 추출부(2)는, 작업종류별로 판별하기 위해서, 후술하는 복수종류의 특징량을 데이터유지부(29)에 유지된 각 조작레버(20 내지 25)의 소정시간분량의 조작량데이터로부터 각각 파악되는 붐조작 복잡도 파악부(31), 암조작 복잡도 파악부(32), 버킷조작 복잡도 파악부(33), 고속 선회시간 파악부(34), 붐 역조작시간 파악부(35), 버킷·암 정지시간 파악부(36), 붐조작 평균값 파악부(37), 암조작 평균값 파악부(38) 및 버킷조작 평균값 파악부(39)를 구비하고, 적합도 연산부(4)는 멤버십함수 기억부(3)에 기억된 멤버십함수를 사용하여, 작업시에 상기 각 파악부(31 내지 39)에 파악되는 각 특징량의 각 작업종류별에 대한 적합도를 구하도록 구성되어 있다.

그러나, 제어기(19)는, 각 작업종류별로 각 조작특성에 대응시켜서 미리 설정된 조작특성 설정값을 기억하는 조작특성 설정값 기억부(조작특성 설정값 기억수단에 상당)(5)와, 전체 작업종류에 대응하여 연산된 적합도 및 기억된 조작특성 설정값을 종합적으로 받아들여서, 이들 모두를 가미한 유압셔블의 제어용의 조작특성을 연산하고, 이것을 출력하는 조작특성 연산부(조작특성 출력수단에 상당)(6)를 구비하고 있다.

그리고, 제어기(19)의 조작특성 연산부(6)로부터의 출력신호에 의해 유압펌프 제어부(7)가 제 1, 제 2 비례전자밸브(26, 27)를 동작시킨다, 이하, 제어기(19) 등의 동작에 관하여 도 3 내지 도 11을 참조하여 설명한다.

본 실시형태 1에서는, 이 특징량 추출부(2)에 의해 추출되는 작업종류별은,단순굴착작업, 경사면 다듬질작업, 홈굴착작업, 수평굴착작업, 선회정지작업, 경사면다지기작업, 살포작업, 눌러붙이기작업, 크레인작업 및 화물싣기작업의 10종류가 있으며, 각 작업종별의 작업내용의 개요는 아래와 같다.

단순굴착작업은, 차량의 전방개소에서 버킷을 지면에 눌러대고, 암 및 붐의 동작에 의해 버킷을 앞으로 끌어넣으므로써 지면에 구멍을 뚫는 작업이다. 경사면다듬질작업은, 버킷, 암, 붐의 동시동작에 의해 버킷을 경사면을 따르게 하고, 이 상태에서 암이나 붐을 동작시켜서 버킷에 의해 경사면을 깍아 가는 작업이다. 홈굴착작업은, 차량의 전방개소에서 버킷을 지면에 눌러대고, 암 및 붐의 동작에 의해 버킷을 앞으로 끌어넣으므로써 지면에 홈을 뚫는 작업이다. 수평굴착작업은, 차량의 전방개소에서 버킷을 지면의 볼록부에 눌러대고, 암 및 붐의 동작에 의해 버킷을 앞으로 끌어넣으므로써, 지면의 볼록부를 깍아내는 작업이다. 선회정지작업은, 버킷을 지면에 접촉시켜, 이 상태에서 선회동작을 행함으로써 정지를 행하는 작업이다. 경사면다지기작업은, 붐의 상하운동의 반복에 의해 버킷을 지면에 세차게 내리쳐서 지면을 다지는 작업이다. 살포작업은 버킷, 암, 붐의 동시동작에 의해, 버킷으로 흙을 떠내고, 그것을 버킷의 동작에 의해 살포하는 작업을 고속으로 반복하는 작업이다. 눌러붙이기 굴착작업은, 차량의 측방향 개소에서 차량의 전후방향으로 홈을 뚫는 경우 등에, 선회동작을 행하면서, 버킷을 지면에 눌러대어 끌어넣어서 굴착을 행하는 작업이다. 크레인작업은, 버킷의 날끝에 로프등을 통하여 운반물을 매달고, 이 운반물의 이동을 행하는 작업이다. 화물싣기작업은, 유압셔블을 수송할 때에, 트레일러등에 유압셔블을 싣는 작업이다.

이들의 작업종류별 특징량을 추출하는 특징량 추출부(2)의 붐조작 복잡도 파악부(31)는, 붐용 조작레버(20)의 상기 소정시간분량의 조작량데이터로부터, 이 소정시간내에서 이 조작레버의 조작량이 증감변동되는 비율을 붐조작의 복잡도를 표시하는 복잡도 표시량으로서 파악한다. 버킷조작 복잡도 파악부(33)는, 버킷용 조작레버(21)의 상기 소정시간분량의 조작량데이터로부터, 이 소정시간내에서 이 조작레버의 조작량이 증감변동되는 비율을 붐조작의 복잡도를 표시하는 복잡도 표시량으로서 파악한다. 이와 같이 하여 구하는 예를 도 12에 표시하고 있다.

본 실시형태 1에서는, 붐조작 복잡도 파악부(31)는, 소정시간분량(예컨대 15초간 분량)의 붐용 조작레버(20)에 관한 조작량의 시간적 변화를 표시하는 파형(a) 이 데이터유지부(29)에 유지된 복수의 조작량(S1 내지 S5)(상기 도 12에서는 각각, -10.0, -5.0, 5.0, 10.0)을 표시하는 직선(b1 내지 b5)의 각각과 교차하는 교점(P1 내지 P5)의 개수, 환언하면, 소정시간내에서 붐용 조작레버(20)의 조작량이 각 조작량(S1 내지 S5)보다 작은 조작량으로부터 이 조작량 (S1 내지 S5)보다 큰 조작량으로 또는 큰 조작량으로부터 작은 조작량으로 변화하는 회수(각 조작량(S1 내지 S5)의 상하로 변화하는 회수)를 각 조작량(S1 내지 S5)마다 구한다. 그리고, 각 조작량(S1 내지 S5)에 대응하는 각 교점(P1 내지 P5)의 개수의 평균값을 붐조작의 복잡도 표시량(ch1)으로서 구한다.

예컨대, 도 3에 표시하는 바와 같은 붐용 조작레버(21)의 조작량의 파형(a)에서는, 각 소정조작량(S1 내지 S5)에 대응하는 복잡도 표시량은 「9.6」으로 된다. 이와 같은 복잡표시량을 구하는 방법은, 버킷조작 복잡도 파악부(33)의 버킷조작의 복잡도 표시량(ch2)에 관해서도 동일하다. 단, 상기 조작량(S1 내지 S5)은, 각 조작레버마다에 각별히 정해져 있다(상기 도 12에서는, - 5.0 만인것으로 한다).

이들의 붐조작 및 버킷조작의 복잡도 표시량(ch1, ch2)은, 각각 붐용 조작레버(20) 및 버킷용 조작레버(21)가 상기 소정시간내에서 빈번하게 증감조작되는 정도를 표시하는 것이며, 표시량(ch1, ch2)이 클수록, 각 조작레버가 빈번하게 증감조작되어서, 복잡한 붐조작 및 버킷조작이 행해지고 있는 것을 의미한다.

이 경우, 복수의 소정조작량(S1 내지 S5)에 대응하는 직선(b1 내지 b5)과의 교점(P1 내지 P5)의 개수의 평균값을 붐조작이나 버킷조작의 복잡도 표시량으로 함으로써, 동일작업에 있어서 작업자의 기호나 작업환경등에 의해, 각 조작레버의 조작량의 증감폭이 분산되는 것 같은 경우라 하더라도, 각 조작레버가 빈번하게 증감조작되는 정도(조작의 복잡도)를 상기 표시량(ch1, ch2)에 의해 적정하게 파악할 수 있다. 또한, 도 3의 우측근처의 개소에 표시하는 바와 같이, 단순한 진동 등에 의해, 약간의 증감폭으로 각 조작레버의 조작량이 증감하는 것 같은 경우에, 이 조작레버가 빈번히 증감조작되어 있다고 확인해 버리는 사태를 배제할 수 있다. 이 복잡도 표시량은, 상기 각 교점(P1 내지 P5)의 개수의 최소값을 이 복잡도 표시량으로서 구해도 좋다. 이 경우, 도 3의 파형(a)에서는, 이 복잡도 표시량은「8」로 된다.

고속선회시간 파악부(34)는, 선회용 조작레버의 상기 소정시간분량의 조작량데이터로부터, 이 소정시간내에서, 이 조작레버의 조작량의 크기가 미리 정해진 소정의 조작량(상기 도 12에서는 30.0) 이상으로 되는 시점수, 예컨대, 그와 같은 시간의 합계를 구하고, 그것을 고속 선회시간의 표시량(ch3)으로서 파악한다. 이 고속선회시간의 표시량(ch3)은, 상기 소정시간내에서, 유압셔블의 고속선회동작이 행해진 합계시간을 의미한다.

버킷·암 정지시간 파악부(36)는, 붐용, 암용 및 버킷용의 각 조작레버에 관한 상기 소정시간분량의 조작량데이터로부터, 이 소정시간내에서 붐용 조작레버 (20)의 조작량(절대값)이 미리 정해진 소정의 조작량(상기 도 12에서는 3.0) 이상이며, 또한 암용 조작레버(23) 및 버킷용 조작레버(21)의 각 조각량(절대값)이 각각 미리 정해진 소정의 조작량(상기 표 1에서는 3.0) 이하로 되는 시점수, 예컨대 그와 같이 되는 시간의 합계를 구하고, 그것을 버킷·암 정지시간의 표시량(ch4)으로서 파악한다. 이 버킷·암 정지시간의 표시량(ch4)은, 버킷 및 암을 대략 정지시킨 상태에서, 붐만을 구동하는 상태의 상기 소정시간내에서의 합계시간을 의미한다.

붐 역조작시간 파악부(35)는, 붐용, 암용 및 버킷용의 각 조작레버에 관한 상기 소정시간분량의 조작량데이터로부터, 이 소정시간내에서 붐용 조작레버(20) 및 암용 조작레버(23)의 각 조작량이 붐 및 암의 상승측에서 각각 미리 정해진 소정의조작량(상기 도 12에서는 3.0) 이상으로 되며, 또한, 버킷용 조작레버(21)의 조작량이, 버킷의 끌어넣기측에서 미리 정해진 소정의 조작량(상기 도 12에서는 - 3.0) 이하로 되는 시점수, 예컨대 그와 같이 되는 시간의 합계를 구하고, 그것을 붐 역조작시간의 표시량(ch5)으로서 파악한다. 이 붐 역조작시간의 표시량(ch5)은,붐 및 암이 상승측으로 구동되는 한편, 버킷이 끌어넣어지는 쪽으로 구동되는 상태의 상기 소정시간내에서의 합계시간을 의미한다.

붐조작 평균값 파악부(37), 암조작 평균값 파악부(38) 및 버킷조작 평균값 파악부(39)는, 각각 붐용, 암용 및 버킷용의 각 조작레버에 관한 상기 소정시간분량의 조작량데이터로부터, 이 소정시간내에서 각 조작레버의 조작량(절대값)의 평균값을 구하고, 각각 붐조작량 평균값의 표시량(ch6), 암조작량 평균값의 표시량(ch7) 및 버킷조작량 평균값의 표시량(ch8)으로서 파악한다.

본 실시형태 1에서는, 이들의 각 파악부(31 내지 39)에 의해 파악되는 표시량(ch1 내지 ch8)을 유압셔블의 동작상태를 표시하는 특징량으로 한다. 이와 같이 구한 작업종류와 특징량과의 관계를 도 13에 도시한다.

멤버십함수 기억부(3)에 기억유지된 멤버십함수는, 이 도 13으로부터 유도되는 것이며, 상기 붐조작의 복잡도 표시량 등인 8종류의 각 특징량의 값과, 상술한 각 작업종별에 대응하는 특징량의 적합도와의 에정된 관계를 표시하는 것이다. 그리고, 각 작업종류마다에, 상술한 각 특징량에 대응하는 멤버십함수가 멤버십함수 기억부(3)에 기억유지된다.

즉, 이 멤버십함수는, 각 작업종류별과 각 특징량과의 조마다에 설정된다. 이 경우, 각 작업종류별과 각 특징량과의 각조에 대응하는 멤버십함수는, 기본적으로는, 각 작업종류별의 실제의 작업시에 상술한 각 특징량이 통상적으로 취해지는 값의 범위이며, 그 특징량의 값에 대응한 적합도가 최대값(본 실시형태에서는「1」)으로 되며, 이 특징량의 값이 상기 범위로부터 벗어남에 따라서, 서서히 적합도가 작게 되도록 설정된다.

예컨대 도 4 내지 도 11은, 단순굴착작업에 관한 예인데, 통상, 붐용 조작레버(20) 및 버킷용 조작레버(21)가, 단시간에 빈번하게 증감조작되는 때는 적으므로, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 상기 붐조작의 복작도 표시량 및 버킷조작의 복잡도 표시량의 값이「0」을 포함하여 비교적 낮은 범위에서, 적합도가 최대의「1」로 되도록 멤버십함수가 설정된다.

또 단순굴착작업에 있어서는, 통상, 고속선회를 행하는 동작이나, 버킷 및 암을 대략 정지한 상태에서 붐만을 구동하는 동작, 붐을 상승측으로 구동하면서 버킷 및 암을 끌어넣는 측으로 구동하는 상태의 빈도가 적기 때문에, 도 6 내지 도 8에 도시하는 바와 같이, 상기 고속선회시간, 버킷·암 정지시간 및 붐 역조작시간의 값이「0」을 포함하여 비교적 낮은 범위에서, 적합도가 최대의「1」로 되도록 멤버십함수가 설정된다.

또 단순굴착작업에 있어서는, 통상, 붐용 조작레버(20) 및 버킷용 조작레버 (21)가 비교적 큰 조작량으로 조작되는 경우가 많으며, 이 때문에, 도 9 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 상기 붐조작량 평균값 및 버킷조작량 평균값이 어느 값 이상의 비교적 큰 범위에서, 적합도가 최대의「1」로 되도록 멤버십함수가 설정된다.

그리고, 암조작레버(23)는, 중정도의 조작량으로 조작되는 경우가 많으므로, 도 10에 도시하는 바와 같이, 상기 암조작량 평균값의 값이 중정도의 범위에서, 적합도가 최대의「1」로 되도록 멤버십함수가 설정된다.

이와 같은 작업종류별마다의 각 특징량에 대한 멤버십함수의 설정은, 다른작업에 관해서도 동일하며, 각 작업이 통상 취할 수 있는 값의 범위에서, 그 특징량의 값에 대응한 적합도가 최대의「1」로 되도록 각 멤버십함수가 설정된다. 또한, 각 작업종류별에 관하여, 특징량의 통상적인 값의 범위가, 이 특징량의 전체범위에 걸치는 것 같은 경우에는, 그 특징량의 전체범위에 걸쳐서 적합도가 최대의「1」로 되도록 멤버십함수가 설정된다.

적합도 연산부(4)는, 작업시에 상기 각 파악부(31 내지 39)에 의해 실제로 파악된 각 특징량의 값으로부터, 상기와 같이 해서 설정된 멤버십함수를 사용하여 각 작업종류마다에, 각 특징량의 각 작업종류별에 대한 적합도를 구한다.

구체적으로는, 적합도 연산부(4)는, 상기 표 1에서 각 특징량(ch1 내지 ch8)을 사용하여 상기 멤버십함수로부터 계산되는 각 작업의 특징량에 대한 적합도 (μij)(i=1~9, j=1~8)의 논리곱 혹은 논리합으로부터, 각 작업의 적합도 (hi) (i=1~9)를 아래와 같은 수식을 사용하여 계산한다.

hi = μil×μi8 (A)

혹은

hi = min(μil,…, μi8) (B)

단, i = 1은 단순굴착작업, 2는 경사면다듬질작업, 3은 홈굴착작업, 4는 수평정지작업, 5는 선회정지작업, 6은 경사면다지기작업, 7은 살포작업, 8은 눌러붙이기굴착작업, 9는 크레인작업을 표시하며, min( )은 최소값을 계산하는 처리를 표시하고 있다.

조작특성 설정값 기억부(5)는. 응답시 정수 기억부(41)와, 흡수마력 기억부(42)와, 유량변경 기억부(43)와, 최대공급유량 기억부(44)를 구비하며, 각 기억부 (41 내지 44)에 각 작업에 대하여 요구되는 조작특성 설정값(Pki)을 예컨대 도 14와 같이 설정하여 기억시킨다.

즉, 응답시 정수 기억부(41)는, 각 조작레버의 조작량의 변화속도에 대한 각 액추에이터의 작동속도의 변화속도를 규제하는 응답시 정수를 기억해 놓는 것이며, 예컨대 상기 도 14에 도시하는 바와 같이, 이 응답시 정수를 작업종류별에 따라서 0초, 0.2초, 0.3초, 0,5초로 설정하여 기억한다. 응답시 정수는, 그것이 작게 될 수록, 각 조작레버의 조작량이 변화되었을 때에, 그것에 대한 각 액추에이터의 작동속도의 응답성이 높게 되는 것이다. 더구나. 이 응답시 정수에 따른 작동은, 예컨대 각 조작레버의 조작량이 변화된 때에, 그것에 맞는 유압펌프(11, 12)의 유량변화를 발생시키기 위한 제 1, 제 2 비례전자밸브(26, 27)로의 통전타이밍을 이 응답시 정수의 시간만큼 지연시키므로써 행해진다.

흡수마력 기억부(42)는, 엔진(10)의 출력을 유압펌프(11, 12)에 의해 흡수하는 비율인, 소위 흡수마력을 기억해 놓는 것이며, 예컨대, 상기 도 14에 도시하는 바와 같이, 유압펌프 흡수마력을 작업종류별에 따라서 100%, 80%, 70%로 설정하여 기억한다. 여기서, 100%의 유압펌프 흡수마력은, 엔진(10)의 각 회전수에 있어서의 출력토크와 유압펌프(11, 12)의 발생토크가 일치하는 상태를 표시하고 있으며, 이 상태에서는, 엔진(10)의 출력이, 그대로 각 액추에이터를 구동하기 위한 유압펌프 (11, 12)의 출력으로 전환된다. 또 80% 혹은 70%의 유압펌프 흡수마력은, 엔진(10)의 각 회전수에 있어서의 유압펌프(11, 12)의 발생토크와 출력토크의 80% 혹은 70%로 되는 상태를 표시하고 있으며, 이 상태에서는 엔진(10)의 출력의 80% 혹은 70%가 각 액추에이터를 구동하기 위한 유압펌프(11, 12)의 출력으로 전환된다.

유량변화도 기억부(43)는, 각 조작레버의 조작량의 변화량에 대한 유압펌프 (11, 12)로부터 각 액추에이터로의 압유의 유량에 관한 정적 변화량의 비율을 유량변화량으로서 기억해 놓는 것이며, 예컨대 상기 도 14에 도시하는 바와 같이, 이 유량변화량을 작업종류별에 따라서, 대, 중, 소의 3종류로 설정하여 기억한다. 유량변화량은, 그것이 클수록, 각 조작레버의 조작량의 증감에 대하여, 각 액추에이터의 작동속도의 증감변화가 크게 된다.

최대공급유량 기억부(44)는, 유압펌프(11, 12)로부터 각 액추에이터로의 압유의 최대공급량을 기억해 놓는 것이며, 예컨대 상기 도 14에 도시하는 바와 같이, 유압펌프(11, 12)의 허용 최대 토출유량에 동등한 최대 공급유량을 100%로 하고, 이 최대공급유량을 작업종류별에 따라서 100%, 80%, 70%로 설정하여 기억한다. 최대 공급유량은, 그것이 클수록, 각 조작레버의 조작에 따른 각 액추에이터의 최대 작동속도가 빠르게 된다.

조작특성 연산부(6)에서는, 적합도 연산부(4)에 의해 계산된 적합도(hi)(i = 1 내지 9)와, 조작특성 설정값 기억부(5)의 각 기억부(41 내지 44)에 기억되어 있는 조작특성 설정값(Pki)으로부터, 아래와 같은 수식을 사용하여 조작특성 출력값(Pki)(k = 1 내지 4)를 계산한다. 즉, 각 작업마다에 설정된 조작특성 설정값의, 각 특징량과 각 작업과의 관계를 기술한 퍼지룰에 대한 적합도를 가중치로 한 가중평균을 조작특성의 출력값으로 한다.

Pk = (h1·Pk＋…＋h9·Pk9)/(h1＋…＋h9) (C)

그리고, 조작특성 연산부(6)로부터의 조작특성 출력값(Pk)에 따라서, 유압펌프 제어부(7)에서는, 각 조작레버의 시시각각의 조작량에 맞는 유량의 압유가 각 액추에이터에 공급되도록 제 1, 제 2 비례전자밸브(26, 27)로의 통전량을 결정하고, 이들의 전자밸브(26, 27)로 통전하고, 이것에 의해 유압펌프(11, 12)의 통출유량을 제어한다.

본 실시형태 1에 의하면, 단일의 작업종류에 대응하는 조작특성 설정값이 그 대로 출력되는 것은 아니며, 여기서는 전체 작업종류에 대응하는 적합도와 조작특성 설정값으로부터 구해진 조작특성의 출력값이 출력된다. 이것에 의해, 모든 적합도가 조작특성의 추력값에 반영된다.

보다 구체적으로는, 예컨대 미리 각 특징량과 각 작업과의 관계가 퍼지룰에 의해 기술되어 있으며, 각 룰에 대한 적합도는 미리 설정된 멤버십함수에 의거하여 계산되고, 조작특성의 출력값이, 각 작업마다에 설정된 조작특성값을 사용하여, 각 룰에 대한 적합도를 가중치로 한 가중평균에 의해 구해진다.

이것에 의해, 조작특성이 예정된 값으로 ON - OFF 식으로 전환되는 것은 아니며, 중간의 값이 출력된다. 예컨대, 유압펌프의 최대유량이, 단순굴착작업에 대하여 100%, 경사면 다듬질작업에 대하여 70%에 각각 설정되어 있으며, 조작자가, 경사면 다듬질로부터, 단순굴착과 같은 작업을 하는 경우에 있어서는, 그 출력값은 100%와 70%의 중간인 85%로 된다.

따라서, 이와 같은 조합작업을 행하는 경우에도, 작업 전환의 전후에서 미리설정된 값 이외의 중간 제어값을 취할 수가 있으므로, 유압펌프의 최대유량이 스텝식으로 변화하지 않고, 단계적으로 변화하고, 조작특성의 전환이 원활하게 된다.

또, 조작량 이력데이터내에 상이한 종류의 작업의 데이터가 혼재하는 경우에도, ON-OFF식의 전환에 비교하여, 각 적합도를 고려한 제어로 되어 있으며, 오판별 즉 조작자가 의도하지 않는 작업의 적합도가 크게 되는 것 같은 경우에도, 그들의 조작특성에 미치는 영향이 평균화되므로, 조작의 위화감이 감소된다. 그 결과, 유압셔블의 조작특성의 향상을 도모하는 것이 가능하다.

또한, 실시형태 1에서는, 구체예로서, 조작특성의 출력값이, 각 작업마다에 설정된 조작특성값을 사용하여, 각 특징량과 각작업과의 관계를 표시하는 퍼지룰에 대한 적합도를 가중치로 한 가중평균에 의해 구해지는 것으로 하였는데, 이 적합도에 의한 중요도에 대신하여, 혹은, 이 적합도에 의한 중요도에 추가하여 조작자 지정에 의한 중요도를 더해도 좋다. 그 경우에는, 조작자의 경험이 출력값에 반영되는 것이며, 보다 실제적인 조작성의 향상이 도모된다. 더욱이 그와 같은 중요도의 추가를 학습에 의해 행하는 것으로해도 좋은 것은 물론이다.

또, 상기 실시형태 1에서는, 미리 준비된 모든 작업종류에 대응하는 적합도 및 조작특성 설정값을 베이스로 하고 있는데, 본 발명에서는, 적어도 2 이상의 작업종류에 대응하는 적합도 및 조작특성 설정값를 선택하여 이들로부터 복합적인 조작특성 출력값을 연산함으로써 우수한 효과를 얻게 된다.

(실시형태 2)

상기 실시형태 1에서는, 각 작업마다에 설정되어 있는 조작특성 설정값(Pki)을 사용하여 조작특성 출력값(Pk)의 계산을 행하고 있다. 그러나, 상기 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 예컨대 단순굴착작업, 홈굴착작업 및 눌러붙이기 굴착작업은 완전히 동일 조작특성으로 설정되어 있다(펌프흡수마력 = 100%, 최대공급유량 = 100%, 중량변화도 = 1.0, 응답시정수 = 0초).

이 경우, 상기 수식(A)을 사용하여 계산하면, 어느 특정한 조작특성이 강조되는 것이다. 예컨대 펌프흡수마력 = 100%가 상기 수식(A)에서는 3회까지도 중복하여 출현하기 때문이다. 따라서, 이것에 의해 결함이 생기는 경우는, 작업을 그룹화하는 것이 고려된다. 구체적으로는, 도 15와 같은 작업그룹화가 고려된다.

여기서는, 예컨대 단순굴착작업, 홈굴착작업 및 눌러붙이기 굴착작업을 굴착작업으로서 그룹번호(1)로 표시하고 있으며, 다른 작업도 동일하게 그룹화하여 각각 그룹번호(2 내지 6)로 표시하고 있다. 이와 같이, 작업그룹화한 경우에는, 상기 부호(i)는 작업그룹번호를 의미하는 것으로 된다. 그러면, 각 작업그룹과 조작특성 설정값과의 관계는 도 16과 같이 된다.

단, 각 작업그룹의 적합도(hgi)(i = 1 내지 6)는, 각 작업그룹에 속하는 작업의 적합도의 최대값으로 하고, 본 실시형태 2에서는, 아래의 수식(D)에 의해 계산한다. 즉, 여기서도 상기 실시형태 1과 동일하게, 각 작업마다에 설정된 조작특성 설정값의, 각 특징량과 각 작업과의 관계를 기술한 퍼지룰에 대한 적합도를 가중치로 한 가중평균을 조작특성의 출력값으로 한다.

이 경우, 조작특성 연산부(6)에서는, 적합도 연산부(4)에 의해 계산된 각 작업그룹의 적합도(hgi)(i=1 내지 6)와, 조작특성 설정값 기억부(5)의 각 기억부(41 내지 44)에 기억되어 있는 조작특성 설정값(Pki)으로부터, 아래와 같은 수식(E)을 사용하여 조작특성 출력값(Pk)(k=1 내지 4)를 계산한다. 즉, 각 작업그룹마다에 설정된 조작특성 출력값의, 각 특징량과 각 작업그룹과의 관계를 기술한 퍼지룰에 대한 적합도를 가중치로 한 가중평균을 조작특성의 출력값으로 한다.

Pk = (hg1·Pk1＋…＋hg6·Pk6)/(hg1＋…＋hg6) (E)

그리고, 조작특성 연산부(6)로부터의 조작특성 출력값(Pk)에 따라서, 유압펌프 제어부(7)에서는, 유압펌프의 토출량을 제 1, 제 2 비례전자밸브(26, 27)를 통하여 제어한다.

이상에서, 본 실시형태 2에 의하면, 조작특성이 완전히 동일한 작업이 존재하는 경우, 그들을 그룹화함으로써, 어느 특정 조작특성이 중복하여 출현함으로써 그 조작특성이 강조되는 것을 방지하여, 조작성의 향상을 도모할 수가 있다.

또한, 본 실시형태 2의 구성은, 상기 그룹화 이외에 관하여는, 상기 실시형태 1과 완전히 동일하다. 따라서, 그 밖의 작용효과는, 상기 실시형태 1과 완전히 동일하다.

Claims (6)

1. 유압셔블의 제어장치에 있어서,

   유압셔블의 각 작업용 액추에이터에 대응하는 각 조작레버의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단,

   상기 조작량에 의거하여 유압셔블의 조작의 특징을 표시하는 특징량을 연산하는 특징량 연산수단,

   작업종류별로 각 특징량에 대응시켜서 미리 설정된 퍼지추론용의 복수의 멤버십함수를 기억하는 멤버십함수 기억수단,

   상기 각 특징량을 상기 각 멤버십함수에 적용함으로써 이 각 특징량의 각 작업에 대한 적합도를 연산하는 적합도 연산수단,

   각 작업종류별로 각 조작특성에 대응시켜서 미리 설정된 조작특성 설정값을 기억하는 조작특성 설정값 기억수단, 및

   복수의 작업종류에 대응하여 연산된 적합도 및 기억된 조작특성 설정값에 의거하여 유압셔블의 제어용의 조작특성을 출력하는 조작특성 출력수단,

   으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 조작특성 출력수단이, 각 작업마다에 설정된 조작특성 설정값의, 각 특징량과 각 작업의 관계를 기술한 퍼지룰에 대한 적합도를 가중치로 한 가중평균을 조작특성의 출력값으로 하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 조작특성 설정값을, 동일 조작특성을 갖는 작업종류마다 그룹화하고, 각 작업그룹마다의 적합도 및 조작특성 설정값에 의거하여 유압셔블의 제어용의 조작특성을 출력하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 조작특성 출력수단은, 각 작업그룹마다에 설정된 조작특성 설정값의, 각 특징량과 각 작업의 관계를 기술한 퍼지룰에 대한 적합도를 가중치로 한 가중평균을 조작특성의 출력값으로 하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업종류별로, 붐작업, 암작업, 버킷작업 및 선회작업을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
6. 유압셔블의 각 작업용 액추에이터에 대응하는 각 조작레버의 조작량을 검출하는 조작량 검출수단, 상기 검출된 조작량에 의거하여 유압셔블의 조작의 특징을 표시하는 특징량을 연산하는 특징량 연산수단, 작업종류별로 각 특징량에 대응시켜서 미리 설정된 퍼지추론용의 복수의 멤버십함수를 기억하는 멤버십함수 기억수단, 및 상기 연산된 각 특징량을, 상기 기억된 각 멤버십함수에 적용시키므로써, 이 연산된 각 특징량의 각 작업에 대한 적합도를 연산하는 적합도 연산수단을 구비한 유압셔블의 제어장치에 있어서,

   각 작업종류별로 각 조작특성에 대응시켜서 미리 설정된 조작특성 설정값을기억하는 조작특성 설정값 기억수단과, 복수의 작업종류에 대응하여 연산된 적합도 및 기억된 조작특성 설정값에 의거하여 유압셔블의 제어용의 조작특성을 출력하는 조작특성 출력수단을 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어장치.