KR100737250B1 - 건설기계의 작업기의 제어장치, 건설기계의 제어방법, 및 이 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록매체 - Google Patents

건설기계의 작업기의 제어장치, 건설기계의 제어방법, 및 이 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록매체 Download PDF

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켄지 오카무라
마쯔오 노세
요이찌로 키무라
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

속도목표치 보정수단(29)에 있어서, 진동을 없애도록 속도목표치(V1)를 속도목표치(V2)로 보정한다. 따라서, 진동을 작게 하기 위해서 작동오일의 유량을 제한하거나, 속도목표치(V1)를 무뎌지게 하는 것과는 달라서, 작업기의 정지 지연이나 개시 지연을 방지할 수 있고, 작업기를 빠르게 동작시킬 수 있다. 또한, 보정된 속도목표치(V2)는 그대로, 지령신호(G)로 변환되어 유압실린더를 구동하기 위한 메인 밸브에 출력되므로, 유압실린더를 구동하는 다른 유량제어밸브 등을 불필요하게 할 수 있고, 구조를 간단하게 할 수 있는데다가, 제어도 용이하게 할 수 있다.

Description

건설기계의 작업기의 제어장치, 건설기계의 제어방법, 및 이 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록매체{CONTROLLER FOR OPERATING MACHINE OF CONSTRUCTION MACHINERY, METHOD FOR CONTROLLING CONSTRUCTION MACHINERY, AND RECORDING MEDIUM STORING PROGRAM ALLOWING COMPUTER TO EXECUTE THIS METHOD}
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 작업기 및 제어장치가 탑재된 건설기계를 나타내는 모식도이다.
도 2는 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 3A~도 3C는 각각 속도목표치, 보정후의 속도목표치, 및 작업기 속도를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 작업기의 제어방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 5A 및 도 5B는 각각 정속도 작업을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 회전압 작업을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 진동특성의 결정방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 8A~도 8C는 각각 급(急)조작제한을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 목표치의 보정 연산방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 작업기 및 제어장치가 탑재된 건설기계를 나타내는 모식도이다.
도 11은 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 12A 및 도 12B는 각각 압력(P)을 얻는 타이밍을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 작업기의 제어방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 작업기 및 제어장치가 탑재된 건설기계를 나타내는 모식도이다.
도 15는 본 발명의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 16A~도 16C는 각각 레버 조작신호, 변화율, 및 지령신호를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 건설기계의 작업기의 제어장치, 건설기계의 제어방법, 및 이 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다.
예컨대, 유압셔블 등의 건설기계에서는, 암이나 붐으로 이루어지는 작업기를 동작시켜 각종 작업을 행하거나, 동작하고 있는 작업기를 정지시켰을 때나, 정지해 있는 작업기의 동작개시시에, 그 작업기에 요동이 생긴다라는 문제가 있다.
그 현상은, 유압실린더를 포함하는 액추에이터에 의해 작업기를 동작시키는 경우에 있어서는, 액추에이터에의 작동오일의 공급을 순식간에 정지하거나, 공급을 순식간에 개시하는 것에 의해 생기는 것이고, 동작 또는 정지해 있는 작업기의 관성력을 부드럽게 흡수할 수 없기 때문이다.
그리고, 붐이나 암이라는 관성이 큰 작업기에 요동이 생기면, 유압셔블 전체가 크게 요동하여 버리기 때문에, 작업기 레버를 조작하는 조작자도 흔들려 버려, 조작성이 손실된다.
또한, 작업기가 요동되고 있으면, 작업기를 다음의 동작으로 이행할 수 없기 때문에, 동작이 느리게 되어 버려 작업효율도 나쁘게 된다. 단, 작업기를 천천히 동작시킴으로써, 정지시나 개시시의 요동을 억제하는 것도 가능하지만, 이것은 유압셔블의 파워를 충분히 발휘하고 있지 않게 되어, 역시 작업효율이 나쁘다.
그래서 종래에는, 작업기의 요동을 억제하기 위해, 각종 제어장치 또는 제어방법이 제안되어 있다(예컨대, 문헌1: 일본 실용신안 공개 평2-48602호 공보, 문헌2: 일본 특허공개 평4-181003호 공보, 문헌3: 일본 특허공개 평4-353130호 공보, 문헌4: 일본 특허공개 평9-324443호 공보, 문헌5: 일본 특허공개 평6-222817호 공보).
문헌1의 기술에서는, 유량제어밸브를 동작시키는 파일럿 회로 중에 스로틀부를 설치함으로써, 작업기 레버와 연동하는 파일럿 밸브로부터의 파일럿압을 스로틀하고, 유량제어밸브를 완만하게 동작시켜 진동을 억제하고 있다.
문헌2의 기술은, 작업기 레버에서의 정지동작시에 있어서, 감속동작 개시시점에서의 유압실린더의 위치 및 속도에 기초하여, 유량제어밸브로의 지령신호를 무뎌지게 함으로써, 유압실린더로의 작동오일의 유량을 제한하는 변조방식이고, 지령신호를 무뎌지게 하는 소프트 모드를 선택함으로써 진동을 억제하고 있다.
문헌3의 기술에서는, 유압실린더에 작동오일을 공급함에 있어서, 작업기 레 버로부터의 지령신호에 의해 동작하는 제 1 유량제어밸브 외에, 컨트롤러로부터의 신호에 의해 동작하는 보조적인 제 2 유량제어밸브를 설치하고, 제 1 유량제어밸브로부터의 작동오일의 공급에 의해 작업기를 정지시켰을 때, 진동이 생기는 타이밍을 가늠하여, 제 2 유량제어밸브로부터도 소정량의 작동오일을 공급하고, 진동이 생기는 것을 억제하고 있다.
문헌4의 기술에 의하면, 작업기 레버에 의해 작업기의 정지동작을 행한 경우에, 이 작업기 레버의 조작시점으로부터, 유압실린더에 공급되는 작동오일의 유량을 점차 저감시켜, 작업기의 진동을 억제하고 있다.
문헌5의 기술은, 건설기계에는 직접 관계가 없는 용접 로봇에 대해서이다. 즉, 용접 로봇에 의해 위빙 용접을 행하는 경우에 있어서, 로봇이 갖는 공진특성 및 위상특성에 의해, 위빙의 지령진폭에 대해서 실제의 진폭이 다르게 되어 버린다는 현상이 생기지만, 이것을 해결하기 위해서, 각 특성을 상쇄하기 위한 역전달함수를 필터로서 적용하고, 지령진폭을 이 필터를 통해서 구동부에 출력함으로써, 입력한 지령진폭을 통한 진폭으로 위빙 용접을 실현시키고 있다. 그리고, 이 기술은 건설기계에서의 진동억제에 이용하는 것도 고려된다.
그러나, 문헌1의 기술에 있어서는, 작업기 레버를 중립위치로 되돌리는 등을 하여 작업기의 정지동작을 행하여도, 스로틀부에 의해 파일럿압이 스로틀되기 때문에, 유량제어밸브가 완만하게밖에 동작하지 않는다.
그 때문에, 작업기에서는, 속도의 변화가 완만하게 되기 때문에 진동이 억제되는 반면, 정지하기 위해 시간이 걸려, 정지 지연이 생긴다라는 문제가 있다.
문헌2의 기술에 의하면, 작업기 레버의 조작 직후에, 조작시점의 스트로크 위치 및 속도를 검출함과 아울러, 이 검출결과에 따라서 진동이 생기지 않도록 무리없이 정지시키는 스트로크 위치를 산출하고, 이 정지 스트로크 위치를 향하도록 작동오일의 유량을 제한하기 때문에, 역시 정지 지연이 생긴다라는 문제가 있다.
문헌3의 기술에서는, 보조적인 전자밸브가 필요하고, 구성이 복잡하다. 또한, 제 2 유량제어밸브로부터의 유량을 결정하기 위해서는, 작업기의 속도 및 부하를 고려할 필요가 있으므로, 몇개의 유량결정패턴을 미리 준비해 둘 필요가 있음과 아울러, 패턴선택의 처리가 번잡하게 된다라는 문제가 있다.
또한, 상기 문헌3에 있어서는, 유압실린더가 정지하는 순간의 진동밖에 억제되지 않고, 작업기의 시동시의 진동을 억제할 수 없다.
문헌4의 기술에서는, 작업기 레버로부터의 레버조작신호를 무뎌지게 함으로써, 작동오일의 유량을 점차 저감시키고 있으므로, 상술한 바와 마찬가지로, 유량제어밸브를 완만하게 동작시키게 된다.
따라서, 작업기 레버의 조작시점으로부터 소정시간 후에 작동오일의 유량이 제로로 되어 작업기가 정지하기 때문에, 역시 정지 지연이 생긴다라는 문제가 있다.
그리고, 용접 로봇에서의 위빙 용접의 기술이 개시되어 있는 문헌5에 의하면, 제어장치에 입력되는 지령진폭은 정현파에 한정되어 있기 때문에, 입력되는 지령신호의 파형이 작업기 레버의 조작의 방법 다음으로 완전히 달라 버리는 건설기계의 경우에서는, 이와 같은 기술을 그대로 전용하여도, 진동을 확실하게 억제하는 것은 곤란하다.
본 발명의 주된 목적은, 작업기의 시동시 및 정지시의 요동을 확실하게 방지하면서, 시동 지연이나 정지 지연을 없게 함으로써, 종래에 비해서 보다 빠른 동작을 실현할 수 있고, 또한 구성이나 처리를 간단하게 할 수 있는 건설기계의 작업기의 제어장치, 건설기계의 제어방법, 및 이 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록매체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제어장치는, 건설기계의 작업기의 제어장치에 있어서, 작업기를 조작하는 조작수단으로부터 입력된 조작신호에 기초하여, 상기 작업기의 동작목표치를 생성하는 목표치 연산수단을 포함하는 조작신호 입력수단, 생성된 동작목표치를 보정하는 목표치 보정수단, 및 보정된 목표치에 기초하여, 상기 작업기를 동작시키는 액추에이터에 대해서 지령신호를 출력하는 지령신호 출력수단을 구비하고, 상기 목표치 보정수단은, 상기 작업기의 자세 및 부하 중 하나 이상에 의해 변화하는 진동특성에 따라서, 상기 건설기계의 진동의 발생을 억제하도록 상기 동작목표치를 다른 목표치로 보정하는 진동억제수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상술한 목표치 연산수단은, 조작신호를 증폭, 변조 등의 방법에 의해 반드시 변환해야만 한다는 것은 아니고, 거의 변환하지 않고 조작신호를 직접 동작목표치로 한 실질적으로 기능하지 않는 것도 포함하는 개념이다.
본 발명의 제어장치는, 건설기계의 작업기의 제어장치에 있어서, 작업기를 조작하는 조작수단으로부터 입력된 조작신호에 기초하여 상기 작업기의 동작목표치를 생성하는 목표치 연산수단을 포함하는 조작신호 입력수단, 생성된 동작목표치를 보정하는 목표치 보정수단, 및 보정된 목표치에 기초하여, 상기 작업기를 동작시키는 액추에이터에 대해서 지령신호를 출력하는 지령신호 출력수단을 구비하고, 상기 목표치 보정수단은, 상기 건설기계의 자세 및 부하 중 하나 이상에 의해 변화하는 진동특성에 따라서, 상기 건설기계의 진동의 발생을 억제하도록 상기 동작목표치를 다른 목표치로 보정하는 진동억제수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제어장치에 있어서, 상기 목표치 보정수단이, 동작목표치의 변화율이 증가한 것을 검출하면, 이 동작목표치를 보다 크게 되는 목표치로 보정하고, 동작목표치의 변화율이 감소한 것을 검출하면, 이 동작목표치를 보다 작게 되는 목표치로 보정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제어장치에 있어서, 상기 목표치 보정수단이, 상기 건설기계 또는 상기 작업기의 자세 및 부하에 따른 진동수 및 감쇠율로부터, 상기 건설기계 또는 상기 작업기의 진동특성을 결정하는 진동특성 결정수단을 구비하고, 상기 진동억제수단은, 상기 진동수 및 상기 감쇠율에 의해 상기 동작목표치를 보정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제어장치에 있어서, 상기 조작수단이 중립위치로부터 경사지게 함으로써 조작신호가 변화되는 작업기 레버이고, 상기 목표치 보정수단은, 상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 크게 되는 방향으로 보정하고, 상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직여 진 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 작게 되는 방향으로 보정하는 것이 바람직하다.
여기서, 「중립위치」란, 작업기 레버로부터 출력되는 조작신호가 작업기 속도 제로에 해당하는 레버의 위치를 말하고, 이하의 각 발명에서도 마찬가지이다.
본 발명의 제어장치에 있어서, 상기 조작수단은, 중립위치로부터 경사지게 함으로써 조작신호가 변화되는 작업기 레버이고, 상기 목표치 보정수단은, 상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치로부터 떨어지는 방향으로 움직여진 것, 또는, 상기 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 크게 되는 방향으로 보정하고, 상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치로부터 떨어지는 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것, 또는, 상기 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직여진 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 작게 되는 방향으로 보정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제어방법은, 상술한 본 발명의 제어장치를 전개한 것이므로, 건설기계의 작업기를 제어하는 건설기계의 작업기의 제어방법에 있어서, 상기 작업기의 제어장치가, 작업기를 조작하는 조작수단으로부터 입력된 조작신호에 기초하여, 상기 작업기의 동작목표치를 생성하는 목표치 생성스텝, 상기 목표치 생성스텝에서 생성된 동작목표치에 기초하여, 상기 작업기의 자세 및 부하 중 하나 이상에 의해 변화하는 진동특성을 취득하는 진동특성 취득스텝, 및 취득한 진동특성에 기초하여, 상기 건설기계의 진동의 발생을 억제하도록 상기 동작목표치를 다른 목표치로 보정하는 목표치 보정스텝을 실행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 컴퓨터에서 실행할 수 있는 프로그램이 기록된 기록매체는, 상술한 건설기계의 작업기의 제어방법을 건설기계의 제어장치에 실행시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시형태를 도면을 기초하여 설명한다.
1. 제 1 실시형태
(1) 전체 구성
도 1은, 본 발명의 일실시형태에 관한 작업기 및 그 제어장치가 탑재된 유압셔블(건설기계)(1)을 나타내는 모식도이다. 도 2는 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 1에 있어서, 유압셔블(1)은, 작업기 레버(2)에 의해서 조작되는 붐(11), 및 작업기 레버(2')에 의해서 조작되는 암(12)을 구비하고 있고, 암(12)의 선단에는 버킷(13)이 설치되어 있다.
붐(11)은, 유압실린더(14)에 의해 지지점(D1)을 중심으로 하여 회동한다.
암(12)은, 붐(11) 상의 유압실린더에 의해 지지점(D2)을 중심으로 하여 회동한다. 또한, 버킷(13)은, 작업기 레버(2)를 다른 방향으로 조작함으로써, 암(12) 상의 유압실린더에 의해서 회동한다. 그리고, 이들, 및 버킷(13)에 의해, 본 발명에 관한 작업기(10)가 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 본 발명의 상세를 붐(11)으로 대표해서 설명하기 때문에, 암(12)이나 버킷(13)용 각 유압실린더의 도시를 생략하고 있다.
또한, 버킷(13) 외, 그래플(grapple), 핸드 등의 임의의 부속품을 이용하여 도 좋다.
이들 붐(11)의 지지점(D1) 및 암(12)의 지지점(D2)에는 각각, 로터리 엔코더나 포텐셔미터 등의 각도검출기(15,16)가 설치되고, 각도검출기(15)에서는 도시하지 않은 차량 본체에 대한 붐(11)의 관절각도(θ1)가, 각도검출기(16)에서는 붐(11)에 대한 암(12)의 관절각도(θ2)가 검출되고, 이들 관절각도(θ1,θ2)가 밸브 컨트롤러(제어장치)(20a)에 대해서 각도신호로서 출력되도록 되어 있다.
유압실린더(14)는, 메인 밸브(17)로부터 공급되는 작동오일에 의해서 유압구동되는 것이고, 메인 밸브(17)의 스풀(17A)이 1쌍의 비례전자밸브인 EPC 밸브(18,18)에 의해 이동하고, 유압실린더(14)로의 작동오일의 공급유량이 조정된다.
그리고, 이들 유압실린더(14), 메인 밸브(17), 및 EPC 밸브(18)에 의해, 본 발명에 관한 액추에이터(19)가 구성되어 있다.
또한, 메일 밸브(17)에는, 스풀(17A)의 위치E를 검출하는 위치검출기(17B)가 설치되고, 여기서부터 스풀의 위치(E)가 위치신호로서 밸브 컨트롤러(20a)에 출력된다.
여기서, 작업기 레버(2)는, 예컨대, 포텐셔미터나, 정전용량 또는 레이저에 의한 토크 센서 등의 경사각도 검출기를 구비하고 있고, 이 경사각도 검출기로부터는 작업기 레버(2)의 경사각도와 1대1의 상관이 있는 레버 조작신호(Fa)가 밸브 컨트롤러(20a)에 대해서 출력된다.
작업기 레버(2)가 중립위치에 있을 때, 출력되는 레버 조작신호(Fa)는 「0(제로)」이고, 붐(11)의 속도가 「0」이 된다. 전방으로 경사지게 하면, 경사각도에 따른 속도로 붐(11)이 하강하고, 또한, 후방으로 경사지게 함으로써, 경사각도에 따른 속도로 붐(11)이 상승한다. 이와 같은 제어는, 이하의 밸브 컨트롤러(20a)에 의해서 행해진다.
밸브 컨트롤러(20a)는, 작업기 레버(2)로부터의 레버 조작신호(Fa)에 기초하여 붐(11)을 동작시킴과 아울러, 이들 시동시 및 정지시의 요동을 억제하는 기능을 하고 있다. 이와 같은 밸브 컨트롤러(20a)는, 마이크로 컴퓨터 등에 의해서 구성되어 있고, 통상적으로는, 유압셔블(1)의 엔진제어용 및 유압펌프제어용에 탑재된 거버너 펌프 컨트롤러의 일부로서 조립되어 있지만, 본 실시형태에서는 설명의 편의상 단독으로 도시하고 있다.
또한, 조작신호(Fb)가 입력되는 버킷(13)용 밸브 컨트롤러(20b), 및 조작신호(Fc)가 입력되는 암(12)용 밸브 컨트롤러(20c)도, 거의 마찬가지의 기능 및 구성을 갖고 있지만, 여기서는 붐(11)용 밸브 컨트롤러(20a)로 대표해서 설명하기 때문에, 각 밸브 컨트롤러(20b,20c)의 상세한 설명을 생략한다.
(2) 밸브 컨트롤러(20a)의 구조
구체적으로 밸브 컨트롤러(20a)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 작업기 레버(2)로부터의 레버 조작신호(Fa)가 입력되는 레버 조작신호 입력수단(21)과, 이 레버 조작신호 입력수단(21)으로부터의 속도목표치(동작목표치)(V1)가 입력되는 목표치 보정수단(22)과, 이 목표치 보정수단(22)으로부터의 보정된 속도목표치(보정된 목표치)(V2)가 입력되는 지령신호 출력수단(23)과, RAM, ROM 등으로 이루어지는 기억부(24)를 구비하고 있다.
(2-1) 레버 조작신호 입력수단(21)의 구성
레버 조작신호 입력수단(21)은, 각각 컴퓨터 프로그램(소프트웨어)으로 이루어지는 속도목표치 연산수단(25) 및 작업내용 판정수단(26)을 구비하여 구성되어 있다.
속도목표치 연산수단(25)은, 작업기 레버(2)로부터의 레버 조작신호(Fa)에 기초하여, 붐(11)의 속도목표치(V1)를 연산하여 구한다. 이 속도목표치(V1)는, 예컨대, 작업기 레버(2)를 전방으로 경사지게 한 후, 소정시간 경사지게 한 상태를 유지하고, 이 후에 중립위치로 되돌리면, 도 3A에 나타내는 바와 같이, 시간과의 관계에서 다이형상의 신호파형을 형성한다.
즉, 도 3A에 있어서, 시각(T1)에 있을 때, 작업기 레버(2)는 중립위치에 있고, 붐(11)이 정지하고 있고, 여기서부터 작업기 레버(2)를 전방으로 경사지게 하면, T2에 도달하기까지는, 붐(11)이 고위치로부터 가속하면서 내려가고, 작업기 레버(2)를 그대로 유지시킴으로써, T2로부터 T3 사이에 있어서 붐(11)이 일정속도로 내려가고, 여기서부터 작업기 레버(2)를 중립위치로 되돌림으로써, T3에서 T4에 이르기까지의 사이에서 붐(11)이 감속하면서 내려가서, 정지한다.
작업내용 판정수단(26)은, 붐(11)을 사용한 작업 중에서, 특히 정속도 작업 및 회전압 작업을 판정하고, 이들 작업의 경우에는, 붐(11)의 진동 억제를 위한 제어를 행하지 않도록 하는 기능을 갖고 있다. 이 기능에 대해서는 후술한다.
(2-2) 목표치 보정수단(22)의 구성
목표치 보정수단(22)은, 본 실시형태에서 가장 특징적인 구성이고, 역시 컴 퓨터 프로그램(소프트웨어)으로 이루어지는 진동특성 결정수단(27), 급조작제한수단(28), 및 진동억제수단(29)을 구비하여 구성되어 있다.
진동특성 결정수단(27)은, 관절각도(θ1,θ2)의 입력에 의해, 붐(11) 및 암(12)의 자세에 따른 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)을 결정하는 기능을 갖고 있다. 여기서, 관절각도(θ1,θ2)는, 붐(11) 및 암(12)의 자세변화에 연동하여 소정의 범위에서 변화하지만, 관절각도(θ1,θ2)에 대응한 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)은, 실제의 차량을 대상으로 한 계측ㆍ계산에 의해서 미리 구해져 있고, 기억부(24)에 저장되어 있다.
따라서, 각 관절각도(θ1,θ2)가 입력됨으로써, 이들에 따른 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)이 기억부(24)로부터 즉석에서 호출되고, 다음의 진동억제수단(29)에서 이용되게 된다. 또, 이 기억부(24)에 저장된 작업기(10)의 파라미터(ω,ζ)에 관해서는, 후술한다.
급조작제한수단(28)은, 작업기 레버(2)의 급조작에 의해 붐(11)을 급시동시키거나, 급정지시킨 경우의 처리를 행하는 기능을 갖고 있지만, 이것에 대해서도 후술한다.
진동억제수단(29)은, 레버 조작신호(Fa)로부터 구해지는 속도목표치(V1)를, 결과적으로 붐(11)이 진동하지 않는 속도목표치(V2)로 보정하는 기능을 갖고 있다. 이것을 도 3에서 설명하면, A로 나타내는 바와 같은 속도목표치(V1)에 의한 신호파형을, B로 나타내는 바와 같은 속도목표치(V2)의 신호파형으로 보정하는 것이다.
(2-3) 속도목표치(V2) 보정의 논리
구체적인 진동특성의 결정 및 속도목표치(V2)의 보정 연산은, 다음의 논리에 의해 행해진다.
(a) 속도목표치(V2)의 연산의 원리
EPC 밸브(18)로부터 작업기(10)의 동작에 이르기까지의 특성은, 작업기(10)의 자세나 작업기(10)의 부하(페이로드)에 의해서 복잡하게 변화하는 것이지만, 그 전단계에서 행해지고 있는 밸브 컨트롤러(20a)의 연산과는 무관계로 결정되는 특성이다.
그래서, 본 실시형태에서는, 간단한 연산으로 작업기(10)의 진동의 주요성분을 제거하기 때문에, 식(1)에 나타내는 바와 같은 2차 지연특성으로 EPC 밸브(18)로부터 작업기(10)의 동작에 이르는 특성이 거의 같다. 또한, 이하의 설명에서는, 붐(11)을 포함하는 작업기(10)의 진동특성을 구하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 도시하지 않은 차량 본체의 진동특성도 거의 같은 것으로 되어 있다.
여기서, X는 EPC 밸브(18)에의 입력, Y는 작업기(10)의 출력, S는 라플라스 연산자, ω와 ζ는 자세나 페이로드에 의해서 변화하는 파라미터이다.
Figure 112006017739096-pat00029
EPC 밸브(18)로부터 작업기(10)의 동작에 이르는 특성에 의한 잔류진동을 제거하기 위해서, 작업기 레버(2)의 입력으로부터 EPC 밸브(18)로의 입력까지의 사이에 연산기를 삽입하여, EPC 밸브(18)이전의 개소에 상기 식(1)의 역수를 포함하는 특성을 가지게 한다. 본 실시형태에서는, 예컨대, 이하의 식(2)과 같은 특성을 채용하고 있다.
여기서, U는 레버로부터의 목표치, X는 EPC 밸브(18)로의 입력, S는 라플라스 전극, ω와 ζ는 식(1)에서 이용한 파라미터이고, ω0은 별도 설정하는 정수이다.
Figure 112005007056322-pat00002
이와 같이, EPC 밸브(18) 이후의 특성을 그 이전의 특성에서 제거하는 구성을 취하면, 작업기 레버(2)의 입력으로부터 작업기(10)의 동작에 이르기까지의 전체의 특성은 식(1)과 식(2)의 곱으로 되므로, 이하의 식(3)과 같이, 작업기(1)의 진동을 제거하는 것이 가능하게 되는 것이다.
여기서, U는 작업기 레버(2)로부터의 목표치, X는 EPC 밸브(18)에의 입력, Y는 작업기(10)의 출력, S는 라플라스 연산자이고, ω0은 별도 설정하는 정수이다.
Figure 112005007056322-pat00003
(b) 역특성연산의 실현방법
상기 원리에 기초하여 진동억제수단(29)은, 역특성이 되는 속도목표치를 다음과 같이 연산한다.
우선, 식(2)은 이하의 식(4)과 같이 변형할 수 있다. 그리고, 식(4)에 있어 서의 계수(C0~C2,F1,F2)는, 식(5), 식(6)과 같이 관계된다.
여기서, U는 작업기 레버(2)로부터의 속도목표치, X는 EPC 밸브(18)에의 입력, S는 라플라스 연산자이다.
Figure 112005007056322-pat00004
Figure 112005007056322-pat00005
Figure 112006017739096-pat00030
Figure 112006017739096-pat00031
Figure 112006017739096-pat00008
Figure 112005007056322-pat00009
Figure 112005007056322-pat00010
Figure 112005007056322-pat00011
작업기(10)의 파라미터(ω,ζ)를 이미 알고 있는 것으로 하여 ω0을 적당한 값으로 설정하면, 계수(C0~C2)는 정수로 볼 수 있다. 따라서, 시시각각 변화하는 입력값(U) 및 거기서부터 도입되는 F1,F2를 계산하면, EPC 밸브(18)에의 입력(X)은, 이들 선형 합으로서 연속적으로 구할 수 있다.
입력(U)으로부터 F1을 구하는 식은, 라플라스 연산자(S)를 포함하는 형태로 식(6)과 같이 되지만, 이것은 컷오프 주파수(ω0)로 되는 1차 지연 필터의 연산식에 다르지 않다. 따라서 시각시간(Δt) 간격으로 계산을 반복하는 진동억제수단(29) 내부에서는 다음의 식(7)에 의해서 F1을 구할 수 있다.
최신 F1=이전회 F1 + (최신 U - 이전회 F1)/(1+ω0×Δt) ㆍㆍㆍ(7)
식(6)에 의해, F2와 F1의 관계는, F1과 U의 관계와 동일하기 때문에, 다음의 식(8)에 의해서 F2를 구할 수 있다.
최신 F2=이전회 F2 + (최신 F1 - 이전회 F2)/(1+ω0×Δt) ㆍㆍㆍ(8)
이와 같이 식(5)에서 계수(C0~C2)를, 식(7), 식(8)에서 F1과 F2를 계산하여, 이들을 식(4)에 대입하면 EPC 밸브(18)로의 입력(X)을 구할 수 있다.
그리고, 진동억제수단(29)은, EPC 밸브(18)에의 입력(X)을 구함으로써, 작업기 레버(2)의 레버 조작신호(Fa)로부터 구해지는 속도목표치(V1)를, 붐(11)이 진동하지 않는 속도목표치(V2)로 보정할 수 있게 된다.
(c) 작업기(10)의 파라미터의 추정방법
그런데, 작업기(10)의 진동특성을 식(1)에서 거의 같은 경우, 식(1)에 포함되는 파라미터(ω,ζ)는 작업기(10)의 자세나 페이로드에 의해서 변화하게 된다. 이들 파라미터는, 실제로 작업기(10)를 왕복동작시켜 보면 계측할 수 있었지만, 작업중에는 자세나 페이로드가 시시각각으로 변화하므로, 그때마다 하나하나 파라미터를 계측할 수 없다.
- 추정방법1 -
그래서, 파라미터(ω,ζ)의 추정방법의 하나로서, 붐(11)의 관절각도(θ1), 암(12)의 관절각도(θ2)에 따른 진동수(ω), 감쇠율(ζ)의 값을 미리 기억부(24)에 저장하고, 관절각도(θ1,θ2)에 따른 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)의 값을 미리 기억부(24)에 저장하고, 관절각도(θ1,θ2)에 따른 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)을 결정하는 것이 고려된다. 이와 같은 기억부(24)로서는, 예컨대, 다음의 표1과 같은 형태로 진동수(ω)를 저장한 것을 채용할 수 있고, 감쇠율(ζ)에 대해서도 마찬가지의 형태로 저장한 것을 채용할 수 있다. 진동특성 결정수단(27)은, 그 일례로서 이와 같은 방법에 기초하여, 진동특성을 결정할 수 있게 된다.
θ2 θ1 0° 10° 20° 30° 40° 50° 60°
0° 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
10° 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5
20° 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11
30° 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5
40° 9 9.5 10 10.5 11 11.5 13
50° 9.5 10 10.5 11 11.5 13 14.5
60° 10 10.5 11 11.5 13 14.5 16
- 추정방법2 -
진동특성 결정수단(27)에 의한 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)의 결정은, 모든 작업자세에 있어서 진동수(ω나 ζ)를 미리 구하는 것으로 하면, 조정에 시간이 걸려 버린다. 그래서, 관절각도(θ1,θ2) 각각 에 대해서 대표적인 2~4점정도의 자세를 선택하여, 거기서의 ω와 ζ를 계측하여 구해 두고, 그 중간자세에 대해서는 보간연산에 의해 구하는 방법도 고려된다.
가령, 관절각도(θ1,θ2) 각각 3개소마다의 대표각도를 설정하고, 3×3=9자세에 대해서 최적의 ω를 구한 경우에는, (θ1,θ2,ω)의 조합이 9세트 얻어지게 된다. 그래서 이하의 행렬식(9)을 풀어서, 미리 9개의 계수(A0~A8)를 구해 둔다.
Figure 112005007056322-pat00012
실제의 동작 중에 있어서는, 상술의 계수(A0~A8) 및 동작중에 실측한 관절각도(θ1,θ2)의 값을 이용하여, 이하의 식(10)에 의해서 ω를 산출한다. 구체적으로는, 미리 기억부(24) 내에 식(9)에서 구해진 계수(A0~A8)를 미리 저장하여 두고, 진동특성 결정수단(27)은, 관절각도(θ1,θ2)가 실측되면, 저장된 계수(A0~A8)를 호출하여, 식(10)에 의해서 진동수(ω)의 산출을 행한다. 또, 감쇠율(ζ)에 대해서도 마찬가지의 계산에 의해서 구할 수 있다.
1/ω=(A0+A1ㆍθ1+A2ㆍθ12)+(A3+A4ㆍθ1+A5ㆍθ12)×θ2+(A6+A7ㆍθ1+A8ㆍθ12)×θ22 ㆍㆍㆍ(10)
이와 같은 보정 연산을 행함으로써, 도 3A 및 도 3B에 있어서, 작업기 레버(2)가 중립위치에 있고, 붐(11)이 정지해 있는 상태로부터, 작업기 레버(2)를 전방으로 경사지게 하여 붐(11)을 가속하면서 내리면, 작업기 레버(2)가 중립위치로부터 떨어지는 방향으로 움직여진 것을 트리거로 하여(T1), 진동특성 결정수단(27) 은, 단위시간(Δt)마다의 작업기(2)의 자세에 따른 진동수(ω), 감쇠율(ζ)을 표1이나 식(10)에 의해서 산출한다. 진동억제수단(29)은, 산출된 진동수(ω), 감쇠율(ζ)을 이용하여 식(5), 식(7), 식(8)에 의해, 단위시간(Δt)마다의 C0~C2,F1,F2를 산출하고, 식(4)에 의해 출력(X)을 연산하고, 이것을 단위시간(Δt)마다 보정된 속도목표치(V2)로 한다.
이것에 의해, 속도목표치(V1)는, 예컨대, 도 3B와 같은 커버(Q1,Q2,Q3)로 이루어지는 속도목표치(V2)와 같이 보정된다. 시각(T1)을 트리거로 하여 형성된 커브(Q1)의 부분에서는, 속도목표치(V2)는 속도목표치(V1)보다 크게 팽창하는 방향으로 보정된다. 커브(Q1)의 정점을 지나고나서 시각(T2)까지는 커브(Q3)의 부분이고, 속도목표치(V2)는 속도목표치(V1)보다 작은 값으로, 속도목표치(V1)의 증가를 따르도록 보정된다. 그리고, 속도목표치(V1)가 상한값에 도달한 시각(T2)을 트리거로 하여 형성된 커브(Q2)의 부분에서는, 속도목표치(V2)는, 속도목표치(V1)보다 작게 되는 방향으로 팽창하도록 보정되고, 속도목표치(V1)가 상한값에 도달하는 시각(T2)보다 시간적으로 지연되어 상한에 도달하게 된다.
또한, 여기서는, 편의상 커브(Q1~Q3)로 나누어서 설명하였지만, 모든 커브는 식(5),식(7),식(8) 및 식(4)에 의해서 연속적으로 산출되는 것이므로, 연산식의 전환은 필요하지 않다.
한편, 하강하고 있는 붐(11)을 정지시키기 위해서, 작업기 레버(2)를 중립위치로 되돌리는 경우에 있어서는, 작업기 레버(2)가 중립위치에 가까운 방향으로 움직여진 것을 트리거로 하여(T3), 상술과 마찬가지의 연산이 행해진다. 예컨대, 속 도목표치(V1)는, 커버(Q4,Q5,Q6)로 이루어지는 속도목표치(V2)와 같이 보정된다. 시각(T3)를 트리거로 하여 형성된 커브(Q4)의 부분에서는, 속도목표치(V2)는, 속도목표치(V1)보다 작게 되는 방향으로 팽창하도록 보정된다. 커브(Q4)의 정점을 지나고나서 시각(T4)까지는 커브(Q6)의 부분이고, 속도목표치(V2)는, 속도목표치(V1)보다 큰 값으로 속도목표치(V1)의 감소를 따르도록 보정된다. 그리고, 속도목표치(V1)가 0에 도달한 시각(T4)을 트리거로 하여 형성된 커브(Q6)의 부분에서는, 속도목표치(V2)는, 속도목표치(V1)보다 크게 되는 방향으로 팽창하도록 보정되고, 속도목표치(V1)가 0에 도달하는 시각(T4)보다 시간적으로 지연되어 작업기(10)의 정지에 이르게 된다.
이 때, 액추에이터(19)의 움직임에 맞추어서 붐(11)이 움직이게 된다. 이 때, 액추에이터(19)로부터 붐(11)까지의 사이에는 작동오일의 압축성이나 배관의 탄성 등에 기인하는 진동이 가하게 되지만, 그 진동성분은 속도목표치(V1)를 속도목표치(V2)로 보정하였을 때에 이용한 진동특성의 정반대이다. 그 때문에, 붐(11)은 실제로, 도 3C에 나타내는 작업기 속도로 동작하게 된다. 즉, 도 3C에 나타내는 신호파형은, 조작자가 요구하는 속도목표치(V1)에서의 신호파형과 동일하고, 붐(11)은 진동하는 일없이 조작자의 요구한 바대로 동작하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 속도목표치(V1)가 다이형상의 신호파형이 되는 경우에 대해서 설명하였지만, 예컨대, T1에서 T2까지의 사이에 있어서, 중립위치로부터 떨어지는 방향으로의 작업기 레버(2)의 경사가 일단 고정되고, 그 후에 더욱 중립위치로부터 떨어지는 방향으로의 경사가 전개된 경우나, T3에서 T4까지의 사이에 있어서, 중립위치에 가까운 방향으로의 작업기 레버(2)의 경사가 일단 고정되고, 그 후 더욱 중립위치에 가까운 방향으로의 경사가 전개된 경우와 같이, 속도목표치(V1)의 신호파형이 대략 볼록형상으로 되는 경우이어도, 경사가 일단 고정된 시점 및 전개된 시점에서 마찬가지로 보정된다. 속도목표치(V1)의 신호파형이 계단형상으로 되는 경우이어도 마찬가지이다.
또한, 속도목표치(V1)로부터 속도목표치(V2)로의 보정은, 상술한 「점」이 트리거로 되지 않으면 좋기 때문에, 그 「점」으로부터 의도적으로 지연시켜 보정한 경우이어도 본 발명에 포함된다.
(2-3) 지령신호 출력수단(23)의 구성
지령신호 출력수단(23)은, 보정된 속도목표치(V2)에 기초하여 액추에이터(19)에의 지령신호(전류신호)(G)를 생성하고, 이 지령신호(G)를 앰프(20A,20A)를 통해 EPC 밸브(18)에 출력하는 기능을 갖고 있다. EPC 밸브(18)는, 이 지령신호(G)에 기초하여 메인 밸브(17)를 구성하는 스풀(17A)을 이동시켜, 유압실린더(14)로의 작동오일의 공급량을 조정한다.
(3) 밸브 컨트롤러(20a)의 작용, 작업내용 판정수단(26) 및 급조작 제한수단(28)의 구조
이어서, 도 4의 플로우차트도 참조하여, 붐(11)의 제어방법에 대해서 설명하고, 아울러서, 도 5A 및 도 5B 내지 도 7에 기초하여, 상술의 작업내용 판정수단(26) 및 급조작 제한수단(28)에 대해서 상세히 설명한다.
(a) 스텝S1: 우선, 조작자에 의해서 작업기 레버(2)가 조작되면, 작업기 레버(2)로부터의 레버 조작신호(Fa)에 기초하여, 레버 조작신호 입력수단(21)의 속도목표치 연산수단(25)이 속도목표치(V1)를 연산한다.
(b) 스텝S2: 다음으로, 작업내용 판정수단(26)이 기동하고, 조작자가 붐(11)을 일정속도로 동작시키고 있는지의 여부를 판정한다.
붐(11)을 일정속도로 동작시키기 위해서는, 작업기 레버(2)를 일정속도로 경사지게 한 상태로 확실하게 유지할 필요가 있지만, 조작자가 일정속도를 조금도 다르지 않게 유지하는 것은 곤란하다. 즉, 조작자가 일정속도로 붐(11)을 동작시키고 있는 의도이어도 실제로는, 도 5A에 나타내는 바와 같이, 조작자의 레버조작에는 실용상 문제가 되지 않을 정도의 미소한 진동이 생기고 있고, 레버 조작신호(Fa)가 진동하고 있는 것이다.
그리고, 그와 같은 레버 조작신호(Fa)에 기초하여 속도목표치(V1)를 구하는 것은 좋지만, 이 속도목표치(V1)를 보정하여 속도목표치(V2)를 구하면, 도 5B에 나타내는 바와 같이, 속도목표치(V2)가 크게 진동하게 된다. 그 때문에, 이 속도목표치(V2)에 기초하여 지령신호(G)대로 동작하는 붐(11)은, 결과적으로 작업기 레버(2)의 미소한 진동에 과민하게 반응하여 버리게 되고, 오히려 정속도작업을 하기 어려워진다.
이것에, 도 5A와 같이 속도변화의 폭이 작은 경우에는 원래의 작업기(10)의 진동도 작으므로, 진동억제수단(29)에 의한 보정을 행하지 않아도 실용상 문제는 없다.
그래서, 작업내용 판정수단(26)은, 레버 조작신호(Fa)의 진동이 소정의 진동 폭(W) 내에 머물러 있으면, 정속도작업이 행해지고 있다라고 판단하고, 속도목표치(V1)에 기초하여 직접지령신호(G)를 생성하도록 하고 있다. 그 때문에, S2에 있어서는, 레버 조작신호(Fa)가 진동폭(W)을 초과하여 진동하고 있을 때에는, 정속도작업이 아닌 것으로 판단하여 S3으로 진행하지만, 레버 조작신호(Fa)가 진동폭(W) 내에서 진동하고 있을 때에는, 정속도작업인 것으로 판단하여, 속도목표치(V1)의 속도목표치(V2)로의 보정은 행하지 않고 스텝S8로 넘어간다.
또한, 정속작업은, 붐(11)을 일정의 낮은 속도로 동작시킴으로써, 정확한 위치맞춤을 행하는 경우에 이용되는 일이 많고, 이와 같은 경우에, 작업기 레버(2)의 미소한 진동에 과민하게 반응시키지 않는 것의 장점은 크다.
스텝S3: 여기서도 작업내용 판정수단(26)이 기동하고, 조작자가 회전압 작업을 행하고 있는지의 여부를 판정한다.
회전압 작업은, 작업기 레버(2)를, 중립위치를 걸치고서, 짧은 주기로 전후방향으로 왕복시키는 것으로 행해지는 작업이고, 말하자면 붐(11)에 생기는 진동을 적극적으로 이용하는 작업이다. 그 때문에, 이와 같은 회전압 작업시에 있어서, 속도목표치(V1)의 속도목표치(V2)로의 보정에 의해, 붐(11)의 진동이 억제되어 버린 것에서는, 종래보다 회전압 작업을 하기 어렵다.
(c) 따라서, 스텝S3에 있어서는, 조작자가 회전압 작업을 행하고 있는 것으로 판단된 경우, 속도목표치(V1)의 속도목표치(V2)로의 보정은 행하지 않고 스텝S8로 넘어가고, 속도목표치(V1)에 기초하는 지령신호(G)에 의해서 액추에이터(19)를 구동시킨다.
또한, 회전압 작업을 행하고 있는지의 여부의 판정은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 레버 조작신호(Fa)의 값이 「0」이 되는 간격(t)을 검출하는 것으로 행해진다. 이 간격(t)이 소정의 시간보다 짧은 경우에는, 작업기 레버(2)가 중립위치를 경계로 반복 조작되고 있는 것이라는, 회전압 작업을 행하고 있는 것을 판정된다.
(d) 스텝S4: 스텝S2,S3에 있어서, 정속도 작업 및 회전압 작업 모두 행하고 있지 않은 경우에는, 목표치 보정수단(22)의 진동특성 결정수단(27)은, 관절각도(θ1,θ2)에 따른 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)을 결정한다.
진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)의 결정은, 상술한 (2-3)(c)의 작업기(10)의 파라미터의 추정방법에 기초하여 행해지지만, 구체적으로는, 도 7에 나타내어지는 플로우차트에 기초하여 행해진다.
스텝S4A,S4B: 진동특성 결정수단(27)은, 각도검출기(15)에 의해 검출된 붐(11)의 관절각도(θ1), 및, 각도검출기(16)에 의해 검출된 암(12)의 관절각도(θ2)를 취득한다.
스텝S4C: 추정방법1에 의한 경우, 기억부(24)에 저장된 표1에 나타내어지는 관절각도에 따른 진동수를 기록한 테이블로부터 관절각도(θ1,θ2)에 따른 진동수(ω)를 취득하고, 이것과 마찬가지로 기억부(24)에 저장된 관절각도에 따른 감쇠율(ζ)을 기록한 테이블로부터 관절각도(θ1,θ2)에 따른 감쇠율(ζ)을 취득한다.
스텝S4D,S4E: 추정방법2에 의한 경우, 기억부(24)에 저장된 계수(A0)로부터 계수(A8)를 판독하여(S4D), 이것을 이용하여 식(10)에 의해 진동수(ω), 감쇠율(ζ)을 산출한다(S4E).
스텝S4F: 스텝S4D 또는 스텝S4E에 의해서 얻어진 진동수(ω), 감쇠율(ζ)을 컨트롤러(20a)에 설치된 RAM 등의 기억장치에 저장한다.
(e) 스텝S5,S6: 다음으로, 급조작제한수단(28)이 기동하고, 속도목표치(V1)에서의 속도변화율(속도변화의 기울기)로부터 작업기 레버(2)의 조작이 급조작인지의 여부를 판정한다.
예컨대, 도 8A의 속도목표치(V1)에 나타내는 바와 같이, 붐(11)을 소정 속도로부터 급속으로 정지시킨 경우에는, 급조작제한처리를 행하지 않으면, 급조작에 의해서 생길 진동을 없애기 위해서, 점선으로 나타낸 속도목표치(V2)로의 보정이 다음의 스텝S7에 있어서 행해진다. 그러나, 이 속도목표치(V2)에 의하면, 붐(11)을 구동시키는 것이 가능한 속도를 초과하고 있거나(h1 참조), 음의 속도(h2 참조)로 되어 버린다. 이 속도목표치(V2)는, 수학적으로는 바르지만, 실제로 액추에이터(19)가 나오는 것이 가능한 속도에는 한계가 있고, 또한, 일순간만큼 음의 속도를 나오는 것도 구조상 어려우므로, 그와 같은 속도목표치(V2)에 맞추어서 액추에이터(19)를 동작시키는 것은 곤란하다.
그래서, 급조작제한수단(28)은, 작업기 레버(2)의 조작상태를 상세히 감시함과 아울러, 속도의 변화율을 검출하고, 작업기 레버(2)의 급조작에 의해 속도변화율이 소정값을 넘은 것으로 판단한 경우에는, 도 8B에 나타내는 바와 같이, 속도목표치(V1)에서의 속도변화의 기울기를 일점쇄선에서 이점쇄점과 같이 자동적으로 변경한다. 이것에 의해, 소프트웨어 상에서 속도변화율을 작게 하고, 스텝S7에서는 그 속도에 대해서 속도목표치(V2)(점선참조)의 파형을 만든다. 따라서, 속도목표치 (V2)로서는, 작업기 레버(2)의 급조작을 행하여도 실현가능한 속도범위 내의 값이 되고, 붐(11)을 무리없이 동작시키는 것이 가능하다.
또한, 속도변화율의 소정값은, 스텝S4에서 구해진 ω,ζ, 및 h에 기초하여 계산에 의해 얻는 것이 가능하다.
또한, 급조작제한수단(28)은, 작업기 레버(2)의 조작상태를 항상 감시하고 있기 때문에, 도 8C에 나타내는 바와 같이, 작업기 레버(2)를 일순간 급조작에 의해 중립위치측으로 되돌린 후, 도중부터 통상의 속도로 중립위치에 완전히 되돌린 경우에는, 급조작을 행한 초기의 순간만, 속도변화율이 작은 속도목표치(V1)(이점쇄선)에 기초하여 속도목표치(V2)로의 보정을 행하도록 진동억제수단(29)에 지시하고, 경사가 완만하게 되는 중도로부터는, 실선으로 나타내는 실제의 속도목표치(V1)에 기초하여 속도목표치(V2)의 보정을 행하도록 지시한다.
또한, 이와 같은 급조작제한수단(28)은, 작업기 레버(2)의 급조작에 의해 붐(11)을 정지시키는 경우뿐만 아니라, 급조작에 의해 시동시킨 경우에도 마찬가지로 기동한다.
(f) 스텝S7: 여기서는, 진동억제수단(29)에 의해, 속도목표치(V1)로부터 속도목표치(V2)를 연산한다. 급조작처리가 행해지지 않는 경우에는, 스텝S1에서 연산된 속도목표치(V1)로부터 속도목표치(V2)를 구하고, 급조작처리를 행하는 경우에는, 급조작제한수단(28)에서 설정되는 속도목표치(V1)로부터 속도목표치(V2)를 구한다.
이 때의 연산에는, 스텝S4에서 구해진 진동수(ω), 감쇠율(ζ)을 이용하여 상술한 식(5), 식(7), 식(8), 및 식(4)에 의해, 도 9에 나타내어지는 플로우차트에 기초하여, 속도목표치(V2)를 구한다.
스텝S7A: 진동억제수단(29)은, 스텝S4에서 얻어지고, RAM 등의 저장장치에 저장된 진동수(ω), 감쇠율(ζ)의 값을 로드한다.
스텝S7B: 로드된 진동수(ω), 감쇠율(ζ)로부터, 식(5)에 기초하여, C0~C2를 산출한다.
스텝S7C: 진동억제수단(29)은, 속도목표치(V1)를 식(7), 식(8)의 입력값(U)으로 하여, 이 식(7), 식(8)에 기초하여, F1,F2를 산출한다.
스텝S7D: 산출된 C0~C2 및 F1,F2를, 식(4)에 대입하여, 출력(Y)을 산출하고, 이 출력(Y)을 보정된 속도목표치(V2)로 한다.
(g) 스텝S8: 이 후, 지령신호 출력수단(23)이 기동하고, 보정된 속도목표치(V2)를 지령신호(G)로 변환하여 EPC 밸브(18)에 출력한다.
(h) 스텝S9: EPC 밸브(18)로부터의 파일럿압에 의해, 메인 밸브(17)의 스풀(17A)이 이동되면, 지령신호 출력수단(23)은, 위치검출기(17B)로부터 피드백된 스풀(17A)의 위치(E)를 감시하고, 스풀(17A)이 정확한 위치를 유지하도록 지령신호(G)를 출력한다.
이상에 의해, 메인 밸브(17)로부터의 유압에 의해 붐(11)이 구동됨과 아울러, 붐(11)이 시동한 순간이나, 소정 속도로부터 정지한 때에는, 이 메인 밸브(17)가 속도목표치(V2)에 기초하여 동작하는 것이므로 붐(11) 자신의 진동특성에 의해서 진동이 없애지고, 붐(11)은 속도목표치(V1)에 맞추어서 움직이게 된다. 즉, 붐 (11)의 진동은 물론, 유압셔블(1)의 차량본체의 요동도 억제된다.
(4) 실시형태의 효과
이와 같은 본 실시형태에 의하면, 이하의 효과가 있다.
즉, 유압셔블(1)에 탑재된 밸브 컨트롤러(20a)에 의하면, 목표치 보정수단(22)은, 진동억제수단(29)을 구비하고 있으므로, 레버 조작신호(Fa)로부터 얻어지는 속도목표치(V1)를, 붐(11)에서의 예측되는 진동을 없애는 역특성을 갖은 속도목표치(V2)로 보정할 수 있다. 따라서, 이 속도목표치(V2)에 기초하여 생성되는 지령신호(G)에서 액추에이터(19)를 구동하면, 붐(11)은 자신의 진동특성에 의해 진동이 없애지고, 붐(11)을 보정전의 속도목표치(V1)대로, 요동하는 일없이 시원시원하게 동작시킬 수 있다.
이 때, 진동을 없애도록 속도목표치(V1)가 보정되는 것이므로, 붐(11)의 속도변화를 완만하게 하여 진동 정도를 작게 억제하는 종래와는, 진동의 억제원리가 전혀 다르다. 그 때문에, 진동을 작게 하기 위해서 작동오일의 유량을 제한하거나, 속도목표치(V1)를 무뎌지게 하는 것과는 틀려서, 붐(11)의 정지 지연이나 개시 지연을 방지할 수 있고, 붐(11)을 과민하게 동작시킬 수 있다.
그리고, 속도목표치(V2)로의 보정은, 모든 신호파형의 속도목표치(V1)에 대해서 가능하므로, 종래에는 곤란했던 임의 동작상태에 있어서의 붐(11)의 진동 억제를 확실하게 실현할 수 있다.
또한, 보정된 속도목표치(V2)는 그대로, 지령신호(G)로 변환되어 유압실린더(14)를 구동하기 위한 메인 밸브(17)에 출력되는 것이므로, 유압실린더(14)를 구동 하는 다른 보조장치, 예컨대, 문헌3의 제 2 유량제어밸브에 상당하는 부품을 필요로 하지 않고, 구조를 간단하게 할 수 있는데다가, 제어도 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서의 진동 모델은, 차량 본체의 진동특성도 거의 같으므로, 붐(11)의 요동에 의해서 생기는 차량 본체의 진동도 방지할 수 있음과 아울러, 이와 같은 진동이 지반에 전달하는 것도 방지할 수 있으므로, 지반과의 충돌에 의한 충격음을 유효하게 저감할 수 있고, 주택지 주변의 공사나 야간공사에 있어서도, 주변환경에 주는 영향을 적게 할 수 있다. 또한, 차량 본체의 진동이 지반에 전달하기 어려우므로, 비교적 강성이 낮은 기대나 토대, 또는 연약지반 상에서도, 작업을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 붐(11)의 시동직후 및 정지직후의 진동이 억제됨으로서, 다음의 동작으로 이행하기까지의 시간을 짧게 할 수 있고, 작업효율을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 특히, 토사의 반송을 반복해서 행하는 경우나, 법면 마무리와 같이, 버킷(13)을 소정 위치까지 빠르게, 또한 정확하게 이동시킬 필요가 있는 경우에 유효하다.
또한, 본 실시형태의 기술은, 붐(11)을 보다 고속으로 동작시키는 한, 그 효과가 현저하다. 따라서, 종래에는 전복 등의 위험을 회피하기 위해, 최고속을 낮게 설정하고 있던 고속ㆍ중부하 대응의 대형의 유압셔블(1)에도, 최고속을 종래보다 높게 설정하여도, 진동을 생기게 하지 않고 원활하게 조종할 수 있다. 물론, 중소형의 유압셔블(1)이어도, 진동을 충분히 억제할 수 있으므로, 난폭한 조작밖에 할 수 없고 진동이 생기고 있던 초심자의 경우에도, 그와 같은 중소형의 유압셔블(1) 을 쾌적하게 조종할 수 있다.
아울러서, 본 실시형태에서의 가장 특징적인 진동억제수단(29)은, 소프트웨어이기 때문에, 기존의 유압셔블(1)의 밸브 컨트롤러(20a)의 내부에 용이하게 조립할 수 있고, 비용상승을 초래하는 일없이, 진동억제를 실현할 수 있다.
또한, 붐(11)의 진동특성은 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)에 기초하여 결정되기 때문에, 진동특성을 표시하는 진동 모델을 선형 2차 지연모델로 거의 같을 수 있고, 따라서, 문헌3과 같이 많은 패턴을 준비하여 선택할 필요가 없고, 이 선형 2차 지연 모델에 의해서 속도목표치(V1)로부터 속도목표치(V2)로의 보정을 용이하게 또한 정확하게 할 수 있다.
그리고, 진동특성을 결정하는 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)은, 붐(11)의 자세상태를 나타내는 관절각도(θ1,θ2)에 기초하여 가변이기 때문에, 붐(11)의 상하감소에 따른 적절한 진동특성을 얻을 수 있고, 속도목표치(V2)의 보정을 엄밀하게 행하여 붐(11)의 조작성을 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 레버 조작신호 입력수단(21)에는, 작업내용 판정수단(26)이 설치되어 있으므로, 붐(11)을 사용한 정속도 작업이나 회전압 작업을 판정할 수 있다. 그리고, 작업내용 판정수단(26)에 의하면, 이들 진동억제를 필요로 하지 않는 류의 작업을 행하고 있는 경우에는, 속도목표치(V1)로부터 속도목표치(V2)로의 보정을 행하지 않고, 속도목표치(V1)에 기초하여 직접적으로 지령신호(G)를 생성하고, 붐(11)의 진동억제를 의도적으로 생략하기 때문에, 진동을 억제함으로써 생기는 폐해를 없게 할 수 있고, 각 작업을 효율좋게 행할 수 있다.
또한, 목표치 보정수단(22)에는, 급조작 제한수단(28)이 설치되어 있고, 작업기 레버(2)를 급조작하였을 때에는, 속도목표치(V1)를 보정하여 속도변화율을 완만하게 하기 때문에, 속도목표치(V1)를 보정하여도, 붐(11)이 실질적으로 동작할 수 없는 속도목표치(V2)가 얻어질 우려가 없고, 붐(11)을 확실하게 동작시킬 수 있고, 또한, 액추에이터(19)의 손상 등도 방지할 수 있다.
2. 제 2 실시형태
다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 이미 설명한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여서 그 설명을 생략 또는 간략화한다.
상술한 제 1 실시형태는, 유압셔블(1)에 본 발명을 적용한 것이고, 붐(11) 및 암(12)의 관절각도(θ1,θ2)를 검출하고, 검출된 각각의 관절각도(θ1,θ2)로부터 진동수(ω), 감쇠율(ζ)을 구하고, 이것에 기초하여, 속도목표치(V2)를 보정 연산하고 있었다.
이것에 대해서, 제 2 실시형태는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 휠로더(3)에 본 발명을 적용한 것이고, 휠로더(3)의 작업기(30)를 구성하는 붐(31)의 관절각도(θ1)와, 이 붐(31)을 상하이동시키는 유압실린더(33)의 유압(P)을 검출하고, 이것에 기초하여, 속도목표치(V2)의 보정 연산을 행하고 있는 점이 상위하다.
또한, 상술한 제 1 실시형태에서는, 도 4의 플로우차트에 있어서의 작업기(10)의 제어에 있어서, 스텝S2에서 작업내용 판정수단(26)이 작업내용을 판정한 후, 스텝S8에서는, 작업내용의 종료에 상관없이, 지령신호 출력수단(23)은, 동종의 지령신호(G)를 출력하여, 스풀(17A)이 정확한 위치를 유지하도록 제어하고 있었다.
이것에 대해서, 제 2 실시형태에서는, 도 13의 플로우차트에 나타내어지는 바와 같이, 작업기(30)의 제어에 있어서, 스텝S2에서 작업내용 판정수단이 판정한 작업내용의 결과에 따라서 다른 지령신호(G1,G2)를 출력하여, 스풀의 위치제어를 행하고 있는 점이 상위하다.
(1) 작업기(30)의 구조
제 2 실시형태에 관한 건설기계로서의 휠로더(3)는, 도 10에 나타내어지는 바와 같이, 작업기(30)를 구비하고, 이 작업기(30)는, 붐(31), 버킷(32), 및 유압실린더(33)를 구비하여 구성된다.
붐(31)은, 도시를 생략한 차량본체의 지지점(D3)을 중심으로 요동가능하게 지지되고, 유압실린더(33)의 신축에 의해, 붐(31)은 상하방향으로 요동한다.
버킷(32)은, 붐(31)의 선단에 요동가능하게 설치되고, 도시를 생략하였지만, 버킷용 유압실린더의 신축에 의해 회동하여, 버킷(32)에 실어진 토사(DS) 등의 내버리기나 싣기 등을 행할 수 있다.
이와 같은 작업기(30)는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 유압실린더(33), 메인 밸브(17), 및 EPC 밸브(18)를 포함하는 액추에이터(34)를 구비하고, 이 액추에이터(34)는, 컨트롤러(30a)로부터의 지령신호(G1,G2)에 의해서 동작 제어된다.
붐(31)의 지지점(D3)에는, 각도검출기(35)가 설치되고, 차량 본체에 대한 붐(31)의 관절각도(θ)가 검출되고, 검출된 각도신호(θ)는, 밸브 컨트롤러(30a)에 각도신호로서 입력한다.
또한, 액추에이터(34)의 메인 밸브(17)로부터 유압실린더(33)의 작동오일 공급유로, 작동오일 배출유로 각각에는, 유압센서(36)가 설치되고, 각각의 압력센서(36)에서는, 압력신호(P)가 검출되고, 밸브 컨트롤러(30a)에 대해서 압력신호로서 출력되도록 되어 있다.
이들 압력센서(36)로부터 출력되는 압력신호(P)는, 버킷(32) 내의 토사(DS) 등이 적재되었을 때의 페이로드에 의해서 변화한다.
(2) 컨트롤러(30a)의 구조
컨트롤러(30a)는, 도 11에 나타내어지는 바와 같이, 제 1 실시형태에 관한 유압 파워 셔블(1)의 컨트롤러(20a)와 거의 마찬가지로, 증폭기(20A), 레버 조작신호 입력수단(21), 지령신호 출력수단(23), 및 기억부(24)를 구비하고 있지만, 목표치 보정수단(37)에 있어서의 처리가 제 1 실시형태의 경우와 약간 상위하다.
즉, 목표치 보정수단(37)은, 급조작 제한수단(28) 및 진동억제수단(29)에 제 1 실시형태와 마찬가지의 처리를 행하는 구성이지만, 진동특성 결정수단(38)에 의한 진동수(ω), 감쇠율(ζ)의 결정방법이 상위하다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 진동특성 결정수단(38)은, 붐(31)의 관절각도(θ)와, 메인 밸브(17)로부터 유압실린더(33)에 이르는 유압공급배출유로의 압력신호(P)에 기초하여, 진동수(ω), 감쇠율(ζ)을 결정한다.
이 진동특성 결정수단(38)은, 작업기(30)의 가감속에 의한 압력변화를 제거하기 위해서, 도 12A 및 도 12B에 나타내는 바와 같이, 작업기(30)가 일정속도로부터 감속동작으로 전환되는 순간의 압력(P)과, 그 때의 관절각도(θ)를 얻어서 이용 함으로써, 진동수(ω), 감쇠율(ζ)을 결정한다. 또, 진동수(ω), 감쇠율(ζ)의 결정은, 상술한 제 1 실시형태에 있어서의 추정방법1, 추정방법2 모두 채용할 수 있다.
이 진동특성 결정수단(38)에 의해 결정된 진동수(ω), 감쇠율(ζ)은, 진동억제수단(29)에서 이용되고, 제 1 실시형태와 마찬가지의 논리에 의해 속도목표치(V2)의 연산이 행해진다.
(3) 컨트롤러(30a)의 작용
다음에, 도 13의 플로우차트에 기초하여, 컨트롤러(30a)에 의한 작업기(30)의 제어방법에 대해서, 제 1 실시형태의 경우와 상위한 부분을 중심으로 설명한다. (a) 속도목표치 연산수단(25)에 의한 속도목표치(V1)의 연산(스텝S1), 작업내용 판정수단(26)에 의한 정속도판정(스텝S2), 작업내용 판정수단(26)에 의한 회전압 작업판정(스텝S3), 급조작제한수단(28)에 의한 급조작판정(스텝S5), 급조작제한수단(28)에 의한 급조작제한처리(스텝S6), 진동억제수단(29)에 의한 속도목표치(V2) 보정 연산(스텝S7)은, 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지의 처리를 행하고 있다.
(b) 스텝S2의 정속도판정에 있어서, 정속도판정인 것으로 판정된 경우, 신호지령 출력수단(S31)은, 통상 작업용 지령신호(G1)를 EPC 밸브(18)에 출력하고(스텝S31), 위치검출기(17B)로부터 피드백되는 스풀(17A)의 위치(E)를 감시하고, 스풀(17A)이 정확한 위치를 유지하도록 지령신호(G1)를 출력한다(스텝S32).
(c) 스텝S2의 정속도 판정에 있어서, 정속도판정이 아닌 것으로 판정되고, 또한 스텝S3의 회전압 작업판정에 있어서, 회전압 작업이 아닌 것으로 판정된 경 우, 진동특성 결정수단(38)에 의한 진동특성의 결정(스텝S33)은, 상술한 바와 같이, 붐(31)의 관절각도(θ) 및 압력신호(P)에 기초하여, 진동수(ω), 감쇠율(ζ)을 결정한다.
(d) 이후, 스텝S7의 보정 연산에 의해 속도목표치(V2)가 구해진 후, 지령신호 출력수단(23)이 기동하고, 보정된 속도목표치(V2)를, 고속응답용 지령신호(G2)로 변환하여 EPC 밸브(18)에 출력하고(스텝S34), 위치검출기(17B)로부터 피드백되는 스풀(17A)의 위치(E)를 감시하고, 스풀(17A)이 정확한 위치를 유지하도록 지령신호(G1)를 출력한다(스텝S35).
(4) 실시형태의 효과
이와 같은 제 2 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태에서 상술한 효과에다가, 다음과 같은 효과가 있다.
진동특성 결정수단(38)이, 유압실린더(33)로의 작동오일 공급유로 중의 유압(P) 및 붐(31)의 관절각도(θ)에 기초하여 진동특성을 결정하고 있으므로, 관절각도(θ)가 1개밖에 없는 휠로더(3)와 같은 건설기계이어도, 본 발명을 채용할 수 있고, 휠로더(3)의 붐(31)을 요동하는 일없이 시원시원하게 동작시킬 수 있다.
또한, 버킷(32) 내의 토사(DS) 등의 페이로드를 계측하면서, 진동특성 결정수단(38)이 진동특성을 결정하고 있으므로, 작업기(30)에 페이로드에 따라서 적절한 감쇠동작을 시킬 수 있다.
또한, 빠른 밸브대응을 필요로 하는 가속ㆍ감속작업 및 회전압 작업과, 빠른 응답을 필요로 하지 않는 정속도 작업을 판별하여, 지령신호 출력수단(S31,S34)을 전환하고 있으므로, 예컨대, 작업기 선단의 해칭이 눈에 띄기 쉬운 저속위치결정작업 등에 있어서는, 레버 미세 진동에 대해서 민감하지 않은 밸브제어를 사용한다는 제어측의 분별있는 사용이 가능하게 되고, 건설기계의 적용범위를 넓힐 수 있다.
3. 제 3 실시형태
다음에 본 발명의 제 3 실시형태에 대해서 설명한다.
상술한 제 2 실시형태에 관한 컨트롤러(30a)에는, 붐(31)의 관절각도(θ)와, 유압실린더(33)의 작동오일압력(P)이 신호 입력되고, 목표치 보정수단(37)의 진동특성 결정수단(38)은, 관절각도(θ)와, 작동오일압력(P)에 의해서 진동수(ω), 감쇠율(ζ)을 결정하고 있었다.
이것에 대해서, 제 3 실시형태에서는, 도 14에 나타내어지는 바와 같이, 휠로더(3)의 작업기(30)를 구성하는 붐(31)의 선단의 버킷(32)의 근방에, 변형 게이지 등의 역각센서(41)가 설치되고, 버킷(32) 내의 토사(DS) 등에 의한 페이로드를, 상기 역각센서(41)에 의해 붐(31)의 변형신호(W)로서 검출하고, 컨트롤러(40a)에 출력하고 있는 점이 상위하다. 또, 컨트롤러(40a)에서는, 각도검출기(35)로부터의 관절각도(θ), 변형신호(W)에 기초하여, 진동특성 결정수단에 의해, 진동수(ω), 감쇠율(ζ)의 결정을 행하고 있지만, 입력신호(W)가 다른 정도이므로, 기본적으로는 제 2 실시형태의 경우와 마찬가지로 하여 진동수(ω), 감쇠율(ζ)의 결정을 행하고 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은 제 3 실시형태에 의하면, 제 2 실시형태에서 상술한 효과에다가, 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 버킷(32)의 근방의 역각센서(41)에서 검출된 변형신호(W)에 의해서, 진동특성을 결정하고 있으므로, 보다 정확하게 페이로드를 검출할 수 있고, 작업기(30)의 보다 페이로드에 맞는 감쇠동작을 시킬 수 있다.
또한, 제 2 실시형태에서는 작업기(30)의 구동수단인 실린더(33)의 압력을 페이로드 검출용 신호로 하고 있었기 때문에, 작업기(30)의 부하와 관성력뿐만 아니라 오일의 압축성이나 실린더(33) 내부의 마찰력 등의 영향이 압력값에 포함되어 버리고, 그 때문에, 작업기(30)가 일정속도로부터 감속동작으로 전환되는 순간의 압력(P)을 추출시킬 수 없었다.
이것에 대해서 제 3 실시형태의 역각센서(41)에는, 순수하게 부하와 관성력만이 작용하는 것이므로, 가속동작이나 정상동작 중에 있어서도, 페이로드를 계측할 수 있으므로, 순간의 값을 사용하는 경우보다 오차의 영향을 작게 할 수 있고, 보다 고정밀도의 진동억제를 실현할 수 있다.
4. 실시형태의 변형
또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 다른 구성 등을 포함하고, 이하에 나타내는 바와 같은 변형 등도 본 발명에 포함된다.
예컨대, 상기 제 1 실시형태에서는, 레버 조작신호(Fa)가 입력되는 레버 조작신호 입력수단(21)이 구조상 밸브 컨트롤러(20a)의 본체 내에 설치되어 있었지만, 이와 같은 조작신호 입력수단(21)은, 밸브 컨트롤러(20a)의 기능의 일부로서 구조상 작업기 레버(2)측에 설치되어 있어도 좋고, 이와 같은 경우에는, 레버 조작 신호 입력수단(21)으로부터 출력되는 속도목표치(V1)가 밸브 컨트롤러(20a) 본체의 목표치 보정수단(22)에 곧바로 입력되게 된다.
상기 제 1 실시형태에서는, 붐(11)의 진동억제에 대해서 설명하였지만, 이와 같은 기술을 암(12)의 진동을 억제하기 위해 이용하여도 좋고, 진동이 생기는 다른 가동부분이 존재하는 경우에는, 그 가동부분에 적용하는 것도 가능하다.
또한, 차량본체만의 진동특성에 따라서 건설기계 전체의 진동이 억제되는 것이면, 작업기의 진동특성에 따르지 않고 본 발명을 실시하여도 좋다. 요컨대, 작업기 및/또는 차량 본체라는 건설기계의 진동특성에 따라서 요동이나 진동이 억제되면, 본 발명에 포함된다.
예컨대, 캡이 상승, 하강을 행하는 파워 셔블과 같이, 차체의 중심이 변동하는 경우는, 캡의 높이를 검지하는 센서로부터의 신호를, 진동특성의 결정수단에 입력할 수도 있다. 또한, 카운터웨이트의 탈착이 있던 경우에 있어서는, 페이로드 센서에 의해 탈착을 검지하고, 그 신호를 마찬가지로 진동특성의 결정수단에 입력하여도 좋다.
상기 제 1 실시형태에서는, 붐(11)의 진동 모델로서, 선형 2차 지연 모델을 채용하였지만, 진동 모델로서는 이것에 한정되지 않고, 붐(11)의 진동을 미리 예측할 수 있는 모델이면 좋다.
상기 제 1 실시형태에서는, 관절각도(θ1,θ2)로부터 붐(11)의 작업자세를 판정하고, 이것에 기초하여 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)을 결정하고 있었지만, 이와 같은 작업 자세를 유압실린더(14)의 유압(부하)에 의해서 판정하고, 이 유압에 기 초하여 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)을 결정하여도 좋다.
또한, 진동수(ω) 및 감쇠율(ζ)을 작업자세나 부하에 의하지 않고 일정값으로 설정하여, 작업기의 진동억제를 완전히는 행하지 않는 대신에, 관절각도센서나 압력센서를 필요로 하지 않는 구성으로 함으로써, 비용상승을 작게 하면서, 종래보다 진동억제성능을 어느 정도까지 향상시킨다는 방책을 가져도 좋다.
상기 제 1 실시형태의 액추에이터(19)는, 유압실린더(14)나, 이것을 유압구동하기 위한 메인 밸브(17)를 포함하여 구성되어 있었지만, 본 발명에 관한 액추에이터로서는, 전기히터 또는 유압모터를 이용하여 붐(11)을 동작시키는 구성이어도 좋다.
상기 제 1 실시형태에서는, 제어장치로서 밸브 컨트롤러(20a)가 이용되고, 이 밸브 컨트롤러(20a)에는 레버 조작신호(Fa)를 속도목표치(V1)로 변환하는 속도목표치 연산수단(25)이나, 속도목표치(V1)를 다른 속도목표치(V2)로 보정하는 진동억제수단(29)이 설치되어 있었지만, 도 15에 나타내는 바와 같이, 보정회로수단(201)을 설치함으로써, 레버 조작신호(F)를 직접적으로 보정하여 지령신호(G)를 출력하도록 하고, 속도지령값(V1)을 생성하는 연산수단(25)을 생략하여도 좋다. 이 경우, 진동억제수단(29)과 지령신호 출력수단(23)은, 입력을 F로 하고, 출력을 G로 하는 형태로 보정회로수단(201)의 기능의 일부로 하여 치환되게 된다. 즉, 이와 같은 보정회로수단(201)은, 유압셔블(1)의 차량 본체 및/또는 작업기(10)의 진동특성에 따라서, 유압셔블(1)의 진동의 발생을 억제하도록 레버 조작신호(F)를 보정하여 지령신호(G)를 출력하는 것이다.
도 15에 나타내는 바와 같은 구성의 경우, 레버 조작신호(F)를 그 변화율에 기초하여 보정할 수 있다. 예컨대, 도 16A~도 16C에는, 레버 조작신호(F)가 다이형상 파형인 경우가 나타내어져 있다. 이 경우의 보정은 즉, 레버 조작신호(F)의 변화율이 증가한 것을 트리거로 하여(T1,T4), 레버 조작신호(F)를 보다 크게 되는 방향으로 보정하여 지령신호(G)에서의 커버(Q1,Q5)를 형성하고, 레버 조작신호(F)의 변화율이 감소한 것을 트리거로 하여(T2,T3), 레버 조작신호(F)를 보다 작게 되는 방향으로 보정하여 지령신호(G)에서의 커브(Q2,Q4)를 형성하는 것이다.
단, 이와 같은 변화율의 증감을 트리거로 한 보정은, 상기 실시형태와 같이, 속도목표치(V1)를 속도목표치(V2)로 보정하는 경우이어도 가능하다.
또한, 반대로, 레버 조작신호(F)를 직접적으로 보정하는 경우에도, 상기 실시형태와 같이, 작업기 레버(2)가 중립위치로부터 떨어지는 방향으로 움직여진 것을 트리거로 하여(T1), 레버 조작신호(F)를 지령신호(G)에서의 커브(Q1)와 같이, 보다 크게 되도록 보정하고, 또한, 작업기 레버(2)가 중립위치로부터 떨어지는 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것을 트리거로 하여(T2), 레버 조작신호(F)를 지령신호(G)에서의 커브(Q2)와 같이, 보다 작게 되도록 보정하여도 좋다.
그리고, 하강하고 있는 붐(11)을 정지시키기 위해서, 작업기 레버(2)를 중립위치로 되돌리는 경우에 있어서는, 작업기 레버(2)가 중립위치에 가까운 방향으로 움직여진 것을 트리거로 하여(T3), 레버 조작신호(F)를 지령신호(G)에서의 커브(Q4)와 같이, 보다 작게 되도록 보정하고, 작업기 레버(2)가 중립위치에 가까운 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것(중립위치로 되돌린 것)을 트리거로 하 여(T4), 레버 조작신호(F)를 지령신호(G)에서의 커브(Q5)와 같이, 보다 크게 되도록 보정하여도 좋다.
본 발명을 실시하기 위한 최량의 구성, 방법 등은, 이상의 기재에서 개시되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은, 주로 특정의 실시형태에 관해서 특히 도시되고, 또한, 설명되어 있지만, 본 발명의 기술적 사상 및 목적의 범위로부터 일탈하는 일은 없고, 이상 상술한 실시형태에 대해서, 형상, 수량, 그 외의 상세한 구성에 있어서, 당업자가 여러가지의 변형을 가할 수 있는 것이다.
따라서, 상기에 개시한 형상, 수량 등을 한정한 기재는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 예시적으로 기재한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니므로, 이들 형상, 수량 등의 한정의 일부 또는 전부의 한정을 제외한 부재의 명칭에서의 기재는, 본 발명에 포함되는 것이다.
본 발명의 건설기계의 작업기의 제어장치에 의하면, 작업기의 시동시 및 정지시의 요동을 확실하게 방지하면서, 시동 지연이나 정지 지연을 없게 함으로써, 종래에 비해서 보다 빠른 동작을 실현할 수 있고, 또한 구성이나 처리를 간단하게 할 수 있는 효과를 가지고 있다. 작업기의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것에 있다.

Claims (12)

  1. 건설기계의 작업기의 제어장치에 있어서,
    작업기를 조작하는 조작수단으로부터 입력된 조작신호에 기초하여, 상기 작업기의 동작목표치를 생성하는 목표치 연산수단을 포함하는 조작신호 입력수단;
    생성된 동작목표치를 보정하는 목표치 보정수단; 및
    보정된 목표치에 기초하여, 상기 작업기를 동작시키는 액추에이터에 대해서 지령신호를 출력하는 지령신호 출력수단을 구비하고,
    상기 목표치 보정수단은, 상기 작업기의 자세 및 부하 중 하나 이상에 의해 변화하는 진동특성에 따라서, 상기 건설기계의 진동의 발생을 억제하도록 상기 동작목표치를 다른 목표치로 보정하는 진동억제수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기의 제어장치.
  2. 건설기계의 작업기의 제어장치에 있어서,
    작업기를 조작하는 조작수단으로부터 입력된 조작신호에 기초하여 상기 작업기의 동작목표치를 생성하는 목표치 연산수단을 포함하는 조작신호 입력수단;
    생성된 동작목표치를 보정하는 목표치 보정수단; 및
    보정된 목표치에 기초하여, 상기 작업기를 동작시키는 액추에이터에 대해서 지령신호를 출력하는 지령신호 출력수단을 구비하고,
    상기 목표치 보정수단은, 상기 건설기계의 자세 및 부하 중 하나 이상에 의해 변화하는 진동특성에 따라서, 상기 건설기계의 진동의 발생을 억제하도록 상기 동작목표치를 다른 목표치로 보정하는 진동억제수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기의 제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 목표치 보정수단은,
    상기 동작목표치의 변화율이 증가한 것을 검출하면, 그 동작목표치를 보다 크게 되는 목표치로 보정하고,
    상기 동작목표치의 변화율이 감소한 것을 검출하면, 이 동작목표치를 보다 작게 되는 목표치로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기의 제어장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 목표치 보정수단은,
    상기 건설기계 또는 상기 작업기의 자세 및 부하에 따른 진동수 및 감쇠율로부터, 상기 건설기계 또는 상기 작업기의 진동특성을 결정하는 진동특성 결정수단을 구비하고,
    상기 진동억제수단은, 상기 진동수 및 상기 감쇠율에 의해 상기 동작목표치를 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기의 제어장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조작수단은, 중립위치로부터 경사지게 함으로써 조작신호가 변화되는 작업기 레버이고,
    상기 목표치 보정수단은,
    상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 크게 되는 방향으로 보정하고,
    상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직여진 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 작게 되는 방향으로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기의 제어장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조작수단은, 중립위치로부터 경사지게 함으로써 조작신호가 변화되는 작업기 레버이고,
    상기 목표치 보정수단은,
    상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치로부터 떨어지는 방향으로 움직여진 것, 또는, 상기 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 크게 되는 방향으로 보정하고,
    상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치로부터 떨어지는 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것, 또는, 상기 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직여진 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 작게 되는 방향으로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기의 제어장치.
  7. 건설기계의 작업기를 제어하는 건설기계의 작업기의 제어방법에 있어서,
    상기 작업기의 제어장치가,
    작업기를 조작하는 조작수단으로부터 입력된 조작신호에 기초하여, 상기 작업기의 동작목표치를 생성하는 목표치 생성스텝;
    상기 목표치 생성스텝에서 생성된 동작목표치에 기초하여, 상기 작업기의 자세 및 부하 중 하나 이상에 의해 변화하는 진동특성을 취득하는 진동특성 취득스텝; 및
    취득한 진동특성에 기초하여, 상기 건설기계의 진동의 발생을 억제하도록 상기 동작목표치를 다른 목표치로 보정하는 목표치 보정스텝을 실행하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 목표치 보정스텝은,
    상기 동작목표치의 변화율이 증가한 것을 검출하면, 이 동작목표치를 보다 크게 되는 목표치로 보정하고,
    상기 동작목표치의 변화율이 감소한 것을 검출하면, 이 동작목표치를 보다 작게 되는 목표치로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기의 제어방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 조작수단은, 중립위치로부터 경사지게 함으로써 조작신호가 변화되는 작업기 레버이고,
    상기 목표치 보정스텝은,
    상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 크게 되 는 방향으로 보정하고,
    상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직여진 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 작게 되는 방향으로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기의 제어방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 조작수단은, 중립위치로부터 경사지게 함으로써 조작신호가 변화되는 작업기 레버이고,
    상기 목표치 보정스텝은,
    상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치로부터 떨어지는 방향으로 움직여진 것, 또는, 상기 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 크게 되는 방향으로 보정하고,
    상기 작업기 레버가, 그 작업기 레버의 중립위치로부터 떨어지는 방향으로 움직이고 있는 상태로부터 고정된 것, 또는, 상기 작업기 레버의 중립위치에 가까운 방향으로 움직여진 것을 트리거로 하여, 상기 동작목표치를 보다 작게 되는 방향으로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기의 제어방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동특성 취득스텝은, 상기 건설기계 또는 상기 작업기의 자세 및 부하에 따른 진동수 및 감쇠율로부터, 상기 건설기계 또는 상기 작업기의 진동특성을 결정하는 것을 특징으로 하는 건설기 계의 작업기의 제어방법.
  12. 작업기 및 이 작업기를 제어하는 제어장치를 구비한 건설기계의 상기 제어장치에, 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 건설기계의 작업기의 제어방법을 실행시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 실행가능한 프로그램이 기록된 기록매체.
KR1020050011005A 2004-02-10 2005-02-05 건설기계의 작업기의 제어장치, 건설기계의 제어방법, 및 이 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록매체 KR100737250B1 (ko)

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