KR101198467B1 - Gravity compensation control apparatus and gravity compensation control method for excavator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 굴삭기의 중력 보상 제어장치 및 중력 보상 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 중력 보상 제어장치는 선회본체, 붐, 암 및 버킷을 갖는 굴삭기를 제어하며, 상기 선회본체와 상기 버킷 간의 거리에 대한 중력 보상값을 결정하는 보상값 결정부와; 기 설정된 붐 제어 기법에 따라 상기 선회본체에 대한 상기 붐의 회전을 제어하기 위한 붐 제어신호를 생성하는 붐 제어부와; 상기 붐 제어신호에 따라 상기 붐을 회전시키는 붐 구동부와; 상기 붐 제어부가 상기 붐 제어신호를 생성할 때, 상기 붐 제어 기법에 상기 중력 보상값이 반영되도록 상기 붐 제어부를 제어하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 굴삭기의 자세, 특히 선회본체와 버킷 간의 거리에 따른 오차를 중력 보상을 통해 보상함으로서, 굴삭기의 자세에 무관하게 붐의 동작을 안정적으로 제어할 수 있다.The present invention relates to a gravity compensation control device and a gravity compensation control method of an excavator. The gravity compensation control device according to the present invention includes a compensation value determining unit for controlling an excavator having a swing body, a boom, an arm and a bucket, and determining a gravity compensation value for the distance between the swing body and the bucket; A boom controller for generating a boom control signal for controlling rotation of the boom with respect to the pivot body according to a preset boom control technique; A boom driver for rotating the boom according to the boom control signal; And a main control unit controlling the boom control unit so that the gravity compensation value is reflected in the boom control scheme when the boom control unit generates the boom control signal. Accordingly, by compensating for the error of the excavator posture, in particular, the distance between the swinging body and the bucket through gravity compensation, the operation of the boom can be stably controlled regardless of the excavator posture.
Description
본 발명은 굴삭기의 중력 보상 제어장치 및 중력 보상 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버킷의 위치에 따른 중력 보상을 통해 버킷의 위치에 따른 붐 제어신호의 오차를 최소화할 수 있는 굴삭기의 중력 보상 제어장치 및 중력 보상 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a gravity compensation control device and a gravity compensation control method of an excavator, and more particularly, gravity compensation of an excavator that can minimize the error of the boom control signal according to the location of the bucket through the gravity compensation according to the position of the bucket It relates to a control device and a gravity compensation control method.
건설 현장에서 널리 사용되는 굴삭기는 다양한 종류의 작업에 대한 높은 적용성과 경제성으로 인하여 그 역할이 점차 증대되고 있는 추세이다. 그러나, 굴삭기 운전은 힘든 작업에 속하여 굴삭기 운전을 기피하는 현상이 발생하고, 이로 인해 숙련된 운전자를 찾기 어려운 점 등으로 인해 건설 현장에 많은 어려움이 뒤따르고 있다. 이를 보완하기 위해, 사람에 의한 작업이 아니라 굴삭기 자체가 자동을 굴삭 작업을 수행하는 굴삭기의 자동화에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.Excavators that are widely used in construction sites are gradually increasing their roles due to high applicability and economical efficiency to various types of work. However, excavator driving is a difficult task, and the phenomenon of avoiding excavator driving occurs, which causes a lot of difficulties in the construction site due to the difficulty in finding skilled drivers. In order to compensate for this, research on the automation of excavators, in which the excavator itself performs automatic excavation work, rather than human work, is continuously conducted.
이와 같은 지능형 굴삭기의 가장 중요한 부분 중의 하나는 굴삭기의 버킷의 경로를 원하는 위치로 정확하고 빠르게 이동시키는 것이다. 버킷을 정확하게 제어하기 위해서는 버킷을 연결하는 붐과 암의 구동을 위한 구동부, 즉 유압 실린더(hydraulic cylinder)를 정확하게 제어하여야 한다.One of the most important parts of such an intelligent excavator is to move the bucket path of the excavator accurately and quickly to the desired position. In order to control the bucket accurately, the driving unit for driving the boom and the arm connecting the bucket, that is, the hydraulic cylinder, must be precisely controlled.
일반적으로 붐과 암의 구동을 위한 입력신호로는 붐과 선회본체 간, 붐과 암 간의 목표 각도값이 입력된다. 즉, 버킷의 위치를 결정하기 위해 버킷을 연결하기 위한 붐과 선회본체 간의 각도와, 붐과 암 간의 각도를 입력하여 최종적으로 버킷의 위치를 결정하게 된다.In general, as an input signal for driving the boom and the arm, a target angle value between the boom and the swinging body and between the boom and the arm is input. That is, the position of the bucket is finally determined by inputting the angle between the boom and the swinging body and the angle between the boom and the arm for connecting the bucket to determine the position of the bucket.
하지만, 굴삭의 자세, 특히 버킷의 위치에 따라 제어되어야하는 힘과 전압이 다르기 때문에 이를 정확하게 제어하는 것은 쉽지 않다. 즉, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 버킷이 선회 본체에 가까이 위치할 때와, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 선회 본체로부터 멀리 이격되어 있을 때 선회 본체와 붐 간의 회전축을 중심으로 걸리는 하중은 차이가 나게 되며, 두 가지 자세에서 각각 붐을 수직 방향으로 5° 회전시키기 위해 동일한 전압값을 구동부 측에 인가하는 경우, 자칫 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 버킷이 선회 본체로부터 멀리 이격된 자세에서는 붐이 회전하지 못하는 경우가 발생하게 된다.
However, it is not easy to control this precisely because the force and voltage to be controlled depend on the position of the excavation, in particular the position of the bucket. That is, when the bucket is located close to the swinging body as shown in FIG. 1 (a), and when it is far away from the swinging body as shown in FIG. The load applied to the center is different, and when the same voltage value is applied to the drive unit to rotate the boom 5 ° in the vertical direction in each of the two postures, the bucket is as shown in FIG. The boom may not rotate in a position away from the pivot body.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 굴삭기의 자세, 예컨대, 선회본체와 버킷 간의 거리와 무관하게 붐의 동작을 안정적으로 보장하면서는 버킷의 위치에 따른 붐 제어신호의 오차를 최소화할 수 있는 굴삭기의 중력 보상 제어장치 및 중력 보상 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the stability of the boom irrespective of the position of the excavator, for example, the distance between the swing body and the bucket, while stably ensuring the operation of the boom control signal according to the position of the bucket It is an object of the present invention to provide a gravity compensation control device and a gravity compensation control method of an excavator that can minimize the.
또한, 본 발명은 붐의 제어를 위한 붐 제어 기법의 실행에 있어 버킷의 자세에 적합한 붐 제어신호를 생성하여 붐의 동작을 보다 안정적으로 제어할 수 있는 굴삭기의 중력 보상 제어장치 및 중력 보상 제어방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
In addition, the present invention generates a boom control signal suitable for the attitude of the bucket in the execution of the boom control technique for the control of the boom, the gravity compensation control device and gravity compensation control method of the excavator that can more stably control the operation of the boom There is another purpose to provide.
상기 목적은 본 발명에 따라, 선회본체, 붐, 암 및 버킷을 갖는 굴삭기의 중력보상 제어장치에 있어서, 상기 선회본체와 상기 버킷 간의 거리에 대한 중력 보상값을 결정하는 보상값 결정부와; 기 설정된 붐 제어 기법에 따라 상기 선회본체에 대한 상기 붐의 회전을 제어하기 위한 붐 제어신호를 생성하는 붐 제어부와; 상기 붐 제어신호에 따라 상기 붐을 회전시키는 붐 구동부와; 상기 붐 제어부가 상기 붐 제어신호를 생성할 때, 상기 붐 제어 기법에 상기 중력 보상값이 반영되도록 상기 붐 제어부를 제어하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어장치에 의해서 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a gravity compensation control apparatus for an excavator having a swing body, a boom, an arm, and a bucket, comprising: a compensation value determiner configured to determine a gravity compensation value for a distance between the swing body and the bucket; A boom controller for generating a boom control signal for controlling rotation of the boom with respect to the pivot body according to a preset boom control technique; A boom driver for rotating the boom according to the boom control signal; When the boom control unit generates the boom control signal, it is achieved by the gravity compensation control device of the excavator comprising a main control unit for controlling the boom control unit to reflect the gravity compensation value in the boom control technique .
여기서, 상기 선회본체와 상기 붐 간의 붐 각도값을 검출하는 붐 각도 검출부와, 상기 붐과 상기 암 간의 암 각도값을 검출하는 암 각도 검출부와, 상기 암과 상기 버킷 간의 버킷 각도값을 검출하는 버킷 각도 검출부를 더 포함하며; 상기 보상값 결정부는 상기 붐 각도값, 상기 암 각도값 및 상기 버킷 각도값에 기초하여 상기 붐, 상기 암 및 상기 버킷 간의 기구학적 모델에 따라 상기 중력 보상값을 결정할 수 있다.Here, a boom angle detector for detecting a boom angle value between the swing body and the boom, an arm angle detector for detecting an arm angle value between the boom and the arm, a bucket for detecting a bucket angle value between the arm and the bucket Further comprising an angle detector; The compensation value determiner may determine the gravity compensation value according to a kinematic model between the boom, the arm, and the bucket based on the boom angle value, the arm angle value, and the bucket angle value.
그리고, 상기 붐 제어부는 상기 붐의 회전을 위한 붐 목표 회전값을 입력받고, 상기 붐 각도값을 피드백 받아 상기 붐 제어 기법을 수행하며; 상기 메인 제어부는 상기 중력 보상값이 상기 붐 제어 기법에 피드 포워드되어 반영되도록 상기 붐 제어부를 제어할 수 있다.The boom control unit receives the boom target rotation value for the rotation of the boom, receives the boom angle value, and performs the boom control technique; The main control unit may control the boom control unit so that the gravity compensation value is fed forward to the boom control technique and reflected.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 선회본체, 붐, 암 및 버킷을 갖는 굴삭기의 중력보상 제어방법에 있어서, (a) 상기 선회본체와 상기 버킷 간의 거리에 대한 중력 보상값을 결정하는 단계와; (b) 상기 선회 본체에 대한 상기 붐의 회전을 제어하기 위해 기 설정된 붐 제어 기법에 상기 중력 보상값이 반영되어 상기 붐의 제어를 위한 붐 제어신호가 생성되는 단계와; (c) 상기 붐 제어신호에 따라 상기 붐이 회전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, in the gravity compensation control method of an excavator having a swing body, a boom, an arm and a bucket, (a) a gravity compensation value for the distance between the swing body and the bucket Determining; (b) generating a boom control signal for controlling the boom by reflecting the gravity compensation value in a preset boom control technique for controlling the rotation of the boom with respect to the pivoting body; (C) it can also be achieved by the gravity compensation control method of the excavator comprising the step of rotating the boom in accordance with the boom control signal.
여기서, 상기 (a) 단계는 상기 선회본체와 상기 붐 간의 붐 각도값을 검출하는 단계와; 상기 붐과 상기 암 간의 암 각도값을 검출하는 단계와; 상기 암과 상기 버킷 간의 버킷 각도값을 검출하는 단계와; 상기 붐 각도값, 상기 암 각도값 및 상기 버킷 각도값에 기초하여, 상기 붐, 상기 암 및 상기 버킷 간의 기구학적 모델에 따라 상기 중력 보상값이 결정되는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step (a) is the step of detecting the boom angle value between the pivot body and the boom; Detecting an arm angle value between the boom and the arm; Detecting a bucket angle value between the arm and the bucket; The gravity compensation value may be determined based on a kinematic model between the boom, the arm, and the bucket, based on the boom angle value, the arm angle value, and the bucket angle value.
그리고, 상기 (b) 단계는 (b1) 상기 붐의 회전을 위한 붐 목표 회전값이 입력되는 단계와; (b2) 상기 붐 각도값을 피드백받아 상기 붐 목표 회전값을 입력값으로 상기 붐 제어 기법이 실행되는 단계와; (b3) 상기 중력 보상값이 상기 붐 제어 기법에 피드 포워드되어 반영될 수 있다.And, step (b) (b1) is a step of inputting a boom target rotation value for the rotation of the boom; (b2) receiving the boom angle value and executing the boom control technique using the boom target rotational value as an input value; (b3) The gravity compensation value may be fed forward to the boom control technique and reflected.
여기서, 상기 붐 제어 기법은 P 제어 기법과 I 제어 기법으로 구성된 PI 제어 기법을 포함할 수 있다.Here, the boom control technique may include a PI control technique consisting of a P control technique and an I control technique.
그리고, 상기 보상값 결정부는 상기 붐 각도값, 상기 암 각도값 및 상기 버킷 각도값에 따라 산출되는 상기 선회 본체와 상기 붐의 회전축에 대한 상기 붐, 상기 암 및 상기 버킷 전체의 무게 중심에 작용하는 힘에 기초하여 상기 중력 보상값을 결정할 수 있다.
The compensation value determiner is configured to act on the center of gravity of the boom, the arm, and the entire bucket about the rotation axis of the pivoting body and the boom, which are calculated according to the boom angle value, the arm angle value, and the bucket angle value. The gravity compensation value can be determined based on the force.
상기 구성에 따라 본 발명에 따르면, 굴삭기의 자세, 특히 선회본체와 버킷 간의 거리에 따른 오차를 중력 보상을 통해 보상함으로서, 굴삭기의 자세에 무관하게 붐의 동작을 안정적으로 제어할 수 있는 굴삭기의 중력 보상 제어장치 및 중력 보상 제어방법이 제공된다.
According to the present invention according to the configuration, by compensating for the error according to the attitude of the excavator, in particular the distance between the swing body and the bucket through gravity compensation, the gravity of the excavator that can stably control the operation of the boom irrespective of the attitude of the excavator Compensation control apparatus and gravity compensation control method are provided.
도 1은 통상적인 굴삭기의 자세의 예들을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 지능형 굴삭기 시스템의 구성을 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 지능형 굴삭기 시스템의 중력 보상 제어장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 중력보상 제어장치에서 중력 보상값을 산출하기 위한 기구학적 모델의 예를 도시하고 있다.1 is a view showing examples of the posture of a conventional excavator,
2 is a view showing the configuration of an intelligent excavator system according to the present invention,
3 is a view showing the configuration of the gravity compensation control device of the intelligent excavator system according to the present invention,
4 shows an example of a kinematic model for calculating the gravity compensation value in the gravity compensation control device according to the present invention.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 본 발명을 설명하는데 있어, 굴삭기(100)의 자세에 대해서는 도 1을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment according to the present invention. Here, in describing the present invention, the posture of the
도 2는 본 발명에 따른 지능형 굴삭기 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 굴삭기 시스템은 굴삭기(100)와 중력 보상 제어장치(300)를 포함한다.2 is a view showing the configuration of an intelligent excavator system according to the present invention. As shown in FIG. 2, the intelligent excavator system according to the present invention includes an
굴삭기(100)는 주행 본체(120)와, 주행 본체(120)의 상부에 주행 본체(120)에 대해 선회 가능하게 결합되는 선회 본체(110)와, 선회 본체(110)에 회동 가능하게 설치되는 붐(130)(Boom)과, 붐(130)에 회동 가능하게 설치되는 암(140)(Arm)과, 암(140)의 끝 단부에 회동 가능하게 설치되는 버킷(150)(Bucket)을 포함한다. 여기서, 굴삭기(100)의 구성은 기 공지된 다양한 형태로 마련될 수 있으며, 그 상세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.The
한편, 본 발명에 따른 중력 보상 제어장치(300)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 보상값 결정부(313), 붐 제어부(311), 붐 구동부(312) 및 메인 제어부(314)를 포함한다. 또한, 중력 보상 제어장치(300)는 붐 각도 검출부(310), 암(140) 각도 감출부, 버킷 각도 검출부(330), 암 제어부(321), 버킷 제어부(331), 암 구동부(322) 및 버킷 구동부(332)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the gravity
붐 각도 검출부(310)는 선회 본체(110)와 붐(130) 간의 각도에 해당하는 붐(130) 각도값을 검출한다. 그리고, 암 각도 검출부(320)는 붐(130)과 암(140) 간의 각도에 해당하는 암(140) 각도값을 검출한다. 마찬가지로 버킷 각도 검출부(330)는 암(140)과 버킷(150) 간의 각도에 해당하는 버킷(150) 각도값을 검출한다. 여기서, 붐 각도 검출부(310), 암 각도 검출부(320) 및 버킷 각도 검출부(330)는 회전 각도의 산출이 가능한 다양한 형태, 예컨대, 리졸버(Resolver)나 앵글 엔코더(Angle encoder) 등의 형태로 마련될 수 있다.The
보상값 결정부(313)는 선회 본체(110)와 버킷(150) 간의 거리에 대한 중력 보상값을 산출한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 굴삭기(100)의 작업 자세에 따라 선회 본체(110)와 버킷(150) 간의 거리 차이가 발생한다. 이와 같은 선회 본체(110)와 버킷(150) 간의 거리 차로 인하여, 선회 본체(110)와 붐(130) 간의 회전축에 대한 붐(130), 암(140) 및 버킷(150) 전체의 무게 중심(이하, '관절 무게 중심'이라 함)에 걸리는 힘, 즉 토크 및 모멘트는 차이가 나게 되는데, 보상값 결정부(313)는 이와 같이 관절 무게 중심에 걸리는 힘의 차이를 보상하기 위한 중력 보상값을 산출한다.The compensation value determiner 313 calculates a gravity compensation value for the distance between the
여기서, 본 발명에 따른 보상값 결정부(313)는 붐 각도 검출부(310), 암 각도 검출부(320) 및 버킷 각도 검출부(330)에 의해 각각 검출된 붐(130) 각도값, 암(140) 각도값 및 버킷(150) 각도값에 기초하여 붐(130), 암(140), 버킷(150) 간의 기구학적 모델에 따라 중력 보상값을 산출하는 것을 예로 한다.Here, the compensation value determiner 313 according to the present invention is the angle of the
도 4는 본 발명에 따른 중력 보상 제어장치(300)에서 중력 보상값을 산출하기 위한 기구학적 모델의 예를 도시하고 있다. 도 4에서는 중력 보상값의 산출을 위한 기구학적 모델로 D-H 표기법(Denavit-Hartenberg parameter notation) 모델이 적용되는 것을 예로 한다.4 shows an example of a kinematic model for calculating the gravity compensation value in the gravity
그리고, 보상값 결정부(313)는 관절 무게 중심에 걸리는 힘에 기초하여 중력 보상값을 결정한다. 여기서, 붐(130), 암(140) 및 버킷(150) 전체에 무게 중심에 작용하는 힘은 붐(130) 각도값, 암(140) 각도값 및 버킷(150) 각도값에 기초하여 산출된다.The compensation value determiner 313 determines the gravity compensation value based on the force applied to the joint center of gravity. Here, the force acting on the center of gravity of the
도 4를 참조하여 설명하여 설명하면, 굴삭기(100)의 자세에 따라 선회 본체(110)와 버킷(150) 간의 회전축(O1)을 중심으로 관절 무게 중심에 걸리는 힘(G2)은 붐(130)의 무게(M1), 암(140)의 무게(M2), 버킷(150)의 무게(M3), 붐(130)의 회전축과 암(140)의 회전축 간의 길이(LO1O2), 암(140)의 회전축과 버킷(150)의 회전축 간의 길이(LO2O3), 버킷(150)의 회전축과 버킷(150)의 끝단 간의 길이(LO3G4), 붐(130) 각도값(θ1), 암(140) 각도값(θ2) 및 버킷(150) 각도값(θ3)에 따라 달라진다.When described with reference to Figure 4, according to the attitude of the
관절 무게 중심에 걸리는 힘(G2)은 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
The force (G 2 ) applied to the center of gravity of the joint may be expressed as
[수학식 1][Equation 1]
여기서, [수학식 1] 및 [수학식 2]에서 θ1mc, θ2mc 및 θ3mc는 x축가 각 무게 중심(G1, G2, G3)가 이루는 각도이다. 그리고, 붐(130)의 무게(M1), 암(140)의 무게(M2), 버킷(150)의 무게(M3), 붐(130)의 회전축과 암(140)의 회전축 간의 길이(LO1O2), 암(140)의 회전축과 버킷(150)의 회전축 간의 길이(LO2O3), 버킷(150)의 회전축과 버킷(150)의 끝단 간의 길이(LO3G4)는 상수이므로, 보상값 결정부(313)는 붐 각도 검출부(310), 암 각도 검출부(320) 및 버킷 각도 검출부(330)에 의해 각각 검출된 붐(130) 각도값(θ1), 암(140) 각도값(θ2) 및 버킷(150) 각도값(θ3)을 이용하여 암(140)의 무게 중심과 버킷(150)의 무게 중심에 걸리는 중력에 따른 하중(G2, G3)을 산출하게 된다.Here, in [Equation 1] and [Equation 2], θ 1mc , θ 2mc and θ 3mc are angles formed by the centers of gravity (G 1 , G 2 , G 3 ) of the x-axis. The weight M 1 of the
그리고, 보상값 결정부(313)는 관절 무게 중심에 걸리는 힘(G2)을 이용하여 중력 보상값을 결정하여 붐 제어부(311)로 출력한다. 보다 구체적으로 설명하면, 보상값 결정부(313)에 의해 산출되는 관절 무게 중심에 걸리는 힘(G2)는 붐(130)이 중력을 극복하여 회전하기 위해 필요한 최소한의 힘을 의미하게 되며, 보상값 결정부(313)는 관절 무게 중심에 걸리는 힘(G2)에 기초하여 중력 보상값을 결정하게 된다.The compensation value determiner 313 determines the gravity compensation value by using the force G 2 applied to the center of gravity of the joint and outputs it to the
여기서, 중력 보상값의 결정 방법은 관절 무게 중심에 걸리는 힘(G2)에 대응하는 중력 보상값을 테이블 형태로 저장하고, 해당 테이블로부터 산출된 힘(G2)에 해당하는 중력 보상값을 추출하여 붐 제어부(311)로 출력할 수 있다. 또한, 보상값 결정부(313)는 관절 무게 중심에 걸리는 힘(G2)과 중력 보상값 간의 관계식을 정의하고, 산출된 힘(G2)에 따른 중력 보상값을 해당 관계식을 통해 산출하여 붐 제어부(311)로 출력할 수 있다. 이외에도, 관절 무게 중심에 걸리는 힘(G2)에 따른 중력 보상값의 결정은 굴삭기(100)의 사이즈, 예컨대, 선회 본체(110)의 무게나, 붐(130), 암(140) 및 버킷(150)의 길이나 무게 등에 따라 당업자가 변경을 가하여 적용할 수 있음은 물론이다.Here, the method of determining the gravity compensation value stores the gravity compensation value corresponding to the force (G 2 ) applied to the center of gravity of the joint in a table form, and extracts the gravity compensation value corresponding to the force (G 2 ) calculated from the table. Can be output to the
상기와 같은 방법으로, 보상값 결정부(313)에 의해 중력 보상값이 결정되어 붐 제어부(311)로 전달되면, 붐 제어부(311)는 기 설정된 붐(130) 제어 기법에 따라 선회 본체(110)에 대한 붐(130)의 회전을 제어하기 위한 붐 제어신호를 생성한다. 여기서, 본 발명에서는 붐 제어부(311)가 붐(130) 제어 기법으로 PI 제어 기법을 기본으로 사용하며, 붐(130)의 회전을 위한 붐(130) 목표 회전값(Input)을 입력받고, 봄 각도값을 피드백 받아 PI 제어 기법을 수행하는 것을 예로 한다.As described above, when the gravity compensation value is determined by the compensation
그리고, 메인 제어부(314)는 붐 제어부(311)가 붐 제어신호를 생성할 때, 붐(130) 제어 기법, 즉 PI 제어 기법에 중력 보상값을 반영하도록 붐 제어부(311)를 제어하는데, 중력 보상값이 붐(130) 제어 기법에 피드 포워드되어 반영되도록 붐 제어부(311)를 제어하는 것을 예로 한다.The
도 3을 참조하여 설명하면, 붐 제어부(311)는 PI 제어 기법을 수행하는 PI 제어 수행부(311a)와, PI 제어 수행부(311a)의 수행 결과에 기초하여 붐 구동부(312)의 구동에 필요한 붐 제어신호를 생성하여 출력하는 제어신호 출력부(311b)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
이와 같이 붐 제어부(311)로부터 출력된 붐 제어신호는 붐 구동부(312)에 전달되어 붐 구동부(312)가 구동되어 붐(130)에 선회 본체(110)에 대해 회동 가능하게 된다. 여기서, 붐 구동부(312)는 유압 실린더(hydraulic cylinder) 형태로 마련되며, 붐 제어부(311)로부터의 붐 제어신호에 따른 실린더 밸브의 개방 여부와 개방 정도에 따라 유압 실린더의 작동 및 힘이 제어된다. 이 때, 붐 제어부(311)의 제어신호 출력부(311b)에 의해 생성되어 출력되는 붐 제어신호는 실린더 밸브의 개방 여부 및 개방 정도를 결정하기 위한 전압값 형태로 출력될 수 있다.As such, the boom control signal output from the
한편, 암 제어부(321)는 암 각도 검출부(320)에 의해 검출되는 암(140) 각도값에 기초하여 암 구동부(322)를 제어하며, 버킷 제어부(331)는 버킷 각도 검출부(330)에 의해 검출된 버킷(150) 각도값에 기초하여 버킷 구동부(332)를 제어할 수 있다. 여기서, 암 제어부(321) 및 버킷 제어부(331)는 PI 제어 기법을 통해 암 구동부(322) 및 버킷 구동부(332)를 각각 제어하기 위한 암 제어신호 및 버킷 제어신호를 생성하여 출력할 수 있다. 그리고, 암 구동부(322) 및 버킷 구동부(332)의 구성은 상술한 붐 구동부(312)의 형태에 대응하여 마련될 수 있다.Meanwhile, the
전술한 실시예에서는 붐 구동부(312), 암 구동부(322) 및 버킷 구동부(332)가 중력 보상 제어장치(300)의 구성요소인 것으로 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 지능형 굴삭기 시스템의 이해를 돕기 위한 예로 설명한 것으로, 본 발명에 따른 지능형 굴삭기 시스템이 굴삭기(100)와 중력 보상 제어장치(300)로 물리적, 또는 논리적으로 구분되는 것을 의미하는 것이 아니며, 물리적인 하나의 굴삭기(100)에 중력 보상 제어장치(300)가 내장되거나 일부 구성요소가 물리적인 굴삭기(100) 외부에 마련되는 형태로 모두 본 발명의 기술 사상에 포함됨은 물론이다.In the above-described embodiment, the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
100 : 굴삭기 110 : 선회 본체
120 : 주행 본체 130 : 붐
140 : 암 150 : 버킷
300 : 중력 보상 제어장치 310 : 붐 각도 검출부
311 : 붐 제어부 312 : 붐 구동부
313 : 보상값 결정부 320 : 암 각도 검출부
321 : 암 제어부 322 : 암 구동부
330 : 버킷 각도 검출부 331 : 버킷 제어부
332 : 버킷 구동부 314 : 메인 제어부100: excavator 110: pivoting body
120: running body 130: boom
140: arm 150: bucket
300: gravity compensation control device 310: boom angle detection unit
311
313: compensation value determiner 320: arm angle detector
321: arm control unit 322: arm drive unit
330: bucket angle detection unit 331: bucket control unit
332: bucket driving unit 314: main control unit
Claims (10)
상기 선회본체와 상기 버킷 간의 거리에 대한 중력 보상값을 결정하는 보상값 결정부와;
기 설정된 붐 제어 기법에 따라 상기 선회본체에 대한 상기 붐의 회전을 제어하기 위한 붐 제어신호를 생성하는 붐 제어부와;
상기 붐 제어신호에 따라 상기 붐을 회전시키는 붐 구동부와;
상기 붐 제어부가 상기 붐 제어신호를 생성할 때, 상기 붐 제어 기법에 상기 중력 보상값이 반영되도록 상기 붐 제어부를 제어하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어장치.In the gravity compensation control device of an excavator having a swing body, a boom, an arm and a bucket,
A compensation value determiner configured to determine a gravity compensation value for the distance between the pivot body and the bucket;
A boom controller for generating a boom control signal for controlling rotation of the boom with respect to the pivot body according to a preset boom control technique;
A boom driver for rotating the boom according to the boom control signal;
And a main control unit controlling the boom control unit so that the gravity compensation value is reflected in the boom control technique when the boom control unit generates the boom control signal.
상기 선회본체와 상기 붐 간의 붐 각도값을 검출하는 붐 각도 검출부와,
상기 붐과 상기 암 간의 암 각도값을 검출하는 암 각도 검출부와,
상기 암과 상기 버킷 간의 버킷 각도값을 검출하는 버킷 각도 검출부를 더 포함하며;
상기 보상값 결정부는 상기 붐 각도값, 상기 암 각도값 및 상기 버킷 각도값에 기초하여 상기 붐, 상기 암 및 상기 버킷 간의 기구학적 모델에 따라 상기 중력 보상값을 결정하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어장치.The method of claim 1,
A boom angle detector for detecting a boom angle value between the pivot body and the boom;
An arm angle detector for detecting an arm angle value between the boom and the arm;
A bucket angle detector for detecting a bucket angle value between the arm and the bucket;
The compensation value determiner determines the gravity compensation value according to the kinematic model between the boom, the arm and the bucket based on the boom angle value, the arm angle value and the bucket angle value. Compensation control.
상기 붐 제어부는 상기 붐의 회전을 위한 붐 목표 회전값을 입력받고, 상기 붐 각도값을 피드백 받아 상기 붐 제어 기법을 수행하며;
상기 메인 제어부는 상기 중력 보상값이 상기 붐 제어 기법에 피드 포워드되어 반영되도록 상기 붐 제어부를 제어하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어장치.The method of claim 2,
The boom control unit receives a boom target rotational value for rotation of the boom, receives the boom angle value, and performs the boom control technique;
And the main control unit controls the boom control unit so that the gravity compensation value is fed forward and reflected in the boom control technique.
상기 붐 제어 기법은 P 제어 기법과 I 제어 기법으로 구성된 PI 제어 기법을 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어장치.The method of claim 3,
The boom control technique is a gravity compensation control device of the excavator, characterized in that it comprises a PI control technique consisting of P control technique and I control technique.
상기 보상값 결정부는,
상기 붐 각도값, 상기 암 각도값 및 상기 버킷 각도값에 따라 산출되는 상기 선회 본체와 상기 붐의 회전축에 대한 상기 붐, 상기 암 및 상기 버킷 전체의 무게 중심에 작용하는 힘에 기초하여 상기 중력 보상값이 결정되는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어장치.5. The method according to any one of claims 2 to 4,
The compensation value determiner,
Compensation for gravity based on the force acting on the center of gravity of the boom, the arm and the entire bucket relative to the pivot axis and the axis of rotation of the boom calculated in accordance with the boom angle value, the arm angle value and the bucket angle value Gravity compensation control device of the excavator, characterized in that the value is determined.
(a) 상기 선회본체와 상기 버킷 간의 거리에 대한 중력 보상값을 결정하는 단계와;
(b) 상기 선회 본체에 대한 상기 붐의 회전을 제어하기 위해 기 설정된 붐 제어 기법에 상기 중력 보상값이 반영되어 상기 붐의 제어를 위한 붐 제어신호가 생성되는 단계와;
(c) 상기 붐 제어신호에 따라 상기 붐이 회전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어방법.In the gravity compensation control method of an excavator having a swing body, a boom, an arm and a bucket,
(a) determining a gravity compensation value for the distance between the pivot body and the bucket;
(b) generating a boom control signal for controlling the boom by reflecting the gravity compensation value in a preset boom control technique for controlling the rotation of the boom with respect to the pivoting body;
and (c) rotating the boom in response to the boom control signal.
상기 (a) 단계는,
상기 선회본체와 상기 붐 간의 붐 각도값을 검출하는 단계와;
상기 붐과 상기 암 간의 암 각도값을 검출하는 단계와;
상기 암과 상기 버킷 간의 버킷 각도값을 검출하는 단계와;
상기 붐 각도값, 상기 암 각도값 및 상기 버킷 각도값에 기초하여, 상기 붐, 상기 암 및 상기 버킷 간의 기구학적 모델에 따라 상기 중력 보상값이 결정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어방법.The method according to claim 6,
The step (a)
Detecting a boom angle value between the pivot body and the boom;
Detecting an arm angle value between the boom and the arm;
Detecting a bucket angle value between the arm and the bucket;
And based on the boom angle value, the arm angle value, and the bucket angle value, the gravity compensation value is determined according to a kinematic model between the boom, the arm, and the bucket. Compensation Control Method.
상기 (b) 단계는,
(b1) 상기 붐의 회전을 위한 붐 목표 회전값이 입력되는 단계와;
(b2) 상기 붐 각도값을 피드백받아 상기 붐 목표 회전값을 입력값으로 상기 붐 제어 기법이 실행되는 단계와;
(b3) 상기 중력 보상값이 상기 붐 제어 기법에 피드 포워드되어 반영되는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어방법.The method of claim 7, wherein
The step (b)
(b1) inputting a boom target rotation value for the rotation of the boom;
(b2) receiving the boom angle value and executing the boom control technique using the boom target rotational value as an input value;
(b3) Gravity compensation control method of the excavator, characterized in that the feed-forward feed reflected to the boom control technique.
상기 붐 제어 기법은 P 제어 기법과 I 제어 기법으로 구성된 PI 제어 기법을 포함하는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어방법.9. The method of claim 8,
The boom control technique is a gravity compensation control method of an excavator, characterized in that it comprises a PI control technique consisting of P control technique and I control technique.
상기 중력 보상값은 상기 붐 각도값, 상기 암 각도값 및 상기 버킷 각도값에 따라 산출되는 상기 선회 본체와 상기 붐의 회전축에 대한 상기 붐, 상기 암 및 상기 버킷 전체의 무게 중심에 작용하는 힘에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 굴삭기의 중력보상 제어방법.10. The method according to any one of claims 7 to 9,
The gravity compensation value is applied to the force acting on the center of gravity of the boom, the arm and the entire bucket relative to the rotation axis of the boom body and the boom, which is calculated according to the boom angle value, the arm angle value and the bucket angle value. Gravity compensation control method of an excavator, characterized in that determined based on.
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