KR101542470B1

KR101542470B1 - 작업기 제어 시스템, 건설 기계 및 작업기 제어 방법

Info

Publication number: KR101542470B1
Application number: KR1020137020322A
Authority: KR
Inventors: 도루 마쓰야마
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2015-08-06
Also published as: CN103348063A; JPWO2012127912A1; KR20130112062A; DE112012000540B4; CN103348063B; WO2012127912A1; JP5548306B2; DE112012000540T5; US9194106B2; US20140142817A1

Abstract

굴삭 제어 시스템(200)은, 작업 형태 판정부(264)와, 구동 제어부(265)를 구비한다. 작업 형태 판정부(264)는, 조작 신호 M에 기초하여, 작업기(2)의 작업 형태가 성형 작업인지 혹은 날끝 위치 맞춤 작업인지를 판정한다. 구동 제어부(265)는, 작업 형태가 성형 작업인 것으로 판정된 경우에, 목표 설계면(45(A)을 따라 버킷(8)의 날끝(8a)을 이동시킨다. 구동 제어부(265)는, 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정된 경우에, 목표 설계면(45A)을 기준으로 하는 소정 위치에서 버킷(8)의 날끝(8a)을 정지시킨다.

Description

작업기 제어 시스템, 건설 기계 및 작업기 제어 방법{WORK MACHINE CONTROL SYSTEM, CONSTRUCTION MACHINERY AND WORK MACHINE CONTROL METHOD}

본 발명은, 작업기를 구비하는 작업기 제어 시스템 및 이 작업기 제어 시스템을 구비하는 건설 기계에 관한 것이다.

종래, 작업기를 구비하는 건설 기계에 있어서, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타낸 설계면을 따라 버킷을 이동시키는 것에 의해 소정의 영역을 굴삭하는 방법이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조).

구체적으로, 특허 문헌 1의 제어 장치는, 버킷과 설계면의 간격이 작을수록 버킷의 설계면에 대한 상대 속도가 감소하도록, 오퍼레이터로부터 버킷 조작을 위해 입력되는 조작 신호를 보정한다. 이와 같이, 버킷의 속도 제한을 행함으로써, 버킷은 설계면을 따라 자동적으로 이동한다.

국제 공개 WO95/30059호

그러나, 특허 문헌 1에서는, 오퍼레이터가 버킷의 날끝을 설계면에 근접하는 위치에서 정지시키고자 해도, 오퍼레이터의 조작에 관계없이 버킷은 설계면을 따라 자동적으로 이동한다. 그러므로, 날끝을 소정 위치에 세팅하기 위해서는, 속도 제한을 종료시킬 필요가 있다. 또한, 속도 제한을 종료시킨 상태에서는, 오퍼레이터는 수동으로 날끝을 소정 위치에 세팅할 필요가 있다.

이 때문에, 속도 제한 중이라도, 설계면을 따라 버킷을 이동시키는 성형 모드와, 소정 위치에서 날끝을 정지시키는 날끝 위치 맞춤 모드가 자동적으로 변환되는 것이 요구되고 있다.

본 발명은, 전술한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 성형 모드와 날끝 위치 맞춤 모드를 자동 전환 가능한 작업기 제어 시스템, 건설 기계 및 작업기 제어 방법의 제공을 목적으로 한다.

제1 양태에 따른 굴삭 제어 시스템은, 작업기, 조작도구, 작업 형태 판정부, 및 구동 제어부를 구비한다. 작업기는, 버킷을 포함하는 복수의 피구동 부재에 의해 구성되어 있고, 차량 본체에 회동(回動) 가능하게 지지된다. 조작도구는, 작업기를 구동하는 사용자 조작을 받아들여, 사용자 조작에 따른 조작 신호를 출력한다. 작업 형태 판정부는, 조작 신호에 기초하여, 작업기의 작업 형태가 성형 작업 인지 혹은 날끝 위치 맞춤 작업인지를 판정한다. 구동 제어부는, 작업 형태가 성형 작업인 것으로 판정된 경우에, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타낸 설계면을 따라 버킷을 이동시키고, 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정된 경우에, 설계면을 기준으로 하는 소정 위치에서 버킷을 정지시킨다.

제2 양태에 따른 굴삭 제어 시스템은, 작업기, 내부압 취득부, 작업 형태 판정부, 및 구동 제어부를 구비한다. 작업기는, 버킷을 포함하는 복수의 피구동 부재에 의해 구성되어 있고, 차량 본체에 회동 가능하게 지지된다. 내부압 취득부는, 작업기를 구동하는 유압 실린더의 내부압을 취득한다. 작업 형태 판정부는, 내부압에 기초하여, 작업기의 작업 형태가 성형 작업인지 혹은 날끝 위치 맞춤 작업인지를 판정한다. 구동 제어부는, 작업 형태가 성형 작업인 것으로 판정된 경우에, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타낸 설계면을 따라 버킷을 이동시키고, 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정된 경우에, 설계면을 기준으로 하는 소정 위치에서 버킷을 정지시킨다.

제3 양태에 따른 굴삭 제어 시스템은, 작업기, 토출압 취득부, 작업 형태 판정부, 및 구동 제어부를 구비한다. 작업기는, 버킷을 포함하는 복수의 피구동 부재에 의해 구성되어 있고, 차량 본체에 회동 가능하게 지지된다. 토출압 취득부는, 복수의 피구동 부재 각각을 구동하는 복수의 유압 실린더에 작동유를 공급하는 유압 펌프의 토출압을 취득한다. 작업 형태 판정부는, 토출압에 기초하여, 작업기의 작업 형태가 성형 작업인지 혹은 날끝 위치 맞춤 작업인지를 판정한다. 구동 제어부는, 작업 형태가 성형 작업인 것으로 판정된 경우에, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타낸 설계면을 따라 버킷을 이동시키고, 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정된 경우에, 설계면을 기준으로 하는 소정 위치에서 버킷을 정지시킨다.

제4 양태에 따른 작업기 제어 방법은, 버킷을 포함하는 복수의 피구동 부재에 의해 구성되어 있고, 차량 본체에 회동 가능하게 지지되는 작업기를 구동하는 사용자 조작을 받아들여, 상기 사용자 조작에 따른 조작 신호를 출력하는 단계와, 상기 조작 신호에 기초하여, 상기 작업기의 작업 형태가 성형 작업인지 혹은 날끝 위치 맞춤 작업인지를 판정하는 단계와, 상기 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정된 경우에, 상기 설계면을 기준으로 하는 소정 위치에서 상기 버킷을 정지시키는 단계와, 상기 버킷이 상기 소정 위치에서 정지된 후, 상기 복수의 피구동 부재 중 소정의 피구동 부재를 구동하는 사용자 조작이 받아들여진 경우에, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타낸 설계면을 따라 상기 버킷을 이동시키는 단계를 포함한다.

성형 모드와 날끝 위치 맞춤 모드를 자동 전환 가능한 작업기 제어 시스템, 건설 기계 및 작업기 제어 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 유압 셔블(100)의 사시도이다.
도 2a는 유압 셔블(100)의 측면도이다.
도 2b는 유압 셔블(100)의 배면도이다.
도 3은 굴삭 제어 시스템(200)의 기능 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 표시부(29)에 표시되는 설계 지형의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 5는 교선(交線)(47)에 있어서의 설계 지형의 단면도이다.
도 6은 작업기 콘트롤러(26)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 버킷(8)과 제1 설계면(451)의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 8은 제한 속도 U와 거리 d의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 굴삭 제어 시스템(200)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에 있어서는, 「건설 기계」의 일례로서 유압 셔블을 들어 설명한다.

《유압 셔블(100)의 전체 구성》

도 1은, 실시예에 따른 유압 셔블(100)의 사시도이다. 유압 셔블(100)은, 차량 본체(1)와 작업기(2)를 가진다. 또한, 유압 셔블(100)에는, 굴삭 제어 시스템(200)이 탑재되어 있다. 굴삭 제어 시스템(200)의 구성 및 동작에 대해서는 후술한다.

차량 본체(1)는, 상부 선회체(3), 운전실(4), 및 주행 장치(5)를 가진다. 상부 선회체(3)는, 도시하지 않은 엔진이나 유압 펌프 등을 수용하고 있다. 상부 선회체(3)의 후단부(後端部) 상에는, 제1 GNSS 안테나(21)와 제2 GNSS 안테나(22)가 배치되어 있다. 제1 GNSS 안테나(21)와 제2 GNSS 안테나(22)는, RTK-GNSS(Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems, GNSS는 글로벌 항법 위성 시스템을 말함)용 안테나이다. 운전실(4)은, 상부 선회체(3)의 앞부분에 탑재되어 있다. 운전실(4) 내에는, 후술하는 조작 장치(25)가 배치된다(도 3 참조). 주행 장치(5)는 크롤러 트랙(5a, 5b)을 가지고 있고, 크롤러 트랙(5a, 5b)이 회전함으로써 유압 셔블(100)이 주행한다.

작업기(2)는, 차량 본체(1)의 앞부분에 장착되어 있고, 붐(6), 암(7), 버킷(8), 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)를 가진다. 붐(6)의 기단부(基端部)는, 붐 핀(13)을 통하여 차량 본체(1)의 앞부분에 요동 가능하게 장착된다. 암(7)의 기단부는, 암 핀(14)을 통하여 붐(6)의 선단부에 요동 가능하게 장착된다. 암(7)의 선단부에는, 버킷 핀(15)을 통하여 버킷(8)이 요동 가능하게 장착된다.

붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)는, 각각 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더(10)는 붐(6)을 구동한다. 암 실린더(11)는, 암(7)을 구동한다. 버킷 실린더(12)는, 버킷(8)을 구동한다.

여기서, 도 2a는 유압 셔블(100)의 측면도이며, 도 2b는 유압 셔블(100)의 배면도이다. 도 2a에 나타낸 바와 같이, 붐(6)의 길이, 즉 붐 핀(13)으로부터 암 핀(14)까지의 길이는, L1이다. 암(7)의 길이, 즉 암 핀(14)으로부터 으로부터 버킷 핀(15)까지의 길이는, L2이다. 버킷(8)의 길이, 즉 버킷 핀(15)으로부터 버킷(8)의 투스(tooth)의 선단(이하, 「날끝(8a)」이라고 함)까지의 길이는, L3이다.

또한, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 붐(6), 암(7), 및 버킷(8)에는, 각각 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)가 설치되어 있다. 제1 스트로크 센서(16)는, 붐 실린더(10)의 스트로크 길이(이하, 「붐 실린더 길이 N1」라고 함)를 검출한다. 후술하는 표시 콘트롤러(28)(도 3 참조)는, 제1 스트로크 센서(16)가 검출한 붐 실린더 길이 N1으로부터, 차량 본체 좌표계의 수직 방향에 대한 붐(6)의 경사각 θ1을 산출한다. 제2 스트로크 센서(17)는, 암 실린더(11)의 스트로크 길이(이하, 「암 실린더 길이 N2」라고 함)를 검출한다. 표시 콘트롤러(28)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 N2로부터, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사각 θ2를 산출한다. 제3 스트로크 센서(18)는, 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이(이하, 「버킷 실린더 길이 N3」라고 함)를 검출한다. 표시 콘트롤러(28)는, 제3스트로크 센서(18)가 검출한 버킷 실린더 길이 N3로부터, 암(7)에 대한 버킷(8)이 가지는 날끝(8a)의 경사각 θ3를 산출한다.

차량 본체(1)에는, 위치 검출부(19)가 구비되어 있다. 위치 검출부(19)는, 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출한다. 위치 검출부(19)는, 전술한 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22), 3차원 위치 센서(23). 및 경사각 센서(24)를 가진다. 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)는, 차폭 방향에 있어서 일정 거리만큼 이격되어 배치되어 있다. 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)에서 수신된 GNSS 전파에 따른 신호는 3차원 위치 센서(23)에 입력된다. 3차원 위치 센서(23)는, 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)의 설치 위치를 검출한다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, 경사각 센서(24)는, 중력 방향(수직선)에 대한 차량 본체(1)의 차폭 방향에 있어서의 경사각 θ4를 검출한다.

《굴삭 제어 시스템(200)의 구성》

도 3은, 굴삭 제어 시스템(200)의 기능 구성을 나타낸 블록도이다. 굴삭 제어 시스템(200)은, 조작 장치(25), 작업기 콘트롤러(26), 비례 제어 밸브(27), 표시 콘트롤러(28), 및 표시부(29)를 구비한다.

조작 장치(25)는, 작업기(2)를 구동하는 오퍼레이터 조작을 받아들여, 오퍼레이터 조작에 따른 조작 신호를 출력한다. 구체적으로, 조작 장치(25)는, 붐 조작도구(31), 암 조작도구(32), 및 버킷 조작도구(33)를 가진다. 붐 조작도구(31)는, 붐 조작 레버(31a) 및 붐 조작 검출부(31b)를 포함한다. 붐 조작 레버(31a)는, 오퍼레이터에 의한 붐(6)의 조작을 받아들인다. 붐 조작 검출부(31b)는, 붐 조작 레버(31a)의 조작에 따라 붐 조작 신호 M1을 출력한다. 암 조작 레버(32a)는, 오퍼레이터에 의한 암(7)의 조작을 받아들인다. 암 조작 검출부(32b)는, 암 조작 레버(32a)의 조작에 따라 암 조작 신호 M2를 출력한다. 버킷 조작도구(33)는, 버킷 조작 레버(33a) 및 버킷 조작 검출부(33b)를 포함한다. 버킷 조작 레버(33a)는, 오퍼레이터에 의한 버킷(8)의 조작을 받아들인다. 버킷 조작 검출부(33b)는, 버킷 조작 레버(33a)의 조작에 따라 버킷 조작 신호 M3를 출력한다.

작업기 콘트롤러(26)는, 조작 장치(25)로부터 붐 조작 신호 M1, 암 조작 신호 M2 및 버킷 조작 신호 M3(이하, 적절하게 「조작 신호 M」으로 총칭함)를 취득한다. 작업기 콘트롤러(26)는, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)로부터 붐 실린더 길이 N1, 암 실린더 길이 N2 및 버킷 실린더 길이 N3를 취득한다. 작업기 콘트롤러(26)는, 이들 각종 정보에 기초한 제어 신호를 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 이로써, 작업기 콘트롤러(26)는, 버킷(8)을 설계면(45)(도 4 참조)을 따라 자동적으로 이동시키는 굴삭 제어를 실행한다. 이 때, 작업기 콘트롤러(26)는, 후술하는 바와 같이, 붐 조작 신호 M1을 보정한 후에 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 한편, 작업기 콘트롤러(26)는, 암 조작 신호 M2 및 버킷 조작 신호 M3를 보정하지 않고 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 작업기 콘트롤러(26)의 기능 및 동작에 대해서는 후술한다.

비례 제어 밸브(27)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)와 도시하지 않은 유압 펌프의 사이에 배치된다. 비례 제어 밸브(27)는, 작업기 콘트롤러(26)로부터의 제어 신호에 따른 유량의 작동유를 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12) 각각에 공급한다.

표시 콘트롤러(28)는, RAM이나 ROM 등의 기억부(28a)나, CPU 등의 연산부(28b)를 가지고 있다. 기억부(28a)는, 전술한 붐(6)의 길이 L1, 암(7)의 길이 L2, 버킷(8)의 길이 L3를 포함하는 작업기 데이터를 기억하고 있다. 작업기 데이터는, 붐(6)의 경사각 θ1, 암(7)의 경사각 θ2, 버킷(8)의 경사각 θ3의 각각의 최소값 및 최대값을 포함한다. 표시 콘트롤러(28)는, 작업기 콘트롤러(26)와 무선 또는 유선의 통신 수단에 의해 서로 통신 가능하다. 표시 콘트롤러(28)의 기억부(28a)는, 작업 영역 내의 3차원 설계 지형의 형상 및 위치를 나타내는 설계 지형 데이터를 사전에 기억하고 있다. 표시 콘트롤러(28)는, 설계 지형이나 전술한 각종 센서로부터의 검출 결과 등에 기초하여, 설계 지형을 표시부(29)에 표시시킨다.

여기서, 도 4는, 표시부(29)에 표시되는 설계 지형의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 설계 지형은, 삼각형 폴리곤(polygon)에 의해 각각 표현되는 복수의 설계면(45)에 의해 구성되어 있다. 복수의 설계면(45) 각각은, 작업기(2)에 의한 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내고 있다. 오퍼레이터는, 이들 복수의 설계면(45) 중 1개의 설계면을 목표 설계면(45A)으로서 선택한다. 오퍼레이터가 목표 설계면(45A)을 버킷(8)으로 굴삭하는 경우, 작업기 콘트롤러(26)는, 버킷(8)의 날끝(8a)의 현재 위치를 통과하는 평면(46)과 목표 설계면(45A)과의 교선(47)을 따라 버킷(8)을 이동시킨다. 그리고, 도 4에서는 복수의 설계면 중 1개에만 부호 "45"가 부여되어 있고, 다른 설계면의 부호는 생략되어 있다.

도 5는, 교선(47)에 있어서의 설계 지형의 단면도이며, 표시부(29)에 표시되는 설계 지형의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 설계 지형은, 목표 설계면(45A)과, 속도 제한 개입 라인 C를 포함하고 있다.

목표 설계면(45A)은, 유압 셔블(100)의 측방에 위치하는 경사면이다. 오퍼레이터는, 목표 설계면(45A)의 위쪽으로부터 아래쪽을 향해 버킷(8)을 이동시킨다.

속도 제한 개입 라인 C는, 후술하는 속도 제한이 실행되는 영역을 획정(劃定)한다. 후술하는 바와 같이, 날끝(8a)이 속도 제한 개입 라인 C의 내측에 침입한 경우에, 굴삭 제어 시스템(200)에 의한 속도 제한이 실행된다. 속도 제한 개입 라인 C는, 목표 설계면(45A)으로부터 라인 거리 h의 위치에 설정되어 있다. 라인 거리 h는, 오퍼레이터에 의한 작업기(2)의 조작감이 손상되지 않는 거리에 설정되어 있는 것이 바람직하다.

《작업기 콘트롤러(26)의 구성》

도 6은, 작업기 콘트롤러(26)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 7은, 버킷(8)과 목표 설계면(45A)의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.

작업기 콘트롤러(26)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상대 거리 취득부(261), 제한 속도 결정부(262), 상대 속도 취득부(263), 작업 형태 판정부(264), 및 구동 제어부(265)를 구비한다.

상대 거리 취득부(261)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 목표 설계면(45A)에 수직인 수직 방향에 있어서의 날끝(8a)과 목표 설계면(45A)의 거리 d를 취득한다. 상대 거리 취득부(261)는, 표시 콘트롤러(28)로부터 취득하는 설계 지형 데이터 및 유압 셔블(100)의 현재 위치 데이터와, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)로부터 취득하는 붐 실린더 길이 N1, 암 실린더 길이 N2 및 버킷 실린더 길이 N3에 기초하여, 거리 d를 산출할 수 있다. 상대 거리 취득부(261)는, 거리 d를 제한 속도 결정부(262)에 출력한다. 그리고, 본 실시예에 있어서, 거리 d는 라인 거리 h보다 작으므로, 날끝(8a)은 속도 제한 개입 라인 C의 내측에 침입하고 있다.

제한 속도 결정부(262)는, 거리 d에 따른 제한 속도 U를 취득한다. 여기서, 제한 속도 U는, 거리 d에 따라 획일적으로 정해지는 속도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 제한 속도 U는, 거리 d가 라인 거리 h 이상에서 최대로 되고, 거리 d가 라인 거리 h보다 작아질수록 지연된다. 제한 속도 결정부(262)는, 제한 속도 U를 구동 제어부(265)에 출력한다. 그리고, 도 8에서는, 목표 설계면(45A)에 가까워지는 방향이 마이너스 방향이다.

상대 속도 취득부(263)는, 조작 장치(25)로부터 취득하는 조작 신호 M에 기초하여, 날끝(8a)의 속도 Q를 산출한다. 또한, 상대 속도 취득부(263)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 속도 Q에 기초하여, 날끝(8a)의 목표 설계면(45A)에 대한 상대 속도 Q1을 취득한다. 상대 속도 취득부(263)는, 상대 속도 Q1을 구동 제어부(265)에 출력한다. 본 실시예에 있어서, 상대 속도 Q1은, 제한 속도 U보다 크다.

작업 형태 판정부(264)는, 조작 장치(25)로부터 취득하는 조작 신호 M에 기초하여, 작업기(2)의 작업 형태가 성형 작업인지 혹은 날끝 위치 맞춤 작업인지를 판정한다.

여기서, 성형 작업이란, 목표 설계면(45A)을 따라 날끝(8a)을 이동시키는 것에 의해, 목표 설계면(45A)을 따라 정지(整地)하는 작업이다. 성형 작업에는, 예를 들면, 절토나 성토의 사면을 성형하는 법면(法面) 성형 작업이 포함된다. 그리고, 성형 작업에서는, 오퍼레이터에 의해 암(7)이 구동되는 경우가 많다.

또한, 날끝 위치 맞춤 작업이란, 목표 설계면(45A)을 기준으로 하는 소정 위치에서 날끝(8a)을 정지시키는 것에 의해, 다음 작업의 스타트 위치에 날끝(8a)을 세팅하는 작업이다. 날끝 위치 맞춤 작업에는, 예를 들면, 법면 성형 작업의 스타트 위치로의 날끝(8a) 세팅이 포함된다. 소정 위치는, 목표 설계면(45A) 상의 임의의 위치, 또는 목표 설계면(45A)으로부터 유압 셔블(100) 측으로 이격된 임의의 위치에 설정할 수 있다. 이와 같은 소정 위치는, 도 8의 그래프에 있어서 제한 속도가 "0"가 될 때의수직 거리의 값에 의해 조정된다. 본 실시예에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제한 속도가 "0"가 될 때의 수직 거리의 값이 "0"이므로, 소정 위치는, 목표 설계면(45A) 상에 설정되어 있다. 그리고, 소정 위치가 목표 설계면(45A)으로부터 이격된 위치에 설정되는 경우에는, 목표 설계면(45A)으로부터 소정 위치까지의 수직 거리는 작은 것(즉, 날끝(8a)의 정지 위치가 목표 설계면(45A)에 인접하고 있는 것)이 바람직하다.

본 실시예에 있어서, 작업 형태 판정부(264)는, 조작 신호 M에 암의 조작을 나타내는 암 조작 신호 M2가 포함되어 있는 경우에, 작업기(2)의 작업 형태는 성형 작업인 것으로 판정한다. 한편, 작업 형태 판정부(264)는, 조작 신호 M에 암(7)의 조작을 나타내는 암 조작 신호 M2가 포함되어 있지 않은 경우에, 작업기(2)의 작업 형태는 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정한다. 작업 형태 판정부(264)는, 판정 결과를 구동 제어부(265)에 통지한다.

구동 제어부(265)는, 목표 설계면(45A)에 대한 날끝(8a)의 상대 속도 Q1을 제한 속도 U로 제한하는 속도 제한을 실행한다. 본 실시예에서는, 붐(6)의 회전 속도의 감속 만에 의해 상대 속도 Q1을 제한 속도 U로 억제하기 위하여, 구동 제어부(265)는, 붐 조작 신호 M1을 보정하고, 보정 후의 붐 조작 신호 M1을 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 이로써, 수직 방향에 있어서의 날끝(8a)의 속도는, 날끝(8a)이 목표 설계면(45A)에 가까워질수록 늦어지고, 날끝(8a)이 소정 위치(본 실시예에서는, 목표 설계면(45A) 상의 위치)에 이르렀을 때 "0"이 된다(도 8 참조).

또한, 구동 제어부(265)는, 작업 형태 판정부(264)에 의해 작업 형태가 성형 작업인 것으로 판정된 경우에는, 목표 설계면(45A)을 따라 날끝(8a)을 이동시킨다. 구체적으로, 구동 제어부(265)는, 전술한 바와 같이 붐 조작 신호 M1을 보정하여 비례 제어 밸브(27)에 출력하고, 암 조작 신호 M2 및 버킷 조작 신호 M3에 대해서는 보정하지 않고 그대로 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 이 결과, 작업기(2)는, 날끝(8a)이 목표 설계면(45A)을 따라 이동하는 성형 모드로 구동 제어된다.

한편, 구동 제어부(265)는, 작업 형태 판정부(264)에 의해 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정된 경우에는, 목표 설계면(45A)을 기준으로 하는 소정 위치(본 실시예에서는, 목표 설계면(45A) 상의 위치)에서 날끝(8a)을 정지시킨다. 구체적으로는, 구동 제어부(265)는, 날끝(8a)이 목표 설계면(45A)에 이를 때까지, 전술한 바와 같이 붐 조작 신호 M1을 보정하여 비례 제어 밸브(27)에 출력하고, 버킷 조작 신호 M3에 대해서는 보정하지 않고 그대로 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 그리고, 구동 제어부(265)는, 날끝(8a)이 목표 설계면(45A)에 이른 후에는, 목표 설계면(45A)에 평행한 평행 방향에 있어서의 날끝(8a)의 속도가 "0"이 도록 붐 조작 신호 M1 및 버킷 조작 신호 M3를 보정하여 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 이 결과, 작업기(2)는, 날끝(8a)이 소정 위치에 정지하는 날끝 위치 맞춤 모드로 구동 제어된다.

그리고, 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정된 경우에는, 조작 장치(25)로부터 암 조작 신호 M2가 출력되고 있지 않지만, 그 후, 조작 장치(25)로부터 암 조작 신호 M2가 출력된 경우에는, 작업 형태는 성형 작업인 것으로 판정된다. 그 결과, 작업기(2)의 구동 제어는, 날끝 위치 맞춤 모드로부터 성형 모드로 이행한다.

《굴삭 제어 시스템(200)의 동작》

도 9는, 굴삭 제어 시스템(200)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

단계 S10에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 설계 지형 데이터 및 유압 셔블(100)의 현재 위치 데이터를 취득한다.

단계 S20에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 붐 실린더 길이 N1, 암 실린더 길이 N2 및 버킷 실린더 길이 N3를 취득한다.

단계 S30에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 설계 지형 데이터, 현재 위치 데이터, 붐 실린더 길이 N1, 암 실린더 길이 N2 및 버킷 실린더 길이 N3에 기초하여ㅏ, 거리 d를 산출한다(도 7 참조).

단계 S40에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 거리 d에 따른 제한 속도 U를 취득한다(도 8 참조).

단계 S50에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 붐 조작 신호 M1, 암 조작 신호 M2 및 버킷 조작 신호 M3에 기초하여, 날끝(8a)의 속도 Q를 산출한다(도 7 참조).

단계 S60에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 속도 Q에 기초하여, 상대 속도 Q1을 취득한다(도 7 참조).

단계 S70에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 붐(6)의 회전 속도의 감속에 의해서만 상대 속도 Q1을 제한 속도 U로 억제한다(도 7 참조).

단계 S80에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 조작 신호 M에 기초하여, 작업기(2)의 작업 형태가 성형 작업인지의 여부를 판정한다. 구체적으로, 굴삭 제어 시스템(200)은, 조작 신호 M에 암의 조작을 나타내는 암 조작 신호 M2가 포함되어 있는 경우에, 작업기(2)의 작업 형태는 성형 작업인 것으로 판정하고, 조작 신호 M에 암 조작 신호 M2가 포함되어 있지 않은 경우에, 작업기(2)의 작업 형태는 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정한다. 작업 형태가 성형 작업인 경우, 처리는 단계 S90으로 진행한다. 작업 형태가 성형 작업이 아닌 경우에는, 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정하고, 처리는 단계 S100으로 진행한다.

단계 S90에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 목표 설계면(45A)을 따라 날끝(8a)을 이동시킨다. 구체적으로, 굴삭 제어 시스템(200)은, 전술한 바와 같이 붐 조작 신호 M1을 보정하여 비례 제어 밸브(27)에 출력하고, 암 조작 신호 M2 및 버킷 조작 신호 M3에 대해서는 보정하지 않고 그대로 비례 제어 밸브(27)에 출력한다.

단계 S100에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 목표 설계면(45A)을 기준으로 하는 소정 위치(본 실시예에서는, 목표 설계면(45A) 상의 임의의 위치)에서 날끝(8a)을 정지시킨다. 구체적으로는, 구동 제어부(265)는, 전술한 바와 같이 붐 조작 신호 M1을 보정하여 비례 제어 밸브(27)에 출력하고, 버킷 조작 신호 M3에 대해서는 보정하지 않고 그대로 비례 제어 밸브(27)에 출력한다.

단계 S110에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 오퍼레이터가 암 조작 레버(32a)를 조작했는지 여부, 즉 조작 장치(25)로부터 암 조작 신호 M2가 출력되었는지의 여부를 판정한다. 오퍼레이터가 암 조작 레버(32a)를 조작한 것으로 판정된 경우, 처리는 단계 S90으로 진행한다. 오퍼레이터가 암 조작 레버(32a)를 조작하고 있지 않은 것으로 판정된 경우, 처리는 단계 S100으로 되돌아온다.

《작용 및 효과》

(1) 본 실시예에 따른 굴삭 제어 시스템(200)은, 작업 형태 판정부(264)와 구동 제어부(265)를 구비한다. 작업 형태 판정부(264)는, 조작 신호 M에 기초하여, 작업기(2)의 작업 형태가 성형 작업인지 혹은 날끝 위치 맞춤 작업인지를 판정한다. 구동 제어부(265)는, 작업 형태가 성형 작업인 것으로 판정된 경우에, 목표 설계면(45A)을 따라 버킷(8)의 날끝(8a)을 이동시킨다. 구동 제어부(265)는, 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정된 경우에, 목표 설계면(45A)을 기준으로 하는 소정 위치에서 버킷(8)의 날끝(8a)을 정지시킨다.

그러므로, 성형 작업중에는 오퍼레이터의 조작에 관계없이 목표 설계면(45A)을 따라 날끝(8a)을 이동시키고, 날끝 위치 맞춤 작업중에는 오퍼레이터의 조작에 따라 소정 위치에서 날끝(8a)을 정지시킬 수 있다. 따라서, 날끝 위치 맞춤 작업을 행하고자 함에도 불구하고 날끝(8a)이 목표 설계면(45A)을 따라 이동하는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 굴삭 제어 시스템(200)에 의하면, 작업기(2)의 구동 제어를 성형 모드와 날끝 위치 맞춤 모드로 자동적으로 전환할 수 있다.

(2) 본 실시예에 따른 굴삭 제어 시스템(200)은, 붐 실린더(10)의 신축 속도의 조정에 의해 속도 제한을 실행한다.

그러므로, 오퍼레이터 조작에 따른 조작 신호 중 붐 조작 신호 M1만을 보정함으로써 속도 제한이 실행된다. 즉, 붐(6), 암(7) 및 버킷(8) 중 오퍼레이터가 조작한 대고 구동하지 않는 것은 붐(6)만이다. 따라서, 붐(6), 암(7) 및 버킷(8) 중 2개 이상의 피구동 부재의 신축 속도를 조정하는 경우에 비해, 오퍼레이터의 조작감이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

(3) 본 실시예에 따른 굴삭 제어 시스템(200)에 있어서, 작업 형태 판정부(264)는, 조작 신호 M에 암(7)의 조작을 나타내는 암 조작 신호 M2가 포함되어 있는 경우에, 작업 형태는 성형 작업인 것으로 판정한다.

여기서, 성형 작업이 행해지는 많은 경우에 있어서, 오퍼레이터는 암(7)을 구동시키는 것으로 알려져 있다. 그러므로, 암 조작 신호 M2의 유무에 기초하여 판정하는 것에 의해, 간편하고 양호한 정밀도로 판정을 행할 수 있다.

(4) 본 실시예에 따른 굴삭 제어 시스템(200)은, 붐 실린더(10)의 신축 속도의 조정에 의해 속도 제한을 실행하면서, 암 조작 신호 M2의 유무에 의해 작업 형태의 판정을 행한다. 그러므로, 속도 제한 개입을 행하면서 오퍼레이터의 굴삭 유무의 의사를 판정할 수 있다. 따라서, 법견(slope top surface)으로부터 법면으로의 굴삭면 전환이나 굴삭 개시 시 등의 날끝 위치 맞춤 시에, 오퍼레이터의 조작 의사에 따른 날끝 위치 맞춤이 가능해져, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

《그 외의 실시예》

이상, 본 발명의 일실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다.

(A) 상기 실시예에 있어서, 작업 형태 판정부(264)는, 조작 신호 M에 기초하여, 작업기(2)의 작업 형태를 판정하는 것으로 하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 작업 형태 판정부(264)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12) 중 적어도 1개의 실린더의 내부압에 기초하여, 작업기(2)의 작업 형태를 판정할 수 있다. 이것은, 성형 작업이 행해지는 경우에 작동유의 공급량이 증가하는 것에 의해 실린더의 내부압이 일시적으로 증대하는 것을 이용한 방법이다. 이 방법에 있어서, 작업 형태 판정부(264)는, 내부압을 취득하는 내부압 취득부로부터 내부압을 취득하고, 내부압이 소정값 이상이면 성형 작업인 것으로 판정하고, 내부압이 소정값 미만이면 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정할 수 있다.

또한, 굴삭 제어 시스템(200)은, 비례 제어 밸브(27)에 작동유를 공급하는 유압 펌프의 토출압에 기초하여 작업기(2)의 작업 형태를 판정할 수 있다. 이것은, 성형 작업이 행해지는 경우에 유압 펌프로부터 토출되는 작동유량이 일시적으로 증대하는 것을 이용한 방법이다. 이 방법에 있어서, 작업 형태 판정부(264)는, 토출압을 취득하는 토출압 취득부로부터 토출압을 취득하고, 토출압이 소정값 이상이면 성형 작업인 것으로 판정하고, 토출압이 소정값 미만이면 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정할 수 있다.

(B) 상기 실시예에 있어서, 작업 형태 판정부(264)는, 조작 신호 M에 암 조작 신호 M2가 포함되어 있는지의 여부에 기초하여, 작업기(2)의 작업 형태를 판정하는 것으로 하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 작업 형태 판정부(264)는, 붐 조작 신호 M1, 암 조작 신호 M2 및 버킷 조작 신호 M3 중 암 조작 신호 M2를 포함하는 2 이상의 신호가 포함되어 있는지의 여부에 기초하여, 작업기(2)의 작업 형태를 판정할 수도 있다.

(C) 상기 실시예에 있어서, 작업기 콘트롤러(26)는, 버킷(8) 중 날끝(8a)의 위치에 기초하여, 속도 제한을 실행하는 것으로 하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 작업기 콘트롤러(26)는, 버킷(8) 중 임의의 위치에 기초하여, 속도 제한을 실행할 수 있다.

(D) 상기 실시예에 있어서, 날끝(8a)이 정지하는 소정 위치는, 목표 설계면(45A) 상에 설정되는 것으로 하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 소정 위치는, 목표 설계면(45A)으로부터 유압 셔블(100) 측으로 이격된 임의의 위치에 설정되어도 된다. 이 경우에, 도 8의 그래프에 있어서 제한 속도가 "0"이 될 때의 수직 거리의 값이, 목표 설계면(45A)과 소정 위치와의 간격에 일치한다.

(E) 상기 실시예에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 붐(6)의 회전 속도의 감속만에 의해 상대 속도를 제한 속도에 억제하도록 하였지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 굴삭 제어 시스템(200)은, 붐(6)의 회전 속도뿐만 아니라, 암(7) 및 버킷(8) 중 적어도 1개의 회전 속도를 조정할 수도 있다. 이로써, 설계면(45)에 평행한 방향에 있어서의 버킷(8)의 속도가 속도 제한에 의해 저하되는 것을 억제할 수 있으므로, 오퍼레이터의 조작감이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

(F) 상기 실시예에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 조작 장치(25)로부터 취득하는 조작 신호 M에 기초하여, 날끝(8a)의 속도 Q를 산출하는 것으로 하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 굴삭 제어 시스템(200)은, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)로부터 취득되는 각 실린더 길이 N1∼N3의 시간당 변화량에 기초하여, 속도 Q를 산출할 수 있다. 이 경우에, 조작 신호 M에 기초하여, 속도 Q를 산출하는 경우에 비해, 양호한 정밀도로 속도 Q를 산출할 수 있다.

(G) 상기 실시예에 있어서, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제한 속도와 수직 거리는 선형적인 관계에 있는 것으로 했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 제한 속도와 수직 거리의 관계는 적절하게 설정할 수 있으며, 선형적이지 않아도 되고, 원점을 지나지 않아도 된다.

[산업상 이용 가능성]

본 발명은, 성형 모드와 날끝 위치 맞춤 모드를 자동 전환 가능한 작업기 제어 시스템을 제공할 수 있으므로 건설 기계 분야에 유용하다.

1: 차량 본체 2: 작업기
3: 상부 선회체 4: 운전실
5: 주행 장치 5a, 5 b: 크롤러 트랙
6: 붐 7: 암
8: 버킷 8a: 날끝
10: 붐 실린더 11: 암 실린더
12: 버킷 실린더 13: 붐 핀
14: 암 핀 15: 버킷 핀
16: 제1 스트로크 센서 17: 제2 스트로크 센서
18: 제3 스트로크 센서 19: 위치 검출부
21: 제1 GNSS 안테나 22: 제2 GNSS 안테나
23: 3차원 위치 센서 24: 경사각 센서
25: 조작 장치 26: 작업기 콘트롤러
261: 상대 거리 취득부 262: 제한 속도 결정부
263: 상대 속도 취득부 264: 작업 형태 판정부
265: 구동 제어부 27: 비례 제어 밸브
28: 표시 콘트롤러 29: 표시부
31: 붐 조작도구 32: 암 조작도구
33: 버킷 조작도구 45: 설계면
45A: 목표 설계면 100: 유압 셔블
200: 굴삭 제어 시스템 C: 속도 제한 개입 라인
h: 라인 거리

Claims

차량 본체에 요동 가능하게 장착되는 붐과, 상기 붐에 요동 가능하게 장착되는 암과, 상기 암에 요동 가능하게 장착되는 버킷을 포함하는 작업기;
상기 작업기를 구동하는 사용자 조작을 받아들여, 상기 사용자 조작에 따른 조작 신호를 출력하는 조작도구;
적어도 상기 암을 조작하기 위한 암 조작 신호가 상기 조작 신호에 포함되어 있는 경우에 상기 작업기의 작업 형태는 성형 작업이라고 판정하고, 상기 암 조작 신호가 상기 조작 신호에 포함되어 있지 않은 경우에 상기 작업 형태는 날끝 위치 맞춤 작업이라고 판정하는 작업 형태 판정부; 및
상기 작업 형태가 성형 작업인 것으로 판정된 경우에, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타낸 설계면을 따라 상기 버킷을 이동시키고, 상기 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정된 경우에, 상기 설계면을 기준으로 하는 소정 위치에서 상기 버킷을 정지시키는 구동 제어부
를 포함하는 작업기 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 붐을 구동하는 붐 실린더; 및
상기 설계면과 상기 버킷과의 거리에 기초하여, 상기 설계면에 대한 상기 버킷의 제한 속도를 결정하는 제한 속도 결정부
를 포함하고,
상기 구동 제어부는, 상기 버킷이 상기 설계면으로부터 소정 거리 내에 위치하는 경우에, 상기 설계면에 대한 상기 버킷의 상대 속도를 상기 제한 속도로 제한하는, 작업기 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 구동 제어부는, 상기 붐 실린더의 신축 속도의 조정에 의해 상기 상대 속도를 상기 제한 속도로 제한하는, 작업기 제어 시스템.
차량 본체; 및
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 작업기 제어 시스템
을 포함하는 건설 기계.
차량 본체에 요동 가능하게 장착되는 붐과, 상기 붐에 요동 가능하게 장착되는 암과, 상기 암에 요동 가능하게 장착되는 버킷을 포함하는 작업기를 구동하는 사용자 조작을 받아들여, 상기 사용자 조작에 따른 조작 신호를 출력하는 단계;
적어도 상기 암을 조작하기 위한 암 조작 신호가 상기 조작 신호에 포함되어 있는 경우에 상기 작업기의 작업 형태는 성형 작업이라고 판정하고, 상기 암 조작 신호가 상기 조작 신호에 포함되어 있지 않은 경우에 상기 작업 형태는 날끝 위치 맞춤 작업이라고 판정하는 단계;
상기 작업 형태가 날끝 위치 맞춤 작업인 것으로 판정된 경우에, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타낸 설계면을 기준으로 하는 소정 위치에서 상기 버킷을 정지시키는 단계; 및
상기 작업 형태가 성형 작업인 것으로 판정된 경우에, 상기 굴삭 대상의 목표 형상을 나타낸 설계면을 따라 상기 버킷을 이동시키는 단계
를 포함하는 작업기 제어 방법.
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