KR101644409B1 - 작업 암의 위치 제어 장치를 구비한 이동식 작업 기계 및 이동식 작업 기계의 작업 암의 위치 제어 방법 - Google Patents

작업 암의 위치 제어 장치를 구비한 이동식 작업 기계 및 이동식 작업 기계의 작업 암의 위치 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 작업 암(6) 및 공구(9)를 포함하는 이동식 작업 기계(1)에 관한 것이며, 상기 암의 제 1 단부는 작업 기계(1)의 상부 구조(3)에 관절형으로 배치되고, 상기 공구(9)는 작업 암(6)의 제 2 단부에 이동 가능하게 배치된다. 상기 이동식 작업 기계는 또한 작업 암(6)의 위치 제어 장치를 포함한다. 상부 구조(3)에는 하나 이상의 경사 센서가 배치되며 작업 암(6)에는 하나 이상의 다른 경사 센서가 배치된다. 또한, 작업 암(6)에는 하나 이상의 회전 속도 센서가 배치된다. 작업 기계(1)는 또한 하나 이상의 경사 센서, 하나 이상의 다른 경사 센서 및 하나 이상의 회전 속도 센서의 신호를 처리하기 위한 계산 유닛(17)을 포함한다.

Description

작업 암의 위치 제어 장치를 구비한 이동식 작업 기계 및 이동식 작업 기계의 작업 암의 위치 제어 방법{Mobile working machine comprising a position control device of a working arm and method for controlling the position of a working arm of a mobile working machine}
본 발명은 하나 이상의 작업 암을 가진 이동식 작업 기계, 예컨대 굴삭기, 본체 또는 농업 및 임업 장치를 구비한 화물 자동차에 관한 것이다. 이러한 작업 기계의 작업 암들은 대개 서로 관절형으로 연결된 다수의 세그먼트들을 포함하고, 스템이라고도 하는 세그먼트에 셔블, 그랩 또는 해머와 같은 공구가 장착된다.
종종, 작업 암, 특히 공구의 실제 위치 및 상태가 디스플레이 상에서 이러한 작업 기계의 조작자에게 표시됨으로써, 조작자는 정확히 미리 정해진 계획에 따라 작업을 하고 이동된 화물 또는 땅 또는 형성될 또는 이미 형성된 지면의 높이, 길이, 깊이 또는 경사에 대한 직접적인 피드백을 받을 수 있다.
이러한 조작자 디스플레이들은 예컨대 DE 201 16 666 U1 및 US 5,854,988 A에 개시되어 있다.
공구의 위치 및 상태는 양호한 개장 가능성을 위해 작업 암의 개별 세그먼트에 장착된 경사 센서들에 의해 종종 결정된다. 개별 암 세그먼트의 경사로부터, 예컨대 조절 붐, 붐, 스템 및 공구로 이루어진 운동학적 체인의 공지된 기하학적 관계를 통해 공구의 위치 및 상태가 계산될 수 있다.
경사 센서로는 관성 측정 원리에 기초한 센서, 예컨대 중력 감지 진자가 사용되기 때문에, 상기 센서는 상기 방식의 작업 기계의 사용시 불가피하게 나타나는 바와 같은 진동에 기인한 가속도에 대해 민감하다. 이러한 이동에 기인한 가속도들은 공구의 위치 및 상태 측정을 심하게 간섭하거나 또는 종종 불가능하게 한다. 이러한 간섭을 억제하기 위한 공지된 조치는 센서 신호를 저역 필터링하는 것이므로, 유효 주파수 대역 외부에서 이동 기인한 가속도가 억제된다.
그러나, 이는 다수의 단점을 갖는다: 한편으로는 이로 인해 유효 주파수 대역 내의 가속도가 억제될 수 없고, 다른 한편으로는 저역 필터링이 수백 밀리초까지의 시간 지연을 야기하지만, 이는 감수되는데, 그 이유는 그것이 항상 충분히 정확한 위치 디스플레이를 가능하게 하고 작업 암의 수동 조작을 방해하지 않기 때문이다.
다른 기술 분야에서는 예컨대 로봇, 미사일 또는 차량의 위치 제어를 위해 가속도에 기초한 경사 센서 및 회전 속도 센서로 이루어진 조합을 사용하는 것이 공지되어 있다. WO 01/57474 A1은 위치의 계산을 위해 사원수(quaternion) 표시가 사용되는 방법을 개시한다.
본 발명의 과제는 충분히 짧은 지연 시간을 갖기 때문에, 작업 기계의 작업 암의 위치 디스플레이 및 위치 제어에 사용될 수 있는 위치 결정 장치를 구비한 이동식 작업 기계를 제공하는 것이다. 작업 암의 다이내믹은 제한되지 않아야 한다. 본 발명의 다른 과제는 이러한 위치 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 독립 청구항들의 대상에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이다.
작업 암의 위치 제어 장치를 구비한 본 발명에 따른 이동식 작업 기계는 작업 기계의 상부 구조에 관절형으로 배치된 제 1 단부를 가진 작업 암을 포함한다. 작업 암의 제 2 단부에는 공구가 이동 가능하게 배치된다.
작업 암은 다수의 센서, 특히 상부 구조에 배치된 하나 이상의 경사 센서, 작업 암에 배치된 하나 이상의 다른 경사 센서, 및 작업 암에 배치된 하나 이상의 회전 속도 센서를 포함한다. 작업 기계는 또한 하나 이상의 경사 센서, 하나 이상의 다른 경사 센서 및 하나 이상의 회전 속도 센서의 신호를 처리하기 위한 계산 유닛을 포함한다. 계산 유닛들은 암에 고정된 센서 모듈에도 수용될 수 있다.
본 발명의 기본 사상에 따라, 실시간 제어를 위해 최대 약 250 ms의 지연 시간이 얻어져야 한다. 상기 값은 조립된 작업 암 하드웨어 및 사용 목적에 따라 변할 수 있다. 따라서, 측정값의 저역 필터링 및 그에 따른 신호 지연은 포기되어야 한다. 또한, 변함없이 경사 센서들이 사용되어야 하는데, 그 이유는 이 센서들이 비교적 저렴하고, 강하며 쉽게 개장될 수 있어서 이동식 작업 기계에 사용하기에 특히 적합하기 때문이다. 경사 측정이 이동에 기인한 가속도에 의한 전술한 간섭에 대해 덜 민감해지게 하기 위해, 추가의 회전 속도 센서가 사용된다. 이는 높은 다이내믹 정확도를 갖지만, 오프셋 및 잡음과 같은 문제를 수반한다. 특히, 항공 전자 공학적 네이비게이션에 사용되며 사냑(sagnac)-효과에 기초하고 예컨대 광섬유 자이로스코프의 사용에 기초하는 회전 속도 센서들은 매우 정확하다. 그러나, 마이크로메카니컬 회전 속도 센서들은 이에 비해 훨씬 더 저렴하고 특히 더 강하기 때문에, 이동식 작업 기계에 사용하기에 더 적합하다. 이러한 회전 속도 센서의 상기 드리프트 문제 때문에, 이 회전 속도 센서는 본 발명에 따라 경사 센서들과 조합된다.
이 해결책은 이동식 작업 기계에 사용하기에 특히 적합하다는 장점을 갖는데, 그 이유는 상기 해결책이 작업 암 또는 그것에 장착된 공구의 위치를 실시간 제어하는데 충분한 정확도를 가지며, 동시에 저렴하게 구현되고 매우 강하고 간섭에 덜 민감하기 때문이다. 따라서, 실시간 제어는 데이터 퓨전 또는 평가 알고리즘을 이용한 매우 양호한 정적 정확도를 가진 경사 센서와 매우 양호한 동적 정확도를 가진 회전 속도 센서의 조합에 의해 가능해진다.
작업 암은 서로 관절형으로 연결된 다수의 세그먼트들을 포함할 수 있고, 공구는 예컨대 마지막 세그먼트의 단부에 장착된다. 작업 암은 모든 경우 하나 이상의 세그먼트를 포함한다.
실시예에서, 각각의 세그먼트에는 하나의 다른 경사 센서 및 하나의 회전 속도 센서가 배치된다.
대안 실시예에서, 각각의 세그먼트에는 2개의 다른 경사 센서들 및 하나의 회전 속도 센서가 배치된다. 이 실시예에서는 (예컨대 x-방향의) 가속도의 공간적 성분이 측정될 뿐만 아니라, 동시에 2개의 성분(예컨대 x-방향 및 z-방향의)이 측정될 수 있고, 이는 특정 경사각 범위에서 측정의 감도를 개선한다.
경사 센서들은 상이한 측정 원리에 기초하고 예컨대 진동체 및/또는 굴절 액체경(refracting liquid mirrors)을 가질 수 있다. 경사 센서들은 용량성 또는 전도성 측정의 경사 센서로서 형성될 수 있지만, 바람직하게는 마이크로 메커니컬 가속도 센서로서도 형성될 수 있다.
회전 속도 센서들은 특히 마이크로 메커니컬 센서로서 형성된다.
위치 제어 장치는 이동식 작업 기계, 예컨대 굴삭기, 텔레스코픽 핸들러, 백호 로더, 휠 로더, 로더 크레인 또는 임업 기계에 사용하기에 적합하다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 위치 측정이 작업 암에 작용하는 가속도
Figure 112011082180634-pct00001
를 측정하는 단계를 포함하는 이동식 작업 기계의 작업 암의 위치 제어 방법이 제공된다. 이는 예컨대 총 3개의 공간 방향에서 이루어질 수 있으며, 3개의 성분들(ax, ay 및 az)이 3개의 가속도 센서에 의해 측정된다. 그러나, x-방향 및 z-방향에서 가속도를 측정하는 것만으로 충분할 수도 있다. 작업 암에 작용하는 가속도
Figure 112011082180634-pct00002
로부터, 작업 암의 정지를 가정 하에 제 1 값
Figure 112011082180634-pct00003
s 이 경사각
Figure 112011082180634-pct00004
에 대해 계산되고, 상기 경사각
Figure 112011082180634-pct00005
은 작업 암이 y-축을 중심으로 경사진 각으로서 규정된다.
작업 암에 장착된 가속도 센서에 대해 하기 식이 성립되는데, 그 이유는 경사각
Figure 112011082180634-pct00006
의 결정을 위해 작업 암 또는 센서의 세그먼트의 정지 좌표계로부터 상부 구조의 정지 좌표계로의 좌표 변환이 이루어지기 때문이다:
Figure 112011082180634-pct00007
상기 식에서, a는 바디에 고정된 축 x, y, z의 방향으로 센서의 측정값을 나타내고, 인덱스 S는 각각의 센서를 나타낸다. v는 작업 암의 속도를 나타내며, ω는 그의 각 속도를 나타내며, φ 및
Figure 112011082180634-pct00008
는 소위 오일러(Euler) 각, 롤각 및 경사각을 나타내고, g는 중력 가속도를 나타낸다.
(1) 내의 식의 각각의 제 1 항은 전체 작업 기계 또는 작업 암 또는 세그먼트의 병진 운동에 의해 야기된 가속도를 나타내는 한편, 각각의 중간 항은 전체 작업 기계 또는 작업 암 또는 세그먼트의 회전으로부터 야기된 가속도를 나타낸다. 상기 항들은 각각의 마지막 항과 달리 "간섭"을 나타내는데, 그 이유는 상기 항들이 지구의 중력장의 영향으로부터 야기되지 않기 때문에, 중력장에서 상응하는 센서의 경사를 나타내지 않는 가속도와 관련되기 때문이다.
(1)의 제 2 라인에 나타나는, y-방향에서 측정하는 가속도 센서가 롤 각 φ이 사라질 때 상기 간섭만을 측정하기 때문에, 제 1 값
Figure 112011082180634-pct00009
s의 계산을 위해 경사각
Figure 112011082180634-pct00010
에 대해 정지의 경우(작업 암의 정지)가 가정되면 경우에 따라 상기 가속도 센서가 생략될 수도 있다. (1)의 제 1 및 제 3 라인에 의해 나타내지는 가속도 신호는 실질적으로 x-방향 및 z-방향으로 선형 운동에 의해 그리고 y-축을 중심으로 하는 회전(구심력 및 코리올리 항)에 의해 간섭을 받는다.
제 1 값
Figure 112011082180634-pct00011
s의 계산을 위해, 경사각 θ에 대해, 가속도 센서의 측정값으로부터 예컨대 하기의 조치가 취해진다:
작업 암의 정지, 즉 정지의 경우가 가정되면, (1)로부터 하기 식이 성립된다:
Figure 112011082180634-pct00012
이로부터, 탐색된 제 1 값
Figure 112011082180634-pct00013
s 이 경사각
Figure 112011082180634-pct00014
에 대해 하기 식
Figure 112011082180634-pct00015
에 따라 주어진다.
(2)에 나타나는 바와 같이 정지 암
Figure 112011082180634-pct00016
s에 대해 단 하나의 센서로, 하기 식
Figure 112011082180634-pct00017
에 따라 결정하는 것도 가능하다. 이는
Figure 112011082180634-pct00018
s 의 값 범위가 인터벌 -90°...90°로 제한되는 단점을 갖는다. 적어도 작업 기계의 스템에 대해, 즉 공구가 고정될 암 세그먼트에 대해 그리고 공구 자체에 대해 상기 값 범위는 실제 관계를 나타내기에 너무 작다. 또한, 측정의 감도가 사인 함수의 작은 기울기로 인해 -90°와 90°가까이에서 낮다. 그 대신, -180°내지 180°값 범위의 2개의 인수(argument; "atan2")를 가진 아크 탄젠트 함수가 (2)에 적용될 수 있다.
제 1 값
Figure 112011082180634-pct00019
s 의 결정을 위해, 경사각
Figure 112011082180634-pct00020
에 대해 작업 암의 정지가 가정되었다. 작업 암의 이동시 그리고 작업 기계의 상부 구조의 회전시, 간섭은 (1) 내의 제 1항 및 중간 항에 의해 신속하게, (3)에 의한 경사각 결정이 더 이상 충분히 정확한 결과를 제공하지 않을 정도로 커진다. 따라서, 작업 암의 위치를 실시간 제어하기 위해, 상기 조치는 불충분하다.
따라서, 추가로 작업 암의 각 속도(ω), 특히 y-축을 중심으로 하는 회전의 적어도 하나의 성분(ωy)이 측정된다. 강체 운동학으로부터 하기 연립 방정식이 공지되어 있으며, 상기 연립 방정식은 회전 속도 또는 각 속도(ω)를 오일러 각
Figure 112015063795897-pct00021
, φ 및 ψ 및 그것의 시간에 따른 도함수와 관련시킨다:
Figure 112011082180634-pct00022
이로부터 사라지는 롤 각 φ에 대해 하기 식이
Figure 112011082180634-pct00023
성립한다.
따라서, 제 2 값
Figure 112011082180634-pct00024
d 이 경사각
Figure 112011082180634-pct00025
에 대해 동적인 경우 시간에 대한 각 속도(ωy)의 적분에 의해 얻어진다:
Figure 112011082180634-pct00026
그러나, 이 경우 예컨대 오프셋 에러 및 센서 잡음이 연속적으로 적분됨으로써 비교적 짧은 시간 후에도 측정의 정확도가 그것에 주어지는 요구를 충족시키지 못할 정도로 큰, 실제 경사각
Figure 112015063795897-pct00027
과의 편차가 주어진다는 문제가 나타난다. 이는 적어도 마이크로 메커니컬 회전 속도 센서가 사용되는 경우이다. 다른 센서들, 예컨대 광섬유 자이로스코프 센서들은 대부분 충분한 정확도를 제공할 것이다. 그러나, 이들은 큰 비용 및 비교적 낮은 강성의 단점을 갖기 때문에 이동식 작업 기계에 사용하기에 부적합하다.
정지의 경우를 양호하게 나타내는 경사 센서들의 제공된 수단에 의해, 그리고 특히 동적 경우를 양호하게 나타내지만 더 긴 시간에 걸쳐 드리프트 문제를 가진 회전 속도 센서에 의해, 경사각
Figure 112015063795897-pct00028
에 대한 충분히 정확한 값을 얻기 위해, 평가 알고리즘이 사용됨으로써, 2개의 값들
Figure 112015063795897-pct00029
s 및
Figure 112015063795897-pct00030
d 로부터 실제 경사각
Figure 112015063795897-pct00031
에 대한 평가치
Figure 112015063795897-pct00032
가 얻어진다. x-방향 및 z-방향으로 측정된 가속도 ax,s 및 az,s 로부터 (3)에 따른 atan2-함수를 통해 각
Figure 112015063795897-pct00033
s이 정지의 경우에 대해 계산되고, 상기 값은 회전 속도(ωy)의 적분을 위한 지지값으로서 사용된다. 이를 위해 적분 결과와 지지값의 차이가 평가 알고리즘 내로 피드백된다. 이로 인해, 에러를 가진 초기값
Figure 112015063795897-pct00034
0 이 사라진다.
또한, 공지된 평가 알고리즘, 예컨대 칼만 필터 또는 제어 기술로부터 공지된 관찰 방법이 사용될 수 있다. 상기 관찰 방법은 경우에 따라 추가로 회전 속도 센서의 오프셋 에러를 함께 평가할 수 있다.
결과는 실제 경사각
Figure 112011082180634-pct00035
에 대한 평가치
Figure 112011082180634-pct00036
이다.
본 발명에 따른 방법은 단 3개의 센서 -2개의 가속도 센서 및 하나의 회전 속도 센서-에 의해 작업 암 또는 작업 암의 특정 점, 예컨대 공구의 현수의 위치 결정이 실시간 제어를 가능하게 하는 정확도로 이루어질 수 있다는 장점을 갖는다.
실시예에서, 작업 암은 서로 관절형으로 연결된 다수의 세그먼트들을 포함하고, 경사 각에 대한, 평가치들
Figure 112011082180634-pct00037
i의 결정이 각각의 세그먼트에 대해 개별적으로 실시되며, 인덱스 i는 상응하는 세그먼트를 나타낸다.
실시예에서,
Figure 112011082180634-pct00038
로부터 이동식 작업 기계의 작업 암에 장착된 공구의 위치 및 상태가 계산되고, 상기 위치가 경우에 따라 제어된다.
그러나,
Figure 112011082180634-pct00039
로부터 이동식 작업 기계의 작업 암에 할당된 하나 이상의 유압 실린더의 변위가 계산되고 경우에 따라 제어될 수 있다.
본 발명에 의해, 충분히 짧은 지연 시간을 갖기 때문에, 작업 기계의 작업 암의 위치 디스플레이 및 위치 제어에 사용될 수 있는 위치 결정 장치를 구비한 이동식 작업 기계가 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 굴삭기로서 형성된 이동식 작업 기계의 개략도.
도 2는 도 1에 따른 작업 기계의 작업 암에서 기하학적 관계를 나타낸 원리도.
도 3은 본 발명에 따른 위치 제어의 실시예에서 상위 신호 흐름을 나타낸 그래프.
도 4는 이동에 의해 간섭을 받는 경사 신호의 다이어그램.
도 5는 저역 필터링에 의한 경사각 결정의 다이어그램.
도 6은 회전 속도 센서에 의한, 드리프트를 가진 경사각 결정의 다이어그램.
도 7은 본 발명에 따른 경사각 평가를 위한 블록 다이어그램.
모든 도면에서 동일한 부분은 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1은 굴삭기로서 형성된 이동식 작업 기계(1)의 개략도를 도시한다. 작업 기계(1)는 이 실시예에서 베이스 부분(2) 및 상부 구조(3)를 포함하고, 상기 베이스 부분은 지면(5) 상에 놓이거나 지면 상에서 이동하며, 상기 상부 구조(3)는 수직 축(4)을 중심으로 회전 가능하다.
상부 구조(3)에 관절형으로 작업 암(6)이 연결되고, 상기 작업 암은 서로 관절형으로 연결된 제 1 세그먼트(7) 및 제 2 세그먼트(8)를 포함한다. 제 2 세그먼트(8)에 공구(9)가 연결되고, 상기 공구(9)의 고정점은 공구 중심 점(TCP:Tool Center Point)이라고 한다. 상부 구조와 제 1 세그먼트(7) 사이에, 세그먼트들(7 및 8) 사이에 그리고 제 2 세그먼트(8)와 공구(9) 사이에 유압 실린더들(11)이 배치되고, 상기 유압 실린더들은 각각 각
Figure 112011082180634-pct00040
i 을 규정한다.
상부 구조(3)에는 센서 유닛(13)이, 제 1 세그먼트(7)에는 센서 유닛(14)이, 제 2 세그먼트(8)에는 센서 유닛(15)이 그리고 공구(9)에는 센서 유닛(16)이 배치된다. 각각의 센서 유닛(13, 14, 15 및 16)은 이 실시예에서 2개의 경사 센서들 및 하나의 회전 속도 센서를 포함하고, 상기 2개의 경사 센서들은 x-방향 및 y-방향에서의 가속도를 측정하고, 상기 회전 속도 센서는 y-축을 중심으로 하는 회전의 각 속도를 측정한다.
도시되지 않은 실시예에서, 센서 유닛마다 경사 센서들 중 하나가 생략될 수 있고, 상부 구조의 이동에 의한 비교적 적은 간섭이 예상되는 경우 상부 구조(3)에 할당된 센서 유닛은 단 하나의 경사 센서만을 포함하며 회전 속도 센서를 포함하지 않을 수 있다.
센서 유닛들(13, 14, 15 및 16)의 측정 데이터는 이동식 작업 기계(1)의 계산 유닛(17)에 공급되고, 상기 계산 유닛은 상기 측정 데이터로부터 특히 TCP(10)의 위치 결정 및 제어 그리고 공구(9)의 위치 결정 및 제어를 실시한다. 위치 결정을 위한 계산 유닛은 암에 장착된 센서 모듈 내에 있을 수도 있다.
도 2는 도 1에 따른 이동식 작업 기계(1)의 작업 암(6)에서의 기하학적 관계의 원리도를 도시한다.
상부 구조(3)는 중력 가속도(g)의 방향에 대한 수직선에 대해 각
Figure 112011082180634-pct00041
1 만큼, 제 1 세그먼트는 각
Figure 112011082180634-pct00042
2 만큼, 제 2 세그먼트는 각
Figure 112011082180634-pct00043
3 만큼 그리고 공구(9)는 각
Figure 112011082180634-pct00044
4 만큼 경사진다. 제 1 세그먼트(7) 및 제 2 세그먼트(8)의 길이를 형성하는, 제 1 회전점(18)과 제 2 회전점(19) 사이의 또는 제 2 회전점(19)과 TCP(10) 사이의 간격들(I2 및 I3)이 알려져 있으므로, 경사각
Figure 112011082180634-pct00045
i 의 결정에 의해 TCP(10)의 위치 및 공구(9)의 위치가 계산될 수 있다. 즉, 암 세그먼트의 기하학적 (구성) 데이터가 알려져 있다.
도 3은 본 발명에 따른 위치 제어의 실시예에서 상위의 신호 흐름의 그래프를 나타낸다.
제 1 단계에서, 운동학적 체인의 모든 부재들, 즉 상부 구조(3), 제 1 세그먼트(7), 제 2 세그먼트(8) 및 공구(9)에서 가속도의 측정 및 회전 속도의 측정이 이루어진다. 이 측정값들로부터 경사각
Figure 112015063795897-pct00046
i의 동적 결정이 이루어진다.
경사각
Figure 112011082180634-pct00047
i으로부터, 도 2와 관련해서 설명된 바와 같이, 공구(9)의 위치 및 상태가 결정될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 그로부터 유압 실린더(11)의 변위가 계산될 수 있다.
도 4는 경사각 계산이 식(3)으로부터만, 즉 경사 센서에 의해서만 이루어지면 나타나는 바와 같은, 이동에 의해 간섭을 받는 경사 신호의 다이어그램을 도시한다. 이동에 기인한 가속도로 인해, 계산된 경사각과 실제 경사각 간의 부분적으로 큰 편차가 나타난다.
도 5는 저역 필터링에 의한 식(3)으로부터 경사각 결정의 다이어그램을 도시한다. 저역 필터링에 의해 야기된 시간 지연이 명확히 나타난다.
도 6은 식(7)에 따른 회전 속도 센서에 의한, 즉 경사 센서의 도움없이, 드리프트를 가진 경사각 결정의 다이어그램을 도시한다.
도 7은 개별 센서 유닛에 대한 경사각
Figure 112015063795897-pct00048
의 본 발명에 따른 평가에 대한 블록 회로도를 개략적으로 도시한다. 먼저 센서 유닛의 경사 센서의 측정값(ax,S 및 aZ,S)이 정적 경사각
Figure 112015063795897-pct00049
S의 계산을 위해 사용되고 동일한 센서 유닛의 회전 속도 센서의 측정값(ωy)이 동적 경사각
Figure 112015063795897-pct00050
d의 계산을 위해 사용된다. 그리고 나서, 정적 경사각과 동적 경사각의 차이가 평가 알고리즘으로 피드백됨으로써 경사각에 대한 평가치
Figure 112015063795897-pct00051
가 얻어진다.
평가 알고리즘으로는 예컨대 칼만 필터 또는 관찰 방법과 같은 공지된 방법 또는 이로부터 유도된 또는 변형된 방법이 사용된다.
1 작업 기계
2 베이스 부분
3 상부 구조
4 축
5 지면
6 작업 암
7 제 1 세그먼트
8 제 2 세그먼트
9 공구
10 공구 중심점
11 유압 실린더
13 센서 유닛
14 센서 유닛
15 센서 유닛
16 센서 유닛
17 계산 유닛
18 제 1 회전점
19 제 2 회전점

Claims (20)

  1. 작업 암(6)의 위치 제어 장치를 구비한 이동식 작업 기계(1)로서,
    - 제 1 단부에 의해 관절형으로 상기 작업 기계(1)의 상부 구조(3)에 배치된 작업 암(6);
    - 상기 작업 암(6)의 제 2 단부에 이동 가능하게 배치된 공구(9);
    - 상기 상부 구조(3)에 배치되며, 가속도 센서로서 형성되는 하나 이상의 제 1 경사 센서;
    - 상기 작업 암(6)에 배치되며, 가속도 센서로서 형성되는 하나 이상의 제 2 경사 센서;
    - 상기 작업 암(6)에 배치된 하나 이상의 회전 속도 센서; 및
    - 상기 하나 이상의 제 1 경사 센서, 상기 하나 이상의 제 2 경사 센서 및 상기 하나 이상의 회전 속도 센서의 신호들을 처리하기 위한 계산 유닛(17);
    을 포함하는 이동식 작업 기계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 작업 암(6)이 서로 관절형으로 연결된 복수의 세그먼트들(7, 8)을 포함하는, 이동식 작업 기계.
  3. 제 2 항에 있어서, 각각의 세그먼트(7, 8)에 하나의 제 2 경사 센서 및 하나의 회전 속도 센서가 배치되는, 이동식 작업 기계.
  4. 제 2 항에 있어서, 각각의 세그먼트(7, 8)에 2개의 제 2 경사 센서들 및 하나의 회전 속도 센서가 배치되는, 이동식 작업 기계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경사 센서들은 진동체들을 포함하는, 이동식 작업 기계.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경사 센서들은 굴절 액체 경들(refracting liquid mirrors)을 갖는, 이동식 작업 기계.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경사 센서들은 용량성 경사 센서들로서 형성되는, 이동식 작업 기계.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경사 센서들은 전도성 측정의 경사 센서들로서 형성되는, 이동식 작업 기계.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 속도 센서는 마이크로 메커니컬 센서로서 형성되는, 이동식 작업 기계.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 기계가 굴삭기로서 형성되는, 이동식 작업 기계.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 기계가 텔레스코픽 핸들러로서 형성되는, 이동식 작업 기계.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 기계가 백호 로더로서 형성되는, 이동식 작업 기계.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 기계가 휠 로더로서 형성되는, 이동식 작업 기계.
  14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 기계가 임업 기계로서 형성되는, 이동식 작업 기계.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 기계가 로더 크레인으로서 형성되는, 이동식 작업 기계.
  16. 제 1 항에 따른 이동식 작업 기계(1)의 작업 암(6)의 위치 제어 방법으로서, 상기 작업 암의 위치 결정은,
    - 상기 작업 암(6)에 작용하는 가속도(
    Figure 112016059459991-pct00052
    )를 결정하는 단계;
    - 작업 암(6)이 정지하고 있다는 가정 하에, 상기 작업 암(6)에 작용하는 가속도(
    Figure 112016059459991-pct00054
    )로부터 경사각(
    Figure 112016059459991-pct00075
    )에 대한 제 1 값(
    Figure 112016059459991-pct00076
    s)을 계산하는 단계로서, 상기 경사각(
    Figure 112016059459991-pct00077
    )은 상기 작업 암(6)이 중력 가속도의 방향에 수직인 평면에 대해 상기 작업 암(6)의 회전축을 중심으로 경사진 각으로서 규정되는, 상기 제 1 값을 계산하는 단계;
    - 상기 작업 암(6)의 회전축을 중심으로 하는 상기 작업 암(6)의 각 속도(ωy)를 측정하는 단계;
    - 상기 경사각(
    Figure 112016059459991-pct00057
    )에 대한 제 2 값(
    Figure 112016059459991-pct00058
    d)을 얻기 위해 시간(t)에 대해 상기 각 속도(ωy)를 적분하는 단계; 및
    - 상기 제 1 값(
    Figure 112016059459991-pct00059
    s) 및 상기 제 2 값(
    Figure 112016059459991-pct00060
    d)으로부터 상기 경사각(
    Figure 112016059459991-pct00061
    )에 대한 평가치(
    Figure 112016059459991-pct00062
    )를 얻기 위해, 평가 알고리즘을 사용하는 단계;를 포함하는, 위치 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 작업 암(6)은 서로 관절형으로 연결된 복수의 세그먼트들(7, 8)을 포함하고, 상기 경사각(
    Figure 112016059459991-pct00078
    )에 대한 상기 평가치(
    Figure 112016059459991-pct00063
    )의 결정은 각각의 세그먼트(7, 8)에 대해 개별적으로 실시되는, 위치 제어 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 경사각(
    Figure 112016059459991-pct00079
    )에 대한 상기 평가치(
    Figure 112016059459991-pct00065
    )로부터 상기 이동식 작업 기계(1)의 작업 암(6)에 장착된 공구(9)의 위치 및 자세가 계산되는, 위치 제어 방법.
  19. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 경사각(
    Figure 112016059459991-pct00080
    )에 대한 상기 평가치(
    Figure 112016059459991-pct00066
    )로부터 상기 이동식 작업 기계(1)의 작업 암(6)에 할당된 하나 이상의 유압 실린더(1)의 변위가 계산되는, 위치 제어 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 경사각(
    Figure 112016059459991-pct00067
    )의 결정을 위해, 상기 작업 암(6)의 세그먼트들(7, 8)의 정지 좌표계로부터 상기 이동식 작업 기계(1)의 상부 구조(3)의 정지 좌표계로의 좌표 변환이 이루어지는, 위치 제어 방법.
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