KR101658326B1

KR101658326B1 - 작업 차량 및 작업 차량의 제어 방법

Info

Publication number: KR101658326B1
Application number: KR1020157004882A
Authority: KR
Inventors: 다케시 다카우라; 유토 후지이; 요시키 가미
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2016-09-22
Also published as: JPWO2015025985A1; JP5865510B2; WO2015025985A1; CN104619921B; CN104619921A; US20160069044A1; KR20160043924A; DE112014000176T5; DE112014000176B4; US9447562B2

Abstract

작업 차량은, 붐과, 아암과, 버킷과, 아암 실린더와, 방향 제어 밸브와, 산출부와, 속도 결정부를 구비한다. 아암 실린더는, 아암을 구동시킨다. 방향 제어 밸브는, 이동 가능한 스풀을 가지고, 스풀의 이동에 의해 아암 실린더에 작동 오일을 공급하여 아암 실린더를 동작시킨다. 산출부는, 아암 조작 레버의 조작량에 따른 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 기초하여 아암 실린더의 추정 속도를 산출한다. 속도 결정부는, 아암 실린더의 추정 속도에 기초하여, 붐의 목표 속도를 결정한다. 산출부는, 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 아암 조작 레버의 조작량에 따른 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 따른 아암 실린더의 속도보다 큰 속도를 아암 실린더의 추정 속도로서 산출한다.

Description

작업 차량 및 작업 차량의 제어 방법{WORK VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING WORK VEHICLE}

본 발명은 작업 차량 및 작업 차량의 제어 방법에 관한 것이다.

유압 셔블과 같은 작업 차량은, 붐과 아암과 버킷을 갖는 작업기를 구비한다. 작업 차량의 제어에 있어서, 굴삭 대상의 목표 형상인 목표 설계 지형에 기초하여 버킷을 이동시키는 자동 제어가 알려져 있다.

특허문헌 1에는, 버킷의 날끝을 기준면을 따라 이동시킴으로써 버킷의 날끝에 접촉하는 토사를 긁어 고르게 하여, 평평한 기준면에 대응하는 면을 만드는 모방 작업을 자동 제어하는 방식이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성9-328774호 공보

상기 모방 작업에 있어서, 아암 조작 레버를 조작하였을 때에, 버킷이 자기 중량에 의해 낙하한다. 버킷의 자기 중량 낙하에 의해, 유압 실린더의 속도는, 아암 조작 레버에 의한 유압 실린더의 상정된 속도 이상으로 되어 있다. 아암 조작 레버의 조작량에 기초하여 상정되는 유압 실린더의 상정 속도와 실속도의 괴리는, 아암 조작 레버의 조작량이 적은 미조작의 경우에 크다. 이 때문에, 모방 작업에 있어서, 버킷의 날끝이 안정되지 않고 헌팅이 생길 가능성이 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 헌팅을 억제하는 것이 가능한 작업 차량 및 작업 차량의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그 외의 과제와 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 분명해질 것이다.

본 발명의 어떤 국면에 따른 작업 차량은, 붐과, 아암과, 버킷과, 아암 실린더와, 방향 제어 밸브와, 산출부와, 속도 결정부를 구비한다. 아암 실린더는, 아암을 구동시킨다. 방향 제어 밸브는, 이동 가능한 스풀을 가지고, 스풀의 이동에 의해 아암 실린더에 작동 오일을 공급하여 아암 실린더를 동작시킨다. 산출부는, 아암 조작 레버의 조작량에 따른 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 기초하여 아암 실린더의 추정 속도를 산출한다. 속도 결정부는, 아암 실린더의 추정 속도에 기초하여, 붐의 목표 속도를 결정한다. 산출부는, 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 아암 조작 레버의 조작량에 따른 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 따른 아암 실린더의 속도보다 큰 속도를 아암 실린더의 추정 속도로서 산출한다.

본 발명의 작업 차량에 따르면, 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 아암 조작 레버의 조작량에 따른 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 따른 아암 실린더의 속도보다 큰 속도를 아암 실린더의 추정 속도로서 산출함으로써, 버킷의 자기 중량 낙하가 생긴 경우라도 목표 속도의 조정에 따라 아암 실린더의 실속도와의 괴리가 억제된다. 이에 의해, 속도 결정부는, 적정한 붐의 속도로 결정하는 것이 가능해져 버킷의 날끝을 안정시켜 헌팅을 억제하는 것이 가능해진다.

바람직하게는, 산출부는, 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과, 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량에 따라 아암 실린더에 유입되는 작동 오일의 공급량에 기초하여 규정되는 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 기초하여, 아암 실린더의 추정 속도를 산출한다.

상기에 따르면, 소위 미터 인 제어에 의해 아암 실린더의 추정 속도를 산출하여 제어함으로써 압력 손실이 적은 효율적인 제어가 가능하다.

바람직하게는, 아암 조작 레버의 조작량에 따른 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 아암 실린더의 속도의 상관 관계는, 제1 속도 테이블에 상당한다. 산출부는, 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 이상인 경우에는, 제1 속도 테이블에 따른 아암 실린더의 속도를 추정 속도로서 산출한다.

상기에 따르면, 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 이상인 경우에는, 제1 속도 테이블에 따른 아암 실린더의 속도를 추정 속도로서 산출함으로써, 정밀도가 높은 아암 실린더의 추정 속도를 산출하는 것이 가능해져, 버킷의 날끝을 안정시킨 제어가 가능하다.

바람직하게는, 산출부는, 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 제2 속도 테이블에 기초하여 아암 실린더의 추정 속도를 산출한다. 제2 속도 테이블은, 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과, 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량에 따라 아암 실린더로부터 배출량에 기초하여 규정되는 아암 실린더의 속도의 상관 관계를 나타내는 것이다.

상기에 따르면, 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 제2 속도 테이블에 기초하여 아암 실린더의 목표 속도를 산출함으로써, 버킷의 자기 중량 낙하가 생긴 경우라도 목표 속도의 조정에 따라 실속도와의 괴리가 억제된다. 이에 의해, 속도 결정부는, 적정한 붐의 속도로 결정하는 것이 가능해져 버킷의 날끝을 안정시켜 헌팅을 억제하는 것이 가능해진다.

본 발명의 어떤 국면에 따른 작업 차량의 제어 방법은, 붐과, 아암과, 버킷을 구비하는, 작업 차량의 제어 방법으로서, 아암 조작 레버의 조작량에 따른 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 기초하여 아암 실린더의 추정 속도를 산출하는 단계와, 아암 실린더의 추정 속도에 기초하여, 붐의 목표 속도를 결정하는 단계를 구비한다. 산출하는 단계는, 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 아암 조작 레버의 조작량에 따른 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 따른 아암 실린더의 속도보다 큰 속도를 아암 실린더의 추정 속도로서 산출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 작업 차량의 제어 방법에 따르면, 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 아암 조작 레버의 조작량에 따른 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 따른 아암 실린더의 속도보다 큰 속도를 아암 실린더의 추정 속도로서 산출함으로써, 버킷의 자기 중량 낙하가 생긴 경우라도 목표 속도의 조정에 따라 아암 실린더의 실속도와의 괴리가 억제된다. 이에 의해, 적정한 붐의 속도로 결정하는 것이 가능해져 버킷의 날끝을 안정시켜 헌팅을 억제하는 것이 가능해진다.

작업 차량 및 작업 차량의 제어 방법에 관해서, 헌팅을 억제하는 것이 가능하다.

도 1은 실시형태에 기초한 작업 차량(100)의 외관도이다.
도 2는 실시형태에 기초한 작업 차량(100)을 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 실시형태에 기초한 제어 시스템(200)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 4는 실시형태에 기초한 유압 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시형태에 기초한 모방 제어(제한 굴삭 제어)가 행해지고 있는 경우의 작업기(2)의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 실시형태에 기초한 모방 제어를 실행하는 제어 시스템(200)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 7은 실시형태에 기초한 버킷(8)의 날끝(8a)과 목표 설계 지형(U) 사이의 거리(d)를 취득하는 것을 설명하는 도면이다.
도 8은 실시형태에 기초한 추정 속도 결정부(52)의 연산 처리를 설명하는 기능 블록도이다.
도 9는 실시형태에 기초한 수직 속도 성분(Vcy_am, Vcy_bkt)의 산출 방식을 설명하는 도면이다.
도 10은 실시형태에 기초한 모방 제어에 있어서의 작업기(2) 전체의 제한 속도 테이블의 일례를 설명하는 도면이다.
도 11은 실시형태에 기초한 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)를 산출하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 12는 실시형태에 기초한 작업기 제어부(57)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 13은 실시형태에 기초한 작업 차량(100)의 모방 제어(제한 굴삭 제어)를 설명하는 흐름도이다.
도 14는 실시형태에 기초한 스풀(80)의 이동량(스풀 스트로크)과 유압 실린더(60)의 실린더 속도의 관계가 나타난 실린더 속도 테이블을 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 이하에 설명하는 각 실시형태의 요건은, 적절하게 조합하는 것이 가능하다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않는 경우도 있다.

<작업 차량의 전체 구성>

도 1은 실시형태에 기초한 작업 차량(100)의 외관도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 작업 차량(100)으로서, 본 예에 있어서는, 주로 유압 셔블을 예로 들어 설명한다.

작업 차량(100)은, 차량 본체(1)와, 유압에 의해 작동하는 작업기(2)를 갖는다. 또한, 후술하는 바와 같이, 작업 차량(100)에는 굴삭 제어를 실행하는 제어 시스템(200)(도 3)이 탑재되어 있다.

차량 본체(1)는, 선회체(3)와, 주행 장치(5)를 갖는다. 주행 장치(5)는, 한쌍의 무한 궤도(5Cr)를 갖는다. 작업 차량(100)은, 무한 궤도(5Cr)의 회전에 의해 주행 가능하다. 또한, 주행 장치(5)가 차륜(타이어)을 가지고 있어도 좋다.

선회체(3)는, 주행 장치(5)의 위에 배치되고, 또한 주행 장치(5)에 의해 지지되어 있다. 선회체(3)는, 선회축(AX)을 중심으로 하여 주행 장치(5)에 대하여 선회 가능하다.

선회체(3)는, 운전실(4)을 갖는다. 이 운전실(4)에는, 오퍼레이터가 착석하는 운전석(4S)이 마련된다. 오퍼레이터는, 운전실(4)에 있어서 작업 차량(100)을 조작 가능하다.

본 예에 있어서는, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터를 기준으로 하여 각 부의 위치 관계에 대해서 설명한다. 전후 방향이란, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 전후 방향을 말한다. 좌우 방향이란, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 좌우 방향을 말한다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터가 마주하는 방향을 전방 방향으로 하고, 전방 방향에 대향하는 방향을 후방 방향으로 한다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터가 정면에 마주하였을 때의 우측, 좌측을 각각 우측 방향, 좌측 방향으로 한다.

선회체(3)는, 엔진이 수용되는 엔진 룸(9)과, 선회체(3)의 후방부에 마련되는 카운터 웨이트를 갖는다. 선회체(3)에 있어서, 엔진 룸(9)의 전방에 난간(19)이 마련된다. 엔진 룸(9)에는, 도시하지 않는 엔진 및 유압 펌프 등이 배치되어 있다.

작업기(2)는, 선회체(3)에 지지되어 있다. 작업기(2)는, 붐(6)과, 아암(7)과, 버킷(8)과, 붐 실린더(10)와, 아암 실린더(11)와, 버킷 실린더(12)를 갖는다. 붐(6)은 선회체(3)에 접속되어 있다. 아암(7)은 붐(6)에 접속되어 있다. 버킷(8)은 아암(7)에 접속되어 있다.

붐 실린더(10)는, 붐(6)을 구동시킨다. 아암 실린더(11)는, 아암(7)을 구동시킨다. 버킷 실린더(12)는, 버킷(8)을 구동시킨다. 붐 실린더(10), 아암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)의 각각은, 작동 오일에 의해 구동되는 유압 실린더이다.

붐(6)의 기단부는, 붐 핀(13)을 통해 선회체(3)에 접속된다. 아암(7)의 기단부는, 아암 핀(14)을 통해 붐(6)의 선단부에 접속된다. 버킷(8)은, 버킷 핀(15)을 통해 아암(7)의 선단부에 접속된다.

붐(6)은, 붐 핀(13)을 중심으로 회전 가능하다. 아암(7)은, 아암 핀(14)을 중심으로 회전 가능하다. 버킷(8)은, 버킷 핀(15)을 중심으로 회전 가능하다.

아암(7) 및 버킷(8)의 각각은, 붐(6)의 선단측에서 이동 가능한 가동 부재이다.

도 2의 (A) 및 도 2의 (B)는 실시형태에 기초한 작업 차량(100)을 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 2의 (A)에는 작업 차량(100)의 측면도를 나타낸다. 도 2의 (B)에는 작업 차량(100)의 배면도를 나타낸다.

도 2의 (A) 및 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 붐(6)의 길이(L1)는, 붐 핀(13)과 아암 핀(14)의 거리이다. 아암(7)의 길이(L2)는, 아암 핀(14)과 버킷 핀(15)의 거리이다. 버킷(8)의 길이(L3)는, 버킷 핀(15)과 버킷(8)의 날끝(8a)의 거리이다. 버킷(8)은, 복수의 날을 가지며, 본 예에 있어서는, 버킷(8)의 선단부를 날끝(8a)이라고 칭한다.

또한, 버킷(8)은, 날을 가지고 있지 않아도 좋다. 버킷(8)의 선단부는, 스트레이트 형상의 강판으로 형성되어 있어도 좋다.

작업 차량(100)은, 붐 실린더 스트로크 센서(16)와, 아암 실린더 스트로크 센서(17)와, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)를 갖는다. 붐 실린더 스트로크 센서(16)는 붐 실린더(10)에 배치된다. 아암 실린더 스트로크 센서(17)는 아암 실린더(11)에 배치된다. 버킷 실린더 스트로크 센서(18)는 버킷 실린더(12)에 배치된다. 또한, 붐 실린더 스트로크 센서(16), 아암 실린더 스트로크 센서(17) 및 버킷 실린더 스트로크 센서(18)는 총칭하여 실린더 스트로크 센서라고도 칭한다.

붐 실린더 스트로크 센서(16)의 검출 결과에 기초하여, 붐 실린더(10)의 스트로크 길이가 구해진다. 아암 실린더 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여, 아암 실린더(11)의 스트로크 길이가 구해진다. 버킷 실린더 스트로크 센서(18)의 검출 결과에 기초하여, 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이가 구해진다.

또한, 본 예에 있어서는, 붐 실린더(10), 아암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이를 각각 붐 실린더 길이, 아암 실린더 길이 및 버킷 실린더 길이라고도 칭한다. 또한, 본 예에 있어서는, 붐 실린더 길이, 아암 실린더 길이, 및 버킷 실린더 길이를 총칭하여 실린더 길이 데이터(L)라고도 칭한다. 또한, 각도 센서를 이용하여 스트로크 길이를 검출하는 방식을 채용하는 것도 가능하다.

작업 차량(100)은, 작업 차량(100)의 위치를 검출 가능한 위치 검출 장치(20)를 구비하고 있다.

위치 검출 장치(20)는, 안테나(21)와, 글로벌 좌표 연산부(23)와, IMU(Inertial Measurement Unit)(24)를 갖는다.

안테나(21)는, 예컨대 GNSS(Global Navigation Satellite Systems: 전지구 항법 위성 시스템)용의 안테나이다. 안테나(21)는, 예컨대 RTK-GNSS(Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems)용 안테나이다.

안테나(21)는, 선회체(3)에 마련된다. 본 예에 있어서는, 안테나(21)는, 선회체(3)의 난간(19)에 마련된다. 또한, 안테나(21)는, 엔진 룸(9)의 후방 방향에 마련되어도 좋다. 예컨대, 선회체(3)의 카운터 웨이트에 안테나(21)가 마련되어도 좋다. 안테나(21)는, 수신한 전파(GNSS 전파)에 따른 신호를 글로벌 좌표 연산부(23)에 출력한다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, 글로벌 좌표계에 있어서의 안테나(21)의 설치 위치(P1)를 검출한다. 글로벌 좌표계는, 작업 영역에 설치한 기준 위치(Pr)를 바탕으로 한 3차원 좌표계(Xg, Yg, Zg)이다. 본 예에 있어서는, 기준 위치(Pr)는, 작업 영역에 설정된 기준 말뚝의 선단의 위치이다. 또한, 로컬 좌표계란, 작업 차량(100)을 기준으로 한, (X, Y, Z)로 나타내는 3차원 좌표계이다. 로컬 좌표계의 기준 위치는, 선회체(3)의 선회축(선회 중심)(AX)에 위치하는 기준 위치(P2)를 나타내는 데이터이다.

본 예에 있어서는, 안테나(21)는, 차폭 방향으로 서로 멀어지도록 선회체(3)에 마련된 제1 안테나(21A) 및 제2 안테나(21B)를 갖는다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, 제1 안테나(21A)의 설치 위치(P1a) 및 제2 안테나(21B)의 설치 위치(P1b)를 검출한다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 글로벌 좌표로 나타내는 기준 위치 데이터(P)를 취득한다. 본 예에 있어서는, 기준 위치 데이터(P)는, 선회체(3)의 선회축(선회 중심)(AX)에 위치하는 기준 위치(P2)를 나타내는 데이터이다. 또한, 기준 위치 데이터(P)는, 설치 위치(P1)를 나타내는 데이터여도 좋다.

본 예에 있어서는, 글로벌 좌표 연산부(23)는, 2개의 설치 위치(P1a) 및 설치 위치(P1b)에 기초하여 선회체 방위 데이터(Q)를 생성한다. 선회체 방위 데이터(Q)는, 설치 위치(P1a)와 설치 위치(P1b)로 결정되는 직선이 글로벌 좌표의 기준 방위(예컨대 북)에 대하여 이루는 각에 기초하여 결정된다. 선회체 방위 데이터(Q)는, 선회체(3)[작업기(2)]가 향하고 있는 방위를 나타낸다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 후술하는 표시 컨트롤러(28)에 기준 위치 데이터(P) 및 선회체 방위 데이터(Q)를 출력한다.

IMU(24)는, 선회체(3)에 마련된다. 본 예에 있어서는, IMU(24)는, 운전실(4)의 하부에 배치된다. 선회체(3)에 있어서, 운전실(4)의 하부에 고강성의 프레임이 배치된다. IMU(24)는, 그 프레임 상에 배치된다. 또한, IMU(24)는, 선회체(3)의 선회축(AX)[기준 위치(P2)]의 측방(우측 또는 좌측)에 배치되어도 좋다. IMU(24)는, 차량 본체(1)의 좌우 방향으로 경사하는 경사각(θ4)과, 차량 본체(1)의 전후 방향으로 경사하는 경사각(θ5)을 검출한다.

<제어 시스템의 구성>

다음에, 실시형태에 기초한 제어 시스템(200)의 개요에 대해서 설명한다.

도 3은 실시형태에 기초한 제어 시스템(200)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 제어 시스템(200)은, 작업기(2)를 이용하는 굴삭 처리를 제어한다. 본 예에 있어서는, 굴삭 처리의 제어는, 모방 제어를 갖는다.

모방 제어는, 버킷의 날끝이 설계 지형을 따라 이동함으로써 버킷의 날끝에 접촉하는 토사를 긁어 고르게 하여, 평평한 설계 지형에 대응하는 면을 만드는 모방 작업을 자동 제어하는 것을 의미하며, 제한 굴삭 제어라고도 칭해진다.

모방 제어는, 오퍼레이터에 의한 아암 조작이 있으며, 버킷의 날끝과 설계 지형의 거리 및 날끝의 속도가 기준 내인 경우에 실행된다. 오퍼레이터는, 모방 제어 중은 통상, 붐을 내리는 방향으로 항상 붐을 조작하면서, 아암을 조작한다.

제어 시스템(200)은, 붐 실린더 스트로크 센서(16)와, 아암 실린더 스트로크 센서(17)와, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)와, 안테나(21)와, 글로벌 좌표 연산부(23)와, IMU(24)와, 조작 장치(25)와, 작업기 컨트롤러(26)와, 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)와, 제어 밸브(27)와, 방향 제어 밸브(64)와, 표시 컨트롤러(28)와, 표시부(29)와, 센서 컨트롤러(30)와, 맨머신 인터페이스부(32)를 갖는다.

조작 장치(25)는, 운전실(4)에 배치된다. 오퍼레이터에 의해 조작 장치(25)가 조작된다. 조작 장치(25)는, 작업기(2)를 구동시키는 오퍼레이터 조작을 접수한다. 본 예에 있어서는, 조작 장치(25)는, 파일럿 유압 방식의 조작 장치이다.

방향 제어 밸브(64)에 의해, 유압 실린더에 대한 작동 오일의 공급량이 조정된다. 방향 제어 밸브(64)는, 제1 유압실 및 제2 유압실에 공급되는 오일에 의해 작동된다. 또한, 본 예에 있어서는, 유압 실린더[붐 실린더(10), 아암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)]를 작동시키기 때문에, 그 유압 실린더에 공급되는 오일은 작동 오일이라고도 칭해진다. 또한, 방향 제어 밸브(64)를 작동시키기 때문에 그 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 오일은 파일럿 오일이라고 칭해진다. 또한, 파일럿 오일의 압력은 파일럿 유압이라고도 칭해진다.

작동 오일 및 파일럿 오일은, 동일한 유압 펌프로부터 송출되어도 좋다. 예컨대, 유압 펌프로부터 송출된 작동 오일의 일부가 감압 밸브에서 감압되고, 그 감압된 작동 오일이 파일럿 유로서 사용되어도 좋다. 또한, 작동 오일을 송출하는 유압 펌프(메인 유압 펌프)와, 파일럿 오일을 송출하는 유압 펌프(파일럿 유압 펌프)가 별도의 유압 펌프여도 좋다.

조작 장치(25)는, 제1 조작 레버(25R)와, 제2 조작 레버(25L)를 갖는다. 제1 조작 레버(25R)는, 예컨대 운전석(4S)의 우측에 배치된다. 제2 조작 레버(25L)는, 예컨대 운전석(4S)의 좌측에 배치된다. 제1 조작 레버(25R) 및 제2 조작 레버(25L)에서는, 전후 좌우의 동작이 2축의 동작에 대응한다.

제1 조작 레버(25R)에 의해, 붐(6) 및 버킷(8)이 조작된다.

제1 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작은, 붐(6)의 조작에 대응하며, 전후 방향의 조작에 따라 붐(6)의 내림 동작 및 올림 동작이 실행된다. 붐(6)을 조작하기 위해 레버 조작되고, 파일럿 유로(450)에 파일럿 오일이 공급된 경우에 압력 센서(66)에 발생하는 검출 압력을 MB로 한다.

제1 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작은, 버킷(8)의 조작에 대응하며, 좌우 방향의 조작에 따라 버킷(8)의 굴삭 동작 및 개방 동작이 실행된다. 버킷(8)을 조작하기 위해 레버 조작되고, 파일럿 유로(450)에 파일럿 오일이 공급된 경우에 압력 센서(66)에 발생하는 검출 압력을 MT로 한다.

제2 조작 레버(25L)에 의해, 아암(7) 및 선회체(3)가 조작된다.

제2 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작은, 아암(7)의 조작에 대응하며, 전후 방향의 조작에 따라 아암(7)의 올림 동작 및 내림 동작이 실행된다. 아암(7)을 조작하기 위해 레버 조작되고, 파일럿 유로(450)에 파일럿 오일이 공급된 경우에 압력 센서(66)에 발생하는 검출 압력을 MA로 한다.

제2 조작 레버(25L)의 좌우 방향의 조작은, 선회체(3)의 선회에 대응하며, 좌우 방향의 조작에 따라 선회체(3)의 우측 선회 동작 및 좌측 선회 동작이 실행된다.

본 예에 있어서는, 붐(6)의 상하 방향으로의 동작은, 각각 올림 동작, 하강하는 동작은 내림 동작이라고도 칭한다. 또한, 아암(7)의 상하 방향으로의 동작은, 각각 덤프 동작, 굴삭 동작이라고도 칭한다. 버킷(8)의 상하 방향으로의 동작은, 각각 덤프 동작, 굴삭 동작이라고도 칭한다.

메인 유압 펌프로부터 송출되어, 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿 오일이 조작 장치(25)에 공급된다. 조작 장치(25)의 조작량에 기초하여 파일럿 유압이 조정된다.

파일럿 유로(450)에는, 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)가 배치된다. 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)는, 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)의 검출 결과는, 작업기 컨트롤러(26)에 출력된다.

제1 조작 레버(25R)는, 붐(6)의 구동을 위해 전후 방향으로 조작된다. 전후 방향에 관한 제1 조작 레버(25R)의 조작량(붐 조작량)에 따라, 붐(6)을 구동시키기 위한 붐 실린더(10)에 공급되는 작동 오일의 유동 방향 및 유량이 방향 제어 밸브(64)에 의해 조정된다.

제1 조작 레버(25R)는, 버킷(8)의 구동을 위해 좌우 방향으로 조작된다. 좌우 방향에 관한 제1 조작 레버(25R)의 조작량(버킷 조작량)에 따라, 버킷(8)을 구동시키기 위한 버킷 실린더(12)에 공급되는 작동 오일의 유동 방향 및 유량이 방향 제어 밸브(64)에 의해 조정된다.

제2 조작 레버(25L)는, 아암(7)의 구동을 위해 전후 방향으로 조작된다. 전후 방향에 관한 제2 조작 레버(25L)의 조작량(아암 조작량)에 따라, 아암(7)을 구동시키기 위한 아암 실린더(11)에 공급되는 작동 오일의 유동 방향 및 유량이 방향 제어 밸브(64)에 의해 조정된다.

제2 조작 레버(25L)는, 선회체(3)의 구동을 위해 좌우 방향으로 조작된다. 좌우 방향에 관한 제2 조작 레버(25L)의 조작량에 따라, 선회체(3)를 구동시키기 위한 유압 액츄에이터에 공급되는 작동 오일의 유동 방향 및 유량이 방향 제어 밸브(64)에 의해 조정된다.

또한, 제1 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작이 붐(6)의 조작에 대응하고, 전후 방향의 조작이 버킷(8)의 조작에 대응하여도 좋다. 또한, 제2 조작 레버(25L)의 좌우 방향이 아암(7)의 조작에 대응하고, 전후 방향의 조작이 선회체(3)의 조작에 대응하여도 좋다.

제어 밸브(27)는, 유압 실린더[붐 실린더(10), 아암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)]에 대한 작동 오일의 공급량을 조정한다. 제어 밸브(27)는, 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 기초하여 작동한다.

맨머신 인터페이스부(32)는, 입력부(321)와 표시부(모니터)(322)를 갖는다.

본 예에 있어서는, 입력부(321)는, 표시부(322)의 주위에 배치되는 조작 버튼을 갖는다. 또한, 입력부(321)는 터치 패널을 가지고 있어도 좋다. 맨머신 인터페이스부(32)를, 멀티 모니터라고도 칭한다.

표시부(322)는, 기본 정보로서 연료 잔량 및 냉각수 온도 등을 표시한다.

입력부(321)는, 오퍼레이터에 의해 조작된다. 입력부(321)의 조작에 의해 생성된 지령 신호는, 작업기 컨트롤러(26)에 출력된다.

센서 컨트롤러(30)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)의 검출 결과에 기초하여, 붐 실린더 길이를 산출한다. 붐 실린더 스트로크 센서(16)는, 주위 동작에 따른 펄스를 센서 컨트롤러(30)에 출력한다. 센서 컨트롤러(30)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)로부터 출력된 펄스에 기초하여, 붐 실린더 길이를 산출한다.

마찬가지로, 센서 컨트롤러(30)는, 아암 실린더 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여, 아암 실린더 길이를 산출한다. 센서 컨트롤러(30)는, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)의 검출 결과에 기초하여, 버킷 실린더 길이를 산출한다.

센서 컨트롤러(30)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)의 검출 결과에 기초하여 취득된 붐 실린더 길이로부터, 선회체(3)의 수직 방향에 대한 붐(6)의 경사각(θ1)을 산출한다.

센서 컨트롤러(30)는, 아암 실린더 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여 취득된 아암 실린더 길이로부터, 붐(6)에 대한 아암(7)의 경사각(θ2)을 산출한다.

센서 컨트롤러(30)는, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)의 검출 결과에 기초하여 취득된 버킷 실린더 길이로부터, 아암(7)에 대한 버킷(8)의 날끝(8a)의 경사각(θ3)을 산출한다.

상기 산출 결과인 경사각(θ1, θ2, θ3)과, 기준 위치 데이터(P), 선회체 방위 데이터(Q), 및 실린더 길이 데이터(L)에 기초하여, 작업 차량(100)의 붐(6), 아암(7) 및 버킷(8)의 위치를 특정하는 것이 가능해져, 버킷(8)의 3차원 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터를 생성하는 것이 가능하다.

또한, 붐(6)의 경사각(θ1), 아암(7)의 경사각(θ2), 및 버킷(8)의 경사각(θ3)은, 실린더 스트로크 센서로 검출되지 않아도 좋다. 로터리 인코더와 같은 각도 검출기로 붐(6)의 경사각(θ1)이 검출되어도 좋다. 각도 검출기는, 선회체(3)에 대한 붐(6)의 굴곡 각도를 검출하여, 경사각(θ1)을 검출한다. 마찬가지로, 아암(7)의 경사각(θ2)이 아암(7)에 부착된 각도 검출기로 검출되어도 좋다. 버킷(8)의 경사각(θ3)이 버킷(8)에 부착된 각도 검출기로 검출되어도 좋다.

<유압 회로의 구성>

도 4는 실시형태에 기초한 유압 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 유압 시스템(300)은, 붐 실린더(10), 아암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)[복수의 유압 실린더(60)]와, 선회체(3)를 선회시키는 선회 모터(63)를 구비한다. 또한, 여기서, 붐 실린더(10)를 유압 실린더[10(60)]라고도 표기한다. 다른 유압 실린더에 대해서도 동일하다.

유압 실린더(60)는, 도시하지 않는 메인 유압 펌프로부터 공급된 작동 오일에 의해 작동된다. 선회 모터(63)는, 유압 모터이며, 메인 유압 펌프로부터 공급된 작동 오일에 의해 작동된다.

본 예에 있어서는, 각 유압 실린더(60)에 대하여 작동 오일이 흐르는 방향 및 유량을 제어하는 방향 제어 밸브(64)가 마련된다. 메인 유압 펌프로부터 공급된 작동 오일은, 방향 제어 밸브(64)를 통해, 각 유압 실린더(60)에 공급된다. 또한, 선회 모터(63)에 대하여 방향 제어 밸브(64)가 마련된다.

각 유압 실린더(60)는, 캡측(하부측) 오일실(40A)과, 로드측(헤드측) 오일실(40B)을 갖는다.

방향 제어 밸브(64)는, 로드형의 스풀을 움직여 작동 오일이 흐르는 방향을 전환하는 스풀 방식이다. 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 캡측 오일실(40A)에 대한 작동 오일의 공급과, 로드측 오일실(40B)에 대한 작동 오일의 공급이 전환된다. 또한, 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 유압 실린더(60)에 대한 작동 오일의 공급량(단위 시간당의 공급량)이 조정된다. 유압 실린더(60)에 대한 작동 오일의 공급량이 조정됨으로써, 실린더 속도가 조정된다. 실린더 속도를 조정함으로써, 붐(6), 아암(7) 및 버킷(8)의 속도가 제어된다. 본 예에 있어서는, 방향 제어 밸브(64)가, 스풀의 이동에 의해 작업기(2)를 구동시키는 유압 실린더(60)에 대한 작동 오일의 공급량을 조정 가능한 조정 장치로서 기능한다.

각 방향 제어 밸브(64)에는, 스풀의 이동 거리(스풀 스트로크)를 검출하는 스풀 스트로크 센서(65)가 마련된다. 스풀 스트로크 센서(65)의 검출 신호는, 작업기 컨트롤러(26)에 출력된다.

각 방향 제어 밸브(64)의 구동은, 조작 장치(25)에 의해 조정된다. 본 예에 있어서는, 조작 장치(25)는, 파일럿 유압 방식의 조작 장치이다.

메인 유압 펌프로부터 송출되어, 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿 오일이 조작 장치(25)에 공급된다.

조작 장치(25)는, 파일럿 유압 조정 밸브를 갖는다. 조작 장치(25)의 조작량에 기초하여, 파일럿 유압이 조정된다. 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브(64)가 구동된다. 조작 장치(25)에 의해 파일럿 유압이 조정됨으로써, 축 방향에 관한 스풀의 이동량 및 이동 속도가 조정된다. 또한, 조작 장치(25)에 의해 캡측 오일실(40A)에 대한 작동 오일의 공급과, 로드측 오일실(40B)에 대한 작동 오일의 공급이 전환된다.

조작 장치(25)와 각 방향 제어 밸브(64)는, 파일럿 유로(450)를 통해 접속된다. 본 예에 있어서는, 파일럿 유로(450)에, 제어 밸브(27), 압력 센서(66), 및 압력 센서(67)가 배치된다.

각 제어 밸브(27)의 양측에, 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)가 마련된다. 본 예에 있어서는, 압력 센서(66)는, 조작 장치(25)와 제어 밸브(27) 사이의 유로(451)에 배치된다. 압력 센서(67)는, 제어 밸브(27)와 방향 제어 밸브(64) 사이의 유로(452)에 배치된다. 압력 센서(66)는, 제어 밸브(27)에 의해 조정되기 전의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(67)는, 제어 밸브(27)에 의해 조정된 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)의 검출 결과는, 작업기 컨트롤러(26)에 출력된다.

제어 밸브(27)는, 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호(EPC 전류)에 기초하여, 파일럿 유압을 조정한다. 제어 밸브(27)는, 전자 비례 제어 밸브이며, 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 기초하여 제어된다. 제어 밸브(27)는, 제어 밸브(27B)와, 제어 밸브(27A)를 갖는다. 제어 밸브(27B)는, 방향 제어 밸브(64)의 제2 압력 수취실에 공급되는 파일럿 오일의 파일럿 유압을 조정하여, 방향 제어 밸브(64)를 통해 캡측 오일실(40A)에 공급되는 작동 오일의 공급량을 조정 가능하다. 제어 밸브(27A)는, 방향 제어 밸브(64)의 제1 압력 수취실에 공급되는 파일럿 오일의 파일럿 유압을 조정하여, 방향 제어 밸브(64)를 통해 로드측 오일실(40B)에 공급되는 작동 오일의 공급량을 조정 가능하다.

또한, 본 예에 있어서는, 파일럿 유로(450) 중, 조작 장치(25)와 제어 밸브(27) 사이의 파일럿 유로(450)는 유로(상류 유로)(451)라고 칭해진다. 또한, 제어 밸브(27)와 방향 제어 밸브(64) 사이의 파일럿 유로(450)는 유로(하류 유로)(452)라고 칭해진다.

파일럿 오일은, 유로(452)를 통해 각 방향 제어 밸브(64)에 공급된다.

유로(452)는, 제1 압력 수취실에 접속되는 유로(452A)와, 제2 압력 수취실에 접속되는 유로(452B)를 갖는다.

방향 제어 밸브(64)의 제2 압력 수취실에 대하여, 파일럿 오일이 유로(452B)를 통해 공급되면, 그 파일럿 유압에 따라 스풀이 이동한다. 방향 제어 밸브(64)를 통해 캡측 오일실(40A)에 작동 오일이 공급된다. 캡측 오일실(40A)에 대한 작동 오일의 공급량은, 조작 장치(25)의 조작량에 따른 스풀의 이동량에 따라 조정된다.

방향 제어 밸브(64)의 제1 압력 수취실에 대하여, 파일럿 오일이 유로(452A)를 통해 공급되면, 그 파일럿 유압에 따라 스풀이 이동한다. 방향 제어 밸브(64)를 통해 로드측 오일실(40B)에 작동 오일이 공급된다. 로드측 오일실(40B)에 대한 작동 오일의 공급량은, 조작 장치(25)의 조작량에 따른 스풀의 이동량에 따라 조정된다.

따라서, 조작 장치(25)에 의해 파일럿 유압이 조정된 파일럿 오일이 방향 제어 밸브(64)에 공급됨으로써, 축 방향에 관한 스풀의 위치가 조정된다.

유로(451)는, 유로(452A)와 조작 장치(25)를 접속하는 유로(451A)와, 유로(452B)와 조작 장치(25)를 접속하는 유로(451B)를 갖는다.

[조작 장치(25)의 조작과 유압 시스템의 동작에 대해서]

전술한 바와 같이, 조작 장치(25)의 조작에 의해, 붐(6)은, 내림 동작 및 올림 동작의 2종류의 동작을 실행한다.

붐(6)의 올림 동작이 실행되도록 조작 장치(25)가 조작됨으로써, 붐 실린더(10)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에, 유로(451B) 및 유로(452B)를 통해, 파일럿 오일이 공급된다.

이에 의해, 메인 유압 펌프로부터의 작동 오일이 붐 실린더(10)에 공급되고, 붐(6)의 올림 동작이 실행된다.

붐(6)의 내림 동작이 실행되도록 조작 장치(25)가 조작됨으로써, 붐 실린더(10)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에, 유로(451A) 및 유로(452A)를 통해, 파일럿 오일이 공급된다.

이에 의해, 메인 유압 펌프로부터의 작동 오일이 붐 실린더(10)에 공급되고, 붐(6)의 내림 동작이 실행된다.

본 예에 있어서는, 붐 실린더(10)가 신장함으로써, 붐(6)이 올림 동작하고, 붐 실린더(10)가 축퇴함으로써, 붐(6)이 내림 동작한다. 붐 실린더(10)의 캡측 오일실(40A)에 작동 오일이 공급됨으로써, 붐 실린더(10)가 신장하여, 붐(6)이 올림 동작한다. 붐 실린더(10)의 로드측 오일실(40B)에 작동 오일이 공급됨으로써, 붐 실린더(10)가 축퇴하여, 붐(6)이 내림 동작한다.

또한, 조작 장치(25)의 조작에 의해, 아암(7)은, 내림 동작 및 올림 동작의 2종류의 동작을 실행한다.

아암(7)의 내림 동작이 실행되도록 조작 장치(25)를 조작함으로써, 아암 실린더(11)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에, 유로(451B) 및 유로(452B)를 통해, 파일럿 오일이 공급된다.

이에 의해, 메인 유압 펌프로부터의 작동 오일이 아암 실린더(11)에 공급되고, 아암(7)의 내림 동작이 실행된다.

아암(7)의 올림 동작이 실행되도록 조작 장치(25)를 조작함으로써, 아암 실린더(11)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에, 유로(451A) 및 유로(452A)를 통해, 파일럿 오일이 공급된다.

이에 의해, 메인 유압 펌프로부터의 작동 오일이 아암 실린더(11)에 공급되고, 아암(7)의 올림 동작이 실행된다.

본 예에 있어서는, 아암 실린더(11)가 신장함으로써, 아암(7)이 내림 동작(굴삭 동작)하고, 아암 실린더(11)가 축퇴함으로써, 아암(7)이 올림 동작(덤프 동작)한다. 아암 실린더(11)의 캡측 오일실(40A)에 작동 오일이 공급됨으로써, 아암 실린더(11)가 신장하여, 아암(7)이 내림 동작한다. 아암 실린더(11)의 로드측 오일실(40B)에 작동 오일이 공급됨으로써, 아암 실린더(11)가 축퇴하여, 아암(7)이 올림 동작한다.

또한, 조작 장치(25)의 조작에 의해, 버킷(8)은, 내림 동작 및 올림 동작의 2종류의 동작을 실행한다.

버킷(8)의 내림 동작이 실행되도록 조작 장치(25)를 조작함으로써, 버킷 실린더(12)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에, 유로(451B) 및 유로(452B)를 통해, 파일럿 오일이 공급된다.

이에 의해, 메인 유압 펌프로부터의 작동 오일이 버킷 실린더(12)에 공급되고, 버킷(8)의 내림 동작이 실행된다.

버킷(8)의 올림 동작이 실행되도록 조작 장치(25)를 조작함으로써, 버킷 실린더(12)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에, 유로(451A) 및 유로(452A)를 통해, 파일럿 오일이 공급된다. 방향 제어 밸브(64)는 파일럿 유압에 기초하여 작동한다.

이에 의해, 메인 유압 펌프로부터의 작동 오일이 버킷 실린더(12)에 공급되고, 버킷(8)의 올림 동작이 실행된다.

본 예에 있어서는, 버킷 실린더(12)가 신장함으로써, 버킷(8)이 내림 동작(굴삭 동작)하고, 버킷 실린더(12)가 축퇴함으로써, 버킷(8)이 올림 동작(덤프 동작)한다. 버킷 실린더(12)의 캡측 오일실(40A)에 작동 오일이 공급됨으로써, 버킷 실린더(12)가 신장하여, 버킷(8)이 내림 동작한다. 버킷 실린더(12)의 로드측 오일실(40B)에 작동 오일이 공급됨으로써, 버킷 실린더(12)가 축퇴하여, 버킷(8)이 올림 동작한다.

또한, 조작 장치(25)의 조작에 의해, 선회체(3)는, 우측 선회 동작 및 좌측 선회 동작의 2종류의 동작을 실행한다.

선회체(3)의 우측 선회 동작이 실행되도록 조작 장치(25)가 조작됨으로써, 작동 오일이 선회 모터(63)에 공급된다. 선회체(3)의 좌측 선회 동작이 실행되도록 조작 장치(25)가 조작됨으로써, 작동 오일이 선회 모터(63)에 공급된다.

[통상 제어 및 모방 제어(제한 굴삭 제어)와 유압 시스템의 동작에 대해서]

모방 제어(제한 굴삭 제어)를 실행하지 않는, 통상 제어에 대해서 설명한다.

통상 제어의 경우, 작업기(2)는, 조작 장치(25)의 조작량에 따라 동작한다.

구체적으로는, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27)를 개방한다. 제어 밸브(27)를 개방함으로써, 유로(451)의 파일럿 유압과 유로(452)의 파일럿 유압은 같아진다. 제어 밸브(27)가 개방된 상태로, 파일럿 유압(PPC압)은, 조작 장치(25)의 조작량에 기초하여 조정된다. 이에 의해, 방향 제어 밸브(64)가 조정되어, 상기에서 설명한 붐(6), 아암(7), 버킷(8)의 올림 동작 및 내림 동작을 실행하는 것이 가능하다.

한편, 모방 제어(제한 굴삭 제어)에 대해서 설명한다.

모방 제어(제한 굴삭 제어)의 경우, 작업기(2)는, 조작 장치(25)의 조작에 기초하여 작업기 컨트롤러(26)에 의해 제어된다.

구체적으로는, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27)에 제어 신호를 출력한다. 유로(451)는, 예컨대 파일럿 유압 조정 밸브의 작용에 의해 미리 정해진 압력을 갖는다.

제어 밸브(27)는, 작업기 컨트롤러(26)의 제어 신호에 기초하여 작동한다. 유로(451)의 작동 오일은, 제어 밸브(27)를 통해, 유로(452)에 공급된다. 따라서, 유로(452)의 작동 오일의 압력은, 제어 밸브(27)에 의해 조정(감압)하는 것이 가능하다.

유로(452)의 작동 오일의 압력이, 방향 제어 밸브(64)에 작용한다. 이에 의해, 방향 제어 밸브(64)는, 제어 밸브(27)로 제어된 파일럿 유압에 기초하여 작동한다.

예컨대, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27A) 및 제어 밸브(27B) 중 적어도 한쪽에 제어 신호를 출력하여, 아암 실린더(11)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에 대한 파일럿 유압을 조정할 수 있다. 제어 밸브(27A)에 의해 압력이 조정된 작동 오일이 방향 제어 밸브(64)에 공급됨으로써, 스풀은 축 방향에 관해서 한쪽측으로 이동한다. 제어 밸브(27B)에 의해 압력이 조정된 작동 오일이 방향 제어 밸브(64)에 공급됨으로써, 스풀은 축 방향에 관해서 다른쪽측으로 이동한다. 이에 의해, 축 방향에 관한 스풀의 위치가 조정된다.

또한, 마찬가지로 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27A) 및 제어 밸브(27B) 중 적어도 한쪽에 제어 신호를 출력하여, 버킷 실린더(12)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에 대한 파일럿 유압을 조정할 수 있다.

또한, 마찬가지로 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27A) 및 제어 밸브(27B) 중 적어도 한쪽에 제어 신호를 출력하여, 붐 실린더(10)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에 대한 파일럿 유압을 조정할 수 있다.

또한, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27C)에 제어 신호를 출력하여, 붐 실린더(10)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에 대한 파일럿 유압을 조정한다.

이에 의해, 작업기 컨트롤러(26)는, 버킷(8)의 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)에 침입하지 않도록, 붐(6)의 움직임을 제어(개입 제어)한다.

본 예에 있어서, 목표 설계 지형(U)에 대한 날끝(8a)의 침입이 억제되도록, 붐 실린더(10)에 접속된 제어 밸브(27)에 제어 신호를 출력하여, 붐(6)의 위치를 제어하는 것을 개입 제어라고 칭한다.

구체적으로는, 작업기 컨트롤러(26)는, 굴삭 대상의 목표 형상인 설계 지형을 나타내는 목표 설계 지형(U)과 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터(S)에 기초하여, 목표 설계 지형(U)과 버킷(8)의 거리(d)에 따라 버킷(8)이 목표 설계 지형(U)에 근접하는 속도가 작아지도록, 붐(6)의 속도를 제어한다.

유압 시스템(300)은, 붐(6)의 올림 동작에 대하여 개입 제어하는 기구로서, 유로(501, 502)와, 제어 밸브(27C)와, 셔틀 밸브(51)와, 압력 센서(68)를 가지고 있다.

유로(501)는, 제어 밸브(27C)에 접속되며, 붐 실린더(10)에 접속된 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 파일럿 오일을 공급한다.

유로(501)는, 제어 밸브(27C)를 통과하기 전의 파일럿 오일이 흐르는 유로(501)와, 제어 밸브(27C)를 통과한 후의 파일럿 오일이 흐르는 유로(502)를 갖는다. 유로(502)는, 제어 밸브(27C)와 셔틀 밸브(51)에 접속되며, 방향 제어 밸브(64)와 접속된 유로(452B)에 셔틀 밸브(51)를 통해 접속된다.

압력 센서(68)는, 유로(501)의 파일럿 오일의 파일럿 유압을 검출한다.

제어 밸브(27C)는, 개입 제어를 실행하기 위해 작업기 컨트롤러(26)로부터 출력된 제어 신호에 기초하여 제어된다.

셔틀 밸브(51)는, 2개의 입구 포트와, 1개의 출구 포트를 갖는다. 한쪽의 입구 포트는, 유로(502)와 접속된다. 다른쪽의 입구 포트는, 유로(452B)를 통해 제어 밸브(27B)와 접속된다. 출구 포트는, 유로(452B)를 통해 방향 제어 밸브(64)와 접속된다. 셔틀 밸브(51)는, 유로(502) 및 제어 밸브(27B)와 접속된 유로(452B) 중, 파일럿 유압이 높은 쪽의 유로와, 유로(452B)를 접속한다.

셔틀 밸브(51)는, 고압 우선형의 셔틀 밸브이다. 셔틀 밸브(51)는, 입구 포트의 한쪽에 접속된 유로(502)의 파일럿 유압과, 입구 포트의 다른쪽에 접속된 제어 밸브(27B)측의 유로(452B)의 파일럿 유압을 비교하여, 고압측의 압력을 선택한다. 셔틀 밸브(51)는, 유로(502)의 파일럿 유압과, 제어 밸브(27B)측의 유로(452B)의 파일럿 유압 중, 고압측의 유로를 출구 포트에 연통하며, 상기 고압측의 유로를 흐르는 파일럿 오일을 방향 제어 밸브(64)에 공급한다.

본 예에 있어서는, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어를 실행하지 않는 경우에는, 조작 장치(25)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(64)가 구동되도록, 제어 밸브(27B)를 완전 개방으로 하며, 제어 밸브(27C)에 대하여 유로(501)를 폐쇄하도록 제어 신호를 출력한다.

또한, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어를 실행하는 경우에는, 제어 밸브(27C)에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(64)가 구동되도록, 각 제어 밸브(27)에 대하여 제어 신호를 출력한다.

예컨대, 붐(6)의 이동을 제한하는 개입 제어를 실행하는 경우, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27C)에 의해 조정된 파일럿 유압이, 조작 장치(25)에 의해 조정되는 파일럿 유압보다 높아지도록, 제어 밸브(27C)를 제어한다. 이에 의해, 제어 밸브(27C)로부터의 파일럿 오일이 셔틀 밸브(51)를 통해 방향 제어 밸브(64)에 공급된다.

<모방 제어>

도 5는 실시형태에 기초한 모방 제어(제한 굴삭 제어)가 행해지고 있는 경우의 작업기(2)의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 모방 제어(제한 굴삭 제어)에 있어서, 버킷(8)이 설계 지형에 침입하지 않도록, 붐(6)의 올림 동작을 포함한 개입 제어가 실행된다. 구체적으로는, 본 예에 있어서는, 조작 장치(25)에 의한 아암(7)의 굴삭 조작에 의한 굴삭에 있어서, 유압 시스템(300)은, 아암(7)이 내려가고, 붐(6)이 올라가도록 제어하는 경우가 나타나 있다.

도 6은 실시형태에 기초한 모방 제어를 실행하는 제어 시스템(200)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 제어 시스템(200)이 갖는 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)의 기능 블록이 나타난다.

여기서는, 주로 모방 제어(제한 굴삭 제어)에 의한 붐(6)의 개입 제어에 대해서 주로 설명한다. 상기에서 설명한 바와 같이, 개입 제어는, 버킷(8)의 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)에 침입하지 않도록, 붐(6)의 움직임을 제어하는 것이다.

구체적으로는, 작업기 컨트롤러(26)는, 굴삭 대상의 목표 형상인 설계 지형을 나타내는 목표 설계 지형(U)과 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터(S)에 기초하여, 목표 설계 지형(U)과 버킷(8)의 거리(d)를 산출한다. 그리고, 거리(d)에 따라 버킷(8)이 목표 설계 지형(U)에 근접하는 속도가 작아지도록, 붐(6)의 개입 제어에 의한 제어 밸브(27)에의 제어 지령(CBI)을 출력한다.

우선, 작업기 컨트롤러(26)는, 조작 장치(25)의 조작에 의한 조작 지령에 기초한 아암(7), 버킷(8)의 동작에 따른 버킷의 날끝(8a)의 추정 속도를 산출한다. 그리고, 산출 결과에 기초하여 버킷(8)의 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)에 침입하지 않도록, 붐(6)의 속도를 제어하는 붐 목표 속도를 산출한다. 그리고, 붐 목표 속도로 붐(6)이 동작하도록 제어 밸브(27)에의 제어 지령(CBI)을 출력한다.

이하, 기능 블록에 대해서 도 6을 이용하여 구체적으로 설명한다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 표시 컨트롤러(28)는, 목표 시공 정보 저장부(28A)와, 버킷 위치 데이터 생성부(28B)와, 목표 설계 지형 데이터 생성부(28C)를 갖는다.

표시 컨트롤러(28)는, 센서 컨트롤러(30)로부터의 입력을 받는다.

센서 컨트롤러(30)는, 각 실린더 스트로크 센서(16, 17, 18)의 검출 결과로부터 각 실린더 길이 데이터(L) 및 경사각(θ1, θ2, θ3)을 취득한다. 또한, 센서 컨트롤러(30)는, IMU(24)로부터 출력되는 경사각(θ4)의 데이터 및 경사각(θ5)의 데이터를 취득한다. 센서 컨트롤러(30)는, 실린더 길이 데이터(L), 경사각(θ1, θ2, θ3)의 데이터와, 경사각(θ4)의 데이터, 및 경사각(θ5)의 데이터를, 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.

전술한 바와 같이, 본 예에 있어서는, 실린더 스트로크 센서(16, 17, 18)의 검출 결과, 및 IMU(24)의 검출 결과가 센서 컨트롤러(30)에 출력되고, 센서 컨트롤러(30)가 미리 정해진 연산 처리를 행한다.

본 예에 있어서는, 센서 컨트롤러(30)의 기능이, 작업기 컨트롤러(26)로 대용되어도 좋다. 예컨대, 실린더 스트로크 센서(16, 17, 18)의 검출 결과가 작업기 컨트롤러(26)에 출력되고, 작업기 컨트롤러(26)가, 실린더 스트로크 센서(16, 17, 18)의 검출 결과에 기초하여, 실린더 길이(붐 실린더 길이, 아암 실린더 길이, 및 버킷 실린더 길이)를 산출하여도 좋다. IMU(24)의 검출 결과가, 작업기 컨트롤러(26)에 출력되어도 좋다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, 기준 위치 데이터(P) 및 선회체 방위 데이터(Q)를 취득하여, 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.

목표 시공 정보 저장부(28A)는, 작업 영역의 목표 형상인 입체 설계 지형을 나타내는 목표 시공 정보(입체 설계 지형 데이터)(T)를 저장하고 있다. 목표 시공 정보(T)는, 굴삭 대상의 목표 형상인 설계 지형을 나타내는 목표 설계 지형(설계 지형 데이터)(U)을 생성하기 위해 필요로 되는 좌표 데이터 및 각도 데이터를 갖는다. 목표 시공 정보(T)는, 예컨대 무선 통신 장치를 통해 표시 컨트롤러(28)에 공급되어도 좋다.

버킷 위치 데이터 생성부(28B)는, 경사각(θ1, θ2, θ3, θ4, θ5)과, 기준 위치 데이터(P), 선회체 방위 데이터(Q), 및 실린더 길이 데이터(L)에 기초하여, 버킷(8)의 3차원 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터(S)를 생성한다. 또한, 날끝(8a)의 위치 정보는, 메모리 등의 접속식 기록 장치로부터 전송되어도 좋다.

본 예에 있어서는, 버킷 위치 데이터(S)는, 날끝(8a)의 3차원 위치를 나타내는 데이터이다.

목표 설계 지형 데이터 생성부(28C)는, 버킷 위치 데이터 생성부(28B)로부터 취득하는 버킷 위치 데이터(S)와 목표 시공 정보 저장부(28A)에 저장하는 후술하는 목표 시공 정보(T)를 이용하여, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 설계 지형(U)을 생성한다.

또한, 목표 설계 지형 데이터 생성부(28C)는, 생성한 목표 설계 지형(U)에 관한 데이터를 표시부(29)에 출력한다. 이에 의해, 표시부(29)는, 목표 설계 지형을 표시한다.

표시부(29)는, 예컨대 모니터이며, 작업 차량(100)의 각종 정보를 표시한다. 본 예에 있어서는, 표시부(29)는, 정보화 시공용의 가이던스 모니터로서의 HMI(Human Machine Interface) 모니터를 갖는다.

목표 설계 지형 데이터 생성부(28C)는, 작업기 컨트롤러(26)에 대하여 목표 설계 지형(U)에 관한 데이터를 출력한다. 또한, 버킷 위치 데이터 생성부(28B)는, 생성한 버킷 위치 데이터(S)를 작업기 컨트롤러(26)에 출력한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 추정 속도 결정부(52)와, 거리 취득부(53)와, 목표 속도 결정부(54)와, 작업기 제어부(57)와, 기억부(58)를 갖는다.

작업기 컨트롤러(26)는, 조작 장치(25)의 조작 지령[압력(MA, MT)] 및 표시 컨트롤러(28)로부터 버킷 위치 데이터(S) 및 목표 설계 지형(U)을 취득하고, 제어 밸브(27)에의 제어 지령(CBI)을 출력한다. 또한, 작업기 컨트롤러(26)는, 필요에 따라 센서 컨트롤러(30) 및 글로벌 좌표 연산부(23)로부터 연산 처리에 필요한 각종 파라미터를 취득한다.

추정 속도 결정부(52)는, 아암(7), 버킷(8)의 구동을 위한 조작 장치(25)의 레버 조작에 대응한 아암 추정 속도(Vc_am), 버킷 추정 속도(Vc_bkt)를 산출한다.

여기서, 아암 추정 속도(Vc_am)는, 아암 실린더(11)만이 구동되는 경우의 버킷(8)의 날끝(8a)의 속도이다. 버킷 추정 속도(Vc_bkt)는, 버킷 실린더(12)만이 구동되는 경우의 버킷(8)의 날끝(8a)의 속도이다.

추정 속도 결정부(52)는, 아암 조작 지령[압력(MA)]에 대응하는 아암 추정 속도(Vc_am)를 산출한다. 또한, 마찬가지로 추정 속도 결정부(52)는, 버킷 조작 지령[압력(MT)]에 대응하는 버킷 추정 속도(Vc_bkt)를 산출한다. 이에 의해 아암(7) 및 버킷(8)의 각 조작 지령에 대응하는 버킷(8)의 날끝(8a)의 추정 속도를 산출하는 것이 가능하다.

기억부(58)는, 추정 속도 결정부(52), 목표 속도 결정부(54) 및 작업기 제어부(57)가 연산 처리하기 위한 각종 테이블 등의 데이터를 저장한다.

거리 취득부(53)는, 목표 설계 지형 데이터 생성부(28C)로부터 목표 설계 지형(U)의 데이터를 취득한다. 거리 취득부(53)는, 버킷 위치 데이터 생성부(28B)로부터 취득되는 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터(S) 및 목표 설계 지형(U)에 기초하여, 목표 설계 지형(U)에 수직인 방향에 있어서의 버킷(8)의 날끝(8a)과 목표 설계 지형(U)의 거리(d)를 산출한다.

목표 속도 결정부(54)는, 제한 속도 테이블에 따라 버킷(8)이 목표 설계 지형(U)에 근접하는 속도가 작아지도록, 붐(6)의 목표 속도(Vc_bm_lmt)를 결정한다.

구체적으로는, 목표 속도 결정부(54)는, 목표 설계 지형(U)과 버킷(8)의 거리(d)와 날끝의 제한 속도의 관계를 나타내는 제한 속도 테이블을 이용하여, 현재의 거리(d)에 기초하여 날끝의 제한 속도를 산출한다. 그리고, 날끝의 제한 속도와, 아암 추정 속도(Vc_am) 및 버킷 추정 속도(Vc_bkt)의 차분을 연산함으로써, 붐(6)의 목표 속도(Vc_bm_lmt)를 결정한다.

또한, 제한 속도 테이블은, 기억부(58)에 미리 기억(저장)되어 있다.

작업기 제어부(57)는, 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)에 따라 붐 실린더(10)에의 제어 지령(CBI)을 생성하여, 붐 실린더(10)에 접속된 제어 밸브(27)에 출력한다.

이에 의해, 붐 실린더(10)에 접속된 제어 밸브(27)가 제어되고, 모방 제어(제한 굴삭 제어)에 의한 붐(6)의 개입 제어가 실행된다.

[버킷(8)의 날끝(8a)과 목표 설계 지형(U) 사이의 거리(d)의 산출]

도 7은 실시형태에 기초한 버킷(8)의 날끝(8a)과 목표 설계 지형(U) 사이의 거리(d)를 취득하는 것을 설명하는 도면이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 거리 취득부(53)는, 날끝(8a)의 위치 정보[버킷 위치 데이터(S)]에 기초하여 버킷(8)의 날끝(8a)과 목표 설계 지형(U)의 표면 사이의 최단으로 되는 거리(d)를 산출한다.

본 예에 있어서는, 버킷(8)의 날끝(8a)과 목표 설계 지형(U)의 표면 사이의 최단으로 되는 거리(d)에 기초하여, 모방 제어(제한 굴삭 제어)가 실행된다.

[목표 속도의 산출 방식]

도 8은 실시형태에 기초한 추정 속도 결정부(52)의 연산 처리를 설명하는 기능 블록도이다.

도 8에 있어서, 추정 속도 결정부(52)는, 아암 조작 지령(압력 MA)에 대응하는 아암 추정 속도(Vc_am) 및 버킷 조작 지령[압력(MT)]에 대응하는 버킷 추정 속도(Vc_bkt)를 산출한다. 상기한 바와 같이, 아암 추정 속도(Vc_am)는, 아암 실린더(11)만이 구동되는 경우의 버킷(8)의 날끝(8a)의 속도이다. 버킷 추정 속도(Vc_bkt)는, 버킷 실린더(12)만이 구동되는 경우의 버킷(8)의 날끝(8a)의 속도이다.

추정 속도 결정부(52)는, 스풀 스트로크 연산부(52A)와, 실린더 속도 연산부(52B)와, 추정 속도 결정부(52C)를 갖는다.

스풀 스트로크 연산부(52A)는, 기억부(58)에 저장되어 있는 조작 지령(압력)에 따른 스풀 스트로크 테이블에 기초하여 유압 실린더(60)의 스풀(80)의 스풀 스트로크량을 산출한다. 또한, 스풀(80)을 이동시키기 위한 파일럿 오일의 압력은 PPC 압력이라고도 칭해진다.

스풀(80)의 이동량은, 조작 장치(25) 또는 제어 밸브(27)에 의해 제어되는 유로(452)의 압력(파일럿 유압)에 의해 조정된다. 유로(452)의 파일럿 유압은, 스풀을 이동시키기 위한 유로(452)의 파일럿 오일의 압력이며, 조작 장치(25) 또는 제어 밸브(27)에 의해 조정된다. 따라서, 스풀의 이동량과 PPC압은 상관한다.

실린더 속도 연산부(52B)는, 산출된 스풀 스트로크량에 따른 실린더 속도 테이블에 기초하여 유압 실린더(60)의 실린더 속도를 산출한다.

유압 실린더(60)의 실린더 속도는, 메인 유압 펌프로부터 방향 제어 밸브(64)를 통해 공급되는 단위 시간당의 작동 오일의 공급량에 기초하여 조정된다. 방향 제어 밸브(64)는, 이동 가능한 스풀(80)을 갖는다. 스풀(80)의 이동량에 기초하여, 유압 실린더(60)에 대한 단위 시간당의 작동 오일의 공급량이 조정된다. 따라서, 실린더 속도와 스풀의 이동량(스풀 스트로크)은 상관한다.

추정 속도 결정부(52C)는, 산출된 유압 실린더(60)의 실린더 속도에 따른 추정 속도 테이블에 기초하여 추정 속도를 산출한다.

유압 실린더(60)의 실린더 속도에 따라 작업기(2)[붐(6), 아암(7), 버킷(8)]가 동작하기 때문에 실린더 속도와 추정 속도는 상관한다.

상기 처리에 의해, 추정 속도 결정부(52)는, 아암 조작 지령[압력(MA)]에 대응하는 아암 추정 속도(Vc_am) 및 버킷 조작 지령[압력(MT)]에 대응하는 버킷 추정 속도(Vc_bkt)를 산출한다. 또한, 스풀 스트로크 테이블, 실린더 속도 테이블, 추정 속도 테이블은, 붐(6), 아암(7), 버킷(8)에 대하여 각각 마련되고 있으며, 실험 또는 시뮬레이션에 기초하여 구해지며, 기억부(58)에 미리 기억되어 있다.

이에 의해 각 조작 지령에 대응하는 버킷(8)의 날끝(8a)의 추정 속도를 산출하는 것이 가능하다.

[붐 목표 속도의 산출 방식]

붐 목표 속도를 산출하는데 있어서, 아암(7) 및 버킷(8)의 각각의 추정 속도(Vc_am, Vc_bkt)의 목표 설계 지형(U)의 표면에 수직인 방향의 속도 성분(수직 속도 성분)(Vcy_am, Vcy_bkt)을 산출할 필요가 있다. 이 때문에, 우선은 상기 수직 속도 성분(Vcy_am, Vcy_bkt)을 산출하는 방식에 대해서 설명한다.

도 9의 (A)∼도 9의 (C)는 실시형태에 기초한 상기 수직 속도 성분(Vcy_am, Vcy_bkt)의 산출 방식을 설명하는 도면이다.

도 9의 (A)에 나타내는 바와 같이, 목표 속도 결정부(54)는, 아암 추정 속도(Vc_am)를, 목표 설계 지형(U)의 표면에 수직인 방향의 속도 성분(수직 속도 성분)(Vcy_am)과, 목표 설계 지형(U)의 표면에 평행인 방향의 속도 성분(수평속도 성분과)(Vcx_am)으로 변환한다.

이 점에서, 목표 속도 결정부(54)는, 센서 컨트롤러(30)로부터 취득한 경사각 및 목표 설계 지형(U) 등으로부터, 글로벌 좌표계의 수직축에 대한 로컬 좌표계의 수직축[선회체(3)의 선회축(AX)]의 기울기와, 글로벌 좌표계의 수직축에 대한 목표 설계 지형(U)의 표면의 수직 방향에 있어서의 기울기를 구한다. 목표 속도 결정부(54)는, 이들 기울기로부터 로컬 좌표계의 수직축과 목표 설계 지형(U)의 표면의 수직 방향의 기울기를 나타내는 각도(β1)를 구한다.

버킷 추정 속도(Vc_bkt)에 대해서도 동일하다.

그리고, 도 9의 (B)에 나타내는 바와 같이, 목표 속도 결정부(54)는, 로컬 좌표계의 수직축과 아암 추정 속도(Vc_am)의 방향이 이루는 각도(β2)로부터, 삼각 함수에 의해, 아암 추정 속도(Vc_am)를, 로컬 좌표계의 수직축 방향의 속도 성분(VL1_am)과, 수평축 방향의 속도 성분(VL2_am)으로 변환한다.

그리고, 도 9의 (C)에 나타내는 바와 같이, 목표 속도 결정부(54)는, 로컬 좌표계의 수직축과 목표 설계 지형(U)의 표면의 수직 방향의 기울기(β1)로부터, 삼각 함수에 의해, 로컬 좌표계의 수직축 방향에 있어서의 속도 성분(VL1_am)과, 수평축 방향에 있어서의 속도 성분(VL2_am)을, 목표 설계 지형(U) 에 대한 수직 속도 성분(Vcy_am) 및 수평 속도 성분(Vcx_am)으로 변환한다. 마찬가지로 하여, 목표 속도 결정부(54)는, 버킷 추정 속도(Vc_bkt)를, 로컬 좌표계의 수직축 방향에 있어서의 수직 속도 성분(Vcy_bkt) 및 수평 속도 성분(Vcx_bkt)으로 변환한다.

이와 같이 하여, 상기 수직 속도 성분(Vcy_am, Vcy_bkt)이 산출된다.

또한 붐 목표 속도를 산출하는데 있어서, 작업기(2) 전체의 제한 속도가 필요로 되기 때문에, 다음에 작업기(2) 전체의 제한 속도 테이블에 대해서 설명한다.

도 10은 실시형태에 기초한 모방 제어에 있어서의 작업기(2) 전체의 제한 속도 테이블의 일례를 설명하는 도면이다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 여기서는, 종축이 제한 속도(Vcy_lmt)를 나타내고, 횡축이 날끝과 설계 지형 사이의 거리(d)를 나타내고 있다.

본 예에 있어서는, 버킷(8)의 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)의 표면의 외방[작업 차량(100)의 작업기(2)측]에 위치하고 있는 경우의 거리(d)는 플러스의 값이며, 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)의 표면의 내방[목표 설계 지형(U)보다 굴삭 대상의 내부측]에 위치하고 있는 경우의 거리(d)는 마이너스의 값이다. 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)의 표면의 상방에 위치하고 있는 경우의 거리(d)는 플러스, 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)의 표면의 하방에 위치하고 있는 경우의 거리(d)는 마이너스의 값이다.

또한, 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)에 대하여 침식하지 않는 위치에 있는 경우의 거리(d)는 플러스, 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)에 대하여 침식하는 위치에 있는 경우의 거리(d)는 마이너스의 값이다.

또한, 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U) 상에 위치하고 있는 경우[날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)과 접하고 있는 경우]의 거리(d)는 0이다.

본 예에 있어서는, 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)의 내방으로부터 외방을 향하는 경우의 속도를 플러스의 값으로 하고, 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)의 외방으로부터 내방을 향하는 경우의 속도를 마이너스의 값으로 한다. 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)의 상방을 향하는 경우의 속도를 플러스의 값으로 하고, 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)의 하방을 향하는 경우의 속도를 마이너스의 값으로 한다.

제한 속도 정보에 있어서, 거리(d)가 d1과 d2 사이인 경우의 제한 속도(Vcy_lmt)의 기울기는, 거리(d)가 d1 이상 또는 d2 이하인 경우의 기울기보다 작다. d1은 0보다 크다. d2는 0보다 작다.

목표 설계 지형(U)의 표면 부근의 조작에 있어서는 제한 속도를 보다 상세하게 설정하기 위해, 거리(d)가 d1과 d2 사이인 경우의 기울기를, 거리(d)가 d1 이상 또는 d2 이하인 경우의 기울기보다 작게 한다.

거리(d)가 d1 이상인 경우, 제한 속도(Vcy_lmt)는 마이너스의 값이며, 거리(d)가 커질수록 제한 속도(Vcy_lmt)의 절대값은 커진다.

거리(d)가 d1 이상인 경우, 목표 설계 지형(U)보다 상방에 있어서 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)의 표면으로부터 멀수록, 목표 설계 지형(U)의 하방을 향하는 속도가 커져, 제한 속도(Vcy_lmt)의 절대값은 커진다.

거리(d)가 0 이하인 경우, 제한 속도(Vcy_lmt)는 플러스의 값이며, 거리(d)가 작아질수록 제한 속도(Vcy_lmt)의 절대값은 커진다.

버킷(8)의 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)으로부터 멀어지는 거리(d)가 0 이하인 경우, 목표 설계 지형(U)보다 하방에 있어서 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)으로부터 멀수록, 목표 설계 지형(U)의 상방을 향하는 속도가 커져, 제한 속도(Vcy_lmt)의 절대값은 커진다.

거리(d)가 미리 정해진 값(dth1)에서는, 제한 속도(Vcy_lmt)는, Vmin이 된다. 미리 정해진 값(dth1)은 플러스의 값이며, d1보다 크다.

거리(d)가 미리 정해진 값(dth1) 이상에서는, 작업기(2)의 동작의 개입 제어는 행하지 않는다. 따라서, 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)의 상방에 있어서 목표 설계 지형(U)으로부터 크게 멀어져 있는 경우에는, 작업기(2)의 동작의 개입 제어는 행하지 않는다.

거리(d)가 미리 정해진 값(dth1)보다 작은 경우에, 작업기(2)의 동작의 개입 제어가 행해진다. 구체적으로는, 거리(d)가 미리 정해진 값(dth1)보다 작은 경우에, 붐(6)의 동작의 개입 제어가 행해진다.

다음에, 상기와 같이 하여 구한 상기 수직 속도 성분(Vcy_bm, Vcy_am, Vcy_bkt)과, 작업기(2) 전체의 제한 속도 테이블을 이용하여, 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)를 산출하는 방식에 대해서 설명한다.

도 11의 (A)∼도 11의 (D)는 실시형태에 기초한 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)를 산출하는 방식을 설명하는 도면이다.

도 11의 (A)에 나타내는 바와 같이, 목표 속도 결정부(54)는, 상기 제한 속도 테이블에 따라 작업기(2) 전체의 제한 속도(Vcy_lmt)를 산출한다. 작업기(2) 전체의 제한 속도(Vcy_lmt)는, 버킷(8)의 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)에 접근하는 방향에 있어서 허용할 수 있는 날끝(8a)의 이동 속도이다.

도 11의 (B)에는, 아암 추정 속도(Vc_am)의 수직 속도 성분(Vcy_am)과 버킷 추정 속도(Vc_bkt)의 수직 속도 성분(Vcy_bkt)이 나타나 있다.

목표 속도 결정부(54)는, 도 9에서 설명한 바와 같이, 아암 추정 속도(Vc_am), 버킷 추정 속도(Vc_bkt)에 기초하여 아암 추정 속도(Vc_am)의 수직 속도 성분(Vcy_am)과 버킷 추정 속도(Vc_bkt)의 수직 속도 성분(Vcy_bkt)을 산출하는 것이 가능하다.

도 11의 (C)에는, 붐(6)의 제한 수직 속도 성분(Vcy_bm_lmt)을 산출하는 경우가 나타나 있다. 구체적으로는, 작업기(2) 전체의 제한 속도(Vcy_lmt)로부터 아암 추정 속도(Vc_am)의 수직 속도 성분(Vcy_am)과 버킷 추정 속도(Vc_bkt)의 수직 속도 성분(Vcy_bkt)을 뺌으로써, 붐(6)의 제한 수직 속도 성분(Vcy_bm_lmt)이 산출된다.

도 11의 (D)에는, 붐(6)의 제한 수직 속도 성분(Vcy_bm_lmt)에 기초하여 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)를 산출하는 경우가 나타나 있다.

작업기(2) 전체의 제한 속도(Vcy_lmt)가, 아암 추정 속도의 수직 속도 성분(Vcy_am)과 버킷 추정 속도의 수직 속도 성분(Vcy_bkt)의 합보다 작은 경우에는, 붐(6)의 제한 수직 속도 성분(Vcy_bm_lmt)은, 붐이 상승하는 플러스의 값이 된다.

붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)가 플러스의 값이 되기 때문에, 조작 장치(25)가 붐(6)을 하강시키는 방향으로 조작되고 있어도, 작업기 컨트롤러(26)는 개입 제어하여, 붐(6)을 상승시킨다. 이 때문에, 목표 설계 지형(U)의 침식의 확대를 신속하게 억제할 수 있다.

작업기(2)전체의 제한 속도(Vcy_lmt)가, 아암 추정 속도의 수직 속도 성분(Vcy_am)과 버킷 추정 속도의 수직 속도 성분(Vcy_bkt)의 합보다 큰 경우에는, 붐(6)의 제한 수직 속도 성분(Vcy_bm_lmt)은, 붐이 하강하는 마이너스의 값이 된다.

붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)가 마이너스의 값이 되기 때문에, 붐(6)이 하강한다.

[제어 지령(CBI)의 생성]

도 12는 실시형태에 기초한 작업기 제어부(57)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 작업기 제어부(57)는, 실린더 속도 산출부(262A)와, EPC 연산부(262B)와, EPC 지령부(262C)를 갖는다.

작업기 제어부(57)는, 개입 제어하는 경우에 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)로 붐(6)이 구동되도록 제어 밸브(27)에 대하여 제어 지령(CBI)을 출력한다.

실린더 속도 산출부(262A)는, 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)에 따른 유압 실린더(60)의 실린더 속도를 산출한다. 구체적으로는, 기억부(58)에 미리 저장되어 있는 붐(6)의 동작에만 의한 버킷(8)의 날끝(8a)의 속도와 유압 실린더(60)의 속도의 관계를 나타내는 추정 속도 테이블에 기초하여, 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)에 따른 유압 실린더(60)의 실린더 속도를 산출한다.

EPC 연산부(262B)는, 산출된 실린더 속도에 기초하여, EPC 전류값을 연산 처리한다. 구체적으로는, 기억부(58)에 미리 저장되어 있는 상관 데이터에 기초하여 연산 처리한다.

EPC 지령부(262C)는, EPC 연산부(262B)에서 산출된 EPC 전류값을 제어 밸브(27)에 출력한다.

기억부(58)는, 유압 실린더(60)의 실린더 속도와 스풀(80)의 이동량의 관계를 나타내는 상관 데이터와, 스풀(80)의 이동량과 제어 밸브(27)에 의해 제어되는 PPC 압력의 관계를 나타내는 상관 데이터와, PPC 압력과 EPC 연산부(262B)로부터 출력되는 제어 신호(EPC 전류)의 관계를 나타내는 상관 데이터를 기억한다. 또한, 실린더 속도 테이블, 상관 데이터는, 실험 또는 시뮬레이션에 기초하여 구해져, 기억부(58)에 미리 기억되어 있다.

전술한 바와 같이, 유압 실린더(60)의 실린더 속도는, 메인 유압 펌프로부터 방향 제어 밸브(64)를 통해 공급되는 단위 시간당의 작동 오일의 공급량에 기초하여 조정된다. 방향 제어 밸브(64)는, 이동 가능한 스풀(80)을 갖는다. 스풀(80)의 이동량에 기초하여, 유압 실린더(60)에 대한 단위 시간당의 작동 오일의 공급량이 조정된다. 따라서, 실린더 속도와 스풀의 이동량(스풀 스트로크)은 상관한다.

스풀(80)의 이동량은, 조작 장치(25) 또는 제어 밸브(27)에 의해 제어되는 유로(452)의 압력(파일럿 유압)에 의해 조정된다. 유로(452)의 파일럿 유압은, 스풀을 이동하기 위한 유로(452)의 파일럿 오일의 압력이며, 조작 장치(25) 또는 제어 밸브(27)에 의해 조정된다. 또한, 스풀(80)을 이동시키기 위한 파일럿 오일의 압력을 PPC 압력이라고도 칭한다. 따라서, 스풀의 이동량과 PPC압은 상관한다.

제어 밸브(27)는, 작업기 컨트롤러(26)의 EPC 연산부(262B)로부터 출력된 제어 신호(EPC 전류)에 기초하여 작동한다. 따라서, PPC 압력과 EPC 전류는 상관한다.

작업기 제어부(57)는, 목표 속도 결정부(54)에서 산출된 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)에 대응하는 EPC 전류값을 산출하여, EPC 지령부(262C)로부터 EPC 전류를 제어 지령(CBI)으로서 제어 밸브(27)에 출력한다.

이에 의해, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어에 의해 버킷(8)의 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)에 침입하지 않도록, 붐(6)을 제어하는 것이 가능하다.

또한, 필요에 따라, 작업기 컨트롤러(26)는, 아암(7) 및 버킷(8)을 제어한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 아암 제어 지령을 제어 밸브(27)에 송신함으로써, 아암 실린더(11)를 제어한다. 아암 제어 지령은, 아암 지령 속도에 따른 전류값을 갖는다. 작업기 컨트롤러(26)는, 버킷 제어 지령을 제어 밸브(27)에 송신함으로써, 버킷 실린더(12)를 제어한다. 버킷 제어 지령은, 버킷 지령 속도에 따른 전류값을 갖는다.

이 경우의 연산에 대해서도, 전술한 바와 같이, 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)로부터 EPC 전류를 산출한 것과 동일한 방식에 따라, 제어 밸브(27)를 제어하는 전류값을 갖는 아암 제어 지령 및 버킷 제어 지령을 제어 밸브(27)에 출력하는 것이 가능하다.

도 13은 실시형태에 기초한 작업 차량(100)의 모방 제어(제한 굴삭 제어)를 설명하는 흐름도이다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 우선, 설계 지형을 설정한다(단계 SA1). 구체적으로는, 표시 컨트롤러(28)의 목표 설계 지형 데이터 생성부(28C)에 의해 목표 설계 지형(U)을 설정한다.

다음에, 날끝과 설계 지형의 거리(d)를 취득한다(단계 SA2). 구체적으로는, 거리 취득부(53)는, 버킷 위치 데이터 생성부(28B)로부터의 버킷 위치 데이터(S)에 따른 날끝(8a)의 위치 정보와 목표 설계 지형(U)에 기초하여 버킷(8)의 날끝(8a)과 목표 설계 지형(U)의 표면 사이의 최단으로 되는 거리(d)를 산출한다.

다음에, 추정 속도를 결정한다(단계 SA3). 구체적으로는, 작업기 컨트롤러(26)의 추정 속도 결정부(52)는, 아암 추정 속도(Vc_am), 및 버킷 추정 속도(Vc_bkt)를 결정한다. 아암 추정 속도(Vc_am)는, 아암 실린더(11)만이 구동되는 경우의 날끝(8a)의 속도이다. 버킷 추정 속도(Vc_bkt)는, 버킷 실린더(12)만이 구동되는 경우의 날끝(8a)의 속도이다.

아암 추정 속도(Vc_am), 버킷 추정 속도(Vc_bkt)는, 기억부(58)에 저장되어 있는 각종 테이블에 따라 조작 장치(25)의 조작 지령[압력(MA, MT)]에 기초하여 산출된다.

다음에, 목표 속도를 수직 속도 성분으로 변환한다(단계 SA4). 구체적으로는, 목표 속도 결정부(54)는, 도 9에서 설명한 바와 같이 아암 추정 속도(Vc_am), 버킷 추정 속도(Vc_bkt)를 목표 설계 지형(U)에 대한 수직 속도 성분(Vcy_am, Vcy_bkt)으로 변환한다.

다음에, 작업기(2) 전체의 제한 속도(Vcy_lmt)를 산출한다(단계 SA5). 구체적으로는, 목표 속도 결정부(54)는, 거리(d)에 기초하여, 제한 속도 테이블에 따라 제한 속도(Vcy_lmt)를 산출한다.

다음에, 붐의 목표 속도 성분(Vcy_bm_lmt)을 결정한다(단계 SA6). 구체적으로는, 목표 속도 결정부(54)는, 도 11에서 설명한 바와 같이 작업기(2) 전체의 제한 속도(Vcy_lmt)와 아암 추정 속도(Vc_am)와 버킷 추정 속도(Vc_bkt)로부터 붐(6)의 목표 속도의 수직 속도 성분(목표 수직 속도 성분)(Vcy_bm_lmt)을 산출한다.

다음에, 붐의 목표 수직 속도 성분(Vcy_bm_lmt)을 목표 속도(Vc_bm_lmt)로 변환한다(단계 SA7). 구체적으로는, 목표 속도 결정부(54)는, 도 11에서 설명한 바와 같이 붐(6)의 목표 수직 속도 성분(Vcy_bm_lmt)을, 붐(6)의 목표 속도(붐 목표 속도)(Vc_bm_lmt)으로 변환한다.

다음에, 작업기 제어부(57)는, 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)에 대응하는 EPC 전류값을 산출하여, EPC 지령부(262C)로부터 EPC 전류를 제어 지령(CBI)으로서 제어 밸브(27)에 출력한다(단계 SA10). 이에 의해, 작업기 컨트롤러(26)는, 버킷(8)의 날끝(8a)이 목표 설계 지형(U)에 침입하지 않도록, 붐(6)을 제어하는 것이 가능하다.

그리고, 처리를 종료한다(종료).

이와 같이, 본 예에 있어서는, 작업기 컨트롤러(26)는, 굴삭 대상의 목표 형상인 설계 지형을 나타내는 목표 설계 지형(U)과 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터(S)에 기초하여, 목표 설계 지형(U)과 버킷(8)의 날끝(8a)의 거리(d)에 따라 버킷(8)이 목표 설계 지형(U)에 근접하는 상대 속도가 작아지도록, 붐(6)의 속도를 제어한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 굴삭 대상의 목표 형상인 설계 지형을 나타내는 목표 설계 지형(U)과 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터(S)에 기초하여, 목표 설계 지형(U)과 버킷(8)의 날끝(8a)의 거리(d)에 따라 제한 속도를 결정하고, 작업기(2)가 목표 설계 지형(U)에 접근하는 방향의 속도가 제한 속도 이하가 되도록, 작업기(2)를 제어한다. 이에 의해 모방 제어(굴삭 제한 제어)가 실행되어, 붐 실린더의 속도 조정이 행해진다. 상기 방식에 의해, 목표 설계 지형(U)에 대한 날끝(8a)의 위치가 제어되어 목표 설계 지형(U)에 대한 날끝(8a)의 침입을 억제하여, 설계 지형에 따른 면을 만드는 모방 작업을 실행하는 것이 가능해진다.

[유압 실린더(60)의 속도 조정]

조작 장치(25)의 제2 조작 레버(25L)를 조작하여 아암(7)을 조작함으로써, 버킷(8)의 날끝(8a)에 접촉하는 토사를 긁어 고르게 하여, 평평한 설계 지형에 대응하는 면을 만드는 모방 작업을 실행하는 것이 가능하다.

한편으로, 제2 조작 레버(25L)를 조작하였을 때에는, 버킷(8)의 날끝(8a)이 자기 중량에 의해 낙하할 가능성이 있다.

유압 실린더(60)는, 버킷(8)의 자기 중량 낙하가 생긴 경우에는, 제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량(아암 조작량)에 따른 유압 실린더(60)의 상정된 속도 이상이 되어 동작할 가능성이 있다.

이 제2 조작 레버(25L)의 아암 조작에 의한 유압 실린더(60)의 상정된 속도와 실속도의 괴리는 제2 조작 레버(25L)가 미조작의 경우에 커진다.

그 결과, 개입 제어에 있어서 제2 조작 레버(25L)의 조작량에 따른 아암 추정 속도(Vc_am)에 기초한, 작업기 컨트롤러(26)의 목표 속도 결정부(54)에서 결정된 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)가 적정한 값이 되지 않으며, 버킷(8)의 날끝(8a)이 안정되지 않고 헌팅이 생길 가능성이 생각된다.

실시형태에 있어서는, 제2 조작 레버(25L)의 아암 조작이 미조작인 경우에는, 실속도와의 괴리를 억제하기 위해 아암 추정 속도(Vc_am)를 조정하는 방식에 대해서 설명한다.

도 14는 실시형태에 기초한 스풀(80)의 이동량(스풀 스트로크)과 유압 실린더(60)의 실린더 속도의 관계가 나타난 실린더 속도 테이블을 설명하는 도면이다.

상기 실린더 속도 테이블은, 기억부(58)에 저장되어 있는 것이며, 추정 속도 결정부(52)에 있어서 이용된다.

도 14에서는, 실린더 속도 테이블에 있어서, 횡축은 스풀 스트로크량을 나타내고, 종축은 실린더 속도가 나타나 있다. 스풀 스트로크가 영(원점)인 상태는, 스풀이 초기 위치에 존재하는 상태이다. 전술한 바와 같이, 스풀(80)의 이동량에 따른 공급량으로 작동 오일이 유압 실린더(60)에 공급된다. 유압 실린더(60)에 대한 작동 오일의 공급량이 조정됨으로써, 실린더 속도가 조정된다.

본 예에 있어서는, 실린더 속도 테이블은, 오퍼레이터의 작업에 의해 구한 것을 이용하는 것이 가능하다. 예컨대, 스풀(80)이 미리 정해진 양 이동하도록, 조작 장치(25)의 제2 조작 레버(25L)가 조작된다. 스풀(80)의 이동량(스풀 스트로크량)은, 스풀 스트로크 센서(65)에서 검출 가능하다. 또한, 그 스풀(80)의 스풀 스트로크량에 따른 실린더 속도는, 실린더 스트로크 센서(17)에서 검출한다. 실린더 스트로크 센서(17)는, 실린더 로드(10Y)의 속도(실린더 속도)를 고정밀도로 검출 가능하다.

스풀 스트로크 센서(65)의 검출 결과 및 실린더 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여, 실린더 속도 테이블을 취득할 수 있다.

스풀 스트로크량이 플러스가 되도록 스풀이 이동함으로써, 아암(7)은, 내림 동작(굴삭 동작)한다. 한편, 스풀 스트로크량이 마이너스가 되도록 스풀이 이동함으로써, 작업기(2)는 올림 동작(덤프 동작)한다.

본 예에 있어서는, 내림 동작에 있어서의 실린더 속도와 스풀 스트로크의 관계가 나타나 있다.

유압 실린더(60)의 실린더 속도를 제어하는 방법으로서는, 스풀 스트로크량에 따라 작동 오일이 유압 실린더(60)에 유입되는 작동 오일의 유입량으로 제어하는 미터 인 제어와, 유압 실린더(60)로부터 유출되는 작동 오일의 유출량으로 제어하는 미터 아웃 제어가 있다.

라인(LA)은, 미터 인 제어에 있어서의 스풀 스트로크량과 실린더 속도의 관계를 나타내는 제1 실린더 속도 테이블(제1 속도 테이블)이다.

라인(LB)은, 미터 아웃 제어에 있어서의 스풀 스트로크량과 실린더 속도의 관계를 나타내는 제2 실린더 속도 테이블(제2 속도 테이블)이다.

제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량(아암 조작량)이 미리 정해진 양 미만인 경우에 있어서, 라인(LA)의 미터 인 제어에 의한 제1 실린더 속도 테이블에 기초하여 실린더 속도를 산출하는 방식을 채용한 경우, 버킷(8)의 자기 중량 낙하가 생긴 경우에 있어서의 유압 실린더(60)의 속도는, 제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량(아암 조작량)에 따른 상정 속도보다 커질 가능성이 있다. 이것은, 작동 오일의 유입량에 따라 실린더 로드(10Y)가 움직이는 속도[유압 실린더(60)의 속도]보다, 버킷(8)의 자기 중량에 의해 실린더 로드(10Y)를 견인하는 부하가 가해진 결과에 의해 실린더 로드(10Y)가 움직이는 속도가 큰 것에 기인한다.

한편으로, 실시형태에 있어서, 라인(LB)의 미터 아웃 제어에 의한 제2 실린더 속도 테이블에 기초하여 실린더 속도를 산출하는 방식을 채용한 경우, 버킷(8)의 자기 중량 낙하가 생긴 경우에 있어서의 유압 실린더(60)의 속도는, 제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량(아암 조작량)에 따른 상정 속도와 거의 같다고 생각된다. 이것은, 버킷(8)의 자기 중량에 의해 실린더 로드(10Y)에 대하여 견인하는 부하가 가해진 경우라도 실린더 로드(10Y)가 움직이는 속도[유압 실린더(60)의 속도]는, 작동 오일의 유출량으로 제어되기 때문에 그 속도는 적정하게 제어되기 때문이다.

따라서, 실시형태에 있어서는, 작업기 컨트롤러(26)의 추정 속도 결정부(52)는, 제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량(아암 조작량)이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 라인(LA)의 미터 인 제어에 의한 제1 실린더 속도 테이블에 기초한 실린더 속도의 값보다 큰 값을 유압 실린더(60)의 추정 속도로 설정한다.

구체적으로는, 추정 속도 결정부(52)의 실린더 속도 연산부(52B)는, 제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량(아암 조작량)이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 라인(LA)의 미터 인 제어에 의한 제1 실린더 속도 테이블에 기초한 실린더 속도의 값보다 큰 값을 유압 실린더(60)의 추정 속도로 설정한다.

이에 의해, 버킷(8)의 자기 중량 낙하가 생긴 경우라도 유압 실린더(60)의 추정 속도의 조정에 따라 실속도와의 괴리를 억제하는 것이 가능해진다.

그 결과, 상기에서 설명한 개입 제어에 있어서 제2 조작 레버(25L)의 조작량에 따른 조정된 아암 추정 속도(Vc_am)에 기초하여 작업기 컨트롤러(26)의 목표 속도 결정부(54)는, 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)를 결정한다. 이에 의해, 버킷(8)의 날끝(8a)을 안정시켜 헌팅을 억제하는 것이 가능해진다.

본 예에 있어서는, 스풀 스트로크량이 미리 정해진 값(X)이 되는 경우의 제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량(아암 조작량)을 상기 미리 정해진 양으로 설정한다.

또한, 추정 속도 결정부(52)의 실린더 속도 연산부(52B)는, 제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량(아암 조작량)이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 라인(LA)의 미터 인 제어에 의한 제1 실린더 속도 테이블에 기초한 실린더 속도의 값보다 크고, 실린더 속도(Y)보다 작은 값을 유압 실린더(60)의 추정 속도로 설정한다.

제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량이 미리 정해진 양 이상인 경우의 스풀 스트로크량이 미리 정해진 값(X) 이상이 되는 영역에 있어서는, 추정 속도 결정부(52)의 실린더 속도 연산부(52B)는, 라인(LA)의 미터 인 제어에 의한 제1 실린더 속도 테이블에 기초한 실린더 속도의 값을 유압 실린더(60)의 추정 속도로 설정한다. 그리고, 유압 실린더(60)의 추정 속도에 따른 아암 추정 속도(Vc_am)에 기초하여 작업기 컨트롤러(26)의 목표 속도 결정부(54)는, 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)를 결정한다.

이 경우에는, 작동 오일의 유입량에 따라 실린더 로드(10Y)가 움직이는 속도[유압 실린더(60)의 속도] 쪽이, 버킷(8)의 자기 중량에 의해 실린더 로드(10Y)를 견인하는 부하가 가해진 결과에 의해 실린더 로드(10Y)가 움직이는 속도보다 크기 때문에, 제1 실린더 속도 테이블에 기초한 실린더 속도를 추정 속도로 설정함으로써, 정밀도가 높은 실린더 속도에 따른 아암 추정 속도(Vc_am)가 산출된다. 이에 의해, 작업기 컨트롤러(26)의 목표 속도 결정부(54)는, 정밀도가 높은 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)로 설정하여 보다 안정된 모방 제어를 실행하는 것이 가능하다.

도 14에 있어서의 스풀 스트로크량이 미리 정해진 값(X) 미만인 영역을 미조작 영역이라고 칭한다. 미리 정해진 값(X) 미만이 되는 스풀 스트로크량은, 제2 조작 레버(25L)를 미조작한 조작량에 대응하는 것이다.

스풀 스트로크량이 미조작 영역보다 큰 영역을 통상 조작 영역이라고도 칭한다.

미리 정해진 값(X) 이상이 되는 스풀 스트로크량은, 제2 조작 레버(25L)를 통상 조작한 조작량에 대응하는 것이다.

도 14에 나타내는 바와 같이, 미조작 영역에 있어서의 라인(LB)의 스풀 스트로크량에 대응하는 실린더 속도의 값은, 라인(LA)의 스풀 스트로크량에 대응하는 실린더 속도의 값보다 크다.

작업기 컨트롤러(26)의 추정 속도 결정부(52)는, 제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량(아암 조작량)이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 라인(LB)의 미터 아웃 제어에 의한 제2 실린더 속도 테이블에 기초한 실린더 속도의 값을 유압 실린더(60)의 추정 속도로 설정하도록 하여도 좋다.

구체적으로는, 추정 속도 결정부(52)의 실린더 속도 연산부(52B)는, 제2 조작 레버(25L)를 조작한 조작량(아암 조작량)이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 라인(LB)의 미터 아웃 제어에 의한 제2 실린더 속도 테이블에 기초하는 실린더 속도의 값을 유압 실린더(60)의 추정 속도로 설정한다.

이에 의해, 버킷(8)의 자기 중량 낙하가 생긴 경우라도 유압 실린더(60)의 속도를 실속도에 가까운 추정 속도로 설정함으로써, 실측도와의 괴리를 억제하는 것이 가능해진다.

그 결과, 상기에서 설명한 개입 제어에 있어서 제2 조작 레버(25L)의 조작량에 따른 아암 추정 속도(Vc_am)에 기초하여 작업기 컨트롤러(26)의 목표 속도 결정부(54)는, 붐 목표 속도(Vc_bm_lmt)를 결정한다. 이에 의해, 버킷(8)의 날끝(8a)을 안정시켜 헌팅을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 본 예에 있어서는, 실린더 속도와 스풀 스트로크의 관계를 나타내는 실린더 속도 테이블을 이용하여 실린더 속도를 산출하는 방식에 대해서 설명하였지만, 기억부(58)에, 실린더 속도와 PPC 압력(파일럿 압력)의 관계를 나타내는 실린더 속도 테이블이 기억되고, 그 상관 데이터를 사용하여 실린더 속도를 산출하는 것도 가능하다.

또한, 본 예에 있어서는, 제어 밸브(27)를 완전 개방으로 하여, 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)에서 압력을 검출하고, 그 검출값에 기초하여, 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)의 캘리브레이션을 행하여도 좋다. 제어 밸브(27)를 완전 개방으로 한 경우, 압력 센서(66)와 압력 센서(67)는 동일한 검출값을 출력한다. 제어 밸브(27)를 완전 개방으로 한 경우에 있어서, 압력 센서(66)와 압력 센서(67)가 상이한 검출값을 출력한 경우, 압력 센서(66)의 검출값과, 압력 센서(67)의 검출값의 관계를 나타내는 상관 데이터를 구하여도 좋다.

이상, 본 발명의 일실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.

예컨대, 전술한 본 예에 있어서는, 조작 장치(25)는, 파일럿 유압 방식인 것으로 하였다. 조작 장치(25)는, 전기 레버 방식이어도 좋다. 예컨대, 조작 장치(25)의 조작 레버의 조작량을 검출하고, 그 조작량에 따른 전압값을 작업기 컨트롤러(26)에 출력하는 포텐쇼미터 등의 조작 레버 검출부가 설치되어도 좋다. 작업기 컨트롤러(26)는, 그 조작 레버 검출부의 검출 결과에 기초하여, 제어 밸브(27)에 제어 신호를 출력하여, 파일럿 유압을 조정하여도 좋다. 본 제어는 작업기 컨트롤러로 행해졌지만, 센서 컨트롤러(30) 등 다른 컨트롤러로 행해져도 좋다.

상기 실시형태에서는, 작업 차량의 일례로서 유압 셔블을 예로 들고 있지만 유압 셔블에 한정되지 않고, 다른 종류의 작업 차량에 본 발명이 적용되어도 좋다.

글로벌 좌표계에 있어서의 유압 셔블의 위치의 취득은, GNSS에 한정되지 않고, 다른 측위 수단에 의해 행해져도 좋다. 따라서, 날끝(8a)과 설계 지형의 거리(d)의 취득은, GNSS에 한정되지 않고, 다른 측위 수단에 의해 행해져도 좋다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였지만, 금번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의해 나타내며, 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1 차량 본체, 2 작업기, 3 선회체, 4 운전실, 4S 운전석, 5 주행 장치, 5Cr 무한 궤도, 6 붐, 7 아암, 8 버킷, 8 a 날끝, 9 엔진 룸, 10 붐 실린더, 10V 피스톤, 10W 실린더 헤드, 10X 실린더 튜브, 10Y 실린더 로드, 11 아암 실린더, 12 버킷 실린더, 13 붐 핀, 14 아암 핀, 15 버킷 핀, 16 붐 실린더 스트로크 센서, 17 아암 실린더 스트로크 센서, 18 버킷 실린더 스트로크 센서, 19 난간, 20 위치 검출 장치, 21 안테나, 21A 제1 안테나, 21B 제2 안테나, 23 글로벌 좌표 연산부, 25 조작 장치, 25L 제2 조작 레버, 25R 제1 조작 레버, 26 작업기 컨트롤러, 27, 27A, 27B, 27C 제어 밸브, 28 표시 컨트롤러, 28A 목표 시공 정보 저장부, 28B 버킷 위치 데이터 생성부, 28C 목표 설계 지형 데이터 생성부, 29, 322 표시부, 30 센서 컨트롤러, 32 맨머신 인터페이스부, 40A 캡측 오일실, 40B 로드측 오일실, 51 셔틀 밸브, 52 추정 속도 결정부, 52A 스풀 스트로크 연산부, 52B 실린더 속도 연산부, 52C 목표 속도 연산부, 53 거리 취득부, 54 목표 속도 결정부, 57 작업기 제어부, 58 기억부, 60 유압 실린더, 63 선회 모터, 64 방향 제어 밸브, 65 스풀 스트로크 센서, 66, 67, 68 압력 센서, 80 스풀, 100 작업 차량, 161 회전 롤러, 162 회전 중심축, 163 회전 센서부, 163a 자석, 164 케이스, 200 제어 시스템, 262 제어 밸브 제어부, 262A 실린더 속도 산출부, 262B EPC 연산부, 262C EPC 지령부, 300 유압 시스템, 321 입력부, 450 파일럿 유로.

Claims

붐과,
아암과,
버킷과,
상기 아암을 구동시키는 아암 실린더와,
이동 가능한 스풀을 갖고, 상기 스풀의 이동에 의해 상기 아암 실린더에 작동 오일을 공급하여 상기 아암 실린더를 동작시키는 방향 제어 밸브와,
아암 조작 레버의 조작량에 따른 상기 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 상기 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 기초하여 상기 아암 실린더의 추정 속도를 산출하는 산출부와,
상기 아암 실린더의 추정 속도에 기초하여, 상기 붐의 목표 속도를 결정하는 속도 결정부를 구비하며,
상기 산출부는, 상기 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 상기 아암 조작 레버의 조작량에 따른 상기 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 상기 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 따른 상기 아암 실린더의 속도보다 큰 속도를, 상기 버킷의 자중 낙하를 가미한 상기 아암 실린더의 추정 속도로서 산출하는 것인 작업 차량.
제1항에 있어서, 상기 산출부는, 상기 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과, 상기 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량에 따라 상기 아암 실린더에 유입되는 상기 작동 오일의 공급량에 기초하여 규정되는 상기 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 기초하여, 상기 아암 실린더의 추정 속도를 산출하는 것인 작업 차량.
제1항에 있어서, 상기 산출부는, 상기 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 이상인 경우에는, 제1 속도 테이블에 기초하여 상기 아암 실린더의 추정 속도를 산출하고,
상기 제1 속도 테이블은, 상기 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과, 상기 아암 실린더에 공급되는 작동 오일의 공급량에 기초하여 규정되는 상기 아암 실린더의 속도의 상관 관계를 나타내는 것인 작업 차량.
제1항에 있어서, 상기 산출부는, 상기 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 제2 속도 테이블에 기초하여 상기 아암 실린더의 추정 속도를 산출하고,
상기 제2 속도 테이블은, 상기 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과, 상기 아암 실린더로부터 배출되는 작동 오일의 배출량에 기초하여 규정되는 상기 아암 실린더의 속도의 상관 관계를 나타내는 것인 작업 차량.
붐과, 아암과, 버킷과, 상기 아암을 구동시키는 아암 실린더와, 이동 가능한 스풀을 갖고, 상기 스풀의 이동에 의해 상기 아암 실린더에 작동 오일을 공급하여 상기 아암 실린더를 동작시키는 방향 제어 밸브를 구비하는 작업 차량의 제어 방법으로서,
아암 조작 레버의 조작량에 따른 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 기초하여 상기 아암 실린더의 추정 속도를 산출하는 단계와,
상기 아암 실린더의 추정 속도에 기초하여, 상기 붐의 목표 속도를 결정하는 단계를 구비하고,
상기 산출하는 단계는, 상기 아암 조작 레버의 조작량이 미리 정해진 양 미만인 경우에는, 상기 아암 조작 레버의 조작량에 따른 상기 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량과 상기 아암 실린더의 속도의 상관 관계에 따른 상기 아암 실린더의 속도보다 큰 속도를, 상기 버킷의 자중 낙하를 가미한 상기 아암 실린더의 추정 속도로서 산출하는 단계를 포함하는 것인 작업 차량의 제어 방법.