KR101689674B1

KR101689674B1 - 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101689674B1
Application number: KR1020157007357A
Authority: KR
Inventors: 펑 궈; 잉 멍; 루 티엔
Original assignee: 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2017-01-09
Also published as: CN104662232A; DE112012006937T5; KR20150042863A; GB2521550B; US20150240445A1; CN104662232B; GB2521550A; GB201504157D0; US9556583B2; WO2014051170A1

Abstract

게시된 발명은, 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 각각 피봇 가능하게 연결 설치되는 붐과, 아암 및 버켓을 포함하는 작업장치;
상기 붐의 일측에 설치되며, 상기 차체에 관한 붐의 각도 움직임을 감지하는 붐 각도 검출센서;
상기 아암의 일측에 설치되며, 상기 붐에 관한 아암의 각도 움직임을 감지하는 아암 각도 검출센서;
그레이딩 작업을 위하여 선택되는 표준 그레이딩 모드 스위치와 히스토리 저장 스위치 및 히스토리 그레이딩 모드 스위치를 포함하는 스위치 판넬;
상기 모드 스위치 및 작업장치 제어용 조이스틱을 조작시, 상기 각각의 각도 검출센서를 통해서 인가되는 그레이드 입력신호를 수신하며,
미리 설정된 알고리즘에 따라서 상기 그레이드 입력신호를 연산하여 상기 붐과 아암 및 버켓의 각도 움직임을 제어하는 그레이드 제어신호를 출력하되,
상기 버켓의 각도 움직임은, 초기 그레이딩 포지션으로부터 최종 그레이딩 포지션까지 소정의 시작 각도로 고정하고,
상기 붐과 아암의 각도 움직임은, 상기 시작 각도를 유지하기 위하여 가변 각도로 결정하는 전자 컨트롤러; 를 포함한다.

Description

건설기계용 오토 그레이딩 시스템 및 그 제어방법{AUTOMATIC GRADING SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 오토 그레이딩 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 버켓의 각도 움직임은 일정하게 유지하면서 붐의 각도 움직임 및 아암의 각도 움직임이 연속적으로 변화하며 그레이딩 기능을 수행할 수 있는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다

굴삭기나 유압식 쇼벨을 포함하는 건설기계는 작업장치로써 붐이 소정의 디멘젼을 구비하며 차체에 피봇 가능하게 연결 설치되고, 아암은 붐에 대하여 소정의 각도로 피봇 가능하게 연결 설치되며, 버켓 역시 아암에 대하여 소정의 각도로 피봇 가능하게 연결되는 관절 구조를 포함하고 있다.

그와 같은 건설기계는 붐과 아암 및 버켓을 포함하는 각각의 작업장치의 구동을 위하여 다수의 컨트롤 레버 및 풋 패달을 포함하는 작업장치 조작수단을 구비하며, 그레이딩 기능은 각각의 작업장치의 복합 조작에 의해 수행된다.

예를 들면, 차체로부터 소정의 반경 범위의 지면 상에서 붐과 아암 및 버켓이 연속적인 관절 운동 또는 피봇 움직임을 형성하기 때문에, 수동방식을 통해서 그레이딩 작업시, 오퍼레이터는 그레이딩 범위(grading area)의 초기 위치(initial position)로부터 최종 위치(end position)에 이르기까지 유압실린더에 의해 움직이는 붐과 아암 및 버켓의 구동을 연속적으로 조정하여야 한다.

따라서, 수동방식을 통한 그레이딩 작업은 오퍼레이터에게 작업장치의 복합 조작을 위한 숙련된 경력과 고도의 집중력을 필요로 하며, 피로나 오조작으로 인하여 작업효율이 저감되는 단점이 있다.

전술한 단점을 해결하기 위하여, 각각의 작업장치에 관한 움직임을 자동으로 제어하는 오토 그레이딩 시스템이 제안되었다. 종래, 오토 그레이딩 시스템의 일례로써 한국특허공개 제1994-0002438호에는 각각의 작업장치의 최적의 이동궤적을 제어하는 건설기계의 작업 자동 제어장치가 공개되어 있다.

상기 오토 그레이딩 시스템은 초기에 운전자가 설정한 붐과 아암 및 버켓의 이동각도가 연속적으로 변화되면서 최적의 작업 경로를 생성한다. 예컨대, 운전자가 초기의 굴삭위치 및 굴삭각도를 입력하면 컨트롤러가 최적의 작업 경로를 연산하여 이동하는 각각의 작업장치에 요구되는 각도 움직임으로써 암 이동각도 a(t), 붐 이동각도 ß(t) 및 버켓 이동각도 γ(t)를 산출한다. 이때, 연산된 각각의 작업장치별 이동각도들은 PID 연산을 포함하는 소정의 알고리즘을 통하여 최적의 작업 경로를 형성하도록 산출된다.

이와 같이, 종래의 오토 그레이딩 시스템은 최적의 작업 경로를 위해서 붐과 아암 및 버켓의 이동각도가 연속적으로 변화되면서 그레이딩 작업을 수행할 수 있다.

하지만, 그러한 종래의 오토 그레이딩 시스템은 붐과 아암 및 버켓의 연속적인 각도 움직임 또는 경로를 결정 및 제어함에 따라서 시스템의 구성이 복잡해지는 문제점이 있으며, 붐과 아암 및 버켓을 구동하기 위한 유압과 연료의 소모가 크게 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로,

작업 현장의 지면 상태에 따라서 오퍼레이터가 그레이딩 모드를 용이하게 선택할 수 있으며, 모드 선택에 따르는 그레이딩 작업시, 버켓의 각도 움직임은 출발 각도로 일정하게 유지하면서 붐 및 아암의 각도 움직임은 가변적으로 제어할 수 있는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 지면의 초기 그레이딩 영역(initial grading area)에서 형성되는 붐과 아암 및 버켓의 움직임 및 그에 요구되는 유압이 히스토리 데이타로 기록됨으로써, 상기 히스토리 데이타에 의존하여 그레이딩 영역내에서 각각의 작업장치의 움직임이 자동으로 혹은 반복적으로 수행될 수 있는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 지면의 그레이딩 작업시 버켓의 각도 움직임이 최소화되도록 함으로써 작업장치의 움직임을 제어하기 위해 요구되는 유압과 연료의 소모를 크게 저감할 수 있는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적은,

차체 일측에 피봇 가능하게 연결 설치되는 붐과, 상기 붐의 선단부에 피봇 가능하게 연결 설치되는 아암 및 상기 아암의 선단부에 피봇 가능하게 연결 설치되는 버켓을 포함하는 작업장치;

상기 붐의 일측에 설치되며, 상기 차체에 관한 붐의 각도 움직임을 감지하는 붐 각도 검출센서;

상기 아암의 일측에 설치되며, 상기 붐에 관한 아암의 각도 움직임을 감지하는 아암 각도 검출센서;

그레이딩 작업을 위하여 선택되는 표준 그레이딩 모드 스위치와 히스토리 저장 스위치 및 히스토리 그레이딩 모드 스위치를 포함하는 스위치 판넬;

상기 모드 스위치 및 작업장치 제어용 조이스틱을 조작시 상기 각각의 각도 검출센서를 통해서 인가되는 그레이드 입력신호를 수신하며,

미리 설정된 알고리즘에 따라서 상기 그레이드 입력신호를 연산하여 상기 붐과 아암 및 버켓의 각도 움직임을 제어하는 그레이드 제어신호를 출력하되,

상기 버켓의 각도 움직임은, 초기 그레이딩 포지션 Gi으로부터 최종 그레이딩 포지션 Ge까지 소정의 시작 각도로 고정하고,

상기 붐과 아암의 각도 움직임은, 상기 시작 각도를 유지하기 위하여 가변 각도로 결정하는 전자 컨트롤러; 및

상기 그레이드 제어신호에 상응하여 붐 실린더와 아암 실린더 및 버켓 실린더를 신장 및 수축 구동시키기 위한 유압을 제어하는 작업장치 제어밸브;를 포함하는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템에 의해서 달성된다.

또한, 본 발명에 따르면,

상기 히스토리 그레이딩 모드 스위치를 작동시,

상기 초기 그레이딩 포지션으로부터 최종 그레이딩 포지션에 이르는 초기 그레이딩 영역내에서 상기 각각의 붐과 아암 및 버켓의 각도 움직임에 의해 결정되는 그레이드 제어신호가 상기 전자 컨트롤러에 소정의 히스토리 데이타로 기록되며, 인접한 그레이딩 영역(contiguous grading area)에서 상기 히스토리 데이타에 의해서 상기 각각의 작업장치가 반복적으로 작동된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 그레이드 제어신호는 상기 붐과 아암의 각도 움직임을 위하여 상기 각각의 붐 실린더와 아암 실린더에 요구되는 유량제어신호를 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 작업장치 제어용 조이스틱은, 상기 전자 컨트롤러에 의해 제어되는 전자비례제어밸브 블럭을 포함하는 유압식 조이스틱 장치로 구성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 전자비례제어밸브 블럭은 솔레노이드 밸브를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 차체의 일측에 설치되는 스윙 각도 검출센서를 더 포함하여 구성된다.

한편, 본 발명의 다른 목적은,

차체의 일측에 장착되며 다수의 모드 스위치들을 구비하는 스위치 패널과, 붐과 아암 및 버켓을 포함하는 작업장치의 각도 움직임을 감지하기 위한 다수의 각도 검출센서, 상기 붐과 아암 및 버켓을 포함하는 작업장치의 각도 움직임을 제어하기 위하여 미리 설정된 알고리즘에 따라서 그레이드 제어신호를 산출 및 결정하기 위한 전자 컨트롤러 및 상기 그레이드 제어신호에 상응하여 붐 실린더와 아암 실린더 및 버켓 실린더를 구동시키기 위한 유압을 제어하는 작업장치 제어밸브를 포함하는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 제어 방법에 있어서,

표준 그레이딩 모드 스위치가 온-상태로 작동될 경우에 초기 그레이딩 영역 G1 내에서 표준 그레이딩 모드가 수행되고, 상기 붐과 아암 및 버켓은 초기 그레이딩 포지션 Gi으로 이동하여 각각 버켓 시작 각도(α)와 아암 시작 각도(ß) 및 붐 시작 각도(γ)에 셋팅되는 단계(S100);

상기 붐과 아암 및 버켓이 초기 그레이딩 포지션 Gi로부터 최종 그레이딩 포지션 Ge로 이동하는 경우, 상기 전자 컨트롤러에 의하여 미리 설정된 알고리즘에 따라서 붐 각도 검출센서와 아암 각도 검출센서 및 버켓 각도 검출센서의 입력값을 토대로 상기 붐과 아암 및 버켓의 각도 움직임 및 요구 유량을 포함하는 그레이드 제어 신호를 산출하되,

상기 아암과 붐의 각도 움직임은 상기 버켓의 시작 각도 α를 유지하기 위하여 각각 소정의 아암 가변 각도 ßL 및 붐 가변 각도 γL로 결정하는 단계(S200);

히스토리 저장 스위치가 작동될 경우, 상기 단계에서 산출 및 결정되는 그레이드 제어신호가 상기 전자 컨트롤러에 기록되는 단계(S300); 및

상기 히스토리 그레이딩 모드 스위치를 온-상태로 작동시, 상기 붐과 아암 및 버켓이 움직여 초기 그레이딩 포지션 Gi으로 재정렬하며, 초기 그레이딩 영역 G1으로부터 인접한 그레이딩 영역 G2 내에서 상기 단계를 통하여 기록된 그레이드 제어 신호에 따라서 상기 붐과 아암 및 버켓의 각도 움직임이 반복적으로 수행되는 단계;를 포함하는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 제어 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 건설기계용 오토 그레이딩 시스템은, 그레이딩이 요구되는 지면의 상태를 고려하여 표준 그레이딩 기능 및 히스토리 그레이딩 기능을 선택적으로 이용할 수 있으며, 모드 선택에 따른 그레이딩 작업시, 버켓의 각도 움직임은 출발 각도로 일정하게 유지하면서 붐 및 아암의 각도 움직임은 가변적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.

또한, 지면의 초기 그레이딩 영역에서 형성되는 붐과 아암 및 버켓의 움직임 및 그에 요구되는 유압이 히스토리 데이타로 전자 컨트롤러에 기록됨으로써, 히스토리 데이타에 의존하여 인접한 그레이딩 영역 내에서 각각의 작업장치의 움직임이 자동으로 수행될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 건설기계용 오토 그레이딩 시스템의 블럭도,
도 3은 본 발명에 따라 버켓과 아암 및 붐의 움직임 각도를 설명하는 개략도로서,
도 3A는 지면상에서 붐과 아암 및 버켓의 움직임 각도가 형성되는 상태,
도 3B는 붐과 아암 및 버켓이 초기 그레이딩 포지션과 최종 그레이딩 포지션 사이에서 이동하는 상태,
도 4는 본 발명에 따라, 인접한 그레이딩 영역에서 자동으로 오토 그레이딩 기능이 수행되는 상태를 도시한 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 유압식 조이스틱 장치를 개략적으로 도시한 유압회로도 ,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계용 오토 그레이딩 시스템의 제어방법을 도시한 플로우 챠트,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 굴삭기의 오토 그레이딩 작동 상태를 도시한 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 오토 그레이딩 시스템은,

차체 일측에 피봇 가능하게 연결 설치되는 붐(2)과, 상기 붐(2)의 선단부에 피봇 가능하게 연결 설치되는 아암(3) 및 상기 아암(3)의 선단부에 피봇 가능하게 연결 설치되는 버켓(4)을 포함하는 작업장치를 포함한다.

통상적으로, 상기 버켓(4)은 상기 아암(3)의 하부에서 버켓 고정핀(7)에 의해 고정시, 상기 버켓 고정핀(7)을 기점으로 소정의 피봇 움직임이 가능하다. 상기 아암(3)은 아암 상부에서 아암 고정핀(6)에 의해 고정시 상기 아암 고정핀(6)을 기점으로 피봇 가능하며, 상기 붐(2)은 붐 하부에서 붐 고정핀(5)에 의해서 고정시 상기 붐 고정핀(5)을 기점으로 피봇 가능하다.

도 3 A에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 버켓(4)의 각도 움직임은 버켓 고정핀(7)의 중심을 기준으로 그레이딩 지면의 수평면(horizontal plane)과 버켓 투스 사이의 각도가 변화되는 피봇 각도α를 포함하며, 아암(3)의 각도 움직임은 아암 고정핀(6)의 중심을 기준으로 아암(3)과 붐(2) 사이의 각도가 변화되는 피봇 각도 β를 포함하고, 붐(2)의 각도 움직임은 차체에 관하여 붐 고정핀(5)의 중심을 기준으로 지면 G 상에서 형성되는 수직선 H와 붐(2) 사이의 각도 변화되는 피봇 각도 γ를 포함한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 전술한 아암(3) 및 붐(2)의 각도 움직임은 오토 그레이딩 작업 과정시 그레이딩 영역내에서 변화될 수 있다.

예컨대, 굴삭기의 그레이딩 작동은 붐(2)과 아암(3)의 복합 조작하에서 버켓 투스로 하여금 지면이 평탄하게 되도록 하여야 한다.

도 3을 참조하면, 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)은 소정의 디멘젼을 구비하며, 붐(2)과 아암(3)의 각도 움직임에 관한 조정은 다음과 같은 관계식에 의해 이뤄질 수 있다.

Y(bucket tooth)=f(LC,γ,LB,β,LA,α)=0

여기서, 전술한 바와 같이, α는 각도 움직임을 위한 버켓(4)의 피봇 각도, β 는 각도 움직임을 위한 아암(3)의 피봇 각도, γ 는 각도 움직임을 위한 붐(2)의 피봇 각도를 나타낸다. 또한, LC 는 각도 움직임의 중심으로써 버켓 고정핀(7)과 버켓 투스 사이의 거리, LB 는 버켓 고정핀(7)과 아암 고정핀(6) 사이의 거리, LA 는 아암 고정핀(6)과 붐 고정핀(5) 사이의 거리로 한정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 비록 건설기계의 사양에 따라서 구조적으로 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)의 길이가 사양에 따라 다르게 제조되더라도, 아암(3) 및 붐(2)의 각도 움직임을 위한 각각의 피봇 각도 β 및 γ는 전자 컨트롤러(14)로 입력되며, 또한 상기 전자 컨트롤러(14)에 내장된 미리 설정된 알고리즘에 의해서 연속적으로 산출 및 결정된다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 건설기계용 오토 그레이딩 시스템은 작업장치의 각도 움직임을 감지하기 위하여,

상기 붐(2)의 일측에 설치되며, 상기 차체(1)에 관한 붐(1)의 각도 움직임을 감지하는 붐 각도 검출센서(S1); 및 상기 아암(3)의 일측에 설치되며, 상기 붐에 관한 아암(3)의 각도 움직임을 감지하는 아암 각도 검출센서(S2);를 포함하여 구성된다. 상기 버켓(4)이 아암 하부에 퀵커플러(quick coupler)를 포함하는 링크 요소로 연결될 경우, 상기 링크 요소의 일측에 버켓 각도 검출센서(S4)를 더 포함할 수 있다.

상기 차체(1)가 선회될 때, 상기 차체(1)의 스윙 각도θ를 감지하는 스윙 감도 검출센서(S4)를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 스윙 각도 검출센서(S4)는 차체(1)의 터닝 조인트 일측에 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 건설기계용 오토 그레이딩 시스템은 오퍼레이터에 의한 그레이딩 모드 선택을 그레이딩 기능이 수행될 수 있다.

그레이딩 기능을 위하여, 표준 그레이딩 모드 스위치(17)와 히스토리 저장 스위치(18) 및 히스토리 그레이딩 모드 스위치(19)가 스위치 판넬(20)에 구성될 수 있다.

오퍼레이터는 상기 표준 그레이딩 모드 스위치(17) 또는 히스토리 그레이딩 모드 스위치(19)를 조작하여 그레이딩 작업을 수행할 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면, 오퍼레이터가 표준 그레이딩 모드와 히스토리 그레이딩 모드를 선택적으로 사용할 수 있다. 특히, 상기 히스토리 그레이딩 모드는 작업장치의 그레이딩 작동에 관한 히스토리 데이터를 이용하여 초기 그레이딩 영역 G1과 인접한 그레이딩 영역 G2에서 용이하게 적용될 수 있으며, 자세한 설명은 후술한다.

본 발명에 따른 전자 컨트롤러(14)는, 표준 그레이딩 모드 스위치(17), 히스토리 그레이딩 모드 스위치(19) 및 작업장치 제어용 조이스틱(15)을 조작시 상기 각각의 각도 검출센서(S1, S2, S3 또는 S4)를 통해서 인가되는 그레이드 입력신호를 수신하며, 미리 설정된 알고리즘에 따라서 상기 그레이드 입력신호를 연산하여 상기 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)의 각도 움직임을 제어하는 그레이드 제어신호를 출력한다.

상기 그레이드 제어신호는 비례유량제어를 위한 전기 신호 또는 파일럿 유압 제어 신호를 포함한다.

또한, 상기 전자 컨트롤러에 의하여, 상기 버켓의 각도 움직임은 초기 그레이딩 포지션 Gi로부터 최종 그레이딩 포지션 Ge까지 소정의 시작 각도로 고정하고, 상기 붐(2)과 아암(3)의 각도 움직임은 상기 시작 각도를 유지하기 위하여 가변 각도로 결정된다.

본 발명에 따른 작업장치 제어밸브(16)는, 상기 그레이드 제어신호에 상응하여 붐 실린더(8)와 아암 실린더(9) 및 버켓 실린더(10)를 신장 및 수축 구동시키기 위한 유압을 제어한다.

그레이드 작업 과정에서, 상기 아암(3) 및 붐(2)의 각도 움직임을 위하여 상기 아암 실린더(9) 및 붐 실린더(8)에 요구되는 유량이 상기 작업장치 제어밸브(16)에 의해 제어되며, 그에 따라서 상기 아암(3)의 피봇 각도β와 붐(2)의 피봇 각도γ가 변화될 수 있다.

예컨대, 상기 전자 컨트롤러(14)는, 초기 그레이딩 포지션 Gi에서 설정되는 상기 아암(3)의 피봇 각도β및 붐(2)의 피봇 각도γ가 그레이딩 작업과정에서 변화되도록 그레이드 제어신호를 출력할 수 있다.

오퍼레이터에 의하여 그레이드 모드가 될 경우(예를 들면 표준 그레이드 모드 선택 스위치 온이 될 경우), 상기 전자 컨트롤러(14)는 상기 버켓(4)의 초기 피봇 각도 α를 유지하기 위하여 아암 가변 각도 ßL 및 붐 가변 각도 γL의 그레이드 제어신호를 출력하며, 그에 따라서 버켓(4)의 피봇 각도는 α로 일정하게 유지하면서, 붐(2)의 피봇 각도 및 아암(3)의 피봇 각도는 연속적으로 변화된다.

-발명의 실시를 위한 형태-

도3과 도7을 참조하면, 그레이딩 기능을 위하여, 초기 그레이딩 포지션 Gi로부터 최종 그레이딩 포지션 Ge에 도달하기 까지 지면과 접촉되는 버켓 또는 버켓 투스의 피봇 각도α가 유지되도록, 붐(2)과 아암(3)의 복합 구동이 이뤄진다. 이때, 아암 실린더(9)는 점진적으로 수축 구동하며, 아암 가변 각도 ßL는 초기 피봇 각도ß 보다 적게 제어된다. 또한, 붐 실린더(8)는 점진적으로 신장 구동하며, 붐 가변 각도 γL는 초기 피봇 각도γ 보다 약간 크게 제어된다.

그레이딩 작업과정에서, 오퍼레이터가 상기 조이스틱(15)의 버튼을 누르거나 해제하는 조작을 통하여, 전술한 그레이딩 기능이 정지될 수 있다. 따라서, 지면 상에서 그레이딩 작업시 버켓(4)의 각도 움직임을 최소화하면서 그레이딩 기능을 위해 요구되는 아암(3) 및 붐(2)을 포함하는 작업장치의 구동을 자동 제어함으로써, 그레이딩 작업에 요구되는 연료 및 유압의 소모가 크게 감축될 수 있는 것이다.

한편, 도2 내지 도4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 히스토리 그레이딩 모드 스위치(19)를 작동시, 상기 초기 그레이딩 포지션 Gi로부터 최종 그레이딩 포지션 Ge에 이르는 초기 그레이딩 영역 G1 내에서 상기 각각의 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)의 각도 움직임에 의해 그레이드 제어신호가 발생 및 결정된다. 상기 그레이드 제어신호는 상기 전자 컨트롤러(14)에 소정의 히스토리 데이타로 기록된다.

예를 들면, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 그레이드 제어신호는 초기 그레이딩 영역 G1에서 그레이딩 히스토리 데이터로 기록되는 그레이드 제어신호가 인접한 그레이딩 영역 G2 내에서 사용되며, 인접한 그레이딩 영역 G2에서의 작업장치들의 각도 움직임들은 상기 전자 컨트롤러(14)에 의해 반복적으로 제어된다.

만약 상기 표준 그레이딩 모드 스위치(17) 또는 히스토리 그레이딩 모드 스위치(19)가 오퍼레이터에 의해 수동으로 조작되어 그레이딩 작업이 수행되면, 작업장치의 제어를 위하여 상기 조이스틱(15)으로부터 인가되는 그레이드 입력 신호가 상기 전자 컨트롤러(14)로 입력된다.

상기 조이스틱(15)은 유압식 조이스틱이나 전자 컨트롤러(14)에 의해 제어되는 비례압력제어밸브로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 작업장치 제어용 조이스틱(15)이 상기 전자 컨트롤러(14)에 의해 제어되는 전자비례제어밸브 블록(21)을 포함하며, 상기 상기 전자비례제어밸브 블럭은 솔레노이드 밸브(22)를 포함하여 구성된다.

예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 붐(2)과 아암(3)이 복합작동시에 상기 비례압력제어밸브(21)는 전자 컨트롤러(14)에 연결되어 유압 조이스틱 기능을 수행하여 유압제어밸브(16)의 붐 스풀 및 아암 스풀을 제어하게 된다.

또한, 상기 솔레노이드 밸브(22)가 상기 전자 컨트롤러(14)에 의해 제어됨에 따라서 각각의 비례압력제어밸브(21)들이 개폐되어 유량을 제어한다.

한편, 본 발명에 따른 건설기계용 오토 그레이딩 제어시스템은,

차체(1)의 일측에 장착되며 다수의 모드 스위치(17, 18, 19)들을 구비하는 스위치 패널(20)과, 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)을 포함하는 작업장치의 각도 움직임을 감지하기 위한 다수의 각도 검출센서(S1, S2, S3), 상기 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)을 포함하는 작업장치의 각도 움직임을 제어하기 위하여 미리 설정된 알고리즘에 따라서 그레이드 제어신호를 산출 및 결정하기 위한 전자 컨트롤러(14) 및 상기 그레이드 제어신호에 상응하여 붐 실린더(8)와 아암 실린더(9) 및 버켓 실린더(10)를 구동시키기 위한 유압을 제어하는 작업장치 제어밸브(16)를 포함하는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 제어 방법에 있어서,

표준 그레이딩 모드 스위치(17)가 온-상태로 작동될 경우에 초기 그레이딩 영역 G1 내에서 표준 그레이딩 모드가 수행되고, 상기 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)은 초기 그레이딩 포지션 Gi으로 이동하여 각각 버켓 시작 각도(α)와 아암 시작 각도(ß) 및 붐 시작 각도(γ)에 셋팅되는 단계(S100);

상기 붐과 아암 및 버켓이 초기 그레이딩 포지션 Gi로부터 최종 그레이딩 포지션 Ge로 이동하는 경우, 상기 전자 컨트롤러(14)에 의하여 미리 설정된 알고리즘에 따라서 상기 붐 각도 검출센서(S3)와 아암 각도 검출센서(S2) 및 버켓 각도 검출센서(S3)의 입력값을 토대로 상기 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)의 각도 움직임 및 요구 유량을 포함하는 그레이드 제어 신호를 산출하되,

상기 아암(3)과 붐(2)의 각도 움직임은 상기 버켓(4)의 시작 각도 α를 유지하기 위하여 각각 소정의 아암 가변 각도 ßL 및 붐 가변 각도 γL로 결정하는 단계(S200);

히스토리 저장 스위치(19)가 작동될 경우, 상기 단계에서 산출 및 결정되는 그레이드 제어신호가 상기 전자 컨트롤러에 기록되는 단계(S300); 및

상기 히스토리 그레이딩 모드 스위치(19)를 온-상태로 작동시, 상기 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)이 움직여 초기 그레이딩 포지션 Gi으로 재정렬하며, 초기 그레이딩 영역 G1으로부터 인접한 그레이딩 영역 G2 내에서 상기 단계를 통하여 기록된 그레이드 제어 신호에 따라서 상기 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)의 각도 움직임이 반복적으로 수행되는 단계(S400);를 포함한다.

본 발명에 따른 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 제어방법은, 상기 단계(S200) 이후 또는 상기 단계(S400) 이후에, 상기 조이스틱(15)의 버튼을 조작할 경우, 상기 그레이드 입력신호 또는 상기 그레이드 제어신호가 차단되어 상기 그레이딩 모드가 해제되는 단계(S500)를 포함한다.

상기 그레이드 입력신호는 상기 스윙 각도 검출센서(S4)로부터 인가되는 차체(1)의 스윙 각도 θ 를 포함하며, 상기 그레이딩 모드가 작동시에 상기 그레이드 제어신호는 미리 설정된 알고리즘에 따라서 산출되는 상기 차체(1)의 선회 움직임 각도를 포함한다.

전술한 바와 같이, 그레이드 작업을 위하여 오퍼레이터는 상기 표준 그레이딩 모드 스위치(17)나 혹은 히스토리 그레이딩 모드 스위치(19)를 선택적으로 조작할 수 있다.

예컨대, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 오퍼레이터는 초기 그레이딩 영역 G1에서 스위치 판넬(20)의 표준 그레이딩 모드 스위치(17)를 조작할 수 있다. 이때, 버켓(4)과 아암(3) 및 붐(2)의 작업장치들은 초기 그레이딩 포지션 Gi으로 이동된다.

이후, 본 발명에 따른 그레이딩 기능에 따라서, 초기 그레이딩 포지션 Gi으로부터 최종 그레이딩 포지션 Ge에 도달하기 까지 지면과 접촉되는 버켓 또는 버켓 투스의 피봇 각도α가 유지되도록, 붐(2)과 아암(3)의 복합 구동이 이뤄진다. 이때, 아암 실린더(9)는 점진적으로 수축 구동하며, 아암 가변 각도 ßL는 초기 피봇 각도ß 보다 적게 제어된다. 또한, 붐 실린더(8)는 점진적으로 신장 구동하며, 붐 가변 각도 γL는 초기 피봇 각도γ 보다 약간 크게 제어된다. 상기 버켓(4)의 각도 움직임은 최종 그레이딩 포지션 Ge까지 상기 피봇 각도 α로 변함없이 일정하게 유지되도록 전자 컨트롤러(14)에 의해 제어된다.

상기 아암(3) 및 붐(2)의 각도 움직임은 최종 그레이딩 포지션 Ge까지 각각 가변적으로 변화된다. 만약, 오퍼레이터에 의하여 그레이딩 작업을 위한 초기 그레이딩 포지션 Gi을 위한 출발 지점이 상이하게 변화될 경우, 상기 전자 컨트롤러(14)는 미리 설정된 알고리즘에 의하여 즉시 이를 인지한다.

초기 그레이딩 포지션 Gi로부터 최종 그레이딩 포지션 Ge까지, 상기 버켓(4)과 아암(3) 및 붐(2)의 각도 움직임이 종료되면, 상기 실린더(8,9,10)에 요구되는 유량과 상기 버켓(4)과 아암(3) 및 붐(2)의 각도 움직임을 위해 요구되는 전기 신호들을 포함하는 그레이드 제어 신호는 미리 설정된 알고리즘에 따라서 상기 전자 컨트롤러(14)에서 결정 및 제어된다.

초기 그레이딩 영역 G1에서 상기 전자 컨트롤러(14)로부터 출력되는 그레이드 제어신호를 통하여 상기 상기 버켓(4)과 아암(3) 및 붐(2)의 각도 움직임이 자동으로 반복 수행된다. 만약, 그레이딩 작업과정에서 오퍼레이터가 상기 조이스틱(15)의 버튼을 조작시, 예컨대 조이스틱(15)의 버튼 상에서 손가락을 제거시에 자동 그레이딩 기능이 정지될 수 있다.

한편, 오퍼레이터가 스위치 판넬(20)의 히스토리 저장 스위치(18)를 조작시, 초기 그레이딩 영역 G1 내에서 복합조작에 따른 각도 움직임이 수작업으로 수행되며, 수행된 그레이드 작업과정은 그레이딩 히스토리 데이터로 상기 전자 컨트롤러(14)에 기록된다. 히스토리 그레이딩 스위치(18)의 조작을 통하여 히스토리 그레이딩 모드가 선택될 경우, 미리 설정된 알고리즘에 따라서 버켓(4)의 각도 움직임은 초기의 피봇 각도 α로 고정되고, 최종 그레이딩 포지션 Ge까지 피봇 각도 α로 변함없이 유지된다.

반면에, 초기 그레이딩 영역 G1 내에서, 상기 아암 및 붐의 각도 움직임은 최종 그레이딩 포지션 Ge까지 각각 가변적으로 변화될 수 있다. 또한, 인접한 그레이딩 영역 G2 내에서 상기 단계(S200)에서 전자 컨트롤러(14)에 의해 기록된 그레이드 제어 신호에 따라서 상기 붐(2)과 아암(3) 및 버켓(4)의 각도 움직임이 반복적으로 수행된다.

이때, 상기 그레이드 입력신호는 미리 설정된 알고리즘에 따라서 산출 및 결정되는 상기 차체(1)의 선회 움직임 또는 스윙 각도 θ를 포함하기 때문에 초기 그레이딩 영역 G1으로부터 인접한 그레이딩 영역 G2에 대한 그레이딩 작업이 자동으로 반복될 수 있는 것이다.

만약, 히스토리 그레이딩 작업과정에서 상기 조이스틱(15)의 버튼을 조작시, 예컨대 조이스틱(15)의 버튼 상에서 손가락을 제거시, 히스토리 그레이딩 기능이 정지될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 및 그 제어방법은, 그레이딩이 요구되는 지면의 상태를 고려하여 표준 그레이딩 기능 및 히스토리 그레이딩 기능을 선택적으로 이용할 수 있으며, 모드 선택에 따라서, 버켓의 각도 움직임은 출발 각도로 일정하게 유지하면서 붐 및 아암의 각도 움직임은 가변적으로 제어할 수 있는 오토 그레이딩 기능을 수행하는데 매우 유용하다.

Claims

차체 일측에 피봇 가능하게 연결 설치되는 붐과, 상기 붐의 선단부에 피봇 가능하게 연결 설치되는 아암 및 상기 아암의 선단부에 피봇 가능하게 연결 설치되는 버켓을 포함하는 작업장치;
상기 붐의 일측에 설치되며, 상기 차체에 관한 붐의 각도 움직임을 감지하는 붐 각도 검출센서;
상기 아암의 일측에 설치되며, 상기 붐에 관한 아암의 각도 움직임을 감지하는 아암 각도 검출센서;
상기 차체의 터닝 조인트 일측에 구성되며, 상기 차체의 스윙각도를 감지하는 스윙 각도 검출센서;
그레이딩 작업을 위하여 선택되는 표준 그레이딩 모드 스위치와 히스토리 저장 스위치 및 히스토리 그레이딩 모드 스위치를 포함하는 스위치 판넬;
상기 모드 스위치 중 어느 하나의 스위치 및 작업장치 제어용 조이스틱을 조작시, 상기 각각의 붐 각도 검출센서와 아암 각도 검출센서 및 스윙 각도 검출센서를 통해서 인가되는 그레이드 입력신호를 수신하며, 미리 설정된 알고리즘에 따라서 상기 그레이드 입력신호를 연산하여 상기 붐과 아암 및 버켓의 각도 움직임을 제어하는 그레이드 제어신호를 출력하되,
상기 버켓의 각도 움직임은, 초기 그레이딩 포지션(Gi)으로부터 최종 그레이딩 포지션(Ge)까지 소정의 시작 각도로 고정하고, 상기 붐과 아암의 각도 움직임은, 상기 시작 각도를 유지하기 위하여 가변 각도로 결정하는 전자 컨트롤러; 및
상기 그레이드 제어신호에 상응하여 붐 실린더와 아암 실린더 및 버켓 실린더를 신장 및 수축 구동시키기 위한 유압을 제어하는 작업장치 제어밸브;를 포함하되,
상기 히스토리 그레이딩 모드 스위치를 작동시,
상기 초기 그레이딩 포지션으로부터 최종 그레이딩 포지션에 이르는 초기 그레이딩 영역 및 인접한 그레이딩 영역에서 상기 각각의 붐과 아암 및 버켓의 각도 움직임과 상기 차체의 선회 움직임에 의해 결정되는 그레이드 제어신호가 상기 전자 컨트롤러에 소정의 히스토리 데이타로 기록되며, 상기 히스토리 데이타에 의해서 상기 각각의 작업장치 및 차체의 움직임이 반복적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 그레이드 제어신호는 상기 붐과 아암의 각도 움직임을 위하여 상기 각각의 붐 실린더와 아암 실린더에 요구되는 유량제어신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 작업장치 제어용 조이스틱은, 상기 전자 컨트롤러에 의해 제어되는 전자비례제어밸브 블럭을 포함하는 유압식 조이스틱 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 전자비례제어밸브 블럭은 솔레노이드 밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템.
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차체의 일측에 장착되며 다수의 모드 스위치들을 구비하는 스위치 패널과, 붐과 아암 및 버켓을 포함하는 작업장치의 각도 움직임을 감지하기 위하여 붐 각도 검출센서와 아암 각도 검출센서 및 버켓 각도 검출센서를 포함하는 다수의 각도 검출센서, 상기 붐과 아암 및 버켓을 포함하는 작업장치의 각도 움직임을 제어하기 위하여 미리 설정된 알고리즘에 따라서 그레이드 제어신호를 산출 및 결정하기 위한 전자 컨트롤러 및 상기 그레이드 제어신호에 상응하여 붐 실린더와 아암 실린더 및 버켓 실린더를 구동시키기 위한 유압을 제어하는 작업장치 제어밸브를 포함하는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 제어 방법에 있어서,
시작각도 셋팅을 위하여, 표준 그레이딩 모드 스위치가 온-상태로 작동될 경우에 초기 그레이딩 영역(G1) 내에서 표준 그레이딩 모드가 수행되고, 상기 붐과 아암 및 버켓은 초기 그레이딩 포지션(Gi)으로 이동하여 각각 버켓 시작 각도(α)와 아암 시작 각도(ß) 및 붐 시작 각도(γ)에 셋팅되는 단계(S100);

상기 붐과 아암 및 버켓이 초기 그레이딩 포지션(Gi)로부터 최종 그레이딩 포지션(Ge)로 이동하는 경우, 상기 전자 컨트롤러에 의하여 미리 설정된 알고리즘에 따라서 붐 각도 검출센서와 아암 각도 검출센서 및 버켓 각도 검출센서의 입력값을 토대로 상기 붐과 아암 및 버켓의 각도 움직임 및 요구 유량을 포함하는 그레이드 제어 신호를 산출하되,

각도결정을 위하여, 상기 아암과 붐의 각도 움직임은 상기 버켓의 시작 각도(α)를 유지하기 위하여 각각 소정의 아암 가변 각도(ßL) 및 붐 가변 각도 (γL)로 결정하고 상기 차체의 선회 움직임은 스윙 각도 검출센서의 입력값에 의해 결정되는 단계(S200);

히스토리 저장 및 기록을 위하여, 히스토리 저장 스위치가 작동될 경우, 상기 단계에서 산출 및 결정되는 그레이드 제어신호가 상기 전자 컨트롤러에 기록되는 단계(S300);

인접한 그레이딩 영역들 사이에서 움직임의 반복수행을 위하여, 히스토리 그레이딩 모드 스위치를 온-상태로 작동시, 상기 붐과 아암 및 버켓이 움직여 초기 그레이딩 포지션(Gi)으로 재정렬하며, 초기 그레이딩 영역(G1)으로부터 인접한 그레이딩 영역(G2) 내에서 상기 단계를 통하여 기록된 그레이드 제어 신호에 따라서 상기 붐과 아암 및 버켓의 각도 움직임과 상기 차체의 선회 움직임이 반복적으로 수행되는 단계(S400); 및

상기 각도 결정을 위한 단계(S200) 이후 또는 상기 인접한 그레이딩 영역들 사이에서 움직임의 반복수행을 위한 단계(S400) 이후에, 조이스틱의 버튼을 재조작할 경우, 상기 그레이드 제어신호가 차단되어 상기 그레이딩 모드가 해제되는 단계(S500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 오토 그레이딩 시스템 제어 방법.
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