KR101733963B1 - 작업 기계의 교정 장치 및 작업 기계의 작업기 파라미터의 교정 방법 - Google Patents

작업 기계의 교정 장치 및 작업 기계의 작업기 파라미터의 교정 방법 Download PDF

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Abstract

작업 기계의 교정 장치는 제 1 구동부를 구성하는 부재 및 버킷의 작업기 파라미터를 취득하는 작업기 파라미터 취득부(86)와, 외부 계측 장치로 계측된 제 1 구동부 및 버킷의 계측값을 취득하는 계측값 취득부(83A)와, 제 1 구동부를 구성하는 부재 및 버킷의 작업기 파라미터를 취득하는 작업기 파라미터 취득부(86)와, 계측값 취득부(83A)로 취득된 버킷의 기준점의 계측값에 기초하여 제 1 구동부를 구성하는 부재 및 버킷의 작업기 파라미터를 교정하는 교정부(88, 89)와, 버킷의 회동각 정보의 변화에 대한 버킷의 회동각의 변화가 소정의 관계가 되는 제 1 영역과 제 1 영역에 대하여 변화가 증대하는 제 2 영역 중, 제 1 영역을 교정 영역으로서 선택하는 교정 영역 선택부(90)를 구비한다.

Description

작업 기계의 교정 장치 및 작업 기계의 작업기 파라미터의 교정 방법{DEVICE FOR CALIBRATING WORK MACHINE AND METHOD FOR CALIBRATING WORK MACHINE PARAMETERS OF WORK MACHINE}
본 발명은 작업 기계의 교정 장치 및 작업 기계의 작업기 파라미터의 교정 방법에 관한 것이다.
종래, 작업기의 작업점의 현재 위치를 검출하는 위치 검출 장치를 구비하는 유압 셔블(shovel)이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 개시되어 있는 유압 셔블에서는 GPS 안테나로부터의 위치 정보에 기초하여 버킷의 인선(刃先)의 위치 좌표가 연산된다. 구체적으로는 GPS 안테나와 붐 핀의 위치 관계, 붐과 암과 버킷의 각각의 길이, 붐과 암과 버킷의 각각의 방향각 등의 파라미터에 기초하여 버킷의 인선의 위치 좌표가 연산된다. 여기서, 암과 버킷의 위치 좌표는 이들을 요동시키는 실린더에 스트로크 센서 등을 설치하고, 실린더의 신장 상태를 센서로 취득하고, 센서 출력값에 기초하여 연산된다.
이러한 기술은 버킷의 인선 위치를 유압 셔블의 컨트롤러로 추정하고, 버킷의 인선을 설계상의 굴삭면을 따르도록 동작시킴으로써, 버킷에 의한 굴삭면의 침식을 방지하여 효율적인 굴삭 작업을 실현할 수 있다.
이 때문에, 버킷의 인선 위치를 유압 셔블의 컨트롤러로 정확하게 파악하는 것이 중요하고, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 예를 들면, 작업기의 버킷의 인선의 5개의 자세를 토탈 스테이션 등의 외부 계측 장치에 의해 계측하고, 계측한 버킷의 인선의 계측값에 기초하여 유압 셔블의 컨트롤러에서의 인선 위치의 계산에 필요한 작업기 파라미터를 교정하고 있다.
일본특허공개 2012-202061호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 버킷의 인선 위치로부터, 붐, 암, 버킷의 모든 작업기 파라미터를 교정하고 있기 때문에 교정된 작업기 파라미터에는 각각 참된 값과의 오차가 발생해버려, 교정시의 자세 이외에서의 버킷의 인선 위치의 추정 정밀도가 실제로 계측된 버킷의 인선 위치의 계측값과 비교해서 열악하고, 소정의 오차 범위내에 두는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 버킷의 인선의 추정 위치를 고정밀도로 교정할 수 있는 작업 기계의 교정 장치 및 작업 기계의 작업기 파라미터의 교정 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 형태에 따른 작업 기계의 교정 장치는
제 1 구동부와,
상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속된 버킷과,
상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속되어 상기 버킷을 구동하는 유압 실린더와,
일단이 상기 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 암에 회동 가능하게 접속되는 제 1 링크 부재와,
일단이 상기 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 버킷에 회동 가능하게 접속되는 제 2 링크 부재와,
상기 제 1 구동부에 대한 상기 버킷의 회동각 정보를 검출하는 회동각 검출부와,
검출된 상기 버킷의 회동각 정보에 기초하여 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 자세를 연산하는 자세 연산부와,
상기 제 1 구동부 및 상기 버킷을 구성하는 부재에 설정된 작업기 파라미터와 상기 자세 연산부에 의해 연산된 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 자세에 기초하여 상기 버킷의 기준점의 추정 위치를 연산하는 추정 위치 연산부를 구비한 작업 기계에 장착되어 상기 작업기 파라미터의 교정을 행하는 작업 기계의 교정 장치로서,
외부 계측 장치로 계측된 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 기준점의 계측값을 취득하는 계측값 취득부와,
상기 추정 위치 연산부에서 사용하는 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷을 구성하는 부재의 작업기 파라미터를 취득하는 작업기 파라미터 취득부와,
상기 계측값 취득부에 의해 취득된 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 기준점의 계측값에 기초하여 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷을 구성하는 부재의 작업기 파라미터를 교정하는 교정부와,
상기 회동각 검출부의 회동각 정보의 변화에 대한 상기 버킷의 회동각의 변화가 소정의 관계가 되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역에 대한 변화가 증대하는 제 2 영역 중, 상기 제 1 영역을 교정 영역으로서 선택하는 교정 영역 선택부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
제 1 형태에 의하면, 교정 영역 선택부를 구비함으로써, 유압 실린더의 스트로크량의 변화에 대한, 상기 버킷의 회동각의 변화가 소정의 관계가 되는 제 1 영역을 이용하여 제 1 구동부 및 버킷을 구성하는 부재의 작업기 파라미터의 교정을 행할 수 있으므로, 버킷을 구성하는 부재의 작업기 파라미터를 고정밀도로 교정할 수 있다.
본 발명의 제 2 형태에 따른 작업 기계의 교정 장치는 제 1 형태에 있어서,
상기 회동각 검출부는 상기 유압 실린더의 스트로크량을 검출하는 스트로크량 검출부인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 형태에 따른 작업 기계의 교정 장치는 제 1 형태 또는 제 2 형태에 있어서,
상기 제 1 영역은 상기 제 1 구동부에 대한 상기 유압 실린더의 접속점과 상기 제 1 구동부에 대한 상기 버킷의 접속점에 의해 규정되는 축에 대하여, 상기 제 2 링크 부재와 상기 버킷의 접속점이 이루는 각의 각도가 180℃ 미만의 영역인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 형태에 따른 작업 기계의 교정 장치는 제 1 형태 내지 제 3 형태 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 구동부, 상기 버킷, 상기 유압 실린더, 상기 제 1 링크 부재 및 상기 제 2 링크 부재는 3절 링크 기구 및 4절 링크 기구를 조합시킨 드래그 기구를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5 형태에 따른 작업 기계의 교정 장치는 제 1 형태 내지 제 4 형태 중 어느 하나의 형태에 있어서,
상기 교정부는 상기 작업 기계의 목표로 하는 목표 작업 위치를 상기 작업 기계의 표시 화면 상에 표시시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 6 형태에 따른 작업 기계의 교정 장치는
암과,
상기 암에 회동 가능하게 접속된 버킷과,
상기 암에 회동 가능하게 접속되어 상기 버킷을 구동하는 유압 실린더와,
일단이 상기 유압 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 암에 회동 가능하게 접속되는 제 1 링크 부재와,
일단이 상기 유압 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 버킷에 회동 가능하게 접속되는 제 2 링크 부재와,
상기 암에 대한 상기 버킷의 회동각 정보를 검출하는 회동각 검출부와,
검출된 상기 버킷의 회동각 정보에 기초하여 상기 암 및 상기 버킷의 자세를 연산하는 자세 연산부와,
상기 암 및 상기 버킷에 설정된 작업기 파라미터와 상기 자세 연산부에 의해 연산된 상기 암 및 상기 버킷의 자세에 기초하여 상기 버킷의 기준점의 추정 위치를 연산하는 추정 위치 연산부를 구비한 작업 기계에 장착되어 상기 작업기 파라미터의 교정을 행하는 작업 기계의 교정 장치로서,
외부 계측 장치로 계측된 상기 암 및 상기 버킷의 기준점의 계측값을 취득하는 계측값 취득부와,
상기 추정 위치 연산부에서 사용하는 상기 암 및 상기 버킷의 작업기 파라미터를 취득하는 작업기 파라미터 취득부와,
상기 계측값 취득부에 의해 취득된 상기 암 및 상기 버킷의 기준점의 계측값에 기초하여 상기 암 및 상기 버킷의 작업기 파라미터를 교정하는 교정부와,
상기 회동각 검출부의 회동각 정보의 변화에 대한 상기 버킷의 회동각의 변화가 소정의 관계가 되는 제 1 영역과, 상기 제 2 영역에 대하여 변화가 증대하는 제 2 영역 중, 상기 제 1 영역을 교정 영역으로서 선택하는 교정 영역 선택부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 7 형태에 따른 작업 기계의 추정 위치 교정 방법은
제 1 구동부와,
상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속된 버킷과,
상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속되어 상기 버킷을 구동하는 유압 실린더와,
일단이 상기 유압 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속되는 제 1 링크 부재와,
일단이 상기 유압 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 버킷에 회동 가능하게 접속되는 제 2 링크 부재와,
상기 제 1 구동부에 대한 상기 버킷의 회동각 정보를 검출하는 회동각 검출부와,
검출된 상기 버킷의 회동각 정보에 기초하여 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 자세를 연산하는 자세 연산부와,
상기 제 1 구동부를 구성하는 부재 및 상기 버킷에 설정된 작업기 파라미터와 상기 자세 연산부에 의해 연산된 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 자세에 기초하여 상기 버킷의 기준점의 추정 위치를 연산하는 추정 위치 연산부를 구비한 작업 기계에서 실시되는 작업 기계의 작업기 파라미터의 교정 방법으로서,
외부 계측 장치를 이용하여 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 기준점의 계측 위치를 취득하는 순서와,
상기 회동각 검출부의 회동각 정보의 변화에 대한 상기 버킷의 회동각의 변화가 소정의 관계가 되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역에 대하여 변화가 증대하는 제 2 영역 중, 상기 제 1 영역을 교정 영역으로서 선택하는 순서와,
선택된 제 1 영역내에서 상기 외부 계측 장치로 계측된 계측값에 기초하여 상기 버킷의 작업기 파라미터를 교정하는 순서를 실시하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 작업 기계의 사시도이다.
도 2A는 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 모식 측면도이다.
도 2B는 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 모식 배면도이다.
도 2C는 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 모식 평면도이다.
도 3은 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 제어 블럭도이다.
도 4는 상기 실시형태에 있어서의 제 1 엔코더의 부착 위치를 나타내는 측면도이다.
도 5는 상기 실시형태에 있어서의 제 1 엔코더의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 6은 상기 실시형태에 있어서의 자력 센서의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 7은 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 붐의 측면도이다.
도 8은 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 암의 측면도이다.
도 9는 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 암 및 버킷의 측면도이다.
도 10은 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 버킷의 측면도이다.
도 11은 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 실린더의 측면도이다.
도 12는 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 교정 장치의 기능 블럭도이다.
도 13은 상기 실시형태에 있어서의 외부 계측 장치에 의한 작업 기계의 계측 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 14는 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 붐 핀 위치의 계측 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 15는 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 버킷 핀 위치의 계측 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 16은 상기 실시형태에 있어서의 작업 기계의 버킷의 인선 위치의 계측 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 17은 상기 실시형태의 작업 기계의 교정 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 18은 상기 실시형태에 있어서의 암과 버킷의 연결 상태를 나타내는 측면도이다.
도 19는 상기 실시형태에 있어서의 버킷의 회동 상태를 나타내는 측면도이다.
도 20은 상기 실시형태에 있어서의 버킷의 회동 상태를 나타내는 측면도이다.
도 21은 상기 실시형태에 있어서의 버킷의 회동 상태를 나타내는 측면도이다.
도 22는 상기 실시형태에 있어서의 실린더의 스트로크량의 변화와 버킷의 회동각의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 23은 상기 실시형태에 있어서의 외부 계측 장치에 의한 계측 결과를 입력하기 위한 화상을 나타내는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하고, 본 발명의 일실시형태에 따른 유압 셔블의 교정 장치 및 교정 방법에 관하여 설명한다.
[1] 유압 셔블(1)의 전체 구성
도 1은 본 실시형태에 따른 교정 장치에 의한 교정이 실시되는 유압 셔블(1)의 사시도이다. 유압 셔블(1)은 작업 기계 본체(2)와 작업기(3)를 구비한다.
작업 기계 본체(2)는 하부 주행체(4)와 상부 선회체(5)를 구비하고, 상부 선회체(5)는 하부 주행체(4)에 선회 가능하게 설치되어 있다.
상부 선회체(5)는 후술하는 유압 펌프(54)나, 엔진(54A) 등의 장치를 수용하고 있다.
상부 선회체(5)에는 전부에 캡(6)이 설치되어 있고, 캡(6)내에는 오퍼레이터가 착석하는 시트나, 후술하는 표시 입력 장치(71) 및 조작 장치(51)가 설치된다.
하부 주행체(4)에는 한쌍의 주행 장치(4A)가 설치되고, 주행 장치(4A)는 크롤러(4B)를 갖고, 크롤러(4B)가 회전함으로써 유압 셔블(1)이 주행한다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 시트에 착석했을 때의 오퍼레이터의 시선을 기준으로서 전후좌우를 규정한다.
작업기(3)는 작업 기계 본체(2)의 전부에 설치되고, 붐(31), 암(32), 버킷(33), 붐 실린더(34), 암 실린더(35) 및 버킷 실린더(36)를 구비한다. 또한, 본 발명에 있어서의 제 1 구동부는 붐(31) 및 암(32)으로 구성되는 부분이고, 제 2 구동부는 버킷(33), 제 1 링크 부재(40)(후술), 제 2 링크 부재(41)(후술)를 포함하는 부분이다.
붐(31)의 기단부는 붐 핀(37)을 통해서 작업 기계 본체(2)의 전부에 회동 가능하게 부착된다. 붐 핀(37)은 붐(31)의 상부 선회체(5)에 대한 회동 중심에 상당한다.
암(32)의 기단부는 암 핀(38)을 통해서 붐(31)의 선단부에 회동 가능하게 부착된다. 암 핀(38)은 암(32)의 붐(31)에 대한 회동 중심에 상당한다.
암(32)의 선단부에는 버킷 핀(39)을 통해서 버킷(33)이 회동 가능하게 부착된다. 버킷 핀(39)은 암(32)의 선단에 설치되고, 본 발명의 제 1 구동부의 기준점이고, 버킷(33)의 암(32)에 대한 회동 중심으로 상당한다. 제 1 구동부의 기준점은 붐(31) 또는 암(32)의 임의 위치에 설치되어도 좋다.
붐 실린더(34), 암 실린더(35) 및 버킷 실린더(36)는 각각 유압에 의해 신장 축퇴 구동되는 유압 실린더이다. 또한, 본 발명에 따른 유압 실린더는 버킷 실린더(36)이다.
붐 실린더(34)의 기단부는 붐 실린더 푸트 핀(34A)을 개재해서 상부 선회체(5)에 회동 가능하게 부착되어 있다.
또한, 붐 실린더(34)의 선단부는 붐 실린더 톱 핀(34B)을 개재해서 붐(31)에 회동 가능하게 부착되어 있다. 붐 실린더(34)는 유압에 의해 신축함으로써, 붐(31)을 구동한다.
암 실린더(35)의 기단부는 암 실린더 푸트 핀(35A)을 개재해서 붐(31)에 회동 가능하게 부착되어 있다.
또한, 암 실린더(35)의 선단부는 암 실린더 톱 핀(35B)을 개재해서 암(32)에 회동 가능하게 부착되어 있다. 암 실린더(35)는 유압에 의해 신축함으로써, 암(32)을 구동한다.
버킷 실린더(36)의 기단부는 버킷 실린더 푸트 핀(36A)을 개재해서 암(32)에 회동 가능하게 부착되어 있다.
또한, 버킷 실린더(36)의 선단부는 버킷 실린더 톱 핀(36B)을 개재해서 제 1 링크 부재(40)의 일단 및 제 2 링크 부재(41)의 일단에 회동 가능하게 부착되어 있다.
제 1 링크 부재(40)의 타단은 제 1 링크 핀(40A)을 개재해서 암(32)의 선단부에 회동 가능하게 부착되어 있다.
제 2 링크 부재(41)의 타단은 제 2 링크 핀(41A)을 개재해서 버킷(33)에 회동 가능하게 부착되어 있다. 버킷 실린더(36)는 유압에 의해 신축함으로써, 버킷(33)을 구동한다.
도 2는 유압 셔블(1)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 2A는 유압 셔블(1)의 측면도이다. 도 2B는 유압 셔블(1)의 배면도이다. 도 2C는 유압 셔블(1)의 평면도이다. 도 2A에 나타내는 바와 같이 붐(31)의 길이, 즉, 붐 핀(37)과 암 핀(38)간의 길이는 L1이다. 암(32)의 길이, 즉, 암 핀(38)과 버킷 핀(39)간의 길이는 L2이다. 버킷(33)의 길이, 즉, 버킷 핀(39)과 버킷(33)의 인선(P)간의 길이는 L3이다. 또한, 버킷(33)의 인선(P)은 본 발명의 제 2 구동부의 기준점이다. 제 2 구동부의 기준점은 버킷(33) 상의 임의의 위치에 형성되어도 된다.
붐 실린더(34)와 암 실린더(35)와 버킷 실린더(36)에는 각각 회동각 검출부인 붐 실린더 스트로크 센서(42), 암 실린더 스트로크 센서(43) 및 버킷 실린더 스트로크 센서(44)가 설치되어 있다.
각 실린더 스트로크 센서(42∼44)는 유압 실린더(34∼36)의 측방에 설치되는 실린더의 스트로크를 검출하는 스트로크 센서이고, 회동각 정보인 각 유압 실린더(34∼36)의 스트로크 길이를 검출함으로써, 후술하는 표시 컨트롤러(72)의 자세 연산부(72C)에서, 작업 기계 본체(2)에 대한 붐(31)의 회동각과, 붐(31)에 대한 암(32)의 회동각과, 암(32)에 대한 버킷(33)의 회동각을 연산 가능하게 한다. 또한, 회동각 검출부는 각 작업기의 회동부에 부착하는 각도 센서에 의한 회동각 정보의 검출을 대용해도 된다.
구체적으로는 후술하는 표시 컨트롤러(72)내의 자세 연산부(72C)는 붐 실린더 스트로크 센서(42)가 검출한 붐 실린더(34)의 스트로크 길이로부터, 도 2A에 나타내는 바와 같이 후술하는 차체 좌표계의 z축에 대한 붐(31)의 회동각(α)을 연산한다.
표시 컨트롤러(72)내의 자세 연산부(72C)는 암 실린더 스트로크 센서(43)가 검출한 암 실린더(35)의 스트로크 길이로부터, 붐(31)에 대한 암(32)의 회동각(β)을 연산한다.
표시 컨트롤러(72)내의 자세 연산부(72C)는 버킷 실린더 스트로크 센서(44)가 검출한 버킷 실린더(36)의 스트로크 길이로부터, 암(32)에 대한 버킷(33)의 회동각(γ)을 연산한다. 회동각(α, β, γ)의 연산 방법에 관해서는 후에 상세하게 설명한다.
또한, 붐 핀(37)의 위치에는 제 1 엔코더(42A)가 설치되고, 암 핀(38)의 위치에는 제 2 엔코더(43A)가 설치되어 있다.
제 1 엔코더(42A)는 붐(31)의 회동역내의 소정의 각도 위치를 기준 위치로서, 펄스신호를 표시 컨트롤러(72)의 자세 연산부(72C)에 출력한다.
제 2 엔코더(43A)는 암(32)의 회동역내의 소정의 각도 위치를 기준 위치로 하여, 펄스신호를 표시 컨트롤러(72)의 자세 연산부(72C)에 출력한다.
자세 연산부(72C)에서는 제 1 엔코더(42A)로부터 출력된 펄스신호에 기초하여 붐 실린더 스트로크 센서(42)의 기준 위치의 교정을 행하고, 제 2 엔코더(43A)로부터 출력된 펄스신호에 기초하여 암 실린더 스트로크 센서(43)의 교정을 행한다.
즉, 제 1 엔코더(42A) 및 제 2 엔코더(43A)는 붐 실린더 스트로크 센서(42) 및 암 실린더 스트로크 센서(43)의 리셋 센서로서 기능한다.
이것에 의해 실린더 스트로크 센서(42, 43)의 검출 결과로부터 얻어지는 스트로크 위치를, 기준 위치에 리셋해서 오차를 저감하고, 암(32)의 선단의 버킷 핀(39)의 위치를 고정밀도로 추정할 수 있다.
구체적으로는 도 4에 나타내는 바와 같이, 붐 실린더 스트로크 센서(42)는 붐 실린더(34)의 실린더 튜브(341)의 선단에 설치되고, 피스톤(342)의 스트로크량을 검출한다. 제 1 엔코더(42A)는 붐(31)의 회동 위치에 설치되고, 붐 실린더 스트로크 센서(42)의 교정을 행한다. 이 제 1 엔코더(42A)는 도 5에 나타내는 바와 같이, 발광부(42A1)와, 원반부(42A2)와, 수광부(42A3)를 구비하고 있다.
발광부(42A1)는 수광부(42A3)에 대하여 광선을 조사하는 발광 소자를 구비하고 있다.
원반부(42A2)는 회전 가능하게 유지되고, 이 원반부(42A2)에는 원주 방향을 따라서 소정 피치로 복수의 투공(透孔)(42A4)이 형성되고, 그 내측에는 투공(42A5)이 1개소 형성되어 있다. 투공(42A5)은 붐(31)의 회동역내의 기준 위치에 따른 위치에 형성되고, 예를 들면 붐(31)의 회동역의 대략 중앙이다.
수광부(42A3)는 발광부(42A1)에 따른 위치에 복수의 수광소자(42A6)를 구비하고, 수광소자(42A6)가 광을 수광하면 펄스 신호를 출력하도록 되어 있다.
이러한 제 1 엔코더(42A)는 붐(31)의 회동에 따라 원반부(42A2)가 회동한다. 원반부(42A2)의 회동에 의해, 투공(42A5)이 발광부(42A1)의 하부를 통과하면, 발광부(42A1)로부터 조사된 광이 투공(42A5)을 통하여 수광부(42A3)의 수광소자(42A6)로 수광된다. 광을 수광한 수광소자(42A6)는 자세 연산부(72C)에 펄스신호를 출력한다. 또한, 암 핀(38)에 설치되는 제 2 엔코더(43A)도 상기로 같은 구조 및 작용이다.
자세 연산부(72C)는 펄스 신호가 입력됐을 때, 붐 실린더 스트로크 센서(42)의 신호값을 판독하고, 기준 위치의 교정을 행한다.
한편, 버킷(33)은 내수 환경의 면에서 사용에 문제가 있기 때문에 엔코더를 사용할 수 없다. 이 때문에, 버킷 실린더(36)에는 자력 센서(44A)가 설치되고 버킷 실린더(36)에 설치한 자석의 통과를 검출함으로써 기준 위치의 통과를 검출한다.
자력 센서(44A)는 도 6에 나타내는 바와 같이, 버킷 실린더(36)의 실린더 튜브(361)의 외부에 부착되어 있다. 자력 센서(44A)는 피스톤(362)의 직동 방향을 따라서, 소정 거리 이간되어 배치된 2개의 센서(44B, 44C)를 갖고 있다.
센서(44B, 44C)는 기지의 기준 위치에 설치되어 있고, 피스톤(362)에는 자력선을 생성하는 자석(44D)이 설치되어 있다. 센서(44B, 44C)는 자석(44D)으로 생성된 자력선을 투과하고, 자력(자속 밀도)을 검출하고, 자력(자속 밀도)에 따른 전기 신호(전압)를 출력한다.
센서(44B, 44C)로 검출된 신호는 표시 컨트롤러(72)에 출력되고, 이 표시 컨트롤러(72)에서는 센서(44B, 44C)의 검출 결과에 기초하여 버킷 실린더 스트로크 센서(44)의 검출 결과로부터 얻어지는 스트로크 위치를, 기준 위치에 리셋하는 처리가 행해진다.
자력 센서(44A)는 자력에 의해 기준 위치를 검출하고 있기 때문에, 버킷(33)의 스트로크 정밀도에 불균일성을 발생하기 쉽고, 엔코더(42A, 43A)를 리셋 센서로 한 붐(31)이나 암(32)의 경우보다도, 검출 스트로크 값의 오차가 커진다.
도 2A에 나타내는 바와 같이, 작업 기계 본체(2)은 위치 검출부(45)를 구비하고, 이 위치 검출부(45)는 유압 셔블(1)의 작업 기계 본체(2)의 현재 위치를 검출한다. 위치 검출부(45)은 도 1에 나타내는 RTK-GNSS(Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems: GNSS는 전지구항법 위성 시스템을 말한다)용의 2개의 안테나(46, 47)와 도 2A에 나타내는 위치 연산기(48)를 갖는다. 또한, 안테나(46, 47)는 상부 선회체(5)의 상부에 핸드 레일을 설치하고, 핸드 레일에 설치해도 된다.
안테나(46, 47)는 후술하는 차체 좌표계 x-y-z의 원점(O)를 기준으로 하고 X축, y축 및 z축(도 2A∼도 2C 참조)에 따라서 일정 거리(각각 Lbdx, Lbdy, Lbdz)만큼 이간해서 배치되어 있다.
안테나(46, 47)로 수신된 GNSS 전파에 따른 신호는 위치 연산기(48)에 입력된다. 위치 연산기(48)는 안테나(46, 47)의 글로벌 좌표계에 있어서의 현재 위치를 검출한다. 또한, 글로벌 좌표계는 X-Y-Z로 표기하고, 수평면을 XY, 연직 방향을 Z로 한다. 또한, 글로벌 좌표계는 GNSS에 의해 계측되는 좌표계이고, 지구에 고정된 원점을 기준으로 한 좌표계이다.
이에 대하여 후술하는 차체 좌표계는 작업 기계 본체(2)(구체적으로는 상부 선회체(5))에 고정된 원점(O)를 기준으로 하는 좌표계이다.
안테나(46)(이하, 「기준 안테나(46)」라고 불러도 된다)는 작업 기계 본체(2)의 현재 위치를 검출하기 위한 안테나이다. 안테나(47)(이하, 「방향 안테나(47)」라고 불러도 된다)는 작업 기계 본체(2)(구체적으로는 상부 선회체(5))의 방향을 검출하기 위한 안테나이다. 위치 검출부(45)는 기준 안테나(46)와 방향 안테나(47)의 위치에 의해, 후술하는 차체 좌표계의 X축의 글로벌 좌표계에서의 방향각을 검출한다. 또한, 안테나(46, 47)는 GPS용의 안테나이어도 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이 작업 기계 본체(2)는 차체의 경사각을 계측하는 IMU49(Inertial Measurement Unit)를 구비하고, 이 IMU49에 의해, Y방향의 롤각(θ1:도 2B 참조) 및 X방향의 피치각(θ2: 도 2C 참조)의 각속도와 가속도를 출력한다.
도 3은 유압 셔블(1)의 제어계의 구성을 나타내는 블럭도이다.
유압 셔블(1)은 조작 장치(51)와 작업기 컨트롤러(52)와 유압 제어 회로(53)와 유압 펌프(54)와 유압 모터(61)와 엔진(54A)과 표시 시스템(70)을 구비한다.
조작 장치(51)는 작업기 조작 레버(55)와 작업기 조작 검출부(56)를 구비한다.
작업기 조작 레버(55)는 좌우의 조작 레버(55L, 55R)를 구비한다. 좌조작 레버(55L)의 좌우의 조작으로 상부 선회체(5)의 좌우의 선회 지령을 행하고, 좌조작 레버(55L)의 전후의 조작으로 암(32)의 덤프·굴삭을 지령한다. 우조작 레버(55R)의 좌우의 조작으로 버킷(33)의 굴삭·덤프를 지령하고, 우조작 레버(55R)의 전후의 조작으로 붐(31)의 하강·상승을 지령한다.
작업기 조작 검출부(56L, 56R)는 작업기 조작 레버(55)의 조작 내용을 검출하고, 검출 신호로서 작업기 컨트롤러(52)로 출력한다. 작업기 조작 레버(55)로부터의 유압 제어 회로(53)로의 조작 지령은 파일롯 유압 방식이어도 전기 레버 방식이어도 어느 쪽이어도 좋다. 전기 레버 방식의 경우에는 조작 지령을 포텐셔미터 등으로 전기 신호로 변환하고, 작업기 컨트롤러(52)에 입력한다. 파일롯 유압 방식의 경우에는 레버 조작에 의해 생성되는 파일롯 유압으로 비례 밸브를 구동하고, 작동유의 유량을 조정한다. 또한, 파일롯 압력을 압력 센서로 검출하고, 전기 신호로 변환해서 작업기 컨트롤러(52)에 입력한다.
주행 조작 레버(59)는 오퍼레이터가 유압 셔블(1)의 주행을 조작하기 위한 부재이다. 주행 조작 검출부(60), 주행 조작 레버(59)의 조작 내용에 기초해 하부 주행체(4)의 유압 모터(61)로 유압의 공급을 행한다.
작업기 컨트롤러(52)는 RAM이나 ROM 등의 기억부(52A) 및 CPU 등의 연산부(52B)를 구비한다. 작업기 컨트롤러(52)는 주로 작업기(3)의 동작 제어를 행한다. 작업기 컨트롤러(52)는 작업기 조작 레버(55)의 조작에 따라 작업기(3)를 동작시키기 위한 제어 신호를 생성하고, 유압 제어 회로(53)에 출력한다.
유압 제어 회로(53)는 비례 제어 밸브, EPC 밸브 등의 유압 제어 기기를 구비하고, 작업기 컨트롤러(52)로부터의 제어 신호에 기초하여 유압 펌프(54)로부터 유압 실린더(34∼36)에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다.
유압 실린더(34∼36)는 유압 제어 회로(53)로부터 공급된 작동유에 따라서 구동되고, 이것에 의해 작업기(3)가 동작한다.
또한, 선회 조작 레버의 조작에 기초하여 비례 제어 밸브가 구동되고, 이것에 의해 유압 모터(61)가 구동되고, 상부 선회체(5)가 선회한다. 또한, 상부 선회체(5)를 구동하는 선회 모터는 유압 구동이 아니고, 전동식을 사용해도 된다.
유압 셔블(1)에는 표시 시스템(70)이 탑재되어 있다. 표시 시스템(70)은 작업 에리어내의 지면을 굴착해서 후술하는 설계면과 같은 형상으로 형성하기 위한 정보를 오퍼레이터에 제공하기 위한 시스템이다. 표시 시스템(70)은 표시 입력 장치(71)와 표시 컨트롤러(72)와 교정부(80)를 구비한다. 또한, 표시 시스템(70)의 각 기능은 개별의 컨트롤러로 해도 된다.
표시 입력 장치(71)는 터치 패널식의 입력부(71A)와 LCD(Liquid Crystal Display) 등의 표시부(71B)를 구비한다. 표시 입력 장치(71)는 굴삭을 행하기 위한 정보를 제공하기 위한 안내 화면을 표시한다. 또한, 안내 화면에는 각종의 키가 표시되고, 오퍼레이터는 안내 화면상의 각종의 키에 접촉함으로써, 표시 시스템(70)의 각종의 기능을 실행시킬 수 있다.
입력부(71A)는 오퍼레이터가 계측값 등의 각종 정보를 입력하는 부분이고, 키보드, 터치패널 등으로 구성된다.
표시 컨트롤러(72)는 표시 시스템(70)의 각종 기능을 실행한다. 표시 컨트롤러(72)와 작업기 컨트롤러(52)는 무선 또는 유선의 통신 수단에 의해 서로 통신 가능하게 되어 있다. 표시 컨트롤러(72)는 RAM, ROM 등 기지의 수단에 의한 기억부(72A)와 CPU 등의 위치 연산부(72B)와 자세 연산부(72C)를 구비한다.
위치 연산부(72B)는 기억부(72A)에 기억되어 있는 각종의 데이터와 위치 검출부(45)의 검출 결과에 기초하여 안내 화면을 표시하기 위한 각종의 연산을 실행한다.
자세 연산부(72C)는 실린더 스트로크 센서(42∼44)의 검출값에 기초하고, 붐(31), 암(32), 버킷(33)에 설치되는 각각의 스트로크 센서(42∼44)에 의해 검출되는 실린더 스트로크로부터 자세각인 붐(31)의 회동각(α), 암(32)의 회동각(β), 버킷(33)의 회동각(γ)을 연산한다. 또한, 자세 연산부(72C)는 엔코더(42A, 43A), 자력 센서(44A)에 있어서, 각 유압 실린더(34∼36)의 실린더 스트로크 센서(42∼44)로 취득한 스트로크 값의 리셋을 행한다. 그리고, 자세 연산부(72C)는 IMU49의 각속도, 가속도로부터 유압 셔블(1)의 롤각(θ1), 피치각(θ2)을 연산한다.
표시 컨트롤러(72)의 기억부(72A)에는 설계 지형 데이터가 미리 작성되어서 기억되어 있다. 설계 지형 데이터는 3차원의 설계 지형의 형상 및 위치에 관한 정보이다. 설계 지형은 작업 대상이 되는 지면의 목표 형상을 나타낸다. 표시 컨트롤러(72)는 설계 지형 데이터나 상술한 각종의 센서로부터의 검출 결과 등의 데이터 에 기초하여 안내 화면을 표시 입력 장치(71)에 표시시킨다.
또한, 기억부(72A)는 작업기 파라미터를 기억한다.
[3]버킷(33)의 인선(P)의 위치의 연산 방법
다음에, 상술한 버킷(33)의 인선(P)의 위치의 연산 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 표시 컨트롤러(72)의 자세 연산부(72C)는 위치 검출부(45)의 검출 결과,및 기억부(72A)에 기억되어 있는 복수의 파라미터에 기초하여 버킷(33)의 인선(P)의 추정 위치를 연산한다.
파라미터는 작업기 파라미터와 안테나 파라미터를 포함한다. 작업기 파라미터는 붐(31)과 암(32)과 버킷(33)의 치수와 회동각을 나타내는 복수의 파라미터를 포함한다. 안테나 파라미터는 안테나(46, 47)와 붐(31)의 위치 관계를 나타내는 복수의 파라미터를 포함한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 표시 컨트롤러(72)의 위치 연산부(72B)는 제 1 추정 위치 연산부(72D)와 제 2 추정 위치 연산부(72E)를 구비한다. 제 1 추정 위치 연산부(72D)는 작업기 파라미터에 기초하여 버킷(33)의 인선(P)의 차체 좌표계에 있어서의 추정 위치를 연산한다.
제 2 추정 위치 연산부(72E)는 안테나 파라미터와 위치 검출부(45)가 검출한 안테나(46, 47)의 글로벌 좌표계에 있어서의 추정 위치와, 제 1 추정 위치 연산부(72D)가 연산한 버킷(33)의 인선(P)의 차체 좌표계에 있어서의 추정 위치로부터, 버킷(33)의 인선(P)의 글로벌 좌표계에 있어서의 추정 위치를 연산한다. 구체적으로는 버킷(33)의 인선(P)의 추정 위치는 다음과 같이 요구된다.
우선, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상부 선회체(5)의 선회 중심을 원점(O)으로 하는 차체 좌표계 x-y-z를 설정한다. 또한, 차체 좌표계는 차체 전후 방향을 x축, 차체 좌우측 방향을 y축, 차체 연직 방향을 z축으로 한다.
또한, 이하의 설명에 있어서 붐 핀(37)을 유압 셔블(1)의 기준 위치로 한다. 붐 핀(37)의 위치는 붐 핀(37)의 차폭 방향에 있어서의 중점의 위치를 의미하는 것으로 하지만, 실제로는 차체 좌표계에 대한 붐 핀(37)의 위치의 좌표를 제공하고 있다. 유압 셔블(1)의 기준 위치는 상부 선회체(5) 상에 임의로 설정되어도 된다.
각 실린더 스트로크 센서(42, 43, 44)의 검출 결과로부터, 상술한 붐(31), 암(32), 버킷(33)의 현재의 회동각(α, β, γ)이 연산된다.
차체 좌표계에서의 버킷(33)의 인선(P)의 좌표(x, y, z)는 붐(31), 암(32), 버킷(33)의 회동각(α, β, γ)과, 작업 파라미터인 붐(31), 암(32), 버킷(33)의 길이(L1, L2, L3)를 이용하여, 이하의 식(1)에 의해 연산된다.
Figure 112015087703342-pct00001
… (1)
또한, 식(1)으로부터 구한 차체 좌표계에서의 버킷(33)의 인선 P의 좌표(x, y, z)는 이하의 식(2)에 의해, 글로벌 좌표계에서의 좌표(X, Y, Z)로 변환된다.
Figure 112015087703342-pct00002
… (2)
단, ω, φ, κ는 이하의 식(3)과 같이 나타내어진다.
Figure 112015087703342-pct00003
… (3)
여기서, 상술한 바와 같이, θ1은 롤각이다. θ2는 피치각이다. 또한, 도 2(C)에 나타내는 바와 같이, θ3은 요각이고, 상술한 차체 좌표계의 x축의 글로벌 좌표계에서의 방향각이다. 따라서, 요각(θ3)은 위치 검출부(45)에 의해 검출된 기준 안테나(46)와 방향 안테나(47)의 위치에 기초하여 연산된다. (A, B, C)는 차체 좌표계의 원점의 글로벌 좌표계에서의 좌표이다.
상술한 안테나 파라미터는 안테나(46, 47)와 차체 좌표계의 원점의 위치 관계, 즉, 안테나(46, 47)와 붐 핀(37)의 차폭 방향에 있어서의 중점과의 위치 관계를 나타낸다.
구체적으로는 도 2B 및 도 2C에 나타내는 바와 같이, 안테나 파라미터는 붐 핀(37)과 기준 안테나(46)간의 차체 좌표계의 x축 방향의 거리(Lbbx)와 붐 핀(37)과 기준 안테나(46)간의 차체 좌표계의 y축 방향의 거리(Lbby)와 붐 핀(37)과 기준 안테나(46)간의 차체 좌표계의 z축 방향의 거리(Lbbz)를 포함한다. 또한, 안테나 파라미터는 붐 핀(37)과 방향 안테나(47)간의 차체 좌표계의 x축 방향의 거리(Lbdx)와 붐 핀(37)과 방향 안테나(47)간의 차체 좌표계의 y축 방향의 거리(Lbdy)와 붐 핀(37)과 방향 안테나(47)간의 차체 좌표계의 z축 방향의 거리(Lbdz)를 포함한다.
(A, B, C)는 안테나(46, 47)가 검출한 글로벌 좌표계에 있어서의 안테나(46, 47)의 좌표와 안테나 파라미터에 기초하여 연산된다.
표시 컨트롤러(72)는 상기한 바와 같이 연산한 버킷(33)의 인선(P)의 현재 위치와 기억부(72A)에 기억된 설계 지형 데이터에 기초하여 3차원 설계 지형과 버킷(33)의 인선(P)의 거리를 연산한다. 이 거리를 표시부(71B)에 표시하거나, 굴삭 제어를 행할 때의 파라미터로서 사용할 수 있다.
다음에, 실린더 스트로크 센서(42, 43, 44)의 검출 결과로부터 붐(31), 암(32), 버킷(33)의 현재의 회동각(α, β, γ)을 연산하는 방법에 관하여 설명한다.
도 7은 붐(31)의 측면도이다. 붐(31)의 회동각(α)은 도 7에 나타내고 있는 작업기 파라미터를 이용하여, 이하의 식(4)에 의해 표시된다.
… (4)
도 7에 나타내는 바와 같이, 붐(31)의 작업기 파라미터인 Lboom2_x는 붐 실린더 푸트 핀(34A)와 붐 핀(37)간의 붐(31)이 부착되는 작업 기계 본체(2)의 수평방향(즉, 차체 좌표계의 x축 방향에 상당한다)의 거리이다. 붐(31)의 작업기 파라미터인 Lboom2_z는 붐 실린더 푸트 핀(34A)과 붐 핀(37)간의 붐(31)이 부착되는 작업 기계 본체(2)의 연직 방향(즉, 차체 좌표계의 z축 방향에 상당한다)의 거리이다. 붐(31)의 작업기 파라미터인 Lboom1은 붐 실린더 톱 핀(34B)과 붐 핀(37)간의 거리이다. 붐(31)의 작업기 파라미터인 Lboom2은 붐 실린더 푸트 핀(34A)과 붐 핀(37)간의 거리이다. 붐(31)의 작업기 파라미터인 boom_cyl은 붐 실린더 푸트 핀(34A)과 붐 실린더 톱 핀(34B)간의 거리이다. 붐(31)의 작업기 파라미터인 Lboom1_z는 붐 실린더 톱 핀(34B)과 붐 핀(37)간의 zboom 축방향의 거리이다. 또한, 측면시에 있어서 붐 핀(37)과 암 핀(38)을 연결하는 방향을 xboom축으로 하고, xboom축에 수직인 방향을 zboom축으로 한다. 붐(31)의 작업기 파라미터인 Lboom1_x는 붐 실린더 톱 핀(34B)과 붐 핀(37)간의 xboom축 방향의 거리이다.
도 8은 암(32)의 측면도이다. 암(32)의 회동각(β)은 도 7 및 도 8에 나타내고 있는 작업기 파라미터를 이용하여, 이하의 식(5)에 의해 나타내어진다.
Figure 112015087703342-pct00005
… (5)
도 8에 나타내는 바와 같이 붐(31)의 작업기 파라미터인 Lboom3_z는 암 실린더 푸트 핀(35A)와 암 핀(38)간의 zboom축방향의 거리이다. 붐(31)의 작업기 파라미터인 Lboom3_x는 암 실린더 푸트 핀(35A)과 암 핀(38)간의 xboom축방향의 거리이다. 붐(31)의 작업기 파라미터인 Lboom3은 암 실린더 푸트 핀(35A)과 암 핀(38)간의 거리이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm2은 암 실린더 톱 핀(35B)과 암 핀(38)간의 거리이다. 도 7에 나타내는 바와 같이 암(32)의 작업기 파라미터인 arm_cyl은 암 실린더 푸트 핀(35A)과 암 실린더 톱 핀(35B)간의 거리이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm2_x는 암 실린더 톱 핀(35B)과 암 핀(38)간의 xarm2축방향의 거리이다. 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm2_z는 암 실린더 톱 핀(35B)과 암 핀(38)간의 zarm2축 방향의 거리이다.
또한, 측면시에 있어서 암 실린더 톱 핀(35B)과 버킷 핀(39)을 연결하는 방향을 xarm2축으로 하고, xarm2축에 수직인 방향을 zarm2축이라고 한다. 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm1_x는 암 핀(38)과 버킷 핀(39)간의 xarm2축방향의 거리이다. 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm1_z는 암 핀(38)과 버킷 핀(39)간의 zarm2축방향의 거리이다. 또한, 측면시에 있어서 암 핀(38)과 버킷 핀(39)을 연결하는 방향을 xarm1축이라고 한다. 암(32)의 회동각(β)은 xboom축과 xarm1축간이 이루는 각이다.
도 9는 버킷(33) 및 암(32)의 측면도이다. 도 10은 버킷(33)의 측면도이다. 버킷(33)의 회동각(γ)은 도 7∼도 10에 나타내고 있는 작업기 파라미터를 이용하여, 이하의 식(6)에 의해 나타내어진다.
Figure 112015087703342-pct00006
…(6)
도 8에 나타내는 바와 같이, 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm3_z2는 제 1 링크 핀(40A)과 버킷 핀(39)간의 zarm2축방향의 거리이다. 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm3_x2는 제 1 링크 핀(40A)과 버킷 핀(39)간의 xarm2축방향의 거리이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 암(32)의 작업기 파라미터인 Ltmp는 버킷 실린더 톱 핀(36B)과 버킷 핀(39)간의 거리이다. 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm4은 제 1 링크 핀(40A)과 버킷 핀(39)간의 거리이다. 버킷(33)의 작업기 파라미터인 Lbucket1은 버킷 실린더 톱 핀(36B)과 제 1 링크 핀(40A)간의 거리이다. 버킷(33)의 작업기 파라미터인 Lbucket3는 버킷 핀(39)과 제 2 링크 핀(41A)간의 거리이다. 버킷(33)의 작업기 파라미터인 Lbucket2은 버킷 실린더 톱 핀(36B)과 제 2 링크 핀(41A)간의 거리이다.
도 10에 나타내는 바와 같이 버킷(33)의 작업기 파라미터인 Lbucket4_x는 버킷 핀(39)과 제 2 링크 핀(41A)간의 xbucket 축방향의 거리이다. 버킷(33)의 작업기 파라미터인 Lbucket4_z는 버킷 핀(39)과 제 2 링크 핀(41A)간의 zbucket 축방향의 거리이다.
또한, 측면시에 있어서 버킷 핀(39)과 버킷(33)의 인선(P)을 연결하는 방향을 xbucket 축으로 하고, xbucket 축에 수직인 방향을 zbucket 축으로 한다. 버킷(33)의 회동각(γ)은 xbucket 축과 xarm1 축 사이가 이루는 각이다. 상술한 Ltmp는 이하의 식(7)에 의해 나타내어진다.
Figure 112015087703342-pct00007
…(7)
또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm3은 버킷 실린더 푸트 핀(36A)과 제 1 링크 핀(40A)간의 거리이다. 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm3_x1은 버킷 실린더 푸트 핀(36A)과 버킷 핀(39)간의 xarm2 축방향의 거리이다. 암(32)의 작업기 파라미터인 Larm3_z1은 버킷 실린더 푸트 핀(36A)과 버킷 핀(39)간의 zarm2 축방향의 거리이다.
또한, 상술한 boom_cyl은 도 11에 나타내는 바와 같이, 붐 실린더 스트로크 센서(42)가 검출한 붐 실린더(34)의 스트로크 길이(bss)에, 붐(31)의 작업기 파라미터인 붐 실린더 오프셋 작업 파라미터(boft)를 가한 값이다. 마찬가지로, arm_cyl은 암 실린더 스트로크 센서(43)가 검출한 암 실린더(35)의 스트로크 길이(ass)에 암(32)의 작업기 파라미터인 암 실린더 오프셋 작업기 파라미터(aoft)를 가한 값이다. 마찬가지로, bucket_cyl은 버킷 실린더 스트로크 센서(44)가 검출한 버킷 실린더(36)의 스트로크 길이(bkss)에 버킷 실린더(36)의 최소 거리를 포함한 버킷(33)의 작업기 파라미터인 버킷 실린더 오프셋 작업기 파라미터(bkoft)를 가한 값이다.
[4]교정부(80)의 구성
도 3에 나타내는 교정부(80)는 유압 셔블(1)에 있어서, 상술한 회동각(α, β, γ)의 연산 및 버킷(33)의 인선(P)의 위치를 연산하기 위해서 필요한 작업기 파라미터를 교정하기 위한 부분이다.
교정부(80)는 교정 연산부(83)를 구비하고, 유압 셔블(1) 및 외부 계측 장치(84)와 함께, 상술한 작업기 파라미터를 교정하기 위한 교정 장치를 구성한다. 외부 계측 장치(84)는 버킷(33)의 인선 P의 위치를 계측하는 장치이고, 예를 들면 토탈 스테이션을 사용할 수 있다. 또한, 교정부(80)는 차내 통신에 의해 표시 컨트롤러(72)와 데이터 통신을 행할 수 있다.
교정부(80)를 구성하는 후술하는 계측값 취득부(83A)는 차내 통신에 의해 외부 계측 장치(84)와 데이터 통신을 행할 수 있다.
교정 연산부(83)는 CPU 등으로 구성되고, 외부 계측 장치(84)에 의해 계측된 계측값에 기초하여 작업기 파라미터의 교정을 행한다. 작업기 파라미터의 교정은 예를 들면, 유압 셔블(1)의 출하시나 메인터넌스 후의 초기 설정에 있어서 실행된다.
작업 파라미터의 교정 결과는 표시 입력 장치(71)의 표시부(71B)에 표시되고, 오퍼레이터는 이 교정 결과를 확인함으로써 교정이 잘 되었는지, 다시 교정하지 않으면 안될지를 확인할 수 있다.
구체적으로는 도 12의 기능 블럭도에 나타내는 바와 같이, 교정 연산부(83)는 계측값 취득부(83A)와 좌표계 변환부(85)와 작업기 파라미터 취득부(86)와 파라미터 교정부(87)를 구비한다.
좌표계 변환부(85)는 외부 계측 장치(84)로 계측된 계측값을 차체 좌표계로 변환하는 부분이다. 구체적인 차체 좌표계로의 변환은 후술하지만, 차체 좌표계로 변환된 계측값은 파라미터 교정부(87)에 출력된다.
작업기 파라미터 취득부(86)는 표시 컨트롤러(72)의 기억부(72A)에 격납된 디폴트의 작업기 파라미터를 판독하는 부분이고, 판독된 작업기 파라미터는 파라미터 교정부(87)에 출력된다. 또한, 디폴트의 작업기 파라미터는 도면값, 치수측정 등으로 얻어진 값, 전회의 교정값을 필요에 따라서 사용한다.
파라미터 교정부(87)는 작업기 파라미터 취득부(86)로부터 출력된 디폴트의 작업기 파라미터를 좌표계 변환부(85)로 차체 좌표계로 변환된 계측값에 기초하여 교정하는 부분이고, 제 1 교정부(88), 제 2 교정부(89) 및 교정 영역 선택부(90)를 구비한다.
제 1 교정부(88)는 작업기 파라미터 취득부(86)로 취득된 붐(31) 및 암(32)의 작업기 파라미터를 교정하는 부분이다.
제 2 교정부(89)는 제 1 교정부(88)로 교정된 붐(31) 및 암(32)의 작업기 파라미터를 사용하고, 이것에 기초하여 버킷(33)의 작업기 파라미터의 교정하는 부분이다.
교정 영역 선택부(90)는 제 2 교정부(89)에 의한 버킷(33)의 작업기 파라미터의 교정을 행할 때, 버킷 실린더(36)의 스트로크 량의 변화에 대한 버킷(33)의 회동각(γ)의 변화가 소정의 관계가 되는 제 1 영역과 제 1 영역에 대하여 변화가 증대하는 제 2 영역 중, 제 1 영역을 교정 영역으로서 선택하는 부분이다.
파라미터 교정부(87)의 각 교정부(88, 89)는 교정된 붐(31), 암(32) 및 버킷(33)의 작업기 파라미터를 표시부(71B)에 출력한다.
[5]교정부(80)에 의한 교정 순서
[5-1]외부 계측 장치(84)에 의한 계측
도 13은 계측자가 교정시에 행하는 작업 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
우선, 계측자는 외부 계측 장치(84)를 붐 핀(37)의 바로 옆에 소정의 거리 두고 설치한다(순서 S1).
다음에 계측자는 버킷(33)의 외형 윤곽점과 버킷 접속 위치(버킷 핀(39))와의 위치 관계를 나타내는 각도 등의 작업기 파라미터의 계측을 행한다(순서 S2). 버킷(33)의 작업기 치수 측정은 외부 계측 장치(84)를 사용해서 계측해도 되지만, 외부 계측 장치(84)를 사용하지 않아도 메져 등으로 직접 계측하고, 계측자가 표시 입력 장치(71)의 입력부(71A)로부터 수동으로 입력해도 좋다.
계측자는 외부 계측 장치(84)에 의해, 선회면의 측정을 행한다(순서 S3). 토탈 스테이션으로 계측하는 경우, 선회면의 측정은 선회체를 복수의 선회각(요각(θ3))을 변화시키면서 선회체의 위치를 계측한다. 선회체의 위치는 유압 셔블(1)의 작업 기계 본체(2)의 후부의 카운터 웨이트 등에 프리즘 등의 마커를 장착하고, 토탈 스테이션으로부터 광파를 사출하고, 프리즘의 반사광을 검출함으로써 측정할 수 있고, 선회 궤도의 3개소 측정하면 선회면을 계측할 수 있다.
계측자는 외부 계측 장치(84)에 의해, 도 14에 나타내는 붐 핀(37)의 측면 중심 위치(P1)를 계측한다(순서 S4).
붐 핀(37)의 측면 중심 위치(P1)의 계측이 종료하면, 오퍼레이터는 도 15에 나타낸 바와 같이 붐(31)과 암(32)을 구동하고, 복수의 작업 자세로 변경한다. 계측자는 각각의 암(32)의 선단의 버킷 핀(39)의 위치를 계측한다(순서 S5). 버킷 핀(39)의 위치의 계측은 붐(31)을 가장 상승시킨 위치(P2), 붐(31)을 작업 방향으로 연장하고, 또한 암(32)을 작업 방향으로 연장시킨 위치(P3), 붐(31)을 작업 방향으로 연장하고, 또한 암(32)을 집어 넣은 위치(P4)의 3자세로 계측을 행한다. 또한, 버킷 핀(39)의 위치의 계측은 3자세에 한하지 않고 임의로 정할 수 있다.
다음에 오퍼레이터는 도 16에 나타낸 바와 같이 버킷(33)을 구동하고, 복수의 버킷 자세로 변경한다. 계측자는 버킷(33)의 인선(P)의 위치를 계측한다(순서 S6). 버킷(33)의 인선(P)의 위치의 계측은 버킷(33)을 연장시킨 위치(P5)와 버킷(33)을 집어 넣은 위치(P6)의 2자세로 계측을 행한다. 또한, 버킷(33)의 계측 자세는 2자세에 한하지 않고 임의로 정할 수 있다.
최후에 계측자는 GPS 위치의 측정을 행한다(순서 S7).
또한, 이상에서 설명한 순서 S2∼순서 S7로 계측된 각 계측값은 계측될 때마다 교정부(80)의 계측값 취득부(83A)에 출력되고, 외부 계측 장치(84)로부터 입력된 각 계측값은 순차 좌표계 변환부(85)에 의해 글로벌 좌표계로부터 차체 좌표계로의 좌표 변화가 행해진다.
[5-2]교정부(80)에 있어서의 교정 처리
다음에 교정부(80)에 있어서의 파라미터의 교정 처리를 도 17에 나타내는 플로우 차트에 기초하여 설명한다.
작업기 파라미터 취득부(86)는 표시 컨트롤러(72)의 기억부(72A)로부터 작업기 파라미터의 판독을 행하고, 파라미터 교정부(87)에 출력한다(순서 S8).
외부 계측 장치(84)로부터 출력된 계측값은 계측값 취득부(83A)에 입력된다(순서 S9). 좌표계 변환부(85)는 계측값 취득부(83A)에 입력된 계측값을 차체 좌표계로 변환한다(순서 S10).
여기서, 계측값을 차체 좌표계로 변환하는 방법은 도 15에 나타내는 버킷 핀(39)의 계측 위치(P2∼P4)로부터 작업기(3)의 작업 평면을 구하고, 작업 평면의 법선 단위 벡터와 중심 좌표를 구하고, 도 14에 나타내는 붐 핀(37)의 계측 위치(P1)를 작업 평면 상에 투영한다.
다음에, 선회면을 구하고, 그 법선 단위 벡터를 구한다. 선회면 및 작업 평면의 2개의 법선 벡터의 외적을 취하여, 유압 셔블(1)의 전후 방향의 벡터를 구한다.
구해진 전후 방향의 벡터와 구해진 작업 평면에 기초하여 상하 방향의 벡터(전후 방향 벡터에 직교하고, 또한 작업 평면내의 벡터)를 구한다. 또한, 전후 방향의 벡터와, 구해진 선회면에 기초하여 좌우 방향의 벡터(전후 방향 벡터에 직교하고, 또한 선회면내의 벡터)를 구한다.
이들 전후, 좌우, 상하 방향에 기초하여 계측값의 좌표계로부터 차체 좌표계로 변환하는 회전 행렬을 구하고, 붐 핀(37)을 원점으로 한 차체 좌표계의 위치 정보로 변환한다.
다음에, 제 1 교정부(88)는 계측 위치(P2∼P4)의 좌표와 자세 연산부(72C)로 연산된 그 때의 자세에 기초하여 붐(31) 및 암(32)의 작업기 파라미터를 수속 연산에 의해 구한다(순서 S11). 구체적으로는 이하의 식(8)에 나타내는 바와 같이, 최소 제곱법에 의해 작업기 파라미터의 교정값의 수속 연산을 행한다.
Figure 112015087703342-pct00008
…(8)
상기의 k의 값은 도 15에 있어서의 계측 위치(P2∼P4)에 상당한다. 따라서, n=3이다. (x1, z1)은 차체 좌표계에서의 계측 위치(P2)의 좌표이다. (x2, z2)은 차체 좌표계에서의 계측 위치(P3)의 좌표이다. (x3, z3)은 차체 좌표계에서의 계측 위치(P4)의 좌표이다. 이 식(8)의 함수(J1)가 최소가 되는 점을 탐색하고 있음으로써, 작업기 파라미터의 교정값이 연산된다.
제 1 교정부(88)는 식(8)의 값이 소정의 허용 범위에 들어 있는지의 여부를 판정한다(순서 S12).
제 1 교정부(88)는 오차가 소정의 허용 범위내에 들어 있지 않는 경우, 수속 연산이 소정 횟수 이내인지를 판정한다(순서 S13). 수속 연산이 소정 횟수(N) 미만인 경우, 순서 S11로 복귀한다.
수속 연산이 소정 횟수(N)에 달한 경우, 교정 작업이 실패한 사실을 표시부(71B) 상에 표시시키고, 계측자 및 오퍼레이터에 인식시키고, 앞의 순서로 진행되지 않도록 한다(순서 S14).
계측자 및 오퍼레이터는 순서 S8로 복귀하고, 순서 S8∼순서 S11를 반복한다.
제 1 교정부(88)는 오차가 소정의 허용 범위내에 들어 있다고 판정되면, 오차가 허용 범위내에 들어있다고 하는 정보를 표시부(71B) 상에 표시시키고(순서 S14), 계측자 및 오퍼레이터에 인식시켜 작업기 파라미터의 수정을 행하고(순서 S15), 제 1 교정부(88)는 앞의 순서로 진행되는 것을 허가한다.
제 1 교정부(88)는 교정된 붐(31) 및 암(32)의 작업기 파라미터를 제 2 교정부(89)에 출력한다.
제 2 교정부(89)는 제 1 교정부(88)에서 교정된 작업기 파라미터와 계측 위치(P5, P6)의 복수의 작업기 자세를 취했을 때의 계측 위치의 계측값과 자세 연산부(72C)에 의해 연산된 그 때의 자세에 기초하여 버킷(33)의 작업기 파라미터의 교정값을 수속 연산에 의해 구한다(순서 S16). 구체적으로는 제 2 교정부(89)는 계측 위치(P5), 계측 위치(P6)의 복수의 버킷 자세를 취했을 때의 계측 위치의 좌표와, 그 때의 실린더 스트로크 길이에 의해, 작업기 파라미터를 수속 연산에 의해 구한다. 구체적으로는 하기 식(9)에 기초하여 작업기 파라미터의 교정값의 수속 연산을 행한다.
Figure 112015087703342-pct00009
식(9)에 있어서, k의 값은 도 16에 있어서의 계측 위치(P5, P6)이다. 따라서, n=2이다. (x4, y4)은 차체 좌표계에서의 계측 위치(P5)의 좌표이다. (x5, y5)은 차체 좌표계에서의 계측 위치(P6)의 좌표이다. 식(9)의 함수(J2)가 최소가 되는 점을 탐색하고 있음으로써, 작업기 파라미터의 교정값이 연산된다.
제 2 교정부(89)는 식(9)의 J2가 소정의 허용 범위내에 들어 있는지의 여부를 판정한다(순서 S17).
제 2 교정부(89)는 오차가 소정의 허용 범위내에 들어 있지 않은 경우, 수속 연산이 소정 횟수 이내인지를 판정한다(순서 S18). 수속 연산이 소정 횟수(N) 미만인 경우, 순서 S16로 복귀한다.
수속 연산이 소정 횟수(N)에 달한 경우, 교정 작업이 실패한 사실을 표시부(71B) 상에 표시하고, 계측자 및 오퍼레이터에 인식시켜, 앞의 순서로 진행되지 않도록 한다(순서 S19).
계측자 및 오퍼레이터는 순서 S16로 복귀하고 순서 S16, 순서 S17를 반복한다.
제 2 교정부(89)는 오차가 소정의 허용 범위내에 들어 있다고 판정되면, 오차가 허용 범위내에 들어갔다고 하는 정보를 표시부(71B) 상에 표시하고, 계측자 및 오퍼레이터에 인식시킨다(순서 S19).
파라미터 교정부(87)는 교정된 작업기 파라미터를 표시 컨트롤러(72)에 출력하고, 표시 컨트롤러(72)의 기억부(72A)에 새로운 작업기 파일의 파라미터로서 기입한다(순서 S20).
또한, 본 실시형태에서는 제 1 교정부(88)에 의해 설정하는 허용 오차는 제 2 교정부(89)에서 설정하는 허용 오차보다 작은 오차를 설정하고 있다. 허용 오차를 이렇게 설정하면, 버킷(33)에 대하여 작업기 치수가 큰 제 1 구동부(붐(31) 및 암(32))의 오차는 버킷(33)의 인선(P)의 오차의 요인으로서, 제 2 구동부(버킷(33))의 오차보다 기여가 크다. 제 1 구동부의 작업기 파라미터의 오차를 작게 함으로써 인선(P)의 오차를 작게 할 수 있다.
여기서, 교정 영역 선택부(90)는 제 2 교정부(89)에 의한 버킷(33)의 인선(P)의 위치의 교정에 있어서, 버킷 실린더(36)의 스트로크량의 변화와, 버킷(33)의 회동각의 변화의 관계 중, 특정한 영역을 선택하고, 교정 영역으로서 선택한다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 버킷(33)의 회동 기구는 암(32), 버킷 실린더 푸트 핀(36A), 버킷 실린더(36), 제 1 링크 핀(40A), 제 1 링크 부재(40) 및 버킷 실린더 톱 핀(36B)으로 이루어지는 3절 링크 기구와, 버킷 실린더 톱 핀(36B), 제 1 링크 부재(40), 암(32), 버킷 핀(39), 버킷(33), 제 2 링크 핀(41A) 및 제 2 링크 부재(41)로 이루어지는 4절 링크기구를 조합시킨 드래그 기구로 되어 있다.
도 18에 있어서, 버킷 실린더 푸트 핀(36A)을 점 A, 제 1 링크 핀(40A)을 점B, 버킷 실린더 톱 핀(36B)을 점 C, 버킷 핀(39)을 점 D, 제 2 링크 핀(41A)을 점 E로 한다.
도 19∼도 21에 나타내는 바와 같이, 작업기(3)의 좌측 측방시에 있어서, AD 축에 대하여 반시계 회전으로 버킷(33)의 회동각을 정의한다.
버킷 실린더 푸트 핀(36A)인 점 A와, 버킷 핀(39)인 점 D와, 제 2 링크 핀(41A)인 점 E에 의해 형성되는 각을 ∠ADE라 한다.
또한, 버킷 실린더 톱 핀(36B)인 점 C와, 제 2 링크 핀(41A)인 점 E와, 버킷 핀(39)인 점 D에 의해 형성되는 각을 ∠CED라 한다.
AD의 축에 대하여 ∠ADE가 내각측(180도 미만)인지, 외각측(180도 이상)인지에 의해 버킷 실린더(36)의 신장에 대한 ∠CED의 변화량이 변경되고, ∠ADE의 변화량의 특성이 변화된다.
도 19 및 도 20에 나타내는 바와 같이, 제 2 링크 핀(41A)(점 E)은 버킷 핀(39)(점 D)을 중심으로 회동한다. AD축보다도 내각측(180도 이하)에 ∠ADE가 존재할 때, 제 2 링크 핀(41A)(점 E)은 버킷 실린더(36)의 신장시의 신장 방향과 같은 방향측으로 압출되는 관계에 있다. 그 때문에 버킷 실린더(36)의 신장에 대한 ∠ADE의 증가(게인(gain))는 거의 리니어한 관계를 나타낸다.
그런데, 도 21에 나타내는 바와 같이 AD축보다도 외각측(180도 초과)에 ∠ADE가 존재할 때는 제 2 링크 부재(41)에 의해 압출되는 형이 되고, 제 2 링크 핀(41A)(점 E)은 버킷 실린더(36)의 신장시의 신장 방향과 역의 방향측으로 복귀되는 관계가 된다. 또한, AD축보다도 외각측(180도 초과)에 ∠ADE가 존재할 때는 제 2 링크 부재(41)의 접속점의 제 2 링크 핀(41A)의 이동이 발생하기 때문에, 버킷 실린더(36)의 신장에 대하여 ∠CED가 예각이 되어 간다.
버킷(33)의 회동각이 외각측의 영역에서는 제 2 링크 핀(41A)은 내각측과 역방향의 이동이 발생하고 있고, ∠CED가 예각이 되기 때문에 제 2 링크 핀(41A)(점 E)의 이동량을 크게 한다. 이것에 의해 AD축보다 외각측에 ∠ADE가 존재하는 영역에서는 버킷 실린더(36)의 신장에 대하여 게인이 커진다.
도 22에 버킷 실린더(36)의 신장의 변화에 대한 버킷(33)의 ∠ADE의 특성(게인)을 나타낸다. 버킷 실린더(36)의 신장에 대한 회동각 ∠ADE의 변화는 버킷 실린더(36)의 신장의 변화에 대하여 ∠ADE의 변화량이 일정, 즉 리니어한 관계를 나타내는 제 1 영역(A1)과 신장의 변화에 대하여 ∠ADE의 변화량이 증대하는 제 2 영역(A2)이 존재한다.
제 2 영역(A2)은 버킷 실린더(36)의 축퇴측 및 신장측 스트로크 엔드 근방에서 확인되지만 신장측의 스트로크 엔드 근방의 제 2 영역(A2)에서 특히 게인이 커진다.
버킷 실린더(36)의 스트로크량 전체에서 교정을 행하고, 제 2 영역(A2)도 포함시키고, 버킷 실린더(36)의 신장과 버킷(33)의 회동각의 관계로부터 교정하면, 실린더 스트로크의 정밀도가 열악할 때, 교정 정밀도가 열악하게 된다.
특히, 상술한 바와 같이, 버킷(33)에는 고밀도한 엔코더를 리셋 센서에 이용할 수 없고, 이보다도 정밀도가 떨어지는 자력 센서(44A)를 리셋 센서에 사용하고 있기 때문에, 리셋 센서로서의 검출 정밀도도 열악하여 교정 정밀도가 열악했다.
본 실시형태에서는 버킷 실린더(36)의 스트로크량의 변화와 회동각 ∠ADE가 리니어한 관계에 있는 제 1 영역을 이용하여 버킷(33)의 인선(P)의 추정 위치의 교정을 행하는 것으로 했다.
이것에 의해, 리니어한 관계에 있는 제 1 영역만을 이용하여 교정을 행하고 있기 때문에, 버킷(33)의 인선(P)의 추정 위치를 고정밀도로 행할 수 있게 되었다.
또한, 본 실시형태에서는 우선, 제 1 교정부(88)에서 붐(31) 및 암(32)의 작업기 파라미터의 교정을 행하고, 교정된 작업기 파라미터를 이용하여, 제 2 교정부(89)에 의해, 버킷(33)의 작업기 파라미터의 교정을 행하고 있다. 따라서, 버킷(33)의 작업기 파라미터의 교정을 고정밀도로 행할 수 있다.
제 2 교정부(89)에 의한 교정에 있어서는 표시 시스템(70)의 표시 입력 장치(71)의 표시부(71B) 상에, 예를 들면 도 22에 나타내는 바와 같은 화상(G0)을 표시한다. 표시부(71B)는 각 교정을 행하기 위한 유압 셔블(1)의 목표의 작업 자세를 나타내는 표시와, 각 교정을 행할 시에 붐(31), 암(32), 버킷(33)이 각각의 목표로 하는 실린더 길이(스트로크량)를 표시하고, 현재의 붐(31), 암(32), 버킷(33)의 각각의 실린더 길이를 표시하고, 외부 계측 장치(84)로 계측한 인선(P)의 위치를 입력하는 입력 에리어를 설치한다.
오퍼레이터는 버킷(33)의 자세를 나타내는 화상(G1, G2)에 따라서, 버킷 캘리브레이션을 행하는 도 16에 있어서의 P5 및 P6의 자세로 조작한다.
오퍼레이터는 조작 레버(55)를 조작하고, 작업기(3)를 화면이 지정하는 목표가 되는 각각의 실린더 길이에 기초하여 지정의 자세로 조작한다. 오퍼레이터는 화면에 표시되는 각각의 실린더 길이와 목표가 되는 각각의 실린더 길이를 비교하고, 작업기(3)가 제 2 교정부(89)의 지정하는 자세가 되었다고 판단한다. 계측자가 인선(P)을 외부 계측 장치(84)로 계측한다.
작업기(3)를 조작하여 화면의 지정 자세가 되었다고 오퍼레이터가 판단한 후, 오퍼레이터는 입력부(71A)를 조작하고, 영역(G3)의 부분에 외부 계측 장치(84)로 계측된 계측 위치를 수동으로 입력할 수 있다.
제 2 교정부(89)는 표시부(71B)에 P5 및 P6의 자세를 표시할 때, ∠ADE가 AD축보다 내각측(180도 이하)에 존재하는 게인의 증대하는 영역을 회피한 버킷(33)의 위치를 목표로 하는 실린더 길이로서 타깃에 표시한다. 이것에 의해 오퍼레이터는 교정 정밀도가 높은 영역에서 교정 작업을 행할 수 있다.
[6]실시형태의 변형
또한, 본 발명은 상술의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는 버킷 실린더 스트로크 센서(44)를 사용하고 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 암(32)에 대한 버킷(33)의 회동각을 직접 검출하는 엔코더 등을 채용해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서 행한 외부 계측 장치(84)에 의한 계측의 순서는 이것에 한정되지 않고, 다른 순서이어도 된다.
또한, 상기 실시형태는 유압 셔블(1)이었지만, 이것에 한정하지 않고, 드래그 기구를 갖는 백호우(backhoe)에 적용해도 된다.
1: 유압 셔블 2: 작업 기계 본체
3: 작업기 4: 하부 주행체
4A: 주행 장치 4B: 크롤러
5 : 상부 선회체 6: 캡
31: 붐 32: 암
33: 버킷 34: 붐 실린더
34A: 붐 실린더 푸트 핀 34B: 붐 실린더 톱 핀
35: 암 실린더 35A: 암 실린더 푸트 핀
35B: 암 실린더 톱 핀 36: 버킷 실린더
36A: 버킷 실린더 푸트 핀 36B: 버킷 실린더 톱 핀
37: 붐 핀 38: 암 핀
39: 버킷 핀 40: 제 1 링크 부재
40A: 제 1 링크 핀 41: 제 2 링크 부재
41A: 제 2 링크 핀 42: 붐 실린더 스트로크 센서
42A: 제 1 엔코더 42A1: 발광부
42A2: 원반부 42A3: 수광부
42A4: 투공 42A5: 투공
42A6: 수광 소자 43: 암 실린더 스트로크 센서
43A: 제 2 엔코더 44: 버킷 실린더 스트로크 센서
44A: 자력 센서 44B, 44C: 센서
44D: 자석 45: 위치 검출부
46: 기준 안테나 47: 방향 안테나
48: 위치 연산기 49: IMU
51: 조작 장치 52: 작업기 컨트롤러
52A: 기억부 52B: 연산부
53: 유압 제어 회로 54: 유압 펌프
55: 작업기 조작 레버 55L: 좌조작 레버
55R: 우조작 레버 56: 작업기 조작 검출부
59: 선회 조작 레버 60: 선회 조작 검출부
61: 유압 모터 70: 표시 시스템
71: 표시 입력 장치 71A: 입력부
71B: 표시부 72: 표시 컨트롤러
72A: 기억부 72C: 자세 연산부
72D: 제 1 추정 위치 연산부 72E: 제 2 추정 위치 연산부
80: 교정 장치 81: 입력부
82: 표시부 83: 교정 연산부
84: 외부 계측 장치 85: 좌표계 변환부
86: 작업기 파일 판독부 87: 파라미터 교정부
88: 제 1 교정부 89: 제 2 교정부
90: 교정 영역 선택부 341: 실린더 튜브
342: 피스톤 361: 실린더 튜브
362: 피스톤 P: 인선
α: 회동각 β: 회동각
γ: 회동각 θ1: 롤각
θ2: 피치각 θ3: 요각

Claims (7)

  1. 제 1 구동부와,
    상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속된 버킷과,
    상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속되어 상기 버킷을 구동하는 유압 실린더와,
    일단이 상기 유압 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속되는 제 1 링크 부재와,
    일단이 상기 유압 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 버킷에 회동 가능하게 접속되는 제 2 링크 부재와,
    상기 제 1 구동부에 대한 상기 버킷의 회동각 정보를 검출하는 회동각 검출부와,
    검출된 상기 버킷의 회동각 정보에 기초하여 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 자세를 연산하는 자세 연산부와,
    상기 제 1 구동부를 구성하는 부재 및 상기 버킷에 설정된 작업기 파라미터와 상기 자세 연산부에 의해 연산된 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 자세에 기초하여 상기 버킷의 기준점의 추정 위치를 연산하는 추정 위치 연산부를 구비한 작업 기계에 장착되어 상기 작업기 파라미터의 교정을 행하는 작업 기계의 교정 장치로서,
    외부 계측 장치로 계측된 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 기준점의 계측값을 취득하는 계측값 취득부와,
    상기 추정 위치 연산부에서 사용하는 상기 제 1 구동부를 구성하는 부재 및 상기 버킷의 작업기 파라미터를 취득하는 작업기 파라미터 취득부와,
    상기 계측값 취득부에 의해 취득된 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 기준점의 계측값에 기초하여 상기 제 1 구동부를 구성하는 부재 및 상기 버킷의 작업기 파라미터를 교정하는 교정부와,
    상기 회동각 검출부의 회동각 정보의 변화에 대한 상기 버킷의 회동각의 변화가 소정의 범위가 되는 제 1 영역과 상기 제 1 영역에 대하여 상기 버킷의 회동각의 변화가 증대하는 제 2 영역 중, 상기 제 1 영역을 교정 영역으로서 선택하는 교정 영역 선택부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 교정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회동각 검출부는 상기 유압 실린더의 스트로크량을 검출하는 스트로크량 검출부인 것을 특징으로 하는 작업 기계의 교정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 상기 제 1 구동부에 대한 상기 유압 실린더의 접속점과 상기 제 1 구동부에 대한 상기 버킷의 접속점에 의해 규정되는 축에 대하여, 상기 제 2 링크 부재와 상기 버킷의 접속점이 이루는 각의 각도가 180도 미만의 영역인 것을 특징으로 하는 작업 기계의 교정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구동부, 상기 버킷, 상기 유압 실린더, 상기 제 1 링크 부재 및 상기 제 2 링크 부재는 3절 링크 기구 및 4절 링크 기구를 조합시킨 드래그 기구를 형성하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 교정 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교정부는 상기 작업 기계의 목표로 하는 목표 작업 위치를 상기 작업 기계의 표시 화면 상에 표시시키는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 교정 장치.
  6. 암과,
    상기 암에 회동 가능하게 접속된 버킷과,
    상기 암에 회동 가능하게 접속되어 상기 버킷을 구동하는 유압 실린더와,
    일단이 상기 유압 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 암에 회동 가능하게 접속되는 제 1 링크 부재와,
    일단이 상기 유압 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 버킷에 회동 가능하게 접속되는 제 2 링크 부재와,
    상기 암에 대한 상기 버킷의 회동각 정보를 검출하는 회동각 검출부와,
    검출된 상기 버킷의 회동각 정보에 기초하여 상기 암 및 상기 버킷의 자세를 연산하는 자세 연산부와,
    상기 암 및 상기 버킷에 설정된 작업기 파라미터와 상기 자세 연산부에 의해 연산된 상기 암 및 상기 버킷의 자세에 기초하여 상기 버킷의 기준점의 추정 위치를 연산하는 추정 위치 연산부를 구비한 작업 기계에 장착되어 상기 작업기 파라미터의 교정을 행하는 작업 기계의 교정 장치로서,
    외부 계측 장치로 계측된 상기 암 및 상기 버킷의 기준점의 계측값을 취득하는 계측값 취득부와,
    상기 추정 위치 연산부에서 사용하는 상기 암 및 상기 버킷의 작업기 파라미터를 취득하는 작업기 파라미터 취득부와,
    상기 계측값 취득부에 의해 취득된 상기 암 및 상기 버킷의 기준점의 계측값에 기초하여 상기 암 및 상기 버킷의 작업기 파라미터를 교정하는 교정부와,
    상기 회동각 검출부의 회동각 정보의 변화에 대한 상기 버킷의 회동각의 변화가 소정의 범위가 되는 제 1 영역과 상기 제 1 영역에 대하여 상기 버킷의 회동각의 변화가 증대하는 제 2 영역 중, 상기 제 1 영역을 교정 영역으로서 선택하는 교정 영역 선택부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 교정 장치.
  7. 제 1 구동부와,
    상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속된 버킷과,
    상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속되어 상기 버킷을 구동하는 유압 실린더와,
    일단이 상기 유압 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 제 1 구동부에 회동 가능하게 접속되는 제 1 링크 부재와,
    일단이 상기 유압 실린더의 선단에 회동 가능하게 접속되고, 타단이 상기 버킷에 회동 가능하게 접속되는 제 2 링크 부재와,
    상기 제 1 구동부에 대한 상기 버킷의 회동각 정보를 검출하는 회동각 검출부와,
    검출된 상기 버킷의 회동각 정보에 기초하여 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 자세를 연산하는 자세 연산부와,
    상기 제 1 구동부를 구성하는 부재 및 상기 버킷에 설정된 작업기 파라미터와 상기 자세 연산부에 의해 연산된 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 자세에 기초하여 상기 버킷의 기준점의 추정 위치를 연산하는 추정 위치 연산부를 구비한 작업 기계에서 실시되는 작업 기계의 작업기 파라미터의 교정 방법으로서,
    외부 계측 장치를 이용하여 상기 제 1 구동부 및 상기 버킷의 기준점의 계측 위치를 취득하는 순서와,
    상기 회동각 검출부의 회동각 정보의 변화에 대한 상기 버킷의 회동각의 변화가 소정의 범위가 되는 제 1 영역과 상기 제 1 영역에 대하여 상기 버킷의 회동각의 변화가 증대하는 제 2 영역 중 상기 제 1 영역을 교정 영역으로서 선택하는 순서와,
    선택된 제 1 영역내에서 상기 외부 계측 장치로 계측된 계측값에 기초하여 상기 버킷의 작업기 파라미터를 교정하는 순서를 실시하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 작업기 파라미터의 교정 방법.
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