KR101770916B1

KR101770916B1 - 회전형 툴 능동자동제어방법 및 이를 적용한 유압건설장비

Info

Publication number: KR101770916B1
Application number: KR1020160031017A
Authority: KR
Inventors: 김효곤; 최영호; 박정우; 이정우; 이효준; 김종걸; 이종득
Original assignee: 한국로봇융합연구원
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-08-25

Abstract

본 발명의 회전형 툴 능동자동제어방법은 밸브(31,41)와 센서(32,42,43,53)에 연계된 컨트롤러(60)가 회전형 툴(1)의 토크와 속도의 반비례관계를 이용하고, 대상물을 분쇄하는 회전형 툴(1)의 작업토크를 제어하는 토크모드 또는 작업회전속도를 제어하는 속도모드 또는 작업토크와 작업회전속도를 동시에 제어하는 혼합모드의 적용을 판단하며, 토크모드 또는 속도모드 또는 혼합모드로 회전형 툴(1)이 대상물에서 바운싱되거나 정지되지 않도록 지속적으로 제어되고, 3가지 타입의 모드를 암 파쇄기 유압건설장비(100-1) 또는 트랜칭 커터 유압건설장비(100-2)가 구현함으로써 회전형 툴(1)을 누르는 힘 제어에 조작자(또는 운전자)의 숙련도가 요구되지 않으면서 반복 작업에 따른 피로 발생도 없는 장점이 구현되는 특징을 갖는다.

Description

회전형 툴 능동자동제어방법 및 이를 적용한 유압건설장비{Active Auto Control Method of Rotary type Tool and Hydraulic Construction Equipment thereof}

본 발명은 회전형 툴 제어에 관한 것으로, 특히 회전형 툴의 효율적인 작업을 위한 회전형 툴 능동자동제어방법 및 이를 적용한 유압건설장비에 관한 것이다.

일반적으로 암 파쇄기 또는 트랜칭 커터(trenching cutter)는 회전형 툴로서, 대상에 압착된 상태에서 회전을 통해 대상을 분쇄한다.

그러므로, 회전형 툴을 운영하는 유압건설장비는 전후진 이동 수단으로 바퀴 또는 트랙을 적용하고, 회전형 툴이 툴 암 끝단에 위치된 1자유도 이상의 툴 암을 적용하며, 회전형 툴의 압착력과 회전력 제어를 위해 밸브로 구성된 압착력 및 속도 제어 유압회로를 적용한다.

일례로, 회전형 툴을 운영하는 유압건설장비는 분쇄 대상에 접근한 상태에서 압착력 제어 유압회로의 제어로 바퀴 또는 트랙을 전진시키거나 롤 암을 동작시킴으로써 회전형 툴을 분쇄 대상에 압착시키고, 속도 제어 유압회로의 제어로 회전형 툴의 유압 모터 속도를 제어한다.

특히, 회전형 툴의 압착력은 회전형 툴을 누르는 힘으로 생성됨으로써 회전형 툴은 작업도중 회전형 툴이 분쇄대상에서 바운싱되거나 정지되지 않도록 하는 힘 조절 제어가 지속적으로 이루어진다.

국내등록특허 10-1221588(2013년01월07일)

하지만, 유압건설장비에서 회전형 툴을 누르는 힘 제어는 조작자(또는 운전자)의 수동 조작에 의한 유압회로 조작으로 이루어짐으로써 조작자(또는 운전자)의 높은 숙련도가 요구되고. 더구나 수동 조작은 숙련자에게도 반복된 작업에 따른 피로를 야기할 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 밸브와 센서에 연계된 컨트롤러가 회전형 툴의 토크와 속도의 반비례관계를 이용하여 가동 중인 회전형 툴이 목표부하토크나 목표회전속도에 추종되도록 자동 제어해 줌으로써 회전형 툴을 누르는 힘 제어에 조작자(또는 운전자)의 숙련도가 요구되지 않으면서 반복 작업에 따른 피로 발생도 없는 회전형 툴 능동자동제어방법 및 이를 적용한 유압건설장비의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회전형 툴 능동자동제어방법은 (A) 대상물을 분쇄하는 회전형 툴이 상기 대상물을 누르는 토크와 상기 대상물을 분쇄하는 회전속도를 컨트롤러가 검출하고, 상기 검출된 토크를 작업토크로 정의하며, 상기 검출된 회전속도를 작업회전속도로 정의하는 단계; (B) 상기 작업토크를 제어하는 토크모드 또는 상기 작업회전속도를 제어하는 속도모드 또는 상기 작업토크와 상기 작업회전속도를 동시에 제어하는 혼합모드의 적용여부를 판단하는 단계; (C) 상기 회전형 툴이 상기 대상물에서 바운싱되거나 정지되지 않도록 상기 토크와 상기 회전속도가 상기 토크모드와 상기 속도모드 및 상기 혼합모드의 어느 하나에 의해 지속적으로 제어 및 유지되는 단계; 로 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 토크는 상기 회전형 툴의 실린더가 유압에 의해 이동되어 상기 대상물에 상기 회전형 툴이 압착되는 힘이고, 상기 회전속도는 상기 회전형 툴의 모터가 유압에 의해 회전되어 상기 대상물을 상기 회전형 툴이 분쇄하는 속도이다.

바람직한 실시예로서, 상기 토크모드는, (a-1) 상기 작업토크를 상기 회전형 툴의 실린더에 걸리는 실린더 부하압력 검출로 계산하는 단계, (a-2) 상기 작업토크가 상기 회전형 툴의 목표토크와 일치하는지 판단하는 단계, (a-3) 상기 작업토크와 상기 목표토크가 일치하지 않는 토크 차이 값을 추종토크로 정의하고, 상기 추종토크로 상기 작업토크를 상기 목표토크와 일치시켜주는 추종제어 단계로 수행된다. 상기 토크 차이 값은 상기 목표토크에서 상기 작업토크를 뺀 값이며, 상기 추종제어는 PID(Proportional Integral Differential) duty로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 속도모드는, (b-1) 상기 작업회전속도를 상기 회전형 툴의 모터의 회전속도검출로 계산하는 단계, (b-2) 상기 작업회전속도가 상기 회전형 툴의 목표회전속도와 일치하는지 판단하는 단계, (b-3) 상기 작업회전속도와 상기 목표회전속도가 일치하지 않는 속도 차이 값을 추종회전속도로 정의하고, 상기 추종회전속도로 상기 작업회전속도를 상기 목표회전속도와 일치시켜주는 추종제어 단계로 수행된다. 상기 속도 차이 값은 상기 목표회전속도에서 상기 작업회전속도를 뺀 값이며, 상기 추종제어는 PID(Proportional Integral Differential) duty로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 혼합모드는, (c-1) 상기 작업토크를 상기 회전형 툴의 실린더에 걸리는 실린더 부하압력 검출로 계산하고 더불어 상기 작업회전속도를 상기 회전형 툴의 모터의 회전속도검출로 계산하는 단계, (c-2) 상기 작업토크가 상기 회전형 툴의 목표토크와 일치하는지 판단하고 더불어 상기 작업회전속도가 상기 회전형 툴의 목표회전속도와 일치하는지 판단하는 단계, (c-3) 상기 작업토크와 상기 목표토크의 일치하지 않는 토크 차이 값으로 정의된 추종토크로 상기 작업토크를 상기 목표토크와 일치시켜주고 더불어 상기 작업회전속도와 상기 목표회전속도의 일치하지 않는 속도 차이 값으로 정의된 추종회전속도로 상기 작업회전속도를 상기 목표회전속도와 일치시켜주는 추종제어 단계로 수행된다. 상기 토크 차이 값은 상기 목표토크에서 상기 작업토크를 뺀 값이며, 상기 속도 차이 값은 상기 목표회전속도에서 상기 작업회전속도를 뺀 값이고, 상기 추종제어는 PID(Proportional Integral Differential) duty로 수행된다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유압건설장비는 대상물에 압착되는 토크를 가한 상태에서 상기 대상물을 분쇄하는 회전력이 발생되는 회전형 툴; 상기 회전형 툴의 실린더를 유압으로 구동하여 상기 토크가 발생되도록 하고, 상기 회전형 툴의 모터를 유압으로 구동하여 상기 회전력을 위한 회전속도가 발생되도록 하는 툴 유압제어시스템; 상기 회전형 툴의 상기 토크와 상기 속도의 반비례관계를 이용하고, 상기 토크를 제어하는 토크모드와 상기 회전속도를 제어하는 속도모드 및 상기 토크와 상기 회전속도를 동시에 제어하는 혼합모드의 적용을 판단하며, 상기 토크모드와 상기 속도모드 및 상기 혼합모드의 어느 하나로 상기 회전형 툴이 대상물에서 바운싱되거나 정지되지 않도록 지속적으로 제어해주는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 툴 유압제어시스템은 상기 실린더에 툴 유압라인으로 연결된 툴 누름 유압회로, 상기 모터에 모터 유압라인으로 연결된 툴 속도 유압회로를 포함하고; 상기 컨트롤러는 펌프를 구동하여 상기 툴 누름 유압회로와 상기 툴 속도 유압회로의 유압 흐름을 각각 제어하며; 상기 툴 누름 유압회로와 상기 툴 속도 유압회로 중 하나는 펌프 유압라인으로 상기 펌프와 연결되고, 다른 하나는 상기 펌프 유압라인에서 분기되어 상기 펌프와 연결된다.

바람직한 실시예로서, 상기 툴 누름 유압회로는 상기 컨트롤러의 제어로 상기 툴 유압라인을 개폐하는 툴 제어밸브, 상기 툴 유압라인의 압력을 검출하여 상기 컨트롤러로 전송하는 툴 압력센서로 구성되고; 상기 툴 속도 유압회로는 상기 컨트롤러의 제어로 상기 모터 유압라인을 개폐하는 모터 제어밸브, 상기 모터 유압라인의 압력을 검출하여 상기 컨트롤러로 전송하는 모터 압력센서, 상기 모터 유압라인의 유량을 검출하여 상기 컨트롤러로 전송하는 모터 유량센서로 구성되며; 상기 컨트롤러는 PID(Proportional Integral Differential) duty를 출력한다.

이러한 본 발명의 유압건설장비(또는 수중 건설 로봇)는 회전형 툴의 반비례관계인 토크와 속도 특성을 이용하여 회전형 툴의 누르는 힘과 속도가 제어됨으로써 능동적인 자동 제어 구현이 이루어지고, 특히 회전형 툴을 누르는 힘 제어에 조작자(또는 운전자)의 숙련도가 요구되지 않으면서 조작자(또는 운전자)의 반복된 작업하에서도 피로 발생을 가져오지 않는 편리성이 제공된다.

또한, 본 발명의 유압건설장비(또는 수중 건설 로봇)는 회전형 툴의 누르는 힘에 대한 컨트롤러의 능동적인 자동제어가 목표부하토크 추종이나 목표회전속도 추종이나 목표부하토크와 목표회전속도 동시 추종과 같이 다양화됨으로써 회전형 작업 툴의 작업환경에도 능동적으로 대처할 수 있다.

또한, 본 발명의 유압건설장비(또는 수중 건설 로봇)는 컨트롤러의 능동적인 자동제어가 비례제어밸브(또는 서보 밸브) 및 센서로 구성된 유압회로로 구현됨으로써 기존 유량제어밸브시스템이나 토크 및 속도 제어유압회를 간단한 구성으로 대체하거나 향상된 제어성능 및 조작편의성으로 기존 성능을 보완할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 회전형 툴 능동자동제어방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 회전형 툴에 적용된 유압회로를 형성한 툴 유압제어시스템의 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 툴 유압제어시스템의 툴 누름 제어 동작 상태이고, 도 5는 본 발명에 따른 툴 유압제어시스템의 툴 모터 회전속도제어 동작 상태이며, 도 6은 본 발명에 따른 툴 유압제어시스템의 툴 누름 제어 및 툴 모터 회전속도제어 동작 상태이고, 도 7은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 툴 유압제어시스템 적용 암 파쇄기를 갖춘 유압건설장비의 예이며, 도 8은 본 발명에 따른 툴 유압제어시스템 적용 트랜칭 커터를 갖춘 유압건설장비의 예이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 회전형 툴 능동자동제어방법은 회전형 툴의 토크를 유지하는 토크모드의 능동제어방식(S30 내지 S37), 회전형 툴의 속도를 유지하는 속도모드의 능동제어방식(S40 내지 S47), 회전형 툴의 토크와 속도를 유지하는 혼합모드의 능동제어방식(S50 내지 S57-2)로 구분되고, 토크모드와 속도모드 및 혼합모드의 3가지 타입이 적절히 조합되어 능동제어되는 회전형 툴을 이용하여 유압건설장비가 운전됨으로써 적절히 누르는 힘을 내기 위하여 회전형 툴의 토크 또는 속도 유지 시 수동 조작이 요구되지 않는다. 그러므로, 회전형 툴 능동자동제어방식으로 제어되는 회전형 툴을 적용한 유압건설장비(예, 암 파쇄기 유압건설장비 또는 트랜칭 커터 유압건설장비 또는 이들을 적용한 수중 건설로봇)는 대상 분쇄 작업 시 조작자(또는 운전자)의 숙련도가 요구되지 않으면서 반복 작업에 따른 피로 발생도 크게 줄어 들거나 없는 장점을 제공한다.

도 3을 참조하면, 툴 유압제어시스템(20)은 회전형 툴(1)과 연계됨으로써 회전형 툴(1)을 토크모드와 속도모드 및 혼합모드로 제어한다.

구체적으로, 상기 회전형 툴(1)은 회전력을 발생하는 유압모터를 갖추고, 1자유도 이상의 툴 암으로 회전형 툴(1)이 툴 암 끝단에 위치된 유압구동기(10)와 연계된다. 일례로, 상기 회전형 툴(1)은 암 파쇄기(1-1) 또는 트랜칭 커터(1-2)이고, 상기 유압구동기(10)는 롤 암 구동기(10-1) 또는 휠 구동기(10-2)이다.

구체적으로, 상기 툴 유압제어시스템(20)은 툴 누름 유압회로(30), 툴 속도 유압회로(40), 펌프(50), 컨트롤러(60)를 포함한다. 특히, 상기 툴 누름 유압회로(30)와 상기 툴 속도 유압회로(40) 중 하나는 펌프 유압라인으로 상기 펌프(50)와 연결되고, 다른 하나는 상기 펌프 유압라인에서 분기되어 상기 펌프(50)와 연결된다.

일례로, 상기 툴 누름 유압회로(30)는 유압이 순환하는 툴 유압라인으로 펌프(50)와 유압구동기(10)의 실린더를 이어주고, 유압을 펌프(50)에서 유압구동기(10)의 실린더 또는 유압구동기(10)의 실린더에서 펌프(50)로 흐르도록 상기 툴 유압라인을 개폐하는 툴 제어밸브(31)와 상기 툴 유압라인의 압력 크기를 검출하는 툴 압력센서(32)로 구성된다. 특히, 상기 툴 유압라인은 펌프(50)와 툴 제어밸브(31)를 1개의 라인으로 연결하는 반면 툴 제어밸브(31)와 유압구동기(10)의 실린더를 2개의 라인으로 구분해 연결함으로써 유압의 공급과 회수경로가 구분된다. 또한, 상기 툴 압력센서(32)는 툴 제어밸브(31)와 유압구동기(10)의 실린더의 공급경로와 회수경로에 각각 설치된다. 한편, 상기 툴 제어밸브(31)는 비례제어밸브 또는 서보밸브(servo valve)를 적용한다.

일례로, 상기 툴 속도 유압회로(40)는 유압이 순환하는 모터 유압라인으로 펌프(50)와 회전형 툴(1)의 모터를 이어주고, 유압을 펌프(50)에서 회전형 툴(1)의 모터 또는 회전형 툴(1)의 모터에서 펌프(50)로 흐르도록 상기 모터 유압라인을 개폐하는 모터 제어밸브(41)와 상기 모터 유압라인의 압력 크기를 검출하는 모터 압력센서(42) 및 상기 모터 유압라인의 유량을 검출하는 모터 유량센서(43)로 구성된다. 특히, 상기 모터 유압라인은 펌프(50)와 모터 제어밸브(41)를 1개의 라인으로 연결하는 반면 모터 제어밸브(41)와 회전형 툴(1)의 모터를 2개의 라인으로 구분해 연결함으로써 유압의 공급과 회수경로가 구분된다. 또한, 상기 모터 압력센서(42)는 모터 제어밸브(41)와 회전형 툴(1)의 모터의 공급경로와 회수경로에 각각 설치된다. 반면, 상기 모터 유량센서(43)는 모터 제어밸브(41)와 회전형 툴(1)의 모터의 공급경로와 회수경로 중 어느 하나에 설치된다. 한편, 상기 모터 제어밸브(41)는 비례제어밸브 또는 서보밸브(servo valve)를 적용한다.

일례로, 상기 펌프(50)는 유량펌프이고, 펌핑 압력을 검출하는 펌프 압력센서(52)가 구비된다.

일례로, 상기 컨트롤러(60)는 PID(Proportional Integral Differential) duty를 출력하는 PID 제어기를 적용한다. 특히, 상기 컨트롤러(60)는 툴 제어밸브(31)를 개폐하여 유압구동기(10)의 회전형 툴(1)에 대한 누름력을 제어하면서 툴 압력센서(32)의 검출신호를 기반으로 툴 제어밸브(31)의 개폐경로를 전환하고, 모터 제어밸브(41)를 개폐하여 회전형 툴(1)의 회전속도를 제어하면서 모터 유량센서(42)의 검출신호를 기반으로 모터 제어밸브(41)의 개폐경로를 전환하며, 펌프 압력센서(52)의 검출신호를 기반으로 펌프(50)의 구동을 제어한다. 이에 더해, 상기 컨트롤러(60)는 회전형 툴(1)의 실린더에 구비된 힘 센서(또는 실린더 압력센서)의 검출신호를 기반으로 회전형 툴(1)이 분쇄대상에 가하는 누름력의 힘 세기를 파악하고, 회전형 툴(1)의 모터에 구비된 속도센서의 검출신호를 기반으로 회전형 툴(1)의 모터 회전수(revolution per minute)를 파악한다.

이하, 회전형 툴 능동자동제어의 실시예를 도 4 내지 도 8을 참조로 상세히 설명한다. 이하에서 언급되는 회전형 툴(1)은 암 파쇄기(1-1) 또는 트랜칭 커터(1-2)를 의미하며, 상기 암 파쇄기(1-1)와 상기 트랜칭 커터(1-2)의 구성요소 및 암 파쇄기 유압건설장비(100-1)나 트랜칭 커터 유압건설장비(100-2)의 구성요소는 툴 유압제어시스템(20)을 제외하고 기존 장비와 동일하므로 본 발명의 동작에 관계되지 않는 구성요소의 언급은 생략한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, S10은 분쇄대상에 접근한 회전형 툴(1)이 가동되는 단계이고, S20은 회전형 툴(1)의 가동으로 회전형 툴(1)의 누름력(롤 암에 의한 분쇄대상 압착력) 및 모터회전속도가 발생되는 단계이다. 이 단계에서 컨트롤러(60)는 회전형 툴(1)의 실린더에서 발생한 누름력 크기와 회전형 툴(1)의 모터에서 발생한 회전속도를 각각 파악하여, 툴 유압제어시스템(20)의 동작여부를 판단한다. 그 결과, 상기 컨트롤러(60)는 툴 누름 유압회로(30)에 의한 토크모드 또는 툴 속도 유압회로(40)에 의한 토크모드 또는 툴 누름 유압회로(30)와 툴 속도 유압회로(40)에 의한 혼합모드를 결정한다.

한편, S30은 토크모드로서 토크 제어가 이루어지는 단계이고, S31 내지 S37의 단계로 수행되며, 도 4로 예시된다. 이 경우, 회전형 툴(1)이 분쇄 대상에 가하는 압착력을 높여주는 토크 상승 제어로 가정한다.

S31은 실린더 부하압력을 검출하는 단계이고, S32는 실린더 작업토크 계산이 이루어지는 단계이며, S33은 목표토크와 작업토크가 비교되는 단계이고, S34는 추종토크 계산이 이루어지는 단계이다. 이 경우, 컨트롤러(60)는 목표토크에서 작업토크의 차이값으로 추종토크를 계산하고, 계산 결과 작업토크가 목표토크와 차이를 갖지 않는 경우 S10으로 복귀되는 반면 작업토크가 목표토크와 차이를 갖는 경우 툴 누름 유압회로(30)로 토크모드를 수행한다.

S35는 추종토크로 작업토크 제어가 이루어짐으로써 회전형 툴(1)이 이동되는 단계이고, S36은 목표토크 추종이 지속되는 단계이며, S37은 회전형 툴(1)의 이동이 완료되는 단계이다. 이 경우, 컨트롤러(60)는 유압구동기(10)의 실린더를 작동시키기 위해 툴 누름 유압회로(30)를 이용한다. 이를 위해, 상기 컨트롤러(60)는 펌프(50)를 구동하면서 툴 제어밸브(31)에서 유압구동기(10)의 실린더로 이어진 공급경로와 유압구동기(10)의 실린더에서 툴 제어밸브(31)로 이어진 회수경로를 오픈(open)한다. 그 결과, 펌프(50)와 툴 제어밸브(31) 및 유압구동기(10)의 실린더 사이에 형성된 유압이 유압구동기(10)를 동작시킴으로써 회전형 툴(1)이 분쇄 대상쪽으로 이동한다. 그러므로, 회전형 툴(1)이 분쇄 대상에 가하는 압착력은 올라간다.

이때, 상기 컨트롤러(60)는 툴 압력센서(32)의 검출신호를 기반으로 PID duty 출력을 변경함으로써 툴 제어밸브(31)의 오픈 정도를 조절하고, 펌프 압력센서(52)의 검출신호를 기반으로 펌프(50)의 구동 속도를 제어한다.

한편, S40은 속도모드로서 속도 제어가 이루어지는 단계이고, S41 내지 S47의 단계로 수행되며, 도 5로 예시된다. 이 경우, 회전형 툴(1)이 분쇄 대상에 가하는 회전속도를 높여주는 속도 상승 제어로 가정한다.

S41은 모터 회전속도를 검출하는 단계이고, S32는 모터 작업회전속도 계산이 이루어지는 단계이며, S33은 목표회전속도와 작업회전속도가 비교되는 단계이고, S34는 추종회전속도 계산이 이루어지는 단계이다. 이 경우, 컨트롤러(60)는 목표회전속도에서 작업회전속도의 차이값으로 추종회전속도를 계산하고, 계산 결과 작업회전속도가 목표회전속도와 차이를 갖지 않는 경우 S10으로 복귀되는 반면 작업회전속도가 목표회전속도와 차이를 갖는 경우 롤 속도 유압회로(40)로 속도모드를 수행한다.

S45는 추종회전속도로 작업회전속도 제어가 이루어짐으로써 회전형 툴(1)의 회전속도가 변화되는 단계이고, S46은 목표회전속도 추종이 지속되는 단계이며, S47은 회전형 툴(1)의 회전속도 상승이 완료되는 단계이다. 이 경우, 컨트롤러(60)는 유압구동기(10)의 모터를 작동시키기 위해 툴 속도 유압회로(40)를 이용한다. 이를 위해, 상기 컨트롤러(60)는 펌프(50)를 구동하면서 모터 제어밸브(41)에서 회전형 툴(1)의 모터로 이어진 공급경로와 회전형 툴(1)의 모터에서 모터 제어밸브(41)로 이어진 회수경로를 오픈(open)한다. 그 결과, 펌프(50)와 모터 제어밸브(41) 및 회전형 툴(1)의 모터 사이에 형성된 유압이회전형 툴(1)의 모터를 빠르게 회전시킴으로써 회전형 툴(1)이 분쇄 대상에 가하는 회전력이 상승된다.

이때, 상기 컨트롤러(60)는 모터 압력센서(42)와 모터 유량센서(43)의 각 검출신호를 기반으로 PID duty 출력을 변경함으로써 모터 제어밸브(41)의 오픈 정도를 조절하고, 펌프 압력센서(52)의 검출신호를 기반으로 펌프(50)의 구동 속도를 제어한다.

한편, S50은 혼합모드로서 토크/속도 동시제어가 이루어지는 단계이고, S51 내지 S57-2의 단계로 수행되며, 도 6으로 예시된다. 이 경우, 회전형 툴(1)이 분쇄 대상에 가하는 압착력을 높여주는 토크 상승 제어 및 회전형 툴(1)이 분쇄 대상에 가하는 회전속도를 높여주는 속도 상승 제어로 가정한다.

S51은 실린더 부하압력 및 모터 회전속도를 각각 검출하는 단계이고, S52는 실린더 작업토크 및 모터 작업회전속도 계산이 각각 이루어지는 단계이며, S53은 목표토크와 작업토크 및 목표회전속도와 작업회전속도가 비교되는 단계이고, S34는 추종토크 및 추종회전속도 계산이 이루어지는 단계이다. 이 경우, 컨트롤러(60)는 목표토크에서 작업토크의 차이값 및 목표회전속도에서 작업회전속도의 차이값으로 추종토크를 계산하고, 계산 결과 작업토크가 목표토크와 차이를 갖고 더불어 작업회전속도가 목표회전속도와 차이를 갖는 경우 툴 누름 유압회로(30)를 동작시키고 동시에 롤 속도 유압회로(40)를 동작시켜 혼합모드를 수행한다.

S55-1은 추종토크로 작업토크 제어가 이루어짐으로써 회전형 툴(1)이 이동되는 단계이고, S36은 목표토크 추종이 지속되는 단계이며, S37은 회전형 툴(1)의 이동이 완료되는 단계이다. 또한, S55-2는 추종회전속도로 작업회전속도 제어가 이루어짐으로써 회전형 툴(1)의 회전속도가 변화되는 단계이고, S56-2는 목표회전속도 추종이 지속되는 단계이며, S57-2는 회전형 툴(1)의 회전속도 상승이 완료되는 단계이다. 이 경우, 컨트롤러(60)는 유압구동기(10)의 실린더를 작동시키기 위해 툴 누름 유압회로(30)를 이용하고 동시에 회전형 툴(1)의 모터를 회전시키기 위해 롤 속도 유압회로(40)를 이용한다. 이를 위해, 상기 컨트롤러(60)는 펌프(50)를 구동하면서 툴 제어밸브(31)에서 유압구동기(10)의 실린더로 이어진 공급경로와 유압구동기(10)의 실린더에서 툴 제어밸브(31)로 이어진 회수경로를 오픈(open)하고 동시에 모터 제어밸브(41)에서 회전형 툴(1)의 모터로 이어진 공급경로와 회전형 툴(1)의 모터에서 모터 제어밸브(41)로 이어진 회수경로를 오픈(open)한다. 그 결과, 펌프(50)와 툴 제어밸브(31) 및 유압구동기(10)의 실린더 사이에 형성된 유압이 유압구동기(10)를 동작시킴으로써 회전형 툴(1)이 분쇄 대상에 가하는 압착력은 올라가고 동시에 회전형 툴(1)이 분쇄 대상에 가하는 회전력이 상승된다.

이때, 상기 컨트롤러(60)는 툴 압력센서(32)의 검출신호를 기반으로 하고 더불어 모터 압력센서(42)와 모터 유량센서(43)의 각 검출신호를 기반으로 PID duty 출력을 변경함으로써 툴 제어밸브(31) 및 모터 제어밸브(41)의 오픈 정도를 조절하고, 펌프 압력센서(52)의 검출신호를 기반으로 펌프(50)의 구동 속도를 제어한다.

한편, S60은 회전형 툴이 가동중지되는 단계이다. 이 경우, 컨트롤러(60)는 초기화된다.

한편, 도 7은 툴 유압제어시스템(20)과 휠 구동기(10-2)가 적용된 회전형 툴(1)을 암 파쇄기(1-1)로 구성한 암 파쇄기 유압건설장비(100-1)의 예이다. 이 경우, 상기 툴 유압제어시스템(20)은 도 2에서 기술된 툴 누름 유압회로(30), 툴 속도 유압회로(40), 펌프(50), 컨트롤러(60)로 구성되고, 상기 컨트롤러(60)는 토크모드와 속도모드 및 혼합모드의 3가지 타입이 적절히 조합된 회전형 툴 능동자동제어로 상기 툴 유압제어시스템(20)을 제어한다. 그러므로, 상기 암 파쇄기 유압건설장비(100-1)는 휠 구동기(10-2)의 전후진 이동으로 암 파쇄기(1-1)가 분쇄대상에 대한 압착력을 제어하고 동시에 암 파쇄기(1-1)의 모터 회전속도를 제어하며, 이러한 제어 시 조작자(또는 운전자)의 숙련도가 요구되는 수동조작이 필요 없으면서 반복 작업에 따른 피로 발생도 크게 줄어들거나 없게 된다.

한편, 도 8은 툴 유압제어시스템(20)과 롤 암 구동기(10-1)가 적용된 회전형 툴(1)을 트랜칭 커터(1-2)로 구성한 트랜칭 커터 유압건설장비(100-2)의 예이다. 이 경우, 상기 툴 유압제어시스템(20)은 도 2에서 기술된 툴 누름 유압회로(30), 툴 속도 유압회로(40), 펌프(50), 컨트롤러(60)로 구성되고, 상기 컨트롤러(60)는 토크모드와 속도모드 및 혼합모드의 3가지 타입이 적절히 조합된 회전형 툴 능동자동제어로 상기 툴 유압제어시스템(20)을 제어한다. 그러므로, 상기 트랜칭 커터 유압건설장비(100-2)는 롤 암 구동기(10-1)의 전후진 이동으로 트랜칭 커터(1-2)가 분쇄대상에 대한 압착력을 제어하고 동시에 트랜칭 커터(1-2)의 모터 회전속도를 제어하며, 이러한 제어 시 조작자(또는 운전자)의 숙련도가 요구되는 수동조작이 필요 없으면서 반복 작업에 따른 피로 발생도 크게 줄어들거나 없게 된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 회전형 툴 능동자동제어방법은 밸브(31,41)와 센서(32,42,43,53)에 연계된 컨트롤러(60)가 회전형 툴(1)의 토크와 속도의 반비례관계를 이용하고, 대상물을 분쇄하는 회전형 툴(1)의 작업토크를 제어하는 토크모드 또는 작업회전속도를 제어하는 속도모드 또는 작업토크와 작업회전속도를 동시에 제어하는 혼합모드의 적용을 판단하며, 토크모드 또는 속도모드 또는 혼합모드로 회전형 툴(1)이 대상물에서 바운싱되거나 정지되지 않도록 지속적으로 제어되고, 3가지 타입의 모드를 암 파쇄기 유압건설장비(100-1) 또는 트랜칭 커터 유압건설장비(100-2)가 구현함으로써 회전형 툴(1)을 누르는 힘 제어에 조작자(또는 운전자)의 숙련도가 요구되지 않으면서 반복 작업에 따른 피로 발생도 없는 장점을 구현한다.

1 : 회전형 툴 1-1 : 암 파쇄기
1-2 : 트랜칭 커터 10 : 유압구동기
10-1 : 롤 암 구동기 10-2 : 휠 구동기
20 : 툴 유압제어시스템 30 : 툴 누름 유압회로
31 : 툴 제어밸브 32 : 툴 압력센서
40 : 툴 속도 유압회로 41 : 모터 제어밸브
42 : 모터 압력센서 43 : 모터 유량센서
50 : 펌프 52 : 펌프 압력센서
60 : 컨트롤러
100-1 : 암 파쇄기 유압건설장비
100-2 : 트랜칭 커터 유압건설장비

Claims

(A) 대상물을 분쇄하는 회전형 툴이 상기 대상물을 누르는 토크와 상기 대상물을 분쇄하는 회전속도를 컨트롤러가 검출하고, 상기 검출된 토크를 작업토크로 정의하며, 상기 검출된 회전속도를 작업회전속도로 정의하는 단계;
(B) 상기 작업토크를 제어하는 토크모드 또는 상기 작업회전속도를 제어하는 속도모드 또는 상기 작업토크와 상기 작업회전속도를 동시에 제어하는 혼합모드의 적용여부를 판단하는 단계;
(C) 상기 회전형 툴이 상기 대상물에서 바운싱되거나 정지되지 않도록 상기 토크와 상기 회전속도가 상기 토크모드와 상기 속도모드 및 상기 혼합모드의 어느 하나에 의해 지속적으로 제어 및 유지되는 단계;로 수행되고,
상기 혼합모드는, (c-1) 상기 작업토크를 상기 회전형 툴의 실린더에 걸리는 실린더 부하압력 검출로 계산하고 더불어 상기 작업회전속도를 상기 회전형 툴의 모터의 회전속도검출로 계산하는 단계, (c-2) 상기 작업토크가 상기 회전형 툴의 목표토크와 일치하는지 판단하고 더불어 상기 작업회전속도가 상기 회전형 툴의 목표회전속도와 일치하는지 판단하는 단계, (c-3) 상기 작업토크와 상기 목표토크의 일치하지 않는 토크 차이 값으로 정의된 추종토크로 상기 작업토크를 상기 목표토크와 일치시켜주고 더불어 상기 작업회전속도와 상기 목표회전속도의 일치하지 않는 속도 차이 값으로 정의된 추종회전속도로 상기 작업회전속도를 상기 목표회전속도와 일치시켜주는 추종제어 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 토크는 상기 회전형 툴의 실린더가 유압에 의해 이동되어 상기 대상물에 상기 회전형 툴이 압착되는 힘인 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 회전속도는 상기 회전형 툴의 모터가 유압에 의해 회전되어 상기 대상물을 상기 회전형 툴이 분쇄하는 속도인 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 토크모드는, (a-1) 상기 작업토크를 상기 회전형 툴의 실린더에 걸리는 실린더 부하압력 검출로 계산하는 단계, (a-2) 상기 작업토크가 상기 회전형 툴의 목표토크와 일치하는지 판단하는 단계, (a-3) 상기 작업토크와 상기 목표토크가 일치하지 않는 토크 차이 값을 추종토크로 정의하고, 상기 추종토크로 상기 작업토크를 상기 목표토크와 일치시켜주는 추종제어 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 토크 차이 값은 상기 목표토크에서 상기 작업토크를 뺀 값인 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 추종제어는 PID(Proportional Integral Differential) duty로 수행되는 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 속도모드는, (b-1) 상기 작업회전속도를 상기 회전형 툴의 모터의 회전속도검출로 계산하는 단계, (b-2) 상기 작업회전속도가 상기 회전형 툴의 목표회전속도와 일치하는지 판단하는 단계, (b-3) 상기 작업회전속도와 상기 목표회전속도가 일치하지 않는 속도 차이 값을 추종회전속도로 정의하고, 상기 추종회전속도로 상기 작업회전속도를 상기 목표회전속도와 일치시켜주는 추종제어 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
청구항 7에 있어서, 상기 속도 차이 값은 상기 목표회전속도에서 상기 작업회전속도를 뺀 값인 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
청구항 7에 있어서, 상기 추종제어는 PID(Proportional Integral Differential) duty로 수행되는 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 토크 차이 값은 상기 목표토크에서 상기 작업토크를 뺀 값이고, 상기 속도 차이 값은 상기 목표회전속도에서 상기 작업회전속도를 뺀 값 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 추종제어는 PID(Proportional Integral Differential) duty로 수행되는 것을 특징으로 하는 회전형 툴 능동자동제어방법.
대상물에 압착되는 토크를 가한 상태에서 상기 대상물을 분쇄하는 회전력이 발생되는 회전형 툴;
상기 회전형 툴의 실린더를 유압으로 구동하여 상기 토크가 발생되도록 하고, 상기 회전형 툴의 모터를 유압으로 구동하여 상기 회전력을 위한 회전속도가 발생되도록 하는 툴 유압제어시스템;
청구항 1 내지 청구항 9 와 청구항 11 및 청구항 12 중 어느 한 항에 의한 회전형 툴 능동자동제어 방법으로 상기 툴 유압제어시스템을 지속적으로 제어하고, 상기 툴 유압제어시스템의 제어로 상기 회전형 툴이 대상물에서 바운싱되거나 정지되지 않도록 해주는 컨트롤러;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압건설장비.
청구항 13에 있어서, 상기 툴 유압제어시스템은 상기 실린더에 툴 유압라인으로 연결된 툴 누름 유압회로, 상기 모터에 모터 유압라인으로 연결된 툴 속도 유압회로를 포함하고;
상기 컨트롤러는 펌프를 구동하여 상기 툴 누름 유압회로와 상기 툴 속도 유압회로의 유압 흐름을 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 유압건설장비.
청구항 14에 있어서, 상기 툴 누름 유압회로와 상기 툴 속도 유압회로 중 하나는 펌프 유압라인으로 상기 펌프와 연결되고, 다른 하나는 상기 펌프 유압라인에서 분기되어 상기 펌프와 연결된 것을 특징으로 하는 유압건설장비.
청구항 14에 있어서, 상기 툴 누름 유압회로는 상기 컨트롤러의 제어로 상기 툴 유압라인을 개폐하는 툴 제어밸브, 상기 툴 유압라인의 압력을 검출하여 상기 컨트롤러로 전송하는 툴 압력센서로 구성된 것을 특징으로 하는 유압건설장비.
청구항 16에 있어서, 상기 툴 제어밸브는 비례제어밸브 또는 서보밸브(servo valve)인 것을 특징으로 하는 유압건설장비.
청구항 14에 있어서, 상기 툴 속도 유압회로는 상기 컨트롤러의 제어로 상기 모터 유압라인을 개폐하는 모터 제어밸브, 상기 모터 유압라인의 압력을 검출하여 상기 컨트롤러로 전송하는 모터 압력센서, 상기 모터 유압라인의 유량을 검출하여 상기 컨트롤러로 전송하는 모터 유량센서로 구성된 것을 특징으로 하는 유압건설장비.
청구항 18에 있어서, 상기 모터 제어밸브는 비례제어밸브 또는 서보밸브(servo valve)인 것을 특징으로 하는 유압건설장비.
청구항 13에 있어서, 상기 컨트롤러는 PID(Proportional Integral Differential) duty를 출력하는 것을 특징으로 하는 유압건설장비.