KR101779525B1

KR101779525B1 - 작업 차량 및 틸트 각도의 취득 방법

Info

Publication number: KR101779525B1
Application number: KR1020167012543A
Authority: KR
Inventors: 유토 후지이; 쓰토무 이와무라; 다이키 아리마쓰; 가쓰히로 이케가미; 마사노부 세키
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-09-18
Also published as: WO2016076444A1; JP6058218B2; KR20170069174A; CN105829616B; US20170167116A1; DE112015000241B4; US9689145B1; CN105829616A; JPWO2016076444A1; DE112015000241T5

Abstract

유압 셔블(CM)은, 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)와, 버킷 정보 연산부(282A)를 구비한다. 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)는, 틸트 실린더(30)의 배치가, 버킷(8)을 차량 본체(1) 측으로부터 본 경우에, 신장에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제1 배치 P1과 수축에 의해 버킷(8)을 반시계 회전 방향으로 회동시키는 제2 배치 P2 중 어느 하나인지를 나타내는 틸트 실린더 배치 데이터를 생성한다. 버킷 정보 연산부(282A)는, 틸트 실린더 배치 데이터에 기초하여, 스트로크 길이로부터 버킷(8)의 틸트 각도 δ를 취득한다.

Description

작업 차량 및 틸트 각도의 취득 방법{WORK VEHICLE AND METHOD FOR OBTAINING TILT ANGLE}

본 발명은, 작업 차량(work vehicle) 및 틸트 각도(tilt angle)의 취득 방법에 관한 것이다

종래, 틸트 축(tilt axis)을 중심으로 하여 회동(回動) 가능한 틸트식 버킷(bucket)을 구비하는 작업 차량이 알려져 있다. 틸트식 버킷은, 버킷에 연결되는 틸트 실린더에 의해 회동된다.

여기서, 틸트 축을 중심으로 하는 버킷의 회전 각도인 틸트 각도를 취득하기 위해, 버킷의 경사각을 검출하는 경사각 센서를 버킷에 장착하는 방법이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조).

일본 공개특허 제2014―55407호 공보

경사각 센서로서, 예를 들면, 버킷의 움직임에 따른 액면(液面)의 변화에 기초하여 경사 각도를 검출하는 액식(液式)의 경사각 센서가 있다. 액식의 경사각 센서를 사용한 경우, 붐(boom), 암(arm) 등의 작업기(work machine)의 동작에 따른 버킷의 자세 차제에서는, 틸트 각도 데이터를 취득하는 것이 곤란하게 되어, 양호한 정밀도의 틸트 각도 데이터 양호한 정밀도로 검출할 수 없게 될 가능성이 있다.

그래서, 틸트 실린더의 스트로크(stroke) 길이를 검출하고, 여현(餘弦; cosine) 정리를 이용하여 스트로크 길이로부터 틸트 각도를 산출하는 방법을 생각할 수 있다. 이 방법에 의하면, 버킷의 자세에 의존하지 않고, 틸트 각도를 양호한 정밀도로 검출할 수 있다. 그러나, 버킷을 차량 본체 측으로부터 본 경우, 틸트 실린더가, 신장(伸張)에 의해 버킷을 시계 회전 방향으로 회동시키도록 배치되어 있는지, 수축에 의해 버킷을 시계 회전 방향으로 회동시키도록 배치되어 있는지에 따라, 틸트 각도의 산출 방법이 상이하므로, 틸트 실린더의 배치를 오퍼레이터가 미리 입력하지 않으면 안되므로 번거롭다.

본 발명은, 전술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 틸트 각도를 간편하게 취득 가능한 작업 차량 및 틸트 각도의 취득 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1 태양(態樣)에 관한 작업 차량은, 차량 본체와, 작업기와, 틸트 실린더와, 스트로크 길이 검출부와, 틸트 실린더 배치 데이터 생성부와, 버킷 정보 연산부를 구비한다. 작업기는, 틸트 축을 중심으로 하여 회동 가능한 버킷을 가진다. 틸트 실린더는, 틸트 축을 중심으로 하여 버킷을 회동시킨다. 스트로크 길이 검출부는, 틸트 실린더의 스트로크 길이를 검출한다. 틸트 실린더 배치 데이터 생성부는, 틸트 실린더의 배치가, 버킷을 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 신장에 의해 버킷을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제1 배치와, 수축에 의해 버킷을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제2 배치 중 어느 하나인지를 나타내는 틸트 실린더 배치 데이터를 생성한다. 버킷 정보 연산부는, 틸트 실린더 배치 데이터에 기초하여, 스트로크 길이로부터 버킷의 틸트 각도를 취득한다.

제1 태양에 관한 작업 차량에 의하면, 틸트 실린더가 제1 배치인지 제2 배치인지에 따른 적절한 틸트 각도의 산출 방법을 이용할 수 있으므로, 틸트 각도를 간편하게 취득할 수 있다.

제2 태양에 관한 작업 차량은, 표시부와, 표시 제어부를 구비한다. 표시 제어부는, 제1 배치인지, 제2 배치인지를 선택하게 하는 선택 화면을 표시부에 표시되게 한다. 틸트 실린더 배치 데이터 생성부는, 선택 화면에 의한 선택 결과에 기초하여, 틸트 실린더 배치 데이터를 생성한다.

제3 태양에 관한 작업 차량은, 제2 태양에 관한 것이며, 상기 표시 제어부는, 상기 버킷을 상기 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 상기 틸트 실린더 중 상기 버킷에 연결되는 제1 단부(端部)가 상기 틸트 축보다 좌측 방향에 위치하고, 또한 상기 틸트 실린더 중 상기 제1 단부의 반대에 설치되는 제2 단부가 상기 틸트 축과 상기 제1 단부를 연결하는 연결선보다 아래쪽에 위치하는 제1 패턴과, 상기 버킷을 상기 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 상기 제1 단부가 상기 틸트 축보다 우측에 위치하고, 또한 상기 제2 단부가 상기 연결선보다 위쪽에 위치하는 제2 패턴을 상기 제1 배치로 하여 상기 표시부에 표시되게 한다. 표시 제어부는, 상기 버킷을 상기 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 상기 제1 단부가 상기 틸트 축보다 우측에 위치하고, 또한 상기 제2 단부가 상기 연결선보다 아래쪽에 위치하는 제3 패턴과, 상기 버킷을 상기 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 상기 제1 단부가 상기 틸트 축보다 좌측 방향에 위치하고, 또한 상기 제2 단부가 상기 연결선보다 위쪽에 위치하는 제4 패턴을 상기 제2 배치로 하여 상기 표시부에 표시되게 한다.

제4 태양에 관한 작업 차량은, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 태양에 관한 것이며, 버킷 정보 연산부는, 상기 틸트 실린더 배치 데이터에 기초하여, 상기 제1 배치에 대응하는 제1 연산식과 상기 제2 배치에 대응하는 제2 연산식 중 한쪽을 선택하고, 선택한 연산식을 이용하여 상기 스트로크 길이로부터 상기 버킷의 틸트 각도를 취득한다.

제5 태양에 관한 작업 차량은, 제2 또는 제3 태양에 관한 것이며, 표시 제어부는, 틸트 실린더 배치 데이터를 나타내는 버킷 파일을 표시부에 표시되게 한다. 틸트 실린더 배치 데이터 생성부는, 상기 버킷 파일의 선택 결과에 기초하여, 상기 틸트 실린더 배치 데이터를 취득한다.

제6 태양에 관한 틸트 각도의 취득 방법은, 차량 본체의 전방에 배치된 버킷을 회동시키는 틸트 실린더의 배치가, 버킷을 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 신장에 의해 버킷을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제1 배치와, 수축에 의해 버킷을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제2 배치 중 어느 하나인지를 나타내는 틸트 실린더 배치 데이터를 생성하는 단계와, 틸트 실린더 배치 데이터에 기초하여, 틸트 실린더의 스트로크 길이로부터 버킷의 틸트 각도를 취득하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 틸트 각도를 간편하게 취득 가능한 작업 차량 및 틸트 각도의 취득 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 유압 셔블(hydraulic shovel)을 나타낸 사시도이다.
도 2는 틸트 실린더 및 버킷 주변의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 3은 차량 본체 측으로부터 본 틸트 실린더 및 버킷 주변의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 4는 차량 본체 측으로부터 본 틸트 실린더 및 버킷 주변의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 5는 차량 본체 측으로부터 본 틸트 실린더 및 버킷 주변의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 6은 차량 본체 측으로부터 본 틸트 실린더 및 버킷 주변의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 7은 유압 셔블을 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 8은 유압 셔블을 모식적으로 나타낸 배면도이다.
도 9는 유압 셔블을 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 10은 버킷을 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 11은 버킷을 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 12는 제어 시스템의 기능 구성을 나타낸 블록도이다.
도 13은 틸트 각도의 취득 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 14는 틸트 각도의 취득 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 15는 차량 본체 측으로부터 본 틸트 실린더의 제1 배치와 제2 배치의 선택 화면을 나타낸 도면이다.
도 16은 표시부의 치수 입력 화면을 나타낸 도면이다.
도 17은 틸트 각도의 취득 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 18은 표시부의 다른 선택 화면을 나타낸 도면이다.

[유압 셔블(CM)의 전체 구성]

이하, 실시형태에 관한 작업 차량의 일례로서 유압 셔블(CM)의 구성에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서는, 글로벌 좌표계 및 로컬 좌표계 각각을 참조하면서 각각의 구성의 위치 관계에 대하여 설명한다.

글로벌 좌표계는, 작업 영역에 위치하고, 지구에 고정된 원점 Pg(도 7 참조)를 기준으로 하는 좌표계이다. 글로벌 좌표계는, XgYgZg 직교 좌표계에 의해 규정된다. Xg축 방향은 수평면 내의 일방향이며, Yg축 방향은 수평면 내에 있어서 Xg축 방향에 직교하는 방향이며, Zg축 방향은 Xg축 방향 및 Yg축 방향 각각과 직교하는 방향이다. 따라서, Xg축은 YgZg 평면과 직교하고, Yg축은 XgZg 평면과 직교하고, Zg축은 XgYg 평면과 직교한다. XgYg 평면은 수평면과 평행하며, Zg축 방향은 연직(沿直) 방향이다. 또한, Xg축, Yg축, 및 Zg축 주위의 회동 방향 각각은, θXg, θYg 및 θZg 방향이다.

로컬 좌표계는, 유압 셔블(CM)의 차량 본체(1)에 고정된 원점 P0(도 7 참조)을 기준으로 하는 좌표계이다. 로컬 좌표계의 기준 위치인 원점 P0은, 선회체(旋回體)(3)의 선회 중심 AX에 위치한다. 로컬 좌표계는, XYZ 직교 좌표계에 의해 규정된다. X축 방향은 소정의 평면 내의 일방향이며, Y축 방향은 소정의 평면 내에 있어서 X축 방향에 직교하는 방향이며, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향 각각과 직교하는 방향이다. X축은 YZ 평면과 직교하고, Y축은 XZ 평면과 직교하고, Z축은 XY 평면과 직교한다. 또한, X축, Y축, 및 Z축 주위의 회동 방향 각각은, θx, θy, 및 θz 방향이다.

도 1은, 유압 셔블(CM)의 전체 구성을 나타낸 사시도이다. 유압 셔블(CM)은, 차량 본체(1)와 작업기(2)를 구비한다. 유압 셔블(CM)에는, 굴삭 제어를 실행하는 제어 시스템(200)이 탑재되어 있다.

이하의 설명에 있어서, 「전」「후」「좌」「우」란, 차량 본체(1)에서 볼 때 작업기(2)의 장착 위치를 전방향으로 했을 때의 위치 관계로 정의된다. 전후 방향은, X축 방향이며, 좌우 방향은, Y축 방향이다. 좌우 방향은, 차량의 폭 방향(이하, 「차폭 방향」이라고 함)에 일치한다.

차량 본체(1)는, 선회체(3), 운전실(4) 및 주행 장치(5)를 가진다. 선회체(3)는, 주행 장치(5) 상에 배치된다. 주행 장치(5)는, 선회체(3)를 지지한다. 선회체(3)는, 선회축(旋回軸) AX를 중심으로 선회 가능하다. 운전실(4)에는, 오퍼레이터가 착석하는 운전석(4S)이 설치된다. 오퍼레이터는, 운전실(4)에 있어서 유압 셔블(CM)을 조작한다. 주행 장치(5)는, 한 쌍의 크롤러 트랙(crawler track)(5cr)을 가진다. 한 쌍의 크롤러 트랙(5cr)의 회전에 의해, 유압 셔블(CM)은 주행한다.

선회체(3)는, 엔진 및 유압(油壓) 펌프 등이 수용되는 엔진룸(9)과, 선회체(3)의 후부에 설치되는 카운터웨이트(counterweight)를 가진다. 선회체(3)에는, 엔진룸(9)의 전방에 난간(22)이 설치된다.

작업기(2)는, 선회체(3)에 접속된다. 작업기(2)는, 붐(6), 암(7), 버킷(8), 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 틸트 실린더(버킷 틸트 실린더)(30)를 가진다.

붐(6)은, 붐 핀(boom pin)(13)을 통하여 선회체(3)에 접속된다. 암(7)은, 암 핀(arm pin)(14)을 통하여 붐(6)에 접속된다. 버킷(8)은, 버킷 핀(bucket pin)(15) 및 틸트 핀(80)을 통하여 암(7)에 접속된다. 붐 실린더(10)는, 붐(6)을 구동시킨다. 암 실린더(11)는, 암(7)을 구동시킨다. 버킷 실린더(12) 및 틸트 실린더(30)는, 버킷(8)을 구동시킨다. 붐(6)의 기단부(基端部)는, 선회체(3)에 접속된다. 붐(6)의 선단부는, 암(7)의 기단부에 접속된다. 암(7)의 선단부는, 버킷(8)의 기단부에 접속된다. 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 틸트 실린더(30) 각각은, 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더이다.

작업기(2)는, 제1 스트로크 센서(16), 제2 스트로크 센서(17), 제3 스트로크 센서(18) 및 제4 스트로크 센서(19)를 가진다. 제1 스트로크 센서(16)는, 붐 실린더(10)에 배치되고, 붐 실린더(10)의 스트로크 길이(이하, 「붐 실린더 길이」라고 함)를 검출한다. 제2 스트로크 센서(17)는, 암 실린더(11)에 배치되고, 암 실린더(11)의 스트로크 길이(이하, 「암 실린더 길이」라고 함)를 검출한다. 제3 스트로크 센서(18)는, 버킷 실린더(12)에 배치되고, 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이(이하, 「버킷 실린더 길이」라고 함)를 검출한다. 제4 스트로크 센서(19)는, 틸트 실린더(30)에 배치되고, 틸트 실린더(30)의 스트로크 길이(이하, 「틸트 실린더 길이」라고 함)를 검출한다.

제4 스트로크 센서(19)는, 본 실시형태에 관한 「스트로크 길이 검출부」의 일례이다. 버킷(8), 틸트 실린더(30) 및 제4 스트로크 센서(19)는, 본 실시형태에 관한 「버킷 장치」를 구성한다.

붐(6)은, 회동축(回動軸)인 붐 축(J1)을 중심으로 선회체(3)에 대하여 회동 가능하다. 암(7)은, 붐 축(J1)과 평행한 회동축인 암 축(J2)을 중심으로 붐(6)에 대하여 회동 가능하다. 버킷(8)은, 붐 축(J1) 및 암 축(J2)과 평행한 회동축인 버킷축(J3)을 중심으로 암(7)에 대하여 회동 가능하다. 버킷(8)은, 버킷축(J3)과 직교하는 회동축인 틸트 축(J4)을 중심으로 암(7)에 대하여 회동 가능하다. 붐 핀(13)은, 붐 축(J1)을 가진다. 암 핀(14)은, 암 축(J2)을 가진다. 버킷 핀(15)은, 버킷축(J3)을 가진다. 틸트 핀(80)은, 틸트 축(J4)을 가진다.

붐 축(J1), 암 축(J2), 및 버킷축(J3) 각각은, Y축과 평행이다. 틸트 축(J4)은, Y축과 수직이다. 붐(6), 암(7) 및 버킷(8) 각각은, θy 방향으로 회동 가능하다.

[버킷(8)의 구성]

다음에, 버킷(8)의 구성에 대하여 설명한다. 도 2는, 틸트 축(J4)에 수직인 직경 방향으로부터 본 틸트 실린더(30) 및 버킷(8) 주변의 구성을 나타낸 측단면도이다. 도 3은, 틸트 축(J4)에 평행한 축 방향으로부터 본 틸트 실린더(30) 및 버킷(8) 주변의 구성을 나타낸 정면도이다.

도 2에서는, 기준 위치에 배치된 버킷(8)이 도시되어 있다. 도 3에서는, 차량 본체(1) 측으로부터 본 버킷(8)이 도시되어 있다. 도 3에서는, 기준 위치에 배치된 버킷(8)이 실선으로 도시되어 좌우의 틸트 엔드 위치까지 틸트한 버킷(8)이 파선(破線)으로 도시되어 있다. 버킷(8)의 기준 위치란, 틸트 축(J4)이 수평면에 포함되는 것으로 상정했을 때 버킷(8)의 상변 또는 하변이 수평면과 평행하게 되는 상태에서의 버킷(8)의 위치를 말한다. 버킷(8)의 기준 위치에서는, 버킷(8)의 틸트 각도가 「0°」로 된다. 틸트 엔드 위치란, 버킷(8)이 최대 틸트 각도까지 틸트했을 때의 버킷(8)의 위치를 의미한다.

버킷(8)은, 틸트식 버킷이다. 작업기(2)는, 버킷축(J3) 및 버킷축(J3)과 직교하는 틸트 축(J4) 각각을 중심으로 암(7)에 대하여 회동 가능한 버킷(8)을 가진다. 버킷(8)은, 버킷 핀(15)의 버킷축(J3)을 중심으로 하여 회동 가능하게 암(7)에 지지되어 있다. 버킷(8)은, 틸트 핀(80)의 틸트 축(J4)을 중심으로 하여 회동 가능하게 암(7)에 지지된다.

버킷(8)은, 접속 부재(90)를 통하여, 암(7)의 선단부에 접속된다. 버킷 핀(15)은, 암(7)과 접속 부재(90)를 연결한다. 틸트 핀(80)은, 접속 부재(90)와 버킷(8)을 연결한다. 버킷(8)은, 접속 부재(90)를 통하여, 암(7)에 회동 가능하게 접속된다.

버킷(8)은, 바닥판(81), 배면판(82), 상판(83), 좌측판(84) 및 우측판(85)을 가진다. 바닥판(81), 상판(83), 좌측판(84) 및 우측판(85)에 의해, 버킷(8)의 개구부(86)가 형성된다.

버킷(8)은, 상판(83)의 상부에 설치된 브래킷(bracket)(87)을 가진다. 브래킷(87)은, 접속 부재(90)와 틸트 핀(80)에 연결된다.

접속 부재(90)는, 플레이트 부재(91)와 브래킷(92, 93)을 가진다. 브래킷(92)은, 플레이트 부재(91)의 상면에 설치된다. 브래킷(93)은, 플레이트 부재(91)의 하면에 설치된다. 브래킷(92)은, 암(7)과 후술하는 제2 링크 부재(95)에 연결된다. 브래킷(93)은, 브래킷(87)의 상부에 설치되고, 틸트 핀(80)과 브래킷(87)에 연결된다.

버킷 핀(15)은, 접속 부재(90)의 브래킷(92)과 암(7)의 선단부에 연결된다. 틸트 핀(80)은, 접속 부재(90)의 브래킷(93)과 버킷(8)의 브래킷(87)에 연결된다. 이로써, 암(7)에 대하여 접속 부재(90) 및 버킷(8)이 버킷축(J3)을 중심으로 회동 가능해지고, 접속 부재(90)에 대하여 버킷(8)이 틸트 축(J4)을 중심으로 회동 가능하게 되어 있다.

작업기(2)는, 제1 링크 부재(94)와 제2 링크 부재(95)를 가진다. 제1 링크 부재(94)는, 제1 링크 핀(94P)을 통하여, 암(7)에 회동 가능하게 접속된다. 제2 링크 부재(95)는, 제2 링크 핀(95P)을 통하여, 브래킷(92)에 회동 가능하게 접속된다.

제1 링크 부재(94)의 기단부가 제1 링크 핀(94P)을 통하여 암(7)에 접속된다. 제2 링크 부재(95)의 기단부가 제2 링크 핀(95P)을 통하여 브래킷(92)에 접속된다. 제1 링크 부재(94)의 선단부와 제2 링크 부재(95)의 선단부는, 버킷 실린더 탑 핀(96)을 통하여 연결된다.

버킷 실린더(12)의 선단부는, 버킷 실린더 탑 핀(96)을 통하여, 제1 링크 부재(94)의 선단부와 제2 링크 부재(95)의 선단부에 회동 가능하게 접속된다. 접속 부재(90)는, 버킷 실린더(12)의 신축(伸縮)에 의해 버킷(8)과 함께 버킷축(J3)을 중심으로 하여 회동한다. 틸트 핀(80)의 틸트 축(J4)은, 버킷축(J3)을 중심으로 하는 버킷(8)의 회동에 의해 버킷(8)과 함께 버킷축(J3)을 중심으로 하여 회동한다.

틸트 실린더(30)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)과 접속 부재(90)에 연결된다. 틸트 실린더(30)는, 틸트 축(J4)을 중심으로 하여 버킷(8)을 좌우로 회동시킨다. 틸트 실린더(30)의 제1 단부(30A)는, 버킷(8)에 설치된 브래킷(88)에 회동 가능하게 연결된다. 제1 단부(30A)는, 제1 실린더 회동축(J5)을 중심으로 하여 회동 가능하다. 제1 단부(30A)는, 틸트 실린더(30) 중 실린더 본체의 선단부이다. 브래킷(88)은, 차폭 방향에 있어서 틸트 축(J4)으로부터 이격된 위치에 배치된다. 브래킷(88)은, 차폭 방향에서의 버킷(8)의 상단부에 배치되어 있다. 틸트 실린더(30)의 제2 단부(30B)는, 접속 부재(90)에 설치된 브래킷(97)에 회동 가능하게 접속된다. 제2 단부(30B)는, 제2 실린더 회동축(J6)을 중심으로 하여 회동 가능하다. 브래킷(97)은, 플레이트 부재(91)의 하면에 설치된다. 브래킷(97)은, 정면에서 볼 때 있어서 대략 삼각형상으로 형성된다.

본 실시형태에 있어서, 틸트 실린더(30)의 제1 단부(30A)는, 버킷(8)을 차량 본체(1) 측으로부터 본 경우로서, 버킷(8)이 기준 위치에 배치되어 있을 때, 틸트 축(J4)보다 아래쪽에 위치한다. 제1 단부(30A)는, 틸트 축(J4)과 버킷(8)의 사이에 위치한다. 제1 단부(30A)는, 틸트 축(J4)을 지나는 수평선(Y축)을 기준으로 하여 버킷(8)과 같은 쪽에 위치하고 있다.

제1 단부(30A)는, 버킷(8)을 차량 본체(1) 측으로부터 본 경우로서, 버킷(8)이 기준 위치에 배치되어 있을 때, 차폭 방향에 있어서 틸트 축(J4)으로부터 이격되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 제1 단부(30A)는, 틸트 축(J4)보다 좌측 방향에 위치한다. 제1 단부(30A)는, 틸트 축(J4)을 지나는 연직선(Z축)을 기준으로 하여, 좌측판(84)과 같은 쪽에 위치하고 있다. 제1 단부(30A)는, 버킷(8)의 좌측판(84)과 틸트 축(J4)의 사이에 위치한다.

또한, 틸트 실린더(30)의 제2 단부(30B)는, 버킷(8)을 차량 본체(1) 측으로부터 본 경우로서, 버킷(8)이 기준 위치에 배치되어 있을 때, 틸트 축(J4)과 제1 실린더 회동축(J5)을 지나는 축 연결선 W(「연결선」의 일례)으로부터 이격되어 있다. 즉, 제2 단부(30B)는, 축 연결선 W 상에 배치되어 있지 않다. 본 실시형태에 있어서, 제2 단부(30B)는, 축 연결선 W보다 아래쪽에 위치한다. 제2 단부(30B)는, 축 연결선 W과 버킷(8)의 사이에 위치한다. 제2 단부(30B)는, 축 연결선 W을 기준으로 하여 버킷(8)과 같은 쪽에 위치하고 있다. 제2 단부(30B)는, 수평선을 기준으로 하여 버킷(8)과 같은 쪽에 위치하고 있다.

이와 같이, 버킷(8)을 차량 본체(1) 측으로부터 본 경우, 제1 단부(30A)는 틸트 축(J4)보다 좌측 방향에 위치하고, 또한 제2 단부(30B)는 축 연결선 W보다 아래쪽에 위치하고 있다. 그러므로, 틸트 실린더(30)는, 신장에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키고, 수축에 의해 버킷(8)을 반시계 회전 방향으로 회동시킨다. 본 실시형태에서는, 신장에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키도록 한 틸트 실린더(30)의 배치를 「제1 배치 P1」라고 한다. 본 실시형태에서는, 제1 단부(30A)는 틸트 축(J4)보다 좌측 방향에 위치하고, 또한 제2 단부(30B)는 축 연결선 W보다 아래쪽에 위치하는 경우를, 「제1 패턴 PT1」이라고 한다.

또한, 틸트 실린더(30)의 「제1 배치 P1」에는, 도 4에 나타낸 틸트 실린더(30a)와 같이, 버킷(8)을 차량 본체(1) 측으로부터 본 경우에, 제1 단부(30A)가 틸트 축(J4)보다 우측에 위치하고, 또한 제2 단부(30B)가 축 연결선 W보다 위쪽에 위치하는 경우가 포함된다. 이 경우에도, 틸트 실린더(30a)는, 신장에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키는 것이 가능하다. 본 실시형태에서는, 제1 단부(30A)가 틸트 축(J4)보다 우측에 위치하고, 또한 제2 단부(30B)가 축 연결선 W보다 위쪽에 위치하는 경우를, 「제2 패턴 PT2」라고 한다.

한편, 본 실시형태에서는, 수축에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키도록 한 틸트 실린더(30)의 배치를 「제2 배치 P2」라고 한다.

틸트 실린더(30)의 「제2 배치 P2」에는, 도 5에 나타낸 틸트 실린더(30b)와 같이, 버킷(8)을 차량 본체(1) 측으로부터 본 경우에, 제1 단부(30A)가 틸트 축(J4)보다 우측에 위치하고, 또한 제2 단부(30B)가 축 연결선 W보다 아래쪽에 위치하는 경우가 포함된다. 이 경우, 틸트 실린더(30b)는, 수축에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키는 것이 가능하다. 본 실시형태에서는, 제1 단부(30A)가 틸트 축(J4)보다 우측에 위치하고, 또한 제2 단부(30B)가 축 연결선 W보다 아래쪽에 위치하는 경우를, 「제3 패턴 PT3」라고 한다.

틸트 실린더(30)의 「제2 배치 P2」에는, 도 6에 나타낸 틸트 실린더(30c)와 같이, 버킷(8)을 차량 본체(1) 측으로부터 본 경우에, 제1 단부(30A)가 틸트 축(J4)보다 좌측 방향에 위치하고, 또한 제2 단부(30B)가 축 연결선 W보다 위쪽에 위치하는 경우가 포함된다. 이 경우, 틸트 실린더(30c)는, 수축에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키는 것이 가능하다. 본 실시형태에서는, 제1 단부(30A)가 틸트 축(J4)보다 좌측 방향에 위치하고, 또한 제2 단부(30B)가 축 연결선 W보다 위쪽에 위치하는 경우를, 「제4 패턴 PT4」라고 한다.

[유압 셔블(CM)의 자세]

도 7은, 유압 셔블(CM)을 모식적으로 나타낸 측면도이다. 도 8은, 유압 셔블(CM)을 모식적으로 나타낸 배면도이다. 도 9는, 유압 셔블(CM)을 모식적으로 나타낸 평면도이다.

이하의 설명에서는, 붐 축(J1)과 암 축(J2)과의 거리를 붐 길이 L1이라고 하고, 암 축(J2)과 버킷축(J3)과의 거리를 암 길이(arm length) L2라고 하고, 버킷축(J3)과 버킷(8)의 선단부(8a)와의 거리를 버킷 길이 L3라고 한다. 버킷(8)의 선단부(8a)는, 버킷(8)의 날끝(blade tip)이다.

유압 셔블(CM)은, 위치 검출 장치(20)를 구비한다. 위치 검출 장치(20)는, 차량 본체(1)의 현재 위치를 나타내는 차량 본체 위치 데이터 P와, 차량 본체(1)의 자세를 나타내는 차량 본체 자세 데이터 Q를 검출한다. 차량 본체 위치 데이터 P는, 글로벌 좌표계에서의 차량 본체(1)의 현재 위치(Xg 위치, Yg 위치 및 Zg 위치)를 나타내는 정보를 포함한다. 차량 본체 자세 데이터 Q는, θXg 방향, θYg 방향 및 θZg 방향에 대한 선회체(3)의 위치 정보를 포함한다.

차량 본체 자세 데이터 Q는, 수평면(XgYg 평면)에 대한 선회체(3)의 좌우 방향에서의 경사 각도(롤 각) θ1(도 8)과, 수평면에 대한 선회체(3)의 전후 방향에서의 경사 각도(피치각) θ2(도 7)와, 글로벌 좌표의 기준 방위(예를 들면, 북쪽)와 선회체(3)[작업기(2)]가 향하고 있는 방위가 이루는 각도[요우각(yaw angle)] θ3(도 9)를 포함한다.

위치 검출 장치(20)는, 안테나(21), 위치 센서(23) 및 경사 센서(24)를 가진다. 안테나(21)는, 차량 본체(1)의 현재 위치를 검출하기 위한 안테나이다. 안테나(21)는, GNSS(Global Navigation Satellite Systems: 전지구 항법 위성 시스템) 용의 안테나이다. 안테나(21)는, 수신한 전파(GNSS 전파)에 따른 신호를 위치 센서(23)에 출력한다.

위치 센서(23)는, 3차원 위치 센서 및 글로벌 좌표 연산부를 포함한다. 위치 센서(23)는, 글로벌 좌표계에서의 안테나(21)의 설치 위치 Pr을 검출한다. 글로벌 좌표 연산부는, 글로벌 좌표계에서의 안테나(21)의 설치 위치 Pr에 기초하여, 차량 본체(1)의 현재 위치를 나타내는 차량 본체 위치 데이터 P를 산출한다. 글로벌 좌표계는, 작업 영역에 설치된 기준 위치 Pg를 기준으로 하는 3차원 좌표계이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 기준 위치 Pg는, 작업 영역에 설정된 기준 마커(reference marker)의 선단 위치이다.

경사 센서(24)는, 선회체(3)에 설치된다. 경사 센서(24)는, IMU(Inertial Measurement Unit)를 가진다. 위치 검출 장치(20)는, 경사 센서(24)를 사용하여, 롤 각 θ1 및 피치각 θ2를 포함하는 차량 본체 자세 데이터 Q를 취득한다.

도 10은, 버킷(8)을 모식적으로 나타낸 측면도이다. 도 11은, 버킷(8)을 모식적으로 나타낸 정면도이다.

이하의 설명에서는, 버킷축(J3)과 틸트 축(J4)의 거리를 틸트 길이 L4라고 하고, 좌측판(84)과 우측판(85)과의 거리를 버킷(8)의 폭 L5라고 한다.

틸트 각도 δ는, 틸트 축을 중심으로 하는 버킷의 회전 각도이며, 로컬 좌표계에서의 XY 평면에 대한 버킷(8)의 경사 각도이다. 틸트 각도 δ의 취득 방법에 대해서는 후술한다. 틸트 축 각도 ε는, 로컬 좌표계에서의 XY 평면에 대한 틸트 축(J4)의 경사 각도이다. 글로벌 좌표계의 수평면에 대한 틸트 축(J4)의 경사 각도(틸트 축 절대각)는, 후술하는 센서 컨트롤러(32)에 의해 산출된다.

[제어 시스템(200)의 구성]

도 12는, 유압 셔블(CM)에 탑재되는 제어 시스템(200)의 기능 구성을 나타낸 블록도이다.

제어 시스템(200)은, 위치 검출 장치(20), 조작 장치(25), 작업기 컨트롤러(26), 압력 센서(66), 제어 밸브(27), 방향 제어 밸브(64), 표시 컨트롤러(28), 표시부(29), 입력부(36) 및 센서 컨트롤러(32)를 구비한다.

표시부(29)는, 예를 들면, 모니터이다. 표시부(29)에는, 버킷(8)의 설정 화면이나 후술하는 목표 설계 지형 등이 표시된다. 표시부(29)는, 정보화 시공용의 가이던스(guidance) 모니터로서의 HMI(Human Machine Interface) 모니터를 포함한다.

입력부(36)는, 오퍼레이터에 의한 입력 조작을 접수한다. 입력부(36)로서는, 표시부(29) 상의 터치 패널 등을 들 수 있다. 입력부(36)는, 오퍼레이터에 의한 입력 조작의 내용을 표시 컨트롤러(28)에 통지한다.

조작 장치(25)는, 운전실(4)에 배치된다. 조작 장치(25)는, 오퍼레이터에 의해 조작된다. 조작 장치(25)는, 작업기(2)를 구동하는 오퍼레이터 조작을 접수한다. 조작 장치(25)는, 파일럿 유압 방식의 조작 장치이다. 조작 장치(25)는, 제1 조작 레버(25R)와, 제2 조작 레버(25L)와, 제3 조작 레버(25P)를 가진다.

제1 조작 레버(25R)는, 예를 들면, 운전석(4S)의 우측에 배치된다. 제2 조작 레버(25L)는, 예를 들면, 운전석(4S)의 좌측에 배치된다. 제3 조작 레버(25P)는, 예를 들면, 제1 조작 레버(25R)에 배치된다. 그리고, 제3 조작 레버(25P)는, 제2 조작 레버(25L)에 배치되어도 된다. 제1 조작 레버(25R) 및 제2 조작 레버(25L)에서는, 전후좌우의 동작이 2축의 동작에 대응하고 있다.

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 대응하고, 전후 방향의 조작에 따라 붐(6)의 하강 동작 및 상승 동작이 실행된다. 제1 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작은, 버킷(8)의 조작에 대응하고, 좌우 방향의 조작에 따라 버킷(8)의 굴삭 동작 및 개방 동작이 실행된다. 제1 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작에 의해, 버킷축(J3)을 중심으로 하는 버킷(8)의 회동이 조작된다.

제2 조작 레버(25L)에 의해, 암(7) 및 선회체(3)가 조작된다. 제2 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작은, 암(7)의 조작에 대응하고, 전후 방향의 조작에 따라 암(7)의 개방 동작 및 굴삭 동작이 실행된다. 제2 조작 레버(25L)의 좌우 방향의 조작은, 선회체(3)의 선회에 대응하고, 좌우 방향의 조작에 따라 선회체(3)의 우측 선회 동작 및 좌측 선회 동작이 실행된다.

제3 조작 레버(25P)에 의해, 틸트 축(J4)을 중심으로 하는 버킷(8)의 틸트 동작이 조작된다.

조작 장치(25)의 조작량에 따라, 파일럿 유압 라인(450)의 파일럿 유압이 조정되고, 이로써, 방향 제어 밸브(64)가 구동된다. 방향 제어 밸브(64)는, 각각의 유압 실린더[붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12), 및 틸트 실린더(30)]에 공급되는 작동 유량을 조정한다. 파일럿 유압 라인(450)에는, 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(66)가 배치된다. 압력 센서(66)의 검출 결과는, 작업기 컨트롤러(26)에 출력된다. 제어 밸브(27)는, 전자(電磁) 비례 제어 밸브이다. 제어 밸브(27)는, 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 기초하여 파일럿 유압을 조정한다.

센서 컨트롤러(32)는, 작업기 각도 연산부(281A), 버킷 정보 연산부(282A) 및 틸트 축 각도 연산부(283A)를 가진다.

작업기 각도 연산부(281A)는, 제1 스트로크 센서(16)의 검출 결과에 기초하여 취득되는 붐 실린더 길이로부터, 차량 본체(1)의 수직 방향에 대한 붐(6)의 회동 각도 α를 산출한다. 작업기 각도 연산부(281A)는, 제2 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여 취득되는 암 실린더 길이로부터, 붐(6)에 대한 암(7)의 회동 각도 β를 산출한다. 작업기 각도 연산부(281A)는, 제3 스트로크 센서(18)의 검출 결과에 기초하여 취득되는 버킷 실린더 길이로부터, 암(7)에 대한 버킷(8)의 회동 각도 γ를 산출한다.

버킷 정보 연산부(282A)는, 제4 스트로크 센서(19)의 검출 결과에 기초하여 취득되는 틸트 실린더 길이로부터, 로컬 좌표계에서의 XY 평면에 대한 버킷(8)의 틸트 각도 δ를 산출한다.

여기서, 도 13 및 도 14는, 버킷 정보 연산부(282A)에 의한 틸트 각도 δ의 산출 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 13에서는 기준 위치의 버킷(8)이 도시되어 있고, 도 14에서는 틸트된 버킷(8)이 도시되어 있다.

버킷 정보 연산부(282A)는, 틸트 실린더(30)의 제1 단부(30A)와 틸트 축(J4)을 연결하는 제1 선분(a)의 길이 M1을 표시 컨트롤러(28)로부터 취득한다. 제1 선분(a)의 길이 M1은, 제1 실린더 회동축(J5)과 틸트 축(J4)과의 직선 거리이다.

버킷 정보 연산부(282A)는, 틸트 실린더(30)의 제2 단부(30B)와 틸트 축(J4)을 연결하는 제2 선분(b)의 길이 M2를 표시 컨트롤러(28)로부터 취득한다. 제2 선분(b)의 길이 M2는, 제2 실린더 회동축(J6)과 틸트 축(J4)과의 직선 거리이다.

버킷 정보 연산부(282A)는, 버킷(8)이 기준 위치에 배치되어 있을 때 제1 선분(a)과 제2 선분(b)이 이루는 기준 각도 ω'(도 13 참조)를 표시 컨트롤러(28)로부터 취득한다.

버킷 정보 연산부(282A)는, 제1 선분(a)의 길이 M1과, 제2 선분(b)의 길이 M2와 기준 각도 ω'를 기억한다.

버킷 정보 연산부(282A)는, 제4 스트로크 센서(19)의 검출 결과에 기초하여 틸트 실린더 길이를 산출한다. 버킷 정보 연산부(282A)는, 여현 정리를 이용하여, 제1 선분(a)의 길이 M1, 제2 선분(b)의 길이 M2 및 틸트 실린더 길이로부터 틸트 동작된 상태의 현재의 경사 각도 ω(도 14 참조)를 산출한다.

버킷 정보 연산부(282A)는, 틸트 실린더(30)가 제1 배치 P1과 제2 배치 P2 중 어딘가에 배치되어 있는지를 나타내는 「틸트 실린더 배치 데이터」를 표시 컨트롤러(28)로부터 취득한다. 제1 배치 P1란, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 신장에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키는 틸트 실린더(30) 및 틸트 실린더(30a)의 배치를 의미한다. 제2 배치 P2란, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 수축에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키는 틸트 실린더(30b) 및 틸트 실린더(30c)의 배치를 의미한다.

버킷 정보 연산부(282A)는, 틸트 실린더 배치 데이터에 기초하여, 이하의 제1 연산식 Eq1과 제2 연산식 Eq2 중 한쪽을 선택한다.

제1 연산식 Eq1 ω―ω'= 시계 회전 방향의 틸트 각도 δ

제2 연산식 Eq2 ω―ω'= 반시계 회전 방향의 틸트 각도 δ

제1 연산식 Eq1은, 제1 배치 P1에 대응하는 연산식이다. 제1 연산식 Eq1에 있어서, 경사 각도 ω로부터 기준 각도 ω'를 뺀 값은, 시계 회전 방향의 틸트각으로서 산출된다. 이것은, 제1 배치 P1에 배치된 틸트 실린더(30)의 신장에 의해 버킷(8)은 시계 회전 방향으로 회동하기 때문이다.

제2 연산식 Eq2는, 제2 배치 P2에 대응하는 연산식이다. 제2 연산식 Eq2에 있어서, 경사 각도 ω로부터 기준 각도 ω'를 제한 값은, 반시계 회전 방향의 틸트각으로서 산출된다. 이것은, 제2 배치 P2에 배치된 틸트 실린더(30)의 신장에 의해 버킷(8)은 반시계 회전 방향으로 회동하기 때문이다.

버킷 정보 연산부(282A)는, 틸트 실린더 배치 데이터를 참조하여, 틸트 실린더(30)가 제1 배치 P1에 배치되어 있는 것을 검출한 경우, 제1 연산식 Eq1을 선택한다. 버킷 정보 연산부(282A)는, 틸트 실린더 배치 데이터를 참조하여, 틸트 실린더(30)가 제2 배치 P2에 배치되어 있는 것을 검출한 경우, 제2 연산식 Eq2를 선택한다. 버킷 정보 연산부(282A)는, 경사 각도 ω와 기준 각도 ω'에 기초하여, 시계 회전 방향 또는 반시계 회전 방향의 틸트 각도 δ를 취득한다. 그리고, 도 13에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)이 기준 위치에 배치되어 있는 경우에는, 경사 각도 ω와 기준 각도 ω'가 일치하므로, 틸트 각도는 「0°」이다.

버킷 정보 연산부(282A)는, 작업기 각도 연산부(281A)에 의해 산출된 회동 각도 α∼γ와, 경사 센서(24)에 의해 취득되는 차량 본체 자세 데이터 Q와, 틸트 각도 δ에 기초하여, 작업기(2)의 동작 평면에서의 버킷(8)의 외형 및 위치를 나타내는 버킷 데이터 R을 생성한다.

틸트 축 각도 연산부(283A)는, 회동 각도 α∼γ와 차량 본체 자세 데이터 Q에 기초하여 수평면에 대한 틸트 축(J4)의 각도(틸트 축 절대각)를 산출한다. 구체적으로, 틸트 축 각도 연산부(283A)는, 회동 각도 α∼γ에 기초하여 로컬 좌표계에서의 틸트 축(J4)의 각도(틸트 축 각도 ε)를 산출하고, 틸트 축 각도 ε와 차량 본체 자세 데이터 Q에 기초하여 글로벌 좌표계에서의 틸트 축 절대각을 산출한다.

센서 컨트롤러(32)는, 회동 각도 α∼γ, 틸트 축 각도 ε, 틸트 축 절대각 및 버킷 데이터 R을 표시 컨트롤러(28) 및 작업기 컨트롤러(26) 각각에 출력한다.

표시 컨트롤러(28)는, 위치 검출 장치(20)로부터 차량 본체 위치 데이터 P와 차량 본체 자세 데이터 Q를 취득한다. 표시 컨트롤러(28)는, 센서 컨트롤러(32)로부터 버킷 데이터 R을 취득한다. 표시 컨트롤러(28)는, 목표 설계 지형 취득부(284A)와 목표 설계 지형 연산부(284B)와 표시 제어부(284C)와 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)를 가진다.

목표 설계 지형 취득부(284A)는, 굴삭 대상의 3차원의 목표 형상인 입체 설계 지형을 나타내는 목표 시공 정보(3차원 설계 지형 데이터 S)를 기억하고 있다. 3차원 설계 지형 데이터 S는, 목표 설계 지형 데이터 T를 생성하기 위해 필요로 하는 목표 설계 지형의 좌표 데이터 및 각도 데이터를 포함한다. 단, 3차원 설계 지형 데이터 S는, 예를 들면, 무선 통신 장치를 통하여 표시 컨트롤러(28)에 입력되어도 되고, 외부 메모리 등으로부터 표시 컨트롤러(28)에 입력되어도 된다.

목표 설계 지형 연산부(284B)는, 차량 본체 위치 데이터 P, 차량 본체 자세 데이터 Q, 버킷 데이터 R 및 3차원 설계 지형 데이터 S에 기초하여, 작업기(2)의 동작 평면에서의 굴삭 대상의 2차원의 목표 형상인 목표 설계 지형을 나타내는 목표 설계 지형 데이터 T를 생성한다. 목표 설계 지형 연산부(284B)는, 목표 설계 지형 데이터 T를 작업기 컨트롤러(26)에 출력한다.

목표 설계 지형 연산부(284B)는, 차량 본체 위치 데이터 P, 차량 본체 자세 데이터 Q 및 버킷 데이터 R에 기초하여, 글로벌 좌표계로 보았을 때의 로컬 좌표의 위치를 산출 가능하다. 목표 설계 지형 연산부(284B)는, 작업기 컨트롤러(26)에 출력하는 목표 설계 지형 데이터 T를 로컬 좌표로 변환하지만, 그 이외의 연산은 글로벌 좌표계로 행한다.

표시 제어부(284C)는, 목표 설계 지형 연산부(284B)에 의해 생성한 목표 설계 지형 데이터 T에 기초하여, 표시부(29)에 목표 설계 지형을 표시하게 한다. 또한, 표시 제어부(284C)는, 버킷 데이터 R에 기초하여, 목표 설계 지형에 대한 유압 셔블(CM)의 자세를 표시부(29)에 표시하게 한다.

표시 제어부(284C)는, 틸트 실린더(30)가 제1 배치 P1인지, 제2 배치 P2인지를 선택하게 하는 선택 화면을 표시부(29)에 표시하게 한다. 도 15는, 선택 화면의 일례이다. 도 15에서는, 도 3∼도 6에 나타낸 틸트 실린더(30)(우측 아래), 틸트 실린더(30a)(좌측 상부), 틸트 실린더(30b)(좌측 아래) 및 틸트 실린더(30c)(우측 상부)의 4형태가 도시되어 있다. 도 15의 선택 화면에서는, 도 3∼도 6과 마찬가지로, 차량 본체(1) 측으로부터 본 틸트 실린더(30), 틸트 실린더(30a), 틸트 실린더(30b) 및 틸트 실린더(30c)가 표시되어 있다. 틸트 실린더(30)와 틸트 실린더(30a)는, 제1 배치 P1의 틸트 실린더의 일례이며, 틸트 실린더(30b)와 틸트 실린더(30c)는, 제2 배치 P2의 틸트 실린더의 일례이다. 또한, 틸트 실린더(30)는 제1 패턴 PT1의 일례이며, 틸트 실린더(30a)는 제2 패턴 PT2의 일례이며, 틸트 실린더(30b)는 제3 패턴 PT3의 일례이며, 틸트 실린더(30c)는 제4 패턴 PT4의 일례이다.

전술한 바와 같이, 버킷 정보 연산부(282A)에서의 틸트 각도의 연산에서는, 틸트 실린더가 제1 배치 P1과 제2 배치 P2 중 어디에 배치되어 있는지만 알면 되지만, 도 15에 나타낸 바와 같이, 4패턴 PT1∼P4의 배치를 선택 화면에 표시함으로써, 오퍼레이터는 현실의 틸트 실린더의 외형에 맞는 것을 용이하게 선택할 수 있다.

표시 제어부(284C)는, 입력부(36)가 오퍼레이터의 선택 조작을 접수하면, 선택된 틸트 실린더에 체크 마크를 넣는다. 본 실시형태에서는, 제1 패턴 PT1의 틸트 실린더(30)가 선택되는 것을 상정하고 있으므로, 도 15에 나타낸 바와 같이, 틸트 실린더(30)에 체크 마크가 넣어져 있다.

또한, 표시 제어부(284C)는, 오퍼레이터에 의해 선택된 틸트 실린더(30)의 치수 입력 화면을 표시부(29)에 표시하게 한다. 도 16은, 치수 입력 화면의 일례이다. 도 16에서는, 제1 선분(a)의 길이 M1, 제2 선분(b)의 길이 M2 및 기준 각도 ω'의 입력란이 도시되어 있다. 표시 제어부(284C)는, 오퍼레이터에 의해 입력된 수치를 입력란에 표시한다.

틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)는, 제1 배치 P1의 틸트 실린더가 오퍼레이터에 의해 선택된 것이 입력부(36)로부터 통지되면 제1 배치 P1인 것을 나타내는 틸트 실린더 배치 데이터를 생성한다.

틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)는, 제2 배치 P2의 틸트 실린더가 오퍼레이터에 의해 선택된 것이 입력부(36)로부터 통지되면 제2 배치 P2인 것을 나타내는 틸트 실린더 배치 데이터를 생성한다.

본 실시형태에서는, 틸트 실린더(30)가 선택되는 것을 상정하고 있으므로, 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)는, 제1 배치 P1인 것을 나타내는 틸트 실린더 배치 데이터를 생성한다. 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)는, 생성한 틸트 실린더 배치 데이터를 센서 컨트롤러(32)의 버킷 정보 연산부(282A)에 송신한다.

또한, 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)는, 입력부(36)에 입력된 제1 선분(a)의 길이 M1, 제2 선분(b)의 길이 M2 및 기준 각도 ω'도 버킷 정보 연산부(282A)에 송신한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 작업기 제어부(26A)와 기억부(26C)를 가진다. 작업기 제어부(26A)는, 표시 컨트롤러(28)로부터 취득하는 목표 설계 지형 데이터 T와 버킷 데이터 R에 기초하여, 제어 밸브(27)에 대한 제어 지령을 생성함으로써 작업기(2)의 동작을 제어한다. 작업기 제어부(26A)는, 예를 들면, 작업기(2)의 동작 중 적어도 일부를 자동으로 제어하는 제한 굴삭 제어를 실행한다. 구체적으로, 작업기 제어부(26A)는, 목표 설계 지형과 버킷(8)의 거리에 따라 제한 속도를 결정하고, 작업기(2)가 목표 설계 지형에 접근할 방향의 속도가 제한 속도 이하로 되도록 작업기(2)를 제어한다. 이로써, 목표 설계 지형에 대한 버킷(8)의 위치가 제어되어, 목표 설계 지형으로의 버킷(8)의 침입이 억제된다. 그리고, 작업기 제어부(26A)는, 목표 설계 지형을 따라 버킷(8)을 이동시키는 정지 작업(grading work)의 일부를 자동으로 제어해도 된다.

기억부(26C)에는, 작업기 제어부(26A)가 작업기의 동작을 제어하기 위해 필요한 각종 프로그램 및 데이터가 저장되어 있다.

[틸트 각도 δ의 취득 방법]

제어 시스템(200)에 의한 틸트 각도 δ의 취득 방법에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 17은, 틸트 각도 δ의 취득 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

스텝 S1에 있어서, 입력부(36)는, 제1 배치 P1의 틸트 실린더와 제2 배치 P2의 틸트 실린더 중 어느 하나를 선택하는 오퍼레이터의 조작을 접수한다.

스텝 S2에 있어서, 입력부(36)는, 제1 배치 P1과 제2 배치 P2 중 어느 것이 선택되었는지를 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)에 통지한다.

스텝 S3에 있어서, 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)는, 틸트 실린더(30)의 배치가 제1 배치 P1인지 제2 배치 P2인지를 나타내는 틸트 실린더 배치 데이터를 생성하여, 버킷 정보 연산부(282A)에 송신한다.

스텝 S4에 있어서, 버킷 정보 연산부(282A)는, 제4 스트로크 센서(19)의 검출 결과에 기초하여, 틸트 실린더(30)의 틸트 실린더 길이를 산출한다.

스텝 S5에 있어서, 버킷 정보 연산부(282A)는, 여현 정리를 이용하여, 제1 선분(a)의 길이 M1, 제2 선분(b)의 길이 M2 및 틸트 실린더 길이로부터 현재의 경사 각도 ω(도 14 참조)를 산출한다.

스텝 S6에 있어서, 버킷 정보 연산부(282A)는, 틸트 실린더 배치 데이터에 기초하여, 제1 배치 P1에 대응하는 제1 연산식 Eq1과 제2 배치 P2에 대응하는 제2 연산식 Eq2 중 어느 하나를 선택한다.

스텝 S7에서, 버킷 정보 연산부(282A)는, 선택된 연산식(제1 연산식 Eq1 또는 제2 연산식 Eq2)을 사용하여, 경사 각도 ω로부터 기준 각도 ω'를 당기는 것에 의해 틸트 각도 δ로서 취득한다.

[특징]

유압 셔블(CM)(작업 차량의 일례)은, 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)와 버킷 정보 연산부(282A)를 구비한다. 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)는, 틸트 실린더(30)의 배치가, 버킷(8)을 차량 본체(1) 측으로부터 본 경우에, 신장에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제1 배치 P1과, 수축에 의해 버킷(8)을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제2 배치 P2 중 어느 하나인지를 나타내는 틸트 실린더 배치 데이터를 생성한다. 버킷 정보 연산부(282A)는, 틸트 실린더 배치 데이터에 기초하여, 제1 배치 P1에 대응하는 제1 연산식 Eq1과 제2 배치 P2에 대응하는 제2 연산식 Eq2 중 한쪽을 선택하고, 선택한 연산식을 이용하여 스트로크 길이로부터 버킷(8)의 틸트 각도 δ를 취득한다.

이와 같이, 틸트 실린더(30)가 제1 배치 P1인지 제2 배치 P2인지에 따라, 적절한 연산식이 선택되므로, 틸트 각도 δ를 간편하게 취득할 수 있다.

[다른 실시형태]

이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다.

상기 실시형태에 있어서, 표시 제어부(284C)는, 제1 배치 P1의 틸트 실린더와 제2 배치 P2의 틸트 실린더의 선택 화면을 표시부(29)에 표시시키는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 표시 제어부(284C)는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 이전에 생성된 틸트 실린더 배치 데이터를 나타내는 버킷 파일을 표시부(29)에 표시시켜도 된다. 이 경우, 오퍼레이터가 입력부(36)를 통하여 원하는 버킷 파일을 선택하면, 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)는, 선택된 버킷 파일을 참조하여, 버킷 파일에 포함되는 틸트 실린더 배치 데이터를 인출한다. 그리고, 틸트 실린더 배치 데이터 생성부(284D)는, 인출한 틸트 실린더 배치 데이터를 버킷 정보 연산부(282A)에 송신한다.

상기 실시형태에 있어서, 붐(6)의 회동 각도 α, 암(7)의 회동 각도 β, 및 버킷(8)의 회동 각도 γ는, 스트로크 센서에 의해 검출되는 것으로 하였으나, 예를 들면, 로터리 인코더와 같은 각도 검출기로 검출되어도 된다.

상기 실시형태에 있어서, 유압 셔블(CM)은, 운전실(4)을 구비하는 것으로 하였으나, 운전실(4)을 구비하고 있지 않아도 된다.

상기 실시형태에서는, 작업 차량으로서 유압 셔블(CM)을 예로 들어 설명하였으나, 불도저(bulldozer), 휠 로더(wheel loader) 등의 작업 차량에도 적용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 틸트 각도를 간편하게 취득 가능하므로, 작업 차량 분야에 있어서 유용하다.

1; 차량 본체
2; 작업기
6; 붐
7; 암
8; 버킷
10; 붐 실린더
11; 암 실린더
12; 버킷 실린더
16∼19; 제1 ∼제4 스트로크 센서
26; 작업기 컨트롤러
28; 표시 컨트롤러
29; 표시부
30, 30a, 30b, 30c; 틸트 실린더
32; 센서 컨트롤러
36; 입력부
70; 틸트 각도 센서
282A; 버킷 정보 연산부
284D; 틸트 실린더 배치 데이터 생성부
P1; 제1 배치
P2; 제2 배치
PT1∼PT4; 제1 내지 제4 패턴

Claims

차량 본체;
틸트 축(tilt axis)을 중심으로 하여 회동(回動) 가능한 버킷(bucket)을 구비하는 작업기(work machine);
상기 틸트 축을 중심으로 하여 상기 버킷을 회동시키는 틸트 실린더;
상기 틸트 실린더의 스트로크(stroke) 길이를 검출하는 스트로크 길이 검출부;
상기 틸트 실린더의 배치가, 상기 버킷을 상기 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 신장(伸張)에 의해 상기 버킷을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제1 배치와, 수축에 의해 상기 버킷을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제2 배치 중 어느 하나인지를 나타내는 틸트 실린더 배치 데이터를 생성하는 틸트 실린더 배치 데이터 생성부;
상기 틸트 실린더 배치 데이터에 기초하여, 상기 스트로크 길이로부터 상기 버킷의 틸트 각도를 취득하는 버킷 정보 연산부;
표시부; 및
상기 제1 배치인지, 상기 제2 배치인지를 선택하게 하는 선택 화면을 상기 표시부에 표시되게 하는 표시 제어부;
를 포함하고,
상기 틸트 실린더 배치 데이터 생성부는, 상기 선택 화면에 의한 선택 결과에 기초하여, 상기 틸트 실린더 배치 데이터를 생성하는,
작업 차량.
제1항에 있어서,
상기 표시 제어부는,
상기 버킷을 상기 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 상기 틸트 실린더 중 상기 버킷에 연결되는 제1 단부(端部)가 상기 틸트 축보다 좌측 방향에 위치하고, 또한 상기 틸트 실린더 중 상기 제1 단부의 반대에 설치되는 제2 단부가 상기 틸트 축과 상기 제1 단부를 연결하는 연결선보다 아래쪽에 위치하는 제1 패턴; 및
상기 버킷을 상기 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 상기 제1 단부가 상기 틸트 축보다 우측에 위치하고, 또한 상기 제2 단부가 상기 연결선보다 위쪽에 위치하는 제2 패턴;
을 상기 제1 배치로 하여 상기 표시부에 표시되게 하고,
상기 버킷을 상기 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 상기 제1 단부가 상기 틸트 축보다 우측에 위치하고, 또한 상기 제2 단부가 상기 연결선보다 아래쪽에 위치하는 제3 패턴; 및
상기 버킷을 상기 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 상기 제1 단부가 상기 틸트 축보다 좌측 방향에 위치하고, 또한 상기 제2 단부가 상기 연결선보다 위쪽에 위치하는 제4 패턴;
을 상기 제2 배치로 하여 상기 표시부에 표시되게 하는, 작업 차량.
제1항에 있어서,
상기 버킷 정보 연산부는, 상기 틸트 실린더 배치 데이터에 기초하여, 상기 제1 배치에 대응하는 제1 연산식과 상기 제2 배치에 대응하는 제2 연산식 중 한쪽을 선택하고, 선택한 연산식을 이용하여 상기 스트로크 길이로부터 상기 버킷의 틸트 각도를 취득하는, 작업 차량.
제1항에 있어서,
상기 표시 제어부는, 상기 틸트 실린더 배치 데이터를 나타내는 버킷 파일을 상기 표시부에 표시되게 하고,
상기 틸트 실린더 배치 데이터 생성부는, 상기 버킷 파일의 선택 결과에 기초하여, 상기 틸트 실린더 배치 데이터를 취득하는, 작업 차량.
차량 본체의 전방에 배치된 버킷을 회동시키는 틸트 실린더의 배치가, 상기 버킷을 상기 차량 본체 측으로부터 본 경우에, 신장에 의해 상기 버킷을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제1 배치와, 수축에 의해 상기 버킷을 시계 회전 방향으로 회동시키는 제2 배치 중 어느 하나를 선택하는 오퍼레이터의 조작을 접수하는 단계;
상기 선택 결과에 기초하여, 상기 제1 배치와, 상기 제2 배치 중 어느 하나인지를 나타내는 틸트 실린더 배치 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 틸트 실린더 배치 데이터에 기초하여, 상기 틸트 실린더의 스트로크 길이로부터 상기 버킷의 틸트 각도를 취득하는 단계;
를 포함하는 틸트 각도의 취득 방법.
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