KR101833603B1 - 작업 기계의 제어 시스템 및 작업 기계 - Google Patents

Abstract

위치 검출 장치에 의해 검출된 위치의 정보를 작업 기계의 위치에 관련하는 위치 정보로서 출력하는 제 1 모드와, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이 되기 전에 있어서의 상기 작업 기계의 기준이 되는 특정점 및 상태 검출 장치에 의해 검출된 동작 정보의 양방을 이용하여 구한 위치의 정보를 상기 위치 정보로서 출력하는 제 2 모드와, 상기 위치 정보를 출력하지 않는 제 3 모드의 어느 1 개로 동작하고, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 정상인 경우에는 상기 제 1 모드로, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이고, 또한 상기 작업 기계가 정정 상태인 경우에는 상기 제 2 모드로, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이고 또한 상기 작업 기계가 비정정 상태인 경우에는 상기 제 3 모드로 동작한다.

Description

작업 기계의 제어 시스템 및 작업 기계{CONTROL SYSTEM OF WORK MACHINE AND WORK MACHINE}

본 발명은, 작업기를 구비한 작업 기계에 사용되는 작업 기계의 제어 시스템 및 작업 기계에 관한 것이다.

GPS (Global Positioning System) 등을 이용하여 작업 기계의 3 차원 위치를 측위하고, 얻어진 작업 기계의 위치 정보를 이용하여 작업 기계를 관리하거나, 작업 기계에 의한 시공 상태를 관리하거나, 작업 기계를 제어하는 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1 에는, 작업 기계의 3 차원 위치의 계측 정밀도에 변화가 발생한 경우에도 모니터 포인트의 위치를 정확하게 계측하는 기술이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2004-125580호

작업 기계의 위치를 측위하는 기기를 구비하는 작업 기계로는, 그 기기가 검출한 작업 기계의 위치 정보를 이용하여, 작업 기계의 운전실 내에 설치된 표시 장치에 작업의 가이던스 화면을 표시시키거나, 작업기의 동작을 제어하는 것이 있다. 이와 같은 작업 기계에 의한 시공은, 정보화 시공이라고 불리는데, 작업 기계는, 어떠한 이유에 의해 자신의 위치를 측위할 수 없게 된 경우, 측위를 백업하는 기능을 갖는 것이 바람직하고, 측위를 백업하는 기능이 있으면 정보화 시공을 적확하게 계속할 수 있다.

특허문헌 1 에 기재된 기술은, 3 차원 위치 계측 수단에 의한 계측 정밀도가 저하한 경우에는, 요각 계측 수단에 의해 계측된 요각에 기초하여 모니터 포인트의 위치 연산을 보정한다. 그러나, 요각 계측 수단의 동작 불량 또는 통신 불량 등에 의해 요각의 올바른 값이 얻어지지 않거나, 작업 기계가 주행하면, 요각 계측 수단의 계측치에 기초하여 보정을 해도, 연산 결과를 보정하여 얻어진 위치와 실제의 위치가 상이할 가능성이 있다. 연산 결과를 보정한 위치와 실제의 위치가 상이한 경우, 보정한 위치에 기초하여 작업 기계의 동작을 제어하면, 작업기는, 적확하게 제어되지 않을 가능성이 있다.

특허문헌 1 에 기재된 기술은, 유압 셔블의 좌표계의 원점을, 선회 중심과 선회 베이스의 프레임의 교점으로 하고 있다. 또한, 특허문헌 1 에 기재된 기술은, GPS 가 정상이 아닌 경우, 롤각 및 피치각의 적어도 일방의 변화에 대하여 양방의 GPS 안테나의 정밀도가 변동하지만, 이 변동에 대한 보정에 대하여, 특허문헌 1 에는 기재도 없고 시사도 없다. 이 때문에, 특허문헌 1 에 기재된 기술은, GPS 가 정상이 아닌 경우, 작업기는, 적확하게 제어되지 않을 가능성이 있다.

본 발명은, 작업 기계의 위치를 측위한 결과에 기초하여 정보화 시공을 실시하는 작업 기계에 대하여, 정보화 시공이 실시되고 있을 때에 작업기를 적확하게 계속해서 제어하는 것 및 작업의 가이던스 화면에 적정한 정보를 표시하는 것 중 적어도 1 개를 실현할 수 있는 작업 기계의 제어 시스템 및 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 작업 도구를 갖는 작업기 및 주행 장치를 구비하는 작업 기계를 제어하는 시스템으로서, 상기 작업 기계의 위치를 검출하는 위치 검출 장치와, 상기 작업 기계의 동작을 나타내는 동작 정보를 검출하는 상태 검출 장치와, 상기 위치 검출 장치에 의해 검출된 위치의 정보를 상기 작업 기계의 위치에 관련하는 위치 정보로서 출력하는 제 1 모드와, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상 (異常) 이 되기 전에 있어서의 상기 작업 기계의 기준이 되는 특정점 및 상기 상태 검출 장치에 의해 검출된 상기 동작 정보의 양방을 이용하여 구한 위치의 정보를 상기 위치 정보로서 출력하는 제 2 모드와, 상기 위치 정보를 출력하지 않는 제 3 모드의 어느 1 개로 동작하고, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 정상인 경우에는 상기 제 1 모드로, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이고 또한 상기 작업 기계가 정정 (靜定) 상태인 경우에는 상기 제 2 모드로, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이고 또한 상기 작업 기계가 비정정 상태인 경우에는 상기 제 3 모드로 동작하는 위치 정보 생성부와, 상기 위치 정보 생성부로부터 얻어지는 상기 위치 정보에 기초하여 상기 작업기의 위치를 구하는 목표치 생성부를 포함하는, 작업 기계의 제어 시스템이다.

상기 위치 정보 생성부는, 상기 제 2 모드로 동작 중에, 상기 작업 기계의 동작을 검출하는 기기 및 상기 작업 기계의 위치를 구하는 기기의 적어도 일방에 관한 이상이 있는 경우, 상기 제 3 모드로 동작하는 것이 바람직하다.

상기 작업 기계는, 상기 작업기가 장착되고, 또한 상기 주행 장치에 장착되어, 상기 주행 장치 상에 탑재되어 선회하는 선회체를 구비하고, 상기 특정점은, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이 되기 전에 있어서의, 상기 선회체의 회전 중심축과 상기 주행 장치가 접지하는 면에 대응하는 면의 교점이고, 위치 정보 생성부는, 또한 상기 제 2 모드로 동작 중에 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 정상이 된 경우에는 상기 제 1 모드로, 상기 제 2 모드로 동작 중에 상기 작업 기계가 주행한 경우를 조건으로 하여 상기 제 3 모드로 동작하는 것이 바람직하다.

상기 위치 정보 생성부는, 상기 조건 대신에, 상기 작업 기계의 동작을 검출하는 기기 및 상기 작업 기계의 위치를 구하는 기기의 적어도 일방에 관한 이상이 있는 경우를 조건으로 하여, 상기 제 3 모드로 동작하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 주행 장치, 작업 도구를 갖는 작업기, 상기 작업기가 장착되고, 또한 상기 주행 장치 상에 탑재되어 선회하는 선회체를 구비하는 작업 기계를 제어하는 시스템으로서, 상기 작업 기계의 위치를 검출하는 위치 검출 장치와, 상기 작업 기계의 동작을 검출하고, 검출한 동작을 나타내는 동작 정보를 검출하는 상태 검출 장치와, 상기 위치 검출 장치에 의해 검출된 위치의 정보를 상기 작업 기계의 위치에 관련하는 위치 정보로서 출력하는 제 1 모드와, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이 되기 전에 있어서의 상기 작업 기계의 기준이 되는 특정점 및 상기 상태 검출 장치에 의해 검출된 상기 동작 정보의 양방을 이용하여 구한 위치의 정보를 상기 위치 정보로서 출력하는 제 2 모드와, 상기 위치 정보를 출력하지 않는 제 3 모드의 어느 1 개로 동작하고, 상기 제 2 모드로 동작 중에 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 정상이 된 경우에는 상기 제 1 모드로, 상기 제 2 모드로 동작 중에 상기 작업 기계가 비정정 상태가 된 경우를 조건으로 하여 상기 제 3 모드로 동작하는 위치 정보 생성부와, 상기 위치 정보 생성부로부터 얻어지는 상기 위치 정보에 기초하여 상기 작업기의 위치를 구하는 목표치 생성부를 포함하는, 작업 기계의 제어 시스템이다.

상기 위치 정보 생성부는, 상기 선회체의 선회 중, 상기 제 2 모드로 동작 중에 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 정상이 된 경우에는, 적어도 상기 선회체의 선회가 종료될 때까지 상기 제 2 모드로의 동작을 계속하는 것이 바람직하다.

상기 위치 정보 생성부는, 상기 조건 대신에, 상기 제 2 모드로 동작 중, 상기 작업 기계의 동작을 검출하는 기기 및 상기 작업 기계의 위치를 구하는 기기의 적어도 일방에 관한 이상이 있는 경우를 조건으로 하여, 상기 제 3 모드로 동작하는 것이 바람직하다.

상기 위치 정보 생성부는, 상기 조건 대신에, 상기 제 2 모드로 동작한 시간이 임계치를 초과한 경우를 조건으로 하여, 상기 제 3 모드로 동작하는 것이 바람직하다.

상기 위치 정보 생성부는, 상기 조건 대신에, 상기 제 2 모드로 동작 중, 상기 선회체가 동일 방향으로 특정 각도보다 크게 선회한 경우를 조건으로 하여, 상기 작업 기계의 위치를 출력하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명은, 주행 장치, 작업 도구를 갖는 작업기, 상기 작업기가 장착되고, 또한 상기 주행 장치 상에 탑재되어 선회하는 선회체를 구비하는 작업 기계를 제어하는 시스템으로서, 상기 작업 기계의 위치를 검출하는 위치 검출 장치와, 상기 작업 기계의 동작을 검출하고, 검출한 동작을 나타내는 동작 정보를 검출하는 상태 검출 장치와, 상기 위치 검출 장치에 의해 검출된 위치의 정보를 상기 작업 기계의 위치에 관련하는 위치 정보로서 출력하는 제 1 모드와, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이 되기 전에 있어서의 상기 작업 기계의 기준이 되는 위치로서, 상기 선회체의 회전 중심축과 상기 주행 장치가 접지하는 면에 상당하는 면의 교점인 특정점 및 상기 상태 검출 장치에 의해 검출된 상기 동작 정보의 양방을 이용하여 구한 위치의 정보를 상기 위치 정보로서 출력하는 제 2 모드와, 상기 위치 정보를 출력하지 않는 제 3 모드의 어느 1 개를, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위의 상태 및 상기 작업 기계의 상태를 이용하여 선택하여 동작하는 위치 정보 생성부와, 상기 위치 정보 생성부로부터 얻어지는 상기 위치 정보에 기초하여 상기 작업기의 위치를 구하는 목표치 생성부를 포함하는 작업 기계의 제어 시스템이다.

상기 위치 정보 생성부는, 상기 작업 기계가 정정 상태이고 또한 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 정상인 경우에는 상기 제 1 모드로 동작하고, 또한 상기 특정점을 구하고, 상기 작업 기계가 비정정 상태 또는 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이 된 경우에, 상기 특정점을 이용하여 상기 제 2 모드로 동작하는 것이 바람직하다.

상기 위치 정보 생성부는, 상기 선회체를 조작하는 조작 장치가 ON 인 경우, 또는 상기 주행 장치를 조작하는 조작 장치가 ON 인 경우, 또는 상기 선회체가 선회하는 속도가 임계치 이상인 상태가 제 1 시간 계속된 경우, 상기 비정정 상태인 것으로 판정하고, 상기 선회체를 조작하는 조작 장치가 OFF 이고, 또한 상기 주행 장치를 조작하는 조작 장치가 OFF 이고, 또한 상기 선회체가 선회하는 속도가 임계치 미만인 상태가 제 2 시간 계속된 경우, 상기 정정 상태인 것으로 판정하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 전술한 작업 기계의 제어 시스템을 구비하는 작업 기계이다.

본 발명은, 작업 기계의 위치를 측위한 결과에 기초하여 정보화 시공을 실시하는 작업 기계에 대하여, 정보화 시공이 실시되고 있을 때에 작업기를 적확하게 계속해서 제어하는 것 및 작업의 가이던스 화면에 적정한 정보를 표시하는 것 중 적어도 1 개를 실현할 수 있는 작업 기계의 제어 시스템 및 작업 기계를 제공할 수 있다.

도 1 은 실시형태에 관련된 작업 기계의 사시도이다.
도 2 는 유압 셔블의 제어 시스템 및 유압 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은 유압 셔블의 측면도이다.
도 4 는 유압 셔블의 배면도이다.
도 5 는 실시형태에 관련된 제어 시스템의 제어 블록도이다.
도 6 은 유압 셔블의 자세를 나타내는 평면도이다.
도 7 은 유압 셔블의 자세를 나타내는 평면도이다.
도 8 은 실시형태에 관련된 제어 시스템이 위치 정보를 생성하는 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 9 는 센서 컨트롤러가 동작하는 모드의 천이를 나타내는 도면이다.
도 10 은 제 3 모드로 천이하는 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 은 제 3 모드로 천이하는 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 는 상부 선회체의 선회시에 있어서 센서 컨트롤러가 실행하는 처리의 타이밍 차트이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태 (실시형태) 에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

＜작업 기계의 전체 구성＞

도 1 은, 실시형태에 관련된 작업 기계의 사시도이다. 도 2 는, 유압 셔블 (100) 의 제어 시스템 (200) 및 유압 시스템 (300) 의 구성을 나타내는 블록도이다. 작업 기계로서의 유압 셔블 (100) 은, 본체부로서의 차량 본체 (1) 와 작업기 (2) 를 갖는다. 차량 본체 (1) 는, 선회체인 상부 선회체 (3) 와 주행체로서의 주행 장치 (5) 를 갖는다. 상부 선회체 (3) 는, 기관실 (3EG) 의 내부에, 동력 발생 장치인 엔진 및 유압 펌프 등의 장치를 수용하고 있다.

실시형태에 있어서, 유압 셔블 (100) 은, 동력 발생 장치인 엔진에, 예를 들어 디젤 엔진 등의 내연 기관이 사용되지만, 동력 발생 장치는 내연 기관에 한정되지 않는다. 유압 셔블 (100) 의 동력 발생 장치는, 예를 들어, 내연 기관과 발전 전동기와 축전 장치를 조합한, 이른바 하이브리드 방식의 장치여도 된다. 또한, 유압 셔블 (100) 의 동력 발생 장치는, 내연 기관을 갖지 않고, 축전 장치와 발전 전동기를 조합한 장치여도 된다.

상부 선회체 (3) 는, 운전실 (4) 을 갖는다. 운전실 (4) 은, 상부 선회체 (3) 의 타단측에 설치되어 있다. 즉, 운전실 (4) 은, 기계실 (3EG) 이 배치되어 있는 측과는 반대측에 설치되어 있다. 운전실 (4) 내에는, 도 2 에 나타내는, 표시부 (29) 및 조작 장치 (25) 가 배치된다. 상부 선회체 (3) 의 상방에는, 난간 (9) 이 장착되어 있다.

주행 장치 (5) 상에는, 상부 선회체 (3) 가 탑재되어 있다. 주행 장치 (5) 는, 크롤러 벨트 (5a, 5b) 를 가지고 있다. 주행 장치 (5) 는, 좌우에 형성된 유압 모터 (5c) 의 일방 또는 양방에 의해 구동된다. 주행 장치 (5) 의 크롤러 벨트 (5a, 5b) 가 회전함으로써, 유압 셔블 (100) 을 주행시킨다. 작업기 (2) 는, 상부 선회체 (3) 의 운전실 (4) 의 측방측에 장착되어 있다.

유압 셔블 (100) 은, 크롤러 벨트 (5a, 5b) 대신에 타이어를 구비하고, 엔진의 구동력을, 트랜스미션을 개재하여 타이어에 전달하여 주행이 가능한 주행 장치를 구비한 것이어도 된다. 이와 같은 형태의 유압 셔블 (100) 로는, 예를 들어, 휠식 유압 셔블이 있다.

상부 선회체 (3) 는, 작업기 (2) 및 운전실 (4) 이 배치되어 있는 측이 앞이고, 기계실 (3EG) 이 배치되어 있는 측이 뒤이다. 상부 선회체 (3) 의 전후 방향이 x 방향이다. 앞을 향하여 좌측이 상부 선회체 (3) 의 왼쪽이고, 앞을 향하여 우측이 상부 선회체 (3) 의 오른쪽이다. 상부 선회체 (3) 의 좌우 방향은, 폭 방향 또는 y 방향이라고도 한다. 유압 셔블 (100) 또는 차량 본체 (1) 는, 상부 선회체 (3) 를 기준으로 하여 주행 장치 (5) 측이 아래이고, 주행 장치 (5) 를 기준으로 하여 상부 선회체 (3) 측이 위이다. 상부 선회체 (3) 의 상하 방향이 z 방향이다. 유압 셔블 (100) 이 수평면으로 설치되어 있는 경우, 아래는 연직 방향, 즉 중력의 작용 방향측이고, 위는 연직 방향과는 반대측이다.

작업기 (2) 는, 붐 (6) 과 아암 (7) 과 작업 도구인 버킷 (8) 과 붐 실린더 (10) 와 아암 실린더 (11) 와 버킷 실린더 (12) 를 갖는다. 붐 (6) 의 기단부는, 붐 핀 (13) 을 개재하여 차량 본체 (1) 의 전부 (前部) 에 회동 가능하게 장착되어 있다. 아암 (7) 의 기단부는, 아암 핀 (14) 을 개재하여 붐 (6) 의 선단부에 회동 가능하게 장착되어 있다. 아암 (7) 의 선단부에는, 버킷 핀 (15) 을 개재하여 버킷 (8) 이 장착되어 있다. 버킷 (8) 은, 버킷 핀 (15) 을 중심으로 하여 회동한다. 버킷 (8) 은, 버킷 핀 (15) 과는 반대측에 복수의 칼날 (8B) 이 장착되어 있다. 날끝 (8T) 은, 칼날 (8B) 의 선단이다.

버킷 (8) 은, 복수의 칼날 (8B) 을 가지고 있지 않아도 된다. 요컨대, 도 1 에 나타내는 것과 같은 칼날 (8B) 을 가지고 있지 않고, 날끝이 강판에 의해 스트레이트 형상으로 형성된 버킷이어도 된다. 작업기 (2) 는, 예를 들어, 단수의 칼날을 갖는 틸트 버킷을 구비하고 있어도 된다. 틸트 버킷이란, 버킷 틸트 실린더를 구비하고, 버킷이 좌우로 틸트 경사함으로써 유압 셔블 (100) 이 경사지에 있어도, 사면, 평지를 자유로운 형태로 성형하거나, 정지 (整地) 할 수 있고, 저판 플레이트에 의한 전압 작업도 가능한 버킷이다. 이 밖에도, 작업기 (2) 는, 버킷 (8) 대신에, 법면 버킷 또는 삭암용의 칩을 구비한 삭암용의 어태치먼트 등을 작업 도구로서 구비하고 있어도 된다.

도 1 에 나타내는 붐 실린더 (10) 와 아암 실린더 (11) 와 버킷 실린더 (12) 는, 각각 작동유의 압력에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 이하에 있어서, 작동유의 압력을, 적절히 유압이라고 칭한다. 붐 실린더 (10) 는 붐 (6) 을 구동하여, 승강시킨다. 아암 실린더 (11) 는, 아암 (7) 을 구동하여, 아암 핀 (14) 의 주위를 회동시킨다. 버킷 실린더 (12) 는, 버킷 (8) 을 구동하여, 버킷 핀 (15) 의 주위를 회동시킨다.

붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11) 및 버킷 실린더 (12) 등의 유압 실린더와 도 2 에 나타내는 유압 펌프 (36, 37) 사이에는, 도 2 에 나타내는 방향 제어 밸브 (64) 가 형성되어 있다. 방향 제어 밸브 (64) 는, 유압 펌프 (36, 37) 로부터 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11) 및 버킷 실린더 (12) 등에 공급되는 작동유의 유량을 제어함과 함께, 작동유가 흐르는 방향을 전환한다. 방향 제어 밸브 (64) 는, 유압 모터 (5c) 를 구동하기 위한 주행용 방향 제어 밸브와, 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11) 및 버킷 실린더 (12) 그리고 상부 선회체 (3) 를 선회시키는 선회 모터 (38) 를 제어하기 위한 작업기용 방향 제어 밸브를 포함한다.

조작 장치 (25) 로부터 공급되는, 소정의 파일럿 압력으로 조정된 작동유가 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀을 동작시키면, 방향 제어 밸브 (64) 로부터 유출되는 작동유의 유량이 조정되어, 유압 펌프 (36, 37) 로부터 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12), 선회 모터 (38) 또는 유압 모터 (5c) 에 공급되는 작동유의 유량이 제어된다. 그 결과, 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11) 및 버킷 실린더 (12) 등의 동작이 제어된다.

또한, 도 2 에 나타내는 작업기 컨트롤러 (26) 가, 도 2 에 나타내는 제어 밸브 (27) 를 제어함으로써, 조작 장치 (25) 로부터 방향 제어 밸브 (64) 에 공급되는 작동유의 파일럿압이 제어되기 때문에, 방향 제어 밸브 (64) 로부터 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12) 또는 선회 모터 (38) 에 공급되는 작동유의 유량이 제어된다. 그 결과, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12) 및 상부 선회체 (3) 의 동작을 제어할 수 있다.

상부 선회체 (3) 의 상부에는, 안테나 (21, 22) 가 장착되어 있다. 안테나 (21, 22) 는, 유압 셔블 (100) 의 현재 위치를 검출하기 위해서 사용된다. 안테나 (21, 22) 는, 도 2 에 나타내는 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 와 전기적으로 접속되어 있다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, 유압 셔블 (100) 의 위치를 검출하는 위치 검출 장치이다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, RTK-GNSS (Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems, GNSS 는 전지구 항법 위성 시스템을 말한다) 를 이용하여 유압 셔블 (100) 의 현재 위치를 검출한다. 이하의 설명에 있어서, 안테나 (21, 22) 를, 적절히 GNSS 안테나 (21, 22) 라고 칭한다. GNSS 안테나 (21, 22) 가 수신한 GNSS 전파에 따른 신호는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 입력된다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, 글로벌 좌표계에 있어서의 GNSS 안테나 (21, 22) 의 설치 위치를 구한다. 전지구 항법 위성 시스템의 일례로는, GPS (Global Positioning System) 를 들 수 있지만, 전지구 항법 위성 시스템은, 이것에 한정되는 것은 아니다.

GNSS 안테나 (21, 22) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상부 선회체 (3) 상이고, 유압 셔블 (100) 의 좌우 방향, 즉 폭방향으로 떨어진 양단 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 실시형태에 있어서, GNSS 안테나 (21, 22) 는, 상부 선회체 (3) 의 폭방향 양측에 각각 장착된 난간 (9) 에 장착된다. GNSS 안테나 (21, 22) 가 상부 선회체 (3) 에 장착되는 위치는 난간 (9) 에 한정되는 것은 아니지만, GNSS 안테나 (21, 22) 는, 가능한 한 떨어진 위치에 설치되는 것이, 유압 셔블 (100) 의 현재 위치의 검출 정밀도는 향상되기 때문에 바람직하다. 또한, GNSS 안테나 (21, 22) 는, 오퍼레이터의 시야를 최대한 방해하지 않는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어, GNSS 안테나 (21, 22) 는, 기계실 (3EG) 의 후방에 배치된 카운터 웨이트 상에 배치되어도 된다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블 (100) 의 유압 시스템 (300) 은, 엔진 (35) 과, 유압 펌프 (36, 37) 를 구비한다. 유압 펌프 (36, 37) 는, 엔진 (35) 에 의해 구동되고, 작동유를 토출한다. 유압 펌프 (36, 37) 로부터 토출된 작동유는, 붐 실린더 (10) 와 아암 실린더 (11) 와 버킷 실린더 (12) 에 공급된다. 또한, 유압 셔블 (100) 은, 선회 모터 (38) 를 구비한다. 선회 모터 (38) 는, 유압 모터이고, 유압 펌프 (36, 37) 로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다. 선회 모터 (38) 는, 상부 선회체 (3) 를 선회시킨다. 또한, 도 2 에서는, 2 개의 유압 펌프 (36, 37) 가 도시되어 있지만, 유압 펌프는 1 개여도 된다. 선회 모터 (38) 는, 유압 모터에 한정되지 않고, 전기 모터여도 된다.

작업 기계의 제어 시스템인 제어 시스템 (200) 은, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 와, 각속도 및 가속도를 검출하는 상태 검출 장치인 IMU (Inertial Measurement Unit : 관성 계측 장치) (24) 와, 조작 장치 (25) 와, 작업기 제어부로서의 작업기 컨트롤러 (26) 와, 위치 정보 생성부로서의 센서 컨트롤러 (39) 와, 목표치 생성부로서의 표시 컨트롤러 (28) 와, 표시부 (29) 를 포함한다. 조작 장치 (25) 는, 도 1 에 나타내는 작업기 (2), 상부 선회체 (3) 및 주행 장치 (5) 의 적어도 1 개를 조작하기 위한 장치이다. 조작 장치 (25) 는, 작업기 (2) 등을 구동시키기 위해서 오퍼레이터에 의한 조작을 접수하여, 조작량에 따른 파일럿 유압을 출력한다.

조작 장치 (25) 는, 오퍼레이터의 좌측에 설치되는 좌조작 레버 (25L) 와, 오퍼레이터의 우측에 배치되는 우조작 레버 (25R) 를 갖는다. 좌조작 레버 (25L) 및 우조작 레버 (25R) 는, 전후 좌우의 동작이 2 축의 동작에 대응되어 있다. 예를 들어, 우조작 레버 (25R) 의 전후 방향의 조작은, 붐 (6) 의 조작에 대응되어 있다. 우조작 레버 (25R) 의 좌우 방향의 조작은, 버킷 (8) 의 조작에 대응되어 있다. 좌조작 레버 (25L) 의 전후 방향의 조작은, 아암 (7) 의 조작에 대응하고 있다. 좌조작 레버 (25L) 의 좌우 방향의 조작은, 상부 선회체 (3) 의 선회에 대응하고 있다.

실시형태에 있어서, 조작 장치 (25) 는, 파일럿 유압 방식이 사용된다. 조작 장치 (25) 에는, 유압 펌프 (36) 로부터, 도시하지 않은 감압 밸브에 의해 소정의 파일럿 압력으로 감압된 작동유가 붐 조작, 버킷 조작, 아암 조작, 선회 조작 및 주행 조작에 기초하여 공급된다.

우조작 레버 (25R) 의 전후 방향의 조작에 따라, 파일럿 유로 (450) 에 파일럿 유압이 공급 가능해져, 오퍼레이터에 의한 붐 (6) 의 조작이 접수된다. 우조작 레버 (25R) 의 조작량에 따라 우조작 레버 (25R) 가 구비하는 밸브 장치가 열리고, 파일럿 유로 (450) 에 작동유가 공급된다. 또한, 압력 센서 (66) 는, 그 때의 파일럿 유로 (450) 내에 있어서의 작동유의 압력을 파일럿압으로서 검출한다. 압력 센서 (66) 는, 검출한 파일럿압을, 붐 조작 신호 (MB) 로서 작업기 컨트롤러 (26) 에 송신한다.

조작 장치 (25) 와 붐 실린더 (10) 사이의 파일럿 유로 (450) 에는, 압력 센서 (68), 제어 밸브 (이하, 적절히 개입 밸브라고 칭한다) (27C) 및 셔틀 밸브 (51) 가 형성된다. 우조작 레버 (25R) 의 좌우 방향의 조작에 따라, 파일럿 유로 (450) 에 파일럿 유압이 공급 가능해져, 오퍼레이터에 의한 버킷 (8) 의 조작이 접수된다. 우조작 레버 (25R) 의 조작량에 따라 우조작 레버 (25R) 가 구비하는 밸브 장치가 열리고, 파일럿 유로 (450) 에 작동유가 공급된다. 또한, 압력 센서 (66) 는, 그 때의 파일럿 유로 (450) 내에 있어서의 작동유의 압력을 파일럿압으로서 검출한다. 압력 센서 (66) 는, 검출한 파일럿압을, 버킷 조작 신호 (MT) 로서 작업기 컨트롤러 (26) 에 송신한다.

좌조작 레버 (25L) 의 전후 방향의 조작에 따라, 파일럿 유로 (450) 에 파일럿 유압이 공급 가능해져, 오퍼레이터에 의한 아암 (7) 의 조작이 접수된다. 좌조작 레버 (25L) 의 조작량에 따라 좌조작 레버 (25L) 가 구비하는 밸브 장치가 열리고, 파일럿 유로 (450) 에 작동유가 공급된다. 또한, 압력 센서 (66) 는, 그 때의 파일럿 유로 (450) 내에 있어서의 작동유의 압력을 파일럿압으로서 검출한다. 압력 센서 (66) 는, 검출한 파일럿압을, 아암 조작 신호 (MA) 로서 작업기 컨트롤러 (26) 에 송신한다.

좌조작 레버 (25L) 의 좌우 방향의 조작에 따라, 파일럿 유로 (450) 에 파일럿 유압이 공급 가능해져, 오퍼레이터에 의한 상부 선회체 (3) 의 선회 조작이 접수된다. 좌조작 레버 (25L) 의 조작량에 따라 좌조작 레버 (25L) 가 구비하는 밸브 장치가 열리고, 파일럿 유로 (450) 에 작동유가 공급된다. 또한, 압력 센서 (66) 는, 그 때의 파일럿 유로 (450) 내에 있어서의 작동유의 압력을 파일럿압으로서 검출한다. 압력 센서 (66) 는, 검출한 파일럿압을, 선회 조작 신호 (MR) 로서 작업기 컨트롤러 (26) 에 송신한다.

우조작 레버 (25R) 가 조작됨으로써, 조작 장치 (25) 는, 우조작 레버 (25R) 의 조작량에 따른 크기의 파일럿 유압을 방향 제어 밸브 (64) 에 공급한다. 좌조작 레버 (25L) 가 조작됨으로써, 조작 장치 (25) 는, 좌조작 레버 (25L) 의 조작량에 따른 크기의 파일럿 유압을 제어 밸브 (27) 에 공급한다. 이 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀이 이동한다.

파일럿 유로 (450) 에는, 제어 밸브 (27) 가 형성되어 있다. 우조작 레버 (25R) 및 좌조작 레버 (25L) 의 조작량은, 파일럿 유로 (450) 에 설치되는 압력 센서 (66) 에 의해 검출된다. 압력 센서 (66) 가 검출한 파일럿 유압은, 작업기 컨트롤러 (26) 에 입력된다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 입력된 파일럿 유압에 따른, 파일럿 유로 (450) 의 제어 신호 (N) 를 제어 밸브 (27) 에 출력하여, 파일럿 유로 (450) 를 개폐한다.

조작 장치 (25) 는, 주행용 레버 (25FL, 25FR) 를 갖는다. 실시형태에 있어서, 조작 장치 (25) 는, 파일럿 유압 방식이 사용되기 때문에, 유압 펌프 (36) 로부터, 감압된 작동유가 방향 제어 밸브 (64) 에 공급되고, 파일럿 유로 (450) 내의 작동유의 압력에 기초하여 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀이 구동된다. 그러면, 유압 셔블 (100) 의 주행 장치 (5) 가 구비하는 유압 모터 (5c, 5c) 에, 유압 펌프 (36, 37) 로부터 작동유가 공급되고, 주행 가능해진다. 파일럿 유로 (450) 내의 작동유의 압력, 즉 파일럿압은, 압력 센서 (27PC) 에 의해 검출된다.

유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터가 주행 장치 (5) 를 동작시키는 경우, 오퍼레이터는 주행용 레버 (25FL, 25FR) 를 조작한다. 오퍼레이터에 의한 주행용 레버 (25FL, 25FR) 의 조작량은 압력 센서 (27PC) 로 검출되어, 작업기 컨트롤러 (26) 에 조작 신호 (MD) 로서 출력된다.

좌조작 레버 (25L) 및 우조작 레버 (25R) 의 조작량이, 예를 들어, 포텐셔미터 및 홀 IC 등에 의해 검출되고, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 이들 검출치에 기초하여 방향 제어 밸브 (64) 및 제어 밸브 (27) 를 제어함으로써, 작업기 (2) 를 제어해도 된다. 이와 같이, 좌조작 레버 (25L) 및 우조작 레버 (25R) 는, 전기 방식이어도 된다.

제어 시스템 (200) 은, 제 1 스트로크 센서 (16) 와 제 2 스트로크 센서 (17) 와 제 3 스트로크 센서 (18) 를 갖는다. 예를 들어, 제 1 스트로크 센서 (16) 는 붐 실린더 (10) 에, 제 2 스트로크 센서 (17) 는 아암 실린더 (11) 에, 제 3 스트로크 센서 (18) 는 버킷 실린더 (12) 에, 각각 형성된다. 제 1 스트로크 센서 (16) 는, 붐 실린더 (10) 의 신장에 대응하는 변위량을 검출하여, 센서 컨트롤러 (39) 에 출력한다. 제 2 스트로크 센서 (17) 는, 아암 실린더 (11) 의 신장에 대응하는 변위량을 검출하여, 센서 컨트롤러 (39) 에 출력한다. 제 3 스트로크 센서 (18) 는, 버킷 실린더 (12) 의 신장에 대응하는 변위량을 검출하여, 센서 컨트롤러 (39) 에 출력한다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, CPU (Central Processing Unit) 등의 프로세서인 처리부 (26P) 와, RAM (Random Access Memory) 및 ROM (Read Only Memory) 등의 기억 장치인 기억부 (26M) 를 갖는다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 도 2 에 나타내는 압력 센서 (66) 의 검출치에 기초하여, 제어 밸브 (27) 및 개입 밸브 (27C) 를 제어한다.

도 2 에 나타내는 방향 제어 밸브 (64) 는, 예를 들어 비례 제어 밸브이고, 조작 장치 (25) 로부터 공급되는 작동유에 의해 제어된다. 방향 제어 밸브 (64) 는, 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12) 및 선회 모터 (38) 등의 유압 액츄에이터와, 유압 펌프 (36, 37) 사이에 배치된다. 방향 제어 밸브 (64) 는, 유압 펌프 (36, 37) 로부터 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12) 및 선회 모터 (38) 에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다.

GNSS 안테나 (21) 는, 자신의 위치를 나타내는 기준 위치 데이터 (P1) 를 측위 위성으로부터 수신한다. GNSS 안테나 (22) 는, 자신의 위치를 나타내는 기준 위치 데이터 (P2) 를 측위 위성으로부터 수신한다. GNSS 안테나 (21, 22) 는, 소정의 주기로 기준 위치 데이터 (P1, P2) 를 수신한다. 기준 위치 데이터 (P1, P2) 는, GNSS 안테나가 설치되어 있는 위치의 정보이다. GNSS 안테나 (21, 22) 로 수신된 GNSS 전파에 따른 신호는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 입력된다. GNSS 안테나 (21, 22) 는, 기준 위치 데이터 (P1, P2) 를 수신할 때마다, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 출력한다.

글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, 글로벌 좌표계로 나타내는 2 개의 기준 위치 데이터 (P1, P2) (복수의 기준 위치 데이터) 를 취득한다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, 2 개의 기준 위치 데이터 (P1, P2) 에 기초하여, 상부 선회체 (3) 의 배치를 나타내는 선회체 배치 데이터를 생성한다. 실시형태에 있어서, 선회체 배치 데이터에는, 2 개의 기준 위치 데이터 (P1, P2) 의 적어도 일방의 기준 위치 데이터 (P) 와, 2 개의 기준 위치 데이터 (P1, P2) 에 기초하여 생성된 선회체 방위 데이터 (Q) 가 포함된다. 이들 2 개의 GNSS 안테나 (21, 22) 에 의해 GPS 컴퍼스를 구성하고, 선회체 방위 데이터 (Q) 를 얻도록 해도 된다. 요컨대, 양방의 GNSS 안테나 (21, 22) 의 기준 위치 데이터는 출력하지 않고, 2 개의 GNSS 안테나의 상대 위치로부터 방위각을 산출하고, 그 방위각을 선회체 방위 데이터 (Q) 로 해도 된다.

실시형태에 있어서, 선회체 방위 데이터 (Q) 는, GNSS 안테나 (21, 22) 가 취득한 기준 위치 데이터 (P) 로부터 결정되는 방위가, 글로벌 좌표의 기준 방위 (예를 들어 북) 에 대하여 이루는 각, 즉 방위각이다. 방위각은, 유압 셔블 (100) 의 요각이기도 하다. 선회체 방위 데이터 (Q) 는, 상부 선회체 (3), 즉 작업기 (2) 가 향하고 있는 방위를 나타내고 있다.

글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, CPU 등의 프로세서인 처리부와, RAM 및 ROM 등의 기억 장치인 기억부를 갖는다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, 소정의 주기로 GNSS 안테나 (21, 22) 로부터 2 개의 기준 위치 데이터 (P1, P2) 를 취득한다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, 취득한 2 개의 기준 위치 데이터 (P1, P2) 로부터, 선회체 방위 데이터 (Q) 인 유압 셔블 (100) 의 방위각, 보다 구체적으로는 상부 선회체 (3) 의 방위각을 구한다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, 2 개의 기준 위치 데이터 (P1, P2) 를 취득할 때마다, 선회체 배치 데이터, 즉 기준 위치 데이터 (P) 와 선회체 방위 데이터 (Q) 를 갱신하여, 센서 컨트롤러 (39) 에 출력한다.

표시 컨트롤러 (28) 는, CPU 등의 프로세서인 처리부 (28P) 와, RAM (Random Access Memory) 및 ROM 등의 기억 장치인 기억부 (28M) 를 갖는다. 표시 컨트롤러 (28) 는, 표시부 (29) 에, 예를 들어, 후술하는 가이던스 화면 등의 화상을 표시하는 것 외에, 센서 컨트롤러 (39) 로부터 얻어지는 유압 셔블 (100) 의 위치 정보 (IPL) 를 이용하여, 버킷 (8) 의 날끝 (8T) 의 3 차원 위치인 날끝 위치를 나타내는 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 를 생성한다. 표시부 (29) 는, 예를 들어, 액정 표시 장치 등이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 표시부 (29) 는, 예를 들어 입력부와 표시부를 일체화한 터치 패널을 사용할 수 있다. 실시형태에 있어서는, 표시부 (29) 에 인접하여, 스위치 (29S) 가 설치되어 있다. 스위치 (29S) 는, 후술하는 굴삭 제어를 실행시키거나, 실행 중의 굴삭 제어를 정지시키기 위한 입력 장치이다. 표시부 (29) 에 터치 패널을 사용하는 경우, 스위치 (29S) 는 터치 패널의 입력부에 삽입되어도 된다.

표시 컨트롤러 (28) 는, 작업기 (2) 가 굴삭하는 대상의 목표 시공면의 화상과, 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 를 이용하여 생성한 버킷 (8) 의 화상을 가이던스 화면으로서 표시부 (29) 에 표시시킬 수 있다. 표시 컨트롤러 (28) 는, 가이던스 화면에 의해, 목표 시공면과 버킷 (8) 의 위치 관계를 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터에 인식시켜, 정보화 시공을 실시할 때의 오퍼레이터의 부담을 경감시킬 수 있다.

IMU (24) 는, 유압 셔블 (100) 의 동작을 나타내는 동작 정보 (MI) 를 검출하는 상태 검출 장치이다. 유압 셔블 (100) 의 동작은, 상부 선회체 (3) 의 동작 및 주행 장치 (5) 의 동작의 적어도 일방을 포함한다. 실시형태에 있어서, 동작 정보 (MI) 는, 유압 셔블 (100) 의 자세를 나타내는 정보를 포함하고 있어도 된다. 유압 셔블 (100) 의 자세를 나타내는 정보는, 유압 셔블 (100) 의 롤각, 피치각 및 방위각이 예시된다.

실시형태에 있어서, IMU (24) 는, 유압 셔블 (100) 의 각속도 및 가속도를 검출한다. 유압 셔블 (100) 의 동작에 수반하여, 유압 셔블 (100) 에는, 주행시에 발생하는 가속도, 선회시에 발생하는 각가속도 및 중력 가속도와 같은 다양한 가속도가 발생하는데, IMU (24) 는 적어도 중력 가속도를 포함하는 가속도를 검출하고, 각 가속도의 종류를 구별하지 않고 검출한 가속도를 출력한다. 여기서, 중력 가속도는, 중력에 대한 항력에 대응한 가속도이다. IMU (24) 는, 도 1 에 나타내는 로컬 좌표계 (x, y, z) 에 있어서, x 축 방향, y 축 방향 및 z 축 방향의 가속도와, x 축, y 축 및 z 축 둘레의 각속도 (회전 각속도) 를 검출한다. 이들이 동작 정보 (MI) 가 된다. 로컬 좌표계란, 유압 셔블 (100) 을 기준으로 한, (x, y, z) 로 나타내는 3 차원 좌표계이다.

IMU (24) 가 검출하는 동작 정보 (MI) 에는, 상부 선회체 (3) 의 회전 중심축이 되는 z 축을 중심으로 하여 상부 선회체 (3) 가 선회하는 회전 각속도, 즉 선회 각속도 (ω) 가 포함된다. 선회 각속도 (ω) 는, GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치를 나타내는 정보로부터 취득된 상부 선회체 (3) 의 선회 각도를 시간으로 미분함으로써 구해져도 된다. 선회 각속도 (ω) 를 시간으로 적분함으로써, 선회 각도를 구할 수 있다.

IMU (24) 는, 상부 선회체 (3) 에 장착되어 있다. IMU (24) 는, 보다 높은 정밀도로 가속도 등을 검출하기 위해서, 예를 들어, 유압 셔블 (100) 의 상부 선회체 (3) 의 선회 중심축 상에 형성되는 것이 바람직하지만, IMU (24) 는 운전실 (4) 의 하부에 설치되어도 된다.

센서 컨트롤러 (39) 는, CPU (Central Processing Unit) 등의 프로세서인 처리부 (39P) 와, RAM (Random Access Memory) 및 ROM (Read Only Memory) 등의 기억 장치인 기억부 (39M) 를 갖는다. 센서 컨트롤러 (39) 에는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 의 검출치, IMU (24) 의 검출치, 압력 센서 (27PC, 66, 68) 의 검출치, 제 1 스트로크 센서 (16) 의 검출치, 제 2 스트로크 센서 (17) 의 검출치 및 제 3 스트로크 센서 (18) 의 검출치가 입력된다. 센서 컨트롤러 (39) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 의 검출치 및 IMU (24) 의 검출치로부터, 유압 셔블 (100) 의 위치에 관련하는 위치 정보 (IPL) 를 구하여 표시 컨트롤러 (28) 및 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력한다.

도 3 은, 유압 셔블 (100) 의 측면도이다. 도 4 는, 유압 셔블 (100) 의 배면도이다. 차량 본체 (1) 의 좌우 방향, 즉 폭방향에 대한 경사각 (θ4) 은 유압 셔블 (100) 의 롤각이고, 차량 본체 (1) 의 전후 방향에 대한 경사각 (θ5) 은 유압 셔블 (100) 의 피치각이고, z 축 둘레에 있어서의 상부 선회체 (3) 의 각도는 유압 셔블 (100) 의 방위각이다. 롤각은 IMU (24) 에 의해 검출된 x 축 둘레의 각속도를 시간으로 적분함으로써, 피치각은 IMU (24) 에 의해 검출된 y 축 둘레의 각속도를 시간으로 적분함으로써, 방위각은 IMU (24) 에 의해 검출된 z 축 둘레의 각속도를 시간으로 적분함으로써 구해진다. z 축 둘레의 각속도는, 유압 셔블 (100) 의 선회 각속도 (ω) 이다. 즉, 선회 각속도 (ω) 를 시간으로 적분함으로써 유압 셔블 (100), 보다 구체적으로는 상부 선회체 (3) 의 방위각이 얻어진다.

IMU (24) 는, 소정의 주기로 유압 셔블 (100) 의 가속도 및 각속도를 갱신한다. IMU (24) 의 갱신 주기는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 있어서의 갱신 주기보다 짧은 것이 바람직하다. IMU (24) 가 검출한 가속도 및 각속도는, 동작 정보 (MI) 로서 센서 컨트롤러 (39) 또는 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력된다. 센서 컨트롤러 (39) 는, IMU (24) 로부터 취득한 동작 정보 (MI) 에 필터 처리 및 적분과 같은 처리를 실시하여, 롤각인 경사각 (θ4), 피치각인 경사각 (θ5) 및 방위각을 구한다. 센서 컨트롤러 (39) 는, 구한 경사각 (θ4), 경사각 (θ5) 및 방위각을, 유압 셔블 (100) 의 위치에 관련하는 위치 정보 (IPL) 로서, 표시 컨트롤러 (28) 에 출력한다.

표시 컨트롤러 (28) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 기준 위치 데이터 (P) 및 선회 방위 데이터 (Q) 를 취득한다. 선회 방위 데이터 (Q) 는, 유압 셔블 (100) 의 방위를 나타내는 정보이고, 실시형태에 있어서는, 상부 선회체 (3) 의 방위를 나타내는 정보이다. 구체적으로는, 선회 방위 데이터 (Q) 는, 상부 선회체 (3) 의 방위각이다. 실시형태에 있어서, 표시 컨트롤러 (28) 는, 작업기 위치 데이터로서, 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 를 생성한다. 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 는, 센서 컨트롤러 (39) 또는 작업기 컨트롤러 (26) 에 의해 생성되어도 된다. 그리고, 표시 컨트롤러 (28) 는, 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 와 목표 시공 정보 (T) 를 이용하여, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 생성한다. 목표 시공 정보 (T) 는, 표시 컨트롤러 (28) 의 기억부 (28M) (목표 시공 정보 격납부 (28C)) 에 기억되어 있다. 목표 시공 정보 (T) 는, 유압 셔블 (100) 이 구비하는 작업기 (2) 의 굴삭 대상의 굴삭 후에 있어서의 마무리의 목표가 되는 정보로서, 설계 데이터로부터 얻어지는 목표 시공면의 정보를 포함한다. 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 는, 로컬 좌표계에 있어서 날끝 (8T) 의 현시점에 있어서의 날끝 위치를 통과하는 수직선과, 목표 시공면과의 교점을 굴삭 대상 위치로 했을 때, 굴삭 대상 위치의 전후에 있어서의 단수 또는 복수의 변곡점의 위치를 나타내는 정보와 그 전후의 선의 각도 정보이다.

센서 컨트롤러 (39) 는, 제 1 스트로크 센서 (16) 가 검출한 붐 실린더 길이로부터, 로컬 좌표계에 있어서의 수평면과 직교하는 방향 (z 축 방향) 에 대한 붐 (6) 의 경사각 (θ1) (도 3 참조) 을 산출한다. 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 2 스트로크 센서 (17) 가 검출한 아암 실린더 길이로부터, 붐 (6) 에 대한 아암 (7) 의 경사각 (θ2) (도 3 참조) 을 산출한다. 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 3 스트로크 센서 (18) 가 검출한 버킷 실린더 길이로부터, 아암 (7) 에 대한 버킷 (8) 의 경사각 (θ3) 을 산출한다. 센서 컨트롤러 (39) 는, 산출한 경사각 (θ1, θ2, θ3) 을, 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력한다. 또한, IMU (24) 는, 선회 각속도 (ω) 를 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력한다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, 전술한 바와 같이, 도 1 에 나타내는 z 축을 중심으로 하여 상부 선회체 (3) 가 선회할 때에 있어서의 상부 선회체 (3) 의 선회 각속도 (ω) 를, IMU (24) 로부터 취득한다. 또한, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 압력 센서 (66) 로부터 붐 조작 신호 (MB), 버킷 조작 신호 (MT), 아암 조작 신호 (MA) 및 선회 조작 신호 (MR) 를 취득한다. 또한, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 센서 컨트롤러 (39) 로부터 붐 (6) 의 경사각 (θ1), 아암 (7) 의 경사각 (θ2) 및 버킷 (8) 의 경사각 (θ3) 을 취득한다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, 표시 컨트롤러 (28) 로부터, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 취득한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 센서 컨트롤러 (39) 로부터 취득한 작업기 (2) 의 각도 (θ1, θ2, θ3) 로부터 버킷 (8) 의 날끝 (8T) 의 위치 (이하, 적절히 날끝 위치라고 칭한다) 를 산출한다. 작업기 컨트롤러 (26) 의 기억부 (26M) 는, 작업기 (2) 의 데이터 (이하, 적절히 작업기 데이터라고 한다) 를 기억하고 있다. 작업기 데이터는, 붐 (6) 의 길이 (L1), 아암 (7) 의 길이 (L2) 및 버킷 (8) 의 길이 (L3) 와 같은 설계 치수를 포함한다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 붐 (6) 의 길이 (L1) 는, 붐 핀 (13) 부터 아암 핀 (14) 까지의 길이에 상당한다. 아암 (7) 의 길이 (L2) 는, 아암 핀 (14) 부터 버킷 핀 (15) 까지의 길이에 상당한다. 버킷 (8) 의 길이 (L3) 는, 버킷 핀 (15) 부터 버킷 (8) 의 날끝 (8T) 까지의 길이에 상당한다. 날끝 (8T) 은, 도 1 에 나타내는 칼날 (8B) 의 선단이다. 또한, 작업기 데이터는, 로컬 좌표계의 원점 위치 (PL) 에 대한 붐 핀 (13) 까지의 위치의 정보를 포함한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 길이 (L1, L2, L3), 경사각 (θ1, θ2, θ3) 및 원점 위치 (PL) 를 이용하여, 원점 위치 (PL) 에 대한 날끝 위치를 구할 수 있다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 따라 버킷 (8) 의 날끝 (8T) 이 이동하도록, 조작 장치 (25) 로부터 입력된 붐 조작 신호 (MB), 버킷 조작 신호 (MT) 및 아암 조작 신호 (MA) 를, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 와 버킷 (8) 의 날끝 (8T) 의 거리 및 버킷 (8) 의 날끝 (8T) 의 속도에 기초하여 조정한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 따라 버킷 (8) 의 날끝 (8T) 이 이동하도록 작업기 (2) 를 제어하기 위한 제어 신호 (N) 를 생성하여, 도 2 에 나타내는 제어 밸브 (27) 에 출력한다. 이와 같은 처리에 의해, 작업기 (2) 가 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 에 가까워지는 속도는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 에 대한 거리에 따라 제한된다.

작업기 컨트롤러 (26) 로부터의 제어 신호 (N) 에 따라, 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11) 및 버킷 실린더 (12) 의 각각에 대하여 2 개씩 형성된 제어 밸브 (27) 가 개폐한다. 좌조작 레버 (25L) 또는 우조작 레버 (25R) 의 조작과 제어 밸브 (27) 의 개폐 지령에 기초하여, 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀이 동작하여, 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11) 및 버킷 실린더 (12) 에 작동유가 공급된다.

글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, 글로벌 좌표계에 있어서의 GNSS 안테나 (21, 22) 의 기준 위치 데이터 (P1, P2) 를 검출한다. 글로벌 좌표계는, 유압 셔블 (100) 의 작업 에어리어 (GA) 에 설치된 기준이 되는, 예를 들어 기준 말뚝 (60) 의 기준 위치 (PG) 를 기준으로 한, (X, Y, Z) 로 나타내는 3 차원 좌표계이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 기준 위치 (PG) 는, 예를 들어, 작업 에어리어 (GA) 에 설치된 기준 말뚝 (60) 의 선단 (60T) 에 위치한다. 실시형태에 있어서, 글로벌 좌표계란, 예를 들어, GNSS 에 있어서의 좌표계이다.

도 2 에 나타내는 표시 컨트롤러 (28) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 검출 결과에 기초하여, 글로벌 좌표계에서의 로컬 좌표계의 위치를 산출한다. 실시형태에 있어서, 예를 들어, 로컬 좌표계의 원점 위치 (PL) 는, 선회체의 회전 중심축인 z 축과 주행 장치 (5) 가 접지하는 면에 상당하는 면과의 교점이다. 실시형태에 있어서, 원점 위치 (PL) 의 좌표는, 로컬 좌표계에 있어서, (0, 0, 0) 이 된다. 주행 장치 (5) 가 접지하는 면은, 크롤러 벨트 (5a, 5b) 가 접하는 작업 에어리어 (GA) 의 표면 (GD) 이다. 주행 장치 (5) 가 접지하는 면에 상당하는 면은, 작업 에어리어 (GA) 의 표면 (GD) 이어도 되고, 크롤러 벨트 (5a, 5b) 가 접지하는 부분에 의해 규정되는 평면 (CP) 이어도 된다. 크롤러 벨트 (5a, 5b) 가 접지하는 부분에 의해 규정되는 평면 (CP) 은, 로컬 좌표계 (x, y, z) 에 있어서, 유압 셔블 (100) 의 설계 치수로부터 일률적으로 결정된다.

원점 위치 (PL) 는, z 축과 평면 (CP) 의 교점에 한정되는 것은 아니다. 실시형태에 있어서, 후술하는 유사 부동점의 위치는, 원점 위치 (PL) 와 일치하고 있어도 되고, 일치하고 있지 않아도 된다. 로컬 좌표계의 원점 위치 (PL) 는, 다른 장소여도 되고, 예를 들어, 붐 핀 (13) 의 축 방향의 길이의 중심점을 원점 위치 (PL) 로 해도 된다. 원점 위치 (PL) 는, z 축 상, 또한 상부 선회체 (3) 가 선회하기 위한 스윙 서클 상에 위치하고 있어도 된다. 전술한 바와 같이, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 원점 위치 (PL) 에 대한 날끝 위치, 즉 로컬 좌표계에서의 날끝 위치를 구하기 때문에, 글로벌 좌표계에서의 원점 위치 (PL) 의 좌표가 얻어지면, 로컬 좌표계에서의 날끝 위치의 좌표를, 글로벌 좌표계에서의 날끝 위치의 좌표로 변환할 수 있다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, 버킷 (8) 이 목표 굴삭 지형을 침식하는 것을 억제하기 위해서, 작업기 (2) 가 굴삭 대상에 접근하는 방향의 속도가 제한 속도 이하가 되도록 제어한다. 이 제어를, 적절히 굴삭 제어라고 한다. 굴삭 제어는, 표시 컨트롤러 (28) 로부터 취득된 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 와 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 에 기초하여, 작업기 (2) 와 굴삭 대상의 상대 위치를 연산하면서 작업기 (2) 가 굴삭 대상에 접근하는 방향의 속도를 제한 속도 이하가 되도록 하는 제어이다. 이와 같은 제어를 실행함으로써, 굴삭 대상을 목표 형상 (목표 시공 정보 (T) 가 나타내는 형상) 으로 시공할 수 있다. 다음으로, 제어 시스템 (200) 에 대하여, 보다 상세하게 설명한다.

＜제어 시스템 (200)＞

도 5 는, 실시형태에 관련된 제어 시스템 (200) 의 제어 블록도이다. 도 6 및 도 7 은, 유압 셔블 (100) 의 자세를 나타내는 평면도이다. 실시형태에 있어서, 제어 시스템 (200) 의 작업기 컨트롤러 (26) 와, 표시 컨트롤러 (28) 와, 센서 컨트롤러 (39) 는, 신호선을 개재하여 서로 정보를 교환할 수 있다. 또한, 센서 컨트롤러 (39) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 신호선을 개재하여 정보를 취득할 수 있다. 제어 시스템 (200) 내에서 정보를 전달하는 신호선은, CAN (Controller Area Network) 과 같은 차내 신호선이 예시된다. 실시형태에 있어서, 제어 시스템 (200) 은, 작업기 컨트롤러 (26) 와, 표시 컨트롤러 (28) 가 별개의 장치이지만, 양자는 1 개의 장치로 실현되어도 된다.

표시 컨트롤러 (28) 는, 날끝 위치 산출부 (28A) 와, 목표 굴삭 지형 데이터 생성부 (28B) 와, 목표 시공 정보 격납부 (28C) 를 갖는다. 날끝 위치 산출부 (28A) 및 목표 굴삭 지형 데이터 생성부 (28B) 는, 기억부 (28M) 에 기억된 컴퓨터 프로그램을 처리부 (28P) 가 실행함으로써 실현된다. 목표 시공 정보 격납부 (28C) 는, 기억부 (28M) 의 기억 영역의 일부에 의해 실현된다.

날끝 위치 산출부 (28A) 는, 센서 컨트롤러 (39) 로부터 취득하는 위치 정보 (IPL) 에 기초하여, 상부 선회체 (3) 의 선회 중심축이 되는 z 축을 통과하는, 유압 셔블 (100) 의 선회 중심의 위치를 나타내는 선회 중심 위치 데이터 (XR) 를 생성한다. 날끝 위치 산출부 (28A) 가 센서 컨트롤러 (39) 로부터 취득하는 위치 정보 (IPL) 는, 기준 위치 데이터 (P1, P2) 에 기초하는 기준 위치 데이터 (P1c, P2c) 및 방위각 (θd) 이다. 날끝 위치 산출부 (28A) 는, 선회 중심 위치 데이터 (XR) 와 작업기 (2) 의 경사각 (θ1, θ2, θ3) 과, 붐 (6) 의 길이 (L1), 아암 (7) 의 길이 (L2) 및 버킷 (8) 의 길이 (L3) 에 기초하여, 버킷 (8) 의 날끝 (8T) 의 현재 위치를 나타내는 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 를 생성하고, 목표 굴삭 지형 데이터 생성부 (28B) 에 출력한다. 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 는, 작업기 (2) 의 위치를 나타내는 정보이다. 실시형태에 있어서, 작업기 (2) 의 위치는, 날끝 위치, 즉 버킷 (8) 의 날끝 (8T) 의 3 차원 위치에 한정되는 것은 아니고, 작업기 (2) 의 특정한 부분의 위치이면 된다. 예를 들어, 작업기 (2) 의 위치는, 버킷 (8) 의 뒷부분의 위치여도 되고, 법면 버킷의 바닥 부분의 위치여도 되고, 작업기 (2) 의 어태치먼트를 장착하는 부분의 위치여도 된다.

목표 굴삭 지형 데이터 생성부 (28B) 는, 목표 시공 정보 격납부 (28C) 에 격납된 목표 시공 정보 (T) 와, 날끝 위치 산출부 (28A) 로부터의 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 를 취득한다. 목표 굴삭 지형 데이터 생성부 (28B) 는, 로컬 좌표계에 있어서 날끝 (8T) 의 현시점에 있어서의 날끝 위치를 통과하는 수직선과 목표 시공면과의 교점을 굴삭 대상 위치로서 설정한다. 목표 굴삭 지형 데이터 생성부 (28B) 는, 목표 시공 정보 (T) 와 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 에 기초하여, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 생성하고, 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력한다.

센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 자세각 연산부 (39A) 와, 위치 정보 연산부 (39B) 를 갖는다. 자세각 연산부 (39A) 및 위치 정보 연산부 (39B) 는, 기억부 (39M) 에 기억된 컴퓨터 프로그램을 처리부 (39P) 가 실행함으로써 실현된다. 자세각 연산부 (39A) 에는, IMU (24) 의 검출치인 가속도 (a) (ax, ay, az) 및 각속도 (ω) (ωx, ωy, ωz), 즉 동작 정보 (MI) 와, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 의 검출치인 선회체 방위 데이터 (Q) (방위각 (θda)) 가 입력된다. 또한, 처리부 (39P) 의 자세각 연산부 (39A) 및 위치 정보 연산부 (39B) 에는, 압력 센서 (66, 27PC) 의 검출치가 입력된다.

글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 가 전파를 수신할 수 없게 된 경우 또는 센서 컨트롤러 (39) 와의 통신에 불량이 발생한 경우에 에러 정보 (Err) 를 생성하고, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 및 표시 컨트롤러 (28) 의 처리부 (28P) 에 출력한다. 요컨대, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 는, RTK-GNSS 에 의한 측위에 문제가 발생했는지 여부를 판단하는 측위 상태 판단 장치이다. 센서 컨트롤러 (39) 는, 에러 정보 (Err) 를 취득하면, RTK-GNSS 에 의한 측위를 백업하는 처리를 실행한다. 이 처리에 대해서는 후술한다. 표시 컨트롤러 (28) 는, 에러 정보 (Err) 를 취득하면, 도 2 에 나타내는 표시부 (29) 에, RTK-GNSS 에 의한 측위에 이상이 발생한 것을 표시한다.

자세각 연산부 (39A) 는, IMU (24) 의 검출치로부터, 유압 셔블 (100) 의 롤각인 경사각 (θ4) 과, 유압 셔블 (100) 의 피치각인 경사각 (θ5) 을 구하여, 위치 정보 연산부 (39B) 및 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 출력한다. 자세각 연산부 (39A) 는, IMU (24) 가 검출한 z 축 둘레의 선회 각속도 (ω) 를 적분하여 방위각 (θdi) 을 구한다. 자세각 연산부 (39A) 는, 위치 검출 장치인 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 의 상태에 따라, 자신이 구한 방위각 (θdi) 또는 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 취득한 방위각 (θda) 을 전환하여, 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 또는 위치 정보 연산부 (39B) 에 방위각 (θdc) 으로서 출력한다. 요컨대, RTK-GNSS 에 의한 측위가 정상인 경우에는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 취득한 방위각 (θda) 을 이용하여 버킷 날끝 데이터 (S) 가 구해지고, RTK-GNSS 에 의한 측위가 이상인 경우에는, IMU (24) 가 검출한 z 축 둘레의 선회 각속도 (ω) 를 적분하여 구한 방위각 (θdi) 을 이용하여 버킷 날끝 데이터 (S) 가 구해진다. 또한, 자세각 연산부 (39A) 로부터 표시 컨트롤러 (28) 에 보내지는 경사각 (θ4), 경사각 (θ5) 및 방위각 (θdc) 은, 유압 셔블 (100) 의 위치에 관련하는 위치 정보 (IPL) 이다. 이하에 있어서, 경사각 (θ4) 을 적절히 롤각 (θ4) 이라고 칭하고, 경사각 (θ5) 을 적절히 피치각 (θ5) 이라고 칭한다.

실시형태에 있어서, 위치 정보 (IPL) 는, 전술한 바와 같이, 작업 기계인 유압 셔블 (100) 의 위치에 관련하는 정보이다. 위치 정보 (IPL) 에는, 유압 셔블 (100) 의 위치 그 자체의 정보 외에, 유압 셔블 (100) 의 위치를 구하기 위해서 필요한 정보도 포함한다. 유압 셔블 (100) 의 위치 그 자체의 정보는, 기준 위치 데이터 (P1, P2) 및 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 가 예시되고, 유압 셔블 (100) 의 위치를 구하기 위해서 필요한 정보는, 경사각 (θ4), 경사각 (θ5) 및 방위각 (θd) (θdi, θda 또는 θdc) 이 예시된다.

위치 정보 연산부 (39B) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 취득한 기준 위치 데이터 (P1, P2) 와, 위치 정보 연산부 (39B) 가 구한 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 전환하여, 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 기준 위치 데이터 (P1c, P2c) 로서 출력한다. 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 의 상태가 이상이 되기 전에 있어서의 원점 위치 (PL) 및 IMU (24) 에 의해 검출된 동작 정보 (MI) 의 양방을 이용하여 위치 정보 연산부 (39B) 가 구한 위치의 정보이다.

기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 는, 다음과 같이 하여 구해진다. 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 는, IMU (24) 의 검출치인 가속도 (a) (ax, ay, az) 및 각속도 (ω) (ωx, ωy, ωz) 로부터 자세각 연산부 (39A) 가 구한 롤각 (θ4) 및 피치각 (θ5) 과, 자세각 연산부 (39A) 로부터 출력되는 방위각 (θdc) 에 의해 구해진다. 이 방위각 (θdc) 은, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 의 상태가 이상이 되기 전에, 자세각 연산부 (39A) 가 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 취득한 방위각 (θda) 또는 방위각 (θda) 에 선회 각속도 (ω) 의 적분에 의해 얻어진 방위각을 가산한 방위각이다.

센서 컨트롤러 (39) 는, 유압 셔블 (100) 의 위치 정보 (IPL) 를 표시 컨트롤러 (28) 에 출력하는 데에 있어서, 제 1 모드와, 제 2 모드와, 제 3 모드의 3 개 모드 중, 어느 1 개의 모드로 동작한다. 제 1 모드는, 센서 컨트롤러 (39) 가, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의해 검출된 위치의 정보를 유압 셔블 (100) 의 위치 정보 (IPL) 로서 출력하는 모드이다. 제 2 모드는, 센서 컨트롤러 (39) 가, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이 되기 전에 있어서의 유압 셔블 (100) 의 원점 위치 (PL) 및 IMU (24) 에 의해 검출된 동작 정보 (MI) 의 양방을 이용하여 구한 위치의 정보를 위치 정보 (IPL) 로서 출력하는 모드이다. 제 3 모드는, 센서 컨트롤러 (39) 가, 위치 정보 (IPL) 를 출력하지 않는 모드이다. 자세각 연산부 (39A) 및 위치 정보 연산부 (39B), 즉 처리부 (39P) 는, 압력 센서 (66, 27PC) 로부터의 검출치에 기초하여 유압 셔블 (100) 의 정정 상태를 판정하고, 판정 결과에 기초하여 제 1 모드, 제 2 모드 또는 제 3 모드 중 어느 1 개를 실행한다.

센서 컨트롤러 (39) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상인 경우에는 제 1 모드로 동작하고, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 주행하지 않고 정지하고 있는 경우에는 제 2 모드로 동작하고, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 주행하고 있는 경우에는 제 3 모드로 동작한다. 제 2 모드에 있어서, 유압 셔블 (100) 이 주행하지 않고 정지하고 있는 경우란, 상부 선회체 (3) 가 선회하여 정지하고 있는 상태와 선회하지 않고 정지하고 있는 상태의 양방을 포함한다. 실시형태에 있어서, 정정 상태는, 유압 셔블 (100) 이 주행하지 않고, 또한 상부 선회체 (3) 가 선회하여 정지하고 있는 상태 또는 선회하지 않고 정지하고 있는 상태이다. 실시형태에 있어서, 비정정 상태란, 유압 셔블 (100) 이 주행하고 있는 상태이다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이 되는 것에는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 가 출력하는 기준 위치 데이터 (P1, P2) 의 좌표치가 이상치를 나타내는 경우, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 와 센서 컨트롤러 (39) 사이에서 통신 에러가 발생한 경우 및 RTK-GNSS 에 의한 측위에 문제가 발생한 경우가 포함된다. GNSS 안테나 (21, 22) 가 측위 위성으로부터의 전파를 수신할 수 없게 되거나 또는 전파를 수신하기 어려워짐으로써, RTK-GNSS 에 의한 측위에 문제가 발생한다.

유압 셔블 (100) 의 제어 시스템 (200) 은, RTK-GNSS 에 의해 절대 위치, 실시형태에서는 글로벌 좌표에서의 위치를 측위한다. 이 때문에, 어떠한 이유로 RTK-GNSS 에 의한 측위에 문제가 발생, 즉 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이 된 경우, 절대 위치의 측위 정밀도가 저하한다. RTK-GNSS 에 의한 측위의 문제가 단시간이면, RTK-GNSS 에 의한 측위 이외의 방법으로, RTK-GNSS 에 의한 측위를 백업할 수 있다. 제어 시스템 (200) 은, 후술하는 유사 부동점을 이용하여 RTK-GNSS 에 의한 측위를 백업한다. 제어 시스템 (200) 은, 측위의 백업을 실행함으로써, RTK-GNSS 에 의한 측위의 문제가 발생한 경우에도, 굴삭 제어 및 가이던스 화면의 표시를 계속하여, 정보화 시공을 적확하게 계속할 수 있다.

유압 셔블 (100) 의 작업 중에 있어서 절대 위치가 변화하지 않는 부동점이 유압 셔블 (100) 에 존재하면, 제어 시스템 (200) 은 부동점의 절대 위치를 유지하고, 부동점으로부터 차량 본체 (1) 의 임의의 점까지의 상대 위치를 추가함으로써, RTK-GNSS 에 의한 측위의 문제가 발생하여, RTK-GNSS 에 의한 측위를 실현할 수 없어도, 유압 셔블 (100) 의 임의의 점의 절대 위치를 산출할 수 있다. 실제로는 유압 셔블 (100) 의 엔진 (EG35) 이 가동하고 있는 한, 작업기 (2) 의 동작 등에 의해 진동이 발생하기 때문에, 부동점은 존재하지 않아서, 부동점이라고 간주되는 근사적인 위치를 유사 부동점으로서 선정하고, 제어 시스템 (200) 은, 선정한 유사 부동점을, 전술한 부동점과 동일하게 취급함으로써, 유사 부동점을 이용하여 RTK-GNSS 에 의한 측위를 백업할 수 있다. 유사 부동점을 부동점이라고 간주할 수 있는 것은, 유압 셔블 (100) 이 이동하고 있지 않은 경우, 즉 도 1 에 나타내는 크롤러 벨트 (5a, 5b) 가 움직이지 않고 있는 경우이다.

다음으로, 유사 부동점에 대하여 설명한다. 실시형태에 있어서, 유사 부동점은, 도 3 및 도 4 에 나타내는 유압 셔블 (100) 의 원점 위치 (PL) 이다. 또한, 전술한 바와 같이 로컬 좌표계의 원점으로서 원점 위치 (PL) 를 정하고 있지만, 다른 위치에 로컬 좌표계의 원점을 정해도 된다. 따라서, 유사 부동점은, 이하의 설명에 있어서 특정점이라고 칭하는 경우도 있다. 작업 중의 유압 셔블 (100) 에 회전이 발생하는 것과 같은 움직임이 있는 경우, 그 회전의 지점은 움직이지 않기 때문에, 유사 부동점이 그 지점에 있으면, 제어 시스템 (200) 에 의해 구해지는 위치, 예를 들어, 작업기 (2) 의 특정한 부분의 위치 또는 버킷의 8 날끝 (8T) 의 위치를 포함하는 작업기 (2) 의 위치의 오차가 가장 작아진다. 유사 부동점을 회전의 지점으로 할 수 없는 경우에도, 유사 부동점을 가능한 한 지점의 근처에 설정하면, 제어 시스템 (200) 에 의해 구해지는 위치 (작업기 (2) 의 위치) 의 오차를 작게 할 수 있다. 상부 선회체 (3) 가 선회할 때의 지점은 선회 중심축, 즉 축 z 이기 때문에, 유사 부동점을 축 z 상으로 한다. 롤각 (θ4) 의 방향 및 피치각 (θ5) 의 방향에 있어서의 회전의 지점은 일정점은 아니지만, 반드시 유압 셔블 (100) 이 접지하는 면 상에 있는 것으로 생각된다. 실시형태에 있어서, 전술한 바와 같이, 원점 위치 (PL) 는, 선회체의 회전 중심축인 z 축과 주행 장치 (5) 가 접지하는 면에 상당하는 면의 교점이다. 실시형태에서는, 유사 부동점인 원점 위치 (PL) 를, 유압 셔블 (100) 이 접지하는 면 상으로 함으로써, RTK-GNSS 에 의한 측위의 문제가 발생했을 때에 있어서, 제어 시스템 (200) 에 의해 구해지는 위치, 보다 구체적으로는 GNSS 안테나 (21, 22) 의 절대 위치의 오차를 작게 할 수 있다.

유압 셔블 (100) 은 다양한 작업을 실시할 수 있는데, 법면의 시공 등의 경우, 주행 장치 (5) 는 정지한 채로, 작업기 (2) 또는 상부 선회체 (3) 의 조작만으로 굴삭이나 고르기가 실시되는 경우가 있다. 정보화 시공을 가능하게 하는 유압 셔블 (100) 을 이용하여, 이와 같은 법면 시공 등의 시공을 실시하는 경우, 유사 부동점을 이용하여 RTK-GNSS 에 의한 측위를 백업함으로써, 굴삭 제어 및 가이던스 화면의 표시를 계속하여, 정보화 시공을 적확하게 계속할 수 있다.

유압 셔블 (100) 의 제어 시스템 (200) 은, GNSS 안테나 (21, 22) 의 절대 위치를 측위하고 있다. 이 때문에, 제어 시스템 (200) 은, RTK-GNSS 에 의한 측위의 문제가 발생한 경우에, 다음에 설명하는 바와 같이 GNSS 안테나 (21, 22) 의 절대 위치를 연산하여 구함으로써, RTK-GNSS 에 의한 측위를 백업할 수 있다.

식 (1) 은, 로컬 좌표계에 있어서의 원점 위치 (PL) 의 위치 벡터와 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치 벡터의 차분을, 글로벌 좌표계에 있어서의 원점 위치 (PL) 의 위치 벡터와 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치 벡터의 차분으로 변환하는 식이다. 식 (1) 로부터, 식 (2) 가 얻어진다. 식 (3) 은, 식 (1) 의 글로벌 좌표계에 있어서의 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치 벡터의 측정치 (Ral) 를, 글로벌 좌표계에 있어서의 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치 벡터의 계산치 (Ralc) 로 치환하여, 계산치 (Ralc) 를 구하는 식으로서 나타낸 것이다.

Rfl - Ral = Clb(Rfb - Rab)···(1)

Rfl = Clb(Rfb - Rab) ＋ Ral···(2)

Ralc = Clb(Rab - Rfb) ＋ Rfl···(3)

여기서,

Rfb : 로컬 좌표계에 있어서의 원점 위치 (PL) 의 위치 벡터의 교정치

Rab : 로컬 좌표계에 있어서의 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치 벡터의 교정치

Rfl : 글로벌 좌표계에 있어서의 원점 위치 (PL) 의 위치 벡터의 계산치

Ral : 글로벌 좌표계에 있어서의 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치 벡터의 측정치

Ralc : 글로벌 좌표계에 있어서의 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치 벡터의 계산치

Clb : 로컬 좌표계로부터 글로벌 좌표계에 대한 좌표 회전 행렬

교정치란, 유압 셔블 (100) 의 각 위치 및 치수를 계측함으로써 얻어진, 원점 위치 (PL) 및 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치의 값으로서, 작업기 컨트롤러 (26) 의 기억부 (26M) 및 센서 컨트롤러 (39) 의 기억부 (39M) 에 기억되어 있다. 교정치는, 유압 셔블 (100) 의 설계 치수에 기초하는 것이어도 되지만, 유압 셔블 (100) 별로 편차가 발생하기 때문에, 전술한 바와 같이 계측 (캘리브레이션) 에 기초하는 교정치를 얻는 것이 바람직하다. 좌표 회전 행렬 (Clb) 은, 롤각 (θ4), 피치각 (θ5) 및 요각, 즉 방위각 (θdi) 을 이용하여 식 (4) 와 같이 표현된다. 롤각 (θ4), 피치각 (θ5) 및 방위각 (θdi) 은, IMU (24) 에 의해 검출된 x 축 둘레의 각속도 (ωx), y 축 둘레의 각속도 (ωy) 및 z 축 둘레의 각속도 (ωz) 를 자세각 연산부 (39A) 가 시간으로 적분됨으로써 구해진다. 식 (4) 중의 sx 는 sinθ4, sy 는 sinθ5, sz 는 sinθdi, cx 는 cosθ4, cy 는 cosθ5, cz 는 cosθdi 이다.

제어 시스템 (200) 은, 식 (2) 를 사용함으로써, 유사 부동점인 특정점 (실시형태에서는 원점 위치 (PL)) 을 구할 수 있다. 또한, 제어 시스템 (200) 은, 식 (3) 을 사용함으로써, 유사 부동점인 특정점을 이용하여, GNSS 안테나 (21, 22) 의 절대 위치를 구할 수 있다. 제어 시스템 (200) 은, 식 (2) 및 식 (3) 을 사용하는 것에 의해, RTK-GNSS 에 의한 측위의 문제가 발생한 경우에, GNSS 안테나 (21, 22) 의 절대 위치를 구할 수 있다.

구체적으로는, RTK-GNSS 에 의한 측위가 정상인 경우, 제어 시스템 (200) 의 센서 컨트롤러 (39) 가 구비하는 자세각 연산부 (39A) 는, 롤각 (θ4), 피치각 (θ5) 및 방위각 (θdi) 을 구하여, 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 출력한다. 이 경우, 자세각 연산부 (39A) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 취득한 기준 위치 데이터 (P1, P2) 를 이용하여 글로벌 좌표계에 있어서의 방위각 (θdc) (여기서는 방위각 (θda)) 을 취득한다. 기준 위치 데이터 (P1, P2) 에 의해 선회체 방위 데이터 (Q) 가 얻어지기 때문에, 로컬 좌표계에 대하여 구해진 작업기 (2) 의 위치를 글로벌 좌표계에 있어서의 작업기 (2) 의 위치로서 구할 수 있다. 자세각 연산부 (39A) 는, 취득한 방위각 (θda) 을, 정상시의 방위각, 즉 RTK-GNSS 에 의한 측위에 문제가 발생하기 전의 방위각 (θdib) 으로서 기억부 (39M) 에 기억시킨다. 도 6 에 나타내는 예에 있어서, 방위각 (θdi) 은, 글로벌 좌표계 (X, Y, Z) 의 Y 축에 대한 상부 선회체 (3) 의 전후축인 x 축의 기울기를 나타낸다. 방위각 (θdi) 에 의해 유압 셔블 (100) 의 방위 (D1) 가 정해진다.

위치 정보 연산부 (39B) 는, 자세각 연산부 (39A) 에 의해 구해진 롤각 (θ4), 피치각 (θ5) 및 방위각 (θdi) 으로부터 좌표 회전 행렬 (Clb) 을 구한다. 또한, 위치 정보 연산부 (39B) 는, RTK-GNSS 에 의한 측위가 정상인 상태에서 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 취득한 기준 위치 데이터 (P1, P2) 로부터 글로벌 좌표계에 있어서의 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치 벡터의 측정치 (Ral) 를 구한다. 그리고, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 구한 좌표 회전 행렬 (Clb) 과 위치 벡터의 측정치 (Ral) 를 식 (2) 에 부여하여, 글로벌 좌표계에 있어서의 원점 위치 (PL) 의 위치 벡터의 계산치 (Rfl) 를 구한다. 이하에 있어서, 계산치 (Rfl) 를, 적절히 정상시 원점 위치 (Rfl) 라고 칭한다. 위치 정보 연산부 (39B) 는, 구한 정상시 원점 위치 (Rfl) 를 기억부 (39M) 에 기억시킨다. 그리고, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 취득한 기준 위치 데이터 (P1, P2) 를, 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 기준 위치 데이터 (P1c, P2c) 로서 출력한다.

RTK-GNSS 에 의한 측위에 문제가 발생한 경우 또는 유압 셔블 (100) 이 정정 상태가 아니게 된 경우 (이하, 적절히, 측위 문제 등이 발생한 경우라고 칭한다), 자세각 연산부 (39A) 는, IMU (24) 의 검출치를 이용하여 롤각 (θ4), 피치각 (θ5) 및 방위각 (θdi) 을 구한다. 자세각 연산부 (39A) 는, 기억부 (39M) 에 기억되어 있는, RTK-GNSS 에 의한 측위에 문제가 발생하기 전의 방위각 (θdib) 과, 측위 문제 등이 발생한 후, z 축 둘레의 각속도 (ωz) 를 시간으로 적분함으로써 얻어진 방위각 (θdia) 의 합을, 방위각 (θdi) 으로서 구한다. 자세각 연산부 (39A) 는, 구한 롤각 (θ4), 피치각 (θ5), 또한 방위각 (θdi) 을, 방위각 (θdc) 으로서 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 출력한다.

위치 정보 연산부 (39B) 는, 자세각 연산부 (39A) 로부터 취득한, 측위 문제 등이 발생한 경우 후의 롤각 (θ4), 피치각 (θ5) 및 방위각 (θdi) 을 이용하여, 좌표 회전 행렬 (Clb) 을 생성한다. 위치 정보 연산부 (39B) 는, 기억부 (39M) 에 기억되어 있는, 측위 문제 등이 발생한 경우 전의 정상시 원점 위치 (Rfl) 를 판독한다. 그리고, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 판독한 정상시 원점 위치 (Rfl) 및 생성한 좌표 회전 행렬 (Clb) 을 식 (3) 에 부여하고, 글로벌 좌표계에 있어서의 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치 벡터의 계산치 (Ralc) 를 구한다. 위치 정보 연산부 (39B) 는, 위치 벡터의 계산치 (Ralc) 로부터, GNSS 안테나 (21, 22) 의 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 구하여, 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 기준 위치 데이터 (P1c, P2c) 로서 출력한다. 기준 위치 데이터 (P1c, P2c) 에 의해 선회체 방위 데이터 (Q) 가 얻어지기 때문에, 로컬 좌표계에 대하여 구해진 작업기 (2) 의 위치를 글로벌 좌표계에 있어서의 작업기 (2) 의 위치로서 구할 수 있다. 측위 문제 등이 발생한 경우에 있어서의 제어 시스템 (200) 의 센서 컨트롤러 (39) 의 동작은, 전술한 제 2 모드에 상당한다.

상부 선회체 (3) 가 선회하고 있는 경우, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 선회 중의 방위각 (θdi) 을 다음과 같이 하여 구한다. 도 7 에 나타내는 예에 있어서, 방위 (D1) 의 상태로부터 유압 셔블 (100) 의 상부 선회체 (3) 가 화살표 (RT) 로 나타내는 방향으로 선회를 개시한 것으로 한다. 선회 개시시에 있어서의 방위각은 θdib 이고, 센서 컨트롤러 (39) 의 기억부 (39M) 에 기억되어 있다. 자세각 연산부 (39A) 는, 방위 (D1) 로부터 선회를 개시한 상부 선회체 (3) 의 선회 각속도 (ω) 를 시간으로 적분함으로써, 방위 (D1) 로부터의 방위각 (θdia) (방위각 변화량) 을 구하여, 위치 정보 연산부 (39B) 에 출력한다. 위치 정보 연산부 (39B) 는, 방위 (D1) 로부터의 방위각 (θdia) 과, 기억부 (39M) 로부터 판독한 선회 개시시에 있어서의 방위각 (θdib) 을 가산하고, 얻어진 값을 선회 중의 방위각 (θdi) 으로 한다. 방위각 (θdi) 에 의해, 선회 중에 있어서의 유압 셔블 (100) 의 방위 (D2) 가 정해진다.

측위의 문제 등이 발생한 경우, 제어 시스템 (200) 은, 측위 문제 등이 발생하기 전에 있어서 정상으로 측위된 기준 위치 데이터 (P1, P2) 를 이용하여 얻어진 원점 위치 (PL) 를 이용하여 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 구한다. 이와 같이 함으로써, 제어 시스템 (200) 은, 측위 문제 등이 발생한 경우에도, GNSS 안테나 (21, 22) 의 절대 위치를 구할 수 있다. 결과적으로, 제어 시스템 (200) 을 구비하는 유압 셔블 (100) 은, 측위 문제 등이 발생한 경우에도, GNSS 안테나 (21, 22) 의 절대 위치를 이용한 굴삭 제어 등을 계속할 수 있다. 다음으로, 실시형태에 관련된 제어 시스템 (200) 이 위치 정보 (IPL) 를 생성하는 처리를 설명한다.

＜위치 정보 (IPL) 를 생성하는 처리＞

도 8 은, 실시형태에 관련된 제어 시스템 (200) 이 위치 정보 (IPL) 를 생성하는 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 스텝 S101 에 있어서, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 정정 상태인지 여부를 판정한다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상인지 여부는, 다음과 같이 판정된다.

(1) 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 의 측위에 관한 어느 에러가 발생해 있는 경우 또는 GNSS 안테나 (21, 22) 의 Z 방향에 있어서의 좌표 데이터의 값이 임계치를 초과하고 있는 경우에는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이다. GNSS 안테나 (21, 22) 의 Z 방향에 있어서의 좌표 데이터의 값이 임계치 이하인 경우에는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상인 것으로 해도 된다.

(2) 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 의 측위에 관한 에러가 발생하지 않은 경우 또한 GNSS 안테나 (21, 22) 의 Z 방향에 있어서의 좌표 데이터의 값이 임계치를 하회하고 있는 경우에는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상이다. GNSS 안테나 (21, 22) 의 Z 방향에 있어서의 좌표 데이터의 값이 임계치를 초과하고 있는 경우에는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상인 것으로 해도 된다.

유압 셔블 (100) 이 정정 상태인지 여부는, 다음과 같이 판정된다. 이하의 설명에 있어서, 조작 장치 (25) 의 조작 레버가 ON 이란, 조작 레버가 조작되어 중립 상태가 아닌 것을 나타내고, 조작 장치 (25) 의 조작 레버가 OFF 란, 조작 레버가 조작되지 않아 중립 상태인 것을 나타낸다.

(1) 주행용 레버 (25FL) 및 주행용 레버 (25FR) 의 적어도 일방이 ON 인 경우에는, 유압 셔블 (100) 이 비정정 상태, 즉 동적 상태이다.

(2) 주행용 레버 (25FL) 및 주행용 레버 (25FR) 의 양방이 OFF 인 경우에는, 유압 셔블 (100) 이 정정 상태, 즉 정적 상태이다.

실시형태에 있어서, 정정 상태인지 여부는, 도 2 에 나타내는 좌조작 레버 (25L) 및 우조작 레버 (25R) 의 파일럿압을 검출하는 압력 센서 (66) 의 검출치 (STr) 및 주행용 레버 (25FL) 및 주행용 레버 (25FR) 의 파일럿압을 검출하는 압력 센서 (27PC) 의 검출치 (STd) 에 기초하여 판정된다. 압력 센서 (66, 27PC) 의 검출치 (STr, STd) 가, 파일럿압의 제 1 임계치를 초과한 경우, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 비정정 상태인 것으로 판정한다. 압력 센서 (66, 27PC) 의 검출치 (STr, STd) 가, 파일럿압의 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치를 하회한 경우, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 정정 상태인 것으로 판정한다.

센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 압력 센서 (66, 27PC) 의 검출치 (STr, STd) 를 이용하여 유압 셔블 (100) 의 정정 상태와 비정정 상태를 판정했지만, 정정 상태와 비정정 상태의 판정은, 압력 센서 (66, 27PC) 의 검출치를 사용하는 방법에 한정되지 않는다. 좌조작 레버 (25L), 우조작 레버 (25R), 주행용 레버 (25FL) 및 주행용 레버 (25FR) 의 조작량이, 포텐셔미터 또는 홀 IC 등에 의해 검출되는 전기 방식의 조작 장치 (25) 인 경우, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 포텐셔미터 또는 홀 IC 의 출력치를 이용하여 유압 셔블 (100) 의 정정 상태와 비정정 상태를 판정해도 된다. 또한, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, IMU (24) 의 검출치를 이용하여, 유압 셔블 (100) 의 정정 상태와 비정정 상태를 판정해도 된다. 예를 들어, IMU (24) 가 선회 각속도 (ω) 를 검출하거나, x 축 방향, y 축 방향 및 z 축 방향의 적어도 일방향의 가속도를 검출하거나 한 경우에, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 유압 셔블 (100) 이 비정정 상태인 것으로 판정할 수 있다.

글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 정정 상태인 경우 (스텝 S101, 예), 센서 컨트롤러 (39) 의 자세각 연산부 (39A) 는, 스텝 S102 에 있어서, IMU (24) 로부터 동작 정보 (MI) 를 취득한다. 자세각 연산부 (39A) 는, 취득한 동작 정보 (MI) 로부터 위치 정보 (IPL) 인 롤각 (θ4), 피치각 (θ5) 및 방위각 (θdi) 을 구하여, 롤각 (θ4), 피치각 (θ5) 및 방위각 (θdc) 으로서 위치 정보 연산부 (39B) 에 출력한다.

스텝 S103 에 있어서, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 취득한 롤각 (θ4), 피치각 (θ5) 및 방위각 (θdi) (θdc) 으로부터 좌표 회전 행렬 (Clb) 을 구한다. 스텝 S104 에 있어서, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 좌표 회전 행렬 (Clb) 과, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 취득한 기준 위치 데이터 (P1, P2) 에 기초하는 GNSS 안테나 (21, 22) 의 위치 벡터의 측정치 (Ral) 를 식 (2) 에 부여하여, 특정점 (실시형태에 있어서는 원점 위치 (PL)) 의 위치를 구한다. 스텝 S105 에 있어서, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 구한 원점 위치 (PL) 를 기억부 (39M) 에 기억시킨다.

스텝 S106 에 있어서, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 글로벌 좌표계에 있어서의 기준 위치 데이터 (P1c, P2c) 를 구하여, 스텝 S107 에 있어서 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 위치 정보 (IPL) 로서 출력한다. 전술한 바와 같이, 날끝 위치 산출부 (28A) 에 출력되는 기준 위치 데이터 (P1c, P2c) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 취득한 기준 위치 데이터 (P1, P2) 이다. 스텝 S107 은, 제 1 모드에 상당한다. 스텝 S107 이 종료되면, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 스텝 S101 로 돌아와서, 이후의 처리를 실행한다.

스텝 S101 로 돌아와서, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 비정정 상태인 경우, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 비정정 상태인 경우, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 정정 상태인 경우 (스텝 S101, 아니오), 위치 정보 연산부 (39B) 는, 스텝 S108 에 있어서 자세각 연산부 (39A) 로부터 취득한 롤각 (θ4), 피치각 (θ5) 및 선회 각속도 (ω) 를 적분하여 얻어진 방위각 (θdia) 과, 기억부 (39M) 에 기억되어 있는 방위각 (θdib) 으로부터 좌표 회전 행렬 (Clb) 을 구한다. 위치 정보 연산부 (39B) 가 좌표 회전 행렬 (Clb) 을 구할 때에 사용하는 방위각 (θdi) 은, 스텝 S101 에서 아니오라고 판정되는 시점보다 소정 시간 전에 기억부 (39M) 에 기억된 방위각 (θdib) 이 판독되고, 전술한 바와 같이, 방위각 (θdib) 과 방위각 (θdia) 의 합을 방위각 (θdi) 으로서 구할 수 있다. 또한, 구해진 방위각 (θdi) 과 식 (4) 를 이용하여 좌표 회전 행렬 (Clb) 이 구해진다. 여기서의 소정 시간이란, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 와 센서 컨트롤러 (39) 사이의 통신 시간 및 센서 컨트롤러 (39) 의 연산 시간에 의해 정해지기 때문에 특정한 값에 한정되지 않지만, 예를 들어 0.3 초로 하고 있다.

스텝 S109 에 있어서, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 센서 컨트롤러 (39) 의 기억부 (39M) 에 기억되어 있는 특정점 (실시형태에서는 원점 위치 (PL)) 의 위치를 판독한다. 실시형태에 있어서, 센서 컨트롤러 (39) 는, 스텝 S101 에서 아니오라고 판정되는 시점보다 전의 원점 위치 (PL) 를 기억부 (39M) 에 기억하고 있다. 스텝 S109 에 있어서, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 스텝 S101 에서 아니오라고 판정되는 시점보다 소정 시간 전에 기억부 (39M) 에 기억된 원점 위치 (PL) 를 판독한다. 스텝 S109 에서의 소정 시간은, 스텝 S108 의 소정 시간과 동일하다.

스텝 S108 과 스텝 S109 에서는, 스텝 S101 에서 아니오라고 판정되는 시점보다 소정 시간 전에 기억부 (39M) 에 기억된 방위각 (θdi) 과 원점 위치 (PL) 를 사용한다. 이 때문에, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 확실하게 정상일 때의 방위각 (θdi) 및 원점 위치 (PL) 를 사용할 수 있다.

스텝 S110 에 있어서, 위치 정보 연산부 (39B) 는, 스텝 S108 에서 구한 좌표 회전 행렬 (Clb) 과 스텝 S109 에서 판독한 원점 위치 (PL) 를 식 (3) 에 부여하여, 글로벌 좌표계에 있어서의 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 구한다. 다음으로, 스텝 S111 에 있어서, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상인지 여부를 판정한다. 이 판정에 대해서는, 전술한 바와 같다.

글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상인 경우 (스텝 S111, 예), 스텝 S112 에 있어서, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 유압 셔블 (100) 이 주행하고 있는지 여부를 판정한다. 주행용 레버 (25FL) 및 주행용 레버 (25FR) 의 적어도 일방이 ON 인 경우, 처리부 (39P) 는, 유압 셔블 (100) 이 주행하고 있는 것으로 판정하고, 주행용 레버 (25FL) 및 주행용 레버 (25FR) 의 양방이 OFF 인 경우, 유압 셔블 (100) 이 주행하고 있지 않는, 즉 정지하고 있는 것으로 판정한다.

유압 셔블 (100) 이 주행하고 있는 경우 (스텝 S112, 예), 스텝 S113 으로 진행되고, 센서 컨트롤러 (39) 의 위치 정보 연산부 (39B) 및 자세각 연산부 (39A) 는, 위치 정보 (IPL) 를 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 출력하지 않는다. 유압 셔블 (100) 이 주행하고 있는 경우, 특정점 (실시형태에서는 원점 위치 (PL)) 의 위치도 유압 셔블 (100) 과 함께 이동하기 때문에, 이동 후에 있어서의 원점 위치 (PL) 는, 스텝 S101 에서 아니오라고 판정되는 시점보다 소정 시간 전에 기억부 (39M) 에 기억된 원점 위치 (PL) 와는 상이하다. 따라서, 유압 셔블 (100) 이 주행하고 있는 경우에, 스텝 S101 에서 아니오라고 판정되는 시점보다 전의 원점 위치 (PL) 를 이용하여 구한 글로벌 좌표계에 있어서의 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 는, 주행하고 있는 유압 셔블 (100) 의 실제의 기준 위치 데이터 (P1, P2) 와는 상이하다.

위치 정보 연산부 (39B) 및 자세각 연산부 (39A) 는, 유압 셔블 (100) 이 주행하고 있는 경우, 위치 정보 (IPL) 를 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 출력하지 않는다. 이와 같은 처리에 의해, 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 는 버킷 날끝 위치 데이터 (S) 를 생성하지 않기 때문에, 목표 굴삭 지형 데이터 생성부 (28B) 도, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 생성하지 않는다. 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 가 존재하지 않기 때문에, 작업기 컨트롤러 (26) 및 표시 컨트롤러 (28) 는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 사용한 처리, 예를 들어 굴삭 제어 또는 표시부 (29) 에 대하여 굴삭 보조의 가이던스 화면의 표시를 실행하지 않는다. 이와 같이, 제어 시스템 (200) 은, 유압 셔블 (100) 이 주행하고 있는 경우, 실제의 위치와는 상이한 위치에 기초하는 굴삭 제어 또는 굴삭 보조의 가이던스 화면의 표시를 실행하지 않는다.

스텝 S113 은, 제 3 모드에 상당한다. 스텝 S113 이 종료되면, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 스텝 S101 로 돌아와서, 이후의 처리를 실행한다.

스텝 S111 로 돌아와서, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이 아닌, 즉 정상인 경우 (스텝 S111, 아니오), 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 스텝 S114 에 있어서, 스텝 S108 에서 얻어진 방위각 (θdi) 및 스텝 S110 에서 구해진 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 센서 컨트롤러 (39) 의 기억부 (39M) 에 기억한다. 스텝 S114 가 종료되면, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 스텝 S101 로 돌아와서, 이후의 처리를 실행한다.

스텝 S111 에 있어서 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상인 경우, 스텝 S114 에 있어서, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 스텝 S101 에서 아니오라고 판정되는 시점보다 전의 원점 위치 (PL) 를 이용하여 글로벌 좌표계에 있어서의 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 구할 뿐이다.

다음으로, 스텝 S112 로 돌아와서, 유압 셔블 (100) 이 주행하고 있지 않은 경우 (스텝 S112, 아니오), 스텝 S115 에 있어서, 센서 컨트롤러 (39) 의 위치 정보 연산부 (39B) 및 자세각 연산부 (39A) 는, 스텝 S108 에서 얻어진 롤각 (θ4), 피치각 (θ5), 방위각 (θdi) (θdc) 및 스텝 S110 에서 구해진 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 위치 정보 (IPL) 로서 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 출력한다. 스텝 S115 는, 제 2 모드에 상당한다.

다음으로, 스텝 S116 으로 진행되어, 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 제 3 모드로 천이하는지 여부를 판정한다. 제 3 모드로 천이하기 위한 조건이 성립한 경우 (스텝 S116, 예), 스텝 S113 으로 진행되고, 센서 컨트롤러 (39) 의 위치 정보 연산부 (39B) 및 자세각 연산부 (39A) 는, 위치 정보 (IPL) 를 표시 컨트롤러 (28) 의 날끝 위치 산출부 (28A) 에 출력하지 않는다. 제 3 모드로 천이하기 위한 조건이 성립하지 않는 경우 (스텝 S116, 아니오), 센서 컨트롤러 (39) 의 처리부 (39P) 는, 스텝 S101 로 돌아와서, 이후의 처리를 실행한다. 다음으로, 센서 컨트롤러 (39) 의 동작이, 제 1 모드와 제 2 모드와 제 3 모드를 천이하는 것에 대하여 설명한다.

＜센서 컨트롤러 (39) 의 동작의 천이에 대하여＞

도 9 는, 센서 컨트롤러 (39) 가 동작하는 모드의 천이를 나타내는 도면이다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 정정 상태인 경우에, 센서 컨트롤러 (39) 는 제 1 모드 (A) 로 동작한다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 비정정 상태, 보다 구체적으로는 주행 상태일 때에, 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 1 모드 (A) 에서의 동작으로부터 제 3 모드 (C) 에서의 동작으로 천이 (II) 한다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 비주행 상태일 때에, 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 1 모드 (A) 에서의 동작으로부터 제 2 모드 (B) 에서의 동작으로 천이 (III) 한다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상이고 또한 유압 셔블 (100) 이 비주행 상태일 때에, 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 2 모드 (B) 에서의 동작으로부터 제 1 모드 (A) 에서의 동작으로 천이한다 (IV). 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 2 모드 (B) 에서의 동작 중, 제 3 모드로 천이하는 조건이 성립하면, 제 3 모드 (C) 에서의 동작으로 천이한다 (V). 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 3 모드 (C) 에서의 동작 중, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상이 되면, 제 1 모드 (A) 에서의 동작으로 천이한다 (I).

제 3 모드로 천이하는 조건에 대하여 상세하게 설명한다.

(1) 제 2 모드 (B) 로 동작한 시간 (tc2) 이 임계치를 초과한 경우 (제 1 조건) 또는 유압 셔블 (100) 이 주행한 경우 (제 2 조건) 또는 유압 셔블 (100) 의 센서에 이상이 있는 경우 (제 3 조건) 에, 제 2 모드 (B) 로부터 제 3 모드 (C) 로 천이 (V) 하는 조건이 성립한다. 임계치는 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 60 초이다. 예를 들어, 표시부 (29) 의 도시하지 않은 입력 장치에 의해, 이 임계치의 크기를 임의로 변경할 수 있도록 해도 된다. 이와 같이 제 2 모드 (B) 로부터 제 3 모드 (C) 로 천이하는 조건에, 제 2 모드 (B) 로 동작한 시간 (tc2) 이 임계치를 초과했는지 여부를 넣고 있는 이유에 대해서는 후술한다. 실시형태에 있어서, 유압 셔블 (100) 의 센서의 이상이란, 유압 셔블 (100) 의 동작을 검출하는 기기 및 유압 셔블 (100) 의 위치를 구하는 기기의 적어도 일방에 관한 이상이다. 유압 셔블 (100) 의 동작을 검출하는 기기는, IMU (24), 압력 센서 (66, 27PC, 68), 제 1 스트로크 센서 (16), 제 2 스트로크 센서 (17), 제 3 스트로크 센서 (18) 및 센서 컨트롤러 (39) 가 예시되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 유압 셔블 (100) 의 위치를 구하는 기기는, GNSS 안테나 (21, 22), 글로벌 좌표 연산 장치 (23), 센서 컨트롤러 (39), 제 1 스트로크 센서 (16), 제 2 스트로크 센서 (17), 제 3 스트로크 센서 (18) 가 예시되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 유압 셔블 (100) 의 동작을 검출하는 기기와 유압 셔블 (100) 의 위치를 구하는 기기는, 공통되는 기기가 양방의 기능을 실현해도 된다.

(2) 제 2 모드 (B) 로 동작 중, 상부 선회체 (3) 가 동일 방향으로 선회 각도의 임계치 (예를 들어, 특정 각도로서 250 도) 보다 크게 선회한 경우 (제 4 조건) 에, 제 2 모드 (B) 로부터 제 3 모드 (C) 로 천이 (V) 하는 조건이 성립한다. 특정 각도는, 선회 각도의 임계치에 대응한다. 예를 들어, 표시부 (29) 의 도시하지 않은 입력 장치에 의해, 이 임계치의 크기를 임의로 변경할 수 있도록 해도 된다. 이와 같이 제 2 모드 (B) 로부터 제 3 모드 (C) 로 천이하는 조건에, 동일 방향으로 선회 각도의 임계치보다 크게 선회했는지 여부를 넣고 있는 이유에 대해서는 후술한다. 이상과 같이, 제 2 모드 (B) 로부터 제 3 모드 (C) 로 천이 (V) 하는 조건인, 제 1 조건 내지 제 4 조건에 대하여 설명했지만, 제 1 조건 내지 제 4 조건 중 어느 것이 성립한 경우에, 제 2 모드 (B) 로부터 제 3 모드 (C) 로 천이 (V) 한다.

도 10 및 도 11 은, 제 3 모드로 천이하는 조건을 설명하기 위한 도면이다. 도 10 에 나타내는 원점 위치 (PLa (Xa, Ya, Za), PLb (Xb, Yb, Zb)) 는, 모두 글로벌 좌표계로 나타내고 있다. 도 10 의 원점 위치 (PLa) 는, 유압 셔블 (100) 이 정지하고 있을 때의 위치이다. 원점 위치 (PLa) 가 센서 컨트롤러 (39) 의 기억부 (39M) 에 기억되어 있고, 센서 컨트롤러 (39) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상인 경우에 원점 위치 (PLa) 를 이용하여 위치 정보 (IPL) 를 생성하고 있는 것으로 한다. 이 상태로 유압 셔블 (100) 이 원점 위치 (PLa) 로부터 이동하여 원점 위치 (PLb) 가 된 것으로 한다. 실제의 유압 셔블 (100) 의 원점 위치 (PL) 는, 원점 위치 (PLb) 이지만, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상인 경우, 센서 컨트롤러 (39) 는, 실제의 원점 위치 (PLb) 와는 상이한 원점 위치 (PLa) 를 이용하여 위치 정보 (IPL) 를 생성하게 된다. 이 때문에, 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 2 모드로 동작하고 있을 때에 유압 셔블 (100) 이 주행한 경우, 제 3 모드로 천이함으로써, 실제와는 상이한 원점 위치 (PLa) 를 이용하여 위치 정보 (IPL) 를 생성하는 것을 회피한다.

도 11 의 방위 (DS) 는, 센서 컨트롤러 (39) 가 제 2 모드로 동작을 개시했을 때의 방위를 나타내고, 방위 (DE) 는, 제 2 모드로 동작을 개시한 후, 상부 선회체 (3) 가 동일 방향으로 180 도보다 크게 선회했을 때의 방위를 나타내고 있다. 화살표 (RTa) 는, 상부 선회체 (3) 가 동일 방향으로 180 도보다 크게 선회했을 때의 선회 방향을 나타내고 있다. 화살표 (RTb) 는, 화살표 (RTa) 와는 반대 방향으로 상부 선회체 (3) 가 선회하여 방위 (DE) 가 되는 경우의 선회 방향을 나타내고 있다.

제 2 모드에 있어서, 센서 컨트롤러 (39) 의 자세각 연산부 (39A) 는, 선회 각속도 (ω) 를 시간으로 적분함으로써 방위각 (θdi) 을 구한다. 이 때문에, 상부 선회체 (3) 가 동일한 방향의 선회하는 양이 커지면, IMU (24) 의 특성에서 기인하는 오차, 즉 선회 각속도 (ω) 의 적분에 의한 오차가 축적되어, 방위각 (θdi) 의 정밀도가 저하할 가능성이 있다. 또한, 상부 선회체 (3) 를 방위 (DS) 의 상태로부터 방위 (DE) 로 하는 경우, 상부 선회체 (3) 의 선회 방향은 2 개 방향이 존재한다. 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터는, 통상적으로는, 상부 선회체 (3) 의 선회하는 양이 180 도 미만이 되는 선회 방향을 채용한다. 요컨대, 도 11 에 나타내는 예에 있어서, 상부 선회체 (3) 가 방위 (DS) 로부터 방위 (DE) 로 선회하는 경우, 오퍼레이터는, 통상적으로 화살표 (RTb) 로 나타내는 선회 방향을 선택한다. 이 때문에, 제 2 모드 (B) 로 동작 중에 상부 선회체 (3) 가 동일 방향으로 큰 선회 각도 (특정 각도) 로서, 예를 들어 250 도를 초과하여 선회한 경우, 통상적으로는 실행되지 않는 동작인 점에서, 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 3 모드 (C) 로 천이한다. 이와 같은 처리에 의해, 센서 컨트롤러 (39) 는, 방위각 (θdi) 의 오차를 저감시킬 수 있다.

또한, IMU (24) 는, 종류에 따라서는, 상부 선회체 (3) 가 선회하고 있지 않은 경우에 있어서 선회 각속도 (ω) 의 검출 오차가 시간의 경과와 함께 커질 가능성이 있다. 이 때문에, 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 2 모드 (B) 로 동작한 시간 (tc2) 이 임계치를 초과한 경우에, 제 3 모드로 천이한다. 이와 같은 처리에 의해, 센서 컨트롤러 (39) 는, 방위각 (θdi) 의 오차를 저감시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 센서 컨트롤러 (39) 가 제 2 모드로 동작 중, 유압 셔블 (100) 의 센서에 이상이 발생한 경우에는, 제 3 모드로 천이한다. 제 3 모드로 천이하기 위한 센서의 이상은, IMU (24) 와 센서 컨트롤러 (39) 사이의 통신 이상, 센서 컨트롤러 (39) 와 다른 컨트롤러 (표시 컨트롤러 (28), 작업기 컨트롤러 (26) 및 펌프 컨트롤러 등) 의 통신 이상, IMU (24) 의 이상, 압력 센서 (66, 27PC) 의 이상을 들 수 있다.

도 12 는, 상부 선회체 (3) 의 선회시에 있어서 센서 컨트롤러 (39) 가 실행하는 처리의 타이밍 차트이다. 실시형태에 있어서, 상부 선회체 (3) 가 선회를 개시했을 때에 있어서의, 제 1 모드 (A) 로부터 제 2 모드 (B) 로의 천이에 대하여 설명한다. 센서 컨트롤러 (39) 는, 상부 선회체 (3) 의 선회가 개시되면 (선회 ON), 유압 셔블 (100) 이 비정정 상태가 되기 전의 원점 위치 (PL) 및 방위각 (θdib) 을 이용하여 글로벌 좌표계에 있어서의 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 구한다. 그러나, 센서 컨트롤러 (39) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상인 경우 (측위 OK) 에는, 제 2 모드 (B) 로는 천이하지 않고, 제 1 모드 (A) 로 동작한다.

도 12 에 나타내는 타이밍 차트에서는, 시간 t 가 t1 일 때에, 상부 선회체 (3) 의 선회가 개시된 것을 나타냈지만, 이 타이밍 (t = t1) 에서는, 센서 컨트롤러 (39) 는, 유압 셔블 (100) 이 비정정 상태가 되기 전의 시간 t = t0 의 원점 위치 (PL) 및 방위각 (θdib) 을 이용하여 글로벌 좌표계에 있어서의 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 구하여, 기억부 (39M) 에 기억시킬 뿐이다. t1 내지 t0 의 시간은, 전술한 소정 시간에 상당하고, 예를 들어 0.3 초이다. 요컨대, 센서 컨트롤러 (39) 는, 시간 t0 의 시점에서 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 기억부 (39M) 에 기억시키고 있다. 상부 선회체 (3) 가 선회 중이고 또한 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상인 경우, 센서 컨트롤러 (39) 는, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 로부터 취득한 기준 위치 데이터 (P1, P2) 및 IMU (24) 에 의해 검출된 선회 각속도 (ω) 로부터 구해진 방위각 (θdi) 을 출력한다. 즉, 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 1 모드 (A) 로 동작하고, 제 2 모드 (B) 는 OFF 가 된다.

시간 t = t2 의 타이밍에서, 상부 선회체 (3) 가 선회 중에, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상 (측위 NG) 이 된 것으로 한다. 그러면, 센서 컨트롤러 (39) 는, 제 1 모드 (A) 에서의 동작으로부터 제 2 모드 (B) 에서의 동작 (제 2 모드 (B) 가 ON) 으로 천이시킨다. 시간 t = t3 에 있어서 상부 선회체 (3) 의 선회가 종료되면 (선회 OFF), 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위의 상태 및 유압 셔블 (100) 의 상태에 따라 센서 컨트롤러 (39) 의 동작이 결정된다. 도 12 에 나타내는 예에서는, 시간 t = t4 에서, 예를 들어, 전술한 바와 같이 제 2 모드 (B) 로 동작한 시간 (tc2) 이 임계치 (예를 들어, 60초) 를 경과하여, 제 3 모드 (C) 로 천이하는 조건이 성립하고, 시간 t = t4 이후에 있어서, 센서 컨트롤러 (39) 는 제 3 모드 (C) 로 동작한다.

다음으로, 상부 선회체 (3) 의 선회 중에 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 이상이 되었기 때문에 제 2 모드 (B) 로 천이하고, 그 후, 제 2 모드 (B) 로 동작 중에 상부 선회체 (3) 가 선회를 종료하지 않고, 상부 선회체 (3) 의 선회 중에 측위가 정상이 된 경우를 설명한다. 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 와 센서 컨트롤러 (39) 사이에는 통신의 지연이 존재한다. 또한, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 및 센서 컨트롤러 (39) 는, 정보를 처리하기 위해서 시간을 필요로 한다. 이 때문에, 센서 컨트롤러 (39) 는, 상부 선회체 (3) 의 선회 중에 측위가 정상이 됨과 동시에 제 1 모드 (A) 로 천이해도, 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 의 검출치에 기초하는 위치 정보 (IPL) 를 표시 컨트롤러 (28) 에 즉시 송신할 수 없다. 이 때문에, 실시형태에 있어서, 센서 컨트롤러 (39) 는, 상부 선회체 (3) 의 선회 중, 또한 제 2 모드 (B) 로 동작 중에 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의한 측위가 정상이 된 경우, 적어도 상부 선회체 (3) 의 선회가 종료될 때까지, 제 2 모드 (B) 에서의 동작을 계속한다. 이와 같이 함으로써, 센서 컨트롤러 (39) 로부터 표시 컨트롤러 (28) 로 출력되는 기준 위치 데이터 (P1c, P2c) 의 급변에 기초하는, 작업기 (2) 의 굴삭 제어 및 가이던스 화면의 표시 문제 등을 억제할 수 있다.

이와 같이, 제 2 모드 (B) 로부터 제 1 모드 (A) 로 천이하는 판단 조건으로서, 상부 선회체 (3) 가 선회 상태인지 선회 종료 상태 (비선회 상태) 인지를 판단 조건으로 하고 있다. 이 판단은 이하와 같이 하여 실시된다. 좌조작 레버 (25L) 가 ON 이거나, 선회 각속도 (ω) 의 절대치가 선회 각속도 임계치 (ωd) 이상이 되는 상태가 제 3 시간 (tc3) 계속된 경우에는, 상부 선회체 (3) 가 선회 상태이다. 선회 각속도 임계치 (ωd) 는 한정되는 것은 아니지만, 실시형태에서는, 3 도/초이다. 제 3 시간 (tc) 은 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 0.03 초이다. 좌조작 레버 (25L) 가 OFF 이고, 또한 선회 각속도 (ω) 의 절대치가 선회 각속도 임계치 (ωd) 미만이 되는 상태가, 제 4 시간 (tc4) 계속된 경우에는, 상부 선회체 (3) 가 선회 종료 상태이다. 제 4 시간 (td) 는 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 1.5 초이다.

제어 시스템 (200) 은, RTK-GNSS 에 의한 측위의 결과를 이용하여 위치 정보 (IPL) 를 구하는 제 1 모드와, RTK-GNSS 에 의한 측위가 정상일 때의 원점 위치 (PL) 및 방위각 (θd) 을 이용하여 위치 정보 (IPL) 를 구하는 제 2 모드와, 위치 정보 (IPL) 를 출력하지 않는 제 3 모드로 동작한다. 제어 시스템 (200) 은, RTK-GNSS 에 의한 측위에 이상이 발생한 경우에는 제 2 모드에 의해 백업을 실현할 수 있다. 또한, 유압 셔블 (100) 의 동작을 검출하는 기기 및 유압 셔블 (100) 의 위치를 구하는 기기의 적어도 일방에 관한 이상이 있는 상태 또는 유압 셔블 (100) 이 주행하는 상태 등에 의해, 제어 시스템 (200) 이 구한 위치와 유압 셔블 (100) 의 실제의 위치의 차가 커질 가능성이 있는 경우에는, 제어 시스템 (200) 은, 제 3 모드에 의해 위치 정보 (IPL) 를 출력하지 않는다. 이 때문에, 작업기 컨트롤러 (26) 는 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 사용한 굴삭 제어를 실행하지 않고, 표시 컨트롤러 (28) 는 굴삭 보조의 가이던스 화면의 표시를 실행하지 않는다. 그 결과, 제어 시스템 (200) 은, 유압 셔블 (100) 의 위치를 측위한 결과에 기초하여 정보화 시공을 실시하는 데에 있어서, 정보화 시공이 실시되고 있을 때에 작업기 (2) 를 적확하게 계속해서 제어하는 것 및 작업의 가이던스 화면에 적정한 정보를 표시하는 것 중 적어도 1 개를 실현하는 것이 가능해진다.

제어 시스템 (200) 은, RTK-GNSS 에 의한 측위가 정상인 경우에, IMU (24) 가 출력하는 요각을 기억해 두는 것이 아니라, 2 개의 GNSS 안테나 (21, 22) 에 의한 측정치로부터 글로벌 좌표계에 있어서의 방위각 (절대 방위각) (θd) 을 구하여 기억하고 있다. 상부 선회체 (3) 는 선회 각속도 (ω) 가 빠르기 때문에, IMU (24) 가 출력하는 방위각 (θdi) 은 오차를 포함하게 된다. 이 때문에, RTK-GNSS 에 의한 측위가 정상인 경우에 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 에 의해 얻어진 기준 위치 데이터 (P1, P2) 로부터 방위각 (θd) 을 구하고 있다. 이와 같은 처리에 의해, 제어 시스템 (200) 은, 상부 선회체 (3) 가 선회하고 있을 때에 있어서, 제 2 모드에서 구한 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 의 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

유압 셔블 (100) 이, GNSS 안테나 (21, 22) 및 글로벌 좌표 연산 장치 (23) 외에, 글로벌 좌표계에 있어서의 방위각 (θd) 을 구하는 장치를 가지고 있으면, 제어 시스템 (200) 은, 그 장치에 의해 얻어진 글로벌 좌표계에 있어서의 방위각 (θd) 을 이용하여, RTK-GNSS 에 의한 측위가 이상이 된 후 등의 기준 위치 데이터 (P1i, P2i) 를 구해도 된다. 글로벌 좌표계에 있어서의 방위각 (θd) 을 구하는 장치로는, 지자기 센서가 예시된다. 이와 같이 하면, 센서 컨트롤러 (39) 는, RTK-GNSS 에 의한 측위가 정상인 경우에 얻어진 기준 위치 데이터 (P1, P2) 를 이용하여 얻어진 방위각 (θdib) 을 기억부 (39M) 에 기억할 필요는 없기 때문에, 처리의 부하를 억제하고, 기억부 (39M) 가 방위각 (θdib) 을 기억하는 만큼의 기억 용량을 저감시킬 수 있다.

실시형태에 있어서, 제어 시스템 (200) 의 표시 컨트롤러 (28) 는, 도 2 에 나타내는 표시부 (29) 에, 센서 컨트롤러 (39) 의 동작 상태를 표시시켜도 된다. 예를 들어, 표시 컨트롤러 (28) 는, 센서 컨트롤러 (39) 의 동작이 제 1 모드인 것, 제 2 모드인 것 또는 제 3 모드인 것의 어느 것을 표시부 (29) 에 표시시킨다. 이와 같은 처리에 의해, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터는, 현재 어떠한 모드인지를 파악할 수 있다.

실시형태에 있어서, 제어 시스템 (200) 의 센서 컨트롤러 (39) 는, RTK-GNSS 에 의한 측위는 정상이지만, 유압 셔블 (100) 이 비정정 상태가 되었을 때에는, 그것보다 전의 원점 위치 (PL) 및 방위각 (θda) 을 이용하여 위치 정보 (IPL) 의 계산만을 실행하고, RTK-GNSS 에 의해 측위된 기준 위치 데이터 (P1, P2) 를 위치 정보 (IPL) 로서 표시 컨트롤러 (28) 에 출력한다. 이 센서 컨트롤러 (39) 의 동작을 제 4 모드라고 칭한다. 표시 컨트롤러 (28) 는, 제 1 모드 내지 제 3 모드의 어느 것을 표시부 (29) 에 표시시키는 것에 더하여, 센서 컨트롤러 (39) 의 동작이 제 4 모드인 것을 표시부 (29) 에 표시시켜도 된다. 이와 같은 처리에 의해, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터는, 현재 어느 모드인지를 보다 상세하게 파악할 수 있다.

실시형태에 있어서, 제어 시스템 (200) 은, 유압 셔블 (100) 의 외부에 형성된 관리 장치의 서버와 통신하는 통신 장치를 구비하고, 관리 장치 서버와의 사이에서 정보를 교환해도 된다. 제어 시스템 (200) 과 관리 장치의 서버 사이에서 교환되는 정보는, 유압 셔블 (100) 의 상태에 관한 정보 및 관리 장치의 서버로부터 제어 시스템 (200) 에 송신되어 제어 시스템 (200) 을 동작시키는 각종 명령 등을 포함한다. 제어 시스템 (200) 이 관리 장치 서버와 통신하는 통신 장치를 구비하는 경우, RTK-GNSS 에 의한 측위의 상태, 제 1 모드 내지 제 4 모드가 실행된 횟수, 실행된 시간 및 실행된 시각과 같은 정보를 관리 장치의 서버에 송신해도 된다. 이와 같은 처리에 의해, 관리 장치를 이용하여 유압 셔블 (100) 을 관리하는 관리자는, 유압 셔블 (100) 의 상태를 상세하게 파악하기 쉬워진다.

이상, 실시형태를 설명했지만, 전술한 내용에 의해 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 실시형태의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 다양한 생략, 치환 및 변경 중 적어도 1 개를 실시할 수 있다. 예를 들어, 센서 컨트롤러 (39) 가 실행하는 각 처리는, 작업기 컨트롤러 (26), 표시 컨트롤러 (28), 펌프 컨트롤러 또는 이들 이외의 컨트롤러가 실행해도 된다. 작업 기계는 유압 셔블 (100) 에 한정되지 않고, 휠 로더 또는 불도저와 같은 다른 작업 기계여도 된다. 도 5 에 나타내는 자세각 연산부 (39A) 와 위치 정보 연산부 (39B) 는, 센서 컨트롤러 (39) 에 구비되지만, 어느 일방 또는 양방이 표시 컨트롤러 (28) 에 구비되어도 되고, 표시 컨트롤러 (28) 이외의 컨트롤러에 구비되어도 된다.

1 ; 차량 본체
2 ; 작업기
3 ; 상부 선회체
5 ; 주행 장치
5a, 5b ; 크롤러 벨트
5c ; 유압 모터
6 ; 붐
7 ; 아암
8 ; 버킷
8B ; 칼날
8T ; 날끝
21, 22 ; 안테나 (GNSS 안테나)
23 ; 글로벌 좌표 연산 장치
25 ; 조작 장치
25R ; 우조작 레버
25L ; 좌조작 레버
25FL, 25FR ; 주행용 레버
26 ; 작업기 컨트롤러
27PC, 66, 68 ; 압력 센서
28 ; 표시 컨트롤러
28A ; 날끝 위치 산출부
28B ; 목표 굴삭 지형 데이터 생성부
28C ; 목표 시공 정보 격납부
29 ; 표시부
39 ; 센서 컨트롤러
39A ; 자세각 연산부
39B ; 위치 정보 연산부
100 ; 유압 셔블
200 ; 제어 시스템
Clb ; 좌표 회전 행렬
IPL ; 위치 정보
MI ; 동작 정보
P, P1, P1c, P1i, P2, P2c, P2i ; 기준 위치 데이터
PL, PLb ; 원점 위치
θ4 ; 롤각
θ5 ; 피치각
θd, θda, θdc, θdi, θdia, θdib ; 방위각
ω ; 선회 각속도

Claims (13)

1. 작업 도구를 갖는 작업기, 주행 장치, 및 선회체를 구비하는 작업 기계를 제어하는 시스템으로서,
   상기 작업 기계의 위치를 검출하는 위치 검출 장치와,
   상기 작업 기계의 동작을 나타내는 동작 정보를 검출하는 상태 검출 장치와,
   상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이고 또한 상기 작업 기계가 정정 (靜定) 상태인 경우에는, 상기 상태 검출 장치에 의해 검출된 상기 동작 정보 및 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 이상이 되기 전에 있어서의 상기 작업 기계의 기준이 되는 위치로서, 상기 선회체의 회전 중심축과 상기 주행 장치가 접지하는 면에 상당하는 면의 교점인 특정점의 양방을 이용하여 구한 위치 정보를 출력하는 위치 정보 생성부와,
   상기 위치 정보 생성부로부터 얻어지는 상기 위치 정보에 기초하여 상기 작업기의 위치를 구하는 목표치 생성부를 포함하는, 작업 기계의 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 위치 정보 생성부는,
   상기 작업 기계의 동작을 검출하는 기기 및 상기 작업 기계의 위치를 구하는 기기의 적어도 일방에 관한 이상이 있는 경우, 상기 위치 정보를 출력하지 않는, 작업 기계의 제어 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 선회체는, 상기 작업기가 장착되고, 또한 상기 주행 장치에 장착되어, 상기 주행 장치 상에 탑재되어 선회하고,
   상기 위치 정보 생성부는, 상기 위치 검출 장치에 의한 측위가 정상이 된 경우에는, 상기 위치 검출 장치에 의해 검출된 위치의 정보를 상기 작업 기계의 위치에 관련하는 위치 정보로서 출력하는, 작업 기계의 제어 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 동작 정보 및 상기 특정점의 양방을 이용하여 구한 상기 위치 정보를 출력하고 있는 경우에 상기 작업 기계가 주행하는 경우를 조건으로 하여 상기 위치 정보를 출력하지 않는, 작업 기계의 제어 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 위치 정보 생성부는,
   상기 동작 정보 및 상기 특정점의 양방을 이용하여 구한 상기 위치 정보를 출력한 시간이 임계치를 초과한 경우를 조건으로 하여, 상기 위치 정보를 출력하지 않는, 작업 기계의 제어 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 위치 정보 생성부는,
   상기 동작 정보 및 상기 특정점의 양방을 이용하여 구한 상기 위치 정보를 출력하고 있는 경우에, 상기 선회체가 동일 방향으로 특정 각도보다 크게 선회한 경우를 조건으로 하여, 상기 작업 기계의 위치를 출력하지 않는, 작업 기계의 제어 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 위치 정보 생성부는,
   상기 선회체를 조작하는 조작 장치가 OFF 이고, 또한 상기 주행 장치를 조작하는 조작 장치가 OFF 이고, 또한 상기 선회체가 선회하는 속도가 임계치 미만인 상태가 제 2 시간 계속된 경우, 상기 작업 기계가 상기 정정 상태인 것으로 판정하고,
   상기 선회체를 조작하는 조작 장치가 ON 인 경우, 또는 상기 주행 장치를 조작하는 조작 장치가 ON 인 경우, 또는 상기 선회체가 선회하는 속도가 임계치 이상인 상태가 제 1 시간 계속된 경우, 상기 작업 기계가 비정정 상태인 것으로 판정하는, 작업 기계의 제어 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 작업 기계의 제어 시스템을 구비하는, 작업 기계.
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