KR101862735B1

KR101862735B1 - 작업 기계의 제어 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법

Info

Publication number: KR101862735B1
Application number: KR1020167027604A
Authority: KR
Inventors: 도루 마쓰야마; 유키 시마노; 마사시 이치하라; 요시키 가미
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2018-07-04
Also published as: JPWO2016129708A1; JP6096988B2; KR20170112998A; DE112016000064B4; CN106068354B; US9938694B2; DE112016000064T5; WO2016129708A1; US20170284070A1; CN106068354A

Abstract

작업 기계의 제어 장치는, 시공 대상을 시공하기 위해 작업 기계가 가지는 작업기를 제어하는 장치에 있어서, 상기 작업기가 가지는 작업구가 미리 정해진 목표하는 형상에 침입하지 않도록 상기 작업기를 제어하는 제어부와, 상기 시공 대상의 마무리의 목표로 되는 형상인 목표 시공 지형에 대한 상기 작업구의 자세에 기초하여, 상기 목표하는 형상을, 상기 목표 시공 지형으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 오프셋 지형 또는 상기 목표 시공 지형으로 하는 전환부를 포함한다.

Description

작업 기계의 제어 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법{WORK EQUIPMENT CONTROL DEVICE, WORK EQUIPMENT, AND WORK EQUIPMENT CONTROL METHOD}

본 발명은, 작업기(working unit)를 구비한 작업 기계(work machine)를 제어하는 작업 기계의 제어 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법에 관한 것이다.

작업기를 구비하는 건설 기계에 있어서, 작업 형태가 성형 작업인 것으로 판정되었을 경우에, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면을 따라 버킷(bucket)을 이동시키고, 작업 형태가 날끝(blade tip) 위치 맞춤 작업인 것으로 판정되었을 경우에, 설계면을 기준으로 하는 소정 위치에서 버킷을 정지시키는 것이 기재되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

국제 공개2012/127912호

법면(法面; slope)을 형성하는 경우, 법면을 목표 형상으로 하여 버킷을 이동시키는 것을 생각할 수 있다. 법면을 형성하는 경우, 대상의 굴삭 및 굴삭한 표면을 가압하여 다진다는 2개의 작업이 필요해진다. 이 경우, 다짐분(compaction allowance)을 남기고 대상을 굴삭하고, 그 후, 다짐분만큼, 목표로 되는 법면의 위치까지 버킷을 가압하는 것을 생각할 수 있다. 작업기가, 시공하는 대상의 마무리의 목표로 되는 형상에 침입하지 않도록 제어되는 경우, 다짐분을 남기고 굴삭하기 위한 목표로 되는 형상과, 법면의 목표로 되는 형상을, 마무리의 목표로 되는 형상으로 하는 것을 생각할 수 있다. 이와 같이 하면, 작업 기계의 오퍼레이터는, 마무리의 목표로 되는 형상을 복수 회 설정할 필요가 있어, 작업이 번거롭게 된다.

본 발명의 태양(態樣)은, 작업 기계가 법면을 형성하는 경우에 있어서, 작업 기계의 오퍼레이터의 작업이 번거롭게 되는 것을 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 시공 대상을 시공하기 위해 작업 기계가 가지는 작업기를 제어하는 장치에 있어서, 상기 작업기가 가지는 작업구(working implement)가 미리 정해진 목표하는 형상에 침입하지 않도록 상기 작업기를 제어하는 제어부와, 상기 시공 대상의 마무리의 목표로 되는 형상인 목표 시공 지형에 대한 상기 작업구의 자세에 기초하여, 상기 목표하는 형상을, 상기 목표 시공 지형으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 오프셋 지형 또는 상기 목표 시공 지형으로 하는 전환부를 포함하는, 작업 기계의 제어 장치가 제공된다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 적어도 제1 태양에 관한 작업 기계의 제어 장치를 구비한 작업 기계가 제공된다.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 시공 대상을 시공하기 위한 작업 기계가 가지는 작업기를 제어하는 방법에 있어서, 상기 시공 대상의 마무리의 목표로 되는 형상인 목표 시공 지형에 대한 상기 작업구의 자세에 기초하여, 미리 정해진 목표하는 형상을, 상기 목표 시공 지형으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 오프셋 지형 또는 상기 목표 시공 지형으로 하는 단계와, 상기 작업기가 상기 시공 대상을 시공하고 있는 동안에, 상기 목표하는 형상에 침입하지 않도록 상기 작업기를 제어하는 단계를 포함하는, 작업 기계의 제어 방법이 제공된다.

본 발명의 태양은, 작업 기계가 법면을 형성하는 경우에 있어서, 작업 기계의 오퍼레이터의 작업이 번거롭게 되는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관한 작업 기계의 사시도이다.
도 2는 유압 셔블(hydraulic shovel)의 제어 시스템 및 유압(油壓) 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 작업기 컨트롤러의 블록도이다.
도 4는 목표 시공 지형(43I) 및 버킷(8)을 나타낸 도면이다.
도 5는 붐(boom) 제한 속도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 법면을 형성하는 시공예를 나타낸 도면이다.
도 7은 법면을 형성하는 시공예를 나타낸 도면이다.
도 8은 버킷의 바닥면의 각도를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 목표 시공 지형과 버킷의 바닥면이 이루는 각도를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 오프셋 계수를 전환하기 위한 임계값을 포함하는 맵을 나타낸 도면이다.
도 11은 오프셋 계수를 전환하기 위한 임계값을 포함하는 맵을 나타낸 도면이다.
도 12는 개입 제어에서의 목표하는 형상을 오프셋 지형으로 한 경우의 버킷의 움직임을 나타낸 도면이다.
도 13은 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 14는 실시형태에 있어서, 목표 시공 지형이 현황의 지형보다 위에 있는 경우에서의 시공예를 나타낸 도면이다.

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

<작업 기계의 전체 구성>

도 1은, 실시형태에 관한 작업 기계의 사시도이다. 도 2는, 유압 셔블(100)의 제어 시스템(200) 및 유압 시스템(300)의 구성을 나타낸 블록도이다. 작업 기계인 유압 셔블(100)은, 차량 본체(1)와 작업기(2)를 가진다. 차량 본체(1)는, 선회체(旋回體)인 상부 선회체(3)와 주행체로서의 주행 장치(5)를 가진다. 상부 선회체(3)는, 기관실(3EG)의 내부에, 동력 발생 장치로서의 내연 기관 및 유압 펌프 등의 장치를 수용하고 있다. 실시형태에 있어서, 유압 셔블(100)은, 동력 발생 장치로서의 내연 기관에, 예를 들면, 디젤 엔진이 사용되지만, 동력 발생 장치는 이와 같은 것에 한정되지 않는다.

상부 선회체(3)는, 운전실(4)을 가진다. 주행 장치(5)는, 상부 선회체(3)를 탑재한다. 주행 장치(5)는, 트랙 벨트(track belt)(5a, 5b)를 가진다. 주행 장치(5)는, 좌우에 설치된 주행 모터(5c)의 한쪽 또는 양쪽이 트랙 벨트(5a, 5b)을 구동시켜 회전시킴으로써, 유압 셔블(100)을 주행시킨다.

상부 선회체(3)는, 작업기(2) 및 운전실(4)이 배치되어 있는 측이 전방이며, 기관실(3EG)이 배치되어 있는 측이 후방이다. 전방을 향해 좌측이 상부 선회체(3)의 좌측이며, 전방을 향해 우측이 상부 선회체(3)의 우측이다. 상부 선회체(3)의 좌우 방향은, 폭 방향이라고도 한다. 유압 셔블(100) 또는 차량 본체(1)는, 상부 선회체(3)를 기준으로 하여 주행 장치(5) 측이 아래이며, 주행 장치(5)를 기준으로 하여 상부 선회체(3) 측이 상방이다. 유압 셔블(100)이 수평면에 설치되어 있는 경우, 하방은 연직(沿直) 방향, 즉 중력의 작용 방향 측이며, 상방은 연직 방향과는 반대측이다.

작업기(2)는, 붐(6)과 암(arm)(7)과 작업구인 버킷(8)과 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)를 가진다. 붐(6)의 기단부(基端部)는, 붐 핀(boom pin)(13)을 통하여 차량 본체(1)의 전부(前部)에 장착되어 있다. 암(7)의 기단부는, 암 핀(arm pin)(14)을 통하여 붐(6)의 선단부에 장착되어 있다. 암(7)의 선단부에는, 버킷 핀(bucket pin)(15)을 통하여 버킷(8)이 장착되어 있다. 버킷(8)은, 버킷 핀(15)을 중심으로 하여 움직인다. 버킷(8)은, 버킷 핀(15)과는 반대측에 복수의 날(8BD)이 장착되어 있다. 날끝(8T)은, 날(8BD)의 선단이다.

실시형태에 있어서, 작업기(2)가 상승한다는 것은, 작업기(2)가 유압 셔블(100)의 접지면(接地面)으로부터 상부 선회체(3)를 향하는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 작업기(2)가 하강한다는 것은, 작업기(2)가 유압 셔블(100)의 상부 선회체(3)로부터 접지면을 향하는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 유압 셔블(100)의 접지면은, 트랙 벨트(5a, 5b)의 접지(接地)하는 부분에서의 적어도 3점에서 정의되는 평면이다. 접지면의 정의에 사용되는 적어도 3점은, 2개의 트랙 벨트(5a, 5b) 중 한쪽에 존재해도 되고, 양쪽에 존재해도 된다.

상부 선회체(3)를 가지지 않는 작업 기계인 경우, 작업기(2)가 상승한다는 것은, 작업기(2)가 작업 기계의 접지면으로부터 이격되는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 작업기(2)가 하강한다는 것은, 작업기(2)가 작업 기계의 접지면에 접근하는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 작업 기계가 트랙 벨트이 아니고 차륜을 구비하는 경우, 접지면은, 적어도 3개의 차륜이 접지하는 부분에서 정의되는 평면이다.

작업구는, 복수의 날(8BD)을 가지고 있지 않아도 된다. 즉, 작업구는, 도 1에 나타낸 바와 같은 날(8BD)을 가지고 있지 않고, 날끝이 강판(鋼板)에 의해 스트레이트 형상으로 형성된 것과 같은 버킷이라도 된다. 작업기(2)는, 예를 들면, 단수의 날을 가지는 틸트 버킷(tilt bucket)을 구비하고 있어도 된다. 틸트 버킷이란, 버킷 틸트 실린더를 구비하고, 버킷이 좌우로 틸트 경사짐으로써 유압 셔블이 경사지에 있어도, 경사면, 평지를 자유로운 형태로 성형(shaping), 정지(整地; leveling)를 행할 수 있다. 이외에도, 작업기(2)는, 버킷(8) 대신에, 법면 버킷을 작업구로서 구비해도 된다.

도 1에 나타내는 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)는, 각각 작동유의 압력(이하, 적절히 유압이라고 함)에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더(10)는 붐(6)을 구동시켜, 이것을 승강시킨다. 암 실린더(11)는, 암(7)을 구동시켜, 암 핀(14)의 주위를 동작시킨다. 버킷 실린더(12)는, 버킷(8)을 구동시켜, 버킷 핀(15)의 주위를 동작시킨다.

붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12) 등의 유압 실린더와 도 2에 나타내는 유압 펌프(36, 37)와의 사이에는, 도 2에 나타내는 방향 제어 밸브(64)가 설치되어 있다. 방향 제어 밸브(64)는, 유압 펌프(36, 37)로부터 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12) 등에 공급되는 작동유의 유량(流量)을 제어하는 동시에, 작동유가 흐르는 방향을 전환한다.

도 2에 나타내는 작업기 컨트롤러(26)가, 도 2에 나타내는 제어 밸브(27)를 제어함으로써, 조작 장치(25)로부터 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 작동유의 파일럿압이 제어된다. 제어 밸브(27)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)의 유압계에 설치되어 있다. 작업기 컨트롤러(26)는, 파일럿 오일 통로(450)에 설치된 제어 밸브(27)를 제어함으로써, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)의 동작을 제어할 수 있다. 실시형태에 있어서는, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27)를 폐쇄하는 제어에 의해, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)를 감속시키는 제어가 가능하다.

상부 선회체(3)의 상부에는, 안테나(21, 22)가 장착되어 있다. 안테나(21, 22)는, 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출하기 위해 사용된다. 안테나(21, 22)는, 도 2에 나타내는, 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출하기 위한 위치 검출부인 위치 검출 장치(19)와 전기적으로 접속되어 있다.

위치 검출 장치(19)는, RTK―GNSS(Real Time Kinematic―Global Navigation Satellite Systems, GNSS는 전지구 항법 위성 시스템을 말함)를 이용하여 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출한다. 이하의 설명에 있어서, 안테나(21, 22)를, 적절히 GNSS 안테나(21, 22)라고 한다. GNSS 안테나(21, 22)가 수신한 GNSS 전파에 따른 신호는, 위치 검출 장치(19)가 수취한다. 위치 검출 장치(19)는, GNSS 안테나(21, 22)의 설치 위치를 검출한다. 위치 검출 장치(19)는, 예를 들면, 3차원 위치 센서를 포함한다.

<유압 시스템(300)>

도 2에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)의 유압 시스템(300)은, 동력 발생원으로서의 내연 기관(35)과 유압 펌프(36, 37)를 구비한다. 유압 펌프(36, 37)는, 내연 기관(35)에 의해 구동되고, 작동유를 토출(吐出)한다. 유압 펌프(36, 37)로부터 토출된 작동유는, 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)에 공급된다.

유압 셔블(100)은, 선회(旋回) 모터(38)를 구비한다. 선회 모터(38)는 유압 모터이며, 유압 펌프(36, 37)로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다. 선회 모터(38)는, 상부 선회체(3)를 선회시킨다. 그리고, 도 2에서는, 2개의 유압 펌프(36, 37)가 도시되어 있지만, 1개의 유압 펌프만이 설치되어도 된다. 선회 모터(38)는, 유압 모터에 한정되지 않고, 전기 모터라도 된다.

<제어 시스템(200)>

작업 기계의 제어 시스템인 제어 시스템(200)은, 위치 검출 장치(19)와, 글로벌 좌표 연산부(23)와, 조작 장치(25)와, 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 장치인 작업기 컨트롤러(26)와, 센서 컨트롤러(39)와, 표시 컨트롤러(28)와, 표시부(29)를 포함한다. 조작 장치(25)는, 도 1에 나타내는 작업기(2) 및 상부 선회체(3)를 조작하기 위한 장치이다. 조작 장치(25)는, 작업기(2)를 조작하기 위한 장치이다. 조작 장치(25)는, 작업기(2)를 구동시키기 위해 오퍼레이터가 실행하는 조작을 받아들여, 조작량에 따른 파일럿 유압을 출력한다.

조작량에 따른 파일럿 유압은, 조작 지령이다. 조작 지령은, 작업기(2)를 동작시키기 위한 지령이다. 조작 지령은, 조작 장치(25)에 의해 생성된다. 조작 장치(25)는, 오퍼레이터에 의해 조작되므로, 조작 지령은, 매뉴얼 조작, 즉 오퍼레이터의 조작에 의해 작업기(2)를 동작시키기 위한 지령이다. 매뉴얼 조작에 의한 작업기(2)의 제어는, 조작 장치(25)로부터의 조작 지령에 기초한 작업기(2)의 제어, 즉 작업기(2)의 조작 장치(25)를 조작하는 것에 의한 작업기(2)의 제어이다.

실시형태에 있어서, 조작 장치(25)는, 오퍼레이터의 좌측에 설치되는 좌측 조작 레버(25L)와, 오퍼레이터의 우측에 배치되는 우측 조작 레버(25R)를 가진다. 좌측 조작 레버(25L) 및 우측 조작 레버(25R)는, 전후좌우의 동작이 암(7) 및 선회의 2축의 동작에 대응하고 있다. 예를 들면, 우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작은, 붐(6)의 조작에 대응하고 있다. 우측 조작 레버(25R)가 전방으로 조작되면 붐(6)이 하강하고, 후방으로 조작되면 붐(6)이 상승한다. 전후 방향의 조작에 따라 붐(6)의 하강 또는 상승의 동작이 실행된다. 우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작은, 버킷(8)의 조작에 대응하고 있다. 우측 조작 레버(25R)가 좌측으로 조작되면 버킷(8)이 굴삭하고, 우측으로 조작되면 버킷(8)이 덤프한다. 좌우 방향의 조작에 따라 버킷(8)의 굴삭 또는 개방 동작이 실행된다. 좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작은, 암(7)의 선회에 대응하고 있다. 좌측 조작 레버(25L)가 전방으로 조작되면 암(7)이 덤프하고, 후방으로 조작되면 암(7)이 굴삭한다. 좌측 조작 레버(25L)의 좌우 방향의 조작은, 상부 선회체(3)의 선회에 대응하고 있다. 좌측 조작 레버(25L)가 좌측으로 조작되면 좌측 선회하고, 우측으로 조작되면 우측 선회한다.

실시형태에 있어서, 조작 장치(25)는, 파일럿 유압 방식이 사용된다. 조작 장치(25)에는, 유압 펌프(36)로부터, 감압 밸브(25V)에 의해 소정의 파일럿 압력으로 감압된 작동유가 붐 조작, 버킷 조작, 암 조작 및 선회 조작에 기초하여 공급된다.

실시형태에 있어서, 조작 장치(25)가 가지는 좌측 조작 레버(25L) 및 우측 조작 레버(25R)는 파일럿 유압 방식이지만, 전기 방식이라도 된다. 좌측 조작 레버(25L) 및 우측 조작 레버(25R)가 전기 방식인 경우, 각각의 조작량은, 각각 포텐셔미터(potentiometer)에 의해 검출된다. 포텐셔미터에 의해 검출된 좌측 조작 레버(25L) 및 우측 조작 레버(25R)의 조작량은, 작업기 컨트롤러(26)에 의해 취득된다. 전기 방식의 조작 레버의 조작 신호를 검출한 작업기 컨트롤러(26)는, 파일럿 유압 방식과 마찬가지의 제어를 실행한다.

우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작에 따라, 파일럿 오일 통로(450)에 파일럿 유압이 공급 가능하게 되어, 오퍼레이터에 의한 붐(6)의 조작이 받아들여진다. 우측 조작 레버(25R)의 조작량에 따라, 우측 조작 레버(25R)가 구비하는 밸브 장치가 개방되고, 파일럿 오일 통로(450)에 작동유가 공급된다. 또한, 압력 센서(66)는, 이 때의 파일럿 오일 통로(450) 내에서의 작동유의 압력을 파일럿압으로서 검출한다. 압력 센서(66)는, 검출한 파일럿압을, 붐 조작량 MB로 하여 작업기 컨트롤러(26)에 송신한다. 우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작량을, 이하, 적절히 붐 조작량 MB라고 한다. 파일럿 오일 통로(50)에는, 제어 밸브(이하, 적절히 개입 밸브라고 함)(27C) 및 셔틀 밸브(51)가 설치된다.

우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작에 따라, 파일럿 오일 통로(450)에 파일럿 유압이 공급 가능하게 되어, 오퍼레이터에 의한 버킷(8)의 조작이 받아들여진다. 우측 조작 레버(25R)의 조작량에 따라, 우측 조작 레버(25R)가 구비하는 밸브 장치가 개방되고, 파일럿 오일 통로(450)에 작동유가 공급된다. 압력 센서(66)는, 이 때의 파일럿 오일 통로(450) 내에서의 작동유의 압력을 파일럿압으로서 검출한다. 압력 센서(66)는, 검출한 파일럿압을, 버킷 조작량 MT로서 작업기 컨트롤러(26)에 송신한다. 우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작량을, 이하, 적절히 버킷 조작량 MT라고 한다.

좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작에 따라, 파일럿 오일 통로(450)에 파일럿 유압이 공급 가능하게 되어, 오퍼레이터에 의한 암(7)의 조작이 받아들여진다. 좌측 조작 레버(25L)의 조작량에 따라 좌측 조작 레버(25L)가 구비하는 밸브 장치가 개방되고, 파일럿 오일 통로(450)에 작동유가 공급된다. 압력 센서(66)는, 이 때의 파일럿 오일 통로(450) 내에서의 작동유의 압력을 파일럿압으로서 검출한다. 압력 센서(66)는, 검출한 파일럿압을, 암 조작량 MB로 하여 작업기 컨트롤러(26)에 송신한다. 좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작량을, 이하, 적절히 암 조작량 MA라고 한다.

우측 조작 레버(25R)가 조작됨으로써, 조작 장치(25)는, 우측 조작 레버(25R)의 조작량에 따른 크기의 파일럿 유압을 방향 제어 밸브(64)에 공급한다. 좌측 조작 레버(25L)가 조작됨으로써, 조작 장치(25)는, 좌측 조작 레버(25L)의 조작량에 따른 크기의 파일럿 유압을 방향 제어 밸브(64)에 공급한다. 조작 장치(25)로부터 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브(64)가 동작한다.

제어 시스템(200)은, 제1 스트로크 센서(16)와 제2 스트로크 센서(17)와 제3 스트로크 센서(18)를 가진다. 예를 들면, 제1 스트로크 센서(16)는 붐 실린더(10)에, 제2 스트로크 센서(17)는 암 실린더(11)에, 제3 스트로크 센서(18)는 버킷 실린더(12)에, 각각 설치된다.

센서 컨트롤러(39)는, CPU(Central Processing Unit) 등의 처리부와, RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory) 등의 기억부를 가진다. 센서 컨트롤러(39)는, 제1 스트로크 센서(16)가 검출한 붐 실린더 길이로부터, 유압 셔블(100)의 로컬 좌표계, 상세하게는 차량 본체(1)의 로컬 좌표계에서의 수평면과 직교하는 방향에 대한 붐(6)의 경사 각도 θ1을 산출하여, 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)에 출력한다. 센서 컨트롤러(39)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이로부터, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사 각도 θ2를 산출하여, 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)에 출력한다. 센서 컨트롤러(39)는, 제3 스트로크 센서(18)가 검출한 버킷 실린더 길이로부터, 암(7)에 대한 버킷(8)이 가지는 버킷(8)의 날끝(8T)의 경사 각도 θ3을 산출하여, 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)에 출력한다. 경사 각도 θ1, θ2, θ3의 검출은, 제1 스트로크 센서(16), 제2 스트로크 센서(17) 및 제3 스트로크 센서(18) 이외라도 가능하다. 예를 들면, 포텐셔미터 등의 각도 센서도, 경사 각도 θ1, θ2, θ3을 검출할 수 있다.

센서 컨트롤러(39)에는, IMU(Inertial Measurement Unit: 관성 계측 장치)(24)가 접속되어 있다. IMU(24)는, 도 1에 나타내는 유압 셔블(100)의 피치 및 롤 등의 차체의 경사 정보를 취득하고, 센서 컨트롤러(39)에 출력한다.

작업기 컨트롤러(26)는, CPU 등의 처리부(26P)와, RAM 및 ROM(Read Only Memory) 등의 기억부(26M)를 가진다. 작업기 컨트롤러(26)는, 도 2에 나타내는 붐 조작량 MB, 버킷 조작량 MT 및 암 조작량 MA에 기초하여, 개입 밸브(27C) 및 제어 밸브(27)를 제어한다.

도 2에 나타내는 방향 제어 밸브(64)는, 예를 들면, 비례 제어 밸브이며, 조작 장치(25)로부터 공급되는 작동유에 의해 제어된다. 방향 제어 밸브(64)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 선회 모터(38) 등의 유압 액추에이터와, 유압 펌프(36, 37)와의 사이에 배치된다. 방향 제어 밸브(64)는, 유압 펌프(36, 37)로부터 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 선회 모터(38)에 공급되는 작동유의 유량 및 방향을 제어한다.

제어 시스템(200)이 구비하는 위치 검출 장치(19)는, 전술한 GNSS 안테나(21, 22)를 포함한다. GNSS 안테나(21, 22)에 의해 수신된 GNSS 전파에 따른 신호가, 글로벌 좌표 연산부(23)에 입력된다. GNSS 안테나(21)는, 자체의 위치를 나타내는 기준 위치 데이터(P1)를 측위 위성으로부터 수신한다. GNSS 안테나(22)는, 자체의 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)는, 기준 위치 데이터(P1, P2)를 수신할 때마다, 글로벌 좌표 연산부(23)에 출력한다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, CPU 등의 처리부와 RAM 및 ROM 등의 기억부를 가진다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 2개의 기준 위치 데이터(P1, P2)에 기초하여, 상부 선회체(3)의 배치를 나타내는 선회체 배치 데이터를 생성한다. 본 실시형태에 있어서, 선회체 배치 데이터에는, 2개의 기준 위치 데이터(P1, P2) 중 한쪽의 기준 위치 데이터(P)와, 2개의 기준 위치 데이터(P1, P2)에 기초하여 생성된 선회체 방위 데이터(Q)가 포함된다. 선회체 방위 데이터(Q)는, 상부 선회체(3), 즉 작업기(2)가 향하고 있는 방위를 나타내고 있다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 소정의 주기로 GNSS 안테나(21, 22)로부터 2개의 기준 위치 데이터(P1, P2)를 취득할 때마다, 선회체 배치 데이터, 즉 기준 위치 데이터(P)와 선회체 방위 데이터(Q)를 갱신하여, 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.

표시 컨트롤러(28)는, CPU 등의 처리부와, RAM 및 ROM 등의 기억부를 가진다. 표시 컨트롤러(28)는, 글로벌 좌표 연산부(23)로부터 선회체 배치 데이터인 기준 위치 데이터(P) 및 선회체 방위 데이터(Q)를 취득한다. 실시형태에 있어서, 표시 컨트롤러(28)는, 작업기 위치 데이터로서, 버킷(8)의 날끝(8T)의 3차원 위치를 나타내는 버킷 날끝 위치 데이터(S)를 생성한다. 그리고, 표시 컨트롤러(28)는, 버킷 날끝 위치 데이터(S)와 목표 시공 정보 T를 사용하여, 목표 시공 지형 데이터(U)를 생성한다.

목표 시공 정보 T는, 유압 셔블(100)이 구비하는 작업기(2)가 시공하는 대상(이하, 적절히, 시공 대상이라고 함) 마무리의 목표로 되는 정보이다. 목표 시공 정보 T는, 예를 들면, 유압 셔블(100)의 시공 대상의 설계 정보를 들 수 있다. 작업기(2)가 시공하는 대상은, 예를 들면, 지면이다. 시공 대상에 대하여 작업기(2)가 실행하는 작업으로서는, 예를 들면, 굴삭 작업 및 지면의 균일화 작업을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.

표시 컨트롤러(28)는, 목표 시공 지형 데이터(U)에 기초한 표시용의 목표 시공 지형 데이터(Ua)를 도출하고, 표시용의 목표 시공 지형 데이터(Ua)에 기초하여, 표시부(29)에 작업기(2)의 시공 대상의 목표로 되는 형상, 예를 들면, 지형을 표시하게 한다.

표시부(29)는, 예를 들면, 터치 패널에 의한 입력을 접수하는 액정 표시 장치이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시형태에 있어서는, 표시부(29)에 인접하여 스위치(29S)가 설치되어 있다. 스위치(29S)는, 후술하는 개입 제어를 실행시키거나 실행 중의 개입 제어를 정지시키거나 하기 위한 입력 장치이다.

작업기 컨트롤러(26)는, 압력 센서(66)로부터 붐 조작량 MB, 버킷 조작량 MT 및 암 조작량 MA를 취득한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 센서 컨트롤러(39)로부터 붐(6)의 경사 각도 θ1, 암(7)의 경사 각도 θ2, 버킷(8)의 경사 각도 θ3을 취득한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 표시 컨트롤러(28)로부터, 목표 시공 지형 데이터(U)를 취득한다. 목표 시공 지형 데이터(U)는, 목표 시공 정보 T 중, 유압 셔블(100)이 지금부터 작업하는 범위의 정보이다. 즉, 목표 시공 지형 데이터(U)는, 목표 시공 정보 T의 일부이다. 따라서, 목표 시공 지형 데이터(U)는, 목표 시공 정보 T와 마찬가지로, 작업기(2)의 시공 대상의 마무리의 목표로 되는 형상을 나타낸다. 이 마무리의 목표로 되는 형상을, 이하에 있어서는 적절히, 목표 시공 지형이라고 한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 센서 컨트롤러(39)로부터 취득한 작업기(2)의 자세 및 치수로부터 버킷(8)의 날끝(8T)의 위치(이하, 적절히 날끝 위치라고 함)를 산출한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 목표 시공 지형 데이터(U)를 따라 버킷(8)의 날끝(8T)이 이동하도록, 목표 시공 지형 데이터(U)와 버킷(8)의 날끝(8T)과의 거리 및 작업기(2)의 속도에 기초하여 작업기(2)의 동작을 제어한다. 이 경우, 작업기 컨트롤러(26)는, 버킷(8)이 미리 정해진 목표하는 형상에 침입하는 것을 억제하기 위해, 작업기(2)가 시공 대상으로 접근하는 방향의 속도가 제한 속도 이하로 되도록 제어한다. 이 제어를, 적절히 개입 제어라고 한다. 개입 제어에서의 목표하는 형상은, 예를 들면, 목표 시공 지형 데이터(U), 즉 작업기(2)의 시공 대상의 목표로 하는 형상인 목표 시공 지형, 및 목표 시공 지형으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 지형 등을 들 수 있다.

개입 제어는, 예를 들면, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터가, 도 2에 나타내는 스위치(29S)를 사용하여 개입 제어를 실행하는 것을 선택한 경우에 실행된다. 즉, 개입 제어는, 조작 장치(25)의 조작에 기초하여, 즉 오퍼레이터의 조작에 기초하여 작업기(2)가 동작하는 경우에, 작업기 컨트롤러(26)가 작업기를 동작시키는 제어이다. 작업기 컨트롤러(26)가 목표 시공 지형과 버킷(8)과의 거리를 산출하는 경우, 버킷(8)의 기준으로 되는 위치는 날끝(8T)에 한정되지 않고 임의의 장소라도 된다.

개입 제어에 있어서, 작업기 컨트롤러(26)는, 목표 시공 지형 데이터(U)에 버킷(8)이 침입하지 않도록 작업기(2)를 제어하기 위해 붐 지령 신호 CBI를 생성하여, 도 2에 나타내는 개입 밸브(27C)에 출력한다. 붐(6)은, 붐 지령 신호 CBI에 따라 동작함으로써, 작업기(2), 더욱 상세하게는 버킷(8)이 목표 시공 지형 데이터(U)에 가까워지는 속도가, 버킷(8)과 목표 시공 지형 데이터(U)와의 거리에 따라 제한된다.

작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어에 있어서, 시공 대상의 목표 형상인 설계 지형(design landform)을 나타내는 목표 시공 지형 데이터(U)와 버킷(8)의 위치를 구하기 위한 경사 각도 θ1, θ2, θ3에 기초하여, 목표 시공 지형과 버킷(8)과의 거리에 따라 버킷(8)이 목표 시공 지형에 가까워지는 속도가 작아지도록, 붐(6)의 속도를 제어한다.

실시형태에 있어서, 오퍼레이터에 의한 조작 장치(25)의 조작에 기초하여 작업기(2)가 동작하는 경우, 버킷(8)의 날끝(8T)이 목표 시공 지형에 침입하지 않도록, 작업기 컨트롤러(26)는 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 이것을 사용하여 붐(6)의 동작을 제어한다. 상세하게는, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어에 있어서 버킷(8)의 날끝(8T)이 목표 시공 지형에 침입하지 않도록, 붐(6)을 상승시킨다. 개입 제어에 있어서 실행되는 붐(6)을 상승시키는 제어를, 적절히, 붐 개입 제어라고 한다.

본 실시형태에 있어서, 작업기 컨트롤러(26)가 붐 개입 제어를 실현하기 위해, 작업기 컨트롤러(26)는, 붐 개입 제어에 관한 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 개입 밸브(27C)에 출력한다. 개입 밸브(27C)는, 파일럿 오일 통로(50)의 파일럿 유압을 조정한다.

붐 개입 제어는, 개입 제어에 있어서 실행되는 붐(6)을 상승시키는 제어이지만, 개입 제어에 있어서, 작업기 컨트롤러(26)는, 붐(6)의 상승에 더하여 또는 붐(6)의 상승 대신에, 암(7) 및 버킷(8) 중 적어도 한쪽을 상승시켜도 된다. 즉 개입 제어에 있어서, 작업기 컨트롤러(26)는, 작업기(2)를 구성하는 붐(6), 암(7) 및 버킷(8) 중 하나 이상을 상승시킴으로써, 작업기(2)의 작업 대상의 목표 형상, 실시형태에서는 목표 시공 지형(43I)으로부터 이격되는 방향으로 작업기(2)를 이동시킨다. 붐 개입 제어는, 개입 제어의 일 태양이다.

<작업기 컨트롤러(26)의 상세>

도 3은, 작업기 컨트롤러(26)의 블록도이다. 도 4는, 목표 시공 지형(43I) 및 버킷(8)을 나타낸 도면이다. 도 5는, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 설명하기 위한 도면이다. 작업기 컨트롤러(26)는, 제어부(26CNT)와 전환부(26J)를 포함한다. 이들은, 작업기 컨트롤러(26)의 처리부(26P)에 포함된다. 처리부(26P)는, 제어부(26CNT) 및 전환부(26J)의 기능을 실현한다.

작업기 컨트롤러(26)의 처리부(26P)는, 작업기(2)를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 실행하여, 작업기(2)를 제어한다. 작업기(2)의 제어에는, 개입 제어 및 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법에 의한 제어가 포함된다. 기억부(26M)는, 작업기(2)를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기억하고 있다.

제어부(26CNT)는, 상대(相對) 위치 산출부(26A), 거리 산출부(26B), 목표 속도 산출부(26C), 개입 속도 산출부(26D), 개입 지령 산출부(26E) 및 개입 속도 수정부(26F)를 포함한다. 제어부(26CNT)는, 개입 제어를 실행한다. 실시형태에 있어서, 제어부(26CNT)는, 개입 제어시에는 목표하는 형상에 버킷(8)이 침입하지 않도록 작업기(2)를 제어한다. 실시형태에 있어서, 개입 제어에서의 목표하는 형상은, 도 5에 나타내는 목표 시공 지형(43I) 또는 목표 시공 지형(43I)으로부터 미리 정해진 거리 Off만큼 이격된 오프셋 지형(43Iv)이다.

개입 제어가 실행되는데 있어서, 작업기 컨트롤러(26)는, 붐 조작량 MB, 암 조작량 MA, 버킷 조작량 MT, 표시 컨트롤러(28)로부터 취득한 목표 시공 지형 데이터(U) 및 센서 컨트롤러(39)로부터 취득한 경사 각도 θ1, θ2, θ3 및 버킷(8)의 형상을 사용하여, 개입 제어에 필요한 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 또한 필요에 따라 암 지령 신호 및 버킷 지령 신호를 생성하고, 제어 밸브(27) 및 개입 밸브(27C)를 동작시켜 작업기(2)를 제어한다.

상대 위치 산출부(26A)는, 표시 컨트롤러(28)로부터 버킷 날끝 위치 데이터(S)를 취득하고, 센서 컨트롤러(39)로부터 경사 각도 θ1, θ2, θ3을 취득한다. 상대 위치 산출부(26A)는, 취득한 경사 각도 θ1, θ2, θ3으로부터 버킷(8)의 날끝(8T)의 위치인 날끝 위치 Pb를 구한다.

거리 산출부(26B)는, 상대 위치 산출부(26A)에 의해 구해진 날끝 위치 Pb와, 표시 컨트롤러(28)로부터 취득한 목표 시공 지형 데이터(U)로부터, 버킷(8)의 날끝(8T)과, 목표 시공 정보 T의 일부인 목표 시공 지형 데이터(U)로 표현되는 목표 시공 지형(43I)과의 사이의 최단으로 되는 거리 d를 산출한다. 거리 d는, 날끝 위치 Pb와, 목표 시공 지형(43I)과 직교하고, 또한 날끝 위치 Pb를 지나는 직선과, 목표 시공 지형 데이터(U)가 교차하는 위치 Pu와의 거리이다.

개입 제어에서의 목표하는 형상이 오프셋 지형(43Iv)인 경우, 거리 산출부(26B)는, 표시 컨트롤러(28)로부터 거리 Off를 취득하고, 목표 시공 지형(43I)의 위치에 가산함으로써, 오프셋 지형(43Iv)을 구한다. 거리 산출부(26B)는, 버킷(8)의 날끝(8T)과, 오프셋 지형(43Iv)과의 사이의 최단으로 되는 거리 d를 산출한다. 거리 Off는, 도 2에 나타내는 표시부(29)의 터치 패널로부터, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터가 입력하고, 표시 컨트롤러(28)에 기억된다.

목표 시공 지형(43I)은, 작업기(2)의 동작 평면과, 복수의 목표 시공면(施工面)으로 표현되는 목표 시공 정보 T와의 교선으로부터 구해진다. 작업기(2)의 동작 평면은, 상부 선회체(3)의 전후 방향에 의해 규정되고, 또한 굴삭 대상 위치 Pdg를 지나는 평면이며, 작업기(2)가 상부 선회체(3)의 전후 방향으로 동작함으로써 굴삭 대상 위치 Pdg를 굴삭하도록, 작업기(2)가 구동될 때의 평면이다. 목표 시공 지형(43I)은, 더욱 상세하게는, 전술한 교선 중, 목표 시공 정보 T의 굴삭 대상 위치 Pdg의 전후에서의 단수 또는 복수의 변곡점과 그 전후의 선이 목표 시공 지형(43I)이다. 도 5에 나타내는 예에서는, 2개의 변곡점 Pv1, Pv2와 그 전후의 선이 목표 시공 지형(43I)이다. 굴삭 대상 위치 Pdg는, 버킷(8)의 날끝(8T)의 위치, 즉 날끝 위치 Pb의 바로 아래의 점이다. 이와 같이, 목표 시공 지형(43I)은, 목표 시공 정보 T의 일부이다. 목표 시공 지형(43I)은, 도 2에 나타내는 표시 컨트롤러(28)가 생성한다.

목표 속도 산출부(26C)는, 붐 목표 속도 Vc_bm과, 암 목표 속도 Vc_am과, 버킷 목표 속도 Vc_bkt를 결정한다. 붐 목표 속도 Vc_bm은, 붐 실린더(10)가 구동될 때의 날끝(8T)의 속도이다. 암 목표 속도 Vc_am은, 암 실린더(11)가 구동될 때의 날끝(8T)의 속도이다. 버킷 목표 속도 Vc_bkt는, 버킷 실린더(12)가 구동될 때의 날끝(8T)의 속도이다. 붐 목표 속도 Vc_bm은, 붐 조작량 MB에 따라 산출된다. 암 목표 속도 Vc_am은, 암 조작량 MA에 따라 산출된다. 버킷 목표 속도 Vc_bkt는, 버킷 조작량 MT에 따라 산출된다.

개입 속도 산출부(26D)는, 버킷(8)의 날끝(8T)과 목표 시공 지형(43I)과의 사이의 거리 d에 기초하여, 붐(6)의 제한 속도인 붐 제한 속도 Vcy_bm을 구한다. 개입 속도 산출부(26D)는, 도 1에 나타내는 작업기(2) 전체의 제한 속도 Vc_lmt로부터, 암 목표 속도 Vc_am 및 버킷 목표 속도 Vc_bkt를 감산함으로써, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 구한다. 제한 속도 Vc_lmt는, 버킷(8)의 날끝(8T)이 목표 시공 지형(43I)에 접근하는 방향에 있어서 허용할 수 있는 날끝(8T)의 이동 속도이다.

제한 속도 Vc_lmt는, 거리 d가 플러스의 경우에는 마이너스의 값, 즉 작업기(2)가 하강하는 경우의 하강 속도이며, 거리 d가 마이너스의 경우에는 플러스의 값, 즉 작업기(2)가 상승하는 경우의 상승 속도이다. 거리 d가 마이너스의 값이란, 버킷(8)이 목표 시공 지형(43I)에 침입한 상태이다. 제한 속도 Vc_lmt는, 거리 d가 작아짐에 따라서, 속도의 절대값이 작아져, 거리 d가 마이너스의 값으로 되면, 거리 d의 절대값이 커지게 됨에 따라 속도의 절대값이 커진다.

개입 지령 산출부(26E)는, 개입 속도 수정부(26F)에 의해 구해진 붐 제한 속도 Vcy_bm로부터, 붐 지령 신호 CBI를 생성한다. 붐 지령 신호 CBI는, 개입 밸브(27C)의 개도(開度)를, 붐(6)이 붐 제한 속도 Vcy_bm로 상승하기 위해 필요한 파일럿 압력을 셔틀 밸브(51)에 작용하게 하기 위해 필요한 크기로 하기 위한 지령이다. 붐 지령 신호 CBI는, 실시형태에 있어서, 붐 지령 속도에 따른 전류값이다.

전환부(26J)는, 목표 시공 지형(43I)에 대한 버킷(8)의 자세에 기초하여, 개입 제어에서의 목표하는 형상을, 목표 시공 지형(43I)으로부터 미리 정해진 거리 Off만큼 이격된 오프셋 지형(43Iv) 또는 목표 시공 지형(43I)으로 한다. 이 경우, 전환부(26J)는, 조작 장치(25)로부터의 암 조작 지령 Sga, 센서 컨트롤러로부터의 경사 각도 θ1, θ2, θ3 및 제어부(26CNT)로부터의 개입 제어 상태 Cas 또는 정지 제어 상태 Cst를 취득하고, 오프셋 계수 K 및 고정 플래그(fixing flag) Ff를 거리 산출부(26B)에게 부여한다.

암 조작 지령 Sga는, 암(7)을 조작하는 레버인 좌측 조작 레버(25L)가 암(7)의 조작에 대하여 중립인지의 여부를 나타내는 신호이다. 좌측 조작 레버(25L)가 암(7)의 조작에 대하여 중립인 경우, 암(7)은 정지한다. 개입 제어 상태 Cas는 개입 제어가 실행 중인 것을 나타내고, 정지 제어 상태 Cst는 정지 제어가 실행 중인 것을 나타낸다. 정지 제어는 개입 제어의 하나이며, 개입 제어에서의 목표하는 형상, 즉 목표 시공 지형(43I) 또는 오프셋 지형(43Iv)에 버킷(8)이 침입한 경우에 작업기(2)를 정지시키는 제어이다. 정지 제어는, 작업기(2)가 개입 제어에서의 목표하는 형상에 침입하지 않도록 작업기(2)를 제어하는 것이다.

오프셋 계수 K는, 굴삭 제어에서의 목표하는 지형을, 목표 시공 지형(43I) 또는 오프셋 지형(43Iv)으로 전환하기 위한 계수이다. 고정 플래그는, 작업기(2)가 목표하는 형상의 시공을 개시하고 나서 일련의 시공을 종료할 때까지는, 목표하는 형상의 시공을 개시했을 때에서의 목표하는 형상을 제어부(26CNT), 상세하게는 거리 산출부(26B)에 유지시키는 플래그이다. 고정 플래그가 1인 경우, 제어부(26CNT)는, 작업기(2)가 목표하는 형상의 시공을 개시하고 나서 일련의 시공을 종료할 때까지, 목표하는 형상을, 목표하는 형상의 시공을 개시했을 때의 것으로 한다.

예를 들면, 목표하는 형상의 시공을 개시했을 때의 목표하는 형상이 오프셋 지형(43Iv)인 경우, 제어부(26CNT)는, 작업기(2)가 목표하는 형상의 시공을 개시하고 나서 일련의 시공을 종료할 때까지, 목표하는 형상을 오프셋 지형(43Iv)으로 한다. 목표하는 형상의 시공을 개시했을 때의 목표하는 형상이 목표 시공 지형(43I)인 경우, 제어부(26CNT)는, 작업기(2)가 목표하는 형상의 시공을 개시하고 나서 일련의 시공을 종료할 때까지, 목표하는 형상을 목표 시공 지형(43I)으로 한다.

도 6 및 도 7은, 법면을 형성하는 시공예를 나타낸 도면이다. 유압 셔블(100)이 법면을 형성하는 경우, 유압 셔블(100)은 시공 대상을 굴삭한 후, 버킷(8)의 바닥면(8B)과 시공 대상을 목표 시공 지형(43I)까지 가압하여 법면을 마무리한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 목표 시공 지형(43I)으로부터 미리 정해진 거리 Off(이하, 적절히 오프셋량이라고 함)만큼 이격된 오프셋 지형(43Iv)을 개입 제어에서의 목표하는 형상으로 함으로써, 법면을 시공할 때의 다짐분을 확보할 수 있다. 실시형태에 있어서, 오퍼레이터는, 유압 셔블(100)의 작업에 따른 오프셋량 Off를, 도 2에 나타내는 표시부(29)의 터치 패널로부터 설정할 수 있다.

시공 대상으로 법면을 형성하는 경우, 오퍼레이터가 오프셋량 Off를 설정하면, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어에서의 목표하는 형상을 오프셋 지형(43Iv)으로 한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 버킷(8)이 시공 대상의 표토(SHP)를 굴삭할 때, 버킷(8)이 오프셋 지형(43Iv)에 침입하지 않도록 개입 제어를 실행한다. 오프셋 지형(43Iv)까지 시공 대상이 굴삭되었으면, 오퍼레이터는 오프셋량 Off를 해제한다. 오프셋량 Off가 해제된 상태에서, 유압 셔블(100)은 버킷(8)의 바닥면(8B)을 시공 대상에 가압하여, 시공 대상의 표면을 목표 시공 지형(43I)의 위치에 마무리한다.

마무리에 있어서, 오퍼레이터는, 도 2에 나타내는 표시부(29)의 터치 패널로부터 오프셋량 Off를 해제한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어에서의 목표하는 형상을 목표 시공 지형(43I)으로 한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 버킷(8)이 시공 대상에 가압되면, 버킷(8)의 바닥면(8B)이 목표 시공 지형(43I)에 침입하지 않도록 개입 제어를 실행한다. 마무리에 의해, 오프셋량 Off분의 표토가 목표 시공 지형(43I)까지 가압되는 것에 의해, 시공 대상의 표면을 가압하여 다질 수 있어, 법면이 완성된다.

1개소에 법면이 형성되면, 유압 셔블(100)은, 다음의 장소도 마찬가지로 법면을 형성한다. 이 경우, 오퍼레이터는 재차 오프셋량 Off를 설정한다. 또한, 법면을 형성하는 경우, 표토의 굴삭과 마무리로 오프셋량 Off를 설정 다시할 필요가 있다. 그러므로, 법면을 형성하는 경우, 오퍼레이터의 작업이 번거롭게 된다.

법면을 형성하는 경우에서의 오퍼레이터의 작업이 번거롭게 되는 것을 억제하기 위해, 작업기 컨트롤러(26)는, 목표 시공 지형(43I)에 대한 버킷(8)의 자세에 기초하여, 개입 제어에서의 목표하는 형상을, 오프셋 지형(43Iv)과 목표 시공 지형(43I)으로 전환한다. 상세하게는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 작업기 컨트롤러(26)의 전환부(26J)는, 예를 들면, 목표 시공 지형(43I)과 버킷(8)의 바닥면(8B)이 이루는 각도 α의 크기에 기초하여, 개입 제어에서의 목표하는 형상을, 오프셋 지형(43Iv)과 목표 시공 지형(43I)으로 전환한다.

각도 α의 절대값이 클 경우, 버킷(8)은 시공 대상을 굴삭하는 것으로 판정할 수 있다. 또한, 각도 α의 절대값이 작을 경우, 버킷(8)은 바닥면(8B)을 시공 대상에 가압하는 것으로 판정할 수 있다. 예를 들면, 각도 α의 절대값이 미리 정해진 임계값 αc의 절대값보다 클 경우, 전환부(26J)는, 개입 제어에서의 목표하는 형상을, 오프셋 지형(43Iv)로 한다. 각도 α의 절대값이 미리 정해진 임계값 αc의 절대값 이하일 경우, 전환부(26J)는, 개입 제어에서의 목표하는 형상을, 목표 시공 지형(43I)으로 한다.

이와 같은 처리에 의해, 개입 제어에서의 목표하는 형상은, 표토의 굴삭 시와 마무리 시에서 자동적으로 전환된다. 그 결과, 법면의 형성에 있어서, 오퍼레이터는 표토의 굴삭 시와 시공 대상의 마무리 시에서 오프셋량 Off를 설정 다시할 필요가 없어지므로, 법면을 형성하는 경우에 있어서 오퍼레이터의 작업이 번거롭게 되는 것이 억제된다.

도 8은, 버킷(8)의 바닥면(8B)의 각도 θb를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 실시형태에 있어서, 버킷(8)의 바닥면(8B)의 각도(이하, 적절히, 바닥면 각도라고 함) θb는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 차체 좌표계에서의 Xm―Ym 평면과 평행, 또한 버킷(8)의 날끝(8T)과 접하는 평면(PH)를 기준으로 하여, 버킷(8) 측에 있어서는 부호를 ―(마이너스), 버킷(8)과는 반대측에 있어서는 부호를 ＋(플러스)로 한다. 수평면은, 예를 들면, 글로벌 좌표계(Xg, Yg, Zg)의 Xg―Yg 평면이다. 바닥면 각도 θb는, 버킷(8)의 바닥면(8B)과 평면(PH)이 이루는 각도이다. 버킷(8)의 바닥면(8B)은, 버킷(8)의 날끝(8T)와, 버킷(8)의 백사이드(backside)(8H)의 날끝(8T) 측에서의 단부(端部)(8pB)와의 사이이다. 백사이드(8H)는, 버킷(8)의 외측의 만곡된 부분이다. 각도 θb는, 식(1)에 의해 구할 수 있다.

θb=―270＋θ1＋θ2＋θ3＋β … (1)

θ1은 붐(6)의 경사 각도, θ2는 암(7)의 경사 각도, θ3은 버킷(8)의 경사 각도, β는 날끝(8T)의 각도이다. 경사 각도 θ1은, 축선 Zb와, 붐 핀(13)의 중심축 및 암 핀(14)의 중심축을 연결하는 축선이 이루는 각도이다. 축선 Zb는, 유압 셔블(100)의 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)의 Zm축과 직교하고, 또한 붐 핀(13)의 중심축을 지나는 직선이다. 경사 각도 θ2는, 붐 핀(13)의 중심축 및 암 핀(14)의 중심축을 연결하는 직선과, 암 핀(14)의 중심축 및 버킷 핀(15)의 중심축을 연결하는 직선이 이루는 각도이다. 경사 각도 θ3은, 암 핀(14)의 중심축 및 버킷 핀(15)의 중심축을 연결하는 직선과, 버킷 핀(15)의 중심축과 버킷(8)의 날끝을 연결하는 직선이 이루는 각도이다. 날끝(8T)의 각도 β는, 버킷 핀(15)의 중심축과 버킷(8)의 날끝을 연결하는 직선과, 버킷(8)의 바닥면(8B)이 이루는 각도이다. 날끝(8T)의 각도 β는, 버킷(8)의 종류에 따라서 정해지는 값이며, 작업기 컨트롤러(26)의 기억부(26M)에 기억되어 있다.

도 9는, 목표 시공 지형(43I)과 버킷(8)의 바닥면(8B)이 이루는 각도 α를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 목표 시공 지형(43I)과 버킷(8)의 바닥면(8B)이 이루는 각도 α는, 식(2)에 의해 구할 수 있다. 각도 γ는, 전술한 평면(PH)에 대하여 목표 시공 지형(43I)이 경사지는 각도이다. 각도 γ는, 평면(PH)에 대하여 버킷(8)의 바닥면(8B) 측으로 회동(回動)하는 방향에 있어서는 부호를 ―(마이너스), 평면(PH)에 대하여 버킷(8)의 바닥면(8B) 측으로부터 이격되도록 회동하는 방향에 있어서는 부호를 +(플러스)로 한다.

α=θb―γ … (2)

도 10 및 도 11은, 오프셋 계수 K를 전환하기 위한 임계값 α1, α2을 포함하는 맵 MPA, MPB를 나타낸 도면이다. 맵 MPA 및 맵 MPB는, 모두 세로축이 오프셋 계수 K, 가로축이 각도 α이다. 각도 α의 부호는 마이너스이다. 임계값 α1의 절대값은, 임계값 α2의 절대값보다 작다. 맵 MPA에 있어서, 각도 α의 절대값이 임계값 α1의 절대값 이하로 되었을 경우, 오프셋 계수 K는 1에서 0으로 된다. 각도 α의 절대값이 임계값 α1의 절대값보다 크고, 임계값 α2의 절대값 이상으로 되었을 경우, 오프셋 계수 K는 0에서 1이 된다.

맵 MPB에 있어서, 각도 α의 절대값이 임계값 α2의 절대값 이하로 되었을 경우, 각도 α의 절대값이 작아짐에 따라서, 오프셋 계수 K는 1로부터 서서히 감소한다. 각도 α의 절대값이 임계값 α1의 절대값 이하로 되면, 오프셋 계수 K는 0이 된다.

맵 MPA 또는 맵 MPB는, 도 3에 나타내는 작업기 컨트롤러(26)의 기억부(26M)에 기억되어 있다. 작업기 컨트롤러(26)의 전환부(26J)는, 각도 α를 구하였으면 맵 MPA 또는 맵 MPB를 기억부(26M)로부터 판독하고, 구한 각도 α에 대응하는 오프셋 계수 K를 맵 MPA 또는 맵 MPB로부터 취득한다. 전환부(26J)는, 취득한 오프셋 계수 K를, 거리 산출부(26B)에 부여한다.

거리 산출부(26B)는, 전환부(26J)로부터 수취한 오프셋 계수 K를, 오퍼레이터에 의해 설정된 오프셋량 Off에 곱하여, 개입 제어에 사용하는 오프셋량 Offc로 한다. 즉, Offc=K×Off이다. 거리 산출부(26B)는, 오프셋량 Offc를 목표 시공 지형(43I)의 위치에 가산함으로써, 개입 제어에서의 목표하는 형상으로 한다. 맵 MPA에 의해 오프셋 계수 K가 구해지는 경우를 고려한다. 개입 제어에서의 목표하는 형상이 오프셋 지형(43Iv)인 경우, 오프셋 계수 K는 1이므로, 개입 제어에서의 목표하는 형상은 오프셋 지형(43Iv)으로 된다. 개입 제어에서의 목표하는 형상이 목표 시공 지형(43I)인 경우, 오프셋 계수 K는 0이므로, 개입 제어에서의 목표하는 형상은 목표 시공 지형(43I)으로 된다.

맵 MPA는, 오프셋 계수 K를 1에서 0, 즉 오프셋 지형(43Iv)으로부터 목표 시공 지형(43I)으로 변경할 때와, 오프셋 계수 K를 0에서 1, 즉 목표 시공 지형(43I)으로부터 오프셋 지형(43Iv)으로 변경할 때 히스테리시스(hysteresis)를 갖게 한다. 이와 같이 함으로써, 오프셋 계수 K의 변경에 따른 헌팅(hunting)이 억제된다. 상세하게는, 오프셋 계수 K의 변경에 따라 버킷(8)이 상하하는 현상이 억제된다. 맵 MPA는, 오프셋 계수 K의 전환에 대하여 히스테리시스를 갖게 하지 않아도 된다. 즉, 단일의 임계값 αc를 사용하여 오프셋 계수 K를 전환해도 된다.

맵 MPB에 의해 오프셋 계수 K가 구해지는 경우, 오프셋 계수 K는, 임계값 α2에서 α1의 사이에서, 각도 α의 크기에 따라 변화한다. 그러므로, 개입 제어에서의 목표하는 형상은, 목표 시공 지형(43I)으로부터 오프셋 지형(43Iv)까지의 동안의 지형으로 된다.

도 12는, 개입 제어에서의 목표하는 형상을 오프셋 지형(43Iv)으로 한 경우의 버킷의 움직임을 나타낸 도면이다. 법면을 형성할 때 버킷(8)이 시공 대상의 표토를 굴삭하는 경우, 개입 제어에서의 목표하는 형상은, 오프셋 지형(43Iv)이 된다. 버킷(8)이 표토를 굴삭하는 경우, 굴삭의 개시 위치 SP로부터 종료 위치 EP까지의 동안에, 버킷(8)의 자세가 변화한다. 굴삭의 개시 위치 SP로부터 법면의 하단(下端) 측에서의 하단 위치 HS까지의 부분, 및 하단 위치 HS로부터 종료 위치 EP까지의 부분에, 오프셋 지형(43Iv)이 존재한다.

이 경우, 버킷(8)은, 개시 위치 SP로부터 하단 위치 HS를 통하여 종료 위치 EP까지, 연속하여 시공 대상을 굴삭한다. 이 굴삭에 있어서, 오퍼레이터의 조작은, 암(7)의 조작이 주체이며, 버킷(8)의 조작은 거의 발생하지 않는다. 그러므로, 버킷(8)은, 개시 위치 SP로부터 서서히 날끝(8T)을 내려놓으면서(laying down), 즉 버킷(8)의 바닥면(8B)과 목표 시공 지형(43I)이 이루는 각도 α의 절대값을 작게 하면서, 하단 위치 HS에 접근한다[도 12의 상태(A), (B)]. 개입 제어에서의 목표하는 형상은, 오프셋 지형(43Iv)이다.

버킷(8)이 하단 위치 HS에 접근하고 있을 때에, 각도 α의 절대값이 임계값 이하로 되면, 오프셋 계수 K는 0으로 되므로, 도 12의 상태(C)로 나타낸 바와 같이, 날끝(8T)이 목표 시공 지형(43I)까지 떨어진다. 도 12의 상태(D)로 나타낸 바와 같이, 버킷(8)의 날끝(8T)이 하단 위치 HS를 넘어, 날끝(8T)의 바로 아래에 존재하는 목표 시공 지형(43I)이 법면으로 전환되면, 각도 α의 절대값이 커져서 임계값의 절대값을 초과하므로, 오프셋 계수 K는 1이 된다. 그 결과, 도 12의 상태(E)로 나타낸 바와 같이, 날끝(8T)이 오프셋 지형(43Iv)까지 상승한다.

버킷(8)은, 도 12의 상태(F)로 나타낸 바와 같이, 오프셋 지형(43Iv)에 침입하지 않도록 법면을 굴삭한다. 도 12의 상태(G)로 나타낸 바와 같이, 버킷(8)이 종료 위치 EP를 향해 이동하고 있는 가장 중앙에 날끝(8T)이 법면의 소정 위치를 넘으면, 각도 α의 절대값이 작아진다. 각도 α의 절대값이 임계값의 절대값 이하로 되면, 오프셋 계수 K는 0으로 되므로, 도 12의 상태(H)로 나타낸 바와 같이, 날끝(8T)이 목표 시공 지형(43I)까지 떨어진다.

이와 같이, 개시 위치 SP로부터 종료 위치 EP까지 버킷(8)이 이동하는 동안에, 버킷(8)이 상하하는 현상이 발생하는 경우가 있다. 이 현상을 회피하기 위해, 전환부(26J)는, 제어부(26CNT)에, 작업기(2)가 개입 제어에서의 목표하는 형상의 시공을 개시하고 나서 일련의 시공을 종료할 때까지는, 목표하는 형상의 시공을 개시했을 때에서의 목표하는 형상을 유지시킨다. 예를 들면, 개입 제어에서의 목표하는 형상이 오프셋 지형(43Iv)인 경우, 전환부(26J)는, 오프셋 계수 K를 1 또한 고정 플래그를 1로 하여, 제어부(26CNT)의 거리 산출부(26B)에 부여한다.

거리 산출부(26B)는, 고정 플래그=1을 수취하면, 고정 플래그가 0으로 될 때까지, 오프셋 계수 K=1을 유지한다. 실시형태에 있어서, 전환부(26J)는, 좌측 조작 레버(25L)가 암(7)의 조작에 대하여 중립, 즉 암이 정지하고 있고, 또한 정지 제어가 아닐 경우에, 고정 플래그를 0으로 한다. 이것은, 법면의 일련의 시공이 종료할 때까지, 즉 개시 위치 SP로부터 종료 위치 EP까지 버킷(8)이 이동하는 것에 상당한다.

이와 같이 함으로써, 일련의 법면의 시공이 종료할 때까지, 제어부(26CNT)는, 개입 제어에서의 목표하는 형상인 오프셋 지형(43Iv)의 시공을 개시하고 나서 일련의 시공을 종료할 때까지, 개입 제어에서의 목표하는 형상을 오프셋 지형(43Iv)으로 유지한다. 그 결과, 개시 위치 SP로부터 종료 위치 EP까지 버킷(8)이 이동하는 동안에 있어서, 버킷(8)이 상하하는 현상이 회피된다.

개입 제어에서의 목표하는 형상이 목표 시공 지형(43I)인 경우, 전환부(26J)는, 오프셋 계수 K=0 또한 고정 플래그=1로 하여, 제어부(26CNT)의 거리 산출부(26B)에 부여한다. 이 경우도, 거리 산출부(26B)는, 고정 플래그=1을 수취하면, 고정 플래그가 0으로 될 때까지, 오프셋 계수 K=1을 유지한다. 이 처리에 의해, 법면의 일련의 시공이 종료할 때까지, 제어부(26CNT)는, 개입 제어에서의 목표하는 형상인 목표 시공 지형(43I)의 시공을 개시하고 나서 일련의 시공을 종료할 때까지, 개입 제어에서의 목표하는 형상을 목표 시공 지형(43I)으로 유지한다. 그 결과, 개시 위치 SP로부터 종료 위치 EP까지 버킷(8)이 이동하는 동안에 있어서, 버킷(8)이 상하하는 현상이 회피된다.

<실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법>

도 13은, 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다. 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법은, 작업기 컨트롤러(26)가 실현한다. 법면의 시공이 개시되기 전에, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터는, 도 2에 나타내는 스위치(29S)를 조작하여, 개입 제어를 실행하는 지령을 입력한다. 또한, 오퍼레이터는, 오프셋량 Off를 도 2에 나타내는 표시부(29)의 터치 패널로부터 입력한다. 작업기 컨트롤러(26)의 기억부(26M)에, 미리 오프셋량 Off를 기억시켜 두고, 오퍼레이터는, 표시부(29)의 터치 패널을 조작하여, 기억부(26M)로부터 오프셋량 Off를 판독해도 된다. 개입 제어는, 암(7)이 조작되는, 즉 좌측 조작 레버(25L)가 암(7)의 조작 방향으로 조작되는 것에 의해 개시된다.

스텝 S101에서, 작업기 컨트롤러(26), 상세하게는 전환부(26J)는 각도 α를 구한다. 이 경우, 전환부(26J)는, 센서 컨트롤러(39)로부터 경사 각도 θ1, θ2, θ3을, 기억부(26M)로부터 날끝(8T)의 각도 β를 취득하고, 식(1)로부터 바닥면 각도 θb를 구한다. 또한, 전환부(26J)는, 표시 컨트롤러(28)로부터 목표 시공 지형 데이터(U)를 취득하여 목표 시공 지형(43I)을 구하고, 얻어진 목표 시공 지형(43I)으로부터 각도 γ를 구한다. 전환부(26J)는, 각도 γ 및 바닥면 각도 θb를 식(2)에 부여하여 각도 α를 구한다.

스텝 S102에서, 전환부(26J)는, 스텝 S101에서 구한 각도 α와 임계값 αc를 비교한다. 전술한 설명에서는, 전환부(26J)는, 맵 MPA 또는 맵 MPB를 사용하여 오프셋 계수 K를 구하고, 개입 제어에서의 목표하는 지형을 결정했지만, 여기서는 설명을 용이하게 하기 위해, 각도 α와 임계값 αc를 비교하여, 개입 제어에서의 목표하는 지형을 결정하는 예를 설명한다.

스텝 S101에서 구한 각도 α의 절대값이 임계값의 절대값 이하일 경우(스텝 S102, Yes), 스텝 S103에서, 전환부(26J)는 개입 제어에서의 목표하는 지형을 목표 시공 지형(43I)으로 한다. 즉, 전환부(26J)는, 오프셋 계수 K를 0으로 한다. 스텝 S101에서 구한 각도 α의 절대값이 임계값의 절대값보다 클 경우(스텝 S102, No), 스텝 S104에서, 전환부(26J)는 개입 제어에서의 목표하는 지형을 오프셋 지형(43Iv)으로 한다. 즉, 전환부(26J)는, 오프셋 계수 K를 1로 한다.

스텝 S103에서, 개입 제어에서의 목표하는 지형이 목표 시공 지형(43I)으로 된 경우, 전환부(26J)는, 스텝 S105에서, 고정 플래그를 결정한다. 실시형태에 있어서, 고정 플래그는, 다음의 (1)로부터 (4)에 나타낸 바와 같이, 결정된다. 이 경우, 전환부(26J)는, 조작 장치(25)로부터 암 조작 지령 Sga를 취득하고, 또한 제어부(26CNT)로부터 개입 제어 상태 Cas 또는 정지 제어 상태 Cst를 취득한다.

(1) 고정 플래그의 전회값이 1인 경우, 좌측 조작 레버(25L)가 암(7)의 조작에 대하여 중립이며, 또한 정지 제어가 실행 중이 아닌, 즉 정지 제어 상태 Cst가 아니면, 전환부(26J)는 고정 플래그를 0으로 한다.

(2) 고정 플래그의 전회값이 1인 경우, 좌측 조작 레버(25L)가 암(7)의 조작에 대하여 중립이 아닌지, 또는 정지 제어가 실행 중이 아니면, 전환부(26J)는 고정 플래그를 1로 한다.

(3) 고정 플래그의 전회값이 0인 경우, 전회의 제어 상태가 개입 제어, 즉 개입 제어 상태 Cas이면, 전환부(26J)는 고정 플래그를 1로 한다.

(4) 고정 플래그의 전회값이 0인 경우, 전회의 제어 상태가 개입 제어가 아니면, 즉 개입 제어 상태 Cas가 아니면, 전환부(26J)는 고정 플래그를 0으로 한다.

전환부(26J)는, 스텝 S103에서 구한 오프셋 계수 K 및 스텝 S105에서 결정한 고정 플래그를, 거리 산출부(26B)에 부여한다. 고정 플래그가 0인 경우(스텝 S106, Yes), 현시점에서의 목표하는 지형은 유지되지 않기 때문에, 스텝 S107에서, 거리 산출부(26B)는, 개입 제어에서의 목표하는 지형을, 스텝 S103에서 구해진 오프셋 계수 K에 따라, 목표 시공 지형(43I)으로 한다.

고정 플래그가 1인 경우(스텝 S106, No), 현시점에서의 목표하는 지형은 유지되므로, 스텝 S108에서, 거리 산출부(26B)는, 개입 제어에서의 목표하는 지형을 전회값으로 유지한다. 전회값이 오프셋 지형(43Iv)이면 개입 제어에서의 목표하는 지형은 오프셋 지형(43Iv)이며, 전회값이 목표 시공 지형(43I)이면 개입 제어에서의 목표하는 지형은 목표 시공 지형(43I)이다.

스텝 S104에서, 개입 제어에서의 목표하는 지형이 오프셋 지형(43Iv)으로 된 경우, 전환부(26J)는, 스텝 S109에서, 고정 플래그를 결정한다. 고정 플래그를 결정하는 방법은 전술한 바와 같다.

전환부(26J)는, 스텝 S104에서 구한 오프셋 계수 K 및 스텝 S109에서 결정한 고정 플래그를, 거리 산출부(26B)에 부여한다. 고정 플래그가 0인 경우(스텝 S110, Yes), 현시점에서의 목표하는 지형은 유지되지 않기 때문에, 스텝 S111에서, 거리 산출부(26B)는, 개입 제어에서의 목표하는 지형을, 스텝 S104에서 구해진 오프셋 계수 K에 따라, 오프셋 지형(43Iv)으로 한다. 고정 플래그가 1인 경우(스텝 S110, No), 현시점에서의 목표하는 지형은 유지되므로, 스텝 S112에서, 거리 산출부(26B)는, 개입 제어에서의 목표하는 지형을 전회값으로 유지한다.

전술한 스텝 S102에서는, 각도 α와 임계값 αc를 비교했다. 전환부(26J)가 맵 MPA를 사용하여 오프셋 계수 K를 구하고, 개입 제어에서의 목표하는 지형을 결정하는 예를 설명한다. 스텝 S102에서, 전환부(26J)는, 기억부(26M)로부터 맵 MPA를 판독하고, 스텝 S101에서 구한 각도 α에 대응하는 오프셋 계수 K를 구한다. 맵 MPA를 사용한 오프셋 계수 K의 결정은, 다음의 (1)로부터 (4)에 나타낸 바와 같이, 된다.

(1) 현시점에서의 목표하는 지형이 오프셋 지형(43Iv)인 경우, 각도 α의 절대값이 임계값 α1의 절대값 이하이면, 스텝 S102에서 Yes로 된다. 이 경우, 전환부(26J)는 오프셋 계수 K를 0으로 한다. 즉, 스텝 S103에서, 목표하는 지형은 목표 시공 지형(43I)이 된다.

(2) 현시점에서의 목표하는 지형이 오프셋 지형(43Iv)인 경우, 각도 α의 절대값이 임계값 α2의 절대값보다 크면, 스텝 S102에서 No로 된다. 이 경우, 전환부(26J)는 오프셋 계수 K를 1로 한다. 즉, 스텝 S104에서, 전환부(26J)는 목표하는 지형은 오프셋 지형(43Iv)이 된다.

(3) 현시점에서의 목표하는 지형이 목표 시공 지형(43I)인 경우, 각도 α의 절대값이 임계값 α1의 절대값 이하이면, 스텝 S102에서 Yes로 된다. 이 경우, 전환부(26J)는 오프셋 계수 K를 0으로 한다. 즉, 스텝 S103에서, 목표하는 지형은 목표 시공 지형(43I)이 된다.

(4) 현시점에서의 목표하는 지형이 오프셋 지형(43Iv)인 경우, 각도 α의 절대값이 임계값 α2의 절대값보다 크면, 스텝 S102에서 No로 된다. 이 경우, 전환부(26J)는 오프셋 계수 K를 1로 한다. 즉, 스텝 S104에서 목표하는 지형은 오프셋 지형(43Iv)이 된다.

<목표 시공 지형(43I)이 현황의 지형보다 위에 있는 경우>

도 14는, 실시형태에 있어서, 목표 시공 지형(43I)이 현황의 지형보다 위에 있는 경우에서의 시공예를 나타낸 도면이다. 예를 들면, 성토(盛土; fill)를 행하여 법면을 형성하는 경우, 현황의 지형보다 위에 목표 시공 지형(43I)이 있다. 이 경우, 유압 셔블(100)은, 시공 대상의 표토에 성토를 행한 후, 성토를 한 부분에 버킷(8)의 바닥면(8B)을 가압하여 정형(整形)하면서, 목표 시공 지형(43I)의 위치까지 성토 및 정형을 반복한다.

목표 시공 지형(43I)이 현황의 지형보다 위에 있는 경우, 오프셋 지형(43Ivf)는 목표 시공 지형(43I)보다 아래쪽에 존재한다. 이 경우, 작업기 컨트롤러(26), 상세하게는 전환부(26J)는, 개입 제어에서의 목표하는 형상을, 오프셋 지형(43Ivs)으로 할 수 있다.

또한, 오프셋 지형(43Ivf)는 목표 시공 지형(43I)보다 아래쪽에 존재하는 경우, 전환부(26J)는, 목표 시공 지형(43I)에 대한 버킷(8)의 자세에 기초하여, 개입 제어에서의 목표하는 형상을, 오프셋 지형(43Ivf)으로부터 목표 시공 지형(43I) 측에 미리 정해진 거리 Off2만큼 이격된 지형이라도 된다. 실시형태에 있어서, 목표 시공 지형(43I)보다 아래쪽에 존재하는 오프셋 지형(43IVf)을 적절히, 제1 오프셋 지형(43Ivf)이라고 한다. 제1 오프셋 지형(43Ivf)으로부터 목표 시공 지형(43I) 측에 미리 정해진 거리 Off2만큼 이격된 지형을 적절히, 제2 오프셋 지형(43Ivs)이라고 한다.

제1 오프셋 지형(43Ivf)은, 목표 시공 지형(43I)으로부터 그 아래쪽에 거리 Off1만큼 이격된 지형이다. 거리 Off1은, 도 2에 나타내는 표시부(29)의 터치 패널로부터, 오퍼레이터에 의해 설정된다. 제2 오프셋 지형(43Ivs)을 규정하기 위한 거리 Off2는, 도 2에 나타내는 표시부(29)의 터치 패널로부터, 오퍼레이터에 의해 설정된다. 제2 오프셋 지형(43Ivf)에는, 전술한 오프셋 계수 K를 곱할 수 있다. 오프셋 계수 K가 0인 경우, 개입 제어에서의 목표하는 지형은 제1 오프셋 지형(43Ivf)이다. 오프셋 계수 K가 1인 경우, 개입 제어에서의 목표하는 지형은 제2 오프셋 지형(43Ivs)이다. 오프셋 계수 K가 변경되는 조건은, 전술한 바와 같다.

각도 α의 절대값이 임계값보다 클 경우, 유압 셔블(100)은, 시공 대상의 표면에 흙을 채우거나(fill) 채워진 흙을 평탄하게 하거나, 너무 채워진 흙을 제거(remove)하거나 한다. 그러므로, 전환부(26J)는, 각도 α의 절대값이 임계값보다 클 경우, 오프셋 계수 K를 1로 하여, 개입 제어에서의 목표하는 지형을 제2 오프셋 지형(43Ivf)로 한다.

각도 α의 절대값이 임계값 이하일 경우, 유압 셔블(100)은, 시공 대상을 버킷(8)의 바닥면(8B)에서 가압하여, 시공 대상의 표면을 제1 오프셋 지형(43Ivf)의 위치에 굳힌다. 그러므로, 전환부(26J)는, 각도 α의 절대값이 임계값 이하일 경우, 오프셋 계수 K를 0으로 하여, 개입 제어에서의 목표하는 지형을 제1 오프셋 지형(43Ivf)로 한다.

이상, 실시형태는, 목표 시공 지형에 대한 버킷(8)의 자세에 기초하여, 개입 제어에서의 목표하는 형상을, 목표 시공 지형(43I)으로부터 미리 정해진 거리 Off만큼 이격된 오프셋 지형(43I) 또는 목표 시공 지형(43I)으로 한다. 이와 같은 처리에 의해, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터는, 오프셋 지형(43Iv)를 설정하기 위한 거리 Off를 한 번 설정하면, 법면 등의 시공마다 거리 Off를 설정할 필요가 없어지므로, 법면 등의 형성에서의 오퍼레이터의 번거로운 작업이 저감된다.

실시형태는, 작업기(2)가 개입 제어에서의 목표하는 형상의 시공을 개시하고 나서 일련의 시공을 종료할 때까지는, 목표하는 형상의 시공을 개시했을 때에서의 상기 목표하는 형상이 유지된다. 이와 같은 처리에 의해, 실시형태는, 법면의 시공 시에 있어서 버킷(8)이 상하하는 것을 억제할 수 있으므로, 전압 작업(rolling compaction operation)에서의 전압의 양을 일정하게 하여, 법면의 불균일을 억제할 수 있다.

실시형태는, 암(7)이 정지하고 있고, 또한 개입 제어에 있어서 작업기(2)를 정지시키는 정지 제어가 실행되지 않을 경우에, 시공 개시 시에서의 목표하는 형상을 유지하는 것을 해제한다. 이와 같은 처리에 의해, 작업기(2)가 개입 제어에서의 목표하는 형상의 시공을 개시하고 나서 일련의 시공을 종료한 후에는, 버킷(8)의 새로운 자세에 기초하여 개입 제어에서의 목표하는 형상이 설정되므로, 오퍼레이터의 의도에 따른 작업기의 동작을 실현할 수 있다.

실시형태는, 오프셋 지형(43Ivf)이 목표 시공 지형(43I)보다 아래쪽에 존재하는 경우, 개입 제어에서의 목표하는 형상을 오프셋 지형(43Ivf)으로 해도 된다. 이와 같은 처리에 의해, 제어가 간단하게 된다.

실시형태는, 오프셋 지형(43Ivf)이 목표 시공 지형(43I)보다 아래쪽에 존재하는 경우, 목표 시공 지형(43I)에 대한 버킷(8)의 자세에 기초하여, 개입 제어에서의 목표하는 형상을, 제1 오프셋 지형(43Ivf)으로부터 목표 시공 지형(43I) 측에 미리 정해진 거리 Off2만큼 이격된 제2 오프셋 지형(43Ivs)으로 해도 된다. 이와 같은 처리에 의해, 시공 대상의 표면에 채워진 흙을 편평하게 하거나 너무 채워진 흙을 제거하거나 하는 경우에, 버킷(8)이 제1 오프셋 지형(43Ivf)에 침입하는 것을 억제할 수 있다.

실시형태에 있어서, 작업구는 버킷(8)이지만, 작업구는 틸트 버킷이라도 된다. 이 경우, 예를 들면, 틸트 버킷의 폭 방향과 직교하는 평면에서 틸트 버킷을 잘랐을 때의 단면(斷面)의 바닥면과, 목표 시공 지형(43I)이 이루는 각도가, 실시형태에 있어서의 각도 α로 된다.

이상, 실시형태를 설명하였으나, 전술한 내용에 의해 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 실시형태의 요지를 벗어나지 않는 범위에 의해 구성 요소의 각종 생략, 치환 및 변경 중 하나 이상을 행할 수 있다.

2: 작업기
6: 붐
7: 암
8: 버킷
8H: 백사이드
8BD: 날
8T: 날끝
8B: 바닥면
13: 붐 핀
14: 암 핀
15: 버킷 핀
16: 제1 스트로크 센서
17: 제2 스트로크 센서
18: 제3 스트로크 센서
25: 조작 장치
25L: 좌측 조작 레버
25R: 우측 조작 레버
26: 작업기 컨트롤러
26A: 상대 위치 산출부
26B: 거리 산출부
26C: 목표 속도 산출부
26CNT: 제어부
26D: 개입 속도 산출부
26E: 개입 지령 산출부
26F: 개입 속도 수정부
26M: 기억부
26P: 처리부
26J: 전환부
27C: 개입 밸브
28: 표시 컨트롤러
29S: 스위치
39: 센서 컨트롤러
43I: 목표 시공 지형
43Iv: 오프셋 지형
43Ivf: 제1 오프셋 지형(오프셋 지형)
43Ivs: 제2 오프셋 지형(오프셋 지형)
100: 유압 셔블
Cas, CsT: 제어 상태
CBI: 붐 지령 신호
d: 거리
Ff: 고정 플래그
K: 오프셋 계수
MPA, MPB: 맵
Off, Offc: 오프셋량
Sga: 암 조작 지령
αc, α1, α2: 임계값
θ1, θ2, θ3: 경사 각도
θb: 바닥면 각도

Claims

시공 대상을 시공하기 위해 작업 기계가 가지는 작업기를 제어하는 작업 기계의 제어 장치에 있어서,
상기 작업기가 가지는 작업구가 미리 정해진 목표하는 형상에 침입하지 않도록 상기 작업기를 제어하는 제어부; 및
상기 시공 대상의 마무리의 목표로 되는 형상인 목표 시공 지형에 대한 상기 작업구의 바닥면의 상대 각도에 기초하여, 상기 목표하는 형상을, 상기 목표 시공 지형으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 오프셋 지형 또는 상기 목표 시공 지형으로 하는 전환부;
를 포함하는 작업 기계의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 전환부는,
상기 제어부에, 상기 작업기가 상기 목표하는 형상의 시공을 개시하고 나서 일련의 시공을 종료할 때까지는, 상기 목표하는 형상의 시공을 개시했을 때에서의 상기 목표하는 형상을 유지시키는, 작업 기계의 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 작업기는, 상기 작업구에 장착되는 암을 가지고,
상기 제어부는,
상기 작업구가 상기 목표하는 형상에 침입한 경우에는 상기 작업기를 정지시키는 제어를 실행하고,
상기 전환부는,
암이 정지하고 있고, 또한 상기 작업기가 상기 목표하는 형상에 침입하지 않도록 상기 작업기를 제어하는 것이 실행되지 않을 경우에, 상기 목표하는 형상의 유지를 해제하는, 작업 기계의 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오프셋 지형이 상기 목표 시공 지형보다 아래쪽에 존재하는 경우,
상기 전환부는,
상기 목표하는 형상을, 상기 오프셋 지형으로 하는, 작업 기계의 제어 장치.
시공 대상을 시공하기 위해 작업 기계가 가지는 작업기를 제어하는 작업 기계의 제어 장치에 있어서,
상기 작업기가 가지는 작업구가 미리 정해진 목표하는 형상에 침입하지 않도록 상기 작업기를 제어하는 제어부; 및
상기 시공 대상의 마무리의 목표로 되는 형상인 목표 시공 지형에 대한 상기 작업구의 자세에 기초하여, 상기 목표하는 형상을, 상기 목표 시공 지형으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 오프셋 지형 또는 상기 목표 시공 지형으로 하는 전환부;
를 포함하고,
상기 오프셋 지형이 상기 목표 시공 지형보다 아래쪽에 존재하는 경우,
상기 전환부는,
상기 시공 대상의 마무리의 목표로 되는 형상인 목표 시공 지형에 대한 상기 작업구의 자세에 기초하여, 상기 목표하는 형상을, 상기 오프셋 지형으로부터 상기 목표 시공 지형의 측에 미리 정해진 거리만큼 이격된 지형으로 하는,
작업 기계의 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 작업 기계의 제어 장치를 포함하는, 작업 기계.
시공 대상을 시공하기 위한 작업 기계가 가지는 작업기를 제어하는 작업 기계의 제어 방법에 있어서,
상기 시공 대상의 마무리의 목표로 되는 형상인 목표 시공 지형에 대한 작업구의 바닥면의 상대 각도에 기초하여, 미리 정해진 목표하는 형상을, 상기 목표 시공 지형으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 오프셋 지형 또는 상기 목표 시공 지형으로 하는 단계; 및
상기 작업기가 상기 시공 대상을 시공하고 있는 동안에, 상기 목표하는 형상에 침입하지 않도록 상기 작업기를 제어하는 단계;
를 포함하는 작업 기계의 제어 방법.