KR101910523B1

KR101910523B1 - 건설 기계

Info

Publication number: KR101910523B1
Application number: KR1020170022288A
Authority: KR
Inventors: 히데카즈 모리키; 히로유키 야마다; 마나부 에다무라; 히로시 사카모토
Original assignee: 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-10-22
Also published as: EP3235961A1; US20170284057A1; US10301794B2; KR20170113046A; JP6506205B2; CN107268699B; JP2017179961A; CN107268699A; EP3235961B1

Abstract

표시나 제어의 대상으로 하는 목표면을 효율적으로 정확하게 취득할 수 있는 건설 기계를 제공한다.
3차원의 목표 지형을 복수의 설계면으로서 기억하는 설계면 정보 기억부와, 작업기의 속도를 검출 또는 추정하는 작업기 속도 벡터 취득부와, 작업기 위치를 검출 또는 추정하는 작업기 위치 취득부와, 작업기 위치에 의거하여, 설계면 정보 기억부에서 기억한 복수의 설계면으로부터 주목표면을 취득하고, 복수의 설계면을 기초로 다음 주목표면이 될 수 있는 예측 목표면을 취득하는 목표면 취득부와, 작업기 위치와 주목표면의 위치 관계에 따라 작업기의 속도를 보정하는 동작 제어부와, 작업기 위치와 주목표면과의 위치 관계를 표시하는 표시 장치를 구비한 건설 기계로서, 목표면 취득부는, 작업기 위치에 의거하여, 작업기의 속도 벡터의 방향에 위치하는 설계면을 예측 목표면으로 결정하는 예측 목표면 연산부를 구비했다.

Description

건설 기계{CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은, 건설 기계에 관한 것이다.

건설 기계에 의해 원래의 지형을 3차원의 목표 지형으로 시공할 때, 굴삭 작업에 있어서, 오퍼레이터의 조작을 지원하는 굴삭 지원 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 종래의 시공에 이용되고 있던 가설 공작물 대신에, 목표 지형과 작업기의 위치 관계를 모니터상에 표시하는 머신 가이던스나, 목표 지형과 작업기의 위치와의 편차에 따라 건설 기계를 반자동으로 제어하는 머신 컨트롤 등이다.

이들 굴삭 지원 장치는, 3차원의 목표 지형을 복수의 설계면 정보로서 기억하고, 필요에 따라 표시나 제어의 대상으로 하는 목표면을 복수의 설계면 정보 중에서 취득한다.

특허 문헌 1에는, 형성 예정의 구조물의 위치, 형상, 치수가 정리된 전자 데이터를 기초로 목표면(목표 작업면으로 기재되어 있음)을 산출하는 목표 작업면 연산 수단을 구비한 목표 작업면 설정 장치가 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 1에 기재된 목표 작업면 설정 장치를 구비한 작업 기계에서는, 작업기에 가장 가까운 설계면을 제어 대상의 목표면으로서 설정하고, 작업기가 목표면으로 침입하는 방향의 속도를 제한하므로, 굴삭 작업 중에 작업기가 목표면에 침입하는 것을 방지할 수 있다.

일본 공개특허 특개2006-265954호 공보

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 목표 작업면 연산 수단 등의 종래 기술에서는, 유압 셔블의 작업기의 위치에 의거하여, 표시나 제어의 대상으로 하는 목표면을 복수의 설계면으로부터 취득하고 있으므로, 이하와 같은 과제가 있었다.

종래 기술의 목표면 취득의 방법에 대해, 도 14a, 14b를 이용하여 설명한다. 도 14a는 종래의 굴삭 지원 장치에 있어서의 목표면 취득 방법의 처리 플로우를 나타내는 플로우차트도, 도 14b는 종래의 굴삭 지원 장치에 있어서의 목표면 취득 방법에 있어서의 처리를 설명하는 개념도이다. 종래 기술에서는, 도 14a에 나타내는 처리 플로우에 의해, 유압 셔블의 작업기에 가장 가까운 설계면을 목표면으로서 추출한다. 도 14b에 나타내는 점군을 구성하는 점(P0) 내지 점(P8)은, 설계면을 나타내는 좌표 점군을 나타내고, 점(Pw)은 작업기상의 대표점(예를 들면, 버킷 이끝의 중심점)을 나타내고 있다.

우선, 단계 S001에 있어서, 점과 면의 거리의 연산에 필요한 벡터를 설정한다. 예를 들면, 점(P0)으로부터 각각 점(P1, P2) 및 점(Pw)으로의 벡터를 설정한다. 이어서, 단계 S002에 있어서, 점(P0)으로부터 각각 점(P1, P2)으로의 벡터의 외적을 기초로, 면(P0P1P2)에 대한 법선 벡터(n)를 연산한다. 이어서, 단계 S003에 있어서, 법선 벡터(n)와 점(P0)으로부터 점(Pw)으로의 벡터의 내적을 기초로, 점(Pw)과 면(P0P1P2)의 거리(점(Pw)으로부터 점(Pw')으로의 거리)를 연산한다. 또한, 단계 S004에 있어서, 점(P0, P1, P2)으로부터 점(Pw')으로의 벡터를 설정하고, 이들의 외적을 구해, 외적의 방향이 모두 일치하고 있으면 점(Pw')이 면(P0P1P2)의 내부에 있다고 판정한다. 여기까지의 단계를 다른 설계면에 대해서도 실행하고, 단계 S005에 있어서, 점(Pw')을 내부에 가지고, 또한, 점(Pw)으로부터의 거리가 가장 가까운 설계면을 목표면으로서 추출한다. 또한, 점(Pw)으로부터 점(Pw')으로의 거리를 주(主)목표면 거리로 한다.

이러한, 종래의 목표면 취득 방법에서는, 단계 S001에서 단계 S004까지를 1 제어 주기 중에 설계면의 수와 동일한 횟수 실시할 필요가 있으므로, 그 처리 부하가 커, 효율이 나쁘다고 하는 과제가 있었다.

또한, 상기 서술한 종래 기술에서는, 작업기에 가장 가까운 설계면만을 표시나 제어의 대상으로 하는 목표면으로서 취득하므로, 다른 설계면에 대하여 작업기가 침입해버릴 가능성이 있었다. 종래 기술의 목표면 취득 방법의 동작에 대해 도 15를 이용하여 설명한다. 도 15는 종래의 굴삭 지원 장치에 있어서의 목표면 취득 방법의 동작을 설명하는 개념도이다.

도 15는, 예를 들면, 갓길에 배수용의 홈을 설치하려고 하는 도로의 단면 형상으로서, 도면 중 색칠한 부분은 현황 지형이며, 도면에 나타내는 S1~S7이 설계면의 단면이다. 현황 지형을 이러한 형상으로 시공하려고 하는 경우, 먼저, 설계면 S1과 S5와 S6을 시공하기 위해, 작업기는 도면 중에 나타내는 화살표를 따라 동작한다. 이 때, 종래의 목표면 취득 방법에서는, 작업기의 이동에 따른 목표면으로서 설계면(S1, S2, S3, S4)을 선택한 후, 도면에 나타내는 점(P)의 위치에 작업기가 도달했을 때, 설계면 S5를 목표면으로서 선택한다.

점(P)의 위치를 통과한 작업기는, 설계면(S5)을 향해 직진하고 있으므로, 설계면(S5)을 목표면으로서 선택한 후에 작업기의 목표면으로 침입하는 방향의 속도를 감속했다고 해도 감속이 타이밍이 맞지 않아, 작업기가 설계면(S5)에 침입해버릴 가능성이 있었다.

본 발명은 상기 서술한 사항에 의거하여 이뤄진 것으로서, 그 목적은, 표시나 제어의 대상으로 하는 목표면을 효율적으로 정확하게 취득할 수 있는 건설 기계를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 예를 들면 특허청구의 범위에 기재된 구성을 채용한다. 본원은, 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 예로 들면, 차량 본체와, 상기 차량 본체에 대하여 요동 가능하게 장착된 붐, 상기 붐에 대하여 요동 가능하게 장착된 아암, 및 상기 아암에 대하여 요동 가능하게 장착된 버킷을 가지는 작업기와, 상기 붐, 상기 아암 및 상기 버킷을 조작하는 조작 레버 장치와, 3차원의 목표 지형을 복수의 설계면으로서 기억하는 설계면 정보 기억부와, 상기 작업기의 위치를 연산하는 작업기 위치 취득부와, 상기 조작 레버 장치의 조작량에 의거하여 상기 작업기의 속도를 연산하는 작업기 속도 벡터 취득부를 구비한 건설 기계에 있어서, 상기 작업기의 위치 및 상기 작업기의 속도 벡터에 의거하여, 상기 설계면 정보 기억부에서 기억한 상기 복수의 설계면으로부터 주목표면을 취득하고, 상기 복수의 설계면을 기초로 다음 주목표면이 될 수 있는 예측 목표면을 취득하는 목표면 취득부를 구비하며, 상기 목표면 취득부는, 상기 설계면 정보 기억부에 기억된 상기 복수의 설계면 중, 상기 작업기의 속도 벡터와의 교차점이 면내에 존재하는 설계면을 예측 목표면으로 결정하는 예측 목표면 연산부를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 복수의 설계면 중에서 작업기가 접촉할 가능성이 높은 설계면을 목표면으로서 취득하므로, 표시 또는 제어의 대상으로 하는 목표면을 효율적으로 정확하게 취득할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구비한 유압 셔블을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 제어 장치의 목표면 취득부를 나타내는 블록도이다.
도 5a는, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 예측 목표면 연산부의 처리 플로우를 나타내는 플로우차트도이다.
도 5b는, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 예측 목표면 연산부의 처리의 일례를 설명하는 개념도이다.
도 5c는, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 예측 목표면 연산부의 교차점 연산 처리의 일례를 설명하는 개념도이다.
도 6은, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 주목표면 연산부의 처리 플로우를 나타내는 플로우차트도이다.
도 7a는, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 목표면 취득부에 의한 일 단계에 있어서의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 7b는, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 목표면 취득부에 의한 다른 단계에 있어서의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 7c는, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 목표면 취득부에 의한 또 다른 단계에 있어서의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 8은, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 제어 장치의 동작 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 9는, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 인접한 2개의 설계면에 적용한 경우의 표시 장치의 표시 내용의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 10은, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 복잡한 설계면에 적용한 경우의 표시 장치의 표시 내용의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 11은, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 선회하면서의 굴삭에 적용한 경우의 표시 장치의 표시 내용의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 12는, 본 발명의 건설 기계의 제 2 실시 형태를 구성하는 제어 장치의 목표면 취득부를 나타내는 블록도이다.
도 13a는, 본 발명의 건설 기계의 제 2 실시 형태를 구성하는 예측 목표면 연산부의 처리 플로우를 나타내는 플로우차트도이다.
도 13b는, 본 발명의 건설 기계의 제 2 실시 형태를 구성하는 예측 목표면 연산부의 처리의 일례를 설명하는 개념도이다.
도 14a는, 종래의 굴삭 지원 장치에 있어서의 목표면 취득 방법의 처리 플로우를 나타내는 플로우차트도이다.
도 14b는, 종래의 굴삭 지원 장치에 있어서의 목표면 취득 방법에 있어서의 처리를 설명하는 개념도이다.
도 15는, 종래의 굴삭 지원 장치에 있어서의 목표면 취득 방법의 동작을 설명하는 개념도이다.

이하, 본 발명의 건설 기계의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다.

[실시예 1]

도 1은 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구비한 유압 셔블을 나타내는 사시도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블(1)은 하부 주행체(9)와 상부 선회체(10)와 작업기(15)를 구비하고 있다. 하부 주행체(9)는 좌우의 크롤러식 주행 장치를 가지고, 좌우의 주행 유압모터(3b, 3a)(좌측 3b만 도시)에 의해 구동된다. 상부 선회체(10)는 하부 주행체(9) 상에 선회 가능하게 탑재되어, 선회 유압 모터(4)에 의해 선회 구동된다. 상부 선회체(10)에는, 원동기로서의 엔진(14)과, 엔진(14)에 의해 구동되는 유압 펌프 장치(2)를 구비하고 있다. 하부 주행체(9)와 상부 선회체(10)로 차량 본체를 구성한다.

작업기(15)는 차량 본체를 구성하는 상부 선회체(10)의 전부(前部)에 요동 가능하게 장착되어 있다. 상부 선회체(10)에는 운전실이 구비되고, 운전실 내에는 주행용 우측 조작 레버 장치(1a), 주행용 좌측 조작 레버 장치(1b), 작업기(15)의 동작 및 선회 동작을 지시하기 위한 우측 조작 레버 장치(1c), 좌측 조작 레버 장치(1d) 등의 조작 장치가 배치되어 있다.

작업기(15)는 붐(11), 아암(12), 버킷(8)을 가지는 다관절 구조이며, 붐(11)은 붐 실린더(5)의 신축에 의해 상부 선회체(10)에 대하여 상하 방향으로 요동하고, 아암(12)은 아암 실린더(6)의 신축에 의해 붐(11)에 대하여 상하 및 전후 방향으로 요동하고, 버킷(8)은 버킷 실린더(7)의 신축에 의해 아암(12)에 대하여 상하 및 전후 방향으로 요동한다.

또한, 작업기(15)의 임의의 점의 위치를 산출하기 위해, 수평면에 대한 상부 선회체(10)의 경사 각도(롤각, 피치각) 및 선회각 속도를 검출하는 제 1 관성 센서(13a)와, 상부 선회체(10)와 붐(11)의 연결부 근방에 설치되어, 붐(11)의 수평면에 대한 각도(붐 각도)를 검출하는 제 2 관성 센서(13b)와, 붐(11)과 아암(12)의 연결부 근방에 설치되어, 아암(12)의 수평면에 대한 각도(아암 각도)를 검출하는 제 3 관성 센서(13c)와, 아암(12)과 버킷(8)의 연결부 근방에 설치되어, 버킷(8)의 수평면에 대한 각도(버킷 각도)를 검출하는 제 4 관성 센서(13d)를 구비하고 있다. 이들 제 1 내지 4 관성 센서(13a∼13d)가 검출한 각도 신호 및 각 속도 신호는, 후술하는 제어 장치(100)에 입력되어 있다.

차체 위치와 차체 방위를 취득하기 위해, 상부 선회체(10)에는 GNSS 안테나(16a, 16b)가 장착되어 있다. GNSS 안테나(16a, 16b)는, 인공 위성 등으로부터 수신한 신호를 후술하는 측위 장치(200)에 송신한다.

컨트롤 밸브(20)는, 유압 펌프 장치(2)로부터 상기 서술한 선회 유압 모터(4), 붐 실린더(5), 아암 실린더(6), 버킷 실린더(7), 좌우의 주행 유압모터(3b, 3a) 등의 유압 액추에이터의 각각에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 것이다.

[굴삭 지원 장치]

도 2는 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 나타내는 구성도이다. 도 2에 있어서, 굴삭 지원 장치는, 제어 장치(100)와, 측위 장치(200)와, 표시 장치(300)를 구비하고 있다. 측위 장치(200)는, GNSS 안테나(16a, 16b)에 의해 인공 위성 등으로부터 수신한 신호를 기초로, 차체 위치와 차체 방위를 연산하여, 제어 장치(100)에 송신한다.

제어 장치(100)는, 측위 장치(200)가 연산한 차체 위치와 차체 방위를 수신한다. 제어 장치(100)는, 설계면 정보 입력부(30)로부터 설계면 정보를 입력하고, 우측 조작 레버 장치(1c)에 구비된 조작량 검출 센서(31, 33)로부터 각각 붐 조작 신호, 버킷 조작 신호를 입력하고, 좌측 조작 레버 장치(1d)에 구비된 조작량 검출 센서(32, 34)로부터 각각 아암 조작 신호, 선회 조작 신호를 입력한다. 또한, 제어 장치(100)는, 제 1 관성 센서(13a), 제 2 관성 센서(13b), 제 3 관성 센서(13c), 제 4 관성 센서(13d)로부터 각각 차체 롤각과 차체 피치각 및 선회각 속도, 붐 각도, 아암 각도, 버킷 각도를 입력한다.

제어 장치(100)는, 이들 입력 신호를 기초로 연산하고, 연산 결과를 표시 장치(300)에 송신함과 함께, 연산 결과에 의거하여, 붐 상승 비례 전자 밸브(21), 붐 하강 비례 전자 밸브(22), 아암 클라우드 비례 전자 밸브(23), 아암 덤프 비례 전자 밸브(24)에 각각 붐 상승 증속 신호, 붐 하강 감속 신호, 아암 클라우드 감속 신호, 아암 덤프 감속 신호를 송신한다.

제어 장치(100)에서 행하는 연산의 상세와, 표시 장치(300)에서 행하는 표시 내용의 상세는 후술한다. 측위 장치(200)에서 행하는 연산은 종래 기술과 동일하기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 붐 상승 비례 전자 밸브(21), 붐 하강 비례 전자 밸브(22), 아암 클라우드 비례 전자 밸브(23), 아암 덤프 비례 전자 밸브(24)의 토출 포트는 컨트롤 밸브(20)에 접속되어 있고, 이들 전자 밸브로부터 토출된 압유는 컨트롤 밸브(20) 내의 방향 제어 밸브를 구동한다. 각 전자 밸브와 컨트롤 밸브(20)의 접속 관계는 종래 기술과 동일하기 때문에, 그 상세한 설명을 생략한다.

[제어 장치]

본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 제어 장치(100)에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 제어 장치를 나타내는 블록도, 도 4는 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 제어 장치의 목표면 취득부를 나타내는 블록도이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(100)는, 설계면 정보 기억부(110)와, 작업기 위치 취득부(120)와, 작업기 속도 벡터 취득부(130)와, 목표면 취득부(140)와, 동작 제어부(150)를 구비하고 있다.

설계면 정보 기억부(110)는, 설계면 정보 입력부(30)로부터의 설계면 정보 신호와, 측위 장치(200)로부터의 차체 위치 신호를 입력하고, 설계면 정보 신호로부터 차체 위치에 가까운 좌표점을 포함하는 설계면을 선택하여 차체 주위 설계면 신호를 결정하여, 목표면 취득부(140)에 출력한다.

작업기 위치 취득부(120)는, 종래 기술과 마찬가지로, 측위 장치(200)로부터의 차체 위치 신호와 차체 방위 신호와, 제 1 관성 센서(13a)로부터의 차체 롤각과 차체 피치각과 선회각 속도와, 제 2 관성 센서(13b)로부터의 붐 각도와, 제 3 관성 센서(13c)로부터의 아암 각도와, 제 4 관성 센서(13d)로부터의 버킷 각도를 입력하고, 설계면을 정의하는 3차원 좌표계에 있어서의 작업기 상의 대표점(예를 들면 버킷(8)의 이끝의 중심)의 위치를 나타내는 작업기 위치 신호를 연산하여, 목표면 취득부(140)에 출력한다. 또한, 작업기 위치 신호는, 연산하여 추정하는 경우를 예로 들어 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 직접적으로 검출한 작업기 위치 신호를 이용해도 된다.

작업기 속도 벡터 취득부(130)는, 조작량 검출 센서(31)로부터의 붐 조작 신호, 조작량 검출 센서(32)로부터의 아암 조작 신호, 조작량 검출 센서(33)로부터의 버킷 조작 신호, 조작량 검출 센서(34)로부터의 선회 조작 신호, 후술하는 동작 제어부(150)로부터의 붐 상승 증속 신호, 붐 하강 감속 신호, 아암 클라우드 감속 신호, 아암 덤프 감속 신호를 입력하고, 설계면을 정의하는 3차원 좌표계에 있어서의 작업기상의 대표점(이하 작업기 위치로 기재함)의 속도 벡터를 나타내는 작업기 속도 벡터 신호를 연산하여, 목표면 취득부(140)에 출력한다. 또한, 작업기(15)의 속도 신호는, 벡터 연산에 의해 추정하는 경우를 예로 들어 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 직접적으로 검출한 작업기(15)의 속도 신호를 이용해도 된다.

목표면 취득부(140)는, 설계면 정보 기억부(110)로부터의 차체 주위 설계면 신호와, 작업기 위치 취득부(120)로부터의 작업기 위치 신호와, 작업기 속도 벡터 취득부(130)로부터의 작업기 속도 벡터 신호를 입력하고, 주목표면, 주목표면 거리, 예측 목표면, 예측 목표면 거리, 예측 목표면 도달 시간을 연산하고, 연산한 각 신호를 표시 장치(300)에 송신함과 함께, 주목표면 거리, 예측 목표면 거리를 동작 제어부(150)에 출력한다.

동작 제어부(150)는, 목표면 취득부(140)로부터의 주목표면 거리 신호, 예측 목표면 거리 신호를 입력하고, 붐 상승 증속 신호, 붐 하강 감속 신호, 아암 클라우드 감속 신호, 아암 덤프 감속 신호를 연산하여 출력하며, 각각 붐 상승 비례 전자 밸브(21), 붐 하강 비례 전자 밸브(22), 아암 클라우드 비례 전자 밸브(23), 아암 덤프 비례 전자 밸브(24)를 구동함과 함께, 작업기 속도 벡터 취득부(130)에도 출력한다.

[목표면 취득부]

도 4에 나타내는 바와 같이, 목표면 취득부(140)는, 예측 목표면 연산부(141)와, 주목표면 연산부(142)를 구비하고 있다.

예측 목표면 연산부(141)는, 설계면 정보 기억부(110)로부터의 차체 주위 설계면 신호와, 작업기 위치 취득부(120)로부터의 작업기 위치 신호와, 작업기 속도 벡터 취득부(130)로부터의 작업기 속도 벡터 신호를 입력하고, 예측 목표면, 예측 목표면 거리, 예측 목표면 도달 시간을 연산하여, 연산한 각 신호를 출력한다.

주목표면 연산부(142)는, 예측 목표면 연산부(141)로부터의 예측 목표면 신호와 예측 목표면 거리 신호와, 작업기 위치 취득부(120)로부터의 작업기 위치 신호를 입력하고, 주목표면과 주목표면 거리를 연산하여, 연산한 각 신호를 출력한다.

이어서, 예측 목표면 연산부(141)에서 행하는 연산의 일례를, 도 5a, 도 5b, 도 5c를 이용하여 설명한다. 도 5a는 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 예측 목표면 연산부의 처리 플로우를 나타내는 플로우차트도, 도 5b는 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 예측 목표면 연산부의 처리의 일례를 설명하는 개념도, 도 5c는 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 예측 목표면 연산부의 교차점 연산 처리의 일례를 설명하는 개념도이다.

본 실시 형태에 있어서의 예측 목표면 연산부(141)는, 도 5a에 나타내는 처리 플로우에 의해, 작업기(15)가 접촉할 가능성이 높은 설계면을 예측 목표면으로서 취득한다. 도 5b 및 5c에 나타내는 점군을 구성하는 점(P0) 내지 점(P5)은, 설계면을 나타내는 좌표점군을 나타내고, 점(Pw)은 작업기 상의 대표점(예를 들면, 버킷 이끝의 중심점)을 나타내고 있다.

우선, 단계 S1411에 있어서, 벡터 설정을 행한다. 구체적으로는, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 작업기 상의 대표점인 점(Pw)으로부터 설계면을 나타내는 좌표점(P0~P5) 각각으로의 좌표점 방향 벡터(도 5b의 점선으로 나타내는 화살표)를 설정한다.

이어서, 단계 S1412에 있어서, 벡터 각도 연산을 행한다. 구체적으로는, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 점(Pw)의 속도 벡터인 작업기 속도 벡터(v)와 각 좌표점 방향 벡터의 내적을 기초로, 그들 각각이 이루는 각도를 연산한다.

단계 S1413에 있어서, 후보 설계면을 추출한다. 일반적으로 2개의 벡터가 이루는 각도가 작을수록, 2개의 벡터의 방향이 합치되어 있는 것을 나타낸다. 이 때문에, 본 단계에 있어서, 단계 S1412에서 연산한 점(Pw)의 속도 벡터인 작업기 속도 벡터(v)와 각 좌표점 방향 벡터가 이루는 각도에 의거하여, 가장 각도가 작은 좌표점 방향 벡터를 구성하는 좌표점을 포함하는 설계면을, 후보 설계면으로서 추출한다.

단계 S1414에 있어서, 공지의 Tomas Moller의 교차 판정 방법을 이용하여, 후보 설계면으로부터 예측 목표면을 선택한다. 도 5c를 이용하여 단계 S1414의 처리의 상세를 설명한다. 도 5c에 있어서, 작업기 속도 벡터(v)와 후보 설계면(P1P2P3)의 교차점을 Pc로 하고, 좌표점(P1)으로부터 좌표점(P2)으로의 벡터를 P12, 좌표점(P1)으로부터 좌표점(P3)으로의 벡터를 P13, 좌표점(P1)으로부터 점(Pw)으로의 벡터를 P1w로 하면, 교차점(Pc)은 수학식 1과 수학식 2로 나타낼 수 있다.

다만, a, b, t는 각각 벡터 P12, P13, v에 곱하는 비율이다.

이어서, 수학식 1과 수학식 2를 연립시켜 정리하면 수학식 3이 되고, 벡터 P12, P13, P1w, v로부터 비율 a, b, t를 산출할 수 있다.

여기서, 비율 a, b가 모두 0 이상 또한, 비율 a, b의 합이 1 이하인 경우에, 교차점(Pc)이 후보 설계면(P1P2P3)의 내부에 있다고 판정하고, 후보 설계면(P1P2P3)을 예측 목표면으로 한다. 또한, 벡터(v)가 작업기 속도 벡터인 점에서, 비율(t)은 작업기가 교차점(Pc)에 도달할 때까지의 시간인 예측 목표면 도달 시간을 나타내고, 작업기 속도 벡터(v)와 비율(t)의 곱이 예측 목표면 거리를 나타낸다. 어느 후보 설계면도 예측 목표면이 아닌 경우에는, 예측 목표면 없음으로 하고, 예측 목표면 도달 시간과 예측 목표면 거리를 무효값으로서 출력한다. 이 때, 예측 목표면 거리는 연산상의 최대값으로서 취급된다.

본 실시 형태에 있어서의 예측 목표면 연산부(141)는, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 단계 S1411과 단계 S1412만을 1 제어 주기 중에 좌표점의 수와 동일한 횟수 실시한다. 종래의 목표면 취득 방법에서는 외적 연산을 2회와 내적 연산을 1회 실시할 필요가 있었던 것에 비해, 본 발명에 있어서의 본 실시 형태에서는, 내적 연산을 1회만 실시하고, 설계면을 후보 설계면으로 좁힌 후 교차 판정을 행하기 때문에, 그 처리 부하가 종래의 목표면 취득 방법보다 작아져 효율이 좋아진다.

이어서, 주목표면 연산부(142)에서 행하는 연산의 일례를, 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 주목표면 연산부의 처리 플로우를 나타내는 플로우차트도이다. 본 실시 형태에 있어서의 주목표면 연산부(142)는, 도 6에 나타내는 처리 플로우에 의해, 작업기 위치에 의거하여 설계면 정보 기억부(110)에서 기억한 복수의 설계면으로부터 주목표면을 취득함과 함께, 작업기(15)에 가장 가까운 설계면이었던 1 제어 주기 전의 주목표면 거리와 예측 목표면의 거리에 따라, 주목표면을 유지 또는 전환한다.

주목표면 연산부(142)는, 단계 S1421에 있어서, 예측 목표면이 있는지 여부를 판단한다. 구체적으로는, 예측 목표면 연산부(141)로부터 예측 목표면 신호를 수신하였는지 여부를 판단한다. 예측 목표면이 있는 경우에는 단계 S1422로 진행되고, 그 이외의 경우에는 단계 S1424로 진행된다.

주목표면 연산부(142)는, 단계 S1422에 있어서, 예측 목표면 거리와 1 제어 주기 전의 주목표면 거리를 비교하여, 예측 목표면 거리가 1 제어 주기 전의 주목표면 거리보다 작은지 여부를 판단한다. 예측 목표면 거리가 1 제어 주기 전의 주목표면 거리보다 작은 경우에는 단계 S1423으로 진행되고, 그 이외의 경우에는 단계 S1424로 진행된다.

주목표면 연산부(142)는, 단계 S1423에 있어서, 예측 목표면을 새로운 주목표면으로 하는 주목표면 전환을 행한다. 한편, 단계 S1422에서 예측 목표면 거리가 1 제어 주기 전의 주목표면 거리보다 작지 않았던 경우 또는, 단계 S1421에서 예측 목표면이 없었던 경우에는, 주목표면 연산부(142)는, 단계 S1424에 있어서, 1 제어 주기 전의 주목표면을 그대로 주목표면으로서 유지한다.

주목표면 연산부(142)는, 단계 S1425, S1426, S1427, S1428에 있어서, 각각, 종래의 목표면 취득 방법으로서 설명한 도 14a의 단계 S001, S002, S003, S004와 동일한 연산을 행하여, 주목표면 거리를 연산한다. 또한, 단계 S1428의 내부 판정에 있어서, 주목표면에 해당하는 설계면이 없는 경우에는, 주목표면 없음으로 하여, 주목표면 거리를 무효값으로서 출력한다. 이 때 주목표면 거리는 연산상의 최대값으로서 취급된다.

본 실시 형태에 있어서, 주목표면 연산부(142)는, 단계 S1425~단계 S1428을 각각 1 제어 주기에 1회만 실시하기 때문에, 그 처리 부하는 종래의 목표면 취득 방법이나 본 실시 형태의 예측 목표면 연산부(141)에 의한 것보다 작다.

또한, 작업기(15)가 접촉할 가능성이 높은 설계면으로서 취득된 예측 목표면을 새로운 주목표면으로 하므로, 표시 또는 제어의 대상으로 하는 목표면을 정확하게 취득할 수 있다.

이어서, 본 실시 형태에 있어서의 목표면 취득부(140)의 동작의 일례를 도 7a 내지 도 7c를 이용하여 설명한다. 도 7a는 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 목표면 취득부에 의한 일 단계에 있어서의 동작을 설명하는 개념도, 도 7b은 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 목표면 취득부에 의한 다른 단계에 있어서의 동작을 설명하는 개념도, 도 7c는 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 목표면 취득부에 의한 또 다른 단계에 있어서의 동작을 설명하는 개념도이다. 도 7a 내지 도 7c는, 도 15와 마찬가지로, 예를 들면, 갓길에 배수용의 홈을 설치하려고 하는 도로의 단면 형상으로서, 도면 중의 색칠한 부분은 현황 지형이며, 도면에 나타내는 S1~S7이 설계면의 단면이다.

도 7a는, 작업기(15)가 설계면(S1)에 접근해 가는 단계를 나타내고 있다. 이 때 도면 중의 화살표로 나타나는 작업기(15)의 속도 벡터가 설계면(S1)을 가리키기 때문에, 예측 목표면 연산부(141)에 있어서, 설계면(S1)이 예측 목표면으로서 선택되고, 예측 목표면 거리로서 작업기(15)와 설계면(S1)의 거리가 연산된다.

또한, 주목표면 연산부(142)의 연산에 있어서, 연산 초기에는, 주목표면이 없기 때문에, 주목표면 거리는 연산상의 최대값으로서 취급된다. 이 때문에, 도 6에 나타내는 처리 플로우의 단계 S1422에 있어서 예측 목표면 거리가 1 제어 주기 전의 주목표면 거리보다 작다고 판정되어, 단계 S1423에 있어서 예측 목표면인 설계면(S1)이 주목표면으로서 선택된다.

도 7a로 되돌아가, 그 후, 작업기(15)의 속도 벡터의 방향이 변경될 때까지, 설계면(S1)이 예측 목표면으로서 계속 선택되고, 또한, 설계면(S1)이 주목표면으로서 계속 유지된다.

도 7b는, 작업기(15)를 설계면(S1)을 따라 수평 방향으로 이동시켜 가는 단계를 나타내고 있다. 이 때, 도면 중의 화살표로 나타나는 작업기(15)의 속도 벡터가 설계면(S5)을 가리키기 때문에, 예측 목표면 연산부(141)에 있어서, 설계면(S5)이 예측 목표면으로서 선택되고, 예측 목표면 거리로서 작업기(15)와 설계면(S5)의 거리가 연산된다.

또한, 주목표면 연산부(142)의 연산에 있어서, 설계면(S1)이 주목표면으로서 설정되어 있고, 작업기(15)와 설계면(S5)의 거리보다 작업기(15)와 설계면(S1)의 거리쪽이 작기 때문에, 도 6에 나타내는 처리 플로우의 단계 S1422에 있어서 예측 목표면 거리가 1 제어 주기 전의 주목표면 거리보다 작지 않다고 판정되어, 단계 S1424에 있어서 설계면(S1)이 주목표면으로서 계속 유지된다.

도 7c는, 작업기(15)를 설계면(S1)을 따라 수평 방향으로 이동시켜, 설계면(S1)의 상면으로부터 벗어난 단계를 나타내고 있다. 이 때에는, 도 6에 나타내는 처리 플로우의 단계 S1428의 내부 판정에 있어서, 주목표면에 해당하는 설계면이 없다고 판정되어, 주설계면 없음으로 주목표면 거리가 무효값으로 설정된다. 그리고, 다음 제어 주기에 있어서의 단계 S1422에 있어서, 예측 목표면 거리가 1 제어 주기 전의 주목표면 거리보다 작다고 판정되어, 단계 S1423에 있어서 예측 목표면인 설계면(S5)이 주목표면으로서 선택된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 있어서의 목표면 취득부(140)에서는, 도 7a의 단계에서는 설계면(S1)을 예측 목표면 또한 주목표면으로서, 도 7b의 단계에서는 설계면(S1)을 주목표면으로 하면서 설계면(S5)을 예측 목표면으로서, 도 7c의 단계에서는 설계면(S5)을 예측 목표면 또한 주목표면으로서, 각각 정확하게 선택할 수 있다. 또한, 도 7c의 단계에서, 설계면(S2) 등 작업기(15)에 가깝더라도 멀어지는 위치에 있는 설계면을 주목표면이나 예측 목표면으로서 선택하는 것을 피할 수 있다.

[동작 제어부]

동작 제어부(150)에서 행하는 연산의 일례를 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 제어 장치의 동작 제어부를 나타내는 블록도이다.

동작 제어부(150)는, 주목표면 거리 신호를 입력해 미리 설정된 맵을 따른 신호를 출력하는 4개의 함수 발생기(151∼154)와, 예측 목표면 거리 신호를 입력해 미리 설정된 맵을 따른 신호를 출력하는 2개의 함수발생기(155, 156)와, 최소값 선택기(157, 158)를 구비하고 있다. 동작 제어부(150)는, 주목표면 거리 신호와 예측 목표면 거리 신호에 따라 작업기(15)의 속도의 보정(억제)을 행함으로써, 작업기(15)의 목표면으로의 침입 등을 방지한다.

함수발생기(151과 152)는, 주목표면 거리에 따라, 미리 정한 맵을 이용하여 각각 붐 상승 증속 신호, 붐 하강 감속 신호를 연산하여 출력한다. 함수 발생기(151)의 맵은 주목표면 거리가 부의 값으로 커질수록(작업기(15)가 주목표면으로 침입할수록) 붐 상승 속도를 크게 하도록 설정되어 있고, 함수 발생기(152)의 맵은 주목표면 거리가 정의 값으로부터 작아질수록(작업기(15)가 주목표면으로 근접할수록) 붐 하강 속도를 작게 하도록 설정되어 있다. 이에 따라, 작업기(15)를 주목표면에 일치시키도록 붐 속도가 조정된다.

함수 발생기(153과 154)는, 주목표면 거리에 따라, 미리 정한 맵을 이용하여 각각 제 1 아암 클라우드 감속 신호, 제 1 아암 덤프 감속 신호를 연산하여 최소값 선택기(157, 158)에 출력한다. 함수 발생기(153, 154)의 맵은, 모두 주목표면 거리가 작아질수록 아암 클라우드 속도 또는 아암 덤프 속도를 작게 하도록 설정되어 있다. 이에 따라, 주목표면으로 작업기(15)가 침입하는 것을 방지할 수 있다.

함수 발생기(155와 156)는, 예측 목표면 거리에 따라, 미리 정한 맵을 이용하여 각각 제 2 아암 클라우드 감속 신호, 제 2 아암 덤프 감속 신호를 연산하여 최소값 선택기(157, 158)에 출력한다. 함수 발생기(155, 156)의 맵은, 모두 예측 목표면 거리가 작아질수록 아암 클라우드 속도 또는 아암 덤프 속도를 작게 하도록 설정되어 있다. 이에 따라, 예측 목표면으로 작업기(15)가 침입하는 것을 방지할 수 있다.

최소값 선택기(157)는, 입력 신호인 제 1 아암 클라우드 감속 신호와 제 2 아암 클라우드 감속 신호의 최소값을 선택하여 아암 클라우드 감속 신호로서 출력한다. 마찬가지로 최소값 선택기(158)는, 입력 신호인 제 1 아암 덤프 감속 신호와 제 2 아암 덤프 감속 신호의 최소값을 선택하여 아암 덤프 감속 신호로서 출력한다.

또한, 함수 발생기(155 과 156)는, 맵을 모두 입력 신호인 예측 목표면 거리가 0인 경우에, 아암 클라우드 속도 및 아암 덤프 속도가 0이 되도록 설정해도 된다. 이와 같이 설정하면, 예를 들면, 붐 상승 조작에 의해 작업기(15)가 이동할 때에, 작업기(15)의 속도 벡터의 방향이 그 때의 예측 목표면으로부터 벗어날 때까지, 아암의 동작을 정지 억제하므로, 보다 확실하게 예측 목표면으로 작업기(15)가 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 작업기(15)의 속도 벡터의 방향이 그 때의 예측 목표면으로부터 벗어나면, 그 설계면은 예측 목표면이 아니게 되기 때문에, 아암의 동작을 개시할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 동작 제어부(150)의 설명은, 붐(11)과 아암(12)에 관한 속도 제어를 예로 행했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 작업기(15)를 구성하는 버킷(8)의 속도 제어를 행함으로써, 작업기(15)의 속도의 억제를 행해도 된다.

[표시 장치]

이어서, 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 구성하는 표시 장치(300)에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 인접한 2개의 설계면에 적용한 경우의 표시 장치의 표시 내용의 일례를 나타내는 개념도, 도 10은 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 복잡한 설계면에 적용한 경우의 표시 장치의 표시 내용의 일례를 나타내는 개념도, 도 11은 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태를 선회하면서의 굴삭에 적용한 경우의 표시 장치의 표시 내용의 일례를 나타내는 개념도이다. 도 9 내지 도 11에 있어서, 도 1 내지 도 8에 나타내는 부호와 동일한 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 있어서, 표시 장치(300)는, 작업기(15)의 위치와, 주목표면(PS)의 위치와, 예측 목표면(ES)의 위치와, 예측 목표면 거리와 예측 목표면 도달 시간으로 이루어지는 예측 목표면 정보(ESI)를 표시한다.

도 9의 예에서는, 오퍼레이터에게 작업기(15)와 주목표면(PS)의 위치 관계를 통지하면서, 예측 목표면(ES)과 예측 목표면 정보(ESI)를 표시하므로, 예측 목표면(ES)으로의 작업기(15)의 침입을 미연에 방지하는 감속 타이밍 등을 오퍼레이터에게 통지할 수 있다.

도 10의 예에서도, 도 9의 예와 마찬가지로, 작업기(15)를 감속시킬 필요성을 오퍼레이터에게 통지할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 굴삭 지원 장치에서는, 복수의 설계면으로 구성되는 설계면 형상이 복잡한 경우에도, 표시 또는 제어의 대상으로 하는 예측 목표면(ES)을 정확하게 취득할 수 있으므로, 작업기(15)를 감속시킬 필요성을 오퍼레이터에게 이해하기 쉽게 통지할 수 있다.

도 11의 예에서도, 도 9, 10의 예와 마찬가지로, 작업기(15)를 감속시킬 필요성을 오퍼레이터에게 통지할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 굴삭 지원 장치에서는, 선회하면서 굴삭을 행하는 경우에도, 설계면을 정의하는 3차원 좌표계에 있어서의 3차원 벡터인 작업기 속도 벡터에 의거하여 예측 목표면(ES)을 취득함으로써, 예측 목표면(ES)을 정확하게 취득할 수 있어, 작업기(15)를 감속시킬 필요성을 오퍼레이터에게 통지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도 9 내지 11에 나타내는 바와 같이, 예측 목표면 정보(ESI)로서 예측 목표면 도달 시간을 표시하고 있으므로, 작업기(15)의 속도를 고려하지 않고 예측 목표면 거리만을 표시하는 것 보다 효과적으로, 작업기(15)를 감속시킬 필요성을 오퍼레이터에게 통지할 수 있다. 이에 의해, 작업기(15)의 예측 목표면(ES)으로의 침입을 억제할 수 있다.

상기 서술한 본 발명의 건설 기계의 제 1 실시 형태에 의하면, 복수의 설계면 중에서 작업기(15)가 접촉할 가능성이 높은 설계면을 목표면으로서 취득하므로, 표시 또는 제어의 대상으로 하는 목표면을 효율적으로 정확하게 취득할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 표시 장치(300)의 예측 목표면 정보(ESI)로서 예측 목표면 거리와 예측 목표면 도달 시간이 나타나는 경우를 예로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 적어도 어느 일방이 나타나 있으면 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 표시 장치(300)와 제어 장치의 동작 제어부(150)를 구비한 굴삭 지원 장치를 예로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 표시 장치(300)와 제어 장치의 동작 제어부(150) 중 적어도 어느 일방을 구비하고 있으면 된다.

[실시예 2]

이하, 본 발명의 건설 기계의 제 2 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 12는 본 발명의 건설 기계의 제 2 실시 형태를 구성하는 제어 장치의 목표면 취득부를 나타내는 블록도, 도 13a는 본 발명의 건설 기계의 제 2 실시 형태를 구성하는 예측 목표면 연산부의 처리 플로우를 나타내는 플로우차트도, 도 13b은 본 발명의 건설 기계의 제 2 실시 형태를 구성하는 예측 목표면 연산부의 처리의 일례를 설명하는 개념도이다. 도 12 내지 도 13b에 있어서, 도 1 내지 도 11에 나타내는 부호와 동일한 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 건설 기계의 제 2 실시 형태에 있어서, 굴삭 지원 장치의 구성은, 대략 제 1 실시 형태와 동일하지만, 목표면 취득부(140)에 있어서, 주목표면 연산부(142)가 연산한 주목표면 신호를 입력하여 처리 내용이 상이한 예측 목표면 연산부(143)를 구비한 점이 상이하다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 건설 기계의 제 2 실시 형태에 있어서 제어 장치(140)는, 예측 목표면 연산부(143)와, 주목표면 연산부(142)를 구비하고 있다. 예측 목표면 연산부(143)는, 설계면 정보 기억부(110)로부터의 차체 주위 설계면 신호와, 작업기 위치 취득부(120)로부터의 작업기 위치 신호와, 작업기 속도 벡터 취득부(130)로부터의 작업기 속도 벡터 신호에 더해, 주목표면 연산부(142)로부터의 주목표면 신호를 입력하고, 예측 목표면, 예측 목표면 거리, 예측 목표면 도달 시간을 연산하여, 연산한 각 신호를 출력한다. 주목표면 연산부(142)는, 제 1 실시 형태와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.

예측 목표면 연산부(143)에서 행하는 연산의 일례를, 도 13a, 도 13b를 이용하여 설명한다. 도 13a에 나타내는 단계 S1411에서 단계 S1414까지는, 제 1 실시 형태와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다. 예측 목표면 연산부(143)는, 단계 S1415에 있어서, 예측 목표면이 취득되어 있는지 여부를 판단한다. 예측 목표면이 취득되어 있는 경우에는, 리턴으로 진행되고, 그 이외의 경우에는 단계 S1416로 진행된다. 도 13b에 나타내는 바와 같이, 작업기 속도 벡터(v)에 대하여 설계면이 평행하게 되어 있는 경우 등은, 예측 목표면이 취득되지 않는다. 또한, 도 13b에 있어서, 설계면(P0P1P2)은 주목표면을 나타내고 있다.

예측 목표면 연산부(143)는, 단계 S1416에 있어서, 벡터 각도 연산을 행한다. 구체적으로는, 도 13b에 나타내는 바와 같이, 작업기상의 대표점인 점(Pw)으로부터 주목표면(P0P1P2)을 구성하는 좌표점(P0, P1, P2) 각각으로의 좌표점 방향 벡터(도 13b 중의 점선 화살표)를 설정하고, 작업기 속도 벡터(v)와 각 좌표점 방향 벡터의 내적을 기초로, 그들 각각이 이루는 각도를 연산한다.

예측 목표면 연산부(143)는, 단계 S1417에 있어서, 예측 목표면을 추출한다. 구체적으로는, 도 13b에 나타내는 바와 같이 단계 S1416에서 연산한 작업기 속도 벡터(v)와 각 좌표점 방향 벡터가 이루는 각도에 의거하여, 가장 각도가 작은 좌표점 방향 벡터를 구성하는 좌표점과, 2번째로 각도가 작은 좌표점 방향 벡터를 구성하는 좌표점을 선택하고, 그들의 좌표점을 포함하는 설계면을 예측 목표면으로서 추출함과 함께, 예측 목표면 도달 시간과 예측 목표면 거리를 무효값으로서 출력한다.

예측 목표면 연산부(143)에서 이상의 연산을 행함으로써, 설계면(P0P2P6)이나 설계면(P0P1P7) 혹은, 설계면(P1P7P8)을 선택하지 않고, 작업기(15)가 진행되는 방향 또한 작업기(15)에 가까운 위치에 있는 설계면(P1P2P3)을 예측 목표면으로서 선택하므로, 다음 주목표면이 될 수 있는 설계면을 정확하게 취득할 수 있다.

상기 서술한 본 발명의 건설 기계의 제 2 실시 형태에 의하면, 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 서술한 제 1 및 제 2 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 상기한 실시 형태는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 일 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 일 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것도 가능하다.

1 유압 셔블
5 붐 실린더
6 아암 실린더
11 붐
12 아암
8 버킷
13a 제 1 관성 센서
13b 제 2관성 센서
13c 제 3 관성 센서
13d 제 4 관성 센서
15 작업기
100 제어 장치
140 목표면 취득부
141 예측 목표면 연산부
200 측위 장치
300 표시 장치

Claims

차량 본체와, 상기 차량 본체에 대하여 요동 가능하게 장착된 붐, 상기 붐에 대하여 요동 가능하게 장착된 아암, 및 상기 아암에 대하여 요동 가능하게 장착된 버킷을 가지는 작업기와, 상기 붐, 상기 아암 및 상기 버킷을 조작하는 조작 레버 장치와,
3차원의 목표 지형을 복수의 설계면으로서 기억하는 설계면 정보 기억부와,
상기 작업기의 위치를 연산하는 작업기 위치 취득부와,
상기 조작 레버 장치의 조작량에 의거하여 상기 작업기의 속도를 연산하는 작업기 속도 벡터 취득부를 구비한 건설 기계에 있어서,
상기 작업기의 위치 및 상기 작업기의 속도 벡터에 의거하여, 상기 설계면 정보 기억부에서 기억한 상기 복수의 설계면으로부터 주목표면을 취득하고, 상기 복수의 설계면을 기초로 다음 주목표면이 될 수 있는 예측 목표면을 취득하는 목표면 취득부를 구비하며,
상기 목표면 취득부는, 상기 설계면 정보 기억부에 기억된 상기 복수의 설계면 중, 상기 작업기의 속도 벡터와의 교차점이 면내에 존재하는 설계면을 예측 목표면으로 결정하는 예측 목표면 연산부를 구비하고,
상기 예측 목표면 연산부는, 상기 주목표면의 위치에 의거하여, 상기 작업기의 속도 벡터의 방향에 위치하는 설계면을 예측 목표면으로 결정하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 목표면 취득부는, 상기 작업기 위치와 상기 예측 목표면의 거리가, 상기 작업기 위치와 상기 주목표면의 거리 이상인 경우에는, 취득한 상기 주목표면을 유지하고,
상기 작업기 위치와 상기 예측 목표면의 거리가, 상기 작업기 위치와 상기 주목표면의 거리보다 작은 경우에는, 상기 예측 목표면을 새로운 주목표면으로 전환하는 주목표면 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 작업기 위치와 상기 주목표면의 위치 관계를 표시하는 표시 장치를 더 구비하고,
상기 표시 장치는, 상기 작업기 위치와 상기 예측 목표면의 사이의 거리 정보와, 상기 작업기가 상기 예측 목표면에 도달할 때까지의 시간 정보 중 적어도 어느 하나를 예측 목표면 정보로서 표시하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 작업기 위치와 상기 주목표면의 위치 관계에 따라 상기 작업기의 속도를 보정하는 동작 제어부를 더 구비하고,
상기 동작 제어부는, 상기 예측 목표면과 상기 작업기 위치의 사이의 거리에 의거하여, 상기 작업기의 속도를 제한하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 예측 목표면 연산부는, 상기 작업기 위치로부터 설계면을 구성하는 좌표점으로의 좌표점 방향 벡터를 연산하고, 상기 작업기의 속도 벡터와 상기 좌표점 방향 벡터가 이루는 각도에 의거하여 좌표점을 선택하며, 선택한 좌표점을 포함하는 설계면을 예측 목표면으로 결정하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 예측 목표면 연산부는, 상기 작업기 위치로부터 상기 주목표면을 구성하는 복수의 좌표점으로의 좌표점 방향 벡터를 연산하고, 상기 작업기의 속도 벡터와 상기 좌표점 방향 벡터가 이루는 각도에 의거하여 좌표점을 선택하며, 선택한 좌표점을 포함하는 설계면을 예측 목표면으로 결정하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
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