KR102029828B1 - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

영역 제한 제어가 실행 가능한 제어 컨트롤러(40)를 구비하는 유압 셔블(1)에 있어서, 영역 제한 제어의 실행을 허가하는 ON 위치와 영역 제한 제어의 실행을 금지하는 OFF 위치를 택일적으로 선택하는 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)를 구비하고, 조작 레버(1, 23) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간(T1)이 경과했을 때 오토 아이들 제어를 행하는 엔진 제어부(63)를 제어 컨트롤러(40)에 구비한다. 엔진 제어부(63)에서는, 스위치(17)가 OFF 위치인 동안은 오토 아이들 제어를 실행하고, 스위치(17)가 ON 위치에 있는 경우는 오토 아이들 제어를 실행하지 않는 것으로 했다.

Description

작업 기계

본 발명은 작업 기계에 관한 것이다.

종래, 유압 셔블을 포함하는 작업 기계에서는, 조작성이나 연비의 관점에서, 조작이나 차체의 상태에 따라 엔진 회전수를 변동시키는 제어를 행하고 있다. 예를 들어, 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 미리 정해진 시간이 경과한 경우에는 작업을 휴지하고 있는 상황이라고 판단하여, 스로틀 레버로 설정된 회전수보다 작은 저속 회전수로 엔진 회전수를 저하시키는 제어(이하에는, 「저속 회전수 제어」 또는 「오토 아이들 제어」라고 칭하는 경우가 있음)를 실행하고, 이에 의해 저연비를 실현하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

일본 특허 공고 소60-38561호 공보

한편, 유압 셔블에는 오퍼레이터의 굴삭 조작을 보조하는 제어 시스템이 구비되는 경우가 있다. 구체적으로는, 조작 장치를 통해 굴삭 조작(예를 들어, 암 클라우드의 지시)이 입력된 경우, 목표면과 작업기의 선단 부분(예를 들어, 버킷의 발톱 끝)의 위치 관계를 기초로, 작업기의 선단 부분의 위치가 목표면 위 및 그 상방의 영역 내에 유지되도록, 복수의 유압 액추에이터 중 적어도 붐 실린더를 강제적으로 동작시키는 제어(예를 들어, 붐 실린더를 늘려 강제적으로 붐 상승 동작을 행함)를 실행하는 제어 시스템이다. 이하에는, 이러한 종류의 제어를 「영역 제한 제어」 또는 「머신 컨트롤」이라고 칭하는 경우가 있다.

여기서, 상기한 영역 제한 제어와 저속 회전수 제어의 양쪽의 기능이 탑재된 유압 셔블을 생각한다. 그리고, 당해 유압 셔블로, 오퍼레이터 조작에 의한 암 클라우드 동작에 영역 제한 제어에 의한 강제 붐 상승 동작을 적절히 가함으로써, 버킷 선단을 목표면을 따라 수평으로 차체측으로 끌어당기는 동작(수평 당김 동작)을 실현하고, 이것에 의해 평탄한 목표면을 마무리하는 작업을 행하는 경우를 생각한다. 당해 마무리 작업에 의한 정확한 목표면 형성에는 작업기 선단의 제어 정밀도가 매우 중요해진다. 당해 유압 셔블에 의한 마무리 작업 중에 버킷 선단을 목표면 부근에 위치시킨 상태에서 작업을 중단하고, 모든 조작 레버가 중립의 상태가 소정 시간 계속되면, 저속 회전수 제어가 개시된다. 그 후, 마무리 작업을 재개하기 위해 오퍼레이터가 조작 레버로 암 클라우드 조작을 하면, 저속 회전수 제어가 해제됨과 함께 영역 제한 제어가 개시되게 된다. 이때, 저속 회전수 제어의 해제에 의해 엔진 회전수는 저속 회전수로부터 영역 제한 제어용으로 설정된 값까지 빠르게 증속을 개시하지만, 그 증속 도중에 영역 제한 제어가 실행되므로, 액추에이터 속도가 변동되고, 작업기의 제어 정밀도를 유지하는 것이 곤란해질 우려가 있다.

이와 같이 영역 제한 제어를 행하는 셔블의 작업에 있어서 저속 회전수 제어가 작용하면, 엔진 회전수가 통상과 상이하도록 변화되기 때문에, 영역 제한 제어의 실행 시의 작업기의 제어 정밀도를 유지하는 것이 곤란해지고, 목표면의 하방에 작업기가 침입할 우려가 높아진다는 과제가 있다.

본 발명의 목적은 저속 회전수 제어와 영역 제한 제어가 실행 가능한 작업 기계에 있어서, 저속 회전수 제어에 기인하는 영역 제한 제어 시의 제어 정밀도의 악화를 방지할 수 있는 작업 기계를 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 다관절형의 작업기와, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 상기 작업기를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와, 상기 복수의 유압 액추에이터에 조작 신호를 출력하는 복수의 조작 레버와, 상기 복수의 조작 레버를 통해 오퍼레이터로부터 굴삭 조작이 입력되었을 때, 상기 작업기의 동작 범위가 미리 설정된 목표면 위 및 그 상방에 제한되도록 상기 복수의 유압 액추에이터를 제어하는 영역 제한 제어를 행하는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치에 의한 상기 영역 제한 제어의 실행을 허가하는 허가 위치와 당해 영역 제한 제어의 실행을 금지하는 금지 위치를 택일적으로 선택하는 전환 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과했을 때, 상기 엔진의 회전수를 제어 회전수보다 작은 저속 회전수로 하는 저속 회전수 제어를 행하는 엔진 제어부를 구비하고, 상기 엔진 제어부는, 상기 전환 장치가 상기 금지 위치로 전환된 경우, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과하면 상기 저속 회전수 제어를 실행하고, 상기 전환 장치가 상기 허가 위치로 전환된 경우, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과해도 상기 저속 회전수 제어를 실행하지 않는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 영역 제한 제어에 제어 정밀도가 요구되는 상황 하에서는 저속 회전수 제어가 실행되지 않으므로, 액추에이터의 속도 변동을 억제할 수 있고, 영역 제한 제어 시의 제어 정밀도를 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유압 셔블의 구성도.
도 2는 도 1의 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 도시하는 도면.
도 3은 도 2 중의 프론트 제어용 유압 유닛(160)의 상세도.
도 4는 도 1의 유압 셔블의 제어 컨트롤러의 하드웨어 구성.
도 5는 도 1의 유압 셔블에 있어서의 좌표계 및 목표면을 도시하는 도면.
도 6은 도 1의 유압 셔블의 제어 컨트롤러의 기능 블록도.
도 7은 도 6 중의 영역 제한 제어부(43)의 기능 블록도.
도 8은 버킷 발톱 끝 속도의 수직 성분의 제한값 ay와 거리 D의 관계를 도시하는 도면.
도 9는 목표면에 대한 발톱 끝의 위치와 수직 성분 by의 조합마다의 목표 속도 벡터 c의 수직 성분 cy의 차이를 도시하는 도면.
도 10은 제1 실시 형태에 관한 제어 컨트롤러에 의해 실행되는 오토 아이들 제어 처리의 흐름도.
도 11은 제2 실시 형태에 관한 제어 컨트롤러에 의해 실행되는 오토 아이들 제어 처리의 흐름도.
도 12는 제3 실시 형태에 관한 제어 컨트롤러에 의해 실행되는 오토 아이들 제어 처리의 흐름도.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하에는, 작업기의 선단의 어태치먼트로서 버킷(10)을 구비하는 유압 셔블을 예시하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 유압 셔블로 본 발명을 적용해도 상관없다. 또한, 복수의 피구동 부재(어태치먼트, 암, 붐 등)를 연결하여 구성되고, 소정의 동작 평면상에서 동작하는 다관절형의 작업기를 갖는 것이라면 유압 셔블 이외의 작업 기계로의 적용도 가능하다.

또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소가 복수 존재하는 경우, 부호(숫자)의 말미에 알파벳을 붙이는 경우가 있지만, 당해 알파벳을 생략하고 당해 복수의 구성 요소를 통합하여 표기하는 경우가 있다. 예를 들어, 3개의 펌프(300a, 300b, 300c)가 존재할 때, 이것들을 통합하여 펌프(300)라고 표기하는 경우가 있다.

<제1 실시 형태>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유압 셔블의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 도시하는 도면이고, 도 3은 도 2 중의 프론트 제어용 유압 유닛(160)의 상세도이다.

도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은 프론트 작업기(1A)와 차체(1B)로 구성되어 있다. 차체(1B)는 좌우의 주행 모터(3a, 3b)에 의해 주행하는 하부 주행체(11)와, 하부 주행체(11) 상에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(12)로 이루어진다. 프론트 작업기(1A)는 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 피구동 부재[붐(8), 암(9) 및 버킷(10)]를 연결하여 구성되어 있고, 프론트 작업기(1A)의 붐(8)의 기단은 상부 선회체(12)의 전방부에 지지되어 있다.

상부 선회체(12)에 탑재된 원동기인 엔진(18)은 유압 펌프(2)와 파일럿 펌프(48)를 구동한다. 유압 펌프(2)는 레귤레이터(2a)에 의해 용량이 제어되는 가변 용량형 펌프이고, 파일럿 펌프(48)는 고정 용량형 펌프이다. 본 실시 형태에 있어서는, 파일럿 라인(144, 145, 146, 147, 148, 149)의 도중에 셔틀 블록(162)이 설치되어 있다. 조작 장치(45, 46, 47)로부터 출력된 유압 신호가, 이 셔틀 블록(162)을 통해 레귤레이터(2a)에도 입력된다. 셔틀 블록(162)의 상세 구성은 생략하지만, 유압 신호가 셔틀 블록(162)을 통해 레귤레이터(2a)에 입력되어 있고, 유압 펌프(2)의 토출 유량이 당해 유압 신호에 따라 제어된다.

파일럿 펌프(48)의 토출 배관인 펌프 라인(148a)은 로크 밸브(39)를 통과한 후, 복수로 분기하여 조작 장치(45, 46, 47) 및 프론트 제어용 유압 유닛(160) 내의 각 밸브에 접속하고 있다. 로크 밸브(39)는, 본 예에서는 전자 전환 밸브이고, 그 전자 구동부는 운전실(도 1)에 배치된 게이트 로크 레버(도시하지 않음)의 위치 검출기와 전기적으로 접속하고 있다. 게이트 로크 레버의 포지션은 위치 검출기에서 검출되고, 그 위치 검출기로부터 로크 밸브(39)에 대하여 게이트 로크 레버의 포지션을 따른 신호가 입력된다. 게이트 로크 레버의 포지션이 로크 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 폐쇄되어 펌프 라인(148a)이 차단되고, 로크 해제 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 개방되어 펌프 라인(148a)이 개통된다. 즉, 펌프 라인(148a)이 차단된 상태에서는 조작 장치(45, 46, 47)에 의한 조작이 무효화되어, 선회나 굴삭 등의 동작이 금지된다.

붐(8), 암(9), 버킷(10) 및 상부 선회체(12)는 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7) 및 선회 유압 모터(4)에 의해 각각 구동되는 피구동 부재를 구성한다. 이것들 피구동 부재(8, 9, 10, 12)로의 동작 지시는 상부 선회체(12) 상의 운전실 내에 탑재된 주행 우측 레버(23a), 주행 좌측 레버(23b), 조작 우측 레버(1a) 및 조작 좌측 레버(1b)[이것들을 조작 레버(1, 23)라고 총칭하는 경우가 있음]의 오퍼레이터에 의한 조작에 따라 출력된다.

운전실 내에는 주행 우측 레버(23a)를 갖는 조작 장치(47a)와, 주행 좌측 레버(23b)를 갖는 조작 장치(47b)와, 조작 우측 레버(1a)를 공유하는 조작 장치(45a, 46a)와, 조작 좌측 레버(1b)를 공유하는 조작 장치(45b, 46b)가 설치되어 있다. 조작 장치(45, 46, 47)는 유압 파일럿 방식이고, 파일럿 펌프로부터 토출되는 압유를 기초로, 각각 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작 레버(1, 23)의 조작량(예를 들어, 레버 스트로크)과 조작 방향을 따른 파일럿압(조작압이라고 칭하는 경우가 있음)이 발생한다. 이와 같이 발생한 파일럿압은 컨트롤 밸브 유닛(20) 내의 대응하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)(도 2 참조)의 유압 구동부(150a 내지 155b)에 파일럿 라인(144a 내지 149b)(도 2 참조)을 통해 공급되고, 이것들 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)를 구동하는 제어 신호로서 이용된다.

유압 펌프(2)로부터 토출된 압유는 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f)(도 2 참조)를 통해 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 좌측 유압 모터(3b), 선회 유압 모터(4), 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)에 공급된다. 공급된 압유에 의해 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)가 신축함으로써, 붐(8), 암(9), 버킷(10)이 각각 회동하고, 버킷(10)의 위치 및 자세가 변화된다. 또한, 공급된 압유에 의해 선회 유압 모터(4)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)에 대하여 상부 선회체(12)가 선회한다. 또한, 공급된 압유에 의해 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 좌측 유압 모터(3b)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)가 주행한다.

한편, 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 회동 각도 α, β, γ(도 5 참조)를 측정 가능하도록, 붐 핀에 붐 각도 센서(30), 암 핀에 암 각도 센서(31), 버킷 링크(13)에 버킷 각도 센서(32)가 설치되고, 상부 선회체(12)에는 기준면(예를 들어, 수평면)에 대한 상부 선회체(12)[차체(1B)]의 전후 방향의 경사각 θ(도 5 참조)를 검출하는 차체 경사각 센서(33)가 설치되어 있다.

본 실시 형태의 유압 셔블에는 오퍼레이터의 굴삭 조작을 보조하는 제어 시스템이 구비되어 있다. 구체적으로는, 조작 장치(45b, 46a)를 통해 굴삭 조작(구체적으로는, 암 클라우드, 버킷 클라우드 또는 버킷 덤프의 지시)이 입력된 경우, 목표면(60)(도 5 참조)과 작업기(1A)의 선단 부분[본 실시 형태에서는 버킷(10)의 발톱 끝으로 함]의 위치 관계를 기초로, 작업기(1A)의 선단 부분의 위치가 목표면(60) 위 및 그 상방의 영역 내에 유지되도록 유압 액추에이터(5, 6, 7) 중 적어도 붐 실린더(5)를 강제적으로 동작시키는 제어[예를 들어, 붐 실린더(5)를 늘려 강제적으로 붐 상승 동작을 행함]를 실행하는 굴삭 제어 시스템이 구비되어 있다. 본고에서는 이 제어를 「영역 제한 제어」 또는 「머신 컨트롤」이라고 칭하는 경우가 있다. 이 제어에 의해 버킷(10)의 발톱 끝이 목표면(60)을 넘는 것이 방지되므로, 오퍼레이터의 기량의 정도에 관계없이 목표면(60)을 따른 굴삭이 가능해진다. 본 실시 형태에서는, 영역 제한 제어에 관한 제어점을, 유압 셔블의 버킷(10)의 발톱 끝[작업기(1A)의 선단]에 설정하고 있다. 제어점은 작업기(1A)의 선단 부분의 점이라면 버킷 발톱 끝 이외에도 변경 가능하다. 예를 들어, 버킷(10)의 저면이나, 버킷 링크(13)의 최외부도 선택 가능하다.

이 영역 제한 제어의 실행이 가능한 굴삭 제어 시스템은 운전실 내의 조작 패널의 상방 등 오퍼레이터의 시계를 차단하지 않는 위치에 설치되어 영역 제한 제어의 유효 무효를 전환하는 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)와, 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144a, 144b)에 설치되고, 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압(제어 신호)을 검출하는 압력 센서(70a, 70b)(도 3 참조)와, 1차 포트측이 펌프 라인(148a)을 통해 파일럿 펌프(48)에 접속되어 파일럿 펌프(48)로부터의 파일럿압을 감압하여 출력하는 전자기 비례 밸브(54a)(도 3 참조)와, 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144a)과 전자기 비례 밸브(54a)의 2차 포트측에 접속되어, 파일럿 라인(144a) 내의 파일럿압과 전자기 비례 밸브(54a)로부터 출력되는 제어압의 고압측을 선택하여, 유량 제어 밸브(15a)의 유압 구동부(150a)로 유도하는 셔틀 밸브(82)(도 3 참조)와, 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144b)에 설치되고, 전기 신호를 따라 파일럿 라인(144b) 내의 파일럿압을 감압하여 출력하는 전자기 비례 밸브(54b)(도 3 참조)와, 영역 제한 제어가 실행 가능한 컴퓨터인 제어 컨트롤러(제어 장치)(40)를 구비하고 있다.

암(9)용의 파일럿 라인(145a, 145b)에는 조작 레버(1b)의 조작량으로서 파일럿압을 검출하여 제어 컨트롤러(40)에 출력하는 압력 센서(71a, 71b)(도 3 참조)와, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압을 저감시켜 출력하는 전자기 비례 밸브(55a, 55b)(도 3 참조)가 각각 설치되어 있다.

버킷(10)용의 파일럿 라인(146a, 146b)에는 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압을 검출하여 제어 컨트롤러(40)에 출력하는 압력 센서(72a, 72b)(도 3 참조)와, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압을 저감시켜 출력하는 전자기 비례 밸브(56a, 56b)(도 3 참조)와, 1차 포트측이 파일럿 펌프(48)에 접속되어 파일럿 펌프(48)로부터의 파일럿압을 감압하여 출력하는 전자기 비례 밸브(56c, 56d)(도 3 참조)와, 파일럿 라인(146a, 146b) 내의 파일럿압과 전자기 비례 밸브(56c, 56d)로부터 출력되는 제어압의 고압측을 선택하고, 유량 제어 밸브(15c)의 유압 구동부(152a, 152b)로 유도하는 셔틀 밸브(83a, 83b)(도 3 참조)가 각각 설치되어 있다. 또한, 도 3에서는 압력 센서(70, 71, 72)와 제어 컨트롤러(40)의 접속선은 지면의 사정상 생략하고 있다.

상기와 같이 구성되는 프론트 제어용 유압 유닛(160)에 있어서, 제어 컨트롤러(40)로부터 제어 신호를 출력하여 전자기 비례 밸브(54a, 56c, 56d)를 구동하면, 조작 장치(45a, 46a)의 오퍼레이터 조작이 없는 경우에도 파일럿압을 발생할 수 있으므로, 붐 상승 동작, 버킷 클라우드 동작 또는 버킷 덤프 동작을 강제적으로 발생할 수 있다. 또한, 이것과 마찬가지로 제어 컨트롤러(40)에 의해 전자기 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)를 구동하면, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 오퍼레이터 조작에 의해 발생한 파일럿압을 줄일 수 있고, 붐 하강 동작, 암 클라우드/덤프 동작, 버킷 클라우드/덤프 동작의 속도를 오퍼레이터 조작보다도 강제적으로 저감시킬 수 있다.

제어 컨트롤러(40)에는 후술하는 ROM(93) 또는 RAM(94)에 기억된 목표면(60)의 형상 정보와 위치 정보, 각도 센서(30 내지 32)와 경사각 센서(33)의 검출 신호 및 압력 센서(70 내지 72)의 검출 신호가 입력된다. 또한, 제어 컨트롤러(40)는 영역 제한 제어를 행하기 위한 제어 신호(파일럿압)의 보정을 행하는 전기 신호를 전자기 비례 밸브(54 내지 56)에 출력한다.

도 4에 제어 컨트롤러(40)의 하드웨어 구성을 도시한다. 제어 컨트롤러(40)는 입력부(91)와, 프로세서인 중앙 처리 장치(CPU)(92)와, 기억 장치인 리드 온리 메모리(ROM)(93) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(94)와, 출력부(95)를 갖고 있다. 입력부(91)는 작업기 자세 검출 장치(50)인 각도 센서(30 내지 32) 및 경사각 센서(33)로부터의 신호와, 목표면(60)을 설정하기 위한 장치인 목표면 설정 장치(51)로부터의 신호와, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)로부터의 신호와, 오퍼레이터가 영역 제한 제어 중에 행해지는 것을 원하는 굴삭 모드를 복수의 모드 중에서 하나 선택하기 위한 굴삭 모드 스위치(모드 선택 장치)(58)로부터의 신호와, 조작 장치(45 내지 47)로부터의 조작량을 검출하는 압력 센서[압력 센서(70, 71, 72, 73, 74, 75)를 포함함]인 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a, 52b)로부터의 신호 및 오퍼레이터가 원하는 엔진 회전수가 입력되는 엔진 컨트롤 다이얼(59)로부터의 신호를 입력하고, A/D 변환을 행한다. ROM(93)은 후술하는 도 10, 11, 12의 흐름도에 관한 처리를 포함하여 영역 제한 제어를 실행하기 위한 제어 프로그램과, 당해 흐름도의 실행에 필요한 각종 정보 등이 기억된 기록 매체이고, CPU(92)는 ROM(93)에 기억된 제어 프로그램에 따라 입력부(91) 및 메모리(93, 94)로부터 도입된 신호에 대하여 소정의 연산 처리를 행한다. 출력부(95)는 CPU(92)에서의 연산 결과에 따른 출력용의 신호를 작성하고, 그 신호를 전자기 비례 밸브(54 내지 56), 통지 장치(53) 또는 엔진(18)에 출력함으로써, 유압 액추에이터(4 내지 7)를 구동·제어하거나, 차체(1B), 버킷(10) 및 목표면(60) 등의 화상을 통지 장치(53)인 모니터의 표시 화면 상에 표시시키거나, 엔진(18)을 구동하거나 한다.

통지 장치(53)는 오퍼레이터에 목표면(60)과 작업기(1A)의 위치 관계를 표시하는 디스플레이(표시 장치), 혹은 목표면(60)과 작업기(1A)의 위치 관계를 소리(음성도 포함함)에 의해 통달하는 스피커의 적어도 하나로 구성된다.

또한, 도 4의 제어 컨트롤러(40)는 기억 장치로서 ROM(93) 및 RAM(94)이라는 반도체 메모리를 구비하고 있지만, 기억 장치라면 특히 대체 가능하고, 예를 들어 하드디스크 드라이브 등의 자기 기억 장치를 구비해도 된다.

도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 제어 컨트롤러(40)의 기능 블록도이다. 제어 컨트롤러(40)는 영역 제한 제어부(43)와, 전자기 비례 밸브 제어부(44)와, 회전수 설정부(61)와, 상황 판정부(62)와, 엔진 제어부(63)를 구비하고 있다.

영역 제한 제어부(43)에는 작업기 자세 검출 장치(50), 목표면 설정 장치(51), 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17), 굴삭 모드 스위치(모드 선택 장치)(58) 및 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)가 접속되어 있다.

작업기 자세 검출 장치(50)는 붐 각도 센서(30), 암 각도 센서(31), 버킷 각도 센서(32), 차체 경사각 센서(33)로 구성된다.

목표면 설정 장치(51)는 목표면(60)에 관한 정보(각 목표면의 위치 정보나 경사 각도 정보를 포함함)를 입력 가능한 인터페이스이다. 목표면 설정 장치(51)를 통한 목표면의 입력은 오퍼레이터가 수동으로 행해도 되고, 네트워크 등을 통해 외부로부터 도입해도 된다. 또한, 목표면 설정 장치(51)에는 GNSS 수신기 등의 위성 통신 안테나(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 글로벌 좌표계 위에 규정된 목표면의 3차원 데이터를 저장한 외부 단말기와 셔블이 데이터 통신 가능한 경우에는, 당해 위성 통신 안테나에 의해 특정한 셔블의 글로벌 좌표를 기초로 셔블 위치에 대응하는 목표면을 당해 외부 단말기의 3차원 데이터 내에서 탐색하여 도입할 수 있다.

오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)는 오퍼레이터에 의한 조작 레버(1a, 1b)[조작 장치(45a, 45b, 46a)]의 조작에 의해 파일럿 라인(144, 145, 146)에 발생하는 조작압을 취득하는 압력 센서(70a, 70b, 71a, 71b, 72a, 72b)로 구성된다. 즉, 작업기(1A)에 관한 유압 실린더(5, 6, 7)에 대한 조작을 검출하고 있다. 오퍼레이터 조작 검출 장치(52b)는 오퍼레이터에 의한 조작 레버(1b, 23a, 23b)[조작 장치(46b, 47a, 47b)]의 조작에 의해 파일럿 라인(147, 148, 149)에 발생하는 조작압을 취득하는 압력 센서(73a, 73b, 74a, 74b, 75a, 75b)(도 2 참조)로 구성된다. 즉, 선회 및 주행에 관한 유압 모터(3a, 3b, 4)에 대한 조작을 검출하고 있다.

본 실시 형태에서 굴삭 모드 스위치(모드 선택 장치)(58)를 통해 선택 가능한 굴삭 모드로서는, 「마무리 모드(정밀도 중시 모드)」와 「조굴삭 모드(응답성 중시 모드)」가 있다.

마무리 모드는 작업기(1A)의 굴삭 동작 시에 목표면(60)으로의 작업기(1A)의 접근 속도를 제한하는 모드이고, 정밀도 중시 모드라고도 칭해진다. 구체적으로는, 작업기(1A)의 선단과 목표면(60)의 거리가 소정값 이내인 경우에 조작 장치(45b)를 통한 오퍼레이터의 암 클라우드 조작(굴삭 조작)에 의해 파일럿 라인(145a)에 파일럿압이 발생했을 때, 제어 컨트롤러(40)에 의해 전자기 비례 밸브(55a)를 적절히 동작시켜 당해 파일럿압을 좁힘으로써 암 실린더(6)의 신장 속도를 감속 보정하는 모드이다. 이 모드는 문자 그대로 높은 제어 정밀도가 요구되는 마무리 작업 시에 선택되는 것을 상정하고 있다. 이 모드에서는, 목표면(60)의 위치는 설정 장치(51)로부터의 입력의 상태로 한다. 이와 같이 암 클라우드의 속도[암 실린더(6)의 신장 속도]를 목표면의 근방에서 감속 보정하여 작업기(1A)의 목표면으로의 접근 속도를 저감시키면 작업기(1A)의 응답성은 저하되지만, 제어 오차가 발생한 경우에도 영역 제한 제어 시에 잘못하여 버킷 선단이 목표면을 넘는 것이 방지되고, 결과적으로 목표면 근방에서의 작업기(1A)의 제어 정밀도가 향상된다. 또한, 상기와 같이 전자기 비례 밸브(55a)의 제어에 의해 암 실린더(6)를 감속하는 것 대신에, 제어 컨트롤러(40)에 의해, 조굴삭 모드의 회전수보다 상대적으로 작은 마무리 모드용의 회전수에 엔진(18)의 회전수를 설정해도 된다. 또한, 레귤레이터(2a)에 의해, 조굴삭 모드의 용량보다 상대적으로 작은 마무리 모드용의 용량으로 유압 펌프(2)의 용량을 설정해도 된다. 상기에서는 암 실린더(6)의 신장 속도를 감속 보정하는 것으로 언급했지만, 작업기(1A)의 선단의 목표면으로의 접근 속도를 저감시킬 수 있으면 되고, 암 실린더(6)의 신장 속도의 감속 보정에 더하여/대신하여, 전자기 비례 밸브(54b)에 의해 붐 실린더(5)의 축소 속도를 감속 보정해도 된다.

조굴삭 모드는 영역 제한 제어부(43) 내의 목표면 연산부(43c)에 있어서, 설정 장치(51)에서 설정된 목표면(실제 목표면)(60) 대신에 당해 목표면을 소정의 값만큼 상방에 오프셋한 것을 제어상의 목표면(가상 목표면)으로 하는 모드이고, 응답성 중시 모드라고도 칭해진다. 이 모드에서는, 마무리 모드와 달리, 목표면의 근방에서 암 실린더(6)의 신장 속도를 감속 보정하지 않고 오퍼레이터 조작에 입각하여 결정하고, 작업기(1A)의 굴삭 동작 시에 가상 목표면으로의 작업기(1A)의 접근 속도를 제한하지 않는다. 일반적으로 암 실린더(6)의 신장 속도를 오퍼레이터 조작에 입각한 값으로 하여 응답성을 우선하면, 암 실린더 속도가 비교적 빠른 경우 등에는 영역 제한 제어에 의한 강제 붐 상승 동작을 가해도 목표면의 하방에 작업기(1A)가 침입하기 쉬워진다. 그러나, 조굴삭 모드에서는 응답성을 유지한 상태에서도 상기와 같이 오프셋한 가상 목표면을 제어상의 목표면으로 하고 있으므로, 가상 목표면으로의 작업기(1A)의 침입은 허용해도 실제 목표면(60)으로의 침입을 막을 수 있어, 결과적으로 작업 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 실제 목표면(60)의 오프셋량, 즉 가상 목표면의 위치는 제어 오차를 실제 목표면(60)과 가상 목표면 사이에서 흡수할 수 있도록 결정하는 것으로 한다.

도 7은 도 6 중의 영역 제한 제어부(43)의 기능 블록도이다. 영역 제한 제어부(43)는 조작량 연산부(43a)와, 자세 연산부(43b)와, 목표면 연산부(43c)와, 실린더 속도 연산부(43d)와, 버킷 선단 속도 연산부(43e)와, 목표 버킷 선단 속도 연산부(43f)와, 목표 실린더 속도 연산부(43g)와, 목표 파일럿압 연산부(43h)를 구비하고 있다.

조작량 연산부(43a)는 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)로부터의 입력을 기초로 조작 장치(45a, 45b, 46a)[조작 레버(1a, 1b)]의 조작량을 산출한다. 압력 센서(70, 71, 72)의 검출값으로부터 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작량을 산출할 수 있다.

실린더 속도 연산부(43d)는 조작량 연산부(43a)에서 연산된 조작량을 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 동작 속도(실린더 속도)를 연산한다. 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 동작 속도는 조작량 연산부(43a)에서 연산된 조작량과, 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)의 특성과, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 단면적과, 유압 펌프(2)의 용량(틸팅각)과 회전수를 곱하여 얻어지는 펌프 유량(토출량) 등으로부터 산출할 수 있다.

또한, 압력 센서(70, 71, 72)에 의한 조작량의 산출은 일례에 지나지 않고, 예를 들어 각 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 레버의 회전 변위를 검출하는 위치 센서(예를 들어, 로터리 인코더)로 당해 조작 레버의 조작량을 검출해도 된다. 또한, 조작량으로부터 동작 속도를 산출하는 구성 대신에, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 신축량을 검출하는 스트로크 센서를 설치하고, 검출한 신축량의 시간 변화를 기초로 각 실린더의 동작 속도를 산출하는 구성도 적용 가능하다.

자세 연산부(43b)는 작업기 자세 검출 장치(50)로부터의 정보에 기초하여, 작업기(1A)의 자세를 연산한다. 작업기(1A)의 자세는 도 5의 셔블 기준 좌표 위에 정의할 수 있다. 도 5의 셔블 기준 좌표는 상부 선회체(12)에 설정된 좌표이고, 상부 선회체(12)에 회동 가능하게 지지되어 있는 붐(8)의 기저부를 원점으로 하고, 상부 선회체(12)에 있어서의 연직 방향에 Z축, 수평 방향에 X축을 설정했다. X축에 대한 붐(8)의 경사각을 붐각 α, 붐(8)에 대한 암(9)의 경사각을 암각 β, 암에 대한 버킷 발톱 끝의 경사각을 버킷각 γ라고 했다. 수평면(기준면)에 대한 차체(1B)[상부 선회체(12)]의 경사각을 경사각 θ라고 했다. 붐각 α는 붐 각도 센서(30)에 의해, 암각 β는 암 각도 센서(31)에 의해, 버킷각 γ는 버킷 각도 센서(32)에 의해, 경사각 θ는 차체 경사각 센서(33)에 의해 검출된다. 도 5 중에 규정한 바와 같이 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 길이를 각각 L1, L2, L3이라고 하면, 셔블 기준 좌표에 있어서의 버킷 발톱 끝 위치의 좌표 및 작업기(1A)의 자세는 L1, L2, L3, α, β, γ로 표현할 수 있다.

목표면 연산부(43c)는 목표면 설정 장치(51)로부터의 정보에 기초하여 목표면(60)을 연산하고, 이것을 ROM(93) 내에 기억한다. 본 실시 형태에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 3차원의 목표면을 작업기(1A)가 이동하는 평면(작업기의 동작 평면)에서 절단한 단면 형상을 목표면(60)(2차원의 목표면)으로 하여 이용한다. 또한, 목표면 연산부(43c)는 굴삭 모드 스위치(58)의 전환 위치의 정보에 따라 제어 대상의 목표면을 전환할 수 있다. 굴삭 모드 스위치(58)의 전환 위치에는, 전술한 조굴삭 모드가 선택되는 제1 위치와, 마무리 모드가 선택되는 제2 위치가 있다. 제1 위치가 선택되어 있는 경우에는, 설정 장치(51)에서 설정된 목표면(60)을 상방에 오프셋한 가상 목표면을 제어 대상의 목표면으로 한다. 제2 위치가 선택되어 있는 경우에는, 설정 장치(51)에서 설정된 목표면(실목표면)(60)을 제어 대상의 목표면으로 한다.

버킷 선단 속도 연산부(43e)는 실린더 속도 연산부(43d)에서 연산된 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 동작 속도와, 자세 연산부(43b)에서 연산된 작업기(1A)의 자세를 기초로, 버킷 선단(발톱 끝)의 속도 벡터 b를 연산한다. 또한, 버킷 선단 속도 연산부(43e)는 굴삭 모드 스위치(58)의 전환 위치로서 마무리 모드(제2 위치)가 선택되어 있는 경우에는 이미 설명한 바와 같이 적어도 암 실린더(6)의 동작 속도를 감속 보정할 수 있다. 또한, 버킷 선단 속도 연산부(43e)는 목표면 연산부(43c)로부터 입력되는 목표면의 정보를 기초로 버킷 선단의 속도 벡터 b를 당해 목표면에 수평인 성분 bx와 수직인 성분 by로 분해할 수 있다.

목표 버킷 선단 속도 연산부(43f)는 먼저, 버킷 선단으로부터 제어 대상의 목표면까지의 거리 D(도 5 참조)와 도 8의 그래프를 기초로 버킷 선단의 속도 벡터의 목표면에 수직인 성분의 제한값 ay를 산출한다. 제한값 ay의 계산은 도 8에 도시한 바와 같은 제한값 ay와 거리 D의 관계를 정의한 함수 또는 테이블 등의 형식으로 제어 컨트롤러(40)의 ROM(93)에 기억해 두고, 이 관계를 적절히 판독하여 행한다. 거리 D는 자세 연산부(43b)에서 연산한 버킷(10)의 발톱 끝의 위치(좌표)와, ROM(93)에 기억된 목표면을 포함하는 직선의 거리로부터 산출할 수 있다. 또한, 제한값 ay와 거리 D의 관계는 거리 D의 증가와 함께 제한값 ay가 단조 감소하는 특성을 갖는 것이 바람직하지만, 도 8에 도시한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 거리 D가 정의 소정값 이상 또는 부의 소정값 이하이고 제한값 ay가 개별의 소정값으로 유지되도록 해도 되고, 제한값 ay와 거리 D의 관계를 곡선으로 정의해도 된다.

이어서 목표 버킷 선단 속도 연산부(43f)는 목표면과 버킷 선단의 상하 관계와, 버킷 선단의 속도 벡터의 수직 성분 by의 방향과, 버킷 선단의 속도 벡터의 수직 성분 by 및 제한값 ay의 절댓값의 크기를 기초로, 버킷 선단의 목표 속도 벡터 c의 수직 성분 cy를 연산한다. 구체적으로는, 도 9에 도시한 바와 같이 (A)-(D)에 경우를 나누어 수직 성분 cy를 연산한다. 이어서 (A)-(D)의 수직 성분 cy의 연산에 대하여 설명한다.

(A) 목표면의 하방에 버킷 선단이 있고, 또한 연산부(43e)에서 연산된 수직 성분 by가 하향[(－)방향]인 경우는, 제한값 ay(도 8로부터 방향은 상향이 됨)를 수직 성분 cy로 한다(cy＝ay).

(B) 목표면의 하방에 버킷 선단이 있고, 또한 수직 성분 by가 상향[(＋)방향]인 경우는, 수직 성분 by와 제한값 ay(도 8로부터 방향은 상향이 됨) 중, 절댓값이 큰 쪽을 수직 성분 cy로 한다.

(C) 목표면의 상방에 버킷 선단이 있고, 또한 수직 성분 by가 하향[(－)방향]인 경우는, 수직 성분 by와 제한값 ay(도 8로부터 방향은 하향이 됨) 중, 절댓값이 작은 쪽을 수직 성분 cy로 한다.

(D) 목표면의 상방에 버킷 선단이 있고, 또한 수직 성분 by가 상향[(＋)방향]인 경우는, 수직 성분 by(방향은 상향)을 수직 성분 cy로 한다(cy＝by).

그리고, 목표면(60) 상에 버킷 선단이 있는 경우, 제한값 ay는 제로이고, 수직 성분 cy가 제로로 유지되기 때문에, 목표면(60) 부근에서, 예를 들어 암(9)을 클라우드 동작시키면 버킷 선단 속도의 수평 성분 cx에 의해 목표면(60)을 따른 굴삭 동작이 실현된다.

목표 실린더 속도 연산부(43g)는 상기와 같이 목표 버킷 선단 속도 연산부(43f)에서 산출된 수직 성분 cy를 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 연산한다. 본 실시 형태에서는 상기 (A) 내지 (D)의 결과에 의해 수직 성분 cy가 제한값 ay가 되는 경우, 수직 성분 by를 수직 성분 cy(＝ay)로 보정하는 처리는, 강제 붐 상승에 의해 발생하는 수직 상향의 성분으로 보정하도록 프로그램되어 있다. 그 때문에, 수직 성분 by를 수직 성분 cy로 보정 가능한 붐 실린더(5)의 신장 속도의 목표값은 일의적으로 정해진다. 이때의 암 실린더(6) 및 버킷 실린더(7)의 목표 속도는 실린더 속도 연산부(43d)에서 산출한 값 그대로 한다[단, 버킷 선단 속도 연산부(43e)에서, 암 실린더(6)의 감속 보정을 포함하는 유압 실린더(5, 6, 7)의 속도 보정을 실시한 경우에는, 당해 보정 후의 속도를 목표 속도로 함]. 이에 의해, 버킷 선단의 목표 속도 벡터 c는 각 유압 실린더(5, 6, 7)를 목표 속도로 동작시켰을 때에 버킷 선단에 나타나는 속도 벡터의 합성값이 된다.

그런데, 상기 (A) 내지 (D)의 결과에 의해 수직 성분 cy가 수직 성분 by가 되는 경우, 목표 실린더 속도 연산부(43g)는 버킷 선단 속도 연산부(43e)에서 산출한 버킷 선단의 속도 벡터 b를 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 산출한다.

머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)의 전환 위치가 영역 제한 제어의 유효를 나타내는 ON 위치인 경우에는, 목표 실린더 속도 연산부(43g)는 상기한 연산 결과를 목표 파일럿압 연산부(43h)에 출력한다. 그러나, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)의 전환 위치가 영역 제한 제어의 무효를 나타내는 OFF 위치인 경우에는, 목표 실린더 속도 연산부(43g)는 실린더 속도 연산부(43d)의 연산 결과를 목표 파일럿압 연산부(43h)에 출력한다.

목표 파일럿압 연산부(43h)는 목표 실린더 속도 연산부(43g)에서 산출된 각 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)로의 목표 파일럿압을 연산한다.

전자기 비례 밸브 제어부(44)는 목표 파일럿압 연산부(43h)에서 산출된 각 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)로의 목표 파일럿압을 기초로, 각 전자기 비례 밸브(54 내지 56)로의 명령을 연산한다. 또한, 오퍼레이터 조작에 기초하는 파일럿압과, 목표 파일럿압 연산부(43h)에서 산출된 목표 파일럿압이 일치하는 경우에는, 해당하는 전자기 비례 밸브(54 내지 56)로의 전류값(명령값)은 제로가 되고, 해당하는 전자기 비례 밸브(54 내지 56)의 동작은 행해지지 않는다.

상기와 같이 구성되는 영역 제한 제어부(43) 및 전자기 비례 밸브 제어부(44)에 의하면, 오퍼레이터가 조작 레버(1)를 조작하여 암(9)의 당김 동작에 의해 수평 굴삭을 행하는 경우, 버킷 선단이 목표면(60)의 하방에 침입할 우려가 있을 때에는, 전자기 비례 밸브(54a)가 제어되어 붐(8)의 인상 동작이 자동으로 행해지므로, 오퍼레이터의 숙련도에 관계없이 목표면(60)을 따른 굴삭 동작을 실현할 수 있다. 또한, 굴삭 모드 스위치(58)로 마무리 모드를 선택하면, 전자기 비례 밸브(55a)에 의해 암 실린더(6)의 신장 속도가 감속되어, 굴삭 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 버킷(10) 배면의 목표면(60)에 대한 각도가 일정값이 되고, 균일화 작업이 용이해지도록, 전자기 비례 밸브(56d)를 제어하여 버킷(10)이 자동으로 덤프 방향으로 회동하도록 해도 된다.

도 6으로 돌아가, 상황 판정부(62)는 영역 제한 제어부(43)에 입력되는 정보 및/또는 영역 제한 제어부(43)에서 산출되는 정보를 기초로, 엔진 제어부(63)에 의한 저속 회전수 제어(오토 아이들 제어)를 실행해야 하는지 여부를 판정하는 부분이다. 당해 판정의 구체적 내용에 대해서는 흐름도를 사용하여 후술한다.

회전수 설정부(61)는 엔진 제어부(63)에 의해 저속 회전수 제어(오토 아이들 제어)가 행해지고 있지 않은 경우의 엔진(18)의 목표 회전수(본고에서는 「제어 회전수」라고 칭하는 경우가 있음)를 제어하는 부분이다. 제어 회전수로서는, 엔진 컨트롤 다이얼(59)의 설정 회전수가 원칙 이용되지만, 다른 제어에 의해 결정되는 회전수가 당해 설정 회전수에 우선하여 이용되는 경우가 있다. 「다른 제어에 의해 결정되는 회전수」로서는, 다양한 회전수가 이용 가능하지만, 예를 들어 낮은 작동유 온도나 엔진 냉각수 온도를 난기에 의해 상승시킬 목적으로 제어되는 회전수가 있다. 또한, 에너지 절약 목적으로 작업 부하에 따라 제어되는 회전수나, 임의로 선택된 작업 모드(예를 들어, 에너지 절약 모드, 파워 모드, 중부하 모드 등)에 따라 제어되는 회전수 등이 있다.

엔진 제어부(63)는 원칙, 회전수 설정부(61)로부터 입력되는 제어 회전수를 목표 회전수로 하여 엔진 회전수 명령을 생성하고, 당해 명령을 출력하여 엔진(18)의 회전수를 제어 회전수로 제어한다. 엔진 제어부(63)는 회전수 설정부(61) 외에, 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a, 52b)와 상황 판정부(62)로부터의 신호가 입력되도록 구성되어 있다. 엔진 제어부(63)는 검출 장치(52a, 52b)와 상황 판정부(62)로부터의 신호를 기초로, 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태가 된 시점부터 소정 시간이 경과했는지 여부의 판정(제1 판정)과, 상황 판정부(62)에 의해 저속 회전수 제어(오토 아이들 제어)를 실행해야 하는지 여부의 판정(제2 판정)을, 엔진(18)의 동작 중 소정의 제어 주기로 행하고 있다.

엔진 제어부(63)는 제2 판정이 「저속 회전수 제어(오토 아이들 제어)를 실행하지 않아야 한다」라는 결과의 경우에는, 제1 판정의 결과의 여하에 관계없이, 엔진(18)의 목표 회전수를, 제어 회전수 대신에, 당해 제어 회전수보다 작은 저속 회전수(오토 아이들 회전수)로 하는 저속 회전수 제어(오토 아이들 제어)를 행하지 않도록 구성되어 있다.

또한, 엔진 제어부(63)는 제2 판정이 「저속 회전수 제어(오토 아이들 제어)를 실행해야 하다」라는 결과의 경우에, 제1 판정에 있어서 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과했다고 판단된 경우에는, 엔진(18)의 목표 회전수를, 제어 회전수 대신에, 당해 제어 회전수보다 작은 저속 회전수(오토 아이들 회전수)로 하는 저속 회전수 제어(오토 아이들 제어)를 행하도록 구성되어 있다. 이와 같이 엔진 회전수를 제어하면, 조작 레버의 비조작 시에 자동으로 엔진 회전수를 제어 회전수로부터 저속 회전수로 저감시킬 수 있으므로, 불필요한 연료 소비를 아껴서 에너지 절약 효과가 얻어진다.

이어서, 상황 판정부(62) 및 엔진 제어부(63)가 본 실시 형태에서 실행하는 처리의 상세를 도 10에서 설명한다. 도 10은 제1 실시 형태에 관한 제어 컨트롤러(40)에 의해 실행되는 오토 아이들 제어 처리의 흐름도이다. 제어 컨트롤러(40)는 엔진 제어부(63)가 오토 아이들 제어의 실행 필요 여부를 확인하는 제어 주기로 도 10에 도시하는 흐름도를 개시한다.

먼저, S100에서는, 엔진 제어부(63)가, 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간 T1 이상이 경과했는지 여부의 판정을 행한다. 시간의 계측은 엔진 제어부(63)가 구비하는 타이머 기능에 의해 행하고, 모든 조작 레버가 중립이 된 시점부터의 경과 시간을 타이머로 계측한다. S110에서 모든 조작 레버(1, 23)가 중립 상태로 되고 시간 T1 이상이 경과했다고 판정된 경우에는, S102로 진행한다. 이것과는 반대로, 모든 조작 레버(1, 23)가 중립 상태로 되고 시간 T1이 경과하고 있지 않다고 판정된 경우[조작 레버(1, 23)의 적어도 하나가 조작 중 또는 모든 조작 레버(1, 23)가 중립의 상태가 T1 미만인 경우]에는 후술하는 S109로 진행한다.

S102에서는, 상황 판정부(62)는 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)로부터의 신호를 영역 제한 제어부(43)를 경유하여 입력하고, 당해 스위치(17)의 전환 위치를 확인한다. S104에서는, S102에서 입력한 스위치(17)의 전환 위치를 기초로 영역 제한 제어가 유효 또는 무효인지를 판정한다. 스위치(17)의 전환 위치가 ON 위치에 있다고 확인할 수 있던 경우에는, 영역 제한 제어부(43)에 의한 영역 제한 제어에 제어 정밀도가 요구될 가능성이 있고 오토 아이들 제어를 실행하지 않아야 한다고 간주하고 S109에 진행한다. 한편, 스위치(17)의 전환 위치가 OFF 위치에 있다고 확인할 수 있던 경우에는, 영역 제한 제어에 제어 정밀도가 요구될 가능성은 없고 오토 아이들 제어를 실행해야 한다고 간주하고 S110으로 진행한다.

S109에서는, 엔진 제어부(63)는 오토 아이들 제어를 실행하지 않고, 회전수 설정부(61)에서 설정된 제어 회전수에 목표 회전수를 세트하고 개시로 복귀된다. 이에 의해 복수의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 시간 T1이 경과해도 오토 아이들 제어가 실행되지 않는다. 또한, 오토 아이들 제어의 실행 중에 조작 레버(1, 23)의 적어도 하나가 조작된 경우에는, 오토 아이들 제어가 해제된다. S100으로부터 직접 S109로 천이해 온 경우에는, 오토 아이들 제어가 해제되는 장면이고, 타이머의 계측 시간을 제로로 리셋한다.

S110에서는, 엔진 제어부(63)는 제어 회전수를 저속 회전수로 강제적으로 저감시키는 오토 아이들 제어를 실행 또는 계속하여, 개시로 복귀된다.

상기와 같이 본 실시 형태에서는, 엔진(18)과, 엔진(18)에 의해 구동되는 유압 펌프(2)와, 다관절형의 작업기(1A)와, 유압 펌프(2)로부터 토출되는 작동유에 의해 작업기(1A)를 구동하는 복수의 유압 액추에이터(5, 6, 7)와, 복수의 조작 레버(1a, 1b)를 통해 오퍼레이터로부터 굴삭 조작이 입력되었을 때, 작업기(1A)의 동작 범위가 미리 설정된 목표면(60) 위 및 그 상방에 제한되도록 복수의 유압 액추에이터(5, 6, 7)를 제어하는 영역 제한 제어를 행하는 영역 제한 제어부(43)를 갖는 제어 컨트롤러(40)를 구비하는 유압 셔블(1)에 있어서, 영역 제한 제어부(43)에 의한 영역 제한 제어의 실행을 허가하는 ON 위치(허가 위치)와 영역 제한 제어의 실행을 금지하는 OFF 위치(금지 위치)를 택일적으로 선택하는 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)를 유압 셔블(1)에 구비하고, 복수의 유압 액추에이터(5, 6, 7)에 조작 신호를 출력하는 복수의 조작 레버(1a, 1b)와, 복수의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간 T1이 경과했을 때, 엔진(18)의 회전수를 제어 회전수보다 작은 저속 회전수로 하는 오토 아이들 제어(저속 회전수 제어)를 행하는 엔진 제어부(63)를 제어 컨트롤러(40)에 구비했다. 그리고, 엔진 제어부(63)[제어 컨트롤러(40)]는 스위치(17)가 OFF 위치로 전환되어 있는 상태에서 복수의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간 T1이 경과하면, 오토 아이들 제어를 실행하고, 스위치(17)가 ON 위치로 전환되어 있는 상태에서는, 복수의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간 T1이 경과해도 오토 아이들 제어를 실행하지 않는 것으로 했다.

이와 같이 구성한 유압 셔블에서는, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치에 있는 동안은, 높은 제어 정밀도가 요구되는 마무리 작업이 영역 제한 제어로서 실제로 행해지는지 여부에 관계없이 일률적으로 오토 아이들 제어가 실행되지 않게 된다. 그 때문에, 작업의 재개와 함께 영역 제한 제어에 의한 마무리 작업이 실행된 경우에 유압 실린더의 속도가 변화되는 것을 방지할 수 있고, 영역 제한 제어 시의 작업기(1A)의 제어 정밀도를 유지할 수 있다. 이에 의해 목표면을 따른 작업기 선단의 제어를 유지할 수 있으므로 작업기(1A)가 형성하는 목표면의 정밀도를 유지할 수 있다.

<제2 실시 형태>

본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 하드웨어 구성은 제1 실시 형태와 동일하므로 설명은 생략한다. 상황 판정부(62) 및 엔진 제어부(63)가 본 실시 형태에서 실행하는 처리의 상세를 도 11에서 설명한다.

도 11은 제2 실시 형태에 관한 제어 컨트롤러(40)에 의해 실행되는 오토 아이들 제어 처리의 흐름도이다. 앞의 도면과 동일한 부호를 부여한 처리는, 앞의 도면과 동일한 처리이고 설명을 생략한다.

S105에서는, 상황 판정부(62)는 굴삭 모드 스위치(58)로부터의 신호를 영역 제한 제어부(43)를 경유하여 입력하고, 당해 스위치(58)에 의해 선택된 모드를 확인한다.

S106에서는, S105에서 입력한 정보를 기초로 스위치(58)의 선택 모드가 마무리 모드(정밀도 중시 모드)인지 여부를 판정한다. 스위치(58)의 선택 모드가 마무리 모드(정밀도 중시 모드)라고 확인할 수 있던 경우에는, 마무리 작업이 영역 제한 제어부(43)의 영역 제한 제어에 의해 실행될 가능성이 높아 오토 아이들 제어를 실행하지 않아야 한다고 간주하여 S109로 진행하고, 엔진 제어부(63)는 오토 아이들 제어를 행하지 않는다. 한편, 스위치(58)의 선택 모드가 조굴삭 모드(응답성 중시 모드)라고 확인할 수 있던 경우에는, 마무리 작업이 영역 제한 제어부(43)의 영역 제한 제어에 의해 실행될 가능성이 낮고 오토 아이들 제어를 실행해야 한다고 간주하여 S110으로 진행하고, 엔진 제어부(63)는 오토 아이들 제어를 행한다.

상기와 같이 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태의 구성에 더하여, 목표면(60)으로의 작업기(1A)의 접근 속도를 제한하는 마무리 모드(정밀도 중시 모드)와, 목표면(60)을 소정의 값만큼 상방에 오프셋한 목표면(가상 목표면)을 영역 제한 제어 중의 목표면으로 하고, 그 가상 목표면으로의 작업기(1A)의 접근 속도를 제한하지 않는 조굴삭 모드(응답성 중시 모드)의 어느 것을 영역 제한 제어의 제어 모드로서 선택 가능한 굴삭 모드 스위치(58)를 유압 셔블(1)에 구비했다. 그리고, 엔진 제어부(63)[제어 컨트롤러(40)]는 스위치(58)로 마무리 모드가 선택되었을 때에는, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치인 상태에서 복수의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간 T1이 경과해도 오토 아이들 제어를 실행하지 않고, 스위치(58)로 조굴삭 모드가 선택되었을 때에는, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치인 상태에서 복수의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간 T1이 경과하면 오토 아이들 제어를 실행하는 것으로 했다.

이와 같이 구성한 유압 셔블에 의하면, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치에 있어도, 굴삭 모드 스위치(58)로 조굴삭 모드(응답성 중시 모드)가 선택되어 있는 경우에는, 복수의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간 T1이 경과하면 오토 아이들 제어가 실행되므로, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치에 있어도 유압 셔블(1)의 연료 소비량을 저감시킬 수 있다. 즉, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치에 있어도 연료 소비량을 저감시킬 수 있으므로, 제1 실시 형태보다도 높은 연료 소비량 저감 효과를 기대할 수 있다.

또한, 도 11의 흐름도로부터 S102 및 S104는 생략해도 된다. 즉, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)의 위치 확인 없이, S105 이후의 처리를 행해도 된다. 또한, 상기에서는 마무리 모드(정밀도 중시 모드) 이외에 굴삭 모드 스위치(58)로 선택 가능한 모드는 조굴삭 모드(응답성 중시 모드)뿐이었지만, 영역 제한 제어의 제어 모드로서 그 밖의 모드를 설정하고, 당해 그 밖의 모드를 스위치(58)로 선택 가능하도록 구성한 경우에도 본 실시 형태는 적용 가능하다. 즉, 마무리 모드(정밀도 중시 모드)와 당해 처리 모드를 제외한 적어도 하나의 다른 모드 중에서 택일적으로 제어 모드가 선택 가능하도록 굴삭 모드 스위치(58)를 구성해도, 본 실시 형태는 적용 가능하다.

<제3 실시 형태>

본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 하드웨어 구성은 제1 실시 형태와 동일하므로 설명은 생략한다. 상황 판정부(62) 및 엔진 제어부(63)가 본 실시 형태에서 실행하는 처리의 상세를 도 12에서 설명한다.

도 12는 제3 실시 형태에 관한 제어 컨트롤러(40)에 의해 실행되는 오토 아이들 제어 처리의 흐름도이다. 앞의 도면과 동일한 부호를 부여한 처리는, 앞의 도면과 동일한 처리이고 설명을 생략한다.

S107에서는, 상황 판정부(62)는 자세 연산부(43b)와 목표면 연산부(43c)의 연산 결과로부터 산출되는 버킷 선단으로부터 제어 대상의 목표면까지의 거리 D를 영역 제한 제어부(43)로부터 입력한다.

S108에서는, S107에서 입력한 거리 D가 소정값 d1 이하인지 여부를 판정한다. 거리 D가 소정값 d1 이하라고 확인할 수 있던 경우에는, 마무리 작업이 영역 제한 제어부(43)의 영역 제한 제어에 의해 실행될 가능성이 높고 오토 아이들 제어를 실행하지 않아야 한다고 간주하고 S109로 진행하고, 엔진 제어부(63)는 오토 아이들 제어를 행하지 않는다. 한편, 거리 D가 소정값 d1을 초과한다고 확인할 수 있던 경우에는, 영역 제한 제어에 의한 마무리 작업이 실행될 가능성이 낮고 오토 아이들 제어를 실행해야 한다고 간주하고 S110으로 진행하고, 엔진 제어부(63)는 오토 아이들 제어를 행한다.

상기와 같이 본 실시 형태의 엔진 제어부(63)[제어 컨트롤러(40)]는 거리 D가 소정값 d1을 초과할 때에는, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치인 상태에서 복수의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간 T1이 경과하면 오토 아이들 제어를 실행하고, 거리 D가 소정값 d1 이내일 때에는, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치인 상태에서 복수의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간 T1이 경과해도 오토 아이들 제어를 실행하지 않는 것으로 했다.

이와 같이 구성한 유압 셔블에 의하면, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치에 있어도, 거리 D가 소정값 d1 이하인 경우에는, 복수의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b) 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간 T1이 경과하면 오토 아이들 제어가 실행되므로, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치에 있어도 유압 셔블(1)의 연료 소비량을 저감시킬 수 있다. 즉, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)가 ON 위치에 있어도 연료 소비량을 저감시킬 수 있으므로, 제1 실시 형태보다도 높은 연료 소비량 저감 효과를 기대할 수 있다. 또한, 제2 실시 형태의 제어에서는 조굴삭 중에 잘못하여 마무리 모드(제어 중시 모드)가 선택되어 있으면, 목표면까지의 거리 D가 충분히 있어 상황적으로는 오토 아이들 제어가 가능한 장면이라도 오토 아이들 제어가 불필요하게 금지될 가능성이 있지만, 본 실시 형태에 따르면 거리 D를 기초로 오토 아이들 제어의 실행의 유무가 결정되므로 잘못하여 마무리 모드가 선택되어 있는 경우에도 연료 소비량이 저감될 수 있다.

또한, 소정값 d1의 결정에 관하여, 영역 제한 제어가 실행되는 거리 D의 상한값(d2)이 존재하는 경우에는 d1＝d2라고 설정해도 된다(d2는 양의 값). 이 경우, 거리 D가 d2 이상이라면 영역 제한 제어가 실행되지 않거나 또는 실행되어도 조굴삭을 할 수 있으면 되므로, 오토 아이들 제어를 실행해도 그 제어로부터의 복귀 시에 제어 정밀도상의 지장은 발생하지 않는다. 구체적으로는, 도 8의 그래프가, 거리 D가 정측의 소정값 d2 이상의 범위에서 제한값 ay가 설정되지 않도록 구성되어 있는 경우(예를 들어, D≥d2에서 제한값 ay가 무한대로 되는 경우나, D≥d2에서 제한값 ay가 수직 성분 by의 이론 최댓값을 초과하는 경우)가 이것에 해당하고, d1＝d2로 설정할 수 있다. 또한, 영역 제한 제어에 높은 제어 정밀도가 요구될 수 있는 거리 D의 상한값(d3)을 결정할 수 있는 경우에는 d1＝d3으로 설정해도 된다. 상한값 d3의 예로서는 조굴삭 모드에 있어서의 가상 목표면의 실목표면(60)으로부터의 오프셋량이 있다.

그런데, 제2 실시의 휴대와 마찬가지로, 도 12의 흐름도로부터 S102 및 S104는 생략해도 된다. 즉, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17)의 위치 확인 없이, S107 이후의 처리를 행해도 된다.

<부기>

상기한 설명에서는 목표면을 직선으로 하여 설명했지만, 목표면은 복수의 선분을 연결하여 정의해도 된다.

상기한 각 실시 형태에서는, 4개의 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b)가 중립 위치에 있는 상태가 시간 T1 이상 계속되었을 때에 엔진 제어부(63)에 의해 오토 아이들 제어가 개시되도록 했지만, 주로 작업기(1A)를 조작하는 2개의 조작 레버(1a, 1b)가 중립 위치에 있는 상태가 시간 T1 이상 계속되었을 때에 오토 아이들 제어가 개시되도록 구성해도 된다.

상기에서는, 상황 판정부(62)가 엔진 제어부(63)에 의한 오토 아이들 제어(저속 회전수 제어)를 실행해야 하는지 여부를 판정하는 근거로서, 스위치(17)의 위치, 모드 스위치(58)의 선택 모드 및 거리 D의 3개를 예시했지만, 오토 아이들 제어를 실행해야 하는지 여부의 판정이 가능한 지표라면 다른 지표도 이용 가능하다.

상기에서는, 영역 제한 제어에 높은 제어 정밀도가 요구되는 장면으로서 마무리 작업을 예로 들었지만, 영역 제한 제어의 마무리 작업에 한정되지 않고, 머신 컨트롤에 높은 제어 정밀도가 요구되는 장면이라면 각 실시 형태는 적용 가능하다.

또한, 상기한 각 실시 형태에서는, 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17) 및 굴삭 모드 스위치(58)의 신호가 영역 제한 제어부(43)를 경유하여 상황 판정부(62)에 입력되는 경우에 대하여 설명했지만(예를 들어, 도 6 참조), 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치(17) 및 굴삭 모드 스위치(58)의 신호가 영역 제한 제어부(43)를 경유하지 않고 상황 판정부(62)에 직접 입력되도록 제어 컨트롤러(40)를 구성하여 도 10 내지 12의 제어를 행해도 된다.

본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은 상기한 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어느 실시 형태에 관한 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

1A : 프론트 작업기
8 : 붐
9 : 암
10 : 버킷
17 : 머신 컨트롤 ON/OFF 스위치
17, 30 : 붐 각도 센서
31 : 암 각도 센서
32 : 버킷 각도 센서
40 : 제어 컨트롤러
43 : 영역 제한 제어부
44 : 전자기 비례 밸브 제어부
45 : 조작 장치(붐, 암)
46 : 조작 장치(버킷, 선회)
47 : 조작 장치(주행)
50 : 작업기 자세 검출 장치
51 : 목표면 설정 장치
52a, 52b : 오퍼레이터 조작 검출 장치
54, 55, 56 : 전자기 비례 밸브
58 : 굴삭 모드 스위치
59 : 엔진 컨트롤 다이얼
61 : 회전수 설정부
62 : 상황 판정부
63 : 엔진 제어부

Claims (3)

1. 엔진과,
   상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와,
   다관절형의 작업기와,
   상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 상기 작업기를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와,
   상기 복수의 유압 액추에이터에 조작 신호를 출력하는 복수의 조작 레버와,
   상기 복수의 조작 레버를 통해 오퍼레이터로부터 굴삭 조작이 입력되었을 때, 상기 작업기의 동작 범위가 미리 설정된 목표면 위 및 그 상방에 제한되도록 상기 복수의 유압 액추에이터를 제어하는 영역 제한 제어를 행하는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
   상기 제어 장치에 의한 상기 영역 제한 제어의 실행을 허가하는 허가 위치와 당해 영역 제한 제어의 실행을 금지하는 금지 위치를 택일적으로 선택하는 전환 장치를 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과했을 때, 상기 엔진의 회전수를 제어 회전수보다 작은 저속 회전수로 하는 저속 회전수 제어를 행하는 엔진 제어부를 구비하고,
   상기 엔진 제어부는,
   상기 전환 장치가 상기 금지 위치로 전환된 경우, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과하면 상기 저속 회전수 제어를 실행하고,
   상기 전환 장치가 상기 허가 위치로 전환된 경우, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과해도 상기 저속 회전수 제어를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 목표면으로의 상기 작업기의 접근 속도를 제한하는 정밀도 중시 모드와, 상기 목표면을 소정의 값만큼 상방에 오프셋한 목표면을 상기 영역 제한 제어 중의 목표면으로 하고, 상기 오프셋한 목표면으로의 상기 작업기의 접근 속도를 제한하지 않는 응답성 중시 모드의 어느 것을 상기 영역 제한 제어의 제어 모드로서 선택 가능한 모드 선택 장치를 더 구비하고,
   상기 엔진 제어부는,
   상기 전환 장치가 상기 금지 위치로 전환된 경우, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과하면 상기 저속 회전수 제어를 실행하고,
   상기 모드 선택 장치에서 상기 정밀도 중시 모드가 선택되었을 때에는, 상기 전환 장치가 상기 허가 위치로 전환된 상태에서, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과해도 상기 저속 회전수 제어를 실행하지 않고,
   상기 모드 선택 장치에서 상기 응답성 중시 모드가 선택되었을 때에는, 상기 전환 장치가 상기 허가 위치로 전환된 상태에서, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과하면, 상기 저속 회전수 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
3. 제1항에 있어서, 상기 엔진 제어부는,
   상기 전환 장치가 상기 금지 위치로 전환된 경우, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과하면 상기 저속 회전수 제어를 실행하고,
   상기 작업기와 상기 목표면의 거리가 소정값을 초과했을 때에는, 상기 전환 장치가 상기 허가 위치로 전환되어 있는 상태에서, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과하면 상기 저속 회전수 제어를 실행하고,
   상기 작업기와 상기 목표면의 거리가 상기 소정값 이내일 때에는, 상기 전환 장치가 상기 허가 위치로 전환되어 있는 상태에서, 상기 복수의 조작 레버 모두가 중립 상태로 된 시점부터 소정 시간이 경과해도 상기 저속 회전수 제어를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 작업 기계.

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