KR102065478B1

KR102065478B1 - 건설 기계 및 제어 방법

Info

Publication number: KR102065478B1
Application number: KR1020187005271A
Authority: KR
Inventors: 유키 시마노; 도루 마쓰야마; 다쿠야 소노다
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2020-01-13
Also published as: JP6826050B2; CN109072583B; US20190078291A1; US10822769B2; DE112017000123B4; WO2018189765A1; CN109072583A; JPWO2018189765A1; DE112017000123T5; KR20180123000A

Abstract

건설 기계는, 작업기와, 거리 산출부(264)와, 유압 실린더 제어부(265)를 구비하고 있다. 작업기는, 붐과, 암과, 버킷을 포함하고 있다. 거리 산출부(264)는, 버킷의 감시 포인트와 정지 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형과의 거리를 산출한다. 유압 실린더 제어부(265)는, 감시 포인트와 설계 지형과의 거리가 소정값 이하이며, 또한 암의 동작에 의해 감시 포인트가 설계 지형으로부터 멀어지는 방향으로 버킷이 이동할 것으로 예상될 때, 붐 하강을 행하기 위한 지령 신호를 출력한다.

Description

건설 기계 및 제어 방법

본 발명은, 건설 기계 및 제어 방법에 관한 것이다.

유압 셔블과 같은 건설 기계는, 붐(boom)과 암(arm)과 버킷(bucket)을 구비하는 작업기(working unit)를 구비한다. 건설 기계의 제어에 있어서, 굴삭(掘削; excavation) 대상의 목표 형상인 설계 지형(design topography)에 기초하여 버킷을 이동시키는 자동 제어가 알려져 있다.

일본 공개특허 평9―328774호 공보(특허문헌 1)에는, 버킷의 날끝(cutting edge)이 기준면을 따라 이동함으로써 버킷과 맞닿는 토사를 깍아 평평하게 하고(plowed and leveled), 평평한 기준면을 따른 면을 만드는 정지(整地; leveling) 작업을 자동 제어하는 방식이 제안되어 있다.

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일본 공개특허 평9―328774호

상기 정지 작업에 있어서는, 간단한 조작에 의해 정지할 수 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 목적은, 간단한 조작에 의해 정지하기 위한 기술을 제공하는 것이다.

종래의 정지 제어(整地制御; leveling control)에서는, 설계 지형보다도 깊게 파내는 것을 회피하기 위해, 버킷의 날끝 등의 감시 포인트가 설계 지형보다도 하강할 것 같을 때 붐을 자동으로 강제적으로 올리는 제어가 행해지고 있다.

본 발명자는, 버킷의 감시 포인트(monitoring point)가 설계 지형으로부터 멀어지도록 이동할 때도 붐을 자동 제어함으로써, 종래보다도 광범위한 지형을 정지 제어를 실행한 상태에서 정지할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 다음과 같은 구성으로 하였다.

즉, 본 발명에 따른 건설 기계는, 작업기와, 거리 산출부와, 제어부를 구비하고 있다. 작업기는, 붐과, 암과, 버킷을 포함하고 있다. 거리 산출부는, 버킷의 감시 포인트와 정지 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형과의 거리를 산출한다. 제어부는, 감시 포인트와 설계 지형과의 거리가 소정값 이하이며, 또한 암의 동작에 의해 감시 포인트가 설계 지형으로부터 멀어지는 방향으로 버킷이 이동할 것으로 예상될 때, 붐 하강을 행하기 위한 지령 신호를 출력한다.

건설 기계에 관하여, 간단한 조작에 의해 정지 할 수 있다.

도 1은 실시형태에 기초한 건설 기계의 외관도이다.
도 2는 실시형태에 기초한 건설 기계를 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 실시형태에 기초한 제어 시스템의 구성을 나타낸 기능 블록도이다.
도 4는 실시형태에 기초한 유압(油壓) 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 설계 지형의 단면도(斷面圖)이다.
도 6은 날끝과 설계 지형과의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 7은 배면단(背面端)과 설계 지형과의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 8은 버킷의 자세에 기초한 감시 포인트의 선택에 대하여 나타내는 제1 도면이다.
도 9는 버킷의 자세에 기초한 감시 포인트의 선택에 대하여 나타내는 제2 도면이다.
도 10은 본 발명 적용 전의 정지 제어가 행해지고 있는 경우의 작업기의 동작을 모식적으로 나타낸 제1 도면이다.
도 11은 본 발명 적용 전의 정지 제어가 행해지고 있는 경우의 작업기의 동작을 모식적으로 나타낸 제2 도면이다.
도 12는 본 발명 적용 전의 정지 제어가 행해지고 있는 경우의 작업기의 동작을 모식적으로 나타낸 제3 도면이다.
도 13은 실시형태에 기초한 정지 제어를 실행하는 제어 시스템의 구성을 나타낸 기능 블록도이다.
도 14는 실시형태에 기초한 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 15는 실시형태의 정지 제어가 행해지고 있는 경우의 작업기의 동작을 모식적으로 나타낸 제1 도면이다.
도 16은 실시형태의 정지 제어가 행해지고 있는 경우의 작업기의 동작을 모식적으로 나타낸 제2 도면이다.
도 17은 실시형태의 정지 제어가 행해지고 있는 경우의 작업기의 동작을 모식적으로 나타낸 제3 도면이다.
도 18은 조작 장치의 사시도이다.

이하, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 그리고, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 각각의 실시형태의 요건은, 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않을 경우도 있다.

<건설 기계의 전체 구성>

도 1은, 실시형태에 기초한 건설 기계(100)의 외관도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 건설 기계(100)로서, 본 예에 있어서는, 주로 유압 셔블을 예로 들어 설명한다.

건설 기계(100)는, 본체(1)와, 유압에 의해 작동하는 작업기(2)를 가지고 있다. 본체(1)는, 선회체(旋回體)(3)와, 주행 장치(traveling apparatus)(5)를 가지고 있다. 주행 장치(5)는, 한 쌍의 크롤러 벨트(crawler belts)(5cr)를 가지고 있다. 건설 기계(100)는, 크롤러 벨트(5cr)의 회전에 의해 주행할 수 있다. 그리고, 주행 장치(5)가 차륜(타이어)을 가지고 있어도 된다.

선회체(3)는, 주행 장치(5) 상에 배치되고, 또한 주행 장치(5)에 의해 지지되어 있다. 선회체(3)는, 선회축(旋回軸) AX를 중심으로 하여 주행 장치(5)에 대하여 선회(旋回) 가능하다. 선회체(3)는, 운전실(4)을 구비하고 있다.

이 운전실(4)에는, 오퍼레이터가 착석하는 운전석(4S)이 설치되어 있다. 오퍼레이터는, 운전실(4)에 있어서 건설 기계(100)를 조작 가능하다.

선회체(3)는, 엔진이 수용되는 엔진룸(9)과, 선회체(3)의 후부(後部)에 설치되는 카운터웨이트(counterweight)를 가지고 있다. 선회체(3)에 있어서, 엔진룸(9)의 전방에 난간(19)이 설치되어 있다. 엔진룸(9)에는, 도시하지 않은 엔진 및 유압 펌프 등이 배치되어 있다.

작업기(2)는, 선회체(3)에 지지되어 있다. 작업기(2)는, 붐(6)과, 암(7)과, 버킷(8)을 가지고 있다. 붐(6)은 선회체(3)에 접속되어 있다. 암(7)은 붐(6)에 접속되어 있다. 버킷(8)은 암(7)에 접속되어 있다.

붐(6)의 기단부(基端部)는, 붐 핀(boom pin)(13)을 통하여 선회체(3)에 접속되어 있다. 암(7)의 기단부는, 암 핀(arm pin)(14)을 통하여 붐(6)의 선단부에 접속되어 있다. 버킷(8)은, 버킷 핀(bucket pin)(15)을 통하여 암(7)의 선단부에 접속되어 있다.

붐(6)은, 붐 핀(13)을 중심으로 회전할 수 있다. 암(7)은, 암 핀(14)을 중심으로 회전할 수 있다. 버킷(8)은, 버킷 핀(15)을 중심으로 회전할 수 있다. 암(7) 및 버킷(8) 각각은, 붐(6)의 선단측으로 이동 가능한 가동(可動) 부재이다.

그리고, 본 실시형태에 있어서는, 작업기(2)를 기준으로 하여, 건설 기계(100)의 각 부의 위치 관계에 대하여 설명한다.

작업기(2)의 붐(6)은, 선회체(3)에 대하여, 붐(6)의 기단부에 설치된 붐 핀(13)을 중심으로 회동한다. 선회체(3)에 대하여 회동(回動)하는 붐(6)의 특정한 부분, 예를 들면, 붐(6)의 선단부가 이동하는 궤적은 원호형이며, 그 원호를 포함하는 평면이 특정된다. 건설 기계(100)를 평면에서 본 경우에, 상기 평면은 직선으로서 표현된다. 이 직선의 연장되는 방향이, 건설 기계(100)의 본체(1)의 전후 방향, 또는 선회체(3)의 전후 방향이며, 이하에서는 단지 전후 방향이라고도 한다. 건설 기계(100)의 본체(1)의 좌우 방향(차폭 방향), 또는 선회체(3)의 좌우 방향과는, 평면에서 볼 때 전후 방향에 직교하는 방향이며, 이하에서는 단지 좌우 방향이라고도 한다.

전후 방향에 있어서, 건설 기계(100)의 본체(1)로부터 작업기(2)가 돌출되어 있는 측이 전방향(前方向)이며, 전방향과는 반대 방향이 후방향이다. 전방향에서 볼 때 좌우 방향의 우측, 좌측이 각각 우측 방향, 좌측 방향이다.

전후 방향이란, 운전실(4) 내의 운전석에 착석한 오퍼레이터의 전후 방향이다. 운전석에 착석한 오퍼레이터에 정대(正對; confrontation)하는 방향이 전방향이며, 운전석에 착석한 오퍼레이터의 배후 방향이 후방향이다. 좌우 방향이란, 운전석에 착석한 오퍼레이터의 좌우 방향이다. 운전석에 착석한 오퍼레이터가 정면에 정대했을 때의 우측, 좌측이 각각 우측 방향, 좌측 방향이다.

작업기(2)는, 붐 실린더(10)와, 암 실린더(11)와, 버킷 실린더(12)를 가지고 있다. 붐 실린더(10)는, 붐(6)을 구동한다. 암 실린더(11)은, 암(7)을 구동한다. 버킷 실린더(12)는, 버킷(8)을 구동한다. 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12) 각각은, 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더이다.

도 2의 (A) 및 도 2의 (B)는, 실시형태에 기초한 건설 기계(100)를 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 2의 (A)에는, 건설 기계(100)의 측면도가 나타나 있다. 도 2의 (B)에는, 건설 기계(100)의 배면도가 나타나 있다.

도 2의 (A) 및 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 붐(6)의 길이, 즉 붐 핀(13)으로부터 암 핀(14)까지의 길이는, L1이다. 암(7)의 길이, 즉 암 핀(14)으로부터 버킷 핀(15)까지의 길이는, L2이다. 버킷(8)의 길이, 즉 버킷 핀(15)으로부터 버킷(8)의 날끝(8a)까지의 길이는, L3a이다. 버킷(8)은, 복수의 날(刃)을 가지고, 본 예에 있어서는, 버킷(8)의 선단부를 날끝(8a)이라고 한다. 또한, 버킷 핀(15)으로부터 버킷(8)의 배면측 최외단[이하, 배면단(8b)라고 함]까지의 길이는, L3b이다. 날끝(8a) 및 배면단(8b)은, 버킷(8)에 설정되어 있는 감시 포인트의 일례, 또는, 감시 포인트가 가지는 복수의 감시부의 일례이다.

그리고, 버킷(8)은, 날을 가지고 있지 않아도 된다. 버킷(8)의 선단부는, 스트레이트 형상의 강판(鋼板)으로 형성되어 있어도 된다.

건설 기계(100)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)와, 암 실린더 스트로크 센서(17)와, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)를 가지고 있다. 붐 실린더 스트로크 센서(16)는 붐 실린더(10)에 배치되어 있다. 암 실린더 스트로크 센서(17)는 암 실린더(11)에 배치되어 있다. 버킷 실린더 스트로크 센서(18)는 버킷 실린더(12)에 배치되어 있다. 붐 실린더 스트로크 센서(16), 암 실린더 스트로크 센서(17) 및 버킷 실린더 스트로크 센서(18)는, 총칭하여 실린더 스트로크 센서라고도 한다.

붐 실린더 스트로크 센서(16)의 검출 결과에 기초하여, 붐 실린더(10)의 스트로크 길이가 요구된다. 암 실린더 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여, 암 실린더(11)의 스트로크 길이가 요구된다. 버킷 실린더 스트로크 센서(18)의 검출 결과에 기초하여, 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이가 요구된다.

본 예에 있어서는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이를 각각 붐 실린더 길이, 암 실린더 길이 및 버킷 실린더 길이라고도 한다. 또한, 본 예에 있어서는, 붐 실린더 길이, 암 실린더 길이, 및 버킷 실린더 길이를 총칭하여 실린더 길이 데이터 L이라고도 한다. 그리고, 각도 센서를 사용하여 스트로크 길이를 검출하는 방식을 채용하는 것도 가능하다.

건설 기계(100)는, 건설 기계(100)의 위치를 검출 가능한 위치 검출 장치(20)를 구비하고 있다.

위치 검출 장치(20)는, 안테나(21)와, 글로벌 좌표 연산부(23)와, IMU(Inertial Measurement Unit)(24)를 가지고 있다.

안테나(21)는, 예를 들면, GNSS(Global Navigation Satellite Sy stems:전지구 항법 위성 시스템)용의 안테나이다. 안테나(21)는, 예를 들면, RTK―GNSS(Real Time Kinematic―Global Navigation Sat ellite Systems)용 안테나이다.

안테나(21)는, 선회체(3)에 설치되어 있다. 본 예에 있어서는, 안테나(21)는, 선회체(3)의 난간(19)에 설치되어 있다. 그리고, 안테나(21)는, 엔진룸(9)의 후방향에 설치되어도 된다. 예를 들면, 선회체(3)의 카운터웨이트에 안테나(21)가 설치되어도 된다. 안테나(21)는, 수신한 전파(GNSS 전파)에 따른 신호를 글로벌 좌표 연산부(23)에 출력한다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, 글로벌 좌표계에서의 안테나(21)의 설치 위치 P1을 검출한다. 글로벌 좌표계는, 작업 영역에 설정한 기준 위치 Pr을 기초로 한 3차원 좌표계(Xg, Yg, Zg)이다. 본 예에 있어서는, 기준 위치 Pr은, 작업 영역에 설정된 기준 마커(reference marker)의 선단의 위치이다. 또한, 로컬 좌표계란, 건설 기계(100)를 기준으로 한, (X, Y, Z)로 나타내는 3차원 좌표계이다. 로컬 좌표계의 기준 위치는, 선회체(3)의 선회축(선회 중심) AX에 위치하는 기준 위치 P2를 나타내는 데이터이다.

본 예에 있어서는, 안테나(21)는, 차폭 방향으로 서로 이격되도록 선회체(3)에 설치된 제1 안테나(21A) 및 제2 안테나(21B)를 가지고 있다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, 제1 안테나(21A)의 설치 위치(P1a) 및 제2 안테나(21B)의 설치 위치(P1b)를 검출한다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 글로벌 좌표로 표현되는 기준 위치 데이터 P를 취득한다. 본 예에 있어서는, 기준 위치 데이터 P는, 선회체(3)의 선회축(선회 중심) AX에 위치하는 기준 위치 P2를 나타내는 데이터이다. 그리고, 기준 위치 데이터 P는, 설치 위치 P1을 나타내는 데이터라도 된다.

본 예에 있어서는, 글로벌 좌표 연산부(23)는, 2개의 설치 위치(P1a) 및 설치 위치(P1b)에 기초하여 선회체 방위 데이터 Q를 생성한다. 선회체 방위 데이터 Q는, 설치 위치(P1a)와 설치 위치(P1b)에 의해 결정되는 직선이 글로벌 좌표의 기준 방위(예를 들면, 북쪽)에 대하여 이루는 각에 기초하여 결정된다. 선회체 방위 데이터 Q는, 선회체(3)[작업기(2)]가 향하고 있는 방위를 나타낸다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 후술하는 표시 컨트롤러(28)에 기준 위치 데이터 P 및 선회체 방위 데이터 Q를 출력한다.

IMU(24)는, 선회체(3)에 설치되어 있다. 본 예에 있어서는, IMU(24)는, 운전실(4)의 하부에 배치되어 있다. 선회체(3)에 있어서, 운전실(4)의 하부에 고강성(高剛性)의 프레임이 배치되어 있다. IMU(24)는, 그 프레임 상에 배치되어 있다. 그리고, IMU(24)는, 선회체(3)의 선회축 AX[기준 위치 P2의 측방(우측 또는 좌측)]에 배치되어도 된다. IMU(24)는, 본체(1)의 좌우 방향으로 경사지는 경사각 θ4와, 본체(1)의 전후 방향으로 경사지는 경사각 θ5를 검출한다.

<제어 시스템의 구성>

다음에, 실시형태에 기초한 제어 시스템(200)의 개요에 대하여 설명한다. 도 3은, 실시형태에 기초한 제어 시스템(200)의 구성을 나타낸 기능 블록도이다.

건설 기계(100)에는, 제어 시스템(200)이 탑재되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제어 시스템(200)은, 작업기(2)를 사용하는 굴삭(excavation) 처리의 제어를 실행한다. 본 예에 있어서는, 굴삭 처리의 제어는, 정지 제어를 가지고 있다.

정지 제어는, 버킷(8)이 설계 지형을 따라 이동함으로써 버킷(8)에 맞닿는 토사를 깍아 평평하게 하고, 평평한 설계 지형에 대응하는 면을 만드는 정지 작업을 자동 제어하는 것을 의미하고, 제한 굴삭 제어라고도 한다.

정지 제어는, 오퍼레이터에 의한 암 조작이 있고, 버킷의 날끝과 설계 지형과의 거리 및 날끝의 속도가 기준 내인 경우에 실행된다. 오퍼레이터는, 정지 제어 중에는 통상, 암(7)이 본체(1)에 가까워지는 굴삭 방향과, 암(7)이 본체(1)로부터 이격되는 덤프 방향 중 어느 한쪽 방향으로의 암(7)의 동작이 실행되도록, 암을 조작한다.

제어 시스템(200)은, 붐 실린더 스트로크 센서(16)와, 암 실린더 스트로크 센서(17)와, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)와, 안테나(21)와, 글로벌 좌표 연산부(23)와, IMU(24)와, 조작 장치(25)와, 작업기 컨트롤러(26)와, 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)와, 제어 밸브(27)와, 방향 제어 밸브(64)와, 표시 컨트롤러(28)와, 표시부(29)와, 센서 컨트롤러(30)와, 인간 기계(man-machine) 인터페이스부(32)를 가지고 있다.

조작 장치(25)는, 운전실(4)에 배치되어 있다. 오퍼레이터에 의해 조작 장치(25)가 조작된다. 조작 장치(25)는, 작업기(2)를 구동시키는 오퍼레이터 조작을 받아들인다. 보다도 구체적으로는, 조작 장치(25)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)를 각각 동작시키기 위한, 오퍼레이터 조작을 받아들인다. 조작 장치(25)는, 오퍼레이터 조작에 따른 조작 신호를 출력한다. 본 예에 있어서는, 조작 장치(25)는, 파일럿 유압 방식의 조작 장치이다.

방향 제어 밸브(64)에 의해, 유압 실린더에 대한 작동유의 공급량이 조정된다. 방향 제어 밸브(64)는, 제1 수압실(受壓室) 및 제2 수압실에 공급되는 오일에 의해 작동한다. 그리고, 본 예에 있어서는, 유압 실린더[붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)]를 작동하기 위해, 그 유압 실린더에 공급되는 오일은 작동유라고 한다. 또한, 방향 제어 밸브(64)를 작동하기 위해 그 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 오일은 파일럿 오일이라고 한다. 또한, 파일럿 오일의 압력은 파일럿 유압이라고도 한다.

작동유 및 파일럿 오일은, 동일한 유압 펌프로부터 송출되어도 된다. 예를 들면, 유압 펌프로부터 송출된 작동유의 일부가 감압 밸브에 의해 감압되고, 그 감압된 작동유가 파일럿 오일로서 사용되어도 된다. 또한, 작동유를 송출하는 유압 펌프(메인 유압 펌프)와, 파일럿 오일을 송출하는 유압 펌프(파일럿 유압 펌프)가 다른 유압 펌프라도 된다.

조작 장치(25)는, 제1 조작 레버(25R)와, 제2 조작 레버(25L)를 가지고 있다. 제1 조작 레버(25R)는, 예를 들면, 운전석(4S)의 우측에 배치되어 있다. 제2조작 레버(25L)는, 예를 들면, 운전석(4S)의 좌측에 배치되어 있다. 제1 조작 레버(25R) 및 제2 조작 레버(25L)에서는, 전후좌우의 동작이 2축의 동작에 대응한다.

제1 조작 레버(25R)에 의해, 붐(6) 및 버킷(8)이 조작된다. 제1 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작은, 붐(6)의 조작에 대응하고, 전후 방향의 조작에 따라 붐(6)의 하강 동작 및 상승 동작이 실행된다. 제1 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작은, 버킷(8)의 조작에 대응하고, 좌우 방향의 조작에 따라 버킷(8)의 굴삭 동작(excavating operation) 및 개방 동작이 실행된다.

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

본 예에 있어서는, 붐(6)이 상승하는 동작은 상승 동작, 하강하는 동작은 하강 동작이라고도 한다. 또한, 암(7)의 상하 방향으로의 동작은, 각각 덤핑 동작(dumping operation), 굴삭 동작이라고도 한다. 버킷(8)의 상하 방향으로의 동작은, 각각 덤핑 동작, 굴삭 동작이라고도 한다.

메인 유압 펌프로부터 송출되고, 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿 오일이 조작 장치(25)에 공급된다. 조작 장치(25)의 조작량에 기초하여 파일럿 유압이 조정된다.

파일럿 오일 통로(450)에는, 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)가 배치되어 있다. 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)는, 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)의 검출 결과는, 작업기 컨트롤러(26)에 출력된다.

제1 조작 레버(25R)는, 붐(6)의 구동을 위해 전후 방향으로 조작된다. 전후 방향에 관한 제1 조작 레버(25R)의 조작량(붐 조작량)에 따라 붐(6)을 구동시키기 위한 붐 실린더(10)에 공급되는 작동유의 흐름 방향 및 유량(流量)이 방향 제어 밸브(64)에 의해 조정된다. 제1 조작 레버(25R)는, 붐(6)을 구동시키기 위한 오퍼레이터의 조작을 받아들이는 붐 조작 부재를 구성하고 있다.

제1 조작 레버(25R)는, 버킷(8)의 구동을 위해 좌우 방향으로 조작된다. 좌우 방향에 관한 제1 조작 레버(25R)의 조작량(버킷 조작량)에 따라 버킷(8)을 구동시키기 위한 버킷 실린더(12)에 공급되는 작동유의 흐름 방향 및 유량이 방향 제어 밸브(64)에 의해 조정된다. 제1 조작 레버(25R)는, 버킷(8)을 구동시키기 위한 오퍼레이터의 조작을 받아들이는 버킷 조작 부재를 구성하고 있다.

제2 조작 레버(25L)는, 암(7)의 구동을 위해 전후 방향으로 조작된다. 전후 방향에 관한 제2 조작 레버(25L)의 조작량(암 조작량)에 따라 암(7)을 구동시키기 위한 암 실린더(11)에 공급되는 작동유의 흐름 방향 및 유량이 방향 제어 밸브(64)에 의해 조정된다. 제2 조작 레버(25L)는, 암(7)을 구동시키기 위한 오퍼레이터의 조작을 받아들이는 암 조작 부재를 구성하고 있다.

제2 조작 레버(25L)는, 선회체(3)의 구동을 위해 좌우 방향으로 조작된다. 좌우 방향에 관한 제2 조작 레버(25L)의 조작량에 따라 선회체(3)를 구동시키기 위한 유압 액추에이터에 공급되는 작동유의 흐름 방향 및 유량이 방향 제어 밸브(64)에 의해 조정된다. 제2 조작 레버(25L)는, 선회체(3)를 구동시키기 위한 오퍼레이터의 조작을 받아들이는 선회체 조작 부재를 구성하고 있다.

그리고, 제1 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작이 붐(6)의 조작에 대응하고, 전후 방향의 조작이 버킷(8)의 조작에 대응해도 된다. 그리고, 제2 조작 레버(25L)의 전후 방향이 선회체(3)의 조작에 대응하고, 좌우 방향의 조작이 암(7)의 조작에 대응해도 된다.

제어 밸브(27)는, 유압 실린더[붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)]에 대한 작동유의 공급량을 조정한다. 제어 밸브(27)는, 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 기초하여 작동한다.

인간 기계 인터페이스부(32)는, 입력부(321)와 표시부(모니터)(322)를 가지고 있다.

본 예에 있어서는, 입력부(321)는, 표시부(322)의 주위에 배치되는 조작 버튼을 가지고 있다. 그리고, 입력부(321)는 터치 패널을 가지고 있어도 된다. 인간 기계 인터페이스부(32)를, 멀티 모니터라고도 한다.

표시부(322)는, 기본 정보로서 연료 잔량 및 냉각수 온도 등을 표시한다. 입력부(321)는, 오퍼레이터에 의해 조작된다. 입력부(321)의 조작에 의해 생성된 지령 신호는, 작업기 컨트롤러(26)에 출력된다.

센서 컨트롤러(30)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)의 검출 결과에 기초하여, 붐 실린더 길이를 산출한다. 붐 실린더 스트로크 센서(16)는, 주회(周回) 동작에 따른 펄스를 센서 컨트롤러(30)에 출력한다. 센서 컨트롤러(30)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)로부터 출력된 펄스에 기초하여, 붐 실린더 길이를 산출한다.

마찬가지로, 센서 컨트롤러(30)는, 암 실린더 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여, 암 실린더 길이를 산출한다. 센서 컨트롤러(30)는, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)의 검출 결과에 기초하여, 버킷 실린더 길이를 산출한다.

센서 컨트롤러(30)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)의 검출 결과에 기초하여 취득된 붐 실린더 길이로부터, 선회체(3)의 수직 방향에 대한 붐(6)의 경사각 θ1을 산출한다.

센서 컨트롤러(30)는, 암 실린더 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여 취득된 암 실린더 길이로부터, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사각 θ2을 산출한다.

센서 컨트롤러(30)는, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)의 검출 결과에 기초하여 취득된 버킷 실린더 길이로부터, 암(7)에 대한 버킷(8)의 날끝(8a)의 경사각 θ3a와, 암(7)에 대한 버킷(8)의 배면단(8b)의 경사각 θ3b를 산출한다.

상기 산출 결과인 경사각 θ1, θ2, θ3a, θ3b와, 기준 위치 데이터 P, 선회체 방위 데이터 Q, 및 실린더 길이 데이터 L에 기초하여, 건설 기계(100)의 붐(6), 암(7) 및 버킷(8)의 위치를 특정하는 것이 가능해져, 버킷(8)의 3차원 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터를 생성할 수 있다.

그리고, 붐(6)의 경사각 θ1, 암(7)의 경사각 θ2, 및 버킷(8)의 경사각 θ3a, θ3b는, 실린더 스트로크 센서에 의해 검출되지 않아도 된다. 로터리 인코더와 같은 각도 검출기에 의해 붐(6)의 경사각 θ1이 검출되어도 된다. 각도 검출기는, 선회체(3)에 대한 붐(6)의 굴곡 각도를 검출하여, 경사각 θ1을 검출한다. 마찬가지로, 암(7)의 경사각 θ2이 암(7)에 장착된 각도 검출기에 의해 검출되어도 된다. 버킷(8)의 경사각 θ3a, θ3b이 버킷(8)에 장착된 각도 검출기에 의해 검출되어도 된다.

<유압 회로의 구성>

도 4는, 실시형태에 기초한 유압 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 유압 시스템(300)은, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)[복수의 유압 실린더(60)]와, 선회체(3)를 선회시키는 선회 모터(63)를 구비하고 있다. 그리고, 여기서, 붐 실린더(10)를 유압 실린더(10)[60]라고도 표기한다. 다른 유압 실린더에 대하여도 마찬가지이다.

유압 실린더(60)는, 도시하지 않은 메인 유압 펌프로부터 공급된 작동유에 의해 작동한다. 선회 모터(63)는, 유압 모터이며, 메인 유압 펌프로부터 공급된 작동유에 의해 작동한다.

본 예에 있어서는, 각각의 유압 실린더(60)에 대하여 작동유가 흐르는 방향 및 유량을 제어하는 방향 제어 밸브(64)가 설치되어 있다. 메인 유압 펌프로부터 공급된 작동유는, 방향 제어 밸브(64)를 통하여, 각각의 유압 실린더(60)에 공급된다. 또한, 선회 모터(63)에 대하여 방향 제어 밸브(64)가 설치되어 있다.

각각의 유압 실린더(60)는, 보텀측 오일실(40A)과, 헤드측 오일실(40B)을 가지고 있다. 방향 제어 밸브(64)는, 로드형(rod-shaped)의 스풀(spool)을 움직여 작동유가 흐르는 방향을 전환하는 스풀 방식의 밸브이다. 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 보텀측 오일실(40A)에 대한 작동유의 공급과, 헤드측 오일실(40B)에 대한 작동유의 공급이 전환된다. 또한, 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 유압 실린더(60)에 대한 작동유의 공급량(단위 시간당의 공급량)이 조정된다. 유압 실린더(60)에 대한 작동유의 공급량이 조정되는 것에 의해, 실린더 속도가 조정된다. 실린더 속도를 조정함으로써, 붐(6), 암(7) 및 버킷(8)의 속도가 제어된다. 방향 제어 밸브(64)는, 스풀의 이동에 의해 작업기(2)를 구동시키는 유압 실린더(60)에 대한 작동유의 공급량을 조정 가능한 조정 장치로서 기능한다.

각각의 방향 제어 밸브(64)에는, 스풀의 이동 거리(스풀 스트로크)를 검출하는 스풀 스트로크 센서(65)가 설치된다. 스풀 스트로크 센서(65)의 검출 신호는, 센서 컨트롤러(30)(도 3)에 출력된다.

각각의 방향 제어 밸브(64)의 구동은, 조작 장치(25)에 의해 조정된다. 메인 유압 펌프로부터 송출되고, 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿 오일이, 펌프 유로(流路; flowpath)(50)를 통하여, 조작 장치(25)에 공급된다.

조작 장치(25)는, 파일럿 유압 조정 밸브를 가지고 있다. 조작 장치(25)의 조작량에 기초하여, 파일럿 유압이 조정된다. 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브(64)가 구동된다. 조작 장치(25)에 의해 파일럿 유압이 조정되는 것에 의해, 축 방향에 관한 스풀의 이동량 및 이동 속도가 조정된다. 또한, 조작 장치(25)에 의해 보텀측 오일실(40A)에 대한 작동유의 공급과, 헤드측 오일실(40B)에 대한 작동유의 공급이 전환된다.

조작 장치(25)와 각각의 방향 제어 밸브(64)는, 파일럿 오일 통로(450)를 통하여 접속되어 있다. 본 예에 있어서는, 파일럿 오일 통로(450)에, 제어 밸브(27), 압력 센서(66), 및 압력 센서(67)가 배치되어 있다.

각각의 제어 밸브(27)의 양측에, 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)가 설치되어 있다. 본 예에 있어서는, 압력 센서(66)는, 조작 장치(25)와 제어 밸브(27)와의 사이의 오일 통로(451)에 배치되어 있다. 압력 센서(67)는, 제어 밸브(27)와 방향 제어 밸브(64)와의 사이의 오일 통로(452)에 배치되어 있다.

압력 센서(66)는, 제어 밸브(27)에 의해 조정되기 전의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(67)는, 제어 밸브(27)에 의해 조정된 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(66) 및 압력 센서(67)의 검출 결과는, 작업기 컨트롤러(26)에 출력된다.

제어 밸브(27)는, 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호(EPC 전류)에 기초하여, 파일럿 유압을 조정한다. 제어 밸브(27)는, 전자(電磁) 비례 제어 밸브이며, 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 기초하여 제어된다. 제어 밸브(27)는, 제어 밸브(27B)와, 제어 밸브(27A)를 가지고 있다. 제어 밸브(27B)는, 방향 제어 밸브(64)의 제2 수압실에 공급되는 파일럿 오일의 파일럿 유압을 조정하여, 방향 제어 밸브(64)를 통하여 보텀측 오일실(40A)에 공급되는 작동유의 공급량을 조정할 수 있다. 제어 밸브(27A)는, 방향 제어 밸브(64)의 제1 수압실에 공급되는 파일럿 오일의 파일럿 유압을 조정하여, 방향 제어 밸브(64)를 통하여 헤드측 오일실(40B)에 공급되는 작동유의 공급량을 조정할 수 있다.

본 예에 있어서는, 파일럿 오일 통로(450) 중, 조작 장치(25)와 제어 밸브(27)와의 사이의 파일럿 오일 통로(450)는 오일 통로(상류 오일 통로)(451)라고 한다. 또한, 제어 밸브(27)와 방향 제어 밸브(64)와의 사이의 파일럿 오일 통로(450)는 오일 통로(하류 오일 통로)(452)라고 한다.

파일럿 오일은, 오일 통로(452)를 통하여 각각의 방향 제어 밸브(64)에 공급된다. 오일 통로(452)는, 제1 수압실에 접속되는 오일 통로(452A)와, 제2 수압실에 접속되는 오일 통로(452B)를 가지고 있다.

방향 제어 밸브(64)의 제2 수압실에 대하여, 파일럿 오일이 오일 통로(452B)를 통하여 공급되면, 그 파일럿 유압에 따라 스풀이 이동한다. 방향 제어 밸브(64)를 통하여 보텀측 오일실(40A)에 작동유가 공급된다. 보텀측 오일실(40A)에 대한 작동유의 공급량은, 조작 장치(25)의 조작량에 따른 스풀의 이동량에 따라 조정된다.

방향 제어 밸브(64)의 제1 수압실에 대하여, 파일럿 오일이 오일 통로(452A)를 통하여 공급되면, 그 파일럿 유압에 따라 스풀이 이동한다. 방향 제어 밸브(64)를 통하여 헤드측 오일실(40B)에 작동유가 공급된다. 헤드측 오일실(40B)에 대한 작동유의 공급량은, 조작 장치(25)의 조작량에 따른 스풀의 이동량에 따라 조정된다.

따라서, 조작 장치(25) 및 제어 밸브(27)에 의해 파일럿 유압이 조정된 파일럿 오일이 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 것에 의해, 축 방향에 관한 스풀의 위치가 조정된다.

오일 통로(451)는, 오일 통로(452A)와 조작 장치(25)를 접속하는 오일 통로(451A)와, 오일 통로(452B)와 조작 장치(25)를 접속하는 오일 통로(451B)를 가지고 있다.

[조작 장치(25)의 조작과 유압 시스템의 동작에 대하여]

전술한 바와 같이, 조작 장치(25)의 조작에 의해, 붐(6)은, 하강 동작 및 상승 동작의 2종류의 동작을 실행한다.

붐(6)의 상승 동작이 실행되도록 조작 장치(25)를 조작함으로써, 오일 통로(451B)에 파일럿 오일이 공급된다. 제어 밸브(27B)는, 붐 실린더 길이를 크게 하는 방향으로 붐 실린더(10)를 동작시키기 위한 오퍼레이터 조작에 기초하여, 오일 통로(452B)에 공급되는 파일럿 오일의 압력을 조정한다. 제어 밸브(27B)를 통과한 파일럿 오일은, 오일 통로(452B)를 통하여, 붐 실린더(10)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에 공급된다.

이로써, 메인 유압 펌프로부터의 작동유가 붐 실린더(10)의 보텀측 오일실(40A)에 공급되어, 붐(6)의 상승 동작이 실행된다.

붐(6)의 하강 동작이 실행되도록 조작 장치(25)를 조작함으로써, 오일 통로(451A)에 파일럿 오일이 공급된다. 제어 밸브(27A)는, 붐 실린더 길이를 작게 하는 방향으로 붐 실린더(10)를 동작시키기 위한 오퍼레이터 조작에 기초하여, 오일 통로(452A)에 공급되는 파일럿 오일의 압력을 조정한다. 제어 밸브(27A)를 통과한 파일럿 오일은, 오일 통로(452A)를 통하여, 붐 실린더(10)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에 공급된다.

이로써, 메인 유압 펌프로부터의 작동유가 붐 실린더(10)의 헤드측 오일실(49B)에 공급되고, 붐(6)의 하강 동작이 실행된다.

본 예에 있어서는, 붐 실린더(10)가 신장되는 것에 의해, 붐(6)이 상승 동작하여, 붐 실린더(10)가 수축함으로써, 붐(6)이 하강 동작한다. 붐 실린더(10)의 보텀측 오일실(40A)에 작동유가 공급되는 것에 의해, 붐 실린더(10)가 신장하여, 붐(6)이 상승 동작한다. 붐 실린더(10)의 헤드측 오일실(40B)에 작동유가 공급되는 것에 의해, 붐 실린더(10)가 수축하여, 붐(6)이 하강 동작한다.

또한, 조작 장치(25)의 조작에 의해, 암(7)은, 굴삭 동작 및 덤핑 동작의 2종류의 동작을 실행한다.

암(7)의 굴삭 동작이 실행되도록 조작 장치(25)를 조작함으로써, 암 실린더(11)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에, 오일 통로(451B) 및 오일 통로(452B)를 통하여, 파일럿 오일이 공급된다.

이로써, 메인 유압 펌프로부터의 작동유가 암 실린더(11)에 공급되어, 암(7)의 굴삭 동작이 실행된다.

암(7)의 덤핑 동작이 실행되도록 조작 장치(25)를 조작함으로써, 암 실린더(11)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에, 오일 통로(451A) 및 오일 통로(452A)를 통하여, 파일럿 오일이 공급된다.

이로써, 메인 유압 펌프로부터의 작동유가 암 실린더(11)에 공급되고, 암(7)의 덤핑 동작이 실행된다.

본 예에 있어서는, 암 실린더(11)가 신장되는 것에 의해, 암(7)이 하강 동작(굴삭 동작)하여, 암 실린더(11)가 수축함으로써, 암(7)이 상승 동작(덤핑 동작)한다. 암 실린더(11)의 보텀측 오일실(40A)에 작동유가 공급되는 것에 의해, 암 실린더(11)가 신장하여, 암(7)이 하강 동작한다. 암 실린더(11)의 헤드측 오일실(40B)에 작동유가 공급되는 것에 의해, 암 실린더(11)가 수축하여, 암(7)이 상승 동작한다.

또한, 조작 장치(25)의 조작에 의해, 버킷(8)은, 굴삭 동작 및 덤핑 동작의 2종류의 동작을 실행한다.

버킷(8)의 굴삭 동작이 실행되도록 조작 장치(25)를 조작함으로써, 버킷 실린더(12)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에, 오일 통로(451B) 및 오일 통로(452B)를 통하여, 파일럿 오일이 공급된다.

이로써, 메인 유압 펌프로부터의 작동유가 버킷 실린더(12)에 공급되어, 버킷(8)의 굴삭 동작이 실행된다.

버킷(8)의 덤핑 동작이 실행되도록 조작 장치(25)를 조작함으로써, 버킷 실린더(12)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에, 오일 통로(451A) 및 오일 통로(452A)를 통하여, 파일럿 오일이 공급된다.

이로써, 메인 유압 펌프로부터의 작동유가 버킷 실린더(12)에 공급되어, 버킷(8)의 덤핑 동작이 실행된다.

본 예에 있어서는, 버킷 실린더(12)가 신장되는 것에 의해, 버킷(8)이 하강 동작(굴삭 동작)하여, 버킷 실린더(12)가 수축함으로써, 버킷(8)이 상승 동작(덤핑 동작)한다. 버킷 실린더(12)의 보텀측 오일실(40A)에 작동유가 공급되는 것에 의해, 버킷 실린더(12)가 신장하여, 버킷(8)이 하강 동작한다. 버킷 실린더(12)의 헤드측 오일실(40B)에 작동유가 공급되는 것에 의해, 버킷 실린더(12)가 수축하여, 버킷(8)이 상승 동작한다.

또한, 조작 장치(25)의 조작에 의해, 선회체(3)는, 우측 선회 동작 및 좌측 선회 동작의 2종류의 동작을 실행한다.

선회체(3)의 우측 선회 동작이 실행되도록 조작 장치(25)가 조작됨으로써, 작동유가 선회 모터(63)에 공급된다. 선회체(3)의 좌측 선회 동작이 실행되도록 조작 장치(25)가 조작됨으로써, 작동유가 선회 모터(63)에 공급된다.

[통상 제어 및 정지 제어(제한 굴삭 제어)와 유압 시스템의 동작에 대하여]

정지 제어(제한 굴삭 제어)를 실행하지 않는, 통상 제어에 대하여 설명한다.

통상 제어의 경우, 작업기(2)는, 조작 장치(25)의 조작량에 따라 동작한다. 구체적으로는, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27)를 개방한다. 제어 밸브(27)를 개방함으로써, 오일 통로(451)의 파일럿 유압과 오일 통로(452)의 파일럿 유압과는 같아진다. 제어 밸브(27)가 개방된 상태에서, 파일럿 유압(PPC압)은, 조작 장치(25)의 조작량에 기초하여 조정된다. 이로써, 방향 제어 밸브(64)가 조정되어, 상기에서 설명한 붐(6), 암(7), 버킷(8)의 상승 동작 및 하강 동작을 실행할 수 있다.

한편, 정지 제어(제한 굴삭 제어)에 대하여 설명한다. 정지 제어(제한 굴삭 제어)의 경우, 작업기(2)는, 조작 장치(25)의 조작에 기초하여 작업기 컨트롤러(26)에 의해 제어된다.

구체적으로는, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27)에 제어 신호를 출력한다. 오일 통로(451)는, 예를 들면, 파일럿 유압 조정 밸브의 작용에 의해 소정의 압력을 가진다.

제어 밸브(27)는, 작업기 컨트롤러(26)의 제어 신호에 기초하여 작동한다. 오일 통로(451)의 파일럿 오일은, 제어 밸브(27)를 통하여, 오일 통로(452)에 공급된다. 따라서, 오일 통로(452)의 파일럿 오일의 압력은, 제어 밸브(27)에 의해 조정(감압)할 수 있다.

오일 통로(452)의 파일럿 오일의 압력이, 방향 제어 밸브(64)에 작용한다. 이로써, 방향 제어 밸브(64)는, 제어 밸브(27)에 의해 제어된 파일럿 유압에 기초하여 작동한다.

예를 들면, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27A) 및 제어 밸브(27B) 중 적어도 한쪽으로 제어 신호를 출력하여, 암 실린더(11)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에 대한 파일럿 유압을 조정할 수 있다. 제어 밸브(27A)에 의해 압력이 조정된 파일럿 오일이 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 것에 의해, 스풀은 축 방향에 관하여 한쪽 측으로 이동한다. 제어 밸브(27B)에 의해 압력이 조정된 파일럿 오일이 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 것에 의해, 스풀은 축 방향에 관하여 다른 쪽 측으로 이동한다. 이로써, 축 방향에 관한 스풀의 위치가 조정된다.

암 실린더(11)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 파일럿 오일의 압력을 조정하는 제어 밸브(27B)는, 암 굴삭용 비례 전자 밸브를 구성하고 있다.

또한, 마찬가지로 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27A) 및 제어 밸브(27B) 중 적어도 한쪽으로 제어 신호를 출력하여, 버킷 실린더(12)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에 대한 파일럿 유압을 조정할 수 있다.

또한, 마찬가지로 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27A) 및 제어 밸브(27B) 중 적어도 한쪽으로 제어 신호를 출력하여, 붐 실린더(10)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에 대한 파일럿 유압을 조정할 수 있다.

또한, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27C)에 제어 신호를 출력하여, 붐 실린더(10)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에 대한 파일럿 유압을 조정한다.

이로써, 작업기 컨트롤러(26)는, 버킷(8)의 감시 포인트, 즉 날끝(8a) 또는 배면단(8b) 중 어느 한쪽이, 설계 지형 U(도 5)를 따라 이동하도록, 붐(6)의 동작을 제어[개입 제어(intervention control)]한다.

본 예에 있어서, 설계 지형 U에 대한 버킷(8)의 감시 포인트(날끝(8a) 또는 배면단(8b)의 침입이 억제되도록, 붐 실린더(10)에 접속된 제어 밸브(27)에 제어 신호를 출력하여, 붐(6)의 위치를 제어하는 것을, 붐 상승 개입 제어라고 한다.

구체적으로는, 작업기 컨트롤러(26)는, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형 U와 버킷(8)의 위치를 나타내는 데이터에 기초하여, 설계 지형 U와 날끝(8a)과의 거리인 제1 거리 d1(도 6)또는 설계 지형 U와 배면단(8b)과의 거리인 제2 거리 d2(도 7)에 따라 버킷(8)이 설계 지형 U에 가까워지는 속도가 작아지도록, 붐(6)의 속도를 제어한다.

또한, 본 예에 있어서, 설계 지형 U로부터의 버킷(8)의 감시 포인트[날끝(8a) 또는 배면단(8b)]의 이격이 억제되도록, 붐 실린더(10)에 접속된 제어 밸브(27)에 제어 신호를 출력하여, 붐(6)의 위치를 제어하는 것을, 붐 하강 개입 제어라고 한다.

구체적으로는, 작업기 컨트롤러(26)는, 설계 지형 U와 버킷(8)의 위치를 나타내는 데이터에 기초하여, 제1 거리 d1 또는 제2 거리 d2에 따라 버킷(8)이 설계 지형 U로부터 이격되는 속도가 작아지도록, 붐(6)의 속도를 제어한다.

유압 시스템(300)은, 조작 장치(25)의 조작에 기초한 붐(6)의 동작에 대하여 개입 제어하는 기구로서, 오일 통로(501, 502)와, 제어 밸브(27C)와, 셔틀 밸브(51)와, 압력 센서(68)를 가지고 있다.

오일 통로(501, 502)는, 제어 밸브(27C)에 접속되고, 붐 실린더(10)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 파일럿 오일을 공급한다. 오일 통로(501)는, 제어 밸브(27C)와, 도시하지 않은 메인 유압 펌프에 접속되어 있다. 오일 통로(501)는, 펌프 유로(50)로부터 분기(branch)되어 있어도 된다. 또는 오일 통로(501)는, 펌프 유로(50)는 다른 계통의, 메인 유압 펌프로부터 송출되고 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿 오일이 흐르는 오일 통로로서 설치되어 있어도 된다.

오일 통로(501)에는, 제어 밸브(27C)를 통과하기 전의 파일럿 오일이 흐른다. 오일 통로(502)에는, 제어 밸브(27C)를 통과한 후의 파일럿 오일이 흐른다. 오일 통로(502)는, 제어 밸브(27C)와 셔틀 밸브(51)에 접속되고, 방향 제어 밸브(64)와 접속된 오일 통로(452)[452A, 452B]에 셔틀 밸브(51)를 통하여 접속된다.

압력 센서(68)는, 오일 통로(501)의 파일럿 오일의 파일럿 유압을 검출한다. 제어 밸브(27A, 27B)를 통과하여 흐르는 파일럿 오일보다도 고압의 파일럿 오일이, 제어 밸브(27C)를 통과하여 흐른다. 제어 밸브(27C)는, 개입 제어를 실행하기 위해 작업기 컨트롤러(26)로부터 출력된 제어 신호에 기초하여 제어된다.

셔틀 밸브(51)는, 2개의 입구 포트와, 1개의 출구 포트를 가지고 있다. 한쪽의 입구 포트는, 오일 통로(502)와 접속되어 있다. 다른 쪽의 입구 포트는, 오일 통로(452B)를 통하여 제어 밸브(27B)와 접속되어 있다. 출구 포트는, 오일 통로(452)[452A, 452B]를 통하여 방향 제어 밸브(64)와 접속되어 있다. 셔틀 밸브(51)는, 오일 통로(502) 및 제어 밸브(27)와 접속된 오일 통로(452) 중, 파일럿 유압이 높은 쪽의 오일 통로와, 방향 제어 밸브(64)와 접속된 오일 통로(452)를 접속한다.

셔틀 밸브(51)는, 고압 우선형의 셔틀 밸브이다. 셔틀 밸브(51)는, 입구 포트의 한쪽에 접속된 오일 통로(502)의 파일럿 유압과, 입구 포트의 다른 쪽에 접속된 제어 밸브(27) 측의 오일 통로(452)의 파일럿 유압을 비교하여, 고압 측의 압력을 선택한다. 셔틀 밸브(51)는, 오일 통로(502)와 제어 밸브(27) 측의 오일 통로(452) 중, 고압 측의 유로를 출구 포트와 연통되고, 상기 고압 측의 유로를 흐르는 파일럿 오일을 방향 제어 밸브(64)에 공급한다.

본 예에 있어서는, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어를 실행하지 않을 경우에는, 조작 장치(25)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(64)가 구동되도록, 제어 밸브(27A, 27B)를 전개(全開)로 하는 동시에, 제어 밸브(27C)를 폐쇄하여 오일 통로(501)로부터 방향 제어 밸브(64)에 파일럿 오일이 공급되지 않도록, 제어 신호를 출력한다.

또한, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어를 실행하는 경우에는, 제어 밸브(27)에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(64)가 구동되도록, 각각의 제어 밸브(27)에 대하여 제어 신호를 출력한다.

붐(6)의 이동을 제한하는 개입 제어를 실행하는 경우, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27C)의 개도(開度; degree of opening)를 크게 하여, 조작 장치(25)에 의해 조정되는 파일럿 유압보다도 고압의 파일럿 오일이 제어 밸브(27C)를 통과하여 오일 통로(502)에 흐르도록 한다. 이로써, 제어 밸브(27C)를 통과하여 흐르는 고압의 파일럿 오일이, 셔틀 밸브(51)를 통하여 방향 제어 밸브(64)에 공급된다.

셔틀 밸브(51)의 입구 포트의 한쪽에 접속된 오일 통로(501, 502)와, 입구 포트의 다른 쪽에 접속된 오일 통로(451, 452)는, 모두 붐(6)을 동작하기 위한 오일 통로이다. 보다도 상세히 설명하면, 오일 통로(451, 452)는, 붐(6)의 통상의 동작용의 오일 통로로서 기능하고, 오일 통로(501, 502)는, 붐(6)을 강제적으로 동작시키는 강제 동작용의 오일 통로로서 기능한다. 제어 밸브(27A)는, 붐 통상 하강용 비례 전자 밸브로 표현할 수 있고, 제어 밸브(27B)는, 붐 통상 상승용 비례 전자 밸브로 표현할 수 있고, 제어 밸브(27C)는, 붐 강제 상승용 비례 전자 밸브 또는 붐 강제 하강용 비례 전자 밸브로 표현할 수 있다.

<설계 지형 U, 및 버킷(8)의 감시 포인트>

도 5는, 설계 지형의 단면도이며, 표시부(322)(도 3)에 표시되는 설계 지형의 일례를 나타낸 모식도이다.

도 5에 나타낸 설계 지형 U는, 평탄면이다. 오퍼레이터는, 설계 지형 U를 따라 버킷(8)을 이동시킴으로써, 설계 지형 U를 따라 굴삭을 행한다.

도 5에 나타낸 개입 라인 C는, 개입 제어가 실행되는 영역을 구획한다. 버킷(8)의 감시 포인트[날끝(8a) 또는 배면단(8b)]이 개입 라인 C보다도 설계 지형 U에 가까운 쪽에 존재하는 경우에, 제어 시스템(200)에 의한 개입 제어가 행해진다. 개입 라인 C는, 설계 지형 U로부터 라인 거리 h 이격된 위치로 설정되어 있다. 버킷(8)의 감시 포인트와, 설계 지형 U와의 거리가 라인 거리 h 이하일 때, 개입 제어가 행해진다.

도 6은, 날끝(8a)과 설계 지형 U와의 위치 관계를 나타내는 모식도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 설계 지형 U에 수직인 방향에서의 날끝(8a)과 설계 지형 U와의 거리는, 제1 거리 d1이다. 제1 거리 d1은, 버킷(8)의 날끝(8a)과 설계 지형 U의 표면과의 사이의 최단으로 되는 거리이다.

도 7은, 배면단(8b)과 설계 지형 U와의 위치 관계를 나타내는 모식도이다. 도 6 및 도 7은, 같은 시각에서의 버킷(8)의 위치를 나타내고 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 설계 지형 U에 수직인 방향에서의 배면단(8b)과 설계 지형 U와의 거리는, 제2 거리 d2이다. 제2 거리 d2는, 버킷(8)의 배면단(8b)과 설계 지형 U의 표면과의 사이의 최단으로 되는 거리이다.

도 8은, 버킷(8)의 자세에 기초한 감시 포인트의 선택에 대하여 나타내는 제1 도면이다. 도 8 및 도 9 중에 나타내는 검은 원은, 버킷 핀(15)(도 1, 도 2)의 위치를 나타낸다. 흰원의 한쪽은, 버킷(8)의 날끝(8a)을 나타내고, 다른 쪽은, 배면단(8b)을 나타낸다. 도 8에 나타낸 버킷(8)에 있어서, 제1 거리 d1은, 제2 거리 d2보다도 작다. 이 경우, 설계 지형 U와의 거리가 보다 작은 날끝(8a)이, 정지 제어에 제어점으로서 사용되는 감시 포인트에 해당한다.

도 9는, 버킷(8)의 자세에 기초한 감시 포인트의 선택에 대하여 나타내는 제2 도면이다. 도 9에 나타낸 버킷(8)에 있어서, 제2 거리 d2는, 제1 거리 d1보다도 작다. 이 경우, 설계 지형 U와의 거리가 보다 작은 배면단(8b)이, 정지 제어에 제어점으로서 사용되는 감시 포인트에 해당한다.

<본 발명 적용 전의 정지 제어>

도 10∼도 12는, 본 발명 적용 전의 정지 제어가 행해지고 있는 경우의 작업기(2)의 동작을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 10에 나타낸, 버킷(8)의 날끝(8a)을 설계 지형 U에 위치맞춤한 상태로부터, 오퍼레이터는, 암(7)을 굴삭 방향으로 이동시키는 조작을 행한다. 암(7)의 동작에 따라 버킷(8)의 날끝(8a)은 원호형의 궤적을 그려 이동하므로, 날끝(8a)이 설계 지형 U보다도 아래쪽으로 이동하여 너무 파버리는 사태가 발생하지 않도록, 작업기 컨트롤러(26)로부터 붐(6)을 강제적으로 상승시키는 지령이 출력되어, 붐 상승 개입 제어가 실행된다.

그 결과, 도 11 중의 화살표에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)의 날끝(8a)이 설계 지형 U를 따라 이동하고, 날끝(8a)에 의해 지면이 수평으로 평균화된다. 도 11 중에 흰색 양 화살표로 나타내는 범위(A1)에 있어서, 암(7)의 굴삭 조작만으로, 설계 지형 U에 대한 정지가 행해진다.

암(7)의 굴삭 방향으로의 동작을 계속하면, 암(7)의 동작에 따른 버킷(8)의 날끝(8a)의 원호형의 이동이, 아래쪽으로의 이동로부터, 위쪽으로의 이동으로 이행한다. 그리고, 도 12 중의 화살표에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)의 날끝(8a)은, 설계 지형 U로부터 이격되어 원호형으로 이동한다. 그 결과, 도 12 중에 흰색 양 화살표로 나타내는 범위(A2)에 있어서는, 붐 상승 개입 제어만에서는 설계 지형 U에 대한 정지를 행할 수 없다. 그러므로, 작업기(2)를 조작하는 오퍼레이터는, 범위(A2)에 있어서는, 버킷(8)의 날끝(8a)을 설계 지형 U를 따라 이동시키기 위해, 암(7)의 굴삭 조작을 행하는 동시에 붐(6)을 하강시키는 조작을 행할 필요가 있어, 제1 조작 레버(25R)와 제2 조작 레버(25L)(도 3, 4)와의 양쪽의 조작이 필요하여, 조작이 번거로웠다.

<실시형태의 정지 제어>

본 실시형태의 건설 기계(100)는, 이와 같은 번거로운 조작을 불필요하게 하고, 간단한 조작에 의해 설계 지형 U에 대한 정지를 가능하도록 하기 위한 것이다.

도 13은, 실시형태에 기초한 정지 제어를 실행하는 제어 시스템(200)의 구성을 나타낸 기능 블록도이다. 도 13에는, 제어 시스템(200)이 구비하는 작업기 컨트롤러(26)의 기능 블록이 나타나 있다.

작업기 컨트롤러(26)는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 거리 산출부(261)와, 제어점 선택부(262)와, 속도 취득부(263)와, 조정 속도 결정부(264)와, 유압 실린더 제어부(265)를 구비하고 있다.

거리 산출부(261)는, 날끝(8a)과 설계 지형 U와의 제1 거리 d1, 및 배면단(8b)과 설계 지형 U와의 제2 거리 d2를 산출한다. 거리 산출부(261)는, 표시 컨트롤러(28)(도 3)로부터 취득하는 설계 지형 U와, 실린더 스트로크 센서(16)∼(18)로부터 취득하는 버킷(8)의 3차원 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터에 기초하여, 제1 거리 d1 및 제2 거리 d2를 산출한다. 거리 산출부(261)는, 제1 거리 d1 및 제2 거리 d2를 제어점 선택부(262)에 출력한다. 버킷 위치 데이터를 취득하기 위한 실린더 스트로크 센서(16)∼(18)는, 조작 장치(25)의 출력 신호와는 상이한 출력 신호를 출력한다.

제어점 선택부(262)는, 제1 거리 d1과 제2 거리 d2를 비교한다. 제어점 선택부(262)는 또한, 제1 거리 d1 및 제2 거리 d2와, 개입 라인 C와 설계 지형 U와의 거리인 라인 거리 h(도 5∼도 7)를 비교한다. 제어점 선택부(262)는, 제1 거리 d1과 제2 거리 d2 중 작은 쪽의 거리를 선택하고, 이 작은 쪽의 거리가 라인 거리 h 이하일 경우에, 상기 작은 쪽의 거리에 대응하는 감시 포인트를, 붐 하강 개입 제어에 사용되는 제어점으로서 선택한다. 제어점 선택부(262)는, 선택한 제어점에 관한 정보를, 조정 속도 결정부(264)에 출력한다.

예를 들면, 제1 거리 d1이 제2 거리 d2보다도 작은(d1<d2) 경우, 제1 거리 d1은 날끝(8a)과 설계 지형 U와의 사이의 거리이므로, 복수의 감시 포인트[날끝(8a), 배면단(8b)] 중, 제1 감시 포인트인 날끝(8a)를, 제어점으로서 선택한다. 제2 거리 d2가 제1 거리 d1보다도 작은(d1>d2) 경우, 제2 거리 d2는 배면단(8b)과 설계 지형 U와의 사이의 거리이므로, 복수의 감시 포인트(날끝(8a), 배면단(8b) 중, 제2 감시 포인트인 배면단(8b)을, 제어점으로서 선택한다.

속도 취득부(263)는, 조작 장치(25)의 레버 조작에 대응한 버킷(8)의 속도를 취득한다. 속도 취득부(263)는, 붐(6)을 조작하기 위한 붐 조작 지령, 암(7)을 조작하기 위한 암 조작 지령, 및 버킷(8)을 조작하기 위한 버킷 조작 지령에 기초하여, 설계 지형 U에 대한 날끝(8a)의 속도 및 설계 지형 U에 대한 배면단(8b)의 속도를 산출한다. 속도 취득부(263)는, 날끝(8a)의 속도 및 배면단(8b)의 속도를, 조정 속도 결정부(264)에 출력한다.

조정 속도 결정부(264)는, 제어점 선택부(262)에 의해 선택된 제어점을 설계 지형 U를 따라 이동시키기 위해 조정되는 붐(6)의 속도를 결정한다. 속도 취득부(263)에 의해 취득된 제어점의 속도에 기초하여, 설계 지형 U에 수직인 방향에서의 제어점의 속도 벡터가 취득되고, 이 속도 벡터에 기초하여 제어점이 설계 지형 U로부터 이격되는 방향으로 이동하도록 하는 것이 판별된다.

제어점이 설계 지형 U로부터 멀어지도록 버킷(8)이 이동할 때, 붐(6)을 강제적으로 하강시키는 붐 하강 개입 제어가 행해진다. 붐(6)을 하강시키는 것에 의해, 설계 지형 U로부터 이격되는 제어점의 속도를 작게 한다. 설계 지형 U에 수직인 방향에서의 제어점의 속도 벡터의 크기를 제로로 하도록 붐(6)을 동작시킴으로써, 설계 지형 U를 따라 제어점을 이동시키는 것이 가능하게 된다. 조정 속도 결정부(264)는, 설계 지형 U를 따라 제어점을 이동시키기 위해 필요한 붐(6)의 하강 속도를 결정하고, 결정한 붐(6)의 하강 속도를 유압 실린더 제어부(265)에 출력한다.

유압 실린더 제어부(265)는, 조정 속도 결정부(264)에 의해 결정된 붐(6)의 하강 속도에 따라서 붐(6)이 구동하도록, 붐 실린더(10)에 접속된 제어 밸브(27)의 개도(degree of opening)를 결정한다. 유압 실린더 제어부(265)는, 제어 밸브(27)의 개도를 지령하는 제어 지령을 제어 밸브(27)에 출력한다. 이로써, 붐 실린더(10)에 접속된 제어 밸브(27)가 제어되고, 제어 밸브(27)를 통하여 붐 실린더(10)에 공급되는 작동유의 유량이 제어되고, 정지 제어(제한 굴삭 제어)에 의한 붐(6)의 개입 제어가 실행된다.

도 14는, 실시형태에 기초한 제어 시스템(200)의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 14에는, 제어 시스템(200)이 붐 하강 개입 제어를 실행하는 경우의 플로우차트가 나타나 있다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 스텝 S11에서, 제어 시스템(200)은, 설계 지형 데이터 및 건설 기계(100)의 현재 위치 데이터를 취득한다. 제어 시스템(200)은, 설계 지형 U, 및 버킷 위치 데이터를 설정한다.

다음에, 스텝 S12에서, 제어 시스템(200)은, 실린더 길이 데이터 L을 취득한다. 제어 시스템(200)은, 붐 실린더(10)의 스트로크 길이(붐 실린더 길이), 암 실린더(11)의 스트로크 길이(암 실린더 길이), 및 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이(버킷 실린더 길이)를 취득한다.

다음에, 스텝 S13에서, 제어 시스템(200)은, 제1 거리 d1 및 제2 거리 d2를 산출한다. 구체적으로는, 거리 산출부(261)는, 설계 지형 U, 버킷 위치 데이터, 실린더 길이 데이터 L에 기초하여, 제1 거리 d1 및 제2 거리 d2를 산출한다.

다음에, 스텝 S14에서, 제어 시스템(200)은, 제어점을 선택한다. 구체적으로는, 제어점 선택부(262)는, 제1 거리 d1과 제2 거리 d2를 비교한다. 제어점 선택부(262)는, 복수의 감시 포인트[날끝(8a), 배면단(8b)] 중, 설계 지형 U와의 사이의 거리가 작은 쪽의 감시 포인트를, 제어점으로서 선택한다.

다음에, 스텝 S15에서, 제어 시스템(200)은, 붐(6)을 조작하기 위한 조작 장치인 붐 조작 레버[전술한 실시형태에서는, 도 3, 도 4에 나타낸 제1 조작 레버(25R)]가 중립인지의 여부를 판단한다. 즉, 제1 조작 레버(25R)가 붐(6)의 조작에 대응하는 방향(전술한 실시형태에서는 전후 방향)으로 조작되고 있는지의 여부를 판단한다. 제1 조작 레버(25R)가 전후 방향으로 조작되고 있을 때, 붐 실린더(10)의 동작을 제어하는 방향 제어 밸브(64)에 접속된 오일 통로(451)에 공급되는 파일럿 오일의 압력이 변동된다. 이 파일럿 유압의 변동은, 압력 센서(66)에 의해 검출된다. 압력 센서(66)의 검출 결과는, 작업기 컨트롤러(26)에 출력된다.

작업기 컨트롤러(26)에는, 파일럿 유압의, 제1 조작 레버(25R)가 조작되고 있지 않을 때(중립일 때)에 상당하는 소정값이, 미리 기억되어 있다. 작업기 컨트롤러(26)는, 작업기 컨트롤러(26)에 입력되는 파일럿 유압의 값이 상기 소정값과 일치하는지의 여부를 판단한다. 일치할 때, 제1 조작 레버(25R)는 조작되고 있지 않고, 제1 조작 레버(25R)는 중립의 상태에 있는 것으로 판단된다. 일치하지 않을 때, 오퍼레이터에 의해 제1 조작 레버(25R)가 조작되고 있고, 제1 조작 레버(25R)는 중립의 상태에 없는 것으로 판단된다.

붐 조작 레버가 중립인 경우(스텝 S15에서 YES), 다음에 스텝 S16에서, 제어 시스템(200)은, 제어점과 설계 지형 U와의 거리가 소정값 이하인지의 여부를 판단한다.

구체적으로는, 작업기 컨트롤러(26)는, 제1 거리 d1과 제2 거리 d2 중, 작은 쪽의 거리가, 개입 라인 C와 설계 지형 U와의 거리인 라인 거리 h(도 5∼도 7) 이하인지의 여부를 판단한다. 제어점과 설계 지형 U와의 거리의 임계값(소정값)은, 라인 거리 h이다.

제어점과 설계 지형 U와의 거리가 라인 거리 h 이하일 경우(스텝 S16에서 YES), 다음에 스텝 S17에서, 제어 시스템(200)은, 제어점의 진행 방향이 설계 지형 U로부터 멀어지는지의 여부를 판단한다. 구체적으로는, 속도 취득부(263)는, 설계 지형 U, 버킷 위치 데이터 및 실린더 길이 데이터 L과, 조작 장치(25)의 조작 지령에 기초하여, 제어점의 속도를 취득한다. 제어점의 속도를, 설계 지형 U에 대한 수직 방향의 속도 성분으로 변환하여, 제어점이 설계 지형 U에 가까워지도록 작업기(2)가 동작하고 있는지, 또는 제어점이 설계 지형 U로부터 멀어지도록 작업기(2)가 동작하고 있는지를 판단한다.

제어점이 설계 지형 U로부터 멀어지도록 작업기(2)가 동작하고 있는 것으로 판단한 경우(스텝 S17에서 YES), 다음에 스텝 S18에서, 제어 시스템(200)은, 붐 하강 지령을 출력한다. 구체적으로는, 조정 속도 결정부(264)는, 설계 지형 U를 따라 제어점을 이동시키기 위해 필요한 붐(6)의 하강 속도를 결정한다. 유압 실린더 제어부(265)는, 결정된 하강 속도에 따라서 붐(6)의 하강 동작을 행하기 위한, 제어 밸브(27)의 개도를 지령하는 지령 신호를 제어 밸브(27)에 출력한다.

그리고, 처리를 종료한다(종료). 스텝 S15의 판단에 있어서 붐 조작 레버가 중립이 아닐 경우(스텝 S15에서 NO), 스텝 S16의 판단에 있어서 제어점과 설계 지형 U와의 거리가 라인 거리 h보다도 클 경우(스텝 S16에서 NO), 또는, 스텝 S17의 판단에 있어서 제어점이 설계 지형 U에 가까워지도록 작업기(2)가 동작하고 있는 경우(스텝 S17에서 NO), 붐 하강 지령을 출력하지 않고, 그대로 처리를 종료한다(종료).

도 15∼도 17은, 실시형태의 정지 제어가 행해지고 있는 경우의 작업기(2)의 동작을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 15∼도 17에 나타낸 실시형태에서는, 제1 거리 d1이 제2 거리 d2보다도 작고, 그러므로, 정지 제어에 사용되는 제어점으로서, 버킷(8)의 날끝(8a)이 선택되어 있는 것으로 한다. 또한, 제1 거리 d1이 라인 거리 h 이하인 것으로 한다.

도 15에 나타낸 버킷(8)의 날끝(8a)을 설계 지형 U에 위치맞춤한 상태로부터, 오퍼레이터는, 암(7)을 굴삭 방향으로 이동시키는 조작을 행한다. 붐(6)이 자동으로 상승함으로써, 도 16 중의 화살표에 나타낸 바와 같이, 날끝(8a)이 설계 지형 U를 따라 이동하고, 날끝(8a)에 의해 지면이 수평으로 평균화된다. 도 16 중에 흰색 양 화살표로 나타내는 범위(A1)에 있어서 암(7)의 굴삭 동작만으로 설계 지형 U로의 정지가 행해지는 것은, 도 10, 도 11을 참조하여 설명한 본 발명 적용 전의 정지 제어가 행해지고 있는 경우와 마찬가지이다.

실시형태에서는, 암(7)의 굴삭에 대한 동작을 계속하여 날끝(8a)이 설계 지형 U로부터 이격되는 방향으로 이동을 개시하면, 붐(6)을 강제적으로 하강시키는 개입 제어가 행해진다. 그 결과, 도 17 중의 화살표 및 흰색 양 화살표에 나타낸 바와 같이, 범위(A2)에 있어서도, 암(7)의 굴삭 조작만으로, 버킷(8)의 날끝(8a)을 설계 지형 U를 따라 이동시키고, 자동으로 설계 지형 U에 대한 정지를 행할 수 있다.

도 3를 참조하여 설명한 바와 같이, 암(7)의 조작은, 제2 조작 레버(25L)에 의해 행해진다. 본 실시형태에 의하면, 붐(6)의 상승 동작 및 하강 동작의 양쪽이 자동 제어되고 있으므로, 오퍼레이터가 한 손으로 제2 조작 레버(25L)를 조작하는 것뿐인 간단한 조작에 의해, 버킷(8)의 날끝(8a)을 설계 지형 U를 따라 이동시킬 수 있다. 따라서, 도 17에 나타낸 범위(A1) 및 범위(A2)의 전체에 이르는 광범위한 지형을, 목표 형상인 설계 지형 U에 양호한 정밀도로 정지할 수 있다.

도 18은, 조작 장치(25)의 사시도이다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 조작 장치(25)의 조작 레버(251)는, 푸시 버튼 스위치(253)를 가지고 있다. 푸시 버튼 스위치(253)의 위치는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 조작 레버(251)의 상단(上端)[정상부(頂部)]이라도 되고, 또는 측부라도 된다.

작업기 컨트롤러(26)는, 붐 하강 개입 제어의 실행 중에 푸시 버튼 스위치(253)가 눌러진 경우, 푸시 버튼 스위치(253)가 눌러지고 있는 동안, 일시적으로 붐 하강 개입 제어를 정지한다. 이 경우, 제1 거리 d1 및 제2 거리 d2(도 6, 도 7)는 순차 변화한다. 푸시 버튼 스위치(253)의 누름이 종료되면, 도 14에 나타낸 붐 하강 개입 제어를 실행하는 경우의 플로우에 따라 붐 하강 개입 제어를 재개할 것인지의 여부의 판단이 행해진다.

푸시 버튼 스위치(253)는, 암(7)의 구동을 위해 조작되는 제2 조작 레버(25L)(도 3, 도 4)에 구비되어 있어도 된다. 또는, 운전실(4) 내의 운전석(4S)(도 1)의 전방에 배치된, 입력부(321)(도 3)를 구성하는 계기판 등에, 붐 하강 개입 제어를 일시적으로 정지하기 위한 스위치가 설치되어 있어도 된다.

또한, 붐 하강 개입 제어의 실행 중에, 오퍼레이터에 의해 붐(6)이 조작된 경우에, 붐 하강 개입 제어를 정지하여, 오퍼레이터에 의한 조작을 우선하는 구성으로 해도 된다. 구체적으로는, 오퍼레이터에 의한 붐(6)의 구동을 위한 제1 조작 레버(25R)의 조작이 검출되면, 제어 밸브(27C)(도 4)를 전폐(全閉)로 하는 동시에 제어 밸브(27A)(도 4)를 전개로 하고, 제1 조작 레버(25R)의 조작량에 기초하여 조정된 파일럿 유압이 방향 제어 밸브(64)(도 4)에 작용하는 구성으로 해도 된다.

전술한 버킷(8)은, 감시 포인트로서 2개소의 날끝(8a) 및 배면단(8b)이 설정되어 있는 구성이지만, 버킷(8)에는 1개소만의 감시 포인트가 설정되어도 되고, 또는 3개소 이상의 감시 포인트가 설정되어도 된다. 3개소 이상의 감시 포인트가 설정되어 있는 경우, 거리 산출부(261)는, 각각의 감시 포인트와 설계 지형 U와의 거리를 산출하고, 제어점 선택부(262)는, 이들 복수의 거리 중 최소의 거리에 대응하는 감시 포인트를, 정지 제어에 사용되는 제어점으로서 선택해도 된다.

전술한 조작 장치(25)는, 오일 통로(451)를 통하여 제어 밸브(27)에 연결되어, 제어 밸브(27)의 전후의 파일럿 유압을 압력 센서(66, 67)에 의해 검출함으로써 조작 장치(25)의 조작을 검출 가능한 파일럿 유압 방식의 조작 장치이지만, 이 구성에 한정되지 않고, 조작 장치(25)는 전자식의 장치라도 된다. 예를 들면, 조작 장치(25)는, 조작 레버와, 조작 레버의 조작량을 검출하는 조작 검출기를 포함하고, 조작 레버가 조작될 때, 조작 레버의 조작 방향 및 조작량에 따른 전기 신호를 조작 검출기가 작업기 컨트롤러(26)에 출력하도록, 구성되어도 된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였으나, 이번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되는 한다. 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의해 표시되고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 본체, 2: 작업기, 3: 선회체, 5: 주행 장치, 6: 붐, 7: 암, 8: 버킷, 8a: 날끝, 8b: 배면단, 10: 붐 실린더, 11: 암 실린더, 12: 버킷 실린더, 16: 붐 실린더 스트로크 센서, 17: 암 실린더 스트로크 센서, 18: 버킷 실린더 스트로크 센서, 20: 위치 검출 장치, 21: 안테나, 25: 조작 장치, 25L: 제2 조작 레버, 25R: 제1 조작 레버, 26: 작업기 컨트롤러, 27, 27A, 27B, 27C: 제어 밸브, 28: 표시 컨트롤러, 29, 322: 표시부, 30: 센서 컨트롤러, 40A: 보텀측 오일실, 40B: 헤드측 오일실, 50: 펌프 유로, 51: 셔틀 밸브, 60: 유압 실린더, 63: 선회 모터, 64: 방향 제어 밸브, 65: 스풀 스트로크 센서, 66, 67, 68: 압력 센서, 100: 건설 기계, 200: 제어 시스템, 251: 조작 레버, 253: 푸시 버튼 스위치, 261: 거리 산출부, 262: 제어점 선택부, 263: 속도 취득부, 264: 조정 속도 결정부, 265: 유압 실린더 제어부, 300: 유압 시스템, 321: 입력부, 450: 파일럿 오일 통로, 451, 451A, 451B, 452, 452A, 452B, 501, 502: 오일 통로, A1, A2: 범위, C: 개입 라인, U: 설계 지형, d1: 제1 거리, d2: 제2 거리, h: 라인 거리

Claims

붐(boom)과, 암(arm)과, 버킷(bucket)을 구비하는 작업기;
상기 암을 구동하는 암 실린더;
상기 암 실린더를 동작시키기 위한 오퍼레이터 조작을 접수하는 제2 조작 장치;
상기 버킷의 감시 포인트(monitoring point)와 굴삭(excavation) 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형(design topography)과의 거리를 산출하는 거리 산출부; 및
상기 감시 포인트와 상기 설계 지형과의 거리가 소정값 이하인 경우, 상기 암의 동작에 의해 상기 감시 포인트가 상기 설계 지형으로부터 멀어지는 방향으로 상기 버킷이 이동할 것으로 예상될 때, 상기 붐 하강을 행하기 위한 지령 신호를 출력하고, 상기 감시 포인트와 상기 설계 지형과의 거리가 소정값보다 큰 경우, 상기 지령 신호를 출력하지 않으며, 또한 상기 제2 조작 장치에 의한 오퍼레이터 조작에 의해 상기 감시 포인트가 상기 설계 지형으로부터 멀어지는 방향으로 상기 버킷이 이동한다고 예상될 때, 상기 붐 하강을 행하기 위한 지령 신호를 출력하는, 제어부;
를 포함하는 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 거리 산출부는, 상기 버킷에서의 복수의 감시 포인트와 상기 설계 지형과의 거리를 각각 산출하고,
상기 제어부는, 상기 복수의 감시 포인트 중, 상기 설계 지형과의 거리가 최소로 되는 감시 포인트가 상기 설계 지형으로부터 멀어지는 방향으로 상기 버킷이 이동할 것으로 예상될 때, 상기 지령 신호를 출력하는, 건설 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 건설 기계는,
상기 붐을 구동시키는 붐 실린더; 및
상기 붐 실린더를 동작시키기 위한 오퍼레이터 조작을 받아들이는 조작 장치;
를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 조작 장치가 조작되고 있지 않는 것을 조건으로 하여 상기 지령 신호를 출력하는, 건설 기계.
붐과, 암과, 버킷을 구비하는 작업기; 상기 암을 구동하는 암 실린더; 및 상기 암 실린더를 동작시키기 위한 오퍼레이터 조작을 접수하는 제2 조작 장치;를 포함하는 건설 기계의 제어 방법으로서,
상기 버킷의 감시 포인트와 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형과의 거리를 산출하는 단계; 및
상기 감시 포인트와 상기 설계 지형과의 거리가 소정값 이하인 경우, 상기 암의 동작에 의해 상기 감시 포인트가 상기 설계 지형으로부터 멀어지는 방향으로 상기 버킷이 이동할 것으로 예상될 때, 상기 붐 하강을 행하기 위한 지령 신호를 출력하고, 상기 감시 포인트와 상기 설계 지형과의 거리가 소정값보다 큰 경우, 상기 지령 신호를 출력하지 않으며, 또한 상기 제2 조작 장치에 의한 오퍼레이터 조작에 의해 상기 감시 포인트가 상기 설계 지형으로부터 멀어지는 방향으로 상기 버킷이 이동한다고 예상될 때, 상기 붐 하강을 행하기 위한 지령 신호를 출력하는, 단계;
를 포함하는 건설 기계의 제어 방법.
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