KR102307806B1 - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

작업 대상물의 운반 동작이 프론트 작업기(12)에 의해 행해지고 있는 동안의 붐 실린더(16)의 추력 정보에 근거하여 작업 대상물의 하중을 연산하는 하중 연산부(52)를 갖는 컨트롤러(21)를 구비하는 유압 셔블(1)에 있어서, 컨트롤러(21)에, 추가로, 운반 동작의 개시시에 있어서의 작업기(12)의 자세 정보에 근거하여 붐 실린더(16)의 속도의 제한값(Vlim)을 연산하는 속도 제한값 연산부(55)와, 붐 실린더 속도가 제한값(Vlim)을 넘을 때, 붐 실린더 속도가 상기 제한값이 되도록 상기 속도 지령을 보정하여 출력하는 속도 지령 보정부(50)와, 속도 지령 보정부로부터 출력된 속도 지령에 근거하여 붐 실린더의 구동 신호를 생성하여 출력하는 구동 신호 생성부(51)를 구비한다.

Description

작업 기계

본 발명은, 작업기에 의해 운반 기계의 상방에 운반되는 작업 대상물의 하중값을 연산하는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 관한 것이다.

일반적으로, 유압 셔블로 대표되는 작업 기계는, 예를 들면 광산에 있어서의 광물의 굴삭과 덤프 트럭으로의 적입(積入)과 같이, 굴삭물(본고에서는 「작업 대상물」이라고 칭하는 경우가 있다)을 운반 기계에 적입하는 작업(적입 작업)을 행하는 경우가 있다.

이러한 작업시에, 운반 기계로의 적입량(운반 기계상의 작업 대상물의 총중량)을 적량으로 할 수 있으면, 적입 부족에 의한 생산량의 저하나 과적재에 의한 적재 조정의 낭비를 저감하여, 현장의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

운반 기계로의 적입량을 적량으로 하는 수단으로서, 적입 기계에 의한 굴삭물(작업 대상물)의 운반중에 굴삭물의 하중을 계측하여, 그것을 작업 기계의 조작자에게 제시하는 방법이 있다. 굴삭물의 하중이 제시됨으로써 작업 기계의 조작자는 운반 기계로의 적입량을 파악할 수 있고, 차회 이후의 굴삭량을 조정하여, 운반 기계로의 적입량을 적량으로 하는 것이 가능하게 된다.

작업 기계가 운반하고 있는 굴삭물의 하중을 계측하는 장치에 있어서, 운반 작업중에 하중을 계측하는 기술이 알려져 있다. 작업 대상물의 하중 계측 장치로서, 일본 특허공보 제5406223호(특허문헌 1)에는, 작업 기계의 작업 사이클을, 굴삭물을 작업구에 넣어 운반하는 구간인 운반 상태 구간(적재 상태 이동 구간)을 포함하는 복수의 구간으로 분할하고, 그 작업 사이클의 운반 상태 구간에 있어서, 작업 기계의 작업구(툴)의 속도가 대략 일정한 기간을 판정하여, 당해 기간중에 기록된 작업구(툴)의 리프팅력에 근거하여 굴삭물의 하중(툴의 페이로드)을 계측하여, 이것을 표시하는 페이로드 감시 시스템이 개시되어 있다.

일본 특허공보 제5406223호

특허문헌 1의 시스템에서는, 대체로 일반적인 운반 작업에서 굴삭물의 하중 계측의 정밀도가 좋다고 생각되는, 작업구의 속도가 대략 일정한 기간에 굴삭물의 하중을 복수회 연산하고, 그 연산 결과에 근거하여 굴삭물의 하중을 확정하고 있다. 그리고, 굴삭물의 하중 계측의 정밀도를 확보하기 위해서는, 작업구의 속도가 대략 일정한 기간에 굴삭물의 하중을 연산하는 횟수(샘플링 횟수)를 충분히 확보하는 것이 바람직하다. 즉, 굴삭물의 하중을 연산하는 횟수를 확보해 계측 정밀도를 유지하는 관점에서는, 작업구의 속도가 대략 일정해지는 기간을 정밀도 확보에 필요한 정도로 마련하는 것이 바람직하다. 그러나, 작업 환경이나 조작자의 조작 스킬에 따라서는, 작업구의 속도가 대략 일정해지는 기간을 충분히 확보할 수 없어, 충분한 계측 정밀도가 얻어지지 않는 작업 사이클이 발생할 우려가 있다.

본 발명의 목적은, 작업 환경이나 조작자의 조작 스킬에 의존하지 않고, 작업 대상물의 하중을 정밀도 좋게 계측할 수 있는 작업 기계를 제공하는 것에 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 든다면, 다관절형의 작업기와, 상기 작업기를 구동하는 액츄에이터와, 조작량에 따라 상기 액츄에이터에 대한 속도 지령을 생성하는 조작 장치와, 운반 기계의 상방으로의 작업 대상물의 운반이 상기 작업기에 의해 행해지고 있는 동안의 상기 액츄에이터의 추력 정보에 근거하여 상기 작업 대상물의 하중을 연산하는 하중 연산부를 갖는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 추가로, 상기 작업기에 의한 상기 운반 기계의 상방으로의 작업 대상물의 운반의 개시시에 있어서의 상기 작업기의 자세 정보에 근거하여 상기 액츄에이터의 속도의 제한값을 연산하는 속도 제한값 연산부와, 상기 속도 지령으로 규정되는 액츄에이터 속도가 상기 제한값을 넘을 때, 상기 액츄에이터의 속도가 상기 제한값이 되도록 상기 속도 지령을 보정해서 출력하고, 상기 속도 지령으로 규정되는 액츄에이터 속도가 상기 제한값 이하일 때, 상기 속도 지령을 보정하지 않고 출력하는 속도 지령 보정부와, 상기 속도 지령 보정부로부터 출력된 속도 지령에 근거하여 상기 액츄에이터의 구동 신호를 생성하여 출력하는 구동 신호 생성부를 구비하는 것으로 한다.

본 발명에 의하면, 운반 개시시의 작업기의 자세에 근거하여 작업기의 동작 속도가 제한되며, 이로써 작업구의 속도가 대략 일정해지는 기간을 정밀도 유지에 필요한 분만큼 확보할 수 있으므로, 작업 환경이나 조작자의 조작 스킬에 의존하지 않고 작업 대상물의 하중을 정밀도 좋게 계측할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 유압 셔블의 유압 회로의 개략도이다.
도 3은 제1 실시형태의 하중 계측 시스템의 시스템 구성도이다.
도 4a는 유압 셔블의 작업의 일례를 나타내는 개관도이다.
도 4b는 유압 셔블의 작업의 일례를 나타내는 개관도이다.
도 5는 제1 실시형태에 있어서의 운반 개시 판정부가 실행하는 플로우 차트이다.
도 6은 암 보텀압 센서의 검출값 및 버킷 각도 센서의 검출값과 운반 개시 판정부(54)에 의한 판정 결과의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 7은 하중 연산부에 의한 버킷 내의 작업 대상물의 순간 하중 Ml의 연산 방법의 설명도이다.
도 8은 제1 실시형태의 하중 연산부가 실행하는 하중 확정 처리의 플로우 차트이다.
도 9는 하중 연산부에 의해 연산되는 순간 하중값 Ml의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 제1 실시형태의 컨트롤러에 있어서의 속도 제한값 연산부에 의한 붐 실린더의 속도 제한값 Vlim의 연산 방법의 설명도이다.
도 11은 제1 실시형태의 속도 제한값 연산부가 실행하는 붐 실린더의 속도 제한값 Vlim의 연산 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 12는 제1 실시형태의 컨트롤러에 의한 붐 실린더의 속도 제어 처리의 설명도이다.
도 13은 제2 실시형태의 속도 제한값 연산부가 속도 제한값 Vlim을 연산할 때에 이용하는 Hmin, Hmax의 설명도이다.
도 14는 제2 실시형태의 속도 제한값 연산부에 의해 연산되는 속도 제한값 Vlim과 붐 실린더의 속도 지령값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15는 제3 실시형태의 하중 계측 시스템의 시스템 구성도이다.
도 16은 제3 실시형태에 관한 유압 셔블과 덤프 트럭의 상대 거리를 연산하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 17은 제4 실시형태의 하중 계측 시스템의 시스템 구성도이다.
도 18은 제4 실시형태의 하중 안정 판정부에 의해 실행되는 하중 안정 판정 처리의 플로우 차트이다.
도 19는 제4 실시형태의 속도 제한값 연산부에 의해 실행되는 처리의 플로우 차트이다.
도 20은 제4 실시형태의 필터 처리부에 의해 로우 패스 필터 처리를 행한 경우와 행하지 않았던 경우의 순간 하중값 Ml과 붐 속도 지령의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 21은 제5 실시형태의 하중 계측 시스템의 시스템 구성도이다.
도 22는 제5 실시형태의 모니터의 표시 화면의 일례의 개략도이다.
도 23은 동작 예측에 근거한 속도 지령의 보정의 일례의 설명도이다.
도 24는 제6 실시형태의 컨트롤러에 있어서의 속도 제한값 연산부에 의한 붐 실린더의 속도 제한값 Vlim의 연산 방법의 설명도이다.
도 25는 제6 실시형태의 컨트롤러에 의한 붐 실린더의 속도 제어 처리의 설명도이다.
도 26은 제7 실시형태에 관한 유압 셔블과 덤프 트럭의 상대 거리를 연산하는 방법을 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 이하에서는, 작업 기계의 하중 계측 시스템을 구성하는 적입 기계로서 유압 셔블을, 운반 기계로서 덤프 트럭을 이용하는 경우에 대해 설명한다.

본 발명이 대상으로 하는 작업 기계(적입 기계)는, 어태치먼트로서 버킷을 갖는 유압 셔블에 한정되지 않고, 그래플이나 리프팅 마그넷 등, 운반물의 보지(保持)·해방이 가능한 것을 갖는 유압 셔블도 포함된다. 또, 유압 셔블과 같은 선회 기능이 없는 작업팔을 구비하는 휠 로더 등에도 본 발명은 적용 가능하다.

<제1 실시형태>

-전체 구성-

도 1은 본 실시형태에 관한 유압 셔블의 측면도이다. 도 1의 유압 셔블(1)은, 하부 주행체(10)와, 하부 주행체(10)의 상부에 선회 가능하게 마련된 상부 선회체(11)와, 상부 선회체(11)의 전방에 탑재된 다관절형의 작업팔인 프론트 작업기(12)와, 상부 선회체(11)를 회동하는 유압 모터인 선회 모터(19)와, 상부 선회체(11)에 마련되어 조작자(오퍼레이터)가 들어가 셔블(1)을 조작하는 조작실(운전실)(20)과, 조작실(20) 내에 마련되어 유압 셔블(1)에 탑재된 액츄에이터의 동작을 제어하기 위한 조작 레버(조작 장치)(22(22a, 22b))와, 기억 장치(예를 들면, ROM, RAM), 연산 처리 장치(예를 들면 CPU) 및 입출력 장치를 갖고 유압 셔블(1)의 동작을 제어하는 컨트롤러(21)에 의해 구성되어 있다.

프론트 작업기(12)는, 상부 선회체(11)에 회동 가능하게 마련된 붐(13)과, 붐(13)의 선단에 회동 가능하게 마련된 암(14)과, 암(14)의 선단에 회동 가능하게 마련된 버킷(어태치먼트)(15)과, 붐(13)을 구동하는 유압 실린더인 붐 실린더(16)와, 암(14)을 구동하는 유압 실린더인 암 실린더(17)와, 버킷(15)을 구동하는 유압 실린더인 버킷 실린더(18)를 구비하고 있다.

붐(13), 암(14), 버킷(15)의 회동축에는 각각 붐 각도 센서(24), 암 각도 센서(25), 버킷 각도 센서(26)가 장착되어 있다. 이들 각도 센서(24, 25, 26)로부터는 붐(13), 암(14), 버킷(15) 각각의 회동 각도를 취득할 수 있다. 또, 상부 선회체(11)에는 선회 각속도 센서(예를 들면, 자이로스코프)(27)와 경사 각도 센서(28)가 장착되어 있어, 각각 상부 선회체(11)의 선회 각속도와 상부 선회체(11)의 전후 방향의 경사 각도를 취득할 수 있도록 구성되어 있다. 각도 센서(24, 25, 26, 27, 28)의 검출값으로부터는 프론트 작업기(12)의 자세를 특정할 수 있다.

붐 실린더(16) 및 암 실린더(17)에는 각각 붐 보텀압 센서(29), 붐 로드압 센서(30), 암 보텀압 센서(31), 암 로드압 센서(32)가 장착되어 있어, 각 유압 실린더 내부의 압력을 취득할 수 있도록 구성되어 있다. 압력 센서(29, 30, 31, 32)의 검출값으로부터는 각 실린더(16, 18)의 추력, 즉 프론트 작업기(12)에 부여되는 구동력을 특정할 수 있다.

또, 붐 각도 센서(24), 암 각도 센서(25), 버킷 각도 센서(26), 경사 각도 센서(28), 선회 각속도 센서(27)는, 프론트 작업기(12)의 자세에 관한 물리량을 검출할 수 있는 것이라면 다른 센서로 대체 가능하다. 예를 들면, 붐 각도 센서(24), 암 각도 센서(25) 및 버킷 각도 센서(26)는 각각 경사각 센서나 관성 계측 장치(IMU)로 대체 가능하다. 또, 붐 보텀압 센서(29), 붐 로드압 센서(30), 암 보텀압 센서(31), 암 로드압 센서(32)는, 붐 실린더(16) 및 암 실린더(17)가 발생하는 추력, 즉 프론트 작업기(12)에 부여되는 구동력에 관한 물리량을 검출할 수 있는 것이라면 다른 센서로 대체 가능하다. 또한 추력이나 구동력의 검출 대신에, 붐 실린더(16) 및 암 실린더(17)의 동작 속도를 스트로크 센서로 검출하거나 붐(13) 및 암(14)의 동작 속도를 IMU로 검출함으로써 프론트 작업기(12)의 동작을 검출해도 된다.

조작실(20)의 내부에는 컨트롤러(21)에서의 연산 결과(예를 들면, 하중 연산부(52)에 연산된 버킷(15) 내의 작업 대상물(4)의 하중값) 등을 표시하는 모니터(표시 장치)(23)가 비치되고, 상부 선회체(11)의 상면에는 컨트롤러(21)가 외부의 컴퓨터 등과 통신하기 위한 무선 송수신기(도시하지 않음)가 장착되어 있다.

본 실시형태의 모니터(23)는, 터치 패널을 갖고 있고, 오퍼레이터가 컨트롤러(21)로의 정보의 입력을 행하기 위한 입력 장치로서도 기능한다. 모니터(23)로서는 예를 들면 터치 패널을 갖는 액정 디스플레이가 이용 가능하다.

조작 레버(22a)는, 붐(13)의 상승·하강(붐 실린더(16)의 신축)과 버킷(15)의 덤프·클라우드(버킷 실린더(18)의 신축)을 각각 지시하고, 조작 레버(22b)는, 암(14)의 덤프·클라우드(암 실린더(17)의 신축)와 상부 선회체(11)의 좌·우 선회(유압 모터(19)의 좌우 회전)를 각각 지시한다. 조작 레버(22a)와 조작 레버(22b)는 2복합의 멀티 기능 조작 레버로, 조작 레버(22a)의 전후 조작이 붐(13)의 상승·하강, 좌우 조작이 버킷(15)의 클라우드·덤프, 조작 레버(22b)의 전후 조작이 암(14)의 덤프·클라우드, 좌우 조작이 상부 선회체(11)의 좌·우 회전에 대응하고 있다. 레버를 경사 방향으로 조작하면, 해당하는 2개의 액츄에이터가 동시에 동작한다. 또, 조작 레버(22a, 22b)의 조작량은 액츄에이터(16-19)의 동작 속도를 규정한다.

도 2는 본 실시형태에 관한 유압 셔블(1)의 유압 회로의 개략도이다. 붐 실린더(16), 암 실린더(17), 버킷 실린더(18), 및 선회 모터(19)는, 메인 펌프(39)로부터 토출되는 작동유에 의해 구동된다. 각 유압 액츄에이터(16-19)에 공급되는 작동유의 유량 및 유통 방향은, 조작 레버(22a, 22b)의 조작 방향 및 조작량에 따라 컨트롤러(21)로부터 출력되는 구동 신호에 의해 동작하는 컨트롤 밸브(35, 36, 37, 38)에 의해 제어된다.

조작 레버(22a, 22b)는, 그 조작 방향 및 조작량에 따른 조작 신호를 생성하여 컨트롤러(21)에 출력한다. 컨트롤러(21)는, 조작 신호에 대응한 구동 신호(전기 신호)를 생성하여, 이것을 전자 비례 밸브인 컨트롤 밸브(35-38)에 출력함으로써, 컨트롤 밸브(35-38)를 동작시킨다.

조작 레버(22a, 22b)의 조작 방향은 유압 액츄에이터(16-19)의 동작 방향을 규정한다. 붐 실린더(16)를 제어하는 컨트롤 밸브(35)의 스풀은, 조작 레버(22a)가 후방향으로 조작되면 도 2 중의 좌측으로 이동하여 붐 실린더(16)의 보텀측에 작동유를 공급하고, 조작 레버(22a)가 전(前)방향으로 조작되면 도 2 중의 우측으로 이동하여 붐 실린더(16)의 로드측에 작동유를 공급한다. 암 실린더(17)를 제어하는 컨트롤 밸브(36)의 스풀은, 조작 레버(22b)가 후방향으로 조작되면 도 2 중의 좌측으로 이동하여 암 실린더(17)의 보텀측에 작동유를 공급하고, 조작 레버(22b)가 전방향으로 조작되면 도 2 중의 우측으로 이동하여 암 실린더(17)의 로드측에 작동유를 공급한다. 버킷 실린더(18)를 제어하는 컨트롤 밸브(37)의 스풀은, 조작 레버(22a)가 우방향으로 조작되면 도 2 중의 좌측으로 이동하여 버킷 실린더(18)의 보텀측에 작동유를 공급하고, 조작 레버(22a)가 좌방향으로 조작되면 도 2 중의 우측으로 이동하여 버킷 실린더(18)의 로드측에 작동유를 공급한다. 선회 모터(19)를 제어하는 컨트롤 밸브(38)의 스풀은, 조작 레버(22b)가 우방향으로 조작되면 도 2 중의 좌측으로 이동하여 선회 모터(19)에 도 2 중의 좌측으로부터 작동유를 공급하고, 조작 레버(22b)가 좌방향으로 조작되면 도 2 중의 우측으로 이동하여 선회 모터(19)에 도 2 중의 우측으로부터 작동유를 공급한다.

또, 컨트롤 밸브(35-38)의 밸브의 개도는, 대응하는 조작 레버(22a, 22b)의 조작량에 따라 변화한다. 즉, 조작 레버(22a, 22b)의 조작량은 유압 액츄에이터(16-19)의 동작 속도를 규정한다. 예를 들면, 조작 레버(22a, 22b) 중 어느 방향의 조작량을 증가하면, 그 방향에 대응하는 컨트롤 밸브(35-38)의 밸브의 개도가 증가하여, 유압 액츄에이터(16-19)에 공급되는 작동유의 유량이 증가하며, 이로써 유압 액츄에이터(16-19)의 속도가 증가한다. 이와 같이, 조작 레버(22a, 22b)에서 생성되는 조작 신호는, 대상의 유압 액츄에이터(16-19)에 대한 속도 지령의 측면을 갖고 있다. 따라서 본고에서는 조작 레버(22a, 22b)가 생성하는 조작 신호를, 유압 액츄에이터(16-19)(컨트롤 밸브(35-38))에 대한 속도 지령이라고 칭하는 경우가 있다.

메인 펌프(39)로부터 토출되는 작동유의 압력(작동 유압)은, 릴리프압으로 작동유 탱크(41)와 연통하는 릴리프 밸브(40)에 의해 과대해지지 않도록 조정되고 있다. 유압 액츄에이터(16-19)에 공급된 압유가 컨트롤 밸브(35-38)를 개재하여 다시 작동유 탱크(41)에 돌아오도록, 컨트롤 밸브(35-38)의 복귀 유로는 작동유 탱크(41)와 연통하고 있다.

컨트롤러(21)는, 붐 각도 센서(24), 암 각도 센서(25), 버킷 각도 센서(26), 선회 각속도 센서(27), 경사 각도 센서(28)와, 붐 실린더(16)에 장착된 붐 보텀압 센서(29)와 붐 로드압 센서(30)와, 암 실린더(17)에 장착된 암 보텀압 센서(31)와 암 로드압 센서(32)의 신호가 입력되도록 구성되어 있고, 이들의 센서 신호에 근거하여 컨트롤러(21)는 하중을 연산하며, 하중 계측 결과는 모니터(23)에 표시되도록 구성되어 있다.

-시스템 구성-

도 3은 본 실시형태의 하중 계측 시스템의 시스템 구성도이다. 본 실시형태의 하중 계측 시스템은, 몇가지 소프트웨어의 조합으로서 컨트롤러(21) 내부에 실장되어 있고, 조작 레버(22a, 22b)로부터 입력한 속도 지령(조작 신호)에 근거하여 구동 신호를 생성하여, 그 구동 신호로 대응하는 컨트롤 밸브(35-38)를 구동하도록 구성되어 있다. 또, 센서(24-32)의 신호를 입력하여, 컨트롤러(21) 내부에서 작업 대상물의 하중값을 연산하고, 모니터(23)에 하중값을 표시하도록 구성되어 있다.

또, 도 3의 컨트롤러(21)의 내부에는 컨트롤러(21)가 갖는 기능을 블록도로 나타내고 있다. 컨트롤러(21)는, 각도 센서(24-28)의 검출값에 근거하여 프론트 작업기(12)의 자세 정보를 연산하는 자세 연산부(53)와, 프론트 작업기(12)에 의한 덤프 트럭(운반 기계)의 하대(荷臺)의 상방으로의 작업 대상물의 운반의 개시시(즉, 운반 동작의 개시시)를 암 실린더(17)의 부하 정보(예를 들면, 암 보텀압 센서(31)의 검출값)에 근거하여 판정하는 운반 개시 판정부(54)와, 덤프 트럭의 하대의 상방으로의 작업 대상물의 운반이 프론트 작업기(12)에 의해 행해지고 있는 동안(즉, 운반 동작중)에 동작하는 붐 실린더(16)의 추력 정보(예를 들면, 붐 실린더(16)의 보텀압 센서(29)와 로드 압 센서(30)의 검출값)에 근거하여 작업 대상물의 하중을 연산하는 하중 연산부(52)와, 프론트 작업기(12)에 의한 덤프 트럭의 하대의 상방으로의 작업 대상물의 운반의 개시시(즉, 운반 동작의 개시시)에 있어서의 프론트 작업기(12)의 자세 정보에 근거하여 붐 실린더(16)의 속도의 제한값(속도 제한값) Vlim을 연산하는 속도 제한값 연산부(55)와, 조작 레버(22)로부터의 속도 지령으로 규정되는 붐 실린더 속도가 제한값 Vlim을 넘을 때, 붐 실린더 속도가 제한값 Vlim이 되도록 속도 지령을 보정해서 출력하고, 속도 지령으로 규정되는 붐 실린더 속도가 제한값 Vlim 이하일 때, 속도 지령을 보정하지 않고 출력하는 속도 지령 보정부(50)와, 속도 지령 보정부(50)로부터 출력된 속도 지령에 근거하여 붐 실린더(16)의 구동 신호(컨트롤 밸브(35)의 구동 신호)를 생성하여 출력하는 구동 신호 생성부(51)에 의해 구성되어 있다.

다음으로 본 발명의 실시형태의 일례인 작업 기계의 하중 계측 시스템이 작업 사이클 개시시에 있어서의 프론트 작업기(12)의 자세에 근거하여 프론트 작업기(12)의 조작 지시를 보정하여, 하중을 계측하는 방법에 대해 도 4-12를 이용하여 설명한다.

-덤프 트럭으로의 적입 작업중인 유압 셔블의 동작의 정의 -

도 4a 및 도 4b는 유압 셔블(1)의 작업의 일례를 나타내는 개관도이다. 본고에서는 편의상, 유압 셔블(적입 기계)(1)에 의한 덤프 트럭(운반 기계)(2)으로의 「적입 작업(운반 작업)」을, A) 작업 대상물(운반물)(3)을 굴삭하여 버킷(15) 내에 작업 대상물(4)을 적입하는 「굴삭 동작」과, B) 상부 선회체(11)의 선회와 프론트 작업기(12)의 동작을 조합하여 덤프 트럭(2)의 하대 위까지 버킷을 이동하는 「운반 동작」과, C) 버킷(15) 내의 작업 대상물(4)을 덤프 트럭(2)의 하대에 방출(방토)하는 「적입 동작」과, D) 굴삭 동작을 개시하기 위해서 작업 대상물 상의 원하는 위치로 버킷(15)을 이동시키는 「리칭 동작」이라는 4개의 동작을 포함하는 작업이라고 정의한다. 대부분의 경우, 유압 셔블(1)은, 이 4개의 동작을 이 순서로 반복 실시함으로써 덤프 트럭(2)의 하대를 작업 대상물(4)로 가득 채운다. B)의 운반 동작은 대부분의 경우 선회 붐 상승에 의해 행해진다. C)의 적입 동작은, 대부분의 경우 버킷 덤프에 의해 행해진다.

덤프 트럭(2)의 가대(架臺)에 작업 대상물(4)을 과잉으로 적입하면 과적재가 되어, 덤프 트럭(2)의 효율 저하나 손상을 초래하며, 또 작업 대상물(4)의 적입이 너무 적은 경우는 운반량이 적어 현장의 생산량이 낮아지게 되므로, 덤프 트럭(2)으로의 적입량은 적정하게 하는 것이 바람직하다.

유압 셔블(1)의 굴삭 작업은, 도 4a에 나타내는 바와 같이 유압 셔블(1)의 하방(하부 주행체(10)의 저면의 하방)을 굴삭하면서 후퇴하도록 작업을 실시하는 하측 작업(5)과, 도 4b에 나타내는 바와 같이 하부 주행체(10)의 저면으로부터 상방 또한 유압 셔블(1)의 전방을 굴삭하면서 전진하도록 작업을 실시하는 상측 작업(6)으로 대별된다. 각각의 작업 5, 6에서는, 굴삭시의 프론트 작업기(12)의 자세가 달라, 굴삭이 종료되어 운반을 개시할 때의 프론트 작업기(12)의 자세가 다르다. 이로 인하여, 운반 동작시의 버킷(15)의 상승량(운반 동작의 개시시와 종료시의 버킷(15)의 높이의 편차, 즉 운반 동작중의 높이 방향의 버킷(15)의 이동량)이 작업 환경에 따라 다른 경우가 있다.

-운반 개시 판정부(54)에 의한 운반 동작의 개시 판정-

도 5는 컨트롤러(21)에 있어서의 운반 개시 판정부(54)가, 프론트 작업기(12)에 의한 덤프 트럭(2)의 하대의 상방으로의 작업 대상물(4)의 운반이 개시했는지 아닌지를 판정하는 방법을 나타내는 플로우 차트이며, 도 6은 암 보텀압 센서(31)의 검출값(암 실린더 보텀 압력) 및 버킷 각도 센서(26)의 검출값(암-버킷 상대 각도)과 운반 개시 판정부(54)에 의한 판정 결과의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.

도 5의 플로우 차트는 유압 셔블(1)의 컨트롤러(21)에 있어서 미리 정해진 샘플링 주기마다 실행된다.

운반 개시 판정부(54)는, 스텝 S100에서 암 보텀압 센서(31)의 출력을 감시하여, 미리 설정되어 있는 임계값 1보다 낮은 상태로부터 임계값 1을 넘었는지 아닌지 판정한다. 유압 셔블(1)은 암 실린더(17)를 밀어내 굴삭하기 때문에, 도 6의 하측의 그래프에 나타내는 바와 같이 암 실린더 보텀압은 굴삭 동작중에 커지므로, 본 실시형태에서는 암 보텀압이 임계값 1을 상회한 타이밍에 굴삭 동작을 개시했다고 간주하고 있다. 스텝 S100에서 암 보텀압이 임계값 1보다 낮은 상태로부터 임계값 1을 넘었다고 판정된 경우는, 운반 개시 판정부(54)는 유압 셔블(1)이 굴삭 동작을 개시했다고 판정하여 스텝 S101로 진행한다. 반대로 암 보텀압이 임계값 1보다 낮은 상태로부터 임계값 1을 넘지 않는 경우(임계값 1 이하를 보지하는 경우)는 스텝 S100 전으로 돌아가, 암 보텀압 센서(31)의 출력의 감시를 속행한다.

스텝 S101에서는 계속해서 암 보텀압 센서(31)의 출력을 감시하여, 미리 설정되어 있는 임계값 2보다 높은 상태로부터 임계값 2를 하회했는지 아닌지 판정한다. 도 6의 하측의 그래프에 나타내는 바와 같이 암 실린더 보텀압은 굴삭 동작이 종료되면 작아지므로, 본 실시형태에서는 암 보텀압이 임계값 2를 하회한 타이밍에 굴삭 동작이 종료되고, 운반 동작을 개시했다고 간주하고 있다. 스텝 S101에서 암 보텀압이 임계값 2보다 높은 상태로부터 임계값 2를 하회했다고 판정된 경우는, 운반 개시 판정부(54)는 유압 셔블(1)이 굴삭 동작을 종료하고 또한 운반 동작을 개시했다고 판정하여 스텝 S102로 진행한다. 반대로 암 보텀압이 임계값 2보다 높은 상태로부터 임계값 2를 하회하지 않는 경우(임계값 2 이상을 보지하는 경우)는 운반 개시 판정부(54)는 굴삭 동작이 계속되고 있다고 판정하여, 스텝 S101 전으로 돌아가 암 보텀압 센서(31)의 출력의 감시를 속행한다.

또, 임계값 1과 임계값 2의 관계에 관해서, 도 6에 나타낸 예에서는 임계값 1<임계값 2의 관계가 성립되고 있지만 이것은 일례에 지나지 않고, 유압 셔블(1)의 굴삭 동작의 개시와 종료의 판정이 가능한 범위에서 임의의 값을 설정할 수 있다. 또 그 때, 임계값 1과 임계값 2의 대소 관계는 불문하는 것으로 한다.

스텝 S102에서는 운반 개시 판정부(54)는 운반 동작이 개시되었다는 판정을 외부로 출력하고 스텝 S103으로 진행한다. 이 때의 판정의 출력처에는 속도 제한값 연산부(55)와 하중 연산부(52)가 포함된다.

스텝 S103에서는, 운반 개시 판정부(54)는 버킷 각도 센서(26)의 출력을 감시하여, 암-버킷 간의 상대 각도(암(14)과 버킷(15)이 이루는 각)가 미리 설정되어 있는 임계값 3보다 큰 각도로부터 임계값 3을 하회했는지 아닌지 판정한다. 운반 동작을 종료하고 적입 동작을 개시하는 유압 셔블(1)은 버킷(15) 내의 토사(굴삭 대상물)를 방출하기 위해서 암(14)과 버킷(15)이 이루는 각을 좁히도록 동작한다. 즉 도 6의 상측의 그래프에 나타내는 바와 같이 암(14)과 버킷(15)의 상대 각도는 운반 동작으로부터 적입 동작으로 천이할 때에 작아지므로, 본 실시형태에서는 암(14)과 버킷(15)의 상대 각도가 임계값 3을 하회한 타이밍에 운반 동작이 종료되고, 적입 동작을 개시했다고 간주하고 있다. 스텝 S103에서 암-버킷 상대 각도가 임계값 3을 하회했다고 판정된 경우는, 운반 개시 판정부(54)는 유압 셔블(1)이 운반 동작을 종료하고 또한 적입 동작을 개시했다고 판정하여 스텝 S104로 진행한다. 반대로 암-버킷 상대 각도가 임계값 3을 하회하지 않다고 판정된 경우(임계값 3이상을 보지하는 경우)는, 운반 개시 판정부(54)는 운반 동작이 계속되고 있다고 판정하여, 스텝 S103 전으로 돌아가 버킷 각도 센서(26)의 출력의 감시를 속행한다.

스텝 S104에서는 운반 개시 판정부(54)는 운반 동작이 종료되었다는 판정(적입 동작이 개시되었다는 판정)을 외부로 출력하고 스텝 S100으로 돌아온다. 이 때의 판정의 출력처에는 하중 연산부(52)가 포함된다.

-하중 연산부(52)에 의한 하중값 연산-

도 7은 컨트롤러(21)에 있어서의 하중 연산부(52)에 의한 버킷(15) 내의 작업 대상물의 순간 하중 Ml의 연산 방법의 설명도이다. 도 7을 이용하여, 하중 연산부(52)가 하중을 연산하는 방법을 설명한다. 하중의 계측은 붐(13)의 회동축 둘레로 작용하여, 붐 실린더(16)가 발생하는 토크와, 프론트 작업기(12)가 중력과 선회 원심력에 의해 발생하는 토크와, 적재물이 중력과 선회 원심력에 의해 발생하는 토크의 균형을 이용한다.

붐 실린더(16)의 추력 Fcyl은 붐 보텀압 센서(29)의 출력 신호를 P1, 붐 로드압 센서(30)의 출력 신호를 P2, 붐 실린더(16)의 수압 면적을 A1, A2로 하여 이하의 식 (1)로 산출된다.

Fclbm=A1·P1-A2·P2···(1)

붐 실린더(16)가 발생하는 토크 Tbm은, 붐 회동축과 붐 실린더(16)의 추력의 작용점을 이은 선분의 길이를 Lbm, 붐 실린더(16)의 추력 Fcyl과 선분 Lbm과 추력의 방향이 이루는 각도를 θbmcyl로 하여 이하의 식 (2)로 산출된다.

Tbm=Fcyl·Lbm·sin(θbmcyl) …(2)

프론트 작업기(12)가 중력에 의해 발생하는 토크 Tgfr은, 프론트 작업기(12)의 무게 중심 중량을 Mfr, 중력 가속도를 g, 붐 회동축과 프론트 무게 중심까지의 전후 방향의 길이를 Lfr, 붐 회동축과 프론트 무게 중심을 잇는 선분과 수평면이 이루는 각도를 θfr로 하여 이하의 식 (3)으로 산출된다.

Tgfr=Mfr·g·Lfr·cos(θfr) …(3)

프론트 작업기(12)가 선회 원심력에 의해 발생하는 토크 Tcfr은, 선회 각속도를 ω로 하여 이하의 식 (4)로 산출된다.

Tcfr=Mfr·Lfr·ω²·sin(θfr) …(4)

또, Mfr, Lfr, θfr은 미리 설정된 붐(13), 암(14), 버킷(15) 각각의 무게 중심 위치, 중량과, 붐 각도 센서(24), 암 각도 센서(25), 버킷 각도 센서(26)로부터 출력되는 각도 신호로부터 산출된다.

적재물이 중력에 의해 발생하는 토크 Tgl은, 적재물의 중량을 Ml, 붐 회동축과 버킷 무게 중심까지의 전후 방향의 길이를 Ll, 붐 회동축과 적재물 무게 중심을 잇는 선분과 수평면이 이루는 각도를 θl로 하여 이하의 식 (5)로 산출된다.

Tgl=Ml·g·Ll·cos(θl) …(5)

적재물이 선회 원심력에 의해 발생하는 토크 Tcl은, 이하의 식 (6)으로 산출된다.

Tcl=Ml·Ll·ω²·sin(θl) …(6)

식 (2)-(6)의 균형을 변형하여 적재물 중량 Ml에 관해서 전개하면, 적재물 중량 Ml은 이하의 식 (7)로 산출된다.

Ml=(Tbm-Tgfr-Tcfr)/(Ll·(g·cos(θl)+ω²·sin(θl))) …(7)

식 (1)-(7)에 의한 하중의 연산에서는, 프론트 작업기(12)의 관성력의 영향이나 유압 회로의 특성 등에 따라, 동작 개시나 종료시 등 프론트 작업기(12)의 동작이 안정되지 않은 기간은 적재물 중량 Ml이 일정해지지 않기 때문에, 운반 작업중에 붐 회동이 일정 속도인 소정 기간에 있어서의 적재물 중량 Ml의 출력 결과를 이용하여, 하중을 확정하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 실시형태의 하중 연산부(52)가 실행하는 하중 확정 처리의 플로우 차트이며, 도 9는 하중 연산부(52)에 의해 연산되는 순간 하중값 Ml의 시간 변화를 나타내는 그래프이다. 도 8 및 도 9를 이용하여, 하중 연산부(52)가 하중을 확정해 출력하는 방법에 대해 설명한다.

도 8의 각 스텝은 컨트롤러(21)에 있어서 미리 정해진 샘플링 주기마다 실행된다.

컨트롤러(21)(하중 연산부(52))는, 스텝 S110에서 운반 개시 판정부(54)로부터 운반 개시 판정(도 5의 스텝 S102)이 출력되었는지 아닌지 감시한다. 운반 개시 판정이 출력되고 있는 경우는 스텝 S111로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 스텝 S110 전으로 돌아가, 운반 개시 판정부(54)의 출력을 감시한다.

스텝 S111에서는, 식 (1)-(7)에 관한 연산을 행하여, 순간의 굴삭물 중량(순간 하중값) Ml을 연산하고, 계속해서 스텝 S112에서는 순간 하중값 Ml을 적산하고, 스텝 S113으로 진행한다.

스텝 S113에서는, 하중 연산부(52)는, 운반 개시 판정부(54)로부터 운반 개시 판정이 출력되었을 때로부터 소정 시간이 경과하고 있는지 아닌지 판정한다. 여기에서 소정 시간이 경과하지 않은 경우는 스텝 S111 전으로 돌아가, 스텝 S111과 S112를 다시 실행한다. 한편, 소정 시간이 경과하고 있는 경우는 스텝 S114로 진행한다.

스텝 S114에서는, 하중 연산부(52)는, 소정 시간에 있어서의 순간 하중값 Ml의 평균 하중을 연산하기 위해서, 순간 하중값 Ml의 적산값을 소정 시간으로 나눈다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 순간 하중값 Ml(도 9 중의 하얀 원 참조)은 샘플링마다 상이하므로, 본 실시형태에서는 그것들의 평균을 취함으로써 작업 대상물의 하중을 확정하고 있다. 이 때, 붐(13)의 회동각 속도가 일정하게 되어 있는 시간이 적은 경우는, 소정 시간(도 9 중의 하중 연산 기간)에서의 순간 하중값 Ml의 변동이 커져, 확정값이 실제의 하중으로부터 크게 멀어질 우려가 있다. 또, 프론트 작업기(12)의 자세에 따라서는 소정 시간이 애당초 확보되지 않을 우려도 있다. 스텝 S114에서 하중값이 확정되면, 계속해서 스텝 S115로 진행한다.

스텝 S115에서는, 하중 연산부(52)는, 모니터(23)에 표시하고 있는 하중값(도 22 참조)을 갱신하여, 스텝 S116으로 진행한다.

스텝 S116에서는, 하중 연산부(52)는, 운반 개시 판정부(54)로부터 적입 개시 판정이 출력되었는지 아닌지 감시한다. 여기에서 적입 개시 판정이 출력되지 않았다고 판정된 경우는 스텝 S116 전으로 돌아가 운반 개시 판정부(54)의 출력의 감시를 속행하고, 적입 개시 판정이 출력되었다고 판정된 경우는 스텝 117로 진행한다.

스텝 S117에서는, 하중 연산부(52)는, 순간 하중값 Ml의 적산값과 평균값을 0으로 리셋하고, 계속해서 스텝 S118에서는 모니터(23)에 표시하고 있는 하중값을 갱신하여 스텝 S110 전으로 돌아간다.

-속도 제한값 연산부(55)에 의한 붐 실린더(16)의 속도 제한값 Vlim의 연산-

도 10은 본 실시형태의 컨트롤러(21)에 있어서의 속도 제한값 연산부(55)에 의한 붐 실린더(16)의 속도 제한값 Vlim의 연산 방법의 설명도이며, 도 11은 본 실시형태의 속도 제한값 연산부(55)가 실행하는 붐 실린더(16)의 속도 제한값 Vlim의 연산 처리를 나타내는 플로우 차트이다. 도 10 및 도 11을 이용하여, 속도 제한값 연산부(55)가 자세 연산부(53)의 출력에 근거하여 속도 제한값 Vlim을 변경하는 방법에 대해 설명한다.

본 실시형태에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이 프론트 작업기(12)의 선단 위치(버킷(15)의 조선(爪先) 위치)의 높이를 프론트 작업기(12)의 자세의 기준으로 하고, 자세 연산부(53)는, 그 프론트 작업기(12)의 선단 위치의 높이를, 붐(13)의 회동 중심으로부터 버킷(15)의 선단 위치까지의 연직 방향 거리(작업기의 선단의 높이) H로 하여 소정의 주기로 계속적으로 연산하고 있다. 연직 방향 거리 H는 이하의 식 (8)로 연산된다. 또, 붐(13)의 회동 중심을 기준으로, 거기에서부터 연직 하방을 정, 연직 상방을 부라고 한다.

H=Lbm·sin(θbm)+Lam·sin(θbm+θam)+Lbk·sin(θbm+θam+θbm) …(8)

본 실시형태에서는, 유압 셔블(1)의 저면(하부 주행체(10)의 저면)으로부터 하방의 소정의 위치에 하부 주행값 10의 저면과 평행한 기준선 Lst1을 미리 설정하고 있고, 당해 기준선 Lst1보다 하방의 영역 A에서는 속도 제한을 행하지 않고, 상방의 영역 B에서는 속도 제한이 행해질 수 있는 것으로 설정하고 있다. 붐(13)의 회동 중심을 기준으로 한 기준선 Lst1의 높이(붐(13)의 회동 중심에 대한 기준선 Lst1의 연직 방향 거리)는 설정값 Hth이며, 본 실시형태에서는, 운반 동작 개시시의 버킷 조선의 높이 위치가 기준선 Lst1의 높이를 넘는지 아닌지(즉, 버킷 조선이 영역 A, B 중 어느 쪽에 존재하는지)로 붐 실린더(16)의 속도 제한값의 유무를 분류하고 있다.

도 11의 플로우 차트에 나타내는 바와 같이, 속도 제한값 연산부(55)는, 스텝 S120에서 운반 개시 판정부(54)로부터 운반 개시 판정이 출력되었는지 아닌지 감시한다. 운반 판정이 출력되고 있는 경우는 스텝 S121에서 자세 연산부(53)로부터 연직 방향 거리 H를 취득해 스텝 S122로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 스텝 S120 전으로 돌아가, 운반 개시 판정부(54)의 출력을 감시한다.

스텝 S122에서는, 속도 제한값 연산부(55)는, 연직 방향 거리 H와 설정값 Hth의 대소를 비교한다. 여기에서, 연직 방향 거리 H가 설정값 Hth보다 작다고 판정된 경우는, 버킷 조선은 영역 B에 존재한다고 판정하고, 스텝 S123에서 붐 실린더(16)의 속도 제한값을 미리 설정되어 있는 속도 제한값 Vlim으로 세팅하고 스텝 S124로 진행한다. 한편, 연직 방향 거리 H가 설정값 Hth보다 크다고 판정된 경우는, 버킷 조선은 영역 A에 존재한다고 판정하고, 속도 제한값을 설정하지 않고 스텝 S124로 진행한다.

스텝 S124에서는, 속도 제한값 연산부(55)는, 운반 개시 판정부(54)로부터 적입 개시 판정이 출력되었는지 아닌지 감시한다. 여기에서 적입 판정이 출력되고 있다고 판정된 경우는, 스텝 S125로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 스텝 S124 전으로 돌아가, 운반 개시 판정부(54)의 출력을 감시한다.

스텝 S125에서는, 속도 제한값 연산부(55)는, 속도 제한의 설정을 리셋하고, 스텝 S120 전으로 돌아간다.

속도 지령 보정부(50)는, 먼저, 속도 제한값 연산부(55)에서 붐 실린더(16)의 속도 제한값 Vlim이 연산되었는지 아닌지를 판정하여, 속도 제한값 Vlim이 연산되지 않았다고 판정한 경우에는 조작 레버(22)로부터의 속도 지령을 그대로 구동 신호 생성부(51)에 출력한다. 한편, 속도 제한값 연산부(55)에서 속도 제한값 Vlim이 연산되었다고 판정한 경우에는, 조작 레버(22)로부터의 속도 지령으로 규정되는 붐 실린더 속도가 속도 제한값 Vlim을 넘는지 아닌지를 판정하여, 속도 제한값 Vlim을 넘는다고 판정한 경우에는, 붐 실린더 속도가 속도 제한값 Vlim이 되도록 속도 지령을 보정하여 구동 신호 생성부(51)에 출력한다. 한편, 속도 제한값 Vlim을 넘지 않는다고 판정한 경우에는, 조작 레버(22)로부터의 속도 지령을 그대로 구동 신호 생성부(51)에 출력한다.

구동 신호 생성부(51)는, 속도 지령 보정부(50)로부터 입력되는 속도 지령에 근거하여 붐 실린더(16)의 컨트롤 밸브(35)의 구동 신호를 생성하고, 그 생성한 구동 신호를 컨트롤 밸브(35)에 출력한다. 이 구동 신호에 의해 컨트롤 밸브(35)의 개도가 조정되어 붐 실린더(16)의 속도가 속도 지령 보정부(50)로부터의 속도 지령에 근거하여 제어된다.

-동작-

상기와 같이 구성되는 유압 셔블(1)의 동작에 대해 도 12를 이용하여 설명한다. 도 12는 본 실시형태의 컨트롤러(21)에 의한 붐 실린더(16)의 속도 제어 처리의 설명도이다.

도 12(a)의 상단은 도 4a에서 나타낸 하측 굴삭 작업에 있어서의 운반 동작 개시시의 자세를 나타내고, 도 12(a)의 중단은 하측 굴삭 작업에 있어서의 운반 동작중의 버킷 선단 위치의 높이의 시간 변화의 그래프를 나타내며, 도 12(a)의 하단은 하측 굴삭 작업에 있어서의 운반 동작중의 붐 회동 속도(붐 실린더(16)의 신장 속도)의 시간 변화의 그래프를 나타내고 있다.

도 12(b)의 상단은 도 4b에서 나타낸 상측 굴삭 작업에 있어서의 운반 동작 개시시의 자세를 나타내고, 도 12(b)의 중단은 상측 굴삭 작업에 있어서의 운반 동작중의 버킷 선단 위치의 높이의 시간 변화의 그래프를 나타내며, 도 12(b)의 하단은 상측 굴삭 작업에 있어서의 운반 동작중의 붐 회동 속도(붐 실린더(16)의 신장 속도)의 시간 변화의 그래프를 나타내고 있다. 도 12(b) 중의 「보정 없음」은 속도 지령 보정부(50)에 의한 속도 지령의 보정(즉 속도 제한)을 행하지 않는 종래 기술의 경우의 그래프를 나타내고, 「보정 있음」은 동 속도 지령의 보정을 행하는 본 발명의 경우의 그래프를 나타내고 있다. 또, 도 12의 하단의 붐 회동 속도는 붐 실린더(16)의 신장 속도라고 환언할 수 있다.

유압 셔블(1)에 의한 굴삭 동작의 종료 후에 선회 붐 상승을 실행하여 운반 동작을 개시하면, 도 12의 하단의 그래프에 나타내는 바와 같이, (a)(b) 어느 경우도, 운반 동작 개시 후에 붐(13)의 회동 속도는 상승하며, 소정 속도에 이른 후 당분간 그 속도를 유지하고, 마지막에 감속·정지한다.

도 12(a)에 나타내는 바와 같이, 운반 동작 개시시의 버킷 조선의 높이 H가 설정값 Hth보다 큰 경우(즉, 버킷 조선이 기준선 Lst1의 하방의 영역 A에 있는 경우)에는, 높이 H로부터 덤프 트럭(2)의 하대의 상방에 이를 때까지의 버킷 조선의 높이 방향의 이동 거리가 비교적 길고, 운반 동작중에 붐 회동 속도가 일정(속도 한계값)해지는 기간을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 순간 하중값 Ml의 샘플링수를 충분히 확보할 수 있어, 작업 대상물의 하중값의 정밀도를 확보할 수 있다.

한편, 도 12(b)의 「보정 없음」의 그래프가 나타내는 바와 같이, 운반 동작 개시시의 버킷 조선의 높이 H가 설정 Hth보다 작은 경우(즉, 버킷 조선이 기준선 Lst1의 상방의 영역 B에 있는 경우)에는, 버킷 조선의 높이 방향의 이동 거리가 비교적 짧아지기 때문에, 운반 동작중에 붐 회동 속도가 일정(속도 한계값)해지는 기간을 충분히 확보할 수 없어, 순간 하중값 Ml의 샘플링수가 감소하므로 하중값에 오차가 생기기 쉽다.

따라서 본 실시형태에서는, 도 12(b)의 「보정 있음」의 그래프가 나타내는 바와 같이 붐 회동 속도에 속도 한계값보다 작은 값의 속도 제한값 Vlim을 마련했다. 이와 같이 속도 제한값 Vlim을 마련하면, 버킷 조선이 덤프 트럭(2)의 하대의 상방에 이를 때까지의 시간을 「보정 없음」의 경우보다 길게 확보할 수 있다. 이로써 운반 동작중에 붐 회동 속도가 일정(속도 제한값 Vlim)해지는 기간을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 순간 하중값 Ml의 샘플링수를 충분히 확보할 수 있어, 작업 대상물의 하중값의 정밀도를 확보할 수 있다.

이와 같이, 운반 동작 개시시에 있어서의 버킷(15)의 조선의 높이에 근거하여 붐 실린더(16)의 속도 지령을 보정하는 것에 의해, 작업 형태에 맞추어 하중 계측에 적절한 프론트 작업기(12)의 동작을 실현할 수 있으므로, 작업 환경이나 조작자의 조작 스킬에 관계없이 작업 대상물의 하중을 정밀도 좋게 계측할 수 있다.

<제2 실시형태>

다음으로 본 발명의 제2 실시형태에 대해 설명한다. 상기의 실시형태에서는 속도 제한값 Vlim은 일정했지만, 운반 동작 개시시의 버킷 조선의 높이 위치에 따라 속도 제한값 Vlim을 변경해도 된다. 예를 들면, 기준선 Lst1(도 11)의 위치로부터 버킷 조선의 높이 위치가 상방으로 향하는 것에 의해 속도 제한값 Vlim이 감소하도록 설정하여 속도 제한이 걸리기 쉽게 해도 된다. 즉, 기준선 Lst1보다 버킷 조선이 상방에 있을 때, 기준선 Lst1과 버킷 조선의 거리의 증가에 따라 속도 제한값 Vlim이 감소하도록 설정해도 된다.

또, 그 외의 속도 제한값 Vlim의 설정 방법 중 하나로는 도 13, 14에서 설명하는 것이 있다. 도 13은 본 실시형태의 속도 제한값 연산부(55)가 속도 제한값 Vlim을 연산할 때에 이용하는 Hmin, Hmax의 설명도이며, 도 14는 본 실시형태의 속도 제한값 연산부(55)에 의해 연산되는 속도 제한값 Vlim과 붐 실린더(16)의 속도 지령값의 시간 변화를 나타내는 그래프이다. 또, 본 실시형태의 구성은, 속도 제한값 연산부(55)에 의한 속도 제한값 Vlim의 연산 방법이 다른 점을 제외하고 다른 구성은 제1 실시형태와 동일하며, 동일한 부분의 설명은 생략한다.

본 실시형태의 속도 제한값 연산부(55)는 도 13에 나타내는 바와 같이 미리 붐의 회동 중심에 대한 연직 방향 거리에 2개의 설정값 Hmin과 Hmax(Hmin<Hmax)를 기록하고 있다. Hmin은 붐의 회동 중심에 설정되어 있고, Hmax는 버킷 조선의 최대 가동 범위로 설정되어 있다. 또, 속도 제한값 연산부(55)는 2개의 속도 설정값 Vmax와 Vmin(Vmin<Vmax)을 이용하여, 이하의 식 (9)로 나타나는 속도 제한값 Vlim을 설정함으로써, 도 11에 나타내는 스텝 S122, 및 스텝 S123에 있어서의 영역의 판정과 설정값의 호출을 치환한다. 하기 식 (9)에서는, H의 값의 감소에 따라 속도 제한값 Vlim의 값이 감소하도록 설정되어 있다.

Vlim=Vmin+(Vmax-Vmin)·(H-Hmin)/(Hmax-Hmin) …(9)

이와 같이 속도 제한값 Vlim의 설정을 높이 H에 따라 연속적으로 변화하도록 설정함으로써, 보다 적절한 구동 지시 보정을 행할 수 있으므로, 붐 회동 속도가 작업 환경의 변화나 조작자의 조작 스킬에 관계없이 일정해져, 하중 계측의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

<제3 실시형태>

다음으로 본 발명의 제3 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는, 유압 셔블(1)과 덤프 트럭(2)의 연직 방향에 있어서의 상대 거리 Ht를 고려해 속도 제한값 Vlim을 설정하는 점에 특징이 있다.

도 15는 본 실시형태의 하중 계측 시스템의 시스템 구성도이다. 본 실시형태의 유압 셔블(1)은, 제1 실시형태의 유압 셔블(1)의 구성에 더해 통신 안테나(42)를 구비하고 있고, 통신 안테나(42)를 개재하여 외부 단말로부터의 정보를 수신 가능하게 구성되어 있다. 또, 본 실시형태의 컨트롤러(21)는, 제1 실시형태의 컨트롤러(21)의 구성에 더해, 유압 셔블(1)과 그 적입 작업의 대상인 덤프 트럭(운반 기계)(2)의 위치 정보에 근거하여 유압 셔블(1)과 덤프 트럭(2)의 연직 방향의 상대 거리 Ht를 연산하는 상대 거리 연산부(61)를 추가로 구비하고 있다. 그리고, 본 실시형태의 속도 제한값 연산부(55)는, 자세 연산부(53), 운반 개시 판정부(54) 및 상대 거리 연산부(61)의 출력에 근거하여 속도 제한값 Vlim을 연산하도록 구성되어 있다. 그 외의 부분에 대해서는 제1 실시형태와 같다.

도 16은 본 실시형태에 관한 유압 셔블(1)과 덤프 트럭(2)의 상대 거리를 연산하는 방법을 나타내는 개략도이다. 이 예에서는, 유압 셔블(1)의 기준점 Pss는 붐(13)의 회동 중심에 설정되어 있고, 덤프 트럭(2)의 기준점 Psd는 하대의 상단에 설정되어 있다.

덤프 트럭(2)은 자차에 탑재된 통신 안테나(42)로 측거 위성(7)으로부터 송신되는 전파를 수신하여, 그 전파에 근거하여 글로벌 좌표계에 있어서의 덤프 트럭(2)의 기준점 Psd의 좌표(절대 좌표)를 연산하고, 그 연산 결과를 유압 셔블(1)에 송신한다. 마찬가지로, 유압 셔블(1)의 컨트롤러(21)는 측거 위성(7)으로부터 송신되는 전파를 통신 안테나(42)로 수신하여, 그 전파에 근거하여 글로벌 좌표계에 있어서의 유압 셔블(1)의 기준점 Pss의 좌표(절대 좌표)를 연산한다. 또, 컨트롤러(21)는, 덤프 트럭(2)으로부터 송신되는 기준점 Psd의 좌표 정보와 유압 셔블(1)의 기준점 Pss의 좌표 정보에 근거하여, 유압 셔블(1)과 덤프 트럭(2)의 연직 방향의 상대 거리 Ht를 연산한다. 컨트롤러(21)는 상대 거리 Ht를 이용하여, 운반 동작 개시시의 프론트 작업기(12)의 자세를 분류하기 위한 새로운 연직 방향 거리의 설정값 Hth'를 이하의 식 (10)에 의해 설정한다. 즉, 본 실시형태의 속도 제한값 연산부(55)는, 높이 Hth에 있는 기준선 Lst1을 상대 거리 Ht만큼 하방으로 이동한 새로운 기준선 Lst2를 기준으로 붐 실린더 속도에 속도 제한값 Vlim을 설정하는지 아닌지의 판정을 행한다.

Hth'=Hth+Ht …(10)

컨트롤러(21)는, 도 11의 플로우 차트의 스텝 S122에 있어서 설정값 Hth를 설정값 Hth'로 대체한 처리를 실행하여 붐 실린더 속도에 속도 제한값 Vlim을 설정하는지 아닌지의 판정을 행한다. 이로써 본 실시형태의 컨트롤러(21)는 운반 동작 개시시의 버킷 조선 위치(높이 H)와 유압 셔블(1)과 덤프 트럭(2)의 상대 거리(Ht)에 따른 조작 레버(22)의 속도 지령의 보정(속도 제한값 Vlim의 설정)을 실시한다.

도 16에 나타낸 예의 경우, 제1 실시형태와 같이 유압 셔블(1)과 덤프 트럭(2)의 상대 거리 Ht를 고려하지 않고, 조선의 연직 방향 거리 H와 설정값 Hth의 대소만을 비교해 속도 제한값 Vlim의 설정의 판정을 행한 경우, 설정값 Hth가 연직 방향 거리 H보다 작기 때문에, 스텝 S122의 판정에 의해 속도 제한 없음이라고 설정된다. 그러나, 실제의 적입 장소(덤프 트럭(2)의 기준점 Psd)는 유압 셔블(1)의 기준점 Pss에 대해 상대 거리 Ht만큼 하방에 위치하기 때문에, 붐(13)의 회동각 속도가 일정해지는 기간을 충분히 취할 수 없는 경우가 있다.

이에 대해서, 본 실시형태와 같이 연직 방향 거리의 새로운 설정값 Hth'를 판정 기준에 이용하면, 스텝 S122의 판정에 의해 속도 제한 있음으로 설정되기 때문에, 붐(13)의 회동 속도가 속도 제한값 Vlim으로 억제되어 붐(13)의 회동각 속도가 일정해지는 기간을 충분히 취할 수 있게 된다. 이와 같이 덤프 트럭(2)과의 연직 방향에 있어서의 상대 거리 Ht를 고려해 속도 지령의 보정을 실시함으로써, 덤프 트럭(2)과의 연직 방향의 위치 관계가 빈번하게 변경되는 환경에 있어서도 적절한 속도 지령의 보정을 실시할 수 있어, 하중 계측의 정밀도가 향상된다.

또, 도 16의 예에서는, 덤프 트럭(2)의 기준점 Psd가 유압 셔블(1)의 기준점 Pss의 하방에 있는 경우에 대해 설명했지만, 덤프 트럭(2)의 기준점 Psd가 유압 셔블(1)의 기준점 Pss의 상방에 있는 경우도 마찬가지로 적용할 수 있다. 단, 이 경우는 제1 실시형태와 동일한 처리를 행할 수 있다.

또, 상기의 설정값 Hth'와 연직 방향 거리 H를 비교하는 처리 대신에, 연직 방향 거리 H로부터 상대 거리 Ht를 뺌으로써 운반 동작에 있어서의 버킷 조선의 이동 높이(H-Ht)를 산출하고, 그 값이 기준선 Lst1을 넘는지 아닌지를 판정하여, 넘는다고 판정된 경우에 속도 제한값 Vlim을 설정하도록 구성해도 된다.

<제4 실시형태>

다음으로 본 발명의 제4 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는 하중 연산부(52)에서 연산되는 하중값의 안정도를 판정하여, 하중값이 안정되지 않았다고 판정된 경우에는 조작 레버(22)로부터 출력되는 속도 지령에 로우 패스 필터 처리를 실시하는 점에 특징이 있다. 하중값이 불안정하게 되는 원인으로서는 예를 들면 조작 레버(22)로의 급조작의 입력이 있다.

도 17은 본 실시형태의 하중 계측 시스템의 시스템 구성도이다. 본 실시형태의 컨트롤러(21)는, 제1 실시형태의 구성에 더해 추가로, 하중 안정 판정부(60)와 필터 처리부(56)를 구비하고 있다. 그 외의 부분에 대해서는 제1 실시형태와 같다.

하중 안정 판정부(60)는, 하중 연산부(52)에서 연산된 작업 대상물의 하중값의 시간 변화의 양태에 근거하여 작업 대상물의 하중값이 안정되어 있는지 아닌지를 판정한다. 필터 처리부(56)는, 하중 안정 판정부(60)에서 작업 대상물의 하중값이 안정되지 않았다고 판정된 경우, 조작 레버(22)에서 생성된 속도 지령에 로우 패스 필터 처리를 실시한다. 또, 본 실시형태의 속도 지령 보정부(50)는, 필터 처리부(56)에서 로우 패스 필터 처리가 실시된 속도 지령(이하, 「필터 속도 지령」이라고 칭하는 경우가 있다)으로 규정되는 붐 실린더 속도가 속도 제한값 연산부(55)에 연산된 속도 제한값 Vlim을 넘을 때, 붐 실린더 속도가 속도 제한값 Vlim이 되도록 필터 속도 지령을 보정하여 구동 신호 생성부(51)에 출력하고, 필터 속도 지령으로 규정되는 붐 실린더 속도가 속도 제한값 Vlim 이하일 때, 필터 속도 지령을 보정하지 않고 구동 신호 생성부(51)에 출력한다.

도 18은 본 실시형태의 하중 안정 판정부(60)에 의해 실행되는 하중 안정 판정 처리의 플로우 차트이다. 도 18의 플로우 차트는 컨트롤러(21)에 있어서 미리 정해진 샘플링 주기로 실행된다.

먼저, 하중 안정 판정부(60)는 스텝 S130에서 운반 개시 판정부(54)로부터 운반 개시 판정이 출력되었는지 아닌지 감시한다. 여기에서 운반 개시 판정이 출력되고 있다고 판정한 경우는 스텝 S131로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 운반 개시 판정부(54)의 감시를 속행한다.

스텝 S131에서는, 하중 안정 판정부(60)는, 하중 연산부(52)에서 연산되는 순간 하중값 Ml(도 8의 스텝 S111)의 기록을 개시하고, 스텝 S132에서 하중을 확정하기 위한 스텝 S113의 소정 시간(도 8 참조)이 경과되었는지 아닌지를 판정한다. 소정 시간이 경과되었다고 판정한 경우는 스텝 S133으로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 스텝 S131에 돌아와, 순간 하중값 Ml의 기록을 속행한다. 이로써 소정 시간중에 하중 연산부(52)에서 연산된 복수의 순간 하중값 Ml이 기록된다.

스텝 S133에서는, 하중 안정 판정부(60)는, 하중 계측 기간(스텝 S113의 소정 시간)에 있어서의 작업 대상물의 순간 하중값 Ml의 시간 변화의 양태로서, 하중 계측 기간에 있어서의 순간 하중값 Ml의 표준 편차 σ를 스텝 S131에서 기록한 순간 하중값 Ml의 이력으로부터 연산하고, 스텝 S134로 진행한다.

스텝 S134에서는, 하중 안정 판정부(60)는, 스텝 S133에서 연산한 표준 편차 σ가 미리 설정된 임계값 σth보다 큰지 아닌지를 판정하여, 표준 편차 σ가 임계값 σth보다 크다고 판정한 경우는, 순간 하중값 Ml의 불균일이 커, 스텝 S131에서 기록하고 있던 기간의 하중이 불안정하다고 판단하여, 스텝 S135에서 내부의 카운트를 1개 증가시켜 스텝 S136으로 진행한다. 한편, 표준 편차 σ가 임계값 σth보다 작다고 판정한 경우는 내부 카운트를 가산하지 않고 스텝 S136으로 진행한다.

스텝 S136에서는, 하중 안정 판정부(60)는, 내부 카운트값이 미리 보지하고 있는 설정값보다 큰지 아닌지를 판정하여, 작다고 판정한 경우는 스텝 S138로 진행한다. 반대로 내부 카운트값이 설정값보다 크다고 판정한 경우는, 운반 동작중에 하중이 불안정하게 되는 일이 빈번하게 있었다고 간주하고, 스텝 S137에서 하중이 불안정하다는 하중 안정 판정 결과를 속도 제한값 연산부(55)에 출력하여, 스텝 S138로 진행한다.

스텝 S138에서는, 하중 안정 판정부(60)는, 스텝 S131에서 기록한 순간 하중값 Ml의 기록을 리셋하고, 스텝 130으로 돌아온다.

도 19는 본 실시형태의 속도 제한값 연산부(55)에 의해 실행되는 처리의 플로우 차트이다. 도 19의 플로우 차트는 컨트롤러(21)에 있어서 미리 정해진 샘플링 주기로 실행된다. 도 19의 플로우 차트는 도 11의 플로우 차트에 하중 안정도의 판정에 근거한 필터 처리부(56)에 대한 필터 처리의 지시(스텝 S140, S141, S142, S143)를 추가하고 있다.

속도 제한값 연산부(55)는, 스텝 S122 또는 스텝 S123 후에 스텝 S140에서 하중 안정 판정부(60)로부터 출력되는 하중 안정 판정 결과를 취득하여, 스텝 S141로 진행한다.

스텝 S141에서는, 속도 제한값 연산부(55)는, 하중이 안정되어 있는지 아닌지를 판정한다. 여기에서 하중 안정 판정부(60)로부터 불안정이라는 하중 안정 판정 결과가 출력되지 않고, 하중이 안정되어 있다고 판단한 경우에는, 필터 처리부(56)에 대해서 로우 패스 필터 처리의 실행을 지시하지 않고 스텝 S124로 진행한다. 한편, 하중 안정 판정부(60)로부터 불안정이라는 하중 안정 판정 결과가 출력되고 있는 경우는, 스텝 S142에서 필터 처리부(56)에 대해서 조작 레버(22)로부터 입력되는 속도 지령에 대해서 로우 패스 필터 처리를 실행하라고 지시하여 스텝 S124로 진행한다.

스텝 S124에서는, 속도 제한값 연산부(55)는, 운반 개시 판정부(54)로부터 적입 개시 판정(도 5의 스텝 S104 참조)이 출력되었는지 아닌지 감시한다. 여기에서 적입 개시 판정이 출력되고 있는 경우는 스텝 S125로 진행한다. 그렇지 않은 경우에는 스텝 S124 전으로 돌아가, 운반 개시 판정부(54)로부터의 출력을 감시한다.

스텝 S125에서는, 속도 제한값 연산부(55)는 속도 제한의 설정을 리셋하고 스텝 S143으로 진행한다. 스텝 S143에서는, 속도 제한값 연산부(55)는 필터 처리부(56)에 대해서 필터 처리의 실행을 중지하라고 지시하여 스텝 S120으로 돌아온다.

도 20은 본 실시형태의 필터 처리부(56)에 의해 로우 패스 필터 처리를 행한 경우와 행하지 않았던 경우의 순간 하중값 Ml(도면 내 상단)과 붐 속도 지령(붐 실린더(16)에 대한 속도 지령)(도면 내 하단)의 시간 변화를 나타내는 도면이다. 필터 처리를 행한 경우의 그래프에는 「필터 있음」이라고 적고, 필터 처리를 행하지 않았던 경우의 그래프에는 「필터 없음」이라고 적고 있다.

도 20 중의 하단의 「필터 없음」이라고 적힌 그래프와 같이, 운반 동작의 개시시에 조작자가 붐 상승 조작을 입력할 때에 그 조작량에 급격한 변화가 있었을 경우에는, 프론트 작업기(12)의 관성력의 영향이나 유압 회로의 특성에 따라, 순간 하중값 Ml은 도 20 중에서 「필터 없음」이라고 적은 곡선이 나타내는 바와 같이 진동적으로 불안정하게 되는 경우가 있어, 순간 하중값 Ml의 평균값이 실제 하중값과 괴리하는 경우가 있다.

이 과제를 해결하기 위해서, 본 실시형태에서는, 하중이 불안정하다고 판정된 경우에는, 필터 처리부(56)에 의해 붐 속도 지령에 로우 패스 필터를 설정함으로써 붐 속도 지령의 급격한 변화를 억제하여, 순간 하중값 Ml의 변동을 작게 하는 것으로 했다.

이와 같이 과거의 하중 연산이 안정되어 있는지 아닌지를 판정함으로써 운반 동작시의 조작자의 조작이 적정한지 아닌지를 판정하여, 적정하지 않은 경우는 필터 처리를 실시하여 실제값에 가깝게 하므로, 조작이 부적절하게 되어 있는 조작자에 있어서의 하중 계측에 있어서도 정밀도를 향상시킬 수 있다.

<제5 실시형태>

다음으로 본 발명의 제5 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는, 제1 실시형태의 속도 제한값 Vlim과 설정값 Hth의 값을 입력 장치(모니터(23))를 개재하여 조작자가 임의로 설정 가능하게 구성되어 있는 점에 특징이 있다. 본 실시형태에서는 터치 패널을 갖는 모니터(23)는 설정값 Vlim, Hth의 입력 장치로서 기능한다. 그 외의 부분에 대해서는 제1 실시형태와 같다.

도 21은 본 실시형태의 하중 계측 시스템의 시스템 구성도이다. 본 실시형태의 컨트롤러(21)는, 모니터(23)로부터 출력되는 신호(속도 제한값(Vlim)의 변경 신호와, 연직 방향 거리 설정값(Hth)의 변경 신호)를 수신 가능하게 구성되어 있다. 모니터(23)로부터의 신호는 속도 제한값 연산부(55)에 입력되고 있고, 속도 제한값 연산부(55)는 그 신호에 근거하여 속도 제한값 Vlim이나 설정값 Hth를 변경한다.

도 22는 본 실시형태의 모니터(23)의 표시 화면의 일례의 개략도이다. 모니터(23)의 화면상에는, 도 22에 나타내는 바와 같이, 하중 연산부(52)에 연산된 작업 대상물의 하중값이 표시되는 하중값 표시부(73)와, 주로 프론트 작업기(12)의 자세가 표시되는 자세 표시부(70)와, 실제의 붐 회동 속도의 시간 변화와 속도 제한값 Vlim이 표시되는 속도 제한값 표시부(71)와, 조작자가 원하는 속도 제한값 Vlim과 설정값 Hth를 설정하기 위한 입력부(72)가 마련되어 있다.

자세 표시부(70)에는, 도 10에 나타낸 영역 A, 영역 B 및 기준선 Lst1이 표시되며, 운반 동작 개시시의 버킷(15)의 선단 위치는 까만 원으로 표시된다. 기준선 Lst1의 위치는, 화면 내의 기준선 Lst1의 양단에 있는 2개의 하얀 원 중 어느 하나를 일단 터치한 후에 입력부(72)의 상하의 화살표를 적절히 조작함으로써 상하로 이동시키는 것에 의해 조정할 수 있다. 기준선 Lst1의 근처에 설정값 Hth의 수치를 표시해도 된다. 입력부(72)에 의해 설정된 기준선 Lst1의 높이는 연직 방향 거리 설정값 변경 신호로서 속도 제한값 연산부(55)에 입력되고, 속도 제한값 연산부(55)는 그 변경 신호에 근거하여 설정값 Hth를 변경한다.

속도 제한값 Vlim의 값은, 속도 제한값 표시부(71) 내의 속도 제한값 Vlim을 나타내는 직선을 일단 터치한 후에 입력부(72)의 상하의 화살표를 적절히 조작함으로써 상하로 이동시키는 것에 의해 조정할 수 있다. 속도 제한값 Vlim의 근처에 그 수치를 표시해도 된다. 입력부(72)에 의해 설정된 속도 제한값 Vlim의 값은 속도 제한값 변경 신호로서 속도 제한값 연산부(55)에 입력되고, 속도 제한값 연산부(55)는 그 변경 신호에 근거하여 속도 제한값 Vlim을 변경한다.

이와 같이, 운반 동작 개시시의 버킷 선단 위치와 기준선 Lst1을 동시에 표시하고, 실제의 붐 회동 속도의 시간 변화와 속도 제한값 Vlim을 동시에 표시하며, 추가로, 기준선 Lst1과 속도 제한값 Vlim을 조작자가 원하는 위치·값으로 변경 가능하게 구성하는 것에 의해, 작업 환경이나 조작자에게 적응한 속도 제한을 실시할 수 있으므로, 하중 계측의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 여기에서는 편의상 제1 실시형태의 속도 제한값 Vlim과 설정값 Hth를 원하는 값으로 변경하는 경우에 대해 설명했지만, 전술 및 후술하는 다른 실시형태에서 설정되어 있는 각종 설정값을 모니터(입력 장치)(23)에서 변경 가능하게 구성해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

<제6 실시형태>

다음으로 본 발명의 제6 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는, 제1 실시형태의 변형예에 해당하며, 운반 동작의 개시시에 있어서의 상부 선회체(11)로부터 버킷 조선까지의 수평 방향 거리 L을 연산하는 자세 연산부(53)와, 그 수평 방향 거리 L이 설정값 Lth 미만인 경우에 속도 제한값 Vlim을 연산하는 속도 제한값 연산부(55)를 구비하는 점에 특징이 있다. 그 외의 부분에 대해서는 제1 실시형태와 같다.

본 실시형태에서는, 도 24에 나타내는 바와 같이 수평 방향에 있어서의 버킷(15)의 선단 위치를 프론트 작업기(12)의 자세의 기준으로 하고, 자세 연산부(53)는, 상부 선회체(11)의 선회 중심으로부터 버킷(15)의 선단 위치까지의 수평 방향 거리 L을 소정의 주기로 계속적으로 연산한다. 수평 방향 거리 L은 이하의 식 (11)로 연산된다.

L=Lbm·cos(θbm)+Lam·cos(θbm+θam)+Lbk·cos(θbm+θam+θbm) …(11)

본 실시형태에서는, 상부 선회체(11)의 선회 중심으로부터 차체 전방의 소정의 위치에 상부 선회체(11)의 선회축과 평행한 기준선 Lst3을 미리 설정하고 있고, 당해 기준선 Lst3보다 상부 선회체(11)에 가까운 쪽의 영역 C에서는 속도 제한을 행하고, 상부 선회체(11)로부터 먼 쪽의 영역 D에서는 속도 제한을 행하지 않는 것으로 설정하고 있다. 붐(13)의 회동 중심으로부터 기준선 Lst3까지의 거리(수평 방향 거리)는 설정값 Lth이며, 본 실시형태에서는, 운반 동작 개시시의 버킷 선단 위치가 기준선 Lst3을 넘는지 아닌지(즉, 버킷 조선이 영역 C, D 중 어느 쪽에 존재하는지)로 붐 실린더(16)의 속도 제한값의 유무를 분류하고 있다.

본 실시형태의 속도 제한값 연산부(55)에 의해 실행되는 플로우 차트는, 도 11의 것과 개략적으로 같지만, 도 11의 스텝 S121, S122를 다음과 같이 변경한 것이 된다. 즉, 스텝 S121에서는, 속도 제한값 연산부(55)는, 자세 연산부(53)로부터 수평 방향 거리 L을 취득하고, 이어지는 스텝 S122에서는, 속도 제한값 연산부(55)는, 수평 방향 거리 L이 설정값 Lth보다 큰지 아닌지를 판정하는 것으로 한다. 그 외의 처리에 대해서는 도 11과 같으므로 설명은 생략한다. 단, 말할 것도 없지만, 스텝 S123에서 설정되는 속도 제한값 Vlim은 도 11의 것과 다르게 해도 된다.

도 25는, 상단에 나타낸 2개의 자세 (a), (b)일 때의, 운반 동작중의 버킷 선단 위치의 높이의 시간 변화의 그래프(중단)와, 운반 동작중의 붐 회동 속도의 시간 변화의 그래프(하단)를 각각 나타내고 있다. 즉 제1 실시형태의 도 12와 마찬가지의 것이다. 도 25(b)의 「보정 없음」의 그래프가 나타내는 바와 같이, 운반 동작 개시시의 버킷 조선의 선단 위치 L이 설정 Lth보다 작은 경우(즉, 버킷 선단 위치가 기준선 Lst3의 앞의 영역 C에 있는 경우)에는, 프론트 작업기(12)의 중력에 의해 발생하는 토크가 작아져, 붐 회동 속도가 올라간다. 이로 인하여, 붐 회동 속도가 일정(속도 한계값)해지는 기간을 충분히 확보할 수 없어, 순간 하중값 Ml의 샘플링수가 감소하므로 하중값에 오차가 생기기 쉽다. 이에 대해, 본 실시형태에 의하면, 도 25(b)에 나타내는 바와 같이, 붐(13)의 회동 속도에 마련된 속도 제한 Vlim에 의해, 버킷 선단 위치가 소정의 높이에 이를 때까지의 시간을 확보할 수 있어, 붐의 회동각 속도가 일정해지는 기간을 충분히 취할 수 있다. 따라서, 제1 실시형태와 마찬가지로, 순간의 하중 Ml이 안정되어, 하중 계측의 정밀도가 향상된다.

또, 제1 실시형태의 영역 A, B와 본 실시형태의 영역 C, D를 조합하여, 4개의 영역을 설정하여 속도 제한을 행해도 되는 것은 명백하다. 또, 복수의 버킷 선단 위치를 대표점으로 하는 보정량의 맵을 설정하고, 계측된 버킷 선단 위치에 대해서 맵을 이용한 보간을 실시함으로써 설정값을 결정하도록 구성되어 있어도 된다.

또, 본 실시형태에 있어서도 제5 실시형태와 같이 입력 장치인 모니터(23)에서 설정값 Lth 및 속도 제한값 Vlim을 원하는 값으로 설정 가능하게 구성해도 된다. 또, 본 실시형태에 있어서도, 제2 실시형태와 마찬가지로, 속도 제한값 Vlim을, 수평 방향 거리 L의 감소에 따라 감소하도록 설정해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

<제7 실시형태>

다음으로 본 발명의 제7 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는 제3 실시형태의 변형예에 해당된다. 제3 실시형태에서는, 유압 셔블(1)의 기준점 Pss와 덤프 트럭(2)의 기준점 Psd의 연직 방향에 있어서의 상대 거리 Ht를 측거 위성(7)으로부터의 신호로부터 산출했지만, 본 실시형태의 상대 거리 연산부(61)에서는, 도 26에 나타내는 바와 같이, 덤프 트럭(2)의 하대에 대한 적입 동작의 개시시의 버킷 조선의 높이 위치 Psd'를 유압 셔블(1)과 덤프 트럭의 연직 방향의 상대 거리 Ht'로 하고 있다. 적입 동작의 개시시의 버킷 조선의 높이 위치(상대 거리) Ht'는, 운반 개시 판정부(54)가 도 5의 스텝 S104에서 적입 개시 판정을 출력했을 때의 자세 연산부(53)의 연산 결과로부터 취득할 수 있다.

본 실시형태의 컨트롤러(21)는 산출한 상대 거리 Ht'를 이용하여, 운반 동작 개시시의 프론트 작업기(12)의 자세를 분류하기 위한 새로운 연직 방향 거리의 설정값 Hth'를 이하의 식 (12)에 의해 설정한다. 즉, 본 실시형태의 속도 제한값 연산부(55)는, 높이 Hth에 있는 기준선 Lst1을 상대 거리 Ht'만큼 상방으로 이동한 새로운 기준선 Lst4를 기준으로 하여 붐 실린더 속도에 속도 제한값 Vlim을 설정하는지 아닌지의 판정을 행한다. 또, 도 26의 예에서는, 덤프 트럭(2)의 기준점은 유압 셔블의 기준점보다 상방에 위치하므로, 하기 식 (12)에서는 Hth에서 Ht를 뺀 것을 Hth'로 하고 있다.

Hth'=Hth-Ht' …(12)

이와 같이 상대 거리 Ht'를 연산해도, 제3 실시형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또, 상대 거리의 산출시에, 본 실시형태와 제3 실시형태에서 설명한 것 외에, 예를 들면, 레이저 거리계나 음파 거리계를 구비하여, 운반 기계(2)의 위치를 직접 계측해도 된다.

<기타>

또, 본 발명은, 상기의 각 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 본 발명은, 상기의 각 실시형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또, 어느 실시형태에 관한 구성의 일부를, 다른 실시형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

예를 들면, 상기의 각 실시형태의 설명에 이용한 상부 선회체(11)를 갖는 유압 셔블(1)의 프론트 작업기(12)는, 붐(13), 암(14) 및 버킷(15)을 갖고 있지만, 프론트 작업기의 구성은 이에 한정하지 않고, 예를 들면 리프팅 마그넷기와 같은 다른 형태의 프론트 작업기를 갖는 작업 기계에도 본 발명은 적용 가능하다.

또, 속도 지령의 보정의 방법은 속도 제한 및 로우 패스 필터로 한정되지 않는 것은 명백하다. 예를 들면, 유압 셔블(1)에서는 프론트 작업기(12)의 관성의 영향 등에 의해, 도 23에 나타내는 바와 같이 붐(13)에 대한 조작 지시(속도 지령)(231)와 붐(13)의 실제의 동작(속도)을 일치시킬 수 없어, 실제의 붐 속도가 속도 제한값 Vlim을 넘어 진동적으로 작용할 우려가 있다. 이러한 과제를 해결하기 위해서, 컨트롤러(21)에 유압 셔블(1)의 운동의 예측 모델을 구비하고, 속도 지령 보정부(50)에서, 도 12에서 나타낸 속도 제한값 Vlim에 근거한 속도 지령의 보정을 적용한 경우의 붐(13)의 동작 예측(232)을 연산한다. 그리고, 속도 지령 보정부(50)에 의한 붐(13)의 동작 예측(232)이 속도 제한값 Vlim을 넘는 경우, 속도 지령 보정부(50)는, 예측 모델의 특성으로부터 역산하여, 속도 제한 Vlim을 넘지 않도록 보정 지시(233)를 생성한다. 이 때의 보정 지시(233)는 도 23에 나타내는 바와 같이 예측 모델의 진동을 제거하는 것과 같은 신호가 된다. 이러한 보정 지시(233)를 생성하여 조작 지시(231)에 이용함으로써, 붐(13)을 보정 후 동작(234)과 같이 대략 일정 속도로 회동시킬 수 있다.

또, 상기의 각 실시형태에서는 간단하기 하기 위해 단일 액츄에이터(붐 실린더(16))에 대해서 운반 동작시의 프론트 작업기(12)의 자세에 근거한 속도 제한을 행하는 것에 대해 설명했지만, 그 외의 액츄에이터(예를 들면, 암 실린더(17), 버킷 실린더(18) 등)에 대해서도 마찬가지의 속도 제한을 개별적으로 행할 수 있도록 해도 되는 것은 명백하다.

또, 운반 개시 판정부(54)에 있어서의 운반 개시 판정은 상기 설명한 바와 같이 암 실린더 보텀압과 버킷 각도를 이용한 방법으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 리프팅 마그넷기와 같은 작업 기계의 경우, 마그넷의 흡착의 ON/OFF 신호에 근거하여 운반 동작의 개시와 종료를 판정하는 것은 용이하다.

하중의 연산은 도 7에 나타내는 모델로 한정되는 것은 아니고, 다른 연산식을 이용해도 되는 것은 명백하다. 예를 들면, 붐(13), 암(14), 버킷(15)에 의해 구성되는 프론트 작업기(12)의 운동 방정식을 이용하여 하중을 연산해도 된다.

하중의 확정 방법은 도 8에 나타내는 수법으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 붐(13)의 회동 가속도가 소정값 이하인 기간을 추출하여, 그 기간에 있어서의 하중을 평균화함으로써 확정해도 된다.

속도 제한값 Vlim의 설정은 도 10, 도 12, 도 13, 도 14에 나타내는 방법으로 한정되는 것은 아니다.

1…유압 셔블, 2…덤프 트럭, 12…프론트 작업기, 13…붐, 14…암, 15…버킷, 16…붐 실린더, 17…암 실린더, 18…버킷 실린더, 21…컨트롤러, 22…조작 레버(조작 장치), 23…모니터(표시 장치, 입력 장치), 24…붐 각도 센서, 25…암 각도 센서, 26…버킷 각도 센서, 27…선회 각속도 센서, 28…경사 각도 센서, 29…붐 보텀압 센서, 30…붐 로드 압 센서, 31…암 보텀압 센서, 32…암 로드 압 센서, 51…구동 신호 생성부, 52…하중 연산부, 53…자세 연산부, 54…운반 개시 판정부, 55…속도 제한값 연산부, 56…필터 처리부, 61…상대 거리 연산부

Claims (7)

1. 다관절형의 작업기와,
   상기 작업기를 구동하는 액츄에이터와,
   조작량에 따라 상기 액츄에이터에 대한 속도 지령을 생성하는 조작 장치와,
   운반 기계의 상방으로의 작업 대상물의 운반이 상기 작업기에 의해 행해지고 있는 동안의 상기 액츄에이터의 추력 정보에 근거하여 상기 작업 대상물의 하중을 연산하는 하중 연산부를 갖는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
   상기 제어 장치는,
   상기 액츄에이터의 하중 정보에 근거하여 상기 작업 기계가 상기 작업 대상물의 운반을 개시하였는 지 여부를 판정하는 운반 개시 판정부와,
   상기 운반 개시 판정부에 의해 상기 작업 기계가 상기 작업 대상물의 운반을 개시하였다고 판정된 경우에, 상기 작업기에 의한 상기 운반 기계의 상방으로의 작업 대상물의 운반의 개시시에 있어서의 상기 작업기의 자세 정보에 근거하여 상기 액츄에이터의 속도의 제한값을 연산하는 속도 제한값 연산부와,
   상기 속도 지령으로 규정되는 액츄에이터 속도가 상기 속도 제한값 연산부에서 연산된 상기 제한값을 넘을 때, 상기 액츄에이터의 속도가 상기 제한값이 되도록 상기 속도 지령을 보정해서 출력하는 속도 지령 보정부와,
   상기 속도 지령 보정부로부터 출력된 속도 지령에 근거하여 상기 액츄에이터의 구동 신호를 생성하여 출력하는 구동 신호 생성부를 구비하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 작업기의 자세 정보로서, 상기 작업 기계에 대한 상기 작업기의 선단의 높이를 연산하는 자세 연산부를 추가로 구비하고,
   상기 속도 제한값 연산부는, 상기 자세 연산부에 의해 연산된 상기 작업기에 의한 상기 운반 기계의 상방으로의 작업 대상물의 운반의 개시시에 있어서의 상기 작업기의 선단의 높이가 상기 작업 기계의 하방에 설정한 기준선 Lst1을 넘는 경우에 상기 제한값을 연산하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 작업기의 자세 정보로서, 상기 작업 기계로부터 상기 작업기의 선단까지의 수평 방향 거리를 연산하는 자세 연산부를 추가로 구비하고,
   상기 속도 제한값 연산부는, 상기 자세 연산부에 의해 연산된 상기 작업기에 의한 상기 운반 기계의 상방으로의 작업 대상물의 운반의 개시시에 있어서의 상기 수평 방향 거리가 소정값 미만인 경우에 상기 제한값을 연산하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 작업 기계와 상기 운반 기계의 연직 방향에 있어서의 상대 거리를 계측하는 상대 거리 연산부를 추가로 구비하고,
   상기 작업기의 자세 정보로서, 상기 작업 기계에 대한 상기 작업기의 선단의 높이를 연산하는 자세 연산부를 추가로 구비하며,
   상기 속도 제한값 연산부는, 상기 자세 연산부에 의해 연산된 상기 작업기에 의한 상기 운반 기계의 상방으로의 작업 대상물의 운반의 개시시에 있어서의 상기 연직 방향에 있어서의 상대 거리와 상기 자세 연산부에 의해 연산된 상기 작업기에 의한 상기 운반 기계의 상방으로의 작업 대상물의 운반의 개시시에 있어서의 상기 작업기의 선단의 높이로부터 상기 작업기의 이동 높이를 산출하여, 당해 이동 높이가 상기 작업 기계의 하방에 설정한 기준선 Lst1을 넘는 경우에 상기 제한값을 연산하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
5. 다관절형의 작업기와,
   상기 작업기를 구동하는 액츄에이터와,
   조작량에 따라 상기 액츄에이터에 대한 속도 지령을 생성하는 조작 장치와,
   운반 기계의 상방으로의 작업 대상물의 운반이 상기 작업기에 의해 행해지고 있는 동안의 상기 액츄에이터의 추력 정보에 근거하여 상기 작업 대상물의 하중을 연산하는 하중 연산부를 갖는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
   상기 제어 장치는,
   상기 작업기에 의한 상기 운반 기계의 상방으로의 작업 대상물의 운반의 개시시에 있어서의 상기 작업기의 자세 정보에 근거하여 상기 액츄에이터의 속도의 제한값을 연산하는 속도 제한값 연산부와,
   상기 속도 지령으로 규정되는 액츄에이터 속도가 상기 제한값을 넘을 때, 상기 액츄에이터의 속도가 상기 제한값이 되도록 상기 속도 지령을 보정해서 출력하고, 상기 속도 지령으로 규정되는 액츄에이터 속도가 상기 제한값 이하일 때, 상기 속도 지령을 보정하지 않고 출력하는 속도 지령 보정부와,
   상기 속도 지령 보정부로부터 출력된 속도 지령에 근거하여 상기 액츄에이터의 구동 신호를 생성하여 출력하는 구동 신호 생성부와,
   상기 하중 연산부에서 연산된 상기 작업 대상물의 하중값의 시간 변화에 근거하여 상기 작업 대상물의 하중값이 안정되어 있는지 아닌지를 판정하는 하중 안정 판정부와,
   상기 하중 안정 판정부에서 상기 작업 대상물의 하중값이 안정되지 않았다고 판정된 경우, 상기 조작 장치에서 생성된 속도 지령에 로우 패스 필터 처리를 실시하는 필터 처리부를 추가로 구비하고,
   상기 속도 지령 보정부는, 상기 필터 처리부에서 로우 패스 필터 처리가 실시된 속도 지령인 필터 속도 지령으로 규정되는 액츄에이터 속도가 상기 제한값을 넘을 때, 상기 액츄에이터 속도가 상기 제한값이 되도록 상기 필터 속도 지령을 보정해서 출력하고, 상기 필터 속도 지령으로 규정되는 액츄에이터 속도가 상기 제한값 이하일 때, 상기 필터 속도 지령을 보정하지 않고 출력하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제한값은, 상기 작업기의 선단의 높이와 상기 기준선 Lst1의 거리의 증가에 따라 감소하도록 설정되어 있는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
7. 제3항에 있어서,
   상기 제한값은, 상기 수평 방향 거리의 감소에 따라 감소하도록 설정되어 있는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.

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