KR102327856B1 - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

버킷(10)을 작업 개시 위치로 이동시킨 후에 암(9)을 동작시켜서 작업을 행하는 유압 셔블(1)에 있어서, 동작 판정부(81c)는, 프론트 작업 장치(1A)가 버킷을 작업 개시 위치로 이동시키는 작업 준비 동작에 있는지 여부를 조작 장치에 대한 조작을 기초로 판정한다. 액추에이터 제어부(81)는, 조작 장치의 조작 시에 동작 판정부에서 작업 준비 동작에 있다고 판정되었을 때, 목표면에 대한 작업구의 각도가 미리 설정한 목표 각도(θTGT)가 되게 버킷 실린더(7)를 제어한다.

Description

작업 기계

본 발명은, 조작 장치의 조작 시에, 미리 정한 조건에 따라서 복수의 유압 액추에이터의 적어도 하나를 제어하는 작업 기계에 관한 것이다.

유압 액추에이터로 구동되는 작업 장치(예를 들어 프론트 작업 장치)를 구비하는 작업 기계(예를 들어 유압 셔블)의 작업 효율을 향상시키는 기술로서 머신 컨트롤(Machine Control: MC)이 있다. MC는, 조작 장치가 오퍼레이터에 의해 조작된 경우에, 미리 정한 조건에 따라서 작업 장치를 동작시키는 반자동 제어를 실행함으로써 오퍼레이터의 조작 지원을 행하는 기술이다. 또한, 이하에서는 「MC를 실행한다」는 것을 간단히 「MC한다」라고 표현하는 경우가 있다.

예를 들어 일본 특허 공개 제2000-303492호 공보에는, 버킷(작업구)의 목표 자세를 설정하여, 그 목표 자세로 버킷이 목표 굴삭면(이하에서는 목표면이라고도 칭한다)을 따라 이동하도록 프론트 작업 장치를 MC하는 기술이 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 버킷의 목표 자세(쌍 목표면 버킷 각도)의 설정에 관해서, 암용의 조작 레버 장치의 조작 레버(암 조작 레버)가 중립일 때, 항상 그때의 버킷 선단의 위치 및 버킷각을 쌍 목표면 버킷 각도로 하고 있다. 그리고, MC는, 암 조작 레버가 중립 위치로부터 조작된 시점으로 제어 개시로 하고, 암 조작 레버가 중립으로 되돌아간 시점으로 제어 종료로 하고 있다. 즉, 암 조작이 개시된 시점에서의 버킷의 자세가 버킷의 목표 자세(쌍 목표면 버킷 각도)로서 설정되고, 암 조작 중에는 버킷을 그 목표 자세로 보유 지지하는 MC가 행해진다.

일본 특허 공개 제2000-303492호 공보

상기 문헌에서는, 오퍼레이터에 의해 암 조작이 개시된 시점의 버킷 자세가 MC 중의 쌍 목표면 버킷 각도로서 설정된다. 즉, MC 시에, 쌍 목표면 버킷 각도(특허문헌 1에서는 「버킷 대지 각도」라고 칭해지고 있다)를 소정값으로 제어하는 것은 이루어져 있지 않다. 그 때문에, MC 중의 쌍 목표면 버킷 각도를 원하는 값으로 설정하기 위해서는, 암 조작을 개시하기 직전까지 쌍 목표면 버킷 각도를 오퍼레이터 조작으로 조정할 필요가 있다. 이 각도 조정 시에 오퍼레이터가 쌍 목표면 버킷 각도를 눈으로 보는 것은 곤란하기 때문에, 쌍 목표면 버킷 각도를 원하는 값으로 하기 위해서는 숙련을 요한다.

또한, MC는, 오퍼레이터 조작에 의한 동작에 대해서 그와 다른 동작을 개입시키는 제어이기 때문에, 오퍼레이터에게 위화감을 줄 우려가 있다. 그 때문에, 가능한 한 오퍼레이터에게 위화감을 주지 않을 타이밍에 MC를 발동시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은, 버킷으로 대표되는 작업구가 목표면과 이루는 각도를, 가능한 한 오퍼레이터에게 위화감을 주지 않고, 용이하게 원하는 값으로 설정할 수 있는 작업 기계를 제공하는 데 있다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 붐, 암 및 작업구를 갖는 작업 장치와, 상기 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와, 오퍼레이터의 조작에 따라 상기 작업 장치의 동작을 지시하는 조작 장치와, 상기 조작 장치의 조작 시에, 미리 정한 조건에 따라서 상기 복수의 유압 액추에이터의 적어도 하나를 제어하는 액추에이터 제어부를 갖는 제어 장치를 구비하고, 상기 작업구를 작업 개시 위치로 이동시킨 후에 상기 암을 동작시켜서 작업을 행하는 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 작업 장치가 상기 작업구를 상기 작업 개시 위치로 이동시키는 작업 준비 동작에 있는지 여부를 상기 조작 장치에 대한 조작에 기초하여 판정하는 동작 판정부를 더 구비하고, 상기 액추에이터 제어부는, 상기 조작 장치의 조작 시에 상기 동작 판정부에 있어서 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있다고 판정되었을 때, 상기 작업 장치에 의한 작업 대상의 목표 형상을 나타내는 목표면에 대한 상기 작업구의 각도가 미리 설정한 목표 각도로 되도록 상기 복수의 유압 액추에이터 중 상기 작업구에 관한 유압 액추에이터를 제어하는 머신 컨트롤 제어를 실행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 굴삭 등의 작업 개시 시에 필요한 목표면과 작업구의 위치 정렬 작업에 있어서, 목표면과 작업구의 각도 맞춤을 위화감 없이 신속하게 할 수 있어, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은, 유압 셔블의 구성도이다.
도 2는, 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 나타내는 도면이다.
도 3은, 프론트 제어용 유압 유닛의 상세도이다.
도 4는, 유압 셔블의 제어 컨트롤러의 하드웨어 구성도이다.
도 5는, 도 1의 유압 셔블에 있어서의 좌표계 및 목표면을 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 1의 유압 셔블의 제어 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 7은, 도 6 중의 MC 제어부의 기능 블록도이다.
도 8은, 암 크라우드에 의한 암 작업을 위한 작업 준비 동작(버킷 위치 정렬 작업)의 설명도이다.
도 9는, 암 크라우드에 의한 암 작업을 위한 작업 준비 동작(버킷 위치 정렬 작업)의 설명도이다.
도 10은, 제1 실시 형태에 있어서의 버킷 제어부 및 동작 판정부에 의한 버킷 각도 제어의 흐름도이다.
도 11은, 붐 제어부에 의한 붐 올림 제어의 흐름도이다.
도 12는, 버킷 클로 끝 속도의 수직 성분의 제한값 ay와 거리 D의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은, 오퍼레이터 조작에 의해 암 선단에 발생하는 속도 벡터의 설명도이다.
도 14는, 제2 실시 형태에 있어서의 버킷 제어부 및 동작 판정부에 의한 버킷 각도 제어의 흐름도이다.
도 15는, 오퍼레이터 조작에 의해 암 선단에 발생하는 속도 벡터의 설명도이다.
도 16은, 제3 실시 형태에 있어서의 버킷 제어부 및 동작 판정부에 의한 버킷 각도 제어의 흐름도이다.
도 17은, 도 10, 14, 16에 있어서의 스텝 105의 구체적 처리 내용의 일례이다.
도 18은, 버킷의 회동 각도의 목표값 γTGT의 산출 흐름도이다.
도 19는, 각도 δ의 설명도이다.
도 20은, 버킷 각도 제어가 실행되어, 버킷이 작업 개시 위치에서 최종적인 자세로 된 유압 셔블의 상태도이다.
도 21은, 버킷의 회동 각도의 목표값 γTGT의 산출 흐름도이다.
도 22는, 분사기를 작업구로서 구비한 작업 기계의 개략 구성도이다.
도 23은, 제1 실시 형태의 변형예에 있어서의 버킷 제어부 및 동작 판정부에 의한 버킷 각도 제어의 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하에서는, 작업 장치의 선단의 작업구(어태치먼트)로서 버킷(10)을 구비하는 유압 셔블을 예시하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 작업 기계에서 본 발명을 적용해도 상관없다. 또한, 복수의 링크 부재(어태치먼트, 암, 붐 등)를 연결하여 구성되는 다관절형의 작업 장치를 갖는 것이라면 유압 셔블 이외의 작업 기계에의 적용도 가능하다.

또한, 본 명세서에서는, 어떤 형상을 나타내는 용어(예를 들어, 목표면, 설계면 등)와 함께 사용되는 「상」, 「상방」 또는 「하방」이라는 단어의 의미에 관하여, 「상」은 당해 어떤 형상의 「표면」을 의미하고, 「상방」은 당해 어떤 형상의 「표면보다 높은 위치」를 의미하고, 「하방」은 당해 어떤 형상의 「표면보다 낮은 위치」를 의미하는 것으로 한다. 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, 이들을 통합하여 펌프(300)라 표기하는 경우가 있다.

<제1 실시 형태>

<기본 구성>

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

도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은, 다관절형의 프론트 작업 장치(1A)와, 차체(1B)로 구성되어 있다. 차체(1B)는, 좌우의 주행 유압 모터(3a, 3b)에 의해 주행하는 하부 주행체(11)와, 하부 주행체(11) 상에 설치되어, 선회 유압 모터(4)에 의해 선회하는 상부 선회체(12)로 이루어진다.

프론트 작업 장치(1A)는, 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 피구동 부재(붐(8), 암(9) 및 버킷(10))를 연결하여 구성되어 있다. 붐(8)의 기단부는 상부 선회체(12)의 전방부에 있어서 붐 핀을 통해 회동 가능하게 지지되어 있다. 붐(8)의 선단에는 암 핀을 통해 암(9)이 회동 가능하게 연결되어 있고, 암(9)의 선단에는 버킷 핀을 통해 버킷(10)이 회동 가능하게 연결되어 있다. 붐(8)은 붐 실린더(5)에 의해 구동되고, 암(9)은 암 실린더(6)에 의해 구동되고, 버킷(10)은 버킷 실린더(7)에 의해 구동된다.

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 경사각 θ(도 5 참조)를 검출하는 차체 경사각 센서(33)가 설치되어 있다. 또한, 각도 센서(30, 31, 32)는 각각 기준면(예를 들어 수평면)에 대한 각도 센서로 대체 가능하다.

상부 선회체(12)에 마련된 운전실 내에는, 주행 우 레버(23a)(도 1)를 갖고 주행 우 유압 모터(3a)(하부 주행체(11))를 조작하기 위한 조작 장치(47a)(도 2)와, 주행 좌 레버(23b)(도 1)를 갖고 주행 좌 유압 모터(3b)(하부 주행체(11))를 조작하기 위한 조작 장치(47b)(도 2)와, 조작 우 레버(1a)(도 1)를 공유하여 붐 실린더(5)(붐(8)) 및 버킷 실린더(7)(버킷(10))를 조작하기 위한 조작 장치(45a, 46a)(도 2)와, 조작 좌 레버(1b)(도 1)를 공유하여 암 실린더(6)(암(9)) 및 선회 유압 모터(4)(상부 선회체(12))를 조작하기 위한 조작 장치(45b, 46b)(도 2)가 설치되어 있다. 이하에서는, 주행 우 레버(23a), 주행 좌 레버(23b), 조작 우 레버(1a) 및 조작 좌 레버(1b)를 조작 레버(1, 23)라고 총칭하는 경우가 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 펌프이며, 파일럿 펌프(48)는 고정 용량형 펌프다. 본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 파일럿 라인(144, 145, 146, 147, 148, 149)의 도중에 셔틀 블록(162)이 마련되어 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 있어, 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), 프론트 제어용 유압 유닛(160) 내의 각 밸브에 접속되어 있다. 로크 밸브(39)는 본 예에서는 전자 전환 밸브이며, 그 전자 구동부는 운전실(도 1)에 배치된 게이트 로크 레버(도시하지 않음)의 위치 검출기와 전기적으로 접속되어 있다. 게이트 로크 레버의 포지션은 위치 검출기로 검출되고, 그 위치 검출기로부터 로크 밸브(39)에 대해서 게이트 로크 레버의 포지션에 따른 신호가 입력된다. 게이트 로크 레버의 포지션이 로크 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 닫혀 펌프 라인(148a)이 차단되고, 로크 해제 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 열려 펌프 라인(148a)이 개통된다. 즉, 펌프 라인(148a)이 차단된 상태에서는 조작 장치(45, 46, 47)에 의한 조작이 무효화되어, 선회, 굴삭 등의 동작이 금지된다.

조작 장치(45, 46, 47)는, 유압 파일럿 방식이며, 파일럿 펌프(48)로부터 토출되는 압유를 바탕으로, 각각 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작 레버(1, 23)의 조작량(예를 들어, 레버 스트로크)과 조작 방향에 따른 파일럿압(조작압이라고 칭하는 경우가 있다)을 발생시킨다. 이렇게 발생한 파일럿압은, 컨트롤 밸브 유닛(20) 내의 대응하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)(도 2 또는 도 3 참조)의 유압 구동부(150a 내지 155b)에 파일럿 라인(144a 내지 149b)(도 3 참조)을 통해 공급되고, 이들 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 3 참조)를 통해 주행 우 유압 모터(3a), 주행 좌 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 신축됨으로써, 붐(8), 암(9), 버킷(10)이 각각 회동하여, 버킷(10)의 위치 및 자세가 변화한다. 또한, 공급된 압유에 의해 선회 유압 모터(4)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)에 대해서 상부 선회체(12)가 선회한다. 그리고, 공급된 압유에 의해 주행 우 유압 모터(3a), 주행 좌 유압 모터(3b)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)가 주행한다.

도 4는 본 실시 형태에 관한 유압 셔블이 구비하는 머신 컨트롤(MC) 시스템의 구성도이다. 도 4의 시스템은, MC로서, 조작 장치(45, 46)가 오퍼레이터에 의해 조작되었을 때, 프론트 작업 장치(1A)를 미리 정해진 조건에 기초하여 제어하는 처리를 실행한다. 본 명세서에서는 머신 컨트롤(MC)을, 조작 장치(45, 46)의 비조작 시에 작업 장치(1A)의 동작을 컴퓨터에 의해 제어하는 「자동 제어」에 대해서, 조작 장치(45, 46)의 조작 시에만 작업 장치(1A)의 동작을 컴퓨터에 의해 제어하는 「반자동 제어」라고 칭하는 경우가 있다. 다음에 본 실시 형태에 있어서의 MC의 상세를 설명한다.

프론트 작업 장치(1A)의 MC로서는, 조작 장치(45b, 46a)를 통해 굴삭 조작(구체적으로는, 암 크라우드, 버킷 크라우드 및 버킷 덤프의 적어도 하나의 지시)이 입력된 경우, 목표면(60)(도 5 참조)과 작업 장치(1A)의 선단(본 실시 형태에서는 버킷(10)의 클로 끝으로 한다)의 위치 관계에 기초하여, 작업 장치(1A)의 선단의 위치가 목표면(60) 상 및 그 상방의 영역 내로 보유 지지되도록 유압 액추에이터(5, 6, 7) 중 적어도 하나를 강제적으로 동작시키는 제어 신호(예를 들어, 붐 실린더(5)를 늘여서 강제적으로 붐 올림 동작을 행한다)를 해당하는 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)에 출력한다.

이 MC에 의해 버킷(10)의 클로 끝이 목표면(60)의 하방에 침입하는 것이 방지되므로, 오퍼레이터의 기량의 정도에 관계 없이 목표면(60)을 따른 굴삭이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, MC 시의 프론트 작업 장치(1A)의 제어점을, 유압 셔블의 버킷(10)의 클로 끝(작업 장치(1A)의 선단)에 설정하고 있지만, 제어점은 작업 장치(1A)의 선단 부분의 점이라면 버킷 클로 끝 이외에도 변경 가능하다. 예를 들어, 버킷(10)의 저면이나, 버킷 링크(13)의 최외부도 선택 가능하다.

도 4의 시스템은, 작업 장치 자세 검출 장치(50)와, 목표면 설정 장치(51)와, 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)와, 운전실 내에 설치되어, 목표면(60)과 작업 장치(1A)의 위치 관계가 표시 가능한 표시 장치(예를 들어 액정 디스플레이)(53)와, MC에 의한 버킷 각도 제어(작업구 각도 제어라고도 칭한다)의 허가·금지(ON·OFF)를 택일적으로 선택하기 위한 제어 선택 스위치(제어 선택 장치)(97)와, MC에 의한 버킷 각도 제어에 있어서의 목표면(60)에 대한 버킷(10)의 각도(목표 각도)를 설정하기 위한 목표 각도 설정 장치(96)와, MC를 담당하는 컴퓨터인 제어 컨트롤러(제어 장치)(40)를 구비하고 있다.

작업 장치 자세 검출 장치(50)는, 붐 각도 센서(30), 암 각도 센서(31), 버킷 각도 센서(32), 차체 경사각 센서(33)로 구성된다. 이들 각도 센서(30, 31, 32, 33)는 작업 장치(1A)의 자세 센서로서 기능하고 있다.

목표면 설정 장치(51)는, 목표면(60)에 관한 정보(각 목표면의 위치 정보나 경사 각도 정보를 포함한다)를 입력 가능한 인터페이스이다. 목표면 설정 장치(51)는, 글로벌 좌표계(절대 좌표계) 상에 규정된 목표면의 3차원 데이터를 저장한 외부 단말기(도시하지 않음)와 접속되어 있다. 또한, 목표면 설정 장치(51)를 통한 목표면의 입력은, 오퍼레이터가 수동으로 행해도 된다.

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 조작압(제1 제어 신호)을 취득하는 압력 센서(70a, 70b, 71a, 71b, 72a, 72b)로 구성된다. 즉, 작업 장치(1A)에 관한 유압 실린더(5, 6, 7)에 대한 조작을 검출하고 있다.

제어 선택 스위치(97)는, 예를 들어 조이 스틱 형상의 조작 레버(1a)에 있어서의 전방면의 상단부에 마련되어 있고, 조작 레버(1a)를 쥐는 오퍼레이터의 엄지 손가락에 의해 눌러지는 제어 선택 스위치(97)는, 모멘터리 스위치이며, 눌릴 때마다 버킷 각도 제어(작업구 각도 제어)의 유효(ON)와 무효(OFF)가 전환된다. 제어 선택 스위치(97)의 전환 위치(ON/OFF)는 제어 컨트롤러(40)에 입력된다. 또한, 스위치(97)의 설치 장소는 조작 레버(1a(1b))에 한정되는 것만은 아니고, 기타의 장소에 마련해도 된다.

목표 각도 설정 장치(96)는, 버킷(10)의 저면(10a)과 목표면(60)이 이루는 각도(이하에서는 「쌍 목표면 버킷 각도 θTGT」라고도 칭한다)를 입력 가능한 인터페이스이며, 예를 들어 복수 단계로 구분된 각도로부터 원하는 각도를 선택하는 로터리식 스위치(다이얼식 스위치)를 이용할 수 있다. 쌍 목표면 버킷 각도 θTGT의 설정은, 목표 각도 설정 장치(96)로 오퍼레이터가 수동으로 행해도 되고, 초깃값을 가지고 있어도 되고, 외부로부터 도입해도 된다. 목표 각도 설정 장치(96)에서 설정된 쌍 목표면 버킷 각도 θTGT는 제어 컨트롤러(40)에 입력된다.

또한, 제어 선택 스위치(97)나 목표 각도 설정 장치(96)는, 하드웨어로 구성할 필요는 없고, 예를 들어 표시 장치(53)를 터치 패널화하여, 그 표시 화면 상에 표시되는 그래피컬 유저 인터페이스(GUI)로 구성해도 된다.

<프론트 제어용 유압 유닛(160)>

도 3에 나타내는 바와 같이, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은, 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144a, 144b)에 마련되어, 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하는 압력 센서(70a，70b)와, 1차 포트측이 펌프 라인(148a)을 통해 파일럿 펌프(48)에 접속되어 파일럿 펌프(48)로부터의 파일럿압을 감압하여 출력하는 전자 비례 밸브(54a)와，붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144a)과 전자 비례 밸브(54a)의 2차 포트측에 접속되어，파일럿 라인(144a) 내의 파일럿압과 전자 비례 밸브(54a)로부터 출력되는 제어압(제2 제어 신호)의 고압측을 선택하여，유량 제어 밸브(15a)의 유압 구동부(150a)로 유도하는 셔틀 밸브(82a)와，붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144b)에 설치되어，제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿 라인(144b) 내의 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감하여 출력하는 전자 비례 밸브(54b)를 구비하고 있다.

또한, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은, 암(9)용의 파일럿 라인(145a, 145b)에 설치되어, 조작 레버(1b)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하여 제어 컨트롤러(40)에 출력하는 압력 센서(71a, 71b)와, 파일럿 라인(145b)에 설치되어, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감하여 출력하는 전자 비례 밸브(55b)와, 파일럿 라인(145a)에 설치되어, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿 라인(145a) 내의 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감하여 출력하는 전자 비례 밸브(55a)가 마련되어 있다.

또한, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은, 버킷(10)용의 파일럿 라인(146a, 146b)에는, 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하여 제어 컨트롤러(40)에 출력하는 압력 센서(72a, 72b)와, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감하여 출력하는 전자 비례 밸브(56a, 56b)와, 1차 포트측이 파일럿 펌프(48)에 접속되어 파일럿 펌프(48)로부터의 파일럿압을 감압하여 출력하는 전자 비례 밸브(56c, 56d)와, 파일럿 라인(146a, 146b) 내의 파일럿압과 전자 비례 밸브(56c, 56d)로부터 출력되는 제어압의 고압측을 선택하여, 유량 제어 밸브(15c)의 유압 구동부(152a, 152b)로 유도하는 셔틀 밸브(83a, 83b)가 각각 마련되어 있다. 또한, 도 3에서는, 압력 센서(70, 71, 72)와 제어 컨트롤러(40)의 접속선은 지면의 사정상 생략하고 있다.

전자 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)는, 비통전 시에는 개방도가 최대이고, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호인 전류를 증대시킬수록 개방도는 작아진다. 한편, 전자 비례 밸브(54a, 56c, 56d)는, 비통전 시에는 개방도를 제로, 통전 시에 개방도를 갖고, 제어 컨트롤러(40)로부터의 전류(제어 신호)를 증대시킬수록 개방도는 커진다. 이렇게 각 전자 비례 밸브의 개방도 54, 55, 56은 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호에 따른 것으로 된다.

상기와 같이 구성되는 제어용 유압 유닛(160)에 있어서, 제어 컨트롤러(40)로부터 제어 신호를 출력하여 전자 비례 밸브(54a, 56c, 56d)를 구동하면, 대응하는 조작 장치(45a, 46a)의 오퍼레이터 조작이 없는 경우에도 파일럿압(제2 제어 신호)을 발생시킬 수 있으므로, 붐 올림 동작, 버킷 크라우드 동작, 버킷 덤프 동작을 강제적으로 발생시킬 수 있다. 또한, 이와 마찬가지로 제어 컨트롤러(40)에 의해 전자 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)를 구동하면, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 오퍼레이터 조작에 의해 발생한 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감한 파일럿압(제2 제어 신호)을 발생시킬 수 있어, 붐 내림 동작, 암 크라우드/덤프 동작, 버킷 크라우드/덤프 동작의 속도를 오퍼레이터 조작의 값으로부터 강제적으로 저감할 수 있다.

본 명세서에서는, 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)에 대한 제어 신호 중, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작에 의해 발생한 파일럿압을 「제1 제어 신호」라고 칭한다. 그리고, 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)에 대한 제어 신호 중, 제어 컨트롤러(40)로 전자 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)를 구동하여 제1 제어 신호를 보정(저감)하여 생성한 파일럿압과, 제어 컨트롤러(40)로 전자 비례 밸브(54a, 56c, 56d)를 구동하여 제1 제어 신호와는 별도로 새롭게 생성한 파일럿압을 「제2 제어 신호」라고 칭한다.

제2 제어 신호는, 제1 제어 신호에 의해 발생되는 작업 장치(1A)의 제어점의 속도 벡터가 소정의 조건에 반할 때 생성되고, 당해 소정의 조건에 반하지 않는 작업 장치(1A)의 제어점의 속도 벡터를 발생시키는 제어 신호로서 생성된다. 또한, 동일한 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)에 있어서의 한쪽의 유압 구동부에 대해서 제1 제어 신호가, 다른 쪽의 유압 구동부에 대해서 제2 제어 신호가 생성되는 경우는, 제2 제어 신호를 우선적으로 유압 구동부에 작용시키는 것으로 하고, 제1 제어 신호를 전자 비례 밸브로 차단하고, 제2 제어 신호를 당해 다른 쪽의 유압 구동부에 입력한다. 따라서, 유량 제어 밸브(15a 내지 15c) 중 제2 제어 신호가 연산된 것에 대해서는 제2 제어 신호를 기초로 제어되고, 제2 제어 신호가 연산되지 않은 것에 대해서는 제1 제어 신호를 기초로 제어되고, 제1 및 제2 제어 신호의 양쪽이 발생하지 않은 것에 대해서는 제어(구동)되지 않게 된다. 상기와 같이 제1 제어 신호와 제2 제어 신호를 정의하면, MC는, 제2 제어 신호에 기초하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)의 제어라고 할 수도 있다.

<제어 컨트롤러(40)>

도 4에 있어서 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, 작업 장치 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, 조작 장치(45a, 45b, 46a)로부터의 조작량을 검출하는 압력 센서(압력 센서(70, 71, 72)를 포함한다)인 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)로부터의 신호와, 제어 선택 스위치(97)의 전환 위치(허가·금지)를 나타내는 신호와, 목표 각도 설정 장치(96)로부터의 목표 각도를 나타내는 신호를 입력하여, CPU(92)가 연산 가능하게 변환한다. ROM(93)은, 후술하는 흐름도에 관한 처리를 포함해 MC를 실행하기 위한 제어 프로그램과, 당해 흐름도의 실행에 필요한 각종 정보 등이 기억된 기록 매체이며, CPU(92)는, ROM(93)에 기억된 제어 프로그램을 따라서 입력부(91) 및 메모리(93, 94)로부터 도입한 신호에 대해서 소정의 연산 처리를 행한다. 출력부(95)는, CPU(92)에서의 연산 결과에 따른 출력용의 신호를 작성하여, 그 신호를 전자 비례 밸브(54 내지 56) 또는 표시 장치(53)에 출력함으로써, 유압 액추에이터(5 내지 7)를 구동·제어하거나, 차체(1B), 버킷(10) 및 목표면(60) 등의 화상을 표시 장치(53)의 화면 상에 표시시키거나 한다.

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, 제어 컨트롤러(40)의 기능 블록도이다. 제어 컨트롤러(40)는, MC 제어부(43)와, 전자 비례 밸브 제어부(44)와, 표시 제어부(374)를 구비하고 있다.

표시 제어부(374)는, MC 제어부(43)로부터 출력되는 작업 장치 자세 및 목표면을 기초로 표시 장치(53)를 제어하는 부분이다. 표시 제어부(374)에는, 작업 장치(1A)의 화상 및 아이콘을 포함하는 표시 관련 데이터가 다수 저장되어 있는 표시 ROM이 구비되어 있어, 표시 제어부(374)가, 입력 정보에 포함되는 플래그에 기초하여 소정의 프로그램을 판독함과 함께, 표시 장치(53)에 있어서의 표시 제어를 한다.

도 7은 도 6 중의 MC 제어부(43)의 기능 블록도이다. MC 제어부(43)는, 조작량 연산부(43a)와, 자세 연산부(43b)와, 목표면 연산부(43c)와, 붐 제어부(81a)와, 버킷 제어부(81b)와, 동작 판정부(81c)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.

또한, 압력 센서(70, 71, 72)에 의한 조작량의 산출은 일례에 불과하고, 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 설치하여, 검출한 신축량의 시간 변화를 기초로 각 실린더의 동작 속도를 산출하는 구성도 적용 가능하다.

자세 연산부(43b)는 작업 장치 자세 검출 장치(50)로부터의 정보에 기초하여, 로컬 좌표계에 있어서의 프론트 작업 장치(1A)의 자세와, 버킷(10)의 클로 끝의 위치를 연산한다.

프론트 작업 장치(1A)의 자세는 도 5의 셔블 좌표계(로컬 좌표계) 상에 정의할 수 있다. 도 5의 셔블 좌표계(XZ 좌표계)는, 상부 선회체(12)에 설정된 좌표계이며, 상부 선회체(12)에 회동 가능하게 지지되어 있는 붐(8)의 기저부를 원점으로 하고, 상부 선회체(12)에 있어서의 수직 방향에 Z축, 수평 방향에 X축을 설정하였다. X축에 대한 붐(8)의 경사각을 붐각 α, 붐(8)에 대한 암(9)의 경사각을 암각 β, 암에 대한 버킷 클로 끝의 경사각을 버킷각 γ로 하였다. 수평면(기준면)에 대한 차체(1B)(상부 선회체(12))의 경사각을 경사각 θ로 하였다. 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, L3라고 하면, 셔블 좌표계에 있어서의 버킷 클로 끝 위치의 좌표 및 작업 장치(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)의 위치 정보를 연산하여, 이것을 ROM(93) 내에 기억한다. 본 실시 형태에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 3차원의 목표면을 작업 장치(1A)가 이동하는 평면(작업기의 동작 평면)으로 절단한 단면 형상을 목표면(60)(2차원의 목표면)으로서 이용한다.

또한, 도 5의 예에서는 목표면(60)은 1개이지만, 목표면이 복수 존재하는 경우도 있다. 목표면이 복수 존재하는 경우에는, 예를 들어, 작업 장치(1A)로부터 가장 가까운 것을 목표면으로 설정하는 방법이나, 버킷 클로 끝의 하방에 위치하는 것을 목표면으로 하는 방법이나, 임의로 선택한 것을 목표면으로 하는 방법 등이 있다.

붐 제어부(81a)와 버킷 제어부(81b)는, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, 미리 정한 조건에 따라서 복수의 유압 액추에이터(5, 6, 7)의 적어도 하나를 제어하는 액추에이터 제어부(81)를 구성한다. 액추에이터 제어부(81)는, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)의 목표 파일럿압을 연산하여, 그 연산한 목표 파일럿압을 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력한다.

동작 판정부(81c)는, 암(9)(암 실린더(6))를 크라우드 동작 또는 덤프 동작시켜서 행하는 작업(「암 작업」이라고 칭한다)의 개시 위치(「작업 개시 위치」라고 칭한다)에 버킷(10)을 이동시키는 동작(「작업 준비 동작」이라고 칭한다)에 프론트 작업 장치(1A)가 있는지 여부를 조작 장치(45a, 45b, 46a)에 대한 조작을 기초로 판정하는 부분이다. 또한, 「작업 준비 동작」은, 작업 개시 위치에 대한 버킷(10)의 위치 정렬 동작 또는 위치 정렬 작업이라고도 칭해진다.

여기서 암 크라우드에 의한 암 작업을 위한 작업 준비 동작(버킷 위치 정렬 작업)의 예를 도 8 및 도 9에 나타낸다. 도 8 및 도 9에서는, 법면 굴삭의 마무리 작업 시에 있어서, 작업 준비 동작을 실시하는 예를 나타낸다.

예를 들어, 법면 굴삭의 마무리 작업에 있어서는, 버킷(10)의 저면(10a)의 각도와 목표면(60)의 각도를 대략 평행으로 하고(즉 쌍 목표면 버킷 각도 θ는 제로), 대략 평행인 상태를 유지한 채 목표면(60)을 따라 버킷(10)을 직선적으로 움직이게 함으로써, 목표면(60)의 표면을 매끄러운 상태로 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 작업 개시 위치에 있어서, 버킷(10)의 저면(10a)의 각도와 목표면(60)의 각도가 대략 평행으로 되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 버킷(10)의 저면(10a)이란 버킷(10)의 전단부와 후단부를 잇는 직선에 상당하는 버킷(10)의 면을 의미한다.

이 경우의 작업 준비 동작(버킷 위치 정렬 작업)은, 암(9)이 풀 크라우드 상태로 버킷(10)이 목표면(60)으로부터 떨어져 있는 상태 S1(도 8 참조)로부터 개시되어, 암(9)이 덤프 방향으로 움직여져 버킷(10)이 목표면(60)에 점점 가까워져 가는 상태 S2(도 8, 9 참조)를 거쳐, 목표면(60)을 기준으로 하는 소정 위치에서 쌍 목표면 버킷 각도가 설정값 θTGT(＝제로)가 되도록 버킷(10)이 정지한 상태 S3(도 9 참조)가 될 때까지의 일련의 동작이다. 도 8은 상태 S1에서 상태 S2로 천이하는 상황을, 도 9는 상태 S2에서 상태 S3으로 천이하는 상황을 나타내고 있다.

또한, 작업 준비 동작을 개시하는 상태 S1에 있어서의 암(9)의 자세는, 도 8과 같이 풀 크라우드 자세일 필요는 없고 임의의 자세여도 된다. 또한, 암 덤프에 의해 암 작업이 가능한 경우(예를 들어, 후술하는 도 22의 분사 작업)에도 본 발명은 적용 가능하다. 이 경우는 상태 S1과 같이 암을 크라우드시킨 상태가 작업 개시 위치로 된다.

붐 제어부(81a)는, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, 목표면(60)의 위치와, 프론트 작업 장치(1A)의 자세 및 버킷(10)의 클로 끝의 위치와, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작량에 기초하여, 목표면(60) 상 또는 그 상방에 버킷(10)의 클로 끝(제어점)이 위치하도록 붐 실린더(5)(붐(8))의 동작을 제어하는 MC를 실행하기 위한 부분이다. 붐 제어부(81a)에서는, 붐 실린더(5)의 유량 제어 밸브(15a)의 목표 파일럿압이 연산된다. 붐 제어부(81a)에 의한 MC의 상세는 도 11 및 도 12를 사용하여 후술한다.

버킷 제어부(81b)는, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, MC에 의한 버킷 각도 제어를 실행하기 위한 부분이다. 구체적으로는, 동작 판정부(81c)에서 프론트 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있다고 판정되고, 또한, 목표면(60)과 버킷(10)의 클로 끝 거리가 소정값 이하일 때, 목표면(60)에 대한 버킷(10)의 각도 θ가 목표 각도 설정 장치(96)에서 미리 설정한 쌍 목표면 버킷 각도 θTGT로 되게 버킷 실린더(7)(버킷(10))의 동작을 제어하는 MC(버킷 각도 제어)가 실행된다. 버킷 제어부(81b)에서는, 버킷 실린더(7)의 유량 제어 밸브(15c)의 목표 파일럿압이 연산된다. 버킷 제어부(81b)에 의한 MC의 상세는 도 10을 사용하여 후술한다.

전자 비례 밸브 제어부(44)는, 액추에이터 제어부(81)로부터 출력되는 각 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)에 대한 목표 파일럿압을 기초로, 각 전자 비례 밸브(54 내지 56)로의 명령을 연산한다. 또한, 오퍼레이터 조작에 기초하는 파일럿압(제1 제어 신호)과, 액추에이터 제어부(81)에서 산출된 목표 파일럿압이 일치하는 경우에는, 해당하는 전자 비례 밸브(54 내지 56)에 대한 전류값(명령값)은 제로로 되어, 해당하는 전자 비례 밸브(54 내지 56)의 동작은 행해지지 않는다.

<버킷 제어부(81b) 및 동작 판정부(81c)에 의한 버킷 각도 제어의 플로>

버킷 제어부(81b) 및 동작 판정부(81c)에 의한 버킷 각도 제어의 플로를 도 10에 나타낸다. 먼저, 버킷 제어부(81b)는, 스텝 100에서 제어 선택 스위치(97)가 ON(즉 버킷 각도 제어는 유효)으로 전환되어 있는지 여부를 판정한다. 제어 선택 스위치(97)가 ON의 경우, 스텝 101로 진행한다.

스텝 101에서는, 동작 판정부(81c)는, 암(9)의 회동 속도가 소정값 ω1 이하인지 여부를 판정함으로써, 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는지 여부를 판정한다. 소정값 ω1은, 상태 S2에서의 암 조작이 머지않아 또는 이미 종료하고, 머지않아 상태 S3에서의 붐 내림 조작이 개시되는 타이밍을 검출하기 위해서 설정하고 있다. 암 회동 속도가 소정값 ω1 이하인 경우, 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있다고 판정하여 스텝 102로 진행한다. 스텝 101에서 이용하는 암의 회동 속도는, 유량 제어 밸브(15b)에 대한 파일럿압과 암 회동 속도의 관계를 정의한 상관 테이블을 미리 설정해 두고, 그 상관 테이블과 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)에 의해 검출되는 유량 제어 밸브(15b)에 대한 파일럿압으로부터 구할 수 있다. 또한, 작업 장치 자세 검출 장치(50)에서 검출된 암(9)의 각도를 시간 미분함으로써 암 회동 속도를 구해도 된다.

또한, 암 회동 속도의 소정값 ω1은, 상태 S2에서 상태 S3으로 이행하기 위해서 오퍼레이터가 암(9)을 조작하고 있을 때, 버킷(10) 또는 붐(8)의 MC가 발동함으로써 버킷(10) 또는 붐(8)이 암(9)과 동시에 움직여도, 암(9)의 속도가 저하되지 않을 정도로 충분히 작은 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 이렇게 ω1을 설정하면 암 조작 중에 MC가 발동해도 오퍼레이터에게 위화감을 줄 일이 없다. 또한, 소정값 ω1은 제로로 설정할 수도 있다. 소정값 ω1을 제로로 하면, 오퍼레이터의 암 조작 중에, 버킷 각도 제어에 의해 버킷(10)이 동작하는 것이 방지되므로, 복합 동작에 의한 위화감은 발생하지 않는다.

스텝 102에서는, 버킷 제어부(81b)는, 버킷(10)의 클로 끝과 목표면(60)의 거리 D가 소정값 D1 이하인지 여부를 판정한다. 버킷(10)과 목표면(60)의 거리가 소정값 D1 이하인 경우, 스텝 103으로 진행한다.

본 실시 형태에서의 버킷(10)과 목표면(60)의 거리 소정값 D1은, MC인 버킷 각도 제어의 개시 타이밍을 결정하는 값이다. 소정값 D1은, 버킷 각도 제어의 발동이 오퍼레이터에게 줄 위화감을 저감하는 관점에서는 가능한 한 작은 값으로 설정하는 것이 바람직하고, 예를 들어 버킷(10)의 저면(10a)의 길이로 할 수 있다. 또한, 스텝 102에서 이용하는 버킷(10)의 클로 끝으로부터 목표면(60)까지의 거리 D는, 자세 연산부(43b)에서 연산한 버킷(10)의 클로 끝의 위치(좌표)와, ROM(93)에 기억된 목표면(60)을 포함하는 직선의 거리로부터 산출할 수 있다. 또한, 거리 D를 산출할 때의 버킷(10)의 기준점은 버킷 클로 끝(버킷(10)의 전단부)일 필요는 없고, 버킷(10) 중 목표면(60)과의 거리가 최소로 되는 점이어도 되고, 버킷(10)의 후단부여도 된다.

스텝 103에서는, 버킷 제어부(81b)는, 조작량 연산부(43a)로부터 신호를 기초로 오퍼레이터에 의한 버킷(10)의 조작 신호가 있는지 여부를 판정한다. 버킷(10)의 조작 신호가 있다고 판정된 경우에는, 일단 스텝 104로 진행한 후 스텝 105로 진행한다. 한편, 버킷(10)의 조작 신호가 없다고 판정된 경우에는 스텝 105로 진행한다.

스텝 104에서는, 버킷 제어부(81b)는, 버킷(10)의 파일럿 라인(146a, 146b)에 있는 전자 비례 밸브(버킷 감압 밸브)(56a, 56b)를 닫도록 명령을 출력한다. 이에 의해 조작 장치(46a)를 통한 오퍼레이터 조작에 의해 버킷(10)이 회동하는 것이 방지된다.

스텝 105에서는, 버킷 제어부(81b)는, 버킷(10)의 파일럿 라인(148a)에 있는 전자 비례 밸브(버킷 증압 밸브)(56c, 56d)를 열도록 명령을 내려, 쌍 목표면 버킷 각도가 설정값 θTGT로 되도록 버킷 실린더(7)를 제어한다. 또한, 버킷 각도 제어는, 거리 D가 소정값 D1에 도달한 시점에서 개시되지만, 그 후, 거리 D가 제로에 도달하기 이전에 완료하도록 제어 알고리즘을 구축하는 것이 바람직하다.

스텝 100, 스텝 101, 스텝 102 중 어느 것에 있어서, 조건을 만족시키지 않는다고 판정된 경우(NO라고 판정된 경우)에는 스텝 106으로 진행한다. 스텝 106에서는 버킷(10)의 각도(쌍 목표면 버킷 각도)를 제어하지 않기 때문에, 4개의 전자 비례 밸브(56a, 56b, 56c, 56d) 중 어느 쪽에도 명령은 보내지지 않는다.

<붐 제어부(81a)에 의한 붐 올림 제어의 플로>

본 실시 형태의 제어 컨트롤러(40)는, 상기의 버킷 제어부(81b)에 의한 버킷 각도 제어에 더하여, 붐 제어부(81a)에 의한 붐 올림 제어도 머신 컨트롤로서 실행한다. 이 붐 제어부(81a)에 의한 붐 올림 제어의 플로를 도 11에 나타낸다. 도 11은 붐 제어부(81a)에서 실행되는 MC의 흐름도이고, 조작 장치(45a, 45b, 46a)가 오퍼레이터에 의해 조작되면 처리가 개시된다.

S410에서는, 붐 제어부(81a)는, 조작량 연산부(43a)에서 연산된 조작량을 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 동작 속도(실린더 속도)를 연산한다.

S420에서는, 붐 제어부(81a)는, S410에서 연산된 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 동작 속도와, 자세 연산부(43b)에서 연산된 작업 장치(1A)의 자세를 기초로, 오퍼레이터 조작에 의한 버킷 선단(클로 끝)의 속도 벡터 B를 연산한다.

S430에서는, 붐 제어부(81a)는, 자세 연산부(43b)에서 연산한 버킷(10)의 클로 끝의 위치(좌표)와, ROM(93)에 기억된 목표면(60)을 포함하는 직선의 거리로부터, 버킷 선단으로부터 제어 대상의 목표면(60)까지의 거리 D(도 5 참조)를 산출한다. 그리고, 거리 D와 도 12의 그래프를 기초로 버킷 선단의 속도 벡터의 목표면(60)에 수직인 성분의 제한값 ay를 산출한다.

S440에서는, 붐 제어부(81a)는, S420에서 산출한 오퍼레이터 조작에 의한 버킷 선단의 속도 벡터 B에 있어서, 목표면(60)에 수직인 성분 by를 취득한다.

S450에서는, 붐 제어부(81a)는, S430로 산출한 제한값 ay가 0 이상인지 여부를 판정한다. 또한, 도 11의 우측 상단에 나타낸 바와 같이 xy 좌표를 설정한다. 당해 xy 좌표에서는, x축은 목표면(60)과 평행이고 도면 중 우측 방향을 양으로 하고, y축은 목표면(60)에 수직이고 도면 중 상측 방향을 양으로 한다. 도 11 중의 범례에서는 수직 성분 by 및 제한값 ay는 음이며, 수평 성분 bx 및 수평 성분 cx 및 수직 성분 cy는 양이다. 그리고, 도 12로부터 명백하지만, 제한값 ay가 0일 때는 거리 D가 0, 즉 클로 끝이 목표면(60) 상에 위치하는 경우이고, 제한값 ay가 양일 때는 거리 D가 음, 즉 클로 끝이 목표면(60)보다 하방에 위치하는 경우이고, 제한값 ay가 음일 때는 거리 D가 양, 즉 클로 끝이 목표면(60)보다 상방에 위치하는 경우이다. S450에서 제한값 ay가 0 이상이라고 판정된 경우(즉, 클로 끝이 목표면(60) 상 또는 그 하방에 위치하는 경우)에는 S460으로 진행하고, 제한값 ay가 0 미만인 경우에는 S480으로 진행한다.

S460에서는, 붐 제어부(81a)는, 오퍼레이터 조작에 의한 클로 끝의 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 0 이상인지 여부를 판정한다. by가 양인 경우는 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 상향인 것을 나타내고, by가 음인 경우는 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 하향인 것을 나타낸다. S460에서 수직 성분 by가 0 이상이라고 판정된 경우(즉, 수직 성분 by가 상향인 경우)에는 S470으로 진행하고, 수직 성분 by가 0 미만인 경우에는 S500으로 진행한다.

S470에서는, 붐 제어부(81a)는, 제한값 ay와 수직 성분 by의 절댓값을 비교하여, 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 이상인 경우에는 S500으로 진행한다. 한편, 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 미만인 경우에는 S530으로 진행한다.

S500에서는, 붐 제어부(81a)는, 머신 컨트롤에 의한 붐(8)의 동작으로 발생해야 할 버킷 선단의 속도 벡터 C의 목표면(60)에 수직인 성분 cy를 산출하는 식으로서 「cy＝ay-by」를 선택하고, 그 식과 S430의 제한값 ay와 S440의 수직 성분 by를 기초로 수직 성분 cy를 산출한다. 그리고, 산출한 수직 성분 cy를 출력 가능한 속도 벡터 C를 산출하여, 그 수평 성분을 cx로 한다(S510).

S520에서는, 목표 속도 벡터 T를 산출한다. 목표 속도 벡터 T의 목표면(60)에 수직인 성분을 ty, 수평인 성분 tx로 하면, 각각 「ty＝by＋cy, tx＝bx＋cx」로 표시할 수 있다. 이것에 S500의 식 (cy＝ay-by)를 대입하면 목표 속도 벡터 T는 결국 「ty＝ay, tx＝bx＋cx」로 된다. 즉, S520에 이르렀을 경우의 목표 속도 벡터의 수직 성분 ty는 제한값 ay에 제한되어, 머신 컨트롤에 의한 강제 붐 올림이 발동된다.

S480에서는, 붐 제어부(81a)는, 오퍼레이터 조작에 의한 클로 끝의 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 0 이상인지 여부를 판정한다. S480에서 수직 성분 by가 0 이상이라고 판정된 경우(즉, 수직 성분 by가 상향인 경우)에는 S530으로 진행하고, 수직 성분 by가 0 미만인 경우에는 S490으로 진행한다.

S490에서는, 붐 제어부(81ad)는, 제한값 ay와 수직 성분 by의 절댓값을 비교하여, 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 이상인 경우에는 S530으로 진행한다. 한편, 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 미만인 경우에는 S500으로 진행한다.

S530에 이르렀을 경우, 머신 컨트롤로 붐(8)을 동작시킬 필요가 없으므로, 프론트 제어 장치(81d)는, 속도 벡터 C를 제로로 한다. 이 경우, 목표 속도 벡터 T는, S520에서 이용한 식 (ty＝by＋cy, tx＝bx＋cx)에 기초하면 「ty＝by, tx＝bx」로 되어, 오퍼레이터 조작에 의한 속도 벡터 B와 일치한다(S540).

S550에서는, 프론트 제어 장치(81d)는, S520 또는 S540에서 결정한 목표 속도 벡터 T(ty,tx)를 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 연산한다. 또한, 상기 설명으로부터 명백하지만, 도 11의 경우에 목표 속도 벡터 T가 속도 벡터 B에 일치하지 않을 때는, 머신 컨트롤에 의한 붐(8)의 동작으로 발생하는 속도 벡터 C를 속도 벡터 B에 더함으로써 목표 속도 벡터 T를 실현한다.

S560에서는, 붐 제어부(81a)는, S550에서 산출된 각 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)에 대한 목표 파일럿압을 연산한다.

S590에서는, 붐 제어부(81a)는, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)에 대한 목표 파일럿압을 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력한다.

전자 비례 밸브 제어부(44)는, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)에 목표 파일럿압이 작용하게 전자 비례 밸브(54, 55, 56)를 제어하고, 이에 의해 작업 장치(1A)에 의한 굴삭이 행해진다. 예를 들어, 오퍼레이터가 조작 장치(45b)를 조작하여, 암 크라우드 동작에 의해 수평 굴삭을 행하는 경우에는, 버킷(10)의 선단이 목표면(60)에 침입하지 않도록 전자 비례 밸브(55c)가 제어되고, 붐(8)의 올림 동작이 자동적으로 행해진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 붐 제어부(81a)에 의한 암 제어(강제 붐 올림 제어)와, 버킷 제어부(81b)에 의한 버킷 제어(버킷 각도 제어)가 MC로서 실행되지만, 버킷(10)과 목표면(60)의 거리 D에 따른 암 제어를 MC로서 실행해도 된다.

<동작·효과>

상기와 같이 구성되는 유압 셔블에 있어서, 상태 S1(도 8)로부터 상태 S2(도 8, 9)를 경유하여 상태 S3(도 9)로 천이하는 경우의 오퍼레이터 조작과, 제어 컨트롤러(40)(붐 제어부(81a) 및 버킷 제어부(81b))에 의한 MC에 대해서 설명한다.

먼저, 도 8의 상태 S1에서 상태 S2로의 천이 시의 오퍼레이터 조작과, 제어 컨트롤러(40)에 의한 MC에 대해서 설명한다. 오퍼레이터는, 암(9)의 덤프 조작과, 그 덤프 조작에 의해 목표면(60)의 하방에 버킷(10)이 침입하지 않도록 붐(8)의 올림 조작을 조합하여, 프론트 작업 장치(1A)를 상태 S1에서 상태 S2로 천이시킨다. 이때 제어 컨트롤러(40)는 버킷 제어부(81b)에 의한 버킷 각도 제어(MC)를 행하지 않는다. 한편, 암(9)의 덤프 조작에 의해 버킷(10)이 목표면(60)에 침입한다고 판단할 때는, 붐 제어부(81a)로부터 전자기 밸브(54a)에 명령을 내려, 붐(8)을 상승시키는 제어(MC)가 실행된다.

다음으로, 도 9의 상태 S2에서 상태 S3으로의 천이 시의 오퍼레이터 조작과, 제어 컨트롤러(40)에 의한 MC에 대해서 설명한다. 상태 S2에서 상태 S3으로의 천이 시에, 오퍼레이터는 붐(8)의 내림 조작에 의해 버킷(10)을 목표면(60)에 접근시킨다. 이때, 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있다는 판정을 동작 판정부(81c)로부터 받은 경우에는, 버킷 제어부(81b)는, 버킷(10)의 저면(10a)과 목표면(60)이 대략 평행이 되도록(쌍 목표면 버킷 각도가 설정값 θTGT(＝제로)로 되게), 전자기 밸브(56c 혹은 56d)에 명령을 내려, 버킷(10)을 크라우드 방향 혹은 덤프 방향으로 회동시킨다.

즉, 상기와 같이 버킷 제어부(81b)를 구성하면, 프론트 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는 경우(예를 들어, 상태 S2에서 상태 S3에 이르기까지의 동안에 있어서), 버킷(10)으로부터 목표면(60)까지의 거리 D가 소정값 D1 이하에 도달한 시점(즉 버킷(10)이 목표면(60)에 근접한 시점)에서 버킷 각도 제어가 실행되어, 버킷(10)의 클로 끝이 목표면(60)에 도달할 때까지의 동안에 쌍 목표면 버킷 각도를 목표 각도 설정 장치(96)에서 설정한 값 θTGT로 설정할 수 있다. 그 때문에, 버킷 각도 제어의 발동에 의해 쌍 목표면 버킷 각도가 용이하게 설정값 θTGT로 제어됨과 함께, 목표면(60)으로부터 멀리 떨어져 있는 상황에서의 당해 버킷 각도 제어의 발동이 방지되어, 오퍼레이터에게 위화감을 줄 기간을 비교적 단기간에 억제할 수 있다.

또한, 일반적으로, 동일한 유압 펌프의 작동유로 구동하는 복수의 유압 액추에이터를 동시에 움직이게 하는 경우, 1개의 유압 액추에이터를 움직이게 하는 경우보다도 유압 액추에이터의 동작 속도가 저하되는 경향이 있다. 작업 준비 동작에서는, 차체 전후 방향에 있어서의 버킷(10)의 위치 결정은 주로 암(9)에 의해 행한다. 그 때문에, 암(9)의 조작 중에, 암(9)과 동일한 유압 펌프의 작동유로 구동되는 다른 유압 액추에이터에 대해서 MC가 실행되면, 오퍼레이터의 의도에 반하여 암(9)의 동작 속도가 저감되어 위화감을 줄 우려가 있다. 이 점에 관하여, 본 실시 형태에서는, 암(9)의 조작량이 클 동안(암 회동 속도가 클 동안)에는 버킷 각도 제어가 실행되지 않으므로, 오퍼레이터 조작에 대해서 암(9)의 속도 저하는 없어 오퍼레이터는 위화감 없이 암(9)을 움직이게 할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성한 유압 셔블에 따르면, 암 작업 시의 작업 준비 동작에 있어서, 쌍 목표면 버킷 각도를 설정값 θTGT로 조절하는 작업을 오퍼레이터에게 위화감을 주지 않고 신속하게 실행할 수 있어, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 9에 나타내는 바와 같이 상태 S2에서 상태 S3으로 천이할 때, 오퍼레이터에 의한 버킷(10)의 크라우드 조작 또는 덤프 조작이 있는 경우에는, 전자 비례 밸브(56a) 또는 전자 비례 밸브(56b)에 명령을 내려, 오퍼레이터에 의한 버킷(10)의 크라우드 조작 또는 덤프 조작을 정지시켜, 전자 비례 밸브(56a) 또는 전자 비례 밸브(56b)의 동작으로만 버킷(10)이 회동하도록 해도 된다. 또한, 전자 비례 밸브(56c) 또는 전자 비례 밸브(56d)에 명령을 내려서 버킷(10)을 회동시키는 대신, 전자 비례 밸브(56a) 또는 전자 비례 밸브(56b)에 명령을 내려서 오퍼레이터에 의한 버킷(10)의 크라우드 조작 또는 덤프 조작의 파일럿압을 저감함으로써, 원하는 각도 θTGT로 되도록 버킷(10)을 제어해도 된다. 또한 이때, 원하는 쌍 목표면 버킷 각도 θTGT로 되게, 버킷(10)의 크라우드 조작(예를 들어 풀 크라우드 조작) 또는 덤프 조작(예를 들어 풀 덤프 조작)을 행하도록, 유압 셔블(1)의 운전실 내에 마련된 표시 장치(53)에 오퍼레이터로의 지시를 표시시켜도 된다.

<제2 실시 형태>

제1 실시 형태에서는, 동작 판정부(81c)는, 암 회동 속도가 소정값 ω1 이하일 때 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있다고 판정했지만, 본 실시 형태에서는, 암(9)의 선단 속도 벡터에 있어서의 목표면(60)에 수직인 성분이 목표면(60)을 향하고 있을 때, 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있다고 판정하도록 변경하였다.

즉, 본 실시 형태에서는, 원하는 쌍 목표면 버킷각 θTGT로 되도록 버킷(10)의 각도를 MC하는지 여부를, 오퍼레이터 조작에 의해 발생하는 속도 벡터(100)(도 13 참조)의 방향으로부터 판단하게 하고, 그 속도 벡터(100)가, 목표면(60)을 향하는 성분을 갖는다고 판단될 시에 버킷 각도 제어를 실행한다. 여기서 속도 벡터(100)란, 도 13에 나타내는 바와 같이, 오퍼레이터 조작에 의해 발생하는, 프론트 작업 장치(1A)가 갖는 속도 벡터이다. 또한, 전번의 실시 형태와 동일 부분은 설명을 생략하고, 이것은 다른 실시 형태의 설명에서도 마찬가지로 한다.

<버킷 제어부(81b) 및 동작 판정부(81c)에 의한 버킷 각도 제어의 플로>

본 실시 형태에 있어서의 버킷 제어부(81b) 및 동작 판정부(81c)에 의한 버킷 각도 제어의 플로를 도 14에 나타낸다. 도 14에 있어서의, 스텝 100, 스텝 102, 스텝 103, 스텝 104, 스텝 105, 스텝 106의 처리는, 도 10에 나타낸 흐름도와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

도 14의 스텝 201에 있어서, 동작 판정부(81c)는, 오퍼레이터 조작에 의해 발생하는 버킷 핀의 속도 벡터(100)가, 목표면(60)을 향하고 있는지 여부를 판단한다. 속도 벡터(100)는, 목표면(60)에 수평인 성분(수평 방향 성분)(100A)과, 목표면(60)에 수직인 성분(연직 방향 성분)(100B)로 분해할 수 있고, 연직 방향 성분(100B)이 목표면(60)을 향하고 있는 경우, 속도 벡터(100)는 목표면(60)을 향하고 있다고 판단할 수 있다. 속도 벡터(100)가 목표면(60)을 향하고 있다고 판정된 경우에는, 프론트 작업 장치(1A)가 버킷(10)을 작업 개시 위치로 이동시키는 작업 준비 동작에 있다고 판정하여 스텝 102로 진행하고, 목표면(60)을 향하고 있지 않다고 판정된 경우에는, 프론트 작업 장치(1A)는 작업 준비 동작을 하고 있지 않다고 판정하여 스텝 106으로 진행한다.

스텝 201의 판정에 이용하는 속도 벡터(100)는, 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)로부터 취득되는 파일럿압을, 제어 컨트롤러(40) 내부에 보존되어 있는 파일럿압 쌍 실린더 속도의 상관 테이블을 갖고 실린더 속도로 변환하여, 그 실린더 속도를 프론트 작업 장치(1A)의 각 속도로 기하학적으로 변환함으로써, 산출 가능하다.

도 15에 나타내는 바와 같이, 속도 벡터(100)의 연직 성분(100B)이 목표면(60)을 향하고 있지 않을 때는, 오퍼레이터는 작업 준비 동작(버킷의 위치 정렬 작업)을 목적으로 작업 장치(1A)를 조작하지 않고 있다고 생각된다. 그 때문에, 도 14와 같이 오퍼레이터 조작에 의해 발생하는 속도 벡터(100)가 목표면(60)을 향하고 있다고 판단될 때만, 오퍼레이터의 위치 정렬 작업의 의도를 반영시켜서 버킷 각도 제어를 실행함으로써, 제1 실시 형태 마찬가지로 위화감 없이 버킷 각도 제어를 실행할 수 있다.

또한, 여기서는 예로서 버킷 핀(암(9)의 선단)에 발생하는 속도 벡터(100)를 나타내서 설명했지만, 버킷(10)의 선단 또는 기타의 버킷 상의 기준점에 발생하는 속도 벡터를 산출하여, 그 벡터에 있어서의 목표면에 대한 연직 성분을 제어에 사용해도 된다.

<제3 실시 형태>

본 실시 형태는, 제1 실시 형태의 버킷 제어부(81b)의 도 10의 플로에 스텝 301이나 스텝 302를 추가함으로써 붐 내림이나 암 덤프 조작의 발생을 검출하고, 이에 의해 작업 준비 동작(버킷의 위치 정렬 작업)의 검출 정밀도를 향상시키고 있다는 점에 특징이 있다.

본 실시 형태에 있어서의 버킷 제어부(81b) 및 동작 판정부(81c)에 의한 버킷 각도 제어의 플로를 도 16에 나타낸다. 전번의 도면과 동일한 처리는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.

스텝 301에서는, 동작 판정부(81c)는, 오퍼레이터에 의한 암(9)의 조작이 없는 것 또는 암 덤프 조작이 있는지를 조작량 연산부(43a)로부터의 신호를 기초로 판정한다. 바꾸어 말하면, 암 크라우드 조작이 없는 것을 판정한다. 작업 준비 동작에서는, 암(9)은 주로 덤프 동작을 하고, 그 후 붐 내림 동작에 의해 버킷(10)이 목표면(60)에 가까워진다. 그 때문에, 이 스텝 301에 있어서 암 크라우드 조작이 없는지 여부를 검출함으로써, 프론트 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는지 여부를 제1 실시 형태보다도 정확하게 판정할 수 있다. 그리고, 스텝 301에서 "예"의 판정이 된 경우에는, 스텝 101의 암 회동 속도는 암 덤프 동작에 있어서의 회동 속도인 것이 판명된다. 스텝 301에서 암 크라우드 조작이 없다고 판정된 경우에는, 프론트 작업 장치(1A)가 이 시점에서는 작업 준비 동작에 있다고 판정하여 스텝 102로 진행하고, 암 크라우드 조작이 있다고 판정된 경우에는, 프론트 작업 장치(1A)는 작업 준비 동작에는 없다고 판정하여 스텝 106으로 진행한다.

스텝 102으로 이어지는 스텝 302에서는, 동작 판정부(81c)는, 오퍼레이터에 의해 붐 내림이 조작되어 있는지 여부를 조작량 연산부(43a)로부터의 신호를 기초로 판정한다. 이미 설명한 바와 같이, 작업 준비 동작에서는 붐 내림 동작에 의해 버킷(10)이 목표면에 가까워진다. 그 때문에, 스텝 302에서 붐 내림 조작이 되어 있는지 여부를 검출함으로써, 프론트 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는지 여부를 제1 실시 형태보다도 또한 정확하게 검출할 수 있다. 스텝 302에서 붐 내림 조작되어 있다고 판정된 경우, 스텝 103으로 진행한다.

본 실시 형태와 같이 구성한 유압 셔블에 따르면, 스텝 301 및 스텝 302가 버킷 각도 제어에 추가됨으로써, 작업 준비 동작의 검출 정밀도가 제1 실시 형태보다도 향상하므로, 오퍼레이터에게 줄 위화감을 더욱 저감할 수 있다.

또한, 도 16의 플로에 있어서의 스텝 100, 101, 301, 102, 302의 순서는 적절히 변경 가능하다. 또한, 도 14의 플로에 스텝 301, 302의 한쪽 또는 양쪽을 추가해도 된다.

<제4 실시 형태>

본 실시 형태는 도 10, 14, 16에 있어서의 스텝 105의 구체적 처리 내용의 일례에 해당한다. 스텝 105의 처리 내용의 상세를 도 17에 나타낸다.

도 10, 14, 16 중 어느 하나에서 스텝 105가 개시되면, 버킷 제어부(81b)는 도 17의 플로를 개시한다. 먼저 스텝 105-1에 있어서, 버킷 제어부(81b)는 암(9)에 대한 버킷(10)의 회동 각도 γ(도 5 참조)를 자세 연산부(43b)로부터 취득한다.

다음으로 스텝 105-2에 있어서, 버킷 제어부(81b)는 버킷(10)의 회동 각도 γ의 목표값 γTGT를 산출한다. γTGT는, α, β, δ, θTGT, γTGT의 합계가 180도인 것을 이용하여 이하의 식 (1)로 산출할 수 있고, 구체적으로는 도 18의 플로에 의해 산출된다.

γTGT＝180-(α＋β＋δ＋θTGT)… 식 (1)

상기 식에 있어서의 δ는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 암(9)과 버킷(10)의 접속점(연결점)(9F)과 버킷(10)의 선단(10F)을 연결한 직선과, 버킷(10)의 선단(10F)과 버킷(10)의 후단부(10T)를 연결한 직선이 이루는 각도이다. δ는 버킷(10)의 형상으로 결정되는 일정한 값이며 ROM(93)에 기억되어 있다. 또한, 이미 설명한 바와 같이, α는 붐(8)의 회동 각도(도 5 참조), β는 암(9)의 회동 각도(도 5 참조), θTGT는 목표 각도 설정 장치(96)에서 결정되는 쌍 목표면 버킷 각도의 설정값 θTGT이다. 또한, 도 5에 있어서는 셔블의 좌표계에 대해서 목표면(60)이 경사져 있지 않은 경우를 기재하고 있지만, 목표면(60)이 경사져 있어도 된다.

도 18의 플로에 있어서, 버킷 제어부(81b)는, 자세 연산부(43b)로부터 β와 α을 취득하여(스텝 1051, 1052), ROM(93) 내의 δ와, 목표 각도 설정 장치(96)로부터의 θTGT와, 상기 식 (1)로부터, γTGT를 산출하여(스텝(1053)), 스텝 105-3으로 이행한다.

스텝 105-3에서는, 버킷 제어부(81b)는, 현재의 버킷 회동 각도 γ와 스텝 105-2의 γTGT를 비교한다. 스텝 105-3의 비교 결과, γ쪽이 큰 경우는, 스텝 S105-4로 진행하고, 그 이외의 경우 스텝 S105-5로 진행한다.

스텝 S105-4에서는, 버킷 제어부(81b)는, 버킷(10)을 덤프 방향으로 회동시켜 회동 각도 γ를 감소시키기 때문에, 버킷 제어부(81b)는 전자 비례 밸브(56d)로의 명령을 전자 비례 밸브 제어부(44)에 내려, 스텝 105-1로 되돌아간다.

스텝 S105-5에서는, 버킷 제어부(81b)는, γ와 γTGT를 비교하여, γ가 작은 경우는 스텝 S105-6으로, 그 이외의 경우 스텝 S105-7로 진행한다.

스텝 S105-6에서는, 버킷 제어부(81b)는, 버킷을 크라우드 방향으로 회동시켜 회동 각도 γ를 증가시키기 때문에, 전자 비례 밸브(56c)로의 명령을 전자 비례 밸브 제어부(44)에 내려, 스텝 105-1로 되돌아간다.

스텝 S105-7에서는, 버킷의 회동 각도 γ와, 회동 각도 γ의 목표값 γTGT가 동등하기 때문에, 버킷 제어부(81b)는 버킷의 회동 제어를 실행하지 않고 스텝 105를 종료한다.

이상의 처리에 의해 버킷 회동 각도 γ를 목표값 γTGT로 제어할 수 있으므로, 쌍 목표면 버킷 각도를 설정값 θTGT로 제어할 수 있다.

또한, 스텝 105-2에 있어서의 버킷의 회동 각도 γTGT의 산출은, 다음과 같이 실행해도 된다. 도 20에, 버킷 각도 제어가 실행되어, 버킷(10)이 작업 개시 위치에서 최종적인 자세로 된 유압 셔블의 상태를 나타낸다. 또한 도 20 내에, 위치 정렬 시의 버킷(10)의 위치 정렬 목표로 되는 목표면(60)과, 위치 정렬 시의 접속점(9F)의 목표 위치로 되는, 목표면(60)에 대해서 오프셋양(OF) 만큼 오프셋시킨 오프셋 목표면(60A)을 나타낸다.

γTGT는 하기의 식 (2)로 산출할 수 있다. 식 (2) 중, β, δ, θTGT는 각각 기지의 값이며, αTGT를 산출할 수 있으면 γTGT를 산출할 수 있다. 오프셋양(OF)은, 쌍 목표면 버킷 각도의 설정값 θTGT가 지정되면, 버킷(10)의 치수 정보로부터 유일하게 정해진다. 예를 들어, 오프셋양(OF)＝L3sin(θTGT＋δ)으로 된다. 이때, 위치 정렬 시의 접속점(9F)의 목표 위치의 높이 방향의 좌표 Za도 일의적으로 정해져, 동 목표 위치의 길이 방향 좌표 Xa는 암(9)의 회동 각도 β와 붐(8)의 회동 각도의 목표값 αTGT에 따라서 정해진다. 암(9)의 회동 각도 β는 오퍼레이터 조작에 의해 정해지기 때문에, 최종적으로 위치 정렬 시에 취해야 할 붐(8)의 회동 각도 αTGT를 연산할 수 있다. 여기서는 γTGT를 도 21의 플로에 의해 산출한다.

γTGT＝180-(αTGT＋β＋δ＋θTGT) … 식 (2)

도 21의 플로에 있어서, 버킷 제어부(81b)는, 먼저 스텝(1061)에서, 암(9)의 회동 각도 β를 취득한다. 스텝 1062에서는, 오프셋양(OF)과 목표면(60)의 높이 정보로부터, 위치 정렬 완료 시의 접속점(9F)의 높이 방향의 좌표 Za를 산출한다. 스텝 1063에서는, 위치 정렬 완료 시의 접속점(9F)의 길이 방향의 좌표 Xa를 산출한다. 스텝 1064에서는, 스텝 1062의 Za와 스텝 1063의 Xa를 사용하여 위치 정렬 완료 시의 붐(8)의 회동 각도의 목표값 αTGT를 기하학적으로 산출한다. 이 산출한 αTGT와, 기지의 β, δ, θTGT와, 식 (2)에 의해, 최종적으로 위치 정렬 완료 시의 버킷(10)의 회동 각도의 목표값 γTGT를 산출할 수 있다(스텝 1065).

이렇게 버킷(10)의 회동 각도의 목표값 γTGT를 산출하면, 버킷(10)의 회동 제어량을 억제할 수 있어, 오퍼레이터에게 위화감을 줄 수 있는 시간을 단축할 수 있다.

<제1 실시 형태의 변형예>

제1 실시 형태에서는, 동작 판정부(81c)에 의해 프론트 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있고, 또한, 버킷(10)으로부터 목표면(60)까지의 거리 D가 소정값 D1 이하에 도달한 시점에서 버킷 각도 제어를 실행했지만, 본 변형예에서는, 동작 판정부(81c)에 의해 프론트 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있다고 판정된 시점에서 버킷 각도 제어를 실행하도록 변경하였다. 다른 부분의 구성은 제1 실시 형태와 같아서 설명은 생략한다.

본 변형예에 있어서의 버킷 제어부(81b) 및 동작 판정부(81c)에 의한 버킷 각도 제어의 플로를 도 23에 나타낸다. 이 도면에 나타내는 플로는 도 10의 플로로부터 스텝 102를 삭제한 것에 상당한다. 도 10과 동일한 스텝의 설명은 적절히 생략한다.

스텝 101에서는, 제1 실시 형태 마찬가지로, 동작 판정부(81c)가, 암(9)의 회동 속도가 소정값 ω1 이하인지 여부를 판정함으로써, 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는지 여부를 판정하고 있다. 암 회동 속도가 소정값 ω1 이하인 경우, 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있다고 판정하여 스텝 103으로 진행한다.

스텝 103에서는, 버킷 제어부(81b)는, 조작량 연산부(43a)로부터 신호를 기초로 오퍼레이터에 의한 버킷(10)의 조작 신호가 있는지 여부를 판정한다. 버킷(10)의 조작 신호가 없다고 판정된 경우에는 스텝 105로 진행한다.

스텝 105에서는, 버킷 제어부(81b)는, 버킷(10)의 파일럿 라인(148a)에 있는 전자 비례 밸브(버킷 증압 밸브)(56c, 56d)를 열도록 명령을 내려, 쌍 목표면 버킷 각도가 설정값 θTGT로 되도록 버킷 실린더(7)를 제어한다.

상기와 같이 버킷 제어부(81b)를 구성하면, 스텝 101에서 프론트 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는 경우라고 판정된 것을 트리거에 버킷 각도 제어가 실행되어, 쌍 목표면 버킷 각도를 목표 각도 설정 장치(96)에서 설정한 값 θTGT로 설정할 수 있다. 그 때문에, 버킷 각도 제어의 발동에 의해 쌍 목표면 버킷 각도를 용이하게 설정값 θTGT로 제어할 수 있다.

또한, 본 변형예에서는, 동작 판정부(81c)가, 암(9)의 회동 속도가 소정값 ω1 이하인지 여부를 판정함으로써, 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는지 여부를 판정하는 구성을 채용했지만, 기타의 조건에서 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는지 여부를 판정해도 된다. 예를 들어, 붐의 내림 방향의 회동 속도가 소정값 ω2 이하인지 여부를 판정함으로써, 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는지 여부를 판정해도 되고, 도 14의 스텝 201로 판정해도 된다. 또한, 도 16의 스텝 301 및 스텝 302의 적어도 한쪽을 스텝 101의 조건에 더하여, 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는지 여부를 판정해도 된다.

<부기>

또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시 형태는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 상기의 각 실시 형태에서는, 프론트 작업 장치(1A)가 작업 준비 동작에 있는지 여부를, 주로, 암(9)의 회동 속도가 소정값 ω1 이하인지 여부, 또는, 암(9) 혹은 버킷(10)의 속도 벡터에 있어서의 목표면(60)에 수직인 성분이 목표면(60)을 향하고 있는지 여부에 기초하여 판정했지만, 이외의 요소(예를 들어, 유압 실린더(5, 6, 7)의 부하 시간 변화 등)에 기초하여 판정을 행해도 된다.

상기의 각 실시 형태에 있어서는 작업구로서 버킷(10)을 구비한 유압 셔블에 대해서 설명했지만, 작업구는 이것에 한정하는 것은 아니고, 예를 들어 도 22에 나타내는 바와 같은, 콘크리트나 모르타르 등을 소정의 분사면(목표면)(60X)에 대해서 분사하는 분사기(10X)를 작업구로서 구비한 작업 기계에도 적용 가능하다.

또한, 쌍 목표면 버킷각으로서, 버킷(10)의 저면 각도와 목표면(60)의 각도를 대략 평행으로 하는 경우(즉, θTGT＝0인 경우)를 설명했지만, 쌍 목표면 버킷 각도의 설정값은 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, θTGT를 0보다 큰 값으로 함으로써 버킷(10)의 선단을 목표면(60)에 대해서 물려 들어가는 초기 자세로 하여 굴삭 작업을 용이하게 해도 된다. 또한, 도 22의 분사기(10X)를 작업구로서 작업 기계에 설치했을 경우에는, 분사면(60X)와 노즐(10Y)의 장축 방향이 직교하는 각도를 θTGT(＝90도)에 설정해도 된다.

또한, 쌍 목표면 버킷 각도가 설정값 θTGT에 보유 지지되는 버킷 위치는, 목표면(60) 상뿐만 아니라, 목표면(60)과 동일 형상의 면 상이며, 목표면(60)을 임의의 양만 오프셋시킨 면 상이어도 된다. 이렇게 오프셋시킨 면 상에서 작업구의 각도를 θTGT로 제어하면, 예를 들어 도 22의 분사기(10X)에 의한 분사 작업에 있어서, 분사면(60X)로부터 원하는 양만큼 떨어진 위치에 노즐(10Y)의 분출구를 위치시켜 계속할 수 있다. 또한, 목표면(60)을 오프셋시키는 양(목표면(60)으로부터의 오프셋 거리)를 오퍼레이터가 설정 가능한 입력 장치를 인터페이스 부분으로서 구비해도 된다.

상기의 각 실시 형태에서는 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 각도를 검출하는 각도 센서를 사용했지만, 각도 센서가 아닌 실린더 스트로크 센서에 의해 셔블의 자세 정보를 산출하게 해도 된다. 또한, 유압 파일럿식의 셔블을 예로서 설명했지만, 전기 레버식의 셔블이라면 전기 레버로부터 생성되는 명령 전류를 제어하는 구성으로 하여도 된다. 프론트 작업 장치(1A)의 속도 벡터의 산출 방법에 대해서, 오퍼레이터 조작에 의한 파일럿압이 아닌, 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 각도를 미분함으로써 산출되는 각 속도로부터 구해도 된다.

상기의 각 실시 형태에서 도 9의 상태 S2에서 상태 S3으로 천이시키는 경우, 오퍼레이터가 붐(8)의 내림 조작에 의해 버킷(10)을 목표면(60)에 접근할 때, 붐 제어부(81a)에 의해, 오퍼레이터의 붐(8)의 내림 조작에 의해 목표면(60)에 버킷(10)이 침입하지 않도록, 붐 제어부(81a)는 붐(8)의 내림 조작을 감속, 혹은 정지시키도록 필요에 따라 전자기 밸브(54b)에 명령을 내려도 된다.

상기의 제어 컨트롤러(40)에 관한 각 구성이나 당해 각 구성의 기능 및 실행 처리 등은, 그것들의 일부 또는 전부를 하드웨어(예를 들어 각 기능을 실행하는 로직을 집적 회로에서 설계하는 등)로 실현해도 된다. 또한, 상기의 제어 컨트롤러(40)에 관한 구성은, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU)에 의해 판독·실행되는 것으로 당해 제어 컨트롤러(40)의 구성에 관한 각 기능이 실현되는 프로그램(소프트웨어)으로 해도 된다. 당해 프로그램에 관한 정보는, 예를 들어, 반도체 메모리(플래시 메모리, SSD 등), 자기 기억 장치(하드디스크 드라이브 등) 및 기록 매체(자기 디스크, 광 디스크 등) 등에 기억할 수 있다.

D1: 목표면과 작업구의 거리의 소정값
θTGT: 쌍 목표면 버킷 각도의 설정값(작업구의 목표 각도)
ω1: 암 회동 속도의 소정값
1A: 프론트 작업 장치
8: 붐
9: 암
10: 버킷
30: 붐 각도 센서
31: 암 각도 센서
32: 버킷 각도 센서
40: 제어 컨트롤러(제어 장치)
43: MC 제어부
43a: 조작량 연산부
43b: 자세 연산부
43c: 목표면 연산부
44: 전자 비례 밸브 제어부
45: 조작 장치(붐, 암)
46: 조작 장치(버킷，선회)
50: 작업 장치 자세 검출 장치
51: 목표면 설정 장치
52a: 오퍼레이터 조작 검출 장치
53: 표시 장치
54，55，56: 전자 비례 밸브
81: 액추에이터 제어부
81a: 붐 제어부
81b: 버킷 제어부
81c: 동작 판정부
96: 목표 각도 설정 장치
97: 제어 선택 스위치(제어 선택 장치)
374: 표시 제어부

Claims (8)

1. 붐, 암 및 버킷을 갖는 작업 장치와,
   상기 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와,
   오퍼레이터의 조작에 따라 상기 작업 장치의 동작을 지시하는 조작 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
   상기 작업 장치에 의한 작업 대상의 목표 형상을 나타내는 목표면을 설정하는 목표면 설정 장치와,
   상기 버킷의 목표 각도를 설정하는 목표 각도 설정 장치와,
   상기 목표면 설정 장치에 의해 설정된 상기 목표면에 대한 상기 버킷의 각도가 상기 목표 각도 설정 장치에 의해 설정된 상기 목표 각도가 되도록 상기 복수의 유압 액추에이터 중 상기 버킷에 관한 유압 액추에이터를 제어하는 버킷 각도 제어, 및, 상기 목표면의 위치와 상기 작업 장치의 자세와 상기 조작 장치의 조작량에 기초하여 상기 목표면 상 또는 그 상방에 상기 버킷의 클로 끝이 위치하도록 상기 붐의 올림 동작에 관한 유압 액추에이터를 제어하는 붐 올림 제어에 의해 머신 컨트롤을 행하는 제어 장치를 구비하고
   상기 제어 장치는,
   상기 조작 장치에 대한 조작에 기초하여 상기 작업 장치가 상기 버킷을 작업 개시 위치로 이동시키는 작업 준비 동작에 있는지 여부의 판정을 행함과 함께,
   상기 조작 장치의 조작 시에 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있다고 판정했을 때는, 상기 머신 컨트롤로서 상기 버킷 각도 제어와 상기 붐 올림 제어를 실행하고,
   상기 조작 장치의 조작 시에 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있지 않다고 판정했을 때는, 상기 머신 컨트롤로서 상기 버킷 각도 제어는 실행하지 않고 상기 붐 올림 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있다고 판정되고, 또한, 상기 목표면과 상기 버킷의 거리가 소정값 이하일 때, 상기 버킷 각도 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 암의 회동 속도가 소정값 이하일 때, 또는, 상기 암 혹은 상기 버킷의 속도 벡터에 있어서의 상기 목표면에 수직인 성분이 상기 목표면을 향하고 있을 때, 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
4. 붐, 암 및 작업구를 갖는 작업 장치와,
   상기 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와,
   오퍼레이터의 조작에 따라 상기 작업 장치의 동작을 지시하는 조작 장치와,
   상기 조작 장치의 조작 시에, 미리 정한 조건에 따라서 상기 복수의 유압 액추에이터의 적어도 하나를 제어하는 액추에이터 제어부를 갖는 제어 장치를 구비하고,
   상기 작업구를 작업 개시 위치로 이동시킨 후에 상기 암을 동작시켜서 작업을 행하는 작업 기계에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 작업 장치가 상기 작업구를 상기 작업 개시 위치로 이동시키는 작업 준비 동작에 있는지 여부를 상기 조작 장치에 대한 조작에 기초하여 판정하는 동작 판정부를 더 구비하고,
   상기 동작 판정부는 상기 암의 회동 속도가 제로일 때, 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있다고 판정하고,
   상기 액추에이터 제어부는, 상기 조작 장치의 조작 시에 상기 동작 판정부에 있어서 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있다고 판정되었을 때, 상기 작업 장치에 의한 작업 대상의 목표 형상을 나타내는 목표면에 대한 상기 작업구의 각도가 미리 설정한 목표 각도로 되도록 상기 복수의 유압 액추에이터 중 상기 작업구에 관한 유압 액추에이터를 제어하는 머신 컨트롤 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
5. 붐, 암 및 작업구를 갖는 작업 장치와,
   상기 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와,
   오퍼레이터의 조작에 따라 상기 작업 장치의 동작을 지시하는 조작 장치와,
   상기 조작 장치의 조작 시에, 미리 정한 조건에 따라서 상기 복수의 유압 액추에이터의 적어도 하나를 제어하는 액추에이터 제어부를 갖는 제어 장치를 구비하고,
   상기 작업구를 작업 개시 위치로 이동시킨 후에 상기 암을 동작시켜서 작업을 행하는 작업 기계에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 작업 장치가 상기 작업구를 상기 작업 개시 위치로 이동시키는 작업 준비 동작에 있는지 여부를 상기 조작 장치에 대한 조작에 기초하여 판정하는 동작 판정부를 더 구비하고,
   상기 동작 판정부는, 상기 암의 덤프 동작에 있어서의 회동 속도가 소정값 이하일 때, 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있다고 판정하고,
   상기 액추에이터 제어부는, 상기 조작 장치의 조작 시에 상기 동작 판정부에 있어서 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있다고 판정되었을 때, 상기 작업 장치에 의한 작업 대상의 목표 형상을 나타내는 목표면에 대한 상기 작업구의 각도가 미리 설정한 목표 각도로 되도록 상기 복수의 유압 액추에이터 중 상기 작업구에 관한 유압 액추에이터를 제어하는 머신 컨트롤 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
6. 붐, 암 및 작업구를 갖는 작업 장치와,
   상기 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와,
   오퍼레이터의 조작에 따라 상기 작업 장치의 동작을 지시하는 조작 장치와,
   상기 조작 장치의 조작 시에, 미리 정한 조건에 따라서 상기 복수의 유압 액추에이터의 적어도 하나를 제어하는 액추에이터 제어부를 갖는 제어 장치를 구비하고,
   상기 작업구를 작업 개시 위치로 이동시킨 후에 상기 암을 동작시켜서 작업을 행하는 작업 기계에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 작업 장치가 상기 작업구를 상기 작업 개시 위치로 이동시키는 작업 준비 동작에 있는지 여부를 상기 조작 장치에 대한 조작에 기초하여 판정하는 동작 판정부를 더 구비하고,
   상기 동작 판정부는, 상기 암의 회동 속도가 소정값 이하이고 또한 상기 붐의 내림 동작이 있을 때, 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있다고 판정하고,
   상기 액추에이터 제어부는, 상기 조작 장치의 조작 시에 상기 동작 판정부에 있어서 상기 작업 장치가 상기 작업 준비 동작에 있다고 판정되었을 때, 상기 작업 장치에 의한 작업 대상의 목표 형상을 나타내는 목표면에 대한 상기 작업구의 각도가 미리 설정한 목표 각도로 되도록 상기 복수의 유압 액추에이터 중 상기 작업구에 관한 유압 액추에이터를 제어하는 머신 컨트롤 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치에 의한 상기 머신 컨트롤 제어의 실행 허가·금지를 택일적으로 선택하는 제어 선택 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 목표면을 기준으로 하는 원하는 위치에서 상기 목표면에 대한 상기 버킷의 각도가 상기 목표 각도로 되도록, 상기 머신 컨트롤 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.

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