KR102422582B1 - 유압 셔블 - Google Patents

Abstract

주행체, 상기 주행체의 상부에 선회 가능하게 마련한 선회체, 상기 선회체에 연결된 작업기, 상기 주행체에 연결한 블레이드 및 상기 블레이드를 승강시키는 리프트 실린더를 포함하여 구성한 배토 장치, 주행 레버의 조작을 검출하는 조작 센서, 상기 주행체에 대한 상기 블레이드의 높이를 측정하는 높이 센서, 상기 선회체에 탑재한 위성 측위 시스템용의 안테나, 및 상기 블레이드의 위치 정보를 연산하는 컨트롤러를 구비한 유압 셔블에 있어서, 상기 컨트롤러를, 상기 조작 센서의 신호에 기초하여 주행 조작을 판정하고, 전향 주행 조작이 이루어지고 있지 않은 상태를 전제 조건으로 하여, 상기 안테나의 궤도로부터 상기 주행체의 직진 주행이 검출된 경우에 상기 직진 주행의 주행 방향을 상기 주행체의 방위로서 연산하고, 상기 주행체의 방위에 기초하여 상기 블레이드의 수평 좌표를 연산하고, 상기 안테나의 위치와 상기 높이 센서의 측정값에 기초하여 상기 블레이드의 높이를 연산하도록 구성한다.

Description

유압 셔블

본 발명은, 주행체에 블레이드를 구비한 유압 셔블에 관한 것이며, 특히 주행체에 대하여 선회체가 선회하는 유압 셔블에 관한 것이다.

블레이드에 GNSS 안테나를 설치하고, 이 GNSS 안테나에서 수신한 블레이드의 위치 정보에 기초하여 이른바 정보화 시공을 실시하는 불도저가 있다(특허문헌 1). 또한 운전실의 상부에 GNSS 안테나를 설치하고, GNSS 안테나에서 수신한 기체의 위치 정보와 블레이드를 구동하는 실린더의 스트로크에 기초하여 블레이드의 위치를 연산하여 정보화 시공을 실시하는 불도저도 알려져 있다(특허문헌 2).

일본 특허 제5356141호 공보 일본 특허 제5247938호 공보

유압 셔블 중에도 블레이드를 구비한 것이 있는데, 불도저와는 달리 유압 셔블의 작업에서는, 버킷 등의 어태치먼트를 장착한 작업기가 주로 이용된다. 또한 GNSS 안테나를 블레이드에 설치하면, 블레이드가 긁어올리는 토사나 작업기가 GNSS 안테나에 간섭할 가능성이 있다. 이들 점에서, 유압 셔블에 있어서 GNSS 안테나는, 작업기가 마련된 선회체에 설치하는 것이 바람직하다.

그러나 블레이드는 주행체에 구비되어 있는 한편, 선회체는 주행체에 대하여 선회하기 때문에, 선회체와 블레이드의 위치 관계는 선회체의 선회에 수반하여 변화된다. 선회체에 GNSS 안테나를 설치한 경우, 선회체와 블레이드의 위치 관계가 불명인 상태에서는 GNSS 안테나의 위치 정보로부터 블레이드의 위치를 얻을 수 없다. 또한 GNSS 안테나는 고가이기 때문에, GNSS 안테나가 1개이더라도 정보화 시공에 요하는 블레이드의 위치를 연산할 수 있는 시스템을 구축하고자 한다.

본 발명의 목적은, 선회체에 설치한 1개의 안테나의 위치 정보를 이용하여 블레이드의 위치 정보를 연산할 수 있는 유압 셔블을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 주행체와, 상기 주행체의 상부에 선회 가능하게 마련한 선회체와, 상기 선회체에 연결된 작업기와, 상기 주행체에 연결한 블레이드 및 상기 블레이드를 승강시키는 리프트 실린더를 포함하여 구성한 배토 장치와, 상기 주행체를 조작하는 주행 레버와, 상기 주행 레버의 조작을 검출하는 조작 센서와, 상기 주행체에 대한 상기 블레이드의 높이를 측정하는 높이 센서와, 상기 선회체에 탑재한 위성 측위 시스템용의 안테나와, 상기 블레이드의 위치 정보를 연산하여, 상기 위치 정보에 기초하여 미리 기억된 목표면에 접근하도록 상기 블레이드를 상하 이동시키는 제어를 행하는 컨트롤러를 구비한 유압 셔블에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 조작 센서의 신호에 기초하여, 전향 주행 조작이 이루어지고 있지 않다고 판정된 상태에서, 상기 안테나의 위치 정보로부터 구해지는 상기 안테나의 궤도로부터 상기 주행체가 직진 주행하고 있다고 판정된 경우에 상기 직진 주행의 주행 방향을 상기 주행체의 방위로서 연산하고, 상기 주행체의 방위와, 미리 기억되어 있는 상기 안테나의 위치 및 상기 블레이드의 위치 관계에 관한 정보에 기초하여, 상기 블레이드의 수평 좌표를 연산하고, 상기 안테나의 위치와, 상기 높이 센서의 측정값과, 미리 기억되어 있는 상기 안테나의 위치 및 상기 블레이드의 위치 관계에 관한 정보에 기초하여, 상기 블레이드의 높이를 연산하여 상기 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 선회체에 설치한 1개의 안테나의 위치 정보를 이용하여 블레이드의 위치 정보를 연산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유압 셔블의 측면도.
도 2는 도 1에 도시한 유압 셔블의 평면도.
도 3은 도 1에 도시한 유압 셔블에 구비된 구동 시스템의 개략도.
도 4는 도 3에 도시한 컨트롤러에 의한 블레이드의 위치의 연산 알고리즘을 도시하는 블록도.
도 5는 도 3에 도시한 컨트롤러에 의한 블레이드의 위치 정보의 출력 수순을 도시하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유압 셔블에 구비된 컨트롤러에 의한 블레이드의 위치의 연산 알고리즘을 도시하는 블록도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유압 셔블에 구비된 컨트롤러에 의한 블레이드의 위치 정보의 출력 수순을 도시하는 흐름도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유압 셔블에 구비된 컨트롤러에 의한 블레이드의 위치의 연산 알고리즘을 도시하는 블록도.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유압 셔블에 구비된 컨트롤러에 의한 블레이드의 위치 정보의 출력 수순을 도시하는 흐름도.

이하에, 도면을 이용하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

(제1 실시 형태)

-유압 셔블-

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유압 셔블의 측면도, 도 2는 평면도이다. 본원 명세서에서는 주행체를 기준으로 전후를 정의하여, 배토 장치(50)가 설치된 측을 전, 그 반대측을 후로 한다. 도 1 및 도 2에 도시한 유압 셔블은 주행체(10), 선회체(20), 작업기(40), 배토 장치(50) 및 컨트롤러(컴퓨터)(60)를 구비하고 있다.

-주행체-

주행체(10)는 좌우의 주행 장치(11)를 구비하고 있다. 좌우의 주행 장치(11)는 크롤러식이며, 사이드 프레임(11a), 종동륜(11b), 구동륜(11c), 주행 모터(도 3), 감속기(11e), 크롤러 벨트(11f)를 각각 구비하고 있다. 사이드 프레임(11a)은 주행 장치(11)의 프레임이며, 좌우의 사이드 프레임(11a)과 이들을 연결하는 센터 프레임으로, 평면으로 보아 H형의 트랙 프레임이 구성된다. 사이드 프레임(11a)은 전후 방향으로 연장되어, 전후 방향의 일방측(본 예에서는 전방측)에 종동륜(11b)을, 타방측(본 예에서는 후방측)에 구동륜(11c)을 지지하고 있다. 주행 모터는, 좌우의 사이드 프레임(11a)의 전후 방향의 타방측에 지지되어 있으며, 감속기(11e)를 통해 출력축이 구동륜(11c)에 연결되어 있다. 좌우의 주행 장치(11)에 있어서, 각각 종동륜(11b)과 구동륜(11c) 사이에 크롤러 벨트(11f)가 권회되어 있다. 주행 모터가 구동되면 감속기(11e)를 통해 구동륜(11c)에 회전 동력이 전달되어, 구동륜(11c)와 종동륜(11b) 사이에서 크롤러 벨트(11f)가 순환 구동된다.

-선회체-

선회체(20)는 주행체(10)의 상부에 선회 가능하게 마련되어 있으며, 선회 프레임(21), 카운터 웨이트(22), 시트 베이스(23), 운전석(24), 플로어 패널(25) 등을 구비하고 있다. 선회 프레임(21)은 선회체(20)의 베이스 프레임이며, 선회륜(26)을 통해 주행체(10)의 센터 프레임의 상부에 선회 가능하게 마련되어 있다. 선회 프레임(21)에 있어서의 후방측의 에어리어에는, 엔진(29)(도 1 중의 파선)이나, 엔진(29)에 의하여 구동되는 유압 펌프(30a, 30b)(도 3) 등의 기기류가 탑재되어 있다. 본 실시 형태에서는, 유압 펌프를 구동하는 원동기로서 엔진(29)(내연 기관)을 이용한 경우를 예시하였지만, 엔진(29) 대신 전동기를 이용하는 경우도 있다. 선회 프레임(21)에 있어서의 우전방 부분에는 작동유 탱크 및 연료 탱크가 탑재되어 있으며, 이들은 탱크 커버(27)로 덮여 있다. 또한 선회 프레임(21)의 전방부에는 지지 브래킷(31)이 마련되어 있다. 지지 브래킷(31)에는 연직축을 통해 스윙 포스트(37)가 연결된다. 스윙 포스트(37)가 스윙 실린더(38)에 의하여 좌우로 회동 구동된다. 카운터 웨이트(22)는, 작업기(40)와의 균형을 잡기 위한 추이며, 선회 프레임(21)의 후연부에 상하로 연장되어 마련되어 있다. 카운터 웨이트(22)의 후연부의 선회 반경이 유압 셔블의 후방 선회 직경으로 되는데, 본 실시 형태의 유압 셔블은 소형 기종이어서 후방 선회 직경이 주행체(10)의 차 폭 정도로 억제되어 있다.

시트 베이스(23)는 카운터 웨이트(22)의 전방측에 위치하도록 선회 프레임(21)에 지지되어 있다. 이 시트 베이스(23)는 엔진 커버를 겸하여 엔진(29)이나 유압 펌프(30a, 30b) 등의 기기류를 덮고 있다. 운전석(24)은 시트 베이스(23) 상에 고정되어 설치되어 있다. 플로어 패널(25)은 시트 베이스(23) 및 운전석(24)의 전방측에 위치하여 오퍼레이터의 승강 통로 등을 형성한다. 이 플로어 패널(25)의 하측에는, 주행 모터 등의 유압 셔블에 탑재된 각 유압 액추에이터에 대하여 유압 펌프로부터 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 제어하는 방향 전환 밸브 유닛(36)(도 1 중의 파선 참조)이 배치되어 있다.

플로어 패널(25)의 전방부에는, 좌우의 주행 장치(11)를 조작하기 위한 주행 레버(32)가 배치되어 있다. 시트 베이스(23) 상의 운전석(24)의 좌우에는, 작업기(40) 및 선회체(20)를 조작하기 위한 좌우의 조작 레버(33)가 각각 배치되어 있다. 또한 선회체(20)에는 2주식의 캐노피(35)가 마련되어 있다. 캐노피(35)는, 시트 베이스(23)의 후방부로부터 기립하는 좌우의 필러(35a)와, 좌우의 필러(35a)로 지지된 루프(35b)를 포함하여 구성되어 있다. 운전석(24)의 상방이 루프(35b)로 덮인 구성이다.

-작업기-

작업기(40)는, 토사의 굴삭 등의 작업을 하기 위하여 선회체(20)의 전방부에 마련한 다관절형의 암형의 프런트 작업 장치(본 예에서는 스윙 포스트식)이며, 작업 팔(41) 및 어태치먼트(44)를 포함하고 있다. 작업 팔(41)은 붐(42), 암(43), 붐 실린더(84), 암 실린더(85) 및 어태치먼트 실린더(86)를 구비하고 있다. 붐(42)은 선회체(20)의 전방부(상기 스윙 포스트(37))에, 암(43)은 붐(42)의 선단에, 어태치먼트(44)는 암(43)의 선단에 각각 연결되어 있다. 붐(42), 암(43) 및 어태치먼트(44)는 모두, 좌우로 수평으로 연장되는 핀을 지지점으로 하여 회동한다. 도 1에서는, 작업 팔(41)에 어태치먼트(44)로서 버킷을 장착한 예를 도시하고 있지만, 장착되는 어태치먼트의 종류는 이에 한해지지 않으며 브레이커나 그래플 등의 다른 어태치먼트로 적절히 교환 가능하다. 또한 붐 실린더(84)는 선회체(20)(스윙 포스트(37)) 및 붐(42)에, 암 실린더(85)는 붐(42) 및 암(43)에 각각 양단이 연결되어 있다. 어태치먼트 실린더(86)는, 기단이 암(43)에 연결되는 한편, 선단이 링크(48)를 통해 암(43)의 선단부 및 어태치먼트(44)에 연결되어 있다. 붐 실린더(84), 암 실린더(85) 및 어태치먼트 실린더(86)는 모두 유압 액추에이터이며, 유압 펌프로부터 토출되는 작동유로 구동되어 신축 동작에 의하여 작업기(40)를 구동한다.

-배토 장치-

배토 장치(50)는 주행체(10)의 트랙 프레임(센터 프레임)의 전방부에 마련되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이 배토 장치(50)는 리프트 암(51), 블레이드(52), 리프트 실린더(87), 앵글 실린더(88) 및 틸트 실린더(89)를 포함하여 구성되어 있다. 리프트 암(51)은, 평면으로 보아 V자형의 부재이며, 기단측이 주행체(10)의 센터 프레임의 전방부에 상하로 회동 가능하게 연결되어 있다. 블레이드(52)는, 좌우 방향으로 연장되는 판형의 부재이며, 복수 축의 자유도를 갖는 자재 핀(56)을 통해 후방면측의 중앙부가 리프트 암(51)의 선단측에 연결되어 있고, 리프트 암(51)을 통해 주행체(10)에 연결되어 있다. 리프트 실린더(87), 앵글 실린더(88) 및 틸트 실린더(89)는, 블레이드(52)를 구동하는 유압 액추에이터이다.

리프트 실린더(87)는, 리프트 암(51)을 상하로 구동하여 블레이드(52)를 승강시키는 실린더이며, 리프트 암(51)과 센터 프레임을 연결하고 있다. 유압 셔블의 주행 시에 리프트 실린더(87)를 구동하여, 예를 들어 블레이드(52)를 하강시킴으로써 블레이드(52)에 의하여 지표를 깎아 정지 대상 용지를 조성할 수 있다. 앵글 실린더(88)는, 자재 핀(56)을 중심으로 수평면을 따라 블레이드(52)를 회동시키는 실린더이며, 본 예에서는 리프트 암(51)의 좌측부와 블레이드(52)를 연결하고 있다. 주행 중에 앵글 실린더(88)를 구동하여 좌우 방향의 일방측에 대하여 타방측이 후퇴하도록 블레이드(52)를 수평면을 따라 경사지게 함으로써, 블레이드(52)에 의하여 깎여나가는 토사를 좌우 방향의 타방측으로 배출할 수 있다. 틸트 실린더(89)는, 자재 핀(56)을 중심으로 좌우로 연장되는 연직면을 따라 블레이드(52)를 회동시키는(블레이드(52)를 우하향 또는 좌하향으로 경사지게 하는) 실린더이다. 이 틸트 실린더(89)는 블레이드(52)의 후방면을 따라 좌우 방향으로 연장되어, 자재 핀(56)에 대하여 오프셋된 높이에 배치되어 리프트 암(51)과 블레이드(52)를 연결하고 있다. 주행 중에 틸트 실린더(89)를 구동하여 블레이드(52)를 우하향 또는 좌하향으로 경사지게 함으로써, 구배가 있는 용지를 조성할 수 있다.

-구동 시스템-

도 3은, 본 실시 형태의 유압 셔블에 구비된 구동 시스템의 개략도이다. 이 시스템은 엔진(29), 엔진 컨트롤러(29a), 유압 펌프(30a, 30b), 레귤레이터(30Aa, 30Ab), 자동 제어용 밸브 유닛(34), 방향 전환 밸브 유닛(36), 감압 밸브(71 내지 79) 및 컨트롤러(60)를 포함하고 있다.

·엔진/엔진 컨트롤러

엔진 컨트롤러(29a)는, 엔진(29)의 회전수를 제어하는 제어 장치이며, 컨트롤러(60)로부터 입력되는 목표 엔진 회전수에 실제의 엔진 회전수가 일치하도록 엔진(29)의 연료 분사량이나 연료 분사 타이밍을 조정한다.

·유압 펌프/레귤레이터

유압 펌프(30a, 30b)는, 각종 유압 액추에이터를 구동하는 작동유를 토출하는 가변 용량형의 펌프이며, 엔진(29)에 의하여 회전 구동되어 회전수와 용적의 곱에 비례한 작동유를 토출한다. 레귤레이터(30Aa, 30Ab)는, 유압 펌프(30a, 30b)의 용적(틸팅)을 제어하는 장치이며, 컨트롤러(60)로부터 입력되는 명령에 따라 구동된다. 유압 액추에이터로서, 도 3에서는 주행 모터(81, 82), 선회 모터(83), 붐 실린더(84), 암 실린더(85), 어태치먼트 실린더(86), 리프트 실린더(87), 앵글 실린더(88), 틸트 실린더(89)가 도시되어 있다. 스윙 실린더(38)에 대해서는 도시 생략되어 있다. 주행 모터(81, 82)는, 좌우의 주행 장치(11)를 각각 구동하는 유압 모터, 선회 모터(83)는, 선회체(20)를 선회 구동하는 유압 모터이다. 붐 실린더(84), 암 실린더(85), 어태치먼트 실린더(86), 리프트 실린더(87), 앵글 실린더(88), 틸트 실린더(89)에 대해서는 전술한 바와 같다.

·방향 전환 밸브 유닛

방향 전환 밸브 유닛(36)은, 복수의 도시되지 않은 파일럿 구동식의 방향 전환 밸브(도시되지 않음)를 포함하여 구성되어 있다. 각 방향 전환 밸브는, 감압 밸브(71 내지 79) 중 대응하는 것으로부터 출력되는 파일럿압으로 구동되어, 유압 펌프(30a, 30b)로부터 토출되는 작동유의 방향(또는 방향 및 유량)을 제어하여, 대응하는 유압 액추에이터에 공급한다.

·감압 밸브

감압 밸브(71 내지 79)는, 파일럿 펌프(도시되지 않음)로부터 토출되는 작동유를 1차압으로 하여 오퍼레이터의 조작에 따라 파일럿압을 생성하여 출력한다. 감압 밸브(71 내지 79)는, 대응하는 조작 장치(예를 들어 조작 레버(33))의 조작이 기계적으로 전달되어 동작한다. 도 3에서는, 도면의 번잡 방지를 위하여 각 유압 액추에이터에 대응하여 감압 밸브를 각 하나 도시하고 있지만, 실제로는 각 유압 액추에이터의 구동 방향마다 대응하는 감압 밸브가 존재하여 감압 밸브(71 내지 79)는 각 2개 존재하고 있다.

감압 밸브(71)는, 좌측의 주행 모터(81)에 대응하는 방향 전환 밸브에 파일럿압을 출력하는 감압 밸브이며, 좌측의 주행 장치(11)의 전진 동작용과 후진 동작용의 2개가 존재한다. 이들은 좌측의 주행 레버(32)(도 1)로 조작된다. 예를 들어 좌측의 주행 레버(32)를 앞으로 쓰러뜨리면 좌측의 주행 장치(11)가 전진 주행하고, 뒤로 쓰러뜨리면 후진 주행한다.

감압 밸브(72)는, 우측의 주행 모터(82)에 대응하는 방향 전환 밸브에 파일럿압을 출력하는 감압 밸브이며, 우측의 주행 장치(11)의 전진 동작용과 후진 동작용의 2개가 존재한다. 이들은 우측의 주행 레버(32)로 조작된다. 예를 들어 우측의 주행 레버(32)를 앞으로 쓰러뜨리면 우측의 주행 장치(11)가 전진 주행하고, 뒤로 쓰러뜨리면 후진 주행한다.

감압 밸브(73)는, 선회 모터(83)에 대응하는 방향 전환 밸브에 파일럿압을 출력하는 감압 밸브이며, 선회체(20)의 우선회 동작용과 좌선회 동작용의 2개가 존재한다. 이들은 좌우의 조작 레버(33)(도 1) 중 어느 것으로 조작된다. 예를 들어 좌측의 조작 레버(33)를 앞으로 쓰러뜨리면, 평면으로 보아 우회전으로 선회체(20)가 선회하고, 뒤로 쓰러뜨리면 좌회전으로 선회한다.

감압 밸브(74)는, 붐 실린더(84)에 대응하는 방향 전환 밸브에 파일럿압을 출력하는 감압 밸브이며, 붐 상승 동작용(붐 실린더(84)의 신장용)과 붐 하강 동작용(붐 실린더(84)의 수축용)의 2개가 존재한다. 이들은 좌우의 조작 레버(33)(도 1) 중 어느 것으로 조작된다. 예를 들어 우측의 조작 레버(33)를 앞으로 쓰러뜨리면 붐(42)이 하강 방향으로 동작하고, 뒤로 쓰러뜨리면 상승 방향으로 동작한다.

감압 밸브(75)는, 암 실린더(85)에 대응하는 방향 전환 밸브에 파일럿압을 출력하는 감압 밸브이며, 암 크라우드 동작용(암 실린더(85)의 신장용)과 암 덤프 동작용(암 실린더(85)의 수축용)의 2개가 존재한다. 이들은 좌우의 조작 레버(33)(도 1) 중 어느 것으로 조작된다. 예를 들어 좌측의 조작 레버(33)를 왼쪽으로 쓰러뜨리면 암(43)이 덤프 방향으로 동작하고, 오른쪽으로 쓰러뜨리면 크라우드 방향으로 동작한다.

감압 밸브(76)는, 어태치먼트 실린더(86)에 대응하는 방향 전환 밸브에 파일럿압을 출력하는 감압 밸브이다. 어태치먼트 크라우드 동작용(어태치먼트 실린더(86)의 신장용)과 어태치먼트 덤프 동작용(어태치먼트 실린더(86)의 수축용)의 2개의 감압 밸브(76)가 존재한다. 이들은 좌우의 조작 레버(33)(도 1) 중 어느 것으로 조작된다. 예를 들어 우측의 조작 레버(33)를 왼쪽으로 쓰러뜨리면 어태치먼트(44)이 크라우드 방향으로 동작하고, 오른쪽으로 쓰러뜨리면 덤프 방향으로 동작한다.

감압 밸브(77)는, 리프트 실린더(87)에 대응하는 방향 전환 밸브에 파일럿압을 출력하는 감압 밸브이며, 블레이드(52)의 하강 동작용(리프트 실린더(87)의 신장용)과 상승 동작용(리프트 실린더(87)의 수축용)의 2개가 존재한다. 이들은, 운전석(24)의 부근에 마련된 대응하는 조작 레버(도시되지 않음)로 조작된다. 예를 들어 조작 레버를 한쪽으로 조작하면 블레이드(52)가 상승하고, 다른 쪽으로 조작하면 블레이드(52)가 하강한다.

감압 밸브(78)는, 앵글 실린더(88)에 대응하는 방향 전환 밸브에 파일럿압을 출력하는 감압 밸브이며, 블레이드(52)의 우후퇴 동작용(앵글 실린더(88)의 신장용)과 좌후퇴 동작용(앵글 실린더(88)의 수축용)의 2개가 존재한다. 이들은, 운전석(24)의 부근에 마련된 대응하는 조작 레버(도시되지 않음)로 조작된다. 예를 들어 조작 레버를 한쪽으로 조작하면 블레이드(52)의 우측이 후퇴하듯이 경사지고, 다른 쪽으로 조작하면 블레이드(52)의 좌측이 후퇴하듯이 경사진다.

감압 밸브(79)는, 틸트 실린더(89)에 대응하는 방향 전환 밸브에 파일럿압을 출력하는 감압 밸브이며, 블레이드(52)의 좌하향 동작용(틸트 실린더(89)의 신장용)과 우하향 동작용(틸트 실린더(89)의 수축용)의 2개가 존재한다. 이들은, 운전석(24)의 부근에 마련된 대응하는 조작 레버(도시되지 않음)로 조작된다. 예를 들어 조작 레버를 한쪽으로 조작하면 블레이드(52)가 우하향으로 경사지고, 다른 쪽으로 조작하면 블레이드(52)가 좌하향으로 경사진다.

·자동 제어용 밸브 유닛

자동 제어용 밸브 유닛(34)은, 배토 장치(50)의 자동 제어(영역 제한 굴삭 제어라고도 칭함)를 실행하기 위한 밸브 군이다. 이 자동 제어용 밸브 유닛(34)은, 컨트롤러(60) 또는 다른 컴퓨터 유닛으로부터의 신호에 의하여 구동되는 복수의 전자 구동식의 감압 밸브(도시되지 않음)로 구성되어 있다. 본 예에 있어서의 배토 장치(50)의 자동 제어에서는, 정지 대상 용지의 설계 지형의 3D 데이터와 링크하여, 목표면을 넘어서 지면을 굴삭하지 않도록 소정의 프로그램에 따라 필요 시에 오퍼레이터의 조작에 개입하여 목표면 부근에서 블레이드(52)의 동작 속도나 궤도를 자동 조정한다. 이른바 정보화 시공이다. 리프트 실린더(87) 및 틸트 실린더(89) 중 적어도 리프트 실린더(87)가 자동 제어의 대상으로 된다. 배토 장치(50)의 자동 제어 기능의 유효 시에는, 주행 시에 설계 지형 또는 이에 기초하는 목표면에 하단이 따라서 이동하도록 블레이드(52)의 자세가 자동 제어된다. 자동 제어용 밸브 유닛(34)을 구성하는 각 감압 밸브는, 오퍼레이터가 조작하는 감압 밸브(74 내지 79)의 신호 출력 라인이나 감압 밸브(74 내지 79)를 바이패스하여 파일럿 펌프와 방향 전환 밸브 유닛(36)을 접속하는 유로에 마련되어 있다. 오퍼레이터의 조작에 따라 감압 밸브(74 내지 79)로부터 출력되는 파일럿압 또는 감압 밸브(74 내지 79)를 바이패스한 파일럿 펌프의 토출유를 원압으로 하여, 컨트롤러(60)의 명령에 따라 자동 제어용 밸브 유닛(34)에서 파일럿압이 생성된다. 이 파일럿압에 의하여 방향 전환 밸브 유닛(36)이 구동되어 배토 장치(50)가 제어된다.

·컨트롤러

컨트롤러(60)는, 유압 셔블의 기체 제어에 관한 각종 정보나 제어 명령값을 연산하여 전기 명령 신호를 출력하는 제어 장치(컴퓨터)이며, CPU나 각종 메모리 등을 포함하여 구성되어 있다. 특히 본 실시 형태의 컨트롤러(60)는, 1개의 GNSS 안테나(94a)의 위치 정보에 기초하여 주행체(10)의 방위(이하, 주행체 방위라 약칭함)를 연산하여 블레이드(52)의 위치 정보를 연산하는 기능을 구비하고 있다. 그리고 컨트롤러(60)는, 연산한 블레이드(52)의 위치 정보에 기초하여, 미리 기억된 목표면에 접근하도록 블레이드(52)를 상하 이동시키는 제어를 행한다. 연산하는 블레이드(52)의 위치 정보는, 예를 들어 설계 지형의 3D 데이터와 동일한 좌표계(예를 들어 지구 기준의 글로벌 좌표계) 또는 이와 상호 변환 가능한 좌표계(자기인 유압 셔블 기준의 로컬 좌표계)의 데이터이다. 블레이드(52)의 위치 정보가 블레이드(52)의 자동 제어의 기초 정보의 하나로 된다. 블레이드(52)의 위치 정보의 연산 알고리즘에 대해서는 후술한다.

이 컨트롤러(60)에는, 조작 센서(91, 92), GNSS 수신기(94), 스트로크 센서(95, 96), 경사 센서(97), 선회 각도 센서(98), 입력 장치(99), 모드 스위치 SW로부터의 신호가 입력된다. 컨트롤러(60)의 신호 출력처는, 대표적으로는 자동 제어용 밸브 유닛(34)이나 모니터(90) 등이다.

·입력 관련

조작 센서(91)는, 좌측의 주행 장치(11)의 동작을 지시하는 조작(좌측의 주행 레버(32)의 조작)을 검출하는 센서이다. 조작 센서(92)는, 우측의 주행 장치(11)의 동작을 지시하는 조작(우측의 주행 레버(32)의 조작)을 검출하는 센서이다. 조작 센서(91, 92)로는, 각각 감압 밸브(71, 72)로부터 출력되는 파일럿압을 검출하는 압력 센서가 채용되어 있다. 도면의 번잡 방지를 위하여 도 3에서는 조작 센서(91, 92)를 각 하나만 도시하고 있지만, 실제로는 각 2개의 감압 밸브(71, 72)에 대응하여 조작 센서(91, 92)가 각 2개 구비되어 있다. 또한 압력 센서는 조작 센서의 일례에 불과하며, 예를 들어 각 주행 레버(32)의 회전 변위를 검출하는 위치 센서(로터리 인코더 등)를 조작 센서(91, 92)로 채용할 수도 있다.

GNSS 수신기(94)는, GNSS 안테나(94a)(도 1)의, 지구에 대한 위치(수평 좌표와 높이)를 검출한다. GNSS는, 위성을 사용한 측위 시스템의 총칭이며, GPS도 GNSS의 일종이다. GNSS 안테나(94a)는, 이와 쌍을 이루는 GNSS 수신기(94)와 협동하여 GNSS 안테나(94a)의, 지구에 대한 수평 좌표(이하, 안테나 수평 좌표라 칭함) 및 높이(이하, 안테나 높이라 칭함)를 검출할 수 있다. GNSS 안테나(94a)는, 2개 마련하면 방위 정보를 산출하는 것도 가능하지만, 본 실시 형태에서는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 선회체(20)에 1개만 설치되어 있다. 도 1에 점선으로 나타낸 바와 같이 GNSS 안테나(94a)를 유압 셔블의 선회 중심 C로부터 어긋나게 하여 선회체(20)에 설치해도 되지만, 본 예에서는 선회 중심 C 상(캐노피(35)의 상부)에 GNSS 안테나(94a)가 설치되어 있다(도 1, 도 2).

스트로크 센서(95)는, 리프트 실린더(87)의 스트로크(변위)를 검출하는 센서이다. 이 스트로크 센서(95)는, 주행체(10)에 대한 블레이드(52)(예를 들어 좌우 방향의 중앙부의 하단)의 높이(상대 높이)를 측정하기 위한 높이 센서의 일례이다. 블레이드(52)의 상대 높이에 관련되는 물리량을 검출할 수 있는 센서이면 스트로크 센서(95)를 대체할 수 있다. 예를 들어 전자파나 음파를 이용하여 블레이드(52)의 상대 높이를 측정하는 센서나, 트랙 프레임에 대한 리프트 암(51)의 각도나 리프트 암(51)에 대한 블레이드(52)의 각도를 측정하는 각도 센서 등으로도 대체할 수 있다.

스트로크 센서(96)는, 틸트 실린더(89)의 스트로크(변위)를 검출하는 센서이다. 이 스트로크 센서(96)는, 주행체(10)에 대한 블레이드(52)의 틸트 방향(우하향/좌하향)의 틸트각(상대 각도)을 측정하기 위한 틸트각 센서의 일례이다. 블레이드(52)의 틸트각에 관련되는 물리량을 검출할 수 있는 센서이면 스트로크 센서(96)를 대체할 수 있다. 예를 들어 전자파나 음파를 이용하여 블레이드(52)의 틸트각을 측정하는 센서나, 리프트 암(51)에 대한 블레이드(52)의 틸트 방향의 각도를 측정하는 각도 센서 등으로도 대체할 수 있다.

경사 센서(97)는, 주행체(10)의 전후 방향의 경사각(좌우로 연장되는 축 주위의 경사 각도)과 좌우 방향의 경사각(전후로 연장되는 축 주위의 경사 각도)을 검출한다. 경사 센서(97)는 주행체(10)에 설치되어 있으며, 대표적으로는 관성 계측 장치(IMU)를 이용할 수 있다.

선회 각도 센서(98)는, 주행체(10)에 대한 선회체(20)의 선회각(상대 각도)을 측정하는 센서이며, 예를 들어 로터리 인코더를 이용할 수 있다.

입력 장치(99)는, 정지 대상 용지의 설계 지형의 3D 데이터의 입력 계통이다. 3D 데이터를 기록한 기록 매체(도시되지 않음)로부터 컨트롤러(60)에 데이터를 로드하는 구성도 생각할 수 있는데, 예를 들어 관리 서버(도시되지 않음)와의 무선 통신으로 3D 데이터가 컨트롤러(60)에 입력되는 구성으로 할 수 있다.

모드 스위치 SW는, 블레이드(52)의 위치 정보의 자동 연산 모드를 온오프하는 스위치이며, 운전석(24)의 근방에 있어서 운전석(24)에 앉은 오퍼레이터의 손이 닿도록 선회체(20)에 마련되어 있다.

·출력 관련

모니터(90)는, 컨트롤러(60)로부터의 신호에 따라 컨트롤러(60)에서 연산된 정보(블레이드(52)의 위치 정보를 포함함)를 출력하는 출력 장치이며, 운전석(24)의 전방(본 예에서는 오른쪽 비스듬히 앞)에 위치하도록 선회체(20)에 마련되어 있다. 단, 출력 장치는, 모니터(90)와 같은 문자나 도형을 표시 출력하는 종류의 출력 장치에 한정되지는 않는다. 예를 들어 램프 등을 이용한 표시 출력을 하는 출력 장치, 스피커 등의 음성 출력하는 출력 장치, 프린터 등의 출력 장치, 기록 매체에 대한 출력 장치, 데이터를 무선 출력(송신)하는 출력 장치 등 다양한 출력 장치를 모니터(90)와 함께, 또는 대신 이용할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(60)에서 블레이드(52)의 자동 제어를 실행하는 것으로 하여, 블레이드(52)의 위치 정보에 기초하는 배토 장치(50)의 동작 명령 신호가 컨트롤러(60)로부터 자동 제어용 밸브 유닛(34)에 출력된다. 또한 블레이드(52)의 자동 제어 실행을 다른 컨트롤러 유닛에 분담시키는 구성으로 하는 경우도 있다. 이 경우, 컨트롤러(60)에서 연산된 블레이드(52)의 위치 정보는, 블레이드(52)의 자동 제어의 기초 정보로서 그 컴퓨터 유닛에 출력된다.

-블레이드의 위치 연산 알고리즘-

도 4는, 컨트롤러(60)에 의한 블레이드(52)의 위치의 연산 알고리즘을 도시하는 블록도이다. 이 알고리즘의 본질은, 안테나 수평 좌표를 추미하여 GNSS 안테나(94a)의 궤도로부터 주행체 방위를 특정하고, 주행체 방위와 블레이드(52)의 상대 높이에 기초하여 블레이드(52)의 위치 정보(수평 좌표 및 높이)를 연산하는 것이다. 주행체 방위란, 주행체(10)의 정면(전방면)이 향하는 방향(선회 중심 C에 대하여 배토 장치(50)가 위치하는 방향)이다. 동 도면에 도시한 연산 알고리즘에는 안테나 위치 연산(101), 주행체 방위 연산(102), 블레이드 수평 좌표 연산(103), 블레이드 상대 높이 연산(104), 블레이드 높이 연산(105) 및 블레이드 틸트각 연산(106)이 포함된다. 이들 안테나 위치 연산(101) 등은 각각, 목적값을 연산하는 알고리즘을 블록으로 나타낸 것이지만, 각각의 목적값을 연산하는 회로 또는 그 일부로서 물리적으로 구성할 수도 있다. 물론 단일의 회로에서, 도 4에 도시한 연산 알고리즘의 전체를 실행하는 구성으로 할 수도 있다.

안테나 위치 연산(101)에서는, 컨트롤러(60)는 안테나 수평 좌표 및 안테나 높이를 연산한다. 안테나 수평 좌표 및 안테나 높이는, GNSS 안테나(94a)에서 수신되어 GNSS 수신기(94)로부터 입력되는 위치 정보에 의하여 컨트롤러(60)에서 연산된다. 또한 안테나 수평 좌표 및 안테나 높이는 선회체(20)의 위치(수평 좌표와 높이)로 변환해도 된다.

주행체 방위 연산(102)에서는, 컨트롤러(60)는, 안테나 위치 연산(101)에서 연산된 안테나 수평 좌표의 궤도로부터 주행체 방위를 연산한다. 단, 컨트롤러(60)는, 조작 센서(91, 92)의 신호에 기초하여, 전향 주행 조작이 이루어지고 있지 않다고 판정된 상태에서 주행체 방위의 연산을 실행한다. 즉, 컨트롤러(60)는 조작 센서(91, 92)의 신호에 기초하여 주행 조작을 판정하고, 전향 주행 조작이 이루어지고 있지 않은 상태를 전제 조건으로 하여 주행체 방위의 연산을 실행한다. GNSS 안테나(94a)는 선회체(20)에 설치되어 있는데, 그 이동 방향은 주행 방향, 나아가 주행체 방위으로 추정할 수 있는 것에 따른다. 본 실시 형태에서는, 안테나 수평 좌표의 궤도(안테나 수평 좌표의 추미 정보)로부터 주행체(10)의 직진 주행이 검출된(주행체(10)가 직진 주행하고 있다고 판정된) 경우에 그 직진 주행의 주행 방향이 주행체 방위로서 연산된다. 안테나 수평 좌표의 축차 데이터가 메모리에 축적되어, 현재 위치에 이르는 안테나 수평 좌표의 궤도로부터 직진 주행이 검출된다. 이와 같이 본 실시 형태에서는, 직진 주행이 검출된 후 최초로 전향 주행 조작이 검출되기까지의 사이(즉, 주행체 방위가 유지되고 있는 사이), 주행체 방위가 연산되게 된다. 일시적으로 전향 주행 조작이 행해지더라도, 그 후 직진 주행이 검출되면 다시 주행체 방위가 연산된다. 주행체(10)가 직진 주행을 하고 있는지의 판정에 필요한 안테나 수평 좌표의 이동 거리는 GNSS의 정밀도에 의존하는데, 극단 거리(예를 들어 수십 ㎝ 정도)이면 족하다. 또한 전향 주행이란, 주행체 방위가 변화되는 주행체(10)의 동작을 의미하며, 본원 명세서에서는, 좌우 중 어느 쪽으로의 전향을 수반하는 이동 주행에 더해, 주행체(10)가 그 자리에서 회전하여 기체 위치가 변화되지 않는 피벗 턴(스핀 턴이라고도 칭함)도 전향 주행으로서 다룬다.

블레이드 수평 좌표 연산(103)에서는, 컨트롤러(60)는 주행체 방위, 안테나 수평 좌표, 경사 센서(97)의 측정값(이하, 주행체 경사각이라 칭함)에 기초하여, 지구에 대한 블레이드(52)의 수평 좌표(이하, 블레이드 수평 좌표라 약칭함)를 연산한다. 블레이드 수평 좌표는 블레이드(52)(예를 들어 하면)의 중심의 수평 좌표로 한다. 본 실시 형태에서는, GNSS 안테나(94a)가 선회 중심 C에 마련되어 있으므로, 선회체(20)의 선회 각도에 상관없이 GNSS 안테나(94a)와 배토 장치(50)(예를 들어 리프트 암(51)의 지지점)의 상대적인 위치 관계는 불변이다. GNSS 안테나(94a) 및 배토 장치(50)(예를 들어 리프트 암(51)의 지지점)의 위치 관계에 관한 기체 정보는 기지이며, 메모리에 기억되어 있다. 따라서 안테나 수평 좌표, 주행체 방위 및 주행체 경사각으로부터 블레이드 수평 좌표를 연산할 수 있다. 연산된 주행체 방위, 블레이드 수평 좌표, 배토 장치(50)의 자동 제어가 행해지고 있는지 여부의 정보는 컨트롤러(60)로부터 출력 장치(예를 들어 모니터(90))에 출력된다.

블레이드 상대 높이 연산(104)에서는, 컨트롤러(60)는, 스트로크 센서(95)의 측정값과 상기 기체 정보로부터 GNSS 안테나(94a)에 대한 블레이드(52)(예를 들어 하면의 중심)의 높이(이하, 블레이드 상대 높이라 칭함)를 연산한다. 상기 기체 정보란, GNSS 안테나(94a) 및 배토 장치(50)(예를 들어 리프트 암(51)의 지지점)의 위치 관계에 관한 정보이다. 본 실시 형태에서는, 측정값과 블레이드 상대 높이의 관계에 대하여 상기 기체 정보를 가미한 데이터 테이블이 미리 메모리에 기억되어 있으며, 컨트롤러(60)는 데이터 테이블을 참조하여 스트로크 센서(95)의 측정값에 따른 블레이드 상대 높이를 연산한다. GNSS 안테나(94a)와 배토 장치(50)의 위치 관계에 관한 정보는 기지이기 때문에, 컨트롤러(60)에 의하여 스트로크 센서(95)의 측정값으로부터 소정의 계산식을 이용하여 블레이드 상대 높이가 수시로 산출되도록 할 수도 있다.

블레이드 높이 연산(105)에서는, 컨트롤러(60)는 안테나 높이, 주행체 경사각, 및 블레이드 상대 높이에 기초하여, 지구에 대한 블레이드(52)(예를 들어 하면의 중심)의 높이(이하, 블레이드 높이라 약칭함)를 연산한다. 연산된 블레이드 높이는 블레이드 수평 좌표와 함께 컨트롤러(60)로부터 출력 장치(예를 들어 모니터(90))에 출력된다.

블레이드 틸트각 연산(106)에서는, 컨트롤러(60)는 스트로크 센서(96)의 측정값에 기초하여 블레이드(52)의 틸트각(이하, 블레이드 틸트각이라 약칭함)을 연산한다. 블레이드 틸트각은, 블레이드(52)의 하면이 주행체(10)의 접지면과 평행인 상태를 기준(0도)으로 하여, 예를 들어 우하향 시의 경사각을 정의 경사각, 좌하향 시의 경사각을 부의 경사각으로 한다. 여기서는, 블레이드 틸트각은, 주행체(10)에 대한 상대 각도인 것으로 하지만, 지구에 대한 값으로 변환하여 출력하도록 해도 된다. 연산된 블레이드 틸트각은 블레이드 수평 좌표 및 블레이드 높이와 함께 컨트롤러(60)로부터 출력 장치(예를 들어 모니터(90))에 출력된다.

-동작-

도 5는, 컨트롤러(60)에 의한 블레이드(52)의 위치 정보의 출력 수순을 도시하는 흐름도이다. 동 도면에 도시한 수순은, 모드 스위치 SW(도 3)에서 블레이드(52)의 수동 조작 모드가 선택되어 있는 경우에는 실행되지 않으며, 전원이 투입되어 있어서 블레이드(52)의 위치 정보의 자동 연산 모드가 선택되어 있는 경우에만 컨트롤러(60)에 의하여 실행된다. 동 도면의 수순은 짧은 제어 주기(예를 들어 1㎳)로 반복하여 실행된다.

·스텝 S10

동 도면의 처리를 개시하면, 컨트롤러(60)는, 주행체 방위 연산(102)의 일환으로서 조작 센서(91, 92)의 신호에 기초하여 유압 셔블(주행체(10))이 전향 주행 중인지를 판정한다. 예를 들어 좌우의 주행 레버(32)의 양쪽이 다른 방향으로 조작되고 있는 경우, 한쪽만이 조작되고 있는 경우, 양쪽이 동일한 방향으로 조작되고 있지만 조작량에 설정값을 초과하는 차가 있는 경우, 주행체 방위 연산(102)의 일환으로서 전향 주행 중이라고 판정된다. 컨트롤러(60)는, 전향 주행 중이 아니면 수순을 스텝 S20으로 이행시키고, 전향 주행 중이면 수순을 스텝 S70으로 이행시킨다.

·스텝 S20

스텝 S20에서는, 컨트롤러(60)는, 안테나 위치 연산(101)에서 연산한 안테나 수평 좌표의 궤도에 기초하여, 주행체 방위 연산(102)의 일환으로서 주행체(10)가 직진 주행 중인지를 판정한다. 직선 주행이란, 주행체(10)의 방향이 일정한 주행 동작이며, 안테나 수평 좌표의 궤도의 곡률이 0(제로) 또는 설정값 미만인지로 판정할 수 있다. 컨트롤러(60)는 직진 주행 중이면 수순을 스텝 S30으로 이행시키고, 직진 주행 중이 아니면 수순을 스텝 S40으로 이행시킨다.

·스텝 S30

스텝 S30에서는, 컨트롤러(60)는, 주행체 방위 연산(102)으로서 안테나 수평 좌표의 궤도로부터 유압 셔블의 진행 방향을 산출하고, 산출한 진행 방향을 주행체 방위로서 메모리에 기억하고 스텝 S60으로 수순을 이행시킨다.

·스텝 S40

정차 중이어서 안테나 수평 좌표가 변위되지 않는 경우 등에는, 컨트롤러(60)는 스텝 S20으로부터 스텝 S40으로 수순을 이행시켜, 1제어 주기 전에 기억한 주행체 방위가 유효값인지(NaN: Not a Number가 아닌지)를 주행체 방위 연산(102)의 일환으로서 판정한다. 현재는 직진 주행하고 있지 않더라도 과거에 직진 주행하고 그 후에 전향 주행하고 있지 않으면(1제어 주기 전의 주행체 방위가 NaN이 아닌 한), 주행체 방위의 유효값(NaN 이외의 값)이 기억되어 있다(스텝 S30, S50, S70). 컨트롤러(60)는, 1제어 주기 전에 기억된 주행체 방위의 값이 유효값(≠NaN)이면 스텝 S40으로부터 스텝 S50으로, 무효값(=NaN)이면 전향 주행 중의 경우와 마찬가지로 스텝 S70으로 수순을 이행시킨다.

·스텝 S50

스텝 S50에서는, 컨트롤러(60)는, 주행체 방위 연산(102)의 일환으로서 메모리에 기억된 1제어 주기 전의 주행체 방위의 값을 현재의 제어 주기의 주행체 방위의 값으로서 메모리에 기억하고, 스텝 S60으로 수순을 이행시킨다.

·스텝 S60

스텝 S60에서는, 컨트롤러(60)는 현재의 주행체 방위와 기체 정보에 기초하여 블레이드 수평 좌표를 연산하고(도 3의 블레이드 수평 좌표 연산(103)), 또한 블레이드 높이 및 블레이드 틸트각을 연산한다(동 도면의 블레이드 높이 연산(105) 및 블레이드 틸트각 연산(106)). 연산된 블레이드 수평 좌표, 블레이드 높이, 블레이드 틸트각은 출력 장치(예를 들어 모니터(90))에 출력된다. 이와 같이 하여 연산값을 출력 장치에 출력하면, 컨트롤러(60)는 스텝 S10으로 수순을 복귀시킨다.

·스텝 S70

주행체(10)의 전향 주행이 검출된 경우, 또는 안테나 수평 좌표가 직진 변위되지 않고 1제어 주기 전의 주행체 방위의 값이 NaN인 경우, 컨트롤러(60)는 스텝 S70으로 수순을 이행시킨다. 스텝 S70에서는, 컨트롤러(60)는 블레이드(52)의 위치 정보(수평 좌표 및 높이)의 연산을 정지하고, 주행체 방위 연산(102)의 일환으로서 주행체 방위가 불명이라는 취지를 나타내는 NaN(Not a Number)을 주행체 방위의 값으로서 기억하고 스텝 S80으로 수순을 이행시킨다.

·스텝 S80

주행체 방위가 불명인 상태에서는 블레이드(52)의 위치 정보를 산출하지 않도록 되어 있다. 스텝 S80에서는, 컨트롤러(60)는, 블레이드(52)의 위치가 불명이라는 취지를 출력 장치에 출력하고, 스텝 S10으로 수순을 복귀시킨다. 이와 같이 컨트롤러(60)는, 전향 주행 조작이 검출되고 있는 동안에는 블레이드(52)의 수평 좌표 및 높이의 연산을 정지한다. 컨트롤러(60)로부터 블레이드(52)의 위치가 불명이라는 취지가 출력됨으로써 그 취지가 출력 장치에 있어서 출력된다(예를 들어 모니터(90)에 그 취지가 표시 출력됨).

또한 스텝 S80에 있어서, 컨트롤러(60)는, 블레이드(52)의 위치가 불명이라는 취지를 출력하는 한편, 블레이드(52)의 하단을 주행체(10)의 접지면보다도 높은 위치(예를 들어 가동 범위의 상한)까지 상승시키라는 명령을 자동 제어용 밸브 유닛(34)에 출력한다. 이것에 의하여, 자동 제어용 밸브 유닛(34)으로부터 리프트 실린더(87)에 대응하는 방향 전환 밸브로 파일럿압이 출력되어 리프트 실린더(87)가 수축하고 블레이드(52)가 상승한다. 이와 같이 블레이드(52)의 위치 정보의 연산의 정지 중에는 블레이드(52)를 강제적으로 상승시켜 목표면으로부터 블레이드(52)의 하단을 떨어뜨린다.

이상과 같이, 전향 주행 조작이 이루어지고 있지 않은 상태를 전제 조건으로 하여, 안테나 수평 좌표의 궤도에 기초하여 직진 주행이 검출된 때로부터 그 후 최초로 전향 주행 조작이 검출되기까지의 사이에 블레이드(52)의 위치 정보가 연산된다. 그리고 연산한 블레이드 수평 좌표, 블레이드 높이 및 블레이드 틸트각과 설계 지형에 기초하여, 컨트롤러(60)(또는 다른 컴퓨터 유닛)에 의하여 리프트 실린더(87), 틸트 실린더(89)가 제어되어 블레이드(52)가 목표면에 추종한다. 작업 에어리어에 있어서 유압 셔블을 빠짐없이 전진 주행시킴으로써, 목표면에 추종하는 블레이드(52)에 의하여 설계 지형이 조성되어 간다. 동시에, 컨트롤러(60)로부터 입력된 블레이드(52)의 위치 정보(블레이드 수평 좌표, 블레이드 높이 및 블레이드 틸트각)가 출력 장치에 의하여 출력된다. 예를 들어 모니터(90)에 있어서는, 블레이드(52)의 위치 정보가 설계 지형의 데이터와 함께 표시 출력된다. 혹은 블레이드(52) 및 설계 지형의 위치 관계를 나타내는 그래픽이나, 블레이드의 자동 제어를 실행 중인지 여부의 정보 등이 표시 출력된다. 모니터(90)에 수시로 표시 출력되는 블레이드(52)의 위치 정보를 참조함으로써 오퍼레이터는 상황을 판단하면서 유연하게 조작을 행할 수 있다.

-효과-

(1) 본 실시 형태에 따르면, 1개의 GNSS 안테나(94a)의 위치 정보로부터 주행체 방위를 특정하고, 주행체 방위와 스트로크 센서(95, 96)나 경사 센서(97)의 측정값으로부터 블레이드(52)의 위치 정보를 연산할 수 있다. 선회체(20)에 GNSS 안테나(94a)를 설치하여 블레이드(52)의 위치 정보를 연산할 수 있기 때문에, 블레이드(52)에 GNSS 안테나(94a)를 설치할 필요가 없어서 토사나 작업기(40)와 GNSS 안테나(94a)의 접촉도 회피할 수 있다. 적은 센서로 블레이드(52)의 위치를 산출할 수 있고, 또한 고가의 GNSS 안테나(94a)가 복수 필요하지 않기 때문에, 기체 가격의 저렴화에 의하여 정보화 시공기의 보급으로도 이어지며, 나아가 정지 대상 용지의 조성 작업의 효율화에 널리 공헌할 수 있다. 게다가 블레이드(52)의 위치 정보의 연산의 기초 정보가 많으면 연산의 복잡화나 응답 속도의 저하가 우려되지만, 본 실시 형태와 같이 적은 센서(기초 정보)로 시스템이 성립하므로 연산을 간략화할 수 있어서 양호한 응답성을 확보할 수 있다.

게다가 전향 주행 조작이 검출된 경우, 블레이드 수평 좌표 및 블레이드 높이를 포함시킨 블레이드(52)의 위치 정보의 연산이 정지된다. 주행체 방위가 연산되는 것은, 직진 주행 중이어서 GNSS 안테나(94a)의 궤도를 그대로 주행체 방위로 간주할 수 있는 상황(스텝 S30)과, 직진 주행 중은 아니지만 직진 주행 후에 주행체 방위가 변화되어 있지 않은 상황(스텝 S50)에 한해진다. 주행체(10)의 직진 주행이 검출된 시점으로부터 최초로 주행체(10)의 전향 주행이 검출되기까지의 사이에는, 안테나 수평 좌표의 직선 궤도를 그대로 주행체 방위로서 연산한다. 그 때문에 주행체 방위의 연산 정밀도, 나아가 블레이드(52)의 자동 제어의 정밀도의 향상에도 공헌하고, 또한 주행체 방위의 연산의 용이화에 의하여 응답성을 더 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시 형태에 있어서는, 블레이드(52)의 틸트 기능을 구비한 유압 셔블을 적용 대상으로 한 점에서, 블레이드(52)의 위치 정보의 연산의 기초 정보로서 틸트 실린더(89)의 스트로크 센서(96)의 측정값을 포함시킨 경우를 예시하였다. 그러나 블레이드(52)의 틸트 기능을 갖지 않는 유압 셔블에도 본 발명은 적용 가능하며, 이 경우에는 당연히 틸트각에 관한 센서는 생략 가능하다. 마찬가지로 앵글 실린더(88)도 생략 가능하다. 수평지에서 주행체(10)의 경사를 고려할 필요가 없는 경우에는 경사 센서(97)도 생략 가능하다. 또한 앵글 실린더(88)의 스트로크 센서(혹은 앵글 방향의 경사를 검출하는 센서)에 관한 설명은 생략하였지만, 블레이드(52)를 앵글 방향으로 경사지게 하여 조성 작업을 행하는 경우도 있다. 이와 같은 작업도 고려에 넣는 경우, 블레이드(52)의 위치 정보로서 앵글 방향의 각도의 측정값을 취득하여 출력하는 구성으로 할 수도 있다.

(2) 블레이드(52)의 위치 정보의 연산의 정지 중에는 블레이드(52)를 상승시킴으로써, 유효성을 수반하지 않는 데이터에 기초하는 블레이드(52)의 자동 제어를 회피하여, 목표면을 넘어서 지형이 깎이는 것을 방지할 수 있다.

(3) GNSS 안테나(94a)를 선회 중심 C에 설치하였으므로, 주행체(10)에 대한 선회체(20)의 상대적인 선회 각도에 상관없이 GNSS 안테나(94a)와 배토 장치(50)의 위치 관계는 불변이다. 현실의 작업에서는 주행체 방위의 연산 중에 선회체(20)를 선회시키는 일도 있을 수 있지만, 선회체(20)가 선회하더라도 주행체 방위의 연산에 영향이 없어서, 선회를 검출하여 주행체 방위의 연산을 정지할 필요가 없다. 또한 주행체 방위, 나아가 블레이드(52)의 위치를 연산하는 데에 있어서 선회 각도를 고려할 필요가 없으므로, 연산 용량이 억제되어 응답성을 더 향상시킬 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유압 셔블에 구비된 컨트롤러에 의한 블레이드의 위치의 연산 알고리즘을 도시하는 블록도, 도 7은, 그 컨트롤러에 의한 블레이드의 위치 정보의 출력 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 6 및 도 7은, 제1 실시 형태의 도 4 및 도 5에 대응하는 도면이다. 도 6 및 도 7에 있어서 도 4 및 도 5와 부호를 공용한 요소는, 도 4 및 도 5의 동일 부호의 요소와 동일 또는 대응하는 알고리즘 또는 처리를 나타내고 있어서 적절히 설명을 생략한다.

본 실시 형태가 제1 실시 형태와 상위한 점은, 제1 실시 형태에서는 생략 가능하였던 선회 각도 센서(98)가 필수여서, 선회 각도 센서(98)의 측정값에 기초하여 블레이드 수평 좌표를 보정하도록 컨트롤러(60)를 프로그램한 점이다. 또한 GNSS 안테나(94a)는, 선회 중심 C와는 다른 위치에(선회 중심 C로부터 어긋나게 하여) 설치되어 있는 것으로 한다.

제1 실시 형태와 같이 GNSS 안테나(94a)를 선회 중심 C에 배치한 경우, 주행체(10)에 대한 선회체(20)의 상대적인 선회 각도에 상관없이 GNSS 안테나(94a)와 배토 장치(50)의 위치 관계는 불변이다. 그러나 GNSS 안테나(94a)를 선회 중심 C로부터 어긋나게 하여 선회체(20)에 배치하지 않을 수 없는 경우, 주행체(10)에 대한 선회체(20)의 상대적인 선회 각도에 따라 GNSS 안테나(94a)와 배토 장치(50)의 위치 관계가 변화된다. 이 경우, 선회체(20)의 정면이 향하는 방향(이하, 선회체 방위라 칭함)과 주행체 방위 사이에 어긋남이 있으면, GNSS 안테나(94a)의 위치 정보에 기초하여 연산되는 블레이드 수평 좌표에 오차가 생긴다. 본 실시 형태에 있어서는, GNSS 안테나(94a)가 1개뿐이고, 선회 중심 C로부터 어긋나게 하여 선회체(20)에 설치된 구성을 상정하여, 블레이드 수평 좌표에 생길 수 있는 오차의 보정 기능을 구비한 것을 특징으로 한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 컨트롤러(60)에 의한 블레이드(52)의 위치 정보의 연산 알고리즘에서는, 블레이드 수평 좌표 연산(103)에 있어서 블레이드 수평 좌표의 산출을 위한 기초 정보로서 선회 각도 센서(98)의 측정값이 가미된다. 예를 들어 제1 실시 형태와 마찬가지로 주행체 방위 연산(102)에서 연산한 주행체 방위 등에 기초하여 블레이드 수평 좌표가 연산되고, 이 블레이드 수평 좌표가 선회 각도 센서(98)의 측정값(즉, 주행체 방위와 안테나 수평 좌표의 관계)에 기초하여 보정된다. 그 외의 연산 알고리즘에 대해서는, 도 4에 도시한 제1 실시 형태의 연산 알고리즘과 마찬가지이다.

도 7의 수순에 있어서는, 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(60)는 스텝 S60의 처리 후, 기억된 현재의 블레이드 수평 좌표를 상기와 같이 보정한 후에 출력 장치에 출력하고 스텝 S10으로 수순을 복귀시킨다(스텝 S61). 그 외의 수순에 대해서는, 도 5에 도시한 제1 실시 형태의 수순과 마찬가지이다.

본 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과에 더해, GNSS 안테나(94a)를 선회 중심 C로부터 어긋나게 하여 선회체(20)에 설치하더라도 정밀도 높게 블레이드 수평 좌표를 연산할 수 있는 장점이 있다. 주행체(10)에 대한 선회체(20)의 상대 각도에 기초하는 주행체 방위의 보정은 나중의 제3 실시 형태에도 적용 가능하며, 제3 실시 형태에서도 마찬가지로 효과를 발휘할 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 8은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유압 셔블에 구비된 컨트롤러에 의한 블레이드의 위치의 연산 알고리즘을 도시하는 블록도, 도 9는, 그 컨트롤러에 의한 블레이드의 위치 정보의 출력 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 8 및 도 9는, 제1 실시 형태의 도 4 및 도 5에 대응하는 도면이다. 도 8 및 도 9에 있어서 도 4 및 도 5와 부호가 공용되는 요소는, 도 4 및 도 5의 동일 부호의 요소와 동일 또는 대응하는 알고리즘 또는 처리를 나타내고 있어서 적절히 설명을 생략한다.

본 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 점은, 주행 조작에 기초하여 전진 중인지 후진 중인지를 판정하고, 후진 주행 중이라고 판정한 경우에 블레이드 틸트각의 값을 전진 주행 시와 정부 반대로 연산하는 점이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 컨트롤러(60)에 의한 블레이드(52)의 위치 정보의 연산 알고리즘에는 후진 판정(107)이 부가되어 있다. 컨트롤러(60)는, 조작 센서(91, 92)의 신호에 기초하여 후진 주행 중인지(주행 레버(32)의 양쪽이 후진 방향으로 조작되고 있는지)를 판정하고, 후진 주행 중이면 후진 판정값을 온으로서 출력한다(예를 들어 후진 판정값=1). 컨트롤러(60)는, 후진 주행 중이 아니면 후진 판정값을 오프로서 출력한다(예를 들어 후진 판정값=0).

또한 블레이드 틸트각 연산(106)에 있어서, 컨트롤러(60)는, 후진 판정값이 온이면, 예를 들어 전진 주행 시에 제1 실시 형태와 마찬가지로 하여 연산되는 블레이드 틸트각의 반수를 블레이드 틸트각으로서 연산한다. 반수란, 정부 반대의 값(a에 대한 -a)이다. 블레이드 틸트각은, 블레이드(52)가 수평인 상태를 0(제로)으로 하여, 예를 들어 블레이드(52)가 우하향인 경사각을 정의 값, 좌하향인 경사각을 부의 값으로 한다. 블레이드(52)가 수평인 상태란, 주행체(10)와의 상대각이 0인 상태(구체적으로는 주행체(10)의 접지면과 블레이드(52)의 하변이 수평인 상태)를 말한다. 예를 들어 스트로크 센서(96)의 측정값으로부터 블레이드 틸트각이 8도로 연산된 경우, 후진 판정값이 오프이면 블레이드 틸트각은 그대로 8도로 연산되고, 후진 판정값이 온이면 -8도로 연산된다. 그 외의 연산 알고리즘에 대해서는, 도 4에 도시한 제1 실시 형태의 연산 알고리즘과 마찬가지이다.

도 9의 수순에서는, 컨트롤러(60)는 스텝 S30 또는 S50의 실행 후, 유압 셔블이 후진 주행 중인지를 판정하고(후진 판정(107)), 후진 주행 중이면 스텝 S60a로, 후진 주행 중이 아니면 스텝 S60b로 수순을 이행시킨다(스텝 S59). 스텝 S60b로 수순을 이행시킨 경우, 컨트롤러(60)는 현재의 주행체 방위에 기초하여 블레이드 수평 좌표를 연산하고, 또한 제1 실시 형태의 스텝 S60(도 5)과 마찬가지로 블레이드 높이 및 블레이드 틸트각을 연산 및 출력하고 스텝 S10으로 수순을 복귀시킨다. 한편, 스텝 S60a로 수순을 이행시킨 경우, 컨트롤러(60)는, 블레이드(52)가 진행 방향의 후방측에 있는 것을 가미하여 블레이드 수평 좌표 및 블레이드 높이를 구한다. 블레이드 틸트각에 대해서는, 스텝 S60b와 동일한 요령으로 구해지는 값의 반수를 연산한다. 그리고 이들 값을 출력하고 스텝 S10으로 수순을 복귀시킨다. 그 외의 수순에 대해서도, 도 5에 도시한 제1 실시 형태의 수순과 마찬가지이다.

본 실시 형태에 있어서도 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 게다가 후진 주행을 검출함으로써, 후진 주행 시에도 GNSS 안테나(94a)의 위치 정보로부터 정밀도 높게 블레이드(52)의 위치 정보 및 틸트각을 연산할 수 있다.

보충하면, 1개의 GNSS 안테나(94a)의 궤도만으로는 주행체(10)가 전진하고 있는지 후진하고 있는지를 판단할 수 없다. 현장에서 유압 셔블을 전진 주행시키고 있는 한(블레이드(52)의 위치의 연산 중의 후진 주행을 상정하지 않는 경우), 제1 실시 형태에 있어서 주행 방향의 오인식에 의하여 블레이드(52)의 위치 정보가 잘못 연산되는 일은 없다. 또한 후진 주행이더라도 전향 주행이면 연산이 정지되기 때문에 블레이드(52)의 잘못된 위치 정보가 연산되는 일은 없다. 그러나 현장에서 블레이드(52)의 위치의 연산 중에 유압 셔블이 후방으로 직진 주행하는 경우도 있을 수 있다. 유압 셔블이 후방으로 직진 주행하는 경우, 제1 실시 형태의 스텝 S30에서는, 실제로는 진행 방향의 후방에 있는 블레이드(52)가 진행 방향의 전방에 있는 것으로 해서 잘못된 블레이드 수평 좌표가 연산되고, 또한 블레이드 틸트각도 잘못 연산되어 버린다.

그래서 본 실시 형태에서는, 주행 조작에 의하여 후진 주행을 검출하여 블레이드(52)의 위치 정보의 연산에 반영시킴으로써, 후진 주행 시에도 블레이드(52)의 위치 정보를 적정하게 연산할 수 있다. 블레이드(52)의 위치 연산 중의 후진 주행이 허용되므로 작업의 자유도가 증가한다.

(변형예)

이상의 실시 형태에서는 GNSS 안테나(94a)가 1개인 경우를 예시하여 설명하였지만, GNSS 안테나(94a)가 2개이더라도 상기 실시 형태는 성립한다. 2개 중의 어느 GNSS 안테나(94a)의 위치 정보를 이용할 수도 있으며, 예를 들어 2개의 중간점의 안테나 위치 정보를 이용할 수도 있다. 또한 측위에 GNSS를 채용한 예를 설명하였지만, 다른 위성 측위 시스템(예를 들어 RNSS)을 채용할 수도 있다.

도 1에서는 소형 유압 셔블을 예시하였지만, 중형 이상의 유압 셔블에도 본 발명은 적합하게 적용할 수 있다. 휠식의 주행체를 구비한 휠식 셔블에도 본 발명은 적용 가능하다.

10: 주행체
20: 선회체
32: 주행 레버
40: 작업기
50: 배토 장치
52: 블레이드
60: 컨트롤러
87: 리프트 실린더
89: 틸트 실린더
90: 모니터(출력 장치)
91, 92: 조작 센서
94a: GNSS 안테나(안테나)
95: 스트로크 센서(높이 센서)
96: 스트로크 센서(틸트각 센서)
98: 선회 각도 센서
C: 선회 중심

Claims (7)

1. 좌우의 주행 장치로 이루어지는 주행체와, 상기 주행체의 상부에 선회 가능하게 마련한 선회체와, 상기 선회체에 연결된 작업기와, 상기 주행체에 연결한 블레이드 및 상기 블레이드를 승강시키는 리프트 실린더를 포함하여 구성한 배토 장치와, 우측의 상기 주행 장치를 조작하는 우측 주행 레버와, 좌측의 상기 주행 장치를 조작하는 좌측 주행 레버와, 상기 우측 주행 레버의 조작을 검출하는 제1 조작 센서와, 상기 좌측 주행 레버의 조작을 검출하는 제2 조작 센서와, 상기 주행체에 대한 상기 블레이드의 높이를 측정하는 높이 센서와, 상기 선회체에 탑재한 위성 측위 시스템용의 안테나와, 상기 블레이드의 위치 정보를 연산하여, 상기 위치 정보에 기초하여 미리 기억된 목표면에 접근하도록 상기 블레이드를 상하 이동시키는 제어를 행하는 컨트롤러를 구비한 유압 셔블에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 안테나의 수평 좌표의 축차 데이터를 축적하는 메모리를 갖고,
   상기 컨트롤러는,
   상기 제1 조작 센서 및 제2 조작 센서의 신호에 기초하여, 전향 주행 조작이 이루어지고 있는지 여부를 판정하고, 전향 조작이 이루어지고 있지 않다고 판정한 경우, 상기 메모리에 축적된 축차 데이터로부터 구해지는 상기 안테나의 궤도로부터, 상기 주행체가 직진 주행하고 있는지 여부를 판정하고, 직진 주행하고 있다고 판정한 경우에, 상기 안테나의 수평 좌표의 궤도로부터 유도된 상기 주행체의 주행 방향을 주행체 방위로서 산출하고,
   이 산출한 상기 주행체의 방위와, 미리 기억되어 있는 상기 안테나의 위치 및 상기 블레이드의 위치 관계에 관한 정보에 기초하여, 상기 블레이드의 수평 좌표를 연산하고,
   상기 안테나의 위치와, 상기 높이 센서의 측정값과, 미리 기억되어 있는 상기 안테나의 위치 및 상기 블레이드의 위치 관계에 관한 정보에 기초하여, 상기 블레이드의 높이를 연산하고,
   연산된 상기 블레이드의 상기 수평 좌표와 연산된 상기 블레이드의 상기 높이로부터 상기 블레이드의 위치 정보를 산출하는
   것을 특징으로 하는 유압 셔블.
2. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 제1 조작 센서 및 제2 조작 센서의 신호에 기초하여 전향 주행 조작이 검출되고 있는 동안 상기 블레이드의 수평 좌표 및 높이의 연산을 정지시키는 것을 특징으로 하는 유압 셔블.
3. 제2항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 블레이드의 수평 좌표 및 높이의 연산의 정지 중에는 상기 블레이드를 상승시키는 것을 특징으로 하는 유압 셔블.
4. 제1항에 있어서,
   상기 안테나는 상기 선회체의 선회 중심에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유압 셔블.
5. 제1항에 있어서,
   상기 안테나는, 상기 선회체의 선회 중심과는 다른 위치에 설치되어 있고,
   상기 주행체에 대한 상기 선회체의 선회각을 측정하는 선회 각도 센서를 구비하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 주행체의 방위와, 상기 선회 각도 센서의 측정값과, 미리 기억되어 있는 상기 안테나의 위치 및 상기 블레이드의 위치 관계에 관한 정보에 기초하여, 상기 블레이드의 수평 좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 유압 셔블.
6. 제1항에 있어서,
   상기 블레이드를 경사지게 하는 틸트 실린더와,
   상기 블레이드의 틸트각을 측정하는 틸트각 센서를 구비하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 틸트각 센서의 측정값에 기초하여 상기 블레이드의 틸트각을 연산할 때, 상기 제1 조작 센서 및 제2 조작 센서의 신호에 기초하여 후진 주행 중이라고 판정한 경우, 상기 블레이드의 틸트각을 전진 주행 시와 정부 반대로 연산하는 것을 특징으로 하는 유압 셔블.
7. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러에서 연산된 위치 정보를 출력하는 출력 장치를 구비하고,
   상기 블레이드의 수평 좌표와 높이를 상기 출력 장치에 출력하는 것을 특징으로 하는 유압 셔블.

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