KR102491288B1 - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

붐 실린더(5)에 대응하는 조작 레버(1a, 1b)의 조작량이 암 실린더(6)에 대응하는 조작 레버(1a, 1b)의 조작량 이하인 경우에는, 조작 레버(1a, 1b)의 조작량과 암 실린더(6)의 추정 속도의 관계를 미리 정한 제1 조건에 기초하여, 영역 제한 제어에 사용하는 암 실린더의 추정 속도를 산출하고, 붐 실린더(5)에 대응하는 조작 레버(1a, 1b)의 조작량이 암 실린더(6)에 대응하는 조작 레버(1a, 1b)의 조작량보다도 큰 경우에는, 영역 제한 제어에 사용하는 암 실린더(6)의 추정 속도를 제1 조건에 기초하여 산출되는 암 실린더(6)의 추정 속도보다도 큰 속도로서 산출한다. 이에 의해, 작업 장치의 거동을 안정시킬 수 있다.

Description

작업 기계

본 발명은, 작업 기계에 관한 것이다.

유압 액추에이터로 구동되는 작업 장치(예를 들어, 붐, 암 및 버킷으로 이루어지는 작업 장치)를 구비하는, 작업 기계(예를 들어 유압 셔블)의 작업 효율을 향상시키는 기술로서 머신 컨트롤(MC:Machine Control)이 있다. 머신 컨트롤(이후, 단순히 MC라고 칭함)이란, 오퍼레이터에 의한 조작 장치의 조작과, 미리 정한 조건에 따라서 작업 장치의 동작을 반자동적으로 제어함으로써 오퍼레이터의 조작 지원을 행하는 기술이다.

이와 같은 MC에 관한 기술로서, 예를 들어, 특허문헌 1에는, 붐과, 암과, 버킷과, 상기 암을 구동하는 암 실린더와, 이동 가능한 스풀을 갖고, 상기 스풀의 이동에 의해 상기 암 실린더에 작동유를 공급하여 상기 암 실린더를 동작시키는 방향 제어 밸브와, 암 조작 레버의 조작량에 따르는 상기 방향 제어 밸브의 스풀 이동량과 상기 암 실린더의 속도의 상관 관계에 기초하여 상기 암 실린더의 추정 속도를 산출하는 산출부와, 상기 암 실린더의 추정 속도에 기초하여, 상기 붐의 목표 속도를 결정하는 속도 결정부를 구비하고, 상기 산출부는, 상기 암 조작 레버의 조작량이 소정량 미만인 경우에는, 상기 암 조작 레버의 조작량에 따르는 상기 방향 제어 밸브의 스풀 이동량과 상기 암 실린더의 속도의 상관 관계에 따르는 상기 암 실린더의 속도보다도 큰 속도를, 상기 암 실린더의 추정 속도로서 산출하는, 작업 차량이 개시되어 있다.

국제 공개 제2015/025985호

상기 종래 기술에 있어서는, 암 실린더의 속도에 영향을 미치는 작업 장치의 자중을 고려함으로써, 암 실린더의 속도를 보다 정확하게 추정하고자 하고 있다. 그러나, 예를 들어 오픈 센터ㆍ포지티브 컨트롤 제어의 유압 시스템을 사용하는 작업 기계에 상기 종래 기술을 적용한 경우, 복합 조작 시에는 조작량이 큰 쪽의 액추에이터를 우선하여 펌프 유량을 제어하므로, 조작량이 작은 쪽의 액추에이터에 공급되는 펌프 유량이 증가하는 경우가 있고, 실제 속도가 단독 조작 시의 미터링 특성으로부터 산출되는 추정 속도보다도 빨라져 버리는 경우가 있다. 즉, 복합 동작 시에 액추에이터의 실 속도가 측정 속도와 달라져 버려, 작업 장치의 동작에 헌팅 등이 발생하여 거동이 불안정하게 될 우려가 있다.

본 발명은 상기에 감안하여 이루어진 것이며, 작업 장치의 거동을 안정시킬 수 있는 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 기단을 상부 선회체에 회동 가능하게 연결된 붐, 상기 붐의 선단에 일단부를 회동 가능하게 연결된 암 및 상기 암의 타단부에 회동 가능하게 연결된 작업구를 포함하는 복수의 피구동 부재로 구성된 다관절형의 작업 장치와, 조작 신호에 기초하여 상기 붐을 구동하는 붐 실린더, 상기 암을 구동하는 암 실린더 및 상기 작업구를 구동하는 작업구 실린더를 포함하는 복수의 유압 액추에이터와, 복수의 상기 유압 액추에이터를 구동하기 위한 압유를 토출하는 복수의 유압 펌프와, 복수의 상기 유압 액추에이터 중 오퍼레이터가 원하는 유압 액추에이터를 조작하기 위한 상기 조작 신호를 출력하는 조작 장치와, 복수의 상기 유압 액추에이터에 대응하여 각각 마련되고, 상기 조작 장치로부터의 조작 신호에 기초하여 상기 유압 펌프로부터 복수의 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 복수의 유량 제어 밸브와, 상기 작업 장치에 의한 작업 대상에 대해서 설정된 목표면 및 그 상방의 영역 내에서 상기 작업 장치가 움직이도록, 복수의 상기 유압 액추에이터 중 적어도 하나에 대응하는 상기 유량 제어 밸브를 제어하는 제어 신호를 출력하거나, 또는 상기 조작 장치로부터 복수의 상기 유압 액추에이터 중 적어도 하나에 대응하는 상기 유량 제어 밸브를 제어하기 위해 출력된 상기 제어 신호를 보정하는 영역 제한 제어를 실행하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 붐 실린더에 대응하는 상기 조작 장치의 조작량이 상기 암 실린더에 대응하는 조작 장치의 조작량 이하인 경우에는, 상기 암 실린더에 대응하는 조작 장치의 조작량과 상기 암 실린더의 추정 속도의 관계를 미리 결정한 제1 조건에 기초하여, 상기 영역 제한 제어에 사용하는 상기 암 실린더의 추정 속도를 산출하고, 상기 붐 실린더에 대응하는 상기 조작 장치의 조작량이 상기 암 실린더에 대응하는 조작 장치의 조작량보다도 큰 경우에는, 상기 영역 제한 제어에 사용하는 상기 암 실린더의 추정 속도를 상기 제1 조건에 기초하여 산출되는 상기 암 실린더의 추정 속도보다도 큰 속도로서 산출하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 작업 장치의 거동을 안정시킬 수 있다.

도 1은 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 유압 셔블의 유압 회로 시스템을 컨트롤러를 포함하는 주변 구성과 함께 발출하여 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2 중의 프론트 제어용 유압 유닛을 관련 구성과 함께 발출하여 상세하게 도시하는 도면이다.
도 4는 컨트롤러의 하드웨어 구성도이다.
도 5는 컨트롤러의 처리 기능을 도시하는 기능 블록도이다.
도 6은 도 5에 있어서의 MC 제어부의 처리 기능의 상세를 도시하는 기능 블록도이다.
도 7은 컨트롤러에 의한 MC의 붐에 대한 처리 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 유압 셔블에 대해서 설정하는 셔블 좌표계에 대해서 설명하는 도면이다.
도 9는 버킷에 있어서의 속도 성분의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 조작량에 대한 실린더 속도의 설정 테이블의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11은 펌프 컨트롤압과 펌프 유량의 관계를 도시하는 도면이다.
도 12는 버킷 클로 끝 속도의 수직 성분의 제한값과 거리의 관계를 도시하는 도면이다.
도 13은 암 실린더 속도 보정 처리의 처리 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 유압 셔블에 있어서의 작업 상태의 변화 일례를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 작업 기계의 일례로서, 작업 장치의 선단에 작업구(어태치먼트)로서 버킷을 구비하는 유압 셔블을 예시하여 설명하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 작업 기계에 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 또한, 복수의 피구동 부재(어태치먼트, 암, 붐 등)를 연결하여 구성되는 다관절형의 작업 장치를 갖는 것이면, 유압 셔블 이외의 작업 기계에 대한 적용도 가능하다.

또한, 이하의 설명에 있어서는, 어떤 형상을 나타내는 용어(예를 들어, 목표면, 설계면 등)와 함께 사용되는 「상」, 「상방」 또는 「하방」이라고 하는 단어의 의미에 관한 것으로, 「상」은 당해 어느 형상의 「표면」을 의미하고, 「상방」은 당해 어느 형상의 「표면보다 높은 위치」를 의미하고, 「하방」은 당해 어느 형상의 「표면보다 낮은 위치」를 의미하는 것으로 한다.

또한, 이하의 설명에 있어서는, 동일한 구성 요소가 복수 존재하는 경우, 부호(숫자)의 말미에 알파벳을 붙이는 것이 있지만, 당해 알파벳을 생략하여 당해 복수의 구성 요소를 통합하여 표기하는 경우가 있다. 즉, 예를 들어 2개의 유압 펌프(2a, 2b)가 존재할 때, 이들을 통합하여 유압 펌프(2)라고 표기하는 경우가 있다.

<기본 구성>

도 1은, 본 실시 형태에 따른 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 도시하는 도면이다. 또한, 도 2는, 유압 셔블의 유압 회로 시스템을 컨트롤러를 포함하는 주변 구성과 함께 발출하여 도시하는 도면이며, 도 3은, 도 2 중의 프론트 제어용 유압 유닛을 관련 구성과 함께 발출하여 상세하게 도시하는 도면이다.

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

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 기단은 상부 선회체(12)의 전방부에 있어서 붐 핀을 통하여 회동 가능하게 지지되어 있다. 붐(8)의 선단에는 암 핀을 통하여 암(9)이 회동 가능하게 연결되어 있고, 암(9)의 선단에는 버킷 핀을 통하여 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. 또한, 이후의 설명에 있어서, 붐 실린더(5), 암 실린더(6) 및 버킷 실린더(7)를 통합하여 유압 실린더(5, 6, 7)나 유압 액추에이터(5, 6, 7)라고 칭하는 경우가 있다.

도 8은, 유압 셔블에 대해서 설정하는 셔블 좌표계에 대해서 설명하는 도면이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 유압 셔블(1)에 대하여 셔블 좌표계(로컬 좌표계)를 정의한다. 셔블 좌표계는, 상부 선회체(12)에 대하여 상대적으로 고정으로 정의되는 XY 좌표계이며, 상부 선회체(12)에 회동 지지되어 있는 붐(8)의 기단을 원점으로 하고, 상부 선회체(12)의 선회축을 따르는 방향으로 원점을 통하여 상방을 플러스로 하는 Z축을, 작업 장치(1A)의 가동하는 평면을 따르는 방향이며 Z축에 수직으로 붐의 기단을 통하여 전방을 플러스로 하는 X축을 갖는 차체 좌표계를 설정한다.

또한, 붐(8)의 길이(양단의 연결부의 사이의 직선 거리)를 L1, 암(9)의 길이(양단의 연결부의 사이의 직선 거리)를 L2, 버킷(10)의 길이(암과의 연결부와 클로 끝의 사이의 직선 거리)를 L3으로 하고, 붐(8)과 X축의 이루는 각(길이 방향의 직선과 X축의 상대 각도)을 회동 각도 α, 암(9)과 붐(8)의 이루는 각(길이 방향의 직선의 상대 각도)을 회동 각도 β, 버킷(10)과 암(9)의 이루는 각(길이 방향의 직선의 상대 각도)을 회동 각도 γ라고 정의한다. 이에 의해, 셔블 좌표계에 있어서의 버킷 클로 끝 위치의 좌표 및 작업 장치(1A)의 자세는 L1, L2, L3, α, β, γ로 표현할 수 있다.

또한, 유압 셔블(1)의 본체(1B)의 수평면에 대한 전후 방향의 기울기를 각도 θ, 작업 장치(1A)의 버킷(10)의 클로 끝과 목표면(60)의 거리를 D로 한다. 또한, 목표면(60)이란, 굴삭 작업의 목표로 하여 시공 현장의 설계 정보 등에 기초하여 설정되는 목표 굴삭면이다.

작업 장치(1A)에는, 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 회동 각도 α, β, γ를 측정하는 자세 검출 장치로서, 붐 핀에 붐 각도 센서(30), 암 핀에 암 각도 센서(31), 버킷 링크(13)에 버킷 각도 센서(32)가 각각 설치되고, 또한 상부 선회체(12)에는 기준면(예를 들어 수평면)에 대한 상부 선회체(12)(유압 셔블(1)의 본체(1B))의 경사각 θ를 검출하는 차체 경사각 센서(33)가 설치되어 있다. 또한, 각도 센서(30, 31, 32)는, 복수의 피구동 부재(8, 9, 10)의 연결부에 있어서의 상대 각도를 검출하는 것을 예시하여 설명하지만, 복수의 피구동 부재(8, 9, 10)의 기준면(예를 들어 수평면)에 대한 상대 각도를 각각 검출하는 관성 계측 장치(IMU:Inertial Measurement Unit)에 대체 가능하다.

또한, 도 1 및 도 2에 있어서, 상부 선회체(12)에 마련된 운전실 내에는, 우측 주행 조작 레버(23a)(도 1)를 갖고 우측 주행 유압 모터(3a)(즉, 하부 주행체(11))를 조작하기 위한 조작 장치(47a)(도 2)와, 좌측 주행 조작 레버(23b)(도 1)를 갖고 좌측 주행 유압 모터(3b)(즉, 하부 주행체(11))를 조작하기 위한 조작 장치(47b)(도 2)와, 우측 조작 레버(1a)(도 1)를 공유하고 붐 실린더(5)(즉, 붐(8)) 및 버킷 실린더(7)(즉, 버킷(10))를 조작하기 위한 조작 장치(45a, 46a)(도 2)와, 좌측 조작 레버(1b)(도 1)를 공유하고 암 실린더(6)(즉, 암(9)) 및 선회 유압 모터(4)(즉, 상부 선회체(12))를 조작하기 위한 조작 장치(45b, 46b)(도 2)가 설치되어 있다. 또한, 이하에서는, 우측 주행 조작 레버(23a) 및 좌측 주행 조작 레버(23b)를 주행 조작 레버(23a, 23b), 우측 조작 레버(1a) 및 좌측 조작 레버(1b)를 조작 레버(1a, 1b)라고 총칭하는 경우가 있다.

또한, 운전실 내에는, 목표면(60)과 작업 장치(1A)의 위치 관계가 표시 가능한 표시 장치(예를 들어 액정 디스플레이)(53)와, 머신 컨트롤(이하, MC라고 칭함)에 의한 동작 제어의 허가ㆍ금지(ON/OFF)를 택일적으로 선택하기 위한 MC 제어 ON/OFF 스위치(98)와, MC에 의한 버킷 각도 제어(작업구 각도 제어라고도 칭함)의 허가ㆍ금지(ON/OFF)를 택일적으로 선택하기 위한 제어 선택 스위치(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, 목표면(60)에 관한 정보(각 목표면의 위치 정보나 경사 각도 정보를 포함함)를 입력 가능한 인터페이스인 목표면 설정 장치(51)가 배치되어 있다(이후의 도 4 및 도 5를 참조).

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 엄지손가락에 의해 압하 조작된다. 또한, 제어 선택 스위치(97)는, 예를 들어 모멘터리 스위치이며, 압하될 때마다 버킷 각도 제어(작업구 각도 제어)의 유효(ON)와 무효(OFF)가 전환된다. 또한, 제어 선택 스위치(97)의 설치 장소는 조작 레버(1a, 1b)에 한정되지 않고, 그 밖의 장소에 마련해도 된다. 또한, 제어 선택 스위치(97)는 하드웨어로 구성할 필요는 없고, 예를 들어 표시 장치(53)를 터치 패널화하고, 그 표시 화면 상에 표시되는 그래피컬 유저 인터페이스(GUI)로 구성해도 된다.

목표면 설정 장치(51)는 글로벌 좌표계(절대 좌표계) 상에 규정된 목표면의 3차원 데이터를 저장한 외부 단말기(도시하지 않음)와 접속되어 있고, 이 외부 단말기로부터의 정보에 기초하여 목표면(60)의 설정을 행한다. 또한, 목표면 설정 장치(51)를 개재한 목표면(60)의 입력은 오퍼레이터가 수동으로 행해도 된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상부 선회체(12)에 탑재된 원동기인 엔진(18)은 유압 펌프(2a, 2b)와 파일럿 펌프(48)를 구동한다. 유압 펌프(2a, 2b)는 레귤레이터(2aa, 2ba)에 의해 용량이 제어되는 가변 용량형 펌프이며, 파일럿 펌프(48)는 고정 용량형 펌프이다. 유압 펌프(2) 및 파일럿 펌프(48)는 작동유 탱크(200)로부터 작동유를 흡인한다.

조작 장치(45, 46, 47)로부터 조작 신호로서 출력되는 유압 신호를 전달하는 파일럿 라인(144, 145, 146, 147, 148, 149)의 도중에는 셔틀 블록(162)이 마련되어 있다. 조작 장치(45, 46, 47)로부터 출력된 유압 신호가 셔틀 블록(162)을 통하여 레귤레이터(2aa, 2ba)에도 입력된다. 셔틀 블록(162)은 파일럿 라인(144, 145, 146, 147, 148, 149)의 유압 신호를 선택적으로 추출하기 위한 복수의 셔틀 밸브 등에 의해 구성되는 것이지만, 상세 구성의 설명은 생략한다. 조작 장치(45, 46, 47)로부터의 유압 신호가 셔틀 블록(162)을 통하여 레귤레이터(2aa, 2ba)에 입력되어 있고, 유압 펌프(2a, 2b)의 토출 유량이 당해 유압 신호에 따라서 제어된다.

파일럿 펌프(48)의 토출 배관인 펌프 라인(48a)은 로크 밸브(39)를 통한 후, 복수로 분기하여 조작 장치(45, 46, 47) 및 프론트 제어용 유압 유닛(160) 내의 각 밸브에 접속되어 있다. 로크 밸브(39)는, 예를 들어 전자 전환 밸브이며, 그 전자 구동부는 운전실(도 1)에 배치된 도시하지 않은 게이트 로크 레버의 위치 검출기와 전기적으로 접속되어 있다. 게이트 로크 레버의 포지션은 위치 검출기로 검출되고, 그 위치 검출기로부터 로크 밸브(39)에 대하여 게이트 로크 레버의 포지션에 따른 신호가 입력된다. 게이트 로크 레버의 포지션이 로크 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 폐쇄되어 펌프 라인(48a)이 차단되고, 로크 해제 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 개방되어 펌프 라인(48a)이 개통된다. 즉, 게이트 로크 레버가 로크 위치에 조작되어 펌프 라인(48a)이 차단된 상태에서는, 조작 장치(45, 46, 47)에 의한 조작이 무효화되어, 선회 및 굴삭 등의 동작이 금지된다.

조작 장치(45, 46, 47)는, 유압 파일럿 방식이며, 파일럿 펌프(48)로부터 토출되는 압유를 바탕으로, 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작 레버(1a, 1b, 23a, 23b)의 조작량(예를 들어, 레버 스트로크)과 조작 방향에 따른 파일럿압(조작압이라고 칭하는 경우가 있음)을 유압 신호로서 생성한다. 이와 같이 하여 생성된 파일럿압(유압 신호)은 대응하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15h)(도 2, 도 3 참조)의 유압 구동부(150a 내지 157b)에 파일럿 라인(144a 내지 149b)(도 3 참조)을 통하여 공급되고, 이들 유량 제어 밸브(15a 내지 15h)를 구동하는 조작 신호로서 이용된다.

유압 펌프(2)로부터 토출된 압유는, 유량 제어 밸브(15a 내지 15h)(도 2 참조)를 통하여 우측 주행 유압 모터(3a), 좌측 주행 유압 모터(3b), 선회 유압 모터(4), 붐 실린더(5), 암 실린더(6) 및 버킷 실린더(7)에 공급됨과 함께, 각 유량 제어 밸브(15a 내지 15h)를 연결하는 센터 바이패스 관로(158a 내지 158d)를 통하여 작동유 탱크(200)에 유도된다. 유압 펌프(2)로부터 유량 제어 밸브(15a, 15b)를 통하여 공급되는 압유에 의해 붐 실린더(5), 유량 제어 밸브(15c, 15d)를 통하여 공급되는 압유에 의해 암 실린더(6) 및 유량 제어 밸브(15c)를 통하여 공급되는 압유에 의해 버킷 실린더(7)가 각각 신축함으로써, 붐(8), 암(9) 및 버킷(10)이 각각 회동되어 버킷(10)의 위치 및 자세가 변화된다. 또한, 유압 펌프(2)로부터 유량 제어 밸브(15f)를 통하여 공급되는 압유에 의해 선회 유압 모터(4)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)에 대하여 상부 선회체(12)가 선회한다. 또한, 유압 펌프(2)로부터 유량 제어 밸브(15g, 15h)를 통하여 공급되는 압유에 의해 우측 주행 유압 모터(3a) 및 좌측 주행 유압 모터(3b)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)가 주행한다.

<프론트 제어용 유압 유닛(160)>

도 3에 도시한 바와 같이, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144a, 144b)에 마련되고, 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하는 오퍼레이터 조작 검출 장치로서의 압력 센서(70a, 70b)와, 1차 포트측이 펌프 라인(48a)을 통하여 파일럿 펌프(48)에 접속되고 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 접속되고, 파일럿 라인(144a) 내의 파일럿압과 전자 비례 밸브(54a)로부터 출력되는 제어압(제2 제어 신호)의 고압측을 선택하고, 유량 제어 밸브(15a, 15b)의 유압 구동부(150a, 151a)에 유도하는 셔틀 밸브(82a)와, 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144b)에 설치되고, 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿 라인(144b) 내의 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감하여 유량 제어 밸브(15a, 15b)의 유압 구동부(150b, 151b)에 유도하는 전자 비례 밸브(54b)를 구비하고 있다.

프론트 제어용 유압 유닛(160)은 암(9)용의 파일럿 라인(145a, 145b)에 설치되고, 조작 레버(1b)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하여 컨트롤러(40)에 출력하는 오퍼레이터 조작 검출 장치로서의 압력 센서(71a, 71b)와, 파일럿 라인(145b)에 설치되고, 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감하여 유량 제어 밸브(15c, 15d)의 유압 구동부(152b, 153b)에 유도하는 전자 비례 밸브(55b)와, 파일럿 라인(145a)에 설치되고, 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿 라인(145a) 내의 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감하여 유량 제어 밸브(15c, 15d)의 유압 구동부(152a, 153a)에 유도하는 전자 비례 밸브(55a)를 구비하고 있다.

또한, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은 버킷(10)용의 파일럿 라인(146a, 146b)에 설치되고, 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하여 컨트롤러(40)에 출력하는 오퍼레이터 조작 검출 장치로서의 압력 센서(72a, 72b)와, 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 접속되고 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 선택하고, 유량 제어 밸브(15e)의 유압 구동부(154a, 154b)에 유도하는 셔틀 밸브(83a, 83b)를 구비하고 있다.

또한, 도 3에 있어서는 도시의 간단화를 위해, 동일한 파일럿 라인에 복수의 유량 제어 밸브가 접속되는 경우에 대해서는 하나만을 도시하고, 다른 유량 제어 밸브에 대해서는 그 부호를 괄호 쓰기로 나타낸다. 또한, 도 3에 있어서는, 압력 센서(70, 71, 72)와 컨트롤러(40)의 접속선은 지면의 사정상 생략하고 있다.

전자 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)는 비통전 시에는 개방도가 최대로, 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호인 전류가 증대될수록 개방도가 작아진다. 한편, 전자 비례 밸브(54a, 56c, 56d)는 비통전 시에는 개방도가 제로이며, 통전 시에는 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호인 전류가 증대될수록 개방도가 커진다. 즉, 각 전자 비례 밸브(54, 55, 56)의 개방도는 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호에 따른 것이 된다.

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

<컨트롤러(40)>

도 4는, 컨트롤러의 하드웨어 구성도이다.

도 4에 있어서, 컨트롤러(40)는 입력 인터페이스(91)와, 프로세서인 중앙 처리 장치(CPU)(92)와, 기억 장치인 리드 온리 메모리(ROM)(93) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(94)와, 출력 인터페이스(95)를 갖고 있다. 입력 인터페이스(91)는 자세 검출 장치(붐 각도 센서(30), 암 각도 센서(31), 버킷 각도 센서(32), 차체 경사각 센서(33))로부터의 신호, 목표면 설정 장치(51)로부터의 신호, 오퍼레이터 조작 검출 장치(압력 센서(70a, 70b, 71a, 71b, 72a, 72b)), 제어 선택 스위치(97)로부터의 신호, 목표 각도 설정 장치(96)로부터의 목표 각도를 나타내는 신호, 제어 선택 스위치(97)로부터의 버킷 각도 제어의 유효 또는 무효인 선택 상태를 나타내는 신호 및 MC 제어 ON/OFF 스위치(98)로부터의 MC의 허가ㆍ금지(ON/OFF)의 선택 상태를 나타내는 신호를 입력하고, A/D 변환을 행한다. ROM(93)은, 후술하는 흐름도를 실행하기 위한 제어 프로그램과, 당해 흐름도의 실행에 필요한 각종 정보 등이 기억된 기록 매체이며, CPU(92)는, ROM(93)에 기억된 제어 프로그램에 따라서 입력 인터페이스(91) 및 메모리(93, 94)로부터 도입한 신호에 대하여 소정의 연산 처리를 행한다. 출력 인터페이스(95)는 CPU(92)에서의 연산 결과에 따른 출력용의 신호를 작성하고, 그 신호를 표시 장치(53)나 전자 비례 밸브(54, 55, 56)에 출력함으로써, 유압 액추에이터(3a, 3b, 3c)를 구동ㆍ제어하거나, 유압 셔블(1)의 본체(1B), 버킷(10) 및 목표면(60) 등의 화상을 표시 장치(53)의 표시 화면 상에 표시시키거나 한다. 또한, 도 4의 컨트롤러(40)는 기억 장치로서 ROM(93) 및 RAM(94)이라고 하는 반도체 메모리를 구비하고 있는 경우를 예시하고 있지만, 기억 기능을 갖는 장치라면 대체 가능하고, 예를 들어 하드디스크 드라이브 등의 자기 기억 장치를 구비하는 구성으로 해도 된다.

본 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(40)는 머신 컨트롤(MC)로서, 조작 장치(45, 46)가 오퍼레이터에 조작되었을 때, 작업 장치(1A)를 미리 정해진 조건에 기초하여 제어하는 처리를 실행한다. 본 실시 형태에 있어서의 MC는, 조작 장치(45a, 45b, 46a, 46b)의 비조작 시에 작업 장치(1A)의 동작을 컴퓨터에 의해 제어하는 「자동 제어」에 대하여 조작 장치(45a, 45b, 46a, 46b)의 조작 시에만 작업 장치(1A)의 동작을 컴퓨터에 의해 제어하는 「반자동 제어」라고 칭하는 경우가 있다.

작업 장치(1A)의 MC로서는, 조작 장치(45b, 46a)를 통하여 굴삭 조작(구체적으로는, 암 크라우드, 버킷 크라우드 및 버킷 덤프 중 적어도 1개의 지시)이 입력된 경우, 목표면(60)과 작업 장치(1A)의 선단(본 실시 형태에서는 버킷(10)의 클로 끝으로 함)의 위치 관계에 기초하여, 작업 장치(1A)의 선단의 위치가 목표면(60) 상 및 그 상방의 영역 내에 유지되도록 유압 액추에이터(5, 6, 7) 중 적어도 하나를 강제적으로 동작시키는 제어 신호(예를 들어, 붐 실린더(5)를 늘려서 강제적으로 붐 상승 동작을 행함)를 해당하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15e)에 출력하는, 소위, 영역 제한 제어를 행한다.

이와 같은 MC에 의해 버킷(10)의 클로 끝이 목표면(60)의 하방에 침입하는 것이 방지되므로, 오퍼레이터의 기량의 정도에 관계없이 목표면(60)을 따른 굴삭이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, MC 시의 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 점이면 버킷 클로 끝 이외에도 변경 가능하다. 즉, 예를 들어 버킷(10)의 저면이나, 버킷 링크(13)의 최외부에 제어점을 설정해도 된다.

프론트 제어용 유압 유닛(160)에 있어서, 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 발생할 수 있으므로, 붐 상승 동작, 버킷 크라우드 동작, 버킷 덤프 동작을 강제적으로 발생할 수 있다. 또한, 이와 마찬가지로 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 감한 파일럿압(제2 제어 신호)을 발생할 수 있고, 붐 하강 동작, 암 크라우드/덤프 동작, 버킷 크라우드/덤프 동작의 속도를 오퍼레이터 조작의 값으로부터 강제적으로 저감할 수 있다.

제2 제어 신호는, 제1 제어 신호에 의해 발생되는 작업 장치(1A)의 제어점의 속도 벡터가 소정의 조건에 반할 때에 생성되고, 당해 소정의 조건에 반하지 않는 작업 장치(1A)의 제어점의 속도 벡터를 발생시키는 제어 신호로서 생성된다. 또한, 동일한 유량 제어 밸브(15a 내지 15e)에 있어서의 한쪽의 유압 구동부에 대하여 제1 제어 신호가, 다른 쪽의 유압 구동부에 대하여 제2 제어 신호가 생성되는 경우에는, 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 15e) 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. 즉, 본 실시 형태에 있어서의 MC란, 제2 제어 신호에 기초하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15e)의 제어라고 할 수도 있다.

도 5는, 컨트롤러의 처리 기능을 도시하는 기능 블록도이다. 또한, 도 6은, 도 5에 있어서의 MC 제어부의 처리 기능을 관련 구성과 함께 상세하게 도시하는 기능 블록도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 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 기능부이다. 표시 제어부(374)에는, 작업 장치(1A)의 화상 및 아이콘을 포함하는 표시 관련 데이터가 다수 저장되어 있는 표시 ROM이 구비되어 있고, 표시 제어부(374)가 입력 정보에 포함되는 플래그에 기초하여 소정의 프로그램을 판독함과 함께, 표시 장치(53)에 있어서의 표시 제어를 한다.

도 6에 도시한 바와 같이, MC 제어부(43)는 조작량 연산부(43a)와, 자세 연산부(43b)와, 목표면 연산부(43c)와, 액추에이터 제어부(81)를 구비하고 있다. 또한, 액추에이터 제어부(81)는 붐 제어부(81a)와 버킷 제어부(81b)를 갖고 있다.

조작량 연산부(43a)는 오퍼레이터 조작 검출 장치(압력 센서(70, 71, 72))로부터의 입력을 기초로 조작 장치(45a, 45b, 46a)(조작 레버(1a, 1b))의 조작량을 산출한다. 조작량 연산부(43a)에서는, 압력 센서(70, 71, 72)의 검출값으로부터 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작량을 산출한다. 또한, 본 실시 형태에서 나타내는 압력 센서(70, 71, 72)에 의한 조작량의 산출은 일례에 지나지 않고, 예를 들어 각 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 장치의 회전 변위를 검출하는 위치 센서(예를 들어, 로터리 인코더)로 당해 조작 장치의 조작량을 검출해도 된다.

자세 연산부(43b)는 자세 검출 장치(붐 각도 센서(30), 암 각도 센서(31), 버킷 각도 센서(32), 차체 경사각 센서(33))로부터의 정보에 기초하여, 로컬 좌표계에 있어서의 작업 장치(1A)의 자세와, 버킷(10)의 클로 끝 위치를 연산한다.

목표면 연산부(43c)는 목표면 설정 장치(51)로부터의 정보에 기초하여 목표면(60)의 위치 정보를 연산하고, 이를 ROM(93) 내에 기억한다. 본 실시 형태에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 3차원의 목표면을 작업 장치(1A)가 이동하는 평면(작업 장치(1A)의 동작 평면)에서 절단한 단면 형상을 목표면(60)(2차원의 목표면)으로서 이용한다.

또한, 도 8에서는, 목표면(60)이 1개인 경우를 예시하고 있지만, 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 방법, 또는, 임의로 선택한 것을 목표면으로 하는 방법 등이 있다.

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

붐 제어부(81a)는 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, 목표면(60)의 위치와, 작업 장치(1A)의 자세 및 버킷(10)의 클로 끝 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 기능부이다. 붐 제어부(81a)에서는, 붐 실린더(5)의 유량 제어 밸브(15a, 15b)의 목표 파일럿압이 연산된다.

버킷 제어부(81b)는 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, MC에 의한 버킷 각도 제어를 실행하기 위한 기능부이다. 구체적으로는, 목표면(60)과 버킷(10)의 클로 끝 거리가 소정값 이하일 때, 목표면(60)에 대한 버킷(10)의 각도(각도 θ, φ로부터 산출 가능)가 목표 각도 설정 장치(96)에서 미리 설정한 쌍 목표면 버킷 각도가 되도록 버킷 실린더(7)(즉, 버킷(10))의 동작을 제어하는 MC(버킷 각도 제어)가 실행된다. 버킷 제어부(81b)에서는, 버킷 실린더(7)의 유량 제어 밸브(15e)의 목표 파일럿압이 연산된다.

전자 비례 밸브 제어부(44)는 MC 제어부(43)의 액추에이터 제어부(81)로부터 출력되는 각 유량 제어 밸브(15a 내지 15e)에 대한 목표 파일럿압을 기초로, 각 전자 비례 밸브(54 내지 56)에 대한 지령을 연산한다. 또한, 오퍼레이터 조작에 기초하는 파일럿압(제1 제어 신호)과, 액추에이터 제어부(81)에 의해 산출된 목표 파일럿압이 일치하는 경우에는, 해당하는 전자 비례 밸브(54 내지 56)에 대한 전류값(지령값)은 제로가 되고, 해당하는 전자 비례 밸브(54 내지 56)의 동작은 행해지지 않는다.

<MC에 관한 붐 제어(붐 제어부(81a))>

여기서, MC에 관한 붐 제어의 상세를 설명한다.

도 7은, 컨트롤러에 의한 MC의 붐에 대한 처리 내용을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 9는 버킷에 있어서의 속도 성분의 일례를, 도 10은 조작 장치의 조작량에 대한 실린더 속도의 설정 테이블의 일례를 각각 도시하는 도면이다.

컨트롤러(40)는 MC에 있어서의 붐 제어로서, 붐 제어부(81a)에 의한 붐 상승 제어를 실행한다. 붐 제어부(81a)에 의한 처리는, 조작 장치(45a, 45b, 46a)가 오퍼레이터에 의해 조작되면 개시된다.

도 7에 있어서, 붐 제어부(81a)는 조작 장치(45a, 45b, 46a)가 오퍼레이터에 의해 조작되면, 먼저, 조작량 연산부(43a)에서 연산된 조작량을 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 동작 속도(실린더 속도)를 연산하는 실린더 속도 산출 처리를 행한다(스텝 S100). 구체적으로는, 도 10에서 도시한 바와 같이, 미리 실험이나 시뮬레이션에서 구한, 예를 들어 붐(8), 암(9), 버킷(10) 등의 조작 레버의 조작량에 대한 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7) 등의 실린더 속도를 테이블로서 설정하고, 이에 따라서 각 유압 실린더(5, 6, 7)에 대해서 실린더 속도를 산출한다. 또한, 암 실린더(6)의 속도에 대해서는, 후술하는 암 실린더 속도 보정 처리에 있어서, 보정 게인 k를 사용함으로써 보정을 행한다.

계속해서, 붐 제어부(81a)는 스텝 S100에서 연산된 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 동작 속도와, 자세 연산부(43b)에서 연산된 작업 장치(1A)의 자세에 기초하여, 오퍼레이터 조작에 의한 버킷 선단(클로 끝)의 속도 벡터 B를 연산한다(스텝 S110).

계속해서, 붐 제어부(81a)는 버킷(10)의 클로 끝 목표면(60)으로부터의 거리 D와 제한값 ay의 미리 정한 관계에 기초하여, 거리 D를 사용하여 버킷 선단의 속도 벡터의 목표면(60)에 수직인 성분의 제한값 ay를 산출한다(스텝 S120).

계속해서, 붐 제어부(81a)는 스텝 S120에서 산출한 오퍼레이터 조작에 의한 버킷 선단의 속도 벡터 B에 대해서, 목표면(60)에 수직인 성분 by를 취득한다(스텝 S130).

계속해서, 붐 제어부(81a)는 스텝 S130에서 산출한 제한값 ay가 0 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S140). 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 버킷(10)에 대하여 xy 좌표를 설정한다. 도 9의 xy 좌표에서는, x축은 목표면(60)과 평행으로 도면 중 우측 방향을 플러스로 하고, y축은 목표면(60)에 수직으로 도면 중 상측 방향을 플러스로 한다. 도 9에서는, 수직 성분 by 및 제한값 ay는 마이너스이며, 수평 성분 bx 및 수평 성분 cx 및 수직 성분 cy는 플러스이다. 그리고, 도 12로부터 명확하지만, 제한값 ay가 0일 때는 거리 D가 0, 즉 클로 끝이 목표면(60) 상에 위치하는 경우이며, 제한값 ay가 플러스일 때는 거리 D가 마이너스, 즉 클로 끝이 목표면(60)보다 하방에 위치하는 경우이며, 제한값 ay가 마이너스일 때는 거리 D가 플러스, 즉 클로 끝이 목표면(60)보다 상방에 위치하는 경우이다.

스텝 S140에서의 판정 결과가 "예"인 경우, 즉, 제한값 ay가 0 이상이라고 판정된 경우이며, 클로 끝이 목표면(60) 상 또는 그 하방에 위치하는 경우에는, 붐 제어부(81a)는 오퍼레이터 조작에 의한 클로 끝의 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 0 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S150). 수직 성분 by가 플러스인 경우는 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 상향 추세를 보이는 것을 나타내고, 수직 성분 by가 마이너스인 경우는 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 하향인 것을 나타낸다.

스텝 S150에서의 판정 결과가 "예"인 경우, 즉, 수직 성분 by가 0 이상이라고 판정된 경우이며, 수직 성분 by가 상향의 경우에는, 붐 제어부(81a)는 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 이상인지 여부를 판정하고(스텝 S160), 판정 결과가 "예"인 경우에는, 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 스텝 S140에서 산출한 제한값 ay와 스텝 S150에서 산출한 수직 성분 by를 기초로 수직 성분 cy를 산출한다(스텝 S170).

계속해서, 붐 제어부(81a)는 스텝 S170에서 산출한 수직 성분 cy를 출력 가능한 속도 벡터 C를 산출하고, 그 수평 성분을 cx로 한다(스텝 S180).

계속해서, 붐 제어부(81a)는 목표 속도 벡터 T를 산출하고(스텝 S190), 스텝 S200으로 진행한다. 목표 속도 벡터 T는, 목표면(60)에 수직인 성분을 ty, 수평인 성분 tx로 하고, 각각 「ty=by+cy, tx=bx+cx」로 함으로써 나타낼 수 있다. 이에, 스텝 S170에서 산출한 cy=ay-by를 대입하면 목표 속도 벡터 T는 「ty=ay, tx=bx+cx」가 된다. 즉, 스텝 S190의 처리에 이르렀을 경우의 목표 속도 벡터의 수직 성분 ty는 제한값 ay에 제한되고, 머신 컨트롤에 의한 강제 붐 상승의 제어가 발동된다.

스텝 S140에서의 판정 결과가 "아니오"인 경우, 즉, 제한값 ay가 0 미만인 경우에는, 붐 제어부(81a)는 오퍼레이터 조작에 의한 클로 끝의 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 0 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S141). 스텝 S141에서의 판정 결과가 "예"인 경우에는, 스텝 S143으로 진행하고, 판정 결과가 "아니오"인 경우에는, 스텝 S142로 진행한다.

스텝 S141에서의 판정 결과가 "아니오"인 경우, 즉, 수직 성분 by가 0 미만인 경우에는, 붐 제어부(81a)는 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 이상인지 여부를 판정하고(스텝 S142), 판정 결과가 "예"인 경우에는, 스텝 S143으로 진행하고, 판정 결과가 "아니오"인 경우에는 스텝 S170으로 진행한다.

스텝 S141에서의 판정 결과가 "예"인 경우, 즉, 수직 성분 by가 0 이상이라고 판정된 경우(수직 성분 by가 상향인 경우) 또는 스텝 S142에서의 판정 결과가 "예"인 경우, 즉, 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 미만인 경우에는, 붐 제어부(81a)는 머신 컨트롤로 붐(8)을 동작시킬 필요가 없다고 하고, 속도 벡터 C를 제로로 한다(스텝 S143).

계속해서, 붐 제어부(81a)는 목표 속도 벡터 T를 스텝 S190과 마찬가지의 식(ty=by+cy, tx=bx+cx)에 기초하여 「ty=by, tx=bx」로 한다(스텝 S144). 이것은, 오퍼레이터 조작에 의한 속도 벡터 B와 일치한다.

스텝 S190 또는 스텝 S144의 처리가 종료되면, 계속해서, 붐 제어부(81a)는 스텝 S520 또는 스텝 S540에서 결정한 목표 속도 벡터 T(ty, tx)에 기초하여 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 연산한다(스텝 S200). 또한, 상기 설명으로부터 명확하지만, 목표 속도 벡터 T가 속도 벡터 B에 일치하지 않을 때에는, 머신 컨트롤에 의한 붐(8)의 동작에서 발생하는 속도 벡터 C를 속도 벡터 B에 추가함으로써 목표 속도 벡터 T를 실현한다.

계속해서, 붐 제어부(81a)는 스텝 S200에서 산출된 각 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a 내지 15e)에 대한 목표 파일럿압을 연산한다(스텝 S210).

계속해서, 붐 제어부(81a)는 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a 내지 15e)에 대한 목표 파일럿압을 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력하고(스텝 S220), 처리를 종료한다.

이와 같이, 도 7에 도시한 흐름도의 처리를 행함으로써, 전자 비례 밸브 제어부(44)는 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a 내지 15e)에 목표 파일럿압이 작용하도록 전자 비례 밸브(54, 55, 56)를 제어하고, 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 인상 동작이 자동적으로 행해진다.

<암 실린더 속도 보정 처리>

계속해서, 도 7의 스텝 S100에서 나타낸 암 실린더 속도 보정 처리에 대해서 설명한다.

도 13은, 암 실린더 속도 보정 처리의 처리 내용을 나타내는 흐름도이다.

도 13에서는, 먼저, 붐의 조작량 Qbm이 암의 조작량 Qam보다도 큰지 여부를 판정한다(스텝 S300). 스텝 S300에서의 판정 결과가 "예"인 경우, 즉, 붐의 조작량 Qbm이 암의 조작량 Qam보다도 큰 경우에는, 미리 정한 함수 k=Kpc(Qbm, Qam)에 따라서 보정 게인 k를 산출한다(스텝 S310). 또한, 함수 Kpc는, 붐 조작량 Qbm에 기초하는 포지티브 컨트롤에 의한 펌프 유량 및 암 조작량 Qam에 기초하는 포지티브 컨트롤에 의한 펌프 유량과 상관이 있는 함수이다.

또한, 스텝 S300에서의 판정 결과가 "아니오"인 경우, 즉, 붐의 조작량 Qbm이 암의 조작량 Qam 이하인 경우에는, 보정 게인 k=0(제로)으로 한다.

스텝 S310 또는 스텝 S301에 있어서 보정 게인 k가 산출되면, 계속해서, 암 속도 Vam=Vamt+k로 하는 보정을 행하고(스텝 S320), 처리를 종료한다. 이 암 실린더 속도 보정 처리에 의해 산출되는 Vam이 도 7의 스텝 S100에서 산출되는 암 실린더 속도가 된다.

이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 있어서의 작용 효과를 설명한다.

도 14는, 유압 셔블에 있어서의 작업 상태의 변화의 일례를 도시하는 도면이다.

도 14에 있어서는, 상태 S1(붐의 조작량>암의 조작량)로부터 상태 S2(붐의 조작량≤암의 조작량)로 천이하는 경우의 오퍼레이터 조작과 컨트롤러(40)(붐 제어부(81a))에 의한 MC에 대해서 설명한다.

도 14의 상태 S1 내지 상태 S2로 천이하는 동안, 오퍼레이터는 암(9)의 덤프 조작을 행한다. 암(9)의 덤프 조작에 의해 버킷(10)이 목표면(60)에 침입한다고 판단될 때에는, 붐 제어부(81a)로부터 전자 비례 밸브(54a)에 지령을 냄으로써 붐(8)을 상승시키는 제어(MC)를 실행한다.

또한, 상태 S1과 같이 붐의 조작량이 암의 조작량보다 큰 상태에서 MC가 실행될 때는, 암 실린더 속도 보정 처리(도 13 참조)에 의해, 상정보다도 큰 암 실린더 속도의 추정값이 산출함으로써 실제의 펌프 유량이 암 단독 조작 시보다도 증가하여 상정보다도 암 실린더 속도가 커지는 것을 억제할 수 있고, 붐 상승 조작량을 보다 적확하게 산출할 수 있다.

또한, 상태 S2와 같이 붐의 조작량이 암의 조작량보다 작은 상태에서 MC가 실행될 때는, 실제의 펌프 유량은 암 단독 조작 시와 일치하고 있고, 암 실린더 속도에 대한 펌프 유량의 영향은 거의 없으며, 암 실린더 속도 보정 처리(도 13 참조)에 의해서도 붐 상승 조작량을 보다 적확하게 산출할 수 있다.

즉, 이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 있어서는, 붐 조작량에 기초하는 포지티브 콘트롤에 의한 펌프 유량과 암 조작량에 기초하는 펌프 유량을 고려하여, 상정하고 있었던 암 속도에 대하여 적절한 보정량을 가산하므로, 실제의 암 실린더 속도와의 괴리가 작아져, 적절한 붐 상승 조작량을 산출할 수 있고, MC를 안정시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 각도를 검출하는 각도 센서를 사용했지만, 각도 센서가 아니라 실린더 스트로크 센서에 의해 셔블의 자세 정보를 산출하도록 구성해도 된다. 또한, 유압 파일럿식의 유압 셔블을 예시하여 설명했지만, 전기 레버식의 유압 셔블에도 적용 가능하고, 예를 들어, 전기 레버로부터 생성되는 지령 전류를 제어하는 바와 같은 구성으로 해도 된다. 또한, 작업 장치(1A)의 속도 벡터는 오퍼레이터 조작에 의한 파일럿압이 아니라, 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 각도를 미분함으로써 산출되는 각속도로부터 구해도 된다.

다음에 상기의 각 실시 형태의 특징에 대해서 설명한다.

(1) 상기의 실시 형태에서는, 기단을 상부 선회체(12)에 회동 가능하게 연결된 붐(8), 상기 붐의 선단에 일단부를 회동 가능하게 연결된 암(9) 및 상기 암의 타단부에 회동 가능하게 연결된 작업구(예를 들어, 버킷(10))를 포함하는 복수의 피구동 부재로 구성된 다관절형의 작업 장치(1A)와, 조작 신호에 기초하여 상기 붐을 구동하는 붐 실린더(5), 상기 암을 구동하는 암 실린더(6) 및 상기 작업구를 구동하는 작업구 실린더(예를 들어, 버킷 실린더(7))를 포함하는 복수의 유압 액추에이터와, 복수의 상기 유압 액추에이터를 구동하기 위한 압유를 토출하는 복수의 유압 펌프(2a, 2b)와, 복수의 상기 유압 액추에이터 중 오퍼레이터가 원하는 유압 액추에이터를 조작하기 위한 상기 조작 신호를 출력하는 조작 장치(45a, 45b, 46a, 46b)와, 복수의 상기 유압 액추에이터에 대응하여 각각 마련되고, 상기 조작 장치로부터의 조작 신호에 기초하여 상기 유압 펌프로부터 복수의 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 복수의 유량 제어 밸브(15a 내지 15e)와, 상기 작업 장치에 의한 작업 대상에 대해서 설정된 목표면 및 그 상방의 영역 내에서 상기 작업 장치가 움직이도록, 복수의 상기 유압 액추에이터 중 적어도 하나에 대응하는 상기 유량 제어 밸브를 제어하는 제어 신호를 출력하거나, 또는 상기 조작 장치로부터 복수의 상기 유압 액추에이터 중 적어도 하나에 대응하는 상기 유량 제어 밸브를 제어하기 위해 출력된 상기 제어 신호를 보정하는 영역 제한 제어를 실행하는 컨트롤러(40)를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 붐 실린더에 대응하는 상기 조작 장치의 조작량이 상기 암 실린더에 대응하는 조작 장치의 조작량 이하인 경우에는, 상기 조작 장치의 조작량과 상기 암 실린더의 추정 속도의 관계를 미리 결정한 제1 조건에 기초하여, 상기 영역 제한 제어에 사용하는 상기 암 실린더의 추정 속도를 산출하고, 상기 붐 실린더에 대응하는 상기 조작 장치의 조작량이 상기 암 실린더에 대응하는 조작 장치의 조작량보다도 큰 경우에는, 상기 영역 제한 제어에 사용하는 상기 암 실린더의 추정 속도를 상기 제1 조건에 기초하여 산출되는 상기 암 실린더의 추정 속도보다도 큰 속도로서 산출하는 것으로 하였다.

이에 의해, 작업 장치의 거동을 안정시킬 수 있다.

(2) 또한, 상기의 실시 형태에서는, (1)의 작업 기계(예를 들어, 유압 셔블(1))에 있어서, 상기 붐 실린더(5)에 대응하는 상기 조작 장치의 조작량이 상기 암 실린더(6)에 대응하는 조작 장치(45a)의 조작량보다도 큰 경우에 산출되는 상기 암 실린더의 추정 속도를, 상기 붐 실린더에 대응하는 상기 조작 장치(45b)의 조작에 기초하여 포지티브 컨트롤되는 상기 유압 펌프의 토출 유량과, 상기 암 실린더에 대응하는 상기 조작 장치의 조작에 기초하여 포지티브 컨트롤되는 상기 유압 펌프의 토출 유량에 기초하여 산출하는 것으로 하였다.

<부기>

또한, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예나 조합이 포함된다. 또한, 본 발명은 상기의 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 상기의 각 구성, 기능 등은, 그것들의 일부 또는 전부를, 예를 들어 집적 회로로 설계하는 등에 의해 실현해도 된다. 또한, 상기의 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 소프트웨어로 실현해도 된다.

1 … 유압 셔블
1a, 1b … 조작 레버
1A … 작업 장치
1B … 본체
2 … 유압 펌프
2aa, 2ba … 레귤레이터
3a, 3b … 주행 유압 모터
4 … 선회 유압 모터
5 … 붐 실린더
6 … 암 실린더
7 … 버킷 실린더
8 … 붐
9 … 암
10 … 버킷
11 … 하부 주행체
12 … 상부 선회체
13 … 버킷 링크
15a 내지 15h … 유량 제어 밸브
18 … 엔진
23a, 23b … 주행 조작 레버
30 … 붐 각도 센서
31 … 암 각도 센서
32 … 버킷 각도 센서
33 … 차체 경사각 센서
39 … 로크 밸브
40 … 컨트롤러
43 … MC 제어부
43a … 조작량 연산부
43b … 자세 연산부
43c … 목표면 연산부
44 … 전자 비례 밸브 제어부
45 내지 47 … 조작 장치
48 … 파일럿 펌프
50 … 자세 검출 장치
51 … 목표면 설정 장치
53 … 표시 장치
54 내지 56 … 전자 비례 밸브
60 … 목표면
70 내지 72 … 압력 센서
81 … 액추에이터 제어부
81a … 붐 제어부
81b … 버킷 제어부
81c … 버킷 제어 판정부
82a, 83a, 83b … 셔틀 밸브
91 … 입력 인터페이스
92 … 중앙 처리 장치(CPU)
93 … 리드 온리 메모리(ROM)
94 … 랜덤 액세스 메모리(RAM)
95 … 출력 인터페이스
96 … 목표 각도 설정 장치
97 … 제어 선택 스위치
144 내지 149 … 파일럿 라인
150a 내지 157a, 150b 내지 157b … 유압 구동부
160 … 프론트 제어용 유압 유닛
162 … 셔틀 블록
200 … 작동유 탱크
374 … 표시 제어부

Claims (2)

1. 기단을 상부 선회체에 회동 가능하게 연결된 붐, 상기 붐의 선단에 일단부를 회동 가능하게 연결된 암 및 상기 암의 타단부에 회동 가능하게 연결된 작업구를 포함하는 복수의 피구동 부재로 구성된 다관절형의 작업 장치와,
   조작 신호에 기초하여 상기 붐을 구동하는 붐 실린더, 상기 암을 구동하는 암 실린더 및 상기 작업구를 구동하는 작업구 실린더를 포함하는 복수의 유압 액추에이터와,
   복수의 상기 유압 액추에이터를 구동하기 위한 압유를 토출하는 복수의 유압 펌프와,
   복수의 상기 유압 액추에이터 중 오퍼레이터가 원하는 유압 액추에이터를 조작하기 위한 상기 조작 신호를 출력하는 조작 장치와,
   복수의 상기 유압 액추에이터에 대응하여 각각 마련되고, 상기 조작 장치로부터의 조작 신호에 기초하여 상기 유압 펌프로부터 복수의 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 복수의 유량 제어 밸브와,
   상기 작업 장치에 의한 작업 대상에 대해서 설정된 목표면 및 그 상방의 영역 내에서 상기 작업 장치가 움직이도록, 복수의 상기 유압 액추에이터 중 적어도 하나에 대응하는 상기 유량 제어 밸브를 제어하는 제어 신호를 출력하거나, 또는 상기 조작 장치로부터 복수의 상기 유압 액추에이터 중 적어도 하나에 대응하는 상기 유량 제어 밸브를 제어하기 위해 출력된 상기 제어 신호를 보정하는 영역 제한 제어를 실행하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계에 있어서,
   상기 컨트롤러는,
   상기 붐 실린더에 대응하는 상기 조작 장치의 조작량이 상기 암 실린더에 대응하는 조작 장치의 조작량 이하인 경우에는, 상기 암 실린더에 대응하는 조작 장치의 조작량과 상기 암 실린더의 추정 속도의 관계를 미리 결정한 제1 조건에 기초하여, 상기 영역 제한 제어에 사용하는 상기 암 실린더의 추정 속도를 산출하고,
   상기 붐 실린더에 대응하는 상기 조작 장치의 조작량이 상기 암 실린더에 대응하는 조작 장치의 조작량보다도 큰 경우에는, 상기 영역 제한 제어에 사용하는 상기 암 실린더의 추정 속도를 상기 제1 조건에 기초하여 산출되는 상기 암 실린더의 추정 속도보다도 큰 속도로서 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 붐 실린더에 대응하는 상기 조작 장치의 조작량이 상기 암 실린더에 대응하는 조작 장치의 조작량보다도 큰 경우에 산출되는 상기 암 실린더의 추정 속도를, 상기 붐 실린더에 대응하는 상기 조작 장치의 조작에 기초하여 포지티브 컨트롤되는 상기 유압 펌프의 토출 유량과, 상기 암 실린더에 대응하는 상기 조작 장치의 조작에 기초하여 포지티브 컨트롤되는 상기 유압 펌프의 토출 유량에 기초하여 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.

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