KR102602382B1 - 쇼벨 - Google Patents

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KR102602382B1
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excavated
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춘난 우
유스케 사노
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 하부주행체(1)와, 하부주행체(1)에 탑재되는 상부선회체(3)와, 상부선회체(3)에 장착되는 굴삭어태치먼트와, 상부선회체(3)에 탑재되고 또한 굴삭어태치먼트를 구동시키는 외부연산장치(30E)를 갖고 있다. 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상지면의 경도에 따라 버킷(6)의 치선의 굴삭대상지면에 대한 버킷치선각도(α)를 제어하도록 구성되어 있다.

Description

쇼벨
본 발명은, 굴삭어태치먼트를 구비한 쇼벨에 관한 것이다.
붐, 암, 및, 버킷으로 구성되는 굴삭어태치먼트를 구비한 쇼벨이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 쇼벨은, 굴삭어태치먼트의 자세로부터 버킷의 선단에 작용하는 굴삭반력을 산출한다. 그리고, 그 굴삭반력이 소정값을 상회하는 경우에 자동적으로 붐을 상승시킨다. 굴삭깊이를 얕게 함으로써, 버킷이 움직이지 않게 되는 바와 같은 불필요한 굴삭동작을 행해지지 않도록 하기 위함이다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2011-252338호
그러나, 상술의 쇼벨은, 굴삭대상지면의 경도를 고려하지 않고 굴삭반력을 산출하고 있다. 그 때문에, 굴삭대상지면이 견고하면, 굴삭반력을 실제보다 작게 산출하게 되어 버려 적절한 타이밍에 붐을 상승시킬 수 없다. 그 결과, 버킷이 움직이지 않게 되는 바와 같은 불필요한 굴삭동작을 일으켜 버리게 된다. 한편 굴삭대상지면이 무르면, 굴삭반력을 실제보다 크게 산출해 버려 붐을 조기에 상승시켜 버린다. 그 결과, 1회의 굴삭동작으로 버킷 내에 들어가는 토사의 양을 저감시켜 버려, 작업 효율을 저하시켜 버린다.
상술을 감안하여, 보다 효율적인 굴삭을 가능하게 하는 쇼벨을 제공할 것이 요망된다.
본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 하부주행체와, 상기 하부주행체에 탑재되는 상부선회체와, 상기 상부선회체에 장착되는 어태치먼트와, 상기 상부선회체에 탑재되고 또한 상기 어태치먼트를 구동시키는 제어장치를 가지며, 상기 제어장치는, 굴삭대상지면의 경도에 따라, 버킷의 치선의 상기 굴삭대상지면에 대한 각도를 제어한다.
상술의 수단에 의하여, 보다 효율적인 굴삭을 가능하게 하는 쇼벨이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1의 쇼벨에 탑재되는 자세검출장치의 구성예를 나타내는 쇼벨의 측면도이다.
도 3은 도 1의 쇼벨에 탑재되는 기본시스템의 구성예를 나타내는 도이다.
도 4는 도 1의 쇼벨에 탑재되는 구동 시스템의 구성예를 나타내는 도이다.
도 5는 외부연산장치의 구성예를 나타내는 도이다.
도 6은 굴삭초기단계에 있어서의 버킷과 굴삭대상지면과의 관계를 나타내는 도이다.
도 7은 경도테이블에 기억된 대응관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 굴삭지원처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 9는 도 8의 처리에 의하여 버킷치선각도가 조정되는 모습을 나타내는 도이다.
도 10a는 굴삭대상이 견고할 때에 실행되는 굴삭지원처리의 다른 일례를 나타내는 도이다.
도 10b는 굴삭대상이 견고할 때에 실행되는 굴삭지원처리의 또 다른 일례를 나타내는 도이다.
도 10c는 굴삭대상이 견고할 때에 실행되는 굴삭지원처리의 또 다른 일례를 나타내는 도이다.
도 11은 굴삭지원처리의 또 다른 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 12a는 도 11의 처리에 의하여 버킷치선각도가 조정되는 모습을 나타내는 도이다.
도 12b는 어태치먼트길이(TR)와 버킷각도(θ3) 및 버킷치선각도(α)의 각각과의 관계를 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 관한 건설기계로서의 쇼벨(굴삭기)에 대하여 설명한다. 다만, 도 1은, 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨의 측면도이다. 도 1에 나타내는 쇼벨의 하부주행체(1)에는 선회기구(2)를 통하여 상부선회체(3)가 탑재되어 있다. 상부선회체(3)에는 붐(4)이 장착되어 있다. 붐(4)의 선단에는 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는 버킷(6)이 장착되어 있다. 작업요소로서의 붐(4), 암(5) 및 버킷(6)은, 어태치먼트의 일례인 굴삭어태치먼트를 구성한다. 붐(4)은, 붐실린더(7)에 의하여 구동된다. 암(5)은, 암실린더(8)에 의하여 구동된다. 버킷(6)은, 버킷실린더(9)에 의하여 구동된다. 상부선회체(3)에는 캐빈(10)이 마련되고, 엔진(11) 등의 동력원이 탑재되어 있다. 또, 상부선회체(3)에는 통신장치(M1), 측위장치(M2), 자세검출장치(M3), 촬상장치(M4) 및 실린더압검출장치(M5)가 장착되어 있다.
통신장치(M1)는, 쇼벨과 외부의 사이의 통신을 제어하도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 통신장치(M1)는, GNSS(Global Navigation Satellite System) 측량시스템과 쇼벨의 사이의 무선통신을 제어한다. 구체적으로는, 통신장치(M1)는, 예를 들면 1일 1회의 빈도로, 쇼벨의 작업을 개시할 때에 작업현장의 지형정보를 취득한다. GNSS 측량시스템은, 예를 들면 네트워크형 RTK-GNSS 측위방식을 채용한다.
측위장치(M2)는, 쇼벨의 위치를 측정하도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 측위장치(M2)는, 전자컴퍼스를 내장한 GNSS 수신기이며, 쇼벨의 존재위치의 위도, 경도, 고도를 측정하고, 또한, 쇼벨의 방향을 측정한다.
자세검출장치(M3)는, 어태치먼트의 자세를 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 자세검출장치(M3)는, 굴삭어태치먼트의 자세를 검출한다.
촬상장치(M4)는, 쇼벨의 주변의 화상을 취득하도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 촬상장치(M4)는 상부선회체(3)에 장착되는 전방카메라를 포함한다. 전방카메라는, 쇼벨의 전방을 촬상하는 스테레오카메라이며, 캐빈(10)의 지붕, 즉 캐빈(10)의 외부에 장착되어 있다. 캐빈(10)의 천장, 즉 캐빈(10)의 내부에 장착되어 있어도 된다. 전방카메라는, 굴삭어태치먼트를 촬상 가능하다. 전방카메라는, 단안(單眼)카메라여도 된다.
실린더압검출장치(M5)는, 유압 실린더에 있어서의 작동유의 압력을 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 실린더압검출장치(M5)는, 붐실린더(7), 암실린더(8) 및 버킷실린더(9)의 각각에 있어서의 작동유의 압력을 검출한다.
도 2는, 도 1의 쇼벨에 탑재되는 자세검출장치(M3) 및 실린더압검출장치(M5)의 각각을 구성하는 각종 센서의 출력 내용의 일례를 나타내는 쇼벨의 측면도이다. 구체적으로는, 자세검출장치(M3)는, 붐각도센서(M3a), 암각도센서(M3b), 버킷각도센서(M3c) 및 차체경사센서(M3d)를 포함한다. 실린더압검출장치(M5)는, 붐로드압센서(M5a), 붐보텀압센서(M5b), 암로드압센서(M5c), 암보텀압센서(M5d), 버킷로드압센서(M5e) 및 버킷보텀압센서(M5f)를 포함한다. 도 2에 있어서, X축은 수평면에 포함되고, Z축은 선회축에 상당한다.
붐각도센서(M3a)는, 붐각도를 취득하도록 구성되어 있다. 붐각도센서(M3a)는, 예를 들면, 붐풋핀의 회전각도를 검출하는 회전각도센서, 붐실린더(7)의 스트로크양을 검출하는 스트로크센서, 및, 붐(4)의 경사각도를 검출하는 경사(가속도)센서 등 중 적어도 하나를 포함한다. 붐각도센서(M3a)는, 예를 들면, 붐각도(θ1)를 취득한다. 붐각도(θ1)는, 예를 들면, XZ 평면에 있어서 붐풋핀위치(P1)와 암연결핀위치(P2)를 연결하는 선분(P1-P2)의 수평선에 대한 각도이다.
암각도센서(M3b)는, 암각도를 취득하도록 구성되어 있다. 암각도센서(M3b)는, 예를 들면, 암연결핀의 회전각도를 검출하는 회전각도센서, 암실린더(8)의 스트로크양을 검출하는 스트로크센서, 및, 암(5)의 경사각도를 검출하는 경사(가속도)센서 등 중 적어도 하나를 포함한다. 암각도센서(M3b)는, 예를 들면, 암각도(θ2)를 취득한다. 암각도(θ2)는, 예를 들면, XZ 평면에 있어서 암연결핀위치(P2)와 버킷연결핀위치(P3)를 연결하는 선분(P2-P3)의 수평선에 대한 각도이다. 본 실시예에서는, 버킷연결핀위치(P3)와 Z축(선회축)의 사이의 거리는, 어태치먼트길이(TR)를 나타낸다.
버킷각도센서(M3c)는, 버킷각도를 취득하도록 구성되어 있다. 버킷각도센서(M3c)는, 예를 들면, 버킷연결핀의 회전각도를 검출하는 회전각도센서, 버킷실린더(9)의 스트로크양을 검출하는 스트로크센서, 및, 버킷(6)의 경사각도를 검출하는 경사(가속도)센서 등 중 적어도 하나를 포함한다. 버킷각도센서(M3c)는, 예를 들면, 버킷각도(θ3)를 취득한다. 버킷각도(θ3)는, 예를 들면, XZ 평면에 있어서 버킷연결핀위치(P3)와 버킷치선위치(P4)를 연결하는 선분(P3-P4)의 수평선에 대한 각도이다.
붐각도센서(M3a), 암각도센서(M3b), 및, 버킷각도센서(M3c)는, 가속도센서와 자이로센서의 조합으로 구성되어 있어도 된다.
차체경사센서(M3d)는, 쇼벨의 Y축 둘레의 경사각(θ4), 및, 쇼벨의 X축 둘레의 경사각(θ5)(도시하지 않음)을 취득하도록 구성되어 있다. 차체경사센서(M3d)는, 예를 들면 2축 경사(가속도)센서 및 3축 경사(가속도)센서 등 중 적어도 하나를 포함한다. 다만, 도 2의 XY 평면은 수평면이다.
붐로드압센서(M5a)는 붐실린더(7)의 로드측 오일챔버의 압력(이하, "붐로드압"이라고 함)을 검출하고, 붐보텀압센서(M5b)는 붐실린더(7)의 보텀측 오일챔버의 압력(이하, "붐보텀압"이라고 함)을 검출한다. 암로드압센서(M5c)는 암실린더(8)의 로드측 오일챔버의 압력(이하, "암로드압"이라고 함)을 검출하고, 암보텀압센서(M5d)는 암실린더(8)의 보텀측 오일챔버의 압력(이하, "암보텀압"이라고 함)을 검출한다. 버킷로드압센서(M5e)는 버킷실린더(9)의 로드측 오일챔버의 압력(이하, "버킷로드압"이라고 함)을 검출하고, 버킷보텀압센서(M5f)는 버킷실린더(9)의 보텀측 오일챔버의 압력(이하, "버킷보텀압"이라고 함)을 검출한다.
다음으로, 도 3을 참조하여 쇼벨의 기본시스템에 대하여 설명한다. 쇼벨의 기본시스템은, 주로, 엔진(11), 메인펌프(14), 파일럿펌프(15), 컨트롤밸브(17), 조작장치(26), 컨트롤러(30) 및 엔진제어장치(ECU)(74) 등을 포함한다.
엔진(11)은 쇼벨의 구동원이며, 예를 들면, 소정의 회전수를 유지하도록 동작하는 디젤엔진이다. 엔진(11)의 출력축은 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)의 각각의 입력축에 접속된다.
메인펌프(14)는, 작동유라인(16)을 통하여 작동유를 컨트롤밸브(17)에 공급하도록 구성되어 있다. 메인펌프(14)는, 예를 들면, 사판식(斜板式) 가변용량형 유압펌프이다. 메인펌프(14)는, 사판의 각도(경전각(傾轉角))의 변화에 따라 피스톤의 스트로크길이를 조정하고, 토출량, 즉, 펌프출력을 변화시킬 수 있다. 메인펌프(14)의 사판은, 레귤레이터(14a)에 의하여 제어된다. 레귤레이터(14a)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 제어전류의 변화에 따라 사판의 경전각을 변화시킨다. 레귤레이터(14a)는, 예를 들면, 제어전류의 증가에 따라, 사판의 경전각을 크게하여, 메인펌프(14)의 토출량을 늘린다. 또, 레귤레이터(14a)는, 제어전류의 감소에 따라 사판의 경전각을 작게하여, 메인펌프(14)의 토출량을 줄인다.
파일럿펌프(15)는, 파일럿라인(25)을 통하여 각종 유압제어기기에 작동유를 공급하도록 구성되어 있다. 파일럿펌프(15)는, 예를 들면, 고정용량형 유압펌프이다.
컨트롤밸브(17)는, 유압시스템을 제어하는 유압제어밸브이다. 컨트롤밸브(17)는, 예를 들면, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 좌측주행용 유압모터(1A), 우측주행용 유압모터(1B) 및 선회용 유압모터(2A) 중 하나 또는 복수의 것에 대하여, 메인펌프(14)로부터 작동유라인(16)을 통하여 공급된 작동유를 선택적으로 공급한다. 이하의 설명에서는, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 좌측주행용 유압모터(1A), 우측주행용 유압모터(1B) 및 선회용 유압모터(2A)를 집합적으로 "유압액추에이터"라고 칭한다.
조작장치(26)는, 조작자가 유압액추에이터의 조작을 위하여 이용하는 장치이다. 조작장치(26)는, 레버 및 페달을 포함한다. 조작장치(26)는, 파일럿라인(25)을 통하여 파일럿펌프(15)로부터 작동유의 공급을 받는다. 그리고, 파일럿라인(25a, 25b)을 통하여, 유압액추에이터의 각각에 대응하는 유량제어밸브의 파일럿포트에 그 작동유를 공급한다. 파일럿포트의 각각에 공급되는 작동유의 압력(파일럿압)은, 유압액추에이터의 각각에 대응하는 조작장치(26)의 조작방향 및 조작량에 대응한다.
컨트롤러(30)는, 쇼벨을 제어하기 위한 제어장치이며, 예를 들면, CPU, RAM 및 ROM 등을 구비한 컴퓨터로 구성된다. 컨트롤러(30)의 CPU는, 쇼벨에 있어서의 각 기능에 대응하는 프로그램을 ROM으로부터 독출하여 RAM에 로드하고 또한 실행함으로써, 그들 프로그램의 각각에 대응하는 기능을 실현시킨다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 예를 들면, 메인펌프(14)의 토출량의 제어를 행한다. 컨트롤러(30)는, 예를 들면, 네거티브컨트롤밸브(도시하지 않음)의 네거티브컨트롤압에 따라 상기 제어전류를 변화시키고, 레귤레이터(14a)를 통하여 메인펌프(14)의 토출량을 제어한다.
엔진제어장치(ECU)(74)는, 엔진(11)을 제어하도록 구성되어 있다. 엔진제어장치(ECU)(74)는, 예를 들면, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 근거하고, 엔진회전수조정다이얼(75)을 이용하여 조작자가 설정한 엔진회전수(모드)를 실현하기 위한 연료분사량 등을 엔진(11)으로 출력한다.
엔진회전수조정다이얼(75)은, 캐빈(10) 내에 마련되는, 엔진회전수를 조정하기 위한 다이얼이며, 본 실시예에서는, Rmax, R4, R3, R2 및 R1의 5단계로 엔진회전수를 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 다만, 도 4는, 엔진회전수조정다이얼(75)로 R4가 선택된 상태를 나타낸다.
Rmax는, 엔진(11)의 최고 회전수이며, 작업량을 우선하고자 하는 경우에 선택된다. R4는, 두번째로 높은 엔진회전수이며, 작업량과 연비를 양립시키고자 하는 경우에 선택된다. R3은, 세번째로 높은 엔진회전수이며, 연비를 우선시키면서 저소음으로 쇼벨을 가동시키고자 하는 경우에 선택된다. R2는, 네번째로 높은 엔진회전수이며, 연비를 우선시키면서 저소음으로 쇼벨을 가동시키고자 하는 경우에 선택된다. R1은, 가장 낮은 엔진회전수(아이들링회전수)이며, 엔진(11)을 아이들링상태로 하고자 하는 경우에 선택된다. 본 실시예에서는, Rmax, R4, R3, R2, R1은, 각각, 2000rpm, 1750rpm, 1500rpm, 1250rpm, 1000rpm이다. 그리고, 엔진(11)의 회전수는, 엔진회전수조정다이얼(75)로 설정된 엔진회전수로 일정하게 되도록 제어된다. 엔진회전수조정다이얼(75)로 선택 가능한 엔진회전수의 수는, 5개 이외여도 된다.
캐빈(10) 내의 운전석의 근방에는, 조작자에 의한 쇼벨의 조작을 보조하기 위하여, 화상표시장치(40)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 화상표시장치(40)는, 캐빈(10) 내의 콘솔에 고정되어 있다. 화상표시장치(40)는, 화상표시부(41) 및 입력부(42)를 포함한다. 화상표시부(41)는, 쇼벨의 운전상황 또는 쇼벨의 제어에 관한 정보를 표시하고, 그들 정보를 조작자에게 전달할 수 있다. 또, 조작자는, 입력부(42)를 이용하여 다양한 정보를 컨트롤러(30)로 입력할 수 있다. 일반적으로, 운전석에 착석한 조작자로부터 보아 우측에 붐(4)이 배치되어 있고, 조작자는 붐(4)의 선단에 장착된 암(5) 및 버킷(6)을 시인하면서 쇼벨을 조작하는 경우가 많다. 캐빈(10)의 우측 전방의 프레임은 조작자의 시야의 방해가 되는 부분이지만, 본 실시예에서는, 이 부분을 이용하여 화상표시장치(40)가 마련되어 있다. 이로써, 원래 시야의 방해가 되고 있던 부분에 화상표시장치(40)가 배치되므로, 화상표시장치(40) 자체가 조작자의 시야를 크게 방해하는 경우는 없다. 프레임의 폭에도 따르지만, 화상표시장치(40) 전체가 프레임의 폭 내에 들어가도록, 화상표시장치(40)는, 화상표시부(41)가 세로로 길어지도록 구성되어도 된다.
본 실시예에서는, 화상표시장치(40)는, CAN 또는 LIN 등의 통신 네트워크를 통하여 컨트롤러(30)에 접속된다. 다만, 화상표시장치(40)는, 전용선을 통하여 컨트롤러(30)에 접속되어도 된다.
화상표시장치(40)는, 화상표시부(41) 상에 표시되는 화상을 생성하는 변환처리부(40a)를 포함한다. 본 실시예에서는, 변환처리부(40a)는, 쇼벨에 장착된 촬상장치(M4)의 출력에 근거하여 화상표시부(41) 상에 표시되는 카메라화상을 생성한다. 그 때문에, 촬상장치(M4)는, 예를 들면 전용선을 통하여 화상표시장치(40)에 접속된다. 또, 변환처리부(40a)는, 컨트롤러(30)의 출력에 근거하여 화상표시부(41) 상에 표시되는 화상을 생성한다.
변환처리부(40a)는, 화상표시장치(40)가 갖는 기능으로서가 아니라, 컨트롤러(30)가 갖는 기능으로서 실현되어도 된다. 이 경우, 촬상장치(M4)는, 화상표시장치(40)가 아니라, 컨트롤러(30)에 접속된다.
화상표시장치(40)는, 입력부(42)로서의 스위치패널을 포함하고 있어도 된다. 스위치패널은, 각종 하드웨어스위치를 포함하는 패널이다. 본 실시예에서는, 스위치패널은, 하드웨어버튼으로서의 라이트스위치(42a), 와이퍼스위치(42b) 및 윈도와셔스위치(42c)를 포함한다. 라이트스위치(42a)는, 캐빈(10)의 외부에 장착되는 라이트의 점등·소등을 전환하기 위한 스위치이다. 와이퍼스위치(42b)는, 와이퍼의 작동·정지를 전환하기 위한 스위치이다. 윈도와셔스위치(42c)는, 윈도와셔액을 분사하기 위한 스위치이다.
화상표시장치(40)는, 축전지(70)로부터 전력의 공급을 받아 동작한다. 축전지(70)는 얼터네이터(11a)(발전기)에서 발전한 전력으로 충전된다. 축전지(70)의 전력은, 컨트롤러(30) 및 화상표시장치(40) 이외의 쇼벨의 전장품(72) 등에도 공급된다. 엔진(11)의 스타터(11b)는, 축전지(70)로부터의 전력으로 구동되고, 엔진(11)을 시동한다.
엔진(11)은, 상술과 같이, 엔진제어장치(ECU)(74)에 의하여 제어된다. ECU(74)로부터는, 엔진(11) 상태를 나타내는 각종 데이터(예를 들면, 수온센서(11c)로 검출되는 냉각수온(물리량)을 나타내는 데이터)가 컨트롤러(30)로 송신된다. 따라서, 컨트롤러(30)는 일시기억부(메모리)(30a)에 이 데이터를 축적해 두고, 필요한 때에 화상표시장치(40)로 송신할 수 있다.
또, 컨트롤러(30)에는 이하와 같이 각종의 데이터가 공급된다. 그들 데이터는, 컨트롤러(30)의 일시기억부(30a)에 격납된다.
레귤레이터(14a)로부터는, 사판의 경전각을 나타내는 데이터가 컨트롤러(30)에 공급된다. 또, 메인펌프(14)의 토출압력을 나타내는 데이터가, 토출압력센서(14b)로부터 컨트롤러(30)로 보내진다. 이들 데이터(물리량을 나타내는 데이터)는 일시기억부(30a)에 격납된다. 메인펌프(14)가 흡입하는 작동유가 저장된 탱크와 메인펌프(14)의 사이의 관로에는, 유온센서(14c)가 마련되어 있고, 그 관로를 흐르는 작동유의 온도를 나타내는 데이터가, 유온센서(14c)로부터 컨트롤러(30)에 공급된다.
또, 조작장치(26)를 조작했을 때에, 파일럿라인(25a, 25b)을 통하여 컨트롤밸브(17)로 보내지는 파일럿압이, 유압센서(15a, 15b)로 검출되고, 검출된 파일럿압을 나타내는 데이터가 컨트롤러(30)에 공급된다.
엔진회전수조정다이얼(75)로부터는, 엔진회전수의 설정상태를 나타내는 데이터가 컨트롤러(30)로 송신된다.
외부연산장치(30E)는, 통신장치(M1), 측위장치(M2), 자세검출장치(M3), 촬상장치(M4) 및 실린더압검출장치(M5) 등의 출력에 근거하여 각종 연산을 행하고, 연산결과를 컨트롤러(30)에 대하여 출력하는 제어장치이다. 본 실시예에서는, 외부연산장치(30E)는 축전지(70)로부터 전력의 공급을 받아 동작한다.
도 4는, 도 1의 쇼벨에 탑재되는 구동 시스템의 구성예를 나타내는 도이고, 기계적 동력 전달 라인, 작동유라인, 파일럿라인, 및 전기 제어 라인을 각각 이중선, 실선, 파선(破線), 및 점선으로 나타낸다.
쇼벨의 구동 시스템은, 주로, 엔진(11), 메인펌프(14L, 14R), 토출량조정장치(14aL, 14aR), 파일럿펌프(15), 컨트롤밸브(17), 조작장치(26), 조작내용검출장치(29), 컨트롤러(30), 외부연산장치(30E) 및 파일럿압조정장치(50)를 포함한다. 메인펌프(14L, 14R)는, 도 3의 메인펌프(14)에 대응한다. 토출량조정장치(14aL, 14aR)는, 도 3의 레귤레이터(14a)에 대응한다.
컨트롤밸브(17)는, 메인펌프(14L, 14R)가 토출하는 작동유의 흐름을 제어하는 유량제어밸브(171~176)를 포함한다. 그리고, 컨트롤밸브(17)는, 유량제어밸브(171~176)를 통하여, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 좌측주행용 유압모터(1A), 우측주행용 유압모터(1B) 및 선회용 유압모터(2A) 중 하나 또는 복수의 것에 대하여 메인펌프(14L, 14R)가 토출하는 작동유를 선택적으로 공급한다.
본 실시예에서는, 조작장치(26)는, 파일럿라인(25)을 통하여, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 유압액추에이터의 각각에 대응하는 유량제어밸브의 파일럿포트에 공급한다.
조작내용검출장치(29)는, 조작장치(26)를 이용한 조작자의 조작내용을 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 조작내용검출장치(29)는, 유압액추에이터의 각각에 대응하는 조작장치(26)의 조작방향 및 조작량을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작내용은, 퍼텐쇼미터 등, 압력 센서 이외의 다른 센서의 출력을 이용하여 도출되어도 된다.
엔진(11)에 의하여 구동되는 메인펌프(14L, 14R)는, 센터바이패스관로(40L, 40R)의 각각을 거쳐 작동기름탱크까지 작동유를 순환시킨다.
센터바이패스관로(40L)는, 컨트롤밸브(17) 내에 배치된 유량제어밸브(171, 173, 및 175)를 통과하는 작동유라인이며, 센터바이패스관로(40R)는, 컨트롤밸브(17) 내에 배치된 유량제어밸브(172, 174, 및 176)를 통과하는 작동유라인이다.
유량제어밸브(171, 172, 173)는, 좌측주행용 유압모터(1A), 우측주행용 유압모터(1B), 선회용 유압모터(2A)에 유출입하는 작동유의 유량 및 흐름방향을 제어하는 스풀밸브이다.
유량제어밸브(174, 175, 176)는, 버킷실린더(9), 암실린더(8), 붐실린더(7)에 유출입하는 작동유의 유량 및 흐름방향을 제어하는 스풀밸브이다.
토출량조정장치(14aL, 14aR)는, 메인펌프(14L, 14R)의 토출량을 조정하도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 토출량조정장치(14aL)는 레귤레이터이며, 컨트롤러(30)로부터의 제어지령에 따라 메인펌프(14L)의 사판경전각을 증감시켜 메인펌프(14L)의 변위용적을 증감시킴으로써 메인펌프(14L)의 토출량을 조정한다. 구체적으로는, 토출량조정장치(14aL)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 제어전류가 커짐에 따라 사판경전각을 증대시켜 변위용적을 증대시킴으로써 메인펌프(14L)의 토출량을 증대시킨다. 토출량조정장치(14aR)에 의한 메인펌프(14R)의 토출량의 조정에 대해서도 동일하다.
파일럿압조정장치(50)는, 유량제어밸브의 파일럿포트에 공급되는 파일럿압을 조정하도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 파일럿압조정장치(50)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 제어전류에 따라, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여 파일럿압을 증감시키는 감압밸브이다. 이 구성에 의하여, 파일럿압조정장치(50)는, 예를 들면, 조작자에 의한 버킷조작레버의 조작과는 관계 없이, 컨트롤러(30)로부터의 제어전류에 따라 버킷(6)을 펼치기·접기(開閉)할 수 있다. 또, 조작자에 의한 붐조작레버의 조작과는 관계 없이, 컨트롤러(30)로부터의 제어전류에 따라 붐(4)을 상하시킬 수 있다. 하부주행체(1)의 전진, 후진, 상부선회체(3)의 좌선회, 우선회, 암(5)의 펼치기·접기 등에 대해서도 동일하다.
다음으로, 도 5를 참조하여 외부연산장치(30E)의 기능에 대하여 설명한다. 도 5는, 외부연산장치(30E)의 구성예를 나타내는 기능블록도이다. 본 실시예에서는, 외부연산장치(30E)는, 통신장치(M1), 측위장치(M2), 자세검출장치(M3), 촬상장치(M4) 및 실린더압검출장치(M5) 중 적어도 하나의 출력을 받아 각종 연산을 실행하고, 그 연산결과를 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 컨트롤러(30)는, 예를 들면, 그 연산결과에 따른 제어지령을 동작제어부(E1)에 대하여 출력한다.
동작제어부(E1)는 어태치먼트의 움직임을 제어하기 위한 기능요소이며, 예를 들면, 파일럿압조정장치(50) 및 유량제어밸브(171~176) 등을 포함한다. 유량제어밸브(171~176)가 전기신호에 따라 동작하는 구성인 경우, 컨트롤러(30)는, 유량제어밸브(171~176)에 전기신호를 직접적으로 송신한다.
동작제어부(E1)는, 어태치먼트의 움직임을 자동조정한 취지를 쇼벨의 조작자에게 알리는 정보통지장치를 포함하고 있어도 된다. 정보통지장치는, 예를 들면, 음성출력장치, LED램프 등을 포함한다.
구체적으로는, 외부연산장치(30E)는, 주로, 지형데이터베이스갱신부(31), 위치좌표갱신부(32), 지면형상정보취득부(33) 및 굴삭반력도출부(34)를 포함한다.
지형데이터베이스갱신부(31)는, 작업현장의 지형정보를 참조 가능하게 체계적으로 기억하는 지형데이터베이스를 갱신하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 지형데이터베이스갱신부(31)는, 예를 들면 쇼벨의 기동 시에 통신장치(M1)를 통하여 작업현장의 지형정보를 취득하여 지형데이터베이스를 갱신한다. 지형데이터베이스는, 예를 들면, 불휘발성메모리 등에 기억되어 있다. 작업현장의 지형정보는, 예를 들면 세계측위계에 근거하는 3차원지형모델로 기술된다.
위치좌표갱신부(32)는, 쇼벨의 현재 위치를 나타내는 좌표를 갱신하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 위치좌표갱신부(32)는, 측위장치(M2)의 출력에 근거하여 세계측위계에 있어서의 쇼벨의 위치좌표 및 방향을 취득하고, 불휘발성메모리 등에 기억되는 쇼벨의 현재 위치를 나타내는 좌표 및 방향에 관한 데이터를 갱신한다.
지면형상정보취득부(33)는, 작업대상의 지면의 현재의 형상에 관한 정보를 취득하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 지면형상정보취득부(33)는, 지형데이터베이스갱신부(31)가 갱신한 지형정보와, 위치좌표갱신부(32)가 갱신한 쇼벨의 현재 위치를 나타내는 좌표 및 방향과, 자세검출장치(M3)가 검출한 굴삭어태치먼트의 자세의 과거의 추이(推移)에 근거하여 굴삭대상지면의 현재의 형상에 관한 정보를 취득한다.
지면형상정보취득부(33)는, 촬상장치(M4)가 촬상한 쇼벨 주변의 화상에 근거하여 굴삭대상지면의 현재의 형상에 관한 정보를 취득해도 된다. 지면형상정보취득부(33)는, 레이저레인지파인더, 레이저스캐너, 거리화상센서 또는 라이더 등의 거리측정장치의 출력에 근거하여 굴삭대상지면의 현재의 형상에 관한 정보를 취득해도 된다.
굴삭반력도출부(34)는 굴삭반력을 도출하는 기능요소이다. 굴삭반력도출부(34)는, 예를 들면, 굴삭어태치먼트의 자세와 굴삭대상지면의 현재의 형상에 관한 정보에 근거하여 굴삭반력을 도출한다. 굴삭어태치먼트의 자세는 자세검출장치(M3)에 의하여 검출되고, 굴삭대상지면의 현재의 형상에 관한 정보는 지면형상정보취득부(33)에 의하여 취득된다. 굴삭반력도출부(34)는, 굴삭어태치먼트의 자세와, 실린더압검출장치(M5)가 출력하는 정보에 근거하여 굴삭반력을 도출해도 된다. 또, 굴삭반력도출부(34)는, 굴삭어태치먼트의 자세와, 굴삭대상지면의 현재의 형상에 관한 정보와, 실린더압검출장치(M5)가 출력하는 정보에 근거하여 굴삭반력을 도출해도 된다.
본 실시예에서는, 굴삭반력도출부(34)는, 소정의 계산식을 이용하여 소정의 연산 주기로 굴삭반력을 도출한다. 예를 들면, 굴삭깊이가 깊을수록, 즉, 쇼벨의 접지면과 버킷치선위치(P4)(도 2 참조)의 사이의 연직거리가 클수록 굴삭반력이 커지도록 굴삭반력을 도출한다. 또, 굴삭반력도출부(34)는, 예를 들면, 버킷(6)의 치선의 굴삭대상지면에 대한 지면삽입깊이가 클수록 굴삭반력이 커지도록 굴삭반력을 도출한다. 또, 굴삭반력도출부(34)는, 토사밀도 등의 토사특성을 고려하여 굴삭반력을 도출해도 된다. 토사특성은, 차재입력장치(도시하지 않음)를 통하여 조작자가 입력하는 값이어도 되고, 실린더압센서 등의 각종 센서의 출력에 근거하여 자동적으로 산출되는 값이어도 된다.
굴삭반력도출부(34)는, 굴삭어태치먼트의 자세와 굴삭대상지면의 현재의 형상에 관한 정보에 근거하여 굴삭 중인지 여부를 판정하고, 그 판정결과를 컨트롤러(30)에 대하여 출력해도 된다. 굴삭반력도출부(34)는, 예를 들면, 버킷치선위치(P4)(도 2 참조)와 굴삭대상지면의 사이의 연직거리가 소정값 이하가 되었을 경우에 굴삭 중이라고 판정한다. 굴삭반력도출부(34)는, 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면이 접촉하기 전에 굴삭 중이라고 판정해도 된다.
여기에서, 도 6을 참조하여, 굴삭초기단계에 대하여 설명한다. 도 6은 굴삭초기단계에 있어서의 버킷(6)과 굴삭대상지면과의 관계를 나타낸다.
굴삭초기단계는, 도 6의 화살표로 나타내는 바와 같이 버킷(6)을 연직하방으로 이동시키는 단계를 의미한다. 그 때문에, 굴삭초기단계에 있어서의 굴삭반력(Fz)은, 주로 버킷(6)의 치선을 굴삭대상지면에 삽입할 때의 삽입저항으로 구성되고, 주로 연직 상방을 향한다. 삽입저항은 버킷(6)의 치선의 지면삽입깊이(이하, "삽입깊이(h)"라고 함)가 클수록 커진다. 지면삽입깊이는, 치선침투깊이 또는 관입(貫入)깊이라고도 칭해진다. 삽입저항은, 버킷(6)의 치선의 삽입깊이(h)가 동일하면, 버킷치선각도(α)가 대략 90도일 때에 최소가 된다. 버킷치선각도(α)는, 버킷(6)의 치선의 굴삭대상지면에 대한 각도이며, 관입각도라고도 칭해진다. 전형적으로는, 버킷(6)의 바닥면(배면)(6S)을 포함하는 평면과 굴삭대상지면의 사이에 형성되는 각도이다. 외부연산장치(30E)는, 자세검출장치(M3)의 출력과 굴삭대상지면의 현재의 형상에 관한 정보에 근거하여 버킷치선각도(α)를 산출한다. 또한, 외부연산장치(30E)는, 예를 들면, 굴삭 중에 붐하강조작이 행해지고 있다고 판정한 경우, 현재의 굴삭 단계가 굴삭초기단계라고 판정한다.
외부연산장치(30E)는, 소정의 버킷치선각도(α)와 소정의 힘으로 버킷(6)을 지면에 압압했을 때의, 굴삭초기단계에 있어서의 버킷(6)의 치선의 삽입깊이(h)와 삽입저항(굴삭반력(Fz))에 근거하여 굴삭대상의 경도(K)를 도출한다. 본 실시예에서는, 외부연산장치(30E)는, 삽입깊이(h)와 굴삭반력(Fz)와 경도(K)와의 대응관계를 기억하는 경도테이블을 참조하여 굴삭대상의 경도(K)를 도출한다. 소정의 계산식을 이용하여 경도(K)를 도출해도 된다. 그리고, 외부연산장치(30E)는, 도출한 경도(K)를 불휘발성메모리 등에 기억한다. 하나의 굴삭대상지면에 관하여 복수의 경도(K)를 도출한 경우, 그들의 평균값을 경도(K)로 해도 되고, 현시점에서 가장 가까운(直近) 값을 경도(K)로 해도 된다. 최댓값, 최솟값, 중간값 등의 다른 통곗값을 경도(K)로 해도 된다. 또, 조작자는, 굴삭대상인 작업영역의 지면의 경도의 측정값을 사전에 취득하고 있는 경우에는, 차재입력장치 등을 통하여, 그 측정값을 경도(K)로서 입력해도 된다.
외부연산장치(30E)는, 경도(K)를 도출할 때의 버킷(6)의 치선의 삽입깊이(h)를 제어해도 된다. 구체적으로는, 외부연산장치(30E)는, 경도(K)를 도출할 때의 버킷(6)의 치선의 삽입깊이(h)가 소정의 삽입깊이가 되도록, 어태치먼트를 구동시켜도 된다.
외부연산장치(30E)는, 굴삭대상지면의 경도(K)에 관한 정보를 화상표시장치(40)에서 표시시켜도 된다. 또, 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상지면의 경도(K)에 관한 정보를 지형데이터베이스에 기억해도 된다. 또, 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상지면의 경도(K)에 관한 정보를 외부기기를 향하여 송신해도 된다. 외부기기는, 예를 들면, 관리센터에 설치된 관리장치, 및, 쇼벨의 조작자 혹은 쇼벨의 주위에서 작업하는 작업자 등의 관계자가 휴대하는 스마트폰 등의 지원 장치 중 적어도 하나를 포함한다.
삽입깊이(h)는, 예를 들면, 굴삭반력도출부(34)에 의하여, 버킷치선위치와 굴삭대상지면의 현재의 형상에 관한 정보에 근거하여 도출된다. 굴삭반력(Fz)은, 예를 들면, 굴삭반력도출부(34)에 의하여, 굴삭어태치먼트의 자세와, 실린더압검출장치(M5)가 출력하는 정보에 근거하여 도출된다.
도 7은, 경도테이블에 기억된 대응관계를 나타내는 그래프이며, 세로축에 삽입저항(굴삭반력(Fz))을 배치하고, 가로축에 삽입깊이(h)를 배치하고 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 삽입저항(굴삭반력(Fz))은, 예를 들면, 삽입깊이(h)의 제곱에 비례하는 함수로서 나타내어진다. 계수 K0, K1, K2는, 경도(K)의 예이며, 값이 클수록 견고한 것을 나타낸다. 예를 들면, 경도(K)가 K0 이상인 경우(예를 들면 K1인 경우)에 견고하다고 판정되고, 경도(K)가 K0 미만인 경우(예를 들면 K2인 경우)에 견고하지 않다(무르다)고 판정된다. 견고한지 무른지의 2단계가 아니라 3단계 이상으로 판정되어도 된다.
외부연산장치(30E)는, 예를 들면, 굴삭반력도출부(34)가 도출한 삽입깊이(h) 및 삽입저항(굴삭반력(Fz))과 도 7에 나타내는 바와 같은 대응관계에 근거하여 경도(K)를 도출한다.
외부연산장치(30E)는, 소정의 굴삭어태치먼트의 자세 혹은 소정의 버킷치선각도이고 또한 소정의 붐로드압으로 붐(4)을 하강하여 버킷(6)의 치선을 굴삭대상지면에 찔렀을 때의 쇼벨의 Y축 둘레의 경사각(θ4)(부상각)으로부터 경도(K)를 도출해도 된다. 이 경우, 경사각(θ4)(도 2 참조)이 클수록 큰 경도(K)를 도출한다.
외부연산장치(30E)는, 토사밀도로부터 경도(K)를 도출해도 된다. 예를 들면, 붐보텀압 등으로부터 산출되는 버킷(6) 내에 도입된 굴삭대상의 단위체적중량(토사밀도)으로부터 경도(K)를 도출해도 된다. 이 경우, 토사밀도와 경도(K)와의 대응관계는, 예를 들면, 불휘발성메모리에 미리 기억되어 있어도 된다.
외부연산장치(30E)는, 상술의 방법에 따른 도출 결과 중 2개 이상을 조합하여 경도(K)를 도출해도 된다. 또, 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상의 경도(K)를 수치로서 도출하는 대신에, 굴삭대상의 경도(K)를 복수의 경도 단계로부터 선택해도 된다.
이와 같이, 외부연산장치(30E)는, 예를 들면 시험굴삭을 행함으로써, 굴삭대상의 경도(K)를 도출한다. 그리고, 굴삭대상의 경도(K)에 근거하여 굴삭어태치먼트에 의한 굴삭동작을 지원한다.
경도(K)는, 터치패널 등의 차재입력장치(도시하지 않음)를 통하여 조작자가 입력하는 값이어도 된다. 조작자가 입력하는 값은, 예를 들면, 모래, 바위, 흙 등의 굴삭대상의 종류, 토질에 관한 값 등이어도 되고, 경도계 등의 계측기를 이용하여 계측된 경도 등의 값이어도 된다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 외부연산장치(30E)가 굴삭어태치먼트에 의한 굴삭동작을 지원하는 처리(이하, "굴삭지원처리"라고 함)의 일례에 대하여 설명한다. 도 8은, 굴삭지원처리의 일례를 나타내는 플로차트이다. 외부연산장치(30E)는, 쇼벨의 가동 중에 소정의 제어주기로 반복하여 이 굴삭지원처리를 실행한다.
먼저, 외부연산장치(30E)는, 굴삭어태치먼트의 자세에 근거하여 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면과의 사이의 거리가 임계값(TH1) 이하인지 여부를 판정한다(스텝 ST1).
거리가 임계값(TH1)보다 크다고 판정한 경우(스텝 ST1의 NO), 외부연산장치(30E)는, 굴삭동작을 지원하지 않고, 이번 굴삭지원처리를 종료시킨다. 현시점에서는, 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면은 접촉하지 않는다고 판단할 수 있기 때문이다.
한편, 거리가 임계값(TH1) 이하라고 판정한 경우(스텝 ST1의 YES), 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2)보다 큰지 여부를 판정한다(스텝 ST2). 본 실시예에서는, 외부연산장치(30E)는, 시험굴삭 시에 불휘발성메모리에 기억된 경도(K)를 독출하여 소정의 경도(TH2)와 비교한다. 소정의 경도(TH2)는, 예를 들면, 도 7의 계수 K0에 대응한다.
굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2)보다 크다고 판정한 경우(스텝 ST2의 YES), 외부연산장치(30E)는, 버킷치선각도(α)를 소정 각도(예를 들면 90도)로 조정한다(스텝 ST3). 본 실시예에서는, 외부연산장치(30E)는, 버킷치선각도(α)가 소정 각도가 되도록, 어태치먼트를 구동시킨다. 구체적으로는, 외부연산장치(30E)는, 붐(4), 암(5) 및 버킷(6) 중 적어도 하나를 자동적으로 혹은 반 자동적으로 동작시킨다. "자동적으로 동작시킨다"는, 조작장치(26)의 조작량과는 관계없이 동작시키는 것을 의미한다. "반 자동적으로 동작시킨다"는, 조작장치(26)의 조작량을 보충하는 형태로 동작시키는 것을 의미한다.
굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 이하라고 판정한 경우(스텝 ST2의 NO), 외부연산장치(30E)는, 굴삭동작을 지원하지 않고, 이번 굴삭지원처리를 종료시킨다. 굴삭대상지면이 충분히 무르고, 굴삭동작을 지원할 필요는 없다고, 즉, 버킷치선각도(α)를 소정의 각도로 한정할 필요는 없다고 판단할 수 있기 때문이다.
도 9는, 외부연산장치(30E)가 버킷치선각도(α)를 소정 각도(αP)로 조정하는 모습을 나타낸다. 도 9의 버킷(6t)은, 현시점에 있어서의 버킷(6)의 위치를 나타낸다. 버킷(6t1~6t3)은, 버킷치선각도(α)의 조정이 행해지는 경우의, 시각 t1~t3의 각각에 있어서의 버킷(6)의 위치를 나타낸다. 버킷(6't1~6't3)은, 버킷치선각도(α)의 조정을 하지 않는 경우의, 시각 t1~t3의 각각에 있어서의 버킷(6)의 위치를 나타낸다. 이 예에서는, 조작자는, 암접힘조작만으로 버킷(6)의 치선을 지면에 접촉시키고자 하고 있다.
외부연산장치(30E)는, 버킷치선각도(α)의 조정을 행하지 않는 경우, 버킷(6)의 치선이 시각 t3에 있어서 접촉점(CP)에서 지면과 접촉하고, 또한, 그때의 버킷치선각도(α)가αN이 된다고 예측한다.
그 후에, 외부연산장치(30E)는, 버킷치선각도(α)의 조정을 행하는 경우, 버킷(6)의 치선이 접촉점(CP)에서 지면과 접촉하고, 또한, 그때의 버킷치선각도(α)가 소정 각도(αP)가 되도록 굴삭어태치먼트를 동작시킨다. 이 예에서는, 외부연산장치(30E)는, 암접힘조작이 행해지고 있을 때, 붐(4)을 자동적으로 상승시키고, 또한 버킷(6)을 자동적으로 펼침으로써, 버킷(6)의 치선을 접촉점(CP)에서 지면에 접촉시킨다.
외부연산장치(30E)는, 버킷(6)을 자동적으로 펼치는 것만으로, 버킷(6)의 치선과 지면이 접촉했을 때의 버킷치선각도(α)가 소정 각도(αP)가 되도록 해도 된다. 이 경우, 접촉점(CP)와는 다른 점에서 버킷(6)의 치선을 지면에 접촉시켜도 된다.
이 구성에 의하여, 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상(지면)이 견고한 경우, 소정 각도(αP)로 버킷(6)의 치선을 지면에 접촉시킬 수 있다. 그 때문에, 견고한 지면을 효율적으로 파괴할 수 있다.
다만, 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도 TH3(≤TH2)보다 작은 경우, 즉, 굴삭대상이 무른 경우에, 버킷치선각도(α)를 소정 각도(αQ)(예를 들면 소정 각도(αP)보다 큰 둔각)로 조정해도 된다. 1회의 굴삭동작으로 버킷 내에 들어가는 토사의 양을 증대시키기 위함이다. 이 경우, 외부연산장치(30E)는, 필요에 따라 버킷치선각도(α)를 소정 각도(αP)보다 작은 예각으로 조정해도 된다. 굴삭대상이 무르기 때문에, 버킷치선각도(α)를 90도 이외로 조정했다고 해도, 굴삭 부하가 과도하게 커지는 경우는 없기 때문이다.
다음으로, 도 10a~도 10c를 참조하여, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도보다 견고하다고 판정되었을 때에 실행되는 굴삭지원처리의 다른 예에 대하여 설명한다.
외부연산장치(30E)는, 도 10a에 나타내는 바와 같이, 버킷(6)의 치선과 지면이 접촉했을 때에, 버킷(6)의 치선을 요동중심으로 하여 버킷(6)을 전후로 요동시켜도 된다. 견고한 지면을 효율적으로 파괴할 수 있도록 하기 위함이다. 예를 들면, 외부연산장치(30E)는, 굴삭초기단계에 있어서 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도보다 견고하다고 판정한 경우에, 붐(4)의 미소한 상하이동, 암(5)의 미소한 펼치기·접기, 및, 버킷(6)의 미소한 펼치기·접기 중 적어도 하나를 반복함으로써 버킷(6)의 치선을 요동시켜도 된다.
또, 외부연산장치(30E)는, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 버킷(6)의 치선과 지면이 접촉했을 때에, 버킷(6)의 치선을 상하로 진동시켜도 된다. 구체적으로는, 붐실린더(7), 암실린더(8) 및 버킷실린더(9) 중 적어도 2개을 동시에 신축시켜 버킷(6)을 상하로 진동시켜도 된다.
또, 외부연산장치(30E)는, 도 10c에 나타내는 바와 같이, 버킷(6)의 치선과 지면을 접촉시킬 때에, 굴삭력이 굴삭대상지면에 수직으로 작용하도록 굴삭어태치먼트의 자세를 조정해도 된다. 예를 들면, 조정 전의 어태치먼트길이(TRS)보다 짧은 어태치먼트길이(TRH)를 야기하는 굴삭어태치먼트의 자세를 이용함으로써, 굴삭력이 가능한 한 굴삭대상지면에 수직으로 작용하도록 해도 된다. 굴삭어태치먼트에 의한 굴삭력에, 쇼벨의 자체중량에 의한 굴삭력을 더할 수 있도록 하기 위함이다.
상술의 방법 중 적어도 하나의 방법에 의하여, 외부연산장치(30E)는, 견고한 지면을 효율적으로 파괴할 수 있다. 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상의 경도(K)에 따라 상술 중 어느 방법을 채용할지를 결정해도 된다. 예를 들면, 경도(K)가 소정의 경도 TH4보다 큰 경우에 도 10a의 방법을 채용하고, 소정의 경도 TH5(＞TH4)보다 큰 경우에 도 10b의 방법을 채용하며, 소정의 경도 TH6(＞TH5)보다 큰 경우에 도 10c의 방법을 채용해도 된다.
다음으로, 도 11을 참조하여, 굴삭지원처리의 또 다른 일례에 대하여 설명한다. 도 11은, 굴삭지원처리의 또 다른 일례를 나타내는 플로차트이다. 외부연산장치(30E)는, 쇼벨의 가동 중에 소정의 제어주기로 반복하여 이 굴삭지원처리를 실행한다.
먼저, 외부연산장치(30E)는, 굴삭중기단계인지 여부를 판정한다(스텝 ST11). 굴삭중기단계는, 버킷(6)을 쇼벨의 기체측으로 끌어당기는 단계를 의미한다. 본 실시예에서는, 외부연산장치(30E)의 굴삭반력도출부(34)는, 예를 들면, 굴삭 중에 암접힘조작을 하고 있다고 판정한 경우, 현재의 굴삭 단계가 굴삭중기단계라고 판정한다. 혹은, 외부연산장치(30E)는, 굴삭 중에 붐하강조작이 행해지지 않고 또한 암접힘조작이 행해지고 있다고 판정한 경우에 현재의 굴삭 단계가 굴삭중기단계라고 판정해도 된다.
굴삭중기단계라고 판정한 경우(스텝 ST11의 YES), 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2)보다 큰지 여부를 판정한다(스텝 ST12). 본 실시예에서는, 외부연산장치(30E)는, 시험굴삭 시에 불휘발성메모리에 기억된 경도(K)를 독출하여 소정의 경도(TH2)와 비교한다. 단, 경도(K)는, 각 굴삭동작의 굴삭초기단계에서 산출되어도 된다.
굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2)보다 크다고 판정한 경우(스텝 ST12의 YES), 외부연산장치(30E)는, 굴삭지원기능을 개시한다(스텝 ST13).
굴삭중기단계가 아니라고 판정한 경우(스텝 ST11의 NO), 혹은, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 이하라고 판정한 경우(스텝 ST12의 NO), 외부연산장치(30E)는, 굴삭지원기능을 개시하는 일 없이, 이번 굴삭지원처리를 종료시킨다.
굴삭지원기능은, 예를 들면, 굴삭어태치먼트를 전자동 또는 반자동으로 동작시켜 굴삭동작을 지원하는 기능이다. 이 경우, 외부연산장치(30E)는, 예를 들면, 굴삭중기단계에 있어서 암접힘조작이 행해지고 있을 때에, 굴삭깊이가 목표굴삭깊이(D)가 되도록 버킷(6)을 자동적으로 펼치기·접기한다. 붐(4)을 자동적으로 상하이동시켜도 된다. 구체적으로는, 외부연산장치(30E)는, 굴삭깊이가 목표굴삭깊이(D)를 초과할 것 같은 때에는, 목표굴삭깊이(D)를 초과하지 않도록, 버킷(6)을 자동적으로 접어도 된다. 혹은, 굴삭깊이가 목표굴삭깊이(D)에 이르지 못할 것 같은 때에는, 목표굴삭깊이(D)에 이르도록, 버킷(6)을 자동적으로 펼쳐도 된다. 붐(4)의 상하이동에 대해서도 동일하다. 또, 암(5)의 접힘속도를 조정해도 된다.
목표굴삭깊이(D)는, 예를 들면, 굴삭대상의 경도(K)에 따라 결정된다. 전형적으로는, 굴삭대상이 견고할수록 목표굴삭깊이(D)가 얕아지도록 결정된다. 굴삭대상이 견고함에도 불구하고 깊은 굴삭이 행해져 굴삭반력이 과도하게 커져 버리는 것을 방지하기 위해서이다.
도 11의 예에서는, 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2)보다 크다고 판정한 경우에 한하여, 굴삭지원기능을 개시하지만, 굴삭대상의 경도(K)와는 관계 없이, 굴삭지원기능을 개시해도 된다. 이 경우, 외부연산장치(30E)는, 예를 들면, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2)보다 크다고 판정한 경우의 목표 굴삭깊이가, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 이하라고 판정한 경우의 목표 굴삭깊이보다 작아지도록 한다.
이와 같이, 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상의 경도(K)를 도출하고, 그 경도(K)에 근거하여 굴삭동작을 지원할지 여부를 결정한다. 혹은, 그 경도(K)에 따라 굴삭동작의 지원 내용을 결정한다. 그 때문에, 견고한 굴삭대상지면을 보다 효율적으로 굴삭할 수 있다.
다음으로, 도 12a 및 도 12b를 참조하여, 도 11의 굴삭지원처리에 의하여 버킷치선각도(α)가 조정되는 모습에 대하여 설명한다. 도 12a는, 외부연산장치(30E)가 굴삭깊이를 목표굴삭깊이(DH) 또는 목표굴삭깊이(DS)로 조정하는 모습을 나타낸다. 목표굴삭깊이(DH)는, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2)보다 크다고 판정된 경우(견고한 지면의 경우)의 목푯값이고, 목표굴삭깊이(DS)는, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 이하라고 판정된 경우(무른 지면의 경우)의 목푯값이다.
도 12a는, 버킷(6)과 굴삭대상지면의 관계를 나타내는 도이고, 1점쇄선은 견고한 지면을 굴삭하는 버킷(6)의 치선의 궤적을 나타내며, 2점쇄선은 무른 지면을 굴삭하는 버킷(6)의 치선의 궤적을 나타낸다. 도 12b는, 어태치먼트길이(TR)와 버킷각도(θ3) 및 버킷치선각도(α)의 각각과의 관계를 나타내는 그래프이며, 1점쇄선은 견고한 지면을 굴삭할 때의 추이를 나타내고, 2점쇄선은 무른 지면을 굴삭할 때의 추이를 나타낸다.
이 예에서는, 견고한 지면 및 무른 지면 중 어느 것을 굴삭하는 경우에도, 어태치먼트길이(TR)가 값 TR0일 때, 버킷(6)은, 치선을 접촉점(CP)에서 지면에 접촉시키고 있다. 이 때, 버킷각도(θ3)는 값 θ30이며, 버킷치선각도(α)는 값 α0이다.
외부연산장치(30E)는, 암접힘조작이 행해지고 있다고 판정한 경우, 현재의 굴삭 단계가 굴삭중기단계라고 판정한다. 그리고, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2)보다 크다고 판정하면, 굴삭깊이가 목표굴삭깊이(DH)가 되도록 버킷(6)을 자동적으로 접는다. 구체적으로는, 도 12a에 나타내는 바와 같이, 버킷(6)의 치선이 1점쇄선으로 나타내어진 궤적을 따라 이동하도록, 암(5)의 접힘상태에 맞추어 버킷(6)을 접는다. 그 결과, 어태치먼트길이(TR)가 값 TR1일 때, 버킷각도(θ3)는 값 θ3H가 되고, 버킷치선각도(α)는 값 αH가 된다.
한편, 굴삭대상의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 이하라고 판정되면, 외부연산장치(30E)는, 굴삭깊이가 목표굴삭깊이(DS)가 되도록 버킷(6)을 자동적으로 접는다. 구체적으로는, 도 12a에 나타내는 바와 같이, 버킷(6)의 치선이 2점쇄선으로 나타내어진 궤적에 따라 이동하도록, 암(5)의 접힘상태에 맞추어 버킷(6)을 접는다. 그 결과, 어태치먼트길이(TR)가 값 TR1일 때, 버킷각도(θ3)는 값 θ3S(＞θ3H)가 되고, 버킷치선각도(α)는 값αS(＞αH)가 된다.
이 예에서는, 굴삭중기단계의 완료 시에 어태치먼트길이(TR)가 값 TR2가 되면, 버킷(6)은, 견고한 지면 및 무른 지면 중 어느 것을 굴삭한 경우에도 동일한 위치에서 동일한 자세로 되어 있다.
이와 같이, 외부연산장치(30E)는, 암접힘조작이 행해지고 있을 때 버킷(6)을 자동적으로 접음으로써, 굴삭깊이가, 굴삭대상의 경도(K)에 따른 목표 굴삭깊이로 되도록 한다. 단, 외부연산장치(30E)는, 목표 굴삭깊이가 실현되도록 붐(4)을 자동적으로 상승시켜도 된다.
이 구성에 의하여, 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상이 견고한 경우의 굴삭깊이를, 굴삭대상이 무른 경우의 굴삭깊이보다 얕게 할 수 있다. 그 때문에, 굴삭대상이 견고한 경우에는, 예를 들면 지면을 벗기는 것과 같은 굴삭동작이 행해지고, 견고한 지면을 굴삭할 때에 굴삭반력이 과도하게 증대하여 버킷이 움직이지 못하게 되어 버리는 것과 같은 불필요한 굴삭동작이 행해져 버리는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 견고한 지면을 효율적으로 굴삭할 수 있다. 또, 굴삭대상이 무른 경우의 굴삭깊이를, 굴삭대상이 견고한 경우의 굴삭깊이보다 깊게 할 수 있다. 그 때문에, 1회의 굴삭동작에 의한 굴삭량을 크게 할 수 있다. 그 결과, 무른 지면을 효율적으로 굴삭할 수 있다.
상술한 것과 같이, 외부연산장치(30E)는, 어태치먼트를 구동시킴으로써, 굴삭대상지면의 경도(K)에 따라 버킷(6)의 치선의 굴삭대상지면에 대한 각도를 제어한다. 구체적으로는, 외부연산장치(30E)는, 굴삭대상지면의 경도(K)에 따라 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면이 접촉할 때의 버킷(6)의 치선의 굴삭대상지면에 대한 각도(버킷치선각도(α))를 자동적으로 조정한다. 그 때문에, 외부연산장치(30E)를 탑재하는 쇼벨은, 견고한 지면을 효율적으로 파괴할 수 있고 또한 효율적으로 굴삭할 수 있다. 또, 무른 지면에 대해서는 1회의 굴삭동작에 의한 굴삭량을 가능한 한 크게 함으로써, 무른 지면을 효율적으로 굴삭할 수 있다.
외부연산장치(30E)는, 굴삭중기단계에 있어서, 굴삭대상지면의 경도(K)에 따라 버킷각도(θ3)를 제어해도 된다. 구체적으로는, 외부연산장치(30E)는, 굴삭중기단계에 있어서, 굴삭대상지면의 경도(K)에 따라 버킷각도(θ3)를 자동적으로 조정해도 된다. 이 구성에 의하여, 외부연산장치(30E)를 탑재하는 쇼벨은, 굴삭대상지면의 경도(K)에 적합한 굴삭깊이를 실현할 수 있다.
외부연산장치(30E)는, 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면이 접촉하는 위치(접촉점(CP))를 결정해도 된다. 구체적으로는, 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면을 접촉시키기 전에 버킷치선각도(α)를 조정할 때에, 그 조정이 행해지지 않았을 때의 접촉점(CP)의 위치를 예측하고, 그 접촉점(CP)을 목표 접촉점으로 한다. 그리고, 버킷치선각도(α)의 조정이 행해졌을 때에 그 접촉점(CP)에서 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면이 접촉하도록 붐(4), 암(5) 및 버킷(6) 중 적어도 하나를 자동적으로 혹은 반 자동적으로 움직이도록 한다. 이 구성에 의하여, 외부연산장치(30E)는, 버킷치선각도(α)의 조정을 행하는 경우에도, 조작자가 버킷(6)의 치선을 접촉시키고자 한 위치에 버킷(6)의 치선을 접촉시킬 수 있다.
외부연산장치(30E)는, 필요에 따라 굴삭대상지면의 경도(K)가 소정의 경도 이상일 때의 어태치먼트길이를, 굴삭대상지면의 경도(K)가 소정의 경도 미만일 때의 어태치먼트길이보다 작게 해도 된다. 구체적으로는, 외부연산장치(30E)는, 예를 들면 도 10c에 나타내는 바와 같이, 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면이 접촉할 때에, 어태치먼트길이(TR)를 조정해도 된다. 예를 들면, 굴삭대상지면의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 이상일 때의 어태치먼트길이(TRH)를, 굴삭대상지면의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 미만일 때의 어태치먼트길이(TRS)보다 작게 해도 된다. 굴삭어태치먼트에 의한 굴삭력에, 쇼벨의 자체중량에 의한 굴삭력을 더할 수 있도록 하기 위함이다. 이 구성에 의하여, 외부연산장치(30E)를 탑재하는 쇼벨은, 견고한 지면을 보다 효율적으로 파괴할 수 있다.
외부연산장치(30E)는, 예를 들면 도 10a에 나타내는 바와 같이, 굴삭대상지면의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 이상인 경우, 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면이 접촉하고 있을 때, 버킷(6)을 전후로 요동시켜도 된다. 혹은, 외부연산장치(30E)는, 예를 들면 도 10b에 나타내는 바와 같이, 굴삭대상지면의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 이상인 경우, 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면이 접촉하고 있을 때, 버킷(6)을 상하로 진동시켜도 된다. 견고한 지면을 보다 효율적으로 파괴하기 위함이다.
외부연산장치(30E)는, 굴삭중기단계에 있어서, 굴삭대상지면의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 이상일 때의 버킷각도(θ3)를, 굴삭대상지면의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 미만일 때의 버킷각도(θ3)보다 작게 해도 된다. 혹은, 외부연산장치(30E)는, 굴삭중기단계에 있어서, 굴삭대상지면의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 미만일 때의 버킷각도(θ3)를, 굴삭대상지면의 경도(K)가 소정의 경도(TH2) 이상일 때의 버킷각도(θ3)보다 크게 해도 된다. 버킷치선각도(α)에 대해서도 동일하다. 굴삭대상지면의 경도(K)에 적절한 굴삭깊이로 굴삭할 수 있도록 하기 위함이다. 이 구성에 의하여, 외부연산장치(30E)를 탑재하는 쇼벨은, 견고한 지면을 보다 효율적으로 굴삭할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 상술한 실시예는, 본 발명의 범위를 벗어나는 일 없이, 다양한 변형, 치환 등이 적용될 수 있다. 또, 상술의 실시예를 참조하여 설명된 특징의 각각은, 기술적으로 모순되지 않는 한 적절히 조합해도 된다.
예를 들면, 상술의 실시예에서는, 외부연산장치(30E)는 컨트롤러(30)의 외부에 있는 다른 제어장치로서 설명되었지만, 컨트롤러(30)에 일체적으로 통합되어 있어도 된다. 또, 컨트롤러(30) 대신에 외부연산장치(30E)가 동작제어부(E1)를 직접적으로 제어해도 된다.
본원은, 2017년 7월 5일에 출원한 일본 특허출원공보 2017-132030호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 이 일본 특허출원공보의 전체 내용을 본원에 참조에 의하여 원용한다.
1…하부주행체
1A…좌측주행용 유압모터
1B…우측주행용 유압모터
2…선회기구
2A…선회용 유압모터
3…상부선회체
4…붐
5…암
6…버킷
7…붐실린더
8…암실린더
9…버킷실린더
10…캐빈
11…엔진
11a…얼터네이터
11b…스타터
11c…수온센서
14, 14L, 14R…메인펌프
14a…레귤레이터
14aL, 14aR…토출량조정장치
14b…토출압력센서
14c…유온센서
15…파일럿펌프
15a, 15b…유압센서
16…작동유라인
17…컨트롤밸브
25, 25a, 25b…파일럿라인
26…조작장치
29…조작내용검출장치
30…컨트롤러
30a…일시기억부
30E…외부연산장치
31…지형데이터베이스갱신부
32…위치좌표갱신부
33…지면형상정보취득부
34…굴삭반력도출부
40…화상표시장치
40a…변환처리부
40L, 40R…센터바이패스관로
41…화상표시부
42…입력부
42a…라이트스위치
42b…와이퍼스위치
42c…윈도와셔스위치
50…파일럿압조정장치
70…축전지
72…전장품
74…엔진제어장치(ECU)
75…엔진회전수조정다이얼
171~176…유량제어밸브
E1…동작제어부
M1…통신장치
M2…측위장치
M3…자세검출장치
M3a…붐각도센서
M3b…암각도센서
M3c…버킷각도센서
M3d…차체경사센서
M4…촬상장치
M5…실린더압검출장치
M5a…붐로드압센서
M5b…붐보텀압센서
M5c…암로드압센서
M5d…암보텀압센서
M5e…버킷로드압센서
M5f…버킷보텀압센서

Claims (16)

  1. 하부주행체와,
    상기 하부주행체에 탑재되는 상부선회체와,
    상기 상부선회체에 장착되는 어태치먼트와,
    상기 상부선회체에 탑재되고 또한 상기 어태치먼트를 구동시키는 제어장치를 가지며,
    상기 제어장치는, 굴삭대상지면의 경도에 관한 정보에 따라, 버킷의 치선의 상기 굴삭대상지면에 대한 각도를 제어하고,
    버킷을 연직하방으로 이동시키는 굴삭초기단계에 있어서, 굴삭대상지면의 경도가 소정값보다 큰 경우는, 버킷의 치선과 굴삭대상지면이 접촉할 때의 각도를 소정각도로 하고, 굴삭대상지면의 경도가 소정값보다 작을 경우는 버킷의 치선과 굴삭대상지면이 접촉할 때의 각도를 소정각도보다 크게 하는, 쇼벨.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 굴삭중기단계에 있어서, 상기 굴삭대상지면의 경도에 따라 버킷각도를 제어하는, 쇼벨.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 버킷의 치선과 상기 굴삭대상지면이 접촉하는 위치를 결정하는, 쇼벨.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 굴삭대상지면의 경도가 소정의 경도 이상일 때의 어태치먼트길이를, 상기 굴삭대상지면의 경도가 소정의 경도 미만일 때의 어태치먼트길이보다 작게 하는, 쇼벨.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 굴삭대상지면의 경도가 소정의 경도 이상인 경우, 상기 버킷의 치선과 상기 굴삭대상지면이 접촉할 때에, 상기 버킷을 상하로 진동시키거나 혹은 전후로 요동시키는, 쇼벨.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 굴삭중기단계에 있어서, 상기 굴삭대상지면의 경도가 소정의 경도 이상일 때의 버킷각도를, 상기 굴삭대상지면의 경도가 소정의 경도 미만일 때의 버킷각도보다 작게 하는, 쇼벨.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 굴삭중기단계에 있어서, 상기 굴삭대상지면의 경도가 소정의 경도 미만일 때의 버킷각도를, 상기 굴삭대상지면의 경도가 소정의 경도 이상일 때의 버킷각도보다 크게 하는, 쇼벨.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 굴삭대상지면의 경도에 따라, 상기 버킷의 치선과 상기 굴삭대상지면이 접촉할 때의 상기 버킷의 치선의 상기 굴삭대상지면에 대한 각도를 조정하는, 쇼벨.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 굴삭대상지면의 경도에 따라 버킷의 삽입깊이를 제어하는, 쇼벨.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 굴삭대상지면의 경도에 관한 정보를 화상표시장치로 표시시키는, 쇼벨.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 굴삭대상지면의 경도에 관한 정보를 지형데이터베이스에 기억하는, 쇼벨.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 굴삭대상지면의 경도에 관한 정보를 외부기기를 향하여 송신하는, 쇼벨.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 굴삭대상지면이 견고할 때의 버킷의 각도가, 상기 굴삭대상지면이 무른 때의 상기 버킷의 각도보다 커지도록, 버킷의 치선의 상기 굴삭대상지면에 대한 각도를 제어하는, 쇼벨.
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