KR102602948B1 - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

버킷을 포함하는 복수의 프론트 부재를 갖는 작업 장치와, 소정의 목표 굴삭면을 따라 버킷이 이동하도록 작업 장치를 제어하는 굴삭 지원 제어 및 복수의 프론트 부재 중 작업 장치를 소정의 작업 영역으로부터 일탈시킬 수 있는 대상의 프론트 부재의 동작을 감속 또는 정지하여 작업 영역으로부터의 작업 장치의 일탈을 방지하는 일탈 방지 제어를 이용하여 작업 장치를 제어 가능한 컨트롤러를 유압 셔블에 구비한다. 컨트롤러는, 굴삭 지원 제어와 일탈 방지 제어의 양쪽에서 작업 장치를 제어하는 경우에는, 버킷의 동작 방향이, 굴삭 지원 제어만을 이용하여 작업 장치를 제어한 경우의 버킷 동작 방향에 근접하도록 작업 장치를 제어한다.

Description

작업 기계

본 발명은 작업 기계에 관한 것이다.

유압 액추에이터로 구동되는 작업 장치(예를 들어, 붐, 암, 및 작업구(어태치먼트) 등의 복수의 프론트 부재를 갖는 다관절형의 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 오퍼레이터에게 조작된 경우에, 미리 정한 조건에 따라 작업 장치를 동작시키는 반자동 제어를 실행함으로써 오퍼레이터의 조작 지원을 행하는 기술이다.

MC의 예로서, 오퍼레이터가 현황 지형을 원하는 형상으로 정형하는 것을 지원하는 기술이 있다. 이 기술에 관하여, 특허문헌 1에는, 버킷의 날끝이 설계면의 외측(상방)에 위치하고 있을 때의 거리를 양의 값으로 하고, 설계면(이하에는, 「목표 굴삭면」이라고도 칭함)의 내측(하방)으로부터 외측(상방)을 향하는 방향의 속도를 양의 값으로 하여, 작업 장치 전체의 제한 속도와 암 목표 속도와 버킷 목표 속도로부터 붐의 제한 속도를 결정하고, 붐의 제한 속도가 붐 목표 속도보다도 큰 것을 포함하는 제1 제한 조건이 충족되어 있을 때는, 붐의 제한 속도로 붐을 제어함과 함께, 암 목표 속도로 암을 제어하는, 건설 기계의 제어 장치가 개시되어 있다.

또한, 다른 MC의 예로서, 미리 설정된 영역(이하에는 「작업 영역」이라고도 칭함)으로부터, 셔블의 일탈을 방지하는 기술이 있다. 이 기술에 관련하여, 특허문헌 2에는, 작업 장치(프론트 작업 장치)의 동작 범위 공간에 위험역(이하에는, 「침입 금지 영역」이라고도 칭함)을 마련하여, 그 위험역의 앞에서 작업 장치의 속도를 감속시켜, 위험역의 직전에서 작업 장치를 정지시키는 기술이 개시되어 있다.

국제 공개 제2014/167718호 공보 일본 특허 공개 평05-321290호 공보

특허문헌 1에서는, 오퍼레이터의 위화감을 작게 억제하면서 버킷이 설계면을 침식하는 것을 방지하기 위해, 붐의 제한 속도가 산출된다. 구체적으로는, 모든 프론트 부재의 동작에 의해 발생하는 수직 방향 속도가, 설계면과 버킷 날끝의 거리에 따라 정해지는 수직 방향의 제한 속도를 초과하지 않도록, 붐의 제한 속도를 산출한다. 이때 암과 버킷의 수직 방향 속도는, 오퍼레이터의 조작에 의해 발생하는 속도로 하고 있다. 그 결과, 오퍼레이터의 굴삭 시의 조작의 위화감을 억제할 수 있다.

특허문헌 2에서는, 위험역의 앞쪽에 감속역을 마련하여, 오퍼레이터 조작에 의해 발생하는 작업 장치 속도가 감속역 내에 정의되는 상한값을 초과하지 않도록 제어된다. 그 때문에, 오퍼레이터는 굴삭 작업에 전념할 수 있으므로, 셔블 조작 시의 오퍼레이터의 부담을 경감시킬 수 있다.

한편, 실제의 현장에 있어서는, 설계면과 위험역의 양쪽이 설정되어 있는 상황이 있다. 예를 들어, 설계면의 하방에 위험역이 있는 상황에 있어서, 특허문헌 1과 특허문헌 2에 개시된 기술을 사용하여 굴삭을 행한 때, 설계면을 따른 굴삭을 행할 수 없을 가능성이 있다. 예를 들어, 직선 형상의 설계면을 따른 굴삭을 행하는 경우에는, 암의 클라우드 동작과 붐의 인상 동작을 조합하여, 버킷의 선단에 발생하는 속도 벡터를 설계면을 따르도록 할 필요가 있다. 이때, 특허문헌 1의 제어(본고에서는 「굴삭 지원 제어」라고 칭함)에 의하면, 오퍼레이터 조작에 의한 암 크라우드 동작에 대하여, 버킷 선단을 설계면을 따라 이동시키기 위한 붐의 제한 속도가 산출된다. 그러나, 버킷 선단이 감속역에 들어간 경우에는, 특허문헌 2의 제어(본고에서는 「일탈 방지 제어」라고 칭하는 경우가 있음)가 발동하여, 실제로 발생하는 암 크라우드 동작이 굴삭 지원 제어에서 상정하고 있던 것보다도 감속되기 때문에, 붐 상승 동작이 과잉으로 된다. 그 때문에, 설계면에 대하여 버킷 선단은 부상하게 되어, 설계면을 따른 굴삭 동작을 행할 수 없을 우려가 있다.

또한, 설계면의 상방에 위험역(예를 들어, 구조물 등)이 있고, 설계면과 위험역 사이에 작업 장치가 위치하는 상황도 있다. 그러한 상황에 있어서, 특허문헌 1과 특허문헌 2에 개시된 기술을 사용하여 굴삭을 행한 때는, 설계면에 버킷이 침입할 가능성이 있다. 예를 들어, 특허문헌 1의 굴삭 지원 제어에 의해 암의 클라우드 동작과 붐의 인상 동작에 의해 설계면을 따른 직선 형상의 굴삭을 행하고 있을 때, 암의 후단부가 상방의 위험역에 가까워졌기 때문에 특허문헌 2의 일탈 방지 제어가 발동하여 붐 상승이 감속 또는 정지되면, 굴삭 지원 제어에서 상정한 양보다도 붐 상승이 부족해, 설계면에 대하여 버킷 선단이 침입하여, 설계면을 따른 굴삭 동작을 행할 수 없을 우려가 있다.

이와 같이, 설계면(목표 굴삭면)과 위험역(작업 영역, 침입 금지 영역)의 양쪽이 설정되어 있는 상황에서는, 특허문헌 1의 굴삭 지원 제어와 특허문헌 2의 일탈 방지 제어의 기능이 간섭할 우려가 있다.

그래서 본 발명의 목적은, 굴삭 지원 제어에 의한 목표 굴삭면의 굴삭 중에 작업 장치가 작업 영역과 위험역(침입 금지 영역)의 경계인 작업 영역 경계에 근접하는 상황에 있어서도, 목표 굴삭면을 따른 굴삭이 가능하게 되는 작업 기계를 제공하는 데 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 일탈 방지 제어란, 침입 금지 영역으로의 침입을 방지하는 제어, 환언하면, 작업 영역으로부터의 일탈을 방지하는 제어이다. 또한, 굴삭 지원 제어란, 원하는 목표 굴삭면이 규정하는 형상으로 되도록 현황 지형을 정형하는 제어이다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 기계 본체에 설치되어 작업구를 포함하는 복수의 프론트 부재를 갖는 작업 장치와, 상기 기계 본체 및 상기 복수의 프론트 부재를 구동하는 복수의 액추에이터와, 상기 복수의 액추에이터를 조작하는 조작 장치와, 상기 기계 본체 및 상기 작업 장치의 자세 정보를 검출하는 자세 센서와, 상기 조작 장치의 조작 정보를 검출하는 조작 센서와, 소정의 목표 굴삭면을 따라 상기 작업구가 이동하도록 상기 작업 장치를 제어하는 굴삭 지원 제어 및 상기 복수의 프론트 부재 중 상기 작업 장치를 소정의 작업 영역으로부터 일탈시킬 수 있는 대상의 프론트 부재의 동작을 감속 또는 정지하여 상기 작업 영역으로부터의 상기 작업 장치의 일탈을 방지하는 일탈 방지 제어를 이용하여 상기 작업 장치를 제어 가능한 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 굴삭 지원 제어와 상기 일탈 방지 제어의 양쪽에서 상기 작업 장치를 제어하는 경우에는, 상기 작업구의 동작 방향이, 상기 굴삭 지원 제어만을 이용하여 상기 작업 장치를 제어한 경우의 상기 작업구의 동작 방향에 근접하도록 상기 작업 장치를 제어하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 작업 기계가 작업 영역 경계에 근접하는 상황에 있어서, 목표 굴삭면을 따른 굴삭이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 구성도.
도 2는 도 1의 유압 셔블의 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 도시하는 도면.
도 3은 유압 셔블에 있어서의 좌표계(셔블 기준 좌표계)를 도시하는 도면.
도 4는 컨트롤러의 기능 블록도.
도 5는 굴삭 지원 제어에 의한 수평 굴삭 동작의 일례를 도시하는 도면.
도 6은 일탈 방지 제어에 의해 작업 영역으로부터의 일탈을 방지하는 일례를 도시하는 도면.
도 7은 목표 굴삭면과 작업 영역 경계가 근접하는 상황에서의 굴삭 동작을 도시하는 도면.
도 8은 목표 굴삭면과 작업 영역 경계가 근접하는 상황에서의 굴삭 동작을 도시하는 도면.
도 9는 굴삭 지원 제어에 의한 제어의 흐름도의 일례를 도시하는 도면.
도 10은 흐름도의 보조도.
도 11은 일탈 방지 제어에 의한 제어의 흐름도의 일례를 도시하는 도면.
도 12는 정지 부위의 산출의 일례를 도시하는 도면.
도 13은 일탈 방지 제어에 의한 제어의 흐름도의 일례를 도시하는 도면.
도 14는 목표 정지 각도와 프론트 부재의 회동 각도의 차와, 감속 계수와의 관계를 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하에는, 작업 기계로서, 작업 장치(프론트 작업 장치)의 선단의 작업구(어태치먼트)로서 버킷을 구비하는 유압 셔블을 예시하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 작업 기계에 본 발명을 적용해도 된다. 또한, 선회 가능한 구조물 상에, 복수의 프론트 부재(작업구, 붐, 암 등)를 연결하여 구성되는 다관절형의 작업 장치를 갖는 것이라면, 유압 셔블 이외의 작업 기계에의 적용도 가능하다.

또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소가 복수 존재하는 경우, 부호의 말미에 알파벳의 소문자를 붙이는 경우가 있지만, 당해 알파벳의 소문자를 생략하고 당해 복수의 구성 요소를 통합하여 표기하는 경우가 있다. 예를 들어, 동일한 3개의 펌프(190a, 190b, 190c)가 존재할 때, 이것들을 통합하여 펌프(190)라고 표기하는 경우가 있다.

또한, 미리 설정된, 셔블이 작업 가능한 영역을 작업 영역, 작업 영역을 정의하는 경계 부분을, 작업 영역 경계라고 칭한다.

또한, 이하에 나타내는 실시 형태에 있어서는, 상술한 굴삭 지원 제어나 일탈 방지 제어와 같은, 조작 장치가 오퍼레이터에게 조작된 경우에 미리 정한 조건에 따라 작업 장치를 동작시키는 반자동 제어를, 「MC」라고 총칭한다.

<제1 실시 형태>

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 컨트롤러(제어 장치)(40)를 유압 구동 장치와 함께 도시하는 도면이다.

도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은, 다관절형의 프론트 작업 장치(작업 장치)(1A)와, 차체(기계 본체)(1B)로 구성되어 있다. 차체(기계 본체)(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 구동되어 좌우 방향으로 선회 가능한 상부 선회체(12)로 이루어진다.

프론트 작업 장치(1A)는, 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 프론트 부재(붐(8), 암(9) 및 버킷(작업구)(10))를 연결하여 구성되어 있고, 상부 선회체(12)(기계 본체(1B))에 설치되어 있다. 붐(8)의 기단은 상부 선회체(12)의 전방부에 있어서 붐 핀(8a)(도 3 참조)을 통해 회동 가능하게 지지되어 있다. 붐(8)의 선단에는 암 핀(9a)을 통해 암(9)이 회동 가능하게 연결되어 있고, 암(9)의 선단에는 버킷 핀(10a)을 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 3 참조)를 측정 가능하도록, 붐 핀(8a)에 붐 각도 센서(30), 암 핀(9a)에 암 각도 센서(31), 버킷 링크(14)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 3 참조)를 검출하는 차체 경사각 센서(33)가 설치되어 있다. 또한, 각도 센서(30, 31, 32)는 각각 기준면(예를 들어, 수평면)에 대한 각도를 검출하는 각도 센서(예를 들어, 관성 계측 장치(IMU: Inertial Measurement Unit))로 대체 가능하다. 또는 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 스트로크를 검출하는 실린더 스트로크 센서로 대체하여, 얻어진 실린더 스트로크를 각도로 환산해도 된다. 또한, 상부 선회체(12)와 하부 주행체(11)의 회전 중심 근방에, 상부 선회체(12)와 하부 주행체(11)의 상대 각도(선회 각도 θsw)를 검출 가능한 선회 각도 센서(17)가 설치되어 있다. 또한, 선회의 각속도를 검출 가능한 선회 각속도 센서(19)가 상부 선회체(12)에 설치되어 있다.

5개의 각도 센서(30, 31, 32, 33, 17)를 상부 선회체(기계 본체)(12) 및 프론트 작업 장치(1A)의 자세 정보를 검출하는 자세 센서(53)(도 4 참조)라고 총칭하는 경우가 있다.

상부 선회체(12)에 마련된 운전실 내에는 복수의 유압 액추에이터(3a, 3b, 4, 5, 6, 7)를 조작하는 조작 장치가 설치되어 있다. 구체적으로는 조작 장치로서, 주행 우측 유압 모터(3a)(하부 주행체(11))를 조작하기 위한 주행 우측 레버(23a)와, 주행 좌측 유압 모터(3b)(하부 주행체(11))를 조작하기 위한 주행 좌측 레버(23b)와, 붐 실린더(5)(붐(8)) 및 버킷 실린더(7)(버킷(10))를 조작하기 위한 조작 우측 레버(22a)와, 암 실린더(6)(암(9)) 및 선회 유압 모터(4)(상부 선회체(12))를 조작하기 위한 조작 좌측 레버(22b)가 설치되어 있다. 이하에는, 이것들을 조작 레버(22, 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 가변 용량형 펌프이고, 파일럿 펌프(48)는 고정 용량형 펌프이다.

본 실시 형태에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 조작 레버(22, 23)는 전기 레버 방식이다. 컨트롤러(40)는, 오퍼레이터에 의한 조작 레버(22, 23)의 조작 정보(예를 들어, 조작량, 조작 방향)를 로터리 인코더나 포텐시오미터 등의 조작 센서(오퍼레이터 조작 검출 장치)(52a-52f)에서 검출하고, 검출된 조작 정보에 따른 전류 명령을 전자 비례 밸브(47a, 47b, 47c, 47d, 47e, 47f, 47g, 47h, 47i, 47j, 47k, 47l)(이하에는, 전자 비례 밸브(47a-l)라고 총칭하는 경우가 있다.)로 보낸다. 전자 비례 밸브(47a-l)는, 파일럿 라인(150)에 마련되어 있고, 컨트롤러(40)로부터의 명령이 입력된 경우에 구동되어, 유량 제어 밸브(컨트롤 밸브)(15)에 파일럿압을 출력하고, 이에 의해 유량 제어 밸브(15)가 구동한다. 유량 제어 밸브(15)는, 선회 유압 모터(4), 암 실린더(6), 붐 실린더(5), 버킷 실린더(7), 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 우측 유압 모터(3b)의 각각에, 조작 레버(22, 23)의 조작 정보(전자 비례 밸브(47a-47f)로부터 유량 제어 밸브(15)로의 파일럿압)에 따른 펌프(2)로부터의 압유를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 전자 비례 밸브(47a-b)는 선회 유압 모터(4)에, 전자 비례 밸브(47c-d)는 암 실린더(6)에, 전자 비례 밸브(47e-f)는 붐 실린더(5)에, 전자 비례 밸브(47g-h)는 버킷 실린더(7)에, 전자 비례 밸브(47i-j)는 주행 우측 유압 모터(3a)에, 전자 비례 밸브(47k-l)는 주행 우측 유압 모터(3b)에 압유를 공급하는 유량 제어 밸브(15)에 파일럿압을 공급한다.

파일럿 라인(150)에 있어서, 파일럿 펌프(48)와 전자 비례 밸브(47a-l) 사이에는, 컨트롤러(40)와 접속된 로크 밸브(39)가 구비된다. 운전실 내의 게이트 로크 레버(도시 생략)의 위치 검출기가 컨트롤러(40)와 접속되어, 게이트 로크 레버가 로크 위치에 있는 경우에는 로크 밸브(39)가 로크되어 파일럿 라인(150)에 압유는 공급되지 않고, 로크 해제 위치에 있는 경우에는, 로크 밸브(39)는 해제되어, 파일럿 라인(150)에 압유가 공급된다.

유압 펌프(2)로부터 토출된 압유는, 파일럿압에 의해 구동되는 유량 제어 밸브(15)를 통해, 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 좌측 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 신축함으로써, 붐(8), 암(9), 버킷(10)이 각각 회동하여, 버킷(10)의 위치 및 자세가 변화된다. 또한, 공급된 압유에 의해 선회 유압 모터(4)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)에 대하여 상부 선회체(12)가 선회한다. 그리고, 공급된 압유에 의해 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 좌측 유압 모터(3b)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)가 주행한다. 이하에는, 주행 유압 모터(3), 선회 유압 모터(4), 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)를, 유압 액추에이터(3-7)라고 총칭하는 경우가 있다.

(시스템 구성)

도 4는 본 실시 형태의 유압 셔블이 구비하는, MC 시스템의 구성도이다. 도 4의 MC 시스템은, 컨트롤러(40), 목표 굴삭면(60)을 설정하는 인터페이스인 목표 굴삭면 설정 장치(51)와, 조작 레버(22, 23)에 대한 오퍼레이터의 조작 정보를 검출하는 조작 센서(오퍼레이터 조작 검출 장치)(52)와, 선회 각도 센서(17)나 각도 센서(30-33)로 구성되는 자세 센서(셔블 자세 검출 장치)(53)와, 작업 영역(62)(작업 영역 경계(61))을 설정하기 위한 인터페이스인 작업 영역 설정 장치(54)와, 상부 선회체(12)의 측위에 이용되는 위성 신호를 수신하기 위한 2개의 GNSS 안테나(55)와, 오퍼레이터에 굴삭 지원 제어나 일탈 방지 제어의 상태를 포함하는 각종 정보를 통보하는 통보 장치(46)와, 유량 제어 밸브(15)를 제어하는 파일럿압을 출력하는 전자 비례 밸브(47)를 구비하고 있다.

(컨트롤러(40))

컨트롤러(40)는, (1) 굴삭 지원 제어를 단독으로 이용하여 프론트 작업 장치(1A)를 제어하는 경우와, (2) 일탈 방지 제어를 단독으로 이용하여 프론트 작업 장치(1A)를 제어하는 경우와, (3) 굴삭 지원 제어와 일탈 방지 제어의 양쪽을 이용하여 프론트 작업 장치(1A)를 제어하는 경우가 있다. 이 중 (3) 굴삭 지원 제어와 일탈 방지 제어의 양쪽에서 프론트 작업 장치(1A)를 제어하는 경우에는, 컨트롤러(40)는, 버킷(10)의 동작 방향이, 굴삭 지원 제어만을 이용하여 프론트 작업 장치(1A)를 제어한 경우(즉, (1)의 경우)의 버킷(10)의 동작 방향에 근접하도록 프론트 작업 장치(1A)를 제어한다.

「굴삭 지원 제어」는, 작업 장치(1A)의 선단에 위치하는 버킷(10)이 소정의 목표 굴삭면(60)(도 5 참조)을 따라 이동하도록 복수의 프론트 부재(8, 9, 10) 중 적어도 2개의 프론트 부재에 관한 목표 속도를 자세 센서(53)에 의한 자세 정보 및 조작 센서(52)에 의한 조작 정보에 기초하여 연산하고, 연산한 목표 속도에 기초하여 당해 적어도 2개의 프론트 부재, 즉 프론트 작업 장치(1A)를 제어하는 것이다.

「일탈 방지 제어」는, 복수의 프론트 부재(8, 9, 10) 중 프론트 작업 장치(1A))를 소정의 작업 영역(62)(작업 영역 경계(61)(도 6 참조))으로부터 일탈시킬 가능성이 있는 프론트 부재(대상 프론트 부재)에 관한 제한 속도를 자세 센서(53)에 의한 자세 정보에 기초하여 연산하고, 그 일탈할 가능성이 있는 프론트 부재의 속도가 연산된 제한 속도를 초과하지 않도록 제어함으로써 작업 영역(62)으로부터의 프론트 작업 장치(1A)의 일탈을 방지하는 것이다.

또한, 「프론트 부재에 관한 목표 속도」에는, 프론트 부재 자신의 목표 속도와, 그 프론트 부재를 구동하는 유압 실린더(액추에이터)의 목표 속도가 포함된다. 마찬가지로, 「프론트 부재에 관한 제한 속도」에는, 프론트 부재 자신의 제한 속도와, 그 프론트 부재를 구동하는 유압 실린더(액추에이터)의 제한 속도가 포함된다.

컨트롤러(40)는, 컨트롤러(40) 내의 기억 장치(예를 들어, 하드디스크 드라이브나 플래시 메모리)에 기억된 프로그램을 처리 장치(예를 들어, CPU)가 실행함으로써, 목표 굴삭면 연산부(74), 오퍼레이터 조작 속도 추정부(73), 셔블 자세 연산부(72), 작업 영역 연산부(75), 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76), 일탈 방지 요구 속도 산출부(77), 통보 제어부(78) 및 액추에이터 제어부(79)로서 기능한다.

(목표 굴삭면 연산부(74))

목표 굴삭면 연산부(74)는, 2개의 GNSS 안테나(55)에서 수신한 위성 신호를 기초로 상부 선회체(기계 본체)(12)의 위치와 방위를 계측하고, 그 계측 결과와 목표 굴삭면 설정 장치(51)로부터의 정보에 기초하여 목표 굴삭면(60)을 연산하고, 연산한 목표 굴삭면(60)의 위치 정보를 도 3에 도시하는 셔블 기준 좌표계로 변환하는 연산을 실행한다. 또한, 변환 전의 좌표계는, 글로벌 좌표계(지리 좌표계)나, 현장 기준 좌표계이다. 또한, 상부 선회체(12)의 방위는, 어느 시각에 계측한 상부 선회체(12)의 방위와, 선회 각도 센서(17)의 검출값을 이용하여 연산해도 된다.

(오퍼레이터 조작 속도 추정부(73))

오퍼레이터 조작 속도 추정부(73)는, 조작 센서(52)에 의해 검출된 조작 레버(22a, 22b)의 오퍼레이터 조작량을 바탕으로, 미리 컨트롤러(40)의 기억 장치 내에 유지되어 있는 조작량과 각 유압 액추에이터(5, 6, 7)의 속도(액추에이터 속도)의 상관 테이블을 사용하여, 오퍼레이터 조작에 의한 유압 액추에이터(5, 6, 7)의 속도(오퍼레이터 조작 속도)를 추정한다. 본 실시 형태에서는, 또한, 연산한 유압 액추에이터(5, 6, 7)의 속도를 셔블 자세 연산부(72)(후술)가 연산하는 셔블(1)의 자세 정보를 사용하여, 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 속도(각속도)로 변환된다. 또한, 각도 센서(30 내지 32)의 검출값으로부터 각 각도의 시간 변화를 연산하고, 그 연산한 시간 변화를 바탕으로 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 속도를 산출해도 된다.

(셔블 자세 연산부(72))

셔블 자세 연산부(72)는, 선회 각도 센서(17)로부터, 셔블 기준 좌표계에 있어서의 상부 선회체(12)의 선회 각도를 연산한다. 또한, 붐 각도 센서(30), 암 각도 센서(31), 버킷 각도 센서(32)로부터, 셔블 기준 좌표계에 있어서의 프론트 작업 장치(1A)(각 프론트 부재(8, 9, 10))의 자세를 연산한다. 유압 셔블(1)의 자세는, 도 3의 셔블 기준 좌표계(로컬 좌표계) 상에 정의할 수 있다. 도 3의 셔블 기준 좌표계는, 선회 중심축 중, 하부 주행체(11)가 지면과 접하는 점을 원점으로 하고 있다. 셔블 기준 좌표계의 X축은, 하부 주행체(11)가 직진할 때의 진행 방향과, 프론트 작업 장치(1A)의 동작 평면이 평행으로 되고, 또한 프론트 작업 장치(1A))의 연신 방향의 동작 방향과, 하부 주행체(11)를 전진시킨 때의 동작 방향이 일치하는 방향으로 한다. Z축은, 하부 주행체(11)의 하면(지면과의 접지면)에 고정하고, Y축은, 상부 선회체(12)에 있어서의 선회 중심을 Z축과 오른손 좌표계를 구성하도록 정했다. 또한, 상부 선회체(12)의 선회 각도에 대해서는, 프론트 작업 장치(1A)가 X축과 평행으로 되는 상태를 0도로 했다. X축에 대한 붐(8)의 회전각을 붐각α, 붐(8)에 대한 암(9)의 회전각을 암각 β, 암(9)에 대한 버킷(10) 갈고리 끝의 회전각을 버킷각 γ, 하부 주행체(11)에 대한 상부 선회체(12)의 선회각을 선회각 δ라고 했다. 붐각 α는 붐 각도 센서(30)에 의해, 암각 β는 암 각도 센서(31)에 의해, 버킷각 γ는 버킷 각도 센서(32)에 의해, 선회각 δ는 선회 각도 센서(34)에 의해 검출된다. 이들의 각도 정보와, 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 치수 정보 Lbm, Lam, Lbk(도 3 참조)를 사용함으로써, 셔블 기준 좌표계에 있어서의 유압 셔블(1)의 각 부(프론트 부재(8, 9, 10)를 포함함)의 자세와 위치를 연산할 수 있다. 또한, 중력 방향에 대하여 직각인 수평면(기준면)에 대한 차체(1B)의 경사각 θ는, 차체 경사각 센서(33)에서 검출 가능하다. 또한, 컨트롤러(40)에 GNSS 안테나(55)를 접속하고, 글로벌 좌표계에 있어서의, 목표 굴삭면(60), 작업 영역(62), 셔블(1)의 위치 및 방위를 산출하고, 제어를 행하는 구성으로 해도 된다.

(작업 영역 연산부(75))

작업 영역 연산부(75)는, 작업 영역 설정 장치(54)로부터의 정보에 기초하여, 오퍼레이터가 임의로 설정 가능한 작업 영역 경계(61)(작업 영역(62))의 위치 정보를, 셔블 기준 좌표계로 변환하는 연산을 실행한다. 작업 영역 경계(61)(작업 영역(62))는, 글로벌 좌표계나 현장 기준 좌표계에 있어서 정의되어도 된다.

(굴삭 지원 제어)

여기서, 굴삭 지원 제어에 의한, 수평 굴삭 동작의 예를 도 5에 도시한다. 오퍼레이터가 조작 레버(22)를 조작하여, 화살표 A 방향으로의 암(9)의 당김 동작에 의해 수평 굴삭을 행하는 경우에, 버킷(10)의 선단이 목표 굴삭면(60)의 하방으로 침입하지 않도록 컨트롤러(40)로부터 적절히 붐 상승 명령이 출력되어, 붐(8)의 인상 동작이 자동적으로 행해지도록 전자 비례 밸브(47e)가 제어된다. 또한, 오퍼레이터가 요구하는 버킷(10)의 선단의 속도인 굴삭 속도, 혹은 버킷(10)의 선단의 위치 정밀도인 굴삭 정밀도를 실현하도록, 전자 비례 밸브(47c)가 제어되어 암(9)의 당김 동작이 행해진다. 이때, 굴삭 정밀도 향상을 위해, 암(9)의 속도를 필요에 따라 감속시켜도 된다. 또한, 버킷(10) 배면의 목표 굴삭면(60)에 대한 각도 B가 일정값으로 되어, 고르기 작업이 용이하게 되도록, 암(9)의 당김 동작에 따라 버킷(10)이 자동으로 화살표 C 방향(덤프 방향)으로 적절히 회동하도록 전자 비례 밸브(47h)를 제어해도 된다. 이렇게, 오퍼레이터에 의한 프론트 작업 장치(1A)의 조작에 대하여, 자동 또는 반자동으로 유압 실린더(5, 6, 7)를 제어하여, 원하는 굴삭 형상(목표 굴삭면(60))을 정형하도록 붐(8), 암(9), 버킷(10)과 같은 프론트 부재를 동작시키는 제어가 굴삭 지원 제어이다.

(일탈 방지 제어)

일탈 방지 제어에 있어서는, 프론트 작업 장치(1A)나 상부 선회체(12)의 동작이 조작 장치(22)에 의해 지시된 경우, 미리 정해진 작업 영역 경계(61)와, 셔블 각 부의 위치와, 조작 장치(22)의 조작 정보에 기초하여, 작업 영역(62)으로부터의 일탈을 방지하도록, 유압 실린더(5, 6, 7)의 동작을 감속 또는 정지한다.

여기서 일탈 방지 제어에 의한, 액추에이터 동작의 제한의 예를 도 6에 도시한다. 도 6에는, 반복해서 행해지는 굴삭 작업의 1사이클에 있어서, 굴삭 작업이 종료되어 프론트 작업 장치(1A)가 권입되어 있는 상태 S1과, 다음의 굴삭 작업을 위한 리칭 작업을 행하고 있는 상태 S2를 도시하고 있다. 상태 S1로부터 S2로 천이할 때, 버킷(10)과 목표 굴삭면(60)의 접촉을 방지하기 위해 붐(8)의 인상 동작을 오퍼레이터는 실시하지만, 그 붐(8)의 인상 동작이 과잉인 경우, 예를 들어 암(9)의 후단부(37)가 작업 영역 경계(61)를 초과하여 작업 영역(62)으로부터 일탈할 가능성이 있다. 그래서 일탈 방지 제어는, 도 6에 도시한 바와 같은 상태 S1로부터 S2로 천이하는 상황에서 붐(8)의 인상 조작이 과잉일 때, 암(9)의 후단부(37)의 작업 영역(62)으로부터의 일탈을 방지하기 위해, 붐(8)의 인상 동작(즉, 붐 실린더(5)의 신장 동작)을 감속시키는 명령을 연산한다. 이렇게, 오퍼레이터의 조작에 대하여, 액추에이터를 감속 또는 정지시켜, 작업 영역(62)으로부터의 일탈을 방지하는 제어가 일탈 방지 제어이다.

(굴삭 지원 요구 속도 산출부(76))

도 4로 돌아가, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(목표 속도 산출부)(76)는, 오퍼레이터의 조작 레버 조작(예를 들어, 암(9)에 대한 조작)이 있을 때, 버킷(10)이 소정의 목표 굴삭면(60)을 따라 동작하도록 3개의 프론트 부재(8, 9, 10) 중 적어도 2개의 프론트 부재(예를 들어, 암(9)과 붐(8))에 관한 목표 속도인 굴삭 지원 요구 속도를 연산한다. 예를 들어, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, 자세 센서(53)의 검출값으로부터 연산되는 프론트 작업 장치(1A)의 자세 정보와, 조작 센서(52)의 검출값으로부터 연산되는 조작 레버(22)의 조작 정보(조작량)와, 목표 굴삭면 연산부(74)에서 연산되는 목표 굴삭면(60)의 위치 정보와, GNSS 안테나(55)가 수신한 위성 신호로부터 연산되는 상부 선회체(12)의 위치 정보에 기초하여 굴삭 지원 요구 속도(목표 속도)를 연산한다.

(일탈 방지 요구 속도 산출부(77))

일탈 방지 요구 속도 산출부(제한 속도 산출부)(77)는, 프론트 작업 장치(1A)가 작업 영역 경계(61)를 넘어 소정의 작업 영역(62)으로부터 일탈하지 않도록(즉, 침입 금지 영역으로의 침입이 방지되도록) 3개의 복수의 프론트 부재(8, 9, 10) 중 작업 영역(62)으로부터 일탈할 가능성이 있는 프론트 부재에 관한 제한 속도인 일탈 방지 요구 속도를 연산한다. 예를 들어, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 작업 영역 연산부(75)에서 연산되는 작업 영역 경계(61)의 위치 정보와, 자세 센서(53)의 검출값으로부터 연산되는 프론트 작업 장치(1A)의 자세 정보와, 오퍼레이터 조작 속도 추정부(73)에서 연산되는 오퍼레이터 조작 속도와, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)에서 연산되는 굴삭 지원 요구 속도에 기초하여 일탈 방지 요구 속도(제한 속도)를 연산한다. 일탈 방지 요구 속도는 프론트 작업 장치(1A)와 작업 영역 경계(61)의 거리가 제로에 접근할수록 제로에 가까워진다. 일탈 방지 요구 속도는, 굴삭 지원 제어의 실행 중, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)에서 연산되는 굴삭 지원 요구 속도(목표 속도)의 제한 속도로 될 수 있다. 한편, 굴삭 지원 제어의 개입이 없을 때나, 굴삭 지원 제어가 무효화되어 있을 때는, 오퍼레이터 조작 속도 추정부(73)에서 연산되는 오퍼레이터 조작 속도의 제한 속도로 될 수 있다. 프론트 부재의 굴삭 지원 요구 속도 또는 오퍼레이터 조작 속도가 일탈 방지 요구 속도를 초과하는 경우에는, 그 프론트 부재에 관한 속도가 일탈 방지 요구 속도로 제한되어, 그 프론트 부재는 강제적으로 감속 또는 정지된다. 반대로, 프론트 부재의 굴삭 지원 요구 속도 또는 오퍼레이터 조작 속도가 일탈 방지 요구 속도 이하인 경우에는, 그 프론트 부재에 관한 속도는 제한되지 않고, 굴삭 지원 요구 속도 또는 오퍼레이터 조작 속도에 따라 제어된다.

또한, 본 실시 형태의 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)에서 굴삭 지원 요구 속도(목표 속도)가 연산된 적어도 2개의 프론트 부재 중에 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)에서 일탈 방지 요구 속도(제한 속도)가 연산된 프론트 부재(「대상 프론트 부재」라고 칭하는 경우가 있음)가 존재하고, 그 대상 프론트 부재에 관한 굴삭 지원 요구 속도(목표 속도)가 그 대상 프론트 부재에 관한 일탈 방지 요구 속도(제한 속도)를 초과하는지 여부를 판정한다. 그리고, 대상 프론트 부재에 관한 굴삭 지원 요구 속도(목표 속도)가 일탈 방지 요구 속도(제한 속도)를 초과한 경우에는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)에서 굴삭 지원 요구 속도(목표 속도)가 연산된 적어도 2개의 프론트 부재로부터 대상 프론트 부재를 제외한 나머지의 프론트 부재에 관한 일탈 방지 요구 속도를 대상 프론트 부재에 관한 일탈 방지 요구 속도에 기초하여 연산한다. 단, 나머지의 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도의 연산 시에는, 대상 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도와 나머지의 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도가 규정하는 버킷(10)의 동작 방향(버킷 선단의 속도 벡터의 방향)이, 상기 적어도 2개의 프론트 부재의 굴삭 지원 요구 속도(목표 속도)가 규정하는 버킷의 동작 방향에 근접하도록 또는 일치하도록 나머지의 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도를 산출하는 것으로 한다(연산의 구체예는 도 11이나 도 13을 사용하여 후술함). 그리고 대상 프론트 부재와 나머지의 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도를 액추에이터 제어부(79)에 출력한다. 이에 의해, 프론트 작업 장치(1A)가 작업 영역 경계(61)에 접근하여 일탈 방지 제어가 개입해도, 굴삭 지원 제어에 의해 규정된 버킷(10)의 동작 방향이 크게 변경되는 것이 억제된다.

(통보 제어부(78))

통보 제어부(78)는, 통보 장치(46)가 작업 지원 정보를 출력하도록 통보 장치(46)에 대하여 명령 신호를 출력한다. 통보 장치(46)가 출력하는 작업 지원 정보로서는, 예를 들어, 일탈 방지 제어에 의한 프론트 부재(8, 9, 10)의 감속의 유무나, 동 제어에 의해 감속된 프론트 부재의 식별 정보(예를 들어, 명칭, 화상)나, 일탈 방지 제어와 굴삭 지원 제어의 발동 상황이나, 버킷(10)과 목표 굴삭면(60)의 위치 관계나, 작업 장치(1A)와 작업 영역(62)(작업 영역 경계(61))의 위치 관계가 있다. 통보 장치(46)로서는, 예를 들어, 모니터, 스피커 및 경고등이 있고, 통보 장치(46)는 이것들 중 어느 하나 또는 복수의 조합으로 구성 가능하다.

(액추에이터 제어부(79))

액추에이터 제어부(79)는, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)로부터 출력되는 속도(「제어 요구 속도」라고 칭하는 경우가 있음)에 따라 프론트 부재(8, 9, 10)의 동작을 제어하기 위해 필요한 명령 신호를 전자 비례 밸브에 출력한다. 제어 요구 속도로서는, 오퍼레이터 조작 속도, 보정 전의 굴삭 지원 요구 속도, 일탈 방지 요구 속도, 보정 후의 굴삭 지원 요구 속도가 있다.

(굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)의 처리의 상세)

여기서는, 굴삭 지원 제어의 예로서, 오퍼레이터의 암(9)의 조작에 대하여 자동으로 붐(8)을 상승시키는 동작을 가함으로써 목표 굴삭면(60) 상 또는 그 상방에 버킷(10)의 선단(제어점)이 위치하도록 프론트 작업 장치(1A)를 제어하는 예에 대하여, 도 9 및 도 10을 사용하여 설명한다.

도 9는 컨트롤러(40)에 있어서의 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)가 실행하는 처리의 흐름도이다. 여기서는, 도 9의 우측 상단의 범례에 도시한 바와 같이, 오퍼레이터의 암 조작에 의해 버킷(10)의 선단에 속도 벡터 B가 발생한 경우를 상정하고, 버킷(10)의 선단에 실제로 발생하는 속도 벡터에 있어서의 목표 굴삭면(60)과 수직인 성분(수직 성분)이 도 10에서 규정되는 제한값 az로 제한되도록, 속도 벡터 B를 발생시키는 암 조작에 대하여, 속도 벡터 C를 발생시키는 붐 상승 동작을 자동적으로 가하는 경우를 생각한다.

스텝 S200에서, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, 오퍼레이터 조작 속도 추정부(73)로부터의 프론트 작업 장치(1A)의 동작 속도 정보(오퍼레이터 조작으로부터 추정되는 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 속도 정보(각속도 정보))와, 셔블 자세 연산부(72)로부터의 프론트 작업 장치(1A)의 자세 정보에 기초하여, 오퍼레이터 조작에 의해 발생하는 버킷(10)의 선단의 속도 벡터 B를 연산한다.

스텝 S201에서, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, 셔블 자세 연산부(72)에서 연산한 버킷(10)의 선단의 위치(좌표)와, 목표 굴삭면 연산부(74)로부터의 목표 굴삭면(60)을 포함하는 직선의 거리로부터, 버킷(10)의 선단으로부터 목표 굴삭면(60)까지의 거리 D를 산출한다. 그리고, 거리 D와 도 10의 그래프를 기초로 버킷(10)의 선단의 속도 벡터의 목표 굴삭면(60)에 수직인 성분의 제한값 az를 산출한다.

스텝 S202에서, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, 스텝 S200에서 산출한 오퍼레이터 조작에 의한 버킷(10)의 선단의 속도 벡터 B에 있어서, 목표 굴삭면(60)에 수직인 성분 bz를 취득한다.

S203에서는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, S201에서 산출한 제한값 az가 0 이상인지 여부를 판정한다. 또한, 도 9의 우측 상단에 도시한 바와 같이 xz 좌표를 설정한다. 당해 xz 좌표에서는, x축은 목표 굴삭면(60)과 평행하고 도면 중 우측 방향을 정으로 하고, z축은 목표 굴삭면(60)에 수직이고 도면 중 상측 방향을 정으로 한다. 도 9 중의 범례에서는 수직 성분 bz 및 제한값 az는 부이고, 수평 성분 bx 및 수평 성분 cx 및 수직 성분 cz는 정이다. 또한 도 9 중의 범례에 있어서는, 목표 굴삭면이 버킷(10)의 선단의 하방에 있는 상황을 도시하고 있다. 그리고 도 10으로부터, 제한값 az가 0일 때는 거리 D가 0, 즉 버킷(10)의 선단이 목표 굴삭면(60) 상에 위치하는 경우이고, 제한값 az가 정일 때는 거리 D가 부, 즉 버킷(10)의 선단이 목표 굴삭면(60)보다 하방에 위치하는 경우이고, 제한값 az가 부일 때는 거리 D가 정, 즉 버킷(10)의 선단이 목표 굴삭면(60)보다 상방에 위치하는 경우이다. S203에서 제한값 az가 0 이상이라고 판정된 경우(즉, 버킷(10)의 선단이 목표 굴삭면(60) 상 또는 그 하방에 위치하는 경우)에는 S204로 진행하고, 제한값 az가 0 미만인 경우에는 S206으로 진행한다.

S204에서는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, 오퍼레이터 조작에 의한 버킷(10)의 선단의 속도 벡터 B의 수직 성분 bz가 0 이상인지 여부를 판정한다. bz가 정인 경우는 속도 벡터 B의 수직 성분 bz가 상향인 것을 나타내고, bz가 부인 경우는 속도 벡터 B의 수직 성분 bz가 하향인 것을 나타낸다. S204에서 수직 성분 bz가 0 이상이라고 판정된 경우(즉, 수직 성분 bz가 상향인 경우)에는 S205로 진행하고, 수직 성분 bz가 0 미만인 경우에는 S208로 진행한다.

S205에서는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, 제한값 az와 수직 성분 bz의 절댓값을 비교하여, 제한값 az의 절댓값이 수직 성분 bz의 절댓값 이상인 경우에는 S208로 진행한다. 한편, 제한값 az의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 미만인 경우에는 S211로 진행한다.

S208에서는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, 굴삭 지원 제어에 의한 붐(8)의 동작으로 발생해야 할 버킷(10)의 선단의 속도 벡터 C의 목표 굴삭면(60)에 수직인 성분 cz를 산출하는 식으로서 「cz＝az－bz」를 선택하고, 그 식과 S201의 제한값 az와 S202의 수직 성분 bz를 기초로 수직 성분 cz를 산출한다. 그리고, 스텝 S209에서는 산출한 수직 성분 cz를 출력 가능한 속도 벡터 C를 산출하고, 그 수평 성분을 cx라고 한다.

S210에서는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는 목표 속도 벡터 T를 산출한다. 목표 속도 벡터 T의 목표 굴삭면(60)에 수직인 성분을 tz, 수평인 성분을 tx라고 하면, 각각 「tz＝bz＋cz, tx＝bx＋cx」로 나타낼 수 있다. 이것에 S208의 식(cz＝az－bz)을 대입하면 목표 속도 벡터 T는 결국 「tz＝az, tx＝bx＋cx」로 된다. 즉, S210에 이른 경우의 목표 속도 벡터의 수직 성분 tz는 제한값 az로 제한되어, 굴삭 지원 제어에 의한 자동 붐 상승이 발동된다.

S206에서는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, 오퍼레이터 조작에 의한 갈고리 끝의 속도 벡터 B의 수직 성분 bz가 0 이상인지 여부를 판정한다. S206에서 수직 성분 bz가 0 이상이라고 판정된 경우(즉, 수직 성분 bz가 상향인 경우)에는 S211로 진행하고, 수직 성분 bz가 0 미만인 경우에는 S207로 진행한다.

S207에서는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, 제한값 az와 수직 성분 bz의 절댓값을 비교하여, 제한값 az의 절댓값이 수직 성분 bz의 절댓값 이상인 경우에는 S211로 진행한다. 한편, 제한값 az의 절댓값이 수직 성분 bz의 절댓값 미만인 경우에는 S208로 진행한다.

S211에 이른 경우, 굴삭 지원 제어에 의해 붐(8)을 동작시킬 필요가 없으므로, 속도 벡터 C를 제로로 한다. 이 경우, 스텝 S212에서 산출하는 목표 속도 벡터 T는, S210에서 이용한 식(tz＝bz＋cz, tx＝bx＋cx)에 기초하면 「tz＝bz, tx＝bx」로 되고, 오퍼레이터 조작에 의한 속도 벡터 B와 일치한다.

S213에서는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)는, S210 또는 S212에서 결정한 목표 속도 벡터 T(tz, tx)에 기초하여 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 굴삭 지원 요구 속도를 연산하고, 그것을 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)에 출력한다. 본 실시 형태에서는 붐(8)과 암(9)에 대하여 굴삭 지원 요구 속도가 연산되는 것으로 한다.

이상의 처리에 의해, 속도 벡터 B의 수직 성분이 제한값 az를 초과하는 경우에는 속도 벡터 C를 발생시키는 붐 동작이 자동적으로 가해지고, 이에 의해 버킷(10)의 선단의 속도 벡터의 수직 성분이 제한값 az로 유지된다. 제한값 az는 버킷(10)의 선단이 목표 굴삭면(60)에 근접할수록 제로에 근접하도록 설정되어 있지만, 버킷(10)의 선단의 속도 벡터의 수평 성분은 속도 벡터 B와 C의 수평 성분의 합이고 제한되지 않으므로, 목표 굴삭면(60) 상에서는 버킷(10)의 선단을 목표 굴삭면(60)을 따라 이동시킬 수 있다.

(일탈 방지 요구 속도 산출부(77)의 처리의 상세)

도 11은 컨트롤러(40)에 있어서의 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)가 실행하는 처리의 흐름도이다. 또한, 도시한 스텝 S100-S108의 처리 중 스텝 S105, S106, S107이 굴삭 지원 제어와 일탈 방지 제어가 동시에 실행되는 경우에 행해지는 처리로 된다.

스텝 S100에서, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 작업 영역 연산부(75)로부터 정보를 취득하고, 작업 영역(62)(또는 작업 영역 경계(61))의 설정이 있는지 여부를 판단한다. 작업 영역(62)의 설정이 있다고 판단된 경우에는 스텝 S101로 진행하고, 작업 영역(62)의 설정이 없다고 판단된 경우에는 스텝 S108로 진행한다.

스텝 S101에서는, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 현상의 자세로부터 프론트 부재(8, 9, 10)를 동작시킨 경우에, 프론트 작업 장치(1A)를 작업 영역(62)으로부터 일탈시킬 가능성이 있는 프론트 부재가 존재하는지 여부를 판단한다. 본 실시 형태에서는, 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 각각을 현상의 자세로부터 단독으로 가동 범위의 한계까지 동작시킨 경우에, 프론트 작업 장치(1A)가 작업 영역 경계(61)에 도달하는지 여부로 전술한 판단을 행한다. 3개의 프론트 부재(8, 9, 10) 중 적어도 하나의 프론트 부재가 프론트 작업 장치(1A)를 작업 영역(62)으로부터 일탈시킬 수 있다고 판단된 경우에는 스텝 S102로 진행하고, 어느 프론트 부재(8, 9, 10)도 프론트 작업 장치(1A)를 작업 영역(62)으로부터 일탈시키지 않는다고 판단된 경우에는 스텝 S108로 진행한다.

스텝 S102에서는, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 프론트 작업 장치(1A)의 자세와, 작업 영역 경계(61)의 위치 정보에 기초하여, 붐(8), 암(9), 버킷(10) 각각을 현상의 자세로부터 단독으로 가동 범위의 한계까지 동작시킨 경우에 프론트 작업 장치(1A)가 작업 영역 경계(61)에 도달할 때의 각도인 목표 정지 각도 θt를 산출한다. 목표 정지 각도 θt는 각 프론트 부재(8, 0, 10)의 회동 각도 α, β, γ와 마찬가지로 규정된다. 목표 정지 각도 θt의 산출에 대하여, 도 12를 사용하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 12에 있어서, 암 후단부(9b)의 위치(높이) Zamr은 이하의 식(1)로 산출할 수 있다. 단, 도 12에 도시한 바와 같이, Lbm은 붐 핀(8a)과 암 핀(9a)의 거리이고, Lbs는 암 핀(9a)으로부터 암 후단부(9b)까지의 거리이고, τ는 암(9)에 관한 기하학 정보(각도)이다.

이와 같이 하여, 프론트 작업 장치(1A)를 포함하는 유압 셔블(1)의 기하학 정보를 사용함으로써, 프론트 작업 장치(1A)의 다른 부위도 마찬가지로, 위치를 산출하는 것이 가능하다. 목표 정지 각도 θt의 산출은, 스텝 S101에서 예라고 판정된 프론트 부재 각각에 대하여 실시하고, 아니오라고 판정된 프론트 부재에 대해서는, 목표 정지 각도 θt의 산출을 실시하지 않는다.

여기서, 셔블(1)의 좌표계 원점으로부터 상측의 작업 영역 경계(61)까지의 거리를 Dist라고 하고, 셔블(1)의 좌표계 원점으로부터 붐 핀(8a)까지의 Z축 방향 거리를 Loz라고 하면, 현재의 자세를 기준으로 하여 붐(8)만이 동작하는 것으로 한 경우의, 붐(8)의 목표 정지 각도 θtbm은, 이하의 식(2)로 표현된다. 또한, A, B는, 삼각함수의 합성에 관한 값이다.

스텝 S103에서는, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 현재의 프론트 작업 장치(1A)의 자세와, 스텝 S102에서 연산한 목표 정지 각도 θt로부터, 대상 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도 ωa를 산출한다. 일탈 방지 요구 속도 ωa의 산출은, 예를 들어 이하의 식(3)과 같이 실시할 수 있다. 단, ωa: 대상 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도, da: 대상 프론트 부재의 감속도, θt: 대상 프론트 부재의 목표 정지 각도, θc: 대상 프론트 부재의 현재의 각도이다.

스텝 S103에 의한 일탈 방지 요구 속도 ωa의 산출은, 스텝 S101에서 예라고 판정된 프론트 부재 각각에 대하여 실시하고, 아니오라고 판정된 프론트 부재에 대해서는, 일탈 방지 요구 속도 ωa는, 굴삭 지원 요구 속도로 한다.

스텝 S104에서는, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 스텝 S103에서 일탈 방지 요구 속도 ωa를 산출한 프론트 부재(대상 프론트 부재)의 굴삭 지원 요구 속도가, 그 대상 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도 ωa를 초과하고 있는지 여부를 판단한다. 초과하고 있는 경우에는 굴삭 지원 요구 속도는 일탈 방지 요구 속도까지 저감되고, 초과하고 있지 않은 경우에는 굴삭 지원 요구 속도의 속도 제한은 행해지지 않는다. 여기서, 굴삭 지원 요구 속도가 연산된 적어도 2개의 프론트 부재(여기서는 암(9) 및 붐(8)) 중 적어도 하나의 프론트 부재에서, 굴삭 지원 요구 속도가, 일탈 방지 요구 속도 ωa를 초과하고 있다고 판단된 경우에는 스텝 S105로 진행한다. 한편, 초과하고 있지 않다고 판단된 경우에는 스텝 S108로 진행한다.

스텝 S105에서는, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 스텝 S104에서 굴삭 지원 요구 속도가 일탈 방지 요구 속도 ωa를 초과하고 있다고 판정한 프론트 부재에 대하여, 굴삭 지원 요구 속도에 대하여 감속되는 액추에이터(유압 실린더)의 감속 비율 Dr을 산출한다. 여기서, 굴삭 지원 요구 속도를 ωmc, 일탈 방지 요구 속도를 ωa라고 하면, 감속 비율 Dr은 다음과 같이 산출할 수 있다. 또한, 굴삭 지원 요구 속도를 ωmc에 대한 일탈 방지 요구 속도를 ωa의 비율(ωa/ωmc)을 속도 비율이라고 칭하는 경우가 있다.

상기한 식(4)에서는, 대상 프론트 부재가 가장 감속되는 경우인 일탈 방지 요구 속도 ωa가 제로일 때, 속도 비율(ωa/ωmc)은 제로(최솟값)이고 감속 비율 Dr은 1(최댓값)로 된다. 일탈 방지 요구 속도 ωa가 연산되지 않은 프론트 부재에 대해서는, 일탈 방지 요구 속도 ωa는 굴삭 지원 요구 속도 ωmc라고 하고, 이 경우의 속도 비율(ωa/ωmc)은 1(최댓값)이고 감속 비율 Dr은 제로(최솟값)로 된다.

스텝 S105에 의한 속도 비율(ωa/ωmc) 및 감속 비율 Dr의 산출은, 굴삭 지원 요구 속도가 연산된 적어도 2개의 프론트 부재(여기서는 붐(8), 암(9)) 모두에 대하여 실시한다.

스텝 S106에서는, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 스텝 S105에서 감속 비율 Dr을 산출한 모든 프론트 부재 중 감속 비율 Dr이 가장 큰 프론트 부재의 감속 비율(기준 감속 비율)에 나머지의 프론트 부재의 감속 비율이 일치하도록, 나머지의 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도 ωa를 변경하여 산출한다. 이에 의해, 대상 프론트 부재에 관한 일탈 방지 요구 속도 ωa와 나머지의 프론트 부재에 관한 일탈 방지 요구 속도 ωa에 의해 규정되는 버킷(10)의 동작 방향은, 굴삭 지원 요구 속도 ωmc가 연산된 적어도 2개의 프론트 부재에 관한 굴삭 지원 요구 속도 ωmc에 의해 규정되는 버킷(10)의 동작 방향에 일치하게 된다. 예를 들어, 붐(8)의 일탈 방지 요구 속도 ωabm이 제로, 즉, 속도 비율이 제로이고 감속 비율이 1로 되는 경우는, 스텝 S105에서 연산된 암(9)이나 버킷(10)의 감속 비율 Dr이 예를 들어 1 미만이었다고 해도, 스텝 S106의 처리에 의해 암(9)이나 버킷(10)의 일탈 방지 요구 속도 ωaam, ωabk는 제로로 보정된다.

스텝 S107에서는, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 스텝 S106에서 산출한 각 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도 ωa를, 각 프론트 부재의 제어 요구 속도로서 출력한다.

스텝 S108에 도달한 경우는, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 굴삭 지원 요구 속도를, 제어 요구 속도로서 출력한다.

스텝 S107과 S108에서 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)가 출력한 제어 요구 속도는, 도 4에 도시하는 액추에이터 제어부(79)에 입력된다. 액추에이터 제어부(79)는, 각 프론트 부재의 각속도인 제어 요구 속도를, 각각의 프론트 부재에 대응한 액추에이터의 속도인, 제어 요구 액추에이터 속도로 변환한다. 그리고, 액추에이터 제어부(79)는, 제어 요구 액추에이터 속도를 실현하는 명령값을 대응하는 전자 비례 밸브(47)에 출력한다. 이에 의해 전자 비례 밸브(47)가 동작하여 유량 제어 밸브(15)에 파일럿압이 인가되고, 해당하는 유압 실린더가 제어 요구 액추에이터 속도에 따라 동작하여, 굴삭 지원 제어나 일탈 방지 제어가 실현된다.

또한, 도 11에 도시하는 각 스텝에 있어서, MC(굴삭 지원 제어 및 일탈 방지 제어)가 유효하게 되어 있지 않은 경우는, 굴삭 지원 요구 속도를, 오퍼레이터 조작 속도로 대체하여, 각 스텝을 실행해도 된다.

또한, 도 11의 예에서는, 스텝 S105, S106에서는 감속 비율 Dr을 이용하여 나머지의 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도를 연산했지만, 속도 비율(ωa/ωmc)을 이용해도 된다. 이 경우, 대상 프론트 부재의 속도 비율(ωa/ωmc)을 기준 속도 비율로 하고, 굴삭 지원 요구 속도가 연산된 적어도 2개의 프론트 부재로부터 대상 프론트 부재를 제외한 나머지의 프론트 부재에 관한 일탈 방지 속도를, 그 나머지의 프론트 부재의 속도 비율(ωa/ωmc)이 기준 속도 비율에 일치하도록 연산하게 된다. 또한, 대상 프론트 부재가 2개 이상 존재하는 경우에는, 그 2개 이상의 대상 프론트 부재마다 속도 비율(ωa/ωmc)을 산출하고, 산출한 복수의 속도 비율(ωa/ωmc) 중에서 최소의 속도 비율을 기준 속도 비율로 하여 나머지의 프론트 부재의 일탈 방지 요구 속도를 연산하면 된다.

(동작)

이어서, 컨트롤러(40)가 굴삭 지원 제어와 일탈 방지 제어의 양쪽에서 프론트 작업 장치(1A)를 제어하는 상황에 대하여 설명한다.

먼저, 도 7의 예에서는, 목표 굴삭면(60)의 하방에 작업 영역 경계(61)가 설정되어 있다. 도 7의 상황에서 오퍼레이터가 조작 레버(22)에 대하여 암 크라우드 조작을 입력하면, 컨트롤러(40)의 굴삭 지원 제어에 의해, 오퍼레이터의 암 크라우드 조작으로부터 연산되는 암(9)의 오퍼레이터 조작 속도(암(9)의 굴삭 지원 요구 속도)에 대하여, 버킷 선단을 목표 굴삭면(60)을 따라 이동시키기 위한 붐 상승의 굴삭 지원 요구 속도(붐(8)의 굴삭 지원 요구 속도)가 산출된다(즉, 암(9)과 붐(8)에 대하여 굴삭 지원 요구 속도가 연산됨). 한편, 오퍼레이터의 암 크라우드 조작에 의해 프론트 작업 장치(1A)가 작업 영역 경계(61)에 가까워졌기 때문에, 컨트롤러(40)의 일탈 방지 제어에 의해, 암(9)에 대하여 오퍼레이터 조작 속도(암(9)의 굴삭 지원 요구 속도)보다도 작은 일탈 방지 요구 속도가 연산된 것으로 한다(즉, 굴삭 지원 요구 속도가 연산된 암(9) 및 붐(8) 중 암(9)에 대하여 일탈 방지 요구 속도가 연산된 것으로 한다).

상기한 상황에 있어서, 종래 기술에서는, 암 크라우드는 굴삭 지원 요구 속도(오퍼레이터 조작 속도)로부터 일탈 방지 요구 속도까지 저감되기는 하지만, 붐 상승에 대해서는 굴삭 지원 요구 속도인채로 저감되지 않는다. 그 때문에, 암 크라우드에 대하여 붐 상승이 과잉으로 되어, 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)으로부터 부상하여 목표 굴삭면(60)에 따른 굴삭이 불가능해질 우려가 있다.

그러나, 본 실시 형태의 컨트롤러(40)(일탈 방지 요구 속도 산출부(77))는, 일탈 방지 제어가 실행됨으로써 버킷 선단의 속도 벡터의 크기는 저감되어도 그 방향은 변화되지 않도록, 산출한 암 크라우드의 일탈 방지 요구 속도에 따라 붐 상승의 일탈 방지 요구 속도도 연산된다. 그 때문에 굴삭 지원 제어와 일탈 방지 제어가 동시에 기능해도 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)을 따라 이동하게 되므로 목표 굴삭면(60)을 따른 굴삭이 가능하게 된다.

이어서, 도 8의 예에서는, 셔블(1)의 하방에 목표 굴삭면(60)이, 셔블(1)의 전방에 작업 영역 경계(61)이 설정되어 있다. 도 8의 상황에서 오퍼레이터가 조작 레버(22)에 대하여 암 덤프 조작(누름 조작)을 입력하면, 컨트롤러(40)의 굴삭 지원 제어에 의해, 오퍼레이터의 암 덤프 조작으로부터 연산되는 암(9)의 오퍼레이터 조작 속도(암(9)의 굴삭 지원 요구 속도)에 대하여, 버킷 선단을 목표 굴삭면(60)을 따라 이동시키기 위한 붐 하강의 굴삭 지원 요구 속도(붐(8)의 굴삭 지원 요구 속도)가 산출된다(즉, 암(9)과 붐(8)에 대하여 굴삭 지원 요구 속도가 연산됨). 한편, 오퍼레이터의 암 덤프 조작에 의해 프론트 작업 장치(1A)가 작업 영역 경계(61)에 가까워졌기 때문에, 컨트롤러(40)의 일탈 방지 제어에 의해, 암(9)에 대하여 오퍼레이터 조작 속도(암(9)의 굴삭 지원 요구 속도)보다도 작은 일탈 방지 요구 속도가 연산된 것으로 한다(즉, 굴삭 지원 요구 속도가 연산된 암(9) 및 붐(8) 중 암(9)에 대하여 일탈 방지 요구 속도가 연산된 것으로 함).

이 상황에 있어서도, 종래 기술에서는, 암 덤프는 굴삭 지원 요구 속도(오퍼레이터 조작 속도)로부터 일탈 방지 요구 속도까지 저감되기는 하지만, 붐 하강에 대해서는 굴삭 지원 요구 속도인채로 저감되지 않는다. 그 때문에, 암 덤프에 대하여 붐 하강이 과잉으로 되어, 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)의 하방으로 잠입해 버려 목표 굴삭면(60)을 따른 굴삭이 불가능해질 우려가 있다.

그러나, 본 실시 형태의 컨트롤러(40)(일탈 방지 요구 속도 산출부(77))는, 일탈 방지 제어가 실행됨으로써 버킷 선단의 속도 벡터의 크기는 저감되어도 그 방향은 변화되지 않도록, 산출한 암 덤프의 일탈 방지 요구 속도에 따라 붐 하강의 일탈 방지 요구 속도도 연산된다. 그 때문에 굴삭 지원 제어와 일탈 방지 제어가 동시에 동작해도 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)을 따라 이동하게 되므로 목표 굴삭면(60)을 따른 굴삭이 가능하게 된다.

(정리)

상기와 같이 구성한 유압 셔블(1)에 의하면, 프론트 작업 장치(1A)가 작업 영역(62)으로부터 일탈할 가능성이 있을 때, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)에 의해 연산된 버킷(10)의 선단의 속도 벡터의 방향을 유지한 채, 프론트 부재의 속도가 소정의 감속도로 감속 혹은 정지하는 일탈 방지 제어를 실현할 수 있다. 즉, 현재의 자세로 프론트 작업 장치(1A)가 작업 영역 경계(61)에 도달할 가능성이 없을 때는, 일탈 방지 제어는 기능하지 않고, 굴삭 지원 요구 속도 혹은 오퍼레이터 조작 속도에 따라 프론트 작업 장치(1A)가 동작한다. 또한, 적어도 하나의 프론트 부재에 있어서 굴삭 지원 요구 속도가 일탈 방지 요구 속도를 상회하는 경우에는, 굴삭 지원 요구 속도가 연산된 다른 프론트 부재도 동일한 감속 비율로 감속된다. 이렇게 구성하면, 복수의 프론트 부재(예를 들어, 암(9)과 붐(8))가 굴삭 지원 제어에 따라 동작하고 있는 상황에서, 그 중 적어도 하나의 프론트 부재가 일탈 방지 제어에 의해 감속 혹은 정지되어도, 그것에 맞추어 나머지의 프론트 부재도 마찬가지로 감속 혹은 정지하기 때문에, 버킷 선단의 속도 벡터가 일탈 방지 요구 속도의 발동 전후에서 변동되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 스텝 S103의 일탈 방지 요구 속도의 산출에 있어서, 대상 프론트 부재의 감속도 da의 값은 오퍼레이터에 의해 변경 가능하게 해도 되고, 프론트 부재마다(즉 유압 실린더마다) 변경 가능하게 해도 된다. 이에 의해, 예를 들어, 셔블(1)의 조작에 익숙하지 않은 오퍼레이터에 대해서는, 감속도의 절댓값을 상대적으로 작은 값으로 함으로써, 당해 절댓값이 상대적으로 큰 경우보다도 일탈 방지 제어가 빨리 개입하여, 완만한 감속과 정지가 실시된다.

<제2 실시 형태>

본 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)은, 제1 실시 형태와는 다른 연산 처리를 행하는 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)를 갖는 컨트롤러(40)를 구비하고 있다. 기타의 부분에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하고, 이하에는 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)가 행하는 처리에 대하여, 도 13을 사용하여 설명한다. 또한, 도 13의 처리에서도 제1 실시 형태의 도 11과 동일한 처리(스텝 S100, S101, S102, S108)에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

스텝 S303에서는, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)는, 스텝 S101에서 프론트 작업 장치(1A)를 작업 영역(62)으로부터 일탈할 가능성이 있다고 판정된 프론트 부재마다, 현재의 자세(각 프론트 부재의 회동 각도 α, β, γ)와 목표 정지 각도 θt에 기초하여 감속 계수를 산출한다. 감속 계수는, 도 14에 도시한 바와 같이 0부터 1의 범위에서 정의된다. 목표 정지 각도 θt와 현재의 회동 각도의 차가 작을수록 감속 계수는 작은 값으로 되고, 감속 계수 0일 때 프론트 부재의 속도는 0으로 되고, 감속 계수 1일 때는 감속되지 않는 것으로 한다. 감속 계수와 목표 정지 각도와 현재의 자세(회동 각도)의 관계는, 실선으로 나타낸 바와 같이, dth1 이하가 된 곳으로부터 직선 형상으로 정의되어 있어도 되고, 파선으로 나타낸 바와 같이, dth2 이하가 된 곳으로부터 다항식으로 표현되는 곡선으로 정의되어 있어도 된다.

스텝 S304에서는, 스텝 S303에서 감속 계수를 연산한 프론트 부재 중에서 적어도 하나의 프론트 부재에서 감속 계수가 1이 아닌지, 환언하면, 적어도 하나의 프론트 부재를 굴삭 지원 요구 속도로부터 감속할 필요가 있는지를 판단한다. 여기서 적어도 하나의 프론트 부재에서 감속 계수가 1이 아니라고 판단된 경우에는 스텝 S305로 진행하고, 그렇게 판단되지 않는 경우에는 스텝 S108로 진행한다.

스텝 S305에서는, 스텝 S303에서 연산한 것 중에서 가장 작은 감속 계수이고, 굴삭 지원 요구 속도가 연산된 모든 액추에이터(유압 실린더)의 굴삭 지원 요구 속도를 감속한다. 예를 들어, 스텝 S303에서 산출한 감속 계수에 대하여, 붐의 감속 계수가 0.2이고, 암과 버킷의 감속 계수가 1인 경우, 스텝 S305에서는, 암과 버킷도, 감속 계수 0.2에서 감속한다.

스텝 S306에서는, 스텝 S305에서 감속된 굴삭 지원 요구 속도(일탈 방지 요구 속도)를, 제어 요구 속도로서 출력한다.

이상과 같이 기능하는 컨트롤러(40)(일탈 방지 요구 속도 산출부(77))를 구비하는 유압 셔블에 의하면, 굴삭 지원 요구 속도가 가장 크게 감속되는 프론트 부재의 감속 계수에 의해 다른 프론트 부재의 굴삭 지원 요구 속도도 감속된다. 이에 의해, 감속 계수에 의해 저감된 각 프론트 부재의 굴삭 지원 요구 속도에 의해 규정되는 버킷(10)의 동작 방향은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 각 프론트 부재의 굴삭 지원 요구 속도에 의해 규정되는 버킷(10)의 동작 방향에 일치하게 된다. 그 때문에 굴삭 지원 제어와 일탈 방지 제어가 동시에 기능해도 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)을 따라 이동하게 되므로 목표 굴삭면(60)을 따른 굴삭이 가능하게 된다.

<기타>

또한, 상기한 각 실시 형태에서는, 컨트롤러가 굴삭 지원 제어와 일탈 방지 제어의 양쪽에서 프론트 작업 장치(1A)를 제어하는 경우에는, 버킷(10)의 동작 방향이, 굴삭 지원 제어만을 이용하여 프론트 작업 장치(1A)를 제어한 경우의 버킷(10)의 동작 방향에 일치하도록 프론트 작업 장치(1A)를 제어하는 경우에 대하여 설명했지만, 굴삭 지원 제어만을 이용하여 프론트 작업 장치(1A)를 제어한 경우의 버킷(10)의 동작 방향에 근접하도록 프론트 작업 장치(1A)를 제어해도 된다. 즉, 양쪽의 경우에 있어서의 버킷(10)의 동작 방향이 완전히 일치할 필요는 없고, 목표 굴삭면(60)의 요구 시공 정밀도가 충족되는 범위에서 달라도 된다.

또한, 상기한 각 실시 형태에 있어서, 조작 레버(22, 23)로서, 전기 레버를 구비한 작업 기계를 예로 들어 구성을 설명해 왔지만, 유압 레버를 구비한 작업 기계에도 본 발명은 적용 가능하다.

또한, 굴삭 지원 제어와 일탈 방지 제어의 양쪽이 실행되어 있는 것을, 통보 장치(46)를 사용하여 오퍼레이터에게 통보하는 구성으로 해도 된다. 그 구성으로서, 예를 들어, 컨트롤러(40)의 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)가 연산한 적어도 2개의 프론트 부재(즉, 대상 프론트 부재 및 나머지의 프론트 부재)에 관한 굴삭 지원 요구 속도가, 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)가 연산한 일탈 방지 요구 속도에 기초하여 보정(감속)된 것을 통보 장치(46)에서 통보하는 구성이 있다. 또한, 굴삭 지원 요구 속도가 보정(감속)된 적어도 2개의 프론트 부재를 식별 가능한 정보(식별 정보(예를 들어, 프론트 부재의 명칭, 화상))를 통보 장치(46)에 의해 통보해도 된다. 그리고, 일탈 방지 제어에 의해 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)가 연산한 적어도 2개의 프론트 부재가 정지된 경우에는 그 취지나 당해 적어도 2개의 프론트 부재의 식별 정보를 통보 장치(46)에서 통보해도 된다. 또한, 일탈 방지 제어에 의해, 대상 프론트 부재가 감속된 경우에는 그 취지나 대상 프론트 부재의 식별 정보를, 대상 프론트 부재가 정지된 경우에는 그 취지나 대상 프론트 부재의 식별 정보를 통보 장치(46)에서 통보해도 된다. 감속인지 정지인지의 판정은, 도 11의 스텝 S105에서 산출되는 감속 비율 Dr을 사용해도 된다. 또한, 통보 시에는, 일탈 방지 제어에 의해 정지한 프론트 부재를 식별 가능한 정보(식별 정보)나, 감속 비율 Dr이 가장 큰 프론트 부재(유압 실린더)를 특정 가능한 정보를 오퍼레이터에게 제공해도 된다. 이상과 같이, 일탈 방지 제어에 의해 프론트 작업 장치(1A)의 거동이 바뀌는 이유를 오퍼레이터에게 통지함으로써, 오퍼레이터에게 부여하는 위화감을 작게 할 수 있다. 또한, 통보의 형태로서는, 모니터의 디스플레이에의 표시에 한정되지 않고, 예를 들어, 연속하는 버저 소리에 의한 경고음을 스피커로부터 출력해도 되고, 경고등을 점등해도 된다.

또한, 컨트롤러(40)의 구성으로서, 굴삭 지원 요구 속도를 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)에서, 일탈 방지 요구 속도를 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)에서 각각 산출하고, 각각의 요구 속도를 조정하는 처리(구체적으로는, 도 11의 스텝 S104-107의 처리나, 도 13의 스텝 S304, 305, 306의 처리)를 실행하는 조정부를 추가 설치한 구성으로 하고, 그 조정 후의 요구 속도를 액추에이터 제어부(79)에 출력하는 구성을 채용해도 된다.

또한, 상기에서는, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)와 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)에서 연산되는 각 프론트 부재에 관한 속도(굴삭 지원 요구 속도 및 일탈 방지 요구 속도)로서, 각 프론트 부재의 「각속도」를 연산하고, 그 후에 액추에이터 제어부(79)에서 각 프론트 부재의 각속도를 대응하는 유압 실린더의 속도(액추에이터 속도)로 변환하는 경우에 대하여 설명했다. 그러나, 굴삭 지원 요구 속도 산출부(76)와 일탈 방지 요구 속도 산출부(77)에서 각 프론트 부재에 관한 속도(굴삭 지원 요구 속도 및 일탈 방지 요구 속도)로서, 각 프론트 부재에 대응하는 「유압 실린더의 속도」(액추에이터 속도)를 연산하고, 그것을 액추에이터 제어부(79)에 출력하는 구성을 채용해도 된다.

또한, 본 발명은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은, 상기한 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어느 실시 형태에 관한 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

또한, 상기한 제어 장치에 관한 각 구성이나 당해 각 구성의 기능 및 실행 처리 등은, 그것들의 일부 또는 전부를 하드웨어(예를 들어, 각 기능을 실행하는 로직을 집적 회로로 설계하는 등)로 실현해도 된다. 또한, 상기한 제어 장치에 관한 구성은, 연산 처리 장치(예를 들어, CPU)에 의해 판독·실행됨으로써 당해 제어 장치의 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.

또한, 상기한 각 실시 형태 설명에서는, 제어선이나 정보선은, 당해 실시 형태의 설명에 필요하다고 이해되는 것을 나타냈지만, 반드시 제품에 관한 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.

1: 유압 셔블
1A: 프론트 작업 장치(작업 장치)
1B: 차체(기계 본체)
5: 붐 실린더
6: 암 실린더
7: 버킷 실린더
8: 붐
9: 암
10: 버킷(작업구)
11: 하부 주행체
12: 상부 선회체
14: 버킷 링크
15: 유량 제어 밸브(컨트롤 밸브)
17: 선회 각도 센서
19: 선회 각속도 센서
22: 조작 레버
23: 조작 레버
30: 붐 각도 센서
31: 암 각도 센서
32: 버킷 각도 센서
33: 차체 경사각 센서
34: 선회 각도 센서
40: 컨트롤러(제어 장치)
46: 통보 장치
47a-l: 전자 비례 밸브
52: 조작 센서(오퍼레이터 조작 검출 장치)
53: 자세 센서(셔블 자세 검출 장치)
55: GNSS 안테나
60: 목표 굴삭면
61: 작업 영역 경계
62: 작업 영역
72: 셔블 자세 연산부
73: 오퍼레이터 조작 속도 추정부
74: 목표 굴삭면 연산부
75: 작업 영역 연산부
76: 굴삭 지원 요구 속도 산출부(목표 속도 산출부)
77: 일탈 방지 요구 속도 산출부(제한 속도 산출부)
78: 통보 제어부
79: 액추에이터 제어부

Claims (13)

1. 기계 본체에 설치되어 작업구를 포함하는 복수의 프론트 부재를 갖는 작업 장치와,
   상기 기계 본체 및 상기 복수의 프론트 부재를 구동하는 복수의 액추에이터와,
   상기 복수의 액추에이터를 조작하는 조작 장치와,
   상기 기계 본체 및 상기 작업 장치의 자세 정보를 검출하는 자세 센서와,
   상기 조작 장치의 조작 정보를 검출하는 조작 센서와,
   소정의 목표 굴삭면을 따라 상기 작업구가 이동하도록 상기 작업 장치를 제어하는 굴삭 지원 제어 및 상기 복수의 프론트 부재 중 상기 작업 장치를 소정의 작업 영역으로부터 일탈시킬 수 있는 대상의 프론트 부재의 동작을 감속 또는 정지하여 상기 작업 영역으로부터의 상기 작업 장치의 일탈을 방지하는 일탈 방지 제어를 이용하여 상기 작업 장치를 제어 가능한 컨트롤러를 구비하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 굴삭 지원 제어와 상기 일탈 방지 제어의 양쪽에서 상기 작업 장치를 제어하는 경우에는, 상기 굴삭 지원 제어에 의해 제어되는 상기 복수의 프론트 부재에 상기 대상의 프론트 부재가 포함될 때, 상기 일탈 방지 제어에 의해 상기 대상의 프론트 부재의 동작을 감속 또는 정지하고, 상기 대상의 프론트 부재의 동작의 감속 또는 정지 상태에 기초하여, 상기 복수의 프론트 부재로부터 상기 대상의 프론트 부재를 제외한 나머지의 프론트 부재를 동작시켜, 상기 작업구의 동작 방향이, 상기 굴삭 지원 제어만을 이용하여 상기 작업 장치를 제어한 경우의 상기 작업구의 동작 방향에 근접하도록 상기 작업 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
   상기 굴삭 지원 제어를 이용할 때, 상기 작업구가 상기 목표 굴삭면을 따라 동작하도록 상기 복수의 프론트 부재 중 적어도 2개의 프론트 부재에 관한 목표 속도를 상기 자세 정보 및 상기 조작 정보에 기초하여 연산하고,
   상기 일탈 방지 제어를 이용할 때, 상기 작업 장치가 상기 작업 영역으로부터 일탈하지 않도록 상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도를 상기 자세 정보에 기초하여 연산하고,
   상기 대상의 프론트 부재에 관한 목표 속도가 상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도를 초과할 때, 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도를 상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도에 기초하여 연산하고,
   상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도와 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도에 기초하여 상기 적어도 2개의 프론트 부재의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
3. 제2항에 있어서, 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도는, 상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도와 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도에 의해 규정되는 상기 작업구의 동작 방향이, 상기 적어도 2개의 프론트 부재에 관한 목표 속도에 의해 규정되는 상기 작업구의 동작 방향에 근접하도록 연산되는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
4. 제2항에 있어서, 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도는, 상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도와 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도에 의해 규정되는 상기 작업구의 동작 방향이, 상기 적어도 2개의 프론트 부재에 관한 목표 속도에 의해 규정되는 상기 작업구의 동작 방향과 일치하도록 연산되는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
5. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
   상기 대상의 프론트 부재에 관한 목표 속도에 대한 상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도의 속도 비율인 기준 속도 비율을 연산하고,
   상기 목표 속도가 연산된 상기 적어도 2개의 프론트 부재로부터 상기 대상의 프론트 부재를 제외한 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도를, 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 목표 속도에 대한 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도의 속도 비율이 상기 기준 속도 비율에 일치하도록 연산하고,
   상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도와 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도에 기초하여 상기 적어도 2개의 프론트 부재의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
6. 제5항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
   상기 대상의 프론트 부재가 2개 이상인 경우, 그 2개 이상의 대상의 프론트 부재마다 속도 비율을 산출하고, 산출한 복수의 속도 비율 중에서 최소의 속도 비율을 상기 기준 속도 비율로 하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
7. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러가 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도를 상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도에 기초하여 연산한 때, 상기 대상의 프론트 부재 및 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 속도가 상기 목표 속도로부터 저감되어 있는 것을 오퍼레이터에게 통보하는 통보 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
8. 제7항에 있어서, 상기 통보 장치는, 상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도를 상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도에 기초하여 연산한 때, 상기 대상의 프론트 부재 및 상기 나머지의 프론트 부재를 오퍼레이터에게 통보하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
9. 제7항에 있어서, 상기 통보 장치는, 상기 컨트롤러가 상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도로서 제로를 산출하여 상기 대상의 프론트 부재의 동작이 정지한 때, 상기 대상의 프론트 부재의 동작이 정지하고 있는 것을 오퍼레이터에게 통보하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
10. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도를, 상기 대상의 프론트 부재에 설정된 감속도에 기초하여 산출하고 있고,
    상기 감속도는 변경 가능한 것을 특징으로 하는 작업 기계.
11. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러가 상기 굴삭 지원 제어와 상기 일탈 방지 제어의 양쪽에서 상기 작업 장치를 제어하는 경우, 그 취지를 통보하는 통보 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
12. 제2항에 있어서, 상기 적어도 2개의 프론트 부재에 관한 목표 속도는, 상기 적어도 2개의 프론트 부재를 구동하는 적어도 2개의 액추에이터의 목표 속도이고,
    상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도는, 상기 대상의 프론트 부재를 구동하는 액추에이터의 제한 속도이고,
    상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도는, 상기 나머지의 프론트 부재를 구동하는 액추에이터의 제한 속도이고,
    상기 컨트롤러는, 상기 대상의 프론트 부재를 구동하는 액추에이터의 제한 속도와 상기 나머지의 프론트 부재를 구동하는 액추에이터의 제한 속도에 기초하여, 상기 적어도 2개의 액추에이터의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
13. 제2항에 있어서, 상기 적어도 2개의 프론트 부재에 관한 목표 속도는, 상기 적어도 2개의 프론트 부재의 목표 속도이고,
    상기 대상의 프론트 부재에 관한 제한 속도는, 상기 대상의 프론트 부재의 제한 속도이고,
    상기 나머지의 프론트 부재에 관한 제한 속도는, 상기 나머지의 프론트 부재의 제한 속도이고,
    상기 컨트롤러는, 상기 대상의 프론트 부재의 제한 속도와 상기 나머지의 프론트 부재의 제한 속도에 기초하여, 상기 적어도 2개의 프론트 부재의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.

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