KR102623759B1

KR102623759B1 - 동력기계 및 동력기계를 제어하는 방법

Info

Publication number: KR102623759B1
Application number: KR1020207011384A
Authority: KR
Inventors: 마이클 디. 웨젤; 죠나단 제이. 로엘
Original assignee: 두산 밥캣 노스 아메리카, 인크.
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2024-01-11
Also published as: CA3081344C; WO2019089909A1; EP3704311A1; US10934684B2; KR20200074119A; WO2019089909A8; CA3081344A1; US20190127953A1; CN111315933A; EP3704311C0; EP3704311B1

Abstract

굴착기의 다양한 기능을 제어하도록 구성된 제어 입력장치(466; 468)를 갖는 굴착기와 같은 동력기계(100; 200; 400)가 제공된다. 일부 모드에서, 선택된 제어 입력장치는 리프트 암(230) ,버킷 및 하우스(211)의 위치를 제어하도록 조작 가능하다. 다른 모드에서, 동일한 제어 입력장치는 차대(212) 상의 도구(334) 및 이동을 제어하는데 사용된다.

Description

동력기계 및 동력기계를 제어하는 방법

본 발명은 동력기계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 굴착기와 굴착기용 리프트 암 구조물에 관한 것이다.

본 발명의 목적을 위한 동력기계는 특정 작업 또는 다양한 작업을 달성하기 위한 목적으로 동력을 생성하는 임의 유형의 기계를 포함한다. 동력기계의 일 유형은 작업 차량(work vehicle)이다. 작업 차량은 일반적으로 작업 기능을 수행하기 위하여 조작할 수 있는 리프트 암(일부 작업 차량은 다른 작업 장치가 있을 수 있음)과 같은 작업 장치가 있는 자체-추진(self propelled) 차량이다. 작업 차량은 몇 가지 예를 들면 굴착기(excavators), 로더(loaders), 다용도 차량, 트랙터 및 트렌처(trenchers)를 포함한다.

굴착기는 차대(undercarriage) 및 차대에 선택적으로 회전하는 하우스(house)를 갖는 알려진 형태의 동력기계이다. 도구가 부착될 수 있는 리프트 암은 하우스에 작동 가능하게 결합되고 동력하에 하우스에 대하여 이동할 수 있다. 굴착기는 또한 통상적으로 자체-추진(self-propelled) 차량이다. 많은 동력기계는 2개의 다른 변위 세팅(displacement settings)을 갖는 가변성 변위("2-속도"로 알려짐) 구동모터를 갖는다(제1 세팅은 저 범위로 알려지고, 제2 세팅은 고 범위로 알려짐). 저 범위에서, 구동모터는 상대적으로 높은 변위(고 범위에 비하여)를 갖는다. 이 높은 변위는 구동모터로부터 상대적으로 높은 토크(torque) 출력, 그러나 낮은 이동속도를 제공한다(따라서, "저 범위"라 한다). 반대로 고 범위에서, 구동모터는 낮은 변위를 갖고, 높은 토크 출력을 감소시키고, 그러나 높은 이동속도를 제공한다(따라서, "고 범위"라 한다). 많은 이러한 형태의 2-속도 구동모터는 모터의 시프팅(shifting) 요소에 유압신호를 도입함으로써 저 범위 및 고 범위 사이에서 변화한다. 트랙 굴착기는 기계를 추진하기 위하여 트랙 프레임 주위를 회전하는 무한 트랙(endless tracks)를 갖는다. 이 트랙 프레임은 굴착기의 상부 기계부 또는 하우스에 포함된 유압 시스템을 갖는 굴착기의 차대에 부착된다. 굴착기의 상부 기계부는 회전 조인트(swivel joint) 또는 회전고리(swivel)에서 수직 축 주위로 차대에 대하여 피벗하고, 이는 상부 기계부가 차대에 대하여 양 방향으로 제한되지 않은 회전 이동을 하게 한다.

상기 설명은 본 발명의 일반적인 배경 기술 정보를 단순히 제공하고, 청구된 본 발명의 범위를 결정하는 데 도움을 주고자 의도된 것은 아니다.

본 발명은 굴착기의 다양한 기능을 제어하도록 구성되는 제어 입력장치를 갖는 굴착기와 같은 동력기계를 제공한다. 일부 모드에서, 선택된 제어 입력장치는 리프트 암, 버킷 및 하우스의 위치를 제어하도록 조작 가능하다. 다른 모드에서, 동일한 제어 입력장치는 차대의 도구 및 이동을 제어하는데 사용된다.

예시적인 실시예에서, 프레임(110; 210), 프레임에 의하여 지지되는 운전실(250), 복수의 작동기(470; 472; 474; 476), 작업실에 위치하고, 작업자에 의하여 조작되고 이에 반응하여 제1 기계 기능을 제어하는 작업자의 의사를 나타내는 제1 입력장치 제어신호를 제공하도록 구성된 제1 작업자 입력장치(466), 작업실에 위치하고, 작업자에 의하여 조작되고 이에 반응하여 제2 기계 기능을 제어하는 작업자의 의사를 나타내는 제2 입력장치 제어신호를 제공하도록 구성된 제2 작업자 입력장치(468), 작업자에 의하여 조작되고 제1 및 제2 작업자 입력장치의 작동에 반응하여 복수의 작동기의 적어도 일부를 제어하는 작업모드를 선택하는 모드 선택 입력장치(464) 및 제1 및 제2 작업자 입력장치 및 모드 선택 입력장치에 결합된 제어기(462)를 포함하는 동력기계가 제공된다.

상기 제어기는 모드 선택 입력에 기반하여 선택된 작업모드를 결정하도록 구성된다. 제어기는 또한 선택된 작업모드가 제1 작업모드이면, 제1 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 의하여 복수의 작동기의 제1 서브-세트(sub-set)가 제어되고, 선택된 작업모드가 제2 작업모드이면, 제1 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 의하여 복수의 작동기의 제1 서브-세트와 다른, 복수의 작동기의 제2 서브-세트(sub-set)가 제어되도록 구성된다.

일부 예시적인 실시예에서, 제1 작업자 입력장치(466)는 제1 2-축 조이스틱이고 제2 작업자 입력장치(468)는 제2 2-축 조이스틱이다. 또한 일부 예시적인 실시예에서, 동력기계는 프레임의 하부 프레임부(212)에 결합된 견인요소(140; 240), 하부 프레임부(212)에 대하여 회전하도록 구성된 상부 프레임부(211), 상부 프레임부에 대하여 이동하도록 구성되고, 붐부(boom portion)(232) 및 도구 인터페이스(170)에 의하여 장착된 제1 도구를 갖는 암부(arm portion)(234)를 포함하는 제1 리프트 암 구조물(230), 하부 프레임부에 대하여 이동하도록 구성되고, 제2 도구(334)를 갖는 제2 리프트 암 구조물(330)을 더 포함하는 굴착기이다.

일부 예시적인 실시예에서, 복수의 작동기는 동력기계의 견인 노력을 제어하는 견인요소를 제어하도록 구성된 구동 작동기(470), 하부 프레임부에 대한 상부 프레임부의 회전을 제어하도록 구성된 슬루(slew) 작동기(472), 제1 리프트 암 구조물 및 제1 도구의 위치 선정을 제어하도록 구성된 제1 리프트 암 및 도구 작동기(474, 233B, 233C, 233D) 및 제2 리프트 암 구조물 및 제2 도구의 위치 선정을 제어하도록 구성된 제2 리프트 암 작동기(476, 332)를 포함한다.

일부 예시적인 실시예에서, 제1 작업모드에서, 제어기는 제1 리프트 암 구조물의 붐부(232)에 대한 제1 리프트 암 구조물의 암부(234)의 위치 선정을 제어하는 제1 축을 따라 제1 2-축 조이스틱(466)의 움직임에 반응하여 제1 리프트 암 및 도구 작동기(474, 233C)를 제어하고, 제2 작업모드에서, 제어기는 동력기계의 전후 이동을 제어하는 제1 축을 따라 제1 2-축 조이스틱(466)의 움직임에 반응하여 구동 작동기(470)를 제어한다.

일부 예시적인 실시예에서, 제1 작업모드에서, 제어기는 하부 프레임부에 대한 상부 프레임부의 회전을 제어하는 제2 축을 따라 제1 2-축 조이스틱(466)의 움직임에 반응하여 슬루 작동기(472)를 제어하고, 제2 작업모드에서, 제어기는 동력기계의 좌우 회전(turning) 방향을 제어하는 제2 축을 따라 제1 2-축 조이스틱(466)의 움직임에 반응하여 구동 작동기(470)를 제어한다.

일부 예시적인 실시예에서, 제1 작업모드에서, 제어기는 상부 프레임부(211)에 대한 제1 리프트 암 구조물의 붐부(232)의 위치 선정을 제어하는 제1 축을 따라 제2 2-축 조이스틱(468)의 움직임에 반응하여 제2 리프트 암 및 도구 작동기(474, 233B)를 제어하고, 제2 작업모드에서, 제어기는 하부 프레임부(212)에 대한 제2 리프트 암 구조물(330) 및 제2 도구(334)의 위치 선정을 제어하는 제1 축을 따라 제2 2-축 조이스틱(468)의 움직임에 반응하여 제2 리프트 암 작동기(476, 332)를 제어한다.

일부 예시적인 실시예에서, 제1 작업모드에서, 제어기는 제1 리프트 암 구조물의 암부(234)에 대한 도구 인터페이스 및 제1 도구의 위치 선정을 제어하는 제2 축을 따라 제2 2-축 조이스틱(468)의 움직임에 반응하여 제3 리프트 암 및 도구 작동기(474, 233D)를 제어하고, 제2 작업모드에서, 제어기는 하부 프레임부에 대한 상부 프레임부의 회전을 제어하는 제2 축을 따라 제2 2-축 조이스틱(468)의 움직임에 반응하여 슬루 작동기(472)를 제어한다.

다른 예시적인 실시예에서, 동력기계에서 작업자 입력장치를 위한 작업모드를 선택하고 동력기계를 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 모드 선택 입력장치(464)로부터 모드 선택 입력을 수신하는 단계(502), 모드 선택 입력에 기반하여 적어도 2개의 작업모드로부터 선택된 작업모드를 결정하는 단계(504) 및 결정된 선택된 작업모드에 기반하여 제1 및 제2 작업자 입력장치(466, 468)로부터의 입력을 분석하도록 제어기를 구성하는 단계(506, 508) 및 구성된 제어기를 사용하여 작업자의 제1 및 제2 작업자 입력장치의 조작에 반응하여 동력기계 기능을 제어하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일부 예시적인 실시예에서, 모드 선택 입력장치(464)로부터 모드 선택 입력을 수신하는 단계(502)는 모드 선택 입력장치로부터의 신호의 부재(absense)를 결정하는 단계를 포함하고, 선택된 작업모드를 결정하는 단계(504)는 적어도 2개의 작업모드로부터 디폴트(default) 작업모드를 선택하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일부 예시적인 실시예에서, 선택된 작업모드를 결정하는 단계(504)는 제1 작업모드가 선택되었는지를 결정하는 단계를 더 포함하고, 그리고 제1 작업모드가 선택되었다고 결정되면 제어기를 구성하는 단계(506)는 제1 작업모드에 기반하여 입력을 분석하도록 제어기를 구성하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 예시적인 실시예에서, 제1 작업모드가 선택되지 않았다고 결정되면, 이어서 제2 작업모드가 선택되었는지를 결정하고, 이어서 제어기를 구성하는 단계는 제2 작업모드에 기반하여 입력을 분석하도록 제어기를 구성하는 단계(508)를 포함한다.

상기 방법의 일부 예시적인 실시예에서, 적어도 2개의 작업모드는 트렌치(trench) 작업모드와 백필(backfill) 작업모드를 포함한다.

상기 방법의 일부 예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 작업자 입력장치는 제1 및 제2 2-축 조이스틱(466, 468)이다.

상기 방법의 일부 예시적인 실시예에서, 결정된 선택된 작업모드에 기반하여 제1 및 제2 작업자 입력장치로부터의 입력을 분석하도록 제어기를 구성하는 단계 및 구성된 제어기를 사용하여 작업자의 제1 및 제2 작업자 입력장치의 조작에 반응하여 동력기계 기능을 제어하는 단계는, 선택된 작업모드가 제1 작업모드이면 복수의 작동기의 제1 서브-세트가 작업자의 제1 및 제2 작업자 입력장치의 조작에 의하여 제어되고, 선택된 작업모드가 제2 작업모드이면 복수의 작동기의 제1 서브-세티와는 다른, 복수의 작동기의 제2 서브-세트가 작업자의 제1 및 제2 작업자 입력장치의 조작에 의하여 제어되도록 제어기를 구성하는 단계를 더 포함한다.

다른 예시적인 실시예에서, 작업자에 의하여 조작되고 이에 반응하여 제1 기계 기능을 제어하는 작업자의 의사를 나타내는 제1 입력장치 제어신호를 제공하도록 구성된 제1 작업자 입력장치(466), 작업자에 의하여 조작되고 이에 반응하여 제2 기계 기능을 제어하는 작업자의 의사를 나타내는 제2 입력장치 제어신호를 제공하도록 구성된 제2 작업자 입력장치(468), 작업자에 의하여 조작되어 적어도 2개의 작업모드로부터 작업모드를 선택하도록 구성된 모드 선택 입력장치(464) 및 제1 및 제2 작업자 입력장치 및 모드 선택 입력장치에 결합된 제어기(462)를 포함하는 동력기계가 제공된다. 상기 제어기는 모드 선택 입력에 기반하여 선택된 작업모드를 결정하고, 결정된 선택된 작업모드에 기반하여 제1 및 제2 작업자 입력장치(466, 468)로부터의 입력을 분석하고 작업자의 제1 및 제2 작업자 입력장치의 조작에 반응하여 기계 기능을 제어하도록 구성된다.

일부 예시적인 실시예에서, 동력기계는 복수의 작동기(470; 472; 474; 476)를 더 포함한다. 결정된 선택된 작업모드에 기반하여 제1 및 제2 작업자 입력장치(466, 468)로부터의 입력을 분석하여 기계 기능을 제어하는 제어기의 구조는, 선택된 작업모드가 제1 작업모드이면, 제1 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 의하여 복수의 작동기의 제1 서브-세트(sub-set)가 제어되고, 선택된 작업모드가 제2 작업모드이면, 제1 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 의하여 복수의 작동기의 제1 서브-세트와 다른, 복수의 작동기의 제2 서브-세트(sub-set)가 제어되도록 제어기가 구성되는 것을 더 포함한다.

일부 예시적인 실시예에서, 제1 작업자 입력장치(466)는 제1 2-축 조이스틱이고, 제1 작업자 입력장치(468)는 제2 2-축 조이스틱이다. 또한 일부 실시예에서, 동력기계는 프레임(110; 210), 프레임에 의하여 지지되는 운전실(250), 프레임의 하부 프레임부(212)에 결합되는 견인요소(140; 240), 하부 프레임부(212)에 대하여 회전하도록 구성된 상부 프레임부(211), 상부 프레임부에 대하여 이동하도록 구성되고, 붐부(212) 및 도구 인터페이스(170)에 의하여 장착된 제1 도구를 갖도록 구성된 암부(234)를 포함하는 제1 리프트 암 구조물(230), 하부 프레임부에 대하여 이동하도록 구성되고, 고정된 제2 도구를 갖는 제2 리프트 암 구조물(330)을 더 포함하는 굴착기이다. 또한 일부 예시적인 실시예에서, 복수의 작동기는 동력기계의 견인 노력을 제어하는 견인요소를 제어하도록 구성된 구동 작동기(470), 하부 프레임부에 대한 상부 프레임부의 회전을 제어하도록 구성된 슬루 작동기(472), 제1 리프트 암 구조물 및 제1 도구의 위치 선정을 제어하도록 구성된 제1 리프트 암 및 도구 작동기(474, 233B, 233C, 233D) 및 제 2 리프트 암 구조물 및 제2 도구의 위치 선정을 제어하도록 구성된 제2 리프트 암 작동기(476, 332)를 포함한다.

본 발명의 내용과 요약은 아래 상세한 설명에서 추가로 설명하는 단순화된 형태의 개념 선택을 소개하기 위하여 제공된다. 본 발명의 내용은 청구된 주제의 주요 특징 또는 필수적인 특징을 식별하기 위하여 의도된 것은 아니다.

본 발명에서는 굴착기의 다양한 기능을 제어하도록 구성되는 제어 입력장치를 갖는 굴착기와 같은 동력기계를 제공한다. 일부 모드에서, 선택된 제어 입력장치는 리프트 암, 버킷 및 하우스의 위치를 제어하도록 조작 가능하다. 다른 모드에서, 동일한 제어 입력장치는 차대의 도구 및 이동을 제어하는데 사용된다.

본 발명의 조이스틱 입력장치는 쉽게 조작할 수 있고 다양한 기계 기능을 제어하는데 적합하다. 서로 다른 제어 모드 사이에서 선택함으로써 조이스틱은 특정 작업을 보다 쉽게 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 실시할 수 있는 대표적인 동력기계의 기능 시스템을 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 실시할 수 있는 굴착기 형태의 동력기계의 전면 좌사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 굴착기의 후면 우사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착기의 제어 시스템의 일부를 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 다른 모드에서의 조이스틱의 제어 기능의 매핑(mapping)을 나타내는 기능도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착기의 제어방법을 나타내는 플로우 다이어그램이다.

본 발명에 개시된 개념은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되고 도시된다. 그러나, 이들 개념은 도시한 실시예에서의 구성의 상세 및 구성요소의 배치에 대한 적용에 제한되지 않고 다양한 다른 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 본 발명의 용어는 발명의 설명의 목적으로 사용되고 제한적인 것으로 간주해서는 안 된다. 본 발명에서 사용되는 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 및 "갖는(having)"과 같은 단어 및 그 변형은 이후에 열거된 항목, 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함한다.

본 발명에 개시된 실시예는 복수의 작업모드를 제공하는 굴착기 및 굴착기의 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 한 쌍의 2-축 작업자 입력장치 및 모드 선택 입력장치를 포함한다. 제1 작업모드에서, 한 쌍의 2-축 작업자 입력장치는 도구의 제1 세트의 기능을 제어하기 위하여 매핑되고, 제2 작업모드에서, 한 쌍의 2-축 작업자 입력장치는 도구의 제2 세트의 기능을 제어하기 위하여 매핑된다.

이들 개념은 아래에 기술되는 바와 같이 다양한 동력기계에 실시될 수 있다. 실시예를 실시할 수 있는 대표적인 동력기계는 도 1의 다이어그램 형태로 도시되고, 이러한 동력기계의 예가 도 2 및 도 3에 도시되고 실시예를 개시하기 전에 아래에 기술된다. 본 발명의 설명을 간결하게 하기 위하여 단지 하나의 동력기계에 대하여 설명한다. 그러나, 위에 언급한 바와 같이 하기 실시예는 다수의 동력기계 중 어느 것에도 실시될 수 있고, 도 2 및 도 3에 도시된 대표적인 동력기계와 상이한 형태의 동력기계를 포함한다. 본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 적어도 하나의 작업요소 및 작업을 수행하기 위하여 작업요소에 동력을 제공할 수 있는 동력원을 포함한다. 동력기계의 하나의 유형은 자체-추진(self-propelled) 작업 차량이다. 자체-추진 작업 차량은 프레임, 작업요소 및 작업요소에 동력을 공급할 수 있는 동력원을 포함하는 동력기계의 한 종류이다. 적어도 하나의 작업요소는 동력기계를 동력하에 움직이기 위한 동기 시스템이다.

도 1은 아래에 기술된 실시예가 유리하게 인용될 수 있고 다수의 상이한 유형의 동력기계 중 임의의 것일 수 있는 동력기계(100)의 기본 시스템을 도시하는 블록 다이어그램을 나타낸다. 도 1의 블록 다이어그램은 동력기계(100)의 다양한 시스템 및 다양한 구성요소와 시스템 사이의 관계를 확인한다. 전술한 바와 같이 가장 기본적인 수준에서, 본 발명의 목적상 동력기계는 프레임, 동력원 및 작업요소를 포함한다. 동력기계(100)는 프레임(110), 동력원(120) 및 작업요소(130)를 갖는다. 도 1에 도시된 동력기계(100)는 자체-추진 작업 차량이기 때문에, 이는 또한 동력기계를 지지 표면 위로 움직이도록 제공되는, 그 자체가 작업요소인 견인요소(140)와 동력기계의 작업요소를 제어하기 위한 운전 위치를 제공하는 운전 스테이션(150)을 갖는다. 작업자에 의해 제공되는 제어 신호에 반응하여 다양한 작업을 적어도 부분적으로 수행하기 위하여, 제어 시스템(160)이 다른 시스템과 상호 작용하도록 제공된다.

특정 작업 차량은 전용 작업을 수행할 수 있는 작업요소를 갖는다. 예를 들어, 일부 작업 차량에는 버킷(버킷)과 같은 도구가 핀고정(pinning) 배열에 의하여 부착되는 리프트 암이 있다. 작업요소, 즉 리프트 암은 작업을 수행하기 위하여 도구가 위치하도록 조작될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 도구를 위치시키기 위하여, 리프트 암에 대해 버킷을 회전시키는 것과 같이 도구는 작업요소에 대해 상대적으로 위치할 수 있다. 이러한 작업 차량의 정상적인 작동 하에 버킷이 부착되고 사용하도록 의도된다. 이러한 작업 차량은 도구/작업요소 조합을 분해하고 원래의 버킷 대신에 또 다른 도구를 재조립하는 것에 의해서 다른 도구를 수용할 수 있다. 그러나, 다른 작업 차량은 널리 다양한 도구를 갖고 사용되도록 의도되고, 도 1에 도시한 도구 인터페이스(170)와 같은 도구 인터페이스를 갖는다. 가장 기본적으로 도구 인터페이스(170)는 프레임(110) 또는 작업요소(130)와 도구 사이의 연결장치이고, 이는 도구를 프레임(110) 또는 작업요소(130)에 직접 부착하기 위한 연결 포인트만큼 단순하거나 또는 더 복잡할 수 있고, 아래에 기술된다.

일부 동력기계에서, 도구 인터페이스(170)는 작업요소에 이동 가능하게 부착되는 물리적 구조체인 도구 캐리어를 포함할 수 있다. 도구 캐리어는 예시적인 실시예에서 다수의 도구를 작업요소에 수용하고 고정하기 위한 연동부(engagement features) 및 잠금부(locking features)를 갖는다. 이러한 도구 캐리어의 일 특성은 도구가 일단 캐리어에 부착되면 캐리어는 도구에 고정되고(즉, 도구에 대해 이동 가능하지 않음), 도구 캐리어가 작업요소에 대해 이동하는 경우, 도구는 도구 캐리어와 같이 이동한다. 용어 도구 캐리어는 단순히 피벗 가능한(pivotal) 연결 포인트가 아니라, 다양하고 상이한 도구에 수용되고 고정되도록 의도된 특별한 전용 장치이다. 도구 캐리어 자체는 리프트 암 또는 프레임(110)과 같은 작업요소(130)에 장착 가능하다. 도구 인터페이스(170)는 또한 도구 상의 하나 이상의 작업요소에 동력을 제공하기 위한 하나 이상의 동력원을 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 도구 인터페이스를 갖는 복수의 작업요소를 가질 수 있고, 이들 각각은 반드시 필요하지 않지만 도구를 수용하기 위한 하나의 도구 캐리어를 가질 수 있다. 일부 다른 동력기계는 복수의 도구 인터페이스를 갖는 하나의 작업요소를 가질 수 있고, 단일 작업요소는 복수의 도구를 동시에 수용할 수 있다. 이들 도구 인터페이스 각각은 반드시 필요하지 않지만 하나의 도구 캐리어를 갖는다.

프레임(110)은 그에 부착되거나 그 위에 위치하는 다양한 다른 구성요소를 지지할 수 있는 물리적 구조체를 포함한다. 프레임(110)은 개별 구성요소를 임의로 여러 개 포함할 수 있다. 일부 동력기계는 단단한 프레임을 갖는다. 즉, 프레임의 어느 한 부분도 프레임의 다른 부분에 대해 이동 가능하지 않다. 다른 동력기계는 프레임의 다른 부분에 대해 움직일 수 있는 적어도 하나의 부분을 갖는다. 예를 들어, 굴착기는 하부 프레임부에 대해 회전고리 주위를 회전하는 상부 프레임부를 가질 수 있다. 다른 작업 차량은 조향 기능을 달성하기 위하여 프레임의 한 부분이 다른 부분에 대해 피벗하는 관절식(articulated) 프레임을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 동력원의 적어도 일부는 하부 프레임 도는 차대에 대하여 회전하는 상부 프레임 또는 기계부에 위치한다. 동력원은 회전고리를 통하여 차대부의 구성요소에 동력을 제공한다.

프레임(110)은, 일부 예에서 도구 인터페이스(170)를 통해 부착된 도구 사용을 위한 동력을 제공하는 것뿐만 아니라, 하나 이상의 견인요소(140)를 포함하는 하나 이상의 작업요소(130)에 동력을 제공할 수 있는 동력원(120)을 지지한다. 동력원(120)으로부터의 동력이 작업요소(130), 견인요소(140) 및 도구 인터페이스(170)의 하나에 직접 제공될 수 있다. 대안적으로, 동력원(120)으로부터의 동력은 제어 시스템(160)에 제공될 수 있고, 이는 순차적으로 동력을 사용하여 작업 기능을 수행할 수 있는 구성요소에 동력을 선택적으로 제공한다. 동력기계용 동력원은 통상적으로 내연기관과 같은 엔진 및 엔진으로부터의 출력을 작업요소에 의해 사용 가능한 동력 형태로 변환할 수 있는 기계 변속기 또는 유압 시스템과 같은 동력 변환 시스템을 포함한다. 일반적으로 전력원 또는 하이브리드 동력원으로 알려진 동력원과의 조합을 포함하는 다른 유형의 동력원이 동력기계에 통합될 수 있다.

도 1은 작업요소(130)로 지정된 단일 작업요소를 나타내지만, 다양한 동력기계는 임의 개수의 작업요소를 가질 수 있다. 작업요소는 통상 동력기계의 프레임에 부착되고, 작업을 수행하는 경우에 프레임에 대해 이동 가능하다. 또한, 견인요소(140)는, 그들의 작업 기능이 일반적으로 동력기계(100)를 지지 표면 위로 이동시키는 점에서, 작업요소의 특별한 경우이다. 견인요소(140)는 작업요소(130)와 별개로 도시되어 나타나고, 그 이유는 많은 동력기계는 견인요소 이외의 추가적인 작업요소를 갖고 있기 때문이나 항상 그렇다고는 할 수 없다. 동력기계는 임의 개수의 견인요소를 가질 수 있고, 이들 일부 또는 모두가 동력원(120)으로부터의 동력을 수용해서 동력기계(100)를 추진할 수 있다. 견인요소는, 예를 들어 차축에 부착된 바퀴(wheels), 트랙(track) 조립체 등일 수 있다. 견인요소의 이동이 차축 주위의 회전으로 한정되도록 프레임에 강하게 장착될 수 있거나 또는 견인요소를 프레임에 대해 피벗함으로써 조향을 달성하도록, 견인요소는 프레임에 조정 가능하게 장착될 수 있다.

동력기계(100)는 작업자가 동력기계의 작동을 제어할 수 있는 운전 위치를 제공하는 운전 스테이션(150)을 포함한다. 일부 동력기계에서, 운전 스테이션(150)은 밀폐되거나 부분 밀폐된 캡(cab)으로 정의된다. 본 발명에 개시된 실시예가 실시될 수 있는 일부 동력기계는 위에 기술된 유형의 캡 또는 운전실(operator compartment)을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 워크 비하인드 로더(walk behind loader)는 캡 또는 운전실을 갖지 않고 오히려 동력기계를 올바로 작동하는 운전 스테이션으로서 기능하는 운전 위치(operating position)를 가질 수 있다. 보다 광범위하게, 작업 차량이 아닌 동력기계는 위에 언급된 운전 위치 및 운전실과 반드시 유사하지 않은 운전 스테이션을 가질 수 있다. 또한, 동력기계(100) 및 기타와 같은 일부 동력기계는, 이들이 운전실 또는 운전 위치를 갖는지에 상관없이, 동력기계 상의 또는 동력기계에 인접한 운전 스테이션 대신에 또는 이에 더하여 원격식으로(즉, 원격으로 위치한 작업자 스테이션으로부터) 작동될 수 있다. 이는, 동력기계의 작업자 제어 기능 중 적어도 일부가 동력기계에 연결된 도구와 연관된 운전 위치에서 작동할 수 있는 애플리케이션을 포함할 수 있다. 대안적으로, 일부 동력기계의 경우, 동력기계 상의 작업자 제어 기능 중 적어도 일부를 제어할 수 있는 원격 제어 장치가 제공될 수 있다(즉, 동력기계 및 동력기계에 결합되는 임의의 도구로부터 원격임).

도 2 및 도 3은 본 발명에 개시된 실시예가 실시되고, 도 1에 도시된 동력기계 형태의 하나의 특정 실시예인 굴착기(200)를 나타낸다. 여기에 특별히 언급하지 않는 한, 이하 개시된 실시예는 다양한 동력기계에 실시될 수 있고, 굴착기(200)는 그러한 동력기계의 단지 하나이다. 본 발명의 설명의 목적을 위하여 이하 굴착기(200)가 개시된다. 본 발명의 예시적인 실시예가 실시될 수 있는 모든 굴착기 또는 동력기계는 굴착기(200)가 갖는 모든 특징을 가질 필요는 없고 또한 이에 제한되지 않는다.

굴착기(200)는 동력 시스템(220)(실제 동력 시스템이 프레임(210) 내에 둘러싸여 있기 때문에 도 2 및 도 3에서 블록으로 나타남)을 지지하고 둘러싸는 프레임(210)을 갖는다. 동력 시스템(220)은 유압 시스템에 동력 출력을 제공하는 엔진을 포함한다. 작업자 입력장치에 의해 제공되는 신호에 반응하여 작업요소에 작동 가능하게 결합된 작동기에 가압식 유압액을 선택적으로 제공하기 위하여, 유압 시스템은 하나 이상의 유압 펌프를 포함하는 동력 변환 시스템으로서 역할을 한다. 유압 시스템은 또한 작업자 입력장치에 의해 제공되는 신호에 반응하여 작동기에 가압식 유압액을 선택적으로 제공하는 제어 밸브 시스템을 포함한다. 굴착기(200)는 제1 리프트 암 구조물(230)과 제2 리프트 암 구조물(330)(모든 굴착기가 제2 리프트 암 구조물을 갖는 것은 아님)의 형태인 복수의 작업요소를 포함한다. 또한, 작업 차량인 굴착기(200)는 프레임(210)의 대향 측면에 배치되는 좌측 및 우측 트랙 조립체(240A 및 240B)의 형태인 한 쌍의 견인요소를 포함한다.

운전실(250)은 부분적으로 프레임(210) 상에 장착된 캡(252)에 의해 정의된다. 굴착기(200)에 도시된 캡(252)은 밀폐된 구조이나 다른 운전실은 밀폐될 필요는 없다. 예를 들어, 일부 굴착기는 덮개(roof)를 제공하나 밀폐되지 않은 캐노피(canopy)를 갖는다. 블록(260)으로서 도시된 제어 시스템은 다양한 작업요소를 제어하기 위해 제공된다. 제어 시스템(260)은 작업자 입력장치를 포함하고, 이는 동력 시스템(220)과 상호 작용하여 선택적으로 동력 신호를 작동기에 제공하여 굴착기(200)에서 작업 기능을 제어한다. 일부 실시예에서, 작업자 입력장치는 작업자 기능이 매핑될 수 있는 적어도 2개의 2-축 작업자 입력장치를 포함한다.

프레임(210)은 회전 조인트(swivel joint)를 통해 하부 프레임부 또는 차대(under-carriage)(212)에 피벗 가능하게 장착되는 상부 프레임부 또는 하우스(211)를 포함한다. 회전 조인트는 베이링, 링 기어 및 기계를 회전시키기 위해 링 기어를 체결하는 피니언(pinion) 기어(미도시)가 있는 슬루(slew) 모터를 포함한다. 슬루 모터는 제어 시스템(260)으로부터 동력 신호를 수신하여 차대(212)에 대해 하우스(211)를 회전시킨다. 하우스(211)는 작업자에 의한 입력장치의 조작에 반응하여 차대(212)에 대해 동력하에 회전축(214) 주위로 제한 없이 회전할 수 있다. 유압 도관(conduits)은 유압식 회전고리를 경유하여 회전 조인트를 통해 공급되어, 차대(212)에 작동 가능하게 결합되는 리프트 암(330)과 같은 하나 이상의 작업요소와 견인요소에 가압식 유압액을 제공한다.

제1 리프트 암 구조물(230)은 스윙 마운트(215)를 통해 하우스(211)에 장착된다(일부 굴착기는 여기에 기술된 유형의 스윙 마운트를 갖지 않음). 제1 리프트 암 구조물(230)은 굴착기에 일반적으로 채용될 수 있는 형태의 붐-암 리프트 암이지만, 이러한 암 구조물의 특정 특징부는 도 2 및 도 3에 도시된 리프트 암과는 다를 수 있다. 스윙 마운트(215)는 프레임부(215A) 및 장착 프레임 피벗(231A)에서 프레임부(215A)에 회전 가능하게 장착되는 리프트 암부(215B)를 포함한다. 스윙 작동기(233A)는 하우스(211) 및 마운트의 리프트 암부(215B)에 결합된다. 스윙 작동기(233A)의 작동은 리프트 암 구조물(230)이 장착 프레임 피벗(231A)을 세로로 관통하여 연장하는 축 주위로 피벗 또는 스윙하도록 한다.

제1 리프트 암 구조물(230)은 붐(232)으로 일반적으로 알려진 제1 부분 및 암 또는 디퍼(dipper)(234)로 알려진 제2 부분을 포함한다. 붐(232)은 붐 피벗 마운트(231B)에서 마운트(215)에 피벗 가능하게 제1 단부(232A) 상에 부착된다. 붐 작동기(233B)는 마운트(215)와 붐(232)에 부착된다. 붐 작동기(233B)의 작동은 붐(232)이 붐 피벗 마운트(231B) 주위로 피벗하도록 하고, 이는 효과적으로 붐의 제2 단부(232B)가 하우스(211)에 대해 상승 또는 하강하도록 한다. 암(234)의 제1 단부(234A)는 암 마운트 피벗(231C)에서 붐의 제2 단부(232B)에 피벗 가능하게 부착된다. 암 작동기(233C)는 붐(232)과 암(234)에 부착된다. 암 작동기(233C)의 작동은 암이 암 마운트 피벗(231C) 주위로 피벗하도록 한다. 스윙 작동기(233A), 붐 작동기(233B) 및 암 작동기(233C) 각각은 작업자 입력장치로부터의 제어 신호에 반응하여 독립적으로 제어될 수 있다.

예시적인 도구 인터페이스(270)는 암(234)의 제2 단부(234B)에 제공된다. 도구 인터페이스(270)는 리프트 암(230)에 다양하고 상이한 도구를 수용하고 고정할 수 있는 도구 캐리어(272)를 포함한다. 이러한 도구는 도구 캐리어(272)에 체결하도록 구성된 기계 인터페이스를 갖는다. 도구 캐리어(272)는 암(234)의 제2 단부(234B)에 피벗 가능하게 장착된다. 도구 캐리어 작동기(233D)는 암(234)과 링크장치 조립체(276)에 작동 가능하게 결합된다. 링크장치 조립체는 제1 링크(276A)와 제2 링크(276B)를 포함한다. 제1 링크(276A)는 암(234)과 도구 캐리어 작동기(233D)에 피벗 가능하게 장착된다. 제2 링크(276B)는 도구 캐리어(272)와 제1 링크(276A)에 피벗 가능하게 장착된다. 링크장치 조립체(276)는 도구 캐리어 작동기(233D)가 작동되는 경우에 도구 캐리어(272)가 도구(234) 주위로 피벗하도록 제공된다.

도구 인터페이스(270)는 또한 리프트 암 구조물(230) 상의 도구의 연결에 이용 가능한 도구 동력원(도 2 및 도 3에는 미도시됨)을 포함한다. 도구 동력원은 도구가 결합될 수 있는 가압식 유압액 포트를 포함한다. 가압식 유압액 포트는 하나 이상의 도구 상의 작동기 또는 기능에 동력을 공급하기 위한 가압식 유압액을 선택적으로 제공한다. 도구 동력원은 도구 상의 전자 제어기 및/또는 전자 작동기에 전력을 공급하기 위한 전력원을 또한 포함할 수 있다. 전력원은 또한 도구 상의 제어기와 굴착기(200)의 전자장치 사이의 통신을 허용하기 위해 굴착기(200) 상의 데이터 버스와 통신하는 전기 도관을 포함할 수 있다. 굴착기(200) 상의 특정 도구 동력원은 전력원을 포함하지 않음을 알아야 한다.

하부 프레임(212)은 좌측 트랙 구동 조립체(240A) 및 우측 트랙 구동 조립체(240B)로서 도 2 및 도 3에서 표시된 한 쌍의 견인요소(240)를 지지하고 여기에 부착되어 있다. 각각의 견인요소(240)는 하부 프레임(212)에 결합된 트랙 프레임(242)을 갖는다. 트랙 프레임(242)은 무한 트랙(244)을 지지하고 이에 의해 둘러싸이고, 지지 표면 위로 굴착기(200)를 추진하기 위해 동력하에 회전한다. 다양한 구성요소가 트랙(244)을 결합하고 지지하기 위해 트랙 프레임(242)에 결합되거나 다른 방법으로 지지되고 트랙 프레임 주위로 이를 회전시킨다. 예를 들어, 스프로킷(sprocket)(246)은 트랙 프레임(242)에 의해 지지되고, 무한 트랙(244)을 초래하여 무한 트랙이 트랙 프레임 주위로 회전하도록 한다. 아이들러(idler)(245)는 트랙상에서 적절한 인장력을 유지하기 위해 인장기(tensioner)(미도시)에 의하여 트랙(244)에 대해 고정된다. 트랙 프레임(242)은 또한 복수의 롤러(248)를 지지하고, 이는 트랙을 체결하고 트랙을 통해 지지 표면을 지지하고 굴착기(200)의 하중을 분산시킨다. 상부 트랙 가이드(249)는 트랙(244) 상에 인장력을 제공하기 위해 제공되고, 트랙이 트랙 프레임(242)과 마찰하는 것을 방지한다.

제2 또는 하부 리프트 암(330)은 하부 프레임(212)에 피벗 가능하게 부착된다. 하부 리프트 암 작동기(332)는 제1 단부(332A)에서 하부 프레임(212)에 피벗 가능하게 결합되고, 제2 단부(332B)에서 하부 리프트 암(330)에 피벗 가능하게 결합된다. 하부 리프트 암(330)은 일 실시예에서 도 2-3에 블레이드(blade)로 나타낸 하부 도구(334)를 운반하도록 구성된다. 하부 도구(334)는 리프트 암에 일체식이 되도록 하부 리프트 암(330)에 견고하게 고정될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서 위에 기술된 형태의 도구 캐리어를 포함할 수 있는 도구 인터페이스를 통해 하부 도구를 하부 리프트 암에 피벗 가능하게 부착시킬 수 있다. 도구 인터페이스를 갖는 하부 리프트 암은 다양하고 상이한 형태의 도구를 수용하고 고정할 수 있다. 하부 리프트 암 작동기(332)의 작동은, 작업자 입력에 반응하여, 하부 리프트 암(330)을 하부 프레임(212)에 대해 피벗하게 함으로써 하부 도구(334)가 상승하거나 하강하도록 한다.

상부 프레임부(211)는 적어도 부분적으로 운전실 또는 운전 스테이션(250)을 정의하는 캡(252)을 지지한다. 작업자가 굴착기를 운전하는 동안에 앉을 수 있는 좌석(254)이 캡(252) 내에 제공된다. 좌석(254)에 앉아 있는 동안, 작업자는 리프트 암(230), 하부 리프트 암(330), 견인 시스템(240)을 조작하고, 하우스(211), 견인요소(240) 등을 피벗하는 것과 같은 다양한 작업 기능을 제어하도록 조작할 수 있는 복수의 작업자 입력장치(256)에 대하여 접근할 수 있다.

굴착기(200)는 다양한 기능을 제어하기 위해 다양하고 상이한 작업자 입력장치(256)를 제공한다. 예를 들어, 리프트 암(230)을 제어하고 굴착기의 하우스(211)를 회전하기 위해 유압식 조이스틱을 제공한다. 레버(levers)가 부착된 발(foot) 페달이 이동과 리프트 암의 회전을 제어하기 위해 제공한다. 도구 캐리어(272)에 부착된 도구에의 동력 제공을 제어하기 위한 전기 스위치가 조이스틱 상에 위치한다. 굴착기(200), 다른 굴착기 및 동력기계에 사용될 수 있는 다른 유형의 작업자 입력장치는 스위치, 버튼, 놉(knobs), 레버, 다양한 슬라이더(sliders) 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 위에 제공된 특정의 제어 실시예는 본래 예시적이고, 모든 굴착기용 입력장치 및 이들이 제어하는 것을 기술하고자 의도된 것은 아니다.

디스플렝이 장치가, 예를 들어 청각(audible) 및/또는 시각(visual) 표시와 같이, 작업자에 의해 감지될 수 있는 형태로 동력기계의 작동과 관련될 수 있는 정보의 표시를 주기 위해, 캡 내에 제공된다. 청각 표시는 버저(buzzers), 벨 등 또는 언어(verbal) 통신의 형태로 나타날 수 있다. 시각 표시는 그래프, 라이트, 아이콘, 게이지(gauges), 알파벳 문자 등의 형태로 나타날 수 있다. 디스플레이는 경고등이나 게이지와 같은 전용 표시를 제공하거나, 다양한 크기와 기능의 모니터와 같이 프로그램 가능한 디스플레이 장치를 포함하여 프로그램 가능한 정보를 제공하기 위해 동적일 수 있다. 디스플레이 장치는 진단 정보, 문제 해결 정보, 지시 정보, 및 운영자가 동력기계 또는 동력기계와 연결된 도구를 보조하기 위한 다양한 유형의 정보를 제공할 수 있다. 작업자에게 사용될 수 있는 기타 정보 역시 제공할 수 있다.

위에서 설명한 동력기계(100)와 굴착기(200)에 대한 설명은 아래에 설명한 실시예를 실시할 수 있는 예시적인 환경을 제공하기 위해 도시적인 목적으로 제공된다. 개시된 실시예는 일반적으로 도 1의 블록 다이어그램에 표시된 동력기계(100), 특히 굴착기(200)와 같은 굴착기에서 설명되는 것과 같은 동력기계에 실시될 수 있고 달리 언급되지 않는 한, 아래에서 논의된 개념은 위에서 구체적으로 설명한 환경에 대한 이들의 적용에 제한되지 않는다.

도 4는 앞에 설명한 굴착기(200)와 유사할 수있는 동력기계(400)에 사용되는 제어 시스템(469)의 일부 기능을 나타내는 단순화한 블록 다이어그램이다. 굴착기(200) 또는 다른 동력기계와 같은 동력기계의 제어 시스템은 도 4에 도시한 제어 시스템(460)보다 더 복잡할 수 있다.

제어 시스템(460)은 다양한 입력장치로부터 복수의 입력신호를 수신하고 작동장치를 제어하기 위하여 출력신호를 제공할 수 있는 적합한 전자 제어기인 제어기(462)를 포함할 수 있다. 제어 시스템(460)은 또한 작동장치를 통하여 기계의 기능을 제어하는 작업모드를 선택하기 위하여 작업자에 의하여 조작될 수 있는 모드 입력장치(464)를 포함한다. 일 실시예에서, 제어 시스템(460)은 제1 모드 및 제2 모드에서 작동하도록 구성된다. 도 5는 제1 및 제2 모드의 예를 나타내고, 제1 모드는 '트렌치 모드"로 식별되고 제2 모드는 "백필 모드"로 식별된다. 제어 시스템(460)은 또한 제어기(462)에 기계 기능을 제어하는 작업자의 의사를 나타내는 전기 제어신호를 제공하기 위하여 작업자에 의하여 조작될 수 있는 작업자 입력장치를 포함한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 작업자 입력장치는 제1 2-축 조이스틱(466) 및 제2 2-축 조이스틱(468)의 한 쌍의 조이스틱을 포함한다. 제1 및 제2 조이스틱은 여러 실시예에서 제어기(462) 또는 직렬(serial) 통신 스트림(streams)에 유선 또는 무선 연결을 통하여 전압 또는 전류 신호를 제공하는 다른 형태의 조이스틱일 수 있다.

제어기(462)는 또한 동력기계(400)의 기계 기능을 제어하도록 구성된 복수의 작동기에 작동 가능하게 연결된다. 이들 작동기는 예시적으로 동력기계의 견인 노력을 제어하는 하나 이상의 구동 작동기(470)를 포함한다. 이들 구동 작동기는 예를 들어 유체역학 구동 시스템에서 하나 이상의 구동펌프 또는 유압 구동 시스템에서 복수의 밸브일 수 있다. 하나 이상의 하우스 슬루 작동기(472)가 제어기에 결합된다. 하우스 슬루 작동기(472)는 차대에 대하여 하우스를 회전할 수 있다. 리프트 암 작동기(474)는 리프트 암 및 도구의 위치 선정을 제어한다. 블레이드 제어 작동기(476)는 도 2-3에 나타낸 블레이드(334)와 같은 하우스 상의 하부 도구를 제어한다.

도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제1 및 제2 모드에서 작동하는 한 쌍의 2-축 조이스틱(466, 468)을 나타낸다. 제1 모드 즉 트렌지 모드에서, 제1 및 제2 조이스틱은 각각 (466A) 및 (468A)로 지정된다. 제2 모드 즉 백필 모드에서, 제1 및 제2 조이스틱은 각각 (466B) 및 (468B)로 지정된다. 트렌치 모드에서, 작업자는 통상적으로 흙을 파서 이동하도록 리프트 암을 작동한다. 흙파기(trenching) 작업 사이클 동안에 작업자는 대부분 리프트 암 및 하우스의 회전을 조작한다. 이 모드에서, 제1 조이스틱(466A)은 하우스를 회전하는 의사의 1 축 이동신호 및 리프트 암의 암부를 인(in)과 아우트(out) 이동하는 의사의 2축 이동신호의 2개의 입력을 제공하도록 구성된다. 참고로, 리프트 암의 암부는 리프트 암의 하부(즉, 도 2-3에 도시된 암(234))이다. 트렌치 모드에서, 제2 조이스틱(468A)은 리프트 암의 붐부(즉, 붐부(232)) 및 도구를 제어한다("버킷 덤프(dump)" 및 "버킷 컬(curl)"). 이 구성에서, 제1 및 제2 조이스틱은 도랑(trench)을 팔 때 일어날 수 있는 물질을 파고 내려놓기에 최적화된다.

백필링(backfilling) 사이클에서, 작업자는 우선 이동과 하부 도구의 제어에 관여된다. 도 5에 도시한 실시예에서, 제1 및 제2 조이스틱(466, 468)은 제2 모드에서 작동하도록 구성된다. 제2 모드에서, 제1 조이스틱(제2 모드 작동을 의미하기 위하여 (466B)로 지정)은 이동의 방향과 속도를 제어한다. 제1 축에서, 제1 조이스틱(466B)은 속도와 방향(즉, "전" 및 "후")을 제어한다. 제2 축에서, 제1 조이스틱(466B)은 회전(turning) 방향(즉, "좌" 및 "우") 및 양을 제어한다. 이들 모든 경우에, 대부분의 2-축 조이스틱은 양 조이스틱으로부터 동시 입력을 허용하고, 작업자가 속도, 방향 및 회전을 동시에 제어할 수 있다. 제2 모드에서, 제2 조이스틱(468B)은 일 축에서 하부 도구의 위치("블레이드 업" 및 "블레이드 다운")를 제어하고, 다른 축에서 하우스의 회전("슬루 좌" 및 "슬루 우")을 제어한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력기계의 작업자 입력장치의 작업모드를 선택하는 방법(500)을 나타낸다. 상기 방법(500)은 방법에 대한 이해를 제공하기 위하여 도 4의 제어 시스템(460)을 참고로 하여 설명된다. 상기 방법은 모드 입력장치(464)가 작동되었다는 지시를 제어기에 제공하는 블록(502)에서 시작한다. 이 지시가 제공되면, 제어기(462)는 모드 1을 표시하는 것인지(또는 대안적으로 어떤 모드가 선택되었는지) 여부를 블록(504)에서 분석하고 결정한다. 여기에 개시된 실시예는 2 작업모드를 나타내지만, 다른 실시예에서 2 이상의 작업모드가 채용될 수 있다. 블록(504)에서 모드 1이 선택되었다고 결정되면, 방법은 블록(506)으로 이동하고, 제어기는 제1 모드(도 5에 도시된 트렌치 모드와 같은)에 따라 제1 및 제2 조이스틱(466, 468)으로부터의 입력을 분석하도록 구성된다. 그러나 블록(506)에서 모드 1이 선택되지 않았다고(또는 모드 2 선택) 결정되면, 방법은 블록(508)로 이동하고, 제어기는 제2 모드(도 5에 도시된 백필 모드와 같은)에 따라 제1 및 제2 조이스틱(466, 468)으로부터의 입력을 분석하도록 구성된다.

비록 위에 나타내지 않았지만 일부 실시예에서, 제1 및 제2 모드의 하나는 작동개시에서 모드 입력장치(464)로부터 어떠한 신호도 없을 경우에 제어 시스템(460)이 디폴트를 나타내는 디폴트 모드일 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 시스템(460)은 어떠한 모드에서의 작동 전에 모드 입력장치(464)로부터의 입력을 필요로 할 수 있다. 다른 실시예에서, 모드 입력장치(464)는 디텐티드(detented) 입력일 수 있고, 항상 모든 시간에서 하나 또는 다른 모드를 신호한다.

앞에 설명한 실시예는 중요한 이점을 제공한다. 조이스틱 입력장치는 쉽게 조작할 수 있고 다양한 기계 기능을 제어하는데 적합하다. 서로 다른 제어 모드 사이에서 선택함으로써 조이스틱은 특정 작업을 보다 쉽게 수행할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 드라이브와 차대에 장착된 도구를 제어하는 모드를 가짐으로써 굴착기는 로더에 더 밀접하게 관련된 모드로 작동될 수 있다. 다른 모드에서 동일한 기계는 굴착기와 더 유사하게 작동될 수 있다.

이상 본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 형태에서 또는 세부적으로 변경될 수 있음을 인지할 것이다.

Claims

프레임(110; 210);
프레임에 의하여 지지되는 운전실(250);
복수의 작동기(470; 472; 474; 476);
작업실에 위치하고, 작업자에 의하여 조작되고 이에 반응하여 제1 기계 기능을 제어하는 작업자의 의사를 나타내는 제1 입력장치 제어신호를 제공하도록 구성된 제1 작업자 입력장치(466);
작업실에 위치하고, 작업자에 의하여 조작되고 이에 반응하여 제2 기계 기능을 제어하는 작업자의 의사를 나타내는 제2 입력장치 제어신호를 제공하도록 구성된 제2 작업자 입력장치(468);
작업자에 의하여 조작되고 이에 반응하여 작업자의 조작 표시를 제공하여, 제1 작업자 입력장치 및 제2 작업자 입력장치의 작동에 반응하여 복수의 작동기의 적어도 일부를 제어하는 작업모드를 선택하도록 구성된 모드 선택 입력장치(464); 및
제1 작업자 입력장치, 제2 작업자 입력장치 및 모드 선택 입력장치에 결합된 제어기(462)를 포함하고,
상기 제어기는 모드 선택 입력장치에 의하여 제공된 표시에 기반하여 선택된 작업모드를 결정하도록 구성되고, 또한 제어기는 선택된 작업모드가 제1 작업모드이면, 제1 작업자 입력장치 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 의하여 복수의 작동기의 제1 서브-세트가 제어되고, 선택된 작업모드가 제2 작업모드이면, 제1 작업자 입력장치 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 의하여 복수의 작동기의 제2 서브-세트가 제어되도록 구성되고, 제2 서브-세트는 제1 서브-세트의 복수의 작동기의 일부가 아닌 적어도 하나의 작동기를 포함하고, 복수의 작동기의 제1 서브-세트와 복수의 작동기의 제2 서브-세트는 모두 적어도 하나의 공통 작동기를 포함하는, 동력기계.
제1항에 있어서, 제1 작업자 입력장치(466)는 제1 2-축 조이스틱이고, 제2 작업자 입력장치(468)는 제2 2-축 조이스틱인 동력기계.
제2항에 있어서, 동력기계는 굴착기이고,
프레임의 하부 프레임부(212)에 결합된 견인요소(140; 240);
하부 프레임부(212)에 대하여 회전하도록 구성된 상부 프레임부(211);
상부 프레임부에 대하여 이동하도록 구성되고, 붐부(232) 및 도구 인터페이스(170)에 의하여 장착된 제1 도구를 갖는 암부(234)를 포함하는 제1 리프트 암 구조물(230);
하부 프레임부에 대하여 이동하도록 구성되고, 제2 도구를 갖는 제2 리프트 암 구조물(330)을 더 포함하는 동력기계.
제3항에 있어서, 상기 복수의 작동기는 동력기계의 견인 노력을 제어하는 견인요소를 제어하도록 구성된 구동 작동기(470), 하부 프레임부에 대한 상부 프레임부의 회전을 제어하도록 구성된 슬루 작동기(472), 제1 리프트 암 구조물 및 제1 도구의 위치 선정을 제어하도록 구성된 제1 리프트 암 및 도구 작동기(474, 233B, 233C, 233D) 및 제2 리프트 암 구조물 및 제2 도구의 위치 선정을 제어하도록 구성된 제2 리프트 암 작동기(476, 332)를 포함하고, 그리고 적어도 하나의 공통 작동기는 슬루 작동기를 포함하고, 슬루 작동기는 복수의 작동기의 제1 서브-세트와 복수의 작동기의 제2 서브-세트 모두에 포함되고, 제1 작업모드와 제2 작업모드에서 제1 2-축 조이스틱과 제2 2-축 조이스틱의 하나에 의하여 제어되도록 하는, 동력기계.
제4항에 있어서, 제1 작업모드에서, 제어기는 제1 리프트 암 구조물의 붐부(232)에 대한 제1 리프트 암 구조물의 암부(234)의 위치 선정을 제어하는 제1 축을 따라 제1 2-축 조이스틱(466)의 움직임에 반응하여 제1 리프트 암 및 도구 작동기(474, 233C)를 제어하고, 제2 작업모드에서, 제어기는 동력기계의 전후 이동을 제어하는 제1 축을 따라 제1 2-축 조이스틱(466)의 움직임에 반응하여 구동 작동기(470)를 제어하는 동력기계.
제5항에 있어서, 제1 작업모드에서, 제어기는 하부 프레임부에 대한 상부 프레임부의 회전을 제어하는 제2 축을 따라 제1 2-축 조이스틱(466)의 움직임에 반응하여 슬루 작동기(472)를 제어하고, 제2 작업모드에서, 제어기는 동력기계의 좌우 회전 방향을 제어하는 제2 축을 따라 제1 2-축 조이스틱(466)의 움직임에 반응하여 구동 작동기(470)를 제어하는 동력기계.
제6항에 있어서, 제1 작업모드에서, 제어기는 상부 프레임부(211)에 대한 제1 리프트 암 구조물의 붐부(232)의 위치 선정을 제어하는 제1 축을 따라 제2 2-축 조이스틱(468)의 움직임에 반응하여 제2 리프트 암 및 도구 작동기(474, 233B)를 제어하고, 제2 작업모드에서, 제어기는 하부 프레임부(212)에 대한 제2 리프트 암 구조물(330) 및 제2 도구(334)의 위치 선정을 제어하는 제1 축을 따라 제2 2-축 조이스틱(468)의 움직임에 반응하여 제2 리프트 암 작동기(476, 332)를 제어하는 동력기계.
제7항에 있어서, 제1 작업모드에서, 제어기는 제1 리프트 암 구조물의 암부(234)에 대한 도구 인터페이스 및 제1 도구의 위치 선정을 제어하는 제2 축을 따라 제2 2-축 조이스틱(468)의 움직임에 반응하여 제3 리프트 암 및 도구 작동기(474, 233D)를 제어하고, 제2 작업모드에서, 제어기는 하부 프레임부에 대한 상부 프레임부의 회전을 제어하는 제2 축을 따라 제2 2-축 조이스틱(468)의 움직임에 반응하여 슬루 작동기(472)를 제어하는 동력기계.
모드 선택 입력장치(464)로부터 모드 선택 입력을 수신하는 단계(502);
모드 선택 입력에 기반하여 적어도 2개의 작업모드로부터 선택된 작업모드를 결정하는 단계(504); 및
결정된 선택된 작업모드에 기반하여 제1 및 제2 작업자 입력장치(466, 468)로부터의 입력을 분석하도록 제어기를 구성하고, 구성된 제어기를 사용하여 작업자의 제1 및 제2 작업자 입력장치의 조작에 반응하여 동력기계 기능을 제어하는 단계(506, 508);
제1 작업모드에서 제1 및 제2 작업자 입력장치를 사용하여 제2 복수의 작동기에 포함되지 않은 적어도 하나의 작동기를 포함하는 제1 복수의 작동기를 제어하고, 제2 작업모드에서 제1 및 제2 작업자 입력장치를 사용하여 제2 복수의 작동기를 제어하는 단계를 포함하고;
제1 작동기는 제1 복수의 작동기와 제2 복수의 작동기의 각각에 포함되고, 제1 작동기는 제1 작업모드에서 제1 작업자 입력장치를 사용하여 제어되고, 제2 작업모드에서 제2 작업자 입력장치를 사용하여 제어되는,
동력기계에서 작업자 입력장치를 위한 작업모드를 선택하고 동력기계를 제어하는 방법.
제9항에 있어서, 모드 선택 입력장치(464)로부터 모드 선택 입력을 수신하는 단계(502)는 모드 선택 입력장치로부터의 신호의 부재(absense)를 결정하는 단계를 포함하고, 선택된 작업모드를 결정하는 단계(504)는 적어도 2개의 작업모드로부터 디폴트(default) 작업모드를 선택하는 단계를 포함하는, 동력기계를 제어하는 방법.
제9항에 있어서, 선택된 작업모드를 결정하는 단계(504)는 제1 작업모드가 선택되었는지를 결정하는 단계를 더 포함하고, 그리고 제1 작업모드가 선택되었다고 결정되면 제어기를 구성하는 단계(506)는 제1 작업모드에 기반하여 입력을 분석하도록 제어기를 구성하는 단계를 포함하는, 동력기계를 제어하는 방법.
제11항에 있어서, 제1 작업모드가 선택되지 않았다고 결정되면, 제2 작업모드가 선택되었는지를 결정하고, 이어서 제어기를 구성하는 단계는 제2 작업모드에 기반하여 입력을 분석하도록 제어기를 구성하는 단계(508)를 포함하는, 동력기계를 제어하는 방법.
제9항에 있어서, 적어도 2개의 작업모드는 트렌치(trench) 작업모드와 백필(backfill) 작업모드를 포함하는, 동력기계를 제어하는 방법.
제9항에 있어서, 제1 및 제2 작업자 입력장치는 제1 및 제2 2-축 조이스틱(466, 468)이고, 제1 작동기는 동력기계의 슬루 기능을 제어하도록 구성된 슬루 작동기인 동력기계를 제어하는 방법.
작업자에 의하여 조작되고 이에 반응하여 제1 기계 기능을 제어하는 작업자의 의사를 나타내는 제1 입력장치 제어신호를 제공하도록 구성되고, 제1 2-축 조이스틱을 포함하는 제1 작업자 입력장치(466);
작업자에 의하여 조작되고 이에 반응하여 제2 기계 기능을 제어하는 작업자의 의사를 나타내는 제2 입력장치 제어신호를 제공하도록 구성되고, 제2 2-축 조이스틱을 포함하는 제2 작업자 입력장치(468);
작업자에 의하여 조작되고 이에 반응하여 작업자의 조작 표시를 제공하여, 적어도 2개의 작업모드로부터 작업모드를 선택하도록 구성된 모드 선택 입력장치(464); 및
제1 작업자 입력장치, 제2 작업자 입력장치 및 모드 선택 입력장치에 결합된 제어기(462)를 포함하고;
상기 제어기는 모드 선택 입력장치에 의하여 제공된 표시에 기반하여 선택된 작업모드를 결정하고, 결정된 선택된 작업모드에 기반하여 제1 작업자 입력장치 및 제2 작업자 입력장치로부터의 입력을 분석하고, 제1 작업자 입력장치 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 반응하여, 선택된 작업모드가 제1 작업모드이면, 제1 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 의하여 제1 서브-세트 기계 기능이 제어되고, 선택된 작업모드가 제2 작업모드이면, 제1 작업자 입력장치 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 의하여, 제1 서브-세트의 기계 기능의 일부가 아닌 적어도 하나의 기계 기능을 포함하는 제2 서브-세트 기계 기능이 제어되고, 제1 기계 기능은 제1 서브-세트 기계 기능과 제2 서브-세트 기계 기능의 각각에 포함되고, 제1 기계 기능은 제1 작업모드에서 제1 작업자 입력장치를 사용하여 제어되고, 제2 작업모드에서 제2 작업자 입력장치를 사용하여 제어되도록 구성된, 동력기계.
제15항에 있어서, 동력기계는 복수의 작동기(470; 472; 474; 476)를 더 포함하고, 결정된 선택된 작업모드에 기반하여 제1 작업자 입력장치 및 제2 작업자 입력장치로부터의 입력을 분석하여 기계 기능을 제어하는 제어기는, 선택된 작업모드가 제1 작업모드이면, 제1 작업자 입력장치 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 의하여 복수의 작동기의 제1 서브-세트가 제어되고, 선택된 작업모드가 제2 작업모드이면, 제1 작업자 입력장치 및 제2 작업자 입력장치의 작업자의 조작에 의하여, 복수의 작동기의 제1 서브-세트와 다른 복수의 작동기의 제2 서브-세트가 제어되도록 구성되는 동력기계.
삭제
제16항에 있어서, 동력기계는 굴착기이고,
프레임(110; 210);
프레임에 의하여 지지되는 운전실(250);
프레임의 하부 프레임부(212)에 결합되는 견인요소(140; 240);
하부 프레임부(212)에 대하여 회전하도록 구성된 상부 프레임부(211);
상부 프레임부에 대하여 이동하도록 구성되고, 붐부(212) 및 도구 인터페이스(170)에 의하여 장착된 제1 도구를 갖도록 구성된 암부(234)를 포함하는 제1 리프트 암 구조물(230);
하부 프레임부에 대하여 이동하도록 구성되고, 고정된 제2 도구를 갖는 제2 리프트 암 구조물(330)을 더 포함하는, 동력기계.
제18항에 있어서, 상기 복수의 작동기는 동력기계의 견인 노력을 제어하는 견인요소를 제어하도록 구성된 구동 작동기(470), 하부 프레임부에 대한 상부 프레임부의 회전을 제어하도록 구성된 슬루 작동기(472), 제1 리프트 암 구조물 및 제1 도구의 위치 선정을 제어하도록 구성된 제1 리프트 암 및 도구 작동기(474, 233B, 233C, 233D) 및 제 2 리프트 암 구조물 및 제2 도구의 위치 선정을 제어하도록 구성된 제2 리프트 암 작동기(476, 332)를 포함하는 동력기계.
제19항에 있어서, 제1 기계 기능은 하부 프레임부에 대한 상부 프레임부의 회전을 제어하는 슬루 작동기의 제어이고, 슬루 작동기는 제1 작업모드에서 제1 2-축 조이스틱에 의하여 제어되고 제2 작업모드에서 제2 2-축 조이스틱에 의하여 제어되는 동력기계.