KR20000064826A

KR20000064826A - 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치, 목표경사면 설정장치 및 경사면 굴삭 형성방법

Info

Publication number: KR20000064826A
Application number: KR1019980707798A
Authority: KR
Inventors: 히로시 와타나베; 가즈오 후지시마; 마사카즈 하가
Original assignee: 세구치 류이치; 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 2000-11-06
Also published as: EP0902131A1; EP0902131A4; WO1998036131A1; KR100353566B1; US6076029A; CN1192148C; CN1216080A

Abstract

본 발명에 있어서는, 목표경사면의 진전방향을 따라 수평한 방향으로 외부기준(80)을 설치하고, 조작기(7)에 의하여 외부기준으로부터 목표경사면 위의 기준점까지의 수직거리(hry), 수평거리(hrx), 목표경사면의 각도(θr)를 설정한다. 버킷 끝단에 설치한 프론트기준(70)을 외부기준에 일치시켜 외부기준 설정스위치(71)를 누르면, 제어유닛(9)은 차체 중심(O)으로부터 외부기준까지의 수직거리(hfy), 수평거리(hfx)를 연산하고, 이들을 보정치로 하여 차체 중심(O)에 대한 목표경사면의 기준점의 수직거리(hsy), 수평거리(hsx)를 연산하여, 이 값과 설정기에 의해 입력한 각도에 의하여 차체(1B)를 기준으로 한 목표경사면을 설정하고, 이것으로 영역제한 굴삭제어를 행한다. 이에 따라, 차체의 횡방향의 이동에 의하여 차체와 이미 설치된 사면의 위치관계가 변화하더라도, 단차 없이 경사면을 굴삭 형성할 수 있다.

Description

유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치, 목표경사면 설정장치 및 경사면 굴삭 형성방법

건설기계의 대표예로서 유압셔블이 있다. 유압셔블에서는, 프론트장치를 구성하는 부움, 아암 등의 프론트부재를, 각각의 수동조작레버에 의하여 조작하고 있으나, 각각이 관절부에 의하여 연결되어 회동운동을 행하는 것이기 때문에, 이들 프론트부재를 조작하여 소정의 영역, 특히 직선형상으로 설정된 영역을 굴삭하는 것은 매우 곤란한 작업이며, 자동화가 요망되고 있다. 그래서, 이와 같은 작업을 자동화하여 행하기 위한 여러 가지 제안이 이루어지고 있다.

예를 들어, 국제공개공보 WO95/30059호 공보에는, 차체 기준으로 굴삭가능영역을 설정하고, 프론트장치의 일부, 예를 들어 버킷이 굴삭가능영역의 경계에 가까이 가면 버킷의 해당 경계를 향하는 방향의 움직임만을 감속하여, 버킷이 굴삭가능영역의 경계에 도달하면, 버킷은 굴삭가능영역 밖으로는 나가지 않으나 굴삭가능영역의 경계를 따라서는 움직일 수 있도록 하고 있다.

또, 그와 같은 작업을 자동화하여 행하는 경우, 차체가 이동하면 작업현장의 지형의 변화로 유압셔블 자신의 자세, 높이가 변화하여, 차체 기준으로 설정하고 있던 영역을 차체가 이동할 때마다 다시 설정해야만 한다. 그래서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 자동굴삭방법이 일본국 특개 평3-295933호 공보에 제안되어 있다. 이 자동굴삭방법에서는, 굴삭지 표면에 설치한 레이저발진기의 레이저광에 의하여 차체에 설치한 센서로 차체의 높이를 검출하고, 그 검출한 차체 높이에 의거하여 굴삭깊이(전자의 예의 제한영역에 상당함)를 결정하여 차체를 정지시킨 상태로 소정 길이만큼 직선 굴삭하고, 그 후에 차체를 소정 거리 주행시켜 정지상태에서 다시 직선 굴삭할 때에 상기 레이저광에 의하여 차체 높이 변위량을 검출하고, 그 높이 변위량에 의하여 굴삭깊이를 보정하도록 하고 있다.

또한, 레이저광을 사용하여 굴삭깊이를 보정하는 다른 자동굴삭방법으로서 미국 특허 4,829,418호에 제안된 것이 있다. 이 자동굴삭방법에서는, 레이저광을 기준으로 하여 소망하는 굴삭깊이(HTTRGT)를 설정하고, 아암에 레이저수광기를 설치하여, 굴삭중에 레이저수광기가 레이저광을 검지하는 순간에, 레이저광으로부터 프론트장치의 버킷 날끝까지의 거리(HTACT)를 계산하여, HTTRGT와 HTACT를 비교하여 버킷 날끝이 소망하는 굴삭깊이 부근에서 움직이도록 관련되는 액츄에이터를 제어하고 있다.

본 발명은 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치, 목표경사면 설정장치 및 유압셔블을 사용한 경사면 굴삭 형성방법에 관한 것으로서, 특히 프론트장치가 미리 설정한 목표굴삭면에 가까이 가면 프론트장치가 목표굴삭면을 따라 움직이도록 영역제한 굴삭제어를 행하고, 목표굴삭면을 굴삭하는 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치, 목표경사면 설정장치 및 그 유압셔블을 사용한 경사면 굴삭 형성방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치를 유압구동장치와 함께 나타낸 도,

도 2는 본 발명이 적용된 유압셔블의 외관과 외부기준의 일례 및 경사면의 굴삭상황의 일례를 나타낸 도,

도 3은 설정기의 외관을 나타낸 도,

도 4는 외부기준의 다른 예를 나타낸 도 2와 동일한 도,

도 5는 외부기준의 또다른 예를 나타낸 도 2와 동일한 도,

도 6은 경사면의 굴삭상황의 다른 예를 나타낸 도 2와 동일한 도,

도 7은 굴삭하고 싶은 경사면이 진전 방향에 일 평면이 아니라 굴곡되어 있는 경우의 일례를 나타낸 도,

도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 목표경사면의 설정원리를 나타낸 설명도,

도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 경사면 굴삭 제어장치의 전체구성을 나타낸 개념도,

도 10은 본 발명의 제 1 실시형태의 제 2 연산수단 및 제 2 설정수단의 처리플로우를 나타낸 도,

도 11은 제어유닛의 전체의 제어기능을 나타낸 기능블록도,

도 12는 영역제한 굴삭제어에 있어서 버킷의 끝단이 연산대로 방향변환제어되었을 때의 궤적의 일례를 나타낸 도,

도 13은 영역제한 굴삭제어에 있어서 버킷의 끝단이 연산대로 복원제어되었을 때의 궤적의 일례를 나타낸 도,

도 14는 목표경사면을 설정하였을 때의 최초의 설정시와 그 후의 이동시의 관계를 나타낸 도,

도 15는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 목표경사면의 설정원리를 나타낸 설명도,

도 16은 본 발명의 제 2 실시형태의 제 1 설정수단의 처리플로우를 나타낸 도,

도 17은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 목표경사면의 설정원리를 나타낸 설명도,

도 18은 본 발명의 제 3 실시형태의 제 1 설정수단의 처리플로우를 나타낸 도.

유압셔블의 작업에는 경사면 굴삭작업이 있다. 예를 들어, 하천의 호안(護岸)공사나 도로측벽공사와 같이 하천, 도로를 따라 긴 거리의 사면(경사면)을 만드는 작업이다. 이 작업에서는, 유압셔블은 하천 또는 도로에 평행하게 주행할 수 있는 자세를 잡고, 버킷 폭으로 굴삭 가능한 사면을 만들 때마다, 차체를 이미 설치된 사면에 대하여 횡방향(하천 또는 도로에 평행한 방향)으로 이동시켜 간다. 이것을 계속함으로써 긴 거리의 사면(경사면)을 형성해 간다.

그런데, 이와 같은 경사면의 굴삭을 자동으로 행하는 경우, 국제공개공보 WO95/30059호 공보에 기재된 바와 같이 형성하고 싶은 경사면(목표경사면)을 차체 기준으로 설정하면, 차체의 횡이동에 따라 주행하는 지면의 고저 차, 주행시의 구부러짐 등으로 차체와 이미 설치된 사면의 위치관계가 변화하게 되어, 사면 사이에 단차가 생기게 된다.

또, 일본국 특개 평3-295933호 공보나 미국특허 4,829,418호에 나타난 방법으로 경사면을 굴삭한 경우에는, 차체의 횡이동에 의하여 차체와 이미 설치된 사면의 위치관계가 변화하더라도, 이미 설치된 사면에 대한 차체의 높이 방향의 변화는 보정할 수 있으나, 전후 방향의 변화는 보정할 수 없고, 차체와 이미 설치된 사면의 위치관계가 전후 방향으로 어긋나게 되어, 역시 사면 사이에 단차가 생기게 된다.

본 발명의 목적은, 차체의 횡방향의 이동에 의하여 차체와 이미 설치된 사면의 위치관계가 변화하더라도, 단차 없이 경사면을 굴삭 형성할 수 있는 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치, 목표경사면 설정장치 및 유압셔블을 사용한 경사면 굴삭 형성방법을 제공하는 것이다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 다관절형의 프론트장치를 구성하는 상하 방향으로 회동 가능한 복수의 프론트부재와, 상기 프론트장치를 지지하는 차체를 구비한 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치로서, 상기 프론트장치에 의하여 굴삭해야 할 목표굴삭면을 설정하는 굴삭면 설정수단을 가지며, 상기 프론트장치가 상기 목표굴삭면에 가까이 가면 프론트장치가 목표굴삭면을 따라 움직이도록 영역제한 굴삭제어를 행하고, 목표굴삭면 위치를 굴삭하는 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치에 있어서, 상기 굴삭면 설정수단은, (a) 상기 프론트장치에 구비되어, 목표경사면의 진전 방향을 따라 설치된 외부기준에 상기 프론트장치를 맞추는 목표가 되는 프론트기준과 ; (b) 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 검출수단과 ; (c) 상기 검출수단의 신호에 의거하여 상기 차체를 기준으로 한 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제 1 연산수단과 ; (d) 상기 외부기준과 목표경사면의 위치관계를 설정하는 제 1 설정수단과 ; (e) 상기 프론트기준이 상기 외부기준과 일치하였을 때에 조작되는 외부기준 설정스위치와 ; (g) 상기 외부기준 설정스위치가 조작되었을 때의 상기 제 1 연산수단에 의해 연산한 상기 프론트장치의 위치와 자세의 정보에 의거하여 상기 차체와 상기 외부기준의 위치관계를 연산하고, 이 차체와 외부기준의 위치관계와 상기 제 1 설정수단에 의해 설정한 외부기준과 목표경사면의 위치관계로부터 상기 차체와 목표경사면의 위치관계를 연산하는 제 2 연산수단과 ; (h) 상기 제 2 연산수단에 의해 연산한 차체와 목표경사면의 위치관계에 의하여, 상기 목표경사면을 차체를 기준으로 한 위치관계로 설정하여, 상기 목표굴삭면으로 하는 제 2 설정수단을 구비하는 것으로 한다.

이상과 같이 구성한 본 발명에 있어서는, 프론트기준이 외부기준과 일치하고, 외부기준 설정스위치가 조작되었을 때에, 제 2 연산수단으로 제 1 설정수단에 의해 설정한 외부기준과 목표경사면의 위치관계를 보정하여 차체와 목표경사면의 위치관계를 연산하고, 제 2 설정수단에 의해 차체를 기준으로 한 위치관계로 목표경사면을 설정하기 때문에, 차체의 횡방향의 이동에 의하여 이미 설치된 사면에 대하여 차체의 높이가 변화하더라도, 그 높이 변화를 매회 보정하여 굴삭작업을 행할 수 있다. 또, 외부기준으로 하여 목표경사면의 진전방향을 따라 설치된 것을 이용하여 이 외부기준에 프론트기준이 일치하였을 때에 상기의 계산을 하여 목표경사면을 설정하기 때문에, 차체의 횡방향의 이동에 의하여 이미 설치된 경사면에 대하여 차체의 전후 방향의 위치가 변화하더라도, 이 전후 방향의 위치의 변화도 매회 보정하여 굴삭작업을 행할 수 있다. 이 때문에, 차체의 횡이동에 의하여 차체와 이미 설치된 사면의 위치관계가 변화하더라도, 단차 없이 경사면을 굴삭 형성할 수 있다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 제 1 설정수단은, 상기 외부기준과 목표경사면의 위치관계로서, 상기 외부기준으로부터 목표경사면 위의 기준점까지의 수직 방향의 거리 및 수평 방향의 거리와, 목표경사면의 각도정보를 설정하는 수단이다.

(3) 또, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 제 1 설정수단은, 설정기에 의하여 입력된 데이터를 근거로 상기 외부기준과 목표경사면의 위치관계를 설정하는 수단이다.

이에 따라, 설정기의 조작에 의해 외부기준과 목표경사면의 위치관계 모두를 설정할 수 있다.

(4) 또한, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 제 1 설정수단은, 상기 제 1 연산수단에 의해 연산한 상기 프론트장치의 위치와 자세의 정보에 의거하여, 상기 프론트장치의 끝단을 목표경사면 위의 기준점에 맞추었을 때의 상기 프론트장치의 끝단의 위치를 연산하는 수단과, 상기 제 1 연산수단에 의해 연산한 상기 프론트장치의 위치와 자세의 정보에 의거하여, 상기 프론트기준을 상기 외부기준에 맞추었을 때의 상기 프론트기준의 위치를 연산하는 수단과, 상기 프론트장치의 끝단위치와 상기 프론트기준의 위치로부터 상기 외부기준과 목표경사면 위의 기준점의 위치관계를 연산하는 수단과, 이 연산에 의해 구한 위치관계와 설정기에 의하여 입력된 각도데이터를 기억하는 수단을 포함한다.

이에 따라, 다이렉트 티칭에 의하여 각도데이터 이외에 대하여 외부기준과 목표경사면의 위치관계를 설정할 수 있다.

(5) 또, 상기 (1)에 있어서, 상기 제 1 설정수단은, 상기 제 1 연산수단에 의해 연산한 상기 프론트장치의 위치와 자세의 정보에 의거하여, 상기 프론트장치의 끝단을 목표경사면 위의 제 1 기준점에 맞추었을 때의 상기 프론트장치의 끝단의 위치와, 상기 프론트장치의 끝단을 목표경사면 위의 제 2 기준점에 맞추었을 때의 상기 프론트장치의 끝단의 위치를 연산하는 수단과, 상기 제 1 및 제 2 기준점에서의 상기 프론트장치의 끝단위치로부터 목표경사면의 각도정보를 연산하는 수단과, 상기 제 1 연산수단에 의해 연산한 상기 프론트장치의 위치와 자세의 정보에 의거하여, 상기 프론트기준을 상기 외부기준에 맞추었을 때의 상기 프론트기준의 위치를 연산하는 수단과, 상기 프론트장치의 끝단위치와 상기 프론트기준의 위치로부터 상기 외부기준과 목표경사면 위의 제 1 및 제 2 기준점 중의 어느 한쪽과의 위치관계를 연산하는 수단과, 이 연산에 의해 구한 위치관계와 상기 각도정보를 기억하는 수단을 포함하는 구성이어도 된다.

이에 따라, 다이렉트 티칭에 의하여 각도데이터도 포함시켜 외부기준과 목표경사면의 위치관계를 설정할 수 있다.

(6) 또, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 다관절형의 프론트장치를 구성하는 상하 방향으로 회동 가능한 복수의 프론트부재와, 상기 프론트장치를 지지하는 차체를 구비하고, 상기 프론트장치가 미리 설정한 목표굴삭면에 가까이 가면 프론트장치가 그 목표굴삭면을 따라 움직이도록 영역제한 굴삭제어를 행하고, 목표굴삭면 위치를 굴삭하는 유압셔블의 목표경사면 설정장치에 있어서, (a) 목표경사면의 진전방향을 따라 설치된 외부기준과 ; (b) 상기 프론트장치에 구비되어, 상기 외부기준에 상기 프론트장치를 맞추는 목표가 되는 프론트기준과 ; (c) 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 검출수단과 ; (d) 상기 검출수단의 신호에 의거하여 상기 차체를 기준으로 한 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제 1 연산수단과 ; (e) 상기 외부기준과 상기 목표경사면의 위치관계를 설정하는 제 1 설정수단과 ; (f) 상기 프론트기준이 상기 외부기준과 일치하였을 때에 조작되는 외부기준 설정스위치와 ; (g) 상기 외부기준 설정스위치가 조작되었을 때의 상기 제 1 연산수단에 의해 연산한 상기 프론트장치의 위치와 자세의 정보에 의거하여 상기 차체와 상기 외부기준의 위치관계를 연산하고, 이 차체와 외부기준의 위치관계와 상기 제 1 설정수단에 의해 설정한 외부기준과 목표경사면의 위치관계로부터 상기 차체와 목표경사면의 위치관계를 연산하는 제 2 연산수단과 ; (h) 상기 제 2 연산수단에 의해 연산한 차체와 목표경사면의 위치관계에 의하여, 상기 목표경사면을 차체를 기준으로 한 위치관계로 설정하여, 상기 목표굴삭면으로 하는 제 2 설정수단을 구비하는 것으로 한다.

이와 같은 목표경사면 설정장치를 사용하여, 프론트장치가 목표굴삭면에 가까이 가면 프론트장치가 목표굴삭면을 따라 움직이도록 영역제한 굴삭제어를 행하면, 상기 (1)에서 서술한 바와 같이, 차체의 횡이동에 의하여 차체와 이미 설치된 사면의 위치관계가 변화하더라도, 단차 없이 경사면을 굴삭 형성할 수 있다.

(7) 상기 (6)에 있어서, 예를 들어 상기 외부기준은, 목표경사면의 진전방향을 따라 뻗어 건네 준 수사(水絲)이다.

(8) 또, 상기 (6)에 있어서, 상기 외부기준은, 목표경사면의 진전방향을 따라 나란히 놓은 복수의 말뚝이어도 된다.

(9) 또한, 상기 (6)에 있어서, 상기 외부기준은, 목표경사면의 진전방향을 따라 투사한 레이저광이어도 된다.

(10) 또, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 다관절형의 프론트장치를 구성하는 상하 방향으로 회동 가능한 복수의 프론트부재와, 상기 프론트장치를 지지하는 차체를 구비하고, 상기 프론트장치가 미리 설정한 목표굴삭면에 가까이 가면 프론트장치가 목표굴삭면을 따라 움직이도록 영역제한 굴삭제어를 행하여, 목표굴삭면 위치를 굴삭하는 유압셔블을 사용한 경사면 굴삭 형성방법에 있어서, (a) 목표경사면의 진전 방향을 따라 외부기준을 설치하는 것 ; (b) 상기 외부기준과 상기 목표경사면의 위치관계를 설정하는 것 ; (c) 상기 프론트장치에 설치한 프론트기준을 상기 외부기준에 맞추어 상기 차체와 상기 외부기준의 위치관계를 연산하며, 이 차체와 외부기준의 위치관계와 상기 외부기준과 목표경사면의 위치관계로부터 상기 차체와 목표경사면의 위치관계를 연산하고, 이 차체와 목표경사면의 위치관계에 의하여, 상기 목표경사면을 차체를 기준으로 한 위치관계로 설정하여, 상기 목표굴삭면으로 하는 것 ; (d) 유압셔블의 현재의 차체 위치에서 상기 영역제한 굴삭제어에 의하여 상기 목표경사면 위치에 사면을 굴삭 형성하는 것 ; (e) 유압셔블의 차체를 상기 (d)에서 굴삭한 사면에 대하여 횡방향으로 이동하는 것 ; (f) 상기 (c) 및 (d)와 동일 순서를 횡방향으로 이동후의 차체 위치에서 실시하는 것 ; (g) 상기 (e) 및 (f)의 순서를 반복 실시하는 것으로 한다.

이와 같은 경사면 굴삭 형성방법에 의하여, 상기 (1)에서 서술한 바와 같이, 차체의 횡이동에 의하여 차체와 이미 설치된 사면의 위치관계가 변화하더라도, 단차 없이 경사면을 굴삭 형성할 수 있다.

(11) 상기 (10)에 있어서, 바람직하게는, 상기 유압셔블의 차체는 프론트장치를 지지하는 상부선회체와, 이 상부선회체를 선회 가능하게 탑재하는 하부주행체를 가지며, 상기 (d)의 사면의 굴삭형성에 있어서는, 상기 하부주행체를 상기 목표방면의 진전 방향을 평행하게 향한 자세로 굴삭형성을 행하고, 상기 (e)의 차체의 횡방향 이동에 있어서는, 상기 하부주행체를 상기 (d)와 동일 자세로 주행시킴으로써 횡방향 이동을 행한다.

(12) 또, 상기 (10)에 있어서, 상기 유압셔블의 차체는 프론트장치를 지지하는 상부선회체와, 이 상부선회체를 선회 가능하게 탑재하는 하부주행체를 가지며, 상기 (d)의 사면의 굴삭 형성에 있어서는, 상기 하부주행체를 상기 목표방면의 진전 방향으로 교차하는 방향을 향한 자세로 굴삭형성을 행하고, 상기 (e)의 차체의 횡방향 이동에 있어서는, 상기 하부주행체를 상기 (d)와 동일 자세로 전진 및 후진을 반복하여 폭방향 이동을 행함으로써 횡방향 이동을 행하여도 된다.

(13) 또한, 상기 (10)에 있어서, 상기 (a)의 외부기준의 설치에 있어서, 상기 목표경사면이 진전 방향으로 굴곡되어 있을 경우에는, 그 굴곡된 목표평면의 진전 방향에 따라 외부기준도 굴곡하여 설치한다.

이와 같이 외부기준의 설치방향을 조정함으로써 형성하고자 하는 경사면의 방향을 지형에 맞추어 자유롭게 설정할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 12에 의하여 설명한다.

도 1에 있어서, 본 발명이 관련된 유압셔블은, 유압펌프(2)와, 이 유압펌프(2)로부터의 압유에 의하여 구동되는 부움 실린더(3a), 아암 실린더(3b), 버킷 실린더(3c), 선회모터(3d) 및 좌우의 주행모터(3e, 3f)를 포함하는 복수의 유압액츄에이터와, 이들 유압액츄에이터(3a 내지 3f)의 각각에 대응하여 설치된 복수의 조작레버장치(4a 내지 4f)와, 유압펌프(2)와 복수의 유압액츄에이터(3a 내지 3f) 사이에 접속되고, 유압액츄에이터(3a 내지 3f)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량제어밸브(5a 내지 5f)와, 유압펌프(2)와 유량제어밸브(5a 내지 5f) 사이의 압력이 설정치 이상이 되었을 경우에 개방하는 릴리프 밸브(6)를 가지고 있다.

또, 유압셔블은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수직 방향으로 각각 회동하는 부움(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)으로 이루어지는 다관절형의 프론트장치(1A)와, 이 프론트장치(1A)를 지지하는 상부선회체(1d) 및 이 상부선회체(1d)를 선회 가능하게 탑재하는 하부주행체(1e)로 이루어지는 차체(1B)로 구성되고, 프론트장치(1A)의 부움(1a)의 기단은 상부선회체(1d)의 앞부분에 지지되어 있다. 부움(1a), 아암(1b), 버킷(1c), 상부선회체(1d) 및 하부주행체(1e)는 각각 부움 실린더(3a), 아암 실린더(3b), 버킷 실린더(3c), 선회모터(3d) 및 좌우의 주행모터(3e, 3f)에 의하여 각각 구동되는 피구동부재를 구성하고, 그들의 동작은 상기 조작레버장치(4a 내지 4f)에 의하여 지시된다.

도 1로 되돌아가서, 조작레버장치(4a 내지 4f)는 파일롯압에 의하여 대응하는 유량제어밸브(5a 내지 5f)를 구동하는 유압파일롯방식이며, 각각, 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작레버(40)와, 조작레버(40)의 조작량과 조작 방향에 따른 파일롯압을 생성하는 1쌍의 감압밸브(도시생략)에 의하여 구성되고, 각 감압밸브의 1차 포트는 파일롯 펌프(43)에 접속되고, 2차 포트는 파일롯 라인(44a, 44b ; 45a, 45b ; 46a, 46b ; 47a, 47b ; 48a, 48b ; 49a, 49b)을 거쳐 대응하는 유량제어밸브의 유압구동부(50a, 50b ; 51a, 51b ; 52a, 52b ; 53a, 53b ; 54a, 54b ; 55a, 55b)에 접속되어 있다.

이상과 같은 유압셔블에 본 발명의 경사면 굴삭 제어장치가 설치되어 있다. 이 장치는, 목표굴삭면의 설정을 지시하는 설정기(7)와, 부움(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)의 각각의 회동지지점에 설치되고, 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량으로서 각각의 회동각을 검출하는 각도계(8a, 8b, 8c)와, 차체(1B)의 전후 방향의 경사각(θ)을 검출하는 경사계(8d)와, 부움용 및 아암용의 조작레버장치(4a, 4b)의 파일롯 라인(44a, 44b ; 45a, 45b)에 설치되고, 조작레버장치(4a, 4b)로부터의 파일롯압을 검출하는 압력검출기(60a, 60b ; 61a, 61b)와, 버킷(1c)의 끝단(발톱끝)에 설치된 프론트기준(70)과, 프론트장치(1A)를 조작하여 프론트기준(70)이 외부기준(80)(후술)에 일치하였을 때에 눌러지는 외부기준 설정스위치(71)와, 설정기(7)의 설정신호, 각도계(8a, 8b, 8c) 및 경사계(8d)의 검출신호, 압력검출기(60a, 60b ; 61a, 61b)의 검출신호 및 외부기준 설정스위치(71)의 조작신호를 입력하고, 유압셔블의 목표굴삭면으로 하여 목표로 하는 경사면(이하, 목표경사면이라 함)을 설정함과 동시에, 영역제한 굴삭제어를 행하기 위한 전기신호를 출력하는 제어유닛(9)과, 상기 전기신호에 의하여 구동되는 비례전자밸브(10a, 10b, 11a, 11b)와, 셔틀밸브(12)로 구성되어 있다.

셔틀밸브(12)는 파일롯 라인(44a)에 설치되고, 파일롯 라인(44a) 내의 파일롯압과 비례전자밸브(10a)로부터 출력되는 제어압의 고압쪽을 선택하여, 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)로 유도한다. 비례전자밸브(10b, 11a, 11b)는 각각 파일롯 라인(44b, 45a, 45b)에 설치되어, 각각의 전기신호에 따라 파일롯 라인 내의 파일롯압을 감압하여 출력한다.

또, 유압셔블의 외부에는, 목표굴삭면을 설정할 때의 기준위치를 나타내는 외부기준(80)이 설치된다. 본 발명에서는, 목표굴삭면으로서 경사면을 설정하므로, 외부기준(80)은 목표경사면의 진전 방향을 따라 설치된다.

이상에 있어서, 설정기(7), 프론트기준(70), 외부기준 설정스위치(71), 각도계(8a, 8b, 8c) 및 경사계(8d)와, 외부기준(80)과, 제어유닛(9)의 하기하는 기능은 목표경사면 설정장치를 구성한다.

설정기(7)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 목표경사면 위의 기준점의 수직거리, 수평거리, 각도(후술) 중의 어느 것을 설정하는가를 전환하는 전환스위치(7c), 목표경사면 위의 기준점의 수직거리, 수평거리, 각도를 입력하기 위한 업다운 버튼(7a, 7b), 입력한 수직거리, 수평거리, 각도를 표시하는 표시장치(7e) 및 입력한 수직거리, 수평거리, 각도를 설정신호로서 제어유닛(9)에 출력하고, 목표경사면의 설정을 지시하는 설정스위치(7f)로 구성되어 있다. 또한, 설정기(7)의 버튼류는 적당한 조작레버의 그립 위에 설치하여도 된다. 또, IC 카드에 의한 방법, 바코드에 의한 방법, 무선통신에 의한 방법 등, 다른 방법을 사용하여도 된다.

외부기준(80)은, 예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이 목표경사면의 진전 방향을 따라 말뚝(80a)에 수평으로 뻗어 건네 준 수사이다. 수사(80)는 공사현장에서 기준을 나타내기 위하여 자주 사용되는 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 외부기준은 목표경사면의 진전 방향을 따라 설치된 단순한 말뚝(81) 등, 유압셔블의 오퍼레이터로부터 확인을 할 수 있는 것이면 무엇이든지 좋다.

프론트기준(70)은, 도 2에 나타낸 바와 같이 프론트장치(1A)의 버킷(1c)의 발톱끝에 설정되어 있다. 또한, 프론트기준은 버킷(1c)의 발톱끝에 설정하는 것이 바람직하나, 외부기준과의 일치를 확인하기 쉽고 일정하게 정해진 장소라면, 프론트장치(1A)의 다른 개소라도 좋다.

외부기준 설정스위치(71)는, 상기의 경우, 프론트장치(1A)를 움직여 외부기준(80)인 수사에 프론트기준(70)이 일치한 위치에서 조작되는 것으로서, 이 조작에 의하여 외부기준(80)의 위치가 검출되고, 유압셔블의 차체(1B)와 외부기준(80)의 위치관계(차체에 대한 외부기준 80의 위치)가 연산 설정된다(후술).

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 외부기준으로서, 공사현장의 측량 등에 사용하여 스폿형상의 레이저광(84)을 투사하는 레이저기준광 발생기(레이저 등대)(82)를 사용하여, 프론트기준(70)에 그 레이저광(84)을 검출하는 레이저 검출기(83)를 사용하여도 된다. 이 경우, 레이저 등대(82)는 레이저광(84)이 목표경사면의 진전 방향을 따라 수평으로 투사되도록 설치된다. 또, 레이저광(84)이 경사면중위(中位)의 위치에 위치하도록 레이저 등대(82)를 설치하는 것이 편리하며, 레이저 등대(82)의 레이저광(84)을 레이저 검출기(83)가 검출하였을 때에 램프를 점등시키고, 오퍼레이터가 이 램프의 점등을 확인하여 외부기준 설정스위치(71)를 조작 함으로써 동등의 기능을 다할 수 있다.

또, 도 4, 도 5에서는, 차체를 경사면의 위쪽에 놓고, 버킷을 아래쪽으로부터 그러 올리는 방법으로 경사면을 공사하는 예를 나타내었으나, 도 6에 나타낸 바와 같이, 차체를 경사면의 아래쪽에 놓고, 버킷을 위쪽으로부터 그러 내리는 방법으로 경사면을 공사해도 된다. 이 경우, 도 6에서는, 외부기준인 수사(80)를 경사면 위쪽에 설치하고 있으나, 이것을 아래쪽에 설치하거나 레이저스폿광을 사용하는 경우에는 상기와 같이 경사면 중위에 설치해도 된다.

또한, 실제의 시공현장에서는, 굴삭하고 싶은 경사면이 진전 방향에 일 평면이 아니라 굴곡되어 있는 경우가 있다. 도 7에 그 일례를 나타낸다. 이 예는, 강가에 위치하는 제방에 경사면을 형성하는 경우의 것이다. 강의 커브에 대응하여 제방도 커브하고 있어, 굴삭하고자 하는 경사면도 제방의 커브에 맞추어 진전 방향으로 굴곡시킬 필요가 있다. 이와 같이 목표경사면을 굴곡시키는 경우에는, 그 굴곡한 목표경사면의 진전 방향을 따라 외부기준(80)도 굴곡하여 설치한다. 외부기준(80)이 수사인 경우에는, 도시와 같이 적당한 굴곡부를 선택하여 말뚝(80a)을 박아 넣고 수사를 뻗어 건네주면 된다.

또, 아암(1b), 부움(1a)에 프론트기준을 설정하는 경우, 목표경사면의 설정연산에 있어서 차체의 제작공차의 영향을 가능한 한 적게 하기 위해서는, 프론트기준(70)은 작업에 지장 없을 정도로 가능한 한 버킷(1c)의 끝단 근처에 설치되고, 실제로 흙에 작용하는 버킷(1c)의 끝단의 가까운 곳에서 외부기준(80)과 일치시키도록 하는 것이 바람직하다. 외부기준 설정스위치(71)는 설정기(7) 속에 짜 넣어도 된다.

제어유닛(9)은, 상기의 설정기(7)의 설정신호와, 외부기준 설정스위치(71), 각도계(8a, 8b, 8c) 및 경사계(8d)의 검출신호를 사용하여 목표경사면을 설정한다. 이 제어유닛(9)에 의한 목표경사면의 설정방법 및 제어유닛(9)의 처리기능의 개요를 도 8 및 도 9를 이용하여 설명한다.

목표경사면의 설정에 있어서는, 먼저 도 2 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 유압셔블 본체의 외부에 외부기준(80)으로서, 상기와 같이 예를 들어 수사를 목표경사면의 진전 방향을 따라 수평으로 설치한다.

다음에, 오퍼레이터는 조작기(7)를 사용하여 외부기준(80)으로부터 설정하고 싶은 목표경사면의 기준점(Ps)까지의 수직거리(hry), 수평거리(hrx) 및 목표경사면의 수평에 대한 각도(θr)를 입력하고, 이들 수직거리(hry), 수평거리(hrx) 및 각도(θr)에 의하여 외부기준(80)과 목표경사면의 위치관계를 설정한다. 즉, 외부기준(80)을 기준으로 한 위치관계로 목표경사면을 설정한다. 이 설정은 도 9에 나타낸 제어유닛(9)의 제 1 설정수단(100)의 처리기능에 의하여 행하여진다.

제 1 설정수단(100)에 있어서의 외부기준(80)으로부터 목표경사면의 기준점까지의 수직거리, 수평거리, 각도의 설정은, 미리 외부기준의 설치장소를 정해 두고, 시행도 등에서 목표경사면 위의 기준점까지의 수직거리, 수평거리, 각도를 구하여 둔다. 그 수치를 설정기(7)의 전환스위치(7c) 및 버튼(7a, 7b)을 사용하여 입력한다. 그 수치를 표시기(7e)에서 확인하면 영역설정스위치(7f)를 눌러 확정한다. 제어장치(9)는 설정스위치(7f)가 눌러진 것을 판정하면, 그들의 수직거리, 수평거리, 각도를 hry, hrx, θr로서 기억한다.

다음에, 현재의 유압셔블의 차체 위치를 기준으로 한 위치관계로 목표경사면을 설정한다. 이 때문에, 먼저 오퍼레이터가 프론트장치(1A)를 움직여, 프론트장치(1A)의 버킷(1c)의 발톱끝에 설정된 프론트기준(70)을 외부기준(80)에 일치시키고, 오퍼레이터가 외부기준 설정스위치(71)를 조작한다. 여기서, 프론트장치(1A)를 움직이고 있을 때, 도 9에 나타낸 제 1 연산수단(120)의 처리기능에 의하여 각도계(8a, 8b, 8c) 및 경사계(8d)의 신호에 의거하여 제어유닛(9) 내에서 프론트장치(1A)의 위치와 자세가 연산되어 있고, 프론트장치(1A)의 버킷(1c)의 발톱끝에 설정된 프론트기준(70)이 외부기준(80)에 일치하여, 오퍼레이터에 의하여 외부기준 설정스위치(71)가 조작되면, 제 1 연산수단(120)으로부터 얻어지고 그 때의 프론트장치(1A)의 위치와 자세의 정보에 의거하여, 도 9에 나타낸 제 2 연산수단(140)의 처리기능에 의하여 차체(1B)와 외부기준(80)의 위치관계로서 차체 중심(O)으로부터 외부기준(80)까지의 높이(hfy)와 수평거리(hfx)가 연산되고, 다시 이 높이(hfy)와 수평거리(hfx)를 보정치로 하여, 앞서 설정한 수직거리(hry) 및 수평거리(hrx)(외부기준 80과 굴삭영역의 위치관계)로부터 차체 중심(O)에 대한 목표경사면의 기준점(Ps)의 수직거리(hsy) 및 수평거리(hsx)를 연산한다. 그리고, 도 9에 나타낸 제 2 설정수단(160)의 처리기능에 의하여, 수직거리(hsy) 및 수평거리(hsx)와 설정기(7)에 의해 입력한 각도(θr)를 유압셔블의 차체(1B)를 기준으로 한 목표경사면으로서 설정한다.

제 2 연산수단(140) 및 제 2 설정수단(160)에 있어서의 차체와 목표경사면의 위치관계를 설정하는 기능의 상세를 도 10에 처리플로우로 나타낸다.

먼저, 파선으로 둘러싼 부분에서 나타낸 바와 같이, 오퍼레이터가 조작레버(40)(도 1 참조)를 조작하여 프론트장치(1A)를 움직여, 프론트기준점(70)을 외부기준(80)에 일치시킨다. 그리고, 처리(141)에 있어서 오퍼레이터에 의하여 외부기준 설정스위치(71)가 눌러졌는지 여부를 판정한다. 눌러져 있지 않을 경우에는 목표경사면의 설정을 바꾸지 않고 설정처리를 종료한다. 처리(141)에 있어서 외부기준 설정스위치(71)가 눌러졌다고 판정되면 처리(142)로 간다.

처리(142)에서는 프론트장치(1A)에 구비된 각도계(8a, 8b, 8c) 및 경사계(8d)에 의하여 부움(1a), 아암(1b), 버킷의 각도(α, β, γ) 및 차체(1B)의 경사각(θ)을 읽어 들인다. 다음에 처리(143)에 있어서 부움, 아암, 버킷의 각도(α, β, γ) 및 경사각(θ)을 사용하여 외부기준 설정스위치(71)가 눌러졌을 때(프론트기준점 70이 외부기준 80에 일치하였을 때)의 차체 중심(O)으로부터 프론트기준(70)까지의 수직거리(hfy), 수평거리(hfx)를 연산한다.

연산은 먼저 다음의 수학식 2, 3에 의하여 차체 중심(O)으로부터 부움과 아암의 접합점(아암각도계 8b의 설치점)(P1)의 수직거리(hby), 수평거리(hbx)를 구한다.

hby = L1×cos(α-θ)

hbx = L1×sin(α-θ)

상기 수학식 2, 3에 있어서, L1은 부움(1a)과 차체(1B)의 접합점(부움각도계 8a의 설치점), 즉 차체 중심(O)과 부움과 아암의 접합점(P1)의 거리이며, 이 값은 주지이고, 미리 제어유닛(9)에 기억시켜 둔다.

다음에 부움과 아암의 접합점(P1)으로부터 아암과 버킷의 접합점(P2)까지의 수직거리(hay)와 수평거리(hax)를 다음의 수학식 4, 5에 의하여 구한다.

hay = L2×cos ((α-θ)+β)

hax = L2×sin((α-θ)+β)

상기 수학식 4, 5에 있어서 L2가 부움과 아암의 접합점(P1)으로부터 아암과 버킷의 접합점(P2)까지의 길이이며, 미리 제어유닛(9)에 기억시켜 둔다.

다음에 아암과 버킷의 접합점(P2)으로부터 버킷발톱끝(P3)점까지의 수직거리(hcy)와 수평거리(hcx)를 다음의 수학식 6, 7에 의하여 구한다.

hcy = L3×cos((α-θ)+β+γ)

hcy = L3×sin((α-θ)+β+γ)

상기 수학식 6, 7에 있어서 L3은 아암과 버킷의 접합점(P2)으로부터 버킷 발톱끝(P3)까지의 길이이고, 미리 제어유닛(9)에 기억시켜 둔다.

다음에 이들 hay, hax, hby, hbx, hcy, hcx로부터 수학식 8, 9에 의하여 차체 중심(O)으로부터 프론트기준(70)(버킷 발톱끝 P3점)까지의 수직거리(hfy), 수평거리(hfx)를 연산한다.

hfy = hay + hby + hcy

hfx = hax + hbx + hcx

다음은, 처리(144)로 이동하여, 설정기(7)에 의해 설정한 외부기준(80)으로부터 목표경사면의 기준점까지의 수직거리(hry), 수평거리(hrx)를 읽어 들인다.

다음에, 처리(145)에 있어서, 조금 전에 연산한 차체 중심(O)으로부터 프론트기준(70)까지의 수직거리(hfy), 수평거리(hfx)를 보정치로 하여, 이 값(hfy, hfx)과 설정기(7)에 의해 설정한 외부기준(80)으로부터 목표경사면의 기준점까지의 수직거리(hry), 수평거리(hrx)로부터, 수학식 10, 11에 의하여 차체 중심(O)으로부터 목표경사면의 기준점까지의 수직거리(hsy), 수평거리(hsx)를 연산한다.

hsy = hry + hfy

hsx = hrx + hfx

마지막으로, 처리(161)에 있어서 처리(145)에서 연산한 목표경사면의 기준점의 수직거리(hsy), 거리(hsx)를 기억하여, 이 거리(hsy, hsx)와 설정기(7)에 의해 입력한 각도(θr)로 차체를 기준으로 한 목표경사면을 설정한다.

이상에 있어서, 처리(141 내지 145)는 도 9에 나타낸 제 2 연산수단(140)의 처리기능에 상당하고, 처리(161)은 도 9에 나타낸 제 2 설정수단(160)의 처리기능에 상당한다.

이상과 같이 유압셔블의 차체(1B)를 기준으로 한 목표경사면의 설정이 종료하면 도 9에 블록(180)으로서 나타낸 바와 같이 영역제한 굴삭제어에 의한 굴삭작업으로 이행하여, 현재의 유압셔블의 위치에서 목표경사면 위치에 사면을 굴삭 형성한다.

이와 같이 현재의 유압셔블의 위치에서 목표경사면 위치에 사면을 굴삭 형성한 후, 도 4 내지 도 7에 화살표로 나타낸 바와 같이 유압셔블의 차체를 굴삭한 이미 설치된 사면에 대하여 횡방향으로 이동하고, 이 새로운 위치에서 상기 제 2 연산수단(140) 및 제 2 설정수단(160)에 의한 순서를 차례로 실시한다. 즉, 프론트기준(70)을 외부기준(80)에 맞추고 외부기준 설정스위치(71)를 누름으로써, 이동후의 새로운 위치에서의 차체(1B)를 기준으로 한 목표경사면을 설정하고, 그 위치에서 영역제한 굴삭제어에 의하여 목표경사면 위치에 사면을 굴삭 형성한다.

여기서, 유압셔블은, 통상, 도 4 내지 도 7에 나타낸 바와 같이 하부주행체(1e)를 형성하고자 하는 경사면(목표경사면)에 평행하게 향하게 한 자세를 잡고, 이 자세로 사면을 굴삭한다. 또, 차체의 횡방향의 이동은, 동일 자세로 주행함으로써 행한다. 또한, 하부주행체(1e)를 경사면에 직각을 향하게 한 자세로 하고, 이 자세로 사면을 굴삭하여, 차체의 횡방향의 이동은 폭 그러모음(하부주행체 1e를 경사면에 직각으로 향하게 한 자세로 전진 및 후진을 반복하여 행하는 폭 방향 이동)에 의하여 행해도 된다.

이상과 같은 유압셔블의 횡방향의 이동, 새로운 위치에서의 차체를 기준으로 한 목표경사면의 설정, 그 위치에서의 영역제한 굴삭제어에 의한 사면의 형성의 순서를 반복 실행함으로써, 외부기준(80)을 따라 목표경사면 위치에 경사면이 형성된다.

다음에, 상기의 목표경사면 설정기능을 포함하는 제어유닛(9)의 전체제어기능을 도 11에 의하여 설명한다.

도 11에 있어서, 제어유닛(9)은, 제 1 목표경사면 설정부(9a), 프론트자세 연산부(9b), 목표실린더속도 연산부(9c), 목표끝단속도 벡터 연산부(9d), 방향변환제어부(9e), 보정후 목표실린더속도 연산부(9f), 복원제어 연산부(9g), 보정후 목표실린더속도 연산부(9h), 목표실린더속도 선택부(9i), 목표파일롯압 연산부(9j), 밸브지령 연산부(9k), 위치관계 연산부(9m) 및 제 2 목표경사면 설정부(9n)의 각 기능을 가지고 있다.

제 1 목표경사면 설정부(9a)는 도 9의 제 1 설정수단(100)에 상당하는 것으로서, 설정기(7)의 조작에 의하여 외부기준(80)으로부터 목표경사면 위의 기준점까지의 수직거리(hry), 수평거리(hrx), 목표경사면의 각도(θr)에 의하여 외부기준(80)과 목표경사면의 위치관계를 설정한다.

프론트자세 연산부(9b)는 도 9의 제 1 연산수단(120)에 상당하는 것으로서, 제어유닛(9)에 기억시킨 프론트장치(1A) 및 차체(1B)의 각 부분 치수와, 각도계(8a, 8b, 8c)에 의해 검출한 회동각(α, β, γ) 및 경사계에 의해 검출한 경사각(θ)을 사용하여 설정 및 제어에 필요한 프론트장치(1A)의 위치 및 자세를 연산한다.

위치관계 연산부(9m)는 도 9의 제 2 연산수단(140)에 상당하는 것으로서, 도 10에 나타낸 처리플로우의 처리(141 내지 145)에 의하여 차체 중심(O)으로부터 목표경사면 위의 기준점까지의 수직거리(hsy), 수평거리(hsx)를 연산한다.

제 2 목표경사면 설정부(9n)는 도 9의 제 2 설정수단(160)에 상당하는 것으로서, 도 10에 나타낸 처리플로우의 처리(161)에 의하여 상기의 수직거리(hsy), 수평거리(hsx), 각도(θr)에 의하여 유압셔블의 차체(1B)를 기준으로 한 위치관계로 목표경사면을 설정한다.

프론트자세 연산부(9b)에 있어서, 프론트장치(1A)의 위치와 자세는 부움(1a)의 회동지지점을 원점으로 한 XY 좌표계로 연산된다. 이 XY 좌표계는 본체(1B)에 고정한 직교좌표계이며, 수직면 내에 있는 것으로 한다. 예를 들어, 프론트장치(1A)의 버킷(1c)의 끝단위치는, 부움(1a)의 회동지지점과 아암(1b)의 회동지지점의 거리를 L1, 아암(1b)의 회동지지점과 버킷(1c)의 회동지지점의 거리를 L2, 버킷(1c)의 회동지지점과 버킷(1c)의 끝단과의 거리를 L3으로 하면, XY 좌표계에 의하여 하기의 식에서 구한다.

X = L1sinα + L2sin(α+β) + L3sin(α+β+γ)

Y = L1cosα + L2cos(α+β) + L3cos(α+β+γ)

단, 도 8에 나타낸 바와 같이 차체(1B)가 기울어졌을 때에는, 버킷과 끝단과 지면의 상대위치관계가 변화하므로, 목표경사면의 설정을 정확하게 행할 수 없게 된다. 그래서 본 실시형태에서는, 차체(1B)의 경사각(θ)을 경사계(8d)에 의해 검출하고, 프론트자세 연산부(9b)에서 그 경사각(θ)의 값을 입력하여, XY 좌표계를 각도(θ) 회전시킨 XbYb 좌표계에 의해 버킷 끝단의 위치를 계산하고 있다. 이에 따라, 차체(1B)가 기울어져 있더라도 정확한 설정을 행할 수 있다. 또한, 차체가 기울어졌을 때에는 차체의 경사를 수정하고 나서 작업하던가, 차체가 경사하지 않게 된 작업현장에서 사용할 경우에는, 경사계는 반드시 필요로 하지는 않는다.

제 1 목표경사면 설정부(9a), 위치관계 연산부(9m) 및 제 2 목표경사면 설정부(9n)에서는, 수직거리(hry, hsy, hfy), 수평거리(hrx, hsx, hfx) 등을 XbYb 좌표계의 값으로 변환하여 처리한다.

목표실린더속도 연산부(9c)에서는 조작레버장치(4a, 4b)의 조작신호로서 압력검출기(60a, 60b ; 61a, 61b)의 검출신호를 입력한다. 그 조작신호(파일롯 압)로부터 유량제어밸브(5a, 5b)의 목표토출유량(부움 실린더 3a 및 아암 실린더 3b의 목표속도)을 계산한다.

목표끝단속도 벡터 연산부(9d)에서는, 프론트자세 연산부(9b)에서 구한 버킷의 끝단 위치 및 목표실린더속도 연산부(9c)에서 구한 목표실린더 속도와, 제어유닛(9)에 기억되어 있는 이전의 L1, L2, L3 등의 각 부분 치수로부터 버킷(1c)의 끝단의 목표속도 벡터(Vc)를 구한다. 이 때, 목표속도 벡터(Vc)는 도 8에 나타낸 XaYa 좌표계의 값으로 하여 구한다. 이 XaYa 좌표계는, XbYb 좌표계에 있어서 제 2 목표경사면 설정부(9n)에서 구한 차체 중심(O)에 대한 목표경사면 위의 기준점의 수평거리(hsx), 수직거리(hsy)의 점을 원점으로 하고, XbYb 좌표계에 대하여 목표경사면의 각도(θr)만큼 기울어지게 하여 Xa 좌표축이 경사면을 따르도록 설정한 좌표계이다. 여기서, XaYa 좌표계에서의 목표속도 벡터(Vc)의 Xa 좌표성분(Vcx)은 목표속도 벡터(Vc)의 목표경사면에 평행한 방향의 벡터 성분으로 되고, Ya 좌표성분(Vcy)은 목표속도 벡터(Vc)의 목표경사면에 수직한 방향의 벡터 성분으로 된다.

방향변환제어부(9e)에서는, 버킷(1c)의 끝단이 목표경사면보다 안쪽(굴삭영역)에서 목표경사면 근방에 있고, 목표속도 벡터(Vc)가 목표경사면에 접근하는 방향의 성분을 가지는 경우, 수직인 벡터성분을 목표경사면에 가까워 짐에 따라 줄어들도록 보정한다. 바꾸어 말하면, 수직 방향의 벡터성분(Vcy)에 그것보다도 작은 목표경사면으로부터 이간되는 방향의 벡터(역방향 벡터)를 가한다.

이상과 같이 목표속도 벡터(Vc)의 수직 방향의 벡터성분(Vcy)을 보정함으로써, 거리(Ya)가 작아짐에 따라 수직 방향의 벡터성분(Vcy)의 감소량이 커지도록 벡터성분(Vcy)이 줄어들고, 목표속도 벡터(Vc)는 목표속도 벡터(Vca)로 보정된다. 여기서, 목표경사면으로부터 거리(Ya1)의 범위는 방향변환영역 또는 감속영역이라고 부를 수 있다.

버킷(1c)의 끝단이 상기와 같은 보정후의 목표속도 벡터(Vca)대로 방향변환제어되었을 때의 궤적의 일례를 도 12에 나타낸다. 목표속도 벡터(Vc)가 비스듬하게 아래쪽으로 일정할 때에는, 그 평행성분(Vcx)은 일정하게 되고, 수직성분(Vcy)은 버킷(1c)의 끝단이 목표경사면에 가까워 짐에 따라(거리 Ya가 작아짐에 따라) 작아진다. 보정후의 목표속도 벡터(Vca)는 그 합성이므로, 궤적은 도면에서와 같이 목표경사면에 가까워 짐에 따라 평행하게 되는 곡선형상으로 되고, 목표경사면에 일치한 곳에서는 목표속도 벡터(Vc)의 수직 방향의 벡터 Vcy = 0으로 하고, 보정후의 목표속도 벡터(Vca)는 Vcx에 일치한다.

보정후 목표실린더속도 연산부(9f)에서는, 방향변환제어부(9e)에서 구한 보정후의 목표속도 벡터로부터 부움 실린더(3a) 및 아암 실린더(3b)의 목표실린더속도를 연산한다. 이것은 목표끝단속도 벡터 연산부(9d)에서의 연산의 역연산이다.

복원제어부(9g)에서는, 버킷(1c)의 끝단이 목표경사면을 넘어 그 바깥쪽(제한영역)으로 나갔을 때, 목표경사면으로부터의 거리에 관계하여, 버킷 끝단이 목표경사면의 안쪽으로 복귀하도록 목표속도 벡터를 보정한다. 바꾸어 말하면, 수직 방향의 벡터성분(Vcy)에 그것보다도 큰 목표경사면에 접근하는 방향의 벡터(역방향 벡터)를 가한다. 이와 같이 목표속도 벡터(Vc)의 수직 방향의 벡터성분(Vcy)을 보정함으로써, 거리(Ya)가 작아짐에 따라 수직 방향의 벡터성분(Vcy)이 작아지도록, 목표속도 벡터(Vc)는 목표속도 벡터(Vca)로 보정된다.

버킷(1c)의 끝단이 상기와 같은 보정후의 목표속도 벡터(Vca)대로 복원제어되었을 때의 궤적의 일례를 도 13에 나타낸다. 목표속도 벡터(Vc)가 비스듬하게 아래쪽으로 일정할 때에는, 그 평행성분(Vcx)은 일정하게 되고, 또 복원 벡터(-KYa)는 거리(Ya)에 비례하므로 수직성분은 버킷(1c)의 끝단이 목표경사면에 가까이 감에 따라(거리 Ya가 작아짐에 따라) 작아진다. 보정후의 목표속도 벡터(Vca)는 그 합성이므로, 궤적은 도 13과 같이 목표경사면에 가까워 짐에 따라 평행하게 되는 곡선형상으로 되고, 목표경사면 위에서는 보정후의 목표속도 벡터(Vca)는 Vcx에 일치한다.

이와 같이 복원제어부(9g)에서는 버킷(1c)의 끝단이 목표경사면의 안쪽으로 복귀하도록 제어되기 때문에, 목표경사면의 바깥쪽에 복원영역이 얻어지게 된다. 또, 이 복원제어에서도, 버킷(1c)의 끝단의 목표경사면에 접근하는 방향의 움직임이 감속됨으로써, 결과적으로 버킷(1c)의 끝단의 이동방향이 목표경사면에 따른 방향으로 변환되고, 이 의미에서 이 복원제어도 방향변환제어라고 말할 수 있다.

보정후 목표실린더속도 연산부(9h)에서는, 복원제어부(9g)에서 구한 보정후의 목표속도 벡터로부터 부움 실린더(3a) 및 아암 실린더(3b)의 목표실린더속도를 연산한다. 이것은 목표끝단속도 벡터 연산부(9d)에서의 연산의 역연산이다.

여기서, 복원제어를 행하는 경우에는, 그 복원제어에 필요한 부움 실린더 및 아암 실린더의 동작방향을 선택하여, 그 동작방향에서의 목표실린더속도를 연산한다. 단, 복원제어에서는 부움(1a)을 올림으로써 버킷 끝단을 설정영역으로 복귀하게 하기 위하여, 부움(1)의 올림 방향이 반드시 포함된다. 그 조합도 제어소프트로 결정된다.

목표실린더속도 선택부(9i)에서는 목표실린더속도 연산부(9f)에서 얻은 방향변환제어에 의한 목표실린더속도와 목표실린더속도 연산부(9h)에서 얻은 복원제어에 의한 목표실린더속도의 값이 큰 쪽(최대치)을 선택하여, 출력용의 목표실린더속도로 한다.

목표파일롯압 연산부(9j)에서는, 목표파일롯압으로서 파일롯 라인(44a, 44b ; 45a, 45b)의 목표파일롯압을 계산한다.

밸브지령 연산부(9k)에서는, 목표파일롯압 연산부(9j)에서 계산한 목표파일롯압에 따른 지령치를 연산하여, 대응하는 전기신호가 비례전자밸브(10a, 10b, l1a, 11b)에 출력된다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태에 의하면, 다음의 효과가 얻어진다.

(1) 프론트기준(70)을 외부기준(80)에 일치시키고, 외부기준 설정스위치(71)를 누를 때마다 외부기준(80)과 차체(1B)의 위치관계를 보정하여 차체와 목표경사면의 위치관계를 연산하고, 차체를 기준으로 한 위치관계로 목표경사면을 설정하기 때문에, 차체의 횡방향의 이동에 의하여 이미 설치된 사면에 대하여 차체의 높이가 변화하더라도, 그 높이 변화를 매회 보정하여 굴삭작업을 행하게 된다. 또, 외부기준(80)을 목표경사면의 진전 방향을 따라 수평 설치하고, 이 외부기준(80)에 프론트기준이 일치하였을 때에 상기의 계산을 하여, 목표경사면을 설정하기 때문에, 차체의 횡방향의 이동에 의하여 이미 설치된 경사면에 대하여 차체의 전후 방향의 위치가 변화하더라도, 이 전후 방향의 위치의 변화도 매회 보정하여 굴삭작업을 행하게 된다. 이 때문에, 차체의 횡이동에 의하여 차체와 이미 설치된 사면의 위치관계가 변화하더라도, 단차가 없는 연속되어 매끄러운 경사면을 굴삭 형성할 수 있다.

이것을 도 14에 의하여 설명한다. 도 14에 있어서, (a)는 목표경사면의 설정시의 위치관계를 나타내고, (b)는 차체의 이동시의 위치관계를 나타낸다.

도 14(a)에서는, 도 9의 제 1 설정수단(100)에 의해 입력된 수직거리(hry), 수평거리(hrx)와 도 9의 제 2 연산수단(140) 및 도 10의 처리(143)에서 보정치로 하여 구한 수직거리(hfy), 수평거리(hfx)를 사용하여, 도 10의 처리(145)에서 차체 중심(O)으로부터 목표경사면의 기준점(Ps)까지의 수직거리(hsy), 수평거리(hsx)가 구해지고, 도 10의 처리(161)에서 그 수직거리(hsy), 수평거리(hsx)와 설정기(7)에 의해 입력한 각도(θr)에 의해 목표경사면이 설정되어 있고, 이 설정데이터(hsx, hsy, θr)를 사용하여 굴삭제한제어에 의하여 경사면이 굴삭된다.

도 14(a)의 위치에서 경사면의 굴삭이 완료하면, 차체를 횡방향으로 이동하여 굴삭위치를 바꾼다. 이 때, 도 14(b)에 나타낸 바와 같이 차체 중심(O)으로부터 목표경사면의 기준점(Ps)까지의 수직거리(hsy), 수평거리(hsx)는 hsy', hsx'로 변화한다. 그러나, 프론트기준(70)과 외부기준(80)의 위치가 일치하여 오퍼레이터에 의하여 외부설정스위치(71)가 눌러질 때마다 그 때의 보정치(hfx', hfy')를 구하여 차체 중심(O)으로부터 목표경사면의 기준점(Ps)까지의 수직거리, 수평거리는 hsy', hsx'로 갱신된다. 이 때문에, 외부기준(80)에 대하여 항상 동일 위치에 목표경사면이 설정되어, 단차가 없는 연속되는 매끄러운 경사면이 형성된다.

(2) 외부기준(80)을 목표경사면의 진전 방향을 따라 수평으로 설치하고, 이 외부기준(80)을 매개로 하여 목표경사면위치에 경사면을 굴삭 형성해 가므로, 결국, 형성되는 경사면은 외부기준(80)에 평행하게 형성되게 된다. 이 때문에, 외부기준(80)의 설치 방향을 조정함으로써 경사면의 방향을 지형에 맞추어 자유롭게 설정하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기한 강가에 커브한 제방에 경사면을 형성하는 경우, 제방의 커브에 맞추어 말뚝(80a)을 치고, 수사(외부기준)(80)를 뻗어 건네줌으로써, 수사(80)에 평행하게 목표경사면을 설정할 수 있고, 굴곡한 경사면을 제방의 커브에 맞추어 용이하게 형성할 수 있다.

(3) 프론트기준(70)을 실제로 지면에 작용하는 부재인 버킷 끝단에 설정하고, 이 프론트기준(70)과 외부기준(80)이 일치하고, 외부기준 설정스위치(71)가 눌러졌을 때의 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 의거하여 차체(1B)를 기준으로 한 목표경사면을 설정하므로, 이 목표경사면의 설정에 있어서 목표경사면설정 연산과 굴삭제어 연산에 의해 차체(1B)의 제작공차나, 프론트기준(70), 각도센서(8a 내지 8c) 등의 정밀도, 설치공차의 오차의 영향이 상쇄된다. 이 때문에, 굴삭제어에 있어서 버킷(1c)의 끝단의 위치를 연산할 때, 기준광을 차체에 설치한 센서로 검출하는 종래 방법에 비하여, 상기 공차나 정밀도의 오차의 영향이 적어져, 설정한 목표경사면과의 차를 적게 설정대로 정확하게 굴삭할 수 있다.

지금, 이것을 다시 설명한다. 일본국 특개 평3-295933호 공보에 기재된 종래 기술에서는, 상기한 바와 같이 기준광에 의한 차체 높이의 보정이 행하여진다. 굴삭을 행할 때에는 차체 높이를 보정하고, 차체 중심으로부터 설정된 수직거리(hs)에 버킷 끝단을 움직이도록 제어한다. 이 때, 제어장치는 기억장치에 기억되어 있는 부움, 아암, 버킷의 치수(L1, L2, L3) 및 각도센서로부터 검출된 각 프론트부재의 각도(α, β, γ)를 사용하여 버킷 끝단이 hs의 위치가 되도록 제어연산을 행한다. 그러나, 실제의 프론트부재에는 제작오차가 있고, 예를 들어 부움은 L1 +εL1, 아암은 L2 +εL2, 버킷은 L3 +εL3의 치수로 되어 있다. 또, 센서로부터 검출한 각도(α, β, γ)는 참된 각도(α', β', γ')에 대하여 센서설치오차, 센서 자신의 검출오차 등에 의하여 εα, εβ, εγ의 오차를 포함하고 있다. 그 때문에, 제어장치가,

hs(L1, L2, L3, α(hs), β(hs), γ(hs))

에 버킷 끝단을 제어하려고 해도, 실제로는

(수학식 6)

의 위치가 되게 된다.

여기에서, L1, L2, L3 : 설계치

α, β, γ : 검출치

L1' L2' L3', α', β', γ' : 실제값

εL1, εL2, εL3, εα, εβ, εγ : 오차

또, L1' = L1 + εL1

L2' = L2 + εL2

L3' = L3 + εL3

α = α' + εα

β = β' + εβ

γ = γ' + εγ

단, α(hs), β(hs), γ(hs), α'(hs), β'(hs), γ(hs)는 프론트장치가 수직거리(hs) 검출의 자세를 잡았을 때의 각도의 검출치와 실제값.

예를 들어, 목표의 부움각이 30°라 하면, 제어장치는 검출치 α(hs) = 30°가 되도록 프론트장치를 제어한다. 이 때, 검출치(α)와 실제의 각도(α')에 εα= 0.5°의 오차가 맞았을 경우에는, 실제로는 α' = 30.5°의 위치로 제어되게 된다.

한편, 본 실시형태에서는 프론트장치(버킷 끝단)에 프론트기준(70)을 설치하고 있으므로, 프론트기준(70)이 외부기준(80)과 일치하였을 때의 위치(hf)(hfx, hfy)는 제어유닛(9)의 내부에서는,

hf(L1, L2, L3, α(hf), β(hf), γ(hf))

로 연산된 위치로 인식된다. 그 때의 실제의 프론트기준(70)은,

의 위치에 있다. 이 때의 버킷끝단의 위치도 동일하다.

여기서, α(hf), β(hf), γ(hf) : 프론트장치가 hf 검출의 자세를 잡았을 때의 각도의 검출치

α'(hf), β'(hf), ε(hf) : 프론트장치가 hf 검출의 자세를 잡았을 때의 각도의 실제값

이 때, 프론트기준(70)은 참된 외부기준(80)의 위치에 있으므로, 제어유닛(9)은 오차를 포함한 형태로 참된 외부기준(80)의 위치를 검출하게 된다. 이 hf를 영역제한 굴삭제어에 사용하면, 제어유닛(9) 내의 검출위치(hf)와 실제의 위치(hf')의 오차는 hf를 검출하였을 때와 동일한 오차를 포함하고 있으므로, 실제로는 상쇄되어 참된 hf'의 위치에 일치한다.

예를 들어, 외부기준(80)을 검출하였을 때에 실제의 부움각 α'= 30°였다고 하고, 센서(8a)에 의한 검출치에 εα= 0.5°의 오차가 있다고 하면, α= 29.5°로 검출된다. 이 검출치 α= 29.5°를 사용하면, 실제로는 α'= 30°의 위치, 즉 외부기준(80)의 참된 위치와 일치하므로, 오차는 상쇄된다.

다음에, 영역제한 굴삭제어를 행할 때에 이 hf를 사용하여 보정된 hs(hsx, hsy)를 목표로 버킷끝단위치를 제어하면, 적어도 hf에 내재되어 있는 오차는 앞서 서술한 바와 같이 실제의 외부기준위치에서 생각하면 상쇄되고, 나머지는 hf를 검출하였을 때의 자세로부터 버킷끝단을 hs로 이동하기까지의 센서의 오차에 의한 것이 된다. 이 때 실제로는, 버킷 끝단은,

에 있다.

여기서, α(hs), β(hs), γ(hs) : 프론트장치가 hs의 제어자세를 잡았을 때 의 각도의 검출치

α'(hs), β'(hs), γ'(hs) : 프론트장치가 hs의 제어자세를 잡았을 때의 각도의 실제값

이 때, 본 실시형태에서는 수학식 12에 따라 hf 검출시의 위치는 외부기준(80)의 참된 위치이므로, 종래 기술과 달리, hf 검출시부터 hs로 자세를 제어하였을 때의 편차 α(hs)-α(hf), β(hs)-β(hf), γ(hs)-γ(hf)에 관한 오차,

△εα=εα(hs)-εα(hf)

△εβ=εβ(hs)-εβ(hf)

△εγ=εγ(hs)-εγ(hf)

가 실제로 영역제한 굴삭제어를 행하였을 때의 오차에 관한 것으로서, 경미한 것으로 된다.

또, 본 실시형태에서는, 프론트기준(70)을 프론트장치(1A)에 구비하여, 외부기준위치 설정시와 굴삭시의 자세변화를 극력 적게 할 수 있고, 그 경우에는 수학식 14 내지 16에 관한 오차는 더욱 적어진다.

또한, 후술하는 다이렉트 티칭에 의한 경우에는, hr(hrx, hry)를 설정하는 경우의 오차도 설정시에 미리 감안하여, 제어시에 조작할 수 있기 때문에 보다 정확한 굴삭의 제어를 할 수 있다.

(4) 일본국 특개 평3-295933호 공보에 기재된 종래 기술에서는, 차체에 구비된 기준광 검출기가 기준광을 검출할 수 있는 넓은 범위에 있는 것이 필요하다. 본 실시형태에서는, 프론트장치(1A)를 조작하여 프론트기준(70)을 외부기준(80)과 일치시키고, 외부기준 설정스위치(71)를 눌러 설정하므로, 프론트장치(1A)에 구비되는 프론트기준(70)은 버킷 발톱끝 또는 화살표 강판 등, 소형이고 심플한 부재로 좋고, 대규모이고 복잡한 센서를 쓰지 않고 차체의 이동을 보정할 수 있다.

마찬가지로, 프론트장치(1A)를 조작하여 프론트기준(70)을 외부기준(80)과 일치시키고, 외부기준 설정스위치(71)를 눌러 설정하므로, 프론트장치(1A)의 넓은 가동범위를 생각하면 차체의 이동을 넓은 범위에서 보정할 수 있다.

(5) 일본국 특개 평3-295933호 공보에 기재된 종래 기술에서는, 상기와 같이 차체에 구비된 기준광 검출기가 기준광을 검출할 수 있는 범위에 있는 것이 필요하며, 기준광 검출기의 크기를 생각하면 큰 제약이 된다. 본 실시형태에서는, 프론트기준(70)은 프론트장치(1A), 특히 버킷 발톱끝에 설정되므로, 프론트장치의 넓은 가동범위를 생각하면 외부기준(80)의 설치장소는 큰 제약을 받지 않는다. 이것은, 예를 들어 도 8에 나타낸 바와 같이, 차체(1B)와 동일 높이의 지면에 적당한 외부기준의 설치장소가 없을 경우에, 홈 속과 같이 차체보다 낮은 장소에 외부기준(80)을 설치할 수 있는 등의 장점이 있다. 또, 이 점에서 이전의 오차의 문제로부터 외부기준에 위치맞춤할 때의 자세와 굴삭시의 자세 사이의 변화를 적게 하도록 외부기준(80)을 설치할 수 있어, 굴삭의 정밀도를 향상할 수 있다.

(6) 외부기준(80)은 차체의 외부에 목표경사면의 진전 방향을 따라 수평으로 설치되어 있으므로, 한 번 설치되면 그 위치를 바꿀 필요가 없고, 차체가 이동하더라도 목표경사면의 기준으로 하여 계속적으로 사용할 수 있다.

(7) 외부기준을 사용함으로써 차체가 이동할 때마다 차체 이동에 따르는 어긋남을 보정하기 위하여, 이 어긋남을 계측하여, 굴삭제어를 끊고 다시 설정하는 작업원의 수고와 시간을 절약할 수 있다.

본 발명의 제 2 실시형태를 도 15 및 도 16에 의하여 설명한다. 본 실시형태는 제 1 실시형태의 제 1 설정수단(100)(도 9 참조)에 있어서의 외부기준(80)과 목표경사면의 위치관계의 설정을 다이렉트 티칭으로 행하는 것이다. 단, 목표경사면 각도는 설정기(7)에 의하여 설정 입력한다.

즉, 제 1 실시형태에서는, 제 1 설정수단(100)에 있어서 외부기준(80)으로부터 목표경사면 위의 기준점(Ps)까지의 수직거리(hry)나 수평거리(hrx)를 설정기(7)의 업 버튼(7a, 7b)(도 3 참조)을 사용하여 설정하였다. 본 실시형태에서는, 오퍼레이터의 조작레버의 조작으로 버킷(1c)의 끝단을 도 15에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 설정하고 싶은 곳으로 움직여, 그 장소를 다이렉트 티칭함으로써 수직거리(hry) 또는 수평거리(hrx)를 설정한다.

도 16에 목표경사면의 다이렉트 티칭에 의한 설정방법의 처리플로우를 나타낸다. 도면 중, 파선으로 둘러싼 부분(①, ②)은 유압셔블의 오퍼레이터가 행해야만 하는 조작을 나타낸다.

먼저, 오퍼레이터는 도 16의 ①에 나타낸 바와 같이, 조작레버를 조작하여 버킷(1c)의 끝단을 목표경사면의 기준점(Ps)에 오도록 프론트장치(1A)를 움직인다. 버킷(1c)의 끝단이 기준점(Ps)에 오면, 오퍼레이터는 설정기(7)의 영역설정스위치(7f)(도 3 참조)를 누른다.

제어유닛(9)(도 1 참조)에서는, 처리(190)에 있어서 영역설정스위치(7f)가 눌러졌는지 여부를 판정하여, 눌러져 있지 않은 경우에는 처리(190)을 계속한다. 영역설정스위치(7f)가 눌러지면 처리(191)로 이동한다.

처리(191)에서는 그 때의 프론트장치(1A)의 자세에서, 차체 중심(O)으로부터의 버킷(1c)의 끝단까지의 수직거리(hsy), 수평거리(hsx)를 연산한다.

다음에, 오퍼레이터는 도 16의 ②에 나타낸 바와 같이, 다시 조작레버를 조작하여 프론트기준(70)(버킷 발톱끝)이 외부기준(80)에 일치하도록 프론트장치(1A)를 움직인다.

제어유닛은 그 동안에 처리(192)에 있어서 외부기준 설정스위치(71)가 눌러졌는지 여부의 판정을 계속한다. 여기서, 프론트기준(70)과 외부기준(80)이 일치하여, 오퍼레이터에 의하여 외부기준 설정스위치(71)가 눌러지면 처리(193)으로 이동한다.

처리(193)에서는, 그 때의 프론트장치(1A)의 자세에서 차체 중심(O)으로부터 프론트기준(70)까지의 수직거리(hfy), 수평거리(hfx)를 연산한다.

다음에 처리(194)에 있어서 외부기준(80)으로부터 목표경사면 위의 기준점까지의 수직거리(hry) 및 수평거리(hrx)를,

(수학식 12)

hry = hsy - hfy

(수학식 12)

hrx = hsx - hfx

의 연산에 의하여 구한다.

마지막으로, 처리(195)에 있어서, 상기와 같이 하여 구한 수직거리(hry), 수평거리(hrx)와 조작기(7)에 의해 입력한 각도(θr)를 기억하여, 설정을 완료한다.

본 실시형태에 의하면 다이렉트 티칭에 의하여 목표경사면을 설정하므로, 작업상황에 맞추어 소망하는 목표경사면을 정확하게 설정할 수 있다.

본 발명의 제 3 실시형태를 도 17 및 도 18에 의하여 설명한다.

제 2 실시형태에서는, 도 9에 나타낸 제 1 설정수단(100)에 있어서, 오퍼레이터의 조작레버의 조작으로 버킷(1c)의 끝단을 목표경사면의 기준점으로 움직여, 그 장소를 다이렉트 티칭함으로써 기준점의 수직거리(hry) 또는 수평거리(hrx)를 설정하고, 목표경사면의 각도는, 설정기(7)에 의해 입력한 각도로 설정하였다. 본 실시형태에서는, 도 17에 나타낸 바와 같이 목표경사면 위의 두 점(Ps1, Ps2)을 다이렉트 티칭함으로써 목표경사면의 각도(θr)도 다이렉트 티칭으로 설정하는 것이다.

즉, 도 17에 나타낸 바와 같이, 최초의 경사면을 수동으로 굴삭한 후, 버킷 끝단을 경사면 위의 Ps1, Ps2의 두 점에 놓고, 각각의 점에서 영역설정스위치(7f)를 누른다. 제어유닛에서는 도 18에 나타낸 처리(200 내지 203)에서 그들의 위치[(좌표 Xps1, Yps1), (좌표 Xps2, Yps2)]를 계산하여 기억한다. 그 후, 처리(203)에서, Ps1(좌표 Xps1, Yps1), Ps2(좌표 Xps2, Yps2)의 값으로부터 XbYb 좌표에 있어서의 경계의 식,

Y = aX + b

단,

a = (Yps1-Yps2)/(Xps1-Xps2)

b = (Yps1(Xps1-Xps2))-Xps1(Yps1-Yps2))/(Xps1-Xps2)

을 구한다.

그리고, 앞서 나타낸 설정기(7)에 의하여 수평거리, 수직거리, 각도의 설정을 하였을 때와 마찬가지로, 수평거리(Xps1), 수직거리(Yps1), 각도 θr=tan-1(a)를 사용하여 목표경사면을 설정한다. 즉, 외부기준(80)에 관하여, 앞의 설정기(7)에 의해 각도를 설정하는 경우와 동일한 처리(205 내지 207)을 행하고, 외부기준(80)으로부터 점(Ps1)까지의 수평거리(hrx), 수직거리(hry)가 계산된다. 이 수평거리(hrx), 수직거리(hry)와 상기의 각도 θr = tan-1(a)는 처리(208)에서 기억되고, 설정을 완료한다.

본 발명에 의하면 다음의 효과가 얻어진다.

(1) 차체의 횡이동에 의하여 차체와 이미 설치된 사면의 위치관계가 변화하더라도, 단차가 없이 연속되는 매끄러운 경사면을 굴삭 형성할 수 있다.

(2) 외부기준의 설치방향을 조정함으로써 형성하고자 하는 경사면의 방향을 지형에 맞추어 자유롭게 설정할 수 있다.

(3) 굴삭시에, 기준광을 차체에 설치한 센서로 검출하는 방법에 비하여, 차체의 제작공차나 센서 등의 정밀도, 설치공차의 오차의 영향을 받기 어렵고, 설정한 목표경사면과의 차를 적게 굴삭할 수 있다.

(3) 프론트기준은 화살표 마크와 같이 소형이고 심플한 부재로 좋으므로, 대규모이고 복잡한 광 센서를 쓰지 않고 차체의 이동을 보정할 수 있다.

(4) 프론트기준을 설치한 프론트장치의 넓은 가동범위를 생각하면 차체의 이동을 넓은 범위에서 보정할 수 있다.

(5) 다이렉트 티칭에 의하여 제 1 설정수단의 설정을 행하므로, 작업상황에 맞추어 소망하는 목표경사면을 정확하게 설정할 수 있다.

Claims

다관절형의 프론트장치(1A)를 구성하는 상하 방향으로 회동 가능한 복수의 프론트부재(1a, 1b, 1c)와, 상기 프론트장치를 지지하는 차체(1B)를 구비한 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치로서,

상기 프론트장치에 의하여 굴삭해야 할 목표굴삭면을 설정하는 굴삭면 설정수단을 가지며, 상기 프론트장치가 상기 목표굴삭면에 가까이 가면 프론트장치가 목표굴삭면을 따라 움직이도록 영역제한 굴삭제어를 행하고, 목표굴삭면 위치를 굴삭하는 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치에 있어서,

상기 굴삭면 설정수단은,

(a) 상기 프론트장치(1A)에 구비되어, 목표경사면의 진전 방향을 따라 설치된 외부기준(80)에 상기 프론트장치를 맞추는 목표가 되는 프론트기준(70)과 ;

(b) 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 검출수단(8a, 8b, 8c, 8d)과 ;

(c) 상기 검출수단의 신호에 의거하여 상기 차체(1B)를 기준으로 한 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제 1 연산수단(120, 9b)과 ;

(d) 상기 외부기준과 상기 목표경사면의 위치관계를 설정하는 제 1 설정수단(100, 7, 9a)과 ;

(e) 상기 프론트기준이 상기 외부기준과 일치하였을 때에 조작되는 외부기준 설정스위치(71)와 ;

(f) 상기 외부기준 설정스위치가 조작되었을 때의 상기 제 1 연산수단에 의해 연산한 상기 프론트장치의 위치와 자세의 정보에 의거하여 상기 차체와 상기 외부기준의 위치관계를 연산하고, 이 차체와 외부기준의 위치관계와 상기 제 1 설정수단에 의해 설정한 외부기준과 목표경사면의 위치관계로부터 상기 차체와 목표경사면의 위치관계를 연산하는 제 2 연산수단(140, 9m)과 ;

(g) 상기 제 2 연산수단에 의해 연산한 차체와 목표경사면의 위치관계에 의하여, 상기 목표경사면을 차체를 기준으로 한 위치관계로 설정하여, 상기 목표굴삭면으로 하는 제 2 설정수단(160, 9n)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 설정수단(100, 7, 9a)은, 상기 외부기준(80)과 목표경사면의 위치관계로 하여, 상기 외부기준으로부터 목표경사면 위의 기준점(Ps)까지의 수직 방향의 거리(hry) 및 수평 방향의 거리(hrx)와, 목표경사면의 각도정보(θr)를 설정하는 수단인 것을 특징으로 하는 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 설정수단(100, 7, 9a)은, 설정기(7)에 의하여 입력된 데이터를 근거로 상기 외부기준(80)과 목표경사면의 위치관계를 설정하는 수단인 것을 특징으로 하는 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 설정수단(100, 7, 9a)은, 상기 제 1 연산수단(120, 9b)에 의해 연산한 상기 프론트장치(1A)의 위치와 자세의 정보에 의거하여, 상기 프론트장치의 끝단을 목표경사면 위의 기준점(Ps)에 맞추었을 때의 상기 프론트장치의 끝단의 위치를 연산하는 수단(190, 191)과, 상기 제 1 연산수단에 의해 연산한 상기 프론트장치의 위치와 자세의 정보에 의거하여, 상기 프론트기준(70)을 상기 외부기준(80)에 맞추었을 때의 상기 프론트기준의 위치를 연산하는 수단(192, 193)과, 상기 프론트장치의 끝단위치와 상기 프론트기준의 위치로부터 상기 외부기준과 목표경사면 위의 기준점의 위치관계를 연산하는 수단(194)과, 이 연산에 의해 구한 위치관계와 설정기에 의하여 입력된 각도데이터를 기억하는 수단(195)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 설정수단(100, 7, 9a)은, 상기 제 1 연산수단(120, 9b)에 의해 연산한 상기 프론트장치(1A)의 위치와 자세의 정보에 의거하여, 상기 프론트장치의 끝단을 목표경사면 위의 제 1 기준점(Ps1)에 맞추었을 때의 상기 프론트장치의 끝단의 위치와, 상기 프론트장치의 끝단을 목표경사면 위의 제 2 기준점(Ps2)에 맞추었을 때의 상기 프론트장치의 끝단의 위치를 연산하는 수단(200 내지 203)과, 상기 제 1 및 제 2 기준점에서의 상기 프론트장치의 끝단위치로부터 목표경사면의 각도정보를 연산하는 수단(204)과, 상기 제 1 연산수단에 의해 연산한 상기 프론트장치의 위치와 자세의 정보에 의거하여, 상기 프론트기준(70)을 상기 외부기준(80)에 맞추었을 때의 상기 프론트기준의 위치를 연산하는 수단(205, 206)과, 상기 프론트장치의 끝단위치와 상기 프론트기준의 위치로부터 상기 외부기준과 목표경사면 위의 제 1 및 제 2 기준점 중의 어느 한쪽과의 위치관계를 연산하는 수단(207)과, 이 연산에 의해 구한 위치관계와 상기 각도정보를 기억하는 수단(208)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압셔블의 경사면 굴삭 제어장치.
다관절형의 프론트장치(1A)를 구성하는 상하 방향으로 회동 가능한 복수의 프론트부재(1a, 1b, 1c)와, 상기 프론트장치를 지지하는 차체(1B)를 구비하고, 상기 프론트장치가 미리 설정한 목표굴삭면에 가까이 가면 프론트장치가 그 목표굴삭면을 따라 움직이도록 영역제한 굴삭제어를 행하여, 목표굴삭면 위치를 굴삭하는 유압셔블의 목표경사면 설정장치에 있어서,

(a) 목표경사면의 진전방향을 따라 설치된 외부기준(80)과 ;

(b) 상기 프론트장치(1A)에 구비되어, 상기 외부기준에 상기 프론트장치를 맞추는 목표가 되는 프론트기준(70)과 ;

(c) 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 검출수단(8a, 8b, 8c, 8d)과 ;

(d) 상기 검출수단의 신호에 의거하여 상기 차체(1B)를 기준으로 한 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제 1 연산수단(120, 9b)과 ;

(e) 상기 외부기준과 상기 목표경사면의 위치관계를 설정하는 제 1 설정수단(100, 7, 9a)과 ;

(f) 상기 프론트기준이 상기 외부기준과 일치하였을 때에 조작되는 외부기준 설정스위치(71)와 ;

(g) 상기 외부기준 설정스위치가 조작되었을 때의 상기 제 1 연산수단에 의해 연산한 상기 프론트장치의 위치와 자세의 정보에 의거하여 상기 차체와 상기 외부기준의 위치관계를 연산하고, 이 차체와 외부기준의 위치관계와 상기 제 1 설정수단에 의해 설정한 외부기준과 목표경사면의 위치관계로부터 상기 차체와 목표경사면의 위치관계를 연산하는 제 2 연산수단(140, 9m)과 ;

(h) 상기 제 2 연산수단에 의해 연산한 차체와 목표경사면의 위치관계에 의하여, 상기 목표경사면을 차체를 기준으로 한 위치관계로 설정하여, 상기 목표굴삭면으로 하는 제 2 설정수단(160, 9n)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유압셔블의 목표경사면 설정장치.
제 6 항에 있어서,

상기 외부기준은, 목표경사면의 진전 방향을 따라 뻗어 건네 준 수사(80)인 것을 특징으로 하는 유압셔블의 목표경사면 설정장치.
제 6 항에 있어서,

상기 외부기준은, 목표경사면의 진전 방향을 따라 나란히 놓은 복수의 말뚝(81)인 것을 특징으로 하는 유압셔블의 목표경사면 설정장치.
제 6 항에 있어서,

상기 외부기준은, 목표경사면의 진전 방향을 따라 투사한 레이저광(84)인 것을 특징으로 하는 유압셔블의 목표경사면 설정장치.
다관절형의 프론트장치(1A)를 구성하는 상하 방향으로 회동 가능한 복수의 프론트부재(1a, 1b, 1c)와, 상기 프론트장치를 지지하는 차체(1B)를 구비하고, 상기 프론트장치가 미리 설정한 목표굴삭면에 가까이 가면 프론트장치가 목표굴삭면을 따라 움직이도록 영역제한 굴삭제어를 행하여, 목표굴삭면 위치를 굴삭하는 유압셔블을 사용한 경사면 굴삭 형성방법에 있어서,

(a) 목표경사면의 진전 방향을 따라 외부기준(80)을 설치하는 것 ;

(b) 상기 외부기준과 상기 목표경사면의 위치관계를 설정하는 것 ;

(c) 상기 프론트장치(1A)에 설치한 프론트기준(70)을 상기 외부기준에 맞추어 상기 차체(1B)와 상기 외부기준(80)의 위치관계를 연산하고, 이 차체와 외부기준의 위치관계와 상기 외부기준과 목표경사면의 위치관계로부터 상기 차체와 목표경사면의 위치관계를 연산하며, 이 차체와 목표경사면의 위치관계에 의하여, 상기 목표경사면을 차체를 기준으로 한 위치관계로 설정하여, 상기 목표굴삭면으로 하는 것 ;

(d) 유압셔블의 현재의 차체 위치에서 상기 영역제한 굴삭제어에 의하여 상기 목표경사면 위치에 사면을 굴삭 형성하는 것 ;

(e) 유압셔블의 차체를 상기 (d)에서 굴삭한 사면에 대하여 횡방향으로 이동하는 것 ;

(f) 상기 (c) 및 (d)와 동일 순서를 횡방향으로 이동후의 차체 위치에서 실시하는 것 ;

(g) 상기 (e) 및 (f)의 순서를 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 경사면 굴삭 형성방법.
제 10 항에 있어서,

상기 유압셔블의 차체(1B)는 프론트장치(1A)를 지지하는 상부선회체(1d)와, 이 상부선회체를 선회 가능하게 탑재하는 하부주행체(1e)를 가지며, 상기 (d)의 사면의 굴삭형성에 있어서는, 상기 하부주행체를 상기 목표방면의 진전 방향을 평행하게 향하게 한 자세로 굴삭형성을 행하고, 상기 (e)의 차체의 횡방향 이동에 있어서는, 상기 하부주행체를 상기 (d)와 동일 자세로 주행시킴으로써 횡방향 이동을 행하는 것을 특징으로 하는 경사면 굴삭 형성방법.
제 10 항에 있어서,

상기 유압셔블의 차체(1B)는 프론트장치(1A)를 지지하는 상부선회체(1d)와, 이 상부선회체를 선회 가능하게 탑재하는 하부주행체(1e)를 가지며, 상기 (d)의 사면의 굴삭 형성에 있어서는, 상기 하부주행체를 상기 목표방면의 진전 방향으로 교차하는 방향을 향하게 한 자세로 굴삭형성을 행하고, 상기 (e)의 차체의 횡방향 이동에 있어서는, 상기 하부주행체를 상기 (d)와 동일 자세로 전진 및 후진을 반복하여 폭방향 이동을 행함으로써 횡방향 이동을 행하는 것을 특징으로 하는 경사면 굴삭 형성방법.
제 10 항에 있어서,

상기 (a)의 외부기준(80)의 설치에 있어, 상기 목표경사면이 진전 방향으로 굴곡되어 있을 경우에는, 그 굴곡된 목표평면의 진전 방향에 따라 외부기준(80)도 굴곡하여 설치하는 것을 특징으로 하는 경사면 굴삭 형성방법.