KR20000064927A - 3관절형 굴삭기의 조작 제어장치 - Google Patents

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KR20000064927A
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준지 츠무라
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세구치 류이치
히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

본 발명에 있어서는, 3관절형 작업프론트(2)의 제 1 아암(3), 제 2 아암(4), 제 3 아암(5)을 조작하기 위한 2개의 조작레버장치(11, 12)가 설치되고, 이 2개의 조작레버장치로부터의 신호(132, 133)를 컨트롤러(131)에 보낸다. 컨트롤러(131)에서는, 가상 제 1 아암(13) 및 가상 제 2 아암(14)을 가지는 2관절형 작업프론트를 가상적으로 설치하고, 가상 제 2 아암(14)과 실제의 제 3 아암(5)이 강체를 형성하는 것처럼 움직이도록 양자의 관계를 정해 놓고, 2개의 조작수단(11, 12)을 가상 제 1 아암(13)의 제 1 조작수단(11) 및 가상 제 2 아암(14)의 제 2 조작수단(12)에 의해 각각 기능시켰을 때의 가상 제 2 아암의 각속도가 실제의 제 3 아암의 각속도로서 얻어지도록, 실제의 제 1 아암(3), 제 2 아암(4) 및 제 3 아암(5)의 각각의 지령치(ω1, ω2, ω3)를 구하여, 구동지령신호로서 유압구동장치의 비례감압밸브(129, 130)에 출력된다. 이에 따라, 3관절형 작업프론트(2)를, 오퍼레이터의 통상의 기량의 범위에서 2관절형 작업프론트와 동등의 조작감각으로 조작 가능하게 된다.

Description

3관절형 굴삭기의 조작제어장치
종래의 일반적인 굴삭기의 구조를 도 11에 나타낸다. 작업프론트(100)는 부움(101) 및 아암(102)의 2개로 구성되고, 굴삭작업을 행하는 버킷(103)이 이 끝단에 설치되어 있다. 작업의 주체인 버킷(103)의 위치 결정이, 부움(101), 아암(102)이라는 회동 가능한 2개의 구조요소에 의하여 행하여지고 있으므로, 작업프론트(100)를 2관절형 작업프론트라고 부르고, 이 작업프론트(100)를 구비한 굴삭기를 2관절형 굴삭기라고 칭한다.
이에 대하여, 최근 2피스 부움형이라고 불리는 굴삭기가 사용되고 있다. 이것을 도 12에 나타낸다. 2피스 부움형 굴삭기는, 도 11에 나타낸 일반적인 굴삭기에 대하여, 작업프론트(100A)의 부움(101)을 2분할하여 제 1 부움(104) 및 제 2 부움(105)으로 한 것으로서, 버킷(103)의 위치 결정에 관여하는 관절의 수 때문에 작업프론트(100A)를 3관절형 작업프론트라고 부르고, 이 작업프론트(100A)를 구비한 굴삭기를 3관절형 굴삭기라고 부르기로 한다.
3관절형 굴삭기는, 2관절형 굴삭기에서는 어려웠던 굴삭기의 발밑의 작업을 행할 수 있다는 이점을 가지고 있다. 즉, 2관절형 굴삭기라도, 도 11에 나타낸 바와 같은 자세를 취함으로써 발밑까지 버킷(103)을 가지고 오는 것이 가능하나, 이와 같이 아암(102)이 수평이 된 상태에서는 굴삭작업은 할 수 없다. 이것에 대하여, 3관절형 굴삭기에서는, 도 12에 나타낸 바와 같이 아암(102)을 거의 수직으로 한 상태에서 버킷(103)을 발밑으로 가지고 올 수 있고, 이에 따라 발밑의 작업이 가능하게 된다. 또, 발밑으로부터 멀리 떨어진 위치의 작업에 대해서도, 제 1 부움(104)과 제 2 부움(105)을 직선에 가깝게 신장함으로써, 2관절형 굴삭기에 비하여 보다 멀리까지 작업하는 것이 가능하다.
3관절형 굴삭기의 다른 이점으로서, 선회 반경을 작게 할 수 있는 것이 있다. 굴삭한 토사를 덤프 트럭 등에 실어 넣기 위하여 상부선회체(106)를 선회하여 작업프론트(100A)의 방향을 바꾸는데, 이 때 2관절형 굴삭기에서는 부움(101)의 전체 길이가 장애로 되어 선회에 필요한 반경을 작게 하기가 어렵다. 3관절형 굴삭기의 경우에는, 제 1 부움(104)을 거의 수직으로 일으키고, 제 2 부움(105)을 거의 수평으로 눕힘으로써 선회에 필요한 반경을 작게 하는 것이 가능하고, 협일(狹溢)한 공사현장에서의 작업에 유리하게 된다.
다음에, 종래의 조작방식에 대하여 서술한다. 도 13에, 일반적인 2관절형 굴삭기의 조작레버의 예를 나타낸다. 통상의 굴삭작업에 있어서는, 부움·아암·버킷·선회의 4동작이 빈번하면서도 복합적으로 조작된다. 이들 4동작이 2개의 조작레버(107, 108)에 2동작씩 할당되어 있어, 오퍼레이터는 좌우의 손으로 각각의 레버를 조작함으로써 굴삭작업을 행한다. 이 외의 조작레버로서, (도시생략)주행용 레버(통상 페달도 부가되어 있다)가 있다. 주행용 레버는, 다른 레버(107, 108)와는 독립적으로 사용되는 일이 많아, 여기서는 고려하지 않는다.
도 14는, 3관절형 굴삭기의 조작레버의 예이다. 상기한 바와 같이, 3관절형 굴삭기에서는, 먼 곳부터 발밑까지 광범위한 작업이 가능하나, 이를 실현하기 위해서는 2관절형 굴삭기의 부움(101)에 상당하는 제 1 부움(104) 외에, 제 2 부움(105)을 더욱 조작해야만 한다. 이미 2개의 조작레버(107, 108)에는 4동작이 할당되어 있기 때문에, 시소형 페달(109)을 신설하여 제 2 부움(105)의 조작을 행하고 있다.
또, 3관절형 굴삭기의 제어장치로서 일본국 특개 평7-180173호 공보의 제안이 있다. 이 제안에서는, 2개의 조작레버를 버킷 끝단의 X방향 및 Y방향의 이동속도를 각각 지시하는 것으로 하고, 이들의 이동속도를 합성한 속도벡터신호에 의거하여 소정의 연산처리를 행하고, 수평 끌기 작업을 행할 때에, 버킷 끝단의 이동을 폭넓은 범위에 걸쳐 연속하여 제어할 수 있고, 더욱이 소망하는 궤적을 따라 정밀도 좋게 버킷을 이동시킬 수 있도록 하고 있다.
본 발명은, 3관절형, 즉 굴삭용 버킷을 제외하고 3개의 관절과 아암을 가지는 굴삭기의 조작제어장치에 관한 것으로서, 특히 종래의 2관절형 굴삭기와 동일한 조작수단을 사용하여 조작 가능한 3관절형 굴삭기의 조작제어장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 적용대상인 3관절형 굴삭기의 구조를 설명하는 도,
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의한 3관절형 굴삭기의 조작제어장치의 시스템 구성을 유압회로와 함께 나타낸 도,
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 의한 3관절형 굴삭기의 조작제어장치의 조작계를 설명하는 도,
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 의한 3관절형 굴삭기의 조작제어장치의 동작원리를 설명하는 도,
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 의한 3관절형 굴삭기의 조작제어장치의 동작원리를 설명하는 도,
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 의한 3관절형 굴삭기의 조작제어장치의 동작원리를 설명하는 도,
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 의한 3관절형 굴삭기의 조작제어장치의 동작원리를 설명하는 도,
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 3관절형 굴삭기의 조작제어장치의 컨트롤러의 기능을 나타낸 블록선도,
도 9는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 3관절형 굴삭기의 조작제어장치의 컨트롤러의 기능을 나타낸 블록선도,
도 10은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 3관절형 굴삭기의 조작제어장치의 컨트롤러의 기능을 나타낸 블록선도,
도 11은 종래의 2관절형 굴삭기의 구조를 설명하는 도,
도 12는 종래의 3관절형 굴삭기의 일례로서의, 2피스 부움형 굴삭기의 구조를 설명하는 도,
도 13은 종래의 2관절형 굴삭기의 조작계를 설명하는 도,
도 14는 종래의 2피스 부움형 굴삭기의 조작계를 설명하는 도.
상기와 같이 구성된 3관절형 굴삭기의 조작계에서는, 3관절화함으로써 넓은 작업영역이 얻어진다. 그러나, 이 영역을 연속적으로 조작하기가 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 제 2 부움(105)의 조작을 페달(109)에 의하여 발로 행하고 있기 때문에, 레버를 손으로 조작하는 것과 같은 미묘한 조정이 어렵고, 다른 제 1 부움(104)이나 아암(102), 버킷(103)의 조작과 협조하여 동작시킬 수 없다. 따라서, 대부분의 경우, 먼 곳의 작업을 행할 때에는 제 2 부움(105)을 신장한 상태로 고정하고, 또 가까운 곳의 작업을 행할 때에는 제 2 부움(105)을 단축한 상태로 고정하여 작업을 행하고 있는 것이 통상이다.
또, 일본국 특개 평7-180173호 공보의 제어장치에서는, 2개의 조작레버로 3관절형 굴삭기의 제 1 부움, 제 2 부움, 아암, 버킷을 조작할 수 있도록 하고 있으나, 조작레버는 버킷 끝단의 X방향 및 Y방향의 이동속도를 각각 지시하는 특수한 것으로 되어 있고, 통상의 조작레버와는 대폭 조작성이 다를 뿐만 아니라 선회동작을 지시하는 기능도 없다. 더욱이, 수평 끌기 등의 특수한 작업에 특화되어 있어, 굴삭작업 등 통상의 작업을 행할 수는 없다.
본 발명의 목적은, 3관절형 작업프론트를, 오퍼레이터의 통상의 기량의 범위에서 종래의 2관절형 작업프론트와 동등의 조작감각으로 조작 가능하게 하는 3관절형 굴삭기의 조작제어장치를 제공하는 것이다.
또한, 종래 기술에 대하여, 부움을 2분할한 2피스 부움형 굴삭기를 예로 기술을 진행시켜 왔으나, 아암을 2분할하였을 경우에도 3관절형 굴삭기로서의 기능은 동일하다. 그래서, 설명을 일반화하는 의미에서, 이하의 설명에서는 3개의 관절로 각각 회동하는 부재를, 제 1 아암, 제 2 아암, 제 3 아암이라고 부르기로 한다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 굴삭기 본체와, 굴삭기 본체에 회동 가능하게 설치된 제 1 아암, 제 1 아암에 회동 가능하게 설치된 제 2 아암, 제 2 아암에 회동 가능하게 설치된 제 3 아암을 가지는 3관절형 작업프론트와, 제 1 아암을 구동하는 제 1 아암 액츄에이터, 제 2 아암을 구동하는 제 2 아암 액츄에이터, 제 3 아암을 구동하는 제 3 아암 액츄에이터를 가지는 유압구동장치를 가지는 3관절형 굴삭기의 조작제어장치에 있어서, 제 1 아암, 제 2 아암, 제 3 아암을 조작하기 위한 2개의 조작수단과, 가상 제 1 아암 및 가상 제 2 아암을 가지는 2관절형 작업프론트를 가상적으로 설치하고, 이 가상 제 2 아암과 상기한 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계를 미리 정해 놓아, 상기한 2개의 조작수단을 상기한 가상 제 1 아암의 제 1 조작수단 및 가상 제 2 아암의 제 2 조작수단으로서 각각 기능시켰을 때의 가상 제 2 아암의 움직임에 대응한 움직임이 실제의 제 3 아암의 움직임으로서 얻어지도록, 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 각각의 지령치를 구하여, 이것을 상기 유압구동장치에 구동지령신호로서 출력하는 지령연산수단을 구비하는 것으로 한다.
본 발명은, 상기와 같이, 3관절 작업프론트를, 오퍼레이터의 통상의 기량의 범위에서 조작 가능하게 하는 3관절형 굴삭기의 조작제어장치를 제공하는 것으로서, 그것을 위하여, 본 발명에서는 2관절형 굴삭기와 동일한 2개의 조작수단만으로 3가지의 관절을 조작할 수 있도록 하는 것이다.
종래, 일반적으로 사용되어 온 2관절형 굴삭기는, 굴삭기 본체에 대하여 회동하는 제 1 아암, 제 1 아암에 대하여 회동하는 제 2 아암이 있고, 제 1 아암·제 2 아암의 회동에 의하여 제 2 아암 끝단에 설치된 작업구, 예를 들어 굴삭용 버킷을 필요한 장소로 이동시켜 굴삭 등의 작업을 행하고 있다. 2관절형 굴삭기라면 오퍼레이터는 용이하게 조작 가능하다고 생각된다. 또, 굴삭 등의 작업에 있어서, 오퍼레이터는 작업구(버킷)의 주변만을 주시하고 있는 것도 용이하게 관찰되는 사실이다. 본 발명은 이와 같은 종래의 작업프론트의 사용방법 및 기구학적인 자유도에 대한 사고방식에 착안하여 이루어진 것이다.
즉, 종래부터 굴삭작업에 있어서 오퍼레이터가 버킷 주변만을 주시하고 있어 작업을 행하는 것이 가능하다는 것은, 2관절형 작업프론트의 제 1 아암·제 2 아암이, 각각 제 1 아암·제 2 아암의 회전각 속도를 부여하는 2개의 조작수단에 의하여 구동되면, 조작수단을 조작한 결과의 버킷이 이동하는 방향이나 자세를, 버킷 주변의 시각정보를 얻음으로써 조작 가능함을 의미하고 있다. 따라서, 3관절형 작업프론트에 있어서도, 가상 제 1 아암 및 가상 제 2 아암을 가지는 2관절형 작업프론트를 상정하고, 2개의 조작수단이 각각 가상 제 1 아암 및 가상 제 2 아암의 회전각속도를 부여하는가와 같은 가상적인 동작을 상정하였을 때의 가상 제 2 아암의 동작에 대응한 동작을 실제의 제 3 아암의 동작으로서 부여하면, 버킷 주변을 보아 작업하고 있는 한, 2관절형 작업프론트와 마찬가지로 용이하게 굴삭작업을 행하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 상기한 동작이 3관절형 굴삭기에 의해 가능함을 기구학적으로 뒷받침한다.
선회동작을 생각하지 않는다면, 2관절형 작업프론트의 경우, 2차원 평면 상의 임의의 점에 제 2 아암 끝단을 위치시킬 수 있다. 이것은, 2관절형 작업프론트가 2개의 관절, 즉 2개의 자유도를 가지고 있기 때문이다. 또, 2관절형 작업프론트에서는, 제 2 아암 끝단을 특정한 위치에 위치시켰을 때의 제 2 아암의 자세(기울기)는 일의적으로 결정되게 된다. 이것은, 2차원 공간 내의 위치 결정에 2개의 자유도를 사용하게 되기 때문이다. 이것에 대하여, 3관절형 작업프론트의 경우, 자유도가 3개 있으므로, 제 3 아암 끝단 위치 외에, 제 3 아암의 자세(기울기)도 자유롭게 선택하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 가상 제 2 아암과 상기한 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계를 미리 정해 놓고, 가상 제 2 아암의 동작에 대응한 동작을 실제의 제 3 아암의 동작으로서 부여하는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 이상의 식견에 의거하고 있고, 지령연산수단에 의해 상기와 같이 가상 제 2 아암의 동작에 대응한 동작이 실제의 제 3 아암의 동작으로서 얻어지도록 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 각각의 지령치를 구함으로써, 3관절형 작업프론트를, 오퍼레이터의 통상의 기량의 범위에서 종래의 2관절형의 작업프론트와 동등한 조작감각으로 조작 가능하게 된다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 지령연산수단은, 상기한 가상 제 2 아암과 상기한 실제의 제 3 아암이 강체(剛體)를 형성한 것처럼 움직이도록 상기한 가상 제 2 아암과 상기한 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계를 정한다.
이와 같이 가상 제 2 아암과 실제의 제 3 아암이 강체를 형성한 것처럼 움직이게 하면 가상 제 2 아암의 회전각 속도와 실제의 제 3 아암의 회전각 속도는 동일해지기 때문에, 가상 제 2 아암의 회전각 속도가 실제의 제 3 아암의 회전각 속도로서 부여되게 되어, 2관절형 작업프론트와 마찬가지로 용이하게 굴삭작업을 행하는 것이 가능하게 된다.
(3) 또, 상기 (1)에 있어서, 상기 지령연산수단은, 상기한 가상 제 2 아암의 회전각 속도가 상기한 실제의 제 3 아암의 회전각 속도로서 얻어지도록, 상기한 가상 제 2 아암과 상기한 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계를 정해도 된다.
이에 따라 가상 제 2 아암의 회전각 속도가 실제의 제 3 아암의 회전각 속도로서 부여되게 되어, 2관절형 작업프론트와 마찬가지로 용이하게 굴삭작업을 행하는 것이 가능하게 된다.
(4) 또한, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 지령연산수단은, 상기한 가상 제 1 아암에 대한 제 1 조작수단의 각(角)속도지령으로부터 상기한 가상 제 2 아암과 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계에 의거하여 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 1 각속도지령을 각각 계산하고, 상기한 가상 제 2 아암에 대한 제 2 조작수단의 각속도지령으로부터 상기한 가상 제 2 아암과 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계에 의거하여 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 2 각속도지령을 각각 계산하여, 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 1 각속도지령 및 제 2 각속도지령을 합성하여 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 지령치를 각각 구한다.
이에 따라 상기 (1)과 같이, 2개의 조작수단을 가상 제 1 아암의 제 1 조작수단 및 가상 제 2 아암의 제 2 조작수단으로서 각각 기능시켰을 때의 가상 제 2 아암의 동작에 대응한 동작이 실제의 제 3 아암의 동작으로서 얻어지도록 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 각각의 지령치를 구할 수 있다.
(5) 또, 상기 (1)에 있어서, 일 실시형태에서는 상기한 가상적으로 설치한 2관절형 작업프론트의 가상 제 1 아암의 기단(基端)은 상기한 실제의 제 1 아암의 기단에 일치하고 있으며, 이 경우, 상기 지령연산수단은, 상기한 가상 제 1 아암에 대한 제 1 조작수단의 각속도지령을 상기한 실제의 제 1 아암의 제 1 각속도지령으로서 구하여, 상기한 가상 제 2 아암에 대한 제 2 조작수단의 각속도지령으로부터 상기한 가상 제 2 아암과 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계에 의거하여 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 2 각속도지령을 각각 계산하고, 상기한 실제의 제 1 아암의 제 1 각속도지령 및 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 2 각속도지령을 합성하여 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 지령치를 각각 구한다.
이와 같이 가상 제 1 아암의 기단이 실제의 제 1 아암의 기단에 일치하도록 가상적인 2관절형 작업프론트를 설치하였을 경우에는, 그렇지 않은 경우보다 적은 연산량으로 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 각각의 지령치를 구할 수 있다.
(6) 또, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 지령연산수단은, 상기한 가상 제 1 아암에 대한 제 1 조작수단의 각속도지령으로부터 상기한 가상 제 2 아암과 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계에 의거하여 상기한 실제의 제 3 아암의 기단의 목표속도를 계산하여, 이 제 3 아암의 기단의 목표속도와 상기한 제 1 조작수단의 각속도지령으로부터 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 1 각속도지령을 각각 계산하는 수단과, 상기한 가상 제 2 아암에 대한 제 2 조작수단의 각속도지령으로부터 상기한 가상 제 2 아암과 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계에 의거하여 상기한 실제의 제 3 아암의 기단의 목표속도를 계산하여, 이 제 3 아암의 기단의 목표속도와 상기한 제 2 조작수단의 각속도지령으로부터 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 2 각속도지령을 각각 계산하는 수단과, 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 1 각속도지령 및 제 2 각속도지령을 합성하여 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 지령치를 각각 구하는 수단을 가진다.
이에 따라 상기 (4)와 같이, 가상 제 2 아암의 동작에 대응한 동작이 실제의 제 3 아암의 동작으로서 얻어지도록 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 각각의 지령치를 구할 수 있다.
(7) 또한, 상기 (1)에 있어서, 상기 지령연산수단은, 상기한 3관절형 작업프론트의 자세를 검출하는 자세검출수단을 가지며, 이 자세검출수단으로부터의 자세정보와 상기한 제 1 및 제 2 조작수단의 각속도지령으로부터 상기 지령치를 계산한다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 6에 의하여 설명한다. 본 실시형태는 가상의 제 1 아암의 기단을 실제의 제 1 아암의 기단보다 후방에 설정한 경우의 것이다.
도 1에 있어서, 굴삭기(1)가 가지는 작업프론트(2)는, 각각 제 1 관절(15), 제 2 관절(20), 제 3 관절(16)에 의해 상하방향으로 회동 가능하게 설치된 제 1 아암(3), 제 2 아암(4), 제 3 아암(5)으로 이루어지는 3관절형으로서, 그 기단(제 1 관절 15)은 굴삭기 본체(99)(상부선회체)에 지지되고, 그 끝단, 즉 제 4 관절(17)에 굴삭용 버킷(6)이 상하방향으로 회동 가능하게 설치되어 있다. 제 1 아암(3)은 제 1 아암 실린더(7), 제 2 아암(4)은 제 2 아암 실린더(8), 제 3 아암(5)은 제 3 아암 실린더(9)에 의해 각각 구동되고, 버킷(6)은 버킷 실린더(10)에 의해 구동된다.
도 2에 유압회로의 일례를 나타낸다. 도면 중, 부호 60은 제 1 아암 실린더(7), 제 2 아암 실린더(8), 제 3 아암 실린더(9), 버킷 실린더(10)를 포함하는 유압구동회로로서, 유압펌프(120)로부터 토출된 작동유는 유량제어밸브(121, 122, 123, 124)를 거쳐, 제 1 아암 실린더(7), 제 2 아암 실린더(8), 제 3 아암 실린더(9), 버킷 실린더(10)에 공급된다. 이 밖에, 도시생략한 선회용 유압모터, 주행용 유압모터가 있고, 이들도 동일하게 접속되어 있다. 여기서는, 제 1 아암 실린더(7)에 대하여 동작을 설명하는데, 다른 실린더에 대해서도 동일하게 동작한다.
또, 부호 161은 유량제어밸브(121, l22, 123, 124)에 조작용의 파일롯압력을 유도하는 파일롯회로로서, 파일롯유압원(162)과, 유량제어밸브(121)에 설치된 1쌍의 파일롯 라인(163a, 163b) 및 유량제어밸브(122, 123, 124)에 설치된 동일한 파일롯 라인(164a, 164b ; 165a, 165b ; 166a, 166b)(일부만 도시)과, 파일롯 라인(163a, 163b)에 배치된 비례감압밸브(129, 130) 및 파일롯 라인(164a, 164b ; 165a, 165b ; 166a, 166b)에 설치된 동일한 비례감압밸브(도시생략)로 구성되어 있다.
유량제어밸브(121)는, 비작동시에는 스프링(127, 128)으로 지지되어 중립위치에 있고 각 포트는 블록되므로, 제 1 아암 실린더(7)는 움직이지 않는다. 비례감압밸브(129, 130)에 의하여 조정된 파일롯압력이 유량조정밸브(121)의 파일롯압력실(125, 126)로 유도되고 있어, 어느 한쪽에 파일롯압력이 생기면, 이 압력에 의한 힘과 스프링(127, 128)의 균형의 위치로 밸브체는 변위하고, 그 변위량에 따른 유량이 제 1 아암 실린더(7)로 보내져 제 1 아암 실린더(7)는 신축한다. 유량제어밸브(122, 123, 124)에 대해서도 동일하다.
비례감압밸브(129, 130) 및 도시생략한 다른 비례전자밸브는 컨트롤러(131)로부터의 구동지령신호에 의하여 조정되고, 또한 컨트롤러(131)에는 조작레버장치(11, 12)로부터의 조작신호 및 각도검출기(142, 143, 144)로부터의 검출신호가 입력되어 있다. 조작레버장치(11, 12)는 조작신호로서 전기신호를 출력하는 전기레버방식으로서, 조작레버장치(11, 12)의 조작레버(11a, 12a)가 조작되면, 그 조작량에 따라 제 1 아암 실린더(7), 제 2 아암 실린더(8), 제 3 아암 실린더(9), 버킷 실린더(10)를 임의의 속도로 구동할 수 있다. 각도검출기(142, 143, 144)는 제 1 관절(15), 제 2 관절(20), 제 3 관절(16)에 각각 설치되고, 제 1 아암(3), 제 2 아암(4), 제 3 아암(5)의 회전각도(θ1, θ2, θ3)를 검출한다. 각도검출기로서는 각 관절의 각도를 직접 검출하는 포텐쇼미터여도 되고, 제 1 실린더(7), 제 2 실린더(8), 제 3 실린더(9)의 변위량을 검출하여 회전각도를 기하학적으로 연산하는 것이어도 된다.
조작레버장치(11, 12)의 조작방법의 상세를 도 3에 나타낸다.
도 3에 있어서, 버킷 및 선회에 관한 조작은 종래의 굴삭기와 완전히 동일해서, 오른쪽에 배치된 조작레버장치(11)의 조작레버(11a)를 오른쪽(a) 방향으로 조작하면, 조작량에 따른 속도로 버킷(6)은 댐핑쪽(개방하는 쪽)으로 동작한다. 마찬가지로, 조작레버(11a)를 왼쪽(b) 방향으로 조작하면, 조작량에 따른 속도로 버킷(6)은 크라우드쪽(긁어모으는 쪽)으로 동작한다. 본체(99)를 구성하는 상부선회체의 선회동작에 대해서는, 왼쪽에 배치된 조작레버장치(12)의 조작레버(12a)를 앞(g) 또는 뒤(h)로 조작함으로써, 조작량에 따른 속도로 상부선회체(99)는 오른쪽 선회 또는 왼쪽 선회를 행한다.
한편, 종래, 제 1 아암(3)만을 동작시키고 있던 조작레버장치(11)의 조작레버(11a)의 전후방향(c, d 방향)은, 본 발명에서는 그 조작량에 따른 속도로 도 1에 일점 쇄선으로 나타낸 가상적으로 설치한 2관절형 작업프론트의 가상의 제 1 아암(13)을 상하시킨다. 또, 종래, 제 2 아암(4)만을 동작시키고 있던 조작레버장치(12)의 조작레버(12a)의 좌우방향(e, f 방향)은, 본 발명에서는 그 조작량에 따른 속도로 도 1에 일점 쇄선으로 나타낸 가상의 제 2 아암(14)을 인입하거나(크라우드) 또는 밀어내기(댐핑)시킨다.
상기와 같이 조작레버(11a)를 전후방향(c, d 방향)으로, 조작레버(12a)를 좌우방향(e, f 방향)으로 조작함으로써 제 1 아암(3), 제 2 아암(4), 제 3 아암(5)을 움직이는 본 발명의 기본원리 및 이 기본원리에 의거하는 제 1 아암(3), 제 2 아암(4), 제 3 아암(5)의 지령치의 구하는 방법을 설명한다.
먼저, 본 발명의 기본원리는, 상기와 같이 가상의 제 1 아암(13) 및 가상의 제 2 아암(14)을 가지는 2관절형 작업프론트를 가상적으로 설치하고, 가상 제 2 아암(14)과 실제의 제 3 아암(5)의 움직임의 관계를 미리 정해 놓음으로써, 조작레버(11a, 12a)를 조작하였을 때의 가상 제 2 아암(14)의 동작에 대응한 동작이 실제의 제 3 아암(5)의 동작으로서 얻어지도록, 제 1 아암(3), 제 2 아암(4) 및 제 3 아암(5)의 지령치를 구하는 것이다.
여기서, 가상 제 2 아암(14)과 실제의 제 3 아암(5)의 움직임의 관계로서는, 본 실시형태에서는, 가상 제 2 아암(14)과 실제의 제 3 아암(5)이 강체를 형성하는 것처럼 움직이도록 정한다. 이와 같이 가상 제 2 아암과 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계를 정함으로써 가상 제 2 아암의 회전각 속도와 실제의 제 3 아암의 회전각 속도는 동일하게 되고, 가상 제 2 아암의 회전각 속도가 실제의 제 3 아암의 회전각 속도로서 부여되게 된다.
또, 가상적으로 설치한 2관절형 작업프론트의 가상의 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)은 차체(99)에 대하여 임의의 위치에 설정 가능하고, 도 1에 나타낸 실시형태에서는, 가상의 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)을 실제의 제 1 아암(3)의 기단(제 1 관절)(15)보다 후방의 위치에 설정하고 있다. 또, 도 1에서는, 실제의 제 1 아암(3)의 기단(제 1 관절)(15)에 가상의 제 1 관절(19)을 일치시킨 경우의 가상의 제 1 아암을 부호 13A로 나타내고 있다.
또한, 가상의 제 1 아암(13)의 길이(가상의 제 1 관절 19와 가상의 제 2 관절 18을 연결하는 선분의 길이 L0) 및 가상의 제 2 아암(14)의 길이[가상의 제 2 관절 18과 가상의 제 3 관절(버킷 관절) 17을 연결하는 선분의 길이 L1]도, 임의로 설정 가능하다. 본 실시형태에서는 L0, L1을 통상의 2관절형 굴삭기보다 길어지도록 설정하고 있다.
이하, 도 4 내지 도 7을 이용하여, 제 1 아암(3), 제 2 아암(4), 제 3 아암(5)의 지령치를 구하는 방법을 설명하면서 본 발명의 기본원리를 더욱 상세하게 설명한다.
(A) 조작레버(11a)에 의해 가상 제 1 아암을 조작하는 경우
(A1) 도 4에 있어서, 조작레버(11a)의 조작신호에 의하여 가상 제 1 아암(13)에 부여된 올림 방향의 지령각 속도를 ωbr로 하면, 조작레버(12a)가 조작되어 있지 않으면 가상 제 2 아암(14)은 가상 제 1 아암(13)과 동일한 각속도로 가상의 제 1 관절(19) 주위를 회전하므로, 버킷 관절(17)이 이동해야 할 속도(목표속도)(Vb1)는, 가상의 제 1 관절(19)과 버킷 관절(17)을 연결하는 선분(길이 Sb1)에 대하여 수직방향으로,
Vb1= Sb1×ωbr
의 크기를 가진다.
또, 제 3 관절(16)이 이동해야 할 속도(목표속도)(Vb2)는, 가상 제 2 아암(14)과 실제의 제 3 아암(5)이 강체(도면에서의 사선부 참조)를 형성하는 것처럼 움직이므로, 가상의 제 1 관절(19)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분(길이 Sb2)에 대하여 수직방향으로,
Vb2= Sb2×ωbr
의 크기를 가진다.
(A2) 먼저, 제 3 관절(16)에 Vb2의 속도를 부여하는 데 필요한 제 1 관절(15) 주위의 회전각 속도 및 제 2 관절(20) 주위의 회전각 속도를 검토한다.
(A2-1) 도 5에 있어서, 목표속도(Vb2)를, 제 1 관절(15)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분(길이 S1)에 수직인 방향의 성분과, 제 2 관절(20)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분(길이 M2)에 수직인 방향의 성분으로 분해하여, Vbs1, Vbs2를 얻는다.
선분(Sb2)과 선분(M2)이 이루는 각도를 A, 선분(Sb2)과 선분(S1)이 이루는 각도를 B로 하면,
이에 따라, 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωb1)과 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωb2)은 다음과 같이 구할 수 있다.
또한, 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωb1)은 올림 방향을 양, 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωb2)은 댐핑 방향을 양으로 하고 있다.
여기에서, 가상의 제 1 관절(19)을 실제의 제 1 관절(15)에 일치시킨 가상의 제 1 아암(13A)을 사용하는 실시형태에서는, 각도 B = 0, S1= Sb2가 되기 때문에, 속도(Vbs1, Vbs2)는,
로 된다. 따라서, 각속도지령(ωb1, ωb2)도
로 된다.
(A2-2) 다음에, 제 3 아암(5)의 각속도지령(ωb3)을 구한다. 버킷 관절(17)에 부여해야 할 속도(Vb1)는, 절대좌표계(제 1 관절 15를 원점으로 한 좌표계)에 있어서의 값으로서, 이 속도(Vb1)는 제 3 관절(16)의 속도(Vb2)를 포함하고 있다. 따라서, 속도(Vb1)를 속도(Vb2)와, 제 3 관절(16)과 버킷 관절(17)을 연결하는 선분(길이 M3)에 수직인 방향의 성분(Vbr)으로 분해한다.
선분(Sb1)과 선분(Sb2)이 이루는 각도를 C, 선분(Sb1)과 선분(M3)이 이루는 각도를 D로 하면,
라는 관계가 얻어져 속도(Vbr)를 구할 수 있다.
또, 위 식의 관계와, 3개의 선분(Sb1, Sb2, M3)에 의해 형성되는 삼각형의 관계식,
로부터 속도(Vbr)는 이하와 같이 구해진다.
이 속도(Vbr)를 사용하여, 제 3 관절(16) 주위의 제 3 아암(5)의 각속도(ωb3r)는,
로 된다. 즉, 가상 제 1 아암(13)에 주어진 지령각속도(ωbr)로 제 3 아암(5)도 회전하므로, 결국 그 지령각속도(ωbr)가 제 3 관절(16) 주위의 제 3 아암(5)의 각속도(ωb3r)로 됨을 알 수 있다.
그런데, 이 각속도(ωb3r)는, 절대좌표계에 있어서의 제 3 관절(16) 주위의 제 3 아암(5)의 회전각속도를 의미하고 있고, 제 3 아암(5)을 구동하기 위한 각속도지령(ωb3)을 구하기 위해서는, 제 3 관절(16) 주위의 제 2 아암(4)의 회전각속도를 고려할 필요가 있다. 이 제 3 관절(16) 주위의 제 2 아암(4)의 회전각속도는, 상기에서 구한 각속도지령(ωb1, ωb2)을 사용하여 ωb1+ωb2로 나타낼 수 있기 때문에, 제 3 아암(5)의 각속도지령(ωb3)은, 댐핑방향을 양으로 하여,
ωb3= ωb3r- (ωb1+ ωb2) = ωbr- (ωb1+ ωb2)
으로서 구해진다.
여기서, 가상의 제 1 관절(19)을 실제의 제 1 관절(15)에 일치시킨 가상의 제 1 아암(13A)을 사용하는 실시형태에서는, 상기와 같이 ωb1= ωbr, ωb2= 0이기 때문에,
ωb3= 0
로 된다. 즉, 조작레버(11a)만으로 가상 제 1 아암(13)을 조작하는 경우에는, 가상 제 1 아암(13)에 부여되는 지령각속도(ωbr)를 그대로 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωb1)으로 하면 된다.
(B) 조작레버(12a)에 의해 가상 제 2 아암을 조작하는 경우
(B1) 도 6에 있어서, 조작레버(12a)의 조작신호에 의하여 가상 제 2 아암(14)에 부여된 밀어내기 방향의 지령각속도를 ωar로 하면, 버킷 관절(17)이 이동해야 할 속도(Va1)는, 가상의 제 2 관절(18)과 버킷 관절(17)을 연결하는 선분(길이 L1)에 대하여 수직방향으로,
Va1= L1×ωar
의 크기를 가진다.
또, 제 3 관절(16)이 이동해야 할 속도(Va2)는, 가상 제 2 아암(14)과 실제의 제 3 아암(5)이 강체(도면에서의 사선부 참조)를 형성하는 것처럼 움직이므로, 가상의 제 2 관절(18)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분(길이 L2)에 대하여 수직방향으로,
Va2= L2×ωar
의 크기를 가진다.
(B2) 먼저, 제 3 관절(16)에 Va2의 속도를 부여하는 데 필요한 제 1 관절(15) 주위의 회전각 속도 및 제 2 관절(20) 주위의 회전각 속도를 검토한다.
(B2-1) 도 7에 있어서, 목표속도(Va2)를, 제 1 관절(15)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분(길이 S1)에 수직인 방향의 성분과, 제 2 관절(20)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분(길이 M2)에 수직인 방향의 성분으로 분해하여, Vas1, Vas2를 얻는다.
선분(L2)과 선분(M2)이 이루는 각도를 E, 선분(M2)과 선분(S1)이 이루는 각도를 F로 하면,
이에 따라, 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωa1)과 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωa2)은 다음과 같이 구할 수 있다.
또한, 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωa1)은 올림 방향을 양, 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωa2)은 댐핑 방향을 양으로 하고 있다.
(B2-2) 다음에, 제 3 아암(5)의 각속도지령(ωa3)을 구한다. 버킷 관절(17)에 부여되어야 할 속도(Va1)는, 절대좌표계(제 1 관절 15를 원점으로 한 좌표계)에 있어서의 값으로서, 이 속도(Va1)는 제 3 관절(16)의 속도(Va2)를 포함하고 있다. 따라서, 속도(Va1)를 속도(Va2)와, 제 3 관절(16)과 버킷 관절(17)을 연결하는 선분(길이 M3)에 수직인 방향의 성분(Var)으로 분해한다.
선분(L2)과 선분(L1)이 이루는 각도를 G, 선분(L1)과 선분(M3)이 이루는 각도를 H로 하면,
라는 관계가 얻어져, 속도(Var)를 구할 수 있다.
또, 위 식의 관계와, 3개의 선분(L1, L2, M3)에 의해 형성되는 삼각형의 관계식,
로부터, 속도(Var)는 아래와 같이 구해진다.
이 속도(Var)를 사용하여, 제 3 관절(16) 주위의 제 3 아암(5)의 각속도(ωa3r)는,
로 된다. 즉, 가상 제 2 아암(14)에 부여된 지령각속도(ωar)로 제 3 아암(5)도 회전하므로, 결국 그 지령각속도(ωar)가 제 3 관절(16) 주위의 제 3 아암(5)의 각속도(ωa3r)로 됨을 알 수 있다.
그런데, 이 각속도(ωa3r)는, 절대좌표계에 있어서의 제 3 관절(16) 주위의 제 3 아암(5)의 회전각 속도를 의미하고 있고, 제 3 아암(5)을 구동하기 위한 각속도지령(ωa3)을 구하기 위해서는, 제 3 관절(16) 주위의 제 2 아암(4)의 회전각 속도를 고려할 필요가 있다. 이 제 3 관절(16) 주위의 제 2 아암(4)의 회전각 속도는, 상기에서 구한 각속도지령(ωa1, ωa2)을 사용하여 ωa1+ωa2로 나타낼 수 있기 때문에, 제 3 아암(5)의 각속도지령(ωa3)은, 댐핑 방향을 양으로 하여,
ωa3= ωa3r- (ωa1+ωa2) = ωar- (ωa1+ ωa2)
으로서 구해진다.
(C) 각 아암의 각속도지령치
각 아암(3, 4, 5)의 각속도지령치(ω1, ω2, ω3)는, 상기에서 구한 가상 제 1 아암(13)을 조작한 경우의 각속도지령(ωb1, ωb2, ωb3)과, 가상 제 2 아암(14)을 조작한 경우의 각속도지령(ωa1, ωa2, ωa3)의 각각을 더한 것으로 되기 때문에,
으로 된다.
여기서, 가상의 제 1 관절(19)을 제 1 관절(15)에 일치시킨 가상의 제 1 아암(13A)을 사용하는 실시형태에서는, 상기와 같이 ωb1= ωbr, ωb2= 0, ωb3= 0이기 때문에,
로 된다.
상기와 같이 각속도지령(ω1, ω2, ω3)이 구해지면, 제 1 아암(3)이 각속도(ω1), 제 2 아암(4)이 각속도(ω2), 제 3 아암(5)이 각속도(ω3)로 회동하도록 제 1 아암 실린더(7), 제 2 아암 실린더(8), 제 3 아암 실린더(9)를 신축시키면 된다.
이에 따라, 종래의 2관절형 작업프론트를 가지는 굴삭기와 동일한 2개의 조작레버(11a, 12a)를 사용하여 제 1 아암(3), 제 2 아암(4), 제 3 아암(5)을 가지는 3관절 작업프론트(2)를, 오퍼레이터에게 위화감을 주지 않고 연속적으로 동작시키는 것이 가능하고, 특히 오퍼레이터가 버킷(6)의 주변을 주시하며 작업하는 한, 오퍼레이터의 통상의 기량의 범위에서 2관절형 작업프론트와 동일한 조작감각으로 조작 가능하게 된다.
또, 본 실시형태에서는, 가상의 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)을 실제의 제 1 아암(3)의 기단(제 1 관절)(15)보다 후방의 위치에 설정하였으므로, 버킷(6)을 차체(99)를 향하여 수평방향으로 끌 때, 차체(99)에 근접한 위치까지 제 1 아암 실린더(7), 제 2 아암 실린더(8), 제 3 아암 실린더(9) 모두 스트로크 엔드에 이르는 일 없이, 각 실린더의 유효 스트로크를 유효하게 이용할 수 있게 되고, 수평 끌기 작업에 의해 차체(99)에 근접한 위치까지 버킷(6)을 움직일 수 있어, 넓은 작업범위를 확보할 수 있다.
또한, 가상의 제 1 아암(13) 길이(L0) 및 가상의 제 2 아암(14)의 길이(L1)를 통상의 2관절형 굴삭기보다 길어지도록 설정하였으므로, 버킷(6)을 차체(99)의 근처까지 가지고 왔을 때에 가상의 제 2 아암(14)이 수직에 가까운 자세를 유지할 수 있게 되고, 이에 따라 실제의 제 3 아암(5)도 수직에 가까운 자세로 되어, 양호한 작업성이 얻어진다.
도 8에, 상기한 동작을 실현하기 위한 컨트롤러(131)에 의하여 처리되는 알고리즘을 나타낸다.
컨트롤러(131)에는, 제 1 아암(3)의 길이(M1), 제 2 아암(4)의 길이(M2), 제 3 아암(5)의 길이(M3), 가상 제 1 아암(13)의 길이(L0), 가상 제 2 아암(14)의 길이(L1), 가상 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)의 위치정보(X0, Y0)가 미리 정해져서 기억되어 있다.
그리고 컨트롤러(131)에는, 가상 제 1 아암(13)의 각속도(ωbr)를 지령하는 가상 제 1 아암신호(132)와, 가상 제 2 아암(14)의 각속도(ωar)를 지령하는 가상 제 2 아암신호(133)가 입력된다.
먼저, 가상 제 1 아암신호(132)에 관한 처리에 대하여 설명한다. 가상 제 1 아암신호(132)(ωbr)는, 상기한 수학식 2의 연산을 행하여 제 3 관절(16)의 목표속도(Vb2)를 얻는 제 1 연산블록(160)에 입력된다. 이 연산에서는 가상의 제 1 관절(19)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분의 길이(Sb2)를 사용하므로, 이 길이(Sb2)를 계산할 필요가 있다. 이 계산에는 시시각각 변화하는 제 3 관절(16)의 위치정보와 가상 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)에 관한 정보가 필요하게 된다. 제 3 관절(16)의 위치정보로서는 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1)와 제 2 아암(4)의 회전각도(θ2)가 필요하게 된다. 이 때문에, 상기한 바와 같이 각도검출기(142, 143)가 설치되고, 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1)와 제 2 아암(4)의 회전각도(θ2)가 제 1 연산블록(160)에 입력된다. 또, 제 3 관절(16)의 위치정보로서는 제 1 아암(3)의 길이(M1), 제 2 아암(4)의 길이(M2)도 필요하고, 가상 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)에 관한 정보로서는 해당 기단(가상의 제 1 관절)(19)의 위치정보(X0, Y0)가 필요하며, 이들은 컨트롤러(131) 내에 기억시켜 둔 상기의 값이 사용된다.
제 1 연산블록(160)에서 계산된 제 3 관절(16)의 목표속도(Vb2)는 제 2 연산블록(161)에 입력되어, 상기한 수학식 3 및 4에 의하여 목표속도(Vb2)의 제 1 관절(15)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분(길이 S1)에 수직인 방향의 성분(Vbs1)과, 제 2 관절(20)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분(길이 M2)에 수직인 방향의 성분(Vbs2)을 계산한다. 여기서는, 선분(Sb2)과 선분(M2)이 이루는 각도(A), 선분(Sb2)과 선분(S1)이 이루는 각도(B)를 사용하므로, 이 각도(A 및 B)를 계산할 필요가 있다. 이 계산에는 시시각각 변화하는 제 3 관절(16)의 위치정보 및 제 2 관절(20)의 위치정보와 가상 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)에 관한 정보가 필요하게 된다. 제 3 관절(16)의 위치정보에 대해서는 상기하였다. 제 2 관절(20)의 위치정보로서는 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1)와 제 1 아암(3)의 길이(M1)가 필요하게 된다. 따라서, 제 2 연산블록(161)에 있어서도, 상기한 제 1 연산블록(160)과 동일하게 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1)와 제 2 아암(4)의 회전각도(θ2)가 입력됨과 동시에, 제 1 아암(3)의 길이(M1), 제 2 아암(4)의 길이(M2), 가상 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)의 위치정보(X0, Y0)로서 컨트롤러(131) 내에 기억시켜 둔 값이 사용된다.
제 2 연산블록(161)에서 계산된 속도성분(Vbs1, Vbs2)은 각각 제 3 및 제 4 연산블록(163, 164)에 입력되어, 상기한 수학식 5 및 6에 의하여 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωb1)과 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωb2)을 계산한다. 제 3 연산블록(163)의 계산에서는 제 1 관절(15)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분의 길이(S1)를 사용하므로, 이것을 계산할 필요가 있다. 이 계산에는 제 3 관절(16)의 위치정보가 필요하다. 이 때문에, 제 3 연산블록(163)에는 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1)와 제 2 아암(4)의 회전각도(θ2)가 입력됨과 동시에, 제 1 아암(3)의 길이(M1), 제 2 아암(4)의 길이(M2)로서 컨트롤러(131) 내에 기억시켜 둔 값이 사용된다. 제 4 연산블록(164)의 계산에서는 제 2 아암(4)의 길이(M2)로서 컨트롤러(131) 내에 기억시켜 둔 값이 사용된다.
제 3 및 제 4 연산블록(163, 164)에서 계산된 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωb1)과 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωb2)은 가상 제 1 아암신호(132)(ωbr)와 함께 제 5 연산블록(166)에 입력되어, 상기한 수학식 10에 의하여 제 3 아암(4)의 각속도지령(ωb3)을 계산한다. 여기서, 가상 제 1 아암신호(132)의 지령각속도(ωbr)는, 상기한 수학식 9에 의해 설명한 바와 같이 제 1 관절(15)을 원점으로 한 절대좌표계에 있어서의 제 3 관절(16) 주위의 제 3 아암(5)의 회전각속도(ωb3r)로서 사용된다.
다음에, 가상 제 2 아암신호(133)에 관한 처리에 대하여 설명한다. 가상 제 2 아암신호(133)(ωar)는, 상기한 수학식 12의 연산을 행하여 제 3 관절(16)의 목표속도(Va2)를 얻는 제 6 연산블록(139)에 입력된다. 이 연산에서는 가상의 제 2 관절(18)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분의 길이(L2)를 사용하므로, 이 길이(L2)를 계산할 필요가 있다. 이 계산에는 시시각각 변화하는 제 3 관절(16)의 위치정보와 가상 제 2 아암(14)의 기단(가상의 제 2 관절)(18)의 위치정보가 필요하게 된다. 제 3 관절(16)의 위치정보로서는, 상기한 바와 같이, 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1), 제 2 아암(4)의 회전각도(θ2), 제 1 아암(3)의 길이(M1), 제 2 아암(4)의 길이(M2)가 필요하게 된다. 가상 제 2 아암(14)의 기단(가상의 제 2 관절)(18)의 위치정보로서는, 가상 제 1 아암(13)의 회전각도(θb)와 가상 제 1 아암(13)의 길이(L0)와 가상 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)의 위치정보(X0, Y0)가 필요하게 된다. 이 때문에, 제 6 연산블록(139)에는, 상기한 제 1 연산블록(160)과 동일하게 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1)와 제 2 아암(4)의 회전각도(θ2)가 입력되어, 제 1 아암(3)의 길이(M1), 제 2 아암(4)의 길이(M2), 가상 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)의 위치정보(X0, Y0)로서 컨트롤러(131) 내에 기억시켜 둔 값이 사용됨과 동시에, 다시 가상 제 1 아암(13)의 회전각도(θb)가 입력되어, 가상 제 1 아암(13)의 길이(L0)로서 컨트롤러(131) 내에 기억시켜 둔 값이 사용된다.
여기서, 가상 제 1 아암(13)의 회전각도(θb)는 각도연산블록(148)에서 계산된다. 이 계산에서는, 가상 제 1 아암(13)의 회전각도(θb)와 가상 제 2 아암(14)의 회전각 속도(θa)를 미지수로 하고, 제 3 아암(5)의 끝단(제 4 관절)(17)과 가상 제 2 아암(14)의 끝단이 일정한 위치관계, 이 실시형태에서는 양자의 위치가 같다고 하는 관계를 사용하여 연립방정식을 세워, 회전각도(θb, θa)를 구한다. 제 3 아암(5)의 끝단(제 4 관절)(17)의 위치정보로서는, 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1), 제 2 아암(4)의 회전각도(θ2), 제 3 아암(5)의 회전각도(θ3)와, 제 1 아암(3)의 길이(M1), 제 2 아암(4)의 길이(M2), 제 3 아암(5)의 길이(M3)가 필요하게 되고, 가상 제 2 아암(14)의 끝단(제 3 아암 5의 끝단의 제 4 관절)(17)의 위치정보로서는, 미지수로서의 회전각도(θb, θa)와, 가상 제 1 아암(13)의 길이(L0), 가상 제 2 아암(14)의 길이(L1), 가상 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)의 위치정보(X0, Y0)가 필요하게 된다. 이 때문에, 상기한 바와 같이 각도검출기(142, 143, 144)가 설치되고, 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1), 제 2 아암(4)의 회전각도(θ2), 제 3 아암(5)의 회전각도(θ3)가 각도연산블록(148)에 입력됨과 동시에, 제 1 아암(3)의 길이(M1), 제 2 아암(4)의 길이(M2), 제 3 아암(5)의 길이(M3), 가상 제 1 아암(13)의 길이(L0), 가상 제 2 아암(14)의 길이(L1), 가상 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)의 위치정보(X0, Y0)로서 컨트롤러(131) 내에 기억시켜 둔 상기의 값이 사용된다.
제 6 연산블록(139)에서 계산된 제 3 관절(16)의 목표속도(Va2)는 제 7 연산블록(140)에 입력되어, 상기한 수학식 13 및 14에 의하여 목표속도(Va2)의 제 1 관절(15)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분(길이 S1)에 수직인 방향의 성분(Vas1)과, 제 2 관절(20)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분(길이 M2)에 수직인 방향의 성분(Vas2)을 계산한다. 여기서는, 선분(L2)과 선분(M2)이 이루는 각도(E), 선분(M2)과 선분(S1)이 이루는 각도(F)를 사용하므로, 이 각도(E 및 F)를 계산할 필요가 있다. 이 계산에는 제 3 관절(16)의 위치정보, 제 2 관절(20)의 위치정보, 가상 제 2 아암(14)의 기단(가상의 제 2 관절)(18)의 위치정보가 필요하게 된다. 이 때문에, 제 7 연산블록(140)에는, 제 6 연산블록(139)과 동일하게 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1), 제 2 아암(4)의 회전각도(θ2), 가상 제 1 아암(13)의 회전각도(θb)가 입력됨과 동시에, 제 1 아암(3)의 길이(M1), 제 2 아암(4)의 길이(M2), 가상 제 1 아암(13)의 길이(L0), 가상 제 1 아암(13)의 기단(가상의 제 1 관절)(19)의 위치정보(X0, Y0)로서 컨트롤러(131) 내에 기억시켜 둔 값이 사용된다.
제 7 연산블록(140)에서 계산된 속도성분(Vas1, Vas2)은 각각 제 8 및 제 9 연산블록(145, 146)에 입력되어, 상기한 수학식 15 및 16에 의하여 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωa1)과 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωa2)을 계산한다. 제 8 연산블록(145)의 계산에서는 제 1 관절(15)과 제 3 관절(16)을 연결하는 선분의 길이(S1)를 사용하므로, 제 3 연산블록(163)과 동일하게 각도검출기(142, 143)에 의해 검출한 제 1 아암(3)의 회전각도(θ1)와 제 2 아암(4)의 회전각도(θ2)가 입력됨과 동시에, 제 1 아암(3)의 길이(M1), 제 2 아암(4)의 길이(M2)로서 컨트롤러(131)에 기억시켜 둔 값이 사용된다. 제 9 연산블록(146)의 계산에서는 제 4 연산블록(164)과 동일하게 제 2 아암(4)의 길이(M2)로서 컨트롤러(131) 내에 기억시켜 둔 값이 사용된다.
제 8 및 제 9 연산블록(145, 146)에서 계산된 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωa1)과 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωa2)은 가상 제 2 아암신호(133)(ωar)와 함께 제 10 연산블록(149)에 입력되어, 상기한 수학식 20에 의하여 제 3 아암(4)의 각속도지령(ωa3)을 계산한다. 여기서, 가상 제 2 아암신호(133)의 지령각속도(ωar)는, 상기한 수학식 19에 의해 설명한 바와 같이 제 1 관절(15)을 원점으로 한 절대좌표계에 있어서의 제 3 관절(16) 주위의 제 3 아암(5)의 회전각속도(ωa3r)로서 사용된다.
이상과 같이 하여 계산된 가상 제 1 아암신호(132)에 의한 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωb1), 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωb2), 제 3 아암(5)의 각속도지령(ωb3)과 가상 제 2 아암신호(133)에 의한 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωa1), 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωa2), 제 3 아암(5)의 각속도지령(ωa3)은, 상기한 수학식 21에 따라 가산부(171, 172, 173)에 의해 각각 가산되고, 각 아암(3, 4, 5)의 각속도지령치(ω1, ω2, ω3)가 구해진다. 이들 지령치(ω1, ω2, ω3)는, 각각 포화함수(150, 151, 152, 153, 154, 155)에 입력되고, 그들의 양음에 따른 구동지령신호(전기신호)가 출력된다. 즉, 지령치(ω1)가 양인 경우에는 포화함수(150)에 의하여 ω1에 따른 구동지령신호(전기신호)가 비례감압밸브(130)에 출력되고, 음인 경우에는 포화함수(151)에 의하여 ω1에 따른 구동지령신호(전기신호)가 비례감압밸브(129)에 출력된다. 지령치(ω2, ω3)의 경우도 동일하다.
이상과 같은 본 실시형태에 의하면, 종래의 2관절형 작업프론트를 가지는 굴삭기와 동일한 2개의 조작레버(11a, 12a)를 사용하여 제 1 아암(3), 제 2 아암(4), 제 3 아암(5)을 가지는 3관절 작업프론트(2)를, 오퍼레이터의 통상의 기량의 범위에서 종래의 2관절형 작업프론트와 동등의 조작감각으로 동작시키는 것이 가능하고, 3관절형 굴삭기의 특징인 넓은 작업범위를 종래의 2관절형 굴삭기와 동등의 조작감각으로 연속적으로 조작할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태를 도 9를 이용하여 설명한다. 본 실시형태는, 가상의 제 1 관절(19)을 제 1 아암(3)의 제 1 관절(15)에 일치시킨 가상의 제 1 아암(13A)(도 1 참조)을 사용한 경우의 것이다. 도면 중, 도 8에 나타낸 부분과 동등의 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.
상기한 바와 같이 가상의 제 1 아암(13A)의 제 1 관절(19)이 실제의 제 1 아암(3)의 제 1 관절(15)에 일치시켰을 경우에는, 가상 제 1 아암신호(132)에 의한 제 1, 제 2, 제 3 아암(3, 4, 5)의 각속도지령(ωb1, ωb2, ωb3)은, 상기한 수학식 5', 수학식 6', 수학식 10'에 의하여 ωb1= ωbr, ωb2= 0, ωb3= 0이고, 제 1, 제 2, 제 3 아암(3, 4, 5)의 각속도지령치(ω1, ω2, ω3)는, 상기한 수학식 21'에 의하여 ω1= ωbr+ ωa1, ω2= ωa2, ω3= ωar- (ωa1+ ωa2)으로 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 도 8의 제 1 연산블록(160) 내지 제 5 연산블록(166), 가산부(172, 173)는 불필요하게 되고, 도 9에 나타낸 바와 같이, 가상 제 1 아암신호(132)의 지령각속도(ωbr)는 제 8 연산블록(145)에서 구한 제 1 아암(3)의 각속도지령(ωa1)과 가산부(171)에서 직접 가산되어, 제 1 아암의 각속도지령치(ω1)가 계산된다. 또, 제 9 연산블록(146) 및 제 10 연산블록(149)에서 계산된 제 2 아암(4)의 각속도지령(ωa2) 및 제 3 아암(5)의 각속도지령(ωa3)은, 각각 그대로 제 2, 제 3 아암(4, 5)의 각속도지령치(ω2, ω3)로서 사용된다.
본 실시형태에 의하면, 도 8에 나타낸 제 1 실시형태에 비하여 컨트롤러(131A)에서의 계산량을 줄일 수 있어, 컨트롤러(131A)의 한정된 처리능력 및 메모리용량의 범위 내에서 응답이 좋은 제어가 가능하게 된다.
본 발명의 제 3 실시형태를 도 10을 이용하여 설명한다. 본 실시형태는, 도 9에 나타낸 실시형태에 있어서, 각 아암의 회전각도를 각도검출기를 사용하지 않고, 각 아암에 대한 회전각 속도 지령치를 적분 연산함으로써 구한 것이다. 도면 중, 도 8, 도 9에 나타낸 부분과 동등의 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.
제 1, 제 2, 제 3 아암(3, 4, 5)의 회전각도(θ1, θ2, θ3)는, 각각 제 1, 제 2, 제 3 아암(3, 4, 5)에 대한 각속도지령치(ω1, ω2, ω3)를 적분한 값에 대응하고, 가상 제 1 아암(13)의 회전각도(θb)는 조작신호(132)의 지령각속도(ωbr)를 적분한 값에 대응한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이 적분기(134, 136, 137, 138)를 설치하고, 제 1, 제 2, 제 3 아암(3, 4, 5)에 대한 각속도지령치(ω1, ω2, ω3)를 적분기(136, 137, 138)에 의해 적분함으로써 회전각도(θ1, θ2, θ3)로 변환하고, 조작신호(132)의 지령각속도(ωbr)를 적분기(134)에 의해 적분함으로써 회전각도(θb)로 변환하여, 제 6 내지 제 8 연산블록(139, 140, 145)에서 사용한다.
각도검출기(142, 143, 144)를 사용한 제 1 및 제 2 실시형태에서는, 시시각각 변화하는 각 아암의 회전각도(θ1, θ2, θ3)를, 연산의 오차를 포함하는 일 없이 직접 이용할 수 있으므로, 정밀도가 높은 제어를 실현할 수 있다. 이것에 대하여, 본 실시형태에서는 제어정밀도는 다소 뒤떨어지나, 각도검출기(142, 143, 144)를 사용할 필요가 없으므로, 그만큼 값싸게 시스템을 구축할 수 있다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 각 아암의 각속도지령을 따로따로 구하여, 각각의 합을 구하여 각 아암의 각도지령치로 하는 구성으로 하고 있으나, 먼저 각 관절의 합성된 속도(V1, V2)를 구하고 그것으로부터 각 아암의 각속도지령을 구하는 구성으로 해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 각 관절의 속도를 계산하는 연산블록(139, 140)을 구비하는 구성으로 하고 있으나, 그 계산은 하나의 관계식으로 구할 수 있으므로, 이들은 하나의 연산블록으로 모아도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 가상의 2관절형 작업프론트의 제 1 아암(13) 및 가상의 제 2 아암(14)의 길이(L0, L1)에 관하여, 넓은 작업범위를 조작 가능하게 하기 위하여 이들(L0, L1)을 길게 설정하였으나, 이 길이는 목적에 따라 임의로 설정 가능하다. 또, 가상의 2관절형 작업프론트의 가상 제 1 관절과 3관절형 작업프론트의 제 1 관절(15)이 일치하지 않을 경우의 양자의 위치관계도, 요구되는 동작특성에 따라 임의로 설정 가능하다.
또, 상기 실시형태에서는, 가상의 2관절형 작업프론트의 가상 제 2 아암의 끝단(버킷 관절)과 3관절형 작업프론트의 제 3 아암의 끝단(버킷 관절)을 완전히 일치시켰으나, 이것은 다소 어긋나 있더라도 상관없다. 또, 이 경우에도, 양자의 위치관계만 정해져 있으면, 양자의 위치를 일치시켰을 경우와 동일한 연산처리가 가능하다.
본 발명에 의하면, 3관절형 작업프론트를, 종래의 2관절형 작업프론트와 동일한 2개의 조작레버를 사용하여 오퍼레이터의 통상의 기량의 범위에서 종래의 2관절형 작업프론트와 동등의 조작 감각으로 조작할 수 있다.

Claims (7)

  1. 굴삭기본체(99)와, 굴삭기 본체에 회동 가능하게 설치된 제 1 아암(3), 제 1 아암에 회동 가능하게 설치된 제 2 아암(4), 제 2 아암에 회동 가능하게 설치된 제 3 아암(5)을 가지는 3관절형 작업프론트(2)와, 제 1 아암을 구동하는 제 1 아암 액츄에이터(7), 제 2 아암을 구동하는 제 2 아암 액츄에이터(8), 제 3 아암을 구동하는 제 3 아암 액츄에이터(9)를 가지는 유압구동장치(160,161)를 가지는 3관절형 굴삭기(1)의 조작제어장치에 있어서,
    제 1 아암(3), 제 2 아암(4), 제 3 아암(5)을 조작하기 위한 2개의 조작수단(11, 12)과,
    가상 제 1 아암(13 또는 13A) 및 가상 제 2 아암(14)을 가지는 2관절형 작업프론트를 가상적으로 설치하고, 이 가상 제 2 아암(14)과 상기한 실제의 제 3 아암(3)의 움직임의 관계를 미리 정해 놓고, 상기한 2개의 조작수단(11, 12)을 상기한 가상 제 1 아암(13 또는 13A)의 제 1 조작수단(11) 및 가상 제 2 아암(14)의 제 2 조작수단(12)으로서 각각 기능시켰을 때의 가상 제 2 아암(14)의 움직임에 대응한 움직임이 실제의 제 3 아암(5)의 움직임으로서 얻어지도록, 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 각각의 지령치를 구하고, 이것을 상기 유압구동장치(160, 161)의 구동지령신호로서 출력하는 지령연산수단(131, 142, 143, 144)을 구비하는 것을 특징으로 하는 3관절형 굴삭기의 조작제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지령연산수단(131)은, 상기한 가상 제 2 아암(14)과 상기한 실제의 제 3 아암(5)이 강체를 형성하는 것처럼 움직이도록 상기한 가상 제 2 아암과 상기한 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계를 정한 것을 특징으로 하는 3관절형 굴삭기의 조작제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지령연산수단(131)은, 상기한 가상 제 2 아암(14)의 회전각속도(ωbr, ωar)가 상기한 실제의 제 3 아암(5)의 회전각 속도로서 얻어지도록, 상기한 가상 제 2 아암과 상기한 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계를 정한 것을 특징으로 하는 3관절형 굴삭기의 조작제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지령연산수단(131)은, 상기한 가상 제 1 아암(13)에 대한 제 1 조작수단(11)의 각속도지령(ωbr)으로부터 상기한 가상 제 2 아암(14)과 실제의 제 3 아암(5)의 움직임의 관계에 의거하여 상기한 실제의 제 1 아암(3), 제 2 아암(4) 및 제 3 아암(5)의 제 1 각속도지령(ωb1, ωb2, ωb3)을 각각 계산하고, 상기한 가상 제 2 아암(14)에 대한 제 2 조작수단(12)의 각속도지령(ωar)으로부터 상기한 가상 제 2 아암과 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계에 의거하여 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 2 각속도지령(ωa1, ωa2, ωa3)을 각각 계산하여, 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 1 각속도지령(ωb1, ωb2, ωb3) 및 제 2 각속도지령(ωa1, ωa2, ωa3)을 합성하여 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 지령치(ω1, ω2, ω3)를 각각 구하는 것을 특징으로 하는 3관절형 굴삭기의 조작제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기한 가상적으로 설치한 2관절형 작업프론트의 가상 제 1 아암(13A)의 기단(15)은 상기한 실제의 제 1 아암(3)의 기단(15)에 일치하고 있고, 상기 지령연산수단(131)은, 상기한 가상 제 1 아암(13A)에 대한 제 1 조작수단(11)의 각속도지령(ωbr)을 상기한 실제의 제 1 아암(3)의 제 1 각속도지령(ωb1)으로서 구하고, 상기한 가상 제 2 아암(14)에 대한 제 2 조작수단(12)의 각속도지령(ωar)으로부터 상기한 가상 제 2 아암(14)과 실제의 제 3 아암(5)의 움직임의 관계에 의거하여 상기한 실제의 제 1 아암(3), 제 2 아암(4) 및 제 3 아암(5)의 제 2 각속도지령(ωa1, ωa2, ωa3)을 각각 계산하고, 상기한 실제의 제 1 아암의 제 1 각속도지령(ωb1) 및 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 2 각속도지령(ωa1, ωa2, ωa3)을 합성하여 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 지령치(ω1, ω2, ω3)를 각각 구하는 것을 특징으로 하는 3관절형 굴삭기의 조작제어장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지령연산수단(131)은,
    상기한 가상 제 1 아암(13)에 대한 제 1 조작수단(11)의 각속도지령(ωbr)으로부터 상기한 가상 제 2 아암(14)과 실제의 제 3 아암(5)의 움직임의 관계에 의거하여 상기한 실제의 제 3 아암(5)의 기단(16)의 목표속도(Vb2)를 계산하고, 이 제 3 아암의 기단의 목표속도와 상기한 제 1 조작수단의 각속도지령으로부터 상기한 실제의 제 1 아암(3), 제 2 아암(4) 및 제 3 아암(5)의 제 1 각속도지령(ωb1, ωb2, ωb3)을 각각 계산하는 수단(160, 161, 162, 163, 164, 166)과,
    상기한 가상 제 2 아암(14)에 대한 제 2 조작수단(12)의 각속도지령(ωar)으로부터 상기한 가상 제 2 아암과 실제의 제 3 아암의 움직임의 관계에 의거하여 상기한 실제의 제 3 아암(5)의 기단(16)의 목표속도(Va2)를 계산하고, 이 제 3 아암의 기단의 목표속도와 상기한 제 2 조작수단의 각속도지령으로부터 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 2 각속도지령(ωa1, ωa2, ωa3)을 각각 계산하는 수단(139, 140, 145, 146, 148, 149)과,
    상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 제 1 각속도지령(ωb1, ωb2, ωb3) 및 제 2 각속도지령(ωa1, ωa2, ωa3)을 합성하여 상기한 실제의 제 1 아암, 제 2 아암 및 제 3 아암의 지령치(ω1, ω2, ω3)를 각각 구하는 수단(171, 172, 173)을 가지는 것을 특징으로 하는 3관절형 굴삭기의 조작제어장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 지령연산수단은, 상기한 3관절형 작업프론트(2)의 자세를 검출하는 자세검출수단(142, 143, 144 또는 134, 136, 137, 138)을 가지고, 이 자세검출수단으로부터의 자세정보와 상기한 제 1 및 제 2 조작수단(11, 12)의 각속도지령으로부터 상기 지령치(ω1, ω2, ω3)를 계산하는 것을 특징으로 하는 3관절형 굴삭기의 조작제어장치.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000034745A (ja) * 1998-05-11 2000-02-02 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 建設機械
DE112005001879B4 (de) * 2004-08-02 2019-03-14 Komatsu Ltd. Steuerungsvorrichtung und Steuerungsverfahren für Fluiddruckstellantrieb
KR101151562B1 (ko) * 2004-12-29 2012-05-30 두산인프라코어 주식회사 휠로더의 유압펌프 제어장치
US7210292B2 (en) * 2005-03-30 2007-05-01 Caterpillar Inc Hydraulic system having variable back pressure control
JP4827789B2 (ja) * 2007-04-18 2011-11-30 カヤバ工業株式会社 油圧アクチュエータ速度制御装置
US8244438B2 (en) * 2008-01-31 2012-08-14 Caterpillar Inc. Tool control system
CN102080391B (zh) * 2010-12-10 2012-02-01 广西大学 一种机械式电动挖掘机构
US8858151B2 (en) * 2011-08-16 2014-10-14 Caterpillar Inc. Machine having hydraulically actuated implement system with down force control, and method
JP5529241B2 (ja) * 2012-11-20 2014-06-25 株式会社小松製作所 作業機械および作業機械の作業量計測方法
JP7269143B2 (ja) * 2019-09-26 2023-05-08 日立建機株式会社 作業機械
CN112128176B (zh) * 2020-08-27 2022-04-19 中联重科股份有限公司 基于位移检测的工程机械动力调整方法及液压动力系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5019761A (en) * 1989-02-21 1991-05-28 Kraft Brett W Force feedback control for backhoe
JP2732976B2 (ja) * 1992-02-10 1998-03-30 日立建機株式会社 多関節形作業機械用油圧制御装置
WO1994023213A1 (en) * 1993-03-26 1994-10-13 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Controller for hydraulic drive machine
JP3364303B2 (ja) * 1993-12-24 2003-01-08 株式会社小松製作所 作業機械の制御装置

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