KR20000068221A - 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 있어서는, 프론트장치(1A)가 움직일 수 있는 영역을 미리 설정해 두고, 제어유닛(9)으로 각도검출기(8a 내지 8c) 등으로부터의 신호에 의거하여 프론트장치(1A)의 위치와 자세를 연산하여, 프론트장치가 설정영역 안에서 그 경계 근방에 있을 때에는 프론트장치의 설정영역의 경계에 수직인 방향의 이동속도를 제한하도록 버킷끝단속도의 제한치(a)를 계산하고 또한 압력검출기(41a)로 검출한 아암 실린더(3b)의 부하압에 의하여 그 제한치(a)를 보정하며, 이 제한치(a)로부터 부움에 의한 버킷끝단속도의 설정영역의 경계에 수직인 성분의 제한치를 연산하여, 부움에 의한 버킷끝단속도가 해당 제한치를 넘지 않도록 부움의 조작신호를 보정한다. 이에 따라, 굴삭대상이 되는 토양의 경도에 영향받지 않고 설정영역을 경계까지 굴삭할 수 있고, 또한 이것을 간단한 프로그램으로 행할 수 있다.

Description

건설기계의 영역제한 굴삭제어장치{DEVICE FOR CONTROLLING LIMITED-AREA EXCAVATION WITH CONSTRUCTION MACHINE}

유압셔블에서는 오퍼레이터가 부움 등의 프론트부재를 각각의 수동조작레버에 의하여 조작하고 있으나, 이들 프론트부재는 각각이 관절부에 의하여 연결되어 회동운동을 행하는 것이기 때문에, 이들 프론트부재를 조작하여 소정의 영역을 굴삭하는 것은 매우 곤란한 작업이다. 그래서, 이와 같은 작업을 용이하게 하기 위한 영역제한 굴삭제어장치가, 일본국 특개 평8-333768호 공보나 WO95/30059호 공보 및 WO95/33100호 공보에 제안되어 있다.

일본국 특개 평8-333768호 공보에 기재된 영역제한 굴삭제어장치는, 상하방향으로 회동가능한 복수의 프론트부재에 의하여 구성되는 다관절형 프론트장치와, 상기한 복수의 프론트부재를 구동하는 복수의 유압액츄에이터와, 상기한 복수의 프론트부재의 동작을 지시하는 복수의 조작수단과, 상기한 복수의 조작수단의 조작에 따라 구동되어 상기한 복수의 유압액츄에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유압제어밸브를 구비한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 상기 프론트장치가 움직일 수 있는 영역을 설정하는 영역설정수단과; 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 제 1 검출수단과; 상기한 제 1 검출수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제 1 연산수단과; 상기한 복수의 유압액츄에이터 중 적어도 제 1의 특정 프론트부재(예를 들어 아암)에 관한 제 1의 특정 액츄에이터의 구동에 의한 상기 프론트장치의 속도를 연산하는 제 2 연산수단과; 상기한 제 1 및 제 2 연산수단의 연산치를 입력하여, 상기 프론트장치가 상기 설정영역 내에서 그 경계 근방에 있을 때, 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 이동속도를 제한하도록 상기한 복수의 유압액츄에이터 중의 적어도 제 2의 특정 프론트부재(예를 들어 부움)에 관한 제 2의 특정 액츄에이터의 구동에 의한 상기 프론트장치의 속도의 제한치를 연산하는 제 3 연산수단과; 상기한 제 2의 특정 액츄에이터의 구동에 의한 상기 프론트장치의 속도가 상기 제한치를 넘지 않도록 상기한 제 2의 특정 액츄에이터에 관한 조작수단의 조작신호를 보정하는 신호보정수단을 구비하고 있으며, 제 3 연산수단으로, 프론트장치가 설정영역 내에서 그 경계 근방에 있을 때, 제 2의 특정 프론트부재에 관한 제 2의 특정 액츄에이터의 구동에 의한 프론트장치의 속도의 제한치를 연산하고, 신호보정수단으로, 제 2의 특정 액츄에이터의 구동에 의한 프론트장치의 속도가 그 제한치를 넘지 않도록 제 2의 특정 액츄에이터에 관한 조작수단의 조작신호를 보정함으로써, 설정영역의 경계에 대하여 접근하는 방향의 프론트장치의 움직임을 감속하는 방향변환제어가 행하여져, 설정영역의 경계를 따라 프론트장치를 움직일 수 있다. 이에 따라, 버킷이 설정영역의 경계, 즉 설정한 굴삭깊이를 넘지 않도록, 설정영역의 경계를 목표굴삭면으로 한 굴삭을 능률적으로 원활하게 행할 수 있다.

WO95/30059호 공보에 기재된 영역제한 굴삭제어장치는, 프론트장치가 움직일 수 있는 영역을 미리 설정해 두고, 제어유닛으로 각도검출기로부터의 신호에 의거하여 프론트장치의 위치와 자세를 연산하고, 조작레버장치로부터의 신호에 의거하여 프론트장치의 목표속도벡터를 연산하여, 프론트장치가 설정영역 내에서 그 경계 근방에 없을 때에는 목표속도벡터를 유지하고, 프론트장치가 설정영역 내에서 그 경계 근방에 있을 때에는 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 빼도록 목표속도벡터를 보정하여, 이 보정한 목표속도벡터가 얻어지도록 각각의 유압제어밸브를 조작하여, 이에 따라 영역을 제한한 굴삭을 능률적으로 원활하게 행할 수 있도록 하고 있다.

WO95/33100호 공보에 기재된 영역제한 굴삭제어장치는, 상기 WO95/30059호 공보에 기재된 제어장치에 있어서, 유압제어밸브(유량제어밸브)의 미터링특성이 프론트장치의 부하에 의하여 변화하는 것을 고려하여, 목표파일롯압연산부에서 사용하는 함수관계를 그 미터링특성의 부하변화에 맞추어 보정하고, 이 보정한 함수관계를 이용하여 목표파일롯압을 계산하여, 부하의 변화에 관계없이 정밀도가 좋은 제어를 행할 수 있고, 프론트장치의 끝단이 목표속도벡터대로 움직이도록 하고 있다.

본 발명은 다관절형 프론트장치를 구비한 건설기계, 특히 아암, 부움, 버킷 등의 프론트부재로 이루어지는 프론트장치를 구비한 유압셔블에 있어서, 프론트장치가 움직일 수 있는 영역을 제한한 굴삭을 행할 수 있는 영역제한 굴삭제어장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치를 그 유압구동장치와 함께 나타낸 도,

도 2는 본 발명이 적용되는 유압셔블의 외관을 나타낸 도,

도 3은 제어유닛의 제어기능을 나타낸 기능블록도,

도 4는 본 실시형태의 영역제한 굴삭제어에 있어서의 굴삭영역의 설정방법을 나타낸 도,

도 5는 버킷끝단속도 제한치를 구할 때의 설정영역 경계로부터의 거리와의 관계의 일례를 나타낸 도,

도 6은 제한치보정부의 연산내용의 일례를 나타낸 기능블록도,

도 7은 도 6의 블록도에서 사용하는 부하압과 보정계수의 관계를 나타낸 도,

도 8은 제한치보정부 연산내용의 다른 예를 나타낸 기능블록도,

도 9는 도 8의 블록도에서 사용하는 거리와 제한치의 기본치와의 관계를 나타낸 도,

도 10은 도 8의 블록도에서 사용하는 부하압과 보정계수의 관계를 나타낸 도,

도 11은 제한치보정부 연산내용의 또다른 예를 나타낸 기능블록도,

도 12는 버킷끝단이 설정영역 안에 있는 경우와 설정영역의 경계 상에 있을 경우와 설정영역 밖에 있는 경우의 부움에 의한 버킷끝단속도의 보정동작의 차이를 나타낸 도,

도 13은 버킷끝단이 설정영역 안에 있을 때의 보정동작궤적의 일례를 나타낸 도,

도 14는 버킷끝단이 설정영역 밖에 있을 때의 보정동작궤적의 일례를 나타낸 도,

도 15는 버킷끝단속도 제한치를 구할 때의 설정영역 경계로부터의 거리와의 관계의 다른 예를 나타낸 도,

도 16은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치를 그 유압구동장치와 함께 나타낸 도,

도 17은 제어유닛의 제어기능을 나타낸 도,

도 18은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치를 그 유압구동장치와 함께 나타낸 도,

도 19는 제어유닛의 제어기능을 나타낸 도,

도 20은 방향변환제어부에 있어서의 처리내용을 나타낸 플로우 차트,

도 21은 방향변환제어부에 있어서의 버킷끝단과 설정영역의 경계와의 거리(Ya)와 계수(h)의 관계를 나타낸 도,

도 22는 버킷끝단이 연산대로 방향변환제어되었을 때의 궤적의 일례를 나타낸 도,

도 23은 아암 실린더 부하압력에 의한 계수(h)의 보정 방법을 나타낸 도,

도 24는 방향변환제어부에 있어서의 다른 방법에 의한 처리내용을 나타낸 플로우 차트,

도 25는 방향변환제어부에 있어서의 거리(Ya)와 Vcyf = 함수f(Ya)의 관계를 나타낸 도,

도 26은 아암 실린더 부하압력에 의한 Ya 좌표성분[f(Ya)]의 보정 방법을 나타낸 도,

도 27은 복원제어부에 있어서의 처리내용을 나타낸 플로우 차트,

도 28은 버킷끝단이 연산대로 복원제어되었을 때의 궤적의 일례를 나타낸 도,

도 29는 아암 실린더 부하압력에 의한 복원제어에서 사용하는 계수(K)의 보정 방법을 나타낸 도,

도 30은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치에 있어서의 제어유닛의 제어기능을 나타낸 도,

도 31은 굴삭부하에 의한 버킷끝단속도보정부의 처리내용을 나타낸 플로우 차트,

도 32는 아암 실린더 부하압력과 버킷끝단속도 보정계수의 관계를 나타낸 도,

도 33은 버킷끝단속도를 보정하는 것에 따른 작용을 설명하는 도.

일반적으로 굴삭작업을 행하는 경우, 굴삭대상이 되는 토양의 경도는 반드시 일정하지 않고, 부분적으로 경도가 커지는 개소가 존재하는 일이 많다. 예를 들어, 토양의 일부분의 토질이 다른 부분보다 딱딱한 토양조건이나 돌, 콘크리트, 폐재 등이 토양중에 부분적으로 집적되어 있는 토양조건이 존재한다. 이와 같은 토양조건에 있어서, 상기한 일본국 특개 평8-333768호 공보에 제안되어 있는 종래 기술을 적용하여 굴삭작업을 행할 경우, 프론트장치가 제 2 연산수단으로 연산한 프론트장치의 속도대로 움직이지 않게 되어, 적절한 방향변환제어를 행할 수 없게 된다.

예를 들어, 건설기계의 차체 전방에 프론트장치를 신장한 상태, 즉 프론트의 구성요소인 부움을 내림방향으로 움직이고 아암을 부움에 대하여 올림방향(댐핑방향)으로 조작한 상태에서 아암을 크라우드방향으로 움직여, 영역제한 굴삭제어에 의하여 굴삭작업을 행할 경우, 버킷이 딱딱한 토양부분에 도달하면 아암구동용 액츄에이터의 부하가 증대하여 해당 액츄에이터에 압유가 유입하기 어려워지므로, 아암은 지령속도보다 느린 속도로 크라우드동작한다. 그 결과, 제 2 연산수단으로 연산한 프론트장치의 속도는 실제의 프론트장치의 속도보다 빠른 듯하게 되고, 이 빠른 듯한 속도를 기초로 제한치가 연산되어, 부움을 올림방향으로 움직이는 제어가 행하여지므로, 아암 크라우드동작에 대하여 부움이 너무 올라가게 되어 버킷끝단이 설정영역의 경계에 도달할 때까지의 궤적이 그 경계로부터 올림방향으로 이간되는 경향이 많아진다.

이 때문에, 상기의 적용례에서는, 버킷은 딱딱한 토양부분을 충분히 굴삭할 수 없고 그 딱딱한 토양부분의 일부를 파서 남기고 굴삭면에 예상 밖의 돌출부를 형성하게 되어, 설정영역의 경계까지 굴삭하는 데 추가작업이 수회 필요하게 되며, 목표굴삭면을 형성하기 위한 작업시간이 증가하고, 시공기한이 지연되는 일이 있었다.

WO95/30059호 공보에 제안되어 있는 종래 기술에서도, 동일한 토양조건에 있어서는, 버킷이 딱딱한 토양부분에 도달하면 버킷끝단이 계산한 목표속도벡터대로 움직이지 않고 역시 버킷끝단이 설정영역의 경계에 도달하기까지의 궤적이 그 경계로부터 올림방향으로 이간되는 경향이 많아지고, 적절한 방향변환제어를 행할 수 없게 된다.

WO95/33100호 공보에 기재된 종래 기술에서는, 목표파일롯압연산부에서 이용하는 함수관계를 유량제어밸브의 미터링특성의 부하변화에 맞추어 보정하고 이 보정한 함수관계를 이용하여 목표파일롯압을 연산함으로써 제어정밀도를 향상시켜, 상기와 같은 딱딱한 토양부분이 있는 조건하에서도 버킷끝단이 계산한 목표속도벡터대로 움직일 수 있도록 하고 있다. 이 종래 기술은, 부하에 관계없이 버킷끝단의 실제 이동속도벡터를 계산한 목표속도벡터에 일치시켜 제어정밀도를 향상시킨다는 사고방식이다. 그러나, 이 방법에서는, 목표파일롯압연산부에서 이용하는 함수관계를 부하변화에 따라 정밀도 좋게 보정할 수 있도록 하기 위한 대량의 보정데이터의 수집이나 등록처리가 필요하고, 그것을 위해서는 막대한 수고와 시간과 노동력을 필요로 한다. 특히, 영역제한 굴삭제어와 같은 부움과 아암의 복합조작의 제어에 있어서는, 아암과 부움의 복합상태가 변하여 프론트장치의 자세가 변하면 그에 따라 유량제어밸브의 부하특성이 변하여 필요한 보정량도 변하기 때문에, 모든 복합상태를 고려하여 보정데이터를 얻을 필요가 있으나, 이와 같은 복합상태를 고려한 보정데이터의 수집은 매우 곤란하다. 또, 제품의 종류가 변하고 유량제어밸브가 변하면, 그 때마다 데이터를 고쳐서 부하보정데이터를 기억시킬 필요도 있다.

본 발명의 목적은, 영역을 제한한 굴삭제어를 이용하는 굴삭작업에 있어서, 굴삭대상이 되는 토양의 경도에 영향받지 않고 설정영역을 경계까지 굴삭할 수 있고, 또한 그것을 위한 소프트의 작성을 용이하게 행할 수 있는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치를 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 상하방향으로 회동 가능한 제 1 및 제 2 프론트부재를 포함하는 복수의 프론트부재에 의하여 구성되는 다관절형 프론트장치와, 상기한 제 1 및 제 2 프론트부재를 구동하는 제 1 및 제 2 유압액츄에이터를 포함하는 복수의 유압액츄에이터와, 상기한 제 1 및 제 2 프론트부재의 동작을 지시하는 제 1 및 제 2 조작수단을 포함하는 복수의 조작수단과, 상기한 제 1 및 제 2 조작수단의 조작에 따라 구동되어 상기한 제 1 및 제 2 유압액츄에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 제 1 및 제 2 유압제어밸브를 포함하는 복수의 유압제어밸브를 구비한 건설기계에 설치되어, 상기한 복수의 조작수단 중 적어도 상기한 제 1 조작수단에 의한 상기 프론트장치의 이동속도를 계산하는 제 1 연산수단과, 상기 프론트장치가 설정영역의 경계에 접근함에 따라 절대치가 작아지는 제한치를 계산하는 제 2 연산수단과, 상기한 제 1 연산수단으로 계산한 프론트장치의 이동속도 및 상기한 제 2 연산수단으로 계산한 제한치를 사용하여 상기 프론트장치가 상기 설정영역의 경계에 접근함에 따라 그 경계에 접근하는 방향의 이동속도를 줄이고, 경계를 따른 방향으로는 이동하도록 상기한 복수의 조작수단 중 적어도 상기한 제 2 조작수단의 조작신호를 보정하는 신호보정수단을 구비하는 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 상기 프론트장치에 작용하는 부하를 검출하는 제 1 검출수단과; 상기한 제 1 검출수단에 의하여 검출된 부하의 크기에 따라 상기 제한치를 보정하는 제한치보정수단을 구비하는 것으로 한다.

이상과 같이 구성한 본 발명에 있어서는, 제 2 연산수단으로, 프론트장치가 설정영역의 경계에 접근함에 따라 절대치가 작아지는 제한치를 계산하고, 신호보정수단으로, 프론트장치가 설정영역의 경계에 접근함에 따라 그 경계에 접근하는 방향의 이동속도를 줄이고 경계를 따른 방향으로는 이동하도록 복수의 조작수단 중 적어도 제 2 조작수단의 조작신호를 보정함으로써, 설정영역의 경계에 대하여 방향변환제어가 행하여지고, 설정영역의 경계를 따라 프론트장치를 움직일 수 있다. 이것은 일본국 특개 평8-333768호 공보나 WO95/30059호 공보 및 WO95/33100호 공보의 제안기술과 동일하다.

그리고 본 발명에서는, 이와 같은 방향변환제어에 있어서, 제 1 검출수단으로 프론트장치에 작용하는 부하를 검출하고, 제한치보정수단으로 제 1 검출수단에 의하여 검출된 부하의 크기에 따라 제한치를 보정함으로써, 부하가 클 경우에는 부하가 작을 때보다 프론트장치가 설정영역의 경계에 보다 접근하지 않으면 제한치가 작용하지 않도록 할 수 있고, 이에 따라 굴삭부하에 의해 프론트장치가 올라가는 느낌을 갖는 현상이 억제되며, 굴삭대상이 되는 토양이 딱딱해서 굴삭부하가 큰 상태이더라도 토양의 경도에 영향받지 않고 설정영역을 경계까지 굴삭할 수 있다.

또, 본 발명은, 딱딱한 토양 등 부하가 큰 굴삭대상을 상기 제어를 사용하여 굴삭할 때, 프론트장치가 설정영역의 경계에 도달하기까지의 속도벡터(궤적)를 문제삼는 것이 아니라, 프론트장치가 굴삭대상으로부터 도망치는 일 없이 최종적으로 경계에 도달하면 된다는 사고방식에 의거하고 있고, 그 때문에 제한치를 부하보정하고 있다. 따라서, 이 제한치의 보정은 엄밀성을 필요로 하지 않아, 미터링특성을 부하보정하는 경우에 비하여 소프트의 작성은 매우 용이하다.

상기에 있어서, 바람직하게는, 상기 제한치보정수단은, 상기한 제 1 검출수단으로 검출한 프론트장치에 작용하는 부하가 커짐에 따라 상기 설정영역의 경계로부터 보다 접근한 위치에서 제한치가 작용하도록 보정한다.

또, 바람직하게는, 상기한 제 1 검출수단이 검출하는 상기 프론트장치에 작용하는 부하는, 상기한 제 1 유압액츄에이터의 부하압력이다.

상기한 제 1 검출수단이 검출하는 상기 프론트장치에 작용하는 부하는, 상기한 제 2 유압액츄에이터의 부하압력이더라도 좋다.

또한, 바람직하게는, 상기 제한치보정수단으로 보정되는 제한치는, 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 속도의 제한치이고, 상기 신호보정수단은, 상기 프론트장치의 속도의 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 성분이 그 제한치를 넘지 않도록 상기한 제 2 조작수단의 조작신호를 보정한다.

또, 상기한 제 1 연산수단으로 계산하는 프론트장치의 이동속도는 상기 프론트장치의 목표속도이고, 상기 제한치보정수단으로 보정되는 제한치는 상기 프론트장치의 목표속도의 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 성분을 보정하기 위한 계수이며, 상기 신호보정수단은 이 계수에 의하여 보정된 속도성분을 갖는 프론트장치의 목표속도가 얻어지도록 상기한 제 1 및 제 2 조작수단의 조작신호를 보정해도 된다.

또한, 상기한 제 1 연산수단으로 계산하는 프론트장치의 이동속도는 상기 프론트장치의 목표속도이고, 상기 제한치보정수단으로 보정되는 제한치는 상기 프론트장치의 목표속도의 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 성분의 제한치이며, 상기 신호보정수단은 그 제한치를 넘지 않도록 보정된 속도성분을 갖는 프론트장치의 목표속도가 얻어지도록 상기한 제 1 및 제 2 조작수단의 조작신호를 보정해도 된다.

또, 상기 제한치보정수단 대신에, 상기한 제 1 검출수단에 의하여 검출된 부하의 크기에 따라, 상기한 제 1 연산수단으로 계산한 프론트장치의 이동속도를 제한하는 속도제한수단을 갖추어도 된다.

또한, 바람직하게는, 상기한 복수의 프론트부재는 유압셔블의 부움과 아암을 포함하며, 상기한 제 1 프론트부재는 아암이고, 상기한 제 2 프론트부재는 부움이다.

이하, 본 발명을 유압셔블에 적용한 경우의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 6에 의하여 설명한다.

도 1에 있어서, 본 발명이 적용되는 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(14a 내지 14f)와, 유압펌프(2)와 복수의 유압액츄에이터(3a 내지 3f) 사이에 접속되고 조작레버장치(14a 내지 14f)의 조작신호에 의하여 제어되어, 유압액츄에이터(3a 내지 3f)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량제어밸브(15a 내지 15f)와, 유압펌프(2)와 유량제어밸브(15a 내지 15f) 사이의 압력이 설정치 이상이 되었을 경우에 개방하는 릴리프 밸브(6)를 가지며, 이들은 유압셔블의 피구동부재를 구동하는 유압구동장치를 구성하고 있다.

아암 실린더(3b)의 바닥쪽 라인에는 압력검출기(41a)가 설치되어 있다. 이 압력검출기(41a)는, 굴삭중에 아암 실린더(3b)에 작용하는 부하를 압력으로서 검출하는 것이다.

유압셔블은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수직방향으로 각각 회동 가능하게 연결된 부움(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)으로 이루어지는 다관절형 프론트장치(1A)와, 상부선회체(1d) 및 하부주행체(1e)로 이루어지는 차체(1B)로 구성되고, 프론트장치(1A)의 부움(1a)의 기단(基端)은 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(14a 내지 14f)에 의하여 지시된다.

또, 조작레버장치(14a 내지 14f)는 조작신호로서 전기신호(전압)를 출력하는 전기레버방식이고, 유량제어밸브(15a 내지 15f)는 양 끝단에 전기유압변환수단, 예를 들어 비례전자밸브를 구비한 전자구동부(30a, 30b 내지 35a, 35b)를 가지며, 조작레버장치(14a 내지 14f)는 오퍼레이터의 조작량과 조작방향에 따른 전압을 전기신호로서 대응하는 유량제어밸브(15a 내지 15f)의 전자구동부(30a, 30b 내지 35a, 35b)로 공급한다.

또한, 유량제어밸브(15a 내지 15f)는 센터바이패스타입의 유량제어밸브이며, 각 유량제어밸브의 센터바이패스통로는 센터바이패스라인(242)에 의하여 직렬로 접속되어 있다. 센터바이패스라인(242)의 상류쪽은 공급라인(243)을 거쳐 유압펌프(2)에 접속되고 하류쪽은 탱크에 접속되어 있다.

이상과 같은 유압셔블에 본 실시형태에 의한 영역제한 굴삭제어장치가 설치되어 있다. 이 제어장치는, 미리 작업에 따라 프론트장치의 소정 부위, 예를 들어 버킷(1c)의 끝단이 움직일 수 있는 굴삭영역의 설정을 지시하는 설정기(7)와, 부움(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)의 각각의 회동지지점에 설치되어 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량으로서 각각의 회동각을 검출하는 각도검출기(8a, 8b, 8c)와, 차체(1B)의 전후방향의 경사각을 검출하는 경사각검출기(8d)와, 상기의 압력검출기(41a)와, 조작레버장치(14a 내지 14f)의 조작신호, 설정기(7)의 설정신호 및 각도검출기(8a, 8b, 8c)와 경사각검출기(8d)와 압력검출기(41a)의 검출신호를 입력하여 버킷(1c)의 끝단이 움직일 수 있는 굴삭영역을 설정함과 동시에, 영역을 제한한 굴삭제어를 행하기 위한 조작신호의 보정을 행하는 제어유닛(9)으로 구성되어 있다.

설정기(7)는, 조작패널 또는 그립 상에 설치된 스위치 등의 조작수단에 의하여 설정신호를 제어유닛(9)에 출력하여 굴삭영역의 설정을 지시하는 것으로서, 조작패널 상에는 표시장치 등, 다른 보조수단이 있어도 좋다.

제어유닛(9)의 제어기능을 도 3에 나타낸다. 제어유닛(9)은, 프론트자세연산부(9a), 영역설정연산부(9b), 버킷끝단속도의 제한치연산부(9c), 굴삭부하에 의한 제한치보정부(9l), 아암실린더속도연산부(9d), 아암에 의한 버킷끝단속도연산부(9e), 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치연산부(9f), 부움실린더속도의 제한치연산부(9g), 부움지령의 제한치연산부(9h), 부움지령의 최대치연산부(9j), 부움용 밸브지령연산부(9i), 아암용 밸브지령연산부(9k)의 각 기능을 가지고 있다.

프론트자세연산부(9a)에서는, 각도검출기(8a 내지 8c) 및 경사각검출기(8d)에서 검출한 부움, 아암, 버킷의 회동각 및 차체(1B)의 전후의 경사각에 의거하여 프론트장치(1A)의 위치와 자세를 연산한다.

영역설정연산부(9b)에서는, 설정기(7)로부터의 지시에 의해 버킷(1c)의 끝단이 움직일 수 있는 굴삭영역의 설정연산을 행한다. 그 일례를 도 4를 이용하여 설명한다.

도 4에 있어서, 오퍼레이터의 조작으로 버킷(1c)의 끝단을 점(P)의 위치로 움직이게 한 후, 설정기(7)로부터의 지시에 의해 프론트자세연산부(9a)가 연산한 그 때의 버킷(1c)의 끝단위치를 입력하고, 다시 설정기(7)로 지시된 경사각(ζ)에 의하여 제한영역의 경계(L)를 설정한다.

여기서, 제어유닛(9)의 기억장치에는 프론트장치(1A) 및 차체(1B)의 각 부분 치수가 기억되어 있고, 영역설정연산부(9b)는 프론트자세연산부(9a)에서 이들의 데이터와, 각도검출기(8a, 8b, 8c)에서 검출한 회동각 및 경사각검출기(8d)에서 검출한 차체(1B)의 경사각을 이용하여 점(P)의 위치를 계산한다. 이 때, 점(P)의 위치는 예를 들어 부움(1a)의 회동지지점을 원점으로 한 XY좌표계의 좌표치로서 구한다. XY좌표계는 본체(1B)에 고정한 수직면 내에 있는 직교좌표계이다.

그리고, 점(P)의 위치와 설정기(7)로 지시된 경사각(ζ)에 의하여 제한영역의 경계(L)의 직선식을 세워, 해당 직선상에 원점을 갖고 해당 직선을 한 축으로 하는 직교좌표계, 예를 들어 점(P)을 원점으로 하는 XaYa좌표계를 세워, XY좌표계로부터 XaYa좌표계로의 변환데이터를 구한다.

버킷끝단속도의 제한치연산부(9c)에서는, 버킷끝단의 경계(L)로부터의 거리(D)에 의거하여, 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)를 계산한다. 이것은 제어유닛(9)의 기억장치에 도 5에 나타낸 바와 같은 관계를 기억해 두고 이 관계를 판독하여 행한다.

도 5에 있어서, 횡축은 버킷끝단의 경계(L)로부터의 거리(D)를 나타내고, 종축은 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)를 나타내며, 횡축의 거리(D) 및 종축의 속도제한치(a)는 XaYa좌표계와 동일하게 각각 설정영역 밖으로부터 설정영역 안으로 향하는 방향을 (+)방향으로 하고 있다. 이 거리(D)와 제한치(a)의 관계는, 버킷끝단이 설정영역 안에 있을 때에는 그 거리(D)에 비례한 (-)방향의 속도를 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)로 하고, 버킷끝단이 영역 밖에 있을 때에는 그 거리(D)에 비례한 (+)방향의 속도를 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)로 하도록 정해져 있다. 따라서, 설정영역 안에서는 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분이 (-)방향으로 제한치를 넘은 경우만 감속되고, 설정영역 밖에서는 버킷끝단이 (+)방향으로 증속되게 된다.

굴삭부하에 의한 제한치보정부(9l)에서는, 압력검출기(41a)로부터 아암 실린더(3b)의 부하압(Pba)을 입력하여, 도 5의 실선으로부터 2점 쇄선으로의 변화로 나타낸 바와 같이, 그 부하압(Pba)의 크기에 따라 버킷끝단속도의 제한치(a)의 경계로부터의 거리(D)에 대한 관계를 급준인 것으로 하는 보정을 행한다. 여기서, 아암 실린더(3b)의 바닥쪽 압력(Pba)을 부하압으로서 끌어들이는 것은, 굴삭작업에 있어서 아암을 바로 앞으로 인입하는, 즉 아암 실린더(3b)의 바닥쪽으로 굴삭부하에 대항하여 압유를 유입시키는 조작을 행하기 때문이다. 또, 여기서 부하압(Pba)이 커짐에 따라 버킷끝단속도의 제한치(a)의 경계로부터의 거리(D)에 대한 관계를 급준인 것으로 하는 것은, 굴삭부하가 커졌을 때에 경계에 접근할 때의 제한치가 가능한 한 경계에 근접하는 상태로 작용하도록 하기 위해서이다.

상기의 버킷끝단속도의 제한치연산부(9c)에서는, 도 5에 나타낸 부하압에 의하여 보정된 경계로부터의 거리(D)와 버킷끝단속도의 제한치(a)의 관계를 이용하여 제한치(a)를 구한다.

제한치보정부(9l)에서 부하압(Pba)의 변화에 따라 제한치(a)를 보정하는 방법의 구체예를 이하에 설명한다.

(1) 도 5의 D-a의 관계식의 보정계수(Ka라 함)를 미리 부하압(Pba)의 함수식으로 구해 두는 방법.

도 6에 연산의 블록도를 나타내고, 도 7에 도 6의 블록(200)에서 사용하는 함수(Ka = fka(Pba))의 내용을 나타낸다.

도 6의 블록(200)에서는, 도 7의 관계식인 Ka = fka(Pba)을 이용하여 블록(210)에서 사용하는 도 5의 D-a의 관계식의 계수(Ka)를 구한다.

블록(210)에서는, 블록(100)에서 구한 계수(Ka)를 이용하여 a = Ka·D의 관계식으로부터 제한치(a)를 구한다.

이 경우, 계수(Ka)는 도 5에서 나타낸 D-a의 관계를 Pba가 커짐에 따라 급준의 경사로 하기 때문에, 부하압(Pba)의 증가에 따라 커지는 관계를 갖는다. 또, 도 7에서는 계수(Ka)의 초기값을 Pba = 0일 때에 Ka = Ka0으로 하고, 부하압(Pba)의 증가에 따라 계수(Ka)가 Ka0 이상의 값을 취하도록 하였다. 그러나, 이 Pba-Ka의 관계는 이것으로 한정되지 않고, 소정의 부하압(Pba)일 때에 Ka = Ka0으로 하고, 부하압(Pba)이 소정치 이하인 경우에 Ka＜Ka0이 되도록 해도 좋다. 또, Pba-Ka의 관계는 직선식이 아니라 곡선을 나타내는 식이더라도 좋다. 이들의 관계는 부하압(Pba)의 증가에 따라 Ka가 증가하는(D-a의 관계가 급준이 되는) 관계에서 제어상 소기의 목적을 달성하는 것이면 된다.

또, 여기서는 Pba-Ka의 관계를 식으로 구하였으나, 이 관계를 테이블화하여 제어유닛(9)의 메모리에 기억해 두고 부하압(Pba)의 값에 따라 테이블치를 판독해도 좋다.

(2) 도 5의 실선의 D-a의 관계식으로 제한치(a)를 구하고 그 제한치(a)를 부하압(Pba)으로 보정하는 방법.

도 8에 연산의 블록도를 나타내고, 도 9에 도 8의 블록(310)에서 사용하는 함수[a1 = Ka·D(도 5의 실선의 관계와 동일)]의 내용을 나타내며, 도 10에 도 8의 블록(300)에서 사용하는 함수[Ka1 = fka1(Pba)]의 내용을 나타낸다.

블록(310)에서는, 도 9의 관계로부터 버킷끝단속도의 제한치(a)의 기본치(a1)를 구한다. 블록(300)에서는, 아암 실린더의 부하압(Pba)에 의한 기본치(a1)의 보정계수(Ka1)를 구한다. 블록(320)에서는, 앞서 블록(310)에서 구한 기본치(a1)에 블록(300)에서 구한 보정계수(Ka1)를 곱하여 버킷끝단속도의 제한치(a)를 구한다. 이 때의 Ka1과 Pba의 관계는 도 5에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 D-a의 관계가 부하압(Pba)의 증가에 따라 급준이 되도록 정한다. 따라서, 제한치(a)의 기본치(a1)를 Pba = 0일 때의 것이라고 하면, 도 10에 나타낸 바와 같이 Pba = 0에서 Ka1 = 1이며, 부하압(Pba)의 증가에 따라 보정계수(Ka1)가 증가하는 관계로 된다.

이 때의 Pba-Ka1의 관계는 이것으로 한정되지 않고, 소정의 부하압(Pba)일 때에 Ka1 = 1로 하고, 부하압(Pba)이 소정치 이하일 경우에 Ka1＜1로 되도록 해도 된다. 또, Pba-Ka1의 관계는 직선식이 아니고 곡선을 나타내는 식이어도 좋다. 이들의 관계는 부하압(Pba)의 증가에 따라 Ka1이 증가하는(D-a의 관계가 급준이 되는) 관계에서 제어상 소기의 목적을 달성하는 것이면 된다.

또, 여기서는 Pba-Ka1의 관계를 식으로 구하였으나, 이 관계를 테이블화하여 제어유닛(9)의 메모리에 기억해 두고 부하압(Pba)의 값에 따라 테이블치를 판독해도 된다.

(3) 도 5의 실선의 D-a의 관계를 테이블화하여 메모리에 기억해 두고, D의 값에 상당하는 a를 메모리로부터 호출하여, 그 후 부하압(Pba)으로 보정하는 방법.

도 11에 연산의 블록도를 나타낸다.

도 11의 블록(410)에서는, 앞서의 도 5의 실선과 동일한 관계식으로부터 버킷끝단속도의 제한치(a)의 기본치(a2)를 구한다. 여기서는, 도 5의 실선과 동일한 D-a2의 관계를 테이블화하여 메모리에 기억해 둔다. 그리고, 그 때의 거리(D)의 값으로부터 기본치(a2)를 판독한다.

블록(400)에서는, 아암 실린더의 부하압(Pba)에 의한 기본치(a2)의 보정계수 (Ka2)를 구한다. 블록(420)에서는, 앞서 블록(410)에서 구한 기본치(a2)에 블록(400)에서 구한 보정계수(Ka2)를 곱하여 버킷끝단속도의 제한치(a)를 구한다. 이 때의 Ka2와 Pba의 관계는 도 5에 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이 D-a의 관계가 부하압(Pba)의 증가에 따라 급준이 되도록 정한다. 따라서, 제한치(a)의 기본치(a2)를 Pba = 0일 때의 것으로 하면, 도 10의 Ka1의 경우와 동일하게 Pba = 0에서 Ka2 = 1이고, 부하압(Pba)의 증가에 따라 보정계수(Ka2)가 증가하는 관계로 된다.

아암실린더속도연산부(9d)에서는, 조작레버장치(14b)에 의한 유량제어밸브(15b)에 대한 지령치와, 그 아암의 유량제어밸브(15b)의 유량특성에 의해 아암실린더속도를 추정한다.

아암에 의한 버킷끝단속도연산부(9e)에서는, 아암실린더속도와 프론트자세연산부(9a)에서 구한 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 의하여 아암에 의한 버킷끝단속도(b)를 연산한다.

부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치연산부(9f)에서는, 연산부(9e)에서 구한 아암에 의한 버킷끝단속도(b)를 영역설정연산부(9b)에서 구한 변환데이터를 이용하여 XY좌표계로부터 XaYa좌표계로 변환하여, 아암에 의한 버킷끝단속도의 경계(L)에 수평 및 수직인 성분(bx, by)을 연산하고, 연산부(9c)에서 구한 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)와 그 아암에 의한 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분(by)에 의하여, 부움에 의한 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(c)를 연산한다. 이것을 도 12를 이용하여 설명한다.

도 12에 있어서, 버킷끝단속도의 제한치연산부(9c)에서 구해지는 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)와 아암에 의한 버킷끝단속도연산부(9e)에서 구해지는 아암에 의한 버킷끝단속도(b)의 경계(L)에 수직인 성분(by)의 차(a-by)가 부움에 의한 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(c)이고, 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치연산부(9f)에서는 c = a-by의 식으로부터 제한치(c)를 계산한다.

제한치(c)의 의미에 대하여, 버킷끝단이 설정영역 안에 있는 경우, 경계상에 있는 경우, 설정영역 밖에 있는 경우로 나누어 설명한다.

버킷끝단이 설정영역 안일 경우에는, 버킷끝단속도는, 버킷끝단의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례하여 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)로 제한되고, 이것으로부터 부움에 의한 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분은 c(= a-by)로 제한된다. 즉, 부움에 의한 버킷끝단속도(b)가 c를 넘는 경우에는 부움은 c로 감속된다.

버킷끝단이 설정영역의 경계(L)상에 있는 경우에는, 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(a)는 0으로 되고, 설정영역 밖으로 향하는 아암에 의한 버킷끝단속도성분(by)은 속도(c)의 부움올림에 의한 보정동작에 의하여 취소되고, 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분도 0으로 된다.

버킷끝단이 영역 밖일 경우에는, 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분은 버킷끝단의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 위방향의 속도(a)로 제한됨으로써, 항상 설정영역 안으로 복원하도록 속도(c)의 부움올림에 의한 보정동작이 행하여진다.

부움실린더속도의 제한치연산부(9g)에서는, 부움에 의한 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(c)와 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 의거하여, 상기 변환데이터를 이용한 좌표변환에 의하여 부움실린더속도의 제한치를 연산한다.

부움지령의 제한연산부(9h)에서는, 부움의 유량제어밸브(15a)의 유량특성에 의거하여, 연산부(9g)에서 구한 부움실린더속도의 제한치에 대응하는 부움의 지령제한치를 구한다.

부움지령의 최대치연산부(9j)에서는, 연산부(9h)에서 구한 부움지령의 제한치와 조작레버장치(14a)의 지령치를 비교하여, 큰 쪽을 출력한다. 여기서, 조작레버장치(14a)의 지령치는 XaYa좌표계와 동일하게, 설정영역 밖으로부터 설정영역 안으로 향하는 방향(부움올림방향)을 (+)방향으로 하고 있다. 또, 연산부(9j)에서 부움지령의 제한치와 조작레버장치(14a)의 지령치 중의 큰 쪽을 출력하는 것은, 버킷끝단이 설정영역 안일 경우에는 제한치(c)가 (-)이기 때문에, 조작레버지령치가 (+)일 경우에는 조작레버지령치를, 조작레버지령치가 (-)일 경우에는 양자의 절대치 중의 작은 쪽을 출력하는 것이고, 버킷끝단이 영역 밖일 경우에는 제한치(c)가 (+)이기 때문에, 조작레버지령치가 (-)일 경우에는 제한치(c)를, 조작레버지령치가 (+)일 경우에는 양자의 절대치 중의 큰 쪽을 출력하는 것이다.

부움용 밸브지령연산부(9i)에서는, 부움지령의 최대치연산부(9j)로부터 출력된 지령치가 양의 값일 경우에는 유량제어밸브(15a)의 부움올림구동부(30a)에 대응하는 전압을 출력하고, 부움내림구동부(30b)에는 0의 전압을 출력하며, 지령치가 음일 경우에는 반대로 한다.

아암용 밸브지령연산부(9k)에서는, 조작레버장치(14b)의 지령치를 입력하고, 해당 지령치가 아암 크라우드의 지령치일 경우에는 유량제어밸브(15b)의 아암크라우드구동부(31a)에 대응하는 전압을 출력하고, 아암댐핑구동부(31b)에는 0의 전압을 출력하며, 지령치가 아암댐핑의 지령치일 경우에는 반대로 한다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태의 동작을 설명한다. 작업예로서, 버킷끝단의 위치결정을 행하고자 하여 부움용 조작레버장치(14a)의 조작레버를 부움내림방향으로 조작하여 부움을 내리는 경우(부움내림동작)와, 바로 앞방향으로 굴삭하고자 하여 아암용 조작레버장치(14b)의 조작레버를 아암 크라우드 방향으로 조작하여 아암 크라우드하는 경우(아암 크라우드 조작)에 대하여 설명한다.

버킷끝단의 위치결정을 행하고자 하여 부움용 조작레버장치(14a)의 조작레버를 부움내림방향으로 조작하면 그 조작레버장치(14a)의 지령치가 최대치연산부(9j)에 입력된다. 한편, 이와 동시에, 연산부(9c)에서는 도 5에 나타낸 관계로부터 버킷끝단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷끝단속도의 제한치(a)(＜0)가 계산되고, 연산부(9f)에서는 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치 c = a-by = a(＜0)가 계산되며, 부움지령의 제한치연산부(9h)에서는 제한치(c)에 따른 음의 부움지령의 제한치가 계산된다. 이 때, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)에서 멀 때에는 연산부(9h)에서 구한 부움지령의 제한치보다 조작레버장치(14a)의 지령치쪽이 크므로, 부움지령의 최대치연산부(9j)에서는 조작레버장치(14a)의 지령치가 선택되고, 이 지령치는 음이므로, 밸브지령연산부(9i)에서는 유량제어밸브(15a)의 부움내림구동부(30b)에 대응하는 전압을 출력하고, 부움올림구동부(30a)에는 0의 전압을 출력하며, 이에 따라 조작레버장치(14a)의 지령치에 따라 부움이 내려지게 된다.

상기한 바와 같이 부움이 내려가, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)에 접근함에 따라 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치 c = a(＜0)는 커지고(｜a｜ 또 ｜c｜는 작아지고), 연산부(9h)에서 구한 대응하는 부움지령의 제한치가 조작레버장치(14a)의 지령치보다 커지면, 부움지령의 최대치연산부(9j)에서는 해당 제한치가 선택되고, 밸브지령연산부(9i)에서는 제한치(c)에 따라 유량제어밸브(15a)의 부움내림구동부(30b)에 출력하는 전압을 서서히 제한한다. 이에 따라, 설정영역의 경계(L)에 접근함에 따라 부움내림속도가 서서히 제한되며, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)에 도달하면 부움은 정지한다. 따라서, 버킷끝단의 위치결정을 간단하고 원활하게 할 수 있다.

또, 상기의 보정은 속도제어이기 때문에, 프론트장치(1A)의 속도가 극단적으로 크거나 급격하게 조작레버장치(14a)를 조작하였을 경우에는, 유압회로상의 지연 등 제어상의 응답지연이나 프론트장치(1A)에 걸리는 관성력 등에 의하여 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)로부터 밀려나올 가능성이 있다. 이와 같이 버킷끝단이 밀려나온 경우, 연산부(9c)에서는 도 5에 나타낸 관계로부터 버킷끝단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷끝단속도의 제한치(a)(= c)가 양의 값으로서 계산되고, 밸브지령연산부(9i)에서는 제한치(c)에 따른 전압을 유량제어밸브(15a)의 부움올림구동부(30a)에 출력한다. 이에 따라, 부움은 거리(D)에 비례한 속도로 영역 안으로 복원하도록 올림방향으로 움직여져, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)까지 복귀하면 정지한다. 따라서, 버킷끝단의 위치결정을 더욱 원활하게 행할 수 있다.

또, 바로 앞방향으로 굴삭하고자 하여 아암용 조작레버장치(14b)의 조작레버를 아암 크라우드 방향으로 조작하면 그 조작레버장치(14b)의 지령치가 아암용 밸브지령연산부(9k)에 입력되고, 유량제어밸브(15b)의 아암크라우드구동부(31a)에 대응하는 전압을 출력하여, 아암은 바로 앞방향으로 내려가도록 움직여진다. 한편, 이와 동시에, 조작레버장치(14b)의 지령치가 연산부(9d)에 입력되어 아암실린더속도가 계산되고, 연산부(9e)에서 아암에 의한 버킷끝단속도(b)가 연산된다. 또, 연산부(9c)에서는 도 5에 나타낸 관계로부터 버킷끝단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷끝단속도의 제한치(a)(＜0)가 계산되고, 연산부(9f)에서는 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치 c = a-by가 계산된다. 이 때, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)에서 멀어, a＜by(｜a｜＞｜by｜)일 때에는 제한치(c)는 음의 값으로서 계산되고, 부움지령의 최대치연산부(9j)에서는 조작레버장치(14a)의 지령치(= 0)가 선택되어, 밸브지령연산부(9i)에서는 유량제어밸브(15a)의 부움올림구동부(30a) 및 부움내림구동부(30b)에 0의 전압을 출력한다. 이에 따라 조작레버장치(14b)의 지령치에 따라 아암이 바로 앞방향으로 움직여진다.

상기한 바와 같이 아암이 바로 앞방향으로 움직여져, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)에 접근함에 따라 연산부(9c)에서 계산되는 버킷끝단속도의 제한치(a)는 커져(｜a｜는 작아져), 이 제한치(a)가 연산부(9e)에서 계산되는 아암에 의한 버킷끝단속도(b)의 경계(L)에 수직인 성분(by)보다 커지면, 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치 c = a-by는 양의 값으로 되고, 부움지령의 최대치연산부(9j)에서는 연산부(9h)에서 계산된 제한치가 선택되고, 밸브지령연산부(9i)에서는 제한치(c)에 따른 전압을 유량제어밸브(15a)의 부움올림구동부(30a)에 출력한다. 이에 따라, 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분이 버킷끝단과 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례하여 서서히 제한되도록 부움올림에 의한 보정동작이 행하여지고, 아암에 의한 버킷끝단속도가 보정되어 있지 않은 경계(L)에 평행한 성분(bx)과 이 제한치(c)에 의한 보정된 속도에 의하여 도 13에 나타낸 바와 같은 방향변환제어가 행하여지고, 설정영역의 경계(L)에 따른 굴삭을 행할 수 있다.

여기서, 굴삭부하가 커지면, 아암 실린더(3b)에 압유가 유입하기 어려워져서 아암속도가 저하한다. 이 때문에, 아암에 의한 버킷끝단속도연산부(9e)에서 계산한 버킷끝단속도(b)는 실제의 속도보다 빨라지고, 이 빠른듯한 속도(b)를 기초로 연산부(9f)에서 부움에 의한 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분의 제한치(c)를 계산하여 부움을 올림방향으로 움직이는 제어를 행하므로, 아암 크라우드 동작에 대하여 부움(1a)의 올림속도가 상대적으로 너무 빨라져서, 프론트장치가 올라가는 경향이 되는 현상이 생긴다.

본 실시형태에서는, 굴삭부하가 커지고 아암 실린더(3b)의 바닥쪽의 압력(Pba)이 커지면, 상기 굴삭부하에 의한 제한치보정부(9l)에 있어서 아암 실린더 부하에 의하여 제한치(a)를 보정한다. 이 제한치(a)의 보정에 의하여, 부하압(Pba)이 클 경우에는, 부하압이 작을 때보다 버킷끝단이 경계(L)에 보다 접근하지 않으면 제한치(a)가 커지지 않게 된다. 즉, 부움올림에 의한 보정동작이 보다 경계(L)에 접근하지 않으면 작용하지 않게 된다. 이 때문에, 아암 실린더에 압유가 유입하기 어려워져서, 아암속도가 저하하더라도, 상기 방향변환제어에 의한 부움올림의 속도도 저하한 아암속도에 균형을 맞추어 프론트장치가 올라가는 경향이 되는 현상이 억제되고, 부하압 즉 굴삭부하가 큰 상태에서도 경계(L)에 보다 접근하도록 굴삭할 수 있다.

또, 이 경우도, 상기와 동일한 이유로 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)로부터 밀려나올 가능성이 있다. 이와 같이 버킷끝단이 밀려나온 경우, 연산부(9c)에서는 도 5에 나타낸 관계로부터 버킷끝단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷끝단속도의 제한치(a)가 양의 값으로서 계산되고, 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치 c = a-by(＞0)는 제한치(a)에 비례하여 커지며, 밸브지령연산부(9i)로부터 유량제어밸브(15a)의 부움올림구동부(30a)에 출력되는 전압은 제한치(c)를 따라 증대한다. 이에 따라, 설정영역 밖에서는 거리(D)에 비례한 버킷끝단속도로 영역 안으로 복원하도록 부움올림에 의한 보정동작이 행하여지고, 아암에 의한 버킷끝단속도가 보정되어 있지 않은 경계(L)에 병행하는 성분(bx)과 이 제한치(c)에 의하여 보정된 속도에 의하여 도 14에 나타낸 바와 같이 설정영역의 경계(L)를 따라 서서히 복귀하면서의 굴삭을 행할 수 있다. 따라서, 아암을 크라우드하는 것만으로 원활하게 설정영역의 경계(L)를 따른 굴삭을 행할 수 있다.

이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 버킷끝단이 설정영역 안에 있는 경우에는, 버킷끝단속도의 설정영역의 경계(L)에 수직인 성분은 버킷끝단의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례하여 제한치(a)에 의하여 제한되므로, 부움내림동작에서는 버킷끝단의 위치결정을 간단하고 원활하게 할 수 있고, 아암 크라우드 조작에서는 설정영역의 경계를 따라 버킷끝단을 움직일 수 있어, 영역을 제한한 굴삭을 능률적으로 원활하게 행할 수 있다.

또, 버킷끝단이 설정영역 밖에서는, 버킷끝단의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례하여 제한치(a)에 의하여 프론트장치가 설정영역으로 복귀하도록 제어되므로, 프론트장치를 빠르게 움직였을 때이더라도 설정영역의 경계를 따라 프론트장치를 움직일 수 있어, 영역을 제한한 굴삭을 정확하게 행할 수 있다.

또, 이 때, 상기한 바와 같이 미리 방향변환제어에 의해 감속되어 있으므로 설정영역 밖으로의 침입량은 적어지고, 설정영역으로 복귀할 때의 쇼크는 대폭 완화된다. 이 때문에, 프론트장치를 빠르게 움직였을 때이더라도 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행할 수 있고, 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행할 수 있다.

또, 부하압 즉 굴삭부하가 큰 상태에서도, 아암 실린더에 압유가 유입하기 어려워져서 아암속도가 저하하여 부움의 상승이 강하므로 프론트가 올라가는 경향이 되는 현상이 억제되어, 경계(L)에 보다 접근하도록 굴삭할 수 있다. 그 때문에, 굴삭대상이 되는 토양이 딱딱한 경우에도 경계(L)까지의 굴삭회수를 적게 할 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서의 제한치(a)의 보정은, 딱딱한 토양 등 부하가 큰 굴삭대상을 영역제한제어를 이용하여 굴삭할 때, 버킷끝단이 설정영역의 경계에 도달하기까지의 속도벡터(궤적)는 문제삼지 않고, 프론트장치가 굴삭대상으로부터 도망치는 일 없이 최종적으로 경계에 도달하면 된다는 사고방식에 의거하고 있다. 이 때문에 부하압에 의한 제한치(a)의 보정은 정확한 값을 필요로 하지 않고, 제어상, 버킷끝단이 굴삭대상으로부터 도망치지 않고 굴삭을 행할 수 있는 정도의 대강의 보정이면 된다. 따라서, 제한치보정부(9l)에서 사용하는 상기한 부하압(Pba)과 보정계수(Ka 또는 Ka1 또는 Ka2)의 관계는 엄밀성을 필요로 하지 않고, 제한치보정부(9l)의 소프트(프로그램)는 용이하게 작성할 수 있다.

여기서, 경계(L)로부터의 거리(D)와 버킷끝단속도의 제한치(a)의 관계의 보정방법은, 도 5에 나타낸 바와 같이 직선의 경사를 급준하게 하는 형태가 아니어도 되고, 도 15에 나타낸 바와 같이 직선에서 곡선으로 서서히 변화하는 관계로 해도 된다. 이것은, 상기한 바와 같이, 도 7, 도 10 등에 나타낸 보정계수(Ka 또는 Ka1 또는 Ka2)를 곡선의 식으로 한 경우에 상당한다. 요는, 부하압이 커짐에 따라 경계(L)로부터 보다 접근한 위치에서 부움올림의 보정동작이 행하여지도록 제한치(a)를 보정하면 된다.

또, 본 실시형태에서는 아암 실린더의 바닥쪽의 압력을 부하로서 검출하고 있으나, 예를 들어 아암 실린더의 바닥쪽과 로드쪽의 차압(差壓)을 이용하거나 또는 부움 실린더(3a)의 로드쪽에 작용하는 압력을 부하반발력으로서 검출해도 된다. 또한, 그것들을 복합적으로 부하 크기의 판정에 이용해도 된다.

본 발명의 제 2 실시형태를 도 16 및 도 17에 의하여 설명한다. 본 실시형태는, 조작레버장치로서 유압파일롯방식을 이용한 유압셔블에 적용한 것이다. 도면 중, 도 1 및 도 3에 나타낸 부재 또는 기능과 동등한 것에는 동일 부호를 붙이고 있다.

도 16에 있어서, 본 실시형태가 적용되는 유압셔블은, 전기방식의 조작레버장치(14a 내지 14f) 대신에 유압파일롯방식의 조작레버장치(4a 내지 4f)를 구비하고 있다. 조작레버장치(4a 내지 4f)는, 파일롯압에 의하여 대응하는 유량제어밸브(5a 내지 5f)를 구동하고, 각각 오퍼레이터에 의하여 조작되는 조작레버(40a 내지 40f)의 조작량과 조작방향에 따른 파일롯압을, 파일롯 라인(44a 내지 49b)을 거쳐, 대응하는 유량제어밸브의 유압구동부(50a 내지 55b)에 공급한다.

이상과 같은 유압셔블에 본 실시형태에 의한 영역제한 굴삭제어장치가 설치되어 있다. 이 제어장치는, 도 1에 나타낸 제 1 실시형태에서 구비되어 있던 것 외에, 아암용 조작레버장치(4b)의 파일롯 라인(45a, 45b)에 설치되고, 조작레버장치(4b)의 조작량으로서 파일롯압을 검출하는 압력검출기(61a, 61b)와, 1차 포트쪽이 파일롯 펌프(43)에 접속되어 전기신호에 따라 파일롯 펌프(43)로부터의 파일롯압을 감압하여 출력하는 비례전자밸브(10a)와, 부움용 조작레버장치(4a)의 파일롯 라인(44a)과 비례전자밸브(10a)의 2차 포트쪽에 접속되며, 파일롯 라인(44a) 내의 파일롯압과 비례전자밸브(10a)로부터 출력되는 제어압의 고압쪽을 선택하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)로 유도하는 셔틀 밸브(12)와, 부움용 조작레버장치(4a)의 파일롯 라인(44b)에 설치되고, 전기신호에 따라 파일롯 라인(44b) 내의 파일롯압을 감압하여 출력하는 비례전자밸브(10b)가 구비되어 있다.

도 17을 이용하여 제어유닛(9B)에 있어서의 도 1의 실시형태와의 제어기능 차이를 설명한다.

아암실린더속도연산부(9Bd)에서는, 조작레버장치(4b)에 의한 유량제어밸브(5b)로의 지령치 대신에, 압력검출기(61a, 61b)에서 검출한 유량제어밸브(5b)로의 지령치(파일롯압)와 아암의 유량제어밸브(5b)의 유량특성에 의하여 아암실린더속도를 추정한다.

또, 부움 파일롯압의 제한치연산부(9Bh)에서는, 부움의 유량제어밸브(5a)의 유량특성에 의거하여, 연산부(9f)에서 구한 부움실린더속도의 제한치(c)에 대응하는 부움의 파일롯압(지령)제한치를 구한다.

또한, 비례전자밸브(10a, 10b) 및 셔틀 밸브(12)를 설치하였으므로, 부움지령의 최대치연산부(9j)는 필요없게 되고, 그 대신 밸브지령연산부(9Bi)에서는, 부움 파일롯압의 제한치연산부(9Bh)에서 얻어진 파일롯압의 제한치가 양일 경우에는, 부움올림쪽의 비례전자밸브(10a)에 제한치에 대응하는 전압을 출력하고, 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)의 파일롯압을 해당 제한치로 하며, 부움내림쪽의 비례전자밸브(10b)에 0의 전압을 출력하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50b)의 파일롯압을 0으로 한다. 또, 제한치가 음일 경우에는, 부움내림쪽의 유량제어밸브의 유압구동부(50b)의 파일롯압을 제한하도록 제한치에 대응하는 전압을 비례전자밸브(10b)에 출력하고, 부움올림쪽의 비례전자밸브(10a)에는 0의 전압을 출력하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)의 파일롯압을 0으로 한다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태의 동작을, 제 1 실시형태와 동일하게 부움내림동작과 아암크라우드조작에 대하여 설명한다.

버킷끝단의 위치결정을 행하고자 하여 부움용 조작레버장치(4a)의 조작레버를 부움내림방향으로 조작하면 그 조작레버장치(4a)의 지령치인 파일롯압이 파일롯 라인(44b)을 거쳐 유량제어밸브(5a)의 부움내림쪽의 유압구동부(50b)에 부여된다. 한편, 이와 동시에, 연산부(9c)에서는 도 5에 나타낸 관계로부터 버킷끝단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷끝단속도의 제한치(a)(＜0)가 계산되고, 연산부(9f)에서는 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치 c = a-by = a(＜0)가 계산되며, 부움파일롯압의 제한치연산부(9Bh)에서는 제한치(c)에 따른 음의 부움지령의 제한치가 계산되고, 밸브지령연산부(9Bi)에서는 부움내림쪽의 유량제어밸브의 유압구동부(50b)의 파일롯압을 제한하도록 제한치에 대응하는 전압을 비례전자밸브(10b)에 출력하고, 부움올림쪽의 비례전자밸브(10a)에는 0의 전압을 출력하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)의 파일롯압을 0으로 한다. 이 때, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)에서 멀 때에는 연산부(9Bh)에서 구한 부움파일롯압의 제한치의 절대치는 크고, 이것보다 조작레버장치(4a)의 파일롯압쪽이 작으므로, 비례전자밸브(10b)는 조작레버장치(4a)의 파일롯압을 그대로 출력하고, 이것에 의하여 조작레버장치(4a)의 파일롯압에 따라 부움이 내려간다.

상기한 바와 같이 부움이 내려가, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)에 접근함에 따라 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치 c = a(＜0)는 커져(｜a｜ 또 ｜c｜는 작아져), 연산부(9h)에서 구한 대응하는 부움지령의 제한치(＜0)의 절대치는 작아진다. 그리고, 이 제한치의 절대치가 조작레버장치(4a)의 지령치보다 작아지고, 밸브지령연산부(9Bi)로부터 비례전자밸브(10b)에 출력되는 전압이 그에 따라 작아지면, 비례전자밸브(10b)는 조작레버장치(4a)의 파일롯압을 감압하여 출력하고, 유량제어밸브(5a)의 부움내림쪽의 유압구동부(50b)에 부여되는 파일롯압을 제한치(c)를 따라 서서히 제한한다. 이에 따라, 설정영역의 경계(L)에 접근함에 따라 부움내림속도가 서서히 제한되고, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)에 도달하면 부움은 정지한다. 따라서, 버킷끝단의 위치결정을 간단하고 원활하게 할 수 있다.

또, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)로부터 밀려나온 경우에는, 연산부(9c)에서는 도 5에 나타낸 관계로부터 버킷끝단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷끝단속도의 제한치(a)(= c)가 양의 값으로서 계산되어, 밸브지령연산부(9Bi)에서는 제한치(c)에 따른 전압을 비례전자밸브(10a)에 출력하여, 부움올림쪽의 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)에 제한치(a)에 따른 파일롯압을 부여한다. 이에 따라, 부움은 거리(D)에 비례한 속도로 영역 내로 복원하도록 올림방향으로 움직여져, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)까지 복귀하면 정지한다. 따라서, 버킷끝단의 위치결정을 더욱 원활하게 행할 수 있다.

또, 바로 앞방향으로 굴삭하고자 하여 아암용 조작레버장치(4b)의 조작레버를 아암 크라우드 방향으로 조작하면 그 조작레버장치(4b)의 지령치인 파일롯압이 유량제어밸브(5b)의 아암 크라우드쪽의 유압구동부(51a)에 부여되어, 아암은 바로 앞방향으로 내려가도록 움직여진다. 한편, 이와 동시에, 조작레버장치(4b)의 파일롯압이 압력검출기(61a)에서 검출되고, 연산부(9Bd)에 입력되어 아암실린더속도가 계산되고, 연산부(e)에서 아암에 의한 버킷끝단속도(b)가 연산된다. 또, 연산부(9c)에서는 도 5에 나타낸 관계로부터 버킷끝단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷끝단속도의 제한치(a)(＜0)가 계산되고, 연산부(9f)에서는 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치 c = a-by가 계산된다. 이 때, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)에서 멀어, a＜by(｜a｜＞｜by｜)일 때에는 제한치(c)는 음의 값으로서 계산되고, 밸브지령연산부(9i)에서는 부움내림쪽의 유량제어밸브의 유압구동부(50b)의 파일롯압을 제한하도록 제한치에 대응하는 전압을 비례전자밸브(10b)에 출력하고, 부움올림쪽의 비례전자밸브(10a)에는 0의 전압을 출력하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)의 파일롯압을 0으로 한다. 이 때, 조작레버장치(4a)는 조작되어 있지 않으므로, 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50b)에는 파일롯압은 출력되지 않는다. 이에 따라 조작레버장치(4b)의 파일롯압에 따라 아암이 바로 앞방향으로 움직여진다.

상기와 같이 아암이 바로 앞방향으로 움직여져, 버킷끝단이 설정영역의 경계(L)에 접근함에 따라 연산부(9c)에서 계산되는 버킷끝단속도의 제한치(a)는 커져(｜a｜는 작아져), 이 제한치(a)가 연산부(9e)에서 계산되는 아암에 의한 버킷끝단속도(b)의 경계(L)에 수직인 성분(by)보다 커지면, 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치 c = a-by는 양의 값으로 되어, 밸브지령연산부(9Bi)에서는 부움올림쪽의 비례전자밸브(10a)에 제한치에 대응하는 전압을 출력하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)의 파일롯압을 해당 제한치로 하고, 부움내림쪽의 비례전자밸브(10b)에 0의 전압을 출력하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50b)의 파일롯압을 0으로 한다. 이에 따라, 버킷끝단속도의 경계(L)에 수직인 성분이 버킷끝단과 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례하여 서서히 제한되도록 부움올림에 의한 보정동작이 행하여지고, 아암에 의한 버킷끝단속도가 보정되어 있지 않은 경계(L)에 평행한 성분(bx)과 이 제한치(c)에 의한 보정된 속도에 의하여, 도 13에 나타낸 바와 같은 방향변환제어가 행하여져, 설정영역의 경계(L)를 따른 굴삭을 행할 수 있다.

여기서, 굴삭부하가 커지면, 상기한 바와 같이 아암 실린더(3b)에 압유가 유입하기 어려워져, 아암속도가 저하하고, 상기 방향변환제어에 의한 부움(1a)의 올림속도가 상대적으로 너무 빨라져, 프론트장치가 올라가는 경향이 되는 현상이 생긴다.

본 실시형태에서도, 굴삭부하가 커져, 아암 실린더(3b)의 바닥쪽의 압력(Pba)이 커지면, 굴삭부하에 의한 제한치보정부(9l)에 있어서, 아암 실린더 부하압력에 의하여 제한치(a)를 보정한다. 이 제한치(a)의 보정에 의하여, 부하압(Pba)이 큰 경우에는, 부하압이 작을 때보다 버킷끝단이 경계(L)에 보다 접근하지 않으면 제한치(a)가 커지지 않게 된다. 즉, 부움올림에 의한 보정동작이 보다 경계(L)에 접근하지 않으면 움직이지 않게 된다. 이 때문에, 아암 실린더에 압유가 유입하기 어려워져, 아암속도가 저하하더라도, 상기 방향변환제어에 의한 부움올림의 속도도 저하한 아암속도로 균형하게 되고, 프론트장치가 올라가는 경향이 되는 현상이 억제되어, 부하압 즉 굴삭부하가 큰 상태이더라도 경계(L)에 보다 접근하도록 굴삭할 수 있다.

또, 버킷끝단이 설정영역의 경계로부터 밀려나온 경우에는, 연산부(9c)에서는 도 5에 나타낸 관계로부터 버킷끝단과 설정영역의 경계(L)로부터의 거리(D)에 비례한 버킷끝단속도의 제한치(a)가 양의 값으로서 계산되고, 연산부(9f)에서 계산되는 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치 c = a-by(＞0)는 제한치(a)에 비례하여 커지며, 밸브지령연산부(9i)로부터 부움올림쪽의 비례전자밸브(10a)에 출력되는 전압은 제한치(c)를 따라 증대한다. 이에 따라, 설정영역 밖에서는 거리(D)에 비례한 버킷끝단속도로 영역 안으로 복원하도록 부움올림에 의한 보정동작이 행하여지고, 아암에 의한 버킷끝단속도가 보정되어 있지 않은 경계(L)에 병행하는 성분(bx)과 이 제한치(c)에 의하여 보정된 속도에 의하여, 도 14에 나타낸 바와 같이 설정영역의 경계(L)를 따라 서서히 복귀하면서의 굴삭을 행할 수 있다. 따라서, 아암을 크라우드하는 것만으로 원활하게 설정영역의 경계(L)를 따른 굴삭을 행할 수 있다.

이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 조작수단으로서 유압파일롯방식을 채용한 것에 있어서 제 1 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.

본 발명의 제 3 실시형태를 도 18 내지 도 29에 의하여 설명한다. 본 실시형태는, WO95/30059호 공보에 기재된 전(全) 조작신호보정방식의 영역제한 굴삭제어장치에 본 발명을 적용한 것이다. 도면 중, 도 1 또는 도 16 및 도 3 또는 도 17에 나타낸 부재 또는 기능과 동등한 것에는 동일 부호를 붙이고 있다.

도 18에 있어서, 본 실시형태에 의한 영역제한 굴삭제어장치는, 도 16에 나타낸 제 2 실시형태에서 구비하고 있었던 것 외에, 부움용 조작레버장치(4a)의 파일롯 라인(44a, 44b)에 설치되고 조작레버장치(4a)의 조작량으로서 파일롯압을 검출하는 압력검출기(60a, 60b)와, 아암용 파일롯 라인(45a, 45b)에 설치되고 전기신호를 따라 파일롯 라인(45a, 45b) 내의 파일롯압을 감압하여 출력하는 비례전자밸브(11a, 11b)가 구비되며, 압력검출기(60a, 60b)의 신호는 제어유닛(9C)에 입력되고, 비례전자밸브(11a, 11b)에는 제어유닛(9C)으로부터 신호가 부여된다.

제어유닛(9C)의 제어기능을 도 19에 나타낸다. 제어유닛(9C)은, 프론트자세연산부(9a), 영역설정연산부(9b), 목표실린더속도연산부(90c), 목표끝단속도벡터연산부(90d), 방향변환제어부(90e), 보정후목표실린더속도연산부(90f), 복원제어연산부(90g), 보정후목표실린더속도연산부(90h), 굴삭부하에 의한 제한치보정부(9Cl),목표실린더속도선택부(90i), 목표파일롯압연산부(90j), 밸브지령연산부(90k)의 각 기능을 가지고 있다.

영역설정연산부(9a) 및 영역설정연산부(9b)의 기능은 도 3에 나타낸 제 1 실시형태의 것과 동일하다.

목표실린더속도연산부(90c)에서는 압력검출기(60a, 60b, 61a, 61b)에서 검출한 파일롯압의 값을 입력하여 유량제어밸브(5a, 5b)의 토출유량을 구하고, 다시 이 토출유량으로부터 부움 실린더(3a) 및 아암 실린더(3b)의 목표속도를 계산한다.

목표끝단속도벡터연산부(90d)에서는, 프론트자세연산부(9b)에서 구한 버킷의 끝단위치 및 목표실린더속도연산부(90c)에서 구한 목표실린더속도와, 제어유닛(9C)의 기억장치에 기억되어 있는 프론트장치(1A)의 각 부의 치수로부터 버킷(1c)의 끝단의 목표속도벡터(Vc)를 구한다. 이 때, 목표속도벡터(Vc)는 도 4에 나타낸 XaYa좌표계의 값으로서 구한다.

방향변환제어부(90e)에서는, 버킷(1c)의 끝단이 설정영역 안에서 그 경계 근방에 있고, 목표속도벡터(Vc)가 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 성분을 갖는 경우, 수직인 벡터성분을 설정영역의 경계에 접근함에 따라 줄어들도록 보정한다.

도 20에 방향변환제어부(90e)에서의 제어내용을 플로우 차트로 나타낸다. 먼저, 순서(100)에 있어서, 목표속도벡터(Vc)의 설정영역의 경계에 대하여 수직인 성분, 즉 XaYa좌표계에서의 Ya좌표치(Vcy)의 양음을 판정하고, 양일 경우에는 버킷끝단이 설정영역의 경계로부터 이간되는 방향의 속도벡터이므로, 순서(101)로 진행하고, 목표속도벡터(Vc)의 Xa좌표치(Vcx) 및 Ya좌표치(Vcy)를 그대로 보정후의 벡터성분(Vcxa, Vcya)으로 한다. 음일 경우에는 버킷끝단이 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 속도벡터이므로, 순서(102)로 진행하며, 방향변환제어를 위하여 목표속도벡터(Vc)의 Xa좌표치(Vcx)는 그대로 보정후의 벡터성분(Vcxa)으로 하고, Ya좌표치(Vcy)는 이것에 계수(h)를 곱한 값을 보정후의 벡터성분(Vcya)으로 한다.

여기서, 계수(h)는 도 21에 나타낸 바와 같이, 버킷(1c)의 끝단과 설정영역의 경계와의 거리(Ya)가 설정치(Ya1)보다 클 때는 1이며, 거리(Ya)가 설정치(Ya1)보다 작아지면 거리(Ya)가 작아짐에 따라 1보다 작아지고, 거리(Ya)가 0이 되면 즉 버킷끝단이 설정영역의 경계상에 도달하면 0으로 되는 값이며, 제어유닛(9C)의 기억장치에는 이와 같은 h와 Ya의 관계가 기억되어 있다.

이상과 같이 목표속도벡터(Vc)의 수직방향의 벡터성분(Vcy)을 보정함으로써, 도 22에 나타낸 바와 같이 거리(Ya)가 작아짐에 따라 수직방향의 벡터성분(Vcy)의 감소량이 커지도록 벡터성분(Vcy)이 줄어들게 되고, 목표속도벡터(Vc)는 목표속도벡터(Vca)로 보정된다. 즉, 계수(h)는 거리(Ya)가 Ya1 이하에서는 수직방향의 벡터성분(Vcy)을 제한하고 있어, 계수(h)도 일종의 제한치라고 말할 수 있다.

굴삭부하에 의한 제한치보정부(9Cl)에서는, 압력검출기(41a)로부터 아암 실린더(3b)의 부하압(Pba)을 입력하여, 그 부하압(Pba)의 크기에 따라 상기의 계수(h)를 보정한다. 이 계수(h)의 보정은, 도 23에 나타낸 바와 같이, 아암 실린더(3a)의 부하압력(Pba)이 커짐에 따라 그 경사를 크게 한다. 동시에, 거리(Ya)의 감소에 따라 계수(h)가 작아지기 시작하는 포인트(Ya1)를 Ya = 0쪽으로 시프트해 간다. 방향변환제어부(90e)에서는, 이 보정된 계수(h)를 이용하여 목표속도벡터(Vc)를 보정한다. 이에 따라 목표속도벡터(Vc)가 Vca로 보정되어 방향변환을 시작하는 포인트(Ya1)가 경계(Ya = 0)에 더욱 접근하여, 굴삭부하가 커지더라도 버킷이 도망하기 어려워진다. 즉, 굴삭부하가 커졌을 때에 계수(h)가 가능한 한 경계에 접근하는 상태로 작용하게 된다.

도 24에 방향변환제어부(90e)에서의 제어의 다른 예를 플로우 차트로 나타낸다. 이 예에서는, 순서(100)에 있어서, 목표속도벡터(Vc)의 설정영역의 경계에 대하여 수직인 성분(목표속도벡터 Vc의 Ya좌표치)(Vcy)이 음이라고 판정되면, 순서(102A)로 진행하고, 제어유닛(9C)의 기억장치에 기억되어 있는 도 25에 나타낸 바와 같은 Vcyf = f(Ya)의 함수관계로부터 버킷(1c)의 끝단과 설정영역의 경계와의 거리(Ya)에 대응하는 감속한 Ya좌표치[f(Ya)]를 구하고, 이 Ya좌표치[f(Ya)]와 Vcy 중의 작은 쪽을 보정후의 벡터성분(Vcya)으로 한다. 이와 같이 하면, 버킷(1c)의 끝단을 천천히 움직이고 있을 때에는, 버킷끝단이 설정영역의 경계에 접근하더라도 그 이상은 감속되지 않고 오퍼레이터의 조작대로의 동작이 얻어진다는 이점이 있다.

여기서, Ya좌표치[f(Ya)]는 Vcy에 대한 제한치이고, 제한치보정부(9Cl)에서는, 아암 실린더(3b)의 부하압(Pba)의 크기에 따라 상기의 Ya좌표치[f(Ya)]를 보정한다. 이 Ya좌표치[f(Ya)]의 보정도, 도 26에 나타낸 바와 같이, 아암 실린더(3a)의 부하압력(Pba)이 커짐에 따라 그 경사를 크게 한다. 이에 따라, 도 24의 플로우 차트에 나타난 순서(102A)에 있어서, 목표속도벡터(Vc)의 성분(Vcy)이 Ya좌표치[f(Ya)]보다 커져, Vcy로부터 f(Ya)로 선택이 전환되는 포인트가 경계(Ya = 0)에 더욱 접근하여, 굴삭부하가 커지더라도 버킷이 도망하기 어려워진다.

복원제어부(90g)에서는, 버킷(1c)의 끝단이 설정영역 밖으로 나갔을 때, 설정영역의 경계로부터의 거리에 관계하여 버킷끝단이 설정영역에 복귀하도록 목표속도벡터를 보정한다.

도 27에 복원제어부(9g)에서의 제어내용을 플로우 차트로 나타낸다. 먼저, 순서(110)에 있어서, 버킷(1c)의 끝단과 설정영역의 경계와의 거리(Ya)의 양음을 판정한다. 거리(Ya)가 양일 경우, 버킷끝단이 아직 설정영역 안에 있으므로 순서(111)로 진행하고, 앞서 설명한 방향변환제어를 우선하기 위하여 목표속도벡터(Vc)의 Xa좌표치(Vcx) 및 Ya좌표치(Vcy)를 각각 0으로 한다. 음일 경우에는 버킷끝단이 설정영역의 경계 밖으로 나갔으므로, 순서(112)로 진행하고, 복원제어를 위하여 목표속도벡터(Vc)의 Xa좌표치(Vcx)는 그대로 보정후의 벡터성분(Vcxa)으로 하고, Ya좌표치(Vcy)는 설정영역의 경계와의 거리(Ya)에 계수(-K)를 곱한 값을 보정후의 벡터성분(Vcya)으로 한다. 여기서, 계수(K)는 제어상의 특성으로부터 정해지는 임의의 값이며, -KVcy는 거리(Ya)가 작아짐에 따라 작아지는 반대방향의 속도벡터로 된다.

이상과 같이 목표속도벡터(Vc)의 수직방향의 벡터성분(Vcy)을 보정함으로써, 도 28에 나타낸 바와 같이, 거리(Ya)가 작아짐에 따라 수직방향의 벡터성분(Vcy)이 작아지도록 목표속도벡터(Vc)는 목표속도벡터(Vca)로 보정된다.

제한치보정부(9Cl)에서는, 아암 실린더(3b)의 부하압력(Pab)의 크기에 따라 상기의 계수(K)를 보정한다. 이 계수(K)의 보정은, 도 29에 나타낸 바와 같이, 아암 실린더(3b)의 부하압력이 커짐에 따라 계수(K)를 크게 한다. 이에 따라 방향변환제어부(90e)의 계수(h)의 보정에 맞추어 계수(K)를 보정하여, 「방향변환제어」와 「복원제어」의 제어게인을 맞출 수 있고, 만약 부하가 커져 방향변환제어에 의해 방향변환이 경계 근처가 아니면 작용하지 않음으로써, 버킷이 경계를 넘게 되더라도 민첩하게 복귀하도록 제어할 수 있게 된다.

단, 이 복원제어의 계수(K)에 대해서는 특히 아암 실린더(3b)의 부하압력으로 변화시킬 필요가 없을 경우에는 K = 일정이라도 좋다.

보정후목표실린더속도연산부(90f, 90h)에서는, 제어부(90e, 90g)에서 구한 보정목표속도벡터로부터 부움 실린더(3a) 및 아암 실린더(3b)의 목표실린더속도를 연산한다.

목표실린더속도선택부(90i)에서는 목표실린더속도연산부(90f, 90h)에서 얻은 목표실린더속도가 큰 쪽(최대치)을 선택하여 출력용 목표실린더속도로 한다.

목표파일롯압연산부(90j)에서는, 목표실린더속도선택부(90i)에서 얻은 출력용 목표실린더속도로부터 파일롯 라인(44a, 44b, 45a, 45b)의 목표파일롯압을 연산한다.

밸브지령연산부(90k)에서는, 목표파일롯압연산부(90j)에서 계산한 목표파일롯압으로부터 그 파일롯압을 얻기 위한 비례전자밸브(10a, 10b, 11a, 11b)의 지령치를 연산한다. 이 지령치는 증폭기에서 증폭되어 전기신호로서 비례전자밸브로 출력된다.

목표실린더속도연산부(90c) 내지 밸브지령연산부(90k)의 더욱 상세한 내용은 WO95/30059호 공보에 기재된 대로이다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태에 있어서는, 전 조작신호보정방식의 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 굴삭부하가 커져, 아암 실린더(3b)의 바닥쪽의 압력(Pba)이 커지면, 굴삭부하에 의한 제한치보정부(9Al)에 있어서 아암 실린더 부하압력에 의하여 계수(h)[또는 Ya좌표치 f(Ya)]를 보정하고, 이 보정에 의하여 굴삭부하가 커지더라도 버킷이 도망하기 어려워져, 제 1 및 제 2 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.

본 발명의 제 4 실시형태를 도 30 내지 도 33에 의하여 설명한다. 상기 실시형태에서는 굴삭부하에 의한 보정을 제한치에 부가하였으나, 본 실시형태는 계산한 버킷끝단속도에 보정을 가하는 것이다. 도면 중, 도 1, 도 3에 나타낸 부재 또는 기능과 동등한 것에는 동일 부호를 붙이고 있다.

도 30에 있어서, 본 실시형태에서는, 제어유닛(9D)에 도 3의 굴삭부하에 의한 제한치보정부(9l) 대신에 굴삭부하에 의한 버킷끝단속도보정부(9m)를 구비하여, 연산부(9e)에서 연산한 아암에 의한 버킷끝단속도(b)를 보정한다.

보정부(9m)의 연산순서를 도 31에 플로우 차트로 나타낸다. 먼저, 순서(100)에 있어서, 압력검출기(41a)로부터 아암 실린더(3b)의 부하압(Pba)을 입력하여, 도 32에 나타낸 아암 실린더 압력(Pba)과 버킷끝단속도보정계수(Kv)의 관계로부터 그 때의 버킷끝단속도보정계수(Kv)를 구한다. 이어서, 순서(110)에 있어서, 순서(100)에서 구한 속도보정계수(Kv)를 이용하여, 하기 연산식에 따라 아암에 의한 버킷끝단속도(b)를 보정한다.

b' = Kv*b

이에 따라, 도 33에 나타낸 바와 같이, 버킷끝단속도(b)는 b'로 보정연산되어, 설정영역의 경계(L)에 수직인 속도성분도 by'로 보정된다. 이 때문에, 그 때의 버킷끝단위치(D)에 있어서의 속도의 제한치(a)와 수직속도성분(by')의 차(差)인 부움에 의한 버킷끝단속도의 제한치(c')가, 보정하지 않을 때의 제한치(c)보다 경계(L)방향으로 커지고, 그 결과 부움에 대한 올림지령이 작아지므로, 부하가 커지더라도 작업장치가 도망하기 어려워진다.

또, 본 실시형태에 있어서의 속도(b)의 보정도, 딱딱한 토양 등 부하가 큰 굴삭대상을 영역제한제어를 이용하여 굴삭할 때, 버킷끝단이 설정영역의 경계에 도달하기까지의 속도벡터(궤적)는 문제삼지 않고, 프론트장치가 굴삭대상으로부터 도망하는 일 없이 최종적으로 경계에 도달하면 된다는 사고방식에 의거하고 있다. 이 때문에, 부하압에 의한 속도(b)의 보정은 정확한 값을 필요로 하지 않고, 제어상, 버킷끝단이 굴삭대상으로부터 도망하지 않고 굴삭을 행할 수 있을 정도의 대강의 보정이면 된다. 따라서, 이 경우에도 도 32에 나타낸 부하압(Pba)과 보정계수(Kv)의 관계는 엄밀성을 필요로 하지 않고, 속도보정부(9m)의 소프트(프로그램)를 용이하게 작성할 수 있다.

이와 같이 굴삭부하에 의하여 버킷끝단속도를 보정하더라도, 제 1 실시형태에서 제한치를 보정한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이상의 실시형태에서는, 설정영역의 경계에 대한 거리로서 버킷의 끝단으로부터의 거리에 대하여 서술하였으나, 간이적으로 실시하면 아암끝단핀으로부터의 거리를 잡아도 된다. 또, 프론트장치와의 간섭을 방지하여 안전성을 도모하기 위하여 영역을 설정하는 경우에는 그 간섭이 일어날 수 있는 다른 부위이더라도 좋다.

또, 적용되는 유압구동장치는 센터바이패스타입의 유량제어밸브를 가지는 개방회로시스템으로 하였으나, 클로즈드센터타입의 유량제어밸브를 사용한 폐쇄회로시스템이어도 좋다.

또, 버킷끝단과 설정영역의 경계와의 거리와 버킷끝단속도의 제한치 또는 버킷끝단속도의 계산치와의 관계는, 상기한 바와 같이 직선적으로 비례하는 관계에 한정하지 않고 여러 가지 설정이 가능하다.

또한, 버킷끝단이 설정영역의 경계에서 떨어져 있을 때에는 목표속도벡터를 그대로 출력하였으나, 이 경우에도 다른 목적을 가지고 해당 목표속도벡터를 보정해도 된다.

또, 목표속도벡터의 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분은 설정영역의 경계에 대하여 수직방향의 벡터성분으로 하였으나, 설정영역의 경계를 따른 방향의 움직임이 얻어지면 수직방향으로부터 어긋나 있어도 된다.

또, 유압파일롯방식의 조작레버장치를 가지는 유압셔블에 본 발명을 적용한 제 2 및 제 3 실시형태에서는 전기유압변환수단 및 감압수단으로서 비례전자밸브를 사용하였으나, 이들은 다른 전기유압변환수단이어도 좋다.

또한, 제 2 및 제 3 실시형태에서는 모든 조작레버장치 및 유량제어밸브를 유압파일롯방식으로 하였으나, 적어도 부움용과 아암용만이 유압파일롯방식이면 된다.

본 발명에 의하면, 영역을 제한한 굴삭제어를 이용하는 굴삭작업에 있어서, 굴삭대상이 되는 토양의 경도에 영향받지 않고 설정영역을 경계까지 굴삭할 수 있으므로, 추가작업을 삭감할 수 있고 작업능률을 향상함과 동시에 시공기간의 지연을 억지할 수 있다. 또, 제한치 또는 계산한 속도의 보정은 엄밀하지 않아도 되므로 간단한 프로그램으로 보정을 실시할 수 있다.

Claims (9)

1. 상하방향으로 회동 가능한 제 1 및 제 2 프론트부재(1b, 1a)를 포함하는 복수의 프론트부재(1a 내지 1c)에 의하여 구성되는 다관절형 프론트장치(1A)와, 상기한 제 1 및 제 2 프론트부재를 구동하는 제 1 및 제 2 유압액츄에이터(3b, 3a)를 포함하는 복수의 유압액츄에이터(3a 내지 3f)와, 상기한 제 1 및 제 2 프론트부재의 동작을 지시하는 제 1 및 제 2 조작수단(14b, 14a; 4b, 4a)을 포함하는 복수의 조작수단(14a 내지 14f; 4a 내지 4f)과, 상기한 제 1 및 제 2 조작수단의 조작에 따라 구동되고 상기한 제 1 및 제 2 유압액츄에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 제 1 및 제 2 유압제어밸브(15b, 15a; 5b, 5a)를 포함하는 복수의 유압제어밸브(15a 내지 15f; 5a 내지 5f)를 구비한 건설기계에 설치되며,

   상기한 복수의 조작수단 중 적어도 상기한 제 1 조작수단(14b; 4b)에 의한 상기 프론트장치(1A)의 이동속도(b; Vc)를 계산하는 제 1 연산수단(9e; 90d)과,

   상기 프론트장치가 설정영역의 경계에 접근함에 따라 절대치가 작아지는 제한치[a; h; f(Ya)]를 계산하는 제 2 연산수단(9c; 90e)과,

   상기한 제 1 연산수단으로 계산한 프론트장치의 이동속도 및 상기한 제 2 연산수단으로 계산한 제한치를 이용하여, 상기 프론트장치가 상기 설정영역의 경계에 접근함에 따라 그 경계에 접근하는 방향의 이동속도를 줄이고, 경계를 따른 방향으로는 이동하도록 상기한 복수의 조작수단 중 적어도 상기한 제 2 조작수단(14a; 4a)의 조작신호를 보정하는 신호보정수단(9f 내지 9j; 9f 내지 9Bi, 12; 90e 내지 90k, 12)을 구비하는 영역제한 굴삭제어장치에 있어서,

   상기 프론트장치(1A)에 작용하는 부하를 검출하는 제 1 검출수단(41a)과;

   상기한 제 1 검출수단에 의하여 검출된 부하의 크기에 따라 상기 제한치[a; h; f(Ya)]를 보정하는 제한치보정수단(9l; 9Cl)을 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제한치보정수단(9l; 9Cl)은, 상기한 제 1 검출수단(41a)으로 검출한 프론트장치(1A)에 작용하는 부하가 커짐에 따라, 상기 설정영역의 경계로부터 더욱 접근한 위치에서 제한치[a; h; f(Ya)]가 작용하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 제 1 검출수단(41a)이 검출하는 상기 프론트장치(1A)에 작용하는 부하는, 상기한 제 1 유압액츄에이터(3b)의 부하압력인 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기한 제 1 검출수단(41a)이 검출하는 상기 프론트장치(1A)에 작용하는 부하는, 상기한 제 2 유압액츄에이터(3a)의 부하압력인 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제한치보정수단(9l)으로 보정되는 제한치는, 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 속도의 제한치[a; f(Ya)]이고, 상기 신호보정수단(9f 내지 9j; 9f 내지 9Bi, 12; 90e 내지 90k, 12)은, 상기 프론트장치(1A) 속도의 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 성분이 그 제한치를 넘지 않도록 상기한 제 2 조작수단(14a; 4a)의 조작신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기한 제 1 연산수단(90d)으로 계산하는 프론트장치(1A)의 이동속도는 상기 프론트장치의 목표속도(Vc)이고, 상기 제한치보정수단(9Cl)으로 보정되는 제한치는, 상기 프론트장치의 목표속도의 상기 설정영역 경계에 접근하는 방향의 성분을 보정하기 위한 계수(h)이며, 상기 신호보정수단(90e 내지 90k, 12)은, 이 계수에 의하여 보정된 속도성분을 갖는 프론트장치의 목표속도가 얻어지도록 상기한 제 1 및 제 2 조작수단(14b, 14a; 4b, 4a)의 조작신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기한 제 1 연산수단(90d)으로 계산하는 프론트장치(1A)의 이동속도는 상기 프론트장치의 목표속도(Vc)이고, 상기 제한치보정수단(9Cl)으로 보정되는 제한치는, 상기 프론트장치의 목표속도의 상기 설정영역 경계에 접근하는 방향의 성분의 제한치[f(Ya)]이며, 상기 신호보정수단(90e 내지 90k, 12)은, 그 제한치를 넘지 않도록 보정된 속도성분을 갖는 프론트장치의 목표속도가 얻어지도록 상기한 제 1 및 제 2 조작수단(14b, 14a; 4b, 4a)의 조작신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제한치보정수단(9l; 9Cl) 대신에, 상기한 제 1 검출수단(41a)에 의하여 검출된 부하의 크기에 따라 상기한 제 1 연산수단(9e; 90d)으로 계산한 프론트장치의 이동속도(b; Vc)를 제한하는 속도제한수단(9m)을 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기한 복수의 프론트부재는 유압셔블의 부움(1a)과 아암(1b)을 포함하며, 상기한 제 1 프론트부재는 아암(1b)이고, 상기한 제 2 프론트부재는 부움(1a)인 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.