KR20130113515A

KR20130113515A - 굴삭 제어 시스템 및 건설 기계

Info

Publication number: KR20130113515A
Application number: KR1020137020979A
Authority: KR
Inventors: 도루 마쓰야마
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-10-15
Also published as: DE112012001013B4; JP5349710B2; US9080317B2; KR101543354B1; CN103354855B; CN103354855A; WO2012127913A1; US20130302124A1; DE112012001013T5; JPWO2012127913A1

Abstract

굴삭 제어 시스템(200)은, 제1 상대 속도(Q1)를 제1 후보 속도(P1)로 제한하기 위해 필요한 붐 실린더(10)의 신축 속도의 제1 조정 속도(S1)와, 제2 상대 속도(Q2)를 제2 후보 속도(P2)로 제한하기 위해 필요한 붐 실린더(10)의 신축 속도의 제2 조정 속도(S2)를 취득한다. 굴삭 제어 시스템(200)은, 제1 조정 속도(S1)와 제2 조정 속도(S2) 중 큰 쪽에 관련된 후보 속도(P)를 제한 속도(U)로서 선택한다.

Description

굴삭 제어 시스템 및 건설 기계 {EXCAVATION CONTROL SYSTEM AND CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은 작업기(working unit)의 속도 제한을 실행하는 굴삭 제어 시스템 및 굴삭 제어 시스템을 구비하는 건설 기계에 관한 것이다.

종래, 작업기를 구비하는 건설 기계에 있어서, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면을 따라 버킷(bucket)를 이동시킴으로써 소정의 영역을 굴삭하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).

구체적으로, 특허문헌 1의 제어 장치는, 버킷과 설계면의 간격이 작을수록 버킷의 설계면에 대한 상대 속도가 감소하도록, 오퍼레이터로부터 입력되는 조작 신호를 보정한다. 이와 같이, 버킷의 속도 제한을 행함으로써, 버킷을 설계면을 따라 자동으로 이동시키는 굴삭 제어가 실행된다.

특허문헌 1: 국제 공개공보 WO95/30059호

그러나, 특허문헌 1에 기재된 굴삭 제어에 의하면, 서로 인접하는 제1 및 제2 설계면을 굴삭하는 경우, 제1 설계면을 따른 굴삭 작업을 하고 있을 때에는 제2 굴삭면을 인식할 수가 없기 때문에, 제2 설계면을 손상시킬 우려가 있다.

본 발명은 전술한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 복수의 설계면에 대하여 적절히 굴삭 제어를 실행 가능한 굴삭 제어 시스템 및 건설 기계의 제공을 목적으로 한다.

제1 태양에 따른 굴삭 제어 시스템은, 작업기, 복수의 유압 실린더, 후보 속도 취득부, 제한 속도 선택부, 및 유압 실린더 제어부를 포함한다. 작업기는, 버킷를 포함하는 복수의 피(被)구동 부재에 의해 구성되어 있고, 차량 본체에 회전 가능하게 지지된다. 복수의 유압 실린더는, 복수의 피구동 부재 각각을 구동시킨다. 후보 속도 취득부는, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 제1 설계면과 버킷과의 제1 거리에 따른 제1 후보 속도와, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내고 제1 설계면과는 상이한 제2 설계면과 버킷과의 제2 거리에 따른 제2 후보 속도를 취득한다. 제한 속도 선택부는, 제1 설계면과 버킷과의 상대 관계 및 제2 설계면과 버킷과의 상대 관계에 기초하여, 제1 후보 속도 및 제2 후보 속도 중 어느 한쪽을 제한 속도로서 선택한다. 유압 실린더 제어부는, 제1 설계면 및 제2 설계면 중 제한 속도에 관련된 설계면에 대한 버킷의 상대 속도를 제한 속도로 제한한다.

제2 태양에 따른 굴삭 제어 시스템은, 제1 태양에 따른 것이며, 상대 속도 취득부를 더 포함한다. 상대 속도 취득부는 제1 설계면에 대한 버킷의 제1 상대 속도와 제2 설계면에 대한 버킷의 제2 상대 속도를 취득한다. 제한 속도 선택부는, 제1 상대 속도와 제1 후보 속도와의 상대 관계, 및 제2 상대 속도와 제2 후보 속도의와 상대 관계에 기초하여, 제한 속도를 선택한다.

제3 태양에 따른 굴삭 제어 시스템은, 제1 태양에 따른 것이며, 제한 속도 선택부는, 제1 거리 및 제2 거리에 기초하여, 제한 속도를 선택한다.

복수의 설계면에 대하여 적절히 굴삭 제어를 실행 가능한 굴삭 제어 시스템 및 건설 기계를 제공할 수 있다.

도 1은 유압 셔블(hydraulic shovel)(100)의 사시도이다.
도 2a는 유압 셔블(100)의 측면도이다.
도 2b는 유압 셔블(100)의 배면도이다.
도 3은 굴삭 제어 시스템(200)의 기능 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 표시부(29)에 표시되는 설계 지형의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 5는 교선(交線)(47)에서의 설계 지형의 단면도이다.
도 6은 작업기 컨트롤러(26)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 버킷(8)과 제1 설계면(451)과의 위치 관계를 나타낸 모식도이다.
도 8은 버킷(8)과 제2 설계면(452)과의 위치 관계를 나타낸 모식도이다.
도 9는 제1 후보 속도(P1)와 제1 거리(d1)와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 제2 후보 속도(P2)와 제2 거리(d2)와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 제1 조정 속도(S1)의 취득 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 제2 조정 속도(S2)의 취득 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 굴삭 제어 시스템(200)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에 있어서는, "건설 기계"의 일례로서 유압 셔블을 들어 설명한다.

《유압 셔블(100)의 전체 구성》

도 1은 실시예에 따른 유압 셔블(100)의 사시도이다. 유압 셔블(100)은 차량 본체(1)와, 작업기(2)를 가진다. 또한, 유압 셔블(100)에는 굴삭 제어 시스템(200)이 탑재되어 있다. 굴삭 제어 시스템(200)의 구성 및 동작에 대하여는 후술한다.

차량 본체(1)는, 상부 선회체(3)와 운전실(4)과 주행 장치(5)를 가진다. 상부 선회체(3)는, 도시하지 않은 엔진이나 유압 펌프 등을 수용하고 있다. 상부 선회체(3)의 후단부 위에는, 제1 GNSS 안테나(21)와 제2 GNSS 안테나(22)가 배치되어 있다. 제1 GNSS 안테나(21)와 제2 GNSS 안테나(22)는, RTK-GNSS(Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems, GNSS는 전지구 항법 위성 시스템을 말함)용의 안테나이다. 운전실(4)은 상부 선회체(3)의 앞 부분에 탑재되어 있다. 운전실(4) 내에는, 후술하는 조작 장치(25)가 배치된다(도 3 참조). 주행 장치(5)는 크롤러 벨트(crawler belt)(5a, 5b)를 가지고 있고, 크롤러 벨트(5a, 5b)가 회전함으로써 유압 셔블(100)이 주행한다.

작업기(2)는 차량 본체(1)의 앞 부분에 장착되어 있고, 붐(boom)(6), 암(arm)(7), 버킷(8), 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)를 가진다. 붐(6)의 기단부(基端部)는 붐 핀(13)을 통하여 차량 본체(1)의 앞 부분에 요동(搖動) 가능하게 장착된다. 암(7)의 기단부는 암 핀(14)을 통하여 붐(6)의 선단부에 요동 가능하게 장착된다. 암(7)의 선단부에는, 버킷 핀(15)을 통하여 버킷(8)이 요동 가능하게 장착된다.

붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)는, 각각 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더(10)는 붐(6)을 구동한다. 암 실린더(11)는 암(7)을 구동한다. 버킷 실린더(12)는 버킷(8)을 구동한다.

여기서, 도 2a는 유압 셔블(100)의 측면도이고, 도 2b는 유압 셔블(100)의 배면도이다. 도 2a에 나타낸 바와 같이, 붐(6)의 길이, 즉 붐 핀(13)에서 암 핀(14)까지의 길이는 L1이다. 암(7)의 길이, 즉 암 핀(14)에서 버킷 핀(15)까지의 길이는 L2이다. 버킷(8)의 길이, 즉 버킷 핀(15)에서 버킷(8)의 투스(tooth)의 선단[이하, "날 끝(8a)"라고 함]까지의 길이는 L3이다.

또한, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 붐(6)과 암(7)과 버킷(8)에는, 각각 제1∼제3 스트로크 센서(stroke sensor)(16∼18)가 설치되어 있다. 제1 스트로크 센서(16)는 붐 실린더(10)의 스트로크 길이[이하, "붐 실린더 길이(N1)"라고 함]를 검출한다. 후술하는 표시 컨트롤러(28)(도 3 참조)는, 제1 스트로크 센서(16)가 검출한 붐 실린더 길이(N1)로부터, 차량 본체 좌표계의 수직 방향에 대한 붐(6)의 경사각(θ1)을 산출한다. 제2 스트로크 센서(17)는 암 실린더(11)의 스트로크 길이[이하, "암 실린더 길이(N2)"라고 함]를 검출한다. 표시 컨트롤러(28)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이(N2)로부터, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사각(θ2)을 산출한다. 제3 스트로크 센서(18)는 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이[이하, "버킷 실린더 길이(N3)"라고 함]를 검출한다. 표시 컨트롤러(28)는, 제3스트로크 센서(18)가 검출한 버킷 실린더 길이(N3)로부터, 암(7)에 대한 버킷(8)이 가지는 날 끝(8a)의 경사각(θ3)을 산출한다.

차량 본체(1)에는 위치 검출부(19)가 구비되어 있다. 위치 검출부(19)는 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출한다. 위치 검출부(19)는 전술한 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)와, 3차원 위치 센서(23)와, 경사각 센서(24)를 가진다. 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)는 차폭 방향에 있어서 일정 거리만큼 이격되어 배치되어 있다. 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)로 수신된 GNSS 전파에 따른 신호는 3차원 위치 센서(23)에 입력된다. 3차원 위치 센서(23)는 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)의 설치 위치를 검출한다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, 경사각 센서(24)는 중력 방향(연직선)에 대한 차량 본체(1)의 차폭 방향에서의 경사각(θ4)을 검출한다.

《굴삭 제어 시스템(200)의 구성》

도 3은 굴삭 제어 시스템(200)의 기능 구성을 나타낸 블록도이다. 굴삭 제어 시스템(200)은 조작 장치(25), 작업기 컨트롤러(26), 비례 제어 밸브(27), 표시 컨트롤러(28), 및 표시부(29)를 구비한다.

조작 장치(25)는 작업기(2)를 구동시키는 오퍼레이터 조작을 받아들이고, 오퍼레이터 조작에 따른 조작 신호를 출력한다. 구체적으로, 조작 장치(25)는 붐 조작 기구(31)와, 암 조작 기구(32)와, 버킷 조작 기구(33)를 가진다. 붐 조작 기구(31)는 붐 조작 레버(31a)와 붐 조작 검출부(31b)를 포함한다. 붐 조작 레버(31a)는 오퍼레이터에 의한 붐(6)의 조작을 받아들인다. 붐 조작 검출부(31b)는 붐 조작 레버(31a)의 조작에 따라 붐 조작 신호(M1)를 출력한다. 암 조작 레버(32a)는 오퍼레이터에 의한 암(7)의 조작을 받아들인다. 암 조작 검출부(32b)는 암 조작 레버(32a)의 조작에 따라 암 조작 신호(M2)를 출력한다. 버킷 조작 기구(33)는 버킷 조작 레버(33a)와 버킷 조작 검출부(33b)를 포함한다. 버킷 조작 레버(33a)는 오퍼레이터에 의한 버킷(8)의 조작을 받아들인다. 버킷 조작 검출부(33b)는 버킷 조작 레버(33a)의 조작에 따라 버킷 조작 신호(M3)를 출력한다.

작업기 컨트롤러(26)는 조작 장치(25)로부터 붐 조작 신호(M1), 암 조작 신호(M2) 및 버킷 조작 신호(M3)를 취득한다. 작업기 컨트롤러(26)는 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)로부터 붐 실린더 길이(N1), 암 실린더 길이(N2) 및 버킷 실린더 길이(N3)를 취득한다. 작업기 컨트롤러(26)는 이들 각종 정보에 기초한 제어 신호를 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 이로써, 작업기 컨트롤러(26)는 버킷(8)을 복수의 설계면(45)(도 4 참조)을 따라 자동으로 이동시키는 굴삭 제어를 실행한다. 이때, 작업기 컨트롤러(26)는, 후술하는 바와 같이, 붐 조작 신호(M1)를 보정한 후에 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 한편, 작업기 컨트롤러(26)는 암 조작 신호(M2) 및 버킷 조작 신호(M3)를 보정하지 않고 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 작업기 컨트롤러(26)의 기능 및 동작에 대하여는 후술한다.

비례 제어 밸브(27)는 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)와, 도시하지 않은 유압 펌프와의 사이에 배치된다. 비례 제어 밸브(27)는 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 따라 유량의 작동유를 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12) 각각에 공급한다.

표시 컨트롤러(28)는 RAM이나 ROM 등의 기억부(28a)나, CPU 등의 연산부(28b)를 가지고 있다. 기억부(28a)는, 전술한 붐(6)의 길이(L1), 암(7)의 길이(L2), 버킷(8)의 길이(L3)를 포함하는 작업기 데이터를 기억하고 있다. 작업기 데이터는 붐(6)의 경사각(θ1), 암(7)의 경사각(θ2), 버킷(8)의 경사각(θ3) 각각의 최소값 및 최대값을 포함한다. 표시 컨트롤러(28)는 작업기 컨트롤러(26)와 무선 또는 유선의 통신 수단에 의해 서로 통신 가능하다. 표시 컨트롤러(28)의 기억부(28a)는, 작업 영역 내의 3차원의 설계 지형의 형상 및 위치를 나타내는 설계 지형 데이터를 미리 기억하고 있다. 표시 컨트롤러(28)는, 설계 지형이나 전술한 각종 센서로부터의 검출 결과 등에 기초하여, 설계 지형을 표시부(29)에 표시하게 한다.

여기서, 도 4는 표시부(29)에 표시되는 설계 지형의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 설계 지형은 삼각형의 다각형에 의해 각각 표현되는 복수의 설계면(45)에 의해 구성되어 있다. 복수의 설계면(45) 각각은, 작업기(2)에 의한 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내고 있다. 작업기 컨트롤러(26)는, 버킷(8)의 날 끝(8a)의 현재 위치를 지나는 평면(46)과 복수의 설계면(45)과의 교선(47)을 따라, 버킷(8)을 이동시킨다. 그리고, 도 4에서는 복수의 설계면 중 1개에만 부호(45)가 부여되어 있고, 다른 설계면의 부호는 생략되어 있다.

도 5는 교선(47)에서의 설계 지형의 단면도이며, 표시부(29)에 표시되는 설계 지형의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 설계 지형은 제1 설계면(451)과, 제2 설계면(452)과, 속도 제한 개입 라인(C)을 포함하고 있다.

제1 설계면(451)은 유압 셔블(100)의 측방에 위치하는 경사면이다. 제2 설계면(452)은 제1 설계면(451)의 하단에서부터 유압 셔블(100) 부근까지 연장되는 수평면이다. 본 실시예에 있어서, 오퍼레이터는, 제1 설계면(451) 위쪽으로부터 제2 설계면(452)을 향해 버킷(8)을 이동시킴으로써, 제1 설계면(451)과 제2 설계면(452)을 따라 굴삭을 행한다.

속도 제한 개입 라인(C)은, 후술하는 속도 제한이 실행되는 영역을 획정한다. 후술하는 바와 같이, 버킷(8)이 속도 제한 개입 라인(C)의 내측에 침입한 경우에, 굴삭 제어 시스템(200)에 의한 속도 제한이 실행된다. 속도 제한 개입 라인(C)은 제1 설계면(451) 및 제2 설계면(452) 각각으로부터 라인 거리(h)의 위치에 설정되어 있다. 라인 거리(h)는, 오퍼레이터에 의한 작업기(2)의 조작감이 손상되지 않는 거리로 설정되어 있는 것이 바람직하다.

《작업기 컨트롤러(26)의 구성》

도 6은 작업기 컨트롤러(26)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 7은 버킷(8)과 제1 설계면(451)과의 위치 관계를 나타낸 모식도이다. 도 8은 버킷(8)과 제2 설계면(452)과의 위치 관계를 나타낸 모식도이다. 도 7 및 도 8은 같은 시각에서의 버킷(8)의 위치를 나타내고 있다. 그리고, 이하에 있어서는, 복수의 설계면(45) 중 제1 설계면(451) 및 제2 설계면(452)에 주목하여 설명을 행한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상대 거리 취득부(261), 후보 속도 취득부(262), 상대 속도 취득부(263), 조정 속도 취득부(264), 제한 속도 선택부(265), 및 유압 실린더 제어부(266)를 구비한다.

상대 거리 취득부(261)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 설계면(451)에 수직인 제1 방향에서의 날 끝(8a)과 제1 설계면(451)과의 제1 거리(d1)를 취득한다. 상대 거리 취득부(261)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제2 설계면(452)에 수직인 제2 방향에서의 날 끝(8a)과 제2 설계면(452)과의 제2 거리(d2)를 취득한다. 상대 거리 취득부(261)는, 표시 컨트롤러(28)로부터 취득하는 설계 지형 데이터 및 유압 셔블(100)의 현재 위치 데이터와, 제1∼제3스트로크 센서(16∼18)로부터 취득하는 붐 실린더 길이(N1), 암 실린더 길이(N2) 및 버킷 실린더 길이(N3)에 기초하여, 제1 거리(d1) 및 제2 거리(d2)를 산출한다. 상대 거리 취득부(261)는 제1 거리(d1) 및 제2 거리(d2)를 후보 속도 취득부(262)에 출력한다. 그리고, 본 실시예에 있어서, 제1 거리(d1)는 제2 거리(d2)보다 작다.

후보 속도 취득부(262)는, 제1 거리(d1)에 따른 제1 후보 속도(P1)와, 제2 거리(d2)에 따른 제2 후보 속도(P2)를 취득한다. 여기서, 제1 후보 속도(P1)는 제1 거리(d1)에 따라 획일적으로 정해지는 속도이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 후보 속도(P1)는, 제1 거리(d1)가 라인 거리(h) 이상에서 최대가 되고, 제1 거리(d1)가 라인 거리(h)보다 작아질수록 느려진다. 마찬가지로, 제2 후보 속도(P2)는 제2 거리(d2)에 따라 획일적으로 정해지는 속도이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 제2 후보 속도(P2)는, 제2 거리(d2)가 라인 거리(h) 이상에서 최대가 되고, 제2 거리(d2)가 라인 거리(h)보다 작아질수록 느려진다. 후보 속도 취득부(262)는, 제1 후보 속도(P1) 및 제2 후보 속도(P2)를 조정 속도 취득부(264)와 제한 속도 선택부(265)에 출력한다. 그리고, 도 9에서는, 제1 설계면(451)에 가까워지는 방향이 음의 방향이며, 도 10에서는, 제2 설계면(452)에 가까워지는 방향이 음의 방향이다. 본 실시예에 있어서, 제1 후보 속도(P1)는 제2 후보 속도(P2)보다 느리다.

상대 속도 취득부(263)는, 조작 장치(25)로부터 취득하는 붐 조작 신호(M1), 암 조작 신호(M2) 및 버킷 조작 신호(M3)에 기초하여, 날 끝(8a)의 속도(Q)를 산출한다. 또한, 상대 속도 취득부(263)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 속도(Q)에 기초하여, 날 끝(8a)의 제1 설계면(451)에 대한 제1 상대 속도(Q1)를 취득한다. 상대 속도 취득부(263)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 속도(Q)에 기초하여, 날 끝(8a)의 제2 설계면(452)에 대한 제2 상대 속도(Q2)를 취득한다. 상대 속도 취득부(263)는 제1 상대 속도(Q1)와 제2 상대 속도(Q2)를 조정 속도 취득부(264)에 출력한다.

조정 속도 취득부(264)는, 후보 속도 취득부(262)로부터 제1 후보 속도(P1)를 취득하는 동시에, 상대 속도 취득부(263)로부터 제1 상대 속도(Q1)를 취득한다. 조정 속도 취득부(264)는 제1 상대 속도(Q1)를 제1 후보 속도(P1)로 제한하기 위해 필요한 붐 실린더(10)의 신축(伸縮) 속도의 제1 조정 속도(S1)를 취득한다.

여기서, 도 11은 제1 조정 속도(S1)의 취득 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 제1 상대 속도(Q1)를 제1 후보 속도(P1)로 억제하기 위해서는, 제1 상대 속도(Q1)를 제1 차분(R1)(=Q1-P1)만큼 줄일 필요가 있다. 한편, 붐 핀(13)을 중심으로 하는 붐(6)의 회전 속도의 감속에만 의해, 제1 상대 속도(Q1)를 제1 차분(R1)이 없어지도록, 붐(6)의 속도를 조정할 필요가 있다. 이로써, 제1 차분(R1)에 기초한 제1 조정 속도(S1)를 취득할 수 있다.

또한, 조정 속도 취득부(264)는, 후보 속도 취득부(262)로부터 제2 후보 속도(P2)를 취득하는 동시에, 상대 속도 취득부(263)로부터 제2 상대 속도(Q2)를 취득한다. 조정 속도 취득부(264)는 제2 상대 속도(Q2)를 제2 후보 속도(P2)로 제한하기 위해 필요한 붐 실린더(10)의 신축 속도의 제2 조정 속도(S2)를 취득한다.

여기서, 도 12는 제2 조정 속도(S2)의 취득 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 제2 상대 속도(Q2)를 제2 후보 속도(P2)로 억제하기 위해서는, 제2 상대 속도(Q2)를 제2 차분(R2)(=Q2-P2)만큼 줄일 필요가 있다. 한편, 붐 핀(13)을 중심으로 하는 붐(6)의 회전 속도의 감속에만 의해, 제2 상대 속도(Q2)를 제2 차분(R2)이 없어지도록, 붐(6)의 속도를 조정할 필요가 있다. 이로써, 제2 차분(R2)에 기초한 제2 조정 속도(S2)를 취득할 수 있다.

본 실시예에서는, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 차분(R1)이 제2 차분(R2)과 동등함에도 불구하고, 제1 조정 속도(S1)가 제2 조정 속도(S2)보다 커져 있다. 이것은, 붐 핀(13)을 중심으로 하는 붐(6)의 회전 속도를 변경함으로써 날 끝(8a)의 속도(Q)를 조정하려고 하는 경우, 기준선(AX)[붐 핀(13)과 날 끝(8a)을 연결하는 선]에 가까운 방향을 가지는 속도 벡터일수록 붐(6)의 회전 속도의 변경에 의한 영향을 쉽게 받지 않기 때문이다. 즉, 본 실시예에서는, 제1 상대 속도(Q1)는 제2 상대 속도(Q2)에 비하여, 붐(6)의 회전 속도의 변경에 의한 조정이 곤란하다.

제한 속도 선택부(265)는 후보 속도 취득부(262)로부터 제1 후보 속도(P1) 및 제2 후보 속도(P2)를 취득하는 동시에, 조정 속도 취득부(264)로부터 제1 조정 속도(S1) 및 제2 조정 속도(S2)를 취득한다. 제한 속도 선택부(265)는, 제1 조정 속도(S1) 및 제2 조정 속도(S2)에 기초하여, 제1 후보 속도(P1) 및 제2 후보 속도(P2) 중 어느 한쪽을 제한 속도(U)로서 선택한다. 구체적으로, 제한 속도 선택부(265)는, 제1 조정 속도(S1)가 제2 조정 속도(S2)보다 큰 경우에 제1 후보 속도(P1)를 제한 속도(U)로서 선택한다. 한편, 제한 속도 선택부(265)는, 제2 조정 속도(S2)가 제1 조정 속도(S1)보다 큰 경우에 제2 후보 속도(P2)를 제한 속도(U)로서 선택한다. 본 실시예에서는, 제1 조정 속도(S1)가 제2 조정 속도(S2)보다 크기 때문에, 제한 속도 선택부(265)는 제1 후보 속도(P1)를 제한 속도(U)로서 선택한다.

유압 실린더 제어부(266)는, 제한 속도(U)로서 선택된 후보 속도(P)에 관련된 설계면(45)에 대한 날 끝(8a)의 상대 속도(Q)를 제한 속도(U)로 제한한다. 본 실시예에서는, 붐(6)의 회전 속도의 감속에만 의해 제1 상대 속도(Q1)를 제1 후보 속도(P1)로 억제하기 위하여, 유압 실린더 제어부(266)는, 붐 조작 신호(M1)를 보정하고, 보정 후의 붐 조작 신호(M1)를 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 한편, 작업기 컨트롤러(26)는 암 조작 신호(M2) 및 버킷 조작 신호(M3)를 보정하지 않고 비례 제어 밸브(27)에 출력한다.

이로써, 비례 제어 밸브(27)를 통하여 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)에 공급되는 작동유의 유량이 제어되어, 날 끝(8a)의 상대 속도(Q)를 제어한다. 본 실시예에서는, 제1 후보 속도(P1)가 제한 속도(U)로서 선택되므로, 유압 실린더 제어부(266)는 날 끝(8a)의 제1 상대 속도(Q1)를 제1 후보 속도(P1)로 제한한다.

《굴삭 제어 시스템(200)의 동작》

도 13은 굴삭 제어 시스템(200)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

단계 S10에서, 굴삭 제어 시스템(200)은 설계 지형 데이터 및 유압 셔블(100)의 현재 위치 데이터를 취득한다.

단계 S20에서, 굴삭 제어 시스템(200)은 붐 실린더 길이(N1), 암 실린더 길이(N2) 및 버킷 실린더 길이(N3)를 취득한다.

단계 S30에서, 굴삭 제어 시스템(200)은 설계 지형 데이터, 현재 위치 데이터, 붐 실린더 길이(N1), 암 실린더 길이(N2) 및 버킷 실린더 길이(N3)에 기초하여, 제1 거리(d1) 및 제2 거리(d2)를 산출한다(도 7, 도 8 참조).

단계 S40에서, 굴삭 제어 시스템(200)은 제1 거리(d1)에 따른 제1 후보 속도(P1)와 제2 거리(d2)에 따른 제2 후보 속도(P2)를 취득한다(도 9, 도 10 참조).

단계 S50에서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 붐 조작 신호(M1), 암 조작 신호(M2) 및 버킷 조작 신호(M3)에 기초하여, 날 끝(8a)의 속도(Q)를 산출한다(도 7, 도 8 참조).

단계 S60에서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 속도(Q)에 기초하여, 제1 상대 속도(Q1)와 제2 상대 속도(Q2)를 취득한다(도 7, 도 8 참조).

단계 S70에서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 제1 상대 속도(Q1)를 제1 후보 속도(P1)로 제한하기 위해 필요한 붐 실린더(10)의 신축 속도의 제1 조정 속도(S1)를 취득한다(도 11 참조).

단계 S80에서, 굴삭 제어 시스템(200)은 제2 상대 속도(Q2)를 제2 후보 속도(P2)로 제한하기 위해 필요한 붐 실린더(10)의 신축 속도의 제2 조정 속도(S2)를 취득한다(도 12 참조).

단계 S90에서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 제1 조정 속도(S1)와 제2 조정 속도(S2)에 기초하여, 제1 후보 속도(P1) 및 제2 후보 속도(P2) 중 어느 한쪽을 제한 속도(U)로서 선택한다. 굴삭 제어 시스템(200)은 제1 조정 속도(S1)와 제2 조정 속도(S2) 중 큰 쪽에 관련된 후보 속도(P)를 제한 속도(U)로서 선택한다.

단계 S100에서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 제한 속도(U)로서 선택된 후보 속도(P)에 관련된 설계면(45)에 대한 날 끝(8a)의 상대 속도(Q)를 제한 속도(U)로 제한한다.

《작용 및 효과》

(1) 본 실시예에 따른 굴삭 제어 시스템(200)은, 제1 상대 속도(Q1)를 제1 후보 속도(P1)로 제한하기 위해 필요한 붐 실린더(10)의 신축 속도의 제1 조정 속도(S1)와, 제2 상대 속도(Q2)를 제2 후보 속도(P2)로 제한하기 위해 필요한 붐 실린더(10)의 신축 속도의 제2 조정 속도(S2)를 취득한다. 굴삭 제어 시스템(200)은, 제1 조정 속도(S1)와 제2 조정 속도(S2) 중 큰 쪽에 관련된 후보 속도(P)를 제한 속도(U)로서 선택한다.

이와 같이, 제1 설계면(451)과 제2 설계면(452)이 존재하는 경우의 굴삭 제어에 있어서, 붐 실린더(10)의 신축 속도의 조정 속도(S)에 기초하여, 날 끝(8a)의 속도 제한이 실행된다. 그러므로, 제1 설계면(451)과 제2 설계면(452) 중, 붐 실린더(10)의 신축 속도의 조정 속도(S)가 큰 쪽을 기준으로 하여, 속도 제한을 실행할 수 있다.

여기서, 조정 속도(S)가 작은 설계면(45)을 기준으로 하여 속도 제한한 후에, 조정 속도(S)가 큰 설계면(45)을 기준으로 하여 속도 제한하면, 붐 실린더(10)의 신축 속도의 조정이 지연되는 경우가 있다. 이 경우, 날 끝(8a)이 설계면(45)을 넘으면 설계면 대로의 굴삭을 실시할 수 없고, 또한, 붐 실린더(10)를 무리하게 조정하려고 하면 급한 구동에 의한 충격이 발생하므로, 적절한 굴삭 제어를 실행할 수 없다.

한편, 본 실시예에 따른 굴삭 제어 시스템(200)에 의하면, 전술한 바와 같이, 조정 속도(S)가 큰 설계면(45)을 기준으로 하여 속도 제한이 실행되므로, 붐 실린더(10)의 조정에 여유를 갖게 할 수 있다. 그러므로, 날 끝(8a)이 설계면(45)을 넘는 것, 및 급한 구동에 의해 충격이 발생하는 것을 억제할 수 있으므로, 적절한 굴삭 제어를 실행할 수 있다.

(2) 본 실시예에 따른 굴삭 제어 시스템(200)은 붐 실린더(10)의 신축 속도의 조정에 의해 속도 제한을 실행한다.

그러므로, 오퍼레이터 조작에 따른 조작 신호 중 붐 조작 신호(M1)만의 보정에 의해 속도 제한이 실행된다. 즉, 붐(6), 암(7) 및 버킷(8) 중 오퍼레이터의 조작대로 구동하지 않는 것은 붐(6) 뿐이다. 따라서, 붐(6), 암(7) 및 버킷(8) 중 2개 이상의 피구동 부재의 신축 속도를 조정하는 경우와 비교하여, 오퍼레이터의 조작감이 손상되는 것을 억제할 수 있다.

《그 외의 실시예》

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

(A) 상기 실시예에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 제1 조정 속도(S1) 및 제2 조정 속도(S2)에 기초하여, 제1 후보 속도(P1) 및 제2 후보 속도(P2) 중 어느 한쪽을 제한 속도(U)로서 선택하는 것으로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 굴삭 제어 시스템(200)은, 제1 설계면(451)과 버킷(8)과의 상대 관계 및 제2 설계면(452)과 버킷(8)과의 상대 관계에 기초하여, 제한 속도(U)로서 선택하면 된다. 예를 들면, 굴삭 제어 시스템(200)은, 제1 거리(d1) 및 제2 거리(d2)에 기초하여, 제한 속도(U)로서 선택할 수 있다. 이 경우, 제1 거리(d1)가 제2 거리(d2)보다 작은 경우에 제1 후보 속도(P1)을 제한 속도(U)로서 선택하고, 제1 거리(d1)가 제2 거리(d2)보다 작은 경우에 제2 후보 속도(P2)를 제한 속도(U)로서 선택하면 된다.

(B) 상기 실시예에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 복수의 설계면(45) 중 제1 설계면(451) 및 제2 설계면(452), 이 2개의 설계면에 대하여 굴삭 제어를 실행하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 굴삭 제어 시스템(200)은, 3개 이상의 설계면(45)에 대하여 굴삭 제어를 실행해도 된다. 이 경우, 굴삭 제어 시스템(200)은, 모든 설계면(45)에 대한 조정 속도(S)를 비교하여, 제한 속도(U)를 선택하면 된다.

(C) 상기 실시예에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 붐(6)의 회전 속도의 감속에만 의해 상대 속도를 제한 속도로 억제하는 것으로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 굴삭 제어 시스템(200)은, 붐(6)의 회전 속도에 더하여, 암(7) 및 버킷(8) 중 적어도 1개의 회전 속도를 조정해도 된다. 이로써, 설계면(45)에 평행한 방향에서의 버킷(8)의 속도가 속도 제한으로 저하되는 것을 억제할 수 있으므로, 오퍼레이터의 조작감이 손상되는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 이 경우에는, 붐(6), 암(7) 및 버킷(8) 각각의 조정 속도의 합(총계)을 조정 속도(S)로서 산출하면 된다.

(D) 상기 실시예에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 조작 장치(25)로부터 취득하는 조작 신호(M)에 기초하여, 날 끝(8a)의 속도(Q)를 산출하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 굴삭 제어 시스템(200)은, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)로부터 취득되는 각 실린더 길이(N1∼N3)의 시간당 변화량에 기초하여, 속도(Q)를 산출할 수 있다. 이 경우, 조작 신호(M)에 기초하여 속도(Q)를 산출하는 경우와 비교하여, 양호한 정밀도로 속도(Q)를 산출할 수 있다.

(E) 상기 실시예에 있어서, 굴삭 제어 시스템(200)은, 버킷(8) 중 날 끝(8a)의 속도에 주목하여 속도 제한을 실행하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 굴삭 제어 시스템(200)은, 버킷(8) 중 바닥면의 속도에 주목하여 속도 제한을 실행해도 된다.

(F) 상기 실시예에 있어서, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 후보 속도와 거리는 선형적인 관계에 있는 것으로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 후보 속도와 거리와의 관계는 적절히 설정할 수 있고, 선형적이지 않아도 되고, 원점을 지나지 않아도 된다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은 복수의 설계면에 대하여 적절히 굴삭 제어를 실행 가능한 작업기 제어 시스템을 제공할 수 있으므로, 건설 기계 분야에 유용하다.

1: 차량 본체, 2: 작업기, 3: 상부 선회체, 4: 운전실, 5: 주행 장치, 5a, 5b: 크롤러 벨트, 6: 붐, 7: 암, 8: 버킷, 8a: 날 끝, 10: 붐 실린더, 11: 암 실린더, 12: 버킷 실린더, 13: 붐 핀, 14: 암 핀, 15: 버킷 핀, 16: 제1 스트로크 센서, 17: 제2 스트로크 센서, 18: 제3 스트로크 센서, 19: 위치 검출부, 21: 제1 GNSS 안테나, 22: 제2 GNSS 안테나, 23: 3차원 위치 센서, 24: 경사각 센서, 25: 조작 장치, 26: 작업기 컨트롤러, 261: 상대 거리 취득부, 262: 후보 속도 취득부, 263: 상대 속도 취득부, 264: 조정 속도 취득부, 265: 제한 속도 선택부, 266: 유압 실린더 제어부, 27: 비례 제어 밸브, 28: 표시 컨트롤러, 29: 표시부, 31: 붐 조작 기구, 32: 암 조작 기구, 33: 버킷 조작 기구, 45: 설계면, 451: 제1 설계면, 452: 제2 설계면, 100: 유압 셔블, 200: 굴삭 제어 시스템, C: 속도 제한 개입 라인, h: 라인 거리

Claims

버킷을 포함하는 복수의 피구동 부재에 의해 구성되어 있고, 차량 본체에 회전 가능하게 지지되는 작업기;
상기 복수의 피구동 부재 각각을 구동시키는 복수의 유압 실린더;
굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 제1 설계면과 상기 버킷과의 제1 거리에 따른 제1 후보 속도와, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내고 상기 제1 설계면과는 상이한 제2 설계면과 상기 버킷과의 제2 거리에 따른 제2 후보 속도를 취득하는 후보 속도 취득부;
상기 제1 설계면과 상기 버킷과의 상대 관계 및 상기 제2 설계면과 상기 버킷과의 상대 관계에 기초하여, 상기 제1 후보 속도 및 상기 제2 후보 속도 중 어느 한쪽을 제한 속도로서 선택하는 제한 속도 선택부; 및
상기 제1 설계면 및 상기 제2 설계면 중 상기 제한 속도에 관련된 설계면에 대한 상기 버킷의 상대 속도를 상기 제한 속도로 제한하는 유압 실린더 제어부
를 포함하는 굴삭 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 후보 속도는, 상기 제1 거리가 작을수록 느리고,
상기 제2 후보 속도는, 상기 제2 거리가 작을수록 느린, 굴삭 제어 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 설계면에 대한 상기 버킷의 제1 상대 속도와, 상기 제2 설계면에 대한 상기 버킷의 제2 상대 속도를 취득하는 상대 속도 취득부를 포함하고,
상기 제한 속도 선택부는, 상기 제1 상대 속도와 상기 제1 후보 속도와의 상대 관계 및 상기 제2 상대 속도와 상기 제2 후보 속도와의 상대 관계에 기초하여, 상기 제한 속도를 선택하는, 굴삭 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 상대 속도를 상기 제1 후보 속도로 제한하기 위해 필요한 상기 복수의 유압 실린더 각각에서의 신축 속도의 목표 속도에 대응하는 제1 조정 속도와, 상기 제2 상대 속도를 상기 제2 후보 속도로 제한하기 위해 필요한 상기 복수의 유압 실린더 각각에서의 신축 속도의 목표 속도에 대응하는 제2 조정 속도를 취득하는 조정 속도 취득부를 포함하고,
상기 제한 속도 선택부는, 상기 제1 조정 속도가 상기 제2 조정 속도보다 큰 경우에 상기 제1 후보 속도를 상기 제한 속도로서 선택하고, 상기 제2 조정 속도가 상기 제1 조정 속도보다 큰 경우에 상기 제2 후보 속도를 상기 제한 속도로서 선택하는, 굴삭 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 복수의 피구동 부재는, 상기 차량 본체에 회전 가능하게 장착되는 붐을 포함하고,
상기 복수의 유압 실린더는, 상기 붐을 구동시키는 붐 실린더를 포함하고 있고,
상기 제1 조정 속도 및 상기 제2 조정 속도 각각은, 상기 붐 실린더의 신축 속도의 조정 속도와 일치하는, 굴삭 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 복수의 피구동 부재는, 상기 차량 본체에 회전 가능하게 장착되는 붐과, 상기 붐과 상기 버킷에 연결되는 암을 포함하고,
상기 복수의 유압 실린더는, 상기 붐을 구동시키는 붐 실린더와, 상기 암을 구동시키는 암 실린더를 포함하고 있고,
상기 제1 조정 속도 및 상기 제2 조정 속도 각각은, 상기 붐 실린더 및 상기 암 실린더 각각에서의 신축 속도의 목표 속도와 일치하는, 굴삭 제어 시스템.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작업기를 구동시키는 오퍼레이터 조작을 받아들이고, 상기 오퍼레이터 조작에 따라 조작 신호를 출력하는 조작 기구를 포함하고,
상기 상대 속도 취득부는, 상기 조작 신호에 기초하여, 상기 제1 상대 속도 및 상기 제2 상대 속도를 취득하는, 굴삭 제어 시스템.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상대 속도 취득부는, 상기 복수의 유압 실린더 각각의 신축 속도의 총계에 기초하여, 상기 제1 상대 속도 및 상기 제2 상대 속도를 취득하는, 굴삭 제어 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제한 속도 선택부는, 상기 제1 거리 및 상기 제2 거리에 기초하여, 상기 제한 속도를 선택하는, 굴삭 제어 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제한 속도 선택부는, 상기 제1 거리가 상기 제2 거리보다 작은 경우에 상기 제1 후보 속도를 상기 제한 속도로서 선택하고, 상기 제2 거리가 상기 제1 거리보다 작은 경우에 상기 제2 후보 속도를 상기 제한 속도로서 선택하는, 굴삭 제어 시스템.
차량 본체; 및
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 굴삭 제어 시스템
을 포함하는 건설 기계.