KR20150013903A

KR20150013903A - 유압 셔블의 굴삭 제어 시스템

Info

Publication number: KR20150013903A
Application number: KR1020147036354A
Authority: KR
Inventors: 아키노리 바바; 데쓰야 나카야마; 마사시 이치하라
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-02-05
Also published as: JP5603520B1; JPWO2014061790A1; KR101516693B1; WO2014061790A1; US9411325B2; DE112013000272B4; DE112013000272T5; JP5815819B2; CN103917717A; CN103917717B; JP2015007370A; US20140297040A1

Abstract

굴삭 제어 시스템(200)은, 글로벌 좌표 연산기(23)과, 예측 보정부(261)와, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)와, 설계 지형 데이터 생성부(283)를 구비한다. 글로벌 좌표 연산기(23)는, 선회체(3)가 향하고 있는 방위를 나타내는 선회체 방위 데이터 Q를 생성한다. 예측 보정부(261)는, 선회체(3)의 선회각 속도 ω를 나타내는 선회각 속도 데이터 Dω와 지연 시간 t에 기초하여 선회체 방위 데이터 Q를 예측 보정함으로써, 보정 선회체 방위 데이터 R을 생성한다. 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 기준 위치 데이터 P1과 선회체 방위 데이터 Q와 보정 선회체 방위 데이터 R에 기초하여, 버킷 날끝(8a)의 위치를 나타내는 버킷 날끝 위치 데이터 S를 생성한다. 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 버킷 날끝 위치 데이터 S 및 입체 설계 지형 데이터 T에 기초하여, 설계 지형 데이터 U를 생성한다. 지연 시간 t에는, 버킷 날끝 위치 데이터 S 및 입체 설계 지형 데이터 T의 생성에 필요한 시간이 포함되어 있다.

Description

유압 셔블의 굴삭 제어 시스템{EXCAVATION CONTROL SYSTEM FOR HYDRAULIC SHOVEL}

본 발명은, 유압 셔블(hydraulic shovel)에서의 굴삭 제어 시스템에 관한 것이다.

종래, 주행체와, 주행체 상에 있어서 선회(旋回) 가능하게 설치되는 선회체와, 선회체 상에 설치되는 작업기를 구비하는 건설 기계에 있어서, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형에 따라 작업기의 버킷(bucket)을 이동시키는 영역 제한 굴삭 제어가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

또한, 설계도의 전자 데이터로부터 산출되는 목표 작업면과, GPS 안테나 장치에서 수신하는 위치 정보로부터 산출되는 버킷의 위치에 기초하여 설계 지형을 결정하는 방법도 알려져 있다(특허 문헌 2 참조).

국제 공개 WO95/30059호 일본 공개특허 제2006―265954호 공보

그러나, 특허 문헌 2의 방법에서는, GPS 안테나 장치에 있어서의 위치 정보의 수신으로부터 설계 지형의 결정까지의 처리에 관한 지연 시간이 존재하므로, 설계 지형을 취득하면서 굴삭 작업을 행하는 경우에는, 지연 시간 경과 전의 설계 지형을 취득하면서 굴삭하게 된다. 따라서, 예를 들면, 선회체가 선회하고 있는 경우나 차체가 상하 요동하고 있는 경우에는, 이동 전의 작업기의 위치에 대응하는 설계 지형이 취득되게 된다.

본 발명은, 전술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 작업기의 현재 위치에 대응한 설계 지형을 취득 가능한 유압 셔블의 굴삭 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 태양에 관한 굴삭 제어 시스템은, 주행체와 소정의 선회축(旋回軸)을 중심으로 하여 선회 가능하게 주행체 상에 배치되는 선회체와 선회체에 장착되는 작업기를 가지는 유압 셔블의 굴삭 제어 시스템이다. 제1 태양에 관한 굴삭 제어 시스템은, 제1 데이터 생성부와, 예측 보정부와, 제2 데이터 생성부와, 제3 데이터 생성부와, 굴삭 제한 제어부를 구비한다. 제1 데이터 생성부는, 선회체의 배치를 나타내는 선회체 배치 데이터를 생성한다. 예측 보정부는, 선회체의 동작을 나타내는 동작 데이터에 기초하여 선회체 배치 데이터를 예측 보정함으로써, 보정 선회체 배치 데이터를 생성한다. 제2 데이터 생성부는, 선회체 배치 데이터와 보정 선회체 배치 데이터에 기초하여, 작업기의 위치를 나타내는 작업기 위치 데이터를 생성한다. 제3 데이터 생성부는, 작업기 위치 데이터에 기초하여, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형 데이터를 생성한다. 굴삭 제한 제어부는, 작업기 위치 데이터와 설계 지형 데이터에 기초하여, 설계 지형에 대한 거리에 따라 작업기가 설계 지형에 가까워지는 속도를 제한한다. 예측 보정부는, 제2 데이터 생성부에 의한 작업기 위치 데이터의 생성 및 제3 데이터 생성부에 의한 설계 지형 데이터의 생성에 필요한 시간을 포함하는 지연 시간과 동작 데이터에 기초하여 선회체 배치 데이터를 예측 보정함으로써 보정 선회체 배치 데이터를 생성한다.

본 발명의 제1 태양에 관한 굴삭 제어 시스템에 의하면, 예측 보정부는, 선회체의 동작에 기초하여, 설계 지형 데이터의 생성 시점에서의 선회체의 배치 위치를 예측할 수 있다. 그러므로, 제2 데이터 생성부는, 지연 시간 경과 시점에서의 작업기의 위치를 예측할 수 있다. 그 결과, 제3 데이터 생성부는, 설계 지형 데이터의 생성 시점에서의 작업기의 위치에 대응한 설계 지형을 취득할 수 있다.

본 발명의 제2 태양에 관한 굴삭 제어 시스템은, 제1 태양에 관한 것이며, 예측 보정부는, 소정의 선회축을 중심으로 하는 선회체의 선회각 속도를 나타내는 선회각 속도 데이터를 제1 주기에서 취득하고, 선회각 속도 데이터가 나타내는 선회각 속도와 지연 시간과의 곱셈값에 기초하여, 선회체 배치 데이터를 예측 보정한다.

본 발명의 제3 태양에 관한 굴삭 제어 시스템은, 제2 태양에 관한 것이며, 제1 데이터 생성부는, 선회체 상에 설치되는 복수의 기준부의 위치를 나타내는 복수의 기준 위치 데이터를 제2 주기에서 취득하여, 복수의 기준 위치 데이터에 기초하여 선회체가 향하고 있는 방위를 나타내는 선회체 방위 데이터를 생성한다. 예측 보정부는, 선회체 방위 데이터를 적어도 1회 취득한다.

본 발명의 제4 태양에 관한 굴삭 제어 시스템은, 제3 태양에 관한 것이며, 제1 주기는, 제2 주기보다 짧고, 예측 보정부는, 선회체 방위 데이터를 제2 주기에서 취득한다.

본 발명의 제4 태양에 관한 굴삭 제어 시스템에 의하면, 예측 보정부는, 정기적으로 취득되는 선회체 배치 데이터를 사용하여 보정 선회체 배치 데이터를 생성할 수 있다. 따라서, 선회체의 동작 데이터를 생성하는 기기(機器)에 열드리프트가 발생해도, 제2 주기마다 갱신되는 선회체 배치 데이터를 기준으로 하는 선회체의 배치를 파악할 수 있다. 따라서, 선회체의 배치를 나타내는 보정 선회체 배치 데이터를 지속하여 생성할 수 있다.

본 발명의 제5 태양에 관한 굴삭 제어 시스템은, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 태양에 관한 것이며, 제2 데이터 생성부는, 선회체 배치 데이터에 기초하여, 소정의 선회축을 지나는 유압 셔블의 선회 중심의 위치를 나타내는 선회 중심 위치 데이터를 생성하고, 선회 중심 위치 데이터와 보정 선회체 방위 데이터에 기초하여, 작업기 위치 데이터를 생성한다.

본 발명의 제6 태양에 관한 굴삭 제어 시스템은, 제1 내지 제5 중 어느 하나의 태양에 관한 것이며, 예측 보정부는, 선회체의 전후 방향 및 좌우 방향에 대한 경사각을 나타내는 경사각을 예측 보정함으로써 예측 경사각을 산출하고, 제2 데이터 생성부는, 예측 경사각과 선회체 배치 데이터와 보정 선회체 방위 데이터에 기초하여 작업기 위치 데이터를 생성한다.

본 발명의 제6 태양에 관한 굴삭 제어 시스템에 의하면, 유압 셔블이 경사면에서 선회하면서 작업하고 있는 경우에도, 설계 지형 데이터의 생성 시점에서의 선회체의 피치각과 롤각을 예측할 수 있다. 따라서, 작업기의 현재 위치에 대응한 설계 지형을 취득할 수 있다.

본 발명에 의하면, 굴삭 대상이 되는 작업기의 현재 위치에 대응한 설계 지형을 취득 가능한 유압 셔블의 굴삭 제어 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은, 유압 셔블의 사시도이다.
도 2a는 유압 셔블의 구성을 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 2b는 유압 셔블의 구성을 모식적으로 나타낸 배면도이다.
도 3은 굴삭 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 작업기 컨트롤러 및 표시 컨트롤러의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5a는 경사면에 위치하는 유압 셔블에서의 선회체의 경사각에 대하여 설명하기 위한 측면도이다.
도 5b는 경사면에 위치하는 유압 셔블에서의 선회체의 경사각에 대하여 설명하기 위한 측면도이다.
도 6은 예측 보정부가 보정 선회체 방위 데이터를 갱신하는 처리를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 7은 선회체의 동작에 맞추어 예측 보정부의 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 설계 지형의 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 굴삭 제한 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제한 속도와 수직 거리와의 관계를 나타내는 그래프이다.

[유압 셔블(100)의 전체 구성]

도 1은, 실시형태에 관한 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)(도 3 참조)이 탑재되어 있다. 굴삭 제어 시스템(200)의 구성 및 동작에 대해서는 후술한다.

차량 본체(1)는, 선회체(3)와 운전실(4)과 주행 장치(5)를 가진다. 선회체(3)는, 주행 장치(5) 상에 배치된다. 선회체(3)는, 상하 방향을 따른 선회축 AX를 중심으로 하여 선회 가능하다. 선회체(3)는, 도시하지 않은 엔진이나 유압 펌프 등을 수용한다. 선회체(3)의 후단부에는 카운터 웨이트(counter weight)가 배치되고, 카운터 웨이트 상에는, 제1 GNSS 안테나(21) 및 제2 GNSS 안테나(22)(복수의 기준부의 일례)가 배치되어 있다. 제1 GNSS 안테나(21) 및 제2 GNSS 안테나(22)는, RTK―GNSS(Real Time Kinematic―Global Navigation Satellite Systems, GNSS는 전지구 항법 위성 시스템을 말함)용의 안테나이다. 선회체(3)에 구비되는 운전실(4)은, 선회체(3)의 앞부분 상에 탑재되어 있다. 운전실(4) 내에는, 운전석이나 각종 조작 장치가 배치된다. 주행 장치(5)는 한 쌍의 크롤러 트랙(crawler track)(5a, 5b)을 가지고 있고, 한 쌍의 크롤러 트랙(5a, 5b) 각각의 회전에 의해 유압 셔블(100)은 주행한다. 본 실시형태에 있어서 명시하지 않는 한, 전후좌우는 운전석을 기준으로 하여 설명한다. 운전석이 정면으로 정대(正對; confrontation)하는 방향을 전방향이라고 하고, 전방향에 대향하는 방향을 후방향이라고 한다. 운전석이 정면에 정대했을 때 측방 방향의 우측, 좌측을 각각 우측 방향, 좌측 방향이라고 한다.

작업기(2)는, 선회체(3) 상에 있어서 상하 요동(搖動) 가능하게 장착된다. 작업기(2)는, 붐(boom)(6)과, 암(arm)(7)과, 버킷(8)과, 붐 실린더(10)와, 암 실린더(11)와, 버킷 실린더(12)를 가진다. 붐(6)의 기단부(基端部)는, 붐 핀(13)을 통하여 선회체(3)의 전단부(前端部)에 요동 가능하게 장착된다. 암(7)의 기단부는, 암 핀(14)을 통하여 붐(6)의 선단부에 요동 가능하게 장착된다. 버킷(8)은, 버킷 핀(15)을 통하여 암(7)의 선단부에 요동 가능하게 장착된다. 또한, 붐 실린더(10)과 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)의 각각은, 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 측면도이며, 도 2b는 유압 셔블(100)의 배면도이다. 도 2a에 나타낸 바와 같이, 붐(6)의 길이, 즉 붐 핀(13)으로부터 암 핀(14)까지의 길이는, L1이다. 암(7)의 길이, 즉 암 핀(14)으로부터 버킷 핀(15)까지의 길이는, L2이다. 버킷(8)의 길이, 즉 버킷 핀(15)으로부터 버킷(8)의 투스(tooth)의 선단[이하,「버킷 날끝(cutting edge)(8a)」이라고 함]까지의 길이는, L3이다.

또한, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)에는, 각각 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)가 설치되어 있다. 제1 스트로크 센서(16)는, 붐 실린더(10)의 스트로크 길이(이하, 「붐 실린더 길이 L1」이라고 함)을 검출한다. 후술하는 표시 컨트롤러(28)(도 4 참조)는, 제1 스트로크 센서(16)가 검출한 붐 실린더 길이 L1으로부터, 차량 본체(1)의 수직 방향에 대한 붐(6)의 경사각 θ1을 산출한다. 제2 스트로크 센서(17)는, 암 실린더(11)의 스트로크 길이(이하, 「암 실린더 길이 L2」라고 함)을 검출한다. 표시 컨트롤러(28)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 L2로부터, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사각 θ2을 산출한다. 제3 스트로크 센서(18)는, 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이(이하, 「버킷 실린더 길이 L3」라고 함)을 검출한다. 표시 컨트롤러(28)는, 제3 스트로크 센서(18)가 검출한 버킷 실린더 길이 L3로부터, 암(7)에 대한 버킷(8)이 가지는 버킷 날끝(8a)의 경사각 θ3을 산출한다. 붐(6), 암(7), 버킷(8)의 경사각 θ1∼3은, 스트로크 센서에 의해 계측하는 이외에, 붐(6)에 장착되어 붐(6)의 경사각을 계측하는 경사각 센서와, 암(7)에 장착되어 암(7)의 경사각을 계측하는 경사각 센서와, 버킷(8)에 장착되어 버킷(8)의 경사각을 계측하는 경사각 센서에 의해 취득할 수 있다.

차량 본체(1)에는, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 위치 검출부(19)가 구비되어 있다. 위치 검출부(19)는, 유압 셔블(100)의 위치를 검출한다. 위치 검출부(19)는, 전술한 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)와, 글로벌 좌표 연산기(23)와, IMU(Inertial Measurement Unit)(24)를 가진다.

제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)는, 선회체(3) 상에 있어서 차폭 방향으로 이격되어 배치된다. 제1 GNSS 안테나(21)는, 자장치(自裝置; own apparatus)의 위치를 나타내는 기준 위치 데이터 P1을 측위 위성으로부터 수신한다. 제2 GNSS 안테나(22)는, 자장치의 위치를 나타내는 기준 위치 데이터 P2를 측위 위성으로부터 수신한다. 제1 GNSS 안테나(21) 및 제2 GNSS 안테나(22)는, 예를 들면, 10Hz 주기(제2 주기의 일례)로 기준 위치 데이터 P1, P2를 수신한다. 제1 GNSS 안테나(21) 및 제2 GNSS 안테나(22)는, 기준 위치 데이터 P1, P2를 수신할 때마다 글로벌 좌표 연산기(23)에 출력한다.

글로벌 좌표 연산기(23)는, 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)로부터 글로벌 좌표로 표현되는 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2(복수의 기준 위치 데이터의 일례)를 취득한다. 글로벌 좌표 연산기(23)는, 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2에 기초하여, 선회체(3)의 배치를 나타내는 "선회체 배치 데이터"를 생성한다. 본 실시형태에 있어서, "선회체 배치 데이터"에는, 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2의 한쪽을 기준 위치 데이터 P와, 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2에 기초하여 생성되는 선회체 방위 데이터 Q가 포함된다. 여기서, 선회체 방위 데이터 Q는, 제1 GNSS 안테나(21)로 제2 GNSS 안테나(22)가 취득한 기준 위치 데이터 P로부터 결정되는 직선이 글로벌 좌표의 기준 방위(예를 들면, 북쪽)에 대하여 이루는 각에 기초하여 결정된다. 선회체 방위 데이터 Q는, 선회체(3)[즉, 작업기(2)]가 향하고 있는 방위를 나타내고 있다. 글로벌 좌표 연산기(23)는, 예를 들면, 10Hz 주기에서 제1 GNSS 안테나(21) 및 제2 GNSS 안테나(22)로부터 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2를 취득할 때마다, 선회체 배치 데이터(기준 위치 데이터 P와 선회체 방위 데이터 Q)를 갱신한다.

IMU(24)는, 선회체(3)에 장착되고, 선회체(3)의 동작을 나타내는 "동작 데이터"를 검출한다. 본 실시형태에 있어서, "동작 데이터"는, 선회축 AX를 중심으로 하여 선회체(3)가 선회하는 선회각 속도 ω(도 1 참조)를 나타내는 선회각 속도 데이터 Dω이다. 또한, IMU(24)는, 차량 본체(1)의 좌우 방향에 대한 경사각 θ4(도 2b 참조)와, 차량 본체(1)의 전후 방향에 대한 경사각 θ5(도 2a 참조)를 검출한다. IMU(24)는, 예를 들면, 100Hz 주기(제1 주기의 일례)로 선회각 속도 데이터 Dω, 경사각 θ4 및 경사각 θ5를 갱신한다. IMU(24)에서의 갱신 주기는, 글로벌 좌표 연산기(23)에서의 갱신 주기보다 짧은 것이 바람직하다.

여기서, IMU(24)에서는, 센서의 온도 변화에 따라 피칭각(pitching angle) 등의 계측값이 0도로 되는 점이 변동되는, 이른바 "열드리프트(thermal drift)"라는 현상이 생기는 경우가 있다. 이 경우, IMU(24)에서는, 부정확한 선회각 속도 ω가 검출될 우려가 있다. 이 점을 고려하여, 본 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이, 글로벌 좌표 연산기(23)에 의해 주기적으로 생성되는 선회체 방위 데이터 Q가 예측 보정에 이용된다.

[굴삭 제어 시스템(200)의 구성]

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

조작 장치(25)는, 작업기(2)를 구동하는 오퍼레이터 조작을 받아들이고, 오퍼레이터 조작에 따른 조작 신호를 출력한다. 구체적으로, 조작 장치(25)는, 오퍼레이터 좌측에 설치되는 좌측 조작 레버(25L)와, 오퍼레이터 우측에 배치되는 우측 조작 레버(25R)를 가진다. 좌측 조작 레버(25L) 및 우측 조작 레버(25R)에서는, 전후좌우의 동작이 2축의 동작에 대응되어 있다. 예를 들면, 우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작은, 붐(6)의 조작에 대응되어 전후 방향의 조작에 따라 붐(6)의 인하 인상의 동작이 실행된다. 우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작은, 버킷(8)의 조작에 대응되어 좌우 방향의 조작에 따라 버킷(8)의 굴삭, 개방 동작이 실행된다. 또한, 좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작은, 선회체(3)의 선회에 대응되어 전후 방향의 조작에 따라 선회체(3)의 우측 선회 동작과 좌측 선회 동작이 실행된다. 좌측 조작 레버(25L)의 좌우 방향의 조작은, 암(7)의 조작에 대응되고, 좌우 방향의 조작에 따라 암(7)의 신장(伸長), 벤딩 동작이 실행된다.

조작 장치(25)는, 붐 조작 검출부(31)와 버킷 조작 검출부(32)를 포함한다. 붐 조작 검출부(31)는, 포텐셔미터(potentiometer) 또는 홀 IC 등을 사용함으로써, 레버 경전각(傾轉角)에 대응한 조작량을 검출한다. 붐 조작 검출부(31)는, 우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작에 따라, 오퍼레이터에 의한 붐(6)의 조작을 접수한다. 붐 조작 검출부(31)는, 우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작에 따라 붐 조작 신호 M1을 출력한다. 버킷 조작 검출부(32)는, 포텐셔미터 및 홀 IC 등을 사용함으로써, 레버 경전각에 대한 조작량을 검출한다. 버킷 조작 검출부(32)는, 우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작에 따라, 오퍼레이터에 의한 버킷(8)의 조작을 접수한다. 버킷 조작 검출부(32)는, 우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작에 따라 버킷 조작 신호 M2를 출력한다.

또한, 조작 장치(25)는, 암 조작 검출부(33)와 선회 조작 검출부(34)를 포함한다. 암 조작 검출부(33)는, 포텐셔미터 및 홀 IC 등을 사용함으로써, 레버 경전각에 대응한 조작량을 검출한다. 암 조작 검출부(33)는, 좌측 조작 레버(25L)의 좌우 방향의 조작에 따라, 오퍼레이터에 의한 암(7)의 조작을 접수한다. 암 조작 검출부(33)는, 좌측 조작 레버(25L)의 좌우 방향의 조작에 따라 암 조작 신호 M3를 출력한다. 선회 조작 검출부(34)는, 포텐셔미터 및 홀 IC 등을 사용함으로써, 레버 경전각에 대한 조작량을 검출한다. 선회 조작 검출부(34)는, 좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작에 따라, 오퍼레이터에 의한 선회체(3)의 선회 조작을 접수한다. 선회 조작 검출부(34)는, 좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작에 따라 선회 조작 신호 M4를 출력한다.

그리고, 좌측 조작 레버(25L)와 우측 조작 레버(25R)가 유압 구동 방식의 경우, 조작량의 검출을 파일럿 압력에 기초하여 검출하는 방식이라도 된다. 또한, 선회 조작 검출부(34)와 암 조작 검출부(33)를 교체해도 된다. 이 때, 좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향에서의 조작에 따라 암(7)의 신장, 벤딩 동작이 실행되고, 좌측 조작 레버(25L)의 좌우방향에서의 조작에 따라 선회체(3)의 좌우의 선회 동작이 실행된다.

작업기 컨트롤러(26)는, 선회축 AX를 중심으로 하여 선회체(3)가 선회하는 선회각 속도 ω(도 1 참조)를 나타내는 선회각 속도 데이터 Dω를 IMU(24)로부터 취득한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 글로벌 좌표 연산기(23)로부터 선회체 방위 데이터 Q(선회체 배치 데이터의 일례)를 취득한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 선회각 속도 데이터 Dω에 기초하여 선회체 방위 데이터 Q를 예측 보정함으로써 보정 선회체 방위 데이터 R(보정 선회체 배치 데이터의 일례)을 생성하고, 보정 선회체 방위 데이터 R을 표시 컨트롤러(28)에 송신한다. 작업기 컨트롤러(26)에서의 예측 보정에 대해서는 후술한다.

또한, 작업기 컨트롤러(26)는, 조작 장치(25)로부터 붐 조작 신호 M1, 버킷 조작 신호 M2, 암 조작 신호 M3 및 선회 조작 신호 M4를 취득한다. 또한, 작업기 컨트롤러(26)는, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)로부터 붐 실린더 길이 L1, 암 실린더 길이 L2 및 버킷 실린더 길이 L3(이하, 적절히 「실린더 길이 L」이라고 총칭함)을 취득한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 표시 컨트롤러(28)로부터 후술하는 설계 지형 데이터 U를 취득한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 설계 지형 데이터 U와 실린더 길이 L에 기초하여, 설계 지형에 대한 버킷 날끝(8a)의 위치를 취득한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 설계 지형에 따라 버킷 날끝(8a)이 이동하도록 조작 장치(25)로부터 입력된 조작 신호 M1∼M3을, 설계 지형과 버킷 날끝(8a)의 거리와 속도에 기초하여 조정하여 제어 신호 N을 생성하고, 제어 신호 N을 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 이로써, 작업기(2)가 설계 지형에 가까워지는 속도는, 설계 지형에 대한 거리에 따라 제한된다.

비례 제어 밸브(27)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12) 각각과 도시하지 않은 유압 펌프와의 사이에 배치된다. 비례 제어 밸브(27)는, 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호 N에 따라 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 각각에 대한 작동유 공급량을 결정하는 밸브의 개구도를 조정하면서, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12) 각각에 작동유를 공급한다.

표시 컨트롤러(28)는, 글로벌 좌표 연산기(23)로부터 선회체 배치 데이터(기준 위치 데이터 P와 선회체 방위 데이터 Q)를 취득한다. 또한, 표시 컨트롤러(28)는, 작업기 컨트롤러(26)의 후술하는 예측 보정부(261)로부터 보정 선회체 방위 데이터 R을 취득한다. 또한, 표시 컨트롤러(28)는, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)로부터 실린더 길이 L을 취득한다. 표시 컨트롤러(28)는, 기준 위치 데이터 P, 선회체 방위 데이터 Q, 보정 선회체 방위 데이터 R 및 실린더 길이 L에 기초하여, 작업기의 위치를 나타내는 "작업기 위치 데이터"를 생성한다. 본 실시형태에 있어서, 표시 컨트롤러(28)는, "작업기 위치 데이터"로서, 버킷 날끝(8a)의 3차원 위치를 나타내는 "버킷 날끝 위치 데이터 S"를 생성한다. 그리고, 표시 컨트롤러(28)는, 버킷 날끝 위치 데이터 S와, 후술하는 입체 설계 지형 데이터 T를 사용하여, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형 데이터 U를 생성한다. 또한, 표시 컨트롤러(28)는, 설계 지형 데이터 U에 기초하여 표시부(29)에 설계 지형 Ua를 표시하게 한다.

[작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)의 상세 구성]

도 4는, 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.

작업기 컨트롤러(26)는, 예측 보정부(261)와, 상대 거리 취득부(262)와, 제한 속도 결정부(263)와, 상대 속도 취득부(264)와, 굴삭 제한 제어부(265)를 가진다. 표시 컨트롤러(28)는, 입체 설계 지형 데이터 저장부(281)와, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)와, 설계 지형 데이터 생성부(283)를 가진다.

예측 보정부(261)는, 선회체(3)[즉, 작업기(2)]가 향하고 있는 방위를 나타내는 선회체 방위 데이터 Q를 글로벌 좌표 연산기(23)로부터 취득한다. 예측 보정부(261)는, 선회체(3)의 선회각 속도 ω(도 1 참조)를 나타내는 선회각 속도 데이터 Dω를 IMU(24)로부터 취득한다. 예측 보정부(261)는, 선회각 속도 데이터 Dω에 기초하여, 선회체 방위 데이터 Q를 예측 보정한다. 구체적으로, 예측 보정부(261)는, 선회각 속도 ω를 지연 시간 t로 승산함으로써, 예측 회전각 ωt을 산출한다. 지연 시간 t이란, 후술하는 버킷 날끝 위치 데이터 S 및 설계 지형 데이터 U의 생성에 걸리는 것으로 예측되는 시간이다. 본 실시형태에서는, 지연 시간 t로서, 0.4 s 정도가 상정(想定)되어 있다. 그리고, 예측 보정부(261)는, 선회체(3)가 선회체 방위 데이터 Q의 방위로부터 예측 회전각 ωt만큼 회전했을 때의 예측 방위를 나타내는 보정 선회체 방위 데이터 R을 생성한다. 보정 선회체 방위 데이터 R에 의해 나타내는 예측 방위는, 설계 지형 데이터 U의 생성 시점에서의 선회체(3)[즉, 작업기(2)]의 방위이다.

또한, 예측 보정부(261)는 선회체(3)의 좌우 방향에 대한 경사각 θ4 및 선회체(3)의 전후 방향에 대한 경사각 θ5를 IMU(24)로부터 취득한다. 예측 보정부(261)는, 보정 선회체 방위 데이터 R에 기초한 선회체(3)의 예측 방위를 산출한다. 예측 보정부(261)는 예측 방위에서의 예측 경사각 θ4', θ5'를 산출한다. 이하, 도 5a에 나타낸 바와 같이 경사각 θ6의 경사지에 있어서 유압 셔블(100)이 전방에서 작업한 후에, 도 5b에 나타낸 바와 같이 선회체(3)가 선회하여 가로 방향으로 되었을 경우를 상정하면서, 예측 경사각 θ4', θ5'에 대하여 설명한다. 선회 동작의 전후에서 선회체(3)의 전후 방향에 대한 경사각 θ5는 "θ6"으로부터 서서히 작아지게 되어 "0"으로 되는, 한쪽에서 측방 방향에 대한 경사각 θ4는 "0"으로부터 서서히 커져서 "θ6"이 된다. 따라서, 예측 보정부(261)는, 선회각 속도 ω에 기초하여, 지연 시간 t 경과 후의 예측 경사각 θ4', θ5'를 산출할 수 있다. 예측 보정부(261)는 예측 경사각 θ4', θ5'를 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)에 출력한다. 경사지 등에서 유압 셔블(100)이 작업을 행하는 경우, 선회에 따라 선회체(3)의 경사각 θ4, θ5이 변화하는 상황에 있어서도, 선회체(3)의 경사의 보정이 가능해진다.

여기서, 예측 보정부(261)의 보정 선회체 방위 데이터 R의 갱신에 대하여, 도 6 및 도 7을 참조하면서 설명한다. 도 6은, 예측 보정부(261)가 보정 선회체 방위 데이터 R을 갱신하는 처리를 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 7은, 선회체(3)의 동작에 맞추어 실행되는 예측 보정부(261)의 처리를 설명하기 위한 도면이다.

스텝 S101에 있어서, 예측 보정부(261)는, 선회체(3)가 향하고 있는 방위를 나타내는 선회체 방위 데이터 Q를, 예를 들면, 10Hz 주기(제2 주기의 일례)에 글로벌 좌표 연산기(23)로부터 취득한다.

스텝 S102에 있어서, 예측 보정부(261)는, 선회축 AX를 중심으로 하는 선회각 속도 데이터 Dω와, 선회체(3)의 전후 방향에 대한 경사각 θ4과, 선회체(3)의 좌우 방향에 대한 경사각 θ5를, 예를 들면, 100Hz 주기(제1 주기의 일례)에 IMU(24)로부터 취득한다.

스텝 S103에 있어서, 예측 보정부(261)는, 선회체 방위 데이터 Q를 취득한 것에 따라, 최신의 선회각 속도 데이터 Dω를 사용하여 선회체(3)가 ωt 선회한 후에서의 선회체(3)의 방위를 나타내는 보정 선회체 방위 데이터 R과, 선회체(3)의 전후 방향에 대한 예측 경사각 θ4'과, 선회체(3)의 좌우 방향에 대한 예측 경사각 θ5'을 갱신한다.

스텝 S104에 있어서, 예측 보정부(261)는, 갱신한 보정 선회체 방위 데이터 R, 예측 경사각 θ4', θ5'를 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)에 출력한다.

예측 보정부(261)는, 선회체 방위 데이터 Q를 취득할 때마다 스텝 S101∼S104를 반복하는 것에 의해 보정 선회체 방위 데이터 R, 예측 경사각 θ4', θ5'를 갱신한다.

이와 같이, 예측 보정부(261)는, 선회체 방위 데이터 Q보다 계측 주기가 빠른 IMU(24)에서 취득한 선회각 속도 데이터 Dω, 경사각 θ4, θ5를 사용함으로써, 선회체 방위 데이터 Q보다 고주기에서 보정 선회체 방위 데이터 R, 예측 경사각 θ4', θ5'를 생성 가능하다. 또한, 보정 선회체 방위 데이터 R, 예측 경사각 θ4', θ5'는 열드리프트의 변동을 포함할 가능성이 있는 선회각 속도 데이터 Dω, 경사각 θ4, θ5를, 글로벌 좌표 연산기(23)로부터 취득한 선회체 방위 데이터 Q에 의해 갱신할 수 있다. 이로써, 지연 시간 t에 대하여 설계 지형 데이터 U의 생성을 위한 주기와 관련된 보정 선회체 방위 데이터 R, 예측 경사각 θ4', θ5'를 송신 가능해진다.

입체 설계 지형 데이터 저장부(281)는, 작업 영역의 목표 형상(이하,「입체 설계 지형」이라고 함)을 나타내는 입체 설계 지형 데이터 T를 저장하고 있다. 입체 설계 지형 데이터 T는, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형 데이터 U를 생성하기 위해 필요로 하는 좌표 데이터나 각도 데이터를 포함하고 있다.

버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 글로벌 좌표 연산기(23)로부터 취득하는 기준 위치 데이터 P 및 선회체 방위 데이터 Q에 기초하여, 선회축 AX를 지나는 유압 셔블(100) 선회 중심의 위치를 나타내는 선회 중심 위치 데이터 X를 생성한다. 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)로부터 실시간으로 취득하는 실린더 길이 L에 기초하여, 붐(6)의 차량 본체(1)의 수직 방향에 대한 경사각 θ1과, 암(7)의 붐(6)에 대한 경사각 θ2과, 버킷(8)의 암(7)에 대한 경사각 θ3을 산출한다. 그리고, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 선회 중심 위치 데이터 X와 보정 선회체 방위 데이터 R과 작업기의 경사각 θ1∼θ3와 선회체(3)의 예측 경사각 θ4', θ5'에 기초하여, 버킷 날끝(8a)의 현재 위치를 나타내는 버킷 날끝 위치 데이터 S를 생성한다. 이와 같이, 선회 중심 위치 데이터 X를 기준으로 버킷 날끝 위치 데이터 S를 생성함으로써, 도 7의 실선으로 나타낸 유압 셔블(100)의 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)의 기준 위치 데이터 P1, P2로부터 파선(破線)으로 나타내는 유압 셔블(100)의 예측한 선회 동작 등에 따른 제1 및 제2 GNSS 안테나(21, 22)의 이동을 생성할 수 있다.

여기서, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 예를 들면, 10Hz 주기(제2 주기의 일례)로 기준 위치 데이터 P와 선회체 방위 데이터 Q를 글로벌 좌표 연산기(23)로부터 취득한다. 또한, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 예를 들면, 10Hz 주기(제2 주기의 일례)로 보정 선회체 방위 데이터 R을 예측 보정부(261)로부터 취득한다. 따라서, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 예를 들면, 10Hz 주기(제2 주기의 일례)로 버킷 날끝 위치 데이터 S를 갱신할 수 있다. 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 갱신한 버킷 날끝 위치 데이터 S를 설계 지형 데이터 생성부(283)에 출력한다.

설계 지형 데이터 생성부(283)는, 입체 설계 지형 데이터 저장부(281)에 저장된 입체 설계 지형 데이터 T와, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)로부터의 버킷 날끝 위치 데이터 S를 취득한다. 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 입체 설계 지형 데이터 T와 버킷 날끝 위치 데이터 S에 기초하여, 도 8에 나타낸 바와 같이, 선회체(3)의 전후 방향에서 규정하는 작업기(2)의 동작 평면 MP와 입체 설계 지형과의 교선 E를 설계 지형의 후보선으로서 취득한다. 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 설계 지형의 후보선에 있어서 버킷 날끝(8a)의 바로 아래 점을 설계 지형의 기준점 AP로 한다. 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 설계 지형의 기준점 AP의 전후의 단수 또는 복수의 변곡점과 그 전후의 선을 굴삭 대상이 되는 설계 지형으로서 결정한다. 그리고, 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형 데이터 U를 생성한다. 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 설계 지형 데이터 U에 기초하여 표시부(29)에 설계 지형 Ua를 표시하게 한다.

여기서, 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 예를 들면, 10Hz 주기(제2 주기의 일례)로 버킷 날끝 위치 데이터 S를 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)로부터 취득한다. 따라서, 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 예를 들면, 10Hz 주기(제2 주기의 일례)로 설계 지형 데이터 U를 갱신할 수 있다. 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 갱신한 설계 지형 데이터 U를 상대 거리 취득부(262)에 출력한다.

그리고, 본 실시형태에서는, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)에 의한 버킷 날끝 위치 데이터 S의 생성과, 설계 지형 데이터 생성부(283)에 의한 설계 지형 데이터 U의 생성에는, 병행하여 지연 시간 t이 필요한 것으로 상정되어 있다.

상대 거리 취득부(262)는, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)로부터 버킷 날끝 위치 데이터 S를 취득하고, 설계 지형 데이터 생성부(283)로부터 설계 지형 데이터 U를 취득한다. 상대 거리 취득부(262)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 버킷 날끝 위치 데이터 S 및 설계 지형 데이터 U에 기초하여, 설계 지형 Ua에 수직인 방향에서의 버킷 날끝(8a)과 설계 지형 Ua와의 거리 d를 산출한다. 그리고, 도 9에 있어서, 버킷 날끝(8a)은, 굴삭 제한 제어의 개입 라인 C의 내측에 침입하고 있고, 버킷 날끝(8a)의 거리 d는 개입 라인 C의 거리 h보다 작다.

제한 속도 결정부(263)는, 거리 d에 따른 설계 지형 Ua에 대한 수직 방향의 제한 속도 V를 취득한다. 여기서, 도 10은, 제한 속도 V와 거리 d와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 제한 속도 V는, 거리 d가 거리 h 이상에서 최대로 되고, 거리 d가 라인 거리 h보다 설계 지형 Ua에 가까울수록 작아진다. 또한, 거리 d가 "0"일 때, 제한 속도 V는 "0"으로 된다.

상대 속도 취득부(264)는, 조작 장치(25)로부터 취득하는 조작 신호 M1∼M3에 기초하여, 버킷 날끝(8a)의 속도 W를 산출한다. 또한, 상대 속도 취득부(264)는, 속도 W에 기초하여, 버킷 날끝(8a)의 설계 지형 Ua에 대한 수직 방향의 상대 속도 Wa(도 9 참조)를 취득한다. 그리고, 도 9에 있어서, 상대 속도 Wa는, 제한 속도 V보다 크다.

굴삭 제한 제어부(265)는, 버킷 날끝(8a)의 상대 속도 Wa가 제한 속도 V를 넘고 있는 경우, 작업기(2)의 제한 속도 제어를 행한다. 버킷 날끝(8a)의 상대 속도 Wa를 제한 속도 V로 억제하도록 조작 장치(25)의 조작 신호 M1∼M3을 조정함으로써, 예를 들면, 붐(7)의 속도 제한을 행하기 위한 제어 신호 N을 생성한다. 굴삭 제한 제어부(265)는, 제어 신호 N을 비례 제어 밸브(27)에 출력한다. 이로써, 버킷 날끝(8a)에 대한 굴삭 제한 제어가 실행되고, 설계 지형 Ua에 대한 버킷 날끝(8a)의 위치가 자동 조정된다.

(작용 및 효과)

(1) 본 실시형태에 관한 굴삭 제어 시스템(200)은, 글로벌 좌표 연산기(23)(제1 데이터 생성부)와, 예측 보정부(261)와, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)(제2 데이터 생성부의 일례)와, 설계 지형 데이터 생성부(283)(제3 데이터 생성부의 일례)를 구비한다. 글로벌 좌표 연산기(23)는, 선회체(3)가 향하고 있는 방위를 나타내는 선회체 방위 데이터 Q(선회체 배치 데이터의 일례)를 생성한다. 예측 보정부(261)는, 선회체(3)의 선회각 속도 ω를 나타내는 선회각 속도 데이터 Dω(동작 데이터의 일례)와 지연 시간 t에 기초하여 선회체 방위 데이터 Q를 예측 보정함으로써, 보정 선회체 방위 데이터 R(보정 선회체 배치 데이터의 일례)을 생성한다. 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 기준 위치 데이터 P1과 선회체 방위 데이터 Q와 보정 선회체 방위 데이터 R에 기초하여, 버킷 날끝(8a)의 위치를 나타내는 버킷 날끝 위치 데이터 S(작업기 위치 데이터의 일례)를 생성한다. 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 버킷 날끝 위치 데이터 S 및 입체 설계 지형 데이터 T에 기초하여, 설계 지형 데이터 U를 생성한다. 지연 시간 t에는, 버킷 날끝 위치 데이터 S 및 입체 설계 지형 데이터 T의 생성에 필요한 시간이 포함되어 있다.

이와 같이, 예측 보정부(261)는, 선회체(3)의 선회각 속도 ω에 기초하여, 입체 설계 지형 데이터 T의 생성 시점에서 선회체(3)가 향하고 있는 방위를 예측할 수 있다. 그러므로, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 지연 시간 t 경과 시점에서의 버킷 날끝(8a)의 위치를 예측할 수 있다. 그 결과, 설계 지형 데이터 생성부(283)는, 입체 설계 지형 데이터 T의 생성 시점에서의 버킷 날끝(8a)의 위치에 대응한 설계 지형 Ua를 파악할 수 있다.

(2) 예측 보정부(261)는, 선회각 속도 데이터 Dω를 예를 들면, 100Hz(제1 주기의 일례)에서 취득하고, 선회체 방위 데이터 Q를 예를 들면, 10Hz(제2 주기의 일례)에서 취득한다.

따라서, 예측 보정부(261)는, 정기적으로 취득되는 선회체 방위 데이터 Q를 사용하여, 보정 선회체 방위 데이터 R을 생성할 수 있다. 따라서, 선회각 속도 데이터 Dω를 생성하는 IMU(24)에 열드리프트가 발생해도, 예를 들면, 10Hz마다 갱신되는 선회체 방위 데이터 Q를 기준으로 하여 보정 방위를 산출할 수 있다. 따라서, 보정 방위를 나타내는 보정 선회체 방위 데이터 R을 지속하여 생성할 수 있다.

(그 외의 실시형태)

이상, 본 발명의 일실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다.

(A) 상기 실시형태에 있어서, IMU(24)는, 선회체(3)의 동작을 나타내는 "동작 데이터"로서, 선회체(3)의 선회각 속도 ω를 나타내는 선회각 속도 데이터 Dω, 경사각 θ4, θ5를 취득하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. IMU(24)는, 선회체(3)의 경사를 나타내는 경사 각도의 변화를 취득해도 된다. 선회체(3)의 경사각이란, 단위 시간당에서의 경사각 θ4, θ5(도 2a 및 도 2b 참조)의 변화량이다. 이와 같은 경사 각도의 변화를 선회각 속도 데이터 Dω 대신에 사용하는 것에 의해서도, 유압 셔블(100)이 요동한 경우에 지연 시간 t의 경과 시점에서의 버킷 날끝(8a)의 위치를 취득할 수 있으므로, 입체 설계 지형 데이터 T의 생성 시점에서의 설계 지형 Ua를 파악할 수 있다.

(B) 상기 실시형태에 있어서, 예측 보정부(261)는, IMU(24)에 의해 생성되는 선회각 속도 데이터 Dω를 취득하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예측 보정부(261)는, 선회체(3)에 설치하는 포텐셔미터에 의해 검출되는 회전 각도나 조작 장치(25)로부터 출력되는 선회 조작 신호 M4에 기초하여 선회각 속도 데이터 Dω를 취득할 수 있다. 또한, 예측 보정부(261)는, 글로벌 좌표 연산기(23)로부터 제1 GNSS 안테나(21) 및 제2 GNSS 안테나(22)의 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2를 취득하고, 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2에 기초하여 선회각 속도 데이터 Dω를 취득할 수도 있다.

(C) 상기 실시형태에 있어서, 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 기준 위치 데이터 P1과 선회체 방위 데이터 Q에 기초하여, 유압 셔블(100)의 선회 중심의 위치를 산출하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 버킷 날끝 위치 데이터 생성부(282)는, 선회체 방위 데이터 Q 대신에, 제1 GNSS 안테나(21)가 기준 위치 데이터 P1를 수신한 시점에서의 선회체(3)의 방위를 나타내는 자기(磁氣) 센서 등의 방위 센서에 의해 취득하는 데이터를 사용해도 된다.

(D) 상기 실시형태에 있어서, 예측 보정부(261)는, 예를 들면, 10Hz 주기(제2 주기의 일례)에서 선회체 방위 데이터 Q를 글로벌 좌표 연산기(23)로부터 취득하는 것으로 하였으나, IMU(24)의 열드리프트를 고려할 필요가 없는 것이면, 선회체 방위 데이터 Q를 적어도 1회 취득하면 된다. 이 경우, 예측 보정부(261)는, 취득한 선회체 방위 데이터 Q를 기준으로 선회각 속도 데이터 Dω를 수시 가하여 가는 것에 의해, 선회체(3)의 방위를 예를 들면, 100Hz 주기(제1 주기의 일례)로 갱신할 수 있다.

(E) 상기 실시형태에 있어서, 표시 컨트롤러(28)는, 작업기 위치 데이터로서 버킷 날끝 위치 데이터 S를 생성하는 것으로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 표시 컨트롤러(28)는, 버킷 날끝 위치 데이터 S 대신에, 버킷(8)의 임의의 위치를 나타내는 위치 데이터를 취득해도 된다. 또한, 표시 컨트롤러(28)는, 버킷 날끝 위치 데이터 S의 설계 지형 Ua에 대하여 가까운 임의의 위치를 나타내는 위치 데이터를 취득해도 된다. 또한, 표시 컨트롤러(28)에 의해 행해지는 입체 설계 지형 데이터 저장, 버킷 날끝 위치 데이터 생성, 설계 지형 데이터 생성은 작업기 컨트롤러(26)에 의해 행해도 된다.

(F) 상기 실시형태에 있어서, 제한 속도 V와 수직 거리 d는, 도 10에 나타낸 바와 같이 선형적인 관계인 것로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제한 속도 V와 수직 거리 d는, 비선형(非線形)적인 관계라도 되고, 또한 도 10의 그래프는 원점을 통하지 않아도 된다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명에 관한 유압 셔블의 굴삭 제어 시스템에 의하면, 굴삭 대상이 되는 설계 지형을 취득할 수 있으므로, 건설 기계 분야에 있어서 유용하다.

1…차량 본체, 2…작업기, 3…선회체, 4…운전실, 5…주행 장치, 5a, 5b…크롤러 트랙, 6…붐, 7…암, 8…버킷, 8a…버킷 날끝, 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…글로벌 좌표 연산기(제1 데이터 생성부의 일례), 24…IMU(동작 검출부의 일례), 25…조작 장치, 25L…좌측 조작 레버, 25R…우측 조작 레버, 26…작업기 컨트롤러, 261…예측 보정부, 262…상대 거리 취득부, 263…제한 속도 결정부, 264…상대 속도 취득부, 265…굴삭 제한 제어부(굴삭 제한 제어부의 일례), 27…비례 제어 밸브, 28…표시 컨트롤러, 281…입체 설계 지형 데이터 저장부, 282…버킷 날끝 위치 데이터 생성부(제2 데이터 생성부의 일례), 283…설계 지형 데이터 생성부(제3 데이터 생성부의 일례), 29…표시부, 31…붐 조작 검출부, 32…버킷 조작 검출부, 33…암 조작 검출부, 34…선회 조작 검출부, 100…유압 셔블, 200…굴삭 제어 시스템, AX…선회축, X…선회 중심 위치 데이터, P1, P2…기준 위치 데이터, Q…선회체 방위 데이터, R…보정 선회체 방위 데이터, S…버킷 날끝 위치 데이터, T…입체 설계 지형 데이터, U…설계 지형 데이터, Dω…선회각 속도 데이터, t…지연 시간, ω…선회각 속도, Ua…설계 지형

Claims

주행체; 소정의 선회축(旋回軸)을 중심으로 하여 선회 가능하게 상기 주행체 상에 배치되는 선회체; 및 상기 선회체에 장착되는 작업기;를 가지는 유압 셔블(hydraulic shovel)의 굴삭 제어 시스템으로서,
상기 선회체의 배치를 나타내는 선회체 배치 데이터를 생성하는 제1 데이터 생성부;
상기 선회체의 동작을 나타내는 동작 데이터에 기초하여 상기 선회체 배치 데이터를 예측 보정함으로써, 보정 선회체 배치 데이터를 생성하는 예측 보정부;
상기 선회체 배치 데이터와 상기 보정 선회체 배치 데이터에 기초하여, 상기 작업기의 위치를 나타내는 작업기 위치 데이터를 생성하는 제2 데이터 생성부;
상기 작업기 위치 데이터에 기초하여, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계 지형 데이터를 생성하는 제3 데이터 생성부; 및
상기 작업기 위치 데이터와 상기 설계 지형 데이터에 기초하여, 상기 설계 지형에 대한 거리에 따라 상기 작업기가 상기 설계 지형에 가까워지는 속도를 제한하는 굴삭 제한 제어부;
를 포함하고,
상기 예측 보정부는, 상기 제2 데이터 생성부에 의한 상기 작업기 위치 데이터의 생성 및 상기 제3 데이터 생성부에 의한 상기 설계 지형 데이터의 생성에 필요한 시간을 포함하는 지연 시간과 상기 동작 데이터에 기초하여 상기 선회체 배치 데이터를 예측 보정함으로써 상기 보정 선회체 배치 데이터를 생성하는,
굴삭 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 예측 보정부는, 상기 소정의 선회축을 중심으로 하는 상기 선회체의 선회각 속도를 나타내는 선회각 속도 데이터를 제1 주기에서 취득하고, 상기 선회각 속도 데이터가 나타내는 상기 선회각 속도와 상기 지연 시간과의 곱셈값에 기초하여, 상기 선회체 배치 데이터를 예측 보정하는, 굴삭 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 데이터 생성부는, 상기 선회체 상에 설치되는 복수의 기준부의 위치를 나타내는 복수의 기준 위치 데이터를 제2 주기에서 취득하여, 상기 복수의 기준 위치 데이터에 기초하여 상기 선회체가 향하고 있는 방위를 나타내는 선회체 방위 데이터를 생성하고,
상기 예측 보정부는, 상기 선회체 방위 데이터를 적어도 1회 취득하는, 굴삭 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 주기는 상기 제2 주기보다 짧고,
상기 예측 보정부는, 상기 선회체 방위 데이터를 상기 제2 주기에서 취득하는, 굴삭 제어 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 데이터 생성부는, 상기 선회체 배치 데이터에 기초하여, 상기 소정의 선회축을 지나는 상기 유압 셔블의 선회 중심의 위치를 나타내는 선회 중심 위치 데이터를 생성하고, 상기 선회 중심 위치 데이터와 상기 보정 선회체 방위 데이터에 기초하여 상기 작업기 위치 데이터를 생성하는, 굴삭 제어 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 예측 보정부는, 상기 선회체의 전후 방향 및 좌우 방향에 대한 경사각을 나타내는 경사각을 예측 보정함으로써 예측 경사각을 산출하고,
상기 제2 데이터 생성부는, 상기 예측 경사각과 상기 선회체 배치 데이터와 상기 보정 선회체 방위 데이터에 기초하여 상기 작업기 위치 데이터를 생성하는, 굴삭 제어 시스템.