KR20150114017A - Hydraulic excavator and its controlling method by using distributed actuation mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가이드를 따라 이동하는 슬라이더를 이용하여 분산구동 메커니즘을 구현한 굴삭기 및 그러한 슬라이더의 이동에 따른 변수를 제어함으로써 최적의 굴삭력을 획득하도록 하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excavator using a dispersion drive mechanism and a control method thereof, and more particularly to an excavator implementing a dispersion drive mechanism using a slider moving along a guide, Thereby obtaining the excavating force.
굴삭기는 공사 현장, 광산, 채석장 등에서 땅이나 암석 등을 파내거나 처리하는 대표적인 중장비로 작업환경에 따라 다양한 형태로 발전해왔다. 그러나, 최근 환경과 에너지 문제로 인하여 새로운 방식의 굴삭기가 요구되고 있다. Excavator is a representative heavy equipment for digging and processing earth and rock in construction sites, mines and quarries, and has been developed in various forms according to work environment. However, due to recent environmental and energy problems, new excavators are required.
산업 전반에 걸쳐 기술적으로 새로운 시도를 위해 로보틱스가 다양한 방면으로 고려되고 있다. 특히 로보틱스 기술이 적용된 자동화된 굴삭 시스템이 소개되어 그 활용에 대한 가능성을 제시하였다. 이런 굴삭기의 자동화는 작업자에 의한 수동적 제어보다 훨씬 적은 작업 시간과 향상된 작업능력을 제공한다. 굴삭기의 제어에 관한 다양한 연구들 가운데에는 굴삭기의 동역학적 모델을 제시하는 것이 있으며 임피던스 제어와 같은 제어 방법에 대해 기술한 것도 있다. 또 다른 연구에서는 굴삭기의 설계 방법에 대해 제시하여, 구조 최적화를 통해 암과 붐을 재설계함으로써 무게를 50% 경감하기도 하였다. Robotics are being considered in a variety of ways for new technological innovations throughout the industry. In particular, an automated excavation system with robotics technology has been introduced and suggested possibilities for its use. The automation of these excavators provides much less work time and improved workability than manual control by the operator. Among the various studies on the control of excavators are presented a dynamic model of the excavator and some of the control methods such as impedance control. Another study suggested a design method for excavators and redesigned the arm and boom through structural optimization to reduce the weight by 50%.
그러나, 이와 같이 선행된 많은 연구들에도 불구하고 굴삭기는 많은 부분에 있어 향상될 여지가 많다. 즉, 굴삭기의 구조와 구동 메커니즘은 최근 수십년 간 변하지 않고 있으며, 이로부터, 최적의 굴삭력을 얻기 위한 굴삭기 구조 및 구동 메커니즘의 혁신적 변화가 이루어지지 않고 있는 문제점이 있다.However, in spite of many previous studies, excavators have room for improvement in many areas. That is, the structure and drive mechanism of the excavator have not changed in recent decades, and there is a problem that the excavator structure and the drive mechanism for obtaining the optimum excavating force are not changed.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 분산구동 메커니즘을 이용한 구조 및 그 제어 방법을 굴삭기에 적용함으로써, 기존의 굴삭기에서 얻을 수 없었던 최적의 굴삭력 획득을 가능하게 하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an excavator with a structure using a dispersion drive mechanism and a control method thereof, and to obtain an optimal excavating force which can not be obtained in a conventional excavator .
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른, 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기는, 일측은 굴삭기 붐(boom) 및 붐 실린더(boom cylinder)와 연결되고, 타측은 버켓(bucket)과 연결되는 암(arm); 일측은 상기 암에 연결되고 타측은 버켓에 연결되어 버켓의 회전작용을 발생시키는 암 실린더(arm cylinder); 상기 암 내부에 구비되는, 일정 길이의 직선경로 공간인 암 가이드(arm guide); 상기 암 가이드 내에서 전후로 움직이는 암 슬라이더(arm slider); 상기 암 슬라이더 및 상기 암 실린더를 연결하는 암 실린더 커넥터; 상기 암 실린더의 타측과 상기 버켓을 연결함으로써 상기 암 실린더의 힘을 버켓에 전달하는 버켓 커넥터를 포함한다.In order to achieve the above object, an excavator using a dispersion drive mechanism according to the present invention comprises an excavator having one side connected to an excavator boom and a boom cylinder, and the other side connected to a bucket, arm); An arm cylinder connected to the arm on one side and connected to the bucket to generate a rotating action of the bucket; An arm guide which is provided in the arm and is a linear path space of a predetermined length; An arm slider moving back and forth in the arm guide; An arm cylinder connector connecting the arm slider and the arm cylinder; And a bucket connector for transmitting the force of the arm cylinder to the bucket by connecting the bucket to the other side of the arm cylinder.
상기 버켓의 회전 굴삭력을 결정하는 파라미터는, 굴삭 작업 중인 굴삭기가 취하는 특정 시점의 자세에 대하여, 그 자세를 특징짓는 자세 파라미터(parameter); 및 상기 암 슬라이더의 상기 암 가이드 내의 위치를 나타내는 값(이하 '암 슬라이더 위치 파라미터(parameter)'라 한다)을 포함하고, 상기 자세 파라미터의 측정값에 대하여, 상기 버켓 회전 굴삭력이 최적값이 되도록 하는 상기 암 슬라이더 위치 파라미터 값을 산출하여, 산출된 암 슬라이더 위치 파라미터 값에 따라 상기 암 슬라이더의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The parameters for determining the turning excavation force of the bucket include an attitude parameter that characterizes the attitude of the excavator at a specific time point taken by the excavator during excavation work; And a value indicative of a position of the arm slider in the arm guide (hereinafter referred to as 'arm slider position parameter'), wherein the measured value of the attitude parameter is set such that the bucket rotating excavator force has an optimum value And a control unit for controlling the position of the arm slider according to the calculated arm slider position parameter value.
상기 자세 파라미터는, 상기 암과 버켓과의 연결점인 버켓 조인트와 상기 암 슬라이더를 연결하는 직선과, 상기 버켓 커넥터와 버켓과의 연결점인 버켓 커넥터 조인트와 상기 버켓 조인트를 연결하는 직선이 이루는 각일 수 있다.The attitude parameter may be an angle formed by a straight line connecting the bucket joint and the arm slider, which is a connection point between the arm and the bucket, and a straight line connecting the bucket connector joint and the bucket joint, which are connection points of the bucket connector and the bucket .
본 발명의 다른 측면에 따르면, 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기는, 일측이 굴삭기 암(arm)과 연결되는 붐(boom); 일측은 상기 붐에 연결되고 타측은 상기 암에 연결되어 상기 암의 회전작용을 발생시키는 붐 실린더(boom cylinder); 상기 붐 내부에 구비되는, 일정 길이의 직선경로 공간인 붐 가이드(boom guide); 상기 붐 가이드 내에서 전후로 움직이는 붐 슬라이더(boom slider); 상기 붐 실린더와 상기 붐 슬라이더를 연결하는 붐 실린더 커넥터를 포함한다.According to another aspect of the present invention, an excavator using a distributed drive mechanism includes a boom having one side connected to an excavator arm; A boom cylinder having one side connected to the boom and the other side connected to the arm to generate rotational action of the arm; A boom guide provided inside the boom, the boom guide being a linear path space of a predetermined length; A boom slider moving back and forth in the boom guide; And a boom cylinder connector for connecting the boom cylinder and the boom slider.
상기 암의 회전에 의해 버켓에 발생하는 굴삭력(이하 '암 굴삭력(arm crowd force)'라 한다)을 결정하는 파라미터는, 굴삭 작업 중인 굴삭기가 취하는 특정 시점의 자세에 대하여, 그 자세를 특징짓는 자세 파라미터(parameter); 및 상기 붐 슬라이더의 상기 붐 가이드 내의 위치를 나타내는 값(이하 '붐 슬라이더 위치 파라미터(parameter)'라 한다)을 포함하고, 상기 자세 파라미터의 측정값에 대하여, 상기 암 굴삭력이 최적값이 되도록 하는 상기 붐 슬라이더 위치 파라미터 값을 산출하여, 산출된 붐 슬라이더 위치 파라미터 값에 따라 상기 붐 슬라이더의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The parameter for determining the excavating force (hereinafter referred to as 'arm crowding force') generated in the bucket by the rotation of the arm is a parameter that determines the posture at a specific time point taken by the excavator during excavation work A posture parameter; And a value indicative of a position of the boom slider in the boom guide (hereinafter referred to as a 'boom slider position parameter'), wherein the arm excavation force is an optimal value for the measured value of the attitude parameter And a controller for calculating the boom slider position parameter value and controlling the position of the boom slider according to the calculated boom slider position parameter value.
상기 자세 파라미터는, 상기 암과 상기 붐과의 연결점인 암 조인트와, 상기 붐 실린더와 상기 암과의 연결점인 붐 실린더 조인트를 연결하는 직선과, 상기 붐이 형성하는 직선이 이루는 각일 수 있다.The attitude parameter may be an angle formed by a straight line connecting the arm joint which is a connection point between the arm and the boom and a boom cylinder joint which is a connection point between the boom cylinder and the arm and a straight line formed by the boom.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 제어방법은, (a) 굴삭 작업 중인 굴삭기가 취하는 특정 시점의 자세에 대하여, 그 자세를 특징짓는 자세 파라미터(parameter)를 측정하는 단계; (b) 상기 측정된 자세 파라미터에 대하여, 굴삭력이 최적값이 되도록 하는, 가이드 내에서의 슬라이더의 위치를 나타내는 값인 슬라이더 위치 파라미터 값을 산출하는 단계; 및 (c) 상기 산출된 슬라이더 위치 파라미터 값에 따라 상기 슬라이더의 위치를 제어하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling an excavator using a distributed drive mechanism, comprising the steps of: (a) measuring an attitude parameter that characterizes the attitude of the excavator at a specific time point taken by the excavator; (b) calculating a slider position parameter value that is a value indicating a position of the slider in the guide so that the excavating force becomes an optimum value with respect to the measured attitude parameter; And (c) controlling the position of the slider according to the calculated slider position parameter value.
상기 단계(b)의 굴삭력이, 굴삭기 버켓의 회전 굴삭력인 경우, 상기 자세 파라미터는, 상기 암과 버켓과의 연결점인 버켓 조인트와 상기 암 슬라이더를 연결하는 직선과, 상기 버켓 커넥터와 버켓과의 연결점인 버켓 커넥터 조인트와 상기 버켓 조인트를 연결하는 직선이 이루는 각이고, 상기 슬라이더는, 굴삭기 암(arm) 내부에 구비된 일정길이의 직선경로 공간인 암 가이드(arm guide) 내에서 전후로 움직이는 암 슬라이더(arm slider)일 수 있다.Wherein when the excavating force of the step (b) is the rotary excavating force of the excavator bucket, the attitude parameter is a straight line connecting the bucket joint and the arm slider, which is the connection point between the arm and the bucket, Wherein the slider comprises an arm that moves back and forth in an arm guide which is a linear path space of a predetermined length provided inside an excavator arm, It may be an arm slider.
상기 버켓 회전 굴삭력은, 에 의해 결정되고, 이때, ,The bucket turning excavator force , ≪ / RTI > ,
이다.to be.
상기 단계(b)의 굴삭력이, 굴삭기 암(arm)이 버켓을 미는 힘에 의해 버켓에 발생하는 굴삭력(이하 '암 굴삭력(arm crowd force)'라 한다)인 경우, 상기 자세 파라미터는, 상기 암과 상기 붐과의 연결점인 암 조인트와, 상기 붐 실린더와 상기 암과의 연결점인 붐 실린더 조인트를 연결하는 직선과, 상기 붐이 형성하는 직선이 이루는 각이고, 상기 슬라이더는, 굴삭기 붐(boom) 내부에 구비된 일정길이의 직선경로 공간인 붐 가이드(boom guide) 내에서 전후로 움직이는 붐 슬라이더(boom slider)일 수 있다.If the excavating force of step (b) is the excavating force (hereinafter referred to as 'arm crowding force') generated in the bucket by the force of the excavator arm pushing the bucket, A straight line connecting a boom cylinder joint, which is a connection point between the boom cylinder and the arm, and a straight line formed by the boom, and the slider is an excavator boom a boom slider moving back and forth in a boom guide which is a linear path space of a predetermined length provided inside the boom.
상기 암 굴삭력은, The arm-
에 의해 결정되고, 이때, , ≪ / RTI >
이다.to be.
본 발명에 의하면, 분산구동 메커니즘을 이용한 구조 및 그 제어 방법을 굴삭기에 적용함으로써, 기존의 굴삭기에서 얻을 수 없었던 최적의 굴삭력 획득을 가능하게 하는 효과가 있다.According to the present invention, by applying a structure using a dispersion drive mechanism and a control method thereof to an excavator, it is possible to obtain an optimal excavating force that can not be obtained in a conventional excavator.
도 1은 손가락에서 이루어지는 분산구동 메커니즘을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 작동을 모델링한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기에서 최적화된 굴삭력을 나타내는 시뮬레이션 결과.
도 4는 본 발명에 따른 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 제어 방법의 일 실시예를 나타내는 순서도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining a dispersion drive mechanism made up of a finger; FIG.
Figure 2 is a modeling of excavator operation using a distributed drive mechanism in accordance with the present invention;
3 is a simulation result showing an excavating force optimized in an excavator using a dispersion drive mechanism according to the present invention.
4 is a flowchart showing an embodiment of an excavator control method using a distributed drive mechanism according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 1은 손가락에서 이루어지는 분산구동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a dispersion drive mechanism made up of a finger.
굽힘, 신장 등과 같은 사람 손가락의 움직임은 근육의 수축과 이완으로 인해 발생한다. 도 1은 공간적으로 분산된 여러 근육들의 구동에 의한 정교하고 정확한 손가락의 운동을 나타낸다. 최근 제안된 분산 구동 메커니즘은 인간의 구동 메커니즘에 기초하여 연구되었다. 도 1(b)에서 볼 수 있듯이 분산 구동 메커니즘의 주요 원리는 힘 점인 커넥팅 로드의 끝이 슬라이더에 의해 가이드를 따라 이동할 수 있다는 것이다. 슬라이더가 바깥방향으로 움직일 때 신축하고 안쪽으로 움직일 때 이완한다. 또한 이 메커니즘은 도 1(c) 와 같이 조인트 각도의 변화 없이 슬라이더의 위치를 조정할 수 있는 구조적인 여유를 갖는다. 이는 굴삭기의 자세 변경 없이 오직 슬라이더의 위치변경만으로 토크 발생을 제어할 수 있음을 의미한다.Movement of the human finger, such as bending, elongation, etc., is caused by muscle contraction and relaxation. Figure 1 shows the movement of a finger accurately and precisely by driving several spatially dispersed muscles. Recently, the proposed distributed drive mechanism has been studied based on human drive mechanism. As shown in Fig. 1 (b), the main principle of the distributed drive mechanism is that the end of the connecting rod, which is the point of force, can move along the guide by the slider. Stretch when the slider moves outward and relax when moving inward. Also, this mechanism has a structural margin to adjust the position of the slider without changing the joint angle as shown in Fig. 1 (c). This means that the torque generation can be controlled only by changing the position of the slider without changing the posture of the excavator.
분산 구동 메커니즘은 기본적으로 커넥팅 로드와 슬라이더 그리고 커넥팅 로드와 슬라이더를 연결하는 힌지 조인트들을 포함한다. 따라서 조인트 토크는 슬라이더의 작동 힘과 위치 그리고 조인트 각도의 함수라고 할 수 있다. 기존 메커니즘들의 조인트 토크를 결정하는 설계변수는 오직 작동 힘이었던 반면에 분산 구동 메커니즘은 슬라이더 위치가 조인트 토크 결정에 있어 매우 중요한 역할을 한다. 따라서 분산 구동 메커니즘은 시스템의 성능을 최대화 하기 위한 추가적인 설계 자유도를 갖는다.The distributed drive mechanism basically includes the connecting rod, the slider, and the hinge joints connecting the connecting rod and the slider. Therefore, the joint torque is a function of the operating force, position and joint angle of the slider. The design variable that determines the joint torque of existing mechanisms is only the actuation force, while the distributed drive mechanism plays a very important role in determining the joint torque of the slider position. Thus, the distributed drive mechanism has additional design freedom to maximize the performance of the system.
이하 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기의 구조 및 그 작용을 설명한다.
The structure and operation of the excavator using the distributed drive mechanism according to the present invention will be described with reference to FIG.
도 2는 본 발명에 따른 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 작동을 모델링한 도면이다.Figure 2 is a modeling of excavator operation using a distributed drive mechanism according to the present invention.
본 도면에 도시된 주요 표기들의 의미는 다음과 같다.
The meanings of the main notations shown in this figure are as follows.
Fp1 : 붐 실린더(boom cylinder)(212)에 의해 암(arm)(221)에 가해지는 힘F p1 : force applied to the
Fp2 : 암 실린더(arm cylinder)(222)에 의해 암 슬라이더 조인트(arm slider joint)(227)에 가해지는 힘F p2 : force applied to the
FB : 버켓(bucket)(240)의 회전 굴삭력(bucket curling force)F B : bucket curling force of the
FS : 암(221)의 회전에 의해 버켓(240)에 발생하는 굴삭력(암 굴삭력, arm crowd force)F S : Excavation force (arm crowding force) generated in the
τS : 암 조인트(216)에 발생하는 토크τ S : torque generated in the
τB : 버켓 조인트(226)에 발생하는 토크τ B : torque generated in the
θ2 : 상기 암과 상기 붐과의 연결점인 암 조인트(216)와, 상기 붐 실린더(212)와 상기 암(221)과의 연결점인 붐 실린더 조인트(217)를 연결하는 직선(길이 rS로 표기된 선)과, 상기 붐(211)이 형성하는 직선(길이 dS로 표기된 선)이 이루는 각θ 2: as with the arm joint (216) connecting point of the arm and the boom, the straight line (length r S connecting the
Φ2 : 상기 암(221)과 버켓(240)과의 연결점인 버켓 조인트(226)와 상기 암 슬라이더(224)를 연결하는 직선(길이 RB 또는 xB 등에 의해 나타내어지는 선)과, 상기 버켓 커넥터(230)와 버켓(240)과의 연결점인 버켓 커넥터 조인트(229)와 상기 버켓 조인트(226)를 연결하는 직선(길이 l2로 표기된 선)이 이루는 각Φ 2: straight line connecting the
xS : 붐 가이드(boom guide)(213) 내에서 붐 슬라이더(boom slider)(214)의 위치를 나타내는 붐 슬라이더 위치 파라미터x S : Boom slider position parameter indicating the position of the
xB : 암 가이드(arm guide)(223) 내에서 암 슬라이더(arm slider)(224)의 위치를 나타내는 암 슬라이더 위치 파라미터x B : arm slider position parameter indicating the position of the
RS : 붐 가이드(boom guide)(213)의 길이R S : length of the
RB : 암 가이드(arm guide)(223)의 길이
R B : length of
먼저 도 2의 200, 250을 참조하여 붐(boom)(211) 측 구조에 대하여 설명하면 이하와 같다.First, referring to 200 and 250 of FIG. 2, the structure of the
붐(boom)(211)은 일측이 굴삭기 암(arm)(221)과 연결되며, 붐 실린더(boom cylinder)(212)는 일측이 붐(211)에 연결되고 타측은 붐 실린더 조인트(217)를 통해 암(221)과 연결되며 붐 실린더(boom cylinder)(212)의 작용에 의해 암(221)의 회전작용을 발생시킨다. 이러한 붐 실린더(212)는 유압식 실린더일 수 있다. 붐 실린더(212)가 붐(211)에 연결되는 부분은, 도시된 바와 같이 붐 슬라이더(boom slider)(214)와 붐 실린더 커넥터(218)를 통해 연결될 수 있다. 붐 슬라이더(214)는, 붐(211) 내부에 구비되는, 일정 길이의 직선경로 공간인 붐 가이드(boom guide)(213) 내에서 전후로 움직일 수 있으며, 굴삭기의 동일한 자세에서도 이와 같은 붐 슬라이더(214)의 붐 가이드(213) 내 위치 xS를 조정함에 의해 암 굴삭력 FS를 더욱 크게 최적화할 수 있는 효과가 있다.One side of the
상기 암의 회전작용에 의해 버켓에 발생하는 굴삭력(이하 '암 굴삭력(arm crowd force)'라 한다) Fs를 결정하는 파라미터는, 굴삭 작업 중인 굴삭기가 취하는 특정 시점의 자세에 대하여, 그 자세를 특징짓는 자세 파라미터(parameter) 및 상기 붐 슬라이더(214)의 붐 가이드(213) 내에서의 위치를 나타내는 값(이하 '붐 슬라이더 위치 파라미터(parameter)'라 한다) xs를 포함할 수 있다. 여기서 상기 자세 파라미터는, 상기 암(221)과 상기 붐(211)과의 연결점인 암 조인트(216)와, 상기 붐 실린더(212)와 상기 암(221)과의 연결점인 붐 실린더 조인트(217)를 연결하는 직선(길이 rs로 표기된 선)과, 상기 붐(211)이 형성하는 직선(길이 ds로 표기된 선)이 이루는 각인 θ2 일 수 있다.The parameter for determining the excavating force (hereinafter referred to as "arm crowd force") F s generated in the bucket by the rotary action of the arm is set so that the posture of the excavator during the excavation operation (Hereinafter referred to as " boom slider position parameter ") xs indicating a position of the
또한 상기 자세 파라미터의 측정값 θ2 에 대하여, 상기 암 굴삭력 Fs가 최적값이 되도록 하는 상기 붐 슬라이더 위치 파라미터 값(xs)을 산출하여, 산출된 붐 슬라이더 위치 파라미터 값(xs)에 따라 상기 붐 슬라이더(214)의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
In addition to the cancer digging force F s is calculated a value (x s) the boom slider position parameter, a boom slider position parameter calculated value (x s) such that the optimum value for a measurement value θ 2 of the position parameters And a control unit for controlling the position of the
다음으로, 도 2의 200, 270을 참조하여 암(arm)(221) 측 구조에 대하여 설명하면 이하와 같다.Next, the structure on the side of the
암(arm)(221)은, 일측이 굴삭기 붐(boom)(211) 및 붐 실린더(boom cylinder)(212)와 각각 암 조인트(216) 및 붐 실린더 조인트(217)에서 연결되고, 타측은 버켓(bucket)(240)과 연결된다. 또한 암 실린더(arm cylinder)(222)는 일측이 암 실린더 조인트(225)에서 암(221)에 연결되고 타측은 버켓(240)에 연결되어 버켓(240)의 회전작용을 발생시킨다. 이러한 암 실린더(222)는 유압식 실린더일 수 있다. 이때 버켓 커넥터(230)이 암 실린더(222)의 타측(227, 암 슬라이더 조인트)과 상기 버켓 커넥터 조인트(229)를 연결함으로써 상기 암 실린더(222)의 힘을 버켓(240)에 전달하게 된다. 암 슬라이더(224)는, 암(221) 내부에 구비되는, 일정 길이의 직선경로 공간인 암 가이드(arm guide)(223) 내에서 전후로 움직일 수 있으며, 굴삭기의 동일한 자세에서도 이와 같은 암 슬라이더(224)의 암 가이드(223) 내 위치 xB를 조정함에 의해 버켓의 회전 굴삭력 FB를 더욱 크게 최적화할 수 있는 효과가 있다. 여기서 암 실린더 커넥터(228)는 암 슬라이더(224) 및 암 실린더(222)를 연결한다.One side of the
상기 버켓의 회전 굴삭력 FB을 결정하는 파라미터는, 굴삭 작업 중인 굴삭기가 취하는 특정 시점의 자세에 대하여, 그 자세를 특징짓는 자세 파라미터(parameter) 및 상기 암 슬라이더(224)의 암 가이드(223) 내에서 위치를 나타내는 값(이하 '암 슬라이더 위치 파라미터(parameter)'라 한다) xB를 포함할 수 있다. 여기서 상기 자세 파라미터는, 상기 암(221)과 버켓(240)과의 연결점인 버켓 조인트(226)와 상기 암 슬라이더(224)를 연결하는 직선(길이 xB로 표기된 선)과, 상기 버켓 커넥터(230)와 버켓(240)과의 연결점인 버켓 커넥터 조인트(229)와 상기 버켓 조인트(226)를 연결하는 직선(길이 l2로 표기된 선)이 이루는 각인 Φ2일 수 있다.The parameters for determining the rotational excavating force F B of the bucket include an attitude parameter that characterizes the attitude of the excavator during the excavation work and the
또한 상기 자세 파라미터의 측정값 Φ2에 대하여, 상기 버켓 회전 굴삭력 FB가 최적값이 되도록 하는 상기 암 슬라이더 위치 파라미터 값 xB를 산출하여, 산출된 암 슬라이더 위치 파라미터 값 xB에 따라 상기 암 슬라이더(224)의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
In addition, the arm according to the measurement values of the orientation parameters for the Φ 2, with the bucket rotated digging force F B is calculated for the arm slider position parameters x B such that the optimum value, the value of the arm slider position parameter calculation x B And a control unit for controlling the position of the
전술한 바와 같은 슬라이더 및 가이드는 붐(211)에만 존재하거나 암(221)에만 존재할 수도 있고, 붐(211)과 암(221) 모두에 존재할 수도 있다.
The slider and the guide as described above may be present only in the
전술한 내용에 대한 수식을 살펴보면 다음과 같다.The formula for the above is as follows.
암 조인트(216), 버켓 조인트(226)에 걸리는 토크 τS 및 τB는 수학식 1로 표현된다.
The torques τ S and τ B applied to the arm joint 216 and the bucket joint 226 are expressed by Equation (1).
이로부터 암 굴삭력 FS 및 버켓 회전 굴삭력 FB는 수학식 2로 표현된다.
From this, the arm excavating force F S and the bucket rotary excavating force F B are expressed by Equation (2).
여기서,here,
이다.
to be.
수학식 2, 3, 4로부터 FS와 FB는,
F S and F B from equations (2), (3) and (4)
와 같은 파라미터로 표현됨을 알 수 있다.As shown in FIG.
여기서 θ2 및 Φ2, 그리고 xS 및 xB에 대하여는 앞서 상세히 설명한 바 있다.Here, θ 2 and φ 2 , and x S and x B have been described in detail above.
또한 일 실시예로서, 각 파라미터의 범위는,Also, in one embodiment,
로 할 수 있다.
.
도 3은 본 발명에 따른 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기에서 최적화된 굴삭력을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.3 is a simulation result showing an excavating force optimized in an excavator using a dispersion drive mechanism according to the present invention.
표(310)는 시뮬레이션에 사용된 각종 파라미터를 나타낸다. θ2 및 Φ2는 각각 50도에서 90도 사이에서 증가하도록 하였다.Table 310 shows various parameters used in the simulation. ? 2 and? 2 were increased between 50 and 90 degrees, respectively.
시뮬레이션 결과 그래프(320,330)에서 붉은색 선은 종래의 굴삭기에서의 결과이며, 푸른색 선은 본 발명에 의한 결과로서, 자세와 슬라이더 위치를 조절하여 최적의 굴삭력을 얻을 수 있음을 보여준다. 도면에 따르면, FS의 경우에는 112%, FB의 경우에는 172%의 향상을 가져왔다. 이에 따르면, 본 발명에서와 같이 가이드 및 슬라이더를 이용하여 분산구동 메커니즘을 적용한 결과, 매우 큰 실린더를 사용하지 않고도 더욱 큰 굴삭력을 효과적으로 확보할 수 있음을 보여 준다.
In the
도 4는 본 발명에 따른 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 제어 방법의 일 실시예를 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart showing an embodiment of an excavator control method using a dispersion drive mechanism according to the present invention.
이하 도 2와 도 4를 참조하여 설명한다.This will be described below with reference to FIG. 2 and FIG.
본 발명의 굴삭기는 가이드 및 슬라이더 구조를 붐(211)에만 가질 수도 있고, 암(221)에만 가질 수도 있으며, 또한 붐(211)과 암(221) 모두에 가질 수도 있다. 어느 한쪽에만 가질 경우에는 이하에서 단계 S400은 필요하지 않을 수도 있다.The excavator of the present invention may have only the
먼저 버켓 회전 굴삭력 FB을 최적값으로 제어하려는 경우(S400), 굴삭 작업 중인 굴삭기가 취하는 특정 시점의 자세에 대하여, 그 자세를 특징짓는 자세 파라미터(parameter)를 측정한다(S411). 이때 자세 파라미터는, 상기 암(221)과 버켓(240)과의 연결점인 버켓 조인트(226)와 상기 암 슬라이더(224)를 연결하는 직선(길이 xB로 표기된 선)과, 상기 버켓 커넥터(230)와 버켓(240)과의 연결점인 버켓 커넥터 조인트(229)와 상기 버켓 조인트(226)를 연결하는 직선(길이 l2로 표기된 선)이 이루는 각인 Φ2일 수 있다. 측정된 자세 파라미터 Φ2에 대하여, 버켓 회전 굴삭력 FB이 최적값이 되도록 하는, 암 가이드(223) 내에서의 암 슬라이더(224)의 위치를 나타내는 값인 암 슬라이더 위치 파라미터 값 xB을 산출한다(S412). 이와 같이 산출된 암 슬라이더 위치 파라미터 값에 따라 암 슬라이더(224)의 위치를 제어하게 된다(S413).First, in the case of controlling the bucket turning excavating force F B to an optimum value (S400), an attitude parameter that characterizes the attitude of the excavator at a specific time point taken by the excavator under excavation work is measured (S411). The attitude parameter includes a straight line (indicated by the length x B ) connecting the bucket joint 226 and the
또한 버켓의 암 굴삭력 FS을 최적값으로 제어하려는 경우(S400), 굴삭 작업 중인 굴삭기가 취하는 특정 시점의 자세에 대하여, 그 자세를 특징짓는 자세 파라미터(parameter)를 측정한다(S421). 이때 자세 파라미터는, 자세 파라미터는, 상기 암(221)과 상기 붐(211)과의 연결점인 암 조인트(216)와, 상기 붐 실린더(212)와 상기 암(221)과의 연결점인 붐 실린더 조인트(217)를 연결하는 직선(길이 rs로 표기된 선)과, 상기 붐(211)이 형성하는 직선(길이 ds로 표기된 선)이 이루는 각인 θ2 일 수 있다. 측정된 자세 파라미터 θ2에 대하여, 암 굴삭력 FS가 최적값이 되도록 하는, 붐 가이드(213) 내에서의 붐 슬라이더(214)의 위치를 나타내는 값인 붐 슬라이더 위치 파라미터 값 xS을 산출한다(S422). 이와 같이 산출된 붐 슬라이더 위치 파라미터 값 xS에 따라 붐 슬라이더(214)의 위치를 제어하게 된다(S423).
In addition, when it is desired to control the bucket's arm excavating force F S to an optimum value (S400), an attitude parameter that characterizes the attitude of the excavator at a specific time point taken by the excavator under excavation work is measured (S421). At this time, the attitude parameter includes an arm joint 216, which is a connection point between the
211: 붐(boom)
212: 붐 실린더(boom cylinder)
213: 붐 가이드(boom guide)
214: 붐 슬라이더(boom slider)
215: 붐 슬라이더 조인트
216: 암(arm) 조인트
217: 붐 실린더 조인트
218: 붐 실린더 커넥터
221: 암(arm)
222: 암 실린더(arm cylinder)
223: 암 가이드(arm guide)
224: 암 슬라이더(arm slider)
225: 암 실린더 조인트
226: 버켓(bucket) 조인트
227: 암 슬라이더 조인트
228: 암 실린더 커넥터
229: 버켓 커넥터 조인트
230: 버켓 커넥터
240: 버켓211: boom
212: boom cylinder
213: Boom guide
214: boom slider
215: Boom slider joint
216: arm joint
217: Boom cylinder joint
218: Boom cylinder connector
221: arm
222: arm cylinder
223: arm guide
224: arm slider
225: female cylinder joint
226: bucket joint
227: female slider joint
228: Female cylinder connector
229: bucket connector joint
230: Bucket connector
240: Bucket
Claims (11)
일측은 굴삭기 붐(boom) 및 붐 실린더(boom cylinder)와 연결되고, 타측은 버켓(bucket)과 연결되는 암(arm);
일측은 상기 암에 연결되고 타측은 버켓에 연결되어 버켓의 회전작용을 발생시키는 암 실린더(arm cylinder);
상기 암 내부에 구비되는, 일정 길이의 직선경로 공간인 암 가이드(arm guide);
상기 암 가이드 내에서 전후로 움직이는 암 슬라이더(arm slider);
상기 암 슬라이더 및 상기 암 실린더를 연결하는 암 실린더 커넥터;
상기 암 실린더의 타측과 상기 버켓을 연결함으로써 상기 암 실린더의 힘을 버켓에 전달하는 버켓 커넥터
를 포함하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기.As an excavator using a distributed drive mechanism,
One side is connected to an excavator boom and a boom cylinder, the other side is connected to a bucket;
An arm cylinder connected to the arm on one side and connected to the bucket to generate a rotating action of the bucket;
An arm guide which is provided in the arm and is a linear path space of a predetermined length;
An arm slider moving back and forth in the arm guide;
An arm cylinder connector connecting the arm slider and the arm cylinder;
A bucket connector for transmitting the force of the arm cylinder to the bucket by connecting the bucket to the other side of the arm cylinder;
Wherein the excavator comprises a plurality of excavators.
상기 버켓의 회전 굴삭력을 결정하는 파라미터는,
굴삭 작업 중인 굴삭기가 취하는 특정 시점의 자세에 대하여, 그 자세를 특징짓는 자세 파라미터(parameter); 및
상기 암 슬라이더의 상기 암 가이드 내의 위치를 나타내는 값(이하 '암 슬라이더 위치 파라미터(parameter)'라 한다)
을 포함하고,
상기 자세 파라미터의 측정값에 대하여, 상기 버켓 회전 굴삭력이 최적값이 되도록 하는 상기 암 슬라이더 위치 파라미터 값을 산출하여, 산출된 암 슬라이더 위치 파라미터 값에 따라 상기 암 슬라이더의 위치를 제어하는 제어부
를 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기.The method according to claim 1,
The parameter for determining the rotational excavation force of the bucket includes:
An attitude parameter that characterizes the attitude of the excavator at a specific time point taken by the excavator during excavation work; And
(Hereinafter referred to as 'arm slider position parameter') indicating the position of the arm slider in the arm guide,
/ RTI >
A controller for calculating the arm slider position parameter value for causing the bucket turning excavator force to be an optimal value for the measurement value of the attitude parameter and for controlling the position of the arm slider according to the calculated arm slider position parameter value,
Further comprising
Wherein the excavator is mounted on the excavator.
상기 자세 파라미터는,
상기 암과 버켓과의 연결점인 버켓 조인트와 상기 암 슬라이더를 연결하는 직선과,
상기 버켓 커넥터와 버켓과의 연결점인 버켓 커넥터 조인트와 상기 버켓 조인트를 연결하는 직선
이 이루는 각인 것
을 특징으로 하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기.The method of claim 2,
The attitude parameter
A straight line connecting the bucket joint and the arm slider, which is a connection point between the arm and the bucket,
A straight line connecting the bucket connector joint, which is a connection point between the bucket connector and the bucket,
An imprint of this
Wherein the excavator is mounted on the excavator.
일측이 굴삭기 암(arm)과 연결되는 붐(boom);
일측은 상기 붐에 연결되고 타측은 상기 암에 연결되어 상기 암의 회전작용을 발생시키는 붐 실린더(boom cylinder);
상기 붐 내부에 구비되는, 일정 길이의 직선경로 공간인 붐 가이드(boom guide);
상기 붐 가이드 내에서 전후로 움직이는 붐 슬라이더(boom slider);
상기 붐 실린더와 상기 붐 슬라이더를 연결하는 붐 실린더 커넥터
를 포함하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기.As an excavator using a distributed drive mechanism,
A boom having one side connected to an excavator arm;
A boom cylinder having one side connected to the boom and the other side connected to the arm to generate rotational action of the arm;
A boom guide provided inside the boom, the boom guide being a linear path space of a predetermined length;
A boom slider moving back and forth in the boom guide;
A boom cylinder connector for connecting the boom cylinder and the boom slider
Wherein the excavator comprises a plurality of excavators.
상기 암의 회전에 의해 버켓에 발생하는 굴삭력(이하 '암 굴삭력(arm crowd force)'라 한다)을 결정하는 파라미터는,
굴삭 작업 중인 굴삭기가 취하는 특정 시점의 자세에 대하여, 그 자세를 특징짓는 자세 파라미터(parameter); 및
상기 붐 슬라이더의 상기 붐 가이드 내의 위치를 나타내는 값(이하 '붐 슬라이더 위치 파라미터(parameter)'라 한다)
을 포함하고,
상기 자세 파라미터의 측정값에 대하여, 상기 암 굴삭력이 최적값이 되도록 하는 상기 붐 슬라이더 위치 파라미터 값을 산출하여, 산출된 붐 슬라이더 위치 파라미터 값에 따라 상기 붐 슬라이더의 위치를 제어하는 제어부
를 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기.The method of claim 4,
The parameter for determining the excavating force (hereinafter referred to as 'arm crowding force') generated in the bucket by the rotation of the arm is,
An attitude parameter that characterizes the attitude of the excavator at a specific time point taken by the excavator during excavation work; And
A value indicating a position of the boom slider in the boom guide (hereinafter, referred to as 'boom slider position parameter'),
/ RTI >
A controller for calculating the boom slider position parameter value for causing the arm excavating force to be an optimum value for the measurement value of the attitude parameter and for controlling the position of the boom slider according to the calculated boom slider position parameter value,
Further comprising
Wherein the excavator is mounted on the excavator.
상기 자세 파라미터는,
상기 암과 상기 붐과의 연결점인 암 조인트와, 상기 붐 실린더와 상기 암과의 연결점인 붐 실린더 조인트를 연결하는 직선과,
상기 붐이 형성하는 직선
이 이루는 각인 것
을 특징으로 하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기.The method of claim 5,
The attitude parameter
A straight line connecting a boom cylinder joint which is a connection point between the boom cylinder and the arm,
The straight line formed by the boom
An imprint of this
Wherein the excavator is mounted on the excavator.
(a) 굴삭 작업 중인 굴삭기가 취하는 특정 시점의 자세에 대하여, 그 자세를 특징짓는 자세 파라미터(parameter)를 측정하는 단계;
(b) 상기 측정된 자세 파라미터에 대하여, 굴삭력이 최적값이 되도록 하는, 가이드 내에서의 슬라이더의 위치를 나타내는 값인 슬라이더 위치 파라미터 값을 산출하는 단계; 및
(c) 상기 산출된 슬라이더 위치 파라미터 값에 따라 상기 슬라이더의 위치를 제어하는 단계
를 포함하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 제어방법.An excavator control method using a distributed drive mechanism,
(a) measuring an attitude parameter that characterizes the attitude of the excavator at a specific time point taken by the excavator under excavation;
(b) calculating a slider position parameter value that is a value indicating a position of the slider in the guide so that the excavating force becomes an optimum value with respect to the measured attitude parameter; And
(c) controlling the position of the slider according to the calculated slider position parameter value
Wherein the excavator is driven by the excavator.
상기 단계(b)의 굴삭력이, 굴삭기 버켓의 회전 굴삭력인 경우,
상기 자세 파라미터는,
상기 암과 버켓과의 연결점인 버켓 조인트와 상기 암 슬라이더를 연결하는 직선과,
상기 버켓 커넥터와 버켓과의 연결점인 버켓 커넥터 조인트와 상기 버켓 조인트를 연결하는 직선
이 이루는 각이고,
상기 슬라이더는,
굴삭기 암(arm) 내부에 구비된 일정길이의 직선경로 공간인 암 가이드(arm guide) 내에서 전후로 움직이는 암 슬라이더(arm slider)인 것
을 특징으로 하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 제어방법.The method of claim 7,
If the excavating force of the step (b) is the rotary excavating force of the excavator bucket,
The attitude parameter
A straight line connecting the bucket joint and the arm slider, which is a connection point between the arm and the bucket,
A straight line connecting the bucket connector joint, which is a connection point between the bucket connector and the bucket,
Respectively,
The slider
An arm slider which moves back and forth in an arm guide which is a linear path space of a predetermined length provided inside an excavator arm
Wherein the excavator is driven by a drive motor.
상기 버켓 회전 굴삭력은,
에 의해 결정되고, 이때,
,
인 것을 특징으로 하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 제어방법.The method of claim 8,
The bucket turning excavator force
, ≪ / RTI >
,
Wherein the excavator is driven by the excavator.
상기 단계(b)의 굴삭력이, 굴삭기 암(arm)이 버켓을 미는 힘에 의해 버켓에 발생하는 굴삭력(이하 '암 굴삭력(arm crowd force)'라 한다)인 경우,
상기 자세 파라미터는,
상기 암과 상기 붐과의 연결점인 암 조인트와, 상기 붐 실린더와 상기 암과의 연결점인 붐 실린더 조인트를 연결하는 직선과,
상기 붐이 형성하는 직선
이 이루는 각이고,
상기 슬라이더는,
굴삭기 붐(boom) 내부에 구비된 일정길이의 직선경로 공간인 붐 가이드(boom guide) 내에서 전후로 움직이는 붐 슬라이더(boom slider)인 것
을 특징으로 하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 제어방법.The method of claim 7,
If the excavating force of the step (b) is the excavating force (hereinafter referred to as 'arm crowding force') generated in the bucket by the force of the excavator arm pushing the bucket,
The attitude parameter
A straight line connecting a boom cylinder joint which is a connection point between the boom cylinder and the arm,
The straight line formed by the boom
Respectively,
The slider
A boom slider which moves back and forth in a boom guide which is a linear path space of a certain length provided inside an excavator boom
Wherein the excavator is driven by a drive motor.
상기 암 굴삭력은,
에 의해 결정되고, 이때,
인 것을 특징으로 하는 분산구동 메커니즘을 이용한 굴삭기 제어방법.
The method of claim 10,
The arm-
, ≪ / RTI >
Wherein the excavator is driven by the excavator.
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KR1020140037307A KR101633395B1 (en) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | Hydraulic excavator and its controlling method by using distributed actuation mechanism |
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