KR20170037807A - 작업 기계의 제어 장치, 작업 기계, 및 작업 기계의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

작업 기계의 제어 장치는, 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리 데이터를 취득하는 거리 취득부와, 거리 데이터에 기초하여 버킷의 날끝 목표 속도를 결정하는 날끝 목표 속도 결정부와, 작업기를 조작하기 위한 조작량을 취득하는 조작량 취득부와, 날끝 목표 속도와 조작량 취득부에서 취득된 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 기초하여 붐 목표 속도를 산출하는 붐 목표 속도 연산부와, 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리의 시간 적분에 기초하여 붐 목표 속도의 보정량을 산출하는 보정량 연산부와, 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리에 기초하여 상기 보정량을 제한하는 보정량 제한부와 보정량으로 보정된 붐 목표 속도에 기초하여 붐을 구동하는 붐 실린더를 구동하기 위한 지령을 출력하는 작업기 제어부를 구비한다.

Description

작업 기계의 제어 장치, 작업 기계, 및 작업 기계의 제어 방법{WORK MACHINE CONTROL DEVICE, WORK MACHINE, AND WORK MACHINE CONTROL METHOD}

본 발명은, 작업 기계의 제어 장치, 작업 기계, 및 작업 기계의 제어 방법에 관한 것이다.

유압 셔블(hydraulic shovel)과 같은 작업 기계에 관한 기술 분야에 있어서, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 것과 같은, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 굴삭 지형(설계면)을 따라 버킷(bucket)의 날끝(blade tip)이 이동하도록 작업기를 제어하는 작업 기계가 알려져 있다.

본 명세서에 있어서는, 목표 굴삭 지형을 따라 버킷의 날끝이 이동하도록 작업기를 제어하는 것을, 정지 어시스트 제어[leveling assist control; 정지(整地) 어시트 제어]라고 하기로 한다. 정지 어시스트 제어에 있어서는, 현재의 버킷의 날끝 위치와 목표 굴삭 지형과의 거리로부터 버킷의 날끝 목표 속도가 결정되고, 결정된 날끝 목표 속도와 오퍼레이터에 의한 암(arm) 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 따른 버킷의 날끝 속도에 대항하는 날끝 속도가 가산되고, 그 가산값으로부터 붐(boom) 목표 속도가 산출된다. 또한, 과거의 버킷의 날끝 위치와 목표 굴삭 지형과의 거리의 시간 적분(積分)에 의한 보정량을 사용하여 붐 목표 속도를 보정(적분 보상)하고, 적분 보상된 붐 목표 속도에 기초하여 붐 실린더가 제어된다. 적분 보상을 사용한 정지 어시스트 제어에 있어서는, 버킷의 날끝이 목표 굴삭 지형을 파들어간(digging) 경우, 붐이 상승 동작하도록 붐 실린더가 제어된다.

국제 공개 제2014/167718호

유압 셔블에 있어서는, 유압(油壓)의 응답 지연되거나, 또는 유압 기기(機器)의 구동 시의 히스테리시스(hysteresis) 등에 기인하여, 유압 실린더를 제어하는 제어 신호에 대한 유압 실린더의 응답 지연이 존재한다. 특히, 유압 실린더를 가속 상태로부터 감속 상태로 하는 동작을 하는 경우의 유압 실린더의 응답 지연이 현저하다. 그러므로, 적분 보상에 의한 보정량의 비율이 많은 경우, 과보상(過補償)으로 되어, 버킷의 날끝이 목표 굴삭 지형으로부터 너무 멀어져 버리는 현상이 발생하는 경우가 있다.

예를 들면, 버킷의 날끝이 목표 굴삭 지형을 파들어 가고 있는 상태로부터 버킷의 날끝이 목표 굴삭 지형으로 돌아오도록 정지 어시스트 제어에 의해 붐이 상승 동작되는 경우, 버킷의 날끝이 목표 굴삭 지형을 넘고 있는 시간이 길면, 버킷의 날끝이 목표 굴삭 지형으로 돌아왔을 때 보정량이 과대해지고, 붐을 가속 상태로부터 감속 상태로 한 경우에, 붐 목표 속도가 감소되지 않고 붐이 너무 상승해버려, 버킷의 날끝이 목표 굴삭 지형으로부터 과도하게 부상(浮上)되어 버리는 현상이 발생한다. 그 결과, 작업기에 의해 굴삭되지 않는 부분이 발생하고, 목표 굴삭 지형과는 상이한 상태로 정지되어 버리게 된다.

본 발명의 태양(態樣)은, 정지 어시스트 제어에 있어서, 버킷의 날끝이 파들어간 상태로부터 목표 굴삭 지형으로 돌아올 때의 날끝의 부상을 방지하여, 굴삭 정밀도의 저하를 억제할 수 있는 작업 기계의 제어 장치, 작업 기계, 및 작업 기계의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 붐과 암과 버킷을 구비하는 작업기를 구비하는 작업 기계의 제어 장치로서, 상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리 데이터를 취득하는 거리 취득부와, 상기 거리 데이터에 기초하여 상기 버킷의 날끝 목표 속도를 결정하는 날끝 목표 속도 결정부와, 상기 작업기를 조작하기 위한 조작량을 취득하는 조작량 취득부와, 상기 날끝 목표 속도와 상기 조작량 취득부에서 취득된 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 기초하여 붐 목표 속도를 산출하는 붐 목표 속도 연산부와, 상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리의 시간 적분에 기초하여 상기 붐 목표 속도의 보정량을 산출하는 보정량 연산부와, 상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리에 기초하여 상기 보정량을 제한하는 보정량 제한부와, 상기 보정량으로 보정된 상기 붐 목표 속도에 기초하여 상기 붐을 구동하는 붐 실린더를 구동하기 위한 지령을 출력하는 작업기 제어부를 구비하는 작업 기계의 제어 장치가 제공된다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 붐과 암과 버킷을 구비하는 작업기와, 상기 붐을 구동하는 붐 실린더와, 상기 암을 구동하는 암 실린더와, 상기 버킷을 구동하는 버킷 실린더와, 상기 작업기를 지지하는 상부 선회체(旋回體)와, 상기 상부 선회체를 지지하는 하부 주행체와, 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리 데이터를 취득하는 거리 취득부와, 상기 거리 데이터에 기초하여 상기 버킷의 날끝 목표 속도를 결정하는 날끝 목표 속도 결정부와, 상기 작업기를 조작하기 위한 조작량을 취득하는 조작량 취득부와, 상기 날끝 목표 속도와 상기 조작량 취득부에서 취득된 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 기초하여 붐 목표 속도를 산출하는 붐 목표 속도 연산부와, 상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리의 시간 적분에 기초하여 상기 붐 목표 속도의 보정량을 산출하는 보정량 연산부와, 상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리에 기초하여 상기 보정량을 제한하는 보정량 제한부와, 상기 보정량으로 보정된 상기 붐 목표 속도에 기초하여 상기 붐을 구동하는 붐 실린더를 구동하기 위한 지령을 출력하는 작업기 제어부를 구비하는 작업 기계가 제공된다.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 붐과 암과 버킷을 구비하는 작업기를 구비하는 작업 기계의 제어 방법으로서, 상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리 데이터를 취득하는 것과, 상기 거리 데이터에 기초하여 상기 버킷의 날끝 목표 속도를 결정하는 것과, 상기 날끝 목표 속도와 취득된 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 기초하여 붐 목표 속도를 산출하는 것과, 상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리의 시간 적분에 기초하여 상기 붐 목표 속도의 보정량을 산출하는 것과, 상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리에 기초하여 상기 보정량을 제한하는 것과, 상기 보정량으로 보정된 상기 붐 목표 속도에 기초하여 상기 붐을 구동하는 붐 실린더를 구동하기 위한 지령을 출력하는 것을 포함하는 작업 기계의 제어 방법이 제공된다.

본 발명의 태양에 의하면, 정지 어시스트 제어에 있어서, 버킷의 날끝이 파들어간 상태로부터 목표 굴삭 지형으로 돌아올 때의 날끝의 부상을 방지하여, 굴삭 정밀도의 저하를 억제할 수 있는 작업 기계의 제어 장치, 작업 기계, 및 작업 기계의 제어 방법이 제공된다.

도 1은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블의 일례를 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블의 일례를 모식적으로 나타낸 배면도이다.
도 4는, 본 실시형태에 관한 정지 어시스트 제어를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는, 본 실시형태에 관한 유압 시스템의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 6은, 본 실시형태에 관한 유압 시스템의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 7은, 본 실시형태에 관한 제어 시스템의 일례를 나타낸 기능 블록도이다.
도 8은, 본 실시형태에 관한 목표 굴삭 지형 데이터 생성부의 처리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는, 본 실시형태에 관한 거리와 날끝 목표 속도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블의 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 11은, 본 실시형태에 관한 제어 시스템의 일례를 나타낸 제어 블록도이다.
도 12는, 비교예에 관한 거리 및 보정량의 변화의 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은, 본 실시형태에 관한 거리 및 보정량의 변화의 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는, 본 실시형태에 관한 오프셋량과 압력 센서의 검출값과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는, 본 실시형태에 관한 조작 장치의 일례를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 각각의 실시형태의 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않을 경우도 있다.

[작업 기계]

도 1은, 본 실시형태에 관한 작업 기계(100)의 일례를 나타낸 사시도이다. 본 실시형태에 있어서는, 작업 기계(100)가 유압 셔블인 예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서는, 작업 기계(100)를 적절히, 유압 셔블(100)이라고 한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 유압에 의해 작동하는 작업기(1)와, 작업기(1)를 지지하는 차체(2)와, 차체(2)를 지지하는 주행 장치(3)와, 작업기(1)를 조작하기 위한 조작 장치(40)와, 작업기(1)를 제어하는 제어 장치(50)를 구비한다. 차체(2)는, 주행 장치(3)에 지지된 상태로 선회축(旋回軸) RX를 중심으로 선회(旋回) 가능하다. 차체(2)는, 주행 장치(3) 상에 배치된다. 이하의 설명에 있어서는, 차체(2)를 적절히, 상부 선회체(2)라고 하고, 주행 장치(3)를 적절히, 하부 주행체(3)라고 한다.

상부 선회체(2)는, 오퍼레이터가 탑승하는 운전실(4)과, 엔진 및 유압 펌프 등이 수용되는 기계실(5)과, 난간(6)을 가진다. 운전실(4)은, 오퍼레이터가 착석하는 운전석(4S)을 가진다. 기계실(5)은, 운전실(4)의 후방에 배치된다. 난간(6)은, 기계실(5)의 전방에 배치된다.

하부 주행체(3)는, 한 쌍의 크롤러(crawler)(7)를 가진다. 크롤러(7)의 회전에 의해, 유압 셔블(100)이 주행한다. 그리고, 하부 주행체(3)가 차륜(타이어)이라도 된다.

작업기(1)는, 상부 선회체(2)에 지지된다. 작업기(1)는, 날끝(10)을 가지는 버킷(11)과, 버킷(11)에 연결되는 암(12)과, 암(12)에 연결되는 붐(13)을 가진다. 버킷(11)의 날끝(10)은, 버킷(11)에 설치된 볼록형상의 날의 선단부라도 된다. 버킷(11)의 날끝(10)은, 버킷(11)에 설치된 스트레이트 형상의 날의 선단부라도 된다.

버킷(11)과 암(12)은 버킷 핀을 통하여 연결된다. 버킷(11)은, 회전축 AX1을 중심으로 회전 가능하게 암(12)에 지지된다. 암(12)과 붐(13)은 암 핀을 통하여 연결된다. 암(12)은, 회전축 AX2를 중심으로 회전 가능하게 붐(13)에 지지된다. 붐(13)과 상부 선회체(2)는 붐 핀을 통하여 연결된다. 붐(13)은, 회전축 AX3을 중심으로 회전 가능하게 차체(2)에 지지된다.

회전축 AX1과, 회전축 AX2와, 회전축 AX3는, 평행하다. 회전축 AX1, AX2, AX3와, 선회축 RX와 평행한 축은, 직교한다. 이하의 설명에 있어서는, 회전축 AX1, AX2, AX3의 축 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 차폭 방향이라고 하고, 회전축 AX1, AX2, AX3 및 선회축 RX의 양쪽과 직교하는 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 전후 방향이라고 한다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터를 기준으로 하여 작업기(1)가 존재하는 방향이 전방향이다.

그리고, 버킷(11)은, 틸트 버킷(tilt bucket)이라도 된다. 틸트 버킷이란, 버킷 틸트 실린더의 작동에 의해, 차폭 방향으로 틸트 경사 가능한 버킷이다. 경사지에 있어서 유압 셔블(100)이 가동(稼動)하는 경우, 버킷(11)이 차폭 방향으로 틸트 경사지는 것에 의해, 경사면 또는 평지를 가능하게 자유롭게 성형 또는 정지할 수 있다.

조작 장치(40)는, 운전실(4)에 배치된다. 조작 장치(40)는, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터에게 조작되는 조작 부재를 포함한다. 조작 부재는, 조작 레버 또는 죠이스틱을 포함한다. 조작 부재가 조작됨으로써, 작업기(1)가 조작된다.

제어 장치(50)는, 컴퓨터 시스템을 포함한다. 제어 장치(50)는, CPU(central processing unit)와 같은 프로세서와, ROM(read only memory) 또는 RAM(random access memory)와 같은 기억 장치와, 입출력 인터페이스 장치를 가진다.

도 2는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)을 모식적으로 나타낸 측면도이다. 도 3은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)을 모식적으로 나타낸 배면도이다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 작업기(1)를 구동하는 유압 실린더(20)를 가진다. 유압 실린더(20)는, 작동유에 의해 구동된다. 유압 실린더(20)는, 버킷(11)을 구동하는 버킷 실린더(21)와, 암(12)을 구동하는 암 실린더(22)와, 붐(13)을 구동하는 붐 실린더(23)를 포함한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 버킷 실린더(21)에 배치된 버킷 실린더 스트로크 센서(14)와, 암 실린더(22)에 배치된 암 실린더 스트로크 센서(15)와, 붐 실린더(23)에 배치된 붐 실린더 스트로크 센서(16)를 가진다. 버킷 실린더 스트로크 센서(14)는, 버킷 실린더(21)의 스트로크 길이인 버킷 실린더 길이를 검출한다. 암 실린더 스트로크 센서(15)는, 암 실린더(22)의 스트로크 길이인 암 실린더 길이를 검출한다. 붐 실린더 스트로크 센서(16)는, 붐 실린더(23)의 스트로크 길이인 붐 실린더 길이를 검출한다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 상부 선회체(2)의 위치를 검출하는 위치 검출 장치(30)를 구비한다. 위치 검출 장치(30)는, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 상부 선회체(2)의 위치를 검출하는 차체 위치 검출기(31)와, 상부 선회체(2)의 자세를 검출하는 자세 검출기(32)와, 상부 선회체(2)의 방위를 검출하는 방위 검출기(33)를 포함한다.

글로벌 좌표계(XgYgZg 좌표계)란, GPS(Global Positioning System: 전지구 측위 시스템)에 의해 규정되는 절대 위치를 나타내는 좌표계이다. 로컬 좌표계(XYZ 좌표계)란, 유압 셔블(100)의 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps로 한 상대 위치를 나타내는 좌표계이다. 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps는, 예를 들면, 상부 선회체(2)의 선회축 RX로 설정된다. 그리고, 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps는, 회전축 AX3로 설정되어도 된다. 위치 검출 장치(30)에 의해, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 상부 선회체(2)의 3차원 위치, 수평면에 대한 상부 선회체(2)의 경사 각도, 및 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위가 검출된다.

차체 위치 검출기(31)는, GPS 수신기를 포함한다. 차체 위치 검출기(31)는, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 상부 선회체(2)의 3차원 위치를 검출한다. 차체 위치 검출기(31)는, 상부 선회체(2)의 Xg 방향의 위치, Yg 방향의 위치, 및 Zg 방향의 위치를 검출한다.

상부 선회체(2)에 복수의 GPS 안테나(31A)가 설치된다. GPS 안테나(31A)는, 상부 선회체(2)의 난간(6)에 설치된다. 그리고, GPS 안테나(31A)는, 기계실(5)의 후방에 배치된 카운터웨이트(counterweight) 상에 배치되어도 된다. GPS 안테나(31A)는, GPS 위성으로부터 전파를 수신하여, 수신한 전파에 기초한 신호를 차체 위치 검출기(31)에 출력한다. 차체 위치 검출기(31)는, GPS 안테나(31A)로부터 공급된 신호에 기초하여, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 GPS 안테나(31A)의 설치 위치 P1를 검출한다. 차체 위치 검출기(31)는, GPS 안테나(31A)의 설치 위치 P1에 기초하여, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg를 검출한다.

GPS 안테나(31A)는, 차폭 방향으로 2개 설치된다. 차체 위치 검출기(31)는, 한쪽의 GPS 안테나(31A)의 설치 위치 P1a 및 다른 쪽의 GPS 안테나(31A)의 설치 위치 P1b의 각각을 검출한다. 차체 위치 검출기(32)는, 설치 위치 P1a와 설치 위치 P1b에 기초하여 연산 처리를 실시하여, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg 및 방위를 검출한다. 본 실시형태에 있어서, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg는, 설치 위치 P1a이다. 그리고, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg는, 설치 위치 P1b라도 된다.

자세 검출기(32)는, IMU(Inertial Measurement Unit)를 포함한다. 자세 검출기(32)는, 상부 선회체(2)에 설치된다. 자세 검출기(32)는, 운전실(4)의 하부에 배치된다. 자세 검출기(32)는, 수평면(XgYg 평면)에 대한 상부 선회체(2)의 경사 각도를 검출한다. 수평면에 대한 상부 선회체(2)의 경사 각도는, 차폭 방향에서의 상부 선회체(2)의 경사 각도 θa와, 전후 방향에서의 상부 선회체(2)의 경사 각도 θb를 포함한다.

방위 검출기(33)는, 한쪽의 GPS 안테나(31A)의 설치 위치 P1a와 다른 쪽의 GPS 안테나(31A)의 설치 위치 P1b에 기초하여, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위를 검출하는 기능을 가진다. 기준 방위는, 예를 들면, 북쪽이다. 방위 검출기(33)는, 설치 위치 P1a와 설치 위치 P1b에 기초하여 연산 처리를 실시하여, 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위를 검출한다. 방위 검출기(33)는, 설치 위치 P1a와 설치 위치 P1b를 연결하는 직선을 산출하고, 산출한 직선과 기준 방위가 이루는 각도에 기초하여, 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위를 검출한다.

그리고, 방위 검출기(33)는, 위치 검출 장치(30)와는 별체라도 된다. 방위 검출기(33)는, 자기(磁氣) 센서를 사용하여 상부 선회체(2)의 방위를 검출해도 된다.

유압 셔블(100)은, 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps에 대한 날끝(10)의 상대 위치를 검출하는 날끝 위치 검출기(34)를 구비한다.

본 실시형태에 있어서, 날끝 위치 검출기(34)는, 버킷 실린더 스트로크 센서(14)의 검출 결과와, 암 실린더 스트로크 센서(15)의 검출 결과와, 붐 실린더 스트로크 센서(16)의 검출 결과와, 버킷(11)의 길이 L11과, 암(12)의 길이 L12와, 붐(13)의 길이 L13에 기초하여, 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps에 대한 날끝(10)의 상대 위치를 산출한다.

날끝 위치 검출기(34)는, 버킷 실린더 스트로크 센서(14)에 의해 검출된 버킷 실린더 길이에 기초하여, 암(12)에 대한 버킷(11)의 날끝(10)의 경사각 θ11을 산출한다. 날끝 위치 검출기(34)는, 암 실린더 스트로크 센서(15)에 의해 검출된 암 실린더 길이에 기초하여, 붐(13)에 대한 암(12)의 경사각 θ12를 산출한다. 날끝 위치 검출기(34)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)에 의해 검출된 붐 실린더 길이에 기초하여, 상부 선회체(2)의 Z축에 대한 붐(13)의 경사각 θ13을 산출한다.

버킷(11)의 길이 L11은, 버킷(11)의 날끝(10)과 회전축 AX1(버킷 핀)과의 거리이다. 암(12)의 길이 L12는, 회전축 AX1(버킷 핀)과 회전축 AX2(암 핀)와의 거리이다. 붐(13)의 길이 L13는, 회전축 AX2(암 핀)와 회전축 AX3(붐 핀)와의 거리이다.

날끝 위치 검출기(34)는, 경사각 θ11, 경사각 θ12, 경사각 θ13, 길이 L11, 길이 L12, 및 길이 L13에 기초하여, 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps에 대한 날끝(10)의 상대 위치를 산출한다.

또한, 날끝 위치 검출기(34)는, 위치 검출 장치(30)에 의해 검출된 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg와, 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps와 날끝(10)과의 상대 위치에 기초하여, 날끝(10)의 절대 위치 Pb를 산출한다. 절대 위치 Pg와 기준 위치 Ps와의 상대 위치는, 유압 셔블(100)의 제원 데이터로부터 도출되는 기지(旣知)의 데이터이다. 따라서, 날끝 위치 검출기(34)는, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg와 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps와 날끝(10)과의 상대 위치와, 유압 셔블(100)의 제원 데이터에 기초하여, 날끝(10)의 절대 위치 Pb를 산출 가능하다.

그리고, 날끝 위치 검출기(34)는, 포텐셔미터(potentiometer) 경사계 등의 각도 센서를 포함해도 된다. 그 각도 센서가, 버킷(11)의 경사각 θ11, 암(12)의 경사각 θ12, 및 붐(13)의 경사각 θ13을 검출해도 된다.

[정지 어시스트 제어]

도 4는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 동작을 나타낸 모식도이다. 본 실시형태에 있어서, 제어 장치(50)는, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 굴삭 지형(설계면)을 따라 버킷(11)의 날끝(10)이 이동하도록 작업기(1)를 정지 어시스트 제어한다. 제어 장치(50)는, 예를 들면, PI 제어(proportional―integral control)에 의해, 작업기(1)를 정지 어시스트 제어한다.

조작 장치(40)가 조작됨으로써, 버킷(11)의 덤프 동작, 버킷(11)의 굴삭 동작, 암(12)의 덤프 동작, 암(12)의 굴삭 동작, 붐(13)의 상승 동작, 및 붐(13)의 하강 동작이 실행된다.

본 실시형태에 있어서, 조작 장치(40)는, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 우측에 배치되는 우측 조작 레버와, 좌측에 배치되는 좌측 조작 레버를 포함한다. 우측 조작 레버가 전후 방향으로 작동되면, 붐(13)은 하강 동작 및 상승 동작을 행한다. 우측 조작 레버가 좌우 방향(차폭 방향)으로 작동되면, 버킷(11)은 굴삭 동작 및 덤프 동작을 행한다. 좌측 조작 레버가 전후 방향으로 작동되면, 암(12)은 덤프 동작 및 굴삭 동작을 행한다. 좌측 조작 레버가 좌우 방향으로 작동되면, 상부 선회체(2)는 좌측 선회 및 우측 선회한다. 그리고, 좌측 조작 레버가 전후 방향으로 작동되었을 경우에 상부 선회체(2)가 우측 선회 및 좌측 선회하고, 좌측 조작 레버가 좌우 방향으로 작동되었을 경우에 암(12)이 덤프 동작 및 굴삭 동작을 행해도 된다.

정지 어시스트 제어에 있어서는, 버킷(11) 및 암(12)은, 오퍼레이터에 의한 조작 장치(40)의 조작에 기초하여 구동된다. 붐(13)은, 오퍼레이터에 의한 조작 장치(40)의 조작 및 제어 장치(50)에 의한 제어 중 적어도 한쪽에 기초하여 구동된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 굴삭 대상을 굴삭하는 경우, 버킷(11) 및 암(12)은 굴삭 동작된다. 제어 장치(50)는, 조작 장치(40)의 조작에 의해 버킷(11) 및 암(12)이 굴삭 동작되고 있는 상태에서, 목표 굴삭 지형을 따라 버킷(11)의 날끝(10)이 이동하도록, 붐(13)의 동작에 개입하는 제어를 행한다. 도 4에 나타낸 예에서는, 제어 장치(50)는, 버킷(11) 및 암(12)이 굴삭 동작되고 있는 상태에서, 붐(13)이 상승 동작하도록, 붐 실린더(23)를 제어한다.

[유압 시스템]

다음에, 본 실시형태에 관한 유압 시스템(300)의 일례에 대하여 설명한다. 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)를 포함하는 유압 실린더(20)는, 유압 시스템(300)에 의해 작동한다. 유압 실린더(20)는, 조작 장치(40)에 의해 조작된다.

본 실시형태에 있어서, 조작 장치(40)는, 파일럿 유압 방식의 조작 장치이다. 이하의 설명에 있어서는, 유압 실린더(20)[버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)]를 작동하기 위해 그 유압 실린더(20)에 공급되는 오일을 적절히, 작동유라고 한다. 방향 제어 밸브(41)에 의해, 유압 실린더(20)에 대한 작동유의 공급량이 조정된다. 방향 제어 밸브(41)는, 공급되는 오일에 의해 작동한다. 이하의 설명에 있어서는, 방향 제어 밸브(41)를 작동하기 위해 그 방향 제어 밸브(41)에 공급되는 오일을 적절히, 파일럿 오일이라고 한다. 또한, 파일럿 오일의 압력을 적절히, 파일럿 유압이라고 한다.

도 5는, 암 실린더(22)를 작동하는 유압 시스템(300)의 일례를 나타낸 모식도이다. 조작 장치(40)의 조작에 의해, 암(12)은, 굴삭 동작 및 덤프 동작의 2종류의 동작을 실행한다. 암 실린더(22)가 신장되는 것에 의해, 암(12)이 굴삭 동작하고, 암 실린더(22)가 수축되므로, 암(12)이 덤프 동작한다.

유압 시스템(300)은, 방향 제어 밸브(41)를 통하여 암 실린더(22)에 작동유를 공급하는 가변(可變) 용량형의 메인 유압 펌프(42)와, 파일럿 오일을 공급하는 파일럿 유압 펌프(43)와, 방향 제어 밸브(41)에 대한 파일럿 유압을 조정하는 조작 장치(40)와, 파일럿 오일이 흐르는 오일 통로(44A, 44B)와, 오일 통로(44A, 44B)에 배치된 압력 센서(46A, 46B)와, 제어 장치(50)를 구비한다. 메인 유압 펌프(42)는, 도시하지 않은 엔진 등의 원동기(原動機)에 의해 구동한다.

방향 제어 밸브(41)는, 작동유가 흐르는 방향을 제어한다. 메인 유압 펌프(42)로부터 공급된 작동유는, 방향 제어 밸브(41)를 통하여, 암 실린더(22)에 공급된다. 방향 제어 밸브(41)는, 로드형(rod type)의 스풀(spool)을 움직여 작동유가 흐르는 방향을 전환하는 스풀 방식이다. 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 암 실린더(22)의 캡측 오일실(20A)[오일 통로(47A)]에 대한 작동유의 공급과, 로드측 오일실(20B)[오일 통로(47B)]에 대한 작동유의 공급이 전환된다. 그리고, 캡측 오일실(20A)이란, 실린더 헤드 커버와 피스톤과의 사이의 공간이다. 로드측 오일실(20B)이란, 피스톤 로드가 배치되는 공간이다. 또한, 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 암 실린더(22)에 대한 작동유의 공급량(단위 시간당의 공급량)이 조정된다. 암 실린더(22)에 대한 작동유의 공급량이 조정되는 것에 의해, 실린더 속도가 조정된다.

방향 제어 밸브(41)는, 조작 장치(40)에 의해 조작된다. 파일럿 유압 펌프(43)로부터 송출된 파일럿 오일이 조작 장치(40)에 공급된다. 그리고, 메인 유압 펌프(42)로부터 송출되어, 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿 오일이 조작 장치(40)에 공급되어도 된다. 조작 장치(40)는, 파일럿 유압 조정 밸브를 포함한다. 조작 장치(40)의 조작량에 기초하여, 파일럿 유압이 조정된다. 그 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브(41)가 구동된다. 조작 장치(40)에 의해 파일럿 유압이 조정되는 것에 의해, 축 방향에 관한 스풀의 이동량 및 이동 속도가 조정된다.

방향 제어 밸브(41)는, 제1 수압실(受壓室) 및 제2 수압실을 가진다. 오일 통로(44A)의 파일럿 유압에 의해 스풀이 구동하고, 제1 수압실이 메인 유압 펌프(42)와 접속되고, 제1 수압실에 작동유가 공급된다. 오일 통로(44B)의 파일럿 유압에 의해 스풀이 구동하고, 제2 수압실이 메인 유압 펌프(42)와 접속되고, 제2 수압실에 작동유가 공급된다.

압력 센서(46A)는, 오일 통로(44A)의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(46B)는, 오일 통로(44B)의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(46A, 46B)의 검출 신호는, 제어 장치(50)에 출력된다.

조작 장치(40)의 조작 레버가 중립 위치보다 한쪽으로 작동되면, 그 조작 레버의 조작량에 따른 파일럿 유압이 방향 제어 밸브(41)의 스풀의 제1 수압실에 작용한다. 조작 장치(40)의 조작 레버가 중립 위치보다 다른 쪽으로 작동되면, 그 조작 레버의 조작량에 따른 파일럿 유압이 방향 제어 밸브(41)의 스풀의 제2 수압실에 작용한다.

방향 제어 밸브(41)의 스풀은, 조작 장치(40)에 의해 조정된 파일럿 유압에 따른 거리만큼 움직인다. 예를 들면, 제1 수압실에 파일럿 유압이 작용함으로써, 암 실린더(22)의 캡측 오일실(20A)에 메인 유압 펌프(42)로부터의 작동유가 공급되고, 암 실린더(22)가 신장된다. 암 실린더(22)가 신장되면 암(12)은 굴삭 동작한다. 제2 수압실에 파일럿 유압이 작용함으로써, 암 실린더(22)의 로드측 오일실(20B)에, 메인 유압 펌프(42)로부터의 작동유가 공급되고, 암 실린더(22)가 감소한다. 암 실린더(22)가 줄어들면, 암(12)은 덤프 동작한다. 방향 제어 밸브(41)의 스풀의 이동량에 기초하여, 메인 유압 펌프(42)로부터 방향 제어 밸브(41)를 통하여 암 실린더(22)에 공급되는 단위 시간당의 작동유의 공급량이 조정된다. 단위 시간당의 작동유의 공급량이 조정되는 것에 의해, 실린더 속도가 조정된다.

버킷 실린더(21)를 작동하는 유압 시스템(300)은, 암 실린더(22)를 작동하는 유압 시스템(300)과 마찬가지의 구성이다. 조작 장치(40)의 조작에 의해, 버킷(11)은, 굴삭 동작 및 덤프 동작의 2종류의 동작을 실행한다. 버킷 실린더(21)가 신장되는 것에 의해, 버킷(11)이 굴삭 동작하고, 버킷 실린더(21)가 수축되므로, 버킷(11)이 덤프 동작한다. 버킷 실린더(21)를 작동하는 유압 시스템(300)에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 6은, 붐 실린더(23)를 작동하는 유압 시스템(300)의 일례를 나타낸 모식도이다. 조작 장치(40)의 조작에 의해, 붐(13)은, 상승 동작 및 하강 동작의 2종류의 동작을 실행한다. 방향 제어 밸브(41)는, 제1 수압실 및 제2 수압실을 가진다. 오일 통로(44A)의 파일럿 유압에 의해 스풀이 구동하고, 제1 수압실이 메인 유압 펌프(42)와 접속되고, 제1 수압실에 작동유가 공급된다. 오일 통로(44B)의 파일럿 유압에 의해 스풀이 구동하고, 제2 수압실이 메인 유압 펌프(42)와 접속되고, 제2 수압실에 작동유가 공급된다. 메인 유압 펌프(42)로부터 공급된 작동유는, 방향 제어 밸브(41)를 통하여, 붐 실린더(23)에 공급된다. 방향 제어 밸브(41)의 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 붐 실린더(23)의 캡측 오일실(20A)[오일 통로(47B)]에 대한 작동유의 공급과, 로드측 오일실(20B)[오일 통로(47A)]에 대한 작동유의 공급이 전환된다. 제1 수압실에 작동유가 공급된 경우, 오일 통로(47A)를 통하여 로드측 오일실(20B)에 작동유가 공급되어 붐 실린더(23)가 수축되므로, 붐(13)이 하강 동작한다. 제2 수압실에 작동유가 공급된 경우, 오일 통로(47B)를 통하여 캡측 오일실(20A)에 작동유가 공급되어 붐 실린더(23)가 신장되는 것에 의해, 붐(13)이 상승 동작한다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 붐 실린더(23)를 작동하는 유압 시스템(300)은, 메인 유압 펌프(42)와, 파일럿 유압 펌프(43)와, 방향 제어 밸브(41)와, 방향 제어 밸브(41)에 대한 파일럿 유압을 조정하는 조작 장치(40)와, 파일럿 오일이 흐르는 오일 통로(44A, 44B, 44C)와, 오일 통로(44A, 44B, 44C)에 배치된 제어 밸브(45A, 45B, 45C)와, 오일 통로(44A, 44B, 44C)에 배치된 압력 센서(46A, 46B)와, 제어 밸브(45A, 45B, 45C)를 제어하는 제어 장치(50)를 구비한다.

제어 밸브(45A, 45B, 45C)는, 전자(電磁) 비례 제어 밸브이다. 제어 밸브(45A, 45B, 45C)는, 제어 장치(50)로부터의 지령 신호에 기초하여, 파일럿 유압을 조정한다. 제어 밸브(45A)는, 오일 통로(44A)의 파일럿 유압을 조정한다. 제어 밸브(45B)는, 오일 통로(44B)의 파일럿 유압을 조정한다. 제어 밸브(45C)는, 오일 통로(44C)의 파일럿 유압을 조정한다.

도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 조작 장치(40)가 조작됨으로써, 조작 장치(40)의 조작량에 따른 파일럿 유압이 방향 제어 밸브(41)에 작용한다. 방향 제어 밸브(41)의 스풀은, 파일럿 유압에 따라 이동한다. 스풀의 이동량에 기초하여, 메인 유압 펌프(42)로부터 방향 제어 밸브(41)를 통하여 붐 실린더(23)에 공급되는 단위 시간당의 작동유의 공급량이 조정된다.

제어 장치(50)는, 제어 밸브(45A)를 제어하여, 제1 수압실에 작용하는 파일럿 유압을 감압 조정 가능하다. 제어 장치(50)는, 제어 밸브(45B)를 제어하여, 제2 수압실에 작용하는 파일럿 유압을 감압 조정 가능하다. 도 6에 나타낸 예에서는, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압이 제어 밸브(45A)에 의해 감압되는 것에 의해, 방향 제어 밸브(41)에 공급되는 파일럿 오일이 제한된다. 방향 제어 밸브(41)에 작용하는 파일럿 유압이 제어 밸브(45A)에 의해 감압되는 것에 의해, 붐(13)의 하강 동작이 제한된다. 마찬가지로, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압이 제어 밸브(45B)에 의해 감압되는 것에 의해, 방향 제어 밸브(41)에 공급되는 파일럿 오일이 제한된다. 방향 제어 밸브(41)에 작용하는 파일럿 유압이 제어 밸브(45B)에 의해 감압되는 것에 의해, 붐(13)의 상승 동작이 제한된다. 제어 장치(50)는, 압력 센서(46A)의 검출 신호에 기초하여, 제어 밸브(45A)를 제어한다. 제어 장치(50)는, 압력 센서(46B)의 검출 신호에 기초하여, 제어 밸브(45B)를 제어한다.

본 실시형태에 있어서는, 정지 어시스트 제어를 위해, 제어 장치(50)로부터 출력된, 정지 어시스트 제어에 관한 지령 신호에 기초하여 작동하는 제어 밸브(45C)가 오일 통로(44C)에 설치된다. 오일 통로(44C)에, 파일럿 유압 펌프(43)로부터 송출된 파일럿 오일이 흐른다. 오일 통로(44C) 및 오일 통로(44B)는, 셔틀 밸브(48)와 접속된다. 셔틀 밸브(48)는, 오일 통로(44B) 및 오일 통로(44C) 중, 파일럿 유압이 높은 쪽의 오일 통로의 파일럿 오일을, 방향 제어 밸브(41)에 공급한다.

제어 밸브(45C)는, 정지 어시스트 제어를 실행하기 위해 제어 장치(50)로부터 출력된 지령 신호에 기초하여 제어된다.

정지 어시스트 제어를 실행하지 않을 때, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(41)가 구동되도록, 제어 장치(50)는, 제어 밸브(45C)에 지령 신호를 출력하지 않는다. 예를 들면, 제어 장치(50)는, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(41)가 구동되도록, 제어 밸브(45B)를 전개(全開)로 하는 동시에, 제어 밸브(45C)에 의해 오일 통로(44C)를 폐쇄한다.

정지 어시스트 제어를 실행할 때, 제어 장치(50)는, 제어 밸브(45C)에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(41)가 구동되도록, 제어 밸브(45B, 45C)를 제어한다. 예를 들면, 붐(13)의 이동을 제한하는 정지 어시스트 제어를 실행하는 경우, 제어 장치(50)는, 붐 목표 속도에 따른 파일럿 유압으로 되도록, 제어 밸브(45C)를 제어한다. 예를 들면, 제어 장치(50)는, 제어 밸브(45C)에 의해 조정된 파일럿 유압이, 조작 장치(40)에 의해 조정되는 파일럿 유압보다 높아지도록, 제어 밸브(45C)를 제어한다. 오일 통로(44C)의 파일럿 유압이 오일 통로(44B)의 파일럿 유압보다 크게 되면, 제어 밸브(45C)로부터의 파일럿 오일이 셔틀 밸브(48)를 통하여 방향 제어 밸브(41)에 공급된다.

오일 통로(44B) 및 오일 통로(44C) 중 적어도 한쪽을 통하여 방향 제어 밸브(41)에 파일럿 오일이 공급되는 것에 의해, 작동유가 오일 통로(47B)를 통하여 캡측 오일실(20A)에 공급된다. 이로써, 붐 실린더(23)가 신장하여, 붐(13)이 상승 동작한다.

버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형을 파들어가지 않도록 조작 장치(40)에 의한 붐(13)의 상승 조작량이 클 경우, 정지 어시스트 제어는 실행되지 않는다. 붐(13)이 붐 목표 속도보다 빠른 속도로 상승 동작되도록 조작 장치(40)가 조작되고, 그 조작량에 기초하여 파일럿 유압이 조정되는 것에 의해, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정되는 파일럿 유압은, 제어 밸브(45C)에 의해 조정되는 파일럿 유압보다 높아진다. 이로써, 제어 장치(50)의 제어 밸브(45C)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압의 파일럿 오일이 셔틀 밸브(48)에 의해 선택되고, 방향 제어 밸브(41)에 공급된다. 또한, 후술하는 제어 장치(50)로부터 제어 밸브(45C)에 대한 지령에 기초한 파일럿 유압이, 붐 조작량에 기초한 파일럿 유압보다 작은 경우, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정된 파일럿 오일이 셔틀 밸브(48)에 의해 선택되고, 붐(13)이 조작된다.

[제어 시스템]

다음에, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 시스템(200)에 대하여 설명한다. 도 7은, 본 실시형태에 관한 제어 시스템(200)의 일례를 나타낸 기능 블록도이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 제어 시스템(200)은, 작업기(1)를 제어하는 제어 장치(50)와, 위치 검출 장치(30)와, 날끝 위치 검출기(34)와, 조작 장치(40)와, 제어 밸브(45)[45A, 45B, 45C]와, 압력 센서(46)[46A, 46B]와, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)를 구비한다.

전술한 바와 같이, 차체 위치 검출기(31), 자세 검출기(32), 및 방위 검출기(33)를 포함하는 위치 검출 장치(30)는, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg를 검출한다. 이하의 설명에 있어서는, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg를 적절히, 차체 위치 Pg라고 한다.

제어 밸브(45)[45A, 45B, 45C]는, 유압 실린더(20)에 대한 작동유의 공급량을 조정한다. 제어 밸브(45)는, 제어 장치(50)로부터의 지령 신호에 기초하여 작동한다. 압력 센서(46)[46A, 46B]는, 오일 통로(44)[44A, 44B]의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(46)의 검출 신호는, 제어 장치(50)에 출력된다.

목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 컴퓨터 시스템을 포함한다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 시공 영역의 목표 형상인 입체 설계 지형을 나타내는 목표 시공 데이터를 생성한다. 목표 시공 데이터는, 작업기(1)에 의한 시공 후에 얻어지는 3차원의 목표 형상을 나타낸다. 목표 시공 데이터는, 목표 굴삭 지형 데이터의 생성에 필요한 좌표 데이터 및 각도 데이터를 포함한다.

목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 예를 들면, 유압 셔블(100)의 원격지에 설치된다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 예를 들면, 시공 관리 측의 설비에 설치된다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)와 제어 장치(50)는 무선 통신 가능하다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)에 의해 생성된 목표 시공 데이터는, 무선으로 제어 장치(50)에 송신된다.

그리고, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)와 제어 장치(50)가 유선으로 접속되고, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)로부터 제어 장치(50)에 목표 시공 데이터가 송신되어도 된다. 그리고, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)가 목표 시공 데이터를 기억한 기억 매체를 포함하고, 제어 장치(50)가, 그 기억 매체로부터 목표 시공 데이터를 읽어들임(reading) 가능한 장치를 가져도 된다.

제어 장치(50)는, 작업기(1)를 지지하는 상부 선회체(2)의 차체 위치 Pg를 나타내는 차체 위치 데이터를 취득하는 차체 위치 데이터 취득부(51)와, 로컬 좌표계에서의 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps에 대한 버킷(11)의 날끝(10)의 상대 위치를 나타내는 날끝 위치 데이터를 취득하는 날끝 위치 데이터 취득부(52)와, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 굴삭 지형 데이터를 생성하는 목표 굴삭 지형 데이터 생성부(53)와, 버킷(11)의 날끝 위치와 목표 굴삭 지형과의 거리를 나타내는 거리 데이터를 취득하는 거리 취득부(54)와, 거리 데이터에 기초하여 버킷(11)의 날끝 목표 속도를 결정하는 날끝 목표 속도 결정부(55)와, 작업기(1)를 조작하기 위한 조작량을 취득하는 조작량 취득부(56)와, 날끝 목표 속도와 조작량 취득부(56)에 의해 취득된 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 기초하여 붐 목표 속도를 산출하는 붐 목표 속도 연산부(57)와, 날끝 위치와 목표 굴삭 지형과의 거리의 시간 적분에 기초하여 붐 목표 속도의 보정량을 산출하는 보정량 연산부(58)와, 날끝 위치와 목표 굴삭 지형과의 거리에 기초하여 보정량을 제한하는 보정량 제한부(59)와, 보정량으로 보정된 붐 목표 속도에 기초하여 붐(13)을 구동하는 붐 실린더(23)를 제어하는 작업기 제어부(60)와, 유압 셔블(100)의 제원 데이터를 기억하는 기억부(61)와, 입출력부(62)를 가진다.

제어 장치(50)의 프로세서는, 차체 위치 데이터 취득부(51), 날끝 위치 데이터 취득부(52), 목표 굴삭 지형 데이터 생성부(53), 거리 취득부(54), 날끝 목표 속도 결정부(55), 조작량 취득부(56), 붐 목표 속도 연산부(57), 보정량 연산부(58), 보정량 제한부(59), 및 작업기 제어부(60)를 포함한다. 제어 장치(50)의 기억 장치는, 기억부(61)를 포함한다. 제어 장치(50)의 입출력 인터페이스 장치는, 입출력부(62)를 포함한다.

차체 위치 데이터 취득부(51)는, 위치 검출 장치(30)로부터, 입출력부(62)를 통하여, 차체 위치 Pg를 나타내는 차체 위치 데이터를 취득한다. 차체 위치 Pg는, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 현재의 절대 위치이다. 차체 위치 검출기(31)는, GPS 안테나(31A)의 설치 위치 P1a 및 설치 위치 P1b 중 적어도 한쪽에 기초하여, 차체 위치 Pg를 검출한다. 차체 위치 데이터 취득부(51)는, 차체 위치 검출기(31)로부터, 차체 위치 Pg를 나타내는 차체 위치 데이터를 취득한다.

날끝 위치 데이터 취득부(52)는, 날끝 위치 검출기(34)로부터, 입출력부(62)를 통하여, 날끝 위치를 나타내는 날끝 위치 데이터를 취득한다. 날끝 위치는, 로컬 좌표계에 의해 규정되는 현재의 상대 위치이다. 날끝 위치 데이터 취득부(52)는, 날끝 위치 검출기(34)로부터, 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps에 대한 날끝(10)의 상대 위치인 날끝 위치를 나타내는 날끝 위치 데이터를 취득한다. 그리고, 날끝 위치 검출기(34)는, 상부 선회체(2)의 차체 위치 Pg와, 상부 선회체(2)의 기준 위치 Ps와 날끝(10)과의 상대 위치와, 유압 셔블(100)의 제원 데이터에 기초하여, 현재의 날끝(10)의 절대 위치 Pb를 산출 가능하다. 날끝 위치 데이터 취득부(52)가 날끝 위치 검출기(34)로부터 취득하는 날끝 위치 데이터가, 현재의 날끝(10)의 절대 위치 Pb를 포함해도 된다.

목표 굴삭 지형 데이터 생성부(53)는, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)로부터 공급되는 목표 시공 데이터와 날끝 위치 데이터를 사용하여, 날끝 위치에 대응하는, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 굴삭 지형 데이터를 생성한다. 목표 굴삭 지형 데이터 생성부(53)는, 로컬 좌표계에서의 목표 굴삭 지형 데이터를 생성한다.

도 8은, 입체 설계 지형을 나타내는 목표 시공 데이터와 목표 굴삭 지형 데이터와의 관계를 나타내는 도면이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 목표 굴삭 지형 데이터 생성부(53)는, 목표 시공 데이터와 날끝 위치 데이터에 기초하여, 상부 선회체(2)의 전후 방향에서 규정되는 작업기(1)의 작업기 동작 평면 MP와 입체 설계 지형과의 교선 E을 목표 굴삭 지형의 후보선(候補線)으로서 취득한다. 목표 굴삭 지형 데이터 생성부(53)는, 목표 굴삭 지형의 후보선에 있어서 날끝(10)의 직하점 즉 바로 아래 점을 목표 굴삭 지형의 기준점 AP로 한다. 제어 장치(50)는, 목표 굴삭 지형의 기준점 AP의 전후의 단수 또는 복수의 변곡점과 그 전후의 선을 굴삭 대상이 되는 목표 굴삭 지형으로서 결정한다. 목표 굴삭 지형 데이터 생성부(53)는, 굴삭 대상의 목표 형상인 설계 지형을 나타내는 목표 굴삭 지형 데이터를 생성한다.

도 7에 있어서, 거리 취득부(54)는, 날끝 위치 데이터 취득부(52)에 의해 취득된 날끝 위치와, 목표 굴삭 지형 데이터 생성부(53)에 의해 생성된 목표 굴삭 지형에 기초하여, 날끝 위치 Pb와 목표 굴삭 지형과의 거리 d를 산출한다.

그리고, 본 실시형태에 있어서는, 제어 대상으로서 날끝 위치 Pb를 사용하고 있지만, 버킷(11)의 외형 치수 등을 사용하여, 버킷(11)의 외주(外周)를 포함하는 버킷(11)의 임의의 점과 목표 굴삭 지형과의 거리를 버킷(11)과 목표 굴삭 지형과의 거리 d로 해도 된다.

날끝 목표 속도 결정부(55)는, 날끝 위치 Pb와 목표 굴삭 지형과의 거리 d에 기초하여, 버킷(11)의 날끝 목표 속도를 결정한다.

도 9는, 거리 d와 날끝 목표 속도와의 관계의 일례를 나타낸 도면이다. 도 9에 나타낸 그래프에 있어서, 가로축은 거리 d이며, 세로축은 날끝 목표 속도이다. 도 9에 있어서, 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 표면을 침식하고 있지 않을 때의 거리 d는, 플러스의 값이다. 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 표면을 침식하고 있을 때의 거리 d는, 마이너스의 값이다. 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 표면을 침식하고 있지 않는 비침식 상태란, 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 표면의 외측(위쪽)에 존재하는 상태, 환언하면, 목표 굴삭 지형을 초과하지 않는 위치에 존재하는 상태를 말한다. 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 표면을 침식하고 있는 침식 상태란, 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 표면의 내측(아래쪽)에 존재하는 상태, 환언하면, 목표 굴삭 지형을 초과하는 위치에 존재하는 상태를 말한다. 비침식 상태에 있어서는, 날끝(10)은 목표 굴삭 지형으로부터 부상하고 있는 상태이며, 침식 상태에 있어서는, 날끝(10)은 목표 굴삭 지형을 파들어 가고 있는 상태이다. 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 표면에 일치할 때의 거리 d는, 영(零; zero)이다.

본 실시형태에 있어서는, 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 내측으로부터 외측을 향할 때의 속도를 플러스의 값으로 하고, 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 외측으로부터 내측을 향할 때의 속도를 마이너스의 값으로 한다. 즉, 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 위쪽을 향할 때의 속도를 플러스의 값으로 하고, 날끝(10)이 목표 굴삭 지형의 아래쪽을 향할 때의 속도를 마이너스의 값으로 한다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 날끝 목표 속도 결정부(55)는, 날끝(10)과 목표 굴삭 지형이 일치하도록, 날끝 목표 속도의 플러스 마이너스를 결정한다. 또한, 날끝 목표 속도 결정부(55)는, 거리 d가 클수록 날끝 목표 속도의 절대값이 커지고, 거리 d가 작을수록 날끝 목표 속도의 절대값이 작아지도록, 날끝 목표 속도를 결정한다.

도 7에 있어서, 조작량 취득부(56)는, 조작 장치(40)의 조작량을 취득한다. 조작 장치(40)의 조작량은, 오일 통로(44A, 44B)의 파일럿 유압과 상관이 있다. 오일 통로(44A, 44B)의 파일럿 유압은, 압력 센서(46A, 46B)에 의해 검출된다. 조작 장치(40)의 조작량과 오일 통로(44A, 44B)의 파일럿 유압과의 상관을 나타내는 상관 데이터는, 예비 실험 또는 시뮬레이션에 의해 사전에 구해지고, 기억부(61)에 기억되어 있다. 조작량 취득부(56)는, 압력 센서(46A, 46B)의 검출 신호와, 기억부(61)에 기억되어 있는 상관 데이터에 기초하여, 압력 센서(46A, 46B)의 검출 신호(PPC압)로부터, 조작 장치(40)의 조작량을 나타내는 조작량 데이터를 취득한다. 조작량 취득부(56)는, 버킷(11)을 조작하기 위한 조작 장치(40)의 버킷 조작량, 암(12)을 조작하기 위한 조작 장치(40)의 암 조작량, 및 붐(13)을 조작하기 위한 조작 장치(40)의 붐 조작량을 취득한다.

붐 목표 속도 연산부(57)는, 날끝 목표 속도 결정부(55)에 의해 결정된 날끝 목표 속도와 조작량 취득부(56)에 의해 취득된 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 기초하여, 붐 목표 속도를 산출한다. 정지 어시스트 제어에 있어서는, 버킷(11)의 동작 및 암(12)의 동작은, 오퍼레이터에 의한 조작 장치(40)의 조작에 기초한다. 정지 어시스트 제어에 있어서는, 조작 장치(40)를 통하여 버킷(11) 및 암(12)이 조작되고 있는 상태에서, 목표 굴삭 지형을 따라 버킷(11)의 날끝(10)이 이동하도록, 제어 장치(50)에 의해 붐(13)의 동작이 제어된다. 붐 목표 속도 연산부(55)는, 조작 장치(40)에 의한 버킷(11)을 조작하기 위한 버킷 조작량으로부터, 버킷(11)이 작동되었을 때의 날끝 속도를 산출하고, 버킷(11)이 작동되었을 때의 목표 굴삭 지형과 날끝(10)과의 편차가 상쇄되도록, 버킷(11)의 동작에 기초한 날끝 속도에 대항하는 붐 목표 속도를 산출한다. 마찬가지로, 붐 목표 속도 연산부(55)는, 조작 장치(40)에 의한 암(12)을 조작하기 위한 암 조작량으로부터, 암(12)이 작동되었을 때의 날끝 속도를 산출하고, 암(12)이 작동되었을 때의 목표 굴삭 지형과 날끝(10)과의 편차가 상쇄되도록, 암(12)의 동작에 기초한 날끝 속도에 대항하는 붐 목표 속도를 산출한다. 날끝 목표 속도와 조작 장치(40)의 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 기초하여 붐 목표 속도가 산출되고, 그 붐 목표 속도로 되도록 붐(13)의 동작이 제어됨으로써, 날끝(10)과 목표 굴삭 지형을 가까이할 수 있다.

보정량 연산부(58)는, 날끝 위치 Pb와 목표 굴삭 지형과의 거리 d의 시간 적분에 기초하여, 붐 목표 속도의 보정량을 산출한다. 보정량 연산부(58)는, 과거의 소정 시점(時点)으로부터 현시점까지의 거리 d의 시간 적분에 기초하여 보정량을 산출하고, 붐 목표 속도를 적분 보상한다.

보정량은, 날끝(10)이 목표 굴삭 지형으로부터 이격되어 있을 때의 거리 d의 시간 적분에 기초하여 산출된다. 목표 굴삭 지형이 날끝(10)으로 파지고 있을 때의 거리 d에 기초하여 붐 목표 속도가 적분 보상되는 것에 의해, 목표 설계 지형이 파들어 지고 있는 상태로부터 거리 d가 영으로 되는 상태로 변화하도록, 붐(13)을 구동할 수 있다.

보정량 제한부(59)는, 날끝 위치 Pb와 목표 굴삭 지형과의 거리 d에 기초하여, 과보상이 되지 않도록, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량을 제한한다. 보정량 제한부(59)는, 거리 d에 기초하여, 보정량의 상한값을 산출한다. 본 실시형태에 있어서, 보정량 제한부(59)는, 거리 d로부터 결정되는 날끝 목표 속도에 기초하여, 보정량의 상한값을 산출한다.

작업기 제어부(60)는, 보정량으로 보정된 붐 목표 속도에 기초하여 붐(13)이 구동하도록, 붐 실린더(23)를 제어한다. 작업기 제어부(60)는, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량과 보정량 제한부(59)에 의해 산출된 상한값을 비교하고, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량이 보정량 제한부(59)에 의해 산출된 상한값을 초과할 때 상한값에 기초하여 제어 밸브(45C)에 출력하는 지령 신호를 결정한다. 작업기 제어부(60)는, 제어 밸브(45C)에 지령 신호를 출력하여 붐 실린더(23)를 제어하고, 보정량이 상한값 이하일 때 보정량에 기초하여 붐 실린더(23)를 제어한다.

[유압 셔블의 제어 방법]

다음에, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 방법에 대하여, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다. 도 10은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다. 도 11은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 블록도이다.

목표 시공 데이터 생성 장치(70)로부터 제어 장치(50)에 목표 시공 데이터가 공급된다. 목표 굴삭 지형 데이터 생성부(53)는, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)로부터 공급되는 목표 시공 데이터를 사용하여, 목표 굴삭 지형 데이터를 생성한다(스텝 SP1).

날끝 위치 검출기(34)로부터 제어 장치(50)에 날끝 위치 데이터가 공급된다. 날끝 위치 데이터 취득부(52)는, 날끝 위치 검출기(34)로부터 날끝 위치 데이터를 취득한다(스텝 SP2).

거리 취득부(54)는, 목표 굴삭 지형 데이터 생성부(53)에 의해 생성된 목표 굴삭 지형과, 날끝 위치 데이터 취득부(52)에 의해 취득된 날끝 위치 데이터에 기초하여, 날끝 위치와 목표 굴삭 지형과의 거리 d를 산출한다(스텝 SP3). 이로써, 버킷(11)의 날끝 위치와 목표 굴삭 지형과의 거리 데이터가 취득된다.

날끝 목표 속도 결정부(55)는, 거리 데이터에 기초하여, 버킷(11)의 날끝 목표 속도 Vr을 결정한다(스텝 SP4). 도 9를 참조하여 설명한 바와 같은, 거리 d와 날끝 목표 속도 Vr과의 관계를 나타내는 맵 데이터가 기억부(61)에 기억되어 있다. 날끝 목표 속도 결정부(55)는, 거리 취득부(54)에 의해 취득된 거리 데이터와, 기억부(61)에 기억되어 있는 맵 데이터에 기초하여, 거리 d에 따른 날끝 목표 속도 Vr을 결정한다.

붐 목표 속도 연산부(57)는, 날끝 목표 속도 결정부(55)에 의해 결정된 날끝 목표 속도 Vr과, 조작량 취득부(56)에 의해 취득된 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 기초하여, 정지 어시스트 제어하기 위한 붐 목표 속도 Vb를 산출한다(스텝 SP5).

도 11에 나타낸 바와 같이, 결정된 날끝 목표 속도 Vr과, 조작 장치(40)의 암 조작량 및 버킷 조작량에 따른 날끝 속도 Vs에 대항하는 대항 날끝 속도 Va가 가산된다. 구체적으로는, 날끝 목표 속도 Vr과, 조작 장치(40)에 의한 버킷 조작량에 따른 날끝 속도 Vs1에 대항하는 제1 대항 날끝 속도 Va1과, 조작 장치(40)에 의한 암 조작량에 따른 날끝 속도 Vs2에 대항하는 제2 대항 날끝 속도 Va2가 가산된다. 제1 대항 날끝 속도 Va1 및 제2 대항 날끝 속도 Va2는, 마이너스의 값이다. 날끝 목표 속도 Vr과 제1 대항 날끝 속도 Va1과 제2 대항 날끝 속도 Va2와의 가산값으로부터, 붐 목표 속도 Vb가 산출된다.

붐 목표 속도 연산부(57)는, 조작 장치(40)에 의한 버킷(11)을 조작하기 위한 버킷 조작량으로부터, 그 버킷 조작량으로 버킷(11)이 작동되었을 때의 날끝 속도 Vs1을 산출한다. 전술한 바와 같이, 메인 유압 펌프(42)로부터 방향 제어 밸브(41)를 통하여 버킷 실린더(21)에 공급되는 단위 시간당의 작동유의 공급량이 조정되는 것에 의해, 버킷 실린더 속도가 조정된다. 버킷 실린더 속도와 방향 제어 밸브(41)의 스풀의 이동량은 상관이 있다. 방향 제어 밸브(41)의 스풀의 이동량은, 오일 통로(44A, 44B)의 파일럿 유압과 상관이 있다. 오일 통로(44A, 44B)의 파일럿 유압은, 조작 장치(40)에 의한 버킷 조작량과 상관이 있다. 또한, 오일 통로(44A, 44B)의 파일럿 유압은, 압력 센서(46A, 46B)에 의해 검출된다. 이들의 상관을 나타내는 상관 데이터는, 예비 실험 또는 시뮬레이션에 의해 사전에 구해지고, 기억부(61)에 기억되어 있다. 따라서, 붐 목표 속도 연산부(57)는, 버킷 실린더(21)에 대한 압력 센서(46A, 46B)의 검출 신호와, 기억부(61)에 기억되어 있는 상관 데이터에 기초하여, 압력 센서(46A, 46B)의 검출 신호(PPC압)로부터, 버킷 실린더 속도를 산출할 수 있고, 그 버킷 실린더 속도에 기초하여, 그 버킷 실린더 속도로 버킷 실린더(21)가 구동되었을 때의 버킷(11)의 날끝 속도 Vs1을 산출할 수 있다. 마찬가지로, 붐 목표 속도 연산부(57)는, 암 실린더(22)에 대한 압력 센서(46A, 46B)의 검출 신호와, 기억부(61)에 기억되어 있는 상관 데이터에 기초하여, 암 실린더 속도를 산출하고, 그 암 실린더 속도에 기초하여, 그 암 실린더 속도로 암 실린더(22)가 구동되었을 때의 버킷(11)의 날끝 속도 Vs2를 산출할 수 있다.

붐 목표 속도 연산부(57)는, 소정의 버킷 실린더 속도로 버킷 실린더(21)가 구동되었을 때의 버킷(11)의 날끝 속도 Vs1에 대항하는 제1 대항 날끝 속도 Va1과, 소정의 암 실린더 속도로 암 실린더(22)가 구동되었을 때의 버킷(11)의 날끝 속도 Vs2에 대항하는 제2 대항 날끝 속도 Va2를 산출한다. 제1 대항 날끝 속도 Va1은, 버킷 실린더(21)가 구동된 것에 의한 버킷(11)의 날끝 속도 Vs1을 붐 실린더(23)가 구동된 것에 의한 버킷(11)의 날끝 속도 Vs3에 의해 상쇄하기 위한 값이다. 제2 대항 날끝 속도 Va2는, 암 실린더(22)가 구동된 것에 의한 버킷(11)의 날끝 속도 Vs2를 붐 실린더(23)가 구동된 것에 의한 버킷(11)의 날끝 속도 Vs3에 의해 상쇄하기 위한 값이다. 붐 목표 속도 연산부(55)는, 날끝 목표 속도 Vr과 제1 대항 날끝 속도 Va1과 제2 날끝 대항 속도 Va2에 기초하여, 정지 어시스트 제어하기 위한 붐 목표 속도 Vb를 산출한다.

보정량 연산부(58)는, 거리 d의 시간 적분에 기초하여, 붐 목표 속도 Vb의 보정량 R을 산출한다(스텝 SP6).

보정량 연산부(58)는, 정지 어시스트 제어가 개시된 시점(과거의 시점)으로부터 현시점까지의 거리 d의 시간 적분에 기초하여 보정량 R을 산출하고, 붐 목표 속도 Vb를 적분 보상한다.

정지 어시스트 제어가 개시된 시점이란, 오퍼레이터가 굴삭 작업을 개시하기 위해 제어 모드로 이행하는 지령을 모드 이행 지령 수단(도시하지 않음)을 통하여 제어 장치(50)에 송신하고, 제어 장치(50)로부터 제어 밸브(45C)에 제어 신호의 출력이 개시된 시점이다. 정지 어시스트 제어에 있어서는, 날끝(10)이 목표 굴삭 지형을 파들어 가고 있는 상태로부터 목표 굴삭 지형과 같은 위치에 배치되는 상태로 변화하도록, 붐(13)이 상승 동작된다. 보정량 연산부(58)는, 정지 어시스트 제어가 개시된 과거의 시점에서, 날끝(10)이 목표 굴삭 지형에 배치되는 현시점까지의 기간에서의 거리 d의 시간 적분에 기초하여 보정량 R을 산출한다.

보정량 제한부(59)는, 현시점에서의 거리 d에 기초하여, 보정량 R의 상한값 A를 산출한다(스텝 SP7). 본 실시형태에 있어서는, 보정량 제한부(59)는, 현시점에서의 거리 d로부터 결정되는 날끝 목표 속도 Vr에 기초하여, 보정량 R의 상한값 A를 산출한다.

본 실시형태에 있어서는, 상한값 A는, 이하의 식(1)에 기초하여 결정된다.

A=a×Vr＋S …(1)

식(1)에 있어서, A는 보정량 R의 상한값이며, Vr은 날끝 목표 속도이며, a는 계수이며, S는 오프셋량이다. 오프셋량 S는 임의로 결정된다. 식(1)에 나타낸 바와 같이, 상한값 A와 날끝 목표 속도 Vr과는 비례 관계이다. 날끝 목표 속도 Vr이 작을수록 상한값 A는 작아진다. 또한, 오프셋량 S가 변경되는 것에 의해, 보정량 R의 상한값 A가 변경된다. 오프셋량 S가 작을수록 상한값 A는 작아져, 보정량 R에 대한 제한은 엄격하게 된다. 오프셋량 S가 클수록 상한값 A는 커져, 보정량 R에 대한 제한은 완만하게 된다.

보정량 제한부(59)는, 산출한 상한값 A를 사용하여, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량 R을 제한하는 보정 제한 처리를 실시한다(스텝 SP8).

보정량 제한부(59)는, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량 R과 보정량 제한부(59)에 의해 산출된 상한값 A를 비교하고, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량 R이 보정량 제한부(59)에 의해 산출된 상한값 A를 초과할 때, 붐 목표 속도 Vb를 보정하는 보정량 Rs로서, 보정량 제한부(59)에 의해 산출된 상한값 A를 작업기 제어부(60)에 출력하고, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량 R이 보정량 제한부(59)에 의해 산출된 상한값 A 이하일 때, 붐 목표 속도 Vb를 보정하는 보정량 Rs로서, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량 R을 작업기 제어부(60)에 출력한다.

작업기 제어부(60)는, 스텝 SP8의 보정량 제한 처리에 의해 처리된 보정량 Rs를 사용하여, 스텝 SP5에서 산출된 붐 목표 속도 Vr을 보정(적분 보상)하는 보정 처리를 실시한다(스텝 SP9).

작업기 제어부(60)는, 보정 처리된 붐 목표 속도 Vb에 기초하여, 붐 실린더(23)를 정지 어시스트 제어하기 위한 지령 신호를 제어 밸브(45C)에 출력한다(스텝 SP10). 작업기 제어부(60)는, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량 R이 보정량 제한부(59)에 의해 산출된 상한값 A를 초과할 때, 보정량 제한부(59)에 의해 산출된 상한값 A에 기초하여 붐 실린더(23)를 제어하기 위한 지령 신호를 출력한다. 작업기 제어부(60)는, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량 R이 보정량 제한부(59)에 의해 산출된 상한값 A 이하일 때, 보정량 연산부(58)에 의해 산출된 보정량 R에 기초하여 붐 실린더(23)를 제어하기 위한 지령 신호를 출력한다.

[비교예]

비교예에 대하여 설명한다. 비교예에 관한 제어 장치에 있어서는, 보정량 제한 처리가 실시되지 않는다. 비교예에 있어서는, 보정량 R이 그대로 출력되고, 붐 목표 속도 Vb와 가산된다.

도 12는, 비교예에 관한 제어 방법에 의해 유압 셔블(100)을 제어했을 때의 동작을 나타낸 그래프이다. 도 12의 (A)는, 정지 어시스트 제어가 개시된 시점에서의 경과 시간 t와 거리 d와의 관계를 나타낸다. 도 12의 (A)에 있어서, 가로축은 경과 시간 t이며, 세로축은 거리 d이다. 도 12의 (B)는, 정지 어시스트 제어가 개시된 시점에서의 경과 시간 t와, 날끝 목표 속도 Vr 및 보정량 R과의 관계를 나타낸다. 도 12의 (B)에 있어서, 가로축은 경과 시간 t이며, 세로축은 속도이다.

도 12의 (A)에 있어서, 거리 d가 「0」일 때, 날끝 위치 Pb와 목표 굴삭 지형이 일치한다. 거리 d가 플러스의 값일 때, 날끝(10)은 목표 굴삭 지형으로부터 부상하고 있다. 거리 d가 마이너스의 값일 때, 날끝(10)은 목표 굴삭 지형을 파들어 가고 있다. 정지 어시스트 제어에 있어서는, 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형을 파들어 가고 있는 상태로부터 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형으로 돌아오도록, 붐 실린더(23)가 제어되고, 붐(13)이 상승 동작된다.

비교예에 관한 제어 시스템에 있어서는, 현재의 버킷(11)의 날끝 위치와 목표 굴삭 지형과의 거리 d로부터 버킷(11)의 날끝 목표 속도 Vr이 결정되고, 결정된 날끝 목표 속도 Vr과 오퍼레이터에 의한 암 조작량 및 버킷 조작량에 따른 버킷(11)의 날끝 속도에 대항하는 대항 날끝 속도 Va(제1 대항 날끝 속도 Va1 및 제2 대항 날끝 속도 Va2)가 감산되고, 붐 목표 속도 Vr이 산출된다. 보정량 R은, 정지 어시스트 제어가 개시되고 날끝(10)이 목표 굴삭 지형으로 파들어간 시점으로부터 목표 굴삭 지형으로 돌아오는 시점까지의 거리 d의 시간 적분[도 12의 (A)의 사선(M) 부분에 상당]에 기초하여 산출된다. 산출된 보정량 R을 사용하여 붐 목표 속도 Vr이 보정(적분 보상)되어 적분 보상된 붐 목표 속도 Vr에 기초하여 붐 실린더(23)를 제어하기 위한 제어 신호가 출력된다.

도 12의 (A)에 나타낸 바와 같이, 비교예에 관한 적분 보상을 사용한 정지 어시스트 제어에 있어서도, 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형을 파들어간 경우, 붐(13)이 상승 동작하도록 붐 실린더(23)가 제어된다.

유압 셔블(100)에 있어서는, 작업기(1)의 중량의 증가, 유압의 응답 지연, 또는 유압 기기의 구동 시의 히스테리시스 등에 기인하여, 붐 실린더(23)를 제어하는 지령 신호에 대한 붐 실린더(23)의 응답의 시간 지연이 존재한다. 그러므로, 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형을 파들어 가고 있는 상태로부터 목표 굴삭 지형으로 돌아오도록 정지 어시스트 제어에 의해 붐(13)이 상승 동작되는 경우, 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형을 파들어 가고 있는 시간 T[도 12의 (A) 참조)]가 길면, 도 12의 (B)에 나타낸 바와 같이, 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형으로 돌아왔을 때 보정량 R이 과대해져(과보상으로 되어), 날끝(10)이 부상 상태로 되어도, 붐(13)의 상승 동작이 계속되어 버린다. 그 결과, 도 12의 (A)에 나타낸 바와 같이, 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형으로부터 과도하게 이격되어 버리는(부상되어 버리는) 현상이 발생한다. 그 결과, 작업기(1)에 의해 굴삭되지 않는 부분이 발생하여, 목표 굴삭 지형과는 상이한 상태로 정지되어 버리게 된다.

[작용 및 효과]

도 13은, 본 실시형태에 관한 제어 방법으로 유압 셔블(100)을 제어했을 때의 동작을 나타낸 그래프이다. 도 13의 (A)는, 정지 어시스트 제어가 개시된 시점에서의 경과 시간 t와 거리 d와의 관계를 나타낸다. 도 13의 (A)에 있어서, 가로축은 경과 시간 t이며, 세로축은 거리 d이다. 도 13의 (B)는, 정지 어시스트 제어가 개시된 시점에서의 경과 시간 t와 날끝 목표 속도 Vr 및 보정량 Rs과의 관계를 나타낸다. 도 13의 (B)에 있어서, 가로축은 경과 시간 t이며, 세로축은 속도이다.

정지 어시스트 제어에 있어서, 작업기 제어부(60)는, 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형을 파들어 가고 있는 상태로부터 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형으로 돌아오도록, 붐 실린더(23)를 제어하여, 붐(13)을 상승 동작시킨다.

보정량 연산부(58)는, 정지 어시스트 제어가 개시되어 날끝(10)이 목표 굴삭 지형에 파들어간 시점으로부터, 붐(13)의 상승 동작에 의해 날끝(10)이 목표 굴삭 지형으로 돌아오는 시점까지의 기간에서의 거리 d의 시간 적분[도 13의 (A)의 사선(M) 부분에 상당]에 기초하여, 보정량 R을 산출한다. 보정량 제한부(59)는, 붐(13)의 상승 동작에 있어서, 보정량 R을 제한한다.

붐(13)의 상승 동작에 있어서 보정량 R이 제한되는 것에 의해, 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 지형을 파들어 가고 있는 상태로부터 목표 굴삭 지형과 같은 위치에 배치되는 상태로 변화해도, 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이, 보정량 R의 증대가 억제되어, 과보상으로 되는 것이 방지된다. 과보상이 방지된 보정량 Rs로 붐 목표 속도 Vb가 보정되는 것에 의해, 도 13의 (A)에 나타낸 바와 같이, 버킷(11)의 날끝(10)이 목표 굴삭 지형으로부터 과도하게 부상되어 버리는 것이 억제되어, 부상량을 작게 할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 보정량 R을 제한하도록 했으므로, 정지 어시스트 제어에 있어서, 버킷(11)의 날끝(10)이 파들어간 상태로부터 목표 굴삭 지형으로 돌아올 때의 날끝(10)의 부상이 방지되어, 굴삭 정밀도의 저하가 억제된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 식(1)에 나타낸 바와 같이, 보정량 R의 상한값 A가 산출되고, 그 상한값 A를 초과하지 않도록, 보정량 R의 보정량 제한 처리가 실시되어 보정량 Rs이 산출된다. 따라서, 상한값 A를 변경하는 것만으로, 보정량 R의 제한을 엄격하게 하거나 느슨하게 하거나 하는 것을 원활하게 실시할 수 있다.

또한, 식(1)에 나타낸 바와 같이, 상한값 A와 날끝 목표 속도 Vr은 비례 관계이다. 또한, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 날끝 목표 속도 Vr과 거리 d는 비례 관계이다. 따라서, 상한값 A와 거리 d도 비례 관계이다. 본 실시형태에 있어서는, 보정량 제한부(59)는, 현시점에서의 거리 d(날끝 목표 속도 Vr)가 작을수록 보정량 R의 상한값 A를 작게 한다. 이로써, 과보상이 억제되어, 현시점에서의 거리 d(날끝 목표 속도 Vr)가 제로로 되었을 때는 보정량 R도 제로로 할 수 있다.

또한, 식(1)에 나타낸 바와 같이, 상한값 A에 대한 오프셋량 S를 변경하는 것만으로, 보정량 R의 제한을 엄격(strict)하게 하거나 완만하게(moderate) 하거나 하는 것을 원활하게 실시할 수 있다.

[그 외의 실시형태]

보정량 제한부(59)는, 암 조작량 또는 암 속도(암 실린더 속도)에 기초하여, 보정량 R의 상한값 A를 변경할 수 있다. 보정량 제한부(59)는, 예를 들면, 암 조작량 또는 암 속도가 저속일수록 상한값 A를 크게 하고(제한을 완만하게 하고), 암 조작량 또는 암 속도가 고속일수록 상한값 A를 작게 한다(제한을 엄격하게 한다). 암(12)이 저속으로 움직이고 있는 경우에는, 보정량 R을 제한하지 않아도, 정지 어시스트 제어에 있어서 날끝(10)의 부상은 억제된다. 암(12)이 고속으로 움직이고 있는 경우에는, 보정량 R을 제한함으로써, 정지 어시스트 제어에 있어서 날끝(10)의 부상을 억제할 수 있다.

보정량 제한부(59)는, 암 조작량 또는 암 속도(암 실린더 속도)에 기초하여, 식(1)에 나타낸 오프셋량 S를 변경함으로써, 상한값 A를 변경할 수 있다.

전술한 바와 같이, 암 실린더 속도와, 오일 통로(44A, 44B)의 파일럿 유압은 상관한다. 오일 통로(44A, 44B)의 파일럿 유압은, 압력 센서(46A, 46B)에 의해 검출된다. 상관 데이터는, 기억부(61)에 기억되어 있다. 압력 센서(46A, 46B)의 검출 신호는, 제어 장치(50)에 출력된다. 보정량 제한부(59)는, 압력 센서(46A, 46B)의 검출 신호에 기초하여, 암 조작량 또는 암 속도(암 실린더 속도)를 취득할 수 있다. 보정량 제한부(59)는, 압력 센서(46A, 46B)의 검출값에 기초하여, 오프셋량 S를 변경할 수 있다.

도 14는, 압력 센서(46A, 46B)의 검출값과 오프셋량 S과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 압력 센서(46A, 46B)의 검출값이 작을수록(암 실린더 속도가 저속일수록), 큰 오프셋량 S가 설정되어 제한이 완화된다. 압력 센서(46A, 46B)의 검출값이 클수록(암 실린더 속도가 고속일수록), 작은 오프셋량 S가 설정되어 제한이 엄격하게 된다. 도 14에 나타낸 맵 데이터는, 기억부(61)에 기억된다. 보정량 제한부(59)는, 압력 센서(46A, 46B)의 검출값과 기억부(61)의 맵 데이터에 기초하여, 암 실린더 속도에 따른 오프셋량 S를 결정한다.

그리고, 암(12)에 연결되는 버킷(11)이 교환 가능한 경우, 보정량 제한부(59)는, 버킷(11)의 중량에 기초하여, 보정량 R의 상한값 A를 변경해도 된다. 보정량 제한부(59)는, 예를 들면, 버킷(11)의 중량이 작을수록 상한값 A를 크게 하고(제한을 완만하게 하고), 버킷(11)의 중량이 클수록 상한값 A를 작게 한다(제한을 엄격하게 한다). 버킷(11)의 중량이 작을 경우에는, 보정량 R을 제한하지 않아도, 정지 어시스트 제어에 있어서 날끝(10)의 부상은 억제된다. 버킷(11)의 중량이 클 경우에는, 보정량 R을 제한함으로써, 정지 어시스트 제어에 있어서 날끝(10)의 부상을 억제할 수 있다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서는, 조작 장치(40)가 파일럿 유압 방식의 조작 장치인 것으로 하였다. 조작 장치(40)는, 전기 방식이라도 된다. 도 15는, 전기 방식의 조작 장치(40B)의 일례를 나타낸 도면이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 조작 장치(40B)는, 전기 레버와 같은 조작 부재(400)와, 조작 부재(400)의 작동량을 전기적으로 검출하는 작동량 센서(49)를 가진다. 작동량 센서(49)는, 포텐셔미터 경사계를 포함하고, 경사이동된 조작 부재(400)의 경사 각도를 검출한다. 작동량 센서(49)의 검출 신호는, 제어 장치(50)에 출력된다. 제어 장치(50)의 조작량 취득부(56)는, 조작량으로서, 작동량 센서(49)의 검출 신호를 취득한다. 제어 장치(50)는, 작동량 센서(49)의 검출 신호에 기초하여, 방향 제어 밸브(41)를 구동시키기 위한 지령 신호(전기 신호)를 출력한다. 방향 제어 밸브(41)는, 솔레노이드와 같은 전력으로 작동하는 액추에이터에 의해 작동한다. 제어 장치(50)로부터 방향 제어 밸브(41)의 액추에이터에 지령 신호가 출력된다. 방향 제어 밸브(41)의 액추에이터는, 제어 장치(50)로부터 출력된 지령 신호에 기초하여, 방향 제어 밸브(41)의 스풀을 움직인다.

그리고, 전술한 실시형태에서 설명한 조작 장치(40)와 마찬가지로, 조작 장치(40B)도, 우측 조작 레버와 좌측 조작 레버를 포함한다. 우측 조작 레버가 전후 방향으로 작동되면, 붐(13)은 하강 동작 및 상승 동작을 행한다. 우측 조작 레버가 좌우 방향(차폭 방향)으로 작동되면, 버킷(11)은 굴삭 동작 및 덤프 동작을 행한다. 좌측 조작 레버가 전후 방향으로 작동되면, 암(12)은 덤프 동작 및 굴삭 동작을 행한다. 좌측 조작 레버가 좌우 방향으로 작동되면, 상부 선회체(2)는 좌측 선회 및 우측 선회한다. 그리고, 좌측 조작 레버가 전후 방향으로 작동되었을 경우에 상부 선회체(2)가 우측 선회 및 좌측 선회하고, 좌측 조작 레버가 좌우 방향으로 작동되었을 경우에 암(12)이 덤프 동작 및 굴삭 동작을 행해도 된다.

그리고, 도 15는, 암 실린더(22)가 조작 장치(40B)에 의해 조작되는 예를 나타낸다. 암 실린더(22)의 캡측 오일실(20A)에 오일 통로(47A)를 통하여 작동유가 공급되고, 로드측 오일실(20B)에 오일 통로(47B)를 통하여 작동유가 공급된다. 버킷 실린더(21)는 암 실린더(22)와 마찬가지의 구성이다. 붐 실린더(23)에 있어서는, 붐 실린더(23)의 캡측 오일실(20A)에 오일 통로(47B)를 통하여 작동유가 공급되고, 로드측 오일실(20B)에 오일 통로(47B)를 통하여 작동유가 공급되게 된다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서는, 로컬 좌표계에 기초하여 정지 어시스트 제어가 실시되는 것으로 하였다. 글로벌 좌표계에 기초하여 정지 어시스트 제어가 실시되어도 된다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서는, 조작 장치(40)가 유압 셔블(100)에 설치되는 것으로 하였다. 조작 장치(40)가 유압 셔블(100)로부터 이격된 원격지에 설치되고, 유압 셔블(100)이 원격 조작되어도 된다. 작업기(1)가 원격 조작되는 경우, 원격지에 설치된 조작 장치(40)로부터 작업기(1)의 조작량을 나타내는 지령 신호가 유압 셔블(100)에 무선 송신된다. 제어 장치(50)의 조작량 취득부(56)는, 무선 송신된 조작량을 나타내는 지령 신호를 취득한다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서는, 유압 셔블(100)이 오퍼레이터에 의한 조작 장치(40)의 조작에 기초하여 작동하는 것으로 하였다. 유압 셔블(100)의 제어 장치(50)는, 오퍼레이터의 조작에 의하지 않고, 목표 굴삭 지형 데이터에 기초하여, 작업기(1)를 자율 제어해도 된다. 작업기(1)가 자율 제어되는 경우, 예를 들면, 원격지에 설치된 컴퓨터 시스템으로부터 작업기(1)를 자율 제어하기 위한 조작량 데이터가 무선 송신된다. 제어 장치(50)의 조작량 취득부(56)는, 무선 송신된 조작량 데이터를 취득한다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서는, 작업 기계(100)가 유압 셔블(100)인 것으로 하였다. 전술한 실시형태에서 설명한 제어 장치(50) 및 제어 방법은, 유압 셔블(100) 이외에도, 작업기를 가지는 작업 기계 전반에 적용할 수 있다.

1; 작업기
2; 차체(상부 선회체)
3; 주행 장치(하부 주행체)
4; 운전실
4S; 운전석
5; 기계실
6; 난간
7; 크롤러
10; 날끝
11; 버킷
12; 암
13; 붐
14; 버킷 실린더 스트로크 센서
15; 암 실린더 스트로크 센서
16; 붐 실린더 스트로크 센서
20; 유압 실린더
20A; 캡측 오일실
20B; 로드측 오일실
21; 버킷 실린더
22; 암 실린더
23; 붐 실린더
30; 위치 검출 장치
31; 차체 위치 검출기
31A; GPS 안테나
32; 자세 검출기
33; 방위 검출기
34; 날끝 위치 검출기
40; 조작 장치
41; 방향 제어 밸브
42; 메인 유압 펌프
43; 파일럿 유압 펌프
44A, 44B, 44C; 오일 통로
45A, 45B, 45C; 제어 밸브
46A, 46B; 압력 센서
47A, 47B; 오일 통로
48; 셔틀 밸브
49; 작동량 센서
50; 제어 장치
51; 차체 위치 데이터 취득부
52; 날끝 위치 데이터 취득부
53; 목표 굴삭 지형 데이터 생성부
54; 거리 취득부
55; 날끝 목표 속도 결정부
56; 조작량 취득부
57; 붐 목표 속도 연산부
58; 보정량 연산부
59; 보정량 제한부
60; 작업기 제어부
61; 기억부
62; 입출력부
70; 목표 시공 데이터 생성 장치
100; 유압 셔블
200; 제어 시스템
300; 유압 시스템
AX1; 회전축
AX2; 회전축
AX3; 회전축
L11; 길이
L12; 길이
L13; 길이
Pb; 날끝의 절대 위치
Pg; 차체의 절대 위치
RX; 선회축
θ11; 경사각
θ12; 경사각
θ13; 경사각

Claims (9)

1. 붐(boom)과 암(arm)과 버킷(bucket)을 구비하는 작업기를 포함하는 작업 기계의 제어 장치로서,
   상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리 데이터를 취득하는 거리 취득부;
   상기 거리 데이터에 기초하여 상기 버킷의 날끝(blade tip) 목표 속도를 결정하는 날끝 목표 속도 결정부;
   상기 작업기를 조작하기 위한 조작량을 취득하는 조작량 취득부;
   상기 날끝 목표 속도와 상기 조작량 취득부에서 취득된 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 기초하여 붐 목표 속도를 산출하는 붐 목표 속도 연산부;
   상기 버킷과 상기 목표 굴삭 지형과의 거리의 시간 적분(積分)에 기초하여 상기 붐 목표 속도의 보정량을 산출하는 보정량 연산부;
   상기 버킷과 상기 목표 굴삭 지형과의 거리에 기초하여 상기 보정량을 제한하는 보정량 제한부; 및
   상기 보정량으로 보정된 상기 붐 목표 속도에 기초하여 상기 붐을 구동하는 붐 실린더를 구동하기 위한 지령을 출력하는 작업기 제어부;
   를 포함하는 작업 기계의 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 작업기 제어부는, 상기 버킷의 날끝이 상기 목표 굴삭 지형을 파들어 가고(digging) 있는 상태로부터 상기 버킷의 날끝이 목표 굴삭 지형으로 돌아오도록 상기 붐 실린더를 구동하는 지령을 출력하여 상기 붐을 상승 동작시키고,
   상기 보정량 제한부는, 상기 붐의 상승 동작에 있어서 상기 보정량을 제한하는, 작업 기계의 제어 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보정량 제한부는, 상기 거리에 기초하여 상기 보정량의 상한값을 산출하고,
   상기 작업기 제어부는, 상기 보정량 연산부에 의해 산출된 상기 보정량이 상기 보정량 제한부에 의해 산출된 상기 상한값을 초과할 때 상기 상한값에 기초하여 상기 붐 실린더를 구동하는 지령을 출력하고, 상기 보정량이 상기 상한값 이하일 때 상기 보정량에 기초하여 상기 붐 실린더를 구동하는 지령을 출력하는, 작업 기계의 제어 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 보정량 제한부는, 상기 거리가 작을수록 상기 보정량의 상한값을 작게 하는, 작업 기계의 제어 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 보정량 제한부는, 암 조작량 또는 암 속도에 기초하여 상기 보정량의 상한값을 변경하는, 작업 기계의 제어 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 보정량 제한부는, 상기 버킷의 중량에 기초하여 상기 보정량의 상한값을 변경하는, 작업 기계의 제어 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 보정량 제한부는, 상기 날끝 목표 속도에 기초하여 상기 보정량의 상한값을 산출하고,
   상기 날끝 목표 속도가 작을수록 상기 상한값을 작게 하는, 작업 기계의 제어 장치.
8. 붐과 암과 버킷을 구비하는 작업기;
   상기 붐을 구동하는 붐 실린더;
   상기 암을 구동하는 암 실린더;
   상기 버킷을 구동하는 버킷 실린더;
   상기 작업기를 지지하는 상부 선회체;
   상기 상부 선회체(旋回體)를 지지하는 하부 주행체; 및
   제어 장치;
   를 포함하고,
   상기 제어 장치는,
   상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리 데이터를 취득하는 거리 취득부;
   상기 거리 데이터에 기초하여 상기 버킷의 날끝 목표 속도를 결정하는 날끝 목표 속도 결정부;
   상기 작업기를 조작하기 위한 조작량을 취득하는 조작량 취득부;
   상기 날끝 목표 속도와 상기 조작량 취득부에서 취득된 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽에 기초하여 붐 목표 속도를 산출하는 붐 목표 속도 연산부;
   상기 버킷과 상기 목표 굴삭 지형과의 거리의 시간 적분에 기초하여 상기 붐 목표 속도의 보정량을 산출하는 보정량 연산부;
   상기 버킷과 상기 목표 굴삭 지형과의 거리에 기초하여 상기 보정량을 제한하는 보정량 제한부; 및
   상기 보정량으로 보정된 상기 붐 목표 속도에 기초하여 상기 붐 실린더를 구동하는 지령을 출력하는 작업기 제어부;를 구비하는,
   작업 기계.
9. 붐과 암과 버킷을 구비하는 작업기를 포함하는 작업 기계의 제어 방법으로서,
   상기 버킷과 목표 굴삭 지형과의 거리 데이터를 취득하는 단계;
   상기 거리 데이터에 기초하여 상기 버킷의 날끝 목표 속도를 결정하는 단계;
   상기 날끝 목표 속도와 취득된 암 조작량 및 버킷 조작량 중 적어도 한쪽 기초하여 붐 목표 속도를 산출하는 단계;
   상기 버킷과 상기 목표 굴삭 지형과의 거리의 시간 적분에 기초하여 상기 붐 목표 속도의 보정량을 산출하는 단계;
   상기 버킷과 상기 목표 굴삭 지형과의 거리에 기초하여 상기 보정량을 제한하는 단계; 및
   상기 보정량으로 보정된 상기 붐 목표 속도에 기초하여 상기 붐을 구동하는 붐 실린더를 구동하기 위한 지령을 출력하는 단계;
   를 포함하는 작업 기계의 제어 방법.
   

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