KR20170129162A

KR20170129162A - 쇼벨

Info

Publication number: KR20170129162A
Application number: KR1020177027084A
Authority: KR
Inventors: 타카아키 모리모토
Original assignee: 스미토모 겐키 가부시키가이샤
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2017-11-24
Also published as: EP3272947B1; EP3272947A1; EP3272947A4; US10316498B2; US20180002899A1; US11078647B2; WO2016148251A1; JP2019183638A; CN107532400A; US20190277008A1; JPWO2016148251A1; JP6812339B2; JP7242462B2; KR102483962B1

Abstract

머신가이던스 기능을 갖는 머신가이던스장치를 구비하는 쇼벨로서, 상기 머신가이던스 기능은, 굴삭목표면보다 지표면에 가까운 위치에 기준면을 설정하고, 엔드어태치먼트의 작업부위의 높이와 상기 기준면의 높이를 비교하며, 비교결과에 근거하여 통보음에 의한 가이던스를 행하는 쇼벨이다.

Description

쇼벨

본 발명은 머신가이던스 기능을 갖는 쇼벨에 관한 것이다.

건설기계로서의 쇼벨의 조작자에게는, 어태치먼트에 의한 굴삭 등의 작업을 효율적이고 또한 정확하게 행하기 위하여, 숙련된 조작 기술이 요구된다. 따라서, 쇼벨의 조작 경험이 적은 조작자라도 작업을 효율적이고 또한 정확하게 행할 수 있도록, 쇼벨의 조작을 가이드하는 기능(머신가이던스라고 칭함)이 마련된 쇼벨이 있다.

예를 들면, 쇼벨의 머신가이던스로서, 굴삭작업이 행해지고 있는 부분의 단면과 굴삭툴로서의 버킷을 화상으로써 표시장치 상에 표시하여, 시각적으로 작업을 가이던스하는 표시시스템이 알려져 있다(예를 들면, 인용문헌 1 참조). 이 표시시스템에서는, 예를 들면 굴삭하는 부분의 단면 상에, 굴삭목표면을 나타내는 굴삭목표선 및 버킷의 치선(齒先)의 궤적이 표시된다. 조작자는, 버킷의 치선의 궤적과 굴삭목표선을 비교함으로써, 어느 정도 정확하게 굴삭할 수 있었는지를 확인할 수 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2014-148893호

실제의 지표로부터 굴삭목표면까지의 깊이는 굴삭현장에 따라 다르다. 굴삭목표면이 얕은 경우에는, 버킷을 저속으로 움직이면서 양호한 정밀도로 굴삭목표면에 접근하도록 굴삭한다. 한편, 굴삭목표면이 깊은 경우에는, 버킷을 지중(地中)에 깊이 삽입하면서 토사를 퍼올리도록 거친 굴삭을 행하는 경우가 있다.

그런데, 이와 같은 거친 굴삭을 행할 때에, 잘못해서 버킷의 치선을 굴삭목표면보다 깊이 삽입하여, 굴삭목표면보다 깊이 굴삭할 우려가 있다. 상술한 표시시스템에서는, 단순히 굴삭목표면과 버킷의 치선위치를 표시하고 있을 뿐이기 때문에, 굴삭목표면보다 깊이 굴삭하는 것을 확실히 방지할 수 없다.

따라서, 일 실시형태는, 굴삭목표면에 대한 가이던스를 행하기 전에, 기준이 되는 굴삭깊이까지 굴삭한 것을 조작자에게 통보할 수 있는 쇼벨을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 머신가이던스 기능을 갖는 머신가이던스장치를 구비하는 쇼벨이 제공된다. 상기 머신가이던스 기능은, 굴삭목표면보다 지표면에 가까운 위치에 기준면을 설정하고, 엔드어태치먼트의 작업부위의 높이와 상기 기준면의 높이를 비교하며, 비교결과에 근거하여 통보음에 의한 가이던스를 행한다.

개시된 실시형태에 의하면, 표시화면 상에 있어서 굴삭해야 할 깊이에 대하여 설정한 기준선에 근거하여 가이던스가 행해진다. 이로써, 그때의 굴삭작업에서 굴삭해야 할 깊이까지 굴삭한 것을 조작자에게 통보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 컨트롤러 및 머신가이던스장치의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 일 실시형태에 의한 가이던스처리를 설명하기 위한 도이다.
도 5는 굴삭기준선이 굴삭목표선과 교차하는 경우에 행해지는 가이던스처리의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 6은 굴삭기준선이 굴삭목표선과 교차하는 경우에 행해지는 가이던스처리의 다른 예를 설명하기 위한 도이다.
도 7은 다른 실시형태에 의한 가이던스처리를 설명하기 위한 도이다.
도 8은 일 실시형태에 의한 표시장치의 조작화면을 예시하는 도이다.
도 9는 GNSS 수신기인 측위장치를 이용하지 않는 경우의 가이던스처리를 설명하기 위한 도이다.

도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시형태에 대하여 설명한다.

도 1은 일 실시형태에 의한 쇼벨의 측면도이다. 쇼벨의 하부 주행체(1)에는 선회기구(2)를 통하여 상부 선회체(3)가 탑재된다. 상부 선회체(3)에는 붐(4)이 장착된다. 붐(4)의 선단에는 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는 엔드어태치먼트로서의 버킷(6)이 장착된다. 엔드어태치먼트로서, 경사면(법면)용 버킷, 준설용(浚渫用) 버킷 등이 이용되어도 된다.

붐(4), 암(5), 및 버킷(6)은, 어태치먼트의 일례로서 굴삭어태치먼트를 구성하고, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압 구동된다. 붐(4)에는 붐각도센서(S1)가 장착되고, 암(5)에는 암각도센서(S2)가 장착되며, 버킷(6)에는 버킷각도센서(S3)가 장착된다. 굴삭어태치먼트에는, 버킷틸트기구가 마련되어도 된다. 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 및 버킷각도센서(S3)를 "자세센서"라고 칭하는 경우도 있다.

붐각도센서(S1)는, 붐(4)의 회동(回動)각도를 검출한다. 본 실시형태에서는, 붐각도센서(S1)는, 수평면에 대한 경사를 검출하여, 상부 선회체(3)에 대한 붐(4)의 회동각도를 검출하는 가속도센서이다. 암각도센서(S2)는, 암(5)의 회동각도를 검출한다. 본 실시형태에서는, 암각도센서(S2)는, 수평면에 대한 경사를 검출하여, 붐(4)에 대한 암(5)의 회동각도를 검출하는 가속도센서이다. 버킷각도센서(S3)는, 버킷(6)의 회동각도를 검출한다. 본 실시형태에서는, 버킷각도센서(S3)는, 수평면에 대한 경사를 검출하여, 암(5)에 대한 버킷(6)의 회동각도를 검출하는 가속도센서이다. 굴삭어태치먼트가 버킷틸트기구를 구비하는 경우, 버킷각도센서(S3)는, 틸트축을 중심으로 한 버킷(6)의 회동각도를 추가적으로 검출한다. 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 및 버킷각도센서(S3)는, 가변저항기를 이용한 퍼텐쇼미터, 대응하는 유압실린더의 스트로크 양을 검출하는 스트로크센서, 연결핀을 중심으로 한 회동각도를 검출하는 로터리인코더 등이어도 된다.

상부 선회체(3)에는 캐빈(10)이 마련되고, 또한 엔진(11) 등의 동력원이 탑재된다. 또, 상부 선회체(3)에는 기체경사센서(S4)가 장착된다. 기체경사센서(S4)는, 수평면에 대한 상부 선회체(3)의 경사를 검출하는 센서이다. 기체경사센서(S4)를 "자세센서"라고 칭하는 경우도 있다.

캐빈(10) 내에는, 입력장치(D1), 음성출력장치(D2), 표시장치(D3), 기억장치(D4), 게이트로크레버(D5), 컨트롤러(30), 및 머신가이던스장치(50)가 설치된다.

컨트롤러(30)는, 쇼벨의 구동제어를 행하는 주(主)제어부로서 기능한다. 본 실시형태에서는, 컨트롤러(30)는, CPU 및 내부 메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성된다. 컨트롤러(30)의 각종 기능은, CPU가 내부 메모리에 저장된 프로그램을 실행함으로써 실현된다.

머신가이던스장치(50)는, 쇼벨의 조작을 가이드한다. 본 실시형태에서는, 머신가이던스장치(50)는, 예를 들면 조작자가 설정한 목표지형의 표면과 버킷(6)의 선단(치선)위치의 연직방향에 있어서의 거리를 시각적으로 또한 청각적으로 조작자에게 알린다. 이로써, 머신가이던스장치(50)는 조작자에 의한 쇼벨의 조작을 가이드한다. 다만, 머신가이던스장치(50)는, 그 거리를 시각적으로 조작자에게 알리기만 해도 되고, 청각적으로 조작자에게 알리기만 해도 된다. 구체적으로는, 머신가이던스장치(50)는, 컨트롤러(30)와 마찬가지로, CPU 및 내부 메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성된다. 머신가이던스장치(50)의 각종 기능은 CPU가 내부 메모리에 저장된 프로그램을 실행함으로써 실현된다. 머신가이던스장치(50)는, 컨트롤러(30)와는 별개로 마련되어도 되고, 혹은 컨트롤러(30)에 포함되어 있어도 된다.

입력장치(D1)는, 쇼벨의 조작자가 머신가이던스장치(50)에 각종 정보를 입력하기 위한 장치이다. 본 실시형태에서는, 입력장치(D1)는, 표시장치(D3)의 표면에 장착되는 멤브레인스위치이다. 입력장치(D1)로서 터치패널 등을 이용해도 된다.

음성출력장치(D2)는, 머신가이던스장치(50)로부터의 음성출력지령에 따라 각종 음성정보를 출력한다. 본 실시형태에서는, 음성출력장치(D2)로서, 머신가이던스장치(50)에 직접 접속되는 차재 스피커가 이용된다. 다만, 음성출력장치(D2)로서, 버저 등의 통보기가 이용되어도 된다.

표시장치(D3)는, 머신가이던스장치(50)로부터의 지령에 따라 각종 화상정보를 출력한다. 본 실시형태에서는, 표시장치(D3)로서, 머신가이던스장치(50)에 직접 접속되는 차재 액정디스플레이가 이용된다.

기억장치(D4)는, 각종 정보를 기억하기 위한 장치이다. 본 실시형태에서는, 기억장치(D4)로서, 반도체 메모리 등의 불휘발성 기억매체가 이용된다. 기억장치(D4)는, 머신가이던스장치(50) 등이 출력하는 각종 정보를 기억한다.

게이트로크레버(D5)는, 쇼벨이 잘못 조작되는 것을 방지하는 기구이다. 본 실시형태에서는, 게이트로크레버(D5)는, 캐빈(10)의 도어와 운전석의 사이에 배치된다. 캐빈(10)으로부터 조작자가 퇴출(退出)할 수 없도록 게이트로크레버(D5)가 당겨 올려진 경우에, 각종 조작장치는 조작 가능해진다. 한편, 캐빈(10)으로부터 조작자가 퇴출할 수 있도록 게이트로크레버(D5)가 눌러 내려진 경우에는, 각종 조작장치는 조작 불가능하게 된다.

도 2는 도 1의 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 있어서, 기계적 동력계는 이중선, 고압유압라인은 굵은 실선, 파일럿라인은 파선(破線), 전기구동·제어계는 가는 실선으로 각각 나타난다.

엔진(11)은 쇼벨의 동력원이다. 본 실시형태에서는, 엔진(11)은, 엔진부하의 증감에 관계없이 엔진회전수를 일정하게 유지하는 아이소크로너스 제어를 채용한 디젤엔진이다. 엔진(11)에 있어서의 연료분사량, 연료분사타이밍, 부스트압 등은 엔진컨트롤러(D7)에 의하여 제어된다.

엔진컨트롤러(D7)는 엔진(11)을 제어하는 장치이다. 본 실시형태에서는, 엔진컨트롤러(D7)는, 오토아이들링 기능, 오토아이들링스톱 기능 등의 각종 기능을 실행한다.

오토아이들링 기능은, 소정의 조건이 충족된 경우에 엔진회전수를 통상회전수(예를 들면 2000rpm)로부터 아이들링 회전수(예를 들면 800rpm)로 저감시키는 기능이다. 본 실시형태에서는, 엔진컨트롤러(D7)는, 컨트롤러(30)로부터의 오토아이들링 지령에 따라 오토아이들링 기능을 작동시켜 엔진회전수를 아이들링 회전수까지 저감시킨다.

오토아이들링스톱 기능은, 소정의 조건이 충족된 경우에 엔진(11)을 정지시키는 기능이다. 본 실시형태에서는, 엔진컨트롤러(D7)는, 컨트롤러(30)로부터의 오토아이들링스톱 지령에 따라 오토아이들링스톱 기능을 작동시켜 엔진(11)을 정지시킨다.

엔진(11)에는 유압펌프로서의 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속된다. 메인펌프(14)에는 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속된다.

컨트롤밸브(17)는, 쇼벨의 유압계의 제어를 행하는 유압제어장치이다. 우측 주행용 유압모터(1A), 좌측 주행용 유압모터(1B), 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 선회용 유압모터(21) 등의 유압액추에이터는, 고압유압라인을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다.

파일럿펌프(15)에는 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다.

조작장치(26)는, 레버(26A), 레버(26B), 페달(26C)을 포함한다. 본 실시형태에서는, 조작장치(26)는, 유압라인(27) 및 게이트로크밸브(D6)를 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다. 또, 조작장치(26)는, 유압라인(28)을 통하여 압력센서(29)에 접속된다.

게이트로크밸브(D6)는, 컨트롤밸브(17)와 조작장치(26)를 접속하는 유압라인(27)의 연통·차단을 전환한다. 본 실시형태에서는, 게이트로크밸브(D6)는, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 따라 유압라인(27)의 연통·차단을 전환하는 전자밸브이다. 컨트롤러(30)는, 게이트로크레버(D5)가 출력하는 상태신호에 근거하여 게이트로크레버(D5)의 상태를 판정한다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 게이트로크레버(D5)가 당겨 올려진 상태에 있다고 판정한 경우에, 게이트로크밸브(D6)에 대하여 연통지령을 출력한다. 연통지령을 받으면, 게이트로크밸브(D6)는 열려서 유압라인(27)을 연통시킨다. 그 결과, 조작장치(26)에 대한 조작자의 조작이 유효가 된다. 한편, 컨트롤러(30)는, 게이트로크레버(D5)가 눌러 내려진 상태에 있다고 판정한 경우에, 게이트로크밸브(D6)에 대하여 차단지령을 출력한다. 차단지령을 받으면, 게이트로크밸브(D6)는 닫혀서 유압라인(27)을 차단한다. 그 결과, 조작장치(26)에 대한 조작자의 조작이 무효가 된다. 또, 게이트로크밸브(D6)와 컨트롤밸브(17)의 사이에는, 감압밸브(60)가 마련되어 있다. 이 감압밸브(60)에 의하여, 컨트롤밸브(17)에 대한 파일럿압을 조정할 수 있다. 이로써, 버킷(6)의 치선이 후술하는 소정의 기준선을 넘은 경우에는, 레버조작량에 대한 붐(4), 암(5), 버킷(6) 등의 어태치먼트의 움직임을 느리게 할 수 있다.

압력센서(29)는, 조작장치(26)의 조작내용을 압력의 형태로 검출한다. 압력센서(29)는, 검출값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.

다음으로, 도 3을 참조하면서, 컨트롤러(30) 및 머신가이던스장치(50)에 마련된 각종 기능요소에 대하여 설명한다. 도 3은 컨트롤러(30) 및 머신가이던스장치(50)의 구성을 나타내는 기능블록도이다.

본 실시형태에서는, 컨트롤러(30)는, 쇼벨 전체의 동작의 제어에 더하여, 머신가이던스장치(50)에 의한 가이던스를 행할지 여부를 제어한다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 게이트로크레버(D5)의 상태와 압력센서(29)로부터의 검출신호 등에 근거하여, 쇼벨이 휴지(休止)중인지 여부를 판정한다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 쇼벨이 휴지중이라고 판정했을 때는, 머신가이던스장치(50)에 의한 가이던스를 중지하도록, 머신가이던스장치(50)에 가이던스중지 지령을 보낸다.

또, 컨트롤러(30)는, 오토아이들링스톱 지령을 엔진컨트롤러(D7)에 대하여 출력할 때에, 가이던스중지 지령을 머신가이던스장치(50)에 대하여 출력해도 된다. 혹은, 컨트롤러(30)는, 게이트로크레버(D5)가 눌러 내려진 상태에 있다고 판정한 경우에, 가이던스중지 지령을 머신가이던스장치(50)에 대하여 출력해도 된다.

다음으로, 머신가이던스장치(50)에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 머신가이던스장치(50)는, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 버킷각도센서(S3), 기체경사센서(S4), 입력장치(D1), 및 컨트롤러(30)로부터 출력되는 각종 신호 및 데이터를 수신한다. 머신가이던스장치(50)는, 수신한 신호 및 데이터에 근거하여 어태치먼트(예를 들면, 버킷(6))의 실제의 동작위치를 산출한다. 그리고, 머신가이던스장치(50)는, 어태치먼트의 실제의 동작위치가 목표동작위치와는 다른 경우에, 음성출력장치(D2) 및 표시장치(D3)에 통보지령을 송신하여, 통보를 발령시킨다. 머신가이던스장치(50)와 컨트롤러(30)는, CAN(Controller Area Network)을 통하여 서로 통신 가능하게 접속된다.

머신가이던스장치(50)는, 쇼벨의 조작을 가이드하는 머신가이던스 기능 등 다양한 기능을 행하는 기능부를 포함한다. 본 실시형태에서는, 머신가이던스장치(50)는, 어태치먼트의 동작을 가이던스하기 위한 기능부로서, 높이산출부(503), 비교부(504), 통보제어부(505), 가이던스데이터출력부(506), 및 기준선설정부(508)를 포함한다.

높이산출부(503)는, 센서(S1~S4)의 검출신호로부터 산출된 붐(4), 암(5), 버킷(6)의 각도로부터, 버킷(6)의 선단(치선)의 높이를 산출한다. 여기에서는, 버킷(6)의 선단으로 굴삭을 행하기 때문에, 버킷(6)의 선단(치선)은 엔드어태치먼트의 작업부위에 상당한다. 예를 들면, 버킷(6)의 배면으로 토사를 고르게 하는 작업을 할 때는, 버킷(6)의 배면이 엔드어태치먼트의 작업부위에 상당한다. 또, 버킷(6) 이외의 엔드어태치먼트로서, 브레이커를 이용한 경우에는, 브레이커의 선단이 엔드어태치먼트의 작업부위에 상당한다.

측위장치(S5)는, 쇼벨의 위치 및 방향을 측정하는 장치이다. 본 실시형태에서는, 측위장치(S5)는, 전자컴퍼스를 포함한 GNSS 수신기이며, 쇼벨의 존재위치의 위도, 경도, 고도를 측정하고, 또한 쇼벨의 방향을 측정한다. 이로써, 버킷(6)의 선단(치선)의 위도, 경도, 고도도 산출할 수 있다.

비교부(504)는, 높이산출부(503)가 산출한 버킷(6)의 선단(치선)의 높이와, 기준선설정부(508)로부터 출력되는 가이던스데이터 중에 나타나는 굴삭목표면을 비교한다.

통보제어부(505)는, 비교부(504)에서의 비교결과에 근거하여, 통보가 필요하다고 판단한 경우에는 통보지령을, 음성출력장치(D2) 및 표시장치(D3)의 양쪽 모두 또는 한쪽에 송신한다. 음성출력장치(D2) 및 표시장치(D3)는, 통보지령을 받으면 소정의 통보를 발하여 쇼벨의 조작자에게 통보한다.

가이던스데이터출력부(506)는, 상술과 같이, 머신가이던스장치(50)의 기억장치에 미리 저장되어 있던 가이던스데이터로부터, 버킷(6)의 목표높이의 데이터를 추출하고, 비교부(504)에 대하여 출력한다. 이때, 가이던스데이터출력부(506)는, 기체경사센서(S4)가 검출한 쇼벨의 경사각에 대응하는 버킷의 목표높이의 데이터를 출력한다.

기준선설정부(508)는, 가이던스데이터출력부(506)가 출력하는 데이터에 있어서, 굴삭목표선에 대한 굴삭기준선을 설정하고, 굴삭기준선을 포함하는 가이던스데이터를 비교부(504)에 출력한다. 비교부(504)는, 산출된 버킷(6)의 선단의 위도, 경도, 고도에 관한 각 좌표를 산출하여, 버킷(6)의 선단의 높이와 굴삭목표선(TL)의 좌표의 대비를 행한다. 굴삭기준선(RTL)에 대해서는 후술한다.

다음으로, 머신가이던스장치(50)에 의한 가이던스처리의 일례에 대하여, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 버킷(6)에 의한 작업을 가이드할 때의 가이던스처리의 일례를 설명하기 위한 도이다. 도 4에 나타내는 가이던스처리는, 굴삭목표면에 대하여 굴삭기준면을 설정하고, 그 굴삭기준면에 근거하여 가이던스를 행하는 가이던스처리이다.

거친 굴삭에 있어서의 굴삭기준면은, 도 4에 나타내는 표시화면 상의 굴삭기준선(RTL)으로 나타나는 면이다. 굴삭기준선(RTL)은, 굴삭하는 장소의 지표면을 나타내는 지표선(GL)과 굴삭목표면을 나타내는 굴삭목표선(TL)의 사이에 설정된다. 굴삭목표선(TL)은, 시공면의 위도, 경도, 고도에 관한 각각의 좌표에 대응한 목표지형면의 지형데이터로서 설정되어 있다. 즉, 굴삭기준선(RTL)으로 나타나는 굴삭기준면은, 굴삭목표선(TL)으로 나타나는 굴삭목표면보다 얕은 위치에 설정된다. 이와 같이 하여, 굴삭기준선(RTL)의 좌표도, 굴삭목표선(TL)에 근거하여 설정된다.

본 가이던스처리는, 굴삭목표면(굴삭목표선(TL))이 지중의 깊은 장소에 있고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 최초로 버킷(6)으로 다량의 토사를 깎아 퍼올릴 필요가 있는 경우에 행해진다. 이 굴삭작업을 거친 굴삭이라고 칭하는 경우도 있다. 본 가이던스처리에서는, 가이던스용 표시화면에 있어서, 거친 굴삭을 행할 때의 굴삭깊이의 기준으로서 상술한 굴삭기준선(RTL)을 설정하고, 거친 굴삭작업 시에 버킷(6)의 치선이 굴삭기준선(RTL)을 넘으면 통보음을 발하여 조작자에게 통보한다.

굴삭기준선(RTL)은, 가이던스데이터출력부(506)가 출력하는 가이던스데이터 중에 있어서, 도 3에 나타내는 기준선설정부(508)에 의하여 설정된다. 굴삭기준선(RTL)은, 예를 들면 굴삭목표선(TL)으로부터 소정 거리만큼 지표면에 가까운 선으로 하여 설정된다. 즉, 굴삭기준선(RTL)으로 나타나는 굴삭기준면은, 굴삭목표선(TL)으로 나타나는 굴삭목표면보다 거리(d)만큼 위에 있는(지표면에 가까운) 면이다.

구체적으로는, 본 가이던스처리에서는, 버킷(6)의 치선이 굴삭기준선(RTL)을 넘으면, 그것을 나타내는 통보음이 발해지고(음성가이던스), 조작자의 주의를 환기시킨다. 조작자는 이 통보음을 들으면, 거친 굴삭작업 중에 버킷(6)의 치선을 지중에 너무 깊이 넣은 것을 인식하여, 굴삭목표면까지 깎아내지 않도록 주의하여 거친 굴삭을 행할 수 있다.

버킷(6)의 치선이 굴삭기준선(RTL)을 넘은 것을 나타내는 통보음은, 굴삭목표선(TL)에 관한 통보음과는 다른 소리로 하여, 굴삭기준선(RTL)에 관한 통보인 것을 용이하게 알 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 음색, 음정, 발음패턴, 발음간격 등을 변경함으로써, 통보음을 다르게 할 수 있다.

다만, 버킷(6)의 치선이 굴삭기준선(RTL)을 넘은 것을 표시화면 상에서 통보해도 된다(화면표시가이던스). 예를 들면, 가이던스용 표시화면 상에, 굴삭목표선(TL)에 더하여 굴삭기준선(RTL)을 표시하면 된다. 또, 버킷(6)의 치선이 굴삭기준선(RTL)을 넘으면 굴삭기준선(RTL)의 색이 변하거나, 명멸하거나 하여, 조작자의 주의를 환기시켜도 된다. 또, 화면표시가이던스와 음성가이던스가 동시에 행해져도 된다.

이와 같이, 굴삭목표선(TL)에 대한 가이던스에 더하여 굴삭기준선(RTL)에 대하여 가이던스를 행함으로써, 버킷(6)의 치선이 소정 거리(d)까지 굴삭목표선(TL)에 가까워진 단계에서, 굴삭목표선(TL)에 도달하기 전에, 사전에 통보를 발할 수 있다. 이로써, 거친 굴삭작업 중에 굴삭목표면보다 깊은 부분까지 굴삭하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

도 5는 도 4를 참조하여 설명한 가이던스처리에 있어서, 굴삭목표선이 굴곡되어 있는 경우의 처리를 설명하기 위한 도이다.

예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 굴삭목표선이 경사면을 나타내는 굴삭목표선(TL1)과 수평면을 나타내는 굴삭목표선(TL2)을 포함하는 경우가 있다. 이 경우, 굴삭목표선(TL1)에 대하여 마련되는 굴삭기준선(RTL1)이, 굴삭목표선(TL2)과 교차하는 교차점(P1)이 존재한다. 마찬가지로, 굴삭목표선(TL2)에 대하여 마련되는 굴삭기준선(RTL2)이, 굴삭목표선(TL1)과 교차하는 교차점(P2)이 존재한다.

이 경우, 교차점(P1)에 있어서, 굴삭기준선(RTL1)에 대한 가이던스와, 굴삭목표선(TL2)에 대한 가이던스가 경합할 우려가 있다. 마찬가지로, 교차점(P2)에 있어서, 굴삭기준선(RTL2)에 대한 가이던스와, 굴삭목표선(TL1)에 대한 가이던스가 경합할 우려가 있다.

따라서, 본 가이던스처리에서는, 굴삭기준선(RTL1, RTL2)과 굴삭목표선(TL1, TL2)이 교차하는 점(P1, P2)에서는, 굴삭목표선(TL1, TL2)에 대한 가이던스를 우선시하는 것으로 한다. 즉, 버킷(6)의 치선이 교차점(P1)에 도달했다고 하는 것은, 이미 굴삭목표선(TL2)까지 굴삭하고 있는 것을 의미하기 때문에, 이것을 우선적으로 조작자에게 통지해야 하기 때문이다. 마찬가지로, 버킷(6)의 치선이 교차점(P2)에 도달했다고 하는 것은, 이미 굴삭목표선(TL1)까지 굴삭하고 있는 것을 의미하기 때문에, 이것을 우선적으로 조작자에게 통지해야 하기 때문이다. 이 경우에 있어서, 교차하는 다른 굴삭기준선(RTL1, RTL2)마다 통보음을 다르게 해도 된다.

혹은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 굴삭기준선(RTL1)과 다른 쪽의 굴삭기준선(RTL2)이 교차했을 때에는, 그 교차점(P3)을 넘어 굴삭기준선(RTL1)과 굴삭기준선(RTL2)을 연장하지 않도록 설정하는 것으로 해도 된다. 이와 같이 굴삭기준선(RTL1)과 굴삭기준선(RTL2)을 설정함으로써, 가이던스의 경합은 발생하지 않는다. 다만, 이 경우에 있어서도, 교차하는 다른 굴삭기준선(RTL1, RTL2)마다 통보음을 다르게 해도 된다.

다음으로, 도 7을 참조하면서, 다른 실시형태에 의한 가이던스처리에 대하여 설명한다. 상술한 가이던스처리에서는, 거친 굴삭작업 시에 설정하는 기준선으로서 굴삭기준선을 설정하고 있지만, 본 가이던스처리에서는, 예를 들면 하루의 작업량을 나타내는 기준선을 작업량기준선(WTL1, WTL2)으로서 설정한다. 작업량기준선(WTL1, WTL2)은, 소정 시간의 작업마다(예를 들면 하루의 작업), 굴삭목표면까지 굴삭할 수 없는 깊은 굴삭작업을, 복수 회의 굴삭작업(예를 들면 며칠에 걸친 굴삭작업)으로 행하는 경우에, 도 3에 나타내는 기준선설정부(508)에 의하여 설정된다. 다만, 도 7에 있어서, 굴삭목표선(TL)은 굴곡된 목표면(수평면과 경사면이 연결된 면)을 나타내는 것으로 하고, 작업량기준선(WTL1, WTL2)도 굴곡된 기준면을 나타내는 것으로 한다.

도 7에 있어서, 작업량기준선(WTL1)은, 예를 들면 첫날의 굴삭작업에서 어디까지 굴삭하면 되는지를 나타내는 기준선이다. 조작자는, 첫날의 작업으로서, 작업량기준선(WTL1)이 나타내는 면까지 굴삭을 행한다. 작업량기준선(WTL1)이 화면에 표시되기 때문에, 조작자는, 하루의 작업량에 상당하는 굴삭깊이를 용이하게 파악할 수 있어, 효율적이고 또한 계획적으로 굴삭작업을 행할 수 있다.

다만, 작업량기준선(WTL2)은, 둘째 날에 어디까지 굴삭하면 되는지를 나타내는 기준선이다. 작업량기준선(WTL2)은, 굴삭작업이 3일 이상 걸리는 경우에 설정된다. 작업량기준선(WTL1 및 WTL2)을 동시에 표시해도 되지만, 첫날의 굴삭작업에서는 작업량기준선(WTL1)을 표시하고, 둘째 날의 굴삭작업에 있어서, 작업량기준선(WTL2)을 표시하는 것으로 해도 된다.

또, 이틀만에 완료되는 굴삭작업이면, 작업량기준선(WTL2)은 설정하지 않고, 작업량기준선(WTL1)만 설정되어 표시된다.

또, 목표면으로부터 다른 높이의 다른 작업량기준선마다 통보음을 다르게 해도 된다.

다만, 본 가이던스처리에 있어서도, 상술한 거친 굴삭작업 시의 굴삭기준선과 마찬가지로, 버킷(6)의 치선의 위치를 음성가이던스로 통보해도 된다.

다음으로, 표시장치(D4)에 표시되는 화면구성에 대하여 설명한다.

도 8은 실시형태에 있어서의 표시장치(D4)의 화상 표시부(41)에 표시되는 비조작중 화면(41V1)을 예시하는 도이다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 비조작중 화면(41V1)은, 시각 표시부(411), 회전수모드 표시부(412), 주행모드 표시부(413), 어태치먼트 표시부(414), 엔진제어상태 표시부(415), 요소수잔량 표시부(416), 연료잔량 표시부(417), 냉각수온 표시부(418), 엔진가동시간 표시부(419), 촬영화상 표시부(420), 작업가이던스 표시부(430)를 갖는다. 각부에 표시되는 화상은, 표시장치(D4)의 변환처리부(40a)에 의하여, 컨트롤러(30)로부터 송신되는 각종 데이터 및 촬상장치(80)로부터 송신되는 촬영화상으로 생성된다.

시각 표시부(411)는, 현재의 시각을 표시한다. 도 8에 나타내는 예에서는, 디지털표시가 채용되어, 현재 시각(10시 5분)이 나타나 있다.

회전수모드 표시부(412)는, 엔진회전수 조정다이얼(75)에 의하여 설정되어 있는 회전수모드를 화상표시한다. 회전수모드는, 예를 들면 상기한 SP모드, H모드, A모드 및 아이들링모드의 4개를 포함한다. 도 8에 나타내는 예에서는, SP모드를 나타내는 기호 "SP"가 표시되어 있다.

주행모드 표시부(413)는, 주행모드를 표시한다. 주행모드는, 가변용량펌프를 이용한 주행 유압모터의 설정상태를 나타낸다. 예를 들면, 주행모드는, 저속모드 및 고속모드를 가지며, 저속모드에서는 "거북이"모양의 마크가 표시되고, 고속모드에서는 "토끼"모양의 마크가 표시된다. 도 8에 나타내는 예에서는, "거북이"모양의 마크가 표시되어 있으며, 조작자는 저속모드가 설정되어 있는 것을 인식할 수 있다.

어태치먼트 표시부(414)는, 장착되어 있는 어태치먼트를 나타내는 화상을 표시한다. 쇼벨에는, 버킷(6), 착암기, 그래플, 리프팅마그넷 등의 다양한 엔드어태치먼트가 장착된다. 어태치먼트 표시부(414)는, 예를 들면 이들 엔드어태치먼트모양의 마크 및 어태치먼트에 대응하는 번호를 표시한다. 본 실시형태에서는, 엔드어태치먼트로서 버킷(6)이 장착되어 있고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 어태치먼트 표시부(414)는 공란으로 되어 있다. 엔드어태치먼트로서 착암기가 장착되어 있는 경우에는, 예를 들면 어태치먼트 표시부(414)에는 착암기모양의 마크가, 착암기의 출력의 크기를 나타내는 숫자와 함께 표시된다.

엔진제어상태 표시부(415)는, 엔진(11)의 제어상태를 표시한다. 도 8에 나타내는 예에서는, 엔진(11)의 제어상태로서 "자동감속·자동정지모드"가 선택되어 있다. 다만, "자동감속·자동정지모드"는, 엔진부하가 작은 상태의 계속시간에 따라, 엔진회전수를 자동적으로 저감시키고, 나아가서는 엔진(11)을 자동적으로 정지시키는 제어상태를 의미한다. 그 외에, 엔진(11)의 제어상태에는, "자동감속모드", "자동정지모드", "수동감속모드" 등이 있다.

요소수잔량 표시부(416)는, 요소수탱크에 저장되어 있는 요소수의 잔량상태를 화상표시한다. 도 8에 나타내는 예에서는, 현재의 요소수의 잔량상태를 나타내는 바그래프가 표시되어 있다. 다만, 요소수의 잔량은, 요소수탱크에 마련되어 있는 요소수잔량센서가 출력하는 데이터에 근거하여 표시된다.

연료잔량 표시부(417)는, 연료탱크에 저장되어 있는 연료의 잔량상태를 표시한다. 도 8에 나타내는 예에서는, 현재의 연료의 잔량상태를 나타내는 바그래프가 표시되어 있다. 다만, 연료의 잔량은, 연료탱크에 마련되어 있는 연료잔량센서가 출력하는 데이터에 근거하여 표시된다.

냉각수온 표시부(418)는, 엔진냉각수의 온도상태를 표시한다. 도 8에 나타내는 예에서는, 엔진냉각수의 온도상태를 나타내는 바그래프가 표시되어 있다. 다만, 엔진냉각수의 온도는, 엔진(11)에 마련되어 있는 수온센서(11c)가 출력하는 데이터에 근거하여 표시된다.

엔진가동시간 표시부(419)는, 엔진(11)의 누적가동시간을 표시한다. 도 8에 나타내는 예에서는, 운전자에 의하여 카운트가 리스타트되고 나서의 가동시간의 누적이, 단위 "hr(시간)"과 함께 표시되어 있다. 엔진가동시간 표시부(419)에는, 쇼벨이 제조되고 나서 전체기간의 생애가동시간 또는 조작자에 의하여 카운트가 리스타트되고 나서의 구간가동시간이 표시된다.

촬영화상 표시부(420)는, 촬상장치(80)에 의하여 촬영된 화상을 표시한다. 도 8에 나타내는 예에서는, 촬영화상 표시부(420)에, 후방 카메라(80B)에 의하여 촬영된 화상이 표시되어 있다. 촬영화상 표시부(420)에는, 좌측 카메라(80L) 또는 우측 카메라(80R)에 의하여 촬상된 촬상화상이 표시되어도 된다. 또, 촬영화상 표시부(420)에는, 좌측 카메라(80L), 우측 카메라(80R), 및 후방 카메라(80B) 중 복수의 카메라에 의하여 촬영된 화상이 나열되도록 표시되어도 된다. 또한, 촬영화상 표시부(420)에는, 좌측 카메라(80L), 우측 카메라(80R), 및 후방 카메라(80B)에 의하여 각각 촬상된 촬상화상이 합성된 부감화상 등이 표시되어도 된다.

다만, 각 카메라는, 촬영하는 화상에, 상부 선회체(3)의 커버(3a)의 일부가 포함되도록 설치되어 있다. 표시되는 화상에 커버(3a)의 일부가 포함됨으로써, 조작자는, 촬영화상 표시부(420)에 표시되는 물체와 쇼벨의 사이의 거리감을 파악하기 쉬워진다.

촬영화상 표시부(420)에는, 표시 중인 촬영화상을 촬영한 촬상장치(80)의 방향을 나타내는 촬상장치아이콘(421)이 표시되어 있다. 촬상장치아이콘(421)은, 쇼벨의 상면에서 보았을 때의 형상을 나타내는 쇼벨아이콘(421a)과, 표시 중인 촬상화상을 촬상한 촬상장치(80)의 방향을 나타내는 띠형상의 방향표시아이콘(421b)으로 구성되어 있다.

도 8에 나타내는 예에서는, 쇼벨아이콘(421a)의 하측(어태치먼트의 반대측)에 방향표시아이콘(421b)이 표시되고 있고, 촬영화상 표시부(420)에는, 후방 카메라(80B)에 의하여 촬영된 쇼벨의 후방의 화상이 표시되고 있는 것이 나타나 있다. 예를 들면, 촬영화상 표시부(420)에 우측 카메라(80R)에 의하여 촬영된 화상이 표시되고 있는 경우에는, 쇼벨아이콘(421a)의 우측에 방향표시아이콘(421b)이 표시된다. 또, 예를 들면 촬영화상 표시부(420)에 좌측 카메라(80L)에 의하여 촬영된 화상이 표시되고 있는 경우에는, 쇼벨아이콘(421a)의 좌측에 방향표시아이콘(421b)이 표시된다.

조작자는, 예를 들면 캐빈(10) 내에 마련되어 있는 화상전환 스위치를 압하함으로써, 촬영화상 표시부(420)에 표시하는 화상을 다른 카메라에 의하여 촬영된 화상 등으로 전환할 수 있다.

다만, 쇼벨에 촬상장치(80)가 마련되어 있지 않은 경우에는, 촬영화상 표시부(420) 대신에, 다른 정보가 표시되어도 된다.

작업가이던스 표시부(430)는, 위치표시화상(431), 수치정보화상(434)을 포함하고, 각종 작업정보를 표시한다.

위치표시화상(431)은, 복수의 바(431a)가 상하로 배열된 바그래프이며, 어태치먼트의 작업부위(예를 들면 버킷(6)의 선단)부터 목표면까지의 거리를 표시한다. 본 실시형태에서는, 버킷(6)의 선단부터 목표면까지의 거리에 따라, 7개의 바 중 1개가, 다른 바와는 다른 색으로 표시되는 버킷위치 표시바(도 8에서는 위에서 첫번째의 바)가 된다. 다만, 위치표시화상(431)은, 버킷(6)의 선단부터 목표면까지의 거리를 보다 고정밀도로 표시할 수 있도록, 다수의 바로 구성되어도 된다. 또, 도 8에서는, 굴삭목표선(TL)에 가까운 작업량기준선(WTL2)만을 복수의 바(431a)로 표시했지만, 작업량기준선(WTL2)과 작업량기준선(WTL1)의 양쪽 모두를 표시해도 된다.

예를 들면, 버킷(6)의 선단부터 목표면까지의 거리가 클수록, 상측의 바가 버킷위치 표시바로서 다른 바와는 다른 색으로 표시된다. 또, 버킷(6)의 선단부터 목표면까지의 거리가 작을수록, 하측의 바가 버킷위치 표시바로서 다른 바와는 다른 색으로 표시된다. 이와 같이, 버킷위치 표시바는, 버킷(6)의 선단부터 목표면까지의 거리에 따라 상하로 움직이도록 표시된다. 조작자는, 위치표시화상(431)을 보는 것에 의하여, 버킷(6)의 선단부터 목표면까지의 거리를 파악할 수 있다.

수치정보화상(434)은, 버킷(6)의 선단과 목표면의 위치관계 등을 나타내는 각종 수치를 표시한다. 수치정보화상(434)에는, 상부 선회체(3)의 기준에 대한 선회각도(도 8에 나타내는 예에서는 120.0°)가 쇼벨을 나타내는 아이콘과 함께 표시되어 있다. 또, 수치정보화상(434)에는, 목표면부터 버킷(6)의 선단까지의 높이(버킷(6)의 선단과 목표면의 수직방향의 거리이며, 도 8에 나타내는 예에서는 0.23m)가, 목표면과의 위치관계를 나타내는 아이콘과 함께 표시되어 있다.

다음으로, GNSS 수신기인 측위장치(S5)를 이용하지 않는 경우의 가이던스처리에 대하여, 도 9를 참조하면서 설명한다.

먼저, 굴삭작업을 행하는 시공장소에 있어서, 기준높이를 결정하기 위한 측정용 기준말뚝(600)을 박아 고정시킨다. 기준말뚝(600)의 상단면이 지표면으로부터 약간 돌출된 위치가 되도록 기준말뚝(600)을 매립한다. 기준말뚝(600)의 상단면이 기준면(RL)이 된다.

굴삭목표선(TL)으로 나타내는 굴삭목표선면은, 기준면으로부터의 깊이로 설정된다. 도 9에 나타내는 예에서는, 기준면(RL)으로부터 깊이(H₁)의 위치에 굴삭목표면(굴삭목표선(TL))이 설정되어 있다. 또, 굴삭기준면을 나타내는 굴삭기준선(RTL)은, 굴삭목표선(TL)으로부터의 높이로 설정된다. 도 9에 나타내는 예에서는, 굴삭기준선(RTL)은, 굴삭목표선(TL)으로부터 높이(H₂)만큼 상방의 위치에 설정되어 있다.

굴삭작업을 행하기 전에, 쇼벨의 조작자는, 먼저 버킷(6)을 기준말뚝(600) 위로 이동시키고, 버킷(6)의 선단(치선)을 기준말뚝(600)의 상단면에 당접시킨다. 이때의 어태치먼트의 자세에 근거하여, 상부 선회체(3)와 붐(4)의 결합부인 붐핀의 위치와, 기준면(RL)의 사이의 상대높이를 구한다. 기준면(RL)의 높이는, 측위장치(S5)(GNSS 수신기)로부터의 측위데이터에 의하여 결정할 수 있다.

여기에서, 쇼벨을 이동시키지 않고 어태치먼트의 조작만으로, 굴삭작업을 행하는 것으로 한다. 이 경우, 상부 선회체(3) 상의 고정위치로서 붐핀의 높이를 구해 둠으로써, 어태치먼트의 자세를 변경해도, 상부 선회체(3)에 대한 버킷(6)의 선단의 높이를 구할 수 있다. 그 결과, 기준면(RL)에 대한 버킷(6)의 선단의 상대적인 높이(깊이)를 구할 수 있다. 따라서, 굴삭기준선(RTL), 굴삭목표선(TL)의 각각에 대한 버킷(6)의 선단의 상대적인 높이를 산출할 수 있다.

상기에 기재한 실시형태에서는 버킷(6)의 선단에 대한 가이던스에 대하여 설명했지만, 반드시 버킷(6)의 선단에 한정되지 않는다. 버킷(6)의 임의의 위치를 가이던스의 기준으로 해도 된다. 예를 들면, 경사면을 시공하는 경우에는, 버킷(6)의 배면을 이용하여 작업을 행하기 때문에, 이 경우에는, 버킷(6)의 배면의 임의의 위치를 가이던스의 기준으로 하는 편이 바람직하다.

이상, 쇼벨을 포함하는 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태 및 실시예에 제한되는 것은 아니다. 또, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 비추어, 다양하게 변형 또는 변경하는 것이 가능하다.

본 국제 출원은 2015년 3월 19일에 출원된 일본 특허출원 제2015-056872호에 근거하여 우선권을 주장하는 것이며, 2015-056872호의 전체 내용을 여기 본 국제 출원에 원용한다.

1 하부 주행체
2 선회기구
3 상부 선회체
4 붐
5 암
6 버킷
7 붐실린더
8 암실린더
9 버킷실린더
10 캐빈
11 엔진
14 메인펌프
15 파일럿펌프
16 고압유압라인
17 컨트롤밸브
26 조작장치
29 압력센서
30 컨트롤러
50 머신가이던스장치
503 높이산출부
504 비교부
505 통보제어부
506 가이던스데이터출력부
508 기준선설정부
600 기준말뚝
S1 붐각도센서
S2 암각도센서
S3 버킷각도센서
S4 기체경사센서
D1 입력장치
D2 음성출력장치
D3 표시장치
D4 기억장치
D5 게이트로크레버
D6 게이트로크밸브
D7 엔진컨트롤러

Claims

머신가이던스 기능을 갖는 머신가이던스장치를 구비하는 쇼벨로서,
상기 머신가이던스 기능은,
굴삭목표면보다 지표면에 가까운 위치에 기준면을 설정하고,
엔드어태치먼트의 작업부위의 높이와 상기 기준면의 높이를 비교하며,
비교결과에 근거하여 통보음에 의한 가이던스를 행하는 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 굴삭목표면에 관한 통보음은, 상기 기준면에 관한 통보음과는 다른 소리인 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 기준면에 관한 가이던스보다 상기 굴삭목표면에 관한 가이던스를 우선시시키는 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 기준면은 소정의 작업시간마다 설정되는 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 기준면을 나타내는 기준선이, 가이던스용 표시화면에 표시되는 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 기준면을 나타내는 기준선이 상기 굴삭목표면을 나타내는 굴삭목표선과 교차하는 경우에, 상기 기준선과 상기 굴삭목표선이 교차하는 점에서는, 상기 굴삭목표선에 대한 가이던스를 우선시시키는 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
한쪽의 기준면을 나타내는 한쪽의 기준선과 다른 쪽의 기준면을 나타내는 다른 쪽의 기준선이 교차하는 경우에, 상기 한쪽의 기준선과 상기 다른 쪽의 기준선의 교차점을 넘어, 상기 한쪽의 기준선과 상기 다른 쪽의 기준선을 연장하지 않도록 설정하는 쇼벨.
제 7 항에 있어서,
상기 한쪽의 기준선과 상기 다른 쪽의 기준선마다 통보음이 다른 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 기준면으로부터 다른 높이에 복수의 작업량기준선을 설정하고, 상기 작업량기준선이 나타내는 면까지의 굴삭의 가이던스를 행하는 쇼벨.
제 9 항에 있어서,
상기 작업량기준선마다 통보음이 다른 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 엔드어태치먼트가 상기 기준면을 넘은 경우에, 상기 엔드어태치먼트의 움직임을 느리게 할 수 있는 감압밸브를 더 갖는 쇼벨.