KR20170136414A - 작업 기계의 제어 시스템, 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

작업 기계의 제어 시스템은, 축선을 중심으로 회전하는 부재를 구비하는 작업 기계를 제어하는 작업 기계의 제어 시스템으로서, 상기 작업 기계의 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 형상을 생성하는 목표 시공 형상 생성부와, 상기 목표 시공 형상에 대하여 상기 작업 기계가 존재하는 측인 공중측에 상기 부재가 존재하고 있는 경우에는 제1 정보를 출력하고, 상기 공중측에 상기 부재가 존재하지 않을 경우에는 제2 정보를 출력하는 판정부를 포함한다.

Description

작업 기계의 제어 시스템, 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법{WORK MACHINERY CONTROL SYSTEM, WORK MACHINERY, AND WORK MACHINERY CONTROL METHOD}

본 발명은, 작업 기계(work machine)의 제어 시스템, 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법에 관한 것이다.

특허 문헌 1에 개시되어 있는 것과 같은, 틸트식 버킷(tilting bucket)을 가지는 작업기(work machine)를 구비하는 작업 기계가 알려져 있다.

국제 공개 제2015/186179호

작업 기계의 제어에 관한 기술 분야에 있어서, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 형상에 대하여, 작업기 중, 붐(boom), 암(arm), 및 버킷 중 1개 이상의 위치 또는 자세를 제어하는 작업기 제어가 알려져 있다. 작업기 제어가 실행되는 것에 의해, 버킷이 목표 시공 형상을 넘어 버리는 것이 억제되어, 목표 시공 형상에 따른 시공이 실현된다.

틸트식 버킷을 가지는 작업 기계에 있어서는, 작업 기계의 오퍼레이터에 의한 틸트 조작 레버의 조작에 개입하여, 목표 시공 형상에 버킷이 침입하지 않도록 버킷의 틸트 동작을 정지시키는 제어가 실행된다. 이와 같은 작업 기계는, 날끝(blade tip)의 전방에 존재하는 목표 시공 형상뿐아니라, 버킷의 배면에 존재하는 목표 시공 형상에 대해서도, 틸트 동작을 정지시키려는 경우가 있다. 또한, 틸트식 버킷뿐아니라, 작업 기계가 가지는 부재의 주위에 존재하는 목표 시공 형상에, 작업 기계의 부재가 침입하는 것을 억제하려고 하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 부재의 자세와 목표 시공 형상과의 위치 관계에 따라서는, 부재가 목표 시공 형상을 넘고 있어도 부재를 정지(停止)시킬 수 없는 경우가 있어, 부재의 자세와 목표 시공 형상과의 위치 관계에는 제약이 있었다.

본 발명의 태양(態樣)은, 목표 시공 형상에 침입하지 않도록 부재의 동작을 제어하는 데 있어서, 작업 기계가 가지는 부재의 자세와 목표 시공 형상과의 위치 관계에 의한 제어의 제약을 저감하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 축선을 중심으로 회전하는 부재(member)를 구비하는 작업 기계를 제어하는 작업 기계의 제어 시스템으로서, 상기 작업 기계의 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 형상에 대하여 상기 작업 기계가 존재하는 측인 공중측에 상기 부재가 존재하고 있는 경우에는 제1 정보를 출력하고, 상기 공중측에 상기 부재가 존재하지 않을 경우에는 제2 정보를 출력하는 판정부를 포함하는 작업 기계의 제어 시스템이 제공된다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 제1 태양에 있어서, 상기 판정부로부터 상기 제1 정보가 출력된 경우에는 상기 부재의 회전을 허용하고, 상기 제2 정보가 출력된 경우에는 상기 부재의 회전을 허용하지 않는 작업기 제어부를 가지는, 작업 기계의 제어 시스템이 제공된다.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 제1 태양 또는 제2 태양에 있어서, 상기 작업 기계의 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 형상을 생성하는 목표 시공 형상 생성부를 가지고, 상기 목표 시공 형상 생성부는, 상기 부재의 주위에 복수의 상기 목표 시공 형상을 생성하고, 상기 판정부는, 복수의 상기 목표 시공 형상에 대하여, 상기 제1 정보 또는 상기 제2 정보를 출력하는 작업 기계의 제어 장치가 제공된다.

본 발명의 제4 태양에 따르면, 제1 태양 내지 제3 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 부재에 설정된 규정점의 위치 데이터를 구하는 후보 규정점 위치 데이터 연산부와, 상기 규정점을 지나고 상기 축선과 직교하는 동작 평면을 구하는 동작 평면 연산부와, 상기 목표 시공 형상과 상기 동작 평면이 교차하는 정지 지형을 구하는 정지 지형 연산부를 가지고, 상기 정지 지형과 상기 규정점과의 거리, 상기 목표 시공 형상과 직교하는 방향으로 연장되는 제1 벡터 및 상기 축선이 연장되는 방향의 제2 벡터를 사용하여 상기 제1 정보 또는 상기 제2 정보를 출력하는 작업 기계의 제어 시스템이 제공된다.

본 발명의 제5 태양에 따르면, 제1 태양 내지 제3 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 작업 기계에 있어서 상기 부재와는 상이한 부분의 위치이며, 또한 기지(旣知)의 기준점과, 상기 부재에 설정된 규정점의 위치 데이터를 구하는 후보 규정점 위치 데이터 연산부를 가지고, 상기 판정부는, 상기 기준점 및 상기 규정점을 연결하는 선분과 상기 목표 시공 형상과의 교점(交点)의 개수를 구하고, 상기 개수가 짝수나 홀수를 사용하여 상기 제1 정보 또는 상기 제2 정보를 출력하는 작업 기계의 제어 시스템이 제공된다.

본 발명의 제6 태양에 따르면, 상부 선회체(旋回體)와, 상기 상부 선회체를 지지하는 하부 주행체와, 제1 축을 중심으로 회전하는 붐과, 제2 축을 중심으로 회전하는 암과, 제3 축을 중심으로 회전하는 버킷을 포함하고, 상기 상부 선회체에 지지되는 작업기와, 제1 태양 내지 제4 태양 중 어느 하나에 관한 작업 기계의 제어 시스템을 포함하고, 상기 부재는 상기 버킷, 상기 암, 상기 붐 및 상기 상부 선회체 중 하나 이상인, 작업 기계가 제공된다.

본 발명의 제7 태양에 따르면, 제5 태양에 있어서, 상기 부재는 상기 버킷이며, 상기 축선은 상기 제3 축과 직교하는 작업 기계가 제공된다.

본 발명의 제8 태양에 따르면, 축선을 중심으로 회전하는 부재를 구비하는 작업 기계를 제어하는 작업 기계를 제어하는 작업 기계의 제어 방법에 있어서, 상기 작업 기계의 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 형상에 대하여 상기 작업 기계가 존재하는 측인 공중측에 상기 부재가 존재하고 있는 경우에는 제1 정보를 출력하고, 상기 공중측에 상기 부재가 존재하지 않을 경우에는 제2 정보를 출력하는 작업 기계의 제어 방법이 제공된다.

본 발명의 태양에 의하면, 목표 시공 형상에 침입하지 않도록 부재의 동작을 제어하는 데 있어서, 작업 기계가 가지는 부재의 자세와 목표 시공 형상과의 위치 관계에 의한 제어의 제약을 저감할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 관한 작업 기계의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 실시형태에 관한 버킷의 일례를 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 실시형태에 관한 버킷의 일례를 나타낸 정면도이다.
도 4는 유압 셔블(hydraulic shovel)을 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 5는 유압 셔블을 모식적으로 나타낸 배면도이다.
도 6은 유압 셔블을 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 7은 버킷을 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 8은 버킷을 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 9는 틸트 실린더를 동작시키는 유압(油壓) 시스템의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 시스템의 일례를 나타낸 기능 블록도이다.
도 11은 본 실시형태에 관한 버킷에 설정되는 규정점의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 실시형태에 관한 목표 시공 데이터의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 13은 본 실시형태에 관한 목표 시공 형상의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 14는 본 실시형태에 관한 틸트 동작 평면의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 15는 본 실시형태에 관한 틸트 동작 평면의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 실시형태에 관한 틸트 정지 제어를 설명하기 위한 모식도이다.
도 17은 틸트 버킷의 틸트 회전을 동작 거리에 기초하여 정지시키기 위해, 동작 거리와 제한 속도와의 관계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 18은 틸트 정지 지형의 위치를 나타낸 도면이다.
도 19는 틸트 정지 지형의 위치를 나타낸 도면이다.
도 20은 틸트 동작 평면 상에서 버킷 및 틸트 정지 지형을 본 상태를 나타낸 도면이다.
도 21은 틸트 동작 평면 상에서 버킷 및 틸트 정지 지형을 본 상태를 나타낸 도면이다.
도 22는 공중측과 지중(地中) 측과의 위치 관계를 나타낸 도면이다.
도 23은 버킷과 틸트 정지 지형 및 목표 시공 형상과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 24는 버킷과 틸트 정지 지형 및 목표 시공 형상과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 25는 버킷과 틸트 정지 지형 및 목표 시공 형상과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 26은 버킷과 틸트 정지 지형 및 목표 시공 형상과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 27은 버킷과 틸트 정지 지형과의 동작 거리, 및 틸트 동작 평면과 목표 시공 형상이 버킷의 날끝 측 또는 틸트 핀 측 중 어느 하나에서 교차할 것인지를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 버킷과 틸트 정지 지형과의 동작 거리, 및 틸트 동작 평면과 목표 시공 형상이 버킷의 날끝 측 또는 틸트 핀 측 중 어느 하나에서 교차할 것인지를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 29는 틸트 동작 평면과 목표 시공 형상이 버킷의 날측 또는 틸트 핀 측 중 어느 하나에서 교차하는 경우에도, 버킷이 공중측 또는 지중측의 어딘가에 존재하는지를 판정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 30은 틸트 동작 평면과 목표 시공 형상이 버킷의 날측 또는 틸트 핀 측 중 어느 하나에서 교차하는 경우에도, 버킷이 공중측 또는 지중측의 어딘가에 존재하는지를 판정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 31은 틸트 동작 평면과 목표 시공 형상이 버킷의 날측 또는 틸트 핀 측 중 어느 하나에서 교차하는 경우에도, 버킷이 공중측 또는 지중측의 어딘가에 존재하는지를 판정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 32는 틸트 동작 평면과 목표 시공 형상이 버킷의 날측 또는 틸트 핀 측 중 어느 하나에서 교차하는 경우에도, 버킷이 공중측 또는 지중측의 어딘가에 존재하는지를 판정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 33은 본 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 34는 본 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법에 있어서, 동작 거리를 구할 때의 처리를 나타낸 플로우차트이다.
도 35는 버킷의 주위에 복수의 목표 시공 형상이 존재하는 경우의 일례를 나타낸 평면도이다.
도 36은 도 35의 A―A선에서 바라본 도면이다.
도 37은 축선을 중심으로 회전하는 부재가 버킷 이외인 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 38은 도 37의 B―B선에서 바라본 도면이다.
도 39는 부재가 공중측에 있는지 지중측에 있는지를 판정하는 다른 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

이하의 설명에 있어서는, 글로벌 좌표계(Xg―Yg―Zg 좌표계) 및 차체 좌표계(X―Y―Z좌표계)를 설정하여 각 부의 위치 관계에 대하여 설명한다. 글로벌 좌표계란, 전지구 측위 시스템(Global Positioning System: GPS)과 같은 전지구 항법 위성 시스템(Global Navigation Satellite System: GNSS)에 의해 규정되는 절대 위치를 나타내는 좌표계이다. 차체 좌표계란, 작업 기계의 기준 위치에 대한 상대(相對) 위치를 나타내는 좌표계이다.

본 실시형태에 있어서, 정지 제어는, 작업 기계와 작업 기계의 시공 대상의 목표 시공 형상과의 거리에 기초하여, 작업 기계 중 적어도 일부의 동작을 정지시키는 제어를 말한다. 예를 들면, 작업 기계가 가지는 버킷이 틸트 방식의 버킷인 경우, 정지 제어는, 작업 기계와 목표 시공 형상과의 거리에 기초하여, 버킷의 틸트 동작을 정지시키는 제어를 들 수 있다.

[작업 기계]

도 1은, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 일례를 나타낸 사시도이다. 본 실시형태에 있어서는, 작업 기계가 유압 셔블(100)인 예에 대하여 설명한다. 작업 기계는, 유압 셔블(100)에 한정되지 않는다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 유압에 의해 동작하는 작업기(1)와, 작업기(1)를 지지하는 차체인 상부 선회체(2)와, 상부 선회체(2)를 지지하는 주행 장치인 하부 주행체(3)와, 작업기(1)를 조작하기 위한 조작 장치(30)와, 작업기(1)를 제어하는 제어 장치(50)를 구비한다. 상부 선회체(2)는, 하부 주행체(3)에 지지된 상태로 선회축(旋回軸)(RX)을 중심으로 선회할 수 있다.

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

하부 주행체(3)는, 한 쌍의 크롤러 벨트(crawler belts)(3C)를 가진다. 크롤러 벨트(3C)의 회전에 의해, 유압 셔블(100)이 주행한다. 하부 주행체(3)가 타이어를 가져도 된다.

작업기(1)는, 상부 선회체(2)에 지지된다. 작업기(1)는, 붐 핀(boom pin)을 통하여 상부 선회체(2)에 연결되는 붐(6)과, 암 핀(arm pin)을 통하여 붐(6)에 연결되는 암(7)과, 버킷 핀(bucket pin) 및 틸트 핀을 통하여 암(7)에 연결되는 버킷(8)을 가진다. 버킷(8)은, 날(8C)을 가진다. 날(8C)은, 버킷(8)의 선단, 즉 버킷 핀으로 연결되어 있는 부분으로부터 이격된 부분에 설치된, 판형의 부재이다. 날(8C)의 날끝(9)은, 날(8C)의 선단부이며, 본 실시형태에서는 직선형의 부분이다. 버킷(8)에 복수의 볼록형상의 날이 설치되어 있는 경우, 날끝(9)은, 볼록형상의 날의 선단부로 된다.

붐(6)은, 제1 축인 붐 축(boom axis)(AX1)을 중심으로 상부 선회체(2)에 대하여 회전 가능하다. 암(7)은, 제2 축인 암축(arm axis)(AX2)을 중심으로 붐(6)에 대하여 회전 가능하다. 버킷(8)은, 제3 축인 버킷축(bucket axis)(AX3) 및 버킷축(AX3)에 평행한 축과 직교하는 축선인 틸트 축(tilt axis)(AX4)의 각각을 중심으로 암(7)에 대하여 회전 가능하다. 버킷축(AX3)과 틸트 축(AX4)과는 서로 교차하지 않는다.

붐 축(AX1)과 암축(AX2)과 버킷축(AX3)과는 평행이다. 붐 축(AX1), 암축(AX2) 및 버킷축(AX3)과 선회축(RX)과 평행한 축과는 직교한다. 붐 축(AX1), 암축(AX2) 및 버킷축(AX3)은, 차체 좌표계의 Y축과 평행이다. 선회축(RX)은, 차체 좌표계의 Z축과 평행이다. 붐 축(AX1), 암축(AX2) 및 버킷축(AX3)과 평행한 방향은, 상부 선회체(2)의 차폭 방향을 나타낸다. 선회축(RX)과 평행한 방향은, 상부 선회체(2)의 상하 방향을 나타낸다. 붐 축(AX1), 암축(AX2), 버킷축(AX3) 및 선회축(RX)의 양쪽과 직교하는 방향은, 상부 선회체(2)의 전후 방향을 나타낸다. 운전석(4S)을 기준으로 하여 작업기(1)가 존재하는 방향이 전방이다.

작업기(1)는, 유압 실린더(10)가 발생하는 힘에 의해 동작한다. 유압 실린더(10)는, 붐(6)을 작동시키는 붐 실린더(11)와, 암(7)을 동작시키는 암 실린더(12)와, 버킷(8)을 작동시키는 버킷 실린더(13) 및 틸트 실린더(14)를 포함한다.

작업기(1)는, 붐 스트로크 센서(16)와, 암 스트로크 센서(17)와, 버킷 스트로크 센서(18)와, 틸트 스트로크 센서(19)를 가진다. 붐 스트로크 센서(16)는, 붐 실린더(11)의 동작량을 나타내는 붐 스트로크를 검출한다. 암 스트로크 센서(17)는, 암 실린더(12)의 동작량을 나타내는 암 스트로크를 검출한다. 버킷 스트로크 센서(18)는, 버킷 실린더(13)의 동작량을 나타내는 버킷 스트로크를 검출한다. 틸트 스트로크 센서(19)는, 틸트 실린더(14)의 동작량을 나타내는 틸트 스트로크를 검출한다.

조작 장치(30)는, 운전실(4)에 배치된다. 조작 장치(30)는, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터에 의해 조작 부재를 포함한다. 오퍼레이터는, 조작 장치(30)를 조작하여, 작업기(1)를 동작시킨다. 본 실시형태에 있어서, 조작 장치(30)는, 좌측 조작 레버(30L) 및 우측 조작 레버(30R)와, 틸트 조작 레버(30T)와, 조작 페달(30F)을 포함한다.

중립 위치에 있는 우측 조작 레버(30R)가 전방으로 조작되면, 붐(6)이 하강 동작하고, 후방으로 조작되면, 붐(6)이 상승 동작한다. 중립 위치에 있는 우측 조작 레버(30R)가 우측으로 조작되면, 버킷(8)이 덤핑 동작(dumping operation)하고, 좌측 방향으로 조작되면, 버킷(8)이 파내는 동작(scooping operation)을 한다.

중립 위치에 있는 좌측 조작 레버(30L)가 전방으로 조작되면, 암(7)이 신장 동작하고, 후방으로 조작되면, 암(7)이 파내는 동작을 한다. 중립 위치에 있는 좌측 조작 레버(30L)가 우측으로 조작되면, 상부 선회체(2)가 우측 선회(旋回)하고, 좌측 방향으로 조작되면, 상부 선회체(2)가 좌측 선회한다.

그리고, 우측 조작 레버(30R) 및 좌측 조작 레버(30L)의 조작 방향과, 작업기(1)의 동작 방향 및 상부 선회체(2)의 선회 방향의 관계는, 전술한 관계가 아니라도 된다.

제어 장치(50)는, 컴퓨터 시스템을 포함한다. 제어 장치(50)는, CPU(Central Processing Unit)와 같은 프로세서와, ROM(Read Only Memory)과 같은 불휘발성 메모리 및 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리를 포함하는 기억 장치와, 입출력 인터페이스 장치를 가진다.

[버킷]

도 2는, 본 실시형태에 관한 버킷(8)의 일례를 나타낸 측단면도이다. 도 3은, 본 실시형태에 관한 버킷(8)의 일례를 나타낸 정면도이다. 본 실시형태에 있어서, 버킷(8)은, 틸트식 버킷이다. 틸트식 버킷은, 축선인 틸트 축(AX4)을 중심으로 하여 동작, 예를 들면, 회전하는 버킷이다. 본 실시형태에 있어서, 축선을 중심으로 하여 회전하는 부재는, 버킷(8)이다.

버킷(8)은 틸트식 버킷에 한정되지 않는다. 버킷(8)은, 예를 들면, 로테이트(rotate) 버킷이라도 된다. 로테이트 버킷은, 버킷축(AX3)과 수직으로 교차하는 축선의 주위를 회전하는 버킷이다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)은, 버킷 핀(8B)을 통하여 암(7)에 회전 가능하게 연결된다. 버킷(8)은, 틸트 핀(8T)을 통하여 암(7)에 회전 가능하게 지지된다. 버킷(8)은, 접속 부재(90)를 통하여, 암(7)의 선단부에 접속된다. 버킷 핀(8B)은, 암(7)과 접속 부재(90)를 연결한다. 틸트 핀(8T)은, 접속 부재(90)와 버킷(8)을 연결한다. 버킷(8)은, 접속 부재(90)를 통하여, 암(7)에 회전 가능하게 접속된다.

버킷(8)은, 바닥판(81)과, 배면판(82)과, 상판(83)과, 측판(84)과, 측판(85)을 포함한다. 버킷(8)은, 상판(83)의 상부에 설치된 브래킷(bracket)(87)을 가진다. 브래킷(87)은, 상판(83)의 전후 위치에 설치된다. 브래킷(87)은, 접속 부재(90) 및 틸트 핀(8T)과 연결된다.

접속 부재(90)는, 플레이트 부재(91)와, 플레이트 부재(91)의 상면에 설치된 브래킷(92)과, 플레이트 부재(91)의 하면에 설치된 브래킷(93)을 가진다. 브래킷(92)은, 암(7) 및 제2 링크 핀(95P)과 연결된다. 브래킷(93)은 브래킷(87)의 상부에 설치되고, 틸트 핀(8T) 및 브래킷(87)과 연결된다.

버킷 핀(8B)은, 접속 부재(90)의 브래킷(92)과 암(7)의 선단부를 연결한다. 틸트 핀(8T)은, 접속 부재(90)의 브래킷(93)과 버킷(8)의 브래킷(87)을 연결한다. 접속 부재(90) 및 버킷(8)은, 암(7)에 대하여 버킷축(AX3)을 중심으로 회전 가능하다. 버킷(8)은, 접속 부재(90)에 대하여 틸트 축(AX4)을 중심으로 회전 가능하다.

작업기(1)는, 제1 링크 핀(94P)을 통하여 암(7)에 회전 가능하게 접속되는 제1 링크 부재(94)와, 제2 링크 핀(95P)을 통하여 브래킷(92)에 회전 가능하게 접속되는 제2 링크 부재(95)를 가진다. 제1 링크 부재(94)의 기단부(基端部)가 제1 링크 핀(94P)을 통하여 암(7)에 접속된다. 제2 링크 부재(95)의 기단부가 제2 링크 핀(95P)을 통하여 브래킷(92)에 접속된다. 제1 링크 부재(94)의 선단부와 제2 링크 부재(95)의 선단부가, 버킷 실린더 탑 핀(96)을 통하여 연결된다.

버킷 실린더(13)의 선단부는, 버킷 실린더 탑 핀(96)을 통하여, 제1 링크 부재(94)의 선단부 및 제2 링크 부재(95)의 선단부와 회전 가능하게 접속된다. 버킷 실린더(13)가 신축되면 접속 부재(90)는 버킷(8)과 함께 버킷축(AX3)을 중심으로 회전한다.

틸트 실린더(14)는, 접속 부재(90)에 설치된 브래킷(97) 및 버킷(8)에 설치된 브래킷(88)의 각각에 접속된다. 틸트 실린더(14)의 로드가 핀을 통하여 브래킷(97)에 접속된다. 틸트 실린더(14)의 본체부가 핀을 통하여 브래킷(88)에 접속된다. 틸트 실린더(14)가 신축되면 버킷(8)은 틸트 축(AX4)을 중심으로 회전한다. 틸트 실린더(14)의 접속의 구조는 일례로서, 본 실시형태의 구조에 한정되지는 않는다.

이와 같이, 버킷(8)은, 버킷 실린더(13)가 동작함으로써, 버킷축(AX3)을 중심으로 회전한다. 버킷(8)은, 틸트 실린더(14)가 동작함으로써, 틸트 축(AX4)을 중심으로 회전한다. 버킷(8)이 버킷축(AX3)을 중심으로 회전하면 틸트 핀(8T)은 버킷(8)과 함께 회전한다.

[검출 시스템]

다음에, 유압 셔블(100)의 검출 시스템(400)에 대하여 설명한다. 도 4는, 유압 셔블(100)을 모식적으로 나타낸 측면도이다. 도 5는, 유압 셔블(100)을 모식적으로 나타낸 배면도이다. 도 6은, 유압 셔블(100)을 모식적으로 나타낸 평면도이다. 도 7은, 버킷(8)을 모식적으로 나타낸 측면도이다. 도 8은, 버킷(8)을 모식적으로 나타낸 정면도이다.

도 4, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 검출 시스템(400)은, 상부 선회체(2)의 위치를 검출하는 위치 검출 장치(20)와, 작업기(1)의 각도를 검출하는 작업기 각도 검출 장치(24)를 가진다. 위치 검출 장치(20)는, 상부 선회체(2)의 위치를 검출하는 차체 위치 연산기(21)와, 상부 선회체(2)의 자세를 검출하는 자세 연산기(22)와, 상부 선회체(2)의 방위를 검출하는 방위 연산기(23)를 포함한다.

차체 위치 연산기(21)는, GPS 수신기를 포함한다. 차체 위치 연산기(21)는, 상부 선회체(2)에 설치된다. 차체 위치 연산기(21)는, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg, 즉 글로벌 좌표계(Xg―Yg―Zg)에서의 위치를 검출한다. 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg는, Xg축 방향의 좌표 데이터, Yg축 방향의 좌표 데이터 및 Zg축 방향의 좌표 데이터를 포함한다.

상부 선회체(2)에 복수의 GPS 안테나(21A)가 설치된다. GPS 안테나(21A)는, GPS 위성으로부터 전파를 수신하여, 수신한 전파에 기초하여 생성한 신호를 차체 위치 연산기(21)에 출력한다. 차체 위치 연산기(21)는, GPS 안테나(21A)로부터 주어진 신호에 기초하여, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Pr을 검출한다. 차체 위치 연산기(21)는, GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Pr에 기초하여, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg를 검출한다.

GPS 안테나(21A)는, 차폭 방향으로 2개, 설치된다. 차체 위치 연산기(21)는, 한쪽의 GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Pra 및 다른 쪽의 GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Prb의 각각을 검출한다. 차체 위치 연산기(21)는, 위치 Pra와 위치 Prb 중 적어도 한쪽에 기초하여 연산 처리를 실행하여, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg를 검출한다. 본 실시형태에 있어서, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg는, 위치 Pra이다. 그리고, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg는, 위치 Prb라도 되고, 위치 Pra와 위치 Prb와의 사이의 위치라도 된다.

자세 연산기(22)는, 관성 계측 장치(Inertial Measurement Unit; IMU)를 포함한다. 자세 연산기(22)는, 상부 선회체(2)에 설치된다. 자세 연산기(22)는, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 수평면, 즉 Xg―Yg 평면에 대한 상부 선회체(2)의 경사 각도를 검출한다. 수평면에 대한 상부 선회체(2)의 경사 각도는, 차폭 방향에서의 상부 선회체(2)의 경사 각도를 나타내는 롤 각도 θ1과, 전후 방향에서의 상부 선회체(2)의 경사 각도를 나타내는 피치 각도 θ2를 포함한다.

방위 연산기(23)는, 한쪽의 GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Pra와 다른 쪽의 GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Prb에 기초하여, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위를 검출한다. 방위 연산기(23)는, 위치 Pra와 위치 Prb에 기초하여 연산 처리를 실행하여, 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위를 검출한다. 방위 연산기(23)는, 위치 Pra와 위치 Prb를 연결하는 직선을 구하고, 구한 직선과 기준 방위가 이루는 각도에 기초하여, 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위를 검출한다. 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위는, 기준 방위와 상부 선회체(2)의 방위가 이루는 각도를 나타내는 요 각도(yaw angle) θ3를 포함한다.

도 4, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 작업기 각도 검출 장치(24)는, 붐 스트로크 센서(16)에 의해 검출된 붐 스트로크에 기초하여, 차체 좌표계의 Z축에 대한 붐(6)의 경사 각도를 나타내는 붐 각도 α를 구한다. 작업기 각도 검출 장치(24)는, 암 스트로크 센서(17)에 의해 검출된 암 스트로크에 기초하여, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사 각도를 나타내는 암 각도 β를 구한다. 작업기 각도 검출 장치(24)는, 버킷 스트로크 센서(18)에 의해 검출된 버킷 스트로크에 기초하여, 암(7)에 대한 버킷(8)의 날끝(9)의 경사 각도를 나타내는 버킷 각도 γ를 구한다. 작업기 각도 검출 장치(24)는, 틸트 스트로크 센서(19)에 의해 검출된 틸트 스트로크에 기초하여, XY 평면에 대한 버킷(8)의 경사 각도를 나타내는 틸트 각도(tilt angle) δ를 구한다. 작업기 각도 검출 장치(24)는, 붐 스트로크 센서(16)에 의해 검출된 붐 스트로크, 암 스트로크 센서(17)에 의해 검출된 암 스트로크, 버킷 스트로크 센서(18)에 의해 검출된 버킷 스트로크, 및 틸트 스트로크 센서(19)에 의해 검출된 틸트 스트로크에 기초하여, XY 평면에 대한 틸트 축(AX4)의 경사 각도를 나타내는 틸트 축(tilt axis) 각도 ε를 구한다. 작업기(1)의 경사 각도는, 스트로크 센서 이외의 각도 센서에 의한 검출이라도 되고, 스테레오 카메라 및 레이저 스캐너 등의 광학적인 계측 수단에 의한 검출이라도 된다.

[유압 시스템]

도 9는, 틸트 실린더(14)를 동작시키는 유압 시스템(300)의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다. 유압 시스템(300)은, 작동유를 공급하는 가변(可變) 용량형의 메인 유압 펌프(31)와, 파일럿 오일을 공급하는 파일럿압 펌프(32)와, 틸트 실린더(14)에 대한 작동유의 공급량을 조정하는 유량(流量) 제어 밸브(25)와, 유량 제어 밸브(25)에 작용하는 파일럿압을 조정하는 제어 밸브(37A, 37B, 39)와 조작 장치(30)의 틸트 조작 레버(30T) 및 조작 페달(30F)과 제어 장치(50)를 구비한다. 틸트 조작 레버(30T)는, 좌측 조작 레버(30L) 또는 우측 조작 레버(30R) 중 적어도 한쪽에 설치되는 버튼 등이다. 본 실시형태에 있어서, 조작 장치(30)의 조작 페달(30F)은, 파일럿압 방식의 조작 장치이다. 조작 장치(30)의 틸트 조작 레버(30T)는, 전자 레버 방식의 조작 장치이다.

조작 장치(30)의 조작 페달(30F)은, 파일럿압 펌프(32)에 접속된다. 조작 페달(30F)과 파일럿압 펌프(32)와의 사이에는, 제어 밸브(39)가 설치된다. 또한, 조작 페달(30F)은, 제어 밸브(37A)로부터 송출되는 파일럿 오일이 흐르는 오일 통로(38A)에 셔틀 밸브(36A)를 통하여 접속된다. 또한, 조작 페달(30F)은, 제어 밸브(37B)로부터 송출되는 파일럿 오일이 흐르는 오일 통로(38B)에 셔틀 밸브(36B)를 통하여 접속된다. 조작 페달(30F)이 조작됨으로써, 조작 페달(30F)과 셔틀 밸브(36A)와의 사이의 오일 통로(33A)의 압력, 및 조작 페달(30F)과 셔틀 밸브(36B)와의 사이의 오일 통로(33B)의 압력이 조정된다.

틸트 조작 레버(30T)가 조작됨으로써, 틸트 조작 레버(30T)의 조작에 의해 생성된 조작 신호가 제어 장치(50)에 출력된다. 제어 장치(50)는, 틸트 조작 레버(30T)로부터 출력된 조작 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 제어 밸브(37A, 37B)를 제어한다. 제어 밸브(37A, 37B)는, 전자(電磁) 비례 제어 밸브이다. 제어 밸브(37A)는, 제어 신호에 기초하여, 오일 통로(38A)를 개폐한다. 제어 밸브(37B)는, 제어 신호에 기초하여, 오일 통로(38B)를 개폐한다.

틸트 정지 제어를 실행하지 않을 때, 조작 장치(30)의 조작량에 기초하여, 파일럿압이 조정된다. 틸트 정지 제어를 실행할 때, 제어 장치(50)는, 제어 밸브(37A, 37B) 또는 제어 밸브(39)에 제어 신호를 출력하여, 파일럿압을 조정한다.

[제어 시스템]

도 10은, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 시스템(200)의 일례를 나타낸 기능 블록도이다. 이하에 있어서, 작업 기계의 제어 시스템(200)을 적절히, 제어 시스템(200)이라고 한다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 제어 시스템(200)은, 작업기(1)를 제어하는 제어 장치(50)와, 위치 검출 장치(20)와, 작업기 각도 검출 장치(24)와, 제어 밸브(37)[37A, 37B], (39)와, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)를 구비한다.

위치 검출 장치(20)는, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg, 롤 각도 θ1 및 피치 각도 θ2를 포함하는 상부 선회체(2)의 자세와, 요 각도 θ3를 포함하는 상부 선회체(2)의 방위를 검출한다. 작업기 각도 검출 장치(24)는, 붐 각도 α, 암 각도 β, 버킷 각도 γ, 틸트 각도 δ, 및 틸트 축 각도 ε를 포함하는 작업기(1)의 각도를 검출한다. 제어 밸브(37)[37A, 37B]는, 틸트 실린더(14)에 대한 작동유의 공급량을 조정한다.

제어 밸브(37)는, 제어 장치(50)로부터의 제어 신호에 기초하여 작동한다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 컴퓨터 시스템을 포함한다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 시공 영역의 목표 형상인 목표 지형을 나타내는 목표 시공 데이터를 생성한다. 목표 시공 데이터는, 작업기(1)에 의한 시공 후에 얻어지는 3차원의 목표 형상을 나타낸다.

목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 유압 셔블(100)의 원격지에 설치된다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 예를 들면, 시공 관리 시설에 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.

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. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)가 목표 시공 데이터를 기억한 기록 매체를 포함하고, 제어 장치(50)가, 기록 매체로부터 목표 시공 데이터를 읽어들임(reading) 가능한 장치를 가져도 된다.

목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 유압 셔블(100)에 설치되어도 된다. 시공을 관리하는 외부의 관리 장치로부터 목표 시공 데이터가 유선 또는 무선으로 유압 셔블(100)의 목표 시공 데이터 생성 장치(70)에 공급되고, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)가 공급된 목표 시공 데이터를 기억해도 된다.

제어 장치(50)는, 처리부(51)와, 기억부(52)와, 입출력부(53)를 포함한다. 처리부(51)는, 차체 위치 데이터 취득부(51A)와, 작업기 각도 데이터 취득부(51B)와, 후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)와, 목표 시공 형상 생성부(51D)와, 규정점 위치 데이터 연산부(51cb)와, 동작 평면 연산부(51E)와, 정지 지형 연산부(51F)와, 작업기 제어부(51G)와, 제한 속도 결정부(51H)와, 판정부(51J)를 가진다. 기억부(52)는, 작업기 데이터를 포함하는 유압 셔블(100)의 제원 데이터를 기억한다.

처리부(51)가 가지는 차체 위치 데이터 취득부(51A), 작업기 각도 데이터 취득부(51B), 후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca), 목표 시공 형상 생성부(51D), 규정점 위치 데이터 연산부(51cb), 동작 평면 연산부(51E), 정지 지형 연산부(51F), 작업기 제어부(51G), 제한 속도 결정부(51H) 및 판정부(51J)의 각각의 기능은, 제어 장치(50)의 프로세서에 의해 실현된다. 기억부(52)의 기능은, 제어 장치(50)의 기억 장치에 의해 실현된다. 입출력부(53)의 기능은, 제어 장치(50)의 입출력 인터페이스 장치에 의해 실현된다.

차체 위치 데이터 취득부(51A)는, 위치 검출 장치(20)로부터 입출력부(53)를 통하여 차체 위치 데이터를 취득한다. 차체 위치 데이터는, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg, 롤 각도 θ1 및 피치 각도 θ2를 포함하는 상부 선회체(2)의 자세 및 요 각도 θ3를 포함하는 상부 선회체(2)의 방위를 포함한다.

작업기 각도 데이터 취득부(51B)는, 작업기 각도 검출 장치(24)로부터 입출력부(53)를 통하여 작업기 각도 데이터를 취득한다. 작업기 각도 데이터는, 붐 각도 α, 암 각도 β, 버킷 각도 γ, 틸트 각도 δ 및 틸트 축 각도 ε를 포함하는 작업기(1)의 각도이다.

후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)는, 버킷(8)에 설정된 규정점 RP의 위치 데이터를 구한다. 후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)는, 차체 위치 데이터 취득부(51A)에 의해 취득된 차체 위치 데이터와, 작업기 각도 데이터 취득부(51B)에 의해 취득된 작업기 각도 데이터와, 기억부(52)에 기억되어 있는 작업기 데이터에 기초하여, 버킷(8)에 설정되는 규정점 RP의 위치 데이터를 구한다. 규정점 RP에 대해서는 후술한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 작업기 데이터는, 붐 길이(boom length) L1, 암 길이(arm length) L2, 버킷 길이 L3, 틸트 길이(tilt length) L4, 및 버킷 폭 L5를 포함한다. 붐 길이 L1은, 붐 축(AX1)과 암축(AX2)과의 거리이다. 암 길이 L2는, 암축(AX2)과 버킷축(AX3)과의 거리이다. 버킷 길이 L3는, 버킷축(AX3)과 버킷(8)의 날끝(9)과의 거리이다. 틸트 길이 L4는, 버킷축(AX3)과 틸트 축(AX4)과의 거리이다. 버킷 폭 L5는, 측판(84)과 측판(85)과의 거리이다.

도 11은, 본 실시형태에 관한 버킷(8)에 설정되는 규정점 RP의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)에는, 틸트 버킷 제어에 사용되는 규정점 RP의 후보로 되는 후보 규정점 RPc가 복수 설정된다. 후보 규정점 RPc는, 버킷(8)의 날끝(9) 및 버킷(8)의 외면에 설정된다. 후보 규정점 RPc는, 날끝(9)에 있어서 버킷 폭 방향으로 복수 설정된다. 또한, 후보 규정점 RPc는, 버킷(8)의 외면에 있어서 복수 설정된다. 전술한 규정점 RP는, 후보 규정점 RPc 중 1개이다.

작업기 데이터는, 버킷(8)의 형상 및 치수를 나타내는 버킷 외형 데이터를 포함한다. 버킷 외형 데이터는, 버킷 폭 L5를 포함한다. 버킷 외형 데이터는, 버킷(8)의 외면의 윤곽 데이터, 및 버킷(8)의 날끝(9)을 기준으로 한 버킷(8)의 복수의 후보 규정점 RPc의 좌표 데이터를 포함한다.

후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)는, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0에 대한 복수의 후보 규정점 RPc 각각의 상대 위치를 산출한다. 또한, 후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)는, 복수의 후보 규정점 RPc 각각의 절대 위치를 산출한다.

후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)는, 붐 길이 L1, 암 길이 L2, 버킷 길이 L3, 틸트 길이 L4, 및 버킷 외형 데이터를 포함하는 작업기 데이터와, 붐 각도 α, 암 각도 β, 버킷 각도 γ, 틸트 각도 δ, 및 틸트 축 각도 ε를 포함하는 작업기 각도 데이터에 기초하여, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0에 대한 버킷(8)의 복수의 후보 규정점 RPc 각각의 상대 위치를 산출할 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0는, 상부 선회체(2)의 선회축(RX)에 설정된다. 그리고, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0는, 붐 축(AX1)에 설정되어도 된다.

또한, 후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)는, 위치 검출 장치(20)에 의해 검출된 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg와, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0와 버킷(8)과의 상대 위치에 기초하여, 버킷(8)의 절대 위치 Pa를 산출할 수 있다. 절대 위치 Pg와 기준 위치 P0와의 상대 위치는, 유압 셔블(100)의 제원 데이터로부터 도출되는 기지 데이터이다. 후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)는, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg를 포함하는 차체 위치 데이터와, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0와 버킷(8)과의 상대 위치와, 작업기 데이터와, 작업기 각도 데이터에 기초하여, 버킷(8)의 복수의 후보 규정점 RPc 각각의 절대 위치를 산출할 수 있다. 후보 규정점 RPc는 버킷(8)의 폭 방향의 정보와 버킷(8)의 외면의 정보를 포함하고, 점에 한정되지 않아도 된다.

목표 시공 형상 생성부(51D)는, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)로부터 부여되는 목표 시공 데이터에 기초하여, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 형상 CS를 생성한다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 목표 시공 데이터로서, 3차원 목표 지형 데이터를 목표 시공 형상 생성부(51D)에 제공해도 되고, 목표 형상의 일부를 나타내는 복수의 라인 데이터 또는 복수의 포인트 데이터를 목표 시공 형상 생성부(51D)에 제공해도 된다. 본 실시형태에 있어서, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 목표 시공 데이터로서, 목표 형상의 일부를 나타내는 라인 데이터를 목표 시공 형상 생성부(51D)에 제공하는 것으로 한다.

도 12는, 본 실시형태에 관한 목표 시공 데이터 CD의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 목표 시공 데이터 CD는, 시공 영역의 목표 지형을 나타낸다. 목표 지형은, 삼각형 다각형에 의해 각각 표현되는 복수의 목표 시공 형상 CS를 포함한다. 복수의 목표 시공 형상 CS의 각각은, 작업기(1)에 의한 시공 대상의 목표 형상을 나타낸다. 목표 시공 데이터 CD에 있어서, 목표 시공 형상 CS 중 버킷(8)과의 수직 거리가 가장 가까운 점 AP가 규정된다. 또한, 목표 시공 데이터 CD에 있어서, 점 AP 및 버킷(8)을 지나고 버킷축(AX3)과 직교하는 작업기 동작 평면 WP가 규정된다. 작업기 동작 평면 WP는, 붐 실린더(11), 암 실린더(12) 및 버킷 실린더(13) 중 1개 이상의 동작에 의해 버킷(8)의 날끝(9)이 이동하는 동작 평면이며, 차체 좌표계(X―Y―Z)에서의 XZ 평면과 평행이다.

목표 시공 형상 생성부(51D)는, 작업기 동작 평면 WP와 목표 시공 형상 CS와의 교선인 라인 LX를 취득한다. 또한, 목표 시공 형상 생성부(51D)는, 점 AP를 지나고 목표 시공 형상 CS에 있어서 라인 LX와 교차하는 라인 LY를 취득한다. 라인 LY는, 가로 동작 평면과 목표 시공 지형 CS와의 교선을 나타낸다. 가로 동작 평면이란, 작업기 동작 평면 WP와 직교하고, 점 AP를 통과하는 평면이다. 라인 LY는 목표 시공 지형 CS에 있어서 버킷(8)의 측방 방향으로 연장된다.

도 13은, 본 실시형태에 관한 목표 시공 형상 CS의 일례를 나타낸 모식도이다. 목표 시공 형상 생성부(51D)는, 라인 LX 및 라인 LY를 취득하여, 라인 LX 및 LY에 기초하여, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 형상 CS를 생성한다. 목표 시공 형상 CS를 버킷(8)으로 굴삭하는 경우, 제어 장치(50)는, 버킷(8)을 지나는 작업기 동작 평면 WP와 목표 시공 형상 CS와의 교선인 라인 LX를 따라 버킷(8)을 이동시킨다.

본 실시형태에 있어서, 제어 장치(50)는, 라인 LY에 기초한 틸트 제어에 의해, 버킷(8)이 틸트 동작한 경우라도 규정점 RP와 라인 LY 상에서 수직 거리가 취득되고, 버킷(8)의 제어를 행할 수 있다. 또한, 제어 장치(50)는, 라인 LY뿐아니라, 규정점 RP에 대한 목표 시공 형상 CS와의 최단 거리에 기초하여, 라인 LY에 평행한 라인에 기초하여 틸트 제어를 행해도 된다.

동작 평면 연산부(51E)는, 부재에 설정된 규정점을 통하고, 축선과 직교하는 동작 평면을 구한다. 본 실시형태에 있어서, 축선은 틸트 축(AX4)이며, 부재는 버킷(8)이므로, 동작 평면 연산부(51E)는, 부재인 버킷(8)의 규정점 RP를 통하고, 축선인 틸트 축(AX4)과 직교하는 틸트 동작 평면 TP를 구한다. 틸트 동작 평면 TP는, 전술한 동작 평면에 상당한다.

도 14 및 도 15는, 본 실시형태에 관한 틸트 동작 평면 TP의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 14는, 틸트 축(AX4)이 목표 시공 형상 CS와 평행일 때의 틸트 동작 평면 TP를 나타낸다. 도 15는, 틸트 축(AX4)이 목표 시공 형상 CS와 비평행일 때의 틸트 동작 평면 TP를 나타낸다.

도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이, 틸트 동작 평면 TP란, 버킷(8)에 규정되어 있는 복수의 후보 규정점 RPc로부터 선택된 규정점 RP를 지나고 틸트 축(AX4)과 직교하는 동작 평면을 말한다. 규정점 RP는, 복수의 후보 규정점 RPc 중, 틸트 버킷 제어에 있어서 가장 유리한 것으로 판정된 규정점 RP이다. 틸트 버킷 제어에 있어서 가장 유리한 규정점 RP는, 목표 시공 형상 CS와의 거리가 가장 가까운 규정점 RP이다. 그리고, 틸트 버킷 제어에 있어서 가장 유리한 규정점 RP는, 그 규정점 RP에 기초하여 틸트 버킷 제어를 실행했을 때, 유압 실린더(10)의 실린더 속도가 가장 빨라지는 규정점 RP라도 된다. 규정점 위치 데이터 연산부(51cb)는, 버킷(8)의 폭과, 외면 정보인 후보 규정점 RPc와, 목표 시공 형상 CS에 기초하여, 규정점 RP, 상세하게는 틸트 버킷 제어에 있어서 가장 유리한 규정점 RP를 구한다.

도 14 및 도 15는, 일례로서, 날끝(9)에 설정된 규정점 RP를 지나는 틸트 동작 평면 TP를 나타낸다. 틸트 동작 평면 TP는, 틸트 실린더(14)의 작동에 의해 버킷(8)의 규정점 RP[날끝(9)]가 이동하는 동작 평면이다. 붐 실린더(11), 암 실린더(12), 및 버킷 실린더(13) 중 1개 이상이 작동하고, 틸트 축(AX4)의 방향을 나타내는 틸트 축 각도 ε가 변화하면, 틸트 동작 평면 TP의 경사도 변화한다.

전술한 바와 같이, 작업기 각도 검출 장치(24)는, XY 평면에 대한 틸트 축(AX4)의 경사 각도를 나타내는 틸트 축 각도 ε를 구한다. 틸트 축 각도 ε는, 작업기 각도 데이터 취득부(51B)에 취득된다. 또한, 규정점 RP의 위치 데이터는, 후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)에 의해 구해진다. 동작 평면 연산부(51E)는, 작업기 각도 데이터 취득부(51B)에 의해 취득된 틸트 축(AX4)의 틸트 축 각도 ε와, 후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)에 의해 구해진 규정점 RP의 위치에 기초하여, 틸트 동작 평면 TP를 구한다.

정지 지형 연산부(51F)는, 목표 시공 형상 CS와 동작 평면이 교차하는 정지 지형을 구한다. 본 실시형태에 있어서, 동작 평면은 틸트 동작 평면 TP이므로, 정지 지형 연산부(51F)는, 목표 시공 형상 CS와 틸트 동작 평면 TP가 교차하는 부분에 의해 규정되는 정지 지형을 구한다. 이 정지 지형을, 이하에 있어서는 적절히, 틸트 정지 지형 ST라고 한다. 정지 지형 연산부(51F)는, 복수의 후보 규정점 RPc로부터 선택된 규정점 RP의 위치 데이터와 목표 시공 지형 CS와 틸트 데이터에 기초하여, 목표 시공 지형 CS에 있어서 버킷(8)의 측방 방향으로 연장되는 틸트 목표 지형 ST를 산출한다. 도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이, 틸트 정지 지형 ST는, 목표 시공 형상 CS와 틸트 동작 평면 TP와의 교선에 의해 표현된다. 틸트 축(AX4)의 방향인 틸트 축 각도 ε가 변화하면, 틸트 정지 지형 ST의 위치가 변화한다.

작업기 제어부(51G)는, 유압 실린더(10)를 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 틸트 정지 제어를 실행하는 경우, 작업기 제어부(51G)는, 버킷(8)의 규정점 RP와 틸트 정지 지형 ST와의 거리를 나타내는 동작 거리 Da에 기초하여, 틸트 축(AX4)을 중심으로 하는 버킷(8)의 틸트 동작을 정지시키는 틸트 정지 제어를 실행한다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 틸트 정지 지형 ST를 기준으로 틸트 정지 제어가 실행된다. 틸트 정지 제어에 있어서는, 작업기 제어부(51G)는, 틸트 동작하는 버킷(8)이 틸트 정지 지형 ST를 초과하지 않도록, 틸트 정지 지형 ST에서 버킷(8)을 정지시킨다.

작업기 제어부(51G)는, 버킷(8)에 설정된 복수의 후보 규정점 RPc 중 동작 거리 Da가 가장 짧은 규정점 RP에 기초하여, 틸트 정지 제어를 실행한다. 즉, 작업기 제어부(51G)는, 버킷(8)에 설정된 복수의 후보 규정점 RPc 중 틸트 정지 지형 ST에 가장 가까운 규정점 RP가 틸트 정지 지형 ST를 초과하지 않도록, 틸트 정지 지형 ST에 가장 가까운 규정점 RP와 틸트 정지 지형 ST와의 동작 거리 Da에 기초하여, 틸트 정지 제어를 실행한다.

제한 속도 결정부(51H)는, 동작 거리 Da에 기초하여, 버킷(8)의 틸트 동작 속도에 대한 제한 속도 U를 결정한다. 제한 속도 결정부(51H)는, 동작 거리 Da가 임계값인 라인 거리 H 이하일 때, 틸트 동작 속도를 제한한다.

판정부(51J)는, 목표 시공 형상 CS에 대하여 유압 셔블(100)이 존재하는 측인 공중측에 버킷(8)이 존재하고 있는지의 여부를 판정한다. 판정부(51J)는, 공중측에 버킷(8)이 존재하는 경우에는 제1 정보를 출력하고, 공중측에 버킷(8)이 존재하지 않을 경우에는 제1 정보와는 상이한 제2 정보를 출력한다. 제1 정보는, 버킷(8)의 틸트 동작을 허용하는 것을 나타내는 정보이다. 제1 정보에 의해, 제어 장치(50)는 틸트 정지 제어를 실행할 수 있다. 제2 정보는, 버킷(8)의 틸트 동작을 허용하지 않는 것을 나타내는 정보이다. 제2 정보에 의해, 제어 장치(50)는, 틸트 정지 제어를 실행하지 않는다. 본 실시형태에 있어서, 제한 속도 결정부(51H)가 판정부(51J)를 가져도 된다.

도 16은, 본 실시형태에 관한 틸트 정지 제어를 설명하기 위한 모식도이다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 목표 시공 형상 CS가 규정되는 동시에, 속도 제한 개입 라인 IL이 규정된다. 속도 제한 개입 라인 IL은, 틸트 축(AX4)과 평행하며, 틸트 정지 지형 ST로부터 라인 거리 H만큼 이격된 위치로 규정된다. 라인 거리 H는, 오퍼레이터의 조작감이 손상되지 않도록 설정되는 것이 바람직하다. 작업기 제어부(51G)는, 틸트 동작하는 버킷(8) 중 적어도 일부가 속도 제한 개입 라인 IL을 넘어 동작 거리 Da가 라인 거리 H 이하로 되었을 때, 버킷(8)의 틸트 동작 속도를 제한한다. 제한 속도 결정부(51H)는, 속도 제한 개입 라인 IL을 초과한 버킷(8)의 틸트 동작 속도에 대한 제한 속도 U를 결정한다. 도 16에 나타낸 예에서는, 버킷(8)의 일부가 속도 제한 개입 라인 IL을 넘어 동작 거리 Da가 라인 거리 H보다 작으므로, 틸트 동작 속도가 제한된다.

제한 속도 결정부(51H)는, 틸트 동작 평면 TP와 평행한 방향에서의 규정점 RP와 틸트 정지 지형 ST와의 동작 거리 Da를 취득한다. 또한, 제한 속도 결정부(51H)는, 동작 거리 Da에 따른 제한 속도 U를 취득한다. 작업기 제어부(51G)는, 동작 거리 Da가 라인 거리 H 이하인 것으로 판정된 경우, 틸트 동작 속도를 제한한다.

도 17은, 틸트 버킷의 틸트 회전을 동작 거리 Da에 기초하여 정지시키기 위해, 동작 거리 Da와 제한 속도 U와의 관계의 일례를 나타낸 도면이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 제한 속도 U는, 동작 거리 Da에 따라 결정되어 있는 속도이다. 제한 속도 U는, 동작 거리 Da가 라인 거리 H보다 클 때는 설정되지 않고, 동작 거리 Da가 라인 거리 H 이하일 때 설정된다. 동작 거리 Da가 작아질수록, 제한 속도 U는 작아져, 동작 거리 Da가 영으로 되면 제한 속도 U도 영으로 된다. 그리고, 도 17에서는, 목표 시공 형상 CS에 가까워지는 방향을 마이너스의 방향으로서 나타내고 있다.

제한 속도 결정부(51H)는, 조작 장치(30)의 틸트 조작 레버(30T)의 조작량에 기초하여, 규정점 RP가 목표 시공 데이터 CD에 의해 특정되는 목표 시공 형상 CS(틸트 정지 지형 ST)을 향해 이동할 때의 이동 속도 Vr을 구한다. 이동 속도 Vr은, 틸트 동작 평면 TP와 평행한 면 내에서의 규정점 RP의 이동 속도이다. 이동 속도 Vr은, 복수의 규정점 RP의 각각에 대하여 구해진다.

본 실시형태에 있어서는, 틸트 조작 레버(30T)가 조작된 경우, 틸트 조작 레버(30T)로부터 출력된 전류값에 기초하여, 이동 속도 Vr이 요구된다. 틸트 조작 레버(30T)가 조작되면, 틸트 조작 레버(30T)의 조작량에 따른 전류가 틸트 조작 레버(30T)로부터 출력된다. 기억부(52)에는, 틸트 조작 레버(30T)로부터 출력되는 전류값과 파일럿압과의 관계를 나타내는 제1 상관 데이터가 기억되어 있다. 또한, 기억부(52)에는, 파일럿압과 스풀(spool)의 이동량을 나타내는 스풀 스트로크와의 관계를 나타내는 제2 상관 데이터가 기억되어 있다. 또한, 기억부(52)에는, 스풀 스트로크와 틸트 실린더(14)의 실린더 속도와의 관계를 나타내는 제3 상관 데이터가 기억되어 있다.

제1 상관 데이터, 제2 상관 데이터, 및 제3 상관 데이터는, 실험 또는 시뮬레이션 등에 의해 사전에 구해지는 기지 데이터이다. 제한 속도 결정부(51H)는, 틸트 조작 레버(30T)로부터 출력된 전류값과, 기억부(52)에 기억되어 있는 제1 상관 데이터, 제2 상관 데이터 및 제3 상관 데이터에 기초하여, 틸트 조작 레버(30T)의 조작량에 따른 틸트 실린더(14)의 실린더 속도를 구한다. 실린더 속도는, 실제의 스트로크 센서의 검출값이 사용되어도 된다. 틸트 실린더(14)의 실린더 속도가 구해진 후, 제한 속도 결정부(51H)는, 야코비안(Jacobian) 행렬식을 이용하여, 틸트 실린더(14)의 실린더 속도를 버킷(8)의 복수의 규정점 RP 각각의 이동 속도 Vr로 변환한다.

작업기 제어부(51G)는, 동작 거리 Da가 라인 거리 H 이하인 것으로 판정된 경우, 목표 시공 형상 CS에 대한 규정점 RP의 이동 속도 Vr을 제한 속도 U에 제한하는 속도 제한을 실행한다. 작업기 제어부(51G)는, 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도 Vr을 억제하기 위해, 제어 밸브(37)에 제어 신호를 출력한다. 작업기 제어부(51G)는, 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도 Vr이 동작 거리 Da에 따른 제한 속도 U로 되도록, 제어 밸브(37)에 제어 신호를 출력한다. 이 처리에 의해, 틸트 동작하는 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도는, 규정점 RP가 목표 시공 형상 CS(틸트 정지 지형 ST)에 가까워 질수록 늦어지게 되어, 규정점 RP[날끝(9)]이 목표 시공 형상 CS에 도달했을 때 영으로 된다.

본 실시형태에 있어서는, 틸트 동작 평면 TP가 규정되고, 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS와의 교선인 틸트 정지 지형 ST가 도출된다. 작업기 제어부(51G)는, 복수의 후보 규정점 RPc 중 틸트 정지 지형 ST에 가장 가까운 규정점 RP와 목표 시공 형상 CS와의 동작 거리 Da에 기초하여, 그 규정점 RP가 목표 시공 형상 CS를 초과하지 않도록, 틸트 정지 제어를 실행한다. 틸트 정지 제어가, 수직 거리 Db보다 긴 동작 거리 Da에 기초하여 실행되므로, 수직 거리 Db에 기초하여 틸트 정지 제어가 실행되는 경우와 비교하여, 버킷(8)의 틸트 동작이 불필요하게 정지되는 것이 억제된다. 본 실시형태에 있어서는, 버킷(8)이 틸트 동작하는 것만으로는, 틸트 정지 지형 ST의 위치는 변화하지 않는다. 따라서, 틸트 동작 가능한 버킷(8)을 사용한 굴삭 작업은 원활하게 실행된다.

[틸트 정지 지형 ST의 위치]

도 18 및 도 19는, 틸트 정지 지형 ST의 위치를 나타낸 도면이다. 도 18은, 버킷(8)의 날끝(9) 측에 있어서 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 교차하는 예를 나타낸다. 도 19는, 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에 있어서 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 교차하는 예를 나타낸다. 버킷(8)이 틸트 동작하는 경우, 버킷(8)의 날끝(9) 측에 존재하는 목표 시공 형상 CS에 대하여 뿐아니라, 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측, 즉 배면측에 존재하는 목표 시공 형상 CS에 대하여, 버킷(8)의 틸트 동작을 정지시키려는 경우가 있다.

제어 장치(50)는, 버킷(8)의 날끝(9) 측에 존재하는 목표 시공 형상 CS에 대하여 틸트 정지 제어를 실행하는 경우, 버킷(8)의 날끝(9) 측에 존재하는 틸트 정지 지형 ST와 버킷(8)의 규정점 RP와의 동작 거리 Da에 기초하여, 버킷(8)의 틸트 동작을 정지시킨다. 제어 장치(50)는, 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에 존재하는 목표 시공 형상 CS에 대하여 틸트 정지 제어를 실행하는 경우, 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에 존재하는 틸트 정지 지형 ST와 버킷(8)의 규정점 RP와의 동작 거리 Da에 기초하여, 버킷(8)의 틸트 동작을 정지시킨다.

도 20 및 도 21은, 틸트 동작 평면 TP 상에서 버킷(8) 및 틸트 정지 지형 ST를 본 상태를 나타낸 도면이다. 도 20 및 도 21은, 모두 틸트 핀(8T)과 평행한 방향, 또한 목표 시공 형상 CS로부터 버킷(8)을 본 상태를 나타내고 있다. 도 20은, 버킷(8)의 날끝(9) 측에 있어서 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 교차하는 경우를 나타낸다. 이 경우, 틸트 동작 평면 TP 상의 버킷(8) 및 틸트 정지 지형 ST를 보면, 버킷(8)은 틸트 정지 지형 ST의 위쪽, 즉 공중측에 존재하므로, 제어 장치(50)는, 버킷(8)과 틸트 정지 지형 ST와의 동작 거리 Da에 기초하여 틸트 정지 제어를 실행한다.

도 21은, 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에 있어서 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 교차하는 경우를 나타낸다. 이 경우, 도 21에 나타낸 바와 같이, 틸트 동작 평면 TP 상의 버킷(8) 및 틸트 정지 지형 ST를 보면, 버킷(8)은 틸트 정지 지형 ST의 위쪽에 존재하는 것에도 불구하고, 버킷(8)은 틸트 정지 지형 ST의 아래쪽, 즉 시공 대상의 내부에 있는 것처럼 보인다. 그 결과, 버킷(8)은, 틸트 정지 지형 ST를 파들어가고(scoop into) 있는 것처럼 보인다. 그러므로, 제어 장치(50)는, 버킷(8)이 시공 대상을 파들어가고 있는 것으로 오인하여 틸트 동작을 정지시키기 위해, 버킷(8)이 공중에 존재하여 틸트 동작이 가능한 경우라도 틸트 동작할 수 없게 되는 것이 있다.

도 22는, 공중측 AS와 지중측 SS와의 위치 관계를 나타낸 도면이다. 목표 시공 형상 CS를 기준으로 하여 유압 셔블(100)이 존재하는 측을 공중측 AS로 하고, 유압 셔블(100)이 존재하지 않는 측을 지중측 SS로 한다. 버킷(8), 암(7), 붐(6) 및 상부 선회체(2)는 유압 셔블(100)의 일부이므로, 목표 시공 형상 CS를 기준으로 하여 버킷(8), 암(7), 붐(6) 및 상부 선회체(2)가 존재하는 측이 공중측 AS이며, 버킷(8), 암(7), 붐(6) 및 상부 선회체(2)가 존재하지 않는 측이 지중측 SS이다. 목표 시공 형상 CS는, 목표 시공 데이터 CD의 일부이므로, 공중측 AS는, 목표 시공 데이터 CD를 기준으로 하여 유압 셔블(100)이 존재하는 측이며, 지중측 SS는, 목표 시공 데이터 CD를 기준으로 하여 유압 셔블(100)이 존재하지 않는 측이다.

제어 장치(50)는, 버킷(8)이 공중측 AS에 존재하는 경우에는 버킷(8)의 회전, 즉 틸트 동작을 허용하고, 버킷(8)이 공중측 AS에 존재하지 않을 경우, 즉 지중측 SS에 존재하는 경우에는 틸트 동작을 허용하지 않는다. 제어 장치(50)는, 버킷(8)이 공중측 AS에 존재하는 경우에는 버킷(8)의 틸트 동작을 허용하므로, 버킷(8)과 틸트 정지 지형 ST와의 동작 거리 Da에 기초하여 틸트 정지 제어를 실행한다.

도 23 내지 도 26은, 버킷(8)과 틸트 정지 지형 ST 및 목표 시공 형상 CS와의 관계를 나타낸 도면이다. 도 23 및 도 25는, 버킷(8)의 날끝(9) 측에 있어서 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 교차하는 경우를 나타낸다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 틸트 정지 지형 ST 및 목표 시공 형상 CS와 버킷(8)에 설정된 규정점 RP가 대향하는 관계에 있는 경우에, 버킷(8)은 공중측 AS에 존재한다. 그러나, 도 25에 나타낸 바와 같이, 틸트 정지 지형 ST 및 목표 시공 형상 CS와 버킷(8)에 설정된 규정점 RP가 대향하는 관계에 있는 경우라도, 버킷(8)은 공중측 AS에는 존재하지 않고, 지중측 SS에 존재한다.

도 24 및 도 26은, 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에 있어서 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 교차하는 경우를 나타낸다. 도 24에 나타낸 바와 같이, 틸트 정지 지형 ST 및 목표 시공 형상 CS와 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측이 대향하는 관계에 있는 경우에, 버킷(8)은 공중측 AS에 존재하지 않고, 지중측 SS에 존재한다. 그러나, 도 26에 나타낸 바와 같이, 틸트 정지 지형 ST 및 목표 시공 형상 CS와 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측이 대향하는 관계에 있는 경우라도, 버킷(8)은 공중측 AS에 존재한다.

버킷(8)의 날끝(9) 측에 있어서 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 교차하는 경우라도, 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에 있어서 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 교차하는 경우라도, 제어 장치(50)는, 버킷(8)이 공중측 AS에 존재하는 경우에는 틸트 동작을 허용하고, 버킷(8)이 공중측 AS에 존재하지 않을 경우, 즉 지중측 SS에 존재하는 경우에는 틸트 동작을 허용하지 않는다.

[공중측 AS 또는 지중측 SS를 판정하는 처리]

도 27 및 도 28은, 버킷(8)과 틸트 정지 지형 ST와의 동작 거리 Da, 및 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 버킷(8)의 날끝(9) 측 또는 틸트 핀(8T) 측 중 어느 하나에서 교차할 것인지를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 29, 도 30, 도 31 및 도 32는, 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 버킷(8)의 날끝(9) 측 또는 틸트 핀(8T) 측 중 어느 하나에서 교차하는 경우에도, 버킷(8)이 공중측 AS 또는 지중측 SS의 어딘가에 존재하는지를 판정하는 방법을 나타낸 도면이다. 제어 장치(50)는, 버킷(8)이 공중측 AS 또는 지중측 SS의 어딘가에 존재하는지를 판정하는 데 있어서, 버킷(8)과 틸트 정지 지형 ST와의 거리인 동작 거리 Da를 구한다. 본 실시형태에 있어서 동작 거리 Da는, 제한 속도 결정부(51H)에 의해 구해진다.

제한 속도 결정부(51H)는, 틸트 핀 좌표계(Xt―Yt―Zt)에 있어서 동작 거리 Da를 구한다. 틸트 핀 좌표계(Xt―Yt―Zt)는, 틸트 핀(8T)의 틸트 축(AX4)을 Xt축으로 하고, Xt축과 직교하는 2개의 축을 Yt축 및 Zt축으로 한다. Yt축과 Zt축과는 서로 직교한다. Yt축은, 차체 좌표계(X―Y―Z)에서의 XZ 평면과 평행한 축이다. Yt축은, 버킷축(AX3)을 중심으로 하여 틸트 핀(8T)이 회전했을 때, Xt축과 함께 차체 좌표계(X―Y―Z)에서의 XZ 평면 내를 회전한다.

제한 속도 결정부(51H)는, 틸트 정지 지형 ST 상의 임의의 2개의 점인 시점(始点) Ps와 종점(終点) Pe를 연결하는 벡터 Va와, 틸트 정지 지형 ST 상의 시점 Ps와 버킷(8)의 규정점 RP를 연결하는 벡터 Vb를 구한다. 도 27에 나타낸 예에 있어서, 규정점 RP는 날끝(9)의 일부이며, 도 28에 나타낸 예에 있어서, 규정점 RP는 틸트 핀(8T) 측에서의 버킷(8)의 일부이다.

벡터 Va는, 시점 Ps로부터 종점 Pe로 향하는 벡터이다. 벡터 Vb는, 시점 Ps로부터 규정점 RP로 향하는 벡터이다. 동작 거리 Da는, 벡터 Va 및 벡터 Vb를 사용하면, 식(1)에 의해 구해진다. 식(1)에 있어서, Va×Vb는, 벡터 Va와 벡터 Vb와의 외적(外積)이다. 식(1)의 우측 변의 x는, 동작 거리 Da가, 차체 좌표계(X―Y―Z)에서의 X방향의 성분인 것을 의미한다.

Da= [Va×Vb/|Va|]x … (1)

동작 거리 Da는 플러스 또는 마이너스를 나타내는 부호가 부여된 거리이다. 식(1)로부터, 동작 거리 Da는 벡터 Va와 벡터 Vb와의 외적에 의해 구해지므로, 벡터 Va에 대한 벡터 Vb의 위치에 따라서, Va×Vb의 방향은 반전(反轉)한다. 예를 들면, 도 27에 나타낸 상태의 Va×Vb의 방향을 제1 방향으로 하면, 도 28에 나타낸 상태의 Va×Vb의 방향은, 제1 방향과는 180° 상이한 방향으로 된다. 제1 방향에서의 동작 거리 Da의 부호를 플러스(＋)로 하면, 제2 방향에서의 동작 거리 Da의 부호는 마이너스(―)로 된다. 동작 거리 Da의 부호는, 본 실시형태에서 나타내는 정의에 한정되지는 않는다.

Va×Vb의 방향이 제1 방향인 경우, 즉 동작 거리 Da의 부호가 플러스인 경우, 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 버킷(8)의 날끝(9) 측에서 교차한다. Va×Vb의 방향이 제2 방향인 경우, 즉 동작 거리 Da의 부호가 마이너스인 경우, 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에서 교차한다.

제어 장치(50)는, 동작 거리 Da를 구하고, 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 버킷(8)의 날끝(9) 측 또는 틸트 핀(8T) 측 중 어느 하나에서 교차할 것인지를 판정한다. 제어 장치(50)는, 이들 정보로부터, 버킷(8)이 공중측 AS에 있는지 지중측 SS에 있는지, 즉 목표 시공 형상 CS를 파들어가고 있지 않는지 또는 파들어가고 있는지를 정확하게 판정한다. 제어 장치(50)의 판정부(50J)는, 목표 시공 형상 CS와 직교하는 방향으로 연장되는 제1 벡터 Vn과 틸트 축(AX4)이 연장되는 방향의 제2 벡터 N와의 외적인 Vn×N를 구한다. 제1 벡터 Vn은, 목표 시공 형상 CS로부터 공중측 AS를 향하는 벡터이다. 제2 벡터 N는, 틸트 핀(8T)의 제1 단부(端部)(8TF)로부터 제2 단부(8TS)를 향하는 벡터이다. 틸트 핀(8T)의 제1 단부(8TF)는, 틸트 핀(8T)이 연장되는 방향에 존재하고, 또한 버킷(8)의 개구부(8HL) 측에서의 단부이다. 제2 단부(8TS)는, 틸트 핀(8T)이 연장되는 방향에 존재하고, 또한 제1 단부(8TF)와는 반대측의 단부이다. 제1 벡터 Vn과 제2 벡터 N와의 외적은, 차체 좌표계(X―Y―Z)에 있어서 구해진다.

제1 벡터 Vn과 제2 벡터 N와의 외적인 Vn×N은, 제1 벡터 Vn에 대한 제2 벡터 N의 위치에 따라서, 외적 Vn×N의 방향은 반전한다. 예를 들면, 도 29 및 도 31에 나타낸 상태의 외적 Vn×N의 방향을 제1 방향으로 하면, 도 30 및 도 32에 나타낸 상태의 외적 Vn×N의 방향은, 제1 방향과는 180° 상이한 방향, 즉 제2 방향으로 된다. 제1 방향에서의 외적 Vn×N의 부호를 플러스(＋)로 하면, 제2 방향에서의 외적 Vn×N의 부호는 마이너스(―)로 된다. 외적 Vn×N의 부호는, 본 실시형태로 나타내는 정의에는 한정되지 않는다.

판정부(51J)는, 외적 Vn×N의 방향이 미리 정해진 방향, 본 실시형태에 있어서는 제1 방향인 경우, 동작 거리 Da의 부호를 제한 속도 결정부(51H)가 구한 값으로 유지한다. 도 29 및 도 31에 나타낸 예의 경우, 판정부(51J)는, 제한 속도 결정부(51H)로부터 동작 거리 Da를 수취하고, 그 부호를 유지한 상태, 즉 부호가 반전 되지 않는 상태로 출력한다. 본 실시형태에 있어서, 판정부(51J)는, 동작 거리 Da를 작업기 제어부(51G)에 출력하지만, 동작 거리 Da의 출력처는 한정되지 않는다.

이 경우, 동작 거리 Da의 부호가 플러스이면, 도 29에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)은 공중측 AS에 존재하고, 동작 거리 Da의 부호가 마이너스이면, 도 31에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)은 지중측 SS에 존재한다.

판정부(51J)는, 외적 Vn×N의 방향이 미리 정해진 방향이 아닌 경우, 본 실시형태에 있어서는 제2 방향인 경우, 동작 거리 Da의 부호를 제한 속도 결정부(51H)가 구한 값으로부터 반전시켜 출력한다. 도 30 및 도 32에 나타낸 예의 경우, 판정부(51J)는, 제한 속도 결정부(51H)로부터 동작 거리 Da를 수취하고, 부호를 반전하여 출력한다.

외적 Vn×N의 방향이 미리 정해진 방향이 아닌 경우, 동작 거리 Da의 부호가 플러스이면, 도 32에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)은 지중측 SS에 존재하고, 동작 거리 Da의 부호가 마이너스이면, 도 30에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)은 공중측 AS에 존재한다. 이 경우, 동작 거리 Da의 부호가 반전하면, 동작 거리 Da의 부호가 플러스이면 버킷(8)은 공중측 AS에 존재하고, 동작 거리 Da의 부호가 마이너스이면 버킷(8)은 지중측 SS에 존재하게 된다. 즉, 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 버킷(8)의 날끝(9) 측에서 교차하는 경우도, 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS와는 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에서 교차하는 경우도 모두, 버킷(8)이 공중측 AS 또는 지중측 SS의 어딘가에 존재하는지가 판정된다.

본 실시형태에 있어서, 판정부(51J)는, 목표 시공 형상 CS에 대하여 유압 셔블(100)이 존재하는 측인 공중측 AS에 버킷(8)이 존재하고 있는 경우에는 제1 정보를 출력하고, 공중측 AS에 버킷(8)이 존재하지 않을 경우에는 제2 정보를 출력한다. 상세하게는, 전술한 바와 같이, 판정부(51J)는, 틸트 정지 지형 ST와 규정점 RP와의 거리인 동작 거리 Da, 목표 시공 형상 CS와 직교하는 방향으로 연장되는 제1 벡터 Vn 및 축선인 틸트 축(AX4)이 연장되는 방향의 제2 벡터 N를 사용하여 제1 정보 또는 제2 정보를 출력한다. 작업기 제어부(51G)는, 판정부(51J)로부터 제1 정보가 출력된 경우에는 버킷(8)의 회전, 즉 틸트 동작을 허용하고, 제2 정보가 출력된 경우에는 버킷(8)의 회전을 허용하지 않는다.

이와 같은 처리에 의해, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 버킷(8)과 틸트 정지 지형 ST 및 목표 시공 형상 CS와의 위치 관계에 따르지 않고, 버킷(8)이 공중측 AS에 있는지 지중측 SS에 있는지, 즉 목표 시공 형상 CS를 파들어가고 있지 않는지 또는 파들어가고 있는지를 정확하게 판정할 수 있다. 그 결과, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 버킷(8)의 날끝(9) 측에 존재하는 목표 시공 형상 CS 및 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에 존재하는 목표 시공 형상 CS의 양쪽에 대하여, 틸트 정지 제어를 실행하여 버킷(8)의 틸트 동작을 정지시키는 것이 가능하다. 또한, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 버킷(8)의 날끝(9) 측에 존재하는 목표 시공 형상 CS 및 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에 존재하는 목표 시공 형상 CS의 양쪽에 대하여, 버킷(8)이 목표 시공 형상 CS를 파들어가고 있는 경우에는 틸트 동작을 정지시키는 것이 가능하다. 이와 같이, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 목표 시공 형상 CS에 침입하지 않도록 버킷(8)의 동작을 제어하는 데 있어서, 유압 셔블(100)이 가지는 버킷(8)의 자세와 목표 시공 형상 CS와의 위치 관계에 의한 제어의 제약을 저감할 수 있다.

[제어 방법]

도 33은, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다. 목표 시공 형상 생성부(51D)는, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)로부터 공급된 목표 시공 데이터인 라인 LX 및 라인 LY에 기초하여, 목표 시공 형상 CS를 생성한다(스텝 S10).

후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)는, 작업기 각도 데이터 취득부(51B)에 의해 취득된 작업기 각도 데이터와, 기억부(52)에 기억되어 있는 작업기 데이터에 기초하여, 버킷(8)에 설정된 복수의 규정점 RP 각각의 위치 데이터를 구한다(스텝 S20).

동작 평면 연산부(51E)는, 규정점 RP를 지나고 틸트 축(AX4)과 직교하는 틸트 동작 평면 TP를 구한다(스텝 S30). 정지 지형 연산부(51F)는, 복수의 후보 규정점 RPc로부터 틸트 버킷의 제어에 있어서 가장 유리한 규정점 RP를 선택하고, 선거목표 시공 형상 CS와 틸트 동작 평면 TP가 교차하는 틸트 정지 지형 ST를 구한다(스텝 S40). 제한 속도 결정부(51H)는, 규정점 RP와 틸트 정지 지형 ST와의 동작 거리 Da를 구한다(스텝 S50). 다음에, 동작 거리 Da를 구하는 처리를 설명한다.

도 34는, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법에 있어서, 동작 거리 Da를 구할 때의 처리를 나타낸 플로우차트이다. 스텝 S501에 있어서, 제한 속도 결정부(51H)는, 규정점 RP와 틸트 정지 지형 ST와의 거리인 동작 거리 Da를 부호를 부여하여 구한다. 스텝 S502에 있어서, 판정부(51J)는, 제1 벡터 Vn과 제2 벡터 N와의 외적 Vn×N를 구한다. 스텝 S503에 있어서, 판정부(51J)는, 외적 Vn×N의 방향, 즉 부호에 따라 동작 거리 Da의 부호를 반전시켜, 작업기 제어부(51G)에 출력한다.

스텝 S60에 있어서, 동작 거리 Da의 절대값이 라인 거리 H 이하이며, 또한 동작 거리 Da의 부호가 플러스인 경우(스텝 S60: Yes), 제한 속도 결정부(51H)는, 동작 거리 Da의 절대값에 따른 제한 속도 U를 결정한다(스텝 S70).

작업기 제어부(51G)는, 틸트 조작 레버(30T)의 조작량으로부터 구해지는 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도 Vr과, 제한 속도 결정부(51H)에 의해 결정된 제한 속도 U에 기초하여, 제어 밸브(37)에 대한 제어 신호를 결정한다(스텝 S80). 작업기 제어부(51G)는, 제어 신호를 제어 밸브(37)에 출력한다. 제어 밸브(37)는, 작업기 제어부(51G)로부터 출력된 제어 신호에 기초하여 파일럿압을 제어한다. 이로써, 틸트 실린더(14)가 제어되므로(스텝 S90), 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도 Vr이 제한된다. 틸트 동작하는 버킷(8)이 목표 시공 형상 CS에 가까워져, 동작 거리 Da의 절대값이 영으로 되면 버킷(8)의 틸트 동작은 정지한다.

스텝 S60에 있어서, 동작 거리 Da의 절대값이 라인 거리 H보다 크고, 또한 부호가 마이너스인지, 동작 거리 Da의 절대값이 라인 거리 H보다 크고, 또한 부호가 플러스인지, 동작 거리 Da의 절대값이 라인 거리 H 이하이며, 또한 부호가 마이너스인지 중 어느 하나인 경우(스텝 S60: No), 제어 장치(50)는 틸트 정지 제어를 행하지 않는다(스텝 S65). 이 경우, 작업기 제어부(51G)는, 스텝 S80에 있어서, 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도를, 틸트 조작 레버(30T)의 조작량으로부터 구해지는 이동 속도 Vr로 하는 제어 신호를 생성하고, 제어 밸브(37)에 출력한다. 이로써, 버킷(8)의 규정점 RP가 이동 속도 Vr로 되도록 틸트 실린더(14)가 제어된다(스텝 S90).

이와 같은 처리에 의해, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 버킷(8)과 틸트 정지 지형 ST 및 목표 시공 형상 CS와의 위치 관계에 따르지 않고, 버킷(8)이 목표 시공 형상 CS를 파들어가고 있지 않는지 또는 파들어가고 있는지를 정확하게 판정할 수 있다. 그러므로, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 버킷(8)의 날끝(9) 측에 존재하는 목표 시공 형상 CS 및 버킷(8)의 틸트 핀(8T) 측에 존재하는 목표 시공 형상 CS의 양쪽에 대하여, 틸트 정지 제어를 실행하여 버킷(8)의 틸트 동작을 정지시키는 것이 가능하다.

[목표 시공 형상 CS가 복수 존재하는 경우]

도 35는, 버킷(8)의 주위에 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4가 존재하는 경우의 일례를 나타낸 평면도이다. 도 36은, 도 35의 A―A선에서 바라본 도면이다. 버킷(8)에 의해 구멍 HL이 파지는 경우, 제어 장치(50)의 목표 시공 형상 생성부(51D)는, 버킷(8)의 주위에 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4를 생성한다. 이 경우, 시공 중인 버킷(8)의 주위에는, 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4가 존재한다.

제한 속도 결정부(51H)는, 버킷(8)의 규정점 RP와 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4와의 거리인 동작 거리 Da를 구한다. 이 경우, 제한 속도 결정부(51H)는, 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4의 위치에 따라 적절한 규정점 RP를 선택하여, 동작 거리 Da를 구한다. 예를 들면, 제한 속도 결정부(51H)는, 목표 시공 형상 CS1에 있어서는 날끝(9) 측의 규정점 RP를 사용하고, 목표 시공 형상 CS2에 있어서는 틸트 핀(8T) 측의 규정점 RP를 사용하고, 목표 시공 형상 CS3에 있어서는 제1 측면(8L) 측의 규정점 RP를 사용하고, 목표 시공 형상 CS4에 있어서는 제2 측면(8R) 측의 규정점 RP를 사용한다.

제한 속도 결정부(51H)는, 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 교차하는 부분인 틸트 정지 지형 ST와, 제1 측면(8L) 측의 규정점 RP를 사용하여, 목표 시공 형상 CS3에서의 동작 거리 Da를 구한다. 또한, 제한 속도 결정부(51H)는, 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 형상 CS가 교차하는 부분인 틸트 정지 지형 ST와, 제2 측면(8R) 측의 규정점 RP를 사용하여, 목표 시공 형상 CS4에서의 동작 거리 Da를 구한다.

판정부(51J)는, 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4에 대하여, 제1 정보 또는 제2 정보, 즉 부호가 부여된 동작 거리 Da를 출력한다. 이 경우, 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4를 기준으로 하여 구멍 HL 측이 공중측 AS이며, 구멍 HL과는 반대측이 지중측 SS가 된다.

버킷(8)의 주위에 존재하는 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4에 대하여, 제1 정보 또는 제2 정보가 출력됨으로써, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 버킷(8)과 틸트 정지 지형 ST 및 목표 시공 형상 CS와의 위치 관계에 따르지 않고, 버킷(8)이 공중측 AS에 있는지 지중측 SS에 있는지, 즉 목표 시공 형상 CS를 파들어가고 있지 않는지 또는 파들어가고 있는지를 정확하게 판정할 수 있다. 그 결과, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 버킷(8)의 주위에 존재하는 목표 시공 형상 CS에 대하여, 틸트 정지 제어를 실행하여 버킷(8)의 틸트 동작을 정지시키는 것이 가능하다.

[축선을 중심으로 회전하는 부재가 버킷(8) 이외인 예]

도 37은, 축선을 중심으로 회전하는 부재가 버킷(8) 이외인 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 38은, 도 37의 B―B선에서 바라본 도면이다. 도 37 및 도 38은, 유압 셔블(100)이 폐쇄된 공간에서 시공하는 상황을 나타내고 있다. 이 경우, 유압 셔블(100)의 주위에는, 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4, CS5, CS6, CS7, CS8, CS9가 존재한다. 도 37 및 도 38에 나타낸 예에 있어서, 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4, CS5, CS6, CS7, CS8, CS9로 에워싸인 부분을 기준으로 한 내측이 공중측 AS이며, 외측이 지중측 SS이다.

전술한 예에 있어서, 축선을 중심으로 회전하는 부재는 버킷(8)이며, 축선은 틸트 축(AX4)인 것으로 하였으나, 축선을 중심으로 회전하는 부재는 버킷(8)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 축선을 붐 축(AX1)으로 하고, 축선을 중심으로 회전하는 부재를 붐(6)으로 해도 되고, 축선을 암축(AX2)으로 하고, 축선을 중심으로 회전하는 부재를 암(7)으로 해도 되고, 축선을 선회축(RX)으로 하고, 축선을 중심으로 회전하는 부재를 상부 선회체(2)로 해도 된다. 또한, 부재가 버킷(8)인 경우, 축선을 버킷축(AX3)으로 해도 된다. 이와 같이, 본 실시형태에 있어서, 축선을 중심으로 회전하는 부재는, 버킷(8), 암(7), 붐(6) 및 상부 선회체(2) 중 하나 이상이면 된다.

축선을 붐 축(AX1)으로 하고, 축선을 중심으로 회전하는 부재를 붐(6)으로 한 경우, 붐 축(AX1)과 직교하고, 또한 붐(6)의 규정점 RPb를 지나는 평면이 동작 평면 TPb로 된다. 동작 평면 TPb가, 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4, CS5, CS6, CS7, CS8, CS9 중 하나 이상에서 교차하는 부분은, 정지 지형 ST1b, ST5b 등으로 된다. 판정부(51J)는, 정지 지형 ST1b, ST5b 등과 규정점 RPb와의 거리, 목표 시공 형상 CS1, CS5 등과 직교하고, 지중측 SS로부터 공중측 AS를 향하는 방향으로 연장되는 제1 벡터 및 붐 축(AX1)이 연장되는 방향의 제2 벡터를 사용하여, 제1 정보 또는 제2 정보, 즉 부호가 부여된 동작 거리 Da를 출력한다. 제어 장치(50)는, 부호가 부여된 동작 거리 Da에 기초하여, 붐(6)을 정지시키는 정지 제어를 실행한다.

축선을 암축(AX2)으로 하고, 축선을 중심으로 회전하는 부재를 암(7)으로 한 경우, 암축(AX2)과 직교하고, 또한 암(7)의 규정점 RPa를 지나는 평면이 동작 평면 TPa로 된다. 동작 평면 TPa가, 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4, CS5, CS6, CS7, CS8, CS9 중 하나 이상에서 교차하는 부분은, 정지 지형 ST1a, ST5a 등으로 된다. 판정부(51J)는, 정지 지형 ST1a, ST5a 등과 규정점 RPa와의 거리, 목표 시공 형상 CS1, CS5 등과 직교하고, 지중측 SS로부터 공중측 AS를 향하는 방향으로 연장되는 제1 벡터 및 암축(AX2)가 연장되는 방향의 제2 벡터를 사용하여, 제1 정보 또는 제2 정보, 즉 부호가 부여된 동작 거리 Da를 출력한다. 제어 장치(50)는, 부호가 부여된 동작 거리 Da에 기초하여, 암(7)을 정지시키는 정지 제어를 실행한다.

축선을 선회축(RX)으로 하고, 축선을 중심으로 회전하는 부재를 상부 선회체(2)로 한 경우, 선회축(RX)과 직교하고, 또한 상부 선회체(2)의 규정점 RPr을 지나는 평면이 동작 평면 TPr로 된다. 동작 평면 TPr이, 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4, CS5, CS6, CS7, CS8, CS9 중 하나 이상에서 교차하는 부분은, 정지 지형 ST2, ST7, ST8, ST9 등으로 된다. 판정부(51J)는, 정지 지형 ST2, ST7, ST8, ST9 등과 규정점 RPr과의 거리, 목표 시공 형상 CS2, CS7, CS8, CS9 등과 직교하고, 지중측 SS로부터 공중측 AS를 향하는 방향으로 연장되는 제1 벡터 및 선회축(RX)가 연장되는 방향의 제2 벡터를 사용하여, 제1 정보 또는 제2 정보, 즉 부호가 부여된 동작 거리 Da를 출력한다. 제어 장치(50)는, 부호가 부여된 동작 거리 Da에 기초하여, 상부 선회체(2)를 정지시키는 정지 제어를 실행한다.

축선을 버킷축(AX3)으로 하고, 부재를 버킷(8)으로 한 경우, 버킷축(AX3)과 직교하고, 또한 버킷(8)의 규정점 RPk를 지나는 평면이 동작 평면 TPk로 된다. 동작 평면 TPk가, 복수의 목표 시공 형상 CS1, CS2, CS3, CS4, CS5, CS6, CS7, CS8, CS9 중 하나 이상에서 교차하는 부분은, 정지 지형 ST1k, ST5k 등으로 된다. 판정부(51J)는, 정지 지형 ST1k, ST5k 등과 규정점 RPk와의 거리, 목표 시공 형상 CS1, CS5 등과 직교하는 방향으로 연장되는 제1 벡터 및 버킷축(AX3)가 연장되는 방향의 제1 벡터를 사용하여, 제1 정보 또는 제2 정보, 즉 부호가 부여된 동작 거리 Da를 출력한다. 제어 장치(50)는, 부호가 부여된 동작 거리 Da에 기초하여, 버킷(8)을 정지시키는 정지 제어를 실행한다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 버킷(8) 이외의 부재에 대해서도 제1 정보 또는 제2 정보에 기초하여 동작을 제어할 수 있다. 그러므로, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 유압 셔블(100)의 부재와, 정지 지형 ST5b, ST5a, ST5k, ST2 등과의 위치 관계에 따르지 않고, 부재가 목표 시공 형상 CS를 파들어가고 있지 않는지 또는 파들어가고 있는지를 정확하게 판정할 수 있다. 그러므로, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 부재의 주위에 존재하는 목표 시공 형상 CS에 대하여, 정지 제어를 실행하여 버킷(8)의 틸트 동작을 정지시키는 것이 가능하다. 그 결과, 제어 시스템(200) 및 제어 장치(50)는, 목표 시공 형상 CS에 침입하지 않도록 유압 셔블(100)이 가지는 부재의 동작을 제어하는 데 있어서, 부재의 자세와 목표 시공 형상 CS와의 위치 관계에 의한 제어의 제약을 저감할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 판정부(51J)는, 정지 지형과 규정점과의 거리, 목표 시공 형상 CS와 직교하는 방향으로 연장되는 제1 벡터 Vn 및 축선이 연장되는 방향의 제2 벡터 N를 사용하여, 유압 셔블(100) 중 적어도 일부의 부재가 공중측 AS에 있는지 지중측 SS에 있는지를 판정하였다. 부재가 공중측 AS에 있는지 지중측 SS에 있는지를 판정하는 방법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 판정부(51J)는, 유압 셔블(100) 중 적어도 일부의 부재를 촬상(撮像)함으로써 얻어진 부재와 시공 대상과의 위치 관계로부터, 부재가 공중측 AS에 있는지 지중측 SS에 있는지를 판정해도 된다.

도 39는, 부재가 공중측 AS에 있는지 지중측 SS에 있는지를 판정하는 다른 방법을 설명하기 위한 도면이다. 유압 셔블(100)에 있어서, 공중측 AS인 것이 명백한 기지의 위치를 제1 위치 K1으로 한다. 제1 위치 K1은, 예를 들면, 운전실(4)의 루프(roof)(4TP)로 한다. 제1 위치 K1은, 유압 셔블(100)에 있어서 공중측 AS에 존재하는지 또는 지중측 SS에 존재하는지를 판정하려는 부재와는 상이한 부분의 위치이며, 또한 기지의 기준점이다.

공중측 AS에 존재하는지 또는 지중측 SS에 존재하는지를 판정하려는 부재의 위치를 제2 위치 K2로 한다. 제2 위치 K2는, 예를 들면, 버킷(8)의 날끝(9)의 일부로 한다. 제1 위치 K1와 제2 위치 K2를 연결하는 선분을, 판정선 SL로 한다. 제2 위치 K2는, 전술한 규정점 RP 중 1개이다. 제2 위치 K2는, 전술한 규정점 RP 후보 규정점 위치 데이터 연산부(51ca)에 의해 구해진다.

판정부(51J)는, 제1 위치 K1와 작업기(1)의 자세로부터 얻어지는 제2 위치 K2로부터, 판정선 SL을 구한다. 판정선 SL은, 제1 위치 K1와 제2 위치 K2를 연결하는 선분이다. 판정부(51J)는, 판정선 SL과 목표 시공 형상 CS와의 교점 XP의 개수를 구하고, 얻어진 교점 XP의 개수로부터, 제2 위치 K2가 공중측 AS에 존재하는지 또는 지중측 SS에 존재하는지를 판정한다. 상세하게는, 판정부(51J)는, 교점 XP의 개수가 짝수인 경우, 제2 위치 K2는 공중측 AS에 존재하는 것으로 판정하고, 교점 XP의 개수가 홀수인 경우, 제2 위치 K2는 지중측 SS에 존재하는 것으로 판정한다. 구체적으로는, 판정선 SL1은 교점 XP의 개수가 2개이므로, 판정부(51J)는, 제2 위치 K2가 공중측 AS에 존재하는 것으로 판정하고, 제1 정보를 출력한다. 판정선 SL2는 교점 XP의 개수가 3개이므로, 판정부(51J)는, 제2 위치 K2가 지중측 SS에 존재하는 것으로 판정하고, 제2 정보를 출력한다. 즉, 판정부(51J)는, 교점 XP의 개수가 짝수나 홀수를 사용하여 제1 정보 또는 제2 정보를 출력한다.

본 실시형태에 있어서는, 작업 기계가 유압 셔블인 것으로 하였으나, 실시형태에서 설명한 구성 요소는, 유압 셔블과는 다른, 작업기를 구비하는 작업 기계에 적용되어도 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 판정부(51J)에 의해 출력된 제1 정보 및 제2 정보에 기초하여, 작업기 제어부(51G)가 작업기(1)를 제어하였으나, 이와 같은 태양에는 한정되지 않는다. 판정부(51J)에 의해 출력된 제1 정보 및 제2 정보 또는 이들에 기초를 둔 정보는, 도 1에 나타낸 운전실(4) 내의 모니터에 표시되거나, 스피커로부터 통지되거나 해도 된다. 예를 들면, 제1 정보는, 부재가 공중측 AS에 존재하고 있는 정보이므로, 부재의 동작을 허용하는 취지의 정보를 모니터에 표시하거나, 스피커로 통지하거나 한다. 또한, 제2 정보는, 부재가 지중측 SS에 존재하고 있는 정보이므로, 부재의 동작을 허용하지 않는 취지의 정보를 모니터에 표시하거나, 스피커로 통지하거나 한다.

본 실시형태에 있어서, 판정부(51J)로부터 출력된 부호가 플러스의 동작 거리 Da, 또는 교점의 개수가 짝수인 것을 제1 정보로 하고, 판정부(51J)로부터 출력된 마이너스의 동작 거리 Da, 또는 교점의 개수가 홀수인 것을 제2 정보로 하였으나, 제1 정보 및 제2 정보는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 판정부(51J)는, 동작 거리 Da의 부호가 플러스의 경우에 0 또는 Low 신호를 출력하고, 동작 거리 Da의 부호가 마이너스의 경우에 1 또는 High 신호를 출력해도 된다. 이 경우, 0 또는 Low 신호가 제1 정보이며, 1 또는 High 신호가 제2 정보로 된다. 또한, 판정부(51J)는, 동작 거리 Da의 부호가 플러스의 경우에 판정 플래그(flag) Fj를 0으로 하여 출력하고, 동작 거리 Da의 부호가 마이너스의 경우에 판정 플래그를 1로서 출력해도 된다. 이 경우, 판정 플래그= 0이 제1 정보이며, 판정 플래그= 1이 제2 정보로 된다.

본 실시형태에 있어서, 조작 장치(30)의 우측 조작 레버(30R) 및 좌측 조작 레버(30L)는, 파일럿 유압 방식이라도 된다. 또한, 우측 조작 레버(30R) 및 좌측 조작 레버(30L)는, 이들의 조작량(경사이동각)에 기초하여 전기 신호를 제어 장치(50)에 출력하여, 제어 장치(50)의 제어 신호에 기초하여 유량 제어 밸브(25)를 직접 제어하는 전자 레버 방식이라도 된다.

이상, 본 실시형태를 설명하였으나, 전술한 내용에 의해 본 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 본 실시형태의 요지를 벗어나지 않는 범위에 의해 구성 요소의 각종 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.

1: 작업기
2: 상부 선회체
3: 하부 주행체
6: 붐
7: 암
8: 버킷
8T: 틸트 핀
8C: 날
8TF: 제1 단부
8TS: 제2 단부
9: 날끝
10: 유압 실린더
14: 틸트 실린더
20: 위치 검출 장치
21: 차체 위치 연산기
22: 자세 연산기
23: 방위 연산기
24: 작업기 각도 검출 장치
25: 유량 제어 밸브
30: 조작 장치
30T: 틸트 조작 레버
50: 제어 장치
51: 처리부
51A: 차체 위치 데이터 취득부
51B: 작업기 각도 데이터 취득부
51Ca: 후보 규정점 위치 데이터 연산부
51D: 목표 시공 형상 생성부
51Cb: 규정점 위치 데이터 연산부
51E: 동작 평면 연산부
51F: 정지 지형 연산부
51G: 작업기 제어부
51H: 제한 속도 결정부
51J: 판정부
52: 기억부
53: 입출력부
70: 목표 시공 데이터 생성 장치
100: 유압 셔블
200: 제어 시스템
300: 유압 시스템
400: 검출 시스템
AS: 공중측
AX4: 틸트 축
CD: 목표 시공 데이터
CS: 목표 시공 형상
Da: 동작 거리
SS: 지중측
TP: 틸트 동작 평면

Claims (8)

1. 축선을 중심으로 회전하는 부재(member)를 구비하는 작업 기계(work machine)를 제어하는 작업 기계의 제어 시스템으로서,
   상기 작업 기계의 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 형상에 대하여 상기 작업 기계가 존재하는 측인 공중측에 상기 부재가 존재하고 있는 경우에는 제1 정보를 출력하고, 상기 공중측에 상기 부재가 존재하지 않을 경우에는 제2 정보를 출력하는 판정부
   를 포함하는 작업 기계의 제어 시스템.
2. 상기 판정부로부터 상기 제1 정보가 출력된 경우에는 상기 부재의 회전을 허용하고, 상기 제2 정보가 출력된 경우에는 상기 부재의 회전을 허용하지 않는 작업기 제어부를 더 포함하는 작업 기계의 제어 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 작업 기계의 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 형상을 생성하는 목표 시공 형상 생성부를 더 포함하고,
   상기 목표 시공 형상 생성부는, 상기 부재의 주위에 복수의 상기 목표 시공 형상을 생성하고,
   상기 판정부는, 복수의 상기 목표 시공 형상에 대하여, 상기 제1 정보 또는 상기 제2 정보를 출력하는, 작업 기계의 제어 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부재에 설정된 규정점의 위치 데이터를 구하는 후보 규정점 위치 데이터 연산부;
   상기 규정점을 지나고 상기 축선과 직교하는 동작 평면을 구하는 동작 평면 산출부; 및
   상기 목표 시공 형상과 상기 동작 평면이 교차하는 정지 지형(stop ground shape)을 구하는 정지 지형 산출부;를 더 포함하고,
   상기 판정부는,
   상기 정지 지형과 상기 규정점과의 거리, 상기 목표 시공 형상과 직교하는 방향으로 연장되는 제1 벡터 및 상기 축선이 연장되는 방향의 제2 벡터를 사용하여 상기 제1 정보 또는 상기 제2 정보를 출력하는, 작업 기계의 제어 시스템.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 작업 기계에 있어서 상기 부재와는 상이한 부분의 위치이며, 또한 기지(旣知)의 기준점; 및
   상기 부재에 설정된 규정점의 위치 데이터를 구하는 후보 규정점 위치 데이터 연산부;를 더 포함하고,
   상기 판정부는,
   상기 기준점 및 상기 규정점을 연결하는 선분과 상기 목표 시공 형상과의 교점(交点)의 개수를 구하고, 상기 개수가 짝수나 홀수를 사용하여 상기 제1 정보 또는 상기 제2 정보를 출력하는, 작업 기계의 제어 시스템.
6. 상부 선회체(旋回體);
   상기 상부 선회체를 지지하는 하부 주행체;
   제1 축을 중심으로 회전하는 붐(boom)과, 제2 축을 중심으로 회전하는 암(arm)과, 제3 축을 중심으로 회전하는 버킷(bucket)을 포함하고, 상기 상부 선회체에 지지되는 작업기; 및
   제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 작업 기계의 제어 시스템;
   을 포함하고,
   상기 부재는 상기 버킷, 상기 암, 상기 붐 및 상기 상부 선회체 중 하나 이상인,
   작업 기계.
7. 제6항에 있어서,
   상기 부재는 상기 버킷이며, 상기 축선은 상기 제3 축과 직교하는, 작업 기계.
8. 축선을 중심으로 회전하는 부재를 구비하는 작업 기계를 제어하는 작업 기계를 제어하는 작업 기계의 제어 방법에 있어서,
   상기 작업 기계의 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 형상에 대하여 상기 작업 기계가 존재하는 측인 공중측에 상기 부재가 존재하고 있는 경우에는 제1 정보를 출력하는 단계; 및
   상기 공중측에 상기 부재가 존재하지 않을 경우에는 제2 정보를 출력하는 단계;
   를 포함하는 작업 기계의 제어 방법.

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