KR20180064476A

KR20180064476A - 건설 기계의 제어 장치

Info

Publication number: KR20180064476A
Application number: KR1020187012691A
Authority: KR
Inventors: 히데카즈 모리키; 히로시 사카모토; 야스타카 즈루가; 다다시 오사카; 류 나리카와
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2018-06-14
Also published as: CN108350681A; US20180347150A1; JP2017096006A; KR102097447B1; US10450722B2; EP3382107A4; EP3382107A1; WO2017090465A1; CN108350681B; EP3382107B1; JP6511387B2

Abstract

원하는 선회 정지 각도에서 상부 선회체를 정지시킬 수 있는 건설 기계의 제어 장치를 제공한다. 메인 컨트롤러는, 상부 선회체의 선회를 정지시키는 목표 각도인 선회 정지 목표 각도 신호를 설정하는 선회 정지 목표 각도 설정부와, 컨트롤 밸브로의 구동 지령을 출력하여 상부 선회체의 선회의 감속을 실행하는 선회 제어부와, 제1 각도 검출기가 검출한 하부 주행체에 대한 상부 선회체의 각도 신호와, 제2 각도 검출기가 검출한 작업 장치의 각도 신호를 판독하여, 이들 신호를 기초로 상부 선회체가 선회 정지 목표 각도에서 선회를 정지할 수 있는지 여부를 판정하는 선회 정지 가부 판정부와, 선회 정지 가부 판정부가 판정한 선회 정지 가부 신호에 따라서, 선회 반경 방향으로의 작업 장치의 신장 동작을 금지하도록, 또는 선회 반경 방향으로의 작업 장치의 축소 동작을 실행하도록 컨트롤 밸브로의 구동 지령 신호를 출력하는 작업 장치 제어부를 구비하였다.

Description

건설 기계의 제어 장치

본 발명은, 건설 기계의 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 건설 기계인 유압 셔블을 사용하여, 굴삭물을 덤프 트럭에 적재하는 작업을 하는 경우, 오퍼레이터는 조작 장치에 의해 선회 각도와 작업 장치의 높이를 동시에 조정함으로써, 상부 선회체를 선회시키면서 붐 상승 동작을 행하여, 작업 장치를 굴삭 위치로부터 덤프 트럭의 짐받이의 상방 위치까지 이동시켜, 방토 한다.

상부 선회체는, 오퍼레이터가 선회 조작을 정지한 후에도 관성에 의해 계속 선회하여, 선회 조작을 정지하였을 때의 선회 속도나 선회 관성에 따라 선회 정지 각도가 상이하다. 이 때문에, 원하는 선회 각도에서 상부 선회체를 정지시키는 데는, 관성에 의한 선회 정지 각도의 증가를 고려하여 선회 조작의 정지 타이밍을 결정할 필요가 있다. 이와 같이, 선회 동작을 수반하는 복합 조작이나 상부 선회체를 원하는 위치에 정지시키는 선회 정지 조작을 행하는 경우, 오퍼레이터에게는 더 높은 집중력에 의한 조작이 요구된다. 또한, 오퍼레이터의 의식이 조작에 집중되기 때문에 주위에의 감시 의식이 옅어져, 예를 들어 작업 장치의 선회 범위로의 진입물이 있었던 경우에, 그 발견이 늦어질 가능성이 발생한다.

상술한 오퍼레이터에게 요구되는 높은 집중력에 의한 조작에 대해, 오퍼레이터가 선회 조작을 정지한 시점이 상이해도, 정해진 범위 내에 상부 선회체를 정지할 수 있도록 한 건설 기계의 선회 제어 장치 및 그 방법이 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 건설 기계의 선회 제어 장치 및 그 방법에서는, 정해진 범위 내에서 상부 선회체를 정지시키기 위한 최적의 선회 조작의 정지 개시 위치를 추정하고, 현재의 선회 위치와 정지 개시 위치를 사용하여 정지 목표 위치를 구한 후, 정지 목표 위치에 상부 선회체를 정지하도록 선회 모터를 제어한다. 이에 의해, 오퍼레이터가 선회 조작을 정지한 시점이 상이해도, 정해진 범위 내에서 선회를 정지시킬 수 있다.

또한, 상술한 작업 장치의 선회 범위로의 진입물에 대해, 진입물을 검출하여 선회를 정지하는 선회 작업 기계 및 선회 작업 기계의 제어 방법이 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 이 선회 작업 기계 및 선회 작업 기계의 제어 방법에서는, 현시점의 선회 속도, 현시점의 선회 관성, 진입물의 위치에 기초하여 진입물과의 간섭의 가능성을 판단하여, 선회 동작을 제어한다.

일본 특허 공표 제2013-535593호 공보 일본 특허 공개 제2012-021290호 공보

특허문헌 1의 기술은, 현재의 선회 위치와 정지 개시 위치를 사용하여 정지 목표 위치를 구한다. 또한, 특허문헌 2의 기술은, 현시점의 선회 속도, 현시점의 선회 관성, 진입물의 위치에 기초하여 진입물과의 간섭의 가능성을 판단한다. 이 때문에, 예를 들어 선회 조작의 정지가 개시된 후에 발생하는 변화(선회 관성이나 선회 정지 목표 위치)에 대해서는, 충분히 고려되어 있지 않을 가능성이 있었다.

예를 들어, 선회 정지 조작이 이루어지긴 했지만, 아직 상부 선회체가 완전히 정지되어 있지 않은 상태에 있어서, 아암을 신장하는 동작이 이루어지면, 선회 관성이 정지 조작 시점에 있어서의 것보다 증가해 버리지만, 이러한 경우에 있어서의 수정은 고려되어 있지 않다.

또한, 덤프 트럭에의 적재 시에는, 상부 선회체를 선회시키면서 붐 상승 동작을 행하여, 작업 장치를 굴삭 위치로부터 덤프 트럭의 짐받이의 상방 위치까지 이동시키지만, 붐 상승의 동작이 늦어진 경우에는, 덤프 트럭의 짐받이와 작업 장치의 접촉의 가능성이 발생한다. 이 접촉을 피하기 위해, 선회 조작의 정지가 개시되었을 때보다 빠르게 선회를 정지시킬 필요가 발생한다. 또한, 선회 작업 중에 진입물을 검지하여 선회 조작을 정지한 후에, 진입물이 차체측으로 근접해 오는 경우에도, 소정의 정지 위치의 앞으로 빠르게 선회를 정지시킬 필요가 발생한다. 이러한 경우에는, 선회 모터에서 출력할 수 있는 토크의 최댓값을 초과한 감속 토크가 필요해져, 원하는 선회 정지 각도에서 선회를 정지할 수 없게 될 가능성이 발생한다.

본 발명은, 상술한 사항에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 원하는 선회 정지 각도에서 상부 선회체를 정지시킬 수 있는 건설 기계의 제어 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 예를 들어 청구범위에 기재된 구성을 채용한다. 본원은, 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체에 대해 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체와, 상기 상부 선회체에 대해 부앙동 가능하게 설치된 작업 장치와, 상기 상부 선회체를 선회 구동하는 선회용 유압 액추에이터와, 상기 작업 장치를 구동시키는 작업 장치용 유압 액추에이터와, 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 상기 작업 장치용 유압 액추에이터 및 상기 선회용 유압 액추에이터에 각각 공급되는 압유의 유량과 방향을 제어하는 작업 장치용 컨트롤 밸브 및 선회용 컨트롤 밸브와, 상기 작업 장치 및 상기 상부 선회체의 작동을 지시하는 작업 장치용 조작 장치 및 선회용 조작 장치와, 상기 작업 장치용 조작 장치 및 선회용 조작 장치로부터의 지시 신호에 기초하여 상기 작업 장치용 컨트롤 밸브 및 상기 선회용 컨트롤 밸브에 구동 신호를 출력하는 메인 컨트롤러를 갖는 건설 기계의 제어 장치에 있어서, 상기 하부 주행체에 대한 상기 상부 선회체의 선회 각도를 검출하는 제1 각도 검출기와, 상기 상부 선회체에 대한 상기 작업 장치의 부앙 각도를 검출하는 제2 각도 검출기를 더 가짐과 함께, 상기 메인 컨트롤러가, 상기 상부 선회체의 선회 정지 목표 각도를 설정하는 선회 정지 목표 각도 설정부와, 상기 제1 각도 검출기에 의해 검출된 상기 상부 선회체의 선회 각도와 상기 선회 정지 목표 각도 설정부에 의해 설정된 선회 정지 목표 각도의 차, 및 상기 선회용 조작 장치로부터의 지시 신호에 기초하여 상기 선회용 컨트롤 밸브에의 구동 신호를 산출하여 출력하는 선회 제어부와, 상기 제1 각도 검출기에 의해 검출된 상기 상부 선회체의 선회 각도와 상기 선회 정지 목표 각도 설정부에 의해 설정된 선회 정지 목표 각도 및 상기 제2 각도 검출기에 의해 검출된 상기 작업 장치의 부앙 각도에 기초하여, 상기 상부 선회체가 상기 선회 정지 목표 각도에 도달하기 전에 선회 동작을 정지할 수 있는지 여부를 판정하는 선회 정지 가부 판정부와, 상기 선회 정지 가부 판정부가 판정한 결과가 부인 경우에는, 적어도 선회 관성 모멘트가 증가하는 방향으로의 상기 작업 장치의 동작을 제한 또는 금지하는 구동 신호를 상기 작업 장치용 컨트롤 밸브에 출력하는 작업 장치 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 선회 정지 가부를 판단하는 선회 정지 가부 판정부와, 선회 정지 가부 신호에 따라서, 선회 반경 방향으로의 작업 장치의 신장 동작을 금지하거나, 또는 선회 반경 방향으로의 작업 장치의 축소 동작을 실행하는 작업 장치 제어부를 구비하고 있으므로, 선회 관성의 증가를 억제할 수 있음과 함께, 선회 관성을 감소시킬 수 있다. 이것에 의해, 원하는 선회 정지 각도에서 상부 선회체를 정지시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구비한 유압 셔블을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구비한 건설 기계의 유압 구동 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 4a는 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구비한 유압 셔블의 평면을 나타냄과 함께 메인 컨트롤러의 연산 내용에 관한 적재 목표 위치와, 적재 목표 선회 각도, 적재 목표 높이, 작업 장치 높이의 하한을 설명하는 개념도이다.
도 4b는 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구비한 유압 셔블의 정면을 나타냄과 함께 메인 컨트롤러의 연산 내용에 관한 적재 목표 위치와, 적재 목표 선회 각도, 적재 목표 높이, 작업 장치 높이의 하한을 설명하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 선회 정지 목표 각도 설정부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다.
도 6은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 선회 정지 가부 판정부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다.
도 7은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 선회 제어부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다.
도 8은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 작업 장치 제어부의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 높이 방향 제어 속도 연산부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다.
도 10은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 반경 방향 제어 속도 연산부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다.
도 11은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 목표 속도 연산부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다.
도 12는 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 연산의 플로우의 일례를 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구비한 유압 셔블을 나타내는 사시도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블은 하부 주행체(9)와 상부 선회체(10)와 작업 장치(15)를 구비하고 있다. 하부 주행체(9)는 좌우의 크롤러식 주행 장치를 갖고, 좌우의 주행 유압 모터(3b, 3a)(좌측(3b)만 도시)에 의해 구동된다. 상부 선회체(10)는 하부 주행체(9) 상에 선회 가능하게 탑재되고, 선회 유압 모터(4)에 의해 선회 구동된다. 상부 선회체(10)에는, 원동기로서의 엔진(14)과, 엔진(14)에 의해 구동되는 유압 펌프 장치(2)를 구비하고 있다.

작업 장치(15)는 상부 선회체(10)의 전방부에 부앙 가능하게 설치되어 있다. 상부 선회체(10)에는 운전실이 구비되고, 운전실 내에는 주행용 우측 조작 레버 장치(1a), 주행용 좌측 조작 레버 장치(1b), 작업 장치(15)의 동작 및 선회 동작을 지시하기 위한 우측 조작 레버 장치(1c), 좌측 조작 레버 장치(1d) 등의 조작 장치가 배치되어 있다.

작업 장치(15)는, 붐(11), 아암(12), 버킷(8)을 갖는 다관절 구조이며, 붐(11)은 붐 실린더(5)의 신축에 의해 상부 선회체(10)에 대해 상하 방향으로 회전하고, 아암(12)은 아암 실린더(6)의 신축에 의해 붐(11)에 대해 상하 및 전후 방향으로 회전하고, 버킷(8)은 버킷 실린더(7)의 신축에 의해 아암(12)에 대해 상하 및 전후 방향으로 회전한다.

또한, 작업 장치(15)의 위치를 산출하기 위해, 하부 주행체(9)와 상부 선회체(10)의 연결부 근방에 설치되고, 상부 선회체(10)의 하부 주행체(9)에 대한 선회 각도를 검출하는 제1 각도 검출기(13a)와, 상부 선회체(10)와 붐(11)의 연결부 근방에 설치되고, 붐(11)의 수평면에 대한 각도(부앙 각도)를 검출하는 제2 각도 검출기(13b)와, 붐(11)과 아암(12)의 연결부 근방에 설치되고, 아암(12)의 각도를 검출하는 제3 각도 검출기(13c)와, 아암(12)과 버킷(8)의 연결부 근방에 설치되고, 버킷(8)의 각도를 검출하는 제4 각도 검출기(13d)를 구비하고 있다. 이들 제1 내지 제4 각도 검출기(13a∼13d)가 검출한 각도 신호는, 후술하는 메인 컨트롤러(100)에 입력되고 있다.

컨트롤 밸브(20)는, 유압 펌프 장치(2)로부터 상술한 붐 실린더(5), 아암 실린더(6), 버킷 실린더(7), 좌우의 주행 유압 모터(3b, 3a) 등의 유압 액추에이터 각각에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 것이다.

도 2는 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구비한 건설 기계의 유압 구동 장치의 구성을 나타내는 개념도이다. 또한, 설명의 간략화를 위해, 본 발명의 실시 형태와 직접적으로 관계되지 않는 하부 주행체(9)에 관한 장치의 도시와 설명은 생략한다.

도 2에 있어서, 유압 구동 장치는, 유압 펌프 장치(2)와, 선회용 유압 액추에이터인 선회 유압 모터(4)와, 작업 장치용 유압 액추에이터인 붐 실린더(5), 아암 실린더(6), 버킷 실린더(7)와, 우측 조작 레버 장치(1c)와, 좌측 조작 레버 장치(1d)와, 컨트롤 밸브(20)와, 파일럿 유압원(21)과, 전자기 비례 밸브(22a∼22h)와, 제1 내지 제4 각도 검출기(13a∼13d)와, 레이더 장치(32)를 구비하고 있다. 또한, 레이더 장치(32)는, 유압 셔블 근방의 진입물을 검출하는 진입물 검출 장치이다.

유압 펌프 장치(2)는, 압유를 토출하고, 컨트롤 밸브(20)를 통해 선회 유압 모터(4)와 붐 실린더(5)와 아암 실린더(6)와 버킷 실린더(7)에 압유를 공급한다.

컨트롤 밸브(20)는, 선회용 유압 액추에이터인 선회 유압 모터(4)에 공급하는 압유의 유량과 방향을 제어하는 선회용 컨트롤 밸브로서의 방향 제어 밸브와, 작업 장치용 유압 액추에이터인 붐 실린더(5), 아암 실린더(6), 버킷 실린더(7) 등에 공급하는 각각의 압유의 유량과 방향을 제어하는 작업 장치용 컨트롤 밸브로서의 각각의 방향 제어 밸브를 구비하고 있다. 각 방향 제어 밸브는, 모두 대응하는 전자기 비례(22a∼22h)로부터 공급되는 파일럿 압유에 의해 구동되어 동작한다.

전자기 비례 밸브(22a∼22h)는, 파일럿 유압원(21)으로부터 공급되는 파일럿 압유를 원압으로 하여, 메인 컨트롤러(100)로부터의 구동 신호에 따라서, 감압한 2차 파일럿 압유를 각 방향 제어 밸브의 조작부에 출력한다. 각 방향 제어 밸브와 전자기 비례 밸브의 관계는, 이하와 같이 정하고 있다. 붐 방향 제어 밸브는, 붐 상승 전자기 비례 밸브(22c)와 붐 하강 전자기 비례 밸브(22d)를 통해 조작부에 공급되는 파일럿 압유에 의해 구동되어 동작한다. 아암 방향 제어 밸브는, 아암 크라우드 전자기 비례 밸브(22e)와 아암 덤프 전자기 비례 밸브(22f)를 통해 조작부에 공급되는 파일럿 압유에 의해 구동되어 동작한다. 버킷 방향 제어 밸브는, 버킷 크라우드 전자기 비례 밸브(22g)와 버킷 덤프 전자기 비례 밸브(22h)를 통해 조작부에 공급되는 파일럿 압유에 의해 구동되어 동작한다. 선회 방향 제어 밸브는, 선회 우측 전자기 비례 밸브(22a)와 선회 좌측 전자기 비례 밸브(22b)를 통해 조작부에 공급되는 파일럿 압유에 의해 구동되어 동작한다.

우측 조작 레버 장치(1c)는, 조작 레버의 조작량과 조작 방향에 따라서 전압 신호를, 붐 조작 신호, 버킷 조작 신호로서 메인 컨트롤러(100)에 출력한다. 마찬가지로, 좌측 조작 레버 장치(1d)는, 조작 레버의 조작량과 조작 방향에 따라서 전압 신호를, 선회 조작 신호, 아암 조작 신호로서 메인 컨트롤러(100)에 출력한다.

메인 컨트롤러(100)는, 우측 조작 레버 장치(1c)로부터 송신되는 붐 조작량 신호와 버킷 조작 신호, 좌측 조작 레버 장치(1d)로부터 송신되는 선회 조작 신호와 아암 조작량 신호, 제1 내지 제4 각도 검출기(13a∼13d)로부터 송신되는 선회 각도와 붐 각도와 아암 각도와 버킷 각도, 레이더 장치(32)로부터 송신되는 작업 영역 주변에서 검출한 진입물의 위치 정보, 정보 컨트롤러(200)로부터 송신되는 적재 목표 위치 신호를 입력하고, 이들 입력 신호에 따라서, 각 전자기 비례 밸브(22a∼22h)를 구동하는 지령 신호를 연산하여, 각각에 출력한다.

또한, 정보 컨트롤러(200)에서 설정하는 적재 목표 위치 신호의 입력 방식은, 예를 들어 덤프 트럭에의 적재 위치를 각 유압 액추에이터 각각의 각도로서 수치로 입력하는 방식으로 해도 된다. 또한, 레이더 장치(32)의 진입물의 위치를 취득하는 수단은, 카메라나 밀리미터파 등이어도 된다. 정보 컨트롤러(200)와 레이더 장치(32)에서 행하는 연산은, 본 발명의 특징에 직접 관계되는 것은 아니므로, 그 설명을 생략한다.

다음으로, 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러(100)에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 구성을 나타내는 개념도, 도 4a는 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구비한 유압 셔블의 평면을 나타냄과 함께 메인 컨트롤러의 연산 내용에 관한 적재 목표 위치와, 적재 목표 선회 각도, 적재 목표 높이, 작업 장치 높이의 하한을 설명하는 개념도, 도 4b는 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구비한 유압 셔블의 정면을 나타냄과 함께 메인 컨트롤러의 연산 내용에 관한 적재 목표 위치와, 적재 목표 선회 각도, 적재 목표 높이, 작업 장치 높이의 하한을 설명하는 개념도이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 메인 컨트롤러(100)는, 작업 장치 목표 위치 설정부(110)와, 선회 정지 목표 각도 설정부(120)와, 작업 장치 목표 높이 설정부(130)와, 선회 정지 가부 판정부(140)와, 선회 제어부(150)와, 작업 장치 제어부(160)와, 간섭 회피 제어부(170)를 구비하고 있다.

작업 장치 목표 위치 설정부(110)는, 정보 컨트롤러(200)로부터 송신되는 적재 목표 위치 신호를 기초로, 적재 목표 선회 각도와 적재 목표 높이를 연산하여, 산출한 적재 목표 선회 각도 신호를 선회 정지 목표 각도 설정부(120)와 작업 장치 목표 높이 설정부(130)에 출력하고, 적재 목표 높이 신호를 작업 장치 목표 높이 설정부(130)에 출력한다. 여기서, 작업 장치 목표 위치라 함은, 작업 장치의 선단(버킷(8))을 배치시키는 목표 위치이다.

선회 정지 목표 각도 설정부(120)는, 작업 장치 목표 위치 설정부(110)에서 산출한 적재 목표 선회 각도를 보정하여 선회 정지 목표 각도 신호를 연산하고, 산출한 선회 정지 목표 각도 신호를 선회 정지 가부 판정부(140)에 출력한다. 선회 정지 목표 각도 설정부(120)에서 행하는 연산의 상세는 후술한다.

작업 장치 목표 높이 설정부(130)는, 작업 장치 목표 위치 설정부(110)에서 산출한 적재 목표 선회 각도 신호와 적재 목표 높이 신호로부터, 작업 장치 높이의 하한값을 산출하고, 이것을 기초로 선회 각도에 따른 작업 장치 목표 높이를 연산하여, 산출한 작업 장치 목표 높이 신호를 작업 장치 제어부(160)에 출력한다.

여기서, 적재 목표 위치와, 적재 목표 선회 각도, 적재 목표 높이, 작업 장치 높이의 하한에 대해, 도 4a와 도 4b를 사용하여 설명한다. 도 4a 및 도 4b는 각각 유압 셔블의 평면도, 정면도이다.

도 4a와 도 4b에 있어서, 도면 중의 O점은, 유압 셔블의 하부 주행체(9)의 정면을 기준으로 한 좌표계의 원점이며, 유압 셔블의 선회축 상에서 붐 회전 축과 동일한 높이에 있다. 도면 중의 φ는, 하부 주행체(9)의 전진 방향에 대한 상부 선회체(10)의 정면 방향의 상대 각도인 선회 각도를 나타낸다.

선회 각도 φ는, 하부 주행체(9)의 전진 방향에 대한 상부 선회체(10)의 정면 방향의 상대 각도이다. 또한, 도면 중의 A점은, 적재 목표 위치이며, 예를 들어 덤프 트럭의 짐받이 상방으로 설정되고, 도 4a 중의 φ*는 적재 목표 선회 각도를, 도 4b의 h*는 적재 목표 높이를 각각 나타낸다. 또한, 평면도인 도 4a에 있어서의 O점과 A점 사이의 거리를 L로 한다.

도면 중의 평면 S1은 작업 장치 높이의 하한이며, 도 4b에서는 파선부로 나타내고, 도 4a에서는 그라데이션부로 나타내고 있다. 평면 S1은 이하의 순서로 설정된다. 먼저, 도 4a에 있어서, A점을 포함하여 선회축과 평행하고, 또한 직선 OA와 수직으로 교차하는 평면을 S0으로 한다. 도 4b에 있어서, 평면 S0 상의 높이 h*의 직선을 축으로 하여, 평면 S0을 각도 θ만큼 기울여 생성된 평면 S1을 작업 장치 높이의 하한으로 설정한다.

또한, 각도 θ는, 붐 상승의 최대 각속도 ωb_max에 대한 선회의 최대 각속도 ωs_max의 비를 기초로, 선회의 최대 각속도가 클수록 각도 θ를 크게 설정하는 것이 좋다. 예를 들어, 다음 식(1)을 사용하여 각도 θ를 설정해도 된다.

작업 장치 목표 높이는, 선회 각도 φ와 거리 L을 사용하여 연산되는 B점으로부터, 선회축과 평행하게 평면 S1에 내린 선분과의 교점인 C점의 높이(도 4b 중의 hr)로서 연산된다.

또한, 거리 L 대신에, 붐 각도, 아암 각도, 버킷 각도로부터 연산되는 버킷(8)의 선단부 등의 위치와 선회 축의 거리를 사용하여 작업 장치 목표 높이를 연산해도 된다.

도 3으로 되돌아가, 선회 정지 가부 판정부(140)는, 선회 정지 목표 각도 설정부(120)로부터의 선회 정지 목표 각도 신호와, 제1 각도 검출기(13a)로부터의 선회 각도 신호, 제2 각도 검출기(13b)로부터의 붐 각도(부앙 각도) 신호, 제3 각도 검출기(13C)로부터의 아암 각도 신호를 입력하고, 입력 신호에 따라서 상부 선회체가 선회 정지 목표 각도에 도달하기 전에 선회 동작을 정지할 수 있는지 여부를 판정함과 함께, 선회 정지 각도 여유 신호 및 선회 정지 각도 편차 신호를 연산하여, 각각 선회 제어부(150) 및 작업 장치 제어부(160)에 출력한다. 선회 정지 가부 판정부(140)에서 행하는 연산의 상세는 후술한다.

선회 제어부(150)는, 좌측 조작 레버 장치(1d)로부터의 선회 조작 신호와, 선회 정지 가부 판정부(140)로부터의 선회 정지 각도 여유 신호를 입력하고, 입력 신호에 따라서 선회 우측 구동 신호와 선회 좌측 구동 신호를 연산하고, 선회 정지 각도 여유 신호에 따른 보정을 행하여 출력하고, 선회 우측 전자기 비례 밸브(22a), 선회 좌측 전자기 비례 밸브(22b)를 구동한다. 선회 제어부(150)에서 행하는 연산의 상세는 후술한다.

작업 장치 제어부(160)는, 우측 조작 레버 장치(1c)로부터의 붐 조작량 신호 및 버킷 조작 신호와, 좌측 조작 레버 장치(1d)로부터의 아암 조작량 신호와, 작업 장치 목표 높이 설정부(130)로부터의 작업 장치 목표 높이 신호와, 선회 정지 가부 판정부(140)로부터의 선회 정지 각도 편차 신호와, 제1 각도 검출기(13a)로부터의 선회 각도 신호, 제2 각도 검출기(13b)로부터의 붐 각도(부앙 각도) 신호, 제3 각도 검출기(13C)로부터의 아암 각도 신호, 제4 각도 검출기(13d)로부터의 버킷 각도 신호를 입력하고, 입력 신호에 따라서 붐 상승 구동 신호, 붐 하강 구동 신호, 아암 크라우드 구동 신호, 아암 덤프 구동 신호, 버킷 크라우드 구동 신호, 버킷 덤프 구동 신호를 연산하여 출력하고, 각각, 붐 상승 전자기 비례 밸브(22c), 붐 하강 전자기 비례 밸브(22d), 아암 크라우드 전자기 비례 밸브(22e), 아암 덤프 전자기 비례 밸브(22f), 버킷 크라우드 전자기 비례 밸브(22g), 버킷 덤프 전자기 비례 밸브(22h)를 구동한다. 또한, 작업 장치 목표 높이 신호와, 붐 각도 신호, 아암 각도 신호, 버킷 각도 신호로부터 연산되는 작업 장치 높이의 편차를 작업 장치 높이 편차 신호로서 연산하여, 선회 정지 목표 각도 설정부(120)에 출력한다. 작업 장치 제어부(160)에서 행하는 연산의 상세는 후술한다.

간섭 회피 제어부(170)는, 레이더 장치(32)로부터의 진입물의 위치 정보와, 제2 각도 검출기(13b)로부터의 붐 각도 신호, 제3 각도 검출기(13C)로부터의 아암 각도 신호, 제4 각도 검출기(13d)로부터의 버킷 각도 신호를 입력하고, 진입물 위치 정보를 수신한 경우, 진입물의 위치에 기초하여 긴급 정지 목표 각도 신호를 연산하여 선회 정지 목표 각도 설정부(120)에 출력한다. 또한, 진입물 위치 정보의 높이 정보와, 붐 각도, 아암 각도, 버킷 각도로부터 연산되는 작업 장치의 높이를 비교하여, 작업 장치의 높이의 쪽이 충분히 높은 경우는 긴급 정지 목표 각도 신호의 출력을 정지하도록 해도 된다. 또한, 이때, 작업 장치 목표 높이를 진입물의 높이 이상으로 유지하기 위해, 작업 장치 목표 높이 설정부(130)에 지시 신호를 출력하도록 구성해도 된다.

다음으로, 선회 정지 목표 각도 설정부(120)의 연산의 상세를 도 5를 사용하여 설명한다. 도 5는, 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 선회 정지 목표 각도 설정부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다. 선회 정지 목표 각도 설정부(120)는, 적재 목표 선회 각도 φ를 기초로 선회 정지 목표 각도를 연산한다. 선회 정지 목표 각도 설정부(120)는, 함수 발생기(121)와 감산기(122)와 선택기(123)를 구비하고 있다.

함수 발생기(121)는, 작업 장치 제어부(160)로부터 작업 장치 높이 편차 신호를 입력하고, 미리 설정한 맵에 의해, 작업 장치 높이 편차 신호에 따른 보정량 신호를 연산하여, 감산기(122)에 출력한다. 감산기(122)는, 작업 장치 목표 위치 설정부(110)로부터의 적재 목표 선회 각도 신호로부터 보정량 신호를 감산하여 선회 정지 목표 각도를 연산하고, 선택기(123)에 출력한다. 예를 들어, 작업 장치 높이가 작업 장치 목표 높이보다 낮은 경우에는, 편차 신호가 커지고, 보정량도 커지므로, 감산기(122)의 출력인 선회 정지 목표 각도는 작아진다. 이것에 의해 작업 장치와 덤프 트럭 등의 간섭을 피할 수 있다.

선택기(123)는, 감산기(122)로부터의 선회 정지 목표 각도 신호와 간섭 회피 제어부(170)로부터의 긴급 정지 목표 각도 신호를 입력하고, 긴급 정지 목표 각도 신호가 입력되어 있지 않을 때, 감산기(122)로부터의 선회 정지 목표 각도 신호를 선택하여 출력하고, 긴급 정지 목표 각도 신호가 입력된 경우에는 이 신호를 선택하여 출력한다. 이 연산에 의해, 진입물의 위치에 따른 선회 정지 목표 각도가 설정되므로, 진입물과의 간섭을 피할 수 있다.

다음으로, 선회 정지 가부 판정부(140)의 연산의 상세를 도 6을 사용하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 선회 정지 가부 판정부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다. 선회 정지 가부 판정부(140)는, 선회 정지 목표 각도와 선회 각도를 기초로, 상부 선회체가 선회 정지 목표 각도에 도달하기 전에 선회 동작을 정지할 수 있는지 여부를 판정하고, 선회 정지 각도 여유 신호 및 선회 정지 각도 편차 신호를 연산한다. 선회 정지 가부 판정부(140)는, 미분기(1401)와 연산기(1402)와 제1 가산기(1403)와 제2 가산기(1404)와 제1 삼각 함수 연산기(1405)와 제2 삼각 함수 연산기(1406)와 함수 발생기(1407)와 제1 감산기(1408)와 부호 함수 연산기(1409)와 승산기(1410)와 제2 감산기(1411)와 제1 추출 연산기(1412)와 제2 추출 연산기(1413)를 구비하고 있다.

미분기(1401)는, 제1 각도 검출기(13a)로부터의 선회 각도 신호를 입력하고, 미분 연산함으로써, 선회 각속도 신호를 산출하여 연산기(1402)와 부호 함수 연산기(1409)에 출력한다.

제1 가산기(1403)는, 제2 각도 검출기(13b)로부터의 붐 각도 신호와 제3 각도 검출기(13c)로부터의 아암 각도 신호를 입력하고, 가산 연산한 신호를 제2 삼각 함수 연산기(1406)에 출력한다. 제1 삼각 함수 연산기(1405)는, 제2 각도 검출기(13b)로부터의 붐 각도 신호를 입력하고 삼각 함수 연산하여 붐의 신장량을 연산하여 제2 가산기(1404)에 출력한다. 제2 삼각 함수 연산기(1406)는, 제1 가산기(1403)로부터의 붐 각도와 아암 각도의 가산 신호를 입력하고 삼각 함수 연산하여 아암 단독의 신장량을 연산하여 제2 가산기(1404)에 출력한다. 제2 가산기(1404)는, 붐의 신장량 신호와 아암 단독의 신장량 신호를 입력하고, 가산 연산하여 아암 신장량 신호를 함수 발생기(1407)에 출력한다. 함수 발생기(1407)는, 제2 가산기(1404)로부터 아암 신장량 신호를 입력하고, 미리 설정한 맵에 의해, 아암 신장량 신호에 따른 관성 모멘트 신호 J를 추정 연산하여, 연산기(1402)에 출력한다.

연산기(1402)는, 미분기(1401)로부터의 선회 각속도 신호와 함수 발생기(1407)로부터의 관성 모멘트 신호를 입력하고, 다음 식(2)를 사용하여 선회 최단 정지 각도 신호 A를 연산하여 제2 감산기(1411)에 출력한다. 또한, 선회 최단 정지 각도 신호 A는, 관성에 의한 선회 정지 각도의 증가량의 최솟값이다.

여기서, ω는 미분기(1401)로부터의 선회 각속도 신호, T_max는 선회 유압 모터(4)에서 발생할 수 있는 토크의 최댓값이며, 선회 유압 모터(4)의 용적, 릴리프압 등을 기초로 설정한다. 또한, J는 함수 발생기(1407)로부터의 선회 관성 모멘트 신호이다.

제1 감산기(1408)는, 선회 정지 목표 각도 설정부(120)로부터의 선회 정지 목표 각도 신호와 제1 각도 검출기(13a)로부터의 선회 각도 신호를 입력하고, 편차를 연산하여 승산기(1410)에 출력한다. 부호 함수(1409)는, 미분기(1401)로부터의 선회 각속도 신호를 입력하고, 입력 신호의 부호(플러스 또는 마이너스)를 연산하여 승산기(1410)에 출력한다.

승산기(1410)는, 제1 감산기(1408)로부터의 편차 신호와 부호 함수(1409)로부터의 부호 신호를 입력하고, 입력 신호를 승산함으로써 현재의 선회 각도에 대한 선회 정지 목표 각도의 상대값 신호를 산출한다. 산출한 현재의 선회 각도에 대한 선회 정지 목표 각도의 상대값 신호는, 제2 감산기(1411)에 출력한다.

제2 감산기(1411)는, 연산기(1402)로부터의 선회 최단 정지 각도 신호와 승산기(1410)로부터의 현재의 선회 각도에 대한 선회 정지 목표 각도의 상대값 신호를 입력하고, 이것들의 편차를 연산하여 제1 추출 연산기(1412)와 제2 추출 연산기(1413)에 출력한다.

제1 추출 연산기(1412)는, 제2 감산기(1411)로부터의 편차 신호를 입력하고, 입력 신호가 마이너스인 경우에 입력 신호의 절댓값을 연산하여 출력한다. 제2 감산기(1411)로부터의 편차 신호가 마이너스라 함은, 선회 최단 정지 각도의 쪽이 현재의 선회 각도에 대한 선회 정지 목표 각도의 상대값 신호보다 작은 경우이고, 이때는, 선회 정지 목표 각도까지 선회 정지 가능하다고 판단하여, 편차 신호의 마이너스의 값의 절댓값을 선회 정지 각도 여유 신호로서 추출하고, 선회 제어부(150)에 출력한다.

제2 추출 연산기(1413)는, 제2 감산기(1411)로부터의 편차 신호를 입력하고, 입력 신호가 플러스인 경우에 입력 신호의 절댓값을 연산하여 출력한다. 제2 감산기(1411)로부터의 편차 신호가 플러스라 함은, 선회 최단 정지 각도의 쪽이 현재의 선회 각도에 대한 선회 정지 목표 각도의 상대값 신호보다 큰 경우이며, 이때는, 선회 정지 목표 각도까지 선회 정지 불가능하다고 판단하여, 편차 신호의 플러스의 값을 선회 정지 각도 편차 신호로서 추출하여, 작업 장치 제어부(160)에 출력한다.

다음으로, 선회 제어부(150)의 연산의 상세를 도 7을 사용하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 선회 제어부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다. 선회 제어부(150)는, 선회 조작 신호와 선회 정지 각도 여유 신호에 따라서 선회 우측 구동 신호와 선회 좌측 구동 신호를 연산한다. 선회 제어부(150)는, 제1 함수 발생기(151)와 제2 함수 발생기(152)와 제3 함수 발생기(153)와 제1 제한기(154)와 제2 제한기(155)를 구비하고 있다.

제1 함수 발생기(151)는, 좌측 조작 레버 장치(1d)로부터의 선회 조작 신호를 입력하고, 미리 설정된 구동 신호 맵에 의해, 선회 조작 신호에 따른 선회 우측 구동 신호를 연산하여, 제1 제한기(154)에 출력한다. 마찬가지로, 제2 함수 발생기(152)는, 좌측 조작 레버 장치(1d)로부터의 선회 조작 신호를 입력하고, 미리 설정된 구동 신호 맵에 의해, 선회 조작 신호에 따른 선회 좌측 구동 신호를 연산하여, 제2 제한기(155)에 출력한다.

제3 함수 발생기(153)는, 선회 정지 가부 판정부(140)로부터의 선회 정지 각도 여유 신호를 입력하고, 미리 설정된 신호 상한 맵에 의해, 선회 정지 각도 여유 신호에 따른 선회 구동 신호 상한 신호를 연산하여, 제1 및 제2 제한기(154, 155)에 출력한다.

제1 제한기(154)는, 제1 함수 발생기(151)로부터의 선회 우측 구동 신호와 제3 함수 발생기(153)로부터의 선회 구동 신호 상한 신호를 입력하고, 선회 구동 신호 상한 신호 이하로 제한한 선회 우측 구동 신호를 출력한다. 마찬가지로, 제2 제한기(155)는, 제2 함수 발생기(152)로부터의 선회 좌측 구동 신호와 제3 함수 발생기(153)로부터의 선회 구동 신호 상한 신호를 입력하고, 선회 구동 신호 상한 신호 이하로 제한한 선회 좌측 구동 신호를 출력한다. 또한, 제3 함수 발생기(153)의 신호 상한 맵은, 선회 정지 각도 여유가 정방향으로 클수록 선회 구동 신호 상한이 커지도록 설정되어 있다. 그 때문에, 선회 정지 각도 여유 신호가 크면 선회 우측 구동 신호 및 선회 좌측 구동 신호가 제한되는 일 없이 출력되고, 선회 정지 각도 여유 신호가 작아질수록 선회 우측 구동 신호 및 선회 좌측 구동 신호가 작게 제한되어, 선회가 감속된다.

다음으로, 작업 장치 제어부(160)의 연산의 상세를 도 8을 사용하여 설명한다. 도 8은, 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 작업 장치 제어부의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 메인 컨트롤러(100)의 작업 장치 제어부(160)는, 요구 속도 연산부(161)와, 속도 운동학 좌표 변환부(162)와, 위치 운동학 좌표 변환부(163)와, 높이 방향 제어 속도 연산부(164)와, 반경 방향 제어 속도 연산부(165)와, 목표 속도 연산부(166)와, 속도 역운동학 좌표 변환부(167)와, 전자기 밸브 구동 신호 제어부(168)를 구비하고 있다.

요구 속도 연산부(161)는, 우측 조작 레버 장치(1c)로부터의 붐 조작량 신호 및 버킷 조작 신호와 좌측 조작 레버 장치(1d)로부터의 아암 조작량 신호를 입력하고, 각각 붐 실린더(5), 아암 실린더(6), 버킷 실린더(7)에의 요구 속도로서 각각 붐 요구 속도 신호, 아암 요구 속도 신호, 버킷 요구 속도 신호를 연산하여, 속도 운동학 좌표 변환부(162)에 출력한다.

속도 운동학 좌표 변환부(162)는, 상술한 각 요구 속도 신호 외에 제2 각도 검출기(13b)로부터의 붐 각도 신호와, 제3 각도 검출기(13c)로부터의 아암 각도 신호와, 제4 각도 검출기(13d)로부터의 버킷 각도 신호를 입력하고, 각 각도 신호를 기초로 공지의 운동학 좌표 변환을 행함으로써, 각 요구 속도 신호로부터 작업 장치의 반경 방향 요구 속도 신호와 높이 방향 요구 속도 신호와 작업 장치 요구 각속도 신호를 연산하여, 목표 속도 연산부(166)에 출력한다.

위치 운동학 좌표 변환부(163)는, 제2 각도 검출기(13b)로부터의 붐 각도 신호와, 제3 각도 검출기(13C)로부터의 아암 각도 신호와, 제4 각도 검출기(13d)로부터의 버킷 각도 신호를 입력하고, 공지의 운동학 좌표 변환을 행함으로써, 작업 장치 높이 신호를 연산하여, 높이 방향 제어 속도 연산부(164)에 출력한다. 높이 방향 제어 속도 연산부(164)는, 작업 장치 높이 신호 외에 작업 장치 목표 높이 설정부(130)로부터 작업 장치 목표 높이 신호를 입력하고, 입력 신호를 기초로 높이 방향 제어 속도 신호와 작업 장치 높이 편차 신호를 연산하여, 높이 방향 제어 속도 신호를 목표 속도 연산부(166)에, 작업 장치 높이 편차 신호를 선회 정지 목표 각도 설정부(120)에 각각 출력한다. 높이 방향 제어 속도 연산부(164)에서 행하는 연산의 상세는 후술한다.

반경 방향 제어 속도 연산부(165)는, 선회 정지 가부 판정부(140)로부터의 선회 정지 각도 편차 신호와 제1 각도 검출기(13a)로부터의 선회 각도 신호를 입력하고, 입력 신호에 기초하여 반경 방향 제어 속도 신호를 연산하여, 목표 속도 연산부(166)에 출력한다. 반경 방향 제어 속도 연산부(165)에서 행하는 연산의 상세는 후술한다.

목표 속도 연산부(166)는, 속도 운동학 좌표 변환부(162)로부터의 작업 장치의 반경 방향 요구 속도 신호와 높이 방향 요구 속도 신호와 작업 장치 요구 각속도 신호와, 높이 방향 제어 속도 연산부(164)로부터의 높이 방향 제어 속도 신호와, 반경 방향 제어 속도 연산부(165)로부터의 반경 방향 제어 속도 신호를 입력하고, 입력 신호에 기초하여 반경 방향 목표 속도 신호, 높이 방향 목표 속도 신호, 작업 장치 목표 각속도 신호를 연산하여, 속도 역운동학 좌표 변환부(167)에 출력한다. 목표 속도 연산부(166)에서 행하는 연산의 상세는 후술한다.

속도 역운동학 좌표 변환부(167)는, 상술한 각 목표 속도 신호(목표 각속도 신호) 외에 제2 각도 검출기(13b)로부터의 붐 각도 신호와, 제3 각도 검출기(13C)로부터의 아암 각도 신호와, 제4 각도 검출기(13d)로부터의 버킷 각도 신호를 입력하고, 각 각도 신호를 기초로 공지의 역운동학 좌표 변환을 행함으로써, 반경 방향 목표 속도 신호, 높이 방향 목표 속도 신호, 작업 장치 목표 각속도 신호로부터 붐 목표 속도 신호, 아암 목표 속도 신호, 버킷 목표 속도 신호를 연산하여, 전자기 밸브 구동 신호 제어부(168)에 출력한다.

전자기 밸브 구동 신호 제어부(168)는, 붐 목표 속도, 아암 목표 속도, 버킷 목표 속도에 따라서, 붐 상승 구동 신호, 붐 하강 구동 신호, 아암 크라우드 구동 신호, 아암 덤프 구동 신호, 버킷 크라우드 구동 신호, 버킷 덤프 구동 신호를 생성한다.

다음으로, 높이 방향 제어 속도 연산부(164)에서 행하는 연산의 상세를 도 9를 사용하여 설명한다. 도 9는, 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 높이 방향 제어 속도 연산부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다. 높이 방향 제어 속도 연산부(164)는, 작업 장치 목표 높이 신호와 작업 장치 높이 신호를 기초로 작업 장치 높이 편차 등을 연산한다. 높이 방향 제어 속도 연산부(164)는, 감산기(1641)와 승산기(1642)를 구비하고 있다.

감산기(1641)는, 작업 장치 목표 높이 설정부(130)로부터의 작업 장치 목표 높이 신호와 위치 운동학 좌표 변환부(163)로부터의 작업 장치 높이 신호를 입력하고, 편차 신호를 연산하여 승산기(1642)와 선회 정지 목표 각도 설정부(120)에 출력한다. 승산기(1642)는, 입력 신호인 편차 신호에 게인 Kh를 승산하여 높이 방향 제어 속도 신호를 연산하여 목표 속도 연산부(166)에 출력한다. 게인 Kh는, 공지의 피드백 제어의 P 게인이고, 작업 장치 높이 편차 신호가 클수록, 작업 장치를 상승시키는 방향으로 높이 방향 제어 속도 신호가 커지도록 설정한다.

다음으로, 반경 방향 제어 속도 연산부(165)에서 행하는 연산의 상세를 도 10을 사용하여 설명한다. 도 10은, 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 반경 방향 제어 속도 연산부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다. 반경 방향 제어 속도 연산부(165)는, 선회 정지 각도 편차 신호에 게인 Kr을 승산하여 반경 방향 제어 속도 신호를 연산하여, 소정의 조건이 성립된 경우에 목표 속도 연산부(166)에 출력한다. 반경 방향 제어 속도 연산부(165)는, 승산기(1651)와 제1 판정기(1652)와 조건부 접속기(1653)와 미분기(1654)와 제2 판정기(1655)와 논리곱 연산기(1656)와 논리합 연산기(1657)를 구비하고 있다.

승산기(1651)는, 선회 정지 가부 판정부(140)로부터의 선회 정지 각도 편차 신호를 입력하고 게인 Kr을 승산하여 반경 방향 제어 속도 신호를 연산하여 조건부 접속기(1653)에 출력한다. 제1 판정기(1652)는, 선회 정지 각도 편차 신호를 입력하고, 입력 신호가 플러스라고 판정한 경우에 논리 신호 1을 논리합 연산기(1657)에 출력한다.

논리합 연산기(1657)는, 논리곱 연산기(1656)의 출력과 제1 판정기(1652)의 출력을 입력하고, 논리합 신호를 조건부 접속기(1653)와 논리곱 연산기(1656)에 출력한다. 조건부 접속기(1653)는, 승산기(1651)로부터의 반경 방향 제어 속도 신호와 논리합 연산기(1657)로부터의 논리합 신호를 입력하고, 논리합 신호가 1일 때, 접속하여 반경 방향 제어 속도 신호를 유효하게 출력하고, 논리합 신호가 0일 때에는, 접속을 해제하여 무효값을 목표 속도 연산부(166)에 출력한다.

승산기(1651)의 게인 Kr은, 공지의 피드백 제어의 P 게인이며, 선회 정지 각도 편차가 클수록 작업 장치를 선회 축에 근접시키는 방향으로 반경 방향 제어 속도를 연산하고, 작업 장치의 축소 동작을 실행한다.

미분기(1654)는, 제1 각도 검출기(13a)로부터의 선회 각도 신호를 입력하고, 미분 연산함으로써, 선회 각속도 신호를 산출하여 제2 판정기(1655)에 출력한다. 제2 판정기(1655)는, 입력한 선회 각속도 신호가 대략 0이 아니라고 판정한 경우에 논리 신호 1을 논리곱 연산기(1656)에 출력한다. 논리곱 연산기(1656)는, 논리합 연산기(1657)의 논리 신호와 제2 판정기(1655)의 논리 신호의 논리곱 신호를 논리합 신호 연산기(1657)에 출력한다.

이 회로의 동작은, 제2 판정기(1655)에서 선회 각속도 신호가 대략 0이 아님을 판정하고, 또한 선회 정지 각도 편차가 플러스라고 판정하고 있던 경우에도, 조건부 접속기(1653)를 접속하여 반경 방향 제어 속도 신호를 유효하게 출력한다. 이것에 의해, 한 번, 선회 정지 각도 편차 신호가 플러스라고 판정한 후에, 선회 정지 각도 편차 신호가 0이 된 경우라도, 선회가 정지할(선회 각속도 신호가 대략 0이 될) 때까지는 반경 방향 제어 속도 신호가 0으로 설정되어 출력하므로, 선회 관성 모멘트가 증가하는 방향인 작업 장치의 신장 동작을 금지할 수 있다.

다음으로, 목표 속도 연산부(166)에서 행하는 연산의 상세를 도 11을 사용하여 설명한다. 도 11은, 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 목표 속도 연산부의 연산 내용의 일례를 나타내는 제어 블록도이다. 목표 속도 연산부(166)는, 최댓값 선택기(1661)와 선택기(1662)와 조건부 절단기(1663)를 구비하고 있다.

최댓값 선택기(1661)는, 속도 운동학 좌표 변환부(162)로부터의 높이 방향 요구 속도 신호와 높이 방향 제어 속도 연산부(164)로부터의 높이 방향 제어 속도 신호를 입력하고, 어느 큰 쪽의 신호를 선택하여 높이 방향 목표 속도 신호로서 속도 역운동학 좌표 변환부(167)에 출력한다.

선택기(1662)는, 속도 운동학 좌표 변환부(162)로부터의 반경 방향 요구 속도 신호와 반경 방향 제어 속도 연산부(165)로부터의 반경 방향 제어 속도 신호를 입력하고, 반경 방향 제어 속도 신호가 입력되어 있지 않은 경우에, 반경 방향 요구 속도 신호를 선택하고, 반경 방향 제어 속도 신호가 입력된 경우에는 이 신호를 선택하여 반경 방향 목표 속도 신호로서 속도 역운동학 좌표 변환부(167)에 출력한다.

조건부 절단기(1663)는, 속도 운동학 좌표 변환부(162)로부터의 작업 장치 요구 각속도 신호와 반경 방향 제어 속도 연산부(165)로부터의 반경 방향 제어 속도 신호를 입력하고, 반경 방향 제어 속도 신호가 입력되어 있지 않은 경우에, 작업 장치 요구 각속도 신호를 작업 장치 목표 각속도로서 속도 역운동학 좌표 변환부(167)에 출력하고, 반경 방향 제어 속도 신호가 입력된 경우에는, 0 신호를 작업 장치 목표 각속도로서 속도 역운동학 좌표 변환부(167)에 출력한다.

다음으로, 상술한 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태의 동작을 도 12를 사용하여 설명한다. 도 12는 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태를 구성하는 메인 컨트롤러의 연산의 플로우의 일례를 나타내는 흐름도이다.

메인 컨트롤러(100)는, 긴급 정지 목표 각도가 있는지 여부를 판단한다(스텝 S121). 구체적으로는, 레이더 장치(32)로부터의 진입물의 위치 정보를 간섭 회피 제어부(170)가 수신하여, 긴급 정지 목표 각도 신호를 선회 정지 목표 각도 설정부(120)에 출력하고 있는지 여부를 판단한다. 긴급 정지 목표 각도가 있는 경우에는, (스텝 S122)로 진행하고, 그 이외의 경우는, (스텝 S123)으로 진행한다.

메인 컨트롤러(100)는, 긴급 정지 목표 각도를 선회 정지 목표 각도로 설정한다(스텝 S122). 구체적으로는, 선회 정지 목표 각도 설정부(120)에 있어서, 간섭 회피 제어부(170)로부터의 긴급 정지 목표 각도 신호를 선회 정지 목표 각도로 설정한다. 이것에 의해, 진입물을 검출한 경우에는, 진입물의 위치에 따른 선회 정지 목표 각도가 설정되므로, 작업 장치와 진입물의 간섭을 피할 수 있다.

(스텝 S121)에 있어서, 긴급 정지 목표 각도가 없는 경우, 메인 컨트롤러(100)는 적재 목표 선회 각도를 기초로, 작업 장치 높이 편차에 따른 보정을 행하여, 선회 정지 목표 각도로 설정한다(스텝 S123). 구체적으로는, 선회 정지 목표 각도 설정부(120)에 있어서, 작업 장치 높이 편차 신호에 따른 보정량 신호를 연산하고, 적재 목표 선회 각도로부터 보정량을 감소시킨다. 예를 들어, 작업 장치 높이가 작업 장치 목표 높이 보다 낮은 경우에는, 편차 신호가 커지고, 보정량도 커지므로, 선회 정지 목표 각도는 작아진다. 이것에 의해 작업 장치와 덤프 트럭 등의 간섭을 피할 수 있다.

(스텝 S122) 또는 (스텝 S123)의 처리 실행 후, 메인 컨트롤러(100)는 선회 정지 목표 각도가 선회 최단 정지 각도보다 작은지 여부를 판단한다(스텝 S141). 구체적으로는, 선회 정지 가부 판정부(140)에 있어서, 선회 각도에 대한 선회 정지 목표 각도의 상대값과 선회 최단 정지 각도의 편차를 연산하고, 이 편차가 플러스일 때를 선회 최단 정지 각도의 쪽이 크다고 판단한다. 선회 정지 목표 각도가 선회 최단 정지 각도보다 작은 경우에는 (스텝 S161)로 진행하고, 그 이외의 경우는, (스텝 S162)로 진행한다.

선회 정지 목표 각도가 선회 최단 정지 각도보다 작은 경우, 메인 컨트롤러(100)는 작업 장치의 축소 동작을 실행한다(스텝 S161). 구체적으로는, 선회 정지 가부 판정부(140)에 있어서, 선회 정지 목표 각도까지 선회 정지 불가능이라고 판정하고, 상술한 편차의 플러스의 값을 선회 정지 편차 신호로서 작업 장치 제어부(160)에 출력한다. 작업 장치 제어부(160)는, 이 선회 정지 편차 신호를 기초로 작업 장치를 선회 축에 근접시키는 방향의 반경 방향 제어 속도를 연산한다. 이것에 의해, 작업 장치의 축소 동작이 실행된다. 이 결과, 선회 관성 모멘트가 감소하여, 원하는 선회 정지 각도에서 상부 선회체를 정지시킬 수 있다.

한편, (스텝 S141)에 있어서, 선회 정지 목표 각도가 선회 최단 정지 각도보다 작지 않은 경우, 메인 컨트롤러(100)는, 선회 속도가 있고, 또한 작업 장치의 신장 동작을 금지 중인지 아닌지, 또는 작업 장치의 축소 동작을 실행 중인지 아닌지를 판단한다(스텝 S162). 구체적으로는, 작업 장치 제어부(160)의 반경 방향 제어 속도 연산부(165)에 있어서, 선회 각도로부터 선회 각속도를 연산하여, 선회 각속도가 대략 0이 아님을 판정함과 함께, 논리 연산기를 사용하여 선회 정지 각도 편차가 플러스라고 판정하고 있던 경우에도, 반경 방향 제어 속도를 출력하는 이른바 자기 유지 회로를 설치하고 있다. 선회 속도가 있고, 또한 작업 장치의 신장 동작을 금지 중인 경우, 또는 작업 장치의 축소 동작을 실행 중인 경우는, (스텝 S163)으로 진행하고, 그 이외의 경우는, "종료"로 진행하여, 처리를 종료시킨다.

선회 속도가 있고, 또한 작업 장치의 신장 동작을 금지 중인 경우, 또는 작업 장치의 축소 동작을 실행 중인 경우, 메인 컨트롤러(100)는 작업 장치의 신장 동작을 금지한다(스텝 S163). 구체적으로는, 작업 장치 제어부(160)의 반경 방향 제어 속도 연산부(165)에 있어서, 상술한 자기 유지 회로에 의해 한 번, 선회 정지 각도 편차가 플러스라고 판정한 후, 선회 정지 각도 편차가 0이 된 경우라도, 선회가 정지할 때까지는 반경 방향 제어 속도를 0으로 계속 설정함으로써 작업 장치의 신장 동작을 금지한다. 이에 의해 선회 관성 모멘트의 증가를 방지하고, 원하는 선회 정지 각도에서 상부 선회체를 정지시킬 수 있다.

(스텝 S161) 또는 (스텝 S163)의 처리 실행 후, "종료"로 진행하여, 처리를 종료시킨다.

상술한 본 발명의 건설 기계의 제어 장치의 일 실시 형태에 의하면, 선회 정지 가부를 판단하는 선회 정지 가부 판정부(140)와, 선회 정지 가부 신호에 따라서, 선회 반경 방향으로의 작업 장치의 신장 동작을 금지하거나, 또는 선회 반경 방향으로의 작업 장치의 축소 동작을 실행하는 작업 장치 제어부(160)를 구비하고 있으므로, 선회 관성의 증가를 억제할 수 있음과 함께, 선회 관성을 감소시킬 수 있다. 이것에 의해, 원하는 선회 정지 각도에서 상부 선회체(10)를 정지시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태의 설명에 있어서는, 붐(11)과 아암(12)과 버킷(8)의 각 각도를 검출하는 것으로서, 각 연결부 근방에 설치된 제2 내지 제4 각도 검출기를 사용한 예를 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 붐 실린더(5)와 아암 실린더(6)와 버킷 실린더(7)에 있어서, 실린더 로드의 스트로크를 검출하는 스트로크 센서를 각각에 구비하고, 각 실린더 로드의 스트로크를 기초로 붐(11)과 아암(12)과 버킷(8)의 각 각도를 산출하는 구성으로 해도 된다.

또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시 형태에서는, 유압 셔블을 예로 본 발명을 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 선회체와 작업 장치를 구비하고 있으면, 크레인 등에 적용하는 것도 가능하다.

또한, 상기한 실시 형태는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다.

4 : 선회 유압 모터
5 : 붐 실린더
6 : 아암 실린더
7 : 버킷 실린더
9 : 하부 주행체
10 : 상부 선회체
15 : 작업 장치
13a : 제1 각도 검출기
13b : 제2 각도 검출기
13c : 제3 각도 검출기
13d : 제4 각도 검출기
22a∼h : 전자기 비례 밸브
32 : 레이더 장치
100 : 메인 컨트롤러
110 : 작업 장치 목표 위치 설정부
120 : 선회 정지 목표 각도 설정부
130 : 작업 장치 목표 높이 설정부
140 : 선회 정지 가부 판정부
150 : 선회 제어부
160 : 작업 장치 제어부

Claims

하부 주행체와, 상기 하부 주행체에 대해 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체와, 상기 상부 선회체에 대해 부앙동 가능하게 설치된 작업 장치와, 상기 상부 선회체를 선회 구동하는 선회용 유압 액추에이터와, 상기 작업 장치를 구동시키는 작업 장치용 유압 액추에이터와, 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 상기 작업 장치용 유압 액추에이터 및 상기 선회용 유압 액추에이터에 각각 공급되는 압유의 유량과 방향을 제어하는 작업 장치용 컨트롤 밸브 및 선회용 컨트롤 밸브와, 상기 작업 장치 및 상기 상부 선회체의 작동을 지시하는 작업 장치용 조작 장치 및 선회용 조작 장치와, 상기 작업 장치용 조작 장치 및 선회용 조작 장치로부터의 지시 신호에 기초하여 상기 작업 장치용 컨트롤 밸브 및 상기 선회용 컨트롤 밸브에 구동 신호를 출력하는 메인 컨트롤러를 갖는 건설 기계의 제어 장치에 있어서,
상기 하부 주행체에 대한 상기 상부 선회체의 선회 각도를 검출하는 제1 각도 검출기와,
상기 상부 선회체에 대한 상기 작업 장치의 부앙 각도를 검출하는 제2 각도 검출기를 더 가짐과 함께,
상기 메인 컨트롤러가,
상기 상부 선회체의 선회 정지 목표 각도를 설정하는 선회 정지 목표 각도 설정부와,
상기 제1 각도 검출기에 의해 검출된 상기 상부 선회체의 선회 각도와 상기 선회 정지 목표 각도 설정부에 의해 설정된 선회 정지 목표 각도의 차, 및 상기 선회용 조작 장치로부터의 지시 신호에 기초하여 상기 선회용 컨트롤 밸브로의 구동 신호를 산출하여 출력하는 선회 제어부와,
상기 제1 각도 검출기에 의해 검출된 상기 상부 선회체의 선회 각도와 상기 선회 정지 목표 각도 설정부에 의해 설정된 선회 정지 목표 각도, 및 상기 제2 각도 검출기에 의해 검출된 상기 작업 장치의 부앙 각도에 기초하여, 상기 상부 선회체가 상기 선회 정지 목표 각도에 도달하기 전에 선회 동작을 정지할 수 있는지 여부를 판정하는 선회 정지 가부 판정부와,
상기 선회 정지 가부 판정부가 판정한 결과가 부인 경우에는, 적어도 선회 관성 모멘트가 증가하는 방향으로의 상기 작업 장치의 동작을 제한 또는 금지하는 구동 신호를 상기 작업 장치용 컨트롤 밸브에 출력하는 작업 장치 제어부를 구비한
것을 특징으로 하는, 건설 기계의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 선회 정지 가부 판정부는, 상기 하부 주행체에 대한 상기 상부 선회체의 선회 각도로부터 산출한 선회 속도 신호와, 상기 선회 속도 신호와 상기 상부 선회체에 대한 상기 작업 장치의 부앙 각도를 기초로 산출한 선회 관성 모멘트 신호와, 상기 하부 주행체에 대한 상기 상부 선회체의 선회 각도에 기초하여 관성에 의한 선회 정지 각도의 증가량의 최솟값인 선회 최단 정지 각도 신호를 연산하고,
상기 선회 정지 목표 각도보다 상기 선회 최단 정지 각도 신호가 큰 경우에, 선회 정지 불가능이라고 판정하는
것을 특징으로 하는, 건설 기계의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 작업 장치의 선단을 배치시키는 목표 위치인 작업 장치 목표 위치를 설정하는 작업 장치 목표 위치 설정부와,
상기 작업 장치 목표 위치 설정부가 설정한 상기 작업 장치 목표 위치에 기초하여 상기 작업 장치의 목표 높이 신호를 설정하는 작업 장치 목표 높이 설정부를 더 구비하고,
상기 작업 장치 제어부는, 상기 상부 선회체에 대한 상기 작업 장치의 부앙 각도를 기초로 상기 작업 장치의 높이 신호를 산출하고,
상기 선회 정지 목표 각도 설정부는, 상기 작업 장치의 목표 높이 신호와 상기 작업 장치의 높이 신호로부터 편차를 연산하고, 상기 편차에 따라서 상기 선회 정지 목표 각도를 보정하는
것을 특징으로 하는, 건설 기계의 제어 장치.
제1항에 있어서,
작업 영역 주변의 진입물의 위치를 검출하는 진입물 검출 장치를 구비하고,
상기 선회 정지 목표 각도 설정부는, 상기 진입물 검출 장치로부터 상기 진입물의 위치 신호를 수신한 경우에는, 상기 진입물의 위치에 따른 선회 정지 목표 각도를 설정하는
것을 특징으로 하는, 건설 기계의 제어 장치.