KR20190017719A - 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

일 태양에 따르는 작업 기계는, 작업기와, 작업기를 조작하는 조작 장치와, 작업기를 제어하는 컨트롤러를 구비한다. 컨트롤러는, 조작 장치로부터의 조작 지령에 기초하여 상기 작업기를 하강시키는 개입 제어를 실행하고, 개입 제어의 실행을 종료하기 전부터 상기 작업기를 정지시키기 위해 상기 개입 제어에 의한 상기 작업기의 속도를 감속한다.

Description

작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법

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

버킷(bucket)을 구비하는 프론트 장치를 포함하는 작업 기계에 있어서, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 경계면을 따라 버킷을 이동시키는 제어가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조). 이와 같은 제어를 개입 제어(intervention control)라고 한다.

이 점에서, 작업 기계의 작업기의 자세에 따라서는, 시공 대상의 목표 형상에 대한 개입 제어가 어려워지는 상황이 있다.

구체적으로는, 암(arm)을 덤프 조작하여 정지(整地; leveling) 작업을 실행하는 경우, 암 실린더의 스트로크 엔드(stroke end) 부근에 있어서는 실린더 속도가 급격하게 변화할 가능성이 있다. 실린더 속도의 변화는 정지 작업의 정밀도에 영향을 미칠 가능성이 있어, 암 실린더의 스트로크 엔드 부근에 있어서는 개입 제어를 정지시키는 경우가 있다.

국제 공개 제2012/127912호 국제 공개 제2016/056678호

한편, 개입 제어를 정지할 때의 작업기의 급격한 속도 변동은 작업 기계에 충격이 생기게 한다.

본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 개입 제어를 정지할 때의 작업기의 충격을 억제할 수 있는 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 태양에 따른 작업 기계는, 작업기와, 작업기를 조작하는 조작 장치와, 작업기를 제어하는 컨트롤러를 구비한다. 컨트롤러는, 조작 장치로부터의 조작 지령에 기초하여 상기 작업기를 하강시키는 개입 제어를 실행하고, 개입 제어의 실행을 종료하기 전부터 상기 작업기를 정지시키기 위해 상기 개입 제어에 의한 상기 작업기의 속도를 감속한다.

작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법은, 개입 제어를 정지할 때의 작업기의 충격을 억제할 수 있다.

도 1은 실시형태에 기초한 작업 기계의 사시도이다.
도 2는 실시형태에 기초한 유압 셔블(100)의 제어 시스템(200) 및 유압(油壓) 시스템(300)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 실시형태에 기초한 붐(boom) 실린더(10)의 유압 회로(301)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시형태에 기초한 작업기 컨트롤러(26)의 블록도이다.
도 5는 실시형태에 기초한 목표 굴삭(掘削; excavation) 지형 데이터 U 및 버킷(8)을 나타낸 도면이다.
도 6은 실시형태에 기초한 붐 제한 속도 Vcy_bm을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시형태에 기초한 제한 속도 Vc_lmt를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 실시형태에 기초한 버킷(8)과 목표 굴삭 지형(43I)과의 관계를 나타내는 일례 도면이다.
도 9는 실시형태에 기초한 버킷(8)과 목표 굴삭 지형(43I)과의 관계를 나타내는 다른 도면이다.
도 10은 실시형태에 기초한 정지 작업에서의 붐 개입 제어 시의 붐 속도를 설명하는 도면이다.
도 11은 실시형태에 기초한 붐 속도의 제한 테이블을 설명하는 도면이다.
도 12는 실시형태에 기초한 작업 기계의 제어 방법을 나타낸 플로우를 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 이하의 설명에서는, 동일 부품에는, 동일한 부호를 부여하고 있다. 이들의 명칭 및 기능도 동일하므로, 이들에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다. 그리고, 이하의 설명에 있어서, 「상」 「하」 「전」 「후」 「좌」 「우」란, 운전석에 착석한 오퍼레이터를 기준으로 하는 용어이다.

<작업 기계의 전체 구성>

도 1은, 실시형태에 기초한 작업 기계의 사시도이다.

도 2는, 실시형태에 기초한 유압 셔블(100)의 제어 시스템(200) 및 유압 시스템(300)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 작업 기계인 유압 셔블(100)은, 차량 본체(1)와 작업기(2)를 가진다.

차량 본체(1)는, 선회체(旋回體)인 상부 선회체(3)와 주행체로서의 주행 장치(traveling device)(5)를 가진다. 상부 선회체(3)는, 기관실(3EG)의 내부에, 동력 발생 장치로서의 내연 기관 및 유압 펌프 등의 장치를 수용하고 있다. 기관실(3EG)은, 상부 선회체(3)의 일단측에 배치되어 있다.

실시형태에 있어서, 유압 셔블(100)은, 동력 발생 장치로서의 내연 기관에, 예를 들면, 디젤 엔진 등이 사용되지만, 동력 발생 장치는 이와 같은 것에 한정되지 않는다.

유압 셔블(100)의 동력 발생 장치는, 예를 들면, 내연 기관과 발전 전동기와 축전 장치를 조합한 하이브리드 방식의 장치라도 된다.

유압 셔블(100)의 동력 발생 장치는, 내연 기관을 가지지 않고, 축전 장치와 발전 전동기를 조합한 것이라도 된다.

상부 선회체(3)는, 운전실(4)을 가진다. 운전실(4)은, 상부 선회체(3)의 타단측에 설치되어 있다. 운전실(4)은, 기관실(3EG)이 배치되어 있는 측과는 반대측에 설치되어 있다. 운전실(4) 내에는, 도 2에 나타낸 표시부(29) 및 조작 장치(25)가 배치된다.

주행 장치(5)는, 상부 선회체(3)를 지지한다. 주행 장치(5)는, 크롤러 벨트(crawler belt)(5a, 5b)를 가진다.

주행 장치(5)는, 좌우에 설치된 주행 모터(5c)의 한쪽 또는 양쪽이 크롤러 벨트(5a, 5b)를 구동하여 회전시킴으로써, 유압 셔블(100)을 주행시킨다. 작업기(2)는, 상부 선회체(3)의 운전실(4)의 측방에 장착되어 있다.

유압 셔블(100)은, 크롤러 벨트(5a, 5b) 대신에 타이어를 구비하고, 엔진의 구동력을, 트랜스미션을 통하여 타이어에 전달하여 주행이 가능한 주행 장치를 구비한 것이라도 된다. 이와 같은 형태의 유압 셔블(100)로서는, 예를 들면, 휠식(wheel type) 유압 셔블이 있다.

유압 셔블(100)은, 예를 들면, 백호 로더(backhoe loader)라도 된다. 상부 선회체(3)는, 작업기(2) 및 운전실(4)이 배치되어 있는 측이 전방이며, 기관실(3EG)이 배치되어 있는 측이 후방이다. 전방을 향해 좌측이 상부 선회체(3)의 좌측이며, 전방을 향해 우측이 상부 선회체(3)의 우측이다. 상부 선회체(3)의 좌우 방향은, 폭 방향이라고도 한다. 유압 셔블(100 또는 차량 본체(1)는, 상부 선회체(3)를 기준으로 하여 주행 장치(5) 측이 아래이며, 주행 장치(5)를 기준으로 하여 상부 선회체(3) 측이 상이다. 유압 셔블(100)의 전후 방향이 x방향, 폭 방향이 y방향, 상하 방향이 z방향이다. 유압 셔블(100)이 수평면에 설치되어 있는 경우, 아래는 연직(沿直) 방향인 중력의 작용 방향 측이며, 위는 연직 방향과는 반대측이다.

작업기(2)는, 붐(6)과 암(7)과 작업구(working implement)인 버킷(8)과 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)를 가진다. 붐(6)의 기단부(基端部)는, 붐 핀(boom pin)(13)을 통하여 차량 본체(1)의 전부(前部)에 장착되어 있다. 암(7)의 기단부는, 암 핀(arm pin)(14)을 통하여 붐(6)의 선단부에 장착되어 있다. 암(7)의 선단부에는, 버킷 핀(bucket pin)(15)을 통하여 버킷(8)이 장착되어 있다.

버킷(8)은, 버킷 핀(15)을 중심으로 하여 움직인다. 버킷(8)은, 버킷 핀(15)는 반대측에 복수의 날(刃)(8B)이 장착되어 있다. 날끝(cutting edge)(8T)은, 날(8B)의 선단이다.

실시형태에 있어서, 작업기(2)가 상승한다는 것은, 작업기(2)가 유압 셔블(100)의 접지면(接地面)으로부터 상부 선회체(3)를 향하는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 작업기(2)가 하강한다는 것은, 작업기(2)가 유압 셔블(100)의 상부 선회체(3)로부터 접지면을 향하는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 유압 셔블(100)의 접지면은, 크롤러 벨트(5a, 5b)의 접지(接地)하는 부분에서의 적어도 3점에 의해 정의되는 평면이다.

상부 선회체(3)를 가지지 않는 작업 기계인 경우, 작업기(2)가 상승한다는 것은, 작업기(2)가 작업 기계의 접지면으로부터 이격되는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 작업기(2)가 하강한다는 것은, 작업기(2)가 작업 기계의 접지면에 접근하는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 작업 기계가 크롤러 벨트가 아니고 차륜을 구비하는 경우, 접지면은, 적어도 3개의 차륜이 접지하는 부분에서 정의되는 평면이다.

버킷(8)은, 복수의 날(8B)을 가지고 있지 않아도 된다. 도 1에 나타낸 바와 같은 날(8B)을 가지고 있지 않고, 날끝이 강판(鋼板)에 의해 스트레이트 형상으로 형성된 것과 같은 버킷이라도 된다. 작업기(2)는, 예를 들면, 단수의 날을 가지는 틸트 버킷(tilt bucket)을 구비하고 있어도 된다. 틸트 버킷이란, 버킷 틸트 실린더를 구비하고, 버킷이 좌우로 틸트 경사짐으로써 유압 셔블이 경사지에 있어도, 경사면, 평지를 자유로운 형태로 성형, 정지를 행할 수 있고, 바닥판 플레이트에 의한 전압(轉壓; surface compaction) 작업도 행할 수 있는 버킷이다. 이외에도, 작업기(2)는, 버킷(8) 대신에, 법면(法面; slope) 버킷 또는 삭암용(削岩用)의 칩(chip)을 구비한 삭암용의 부속품(attachment) 등을 작업구로서 구비해도 된다.

도 1에 나타낸 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)는, 각각 작동유의 압력(이하, 적절히, 유압라고 함)에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더(10)는 붐(6)을 구동시켜, 이것을 승강시킨다. 암 실린더(11)는, 암(7)을 구동시켜, 암 핀(14)의 주위를 동작시킨다. 버킷 실린더(12)는, 버킷(8)을 구동시켜, 버킷 핀(15)의 주위를 동작시킨다.

붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12) 등의 유압 실린더와 도 2에 나타낸 유압 펌프(36, 37)와의 사이에는, 도 2에 나타낸 방향 제어 밸브(64)가 설치되어 있다. 방향 제어 밸브(64)는, 유압 펌프(36, 37)로부터 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12) 등에 공급되는 작동유의 유량(流量)을 제어하는 동시에, 작동유가 흐르는 방향을 전환한다. 방향 제어 밸브(64)는, 주행 모터(5c)를 구동시키기 위한 주행용 방향 제어 밸브와, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 상부 선회체(3)를 선회(旋回)시키는 선회 모터를 제어하기 위한 작업기용 방향 제어 밸브를 포함한다.

도 2에 나타낸 작업기 컨트롤러(26)가, 도 2에 나타낸 제어 밸브(27)를 제어함으로써, 조작 장치(25)로부터 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 작동유의 파일럿압이 제어된다. 제어 밸브(27)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)의 유압계에 설치되어 있다. 작업기 컨트롤러(26)는, 파일럿 오일 통로(450)에 설치된 제어 밸브(27)를 제어함으로써, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)의 동작을 제어할 수 있다.

실시형태에 있어서는, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27)를 폐쇄하는 제어에 의해, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)를 감속시키는 제어가 가능하다.

상부 선회체(3)의 상부에는, 안테나(21, 22)가 장착되어 있다. 안테나(21, 22)는, 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출하기 위해 사용된다. 안테나(21, 22)는, 도 2에 나타낸, 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출하기 위한 위치 검출부인 위치 검출 장치(19)와 전기적으로 접속되어 있다.

위치 검출 장치(19)는, RTK―GNSS(Real Time Kinematic―Global Navigation Satellite Systems, GNSS는 전지구 항법 위성 시스템을 말함)를 이용하여 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출한다. 이하의 설명에 있어서, 안테나(21, 22)를, 적절히, GNSS 안테나(21, 22)라고 한다. GNSS 안테나(21, 22)가 수신한 GNSS 전파에 따른 신호는, 위치 검출 장치(19)에 입력된다. 위치 검출 장치(19)는, GNSS 안테나(21, 22)의 설치 위치를 검출한다. 위치 검출 장치(19)는, 예를 들면, 3차원 위치 센서를 포함한다.

<유압 시스템(300)>

도 2에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)의 유압 시스템(300)은, 동력 발생원으로서의 내연 기관(35)과 유압 펌프(36, 37)를 구비한다. 유압 펌프(36, 37)는, 내연 기관(35)에 의해 구동되고, 작동유를 토출(吐出)한다. 유압 펌프(36, 37)로부터 토출된 작동유는, 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)에 공급된다.

유압 셔블(100)은, 선회 모터(38)를 구비한다. 선회 모터(38)는 유압 모터이며, 유압 펌프(36, 37)로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다. 선회 모터(38)는, 상부 선회체(3)를 선회시킨다. 그리고, 도 2에서는, 2개의 유압 펌프(36, 37)가 도시되어 있지만, 1개의 유압 펌프만이 설치되어도 된다. 선회 모터(38)는, 유압 모터에 한정되지 않고, 전기 모터라도 된다.

<제어 시스템(200)>

도 2에 나타낸 바와 같이, 작업 기계의 제어 시스템인 제어 시스템(200)은, 위치 검출 장치(19)와, 글로벌 좌표 연산부(23)와, 조작 장치(25)와, 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 장치인 작업기 컨트롤러(26)와, 센서 컨트롤러(39)와, 표시 컨트롤러(28)와, 표시부(29)를 포함한다.

조작 장치(25)는, 도 1에 나타낸 작업기(2) 및 상부 선회체(3)를 조작하기 위한 장치이다. 조작 장치(25)는, 작업기(2)를 조작하기 위한 장치이다. 조작 장치(25)는, 작업기(2)를 구동시키기 위한 오퍼레이터에 의한 조작을 받아들여, 조작량에 따른 파일럿 유압을 출력한다.

조작량에 따른 파일럿 유압은, 조작 지령이다. 조작 지령은, 작업기(2)를 동작시키기 위한 지령이다.

조작 지령은, 조작 장치(25)에 의해 생성된다. 조작 장치(25)는, 오퍼레이터에 의해 조작시키는 것이므로, 조작 지령은, 매뉴얼 조작인 오퍼레이터의 조작에 의해 작업기(2)를 동작시키기 위한 지령이다.

실시형태에 있어서, 조작 장치(25)는, 오퍼레이터의 좌측에 설치되는 좌측 조작 레버(25L)와, 오퍼레이터의 우측에 배치되는 우측 조작 레버(25R)를 가진다.

예를 들면, 우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작은, 붐(6)의 조작에 대응하고 있다. 우측 조작 레버(25R)가 전방으로 조작되면 붐(6)이 하강하고, 후방으로 조작되면 붐(6)이 상승한다. 전후 방향의 조작에 따라 붐(6)의 하강 또는 상승의 동작이 실행된다.

우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작은, 버킷(8)의 조작에 대응하고 있다. 우측 조작 레버(25R)가 좌측으로 조작되면 버킷(8)이 굴삭하고, 우측으로 조작되면 버킷(8)이 덤프한다. 좌우 방향의 조작에 따라 버킷(8)의 굴삭 또는 덤핑 동작(dumping operation)이 실행된다.

좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작은, 암(7)의 조작에 대응하고 있다. 좌측 조작 레버(25L)가 전방으로 조작되면 암(7)이 덤프하고, 후방으로 조작되면 암(7)이 굴삭한다.

좌측 조작 레버(25L)의 좌우 방향의 조작은, 상부 선회체(3)의 선회에 대응하고 있다. 좌측 조작 레버(25L)가 좌측으로 조작되면 좌측 선회하며, 우측으로 조작되면 우측 선회한다.

실시형태에 있어서, 조작 장치(25)는, 파일럿 유압 방식이 사용된다. 조작 장치(25)에는, 유압 펌프(36)로부터, 감압 밸브(25V)에 의해 소정의 파일럿 압력으로 감압된 작동유가 붐 조작, 버킷 조작, 암 조작 및 선회 조작에 기초하여 공급된다.

우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작에 따라 파일럿 오일 통로(450)에 파일럿 유압이 공급 가능하게 되어, 오퍼레이터에 의한 붐(6)의 조작이 받아들여진다. 우측 조작 레버(25R)의 조작량에 따라 우측 조작 레버(25R)가 구비하는 밸브 장치가 개방되고, 파일럿 오일 통로(450)에 작동유가 공급된다.

압력 센서(66)는, 이 때의 파일럿 오일 통로(450) 내에서의 작동유의 압력을 파일럿압으로서 검출한다.

압력 센서(66)는, 검출한 파일럿압을, 붐 조작량 MB로서 작업기 컨트롤러(26)에 송신한다. 우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작량을, 이하, 적절히, 붐 조작량 MB라고 한다. 파일럿 오일 통로(50)에는, 제어 밸브(이하, 적절히, 개입 밸브라고 함)(27C) 및 셔틀 밸브(51)가 설치된다. 개입 밸브(27C) 및 셔틀 밸브(51)에 대해서는 후술한다.

우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작에 따라 파일럿 오일 통로(450)에 파일럿 유압이 공급 가능하게 되어, 오퍼레이터에 의한 버킷(8)의 조작이 받아들여진다. 우측 조작 레버(25R)의 조작량에 따라 우측 조작 레버(25R)가 구비하는 밸브 장치가 개방되고, 파일럿 오일 통로(450)에 작동유가 공급된다.

압력 센서(66)는, 이 때의 파일럿 오일 통로(450) 내에서의 작동유의 압력을 파일럿압으로서 검출한다. 압력 센서(66)는, 검출한 파일럿압을, 버킷 조작량 MT로서 작업기 컨트롤러(26)에 송신한다. 우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작량을, 이하, 적절히, 버킷 조작량 MT라고 한다.

좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작에 따라 파일럿 오일 통로(450)에 파일럿 유압이 공급 가능하게 되어, 오퍼레이터에 의한 암(7)의 조작이 받아들여진다. 좌측 조작 레버(25L)의 조작량에 따라 좌측 조작 레버(25L)가 구비하는 밸브 장치가 개방되고, 파일럿 오일 통로(450)에 작동유가 공급된다.

압력 센서(66)는, 이 때의 파일럿 오일 통로(450) 내에서의 작동유의 압력을 파일럿압으로서 검출한다. 압력 센서(66)는, 검출한 파일럿압을, 암 조작량 MA로서 작업기 컨트롤러(26)에 송신한다. 좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작량을, 이하, 적절히, 암 조작량 MA라고 한다.

우측 조작 레버(25R)가 조작됨으로써, 조작 장치(25)는, 우측 조작 레버(25R)의 조작량에 따른 크기의 파일럿 유압을 방향 제어 밸브(64)에 공급한다.

좌측 조작 레버(25L)가 조작됨으로써, 조작 장치(25)는, 좌측 조작 레버(25L)의 조작량에 따른 크기의 파일럿 유압을 방향 제어 밸브(64)에 공급한다. 조작 장치(25)로부터 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브(64)가 동작한다.

제어 시스템(200)은, 제1 스트로크 센서(16)와 제2 스트로크 센서(17)와 제3 스트로크 센서(18)를 가진다. 예를 들면, 제1 스트로크 센서(16)는 붐 실린더(10)에, 제2 스트로크 센서(17)는 암 실린더(11)에, 제3 스트로크 센서(18)와 버킷 실린더(12)에, 각각 설치된다.

센서 컨트롤러(39)는, RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory) 등의 기억부와, CPU(Central Processing Unit) 등의 처리부를 가진다.

센서 컨트롤러(39)는, 제1 스트로크 센서(16)가 검출한 붐 실린더 길이 LS1로부터, 유압 셔블(100)의 로컬 좌표계, 상세하게는 차량 본체(1)의 로컬 좌표계에서의 수평면(xy 평면)과 직교하는 방향(z축 방향)에 대한 붐(6)의 경사 각도 θ1을 산출하여, 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.

센서 컨트롤러(39)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 LS2로부터, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사 각도 θ2를 산출하여, 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.

센서 컨트롤러(39)는, 제3 스트로크 센서(18)가 검출한 버킷 실린더 길이 LS3로부터, 암(7)에 대한 버킷(8)이 가지는 버킷(8)의 날끝(8T)의 경사 각도 θ3을 산출하여, 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.

경사 각도 θ1, θ2, θ3의 검출은, 제1 스트로크 센서(16), 제2 스트로크 센서(17) 및 제3 스트로크 센서(18) 이외라도 가능하다. 예를 들면, 포텐셔미터(potentiometer) 등의 각도 센서도, 경사 각도 θ1, θ2, θ3을 검출할 수 있다.

센서 컨트롤러(39)에는, IMU(Inertial Measurement Unit: 관성 계측 장치)(24)가 접속되어 있다. IMU(24)는, 도 1에 나타낸 유압 셔블(100)의 y축 주위의 피치, x축 주위의 롤 등의 차체의 경사 정보를 취득하고, 센서 컨트롤러(39)에 출력한다.

작업기 컨트롤러(26)는, RAM 및 ROM(Read Only Memory) 등의 기억부(26Q)와, CPU 등의 처리부(26P)를 가진다. 작업기 컨트롤러(26)는, 도 2에 나타낸 붐 조작량 MB, 버킷 조작량 MT, 암 조작량 MA에 기초하여, 개입 밸브(27C) 및 제어 밸브(27)를 제어한다.

도 2에 나타낸 방향 제어 밸브(64)는, 예를 들면, 비례 제어 밸브이며, 조작 장치(25)로부터 공급되는 작동유에 의해 제어된다.

방향 제어 밸브(64)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 선회 모터(38) 등의 유압 액추에이터와, 유압 펌프(36, 37)와의 사이에 배치된다.

방향 제어 밸브(64)는, 유압 펌프(36, 37)로부터 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 선회 모터(38)에 공급되는 작동유의 유량 및 방향을 제어한다.

제어 시스템(200)이 구비하는 위치 검출 장치(19)는, 전술한 GNSS 안테나(21, 22)를 포함한다. GNSS 안테나(21, 22)에 의해 수신된 GNSS 전파에 따른 신호가, 글로벌 좌표 연산부(23)에 입력된다.

GNSS 안테나(21)는, 자신의 위치를 나타내는 기준 위치 데이터 P1를 측위 위성으로부터 수신한다. GNSS 안테나(22)는, 자신의 위치를 나타내는 기준 위치 데이터 P2를 측위 위성으로부터 수신한다.

GNSS 안테나(21, 22)는, 소정의 주기로 기준 위치 데이터 P1, P2를 수신한다. 기준 위치 데이터 P1, P2는, GNSS 안테나가 설치되어 있는 위치 정보이다. GNSS 안테나(21, 22)는, 기준 위치 데이터 P1, P2를 수신할 때마다, 글로벌 좌표 연산부(23)에 출력한다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, RAM 및 ROM 등의 기억부와, CPU 등의 처리부를 가진다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2에 기초하여, 상부 선회체(3)의 배치를 나타내는 선회체 배치 데이터를 생성한다.

실시형태에 있어서, 선회체 배치 데이터에는, 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2의 한쪽의 기준 위치 데이터 P와, 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2에 기초하여 생성된 선회체 방위 데이터 Q가 포함된다. 선회체 방위 데이터 Q는, 상부 선회체(3)인 작업기(2)가 향하고 있는 방위를 나타내고 있다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, 소정의 주기로 GNSS 안테나(21, 22)로부터 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2를 취득할 때마다, 선회체 배치 데이터인 기준 위치 데이터 P와 선회체 방위 데이터 Q를 갱신하여, 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.

표시 컨트롤러(28)는, RAM 및 ROM 등의 기억부와, CPU 등의 처리부를 가진다. 표시 컨트롤러(28)는, 글로벌 좌표 연산부(23)로부터 선회체 배치 데이터인 기준 위치 데이터 P 및 선회체 방위 데이터 Q를 취득한다.

실시형태에 있어서, 표시 컨트롤러(28)는, 작업기 위치 데이터로서, 버킷(8)의 날끝(8T)의 3차원 위치를 나타내는 버킷 날끝 위치 데이터 S를 생성한다. 그리고, 표시 컨트롤러(28)는, 버킷 날끝 위치 데이터 S와 목표 시공 정보 T를 사용하여, 목표 굴삭 지형 데이터 U를 생성한다.

목표 시공 정보 T는, 유압 셔블(100)이 구비하는 작업기(2)의 작업 대상, 실시형태에서는 굴삭 대상의 마무리의 목표로 되는 정보이다. 목표 시공 정보 T는, 예를 들면, 유압 셔블(100)의 시공 대상의 설계 정보를 들 수 있다. 작업기(2)의 작업 대상은, 예를 들면, 지면이다. 작업기(2)의 작업으로서는, 예를 들면, 굴삭 작업 및 지면의 정지 작업을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.

표시 컨트롤러(28)는, 목표 굴삭 지형 데이터 U에 기초한 표시용의 목표 굴삭 지형 데이터 Ua를 도출하고, 표시용의 목표 굴삭 지형 데이터 Ua에 기초하여, 표시부(29)에 작업기(2)의 작업 대상의 목표로 되는 형상, 예를 들면, 지형을 표시시킨다.

표시부(29)는, 예를 들면, 터치 패널에 의한 입력을 받아들이는 액정 표시 장치이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시형태에 있어서는, 표시부(29)에 인접하여 스위치(29S)가 설치되어 있다. 스위치(29S)는, 후술하는 개입 제어를 실행시키거나, 실행 중인 개입 제어를 정지시키거나 하기 위한 입력 장치이다.

작업기 컨트롤러(26)는, 압력 센서(66)로부터 붐 조작량 MB, 버킷 조작량 MT 및 암 조작량 MA를 취득한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 센서 컨트롤러(39)로부터 붐(6)의 경사 각도 θ1, 암(7)의 경사 각도 θ2, 버킷(8)의 경사 각도 θ3을 취득한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 표시 컨트롤러(28)로부터, 목표 굴삭 지형 데이터 U를 취득한다. 목표 굴삭 지형 데이터 U는, 목표 시공 정보 T 중, 유압 셔블(100)이 지금부터 작업하는 범위의 정보이다.

목표 굴삭 지형 데이터 U는, 목표 시공 정보 T의 일부이다. 목표 굴삭 지형 데이터 U는, 목표 시공 정보 T와 마찬가지로 작업기(2)의 작업 대상의 마무리의 목표로 되는 형상을 나타낸다. 이 마무리의 목표로 되는 형상을, 이하에 있어서는 적절히, 목표 굴삭 지형이라고 한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 센서 컨트롤러(39)로부터 취득한 작업기(2)의 각도로부터 버킷(8)의 날끝(8T)의 위치(이하, 적절히, 날끝 위치라고 함)를 산출한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 목표 굴삭 지형 데이터 U를 따라 버킷(8)의 날끝(8T)이 이동하도록, 목표 굴삭 지형 데이터 U와 버킷(8)의 날끝(8T)과의 거리 및 작업기(2)의 속도에 기초하여 작업기(2)의 동작을 제어한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 버킷(8)이 목표 굴삭 지형 데이터 U인 작업기(2)의 작업 대상의 목표로 하는 형상을 침식(invasion)하는 것을 억제하기 위하여, 작업기(2)가 시공 대상으로 접근하는 방향의 속도가 제한 속도 이하로 되도록 제어한다. 이 제어를, 적절히, 개입 제어라고 한다.

개입 제어는, 예를 들면, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터가, 도 2에 나타낸 스위치(29S)를 사용하여 개입 제어를 실행하는 것을 선택한 경우에 실행된다. 후술하는 목표 굴삭 지형과 버킷(8)과의 거리를 산출하는 경우, 버킷(8)의 기준으로 되는 위치는 날끝(8T)에 한정되지 않고 임의의 장소라도 된다.

개입 제어에 있어서, 작업기 컨트롤러(26)는, 목표 굴삭 지형 데이터 U를 따라 버킷(8)의 날끝(8T)이 이동하도록 작업기(2)를 제어하기 위해 붐 지령 신호 CBI를 생성하여, 도 2에 나타낸 개입 밸브(27C)에 출력한다.

붐(6)은, 붐 지령 신호 CBI에 따라 동작한다. 붐 지령 신호 CBI에 따른 붐(6)의 동작에 의해, 작업기(2), 보다도 상세하게는 버킷(8)의 속도가 제어된다. 버킷(8)과 목표 굴삭 지형 데이터 U와의 거리에 따라 버킷(8)이 목표 굴삭 지형 데이터 U에 가까워지는 속도가 제한된다.

<유압 회로(301)의 구성>

도 3은, 실시형태에 기초한 붐 실린더(10)의 유압 회로(301)의 일례를 나타낸 도면이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 유압 회로(301)는, 조작 장치(25)와 방향 제어 밸브(64)와의 사이에 파일럿 오일 통로(450)가 설치된다. 방향 제어 밸브(64)는, 붐 실린더(10)에 공급되는 작동유가 흐르는 방향을 제어하는 밸브이다.

실시형태에 있어서, 방향 제어 밸브(64)는, 로드형(rod-shaped)의 스풀(spool)(64S)을 이동시킴으로써, 작동유가 흐르는 방향을 전환하는 스풀 방식의 밸브이다.

스풀(64S)은, 도 2에 나타낸 조작 장치(25)로부터 공급된 작동유(이하, 적절히, 파일럿 오일이라고 함)에 의해 이동한다. 방향 제어 밸브(64)는, 스풀(64S)의 이동에 의해, 붐 실린더(10)에 작동유를 공급하여, 붐 실린더(10)를 동작시킨다.

파일럿 오일 통로(50) 및 파일럿 오일 통로(450B)는, 셔틀 밸브(51)에 접속하고 있다. 셔틀 밸브(51)와 방향 제어 밸브(64)의 한쪽은, 오일 통로(452B)에 의해 접속된다. 방향 제어 밸브(64)의 다른 쪽과 조작 장치(25)는, 파일럿 오일 통로(450A)와 파일럿 오일 통로(452A)에 의해 접속된다. 파일럿 오일 통로(50)에는, 개입 밸브(27C)가 설치된다. 개입 밸브(27C)는, 파일럿 오일 통로(50)의 파일럿압을 조정한다.

파일럿 오일 통로(450B)에는, 압력 센서(66B) 및 제어 밸브(27B)가 설치된다. 파일럿 오일 통로(450A)에는, 제어 밸브(27A)와 조작 장치(25)와의 사이에 압력 센서(66A)가 설치된다. 압력 센서(66)의 검출값은, 도 2에 나타낸 작업기 컨트롤러(26)에 취득되어, 붐 실린더(10)의 제어에 사용된다.

압력 센서(66) 및 압력 센서(66B)는, 도 2에 나타낸 압력 센서(66)에 대응한다. 제어 밸브(27A) 및 제어 밸브(27B)는, 도 2에 나타낸 제어 밸브(27)에 대응한다.

유압 펌프(36, 37)로부터 공급된 작동유는, 방향 제어 밸브(64)를 통하여 붐 실린더(10)에 공급된다. 스풀(64S)이 축 방향으로 이동함으로써, 붐 실린더(10)의 캡측 오일실(48R)에 대한 작동유의 공급과, 로드측 오일실(47R)에 대한 작동유의 공급이 전환된다.

스풀(64S)이 축 방향으로 이동함으로써, 붐 실린더(10)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 조정된다. 붐 실린더(10)에 대한 작동유의 유량이 조정되는 것에 의해, 붐 실린더(10)의 동작 속도가 조정된다.

방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)이 제1 방향으로 이동하면, 방향 제어 밸브(64)로부터 캡측 오일실(48R)에 작동유가 공급되고, 로드측 오일실(47R)로부터 방향 제어 밸브(64)에 작동유가 되돌려지면, 붐 실린더(10)의 피스톤(10P)은 캡측 오일실(48R)로부터 로드측 오일실(47R)을 향해 이동한다. 그 결과, 피스톤(10P)에 접속된 로드(10L)가 붐 실린더(10)로부터 신장된다.

방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)이, 조작 장치(25)로부터의 지령에 기초하여 제1 방향과는 반대 방향인 제2 방향으로 이동하면, 캡측 오일실(48R)로부터 방향 제어 밸브(64)에 작동유가 되돌려지고, 방향 제어 밸브(64)로부터 로드측 오일실(47R)에 작동유가 공급되면, 붐 실린더(10)의 피스톤(10P)은 로드측 오일실(47R)로부터 캡측 오일실(48R)을 향해 이동한다. 그 결과, 피스톤(10P)에 접속된 로드(10L)가 붐 실린더(10)에 축퇴(縮退)한다. 이와 같이, 방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)의 이동 방향이 조정되는 것에 의해, 붐 실린더(10)의 동작 방향이 변경된다.

방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)의 이동량이 조정되는 것에 의해, 붐 실린더(10)에 공급되고, 붐 실린더(10)로부터 방향 제어 밸브(64)로 되돌려지는 작동유의 유량이 변동되므로, 붐 실린더(10)의 동작 속도인 피스톤(10P) 및 로드(10L)의 이동 속도가 변경된다.

전술한 바와 같이, 방향 제어 밸브(64)의 동작은, 조작 장치(25)에 의해 제어된다. 도 2에 나타낸 유압 펌프(36)로부터 토출되고, 감압 밸브(25V)에 의해 감압된 작동유가 파일럿 오일로서 조작 장치(25)에 공급된다.

조작 장치(25)는, 각 조작 레버의 조작에 기초하여, 파일럿 유압을 조정한다. 조정된 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브(64)가 구동된다. 조작 장치(25)에 의해 파일럿 유압의 크기 및 파일럿 유압의 방향이 조정되는 것에 의해, 축 방향에 관한 스풀(64S)의 이동량 및 이동 방향이 조정된다. 그 결과, 붐 실린더(10)의 동작 속도 및 동작 방향이 변경된다.

작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어에 있어서, 전술한 바와 같이, 굴삭 대상의 목표 형상인 설계 지형(design terrain)을 나타내는 목표 굴삭 지형(목표 굴삭 지형 데이터 U)과 버킷(8)의 위치를 구하기 위한 경사 각도 θ1, θ2, θ3에 기초하여, 목표 굴삭 지형(43I)과 버킷(8)과의 거리에 따라 버킷(8)이 목표 굴삭 지형(43I)에 가까워지는 속도가 작아지도록, 붐(6)의 속도를 제한한다.

실시형태에 있어서, 조작 장치(25)의 조작에 기초하여 작업기(2)가 동작하는 경우, 버킷(8)의 날끝(8T)이 목표 굴삭 지형(43I)에 침입하지 않도록, 작업기 컨트롤러(26)는 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 이것을 사용하여 붐(6)의 동작을 제어한다.

상세하게는, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어에 있어서 날끝(8T)이 목표 굴삭 지형(43I)에 침입하지 않도록, 붐(6)을 상승 또는 하강시킨다. 개입 제어에 있어서 실행되는 붐(6)을 상승 또는 하강시키는 제어를, 적절히, 붐 개입 제어라고 한다.

실시형태에 있어서, 작업기 컨트롤러(26)가 붐 개입 제어를 실현하기 위하여, 작업기 컨트롤러(26)는, 붐 개입 제어에 관한 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 개입 밸브(27C) 또는 제어 밸브(27A)에 출력한다.

개입 밸브(27C)는, 파일럿 오일 통로(50)의 파일럿 유압을 조정할 수 있다. 셔틀 밸브(51)는, 2개의 입구(51Ia, 51Ib)와, 1개의 출구(51E)를 가진다. 한쪽의 입구(51Ia)는, 개입 밸브(27C)와 접속된다. 다른 쪽의 입구(51Ib)는, 제어 밸브(27B)와 접속된다. 출구(51E)는, 방향 제어 밸브(64)에 접속되는 오일 통로(452B)와 접속된다.

셔틀 밸브(51)는, 2개의 입구(51Ia, 51Ib) 중, 파일럿 유압이 높은 쪽과, 오일 통로(452B)를 접속한다.

예를 들면, 입구(51Ia)의 파일럿 유압이 입구(51Ib)의 파일럿 유압보다도 높은 경우, 셔틀 밸브(51)는, 개입 밸브(27C)와 오일 통로(452B)를 접속한다. 그 결과, 개입 밸브(27C)를 통과한 파일럿 오일이 셔틀 밸브(51)를 통하여 오일 통로(452B)에 공급된다. 입구(51Ib)의 파일럿 유압이 입구(51Ia)의 파일럿 유압보다도 높은 경우, 셔틀 밸브(51)는, 제어 밸브(27B)와 오일 통로(452B)를 접속한다. 그 결과, 제어 밸브(27B)를 통과한 파일럿 오일이 셔틀 밸브(51)를 통하여 오일 통로(452B)에 공급된다.

붐 개입 제어가 실행되지 않을 때, 조작 장치(25)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(64)가 구동되도록 한다. 예를 들면, 작업기 컨트롤러(26)는, 조작 장치(25)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(64)가 구동되도록, 제어 밸브(27B)에 의해 파일럿 오일 통로(450B)를 개방[전개(全開)라고 함]하는 동시에, 개입 밸브(27C)를 제어하여 파일럿 오일 통로(50)를 폐쇄한다.

붐 개입 제어가 실행될 때, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 밸브(27C)에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(64)가 구동되도록 제어 밸브(27)를 제어한다. 예를 들면, 붐 개입 제어인 버킷(8)의 목표 굴삭 지형(43I)에 대한 이동을 제한하는 제어를 실행하는 경우, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 밸브(27C)에 의해 조정된 파일럿 오일 통로(50)의 파일럿 유압이, 조작 장치(25)에 의해 조정되는 파일럿 오일 통로(450B)의 파일럿 유압보다도 높게 되도록, 개입 밸브(27C)를 제어한다. 이와 같이 함으로써, 개입 밸브(27C)로부터의 파일럿 오일이 셔틀 밸브(51)를 통하여 방향 제어 밸브(64)에 공급된다.

작업기 컨트롤러(26)는, 붐 개입 제어를 실행하는 경우, 예를 들면, 붐(6)을 상승 또는 하강시키기 위한 속도 지령인 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 개입 밸브(27C) 또는 제어 밸브(27A)를 제어한다.

구체적으로는, 개입 밸브(27C)를 제어하여 붐 지령 신호 CBI에 대응한 속도로 붐(6)이 상승하도록 작동유를 붐 실린더(10)에 공급한다. 또한, 제어 밸브(27A)를 제어하여 붐 지령 신호 CBI에 대응한 속도로 붐(6)이 하강하도록 작동유를 붐 실린더(10)에 공급한다. 이와 같이 함으로써, 붐 실린더(10)의 방향 제어 밸브(64)는, 붐 지령 신호 CBI에 대응한 속도로 붐(6)이 상승 또는 하강하도록 작동유를 붐 실린더(10)에 공급하므로, 붐 실린더(10)는 붐(6)을 상승 또는 하강시킨다.

붐 실린더(10)의 유압 회로(301)를 설명하였으나, 암 실린더(11)의 유압 회로 및 버킷 실린더(12)의 유압 회로는, 붐 실린더(10)의 유압 회로(301)로부터 개입 밸브(27C), 셔틀 밸브(51) 및 파일럿 오일 통로(50)를 제외한 구성이다.

실시형태에 있어서, 조작 장치(25)의 조작에 기초하여 작업기(2)가 동작하는 경우, 작업기 컨트롤러(26)가 작업기(2)를 구성하는 붐(6), 암(7) 및 버킷(8) 중 하나 이상을 동작시키는 제어를 개입 제어라고 한다.

개입 제어는, 조작 장치(25)의 조작인 매뉴얼 조작에 기초하여 작업기(2)가 동작하는 경우에, 작업기 컨트롤러(26)가 작업기를 동작시키는 제어이다. 전술한 붐 개입 제어는, 개입 제어의 일 태양(態樣)이다.

도 4는, 실시형태에 기초한 작업기 컨트롤러(26)의 블록도이다. 도 5는, 실시형태에 기초한 목표 굴삭 지형 데이터 U 및 버킷(8)을 나타낸 도면이다.

도 6은, 실시형태에 기초한 붐 제한 속도 Vcy_bm을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은, 실시형태에 기초한 제한 속도 Vc_lmt를 설명하기 위한 도면이다.

작업기 컨트롤러(26)는, 판정부(26J)와 제어부(26CNT)를 포함한다. 제어부(26CNT)는, 상대(相對) 위치 산출부(26A), 거리 산출부(26B), 목표 속도 산출부(26C), 개입 속도 산출부(26D), 개입 지령 산출부(26E), 개입 속도 수정부(26F)를 포함한다.

판정부(26J), 상대 위치 산출부(26A), 거리 산출부(26B), 목표 속도 산출부(26C), 개입 속도 산출부(26D), 개입 지령 산출부(26E), 개입 속도 수정부(26F)의 기능은, 도 2에 나타낸, 작업기 컨트롤러(26)의 처리부(26P)가 실현한다.

개입 제어가 실행되는 데 있어서, 작업기 컨트롤러(26)는, 붐 조작량 MB, 암 조작량 MA, 버킷 조작량 MT, 표시 컨트롤러(28)로부터 취득한 목표 굴삭 지형 데이터 U, 버킷 날끝 위치 데이터 S 및 센서 컨트롤러(39)로부터 취득한 경사 각도 θ1, θ2, θ3을 사용하여, 개입 제어에 필요한 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 필요에 따라 암 지령 신호 및 버킷 지령 신호를 생성하고, 제어 밸브(27) 및 개입 밸브(27C)를 구동하여 작업기(2)를 제어한다.

상대 위치 산출부(26A)는, 표시 컨트롤러(28)로부터 버킷 날끝 위치 데이터 S를 취득하고, 센서 컨트롤러(39)로부터 경사 각도 θ1, θ2, θ3을 취득한다. 상대 위치 산출부(26A)는, 취득한 경사 각도 θ1, θ2, θ3로부터 버킷(8)의 날끝(8T)의 위치인 날끝 위치 Pb를 구한다.

거리 산출부(26B)는, 상대 위치 산출부(26A)에 의해 구해진 날끝 위치 Pb와, 표시 컨트롤러(28)로부터 취득한 목표 굴삭 지형 데이터 U로부터, 버킷(8)의 날끝(8T)와, 목표 시공 정보 T의 일부인 목표 굴삭 지형 데이터 U로 표현되는 목표 굴삭 지형(43I)과의 사이의 최단으로 되는 거리 d를 산출한다. 거리 d는, 날끝 위치 Pb와, 목표 굴삭 지형(43I)과 직교하고, 또한 날끝 위치 Pb를 지나는 직선과, 목표 굴삭 지형 데이터 U가 교차하는 위치 Pu와의 거리이다.

목표 굴삭 지형(43I)은, 상부 선회체(3)의 전후 방향에서 규정되고, 또한 굴삭 대상 위치 Pdg를 지나는 작업기(2)의 평면과, 복수의 목표 시공면(施工面)으로 표현되는 목표 시공 정보 T와의 교선으로부터 구해진다.

보다도 상세하게는, 전술한 교선 중, 목표 시공 정보 T의 굴삭 대상 위치 Pdg의 전후에서의 단수 또는 복수의 변곡점과 그 전후의 선이 목표 굴삭 지형(43I)이다.

도 5에 나타낸 예에서는, 2개의 변곡점 Pｖ1, Pｖ2와 그 전후의 선이 목표 굴삭 지형(43I)이다. 굴삭 대상 위치 Pdg는, 버킷(8)의 날끝(8T)의 위치인 날끝 위치 Pb의 바로 아래의 점이다. 이와 같이, 목표 굴삭 지형(43I)은, 목표 시공 정보 T의 일부이다. 목표 굴삭 지형(43I)은, 도 2에 나타낸 표시 컨트롤러(28)가 생성한다.

목표 속도 산출부(26C)는, 붐 목표 속도 Vc_bm과, 암 목표 속도 Vc_am과, 버킷 목표 속도 Vc_bkt를 결정한다. 붐 목표 속도 Vc_bm은, 붐 실린더(10)가 구동될 때의 날끝(8T)의 속도이다. 암 목표 속도 Vc_am은, 암 실린더(11)가 구동될 때의 날끝(8T)의 속도이다. 버킷 목표 속도 Vc_bkt는, 버킷 실린더(12)가 구동될 때의 날끝(8T)의 속도이다. 붐 목표 속도 Vc_bm은, 붐 조작량 MB에 따라 산출된다. 암 목표 속도 Vc_am은, 암 조작량 MA에 따라 산출된다. 버킷 목표 속도 Vc_bkt는, 버킷 조작량 MT에 따라 산출된다.

개입 속도 산출부(26D)는, 버킷(8)의 날끝(8T)과 목표 굴삭 지형(43I)과의 사이의 거리 d에 기초하여, 붐(6)의 제한 속도(붐 제한 속도) Vcy_bm을 구한다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 개입 속도 산출부(26D)는, 도 1에 나타낸 작업기(2) 전체의 제한 속도 Vc_lmt로부터, 암 목표 속도 Vc_am 및 버킷 목표 속도 Vc_bkt를 감산함으로써, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 구한다.

제한 속도 Vc_lmt는, 버킷(8)의 날끝(8T)이 목표 굴삭 지형(43I)에 접근하는 방향에 있어서 허용할 수 있는 날끝(8T)의 이동 속도이다.

제한 속도 Vc_lmt는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 거리 d가 플러스의 경우에는 마이너스의 값인 작업기(2)가 하강하는 경우의 하강 속도이며, 거리 d가 마이너스의 경우에는 플러스의 값인 작업기(2)가 상승하는 경우의 상승 속도이다.

거리 d가 마이너스의 값이란, 버킷(8)이 목표 굴삭 지형(43I)을 침식한 상태이다. 제한 속도 Vc_lmt는, 거리 d가 작아짐에 따라서, 속도의 절대값이 작아져, 거리 d가 마이너스의 값으로 되면, 거리 d의 절대값이 커지게 됨에 따라 속도의 절대값이 커지게 된다.

판정부(26J)는, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 보정할 것인지의 여부를 판정한다.

판정부(26J)가 붐 제한 속도 Vcy_bm을 보정하는 것으로 판정한 경우, 개입 속도 수정부(26F)는 붐 제한 속도 Vcy_bm을 보정하여 출력한다. 보정 후의 붐 제한 속도는, Vcy_bm'로 표현된다.

판정부(26J)가 붐 제한 속도 Vcy_bm을 보정하지 않은 것으로 판정한 경우, 개입 속도 수정부(26F)는 붐 제한 속도 Vcy_bm을 보정하지 않고 출력한다. 개입 지령 산출부(26E)는, 개입 속도 수정부(26F)에 의해 구해진 붐 제한 속도 Vcy_bm로부터, 붐 지령 신호 CBI를 생성한다.

붐 지령 신호 CBI는, 개입 밸브(27C)의 개도(開度; opening)를, 붐(6)이 붐 제한 속도 Vcy_bm로 상승하기 위해 필요한 파일럿 압력을 셔틀 밸브(51)에 작용하게 하기 위해 필요한 크기로 하기 위한 지령이다. 붐 지령 신호 CBI는, 실시형태에 있어서, 붐 지령 속도에 따른 전류값이다.

<붐 개입 제어의 태양>

도 8은, 실시형태에 기초한 버킷(8)과 목표 굴삭 지형(43I)과의 관계를 나타내는 일례도이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 개입 제어는, 버킷(8)이 목표 굴삭 지형(43I)을 침식하지 않도록 버킷(8)을 이동시키는 제어이다.

본 예에 있어서는, 버킷(8)이 화살표 Y의 방향으로 목표 굴삭 지형(43I)을 따라 이동함으로써 지면의 정지 작업을 실행하는 경우가 나타나 있다.

구체적으로는, 조작 장치(25)에 의한 오퍼레이터의 조작 지령에 따라 암(7)은 덤프한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 암 조작량 MA에 기초한 암(7)의 덤프 이동량을 산출하고, 상기 덤프 이동량에 대하여 버킷(8)이 목표 굴삭 지형(43I)을 따라 이동하도록 붐(6)의 하강을 제어한다.

도 9는, 실시형태에 기초한 버킷(8)과 목표 굴삭 지형(43I)과의 관계를 나타내는 다른 도면이다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 도 8의 상태로부터 버킷(8)이 화살표 Y의 방향으로 이동함으로써, 암(7)은 덤프한다. 암(7)의 덤프 조작이 계속되었을 경우에는, 암 실린더(11)가 스트로크 엔드 부근으로 될 가능성이 있다.

일반적으로 암 실린더(11)의 스트로크 엔드 부근에 있어서는, 실린더의 특성으로서 실린더 속도가 변동될 가능성이 있다.

실린더 속도의 변화는 정지 작업의 정밀도에 영향을 미칠 가능성이 있어, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드 부근에 있어서는 개입 제어를 해제하고, 작업기를 정지시키는 제어로 이행한다.

이 경우, 작업기를 정지시키는 제어로의 이행에 따라 붐(6)이 정지하고, 붐(6)의 속도가 0로 된다.

붐(6)이 정지할 때의 속도 변동이 클 경우에는 붐(6)에 대한 충격이 커지게 될 가능성이 있고, 오퍼레이터에게 있어 위화감이 생기게 하여 정지 작업의 작업 효율을 저하시킬 가능성이 있다.

도 10은, 실시형태에 기초한 정지 작업에서의 붐 개입 제어 시의 붐 속도를 설명하는 도면이다.

도 10에는, 시간 t에 대한 붐(6)이 동작하는 붐 속도 Vbm이 나타나 있다.

붐 속도 Vbm은, 플러스의 값을 취하는 경우에 붐(6)이 상승하는 속도인 상승 속도를 나타내고, 마이너스의 값을 취하는 경우에 붐(6)이 하강하는 속도인 하강 속도를 나타낸다.

붐(6)은 작업기(2)의 일부이므로, 붐 속도 Vbm은, 작업기(2)의 속도이다. 붐(6)의 상승 속도는 작업기(2)의 상승 속도에 대응하여, 붐(6)의 하강 속도는 작업기(2)의 하강 속도에 대응한다.

실시형태에 있어서, 작업기(2)의 상승 속도 및 하강 속도를, 작업기(2)의 이동 속도라고 한다. 작업기(2)의 이동 속도는, 작업기(2)가 상승할 때는 플러스의 값을 취하고, 하강할 때는 마이너스의 값을 취한다.

본 예에 있어서는, 일례로서 붐 속도 Vbm이 소정의 붐 제한 속도 Vcy_bm에 설정되고, 붐(6)이 하강하고 있는 경우가 나타나 있다.

그리고, 시각 t0에 암 실린더(11)가 스트로크 엔드 부근에 도달한 경우가 나타나 있다. 이 시점에서 개입 제어를 해제한다. 그리고, 작업기를 정지시키는 제어로 이행한다.

본 예에 있어서는, 암 실린더(11)가 스트로크 엔드 부근에 도달한 모아 두고 개입 제어를 해제하고, 붐 속도 Vbm을 0으로 설정하는 경우가 나타나 있다.

따라서, 개입 제어가 해제되었을 때의 붐 속도의 속도 변동이 크기 때문에, 붐 속도의 속도 변동에 따른 충격이 생길 가능성이 있다.

실시형태에 있어서는, 개입 제어를 해제[정지(停止)]하기 전부터 붐(6)을 정지시키기 위해 붐 속도를 감속한다.

구체적으로는, 암 실린더의 실린더 길이에 따른 붐 속도를 제한하는 제한 테이블을 설치한다.

도 11은, 실시형태에 기초한 붐 속도의 제한 테이블을 설명하는 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드 부근에 가까워지는 것에 따라 붐 속도가 제한되고 있는 경우가 나타나 있다.

본 예에 있어서는, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어갔을 경우로부터 붐 속도 하한값 β로 제한하는 경우가 나타나 있다. 이후, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드에 가까와짐에 따라 붐 속도 하한값 β로부터 소정의 감속율로 제한된 속도로 설정된다.

상기 제한 테이블을 적용함으로써 개입 제어를 해제(정지)하기 전부터 붐 속도를 소정의 감속율로 변화시키는 것이 가능해진다.

따라서, 붐 속도의 급격한 속도 변동을 억제하는 것이 가능하므로, 속도 변동에 따른 붐(6)에 대한 충격을 억제하는 것이 가능해진다.

그리고, 제한 테이블에 따르는 소정의 감속율은, 유압 셔블(100)의 특성에 따라 임의의 값으로 변경할 수 있다.

작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어를 해제(정지)하기 전부터 붐 속도를, 제한 테이블에 기초하여 제한한다.

개입 제어를 해제(정지)하는 타이밍은, 암 실린더(11)가 스트로크 엔드 부근에 도달한 경우이다. 스트로크 엔드 부근이란, 스트로크 엔드 근방 영역이다. 암 실린더(11)가 스트로크 엔드 부근에 도달하였는지의 여부는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 LS2로부터 산출할 수 있다. 또한, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어갔는지의 여부에 대하여도 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 LS2로부터 산출할 수 있다.

실시형태에 있어서, 작업기 컨트롤러(26)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 LS2에 기초하여, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어간 것으로 판단한 경우에, 제한 테이블에 기초하여 붐 속도를 제한한다.

개입 제어를 해제(정지)했을 때, 붐(6)의 속도 변화가 클 경우에는 붐(6)이 급격하게 속도를 감속하므로, 오퍼레이터는 위화감을 느낀다.

본 예에 있어서는, 작업기 컨트롤러(26)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 LS2에 기초하여, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어간 것으로 판단한 경우에, 제한 테이블에 기초하여 붐 속도를 제한하고, 서서히 0으로 한다.

그 결과, 붐(6)의 급격한 감속이 완화되므로, 오퍼레이터의 위화감이 저감된다. 또한, 붐(6)의 급격한 감속에 의한 충격도 저감하는 것이 가능해진다.

상세하게는, 도 4에 나타낸 작업기 컨트롤러의 개입 속도 산출부(26D)는, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 구한다.

다음에, 도 4에 나타낸 작업기 컨트롤러(26)의 판정부(26J)에 있어서, 판정 동작을 실행한다.

판정부(26J)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 LS2에 기초하여, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어갔는지의 여부를 판단한다.

판정부(26J)는, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어간 것으로 판단한 경우에, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 보정하는 것으로 판정하여 개입 속도 수정부(26F)에 붐 제한 속도 Vcy_bm을 보정하도록 지시한다.

제어부(26CNT)의 개입 속도 수정부(26F)는, 보정 후의 붐 제한 속도 Vcy_bm'를 구하고, 제어부(26CNT)의 개입 지령 산출부(26E)에 출력한다. 구체적으로는, 개입 속도 수정부(26F)는, 제한 테이블에 기초하여 보정 후의 붐 제한 속도 Vcy_bm'에 보정한다.

제어부(26CNT)의 개입 지령 산출부(26E)는, 보정 후의 붐 제한 속도 Vcy_bm'를 사용하여 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 개입 밸브(27C)를 제어한다. 이와 같은 처리에 의해, 작업기 컨트롤러(26)는, 붐(6)의 하강 속도를 변화시킨다.

구체적으로는, 개입 속도 수정부(26F)는, 붐 제한 속도 Vcy_bm로부터 소정의 감속율에 따라 최종적으로 0로 되도록 제어한다.

한편, 판정부(26J)는, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어가지 않은 것으로 판단한 경우에, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 보정하지 않는 것으로 판정한다. 개입 속도 수정부(26F)는, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 보정하지 않고 그대로 개입 지령 산출부(26E)에 출력한다. 이 경우, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 사용하여 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 개입 밸브(27C)를 제어한다.

그리고, 본 예에 있어서는, 개입 속도 수정부(26F)는, 제한 테이블에 기초하여 보정 후의 붐 제한 속도 Vcy_bm'에 보정함으로써 붐(6)의 속도를 제한하는 방식에 대하여 설명하였으나, 개입 지령 산출부(26E)가 출력하는 붐 지령 신호 CBI를 보정하도록 해도 된다. 구체적으로는, 개입 지령 산출부(26E)로부터 출력되는 붐 지령 속도에 따른 전류값을 제한하여 붐(6)의 속도를 감속하도록 해도 된다.

<실시형태에 기초한 작업 기계의 제어 방법>

도 12는, 실시형태에 기초한 작업 기계의 제어 방법을 나타낸 플로우를 설명하는 도면이다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법은, 작업기 컨트롤러(26)에 의해 실현된다.

스텝 S2에 있어서, 도 4에 나타낸 작업기 컨트롤러(26)의 판정부(26J)는, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어갔는지의 여부를 판단한다. 구체적으로는, 판정부(26J)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 LS2에 기초하여 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어갔는지의 여부를 판단한다.

스텝 S2에 있어서, 판정부(26J)는, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어가지 않은 것으로 판단한 경우(스텝 S2에 있어서 NO)에는, 스텝 S16에 있어서, 작업기 컨트롤러(26)의 개입 지령 산출부(26E)는, 보정하지 않는 붐 제한 속도 Vcy_bm을 사용하여 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 개입 밸브(27C) 또는 제어 밸브(27A)를 제어한다.

한편, 스텝 S2에 있어서, 판정부(26J)는, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어간 것으로 판단한 경우(스텝 S2에 있어서 YES)에는, 보정한 붐 제한 속도를 사용하여 생성한 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 개입 밸브(27C) 또는 제어 밸브(27A)를 제어한다(스텝 S8). 구체적으로는, 개입 속도 수정부(26F)는, 제한 테이블에 기초하여 보정 후의 붐 제한 속도 Vcy_bm'에 보정한다. 개입 지령 산출부(26E)는, 보정 후의 붐 제한 속도 Vcy_bm'를 사용하여 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 개입 밸브(27C) 또는 제어 밸브(27A)를 제어한다. 이와 같은 처리에 의해, 작업기 컨트롤러(26)는, 붐(6)의 하강 속도를 변화시킨다.

그리고, 처리를 종료한다(종료).

<전기 방식의 조작 레버>

실시형태에 있어서, 조작 장치(25)는 파일럿 유압 방식의 조작 레버를 가지지만, 전기 방식의 좌측 조작 레버(25La) 및 우측 조작 레버(25Ra)를 가져도 된다.

좌측 조작 레버(25La) 및 우측 조작 레버(25Ra)가 전기 방식인 경우, 각각의 조작량은, 각각 포텐셔미터에 의해 검출된다. 포텐셔미터에 의해 검출된 좌측 조작 레버(25La) 및 우측 조작 레버(25Ra)의 조작량은, 작업기 컨트롤러(26)에 의해 취득된다.

전기 방식의 조작 레버의 조작 신호를 검출한 작업기 컨트롤러(26)는, 파일럿 유압 방식과 마찬가지의 제어를 실행한다.

이상, 실시형태의 작업기 컨트롤러(26)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 LS2에 기초하여, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드로부터 소정 거리 α의 범위 내에 들어간 것으로 판단한 경우에, 제한 테이블에 기초하여 붐 속도를 제한한다.

작업기(2)는, 붐(6), 암(7), 버킷(8)을 가지고 있지만, 작업기(2)에 장착되는 부속품은 이에 한정되지 않고, 버킷(8)에 한정되지는 않는다. 작업 기계는 작업기를 가지고 있으면 되고, 유압 셔블(100)에 한정되지 않는다.

이번 개시된 실시형태는 예시로서, 상기 내용에만 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의해 표시되고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 차량 본체, 2: 작업기, 3: 상부 선회체, 4: 운전실, 5: 주행 장치, 6: 붐, 7: 암, 8: 버킷, 10: 붐 실린더, 11: 암 실린더, 12: 버킷 실린더, 13: 붐 핀, 14: 암 핀, 15: 버킷 핀, 16: 제1 스트로크 센서, 17: 제2 스트로크 센서, 18: 제3 스트로크 센서, 19: 위치 검출 장치, 26: 작업기 컨트롤러, 26A: 상대 위치 산출부, 26B: 거리 산출부, 26C: 목표 속도 산출부, 26CNT: 제어부, 26D: 개입 속도 산출부, 26E: 개입 지령 산출부, 26F: 개입 속도 수정부, 26J: 판정부, 26P: 처리부, 26Q: 기억부.

Claims (4)

1. 작업기;
   상기 작업기를 조작하는 조작 장치; 및
   상기 작업기를 제어하는 컨트롤러;
   를 포함하고,
   상기 컨트롤러는,
   상기 조작 장치로부터의 조작 지령에 기초하여 상기 작업기를 하강시키는 개입 제어(intervention control)를 실행하고,
   상기 개입 제어의 실행을 종료하기 전부터 상기 작업기를 정지(停止)시키기 위해 상기 개입 제어에 의한 상기 작업기의 속도를 감속하는,
   작업 기계(work machine).
2. 제1항에 있어서,
   암(arm)과, 상기 암을 구동시키는 암 실린더를 더 포함하고,
   상기 컨트롤러는,
   상기 암 실린더가 스트로크 엔드(stroke end) 부근인지의 여부를 판단하고,
   판단 결과에 기초하여 상기 암 실린더가 스트로크 엔드 부근인 경우에, 상기 작업기의 속도를 제한하는, 작업 기계.
3. 제2항에 있어서,
   상기 컨트롤러는,
   상기 암 실린더가 스트로크 엔드로부터 소정 범위 내에 도달하였는지의 여부를 판단하고,
   상기 암 실린더가 상기 스트로크 엔드로부터 소정 범위 내에 도달한 것으로 판단한 경우에, 상기 작업기의 속도를 제한하는, 작업 기계.
4. 작업기; 및 상기 작업기를 조작하는 조작 장치;를 포함하는 작업 기계의 제어 방법으로서,
   상기 조작 장치로부터의 조작 지령에 기초하여 상기 작업기를 하강시키는 개입 제어를 실행하는 단계; 및
   상기 개입 제어의 실행을 종료하기 전부터 상기 작업기를 정지시키기 위해 상기 개입 제어에 의한 상기 작업기의 속도를 감속하는 단계;
   를 포함하는 작업 기계의 제어 방법.

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