KR20190034220A - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

유압 셔블의 제어 컨트롤러(40)에, 암 실린더(6)의 제1 속도를 조작량 검출 장치(52a)의 검출값으로부터 산출하는 제1 속도 연산부(43f)와, 암 실린더(6)의 제2 속도를 상기 자세 검출 장치(50)의 검출값으로부터 산출하는 제2 속도 연산부(43d)와, MC를 실행하는 액추에이터 제어부(81)에서 암 실린더(6)의 속도로서 이용되는 제3 속도를 산출하는 제3 속도 연산부(43e)를 구비한다. 제3 속도 연산부는, 조작량 검출 장치에서 암(9)에 대한 조작이 입력된 것이 검출되고 나서 소정 시간 t0까지의 동안, 제1 속도를 제3 속도로서 산출하고, 소정 시간 t0으로부터 t1까지의 동안, 제1 속도와 제2 속도로부터 산출되는 속도를 제3 속도로서 산출하고, 소정 시간 t1 이후에는, 제2 속도를 제3 속도로서 산출한다.

Description

작업 기계

본 발명은, 조작 장치의 조작 시에, 미리 정한 조건에 따라서 복수의 유압 액추에이터의 적어도 하나를 제어하는 작업 기계에 관한 것이다.

유압 액추에이터로 구동되는 작업 장치(예를 들어 프론트 작업 장치)를 구비하는 작업 기계(예를 들어 유압 셔블)의 작업 효율을 향상시키는 기술로서 머신 컨트롤(Machine Control: MC)이 있다. MC는, 조작 장치가 오퍼레이터에 의해 조작된 경우에, 미리 정한 조건에 따라서 작업 장치를 동작시키는 반자동 제어를 실행함으로써 오퍼레이터의 조작 지원을 행하는 기술이다.

예를 들어 일본 특허 제5865510호 공보에는, 버킷의 날끝을 기준면에 따라서 이동시키도록 프론트 작업 장치를 MC하는 기술이 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 암 조작 레버의 조작량이 적은 경우, 프론트 작업 장치의 자세에 따라서는 버킷의 자중 낙하에 기인하여, 암 조작 레버의 조작량에 기초하여 산출되는 암 실린더의 추정 속도보다도 실제 암 실린더 속도가 커지고, 이러한 상황에서 암 실린더의 추정 속도에 기초하는 MC를 실행하면, 버킷의 날끝이 안정되지 않아 헌팅이 발생할 가능성이 있는 것을 과제로서 들고 있다. 그리고, 이 문헌은, 암 조작 레버의 조작량이 소정량 미만인 경우에는, 암 조작 레버의 조작량을 기초로 산출되는 속도보다도 큰 속도를 버킷의 자중 낙하를 가미한 암 실린더의 추정 속도로서 산출하고, 그 추정 속도에 기초하여 MC를 행함으로써 상기 과제의 해결을 도모하고 있다.

일본 특허 제5865510호 공보

특허문헌 1의 기술처럼 암 실린더의 추정 속도의 산출 시에 버킷의 자중 낙하를 고려하면, 그 추정 속도가 암 실린더의 실제 속도에 가까워지므로, MC 중의 헌팅 발생을 방지할 수 있다. 그러나, 암 조작 레버의 조작량에 기초하는 암 실린더의 추정 속도와 실제 속도의 괴리는 버킷의 자중 낙하에만 기인하는 것이 아니고, 특허문헌 1처럼 버킷의 자중 낙하를 고려하여 암 실린더의 속도를 추정하는 것만으로는 헌팅 발생 방지의 대책으로서 불충분하다.

예를 들어, 작업 기계의 작동유가 저온 시에는 작동유의 점도가 커지지만, 이 경우의 실제 암 실린더 속도는 레버 조작량으로부터 추정되는 속도보다도 느려지는 경우가 있다.

또한, 예를 들어, 도 13과 같은 작업 기계보다도 하측에 있는 경사면의 토사를 평평하게 고르는, 소위 마무리 작업의 경우, 주로 자중에 저항하여 프론트 작업 장치(예를 들어 버킷)를 들어 올리는 방향으로 암 실린더를 구동하게 된다. 이 때문에, 특허문헌 1과 같이 암 실린더의 구동에 관한 프론트 작업 장치(암, 버킷)의 자중의 영향으로 암 실린더 속도가 상정보다도 빨라지는 경우는 적다. 오히려, 프론트 작업 장치의 자중을 들어 올리는 방향으로 구동하는 영향으로 실제 암 실린더 속도는 추정 속도보다도 느려지는 경우가 있다. 이하, 이 경우의 상세를 설명한다.

도 14에 작업 기계에 사용되는 유압 시스템 중, 오픈 센터 바이패스 방식의 스풀의 개구 면적 특성을 나타낸다. 오픈 센터 바이패스 방식의 스풀의 개구 면적은 펌프로부터의 압유를 탱크에 흘리는 유로의 센터 바이패스 개구, 펌프로부터의 압유를 액추에이터에 공급하는 유로의 미터 인 개구, 액추에이터로부터 탱크에 흘리는 유로의 미터 아웃 개구가 있다. 센터 바이패스 개구의 완전 폐쇄점을 SX라 한다. 여기에서, 마무리 작업과 같이 프론트 작업 장치의 자중에 대하여 들어 올리는 방향으로 암 실린더를 구동한 경우의 압유의 흐름을 설명한다. 마무리 작업에서는, 프론트 작업 장치의 자중에 대하여 들어 올리는 방향으로 암 실린더를 구동하므로, 프론트 작업 장치의 자중에 의해 미터 인측의 압력이 상승하고 있다. 암 조작 레버의 조작량이 적어 스풀의 스트로크량이 SX 미만인 경우, 센터 바이패스 개구가 개방되어 있기 때문에, 펌프로부터 공급되는 압유는 미터 인 개구를 통하여 암 실린더로 공급되는 것과, 센터 바이패스 개구를 통하여 탱크로 흐르는 것으로 나뉜다. 압유는 부하가 가벼운 방향으로 흐르기 쉬운 특성이 있기 때문에, 프론트 작업 장치의 자중에 대하여 들어 올리는 방향으로 암 실린더를 구동하는 경우, 프론트 작업 장치의 자중에 대하여 들어 올리는 방향으로 암 실린더를 구동하지 않는 경우와 비교하여 암 실린더의 부하가 커지고, 암 실린더로 압유가 흐르기 어려워지게 된다. 결과적으로 암 실린더 속도가 느려진다.

이상과 같이, 작업 기계의 상태나 작업 내용에 따라서는 실제 암 실린더 속도가 레버 조작량으로부터 추정되는 속도와 상이한 경우가 있고, 결과적으로 MC를 행할 때의 버킷 날끝(작업 장치의 선단)이 안정되지 않아 헌팅을 일으켜버릴 가능성이 있다.

한편, 이러한 MC를 행하는 작업 기계에는 작업 장치의 자세를 검출하기 위한 자세 센서(예를 들어, 암과 붐을 연결하는 핀에 마련된 포텐시오미터)가 구비되어 있다. 레버 조작량으로부터 연산되는 암 실린더 속도는 어디까지나 추정값의 영역을 벗어나지 않지만, 자세 센서의 출력으로부터는 작업 장치의 실제 자세를 파악할 수 있고, 자세 센서의 출력값의 시간 변화로부터 산출되는 암 실린더 속도는 레버 조작량으로부터 산출되는 것보다도 정상적으로는 실제 속도에 가깝다. 그래서, 이 자세 센서의 출력값으로부터 산출한 암 실린더 속도를 바탕으로 MC를 실시하는 것으로 생각된다. 그러나, 이 경우에도 다음 과제가 있다.

자세 센서는 암이 실제로 움직이기 시작하고 나서야 비로소 그 자세 변화를 검출 가능하게 되는 것이기 때문에, 자세 센서의 출력으로부터 산출한 암 속도에 기초하는 MC를 암의 동작 개시로부터 실시한 경우, 실제 암의 동작 개시에 비하여 MC의 응답(예를 들어, 붐 상승 명령)이 지연되어버려, 버킷의 날끝 위치가 안정되지 않아 헌팅이 발생할 가능성이 있다.

또한, 여기에서는 암 실린더의 속도를 예시하여 과제를 설명하였지만, 작업 장치를 구동하는 다른 유압 액추에이터의 속도에 대해서도 동일한 과제가 해당된다.

본 발명의 목적은, 작업 장치를 구동하는 특정한 유압 액추에이터의 속도를 보다 적절하게 산출할 수 있고, MC에 있어서의 작업 장치의 선단(예를 들어 버킷 날끝)의 거동이 안정화된 작업 기계를 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그의 일례를 들면, 복수의 프론트 부재를 갖는 작업 장치와, 상기 복수의 프론트 부재를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와, 오퍼레이터의 조작에 따라서 상기 복수의 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 조작 장치와, 상기 조작 장치의 조작 시에, 상기 복수의 유압 액추에이터의 속도와 미리 정한 조건에 따라서 상기 복수의 유압 액추에이터의 적어도 하나를 제어하는 액추에이터 제어부를 갖는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서, 상기 복수의 프론트 부재의 하나인 특정 프론트 부재의 자세에 관한 물리량을 검출하는 자세 검출 장치와, 오퍼레이터로부터 상기 조작 장치에 입력되는 조작량 중 상기 특정 프론트 부재에 대한 조작량에 관한 물리량을 검출하는 조작량 검출 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 복수의 유압 액추에이터 중 상기 특정 프론트 부재를 구동하는 특정 유압 액추에이터의 제1 속도를 상기 조작량 검출 장치의 검출값으로부터 산출하는 제1 속도 연산부와, 상기 특정 유압 액추에이터의 제2 속도를 상기 자세 검출 장치의 검출값으로부터 산출하는 제2 속도 연산부와, 상기 액추에이터 제어부에서 상기 특정 유압 액추에이터의 속도로서 이용되는 제3 속도를 상기 제1 속도와 상기 제2 속도에 기초하여 산출하는 제3 속도 연산부를 구비하고, 상기 제3 속도 연산부는, 상기 조작량 검출 장치에서 상기 특정 프론트 부재에 대한 조작이 입력된 것이 검출되고 나서 제1 소정 시간까지의 동안, 상기 제1 속도를 상기 제3 속도로서 산출하고, 상기 제1 소정 시간으로부터 상기 제1 소정 시간보다도 큰 제2 소정 시간까지의 동안, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도로부터 산출되는 속도를 상기 제3 속도로서 산출하고, 상기 제2 소정 시간 이후, 상기 제2 속도를 상기 제3 속도로서 산출하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 작업 장치를 구동하는 특정한 유압 액추에이터의 속도를 보다 적절하게 산출할 수 있고, MC에 있어서의 작업 장치의 선단 끝의 거동을 안정화할 수 있다.

도 1은 유압 셔블의 구성도.
도 2는 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 나타내는 도면.
도 3은 프론트 제어용 유압 유닛의 상세도.
도 4는 유압 셔블의 제어 컨트롤러의 하드웨어 구성도.
도 5는 도 1의 유압 셔블에 있어서의 좌표계 및 목표면을 나타내는 도면.
도 5a는 암 실린더의 제2 속도의 산출에 이용하는 프론트 작업 장치(1A)의 치수값의 설명도.
도 6은 도 1의 유압 셔블의 제어 컨트롤러의 기능 블록도.
도 7은 도 6 중의 MC 제어부의 기능 블록도.
도 8은 붐 제어부에 의한 붐 상승 제어의 흐름도.
도 9는 조작량에 대한 실린더 속도의 관계를 나타내는 도면.
도 10은 버킷 클로 속도의 수직 성분의 제한값 ay와 거리 D의 관계를 나타내는 도면.
도 11은 암 실린더 상정 속도를 산출하는 흐름도.
도 12는 가중치 부여 비율 Wact의 시간 변화를 나타내는 도면.
도 13은 마무리 작업의 설명도.
도 14는 센터 바이패스식 스풀의 스풀 스트로크에 대한 개구 면적을 나타내는 도면.
도 15는 제2 실시 형태의 MC 제어부의 기능 블록도.
도 16은 제2 실시 형태의 암 실린더 상정 속도를 산출하는 흐름도.
도 17은 암 조작압과 암 실린더 속도(제1 속도, 제2 속도, 실제 속도)의 관계의 설명도.
도 18은 제2 실시 형태의 조작량에 대한 실린더 속도의 관계를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하에서는, 작업 장치의 선단의 작업 도구(어태치먼트)로서 버킷(10)을 구비하는 유압 셔블을 예시하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 작업 기계에서 본 발명을 적용해도 상관없다. 또한, 복수의 프론트 부재(어태치먼트, 암, 붐 등)를 연결하여 구성되는 다관절형 작업 장치를 갖는 것이면 유압 셔블 이외의 작업 기계에 대한 적용도 가능하다.

또한, 본고에서는, 어떤 형상을 나타내는 용어(예를 들어, 목표면, 설계면 등)와 함께 사용되는 「상」, 「상방」 또는 「하방」이라는 단어의 의미에 관해, 「상」은 당해 어떤 형상의 「표면」을 의미하고, 「상방」은 당해 어떤 형상의 「표면보다 높은 위치」를 의미하고, 「하방」은 당해 어떤 형상의 「표면보다 낮은 위치」를 의미하는 것으로 한다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소가 복수 존재하는 경우, 부호(숫자)의 말미에 알파벳을 첨부하는 경우가 있지만, 당해 알파벳을 생략하여 당해 복수의 구성 요소를 통합하여 표기하는 경우가 있다. 예를 들어, 2개의 펌프(2a, 2b)가 존재할 때, 이들을 통합하여 펌프(2)라 표기하는 경우가 있다.

<제1 실시 형태>

<기본 구성>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2 중의 프론트 제어용 유압 유닛(160)의 상세도이다.

도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은 다관절형 프론트 작업 장치(1A)와 차체(1B)로 구성되어 있다. 차체(1B)는, 좌우의 주행 유압 모터(3a(도 2 참조), 3b)에 의해 주행하는 하부 주행체(11)와, 하부 주행체(11) 상에 설치되며, 선회 유압 모터(4)에 의해 선회하는 상부 선회체(12)를 포함한다.

프론트 작업 장치(1A)는, 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 프론트 부재(붐(8), 암(9) 및 버킷(10))를 연결하여 구성되어 있다. 붐(8)의 기단부는 상부 선회체(12)의 전방부에 있어서 붐 핀을 통해 회동 가능하게 지지되어 있다. 붐(8)의 선단에는 암 핀을 통해 암(9)이 회동 가능하게 연결되어 있으며, 암(9)의 선단에는 버킷 핀을 통해 버킷(10)이 회동 가능하게 연결되어 있다. 이들 복수의 프론트 부재(8, 9, 10)는 복수의 유압 액추에이터인 유압 실린더(5, 6, 7)에 의해 구동된다. 구체적으로는, 붐(8)은 붐 실린더(5)에 의해 구동되고, 암(9)은 암 실린더(6)에 의해 구동되고, 버킷(10)은 버킷 실린더(7)에 의해 구동된다.

붐(8), 암(9), 버킷(10)의 자세에 관한 물리량인 회동 각도 α, β, γ(도 5 참조)를 측정 가능하도록, 붐 핀에 붐 각도 센서(30), 암 핀에 암 각도 센서(31), 버킷 링크(13)에 버킷 각도 센서(32)가 설치되고, 상부 선회체(12)에는 기준면(예를 들어 수평면)에 대한 상부 선회체(12)(차체(1B))의 경사각 θ(도 5 참조)를 검출하는 차체 경사각 센서(33)가 설치되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 각도 센서(30, 31, 32)는 로터리 포텐시오미터이지만, 각각 기준면(예를 들어 수평면)에 대한 경사각 센서나 관성 계측 장치(IMU) 등으로 대체 가능하다.

상부 선회체(12)에 마련된 운전실 내에는, 주행 우측 레버(23a)(도 1)를 갖고 주행 우측 유압 모터(3a)(하부 주행체(11))를 조작하기 위한 조작 장치(47a)(도 2)와, 주행 좌측 레버(23b)(도 1)를 갖고 주행 좌측 유압 모터(3b)(하부 주행체(11))를 조작하기 위한 조작 장치(47b)(도 2)와, 조작 우측 레버(1a)(도 1)를 공유하여 붐 실린더(5)(붐(8)) 및 버킷 실린더(7)(버킷(10))를 조작하기 위한 조작 장치(45a, 46a)(도 2)와, 조작 좌측 레버(1b)(도 1)를 공유하여 암 실린더(6)(암(9)) 및 선회 유압 모터(4)(상부 선회체(12))를 조작하기 위한 조작 장치(45b, 46b)(도 2)가 설치되어 있다. 이하에서는, 주행 우측 레버(23a), 주행 좌측 레버(23b), 조작 우측 레버(1a) 및 조작 좌측 레버(1b)를 조작 레버(1, 23)라 총칭하는 경우가 있다.

상부 선회체(12)에 탑재된 원동기인 엔진(18)은, 유압 펌프(2a, 2b)와 파일럿 펌프(48)를 구동한다. 유압 펌프(2a, 2b)는 레귤레이터(2aa, 2ba)에 의해 용량이 제어되는 가변 용량형 펌프이며, 파일럿 펌프(48)는 고정 용량형 펌프이다. 유압 펌프(2) 및 파일럿 펌프(48)는 탱크(200)로부터 작동유를 흡인한다. 본 실시 형태에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 파일럿 라인(144, 145, 146, 147, 148, 149)의 도중에 셔틀 블록(162)이 마련되어 있다. 조작 장치(45, 46, 47)로부터 출력된 유압 신호가, 이 셔틀 블록(162)을 통해 레귤레이터(2aa, 2ba)에도 입력된다. 셔틀 블록(162)의 상세 구성은 생략하지만, 유압 신호가 셔틀 블록(162)을 통해 레귤레이터(2aa, 2ba)에 입력되고 있으며, 유압 펌프(2a, 2b)의 토출 유량이 당해 유압 신호에 따라서 제어된다.

파일럿 펌프(48)의 토출 배관인 펌프 라인(48a)은 로크 밸브(39)를 통과한 후, 복수로 분기하여 조작 장치(45, 46, 47), 프론트 제어용 유압 유닛(160) 내의 각 밸브에 접속되어 있다. 로크 밸브(39)는 본 예에서는 전자기 전환 밸브이며, 그 전자기 구동부는 운전실(도 1)에 배치된 게이트 로크 레버(도시하지 않음)의 위치 검출기와 전기적으로 접속되어 있다. 게이트 로크 레버의 포지션은 위치 검출기에서 검출되고, 그 위치 검출기로부터 로크 밸브(39)에 대하여 게이트 로크 레버의 포지션에 따른 신호가 입력된다. 게이트 로크 레버의 포지션이 로크 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 폐쇄되어 펌프 라인(48a)이 차단되고, 로크 해제 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 개방되어 펌프 라인(48a)이 개통된다. 즉, 펌프 라인(48a)이 차단된 상태에서는 조작 장치(45, 46, 47)에 의한 조작이 무효화되어, 선회, 굴삭 등의 동작이 금지된다.

조작 장치(45, 46, 47)는 유압 파일럿 방식의 조작 장치이며, 파일럿 펌프(48)로부터 토출되는 압유를 바탕으로, 각각 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작 레버(1, 23)의 조작량(예를 들어, 레버 스트로크)과 조작 방향에 따른 파일럿압(조작압이라 칭하기도 함)을 발생한다. 이렇게 발생한 파일럿압은, 대응하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)(도 2 또는 도 3)의 유압 구동부(150a 내지 155b)에 파일럿 라인(144a 내지 149b)(도 3 참조)을 통해 공급되고, 이들 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)를 구동하는 제어 신호로서 이용된다.

유압 펌프(2)로부터 토출된 압유는, 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f)(도 2 참조)를 통해 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 좌측 유압 모터(3b), 선회 유압 모터(4), 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)에 공급된다. 공급된 압유에 의해 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)가 신축되어, 붐(8), 암(9), 버킷(10)이 각각 회동하고, 버킷(10)의 위치 및 자세가 변화된다. 또한, 공급된 압유에 의해 선회 유압 모터(4)가 회전하여, 하부 주행체(11)에 대하여 상부 선회체(12)가 선회한다. 그리고, 공급된 압유에 의해 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 좌측 유압 모터(3b)가 회전하여, 하부 주행체(11)가 주행한다.

탱크(200)는 유압 액추에이터를 구동하기 위한 작동유 유온을 검출하기 위한 작동 유온 검출 장치(210)를 구비하고 있다. 작동 유온 검출 장치(210)는 탱크(200) 밖에도 설치할 수 있고, 예를 들어 탱크(200)의 입구관로 또는 출구관로에 설치해도 된다.

도 4는, 본 실시 형태에 따른 유압 셔블이 구비하는 머신 컨트롤(MC) 시스템의 구성도이다. 도 4의 시스템은, MC로서, 조작 장치(45, 46)가 오퍼레이터에 의해 조작되었을 때, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 속도와 프론트 작업 장치(1A)를 미리 정해진 조건에 기초하여 제어하는 처리를 실행한다. 본고에서는 머신 컨트롤(MC)을, 조작 장치(45, 46)의 비조작 시에 작업 장치(1A)의 동작을 컴퓨터에 의해 제어하는 것을 「자동 제어」라고 하는 데 비하여, 조작 장치(45, 46)의 조작 시에만 작업 장치(1A)의 동작을 컴퓨터에 의해 제어하는 것을 「반자동 제어」라고 칭하는 경우가 있다. 다음으로 본 실시 형태에 있어서의 MC의 상세를 설명한다.

프론트 작업 장치(1A)의 MC로서는, 조작 장치(45b, 46a)를 통해 굴삭 조작(구체적으로는, 암 크라우드, 버킷 크라우드 및 버킷 덤프의 적어도 하나의 지시)이 입력된 경우, 목표면(60)(도 5 참조)과 작업 장치(1A)의 선단(본 실시 형태에서는 버킷(10)의 클로라고 함)의 위치 관계에 기초하여, 작업 장치(1A)의 선단의 위치가 목표면(60) 상 및 그 상방의 영역 내에 유지되도록 유압 액추에이터(5, 6, 7) 중 적어도 하나를 강제적으로 동작시키는 제어 신호(예를 들어, 붐 실린더(5)를 신장시켜 강제적으로 붐 상승 동작을 행함)를 해당하는 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)로 출력한다.

이 MC에 의해 버킷(10)의 클로가 목표면(60)의 하방에 침입하는 것이 방지되므로, 오퍼레이터의 기량의 정도에 관계없이 목표면(60)에 따른 굴삭이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태에서는, MC 시의 프론트 작업 장치(1A)의 제어점을, 유압 셔블의 버킷(10)의 클로(작업 장치(1A)의 선단)에 설정하고 있지만, 제어점은 작업 장치(1A)의 선단 부분의 점이라면 버킷 클로 이외로도 변경 가능하다. 예를 들어, 버킷(10)의 저면이나, 버킷 링크(13)의 최외부도 선택 가능하다.

도 4의 시스템은, 작업 장치 자세 검출 장치(50)와, 목표면 설정 장치(51)와, 오퍼레이터 조작량 검출 장치(52a)와, 운전실 내에 설치되고, 목표면(60)과 작업 장치(1A)의 위치 관계가 표시 가능한 표시 장치(예를 들어 액정 디스플레이)(53)와, MC 제어를 담당하는 제어 컨트롤러(제어 장치)(40)를 구비하고 있다.

작업 장치 자세 검출 장치(자세 검출 장치)(50)는, 붐 각도 센서(30), 암 각도 센서(31), 버킷 각도 센서(32), 차체 경사각 센서(33)로 구성된다. 이들 각도 센서(30, 31, 32, 33)는 복수의 프론트 부재인 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 자세에 관한 물리량을 검출하는 자세 센서로서 기능하고 있다.

목표면 설정 장치(51)는, 목표면(60)에 관한 정보(각 목표면의 위치 정보나 경사 각도 정보를 포함함)를 입력 가능한 인터페이스이다. 목표면 설정 장치(51)는, 글로벌 좌표계(절대 좌표계) 상에 규정된 목표면의 3차원 데이터를 저장한 외부 단말기(도시하지 않음)와 접속되어 있다. 또한, 목표면 설정 장치(51)를 통한 목표면의 입력은, 오퍼레이터가 수동으로 행하여도 된다.

오퍼레이터 조작량 검출 장치(조작량 검출 장치)(52a)는, 오퍼레이터에 의한 조작 레버(1a, 1b)(조작 장치(45a, 45b, 46a))의 조작에 의해 파일럿 라인(144, 145, 146)에 발생하는 조작압(제1 제어 신호)을 취득하는 압력 센서(70a, 70b, 71a, 71b, 72a, 72b)로 구성된다. 이들 압력 센서(70a, 70b, 71a, 71b, 72a, 72b)는, 붐(7)(붐 실린더(5)), 암(8)(암 실린더(6)), 버킷(9)(버킷 실린더(7))에 대한 조작 장치(45a, 45b, 46a)를 통한 오퍼레이터의 조작량에 관한 물리량을 검출하는 조작량 센서로서 기능하고 있다.

<프론트 제어용 유압 유닛(160)>

도 3에 나타낸 바와 같이, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은, 붐(8)용 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144a, 144b)에 마련되고, 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하는 압력 센서(70a, 70b)와, 1차 포트측이 펌프 라인(148a)을 통해 파일럿 펌프(48)에 접속되며 파일럿 펌프(48)로부터의 파일럿압을 감압하여 출력하는 전자기 비례 밸브(54a)와, 붐(8)용 작동 장치(45a)의 파일럿 라인(144a)과 전자기 비례 밸브(54a)의 2차 포트측에 접속되고, 파일럿 라인(144a) 내의 파일럿압과 전자기 비례 밸브(54a)로부터 출력되는 제어압(제2 제어 신호)의 고압측을 선택하여, 제어압 유량 제어 밸브(15a)의 유압 구동부(150a)로 유도하는 셔틀 밸브(82a)와, 붐(8)의 작동 장치(45a)의 파일럿 라인(144b)에 설치되고, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호에 기초하여 파일럿 라인(144b) 내의 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감시켜 출력하는 전자기 비례 밸브(54b)를 구비하고 있다.

또한, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은, 암(9)용 파일럿 라인(145a, 145b)에 설치되고, 조작 레버(1b)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하여 제어 컨트롤러(40)로 출력하는 압력 센서(71a, 71b)와, 파일럿 라인(145b)에 설치되고, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감시켜 출력하는 전자기 비례 밸브(55b)와, 파일럿 라인(145a)에 설치되고, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿 라인(145a) 내의 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감시켜 출력하는 전자기 비례 밸브(55a)가 설치되어 있다.

또한, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은, 버킷(10)용 파일럿 라인(146a, 146b)으로는, 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하여 제어 컨트롤러(40)로 출력하는 압력 센서(72a, 72b)와, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감시켜 출력하는 전자기 비례 밸브(56a, 56b)와, 1차 포트측이 파일럿 펌프(48)에 접속되어 파일럿 펌프(48)로부터의 파일럿압을 감압시켜 출력하는 전자기 비례 밸브(56c, 56d)와, 파일럿 라인(146a, 146b) 내의 파일럿압과 전자기 비례 밸브(56c, 56d)로부터 출력되는 제어압의 고압측을 선택하여, 유량 제어 밸브(15c)의 유압 구동부(152a, 152b)로 유도하는 셔틀 밸브(83a, 83b)가 각각 마련되어 있다. 또한, 도 3에서는, 압력 센서(70, 71, 72)와 제어 컨트롤러(40)의 접속선은 지면 사정상 생략하였다.

전자기 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)는, 비통전 시에는 개방도가 최대이며, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호인 전류를 증대시킬수록 개방도는 작아진다. 한편, 전자기 비례 밸브(54a, 56c, 56d)는, 비통전 시에는 개방도가 제로, 통전 시에는 개방도를 가지고, 제어 컨트롤러(40)로부터의 전류(제어 신호)를 증대시킬수록 개방도는 커진다. 이렇게 각 전자기 비례 밸브의 개방도(54, 55, 56)는 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호에 따른 것이 된다.

상기와 같이 구성되는 제어용 유압 유닛(160)에 있어서, 제어 컨트롤러(40)로부터 제어 신호를 출력하여 전자기 비례 밸브(54a, 56c, 56d)를 구동하면, 대응하는 조작 장치(45a, 46a)의 오퍼레이터 조작이 없는 경우에도 파일럿압(제2 제어 신호)을 발생할 수 있으므로, 붐 상승 동작, 버킷 크라우드 동작, 버킷 덤프 동작을 강제적으로 발생할 수 있다. 또한, 이와 동일하게 제어 컨트롤러(40)에 의해 전자기 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)를 구동하면, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 오퍼레이터 조작에 의해 발생한 파일럿압(제1 제어 신호)을 감한 파일럿압(제2 제어 신호)을 발생할 수 있고, 붐 하강 동작, 암 크라우드/덤프 동작, 버킷 크라우드/덤프 동작의 속도를 오퍼레이터 조작의 값으로부터 강제적으로 저감시킬 수 있다.

본고에서는, 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)에 대한 제어 신호 중, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작에 의해 발생한 파일럿압을 「제1 제어 신호」라고 칭한다. 그리고, 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)에 대한 제어 신호 중, 제어 컨트롤러(40)로 전자기 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)를 구동하여 제1 제어 신호를 보정(저감)하여 생성한 파일럿압과, 제어 컨트롤러(40)로 전자기 비례 밸브(54a, 56c, 56d)를 구동하여 제1 제어 신호와는 별도로 새롭게 생성된 파일럿압을 「제2 제어 신호」라고 칭한다.

제2 제어 신호는, 제1 제어 신호에 의해 발생되는 작업 장치(1A)의 제어점의 속도 벡터가 소정의 조건에 반할 때 생성되고, 당해 소정의 조건에 반하지 않는 작업 장치(1A)의 제어점의 속도 벡터를 발생시키는 제어 신호로서 생성된다. 또한, 동일한 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)에 있어서의 한쪽 유압 구동부에 대하여 제1 제어 신호가, 다른 쪽 유압 구동부에 대하여 제2 제어 신호가 생성되는 경우에는, 제2 제어 신호를 우선적으로 유압 구동부에 작용시키는 것으로 하고, 제1 제어 신호를 전자기 비례 밸브로 차단하고, 제2 제어 신호를 당해 다른 쪽 유압 구동부에 입력한다. 따라서, 유량 제어 밸브(15a 내지 15c) 중 제2 제어 신호가 연산된 것에 대해서는 제2 제어 신호를 기초로 제어되고, 제2 제어 신호가 연산되지 않은 것에 대해서는 제1 제어 신호를 기초로 제어되고, 제1 및 제2 제어 신호의 양쪽이 발생하지 않은 것에 대해서는 제어(구동)되지 않게 된다. 상기와 같이 제1 제어 신호와 제2 제어 신호를 정의하면, MC는, 제2 제어 신호에 기초하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)의 제어라고 할 수도 있다.

<제어 컨트롤러(40)>

도 4에 있어서 제어 컨트롤러(40)는, 입력부(91)와, 프로세서인 중앙 처리 장치(CPU)(92)와, 기억 장치인 리드 온리 메모리(ROM)(93) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(94)와, 출력부(95)를 갖고 있다. 입력부(91)는, 작업 장치 자세 검출 장치(50)인 각도 센서(30 내지 32) 및 경사각 센서(33)로부터의 신호와, 목표면(60)을 설정하기 위한 장치인 목표면 설정 장치(51)로부터의 신호와, 조작 장치(45a, 45b, 46a)로부터의 조작량을 검출하는 압력 센서(압력 센서(70, 71, 72)를 포함함)인 오퍼레이터 조작량 검출 장치(52a)로부터의 신호를 입력하고, CPU(92)가 연산 가능하도록 변환된다. ROM(93)은, 후술하는 흐름도에 관한 처리를 포함하여 MC를 실행하기 위한 제어 프로그램과, 당해 흐름도의 실행에 필요한 각종 정보 등이 기억된 기록 매체이며, CPU(92)는, ROM(93)에 기억된 제어 프로그램에 따라서 입력부(91) 및 메모리(93, 94)로부터 도입된 신호에 대하여 소정의 연산 처리를 행한다. 출력부(95)는 CPU(92)에서의 연산 결과에 따른 출력용 신호를 작성하고, 그 신호를 전자기 비례 밸브(54 내지 56) 또는 표시 장치(53)로 출력함으로써, 유압 액추에이터(5 내지 7)를 구동·제어하거나, 차체(1B), 버킷(10) 및 목표면(60) 등의 화상을 표시 장치(53)의 화면 상에 표시시키거나 한다.

또한, 도 4의 제어 컨트롤러(40)는, 기억 장치로서 ROM(93) 및 RAM(94)이라는 반도체 메모리를 구비하고 있지만, 기억 장치라면 특히 대체 가능하며, 예를 들어 하드디스크 드라이브 등의 자기 기억 장치를 구비해도 된다.

도 6은 제어 컨트롤러(40)의 기능 블록도이다. 제어 컨트롤러(40)는 MC 제어부(43)와, 전자기 비례 밸브 제어부(44)와, 표시 제어부(374)를 구비하고 있다.

표시 제어부(374)는, MC 제어부(43)로부터 출력되는 작업 장치 자세 및 목표면을 기초로 표시 장치(53)를 제어하는 부분이다. 표시 제어부(374)에는, 작업 장치(1A)의 화상 및 아이콘을 포함하는 표시 관련 데이터가 다수 저장되어 있는 표시 ROM이 구비되어 있으며, 표시 제어부(374)가, 입력 정보에 포함되는 플래그에 기초하여 소정의 프로그램을 판독함과 함께, 표시 장치(53)에 있어서의 표시 제어를 한다.

도 7은 도 6 중의 MC 제어부(43)의 기능 블록도이다. MC 제어부(43)는 조작량 연산부(43a)와, 자세 연산부(43b)와, 목표면 연산부(43c)와, 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)와, 암 실린더 제2 속도 연산부(43d)와, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)와, 액추에이터 제어부(81)(붐 제어부(81a) 및 버킷 제어부(81b))를 구비하고 있다.

조작량 연산부(43a)는, 오퍼레이터 조작량 검출 장치(52a)의 검출값을 기초로 조작 장치(45a, 45b, 46a(조작 레버(1a, 1b))의 조작량을 산출한다. 즉, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작량은 압력 센서(70, 71, 72)의 검출값으로부터 산출할 수 있다.

또한, 조작량의 산출에 압력 센서(70, 71, 72)를 이용하는 것은 일례에 지나지 않고, 예를 들어 각 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 레버의 회전 변위를 검출하는 위치 센서(예를 들어, 로터리 인코더)로 당해 조작 레버의 조작량을 검출해도 된다.

자세 연산부(43b)는, 작업 장치 자세 검출 장치(50)의 검출값에 기초하여, 로컬 좌표계에 있어서의 붐(8), 암(9) 및 버킷(10)의 자세와, 프론트 작업 장치(1A)의 자세와, 버킷(10)의 클로의 위치를 연산한다.

붐(8), 암(9) 및 버킷(10)의 자세와 프론트 작업 장치(1A)의 자세는 도 5의 셔블 좌표계(로컬 좌표계) 상에 정의할 수 있다. 도 5의 셔블 좌표계(XZ 좌표계)는 상부 선회체(12)에 설정된 좌표계이며, 상부 선회체(12)에 회동 가능하게 지지되어 있는 붐(8)의 기저부를 원점으로 하고, 상부 선회체(12)에 있어서의 수직 방향으로 Z축, 수평 방향으로 X축을 설정하였다. X축에 대한 붐(8)의 경사각을 붐각 α, 붐(8)에 대한 암(9)의 경사각을 암각 β, 암에 대한 버킷 클로의 경사각을 버킷각 γ로 하였다. 수평면(기준면)에 대한 차체(1B)(상부 선회체(12))의 경사각을 경사각 θ로 하였다. 붐각 α는 붐 각도 센서(30)에 의해, 암각 β는 암 각도 센서(31)에 의해, 버킷각 γ는 버킷 각도 센서(32)에 의해, 경사각 θ는 차체 경사각 센서(33)에 의해 검출된다. 도 5 중에 규정한 것과 같이 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 길이를 각각 L1, L2, L3이라 하면, 셔블 좌표계에 있어서의 버킷 클로 위치의 좌표, 붐(8), 암(9) 및 버킷(10)의 자세 및 작업 장치(1A)의 자세는 L1, L2, L3, α, β, γ로 표현할 수 있다.

목표면 연산부(43c)는 목표면 설정 장치(51)로부터의 정보에 기초하여 목표면(60)의 위치 정보를 연산하고, 이것을 ROM(93) 내에 기억한다. 본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 3차원의 목표면을 작업 장치(1A)가 이동하는 평면(작업기의 동작 평면)으로 절단한 단면 형상을 목표면(60)(2차원의 목표면)으로서 이용한다.

또한, 도 5의 예에서는 목표면(60)은 하나이지만, 목표면이 복수 존재하는 경우도 있다. 목표면이 복수 존재하는 경우에는, 예를 들어, 작업 장치(1A)로부터 가장 가까운 것을 목표면으로 설정하는 방법이나, 버킷 클로의 하방에 위치하는 것을 목표면으로 하는 방법이나, 임의로 선택한 것을 목표면으로 하는 방법 등이 있다.

암 실린더 제1 속도 연산부(43f)는, 오퍼레이터 조작량 검출 장치(52a)의 검출값 중 암(9)에 대한 조작량의 검출값으로부터 암 실린더(6)의 속도를 산출하고, 그 연산 결과를 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)로 출력하는 부분이다. 본 실시 형태에서는, 조작량 연산부(43a)가 오퍼레이터 조작량 검출 장치(52a)에 의한 암 조작량의 검출값으로부터 암 조작량을 산출하고 있으며, 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)는, 조작량 연산부(43a)가 산출한 암 조작량과, 암 조작량과 암 실린더 속도의 상관 관계가 일대일로 규정된 도 9의 테이블을 기초로 암 실린더(6)의 속도를 산출하고 있다. 도 9의 테이블에서는, 미리 실험이나 시뮬레이션으로 구한 조작량에 대한 실린더 속도에 기초하여, 암 조작량의 증가와 함께 암 실린더 속도가 단조롭게 증가하도록 조작량과 속도의 상관 관계가 규정되어 있다.

본고에서는, 프론트 작업 장치(1A)를 구성하는 3개의 프론트 부재(8, 9, 10) 중 암(9)을 「특정 프론트 부재」라고 칭하고, 그 암(9)을 구동하는 암 실린더(6)를 「특정 유압 액추에이터」라고 칭한다. 그리고, 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)에서 산출되는 암 실린더(6)의 속도를 「제1 속도」라고 칭한다.

암 실린더 제2 속도 연산부(43d)는, 작업 장치 자세 검출 장치(50)의 검출값 중 암(9)의 자세의 검출값으로부터 암 실린더(6)의 속도를 산출하고, 그 연산 결과를 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)로 출력하는 부분이다. 본 실시 형태에서는, 자세 연산부(43b)가 작업 장치 자세 검출 장치(50)에 의한 암(9)의 검출값으로부터 암(9)의 자세를 산출하고 있으며, 암 실린더 제2 속도 연산부(43d)는, 자세 연산부(43b)가 산출한 암(9)의 자세의 시간 변화와, 붐(8), 암(9), 암 실린더(6)이 각각 접속되어 있는 위치간의 치수값(도 5a를 사용하여 후술)으로부터 암 실린더(6)의 속도를 산출하고 있다. 본고에서는, 암 실린더 제2 속도 연산부(43d)에서 산출되는 암 실린더(6)의 속도를 「제2 속도」라고 칭한다.

제2 속도의 산출에 사용하는 프론트 작업 장치(1A)의 치수값에 대하여 도 5a를 사용하여 설명한다. 먼저, 붐(8)과 암(9)의 접속점과 암(9)과 암 실린더(6)의 접속점을 연결하는 선분 M2와, 붐(8)과 암(9)의 접속점과 붐(8)과 암 실린더(6)의 접속점을 연결하는 선분 M3과, 붐(8)의 길이인 선분 L1과 선분 M3이 이루는 각 F1과, 암(9)의 길이인 선분 L2와 선분 M2가 이루는 각 F2와, 암각 β를 사용하여, 선분 M1, M2, M3으로 이루어지는 삼각형에 대하여 코사인 정리를 사용함으로써 암 실린더 길이 M1을 구한다. 또한, 구해진 암 실린더 길이 M1의 시간 변화를 산출함으로써 암 실린더(6)의 제2 속도를 산출할 수 있다.

암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는, 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)에서 연산된 암 실린더(6)의 제1 속도와, 암 실린더 제2 속도 연산부(43d)에서 연산된 암 실린더(6)의 제2 속도에 기초하여, 액추에이터 제어부(81)가 MC를 실행할 때에 암 실린더(6)의 속도로서 이용되는 속도(「제3 속도」라고 칭함)를 산출하고, 그 연산 결과를 액추에이터 제어부(81)로 출력하는 부분이다. 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)가 제3 속도를 산출할 때의 상세에 대해서는 도 11을 사용하여 후술한다.

붐 제어부(81a)와 버킷 제어부(81b)는, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, 미리 정한 조건에 따라서 복수의 유압 액추에이터(5, 6, 7)의 적어도 하나를 제어하는 액추에이터 제어부(81)를 구성한다. 액추에이터 제어부(81)는, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)의 목표 파일럿압을 연산하고, 그 연산한 목표 파일럿압을 전자기 비례 밸브 제어부(44)로 출력한다.

붐 제어부(81a)는, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, 목표면(60)의 위치와, 프론트 작업 장치(1A)의 자세 및 버킷(10)의 클로의 위치와, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 속도에 기초하여, 목표면(60) 상 또는 그 상방에 버킷(10)의 클로(제어점)가 위치하도록 붐 실린더(5)(붐(8))의 동작을 제어하는 MC를 실행하기 위한 부분이다. 붐 제어부(81a)에서는, 붐 실린더(5)의 유량 제어 밸브(15a)의 목표 파일럿압이 연산된다. 붐 제어부(81a)에 의한 MC의 상세한 것은 도 8을 사용하여 후술한다.

버킷 제어부(81b)는, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, MC에 의한 버킷 각도 제어를 실행하기 위한 부분이다. 구체적으로는, 목표면(60)과 버킷(10)의 클로의 거리가 소정값 이하일 때, 목표면(60)에 대한 버킷(10)의 각도 θ가 미리 설정된 대 목표면 버킷 각도 θTGT가 되게 버킷 실린더(7)(버킷(10))의 동작을 제어하는 MC(버킷 각도 제어)가 실행된다. 버킷 제어부(81b)에서는, 버킷 실린더(7)의 유량 제어 밸브(15c)의 목표 파일럿압이 연산된다.

전자기 비례 밸브 제어부(44)는, 액추에이터 제어부(81)로부터 출력되는 각 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)에의 목표 파일럿압을 기초로, 각 전자기 비례 밸브(54 내지 56)에의 명령을 연산한다. 또한, 오퍼레이터 조작에 기초하는 파일럿압(제1 제어 신호)과, 액추에이터 제어부(81)에서 산출된 목표 파일럿압이 일치하는 경우에는, 해당하는 전자기 비례 밸브(54 내지 56)에의 전류값(명령값)은 제로가 되고, 해당하는 전자기 비례 밸브(54 내지 56)의 동작은 행해지지 않는다.

<암 실린더 제3 속도 연산부(43e)에 의한 제3 속도 산출의 플로우>

도 11에 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)가 암 실린더(6)의 제3 속도를 산출하는 흐름도를 나타낸다. 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는 도 11의 플로우를 소정의 제어 주기로 반복 실행하고, 이하의 설명에서는 제어 주기를 스텝이라고도 칭하고 있다. 또한, 이하의 도 11의 설명에 있어서의 주어는 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)이다.

S600에서는, 조작량 연산부(43a)에서 연산된 현재 암 조작량이 역치 Pit보다 큰지를 판정한다. 여기서 역치 Pit는 암(9)이 조작되었는지 여부를 판정하기 위한 상수이다. 암 조작량이 역치 Pit보다 큰 경우에 암 조작이 이루어졌다고 판정하여 S610으로 진행하고, 암 조작량이 역치 Pit 이하인 경우에 암 조작이 이루어지지 않았다고 판정하고, S690으로 진행한다.

S610에서는, 1스텝 전의 암 조작량이 역치 Pit보다 큰지를 판정한다. S610에서 "예"의 경우, 1스텝 전부터 암 조작이 계속되고 있다고 간주하여 S620에서 타이머의 카운트 시간 t를 제어 주기만큼 진행시켜, S640으로 진행한다. 한편, S610에서 "아니오"의 경우, 금회의 스텝으로부터 암 조작이 개시된 것으로 간주하여 S630에서 타이머의 카운트 시간 t를 리셋, 즉 t=0으로 하여, S640으로 진행한다.

S640에서는, 암 실린더 제2 속도 연산부(43d)에서 산출한 제2 속도 Vama를 취득하고, S650으로 진행한다.

S650에서는, 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)에서 산출한 제1 속도 Vame를 취득하고, S660으로 진행한다.

S660에서는, S620 또는 S630에서 산출된 타이머의 카운트 시간 t와 도 12의 테이블로부터 제2 속도 Vama의 가중치 부여 비율 Wact를 산출한다. 가중치 부여 비율 Wact는 도 12에 나타내는 바와 같이 타이머의 카운트 시간 t에서 결정되는 함수이며, 본고에서는 가중치 부여 비율 Wact를 「제2 가중치 부여 함수」라고 칭하는 경우가 있다. 도 12에 있어서, t=0 내지 t0 사이에는 Wact는 0으로 일정하고, t=t0 내지 t1 사이에는 Wact는 카운트 시간 t의 증가에 따라서 0으로부터 1까지 단조 증가하고, t=t1 이후에는 Wact는 1로 일정해진다.

본고에서는, t0을 「제1 소정 시간」, t1을 「제2 소정 시간」이라고 칭하는 경우가 있다. t0 및 t1은, 작업 장치 자세 검출 장치(50)의 응답 지연을 고려한 값을 선정하여 설정하고, 예를 들어 다음과 같이 설정할 수 있다. 도 17은, t0, t1의 일례와, 암 실린더(6)의 제1 속도, 제2 속도 및 실제 속도의 관계를 모식적으로 도시한 설명도이다. 도 17에 있어서의 상측 도면과 같이 암 조작압을 제로로부터 급격하게 증가시키면, 암 실린더(6)의 제1 속도, 제2 속도 및 실제 속도(참값)는 도 17에 있어서의 하측 도면과 같이 변화된다. 즉, 제1 속도는, 이미 설명한 바와 같이 암 조작압(조작량)과 도 9의 테이블로부터 산출되기 때문에, 암 조작압의 변화와 거의 동일한 타이밍에서 변화된다. 그러나, 실제는 오퍼레이터가 레버를 조작하고 나서 암 실린더(6)가 움직이기 시작할 때까지는 응답 지연이 있기 때문에, 실제 속도는 제1 속도에 지연되어 도면과 같이 변화된다. 그리고, 제2 속도는, 이미 설명한 바와 같이 암(9)의 실제 자세 변화를 기초로 산출되기 때문에, 실제 속도로 지연되어 도면과 같이 변화되고, 시간 t0에서 겨우 실제 속도와 동정(同定)할 수 있는 값에 달한다. 상기 사정을 감안하여, 본 실시 형태에서는, 레버 조작을 개시하고 나서 제2 속도와 실제 속도의 값이 일치한다고 간주할 수 있을 때까지 소요되는 시간을 t0으로 설정하고 있다. 그리고, t1은 t0보다도 큰 시간으로 하고, t0으로부터 t1에 이르기까지의 동안에 제3 속도가 제1 속도로부터 제2 속도로 서서히 천이되어도 버킷 클로의 동작이 오퍼레이터에게 위화감을 부여하지 않을 필요 충분한 시간을 t1로 설정하고 있다. t0 및 t1은 붐의 응답(MC의 응답)을 확보할 수 있는 가능한 한 작은 값으로 설정할 수 있다(예를 들어, t0 및 t1은 각각 2초 이하의 값으로 설정할 수 있다).

S670에서는, S660에서 산출한 암 실린더 제2 속도의 가중치 부여 비율 Wact로부터 암 실린더 제1 속도 Vame의 가중치 부여 비율 West를 산출한다. 본고에서는 가중치 부여 비율 West를 「제1 가중치 부여 함수」라고 칭하는 경우가 있다. 가중치 부여 비율 West는, West=1-Wact로 산출한다. 즉, t=0 내지 t0 사이에서는 West는 1로 일정하고, t=t0 내지 t1 사이에서는 West는 카운트 시간 t의 증가에 따라서 1로부터 0까지 단조 감소되고, t=t1 이후에는 West는 0로 일정해진다.

S680에서는, 암 실린더 제3 속도 Vams를 Vams=Vama×Wact+Vame×West로서 출력한다. 즉, 제1 가중치 부여 함수 West를 제1 속도 Vame에 곱한 값과, 제2 가중치 부여 함수 Wact를 제2 속도 Vama에 곱한 값의 합을 제3 속도로서 산출하고, 그 연산 결과를 액추에이터 제어부(81)로 출력한다.

그런데, S600에서 "아니오"라고 판정된 경우, S600에서 암 조작이 이루어지지 않았다고 간주하여, S690에서 암 실린더 제3 속도 Vams=0을 출력한다.

<붐 제어부(81a)에 의한 붐 상승 제어의 플로우>

본 실시 형태의 제어 컨트롤러(40)는, 붐 제어부(81a)에 의한 붐 상승 제어를 MC로서 실행한다. 이 붐 제어부(81a)에 의한 붐 상승 제어의 플로우를 도 8에 나타낸다. 도 8은 붐 제어부(81a)에서 실행되는 MC의 흐름도이며, 조작 장치(45a, 45b, 46a)가 오퍼레이터에 의해 조작되면 처리가 개시된다.

S410에서는, 붐 제어부(81a)는 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 속도를 취득한다. 먼저, 붐 실린더(5)와 버킷 실린더(7)의 속도에 대해서는, 조작량 연산부(43a)에서 연산된 붐(8)과 버킷(10)에 대한 조작량을 기초로 붐 실린더(5)와 버킷 실린더(7)의 속도를 연산하여 취득한다. 구체적으로는, 전술한 도 9와 동일하게 미리 실험이나 시뮬레이션으로 구한 조작량에 대한 실린더 속도를 테이블로서 설정하고, 이에 따라서 붐 실린더(5)와 버킷 실린더(7)의 속도를 산출한다. 한편, 암 실린더(6)의 속도에 대해서는, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)가 전술한 도 11의 플로우에 기초하여 산출한 제3 속도 Vams를 암 실린더(6)의 속도로서 취득한다.

S420에서는, 붐 제어부(81a)는, S410에서 취득한 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 동작 속도와, 자세 연산부(43b)에서 연산된 작업 장치(1A)의 자세를 기초로, 오퍼레이터 조작에 의한 버킷 선단(클로)의 속도 벡터 B를 연산한다.

S430에서는, 붐 제어부(81a)는, 자세 연산부(43b)에서 연산한 버킷(10)의 클로의 위치(좌표)와, ROM(93)에 기억된 목표면(60)을 포함하는 직선의 거리로부터, 버킷 선단으로부터 제어 대상의 목표면(60)까지의 거리 D(도 5 참조)를 산출한다. 그리고, 거리 D와 도 10의 그래프를 기초로 버킷 선단의 속도 벡터의 목표면(60)에 수직인 성분의 하한측의 제한값 ay를 산출한다.

S440에서는, 붐 제어부(81a)는, S420에서 산출한 오퍼레이터 조작에 의한 버킷 선단의 속도 벡터 B에 있어서, 목표면(60)에 수직인 성분 by를 취득한다.

S450에서는, 붐 제어부(81a)는, S430에서 산출한 제한값 ay가 0 이상인지 여부를 판정한다. 또한, 도 8의 우측 상단에 도시한 바와 같이 xy 좌표를 설정한다. 당해 xy 좌표에서는, x축은 목표면(60)과 평행이며 도면 중 우측 방향을 정이라 하고, y축은 목표면(60)에 수직이며 도면 중 상측 방향을 정이라 한다. 도 8 중의 범례에서는 수직 성분 by 및 제한값 ay는 부이고, 수평 성분 bx 및 수평 성분 cx 및 수직 성분 cy는 정이다. 그리고, 도 10으로부터 명확하지만, 제한값 ay가 0일 때는 거리 D가 0, 즉, 클로가 목표면(60) 상에 위치하는 경우이며, 제한값 ay가 정일 때는 거리 D가 부, 즉, 클로가 목표면(60)보다 하방에 위치하는 경우이며, 제한값 ay가 부일 때는 거리 D가 정, 즉, 클로가 목표면(60)보다 상방에 위치하는 경우이다. S450에서 제한값 ay가 0 이상이라고 판정된 경우(즉, 클로가 목표면(60) 상 또는 그 하방에 위치하는 경우)에는 S460으로 진행하고, 제한값 ay가 0 미만인 경우에는 S480으로 진행한다.

S460에서는, 붐 제어부(81a)는, 오퍼레이터 조작에 의한 클로의 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 0 이상인지 여부를 판정한다. by가 정인 경우에는 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 상향인 것을 나타내고, by가 부인 경우에는 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 하향인 것을 나타낸다. S460에서 수직 성분 by가 0 이상이라고 판정된 경우(즉, 수직 성분 by가 상향인 경우)에는 S470으로 진행하고, 수직 성분 by가 0 미만인 경우에는 S500으로 진행한다.

S470에서는, 붐 제어부(81a)는, 제한값 ay와 수직 성분 by의 절댓값을 비교하여, 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 이상인 경우에는 S500으로 진행한다. 한편, 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 미만인 경우에는 S530으로 진행한다.

S500에서는, 붐 제어부(81a)는, 머신 컨트롤에 의한 붐(8)의 동작으로 발생해야 할 버킷 선단의 속도 벡터 C의 목표면(60)에 수직인 성분 cy를 산출하는 식으로서 「cy=ay-by」를 선택하고, 그 식과 S430의 제한값 ay와 S440의 수직 성분 by를 기초로 수직 성분 cy를 산출한다. 그리고, 산출한 수직 성분 cy를 출력 가능한 속도 벡터 C를 산출하고, 그 수평 성분을 cx라 한다(S510).

S520에서는, 목표 속도 벡터 T를 산출한다. 목표 속도 벡터 T의 목표면(60)에 수직인 성분을 ty, 수평인 성분 tx라 하면, 각각 「ty=by+cy, tx=bx+cx」로 나타낼 수 있다. 이것에 S500의 식 (cy=ay-by)를 대입하면 목표 속도 벡터 T는 결국 「ty=ay, tx=bx+cx」가 된다. 즉, S520에 이르렀을 경우의 목표 속도 벡터의 수직 성분 ty는 제한값 ay로 제한되고, 머신 컨트롤에 의한 강제 붐 상승이 발동된다.

S480에서는, 붐 제어부(81a)는, 오퍼레이터 조작에 의한 클로의 속도 벡터 B의 수직 성분 by가 0 이상인지 여부를 판정한다. S480에서 수직 성분 by가 0 이상이라고 판정된 경우(즉, 수직 성분 by가 상향인 경우)에는 S530으로 진행하고, 수직 성분 by가 0 미만인 경우에는 S490으로 진행한다.

S490에서는, 붐 제어부(81a)는, 제한값 ay와 수직 성분 by의 절댓값을 비교하여, 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 이상인 경우에는 S530으로 진행한다. 한편, 제한값 ay의 절댓값이 수직 성분 by의 절댓값 미만인 경우에는 S500으로 진행한다.

S530에 이르렀을 경우, 머신 컨트롤로 붐(8)을 동작시킬 필요가 없으므로, 붐 제어부(81a)는 속도 벡터 C를 제로로 한다. 이 경우, 목표 속도 벡터 T는, S520에서 이용한 식(ty=by+cy, tx=bx+cx)에 기초하면 「ty=by, tx=bx」가 되고, 오퍼레이터 조작에 의한 속도 벡터 B와 일치한다(S540).

S550에서는, 붐 제어부(81a)는, S520 또는 S540에서 결정한 목표 속도 벡터 T(ty,tx)를 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 연산한다. 또한, 상기 설명으로부터 명확하지만, 도 8의 경우에 목표 속도 벡터 T가 속도 벡터 B에 일치하지 않을 때에는, 머신 컨트롤에 의한 붐(8)의 동작으로 발생하는 속도 벡터 C를 속도 벡터 B에 더함으로써 목표 속도 벡터 T를 실현한다.

S560에서는, 붐 제어부(81a)는, S550에서 산출된 각 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)에의 목표 파일럿압을 연산한다.

S590에서는, 붐 제어부(81a)는, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)에의 목표 파일럿압을 전자기 비례 밸브 제어부(44)로 출력한다.

전자기 비례 밸브 제어부(44)는, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)에 목표 파일럿압이 작용하게 전자기 비례 밸브(54, 55, 56)를 제어하고, 이에 의해 작업 장치(1A)에 의한 굴삭이 행해진다. 예를 들어, 오퍼레이터가 조작 장치(45b)를 조작하여, 암 크라우드 동작에 의해 수평 굴삭을 행하는 경우에는, 버킷(10)의 선단이 목표면(60)에 침입하지 않도록 전자기 비례 밸브(55c)가 제어되고, 붐(8)의 인상 동작이 자동적으로 행해진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 붐 제어부(81a)에 의한 붐 제어(강제 붐 상승 제어)와, 버킷 제어부(81b)에 의한 버킷 제어(버킷 각도 제어)가 MC로서 실행되지만, 버킷(10)과 목표면(60)의 거리 D에 따른 붐 제어를 MC로서 실행해도 된다.

<동작·효과>

상기와 같이 구성되는 유압 셔블의 동작에 대하여 도 13을 이용하여 설명한다. 여기에서는, 암 회동 중심을 통과하는 수평면과 암(9)이 이루는 각을 암 각도 φ라 하고, 암 크라우드 조작을 입력하여 절상(切上) 작업을 개시하는 상태 S1(도 13: 암 각도 φ1

90도)로부터, 절상 작업의 도중 단계인 상태 S2(도 13: 암 각도 φ2>90도)로 천이하는 경우의 오퍼레이터 조작과, 제어 컨트롤러(40)(붐 제어부(81a))에 의한 MC에 대하여 설명한다.

여기에서, 도 12의 시간 t0 및 시간 t1은 붐의 응답(MC의 응답)을 확보할 수 있는 가능한 한 작은 값(예를 들어, 2초 이하의 값)이기 때문에, 암 크라우드 조작의 개시 후에 상태 S1로부터 상태 S2로 천이하는 것은 시간 t1 이후인 것으로 한다. 도 13의 상태 S1로부터 상태 S2 사이에, 오퍼레이터는 암(9)의 크라우드 조작을 행한다. 암(9)의 크라우드 조작에 의해 버킷(10)이 목표면(60)의 하방에 침입한다고 판단될 때에는, 도 8의 플로우에 기초하여 붐 제어부(81a)로부터 전자기 밸브(54a)로 명령이 출력되고, 강제적으로 붐(8)을 상승시키는 제어(MC)가 실행된다.

(1) 암 크라우드 개시로부터의 경과 시간이 t0 미만인 경우

먼저, 오퍼레이터가 암(9)의 크라우드 조작을 개시하고 나서의 경과 시간이 t0 미만인 경우에는, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는, 도 11의 제어 플로우에 기초하여 암 실린더(6)의 속도로서 제1 속도를 액추에이터 제어부(81)로 출력한다. 이 때, 액추에이터 제어부(81)(붐 제어부(81a))는, 암 실린더(6)의 속도로서 제1 속도를 이용하면서 버킷 선단 속도 B를 산출하고, 도 8의 플로우에 기초하여 필요에 따라서 MC가 발동되고, 이에 의해 버킷(10)의 클로가 목표면(60) 상 또는 그 상방에 유지된다. 이렇게 암(9)의 시동 시의 암 실린더(6)의 속도로서 제1 속도를 이용하여 MC를 행하면, 제1 속도는 실제 암 속도보다 빨라지는 경향이 있기는 하지만(도 17 참조), MC에 의한 붐 상승 제어의 응답성은 확보되므로, 클로의 거동을 안정시킬 수 있다.

(2) 암 크라우드 개시로부터의 경과 시간이 t0 이후이면서 t1 미만인 경우

다음으로, 오퍼레이터가 암(9)의 크라우드 조작을 개시하고 나서의 경과 시간이 t0 이후이면서 t1 미만인 경우에는, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는 도 11의 제어 플로우에 기초하여 제1 속도 Vame 및 제2 속도 Vama 및 가중치 부여 비율 Wact, West로부터 산출되는 제3 속도 Vams(Vams=Vama×Wact+Vame×West)를 암 실린더(6)의 속도로서 액추에이터 제어부(81)로 출력한다. 이에 의해 액추에이터 제어부(81)(붐 제어부(81a))에서 암 실린더(6)의 속도로서 이용되는 속도는, 시간의 경과와 함께 제1 속도로부터 서서히 제2 속도로 시프트하므로, 제1 속도로부터 제2 속도로 돌연 변화되는 경우와 비교하여 버킷 클로의 거동이 돌연 변화되는 것이 방지되고, 그 결과 오퍼레이터가 클로의 거동에 위화감을 느끼는 것을 방지할 수 있다.

(3) 암 크라우드 개시로부터의 경과 시간이 t1 이후인 경우

마지막으로, 오퍼레이터가 암(9)의 크라우드 조작을 개시하고 나서의 경과 시간이 t1 이후인 경우에는, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는 도 11의 제어 플로우에 기초하여 암 실린더(6)의 속도로서 제2 속도를 액추에이터 제어부(81)로 출력한다. 이 때, 액추에이터 제어부(81)(붐 제어부(81a))는, 암 실린더(6)의 속도로서 제2 속도를 이용하면서 버킷 선단 속도 B를 산출하고, 도 8의 플로우에 기초하여 필요에 따라서 MC가 발동되고, 이에 의해 버킷(10)의 클로가 목표면(60) 상 또는 그 상방에 유지된다. 이렇게 암(9)의 동작 중 암 실린더(6)의 속도로서 제2 속도를 이용하여 MC를 행하면, 실제 속도에 가까운 속도로 MC를 행할 수 있으므로, 클로의 거동을 안정시킬 수 있다.

특히, 시간 t1 이후에 상태 S2와 같이 암 각도 φ가 90도 이하인 상태에서 MC가 실행되는 경우에는, 암(9)보다 앞의 프론트 작업 장치(암(9) 및 버킷(10))의 자중에 의해 실제 암 실린더 속도는 제1 속도보다도 작아져버린다. 그러나, 본 실시 형태에 따르면, 도 11의 제어 플로우에 의해, 시간 t1 이후에는, 실제 자세 변화에 기초하여 산출되는 제2 속도를 암 실린더의 속도로 하여 MC가 행해지므로 적절한 붐 상승 명령을 출력할 수 있어, MC의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

즉, 본 실시 형태에 따르면, MC 시의 암 실린더의 속도로서 제1 속도를 항상 이용하던 경우와 비교하여, 실제 자세 변화에 기초하여 산출되는 제2 속도를 이용함으로써, 부하압이나 자세, 유온 등의 변화의 영향을 받기 어려워지기 때문에, MC를 안정시킬 수 있다.

<제2 실시 형태>

다음으로 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.

먼저, 본 실시 형태가 해결하고자 하는 주된 과제를 설명한다. 제1 실시 형태에서는, 자세 센서는 암이 실제로 움직이기 시작하고 나서 그 자세 변화를 검출 가능해지기 때문에, 암의 시동에 대하여 MC의 응답이 지연될 가능성이 있는 점을 들었다. 그러나, 암의 시동 이외에도, 오퍼레이터가 암 조작 레버의 조작량을 급변시킨 경우에는, 자세 센서의 응답보다도 빨리 실제 암 실린더 속도가 변화될 수 있으므로, 암의 시동과 동일하게 자세 센서의 출력으로부터 산출한 암 속도는 실제 암 속도와 괴리될 수 있다. 본 실시 형태는 이 점의 해결을 도모한 것이다.

도 15는 제2 실시 형태의 MC 제어부(43A)의 기능 블록도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 MC 제어부(43A)는 제1 실시 형태의 것과 상이하고, 작동 유온 검출 장치(210)에서 검출된 검출값을 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)에 입력하고 있으며, 그 검출값을 제1 속도의 보정에 이용하고 있다. 또한, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)의 제어 플로우가 제1 실시 형태와 상이하다. 그 다른 부분에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하며 설명은 생략한다. 이하, 본 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.

<암 실린더 제3 속도 연산부(43e)에 의한 제3 속도 산출의 플로우>

도 16에 제2 실시 형태의 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)가 암 실린더(6)의 제3 속도를 산출하는 흐름도를 나타낸다. 제1 실시 형태와 동일하게, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는 도 16의 플로우를 소정의 제어 주기로 반복 실행하고, 도 11과 동일한 처리에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 또한, 이하의 도 16의 설명에 있어서의 주어는 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)이다.

S720에서는, 조작량 연산부(43a)에서 연산된 현재와 1스텝 전의 암 조작량의 변화량이 역치 dPit보다도 큰지를 판정한다. 여기에서, 역치 dPit는 다음 방법으로 결정할 수 있다.

<역치 dPit에 대하여>

오퍼레이터의 조작에 의해 암(9)의 동작 속도가 급속하게 변화되었을 때(암(9)의 동작 속도의 시간 변화량이 클 때)에, 작업 장치 자세 검출 장치(50)의 검출 응답 성능에 의해, 실제 암 실린더 속도(참값)와 암 실린더 제2 속도 연산부(43d)에서 연산한 제2 속도에서 괴리가 발생하는 경우가 있다. 이 괴리가 발생하는 암(9)의 동작 속도의 시간 변화량이 역치 dWam 이상이라고 하자. 즉, 암(9)의 동작 속도의 시간 변화량이 역치 dWam 이상이면, 작업 장치 자세 검출 장치(50)는 응답 지연이 발생하고, 역치 dWam 미만이면, 작업 장치 자세 검출 장치(50)는 암(9)의 동작 속도의 시간 변화량에 대하여 충분히 추종할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 암(9)의 동작 속도의 시간 변화량이 역치 dWam이 되는 암 조작량(암 조작압과 등이)의 변화량을 미리 실험이나 시뮬레이션으로 구하고, 이것을 역치 dPit로서 설정하고 있다.

S720에서 "예"라고 판정된 경우(현재와 1스텝 전의 암 조작량의 변화량이 역치 dPit보다도 크다고 판정된 경우), 1스텝 전부터 금회의 스텝에서 암(9)의 동작 속도가 급속하게 변화되고 있다고 간주하여, S730에서 1스텝 전과 2스텝 전의 암 조작량의 변화량이 역치 dPit보다도 큰지를 판정한다.

S730에서 "예"라고 판정된 경우(1스텝 전과 2스텝 전의 암 조작량의 변화량이 역치 dPit보다도 크다고 판정된 경우), 암(9)의 동작 속도가 급속하게 변화되고 있는 상태가 계속되고 있다고 간주하여, S620에서 타이머의 카운트 시간 t를 제어 주기만큼 진행시켜, S640으로 진행한다.

S730에서 "아니오"라고 판정된 경우(1스텝 전과 2스텝 전의 암 조작량의 변화량이 역치 dPit 이하라고 판정된 경우), 암(9)의 동작 속도의 급속한 변화가 금회의 스텝에서 개시된 것으로 간주하여, S630에서 타이머의 카운트 시간 t를 리셋, 즉 t=0으로 하여, S640으로 진행한다.

S720에서 "아니오"라고 판정된 경우(현재와 1스텝 전의 암 조작량의 변화량이 역치 dPit 이하라고 판정된 경우), 1스텝 전부터 암 조작이 계속되고 있다고 간주하여(즉 제1 실시 형태의 S610에서 "예"라고 판정된 경우와 동일하게 취급됨), S620에서 타이머의 카운트 시간 t를 제어 주기만큼 진행시켜, S640으로 진행한다.

S640에서는, 암 실린더 제2 속도 연산부(43d)에서 산출한 제2 속도 Vama를 취득하고, S770으로 진행한다.

S770에서는, 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)가 작동 유온 검출 장치(210)의 검출값을 고려하여 산출한 제1 속도 Vame를 취득한다.

<작동 유온에 의한 제1 속도의 보정 처리>

여기서 본 실시 형태의 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)의 제1 속도의 연산 처리에 대하여 설명한다. 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)는, 조작량 연산부(43a)가 산출한 암 조작량과, 암 조작량과 암 실린더 속도의 상관 관계가 규정된 도 18의 테이블과, 작동 유온 검출 장치(210)의 검출값(검출 온도 Tt)을 기초로 암 실린더(6)의 제1 속도를 산출하고 있다. 도 18의 테이블에서는, 도 9와 동일하게, 암 조작량의 증가와 함께 암 실린더 속도가 단조롭게 증가하게 조작량과 속도의 상관 관계가 규정되어 있다. 도 18의 테이블은, 작동 유온 검출 장치(210)의 검출 온도 Tt가 소정값 Tt0 이하인 경우, 작동 유온 검출 장치(210)의 검출 온도 Tt와 소정값 Tt0의 편차 △Tt의 증가에 따라서 암 실린더 속도가 감소하게 보정된다. 도 18에는, 작동 유온 검출 장치(210)의 검출 온도가 Tt0, Tt1, Tt2, Tt3(단, Tt3<Tt2<Tt1<Tt0)일 때에 이용되는 함수를 나타내었다. 이렇게, 작동 유온 검출 장치(210)에 의해 검출된 유온 Tt가 소정값 Tt0 이하인 경우, 소정값 Tt0과의 편차 △Tt의 증가에 따라서 암 실린더(6)의 속도가 작아지는 것을 가미하여, 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)는, 도 9의 테이블과 조작량 연산부(43a)가 산출한 암 조작량으로부터 산출되는 속도보다도 작은 속도를 제1 속도 Vame로서 산출한다.

S660 이후의 처리는 도 11의 처리와 동일하므로 설명은 생략한다.

<동작·효과>

상기와 같이 구성되는 유압 셔블에 있어서, 오퍼레이터가 암 조작 중에 암 조작량을 급변시키면, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는 도 16의 S720, 730의 처리를 경유하여 S630에서 타이머를 리셋하고, 암 실린더(6)의 속도로서 제1 속도를 액추에이터 제어부(81)로 출력한다. 이에 의해, 제1 속도는 실제 암의 속도보다 빨라지는 경향이 있기는 하지만, MC에 의한 붐 상승 제어의 응답성은 확보되므로, 클로의 거동을 안정시킬 수 있다.

레버 조작량의 변화량이 계속해서 dPit를 초과하고 있는 경우에는, 다음 제어 주기에서, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는, 도 16의 S720, 730의 처리를 경유하여 S620에서 타이머의 카운트 시간 t를 제어 주기만큼 진행시켜, S640으로 진행한다. S640 이후의 처리에서는 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는 카운트 시간 t에 따른 제3 속도를 액추에이터 제어부(81)로 출력한다.

카운트 시간 t가 t0 이상이면서 t1 미만인 경우, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는, 도 16의 제어 플로우에 기초하여 제1 속도 Vame 및 제2 속도 Vama 및 가중치 부여 비율 Wact, West로부터 산출되는 제3 속도 Vams(Vams=Vama×Wact+Vame×West)를 암 실린더(6)의 속도로서 액추에이터 제어부(81)로 출력한다.

카운트 시간 t가 t1 이상인 경우, 암 실린더 제3 속도 연산부(43e)는 도 16의 제어 플로우에 기초하여 제2 속도를 암 실린더(6)의 속도로서 액추에이터 제어부(81)로 출력한다. 이렇게 암(9)의 동작 중 암 실린더(6)의 속도로서 제2 속도를 이용하여 MC를 행하면, 실제 속도에 가까운 속도로 MC를 행할 수 있으므로, 클로의 거동을 안정시킬 수 있다.

또한, 작동 유온이 저온에서 유압 액추에이터의 속도가 저하되는 경우에도, 작동 유온 검출 장치(210)의 검출 결과에 기초하여 암 실린더의 추정 속도를 산출하기 때문에, 붐 상승 조작량을 적절하게 산출할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서도, MC 시의 암 실린더의 속도로서 제1 속도를 항상 이용하던 경우와 비교하여, 실제 자세 변화에 기초하여 산출되는 제2 속도를 이용함으로써, 부하압이나 자세, 유온 등의 변화의 영향을 받기 어려워지기 때문에, MC를 안정시킬 수 있다.

<기타>

상기 제2 실시 형태에서는 시간 t0, t1을 고정의 값으로 하고 있지만, 암 조작량의 변화량에 따라서 시간 t0, t1의 값을 가변으로 해도 된다.

또한, 제2 실시 형태의 S660에서는, 제1 실시 형태와 동일하게, 타이머의 카운트 시간 t와 도 12의 테이블로부터 제2 속도 Vama의 가중치 부여 비율 Wact를 산출하지만, S610에서 "아니오"라고 판정된 경우(암 조작이 개시되었다고 판정된 경우)와, S730에서 "아니오"라고 판정된 경우(암 조작량의 변화량이 역치 dPit 이상이라고 판정된 경우)에서, 이용하는 테이블을 상이하게 해도 된다. 즉, S730에서 "아니오"라고 판정된 경우에는, 도 12의 테이블과 다른 테이블을 이용해도 된다.

제2 실시 형태에서는, 암 실린더 제1 속도 연산부(43f)에 있어서 작동 유온에 의한 제1 속도의 보정 처리를 행하였지만, 이 처리는 본 실시 형태로부터 생략 가능하며, 또한 제1 실시 형태에도 추가 가능하다.

상기 각 실시 형태에서는 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 각도를 검출하는 각도 센서를 사용하였지만, 각도 센서가 아니라 실린더 스트로크 센서에 의해 셔블의 자세 정보를 산출하는 것으로 해도 된다. 또한, 유압 파일럿식 셔블을 예로서 설명하였지만, 전기 레버식 셔블이면 전기 레버로부터 생성되는 명령 전류를 제어하는 구성으로 해도 된다. 프론트 작업 장치(1A)의 속도 벡터의 산출 방법에 대하여, 오퍼레이터 조작에 의한 파일럿압이 아니라, 붐(8), 버킷(10)의 각도를 미분함으로써 산출되는 각속도로부터 구해도 된다.

상기 각 실시 형태에서는, 암을 특정 프론트 부재, 암 실린더를 특정 유압 액추에이터로 하여, 암 조작 개시로부터의 시간이나 암의 급동작 개시로부터의 시간에 따라서 암 실린더의 속도를 산출하는 프로세스를 변경하였지만, 조작량으로부터 산출되는 속도의 정밀도나 자세 검출 장치의 응답성의 과제는, 암 이외의 프론트 부재인 붐이나 버킷에도 해당한다. 따라서, 특정 프론트 부재와 특정 유압 액추에이터는, 붐(8)과 붐 실린더(5)나, 버킷(10)과 버킷 실린더(7)로도 변경 가능하다.

상기 제어 컨트롤러(40)에 관한 각 구성이나 당해 각 구성의 기능 및 실행 처리 등은, 그들의 일부 또는 전부를 하드웨어(예를 들어 각 기능을 실행하는 로직을 집적 회로로 설계하는 등)로 실현해도 된다. 또한, 상기 제어 컨트롤러(40)에 관한 구성은, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU)에 의해 판독·실행됨으로써 당해 제어 컨트롤러(40)의 구성에 관한 각 기능이 실현되는 프로그램(소프트웨어)으로 해도 된다. 당해 프로그램에 관한 정보는, 예를 들어, 반도체 메모리(플래시 메모리, SSD 등), 자기 기억 장치(하드디스크 드라이브 등) 및 기록 매체(자기 디스크, 광 디스크 등) 등에 기억할 수 있다.

본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 각종 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은 상기 각 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어떤 실시 형태에 따른 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 이러한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

1A: 프론트 작업 장치
8: 붐
9: 암
10: 버킷
30: 붐 각도 센서
31: 암 각도 센서
32: 버킷 각도 센서
40: 제어 컨트롤(제어 장치)
43: MC 제어부
43a: 조작량 연산부
43b: 자세 연산부
43c: 목표면 연산부
43d: 암 실린더 제2 속도 연산부
43e: 암 실린더 제3 속도 연산부
43f: 암 실린더 제1 속도 연산부
44: 전자기 비례 밸브 제어부
45: 조작 장치(붐, 암)
46: 조작 장치(버킷, 선회)
50: 작업 장치 자세 검출 장치(자세 검출 장치)
51: 목표면 설정 장치
52a: 오페레이터 조작량 검출 장치(조작량 검출 장치)
53: 표시 장치
54, 55, 56: 전자기 비례 밸브
81: 액추에이터 제어부
81a: 붐 제어부
81b: 버킷 제어부
210: 작동 온도 검출 장치

Claims (5)

1. 복수의 프론트 부재를 갖는 작업 장치와,
   상기 복수의 프론트 부재를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와,
   오퍼레이터의 조작에 따라서 상기 복수의 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 조작 장치와,
   상기 조작 장치의 조작 시에, 상기 복수의 유압 액추에이터의 속도와 미리 정한 조건에 따라서 상기 복수의 유압 액추에이터의 적어도 하나를 제어하는 액추에이터 제어부를 갖는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
   상기 복수의 프론트 부재의 하나인 특정 프론트 부재의 자세에 관한 물리량을 검출하는 자세 검출 장치와,
   오퍼레이터로부터 상기 조작 장치에 입력되는 조작량 중 상기 특정 프론트 부재에 대한 조작량에 관한 물리량을 검출하는 조작량 검출 장치를 구하고,
   상기 제어 장치는,
   상기 복수의 유압 액추에이터 중 상기 특정 프론트 부재를 구동하는 특정 유압 액추에이터의 제1 속도를 상기 조작량 검출 장치의 검출값으로부터 산출하는 제1 속도 연산부와,
   상기 특정 유압 액추에이터의 제2 속도를 상기 자세 검출 장치의 검출값으로부터 산출하는 제2 속도 연산부와,
   상기 액추에이터 제어부에서 상기 특정 유압 액추에이터의 속도로서 이용되는 제3 속도를 상기 제1 속도와 상기 제2 속도에 기초하여 산출하는 제3 속도 연산부를 구비하고,
   상기 제3 속도 연산부는,
   상기 조작량 검출 장치에서 상기 특정 프론트 부재에 대한 조작이 입력된 것이 검출되고 나서 제1 소정 시간까지의 동안, 상기 제1 속도를 상기 제3 속도로서 산출하고,
   상기 제1 소정 시간으로부터 상기 제1 소정 시간보다도 큰 제2 소정 시간까지의 동안, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도로부터 산출되는 속도를 상기 제3 속도로서 산출하고,
   상기 제2 소정 시간 이후, 상기 제2 속도를 상기 제3 속도로서 산출하는
   것을 특징으로 하는, 작업 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제3 속도 연산부는, 상기 제1 소정 시간으로부터 상기 제2 소정 시간까지의 동안, 시간의 증가에 따라서 값이 감소하는 제1 가중치 부여 함수를 상기 제1 속도에 곱한 값과, 시간의 증가에 따라서 값이 증가하는 제2 가중치 부여 함수를 상기 제2 속도에 곱한 값의 합을 상기 제3 속도로서 산출하는
   것을 특징으로 하는, 작업 기계.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제3 속도 연산부는,
   상기 조작량 검출 장치에서 상기 특정 프론트 부재에 대한 조작량의 변화량이 소정량 이상인 것이 검출되고 나서 제3 소정 시간까지의 동안, 상기 제1 속도를 상기 제3 속도로서 산출하고,
   상기 제3 소정 시간으로부터 상기 제3 소정 시간보다도 큰 제4 소정 시간까지의 동안, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도로부터 산출되는 속도를 상기 제3 속도로서 산출하고,
   상기 제4 소정 시간 이후, 상기 제2 속도를 상기 제3 속도로서 산출하는
   것을 특징으로 하는, 작업 기계.
4. 제1항에 있어서,
   상기 특정 유압 액추에이터를 구동하기 위한 작동 유온을 검출하는 작동 유온 검출 장치를 더 구비하고,
   상기 제1 속도 연산부는, 상기 작동 유온 검출 장치에 의해 검출된 유온이 소정값 이하인 경우, 상기 조작량 검출 장치의 검출값으로부터 산출되는 속도보다도 작은 속도를 상기 제1 속도로서 산출하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
5. 제1항에 있어서,
   상기 특정 프론트 부재는 암이며,
   상기 특정 유압 액추에이터는 상기 암을 구동하는 암 실린더인
   것을 특징으로 하는, 작업 기계.
   

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