KR20190109744A

KR20190109744A - 작업 기계

Info

Publication number: KR20190109744A
Application number: KR1020197024481A
Authority: KR
Inventors: 마나부 에다무라; 시호 이즈미; 히로시 사카모토
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-09-26
Also published as: WO2019175917A1; CN110799708B; US20200277758A1; KR102259549B1; US11149411B2; CN114164888A; JP6827123B2; JPWO2019175917A1; CN110799708A; CN114164888B; EP3767038A4; EP3767038A1

Abstract

유압 셔블(1)의 제어 컨트롤러(40)에, 버킷 클로 끝의 위치 정보와 목표면 (700)의 위치 정보에 기초하여, 버킷 클로 끝으로부터 연직 방향으로 연장한 가상 직선 Lv 상에서의 버킷 클로 끝과 목표면의 거리인 제1 거리 D1을 연산하는 제1 거리 연산부(43f)와, 버킷 클로 끝의 위치 정보와 목표면의 위치 정보와 현황 지형(800)의 위치 정보에 기초하여, 가상 직선 Lv 상에서의 목표면과 현황 지형의 거리인 제2 거리 D2를 연산하는 제2 거리 연산부(43g)를 구비한다. 표시 장치(53a)에서, 제1 거리 D1과 제2 거리 D2를 표시한다.

Description

작업 기계

본 발명은 작업 기계에 관한 것이다.

유압 셔블로 대표되는, 작업기(프론트 작업기)를 구비한 작업 기계는, 오퍼레이터가 조작 레버를 조작함으로써, 작업기가 구동되고, 시공 대상으로 되는 지형을 원하는 형상으로 정형한다. 이러한 작업의 지원을 목적으로 한 기술로서, 머신 가이던스(Machine Guidance: MG)가 있다. MG는, 원하는 시공 대상면의 형상을 나타내는 목표면과 작업기의 위치 관계를 표시 장치의 화면에 표시함으로써, 작업기로 목표면을 형성할 때의 오퍼레이터 조작 지원을 실현하는 기술이다.

MG에는, 상기 목표면과 작업기의 위치 관계 외에, 작업기로 굴삭해서 형성된 지형(「완성형」이라고 칭해지는 경우도 있음)을 포함하는 현황 지형을 표시하는 것이 있다. 예를 들어 특허문헌 1에는, 작업기에 미리 설정한 모니터 포인트의 3차원 위치의 계측 결과에 기초하여, 작업기에 의해 굴삭해서 형성된 완성형에 관한 정보를 취득하도록 한 건설 기계의 완성형 정보 처리 장치에 있어서, 건설 기계가 발하는 신호에 기초하여, 작업기의 작업 상태가 굴삭 작업의 상태에 있는지 여부를 판정하는 작업 상태의 판정 수단을 마련하고, 작업기의 작업 상태가 굴삭 작업의 상태에 있다고 상기 판정 수단으로 판정되었을 때, 상기 모니터 포인트에 관한 3차원 위치의 계측 결과에 기초하여 상기 완성형에 관한 정보를 취득하도록 구성한 것을 특징으로 하는 건설 기계의 완성형 정보 처리 장치가 개시되어 있다.

일본 특허공개 제2006-200185호 공보

그런데, 종전에는 목표면의 형상을 나타내는 규준틀이나 수평실을 현장에 설치하기 위해서, 오퍼레이터가 실제 지형에 대하여 목표면이 어디에 존재하고, 또한 실제 지형을 어느 정도 굴삭하면 목표면에 도달하는 지를 파악하는 것이 비교적 용이하였다. 이에 반하여 MG에서는, 규준틀이나 수평실이 불필요하게 되지만, 목표면과 작업기의 위치 관계를 나타내는 정보가 표시 장치의 디스플레이 중에 표시될 뿐이다. MG의 디스플레이상의 정보에는 목표면과 버킷의 클로 끝의 거리가 포함되지만, 현황 지형으로부터 목표면까지의 거리는 포함되지 않는다. 그 때문에, 현황 지형을 어느 정도 굴삭하면 목표면에 도달되는지, 또한 작업 효율 향상이나 목표면 손상 방지의 관점에서 어느 정도의 스피드로 작업기를 조작하면 좋은 지를 오퍼레이터가 직관적으로 파악하는 것이 어렵다.

특허문헌 1은, 현황 지형(완성형)의 데이터를 작업기의 모니터 포인트(예를 들어 버킷의 클로 끝)의 궤적을 사용해서 갱신하는 기술을 개시하고 있으며, 목표면과 현황 지형을 동시에 디스플레이에 표시하는 예가 도 7에 개시되어 있다. 그러나, 이 기술은, 현황 지형의 데이터를 클로 끝의 궤적으로 갱신하는 것에 지나지 않고, 목표면과 현황 지형의 거리는 표시되지 않는다. 그 때문에, 현황 지형을 앞으로 어느 정도 굴삭하면 목표면에 도달되는지 등을 오퍼레이터가 직관적으로 파악하는 것은 어렵다.

또한, 버킷의 클로 끝으로부터 목표면까지의 거리를 표시하는 종전의 MG에서도, 버킷의 클로 끝을 현황 지형에 접촉시킨 상태에서 정지하면 현황 지형과 목표면의 거리를 실질적으로 표시할 수 있지만, 이 조작을 굴삭 작업 시마다 행하고 있어서는 작업 효율이 현저하게 저하될 수 있다. 즉, 클로 끝을 현황 지형에 접촉시킨 자세로부터 굴삭을 개시하면 굴삭 파워가 불충분해질 가능성이 있어, 일단 현황 지형에 접촉시킨 클로 끝을 굴삭 파워를 확보할 목적으로 다시 현황 지형으로부터 이격시키는 조작이 필요해진다.

본 발명의 목적은, 현황 지형에 대해서 목표면이 어느 정도의 위치에 존재하는 지를 오퍼레이터에게 이해하기 쉽게 알릴 수 있는 작업 기계를 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들자면, 작업기와, 임의로 설정된 목표면의 위치 정보가 기억된 기억부, 및 상기 작업기에 임의로 설정된 기준점의 위치 정보를 연산하는 기준점 위치 연산부를 갖는 제어 장치와, 상기 목표면의 위치 정보와 상기 기준점의 위치 정보에 기초하여 상기 목표면과 상기 작업기의 위치 관계가 표시되는 표시 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서, 상기 기억부에는, 현황 지형의 위치 정보가 기억되어 있으며, 상기 제어 장치는, 또한, 상기 기준점의 위치 정보와 상기 목표면의 위치 정보에 기초하여, 상기 기준점으로부터 상기 목표면을 향해서 소정의 방향으로 연장한 가상 직선 상에서의 상기 기준점과 상기 목표면의 거리인 제1 거리를 연산하는 제1 거리 연산부와, 상기 기준점의 위치 정보와 상기 목표면의 위치 정보와 상기 현황 지형의 위치 정보에 기초하여, 상기 가상 직선 상에서의 상기 목표면과 상기 현황 지형의 거리인 제2 거리를 연산하는 제2 거리 연산부를 갖고, 상기 표시 장치에는, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리가 표시되도록 한다.

본 발명에 따르면, 표시 장치에 표시되는 제2 거리를 참조함으로써 현황 지형과 목표면의 거리를 파악할 수 있으므로, 작업기가 현황 지형으로부터 멀 때라도 목표면이 어느 근처에 존재하는 지, 또한 어느 정도의 스피드로 작업기를 조작하면 좋은 지를 오퍼레이터가 용이하게 파악할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 유압 셔블의 구성도.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 나타내는 도면.
도 3은, 도 1의 유압 셔블에서의 좌표계 및 목표면을 나타내는 도면.
도 4는, 유압 셔블의 제어 컨트롤러(40)의 하드웨어 구성도.
도 5는, 유압 셔블의 제어 컨트롤러(40)의 기능 블록도.
도 6은, 제1 실시 형태의 MG 제어부(43)의 기능 블록도.
도 7은, 제1 실시 형태의 표시 장치(53a)의 표시 화면의 일례.
도 8은, 제1 실시 형태에 따른 제어 컨트롤러(40)에 의한 MG의 흐름도.
도 9는, 제2 실시 형태의 MG 제어부(43)의 기능 블록도.
도 10은, 제2 실시 형태에 따른 제어 컨트롤러(40)에 의한 MG의 흐름도.
도 11은, 제2 실시 형태의 표시 장치(53a)의 표시 화면의 일례.
도 12는, 제3 실시 형태의 MG 제어부(43)의 기능 블록도.
도 13은, 제3 실시 형태에 따른 제어 컨트롤러(40)에 의한 MG의 흐름도.
도 14는, 제4 거리 D4를 표시 장치(53a)에 표시할 때의 표시 화면의 일례.
도 15는, 제4 거리 D4를 표시 장치(53a)에 표시할 때의 표시 화면의 일례.
도 16은, 제4 실시 형태의 MG 제어부(43)의 기능 블록도.
도 17은, 제4 실시 형태에 따른 제어 컨트롤러(40)에 의한 MG의 흐름도.
도 18은, 제4 실시 형태의 표시 장치(53a)의 표시 화면의 일례.
도 19는, 기준점(버킷 클로 끝) Ps를 통과하고 목표면(700)과 직교하는 직선을 가상 직선 Lv'라 한 예.
도 20a는, 버킷 클로 끝의 위치 정보에 기초하는 현황 지형 갱신부(43a)에 의한 현황 지형의 갱신을 나타내는 모식도.
도 20b는, 도 20a에 기초하는 현황 지형 갱신부(43a)에 의한 현황 지형의 갱신 후의 표시 장치(53a)의 표시 화면의 일례.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 이하에서는, 작업기의 선단의 작업구(어태치먼트)로서 버킷(10)을 구비하는 유압 셔블을 예시하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 작업 기계에 본 발명을 적용해도 상관없다. 또한, 복수의 링크 부재(어태치먼트, 암, 붐 등)를 연결하여 구성되는 작업기를 갖는 것이면 유압 셔블 이외의 작업 기계에 대한 적용도 가능하다.

또한, 본 명세서에서는, 어떤 형상을 나타내는 용어(예를 들어, 목표면, 설계면 등)와 함께 사용되는 「상」, 「상방」또는 「하방」이라는 단어의 의미에 관하여, 「상」은 당해 어떤 형상의 「표면」을 의미하고, 「상방」은 당해 어떤 형상의 「표면보다 높은 위치」를 의미하며, 「하방」은 당해 어떤 형상의 「표면보다 낮은 위치」를 의미하기로 한다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소가 복수 존재하는 경우, 부호(숫자)의 말미에 알파벳을 붙이는 경우가 있지만, 당해 알파벳을 생략하고 당해 복수의 구성 요소를 총괄해서 표기하는 경우가 있다. 예를 들어, 3개의 펌프(300a, 300b, 300c)가 존재할 때, 이들을 총괄해서 펌프(300)라고 표기하는 경우가 있다.

<제1 실시 형태>

-유압 셔블의 전체 구성-

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 나타내는 도면이다.

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

프론트 작업기(1A)는, 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 피구동 부재(붐(8), 암(9) 및 버킷(10))를 연결해서 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. 붐(8)은 붐 실린더(5)에 의해 구동되고, 암(9)은 암 실린더(6)에 의해 구동되며, 버킷(10)은 버킷 실린더(7)에 의해 구동된다.

붐(8), 암(9), 버킷(10)의 회동 각도 α, β, γ(도 3 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 3 참조)를 검출하는 차체 경사각 센서(예를 들어 관성 계측 장치(IMU))(33)가 설치되어 있다. 또한, 각도 센서(30, 31, 32)는 각각 기준면(예를 들어 수평면)에 대한 각도 센서(예를 들어 관성 계측 장치(IMU))로 대체 가능하다.

상부 선회체(12)에 마련된 운전실(16) 내에는, 주행 우측 레버(23a)(도 2)를 갖고 주행 우측 유압 모터(3a)(하부 주행체(11))를 조작하기 위한 조작 장치(47a)(도 2)와, 주행 좌측 레버(23b)(도 2)를 갖고 주행 좌측 유압 모터(3b)(하부 주행체(11))를 조작하기 위한 조작 장치(47b)(도 2)와, 조작 우측 레버(1a)(도 2)를 공유하고 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 2)를 공유하고 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)라고 총칭하는 경우가 있다.

상부 선회체(12)에 탑재된 원동기인 엔진(18)은, 유압 펌프(2)와 파일럿 펌프(48)를 구동한다. 유압 펌프(2)는 레귤레이터(2a)에 의해 용량이 제어되는 가변 용량형 펌프이며, 파일럿 펌프(48)는 고정 용량형 펌프이다. 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(2a)에도 입력된다. 셔틀 블록(162)의 상세 구성은 생략하지만, 유압 신호가 셔틀 블록(162)을 통해 레귤레이터(2a)에 입력되어 있으며, 유압 펌프(2)의 토출 유량이 당해 유압 신호에 따라서 제어된다.

파일럿 펌프(48)의 토출 배관인 펌프 라인(170)은 로크 밸브(39)를 통과한 후, 복수로 분기해서 조작 장치(45, 46, 47), 프론트 제어용 유압 유닛(160) 내의 각 밸브에 접속하고 있다. 로크 밸브(39)는 본 예에서는 전자 전환 밸브이며, 그 전자 구동부는 상부 선회체(12)의 운전실(16)에 배치된 게이트 로크 레버(도시생략)의 위치 검출기와 전기적으로 접속하고 있다. 게이트 로크 레버의 포지션은 위치 검출기로 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 폐쇄해서 펌프 라인(170)이 차단되고, 로크 해제 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 개방해서 펌프 라인(170)이 개통된다. 즉, 펌프 라인(170)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 방식이며, 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 칭하는 경우가 있음)을 발생한다. 이와 같이 발생한 파일럿압은, 컨트롤 밸브 유닛(도시생략) 내의 대응하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)(도 2 참조)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)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 신축됨으로써, 붐(8), 암(9), 버킷(10)이 각각 회동하고, 버킷(10)의 위치 및 자세가 변화한다. 또한, 공급된 압유에 의해 선회 유압 모터(4)가 회전함으로써, 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 회전함으로써, 하부 주행체(11)가 주행한다.

작업기(1A)의 자세는 도 3의 셔블 좌표계(로컬 좌표계)에 기초하여 정의할 수 있다. 도 3의 셔블 좌표계는, 상부 선회체(12)에 설정된 좌표이며, 붐(8)의 기저부를 원점 PO라 하고, 상부 선회체(12)에서의 연직 방향으로 Z축, 수평 방향으로 X축을 설정하였다. 또한, X축과 Z축에 의해 오른손 좌표계에서 규정되는 방향을 Y축으로 한다. X축에 대한 붐(8)의 경사각을 붐 각 α, 붐에 대한 암(9)의 경사각을 암 각 β, 암에 대한 버킷 클로 끝의 경사각을 버킷 각 γ라 하였다. 수평면(기준면)에 대한 차체(1B)(상부 선회체(12))의 경사각을 경사각 θ라 하였다. 붐 각 α는 붐 각도 센서(30)에 의해, 암 각 β는 암 각도 센서(31)에 의해, 버킷 각 γ는 버킷 각도 센서(32)에 의해, 경사각 θ는 차체 경사각 센서(33)에 의해 검출된다. 붐 각 α는, 붐(8)을 최대(최고)까지 올렸을 때(붐 실린더(5)가 상승 방향의 스트로크 엔드일 때, 즉 붐 실린더 길이가 최장일 때) 최소로 되고, 붐(8)을 최소(최저)까지 내렸을 때(붐 실린더(5)가 하강 방향의 스트로크 엔드일 때, 즉 붐 실린더 길이가 최단일 때) 최대로 된다. 암 각 β는, 암 실린더 길이가 최단일 때 최소로 되고, 암 실린더 길이가 최장일 때 최대로 된다. 버킷 각 γ는, 버킷 실린더 길이가 최단일 때(도 3일 때) 최소로 되고, 버킷 실린더 길이가 최장일 때 최대로 된다. 이때, 붐(8)의 기저부로부터 암(9)의 접속부까지의 길이를 L1, 암(9)과 붐(8)의 접속부로부터 암(9)과 버킷(10)의 접속부까지의 길이를 L2, 암(9)과 버킷(10)의 접속부로부터 버킷(10)의 선단부까지의 길이를 L3으로 하면, 셔블 좌표계에서의 버킷(10)의 선단 위치는, X_bk를 X 방향 위치, Z_bk를 Z 방향 위치로 하여, 이하의 식 (1) (2)로 나타낼 수 있다.

Ｘ_ｂｋ＝Ｌ_１ｃｏｓ（α）＋Ｌ_２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ_３ｃｏｓ（α＋β＋γ）…식（１）

Ｚ_ｂｋ＝Ｌ１ｓｉｎ（α）＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）…식（２）

또한, 유압 셔블(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 상부 선회체(12)에 한 쌍의 GNSS(Global Navigation Satellite System) 안테나(14A, 14B)를 구비하고 있다. 도시되지는 않았지만, 안테나(14A, 14B)는, GNSS 수신기를 내장하고 있어, 측위 위성으로부터의 측위 신호를 사용함으로써, GNSS 안테나(14A, 14B) 각각의 위치를 결정할 수 있다. 또한, 2개의 안테나(14)를 사용함으로써, 차체의 방위를 결정할 수 있다. GNSS 수신기는 별도로 접속되어도 된다. GNSS 안테나(14)로부터의 정보에 기초하여, 글로벌 좌표계에서의 유압 셔블(1)의 위치와 방위를 산출할 수 있다. 또한, 이것에 식 (1) (2)와 경사각 θ를 사용함으로써, 글로벌 좌표계에서의 버킷(10)의 클로 끝 위치를 산출할 수 있다. 본 실시 형태에서는 이들 GNSS 수신기의 기능을 제어 컨트롤러(40)에 탑재하고 있으며 후술하는 작업 기계 위치 연산부(43e)가 이에 해당한다.

도 4는 본 실시 형태에 따른 유압 셔블이 구비하는 MG 시스템의 구성도이다. 본 시스템에서의 프론트 작업기(1A)의 MG로서는, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 유압 셔블(1111)에 의한 굴삭 작업을 위해 임의로 설정된 목표면(700)과, 작업기(1A)(예를 들어, 버킷(10))의 위치 관계를 표시 장치(53a)에 표시해서 오퍼레이터 조작을 지원하는 처리가 행해진다.

도 4의 시스템은, 작업기 자세 검출 장치(50)와, 목표면 설정 장치(51)와, 운전실(16) 내에 설치되고 목표면(700)과 작업기(1A)의 위치 관계를 표시 가능한 표시 장치(53a)와, 작업기(1A)의 작업 대상으로 되는 현황 지형(800)의 위치 정보를 취득하는 현황 지형 취득 장치(96)와, 글로벌 좌표계에서의 유압 셔블(1)의 위치를 취득하기 위한 GNSS 안테나(14)와, MG를 담당하는 제어 컨트롤러(제어 장치)(40)와, 표시 장치(53a)에 표시되는 조작 지원 정보를 전환하기 위한 신호를 입력하기 위한 입력 장치(52)를 구비하고 있다.

작업기 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 작업기(1A) 및 차체, 즉 상부 선회체(12)의 자세 센서로서 기능하고 있다.

목표면 설정 장치(51)는, 목표면(700)에 관한 정보(각 목표면의 위치 정보나 경사 각도 정보를 포함함)를 입력 가능한 인터페이스이다. 목표면(700)은, 설계면을 시공에 적합한 형태로 추출·수정한 것이다. 목표면 설정 장치(51)는, 글로벌 좌표계(절대 좌표계)상에 규정된 목표면의 3차원 데이터를, 외부 단말기(도시생략)로부터 무선 통신, 또는 기억 장치(예를 들어 플래시 메모리나 USB 메모리)를 통해 수취한다. 목표면(700)의 위치 정보는, 유압 셔블(1)의 굴삭 작업에서 형성할 최종 목표 형상인 설계면의 위치 정보에 기초하여 작성된다. 굴삭 작업의 경우에는 목표면(700)은 설계면상 또는 그 상방에 설정되고, 성토 작업의 경우에는 설계면상 또는 그 하방에 설정된다. 또한, 목표면 설정 장치(51)를 통한 목표면의 입력은 오퍼레이터가 수동으로 행해도 된다.

현황 지형 취득 장치(96)로서는, 예를 들어 셔블(1)에 구비된 스테레오 카메라, 레이저 스캐너 또는 초음파 센서 등을 이용할 수 있다. 이들 장치는 셔블(1)로부터 현황 지형상의 점까지의 거리를 계측하는 것이며, 현황 지형 취득 장치(96)에서 취득한 현황 지형은 방대한 양의 점군의 위치 데이터로 정의되지만, 그대로이면 데이터가 너무 많아서 취급하기 어려우므로 현황 지형 취득 장치(96) 중에서, 적절히 취급하기 쉬운 데이터 형식으로 변환한다. 또한, 현황 지형의 3차원 데이터를 스테레오 카메라, 레이저 스캐너 또는 초음파 센서 등을 탑재한 드론(무인 항공기) 등에 의해 미리 취득해 두고, 당해 3차원 데이터를 제어 컨트롤러(40) 내에 불러오기 위한 인터페이스로서 현황 지형 취득 장치(96)를 구성해도 된다.

입력 장치(52)는, 표시 장치(53a)에 표시되는 조작 지원 정보를 전환하기 위한 신호를 제어 컨트롤러(40)에 입력하기 위한 인터페이스이다. 조작 지원 정보를 전환하기 위한 신호에는, 후술하는 주변 굴삭 깊이(제4 거리)의 표시를 지시하는 제4 거리 표시 신호와, 후술하는 현황 지형 거리(제5 거리)의 표시를 지시하는 제5 거리 표시 신호가 포함된다. 입력 장치(52)의 하드웨어 구성으로서는, 예를 들어, 각 신호의 ON/OFF를 전환하는 스위치 식의 것이나, 표시 장치(53a)와 일체 또는 별체의 터치 패널식의 것을 이용할 수 있다.

제어 컨트롤러(40)는, 입력 인터페이스(91)와, 프로세서인 중앙처리장치(CPU)(92)와, 기억 장치인 리드 온리 메모리(ROM)(93) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(94)와, 출력 인터페이스(95)를 갖고 있다. 입력 인터페이스(91)에는, 작업기 자세 검출 장치(50)인 각도 센서(30 내지 32) 및 경사각 센서(33)로부터의 신호와, 목표면 설정 장치(51)로부터의 신호와, 현황 지형 취득 장치(96)로부터의 신호와, GNSS 안테나(14)로부터의 신호와, 입력 장치(52)로부터의 신호가 입력되고, CPU(92)가 연산 가능하도록 변환한다. ROM(93)은, 후술하는 흐름도에 따른 처리를 포함해 MG를 실행하기 위한 제어 프로그램과, 당해 흐름도의 실행에 필요한 각종 정보 등이 기억된 기록 매체이며, CPU(92)는, ROM(93)에 기억된 제어 프로그램에 따라서 입력 인터페이스(91) 및 ROM(93), RAM(94)으로부터 불러온 신호에 대해서 소정의 연산 처리를 행한다. 출력 인터페이스(95)는, CPU(92)에서의 연산 결과에 따른 출력용 신호를 작성하고, 그 신호를 표시 장치(53a)로 출력한다.

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

도 5는, 제어 컨트롤러(40)의 기능 블록도이다. 제어 컨트롤러(40)는, MG 제어부(43)와, 표시 제어부(374a)를 구비하고 있다.

도 6은 도 5 중의 MG 제어부(43)의 기능 블록도이다. MG 제어부(43)는, 현황 지형 갱신부(43a)와, 기억부(43m)와, 기준점 위치 연산부(43d)와, 작업 기계 위치 연산부(43e)와, 제1 거리 연산부(43f)와, 제2 거리 연산부(43g)를 구비하고 있다. 기억부(43m)는, 현황 지형 기억부(43b)와, 초기 지형 기억부(43k)와, 목표면 기억부(43c)와, 설계면 기억부(43l)를 구비하고 있다.

현황 지형 기억부(43b)는, 유압 셔블 주위의 현황 지형(800)의 위치 정보(현황 지형 데이터)를 기억한다. 예를 들어, 현황 지형 데이터는, 글로벌 좌표계에 있어서 적절한 타이밍에 현황 지형 취득 장치(96)에 의해 취득된다.

현황 지형 갱신부(43a)는, 취득한 현황 지형의 위치 정보로써, 현황 지형 기억부(43b)에 기억되어 있는 현황 지형의 위치 정보를 적절한 타이밍에 갱신한다. 현황 지형 갱신부(43a)에 의한 현황 지형의 위치 정보의 취득 방법의 구체예로서는, 현황 지형 취득 장치(96)에 의한 것 외에, 기준점 위치 연산부(43d)에 의해 연산되는 버킷 클로 끝의 궤적 정보가 있다. 후자에 대해서는 후에 상세히 설명한다.

목표면 기억부(43c)는, 목표면 설정 장치(51)로부터의 정보에 기초하여 연산된 목표면(700)의 위치 정보(목표면 데이터)를 기억한다. 본 실시 형태에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 3차원의 목표면을 작업기(1A)가 이동하는 평면(작업기의 동작 평면)에서 절단한 단면 형상을 목표면(700)(2차원의 목표면)으로서 이용한다. 또한, 도 4의 예에서는 목표면(700)은 하나이지만, 경사가 서로 다른 복수의 목표면이 연결되어 있는 경우도 있다. 복수의 목표면이 연결되어 있는 경우에는, 예를 들어, 작업기(1A)로부터 가장 가까운 것을 목표면으로 설정하는 방법이나, 버킷 클로 끝의 하방에 위치하는 것을 목표면으로 하는 방법이나, 임의로 선택한 것을 목표면으로 하는 방법 등이 있다.

초기 지형 기억부(43k)는, 시공 대상의 현장에서 모든 작업 기계가 작업을 개시하기 전의 현황 지형(본 명세서에서는 「초기 지형」이라고 칭하는 경우가 있음)의 위치 정보를 기억하고 있다. 즉, 초기 지형의 위치 정보는, 현황 지형 갱신부(43a)에 의한 갱신이 한 번도 행해지지 않은 현황 지형의 위치 정보의 오리지널 데이터이다.

설계면 기억부(43l)는, 유압 셔블(1)의 굴삭 작업에서 형성할 최종 목표 형상이며, 목표면(700)을 작성할 때의 기초가 되는 설계면의 위치 정보를 기억하고 있다. 설계면의 위치 정보는 외부로부터 입력되고, 기억부(43l) 내에 기억된다. 또한, 목표면(700)의 위치 정보는, 설계면의 위치 정보를 시공에 적합한 형태로 추출, 수정한 것이다.

작업 기계 위치 연산부(43e)는, 한 쌍의 GNSS 안테나(14)로부터의 정보에 기초하여 글로벌 좌표계에서의 유압 셔블(1)의 위치 정보(도 3의 셔블 좌표계의 원점인 차체 기준 위치 P0의 좌표)와 방위 정보를 연산하고, 그 데이터를 기준점 위치 연산부(43d)로 출력한다.

기준점 위치 연산부(버킷 위치 연산부)(43d)는, 작업기(1A)에 임의로 설정한 기준점 Ps(도 7 참조)의 위치 정보를 연산한다. 본 실시 형태의 기준점 Ps는 도 7 에 도시한 바와 같이 버킷(10)의 클로 끝에서의 버킷 폭 방향의 중심점으로 하고, 그 위치는 글로벌 좌표계로 정의하도록 한다. 우선, 기준점 위치 연산부(43d)는, 작업기 자세 검출 장치(50)로부터의 정보에 기초하여, 셔블 좌표계(로컬 좌표계)에서의 프론트 작업기(1A)의 자세와, 버킷(10)의 클로 끝 위치를 연산한다. 이미 설명한 바와 같이, 버킷(10)의 클로 끝 위치 정보(Xbk, Zbk)(버킷 위치 데이터)는, 식 (1) 및 식 (2)에 의해 연산할 수 있다. 또한, 글로벌 좌표계에서의 차체 기준 위치 P0의 좌표와 차체 경사 각도 θ와, 로컬 좌표계에서의 클로 끝 위치에 기초하여, 버킷(10)의 클로 끝(기준점 Ps)의 좌표값을 로컬 좌표로부터 글로벌 좌표로 변환할 수 있다. 이하, 글로벌 좌표계로서 예를 설명한다. 단, 로컬 좌표계로 통일해서 이하의 처리를 행해도 상관없다.

제1 거리 연산부(43f)는, 기준점 위치 연산부(43d)에서 산출된 기준점(버킷 클로 끝) Ps의 위치 정보와 목표면 기억부(43c)에 기억된 목표면(700)의 위치 정보에 기초하여, 기준점 Ps로부터 목표면(700)을 향해서 소정의 방향으로 연장한 가상 직선 Lv(도 7 참조) 상에서의 기준점(버킷 클로 끝) Ps와 목표면(700)의 거리인 제1 거리 D1(도 7 참조)을 연산한다. 본 실시 형태에서의 가상 직선 Lv의 「소정의 방향」은 도 7에 도시한 바와 같이 연직 방향으로 한다. 즉, 버킷 클로 끝으로부터 연직 방향으로 연장한 가상 직선 Lv 상에서의 버킷 클로 끝과 목표면(700)의 거리가 제1 거리로 된다. 제1 거리 D1은 기준점 Ps로부터 목표면(700)까지의 거리를 나타내므로 「목표면 거리」라고 칭해지는 경우도 있다.

제2 거리 연산부(43g)는, 기준점 위치 연산부(43d)에서 산출된 기준점 Ps의 위치 정보와, 목표면 기억부(43c)에 기억된 목표면(700)의 위치 정보와, 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형(800)의 위치 정보에 기초하여, 가상 직선 Lv 상에서의 목표면(700)과 현황 지형(800)의 거리인 제2 거리 D2(도 7 참조)를 연산한다. 또한, 제2 거리 D2는, 가상 직선 Lv가 현황 지형(800)과 목표면(700)에 교차하는 2점 간의 거리라고 환언할 수 있다. 제2 거리 D2는 가상 직선 Lv 상에서의 현황 지형(800)의 지표면으로부터 목표면(700)까지의 거리(즉 굴삭 깊이)를 나타내므로 「제1 굴삭 깊이」라고 칭해지는 경우도 있다.

표시 제어부(374a)는, MG 제어부(43)로부터 입력되는 정보 및 입력 장치(52)로부터 입력되는 신호를 기초로 표시 장치(53)를 제어한다. 표시 제어 장치(374)에는, 작업 장치(1A)의 화상 및 아이콘을 포함하는 표시 관련 데이터가 다수 저장되어 있는 표시 ROM이 구비되어 있으며, 표시 제어 장치(374)가, MG 제어부(43)로부터의 입력 정보에 기초하여 소정의 프로그램을 판독함과 함께, 표시 장치(53)에서의 표시 제어를 한다. 본 실시 형태의 표시 제어부(374a)는, MG 제어부(43)로부터 입력되는 기준점 Ps(버킷 클로 끝)의 위치 정보 및 프론트 작업기(1A)의 자세 정보와, 현황 지형 기억부(43b)로부터 입력되는 현황 지형(800)의 위치 정보와, 목표면 기억부(43c)로부터 입력되는 목표면(700)의 위치 정보와, 제1 거리 연산부(43f)로부터 입력되는 제1 거리와, 제2 거리 연산부(43g)로부터 입력되는 제2 거리에 기초하여 표시 장치(53)를 제어한다. 이에 의해 도 7에 도시한 바와 같이 표시 장치(53a)의 표시 화면에, 목표면(700)과 작업기(1A)(버킷(10)의 클로 끝)의 위치 관계가 표시됨과 함께, 당해 표시 화면에 제1 거리 D1과 제2 거리 D2가 표시된다.

도 7은 본 실시 형태의 표시 장치(53a)의 표시 화면의 일례이다. 도 7의 표시 화면에는, 버킷(10)과, 버킷(10)의 근방 목표면(700) 및 현황 지형(800)과, 제1 거리 D1과, 제2 거리 D2가 표시되어 있다. 제1 거리 D1 및 제 2 거리 D2는 거리 표시부(80)에 표시되어 있으며, 제1 거리(목표면 거리) D1은 도면 중에서 「거리」라고 표시되어 있으며, 제2 거리(제1 굴삭 깊이) D2는 도면 중에서 「굴삭 깊이」라고 표시되어 있다. 또한, 도면 중에는, 기준점 Ps와, 가상 직선 Lv와, 제1 거리 D1 및 제 2 거리 D2의 치수 선이 기재되어 있지만, 이들은 도면의 설명이지 실제 표시 화면에는 표시되지 않는다(다른 표시 화면의 도면에 대해서도 마찬가지로 함). 표시 화면에 표시하는 목표면(700) 및 현황 지형(800)의 범위는 임의로 설정 가능하다. 예를 들어, 기준점 Ps의 위치(즉 버킷 클로 끝의 위치)를 기준으로 하고, 기준점 Ps로부터 소정의 범위 내에 존재하는 목표면(700)과 현황 지형(800)을 표시하는 방법이 있다.

-동작-

이상과 같이 구성되는 실시 형태의 동작에 대하여 흐름도를 이용하여 설명한다. 도 8은 본 실시 형태에 따른 제어 컨트롤러(40)에 의한 MG의 흐름도이다. 제어 컨트롤러(40)는 소정의 제어 주기로 도 8의 흐름도를 반복하여 실행한다.

스텝 S1에서는, 현황 지형 갱신부(43a)가 현황 지형 취득 장치(96)로부터 최신의 현황 지형의 위치 정보를 취득하고, 이것을 이용하여 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치 정보를 갱신한다.

스텝 S2에서는, 기준점 위치 연산부(43d)는, 작업기 자세 검출 장치(50)와 작업기 위치 연산부(43e)의 출력에 기초하여 글로벌 좌표계에서의 버킷 클로 끝의 좌표를 연산한다.

스텝 S3에서는, 제1 거리 연산부(43f)는, 기준점 위치 연산부(43d)에서 산출한 버킷 클로 끝의 좌표와 목표면 기억부(43c)에 기억된 목표면(700)의 위치 정보에 기초하여, 가상 직선 Lv 상에서의 버킷 클로 끝과 목표면(700)의 거리인 제1 거리 D1을 연산한다.

스텝 S4에서는, 제2 거리 연산부(43g)는, 기준점 위치 연산부(43d)에서 산출한 버킷 클로 끝의 좌표와, 목표면 기억부(43c)에 기억된 목표면(700)의 위치 정보와, 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형(800)의 위치 정보에 기초하여, 가상 직선 Lv 상에서의 목표면(700)과 현황 지형(800)의 거리인 제2 거리 D2를 연산한다.

스텝 S5에서는, 표시 제어부(374a)는, 스텝 S3에서 연산한 제1 거리 D1과, 스텝 S4에서 연산한 제2 거리 D2를 표시 장치(53a)의 화면상의 표시부(80)에 동시에 표시한다.

-효과-

상기와 같이 구성한 본 실시 형태에 따르면, 버킷 클로 끝(기준점)으로부터 연직 방향에서의 현황 지형(800)과 목표면(700)의 거리인 제2 거리(제1 굴삭 깊이)가 표시 장치(53a)에 표시되므로, 현황 지형(800)과 목표면(700)의 거리를 오퍼레이터가 파악 가능해진다. 이에 의해 버킷(10)이 현황 지형(800)으로부터 이격된 위치에 있을 때에도, 목표면(700)이 현황 지형(700)으로부터 어느 정도 하방에 존재하는 지를 객관적으로 파악할 수 있어, 어느 정도의 스피드로 프론트 작업기(1A)를 조작하면 좋은 지를 파악할 수 있다.

<제2 실시 형태>

본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 여기에서는, 제1 실시 형태와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 주로 상이한 부분에 대하여 설명한다.

도 9는 제2 실시 형태의 MG 제어부(43)의 기능 블록도이다. MG 제어부(43)는, 제3 거리 연산부(43h)를 구비하고 있다.

제3 거리 연산부(43h)는, 기준점(버킷 클로 끝) Ps가 현황 지형(800)의 하방에 있는 경우, 기준점 위치 연산부(43d)에서 산출된 기준점 Ps의 위치 정보와, 목표면 기억부(43c)에 기억된 목표면(700)의 위치 정보에 기초하여, 가상 직선 Lv 상에서의 기준점 Ps와 목표면(700)의 거리인 제3 거리 D3(도 11 참조)을 연산한다. 또한, 제3 거리 D3은, 가상 직선 Lv와 목표면(700)의 교점과 기준점 Ps의 거리라고 환언할 수 있다. 기준점(버킷 클로 끝) Ps가 현황 지형(800)의 하방에 있는 경우, 제3 거리 D3은 가상 직선 Lv 상에서의 기준점 Ps로부터 목표면(700)까지의 거리(즉 굴삭 깊이)를 나타내므로 「제2 굴삭 깊이」라고 칭해지는 경우도 있다. 단, 수치로서는, 제3 거리 D3은 제1 거리 D1과 통상 일치한다.

본 실시 형태의 동작에 대하여 흐름도를 이용하여 설명한다. 도 10은 본 실시 형태에 따른 제어 컨트롤러(40)에 의한 MG의 흐름도이다. 제어 컨트롤러(40)는 소정의 제어 주기로 도 10의 흐름도를 반복하여 실행한다. 또한, 도 8의 흐름도와 동일한 처리에는 동일한 부호를 부여해서 설명을 생략하는 경우가 있다.

우선, 스텝 S4에 계속되는 스텝 S11에서는, 제3 거리 연산부(43h)는, 기준점 위치 연산부(43d)에서 산출한 버킷 클로 끝의 좌표와 목표면 기억부(43c)에 기억된 목표면(700)의 위치 정보에 기초하여, 가상 직선 Lv 상에서의 버킷 클로 끝과 목표면(700)의 거리인 제3 거리 D3을 연산한다.

스텝 S12에서는, 표시 제어부(374a)는, 스텝 S3에서 연산한 제1 거리 D1과 스텝 S4에서 연산한 제2 거리 D2의 대소 관계를 비교한다. 제1 거리 D1이 제2 거리 D2보다 큰 경우에는, 표시 제어부(374a)는, 기준점(버킷 클로 끝) Ps가 현황 지형(800)의 상방에 있는 것으로 간주하여, 도 7과 같이 제1 거리 D1과 제2 거리 D2를 표시 장치(53a)에 동시에 표시한다(스텝 S5). 한편, 제2 거리 D2가 제1 거리 D1 이상인 경우에는, 표시 제어부(374a)는, 기준점(버킷 클로 끝) Ps가 현황 지형(800)의 하방에 있는 것으로 간주하여, 도 11과 같이 제1 거리 D1과 제3 거리 D3을 표시 장치(53a)의 표시부(80)에 동시에 표시한다(스텝 S13). 즉, 이 경우에는, 동일한 수치가 표시부(80)에 2개 표시되게 된다.

-효과-

현실에서는, 굴삭 작업 중에 현황 지형(800)의 하방에 버킷 클로 끝이 위치하는 일은 없다. 그러나, 표시 장치(53a)의 표시 화면상에서는, 현황 지형 갱신부(43a)에 의한 현황 지형(800)의 위치 정보의 갱신 타이밍과 제2 거리 산출부(43g)에 의한 제2 거리 D2의 산출 타이밍이 어긋나면, 도 11과 같이 현황 지형(800)의 하방에 버킷 클로 끝이 표시될 가능성이 있다. 이 경우에도 제1 실시 형태와 같이 제2 거리 D2를 표시하면, 제2 거리 D2의 수치는 실제의 굴삭 깊이보다도 큰 값으로 되므로, 오퍼레이터에게 위화감을 줄 우려가 있다. 그러나, 본 실시 형태에 따르면, 이러한 사태가 발생한 경우라도, 현황 지형(800)과 목표면(700)의 거리를 오퍼레이터가 정확하게 파악할 수 있다. 이에 의해 현황 지형(800)의 위치 정보의 갱신 타이밍과 제2 거리 D2의 산출 타이밍이 어긋나도, 목표면(700)이 현황 지형(700)(버킷 클로 끝)으로부터 어느 정도 하방에 존재하는 지를 객관적으로 파악할 수 있다.

<제3 실시 형태>

본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 여기에서는, 제1, 2 실시 형태와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 주로 상이한 부분에 대하여 설명한다.

도 12는 제3 실시 형태의 MG 제어부(43)의 기능 블록도이다. MG 제어부(43)는, 제4 거리 연산부(43i)를 구비하고 있다.

제4 거리 연산부(43i)는, 목표면 기억부(43c)에 기억된 목표면(700)의 위치 정보와, 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형(800)의 위치 정보에 기초하여, 현황 지형(800) 위의 복수의 점으로부터 목표면(700)을 향해서 제1 실시 형태와 동일한 연직 방향으로 연장한 복수의 가상 직선 Ls 상에서의 목표면(700)과 현황 지형(800)의 복수의 거리인 제4 거리 D4를 연산한다. 즉, 제4 거리 D4는 현황 지형(800) 위에 설정한 복수의 점과 동수의 거리의 집합이며, 그 집합에 포함되는 각 거리는, 현황 지형(800) 위의 임의의 점으로부터 목표면(700)까지의 연직 방향(소정의 방향)에서의 거리를 나타낸다. 제4 거리 D4는, 작업 기계의 주변에서의, 가상 직선 Lv의 기울기와 동일 방향에서의 현황 지형(800)과 목표면(700)의 거리(즉 굴삭 깊이)의 집합을 나타내므로 「주변 굴삭 깊이」라고 칭해지는 경우도 있다.

본 실시 형태의 입력 장치(52)는, 제어 컨트롤러(40) 내의 표시 제어부(374a)에 대해서, 제1 및 제2 실시 형태의 도 7, 11의 표시 대신에 주변 굴삭 깊이(제4 거리)의 표시를 지시하는 신호(「제4 거리 표시 신호」라고 칭하는 경우가 있음)를 출력 가능하게 구성되어 있다. 본 실시 형태의 표시 제어부(374a)는, 제4 거리 표시 신호가 입력 장치(52)로부터 입력되지 않은 경우에는, 제2 실시 형태의 흐름, 즉 도 10에 따라서 표시 장치(53a)의 표시 화면을 제어한다.

본 실시 형태의 동작에 대하여 흐름도를 이용하여 설명한다. 도 13은 본 실시 형태에 따른 제어 컨트롤러(40)에 의한 MG의 흐름도이다. 제어 컨트롤러(40)는 소정의 제어 주기로 도 13의 흐름도를 반복해서 실행한다. 또한, 도 8, 10의 흐름도와 동일한 처리에는 동일한 부호를 부여해서 설명을 생략하는 경우가 있다.

스텝 S21에서는, 표시 제어부(374a)는, 제4 거리 표시 신호가 입력 장치(52)로부터 입력되어 있는지 여부의 판정을 행한다. 여기서 제4 거리 표시 신호가 입력되지 않았다고 판정된 경우에는, 도 10의 흐름을 스텝 S1부터 개시하고, 스텝 S5 또는 스텝 S13까지의 처리를 실행한다. 즉, 이 경우에는 제2 실시 형태와 동일한 표시 처리가 실행된다. 한편, 스텝 S21에서 제4 거리 표시 신호가 입력되었다고 판정된 경우에는 스텝 S22로 진행된다.

스텝 S22에서는, 현황 지형 갱신부(43a)가 현황 지형 취득 장치(96)로부터 최신의 현황 지형의 위치 정보를 취득하고, 이것을 이용하여 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치 정보를 갱신한다.

스텝 S23에서는, 제4 거리 연산부(43i)는, 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형(800)의 위치 정보와, 목표면 기억부(43c)에 기억된 목표면(700)의 위치 정보를 취득한다.

스텝 S24에서는, 제4 거리 연산부(43i)는, 작업 기계 위치 연산부(43e)에서 연산된 글로벌 좌표계에서의 유압 셔블(1)의 위치 정보와 방위 정보를 취득한다.

스텝 S25에서는, 제4 거리 연산부(43i)는, 스텝 S24에서 취득한 유압 셔블의 위치 정보를 기준으로 하여 소정의 범위에 포함되는 현황 지형(800) 위의 복수의 점에 대한 굴삭 깊이를 산출함으로써 제4 거리 D4를 연산한다. 제4 거리 D4를 연산하는 범위는 한정해도 된다. 연산 범위를 한정하는 경우, 그 범위는, 예를 들어, 유압 셔블(1)의 위치를 포함하는 소정의 폐쇄 영역으로 정의할 수 있다. 당해 소정의 폐쇄 영역은, 예를 들어, 유압 셔블(1)의 위치를 중심으로 한 소정의 반경을 갖는 원으로 정의할 수 있다. 또한, 당해 소정의 폐쇄 영역에 포함되는 어느 점에 대하여 굴삭 깊이를 연산하는 지에 대해서는 임의로 설정할 수 있다. 예를 들어, 현황 지형(800) 위에 사각 메쉬를 정의하고, 각 메쉬의 중심점의 굴삭 깊이를 연산하도록 설정할 수 있다.

도 14는 제4 거리 D4를 표시 장치(53a)에 표시할 때의 표시 화면의 일례이다. 이 도면의 예에서는 현황 지형(800)을 사각 메쉬로 분할하고 있으며, 각 사각 메쉬의 중심점의 굴삭 깊이를 제4 거리 연산부(43i)에서 연산하고, 그 연산값의 첫째 자리를 반올림한 수치를 평면도상에 표시하고 있다. 도 14의 각 사각 메쉬 내의 수치의 단위는 도 7, 11과 마찬가지로 센티미터이다. 단, 제4 거리 D4의 표시에 처하는 반올림은 필수는 아니다. 또한, 도 14의 예에서는, 굴삭 깊이를 시각적으로 이해하는 것을 용이하게 하는 관점에서, 굴삭 깊이의 수치에 따라서 각 메쉬의 배경 패턴을 변경하고 있다. 단, 깊이의 수치에 따른 배경 패턴의 변경을 행하지 않아도 된다.

-효과-

상기와 같이 구성한 본 실시 형태에 따르면, 오퍼레이터는 유압 셔블(1)의 주위의 굴삭 깊이를 용이하게 파악할 수 있다. 이에 의해 유압 셔블(1)의 주변에 있어서 목표면(700)이 현황 지형(700)으로부터 어느 정도 하방에 존재하는 지를 객관적으로 파악할 수 있어, 어느 정도의 스피드로 프론트 작업기(1A)를 조작하면 좋은 지를 파악할 수 있다.

-변형예-

도 15는 제4 거리 D4를 표시 장치(53a)에 표시할 때의 표시 화면의 일례이다. 이 도면의 예에서는, 현황 지형(800) 위의 각 점에서 굴삭 깊이를 제4 거리 연산부(43i)에서 연산하고, 그 연산값을 현황 지형(800) 위에 플롯하여, 동일한 굴삭 깊이의 점을 선(등심선)으로 연결함으로써 제4 거리 D4를 표시하고 있다. 도면 중의 선 사이에 삽입되어 있는 수치는 굴삭 깊이를 나타내고, 수치의 단위는 센티미터이다. 이와 같이 제4 거리 D4를 표시해도 도 14와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

<제4 실시 형태>

본 발명의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다. 여기에서는, 제1, 제2, 제3 실시 형태와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 주로 상이한 부분에 대하여 설명한다.

도 16은 제4 실시 형태의 MG 제어부(43)의 기능 블록도이다. MG 제어부(43)는, 제5 거리 연산부(43j)를 구비하고 있다.

제5 거리 연산부(43j)는, 기준점 위치 연산부(43d)에서 산출된 기준점(버킷 클로 끝) Ps가 현황 지형(800)의 상방에 있는 경우, 기준점 위치 연산부(43d)에서 산출된 기준점 Ps의 위치 정보와, 목표면 기억부(43c)에 기억된 목표면(700)의 위치 정보와, 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형(800)의 위치 정보에 기초하여, 가상 직선 Lv 상에서의 기준점(버킷 클로 끝) Ps와 현황 지형(800)의 거리인 제5 거리 D5를 연산한다. 즉, 버킷 클로 끝으로부터 연직 방향으로 연장한 가상 직선 Lv 상에서의 버킷 클로 끝과 현황 지형(800)의 거리가 제5 거리로 된다. 제5 거리 D5는 기준점 Ps로부터 현황 지형(800)까지의 거리를 나타내므로 「현황 지형 거리」라고 칭해지는 경우도 있다. 수치로서는 제5 거리 D5는 제1 거리 D1로부터 제2 거리 D2를 뺀 값이기 때문에, 제1 거리 D1로부터 제2 거리 D2를 뺀 값을 제5 거리 D5로서 산출해도 된다.

본 실시 형태의 입력 장치(52)는, 제어 컨트롤러(40) 내의 표시 제어부(374a)에 대해서, 제1 및 제2 실시 형태의 도 7, 11의 표시 외에 제5 거리 D5의 표시를 지시하는 신호(「제5 거리 표시 신호」라고 칭하는 경우가 있음)를 출력 가능하게 구성되어 있다. 본 실시 형태의 표시 제어부(374a)는, 제5 거리 표시 신호가 입력 장치(52)로부터 입력되지 않은 경우에는, 제3 실시 형태의 흐름, 즉 도 13에 따라서 표시 장치(53a)의 표시 화면을 제어한다.

본 실시 형태의 동작에 대하여 흐름도를 이용하여 설명한다. 도 17은 본 실시 형태에 따른 제어 컨트롤러(40)에 의한 MG의 흐름도이다. 제어 컨트롤러(40)는 소정의 제어 주기로 도 17의 흐름도를 반복해서 실행한다. 또한, 도 8, 10, 13의 흐름도와 동일한 처리에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략하는 경우가 있다.

스텝 S31에서는, 표시 제어부(374a)는, 제5 거리 표시 신호가 입력 장치(52)로부터 입력되어 있는지 여부의 판정을 행한다. 여기서 제5 거리 표시 신호가 입력되지 않았다고 판정된 경우에는, 도 13의 흐름을 스텝 S21부터 개시하고, 스텝 S5(도 10) 또는 스텝 S13(도 10) 또는 스텝 S25(도 13)까지의 처리를 실행한다. 즉, 이 경우에는 제3 실시 형태와 동일한 표시 처리가 실행된다. 한편, 스텝 S31에서 제5 거리 표시 신호가 입력되었다고 판정된 경우에는 스텝 S1로 진행된다. 또한, 스텝 S1-S11의 설명은 생략한다.

스텝 S32에서는, 제5 거리 연산부(43j)는, 기준점 위치 연산부(43d)에서 산출한 버킷 클로 끝의 좌표와 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형(800)의 위치 정보에 기초하여, 가상 직선 Lv 상에서의 버킷 클로 끝과 현황 지형(800)의 거리인 제5 거리 D5를 연산한다.

스텝 S12에서는, 표시 제어부(374a)는, 스텝 S3에서 연산한 제1 거리 D1과 스텝 S4에서 연산한 제2 거리 D2의 대소 관계를 비교한다. 제1 거리 D1이 제2 거리 D2보다 큰 경우에는, 표시 제어부(374a)는, 기준점(버킷 클로 끝) Ps가 현황 지형(800)의 상방에 있다고 간주하여, 도 18과 같이 제1 거리 D1과 제2 거리 D2와 제5 거리 D5를 표시 장치(53a)에 동시에 표시한다(스텝 S33). 한편, 제2 거리 D2가 제1 거리 D1 이상인 경우에는, 표시 제어부(374a)는, 기준점(버킷 클로 끝) Ps가 현황 지형(800)의 하방에 있다고 간주하여, 도 11과 같이 제1 거리 D1과 제3 거리 D3을 표시 장치(53a)의 표시부(80)에 표시한다(스텝 S13).

-효과-

상기와 같이 구성한 본 실시 형태에 따르면, 연직 방향에서의 버킷 클로 끝(기준점)으로부터 현황 지형(800)까지의 거리인 제5 거리(현황 지형 거리)가 표시 장치(53a)에 표시되므로, 버킷 클로 끝과 현황 지형(800)의 거리를 오퍼레이터가 파악 가능해진다. 이에 의해, 현황 지형(800)이 버킷 클로 끝으로부터 어느 정도 하방에 존재하는 지를 객관적으로 파악할 수 있어, 어느 정도의 스피드로 프론트 작업기(1A)를 조작하면 좋은 지를 파악할 수 있다.

-변형예-

또한, 상기 예에서는, 스텝 S33으로 진행한 경우, 제1 거리 D1, 제2 거리 D2, 제5 거리 D5의 모두를 표시하기로 하였지만, 제2 거리 D2는 비표시로 해도 된다. 또한, 제2 거리 D2를 비표시로 하는 지 여부는 입력 장치(52)에서 선택 가능한 구성으로 하여도 된다.

<기타>

-기준점-

상기 각 실시 형태에서는, 제1, 2, 3, 5 거리를 산출할 때의 작업 기계측의 기준점(기준점 위치 연산부(43d)의 기준점) Ps를 버킷(10)의 클로 끝(작업기(1A)의 선단)으로 설정하였지만, 기준점 Ps는 작업기(1A)에 임의로 설정할 수 있다. 또한, 기준점은 상시 동일한 점으로 설정할 필요는 없으며, 예를 들어 작업기(1A)의 자세에 따라서 기준점 Ps가 이동하는 구성도 가능하다. 예를 들어, 버킷(10)의 저면이나 버킷 링크(13)의 최외부도 선택 가능하며, 목표면(700)으로부터 가장 거리가 가까운 버킷(10) 위의 점을 적절히 제어점으로 하는 구성을 채용해도 된다.

-가상 직선의 방향(기울기)-

또한, 상기 각 실시 형태에서는, 기준점(버킷 클로 끝) Ps로부터 연직 방향으로 연장된 직선을 가상 직선 Lv라고 정의하였지만, 기준점 Ps로부터 직선을 연장시키는 방향은 임의로 설정이 가능하며, 연직 방향 이외로 연장시킨 직선을 가상 직선으로 해도 된다. 예를 들어, 도 19의 예에서는, 기준점(버킷 클로 끝) Ps를 통과하고 목표면(700)과 직교하는 직선을 가상 직선 Lv'라 하고 있다. 이와 같이 각 거리 D1-D5를 설정해도 본 발명은 그 효과를 발휘할 수 있다.

-기준점의 궤적에 의한 현황 지형의 위치 정보의 갱신-

또한, 상기 각 실시 형태에서는, 현황 지형(800)의 위치 정보의 갱신 시에, 현황 지형 취득 장치(96)의 출력으로부터 최신의 정보를 취득하고 있었지만, 기준점 위치 연산부(43d)에서 연산되는 버킷 클로 끝의 위치 정보를 이용하여 현황 지형(800)의 위치 정보를 갱신해도 된다. 이 경우, 현황 지형 갱신부(43a)에 있어서, 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형(800)의 위치 정보와 기준점 위치 연산부(43d)에서 연산되는 버킷 클로 끝의 위치 정보를 입력한다. 그리고, 현황 지형 갱신부(43a)는, 버킷 클로 끝의 위치와 현황 지형의 상하 관계를 비교한다. 기준점 위치 연산부(43d)에서 연산된 버킷 클로 끝의 위치가 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치보다도 하방에 있다고 판정된 경우, 기준점 위치 연산부(43d)에서 연산된 버킷 클로 끝의 위치 정보에 의해 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치 정보를 갱신한다. 한편, 기준점 위치 연산부(43d)에서 연산된 버킷 클로 끝의 위치가 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치보다도 상방에 있다고 판정된 경우에는, 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치 정보의 갱신은 행하지 않는다. 즉, 여기에서는, 현황 지형(800)을 굴삭했을 때의 버킷 클로 끝의 궤적을 굴삭 후의 현황 지형(800)으로서 간주해서 현황 지형 데이터를 갱신하고 있다.

도 20a에 버킷 클로 끝의 위치 정보에 기초하는 현황 지형 갱신부(43a)에 의한 현황 지형의 갱신을 나타내는 모식도를 나타낸다. 어떤 수평 방향 좌표 x'에서의 버킷 높이 방향의 좌표 z1과 현황 지형의 높이 방향의 좌표 z0을 비교하여, z1이 z0보다도 하측 방향에 있는 경우에는 z1을 새로운 현황 지형 데이터로서 갱신한다. 도 20b는 도 20a에 기초한 현황 지형 갱신부(43a)에 의한 현황 지형의 갱신 후의 표시 장치(53a)의 표시 화면의 일례이다.

이와 같이 버킷 클로 끝 위치 정보를 현황 지형의 갱신에 이용함으로써, 굴삭마다 현황 지형 취득 장치(96)가 현황 지형 데이터를 취득할 필요가 없어져서, 현황 지형 데이터의 취득에 요하는 시간을 단축하는 것이 가능하다. 또한, 일단 현황 지형 데이터를 취득해 두면, 이후에는 현황 지형 갱신부(43a)의 갱신 기능으로 축차 현황 지형 데이터가 갱신되므로, 현황 지형 취득 장치(96)를 유압 셔블(1)에 탑재하는 것을 생략하는 것도 가능해진다.

-초기 지형의 표시-

그런데 도 20b의 예에서는, 표시 제어부(374a)는, 초기 지형 기억부(43k)로부터 초기 지형(850)의 위치 정보를 판독해서 갱신 후의 현황 지형(800)의 위치 정보와 함께 표시하고 있다. 이와 같이 초기 지형(850)과 현황 지형(800)을 동시에 표시하면, 작업 개시 당초부터의 작업의 진척을 용이하게 파악할 수 있다. 또한, 초기 지형(850)과 현황 지형(800)의 동시 표시는 상기 각 실시 형태에서 적용 가능함은 물론이다.

-보충-

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

또한, 본 발명은, 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은, 상기 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다.

1A: 프론트 작업기
８: 붐
９: 암
10: 버킷
14: GNSS 안테나
30: 붐 각도 센서
31: 암 각도 센서
32: 버킷 각도 센서
40: 제어 컨트롤러(제어 장치)
43: MG 제어부
43a: 현황 지형 갱신부
43b: 현황 지형 기억부(기억부)
43c: 목표면 기억부(기억부)
43d: 기준점 위치 연산부
43e: 작업 기계 위치 연산부
43f: 제1 거리 연산부
43g: 제2 거리 연산부
43h: 제3 거리 연산부
43i: 제4 거리 연산부
43j: 제5 거리 연산부
43k: 초기 지형 기억부(기억부)
43l: 설계면 기억부(기억부)
43m: 기억부
50: 작업 장치 자세 검출 장치
51: 목표면 설정 장치
52: 입력 장치
53a: 표시 장치
96: 현황 지형 취득 장치
374a: 표시 제어부

Claims

작업기와,
임의로 설정된 목표면의 위치 정보가 기억된 기억부, 및 상기 작업기에 임의로 설정된 기준점의 위치 정보를 연산하는 기준점 위치 연산부를 갖는 제어 장치와,
상기 목표면의 위치 정보와 상기 기준점의 위치 정보에 기초하여 상기 목표면과 상기 작업기의 위치 관계가 표시되는 표시 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
상기 기억부에는, 현황 지형의 위치 정보가 기억되어 있으며,
상기 제어 장치는, 또한,
상기 기준점의 위치 정보와 상기 목표면의 위치 정보에 기초하여, 상기 기준점으로부터 상기 목표면을 향해서 소정의 방향으로 연장한 가상 직선 상에서의 상기 기준점과 상기 목표면의 거리인 제1 거리를 연산하는 제1 거리 연산부와,
상기 기준점의 위치 정보와 상기 목표면의 위치 정보와 상기 현황 지형의 위치 정보에 기초하여, 상기 가상 직선 상에서의 상기 목표면과 상기 현황 지형의 거리인 제2 거리를 연산하는 제2 거리 연산부를 갖고,
상기 표시 장치에는, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리가 표시되는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는, 또한, 상기 기준점이 상기 현황 지형의 하방에 있는 경우, 상기 기준점의 위치 정보와 상기 목표면의 위치 정보에 기초하여, 상기 가상 직선 상에서의 상기 기준점과 상기 목표면의 거리인 제3 거리를 연산하는 제3 거리 연산부를 갖고,
상기 표시 장치에는, 상기 기준점이 상기 현황 지형의 상방에 있는 경우, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리가 표시되고, 상기 기준점이 상기 현황 지형의 하방에 있는 경우, 상기 제1 거리와 상기 제3 거리가 표시되는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 목표면의 위치 정보와 상기 현황 지형의 위치 정보에 기초하여, 상기 현황 지형 위의 복수의 점으로부터 상기 목표면을 향해서 상기 소정의 방향으로 연장한 복수의 가상 직선 상에서의 상기 목표면과 상기 현황 지형의 복수의 거리인 제4 거리를 연산하는 제4 거리 연산부를 더 갖고,
상기 표시 장치에는, 상기 제4 거리가 표시되는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 기준점 위치 연산부에서 연산된 상기 기준점의 위치 정보와 상기 현황 지형의 위치 정보의 상하 관계를 비교하여, 상기 기준점의 위치 정보가 상기 현황 지형의 위치 정보보다도 하방에 있는 경우, 상기 기준점 위치 연산부에서 연산된 상기 기준점의 위치 정보로 상기 기억부에 기억된 상기 현황 지형의 위치 정보를 갱신하는 현황 지형 갱신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 기억부에는, 초기 지형의 위치 정보가 더 기억되어 있으며,
상기 표시 장치에는, 상기 현황 지형과 상기 초기 지형이 표시되는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 기억부에는, 설계면의 위치 정보가 기억되어 있으며,
상기 목표면의 위치 정보는, 상기 설계면의 위치 정보를 기초로 작성되어 있는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 기준점이 상기 현황 지형의 상방에 있는 경우, 상기 기준점의 위치 정보와 상기 목표면의 위치 정보와 상기 현황 지형의 위치 정보에 기초하여, 상기 가상 직선 상에서의 상기 기준점과 상기 현황 지형의 거리인 제5 거리를 연산하는 제5 거리 연산부를 갖고,
상기 표시 장치에는, 상기 기준점이 상기 현황 지형의 상방에 있는 경우, 상기 제1 거리와 상기 제5 거리가 표시되는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.