KR20190113847A - 작업 기계 - Google Patents

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KR20190113847A
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히로아키 다나카
히사미 나가노
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

각 액추에이터(20A, 21A, 22A)의 실제 동작 속도 Vr과 목표 동작 속도 Vt로부터 속도 추정 모델의 성립 여부를 판정하여, 속도 추정 모델이 성립된다고 판정된 경우는 각 액추에이터(20A, 21A, 22A)가 구동 상태로부터 급정지한 경우의 유압 셔블(1)의 동적인 무게 중심 위치를 추정 동작 속도 Ve로부터 예측하고, 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우는 실제 동작 속도 Vr로부터 동적인 무게 중심 위치를 예측하여, 그 예측된 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 제어 개입을 행할지 여부를 결정하고, 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에, 각 액추에이터(20A, 21A, 22A)가 완감속하도록 목표 동작 속도 Vt를 보정한다. 이에 의해, 미소 시간에 있어서의 급격한 외란의 변화나 레버 조작량의 변화를 수반하는 작업을 행하는 경우에 있어서도, 작업 프론트(2)의 동작 속도의 제한이나 완감속을 적절하게 실시할 수 있어, 작업성이나 조작성의 저하나 승차감의 악화 등을 억제할 수 있다.

Description

작업 기계
본 발명은, 작업 기계에 관한 것이다.
구조물 해체 공사, 폐기물 처리, 스크랩 처리, 도로 공사, 건설 공사, 토목 공사 등에 사용되는 작업 기계로서는, 동력계에 의해 주행하는 주행체의 상부에 선회 가능하게 설치된 선회체와, 선회체에 상하 방향으로 요동 가능하게 설치된 다관절형의 작업 프론트를 제공하고, 작업 프론트를 구성하는 복수의 프론트 부재를 실린더로 구동하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 작업 기계의 일종인 유압 셔블에서는, 붐, 암, 버킷 등의 복수의 프론트 부재로 구성되는 작업 프론트를 갖고, 복수의 프론트 부재를 각각을 붐 실린더, 암 실린더, 및 버킷 실린더로 구동하고 있다.
이 유압 셔블과 같이 작업 프론트를 갖는 작업 기계에서는, 조작 레버의 조작 내용에 따라서 각 가동부를 구동하므로, 조작 레버가 조작 상태로부터 순시에 중립 위치까지 복귀되면, 조작 레버의 조작에 따라서 구동되는 가동부는 급정지하고, 그 때의 감속도에 따른 관성력이 발생한다. 작업 프론트가 급정지하면 그 관성력에 의해 주행체의 일부가 지면으로부터 부상하여, 작업 기계 전체가 기우는 경우가 있다. 주행체의 일부가 지면으로부터 부상하여 작업 기계 전체가 기울면, 작업 기계가 원래의 자세로 되돌아갈 때에 주행체와 지면이 충돌함으로써, 작업 기계의 운전자에게 심한 진동이나 충격이 가해지는 것을 생각할 수 있고, 승차감을 악화시킬 뿐만 아니라, 최악의 경우에는 작업 프론트가 급정지하였을 때의 관성력에 의해 작업 기계가 전도해 버릴 우려가 있다.
그래서 작업 기계의 동적 무게 중심 위치를 나타내는 ZMP(Zero Moment Point)를 사용하여 작업 기계의 부상에 관한 동적 안정성을 실시간으로 추정하여, 이 동적 안정성으로부터 작업 기계가 기울 가능성이 높다고 추정되는 경우에 작업 프론트의 동작 속도를 제한하거나 작업 프론트를 완감속시키거나 함으로써, 작업 기계가 기우는 것을 억제하는 기술이 제안되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 주행체와, 당해 주행체 상에 설치한 작업 기계 본체와, 당해 작업 기계 본체에 대해 상하 방향으로 요동 가능하게 설치한 작업 프론트와, 상기 주행체, 상기 작업 기계 본체 및 상기 작업 프론트에 있어서의 각 가동부와, 상기 각 가동부를 구동하는 액추에이터와, 상기 액추에이터의 구동을 제어하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 주행체, 상기 작업 기계 본체 및 상기 작업 프론트에 있어서의 상기 액추에이터를 조작하는 조작 레버의 조작량에 따라서 상기 가동부의 속도를 추정하는 속도 추정 수단과, 상기 속도 추정 수단에 의해 추정된 추정 속도에 기초하여, 상기 조작 레버가 조작 상태로부터 정지 지령 위치까지 복귀된 경우에, 상기 액추에이터가 구동 상태로부터 정지할 때까지의 동안, 상기 액추에이터 변위인 위치 궤적과 상기 액추에이터 속도 변화인 속도 궤적과 상기 액추에이터 가속도 변화인 가속도 궤적을 예측하는 거동 예측 수단과, 상기 거동 예측 수단에 의해 구해진 상기 위치 궤적과 상기 속도 궤적과 상기 가속도 궤적에 따라서 상기 액추에이터가 정지할 때까지 상기 작업 기계가 불안정해질지 여부의 예측과 상기 액추에이터가 정지할 때까지 작업 기계를 안정시키는 동작 제한값의 산출을 행하는 안정화 제어 연산 수단과, 상기 안정화 제어 연산 수단의 연산 결과를 바탕으로 상기 가동부를 구동하는 액추에이터로의 지령 정보를 생성하는 지령값 생성 수단을 구비하는 작업 기계가 개시되어 있다.
일본 특허 제6023053호 공보
상기 종래 기술에 있어서는, 엔진 회전수, 부하의 크기, 자세, 유온 등에 의해 속도 추정 모델이 시시각각 변화될 것이 예상되기는 하지만, 미소한 시각 사이에는 작업 상황의 변화가 작고 속도 추정 모델의 변화도 작다고 가정하고, 이 속도 추정 모델에서 추정한 속도에 기초하여 작업 프론트의 속도 제한과 완감속을 실시하고 있다.
그러나 예를 들어 유압 셔블에서는, 붐이나 암을 일정한 리듬으로 상하 이동 시켜, 지면 근방에서 급조작을 함으로써 적당하게 지면을 굳히는 롤링 압박 작업(소위, 비탈면 다지기 작업)과 같이, 미소 시간에 있어서의 급격한 외란의 변화나 레버 조작량의 변화를 수반하는 작업을 행하는 경우가 있다. 비탈면 다지기 작업에서는, 정지 상태인 작업 프론트를 급상승 조작에 의해 상승시키고, 계속해서 급하강 조작을 행하여 버킷과 지면을 적당하게 충돌시킴으로써 지면을 롤링 압박한다.
따라서, 상기 종래 기술에 있어서는, 비탈면 다지기 작업과 같이, 미소 시간에 있어서의 급격한 외란의 변화나 레버 조작량의 변화를 수반하는 작업을 행하는 경우에는, 속도 추정 모델이 성립되지 않는다. 즉, 속도 추정 모델이 성립되지 않으면 정확한 ZMP가 얻어지지 않으므로, 작업 프론트의 완감속이나 속도 제한 등의 제어 개입이 적절하게 행해지지 않고, 작업 프론트의 제동 거리의 증가나, 속도 제한이 실시되지 않는 것에 의한 차체의 부상 등이 예상되고, 그 결과, 작업 프론트가 운전자의 예상과 상이한 동작을 하므로, 작업성이나 조작성이 현저하게 저하되거나, 승차감이 악화되거나 하는 것을 생각할 수 있다.
본 발명은 상기에 비추어 이루어진 것이며, 미소 시간에 있어서의 급격한 외란의 변화나 레버 조작량의 변화를 수반하는 작업을 행하는 경우에 있어서도, 작업 프론트의 동작 속도의 제한이나 완감속을 적절하게 실시할 수 있어, 작업성이나 조작성의 저하나 승차감의 악화 등을 억제할 수 있는 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 주행체와, 상기 주행체 상에 선회 가능하게 설치된 선회체와, 복수의 피구동 부재를 수직 방향으로 회동 가능하게 연결하여 구성되고, 상기 선회체에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지된 다관절형의 작업 프론트와, 상기 작업 프론트의 상기 복수의 피구동 부재를 각각 구동하는 복수의 액추에이터와, 상기 선회체 및 상기 작업 프론트를 구성하는 상기 복수의 피구동 부재의 동작에 수반되는 상기 복수의 피구동 부재의 운동에 관한 정보를 각각 검출하는 복수의 운동 정보 검출 장치와, 상기 복수의 액추에이터의 구동을 제어하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 복수의 액추에이터를 조작하는 조작 레버의 조작량에 따라서 생성되는 조작 신호에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 목표 동작 속도를 각각 생성하는 목표 동작 속도 생성부와, 상기 운동 정보 검출 장치의 검출 결과에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 실제 동작 속도를 각각 검출하는 동작 속도 검출부와, 상기 목표 동작 속도 및 상기 실제 동작 속도로부터 미리 설정한 속도 추정 모델에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도를 각각 추정하는 동작 속도 추정부와, 상기 복수의 액추에이터가 구동 상태로부터 급정지한 경우의 상기 작업 기계의 동적인 무게 중심 위치를 상기 동작 속도 추정부가 추정한 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도를 사용하여 예측하는 제1 무게 중심 위치 예측부와, 상기 목표 동작 속도를 보정하는 제어 개입을 행할지 여부를 상기 동적인 무게 중심 위치에 기초하여 결정하는 제어 개입 결정부와, 상기 목표 동작 속도 생성부에 의해 생성된 상기 목표 동작 속도를 상기 작업 기계의 부상이 억제되도록 보정하는 목표 동작 속도 보정부와, 상기 목표 동작 속도 보정부에 의해 보정된 목표 동작 속도에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 구동을 제어하는 구동 지령부와, 상기 동작 속도 검출부에서 검출된 상기 복수의 액추에이터의 상기 실제 동작 속도와 상기 목표 동작 속도 생성부에서 생성된 상기 목표 동작 속도의 비교 결과에 기초하여, 상기 속도 추정 모델의 성립 여부를 판정하는 속도 추정 모델 성립 여부 판정부와, 상기 복수의 액추에이터가 구동 상태로부터 급정지한 경우의 상기 작업 기계의 동적인 무게 중심 위치를 상기 동작 속도 검출부에서 검출된 상기 복수의 액추에이터의 실제 동작 속도로부터 예측하는 제2 무게 중심 위치 예측부를 갖고, 상기 제어 개입 결정부는, 상기 속도 추정 모델 성립 여부 판정부에 의해 상기 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우에, 상기 제1 무게 중심 위치 예측부에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치 대신에, 상기 제2 무게 중심 위치 예측부에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 제어 개입을 행할지 여부를 결정하고, 상기 목표 동작 속도 보정부는, 상기 제어 개입 결정부에 있어서 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에, 상기 목표 동작 속도의 감속도를 제한함으로써 상기 복수의 액추에이터가 완감속하도록 상기 목표 동작 속도를 보정하는 것으로 한다.
본 발명에 따르면, 유압 셔블의 비탈면 다지기를 예로 드는 것과 같이 미소 시간에 있어서의 급격한 외란의 변화나 레버 조작량의 변화에 의해, 실린더의 속도 추정 모델이 성립되지 않는 경우에 있어서도, 작업 프론트의 동작 속도의 제한과 완감속을 적절하게 실시할 수 있다. 또한, 외력을 검지하기 위한 센서나 번잡한 정보 처리를 추가하는 일 없이 간이한 구성으로, 작업 프론트의 동작 속도의 제한과 완감속을 적절하게 실시할 수 있다. 이상으로부터, 작업 기계의 부상에 의한 승차감의 악화를 억제하면서, 작업 기계가 기울 우려가 낮은 경우에는 작업 프론트를 섬세하고 기민하게 동작할 수 있으므로 작업성과 조작성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 작업 기계의 제어 시스템을 관련 구성과 함께 도시하는 도면이다.
도 3은 구동 제어용 컨트롤러의 처리를 도시하는 기능 블록도이다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 유압 셔블의 무게 중심 위치를 설명하는 측면도이다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 유압 셔블의 지지 다각형 및 전도 지선을 도시하는 상면도이다.
도 6은 실린더 속도의 추이의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 작업 프론트의 완감속 제어에 대해 설명하는 도면이다.
도 8은 작업 프론트의 속도 제한 제어에 대해 설명하는 도면이다.
도 9는 제어 개입의 결정에 관한 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 보정 후 목표 동작 속도의 산출 처리 및 제어 지령값의 결정에 관한 처리를 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 작업 기계의 일례로서, 작업 프론트를 구비하는 유압 셔블을 예시하여 설명하지만, 작업 프론트를 구비하는 작업 기계라면, 휠 로더와 같은 유압 셔블 이외의 작업 기계에도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
도 1은, 본 실시 형태에 관한 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 도시하는 측면도이다. 또한, 도 2는, 본 실시 형태에 관한 작업 기계의 제어 시스템을 관련 구성과 함께 도시하는 도면이다.
<작업 기계(유압 셔블(1))>
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 작업 기계의 일례인 유압 셔블(1)은, 주행체(4)와, 주행체(4) 상에 선회 가능하게 설치된 선회체(3)와, 피구동 부재로서의 붐(20), 암(21), 및 작업구인 버킷(22)을 수직 방향으로 각각 회동 가능하게 연결하여 구성되고, 선회체(3)에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지된 다관절형의 작업 프론트(2)와, 작업 프론트(2)의 붐(20), 암(21), 및 버킷(22)을 각각 구동하는 복수의 액추에이터(붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 및 버킷 실린더(22A))를 구비하고 있다.
주행체(4)는, 트랙 프레임(40)과, 트랙 프레임(40)에 좌우 한 쌍으로 각각 마련된 프론트 아이들러(41), 하부 롤러(프론트)(42a), 하부 롤러(센터)(42b), 하부 롤러(리어)(42c), 스프로킷(43), 상부 롤러(44), 크롤러 벨트(45), 및 스프로킷(43)에 접속된 주행 유압 모터(43A)(액추에이터)에 의해 구성되어 있다. 프론트 아이들러(41), 하부 롤러(프론트)(42a), 하부 롤러(센터)(42b), 하부 롤러(리어)(42c), 스프로킷(43), 상부 롤러(44)는, 각각 트랙 프레임(40)에 배치되어 있고, 크롤러 벨트(45)는 그 부재들을 통해 트랙 프레임(40)에 권회됨으로써 트랙 프레임(40)을 주회할 수 있도록 설치되어 있다. 또한, 하부 롤러(센터)(42b) 및 상부 롤러(44)는, 주행체(4)의 크기에 따라서 그 개수를 바꿀 수 있고, 도 1에 도시하는 수보다 많이 배치하거나, 적게 배치하거나, 배치하지 않거나 하는 것이 가능하다. 또한, 주행체(4)는, 크롤러 벨트를 구비한 것에 한정되는 일 없이, 주행륜이나 다리를 구비한 것이어도 된다.
작업 프론트(2)에서는, 붐(20)의 기단부가 선회체(3)의 전방부에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되고, 암(21)의 일단부가 붐(20)의 기단부와는 상이한 단부(선단)에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되고, 버킷(22)이 암(21)의 타단부에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있다. 암(21)과 버킷(22)의 접속부에는, 서로의 일단부가 회동 가능하게 접속된 제1 링크(22B) 및 제2 링크(22C)가 배치되어 있고, 제1 링크(22B)의 타단부(제2 링크(22C)와의 접속부와는 상이한 단부)가 버킷(22)에, 제2 링크(22C)의 타단부(제1 링크(22B)와의 접속부와는 상이한 단부)가 암(21)에 각각 회동 가능하게 접속되어 있다.
또한, 작업 프론트(2)에서는, 붐 실린더(20A)의 보텀측이 선회체(3)에, 로드측이 붐(20)에 각각 회동 가능하게 연결되고, 암 실린더(21A)의 보텀측이 붐(20)에, 로드측이 암(21)에 각각 회동 가능하게 연결되고, 버킷 실린더(22A)의 보텀측이 암(21)에, 로드측이 제1 및 제2 링크(22B, 22C)의 연결 부분에 각각 회동 가능하게 연결되어 있다. 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 및 버킷 실린더(22A)는, 유압에 의해 신축함으로써, 각각 붐(20), 암(21), 버킷(22)을 회동 구동시킨다. 또한, 버킷(22)은, 그래플이나 브레이커, 리퍼, 마그넷 등의 다른 도시하지 않은 작업구로 임의로 교환 가능하다.
선회체(3)는, 메인 프레임(31) 상에 배치된 운전실(32), 조작 입력 장치(33), 구동 제어 장치(34), 구동 장치(35), 원동 장치(36), 및 카운터 웨이트(37)를 구비하고 있고, 주행체(4)에 대해 선회 가능하게 접속된 메인 프레임(31)이 선회 유압 모터(3A)(액추에이터)에 의해 선회 구동됨으로써, 선회체(3) 전체가 선회 구동된다. 카운터 웨이트(37)는, 유압 셔블(1)의 운전 시에 필요한 중량 균형을 이루기 위한 것이며, 선회체(3)의 전방부에 배치된 작업 프론트(2)에 대해 선회체(3)의 후방부에 배치되어 있다.
<제어 시스템>
도 2에 있어서, 본 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)의 제어 시스템은, 각 액추에이터(20A, 21A, 22A, 3A, 43A)를 조작하기 위한 조작 신호를 생성하여 구동 제어 장치(34)에 출력하는 조작 입력 장치(33)와, 붐(20), 암(21), 버킷(22), 및 선회체(3)의 각속도 및 가속도를 검출하여 구동 제어 장치(34)에 출력하는 IMU 센서(20S, 21S, 22S, 30S)와, 원동 장치(36)로부터 각 액추에이터(20A, 21A, 22A, 3A, 43A)에 공급되는 압유의 유량 및 방향을 제어하여 각 액추에이터(20A, 21A, 22A, 3A, 43A)를 구동하는 구동 장치(35)와, 조작 입력 장치(33)로부터의 조작 신호와 IMU 센서(20S, 21S, 22S, 30S)의 검출값에 기초하여, 구동 장치(35)를 제어하는 제어 신호(제어 지령값)를 생성하여 구동 장치(35)에 출력하는 구동 제어 장치(34)로 개략 구성되어 있다. 조작 입력 장치(33), IMU 센서(20S, 21S, 22S, 30S) 및 구동 장치(35)는, 신호선에 의해 구동 제어 장치(34)에 접속되어 있다.
<조작 입력 장치(33)>
오퍼레이터(운전자)가 탑승하는 운전실(32)에는, 작업 프론트(2)의 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A), 선회체(3)의 선회 유압 모터(3A) 및 주행체(4)의 주행 유압 모터(43A)를 조작하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 입력 장치(33)가 배치되어 있다. 조작 입력 장치(33)는, 작업 프론트(2) 및 선회체(3)를 조작하기 위한 한 쌍의 조작 레버(33a)나, 주행체(4)를 조작하기 위한 한 쌍의 조작 레버(주행 페달, 도시하지 않음)와, 그것들이 경도된 양을 검출하는 조작 입력량 센서(33b)에 의해 구성되어 있다.
작업 프론트(2) 및 선회체(3)를 조작하기 위한 한 쌍의 조작 레버(33a)는, 각각 전후 좌우로 경도 가능하고, 조작 입력량 센서(33b)는, 오퍼레이터에 의한 조작 레버(33a)의 경도량(조작량)을 검출하고, 그 조작량에 따라서 작업 프론트(2) 및 선회체(3)를 조작하기 위한(즉, 각 액추에이터(20A, 21A, 22A, 3A)를 조작하기 위한) 전기 신호(조작 신호)를 생성하고, 구동 제어 장치(34)를 구성하는 구동 제어용 컨트롤러(34a)(도 2 참조)에 전기 배선을 통해 출력한다. 예를 들어, 조작 레버(33a)의 전후 방향 또는 좌우 방향으로, 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A), 및 선회 유압 모터(3A)의 조작이 각각 할당되어 있다.
마찬가지로, 주행체(4)를 조작하기 위한 조작 레버(주행 페달, 도시하지 않음)는, 각각 전후 방향으로 경도 가능하고, 조작 입력량 센서(33b)는, 오퍼레이터에 의한 조작 레버(주행 페달)의 경도량(조작량)을 검출하고, 그 조작량에 따라서 주행체(4)를 조작하기 위한(즉, 주행 유압 모터(43A)를 조작하기 위한) 전기 신호(조작 신호)를 생성하고, 구동 제어용 컨트롤러(34a)(도 2 참조)에 전기 배선을 통해 출력한다. 즉, 조작 레버(주행 페달)의 전후 방향으로, 유압 셔블(1)의 주행 조작이 각각 할당되어 있다.
즉, 조작 입력량 센서(33b)는, 조작 레버(33a)(주행 페달을 포함함)의 조작에 의해 오퍼레이터가 요구하는 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A), 선회 유압 모터(3A), 및 주행 유압 모터(43A)의 동작 속도(즉, 목표 동작 속도)를 각각 검출하고, 조작 신호로서 구동 제어 장치(34)에 출력한다. 유압 셔블(1)에서는, 조작 레버(33a)가 쓰러진 양(조작량)이 커지면, 각 액추에이터(20A, 21A, 22A, 3A, 43A)의 동작 속도가 빨라지도록 설정되어 있고, 오퍼레이터는 조작 레버(33a)를 쓰러뜨리는 양을 조정함으로써, 각 액추에이터(20A, 21A, 22A, 3A, 43A)의 동작 속도를 조정하여 유압 셔블(1)을 동작시킨다.
또한, 조작 입력 장치(33)는, 조작 레버의 경도량 및 경도 방향을 파일럿압에 의한 조작 신호로서 출력하는 유압 파일럿 방식으로 해도 된다. 이 유압 파일럿 방식을 채용하는 경우에는, 조작 레버(33a) 등의 조작량을 검출하기 위한 조작 입력량 센서로서, 작동유에 의한 파일럿압을 검출하는 것을 사용해도 된다.
<원동 장치(36)>
원동 장치(36)는, 원동기로서의 엔진(36b)과, 엔진(36b)에 의해 구동되는 유압 펌프(36a)로 구성되어 있고, 각 액추에이터(20A, 21A, 22A, 3A, 43A)를 구동하기 위해 필요한 압유를 생성한다.
<구동 장치(35)>
구동 장치(35)는, 전자 제어 밸브(35a) 및 방향 전환 밸브(35b)에 의해 구성되어 있다. 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A), 선회 유압 모터(3A), 및 주행 유압 모터(43A)의 동작 제어는, 원동기인 엔진(36b)에 의해 구동되는 유압 펌프(36a)로부터 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A), 선회 유압 모터(3A), 및 주행 유압 모터(43A)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 방향 전환 밸브(35b)에 의해 제어함으로써 행한다. 방향 전환 밸브(35b)의 스풀은, 파일럿 펌프(도시하지 않음)의 토출압으로부터 전자 제어 밸브(35a)를 통해 생성되는 구동 신호(파일럿압)에 의해 구동된다. 구동 제어 장치(34)에서 조작 입력 장치(33)의 조작 입력량 센서(33b)로부터의 조작 신호에 기초하여 생성된 전류가 제어 신호(제어 지령값)로서 전자 제어 밸브(35a)에 입력됨으로써, 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A), 선회 유압 모터(3A), 및 주행 유압 모터(43A)의 동작이 제어된다.
<IMU 센서(20S, 21S, 22S, 30S)>
작업 프론트(2)의 붐(20)에는, 붐(20)의 동작에 수반되는 각속도 및 붐(20)에 작용하는 가속도를 검출하기 위한 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서(붐)(20S)가 배치되어 있다. 마찬가지로, 암(21)에는, 암(21)의 동작에 수반되는 각속도 및 암(21)에 작용하는 가속도를 검출하기 위한 IMU 센서(암)(21S)가 배치되고, 제2 링크(22C)에는, 제2 링크(22C)의 동작에 수반되는 각속도 및 제2 링크(22C)에 작용하는 가속도를 검출하기 위한 IMU 센서(버킷)(22S)가 배치되어 있다. IMU 센서(20S, 21S, 22S)는, 관성 계측 장치이며, IMU 센서(20S, 21S, 22S)가 상대적으로 고정된 대상물의 동작에 수반되는 각속도를 계측하고, 계측 결과를 각속도 신호로서 출력하는 각속도 센서로서의 기능과, 대상물에 작용하는 가속도를 계측하고, 계측 결과를 가속도 신호로서 출력하는 가속도 센서로서의 기능을 갖고 있다. 또한, 선회체(3)에는, 선회체(3)의 지면에 대한 기울기를 검출하는 IMU 센서(선회체)(30S)가 배치되어 있다. IMU 센서(선회체)(30S)는, IMU 센서(20S, 21S, 22S)와 마찬가지인 관성 계측 장치이며, 각속도 센서로서의 기능과 가속도 센서로서의 기능을 갖고 있다. 즉, IMU 센서(20S, 21S, 22S, 30S)는, 붐(20), 암(21), 버킷(22), 및 선회체(3)의 동작 시에 있어서의 각속도 및 가속도와 같은 운동에 관한 정보를 운동 정보로서 검출하는 운동 정보 검출 장치라고 할 수 있다.
붐(20), 암(21), 버킷(22), 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A), 제1 링크(22B), 제2 링크(22C), 및 선회체(3)는, 각각 요동할 수 있도록 접속되어 있으므로, 각 IMU 센서(20S, 21S, 22S, 30S)의 검출 결과(운동 정보: 각속도나 가속도)와 기계적인 링크 관계로부터, 붐(20), 암(21), 버킷(22) 및 선회체(3)의 자세(예를 들어, 수평면과의 상대 각도 등)와, 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A)의 동작 속도를 산출할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 선회체(3)와 주행체(4)는 후술하는 XYZ 좌표계의 XY 평면 방향으로밖에 회동하지 않으므로, 선회체(3)에만 IMU 센서(선회체)(30S)를 설치하여, 선회체(3)와 주행체(4)를 동일한 자세로서 취급하고 있지만, 다른 부재와 마찬가지로 주행체(4)에도 IMU 센서(주행체)를 설치하고, 주행체 무게 중심(4G)의 자세와 동작 속도를 고려하여 동적인 무게 중심 위치의 산출을 행해도 된다. 또한, 여기서 나타낸 자세와 동작 속도의 검출 방법은 일례이며, 작업 프론트(2)의 각 피구동 부재(붐(20), 암(21), 버킷(22))의 상대 각도를 직접 계측하는 것이나, 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A)의 스트로크나 속도를 검출하여 작업 프론트(2)의 각 피구동 부재의 자세나 동작 속도를 산출하도록 구성해도 된다.
<구동 제어 장치(34)>
구동 제어 장치(34)를 구성하는 구동 제어용 컨트롤러(34a)는, 도시하지 않았지만, 입력부나 프로세서인 중앙 처리 장치(CPU), 기억 장치인 리드 온리 메모리(ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM), 출력부 등에 의해 구성되어 있다. 입력부는, 조작 입력 장치(33)로부터의 신호, 및 IMU 센서(20S, 21S, 22S, 30S)로부터의 신호를 입력하고, A/D 변환을 행한다. ROM은, 후술하는 도 9나 도 10의 흐름도를 실행하기 위한 제어 프로그램과, 당해 흐름도의 실행에 필요한 각종 정보 등이 기억된 기록 매체이고, CPU는, ROM에 기억된 제어 프로그램에 따라서 입력부 및 메모리로부터 도입한 신호에 대해 소정의 연산 처리를 행한다. 출력부는, CPU에서의 연산 결과에 따른 출력용의 신호(예를 들어, 제어 지령값으로서의 전류)를 작성하고, 그 신호를 구동 장치(35)에 출력함으로써, 복수의 액추에이터(붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A), 선회 유압 모터(3A), 주행 유압 모터(43A))를 구동·제어한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 구동 제어용 컨트롤러(34a)는, 기억 장치로서 ROM 및 RAM이라고 하는 반도체 메모리를 구비하고 있는 경우를 예시하였지만, 기억 장치라면 특히 대체 가능하고, 예를 들어 하드디스크 드라이브 등의 자기 기억 장치를 구비해도 된다.
도 3은, 구동 제어용 컨트롤러의 처리를 도시하는 기능 블록도이다.
도 3에 있어서, 구동 제어용 컨트롤러(34a)는, 목표 동작 속도 생성부(710), 목표 동작 속도 보정부(720), 구동 지령부(730), 동작 속도 검출부(740), 자세 검출부(750), 동작 속도 추정부(760), 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770), 제1 무게 중심 위치 예측부(780), 제2 무게 중심 위치 예측부(790), 제3 무게 중심 위치 예측부(800), 및 제어 개입 결정부(810)에 의해 구성되어 있다.
목표 동작 속도 생성부(710)는, 조작 입력 장치(33)로부터 조작 레버(33a)의 조작량에 기초하여 출력된 조작 신호로부터 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A)의 목표 동작 속도 Vt를 각각 생성한다.
동작 속도 검출부(740)는, IMU 센서(20S, 21S, 22S)로부터의 검출 결과(각속도 신호나 가속도 신호)를 사용하여, 미리 유지하고 있는 기계적인 링크 관계에 기초하여 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 및 버킷 실린더(22A)의 각각에 대해 동작 속도를 검출하고, 실제 동작 속도 Vr로서 출력한다.
자세 검출부(750)는, IMU 센서(20S, 21S, 22S, 30S)로부터의 검출 결과(각속도 신호나 가속도 신호)를 사용하여, 미리 유지하고 있는 기계적인 링크 관계에 기초하여 붐(20), 암(21), 버킷 실린더(22A)의 각각의 자세 정보(예를 들어, 각 피구동 부재의 양단의 회동부를 연결하는 기준선과 수평면의 상대 각도)를 검출하여 출력한다.
동작 속도 추정부(760)는, 목표 동작 속도 생성부(710)에서 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A)의 각각에 대해 생성된 목표 동작 속도 Vt와 동작 속도 검출부(740)에서 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A)의 각각에 대해 검출된 실제 동작 속도 Vr에 기초하여, 속도 추정 모델을 사용하여 동작 속도를 추정하고, 추정 동작 속도 Ve로서 출력한다.
속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)는, 목표 동작 속도 생성부(710)에서 생성된 목표 동작 속도 Vt와 동작 속도 검출부(740)에서 검출된 실제 동작 속도 Vr의 속도 차에 기초하여, 유압 셔블(1)의 동작에 대해 속도 추정 모델이 성립되어 있는지 여부, 즉, 속도 추정 모델의 성립 여부를 판정하고, 그 판정 결과를 속도 추정 모델 성립 여부 정보로서 출력한다. 즉, 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)는, 속도 추정 모델의 성립 여부 판정을 행하고, 속도 추정 모델 성립 여부 정보로서, 속도 추정 모델이 성립되어 있는 것을 나타내는 속도 추정 모델 성립 여부 정보(성립)와, 속도 추정 모델이 성립되어 있지 않은 것을 나타내는 속도 추정 모델 성립 여부 정보(비성립) 중 어느 것을 출력한다. 또한, 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770) 속도 추정 모델의 성립 여부 판정은, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vr의 속도 차를 소정의 역치와 비교함으로써 행한다(이후에 상세하게 서술). 또한, 본 실시 형태에서는, 복수의 액추에이터(20A, 21A, 22A, 3A, 43A) 중 특정한 하나의 액추에이터(예를 들어, 붐 실린더(20A))에 대해, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vr의 속도 차를 미리 설정한 소정의 역치와 비교하여 속도 추정 모델의 성립 여부를 판정하는 경우를 생각하지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 복수의 액추에이터(20A, 21A, 22A)의 각각에 대해, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vr의 속도 차를 복수의 액추에이터(20A, 21A, 22A)마다 미리 설정한 소정의 역치와 비교하여, 어느 속도 차가 소정의 역치를 초과히였는지 여부에 의해 속도 추정 모델의 성립 여부를 판정해도 된다.
제1 무게 중심 위치 예측부(780)는, 동작 속도 추정부(760)에서 추정된 추정 동작 속도 Ve와 자세 검출부(750)에서 검출된 자세 정보로부터, 작업 프론트(2)가 급정지한 경우의 유압 셔블(1)의 동적 무게 중심 위치를 연산하고, 무게 중심 위치 정보로서 출력한다. 또한, 작업 프론트(2)가 급정지하는 경우라 함은, 조작 레버(33a)의 조작 내용에 따라서 구동 상태인 액추에이터(20A, 21A, 22A)가, 조작 레버(33a)가 조작 상태로부터 순시에 중립 위치까지 되돌아감으로써 급정지하는 경우이며, 그 때에는 피구동 부재(20, 21, 22)에 감속도에 따른 관성력이 발생한다.
제2 무게 중심 위치 예측부(790)는, 동작 속도 검출부(740)에서 검출된 실제 동작 속도 Vr과 자세 검출부(750)에서 검출된 자세 정보로부터, 작업 프론트(2)가 급정지한 경우의 유압 셔블(1)의 동적 무게 중심 위치를 연산하고, 무게 중심 위치 정보로서 출력한다.
제3 무게 중심 위치 예측부(800)는, 목표 동작 속도 생성부(710)에서 생성된 목표 동작 속도 Vt와 자세 검출부(750)에서 검출된 자세 정보로부터, 작업 프론트(2)가 급정지한 경우의 유압 셔블(1)의 동적 무게 중심 위치를 연산하고, 무게 중심 위치 정보로서 한다.
제어 개입 결정부(810)는, 제1 무게 중심 위치 예측부(780), 제2 무게 중심 위치 예측부(790), 및 제3 무게 중심 위치 예측부(800)에서 각각 산출된 무게 중심 위치 정보와 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)에서의 판정 결과(속도 추정 모델 성립 여부 정보)에 기초하여, 목표 동작 속도 Vt의 최댓값을 제한하도록 보정함으로써 작업 프론트(2)의 동작 속도의 최댓값을 제한하는 제어(속도 제한 제어), 및 목표 동작 속도 Vt의 감속도를 제한하도록 보정함으로써 작업 프론트(2)의 감속도를 제한하여 완감속시키는 제어(완감속 제어)를 행할지 여부(즉, 제어 개입할지 여부)를 각각 판정하여 결정하고, 결정 결과(즉, 제어 개입의 유무)를 개입 유무 정보로서 출력한다. 즉, 제어 개입 결정부(810)로부터 출력되는 제어 개입 정보는, 제어 개입을 행하지 않는 것을 나타내는 제어 개입 정보(제어 개입 없음)와, 속도 제한 제어만을 행하는 것을 나타내는 제어 개입 정보(속도 제한 제어)와, 완감속 제어만을 행하는 것을 나타내는 제어 개입 정보(완감속 제어)와, 속도 제한 제어 및 완감속 제어의 양쪽을 행하는 것을 나타내는 제어 개입 정보(속도 제한 제어, 완감속 제어) 중 어느 것이다.
목표 동작 속도 보정부(720)는, 액추에이터(20A, 21A, 22A)의 각각의 목표 동작 속도 Vt에 대해, 제어 개입 결정부(810)에서 결정된 개입 유무 정보에 기초하여, 속도 제한 제어 및 완감속 제어를 실시하여 목표 동작 속도 Vt를 보정하고, 보정 후 목표 동작 속도 Vc로서 출력한다. 즉, 개입 유무 정보(속도 제한 제어, 완감속 제어)의 경우에는 속도 제한 제어 및 완감속 제어를 실시하여 목표 동작 속도 Vt를 보정한 보정 후 목표 동작 속도 Vc를 출력하고, 개입 유무 정보(속도 제한 제어)의 경우에는 속도 제한 제어만을 실시하여 목표 동작 속도 Vt를 보정한 보정 후 목표 동작 속도 Vc를 출력하고, 개입 유무 정보(완감속 제어)의 경우에는 완감속 제어만을 실시하여 목표 동작 속도 Vt를 보정한 보정 후 목표 동작 속도 Vc를 출력하고, 개입 유무 정보(제어 개입 없음)의 경우에는 속도 제한 제어 및 완감속 제어를 실시하지 않고 목표 동작 속도 Vt를 그대로 보정 후 목표 동작 속도 Vc로서 출력한다.
구동 지령부(730)는, 목표 동작 속도 보정부(720)로부터 출력된 보정 후 목표 동작 속도 Vc에 기초하여, 구동 장치(35)를 제어하기 위한 전류를 생성하고, 제어 지령값으로서 구동 장치(35)의 전자 제어 밸브(35a)에 출력한다.
<무게 중심 위치>
여기서, 본 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)의 무게 중심 위치에 대해 설명한다. 도 4는, 본 실시 형태에 관한 유압 셔블의 무게 중심 위치를 설명하는 측면도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 실장의 간이성을 고려하여, 유압 셔블(1)의 무게 중심 위치를 구하는 모델로서, 각 구성 부재의 무게 중심에 질량이 집중되는 집중 질점 모델을 사용한다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 선회체(3)와 주행체(4)의 회동 중심을 통과하는 상하 방향(도 4에 있어서의 상하 방향)으로 Z좌표축을 정의함과 함께, 지면과 크롤러 벨트(45)의 접지면에 유압 셔블(1)의 전후 방향(도 4에 있어서의 좌우 방향)의 X좌표축과 좌우 방향(도 4에 있어서의 지면에 수직인 방향)의 Z축 좌표를 갖는 XY 평면을 정의하고, Z좌표축과 XY 평면의 교점을 원점으로 하는 XYZ 좌표계를 정의한다.
도 4의 XYZ 좌표계에 있어서, 유압 셔블(1)의 무게 중심 위치는, 붐 무게 중심(20G), 암 무게 중심(21G), 버킷 무게 중심(22G), 선회체 무게 중심(3G), 주행체 무게 중심(4G)을 합성한 위치가 된다. 붐 무게 중심(20G)은, 붐(20), 붐 실린더(20A) 및 IMU 센서(붐)(20S)의 각각의 무게 중심을 합성한 위치이다. 마찬가지로, 암 무게 중심(21G)은, 암(21), 암 실린더(21A) 및 IMU 센서(암)(21S)의 각각의 무게 중심을 합성한 위치이고, 버킷 무게 중심(22G)은, 버킷(22), 제1 링크(22B), 제2 링크(22C), 버킷 실린더(22A), 및 IMU 센서(버킷)(22S)의 각각의 무게 중심을 합성한 위치이다.
또한, 선회체 무게 중심(3G)은, 메인 프레임(31), 운전실(32), 조작 입력 장치(33), 구동 제어 장치(34), 구동 장치(35), 원동 장치(36), 카운터 웨이트(37) 및 IMU 센서(선회체)(30S)의 각각의 무게 중심을 합성한 위치이다. 마찬가지로, 주행체 무게 중심(4G)은, 트랙 프레임(40), 프론트 아이들러(41), 하부 롤러(프론트)(42a), 하부 롤러(센터)(42b), 하부 롤러(리어)(42c), 스프로킷(43), 상부 롤러(44), 크롤러 벨트(45)의 각각의 무게 중심을 합성한 위치이다.
또한, 질점의 설정 방법은 상기에 한정되는 것은 아니며, 질점이 집중되어 있는 부위를 추가 또는 집약해도 된다. 즉, 예를 들어 버킷(22)에 적재된 토사의 질량을 버킷(22)의 질량으로 간주하여, 버킷 무게 중심(22G)의 무게 중심에 토사의 무게 중심을 합성해도 된다.
<전도 지선>
계속해서 본 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)의 전도 지선에 대해 설명한다. 도 5는, 본 실시 형태에 관한 유압 셔블의 지지 다각형 및 전도 지선을 도시하는 상면도이다. 전도 지선은 지지 다각형의 일부이며, 전도의 지지점이 되는 점을 연결한 선이며, JIS(일본 공업 규격)의 A8403-1(1996)에 정의되어 있다.
유압 셔블(1)의 지지 다각형은, 크롤러 벨트(45)와 지표면의 접지점을 오목하게 되지 않도록 연결한(볼록껍질) 다각형(즉, 크롤러 벨트(45)와 지표면의 각 접지점끼리를 연결한 선분으로 형성되는 다각형 중 가장 면적이 커지는 다각형)이고, 도 5에 점선(일점쇄선을 포함함)으로 나타내고 있다. 유압 셔블(1)의 전도 지선은, 지지 다각형의 변 위 중 정적 무게 중심 위치와 동적 무게 중심 위치를 연결하는 선분을 정적 무게 중심 위치에서 보아 동적 무게 중심 위치가 있는 방향으로 연장한 직선이 교차하는 선분이다. 즉, 본 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)과 같이 크롤러를 갖는 작업 기계의 경우는 좌우의 스프로킷의 중심점을 연결한 선이 전방 전도 지선, 좌우의 아이들러의 중심점을 연결한 선이 후방 전도 지선, 좌우 각각의 트랙 링크 외측단을 나타내는 선이 좌우의 전도 지선이 된다. 도 5에 있어서는, 전방 전도 지선을 일점쇄선으로 나타내고 있다.
전도 지선은, 유압 셔블(1)의 안정성을 판별하기 위한 역치를 정하는 중요한 요소가 되는 것이며, 후술하는 ZMP(동적 무게 중심 위치)와 전도 지선의 관계에 기초하여 유압 셔블(1)의 안정성을 평가할 수 있다. 즉, 유압 셔블(1)의 무게 중심 위치(동적 무게 중심 위치)가 주행체(4)의 중심으로부터 외측을 향해 전도 지선(또는, 전도 지선을 고려하여 미리 설정한 안정성 평가의 기준선)을 초과하면, 차체가 기울거나 전도하거나 할 가능성이 있는 불안정 상태라고 평가할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 프론트 아이들러(41)와 스프로킷(43)이 하부 롤러(42a, 42b, 42c)에 비해 약간 높은 위치에 설치되어 있으므로, 프론트 아이들러(41)와 스프로킷(43) 아래에서는, 크롤러 벨트(45)가 지면과 접하고 있지 않다. 따라서, 하부 롤러(프론트)(42a), 하부 롤러(리어)(42c)의 아래에 있는 점을 연결하는 점을 지지 다각형으로 한다.
또한, 주행체(4)의 중심과 전도 지선의 거리가 전후 방향과 좌우 방향에서 거의 동일하면, 실장의 간이성, 즉, 계산의 용이성과 실효성을 고려하여, 선회체(3)와 주행체(4)의 회동 중심을 통과하는 선 상을 중심으로 하는 반경이 일정한 원주 상(예를 들어, 지지 다각형의 적어도 하나의 변에 내접하는 원주 상)을 전도 지선으로 해도 된다.
<동적 무게 중심 위치의 산출(제1 무게 중심 위치 예측부(780), 제2 무게 중심 위치 예측부(790), 제3 무게 중심 위치 예측부(800))>
제1 무게 중심 위치 예측부(780), 제2 무게 중심 위치 예측부(790) 및 제3 무게 중심 위치 예측부(800)에 의한 동적 무게 중심 위치의 산출에 대해 설명한다.
동적 무게 중심 위치는, 유압 셔블(1)의 정적 무게 중심 위치에 대해, 작업 프론트(2)나 선회체(3)가 동작할 때에 발생하는 관성력의 영향을 고려한 무게 중심 위치이다. 본 실시 형태에 관한 유압 셔블(1)의 동적 무게 중심 위치는, 하기의 (식1)로 나타내는 ZMP 방정식에 의해 구해진다.
Figure pct00001
상기한 (식1)에 있어서, rZMP는 ZMP 위치 벡터, mi는 i번째의 질점의 질량, ri는 i번째의 질점의 위치 벡터, ri"는 i번째의 질점에 가해지는 가속도 벡터(중력가속도를 포함함), Mj는 j번째의 외력 모멘트, Sk는 k번째의 외력 작용점 위치 벡터, Fk는 k번째의 외력 벡터를 각각 나타내고 있다. 또한, 각 벡터는, X 성분, Y 성분, Z 성분으로 구성되는 3차원 벡터이다.
또한, 본 실시 형태에서는, 동적 무게 중심 위치의 산출에 있어서 외력은 작용하지 않는다고 가정하므로, 상기한 (식1)의 외력에 관한 부분, 즉, j번째의 외력 모멘트, k번째의 외력 작용점 위치 벡터, 및 k번째의 외력 벡터의 항을 0(제로)로서 생각할 수 있다. 따라서, 유압 셔블(1)의 각 구성에 관한 질점의 질량, 위치 벡터, 가속도 벡터에 의해, 상기한 (식1)을 사용하여 유압 셔블(1)의 동적 무게 중심 위치를 구할 수 있다.
<무게 중심 가속도(가속도 벡터)의 추정>
상기한 (식1)에 있어서의 가속도 벡터의 추정에 대해 설명한다.
조작 입력 장치(33)의 레버가 중립 위치로 복귀되어 작업 프론트(2)가 정지하는 경우, 작업 프론트(2)의 각 부재의 무게 중심 위치에서의 가속도는, 도 6에 나타내는 3차 함수 모델을 사용하여 추정할 수 있다.
조작 입력 장치(33)의 조작 레버(33a)를 중립 위치로 복귀시켜 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A) 및 버킷 실린더(22A)를 정지시키는 경우, 각 실린더(20A, 21A, 22A)의 속도의 시각 변화는 도 6과 같이 된다. 도 6에 나타내는 그래프와 같이, 조작 레버(33a)를 중립 위치로 복귀시킨 시각 ti를 기준 시각으로 하면, 감속 중인 실린더의 최대 가속도는 속도 변화 시각 ts와 피크 도달 시각 tp의 중간에서 발생한다. 그 때문에, 도 6에 있어서의 속도 VS, VP 및 시간 TL, Tc, TG를 알면, 감속 중인 각 실린더(20A, 21A, 22A)의 최대 가속도를 연산할 수 있다. 속도 VS, VP, 및 시각 TL, Tc, TG는, 정지 조작의 정도를 변경한 실험에 의해 미리 측정해 둘 수 있다. 또한, 3차 함수 모델에 관한 각 계수는 각 실린더(20A, 21A, 22A)의 동작 속도에 관계없이 거의 동일한 값이 되는 것이 실험에 의해 확인되어 있다. 따라서, 3차 함수 모델에 관한 각 계수를 미리 실험 등에 의해 정해 둠으로써, 각 실린더(20A, 21A, 22A)가 정지할 때의 피크 가속도를 임의의 실린더 속도(동작 속도)에 대해 연산할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 각 실린더(20A, 21A, 22A)와 작업 프론트(2)의 각 피구동 부재(20, 21, 22)의 기구적인 접속은, 도 1에 도시한 바와 같이 구속되어 있으므로, 링크 기구 연산에 의해 각 실린더(20A, 21A, 22A)의 가속도를 각 피구동 부재(20, 21, 22)의 무게 중심 위치에서의 가속도로 변환하는 것은 용이하다.
<속도 제한 제어 및 완감속 제어(목표 동작 속도 보정부(720))>
목표 동작 속도 보정부(720)에 의한 속도 제한 제어 및 완감속 제어에 대해 설명한다.
<완감속 제어>
도 7은, 작업 프론트의 완감속 제어에 대해 설명하는 도면이다.
완감속 제어는, 작업 프론트(2)가 완감속하도록 목표 동작 속도 Vt를 보정하여 보정 후 목표 동작 속도 Vc로 하는 제어이다. 완감속 제어에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 목표 동작 속도 Vt가 급격하게 저하된 경우, 목표 동작 속도 Vt가 감속을 개시한 시각 t0으로부터 미리 설정해 둔 감속률에 따라서 보정 후 목표 동작 속도가 감속하도록 목표 동작 속도 Vt를 보정하여 보정 후 동작 속도 Vc로 한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 시각 t1에서 감속률이 전환되도록 2단계의 감속률을 마련하여 보정을 행하는 경우를 예시하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 시각 t0 이후는 일정한 감속률로 보정해도 되고, 3단계 이상의 복수의 감속률을 정해도 된다. 또한, 감속률의 패턴을 1패턴으로만 한정할 필요는 없고, 복수의 감속률의 패턴을 준비해 두고, 필요에 따라서 구분하여 사용하도록 구성해도 된다.
<속도 제한 제어>
도 8은, 작업 프론트의 속도 제한 제어에 대해 설명하는 도면이다.
속도 제한 제어는, 작업 프론트(2)의 동작 속도가 소정값 이하로 제한되도록 목표 동작 속도 Vt를 보정하여 보정 후 목표 동작 속도 Vc로 하는 제어이다. 속도 제한 제어에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 목표 동작 속도 Vt가 미리 정한 제한 속도 V2보다 커진 경우, 목표 동작 속도 Vt의 최댓값을 제한 속도 V2 이하로 제한하도록, 목표 동작 속도 Vt를 보정하여 보정 후 동작 속도 Vc로 한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 1단계의 제한 속도를 설정한 경우를 예시하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 복수단의 제한 속도를 설정하여 필요에 따라서 전환하도록 해도 되고, ZMP의 크기에 따라서 제한 속도를 변경하도록 구성해도 된다.
<속도의 추정(동작 속도 추정부(760))>
동작 속도 추정부(760)에 의한 추정 동작 속도 Ve의 추정에 대해 설명한다.
동작 속도 추정부(760)에서는, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vr로부터 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 및 버킷 실린더(22A)의 추정 동작 속도 Ve를 추정한다. 예를 들어, 어느 시각 t로부터 시간 TL초 후의 실린더 속도 V(t+TL)은, 하기의 (식2)로 표시되는 속도 추정 모델에 의해 추정할 수 있다.
Figure pct00002
상기한 (식2)에 있어서, O(TL)은 TL초 전의 레버 조작량, O(t)는 현재의 레버 조작량, V(t)는 현재의 실린더 속도를 각각 나타내고 있다.
<속도 추정 모델의 성립 여부 판정(속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770))>
속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)에 의한 속도 추정 모델의 성립 여부 판정에 대해 설명한다.
예를 들어, 미소 시간에 있어서의 급격한 외력의 변화나 조작 레버(33a)의 조작량의 변화(급조작)가 없는 경우에는, 상기한 (식2)의 속도 추정 모델이 성립된다고 생각할 수 있다. 그러나 급격한 외력의 변화나 급조작이 있는 경우에는, 상기한 (식2)의 속도 추정 모델은 성립되지 않는다고 생각할 수 있다. 또한, 급격한 외란의 변화나 급조작은 예측이 곤란하므로, 적어도, 본 실시 형태의 유압 셔블(1)과 같은 작업 기계에 대해, 급격한 외력의 변화나 급조작에 대해 속도 추정 모델을 만들 수는 없다.
한편, 유압 셔블(1)에 있어서의 급격한 외력의 변화나 급조작에 의한 영향의 크기는, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vr을 관측함으로써 추정할 수 있다. 예를 들어, 급격한 외력의 변화가 있었을 경우는, 유압 시스템에 부하가 걸려 작업 프론트(2)의 동작이 제한되므로, 실제 동작 속도 Vr이 저하되어, 목표 동작 속도 Vt보다 실제 동작 속도 Vr이 작은 값이 된다. 또한, 급조작이 있었을 경우는, 작업 프론트(2)의 관성이 크므로, 실제 동작 속도 Vr은 목표 동작 속도 Vt에 바로 추종할 수 없어, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vt 사이에 차가 발생한다. 즉, 급격한 외력의 변화나 급조작에 의한 영향은, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vr의 차로서 관측할 수 있다.
그래서 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)에 있어서는, 속도 추정 모델이 성립되는지 여부의 판정은, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vr의 속도 차에 기초하여 행한다. 구체적으로는, 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)는, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vr의 차가 소정의 값보다 작은 경우에는, 상기한 (식2)로 표시되는 속도 추정 모델이 성립되어 있다고 판정하고, 속도 추정 모델의 성립을 나타내는 속도 추정 모델 성립 여부 정보(성립)를 출력한다. 또한, 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)는, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vr의 차가 소정의 값보다 큰 경우는, 급격한 외력의 변화나 급조작에 의해 상기한 (식2)로 표시되는 속도 추정 모델이 성립되어 있지 않다고 판정하고, 속도 추정 모델이 성립되어 있지 않음을 나타내는 속도 추정 모델 성립 여부 정보(비성립)를 출력한다.
<제어 개입의 결정(제어 개입 결정부(810))>
제어 개입 결정부(810)에 의한 제어 개입의 결정에 대해 설명한다.
제어 개입 결정부(810)는, 상기한 (식2)로 표시한 속도 추정 모델이 성립되는 경우, 즉, 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)로부터의 판정 결과가 속도 추정 모델 성립 여부 정보(성립)인 경우는, 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 및 버킷 실린더(22A)의 추정 동작 속도 Ve를 기초로 제1 무게 중심 위치 예측부(780)에서 연산한 ZMP(동적 무게 중심 위치)를 사용하여, ZMP(동적 무게 중심 위치)가 소정의 값보다 큰 경우에는 속도 제한 제어 및 완감속 제어의 제어 개입의 실시를 결정하여 개입 유무 정보(속도 제한 제어, 완감속 제어)를 출력하고, ZMP(동적 무게 중심 위치)가 소정의 값보다 작은 경우에는 제어 개입을 행하지 않음을 결정하여 제어 개입 없음을 나타내는 개입 유무 정보를 출력한다.
또한, 제어 개입 결정부(810)는, 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)로부터의 판정 결과가 속도 추정 모델 성립 여부 정보(비성립)인 경우는, 목표 동작 속도 Vt나 실제 동작 속도 Vr과 같이 추정 동작 속도 Ve와는 상이한 속도 정보를 사용하여 제2 무게 중심 위치 예측부(790)나 제3 무게 중심 위치 예측부(800)에서 연산한 ZMP(동적 무게 중심 위치)를 사용하여 제어 개입의 결정을 행한다.
속도 제한 제어에서는, 조작 레버(33a)의 조작이 개시된 순간으로부터 보정 후 목표 동작 속도 Vc가 과대해지지 않도록, 즉, 작업 프론트(2)가 동작하기 전부터 보정 후 목표 동작 속도 Vc가 작아지도록 미리 보정해 두는 것이 필요하다. 작업 프론트(2)는 조작 레버(33a)의 조작량에 기초하는 목표 동작 속도 Vt에 따라서 동작하므로, 제3 무게 중심 위치 예측부(800)에서 목표 동작 속도 Vt로부터 연산한 ZMP에 의해 개입 판정을 행함으로써, 목표 동작 속도 보정부(720)에서 미리 목표 동작 속도 Vt를 속도 제한 제어에 의해 보정할 수 있다.
또한, 완감속 제어에서는, 조작 레버(33a)에 의한 감속의 조작이 이루어진 시점으로부터 목표 동작 속도 Vt를 보정할 필요가 있다. 유압 셔블(1)과 같은 유압 시스템에서는, 응답의 특성으로부터 임펄스적인 입력 조작이 있었을 경우에는, 작업 프론트(2)의 동작 속도는 목표 동작 속도 Vt보다 작아진다. 그 때문에, 작업 프론트(2)에 대해 완감속 제어를 행할 필요가 있는 경우에는, 실제 동작 속도 Vr이 충분히 큰 값으로 되어 있다. 그래서 제2 무게 중심 위치 예측부(790)에서 실제 동작 속도 Vr로부터 연산한 ZMP에 의해 개입 판단을 행함으로써, 목표 동작 속도 보정부(720)에서 목표 동작 속도 Vt를 완감속 제어에 의해 보정할 수 있다.
도 9는, 제어 개입의 결정에 관한 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 9에 있어서, 먼저, 목표 동작 속도 생성부(710)에 있어서, 조작 입력량 센서(33b)로부터의 조작 신호에 기초하여 목표 동작 속도 Vt를 생성하고(스텝 S110), 동작 속도 검출부(740) 및 자세 검출부(750)에 있어서, IMU 센서(20S, 21S, 22S, 30S)의 검출 결과에 기초하여 실제 동작 속도 Vr 및 자세 정보를 각각 생성한다(스텝 S120, S130).
계속해서, 제어 개입 결정부(810)에 있어서, 목표 동작 속도 Vt와 실제 동작 속도 Vr의 차분이 미리 정한 역치보다 큰지 여부를 판정하여(스텝 S140), 판정 결과가 "예"인 경우에는, 동작 속도 추정부(760)에서 추정 동작 속도 Ve를 연산하고(스텝 S150), 제1 무게 중심 위치 예측부(780)에 있어서, 추정 동작 속도 Ve를 사용하여 작업 프론트가 급정지한 경우의 ZMP를 산출함과 함께(스텝 S160), 추정 동작 속도 Ve를 사용하여 작업 프론트가 완정지한 경우의 ZMP를 산출한다(스텝 S170).
계속해서, 제어 개입 결정부(810)에 있어서, 스텝 S160에서 산출한 ZMP에 기초하여 부상 판정을 행하여(스텝 S200), 부상하지 않는다고 판정된 경우에는, 전회 처리 시의 보정 후 목표 동작 속도 Vc가 미리 정한 역치보다 큰지 여부를 판정한다(스텝 S210). 부상 판정은, 전도 지선에 기초하여 정한 기준선과 ZMP의 위치 관계에 기초하여 행해지는 것이며, 예를 들어 전도 지선보다 소정의 거리만큼 내측으로 정한 기준선과 ZMP를 비교하여, ZMP가 기준선보다 정적 무게 중심 위치측에 있는 경우에는 부상하지 않는다고(부상할 우려가 없다고) 판정하고, ZMP가 기준선 상, 또는 기준선보다 외측(정적 무게 중심 위치보다 먼 측)에 있는 경우에는 부상한다고(부상할 우려가 있다고) 판정한다. 또한, 부상 판정의 기준선의 설정에는 다양한 방법을 생각할 수 있고, 예를 들어 기준선을 전도 지선 상으로 설정해도 된다.
스텝 S200에 있어서 부상하지 않는다고 판정되고, 또한 스텝 S210에서의 판정 결과가 "예"인 경우에는, 완감속 제어의 제어 개입을 행하지 않는다고 결정한다(스텝 S220). 또한, 스텝 S200에 있어서 부상한다고 판정되거나, 또는 스텝 S210에서의 판정 결과가 "아니오"인 경우에는, 완감속 제어의 제어 개입을 행할 것을 결정한다(스텝 S230).
마찬가지로, 제어 개입 결정부(810)에 있어서, 스텝 S170에서 산출한 ZMP에 기초하여 부상 판정을 행하여(스텝 S240), 부상하지 않는다고 판정된 경우에는, 속도 제한 제어의 제어 개입을 행하지 않는다고 결정하고(스텝 S250), 부상한다고 판정된 경우에는, 속도 제한 제어의 제어 개입을 행할 것을 결정한다(스텝 S260).
스텝 S220, S230, S250, S260에 있어서, 완감속 제어 및 속도 제한 제어의 각각에 대해 제어 개입의 유무가 결정되면, 처리를 종료한다.
또한, 스텝 S140에서의 판정 결과가 "아니오"인 경우에는, 제2 무게 중심 위치 예측부(790)에 있어서, 실제 동작 속도 Vr을 사용하여 작업 프론트가 급정지한 경우의 ZMP를 산출함과 함께(스텝 S180), 제3 무게 중심 위치 예측부(800)에 있어서, 목표 동작 속도 Vt를 사용하여 작업 프론트가 완정지한 경우의 ZMP를 산출한다(스텝 S190).
계속해서, 제어 개입 결정부(810)에 있어서, 스텝 S180에서 산출한 ZMP에 기초하여 부상 판정을 행하여(스텝 S200), 부상하지 않는다고 판정된 경우에는, 전회 처리 시의 보정 후 목표 동작 속도 Vc가 미리 정한 역치보다 큰지 여부를 판정한다(스텝 S210). 스텝 S200에 있어서 부상하지 않는다고 판정되고, 또한 스텝 S210에서의 판정 결과가 "예"인 경우에는, 완감속 제어의 제어 개입을 행하지 않는다고 결정한다(스텝 S220). 또한, 스텝 S200에 있어서 부상한다고 판정되거나, 또는 스텝 S210에서의 판정 결과가 "아니오"인 경우에는, 완감속 제어의 제어 개입을 행할 것을 결정한다(스텝 S230).
마찬가지로, 제어 개입 결정부(810)에 있어서, 스텝 S190에서 산출한 ZMP에 기초하여 부상 판정을 행하여(스텝 S240), 부상하지 않는다고 판정된 경우에는, 속도 제한 제어의 제어 개입을 행하지 않는다고 결정하고(스텝 S250), 부상한다고 판정된 경우에는, 속도 제한 제어의 제어 개입을 행할 것을 결정한다(스텝 S260).
스텝 S220, S230, S250, S260에 있어서, 완감속 제어 및 속도 제한 제어의 각각에 대해 제어 개입의 유무가 결정되면, 처리를 종료한다.
<제어 지령값의 결정(목표 동작 속도 보정부(720), 구동 지령부(730))>
목표 동작 속도 보정부(720)에 의한 보정 후 목표 동작 속도의 산출 처리 및 구동 지령부(730)에 의한 제어 지령값의 결정 처리에 대해 설명한다.
도 10은, 보정 후 목표 동작 속도의 산출 처리 및 제어 지령값의 결정에 관한 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 10에 있어서, 목표 동작 속도 보정부(720)는, 완감속 제어의 제어 개입을 결정한 제어 개입 정보(완감속 제어)가 입력되었는지 여부를 판정하여(스텝 S410), 완감속 제어의 제어 개입을 하는 경우에는, 목표 동작 속도 Vt에 완감속 제어를 행한 경우의 목표 동작 속도(완감속값)를 산출한다(스텝 S420). 계속해서, 스텝 S420에서 산출한 완감속값이 미리 정한 소정값보다 큰지 여부를 판정하여(스텝 S430), 판정 결과가 "예"인 경우에는, 계속해서, 완감속값이 목표 동작 속도 Vt보다 큰지 여부를 판정하여(스텝 S440), 판정 결과가 "예"인 경우에는, 임시의 보정 후 목표 동작 속도 Vc로서 완감속값을 설정한다(스텝 S450). 또한, 스텝 S410에 있어서 완감속 제어의 제어 개입을 하지 않는 경우, 또는 스텝 S430, S440 중 적어도 어느 한쪽의 판정 결과가 "아니오"인 경우에는, 임시의 보정 후 목표 동작 속도 Vc로서 목표 동작 속도 Vt를 설정한다(스텝 S460).
계속해서, 목표 동작 속도 보정부(720)는, 스텝 S450 또는 스텝 S460의 처리가 종료되면, 속도 제한 제어의 제어 개입을 결정한 제어 개입 정보(속도 제한 제어)가 입력되었는지 여부를 판정하여(스텝 S470), 속도 제한 제어의 제어 개입을 하는 경우에는, 목표 동작 속도 Vt에 속도 제한 제어를 행한 경우의 목표 동작 속도(속도 제한값)를 산출한다(스텝 S480). 계속해서, 스텝 S480에서 산출한 속도 제한값이 임시의 보정 후 목표 동작 속도 Vc보다 작은지 여부를 판정하여(스텝 S490), 판정 결과가 "예"인 경우에는, 보정 후 목표 동작 속도 Vc로서 속도 제한값을 설정하고, 보정 후 목표 동작 속도 c를 구동 지령부(730)에 출력한다(스텝 S500). 또한, 스텝 S470에 있어서 속도 제한 제어의 제어 개입을 하지 않는 경우, 또는 스텝 S490에서의 판정 결과가 "아니오"인 경우에는, 보정 후 목표 동작 속도 Vc로서 임시의 보정 후 목표 동작 속도 Vc를 설정하고, 보정 후 목표 동작 속도 c를 구동 지령부(730)에 출력한다(스텝 S510).
계속해서, 구동 지령부(730)는, 스텝 S500 또는 스텝 S510의 처리가 종료되면, 목표 동작 속도 보정부(720)로부터의 보정 후 목표 동작 속도 Vc를 구동 장치(35)를 구동하기 위한 전류(제어 지령값)로 변환하고, 전자 제어 밸브(35a)에 출력하여(스텝 S520), 처리를 종료한다.
이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 있어서의 작용 효과를 설명한다.
속도 추정 모델을 사용하여 산출한 ZMP를 사용하여 작업 기계의 부상에 관한 동적 안정성을 실시간으로 추정하고, 이 동적 안정성으로부터 작업 기계가 기울 가능성이 높다고 추정되는 경우에 작업 프론트의 동작 속도를 제한하거나 작업 프론트를 완감속시키거나 함으로써, 작업 기계가 기우는 것을 억제하는 기술이 있다. 그러나 비탈면 다지기 작업과 같이, 미소 시간에 있어서의 급격한 외란의 변화나 레버 조작량의 변화를 수반하는 작업을 행하는 경우에는, 속도 추정 모델이 성립되지 않는다. 즉, 속도 추정 모델이 성립되지 않으면 정확한 ZMP가 얻어지지 않으므로, 작업 프론트의 완감속이나 속도 제한 등의 제어 개입이 적절하게 행해지지 않아, 작업 프론트의 제동 거리의 증가나, 속도 제한이 실시되지 않는 것에 의한 차체의 부상 등이 예상되고, 그 결과, 작업 프론트가 운전자의 예상과 상이한 동작을 하므로, 작업성이나 조작성이 현저하게 저하되거나, 승차감이 악화되거나 하는 것을 생각할 수 있다.
이에 비해, 본 실시 형태에 있어서는, 각 액추에이터(20A, 21A, 22A)의 실제 동작 속도 Vr과 목표 동작 속도 Vt의 비교 결과에 기초하여, 속도 추정 모델의 성립 여부를 판정하여, 속도 추정 모델이 성립된다고 판정된 경우에는, 각 액추에이터(20A, 21A, 22A)가 구동 상태로부터 급정지한 경우의 유압 셔블(1)의 동적인 무게 중심 위치를 추정 동작 속도 Ve로부터 예측하고, 속도 추정 모델이 성립된다고 판정된 경우에는, 예측된 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 제어 개입을 행할지 여부를 결정함과 함께, 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우에는, 추정 동작 속도 Ve로부터 예측된 동적인 무게 중심 위치 대신에, 실제 동작 속도 Vr로부터 예측된 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 제어 개입을 행할지 여부를 결정하고, 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에는, 목표 동작 속도 Vt의 감속도를 제한함으로써 각 액추에이터(20A, 21A, 22A)가 완감속하도록 목표 동작 속도 Vt를 보정하도록 구성하였으므로, 미소 시간에 있어서의 급격한 외란의 변화나 레버 조작량의 변화를 수반하는 작업을 행하는 경우에 있어서도, 작업 프론트의 동작 속도의 제한이나 완감속을 적절하게 실시할 수 있어, 작업성이나 조작성의 저하나 승차감의 악화 등을 억제할 수 있다.
즉, 본 실시 형태에 있어서는, 차체의 부상은 발생하지 않지만, 미소 시간에 있어서의 급격한 외란의 변화나 레버 조작량의 변화를 수반하는 속도 추정 모델이 성립되지 않는, 비탈면 다지기 작업과 같은 작업을 행하는 경우에 있어서도, 적절한 ZMP를 사용하여 부상 판정을 행하여, 유압 셔블(1)의 안정성의 판정을 행하므로, 작업 프론트(2)의 동작 속도의 불필요한 제한이나 완원칙을 억제할 수 있어, 작업성이나 조작성의 저하는 승차감의 악화 등을 억제할 수 있다. 또한, 속도 추정 모델이 성립되는 작업을 행하는 경우에 있어서도, 작업 프론트의 동작 속도의 제한이나 완감속을 적절하게 실시할 수 있어, 작업성이나 조작성의 저하나 승차감의 악화 등을 억제할 수 있다.
(1) 상기한 실시 형태에서는, 주행체(4)와, 상기 주행체 상에 선회 가능하게 설치된 선회체(3)와, 복수의 피구동 부재(예를 들어, 붐(20), 암(21), 버킷(22))를 수직 방향으로 회동 가능하게 연결하여 구성되고, 상기 선회체에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지된 다관절형의 작업 프론트(2)와, 상기 작업 프론트의 상기 복수의 피구동 부재를 각각 구동하는 복수의 액추에이터(예를 들어, 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A))와, 상기 선회체 및 상기 작업 프론트를 구성하는 상기 복수의 피구동 부재의 동작 시에 있어서의 상기 복수의 피구동 부재의 운동에 관한 정보를 각각 검출하는 복수의 운동 정보 검출 장치(예를 들어, IMU 센서(20S, 21S, 22S))와, 상기 복수의 액추에이터의 구동을 제어하는 제어 장치(예를 들어, 구동 제어용 컨트롤러(34a))를 구비한 작업 기계(예를 들어, 유압 셔블(1))에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 복수의 액추에이터를 조작하는 조작 레버의 조작량에 따라서 생성되는 조작 신호에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 목표 동작 속도 Vt를 각각 생성하는 목표 동작 속도 생성부(710)와, 상기 운동 정보 검출 장치의 검출 결과에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 실제 동작 속도 Vr을 각각 검출하는 동작 속도 검출부(740)와, 상기 목표 동작 속도 및 상기 실제 동작 속도로부터 미리 설정한 속도 추정 모델에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도(예를 들어, 추정 동작 속도 Ve)를 각각 추정하는 동작 속도 추정부(760)와, 상기 복수의 액추에이터가 구동 상태로부터 급정지한 경우의 상기 작업 기계의 동적인 무게 중심 위치를 상기 동작 속도 추정부가 추정한 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도를 사용하여 예측하는 제1 무게 중심 위치 예측부(780)와, 상기 목표 동작 속도를 보정하는 제어 개입을 행할지 여부를 상기 동적인 무게 중심 위치에 기초하여 결정하는 제어 개입 결정부(810)와, 상기 목표 동작 속도 생성부에 의해 생성된 상기 목표 동작 속도를 상기 작업 기계의 부상이 억제되도록 보정하는 목표 동작 속도 보정부(720)와, 상기 목표 동작 속도 보정부에 의해 보정된 목표 동작 속도에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 구동을 제어하는 구동 지령부(730)와, 상기 동작 속도 검출부에서 검출된 상기 복수의 액추에이터의 상기 실제 동작 속도와 상기 목표 동작 속도 생성부에서 생성된 상기 목표 동작 속도의 비교 결과에 기초하여, 상기 속도 추정 모델의 성립 여부를 판정하는 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)와, 상기 복수의 액추에이터가 구동 상태로부터 급정지한 경우의 상기 작업 기계의 동적인 무게 중심 위치를 상기 동작 속도 검출부에서 검출된 상기 복수의 액추에이터의 실제 동작 속도로부터 예측하는 제2 무게 중심 위치 예측부(790)를 갖고, 상기 제어 개입 결정부는, 상기 속도 추정 모델 성립 여부 판정부에 의해 상기 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우에, 상기 제1 무게 중심 위치 예측부에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치 대신에, 상기 제2 무게 중심 위치 예측부에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 제어 개입을 행할지 여부를 결정하고, 상기 목표 동작 속도 보정부는, 상기 제어 개입 결정부에 있어서 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에, 상기 목표 동작 속도의 감속도를 제한함으로써 상기 복수의 액추에이터가 완감속하도록 상기 목표 동작 속도를 보정하는 것으로 하였다.
이에 의해, 미소 시간에 있어서의 급격한 외란의 변화나 레버 조작량의 변화를 수반하는 작업을 행하는 경우에 있어서도, 작업 프론트의 동작 속도의 제한이나 완감속을 적절하게 실시할 수 있어, 작업성이나 조작성의 저하나 승차감의 악화 등을 억제할 수 있다.
(2) 또한, 상기한 실시 형태에서는, (1)의 작업 기계(예를 들어, 유압 셔블(1))에 있어서, 상기 제어 장치(예를 들어, 구동 제어용 컨트롤러(34a))는, 상기 복수의 액추에이터(예를 들어, 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A))가 구동 상태로부터 급정지한 경우의 상기 작업 기계의 동적인 무게 중심 위치를 상기 목표 동작 속도 생성부(710)가 생성한 상기 목표 동작 속도 Vt로부터 예측하는 제3 무게 중심 위치 예측부(800)를 더 구비하고, 상기 제어 개입 결정부(810)는 상기 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)에 의해 상기 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우에, 상기 제1 무게 중심 위치 예측부(780)로 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치 대신에, 상기 제3 무게 중심 위치 예측부(800)에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 제어 개입을 행할지 여부를 결정하고, 상기 목표 동작 속도 보정부(720)는 상기 제어 개입 결정부에 있어서 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에, 상기 목표 동작 속도의 최댓값을 제한하도록 보정하는 것으로 하였다.
(3) 또한, 상기한 실시 형태에서는, (1)의 작업 기계(예를 들어, 유압 셔블(1))에 있어서, 상기 제어 개입 결정부(810)는, 상기 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)에 의해 상기 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우에, 상기 제2 무게 중심 위치 예측부(790)에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 상기 작업 기계가 부상할 우려가 있는지 여부를 판정하는 부상 판정을 행하고, 상기 부상 판정에 있어서, 상기 작업 기계가 부상할 우려가 있다고 판정된 경우에는, 제어 개입을 행할 것을 결정하고, 상기 목표 동작 속도 보정부(720)는 상기 제어 개입 결정부에 있어서 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에, 상기 목표 동작 속도 Vt의 감속도를 제한함으로써 상기 복수의 액추에이터(예를 들어, 붐 실린더(20A), 암 실린더(21A), 버킷 실린더(22A))가 완감속하도록 상기 목표 동작 속도를 보정하는 것으로 하였다.
(4) 또한, 상기한 실시 형태에서는, (2)의 작업 기계(예를 들어, 유압 셔블(1))에 있어서, 상기 제어 개입 결정부(810)는, 상기 속도 추정 모델 성립 여부 판정부(770)에 의해 상기 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우에, 상기 제3 무게 중심 위치 예측부(800)에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 상기 작업 기계가 부상할 우려가 있는지 여부를 판정하는 부상 판정을 행하여, 상기 부상 판정에 있어서, 상기 작업 기계가 부상할 우려가 있다고 판정된 경우에는, 제어 개입을 행할 것을 결정하고, 상기 목표 동작 속도 보정부(720)는 상기 제어 개입 결정부에 있어서 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에, 상기 목표 동작 속도 Vt의 최댓값을 제한하도록 보정하는 것으로 하였다.
<부기>
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예나 조합이 포함된다. 또한, 본 발명은, 상기한 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 상기한 각 구성, 기능 등은, 그것들의 일부 또는 전부를, 예를 들어 집적 회로로 설계하는 등에 의해 실현해도 된다. 또한, 상기한 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 소프트웨어로 실현해도 된다.
1 : 유압 셔블
2 : 작업 프론트
3 : 선회체
3A : 선회 유압 모터
3A : 액추에이터
3G : 선회체 무게 중심
4 : 주행체
4G : 주행체 무게 중심
20 : 붐
20A : 붐 실린더
20G : 붐 무게 중심
20S : IMU 센서(붐)
21 : 암
21A : 암 실린더
21G : 암 무게 중심
21S : IMU 센서(암)
22 : 버킷
22A : 버킷 실린더
22B : 제1 링크
22C : 제2 링크
22G : 버킷 무게 중심
22S : IMU 센서(버킷)
30S : IMU 센서(선회체)
31 : 메인 프레임
32 : 운전실
33 : 조작 입력 장치
33a : 조작 레버
33b : 조작 입력량 센서
34 : 구동 제어 장치
34a : 구동 제어용 컨트롤러
35 : 구동 장치
35a : 전자 제어 밸브
35b : 방향 전환 밸브
36 : 원동 장치
36a : 유압 펌프
36b : 엔진
37 : 카운터 웨이트
40 : 트랙 프레임
41 : 프론트 아이들러
42a : 하부 롤러(프론트)
42b : 하부 롤러(센터)
42c : 하부 롤러(리어)
43 : 스프로킷
43A : 주행 유압 모터
44 : 상부 롤러
45 : 크롤러 벨트
710 : 목표 동작 속도 생성부
720 : 목표 동작 속도 보정부
730 : 구동 지령부
740 : 동작 속도 검출부
750 : 자세 검출부
760 : 동작 속도 추정부
770 : 속도 추정 모델 성립 여부 판정부
780 : 제1 무게 중심 위치 예측부
790 : 제2 무게 중심 위치 예측부
800 : 제3 무게 중심 위치 예측부
810 : 제어 개입 결정부

Claims (4)

  1. 주행체와,
    상기 주행체 상에 선회 가능하게 설치된 선회체와,
    복수의 피구동 부재를 수직 방향으로 회동 가능하게 연결하여 구성되고, 상기 선회체에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지된 다관절형의 작업 프론트와,
    상기 작업 프론트의 상기 복수의 피구동 부재를 각각 구동하는 복수의 액추에이터와,
    상기 선회체 및 상기 작업 프론트를 구성하는 상기 복수의 피구동 부재의 동작 시에 있어서의 상기 복수의 피구동 부재의 운동에 관한 정보를 각각 검출하는 복수의 운동 정보 검출 장치와,
    상기 복수의 액추에이터의 구동을 제어하는 제어 장치를
    구비한 작업 기계에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 복수의 액추에이터를 조작하는 조작 레버의 조작량에 따라서 생성되는 조작 신호에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 목표 동작 속도를 각각 생성하는 목표 동작 속도 생성부와,
    상기 운동 정보 검출 장치에서 검출된 상기 복수의 피구동 부재의 운동에 관한 정보에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 실제 동작 속도를 각각 검출하는 동작 속도 검출부와,
    상기 목표 동작 속도 및 상기 실제 동작 속도로부터 미리 설정한 속도 추정 모델에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도를 각각 추정하는 동작 속도 추정부와,
    상기 복수의 액추에이터가 구동 상태로부터 급정지한 경우의 상기 작업 기계의 동적인 무게 중심 위치를 상기 동작 속도 추정부가 추정한 상기 복수의 액추에이터의 동작 속도를 사용하여 예측하는 제1 무게 중심 위치 예측부와,
    상기 목표 동작 속도를 보정하는 제어 개입을 행할지 여부를 상기 동적인 무게 중심 위치에 기초하여 결정하는 제어 개입 결정부와,
    상기 목표 동작 속도 생성부에 의해 생성된 상기 목표 동작 속도를 상기 작업 기계의 부상이 억제되도록 보정하는 목표 동작 속도 보정부와,
    상기 목표 동작 속도 보정부에 의해 보정된 목표 동작 속도에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 구동을 제어하는 구동 지령부와,
    상기 동작 속도 검출부에서 검출된 상기 실제 동작 속도와 상기 목표 동작 속도 생성부에서 생성된 상기 목표 동작 속도의 비교 결과에 기초하여, 상기 속도 추정 모델의 성립 여부를 판정하는 속도 추정 모델 성립 여부 판정부와,
    상기 복수의 액추에이터가 구동 상태로부터 급정지한 경우의 상기 작업 기계의 동적인 무게 중심 위치를 상기 동작 속도 검출부에서 검출된 상기 복수의 액추에이터의 실제 동작 속도로부터 예측하는 제2 무게 중심 위치 예측부를 갖고,
    상기 제어 개입 결정부는, 상기 속도 추정 모델 성립 여부 판정부에 의해 상기 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우에, 상기 제1 무게 중심 위치 예측부에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치 대신에, 상기 제2 무게 중심 위치 예측부에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 제어 개입을 행할지 여부를 결정하고,
    상기 목표 동작 속도 보정부는, 상기 제어 개입 결정부에 있어서 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에, 상기 목표 동작 속도의 감속도를 제한함으로써 상기 복수의 액추에이터가 완감속하도록 상기 목표 동작 속도를 보정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 복수의 액추에이터가 구동 상태로부터 급정지한 경우의 상기 작업 기계의 동적인 무게 중심 위치를 상기 목표 동작 속도 생성부가 생성한 상기 목표 동작 속도로부터 예측하는 제3 무게 중심 위치 예측부를 더 구비하고,
    상기 제어 개입 결정부는, 상기 속도 추정 모델 성립 여부 판정부에 의해 상기 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우에, 상기 제1 무게 중심 위치 예측부에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치 대신에, 상기 제3 무게 중심 위치 예측부에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 제어 개입을 행할지 여부를 결정하고,
    상기 목표 동작 속도 보정부는, 상기 제어 개입 결정부에 있어서 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에, 상기 목표 동작 속도의 최댓값을 제한하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 개입 결정부는, 상기 속도 추정 모델 성립 여부 판정부에 의해 상기 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우에, 상기 제2 무게 중심 위치 예측부에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 상기 작업 기계가 부상할 우려가 있는지 여부를 판정하는 부상 판정을 행하여, 상기 부상 판정에 있어서, 상기 작업 기계가 부상할 우려가 있다고 판정된 경우에는, 제어 개입을 행할 것을 결정하고,
    상기 목표 동작 속도 보정부는, 상기 제어 개입 결정부에 있어서 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에, 상기 목표 동작 속도의 감속도를 제한함으로써 상기 복수의 액추에이터가 완감속하도록 상기 목표 동작 속도를 보정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어 개입 결정부는, 상기 속도 추정 모델 성립 여부 판정부에 의해 상기 속도 추정 모델이 성립되지 않는다고 판정된 경우에, 상기 제3 무게 중심 위치 예측부에서 예측된 상기 동적인 무게 중심 위치를 사용하여 상기 작업 기계가 부상할 우려가 있는지 여부를 판정하는 부상 판정을 행하여, 상기 부상 판정에 있어서, 상기 작업 기계가 부상할 우려가 있다고 판정된 경우에는, 제어 개입을 행할 것을 결정하고,
    상기 목표 동작 속도 보정부는, 상기 제어 개입 결정부에 있어서 제어 개입을 행할 것이 결정된 경우에, 상기 목표 동작 속도의 최댓값을 제한하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
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