KR20200037351A - 작업 기계 - Google Patents

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KR20200037351A
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노준영
구니츠구 도미타
사토시 나카무라
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히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

굴삭 하중 연산부에 의해 연산된 굴삭 하중과 굴삭 거리 연산부에 의해 연산된 굴삭 거리를 대응지어 작업 결과 기억부에 기억한다. 작업 결과 기억부에 기억된 굴삭 하중과 굴삭 거리와의 대응 관계의 경향에 기초하여, 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리와의 대응 관계를 대응 관계 설정부에서 설정한다. 버킷의 정격 용량 정보에 기초하여 목표 굴삭 하중을 설정한다. 대응 관계 설정부에서 설정된 대응 관계와 목표 굴삭 하중에 기초하여 목표 굴삭 거리를 목표 굴삭 거리 연산부에서 연산한다. 그 목표 굴삭 거리를 모니터에 표시한다.

Description

작업 기계
본 발명은, 작업기에 의해 운반되는 굴삭 대상물의 하중값을 연산하는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 관한 것이다.
일반적으로 노천 채굴의 광산에서는, 유압 셔블로 대표되는 작업 기계와 덤프 트럭으로 대표되는 운반 기계에 의해, 광물의 굴삭·운반 작업이 연속적으로 행해진다. 운반 기계에는 최대 적재량이 설정되고 있고, 최대 적재량을 초과하여 굴삭 대상물인 광물을 실으면, 운반 기계의 이동 속도가 떨어지고, 추가로 운반 기계에 손상을 초래할 가능성이 있기 때문에, 운반 기계의 적재량이 최대 적재량 이하가 되도록 적하를 다시 쌓아야만 한다. 다시 쌓을 경우에는, 시간의 손실이 발생하기 때문에, 광산의 생산성이 떨어진다. 또한, 적재량이 최대 적재량을 크게 하회하면 운반 기계의 능력을 충분히 발휘할 수 없어, 광산의 생산성이 떨어지는 것은 명백하다. 이와 같이 광산의 생산성 향상에 있어서는 운반 기계의 적재량을 최대 적재량에 가깝게 하는 것이 중요한 요소이며, 그러기 위해서는 작업 기계의 1회의 굴삭 동작에 의해 얻어지는 굴삭 하중을 목표값에 가깝게 하는 것이 중요해진다.
이 종류의 기술에 관련하여 특허문헌 1에는, 작업 기계의 1회의 굴삭 동작에 의한 상정 굴삭량에 기초하여, 작업 기계의 1회의 굴삭 동작에 의해 굴삭 대상으로부터 상정 굴삭량이 얻어지는 영역을 굴삭 영역으로서 결정하고, 그 굴삭 영역에 기초하여 차회의 굴삭 동작을 행할 때의 작업 기계의 작업 위치를 산출하는 제어 장치와, 그 차회의 굴삭 동작을 행할 때의 작업 기계의 작업 위치에 관한 정보를 표시하는 표시 장치를 구비하는 작업 기계가 개시되어 있다.
일본공개특허 특개2017-014726호 공보
특허문헌 1의 기술은, 차회의 굴삭 동작을 행할 때의 작업 기계의 작업 위치, 즉 차회의 굴삭에 적합한 작업 기계의 정지 위치를 작업 기계의 조종자에게 제공하는 것이다. 그러나, 조종자의 경험이나 스킬에 따라서는, 프론트 작업 장치를 차체 전방의 어디까지 신장하여 굴삭 작업을 개시하면 목표로 하는 굴삭 하중이 얻어지는지 알 수 없는 경우가 있어, 작업 기계의 정지 위치의 정보의 제공만으로는 불충분할 경우가 있다. 즉, 특허문헌 1이 제공하는 정보만으로는 작업 기계에 의한 굴삭 하중을 목표값에 가깝게 하는 것이 어려운 경우가 있다.
본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 조종자의 경험이나 스킬에 상관없이 굴삭 하중을 목표값에 가깝게 할 수 있는 작업 기계를 제공하는 것에 있다.
본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 버킷을 가지는 작업 장치와, 상기 작업 장치를 구동하는 액추에이터와, 상기 작업 장치의 자세 정보 및 상기 액추에이터의 부하 정보 중 적어도 일방에 기초하여 상기 작업 장치에 의해 행해지고 있는 굴삭 작업을 판정하고, 상기 작업 장치에 의해 굴삭된 굴삭 대상물의 하중값인 굴삭 하중을 연산하는 제어 장치와, 연산된 상기 굴삭 하중을 표시하는 표시 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 굴삭 작업이 행해지고 있다고 판정되었을 때에 있어서의 상기 작업 기계에 설정된 기준점으로부터 상기 버킷에 설정된 기준점까지의 거리, 및 굴삭 작업이 행해지고 있다고 판정되고 있는 동안에 상기 버킷에 설정된 기준점이 이동한 거리 중 어느 일방을 굴삭 거리로서 상기 작업 장치의 자세 정보에 기초하여 연산하고, 연산된 상기 굴삭 하중과 연산된 상기 굴삭 거리를 대응지어 기억하며, 기억된 상기 굴삭 하중과 상기 굴삭 거리와의 대응 관계의 경향에 기초하여, 상기 굴삭 하중의 목표값인 목표 굴삭 하중과 상기 굴삭 거리의 목표값인 목표 굴삭 거리와의 대응 관계를 설정하고, 상기 버킷의 정격 용량 정보에 기초하여 상기 목표 굴삭 하중을 설정하며, 설정된 상기 대응 관계와 설정된 상기 목표 굴삭 하중에 기초하여, 상기 목표 굴삭 거리를 연산하고, 상기 표시 장치는, 연산된 상기 목표 굴삭 거리를 표시한다.
본 발명에 의하면 조종자의 경험이나 스킬에 상관없이 굴삭 하중을 목표값에 가깝게 할 수 있다.
도 1은, 제 1 실시형태에 관련되는 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는, 제 1 실시형태의 유압 셔블에 의한 작업의 일례를 나타내는 개관도이다.
도 3은, 굴삭 거리의 설명도이다.
도 4는, 굴삭 거리와 굴삭 하중과의 관계성의 설명도이다.
도 5는, 제 1 실시형태에 관련되는 유압 셔블(1)의 유압 회로의 개략도이다.
도 6은, 제 1 실시형태에 관련되는 유압 셔블(1)에 탑재되는 굴삭 적재 작업 안내 시스템의 시스템 구성도이다.
도 7은, 제 1 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21)가 행하는 처리의 플로우 차트이다.
도 8은, 작업 결과 기억부(54)에 보존되는 굴삭 하중과 굴삭 거리(D1)의 대응 관계를 규정하는 데이터 형식의 일례이다.
도 9는, 대응 관계 설정부(55)가 설정한 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 관계의 예를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 모니터(23)의 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다.
도 11은, 아암 실린더 추력과 버킷 각도로부터 굴삭 작업을 판정하는 방법의 설명도이다.
도 12는, 컨트롤러(21)에 있어서의 굴삭 하중 연산부(53)에 의한 버킷(15) 내의 굴삭 대상물의 하중값의 연산 방법의 설명도이다.
도 13은, 제 2 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다.
도 14는, 제 2 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21b)가 행하는 처리의 플로우 차트이다.
도 15는, 제 2 실시형태에 관련되는 모니터(23)의 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다.
도 16은, 제 3 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다.
도 17은, 제 3 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21c)가 행하는 처리의 플로우 차트이다.
도 18은, 제 3 실시형태에 관련되는 모니터(23)의 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다.
도 19는, 제 4 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다.
도 20은, 제 4 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21d)가 행하는 처리의 플로우 차트이다.
도 21은, 제 5 실시형태에 관련되는 유압 셔블(1)의 굴삭 적재 작업 안내 시스템의 개략도이다.
도 22는, 제 5 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다.
도 23은, 제 5 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21e)가 행하는 처리의 플로우 차트이다.
도 24는, 제 5 실시형태에 관련되는 모니터(23)의 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다.
도 25는, 제 6 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다.
도 26은, 제 6 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21g)가 행하는 처리의 플로우 차트이다.
도 27은, 제 2 굴삭 거리의 설명도이다.
도 28은, 굴삭 작업 중의 버킷(15)의 갈고리끝의 궤적의 길이(굴삭 궤적 길이)(D5)의 설명도이다.
도 29는, 제 7 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21g)가 행하는 처리의 플로우 차트이다.
도 30은, 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리(D1)와 제 2 굴삭 거리(D2)가 1세트의 데이터로 되어 작업 결과 기억부(54)에 보존되는 형태의 일례를 나타내는 도이다.
도 31은, 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는 정보로부터 추출한 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리의 데이터를 격자의 각 셀에 저장함으로써 목표 굴삭 하중과 목표 제 1 굴삭 거리의 대응 관계를 설정하는 예의 설명도이다.
도 32는, 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는 정보로부터 쌍으로 되어 있는 제 1 굴삭 거리(D1)가 d1lower≤D1<d1upper인 굴삭 하중과 제 2 굴삭 거리를 추출하고, 그 추출한 데이터를 격자의 각 셀에 저장함으로써 목표 굴삭 하중과 목표 제 2 굴삭 거리의 대응 관계를 설정하는 예의 설명도이다.
도 33은, 제 7 실시형태에 관련되는 모니터(23)의 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다.
도 34는, 제 8 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다.
도 35는, 제 8 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21f)가 행하는 처리의 플로우 차트이다.
도 36은, 제 8 실시형태에 관련되는 모니터(23)의 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 이하에서는, 작업 기계의 하중 계측 시스템을 구성하는 적재 기계로서 유압 셔블을, 운반 기계로서 덤프 트럭을 이용하는 경우에 대하여 설명한다.
본 발명이 대상으로 하는 작업 기계(적재 기계)는, 프론트 작업 장치의 어태치먼트로서 버킷을 가지는 유압 셔블에 한정되지 않고, 그래플이나 리프팅 마그넷 등, 운반물의 보지(保持)·해방이 가능한 것을 가지는 유압 셔블도 포함된다. 또한, 유압 셔블과 같은 선회 기능이 없는 작업 아암을 구비하는 휠 로더 등에도 본 발명은 적용 가능하다.
<제 1 실시형태>
-전체 구성-
도 1은 본 실시형태에 관련되는 유압 셔블의 측면도이다. 도 1의 유압 셔블(1)은, 하부 주행체(10)와, 하부 주행체(10)의 상부에 선회 가능하게 마련된 상부 선회체(11)와, 상부 선회체(11)의 전방에 탑재된 다관절형의 작업 아암인 프론트 작업 장치(12)와, 상부 선회체(11)를 회동(回動)하는 유압 모터인 선회 모터(19)와, 상부 선회체(11)에 마련되고 조작자가 타서 셔블(1)을 조작하는 조작실(운전실)(20)과, 조작실(20) 내에 마련되고, 유압 셔블(1)에 탑재된 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 조작 레버(조작 장치)(22(22a, 22b))와, 기억 장치(예를 들면, ROM, RAM), 연산 처리 장치(예를 들면 CPU) 및 입출력 장치를 가지고 유압 셔블(1)의 동작을 제어하는 컨트롤러(21)에 의해 구성되어 있다.
프론트 작업 장치(12)는, 상부 선회체(11)에 회동 가능하게 마련된 붐(13)과, 붐(13)의 선단에 회동 가능하게 마련된 아암(14)과, 아암(14)의 선단에 회동 가능하게 마련된 버킷(어태치먼트)(15)을 구비하고 있다. 또한, 프론트 작업 장치(12)는 프론트 작업 장치(12)를 구동하는 액추에이터로서, 붐(13)을 구동하는 유압 실린더인 붐 실린더(16)와, 아암(14)을 구동하는 유압 실린더인 아암 실린더(17)와, 버킷(15)을 구동하는 유압 실린더인 버킷 실린더(18)를 구비하고 있다.
붐(13), 아암(14), 버킷(15)의 회동축에는 각각 붐 각도 센서(24), 아암 각도 센서(25), 버킷 각도 센서(26)가 장착되어 있다. 이들 각도 센서(24, 25, 26)로부터는 붐(13), 아암(14), 버킷(15) 각각의 회동 각도를 취득할 수 있다. 또한, 상부 선회체(11)에는 선회 각속도 센서(예를 들면, 자이로스코프)(27)와 경사 각도 센서(28)가 장착되어 있고, 각각 상부 선회체(11)의 선회 각속도와 상부 선회체(11)의 전후 방향의 경사 각도를 취득할 수 있도록 구성되어 있다. 각도 센서(24, 25, 26, 27, 28)의 검출값으로부터는 프론트 작업 장치(12)의 자세를 특정하는 자세 정보를 취득할 수 있다.
붐 실린더(16) 및 아암 실린더(17)에는 각각 붐 보텀압 센서(29), 붐 로드압 센서(30), 아암 보텀압 센서(31), 아암 로드압 센서(32)가 장착되어 있고, 각 유압 실린더 내부의 압력을 취득할 수 있도록 구성되어 있다. 압력 센서(29, 30, 31, 32)의 검출값으로부터는 각 실린더(16, 18)의 추력, 즉 프론트 작업 장치(12)에 부여되는 구동력을 특정하는 구동력 정보나, 각 실린더(16, 18)의 부하를 특정하는 부하 정보를 취득할 수 있다. 또한, 버킷 실린더(18)의 보텀측과 로드측에도 마찬가지의 압력 센서를 마련하여 버킷 실린더(18)의 구동력 정보나 부하 정보를 취득함으로써 각종 제어에 이용해도 된다.
또한, 붐 각도 센서(24), 아암 각도 센서(25), 버킷 각도 센서(26), 경사 각도 센서(28), 선회 각속도 센서(27)는, 프론트 작업 장치(12)의 자세 정보를 산출 가능한 물리량을 검출할 수 있는 것이면 다른 센서로 대체 가능하다. 예를 들면, 붐 각도 센서(24), 아암 각도 센서(25) 및 버킷 각도 센서(26)는 각각 경사각 센서나 관성 계측 장치(IMU)로 대체 가능하다. 또한, 붐 보텀압 센서(29), 붐 로드압 센서(30), 아암 보텀압 센서(31), 아암 로드압 센서(32)는, 붐 실린더(16) 및 아암 실린더(17)가 발생하는 추력, 즉 프론트 작업 장치(12)에 부여되는 구동력 정보나 각 실린더(16, 17)의 부하 정보를 산출 가능한 물리량을 검출할 수 있는 것이면 다른 센서로 대체 가능하다. 또한 추력, 구동력, 부하의 검출 대신에 또는 추가로, 붐 실린더(16) 및 아암 실린더(17)의 동작 속도를 스트로크 센서로 검출하거나, 붐(13) 및 아암(14)의 동작 속도를 IMU로 검출함으로써 프론트 작업 장치(12)의 동작을 검출해도 된다.
조작실(20)의 내부에는, 컨트롤러(21)에서의 연산 결과(예를 들면, 굴삭 하중 연산부(53)에 연산된 버킷(15) 내의 굴삭 대상물(4)의 하중값인 운반 하중이나 그 적산값인 운반 기계의 적재량) 등을 표시하는 모니터(표시 장치)(23)와, 프론트 작업 장치(12)와 상부 선회체(11)의 동작을 지시하기 위한 조작 레버(22(22a, 22b))가 설치되어 있다. 상부 선회체(11)의 상면에는 컨트롤러(21)가 외부의 컴퓨터 등(예를 들면 운반 기계인 덤프 트럭(2)(도 2 참조)에 탑재된 컨트롤러)과 통신하기 위한 외부 통신기인 통신 안테나(33)가 장착되어 있다.
본 실시형태의 모니터(23)는, 터치 패널을 가지고 있고, 조작자가 컨트롤러(21)로의 정보의 입력을 행하기 위한 입력 장치로서도 기능한다. 모니터(23)로서는 예를 들면 터치 패널을 가지는 액정 디스플레이가 이용 가능하다.
조작 레버(22a)는, 붐(13)의 상승·하강(붐 실린더(16)의 신축)과 버킷(15)의 덤프·크라우드(버킷 실린더(18)의 신축)를 각각 지시하고, 조작 레버(22b)는, 아암(14)의 덤프·크라우드(아암 실린더(17)의 신축)와 상부 선회체(11)의 좌·우 선회(유압 모터(19)의 좌우 회전)를 각각 지시한다. 조작 레버(22a)와 조작 레버(22b)는 2복합의 멀티 기능 조작 레버이며, 조작 레버(22a)의 전후 조작이 붐(13)의 상승·하강, 좌우 조작이 버킷(15)의 크라우드·덤프, 조작 레버(22b)의 전후 조작이 아암(14)의 덤프·크라우드, 좌우 조작이 상부 선회체(11)의 좌·우 회전에 대응하고 있다. 레버를 비스듬한 방향으로 조작하면, 해당하는 2개의 액추에이터가 동시에 동작한다. 또한, 조작 레버(22a, 22b)의 조작량은 액추에이터(16-19)의 동작 속도를 규정한다.
도 2는 유압 셔블(1)의 작업의 일례를 나타내는 개관도이다. 유압 셔블(1)은 일반적으로, 굴삭 대상물(3)을 굴삭하여 버킷(15) 내부에 굴삭 대상물(4)을 적재하는 「굴삭 작업」과, 굴삭 작업 후에 선회하여 주행면(5) 상의 운반 기계(2)의 짐받이 상에 버킷(15)을 이동하는 「운반 작업」과, 운반 작업 후에 굴삭 대상물(4)을 운반 기계(2)에 방출하는 「적재 작업」과, 적재 작업 후에 굴삭 대상(3)의 위치로 버킷(15)을 이동하는 「리칭 작업」을 반복 실시하고, 이에 의해 운반 기계(2)의 짐받이를 굴삭 대상물(4)로 가득 차게 한다. 일반적으로 운반 기계(2)에는 최대 적재량이라는 적재 상한이 존재하고, 최대 적재량을 충족시킨 경우를 만배(滿杯)로 한다. 운반 기계(2)의 짐받이에 굴삭 대상물(4)을 과잉으로 실으면 과적재가 되어, 다시 쌓기 작업이나 운반 기계(2)의 손상을 초래한다. 또한, 적재가 과소한 경우에는 운반량이 적어져, 현장의 작업 효율이 떨어진다. 따라서, 운반 기계(2)로의 적재량은 적정하게 하는 것이 필요해진다.
도 3과 도 4를 이용하여, 굴삭 거리와, 굴삭 거리와 굴삭 하중과의 관계성에 관하여 설명한다. 본 고에서는, 프론트 작업 장치(12)에 의한 굴삭 작업 개시 시에 있어서의 버킷(15)의 위치와 동(同) 굴삭 작업 종료 시에 있어서의 버킷(15)의 위치 중 적어도 일방을 규정하는 거리 정보를 「굴삭 거리」라고 총칭하고, 프론트 작업 장치(12)에 의해 굴삭되어 버킷(15) 내에 적재되는 굴삭 대상물(4)의 하중값을 「굴삭 하중」이라고 칭한다.
또한, 굴삭 거리는, 유압 셔블(1)의 본체(상부 선회체(11) 및 하부 주행체(10))에 설정된 기준점으로부터 버킷(15)에 설정된 기준점까지의 굴삭 작업 중의 어떤 시각(예를 들면 굴삭 개시 시 또는 굴삭 종료 시)에 있어서의 거리와, 굴삭 작업 중(예를 들면 굴삭 개시 시로부터 굴삭 종료 시까지의 사이)에 버킷(15)에 설정된 기준점이 이동한 거리 중 적어도 일방이라고도 할 수 있다. 굴삭 거리는 동 시각 또는 상이한 시각에 있어서 공간적으로 떨어진 2개의 기준점에 의해 규정될 수 있지만, 본 고에서는 이 2개의 기준점 중 일방의 기준점을 굴삭 작업의 개시 시와 종료 시 중 적어도 일방에 있어서의 버킷(15)의 갈고리끝 위치로 한다. 단, 버킷측의 기준점은 반드시 갈고리끝으로 할 필요는 없고, 버킷(15) 상의 위치라면 다른 점으로 설정해도 된다. 또한, 본 실시형태에서는 굴삭 거리를 규정하는 타방의 기준점을 상부 선회체(11)의 선회 중심으로 설정하지만, 하부 주행체도 포함하여 유압 셔블의 본체측의 점이라면 그 밖의 점으로 설정해도 상관없다.
굴삭 거리에는, (1) 유압 셔블(1)에 설정한 소정의 기준점으로부터 굴삭 개시 위치(굴삭 작업 개시 시의 버킷 갈고리끝 위치)까지의 거리를 나타내는 「굴삭 개시 거리」(제 1 굴삭 거리)와, (2) 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치(굴삭 작업 종료 시의 버킷 갈고리끝 위치)까지의 거리인 「굴삭 이동 거리」와, (3) 버킷(15)의 제어점이 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치에 이동할 때까지의 궤적의 길이인 「굴삭 궤적 길이」가 포함된다. 이들 3종의 굴삭 거리 중 「(1) 굴삭 개시 거리」는 굴삭 작업 개시 시의 버킷 갈고리끝 위치에 관한 거리 정보("제 1 굴삭 거리"라고 함)이고, 「(2) 굴삭 이동 거리」와 「(3) 굴삭 궤적 길이」는 굴삭 작업 종료 시의 버킷 갈고리끝 위치에 관한 거리 정보("제 2 굴삭 거리"라고 함)이다. 도 3은 이들 굴삭 거리 중 굴삭 개시 거리의 구체예를 나타내고 있다.
도 3에서는, (1) 굴삭 개시 거리(제 1 굴삭 거리)의 예로서, 상부 선회체(11)의 선회 중심으로부터 굴삭 개시 위치까지의 수평 거리(수평 굴삭 개시 거리)(D1)와, 상부 선회체(11)의 바닥면으로부터 굴삭 개시 위치까지의 수직 거리(수직 굴삭 개시 거리)(D3)를 들고 있다. 본 실시형태에서는, 상부 선회체(11)의 선회 중심으로부터 굴삭 개시 위치까지의 수평 방향의 거리(D1)를 굴삭 거리로서 연산한다. 예를 들면, 수평 굴삭 개시 거리(D1)는, 아암 보텀압 센서(31)와 아암 로드압 센서(32)의 신호의 값으로부터 굴삭 작업이 개시된 것을 검출하고, 그 때의 버킷(15)의 갈고리끝 위치를 센서(24-26) 및 경사 센서(28)의 신호의 값으로부터 얻어지는 자세 정보에 기초하여 연산하여, 그 갈고리끝 위치로부터 상부 선회체(11)의 선회 중심까지의 수평 거리를 연산함으로써 연산할 수 있다. 버킷(15)의 갈고리끝 위치는, 상부 선회체(11)에 설정된 좌표계로서, 상부 선회체(11)의 선회 중심을 수직축으로 하는 직교 좌표계 상의 점으로서 정의할 수 있다. 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상부 선회체(11)의 선회 중심을 z축, 상부 선회체(11)의 바닥면에 있어서의 좌우 방향을 y축(단 좌방향을 플러스), 상부 선회체(11)의 바닥면에 있어서의 전후 방향을 X축(단 전방향(前方向)을 마이너스)으로 하는 직교 좌표계를 차체 좌표계로 한 경우, 수평 굴삭 개시 거리(D1)는 버킷 갈고리끝 위치의 X좌표의 좌표값으로서 연산되고, 수직 굴삭 개시 거리(D3)는 동 z좌표의 좌표값으로서 연산된다.
그 밖의 굴삭 거리(제 2 굴삭 거리)로서, (2) 굴삭 이동 거리에는, 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치까지의 수평 거리(수평 굴삭 이동 거리)(D2)(예를 들면 도 27 참조)와, 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치까지의 수직 거리(수직 굴삭 이동 거리)(D4)(예를 들면 도 27 참조)를 예로서 들 수 있다. (3) 굴삭 궤적 길이에는, 버킷(15)의 갈고리끝이 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치에 이동할 때까지의 궤적의 길이인 굴삭 궤적 길이(D5)(예를 들면 도 27 참조)가 있다.
도 4는 굴삭 거리와 굴삭 하중의 관계성을 나타내는 일례의 개략도이다. 유압 셔블(1)의 조종자는, 유압 셔블(1)의 프론트 작업 장치(12)(도 4에서는, 붐 실린더, 아암 실린더, 버킷 실린더의 도시를 생략)를 조작하여, 굴삭 대상물(3)에 대하여 굴삭 작업을 행한다. 굴삭 하중을 조정할 필요가 있을 경우에는, 특히 벤치의 위에서 굴삭 적재 작업을 반복하여 행하는 현장에서는, 조종자는 굴삭 거리를 조정하여 굴삭 하중을 조정할 수 있다. 예를 들면, 상부 선회체(11)의 선회 중심으로부터 굴삭 개시 위치까지의 수평 방향의 거리(수평 굴삭 개시 거리)(D1)를 굴삭 거리로 간주한 경우, 도 4 중의 위의 장면에서는, 굴삭 거리(D1a)가 동 도면 아래의 장면의 값(D1b)보다 길다. 즉 보다 멀리까지 프론트 작업 장치(12)를 신장하고 있기 때문에, 많은 굴삭 대상물을 굴삭하는 것이 용이해진다.
다음에, 본 실시형태에 관련되는 유압 셔블(1)에 탑재되는 굴삭 적재 작업 안내 시스템의 구성에 대하여 도 5와 도 6을 이용하여 설명한다.
도 5는 본 실시형태에 관련되는 유압 셔블(1)의 유압 회로의 개략도이다. 붐 실린더(16), 아암 실린더(17), 버킷 실린더(18), 및 선회 모터(19)는, 메인 펌프(39)로부터 토출되는 작동유에 의해 구동된다. 각 유압 액추에이터(16-19)로 공급되는 작동유의 유량 및 유통 방향은, 조작 레버(22a, 22b)의 조작 방향 및 조작량에 따라 컨트롤러(21)로부터 출력되는 구동 신호에 의해 동작하는 컨트롤 밸브(35, 36, 37, 38)에 의해 제어된다.
조작 레버(22a, 22b)는, 그 조작 방향 및 조작량에 따른 조작 신호를 생성하여 컨트롤러(21)에 출력한다. 컨트롤러(21)는, 조작 신호에 대응한 구동 신호(전기 신호)를 생성하여, 이것을 전자 비례 밸브인 컨트롤 밸브(35-38)에 출력함으로써, 컨트롤 밸브(35-38)를 동작시킨다.
조작 레버(22a, 22b)의 조작 방향은 유압 액추에이터(16-19)의 동작 방향을 규정한다. 붐 실린더(16)를 제어하는 컨트롤 밸브(35)의 스풀은, 조작 레버(22a)가 전방향으로 조작되면 도 5 중의 좌측으로 이동하여 붐 실린더(16)의 로드측에 작동유를 공급하고, 조작 레버(22a)가 후방향으로 조작되면 동 우측으로 이동하여 붐 실린더(16)의 보텀측에 작동유를 공급한다. 아암 실린더(17)를 제어하는 컨트롤 밸브(36)의 스풀은, 조작 레버(22b)가 전방향으로 조작되면 동 좌측으로 이동하여 아암 실린더(17)의 로드측에 작동유를 공급하고, 조작 레버(22b)가 후방향으로 조작되면 동 우측으로 이동하여 아암 실린더(17)의 보텀측에 작동유를 공급한다. 버킷 실린더(18)를 제어하는 컨트롤 밸브(37)의 스풀은, 조작 레버(22a)가 좌방향으로 조작되면 동 우측으로 이동하여 버킷 실린더(18)의 보텀측에 작동유를 공급하고, 조작 레버(22a)가 우방향으로 조작되면 동 좌측으로 이동하여 버킷 실린더(18)의 로드측에 작동유를 공급한다. 선회 모터(19)를 제어하는 컨트롤 밸브(38)의 스풀은, 조작 레버(22b)가 좌방향으로 조작되면 동 우측으로 이동하여 선회 모터(19)에 동 좌측으로부터 작동유를 공급하고, 조작 레버(22b)가 우방향으로 조작되면 동 좌측으로 이동하여 선회 모터(19)에 동 우측으로부터 작동유를 공급한다.
또한, 컨트롤 밸브(35-38)의 밸브의 개도는, 대응하는 조작 레버(22a, 22b)의 조작량에 따라 변화한다. 즉, 조작 레버(22a, 22b)의 조작량은 유압 액추에이터(16-19)의 동작 속도를 규정한다. 예를 들면, 조작 레버(22a, 22b)의 어떤 방향의 조작량을 증가하면, 그 방향에 대응하는 컨트롤 밸브(35-38)의 밸브의 개도가 증가하여, 유압 액추에이터(16-19)에 공급되는 작동유의 유량이 증가하고, 이에 의해 유압 액추에이터(16-19)의 속도가 증가한다. 이와 같이, 조작 레버(22a, 22b)에서 생성되는 조작 신호는, 대상의 유압 액추에이터(16-19)에 대한 속도 지령의 측면을 가지고 있다. 그래서 본 고에서는 조작 레버(22a, 22b)가 생성하는 조작 신호를, 유압 액추에이터(16-19)(컨트롤 밸브(35-38))에 대한 속도 지령이라고 하는 경우가 있다.
메인 펌프(39)로부터 토출되는 작동유의 압력(작동유압)은, 릴리프압이고 작동유 탱크(41)와 연통하는 릴리프 밸브(40)에 의해 과대해지지 않도록 조정되어 있다. 유압 액추에이터(16-19)에 공급된 압유가 컨트롤 밸브(35-38)를 개재하여 다시 작동유 탱크(41)에 되돌아가도록, 컨트롤 밸브(35-38)의 리턴 유로는 작동유 탱크(41)와 연통하고 있다.
컨트롤러(21)는, 붐 각도 센서(24), 아암 각도 센서(25), 버킷 각도 센서(26), 선회 각속도 센서(27), 경사 각도 센서(28)와, 붐 실린더(16)에 장착된 붐 보텀압 센서(29)와 붐 로드압 센서(30)와, 아암 실린더(17)에 장착된 아암 보텀압 센서(31)와 아암 로드압 센서(32)의 신호가 입력되도록 구성되어 있고, 이러한 센서 신호를 기초로 컨트롤러(21)는 프론트 작업 장치(12)가 운반하는 운반물의 하중값(운반 하중)을 연산하고, 그 하중 계측 결과를 모니터(23)에 표시하도록 구성되어 있다.
-시스템 구성-
도 6은 본 실시형태의 유압 셔블(1)에 탑재되는 굴삭 적재 작업 안내 시스템의 시스템 구성도이다. 본 실시형태의 굴삭 적재 작업 안내 시스템은, 몇 가지의 소프트웨어의 조합으로서 컨트롤러(21) 내부에 실장되어 있고, 센서(24-32)와 통신 안테나(33)의 신호를 입력하여, 컨트롤러(21) 내부에서 운반물의 하중값이나 그 적산값의 연산 처리 등을 실행하고, 그 처리 결과를 필요에 따라 모니터(23) 표시하도록 구성되어 있다.
도 6의 컨트롤러(21)의 내부에는 컨트롤러(21)가 가지는 기능을 블록도로 나타내고 있다. 컨트롤러(21)는, 센서(24-28)의 출력으로부터 얻어지는 프론트 작업 장치(12)의 자세 정보와 센서(31, 32)의 출력으로부터 얻어지는 유압 액추에이터의 부하 정보 중 적어도 일방에 기초하여 프론트 작업 장치(12)에 의해 행해지고 있는 작업을 판정하는 작업 판정부(50)와, 센서(24-28)의 출력으로부터 얻어지는 프론트 작업 장치(12)의 자세 정보에 기초하여 예를 들면 상부 선회체(11)에 설정한 차체 좌표계에 있어서의 버킷(15)의 갈고리끝 위치(제어점의 위치)를 연산하는 갈고리끝 위치 연산부(제어점 위치 연산부)(51)와, 작업 판정부(50)의 판정 결과와 갈고리끝 위치 연산부(51)의 버킷 갈고리끝 위치에 기초하여 굴삭 거리를 연산하는 굴삭 거리 연산부(52)와, 센서(24-30)의 출력에 기초하여 프론트 작업 장치(12)에 의해 굴삭된 버킷 내의 굴삭 대상물의 하중값인 굴삭 하중을 연산하는 굴삭 하중 연산부(53)와, 실제의 굴삭 작업에서 굴삭 하중 연산부(53)에 의해 연산된 굴삭 하중과 굴삭 거리 연산부(52)에 의해 연산된 굴삭 거리를 대응지어 기억하는 작업 결과 기억부(54)와, 작업 결과 기억부(54)에 기억된 굴삭 하중과 굴삭 거리와의 대응 관계의 경향에 기초하여, 굴삭 하중의 목표값인 목표 굴삭 하중과 굴삭 거리의 목표값인 목표 굴삭 거리와의 대응 관계를 설정하는 대응 관계 설정부(55)와, 버킷(15)의 정격 용량 정보에 의거하여 목표 굴삭 하중을 설정하는 목표 굴삭 하중 설정부(56)와, 대응 관계 설정부(55)에 의해 설정된 대응 관계와 목표 굴삭 하중 설정부(56)에 의해 설정된 목표 굴삭 하중에 기초하여, 목표 굴삭 거리를 연산하는 목표 굴삭 거리 연산부(57)와, 갈고리끝 위치 연산부(51)와 굴삭 하중 연산부(53)와 목표 굴삭 하중 설정부(56)와 목표 굴삭 거리 연산부(57)의 출력에 기초하여 모니터(23)에 표시하는 정보를 생성하는 표시 제어부(58)를 구비하고 있다. 또한, 작업 결과 기억부(54)가 기억하는 정보는 컨트롤러(21) 내의 기억 장치에 저장되고, 그 밖의 부분이 실행하는 연산 처리는 컨트롤러(21) 내의 연산 처리 장치에 의해 실행된다.
굴삭 거리 연산부(52)는, 작업 판정부(50)에 의해 프론트 작업 장치(12)에 의한 굴삭 작업이 개시되었다고 판정되었을 때, 그 때의 버킷 갈고리끝 위치를 굴삭 개시 위치로 간주하여 갈고리끝 위치 연산부(51)로부터 입력하고, 그 입력한 버킷 갈고리끝 위치를 이용하여 상부 선회체(11)의 선회 중심으로부터 버킷 갈고리끝 위치까지의 수평 거리인 수평 굴삭 개시 거리(굴삭 거리)(D1)를 굴삭 거리로서 연산한다.
작업 결과 기억부(54)가 기억하는 데이터 형식에 대하여 설명한다. 도 8은 작업 결과 기억부(54)에 보존되는 굴삭 하중과 굴삭 거리(D1)의 대응 관계를 규정하는 데이터 형식의 일례를 나타낸다. 도 8 중의 (a)은 유압 셔블(1)이 굴삭 작업을 행하는 장면에 있어서 본 실시형태의 굴삭 거리 연산부(52)가 연산하는 굴삭 거리(D1)를 나타내고 있다. 또한 동 도면 중의 (b)는 굴삭 하중과 굴삭 거리(D1)가 쌍으로 되어 작업 결과 기억부(54)에 보존되는 데이터 형태를 나타낸다. 본 실시형태에서는 (b)의 테이블에 나타내는 바와 같이 각 굴삭 작업은 굴삭 ID로 특정되어 있고, 그 각 굴삭 작업에서 연산된 굴삭 하중과 굴삭 거리가 1세트의 수치로서 작업 결과 기억부(54)에 보존된다.
본 실시형태의 대응 관계 설정부(55)는, 작업 결과 기억부(54)에 기억된 복수 세트의 굴삭 거리(D1)와 굴삭 하중의 데이터를 회귀 분석함으로써 목표 굴삭 거리와 목표 굴삭 하중의 대응 관계를 설정하고 있다. 양자의 대응 관계를 규정하는 함수(회귀식)는 작업 결과 기억부(54)의 데이터를 충분히 근사하는 임의의 함수를 선택할 수 있다. 본 실시형태에서는 1차의 최소 제곱법에 의해 목표 굴삭 거리와 목표 굴삭 하중의 대응 관계를 설정하고 있고(도 9의 (a)의 그래프 참조), 구체적으로는 1차식(D=mW+b(단, m과 b는 작업 결과 기억부(54)의 데이터로부터 결정되는 계수))을 이용하여 목표 굴삭 하중(W)과 목표 굴삭 거리(D)의 대응 관계를 설정하고 있다. 다음에, 이 1차의 최소 제곱법에 의한 대응 관계의 설정도 포함하여, 대응 관계 설정부(55)에 의한 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 대응 관계를 설정하는 구체예에 대하여 도 9를 이용하여 설명한다.
도 9는 대응 관계 설정부(55)가 설정한 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 관계의 예를 나타내는 그래프이다. 도 9 중의 (a)의 그래프는 1차의 최소 제곱법으로부터 설정한 양자의 관계를 나타내는 그래프이고, (b)의 그래프는 2차의 최소 제곱법으로부터 설정한 양자의 관계를 나타내는 그래프이다. 대응 관계 설정부(55)는, 작업 결과 기억부(54)에 보존된 정보에 기초하여 (a) 또는 (b)의 그래프 내의 근사 직선(D=mW+b) 또는 근사 곡선(D=a1W2+a2W+a3)에 관련되는 각 계수(m, b, a1, a2, a3)의 값을 정함으로써 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 대응 관계를 설정할 수 있다. 예를 들면 본 실시형태의 대응 관계 설정부(55)에 의해 도 9(a)의 근사 직선(D=mW+b)이 설정되었을 때, 목표 굴삭 거리 연산부(57)는, 그 근사 직선의 식에 목표 굴삭 하중(Wd)을 입력하고, 그 때의 굴삭 거리(Dd)(Dd=mWd+b)의 값을 목표 굴삭 거리로서 연산할 수 있다.
도 9(c)-(e)는 굴삭 하중과 굴삭 거리를 각각 등간격으로 나누어 형성한 격자(도 9(c) 참조)의 각 셀에 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는 정보를 저장함으로써 목표 굴삭 거리와 목표 굴삭 하중의 대응 관계를 설정하는 예의 설명도이다. 대응 관계 설정부(55)는, (c)의 격자의 각 셀에 저장된 굴삭 하중과 굴삭 거리의 데이터 세트수를 계수하고, 굴삭 하중 구간마다 가장 많은 데이터를 포함하는 셀A((d) 참조)를 정한다. 그리고, 각 굴삭 하중 구간에서 가장 많은 데이터를 포함하는 셀A의 굴삭 거리의 대표값(Drep)을 연산한다. 대표값(Drep)은, 예를 들면, 해당하는 굴삭 거리 구간의 중간값(Drep=(dupper+dlower)/2)로 할 수 있다(단, dupper는 해당하는 굴삭 거리 구간의 최대값이고, dlower는 동 최소값으로 함). 또한, 대표값(Drep)은, 해당하는 셀A 내에 포함되는 데이터 세트에 관련되는 굴삭 거리(d)의 평균값(Drep=mean(d|d∈A))으로 하는 것이나, 해당하는 셀A 내에 포함되는 데이터 세트에 관련되는 굴삭 거리(d)의 중앙값(Drep=median(d|d∈A))으로 할 수도 있다. 그리고 (e)에 나타내는 바와 같이, 각 굴삭 하중 구간에 관련되는 셀A와 그 셀A에 있어서의 굴삭 거리의 대표값(Drep)으로, 목표 굴삭 거리와 목표 굴삭 하중의 대응 관계를 설정한다. 목표 굴삭 거리 연산부(57)는, 대응 관계 설정부(55)가 설정한 이 관계에 기초하여 목표 굴삭 하중으로부터 목표 굴삭 거리를 연산한다. 예를 들면 입력된 목표 굴삭 하중(W)이 (e)의 2행째에 나타낸 굴삭 하중 구간(wi≤W<wi+1)에 해당할 경우는, 그 행의 굴삭 거리 대표값(Drepi)을 목표 굴삭 거리로서 출력한다.
또한, 대응 관계 설정부(55)에서는, 목표 굴삭 거리와 목표 굴삭 하중의 대응 관계를 설정할 만한 충분한 수의 데이터 세트가 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는지의 여부를 판정해도 된다. 이 판정의 방법으로서는, 작업 결과 기억부(54)에 기억된 데이터 세트수의 문턱값을 미리 설정해 두고, 작업 결과 기억부(54)의 데이터 세트수가 당해 문턱값 미만인 경우에는, 대응 관계를 설정하는 대신에 에러 코드를 후술의 목표 굴삭 거리 연산부(57)에 출력하는 것이 있다.
목표 굴삭 하중 설정부(56)는, 버킷(15)의 정격 용량 정보로부터 목표 굴삭 하중을 설정할 뿐만 아니라, 예를 들면 통신 안테나(33)를 이용하여 운반 기계(덤프 트럭)(2)에 추가 적재 가능한 굴삭 대상물의 하중값(중량)을 운반 기계(2)의 컨트롤러 등으로부터 수신하고, 그 수신한 하중값과, 버킷(15)의 정격 용량으로부터 연산되는 굴삭 대상물의 하중값(이하 「정격 하중」이라고 하는 경우가 있음)에 기초하여 목표 굴삭 하중을 설정할 수 있다. 운반 기계(2)에 적재 가능한 하중값이 버킷(15)의 정격 하중을 초과할 경우에는, 버킷(15)의 정격 하중을 목표 하중으로 설정할 수 있다.
다음에 본 실시형태에 관련되는 작업 기계의 굴삭 적재 작업 안내 시스템이, 굴삭 거리와 굴삭 하중을 연산하여, 그 굴삭 거리와 굴삭 하중을 관련지어 기억하고, 그 기억 정보에 기초하여 목표 굴삭 거리와 목표 굴삭 하중의 관계를 설정하고, 그 관계와 목표 굴삭 하중에 기초하여 목표 굴삭 거리를 연산하고, 그 목표 굴삭 거리를 조종자에게 통지하는 방법에 대하여 도 7-12를 이용하여 설명한다.
도 7은 제 1 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21)가 행하는 처리의 플로우 차트이다. 컨트롤러(21)는 전원이 켜지면 도 7의 처리를 개시한다.
단계 S100에서, 컨트롤러(21)는 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는 정보를 읽고, 대응 관계 설정부(55)에서 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 관계를 설정한다. 본 실시형태의 대응 관계 설정부(55)는 도 9(a)에 나타내는 1차식(D=mW+b)으로 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 관계를 설정하고 있고, 이 1차식 중의 계수 m, b는 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는 정보로부터 결정된다.
단계 S101에서, 컨트롤러(21)는 통신 안테나(33)를 이용하여 운반 기계(2)로부터 적재 가능한 하중값의 정보를 수신하고, 그 수신한 정보와 미리 설정된 버킷(15)의 정격 용량 정보에 기초하여 목표 굴삭 하중 설정부(56)에서 목표 굴삭 하중을 설정한다. 유압 셔블(1)은 버킷(15)의 정격 하중을 초과한 굴삭 적재는 곤란하기 때문에, 운반 기계(2)의 적재 가능한 하중값이 버킷(15)의 정격 하중을 초과할 경우에는 버킷(15)의 정격 하중을 목표 하중으로 한다. 수신한 운반 기계(2)의 적재 가능한 하중값이 버킷(15)의 정격 하중을 초과하지 않을 경우에는, 운반 기계(2)의 적재 가능한 하중값을 목표 굴삭 하중으로 설정한다.
단계 S102에서는, 설정된 목표 굴삭 하중과 대응 관계 설정부(55)에서 설정한 관계를 이용하여, 목표 굴삭 거리 연산부(57)를 이용하여 목표 굴삭 거리를 연산한다. 예를 들면, 대응 관계 설정부(55)에서 D=mW+b로 관계가 설정되고, 목표 굴삭 하중 설정부(56)에서 목표 굴삭 하중을 Wd로 설정된 경우, 목표 굴삭 거리 연산부(57)는 도 9(a)에서 나타내는 바와 같이 목표 굴삭 거리(Dd)를 Dd=mWd+b로 연산한다.
또한, 설정 관계로서 에러 코드가 입력된 경우에는, 목표 굴삭 거리 연산부(57)는 목표 굴삭 거리 대신에 후술의 표시 제어부(58)에 에러 코드를 출력한다.
단계 S103에서는, 표시 제어부(58)는 단계 S102에서 연산한 목표 굴삭 거리를 모니터(23)를 통하여 조종자에게 제시한다. 모니터(23)의 표시 화면의 일례를 도 10에 나타낸다.
도 10의 표시 화면은, 단계 S101에서 연산되는 목표 굴삭 하중의 수치가 표시되는 목표 굴삭 하중 표시부(81)와, 단계 S107에서 연산되는 굴삭 하중의 수치가 표시되는 굴삭 하중 표시부(82)와, 단계 S102에서 연산되는 목표 굴삭 거리에 관한 굴삭 개시 위치와 버킷(15)과의 위치 관계가 표시되는 보조 그림 표시부(83)와, 단계 S102에서 연산되는 목표 굴삭 거리의 수치가 표시되는 목표 굴삭 거리 표시부(84)를 구비하고 있다.
보조 그림 표시부(83)에는, 유압 셔블(1)의 하부 주행체(10)와 상부 선회체(11)의 간략도와, 차체 전후 방향으로 일정 간격으로 배치된 복수의 보조선(87)과, 상부 선회체(11)의 선회 중심(기준점)으로부터 목표 굴삭 거리(D1)만큼 떨어진 굴삭 개시 위치를 통과하는 직선(85)과, 갈고리끝 위치 연산부(51)에서 연산한 버킷(15)의 갈고리끝 위치를 나타내는 점(86)이 표시된다. 이 보조 그림에 의해, 스킬·경험이 부족한 조종자라도 목표 굴삭 거리(굴삭 개시 위치)가 조종석으로부터 어느 정도 떨어져 있는지, 목표 굴삭 거리(굴삭 개시 위치)에 대하여 버킷 갈고리끝 위치는 현재 어디에 위치하고 있는지를 용이하게 파악할 수 있게 된다.
또한, 표시 제어부(58)는 단계 S102에서의 목표 굴삭 거리의 연산 결과로서 에러 코드로 출력된 경우는, 목표 굴삭 거리 표시부(84)에 예를 들면 「정보가 부족합니다. 굴삭 적재 작업을 행하여 잠시 정보를 수집하여 주십시오」라는 에러 메시지를 표시하고, 보조 그림 중에 굴삭 개시 위치를 나타내는 선(85)은 표시하지 않는다.
단계 S104에서는, 작업 판정부(50)를 이용하여 유압 셔블(1)이 굴삭 작업을 개시했는지의 여부를 판정한다. 작업 판정부(50)는, 아암 보텀압과 로드압의 압력 센서(31, 32)의 출력에 기초하여 아암 실린더(17)의 추력(Famcyl)을 산출하고, 버킷 각도 센서(26)의 출력으로부터 버킷(15)과 아암(14)이 이루는 각인 버킷 각도의 값을 산출한다. 작업 판정부(50)는, 연산한 아암 실린더(17)의 추력(Famcyl)과 버킷 각도의 값에 기초하여, 유압 셔블(1)이 굴삭 작업을 행하고 있는지의 여부를 판정한다.
아암 실린더(17)의 추력(Famcyl)은, 아암 보텀압 센서(31)와 아암 로드압 센서(32)의 신호로부터 연산한 압력값을 P1, P2라고 하고, 각각의 수압(受壓) 면적을 A1, A2라고 하면, 식(1)로부터 구해진다.
Famcyl=A1·P1-A2·P2 …(1)
본 실시형태의 작업 판정부(50)는 도 11에 나타내는 바와 같이 아암 실린더(17)의 추력(Famcyl)이 미리 설정되어 있는 문턱값(f1)을 초과함과 동시에 버킷 각도가 감소하고 있는 경우에 굴삭 작업이 개시되었다고 판정한다. 본 실시형태에서는, 실린더 추력과 버킷 각도를 이용하여 굴삭의 개시를 판정하는 구성으로 하지만, 그에 한하지 않고, 어느 일방을 이용하여 판정하는 것도 가능하다. 굴삭 작업이 개시된 경우는 단계 S105로 처리를 진행시킨다. 굴삭 작업이 개시되지 않은 경우에는, 단계 S101로 되돌아가, 다시 단계 S101 내지 단계 S104를 반복한다.
단계 S105에서는, 컨트롤러(21)는 굴삭 거리 연산부(52)를 이용하여 굴삭 거리(D1)를 연산한다. 본 실시형태에 있어서의 굴삭 거리(D1)는 상부 선회체(11)의 선회 중심으로부터 굴삭 작업이 개시되었을 때의 버킷 갈고리끝 위치까지의 수평 거리이다. 그래서, 본 실시형태에서는 단계 S104에서 굴삭 작업이 개시되었다고 판정된 시점에서 버킷 갈고리끝이 굴삭 개시 위치에 존재하고 있다고 간주하고, 단계 S104에서 굴삭 작업이 개시되었다고 판정된 것을 트리거로 하여 굴삭 거리 연산부(52)를 이용하여 버킷 갈고리끝 위치를 연산한다. 그리고 이 때 연산한 버킷 갈고리끝 위치와 선회 중심의 수평 거리를 연산하여 굴삭 거리(D1)의 값을 연산한다. 굴삭 작업 개시 시의 버킷(15)의 갈고리끝 위치는, 미리 설정되어 있는 유압 셔블(1)의 치수와 센서(24-29, 31, 32)의 신호를 이용하면 용이하게 연산할 수 있다. 이 연산에 이용되는 유압 셔블(1)의 치수로서는, 예를 들면, 프론트 작업 장치(12)의 동작 평면에 있어서의 붐 회동축으로부터 아암 회동축까지의 거리, 동 평면에 있어서의 아암 회동축으로부터 버킷 회동축까지의 거리, 동 평면에 있어서의 버킷 회동축으로부터 버킷 선단까지의 거리, 차체 좌표계의 원점으로부터 동 평면에 있어서의 붐 회동축까지의 거리가 있다.
단계 S106에서는, 컨트롤러(21)는 작업 판정부(50)를 이용하여 유압 셔블(1)이 굴삭 작업을 종료했는지의 여부를 판정한다. 본 실시형태의 작업 판정부(50)는, 유압 셔블(1)이 굴삭 작업을 개시한 후에 아암 실린더(17)의 추력(Famcyl)이 미리 설정되어 있는 문턱값(f2) 미만이 된 경우에 굴삭 작업이 종료되었다고 판정한다. 유압 셔블(1)의 굴삭 작업이 종료될 때까지 단계 S106을 반복하고, 굴삭 작업이 종료되었다고 판정되면 단계 S107로 처리를 진행시킨다.
단계 S107에서는, 컨트롤러(21)는 굴삭 하중 연산부(53)를 이용하여 버킷(15)의 안에 들어 있는 굴삭 대상물의 하중값(중량)인 굴삭 하중을 연산한다. 도 12는 컨트롤러(21)에 있어서의 굴삭 하중 연산부(53)에 의한 버킷(15) 내의 굴삭 대상물의 하중값의 연산 방법의 설명도이다. 이 도에 나타내는 바와 같이, 굴삭 하중은 유압 셔블(1)의 치수 및 중량과 센서(24-30)의 신호값을 이용하여, 유압 셔블(1)의 붐(13)의 회전축 둘레의 토크의 균형에 의해 연산할 수 있다. 본 실시형태에서는 연산 하중의 정확도 향상의 관점에서 굴삭 작업 후의 운반 작업에서 행해지는 선회 붐 상승 중(즉 상부 선회체(11)의 선회 동작과 붐 실린더(16)의 신장 동작이 행해지고 있는 동안)에 굴삭 하중을 연산하는 것으로 하고 있지만, 다른 장면에서 굴삭 하중을 연산해도 상관없다. 또한, 유압 셔블(1)이 운반 작업에 종사하고 있는지의 여부는 작업 판정부(50)에서 판정할 수 있다.
붐(13)의 회전축 둘레에 작용하는 토크는, 붐 실린더(16)의 추력에 의해 발생하는 토크(τbmcyl)와, 프론트 작업 장치(12)의 무게 중심에 작용하는 중력에 의해 발생하는 토크(τfrg)와, 상부 선회체(11)의 선회에 의해 발생하는 원심력이 프론트 작업 장치(12)의 무게 중심에 발생하는 토크(τfrc)와, 버킷(15)의 안에 들어 있는 굴삭 대상물의 무게 중심에 작용하는 중력에 의해 발생하는 토크(τloadg)와, 상부 선회체(11)의 선회에 의해 발생하는 원심력이 버킷(15)의 안에 들어 있는 굴삭 대상물의 무게 중심에 발생하는 토크(τloadc)가 있다.
붐(13)의 회전축 둘레에서 붐 실린더(16)의 추력(Fbmcyl)에 의해 발생하는 토크(τbmcyl)는, 붐 실린더(16)의 후술의 추력(Fbmcyl)과, 붐(13)의 회전축과 붐 실린더(16)와 붐의 접속부의 중심을 연결한 직선의 길이(Lbmcyl)와, 그 직선과 붐 실린더(16)가 이루는 각(θbmcyl)을 이용하여, 식(2)로부터 구해진다.
τbmcyl=Fbmcyl·Lbmcyl·sin(θbmcyl) …(2)
붐 실린더(16)의 추력(Fbmcyl)은, 붐 보텀압 센서(29)와 붐 로드압 센서(30)의 신호로부터 얻어지는 압력을 P3, P4라고 하고, 각각의 수압 면적을 A3, A4라고 하면, 식(3)으로부터 구해진다.
Famcyl=A3·P3-A4·P4 …(3)
붐(13)의 회전축 둘레에서 프론트 작업 장치(12)의 무게 중심에 작용하는 중력에 의해 발생하는 토크(τfrg)는, 붐(13)의 회전 중심과 프론트 작업 장치(12)의 무게 중심을 연결하는 직선의 길이(Lfr)와, 그 직선과 수평선이 이루는 각(θfr)을 이용하여 식(4)로부터 구해진다.
τfrg=mfr·g·Lfr·cos(θfr) …(4)
상부 선회체(11)가 각속도(ω)로 선회할 때에, 프론트 작업 장치(12)에 작용하는 원심력에 의해 붐(13)의 회전축 둘레에 발생하는 토크(τfrc)는, 식(5)로부터 구해진다.
τfrc=mfr·Lfr 2·ω2·sin(θfr)·cos(θfr) …(5)
굴삭 대상물의 중량인 굴삭 하중을 mload, 붐(13)의 회전 중심과 버킷(15)의 안에 들어 있는 굴삭 대상물의 무게 중심을 연결하는 직선의 길이를 Lload, 그 직선과 수평선이 이루는 각을 θload라고 하면, 굴삭 대상물에 작용하는 중력에 의해 붐(13)의 회전축 둘레에 발생하는 토크(τloadg)는 식(6)에 의해, 짐에 작용하는 원심력에 의해 붐(13)의 회전축 둘레에 발생하는 토크(τloadc)는 식(7)에 의해 구해진다.
τloadg=mload·g·Lload·cos(θload) …(6)
τloadc=mload·Lload 2·ω2·sin(θload)·cos(θload) …(7)
붐(13)의 회전축 둘레의 토크의 균형의 식(8)을 이용함으로써 굴삭 대상물의 중량인 굴삭 하중(mload)은 식(9)에 의해 연산할 수 있다.
τbmcyl+τloadc=τfrg+τfrc+τloadg …(8)
mload={Fbmcyl·Lbmcyl·sin(θbmcyl)-mfr·g·Lfr·cos(θfr)-mfr·Lfr 2·ω2·sin(θfr)·cos(θfr)}/{g·Lload·cos(θload)-Lload 2·ω2·sin(θload)·cos(θload)} …(9)
이와 같이 연산된 굴삭 하중(mload)은 표시 제어부(58)에 의해 모니터(23)를 개재하여 조종자에게 통지된다.
단계 S108에서는, 굴삭 작업의 개시 시에 단계 S105에서 연산한 굴삭 거리(D1)와, 그 굴삭 작업의 종료 시에 단계 S107에서 연산한 굴삭 하중(mload)을 1세트의 데이터로 하여 작업 결과 기억부(54)에 보존한다. 구체적으로는 도 8(b)에서 나타낸 바와 같이, 실제로 행한 굴삭 작업에 있어서의 굴삭 하중(mload)과 굴삭 거리(D1)를 쌍으로 하여, 작업 결과 기억부(54)에 보존한다.
단계 S109에서는, 컨트롤러(21)는 대응 관계 설정부(55)를 이용하여 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 대응 관계를 갱신(재설정)한다. 대응 관계 설정부(55)는, 단계 S108에서 새롭게 추가한 굴삭 하중-굴삭 거리의 정보를 포함시킨 작업 결과 기억부(54)의 정보를 이용하여, 단계 S100에서 행한 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 대응 관계의 설정 처리와 마찬가지의 처리를 행한다. 본 실시형태에서는, 식 D=mW+b의 m과 b의 값을 재연산하고, 갱신함으로써, 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 대응 관계를 재설정한다.
-제 1 실시형태에서 얻어지는 효과-
상기한 바와 같이 구성된 유압 셔블(1)에 있어서, 유압 셔블(1)의 조종자가 프론트 작업 장치(12)로 굴삭 작업을 행하면, 그 때의 굴삭 거리와 굴삭 하중이 1세트의 데이터로 되어 작업 결과 기억부(54)에 그때마다 기억된다. 그리고, 굴삭 거리와 굴삭 하중의 대응 관계의 도출에 필요한 양의 데이터가 작업 결과 기억부(54)에 축적되면, 컨트롤러(21)는 대응 관계 설정부(55)를 이용하여 그 축적 데이터로부터 파악되는 굴삭 거리와 굴삭 하중의 대응 관계의 경향에 기초하여 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 대응 관계를 설정한다. 대응 관계가 설정된 후에는, 목표 굴삭 거리 연산부(57)가 그 대응 관계를 이용하여 목표 굴삭 하중 설정부(56)에서 설정된 목표 굴삭 하중에 대응하는 목표 굴삭 거리를 연산하고, 그 목표 굴삭 거리에 관한 정보가 굴삭 작업 시에 모니터(23) 상에 표시된다. 즉 본 실시형태에서는 굴삭 거리(제 1 굴삭 거리)와 굴삭 하중의 실적값으로부터 양자의 대응 관계를 추정하고, 그 대응 관계를 기초로, 목표 굴삭 하중이 얻어지는 굴삭 작업 개시 시의 버킷 갈고리끝 위치의 지표가 되는 목표 굴삭 거리(제 1 굴삭 거리의 목표값)를 연산하여, 그 목표 굴삭 거리를 유압 셔블(1)의 조종자에게 모니터(23)를 개재하여 제공하는 것으로 했다. 이에 의해 유압 셔블(1)의 조종자가 모니터(23)의 목표 굴삭 거리를 참조하면 기량이나 경험에 상관없이 용이하게 버킷 갈고리끝을 굴삭 개시 위치로 이동할 수 있고, 그곳으로부터 아암 크라우드 조작으로 굴삭 작업을 개시함으로써 목표 굴삭 하중에 가까운 하중값의 굴삭 대상물을 버킷(15) 내에 실을 수 있다. 이에 의해 덤프 트럭(운반 기계)에 대한 굴삭 대상물의 적재 중량을 그 덤프 트럭의 최대 적재량에 가깝게 하는 것이 용이해지므로 굴삭 작업 및 적재 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에서는 대응 관계 설정부(55)가 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 대응 관계를 굴삭 작업 때마다 설정하므로, 항상 최신의 대응 관계를 이용할 수 있다. 이에 의해 작업 환경이 변화한 경우에도 변화 후의 작업 환경에 입각한 목표 굴삭 거리를 신속히 연산할 수 있다.
본 실시형태에서는 모니터 화면 상의 보조 그림 표시부(83)에 버킷 갈고리끝 위치(점(86))와 굴삭 개시 위치(직선(85))가 표시되어 있고, 유압 셔블(1)의 조종자는 이것을 보면서 프론트 작업 장치(12)를 조작함으로써 용이하게 버킷 갈고리끝을 굴삭 개시 위치에 도달시킬 수 있다. 이에 의해 덤프 트럭의 과적재나 적재 부족이 발생하는 것을 방지할 수 있어 적량의 적재가 용이해진다.
또한, 도 7의 플로우 차트에서는 처리의 개시 시에 단계 S100에서 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 대응 관계를 반드시 설정하는 예를 제시했지만, 과거에 설정 처리를 실행한 경우에는 단계 S100의 처리는 생략 가능하다. 또한 도 7의 플로우 차트에서는 굴삭 작업 때마다 단계 S109에서 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 대응 관계를 반드시 설정하는 것으로 하고 있지만 단계 S109를 실행하는 빈도는 임의로 변경 가능하다. 예를 들면 정밀도가 좋은 대응 관계가 설정되어 있는 경우에는 생략이 가능하다.
또한, 상기에서는 목표 굴삭 하중을 목표 굴삭 하중 설정부에 의해 설정했지만, 유압 셔블(1)의 조종자가 입력하거나, 유압 셔블(1)의 관리자가 입력하여, 미리 설정한 수치를 목표 굴삭 하중으로서 이용해도 된다.
또한, 상기에서는 굴삭 거리로서, 수평 굴삭 개시 거리(D1)를 연산할 경우에 대하여 설명했지만, 상부 선회체(11)의 바닥면으로부터 굴삭 개시 위치까지의 수직 거리(수직 굴삭 개시 거리)(D3)를 굴삭 거리로 할 경우에도, 상기와 마찬가지의 처리를 행하면 된다.
<제 2 실시형태>
본 실시형태는, 목표 굴삭 거리에 대한 실제의 굴삭 거리의 달성도를 연산하고, 그 달성도를 모니터(23)에 표시하는 점에 특징이 있다.
도 13은 제 2 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다. 도 13의 컨트롤러(21b)는 도 6에 나타낸 제 1 실시형태의 컨트롤러(21)에 목표 달성도 판정부(61)를 추가한 구성이 된다. 목표 달성도 판정부(61)는, 목표 굴삭 거리 연산부(57)에 의해 연산된 목표 굴삭 거리와 굴삭 거리 연산부(52)에 의해 연산된 굴삭 거리에 기초하여, 목표 굴삭 거리에 대한 굴삭 거리의 달성도를 판정한다. 목표 달성도 판정부(61)는 그 판정 결과인 달성도를 표시 제어부(58)에 출력하고, 표시 제어부(58)는 입력된 달성도를 모니터(23)에 표시한다.
도 14는 제 2 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21b)가 행하는 처리의 플로우 차트이고, 제 1 실시형태의 플로우 차트(도 7 참조)에 단계 S200과 단계 S201이 추가되어 있다.
단계 S200에서는, 단계 S102와 단계 S105에서 연산한 목표 굴삭 거리와 굴삭 거리를 이용하여, 목표 달성도 판정부(61)에서 목표 달성도를 판정한다. 본 실시형태에 있어서의 목표 달성도는 목표 굴삭 거리에 대한 굴삭 거리의 비율을 백분율로 나타낸 값으로 판정한다.
단계 S201에서는, 표시 제어부(58)는 단계 S200에서 판정한 목표 달성도를 모니터(23)에 표시하여 유압 셔블(1)의 조종자에게 제시한다. 도 15에서 나타내는 바와 같이, 목표 달성도를 나타내는 수치는 모니터 화면 상의 목표 굴삭 거리 표시부(84)의 아래에 마련된 목표 달성도 표시부(88)에 표시된다.
-제 2 실시형태에서 얻어지는 효과-
본 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태의 효과에 더하여, 목표 달성도를 통하여 조종자의 프론트 작업 장치(12)의 조작의 적부(適否)가 가시화되므로, 조종자의 프론트 조작 능력의 가일층의 향상을 기대할 수 있다. 그 결과, 보다 과적재와 적재 부족을 방지할 수 있다.
<제 3 실시형태>
본 실시형태는, 목표 굴삭 거리와 실제의 굴삭 거리를 대응지어 기억하고, 그 기억 정보를 이용하여 목표 굴삭 거리에 대한 실제의 굴삭 거리의 경향을 판정하여 수치화하며, 그 판정 결과에 관한 수치(예를 들면 평균값이나 분산)를 모니터(23)에 표시하는 점에 특징이 있다.
도 16은 제 3 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다. 도 16의 컨트롤러(21c)는, 도 6에 나타낸 제 1 실시형태의 컨트롤러(21)에 대하여, 목표 굴삭 거리 연산부(57)에 의해 연산된 목표 굴삭 거리와 굴삭 거리 연산부(52)에 의해 연산된 굴삭 거리를 대응지어 기억하는 굴삭 거리 기억부(62)와, 굴삭 거리 기억부(62)의 기억 정보를 이용하여 목표 굴삭 거리에 대한 굴삭 거리의 경향을 판정하는 굴삭 거리 경향 판정부(63)가 추가되어 있다. 굴삭 거리 경향 판정부(63)의 판정값은 표시 제어부(58)에 출력되고, 표시 제어부(58)는 굴삭 거리 경향 판정부(63)의 판정 결과를 모니터(23)에 표시한다.
도 17은 제 3 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21c)가 행하는 처리의 플로우 차트이고, 제 1 실시형태의 플로우 차트(도 7 참조)에 단계 S300, S301, S302가 추가되어 있다.
단계 S300에서는, 컨트롤러(21c)는 단계 S102에서 연산한 목표 굴삭 거리와 단계 S105에서 연산한 굴삭 거리를 1세트의 데이터로 하여 굴삭 거리 기억부(62)에 보존한다. 보존되는 형태는 작업 결과 기억부(54)에 있어서의 굴삭 하중과 굴삭 거리의 보존 형태와 마찬가지로, 목표 굴삭 거리와 굴삭 거리가 쌍이 되어 보존된다.
단계 S301에서는, 굴삭 거리 경향 판정부(63)는, 굴삭 거리 기억부(62)에 보존되어 있는 정보를 이용하여, 굴삭 거리의 경향 판정을 행한다. 굴삭 거리 경향 판정부(63)에서 판정하는 경향은, 예를 들면 목표 굴삭 거리에 대한 실제의 굴삭 거리의 비율을 백분율로 나타내고 그 평균값과 분산을 이용하여 판정된다. 평균값이 100%를 초과할 경우에는 조종자에 의한 프론트 작업 장치(12)의 조작이 목표 굴삭 거리에 대하여 긴 굴삭 거리가 되는 경향이 있고, 평균이 100% 미만인 경우에는 조종자에 의한 프론트 작업 장치(12)의 조작이 목표 굴삭 거리에 대하여 짧은 굴삭 거리가 되는 경향이 있게 된다. 또한, 표준 편차가 클수록, 조종자에 의한 프론트 작업 장치(12)의 조작의 굴삭 거리가 목표 굴삭 거리에 대하여 편차가 있게 된다.
단계 S302에서는, 표시 제어부(58)는 단계 S301에서 연산한 평균값과 표준 편차의 값을 모니터(23)에 표시하여 조종자에게 제시한다. 도 18에서 나타내는 바와 같이 평균값과 표준 편차의 값은 모니터 화면 상의 목표 굴삭 거리 표시부(84)의 아래에 마련된 굴삭 거리 경향 판정 결과 표시부(89)에 표시된다.
-제 3 실시형태에서 얻어지는 효과-
본 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태의 효과에 더하여, 조종자가 목표 굴삭 거리에 대한 프론트 작업 장치(12)의 조작 경향을 파악할 수 있다. 이에 의해 그 경향을 조작 방법의 개선에 활용함으로써 조종자의 조작의 숙달을 기대할 수 있다.
<제 4 실시형태>
본 실시형태는, 목표 굴삭 하중이 버킷의 정격 하중 미만인지의 여부를 판정하고, 목표 굴삭 하중이 버킷의 정격 하중 미만으로 판정된 경우에는 목표 굴삭 거리를 모니터 화면 상에 표시하지만, 목표 굴삭 하중이 버킷의 정격 하중 이상으로 판정된 경우에는 목표 굴삭 거리를 모니터 화면 상에로 표시하지 않는 점에 특징이 있다.
도 19는 제 4 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다. 도 19의 컨트롤러(21d)는, 도 6에 나타낸 제 1 실시형태의 컨트롤러(21)에 대하여, 목표 굴삭 하중 설정부(56)에 의해 연산된 목표 굴삭 하중과 버킷(15)의 정격 용량 정보에 기초하여 목표 굴삭 하중이 버킷(15)의 정격 하중 미만인지의 여부를 판정하는 목표 굴삭 거리 통지 판정부(64)가 추가되어 있다. 목표 굴삭 거리 통지 판정부(64)의 판정 결과는 표시 제어부(58)에 입력되고, 모니터(23)에는, 목표 굴삭 거리 통지 판정부(64)에 의해 목표 굴삭 하중이 버킷(15)의 정격 하중 미만으로 판정된 경우에 목표 굴삭 거리가 표시된다.
도 20은 제 4 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21d)가 행하는 처리의 플로우 차트이고, 제 1 실시형태의 플로우 차트(도 7 참조)에 단계 S400과 S401이 추가되어 있다.
단계 S400에서는, 컨트롤러(21d)는 목표 굴삭 거리 통지 판정부(64)를 이용하여, 목표 굴삭 하중을 표시할지의 여부의 판정을 행한다. 목표 굴삭 거리 통지 판정부(64)는, 단계 S101에서 연산한 목표 굴삭 하중과, 미리 컨트롤러(21d)의 기억 장치에 기억되어 있는 버킷(15)의 정격 용량으로부터 연산되는 굴삭 대상물의 하중값(정격 하중)을 비교하여, 목표 굴삭 하중이 버킷(15)의 정격 하중 미만인 경우에는 단계 S102로 이동한다. 그 이외의 경우, 즉 덤프 트럭(2)에 적재 가능한 하중이 버킷(15)의 정격 하중 이상인 경우에는 단계 S401로 이동한다.
단계 S401에서는, 표시 제어부(58)는 도 10의 모니터 화면에 있어서의 목표 굴삭 거리 표시부(84)의 목표 굴삭 거리와, 보조 그림 표시부(83) 내의 굴삭 개시 위치를 나타내는 선(85)을 비표시로 한다. 이 때 보조선(87)이나 갈고리끝 위치(86)도 비표시로 해도 된다.
-제 4 실시형태에서 얻어지는 효과-
본 실시형태에서는, 덤프 트럭이 과적재가 될 수 없는 경우에는 유압 셔블(1)의 조종자에 대하여 목표 굴삭 거리가 제시되지 않으므로, 프론트 작업 장치(12)의 조작으로 목표 굴삭 거리를 목표로 할 필요가 없어져, 조종자의 심리적 부담을 저감할 수 있다.
<제 5 실시형태>
본 실시형태는, 입력 장치 등으로부터의 외부 입력에 기초하여 유압 셔블(1)의 굴삭 환경을 설정 가능하게 하고, 그 설정된 굴삭 환경마다 굴삭 하중과 굴삭 거리를 대응지어 기억하며, 그 기억한 정보를 이용하여 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리와의 대응 관계를 굴삭 환경마다 설정하고, 그 설정된 대응 관계와 굴삭 환경과 목표 굴삭 하중에 기초하여 목표 굴삭 거리를 연산하는 점에 특징이 있다.
도 21은 제 5 실시형태에 관련되는 유압 셔블(1)의 굴삭 적재 작업 안내 시스템의 개략도이다. 본 실시형태는, 제 1 실시형태의 시스템 구성에 있어서, 유압 셔블(1)의 굴삭 환경을 설정하기 위한 입력 장치인 스위치(34)를 가지는 모니터(23e)로 모니터(23)를 변경한 것에 상당한다. 본 실시형태의 스위치(34)는, 로터리 스위치이고, 손잡이가 존재하여 회전을 할 수 있는 구조이다. 스위치(34)의 신호는 컨트롤러(21e)에 입력되도록 구성되어 있다.
도 22는 제 5 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다. 도 22의 컨트롤러(21e)는, 도 6에 나타낸 제 1 실시형태의 컨트롤러(21)에 대하여, 스위치(34)로부터 출력되는 신호에 기초하여 유압 셔블(1)의 굴삭 환경을 설정하는 굴삭 환경 설정부(59)가 추가되어 있고, 작업 결과 기억부(54)가 굴삭 환경 설정부(59)에서 설정된 굴삭 환경마다 굴삭 하중 연산부(53)의 연산 결과와 굴삭 거리 연산부(52)의 연산 결과를 대응지어 기억하는 굴삭 환경별 작업 결과 기억부(60)로 변경되어 있다. 대응 관계 설정부(55)는, 굴삭 환경별 작업 결과 기억부(60)에 기억된 정보를 이용하여, 굴삭 환경 설정부(59)에서 설정된 굴삭 환경마다 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리와의 대응 관계를 설정한다. 또한 목표 굴삭 거리 연산부(57)는, 굴삭 환경 설정부(59)에서 설정된 굴삭 환경과 대응 관계 설정부(55)에 의해 설정된 대응 관계와 목표 굴삭 하중 설정부(56)에 의해 설정된 목표 굴삭 하중에 기초하여 목표 굴삭 거리를 연산한다. 굴삭 환경 설정부(59)의 출력은 굴삭 거리 연산부(57)와 표시 제어부(58)에도 입력된다.
도 23은 제 5 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21e)가 행하는 처리의 플로우 차트이고, 제 1 실시형태의 플로우 차트(도 7 참조)에 단계 S500이 추가되어 있다. 또한, 굴삭 하중과 굴삭 거리를 기억 장치에 보존하고 있는 단계 S108이, 굴삭 환경별로 굴삭 하중과 굴삭 거리를 기억 장치에 보존하는 단계 S501로 변경되어 있다.
단계 S500에서 컨트롤러(21e)는 굴삭 환경 설정부(59)를 이용하여, 스위치(34)로부터 신호를 판독하여 굴삭 환경의 설정을 행한다. 모니터(23e)는 도 24와 같이 구성되어 있고, 조종자는 스위치(34)를 회전시킴으로써 임의로 굴삭 환경으로 설정할 수 있다. 본 실시형태에서는 굴삭 환경으로서 굴삭 대상물의 종류가 철광석인지 석탄인지를 선택 가능하게 스위치(34)가 구성되어 있고, 선택된 굴삭 대상물이 모니터 화면 상의 굴삭 환경 표시부(90)에 표시되어 있다. 굴삭 대상물은 그 종류에 따라 밀도나 점성이 상이하기 때문에 버킷 정격 하중이 변화할 가능성이 있고, 그 결과, 목표 굴삭 하중도 굴삭 대상물에 따라 변화할 가능성이 있다.
그 밖의 굴삭 환경의 분류로서는, 예를 들면, 하부 주행체(10)에 대한 굴삭 대상물(3)의 위치에 의한 분류(미굴삭의 굴삭 대상물(3)이 하부 주행체(10)의 바닥면보다 상방에 위치하는 상방 굴삭인지, 동 바닥면보다 하방에 위치하는 하방 굴삭인지), 조종자에 의한 분류, 유압 셔블의 차격(車格)에 의한 분류, 날씨에 의한 분류, 이들 복수의 분류의 조합 등이 있다. 또한 굴삭 환경의 입력은 스위치(34)에만 한정되지 않고, 복수의 버튼을 가지는 입력 장치나 터치 패널식의 모니터 등, 다양한 입력 장치의 이용이 가능하다.
단계 S501에서는, 컨트롤러(21e)는, 굴삭 환경 설정부(59)에서 설정된 굴삭 환경으로 나누어 굴삭 하중과 굴삭 거리를 굴삭 환경별 작업 결과 기억부(60)에 기억한다. 스위치(34)에 의해 굴삭 대상물로서 철광석이 선택되어 있는 경우(굴삭 환경 A의 경우)에는 데이터는 작업 결과 기억부(60a)에 기억되고, 석탄이 선택되어 있는 경우(굴삭 환경 B의 경우)에는 데이터는 작업 결과 기억부(60b)에 기억된다.
-제 5 실시형태에서 얻어지는 효과-
굴삭 하중과 굴삭 거리의 관계는 굴삭 환경에 크게 의존하지만, 본 실시형태에 의하면 굴삭 환경마다 양자의 관계를 기억하므로 굴삭 환경마다 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리의 대응 관계를 설정하는 것이 가능해진다. 그리고 굴삭 환경에 맞춘 목표 굴삭 거리를 조종자에게 제시함으로써, 조종자는 굴삭 환경에 맞춘 프론트 작업 장치(12)의 조작이 가능해지고, 굴삭 환경에 맞춘 적량의 굴삭 적재가 용이해진다.
<제 6 실시형태>
본 실시형태는, 굴삭 거리로서 제 2 굴삭 거리, 즉, 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치까지의 거리인 굴삭 이동 거리, 또는, 버킷 갈고리끝이 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치에 이동할 때까지의 궤적의 길이인 굴삭 궤적 길이를 연산하고, 그 굴삭 거리(제 2 굴삭 거리)와 굴삭 하중의 데이터로부터 목표 굴삭 하중과 목표 굴삭 거리(제 2 굴삭 거리의 목표값)의 대응 관계를 설정하는 점에 특징이 있다.
도 25는 제 6 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다. 도 25의 컨트롤러(21g)는, 도 6에 나타낸 제 1 실시형태의 컨트롤러(21)에 대하여, 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)를 추가한 구성이 된다. 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)는, 작업 판정부(50)의 판정 결과와 갈고리끝 위치 연산부(51)의 연산 결과에 기초하여 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치에 이동할 때까지의 버킷 갈고리끝 위치의 이력(즉 버킷 갈고리끝의 궤적)을 기억한다. 굴삭 거리 연산부(52)는, 굴삭 거리로서, 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 기억되어 있는 위치 이력으로부터 버킷 갈고리끝의 궤적의 길이를 연산하여, 작업 결과 기억부(54)에 출력한다.
도 26은 제 6 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21g)가 행하는 처리의 플로우 차트이며, 제 1 실시형태의 플로우 차트(도 7 참조)에 단계 S600이 추가되고, 단계 S103 내지 단계 S106이 변경되어 있다.
단계 S104에서는 작업 판정부(50)는 굴삭 작업이 개시되었는지의 여부를 판정하고, 굴삭 작업이 개시되었다고 판정한 경우에는 단계 S600으로 진행된다.
단계 S600에서는 컨트롤러(21g)는 갈고리끝 위치 연산부(51)의 연산 결과를 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 기억하고 단계 S106으로 진행된다. 단계 S106에서는 작업 판정부(50)는 굴삭 작업이 종료되었는지의 여부를 판정하고, 굴삭 작업이 계속중이라고 판정한 경우에는 단계 S600으로 되돌아가 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에의 갈고리끝 위치의 기억을 계속한다. 한편, 굴삭 작업이 종료되었다고 판정한 경우에는 단계 S601로 진행된다. 이 단계 S104, S600, S106의 처리에 의해 굴삭 작업의 개시 시부터 종료 시까지의 버킷 갈고리끝 위치의 이력이 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 기억된다.
단계 S601에서는, 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 기억된 굴삭 중 갈고리끝 위치 이력으로부터 굴삭 거리를 구한다. 이 굴삭 중 갈고리끝 위치의 이력으로부터 구해지는 굴삭 거리로서는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치까지의 수평 굴삭 이동 거리(D2)와, 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치까지의 수직 굴삭 이동 거리(D4)와, 굴삭 작업 중의 버킷(15)의 갈고리끝의 궤적의 길이(굴삭 궤적 길이)(D5) 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는 수평 굴삭 이동 거리(D2)를 굴삭 거리로 한다. 수평 굴삭 이동 거리(D2)는 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 기억된 굴삭 개시 시의 갈고리끝 위치와 굴삭 종료 시의 갈고리끝 위치에 의해 용이하게 연산할 수 있다.
또한, 갈고리끝의 궤적의 길이(D5)는, 도 28에 나타내는 바와 같이, 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 기억되어 있는 굴삭 작업 중의 갈고리끝 위치 Pn과 Pn+1로 이루어지는 직선(Ln)의 길이를 적산함으로써 연산할 수 있다.
본 실시형태의 모니터(23)는 제 1 실시형태의 도 10과 마찬가지의 화면을 표시한다. 단, 보조 그림 중의 굴삭 개시 위치를 나타내는 직선(85)은, 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 기억되어 있는 이력으로부터 연산하는 것으로 하고, 굴삭 작업 개시 후에 표시하는 것으로 한다. 추가로 표시 기간을 한정하면, 굴삭 작업 개시로부터 굴삭 작업 종료까지의 동안, 즉 도 26의 단계 600이 실행되고 있는 동안, 직선(85)을 표시하는 것이 바람직하다. 이와 같이 표시되는 직선(85)은 실제의 굴삭 개시 위치를 표시하기 때문에 조종자가 굴삭 이동 거리를 인식할 때의 기준으로서 도움이 된다. 그런데, 굴삭 작업 중에 있어서의 유압 셔블(1)의 버킷(15)의 갈고리끝의 궤적의 길이(D5)를 굴삭 거리로서 이용할 경우, 보조 그림 중의 직선(85)의 표시는 생략해도 된다.
-제 6 실시형태에서 얻어지는 효과-
유압 셔블(1)의 조종자는, 스킬·경험이 부족해도, 모니터(23)에 표시되는 정보를 참고함으로써, 유압 셔블(1)의 프론트 작업 장치(12)의 조작 시에, 굴삭 작업이 개시된 시점부터 유압 셔블(1)의 프론트 작업 장치(12)의 조작 방법을 몰라서 과적재나 적재 부족이 되는 경우가 없어져, 적량의 적재가 용이해진다.
<제 7 실시형태>
본 실시형태는, 굴삭 작업의 개시 전에는 제 1 굴삭 거리의 목표값(목표 제 1 굴삭 거리)을 모니터(23)에 표시하고, 굴삭 작업의 개시 후에는 제 2 굴삭 거리의 목표값(목표 제 2 굴삭 거리)을 모니터(23)에 표시하는 것을 특징으로 한다. 「제 1 굴삭 거리」는 굴삭 작업 개시 시의 버킷(15)의 갈고리끝의 위치를 나타내는 거리 정보로서, 본 고에서는 유압 셔블(1)의 본체(상부 선회체(11) 또는 하부 주행체(10))에 설정된 기준점으로부터 굴삭 개시 시의 버킷 갈고리끝 위치까지의 거리로 정의되어 있고, 예를 들면 D1, D3(도 3 참조)이 해당한다. 「제 2 굴삭 거리」는 굴삭 작업 종료 시의 버킷(15)의 갈고리끝의 위치를 나타내는 거리 정보로서, 본 고에서는 굴삭 개시 시의 버킷 갈고리끝 위치로부터 굴삭 종료 시의 버킷 갈고리끝 위치까지의 거리로 정의되어 있고, 예를 들면 D2, D4, D5(도 27 참조)가 해당한다. 본 실시형태에서는, 제 1 굴삭 거리로서 수평 굴삭 개시 거리(D1)를, 제 2 굴삭 거리로서 수평 굴삭 이동 거리(D2)를 이용한다.
본 실시형태의 시스템 구성은 제 6 실시형태와 동일하고, 본 실시형태의 컨트롤러(21g)는 도 6에 나타낸 제 1 실시형태의 컨트롤러(21)에 대하여 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)를 추가한 구성이 된다. 굴삭 거리 연산부(52)는, 작업 판정부(50)에 의해 굴삭 작업이 개시되었다고 판정되었을 때의 버킷(15)의 갈고리끝 위치를 제 1 굴삭 거리로서 연산하고, 작업 판정부(50)에 의해 굴삭 작업 중이라고 판정되고 있는 동안의 버킷(15)의 갈고리끝 위치의 이력(이 정보는 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)로부터 취득함)에 기초하여 제 2 굴삭 거리를 연산한다. 작업 결과 기억부(54)는, 굴삭 하중 연산부(53)에 의해 연산된 굴삭 하중과 굴삭 거리 연산부(52)에 의해 연산된 제 1 굴삭 거리 및 제 2 굴삭 거리를 대응지어 기억한다. 대응 관계 설정부(55)는, 작업 결과 기억부(54)에 기억된 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리 및 제 2 굴삭 거리와의 대응 관계의 경향에 기초하여, 굴삭 하중의 목표값인 목표 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리 및 제 2 굴삭 거리의 목표값인 목표 제 1 굴삭 거리 및 목표 제 2 굴삭 거리와의 대응 관계를 설정한다. 목표 굴삭 거리 연산부(57)는, 대응 관계 설정부(55)에 의해 설정된 대응 관계와 목표 굴삭 하중 설정부(56)에 의해 설정된 목표 굴삭 하중에 기초하여, 전표 제 1 굴삭 거리 및 목표 제 2 굴삭 거리를 연산한다. 모니터(23)는, 목표 굴삭 거리 연산부(57)에 의해 연산된 목표 제 1 굴삭 거리 및 목표 제 2 굴삭 거리를 표시한다.
도 29는 제 7 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21g)가 행하는 처리의 플로우 차트이고, 제 6 실시형태의 플로우 차트(도 26 참조)에 단계 S700 내지 단계 S708이 추가되어 있다.
단계 S700에서, 컨트롤러(21g)는, 도 30과 같이 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리와 제 2 굴삭 거리의 정보를 읽고, 대응 관계 설정부(55)를 이용하여 도 31와 도 32에 나타내는 바와 같이 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리 및 제 2 굴삭 거리의 대응 관계를 설정한다.
도 30은 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리(D1)와 제 2 굴삭 거리(D2)가 1세트의 데이터로 되어 작업 결과 기억부(54)에 보존되는 형태를 나타낸다. 각 굴삭 작업은 굴삭 ID로 특정되어 있고, 그 각 굴삭 작업에서 연산된 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리와 제 2 굴삭 거리가 1세트의 데이터로 되어 작업 결과 기억부(54)에 보존된다.
도 31과 도 32는 대응 관계 설정부(55)로부터 설정되는 대응 관계의 예를 나타낸다. 도 31은, 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리의 관계를 나타낸다. 도 31은, 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는 정보로부터 추출한 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리의 데이터를, 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리를 각각 등간격으로 나누어 형성한 격자의 각 셀에 저장함으로써 목표 굴삭 하중과 목표 제 1 굴삭 거리의 대응 관계를 설정하는 예의 설명도이다. 대응 관계 설정부(55)는, 격자의 각 셀에 저장된 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리의 데이터 세트수를 계수하고, 굴삭 하중 구간마다 가장 많은 데이터를 포함하는 셀A를 정한다. 그리고, 각 굴삭 하중 구간에서 가장 많은 데이터를 포함하는 셀A의 제 1 굴삭 거리의 대표값(D1rep)을 연산하고, 굴삭 하중 구간과 제 1 굴삭 거리의 대표값(D1rep)으로, 목표 굴삭 하중과 목표 제 1 굴삭 거리의 대응 관계를 설정한다. 제 1 굴삭 거리의 대표값(D1rep)은, 구간의 중간값(D1rep=(d1upper+d1lower)/2)이어도, 격자 내 데이터의 제 1 굴삭 거리의 평균값(D1rep=mean(d1|d1∈A))이어도, 격자 내 데이터의 제 1 굴삭 거리의 중앙값(D1rep=median(d1|d1∈A))이어도 된다. 목표 굴삭 거리 연산부(57)는, 대응 관계 설정부(55)가 구축한 목표 굴삭 하중과 목표 제 1 굴삭 거리의 대응 관계에 기초하여, 예를 들면 입력된 목표 굴삭 하중(W)이 굴삭 하중 구간(wi≤W<wi+1)에 해당할 경우에는 제 1 굴삭 거리 대표값(D1repi)을 목표 제 1 굴삭 거리로서 출력한다.
또한, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 대응 관계 설정부(55)는, 굴삭 하중 구간(wi≤W<wi+1)에 있어서 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는 정보의 수가 미리 설정되어 있는 문턱값을 충족하지 않을 경우는, 제 1 굴삭 거리 대표값(D1repi) 대신에 에러 코드를 목표 굴삭 거리 연산부(57)에 출력해도 된다.
도 32는, 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는 정보로부터 쌍으로 되어 있는 제 1 굴삭 거리(D1)가 d1lower≤D1<d1upper인 굴삭 하중과 제 2 굴삭 거리를 추출하고, 그 추출한 데이터를, 굴삭 하중과 제 2 굴삭 거리를 각각 등간격으로 나누어 형성한 격자의 각 셀에 저장함으로써 목표 굴삭 하중과 목표 제 2 굴삭 거리의 대응 관계를 설정하는 예의 설명도이다. 대응 관계 설정부(55)는, 격자의 각 셀에 저장된 굴삭 하중과 제 2 굴삭 거리의 데이터 세트수를 계수하고, 굴삭 하중 구간마다 가장 많은 데이터를 포함하는 셀B를 정한다. 그리고, 각 굴삭 하중 구간에서 가장 많은 데이터를 포함하는 셀B의 제 2 굴삭 거리의 대표값(D2rep)을 연산하고, 제 2 굴삭 거리의 대표값(D2rep)으로, 제 1 굴삭 거리(D1)가 d1lower≤D1<d1upper인 경우의 목표 굴삭 하중과 목표 제 2 굴삭 거리의 대응 관계를 설정한다. 제 1 굴삭 거리(D1)가 d1lower≤D1<d1upper인 경우의 제 2 굴삭 거리의 대표값(D2rep)은, 구간의 중간값(D2rep=(d2upper+d2lower)/2)이어도, 격자 내 데이터의 제 2 굴삭 거리의 평균값(D2rep=mean(d2|d2∈B))이어도, 격자 내 데이터의 제 1 굴삭 거리의 중앙값(D2rep=median(d2|d2∈B))이어도 된다. 대응 관계 설정부(55)는, 제 1 굴삭 거리(D1)의 전체 범위에 걸쳐 마찬가지로 목표 굴삭 하중과 목표 제 2 굴삭 거리의 대응 관계를 설정한다.
또한, 제 1 굴삭 거리와 마찬가지로, 대응 관계 설정부(55)는, 제 1 굴삭 거리(D1)가 d1lower≤D1<d1upper인 경우의 굴삭 하중 구간(wi≤W<wi+1)에 있어서 작업 결과 기억부(54)에 보존되어 있는 정보의 수가 미리 설정되어 있는 문턱값을 충족하지 않을 경우에는, 제 2 굴삭 거리 대표값(D2repi) 대신에 에러 코드를 목표 굴삭 거리 연산부(57)에 출력해도 된다.
단계 S701에서는, 설정된 목표 굴삭 하중과 대응 관계 설정부(55)에서 설정한 굴삭 하중-제 1 굴삭 거리의 관계를 이용하여, 목표 굴삭 거리 연산부(57)를 이용하여 목표 제 1 굴삭 거리를 연산한다. 또한, 설정 관계로서 에러 코드가 입력된 경우에는, 목표 굴삭 거리 연산부(57)는 목표 굴삭 거리 대신에 호술의 표시 제어부(58)에 에러 코드를 출력한다.
단계 S702에서는, 표시 제어부(58)는 단계 S701에서 연산한 목표 제 1 굴삭 거리를 조종자에게 모니터(23)를 개재하여 제시한다. 도 33은 본 실시형태의 모니터 화면 상에 표시되는 정보예를 나타내는 도면이다. 도 33의 표시 화면은, 단계 S701과 후술의 단계 S704에서 연산되는 목표 제 1 굴삭 거리와 목표 제 2 굴삭 거리의 수치가 표시되는 목표 굴삭 거리 표시부(84a)를 구비하고 있다. 목표 굴삭 거리 표시부(84a)의 좌측에는, 제 1과 제 2라고 쓰여진 2개의 표시가 있고, 그 2개의 표시 중 어느 일방을 둘러싸는 직사각형은 목표 굴삭 거리 표시부(84a)에 표시되어 있는 목표 굴삭 거리가 목표 제 1 굴삭 거리와 목표 제 2 굴삭 거리 중 어느 것인지를 나타낸다. 목표 제 1 굴삭 거리가 표시되어 있는 경우, 그 수치와 함께 보조 그림 표시부(83) 내에 제 1 실시형태와 마찬가지로 보조 그림을 표시한다. 즉, 유압 셔블(1)의 간략도와, 보조선(87)과, 굴삭 개시 위치를 나타내는 직선(85)과, 갈고리끝 위치 연산부(51)에서 연산한 버킷 갈고리끝 위치를 나타내는 점(86)을 표시한다. 보조 그림에 의해, 스킬·경험이 부족한 조종자라도 목표 제 1 굴삭 거리가 조종석으로부터 어느 정도 떨어져 있는지, 버킷 갈고리끝 위치는 현재 어디에 위치하고 있는지를 용이하게 파악할 수 있다.
또한, 단계 S701에서의 목표 제 1 굴삭 거리의 연산 결과가 에러 코드로 출력된 경우는, 목표 굴삭 거리 표시부(84a)에 제 1 실시형태와 마찬가지로 에러 메시지를 표시하고, 보조 그림으로서 직선(85)은 표시하지 않도록 해도 된다.
단계 S703에서는, 컨트롤러(21)는 제 1 굴삭 거리(D1)를 연산한다. 굴삭 작업 개시 직후의 단계 S600에서 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 보존되어 있는 위치 이력 데이터로부터 제 1 굴삭 거리(D1)를 연산할 수 있다.
단계 S704에서는, 목표 굴삭 거리 연산부(57)는, 단계 S101에서 설정된 목표 하중과, 단계 S703에서 연산한 제 1 굴삭 거리와, 단계 S700 또는 S708에서 대응 관계 설정부(55)가 설정한 목표 굴삭 하중과 목표 제 1 굴삭 거리와의 대응 관계를 이용하여, 목표 제 2 굴삭 거리를 연산한다. 예를 들면, 목표 굴삭 하중(Wgoal)이 wi≤Wgoal<wi+1이고, 단계 S703에서 연산한 제 1 굴삭 거리(D1cur)가 d1lower≤D1cur<d1upper인 경우, d1lower≤D1<d1upper인 경우의 굴삭 하중 구간(wi≤W<wi+1)에 있어서의 제 2 굴삭 거리 대표값(D2repi)을 목표 제 2 굴삭 거리로서 출력한다. 또한, 설정 관계로서 에러 코드가 입력된 경우에는, 목표 굴삭 거리 연산부(57)는 목표 제 2 굴삭 거리 대신에 표시 제어부(58)에 에러 코드를 출력한다.
단계 S705에서는, 표시 제어부(58)는 단계 S704에서 연산한 목표 제 2 굴삭 거리를 조종자에게 모니터(23)를 개재하여 제시한다. 이 때, 단계 S702에서 표시된 목표 제 1 굴삭 거리 및 보조 그림은 갱신된다. 즉, 목표 굴삭 거리 표시부(84a)의 좌측에 표시되어 있는 "제 1"과 "제 2" 중, "제 2"가 직사각형으로 선택되고, 목표 굴삭 거리 표시부(84a)에 표시되어 있는 목표 굴삭 거리가 목표 제 2 굴삭 거리인 것을 나타낸다. 이 때, 보조 그림 표시부(83)에 표시되는 직선(85)은 굴삭 종료 위치를 나타내는 것으로 변경된다. 이 보조 그림에 의해, 스킬·경험이 부족한 조종자라도 목표 제 2 굴삭 거리가 조종석으로부터 어느 정도 떨어져 있는지, 버킷 갈고리끝 위치는 현재 어디에 위치하고 있는지를 용이하게 파악할 수 있게 된다. 단, 제 2 굴삭 거리로서 유압 셔블(1)의 버킷 갈고리끝의 궤적의 길이(D5)를 이용할 경우는, 굴삭 종료 위치를 나타내는 선(85)의 표시를 생략하는 것으로 한다.
또한, 단계 S704에서의 목표 제 2 굴삭 거리의 연산 결과가 에러 코드로 출력된 경우는, 목표 굴삭 거리 표시부(84a)에 제 1 실시형태와 마찬가지로 에러 메시지를 표시하고, 보조 그림으로서 직선(85)은 표시하지 않도록 해도 된다.
단계 S105에서 굴삭 작업이 종료되었다고 판정되면, 컨트롤러(21)는 단계 S706에 있어서, 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 기억된 굴삭 중 갈고리끝 위치 이력을 이용하여 제 2 굴삭 거리(D2)를 연산한다. 제 2 굴삭 거리(D2)는 제 6 실시형태의 단계 S601의 굴삭 거리의 연산과 마찬가지의 방법으로 연산할 수 있다.
단계 S707에서는, 컨트롤러(21)는 단계 S703과 단계 S706과 단계 S107에서 연산한 제 1 굴삭 거리와 제 2 굴삭 거리와 굴삭 하중을 작업 결과 기억부(54)에 추가 보존한다. 즉, 도 30에서 나타낸 바와 같이 실제로 행한 굴삭 작업에 있어서의 굴삭 하중과 제 1 굴삭 거리와 제 2 굴삭 거리를 쌍으로 하여 작업 결과 기억부(54)에 보존한다.
단계 S708에서 컨트롤러(21g)는 대응 관계 설정부(55)를 이용하여 목표 굴삭 하중과 목표 1 굴삭 거리 및 목표 제 2 굴삭 거리의 대응 관계를 갱신한다. 대응 관계 설정부(55)는, 단계 S707에서 새롭게 추가된 굴삭 하중과 제 1 및 제 2 굴삭 거리의 정보를 포함하는 작업 결과 기억부(54)의 정보를 이용하여, 단계 S700과 마찬가지로 목표 굴삭 하중과 목표 제 1 굴삭 거리와 목표 제 2 굴삭 거리의 대응 관계를 설정한다.
또한, 제 1 굴삭 거리와 제 2 굴삭 거리의 조합은, 상기의 D1과 D2의 조합 이외에도 예를 들면, 수직 굴삭 개시 거리(D3)와 수직 굴삭 이동 거리(D4)의 조합, 수평 굴삭 개시 거리(D1)와 굴삭 궤적 길이(D5)의 조합, 수직 굴삭 개시 거리(D3)와 굴삭 궤적 길이(D5)의 조합이 있다.
-제 7 실시형태에서 얻어지는 효과-
본 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태와 같이 굴삭 작업의 개시 전에 제 1 굴삭 거리의 목표값이 모니터(23)에 표시될 뿐만 아니라, 굴삭 작업의 개시 후에는 제 2 굴삭 거리의 목표값도 신속히 모니터(23)에 표시된다. 즉 목표 굴삭 하중을 얻기 위한 프론트 조작을 어시스트하는 정보로서 굴삭 개시 위치뿐만 아니라 굴삭 종료 위치도 조종자에게 제시할 수 있으므로, 실제의 굴삭 하중을 목표 굴삭 하중에 가깝게 하는 것이 더 용이해진다.
<제 8 실시형태>
본 실시형태는, 굴삭 작업 개시 후(즉 통상은 아암 크라우드 조작 중)에 목표 제 2 굴삭 거리에 대한 현재의 제 2 굴삭 거리의 비율을 진척도로서 연산하여 모니터(23)에 표시하는 점에 특징이 있다.
도 34는 제 8 실시형태의 시스템 구성을 나타내는 개략도이다. 도 34의 컨트롤러(21f)는, 도 25에 나타낸 제 7 실시형태의 컨트롤러(21g)에 대하여, 제 2 굴삭 거리 진척도 연산부(66)를 추가한 구성이 된다. 제 2 굴삭 거리 진척도 연산부(66)는, 목표 굴삭 거리 연산부(57)에 의해 연산된 목표 제 2 굴삭 거리에 대한 굴삭 거리 연산부(52)에 의해 연산된 제 2 굴삭 거리의 비율인 제 2 굴삭 거리 진척도를 연산한다. 제 2 굴삭 거리 진척도는 표시 제어부(58)에 출력되고, 모니터 화면 상에 제 2 굴삭 거리 진척도가 표시된다.
도 35는 제 8 실시형태에 관련되는 컨트롤러(21f)가 행하는 처리의 플로우 차트이고, 제 7 실시형태의 플로우 차트(도 29 참조)에 단계 S800과 단계 S801이 추가되어 있다.
단계 S800에서는, 제 2 굴삭 거리 진척도 연산부(66)는, 제 2 굴삭 거리 진척도를 연산한다. 목표 굴삭 거리 연산부(57)로부터 연산된 목표 제 2 굴삭 거리와, 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 보존되어 있는 버킷 갈고리끝 위치의 이력에 기초하여, 목표 제 2 굴삭 거리에 대한 제 2 굴삭 거리의 비율인 제 2 굴삭 거리 진척도가 연산된다. 본 실시형태에서는 제 2 굴삭 거리 진척도를 백분율로 나타내고 있다. 본 실시형태도 제 7 실시형태와 마찬가지로, 제 1 굴삭 거리로서 상부 선회체(11)의 선회 중심으로부터 굴삭 개시 위치까지의 수평 방향의 거리(D1)를, 제 2 굴삭 거리로서 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치까지의 수평 거리(D2)를 이용하는 것으로 한다. 예를 들면, 목표 제 2 굴삭 거리 10m에 대하여, 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부(65)에 보존되어 있는 버킷 갈고리끝 위치의 이력으로부터, 굴삭 개시 위치로부터 현재의 버킷 갈고리끝 위치까지의 수평 거리가 4m인 경우, 제 2 굴삭 거리 진척도는 4m/10m×100=40%이다.
단계 S801에서는, 표시 제어부(58)는 모니터(23)를 개재하여 단계 S800에서 연산한 제 2 굴삭 거리 진척도를 조종자에게 제시한다. 도 36에서 나타내는 바와 같이, 모니터(23)의 화면 상에는 제 2 굴삭 거리 진척도가 표시되는 진척도 표시부(91)가 마련되어 있다. 진척도 표시부(91)는, 진척도 표시부(91)의 우측단을 기준(진척도 0%)으로 하고 있고, 제 2 굴삭 거리 진척도의 증가와 함께 동 좌측단(진척도 100%)을 향해 목표 굴삭 거리 게이지(92)가 신장하도록 제 2 굴삭 거리 진척도를 표시하고 있다. 도 36은 제 2 굴삭 거리 진척도가 40%인 경우를 나타내고 있다. 또한, 표시부(84a)에 목표 제 1 굴삭 거리가 표시되어 있는 경우에는, 목표 굴삭 거리 게이지(92)를 비표시로 해도 된다.
-제 8 실시형태에서 얻어지는 효과-
제 7 실시형태의 모니터 화면에 제 2 굴삭 거리에 관한 목표 굴삭 거리 게이지(92)를 추가하여 표시함으로써, 조종자는 제 2 굴삭 거리의 진척도를 직감적으로 파악하기 쉬워진다. 특히, 제 2 굴삭 거리 중 버킷(15)의 갈고리끝 궤적의 길이(D5)의 표시에 관해서는, 보조 그림 표시부(83) 내의 보조 그림으로의 표시가 곤란하지만, 본 실시형태와 같이 목표 굴삭 거리 게이지(92)를 이용함으로써 용이하게 표시할 수 있다. 이에 의해 굴삭 하중을 목표값에 가깝게 하는 것이 더 용이해진다.
또한, 본 발명은, 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형례가 포함된다. 예를 들면, 본 발명은, 상기의 실시형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어떤 실시형태에 관련되는 구성의 일부를, 다른 실시형태에 관련되는 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.
상기에서는 제 1 굴삭 거리를 상부 선회체(11)의 선회 중심(유압 셔블에 설정한 소정의 기준점)으로부터 굴삭 개시 시의 버킷 갈고리끝 위치까지의 거리로 했지만, 현재(즉 버킷 갈고리끝 위치 산출 시)의 버킷 갈고리끝 위치로부터 굴삭 개시 시의 버킷 갈고리끝 위치까지의 거리(즉 현재 위치로부터 굴삭 개시 위치까지의 버킷 갈고리끝의 이동 거리)를 제 1 굴삭 거리로 해도 된다. 또한, 마찬가지로, 상기에서는 제 2 굴삭 거리를 굴삭 개시 시의 버킷 갈고리끝 위치로부터 굴삭 종료 시의 버킷 갈고리끝 위치까지의 거리로 했지만, 유압 셔블의 본체(상부 선회체(11) 및 하부 주행체(10))에 설정한 소정의 기준점으로부터 굴삭 종료 시의 버킷 갈고리끝 위치까지의 거리를 제 2 굴삭 거리로 해도 된다.
또한, 굴삭 거리의 연산 시에, GNSS(Global Navigation Satellite System) 등의 측위 위성 시스템을 이용하여 버킷측의 기준점(갈고리끝 위치)이나 유압 셔블 본체측의 기준점(선회 중심 위치)을 연산해도 되는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 상기의 컨트롤러(21)에 관련되는 각 구성이나 당해 각 구성의 기능 및 실행 처리 등은, 그들의 일부 또는 전부를 하드웨어(예를 들면 각 기능을 실행하는 로직을 집적 회로로 설계하는 등)로 실현해도 된다. 또한, 상기의 컨트롤러(21)에 관련되는 구성은, 연산 처리 장치(예를 들면 CPU)에 의해 읽기·실행됨으로써 컨트롤러(21)의 구성에 관련되는 각 기능이 실현되는 프로그램(소프트웨어)으로 해도 된다. 당해 프로그램에 관련되는 정보는, 예를 들면, 반도체 메모리(플래시 메모리, SSD 등), 자기 기억 장치(하드디스크 드라이브 등) 및 기록 매체(자기 디스크, 광 디스크 등) 등에 기억할 수 있다.
또한, 상기의 각 실시형태의 설명에서는, 제어선이나 정보선은, 당해 실시형태의 설명에 필요하다고 이해되는 것을 나타냈지만, 반드시 제품에 관련되는 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.
1 : 유압 셔블
2 : 운반 기계(덤프 트럭)
12 : 프론트 작업 장치(작업 장치)
16, 17, 18 : 유압 실린더(액추에이터)
21 : 컨트롤러(제어 장치)
23 : 모니터(표시 장치)
50 : 작업 판정부
51 : 갈고리끝 위치 연산부
52 : 굴삭 거리 연산부
53 : 굴삭 하중 연산부
54 : 작업 결과 기억부
55 : 대응 관계 설정부
56 : 목표 굴삭 하중 설정부
56 : 목표 굴삭 거리 연산부
58 : 표시 제어부
59 : 굴삭 환경 설정부
60 : 굴삭 환경별 작업 결과 기억부
61 : 목표 달성도 판정부
62 : 굴삭 거리 기억부
63 : 굴삭 거리 경향 판정부
64 : 목표 굴삭 거리 통지 판정부
65 : 굴삭 중 갈고리끝 위치 기억부
66 : 제 2 굴삭 거리 진척도 연산부

Claims (8)

  1. 버킷을 가지는 작업 장치와,
    상기 작업 장치를 구동하는 액추에이터와,
    상기 작업 장치의 자세 정보 및 상기 액추에이터의 부하 정보 중 적어도 일방에 기초하여 상기 작업 장치에 의해 행해지고 있는 굴삭 작업을 판정하고, 상기 작업 장치에 의해 굴삭된 굴삭 대상물의 하중값인 굴삭 하중을 연산하는 제어 장치와,
    연산된 상기 굴삭 하중을 표시하는 표시 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    굴삭 작업이 행해지고 있다고 판정되었을 때에 있어서의 상기 작업 기계에 설정된 기준점으로부터 상기 버킷에 설정된 기준점까지의 거리, 및 굴삭 작업이 행해지고 있다고 판정되고 있는 동안에 상기 버킷에 설정된 기준점이 이동한 거리 중 어느 일방을 굴삭 거리로서 상기 작업 장치의 자세 정보에 기초하여 연산하고,
    연산된 상기 굴삭 하중과 연산된 상기 굴삭 거리를 대응지어 기억하며,
    기억된 상기 굴삭 하중과 상기 굴삭 거리와의 대응 관계의 경향에 기초하여, 상기 굴삭 하중의 목표값인 목표 굴삭 하중과 상기 굴삭 거리의 목표값인 목표 굴삭 거리와의 대응 관계를 설정하고,
    상기 버킷의 정격 용량 정보에 기초하여 상기 목표 굴삭 하중을 설정하며,
    설정된 상기 대응 관계와 설정된 상기 목표 굴삭 하중에 기초하여, 상기 목표 굴삭 거리를 연산하고,
    상기 표시 장치는, 연산된 상기 목표 굴삭 거리를 표시하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴삭 거리는, 상기 작업 기계에 설정된 기준점으로부터 굴삭 작업 개시 시의 상기 버킷의 갈고리끝 위치까지의 거리 정보인 제 1 굴삭 거리이고,
    상기 표시 장치는, 상기 기준점으로부터 상기 목표 굴삭 거리만큼 떨어진 굴삭 개시 위치와 상기 버킷과의 위치 관계를 표시하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 연산된 상기 목표 굴삭 거리와 연산된 상기 굴삭 거리에 기초하여, 상기 목표 굴삭 거리에 대한 상기 굴삭 거리의 달성도를 판정하고,
    상기 표시 장치는, 판정 결과인 상기 달성도를 표시하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    연산된 상기 목표 굴삭 거리와 연산된 상기 굴삭 거리를 대응지어 기억하고,
    그 기억 정보를 이용하여 상기 목표 굴삭 거리에 대한 상기 굴삭 거리의 경향을 판정하며,
    상기 표시 장치는, 그 판정 결과를 표시하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 연산된 상기 목표 굴삭 하중과 상기 버킷의 정격 용량 정보에 기초하여 상기 목표 굴삭 하중이 상기 버킷의 정격 하중 미만인지의 여부를 판정하고,
    상기 표시 장치는, 그 판정에 있어서 상기 목표 굴삭 하중이 상기 버킷의 정격 하중 미만으로 판정된 경우, 상기 목표 굴삭 거리를 표시하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 작업 기계의 굴삭 환경을 설정하고,
    설정된 굴삭 환경마다 상기 굴삭 하중과 상기 굴삭 거리를 대응지어 기억하며,
    그 기억된 정보를 이용하여, 상기 굴삭 환경마다 상기 목표 굴삭 하중과 상기 목표 굴삭 거리와의 대응 관계를 설정하고,
    설정된 상기 굴삭 환경과 설정된 상기 대응 관계와 설정된 상기 목표 굴삭 하중에 기초하여, 상기 목표 굴삭 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴삭 거리는, 상기 작업 기계에 설정된 기준점으로부터 굴삭 작업 개시 시의 상기 버킷의 갈고리끝 위치까지의 거리 정보인 제 1 굴삭 거리와, 굴삭 작업 개시 시의 상기 버킷의 갈고리끝 위치로부터 굴삭 작업 종료 시의 상기 버킷의 갈고리끝 위치까지의 거리 정보인 제 2 굴삭 거리이고,
    굴삭 작업이 개시되었다고 판정되었을 때의 상기 버킷의 제어점의 위치를 상기 제 1 굴삭 거리로서 연산하고, 굴삭 작업 중이라고 판정되고 있는 동안의 상기 버킷의 제어점의 위치의 이력에 기초하여 상기 제 2 굴삭 거리를 연산하며,
    연산된 상기 굴삭 하중과 연산된 상기 제 1 굴삭 거리 및 상기 제 2 굴삭 거리를 대응지어 기억하고,
    기억된 상기 굴삭 하중과 상기 제 1 굴삭 거리 및 상기 제 2 굴삭 거리와의 대응 관계의 경향에 기초하여, 상기 굴삭 하중의 목표값인 목표 굴삭 하중과 상기 제 1 굴삭 거리 및 상기 제 2 굴삭 거리의 목표값인 목표 제 1 굴삭 거리 및 목표 제 2 굴삭 거리와의 대응 관계를 설정하며,
    설정된 상기 목표 굴삭 하중과 상기 목표 제 1 굴삭 거리 및 상기 목표 제 2 굴삭 거리와의 상기 대응 관계와 설정된 상기 목표 굴삭 하중에 기초하여, 상기 목표 제 1 굴삭 거리 및 상기 목표 제 2 굴삭 거리를 연산하고,
    상기 표시 장치는, 연산된 상기 목표 제 1 굴삭 거리 및 상기 목표 제 2 굴삭 거리를 표시하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 연산된 상기 목표 제 2 굴삭 거리에 대한 연산된 상기 제 2 굴삭 거리의 비율인 제 2 굴삭 거리 진척도를 연산하고,
    상기 표시 장치는, 연산된 상기 제 2 굴삭 거리 진척도를 표시하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
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