KR20200106968A

KR20200106968A - 작업 기계

Info

Publication number: KR20200106968A
Application number: KR1020207023887A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 야마다; 가츠마사 우지
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2020-09-15
Also published as: US11913198B2; CN111771027B; EP3816350B1; KR102443900B1; EP3816350A1; WO2020003994A1; JP2020002625A; US20210047808A1; EP3816350A4; CN111771027A; JP6956688B2

Abstract

유압 셔블에 탑재된 컨트롤러는, 상태 전환 신호의 입력에 기초하여 수동 제어와 반자동 제어의 2개의 제어를 전환하는 상태 천이부와, 상태 천이부에 의해 2개의 제어가 전환되어 붐 실린더의 속도가 2개의 제어의 전환 후의 제어가 규정하는 속도(Vo(t))로 변화할 때까지의 동안에 조작 레버에의 입력이 변화한 경우, 붐 실린더의 속도의 시간 변화율을 제1 변화율(I1)에서 제1 변화율보다 큰 제2 변화율(I2)로 변경하는 속도 천이부를 구비한다.

Description

작업 기계

본 발명은, 미리 정한 조건에 따라서 작업 장치를 동작시킬 수 있는 작업 기계에 관한 것이다.

유압 셔블을 포함하는 작업 기계에는, 다관절형 작업 장치의 위치나 자세를 센서에 의해 취득하여, 작업 장치의 선단에 설치된 어태치먼트를 시공 대상의 목표 형상을 따라 동작시키는 제어 기능(이러한 종류의 제어는 머신 컨트롤이나 반자동 제어 등이라고 불리는 경우가 있음)을 갖는 것이 있다. 이러한 작업 기계는, 기타 일반적인 작업 기계와 마찬가지로 오퍼레이터로부터의 조작 장치(예를 들어 조작 레버)에의 입력에 기초하여 작업 장치를 제어하는 수동 제어(본원에서는 「제1 제어」라고 칭하는 경우가 있음)와, 오퍼레이터의 조작 장치의 조작 중에 당해 조작과는 관계없이 또는 당해 조작의 일부를 이용해서 소정의 조건에 따라서 작업 장치를 제어하는 반자동 제어(본원에서는 「제2 제어」라고 칭하는 경우가 있음)를 행한다.

후자의 반자동 제어로서는, 예를 들어 작업 장치와 소정의 설계면(목표 굴삭 지형)의 거리에 기초하여 작업 장치의 속도를 제어하는 것이 있다. 이러한 종류의 반자동 제어에 있어서, 예를 들어 목표면이 존재하는 범위로부터 어태치먼트가 일탈하면 작업 장치와 설계면의 거리가 불분명해지기 때문에 반자동 제어의 계속이 불가 혹은 불필요하게 되어, 작업 장치의 제어를 반자동 제어에서 수동 제어로 전환하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 반자동 제어가 규정하는 어태치먼트의 이동 속도와, 수동 제어가 규정하는 어태치먼트의 이동 속도의 사이에 괴리가 있으면, 제어의 전환 시에 생기는 급격한 속도 변화에 의해 차체가 불안정한 상태로 될 우려가 있다. 이 현상의 발생을 억제하기 위해서, 제어의 전환 시부터 작업 장치의 속도 변화량에 제한을 부여하여, 점차 속도를 변화시키는 방법이 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).

국제 공개 제2016/111384호

먼저, 특허문헌 1의 방법에 있어서, 예를 들어 반자동 제어가 작업 장치를 위로 동작시키고 있는 동안에 수동 제어로 제어가 전환되었을 때 또는 전환 직후에 오퍼레이터가 작업 장치를 아래로 동작시키는 조작을 입력하면, 그 오퍼레이터의 조작에 반해서 작업 장치는 일정 시간 상승하기 때문에, 오퍼레이터는 위화감을 느낄 가능성이 있다.

이어서, 특허문헌 1에서는, 제어의 전환 시에 있어서의 작업 장치의 이동 속도가 역치 이상일 경우에, 제어의 전환 시에 있어서의 작업 장치의 이동 속도가 역치일 경우의 감소율 이상의 감소율로 작업 장치의 이동 속도를 변화시키고 있다. 보다 구체적으로는, 제어의 전환 시에 있어서의 작업 장치의 이동 속도가 역치 이상인 경우, 제어의 전환 시부터 작업 장치의 이동 속도가 제로로 될 때까지 요하는 시간(t)(즉, 전환 후의 제어가 규정하는 방향으로 작업 장치가 동작을 개시할 때까지 요하는 시간, 다시 환언하면, 전환 후의 제어가 규정하는 방향으로 작업 장치가 동작하지 않는 시간)이 항상 일정 시간(tc)으로 되도록 이동 속도의 감소율을 변화시키고 있다. 이에 의해 전환 시의 작업 장치의 이동 속도가 역치 이상인 경우에는, 전환 후의 제어가 규정하는 방향과 역으로 움직이는 시간을 단축해서 일정하게 함으로써 오퍼레이터의 위화감의 억제를 도모하고 있다.

그러나, 특허문헌 1에서는, 작업 장치의 속도의 변화량(감소율)의 제한값은 제어의 전환 시에 결정되어, 적어도 작업 장치의 속도가 일단 제로에 도달할 때까지는 변하지 않는다. 그 때문에, 예를 들어 제어의 전환 후에, 오퍼레이터가 신속하게 작업 장치를 정지하고 싶다고 생각해서 작업 장치의 정지를 의도하는 조작(예를 들어 조작 레버를 중립 위치로 되돌림)을 조작 장치에 입력했다고 해도, 작업 장치가 신속하게 정지하지 않고 오퍼레이터의 의도에 반해서 일정 시간 계속해서 동작하는 상태가 발생하여, 여전히 오퍼레이터에게 위화감을 부여할 가능성이 있다.

본 발명의 목적은, 제어의 전환 중에, 차체가 불안정한 상태로 되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 오퍼레이터의 조작이 작업 장치의 동작에 반영되는 타이밍을 오퍼레이터의 요구에 따라서 빠르게 할 수 있는 작업 기계를 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 작업 장치와, 상기 작업 장치를 구동하는 액추에이터와, 상기 액추에이터를 조작하기 위한 조작 장치와, 상기 조작 장치에의 입력에 기초하여 상기 액추에이터를 제어하는 제1 제어, 및 상기 조작 장치의 조작 중에 소정의 설계면과 상기 작업 장치의 거리에 기초하여 상기 액추에이터를 제어하는 제2 제어의 2개의 제어의 어느 한쪽에 의해 상기 액추에이터를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상태 전환 신호의 입력에 기초하여 상기 2개의 제어가 전환되어, 상기 액추에이터의 속도가 상기 2개의 제어 중 전환 전의 제어가 규정하는 속도에서 전환 후의 제어가 규정하는 속도로 변화할 때, 그 때의 상기 액추에이터의 속도의 시간 변화율의 제한값을 제1 변화율로 설정하고, 상기 상태 전환 신호의 입력에 기초하여 상기 2개의 제어가 전환되어, 상기 액추에이터의 속도가 상기 전환 후의 제어가 규정하는 속도로 변화할 때까지의 동안에, 상기 조작 장치에의 입력이 변화한 경우, 상기 액추에이터의 속도의 시간 변화율을 상기 제1 변화율에서 상기 제1 변화율보다 큰 제2 변화율로 변경한다.

본 발명에 따르면, 제어의 전환 중에, 차체가 불안정한 상태로 되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 오퍼레이터의 조작이 작업 장치의 동작에 반영되는 타이밍을 오퍼레이터의 요구에 따라서 빠르게 할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 사시도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 유압 시스템의 구성도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 차체 컨트롤러, 가이던스 컨트롤러, GNSS 컨트롤러 및 가이던스 모니터의 기능 블록도이다.
도 4는 반자동 제어에서의 거리(d)와 속도 보정 계수(k)의 관계도이다.
도 5는 버킷 선단에서의 거리(d)에 따른 보정 전후의 속도 벡터를 나타내는 모식도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블과 설계 데이터를 도시하는 도면이다.
도 7은 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 직교 자세를 도시하는 도면이다.
도 8은 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블과 설계 데이터를 도시하는 도면이다.
도 9는 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 반자동 제어의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 속도 천이 제어의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 수동 제어의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블의 붐 실린더 속도의 변화를 도시하는 도면이다.
도 13은 제2 실시 형태에 따른 유압 셔블의 속도 천이 제어의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 제2 실시 형태에 따른 유압 셔블의 조작 판정 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 제2 실시 형태에 따른 유압 셔블의 붐 실린더 속도의 변화를 도시하는 도면이다.
도 16은 제2 실시 형태에 따른 유압 셔블의 붐 실린더 속도의 변화를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 사용해서 설명한다. 이하의 설명은 본 발명의 내용의 구체예를 나타내는 것이며, 본 발명이 이들 설명에 한정되는 것은 아니고, 본 명세서에 개시되는 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의한 다양한 변경 및 수정이 가능하다. 또한, 본 발명을 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 것은, 동일한 부호를 붙이고 그 반복 설명은 생략하는 경우가 있다.

<제1 실시 형태>

본 실시 형태에서는, 작업 기계로서 유압 셔블을 예로 들어 설명한다. 단, 본 발명에서의 작업 기계는 유압 셔블에 한정하는 것이 아니고, 예를 들어 불도저 등 작업 장치를 갖는 다른 작업 기계에도 적용 가능하다. 이하, 도 1부터 도 7까지를 사용해서 제1 실시 형태인 작업 기계에 대해서 설명한다.

도 1은 제1 실시 형태인 유압 셔블의 외관을 도시하고 있다. 유압 셔블(1)은, 주행 유압 모터(도시하지 않음)에 의해 구동되는 크롤러를 포함하는 하부 주행체(12)와, 하부 주행체(12)의 상부에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(11)와, 상부 선회체(11)의 전방에 회동 가능하게 설치되어 굴삭 등의 작업을 행하는 다관절형 작업 장치(프론트 작업 장치)(4)를 구비한다. 상부 선회체(11)는, 선회 유압 모터(19)(도 2에 도시)에 의해 하부 주행체(12)에 대하여 상대적으로 회전 구동된다.

작업 장치(4)는, 붐(13), 암(14), 버킷(15), 암(14)과 버킷(15)의 사이에 4절 링크 기구를 구성하는 요소의 하나인 버킷 링크(16, 17), 붐(13)을 구동하는 붐 실린더(18a), 암(14)을 구동하는 암 실린더(18b), 버킷(15)을 버킷 링크(16, 17)를 개재하여 구동하는 버킷 실린더(18c)(붐 실린더(18a), 암 실린더(18b), 버킷 실린더(18c)를 통합하여, 적절히 유압 실린더(18)라고 함) 등으로 구성되어 있다.

붐(13)의 일단(기단부)은, 상부 선회체(11)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 붐 실린더(18a)의 보텀측(기단측)은 상부 선회체(11)에 대하여, 동 로드측(선단측)은 붐(13)에 대하여 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 붐 실린더(18a)의 신축에 따라, 붐(13)이 상부 선회체(11)에 대하여 상대적으로 회전 구동된다. 암(14)의 일단(기단부)은 붐(13)의 타단(선단부)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 암 실린더(18b)의 보텀측(기단측)은 붐(13)에 대하여, 동 로드측(선단측)은 암(14)에 대하여 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 암 실린더(18b)의 신축에 따라, 암(14)이 붐(13)에 대하여 각각 상대적으로 회전 구동된다. 버킷(15)은, 암(14)의 타단(선단부)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 버킷 링크(16)의 일단도 암(14)의 선단부에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 버킷 링크(16)의 타단은 버킷 링크(17)의 일단에 회전 가능하게 지지되어 있고, 버킷 링크(17)의 타단은 버킷(15)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 버킷 실린더(18c)의 보텀측(기단측)은 암(14)에 대하여, 동 로드측(선단측)은 버킷 링크(16)에 대하여 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 이와 같이, 암(14), 버킷 링크(16, 17), 버킷(15)은 4절 링크 기구를 구성하고 있어, 버킷 실린더(18c)의 신축에 따라, 버킷 링크(16)가 암(14)에 대하여 상대적으로 회전 구동되고, 그것과 연동하여, 4절 링크 기구를 구성하고 있는 버킷(15)도 암(14)에 대하여 상대적으로 회전 구동된다. 이와 같은 구성인 유압 셔블(1)은, 붐 실린더(18a), 암 실린더(18b), 버킷 실린더(18c) 각각을 적절한 스트로크 길이까지 구동함으로써, 버킷(15)을 임의의 위치, 자세로 구동하여, 굴삭 등의 원하는 작업을 행할 수 있다.

또한, 이하에서는, 붐(13), 암(14) 및 버킷(작업구)(15)을 각각 프론트 부재라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 붐(13), 암(14) 및 버킷(15)은, 작업 장치(4)를 포함하는 평면 상에서 동작하고, 이하에서는 이 평면을 동작 평면이라고 칭하는 경우가 있다. 즉 동작 평면이란, 붐(13), 암(14) 및 버킷(15)의 회동 축에 직교하는 평면이며, 예를 들어 붐(13), 암(14) 및 버킷(15)의 폭 방향의 중심(즉, 각 프론트 부재(13, 14, 15)의 회동 축의 중심)에 설정할 수 있다.

상부 선회체(11)에는 2개의 GNSS(Global Navigation Satellite System: 전지구 항법 위성 시스템) 안테나(2a, 2b)(이들을 통합하여, 적절히 GNSS 안테나(2)라고 함)가 배치되어 있다. GNSS란 복수의 위성으로부터의 신호를 수신하여, 지구 상의 자기 위치를 아는 위성 측위 시스템을 가리킨다. GNSS 안테나(2)는, 지구 상공에 위치하는 복수의 GNSS 위성(도시 생략)으로부터의 신호(전파)를 수신하는 것이며, 얻어진 신호를 GNSS 컨트롤러(53)(도 2에 도시)에 보내어, GNSS 컨트롤러(53)에서 이들 신호로부터 각 안테나(2a, 2b)의 위치가 연산된다.

상부 선회체(11)에는, 상부 선회체(11)의 경사(경사각)를 계측하기 위한 차체 IMU(3a)(Inertial Measurement Unit, 관성 계측 장치)가 설치되어 있다. 마찬가지로, 붐(13)에는 붐(13)의 기울기(경사각)를 계측하기 위한 붐 IMU(3b), 암(14)에는 암(14)의 기울기(경사각)를 계측하기 위한 암 IMU(3c), 버킷 링크(16)에는 버킷 링크(16)의 기울기(경사각)를 계측하기 위한 버킷 IMU(3d)가 설치되어 있다(IMU(3a 내지3d)를 통합하여, 적절히 IMU(3)라고 함). IMU(3)는, 가속도나 각속도를 계측할 수 있는 센서 유닛이며, IMU(3)가 취득한 정보는 가이던스 컨트롤러(52)(도 2에 도시)에 출력되고 있다. IMU(3)는 작업 장치(4)의 자세 센서로서 기능할 수 있다.

도 2는 제1 실시 형태의 유압 셔블의 유압 시스템의 구성도이다. 유압 셔블(1)은 엔진(41), 유압 펌프(42, 43)를 구비한다. 유압 펌프(42, 43)는 엔진(41)에 의해 구동되어, 탱크로부터 퍼 올린 압유를 유압 회로 내에 공급한다.

또한, 유압 셔블(1)은, 복수의 조작 레버(44a 내지 44d)로 이루어지는 조작 장치(44)와, 유압 셔블(1)에 탑재된 유압 실린더(18) 및 유압 모터(19)를 포함하는 유압 액추에이터에 공급하는 작동유의 유량 및 방향을 제어하는 방향 제어 밸브(45)와, 방향 제어 밸브(45)에 작용되는 파일럿유의 압력을 제어하는 복수의 제어 밸브(전자 밸브)(47)와, 유압 셔블(1)의 차체 제어를 담당하고, 복수의 제어 밸브(47)에 대한 제어 신호(지령 전류 또는 지령 전압)를 출력하는 차체 컨트롤러(51)와, 유압 셔블(1)의 운전석 내에 탑재된 가이던스용 모니터(가이던스 모니터)(54)와 스피커(음성 출력 장치)(55)의 제어를 담당하고, 차체 컨트롤러(51)에 작업 장치(4)의 위치 정보, 설계면(60)의 위치 정보, 및 유압 실린더(18)의 제어를 전환하는 트리거가 되는 상태 전환 신호 등을 출력하는 가이던스 컨트롤러(52)와, 2개의 GNSS 안테나(2)의 위치를 연산하는 GNSS 컨트롤러(53)를 구비한다.

도 2에서, 조작 장치(44)에는, 암(14)(암 실린더(18b))을 조작하기 위한 암 조작 레버(44a)와, 붐(13)(붐 실린더(18a))을 조작하기 위한 붐 조작 레버(44b)와, 버킷(15)(버킷 실린더(18c))을 조작하기 위한 버킷 조작 레버(44c)와, 상부 선회체(11)(선회 유압 모터(19))를 조작하기 위한 선회 조작 레버(44d)(이들을 통합해서 조작 레버(44)라고 칭하는 경우가 있음)가 포함된다. 조작 레버(44)에는, 유압 펌프(42)로부터의 파일럿유가 공급되어, 조작 레버(44)가 오퍼레이터에게 조작되면, 유압 펌프(42)로부터의 파일럿유가 레버 조작량에 따라서 적절히 감압되어 방향 제어 밸브(45)에 흐르는 구조로 되어 있다. 또한, 도 2에서는 하부 주행체(12)에 탑재된 좌우의 주행 유압 모터를 각각 조작하는 2개의 주행 조작 레버는 생략하고 있다.

방향 제어 밸브(45)는, 유압 펌프(43)로부터 각 유압 실린더(18) 및 선회 유압 모터(19)에 공급되는 작동유의 양 및 방향을 제어하는 것이며, 조작 레버(44)로부터 출력되는 파일럿유에 따라, 유압 실린더(18) 및 선회 유압 모터(19)의 어느 액추에이터에 얼마만큼의 작동유를 어느 방향으로 흘릴지가 결정된다. 이 때문에, 조작 레버(44)를 조작함으로써 각 유압 실린더(18) 및 선회 유압 모터(19)를 원하는 방향으로 원하는 양만큼 구동할 수 있다. 즉, 오퍼레이터는 조작 장치(44)를 통해서 작업 장치(4)를 조종하여 임의의 자세를 취하게 할 수 있고, 그 결과로서 원하는 작업을 행하는 것이 가능하게 된다.

유압 펌프(42)와 각 조작 레버(44)를 접속하는 유로에는 차단 밸브(46)가 마련되어 있다. 차단 밸브(46)가 폐쇄되면, 유압 펌프(42)로부터 각 조작 레버(44)에의 파일럿유의 공급은 정지한다. 이에 의해, 조작 레버(44)를 조작해도 방향 제어 밸브(45)에 파일럿유가 흐르지 않아, 유압 실린더(18)나 선회 유압 모터(19)가 구동되지 않는 상태를 만들 수 있다. 차단 밸브(46)는, 유압 셔블(1)에의 승강 시에 오퍼레이터에게 조작되는 로크 레버(도시 생략)의 위치에 따라서 물리적으로 개폐 구동되는 구성이어도 되고, 차체 컨트롤러(51)로부터 출력되는 제어 신호에 의해 적절히 전기적으로 개폐 구동되는 구성으로 해도 된다.

암 조작 레버(44a)로부터 방향 제어 밸브(45)에 파일럿유를 공급하는 2계통의 유로 중, 암 굽힘 조작 시(암 크라우드 조작 시)에 파일럿유가 흐르는 한쪽 유로에는 제어 밸브(47a)가, 암 신장 조작 시(암 덤프 조작 시)에 파일럿유가 흐르는 다른 쪽 유로에는 제어 밸브(47b)가 삽입되어 있다. 붐 조작 레버(44b)로부터 방향 제어 밸브(45)에 파일럿유를 공급하는 2계통의 유로 중, 붐 하강 조작 시에 파일럿유가 흐르는 한쪽 유로에는 제어 밸브(47c)가 삽입되어 있고, 붐 상승 조작 시에 파일럿유가 흐르는 다른 쪽 유로에는 셔틀 밸브(48a)가 삽입되어 있다. 이 셔틀 밸브(48a)의 한쪽 입구는 제어 밸브(47d)를 개재하여 유압 펌프(42)에 접속되어 있다. 버킷 조작 레버(44c)로부터 방향 제어 밸브(45)에 파일럿유를 공급하는 2계통의 유로 중, 버킷 크라우드 조작 시에 파일럿유가 흐르는 한쪽 유로에는 제어 밸브(47f)와 셔틀 밸브(48b)가 직렬로 접속되고, 버킷 덤프 조작 시에 파일럿유가 흐르는 다른 쪽 유로에는 제어 밸브(47g)와 셔틀 밸브(48c)가 직렬로 접속되어 있다. 셔틀 밸브(48b)의 한쪽 입구는 제어 밸브(47e)를 개재하여 유압 펌프(42)에 접속되고, 셔틀 밸브(48c)의 한쪽 입구는 제어 밸브(47h)를 개재하여 유압 펌프(42)에 접속되어 있다(이하에서는, 적절히, 8개의 제어 밸브(47a 내지 47h)를 통합해서 제어 밸브(47)라고, 3개의 셔틀 밸브(48a 내지 48c)를 통합해서 셔틀 밸브(48)라고 칭하는 경우가 있음). 셔틀 밸브(48)는, 2개의 입구와 1개의 출구를 갖고, 2개의 입구 중 고압측의 입구가 출구에 접속되는 것이다.

각 제어 밸브(47)는, 차체 컨트롤러(51)와 전기적으로 접속된 전자 밸브이며, 차체 컨트롤러(51)로부터 출력되는 제어 신호(지령 전압 또는 지령 전류)에 기초해서 그 밸브 개방도가 제어되고, 그 밸브 개방도에 따른 파일럿압을 생성한다. 생성된 파일럿압은 반자동 제어 시에 방향 제어 밸브(45)에 출력된다. 제어 밸브(47a, 47b, 47c, 47f, 47g)의 밸브 개방도를 작게 하면 조작 레버(44)로부터의 파일럿유의 유량을 적게 할 수 있다. 이것은 즉, 오퍼레이터의 조작 레버(44)의 조작 입력에 의해 규정되는 속도보다도, 실제로 움직이는 작업 장치(4)의 속도를 차체 컨트롤러(51)가 느리게 하거나 정지시키거나 할 수 있다는 것이다. 나머지 제어 밸브(47d, 47e, 47h)는, 조작 레버(44)를 개재하지 않고 직접 유압 펌프(42)에 접속되어 있기 때문에, 그 밸브 개방도를 크게 하면 방향 제어 밸브(45)에 파일럿유를 보낼 수 있다. 이것은 즉, 오퍼레이터의 조작 레버(44)의 조작 입력에 의해 규정되는 속도보다도, 실제로 움직이는 작업 장치(4)의 속도를 차체 컨트롤러(51)가 빠르게 할 수 있다는 것이다. 이와 같은 구성에 의해, 차체 컨트롤러(51)는, 오퍼레이터의 조작에 대하여 실제의 작업 장치(4)의 속도를 빠르게 하거나 느리게 하거나(멈추거나) 하는 것이 가능하게 된다.

차단 밸브(46)의 하류측과 각 제어 밸브(47)의 상류측 및 하류측에는, 차단 밸브(46) 및 각 제어 밸브(47)의 전후의 압력(파일럿압)을 검출하는 복수의 유압 센서(압력 센서)(49)가 마련되어 있다. 유압 센서(49a)는, 차단 밸브(46)의 하류에 설치되어 있어, 차단 밸브(46)가 정확하게 개방되어 있는지 여부의 확인에 사용된다. 유압 센서(49b, 49c)는 암 조작 속도의 취득, 유압 센서(49d, 49j)는 붐 조작 속도의 취득, 유압 센서(49e, 49f)는 버킷 조작 속도의 취득에 사용된다. 유압 센서(49g 내지 49l)는, 제어 밸브(47)에 의해 제어된 후의 실제 지령 속도의 취득에 사용된다. 각 유압 센서(49b 내지 49l)에서 검출된 압력으로부터 지령 속도로의 변환은 미리 캘리브레이션 등을 행해서 준비된 변환 테이블에 의해 행하여진다.

조작 장치(44)에의 조작 입력에 기초하여 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)를 제어하는 수동 제어(제1 제어)에서는, 차체 컨트롤러(51)가 제어 밸브(47a, 47b, 47c, 47f, 47g)의 밸브 개방도를 최대(개방)로, 제어 밸브(47d, 47e, 47h)의 밸브 개방도를 최소(차단)로 설정함으로써, 조작 레버(44)로부터의 파일럿압이 그대로 방향 제어 밸브(45)에 흘러, 오퍼레이터의 조작대로 작업 장치(4)를 조작할 수 있는 상태가 된다. 한편, 조작 장치(44)의 조작 중에 당해 조작과는 관계없이 또는 당해 조작의 일부를 이용하여, 소정의 조건(본 실시 형태에서는 설계면(60)과 버킷 선단(150)의 거리(d)(후술))에 따라서 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)를 제어하는 반자동 제어(제2 제어)에서는, 차체 컨트롤러(51)가 당해 소정의 조건을 충족하는 각 액추에이터(18a, 18b, 18c)의 목표 속도를 연산하고, 그 연산한 목표 속도에 따른 밸브 개방도로 제어 밸브(47)를 설정함으로써, 당해 소정의 조건에 따라서 작업 장치(4)를 제어할 수 있는 상태가 된다. 즉, 차체 컨트롤러(51)는, 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)의 제어를 수동 제어와 반자동 제어의 2개의 제어의 어느 한쪽으로 전환하는 것이 가능하다. 차체 컨트롤러(51)에 대하여 2개의 제어의 어느 것을 사용할지의 지시는, 상부 선회체(11) 상의 운전실 내에 마련된 전환 스위치(56)(도 3에 도시)를 통해서 오퍼레이터가 행할 수 있다. 또한, 차체 컨트롤러(51) 내의 상태 천이부(51a)(도 3에 도시)에 입력되는 상태 천이 신호(후술)에 기초하여 2개의 제어가 전환되는 경우도 있다.

차체 컨트롤러(51), 가이던스 컨트롤러(52) 및 GNSS 컨트롤러(53)는 각각, 처리 장치(예를 들어 CPU)와, 처리 장치가 실행하는 프로그램 및 그 프로그램의 실행에 필요한 데이터 등이 저장되는 기억 장치(예를 들어 ROM, RAM 등의 반도체 메모리)를 갖는 컴퓨터 상당의 하드웨어이다. 도 3은 차체 컨트롤러(51), 가이던스 컨트롤러(52) 및 GNSS 컨트롤러(53)에 의해 실행되는 각종 연산 처리를 기능 블록으로 도시한 도면이다. 또한, 본 실시 형태에서는 실기에 입각해서 3개의 컨트롤러(51, 52, 53)를 구비했지만, 이들을 예를 들어 1개의 컨트롤러로 통합해도 되고, 또한 기능을 분리해서 4개 이상의 컨트롤러에서 마찬가지의 기능을 실현할 수 있는 시스템을 구성해도 된다.

GNSS 컨트롤러(53)는, 2개의 안테나(2)가 수신한 신호로부터 2개의 안테나(2)의 위치를 측정하기 위한 측위용 컨트롤러이다. 또한, 안테나 측위의 방법에는 다양한 종류가 존재하며, 본 발명은 이들을 한정하는 것은 아니다. 예를 들어 현장에 설치한 GNSS 안테나를 갖는 기준국으로부터 보정 정보를 수신하여, 보다 고정밀도로 자기 위치를 취득하는 RTK-GNSS(Real Time Kinematic-GNSS)라는 방법을 사용해도 된다. 이 경우, 유압 셔블(1)에는 기준국으로부터의 보정 정보를 수신하기 위한 수신기가 필요해지지만, 보다 고정밀도로 안테나(2)의 자기 위치를 측정할 수 있다.

GNSS 컨트롤러(53)는, 도 3에 도시한 바와 같이 위도 경도 연산부(53a)를 구비하고 있다. GNSS 컨트롤러(53)는, 위도 경도 연산부(53a)에서, GNSS 안테나(2a, 2b)로부터 입력된 복수의 GNSS 위성으로부터의 신호를 기초로 GNSS 안테나(2a, 2b)의 지구 상의 위치(예를 들어 위도, 경도, 표고)를 연산하여, 그 결과를 가이던스 컨트롤러(52)에 송신한다.

<가이던스 컨트롤러(52)>

가이던스 컨트롤러(52)는, 도 3에 도시한 바와 같이, IMU(3) 및 GNSS 컨트롤러(53)의 출력에 기초하여 작업 장치(4)의 각 프론트 부재(13, 14, 15)의 위치 및 자세를 연산하는 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)와, 유압 셔블(1)의 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 3차원의 설계 데이터가 기록된 설계 데이터 기억부(52b)와, 설계 데이터 기억부(52b)에 저장된 3차원의 설계 데이터와 작업 장치(4)의 동작 평면의 교선으로부터 2차원의 설계면 데이터(설계면의 선분 데이터)를 연산하는 설계면 연산부(52c)와, IMU(3)나 GNSS 컨트롤러(53)의 동작 상황이나 버킷 선단(150) 부근의 설계면(60)의 유무 등을 관리하는 가이던스 상태 관리부(52d)를 구비하고 있다.

가이던스 컨트롤러(52)는, 상부 선회체(11)의 어느 위치에 GNSS 안테나(2)가 배치되어 있는가 하는 정보를 기억 장치에 저장하고 있어, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)는, GNSS 컨트롤러(53)로부터 입력되는 GNSS 안테나(2)의 위치로부터 역산하여, 상부 선회체(11)의 지구 상의 위치(지리 좌표계 상의 위치)를 구할 수 있다. 이에 의해 GNSS 안테나(2)는, 작업 장치(4) 및 그것이 설치된 상부 선회체(11)의 위치 센서로서 기능할 수 있다. 본 실시 형태의 유압 셔블(1)에는 GNSS 안테나(2)가 2개 탑재되어 있으므로, 2개의 GNSS 안테나(2)의 위치로부터 상부 선회체(11)의 방위(붐(13), 암(14), 버킷(15)이 어느 방향을 향하고 있는지)도 알 수 있다. GNSS 컨트롤러(53)에 의해 연산된 지리 좌표계 상의 상부 선회체(11)의 위치와 방위는 적절히 임의의 좌표계 상의 위치와 방위로 변환해서 이용할 수도 있다.

또한, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)는, IMU(3)로부터 입력된 가속도, 각속도 등의 계측 정보를 기초로 각 IMU(3)의 자기 자세를 연산할 수 있다. 이 때문에, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)는, 차체 IMU(3a)로부터의 정보에 의해 상부 선회체(11)의 전후 경사, 좌우 경사를 연산할 수 있고, 붐 IMU(3b)로부터의 정보에 의해 붐(13)의 회전 자세, 암 IMU(3c)로부터의 정보에 의해 암(14)의 회전 자세를 연산할 수 있다. 또한, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)는, 버킷 IMU(3d)로부터의 정보에 의해 버킷 링크(16)의 회전 자세를 알 수 있고, 암(14)의 회전 자세와, 암(14), 버킷 링크(16, 17) 및 버킷(15)으로 이루어지는 4절 링크 기구의 치수 정보를 기초로 연산함으로써, 버킷(15)의 회전 자세를 연산할 수 있다.

이와 같이 하여, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)는, 지리 좌표계에서의 상부 선회체(11)의 위치, 방위, 전후 경사, 좌우 경사를 연산할 수 있어, 상부 선회체(11)가 지구 상의 어느 위치에 어떤 자세로 존재하는지를 연산할 수 있다. 또한, 붐(13), 암(14), 버킷(15) 각각의 회전 중심 및 버킷 선단(버킷 발끝이라고도 칭함)(150) 중 작업 장치(4)의 동작 평면 상에서 인접하는 것끼리의 치수 정보가 가이던스 컨트롤러(52) 내의 기억 장치에 기억되어 있다. 그 때문에, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)는, 각 IMU(3)에서 취득되는 각 프론트 부재(13, 14, 15)의 회전 자세의 정보와 조합함으로써 상부 선회체(11)(예를 들어 붐(13)의 기단측의 회전 중심의 위치)에 대한 버킷 선단(150)의 위치를 알 수 있다.

따라서, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)는, 지리 좌표계에서의 상부 선회체(11)와 작업 장치(4)의 각 프론트 부재(13, 14, 15)의 위치, 자세 및 방위의 정보(버킷 선단(150)의 위치 정보를 포함함)를 구할 수 있다. 이들 정보는, 가이던스 컨트롤러(52) 내의 가이던스 상태 관리부(52d) 및 설계면 연산부(52c), 차체 컨트롤러(51) 내의 목표 동작 생성부(51c), 가이던스 모니터(54) 등에 출력된다.

설계면 연산부(52c)는, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)로부터 입력되는 프론트 부재(13, 14, 15)의 위치, 자세 및 방위의 정보로부터 최신의 작업 장치(4)의 동작 평면을 연산하고, 그 동작 평면과 설계 데이터 기억부(52b)에 저장된 3차원의 설계 데이터의 교선으로부터 반자동 제어에 이용하는 설계면(60)의 선분 데이터를 연산한다. 설계면 연산부(52c)는, 설계면(60)의 선분 데이터를 가이던스 모니터(54)나 차체 컨트롤러(51) 내의 목표 동작 생성부(51c) 등에 출력한다.

가이던스 상태 관리부(52d)는, IMU(3)나 GNSS 컨트롤러(53)의 동작 상황이나 버킷 선단(150) 부근의 설계면(60)의 유무 등을 관리하고 있다. 가이던스 상태 관리부(52d)는, 각 IMU(3)의 센서 출력을 감시하여, IMU(3)에 이상이 발생했는지 여부를 판단한다. 예를 들어, IMU(3)로부터의 신호의 정지가 검지되었을 경우에는, IMU(3)의 기능 정지나 단선 등에 의해 IMU(3)에 이상이 생겼다고 판단한다. IMU(3)에 이상이 생겼다고 판단한 경우, 가이던스 상태 관리부(52d)는, 제1 상태 전환 신호를 차체 컨트롤러(51) 내의 상태 천이부(51a)에 출력한다.

「제1 상태 전환 신호」는, 반자동 제어에 의한 유압 실린더(18)의 제어에 필요한 하드웨어 및 소프트웨어에 이상이 발생해서 반자동 제어의 실행이 불가능한 상태로 되었기 때문에, 반자동 제어를 강제적으로 수동 제어로 전환하는 신호이다. 환언하면, 차체 컨트롤러(51)에 의한 반자동 제어의 실행을 금지하고, 수동 제어의 실행만을 허가하는 반자동 제어 금지 모드(수동 제어 모드)에의 강제적인 전환 신호이기도 하다. 본 실시 형태에서의 상태 전환 신호에는 또한 제2 상태 전환 신호와 제3 전환 신호가 있다. 「제2 상태 전환 신호」는, 오퍼레이터가 원하는 임의의 타이밍에 반자동 제어를 수동 제어로 전환하는 신호이다. 환언하면, 반자동 제어를 허가하는 반자동 제어 허가 모드(반자동 제어 모드)를, 반자동 제어를 금지하는 반자동 제어 금지 모드(수동 제어 모드)로 임의로 전환하는 신호이기도 하다. 「제3 상태 전환 신호」는, 오퍼레이터가 원하는 임의의 타이밍에 수동 제어를 반자동 제어로 전환하는 신호이다. 환언하면, 반자동 제어를 금지하는 반자동 제어 금지 모드(수동 제어 모드)를, 반자동 제어를 허가하는 반자동 제어 허가 모드(반자동 제어 모드)로 임의로 전환하는 신호이기도 하다.

또한, 가이던스 상태 관리부(52d)는, GNSS 컨트롤러(53)로부터 입력되는 안테나(2)의 측위 정보를 감시하여, 안테나(2)의 측위에 이상이 발생했는지 여부를 판단한다. 예를 들어, GNSS 컨트롤러(53)로부터의 신호의 정지가 검지되었을 경우, GNSS 컨트롤러(53)로부터 입력되는 측위 정밀도가 소정의 역치를 하회해서 저하된 경우, 안테나(2)의 측위가 불능인 것을 나타내는 정보가 GNSS 컨트롤러(53)로부터 입력된 경우에는, 안테나(2)의 측위(GNSS)에 이상이 생겼다고 판단한다. GNSS에 이상이 생겼다고 판단한 경우, 가이던스 상태 관리부(52d)는, 제1 상태 전환 신호를 차체 컨트롤러(51) 내의 상태 천이부(51a)에 출력한다. 또한, GNSS에 대해서는 GNSS 컨트롤러(53) 내에서 이상을 검지하고, 그것을 가이던스 컨트롤러(52) 내의 가이던스 상태 관리부(52d)에 전달해도 되고, 차체 컨트롤러(51) 내의 상태 천이부(51a)에 직접 전달해도 된다.

또한, 가이던스 상태 관리부(52d)는, 설계면 연산부(52c)로부터 입력되는 설계면(60)의 위치 정보와, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)로부터 입력되는 버킷(15)의 위치 정보·자세 정보(버킷 선단(150)의 위치 정보를 포함함)를 감시하여, 버킷(15)의 근방에 반자동 제어의 제어 대상이 되는 설계면(60)이 존재하고 있는지 여부를 판단한다. 예를 들어, 설계면(60)이 존재하는 영역(R)(도 8 참조. 단, 도 8의 설계면의 부호는 61)을 그 연직 방향에서 보아, 버킷(15) 상의 임의의 점이 당해 영역의 밖으로 나왔을 경우, 버킷(15)의 근방에 설계면(60)이 존재하지 않는다고(환언하면, 설계면(60)이 존재하는 영역의 밖에 버킷(15)이 존재함) 판단할 수 있다. 버킷(15)의 근방에 설계면(60)이 존재하지 않는다고 판단한 경우, 가이던스 상태 관리부(52d)는, 제1 상태 전환 신호를 차체 컨트롤러(51) 내의 상태 천이부(51a)에 출력한다.

<가이던스 모니터·스피커>

가이던스 모니터(54)는, 현재의 작업 장치(4)의 자세나 버킷 선단(150) 근방의 설계면(60)(설계 데이터)의 형상이나, 버킷 선단(150)과 설계면(60)의 거리 정보(d) 등이 표시되는 모니터이다. 본 실시 형태에서는, 오퍼레이터로부터의 입력 조작을 접수하는 기능을 갖는 터치 패널식 모니터로 구성되어 있고, 처리 장치(예를 들어 CPU)와, 처리 장치가 실행하는 표시나 입력 관계의 프로그램 및 그 프로그램의 실행에 필요한 데이터 등이 저장되는 기억 장치(예를 들어 ROM, RAM 등의 반도체 메모리)를 갖는 컴퓨터 상당의 하드웨어를 내장하고 있다. 가이던스 모니터(54)는, 모니터에 표시하는 정보를 제어하는 표시 제어부(54a)와, 모니터에 입력되는 오퍼레이터의 터치 조작을 입력 정보로 변환하는 입력 정보 처리부(54b)를 구비하고 있다.

표시 제어부(54a)는, 가이던스 컨트롤러(52)로부터 입력되는 설계 데이터나 유압 셔블(1)의 작업 장치(4)의 자세, 버킷 선단(150)과 설계 데이터의 상대 위치 관계 등의 정보를 가이던스 모니터(54)에 표시한다. 예를 들어, 설계면(60)의 선분 데이터와 버킷(15)의 측면 화상을 표시함으로써, 버킷(15)과 설계면(60)의 최신의 위치 관계를 오퍼레이터에 보고할 수 있다. 오퍼레이터는 가이던스 모니터(54)로부터 얻어지는 이들 정보를 기초로, 예를 들어 설계 데이터(설계면(60))와 버킷 선단(150)의 거리(d)가 제로로 유지되도록 작업 장치(4)를 조작함으로써, 설계 데이터대로의 목표 형상이 되도록 굴삭 작업을 행할 수 있다.

또한, 가이던스 컨트롤러(52)는, 스피커(55)를 사용해서 설계면(60)과 버킷 선단(150)의 상대 위치 관계를 알람의 음량, 발음 간격, 음색의 변화 등으로 오퍼레이터에게 전달할 수도 있다. 예를 들어, 버킷 선단(150)이 설계면(60)에 접근할수록 음량을 크게 하거나, 발음 간격을 짧게 하거나, 주파수를 높게 하거나 할 수 있다. 이에 의해 오퍼레이터는 가이던스 모니터(54)를 주시하지 않아도, 스피커(55)로부터의 알람의 변화에 의해, 예를 들어 목표 형상과 버킷 선단(150)의 거리가 제로로 되도록 작업 장치(4)를 조작할 수 있다.

가이던스 컨트롤러(52)는, 설계 데이터(설계면(60))나 작업 장치(4)의 자세, 설계면(60)과 버킷 선단(150)과 상대 위치 관계 등의 정보를 차체 컨트롤러(51)에 송신한다. 차체 컨트롤러(51)에서는, 반자동 제어(제2 제어)에 있어서, 이들 정보를 기초로 예를 들어 설계면(60)과 버킷 선단(150)의 거리(d)가 제로로 되도록 작업 장치(4)를 제어하여, 설계 데이터대로의 목표 형상이 되는 굴삭 작업을 오퍼레이터의 조작에 구애되지 않고, 또는 오퍼레이터의 조작에 개입해서 행할 수 있다. 다음으로 차체 컨트롤러(51)에서 행하여지는 반자동 제어의 상세에 대해서 설명한다.

<차체 컨트롤러>

차체 컨트롤러(51)는, 조작 장치(44)에의 조작 입력에 기초하여 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)를 제어하는 수동 제어(제1 제어)와, 조작 장치(44)의 조작 중에 설계면(60)과 작업 장치(4)(버킷 선단(150))의 거리(d)에 기초해서 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)를 제어하는 반자동 제어(제2 제어)의 2개의 제어의 어느 한쪽에 의해 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)를 제어한다. 이 기능을 발휘하기 위해서, 차체 컨트롤러(51)는, 상태 전환 신호(제1, 제2, 제3 상태 전환 신호)의 입력에 기초하여 수동 제어(제1 제어)와 반자동 제어(제2 제어)를 전환하는 상태 천이부(51a)와, 수동 제어와 반자동 제어가 전환될 때의 유압 실린더(액추에이터)(18a 내지 18c)의 속도의 시간 변화율의 제한값을 설정하는 속도 천이부(51b)와, 유압 실린더(액추에이터)(18a 내지 18c)의 목표 속도를 연산하는 목표 동작 생성부(51c)와, 유압 실린더(액추에이터)(18a 내지 18c)를 목표 속도로 동작하기 위한 제어 밸브(47)에의 제어 지령을 연산·출력하는 액추에이터 제어부(51d)를 구비하고 있다.

상태 천이부(51a)는, 목표 동작 생성부(51c)에서 행하여지는 유압 실린더(액추에이터)(18a 내지 18c)의 제어 방식을 전환 스위치(56) 및 가이던스 컨트롤러(52) 내의 가이던스 상태 관리부(52d) 및 차체 컨트롤러(51) 내의 목표 동작 생성부(51c)로부터 입력되는 상태 전환 신호(제1, 제2, 제3 상태 전환 신호)에 기초하여 수동 제어(제1 제어)와 반자동 제어(제2 제어)의 어느 것으로 전환한다. 제1 상태 전환 신호는, 가이던스 컨트롤러(52) 내의 가이던스 상태 관리부(52d)와, 차체 컨트롤러(51) 내의 목표 동작 생성부(51c)로부터 입력된다. 제2 및 제3 상태 전환 신호는, 유압 셔블(1)의 운전석 내에 설치된 전환 스위치(56)로부터 입력된다.

전환 스위치(56)는, 임의의 타이밍에 오퍼레이터에 의해 조작되는 2 위치 전환식 스위치이며, 반자동 제어를 금지하는 반자동 제어 금지 모드(수동 제어 모드)가 선택되는 제1 위치와, 반자동 제어를 허가하는 반자동 제어 허가 모드(반자동 제어 모드)가 선택되는 제2 위치를 갖는다. 전환 스위치(56)가 제2 위치에서 제1 위치로 전환되면 제2 상태 전환 신호가 상태 천이부(51a)에 대하여 출력된다. 한편, 전환 스위치(56)가 제1 위치에서 제2 위치로 전환되면 제3 상태 전환 신호가 상태 천이부(51a)에 대하여 출력된다.

제1 및 제2 상태 전환 신호를 입력한 상태 천이부(51a)는, 상태 전환 신호의 입력 시에 반자동 제어(제2 제어)가 실행 중인 경우에는 반자동 제어(제2 제어)를 수동 제어(제1 제어)로 전환하고, 상태 전환 신호의 입력 시에 수동 제어(제1 제어)가 실행 중인 경우에는 그 이후의 반자동 제어의 실행을 금지한다. 한편, 제3 상태 전환 신호가 입력된 상태 천이부(51a)는, 상태 전환 신호의 입력 시에 반자동 제어가 실행되는 조건이 충족되어 있을 경우에는 수동 제어(제1 제어)에서 반자동 제어(제2 제어)로 전환하고, 상태 전환 신호의 입력 시에 반자동 제어가 실행되는 조건이 충족되어 있지 않을 경우에는 수동 제어(제1 제어)를 계속한다.

속도 천이부(51b)는, 수동 제어와 반자동 제어로 이루어지는 2개의 제어가 상태 천이부(51a)에 의해 전환되어, 제어 대상인 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)의 속도가 2개의 제어 중 전환 전의 제어가 규정하는 속도에서 전환 후의 제어가 규정하는 속도로 변화할 때에 있어서의 당해 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)의 속도의 시간 변화율의 제한값(「속도 변화율」이라고도 칭함)을 제1 변화율(I1)로 설정한다. 그리고, 속도 천이부(51b)는, 상태 천이부(51a)에 의해 2개의 제어가 전환되어 당해 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)의 속도가, 전환 후의 제어가 규정하는 속도로 변화할 때까지의 동안에 조작 장치(44)에의 조작 입력이 변화한 경우, 당해 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)의 속도의 시간 변화율을, 제1 변화율(I1)에서 제1 변화율보다도 큰 제2 변화율(I2)로 변경한다. 2개의 제어의 전환 시의 속도 변화율이 제1 변화율(I1)에서 제2 변화율(I2)로 변경되면, 2개의 제어간에서 속도의 전환에 요하는 시간을 단축할 수 있음과 함께, 속도의 전환 후의 제어를 개시할 때까지의 대기 시간을 단축할 수 있다.

목표 동작 생성부(51c)는, 수동 제어 시의 각 유압 실린더(18a, 18b, 18c)의 목표 속도와, 반자동 제어 시의 각 유압 실린더(18a, 18b, 18c)의 목표 속도를 연산하는 부분이다. 수동 제어와 반자동 제어의 어느 제어를 이용할지는 상태 천이부(51a)로부터의 지시에 기초하여 결정한다.

<반자동 제어 시의 목표 동작 생성부(51c)>

반자동 제어 시에 있어서, 목표 동작 생성부(51c)는, 가이던스 컨트롤러(52)로부터 입력되는 정보에 기초하여 설계면(60)과 작업 장치(4)(버킷 선단(150))의 거리(d)를 연산한다. 그리고, 조작 장치(44)의 조작 시에, 작업 장치(4)의 동작 범위가 설계면(60) 상 및 그 상방으로 제한되도록 각 유압 실린더(18a, 18b, 18c)의 목표 속도를 거리(d)에 따라서 연산한다. 본 실시 형태에서는 하기의 연산을 행한다.

먼저, 목표 동작 생성부(51c)는 먼저, 조작 레버(44b)로부터 입력되는 전압값(붐 조작량)으로부터 붐 실린더(18a)에의 요구 속도(붐 실린더 요구 속도)를 계산하고, 조작 레버(44c)로부터 입력되는 전압값(암 조작량)으로부터 암 실린더(18b)에의 요구 속도를 계산하고, 조작 레버(44d)로부터 입력되는 전압값(버킷 조작량)으로부터 버킷 실린더(18c)에의 요구 속도를 계산한다. 이 3개의 요구 속도와 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)에서 연산된 작업 장치(4)의 각 프론트 부재(13, 14, 15)의 자세로부터, 버킷 선단(150)에서의 작업 장치(4)의 속도 벡터(요구 속도 벡터)(V0)(도 5의 좌측의 도면 참조)를 계산한다. 그리고, 속도 벡터(V0)의 설계면 연직 방향의 속도 성분(V0z)과 설계면 수평 방향의 속도 성분(V0x)도 계산한다.

이어서, 목표 동작 생성부(51c)는, 거리(d)에 따라서 결정되는 보정 계수(k)를 연산한다. 도 4는 버킷 선단(150)과 설계면(60)의 거리(d)와 속도 보정 계수(k)의 관계를 나타내는 그래프이다. 버킷 선단(150)(작업 장치(4)의 제어 점)이 설계면(60)의 상방에 위치하고 있을 때의 거리를 양, 설계면(60)의 하방에 위치하고 있을 때의 거리를 음으로 해서, 거리(d)가 양일 때는 양의 보정 계수를, 거리(d)가 음일 때는 음의 보정 계수를, 1 이하의 값으로서 출력한다. 또한, 속도 벡터는 설계면(60)의 상방으로부터 설계면(60)에 접근하는 방향을 양으로 하고 있다.

이어서, 목표 동작 생성부(51c)는, 거리(d)에 따라서 결정되는 보정 계수(k)를, 속도 벡터(V0)의 설계면 연직 방향의 속도 성분(V0z)에 곱함으로써 속도 성분(V1z)(도 5의 우측의 도면 참조)을 계산한다. 이 속도 성분(V1z)과, 속도 벡터(V0)의 설계면 수평 방향의 속도 성분(V0x)을 합성함으로써 합성 속도 벡터(목표 속도 벡터)(V1)를 계산하고, 이 합성 속도 벡터(V1)를 발생 가능한 붐 실린더 속도와, 암 실린더 속도(Va1)와, 버킷 실린더 속도를 각각 목표 속도로서 연산한다. 이 목표 속도의 연산 시에는, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)에서 연산된 작업 장치(4)의 각 프론트 부재(13, 14, 15)의 자세를 이용해도 된다. 목표 동작 생성부(51c)는, 계산한 각 유압 실린더의 목표 속도를 액추에이터 제어부(51d)에 출력한다.

도 5는 버킷 선단(150)에서의 거리(d)에 따른 보정 전후의 속도 벡터를 나타내는 모식도이다. 요구 속도 벡터(V0)의 설계면 연직 방향의 성분(V0z)(도 5의 좌측의 도면 참조)에 속도 보정 계수(k)를 곱함으로써, V0z 이하의 설계면 연직 방향의 속도 벡터(V1z)(도 5의 우측의 도면 참조)가 얻어진다. V1z와 요구 속도 벡터(V0)의 설계면 수평 방향의 성분(V0x)의 합성 속도 벡터(V1)를 계산하고, V1을 출력 가능한 암 실린더 목표 속도와, 붐 실린더 목표 속도와, 버킷 실린더 목표 속도가 계산된다.

<수동 제어 시의 목표 동작 생성부(51c)>

수동 제어 시에 있어서, 목표 동작 생성부(51c)는 먼저, 조작 레버(44b)로부터 입력되는 전압값(붐 조작량)으로부터 붐 실린더(18a)의 목표 속도(반자동 제어의 붐 실린더 요구 속도와 동일함)를 계산하고, 조작 레버(44c)로부터 입력되는 전압값(암 조작량)으로부터 암 실린더(18b)의 목표 속도(반자동 제어의 암 실린더 요구 속도와 동일함)를 계산하고, 조작 레버(44d)로부터 입력되는 전압값(버킷 조작량)으로부터 버킷 실린더(18c)의 목표 속도(반자동 제어의 버킷 실린더 요구 속도와 동일함)를 계산한다. 목표 동작 생성부(51c)는, 계산한 각 유압 실린더의 목표 속도를 액추에이터 제어부(51d)에 출력한다.

<이상 검출 시의 목표 동작 생성부(51c)>

또한, 목표 동작 생성부(51c)는, 차단 밸브(46) 및 각 제어 밸브(47)의 전후에 배치되어, 차단 밸브(46) 및 각 제어 밸브(47)의 전후의 압력(파일럿압)을 검출하는 복수의 유압 센서(압력 센서)(49)와, 차단 밸브(46)와, 복수의 제어 밸브(47)를 포함하는 반자동 제어에 필요한 하드웨어의 이상 유무를 관리하고 있다. 목표 동작 생성부(51c)는, 차체 컨트롤러(51)(예를 들어 액추에이터 제어부(51d))가 차단 밸브(46) 및 각 제어 밸브(47)에 출력하고 있는 제어 신호(예를 들어 지령 전류)가 규정하는 파일럿압의 값(목표값)과, 각 유압 센서(49)가 검출하는 파일럿압의 값(실제의 값)을 비교함으로써 차단 밸브(46) 및 각 제어 밸브(47) 및 각 유압 센서(49)에 이상이 발생했는지 여부를 판단한다. 예를 들어, 유압 센서(49)에 의한 제어 밸브(47)의 상류측의 압력 검출값이 충분히 높은 상태에서, 차체 컨트롤러(51)로부터는 제어 밸브(47)의 하류측에서 일정 압력을 출력하도록 규정하는 지령 전류를 제어 밸브(47)에 출력하고 있었을 경우에, 유압 센서(49)에 의한 제어 밸브(47)의 하류측의 압력 검출값이 명령값보다도 명백하게 높거나 또는 낮을 때는, 제어 밸브(47) 또는 유압 센서(49)에 이상이 발생했다(정상적이지 않다)고 추정할 수 있다. 또한, 목표 동작 생성부(51c)는, 자신(목표 동작 생성부(51c))이 연산한 액추에이터 목표 속도와, 각 유압 센서(49)가 검출하는 파일럿압의 값(실제의 값)을 비교함으로써 각 제어 밸브(47) 및 각 유압 센서(49)에 이상이 발생했는지 여부를 판단해도 된다. 이렇게 목표 동작 생성부(51c)는, 반자동 제어에 의해 액추에이터(유압 실린더)(18a, 18b, 18c)가 제어되고 있는 동안에, 차체 컨트롤러(51)에서 생성된 제어 신호가 규정하는 압력값과 유압 센서(49)의 검출값을 비교하여, 차단 밸브(46), 제어 밸브(47) 및 유압 센서(49)의 어느 것에 이상이 발생했다고 판정한 경우, 반자동 제어(제2 제어)를 수동 제어(제1 제어)로 전환하는 제1 상태 전환 신호를 상태 천이부(51a)에 출력한다.

액추에이터 제어부(51d)는, 목표 동작 생성부(51c)에서 연산된 각 유압 실린더(18a, 18b, 18c)의 목표 속도에 기초하여, 각 제어 밸브(47)에의 제어 신호(제어 밸브 지령 전류)를 연산하여, 그 제어 신호를 대응하는 제어 밸브(47)에 출력함으로써 방향 제어 밸브(45)를 제어하는 부분이다. 이렇게 제어되는 방향 제어 밸브(45)에 의해, 각 유압 실린더(18a, 18b, 18c)는, 목표 동작 생성부(51c)에서 계산된 목표 속도에 따라서 동작한다.

도 6은 유압 셔블(1)과 설계면(설계 데이터)(60)의 관계를 도시하는 도면이다. 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면(60)에는, 하나의 면으로 이루어지는 단평면 데이터나, 복수의 면을 조합한 복수면 데이터 등이 있다. 도 6에서는, 평면(60)이 설계면으로서 가이던스 컨트롤러(52)에 기록되어 있는 것으로 해서, 이 평면(60)을 목표 형상으로 해서 작업 장치(4)를 제어하는 예에 대해서 이하에서 설명한다.

<수동 제어에 의한 설계면의 굴삭>

수동 제어(제1 제어)의 유압 셔블(1)에 의해 목표 형상을 달성하는 굴삭 작업을 행하기 위해서는, 붐(13), 암(14), 버킷(15)으로 이루어지는 작업 장치(4)를 적절하게 동작시켜, 버킷 선단(150)이 목표 형상을 따르도록 움직이게 하는 것이 필요해진다. 즉, 평면(60)과 버킷 선단(150)의 거리(d)가 항상 제로로 되도록 버킷(15)이 동작하면, 버킷 선단(150)이 지나간 궤적, 즉 굴삭 완료면은 평면(60)과 일치한다. 본 실시 형태에 따른 유압 셔블(1)에는 가이던스 모니터(54)가 구비되어 있어, 상술한 바와 같이 가이던스 모니터(54)에 현재의 작업 장치(4)의 자세 정보나 목표 형상의 정보, 및 목표 형상과 버킷 선단(150)의 상대 위치 관계(거리(d)의 정보) 등이 표시된다. 이 때문에, 수동 제어에서는, 오퍼레이터는 이들 정보를 적절히 참조함으로써, 암 굽힘 조작(암 크라우드 조작)에 의해 버킷(15)을 차체측에 가까이 끌어 당기는 동작을 행하면서, 붐 상승/하강 조작에 의해 거리(d)가 가능한 한 제로로 되도록 조정함으로써, 목표 형상을 달성하는 굴삭 작업을 행할 수 있다.

<반자동 제어에 의한 설계면의 굴삭>

한편, 반자동 제어(제2 제어)에서는, 오퍼레이터는 수동 제어 시와 마찬가지로 암 굽힘 조작을 행하지만, 붐 상승/하강 조작에 의한 거리(d)의 조정을 행할 필요는 없으며, 붐(13)의 이동 속도는 차체 컨트롤러(51)에 의해 제어된다. 도 6의 유압 셔블(1)의 작업 장치(4)의 자세에 있어서 오퍼레이터가 암 굽힘 조작을 행하면, 붐(13)과 암(14)을 회전 지지하는 관절(140)을 중심으로 암(14)이 평면(60)에 가까워지는 방향으로 구동되고, 그 결과 버킷(15)도 평면(60)에 가까워지므로 거리(d)는 제로에 가까워진다. 그대로 암(14)이 구동되면 버킷 선단(150)은 평면(60)을 지나가고, 거리(d)는 이격되어 간다.

여기서, 거리(d)에 따라서 적절한 속도로 붐(13)(붐 실린더(18a))이 구동되면, 거리(d)를 제로 부근으로 유지하면서 굴삭 작업을 행할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 가이던스 컨트롤러(52)로부터 얻어지는 작업 장치(4)의 현재의 자세나 암(14)의 이동 속도, 설계면(60)이나 거리(d)를 포함하는 설계면(60)과 작업 장치(4)의 상대 위치 관계 등의 정보를 기초로, 차체 컨트롤러(51)가 거리(d)를 제로 부근으로 유지하는 붐 실린더(18a)의 목표 속도를 연산하여, 제어 밸브(47c, 47d)의 밸브 개방도를 제어함으로써 연산된 목표 속도대로 붐 실린더(18a)를 구동한다.

여기서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 버킷 선단(150)과 관절(140)을 연결한 직선(L)과 평면(60)이 직교할 때의 작업 장치(4)의 자세를 직교 자세라고 하기로 한다. 일련의 굴삭 작업 중에서, 암 굽힘 조작에 대하여, 직교 자세가 되는 순간까지는 붐 상승 동작, 직교 자세가 된 직후부터는 붐 하강 동작을 행함으로써, 버킷 선단(150)을 평면(60)을 따르도록 동작시킬 수 있다.

붐 상승 동작에 대해서는, 차체 컨트롤러(51)가 제어 밸브(47d)의 밸브 개방도를 크게 함으로써 실행할 수 있다.

그러나, 붐 하강 동작에 대해서는, 차체 컨트롤러(51)가 제어 밸브(47c)의 밸브 개방도를 조정하는 것만으로는 실행할 수 없다. 이것은, 제어 밸브(47c)와 유압 펌프(42) 사이에 조작 레버(44b)가 있기 때문이며, 조작 레버(44b)를 붐 하강 방향으로 조작하지 않으면, 제어 밸브(47c)에는 파일럿유는 흐르지 않는다. 이 때문에, 붐 하강 동작을 제어하기 위해서는, 오퍼레이터에게 조작 레버(44b)에 대하여 붐 하강 방향의 조작을 입력하게 하지 않으면 안되며, 조작 레버(44b)로부터 제어 밸브(47c)에 파일럿유가 공급되면, 차체 컨트롤러(51)가 제어 밸브(47c)의 밸브 개방도를 조정함으로써 붐 하강 방향의 이동 속도를 제어할 수 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 오퍼레이터의 조작으로서는 조작 레버(44b)에 대하여 붐 하강 방향으로 최대 입력이 되는 조작을 하면서, 조작 레버(44a)에 대하여 암 굽힘 방향의 조작을 입력한다는 경우를 생각할 수 있다. 이 경우, 직교 자세까지는 차체 컨트롤러(51)가 제어 밸브(47c)의 밸브 개방도를 최소(차단)로 하고, 제어 밸브(47d)의 밸브 개방도를 적절하게 크게 해서 붐 상승 동작을 행한다. 그리고, 직교 자세 후에는 제어 밸브(47d)의 밸브 개방도를 최소(차단)로 하고, 제어 밸브(47c)의 밸브 개방도를 크게 해서 붐 하강 동작을 행함으로써, 목표 형상을 달성하는 굴삭 작업을 실행할 수 있다. 또한, 오퍼레이터는 붐 조작을 조정할 필요는 없으며, 단지 최대 입력(조작 레버(44b)를 붐 하강 방향으로 최대로 기울임)을 계속해서 넣으면 된다.

도 8은 도 6과 마찬가지로 유압 셔블과 설계면(61)의 관계를 도시하는 도면이다. 도 8에서는, 목표 형상을 나타내는 설계면으로서 평면(61)이 가이던스 컨트롤러(52)에 기록되어 있는 것으로 한다. 평면(61)은 범위(R) 내에만 존재하는 단평면이다.

반자동 제어에 있어서, 차체 컨트롤러(51)는, 상술한 바와 같이 거리(d) 등의 정보를 기초로 붐 실린더(18a)의 목표 속도를 연산하여, 붐(13)의 동작을 제어한다. 단, 도 8에 도시하는 바와 같이, 버킷(15)이나 버킷 선단(150)이 설계면(61)이 존재하는 범위 밖, 즉 평면(61)이 존재하는 범위(R)의 밖으로 나왔을 경우, 거리(d) 등(목표 형상과 작업 장치(4)의 상대 위치 관계)을 얻을 수 없어, 반자동 제어를 실행할 수 없는 상황이 된다. 반자동 제어에 있어서 이러한 제어를 계속할 수 없는 상황이 되었을 경우에는, 강제적으로 수동 제어로 전환해서 오퍼레이터에게 조작을 맡길 필요가 있다. 이때, 오퍼레이터가 조작 레버(44b)에 대하여 상기와 같은 사정으로 붐 하강 방향으로 최대 입력 조작을 행하고 있었다고 하면, 반자동 제어에서 수동 제어로 전환된 순간에 붐 하강 동작이 급가속되어, 도 8의 화살표 A의 방향으로 작업 장치가 급동작해서 차체가 불안정한 상태로 될 가능성이 있다. 이것을 억제하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 차체 컨트롤러(51)가 붐 실린더(18a)의 속도 변화율을 제한하여, 급가속의 발생을 방지한다. 단, 오퍼레이터의 조작 레버에 대한 조작 입력이 역치 이상의 비율로 변화한 경우, 속도 변화율의 제한을 완화 또는 해제함으로써, 오퍼레이터의 조작과 실제의 작업 장치(4)의 움직임이 다름으로 인한 오퍼레이터의 위화감을 억제한다.

이어서, 반자동 제어와, 반자동 제어에서 수동 제어로의 천이 시에 행하여지는 속도 천이 제어와, 수동 제어에 대해서 흐름도를 사용해서 설명한다. 여기에서는 설명을 간단하게 하기 위해서, 반자동 제어로 붐 실린더(18a)(즉 붐(13))만을 제어하는 것으로 한다.

도 9는 반자동 제어 시의 차체 컨트롤러(51) 및 가이던스 컨트롤러(52)에 의한 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 차체 컨트롤러(51) 및 가이던스 컨트롤러(52)는, 조작 장치(44)가 오퍼레이터에 의해 조작되면 도 9의 처리를 개시한다. 먼저, 가이던스 컨트롤러(52) 내의 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)는, IMU(3)로부터 각 프론트 부재(13, 14, 15) 및 상부 선회체(11)의 경사각의 정보나, GNSS 안테나(2)의 항법 신호에 기초하여 GNSS 컨트롤러(53)에서 연산되는 유압 셔블(1)의 위치 정보, 자세 정보(각도 정보) 및 방위 정보나, 미리 기억되어 있는 각 프론트 부재(13, 14, 15)의 치수 정보 등에 기초하여 지리 좌표계에서의 버킷 선단(150)(제어 점)의 위치 정보를 연산한다(수순 S1).

수순 S2에서는, 가이던스 컨트롤러(52) 내의 설계면 연산부(52c)가, 작업 장치 위치 자세 연산부(52a)에서 연산된 지리 좌표계에서의 버킷 선단(150)의 위치 정보(유압 셔블(1)의 위치 정보를 이용해도 됨)를 기준으로 해서 소정의 범위에 포함되는 설계면(60)의 위치 정보(설계 데이터)를 설계 데이터 기억부(52b)로부터 취득하고, 그것을 차체 컨트롤러(51) 내의 목표 동작 생성부(51c)에 출력한다. 목표 동작 생성부(51c)는, 그 설계 데이터 중에서 버킷 선단(150)에 가장 가까운 위치에 있는 설계면을 제어 대상의 설계면(60), 즉 거리(d)를 연산하는 설계면(60)으로서 설정한다.

수순 S3에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 수순 S1에서 취득한 버킷 선단(150)의 위치 정보와 수순 S2에서 취득한 설계면(60)의 위치 정보에 기초하여 거리(d)를 연산한다.

수순 S4에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 수순 S3에서 연산한 거리(d)와, 조작 장치(44)로부터 입력되는 각 조작 레버의 조작량(압력값)에 기초하여, 작업 장치(4)가 동작해도 버킷 선단(150)이 설계면(60) 상 또는 그 상방에 유지되도록 각 유압 실린더(18a, 18b, 18c)의 목표 속도를 연산한다.

수순 S5에서는, 액추에이터 제어부(51d)가 각 유압 실린더의 목표 속도에 기초하여 각 제어 밸브(47)를 구동하는 제어 신호(예를 들어 지령 전류)를 연산하여, 그 제어 신호에 대응하는 제어 밸브(47)에 각각 출력한다. 이에 의해 각 유압 실린더(18a, 18b, 18c)의 목표 속도(액추에이터 목표 속도)에 기초하여 각 유압 실린더(18a, 18b, 18c)가 구동되어 각 프론트 부재(13, 14, 15)가 동작한다.

수순 S6에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 반자동 제어를 수동 제어로 전환하는 제어 전환 지시(이 지시는, 제1 상태 전환 신호나 제2 상태 전환 신호가 상태 천이부(51a)에 입력된 경우에 출력됨)가 상태 천이부(51a)로부터 입력되었는지 여부를 판정한다. 당해 제어 전환 지시가 입력된 경우에는 다음으로 도 10을 사용해서 설명하는 속도 천이 제어를 실행한다. 한편, 당해 제어 전환 지시의 입력이 없을 경우에는 최초의 수순 S1로 돌아가서 반자동 제어를 속행한다.

도 10은 반자동 제어에서 수동 제어로 전환될 때의 차체 컨트롤러(51)의 처리(속도 천이 제어)의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 여기에서는 제어가 전환된 시각 t0부터의 경과 시간을 t로 한다(즉, 시각 t0에서의 시간 t는 0이 됨). 또한, 시각 t에서의 반자동 제어에 의한 붐 실린더 목표 속도를 Va(t)로 하고, 마찬가지로 시각 t에서의 수동 제어에 의한 붐 실린더 목표 속도를 Vo(t)로 한다. 목표 속도 Va(t)와 Vo(t)는 시간 t의 함수이다. 또한 도면 중에서 내용이 동일한 처리를 실행하는 수순은 동일한 부호를 부여하고 있다.

수순 S21에서는, 반자동 제어를 수동 제어로 전환하는 지시(제어 전환 지시)가 상태 천이부(51a)로부터 입력되면, 차체 컨트롤러(51) 내의 속도 천이부(51b)는 목표 동작 생성부(51c)에서 이용되는 유압 실린더(18a, 18b, 18c)의 속도 변화율을 제1 변화율(I1)로 설정한다.

수순 S22에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 전환 시(t=0)에서의 반자동 제어에 의한 붐 실린더 목표 속도(Va(0))와, 전환 시(t=0)에서의 수동 제어에 의한 붐 실린더 목표 속도(Vo(0))를 취득한다. Va(0)는 도 9의 수순 S4에서 연산되는 값이며, Vo(0)는 후술하는 도 11의 수순 S21에서 연산되는 값과 동일하고, Va(0)와 Vo(0)는 모두 상수이다. 그래서, 이하에서는 반자동 제어에 의한 붐 실린더 목표 속도 Va(0)=Vc로 표기하는 경우가 있다.

수순 S23에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, Va(0)와 Vo(0)의 대소를 비교한다. 그리고, Vo(0)≤Va(0)가 성립하는 경우(즉, Va(0)가 Vo(0) 이상인 경우)에는 수순 S24로 진행하고, 그렇지 않을 경우(즉, Va(0)가 Vo(0) 미만인 경우)에는 수순 S24A로 진행한다.

수순 S24에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 제1 속도 변화율(I1)(속도 변화율)에 t를 곱한 것을 Vc에서 감산한 값을 붐 실린더(18a)의 목표 속도(Va(t)=Vc-I1·t)로서 연산하고, 그 목표 속도에 기초하여 제어 밸브(47)를 제어함으로써 붐 실린더(18a)의 제어를 행한다.

수순 S24A에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 제1 속도 변화율(I1)(속도 변화율)에 t를 곱한 것을 Vc에 가산한 값을 붐 실린더(18a)의 목표 속도(Va(t)=Vc+I1·t)로서 연산하고, 그 목표 속도에 기초하여 제어 밸브(47)를 제어함으로써 붐 실린더(18a)의 제어를 행한다.

수순 S25에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 시각 t에서의 수동 제어에 의한 붐 실린더 목표 속도(Vo(t))를 오퍼레이터의 조작 장치(44)에의 입력 조작량에 기초하여 연산한다. 이 수순의 연산은 상태 천이부(51b)에서 행해도 된다.

수순 S26에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 수순 S24 또는 수순 S24A에서 연산한 Va(t)와, 수순 S25에서 연산한 Vo(t)가 일치했는지 여부를 판정한다. Va(t)와 Vo(t)가 일치하지 않는 경우에는 속도 천이 제어가 아직 필요한 상태라고 판단해서 수순 S27로 진행한다. 한편, Va(t)와 Vo(t)가 일치한 경우에는 반자동 제어를 수동 제어로 전환해도 붐 실린더(18a)의 속도 변화는 생기지 않아 오퍼레이터에게 위화감을 부여하지 않는 상태가 되기 때문에, 도 11에 도시하는 통상의 수동 제어로 이행한다.

수순 S27에서는, 상태 천이부(51a)는, 유압 센서(49)에서 검출되는 파일럿압(조작 장치(44)에의 조작 입력)에 기초하여, 반자동 제어의 대상인 유압 실린더(여기서는 붐 실린더(18a))의 조작 장치(44)(여기에서는 조작 레버(44b))에 대하여 오퍼레이터가 입력하는 조작량의 시간당 변화량(변화율)의 절댓값이 역치(I'0) 이상인지 여부를 판정한다. 조작 입력의 변화율의 절댓값이 역치(I'0) 미만인 경우에는 수순 S24로 돌아가서 속도 변화율을 I1로 유지한다. 한편, 조작 입력의 변화율의 절댓값이 역치(I'0) 이상인 경우에는 수순 S28로 진행한다.

역치(I'0)의 결정 방법은, 예를 들어 통상 작업 시의 오퍼레이터의 붐 조작 입력을 일정 기간 기록하고, 그 조작 입력의 시간당 변화량을 구하여, 일정 기간 내의 변화량의 최댓값 부근의 값, 혹은 최댓값보다도 큰 값을 설정한다는 방법이 있다. 이것은, 통상 작업 시에는 거의 입력하지 않는 조작이 있었을 경우를 긴급도가 높은 상황이라고 생각하여, 바로 붐(13)을 멈추고자 하는 등 변화율 제한값을 크게 하는 것이 필요한 상황이라고 판단할 수 있기 때문이다.

또한, 역치(I'0)는 속도 변화율(I1)을 조작량의 변화율로 변환한 값(I'1)보다도 큰 값으로 설정할 수도 있다. 본 발명은, 변화율의 제한이 걸린 상태에서, 더 빠르게 변화시키고자 하는 오퍼레이터의 의도를 조작 입력으로부터 판독하여, 속도 변화율을 보다 큰 값(I2)으로 바꾼다는 것이며, 속도 변화율(I1)보다도 큰 오퍼레이터 조작 입력의 변화가 그 의도의 하나의 조건이라고 생각되기 때문이다.

또한, 본 실시 형태에서는 조작 레버(44b)의 조작 입력의 변화율이 역치(I'0) 이상인지 여부를 판정했지만, 이것 대신에 시각 t에서의 수동 제어에 의한 붐 실린더 목표 속도(Vo(t))의 시간당 변화량(변화율)의 절댓값이 역치(I0) 이상인지 여부를 판정해도 된다. 단, 이 경우의 속도의 역치(I0)는 상기 조작량의 역치(I'0)와 마찬가지의 방식으로 정해진 I'0과 동등한 값으로 한다. 또한, 후술하는 도 12에서는 속도의 역치(I0)를 이용해서 본원의 효과를 설명하고 있다.

수순 S28에서는, 속도 천이부(51b)는, 반자동 제어의 제어 대상인 유압 실린더(여기서는 붐 실린더(18a))의 속도 변화율을 제1 변화율(I1)보다도 큰 제2 변화율(I2)로 변경한다. 그리고, 목표 동작 생성부(51c)는, 속도 변화율의 변경 시(t=t1)에서의 반자동 제어에 의한 붐 실린더 목표 속도(Va(t1))를 취득한다. 이상의 처리가 완료되면 수순 S29 또는 수순 S29A로 진행한다.

수순 S29에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 제2 속도 변화율(I1)에 (t-t1)을 곱한 것을 Va(t1)에서 감산한 값을 붐 실린더(18a)의 목표 속도(Va(t)=Va(t1)-I2(t-t1))로서 연산하고, 그 목표 속도에 기초하여 제어 밸브(47)를 제어함으로써 붐 실린더(18a)의 제어를 행한다. 이에 의해 속도 제한이 완화되므로 붐 실린더(18a)의 속도가 상승해서 수동 제어로 이행하는 시간을 단축할 수 있다.

수순 S29A에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 제2 속도 변화율(I1)에 (t-t1)을 곱한 것을 Va(t1)에 가산한 값을 붐 실린더(18a)의 목표 속도(Va(t)=Va(t1)+I2(t-t1))로서 연산하고, 그 목표 속도에 기초하여 제어 밸브(47)를 제어함으로써 붐 실린더(18a)의 제어를 행한다. 이에 의해 속도 제한이 완화되므로 붐 실린더(18a)의 속도가 상승해서 수동 제어로 이행하는 시간을 단축할 수 있다.

수순 S30에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 시각 t에서의 수동 제어에 의한 붐 실린더 목표 속도(Vo(t))를 오퍼레이터의 조작 장치(44)에의 입력 조작량에 기초하여 연산한다. 이 수순의 연산은 상태 천이부(51b)에서 행해도 된다.

수순 S31에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 수순 S29 또는 수순 S29A에서 연산한 Va(t)와, 수순 S30에서 연산한 Vo(t)가 일치했는지 여부를 판정한다. Va(t)와 Vo(t)가 일치하지 않는 경우에는 속도 천이 제어가 아직 필요한 상태라고 판단해서 수순 S29로 돌아간다. 한편, Va(t)와 Vo(t)가 일치한 경우에는 반자동 제어를 수동 제어로 전환해도 붐 실린더(18a)의 속도 변화는 생기지 않아 오퍼레이터에게 위화감을 부여하지 않는 상태가 되기 때문에, 도 11에 도시하는 통상의 수동 제어로 이행한다.

도 11은 수동 제어 시의 차체 컨트롤러(51)에 의한 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 수순 S41에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 조작 장치(44)로부터 입력되는 각 조작 레버의 조작량(압력값)에 기초하여, 각 유압 실린더(18a, 18b, 18c)의 목표 속도를 연산한다.

수순 S42에서는, 수순 S41에서 연산한 액추에이터 제어부(51d)가 각 유압 실린더의 목표 속도에 기초하여 각 제어 밸브(47)를 구동하는 제어 신호(예를 들어 지령 전류)를 연산하고, 그 제어 신호에 대응하는 제어 밸브(47)에 각각 출력한다. 통상의 수동 제어에서는, 제어 밸브(47a, 47b, 47c, 47f, 47g)의 밸브 개방도를 최대(개방)로, 제어 밸브(47d, 47e, 47h)의 밸브 개방도를 최소(차단)로 설정하는 제어 신호가 출력된다. 이에 의해, 조작 레버(44)로부터의 파일럿압이 그대로 방향 제어 밸브(45)에 흘러, 오퍼레이터의 조작대로 작업 장치(4)를 조작할 수 있는 상태가 된다.

수순 S43에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 수동 제어를 반자동 제어로 전환하는 제어 전환 지시(이 지시는 제3 상태 전환 신호가 상태 천이부(51a)에 입력되면 출력됨)가 상태 천이부(51a)로부터 입력되었는지 여부를 판정한다. 당해 제어 전환 지시가 입력된 경우에는 도 9를 사용해서 설명한 반자동 제어를 실행한다. 한편, 당해 제어 전환 지시의 입력이 없을 경우에는 최초의 수순 S41로 돌아가서 수동 제어를 속행한다.

또한, 본 실시 형태에서는 수동 제어에서 반자동 제어로 천이할 때는 도 10의 속도 천이 제어에 상당하는 제어를 행하지 않았지만, 수동 제어에서 반자동 제어의 경우도 마찬가지의 속도 천이 제어를 행해도 된다.

도 12는 반자동 제어에서 수동 제어로 전환될 때의 붐 실린더 속도의 변화를 도시하는 도면이다. 종축이 붐 실린더 속도이며, 양의 값이 붐 상승 방향의 동작 속도, 음의 값이 붐 하강 방향의 동작 속도를 나타낸다. 횡축은 시간(t)이다. 시간 t0에서 반자동 제어에서 수동 제어로의 전환이 필요하다고 판단되어, 차체 컨트롤러(51)에서 연산되는 반자동 제어에 기초하는 목표 속도(Vc)(=Va(0))부터, 오퍼레이터의 조작 레버(44b)에 대한 조작 입력에 기초하는 목표 속도(Vo(t))까지, 붐 실린더 목표 속도(Va(t))가 시간의 경과와 함께 변화하는 모습을 나타내고 있다. 시간 t0 이전은 반자동 제어이며, 붐 실린더 목표 속도(Va(t))는 반자동 제어에 기초하는 목표 속도(Vc)와 일치하고 있다.

시각 t0에서는, 반자동 제어를 수동 제어로 전환하는 제어 전환 지시가 차체 컨트롤러(51) 내의 상태 천이부(51a)로부터 목표 동작 생성부(51c)에 출력되어, 반자동 제어에서 수동 제어로의 전환이 필요하다고 판단된다. 그 시각 t0에서의 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))의 변화량은 대략 제로로 상술한 속도의 역치(I0)보다 작기 때문에, 도 10의 수순 S24에 기초하여 붐 실린더 목표 속도(Va(t))가 연산된다. 이에 의해 붐 실린더 목표 속도(Va(t))의 변화율이 미리 정해진 제1 속도 변화율(I1)로 제한된다.

시각 t0부터 시각 t1까지는 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))의 변화율이 역치(I0)보다도 작기 때문에, 수순 S24에 기초하는 처리가 계속된다. 그러나, 시각 t1에서 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))의 변화율이 역치(I0) 이상으로 된다. 이에 의해 수순 S28의 처리가 실행되어, 붐 실린더 목표 속도(Va(t))의 변화율을 제한하는 값이 제1 속도 변화율(I1)에서 제2 속도 변화율(I2)로 변경된다. 여기서 제2 속도 변화율(I2)은 제1 속도 변화율(I1)보다도 큰 값(시간당, 보다 큰 변화를 허용하는 값)이다.

시각 t2에서 붐 실린더 목표 속도(Va(t))가 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))와 일치하고, 반자동 제어에서 수동 제어로 완전히 전환된다(도 11의 제어로 이행함). 시각 t2 이후는 오퍼레이터의 조작 입력대로 동작하는 수동 제어로 되기 때문에, 붐 실린더 목표(Va(t))는 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))와 일치한다.

도 12에 도시한 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))의 시간 변화는 다음의 (1) 내지 (3)과 같은 판단을 오퍼레이터가 행한 상황을 상정하고 있다. 즉, (1) 시각 t0에서 설계 데이터가 존재하는 범위(R)로부터 작업 장치(4)가 나온 직후에 새롭게 굴삭할 목적 등으로 오퍼레이터에게는 붐(13)을 하강시키고자 하는 요구가 있었다. (2) 그러나, 시각 t0에서 반자동 제어가 불가로 되었을 경우, 오퍼레이터는, 시각 t0보다 전의 반자동 제어의 발동 조건인 붐 하강 조작의 입력에 따라서 붐(13)이 급격하게 하강할 것을 예상하고, 시각 t0부터 t1의 사이에 붐 하강 조작 입력을 완화하도록 조작 레버(44b)를 조작하였다. (3) 그러나, 붐 실린더(18a)의 목표 속도(Va(t))의 변화율에 제한이 걸리기 때문에, 오퍼레이터의 예상에 반하여 붐(13)은 바로 하강하지 않았다. 그래서 오퍼레이터는 시각 t2에서 다시 붐 하강 조작 입력을 강화하는 조작을 하였다.

본 실시 형태에서는, 목표 속도의 연산 방식이 다른 2개의 제어의 전환 시에 행하여지는 속도 천이 제어 중에 조작 장치(44)에 대한 조작 입력을 빠르게 변화시키면, 오퍼레이터에게 조작의 의사가 있다고 간주하고, 속도 천이 제어 중에 이용되는 속도 제한값(제1 속도 변화율(I1))이 보다 큰 값(제2 속도 변화율(I2))으로 변경되어 속도 제한이 완화된다. 그 결과, 제1 속도 변화율(I1)이 계속해서 이용되었을 경우에 반자동 제어가 수동 제어로 완전히 전환되는 시각 t3보다도 빠른 시각 t2에서 수동 제어로 전환할 수 있다. 즉 오퍼레이터가 의도하는 목표 속도로 작업 장치(4)를 조작할 수 있는 시각이 종전보다 빨라지므로, 오퍼레이터의 조작과 실제의 붐 동작이 괴리됨으로 인한 위화감의 발생을 억제할 수 있다.

이와 같이, 조작 장치(44)에 대한 조작 입력의 변화로부터 오퍼레이터에게 적극적인 조작 의사가 있음을 파악하여, 실제의 작업 장치(4)의 동작을 보다 빠르게 오퍼레이터 조작에 가까워지게 할 수 있다는 것이 본 실시 형태의 효과이다. 한편, 오퍼레이터의 조작 입력이 일정하면, 오퍼레이터의 조작 의사의 유무가 불분명하기 때문에, 제1 속도 변화율로의 제한을 계속한다. 이에 의해, 작업 장치(4)의 급격한 동작이 방지되어 차체의 안정성이 확보됨과 함께, 오퍼레이터에게 적극적인 조작 의사가 있을 경우에는 오퍼레이터 조작이 작업 장치(4)의 동작에 반영되는 타이밍이 빨라지기 때문에, 오퍼레이터가 조작과 동작의 괴리에 대하여 위화감을 갖는 것을 억제할 수 있다.

<제2 실시 형태>

도 13 내지 도 16을 사용하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 다른 점에 대해서만 설명하고, 설명이 없는 부분에 대해서는 제2 실시 형태와 마찬가지이다.

도 13은 반자동 제어에서 수동 제어로 전환될 때의 차체 컨트롤러(51)의 처리(속도 천이 제어)의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 10과 다른 점은 수순 S27 대신에 조작 판정 처리를 행하고 있는 점에 있다. 수순 S26에서는, 목표 동작 생성부(51c)는, 수순 S24 또는 수순 S24A에서 연산한 Va(t)와, 수순 S25에서 연산한 Vo(t)가 일치하는지 여부를 판정한다. Va(t)와 Vo(t)가 일치하지 않는 경우에는 속도 천이 제어가 아직 필요한 상태라고 판단해서 도 14에 도시하는 조작 판정 처리를 개시한다.

도 14는 조작 판정 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 수순 S51에서는, 상태 천이부(51a)는, 1 스텝 전의 조작 판정 처리의 수순 S54에서 기억한 오퍼레이터의 조작 레버(44b)에의 조작 입력이 제로인지 여부를 판정한다. 1 스텝 전의 조작 입력이 제로인 경우에는 수순 S52로 진행하고, 제로 이외인 경우에는 수순 S53으로 진행한다. 또한, 여기에서 행하여지는 조작 입력이 제로인지 여부의 판정은, 붐 조작 레버(44b) 바로 아래에 배치된 붐 하강 파일럿압을 검출하는 유압 센서(49d)의 검출값이 조작 레버(44b)의 중립 시의 압력의 범위 내에 있는지 여부로 판정해도 된다. 즉 유압 센서(49d)의 검출값이 소정의 역치 이하인지 여부로 판정해도 된다. 이것은 기타 수순 S52, S53에 대해서도 마찬가지이다.

수순 S52에서는, 상태 천이부(51a)는, 현재의 오퍼레이터의 조작 레버(44b)에의 조작 입력이 제로 이외인지 여부를 판정한다. 조작 입력이 제로 이외인 경우에는 조작 판정 처리를 종료하고 수순 S28로 진행하여, 속도 변화율을 제2 속도 변화율(I2)로 변경한다. 한편, 조작 입력이 제로인 경우에는 수순 S54에서 금회의 조작 입력값을 기억하고 수순 S24로 돌아간다.

수순 S53에서는, 상태 천이부(51a)는, 현재의 오퍼레이터의 조작 레버(44b)에의 조작 입력이 제로인지 여부를 판정한다. 조작 입력이 제로인 경우에는 조작 판정 처리를 종료하고 수순 S28로 진행하여, 속도 변화율을 제2 속도 변화율(I2)로 변경한다. 한편, 조작 입력이 제로가 아닐 경우에는 수순 S54에서 금회의 조작 입력값을 기억하고 수순 S24로 돌아간다.

본 실시 형태의 작용과 효과에 대해서 도 15와 도 16을 사용해서 설명한다.

도 15는 반자동 제어에서 수동 제어로 전환될 때의 붐 실린더 속도의 변화의 제1 예를 도시하는 도면이다. 종축이 붐 실린더 속도이며, 양의 값이 붐 상승 방향의 동작 속도, 음의 값이 붐 하강 방향의 동작 속도를 나타낸다. 횡축은 시간(t)이다. 시간 t0에서 반자동 제어에서 수동 제어로의 전환이 필요하다고 판단되어, 차체 컨트롤러(51)에서 연산되는 반자동 제어에 기초하는 목표 속도(Vc)(=Va(0))부터, 오퍼레이터의 조작 레버(44b)에 대한 조작 입력에 기초하는 목표 속도(Vo(t))까지, 붐 실린더 목표 속도(Va(t))가 시간의 경과와 함께 변화하는 모습을 나타내고 있다. 시간 t0 이전은 반자동 제어이며, 붐 실린더 목표 속도(Va(t))는 반자동 제어에 기초하는 목표 속도(Vc)와 일치하고 있다.

시각 t0에서는, 반자동 제어를 수동 제어로 전환하는 제어 전환 지시가 차체 컨트롤러(51) 내의 상태 천이부(51a)로부터 목표 동작 생성부(51c)에 출력되어, 반자동 제어에서 수동 제어로의 전환이 필요하다고 판단된다. 시각 t0과 1 스텝 전의 시각에서의 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))는 모두 제로보다 작고, 모두 조작 레버(44b)에의 조작 입력이 제로가 아니다. 그 때문에, 도 14의 조작 판정 처리에서는, 수순 S51, S53, S54로 진행해서 수순 S24로 돌아간다. 즉, 붐 실린더 목표 속도(Va(t))의 변화율은 미리 정해진 제1 속도 변화율(I1)로 유지된다. 그 후, 시각 t1까지는, 시각 t0과 마찬가지로 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))가 제로보다 작기 때문에, 제1 속도 변화율(I1)로 붐 실린더 속도를 제한하는 처리가 계속된다.

시각 t1에서는, 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))는 제로이며, 조작 레버(44b)에의 조작 입력이 제로가 된다. 또한, 1 스텝 전의 시각에서의 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))는 제로보다 작고, 조작 레버(44b)에의 조작 입력은 제로가 아니다. 그 때문에, 도 14의 조작 판정 처리에서는, 수순 S51, S53으로 진행해서 수순 S28로 진행한다. 이에 의해, 붐 실린더 목표 속도(Va(t))의 변화율을 제한하는 값이 제1 속도 변화율(I1)에서 제2 속도 변화율(I2)로 변경된다. 제2 속도 변화율(I2)은, 제1 속도 변화율(I1)보다도 큰 값(시간당, 보다 큰 변화를 허용하는 값)이다.

그런데, 상기 도 15에 도시한 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))의 시간 변화는, 설계 데이터의 범위 밖으로 작업 장치(4)가 나온 직후에 오퍼레이터가 신속하게 붐 상승 동작을 정지하고자 하는 것 등으로 생각하여, 시각 t0부터 t1의 사이에 붐 조작 레버(44b)를 중립 위치로 되돌린 상황을 상정하고 있다.

본 실시 형태에서는, 반자동 제어에서 수동 제어로의 전환이 개시된 시각 t0에서 조작되어 있던 붐 조작 레버(44b)를 중립 위치로 되돌린 시점(시각 t1)에서, 오퍼레이터에게 붐 동작을 적극적으로 정지하고자 하는 의사가 있는 것으로 간주하고, 속도 천이 제어 중에 이용되는 속도 제한값(제1 속도 변화율(I1))이 보다 큰 값(제2 속도 변화율(I2))으로 변경되어 속도 제한이 완화된다. 그 결과, 제1 속도 변화율(I1)이 계속해서 이용되었을 경우에 반자동 제어가 수동 제어로 완전히 전환되는 시각 t3보다도 빠른 시각 t2에서 붐 동작을 정지할 수 있다. 즉 오퍼레이터가 의도하는 붐 동작의 정지가 완료되는 타이밍이 빨라지므로, 오퍼레이터의 조작과 실제의 붐 동작이 괴리됨으로 인한 위화감의 발생을 억제할 수 있다.

도 16은 반자동 제어에서 수동 제어로 전환될 때의 붐 실린더 속도의 변화의 제2 예를 도시하는 도면이다.

시각 t0에서는, 반자동 제어를 수동 제어로 전환하는 제어 전환 지시가 차체 컨트롤러(51) 내의 상태 천이부(51a)로부터 목표 동작 생성부(51c)에 출력되어, 반자동 제어에서 수동 제어로의 전환이 필요하다고 판단된다. 시각 t0과 1 스텝 전의 시각에서의 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))는 모두 제로이며, 모두 조작 레버(44b)에의 조작 입력은 제로이다. 그 때문에, 도 14의 조작 판정 처리에서는, 수순 S51, S52, S54로 진행해서 수순 S24로 돌아간다. 즉, 붐 실린더 목표 속도(Va(t))의 변화율은 미리 정해진 제1 속도 변화율(I1)로 유지된다. 그 후, 시각 t1까지는, 시각 t0과 마찬가지로 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))가 제로로 유지되기 때문에, 제1 속도 변화율(I1)로 붐 실린더 속도를 제한하는 처리가 계속된다.

시각 t1에서는, 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))는 제로보다 작아지고, 조작 레버(44b)에의 조작 입력도 제로가 아니게 된다. 또한, 1 스텝 전의 시각에서의 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))는 제로이며, 조작 레버(44b)에의 조작 입력도 제로이다. 그 때문에, 도 14의 조작 판정 처리에서는, 수순 S51, S52로 진행해서 수순 S28로 진행한다. 이에 의해, 붐 실린더 목표 속도(Va(t))의 변화율을 제한하는 값이 제1 속도 변화율(I1)에서 제2 속도 변화율(I2)로 변경된다. 제2 속도 변화율(I2)은, 제1 속도 변화율(I1)보다도 큰 값(시간당, 보다 큰 변화를 허용하는 값)이다.

그런데, 상기 도 16에 도시한 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))의 시간 변화는, 작업 장치(4)가 직교 자세에 도달하기 전에 버킷(15) 또는 버킷 선단(150)이 설계 데이터가 존재하는 범위(R)보다 밖으로 나오는 등의 이유로 오퍼레이터는 붐 하강 조작을 입력하지 않고 반자동 제어로 작업을 하고 있지만, 설계 데이터의 범위 밖으로 작업 장치(4)가 나온 직후에 오퍼레이터는 새롭게 굴삭하고자 하는 등 붐(15)을 하강하고자 하는 요구가 있는 상황을 상정하고 있다.

본 실시 형태에서는, 반자동 제어에서 수동 제어로의 전환이 개시된 시각 t0에서 중립 위치에 있던 붐 조작 레버(44b)에 조작을 입력한 시점(시각 t1)에서, 오퍼레이터에게 붐(13)을 적극적으로 조작하고자 하는 의사가 있는 것으로 간주하고, 속도 천이 제어 중에 이용되는 속도 제한값(제1 속도 변화율(I1))이 보다 큰 값(제2 속도 변화율(I2))으로 변경되어 속도 제한이 완화된다. 그 결과, 제1 속도 변화율(I1)이 계속해서 이용되었을 경우에 반자동 제어가 수동 제어로 완전히 전환되는 시각 t3보다도 빠른 시각 t2에서 붐의 조작을 개시할 수 있다. 즉 오퍼레이터가 의도하는 붐 조작의 개시 타이밍이 빨라지므로, 오퍼레이터의 조작과 실제의 붐 동작이 괴리됨으로 인한 위화감의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 상기 제2 실시 형태의 설명에서는, 도 15, 도 16을 사용하여, 시각 t0에서 반자동 제어에서 수동 제어로의 제어의 전환이 개시되고, 붐 실린더(18a)의 목표 속도(Va(t))가 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))로 변화할 때까지의 동안에, 붐 조작 레버(44b)에의 입력이 붐 하강 방향으로의 입력(도 15, 16에서의 음의 입력값)으로부터 중립 위치(도 15, 16에서의 제로의 입력값)로 변화한 경우와, 붐 조작 레버(44b)에의 입력이 중립 위치(제로의 입력값)로부터 붐 하강 방향으로의 입력(음의 입력값)으로 변화한 경우의 어느 경우에, 붐 실린더(18a)의 목표 속도(Va(t))의 시간 변화율을 제1 변화율(I1)에서 제2 변화율(I2)로 변경하는 것에 대해서 설명하였다. 그러나, 도 13, 도 14의 흐름도의 구성으로부터 명백해진 바와 같이, 시각 t0에서 반자동 제어에서 수동 제어로의 제어의 전환이 개시되고, 붐 실린더(18a)의 목표 속도(Va(t))가 오퍼레이터 조작에 기초하는 목표 속도(Vo(t))로 변화할 때까지의 동안에, 붐 조작 레버(44b)에의 입력이 붐 상승 방향으로의 입력(양의 입력값)으로부터 중립 위치(제로의 입력값)로 변화한 경우와, 붐 조작 레버(44b)에의 입력이 중립 위치(제로의 입력값)로부터 붐 상승 방향으로의 입력(양의 입력값)으로 변화한 경우의 어느 경우에도, 붐 실린더(18a)의 목표 속도(Va(t))의 시간 변화율을 제1 변화율(I1)에서 제2 변화율(I2)로 변경하도록 구성되어 있는 것은 물론이다.

<기타>

상기에서는 제1 상태 전환 신호와 제2 상태 전환 신호가 출력되는 상황을 구별하지 않고 설명했지만, 제1 상태 전환 신호는 오퍼레이터의 의사와는 관계없이 출력되기 때문에, 제1 상태 전환 신호가 출력된 상황에서는 오퍼레이터의 의사와는 관계없이 반자동 제어에서 수동 제어로의 강제적인 전환이 행하여지게 된다. 그 때문에, 전환 스위치(56)를 사용해서 자발적으로 제2 상태 전환 신호를 출력하는 경우에 비하여, 작업 장치(4)의 조작 중에 제어의 전환이 행하여지기 쉬운 점, 그리고, 그 때문에 속도 천이 제어 중의 속도 제한에 오퍼레이터가 위화감을 갖기 쉬운 점을 지적할 수 있다. 따라서, 속도 천이 제어 중에 조작 장치(44)에의 입력을 변화시킴으로써 오퍼레이터 조작이 작업 장치(4)의 동작에 반영되는 타이밍을 빠르게 할 수 있다는 상기 각 실시 형태의 효과는, 제1 상태 전환 신호가 출력된 상황에서 현저하다고 할 수 있다.

상기에서는 반자동 제어로 붐 실린더(18a)를 제어하는 경우에 대해서 설명했지만, 기타 유압 실린더(암 실린더(18b)나 버킷 실린더(18c))를 소정의 조건에서 반자동 제어한 경우에도 본 발명은 적용 가능하다.

상기에서는, 도 10이나 도 13의 수순 S26, S31에서, 속도 천이 제어로부터 수동 제어(도 11)로 이행하는 조건을 2개의 속도(Va(t), Vo(t))가 일치하는 것으로 했지만, 양자의 차의 절댓값이 소정의 역치 이하로 되었을 때 도 11의 수동 제어로 이행하도록 흐름도를 구성해도 된다.

상기에서는, 반자동 제어에서 수동 제어로 전환될 때 속도 천이 제어를 실행했지만, 수동 제어에서 반자동 제어로 전환될 때도 마찬가지로 속도 천이 제어를 실행해도 된다.

상기에서는, 붐 실린더(18a)의 목표 속도(Va(t))의 시간 변화율을 제1 변화율(I1)에서 제2 변화율(I2)로 변경하는 트리거로서 기능하는 조작 장치(44)에의 입력 변화의 구체예로서, 조작 장치(44)에의 조작 입력의 변화율의 절댓값이 역치(I'0) 이상인 것, 조작 장치(44)에의 조작 입력이 있는 상태에서 없는 상태(즉 중립 위치)로 변화한 것, 조작 장치(44)에의 조작 입력이 없는 상태에서 있는 상태로 변화한 것의 3개를 들었지만, 그 밖의 입력 변화를 트리거로 해서 변화율을 변경해도 된다.

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

또한, 상기 각종 컨트롤러(51, 52, 53)에 관한 각 구성이나 당해 각 구성의 기능 및 실행 처리 등은, 그것들의 일부 또는 전부를 하드웨어(예를 들어 각 기능을 실행하는 로직을 집적 회로로 설계하는 등)로 실현해도 된다. 또한, 상기 컨트롤러(51, 52, 53)에 관한 구성은, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU)에 의해 판독·실행됨으로써 당해 컨트롤러(51, 52, 53)의 구성에 관한 각 기능이 실현되는 프로그램(소프트웨어)으로 해도 된다. 당해 프로그램에 관한 정보는, 예를 들어 반도체 메모리(플래시 메모리, SSD 등), 자기 기억 장치(하드디스크 드라이브 등) 및 기록 매체(자기 디스크, 광 디스크 등) 등에 기억할 수 있다.

또한, 상기 각 실시 형태의 설명에서는, 제어선이나 정보선은, 당해 실시 형태의 설명에 필요하다고 생각되는 것을 나타냈지만, 반드시 제품에 관한 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.

1: 유압 셔블
2: GNSS 안테나(위치 센서)
3: IMU(자세 센서)
4: 작업 장치(프론트 작업 장치)
11: 상부 선회체
12: 하부 주행체
13: 붐
14: 암
140: 관절
15: 버킷
150: 버킷 선단
16, 17: 버킷 링크
18: 유압 실린더(액추에이터)
19: 선회 유압 모터
41: 엔진
42, 43: 유압 펌프
44: 조작 레버(조작 장치)
45: 방향 제어 밸브
46: 차단 밸브
47: 제어 밸브
48: 셔틀 밸브
47: 제어 밸브
49: 압력 센서
51: 차체 컨트롤러
51a: 상태 천이부
51b: 속도 천이부
51c: 목표 동작 생성부
51d: 액추에이터 제어부
52: 가이던스 컨트롤러
52a: 작업 장치 위치 자세 연산부
52b: 설계 데이터 기억부
52c: 설계면 연산부
52d: 가이던스 상태 관리부
53: GNSS 컨트롤러
54: 가이던스 모니터
55: 스피커
60, 61: 설계면

Claims

작업 장치와,
상기 작업 장치를 구동하는 액추에이터와,
상기 액추에이터를 조작하기 위한 조작 장치와,
상기 조작 장치에의 입력에 기초하여 상기 액추에이터를 제어하는 제1 제어, 및 상기 조작 장치의 조작 중에 소정의 설계면과 상기 작업 장치의 거리에 기초하여 상기 액추에이터를 제어하는 제2 제어의 2개의 제어의 어느 한쪽에 의해 상기 액추에이터를 제어하는 컨트롤러를 구비하고,
상기 컨트롤러는,
상태 전환 신호의 입력에 기초하여 상기 2개의 제어가 전환되어, 상기 액추에이터의 속도가 상기 2개의 제어 중 전환 전의 제어가 규정하는 속도에서 전환 후의 제어가 규정하는 속도로 변화할 때, 그 때의 상기 액추에이터의 속도의 시간 변화율의 제한값을 제1 변화율로 설정하고,
상기 상태 전환 신호의 입력에 기초하여 상기 2개의 제어가 전환되어, 상기 액추에이터의 속도가 상기 전환 후의 제어가 규정하는 속도로 변화할 때까지의 동안에, 상기 조작 장치에의 입력이 변화한 경우, 상기 액추에이터의 속도의 시간 변화율을 상기 제1 변화율에서 상기 제1 변화율보다 큰 제2 변화율로 변경하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 상태 전환 신호의 입력에 기초하여 상기 2개의 제어가 전환되어, 상기 액추에이터의 속도가 상기 전환 후의 제어가 규정하는 속도로 변화할 때까지의 동안에, 상기 조작 장치에의 입력의 시간 변화율이 소정의 역치 이상으로 되었을 경우, 상기 액추에이터의 속도의 시간 변화율을 상기 제1 변화율에서 상기 제2 변화율로 변경하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 조작 장치에의 입력은, 상기 액추에이터를 한 방향으로 조작할 경우의 입력값인 양의 입력값, 상기 액추에이터를 다른 방향으로 조작할 경우의 입력값인 음의 입력값, 및 상기 한 방향 및 상기 다른 방향의 어느 것으로도 상기 액추에이터를 조작하지 않을 경우의 입력값인 제로의 입력값으로 이루어지고,
상기 컨트롤러는, 상기 상태 전환 신호의 입력에 기초하여 상기 2개의 제어가 전환되어, 상기 액추에이터의 속도가 상기 전환 후의 제어가 규정하는 속도로 변화할 때까지의 동안에, 상기 조작 장치에의 입력이 상기 양의 입력값 및 상기 음의 입력값의 어느 것에서 상기 제로의 입력값으로 변화한 경우와, 상기 조작 장치에의 입력이 상기 제로의 입력값에서 상기 양의 입력값 및 상기 음의 입력값의 어느 것으로 변화한 경우의 어느 경우에, 상기 액추에이터의 속도의 시간 변화율을 상기 제1 변화율에서 상기 제2 변화율로 변경하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 제2 제어에 의한 상기 액추에이터의 제어에 필요한 하드웨어 및 소프트웨어에 이상이 발생했는지 여부를 판정하고,
상기 제2 제어에 의해 상기 액추에이터가 제어되고 있는 동안에 상기 이상이 발생했다고 판정한 경우, 상기 상태 전환 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제4항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 설계면이 존재하는 영역 내에 상기 작업 장치가 존재하는지 여부를 판정하고,
상기 제2 제어에 의해 상기 액추에이터가 제어되고 있는 동안에 상기 설계면이 존재하는 영역의 밖에 상기 작업 장치가 존재한다고 판정한 경우, 상기 상태 전환 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제4항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 작업 장치의 자세 센서와 상기 작업 기계의 위치 센서의 어느 것에 이상이 발생했는지 여부를 판정하고,
상기 제2 제어에 의해 상기 액추에이터가 제어되고 있는 동안에 상기 자세 센서와 상기 위치 센서의 어느 것에 이상이 발생했다고 판정한 경우, 상기 상태 전환 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제4항에 있어서, 상기 컨트롤러로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여, 상기 제2 제어 시에 상기 액추에이터의 방향 제어 밸브에 출력되는 파일럿압을 생성하는 제어 밸브와,
상기 파일럿압을 검출하는 압력 센서를 더 구비하고,
상기 컨트롤러는,
상기 제어 신호가 규정하는 압력값과 상기 압력 센서에서 검출되는 압력값을 비교함으로써 상기 제어 밸브에 이상이 발생했는지 여부를 판단하고,
상기 제2 제어에 의해 상기 액추에이터가 제어되고 있는 동안에 상기 제어 밸브에 이상이 발생했다고 판정한 경우, 상기 상태 전환 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제2항에 있어서, 상기 소정의 역치는, 상기 제1 변화율보다 큰 값인 것을 특징으로 하는 작업 기계.