KR20200110426A - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

작업 기계에 탑재된 컨트롤러는, 조작 장치의 조작 시에 작업 장치가 설계면의 상방에 위치하도록 작업 장치가 설계면에 접근하는 속도를 소정의 제한 속도 이하로 제한한다. 컨트롤러는, 조작 장치에 의해 작업 장치를 접근시키는 지시가 이루어지는 경우의 설계면에 대한 버킷의 자세에 기초하여, 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업인지 여부로 판정하고, 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정되었을 때, 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업 이외라고 판정되었을 때보다도 제한 속도를 크게 한다.

Description

작업 기계

본 발명은 작업 기계에 관한 것이다.

작업 기계의 일 형태인 유압 셔블에 있어서, 다관절형 프론트 작업 장치(간단히 작업 장치라 칭하는 경우가 있음)의 제어점(예를 들어 버킷 클로 끝)이 설계면에 침입하는 것을 방지하도록 작업 장치의 제어를 행하는 영역 제한 기능이 알려져 있다.

이와 같은 영역 제한 기능에서는, 작업 장치의 제어점과 설계면의 거리가 작아질수록 작업 장치가 설계면을 향하는 속도를 작게 하고, 작업 장치의 제어점과 설계면의 거리가 0일 때 작업 장치가 설계면을 향하는 속도를 0으로 함으로써, 작업 장치의 제어점을 설계면 상에 유지하는 것이 가능하다.

그러나, 실제의 작업에 있어서는 설계면을 따라서 제어점(버킷 클로 끝)을 이동시켜 평탄한 면을 형성하는 마무리 작업뿐만 아니라, 붐 하강 동작에 의해 버킷의 배면을 지면에 압박하여 토사를 다지는 비탈면 다지기 등의 롤링 압박 작업이 필요해지는 경우가 있다. 그 때문에, 롤링 압박 작업이 필요한 장면에서 상기와 같은 영역 제한 기능에 의해 설계면 방향의 속도가 설계면 부근에서 작아지게 되면, 버킷의 배면으로 지면을 압박하는 힘이 약해져 오퍼레이터가 의도하는 작업을 할 수 없거나 또는 조작에 위화감이 발생한다는 문제가 발생한다.

예를 들어 특허문헌 1은 실제의 붐 조작 신호(A1)에 대한 로 패스 필터 처리된 붐 조작 신호(a1)의 비(a1/A1)가 1 미만의 상수(r1)보다 작은 경우에 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정하고 있다. 그리고, 롤링 압박 작업으로 판정되었을 때는, 롤링 압박 작업 이외일 때에 비해 작업 장치의 제한 속도를 크게 하거나, 또는 제한을 해제함으로써 양호한 롤링 압박 작업이 가능하다고 하고 있다.

국제 공개 제2016/133225호

그러나, 특허문헌 1에서는 붐 조작 신호에 의해서만 작업 국면이 롤링 압박 작업인지 여부를 판정하고 있다. 그 때문에, 붐 조작 신호가 상기 조건을 만족시키면, 예를 들어 버킷 배면과 설계면이 이루는 각이 직각이며 버킷 클로 끝이 설계면에 대하여 수직으로 서 있는 경우에도 롤링 압박 작업으로 판정되어 작업 장치의 속도 제한(즉 영역 제한 기능)이 완화 또는 해제될 가능성이 있다. 이 상태에 있어서 작업 장치의 속도 제한이 완화 또는 해제되면 버킷 클로 끝이 설계면의 하방에 침입하여 오퍼레이터의 작업 의도에 반하여 실제의 시공면에 흠집이 생길 가능성이 있다.

본 발명의 목적은, 작업 국면을 고정밀도로 판정함과 함께, 롤링 압박 작업을 양호하게 행하는 것이 가능한 작업 기계를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 붐, 암 및 버킷을 갖는 작업 장치와, 상기 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와, 오퍼레이터의 조작에 따른 조작 신호를 출력하여 상기 복수의 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 조작 장치와, 상기 조작 장치의 조작 시에 상기 작업 장치가 소정의 설계면 상 또는 그 상방에 위치하도록 상기 작업 장치가 상기 설계면에 가까워지는 속도를 소정의 제한 속도 이하로 제한하는 컨트롤러를 구비하는 작업 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 조작 장치에 의해 상기 설계면에 상기 작업 장치를 접근시키는 것이 지시되는 경우의 상기 설계면에 대한 상기 버킷의 자세에 기초하여, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업인지 여부를 판정하고, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정되었을 때, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업 이외라고 판정되었을 때보다도 상기 제한 속도를 크게 하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 작업 국면을 고정밀도로 판정함과 함께, 롤링 압박 작업을 양호하게 행하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 작업 기계의 일례인 유압 셔블(1)의 측면도.
도 2는 붐 각도 θ1, 암 각도 θ2, 버킷 각도 θ3, 차체 전후 경사각 θ4 등의 설명도.
도 3은 유압 셔블(1)의 차체 제어 시스템(23)의 구성도.
도 4는 컨트롤러(25)의 하드웨어 구성의 개략도.
도 5는 유압 셔블(1)의 유압 회로(27)의 개략도.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 컨트롤러(25)의 기능 블록도.
도 7은 버킷 저면과 설계면이 이루는 각 α의 설명도.
도 8은 각도 α와 롤링 압박 작업 판정 플래그의 관계를 나타내는 테이블.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 버킷 선단 P4와 설계면(60)의 거리 D와 속도 보정 계수 k1, k2의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 버킷 선단 P4에 있어서의 거리 D에 따른 보정 전후의 속도 벡터를 도시하는 모식도.
도 11은 통상 작업 시와 롤링 압박 작업 시의 버킷 선단 P4에 있어서의 거리 D에 따른 보정 후의 속도 벡터를 도시하는 모식도.
도 12는 제1 실시 형태의 컨트롤러(25)에 의한 제어 플로를 나타내는 흐름도.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 작업 기계의 컨트롤러(25)의 기능 블록도.
도 14는 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 버킷 선단 P4와 설계면(60)의 거리 D와 속도 보정 계수 k1, k2, k3의 관계를 나타내는 그래프.
도 15는 붐 로드압이 고압일 때의 롤링 압박 작업 시의 버킷 선단 P4에 있어서의 보정 후의 속도 벡터를 도시하는 모식도.
도 16은 제2 실시 형태의 컨트롤러(25)에 의한 제어 플로를 나타내는 흐름도.
도 17은 제3 실시 형태에 관한 컨트롤러(25)의 기능 블록도.
도 18은 버킷 선단 또는 버킷 후단으로부터 설계면까지의 거리의 설명도.
도 19는 제3 실시 형태의 컨트롤러(25)에 의한 제어 플로를 나타내는 흐름도.
도 20은 제1 실시 형태의 변형예에 있어서의 컨트롤러(25)에 의한 제어 플로를 나타내는 흐름도.

이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 작업 기계에 대하여 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 작업 기계의 일례인 유압 셔블(1)의 측면도이다. 유압 셔블(1)은, 좌우 측부의 각각에 마련되는 크롤러 벨트를 유압 모터(도시하지 않음)에 의해 구동시켜 주행하는 주행체(하부 주행체)(2)와, 주행체(2) 상에 선회 가능하게 마련되는 선회체(상부 선회체)(3)를 구비하고 있다.

선회체(3)는, 운전실(4), 기계실(5), 카운터 웨이트(6)를 갖는다. 운전실(4)은, 선회체(3)의 전방부에 있어서의 좌측부에 마련되어 있다. 기계실(5)은, 운전실(4)의 후방에 마련되어 있다. 카운터 웨이트는, 기계실(5)의 후방, 즉 선회체(3)의 후단에 마련되어 있다.

또한, 선회체(3)는, 다관절형 작업 장치(7)를 장비하고 있다. 작업 장치(7)는, 선회체(3)의 전방부에 있어서의 운전실(4)의 우측, 즉 선회체(3)의 전방부에 있어서의 대략 중앙부에 마련되어 있다. 작업 장치(7)는, 붐(8)과, 암(9)과, 버킷(작업구)(10)과, 붐 실린더(11)와, 암 실린더(12)와, 버킷 실린더(13)를 갖는다. 붐(8)의 기단부는, 붐 핀 P1(도 2 참조)을 통해, 선회체(3)의 전방부에 회동 가능하게 설치되어 있다. 암(9)의 기단부는, 암 핀 P2(도 2 참조)를 통해, 붐(8)의 선단부에 회동 가능하게 설치되어 있다. 버킷(10)의 기단부는, 버킷 핀 P3(도 2 참조)을 통해, 암(9)의 선단부에 회동 가능하게 설치되어 있다. 붐 실린더(11)와, 암 실린더(12)와, 버킷 실린더(13)는 각각 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더(11)는 신축하여 붐(8)을 구동하고, 암 실린더(12)는 신축한 암(9)을 구동하고, 버킷 실린더(13)는 신축하여 버킷(10)을 구동한다. 또한, 이하에서는, 붐(8), 암(9) 및 버킷(작업구)(10)을 각각 프론트 부재라 칭하는 경우가 있다.

기계실(5)의 내부에는 가변 용량형 제1 유압 펌프(14) 및 제2 유압 펌프(15)(도 3 참조)와, 제1 유압 펌프(14) 및 제2 유압 펌프(15)를 구동하는 엔진(원동기)(16)(도 3 참조)이 설치되어 있다.

운전실(4)의 내부에는 차체 경사 센서(17), 붐(8)에는 붐 경사 센서(18), 암(9)에는 암 경사 센서(19), 버킷(10)에는 버킷 경사 센서(20)가 설치되어 있다. 예를 들어, 차체 경사 센서(17), 붐 경사 센서(18), 암 경사 센서(19), 버킷 경사 센서(20)는 IMU(Inertial Measurement Unit: 관성 계측 장치)이다. 차체 경사 센서(17)는 수평면에 대한 선회체(차체)(3)의 각도(대지 각도)를, 붐 경사 센서(18)는 붐(8)의 대지 각도를, 암 경사 센서(19)는 암(9)의 대지 각도를, 버킷 경사 센서(20)는 버킷(10)의 대지 각도를 계측한다.

선회체(3)의 후방부의 좌우에 제1 GNSS 안테나(21)(GNSS: Global Navigation Satellite System)와 제2 GNSS 안테나(22)가 설치되어 있다. 제1 GNSS 안테나(21)와 제2 GNSS 안테나(22)가 각각 복수의 항법 위성(바람직하게는 4기 이상의 항법 위성)으로부터 수신한 항법 신호로부터 글로벌 좌표계에 있어서의 소정의 2점(예를 들어, 안테나(21, 22)의 기단부의 위치)의 위치 정보를 산출할 수 있다. 그리고, 산출한 2점의 글로벌 좌표계에 있어서의 위치 정보(좌표값)에 의해, 유압 셔블(1)에 설정한 로컬 좌표계(차체 기준 좌표계)의 원점 P0(도 2 참조)의 글로벌 좌표계에 있어서의 좌표값과, 로컬 좌표계를 구성하는 3축의 글로벌 좌표계에 있어서의 자세(즉 도 2의 예에서는 주행체(2) 및 선회체(3)의 자세·방위)를 계산하는 것이 가능하다. 이와 같은 항법 신호에 기초하는 각종 위치의 연산 처리는 후술하는 컨트롤러(25)에서 행할 수 있다.

도 2는 유압 셔블(1)의 측면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 붐(8)의 길이, 즉, 붐 핀 P1로부터 암 핀 P2까지의 길이를 L1이라 한다. 또한, 암(9)의 길이, 즉, 암 핀 P2로부터 버킷 핀 P3까지의 길이를 L2라 한다. 또한, 버킷(10)의 길이, 즉, 버킷 핀 P3으로부터 버킷 선단(버킷(10)의 클로 끝) P4까지의 길이를 L3이라 한다. 또한, 글로벌 좌표계에 대한 선회체(3)의 경사, 즉, 수평면 연직 방향(수평면에 수직인 방향)과 차체 연직 방향(선회체(3)의 선회 중심축 방향)이 이루는 각도를 θ4라 한다. 이하, 차체 전후 경사각 θ4라 한다. 붐 핀 P1과 암 핀 P2를 연결한 선분과 차체 연직 방향이 이루는 각도를 θ1이라 하고, 이하, 붐 각도 θ1이라 한다. 암 핀 P2와 버킷 핀 P3을 연결한 선분과, 붐 핀 P1과 암 핀 P2로 이루어지는 직선이 이루는 각도를 θ2라 하고, 이하, 암 각도 θ2라 한다. 버킷 핀 P3과 버킷 선단 P4를 연결한 선분과, 암 핀 P2와 버킷 핀 P3으로 이루어지는 직선이 이루는 각도를 θ3이라 하고, 이하, 버킷 각도 θ3이라 한다.

도 3은 유압 셔블(1)의 차체 제어 시스템(23)의 구성이다. 차체 제어 시스템(23)은, 작업 장치(7)를 조작하기 위한 조작 장치(24)와, 제1, 제2 유압 펌프(14, 15)를 구동하는 엔진(16)과, 제1, 제2 유압 펌프(14, 15)로부터 붐 실린더(11), 암 실린더(12) 및 버킷 실린더(13)에 공급하는 작동유의 유량과 방향을 제어하는 유량 제어 밸브 장치(26)와, 유량 제어 밸브 장치(26)를 제어하는 제어 장치인 컨트롤러(25)를 구비하고 있다.

조작 장치(24)는, 붐(8)(붐 실린더(11))을 조작하기 위한 붐 조작 레버(24a)와, 암(9)(암 실린더(12))을 조작하기 위한 암 조작 레버(24b)와, 버킷(10)(버킷 실린더(13))을 조작하기 위한 버킷 조작 레버(24c)를 갖는다. 예를 들어, 각 조작 레버(24a, 24b, 24c)는 전기 레버이며, 각 레버의 경도량(조작량)에 따른 전압값을 컨트롤러(25)에 출력한다. 붐 조작 레버(24a)는 붐 실린더(11)의 목표 동작량을 붐 조작 레버(24a)의 조작량에 따른 전압값으로서 출력한다(이하, 붐 조작량이라 함). 암 조작 레버(24b)는 암 실린더(12)의 목표 동작량을 암 조작 레버(24b)의 조작량에 따른 전압값으로서 출력한다(이하, 암 조작량이라 함). 버킷 조작 레버(24c)는 버킷 실린더(13)의 목표 동작량을 버킷 조작 레버(24c)에 따른 전압값으로서 출력한다(이하, 버킷 조작량이라 함). 또한, 각 조작 레버(24a, 24b, 24c)를 유압 파일럿 레버라 하고, 각 레버(24a, 24b, 24c)의 경도량에 따라서 생성되는 파일럿 압력을 압력 센서(도시하지 않음)에서 전압값으로 변환하여 컨트롤러(25)에 출력함으로써 각 조작량을 검출해도 된다.

컨트롤러(25)는, 조작 장치(24)로부터 출력된 조작량과, 작업 장치(7)에 미리 설정한 소정의 제어점인 버킷 선단 P4의 위치 정보(제어점 위치 정보)와, 컨트롤러(25) 내에 미리 기억된 설계면(60)(도 2 참조)의 위치 정보(설계면 정보)에 기초하여 제어 명령을 연산하고, 그 제어 명령을 유량 제어 밸브 장치(26)에 출력한다. 본 실시 형태의 컨트롤러(25)는, 조작 장치(24)의 조작 시에, 작업 장치(7)의 동작 범위가 설계면(60) 상 및 그 상방으로 제한되도록 암 실린더(12) 및 붐 실린더(11)의 목표 속도를 버킷 선단 P4(제어점)와 설계면(60)의 거리(설계면 거리) D(도 2 참조)에 따라서 연산한다. 또한, 본 실시 형태에서는 작업 장치(7)의 제어점으로서 버킷 선단 P4(버킷(10)의 클로 끝)를 설정하였지만, 작업 장치(7) 상의 임의의 점을 제어점으로 설정할 수 있고, 예를 들어 작업 장치(7)에 있어서 암(9)보다 전방의 부분에서 설계면(60)에 가장 가까운 점을 제어점으로 설정해도 된다.

붐 실린더(11)에는, 붐 실린더(11)의 로드 압력을 취득하는 붐 로드압 센서(61)와, 동일하게 보텀압을 취득하는 취득하는 붐 보텀압 센서(62)가 설치되어 있다. 암 실린더(12)에는, 암 실린더(12)의 로드 압력을 취득하는 암 로드압 센서(63)와, 동일하게 보텀압을 취득하는 취득하는 암 보텀압 센서(64)가 설치되어 있다. 버킷 실린더(13)에는, 버킷 실린더(13)의 로드 압력을 취득하는 버킷 로드압 센서(65)와, 동일하게 보텀압을 취득하는 취득하는 버킷 보텀압 센서(66)가 설치되어 있다. 이들 압력 센서(61 내지 66)의 검출 신호는 컨트롤러(25)에 출력되고 있다.

도 4는 컨트롤러(25)의 하드웨어 구성의 개략도이다. 도 4에 있어서 컨트롤러(25)는, 입력 인터페이스(91)와, 프로세서인 중앙 처리 장치(CPU)(92)와, 기억 장치인 리드 온리 메모리(ROM)(93) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(94)와, 출력 인터페이스(95)를 갖고 있다. 입력 인터페이스(91)에는, 작업 장치(7)의 자세를 검출하는 작업 장치 자세 검출 장치(50)인 경사 센서(17, 18, 19, 20)로부터의 신호와, 각 조작 레버(24a, 24b, 24c)의 조작량을 나타내는 조작 장치(24)로부터의 전압값(신호)과, 작업 장치(7)에 의한 굴삭 작업이나 성토 작업의 기준이 되는 설계면(60)을 설정하기 위한 장치인 설계면 설정 장치(51)로부터의 신호와, 각 유압 실린더(11, 12, 13)의 로드압 및 보텀압을 검출하는 압력 센서(61 내지 66)로부터의 신호가 입력되어, CPU(92)가 연산 가능하도록 변환된다. ROM(93)은, 후술하는 흐름도에 관한 처리를 포함하여 컨트롤러(25)가 각종 제어 처리를 실행하기 위한 제어 프로그램과, 당해 각종 제어 처리의 실행에 필요한 각종 정보 등이 기억된 기록 매체이다. CPU(92)는, ROM(93)에 기억된 제어 프로그램에 따라서 입력 인터페이스(91) 및 ROM(93), RAM(94)으로부터 도입된 신호에 대하여 소정의 연산 처리를 행한다. 출력 인터페이스(95)는, CPU(92)에서의 연산 결과에 따른 출력용 신호를 작성하여 출력한다. 출력 인터페이스(95)의 출력용 신호로서는 전자 밸브(32, 33, 34, 35)(도 5 참조)의 제어 명령이 있고, 전자 밸브(32, 33, 34, 35)는 그 제어 명령에 기초하여 동작하여 유압 실린더(11, 12, 13)를 제어한다. 또한, 도 4의 컨트롤러(25)는, 기억 장치로서 ROM(93) 및 RAM(94)이라는 반도체 메모리를 구비하고 있지만, 기억 장치이면 특히 대체 가능하고, 예를 들어 하드디스크 드라이브 등의 자기 기억 장치를 구비해도 된다.

유량 제어 밸브 장치(26)는, 전자 구동 가능한 복수의 스풀을 구비하고 있고, 컨트롤러(25)에 의해 출력된 제어 명령에 기초하여 각 스풀의 개구 면적(스로틀 개방도)을 변화시킴으로써, 유압 실린더(11, 12, 13)를 포함하는 유압 셔블(1)에 탑재된 복수의 유압 액추에이터를 구동한다.

도 5는 유압 셔블(1)의 유압 회로(27)의 개략도이다. 유압 회로(27)는, 제1 유압 펌프(14)와, 제2 유압 펌프(15)와, 유량 제어 밸브 장치(26)와, 작동유 탱크(36a, 36b)를 구비하고 있다.

유량 제어 밸브 장치(26)는, 제1 유압 펌프(14)로부터 암 실린더(12)에 공급하는 작동유의 유량을 제어하는 제1 유량 제어 밸브인 제1 암 스풀(28)과, 제2 유압 펌프(15)로부터 암 실린더(12)에 공급하는 작동유의 유량을 제어하는 제3 유량 제어 밸브인 제2 암 스풀(29)과, 제1 유압 펌프(14)로부터 버킷 실린더(13)에 공급하는 작동유의 유량을 제어하는 버킷 스풀(30)과, 제2 유압 펌프(15)로부터 붐 실린더(11)에 공급하는 작동유의 유량을 제어하는 제2 유량 제어 밸브인 붐 스풀(제1 붐 스풀)(31)과, 제1 암 스풀(28)을 구동하는 제1 암 스풀 구동 전자 밸브(32a, 32b)와, 제2 암 스풀(29)을 구동하는 제2 암 스풀 구동 전자 밸브(33a, 33b)와, 버킷 스풀(30)을 구동하는 버킷 스풀 구동 전자 밸브(34a, 34b)와, 붐 스풀(31)을 구동하는 붐 스풀 구동 전자 밸브(제1 붐 스풀 구동 전자 밸브)(35a, 35b)를 구비하고 있다.

제1 암 스풀(28)과 버킷 스풀(30)은 제1 유압 펌프(14)에 병렬 접속되어 있고, 제2 암 스풀(29)과 붐 스풀(31)은 제2 유압 펌프(15)에 병렬 접속되어 있다.

유량 제어 밸브 장치(26)는 소위 오픈 센터식(센터 바이패스식)이다. 각 스풀(28, 29, 30, 31)은, 중립 위치로부터 소정의 스풀 위치에 도달할 때까지 유압 펌프(14, 15)로부터 토출된 작동유를 작동유 탱크(36a, 36b)로 유도하는 유로인 센터 바이패스부(28a, 29a, 30a, 31a)를 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 유압 펌프(14)와, 제1 암 스풀(28)의 센터 바이패스부(28a)와, 버킷 스풀(30)의 센터 바이패스부(30a)와, 탱크(36a)는, 이 순서로 직렬 접속되어 있고, 센터 바이패스부(28a)와 센터 바이패스부(30a)는 제1 유압 펌프(14)로부터 토출되는 작동유를 탱크(36a)로 유도하는 센터 바이패스 유로를 구성하고 있다. 또한, 제2 유압 펌프(15)와, 제2 암 스풀(29)의 센터 바이패스부(29a)와, 붐 스풀(31)의 센터 바이패스부(31a)와, 탱크(36b)는, 이 순서로 직렬 접속되어 있고, 센터 바이패스부(29a)와 센터 바이패스부(31a)는 제2 유압 펌프(15)로부터 토출되는 작동유를 탱크(36b)로 유도하는 센터 바이패스 유로를 구성하고 있다.

각 전자 밸브(32, 33, 34, 35)에는, 엔진(16)에 의해 구동되는 파일럿 펌프(도시하지 않음)가 토출한 압유가 유도되어 있다. 조작 장치(24)의 조작과 연동하여 컨트롤러(25)로부터 제어 신호가 출력되면, 각 전자 밸브(32, 33, 34, 35)는, 그 제어 명령에 기초하여 적절히 동작하여 파일럿 펌프로부터의 압유를 각 스풀(28, 29, 30, 31)의 구동부에 작용시키고, 이에 의해 각 스풀(28, 29, 30, 31)이 구동되어 유압 실린더(11, 12, 13)가 동작한다.

예를 들어, 오퍼레이터에 의해 암 조작 레버(24a)가 암 크라우드 방향으로 조작되거나 하여, 컨트롤러(25)로부터 암 실린더(12)의 신장 방향으로 명령이 내려진 경우에는, 제1 암 스풀 구동 전자 밸브(32a)와, 제2 암 스풀 구동 전자 밸브(33a)에 명령이 출력되어 암(9)이 크라우드 동작한다. 반대로 암 실린더(12)의 단축 방향(암 덤프 방향)으로 명령이 내려진 경우에는, 제1 암 스풀 구동 전자 밸브(32b)와, 제2 암 스풀 구동 전자 밸브(33b)에 명령이 출력되어 암(9)이 덤프 동작한다. 마찬가지로 버킷 조작 레버(24c)가 버킷 크라우드 방향으로 조작되거나 하여 버킷 실린더(13)의 신장 방향으로 명령이 내려진 경우에는, 버킷 스풀 구동 전자 밸브(34a)에 명령이 출력되어 버킷(10)이 크라우드 동작하고, 반대로 버킷 실린더(13)의 단축 방향(버킷 덤프 방향)으로 명령이 내려진 경우에는, 버킷 스풀 구동 전자 밸브(34b)에 명령이 출력되어 버킷(10)이 덤프 동작한다. 또한 마찬가지로 붐 조작 레버(24a)가 붐 상승 방향으로 조작되거나 하여 붐 실린더(11)의 신장 방향으로 명령이 출력된 경우에는, 붐 스풀 구동 전자 밸브(35a)에 명령이 출력되어 붐(8)이 상승 동작하고, 반대로 붐 실린더(11)의 단축 방향(붐 하강 방향)으로 명령이 출력된 경우에는, 붐 스풀 구동 전자 밸브(35b)에 명령이 출력되어 붐(8)이 하강 동작한다.

도 6에 본 실시 형태에 관한 컨트롤러(25)가 실행하는 처리를 기능적 측면으로부터 복수의 블록으로 분류하여 정리한 기능 블록도를 도시한다. 이 도면에 도시한 바와 같이 컨트롤러(25)에 이루어지는 처리는, 제어점 위치 연산부(53)와, 설계면 기억부(54)와, 거리 연산부(37)와, 각도 연산부(71)와, 작업 국면 판정부(72)와, 제한 속도 결정부(38)와, 유량 제어 밸브 제어부(40)로 구분할 수 있다.

제어점 위치 연산부(53)는, 글로벌 좌표계에 있어서의 본 실시 형태의 제어점인 버킷 선단 P4의 위치와, 글로벌 좌표계에 있어서의 작업 장치(7)의 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세를 연산한다. 연산은 공지의 방법에 기초하면 되지만, 예를 들어 먼저, 제1, 제2 GNSS 안테나(21, 22)로 수신된 항법 신호로부터, 로컬 좌표계(차체 기준 좌표계)의 원점 P0(도 2 참조)의 글로벌 좌표계에 있어서의 좌표값과, 글로벌 좌표계에 있어서의 주행체(2)와 선회체(3)의 자세 정보·방위 정보를 계산한다. 그리고, 이 연산 결과와, 작업 장치 자세 검출 장치(50)로부터의 경사각 θ1, θ2, θ3, θ4의 정보와, 로컬 좌표계에 있어서의 붐 풋 핀 P1의 좌표값과, 붐 길이 L1 및 암 길이 L2 및 버킷 길이 L3을 이용하여, 글로벌 좌표계에 있어서의 본 실시 형태의 제어점인 버킷 선단 P4의 위치와, 글로벌 좌표계에 있어서의 작업 장치(7)의 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세를 연산한다. 또한, 작업 장치(7)의 제어점의 좌표값은, 레이저 측량계 등의 외부 계측 기기에 의해 계측하고, 그 외부 계측 기기와의 통신에 의해 취득되어도 된다.

설계면 기억부(54)는, 운전실(4) 내에 있는 설계면 설정 장치(51)로부터의 정보에 기초하여 연산된 설계면(60)의 글로벌 좌표계에 있어서의 위치 정보(설계면 데이터)를 기억하고 있다. 본 실시 형태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 작업 장치(7)의 각 프론트 부재(8, 9, 10)가 동작하는 평면(작업 장치(7)의 동작 평면)으로 설계면의 3차원 데이터를 절단한 단면 형상을 설계면(60)(2차원의 설계면)으로서 이용한다. 또한, 도 2의 예에서는 설계면(60)은 하나였지만, 설계면이 복수 존재하는 경우도 있다. 설계면이 복수 존재하는 경우에는, 예를 들어, 작업 장치(7)의 제어점으로부터 거리가 가장 가까운 것을 설계면으로 설정하는 방법이나, 버킷 선단 P4의 연직 하방에 위치하는 것을 설계면으로 하는 방법이나, 임의로 선택한 것을 설계면으로 하는 방법 등이 있다. 또한, 설계면(60)의 위치 정보는, 글로벌 좌표계에 있어서의 작업 장치(7)의 제어점의 위치 정보에 기초하여, 유압 셔블(1)의 주변의 설계면(60)의 위치 정보를 외부 서버로부터 통신에 의해 취득하여 설계면 기억부(54)에 기억해도 된다. 또한, 설계면(60)은 오퍼레이터가 설정해도 된다.

거리 연산부(37)는, 제어점 위치 연산부(53)에서 연산된 작업 장치(7)의 제어점(예를 들어 작업 장치(7)의 선단에 위치하는 버킷 클로 끝)의 위치 정보와, 설계면 기억부(54)로부터 취득한 설계면(60)의 위치 정보로부터 작업 장치(7)의 제어점과 설계면(60)의 거리 D(도 2 참조)를 연산한다.

각도 연산부(71)는, 작업 장치 자세 검출 장치(50)와 설계면 기억부(54)로부터 입력되는 정보에 기초하여, 소정의 기준면에 대한 버킷 저면의 각도(대지 각도) αbk와 동일한 기준면에 대한 설계면(60)의 각도 αsf가 이루는 각 α를 연산하는 부분이다. 본 실시 형태의 기준면은 수평면이며, 버킷 저면의 각도 αbk와 설계면(60)의 각도 αsf는 수평면 상에 설정된 x축을 기준으로 하여 도 7과 같이 설정된다. 버킷 저면과 설계면(60)이 이루는 각 α는, 버킷 저면이 수평면과 이루는 각 αbk로부터 설계면이 수평면과 이루는 각 αsf를 뺀 값, 즉 「α=αbk-αsf」로 정의된다. 도 7에 도시한 바와 같이, 각도 α는 기준면(x축)으로부터 반시계 방향의 각도를 정으로 하고 있다. 즉, xz 평면에 있어서의 +x축을 시선(0도)으로 하여, 거기로부터 반시계 방향으로 회전하는 방향의 각도를 정으로 하고, 시계 방향으로 회전하는 방향의 각도를 부로 하고 있다. 본 실시 형태에서는 +x축을 기준으로 하여 ±180도의 범위에서 각도를 정의하고, 하나의 각도에 대하여 정부 2개의 표기(예를 들어, +α, -180+α)가 있지만 절댓값이 작은 쪽을 선택하는 것으로 한다. 또한, 도 7의 각도 αbk, αsf는 시선(+x축)으로부터 시계 방향으로 취하고 있으므로 모두 부의 각도가 된다.

버킷 저면의 대지 각도 αbk는, 차체 전후 경사각 θ4와, 붐 각도 θ1과, 암 각도 θ2와, 버킷 각도 θ3과, 버킷 핀 위치 P3과 클로 끝 좌표 P4를 연결하는 선분과 버킷 저면을 측면으로 보았을 때의 선분이 이루는 각 β로부터 계산할 수 있다. 각도 β는 버킷 형상으로부터 규정되는 각도이며 사전에 파악 가능하다. 설계면(60)의 각도 αsf는, 설계면 기억부(54)에 기억된 설계면(60) 상의 2점의 위치로부터 계산할 수 있다.

작업 국면 판정부(72)는, 각도 연산부(71)에서 연산한 각도 α와, 조작 장치(24)로부터 출력되는 조작 신호와 기초하여 작업 장치(7)에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업인지 여부를 판정하는 부분이다. 작업 국면 판정부(72)는 각도 α에 따라서 롤링 압박 작업 판정 플래그를 출력한다. 롤링 압박 작업 판정 플래그는, 작업 국면 판정부(72)가 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정하는 조건의 하나이다. 롤링 압박 작업 플래그는 각도 α가 소정값 φ0 이상일 때 1로 출력되고, 소정값 φ0 미만일 때는 0으로 출력된다. 소정값 φ0은 제로 또는 제로에 가까운 값이 바람직하고, 부의 값이어도 된다. 즉 버킷 저면과 설계면(60)이 평행 또는 평행에 가까운 상태에서 롤링 압박 작업 플래그로서 1이 출력되는 설정이면 된다. 롤링 압박 작업으로 판정될 수 있는 범위(플래그가 1로 출력되는 범위)를 크게 하는 경우에는 φ0을 제로에 가까운 부의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 도 8에 도시한 바와 같이 제로로 설정하고 있다. 도 8은 본 실시 형태에 있어서의 각도 α와 롤링 압박 작업 판정 플래그의 관계를 나타내는 테이블이다.

작업 국면 판정부(72)는, 상기 롤링 압박 작업 플래그가 1이며, 또한, 조작 신호가 작업 장치(7)를 설계면(60)에 접근시키는 것을 지시하는 조작 신호일 때, 작업 장치(7)에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정한다. 여기서 「조작 신호가 작업 장치(7)를 설계면(60)에 접근시키는 것을 지시하는 조작 신호」란, 붐 하강, 암 덤프 및 암 크라우드 중 어느 하나를 지시하는 조작 신호이다. 즉, 붐 조작 레버(24a)로부터 붐 하강의 조작 신호나, 암 조작 레버(24b)로부터 암(9)의 조작 신호가 입력되어 있는 경우이다. 붐 하강의 조작 신호는 붐 하강으로 버킷 저면을 지면(시공면)에 때리는 비탈면 다지기 동작으로 판정하고, 암 덤프 또는 암 크라우드의 조작 신호는 암 덤프 또는 크라우드로 버킷 저면을 설계면(60)의 근방에서 지면(시공면)에 압박하면서 설계면(60)을 따라서 버킷(10)을 이동시키는 베딩 롤링 압박 동작으로 판정한다.

제한 속도 결정부(38)는, 조작 장치(24)의 조작 시에, 작업 장치(7)의 동작 범위가 설계면(60) 상 및 그 상방으로 제한되도록 각 유압 실린더(11, 12, 13)의 목표 속도(제한 속도)를 거리 D에 따라서 연산하는 부분이다. 본 실시 형태에서는 하기의 연산을 행한다.

먼저, 제한 속도 결정부(38)는, 먼저, 조작 레버(24a)로부터 입력되는 전압값(붐 조작량)으로부터 붐 실린더(11)에 대한 요구 속도(붐 실린더 요구 속도)를 계산하고, 조작 레버(24b)로부터 입력되는 전압값(암 조작량)으로부터 암 실린더(12)에 대한 요구 속도를 계산하고, 조작 레버(24c)로부터 입력되는 전압값(버킷 조작량)으로부터 버킷 실린더(13)에 대한 요구 속도를 계산한다. 이 3개의 요구 속도와 제어점 위치 연산부(53)에서 연산된 작업 장치(7)의 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세로부터, 버킷 선단 P4에 있어서의 작업 장치(7)의 속도 벡터(요구 속도 벡터) V0을 계산한다. 그리고, 속도 벡터 V0의 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z와 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x도 계산한다.

다음에, 제한 속도 결정부(38)는, 거리 D에 따라서 결정되는 보정 계수 k1, k2를 연산한다. 도 9는 버킷 선단 P4와 설계면(60)의 거리 D와 속도 보정 계수 k1, k2의 관계를 나타내는 그래프이다. 버킷 클로 끝 좌표 P4(작업 장치(7)의 제어점)가 설계면(60)의 상방에 위치하고 있을 때의 거리를 정, 설계면(60)의 하방에 위치하고 있을 때의 거리를 부로 하여, 속도 보정 계수 k1, k2는 거리 D가 작아짐에 따라서 단조롭게 감소되도록 설정되어 있다. 목표 속도(제한 속도)의 속도 방향에 관하여, 작업 장치(7)가 설계면(60)의 하방에 침입하는 방향을 정으로 하고 있고, 예를 들어 설계면(60)이 수평면인 경우에는 연직 하향 성분을 갖는 속도의 방향은 정이 된다.

속도 보정 계수 k에는 통상 작업 시(롤링 압박 작업 시 이외의 작업 시)의 값 k1과 롤링 압박 작업 시의 값 k2의 2개의 설정이 있다. 통상 작업 시의 속도 보정 계수 k1은, 도면 중에 실선으로 나타내고 있고, 거리 D가 0일 때 0이 되도록 설정되어 있다.

한편, 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k2는, 도면 중의 파선으로 나타낸 바와 같이, 거리 D가 소정의 범위(도 9의 예에서는 D2≤D≤D1로 규정되는 제1 영역)에 포함될 때 통상 작업 시의 속도 보정 계수 k1보다도 커지도록 설정되어 있다. 이에 의해 롤링 압박 작업 시의 제한 속도(목표 속도)는 통상 작업 시에 비해 커진다. 본 실시 형태에서는 「소정의 범위」로서, 설계면의 상방의 거리 D1(예를 들어 +수십센티 정도)의 위치에 설정한 제1 경계와, 설계면의 하방의 거리 D2(예를 들어 -5센티 정도)의 위치에 설정한 제2 경계로 둘러싸인 영역(「제1 영역」이라 칭함)을 채용하고 있다. 또한, 설계면(60)의 하방에 제어점(버킷 클로 끝)이 침입하지 않는 작업을 행하는 경우 등에는 D2를 제로, 즉 설계면(60) 상에 제2 경계를 설정해도 된다.

또한, 암 조작이 입력된 경우(즉, 조작 신호가 암 덤프 및 암 크라우드 중 어느 하나를 지시하는 조작 신호인 경우)의 롤링 압박 작업(베딩 롤링 압박 작업)을 위해, 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k2는, 통상 작업 시의 속도 보정 계수 k1이 부로 설정되어 있는 소정의 범위(도 9의 예에서는 D3≤D≤0으로 규정되는 제2 영역)에 거리 D가 포함될 때 정의 값으로 되도록 설정되어 있다. 이에 의해 설계면(60)의 하방으로 제어점이 이동한 경우의 제한 속도가 정이 되므로, 대략 설계면(60)을 형성한 후의 마무리 작업 시 등에 암에 의한 베딩 롤링 압박 동작으로 설계면(60)을 롤링 압박하는 것이 가능해진다. 본 실시 형태에서는 「소정의 범위」로서, 설계면(60)의 하방의 거리 D2의 위치에 설정한 제2 경계의 상방 또한 설계면(60)의 하방의 거리 D3의 위치에 설정한 제3 경계와 설계면(60)으로 둘러싸인 영역(「제2 영역」이라 칭함)을 채용하고 있다. 또한, 비탈면 다지기와 같은 작업을 행하지 않는 경우 등에는, 제2 영역에 있어서의 제3 경계와 반대측의 경계(도 9의 예에서는 설계면(60))는 설계면의 상방에 설정해도 된다.

또한, 제1 영역 외(D<D2, D1<D)의 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k2는, 통상 작업 시의 속도 보정 계수 k1과 동일한 값으로 설정되어 있다.

다음에, 제한 속도 결정부(38)는, 거리 D에 따라서 결정되는 보정 계수 k1, k2를, 속도 벡터 V0의 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z에 곱함으로써 속도 성분 V1z를 계산한다. 이 속도 성분 V1z와, 속도 벡터 V0의 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x를 합성함으로써 합성 속도 벡터(목표 속도 벡터) V1을 계산하고, 이 합성 속도 벡터 V1을 발생 가능한 붐 실린더 속도와, 암 실린더 속도(Va1)와, 버킷 실린더 속도를 각각 목표 속도(제한 속도)로서 연산한다. 이 목표 속도의 연산 시에는, 제어점 위치 연산부(53)에서 연산된 작업 장치(7)의 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세를 이용해도 된다.

도 10은 버킷 선단 P4에 있어서의 거리 D에 따른 보정 전후의 속도 벡터를 도시하는 모식도이다. 요구 속도 벡터 V0의 설계면 연직 방향의 성분 V0z(도 8의 좌측의 도면 참조)에 속도 보정 계수 k1, k2를 곱함으로써, V0z 이하의 설계면 연직 방향의 속도 벡터 V1z(도 8의 우측의 도면 참조)가 얻어진다. V1z와 요구 속도 벡터 V0의 설계면 수평 방향의 성분의 V0x의 합성 속도 벡터 V1을 계산하고, V1을 출력 가능한 암 실린더 목표 속도 Va1과, 붐 실린더 목표 속도와, 버킷 실린더 목표 속도가 계산된다.

도 11은 통상 작업 시와 롤링 압박 작업 시의 버킷 선단 P4에 있어서의 거리 D에 따른 보정 후의 속도 벡터를 도시하는 모식도이다. 통상 작업 시(도면 중 좌측)에는, 버킷 클로 끝 좌표 P4와 설계면(60)의 거리 D가 제로일 때, 속도 보정 계수 k1이 도 9의 테이블에 의해 제로가 되기 때문에, V1z는 제로가 된다. 그러나, 롤링 압박 작업 시(도면 중 우측)에는, 속도 보정 계수 k2가 도 9의 테이블에 의해 제로로부터 정의 값으로 변경되므로, V1z는 정의 값이 된다.

유량 제어 밸브 제어부(40)는, 제한 속도 결정부(38)에서 연산된 각 유압 실린더(11, 12, 13)의 목표 속도에 기초하여, 전자 밸브(32, 33, 34, 35)에 대한 제어 명령을 연산하고, 그 제어 명령을 대응하는 전자 밸브(32, 33, 34, 35)에 출력함으로써 각 유량 제어 밸브(각 스풀)(28, 29, 30, 31)를 제어하는 부분이다.

암 실린더(12)의 제어에 관하여, 유량 제어 밸브 제어부(40)는, 제한 속도 결정부(38)에서 연산된 암 실린더(12)의 목표 속도를 입력하고, 그 목표 속도에 대응하는 제1 암 스풀 구동 전자 밸브(32a, 32b)와 제2 암 스풀 구동 전자 밸브(33a, 33b)의 제어 명령(구체적으로는 제1 암 스풀 구동 전자 밸브(32a, 32b)와 제2 암 스풀 구동 전자 밸브(33a, 33b)의 밸브 개방도를 규정하는 명령 전류값)을 연산하여 출력한다. 제1 암 스풀 구동 전자 밸브(32a, 32b)와 제2 암 스풀 구동 전자 밸브(33a, 33b)의 제어 명령의 연산 시에, 본 실시 형태에서는, 암 실린더(12)의 목표 속도와, 제1 암 스풀 구동 전자 밸브(32a, 32b) 및 제2 암 스풀 구동 전자 밸브(33a, 33b)의 제어 명령의 상관 관계가 일대일로 규정된 테이블을 이용한다. 이 테이블에는, 먼저, 암 실린더(12)를 신장하는 경우에 이용되는 2개의 테이블로서, 제1 암 스풀 구동 전자 밸브(32a)용 테이블과, 제2 암 스풀 구동 전자 밸브(33a)용 테이블이 있다. 또한, 암 실린더(12)를 축단하는 경우에 이용되는 2개의 테이블로서, 제1 암 스풀 구동 전자 밸브(32b)용 테이블과, 제2 암 스풀 구동 전자 밸브(33b)용 테이블이 있다. 이들 4개의 테이블에서는, 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 구한 전자 밸브(32a, 32b, 33a, 33b)에 대한 전류값과 암 실린더(12)의 실속도의 관계에 기초하여, 암 실린더 목표 속도의 크기의 증가와 함께 전자 밸브(32a, 32b, 33a, 33b)에 대한 전류값이 단조롭게 증가되도록 목표 속도와 전류값의 상관 관계가 규정되어 있다.

붐 실린더(11)의 제어에 관하여, 유량 제어 밸브 제어부(40)는, 제한 속도 결정부(38)에서 연산된 붐 실린더(11)의 목표 속도를 입력하고, 그 목표 속도에 대응하는 붐 스풀 구동 전자 밸브(35a, 35b)의 제어 명령(구체적으로는 붐 스풀 구동 전자 밸브(35a, 35b)의 밸브 개방도를 규정하는 명령 전류값)을 연산하여 출력한다. 붐 스풀 구동 전자 밸브(35a, 35b)의 제어 명령의 연산 시에, 본 실시 형태에서는, 붐 실린더(11)의 목표 속도와 붐 스풀 구동 전자 밸브(35a, 35b)의 제어 명령의 상관 관계가 일대일로 규정된 테이블을 이용한다. 테이블은, 붐 실린더(11)를 신장하는 경우에 이용되는 붐 스풀 구동 전자 밸브(35a)용 테이블과, 붐 실린더(11)를 단축하는 경우에 이용되는 붐 스풀 구동 전자 밸브(35b)용 테이블이 있다. 이들 2개의 테이블에서는, 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 구한 전자 밸브(35a, 35b)에 대한 전류값과 붐 실린더(11)의 실속도의 관계에 기초하여, 붐 실린더 목표 속도의 크기의 증가와 함께 전자 밸브(35a, 35b)에 대한 전류값이 단조롭게 증가되도록 목표 속도와 전류값의 상관 관계가 규정되어 있다.

버킷 실린더(13)의 제어에 관하여, 유량 제어 밸브 제어부(40)는, 제한 속도 결정부(38)에서 연산된 버킷 실린더(13)의 목표 속도를 입력하고, 그 목표 속도에 대응하는 버킷 스풀 구동 전자 밸브(34a, 34b)의 제어 명령(구체적으로는 버킷 스풀 구동 전자 밸브(34a, 34b)의 밸브 개방도를 규정하는 명령 전류값)을 연산하여 출력한다. 버킷 스풀 구동 전자 밸브(34a, 34b)의 제어 명령의 연산 시에, 본 실시 형태에서는, 버킷 실린더(13)의 목표 속도와 버킷 스풀 구동 전자 밸브(34a, 34b)의 제어 명령의 상관 관계가 일대일로 규정된 테이블을 이용한다. 테이블은, 버킷 실린더(13)를 신장하는 경우에 이용되는 버킷 스풀 구동 전자 밸브(34a)용 테이블과, 버킷 실린더(13)를 단축하는 경우에 이용되는 버킷 스풀 구동 전자 밸브(34b)용 테이블이 있다. 이들 2개의 테이블에서는, 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 구한 전자 밸브(34a, 34b)에 대한 전류값과 버킷 실린더(13)의 실속도의 관계에 기초하여, 버킷 실린더 목표 속도의 크기의 증가와 함께 전자 밸브(34a, 34b)에 대한 전류값이 단조롭게 증가되도록 목표 속도와 전류값의 상관 관계가 규정되어 있다.

유량 제어 밸브 제어부(40)는, 예를 들어 암 실린더 목표 속도와 붐 실린더 목표 속도의 명령이 있을 때는, 전자 밸브(32, 33, 35)의 제어 명령을 생성하여, 제1 암 스풀(28)과 제2 암 스풀(29)과 붐 스풀(31)을 구동한다.

도 12는 컨트롤러(25)에 의한 제어 플로를 나타내는 흐름도이다. 컨트롤러(25)는 조작 장치(24)가 오퍼레이터에 의해 조작되면 도 12의 처리를 개시하고, 작업 국면 판정부(72)와 제한 속도 결정부(38)는 그 조작 장치(24)의 조작에 의해 출력된 조작 신호를 취득한다(수순 S1).

수순 S2에서는, 먼저, 제어점 위치 연산부(53)는, 작업 장치 자세 검출 장치(50)로부터 경사각 θ1, θ2, θ3, θ4의 정보나, GNSS 안테나(21, 22)의 항법 신호로부터 연산되는 유압 셔블(1)의 위치 정보, 자세 정보(각도 정보) 및 방위 정보나, 미리 기억되어 있는 각 프론트 부재의 치수 정보 L1, L2, L3 등에 기초하여 글로벌 좌표계에 있어서의 버킷 선단 P4(제어점)의 위치 정보를 연산한다. 다음에, 거리 연산부(37)가, 제어점 위치 연산부(53)에서 연산된 글로벌 좌표계에 있어서의 버킷 선단 P4의 위치 정보(유압 셔블(1)의 위치 정보를 이용해도 됨)를 기준으로 하여 소정의 범위에 포함되는 설계면의 위치 정보(설계면 데이터)를 설계면 기억부(54)로부터 추출·취득한다. 그리고, 그 중에서 버킷 선단 P4에 가장 가까운 위치에 있는 설계면을 제어 대상의 설계면(60), 즉 거리 D를 연산하는 설계면(60)으로서 설정한다.

그리고, 거리 연산부(37)는, 버킷 선단 P4의 위치 정보와 설계면(60)의 위치 정보에 기초하여 거리 D를 연산하고, 수순 S3으로 처리를 이행한다.

수순 S3에서는, 버킷 저면의 대지 각도 αbk와 설계면(60)의 각도 αsf가 이루는 각 α가 연산된다. 그때에, 각도 연산부(71)는, 먼저, 작업 장치 자세 검출 장치(50)로부터 취득한 정보와 컨트롤러(25)의 기억 장치에 미리 기억한 버킷의 각도 β로부터 버킷 저면의 대지각(버킷 각도) αbk를 연산한다. 다음에, 각도 연산부(71)는, 설계면 기억부(54)에 기억된 거리 D를 연산하는 설계면(60) 상의 2점의 위치에 기초하여 설계면(60)의 각도 αsf(설계면 각도)를 연산한다. 그리고, 버킷 저면의 대지 각도 αbk로부터 설계면(60)의 각도 αsf를 뺌으로써 양자가 이루는 각 α를 연산한다.

수순 S4에서는, 작업 국면 판정부(72)는, 수순 S3에서 연산한 각도 α와, 수순 S1에서 취득한 조작 신호와 기초하여 작업 장치(7)에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업인지 여부를 판정한다. 이 작업 국면의 판정 시에, 작업 국면 판정부(72)는, 먼저 수순 S3에서 연산한 각도 α가 소정값 φ0(=0) 이상인지 여부를 판정하고, 각도 α가 소정값 φ0 이상인 경우에는 롤링 압박 작업 플래그로서 1을 출력하고, 소정값 φ0 미만인 경우에는 롤링 압박 작업 플래그로서 0을 출력한다. 롤링 압박 작업 플래그로서 1이 출력된 경우에는, 작업 국면 판정부(72)는, 수순 S1에서 취득한 조작 신호가 붐 하강, 암 덤프 및 암 크라우드 중 어느 하나를 지시하는 조작 신호인지 여부를 판정하고, 조작 신호가 이들 중 어느 하나에 해당하는 경우에는, 현재의 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정하고, 수순 S6으로 진행한다. 한편, 롤링 압박 작업 플래그가 0인 경우나, 1이어도 조작 신호가 상술한 3종 이외인 경우에는, 현재의 작업 국면은 통상 작업이라고 판정하고, 수순 S5로 진행한다.

수순 S5에서는, 제한 속도 결정부(38)는, 수순 S2에서 연산한 거리 D에 대응하는 통상 작업 시의 속도 보정 계수 k1을 도 9의 테이블(실선)을 이용하여 연산한다. 그리고, 제한 속도 결정부(38)는, 수순 S1에서 취득한 조작 장치(24)로부터 입력되는 각 조작 레버의 조작 신호(전압값)와 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세로부터, 버킷 선단 P4에 있어서의 작업 장치(7)의 속도 벡터 V0을 연산하고, 그 속도 벡터 V0의 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z와 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x도 연산한다. 다음에, 제한 속도 결정부(38)는, 앞서 연산한 통상 작업 시의 속도 보정 계수 k1을 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z에 곱함으로써 속도 성분 V1z를 계산한다. 이 속도 성분 V1z와, 속도 벡터 V0의 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x를 합성함으로써 합성 속도 벡터(목표 속도 벡터) V1을 계산하고, 이 합성 속도 벡터 V1을 발생 가능한 붐 실린더 속도와, 암 실린더 속도와, 버킷 실린더 속도를 각각 목표 속도(제한 속도)로서 연산한다.

수순 S6에서는, 제한 속도 결정부(38)는, 수순 S2에서 연산한 거리 D에 대응하는 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k2를 도 9의 테이블(파선)을 이용하여 연산한다. 그리고, 제한 속도 결정부(38)는, 수순 S1에서 취득한 조작 장치(24)로부터 입력되는 각 조작 레버의 조작 신호(전압값)와 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세로부터, 버킷 선단 P4에 있어서의 작업 장치(7)의 속도 벡터 V0을 연산하고, 그 속도 벡터 V0의 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z와 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x도 연산한다. 다음에, 제한 속도 결정부(38)는, 앞서 연산한 롤링 압박 작업기의 속도 보정 계수 k2를 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z에 곱함으로써 속도 성분 V1z를 계산한다. 이 속도 성분 V1z와, 속도 벡터 V0의 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x를 합성함으로써 합성 속도 벡터(목표 속도 벡터) V1을 계산하고, 이 합성 속도 벡터 V1을 발생 가능한 붐 실린더 속도와, 암 실린더 속도와, 버킷 실린더 속도를 각각 목표 속도(제한 속도)로서 연산한다.

수순 S7에서는, 유량 제어 밸브 제어부(40)는, 수순 S5 또는 수순 S6에서 연산한 각 실린더(11, 12, 13)의 목표 속도(제한 속도)로부터 대응하는 유량 제어 밸브(28 내지 31)를 구동하는 신호를 연산하고, 그 신호를 대응하는 전자 밸브(32 내지 35)에 출력한다. 구체적으로는, 유량 제어 밸브 제어부(40)는, 암 실린더 속도의 목표 속도로부터, 제1 유량 제어 밸브(제1 암 스풀)(28)와 제3 유량 제어 밸브(제2 암 스풀)(29)를 구동하는 신호를 연산하고, 그 신호를 전자 밸브(32a) 및 전자 밸브(33a) 또는 전자 밸브(32b) 및 전자 밸브(33b)에 출력한다. 붐 실린더 속도의 목표 속도로부터는, 제2 유량 제어 밸브(붐 스풀)(31)를 구동하는 신호를 연산하고, 그 신호를 전자 밸브(35a) 또는 전자 밸브(35b)에 출력하고, 수순 S12로 진행한다. 버킷 실린더 속도의 목표 속도로부터는, 유량 제어 밸브(버킷 스풀)(30)를 구동하는 신호를 연산하고, 그 신호를 전자 밸브(34a) 또는 전자 밸브(34b)에 출력한다.

수순 S7의 처리가 종료되면, 조작 장치(24)의 조작이 계속되고 있음을 확인하고 처음으로 되돌아가 수순 S1 이후의 처리를 반복한다. 또한, 도 12의 플로 도중이라도 조작 장치(24)의 조작이 종료된 경우에는 처리를 종료하고 차회의 조작 장치(24)의 조작이 개시될 때까지 대기한다.

<동작·효과>

(1) 통상 작업 시(굴삭 작업 시)

통상 작업에 포함되는 굴삭 작업 시에는, 일반적으로, 암 덤프 조작에 의해 셔블의 전방에 위치하는 굴삭 개시 위치까지 버킷(10)을 이동시켜 버킷 클로 끝을 설계면(60)에 대하여 세운 상태로부터 암 크라우드 조작을 입력함으로써 굴삭 작업을 개시한다. 이때, 버킷 저면과 설계면(60)이 이루는 각 α는 -90도에 가까운 값이며 롤링 압박 작업 판정 플래그는 0이 된다. 그 때문에 조작 신호에 관계없이 도 12의 수순 S4에서 통상 작업으로 판정되기 때문에, 통상 작업 시의 속도 보정 계수 k1에 기초하여 각 실린더(11, 12, 13)의 속도가 제한된다(수순 S5). 즉, 설계면(60)에 버킷 선단 P4가 접근할수록 작업 장치(7)의 속도의 설계면 연직 성분이 0에 가까워지도록 제어되어, 작업 장치(7)가 설계면(60) 상 또는 그 상방에 유지된다.

(2-1) 롤링 압박 작업 시(비탈면 다지기)

롤링 압박 작업에 포함되는 비탈면 다지기 작업 시에는, 버킷 저면과 설계면(60)이 이루는 각 α가 제로에 가까운 상태(즉 버킷 저면과 설계면(60)이 평행에 가까운 상태)에 버킷(10)의 자세를 고정하여 붐 하강 조작을 입력함으로써 작업을 개시한다. 본 실시 형태에서는 버킷 저면과 설계면(60)이 이루는 각 α가 0 이상일 때(즉, 버킷 저면이 설계면(60)과 평행일 때, 또는, 버킷 클로 끝이 버킷 저면보다도 상방에 위치하는 자세일 때) 롤링 압박 작업 판정 플래그가 1이 된다. 롤링 압박 작업 판정 플래그가 1이고 또한 붐 하강 조작이 입력된 경우에는 도 12의 수순 S4에서 작업 국면이 롤링 압박 작업으로 판정되고, 거리 D가 제1 영역(D2≤D≤D1)에 있는 경우에는 통상 작업 시보다도 큰 속도 보정 계수 k2(롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수)에 기초하여 각 실린더(11, 12, 13)의 속도가 제한된다(수순 S6). 즉, 설계면(60) 상에서 작업 장치(7)의 속도의 설계면 연직 성분이 정의 값이 되는 것이 허용되기 때문에, 비탈면 다지기 시에 버킷 저면으로 지면(시공면)을 양호하게 롤링 압박할 수 있다. 특히 본 실시 형태에서는 작업 국면의 판정에 버킷 저면과 설계면(60)이 이루는 각 α를 이용하고 있고, 이루는 각 α가 0 미만으로 버킷 클로 끝이 설계면(60)을 찌를 수 있는 자세인 경우에는 통상 작업 시와 동일한 제어를 행한다. 즉 설계면(60)에 버킷 선단 P4가 접근할수록 작업 장치(7)의 속도의 설계면 연직 성분이 0에 가까워지도록 작업 장치(7)가 제어되므로, 시공면을 손상시키는 것을 방지할 수 있다.

(2-2) 롤링 압박 작업 시(베딩 롤링 압박)

롤링 압박 작업에 포함되는 베딩 롤링 압박 작업 시에는, 설계면(60)을 대략 형성한 후에 버킷 배면을 지면에 접촉시킨 상태(즉 버킷 저면과 설계면(60)이 이루는 각 α는 제로에 가까운 상태)에서 암 크라우드 조작 또는 암 덤프 조작을 입력함으로써 작업을 개시한다. 그리고, 그 암 조작에 의해 버킷 배면을 지면에 압박하면서 버킷(10)을 이동시킴으로써 설계면(60)을 롤링 압박해 나간다. 베딩 롤링 압박 작업에서는, 설계면 형성 후에 행해지는 경우가 많다는 작업의 성질상, 롤링 압박 개시 시에 이미 버킷 클로 끝이 설계면(60) 상에 위치하고 있는 경우가 적지 않고, 그 경우에는 롤링 압박 동작(암 조작)에 의해 버킷 클로 끝이 설계면(60)의 약간 하방으로 이동하는 것이 통상이다. 본 실시 형태에서는, 롤링 압박 작업 판정 플래그가 1이고 또한 암 조작이 입력된 경우에는 도 12의 수순 S4에서 작업 국면이 롤링 압박 작업으로 판정되고, 거리 D가 제2 영역(D3≤D≤0)에 있는 경우에는, 통상 작업 시에 부의 값인 속도 보정 계수가 정의 값으로 변경된다. 즉, 설계면(60)의 바로 아래의 제2 영역에서의 작업 장치(7)의 속도의 설계면 연직 성분이 정의 값이 되는 것이 허용되기 때문에, 설계면(60) 상 또는 그 매우 근방에 버킷 클로 끝이 위치하는 상태로부터 암 조작을 개시해도 버킷 저면으로 지면(시공면)을 양호하게 롤링 압박할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 버킷 저면과 설계면(60)이 이루는 각 α가 소정값 φ0 이상이고, 또한, 암 조작 신호 또는 붐 하강 조작 신호가 출력되고 있을 때 롤링 압박 작업으로 판정하기 때문에, 고정밀도로 롤링 압박 작업을 판정하는 것이 가능하다. 또한, 붐 하강 조작에 의한 롤링 압박 작업 시(비탈면 다지기 시)에는, 거리 D가 제1 영역(D2≤D≤D1)에 있을 때 통상 작업 시에 비해 작업 장치(7)의 속도 보정 계수를 크게 함으로써, 비탈면 다지기에 의한 롤링 압박 작업을 양호하게 행하는 것이 가능하다. 또한, 암 조작에 의한 롤링 압박 작업 시(베딩 롤링 압박 작업 시)에는 거리 D가 제2 영역(D3≤D≤0)에 있을 때 속도 보정 계수 k를 정의 값으로 함으로써, 설계면 연직 방향의 속도를 생성하는 것이 가능하여, 베딩 롤링 압박 작업을 양호하게 행하는 것이 가능하다.

본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 하드웨어 구성은 제1 실시 형태와 동일하기 때문에 설명은 생략하고, 여기에서는 다른 점에 대하여 설명해 간다. 도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(25)의 기능 블록도이다. 제한 속도 결정부(38)가 또한 붐 실린더의 로드압(붐 로드압이라 칭하는 경우가 있음)을 고려하여 제한 속도를 연산하고 있는 점에 특징이 있다. 본 실시 형태의 제한 속도 결정부(38)는 압력 센서(61)로부터 취득하는 붐 로드압 정보를 이용하여 롤링 압박 작업 판정을 실시하고 있다.

또한, 본 실시 형태의 제한 속도 결정부(38)는, 도 14에 도시한 바와 같이, 붐 로드압이 소정의 압력 P1 이상 높을 때(이하, 간단히 「고압 시」라 칭하는 경우가 있음)에 있어서의 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k3을 통상의 롤링 압박 작업 시의 값 k2(도면 중의 파선(즉 제1 실시 형태의 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수))보다도 작아지도록 보정하고 있다.

도 15는 붐 로드압이 고압일 때의 롤링 압박 작업 시의 버킷 선단 P4에 있어서의 보정 후의 속도 벡터를 도시하는 모식도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 예를 들어 거리 D가 0이 되는 설계면(60) 상의 점에서는, 통상의 롤링 압박 작업 시의 속도 벡터의 설계면 연직 방향 성분 V1z(도면 중 좌측)에 비해, 붐 로드압 고압 시의 속도 벡터의 설계면 연직 방향 성분 V1z(도면 중 우측)는 작아진다(즉 제한 속도가 작아진다).

도 16에 본 실시 형태의 컨트롤러(25)에 의한 제어 플로를 나타내는 흐름도이다. 도 12와 동일한 수순에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략하고, 여기에서는 다른 수순에 대하여 설명한다.

수순 S11에서는, 제한 속도 결정부(38)는, 붐 로드압 센서(61)의 검출 신호를 입력하여 붐 실린더(11)의 로드 압력을 취득한다.

수순 S14에서는, 제한 속도 결정부(38)는, 수순 S11에서 취득한 붐 로드압이 소정값 P1 미만인지 여부를 판정하고, 붐 로드압이 P1 미만인 경우에는 수순 S6으로, P1 이상인 경우에는 수순 S16으로 진행한다.

수순 S16에서는, 제한 속도 결정부(38)는, 수순 S2에서 연산한 거리 D에 대응하는 붐 로드압이 고압일 때의 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k3을 도 14의 테이블(일점쇄선)을 이용하여 연산한다. 그리고, 제한 속도 결정부(38)는, 수순 S1에서 취득한 조작 장치(24)로부터 입력되는 각 조작 레버의 조작 신호(전압값)와 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세로부터, 버킷 선단 P4에 있어서의 작업 장치(7)의 속도 벡터 V0을 연산하고, 그 속도 벡터 V0의 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z와 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x도 연산한다. 다음에, 제한 속도 결정부(38)는, 앞서 연산한 속도 보정 계수 k3을 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z에 곱함으로써 속도 성분 V1z를 계산한다. 이 속도 성분 V1z와, 속도 벡터 V0의 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x를 합성함으로써 합성 속도 벡터(목표 속도 벡터) V1을 계산하고, 이 합성 속도 벡터 V1을 발생 가능한 붐 실린더 속도와, 암 실린더 속도와, 버킷 실린더 속도를 각각 목표 속도(제한 속도)로서 연산한다.

<동작·효과>

암 조작에 의해 버킷 저면을 현황 지형에 압박하여 다지는 베딩 롤링 압박 작업 시에는, 암(9)에 의한 롤링 압박을 지지하는 힘이 붐 실린더(11)의 로드측의 유압실에 작용하기 때문에 붐 로드압이 상승한다. 그 때문에 암(9)에 의한 롤링 압박력이 과대해진 경우에는 셔블의 주행체(2)가 지면으로부터 부상할 우려가 있다. 그래서 본 실시 형태에 있어서는 붐 로드압이 P1 이상이 된 경우에는 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k3을 P1 미만의 경우보다도 작게 설정하도록 하였다. 이와 같이 속도 보정 계수를 변경하면 베딩 롤링 압박 작업 시에 롤링 압박력이 과대해져 주행체(2)가 지면으로부터 부상하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 주행체(2)의 부상이 문제가 되는 것은 암 조작에 의한 베딩 롤링 압박 작업 시이므로, 붐 로드압이 P1 이상이 된 경우에 속도 보정 계수 k3을 작게 하는 것은 제2 영역(즉 D3≤D≤0일 때)에 한정하고, 그 밖의 영역에서는 제1 실시 형태와 동일한 속도 보정 계수 k2를 이용하는 구성을 채용해도 된다.

또한, 상기 설명에서는 붐 로드압이 P1 이상이 된 경우만 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k3을 작게 하였지만, 붐 로드압의 증가에 따라서 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k3을 서서히 작게 하는, 즉 붐 로드압의 증가에 따라서 각 실린더의 제한 속도의 크기를 저감하도록 설정해도 된다. 또한 환언하면, 롤링 압박 작업 시에는 붐 로드압의 압력에 기초하여 각 실린더의 제한 속도의 크기를 변경하는 구성으로 해도 된다.

또한, 도 14의 예에서는, 고압일 때의 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k3을, 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k2가 정이 되는 범위(D3≤D≤D1)에서만 k2보다도 작게 하였지만, 제1 영역(D2≤D≤D1)의 전역에 걸쳐 k2보다도 작게 해도 된다.

본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 조작 장치(24)에 의해 설계면(60)에 작업 장치(7)를 접근시키는 것이 지시되는 경우의 설계면(60)에 대한 버킷(10)의 자세에 기초하여 작업 국면이 롤링 압박 작업인지 여부를 판정하고 있는 점에 특징이 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태에서는, 버킷 선단 P4에다가 버킷 후단 P5(도 18 참조)도 제어점으로 하고 있고, 컨트롤러(25)는 이 2개의 제어점 P4, P5와 설계면(60)의 거리 Dp4, Dp5(도 18 참조)를 각각 연산하여, 거리 Dp4가 거리 Dp5 이상인 경우(즉 버킷 후단 P5가 버킷 선단 P4보다도 설계면(60)에 가까운 경우)에는 롤링 압박 작업으로, 거리 Dp4가 거리 Dp5보다 작은 경우(즉 버킷 선단 P4가 버킷 후단 P5보다도 설계면(60)에 가까운 경우)에는 통상 작업(굴삭 작업)으로 판정하고 있다. 버킷 후단 P5는, 버킷 선단 P4로부터 개시되는 대략 평탄한 부분의 종점이며, 이 대략 평탄한 부분이 버킷 저면이라 칭해지는 경우가 있다. 즉, 버킷 저면의 선단이 선단 P4이며, 버킷 저면의 후단이 후단 P5이다. 하드웨어 구성은 제1 실시 형태와 동일하기 때문에 설명은 생략하고, 여기에서는 다른 점에 대하여 주로 설명해 간다.

도 17은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(25)의 기능 블록도이다. 이 도면의 컨트롤러(25)는, 제어점 위치 연산부(53A)와, 거리 연산부(37A)와, 작업 국면 판정부(72A)와, 제한 속도 결정부(38A)를 구비하고 있다.

제어점 위치 연산부(53A)는, 글로벌 좌표계에 있어서의 본 실시 형태의 제어점인 버킷 선단 P4 및 버킷 후단 P5(도 18 참조)의 위치와, 글로벌 좌표계에 있어서의 작업 장치(7)의 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세를 연산한다. 연산은 공지의 방법 및 상술한 방법에 기초하면 된다.

거리 연산부(37A)는, 제어점 위치 연산부(53)에서 연산된 작업 장치(7)의 2개의 제어점 P4, P5의 위치 정보와, 설계면 기억부(54)로부터 취득한 설계면(60)의 위치 정보로부터 작업 장치(7)의 제어점 P4, P5와 설계면(60)의 거리 Dp4, Dp5(도 18 참조)를 연산한다.

작업 국면 판정부(72A)는, 거리 연산부(37A)에서 연산된 거리 Dp4, Dp5와, 조작 장치(24)로부터 출력되는 조작 신호에 기초하여 작업 장치(7)에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업인지 여부를 판정한다. 작업 국면 판정부(72A)는 거리 Dp4, Dp5에 따라서 롤링 압박 작업 판정 플래그를 제한 속도 결정부(38A)에 출력한다. 롤링 압박 작업 판정 플래그는, 작업 국면 판정부(72)가 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정하는 조건의 하나이다. 롤링 압박 작업 플래그는 거리 Dp4가 거리 Dp5 이상일 때(즉 버킷 후단 P5가 버킷 선단 P4보다도 설계면(60)에 가까울 때) 1로 출력되고, 거리 Dp4가 거리 Dp5 미만일 때(즉 버킷 선단 P4가 버킷 후단 P5보다도 설계면(60)에 가까울 때)는 0으로 출력된다.

작업 국면 판정부(72A)는, 상기 롤링 압박 작업 플래그가 1이고, 또한, 조작 신호가 작업 장치(7)를 설계면(60)에 접근시키는 것을 지시하는 조작 신호일 때, 작업 장치(7)에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정한다.

제한 속도 결정부(38A)는, 조작 장치(24)의 조작 시에, 작업 장치(7)의 동작 범위가 설계면(60) 상 및 그 상방으로 제한되는 각 유압 실린더(11, 12, 13)의 목표 속도(제한 속도)를 2개의 거리 Dp4, Dp5 중 작은 쪽의 거리에 기초하여 연산하는 부분이다. 즉, 2개의 제어점 P4, P5 중 설계면(60)에 가까운 쪽을 기준으로 하여 목표 속도를 산출한다. 또한 환언하면, 작업 국면 판정부(72A)로부터 롤링 압박 작업 플래그로서 1이 입력되어 있는 경우에는 거리 Dp5를 이용하고, 롤링 압박 작업 플래그로서 0이 입력되어 있는 경우에는 거리 Dp4를 이용한다.

먼저, 제한 속도 결정부(38)는, 먼저, 조작 레버(24a)로부터 입력되는 전압값(붐 조작량)으로부터 붐 실린더(11)에 대한 요구 속도(붐 실린더 요구 속도)를 계산하고, 조작 레버(24b)로부터 입력되는 전압값(암 조작량)으로부터 암 실린더(12)에 대한 요구 속도를 계산하고, 조작 레버(24c)로부터 입력되는 전압값(버킷 조작량)으로부터 버킷 실린더(13)에 대한 요구 속도를 계산한다. 이 3개의 요구 속도와 제어점 위치 연산부(53)에서 연산된 작업 장치(7)의 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세로부터, 제어점 P4 또는 P5에 있어서의 작업 장치(7)의 속도 벡터(요구 속도 벡터) V0을 계산한다. 그리고, 속도 벡터 V0의 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z와 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x도 계산한다.

다음에, 제한 속도 결정부(38)는, 2개의 거리 Dp4, Dp5 중 작은 쪽의 거리에 따라서 결정되는 보정 계수 k1, k2를 연산한다. 보정 계수 k1, k2의 연산에 이용되는 거리가 2개의 거리 Dp4, Dp5 중 작은 쪽의 거리로 되는 점 이외는 제1 실시 형태와 연산 프로세스는 동일하다.

다음에, 제한 속도 결정부(38)는, 2개의 거리 Dp4, Dp5 중 작은 쪽의 거리에 따라서 결정되는 보정 계수 k1, k2를, 속도 벡터 V0의 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z에 곱함으로써 속도 성분 V1z를 계산한다. 이 속도 성분 V1z와, 속도 벡터 V0의 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x를 합성함으로써 합성 속도 벡터(목표 속도 벡터) V1을 계산하고, 이 합성 속도 벡터 V1을 발생 가능한 붐 실린더 속도와, 암 실린더 속도(Va1)와, 버킷 실린더 속도를 각각 목표 속도(제한 속도)로서 연산한다. 이 목표 속도의 연산 시에는, 제어점 위치 연산부(53A)에서 연산된 작업 장치(7)의 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세를 이용해도 된다.

도 19는 본 실시 형태의 컨트롤러(25)에 의한 제어 플로를 나타내는 흐름도이다. 여기에서는 도 12와 다른 수순에 대해서만 설명한다.

수순 S2에서는, 먼저, 제어점 위치 연산부(53A)는, 작업 장치 자세 검출 장치(50)로부터 경사각 θ1, θ2, θ3, θ4의 정보나, GNSS 안테나(21, 22)의 항법 신호로부터 연산되는 유압 셔블(1)의 위치 정보, 자세 정보(각도 정보) 및 방위 정보나, 미리 기억되어 있는 각 프론트 부재의 치수 정보 L1, L2, L3 등에 기초하여 글로벌 좌표계에 있어서의 버킷 선단 P4(제1 제어점)의 위치 정보를 연산한다. 다음에, 거리 연산부(37A)가, 제어점 위치 연산부(53A)에서 연산된 글로벌 좌표계에 있어서의 버킷 선단 P4의 위치 정보(유압 셔블(1)의 위치 정보를 이용해도 됨)를 기준으로 하여 소정의 범위에 포함되는 설계면의 위치 정보(설계면 데이터)를 설계면 기억부(54)로부터 추출·취득한다. 그리고, 그 중에서 버킷 선단 P4에 가장 가까운 위치에 있는 설계면을 제어 대상의 설계면(60), 즉 거리 Dp4를 연산하는 설계면(60)으로서 설정한다. 그리고, 거리 연산부(37A)는, 버킷 선단 P4의 위치 정보와 설계면(60)의 위치 정보에 기초하여 거리 Dp4를 연산하고, 수순 S21로 처리를 이행한다.

수순 S21에서는, 제어점 위치 연산부(53A)는, 수순 S2와 마찬가지로, 경사각 θ1, θ2, θ3, θ4의 정보나, 유압 셔블(1)의 위치 정보, 자세 정보(각도 정보) 및 방위 정보나, 각 프론트 부재의 치수 정보 L1, L2, L3 등에 기초하여 글로벌 좌표계에 있어서의 버킷 후단 P5(제2 제어점)의 위치 정보를 연산한다. 다음에, 거리 연산부(37A)가, 제어점 위치 연산부(53A)에서 연산된 버킷 후단 P5의 위치 정보를 기준으로 하여 소정의 범위에 포함되는 설계면의 위치 정보(설계면 데이터)를 설계면 기억부(54)로부터 추출·취득한다. 그리고, 그 중에서 버킷 후단 P5에 가장 가까운 위치에 있는 설계면을 제어 대상의 설계면(60)으로서 설정한다. 그리고, 거리 연산부(37A)는, 버킷 후단 P5의 위치 정보와 설계면(60)의 위치 정보에 기초하여 거리 Dp5를 연산하고, 수순 S22로 처리를 이행한다.

수순 S22에서는, 작업 국면 판정부(72)는, 수순 S2에서 연산한 거리 Dp4와, 수순 S21에서 연산한 거리 Dp5와, 수순 S1에서 취득한 조작 신호와 기초하여 작업 장치(7)에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업인지 여부를 판정한다. 이 작업 국면의 판정 시에, 작업 국면 판정부(72A)는, 먼저 거리 Dp4가 거리 Dp5 이상인지 여부를 판정하고, 거리 Dp4가 거리 Dp5 이상인 경우에는 롤링 압박 작업 플래그로서 1을 출력하고, 거리 Dp4가 거리 Dp5보다 작은 경우에는 롤링 압박 작업 플래그로서 0을 출력한다. 롤링 압박 작업 플래그로서 1이 출력된 경우에는, 작업 국면 판정부(72A)는, 수순 S1에서 취득한 조작 신호가 붐 하강, 암 덤프 및 암 크라우드 중 어느 하나를 지시하는 조작 신호인지 여부를 판정하고, 조작 신호가 이들 중 어느 하나에 해당하는 경우에는, 현재의 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정하고, 수순 S24로 진행한다. 한편, 롤링 압박 작업 플래그가 0인 경우나, 1이어도 조작 신호가 상술한 3종 이외인 경우에는, 현재의 작업 국면은 통상 작업이라고 판정하고, 수순 S23으로 진행한다.

수순 S23에서는, 제한 속도 결정부(38A)는, 수순 S2에서 연산한 거리 Dp4에 대응하는 통상 작업 시의 속도 보정 계수 k1을 도 9의 테이블(실선)을 이용하여 연산한다. 그리고, 제한 속도 결정부(38A)는, 수순 S1에서 취득한 조작 장치(24)로부터 입력되는 각 조작 레버의 조작 신호(전압값)와 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세로부터, 버킷 선단 P4에 있어서의 작업 장치(7)의 속도 벡터 V0을 연산하고, 그 속도 벡터 V0의 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z와 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x도 연산한다. 다음에, 제한 속도 결정부(38A)는, 앞서 연산한 통상 작업 시의 속도 보정 계수 k1을 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z에 곱함으로써 속도 성분 V1z를 계산한다. 이 속도 성분 V1z와, 속도 벡터 V0의 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x를 합성함으로써 합성 속도 벡터(목표 속도 벡터) V1을 계산하고, 이 합성 속도 벡터 V1을 발생 가능한 붐 실린더 속도와, 암 실린더 속도와, 버킷 실린더 속도를 각각 목표 속도(제한 속도)로서 연산한다.

수순 S24에서는, 제한 속도 결정부(38A)는, 수순 S21에서 연산한 거리 Dp5에 대응하는 롤링 압박 작업 시의 속도 보정 계수 k2를 도 9의 테이블(파선)을 이용하여 연산한다. 그리고, 제한 속도 결정부(38A)는, 수순 S1에서 취득한 조작 장치(24)로부터 입력되는 각 조작 레버의 조작 신호(전압값)와 각 프론트 부재(8, 9, 10)의 자세로부터, 버킷 후단 P5에 있어서의 작업 장치(7)의 속도 벡터 V0을 연산하고, 그 속도 벡터 V0의 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z와 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x도 연산한다. 다음에, 제한 속도 결정부(38A)는, 앞서 연산한 롤링 압박 작업기의 속도 보정 계수 k2를 설계면 연직 방향의 속도 성분 V0z에 곱함으로써 속도 성분 V1z를 계산한다. 이 속도 성분 V1z와, 속도 벡터 V0의 설계면 수평 방향의 속도 성분 V0x를 합성함으로써 합성 속도 벡터(목표 속도 벡터) V1을 계산하고, 이 합성 속도 벡터 V1을 발생 가능한 붐 실린더 속도와, 암 실린더 속도와, 버킷 실린더 속도를 각각 목표 속도(제한 속도)로서 연산한다.

이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 따르면, 거리 Dp4가 거리 Dp5 이상이고, 또한, 암 조작 신호 또는 붐 하강 조작 신호가 출력되고 있을 때 롤링 압박 작업으로 판정하기 때문에, 제1 실시 형태와 마찬가지로 고정밀도로 롤링 압박 작업을 판정하는 것이 가능하다. 또한, 붐 하강 조작에 의한 롤링 압박 작업 시(비탈면 다지기 시)에는, 거리 Dp5가 제1 영역(D2≤D≤D1)에 있을 때 통상 작업 시에 비해 작업 장치(7)의 속도 보정 계수를 크게 함으로써, 비탈면 다지기에 의한 롤링 압박 작업을 양호하게 행하는 것이 가능하다. 또한, 암 조작에 의한 롤링 압박 작업 시(베딩 롤링 압박 작업 시)에는 거리 Dp5가 제2 영역(D3≤D≤0)에 있을 때 속도 보정 계수 k를 정의 값으로 함으로써, 설계면 연직 방향의 속도를 생성하는 것이 가능하여, 베딩 롤링 압박 작업을 양호하게 행하는 것이 가능하다.

여기서 제1 실시 형태의 변형예에 대하여 설명한다. 도 3, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에서 설명한 유압 셔블(1)의 차체 제어 시스템(23)은, 도 12 등을 이용하여 설명한, 작업 국면 판정부(72)에 의해 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정되었을 때, 작업 국면 판정부(72)에 의해 작업 국면이 롤링 압박 작업 이외라고 판정되었을 때보다도 제한 속도를 크게 하는 처리(제한 속도 변경 처리)의 유효와 무효를 전환하는 ON/OFF 스위치(80)를 더 구비해도 된다. ON/OFF 스위치(80)는, 예를 들어 운전실(4) 내에 있어서 유압 셔블(1)의 조작중인 오퍼레이터의 손이 닿는 범위에 마련된 스위치이며, ON/OFF 스위치(80)가 ON으로 전환되어 있으면 컨트롤러(25)에 의한 제한 속도 변경 처리가 실행 가능(유효)하게 되고, OFF로 전환되어 있으면 컨트롤러(25)에 의한 제한 속도 변경 처리가 실행 불가능(무효)하게 된다.

도 20은 ON/OFF 스위치(80)로부터의 입력 신호가 있는 경우의 컨트롤러(25)의 제어 플로를 도시하는 도면이다. 여기에서는 도 12와 다른 수순에 대해서만 설명한다.

컨트롤러(25)는 수순 S31에 있어서, ON/OFF 스위치(80)로부터 입력되는 ON/OFF 신호에 기초하여 ON/OFF 스위치(80)가 ON인지 여부를 판정한다. 여기서 ON/OFF 스위치(80)가 ON인 경우에는 수순 S3으로 진행하여 도 12의 경우와 마찬가지로 수순 S3 이후의 처리가 실행된다. 한편, OFF인 경우에는 수순 S5로 진행되기 때문에 제한 속도 변경 처리는 실행되지 않는다.

이와 같이 유압 셔블(1)을 구성한 경우에는, 오퍼레이터의 희망에 따라서 제한 속도 변경 처리의 실행의 유무를 변경할 수 있다. 이에 의해 다양한 작업 요구에 유연하게 대응할 수 있게 된다. 또한, 여기에서는 제1 실시 형태에 ON/OFF 스위치(80)를 탑재하는 경우에 대하여 설명하였지만, 다른 실시 형태에도 ON/OFF 스위치(80)를 탑재함으로써 오퍼레이터의 요망에 따라서 제한 속도 변경 처리를 ON/OFF 하는 것이 가능한 것은 물론이다.

<기타>

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 관한 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

상기 도 9, 도 14의 예에서는, 속도 보정 계수 k2를, D=0의 전후에서 기울기가 다른 2개의 직선을 접속한 형상으로 설정하였지만, 속도 보정 계수 k2의 설정은 직선에 한하지 않고 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어 곡선형으로 설정해도 된다. 다른 속도 보정 계수 k1, k3에 대해서도 마찬가지이다.

상기에서는, 속도 보정 계수 k1, k2, k3의 설정에 관하여, 비탈면 다지기 작업과 베딩 롤링 압박 작업의 양쪽이 가능한 작업 기계를 구성하기 위해, 작업 국면에 따라서 속도 보정 계수 k가 변화되는 제1 영역의 하단(D2)을, 속도 보정 계수 k1이 부로 설정된 범위에서 속도 보정 계수 k2를 정으로 설정하는 제2 영역의 하단(D3)보다 작게 함으로써, 제1 영역 내에 제2 영역이 포함되도록 하였지만, 제1 영역과 제2 영역은 개별로 마련하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제1 영역의 하단을 제2 영역의 상단(0)에 일치시켜, 양자에 포함 관계가 없도록 하는 것이 가능하다. 또한, 비탈면 다지기 작업과 베딩 롤링 압박 작업 중 어느 한쪽으로 특화된 작업 기계를 구성하는 경우에는, 제1 영역과 제2 영역 중 어느 한쪽을 마련하는 것도 가능하다.

상기 컨트롤러(25)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(25)에 관한 구성은, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU)에 의해 판독·실행됨으로써 당해 컨트롤러(25)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.

1: 유압 셔블(작업 기계)
2: 주행체
3: 선회체
4: 운전실
5: 기계실
6: 카운터 웨이트
7: 작업 장치
8: 붐
9: 암
10: 버킷
11: 붐 실린더
12: 암 실린더
13: 버킷 실린더
14: 제1 유압 펌프
15: 제2 유압 펌프
16: 엔진(원동기)
17: 차체 경사 센서
18: 붐 경사 센서
19: 암 경사 센서
20: 버킷 경사 센서
21: 제1 GNSS 안테나
22: 제2 GNSS 안테나
23: 차체 제어 시스템
24: 조작 장치
25: 컨트롤러
26: 유량 제어 밸브 장치
27: 유압 회로
28: 제1 암 스풀(제1 유량 제어 밸브)
29: 제2 암 스풀(제3 유량 제어 밸브)
30: 버킷 스풀
31: 붐 스풀(제2 유량 제어 밸브)
32a, 32b: 제1 암 스풀 구동 전자 밸브
33a, 33b: 제2 암 스풀 구동 전자 밸브
34a, 34b: 버킷 스풀 구동 전자 밸브
35a, 35b: 붐 스풀 구동 전자 밸브
36a, 36b: 작동유 탱크
37: 거리 연산부
38: 제한 속도 결정부
40: 유량 제어 밸브 제어부
50: 작업 장치 자세 검출 장치
51: 설계면 설정 장치
53: 제어점 위치 연산부
54: 설계면 기억부
60: 설계면
61: 붐 실린더 로드압 검출 센서
71: 각도 연산부
72: 작업 국면 판정부

Claims (11)

1. 붐, 암 및 버킷을 갖는 작업 장치와,
   상기 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와,
   오퍼레이터의 조작에 따른 조작 신호를 출력하여 상기 복수의 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 조작 장치와,
   상기 조작 장치의 조작 시에 상기 작업 장치가 소정의 설계면 상 또는 그 상방에 위치하도록 상기 작업 장치가 상기 설계면에 접근하는 속도를 소정의 제한 속도 이하로 제한하는 컨트롤러를 구비하는 작업 기계에 있어서,
   상기 컨트롤러는,
   상기 조작 장치에 의해 상기 설계면에 상기 작업 장치를 접근시키는 것이 지시되는 경우의 상기 설계면에 대한 상기 버킷의 자세에 기초하여, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업인지 여부를 판정하고,
   상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정되었을 때, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업 이외라고 판정되었을 때보다도 상기 제한 속도를 크게 하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 버킷의 저면과 상기 설계면이 이루는 각이 소정값 이상이며, 상기 조작 신호가 상기 작업 장치를 상기 설계면에 접근시키는 것을 지시하는 조작 신호일 때, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
3. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 버킷의 저면에 있어서의 후단이 상기 버킷의 저면에 있어서의 선단보다도 상기 설계면에 가까울 때, 또한, 상기 조작 신호가 상기 작업 장치를 상기 설계면에 접근시키는 것을 지시하는 조작 신호일 때, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
4. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 버킷의 저면과 상기 설계면이 이루는 각이 소정값 이상이며, 상기 조작 신호가 붐 하강, 암 덤프 및 암 크라우드 중 어느 하나를 지시하는 조작 신호일 때, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
5. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정되었을 때, 또한, 상기 설계면의 상방에 설정한 제1 경계와, 상기 설계면 상 또는 상기 설계면의 하방에 설정한 제2 경계로 둘러싸인 제1 영역에 상기 작업 장치의 선단이 위치할 때, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업 이외라고 판정되었을 때보다도 상기 제한 속도를 크게 하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제한 속도의 속도 방향에 관하여, 상기 작업 장치가 상기 설계면의 하방에 침입하는 방향을 정으로 할 때,
   상기 컨트롤러는, 상기 조작 신호가 암 덤프 및 암 크라우드 중 어느 하나를 지시하는 조작 신호일 때 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정된 경우, 상기 설계면의 하방에 설정한 제2 경계의 상방 또한 상기 설계면의 하방에 설정한 제3 경계와 상기 설계면으로 둘러싸인 제2 영역에 상기 작업 장치가 위치할 때, 상기 제한 속도의 방향을 정으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 유압 액추에이터에는 상기 붐을 구동하는 붐 실린더가 포함되어 있고,
   상기 컨트롤러는, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정된 경우, 상기 붐 실린더의 로드측의 압력에 기초하여 상기 제한 속도의 크기를 변경하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
8. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 유압 액추에이터에는 상기 붐을 구동하는 붐 실린더가 포함되어 있고,
   상기 컨트롤러는, 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정된 경우, 상기 붐 실린더의 로드측의 압력의 증가에 따라서 상기 제한 속도의 크기를 저감하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
9. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 유압 액추에이터에는 상기 붐을 구동하는 붐 실린더가 포함되어 있고,
   상기 제한 속도의 속도 방향에 관하여, 상기 작업 장치가 상기 설계면의 하방에 침입하는 방향을 정으로 할 때,
   상기 컨트롤러는, 상기 조작 신호가 암 덤프 및 암 크라우드 중 어느 하나를 지시하는 조작 신호일 때 상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정된 경우, 상기 설계면의 하방에 설정한 제2 경계의 상방 또한 상기 설계면의 하방에 설정한 제3 경계와 상기 설계면으로 둘러싸인 제2 영역에 상기 작업 장치의 선단이 위치할 때, 상기 제한 속도의 방향을 정으로 설정함과 함께, 상기 붐 실린더의 로드측의 압력에 기초하여 상기 제한 속도의 크기를 변경하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
10. 제1항에 있어서,
    상기 버킷의 저면과 상기 설계면이 이루는 각은, 상기 버킷의 저면이 기준면과 이루는 각으로부터 상기 설계면이 상기 기준면과 이루는 각을 뺀 값이며, 상기 기준면으로부터 반시계 방향의 각도를 정으로 하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
11. 제1항에 있어서,
    상기 작업 장치에 의한 작업 국면이 롤링 압박 작업이라고 판정되었을 때, 상기 작업 국면 판정부에 의해 작업 국면이 롤링 압박 작업 이외라고 판정되었을 때보다도 상기 제한 속도를 크게 하는 처리의 유효와 무효를 전환 가능한 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.

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