KR20200110432A

KR20200110432A - 작업 기계

Info

Publication number: KR20200110432A
Application number: KR1020207024445A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 다나카; 히사미 나카노; 유스케 스즈키; 히로시 사카모토
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-09-23
Also published as: EP3851589A4; EP3851589A1; US11840822B2; JP7141899B2; CN111868333A; CN111868333B; JP2020041385A; KR102378264B1; US20210010226A1; WO2020054160A1

Abstract

시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면의 각도나 작업기의 자세에 관계없이, 설계면을 따라 작업구가 이동하도록 조종자의 조작을 보조할 수 있는 작업 기계를 제공한다. 컨트롤러는, 시공 목표 설정 장치에서 설정된 설계면과 작업기 자세 위치 측정 장치에서 측정된 작업기의 자세에 기초하여, 복수의 액추에이터 중 굴삭 동작을 담당하는 굴삭용 액추에이터와 상기 작업구의 위치 결정 동작을 담당하는 위치 결정용 액추에이터를 결정하고, 상기 굴삭용 액추에이터의 목표 속도를 조작 장치로부터 출력되는 조작 신호에 기초하여 결정하고, 상기 위치 결정용 액추에이터의 목표 속도를 상기 작업구가 상기 설계면에 접근하는 방향에서 제한한다.

Description

작업 기계

본 발명은 유압 셔블 등의 작업 기계에 관한 것이다.

종래의 유압 셔블 등의 작업 기계에 탑재되는 유압 시스템으로서는, 엔진 등의 원동기와, 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프와, 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 액추에이터와, 유압 펌프로부터 액추에이터에 공급되는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 방향 제어 밸브로 구성된 것이 알려져 있다. 액추에이터의 동작 방향과 동작 속도는, 조종자가 작업 기계에 구비된 조작 레버 등의 조작 장치를 조작함으로써 결정된다.

시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면대로 지면을 굴삭하는 작업에서 조종자의 조작을 보조할 수 있는 반자동 제어를 탑재한 유압 셔블(반자동 셔블)을 개시하는 것으로서, 예를 들어 특허문헌 1이 있다.

특허문헌 1에는, 차량 본체에 요동 가능하게 설치되는 붐과, 상기 붐에 요동 가능하게 설치되는 암과, 상기 암에 요동 가능하게 설치되는 버킷을 포함하는 작업기와, 상기 작업기를 구동하는 유저 조작을 접수하여, 상기 유저 조작에 따른 조작 신호를 출력하는 조작구와, 적어도 상기 암을 조작하기 위한 암 조작 신호가 상기 조작 신호에 포함되어 있는 경우에 상기 작업기의 작업 형태는 성형 작업이라고 판정하고, 상기 암 조작 신호가 상기 조작 신호에 포함되어 있지 않은 경우에 상기 작업 형태는 날끝 위치 정렬 작업이라고 판정하는 작업 형태 판정부와, 상기 작업 형태가 성형 작업이라고 판정된 경우에, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면을 따라 상기 버킷을 이동시키고, 상기 작업 형태가 날끝 위치 정렬 작업이라고 판정된 경우에, 상기 설계면을 기준으로 하는 소정 위치에서 상기 버킷을 정지시키는 구동 제어부를 구비하는 작업기 제어 시스템이 기재되어 있다.

일본 특허 제5548306호

그런데, 반자동 셔블이 아닌 유압 셔블을 사용해서 굴삭 작업을 행하는 경우, 조종자는 설계면의 각도나 작업기의 자세를 고려하여, 버킷의 클로 끝이 설계면을 따라 이동하도록 암과 붐을 조작한다.

예를 들어, 설계면이 수평면일 경우에는, 암을 감는 방향으로 조작해서 굴삭을 행하면서, 붐을 상승 방향으로 조작해서 버킷 클로 끝과 설계면의 거리를 조정한다. 한편, 설계면이 수직면일 경우에는, 설계면에 대한 암의 각도(굴삭 각도)에 따라 암과 붐의 어느 것을 조작해서 굴삭을 행할지가 변화한다. 구체적으로는, 굴삭 각도가 90도 이하일 때는, 암을 감는 방향으로 조작해서 굴삭을 행하면서, 붐을 상승 방향으로 조작해서 버킷 클로 끝과 설계면의 거리를 조정하고, 굴삭 각도가 90도보다 클 때는, 붐을 하강 방향으로 조작해서 굴삭을 행하면서, 암을 압출 방향으로 조작해서 버킷 클로 끝과 설계면의 거리를 조정한다. 이와 같이, 조종자가 암과 붐의 어느 것을 조작해서 굴삭을 행할지는, 설계면의 각도나 작업기의 자세에 따라 변화한다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 반자동 셔블에서는, 적어도 암을 조작하기 위한 암 조작 신호가 조작 신호에 포함되어 있는 경우에 작업기의 작업 형태는 성형 작업이라고 판정되고, 암 조작 신호가 조작 신호에 포함되어 있지 않은 경우에 작업 형태는 날끝 위치 정렬 작업이라고 판정되기 때문에, 조종자가 수직인 설계면을 굴삭하려고 해서 붐을 하강 방향으로 조작해도, 작업 형태가 성형 작업이라고 판정되지 않는다. 그 때문에, 수직인 설계면을 따라 버킷이 이동하도록 조종자의 조작을 보조할 수 없다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면의 각도나 작업기의 자세에 관계없이, 설계면을 따라 작업구가 이동하도록 조종자의 조작을 보조할 수 있는 작업 기계를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 작업구와 복수의 작업 부재를 갖는 다관절형 작업기와, 상기 작업기를 구동하는 복수의 액추에이터와, 상기 작업기를 조작하기 위한 조작 장치와, 상기 조작 장치로부터 출력되는 조작 신호에 따라 상기 작업기의 동작을 제어하는 컨트롤러와, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면을 설정하기 위한 시공 목표 설정 장치와, 상기 작업기의 자세 및 상기 작업구의 위치를 측정하는 자세 위치 측정 장치를 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 조작 장치로부터 출력되는 조작 신호에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 목표 속도를 결정하고, 상기 시공 목표 설정 장치에서 설정된 설계면과 상기 자세 위치 측정 장치에서 측정된 상기 작업구의 위치에 기초하여 상기 목표 속도를 보정하는 작업 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 시공 목표 설정 장치에서 설정된 상기 설계면과 상기 자세 위치 측정 장치에서 측정된 상기 작업기의 자세에 기초하여, 상기 복수의 액추에이터 중 굴삭 동작을 담당하는 굴삭용 액추에이터와 상기 작업구의 위치 결정 동작을 담당하는 위치 결정용 액추에이터를 결정하고, 상기 굴삭용 액추에이터의 목표 속도를 상기 조작 장치로부터 출력되는 조작 신호에 기초하여 결정하고, 상기 위치 결정용 액추에이터의 목표 속도를 상기 작업구가 상기 설계면에 접근하는 방향에서 제한하는 것으로 한다.

이상과 같이 구성한 본 발명에 따르면, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면과 작업기의 자세에 기초하여, 복수의 액추에이터 중 굴삭 동작을 담당하는 굴삭용 액추에이터와 작업구의 위치 결정 동작을 담당하는 위치 결정용 액추에이터가 결정되고, 굴삭용 액추에이터의 목표 속도가 조작 장치로부터 출력되는 조작 신호에 기초하여 결정되고, 위치 결정용 액추에이터의 목표 속도가 작업구가 설계면에 접근하는 방향에서 제한된다. 이에 의해, 설계면의 각도나 작업기의 자세에 관계없이, 설계면을 따라 작업구가 이동하도록 조종자의 조작을 보조하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 작업 기계에 의하면, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면의 각도나 작업기의 자세에 관계없이, 설계면을 따라 작업구가 이동하도록 조종자의 조작을 보조하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 유압 셔블에 탑재되는 유압 제어 시스템의 개략 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 4는 도 2에 도시하는 액추에이터 동작 제한 판정부의 연산 로직을 도시하는 도면이다.
도 5는 도 2에 도시하는 반자동 제어부의 붐 실린더의 동작에 관계되는 연산 로직을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시하는 반자동 제어부의 암 실린더의 동작에 관계되는 연산 로직을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 2에 도시하는 컨트롤러에 의해 실현되는 프론트 작업기의 동작을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에서의 액추에이터 역할 결정부의 연산 로직을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에서의 컨트롤러에 의해 실현되는 프론트 작업기의 동작을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에서의 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에서의 표시 장치에 표시되는 조작 보조 정보의 일례를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 작업 기계로서 유압 셔블을 예로 들어, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동등한 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 중복된 설명은 적절히 생략한다.

[실시예 1]

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압 셔블의 측면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 주행체(1)와, 이 주행체(1) 상에 선회 장치(8)를 통해서 선회 가능하게 탑재된 선회체(2)와, 이 선회체(2)의 전방측에 상하 방향으로 회동 가능하게 연결된 프론트 작업기(110)를 구비하고 있다.

선회체(2)는, 기초 하부 구조를 이루는 선회 프레임(2a)을 갖는다. 선회 프레임(2a)의 전방측에는, 프론트 작업기(110)가 상하 방향으로 회동 가능하게 연결되어 있다. 선회 프레임(2a)의 후방측에는, 프론트 작업기(110)와의 중량 균형을 잡기 위한 카운터 웨이트(3)가 설치되어 있다. 선회 프레임(2a)의 좌측 전방부에는, 운전실(4)이 마련되어 있다. 운전실(4) 내에는, 프론트 작업기(110) 및 선회체(2)를 조작하기 위한 조작 장치로서의 좌우의 조작 레버 장치(15L, 15R)(도 2에 도시함) 등이 배치되어 있다. 선회 프레임(2a) 상에는, 원동기로서의 엔진(도시하지 않음), 엔진에 의해 구동되는 1개 또는 복수의 유압 펌프로 이루어지는 펌프 장치(9), 선회 장치(8)를 구동하는 선회 모터(8a), 펌프 장치(9)로부터 선회 모터(8a) 및 후술하는 붐 실린더(5a), 암 실린더(6a), 버킷 실린더(7a)를 포함하는 복수의 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 복수의 방향 제어 밸브로 이루어지는 컨트롤 밸브 유닛(10) 등이 탑재되어 있다.

프론트 작업기(110)는, 기단부가 선회 프레임(2a)의 우측 전방부에 상하 방향으로 회동 가능하게 연결된 붐(5)과, 이 붐(5)의 선단부에 상하, 전후 방향으로 회동 가능하게 연결되어, 붐(5)에 의해 승강되는 암(6)과, 이 암(6)의 선단부에 상하, 전후 방향으로 회동 가능하게 연결되어, 붐(5) 또는 암(6)에 의해 승강되는 작업구로서의 버킷(7)과, 붐(5)을 구동하는 붐 실린더(5a)와, 암(6)을 구동하는 암 실린더(6a)와, 버킷(7)을 구동하는 버킷 실린더(7a)를 구비하고 있다. 붐(5), 암, 버킷(7)에는, 각도 센서(11a, 11b, 11c)가 각각 설치되어 있다. 각도 센서(11a 내지 11c)는, 프론트 작업기(110)의 자세 및 버킷(7)의 클로 끝 위치를 측정하는 자세 위치 측정 장치를 구성하고 있다.

도 2는, 유압 셔블(100)에 탑재되는 유압 제어 시스템의 개략 구성도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 유압 제어 시스템(200)은, 컨트롤러(20)와, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면을 설정하기 위한 시공 목표 설정 장치(21)와, 컨트롤러(20)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시 장치(22)와, 유압 셔블(100)의 동작을 컨트롤러(20)에 지시하기 위한 좌우의 조작 레버 장치(15L, 15R)와, 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)와, 유압 장치(23)를 구비하고 있다.

좌우의 조작 레버 장치(15L, 15R)는, 조종자에 의한 레버 조작에 따른 조작 신호를 컨트롤러(20)에 출력한다.

컨트롤러(20)는, 좌우의 조작 레버 장치(15L, 15R)로부터 입력되는 조작 신호와, 시공 목표 설정 장치(21)로부터 입력되는 설계면 정보와, 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)로부터 입력되는 작업기 자세 위치 정보를 기초로, 액추에이터(5a, 6a, 7a, 8a)에 대한 동작 지령을 생성하여, 유압 장치(23)에 출력한다.

유압 장치(23)는, 컨트롤러(20)로부터의 동작 지령에 따라, 붐 실린더(5a), 암 실린더(6a), 버킷 실린더(7a), 선회 모터(8a)에 압유를 공급하여, 붐(5), 암(6), 버킷(7), 선회 장치(8)를 구동한다.

도 3은, 컨트롤러(20)의 기능 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 컨트롤러(20)는, 동작 명령부(30)와, 액추에이터 역할 결정부(31)와, 액추에이터 동작 제한 판정부(32)와, 반자동 제어부(33)를 갖는다.

동작 명령부(30)는, 좌우의 조작 레버 장치(15L, 15R)로부터 입력되는 조작 신호(좌우의 레버 조작량)를 기초로, 액추에이터(5a, 6a, 7a)의 목표 동작 속도를 결정하여, 목표 속도에 상당하는 동작 지령을 반자동 제어부(33)에 출력한다.

액추에이터 역할 결정부(31)에는, 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)로부터 작업기 자세 위치 정보가 입력되고, 시공 목표 설정 장치(21)로부터 시공 목표 정보가 입력된다. 액추에이터 역할 결정부(31)는, 작업기 자세 위치 정보와 시공 목표 정보를 기초로, 굴삭을 담당하는 액추에이터(굴삭용 액추에이터)와 버킷(7)의 위치 결정을 담당하는 액추에이터(위치 결정용 액추에이터)를 결정하고, 그 결과를 액추에이터 역할 정보로서 액추에이터 동작 제한 판정부(32)에 출력한다.

액추에이터 동작 제한 판정부(32)에는, 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)로부터 작업기 자세 위치 정보가 입력되고, 시공 목표 설정 장치(21)로부터 시공 목표 정보가 입력되고, 액추에이터 역할 결정부(31)로부터 액추에이터 역할 정보가 입력된다. 액추에이터 동작 제한 판정부(32)는, 작업기 자세 위치 정보와 시공 목표 정보와 액추에이터 역할 정보를 기초로, 각 액추에이터의 동작을 제한할지 여부를 결정하고, 그 결과를 동작 제한 정보로서 반자동 제어부(33)에 출력한다.

반자동 제어부(33)에는, 동작 명령부(30)로부터 동작 지령이 입력되고, 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)로부터 작업기 자세 위치 정보가 입력되고, 시공 목표 설정 장치(21)로부터 시공 목표 정보가 입력되고, 액추에이터 동작 제한 판정부(32)로부터 동작 제한 정보가 입력된다. 반자동 제어부(33)는, 버킷(7)에 의한 과굴착을 방지하기 위해서, 시공 목표 정보에 포함되는 설계면과 버킷 클로 끝 위치의 편차가 작아질수록 액추에이터의 목표 속도가 제한되도록, 작업기 자세 위치 정보와 시공 목표 정보와 동작 제한 정보를 기초로 동작 지령을 보정하여, 유압 장치(23)에 출력한다.

도 4는, 액추에이터 동작 제한 판정부(32)의 연산 로직을 도시하는 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 액추에이터 동작 제한 판정부(32)는, 편차 연산부(41)와, 시간 미분부(42)와, 붐 동작 제한 결정부(43)와, 암 동작 제한 결정부(44)를 갖는다.

편차 연산부(41)에는, 시공 목표 설정 장치(21)로부터 시공 목표 정보가 입력되고, 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)로부터 작업기 자세 위치 정보가 입력된다. 편차 연산부(41)는, 시공 목표 정보에 포함되는 설계면과 작업기 자세 위치 정보에 포함되는 버킷 클로 끝 위치의 편차인 버킷 클로 끝 거리(Db)를 연산하여, 시간 미분부(42)와 붐 동작 제한 결정부(43)와 암 동작 제한 결정부(44)에 출력한다.

시간 미분부(42)는, 편차 연산부(41)로부터 입력되는 버킷 클로 끝 거리(Db)를 시간 미분하고, 그 결과를 버킷 클로 끝 속도(Vb)로서 붐 동작 제한 결정부(43)와 암 동작 제한 결정부(44)에 출력한다.

붐 동작 제한 결정부(43)에는, 액추에이터 역할 결정부(31)로부터 붐 실린더 역할 정보가 입력되고, 편차 연산부(41)로부터 버킷 클로 끝 거리(Db)가 입력되고, 시간 미분부(42)로부터 버킷 클로 끝 속도(Vb)가 입력된다. 붐 동작 제한 결정부(43)는, 붐 실린더 역할 정보와 버킷 클로 끝 거리(Db)와 버킷 클로 끝 속도(Vb)를 기초로, 붐 실린더(5a)의 동작을 제한할지 여부를 결정하여, 반자동 제어부(33)에 출력한다. 구체적으로는, 붐 실린더(5a)가 굴삭용 액추에이터인 경우, 붐 실린더(5a)가 위치 결정용 액추에이터이며 또한 버킷 클로 끝 거리(Db)가 소정의 거리 역치(Dt)보다도 큰(버킷 클로 끝이 설계면으로부터 크게 이격되어 있는) 경우, 또는 붐 실린더(5a)가 위치 결정용 액추에이터이며 또한 버킷 클로 끝 거리(Db)가 소정의 거리 역치(Dt) 이하(버킷 클로 끝이 설계면의 근처 또는 하측에 위치함)이며 또한 버킷 클로 끝 속도(Vb)가 양의 값인(버킷 클로 끝이 설계면으로부터 이격되는 방향으로 이동하는) 경우에는, 붐 실린더(5a)의 동작을 제한하지 않는 것을 결정하고, 붐 실린더(5a)가 위치 결정용 액추에이터이며 또한 버킷 클로 끝 거리(Db)가 소정의 거리 역치(Dt) 이하이며(버킷 클로 끝이 설계면의 근처 또는 하측에 위치하고) 또한 버킷 클로 끝 속도(Vb)가 0 이하의 값인(버킷 클로 끝이 설계면에 접근하는 방향으로 이동하는) 경우에는, 붐 실린더(5a)의 동작을 제한하는 것을 결정한다.

암 동작 제한 결정부(44)에는, 액추에이터 역할 결정부(31)로부터 암 역할 정보가 입력되고, 편차 연산부(41)로부터 버킷 클로 끝 거리(Db)가 입력되고, 시간 미분부(42)로부터 버킷 클로 끝 속도(Vb)가 입력된다. 암 동작 제한 결정부(44)는, 암 실린더 역할 정보와 버킷 클로 끝 거리(Db)와 버킷 클로 끝 속도(Vb)를 기초로, 암 실린더(6a)의 동작을 제한할지 여부를 결정하여, 반자동 제어부(33)에 출력한다. 구체적으로는, 암 실린더(6a)가 굴삭용 액추에이터인 경우, 암 실린더(6a)가 위치 결정용 액추에이터이며 또한 버킷 클로 끝 거리(Db)가 소정의 거리 역치(Dt)보다도 큰(버킷 클로 끝이 설계면으로부터 크게 이격되어 있는) 경우, 또는, 암 실린더(6a)가 위치 결정용 액추에이터이며 또한 버킷 클로 끝 거리(Db)가 소정의 거리 역치(Dt) 이하이고(버킷 클로 끝이 설계면의 근처 또는 하측에 위치하고) 또한 버킷 클로 끝 속도(Vb)가 양의 값인(버킷 클로 끝이 설계면으로부터 이격되는 방향으로 이동하는) 경우에는, 암 실린더(6a)의 동작을 제한하지 않는 것을 결정하고, 암 실린더(6a)가 위치 결정용 액추에이터이며 또한 버킷 클로 끝 거리(Db)가 소정의 거리 역치(Dt) 이하이고(버킷 클로 끝이 설계면의 근처 또는 하측에 위치하고) 또한 버킷 클로 끝 속도(Vb)가 0 이하의 값인(버킷 클로 끝이 설계면에 접근하는 방향으로 이동하는) 경우에는, 암 실린더(6a)의 동작을 제한하는 것을 결정한다.

도 5는, 반자동 제어부(33)의 붐 실린더(5a)의 동작에 관한 연산 로직을 도시하는 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 반자동 제어부(33)는, 제한 계수 결정부(50)와, 승산부(51)와, 편차 연산부(52)와, 붐 목표 속도 결정부(53)와, 제한 계수 결정부(54)와, 승산부(55)와, 가산부(56)를 갖는다.

제한 계수 결정부(50)는, 붐 동작 제한 결정부(43)로부터 출력되는 붐 동작 제한 정보를 기초로 제한 계수를 결정하여, 승산부(51)에 출력한다. 구체적으로는, 붐 동작 제한을 행하는 경우에는 0을 출력하고, 붐 동작 제한을 행하지 않는 경우에는 1을 출력한다.

승산부(51)는, 동작 명령부(30)로부터 입력되는 붐 목표 속도(동작 지령에 포함됨)와 제한 계수 결정부(50)로부터 입력되는 제한 계수를 곱셈하여, 가산부(56)에 출력한다.

편차 연산부(52)는, 21로부터 입력되는 설계면(시공 목표 정보에 포함됨)과 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)로부터 입력되는 버킷 클로 끝 위치(작업기 자세 위치 정보에 포함됨)의 편차인 버킷 클로 끝 거리(Db)를 연산하여, 붐 목표 속도 결정부(53)에 출력한다.

붐 목표 속도 결정부(53)는, 편차 연산부(52)로부터 입력되는 버킷 클로 끝 거리(Db)가 양(버킷 클로 끝이 설계면보다 상측)이면 붐 하강측의 붐 목표 속도를 승산부(55)에 출력하고, 버킷 클로 끝 거리(Db)가 음(버킷 클로 끝이 설계면보다 하측)이면 붐 상승측의 붐 목표 속도를 승산부(55)에 출력한다.

제한 계수 결정부(54)는, 액추에이터 동작 제한 판정부(32)로부터 입력되는 붐 동작 제한 정보를 기초로 제한 계수를 결정하여, 승산부(55)에 출력한다. 구체적으로는, 붐 동작 제한을 행하는 경우에는 1을 출력하고, 붐 동작 제한을 행하지 않는 경우에는 0을 출력한다.

승산부(55)는, 붐 목표 속도 결정부(53)로부터 입력되는 붐 목표 속도와 제한 계수 결정부(54)로부터 입력되는 제한 계수를 곱셈하여, 가산부(56)에 출력한다.

가산부(56)는, 승산부(51)의 출력과 승산부(55)의 출력을 합산하여, 유압 장치에 출력한다.

도 6은, 반자동 제어부(33)의 암 실린더(6a)의 동작에 관한 연산 로직을 도시하는 도면이다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 반자동 제어부(33)는, 제한 계수 결정부(60)와, 승산부(61)와, 편차 연산부(62)와, 암 목표 속도 결정부(63)와, 제한 계수 결정부(64)와, 승산부(65), 가산부(66)를 갖는다. 도 6에 도시하는 암 실린더(6a)의 동작에 관한 연산 로직은, 도 5에 도시하는 붐 실린더(5a)의 동작에 관한 연산 로직과 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.

이상과 같이 구성한 컨트롤러(20)에 의해 실현되는 프론트 작업기(110)의 동작을 도 7을 사용해서 설명한다.

도 7의 (a)는, 암(6)이 굴삭을 담당하는 작업 부재(굴삭용 작업 부재)이며, 암 조작이 행하여지고 또한 붐 조작이 행하여지지 않았을 경우의 동작을 도시하고 있다. 도 7의 (a)에서, 컨트롤러(20)는, 레버 조작에 따라서 암(6)을 구동하여(암(6)의 동작을 제한하지 않고), 버킷 클로 끝이 설계면을 따르도록 붐(5)을 상승 방향으로 구동한다.

도 7의 (b)는, 암(6)이 굴삭용 작업 부재이며, 암 조작이 행하여지지 않고 또한 붐 조작이 행해진 경우의 동작을 도시하고 있다. 도 7의 (b)에서, 컨트롤러(20)는, 붐 상승 조작이 행해진 경우에는, 레버 조작에 따라서 붐(5)을 구동하고(붐(5)의 동작을 제한하지 않고), 붐 하강 조작이 행하여지고 또한 버킷 클로 끝 거리(Db)가 소정의 거리 역치(Dt) 이하인(버킷 클로 끝이 설계면에 가까운) 경우에는, 붐 하강 동작을 제한한다.

도 7의 (c)는, 붐(5)이 굴삭용 작업 부재이며, 암 조작이 행하여지지 않고 또한 붐 조작이 행해진 경우의 동작을 도시하고 있다. 도 7의 (c)에서, 컨트롤러(20)는, 레버 조작에 따라서 붐(5)을 구동하여(붐(5)의 동작을 제한하지 않고), 버킷 클로 끝이 설계면을 따르도록 암(6)을 감는 방향 또는 압출 방향으로 구동한다.

도 7의 (d)는, 붐(5)이 굴삭용 작업 부재이며, 암 조작이 행하여지고 또한 붐 조작이 행하여지지 않았을 경우의 동작을 도시하고 있다. 도 7의 (d)에서, 컨트롤러(20)는, 암 감기 조작이 행해진 경우에는, 레버 조작에 따라서 암(6)을 감는 측으로 구동하고(암(6)의 동작을 제한하지 않고), 암 압출 조작이 행하여지고 또한 버킷 클로 끝 거리(Db)가 소정의 거리 역치(Dt) 이하인(버킷 클로 끝이 설계면에 가까운) 경우에는, 암 압출 동작을 제한한다.

본 실시예에서는, 작업구(7)와 복수의 작업 부재(5, 6)를 갖는 다관절형 작업기(110)와, 작업기(110)를 구동하는 복수의 액추에이터(5a, 6a, 7a)와, 작업기(110)를 조작하기 위한 조작 장치(15L, 15R)와, 조작 장치(15L, 15R)로부터 출력되는 조작 신호에 따라서 작업기(110)의 동작을 제어하는 컨트롤러(20)와, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면을 설정하기 위한 시공 목표 설정 장치(21)와, 작업기(110)의 자세 및 작업구(7)의 위치를 측정하는 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)를 구비하고, 컨트롤러(20)는, 조작 장치(15L, 15R)로부터 출력되는 조작 신호에 기초하여 복수의 액추에이터(5a, 6a, 7a)의 목표 속도를 결정하고, 시공 목표 설정 장치(21)에서 설정된 설계면과 상기 작업기의 자세에 기초하여 상기 목표 속도를 보정하는 작업 기계(100)에 있어서, 컨트롤러(20)는, 시공 목표 설정 장치(21)에서 설정된 설계면과 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)에서 측정된 작업기(110)의 자세에 기초하여, 복수의 액추에이터(5a, 6a, 7a) 중 굴삭 동작을 담당하는 굴삭용 액추에이터와 작업구(7)의 위치 결정 동작을 담당하는 위치 결정용 액추에이터를 결정하고, 상기 굴삭용 액추에이터의 목표 속도를 조작 장치(15L, 15R)로부터 출력되는 조작 신호에 기초하여 결정하고, 상기 위치 결정용 액추에이터의 목표 속도를 작업구(7)가 상기 설계면에 접근하는 방향에서 제한한다.

이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면과 작업기(110)의 자세에 기초하여, 복수의 액추에이터(5a, 6a, 7a) 중 굴삭 동작을 담당하는 굴삭용 액추에이터와 작업구(7)의 위치 결정 동작을 담당하는 위치 결정용 액추에이터가 결정되고, 굴삭용 액추에이터의 목표 속도가 조작 장치(15L, 15R)로부터 출력되는 조작 신호에 기초하여 결정되고, 위치 결정용 액추에이터의 목표 속도가, 작업구(7)가 설계면에 접근하는 방향에서 제한된다. 이에 의해, 설계면의 각도나 작업기(110)의 자세에 관계없이, 작업구가 설계면을 따라 이동하도록 조종자의 조작을 보조하는 것이 가능하게 된다.

[실시예 2]

본 발명의 제2 실시예에 대해서, 제1 실시예와의 상위점을 중심으로 설명한다.

도 8은, 액추에이터 역할 결정부(31)의 연산 로직을 도시하는 도면이다.

도 8에서, 액추에이터 역할 결정부(31)는, 설계면 각도 판정부(70)와, 굴삭 각도 연산부(71)와, 굴삭 각도 판정부(72)와, 굴삭 상태 판정부(73)와, 액추에이터 역할 판정부(74)를 갖는다.

설계면 각도 판정부(70)는, 시공 목표 설정 장치(21)로부터 입력되는 설계면 각도(θd)(시공 목표 정보에 포함됨)를 기초로 설계면 각도(θd)의 대소를 판정하고, 그 결과를 설계면 각도 판정 정보로서 굴삭 상태 판정부(73)에 출력한다. 구체적으로는, 설계면 각도(θd)가 소정의 각도 역치(θt)(예를 들어 70도)보다도 큰(설계면의 경사가 급준한) 경우에는 1을 출력하고, 설계면 각도(θd)가 소정의 각도 역치(θt) 이하인(설계면의 경사가 급준하지 않은) 경우에는 0을 출력한다.

굴삭 각도 연산부(71)에는, 시공 목표 설정 장치(21)로부터 설계면 각도(θd)(시공 목표 정보에 포함됨)가 입력되고, 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)로부터 암 각도(θa)(작업기 자세 위치 정보에 포함됨)가 입력된다. 굴삭 각도 연산부(71)는, 설계면 각도(θd)와 암 각도(θa)의 편차인 굴삭 각도(θe)를 연산하여, 굴삭 각도 판정부(72)에 출력한다. 여기서, 굴삭 각도(θa)는, 암(6)의 회동 지지점과 버킷 클로 끝을 연결한 선이 설계면에 대하여 이루는 각도이다.

굴삭 각도 판정부(72)는, 굴삭 각도 연산부(71)로부터 입력되는 굴삭 각도(θe)를 기초로 설계면에 대한 굴삭 각도(θe)의 대소를 판정하고, 그 결과를 굴삭 각도 판정 정보로서 굴삭 상태 판정부(73)에 출력한다. 구체적으로는, 굴삭 각도(θe)가 90도보다도 작은 경우에는 0을 출력하고, 굴삭 각도(θe)가 90도 이상인 경우에는 1을 출력한다.

굴삭 상태 판정부(73)는, 설계면 각도 판정부(70)로부터 입력되는 설계면 각도 판정 정보와 굴삭 각도 판정부(72)로부터 입력되는 굴삭 각도 판정 정보를 기초로 굴삭 상태를 판정하고, 그 결과를 굴삭 상태 판정 정보로서 액추에이터 역할 판정부(74)에 출력한다. 구체적으로는, 설계면 각도 판정 정보가 1이며 또한 굴삭 각도 판정 정보가 1인 경우에는 A를 출력하고, 설계면 각도 판정 정보가 1이며 또한 굴삭 각도 판정 정보가 0인 경우에는 B를 출력하고, 설계면 경사 정보가 0인 경우에는 C를 출력한다.

액추에이터 역할 판정부(74)는, 굴삭 상태 판정부(73)로부터 입력되는 굴삭 상태 판정 정보를 기초로 암 실린더(6a) 및 붐 실린더(5a)의 역할을 결정하고, 그 결과를 액추에이터 역할 정보로서 액추에이터 동작 제한 판정부(32)에 출력한다. 구체적으로는, 굴삭 상태 판정 정보가 A인 경우에는, 붐 실린더(5a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고 또한 암 실린더(6a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정한다. 한편, 굴삭 상태 판정 정보가 B 또는 C인 경우에는, 암 실린더(6a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 붐 실린더(5a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정한다.

이상과 같이 구성한 컨트롤러(20)에 의해 실현되는 프론트 작업기(110)의 동작을 도 9를 사용해서 설명한다.

도 9의 (a)는 설계면 각도(θd)가 0도로, 암 감기 조작이 행하여지고, 붐 조작은 행하여지지 않고, 또한 굴삭 각도(θe)가 90도보다 작은 경우의 동작을 도시하고 있다. 도 9의 (a)에서, 컨트롤러(20)는, 암 실린더(6a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 붐 실린더(5a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정한다. 이에 의해, 레버 조작에 따라서 암(6)이 감는 방향으로 구동되고(암 실린더(6a)의 동작은 제한되지 않고), 버킷 클로 끝이 설계면을 따르도록 자동으로 붐(5)이 상승 방향으로 구동된다.

도 9의 (b)는, 설계면 각도(θd)가 0도로, 암 감기 조작이 행하여지고, 붐 조작은 행하여지지 않고, 또한 굴삭 각도(θe)가 90도보다 큰 경우의 동작을 도시하고 있다. 도 9의 (b)에서, 컨트롤러(20)는, 암 실린더(6a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 붐 실린더(5a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정한다. 이에 의해, 레버 조작에 따라서 암(6)이 감는 방향으로 구동되고(암(6)의 동작은 제한되지 않고), 버킷 클로 끝이 설계면을 따르도록 자동으로 붐(5)이 하강 방향으로 구동된다.

도 9의 (c)는, 설계면 각도(θd)가 90도로, 암 감기 조작이 행하여지고, 붐 조작은 행하여지지 않고, 또한 굴삭 각도(θe)가 90도보다 작은 경우의 동작을 도시하고 있다. 도 9의 (c)에서, 컨트롤러(20)는, 암 실린더(6a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 붐 실린더(5a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정한다. 이에 의해, 레버 조작에 따라서 암(6)이 감는 방향으로 구동되고(암(6)의 동작은 제한되지 않고), 버킷 클로 끝이 설계면을 따르도록 자동으로 붐(5)이 상승 방향으로 구동된다.

도 9의 (d)는, 설계면 각도(θd)가 90도로, 암 조작은 행하여지지 않고, 붐 하강 조작이 행하여지고, 또한 굴삭 각도(θe)가 90도보다 큰 경우의 동작을 도시하고 있다. 도 9의 (d)에서, 컨트롤러(20)는, 붐 실린더(5a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 암 실린더(6a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정한다. 이에 의해, 레버 조작에 따라서 붐(5)이 하강 방향으로 구동되고(붐(5)의 동작은 제한되지 않고), 버킷 클로 끝이 설계면을 따르도록 자동으로 암(6)이 감는 방향으로 구동된다.

도 9의 (e)는, 설계면 각도(θd)가 90도로, 암 조작이 행하여지지 않고, 붐 하강 조작이 행하여지고, 또한 굴삭 각도(θe)가 90도보다 큰 경우의 동작을 도시하고 있다. 도 9의 (e)에서, 컨트롤러(20)는, 붐 실린더(5a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 암 실린더(6a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정한다. 이에 의해, 레버 조작에 따라서 붐(5)이 하강 방향으로 구동되고(붐(5)의 동작은 제한되지 않고), 버킷 클로 끝이 설계면을 따르도록 자동으로 암(6)이 압출 방향으로 구동된다.

본 실시예에서의 컨트롤러(20)는, 설계면이 수평면에 대하여 이루는 각도인 설계면 각도(θd)가 0도 내지 90도 사이로 설정된 소정의 각도 역치(θt) 이하인 경우, 또는, 암(6)의 회동 지지점과 버킷(7)의 클로 끝을 연결한 선이 설계면에 대하여 이루는 각도인 굴삭 각도(θe)가 90도보다 작은 경우에, 암 실린더(6a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 붐 실린더(5a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정하고, 설계면 각도(θd)가 소정의 각도 역치(θt)보다도 크고, 또한 굴삭 각도(θe)가 90도 이상인 경우에, 붐 실린더(5a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 암 실린더(6a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정한다.

이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 붐(5)과 암(6)을 갖는 프론트 작업기(110)를 구비한 유압 셔블(100)에 있어서, 설계면의 각도나 프론트 작업기(110)의 자세에 관계없이, 조종자의 의도에 따른 굴삭 동작을 보조하는 것이 가능하게 된다.

[실시예 3]

본 발명의 제3 실시예에 대해서, 제1 실시예와의 상위점을 중심으로 설명한다.

도 10은, 본 실시예에서의 컨트롤러(20)의 기능 블록도이다.

도 10에서, 컨트롤러(20)는 표시 명령부(34)를 더 갖는다. 표시 명령부(34)는, 작업기 자세 위치 측정 장치(11a 내지 11c)로부터 입력되는 작업기 자세 위치 정보와 시공 목표 설정 장치(21)로부터 입력되는 시공 목표 정보와 액추에이터 역할 결정부(31)로부터 입력되는 액추에이터 역할 정보를 기초로, 조종자의 굴삭 조작을 보조하기 위한 정보(조작 보조 정보)를 생성하여, 표시 장치(22)에 출력한다.

도 11은, 표시 장치(22)에 표시되는 조작 보조 정보의 일례를 도시하는 도면이다.

도 11에서, 표시 장치(22)에는, 굴삭 동작을 행할 때 조종자가 조작해야 할 작업 부재와 그 조작 방향이 표시된다.

도 11의 (a)는, 설계면 각도(θd)가 0도이며 또한 굴삭 각도(θe)가 90도보다 작은 경우의 표시예를 도시하고 있다. 도 11의 (a)에서, 컨트롤러(20)는, 암 실린더(6a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 붐 실린더(5a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정하고, 암(6)을 감는 방향(화살표 방향)으로 조작하도록 지시한다.

도 11의 (b)는, 설계면 각도(θd)가 90도이며 또한 굴삭 각도(θe)가 90도보다 큰 경우의 표시예를 도시하고 있다. 도 11의 (b)에서, 컨트롤러(20)는, 붐 실린더(5a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 암 실린더(6a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정하고, 붐(5)을 하강 방향(화살표 방향)으로 조작하도록 지시한다.

도 11의 (c)는, 설계면 각도(θd)가 소정의 각도 역치(θt)(예를 들어 70도)보다 약간 작고, 또한 굴삭 각도(θe)가 90도보다 큰 경우의 표시예를 도시하고 있다. 도 11의 (c)에서, 컨트롤러(20)는, 암 실린더(6a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 붐 실린더(5a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정하고, 암(6)을 감는 방향(화살표 방향)으로 조작하도록 지시한다.

도 11의 (d)는, 설계면 각도(θd)가 소정의 각도 역치(θt)(예를 들어 70도)보다 약간 크고, 또한 굴삭 각도(θe)가 90도보다 큰 경우의 표시예를 도시하고 있다. 도 11의 (d)에서, 컨트롤러(20)는, 붐 실린더(5a)를 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 암 실린더(6a)를 위치 결정용 액추에이터로 결정하고, 붐(5)을 하강 방향(화살표 방향)으로 조작하도록 지시한다.

본 실시예에서의 컨트롤러(20)는, 복수의 작업 부재(5, 6) 중 굴삭용 액추에이터에 의해 구동되는 작업 부재 및 그 조작 방향을 지시하는 정보를 생성하여, 설계면의 정보 및 작업기(110)의 자세 정보와 합쳐서 표시 장치(22)에 출력한다. 이에 의해, 유압 셔블(100)의 조종자는, 굴삭 작업을 행할 때 복수의 작업 부재(5, 6) 중 어느 작업 부재를 조작할 것인지를 용이하게 파악할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는, 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성의 일부를 첨가하는 것도 가능하고, 어떤 실시예의 구성의 일부를 삭제하고, 혹은, 다른 실시예의 일부와 치환하는 것도 가능하다.

1: 주행체 2: 선회체
3: 카운터 웨이트 4: 운전실
5: 붐(작업 부재) 5a: 붐 실린더(액추에이터)
6: 암(작업 부재) 6a: 암 실린더(액추에이터)
7: 버킷(작업구) 7a: 버킷 실린더(액추에이터)
8: 선회 장치 8a: 선회 모터(액추에이터)
9: 펌프 장치 10: 컨트롤 밸브 유닛
11a: 각도 센서(작업기 자세 위치 측정 장치)
11b: 각도 센서(작업기 자세 위치 측정 장치
11c: 각도 센서(작업기 자세 위치 측정 장치)
15L: 조작 레버 장치(조작 장치)
15R: 조작 레버 장치(조작 장치)
20: 컨트롤러 21: 시공 목표 설정 장치
22: 표시 장치 23: 유압 장치
30: 동작 명령부 31: 액추에이터 역할 결정부
32: 액추에이터 동작 제한 판정부
33: 반자동 제어부 41: 편차 연산부
42: 시간 미분부 43: 붐 동작 제한 결정부
44: 암 동작 제한 결정부 50: 제한 계수 결정부
51: 승산부 52: 편차 연산부
53: 붐 목표 속도 결정부 54: 제한 계수 결정부
55: 승산부 56: 가산부
60: 제한 계수 결정부 61: 승산부
62: 편차 연산부 63: 암 목표 속도 결정부
64: 제한 계수 결정부 65: 승산부
66: 가산부 70: 설계면 각도 판정부
72: 굴삭 각도 판정부 73: 굴삭 상태 판정부
74: 액추에이터 역할 판정부 100: 유압 셔블(작업 기계)
110: 프론트 작업기(작업기) 200: 유압 제어 시스템

Claims

작업구와 복수의 작업 부재를 갖는 다관절형 작업기와,
상기 작업기를 구동하는 복수의 액추에이터와,
상기 작업기를 조작하기 위한 조작 장치와,
상기 조작 장치로부터 출력되는 조작 신호에 따라 상기 작업기의 동작을 제어하는 컨트롤러와,
시공 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면을 설정하기 위한 시공 목표 설정 장치와,
상기 작업기의 자세 및 상기 작업구의 위치를 측정하는 작업기 자세 위치 측정 장치를 구비하고,
상기 컨트롤러는, 상기 조작 장치로부터 출력되는 조작 신호에 기초하여 상기 복수의 액추에이터의 목표 속도를 결정하고, 상기 시공 목표 설정 장치에서 설정된 설계면과 상기 작업기 자세 위치 측정 장치에서 측정된 상기 작업구의 위치에 기초하여 상기 목표 속도를 보정하는 작업 기계에 있어서,
상기 작업구는 버킷이며,
상기 복수의 작업 부재는 붐과 암을 포함하고,
상기 복수의 액추에이터는, 상기 붐을 구동하는 붐 실린더와 상기 암을 구동하는 암 실린더를 포함하고,
상기 컨트롤러는,
상기 설계면이 수평면에 대하여 이루는 각도인 설계면 각도가 0도 내지 90도 사이로 설정된 소정의 각도 역치 이하인 경우, 또는 상기 암의 회동 지지점과 상기 버킷의 클로 끝을 연결한 선이 상기 설계면에 대하여 이루는 각도인 굴삭 각도가 90도보다 작은 경우에, 상기 암 실린더를 굴삭 동작을 담당하는 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 또한 상기 붐 실린더를 상기 버킷의 위치 결정 동작을 담당하는 위치 결정용 액추에이터로 결정하고,
상기 설계면 각도가 상기 소정의 각도 역치보다도 크고, 또한 상기 굴삭 각도가 90도 이상인 경우에, 상기 붐 실린더를 상기 굴삭용 액추에이터로 결정하고, 또한 상기 암 실린더를 상기 위치 결정용 액추에이터로 결정하고,
상기 굴삭용 액추에이터의 목표 속도를 상기 조작 장치로부터 출력되는 조작 신호에 기초하여 결정하고,
상기 위치 결정용 액추에이터의 목표 속도를 상기 작업구가 상기 설계면에 접근하는 방향에서 제한하는
것을 특징으로 하는 작업 기계.
(삭제)
제1항에 있어서, 표시 장치를 더 구비하고,
상기 컨트롤러는, 상기 복수의 작업 부재 중 상기 굴삭용 액추에이터에 의해 구동되는 작업 부재 및 그 조작 방향을 지시하는 정보를 생성하여, 상기 설계면의 정보 및 상기 작업기의 자세 정보와 합쳐서 상기 표시 장치에 출력하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.