KR20200111193A - 쇼벨 및 쇼벨의 관리시스템 - Google Patents

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KR20200111193A
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automatic control
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타카시 니시
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스미토모 겐키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 실시형태에 관한 쇼벨(100)은, 하부주행체(1)와, 하부주행체(1)에 선회 가능하게 탑재되는 상부선회체(3)와, 상부선회체(3)에 장착된 어태치먼트로서의 굴삭어태치먼트와, 상부선회체(3)에 탑재되는, 자동제어를 실행 가능한 제어장치로서의 컨트롤러(30)를 구비하고 있다. 컨트롤러(30)는, 쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내는 경우에, 자동제어를 정지시키도록 구성되어 있다.

Description

쇼벨 및 쇼벨의 관리시스템
본 개시는, 쇼벨 및 쇼벨의 관리시스템에 관한 것이다.
종래, 암조작레버가 조작된 경우에 암만을 동작시키는 수동제어모드와, 암조작레버가 조작된 경우에 암뿐만 아니라 붐 및 버킷도 동작시키는 자동제어모드를 선택적으로 이용할 수 있는 굴삭기가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 굴삭기는, 자동제어모드에 있어서, 미리 설정된 경사각을 갖는 경사면을 따라 버킷이 이동하도록 어태치먼트를 자동적으로 움직이게 할 수 있다. 구체적으로는, 이 굴삭기는, 암조작레버의 조작에 따라 붐 및 버킷을 자동적으로 동작시킴으로써 버킷의 선단(先端)의 직선운동을 발생시킬 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공표특허공보 평7-509294호
그러나, 굴삭기는, 통상, 다양한 동작환경에서 사용된다. 그 때문에, 자동제어모드 중이어도, 굴삭기를 둘러싸는 동작환경은, 미리 상정한 동작환경과는 상이한 동작환경으로 변화하는 경우가 있다. 이 경우, 상술한 굴삭기에서는, 동작환경이 변화했다고 해도 자동제어모드에서의 동작이 계속되어 버린다. 예를 들면, 자동제어모드 중의 비상 시에 버킷을 상향경사면에 누르기 위하여 암을 펼칠 생각으로 조작자가 암조작레버를 조작한 경우, 굴삭기는, 버킷이 상향경사면을 따라 움직이도록, 암의 펼침에 따라 붐을 자동적으로 상승시켜 버릴 우려가 있다. 이 경우, 조작자는, 의도한 바와 같이 버킷을 상향경사면에 누르지 못하게 될 우려가 있다.
그래서, 자동제어 중이어도, 쇼벨의 동작환경이 미리 상정한 동작환경과는 상이한 동작환경으로 변화한 경우에는, 자동제어에 의한 동작과는 상이한 동작을 쇼벨에 실행시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태에 관한 쇼벨은, 하부주행체와, 상기 하부주행체에 선회 가능하게 탑재되는 상부선회체와, 상기 상부선회체에 장착되는 어태치먼트와, 상기 상부선회체에 탑재되는, 자동제어를 실행 가능한 제어장치를 구비하고, 상기 제어장치는, 쇼벨의 움직임에 관한 정보, 또는 주변기계상태에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내는 경우에, 자동제어를 정지시키도록 구성되어 있다.
상술한 수단에 의하여, 자동제어 중이어도, 쇼벨의 동작환경이 미리 상정한 동작환경과는 상이한 동작환경으로 변화한 경우에는, 자동제어에 의한 동작과는 상이한 동작을 쇼벨에 실행시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1의 쇼벨의 기본시스템의 구성예를 나타내는 도이다.
도 3은 도 1의 쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 도이다.
도 4는 컨트롤러에 있어서의 자동제어의 실행에 관한 기능요소의 관계의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 5는 각종 지령값을 산출하는 기능요소의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 비상정지기능이 동작하지 않는 설정으로 되어 있는 쇼벨에 있어서, 자동굴삭제어 중에 암펼침조작이 행해졌을 때의 유압시스템상태를 나타내는 도이다.
도 7은 비상정지기능이 동작하지 않는 설정으로 되어 있는 쇼벨에 있어서, 자동굴삭제어 중에 암펼침조작이 행해졌을 때의 굴삭어태치먼트의 움직임을 나타내는 도이다.
도 8은 비상정지기능이 동작하는 설정으로 되어 있는 쇼벨에 있어서, 자동굴삭제어 중에 암펼침조작이 행해졌을 때의 유압시스템상태를 나타내는 도이다.
도 9는 비상정지기능이 동작하는 설정으로 되어 있는 쇼벨에 있어서, 자동굴삭제어 중에 암펼침조작이 행해졌을 때의 굴삭어태치먼트의 움직임을 나타내는 도이다.
도 10은 비상정지기능이 동작하는 설정으로 되어 있는 쇼벨에 있어서, 자동굴삭제어 중에 붐하강조작이 행해졌을 때의 유압시스템상태를 나타내는 도이다.
도 11은 비상정지기능이 동작하는 설정으로 되어 있는 쇼벨에 있어서, 자동굴삭제어 중에 붐하강조작이 행해졌을 때의 굴삭어태치먼트의 움직임을 나타내는 도이다.
도 12는 컨트롤러에 있어서의 자동제어의 실행에 관한 기능요소의 관계의 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
도 13은 각종 지령값을 산출하는 기능요소의 다른 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 14는 자동복합선회제어 중에 선회조작이 행해졌을 때의 굴삭어태치먼트의 움직임을 나타내는, 작업현장의 상면도이다.
도 15는 비상정지기능이 동작하는 설정으로 되어 있는 쇼벨에 있어서, 상부선회체(3)의 우선회 중에 좌선회조작이 행해졌을 때의 굴삭어태치먼트의 움직임을 나타내는 도이다.
도 16은 전기식 조작시스템의 구성예를 나타내는 도이다.
도 17은 쇼벨의 관리시스템의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 굴삭기로서의 쇼벨(100)의 측면도이다. 쇼벨(100)의 하부주행체(1)에는 선회기구(2)를 개재하여 상부선회체(3)가 선회 가능하게 탑재되어 있다. 상부선회체(3)에는 붐(4)이 장착되어 있다. 붐(4)의 선단에는 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는 엔드어태치먼트로서의 버킷(6)이 장착되어 있다.
붐(4), 암(5) 및 버킷(6)은, 어태치먼트의 일례로서의 굴삭어태치먼트를 구성하고 있다. 그리고, 붐(4)은 붐실린더(7)에 의하여 구동되고, 암(5)은 암실린더(8)에 의하여 구동되며, 버킷(6)은 버킷실린더(9)에 의하여 구동된다.
구체적으로는, 붐조작레버의 경도(傾倒)에 따라 붐실린더(7)가 구동되고, 암조작레버의 경도에 따라 암실린더(8)가 구동되며, 버킷조작레버의 경도에 따라 버킷실린더(9)가 구동된다. 마찬가지로, 우(右)주행레버의 경도에 따라 우측주행용 유압모터(1R)(도 2 참조)가 구동되고, 좌(左)주행레버의 경도에 따라 좌측주행용 유압모터(1L)(도 2 참조)가 구동되며, 선회조작레버의 경도에 따라 선회용 유압모터(2A)(도 2 참조)가 구동된다. 이와 같이, 각 레버의 조작에 따라 대응하는 액추에이터가 구동됨으로써, 조작자의 수동조작에 의한 쇼벨(100)의 제어(이하, "수동제어"라고 함)가 실행된다.
또, 붐(4)에는 붐각도센서(S1)가 장착되고, 암(5)에는 암각도센서(S2)가 장착되며, 버킷(6)에는 버킷각도센서(S3)가 장착되어 있다.
붐각도센서(S1)는 붐(4)의 회동(回動)각도를 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 붐각도센서(S1)는 가속도센서이며, 상부선회체(3)에 대한 붐(4)의 회동각도(이하, "붐각도"라고 함)를 검출할 수 있다. 붐각도는, 예를 들면 붐(4)을 가장 하강시켰을 때에 최소 각도로 되고, 붐(4)을 상승시킴에 따라 커진다.
암각도센서(S2)는 암(5)의 회동각도를 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 암각도센서(S2)는 가속도센서이며, 붐(4)에 대한 암(5)의 회동각도(이하, "암각도"라고 함)를 검출할 수 있다. 암각도는, 예를 들면 암(5)을 가장 접었을 때에 최소 각도로 되고, 암(5)을 펼침에 따라 커진다.
버킷각도센서(S3)는 버킷(6)의 회동각도를 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 버킷각도센서(S3)는 가속도센서이며, 암(5)에 대한 버킷(6)의 회동각도(이하, "버킷각도"라고 함)를 검출할 수 있다. 버킷각도는, 예를 들면 버킷(6)을 가장 접었을 때에 최소 각도로 되고, 버킷(6)을 펼침에 따라 커진다.
붐각도센서(S1), 암각도센서(S2) 및 버킷각도센서(S3)는 각각, 가변저항기를 이용한 퍼텐쇼미터, 대응하는 유압실린더의 스트로크양을 검출하는 스트로크센서, 연결핀둘레의 회동각도를 검출하는 로터리인코더, 관성계측유닛, 자이로센서, 가속도센서와 자이로센서의 조합 등이어도 된다.
상부선회체(3)에는 운전실인 캐빈(10)이 마련되고, 또한 엔진(11) 등의 동력원이 탑재되어 있다. 상부선회체(3)에는, 컨트롤러(30), 표시장치(40), 입력장치(42), 소리출력장치(43), 기억장치(47), 긴급정지스위치(48), 기체경사센서(S4), 선회각속도센서(S5), 촬상장치(S6), 통신장치(T1) 및 측위장치(P1)가 장착되어 있다.
컨트롤러(30)는, 쇼벨(100)의 구동제어를 행하는 제어장치로서 기능하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 컨트롤러(30)는, CPU, RAM 및 ROM 등을 포함하는 컴퓨터로 구성되어 있다. 컨트롤러(30)에 의하여 제공되는 각 기능은, 예를 들면 ROM에 저장된 프로그램을 CPU가 실행함으로써 실현된다. 각 기능은, 예를 들면 조작자에 의한 쇼벨(100)의 수동조작을 가이드(안내)하는 머신가이던스기능, 및 조작자에 의한 쇼벨(100)의 수동조작을 자동적으로 지원하는 머신컨트롤기능을 포함한다. 컨트롤러(30)에 포함되는 머신가이던스장치(50)는, 머신가이던스기능 및 머신컨트롤기능을 실행할 수 있도록 구성되어 있다.
표시장치(40)는 다양한 정보를 표시하도록 구성되어 있다. 표시장치(40)는, CAN 등의 통신네트워크를 통하여 컨트롤러(30)에 접속되어 있어도 되고, 전용선을 통하여 컨트롤러(30)에 접속되어 있어도 된다.
입력장치(42)는, 조작자가 각종 정보를 컨트롤러(30)에 입력할 수 있도록 구성되어 있다. 입력장치(42)는, 예를 들면 캐빈(10) 내에 설치된 터치패널, 노브스위치 및 멤브레인스위치 등 중 적어도 1개를 포함한다.
소리출력장치(43)는, 소리정보를 출력하도록 구성되어 있다. 소리출력장치(43)는, 예를 들면 컨트롤러(30)에 접속되는 차재(車載)스피커여도 되고, 버저 등의 경보기여도 된다. 본 실시형태에서는, 소리출력장치(43)는, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 따라 다양한 소리정보를 출력한다.
기억장치(47)는, 다양한 정보를 기억하도록 구성되어 있다. 기억장치(47)는, 예를 들면 반도체메모리 등의 불휘발성 기억매체이다. 기억장치(47)는, 쇼벨(100)의 동작 중에 다양한 기기가 출력하는 정보를 기억해도 되고, 쇼벨(100)의 동작이 개시되기 전에 다양한 기기를 통하여 취득되는 정보를 기억해도 된다. 기억장치(47)는, 예를 들면 통신장치(T1) 등을 통하여 취득되는 목표시공면에 관한 데이터를 기억해도 된다. 목표시공면은, 쇼벨(100)의 조작자가 설정한 것이어도 되고, 시공관리자 등이 설정한 것이어도 된다.
긴급정지스위치(48)는, 쇼벨(100)의 움직임을 정지시키기 위한 스위치로서 기능하도록 구성되어 있다. 긴급정지스위치(48)는, 예를 들면 캐빈(10) 내에서 운전석에 착석하는 조작자가 조작할 수 있는 위치에 설치된 스위치이다. 본 실시형태에서는, 긴급정지스위치(48)는, 캐빈(10) 내에서 조작자의 발밑에 설치되어 있는 풋스위치이다. 긴급정지스위치(48)는, 조작자에 의하여 조작되면, 엔진제어유닛에 대하여 지령을 출력하여, 엔진(11)을 정지시킨다. 다만, 긴급정지스위치(48)는, 운전석의 주위에 설치되어 있는 수동스위치여도 된다.
기체경사센서(S4)는 상부선회체(3)의 경사를 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기체경사센서(S4)는, 가상수평면에 대한 상부선회체(3)의 경사를 검출하는 가속도센서이다. 기체경사센서(S4)는, 가속도센서와 자이로센서의 조합이어도 되고, 관성계측유닛 등이어도 된다. 기체경사센서(S4)는, 예를 들면 상부선회체(3)의 전후축둘레의 경사각(롤각) 및 좌우축둘레의 경사각(피치각)을 검출한다. 상부선회체(3)의 전후축 및 좌우축은, 예를 들면 쇼벨(100)의 선회축 상의 일점인 쇼벨중심점에서 서로 직교한다.
촬상장치(S6)는 쇼벨(100)의 주변의 화상을 취득하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 촬상장치(S6)는, 쇼벨(100)의 전방의 공간을 촬상하는 전(前)카메라(S6F), 쇼벨(100)의 좌측의 공간을 촬상하는 좌(左)카메라(S6L), 쇼벨(100)의 우측의 공간을 촬상하는 우(右)카메라(S6R), 및 쇼벨(100)의 후방의 공간을 촬상하는 후(後)카메라(S6B)를 포함한다.
촬상장치(S6)는, 예를 들면 CCD 또는 CMOS 등의 촬상 소자를 갖는 단안(單眼)카메라이며, 촬영한 화상을 표시장치(40)로 출력한다. 촬상장치(S6)는, 공간인식장치(S7)로서 기능하도록 구성되어 있어도 된다. 공간인식장치(S7)는, 쇼벨(100)의 주위의 3차원 공간에 존재하는 물체를 검지할 수 있도록 구성된다. 물체는, 예를 들면 사람, 동물, 쇼벨, 기계 또는 건물 등 중 적어도 1개이다. 공간인식장치(S7)는, 공간인식장치(S7) 또는 쇼벨(100)과 공간인식장치(S7)가 검지한 물체의 사이의 거리를 산출할 수 있도록 구성되어 있어도 된다. 공간인식장치(S7)는, 초음파 센서, 밀리파레이더, 단안카메라, 스테레오카메라, LIDAR, 거리화상센서 또는 적외선센서 등이어도 된다.
전카메라(S6F)는, 예를 들면 캐빈(10)의 천장, 즉 캐빈(10)의 내부에 장착되어 있다. 단, 전카메라(S6F)는, 캐빈(10)의 지붕, 즉 캐빈(10)의 외부에 장착되어 있어도 된다. 좌카메라(S6L)는, 상부선회체(3)의 상면 좌단에 장착되고, 우카메라(S6R)는, 상부선회체(3)의 상면 우단에 장착되며, 후카메라(S6B)는, 상부선회체(3)의 상면 후단에 장착되어 있다.
통신장치(T1)는, 쇼벨(100)의 외부에 있는 외부기기와의 통신을 제어하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 통신장치(T1)는, 위성통신망, 휴대전화통신망, 근거리무선통신망 및 인터넷망 등 중 적어도 1개를 통한 외부기기와의 통신을 제어한다.
측위장치(P1)는, 상부선회체(3)의 위치를 측정하도록 구성되어 있다. 측위장치(P1)는, 상부선회체(3)의 방향을 측정할 수 있도록 구성되어 있어도 된다. 측위장치(P1)는, 예를 들면 GNSS컴퍼스이며, 상부선회체(3)의 위치 및 방향을 검출하고, 검출값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 그 때문에, 측위장치(P1)는, 상부선회체(3)의 방향을 검출하는 방향검출장치로서도 기능할 수 있다. 방향검출장치는, 상부선회체(3)에 장착된 방위센서여도 된다. 또, 상부선회체(3)의 위치 및 방향은, 선회각속도센서(S5)에 의하여 측정되도록 구성되어 있어도 된다.
선회각속도센서(S5)는, 상부선회체(3)의 선회각속도를 검출하도록 구성되어 있다. 선회각속도센서(S5)는, 상부선회체(3)의 선회각도를 검출 혹은 산출할 수 있도록 구성되어 있어도 된다. 본 실시형태에서는, 선회각속도센서(S5)는, 자이로센서이다. 선회각속도센서(S5)는, 리졸버, 로터리인코더 또는 관성계측유닛 등이어도 된다.
도 2는, 쇼벨(100)의 기본시스템의 구성예를 나타내는 블록도이며, 기계적 동력전달라인, 작동유라인, 파일럿라인 및 전기제어라인을 각각 이중선, 실선(實線), 파선(破線) 및 점선으로 나타내고 있다.
쇼벨(100)의 기본시스템은, 주로, 엔진(11), 레귤레이터(13), 메인펌프(14), 파일럿펌프(15), 컨트롤밸브(17), 조작장치(26), 토출압센서(28), 조작압센서(29), 컨트롤러(30), 비례밸브(31) 및 셔틀밸브(32) 등을 포함한다.
엔진(11)은, 쇼벨(100)의 구동원이다. 본 실시형태에서는, 엔진(11)은, 소정의 회전수를 유지하도록 동작하는 디젤엔진이다. 엔진(11)의 출력축은, 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)의 각각의 입력축에 연결되어 있다.
메인펌프(14)는, 작동유라인을 통하여 작동유를 컨트롤밸브(17)에 공급하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 메인펌프(14)는, 사판(斜板)식 가변용량형 유압펌프이다.
레귤레이터(13)는, 메인펌프(14)의 토출량을 제어하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 레귤레이터(13)는, 컨트롤러(30)로부터의 지령에 따라 메인펌프(14)의 사판경전각(傾轉角)을 조절함으로써 메인펌프(14)의 토출량을 제어한다. 컨트롤러(30)는, 예를 들면 토출압센서(28) 및 조작압센서(29) 등의 출력을 수신하고, 필요에 따라 레귤레이터(13)에 대하여 지령을 출력하여, 메인펌프(14)의 토출량을 변화시킨다.
파일럿펌프(15)는, 파일럿라인을 통하여 조작장치(26) 및 비례밸브(31)를 포함하는 유압제어기기에 작동유를 공급하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 파일럿펌프(15)는, 고정용량형 유압펌프이다. 단, 파일럿펌프(15)는, 생략되어도 된다. 이 경우, 파일럿펌프(15)가 담당하던 기능은, 메인펌프(14)에 의하여 실현되어도 된다. 즉, 메인펌프(14)는, 컨트롤밸브(17)에 작동유를 공급하는 기능과는 별개로, 스로틀 등에 의하여 작동유의 압력을 저하시킨 후에 조작장치(26) 및 비례밸브(31) 등으로 작동유를 공급하는 기능을 구비하고 있어도 된다.
컨트롤밸브(17)는, 쇼벨(100)에 있어서의 유압시스템을 제어하는 유압제어장치이다. 본 실시형태에서는, 컨트롤밸브(17)는, 제어밸브(171~176)를 포함한다. 컨트롤밸브(17)는, 제어밸브(171~176)를 통과하여, 메인펌프(14)가 토출하는 작동유를 하나 또는 복수의 유압액추에이터로 선택적으로 공급할 수 있다. 제어밸브(171~176)는, 메인펌프(14)로부터 유압액추에이터로 흐르는 작동유의 유량, 및 유압액추에이터로부터 작동유탱크로 흐르는 작동유의 유량을 제어한다. 유압액추에이터는, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 좌측주행용 유압모터(1L), 우측주행용 유압모터(1R) 및 선회용 유압모터(2A)를 포함한다. 선회용 유압모터(2A)는, 전동액추에이터로서의 선회용 전동발전기여도 된다.
조작장치(26)는, 조작자가 액추에이터의 조작을 위하여 이용하는 장치이다. 액추에이터는, 유압액추에이터 및 전동액추에이터 중 적어도 일방을 포함한다. 본 실시형태에서는, 조작장치(26)는, 파일럿라인을 통하여, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 컨트롤밸브(17) 내의 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 공급한다. 파일럿포트의 각각에 공급되는 작동유의 압력(파일럿압)은, 원칙으로서, 유압액추에이터의 각각에 대응하는 조작장치(26)의 조작방향 및 조작량에 따른 압력이다. 조작장치(26) 중의 적어도 하나는, 파일럿라인 및 셔틀밸브(32)를 통하여, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 컨트롤밸브(17) 내의 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
토출압센서(28)는, 메인펌프(14)의 토출압을 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 토출압센서(28)는, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
조작압센서(29)는, 조작장치(26)를 이용한 조작자의 조작내용을 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 조작압센서(29)는, 액추에이터의 각각에 대응하는 조작장치(26)의 조작방향 및 조작량을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 조작데이터로서 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작장치(26)의 조작내용은, 조작압센서 이외의 다른 센서를 이용하여 검출되어도 된다.
비례밸브(31)는, 파일럿펌프(15)와 셔틀밸브(32)를 접속하는 관로에 배치되고, 그 관로의 유로면적을 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 비례밸브(31)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 지령에 따라 동작하는 전자(電磁)밸브이다. 그리고, 비례밸브(31)는, 머신컨트롤용 제어밸브로서 기능한다. 그 때문에, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 조작장치(26)의 조작과는 관계없이, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31) 및 셔틀밸브(32)를 통하여, 컨트롤밸브(17) 내의 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 공급할 수 있다.
셔틀밸브(32)는, 2개의 입구포트와 1개의 출구포트를 갖도록 구성되어 있다. 2개의 입구포트 중의 일방은 조작장치(26)에 접속되고, 타방은 비례밸브(31)에 접속되어 있다. 출구포트는, 컨트롤밸브(17) 내의 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 접속되어 있다. 그 때문에, 셔틀밸브(32)는, 조작장치(26)가 생성하는 파일럿압과 비례밸브(31)가 생성하는 파일럿압 중 높은 쪽을, 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 작용시킬 수 있다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 특정의 조작장치(26)에 대한 조작이 행해지고 있지 않은 경우여도, 그 특정의 조작장치(26)에 대응하는 유압액추에이터를 동작시킬 수 있다.
다음으로, 컨트롤러(30)에 포함되어 있는 머신가이던스장치(50)에 대하여 설명한다. 머신가이던스장치(50)는, 예를 들면 머신가이던스기능을 실행하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 머신가이던스장치(50)는, 예를 들면 목표시공면과 어태치먼트의 작업부위의 사이의 거리 등의 작업정보를 조작자에게 전한다. 목표시공면에 관한 데이터는, 예를 들면 기억장치(47)에 미리 기억되어 있다. 그리고, 목표시공면에 관한 데이터는, 예를 들면 기준좌표계로 표현되어 있다. 기준좌표계는, 예를 들면 세계측지계(世界測地系)이다. 조작자는, 시공현장의 임의의 점을 기준점으로 하여 정하고, 목표시공면 상의 각 점과 기준점의 상대적인 위치관계에 의하여 목표시공면을 설정해도 된다. 어태치먼트의 작업부위는, 예를 들면 버킷(6)의 치선(齒先) 또는 버킷(6)의 배면 등이다. 머신가이던스장치(50)는, 표시장치(40) 및 소리출력장치(43) 등 중 적어도 1개를 통하여 작업정보를 조작자에게 전함으로써 쇼벨(100)의 조작을 가이드한다.
머신가이던스장치(50)는, 조작자에 의한 쇼벨(100)의 수동조작을 자동적으로 지원하는 머신컨트롤기능을 실행해도 된다. 예를 들면, 머신가이던스장치(50)는, 조작자가 수동으로 굴삭조작을 행하고 있을 때에, 목표시공면과 버킷(6)의 선단위치의 사이의 거리가 소정 값으로 유지되도록 붐(4), 암(5) 및 버킷(6) 중 적어도 1개를 자동적으로 동작시켜도 된다.
본 실시형태에서는, 머신가이던스장치(50)는, 컨트롤러(30)에 내장되어 있지만, 컨트롤러(30)와는 별개로 마련된 제어장치여도 된다. 이 경우, 머신가이던스장치(50)는, 예를 들면 컨트롤러(30)와 마찬가지로, CPU, RAM 및 ROM 등을 포함하는 컴퓨터로 구성된다. 그리고, 머신가이던스장치(50)에 의하여 제공되는 각 기능은, ROM 등에 저장된 프로그램을 CPU가 실행함으로써 실현된다. 또, 머신가이던스장치(50)와 컨트롤러(30)는 CAN 등의 통신네트워크를 통하여 서로 통신 가능하게 접속된다.
구체적으로는, 머신가이던스장치(50)는, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 버킷각도센서(S3), 기체경사센서(S4), 선회각속도센서(S5), 촬상장치(S6), 측위장치(P1), 통신장치(T1) 및 입력장치(42) 등 중 적어도 1개로부터 정보를 취득한다. 그리고, 머신가이던스장치(50)는, 예를 들면 취득한 정보에 근거하여 버킷(6)과 목표시공면의 사이의 거리를 산출하고, 소리 및 광(화상표시) 중 적어도 일방에 의하여, 버킷(6)과 목표시공면의 사이의 거리의 크기를 쇼벨(100)의 조작자에게 전하도록 한다.
또, 머신가이던스장치(50)는, 수동조작을 자동적으로 지원하는 머신컨트롤기능을 실행 가능하게 하기 위하여, 위치산출부(51), 거리산출부(52), 정보전달부(53) 및 자동제어부(54)를 갖는다.
위치산출부(51)는, 대상의 위치를 산출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 위치산출부(51)는, 어태치먼트의 작업부위의 기준좌표계에 있어서의 좌표점을 산출한다. 구체적으로는, 위치산출부(51)는, 붐(4), 암(5) 및 버킷(6)의 각각의 회동각도로부터 버킷(6)의 치선의 좌표점을 산출한다. 위치산출부(51)는, 버킷(6)의 치선의 중앙의 좌표점뿐만 아니라, 버킷(6)의 치선의 좌단의 좌표점, 및 버킷(6)의 치선의 우단의 좌표점을 산출해도 된다. 이 경우, 기체경사센서(S4)의 출력이 이용되어도 된다.
거리산출부(52)는, 2개의 대상 간의 거리를 산출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 거리산출부(52)는, 버킷(6)의 치선과 목표시공면의 사이의 연직거리를 산출한다. 거리산출부(52)는, 쇼벨(100)이 목표시공면에 정대향(正對向)하고 있는지 여부를 머신가이던스장치(50)가 판정할 수 있도록, 버킷(6)의 치선의 좌단 및 우단의 각각의 좌표점과 목표시공면의 사이의 거리(예를 들면 연직거리)를 산출해도 된다.
정보전달부(53)는, 다양한 정보를 쇼벨(100)의 조작자에게 전하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 정보전달부(53)는, 거리산출부(52)가 산출한 거리의 크기를 쇼벨(100)의 조작자에게 전한다. 구체적으로는, 정보전달부(53)는, 시각정보 및 청각정보를 이용하여, 버킷(6)의 치선과 목표시공면의 사이의 연직거리의 크기를 쇼벨(100)의 조작자에게 전한다.
예를 들면, 정보전달부(53)는, 소리출력장치(43)에 의한 단속음(斷續音)을 이용하여, 버킷(6)의 치선과 목표시공면의 사이의 연직거리의 크기를 조작자에게 전해도 된다. 이 경우, 정보전달부(53)는, 연직거리가 작아질수록, 단속음의 간격을 짧게 해도 된다. 정보전달부(53)는, 연속음을 이용해도 되고, 소리의 높낮이 또는 강약 등을 변화시켜 연직거리의 크기의 차이를 나타내도록 해도 된다. 또, 정보전달부(53)는, 버킷(6)의 치선이 목표시공면보다 낮은 위치가 된 경우에는 경보를 발해도 된다. 경보는, 예를 들면 단속음보다 현저하게 큰 연속음이다.
정보전달부(53)는, 버킷(6)의 치선과 목표시공면의 사이의 연직거리의 크기를 작업정보로 하여 표시장치(40)에 표시시켜도 된다. 표시장치(40)는, 예를 들면 촬상장치(S6)로부터 수신한 화상데이터와 함께, 정보전달부(53)로부터 수신한 작업정보를 화면에 표시한다. 정보전달부(53)는, 예를 들면 아날로그미터의 화상 또는 바그래프 인디케이터의 화상 등을 이용하여 연직거리의 크기를 조작자에게 전하도록 해도 된다.
자동제어부(54)는, 액추에이터를 자동적으로 동작시킴으로써 조작자에 의한 쇼벨(100)의 수동조작을 자동적으로 지원하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 자동제어부(54)는, 조작자가 수동으로 암접음조작을 행하고 있는 경우에, 목표시공면과 버킷(6)의 치선의 사이의 거리가 소정 값으로 유지되도록 붐실린더(7), 암실린더(8) 및 버킷실린더(9) 중 적어도 1개를 자동적으로 신축(伸縮)시켜도 된다. 이 경우, 조작자는, 예를 들면 암조작레버를 접음방향으로 조작하는 것만으로, 목표시공면과 버킷(6)의 치선의 사이의 거리를 유지하면서, 암(5)을 접을 수 있다. 이와 같은 자동제어는, 입력장치(42) 중 하나인 소정의 스위치가 눌렸을 때에 실행되도록 구성되어 있어도 된다. 즉, 자동제어부(54)는, 소정의 스위치가 눌렸을 때에, 쇼벨(100)의 동작모드를 수동제어모드로부터 자동제어모드로 전환해도 된다. 수동제어모드는, 수동제어가 실행되는 동작모드를 의미하고, 자동제어모드는, 자동제어가 실행되는 동작모드를 의미한다. 소정의 스위치는, 예를 들면 머신컨트롤스위치(이하, "MC스위치(42A)"라고 함)이며, 누름버튼스위치로서 조작레버의 파지부에 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 조작자는, MC스위치(42A)를 한번 더 누름으로써, 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 수동제어모드로 전환해도 되고, MC스위치(42A)와는 별도의 스위치인 머신컨트롤정지스위치(이하, "MC정지스위치(42B)"라고 함)를 누름으로써 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 수동제어모드로 전환해도 된다. MC정지스위치(42B)는, MC스위치(42A)에 인접하여 배치되어 있어도 되고, 별도의 조작레버의 파지부에 배치되어 있어도 된다. 혹은, MC정지스위치(42B)는 생략되어도 된다.
혹은, 이와 같은 자동제어는, MC스위치(42A)가 눌려 있을 때 실행되도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 조작자는, 예를 들면 암조작레버의 파지부에 있는 MC스위치(42A)를 누르면서 암조작레버를 암접음방향으로 조작하는 것만으로, 목표시공면과 버킷(6)의 치선의 사이의 거리를 유지하면서 암(5)을 접을 수 있다. 암실린더(8)에 의한 암접음동작에 대응하여 붐실린더(7) 및 버킷실린더(9)가 자동적으로 추종하여 움직이기 때문이다. 또, 조작자는, MC스위치(42A)로부터 손가락을 떼는 것만으로 자동제어를 중지시킬 수 있다. 이하에서는, 목표시공면과 버킷(6)의 치선의 사이의 거리를 유지하면서 굴삭어태치먼트를 자동적으로 동작시키는 제어를 자동제어(머신컨트롤기능) 중 하나인 "자동굴삭제어"라고 칭한다.
자동제어부(54)는, MC스위치(42A) 등의 소정의 스위치가 눌렸을 때에, 상부선회체(3)를 목표시공면에 정대향시킬 수 있도록 선회용 유압모터(2A)를 자동적으로 회전시켜도 된다. 이 경우, 조작자는, 소정의 스위치를 누르는 것만으로, 혹은 소정의 스위치를 누른 상태로 선회조작레버를 조작하는 것만으로, 상부선회체(3)를 목표시공면에 정대향시킬 수 있다. 혹은, 조작자는, 소정의 스위치를 누르는 것만으로, 상부선회체(3)를 목표시공면에 정대향시키고, 또한 머신컨트롤기능을 개시시키는 것, 즉 쇼벨(100) 상태를, 자동제어를 실행 가능한 상태로 할 수 있다. 이하에서는, 상부선회체(3)를 목표시공면에 정대향시키는 제어를 자동제어(머신컨트롤기능) 중 하나인 "자동정대향제어"라고 칭한다. 자동정대향제어에서는, 머신가이던스장치(50)는, 예를 들면 버킷(6)의 치선의 좌단의 좌표점과 목표시공면의 사이의 좌단연직거리와, 버킷(6)의 치선의 우단의 좌표점과 목표시공면의 사이의 우단연직거리가 동등해진 경우에, 쇼벨(100)이 목표시공면에 정대향하고 있다고 판정한다. 단, 머신가이던스장치(50)는, 좌단연직거리와 우단연직거리가 동등해진 경우는 아니고, 즉 좌단연직거리와 우단연직거리의 차가 제로가 된 경우는 아니며, 그 차가 소정 값 이하가 된 경우에, 쇼벨(100)이 목표시공면에 정대향하고 있다고 판정해도 된다.
자동제어부(54)는, MC스위치(42A) 등의 소정의 스위치가 눌렸을 때에, 붐상승선회 또는 붐하강선회를 자동적으로 실행하도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 조작자는, 소정의 스위치를 누르는 것만으로, 혹은 소정의 스위치를 누른 상태로 선회조작레버를 조작하는 것만으로, 붐상승선회 또는 붐하강선회를 개시시킬 수 있다. 이하에서는, 붐상승선회 또는 붐하강선회를 자동적으로 개시시키는 제어를 자동제어(머신컨트롤기능) 중 하나인 "자동복합선회제어"라고 칭한다.
본 실시형태에서는, 자동제어부(54)는, 각 액추에이터에 대응하는 제어밸브에 작용하는 파일럿압을 개별적으로 또한 자동적으로 조절함으로써 각 액추에이터를 개별적으로 또한 자동적으로 동작시킬 수 있다. 예를 들면, 자동정대향제어에서는, 자동제어부(54)는, 좌단연직거리와 우단연직거리의 차에 근거하여 선회용 유압모터(2A)를 동작시켜도 된다. 구체적으로는, 자동제어부(54)는, 소정의 스위치가 눌린 상태로 선회조작레버가 조작되면, 상부선회체(3)를 목표시공면에 정대향시킬 방향으로 선회조작레버가 조작되었는지 여부를 판정한다. 예를 들면, 버킷(6)의 치선과 목표시공면(상향법면(法面))의 사이의 연직거리가 커지는 방향으로 상부선회체(3)를 선회시키도록 선회조작레버가 조작된 경우, 자동제어부(54)는, 자동정대향제어를 실행하지 않는다. 한편으로, 버킷(6)의 치선과 목표시공면(상향법면)의 사이의 연직거리가 작아지는 방향으로 상부선회체(3)를 선회시키도록 선회조작레버가 조작된 경우, 자동제어부(54)는, 자동정대향제어를 실행한다. 그 결과, 좌단연직거리와 우단연직거리의 차가 작아지도록 선회용 유압모터(2A)를 동작시킬 수 있다. 그 후, 자동제어부(54)는, 그 차가 소정 값 이하 혹은 제로로 되면, 선회용 유압모터(2A)를 정지시킨다. 혹은, 자동제어부(54)는, 그 차가 소정 값 이하 혹은 제로로 되는 선회각도를 목표각도로서 설정하고, 그 목표각도와 현재의 선회각도(검출값)의 각도차가 제로가 되도록 선회각도제어를 실시해도 된다. 이 경우, 선회각도는, 예를 들면 소정의 기준방향에 관한 상부선회체(3)의 전후축의 각도이다.
자동제어부(54)는, 소정 조건이 충족된 경우에 자동제어를 정지시키도록 구성되어 있어도 된다. "소정 조건이 충족된 경우"는, 예를 들면 "쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내는 경우"를 포함하고 있어도 된다. 이하에서는, 소정 조건이 충족된 경우에 자동제어를 정지시키는 기능을 "비상정지기능"이라고 칭한다.
"쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보"는, 예를 들면 "조작장치(26)에 대한 조작에 관한 정보"이다. 자동제어부(54)는, 예를 들면 조작장치(26)가 급격하게 조작된 경우에, "쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내고 있다"고 판정하도록 구성되어 있어도 된다. 혹은, "쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보"는, "상부선회체(3)에 탑재되는 선회조작레버에 대한 조작에 관한 정보"여도 된다. 이 경우, 자동제어부(54)는, 예를 들면 자동제어로서의 자동정대향제어 또는 자동복합선회제어에 의하여 실행되는 선회와는 역의 방향으로 상부선회체(3)를 선회시키는 조작을 한 경우에, "쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내고 있다"고 판정하도록 구성되어 있어도 된다. 그리고, "쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내고 있다"고 판정한 경우, 자동제어부(54)는, 자동제어를 정지시키도록 구성되어 있어도 된다.
"소정 조건이 충족된 경우"는, 예를 들면 "상부선회체(3)의 경사가 소정의 상태가 된 경우"등, "쇼벨(100)의 불안정함이 증대된 경우"를 포함하고 있어도 된다. "상부선회체(3)의 경사가 소정 상태가 된 경우"는, 예를 들면 "상부선회체(3)의 피치각이 소정 각도가 된 경우", "피치각의 변화속도(변화율)의 절댓값이 소정 값 이상이 된 경우", 및 "피치각의 변화량이 소정 값 이상이 된 경우" 등을 포함한다. 롤각에 대해서도 동일하다. 이 경우, 자동제어부(54)는, 기체경사센서(S4)의 출력에 근거하여 자동제어를 정지시키도록 구성되어 있어도 된다. 구체적으로는, 자동제어부(54)는, 기체경사센서(S4)의 출력에 근거하여 상부선회체(3)의 피치각이 소정 각도가 된 것을 검출한 경우에, 자동제어를 정지시키고, 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 수동제어모드로 전환해도 된다.
또, "소정 조건이 충족된 경우"는, 예를 들면 "조작자의 발밑에 설치된 풋스위치인 긴급정지스위치(48)가 발로 눌린 경우"를 포함하고 있어도 된다.
다음으로 도 3을 참조하여, 쇼벨(100)에 탑재되는 유압시스템의 구성예에 대하여 설명한다. 도 3은, 도 1의 쇼벨(100)에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타낸다. 도 3은, 도 2와 마찬가지로, 기계적 동력전달라인, 작동유라인, 파일럿라인 및 전기제어라인을, 각각 이중선, 실선, 파선 및 점선으로 나타내고 있다.
유압시스템은, 엔진(11)에 의하여 구동되는 좌(左)메인펌프(14L)로부터, 좌(左)센터바이패스관로(40L) 또는 좌(左)패럴렐관로(42L)를 거쳐 작동유탱크까지 작동유를 순환시키고, 또한 엔진(11)에 의하여 구동되는 우(右)메인펌프(14R)로부터 우(右)센터바이패스관로(40R) 또는 우(右)패럴렐관로(42R)를 거쳐 작동유탱크까지 작동유를 순환시키고 있다. 좌메인펌프(14L) 및 우메인펌프(14R)는, 도 2의 메인펌프(14)에 대응한다.
좌센터바이패스관로(40L)는, 컨트롤밸브(17) 내에 배치된 제어밸브(171, 173, 175L 및 176L)를 통과하는 작동유라인이다. 우센터바이패스관로(40R)는, 컨트롤밸브(17) 내에 배치된 제어밸브(172, 174, 175R 및 176R)를 통과하는 작동유라인이다. 제어밸브(175L 및 175R)는, 도 2의 제어밸브(175)에 대응한다. 제어밸브(176L 및 176R)는, 도 2의 제어밸브(176)에 대응한다.
제어밸브(171)는, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 좌측주행용 유압모터(1L)에 공급하고, 또한 좌측주행용 유압모터(1L)가 토출하는 작동유를 작동유탱크에 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(172)는, 우메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 우측주행용 유압모터(1R)에 공급하고, 또한 우측주행용 유압모터(1R)가 토출하는 작동유를 작동유탱크에 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(173)는, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 선회용 유압모터(2A)에 공급하고, 또한 선회용 유압모터(2A)가 토출하는 작동유를 작동유탱크에 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(174)는, 우메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 버킷실린더(9)에 공급하고, 또한 버킷실린더(9) 내의 작동유를 작동유탱크에 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(175L)는, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 붐실린더(7)에 공급하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(175R)는, 우메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 붐실린더(7)에 공급하고, 또한 붐실린더(7) 내의 작동유를 작동유탱크에 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(176L)는, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)에 공급하고, 또한 암실린더(8) 내의 작동유를 작동유탱크에 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(176R)는, 우메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)에 공급하고, 또한 암실린더(8) 내의 작동유를 작동유탱크에 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
좌패럴렐관로(42L)는, 좌센터바이패스관로(40L)에 병행하는 작동유라인이다. 좌패럴렐관로(42L)는, 제어밸브(171, 173, 175L) 중 어느 하나 등에 의하여 좌센터바이패스관로(40L)를 통과하는 작동유의 흐름이 제한되거나 혹은 차단된 경우에, 보다 하류의 제어밸브에 작동유를 공급할 수 있다. 우패럴렐관로(42R)는, 우센터바이패스관로(40R)에 병행하는 작동유라인이다. 우패럴렐관로(42R)는, 제어밸브(172, 174, 175R) 중 어느 하나 등에 의하여 우센터바이패스관로(40R)를 통과하는 작동유의 흐름이 제한되거나 혹은 차단된 경우에, 보다 하류의 제어밸브에 작동유를 공급할 수 있다.
좌(左)레귤레이터(13L)는, 좌메인펌프(14L)의 토출량을 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 좌레귤레이터(13L)는, 예를 들면 좌메인펌프(14L)의 토출압에 따라 좌메인펌프(14L)의 사판경전각을 조절함으로써, 좌메인펌프(14L)의 토출량을 제어한다. 우레귤레이터(13R)는, 우메인펌프(14R)의 토출량을 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 우(右)레귤레이터(13R)는, 예를 들면 우메인펌프(14R)의 토출압에 따라 우메인펌프(14R)의 사판경전각을 조절함으로써, 우메인펌프(14R)의 토출량을 제어한다. 좌레귤레이터(13L) 및 우레귤레이터(13R)는, 도 2의 레귤레이터(13)에 대응한다. 좌레귤레이터(13L)는, 예를 들면 좌메인펌프(14L)의 토출압의 증대에 따라 좌메인펌프(14L)의 사판경전각을 조절하여 토출량을 감소시킨다. 우레귤레이터(13R)에 대해서도 동일하다. 토출압과 토출량의 곱으로 나타내어지는 메인펌프(14)의 흡수마력이 엔진(11)의 출력마력을 초과하지 않도록 하기 위함이다.
좌(左)토출압센서(28L)는, 토출압센서(28)의 일례이며, 좌메인펌프(14L)의 토출압을 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 우(右)토출압센서(28R)에 대해서도 동일하다.
여기에서, 도 3의 유압시스템에서 채용되는 네거티브컨트롤제어에 대하여 설명한다.
좌센터바이패스관로(40L)에는, 가장 하류에 있는 제어밸브(176L)와 작동유탱크의 사이에 좌(左)스로틀(18L)이 배치되어 있다. 좌메인펌프(14L)가 토출한 작동유의 흐름은, 좌스로틀(18L)에서 제한된다. 그리고, 좌스로틀(18L)은, 좌레귤레이터(13L)를 제어하기 위한 제어압을 발생시킨다. 좌(左)제어압센서(19L)는, 제어압을 검출하기 위한 센서이며, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 우센터바이패스관로(40R)에는, 가장 하류에 있는 제어밸브(176R)와 작동유탱크의 사이에 우(右)스로틀(18R)이 배치되어 있다. 우메인펌프(14R)가 토출한 작동유의 흐름은, 우스로틀(18R)에서 제한된다. 그리고, 우스로틀(18R)은, 우레귤레이터(13R)를 제어하기 위한 제어압을 발생시킨다. 우(右)제어압센서(19R)는, 제어압을 검출하기 위한 센서이며, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
컨트롤러(30)는, 제어압에 따라 좌메인펌프(14L)의 사판경전각을 조절함으로써, 좌메인펌프(14L)의 토출량을 제어한다. 컨트롤러(30)는, 제어압이 클수록 좌메인펌프(14L)의 토출량을 감소시키고, 제어압이 작을수록 좌메인펌프(14L)의 토출량을 증대시킨다. 우메인펌프(14R)의 토출량도 이와 같이 제어된다.
구체적으로는, 도 3으로 나타나는 바와 같이, 쇼벨(100)에 있어서의 유압액추에이터가 모두 조작되고 있지 않은 대기상태의 경우, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유는, 좌센터바이패스관로(40L)를 통과하여 좌스로틀(18L)에 이른다. 그리고, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유의 흐름은, 좌스로틀(18L)의 상류에서 발생하는 제어압을 증대시킨다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 좌메인펌프(14L)의 토출량을 허용 최소 토출량까지 감소시켜, 토출한 작동유가 좌센터바이패스관로(40L)를 통과할 때의 압력손실(펌핑로스)을 억제한다. 한편, 어느 하나의 유압액추에이터가 조작된 경우, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유는, 조작대상의 유압액추에이터에 대응하는 제어밸브를 통하여, 조작대상의 유압액추에이터에 흘러 든다. 그리고, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유의 흐름은, 좌스로틀(18L)에 이르는 양을 감소시키거나 혹은 소실시켜, 좌스로틀(18L)의 상류에서 발생하는 제어압을 저하시킨다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 좌메인펌프(14L)의 토출량을 증대시켜, 조작대상의 유압액추에이터에 충분한 작동유를 순환시키고, 조작대상의 유압액추에이터의 구동을 확실하게 한다. 우메인펌프(14R)가 토출하는 작동유에 대해서도 동일하다.
상술과 같은 구성에 의하여, 도 3의 유압시스템은, 대기상태에 있어서는, 좌메인펌프(14L) 및 우메인펌프(14R)의 각각에 있어서의 불필요한 에너지소비를 억제할 수 있다. 불필요한 에너지소비는, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유가 좌센터바이패스관로(40L)에서 발생시키는 펌핑로스, 및 우메인펌프(14R)가 토출하는 작동유가 우센터바이패스관로(40R)에서 발생시키는 펌핑로스를 포함한다. 또, 도 3의 유압시스템은, 유압액추에이터를 작동시키는 경우에는, 좌메인펌프(14L) 및 우메인펌프(14R)의 각각으로부터 필요 충분한 작동유를 작동대상의 유압액추에이터에 공급할 수 있다.
다음으로, 액추에이터를 자동적으로 동작시키는 구성에 대하여 설명한다. 붐조작레버(26A)는, 조작장치(26)의 일례이며, 붐(4)을 조작하기 위하여 이용된다. 붐조작레버(26A)는, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 조작내용에 따른 파일럿압을 제어밸브(175L, 175R)의 파일럿포트에 작용시킨다. 구체적으로는, 붐조작레버(26A)는, 붐상승방향으로 조작된 경우에, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(175L)의 우측파일럿포트와 제어밸브(175R)의 좌측파일럿포트에 작용시킨다. 또, 붐조작레버(26A)는, 붐하강방향으로 조작된 경우에는, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(175R)의 우측파일럿포트에 작용시킨다.
조작압센서(29A)는, 조작압센서(29)의 일례이며, 붐조작레버(26A)에 대한 조작자의 조작내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작내용은, 예를 들면 조작방향 및 조작량(조작각도) 등이다.
비례밸브(31AL, 31AR)는, 비례밸브(31)의 일례인 붐비례밸브(31A)를 구성하고, 셔틀밸브(32AL, 32AR)는, 셔틀밸브(32)의 일례인 붐셔틀밸브(32A)를 구성한다. 비례밸브(31AL)는, 컨트롤러(30)가 조절하는 전류지령에 따라 동작한다. 컨트롤러(30)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31AL) 및 셔틀밸브(32AL)를 통하여 제어밸브(175L)의 우측파일럿포트 및 제어밸브(175R)의 좌측파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조절한다. 비례밸브(31AR)는, 컨트롤러(30)가 조절하는 전류지령에 따라 동작한다. 컨트롤러(30)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31AR) 및 셔틀밸브(32AR)를 통하여 제어밸브(175R)의 우측파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조절한다. 비례밸브(31AL, 31AR)는, 제어밸브(175L, 175R)를 임의의 밸브위치에서 정지시킬 수 있도록 파일럿압을 조절 가능하다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 자동굴삭제어 시에는, 조작자에 의한 붐상승조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31AL) 및 셔틀밸브(32AL)를 통하여, 제어밸브(175L)의 우측파일럿포트 및 제어밸브(175R)의 좌측파일럿포트에 공급할 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 붐(4)을 자동적으로 상승시킬 수 있다. 또, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 붐하강조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31AR) 및 셔틀밸브(32AR)를 통하여, 제어밸브(175R)의 우측파일럿포트에 공급할 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 붐(4)을 자동적으로 하강시킬 수 있다.
암조작레버(26B)는, 조작장치(26)의 일례이며, 암(5)을 조작하기 위하여 이용된다. 암조작레버(26B)는, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 조작내용에 따른 파일럿압을 제어밸브(176L, 176R)의 파일럿포트에 작용시킨다. 구체적으로는, 암조작레버(26B)는, 암펼침방향으로 조작된 경우에, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(176L)의 좌측파일럿포트와 제어밸브(176R)의 우측파일럿포트에 작용시킨다. 또, 암조작레버(26B)는, 암접음방향으로 조작된 경우에, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(176L)의 우측파일럿포트와 제어밸브(176R)의 좌측파일럿포트에 작용시킨다.
조작압센서(29B)는, 조작압센서(29)의 일례이며, 암조작레버(26B)에 대한 조작자의 조작내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
비례밸브(31BL, 31BR)는, 비례밸브(31)의 일례인 암비례밸브(31B)를 구성하고, 셔틀밸브(32BL, 32BR)는, 셔틀밸브(32)의 일례인 암셔틀밸브(32B)를 구성한다. 비례밸브(31BL)는, 컨트롤러(30)가 조절하는 전류지령에 따라 동작한다. 컨트롤러(30)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31BL) 및 셔틀밸브(32BL)를 통하여 제어밸브(176L)의 우측파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 좌측파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조절한다. 비례밸브(31BR)는, 컨트롤러(30)가 조절하는 전류지령에 따라 동작한다. 컨트롤러(30)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31BR) 및 셔틀밸브(32BR)를 통하여 제어밸브(176L)의 좌측파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 우측파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조절한다. 비례밸브(31BL, 31BR)는, 제어밸브(176L, 176R)를 임의의 밸브위치에서 정지시킬 수 있도록 파일럿압을 조절 가능하다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 암접음조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31BL) 및 셔틀밸브(32BL)를 통하여, 제어밸브(176L)의 우측파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 좌측파일럿포트에 공급할 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 암(5)을 자동적으로 접을 수 있다. 또, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 암펼침조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31BR) 및 셔틀밸브(32BR)를 통하여, 제어밸브(176L)의 좌측파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 우측파일럿포트에 공급할 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 암(5)을 자동적으로 펼칠 수 있다.
이로써, 자동굴삭제어에 있어서는, 암조작레버(26B)의 조작량에 따라, 암실린더(8) 및 붐실린더(7)가 자동으로 동작함으로써, 작업부위의 속도제어, 혹은 위치제어가 실행된다.
쇼벨(100)은, 상부선회체(3)를 자동적으로 좌선회·우선회시키기 위한 구성, 버킷(6)을 자동적으로 개폐(開閉)시키기 위한 구성, 및 하부주행체(1)를 자동적으로 전진·후진시키기 위한 구성을 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 선회용 유압모터(2A)에 관한 유압시스템부분, 버킷실린더(9)의 조작에 관한 유압시스템부분, 좌측주행용 유압모터(1L)의 조작에 관한 유압시스템부분, 및 우측주행용 유압모터(1R)의 조작에 관한 유압시스템부분은, 붐실린더(7)의 조작에 관한 유압시스템부분 등과 동일하게 구성되어도 된다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 컨트롤러(30)에 의한 자동제어의 상세에 대하여 설명한다. 도 4는, 컨트롤러(30)에 있어서의 자동제어의 실행에 관한 기능요소 F1~F6의 관계의 일례를 나타내는 블록도이다.
컨트롤러(30)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 자동제어의 실행에 관한 기능요소 F1~F6을 갖는다. 기능요소는, 소프트웨어로 구성되어 있어도 되고, 하드웨어로 구성되어 있어도 되며, 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구성되어 있어도 된다.
기능요소 F1은, 조작자에 의한 수동조작의 경향인 조작경향을 분석하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기능요소 F1은, 조작압센서(29)가 출력하는 조작데이터에 근거하여 조작경향을 분석하고, 그 분석결과를 조작데이터와 함께 출력한다. 조작경향은, 예를 들면 버킷(6)의 치선을 직선적으로 기체에 접근시키는 조작경향, 버킷(6)의 치선을 직선적으로 기체로부터 멀어지게 하는 조작경향, 버킷(6)의 치선을 직선적으로 상승시키는 조작경향, 및 버킷(6)의 치선을 직선적으로 하강시키는 조작경향 등을 포함한다. 그리고, 기능요소 F1은, 현재의 조작경향이 어느 쪽의 조작경향에 합치(合致)하는지를 분석결과로서 출력한다.
기능요소 F2는, 목표궤도를 생성하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기능요소 F2는, 기억장치(47)에 기억되어 있는 설계데이터를 참조하여, 법면완성작업 시에 버킷(6)의 치선이 도달해야 할 궤도를 생성한다.
기능요소 F3은, 쇼벨(100)의 동작모드를 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기능요소 F3은, MC스위치(42A)로부터의 ON지령을 받았을 때에, 쇼벨(100)의 동작모드를 수동제어모드로부터 자동제어모드로 전환하고, MC정지스위치(42B)로부터의 OFF지령을 받았을 때에, 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 수동제어모드로 전환한다.
또, 기능요소 F3은, 기능요소 F1의 출력인 조작경향의 분석결과에 근거하여, 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 수동제어모드로 전환해도 된다. 예를 들면, 기능요소 F3은, 기능요소 F1의 출력인 조작경향의 분석결과에 근거하여, 상술과 같이 "쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내고 있다"고 판정한 경우, 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 수동제어모드로 전환해도 된다.
자동제어모드로 전환되면, 기능요소 F1의 출력인 조작데이터와 조작경향의 분석결과는, 기능요소 F5에 공급된다. 수동제어모드로 전환되면, 기능요소 F1의 출력 중의 조작데이터는, 기능요소 F6에 공급된다.
기능요소 F4는, 현재의 치선위치를 산출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기능요소 F4는, 붐각도센서(S1)가 검출한 붐각도(α)와, 암각도센서(S2)가 검출한 암각도(β)와, 버킷각도센서(S3)가 검출한 버킷각도(γ)에 근거하여, 버킷(6)의 치선의 좌표점을 현재의 치선위치로서 산출한다. 기능요소 F4는, 현재의 치선위치를 산출할 때에, 기체경사센서(S4)의 출력을 이용해도 된다.
기능요소 F5는, 자동제어모드가 선택되어 있을 때에, 다음의 치선위치를 산출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기능요소 F5는, 자동제어모드가 선택되어 있을 때에, 기능요소 F1가 출력하는 조작데이터 및 조작경향의 분석결과와, 기능요소 F2가 생성한 목표궤도와 기능요소 F4가 산출한 현재의 치선위치에 근거하여, 소정 시간 후의 치선위치를 목표치선위치로서 산출한다.
기능요소 F6은, 액추에이터를 동작시키기 위한 지령값을 산출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기능요소 F6은, 자동제어모드가 선택되어 있을 때는, 현재의 치선위치를 목표치선위치로 이동시키기 위하여, 기능요소 F5가 산출한 목표치선위치에 근거하여, 붐지령값(α*), 암지령값(β*), 및 버킷지령값(γ*) 중 적어도 1개를 산출한다.
또, 기능요소 F6은, 수동제어모드가 선택되어 있을 때는, 조작데이터에 따른 액추에이터의 움직임을 실현시키기 위하여, 조작데이터에 근거하여, 붐지령값(α*), 암지령값(β*), 및 버킷지령값(γ*) 중 적어도 1개를 산출한다.
기능요소 F6은, 자동제어모드가 선택되어 있는 경우에는, 붐조작레버(26A)가 조작되고 있지 않을 때여도, 필요에 따라 붐지령값(α*)을 산출한다. 붐(4)을 자동적으로 동작시키기 위함이다. 암(5) 및 버킷(6)에 대해서도 동일하다.
한편, 기능요소 F6은, 수동제어모드가 선택되어 있는 경우에는, 붐조작레버(26A)가 조작되고 있지 않을 때에 붐지령값(α*)을 산출하지 않는다. 수동제어모드에서는, 붐조작레버(26A)가 조작되지 않는 이상 붐(4)을 동작시키지 않기 때문이다. 암(5) 및 버킷(6)에 대해서도 동일하다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 기능요소 F6의 상세에 대하여 설명한다. 도 5는, 각종 지령값을 산출하는 기능요소 F6의 구성예를 나타내는 블록도이다.
컨트롤러(30)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 지령값의 생성에 관한 기능요소 F11~F13, F21~F23 및 F31~F33을 더 갖는다. 기능요소는, 소프트웨어로 구성되어 있어도 되고, 하드웨어로 구성되어 있어도 되며, 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구성되어 있어도 된다.
기능요소 F11~F13은, 붐지령값(α*)에 관한 기능요소이며, 기능요소 F21~F23은, 암지령값(β*)에 관한 기능요소이고, 기능요소 F31~F33은, 버킷지령값(γ*)에 관한 기능요소이다.
기능요소 F11, F21 및 F31은, 비례밸브(31)에 대하여 출력되는 전류지령을 생성하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기능요소 F11은, 붐비례밸브(31A)(도 3 참조)에 대하여 붐전류지령을 출력하고, 기능요소 F21은, 암비례밸브(31B)(도 3 참조)에 대하여 암전류지령을 출력하며, 기능요소 F31은, 버킷비례밸브(31C)에 대하여 버킷전류지령을 출력한다.
기능요소 F12, F22 및 F32는, 스풀밸브를 구성하는 스풀의 변위량을 산출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기능요소 F12는, 붐스풀변위센서(S11)의 출력에 근거하여, 붐실린더(7)에 관한 제어밸브(175)를 구성하는 붐스풀의 변위량을 산출한다. 기능요소 F22는, 암스풀변위센서(S12)의 출력에 근거하여, 암실린더(8)에 관한 제어밸브(176)을 구성하는 암스풀의 변위량을 산출한다. 기능요소 F23은, 버킷스풀변위센서(S13)의 출력에 근거하여, 버킷실린더(9)에 관한 제어밸브(174)를 구성하는 버킷스풀의 변위량을 산출한다.
기능요소 F13, F23 및 F33은, 작업체의 회동각도를 산출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기능요소 F13은, 붐각도센서(S1)의 출력에 근거하여, 붐각도(α)를 산출한다. 기능요소 F23은, 암각도센서(S2)의 출력에 근거하여, 암각도(β)를 산출한다. 기능요소 F33은, 버킷각도센서(S3)의 출력에 근거하여, 버킷각도(γ)를 산출한다.
구체적으로는, 기능요소 F11은, 기본적으로, 기능요소 F6이 생성한 붐지령값(α*)과 기능요소 F13이 산출한 붐각도(α)의 차가 제로가 되도록, 붐비례밸브(31A)에 대한 붐전류지령을 생성한다. 그때에, 기능요소 F11은, 붐전류지령으로부터 도출되는 목표붐스풀변위량과 기능요소 F12가 산출한 붐스풀변위량의 차가 제로가 되도록, 붐전류지령을 조절한다. 그리고, 기능요소 F11은, 그 조절 후의 붐전류지령을 붐비례밸브(31A)에 대하여 출력한다.
붐비례밸브(31A)는, 붐전류지령에 따라 개구면적을 변화시켜, 붐지령전류의 크기에 대응하는 파일럿압을 제어밸브(175)의 파일럿포트에 작용시킨다. 제어밸브(175)는, 파일럿압에 따라 붐스풀을 이동시켜, 붐실린더(7)에 작동유를 유입시킨다. 붐스풀변위센서(S11)는, 붐스풀의 변위를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 기능요소 F12에 피드백한다. 붐실린더(7)는, 작동유의 유입에 따라 신축되어, 붐(4)을 상하로 움직인다. 붐각도센서(S1)는, 상하로 움직이는 붐(4)의 회동각도를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 기능요소 F13에 피드백한다. 기능요소 F13은, 산출한 붐각도(α)를 기능요소 F4에 피드백한다.
기능요소 F21은, 기본적으로, 기능요소 F6이 생성한 암지령값(β*)과 기능요소 F23이 산출한 암각도(β)의 차가 제로가 되도록, 암비례밸브(31B)에 대한 암전류지령을 생성한다. 그때에, 기능요소 F21은, 암전류지령으로부터 도출되는 목표 암스풀변위량과 기능요소 F22가 산출한 암스풀변위량의 차가 제로가 되도록, 암전류지령을 조절한다. 그리고, 기능요소 F21은, 그 조절 후의 암전류지령을 암비례밸브(31B)에 대하여 출력한다.
암비례밸브(31B)는, 암전류지령에 따라 개구면적을 변화시켜, 암지령전류의 크기에 대응하는 파일럿압을 제어밸브(176)의 파일럿포트에 작용시킨다. 제어밸브(176)는, 파일럿압에 따라 암스풀을 이동시켜, 암실린더(8)에 작동유를 유입시킨다. 암스풀변위센서(S12)는, 암스풀의 변위를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 기능요소 F22에 피드백한다. 암실린더(8)는, 작동유의 유입에 따라 신축하여, 암(5)을 개폐시킨다. 암각도센서(S2)는, 개폐하는 암(5)의 회동각도를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 기능요소 F23에 피드백한다. 기능요소 F23은, 산출한 암각도(β)를 기능요소 F4에 피드백한다.
마찬가지로, 기능요소 F31은, 기본적으로, 기능요소 F6이 생성한 버킷지령값(γ*)과 기능요소 F33이 산출한 버킷각도(γ)의 차가 제로가 되도록, 버킷비례밸브(31C)에 대한 버킷전류지령을 생성한다. 그때에, 기능요소 F31은, 버킷전류지령으로부터 도출되는 목표 버킷스풀변위량과 기능요소 F32가 산출한 버킷스풀변위량의 차가 제로가 되도록, 버킷전류지령을 조절한다. 그리고, 기능요소 F31은, 그 조절 후의 버킷전류지령을 버킷비례밸브(31C)에 대하여 출력한다.
버킷비례밸브(31C)는, 버킷전류지령에 따라 개구면적을 변화시켜, 버킷지령전류의 크기에 대응하는 파일럿압을 제어밸브(174)의 파일럿포트에 작용시킨다. 제어밸브(174)는, 파일럿압에 따라 버킷스풀을 이동시켜, 버킷실린더(9)에 작동유를 유입시킨다. 버킷스풀변위센서(S13)는, 버킷스풀의 변위를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 기능요소 F32에 피드백한다. 버킷실린더(9)는, 작동유의 유입에 따라 신축하여, 버킷(6)을 개폐시킨다. 버킷각도센서(S3)는, 개폐하는 버킷(6)의 회동각도를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 기능요소 F33에 피드백한다. 기능요소 F33은, 산출한 버킷각도(γ)를 기능요소 F4에 피드백한다.
상술과 같이, 컨트롤러(30)는, 작업체마다, 3단의 피드백루프를 구성하고 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 스풀변위량에 관한 피드백루프, 작업체의 회동각도에 관한 피드백루프, 및 치선위치에 관한 피드백루프를 구성하고 있다. 그 때문에, 컨트롤러(30)는, 자동제어 시에, 버킷(6)의 치선의 움직임을 고정밀도로 제어할 수 있다.
다음으로, 도 6~도 9를 참조하여, 비상정지기능에 의한 효과에 대하여 설명한다. 도 6~도 9는, 법면완성작업 중의 쇼벨(100)을 지지하고 있는 지면(地面)의 일부(LP)(도 7 참조)가 붕괴했을 때의 쇼벨(100)의 움직임에 관한 것이다. 구체적으로는, 하부주행체(1)의 전단(前端) 아래에 있는 지면의 일부(LP)가 붕괴하여 쇼벨(100)이 앞쪽으로 기울어졌을 때에, 쇼벨(100)의 전도를 방지하기 위하여, 조작자가 반사적으로 암펼침조작을 행했을 때의 쇼벨(100)의 움직임에 관한 것이다. 조작자는, 암(5)을 펼침으로써 버킷(6)을 법면에 접촉시켜 쇼벨(100)의 앞쪽으로 기울어지는 것을 멈추는 것을 의도하고 있다.
보다 구체적으로는, 도 6은, 비상정지기능이 동작하지 않는 설정으로 되어 있는 쇼벨(100)에 있어서, 자동굴삭제어 중에 암펼침조작이 행해졌을 때의 유압시스템상태를 나타내는 도이며, 도 3에 대응한다. 도 7은, 비상정지기능이 동작하지 않는 설정으로 되어 있는 쇼벨(100)에 있어서, 자동굴삭제어 중에 암펼침조작이 행해졌을 때의 굴삭어태치먼트의 움직임을 나타내는 도이며, 도 1에 대응한다.
비상정지기능이 동작하지 않는 경우, 유압시스템은, 도 6에 나타내는 바와 같이, MC스위치(42A)가 눌린 상태에서 암조작레버(26B)가 암펼침방향으로 조작되면, 제어밸브(176L)의 좌측파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 우측파일럿포트의 각각에 작용하는 파일럿압을 증대시킨다. 암실린더(8)를 수축시켜 암(5)을 펼치기 때문이다. 그 때문에, 암(5)은, 도 7의 화살표(AR1)로 나타내는 바와 같이, 조작자의 의도를 따라 펼쳐진다.
이때, 컨트롤러(30)는, 조작압센서(29B)의 출력에 근거하여, 암조작레버(26B)가 암펼침방향으로 조작된 것을 검출한다. 쇼벨(100)이 앞쪽으로 기울어짐에 따라, 버킷(6)의 치선은 목표시공면에 접근한다. 이 때문에, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)의 치선이 목표시공면보다 하방으로 이동하는 것을 억제하기 위하여, 붐상승동작을 행한다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 비례밸브(31AL)에 대하여 제어지령을 출력하고, 제어밸브(175L)의 우측파일럿포트 및 제어밸브(175R)의 좌측파일럿포트의 각각에 소정의 파일럿압을 작용시킨다. 암(5)의 펼침에 따라 붐실린더(7)를 신장(伸長)시켜 붐(4)을 상승시키기 때문이다. 그 때문에, 붐(4)은, 도 7의 화살표(AR2)로 나타내는 바와 같이, 조작자의 의도에 반하여 상승해 버린다. 그리고, 버킷(6)의 치선과 목표시공면(TS)의 연직거리는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 조작자의 의도에 반하여 값 D1로 유지되어 버린다. 즉, 조작자는, 버킷(6)을 법면에 접촉시켜 쇼벨(100)을 지지할 수 없다. 그 결과, 쇼벨(100)은, 도 7의 화살표(AR3)로 나타내는 바와 같이, 더 앞쪽으로 기울어져 버린다.
한편, 비상정지기능이 동작하는 경우, 컨트롤러(30)는, 상술과 같이 조작자의 의도에 반하여 굴삭어태치먼트가 자동적으로 움직여 버리는 것을 방지할 수 있다. 도 8은, 비상정지기능이 동작하는 설정으로 되어 있는 쇼벨(100)에 있어서, 자동굴삭제어 중에 암펼침조작이 행해졌을 때의 유압시스템상태를 나타내는 도이며, 도 3에 대응한다. 도 9는, 비상정지기능이 동작하는 설정으로 되어 있는 쇼벨(100)에 있어서, 자동굴삭제어 중에 암펼침조작이 행해졌을 때의 굴삭어태치먼트의 움직임을 나타내는 도이며, 도 1에 대응한다.
비상정지기능이 동작하는 경우, 유압시스템은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 암조작레버(26B)가 암펼침방향으로 조작되면, 비상정지기능이 동작하지 않는 경우와 마찬가지로, 제어밸브(176L)의 좌측파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 우측파일럿포트의 각각에 작용하는 파일럿압을 증대시킨다. 암실린더(8)를 수축시켜 암(5)을 펼치기 때문이다. 그 때문에, 암(5)은, 도 9의 화살표(AR4)로 나타내는 바와 같이, 조작자의 의도에 따라 펼쳐진다.
이때, 컨트롤러(30)는, 조작압센서(29B)의 출력에 근거하여, 암조작레버(26B)가 암펼침방향으로 조작된 것을 검출한다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 자동제어를 정지시키기 위한 소정 조건이 충족되었는지 여부를 판정한다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, 암조작레버(26B)의 암펼침방향으로의 조작속도가 소정 속도를 상회한 경우에 소정 조건이 충족되었다고 판정한다. 그리고, 소정 조건이 충족되었다고 판정한 경우, 컨트롤러(30)는, 자동제어를 정지시킨다. 이와 같이, 컨트롤러(30)는, 자동제어 중이어도, 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 수동제어모드로 전환할 수 있다.
자동제어를 정지시킨 경우, 컨트롤러(30)는, 비상정지기능이 동작하지 않는 경우와 달리, 비례밸브(31AL)에 대하여 제어지령을 출력하지 않는다. 그 때문에, 제어밸브(175L)의 우측파일럿포트 및 제어밸브(175R)의 좌측파일럿포트의 각각에 소정의 파일럿압을 작용시키지도 않는다. 즉, 암(5)의 펼침에 따라 붐실린더(7)를 신장시키지 않고, 붐(4)을 상승시키지도 않는다. 즉, 붐(4)은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 조작자의 의도에 반하여 상승하지 않는다. 그 결과, 버킷(6)의 치선과 목표시공면(TS)의 연직거리는, 조작자의 의도를 따르는 형태로, 암(5)이 펼쳐짐에 따라 단축되고, 암각도가 소정의 각도에 이르렀을 때에 제로가 된다. 즉, 조작자는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 버킷(6)의 치선을 법면접촉시켜, 쇼벨(100)의 보다 더 앞쪽으로 기울어지는 것을 멈출 수 있다.
다음으로, 도 10 및 도 11을 참조하여, 비상정지기능에 의한 동일한 효과에 대하여 설명한다. 도 10 및 도 11은, 암접음조작에 의한 법면완성작업 중의 쇼벨(100)을 지지하고 있는 지면의 일부(LP)가 붕괴했을 때의 쇼벨(100)의 움직임에 관한 것이다. 구체적으로는, 하부주행체(1)의 전단 아래에 있는 지면의 일부(LP)가 붕괴하여 쇼벨(100)이 앞쪽으로 기울어졌을 때에, 쇼벨(100)의 전도를 방지하기 위하여, 조작자가 반사적으로 붐하강조작을 행했을 때의 쇼벨(100)의 움직임에 관한 것이다. 조작자는, 붐(4)을 하강시킴으로써 버킷(6)을 법면에 접촉시켜 쇼벨(100)의 앞쪽으로 기울어지는 것을 멈추는 것을 의도하고 있다.
비상정지기능이 동작하는 경우, 조작자가 반사적으로 암펼침조작을 실시했을 때와 마찬가지로, 조작자가 반사적으로 붐하강조작을 행했을 때에도, 컨트롤러(30)는, 조작자의 의도에 반하여 굴삭어태치먼트가 자동적으로 움직여 버리는 것을 방지할 수 있다. 도 10은, 비상정지기능이 동작하는 설정으로 되어 있는 쇼벨(100)에 있어서, 자동굴삭제어 중에 붐하강조작이 행해졌을 때의 유압시스템상태를 나타낸다. 도 11은, 비상정지기능이 동작하는 설정으로 되어 있는 쇼벨(100)에 있어서, 자동굴삭제어 중에 붐하강조작이 행해졌을 때의 굴삭어태치먼트의 움직임을 나타낸다.
컨트롤러(30)는, 조작압센서(29A)의 출력에 근거하여, 붐조작레버(26A)가 붐하강방향으로 조작된 것을 검출하면, 자동제어를 정지시키기 위한 소정 조건이 충족되었는지 여부를 판정한다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, 붐조작레버(26A)의 붐하강방향으로의 조작속도가 소정 속도를 상회한 경우에 소정 조건이 충족되었다고 판정한다. 그리고, 소정 조건이 충족되었다고 판정한 경우, 컨트롤러(30)는, 자동제어를 정지시킨다.
자동제어를 정지시킨 경우, 유압시스템은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 붐조작레버(26A)가 붐하강방향으로 조작되면, 제어밸브(175R)의 우측파일럿포트에 작용하는 파일럿압을 증대시킨다. 붐실린더(7)를 수축시켜 붐(4)을 하강시키기 때문이다. 그 때문에, 붐(4)은, 도 11의 화살표(AR5)로 나타내는 바와 같이, 조작자의 의도에 따라 하강시킨다. 붐(4)의 하강에 따라 암(5)이 자동적으로 움직이지 않는다.
그 결과, 버킷(6)의 치선과 목표시공면(TS)의 사이의 거리는, 조작자의 의도를 따르는 형태로, 붐(4)이 하강함에 따라 단축되고, 붐각도가 소정의 각도에 이르렀을 때에 제로가 된다. 즉, 조작자는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 버킷(6)의 치선을 법면에 접촉시켜, 쇼벨(100)의 가일층의 앞쪽으로 기울어지는 것을 멈출 수 있다.
상술한 구성에서는, 컨트롤러(30)는, 붐조작레버(26A) 또는 암조작레버(26B)가 급격하게 조작된 경우에 자동제어를 정지시키고 있다. 그러나, 컨트롤러(30)는, 기체경사센서(S4)의 출력에 근거하여, 상부선회체(3)의 피치각이 소정 각도 이상으로 된 것을 검출한 경우에 자동제어를 정지시켜도 된다. 혹은, 컨트롤러(30)는, 캐빈(10) 내에서 조작자의 발밑에 설치되어 있는 풋스위치인 긴급정지스위치(48)가 발로 눌린 경우에 자동제어를 정지시켜도 된다. 혹은, 컨트롤러(30)는, MC정지스위치(42B)가 눌린 경우에 자동제어를 정지시켜도 된다. 이들의 경우에 있어서도, 조작자는, 예를 들면 암(5)을 펼침으로써, 혹은 붐(4)을 하강시킴으로써, 버킷(6)을 법면에 접촉시켜 쇼벨(100)의 앞쪽으로 기울어지는 것을 멈출 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시형태에 관한 쇼벨(100)은, 하부주행체(1)와, 하부주행체(1)에 선회 가능하게 탑재되는 상부선회체(3)와, 상부선회체(3)에 장착된 어태치먼트로서의 굴삭어태치먼트와, 상부선회체(3)에 탑재되는, 자동제어를 실행 가능한 제어장치로서의 컨트롤러(30)를 구비하고 있다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보, 또는 주변기계상태에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내는 경우에, 자동제어를 정지시키도록 구성되어 있다. 쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내는 경우는, 예를 들면 조작자의 의도한 바와 같이 버킷(6)을 상향경사면에 누르지 못할 우려가 있는 경우에 대응한다. 자동제어는, 예를 들면 자동굴삭제어여도 된다. 자동제어는, 예를 들면 목표궤도를 따라 작업부위를 이동시키는 제어여도 된다. 이 구성에 의하여, 쇼벨(100)은, 자동제어 중이어도 조작자의 의도에 따르도록 움직일 수 있다.
"쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보"는, 예를 들면 상부선회체(3)에 탑재되는 조작장치(26)에 대한 조작에 관한 정보여도 된다. 컨트롤러(30)는, 예를 들면 조작장치(26)가 급격하게 조작된 경우에, "쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타낸다"고 판정하도록 구성되어 있어도 된다. "조작장치(26)가 급격하게 조작된 경우"는, 예를 들면 조작장치(26)로서의 암조작레버의 단위시간당 조작량이 소정 값을 상회한 경우를 포함한다. 다만, 암조작레버의 단위시간당 조작량은, 예를 들면 암조작레버의 단위시간당 경도(傾倒)각도여도 된다.
자동제어는, 예를 들면 자동정대향제어여도 되고, 자동복합선회제어여도 된다. 그리고, "쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보"는, 상부선회체(3)에 탑재되는 선회조작레버에 대한 조작에 관한 정보여도 된다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 자동제어에 의하여 실행되는 선회와는 역의 방향으로 상부선회체(3)를 선회시키는 조작이 행해진 경우에, "쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타낸다"고 판정하도록 구성되어 있어도 된다.
다음으로, 도 12 및 도 13을 참조하여, 컨트롤러(30)에 의한 자동제어의 상세에 대하여 설명한다. 도 12는, 컨트롤러(30)에 있어서의 자동제어의 실행에 관한 기능요소 F1~F6의 관계의 다른 일례를 나타내는 블록도이며, 도 4에 대응하고 있다. 도 13은, 각종 지령값을 산출하는 기능요소 F6의 다른 구성예를 나타내는 블록도이며, 도 5에 대응하고 있다.
도 12의 구성은, 기능요소 F2가 공간인식장치(S7)의 출력에 근거하여 목표궤도를 생성하는 점, 기능요소 F4가 선회각도(δ)를 취득하는 점, 및 기능요소 F6이 선회지령값(δ*)을 산출하는 점에서 도 4의 구성과 상이하지만, 그 외의 점에서는 도 4의 구성과 동일하다. 또, 도 13의 구성은, 선회용 유압모터(2A)의 자동제어에 관한 기능요소를 구비하는 점에서 도 5의 구성과 상이하지만, 그 외의 점에서는 도 5의 구성과 동일하다. 그 때문에, 이하에서는, 공통부분의 설명이 생략되고, 상이부분이 상세히 설명된다.
도 12 및 도 13의 예에서는, 기능요소 F2는, 공간인식장치(S7)가 검지하는 물체데이터에 근거하여 버킷(6)의 치선이 도달해야 할 궤도를 목표궤도로서 생성한다. 물체데이터는, 예를 들면 덤프트럭의 위치 및 형상 등, 쇼벨(100)의 주위에 존재하는 물체에 관한 정보이다.
기능요소 F4는, 붐각도(α), 암각도(β), 및 버킷각도(γ)와, 선회각속도센서(S5)의 출력으로부터 산출되는 선회각도(δ)에 근거하여, 버킷(6)의 치선의 좌표점을 현재의 치선위치로서 산출한다. 기능요소 F4는, 현재의 치선위치를 산출할 때에, 기체경사센서(S4)의 출력을 이용해도 된다.
기능요소 F6은, 자동제어모드가 선택되어 있을 때는, 현재의 치선위치를 목표치선위치로 이동시키기 위하여, 기능요소 F5가 산출한 목표치선위치에 근거하여, 붐지령값(α*), 암지령값(β*), 버킷지령값(γ*), 및 선회지령값(δ*) 중 적어도 1개를 산출한다.
기능요소 F41~F43은, 선회지령값(δ*)에 관한 기능요소이다. 구체적으로는, 기능요소 F41은, 선회비례밸브(31D)에 대하여 선회전류지령을 출력한다. 기능요소 F42는, 선회스풀변위센서(S14)의 출력에 근거하여, 선회용 유압모터(2A)에 관한 제어밸브(173)를 구성하는 선회스풀의 변위량을 산출한다. 기능요소 F43은, 선회각속도센서(S5)의 출력에 근거하여, 선회각도(δ)를 산출한다.
그리고, 기능요소 F41은, 기본적으로, 기능요소 F6이 생성한 선회지령값(δ*)과 기능요소 F43이 산출한 선회각도(δ)의 차가 제로가 되도록, 선회비례밸브(31D)에 대한 선회전류지령을 생성한다. 그때에, 기능요소 F41은, 선회전류지령으로부터 도출되는 목표선회스풀변위량과 기능요소 F42가 산출한 선회스풀변위량의 차가 제로가 되도록, 선회전류지령을 조절한다. 그리고, 기능요소 F41은, 그 조절 후의 선회전류지령을 선회비례밸브(31D)에 대하여 출력한다.
선회비례밸브(31D)는, 선회전류지령에 따라 개구면적을 변화시키고, 선회지령전류의 크기에 대응하는 파일럿압을 제어밸브(173)의 파일럿포트에 작용시킨다. 제어밸브(173)는, 파일럿압에 따라 선회스풀을 이동시키고, 선회용 유압모터(2A)에 작동유를 유입시킨다. 선회스풀변위센서(S14)는, 선회스풀의 변위를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 기능요소 F42에 피드백한다. 선회용 유압모터(2A)는, 작동유의 유입에 따라 회전하여, 상부선회체(3)를 선회시킨다. 선회각속도센서(S5)는, 선회하는 상부선회체(3)의 회동각도를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 기능요소 F43에 피드백한다. 기능요소 F43은, 산출한 선회각도(δ)를 기능요소 F4에 피드백한다.
상술과 같이, 도 12 및 도 13에 있어서의 컨트롤러(30)는, 붐각도(α), 암각도(β), 및 버킷각도(γ)뿐만 아니라, 선회각도(δ)에 관해서도, 3단의 피드백루프를 구성하고 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 선회스풀변위량에 관한 피드백루프, 상부선회체(3)의 회동각도에 관한 피드백루프, 및 치선위치에 관한 피드백루프를 구성하고 있다. 그 때문에, 컨트롤러(30)는, 자동제어 시에, 버킷(6)의 치선의 움직임을 고정밀도로 제어할 수 있다.
다음으로, 도 14 및 도 15를 참조하여, 자동복합선회제어에 대하여 설명한다. 도 14 및 도 15는, 덤프트럭(DT)의 짐받이(荷台)에 토사를 적재하는 작업에서의 굴삭어태치먼트의 움직임을 나타낸다. 도 14는, 작업현장의 상면도이다. 도 15는, 작업현장을 +Y측에서 보았을 때의 작업현장의 측면도이다. 도 15는, 명료화를 위하여, 쇼벨(100)(버킷(6)을 제외함)의 도시를 생략하고 있다.
도 14 및 도 15에 있어서의, 실선으로 나타내는 굴삭어태치먼트는, 굴삭조작이 완료되었을 때의 굴삭어태치먼트 상태를 나타내고, 점선으로 나타내는 굴삭어태치먼트는, 선회조작이 행해지고 있을 때의 굴삭어태치먼트 상태를 나타내며, 일점 쇄선으로 나타내는 굴삭어태치먼트는, 배토(排土)조작이 행해지기 직전의 굴삭어태치먼트 상태를 나타낸다.
점(P11)은, 굴삭조작이 완료되었을 때의 버킷(6)의 배면의 중심점을 나타내고, 점(P12)은, 선회조작이 행해지고 있을 때의 버킷(6)의 배면의 중심점을 나타내며, 점(P13)은, 배토조작이 행해지기 직전의 버킷(6)의 배면의 중심점을 나타낸다. 점(P11), 점(P12), 및 점(P13)을 연결하는 굵은 파선은, 버킷(6)의 배면의 중심점이 통과하는 궤도를 나타낸다. 배토조작은, 버킷(6) 내의 토사를 덤프트럭(DT)의 짐받이에 떨어뜨리기 위한 조작이다.
자동복합선회제어에서는, 자동제어부(54)는, 예를 들면 조작자가 수동으로 선회조작을 행하고 있는 경우에, 버킷(6)의 배면의 중심점이 소정의 궤도를 따라 이동하도록 붐실린더(7), 암실린더(8) 및 버킷실린더(9) 중 적어도 1개를 자동적으로 신축시킨다. 소정의 궤도는, 예를 들면 덤프트럭(DT)의 위치 및 형상 등을 포함하는 덤프트럭(DT)에 관한 정보에 근거하여 산출되는 목표궤도이다. 주변기계로서의 덤프트럭(DT)에 관한 정보는, 예를 들면 공간인식장치(S7) 및 통신장치(T1) 등 중 적어도 1개의 출력에 근거하여 취득된다. 이 경우, 조작자는, 선회조작레버를 조작하는 것만으로, 버킷(6)의 배면의 중심점을 소정의 궤도를 따라 이동시킬 수 있다. 즉, 조작자는, 선회조작레버를 조작하는 것만으로, 굴삭어태치먼트와 덤프트럭(DT)의 접촉을 방지하면서, 지면의 근처에 있던 버킷(6)을, 높이 Hd의 덤프트럭(DT)의 짐받이 위로 이동시킬 수 있다. 혹은, 조작자는, 선회조작레버를 조작하는 것만으로, 굴삭어태치먼트와 덤프트럭(DT)의 접촉을 방지하면서, 높이 Hd의 덤프트럭(DT)의 짐받이 위에 있던 버킷(6)을 지면 가까이로 이동시킬 수 있다. 다만, 우선회 중(붐상승선회 중)에 이용되는 궤도는, 좌선회 중(붐하강선회 중)에 이용되는 궤도와 동일해도 되고, 상이해도 된다.
다음으로, 자동복합선회제어에 관한 비상정지기능에 대하여 설명한다. 이 비상정지기능은, 예를 들면 덤프트럭(DT)의 짐받이에 토사를 적재하기 위하여 쇼벨(100)의 조작자가 우선회조작을 행하고 있을 때에 덤프트럭(DT)이 움직이기 시작했을 때에, 조작자가 반사적으로 좌선회조작을 행했을 때에 동작한다. 구체적으로는, 이 비상정지기능은, 예를 들면 정차한 덤프트럭(DT)이 돌연 후진하기 시작했을 때에, 쇼벨(100)과 덤프트럭(DT)의 접촉을 방지하기 위하여, 조작자가 반사적으로 좌선회조작을 행했을 때에 동작한다. 이 경우, 조작자는, 우선회 중의 상부선회체(3)를 역방향인 좌측으로 선회시킴으로써 버킷(6)의 높이를 유지한 채로 버킷(6)을 덤프트럭(DT)으로부터 멀어지게 하는 것을 의도하고 있다.
자동제어부(54)는, 예를 들면 선회조작레버가 역방향으로 급격하게 조작된 경우에, "쇼벨(100)의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내고 있다"고 판정하고, 자동복합선회제어를 정지시킨다.
비상정지기능이 동작하지 않는 경우, 즉 자동복합선회제어가 정지되지 않는 경우, 자동제어부(54)는, 선회조작레버가 좌측으로 급격하게 조작된 경우여도, 버킷(6)의 배면의 중심점을 소정의 궤도를 따라 이동시켜 버리기 때문에, 조작자의 의도에 반하여 버킷(6)의 높이를 저감시켜 버린다. 도 15의 크로스헤칭으로 나타내는 도형은, 높이가 저감된 버킷(6)의 위치를 나타내고 있다. 즉, 도 15는, 점선으로 나타내는 도형의 높이에 있던 버킷(6)이, 크로스헤칭으로 나타내는 도형의 높이까지 하강하는 것을 나타내고 있다.
한편, 비상정지기능이 동작하는 경우, 즉 자동복합선회제어가 정지된 경우, 자동제어부(54)는, 선회조작레버가 좌측에 급격하게 조작된 경우에는, 버킷(6)의 배면의 중심점을 소정의 궤도로부터 일탈시켜 버킷(6)을 이동시킬 수 있다. 그 때문에, 자동제어부(54)는, 조작자의 의도에 반하여 버킷(6)의 높이를 저감시켜 버리지 않고, 조작자의 의도를 따라, 버킷(6)의 높이를 유지한 채로 버킷(6)을 좌측으로 이동시킬 수 있다. 도 15의 사선해칭으로 나타내는 도형은, 높이를 유지한 채로 좌측으로 이동된 버킷(6)의 위치를 나타내고 있다. 즉, 도 15는, 점선으로 나타내는 도형의 높이에 있던 버킷(6)이, 동일한 높이인 채로, 사선해칭으로 나타내는 도형의 위치까지 이동하는 것을 나타내고 있다.
이와 같이, 비상정지기능이 동작하는 경우, 조작자가 반사적으로 좌선회조작을 행했을 때에는, 컨트롤러(30)는, 조작자의 의도에 반하여 굴삭어태치먼트가 자동적으로 움직여 버리는 것을 방지할 수 있다.
컨트롤러(30)는, 공간인식장치(S7)의 출력에 근거하여 덤프트럭(DT)이 움직이기 시작한 것(예를 들면 후진하기 시작한 것)을 검출하도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 각종 센서의 출력에 근거하여, 현재 실행되고 있는 작업이 어느 작업인지를 특정한 다음, 작업마다 미리 등록되어 있는, 그 작업에 관련되는 주변기계의 통상상태에 관한 정보를 취득한다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 예를 들면 현재 실행되어 있는 작업이, 덤프트럭(DT)의 짐받이에 토사를 적재하는 적재작업이라고 특정할 수 있었던 경우, 적재작업에 관련되는 주변기계인 덤프트럭(DT)의 통상상태가 정지상태라는 정보를 취득한다. 그리고, 적재작업의 도중에 덤프트럭(DT)이 움직이기 시작한 경우, 컨트롤러(30)는, 덤프트럭(DT)이 통상상태와는 상이한 상태에 있다고 판정할 수 있다. 이 판정 결과에 근거하여, 컨트롤러(30)는, 자동제어를 정지시킬 수 있다.
또, 쇼벨(100)의 동작모드는, 수동제어모드 및 자동제어모드와는 별도로, 정지모드를 갖고 있어도 된다. 이 구성에서는, 작업부위로서의 버킷(6)의 치선이 덤프트럭(DT)의 짐받이의 상방에 있는 영역 이외의 영역에 존재하는 경우에는, 컨트롤러(30)는, 덤프트럭(DT)이 움직이기 시작한 것을 검출했을 때에 자동제어를 정지시킨 다음, 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 정지모드로 전환해도 된다. 정지모드에서는, 컨트롤러(30)는, 조작장치(26)에 대한 조작의 유무에 관계없이, 굴삭조작이 완료되었을 때의 버킷(6)의 배면의 중심점을 나타내는 점(P11)과 덤프트럭(DT)의 사이의 공간에서 작업부위의 움직임을 정지시켜도 된다. 덤프트럭(DT)이 정지할 때까지 작업부위를 대기시킴으로써, 즉 덤프트럭(DT)이 정지할 때까지 작업부위의 움직임을 강제적으로 정지시킴으로써, 작업부위와 덤프트럭(DT)의 접촉을 방지하기 위함이다.
이와 같이, 컨트롤러(30)는, 적재작업의 도중에 덤프트럭(DT)이 움직이기 시작한 것을 검출했을 때에는, 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 정지모드로 전환해도 된다.
혹은, 쇼벨(100)의 동작모드는, 수동제어모드 및 자동제어모드와는 별도로, 회피모드를 갖고 있어도 된다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 예를 들면 적재작업의 도중에 덤프트럭(DT)이 움직이기 시작한 것을 검출한 경우이고, 또한 작업부위로서의 버킷(6)의 치선이 덤프트럭(DT)의 짐받이의 상방에 있는 영역 내에 존재하는 경우에는, 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 회피모드로 전환해도 된다. 회피모드에서는, 컨트롤러(30)는, 조작장치(26)에 대한 조작의 유무에 관계없이, 각종 유압액추에이터를 자동적으로 동작시킴으로써, 굴삭조작이 완료되었을 때의 버킷(6)의 배면의 중심점을 나타내는 점(P11)과 덤프트럭(DT)의 사이의 공간에 버킷(6)의 치선을 회피시켜도 된다. 덤프트럭(DT)이 정지할 때까지는, 덤프트럭(DT)의 짐받이의 상방에 있는 영역 내로부터 그 영역 외로 작업부위를 강제적으로 이동시킴으로써, 작업부위와 덤프트럭(DT)의 접촉을 방지하기 위함이다.
이와 같이, 컨트롤러(30)는, 적재작업의 도중에 덤프트럭(DT)이 움직이기 시작한 것을 검출했을 때에는, 쇼벨(100)의 동작모드를 자동제어모드로부터 회피모드로 전환해도 된다.
쇼벨(100)은, MC스위치(42A)와 같은 자동제어에 관한 스위치를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 그 스위치가 조작되고 있을 때 자동제어를 실행하도록 구성되어 있어도 된다.
또, 도 3에 나타낸 예에서는, 유압식 파일럿회로를 구비한 유압식 조작시스템이 개시되어 있다. 예를 들면, 붐조작레버(26A)에 관한 유압식 파일럿회로에서는, 파일럿펌프(15)로부터 리모컨밸브(27A)에 공급되는 작동유가, 붐조작레버(26A)의 경도에 의하여 펼쳐지는 리모컨밸브(27A)의 개방도에 따른 유량으로, 제어밸브(175)의 파일럿포트에 공급된다. 혹은, 암조작레버(26B)에 관한 유압식 파일럿회로에서는, 파일럿펌프(15)로부터 리모컨밸브(27B)에 공급되는 작동유가, 암조작레버(26B)의 경도에 의하여 펼쳐짐 리모컨밸브(27B)의 개방도에 따른 유량으로, 제어밸브(176)의 파일럿포트에 공급된다.
단, 이와 같은 유압식 파일럿회로를 구비한 유압식 조작시스템이 아닌, 전기식 조작레버를 구비한 전기식 조작시스템이 채용되어도 된다. 이 경우, 전기식 조작레버의 레버조작량은, 전기신호로서 컨트롤러(30)에 입력된다. 또, 파일럿펌프(15)와 각 제어밸브의 파일럿포트의 사이에는 전자밸브가 배치된다. 전자밸브는, 컨트롤러(30)로부터의 전기신호에 따라 동작하도록 구성된다. 이 구성에 의하여, 전기식 조작레버를 이용한 수동조작을 하면, 컨트롤러(30)는, 레버조작량에 대응하는 전기신호에 의하여 전자밸브를 제어하여 파일럿압을 증감시킴으로써 각 제어밸브를 이동시킬 수 있다.
전기식 조작레버를 구비한 전기식 조작시스템이 채용된 경우, 컨트롤러(30)는, 수동제어모드와 자동제어모드를 용이하게 전환할 수 있다. 그리고, 컨트롤러(30)가 수동제어모드를 자동제어모드로 전환한 경우, 복수의 제어밸브는, 1개의 전기식 조작레버의 레버조작량에 대응하는 전기신호에 따라 별도로 제어되어도 된다.
도 16은, 전기식 조작시스템의 구성예를 나타낸다. 구체적으로는, 도 16의 전기식 조작시스템은, 붐 조작시스템의 일례이며, 주로, 파일럿압작동형의 컨트롤밸브(17)와, 전기식 조작레버로서의 붐조작레버(26A)와, 컨트롤러(30)와, 붐상승조작용 전자밸브(60)와, 붐하강조작용 전자밸브(62)로 구성되어 있다. 도 16의 전기식 조작시스템은, 암조작시스템 및 버킷조작시스템 등에도 동일하게 적용될 수 있다.
파일럿압작동형의 컨트롤밸브(17)는, 붐실린더(7)에 관한 제어밸브(175)(도 2 참조), 암실린더(8)에 관한 제어밸브(176)(도 2 참조), 및 버킷실린더(9)에 관한 제어밸브(174)(도 2 참조) 등을 포함한다. 전자밸브(60)는, 파일럿펌프(15)와 제어밸브(175)의 상승측파일럿포트를 연결하는 관로의 유로면적을 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 전자밸브(62)는, 파일럿펌프(15)와 제어밸브(175)의 하강측파일럿포트를 연결하는 관로의 유로면적을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
수동조작을 하는 경우, 컨트롤러(30)는, 붐조작레버(26A)의 조작신호생성부가 출력하는 조작신호(전기신호)에 따라 붐상승조작신호(전기신호) 또는 붐하강조작신호(전기신호)를 생성한다. 붐조작레버(26A)의 조작신호생성부가 출력하는 조작신호는, 붐조작레버(26A)의 조작량 및 조작방향에 따라 변화하는 전기신호이다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 붐조작레버(26A)가 붐상승방향으로 조작된 경우, 레버조작량에 따른 붐상승조작신호(전기신호)를 전자밸브(60)에 대하여 출력한다. 전자밸브(60)는, 붐상승조작신호(전기신호)에 따라 유로면적을 조절하고, 제어밸브(175)의 상승측파일럿포트에 작용하는 파일럿압을 제어한다. 마찬가지로, 컨트롤러(30)는, 붐조작레버(26A)가 붐하강방향으로 조작된 경우, 레버조작량에 따른 붐하강조작신호(전기신호)를 전자밸브(62)에 대하여 출력한다. 전자밸브(62)는, 붐하강조작신호(전기신호)에 따라 유로면적을 조절하고, 제어밸브(175)의 하강측파일럿포트에 작용하는 파일럿압을 제어한다.
자동제어를 실행하는 경우, 컨트롤러(30)는, 예를 들면 붐조작레버(26A)의 조작신호생성부가 출력하는 조작신호 대신에, 보정조작신호(전기신호)에 따라 붐상승조작신호(전기신호) 또는 붐하강조작신호(전기신호)를 생성한다. 보정조작신호는, 컨트롤러(30)가 생성하는 전기신호여도 되고, 컨트롤러(30) 이외의 외부의 제어장치 등이 생성하는 전기신호여도 된다.
또, 쇼벨(100)이 취득하는 정보는, 도 17에 나타내는 바와 같은 쇼벨의 관리시스템(SYS)을 통하여, 관리자 및 다른 쇼벨의 조작자 등과 공유되어도 된다. 도 17은, 쇼벨의 관리시스템(SYS)의 구성예를 나타내는 개략도이다. 관리시스템(SYS)은, 쇼벨(100)을 관리하는 시스템이다. 본 실시형태에서는, 관리시스템(SYS)은, 주로, 쇼벨(100), 지원장치(200) 및 관리장치(300)로 구성된다. 관리시스템(SYS)을 구성하는 쇼벨(100), 지원장치(200) 및 관리장치(300)는, 각각 1대여도 되고, 복수 대여도 된다. 도 17의 예에서는, 관리시스템(SYS)은, 1대의 쇼벨(100)과 1대의 지원장치(200)와 1대의 관리장치(300)를 포함한다.
지원장치(200)는, 전형적으로는 휴대단말장치이며, 예를 들면 시공현장에 있는 작업자 등이 휴대하는 노트PC, 태블릿PC 또는 스마트폰 등의 컴퓨터이다. 지원장치(200)는, 쇼벨(100)의 조작자가 휴대하는 컴퓨터여도 된다. 단, 지원장치(200)는, 고정단말장치여도 된다.
관리장치(300)는, 전형적으로는 고정단말장치이며, 예를 들면 시공현장 외의 관리센터 등에 설치되는 서버컴퓨터이다. 관리장치(300)는, 가반성(可搬性)의 컴퓨터(예를 들면, 노트PC, 태블릿PC 또는 스마트폰 등의 휴대단말장치)여도 된다.
지원장치(200) 및 관리장치(300) 중 적어도 일방(이하, "지원장치(200) 등"이라고 함)은, 모니터와 원격조작용 조작장치를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 조작자는, 원격조작용 조작장치를 이용하면서, 쇼벨(100)을 조작한다. 원격조작용 조작장치는, 예를 들면 무선통신네트워크 등의 통신네트워크를 통하여, 컨트롤러(30)에 접속된다.
상술과 같은 쇼벨의 관리시스템(SYS)에서는, 쇼벨(100)의 컨트롤러(30)는, 자동제어를 정지시킨 시각 및 장소 등 중 적어도 1개에 관한 정보를 지원장치(200) 등으로 송신해도 된다. 그때, 컨트롤러(30)는, 촬상장치(S6)가 촬상한 화상인 주변화상을 지원장치(200) 등으로 송신해도 된다. 주변화상은, 자동제어가 정지된 시점을 포함하는 소정 기간에 촬상된 복수의 주변화상이어도 된다. 더, 컨트롤러(30)는, 자동제어를 정지시킨 시점을 포함하는 소정 기간에 있어서의 쇼벨(100)의 작업내용에 관한 데이터, 쇼벨(100)의 자세에 관한 데이터, 및 굴삭어태치먼트의 자세에 관한 데이터 등 중 적어도 1개에 관한 정보를 지원장치(200) 등으로 송신해도 된다. 지원장치(200) 등을 이용하는 관리자가, 도 9, 도 11, 도 14, 및 도 15 등으로 나타내는 바와 같은 작업현장에 관한 정보를 입수할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 자동제어를 정지시키는 바와 같은 조작을 한 원인 등을 관리자가 분석할 수 있도록 하기 위함이며, 나아가서는, 그와 같은 분석결과에 근거하여 관리자가 쇼벨(100)의 작업환경을 개선할 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같이, 본 발명의 실시형태에 관한 쇼벨(100)의 관리시스템(SYS)은, 쇼벨(100)에 의한 자동제어가 정지된 시각, 장소, 자세 및 주변화상 중 적어도 1개를 기억장치(47) 등에 기억하고, 기억한 시각, 장소, 자세 및 주변화상 중 적어도 1개를 임의의 타이밍에 외부에 송신하는 쇼벨(100)과, 쇼벨(100)이 송신하는 시각, 장소, 자세 및 주변화상 중 적어도 1개를 수신하며, 수신한 자세 및 주변화상 중 적어도 1개를 출력하는 관리장치(300)를 갖고 있다. 자세는, 예를 들면 자동제어가 정지했을 때의 쇼벨(100)의 자세, 및 자동제어가 정지했을 때의 굴삭어태치먼트의 자세 중 적어도 1개이다. 관리장치(300)는, 예를 들면 쇼벨(100)의 일러스트화상을 모니터에 표시시킴으로써, 관리자가 쇼벨(100)의 자세를 인식할 수 있도록 한다. 관리장치(300)는, 예를 들면 음성정보를 출력시킴으로써, 관리자가 쇼벨(100)의 자세를 인식할 수 있도록 해도 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 상술한 실시형태에 제한되지 않는다. 상술한 실시형태는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 다양한 변형 및 치환 등이 적용될 수 있다. 또, 각각 설명된 특징은, 기술적인 모순이 발생하지 않는 한, 조합이 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시형태에서는, 컨트롤러(30)는, 선회용 유압모터(2A)를 자동적으로 동작시킴으로써 상부선회체(3)를 목표시공면에 정대향시키도록 하고 있다. 단, 컨트롤러(30)는, 선회용 전동발전기를 자동적으로 동작시킴으로써 상부선회체(3)를 목표시공면에 정대향시키도록 해도 된다.
또, 상술한 실시형태에서는, 조작데이터는, 조작장치 또는 원격조작용 조작장치에 따라 생성되지만, 소정의 동작프로그램에 의하여 자동적으로 생성되어도 된다.
또, 컨트롤러(30)는, 다른 액추에이터를 동작시킴으로써 상부선회체(3)를 목표시공면에 정대향시키도록 해도 된다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, 좌측주행용 유압모터(1L) 및 우측주행용 유압모터(1R)를 자동적으로 동작시킴으로써 상부선회체(3)를 목표시공면에 정대향시키도록 해도 된다.
본원은, 2018년 1월 30일에 출원된 일본 특허출원 2018-013970호에 근거하여 우선권을 나타내는 것이며, 이 일본 특허출원의 전체내용을 본원에 참조에 의하여 원용한다.
1…하부주행체
1L…좌측주행용 유압모터
1R…우측주행용 유압모터
2…선회기구
2A…선회용 유압모터
3…상부선회체
4…붐
5…암
6…버킷
7…붐실린더
8…암실린더
9…버킷실린더
10…캐빈
11…엔진
13…레귤레이터
13L…좌레귤레이터
13R…우레귤레이터
14…메인펌프
14L…좌메인펌프
14R…우메인펌프
15…파일럿펌프
17…컨트롤밸브
18L…좌스로틀
18R…우스로틀
19L…좌측제어압센서
19R…우측제어압센서
26…조작장치
26A…붐조작레버
26B…암조작레버
27A, 27B…리모컨밸브
28…토출압센서
28L…좌토출압센서
28R…우토출압센서
29, 29A, 29B, 29C…조작압센서
30…컨트롤러
31, 31AL, 31AR, 31BL, 31BR…비례밸브
31A…붐비례밸브
31B…암비례밸브
31C…버킷비례밸브
31D…선회비례밸브
32, 32AL, 32AR, 32BL, 32BR…셔틀밸브
32A…붐셔틀밸브
32B…암셔틀밸브
40…표시장치
40L…좌센터바이패스관로
40R…우센터바이패스관로
42…입력장치
42A…MC스위치
42B…MC정지스위치
42L…좌패럴렐관로
42R…우패럴렐관로
43…소리출력장치
47…기억장치
48…긴급정지스위치
50…머신가이던스장치
51…위치산출부
52…거리산출부
53…정보전달부
54…자동제어부
60, 62…전자밸브
100…쇼벨
171~174, 175L, 175R, 176L, 176R…제어밸브
200…지원장치
300…관리장치
F1~F6, F11~F13, F21~F23, F31~F33, F41~F43…기능요소
S1…붐각도센서
S2…암각도센서
S3…버킷각도센서
S4…기체경사센서
S5…선회각속도센서
S6…촬상장치
S6B…후카메라
S6F…전카메라
S6L…좌카메라
S6R…우카메라
S7…공간인식장치
S11…붐스풀변위센서
S12…암스풀변위센서
S13…버킷스풀변위센서
S14…선회스풀변위센서
P1…측위장치
T1…통신장치

Claims (8)

  1. 하부주행체와,
    상기 하부주행체에 선회 가능하게 탑재되는 상부선회체와,
    상기 상부선회체에 장착되는 어태치먼트와,
    상기 상부선회체에 탑재되는, 자동제어를 실행 가능한 제어장치를 구비하고,
    상기 제어장치는, 쇼벨의 움직임에 관한 정보, 또는 주변기계상태에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타내는 경우에, 자동제어를 정지시키도록 구성되어 있는, 쇼벨.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쇼벨의 움직임에 관한 정보는, 상기 상부선회체에 탑재되는 조작장치에 대한 조작에 관한 정보이고,
    상기 제어장치는, 상기 조작장치가 급격하게 조작된 경우에, 상기 쇼벨의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타낸다고 판정하도록 구성되어 있는, 쇼벨.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자동제어는, 자동정대향제어 또는 자동복합선회제어이고,
    상기 쇼벨의 움직임에 관한 정보는, 상기 상부선회체에 탑재되는 선회조작레버에 대한 조작에 관한 정보이며,
    상기 제어장치는, 상기 자동제어에 의하여 실행되는 선회와는 역의 방향으로 상기 상부선회체를 선회시키는 조작이 행해진 경우에, 상기 쇼벨의 움직임에 관한 정보가 통상과는 상이한 경향을 나타낸다고 판정하도록 구성되어 있는, 쇼벨.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자동제어에 관한 스위치를 갖고,
    상기 제어장치는, 상기 스위치가 조작되고 있을 때에, 상기 자동제어를 실행하도록 구성되어 있는, 쇼벨.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자동제어는, 목표궤도를 따라 작업부위를 이동시키는 제어인, 쇼벨.
  6. 하부주행체와,
    상기 하부주행체에 선회 가능하게 탑재되는 상부선회체와,
    상기 상부선회체에 장착되는 어태치먼트와,
    상기 상부선회체에 장착되는 공간인식장치와,
    상기 상부선회체의 경사를 검출하는 기체경사센서와,
    상기 상부선회체에 탑재되는, 자동제어를 실행 가능한 제어장치를 구비하고,
    상기 제어장치는, 상기 기체경사센서 또는 상기 공간인식장치의 출력에 근거하여 자동제어를 정지시키도록 구성되어 있는, 쇼벨.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자동제어는, 목표궤도를 따라 작업부위를 이동시키는 제어인, 쇼벨.
  8. 쇼벨에 의한 자동제어가 정지된 시각, 장소, 자세 및 주변화상 중 적어도 1개를 기억하고, 상기 기억한 시각, 장소, 자세 및 주변화상 중 적어도 1개를 송신하는 쇼벨과,
    상기 시각, 장소, 자세 및 주변화상 중 적어도 1개를 수신하며, 상기 수신한 자세 및 주변화상 중 적어도 1개를 출력하는 관리장치를 갖는, 쇼벨의 관리시스템.
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