KR20210134756A

KR20210134756A - 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법

Info

Publication number: KR20210134756A
Application number: KR1020217032122A
Authority: KR
Inventors: 도모키 곤다; 겐지로 시마다; 가즈히로 하타케; 유스케 사이고
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-11-10
Also published as: JP2021001435A; CN113692469A; JP7229109B2; WO2020255622A1; DE112020001099T5; KR102615966B1; CN113692469B; US20220162832A1

Abstract

작업 기계는, 주행체와, 주행체에 선회 가능하게 설치되는 선회체와, 선회체에 장착되고, 선회체의 방위각 속도를 출력하는 각속도 센서와, 선회체의 방위를 측정하는 측정 장치와, 측정 장치에 의해 측정된 방위 정보에 기초하여 방위각 속도를 보정하여, 보정된 방위 각속도에 따라 선회체를 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법

본 개시는, 작업 기계(work machine)의 선회(旋回) 제어에 관한 것이다.

종래, 유압 셔블 등의 작업 차량(work vehicle)이 알려져 있다. 예를 들면, 일본 공개특허 제2017-122602호 공보(특허문헌 1)에는, 선회체(旋回體)에 장착된 쟈이로 센서(gyro sensor) 등의 관성 계측 장치의 출력에 기초하여 선회체의 선회 각도를 도출하는 셔블(shovel)이 알려져 있다.

일본 공개특허 제2017-122602호 공보

한편, 관성 계측 장치는, 환경 의존성이 높아 감도 오차가 생기는 경우가 있다. 이 경우에 선회 각도의 도출(導出; derivation)에 오차가 생길 가능성이 있어, 정밀도가 높은 선회 제어를 실행할 수 없게 될 가능성이 있다.

본 발명의 목적은, 정밀도가 높은 선회 제어가 가능한 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 작업 기계는, 주행체와, 주행체에 선회 가능하게 설치되는 선회체와, 선회체에 장착되고, 선회체의 방위각 속도(azimuthal angular velocity)를 출력하는 각속도 센서와, 선회체의 방위를 측정하는 측정 장치와, 측정 장치에 의해 측정된 방위 정보에 기초하여 방위각 속도를 보정하여, 보정된 방위 각속도에 따라 선회체를 제어하는 제어부를 구비한다.

바람직하게는, 제어부는, 측정 장치에 의해 측정된 선회체의 선회 개시 전의 방위와 선회체의 선회 종료 후의 방위에 기초하여 기준 선회 각도를 산출한다.

바람직하게는, 제어부는, 각속도 센서에 의해 출력되는 방위각 속도와 선회체의 선회 동작 시간에 기초하여 예상 선회 각도를 산출하고, 기준 선회 각도와 예상 선회 각도에 기초하여 각속도 센서의 출력을 보정하는 보정 계수(係數)를 산출한다.

바람직하게는, 보정 계수는, 기준 선회 각도에 대한 예상 선회 각도의 비이다. 본 발명의 일 측면에 따른 작업 기계의 제어 방법은, 주행체에 선회 가능하게 설치되는 선회체에 장착된 각속도 센서에 의해 방위각 속도를 검출하는 단계와, 선회체의 방위를 측정하는 단계와, 측정된 선회체의 방위 정보에 기초하여 검출된 방위각 속도를 보정하는 단계와, 보정된 방위 각속도에 따라 선회체를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법은, 정밀도가 높은 선회 제어가 가능하다.

도 1은 실시형태에 기초한 작업 기계의 외관도이다.
도 2는 실시형태에 기초한 작업 기계(100)를 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 실시형태에 기초한 작업 기계(100)의 제어계의 구성을 나타낸 개요 블록도에 대하여 설명한다.
도 4는 실시형태에 기초한 선회체(3)의 선회 동작을 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 5는 실시형태에 따르는 IMU(24)의 감도 오차를 설명하는 도면이다.
도 6은 실시형태에 기초한 작업기 컨트롤러(26)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 실시형태에 기초한 보정부(104)의 보정 계수의 산출에 대하여 설명하는 플로우차트이다.

이하, 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서는, 동일 부품에는, 동일한 부호를 부여하고 있다. 이들의 명칭 및 기능의 같다. 따라서, 이들에 대한 상세한 설명에 대해서는 반복하지 않는다.

<작업 기계의 전체 구성>

도 1은, 실시형태에 기초한 작업 기계의 외관도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 사상을 적용 가능한 작업 기계로서 유압(油壓)에 의해 작동하는 작업기(2)를 구비하는 유압 셔블을 예로 들어 설명한다.

작업 기계(100)는, 차량 본체(1)와, 작업기(2)를 구비한다. 차량 본체(1)는, 선회체(3)와, 운전실(4)과, 주행 장치((5)를 구비한다.

선회체(3)는, 주행 장치(5) 상에 배치된다. 주행 장치(5)는, 선회체(3)를 지지한다. 선회체(3)는, 선회축(旋回軸)(AX)을 중심으로 선회할 수 있다. 운전실(4)에는, 오퍼레이터가 착석(着座)하는 운전석(4S)이 설치된다. 오퍼레이터는, 운전실(4)에 있어서 작업 기계(100)를 조작한다. 주행 장치(5)는, 한 쌍의 크롤러 벨트(crawler belts)(5Cr)를 가진다. 크롤러 벨트(5Cr)의 회전에 의해, 작업 기계(100)가 주행한다. 주행 장치(5)는, 차륜(타이어)으로 구성되어 있어도 된다.

실시형태 1에서는, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터를 기준으로 하여 각 부의 위치 관계에 대하여 설명한다. 전후 방향이란, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 전후 방향을 말한다. 좌우 방향이란, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터를 기준으로 한 좌우 방향을 말한다. 좌우 방향은, 차량의 폭 방향(차폭 방향)과 일치한다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터에게 정면에 정대(正對)하는 방향을 전방향(前方向)이라고 하고, 전방향과는 반대의 방향을 후방향이라고 한다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터가 정면에 정대했을 때 우측, 좌측을 각각 우측 방향, 좌측 방향이라고 한다.

선회체(3)는, 엔진이 수용되는 엔진룸(9)과, 선회체(3)의 후부(後部)에 설치되는 카운터웨이트(counterweight)를 구비한다. 선회체(3)에 있어서, 엔진룸(9)의 전방에 난간(19)이 설치된다. 엔진룸(9)에는, 엔진 및 유압 펌프 등이 배치되어 있다.

작업기(2)는, 선회체(3)에 지지된다. 작업기(2)는, 붐(boom)(6)과, 암(arm)(7)과, 버킷(bucket)(8)과, 붐 실린더(10)와, 암 실린더(11)와, 버킷 실린더(12)를 구비한다.

붐(6)은, 붐 핀(boom pin)(13)을 통해 선회체(3)에 접속된다. 암(7)은, 암 핀(arm pin)(14)을 통해 붐(6)에 접속된다. 버킷(8)은, 버킷 핀(bucket pin)(15)을 통해 암(7)에 접속된다. 붐 실린더(10)는, 붐(6)을 구동한다. 암 실린더(11)는, 암(7)을 구동한다. 버킷 실린더(12)는, 버킷(8)을 구동한다. 붐(6)의 기단부(基端部)(붐 후드)와 선회체(3)가 접속된다. 붐(6)의 선단부(붐 탑)와 암(7)의 기단부(암 후드)가 접속된다. 암(7)의 선단부(암 탑)와 버킷(8)의 기단부가 접속된다. 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)는 모두, 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더이다. `

붐(6)은, 회동축(回動軸)인 붐 핀(13)을 중심으로 선회체(3)에 대하여 회동(回動) 가능하다. 암(7)은, 붐 핀(13)과 평행한 회동축인 암 핀(14)을 중심으로 붐(6)에 대하여 회전 가능하다. 버킷(8)은, 붐 핀(13) 및 암 핀(14)과 평행한 회동축인 버킷 핀(15)을 중심으로 암(7)에 대하여 회동 가능하다.

그리고, 주행 장치(5), 선회체(3)는, 본 발명의 「주행체」, 「선회체」의 일례이다. 도 2는, 실시형태에 기초한 작업 기계(100)를 모식적으로 설명하는 도면이다.

도 2의 (A)에는, 작업 기계(100)의 측면도가 나타낸다. 도 2의 (B)에는, 작업 기계(100)의 배면도를 나타낸다.

도 2의 (A) 및 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 붐(6)의 길이 L1은, 붐 핀(13)과 암 핀(14)과의 거리이다. 암(7)의 길이 L2는, 암 핀(14)과 버킷 핀(15)과의 거리이다. 버킷(8)의 길이 L3은, 버킷 핀(15)과 버킷(8)의 날끝(8A)과의 거리이다. 버킷(8)은, 복수의 날(刃)을 가지고, 본 예에 있어서는, 버킷(8)의 선단부를 날끝(8A)이라고 한다.

그리고, 버킷(8)은, 날을 가지고 있지 않아도 된다. 버킷(8)의 선단부는, 스트레이트 형상의 강판(鋼板)으로 형성되어 있어도 된다.

작업 기계(100)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)와, 암 실린더 스트로크 센서(17)와, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)를 구비한다. 붐 실린더 스트로크 센서(16)는 붐 실린더(10)에 배치된다. 암 실린더 스트로크 센서(17)는 암 실린더(11)에 배치된다. 버킷 실린더 스트로크 센서(18)는 버킷 실린더(12)에 배치된다. 그리고, 붐 실린더 스트로크 센서(16), 암 실린더 스트로크 센서(17) 및 버킷 실린더 스트로크 센서(18)는 총칭하여 실린더 스트로크 센서라고도 한다.

붐 실린더 스트로크 센서(16)의 검출 결과에 기초하여, 붐 실린더(10)의 스트로크 길이가 구해진다. 암 실린더 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여, 암 실린더(11)의 스트로크 길이가 구해진다. 버킷 실린더 스트로크 센서(18)의 검출 결과에 기초하여, 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이가 구해진다.

그리고, 본 예에 있어서는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이를 각각 붐 실린더 길이, 암 실린더 길이 및 버킷 실린더 길이라고도 한다. 또한, 본 예에 있어서는, 붐 실린더 길이, 암 실린더 길이, 및 버킷 실린더 길이를 총칭하여 실린더 길이 데이터 L이라고도 한다. 그리고, 각도 센서를 사용하여 스트로크 길이를 검출하는 방식을 채용하는 것도 가능하다.

작업 기계(100)는, 작업 기계(100)의 위치를 검출 가능한 위치 검출 장치(20)를 구비하고 있다.

위치 검출 장치(20)는, 안테나(21)와, 글로벌 좌표 연산부(23)와, IMU(Inertial Measurement Unit)(24)를 구비한다.

안테나(21)는, 예를 들면, GNSS[Global Navigation Satellite Systems: 전지구(全地球) 항법 위성 시스템]용의 안테나이다. 안테나(21)는, 예를 들면, RTK-GNSS(Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems)용 안테나이다.

안테나(21)는, 선회체(3)에 설치된다. 본 예에 있어서는, 안테나(21)는, 선회체(3)의 난간(19)에 설치된다. 그리고, 안테나(21)는, 엔진룸(9)의 후방향에 설치되어도 된다. 예를 들면, 선회체(3)의 카운터웨이트에 안테나(21)가 설치되어도 된다. 안테나(21)는, 위성으로부터 수신한 전파(GNSS 전파)에 따른 신호를 글로벌 좌표 연산부(23)에 출력한다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, 글로벌 좌표계에서의 안테나(21)의 설치 위치 P1을 검출한다. 글로벌 좌표계는, 작업 영역에 설정한 기준 위치 Pr을 기초로 한 3차원 좌표계(Xg, Yg, Zg)이다. 본 예에 있어서는, 기준 위치 Pr은, 작업 영역에 설정된 기준 마커의 선단의 위치이다. 또한, 로컬 좌표계란, 작업 기계(100)를 기준으로 한, (X, Y, Z)로 나타내는 3차원 좌표계이다. 로컬 좌표계의 기준 위치는, 선회체(3)의 선회축(선회 중심)(AX)에 위치하는 기준 위치 P2를 나타내는 데이터이다.

본 예에 있어서는, 안테나(21)는, 차폭 방향으로 서로 이격되도록 선회체(3)에 설치된 제1 안테나(21A) 및 제2 안테나(21B)를 구비한다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, 제1 안테나(21A)의 설치 위치 P1a 및 제2 안테나(21B)의 설치 위치 P1b를 검출한다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 글로벌 좌표로 표현되는 기준 위치 데이터 P를 취득한다. 본 예에 있어서는, 기준 위치 데이터 P는, 선회체(3)의 선회축(선회 중심)(AX)에 위치하는 기준 위치 P2를 나타내는 데이터이다. 그리고, 기준 위치 데이터 P는, 설치 위치 P1을 나타내는 데이터라도 된다.

본 예에 있어서는, 글로벌 좌표 연산부(23)는, 2개의 설치 위치 P1a 및 설치 위치 P1b에 기초하여 선회체 방위 데이터 Q를 생성한다. 선회체 방위 데이터 Q는, 설치 위치 P1a와 설치 위치 P1b로 결정되는 직선이 글로벌 좌표의 기준 방위(예를 들면, 북쪽)에 대하여 이루는 각에 기초하여 결정된다. 선회체 방위 데이터 Q는, 선회체(3)[작업기(2)]가 향하고 있는 방위를 나타낸다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 후술하는 작업기 컨트롤러(26)에 기준 위치 데이터 P 및 선회체 방위 데이터 Q를 출력한다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 선회체(3)가 정지하고 있는 경우에는 정밀도가 높은 선회체 방위 데이터를 생성하여 출력할 수 있다. 그리고, 본 예에 있어서는, GNSS 전파를 사용하여 글로벌 좌표 연산부(23)에 의해 선회체 방위 데이터를 산출하는 방식에 대하여 설명하지만, 특별히 이에 한정되지 않고 다른 방식에 의해서도 선회체 방위 데이터를 산출해도 된다. 예를 들면, 스테레오 화상을 사용하여 3차원 데이터를 취득하여 상기 선회체 방위 데이터를 산출해도 된다. 레이저광을 조사(照射)하여 거리를 측거하는 LIDAR(Light Detection and Ranging) 기술을 이용하여 선회체 방위 데이터를 산출하는 것도 가능하다. 스캔 데이터의 스캔 매칭 방식을 이용하여, 선회체 방위 데이터를 취득해도 된다.

IMU(24)는, 각속도 센서의 하나이며, 선회체(3)에 설치된다. 본 예에 있어서는, IMU(24)는, 운전실(4)의 하부에 배치된다. 선회체(3)에 있어서, 운전실(4)의 하부에 고강성(高剛性)의 프레임이 배치된다. IMU(24)는, 그 프레임 상에 배치된다. 그리고, IMU(24)는, 선회체(3)의 선회축(AX)(기준 위치 P2)의 측방(우측 또는 좌측)에 배치되어도 된다.

IMU(24)는, 선회체(3)가 선회 동작할 때 방위각 속도 데이터를 측정하여 출력한다. 방위각 속도 데이터에 기초하여 선회체(3)의 선회 제어가 실행된다. IMU(24)는, 차량 본체(1)의 좌우 방향으로 경사지는 경사각 θ4와, 차량 본체(1)의 전후 방향으로 경사지는 경사각 θ5를 검출해도 된다.

도 3은, 실시형태에 기초한 작업 기계(100)의 제어계의 구성을 나타낸 개요 블록도에 대하여 설명한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 작업 기계(100)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)와, 암 실린더 스트로크 센서(17)와, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)와, 안테나(21)와, 글로벌 좌표 연산부(23)와, IMU(24)와, 작업기 컨트롤러(26)와, 붐 실린더(10)와, 암 실린더(11)와, 버킷 실린더(12)와, 선회 모터(62)와, 유압 장치(64)를 구비한다.

유압 장치(64)는, 도시하지 않은 작동유 탱크, 유압 펌프, 유량(流量) 제어 밸브, 전자(電磁) 비례 제어 밸브를 구비한다. 유압 펌프는, 도시하지 않은 엔진의 동력으로 구동되고, 유량 조정 밸브를 통해 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)에 작동유를 공급한다. 유압 펌프는, 선회체(3)의 선회 동작을 실행하기 위해 선회 모터(62)에 작동유를 공급한다.

센서 컨트롤러(30)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)의 검출 결과에 기초하여, 붐 실린더 길이를 산출한다. 붐 실린더 스트로크 센서(16)는, 주회(周回) 동작에 따른 펄스를 센서 컨트롤러(30)에 출력한다. 센서 컨트롤러(30)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)로부터 출력된 펄스에 기초하여, 붐 실린더 길이를 산출한다.

마찬가지로, 센서 컨트롤러(30)는, 암 실린더 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여, 암 실린더 길이를 산출한다. 센서 컨트롤러(30)는, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)의 검출 결과에 기초하여, 버킷 실린더 길이를 산출한다.

센서 컨트롤러(30)는, 붐 실린더 스트로크 센서(16)의 검출 결과에 기초하여 취득된 붐 실린더 길이로부터, 선회체(3)의 수직 방향에 대한 붐(6)의 경사각 θ1을 산출한다. 센서 컨트롤러(30)는, 암 실린더 스트로크 센서(17)의 검출 결과에 기초하여 취득된 암 실린더 길이로부터, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사각 θ2를 산출한다. 센서 컨트롤러(30)는, 버킷 실린더 스트로크 센서(18)의 검출 결과에 기초하여 취득된 버킷 실린더 길이로부터, 암(7)에 대한 버킷(8)의 날끝(8A)의 경사각 θ3을 산출한다.

상기 산출 결과인 경사각 θ1, θ2, θ3와, 차량 본체(1)의 좌우 방향으로 경사지는 경사각 θ4와, 차량 본체(1)의 전후 방향으로 경사지는 경사각 θ5와, 기준 위치 데이터 P, 선회체 방위 데이터 Q에 기초하여, 작업 기계(100)의 자세를 제어하는 것이 가능해진다.

센서 컨트롤러(30)는, 선회체(3)가 선회 동작할 때 IMU(24)로 측정되는 방위각 속도 데이터를 작업기 컨트롤러(26)에 출력한다.

글로벌 좌표 연산부(23)는, 선회체 방위 데이터 Q를 작업기 컨트롤러(26)에 출력한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 글로벌 좌표 연산부(23)로부터의 선회체 방위 데이터 Q에 기초하여, IMU(24)로 측정되는 방위각 속도 데이터를 보정하여, 보정된 방위 각속도 데이터에 기초하여 선회체(3)의 선회 동작을 제어하기 위해 유압 장치(64)를 제어한다.

도 4는, 실시형태에 기초한 선회체(3)의 선회 동작을 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 선회체(3)에는 IMU(24)가 설치되어 있고, IMU(24)는, 선회체(3)의 방위각 속도 데이터를 측정하여 출력한다.

작업기 컨트롤러(26)는, 센서 컨트롤러(30)를 통해 IMU(24)로 측정된 방위각 속도 데이터의 입력을 받는다.

작업기 컨트롤러(26)는, IMU(24)로 측정된 방위각 속도 데이터와 선회체(3)의 선회 동작 시간과의 곱에 기초하여 선회 각도를 산출한다.

도 5는, 실시형태에 따르는 IMU(24)의 감도 오차를 설명하는 도면이다.

도 5에는, 선회체(3)의 선회 동작에 의한 실제의 방위각 속도 데이터 ω_IMU(rad/s)와 IMU(24)로 측정된 방위각 속도 데이터 ω_IMU__corr과의 관계가 나타나 있다.

이상적으로는, 실제의 방위각 속도 데이터 ω_IMU에 대한 측정된 방위각 속도 데이터 ω_IMU__corr의 비는, 「1」이다.

한편, IMU(24)는, 환경 의존성이 높아 온도에 따라 감도 오차가 생긴다. 구체적으로는, 실제의 방위각 속도 데이터 ω_IMU에 대한 측정된 방위각 속도 데이터 ω_IMU__corr의 비가 1보다 클 경우, 또는 1보다 작을 경우가 나타나 있다.

따라서, 실시형태에 있어서는, 감도 오차를 측정하여 실제의 방위각 속도 데이터에 가까워지도록 측정된 방위각 속도 데이터 ω_IMU__corr을 보정한다. 본 예에 있어서는, 측정된 방위각 속도 데이터 ω_IMU__corr을 실제의 방위각 속도 데이터 ω_IMU에 근접시키기 위한 보정 계수를 산출한다.

도 6은, 실시형태에 기초한 작업기 컨트롤러(26)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 작업기 컨트롤러(26)는, 검출 정보 취득부(102)와, 보정부(104)와, 선회체 제어부(106)를 포함한다.

검출 정보 취득부(102)는, 센서 컨트롤러(30)로부터 출력되는 IMU(24)로부터의 방위각 속도 데이터와, 글로벌 좌표 연산부(23)로부터 출력되는 선회체 방위 데이터를 취득한다.

보정부(104)는, 글로벌 좌표 연산부(23)로부터의 선회체 방위 데이터 Q 및 IMU(24)로부터의 방위각 속도 데이터에 기초하여 IMU(24)로 측정되는 방위각 속도 데이터를 보정하기 위한 보정 계수를 산출한다.

선회체 제어부(106)는, 보정부(104)에 의해 산출된 보정 계수와, IMU(24)의 방위각 속도 데이터에 기초하여 선회체(3)를 제어한다.

도 7은, 실시형태에 기초한 보정부(104)의 보정 계수의 산출에 대하여 설명하는 플로우차트이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 보정부(104)는, 선회체(3)의 선회 동작의 개시 전의 방위 정보를 취득한다(스텝 S2). 예를 들면, 글로벌 좌표 연산부(23)로부터 선회체(3)의 선회 동작의 개시 전의 작업 기계(100)가 굴삭 동작 중인 선회체 방위 데이터를 취득한다.

다음에, 보정부(104)는, 선회체(3)의 선회 동작의 종료 후의 방위 정보를 취득한다(스텝 S4). 예를 들면, 글로벌 좌표 연산부(23)로부터 선회체의 선회 동작의 종료 후의 작업 기계(100)가 배토((排土) 동작 중인 선회체 방위 데이터를 취득한다.

다음에, 보정부(104)는, 기준 선회 각도를 산출한다(스텝 S6).

구체적으로는, 보정부(104)는, 글로벌 좌표 연산부(23)로부터의 선회체(3)의 선회 동작의 개시 전의 방위 정보와 선회체(3)의 선회 동작의 종료 후의 방위 정보에 기초하여 기준 선회 각도를 산출한다.

일례로서, 선회체(3)의 선회 동작의 개시 전의 선회체 방위 데이터 θswing_start, 선회체(3)의 선회 동작의 종료 후의 선회체 방위 데이터 swing_goal로 하면, 기준 선회 각도 θ_GNSS는, 다음과 같이 산출할 수 있다.

기준 선회 각도 θ_GNSS=θswing_goal-θswing_start

다음에, 보정부(104)는, 예상 선회 각도를 산출한다(스텝 S8).

구체적으로는, 보정부(104)는, IMU(24)로부터의 방위각 속도 데이터 ω_IMU와, 선회체 동작 시간 t_swing에 기초하여 예상 선회 각도 θ_IMU를 산출한다. 예상 선회 각도 θ_IMU는, 다음과 같이 산출할 수 있다.

예상 선회 각도 θ_IMU=Σω_IMU _×Ts

Ts: 샘플링 타임

방위각 속도 데이터 ω_IMU를 선회 동작 개시로부터 선회 동작 종료까지의 선회체 동작 시간 t_swing로 적분한다.

다음에, 보정부(104)는, 보정 계수를 산출한다(스텝 S10).

구체적으로는, 기준 선회 각도 θ_GNSS에 대한 예상 선회 각도 θ_IMU의 비에 기초하여 측정된 방위각 속도 데이터 ω_IMU__corr의 감도 오차를 보정하기 위한 보정 계수 p를 산출한다. 보정 계수 p는, IMU(24)의 센서 출력이 입력에 의해 변화하는 비율이며, 다음 식에 의해 산출된다.

보정 계수 p= ω_IMU__corr/ω_IMU=θ_GNSS/θ_IMU

그리고, 처리를 종료한다(종료).

선회체 제어부(106)는, 보정부(104)에 의해 산출된 보정 계수 p에 기초하여, IMU(24)로 측정된 방위각 속도 데이터를 보정하고, 보정된 방위 각속도 데이터에 기초하여 선회체(3)의 선회 동작을 실행하기 위해 유압 장치(64)를 제어한다. 이로써, 선회체(3)에 대한 정밀도가 높은 선회 동작이 가능해진다.

본 실시형태에 따르는 작업기 컨트롤러(26)는, 상기한 바와 같이, 센서 컨트롤러(30)로부터 경사각 θ1∼θ5와, 기준 위치 데이터 P, 선회체 방위 데이터 Q를 취득한다. 따라서, 작업기 컨트롤러(26)는, 상기 취득한 정보에 기초하여 작업 기계(100)의 자세를 자동 제어할 수 있다. 구체적으로는, 굴삭 대상물(對象物)을 버킷(8)을 사용하여 굴삭하는 굴삭 동작, 굴삭 동작에 의해 버킷(8)에 안겨진 굴삭 대상물을 배토 위치까지 이동시키는 호이스트(hoist) 선회 동작, 버킷(8)에 안겨진 굴삭 대상물을 덤프 트럭의 적재 플랫폼(荷臺)에 배토하는 배토 동작, 배토 동작 후의 비어 있었던 버킷(8)을 굴삭 위치로 이동시키는 다운 선회 동작의 자동 제어를 실행해도 된다.

작업기 컨트롤러(26)는, 자동 제어 중에서의 굴삭 동작 및 배토 동작 시의 글로벌 좌표 연산부(23)로부터 출력되는 선회체 방위 데이터를 사용하여, 상기한 방식에 기초하여 호이스트 선회 동작 및 다운 선회 동작에 사용하기 위한 IMU(24)로 측정된 방위각 속도 데이터를 보정하기 위한 보정 계수를 반복하여 산출해도 된다.

또는, 작업기 컨트롤러(26)는, 상기 반복하여 산출한 보정 계수의 평균값을 이용해도 된다. 이로써, 신뢰성이 높은 보정 계수를 산출할 수 있다.

또는, 작업기 컨트롤러(26)는, 기준 선회 각도 θ_GNSS에 따라 보정 계수를 산출해도 된다. 구체적으로는, 기준 선회 각도 θ_GNSS가 소정 각도 이상의 경우에는, 감도 오차가 커지게 될 가능성이 있으므로, 상기 경우에 보정 계수를 산출하고, 기준 선회 각도 θ_GNSS가 소정 각도 미만일 경우에는, 감도 오차가 비교적 작으므로, 상기 경우에는 보정 계수를 산출하지 않도록 해도 된다.

또는, 작업기 컨트롤러(26)는, IMU(24)로부터의 방위각 속도 데이터를 보정하는 보정 계수 p를 산출하기 위해 테스트용의 선회 동작을 실행해도 된다. 테스트용의 선회 동작에 있어서, 글로벌 좌표 연산부(23)에 의해 생성되는 선회체(3)의 선회 개시 전 및 선회 종료 후의 선회체 방위 데이터를 사용하여, 상기한 방식에 기초하여 선회 동작에 사용하기 위한 IMU(24)로 측정된 방위 가속도 데이터를 보정하기 위한 보정 계수를 산출해도 된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였으나, 이번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각될 것이다. 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의해 표시되고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 차량 본체, 2: 작업기, 3: 선회체, 4: 운전실, 4S: 운전석, 5: 주행 장치, 5Cr): 크롤러 벨트, 6: 붐, 7: 암, 8: 버킷, 8A: 날끝, 9: 엔진룸, 10: 붐 실린더, 11: 암 실린더, 12: 버킷 실린더, 13: 붐 핀, 14: 암 핀, 15: 버킷 핀, 16: 붐 실린더 스트로크 센서, 17: 암 실린더 스트로크 센서, 18: 버킷 실린더 스트로크 센서, 19: 난간, 20: 위치 검출 장치, 21: 안테나, 21A: 제1 안테나, 21B: 제2 안테나, 23: 글로벌 좌표 연산부, 26: 작업기 컨트롤러, 30: 센서 컨트롤러, 62: 선회 모터, 64: 유압 장치, 100: 작업 기계, 102: 검출 정보 취득부, 104: 보정부, 106: 선회체 제어부.

Claims

주행체;
상기 주행체에 선회(旋回) 가능하게 설치되는 선회체(旋回體);
상기 선회체에 장착되고, 상기 선회체의 방위각 속도(azimuthal angular velocity)를 출력하는 각속도 센서;
상기 선회체의 방위를 측정하는 측정 장치; 및
상기 측정 장치에 의해 측정된 방위 정보에 기초하여 상기 방위각 속도를 보정하여, 보정된 상기 방위각 속도에 기초하여 상기 선회체를 제어하는 제어부;
를 포함하는, 작업 기계(work machine).
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 측정 장치에 의해 측정된 상기 선회체의 선회 개시 전의 방위와 상기 선회체의 선회 종료 후의 방위에 기초하여 기준 선회 각도를 산출하는, 작업 기계.
제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 각속도 센서에 의해 출력되는 상기 방위각 속도와 상기 선회체의 선회 동작 시간에 기초하여 예상 선회 각도를 산출하고, 상기 기준 선회 각도와 상기 예상 선회 각도에 기초하여 상기 각속도 센서의 출력을 보정하는 보정 계수(係數)를 산출하는, 작업 기계.
제3항에 있어서,
상기 보정 계수는, 상기 기준 선회 각도에 대한 상기 예상 선회 각도의 비인, 작업 기계.
주행체에 선회 가능하게 설치되는 선회체에 장착된 각속도 센서에 의해 방위각 속도를 검출하는 단계;
상기 선회체의 방위를 측정하는 단계;
측정된 상기 선회체의 방위 정보에 기초하여 검출된 방위각 속도를 보정하는 단계; 및
보정된 상기 방위각 속도에 기초하여 상기 선회체를 제어하는 단계;
를 포함하는, 작업 기계의 제어 방법.