KR20220062261A - 쇼벨 - Google Patents

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KR20220062261A
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KR
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bucket
controller
excavation
control
boom
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KR1020227001778A
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English (en)
Inventor
춘난 우
유스케 사노
야스히로 야마모토
요시야스 이츠지
카즈노리 히라누마
Original Assignee
스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

쇼벨(100)은, 하부주행체(1)와, 하부주행체(1)에 선회 가능하게 탑재된 상부선회체(3)와, 상부선회체(3)에 마련된 컨트롤러(30)를 갖는다. 컨트롤러(30)는, 덤프트럭(DT)의 위치를 인식하여 방토동작에 관한 목표궤도(TL)를 생성하도록 구성되어 있다. 목표궤도(TL)는, 전형적으로는, 덤프트럭(DT)의 전후방향을 따라 설정된다. 또, 목표궤도(TL)는, 전형적으로는, 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)의 바닥면을 따라 소정의 높이로 설정된다.

Description

쇼벨
본 개시는, 쇼벨에 관한 것이다.
종래, 반자율적 굴삭제어시스템을 탑재한 유압굴삭기가 알려져 있다(특허문헌 1 참조.). 이 굴삭제어시스템은, 소정의 조건이 충족된 경우에, 붐상승선회동작을 자율적으로 실행하도록 구성되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공표특허공보 2011-514456호
그러나, 상술한 굴삭제어시스템은, 방토(放土)동작에 대해서는, 수동으로 행해지는 것을 전제로 하고 있다. 그 때문에, 상술한 굴삭제어시스템은, 방토동작의 효율을 높일 수 없다.
그래서, 방토동작을 자율적으로 실행할 수 있는 쇼벨을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태에 관한 쇼벨은, 하부주행체와, 상기 하부주행체에 선회 가능하게 탑재된 상부선회체와, 상기 상부선회체에 마련된 제어장치를 갖고, 상기 제어장치는, 덤프트럭의 위치를 인식하여 방토동작에 관한 목표궤도를 생성하도록 구성되어 있다.
상술한 수단에 의하여, 방토동작을 자율적으로 실행할 수 있는 쇼벨이 제공된다.
도 1a는 본 발명의 실시형태에 관한 쇼벨의 측면도이다.
도 1b는 본 발명의 실시형태에 관한 쇼벨의 상면도이다.
도 2는 쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 도이다.
도 3a는 암실린더의 조작에 관한 유압시스템의 일부의 도이다.
도 3b는 선회용 유압모터의 조작에 관한 유압시스템의 일부의 도이다.
도 3c는 붐실린더의 조작에 관한 유압시스템의 일부의 도이다.
도 3d는 버킷실린더의 조작에 관한 유압시스템의 일부의 도이다.
도 4는 컨트롤러의 기능블록도이다.
도 5는 자율제어기능의 블록도이다.
도 6은 자율제어기능의 블록도이다.
도 7a는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 7b는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 7c는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 7d는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 배면도이다.
도 8a는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 8b는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 8c는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 8d는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 8e는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 9a는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 9b는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 9c는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 9d는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 9e는 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭의 짐받이의 측면도이다.
도 10은 자율제어기능의 다른 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 11은 전기식 조작시스템의 구성예를 나타내는 도이다.
도 12는 쇼벨의 관리시스템의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 13은 쇼벨의 "굴삭·적재동작"의 작업흐름을 설명하는 설명도이다.
먼저, 도 1a 및 도 1b를 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관한 굴삭기로서의 쇼벨(100)에 대하여 설명한다. 도 1a는 쇼벨(100)의 측면도이며, 도 1b는 쇼벨(100)의 상면도이다.
본 실시형태에서는, 쇼벨(100)의 하부주행체(1)는 크롤러(1C)를 포함한다. 크롤러(1C)는, 하부주행체(1)에 탑재되어 있는 주행용 유압모터(2M)에 의하여 구동된다. 구체적으로는, 크롤러(1C)는 좌(左)크롤러(1CL) 및 우(右)크롤러(1CR)를 포함한다. 좌크롤러(1CL)는 좌주행용 유압모터(2ML)에 의하여 구동되고, 우크롤러(1CR)는 우주행용 유압모터(2MR)에 의하여 구동된다.
하부주행체(1)에는 선회기구(2)를 개재하여 상부선회체(3)가 선회 가능하게 탑재되어 있다. 선회기구(2)는, 상부선회체(3)에 탑재되어 있는 선회용 유압모터(2A)에 의하여 구동된다. 단, 선회용 유압모터(2A)는, 전동액추에이터로서의 선회용 전동발전기여도 된다.
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 일례인 굴삭어태치먼트(AT)를 구성한다. 붐(4)은 붐실린더(7)로 구동되고, 암(5)은 암실린더(8)로 구동되며, 버킷(6)은 버킷실린더(9)로 구동된다.
붐(4)은, 상부선회체(3)에 대하여 상하로 회동(回動) 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 붐(4)에는 붐각도센서(S1)가 장착되어 있다. 붐각도센서(S1)는, 붐(4)의 회동각도인 붐각도 β1을 검출할 수 있다. 붐각도 β1은, 예를 들면, 붐(4)을 최대로 하강시킨 상태로부터의 상승각도이다. 그 때문에, 붐각도 β1은, 붐(4)을 최대로 상승시켰을 때에 최대가 된다.
암(5)은, 붐(4)에 대하여 회동 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 암(5)에는 암각도센서(S2)가 장착되어 있다. 암각도센서(S2)는, 암(5)의 회동각도인 암각도 β2를 검출할 수 있다. 암각도 β2는, 예를 들면, 암(5)을 최대로 접은 상태로부터의 펼침각도이다. 그 때문에, 암각도 β2는, 암(5)을 최대로 펼쳤을 때에 최대가 된다.
버킷(6)은, 암(5)에 대하여 회동 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 버킷(6)에는 버킷각도센서(S3)가 장착되어 있다. 버킷각도센서(S3)는, 버킷(6)의 회동각도인 버킷각도 β3을 검출할 수 있다. 버킷각도 β3은, 버킷(6)을 최대로 접은 상태로부터의 펼침각도이다. 그 때문에, 버킷각도 β3은, 버킷(6)을 최대로 펼쳤을 때에 최대가 된다.
도 1a 및 도 1b에 나타내는 실시형태에서는, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 및 버킷각도센서(S3)의 각각은, 가속도센서와 자이로센서의 조합으로 구성되어 있다. 단, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 및 버킷각도센서(S3)의 각각은, 가속도센서만으로 구성되어 있어도 된다. 또, 붐각도센서(S1)는, 붐실린더(7)에 장착된 스트로크센서여도 되고, 로터리인코더, 퍼텐쇼미터, 또는 관성계측장치 등이어도 된다. 암각도센서(S2) 및 버킷각도센서(S3)에 대해서도 동일하다.
상부선회체(3)에는, 운전실로서의 캐빈(10)이 마련되고, 또한, 하나 또는 복수의 동력원이 탑재되어 있다. 본 실시형태에서는, 상부선회체(3)에는 동력원으로서의 엔진(11)이 탑재되어 있다. 또, 상부선회체(3)에는, 물체검지장치(70), 촬상장치(80), 기체(機體)경사센서(S4), 및 선회각속도센서(S5) 등이 장착되어 있다. 캐빈(10)의 내부에는, 조작장치(26), 컨트롤러(30), 표시장치(D1), 및 소리출력장치(D2) 등이 마련되어 있다. 다만, 본서에서는, 편의상, 상부선회체(3)에 있어서의, 굴삭어태치먼트(AT)가 장착되어 있는 측을 전측으로 하고, 카운터웨이트가 장착되어 있는 측을 후측으로 한다.
물체검지장치(70)는, 공간인식장치의 일례이며, 쇼벨(100)의 주위에 존재하는 물체를 검지하도록 구성되어 있다. 물체는, 예를 들면, 사람, 동물, 차량, 건설기계, 건조물(建造物), 벽, 울타리, 또는 구멍 등이다. 물체검지장치(70)는, 예를 들면, 초음파센서, 밀리파레이더, 스테레오카메라, LIDAR, 거리화상센서, 또는 적외선센서 등이다. 본 실시형태에서는, 물체검지장치(70)는, 캐빈(10)의 상면 전단(前端)에 장착된 전(前)센서(70F), 상부선회체(3)의 상면 후단에 장착된 후(後)센서(70B), 상부선회체(3)의 상면 좌단에 장착된 좌센서(70L), 및, 상부선회체(3)의 상면 우단에 장착된 우센서(70R)를 포함한다. 각 센서는, LIDAR로 구성되어 있다.
물체검지장치(70)는, 쇼벨(100)의 주위에 설정된 소정 영역 내의 소정 물체를 검지하도록 구성되어 있어도 된다. 즉, 물체검지장치(70)는, 물체의 종류를 식별할 수 있도록 구성되어 있어도 된다. 예를 들면, 물체검지장치(70)는, 사람과 사람 이외의 물체를 구별할 수 있도록 구성되어 있어도 된다. 물체검지장치(70)는, 물체검지장치(70) 또는 쇼벨(100)로부터 인식된 물체까지의 거리를 산출하도록 구성되어도 된다.
그리고, 액추에이터가 동작하기 전에 공간인식장치(물체검지장치(70))에 의하여 쇼벨(100)로부터 소정의 거리의 범위(소정 범위) 내에 사람이 존재한다고 판단된 경우에는, 컨트롤러(30)는, 이미 동작지령을 출력하고 있었다고 해도, 액추에이터를 동작 불가능, 혹은, 미속(微速)상태로 해도 된다. 액추에이터는, 예를 들면, 유압액추에이터 또는 전동액추에이터 등이다. 유압액추에이터는, 예를 들면, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9) 등이다.
구체적으로는, 소정 범위 내에 사람이 존재한다고 판단한 경우, 컨트롤러(30)는, 파일럿회로에 배치된 전환밸브(게이트로크밸브 등)를 로크상태로 함으로써 액추에이터를 동작 불가능하게 할 수 있다. 전기식의 조작레버의 경우에는, 컨트롤러(30)로부터 조작용 제어밸브로의 신호를 무효로 함으로써, 컨트롤러(30)는, 액추에이터를 동작 불가능하게 할 수 있다. 액추에이터를 미속상태로 하는 경우에는, 컨트롤러(30)는, 예를 들면, 컨트롤러(30)로부터 조작용 제어밸브로의 신호를 작게 하면 된다. 이와 같이, 소정 범위 내에 사람이 존재한다고 판단한 경우, 컨트롤러(30)는, 동작지령을 이미 생성하고 있었다고 해도, 액추에이터를 구동시키지 않거나, 혹은, 미속으로 구동시키도록 한다. 또한, 조작자가 조작레버를 조작하고 있을 때에 소정 범위 내에 사람이 존재한다고 판단한 경우에는, 컨트롤러(30)는, 조작자의 조작에 관계없이 액추에이터의 동작을 정지, 혹은, 감속시켜도 된다. 구체적으로는, 소정 범위 내에 사람이 존재한다고 판단한 경우, 컨트롤러(30)는, 파일럿회로에 배치된 전환밸브(게이트로크밸브 등)를 로크상태로 함으로써 액추에이터를 정지시킨다. 조작용 제어밸브를 이용하는 경우에는, 컨트롤러(30)는, 조작용 제어밸브로의 신호를 무효로 함으로써, 혹은, 조작용 제어밸브에 감속지령을 출력함으로써, 액추에이터를 동작 불가능 혹은 미속상태로 할 수 있다. 다만, 조작용 제어밸브는, 컨트롤러(30)로부터의 제어지령에 대응하는 파일럿압을 출력하여, 컨트롤밸브유닛(17) 내에 있어서의 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 그 파일럿압을 작용시키도록 구성되어 있다. 또, 물체검지장치(70)에 의하여 검지된 물체가 덤프트럭인 경우에는, 컨트롤러(30)는, 정지제어를 실행할 필요는 없다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 검지된 덤프트럭을 회피하도록 액추에이터의 움직임을 제어해도 된다. 이와 같이, 컨트롤러(30)는, 검지된 물체의 종류에 근거하여, 액추에이터의 움직임을 적절히 제어할 수 있다.
촬상장치(80)는, 쇼벨(100)의 주위를 촬상하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 촬상장치(80)는, 상부선회체(3)의 상면 후단에 장착된 후카메라(80B), 캐빈(10)의 상면 전단에 장착된 전카메라(80F), 상부선회체(3)의 상면 좌단에 장착된 좌카메라(80L), 및, 상부선회체(3)의 상면 우단에 장착된 우카메라(80R)를 포함한다.
후카메라(80B)는 후센서(70B)에 인접하여 배치되고, 전카메라(80F)는 전센서(70F)에 인접하여 배치되며, 좌카메라(80L)는 좌센서(70L)에 인접하여 배치되고, 또한, 우카메라(80R)는 우센서(70R)에 인접하여 배치되어 있다.
촬상장치(80)가 촬상한 화상은, 표시장치(D1)에 표시된다. 촬상장치(80)는, 부감(俯瞰)화상 등의 시점변환화상을 표시장치(D1)에 표시할 수 있도록 구성되어 있어도 된다. 부감화상은, 예를 들면, 후카메라(80B), 좌카메라(80L), 및 우카메라(80R)의 각각이 출력하는 화상을 합성하여 생성된다.
촬상장치(80)는, 물체검지장치(70)로서 이용되어도 된다. 이 경우, 물체검지장치(70)는 생략되어도 된다.
기체경사센서(S4)는, 소정의 평면에 대한 상부선회체(3)의 경사를 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 기체경사센서(S4)는, 가상수평면에 관한 상부선회체(3)의 전후축둘레의 경사각 및 좌우축둘레의 경사각을 검출하는 가속도센서이다. 상부선회체(3)의 전후축 및 좌우축은, 예를 들면, 서로 직교하여 쇼벨(100)의 선회축 상의 일점인 쇼벨중심점을 통과한다.
선회각속도센서(S5)는, 상부선회체(3)의 선회각속도를 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 선회각속도센서(S5)는, 자이로센서이다. 선회각속도센서(S5)는, 리졸버 또는 로터리인코더 등이어도 된다. 선회각속도센서(S5)는, 선회속도를 검출해도 된다. 선회속도는, 선회각속도로부터 산출되어도 된다.
이하에서는, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 버킷각도센서(S3), 기체경사센서(S4), 및 선회각속도센서(S5)의 각각은, 자세검출장치라고도 칭해진다.
표시장치(D1)는, 정보를 표시하는 장치이다. 소리출력장치(D2)는, 소리를 출력하는 장치이다. 조작장치(26)는, 조작자가 액추에이터의 조작을 위하여 이용하는 장치이다.
컨트롤러(30)는, 쇼벨(100)을 제어하기 위한 제어장치이다. 본 실시형태에서는, 컨트롤러(30)는, CPU, 휘발성 기억장치, 및 불휘발성 기억장치 등을 구비한 컴퓨터로 구성되어 있다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 각 기능에 대응하는 프로그램을 불휘발성 기억장치로부터 읽어내 휘발성 기억장치에 로드하고, 대응하는 처리를 CPU에 실행시킨다. 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.
다음으로, 도 2를 참조하여, 쇼벨(100)에 탑재되는 유압시스템의 구성예에 대하여 설명한다. 도 2는, 쇼벨(100)에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 도이다. 도 2는, 기계적 동력전달라인, 작동유라인, 파일럿라인, 및 전기제어라인을 각각 이중선, 실선, 파선, 및 점선으로 나타내고 있다.
쇼벨(100)의 유압시스템은, 주로, 엔진(11), 레귤레이터(13), 메인펌프(14), 파일럿펌프(15), 컨트롤밸브유닛(17), 조작장치(26), 토출압센서(28), 조작압센서(29), 및 컨트롤러(30) 등을 포함한다.
도 2에 있어서, 유압시스템은, 엔진(11)에 의하여 구동되는 메인펌프(14)로부터, 센터바이패스관로(40) 또는 패럴렐관로(42)를 거쳐 작동유탱크까지 작동유를 순환시키고 있다.
엔진(11)은, 쇼벨(100)의 구동원이다. 본 실시형태에서는, 엔진(11)은, 예를 들면, 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 컨트롤밸브유닛(17)에 공급하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 메인펌프(14)는, 사판식(斜板式) 가변용량형 유압펌프이다.
레귤레이터(13)는, 메인펌프(14)의 토출량(배제용적)을 제어하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 레귤레이터(13)는, 컨트롤러(30)로부터의 제어지령에 따라 메인펌프(14)의 사판경전각(傾轉角)을 조절함으로써 메인펌프(14)의 토출량(배제용적)을 제어한다.
파일럿펌프(15)는, 파일럿라인을 통하여 조작장치(26)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 담당하고 있던 기능은, 메인펌프(14)에 의하여 실현되어도 된다. 즉, 메인펌프(14)는, 컨트롤밸브유닛(17)에 작동유를 공급하는 기능과는 별개로, 스로틀 등에 의하여 작동유의 압력을 저하시킨 후에 조작장치(26) 등에 작동유를 공급하는 기능을 구비하고 있어도 된다.
컨트롤밸브유닛(17)은, 유압시스템에 있어서의 작동유의 흐름을 제어하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 컨트롤밸브유닛(17)은, 제어밸브(171~176)를 포함한다. 제어밸브(175)는 제어밸브(175L) 및 제어밸브(175R)를 포함하고, 제어밸브(176)는 제어밸브(176L) 및 제어밸브(176R)를 포함한다. 컨트롤밸브유닛(17)은, 제어밸브(171~176)를 통과하여, 메인펌프(14)가 토출하는 작동유를 하나 또는 복수의 유압액추에이터에 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), 좌주행용 유압모터(2ML), 우주행용 유압모터(2MR), 및 선회용 유압모터(2A)를 포함한다.
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, 컨트롤밸브유닛(17) 내의 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 공급한다. 파일럿포트의 각각에 공급되는 작동유의 압력(파일럿압)은, 유압액추에이터의 각각에 대응하는 조작장치(26)의 레버 또는 페달(도시하지 않는다.)의 조작방향 및 조작량에 따른 압력이다. 단, 조작장치(26)는, 상술한 바와 같은 유압식 조작장치가 아니라, 전기식 조작장치여도 된다. 이 경우, 컨트롤밸브유닛(17) 내의 제어밸브는, 전자스풀밸브여도 된다.
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, 조작자에 의한 조작장치(26)의 조작의 내용을 검출하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 조작압센서(29)는, 액추에이터의 각각에 대응하는 조작장치(26)의 조작방향 및 조작량을 압력(조작압)의 형태로 검출하고, 검출한 값을 조작데이터로서 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작장치(26)의 조작의 내용은, 조작압센서 이외의 다른 센서를 이용하여 검출되어도 된다.
메인펌프(14)는, 좌메인펌프(14L) 및 우메인펌프(14R)를 포함한다. 좌메인펌프(14L)는, 좌센터바이패스관로(40L) 또는 좌패럴렐관로(42L)를 거쳐 작동유탱크까지 작동유를 순환시키도록 구성되어 있다. 우메인펌프(14R)는, 우센터바이패스관로(40R) 또는 우패럴렐관로(42R)를 거쳐 작동유탱크까지 작동유를 순환시키도록 구성되어 있다.
좌센터바이패스관로(40L)는, 컨트롤밸브유닛(17) 내에 배치된 제어밸브(171, 173, 175L, 및 176L)를 통과하는 작동유라인이다. 우센터바이패스관로(40R)는, 컨트롤밸브유닛(17) 내에 배치된 제어밸브(172, 174, 175R, 및 176R)를 통과하는 작동유라인이다.
제어밸브(171)는, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 좌주행용 유압모터(2ML)로 공급하고, 또한, 좌주행용 유압모터(2ML)가 토출하는 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(172)는, 우메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 우주행용 유압모터(2MR)로 공급하고, 또한, 우주행용 유압모터(2MR)가 토출하는 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(173)는, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 선회용 유압모터(2A)로 공급하고, 또한, 선회용 유압모터(2A)가 토출하는 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(174)는, 우메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 버킷실린더(9)로 공급하고, 또한, 버킷실린더(9) 내의 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(175L)는, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 붐실린더(7)로 공급하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다. 제어밸브(175R)는, 우메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 붐실린더(7)로 공급하고, 또한, 붐실린더(7) 내의 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(176L)는, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)로 공급하고, 또한, 암실린더(8) 내의 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
제어밸브(176R)는, 우메인펌프(14R)가 토출하는 작동유를 암실린더(8)로 공급하고, 또한, 암실린더(8) 내의 작동유를 작동유탱크로 배출하기 위하여 작동유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.
좌패럴렐관로(42L)는, 좌센터바이패스관로(40L)에 병행하는 작동유라인이다. 좌패럴렐관로(42L)는, 제어밸브(171, 173, 또는 175L) 중 어느 하나에 의하여 좌센터바이패스관로(40L)를 통과하는 작동유의 흐름이 제한 혹은 차단된 경우에, 보다 하류의 제어밸브에 작동유를 공급할 수 있다. 우패럴렐관로(42R)는, 우센터바이패스관로(40R)에 병행하는 작동유라인이다. 우패럴렐관로(42R)는, 제어밸브(172, 174, 또는 175R) 중 어느 하나에 의하여 우센터바이패스관로(40R)를 통과하는 작동유의 흐름이 제한 혹은 차단된 경우에, 보다 하류의 제어밸브에 작동유를 공급할 수 있다.
레귤레이터(13)는, 좌레귤레이터(13L) 및 우레귤레이터(13R)를 포함한다. 좌레귤레이터(13L)는, 좌메인펌프(14L)의 토출압에 따라 좌메인펌프(14L)의 사판경전각을 조절함으로써, 좌메인펌프(14L)의 토출량을 제어한다. 구체적으로는, 좌레귤레이터(13L)는, 예를 들면, 좌메인펌프(14L)의 토출압의 증대에 따라 좌메인펌프(14L)의 사판경전각을 조절하여 토출량을 감소시킨다. 우레귤레이터(13R)에 대해서도 동일하다. 이것은, 토출압과 토출량의 곱으로 나타나는 메인펌프(14)의 흡수파워(예를 들면 흡수마력)가 엔진(11)의 출력파워(예를 들면 출력마력)를 초과하지 않도록 하기 위함이다.
조작장치(26)는, 좌조작레버(26L), 우조작레버(26R), 및 주행레버(26D)를 포함한다. 주행레버(26D)는, 좌주행레버(26DL) 및 우주행레버(26DR)를 포함한다.
좌조작레버(26L)는, 선회조작과 암(5)의 조작에 이용된다. 좌조작레버(26L)는, 전후방향으로 조작되면, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 레버조작량에 따른 제어압을 제어밸브(176)의 파일럿포트에 작용시킨다. 또, 좌우방향으로 조작되면, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 레버조작량에 따른 제어압을 제어밸브(173)의 파일럿포트에 작용시킨다.
구체적으로는, 좌조작레버(26L)는, 암접음방향으로 조작된 경우에, 제어밸브(176L)의 우측 파일럿포트에 작동유를 도입시키고, 또한, 제어밸브(176R)의 좌측 파일럿포트에 작동유를 도입시킨다. 또, 좌조작레버(26L)는, 암펼침방향으로 조작된 경우에는, 제어밸브(176L)의 좌측 파일럿포트에 작동유를 도입시키고, 또한, 제어밸브(176R)의 우측 파일럿포트에 작동유를 도입시킨다. 또, 좌조작레버(26L)는, 좌선회방향으로 조작된 경우에, 제어밸브(173)의 좌측 파일럿포트에 작동유를 도입시키고, 우선회방향으로 조작된 경우에, 제어밸브(173)의 우측 파일럿포트에 작동유를 도입시킨다.
우조작레버(26R)는, 붐(4)의 조작과 버킷(6)의 조작에 이용된다. 우조작레버(26R)는, 전후방향으로 조작되면, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 레버조작량에 따른 제어압을 제어밸브(175)의 파일럿포트에 작용시킨다. 또, 좌우방향으로 조작되면, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 레버조작량에 따른 제어압을 제어밸브(174)의 파일럿포트에 작용시킨다.
구체적으로는, 우조작레버(26R)는, 붐하강방향으로 조작된 경우에, 제어밸브(175R)의 우측 파일럿포트에 작동유를 도입시킨다. 또, 우조작레버(26R)는, 붐상승방향으로 조작된 경우에는, 제어밸브(175L)의 우측 파일럿포트에 작동유를 도입시키고, 또한, 제어밸브(175R)의 좌측 파일럿포트에 작동유를 도입시킨다. 또, 우조작레버(26R)는, 버킷접음방향으로 조작된 경우에, 제어밸브(174)의 좌측 파일럿포트에 작동유를 도입시키고, 버킷펼침방향으로 조작된 경우에, 제어밸브(174)의 우측 파일럿포트에 작동유를 도입시킨다.
주행레버(26D)는, 크롤러(1C)의 조작에 이용된다. 구체적으로는, 좌주행레버(26DL)는, 좌크롤러(1CL)의 조작에 이용된다. 좌주행레버(26DL)는, 좌주행페달과 연동하도록 구성되어 있어도 된다. 좌주행레버(26DL)는, 전후방향으로 조작되면, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 레버조작량에 따른 제어압을 제어밸브(171)의 파일럿포트에 작용시킨다. 우주행레버(26DR)는, 우크롤러(1CR)의 조작에 이용된다. 우주행레버(26DR)는, 우주행페달과 연동하도록 구성되어 있어도 된다. 우주행레버(26DR)는, 전후방향으로 조작되면, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 레버조작량에 따른 제어압을 제어밸브(172)의 파일럿포트에 작용시킨다.
토출압센서(28)는, 토출압센서(28L) 및 토출압센서(28R)를 포함한다. 토출압센서(28L)는, 좌메인펌프(14L)의 토출압을 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 토출압센서(28R)에 대해서도 동일하다.
조작압센서(29)는, 조작압센서(29LA, 29LB, 29RA, 29RB, 29DL, 29DR)를 포함한다. 조작압센서(29LA)는, 조작자에 의한 좌조작레버(26L)에 대한 전후방향으로의 조작의 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작의 내용은, 예를 들면, 레버조작방향 및 레버조작량(레버조작각도) 등이다.
동일하게, 조작압센서(29LB)는, 조작자에 의한 좌조작레버(26L)에 대한 좌우방향으로의 조작의 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작압센서(29RA)는, 조작자에 의한 우조작레버(26R)에 대한 전후방향으로의 조작의 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작압센서(29RB)는, 조작자에 의한 우조작레버(26R)에 대한 좌우방향으로의 조작의 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작압센서(29DL)는, 조작자에 의한 좌주행레버(26DL)에 대한 전후방향으로의 조작의 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 조작압센서(29DR)는, 조작자에 의한 우주행레버(26DR)에 대한 전후방향으로의 조작의 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
컨트롤러(30)는, 조작압센서(29)의 출력을 수신하고, 필요에 따라 레귤레이터(13)에 대하여 제어지령을 출력하여, 메인펌프(14)의 토출량을 변화시킨다. 또, 컨트롤러(30)는, 스로틀(18)의 상류에 마련된 제어압센서(19)의 출력을 수신하고, 필요에 따라 레귤레이터(13)에 대하여 제어지령을 출력하여, 메인펌프(14)의 토출량을 변화시킨다. 스로틀(18)은 좌스로틀(18L) 및 우스로틀(18R)을 포함하고, 제어압센서(19)는 좌제어압센서(19L) 및 우제어압센서(19R)를 포함한다.
좌센터바이패스관로(40L)에는, 가장 하류에 있는 제어밸브(176L)와 작동유탱크의 사이에 좌스로틀(18L)이 배치되어 있다. 그 때문에, 좌메인펌프(14L)가 토출한 작동유의 흐름은, 좌스로틀(18L)로 제한된다. 그리고, 좌스로틀(18L)은, 좌레귤레이터(13L)를 제어하기 위한 제어압을 발생시킨다. 좌제어압센서(19L)는, 이 제어압을 검출하기 위한 센서이며, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 컨트롤러(30)는, 이 제어압에 따라 좌메인펌프(14L)의 사판경전각을 조절함으로써, 좌메인펌프(14L)의 토출량을 제어한다. 컨트롤러(30)는, 이 제어압이 클수록 좌메인펌프(14L)의 토출량을 감소시키고, 이 제어압이 작을수록 좌메인펌프(14L)의 토출량을 증대시킨다. 우메인펌프(14R)의 토출량도 동일하게 제어된다.
구체적으로는, 도 2로 나타나는 바와 같이 쇼벨(100)에 있어서의 유압액추에이터가 어느 것도 조작되고 있지 않은 대기상태인 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, 좌메인펌프(14L)가 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 유압액추에이터로 흘러든다. 그리고, 좌메인펌프(14L)가 토출하는 작동유의 흐름은, 좌스로틀(18L)에 이르는 양을 감소 혹은 소실시켜, 좌스로틀(18L)의 상류에서 발생하는 제어압을 저하시킨다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 좌메인펌프(14L)의 토출량을 증대시켜, 조작대상의 유압액추에이터에 충분한 작동유를 유입시키고, 조작대상의 유압액추에이터의 구동을 확실하게 한다. 다만, 컨트롤러(30)는, 우메인펌프(14R)의 토출량도 동일하게 제어한다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여, 도 2의 유압시스템은, 대기상태에 있어서는, 메인펌프(14)에 관한 불필요한 에너지소비를 억제할 수 있다. 불필요한 에너지소비는, 메인펌프(14)가 토출하는 작동유가 센터바이패스관로(40)에서 발생시키는 펌핑로스를 포함한다. 또, 도 2의 유압시스템은, 유압액추에이터를 작동시키는 경우에는, 메인펌프(14)로부터 필요충분한 작동유를 작동대상의 유압액추에이터에 확실히 공급할 수 있다.
다음으로, 도 3a~도 3d를 참조하여, 컨트롤러(30)가 머신컨트롤기능에 의하여 액추에이터를 자동적으로 동작시키기 위한 구성에 대하여 설명한다. 도 3a~도 3d는, 유압시스템의 일부의 도이다. 구체적으로는, 도 3a는, 암실린더(8)의 조작에 관한 유압시스템의 일부의 도이며, 도 3b는, 선회용 유압모터(2A)의 조작에 관한 유압시스템의 일부의 도이다. 또, 도 3c는, 붐실린더(7)의 조작에 관한 유압시스템의 일부의 도이며, 도 3d는, 버킷실린더(9)의 조작에 관한 유압시스템의 일부의 도이다.
도 3a~도 3d에 나타내는 바와 같이, 유압시스템은, 비례밸브(31), 셔틀밸브(32), 및 비례밸브(33)를 포함한다. 비례밸브(31)는, 비례밸브(31AL~31DL 및 31AR~31DR)를 포함하고, 셔틀밸브(32)는, 셔틀밸브(32AL~32DL 및 32AR~32DR)를 포함하며, 비례밸브(33)는, 비례밸브(33AL~33DL 및 33AR~33DR)를 포함한다.
비례밸브(31)는, 머신컨트롤용 제어밸브로서 기능하도록 구성되어 있다. 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 제어지령에 따라 동작한다. 그 때문에, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 조작장치(26)의 조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31) 및 셔틀밸브(32)를 통하여, 컨트롤밸브유닛(17) 내의 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 공급할 수 있다.
셔틀밸브(32)는, 2개의 입구포트와 1개의 출구포트를 갖는다. 2개의 입구포트 중 일방은 조작장치(26)에 접속되고, 타방은 비례밸브(31)에 접속되어 있다. 출구포트는, 컨트롤밸브유닛(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.
비례밸브(33)는, 비례밸브(31)와 동일하게, 머신컨트롤용 제어밸브로서 기능한다. 비례밸브(33)는, 조작장치(26)와 셔틀밸브(32)를 접속하는 관로에 배치되고, 그 관로의 유로면적을 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 비례밸브(33)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 제어지령에 따라 동작한다. 그 때문에, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 조작장치(26)의 조작과는 무관하게, 조작장치(26)가 토출하는 작동유의 압력을 감압한 후, 셔틀밸브(32)를 통하여, 컨트롤밸브유닛(17) 내의 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 공급할 수 있다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 특정의 조작장치(26)에 대한 조작이 행해지고 있지 않은 경우이더라도, 그 특정의 조작장치(26)에 대응하는 유압액추에이터를 동작시킬 수 있다. 또, 컨트롤러(30)는, 특정의 조작장치(26)에 대한 조작이 행해지고 있는 경우이더라도, 그 특정의 조작장치(26)에 대응하는 유압액추에이터의 동작을 강제적으로 정지시킬 수 있다.
예를 들면, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 좌조작레버(26L)는, 암(5)을 조작하기 위하여 이용된다. 구체적으로는, 좌조작레버(26L)는, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 전후방향으로의 조작에 따른 파일럿압을 제어밸브(176)의 파일럿포트에 작용시킨다. 보다 구체적으로는, 좌조작레버(26L)는, 암접음방향(후방향)으로 조작된 경우에, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(176L)의 우측 파일럿포트와 제어밸브(176R)의 좌측 파일럿포트에 작용시킨다. 또, 좌조작레버(26L)는, 암펼침방향(전방향)으로 조작된 경우에는, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(176L)의 좌측 파일럿포트와 제어밸브(176R)의 우측 파일럿포트에 작용시킨다.
좌조작레버(26L)에는 스위치(NS)가 마련되어 있다. 본 실시형태에서는, 스위치(NS)는, 누름버튼스위치이다. 조작자는, 스위치(NS)를 손가락으로 누르면서 좌조작레버(26L)를 손으로 조작할 수 있다. 스위치(NS)는, 우조작레버(26R)에 마련되어 있어도 되고, 캐빈(10) 내의 다른 위치에 마련되어 있어도 된다.
조작압센서(29LA)는, 조작자에 의한 좌조작레버(26L)에 대한 전후방향으로의 조작의 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
비례밸브(31AL)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 전류지령에 따라 동작한다. 그리고, 비례밸브(31AL)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31AL) 및 셔틀밸브(32AL)를 통하여 제어밸브(176L)의 우측 파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 좌측 파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조정한다. 비례밸브(31AR)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 전류지령에 따라 동작한다. 그리고, 비례밸브(31AR)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31AR) 및 셔틀밸브(32AR)를 통하여 제어밸브(176L)의 좌측 파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 우측 파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조정한다. 비례밸브(31AL)는, 제어밸브(176L)를 임의의 밸브위치에서 정지할 수 있도록 파일럿압을 조정 가능하다. 또, 비례밸브(31AR)는, 제어밸브(176R)를 임의의 밸브위치에서 정지할 수 있도록 파일럿압을 조정 가능하다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 암접음조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31AL) 및 셔틀밸브(32AL)를 통하여, 제어밸브(176L)의 우측 파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 좌측 파일럿포트에 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(31AR) 및 셔틀밸브(32AR)를 통하여, 제어밸브(176L)의 좌측 파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 우측 파일럿포트에 공급할 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 암(5)을 자동적으로 펼칠 수 있다.
비례밸브(33AL)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 제어지령(전류지령)에 따라 동작한다. 그리고, 파일럿펌프(15)로부터 좌조작레버(26L), 비례밸브(33AL), 및 셔틀밸브(32AL)를 통하여 제어밸브(176L)의 우측 파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 좌측 파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 감압한다. 비례밸브(33AR)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 제어지령(전류지령)에 따라 동작한다. 그리고, 파일럿펌프(15)로부터 좌조작레버(26L), 비례밸브(33AR), 및 셔틀밸브(32AR)를 통하여 제어밸브(176L)의 좌측 파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 우측 파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 감압한다. 비례밸브(33AL 및 33AR)는, 각각, 제어밸브(176L 및 176R)를 임의의 밸브위치에서 정지할 수 있도록 파일럿압을 조정 가능하다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 암접음조작이 행해지고 있는 경우이더라도, 필요에 따라, 제어밸브(176)의 폐쇄측의 파일럿포트(제어밸브(176L)의 좌측 파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 우측 파일럿포트)에 작용하는 파일럿압을 감압하여, 암(5)의 접음동작을 강제적으로 정지시킬 수 있다. 조작자에 의한 암펼침조작이 행해지고 있을 때에 암(5)의 펼침동작을 강제적으로 정지시키는 경우에 대해서도 동일하다.
혹은, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 암접음조작이 행해지고 있는 경우이더라도, 필요에 따라, 비례밸브(31AR)를 제어하여, 제어밸브(176)의 폐쇄측의 파일럿포트의 반대측에 있는, 제어밸브(176)의 개방측의 파일럿포트(제어밸브(176L)의 우측 파일럿포트 및 제어밸브(176R)의 좌측 파일럿포트)에 작용하는 파일럿압을 증대시켜, 제어밸브(176)를 강제적으로 중립위치로 되돌림으로써, 암(5)의 접음동작을 강제적으로 정지시켜도 된다. 이 경우, 비례밸브(33AL)는 생략되어도 된다. 조작자에 의한 암펼침조작이 행해지고 있는 경우에 암(5)의 펼침동작을 강제적으로 정지시키는 경우에 대해서도 동일하다.
또, 이하의 도 3b~도 3d를 참조하면서의 설명을 생략하지만, 조작자에 의한 선회조작이 행해지고 있는 경우에 상부선회체(3)의 선회동작을 강제적으로 정지시키는 경우, 조작자에 의한 붐상승조작 또는 붐하강조작이 행해지고 있는 경우에 붐(4)의 동작을 강제적으로 정지시키는 경우, 및, 조작자에 의한 버킷접음조작 또는 버킷펼침조작이 행해지고 있는 경우에 버킷(6)의 동작을 강제적으로 정지시키는 경우에 대해서도 동일하다. 또, 조작자에 의한 주행조작이 행해지고 있는 경우에 하부주행체(1)의 주행동작을 강제적으로 정지시키는 경우에 대해서도 동일하다.
또, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 좌조작레버(26L)는, 선회기구(2)를 조작하기 위해서도 이용된다. 구체적으로는, 좌조작레버(26L)는, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 좌우방향으로의 조작에 따른 파일럿압을 제어밸브(173)의 파일럿포트에 작용시킨다. 보다 구체적으로는, 좌조작레버(26L)는, 좌선회방향(좌방향)으로 조작된 경우에, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(173)의 좌측 파일럿포트에 작용시킨다. 또, 좌조작레버(26L)는, 우선회방향(우방향)으로 조작된 경우에는, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(173)의 우측 파일럿포트에 작용시킨다.
조작압센서(29LB)는, 조작자에 의한 좌조작레버(26L)에 대한 좌우방향으로의 조작의 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
비례밸브(31BL)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 전류지령에 따라 동작한다. 그리고, 비례밸브(31BL)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31BL) 및 셔틀밸브(32BL)를 통하여 제어밸브(173)의 좌측 파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조정한다. 비례밸브(31BR)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 전류지령에 따라 동작한다. 그리고, 비례밸브(31BR)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31BR) 및 셔틀밸브(32BR)를 통하여 제어밸브(173)의 우측 파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조정한다. 비례밸브(31BL) 및 비례밸브(31BR)는, 제어밸브(173)를 임의의 밸브위치에서 정지할 수 있도록 파일럿압을 조정 가능하다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 좌선회조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31BL) 및 셔틀밸브(32BL)를 통하여, 제어밸브(173)의 좌측 파일럿포트에 공급할 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 선회기구(2)를 자동적으로 좌선회시킬 수 있다. 또, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 우선회조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31BR) 및 셔틀밸브(32BR)를 통하여, 제어밸브(173)의 우측 파일럿포트에 공급할 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 선회기구(2)를 자동적으로 우선회시킬 수 있다.
또, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 우조작레버(26R)는, 붐(4)을 조작하기 위하여 이용된다. 구체적으로는, 우조작레버(26R)는, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 전후방향으로의 조작에 따른 파일럿압을 제어밸브(175)의 파일럿포트에 작용시킨다. 보다 구체적으로는, 우조작레버(26R)는, 붐상승방향(후방향)으로 조작된 경우에, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(175L)의 우측 파일럿포트와 제어밸브(175R)의 좌측 파일럿포트에 작용시킨다. 또, 우조작레버(26R)는, 붐하강방향(전방향)으로 조작된 경우에는, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(175R)의 우측 파일럿포트에 작용시킨다.
조작압센서(29RA)는, 조작자에 의한 우조작레버(26R)에 대한 전후방향으로의 조작의 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
비례밸브(31CL)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 전류지령에 따라 동작한다. 그리고, 비례밸브(31CL)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31CL) 및 셔틀밸브(32CL)를 통하여 제어밸브(175L)의 우측 파일럿포트 및 제어밸브(175R)의 좌측 파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조정한다. 비례밸브(31CR)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 전류지령에 따라 동작한다. 그리고, 비례밸브(31CR)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31CR) 및 셔틀밸브(32CR)를 통하여 제어밸브(175L)의 좌측 파일럿포트 및 제어밸브(175R)의 우측 파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조정한다. 비례밸브(31CL)는, 제어밸브(175L)를 임의의 밸브위치에서 정지할 수 있도록 파일럿압을 조정 가능하다. 또, 비례밸브(31CR)는, 제어밸브(175R)를 임의의 밸브위치에서 정지할 수 있도록 파일럿압을 조정 가능하다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 붐상승조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31CL) 및 셔틀밸브(32CL)를 통하여, 제어밸브(175L)의 우측 파일럿포트 및 제어밸브(175R)의 좌측 파일럿포트에 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(31CR) 및 셔틀밸브(32CR)를 통하여, 제어밸브(175R)의 우측 파일럿포트에 공급할 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 붐(4)을 자동적으로 하강시킬 수 있다.
또, 도 3d에 나타내는 바와 같이, 우조작레버(26R)는, 버킷(6)을 조작하기 위해서도 이용된다. 구체적으로는, 우조작레버(26R)는, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 이용하여, 좌우방향으로의 조작에 따른 파일럿압을 제어밸브(174)의 파일럿포트에 작용시킨다. 보다 구체적으로는, 우조작레버(26R)는, 버킷접음방향(좌방향)으로 조작된 경우에, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(174)의 좌측 파일럿포트에 작용시킨다. 또, 우조작레버(26R)는, 버킷펼침방향(우방향)으로 조작된 경우에는, 조작량에 따른 파일럿압을 제어밸브(174)의 우측 파일럿포트에 작용시킨다.
조작압센서(29RB)는, 조작자에 의한 우조작레버(26R)에 대한 좌우방향으로의 조작의 내용을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
비례밸브(31DL)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 전류지령에 따라 동작한다. 그리고, 비례밸브(31DL)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31DL) 및 셔틀밸브(32DL)를 통하여 제어밸브(174)의 좌측 파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조정한다. 비례밸브(31DR)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 전류지령에 따라 동작한다. 그리고, 비례밸브(31DR)는, 파일럿펌프(15)로부터 비례밸브(31DR) 및 셔틀밸브(32DR)를 통하여 제어밸브(174)의 우측 파일럿포트에 도입되는 작동유에 의한 파일럿압을 조정한다. 비례밸브(31DL, 31DR)는, 제어밸브(174)를 임의의 밸브위치에서 정지할 수 있도록 파일럿압을 조정 가능하다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 버킷접음조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31DL) 및 셔틀밸브(32DL)를 통하여, 제어밸브(174)의 좌측 파일럿포트에 공급할 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)을 자동적으로 접을 수 있다. 또, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 버킷펼침조작과는 무관하게, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를, 비례밸브(31DR) 및 셔틀밸브(32DR)를 통하여, 제어밸브(174)의 우측 파일럿포트에 공급할 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)을 자동적으로 펼칠 수 있다.
쇼벨(100)은, 하부주행체(1)를 자동적으로 전진·후진시키는 구성을 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 유압시스템에 있어서의, 좌주행용 유압모터(2ML)의 조작에 관한 부분, 및, 우주행용 유압모터(2MR)의 조작에 관한 부분은, 붐실린더(7)의 조작에 관한 부분 등과 동일하게 구성되어도 된다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 컨트롤러(30)의 기능에 대하여 설명한다. 도 4는, 컨트롤러(30)의 기능블록도이다. 도 4의 예에서는, 컨트롤러(30)는, 자세검출장치, 조작장치(26), 물체검지장치(70), 촬상장치(80), 및 스위치(NS) 등이 출력하는 신호를 받고, 다양한 연산을 실행하여, 비례밸브(31), 표시장치(D1), 및 소리출력장치(D2) 등에 제어지령을 출력할 수 있도록 구성되어 있다. 자세검출장치는, 예를 들면, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 버킷각도센서(S3), 기체경사센서(S4), 및 선회각속도센서(S5)를 포함한다. 컨트롤러(30)는, 궤도생성부(30A) 및 자율제어부(30B)를 기능블록으로서 갖는다. 각 기능블록은, 하드웨어로 구성되어 있어도 되고, 소프트웨어로 구성되어 있어도 된다.
궤도생성부(30A)는, 쇼벨(100)을 자율적으로 동작시킬 때에 쇼벨(100)의 소정 부위가 그리는 궤도인 목표궤도를 생성하도록 구성되어 있다. 소정 부위는, 예를 들면, 버킷(6)의 치선(齒先), 또는, 버킷(6)의 배면에 있는 소정 점 등이다. 본 실시형태에서는, 궤도생성부(30A)는, 자율제어부(30B)가 쇼벨(100)을 자율적으로 동작시킬 때에 이용하는 목표궤도를 생성한다. 구체적으로는, 궤도생성부(30A)는, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여 목표궤도를 생성한다.
자율제어부(30B)는, 쇼벨(100)을 자율적으로 동작시키도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 자율제어부(30B)는, 소정의 개시조건이 충족된 경우에, 궤도생성부(30A)가 생성한 목표궤도를 따라 쇼벨(100)의 소정 부위를 이동시키도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 자율제어부(30B)는, 스위치(NS)가 눌려 있는 상태에서 조작장치(26)가 조작되었을 때에, 쇼벨(100)의 소정 부위가 목표궤도를 따라 이동하도록, 쇼벨(100)을 자율적으로 동작시킨다. 예를 들면, 자율제어부(30B)는, 스위치(NS)가 눌려 있는 상태에서 좌조작레버(26L)가 암펼침방향으로 조작되었을 때에, 버킷(6)의 치선이 목표궤도를 따라 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하면서, 컨트롤러(30)가 어태치먼트의 움직임을 자율적으로 제어하는 기능(이하, "자율제어기능"이라고 한다.)의 일례에 대하여 설명한다. 도 5 및 도 6은, 자율제어기능의 블록도이다.
먼저, 컨트롤러(30)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 조작경향에 근거하여 목표이동속도 및 목표이동방향을 결정한다. 조작경향은, 예를 들면, 레버조작량에 근거하여 판정된다. 목표이동속도는, 제어기준점의 이동속도의 목푯값이며, 목표이동방향은, 제어기준점의 이동방향의 목푯값이다. 제어기준점은, 예를 들면, 버킷(6)의 치선, 버킷(6)의 배면에 있는 소정 점, 또는, 버킷핀(암(5)과 버킷(6)의 접속부)에 있는 소정 점 등이다. 제어기준점은, 예를 들면, 붐각도 β1, 암각도 β2, 버킷각도 β3, 및, 선회각도 α1에 근거하여 산출된다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 목표이동속도와, 목표이동방향과, 제어기준점의 3차원 좌표(Xe, Ye, Ze)에 근거하여 단위시간 경과 후의 제어기준점의 3차원 좌표(Xer, Yer, Zer)를 산출한다. 단위시간 경과 후의 제어기준점의 3차원 좌표(Xer, Yer, Zer)는, 예를 들면, 목표궤도 상의 좌표이다. 단위시간은, 예를 들면, 제어주기의 정수(整數) 배에 상당하는 시간이다.
목표궤도는, 예를 들면, 덤프트럭으로의 토사 등의 적재를 실현하는 작업인 적재작업으로 실행되는 방토동작(배토(排土)동작)에 관한 목표궤도여도 된다. 방토동작은, 버킷(6)에 투입되어 있는 토사 등의 피굴삭물을 덤프트럭의 짐받이에 덤프하는(하적하는) 동작을 포함한다. 전형적으로는, 방토동작은, 버킷펼침동작 및 암펼침동작을 포함하는 복합동작이다. 이 경우, 목표궤도는, 예를 들면, 덤프트럭의 형상(예를 들면 덤프트럭의 짐받이의 전후방향의 길이, 및, 짐받이의 방향), 덤프트럭의 짐받이에 이미 적재되어 있는 토사 등의 적재물의 형상, 및, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적 등 중 적어도 하나에 근거하여 산출되어도 된다. 다만, 덤프트럭의 형상, 적재물의 형상, 및, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적은, 예를 들면, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여 도출되어도 된다.
예를 들면, 목표궤도는, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물이 덤프트럭의 짐받이에 덤프되었을 때에, 그 피굴삭물에 의하여 새롭게 형성되는 적재물의 높이가 대략 일정하게 되도록 설정된다. 구체적으로는, 목표궤도는, 폭 Wt, 길이 Lt, 및 높이 Ht를 갖는 대략 직육면체의 적재물이 형성되도록 설정된다.
목표궤도는, 전형적으로는, 방토동작이 개시되기 전에 산출되고, 그 방토동작이 종료될 때까지 변경되는 경우는 없다. 단, 목표궤도는, 방토동작의 실행 중에 변경되어도 된다. 예를 들면, 목표궤도는, 새롭게 형성된 적재물의 높이가 원하는 높이보다 큰 경우, 약간 낮게 조정되어도 된다. 즉, 목표궤도는, 전형적으로는 개(開)루프제어로 제어되지만, 새롭게 형성된 적재물의 높이에 따라 피드백제어되어도 된다. 다만, 새롭게 형성된 적재물의 높이는, 예를 들면, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여 산출된다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 산출한 3차원 좌표(Xer, Yer, Zer)에 근거하여, 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)의 회동에 관한 지령값 β1r, β2r, 및 β3r과, 상부선회체(3)의 선회에 관한 지령값 α1r을 생성한다. 지령값 β1r은, 예를 들면, 제어기준점을 3차원 좌표(Xer, Yer, Zer)에 맞출 수 있었을 때의 붐각도 β1을 나타낸다. 동일하게, 지령값 β2r은, 제어기준점을 3차원 좌표(Xer, Yer, Zer)에 맞출 수 있었을 때의 암각도 β2를 나타내고, 지령값 β3r은, 제어기준점을 3차원 좌표(Xer, Yer, Zer)에 맞출 수 있었을 때의 버킷각도 β3을 나타내며, 지령값 α1r은, 제어기준점을 3차원 좌표(Xer, Yer, Zer)에 맞출 수 있었을 때의 선회각도 α1을 나타낸다.
버킷(6)의 회동에 관한 지령값 β3r은, 방토동작의 실행 중에 변경되어도 된다. 예를 들면, 지령값 β3r은, 새롭게 형성된 적재물의 높이가 원하는 높이보다 큰 경우, 약간 작게 조정되어도 된다. 즉, 지령값 β3r은, 전형적으로는 개루프제어로 제어되지만, 새롭게 형성된 적재물의 높이에 따라 피드백제어되어도 된다.
방토동작에 관한 목표궤도가 산출되는 경우, 전형적으로는, 지령값 α1r의 생성은 생략된다. 방토동작은, 전형적으로는, 선회각도 α1이 고정된 상태에서 행해지기 때문이다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 붐각도 β1, 암각도 β2, 버킷각도 β3, 및 선회각도 α1의 각각이, 생성된 지령값 β1r, β2r, β3r, 및 α1r이 되도록 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 및 선회용 유압모터(2A)를 동작시킨다. 다만, 선회각도 α1은, 예를 들면, 선회각속도센서(S5)의 출력, 및, 사전에 측정되어 입력된 쇼벨(100)의 각 부위의 치수 등에 근거하여 산출된다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 붐각도 β1의 현재값과 지령값 β1r의 차 Δβ1에 대응하는 붐실린더파일럿압지령을 생성한다. 그리고, 붐실린더파일럿압지령에 대응하는 제어전류를 붐제어기구(31C)에 대하여 출력한다. 붐제어기구(31C)는, 붐실린더파일럿압지령에 대응하는 제어전류에 따른 파일럿압을 붐제어밸브로서의 제어밸브(175)에 대하여 작용시킬 수 있도록 구성되어 있다. 붐제어기구(31C)는, 예를 들면, 도 3c에 있어서의 비례밸브(31CL) 및 비례밸브(31CR)여도 된다.
그 후, 붐제어기구(31C)가 생성한 파일럿압을 받은 제어밸브(175)는, 메인펌프(14)가 토출하는 작동유를, 파일럿압에 대응하는 흐름방향 및 유량으로 붐실린더(7)로 유입시킨다.
이때, 컨트롤러(30)는, 붐스풀변위센서(S7)가 검출하는 제어밸브(175)의 스풀변위량에 근거하여 붐스풀제어지령을 생성해도 된다. 붐스풀변위센서(S7)는, 제어밸브(175)를 구성하는 스풀의 변위량을 검출하는 센서이다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 붐스풀제어지령에 대응하는 제어전류를 붐제어기구(31C)에 대하여 출력해도 된다. 이 경우, 붐제어기구(31C)는, 붐스풀제어지령에 대응하는 제어전류에 따른 파일럿압을 제어밸브(175)에 대하여 작용시킨다.
붐실린더(7)는, 제어밸브(175)를 통하여 공급되는 작동유에 의하여 신축(伸縮)한다. 붐각도센서(S1)는, 신축하는 붐실린더(7)에 의하여 움직이는 붐(4)의 붐각도 β1을 검출한다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 붐각도센서(S1)가 검출한 붐각도 β1을, 붐실린더파일럿압지령을 생성할 때에 이용하는 붐각도 β1의 현재값으로서 피드백한다.
상술한 설명은, 지령값 β1r에 근거하는 붐(4)의 동작에 관한 것이지만, 지령값 β2r에 근거하는 암(5)의 동작, 지령값 β3r에 근거하는 버킷(6)의 동작, 및, 지령값 α1r에 근거하는 상부선회체(3)의 선회동작에도 동일하게 적용된다. 다만, 암제어기구(31A)는, 암실린더파일럿압지령에 대응하는 제어전류에 따른 파일럿압을 암제어밸브로서의 제어밸브(176)에 대하여 작용시킬 수 있도록 구성되어 있다. 암제어기구(31A)는, 예를 들면, 도 3a에 있어서의 비례밸브(31AL) 및 비례밸브(31AR)여도 된다. 다만, 버킷제어기구(31D)는, 버킷실린더파일럿압지령에 대응하는 제어전류에 따른 파일럿압을 버킷제어밸브로서의 제어밸브(174)에 대하여 작용시킬 수 있도록 구성되어 있다. 버킷제어기구(31D)는, 예를 들면, 도 3d에 있어서의 비례밸브(31DL) 및 비례밸브(31DR)여도 된다. 또, 선회제어기구(31B)는, 선회용 유압모터파일럿압지령에 대응하는 제어전류에 따른 파일럿압을 선회제어밸브로서의 제어밸브(173)에 대하여 작용시킬 수 있도록 구성되어 있다. 선회제어기구(31B)는, 예를 들면, 도 3b에 있어서의 비례밸브(31BL) 및 비례밸브(31BR)여도 된다. 또, 암스풀변위센서(S8)는, 제어밸브(176)를 구성하는 스풀의 변위량을 검출하는 센서이며, 버킷스풀변위센서(S9)는, 제어밸브(174)를 구성하는 스풀의 변위량을 검출하는 센서이고, 선회스풀변위센서(S6)는, 제어밸브(173)를 구성하는 스풀의 변위량을 검출하는 센서이다.
컨트롤러(30)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 펌프토출량도출부(CP1, CP2, CP3, 및 CP4)를 이용하여, 지령값 β1r, β2r, β3r, 및 α1r로부터 펌프토출량을 도출해도 된다. 본 실시형태에서는, 펌프토출량도출부(CP1, CP2, CP3, 및 CP4)는, 미리 등록된 참조테이블 등을 이용하여 지령값 β1r, β2r, β3r, 및 α1r로부터 펌프토출량을 도출한다. 펌프토출량도출부(CP1, CP2, CP3, 및 CP4)가 도출한 펌프토출량은 합계되고, 합계펌프토출량으로서 펌프유량연산부에 입력된다. 펌프유량연산부는, 입력된 합계펌프토출량에 근거하여 메인펌프(14)의 토출량을 제어한다. 본 실시형태에서는, 펌프유량연산부는, 합계펌프토출량에 따라 메인펌프(14)의 사판경전각을 변경함으로써 메인펌프(14)의 토출량을 제어한다.
이와 같이, 컨트롤러(30)는, 붐제어밸브로서의 제어밸브(175), 암제어밸브로서의 제어밸브(176), 버킷제어밸브로서의 제어밸브(174), 및, 선회제어밸브로서의 제어밸브(173)의 각각의 개구제어와 메인펌프(14)의 토출량의 제어를 동시에 실행할 수 있다. 그 때문에, 컨트롤러(30)는, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 및 선회용 유압모터(2A)의 각각에 적절한 양의 작동유를 공급할 수 있다.
또, 컨트롤러(30)는, 3차원 좌표(Xer, Yer, Zer)의 산출과, 지령값 β1r, β2r, β3r, 및 α1r의 생성과, 메인펌프(14)의 토출량의 결정을 1제어사이클로 하고, 이 제어사이클을 반복함으로써 자율제어를 실행한다. 또, 컨트롤러(30)는, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 버킷각도센서(S3), 및 선회각속도센서(S5)의 각각의 출력에 근거하여 제어기준점을 피드백제어함으로써 자율제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 및 선회용 유압모터(2A)의 각각으로 유입되는 작동유의 유량을 피드백제어함으로써 자율제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 컨트롤러(30)는, 방토동작에 관한 자율제어를 실행할 때에는, 버킷(6)과 덤프트럭이 접촉하지 않도록, 버킷(6)과 덤프트럭의 사이의 거리를 감시하도록 구성되어 있어도 된다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, 자세검출장치 및 물체검지장치(70)의 출력에 근거하여, 버킷(6)의 배면에 있어서의 하나 또는 복수의 소정 점의 각각과 덤프트럭의 프런트패널의 사이의 거리가 소정 값을 하회했다고 판정한 경우, 혹은, 버킷(6)의 치선과 덤프트럭의 짐받이의 바닥면의 사이의 거리가 소정 값을 하회했다고 판정한 경우, 굴삭어태치먼트(AT)의 움직임을 정지시켜도 된다.
다음으로, 도 7a~도 7d를 참조하여, 방토동작에 관한 자율제어의 일례에 대하여 설명한다. 도 7a~도 7c는, 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)의 측면도이며, 도 7d는, 짐받이(BD)의 배면도이다. 구체적으로는, 도 7a는, 방토동작이 행해지기 직전의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 7b는, 1회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 7c는, 2회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 7d는, 2회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 배면도이다.
도 7a~도 7c는, 명료화를 위하여, 덤프트럭(DT)의 프런트패널(FR) 및 리어게이트(RG)를 표시하는 한편, 좌사이드게이트 및 우사이드게이트의 도시를 생략하고 있다. 도 7d는, 명료화를 위하여, 좌사이드게이트(LSG) 및 우사이드게이트(RSG)를 표시하는 한편, 프런트패널(FR) 및 리어게이트(RG)의 도시를 생략하고 있다. 또, 도 7b~도 7d에서는, 덤프트럭(DT)의 전체 이미지의 도시를 생략하고 있다.
구체적으로는, 도 7a는, 토사 등의 피굴삭물이 전혀 적재되어 있지 않은 상태에 있는 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 또, 도 7a는, 수동조작 또는 자율제어에 의하여 짐받이(BD)의 상방에 위치시켜진, 피굴삭물이 투입된 상태의 버킷(6)을 버킷(6a)으로서 나타내고 있다. 또, 버킷(6a)은, 굴삭동작 후에 실행되는 붐상승선회동작이 종료되었을 때의 버킷(6)의 상태를 나타내고 있다. 그리고, 점 Pa는, 붐상승선회동작이 종료되었을 때의 버킷(6)의 치선위치를 나타내고 있다.
그리고, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)가 인식되면, 방토개시점 Ps1과 방토종료점 Pe1이 설정된다. 그 후, 목표궤도(TL)가, 방토개시점 Ps1과 방토종료점 Pe1을 연결하는 가상선분으로서 구해진다. 그리고, 이 목표궤도(TL)의 위치에 대응하도록 버킷(6)의 펼침각도가 산출된다. 이로써, 버킷(6)의 치선이 방토개시점 Ps1에 있을 때에 개시되는 암펼침제어에 대응하여, 버킷(6)의 치선이 목표궤도(TL)를 따르도록 붐상승제어와 버킷펼침제어가 실행된다. 그 후, 암(5)이 짐받이(BD)에 대하여 수직이 된 시점에서, 붐상승제어는 붐하강제어로 전환된다. 즉, 마스터제어로서 소정의 속도로 암펼침제어가 실행되면, 그에 따라 붐제어와 버킷제어가 슬레이브제어로서 실행된다. 이와 같이 하여, 목표궤도(TL)를 따르도록 버킷(6)의 치선의 이동이 제어된다. 마스터제어로서 버킷펼침제어가 실행되어도 된다. 이 경우, 암제어와 붐제어가 슬레이브제어로서 실행된다. 암(5)의 펼침속도 및 버킷(6)의 펼침속도 중 적어도 하나는, 토사특성 및 작업환경마다의 학습데이터 등 중 적어도 하나에 근거하여 변경되어도 된다.
1회째의 방토동작에 관한 목표궤도(TL1)는, 목표궤도(TL)의 일례이며, 짐받이(BD)의 바닥면으로부터 높이 H1의 부분에 있는, 방토개시점 Ps1과 방토종료점 Pe1을 연결하는 가상선분으로서 나타나 있다.
방토개시점 Ps1은, 목표궤도(TL1)의 기점(起點)이다. 방토개시점 Ps1은, 리어게이트(RG)로부터 간격 RS만큼 전방으로 떨어진 위치로 설정되어 있다. 간격 RS의 값은, 예를 들면, 불휘발성 기억장치에 미리 기억되어 있다. 또, 방토개시점 Ps1은, 짐받이(BD)의 폭의 중앙을 통과하도록 설정되어 있다.
방토종료점 Pe1은, 목표궤도(TL1)의 종점이다. 방토종료점 Pe1은, 프런트패널(FR)로부터 간격 FS만큼 후방으로 떨어진 위치로 설정되어 있다. 간격 FS의 값은, 예를 들면, 불휘발성 기억장치에 미리 기억되어 있다. 또, 방토종료점 Pe1은, 짐받이(BD)의 폭의 중앙을 통과하도록 설정되어 있다.
방토개시점 Ps1과 방토종료점 Pe1의 사이의 거리인 목표궤도(TL1)의 길이 L1은, 길이 Lt의 일례이며, 덤프트럭(DT)의 짐받이길이 Lb로부터 간격 RS 및 간격 FS를 뺀 값이다.
높이 H1은, 높이 Ht의 일례이며, 예를 들면, 버킷(6a)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적에 근거하여 산출된다. 구체적으로는, 높이 H1은, 길이 Lt(L1)와 높이 Ht(H1)와 폭 Wt의 곱으로 나타나는 직육면체의 체적이, 버킷(6a)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적과 동일해지도록 산출된다. 폭 Wt는, 버킷(6)의 폭에 상당하는 값이다. 길이 Lt(L1) 및 폭 Wt는, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여 산출된다. 길이 Lt(L1) 및 폭 Wt는, 불휘발성 기억장치에 미리 기억되어 있어도 된다. 버킷(6a)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적은, 예를 들면, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여 산출된다.
컨트롤러(30)는, 이와 같이 하여 산출한 목표궤도(TL1)를 따라 제어기준점으로서의 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다. 또, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL1)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하는 데 맞추어 버킷펼침제어를 실행한다.
버킷펼침제어는, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물에 의하여 새롭게 형성되는 적재물(목표궤도(TL1)를 따라 뻗는 직육면체)의 높이가 높이 H1로 유지되도록, 버킷각도 β3을 변화시키는 제어이다.
컨트롤러(30)는, 전형적으로는, 버킷(6)의 치선이 방토종료점 Pe1에 가까워짐에 따라 버킷각도 β3이 커지도록 버킷펼침제어를 실행한다. 컨트롤러(30)는, 버킷각도 β3을 결정할 때에, 토사의 점도 등의 피굴삭물의 특성을 고려해도 된다. 피굴삭물의 특성은, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여 자동적으로 산출되어도 되고, 불휘발성 기억장치에 미리 기억되어 있어도 된다.
버킷(6b)은, 버킷(6)의 치선이 방토개시점 Ps1에 위치할 때의 버킷(6)의 상태를 나타내고 있다. 이때의 버킷각도 β3은, 각도 θ1이다. 버킷(6c)은, 버킷(6)의 치선이 목표궤도(TL1) 상의 점 P1에 위치할 때의 버킷(6)의 상태를 나타내고 있다. 이때의 버킷각도 β3은, 각도 θ2(>θ1)이다. 버킷(6d)은, 버킷(6)의 치선이 목표궤도(TL1) 상의 점 P2에 위치할 때의 버킷(6)의 상태를 나타내고 있다. 이때의 버킷각도 β3은, 각도 θ3(>θ2)이다. 버킷(6e)은, 버킷(6)의 치선이 방토종료점 Pe1에 위치할 때의 버킷(6)의 상태를 나타내고 있다. 이때의 버킷각도 β3은, 각도 θ4(>θ3)이다. 버킷(6f)은, 방토동작 후에 실행되는 붐하강선회동작이 개시될 때의 버킷(6)의 상태를 나타내고 있다. 또, 점 Pf는, 붐하강선회동작이 개시될 때의 버킷(6)의 치선위치를 나타내고 있다.
도 7a~도 7d에 나타내는 예에서는, 버킷(6)의 치선이 방토종료점 Pe1에 위치할 때의 버킷(6)의 배면(BF)이 프런트패널(FR)과 평행이 되도록, 혹은, 버킷(6)의 배면(BF)이 프런트패널(FR)과 평행이 될 때의 각도 θ4보다 버킷각도 β3이 커지도록, 컨트롤러(30)는, 버킷펼침제어를 실행한다. 버킷(6)과 프런트패널(FR)의 접촉을 보다 확실히 방지하기 위함이다.
도 7b는, 1회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 7b는, 컨트롤러(30)가 목표궤도(TL1)를 따라 버킷(6)의 치선을 이동시키면서 버킷펼침제어를 실행했을 때에 형성된 적재물(LD)의 형상, 즉, 1회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD1)의 형상을 나타내고 있다. 적재물(LD1)은, 길이 L1, 폭 Wt, 높이 H1의 직육면체와 대략 동일한 형상을 갖는다. 도 7b는, 1회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD1)의 형상을 크로스패턴으로 나타내고 있다.
2회째의 방토동작에 관한 목표궤도(TL2)는, 목표궤도(TL)의 일례이며, 적재물(LD1)의 상면으로부터 높이 H2의 부분에 있는, 방토개시점 Ps2와 방토종료점 Pe2를 연결하는 가상선분으로서 나타나 있다.
짐받이(BD)의 바닥면에 대한 적재물(LD1)의 상면의 높이는, 예를 들면, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여 산출된다. 적재물(LD1)의 상면의 높이는, 1회째의 방토동작의 직전에 산출된 높이 H1이어도 된다.
방토개시점 Ps2는, 목표궤도(TL2)의 기점이다. 방토개시점 Ps2는, 리어게이트(RG)로부터 간격 RS만큼 전방으로 떨어진 위치로 설정된다. 목표궤도(TL2)에 관한 간격 RS는, 목표궤도(TL1)에 관한 간격 RS와는 상이한 값이어도 된다.
방토종료점 Pe2는, 목표궤도(TL2)의 종점이다. 방토종료점 Pe2는, 프런트패널(FR)로부터 간격 FS만큼 후방으로 떨어진 위치로 설정된다. 목표궤도(TL2)에 관한 간격 FS는, 목표궤도(TL2)에 관한 간격 FS와는 상이한 값이어도 된다.
방토개시점 Ps2와 방토종료점 Pe2의 사이의 거리인 목표궤도(TL2)의 길이 L2는, 길이 Lt의 일례이며, 덤프트럭(DT)의 짐받이길이 Lb로부터 간격 RS 및 간격 FS를 뺀 값이다.
높이 H2는, 높이 Ht의 일례이며, 예를 들면, 2회째의 방토동작이 행해지기 직전의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적에 근거하여 산출된다. 구체적으로는, 높이 H2는, 길이 Lt(L2)와 높이 Ht(H2)와 폭 Wt의 곱으로 나타나는 직육면체의 체적이, 2회째의 방토동작이 행해지기 직전의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적과 동일해지도록 산출된다.
컨트롤러(30)는, 이와 같이 하여 산출한 목표궤도(TL2)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다. 또, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL2)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하는 데 맞추어 버킷펼침제어를 실행한다.
도 7c 및 도 7d는, 2회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 7c 및 도 7d는, 컨트롤러(30)가 목표궤도(TL2)를 따라 버킷(6)의 치선을 이동시키면서 버킷펼침제어를 실행했을 때에 형성된 적재물(LD), 즉, 1회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD1)과, 2회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD2)의 조합의 형상을 나타내고 있다. 적재물(LD2)은, 길이 L2, 폭 Wt, 높이 H2의 직육면체와 대략 동일한 형상을 갖는다. 도 7c 및 도 7d는, 2회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD2)의 형상을 오른쪽이 내려가는 사선패턴으로 나타내고 있다.
컨트롤러(30)는, 3회째 이후의 방토동작에 관한 목표궤도(TL)도 동일하게 생성한다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 현재의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 중량과 이미 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD)의 중량의 합계중량이 덤프트럭(DT)의 최대적재량 이하이면, 다음의 방토동작에 관한 목표궤도(TL)를 생성한다. 한편, 컨트롤러(30)는, 합계중량이 덤프트럭(DT)의 최대적재량을 상회하는 경우에는, 다음의 방토동작에 관한 목표궤도를 산출하지 않는다. 즉, 컨트롤러(30)는, 다음의 방토동작에 관한 자율제어를 실행하지 않는다. 다음의 방토동작이 행해져 버리면, 최종적인 적재물(LD)의 중량이 덤프트럭(DT)의 최대적재량을 상회해 버리기 때문이다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 표시장치(D1) 및 소리출력장치(D2) 중 적어도 일방을 이용하여, 그 취지를 조작자에게 통지해도 된다. 다만, 덤프트럭(DT)의 최대적재량은, 미리 입력된 값이어도 되고, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여 도출된 값이어도 된다.
또, 컨트롤러(30)는, 점 Pa와 방토개시점 Ps1을 연결하는 가상선분을 목표궤도(TL)의 일부인 어프로치궤도(TLa)로서 생성해도 된다. 점 Pa는, 붐상승선회동작이 종료되었을 때의 버킷(6)의 치선위치를 나타낸다.
또, 컨트롤러(30)는, 방토종료점 Pe1과 점 Pf를 연결하는 가상선분을 목표궤도(TL)의 다른 일부인 퇴피(退避)궤도(TLw)로서 생성해도 된다. 점 Pf는, 붐하강선회동작이 개시될 때의 버킷(6)의 치선위치를 나타낸다.
또, 컨트롤러(30)는, 붐상승선회동작의 종료위치, 및, 방토동작에 관한 목표궤도(TL) 등을 좌사이드게이트(LSG)와 우사이드게이트(RSG)의 사이로 설정하도록 구성되어 있어도 된다. 또, 제어기준점이 버킷(6)의 좌우방향의 중앙에 설정되는 경우, 컨트롤러(30)는, 방토동작에 관한 목표궤도(TL)를, 좌사이드게이트(LSG)와 우사이드게이트(RSG)의 사이의 중간에 설정하도록 구성되어 있어도 된다.
이상의 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 방토동작을 지원할 수 있다. 그 때문에, 쇼벨(100)의 조작자는, 방토동작에 숙련되어 있지 않은 경우이더라도, 숙련조작자와 동일하게 방토동작을 실행할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(30)는, 쇼벨(100)의 작업효율을 높일 수 있다. 또, 컨트롤러(30)는, 예를 들면, 비숙련조작자에 의하여 높은 위치로부터 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)로 피굴삭물이 방토되어 버려, 피굴삭물이 짐받이(BD)로부터 넘쳐 나와 버린다는 상황이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 8a~도 8e를 참조하여, 방토동작에 관한 자율제어의 다른 일례에 대하여 설명한다. 도 8a~도 8e는, 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)의 측면도이다. 구체적으로는, 도 8a는, 방토동작이 행해지기 직전의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 8b는, 1회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 8c는, 2회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 8d는, 3회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 8e는, 4회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 측면도이다.
도 8a~도 8e는, 명료화를 위하여, 덤프트럭(DT)의 프런트패널(FR) 및 리어게이트(RG)를 표시하는 한편, 좌사이드게이트 및 우사이드게이트의 도시를 생략하고 있다. 또, 도 8a~도 8e는, 도 7b 및 도 7c와 동일하게, 덤프트럭(DT)의 전체 이미지의 도시를 생략하고 있다.
도 8a는, 토사 등의 피굴삭물이 전혀 적재되어 있지 않은 상태에 있는 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)를 나타내고 있다. 도 8a에 나타내는 1회째의 방토동작에 관한 목표궤도(TL1)는, 목표궤도(TL)의 일례이며, 짐받이(BD)의 바닥면으로부터 높이 H1의 부분에 있는, 방토개시점 Ps1과 방토종료점 Pe1을 연결하는 가상선분으로서 나타나 있다.
높이 H1은, 높이 Ht의 일례이며, 예를 들면, 1회째의 방토동작이 행해지기 직전의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적에 근거하여 산출된다. 구체적으로는, 높이 H1은, 길이 Lt(L1)와 높이 Ht(H1)와 폭 Wt의 곱으로 나타나는 직육면체의 체적이, 1회째의 방토동작이 행해지기 직전의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적과 동일해지도록 산출된다. 폭 Wt는, 버킷(6)의 폭에 상당하는 값이며, 예를 들면, 불휘발성 기억장치에 미리 기억되어 있다.
컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL1)를 따라 제어기준점으로서의 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다. 또, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL1)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하는 데 맞추어 버킷펼침제어를 실행한다.
도 8b는, 1회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 8b는, 1회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD1)의 형상을 크로스패턴으로 나타내고 있다.
2회째의 방토동작에 관한 목표궤도(TL2)는, 목표궤도(TL)의 일례이며, 적재물(LD1)의 상면으로부터 높이 H2의 부분에 있는, 방토개시점 Ps2와 방토종료점 Pe2를 연결하는 가상선분으로서 나타나 있다.
높이 H2는, 높이 Ht의 일례이며, 예를 들면, 2회째의 방토동작이 행해지기 직전의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적에 근거하여 산출된다. 구체적으로는, 높이 H2는, 길이 Lt(L2)와 높이 Ht(H2)와 폭 Wt의 곱으로 나타나는 직육면체의 체적이, 2회째의 방토동작이 행해지기 직전의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적과 동일해지도록 산출된다.
컨트롤러(30)는, 이와 같이 하여 산출한 목표궤도(TL2)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다. 또, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL2)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하는 데 맞추어 버킷펼침제어를 실행한다.
도 8c는, 2회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 8c는, 2회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD2)의 형상을 오른쪽이 내려가는 사선패턴으로 나타내고 있다.
3회째의 방토동작에 관한 목표궤도(TL3)는, 목표궤도(TL)의 일례이며, 적재물(LD2)의 상면으로부터 높이 H3의 부분에 있는, 방토개시점 Ps3과 방토종료점 Pe3을 연결하는 가상선분으로서 나타나 있다.
높이 H3은, 높이 Ht의 일례이며, 예를 들면, 3회째의 방토동작이 행해지기 직전의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적에 근거하여 산출된다. 구체적으로는, 높이 H3은, 길이 Lt(L3)와 높이 Ht(H3)와 폭 Wt의 곱으로 나타나는 직육면체의 체적과, 공간 SP1의 체적의 합계가, 3회째의 방토동작이 행해지기 직전의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적과 동일해지도록 산출된다.
공간 SP1은, 이미 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD)과 리어게이트(RG)의 사이에 있는, 피굴삭물을 수용 가능한 공간이다. 공간 SP1의 체적은, 예를 들면, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여 도출된다. 공간 SP1의 체적은, 불휘발성 기억장치에 미리 기억되어 있는 값이어도 된다.
컨트롤러(30)는, 이와 같이 하여 산출한 목표궤도(TL3)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다. 또, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL3)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하는 데 맞추어 버킷펼침제어를 실행한다.
또, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)의 치선이 방토개시점 Ps3에 도달했을 때에, 목표궤도(TL3)를 따라 버킷(6)의 치선을 이동시키기 전에, 버킷요동(搖動)제어를 실행한다.
버킷요동제어는, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 일부를 공간 SP1에 떨어뜨려 공간 SP1을 피굴삭물로 메우는 제어이다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)을 일 또는 복수 회에 걸쳐 약간 펼치기·접기(開閉)시킴으로써, 즉, 버킷실린더(9)를 일 또는 복수 회에 걸쳐 약간 신축시킴으로써, 버킷(6)에 의하여 들어 올려져 있는 피굴삭물의 일부를 버킷(6)의 외부로 분출시킨다.
컨트롤러(30)는, 붐(4), 암(5), 및 버킷(6) 중 적어도 하나를 일 또는 복수 회에 걸쳐 움직이게 하여 버킷(6)을 요동시킴으로써, 버킷(6)에 의하여 들어 올려져 있는 피굴삭물의 일부를 버킷(6)의 외부로 분출시켜도 된다.
본 실시형태에서는, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)에 들어 올려져 있던 피굴삭물의 일부에 의하여 공간 SP1이 메워졌는지 아닌지에 관계없이, 미리 정해진 횟수만 버킷(6)을 요동시킨 시점에서, 목표궤도(TL3)를 따른 버킷(6)의 치선의 이동을 개시시킨다. 단, 컨트롤러(30)는, 피굴삭물의 일부에 의하여 공간 SP1이 메워진 것을 확인할 때까지, 버킷(6)의 요동을 계속시켜도 된다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여, 피굴삭물의 일부에 의하여 공간 SP1이 메워졌는지 아닌지를 판정해도 된다.
도 8d는, 3회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 8d는, 3회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD3)의 형상을 도트패턴으로 나타내고 있다.
4회째의 방토동작에 관한 목표궤도(TL4)는, 목표궤도(TL)의 일례이며, 적재물(LD3)의 상면으로부터 약간 낮은 높이 H4의 부분에 있는, 방토개시점 Ps4와 방토종료점 Pe4를 연결하는 가상선분으로서 나타나 있다. 다만, 높이 H4는, 짐받이(BD)의 바닥면으로부터의 높이이다.
높이 H4는, 높이 Ht의 일례이며, 예를 들면, 적재물(LD3)의 상면의 높이에 근거하여 산출된다. 다만, 4회째의 방토동작은, 이미 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD)의 상면을 버킷(6)의 배면으로 평탄화하고, 또한, 적재물(LD)의 상부에 있는 피굴삭물의 일부를 버킷(6)의 배면에서 누름으로써 그 피굴삭물의 일부를 공간 SP2에 떨어뜨려 공간 SP2를 메우기 위하여 행해진다. 그 때문에, 4회째의 방토동작은, 버킷(6)이 빈 상태, 즉, 버킷(6)에 피굴삭물이 투입되어 있지 않은 상태에서 행해진다.
공간 SP2는, 이미 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD)과 프런트패널(FR)의 사이에 있는, 피굴삭물을 수용 가능한 공간이다.
구체적으로는, 높이 H4는, 적재물(LD3)의 상면으로부터 소정 거리만큼 낮은 높이로 설정된다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL4)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다.
도 8e는, 4회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 8e는, 4회째의 방토동작에 의하여 상면이 평탄화되고, 또한, 공간 SP2가 피굴삭물로 메워진 상태의 적재물(LD)의 형상을 나타내고 있다. 다만, 평탄화 동작에서는, 제어기준점은, 버킷(6)의 치선으로부터 버킷(6)의 배면에 있는 소정 점으로 전환되어도 된다.
이상의 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 방토동작을 지원할 수 있다. 그 때문에, 쇼벨(100)의 조작자는, 방토동작에 숙련되어 있지 않은 경우이더라도, 숙련조작자와 동일하게 방토동작을 실행할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(30)는, 쇼벨(100)의 작업효율을 높일 수 있다.
다음으로, 도 9a~도 9e를 참조하여, 방토동작에 관한 자율제어의 또 다른 일례에 대하여 설명한다. 도 9a~도 9e는, 방토동작이 행해질 때의 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)의 측면도이다. 구체적으로는, 도 9a는, 방토동작이 행해지기 직전의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 9b는, 1회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 9c는, 2회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 9d는, 3회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 측면도이다. 도 9e는, 4회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 측면도이다.
도 9a~도 9e는, 명료화를 위하여, 덤프트럭(DT)의 프런트패널(FR) 및 리어게이트(RG)를 표시하는 한편, 좌사이드게이트 및 우사이드게이트의 도시를 생략하고 있다. 또, 도 9a~도 9e는, 도 7b, 도 7c, 및 도 8a~도 8e와 동일하게, 덤프트럭(DT)의 전체 이미지의 도시를 생략하고 있다.
도 9a는, 토사 등의 피굴삭물이 전혀 적재되어 있지 않은 상태에 있는 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)를 나타내고 있다. 도 9a에 나타내는 1회째의 방토동작에 관한 목표궤도(TL1)는, 목표궤도(TL)의 일례이며, 짐받이(BD)의 바닥면으로부터 높이 H1의 부분에 있는, 방토개시점 Ps1과 방토종료점 Pe1을 연결하는 가상선분으로서 나타나 있다.
높이 H1은, 높이 Ht의 일례이며, 예를 들면, 1회째의 방토동작이 행해지기 직전의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적에 근거하여 산출된다. 구체적으로는, 높이 H1은, 길이 Lt(L1)와 높이 Ht(H1)와 폭 Wt의 곱으로 나타나는 직육면체의 체적이, 1회째의 방토동작이 행해지기 직전의 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적과 동일해지도록 산출된다. 폭 Wt는, 버킷(6)의 폭에 상당하는 값이며, 예를 들면, 불휘발성 기억장치에 미리 기억되어 있다.
컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL1)를 따라 제어기준점으로서의 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다. 또, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL1)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하는 데 맞추어 버킷펼침제어를 실행한다.
도 9b는, 1회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 9b는, 1회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD1)의 형상을 크로스패턴으로 나타내고 있다.
2회째의 방토동작에 관한 목표궤도(TL2)는, 목표궤도(TL)의 일례이며, 적재물(LD1)의 상면으로부터 약간 낮은 높이 H2의 부분에 있는, 방토개시점 Ps2와 방토종료점 Pe2를 연결하는 가상선분으로서 나타나 있다. 다만, 높이 H2는, 짐받이(BD)의 바닥면으로부터의 높이이다.
높이 H2는, 높이 Ht의 일례이며, 예를 들면, 적재물(LD1)의 상면의 높이에 근거하여 산출된다. 다만, 2회째의 방토동작은, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물을 짐받이(BD)에 적재함과 함께, 이미 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD1)의 상면을 버킷(6)의 배면으로 평탄화하고, 또한, 적재물(LD)의 상부에 있는 피굴삭물의 일부를 버킷(6)의 배면에서 누름으로써 그 피굴삭물의 일부를 공간 SP3에 떨어뜨려 공간 SP3을 메우기 위하여 행해진다.
공간 SP3은, 이미 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD1)과 프런트패널(FR)의 사이에 있는, 피굴삭물을 수용 가능한 공간이다.
구체적으로는, 높이 H2는, 적재물(LD1)의 상면으로부터 소정 거리만큼 낮은 높이로 설정된다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL2)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다. 즉, 컨트롤러(30)는, 전회(前回)의 방토동작인 1회째의 방토동작으로 형성된 적재물(LD1)의 상부를 무너뜨리면서, 이번의 방토동작인 2회째의 방토동작에 의하여 새롭게 적재되는 피굴삭물로 새로운 적재물(LD2)의 층을 형성한다. 또, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL2)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하는 데 맞추어 버킷펼침제어를 실행한다. 버킷펼침제어에서는, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물에 의하여 새롭게 형성되는 적재물의 높이가 원하는 높이가 되도록, 버킷각도 β3을 변화시킨다. 원하는 높이는, 전형적으로는, 목표궤도(TL2)의 길이와, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 체적에 근거하여 결정된다.
도 9c는, 2회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 9c는, 2회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD2)의 형상을 오른쪽이 내려가는 사선패턴으로 나타내고 있다.
3회째의 방토동작에 관한 목표궤도(TL3)는, 목표궤도(TL)의 일례이며, 적재물(LD2)의 상면으로부터 약간 낮은 높이 H3의 부분에 있는, 방토개시점 Ps3과 방토종료점 Pe3을 연결하는 가상선분으로서 나타나 있다. 다만, 높이 H3은, 짐받이(BD)의 바닥면으로부터의 높이이다.
높이 H3은, 높이 Ht의 일례이며, 예를 들면, 적재물(LD2)의 상면의 높이에 근거하여 산출된다. 다만, 3회째의 방토동작은, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물을 짐받이(BD)에 적재함과 함께, 이미 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD2)의 상면을 버킷(6)의 배면으로 평탄화하고, 또한, 적재물(LD2)의 상부에 있는 피굴삭물의 일부를 버킷(6)의 배면에서 누름으로써 그 피굴삭물의 일부를 공간 SP4에 떨어뜨려 공간 SP4를 메우기 위하여 행해진다.
공간 SP4는, 이미 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD)과 프런트패널(FR)의 사이에 있는, 피굴삭물을 수용 가능한 공간이다.
구체적으로는, 높이 H3은, 적재물(LD2)의 상면으로부터 소정 거리만큼 낮은 높이로 설정된다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL3)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다.
컨트롤러(30)는, 이와 같이 하여 산출한 목표궤도(TL3)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다. 또, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL3)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하는 데 맞추어 버킷펼침제어를 실행한다.
또, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)의 치선이 방토개시점 Ps3에 도달했을 때에, 목표궤도(TL3)를 따라 버킷(6)의 치선을 이동시키기 전에, 버킷요동제어를 실행한다.
버킷요동제어는, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물의 일부를 공간 SP5에 떨어뜨려 공간 SP5를 피굴삭물로 메우는 제어이다.
공간 SP5는, 이미 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD)과 리어게이트(RG)의 사이에 있는, 피굴삭물을 수용 가능한 공간이다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)을 일 또는 복수 회에 걸쳐 약간 펼치기·접기시킴으로써, 즉, 버킷실린더(9)를 일 또는 복수 회에 걸쳐 약간 신축시킴으로써, 버킷(6)에 의하여 들어 올려져 있는 피굴삭물의 일부를 버킷(6)의 외부로 분출시킨다.
컨트롤러(30)는, 붐(4), 암(5), 및 버킷(6) 중 적어도 하나를 일 또는 복수 회에 걸쳐 움직이게 하여 버킷(6)을 요동시킴으로써, 버킷(6)에 의하여 들어 올려져 있는 피굴삭물의 일부를 버킷(6)의 외부로 분출시켜도 된다.
본 실시형태에서는, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)에 투입되어 있던 피굴삭물의 일부에 의하여 공간 SP5가 메워졌는지 아닌지에 관계없이, 미리 정해진 횟수만 버킷(6)을 요동시킨 시점에서, 목표궤도(TL3)를 따른 버킷(6)의 치선의 이동을 개시시킨다. 단, 컨트롤러(30)는, 피굴삭물의 일부에 의하여 공간 SP5가 메워진 것을 확인할 때까지, 버킷(6)의 요동을 계속시켜도 된다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 물체검지장치(70) 및 촬상장치(80) 중 적어도 일방의 출력에 근거하여, 피굴삭물의 일부에 의하여 공간 SP1이 메워졌는지 아닌지를 판정해도 된다.
도 9d는, 3회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 9d는, 3회째의 방토동작에 의하여 형성된 적재물(LD3)의 형상을 도트패턴으로 나타내고 있다.
4회째의 방토동작에 관한 목표궤도(TL4)는, 목표궤도(TL)의 일례이며, 적재물(LD3)의 상면으로부터 약간 낮은 높이 H4의 부분에 있는, 방토개시점 Ps4와 방토종료점 Pe4를 연결하는 가상선분으로서 나타나 있다. 다만, 높이 H4는, 짐받이(BD)의 바닥면으로부터의 높이이다.
높이 H4는, 높이 Ht의 일례이며, 예를 들면, 적재물(LD3)의 상면의 높이에 근거하여 산출된다. 다만, 4회째의 방토동작은, 이미 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD3)의 상면을 버킷(6)의 배면으로 평탄화하고, 또한, 적재물(LD3)의 상부에 있는 피굴삭물의 일부를 버킷(6)의 배면에서 누름으로써 그 피굴삭물의 일부를 공간 SP6에 떨어뜨려 공간 SP6을 메우기 위하여 행해진다. 그 때문에, 4회째의 방토동작은, 버킷(6)이 빈 상태, 즉, 버킷(6)에 피굴삭물이 투입되어 있지 않은 상태에서 행해진다.
공간 SP6은, 이미 짐받이(BD)에 적재되어 있는 적재물(LD)과 프런트패널(FR)의 사이에 있는, 피굴삭물을 수용 가능한 공간이다.
구체적으로는, 높이 H4는, 적재물(LD3)의 상면으로부터 소정 거리만큼 낮은 높이로 설정된다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 목표궤도(TL4)를 따라 버킷(6)의 치선이 이동하도록, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 동작시킨다.
도 9e는, 4회째의 방토동작이 행해진 직후의 짐받이(BD)의 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 9e는, 4회째의 방토동작에 의하여 상면이 평탄화되고, 또한, 공간 SP6이 피굴삭물로 메워진 상태의 적재물(LD)의 형상을 나타내고 있다. 다만, 평탄화 동작에서는, 제어기준점은, 버킷(6)의 치선으로부터 버킷(6)의 배면에 있는 소정 점으로 전환되어도 된다.
이상의 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 방토동작을 지원할 수 있다. 그 때문에, 쇼벨(100)의 조작자는, 방토동작에 숙련되어 있지 않은 경우이더라도, 숙련조작자와 동일하게 방토동작을 실행할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(30)는, 쇼벨(100)의 작업효율을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관한 쇼벨(100)은, 하부주행체(1)와, 하부주행체(1)에 선회 가능하게 탑재된 상부선회체(3)와, 상부선회체(3)에 마련된 제어장치로서의 컨트롤러(30)를 갖는다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 덤프트럭(DT)의 위치를 인식하여 방토동작에 관한 목표궤도(TL)를 생성하도록 구성되어 있다. 이 구성에 의하여, 쇼벨(100)은, 방토동작을 자율적으로 실행할 수 있다.
목표궤도(TL)는, 바람직하게는, 덤프트럭(DT)의 전후방향을 따라 설정된다. 또, 목표궤도(TL)는, 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)의 바닥면을 따라 소정의 높이로 설정된다. 이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)에 투입된 피굴삭물을 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)에 효율적으로 덤프할 수 있다.
컨트롤러(30)는, 바람직하게는, 목표궤도(TL) 상의 각 점에 대응하여 버킷각도 β3을 설정하도록 구성되어 있다. 이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)에 적재된 적재물(LD)의 높이를 균일하게 할 수 있다.
컨트롤러(30)는, 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)에 적재된 적재물(LD)의 형상에 근거하여 버킷각도 β3을 제어하도록 구성되어 있어도 된다. 이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)에 적재된 적재물(LD)의 높이를 더 균일하게 할 수 있다.
컨트롤러(30)는, 바람직하게는, 버킷(6)의 배면과 덤프트럭(DT)과의 거리를 검출하도록 구성되어 있다. 이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 방토동작에 관한 자율제어를 실행하고 있을 때에, 버킷(6)과 덤프트럭(DT)이 접촉해 버리는 것을 방지할 수 있다.
여기에서, 쇼벨(100)의 "굴삭·적재동작"의 작업의 흐름에 대하여 도 13을 이용하여 설명한다. 도 13은, 쇼벨(100)의 "굴삭·적재동작"의 작업흐름을 설명하는 설명도이다.
도 13의 (A)~도 13의 (D)는, 굴삭동작이 행해지고 있는 상태를 나타낸다. 다만, 굴삭동작이 행해지는 구간은, 굴삭동작구간이라고 칭해진다. 또, 굴삭동작은, 도 13의 (A) 및 도 13의 (B)의 전반(前半)굴삭동작과, 도 13의 (C) 및 도 13의 (D)의 후반(後半)굴삭동작으로 나뉜다.
도 13의 (A)에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)의 선단이 굴삭대상(이 예에서는 토사)에 관하여 원하는 높이위치가 되도록 버킷(6)의 선단을 위치결정하고, 도 13의 (A)에 나타내는 바와 같이 암(5)이 펼쳐진 상태로부터 도 13의 (B)에 나타내는 바와 같이 암(5)이 지면에 대하여 대략 수직이 될 때까지 암(5)을 접는다. 이 동작에 의하여, 어느 정도의 깊이의 토사가 굴삭되고, 암(5)이 지표면에 대략 수직이 될 때까지, 토사가 긁어모아진다. 이상의 동작은 전반굴삭동작이라고 칭해지고, 이 동작구간은 전반굴삭동작구간이라고 칭해진다.
그 후, 도 13의 (C)에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(30)는, 암(5)을 더 접어 토사를 버킷(6)에 의하여 더 긁어모은다. 그리고, 도 13의 (D)에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)을 상측 가장자리가 대략 수평이 될 때까지 접어, 긁어모은 토사를 버킷(6) 내에 수납한다. 또, 컨트롤러(30)는, 붐(4)을 상승시켜 버킷(6)을 도 13의 (D)에 나타내는 위치까지 올린다. 이상의 동작은 후반굴삭동작이라고 칭해지고, 이 동작구간은 후반굴삭동작구간이라고 칭해진다. 도 13의 (C)의 동작은, 암(5)과 버킷(6)의 복합동작이어도 된다.
다음으로, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)의 상측 가장자리를 대략 수평하게 한 상태에서, 도 13의 (E)에 나타내는 바와 같이 버킷(6)의 바닥부가 지면으로부터 원하는 높이가 될 때까지 붐(4)을 상승시킨다. 원하는 높이는, 예를 들면, 덤프트럭(DT)의 리어게이트(RG)의 높이 이상의 높이이다. 컨트롤러(30)는, 이 동작에 계속해서 혹은 동시에, 상부선회체(3)를 화살표로 나타내는 바와 같이 선회시켜, 배토하는 위치까지 버킷(6)을 이동시킨다.
그 후, 컨트롤러(30)는, 붐상승선회동작을 완료시키면, 다음으로, 도 13의 (F)에 나타내는 바와 같이 암(5) 및 버킷(6)을 펼쳐, 버킷(6) 내의 흙을 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)에 배출한다. 이 방토동작(덤프동작)에서는, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)만을 펼쳐 배토해도 된다.
컨트롤러(30)는, 덤프동작을 완료시키면, 다음으로, 도 13의 (G)에 나타내는 바와 같이, 상부선회체(3)를 화살표로 나타내는 바와 같이 선회시켜, 버킷(6)을 굴삭위치의 바로 위로 이동시킨다. 이때, 컨트롤러(30)는, 선회와 동시에 붐(4)을 하강시켜 버킷(6)을 굴삭대상으로부터 원하는 높이의 부분까지 하강시킨다. 그 후, 컨트롤러(30)는, 도 13의 (A)에 나타내는 바와 같이 버킷(6)을 원하는 높이까지 하강시켜, 다시 굴삭동작을 행한다.
목표궤도(TL)는, 굴삭동작구간, 붐상승선회동작구간, 덤프동작구간, 붐하강선회동작구간의 각각의 구간마다, 작업의 진척에 따라 설정되어도 된다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, 굴삭동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)와 덤프동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)를 설정하고, 덤프동작구간의 개시점과 굴삭동작구간의 종료점을 접속하도록, 붐상승선회동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)를 산출하며, 또한, 굴삭동작구간의 개시점과 덤프동작구간의 종료점을 접속하도록, 붐하강선회동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)를 산출해도 된다.
덤프동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 상술한 바와 같이 인식된 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)의 위치에 근거하여 방토개시점 Ps1과 방토종료점 Pe1의 사이로 설정된다. 그리고, 덤프동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 상술한 바와 같이 덤프동작이 행해질 때마다 갱신된다.
굴삭동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 굴삭개시위치와 굴삭종료위치의 사이로 설정된다. 굴삭동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 굴삭동작이 행해질 때마다, 토사형상(지형형상, 성토형상, 또는 임시보관의 토사산의 형상 등)에 근거하여 설정된다. 컨트롤러(30)는, 버킷선단의 궤적에 근거하여 토사형상을 산출해도 되고, 물체검지장치(70) 또는 촬상장치(80) 등의 토사의 표면형상을 검출 가능한 장치의 검출값에 근거하여 토사형상을 산출해도 된다. 이와 같이 하여, 굴삭동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 굴삭동작이 행해질 때마다, 토사형상의 갱신에 따라 갱신된다. 또한, 컨트롤러(30)는, 마무리굴삭 시에 이용되는 설계면을 굴삭동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)로서 설정해도 된다. 토사형상을 취득하기 위하여 이용되는 물체검지장치(70) 또는 촬상장치(80) 등은, 쇼벨(100)로부터 독립하여 설치되어 있어도 된다. 구체적으로는, 물체검지장치(70) 또는 촬상장치(80) 등은, 공촬(空撮)용 멀티콥터 또는 작업현장에 설치된 철탑 등에 장착되어 있어도 된다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 작업현장을 위에서 보았을 때의 모습을 나타내는 화상에 근거하여 작업현장의 토사형상에 관한 정보를 취득해도 된다. 또, 굴삭동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 버킷(6)의 형상, 토사특성 등을 고려하여 산출되어도 된다. 또, 굴삭동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 굴삭 전의 토사형상과 목표시공면(설계면)에 근거하는 강화학습(기계학습)을 이용하여 산출되어도 된다. 강화학습이 이용되는 경우에는, 연료소비량 또는 작업시간 등이 보수로서 설정되어도 된다.
붐하강선회동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 방토종료점 Pe1, 혹은, 덤프트럭(DT)의 짐받이(BD)의 상방에 설정된 붐하강선회개시위치(예를 들면 도 7a의 점 Pf)와 굴삭개시위치의 사이로 설정된다. 여기에서, 붐하강선회동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 방토종료점 Pe1과 굴삭개시위치의 사이로 설정되는 경우에는, 퇴피궤도(TLw)를 포함하고 있어도 된다.
붐상승선회동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 방토개시점 Ps1, 혹은, 짐받이(BD)의 상방에 설정된 붐상승선회종료위치(예를 들면 도 7a의 점 Pa)와 굴삭종료위치의 사이로 설정된다. 여기에서, 붐상승선회동작구간에 있어서의 목표궤도(TL)는, 굴삭종료위치와 방토개시점 Ps1의 사이로 설정되는 경우에는, 어프로치궤도(TLa)를 포함하고 있어도 된다.
이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, "전반굴삭동작", "후반굴삭동작", "붐상승선회동작", "덤프동작", 및 "붐하강선회동작"으로 구성되는 사이클을 반복하면서, "굴삭·적재동작"을 진행시켜 간다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세하게 설명했다. 그러나, 본 발명은, 상술한 실시형태에 제한되는 것은 아니다. 상술한 실시형태는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 다양한 변형 또는 치환 등이 적용될 수 있다. 또, 별개로 설명된 특징은, 기술적인 모순이 발생하지 않는 한, 조합이 가능하다.
예를 들면, 쇼벨(100)은, 이하에 나타내는 바와 같은 자율제어기능을 실행하여 방토동작 등의 복합조작을 자율적으로 실행해도 된다. 도 10은, 자율제어기능의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 10의 예에서는, 컨트롤러(30)는, 자율제어의 실행에 관한 기능블록(FA~FP 및 F1~F6)을 갖는다. 기능블록은, 소프트웨어로 구성되어 있어도 되고, 하드웨어로 구성되어 있어도 되며, 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구성되어 있어도 된다.
기능블록(FA)은, 덤프트럭(DT)의 짐받이를 계측하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FA)은, 주위감시장치로서의 촬상장치(80)가 촬상한 화상에 근거하여, 덤프트럭(DT)의 짐받이를 계측한다. 다만, 주위감시장치는, 물체검지장치(70)여도 된다.
기능블록(FB)은, 적재물의 높이를 산출하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FB)은, 촬상장치(80)가 촬상한 화상에 근거하여, 버킷(6)에 투입되어 있는 피굴삭물이 덤프트럭(DT)의 짐받이에 덤프되었을 때에, 그 피굴삭물에 의하여 형성된 적재물의 높이를 산출한다.
기능블록(FC)은, 각종 이상(異常)의 유무를 판정하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FC)은, 촬상장치(80)가 촬상한 화상에 근거하여 촬상장치(80)의 이상의 유무를 판정하도록 구성되어 있다. 그리고, 기능블록(FC)은, 촬상장치(80)의 상태가 이상하다고 판정한 경우, 후술하는 기능블록(F4)에 대하여 지령을 출력하여, 쇼벨(100)의 움직임을 감속시키거나 혹은 정지시킨다.
기능블록(FD)은, 덤프트럭(DT)을 검지하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FD)은, 촬상장치(80)가 촬상한 화상에 근거하여 덤프트럭(DT)을 검지한다.
기능블록(FE)은, 기능블록(FD)이 검지한 덤프트럭(DT)의 최대적재량을 도출하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FE)은, 촬상장치(80)가 촬상한 화상에 근거하여 덤프트럭(DT)의 최대적재량을 도출한다. 기능블록(FE)은, 예를 들면, 덤프트럭(DT)이 10톤트럭인지 아닌지를 식별함으로써, 덤프트럭(DT)의 최대적재량을 도출한다.
기능블록(FF)은, 붐(4)의 상태를 판정하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FF)은, 피굴삭물을 투입한 버킷(6)이 지면으로부터 떨어지는 높이까지 붐(4)이 상승했는지 아닌지를 판정한다. 굴삭동작이 종료된 것을 검지하기 위함이다.
구체적으로는, 기능블록(FF)은, 후술하는 기능블록(F2)에 의하여 산출되는 버킷(6)의 현재의 치선위치에 근거하여, 피굴삭물을 투입한 버킷(6)이 지면으로부터 떨어지는 높이까지 붐(4)이 상승했는지 아닌지를 판정한다. 기능블록(FF)은, 촬상장치(80)가 촬상한 화상에 근거하여, 피굴삭물을 투입한 버킷(6)이 지면으로부터 떨어지는 높이까지 붐(4)이 상승했는지 아닌지를 판정해도 된다.
기능블록(FG)은, 버킷(6)에 투입된 피굴삭물의 중량을 산출하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FG)은, 피굴삭물을 투입한 버킷(6)이 지면으로부터 떨어지는 높이까지 붐(4)이 상승했다고 기능블록(FF)이 판정한 경우, 실린더압센서(S10)의 출력에 근거하여, 버킷(6)에 투입된 피굴삭물의 중량을 산출한다. 실린더압센서(S10)는, 예를 들면, 붐실린더(7)의 보텀측 유실(油室)에 있어서의 작동유의 압력인 붐보텀압을 검출하는 붐보텀압센서, 붐실린더(7)의 로드측 유실에 있어서의 작동유의 압력인 붐로드압을 검출하는 붐로드압센서, 암실린더(8)의 보텀측 유실에 있어서의 작동유의 압력인 암보텀압을 검출하는 암보텀압센서, 암실린더(8)의 로드측 유실에 있어서의 작동유의 압력인 암로드압을 검출하는 암로드압센서, 버킷실린더(9)의 보텀측 유실에 있어서의 작동유의 압력인 버킷보텀압을 검출하는 버킷보텀압센서, 및, 버킷실린더(9)의 로드측 유실에 있어서의 작동유의 압력인 버킷로드압을 검출하는 버킷로드압센서 등 중 적어도 하나를 포함한다. 기능블록(FG)은, 후술하는 기능블록(F2)에 의하여 산출되는 굴삭어태치먼트(AT)의 자세와, 실린더압센서(S10)의 출력에 근거하여, 버킷(6)에 투입된 피굴삭물의 중량을 산출해도 된다.
기능블록(FH)은, 덤프트럭(DT)에 적재된 피굴삭물의 총 중량을 산출하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FH)은, 기능블록(FG)에 의하여 산출된, 각 회의 굴삭동작에 의하여 굴삭된 피굴삭물의 중량을 적산(積算)함으로써, 덤프트럭(DT)의 짐받이에 이미 적재되어 있는 피굴삭물의 총 중량을 산출한다.
기능블록(FI)은, 적재잔중량을 산출하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FI)은, 기능블록(FE)이 도출한 최대적재량으로부터, 기능블록(FH)이 산출한 피굴삭물의 총 중량을 뺌으로써, 적재잔중량을 산출한다. 예를 들면, 최대적재량이 10톤이며, 덤프트럭(DT)의 짐받이에 이미 적재되어 있는 피굴삭물의 총 중량이 6톤인 경우, 기능블록(FH)은, 적재잔중량으로서 4톤을 산출한다.
기능블록(FJ)은, 다음의 굴삭동작으로 버킷(6)에 투입해야 할 피굴삭물의 중량인 목표굴삭중량을 취득하고, 필요에 따라 그 취득한 값을 제한하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FJ)은, 1회의 굴삭동작으로 굴삭 가능한 피굴삭물의 최댓값인 최대굴삭중량을, 불휘발성 기억장치로부터 읽어내 취득한다. 그리고, 기능블록(FJ)은, 기능블록(FI)이 산출한 적재잔중량이 최대굴삭중량보다 큰 경우, 목표굴삭중량을 최대굴삭중량으로 제한한다. 기능블록(FJ)은, 예를 들면, 적재잔중량이 4톤이어도, 최대굴삭중량이 3톤인 경우에는, 목표굴삭중량으로서 3톤을 출력한다. 다만, 최대굴삭중량은, 자동적으로 입력되거나 혹은 산출되는 값이어도 된다.
기능블록(FK)은, 목표굴삭체적을 산출하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FK)은, 기능블록(FJ)이 출력하는 목표굴삭중량과, 입력장치(43)를 통하여 입력된 토질정보에 근거하여, 목표굴삭체적을 산출한다. 입력장치(43)는, 조작자가 각종 정보를 컨트롤러(30)에 입력할 수 있도록 구성되어 있다. 입력장치(43)는, 예를 들면, 캐빈(10) 내에 설치된 터치패널, 마이크로폰, 노브스위치, 및 멤브레인스위치 등 중 적어도 하나이다. 토질정보는, 예를 들면, 피굴삭물의 밀도 또는 경도 등에 관한 정보이다. 토질정보는, 불휘발성 기억장치에 미리 기억되어 있는 정보여도 된다. 기능블록(FK)은, 예를 들면, 목표굴삭중량과 피굴삭물의 밀도에 근거하여 목표굴삭체적을 산출한다. 기능블록(FK)은, 예를 들면, 목표굴삭중량인 3톤에 대응하는 목표굴삭체적을 산출한다. 기본적으로는, 목표굴삭중량이 일정(예를 들면 3톤)해도, 피굴삭물의 밀도가 작을수록, 목표굴삭체적은 커진다.
기능블록(FL)은, 목표굴삭체적을 제한하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FL)은, 기능블록(FK)이 산출한 목표굴삭체적이 최대굴삭체적보다 큰 경우, 목표굴삭체적을 최대굴삭체적으로 제한한다. 기능블록(FL)은, 예를 들면, 목표굴삭체적이 3입방미터여도, 최대굴삭체적이 2입방미터인 경우에는, 목표굴삭체적으로서 2입방미터를 출력한다. 이와 같이, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)에 투입된 피굴삭물이 그 후의 선회동작 등의 시에 넘쳐 나와 버리는 것을 방지하기 위하여, 필요에 따라 목표굴삭체적을 제한한다. 다만, 최대굴삭체적은, 자동적으로 입력되거나 혹은 산출되는 값이어도 된다.
기능블록(F1)은, 목표궤도를 생성하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(F1)은, 입력장치(43)를 통하여 입력된 방토에 관한 정보와, 기능블록(FA)이 계측한 덤프트럭(DT)의 짐받이의 형상과, 기능블록(FB)이 산출한 적재물의 높이에 근거하여, 방토동작 시에 버킷(6)의 치선이 따라가야 할 궤도를 목표궤도로서 생성한다. 방토에 관한 정보는, 예를 들면, 미리 설정되어 있는 방토개시점 및 방토종료점에 관한 정보이다. 방토개시점에 관한 정보는, 방토개시점과 덤프트럭(DT)의 리어게이트의 사이의 거리를 포함하고, 방토종료점에 관한 정보는, 방토종료점과 덤프트럭(DT)의 프런트패널의 사이의 거리를 포함한다.
기능블록(F1)은, 전형적으로는, 각 회의 방토동작이 개시되기 전에, 목표궤도를 산출하도록 구성되어 있다. 즉, 목표궤도는, 전형적으로는, 각 회의 방토동작이 개시되기 전에 갱신된다. 구체적으로는, 목표궤도의 시점(始点)인 방토개시점의 좌표, 및, 목표궤도의 종점인 방토종료점의 좌표는, 각 회의 방토동작이 개시되기 전에 갱신된다.
기능블록(F1)은, 생성한 목표궤도에 관한 화상을 표시장치(D1)에 표시시키도록 구성되어 있어도 된다.
기능블록(F1)은, 후방감시화상 및 주위감시화상 중 적어도 일방과 함께 목표궤도에 관한 화상을 표시장치(D1)에 표시시켜도 된다. 후방감시화상은, 쇼벨(100)의 후방을 조작자가 감시할 수 있도록 하기 위한 화상이며, 예를 들면, 후카메라(80B)가 촬상한 화상에 근거하여 생성된다. 주위감시화상은, 쇼벨(100)의 주위를 조작자가 감시할 수 있도록 하기 위한 화상이며, 예를 들면, 후카메라(80B), 좌카메라(80L), 및 우카메라(80R)의 각각이 촬상한 화상을 합성하여 생성되는 시점변환화상으로서의 부감화상이다. 부감화상은, 전형적으로는, 쇼벨(100)의 주위를 바로 위의 가상시점에서 보았을 때의 모습을 나타내는 화상이다. 기능블록(F1)은, 예를 들면, 후방감시화상 및 주위감시화상 중 적어도 일방에 인접하도록 목표궤도에 관한 화상을 표시장치(D1)에 표시시켜도 된다.
혹은, 기능블록(F1)은, 엔진회전수모드, 주행모드, 어태치먼트의 종류, 및 엔진제어상태 등 중 적어도 하나에 관한 정보인 쇼벨(100)의 설정상태에 관한 정보와 함께, 목표궤도에 관한 화상을 표시장치(D1)에 표시시켜도 된다. 혹은, 기능블록(F1)은, 요소수잔량, 연료잔량, 냉각수온, 엔진가동시간, 및 누적가동시간 등 중 적어도 하나에 관한 정보인 쇼벨의 운전상태에 관한 정보와 함께, 목표궤도에 관한 화상을 표시장치(D1)에 표시시켜도 된다.
기능블록(F2)은, 현재의 치선위치를 산출하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(F2)은, 붐각도센서(S1)가 검출한 붐각도 β1과, 암각도센서(S2)가 검출한 암각도 β2와, 버킷각도센서(S3)가 검출한 버킷각도 β3과, 선회각속도센서(S5)가 검출한 선회각도 α1에 근거하여, 버킷(6)의 치선의 좌표점을 현재의 치선위치로서 산출한다. 기능블록(F2)은, 현재의 치선위치를 산출할 때에, 기체경사센서(S4)의 출력을 이용해도 된다.
기능블록(F3)은, 다음의 치선위치를 산출하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(F3)은, 수동운전식의 유인쇼벨에서는, 조작압센서(29)가 출력하는 조작데이터와, 기능블록(F1)이 생성한 목표궤도와, 기능블록(F2)이 산출한 현재의 치선위치에 근거하여, 소정 시간 후의 치선위치를 목표치선위치로서 산출한다. 자동운전식의 무인쇼벨에 있어서의 처리의 흐름에 대해서는 후술한다.
기능블록(F3)은, 현재의 치선위치와 목표궤도의 사이의 괴리(乖離)가 허용범위 내에 들어가 있는지 아닌지를 판정해도 된다. 도 10의 예에서는, 기능블록(F3)은, 현재의 치선위치와 목표궤도의 사이의 거리가 소정 값 이하인지 아닌지를 판정한다. 그리고, 기능블록(F3)은, 그 거리가 소정 값 이하인 경우, 괴리가 허용범위 내에 들어가 있다고 판정하고, 목표치선위치를 산출한다. 한편, 기능블록(F3)은, 그 거리가 소정 값을 상회하고 있는 경우, 괴리가 허용범위 내에 들어가 있지 않다고 판정하고, 레버조작량과는 무관하게, 액추에이터의 움직임을 감속시키거나 혹은 정지시킨다.
기능블록(F4)은, 치선의 속도에 관한 지령값을 생성하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(F4)은, 기능블록(F2)이 산출한 현재의 치선위치와, 기능블록(F3)이 산출한 다음의 치선위치에 근거하여, 소정 시간으로 현재의 치선위치를 다음의 치선위치로 이동시키기 위하여 필요한 치선의 속도를 치선의 속도에 관한 지령값으로서 산출한다.
기능블록(F5)은, 치선의 속도에 관한 지령값을 제한하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(F5)은, 기능블록(F2)이 산출한 현재의 치선위치와, 주위감시장치로서의 촬상장치(80)가 촬상한 화상에 근거하여, 치선과 덤프트럭(DT) 등의 소정 물체의 사이의 거리가 소정 값 미만이라고 판정한 경우, 치선의 속도에 관한 지령값을 소정의 상한값으로 제한한다. 이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 치선이 소정 물체에 접근했을 때에 치선의 속도를 감속시킨다. 기능블록(F5)은, 버킷(6)에 투입된 피굴삭물의 중량에 근거하여 상한값을 변경하도록 구성되어 있어도 된다. 혹은, 기능블록(F5)은, 굴삭어태치먼트(AT)의 선회반경에 근거하여 상한값을 변경하도록 구성되어 있어도 된다. 굴삭어태치먼트(AT)의 선회반경은, 기능블록(F2)으로 산출되어도 되고, 기능블록(F2)의 출력에 근거하여 기능블록(F5)으로 산출되어도 된다.
기능블록(F6)은, 액추에이터를 동작시키기 위한 지령값을 산출하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(F6)은, 현재의 치선위치를 목표치선위치로 이동시키기 위하여, 기능블록(F3)이 산출한 목표치선위치에 근거하여, 붐각도 β1에 관한 지령값 β1r, 암각도 β2에 관한 지령값 β2r, 버킷각도 β3에 관한 지령값 β3r, 및 선회각도 α1에 관한 지령값 α1r을 산출한다. 기능블록(F6)은, 붐(4)이 조작되고 있지 않을 때여도, 필요에 따라 지령값 β1r을 산출한다. 이것은, 붐(4)을 자동적으로 동작시키기 위함이다. 암(5), 버킷(6), 및 선회기구(2)에 대해서도 동일하다.
다음으로, 자동운전식의 무인쇼벨을 동작시키기 위한 기능블록에 대하여 설명한다. 상술한 기능블록(F1~F6 및 FA~FL)은, 자동운전식의 무인쇼벨을 동작시킬 때에도, 수동운전식의 유인쇼벨을 동작시킬 때에도 동일하게 이용된다.
통신장치(T1)는, 쇼벨(100)과 쇼벨(100)의 외부에 있는 외부기기의 사이의 통신을 제어하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 통신장치(T1)는, 외부기기로부터 수신한 신호에 근거하여 기능블록(FM)에 개시지령을 출력하도록 구성되어 있다. 통신장치(T1)는, 외부기기로부터 수신한 신호에 근거하여 기능블록(FM)에 조작데이터를 출력하도록 구성되어 있어도 된다. 단, 통신장치(T1)는, 쇼벨(100)에 탑재되어 있는 입력장치(43)여도 된다.
기능블록(FM)은, 작업의 개시를 판정하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FM)은, 통신장치(T1)로부터 개시지령을 받은 경우에, 작업의 개시가 지시되었다고 판정하고, 기능블록(FN)에 대하여 개시지령을 출력하도록 구성되어 있다. 기능블록(FM)은, 통신장치(T1)로부터 개시지령을 받은 경우, 주위감시장치로서의 촬상장치(80)의 출력에 근거하여 쇼벨(100)의 주위에 물체가 존재하지 않는다고 판정할 수 있었을 때에, 기능블록(FN)에 대하여 개시지령을 출력하도록 구성되어 있어도 된다. 기능블록(FM)은, 기능블록(FN)에 대하여 개시지령을 출력할 때에, 파일럿펌프(15)와 컨트롤밸브유닛(17)을 연결하는 파일럿라인에 배치된 전자개폐밸브에 지령을 출력하여, 그 파일럿라인을 개통시켜도 된다.
기능블록(FN)은, 동작의 내용을 판정하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FN)은, 기능블록(FM)으로부터 개시지령을 받은 경우에, 기능블록(F2)이 산출한 현재의 치선위치에 근거하여, 굴삭동작, 붐상승선회동작, 방토동작, 및 붐하강선회동작 등 중 어느 동작이 현재 행해지고 있는지, 혹은, 어느 동작도 행해지고 있지 않은지를 판정하도록 구성되어 있다. 그리고, 기능블록(FN)은, 기능블록(F2)이 산출한 현재의 치선위치에 근거하여 붐상승선회동작이 종료되었다고 판정한 경우, 기능블록(FO)에 대하여 개시지령을 출력하도록 구성되어 있다.
기능블록(FO)은, 쇼벨(100)의 동작조건을 설정하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FO)은, 기능블록(FN)으로부터 개시지령을 받은 경우에, 자율제어에 의한 방토동작이 행해질 때의 방토속도, 방토개시 시의 버킷각도 β3 등의 동작조건을 설정하도록 구성되어 있다. 그리고, 기능블록(FO)은, 동작조건을 설정한 후에, 기능블록(FP)에 대하여 개시지령을 출력하도록 구성되어 있다.
기능블록(FP)은, 소정 동작의 개시를 판정하도록 구성되어 있다. 도 10의 예에서는, 기능블록(FP)은, 기능블록(FO)으로부터 개시지령을 받은 경우에, 기능블록(F2)에 의하여 산출되는 현재의 버킷(6)의 치선위치에 근거하여, 방토동작을 개시시킬 수 있는지 아닌지를 판정한다. 구체적으로는, 기능블록(FP)은, 현재의 치선위치에 근거하여, 붐상승선회동작이 종료되어 있는지 아닌지, 및, 버킷(6)의 치선이 방토개시점에 도달해 있는지 아닌지 등을 판정한다. 그리고, 기능블록(FP)은, 붐상승선회동작이 종료되어 있으며, 또한, 버킷(6)의 치선이 방토개시점에 도달해 있다고 판정한 경우, 방토동작을 개시시킬 수 있다고 판정한다. 그리고, 기능블록(FP)은, 방토동작을 개시시킬 수 있다고 판정한 경우, 자동운전식의 무인쇼벨에 있어서 자동적으로 생성되는 조작데이터가 기능블록(F3)에 입력되도록 한다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 자동운전식의 무인쇼벨에 있어서도, 수동운전식의 유인쇼벨에 있어서의 경우와 동일하게, 자율제어에 의한 굴삭동작을 실행할 수 있다.
또, 상술한 실시형태에서는, 유압식 파일럿회로를 구비한 유압식 조작시스템이 개시되어 있다. 구체적으로는, 암(5)의 조작에 관한 유압식 파일럿회로에서는, 파일럿펌프(15)로부터 좌조작레버(26L)의 리모콘밸브로 공급되는 작동유가, 좌조작레버의 전후방향으로의 조작에 의하여 개폐되는 리모콘밸브의 개도(開度)에 따른 유량으로, 암제어밸브로서의 제어밸브(176)의 파일럿포트로 전달된다.
단, 이와 같은 유압식 파일럿회로를 구비한 유압식 조작시스템이 아니라, 전기식 파일럿회로를 구비한 전기식 조작레버를 포함하는 전기식 조작시스템이 채용되어도 된다. 이 경우, 전기식 조작레버의 레버조작량은, 전기신호로서 컨트롤러(30)로 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 수동조작이 행해지면, 컨트롤러(30)는, 레버조작량에 대응하는 전기신호에 의하여 전자밸브를 제어하여 파일럿압을 증감시킴으로써 각 제어밸브를 컨트롤밸브유닛(17) 내에서 이동시킬 수 있다. 다만, 각 제어밸브는 전자스풀밸브로 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 전자스풀밸브는, 전기식 조작레버의 레버조작량에 대응하는 컨트롤러(30)로부터의 전기신호에 따라 동작한다.
전기식 조작레버를 포함하는 전기식 조작시스템이 채용된 경우, 컨트롤러(30)는, 유압식 조작레버를 포함하는 유압식 조작시스템이 채용되는 경우에 비하여, 자율제어기능을 용이하게 실행할 수 있다. 도 11은, 전기식 조작시스템의 구성예를 나타낸다. 구체적으로는, 도 11의 전기식 조작시스템은, 붐조작시스템의 일례이며, 주로, 파일럿압작동형의 컨트롤밸브유닛(17)과, 전기식 조작레버로서의 우조작레버(26R)와, 컨트롤러(30)와, 붐상승조작용의 전자밸브(65)와, 붐하강조작용의 전자밸브(66)로 구성되어 있다. 도 11의 전기식 조작시스템은, 암조작시스템 및 버킷조작시스템 등에도 동일하게 적용될 수 있다.
파일럿압작동형의 컨트롤밸브유닛(17)은, 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(65)는, 파일럿펌프(15)와 제어밸브(175)의 상승측 파일럿포트를 연결하는 관로의 유로면적을 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 전자밸브(66)는, 파일럿펌프(15)와 제어밸브(175)의 하강측 파일럿포트를 연결하는 관로의 유로면적을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
수동조작이 행해지는 경우, 컨트롤러(30)는, 우조작레버(26R)의 조작신호생성부가 출력하는 조작신호(전기신호)에 따라 붐상승조작신호(전기신호) 또는 붐하강조작신호(전기신호)를 생성한다. 우조작레버(26R)의 조작신호생성부가 출력하는 조작신호는, 우조작레버(26R)의 조작량 및 조작방향에 따라 변화하는 전기신호이다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 우조작레버(26R)가 붐상승방향으로 조작된 경우, 레버조작량에 따른 붐상승조작신호(전기신호)를 전자밸브(65)에 대하여 출력한다. 전자밸브(65)는, 붐상승조작신호(전기신호)에 따라 유로면적을 조절하고, 제어밸브(175)의 상승측 파일럿포트에 작용하는, 붐상승조작신호(압력신호)로서의 파일럿압을 제어한다. 동일하게, 컨트롤러(30)는, 우조작레버(26R)가 붐하강방향으로 조작된 경우, 레버조작량에 따른 붐하강조작신호(전기신호)를 전자밸브(66)에 대하여 출력한다. 전자밸브(66)는, 붐하강조작신호(전기신호)에 따라 유로면적을 조절하고, 제어밸브(175)의 하강측 파일럿포트에 작용하는, 붐하강조작신호(압력신호)로서의 파일럿압을 제어한다.
자율제어를 실행하는 경우, 컨트롤러(30)는, 예를 들면, 우조작레버(26R)의 조작신호생성부가 출력하는 조작신호(전기신호)에 따르는 대신에, 자율제어신호생성부가 출력하는 자율제어신호(전기신호)에 따라 붐상승조작신호(전기신호) 또는 붐하강조작신호(전기신호)를 생성한다. 자율제어신호는, 컨트롤러(30)가 생성하는 전기신호여도 되고, 컨트롤러(30) 이외의 외부의 제어장치 등이 생성하는 전기신호여도 된다.
쇼벨(100)이 취득하는 정보는, 도 12에 나타내는 바와 같은 쇼벨의 관리시스템(SYS)을 통하여, 관리자 및 다른 쇼벨의 조작자 등과 공유되어도 된다. 도 12는, 쇼벨의 관리시스템(SYS)의 구성예를 나타내는 개략도이다. 관리시스템(SYS)은, 1대 또는 복수 대의 쇼벨(100)을 관리하는 시스템이다. 본 실시형태에서는, 관리시스템(SYS)은, 주로, 쇼벨(100), 지원장치(200), 및 관리장치(300)로 구성되어 있다. 관리시스템(SYS)을 구성하는 쇼벨(100), 지원장치(200), 및 관리장치(300)의 각각은, 1대여도 되고, 복수 대여도 된다. 도 12의 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 노트 PC, 태블릿 PC, 또는 스마트폰 등이다. 지원장치(200)는, 쇼벨(100)의 조작자가 휴대하는 컴퓨터여도 된다. 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, 노트 PC, 태블릿 PC, 또는 스마트폰 등의 휴대단말장치)여도 된다.
지원장치(200) 및 관리장치(300) 중 적어도 일방은, 모니터와 원격조작용의 조작장치를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 조작자는, 원격조작용의 조작장치를 이용하면서, 쇼벨(100)을 조작해도 된다. 원격조작용의 조작장치는, 예를 들면, 무선통신네트워크 등의 통신네트워크를 통하여, 컨트롤러(30)에 접속된다. 이하에서는, 쇼벨(100)과 관리장치(300)의 사이에서의 정보의 교환에 대하여 설명하지만, 이하의 설명은, 쇼벨(100)과 지원장치(200)의 사이에서의 정보의 교환에 대해서도 동일하게 적용된다.
상술한 바와 같은 쇼벨(100)의 관리시스템(SYS)에서는, 쇼벨(100)의 컨트롤러(30)는, 자율제어를 개시 혹은 정지시켰을 때의 시각 및 장소, 자율제어 시에 이용된 목표궤도, 및, 자율제어 시에 소정 부위가 실제로 따라간 궤적 등 중 적어도 하나에 관한 정보를 관리장치(300)에 송신해도 된다. 그때, 컨트롤러(30)는, 예를 들면, 주위감시장치로서의 촬상장치(80)가 촬상한 화상 등을 관리장치(300)에 송신해도 된다. 화상은, 자율제어가 실행된 기간을 포함하는 소정 기간 중에 촬상된 복수의 화상이어도 된다. 또한, 컨트롤러(30)는, 자율제어가 실행된 기간을 포함하는 소정 기간에 있어서의 쇼벨(100)의 작업내용에 관한 데이터, 쇼벨(100)의 자세에 관한 데이터, 및 굴삭어태치먼트(AT)의 자세에 관한 데이터 등 중 적어도 하나에 관한 정보를 관리장치(300)에 송신해도 된다. 관리장치(300)를 이용하는 관리자가, 작업현장에 관한 정보를 입수할 수 있도록 하기 위함이다. 쇼벨(100)의 작업내용에 관한 데이터는, 예를 들면, 방토동작이 행해진 횟수인 적재횟수, 덤프트럭(DT)의 짐받이에 적재한 토사 등의 피굴삭물에 관한 정보, 적재작업에 관한 덤프트럭(DT)의 종류, 적재작업이 행해졌을 때의 쇼벨(100)의 위치에 관한 정보, 작업환경에 관한 정보, 및, 적재작업이 행해지고 있을 때의 쇼벨(100)의 동작에 관한 정보 등 중 적어도 하나이다. 피굴삭물에 관한 정보는, 예를 들면, 각 회의 굴삭동작으로 굴삭된 피굴삭물의 중량 및 종류 등, 덤프트럭(DT)에 적재된 피굴삭물의 중량 및 종류 등, 및, 1일의 적재작업으로 적재된 피굴삭물의 중량 및 종류 등 중 적어도 하나이다. 작업환경에 관한 정보는, 예를 들면, 쇼벨(100)의 주위에 있는 지면의 경사에 관한 정보, 또는, 작업현장의 주변의 날씨에 관한 정보 등이다. 쇼벨(100)의 동작에 관한 정보는, 예를 들면, 조작압센서(29)의 출력, 및, 실린더압센서(S10)의 출력 등 중 적어도 하나이다.
또, 상술한 실시형태에서는, 자율제어부(30B)는, 조작자에 의한 쇼벨(100)의 수동조작을 자율적으로 지원하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 자율제어부(30B)는, 조작자가 수동으로 암접음조작을 행하고 있을 때에, 버킷(6)의 치선의 궤도가 목표궤도와 일치하도록 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 및 선회용 유압모터(2A) 중 적어도 하나를 동작시킨다. 그러나, 본 발명은, 이 구성에 한정되지 않는다. 자율제어부(30B)는, 예를 들면, 조작자가 조작장치(26)를 조작하고 있지 않을 때에, 버킷(6)의 치선의 궤도가 목표궤도와 일치하도록 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 및 선회용 유압모터(2A) 중 적어도 하나를 동작시켜도 된다. 즉, 자율제어부(30B)는, 조작자에 의한 조작에 따르지 않고, 굴삭어태치먼트(AT)를 자율적으로 움직이게 해도 된다. 이 경우, 자율제어부(30B)는, 인공지능기술을 이용하여 굴삭어태치먼트(AT)를 적절히 움직이게 할 수 있도록 구성되어 있어도 된다.
또, 컨트롤러(30)는, 붐상승선회동작 중에 있어서, 토사 등의 피굴삭물의 중량을 산출하도록 구성되어 있어도 된다. 컨트롤러(30)는, 예를 들면, 붐(4)에 작용하는 붐포트핀둘레의 2개의 토크의 균형에 근거하여 피굴삭물의 중량을 산출한다. 2개의 토크는, 붐(4)을 상승시키는 방향으로 작용하는 상승토크(지지토크)와, 붐(4)을 하강시키는 방향으로 작용하는 하강토크(중력토크)이다. 지지토크는, 신장하는 붐실린더(7)에 의한 추력(推力)에 근거하여 산출되고, 그 추력이 클수록 커진다. 신장하는 붐실린더(7)에 의한 추력은, 붐로드압센서 및 붐보텀압센서의 출력에 근거하여 산출된다. 중력토크는, 굴삭어태치먼트(AT)의 자중(自重)에 따른 토크와, 피굴삭물의 중량에 따른 토크를 포함한다. 굴삭어태치먼트(AT)의 자중에 따른 토크는, 굴삭어태치먼트(AT)의 무게중심위치와 붐(4)의 회동중심인 붐포트핀의 사이의 거리와, 굴삭어태치먼트(AT)의 자중에 근거하여 산출된다. 피굴삭물의 중량에 따른 토크는, 피굴삭물의 무게중심위치와 붐포트핀의 사이의 거리와, 피굴삭물의 중량에 근거하여 산출된다. 굴삭어태치먼트(AT)의 무게중심위치는, 굴삭어태치먼트(AT)의 자세로부터 도출된다. 컨트롤러(30)는, 예를 들면, 불휘발성 기억장치에 기억되어 있는, 굴삭어태치먼트(AT)의 자세와 무게중심위치의 대응관계를 규정한 참조테이블을 참조하여 굴삭어태치먼트(AT)의 무게중심위치를 도출해도 된다. 굴삭어태치먼트(AT)의 자세는, 자세검출장치의 출력에 근거하여 도출된다. 굴삭어태치먼트(AT)의 자중은, 이미 알려진 것이며, 불휘발성 기억장치에 미리 기억되어 있어도 된다. 컨트롤러(30)는, 굴삭어태치먼트(AT)의 자세와 굴삭어태치먼트(AT)의 자중에 따른 토크의 대응관계를 규정하는 참조테이블을 참조하여 굴삭어태치먼트(AT)의 자중에 따른 토크를 도출해도 된다.
그리고, 컨트롤러(30)는, 지지토크의 크기로부터, 중력토크 중의 굴삭어태치먼트(AT)의 자중에 따른 토크의 크기를 뺀 만큼을, 중력토크 중의 피굴삭물의 중량에 따른 토크로서 산출해도 된다. 지지토크의 크기는 중력토크의 크기와 균형을 이루고 있기 때문이다. 또, 중력토크는, 굴삭어태치먼트(AT)의 자중에 따른 토크와, 피굴삭물의 중량에 따른 토크의 합계이기 때문이다.
또한, 컨트롤러(30)는, 중력토크 중의 피굴삭물의 중량에 따른 토크의 크기와, 피굴삭물의 무게중심위치에 근거하여, 피굴삭물의 중력을 산출할 수 있다. 피굴삭물의 무게중심위치는, 예를 들면, 물체검지장치(70)의 출력에 근거하여 도출되는 피굴삭물의 형상으로부터 산출된다. 다만, 피굴삭물의 무게중심위치는, 버킷(6) 내의 소정 점으로서 미리 설정되어 있어도 된다.
본 실시형태에서는, 컨트롤러(30)는, 굴삭동작이 종료되고, 붐상승선회동작이 개시될 때마다, 피굴삭물의 중량을 산출하도록 구성되어 있다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 동일한 1대의 덤프트럭(DT)에 대한 적재가 행해지고 있는 동안은, 붐상승선회동작이 개시될 때마다 산출되는 피굴삭물의 중량을 적산하여 덤프트럭(DT)의 짐받이에 적재된 피굴삭물의 총 중량을 산출한다. 적재대상의 덤프트럭(DT)이 바뀌었을 때에는, 피굴삭물의 총 중량은, 제로로 리셋된다.
컨트롤러(30)는, 버킷(6) 내에 실제로 투입되어 있는 피굴삭물의 중량과 덤프트럭(DT)의 짐받이에 이미 적재되어 있는 피굴삭물의 총 중량의 합계가 덤프트럭(DT)의 최대적재량을 상회할 우려가 있는 경우, 버킷(6) 내의 피굴삭물을 방토시키지 않고, 방토동작을 도중에 중단시켜도 된다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 과잉분(分)의 피굴삭물의 중량을 산출한 후, 그 과잉분의 피굴삭물의 체적을 산출하고, 그 체적분의 피굴삭물이 버킷(6) 내에 남도록 방토동작을 도중에 중단시켜도 된다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 버킷(6) 내에 피굴삭물을 남긴 상태에서, 버킷(6)의 배면에 의한 평탄화 동작을 실행해도 된다.
본원은, 2019년 9월 18일에 출원된 일본 특허출원 2019-169178호에 근거하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 일본 특허출원의 전체 내용을 본원에 참조에 의하여 원용한다.
1…하부주행체
1C…크롤러
1CL…좌크롤러
1CR…우크롤러
2…선회기구
2A…선회용 유압모터
2M…주행용 유압모터
2ML…좌주행용 유압모터
2MR…우주행용 유압모터
3…상부선회체
4…붐
5…암
6…버킷
7…붐실린더
8…암실린더
9…버킷실린더
10…캐빈
11…엔진
13…레귤레이터
14…메인펌프
15…파일럿펌프
17…컨트롤밸브유닛
18…스로틀
19…제어압센서
26…조작장치
26D…주행레버
26DL…좌주행레버
26DR…우주행레버
26L…좌조작레버
26R…우조작레버
28…토출압센서
29, 29DL, 29DR, 29LA, 29LB, 29RA, 29RB…조작압센서
30…컨트롤러
30A…궤도생성부
30B…자율제어부
31, 31AL~31DL, 31AR~31DR…비례밸브
32, 32AL~32DL, 32AR~32DR…셔틀밸브
33, 33AL~33DL, 33AR~33DR…비례밸브
40…센터바이패스관로
42…패럴렐관로
43…입력장치
65, 66…전자밸브
70…물체검지장치
70F…전센서
70B…후센서
70L…좌센서
70R…우센서
80…촬상장치
80B…후카메라
80F…전카메라
80L…좌카메라
80R…우카메라
100…쇼벨
171~176…제어밸브
200…지원장치
300…관리장치
AT…굴삭어태치먼트
BD…짐받이
D1…표시장치
D2…소리출력장치
DT…덤프트럭
F1~F6, FA~FP…기능블록
FR…프런트패널
LD, LD1~LD3…적재물
NS…스위치
RG…리어게이지
S1…붐각도센서
S2…암각도센서
S3…버킷각도센서
S4…기체경사센서
S5…선회각속도센서
S6…선회스풀변위센서
S7…붐스풀변위센서
S8…암스풀변위센서
S9…버킷스풀변위센서
S10…실린더압센서
SP1~SP6…공간
SYS…관리시스템
T1…통신장치
TL, TL1~TL4…목표궤도

Claims (6)

  1. 하부주행체와,
    상기 하부주행체에 선회 가능하게 탑재된 상부선회체와,
    상기 상부선회체에 마련된 제어장치를 갖고,
    상기 제어장치는, 덤프트럭의 위치를 인식하여 방토동작에 관한 목표궤도를 생성하도록 구성되어 있는, 쇼벨.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 목표궤도는, 덤프트럭의 전후방향을 따라 설정되는, 쇼벨.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 목표궤도는, 덤프트럭의 짐받이의 바닥면을 따라 소정의 높이로 설정되는, 쇼벨.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 목표궤도 상의 각 점에 대응하여 버킷각도를 설정하는, 쇼벨.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 덤프트럭의 짐받이에 적재된 적재물의 형상에 근거하여 버킷각도를 제어하는, 쇼벨.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 버킷의 배면과 덤프트럭과의 거리를 검출하는, 쇼벨.
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