KR20220141885A

KR20220141885A - 제어 시스템 및 제어 방법

Info

Publication number: KR20220141885A
Application number: KR1020227032957A
Authority: KR
Inventors: 류타 오쿠와키; 다케시 오이; 겐지 오카무라
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2021-04-16
Publication date: 2022-10-20
Also published as: US20230074375A1; CN115380144B; WO2021210665A1; JP2021172972A; JP2024091670A; DE112021000885T5; JP7469127B2; CN115380144A

Abstract

자동 제어 판정부는, 자동 배토(排土) 제어를 개시하는지의 여부를 판정한다. 배토 제어부는, 자동 배토 제어를 개시하는 것으로 판정한 경우에, 버킷의 기울기가 소정의 배토 완료 각도가 될 때까지, 버킷을 배토 방향으로 회전시키는 제1 지령을 생성한다. 배토 제어부는, 버킷의 기울기가, 자동 배토 제어의 개시 시의 기울기로부터 배토 완료 각도가 될 때까지의 사이에, 붐을 상승 방향으로 회전시키는 제2 지령을 생성한다.

Description

제어 시스템 및 제어 방법

본 개시는, 작업 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다. 본원은, 2020년 4월 17일에 일본에 출원된 특허출원 2020-074337호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 인용한다.

특허문헌 1에는, 작업 기계의 자동 적재 제어에 관한 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 작업 기계는, 버킷이 운반 차량에 접촉하는 것을 방지하면서 자동적으로 호이스트(hoist) 선회 제어를 행하고, 그 후, 굴삭물을 배토(排土)한다.

일본공개특허 제2019-132064호 공보

특허문헌 1에 기재된 작업 기계는, 버킷을 배토 방향으로 회전시킴으로써 굴삭물을 배토한다. 일반적으로 버킷의 외각(外殼) 중 버킷 핀으로부터 가장 먼 점은 버킷의 날끝이므로, 버킷을 배토 방향으로 회전시키면 버킷의 최하점이 하강한다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 작업 기계는, 버킷의 회전에 의한 최하점의 궤적을 고려하여, 높은 위치로부터 굴삭물을 배토시킬 필요가 있다. 한편, 배토 위치가 높을수록, 운반 차량으로부터 굴삭물이 흘러내릴 가능성이 높아진다. 굴삭물의 흘러내림이 많으면, 운반 차량의 목표 정차 위치 주변이 엉망이 되어 정차가 곤란하게 된다.

본 개시의 목적은, 자동 배토 제어에 있어서 낮은 위치에서의 배토를 실현할 수 있는 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것에 있다.

일태양에 의하면, 제어 시스템은, 작업 기계 본체와, 상기 작업 기계 본체에 회전 가능하게 장착된 붐과, 상기 붐의 선단에 회전 가능하게 장착된 암과, 상기 암의 선단에 회전 가능하게 장착된 버킷을 구비하는 작업 기계의 제어 장치로서, 자동 배토 제어를 개시하는지의 여부를 판정하는 자동 제어 판정부와, 상기 자동 배토 제어를 개시하는 것으로 판정한 경우에, 상기 버킷의 기울기가 소정의 배토 완료 각도가 될 때까지, 상기 버킷을 배토 방향으로 회전시키는 제1 지령을 생성하는 버킷 제어부와, 상기 버킷 지령에 의해, 상기 버킷의 기울기가, 상기 자동 배토 제어의 개시 시의 기울기로부터 상기 배토 완료 각도가 될 때까지의 사이에, 상기 붐을 상승 방향으로 회전시키는 제2 지령을 생성하는 붐 제어부를 구비한다.

상기 태양에 의하면, 제어 시스템은, 자동 배토 제어에 있어서 버킷의 최하점의 저하를 억제할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 작업 시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 작업 기계(100)의 외관도이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 관제 장치의 구성을 나타낸 개략 블록도이다.
도 4는 주행 경로의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 제1 실시형태에 따른 작업 기계의 제어 장치의 구성을 나타낸 개략 블록도이다.
도 6은 제1 실시형태에 따른 자동 굴삭 적재 제어에서의 굴삭 전의 버킷의 궤적의 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 실시형태에 따른 자동 굴삭 적재 제어에서의 굴삭 후의 버킷의 궤적의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 제1 실시형태에 따른 자동 굴삭 적재 제어에서의 배토 시의 버킷의 궤적의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 제1 실시형태에 따른 회피 제어의 예를 나타내는 제1 도면이다.
도 10은 제1 실시형태에 따른 회피 제어의 예를 나타내는 제2 도면이다.
도 11은 제1 실시형태에 따른 관제 장치에 의한 자동 굴삭 적재 지시의 출력 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 제1 실시형태에 따른 작업 기계에 의한 자동 굴삭 적재 제어를 나타내는 흐름도이다.

<제1 실시형태>

《작업 시스템(1)》

도 1은, 제1 실시형태에 따른 작업 시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.

작업 시스템(1)은, 작업 기계(100)와, 하나 또는 복수의 운반 차량(200)과, 관제 장치(300)를 구비한다. 작업 시스템(1)은, 관제 장치(300)에 의해 작업 기계(100)와 운반 차량(200)을 자동 제어하는 무인 반송(搬送) 시스템이다.

운반 차량(200)은, 관제 장치(300)로부터 수신하는 코스 데이터(예를 들면 속도 데이터, 운반 차량(200)이 진행할 좌표)에 기초하여 무인 주행한다. 운반 차량(200)과 관제 장치(300)는, 액세스 포인트(400)를 통한 통신에 의해 접속된다. 관제 장치(300)는, 운반 차량(200)으로부터 위치 및 방위를 취득하고, 이들에 기초하여 운반 차량(200)의 주행에 사용하는 코스 데이터를 생성한다. 관제 장치(300)는, 코스 데이터를 운반 차량(200)에 송신한다. 운반 차량(200)은, 수신한 코스 데이터에 기초하여 무인 주행한다. 그리고, 제1 실시형태에 따른 작업 시스템(1)은, 무인 반송 시스템을 구비하지만, 다른 실시형태에 있어서는, 일부 또는 전부의 운반 차량(200)이 유인 운전되어도 된다. 이 경우에, 관제 장치(300)는, 코스 데이터 및 적재에 관한 지시의 송신을 행할 필요가 없지만, 운반 차량(200)의 위치 및 방위를 취득한다.

작업 기계(100)는, 관제 장치(300)로부터 수신하는 지시에 따라서 무인 제어된다. 작업 기계(100)와 관제 장치(300)는, 액세스 포인트(400)를 통한 통신에 의해 접속된다.

작업 기계(100) 및 운반 차량(200)은, 작업 현장(예를 들면, 광산, 채석장)에 설치된다. 한편, 관제 장치(300)는, 임의의 장소에 설치되어도 된다. 예를 들면, 관제 장치(300)는, 작업 기계(100) 및 운반 차량(200)으로부터 떨어진 지점(예를 들면, 시가, 작업 현장 내)에 설치되어도 된다.

《운반 차량(200)》

제1 실시형태에 따른 운반 차량(200)은, 베셀(201) 베셀을 구비하는 덤프 트럭이다. 그리고, 다른 실시형태에 따른 운반 차량(200)은, 덤프 트럭이 외의 운반 차량이라도 된다.

운반 차량(200)은, 베셀(201), 위치 방위 연산기(210) 및 제어 장치(220)를 구비한다. 위치 방위 연산기(210)는, 운반 차량(200)의 위치 및 방위를 연산한다. 위치 방위 연산기(210)는, GNSS(Global Navigation Satellite System)를 구성하는 인공위성으로부터 측위 신호를 수신하는 2개의 수신기를 구비한다. GNSS의 예로서는, GPS(Global Positioning System)를 들 수 있다. 2개의 수신기는, 각각 운반 차량(200)의 상이한 위치에 설치된다. 위치 방위 연산기(210)는, 수신기가 수신한 측위 신호에 기초하여, 현장 좌표계에서의 운반 차량(200)의 위치를 검출한다. 위치 방위 연산기(210)는, 2개의 수신기가 수신한 각 측위 신호를 사용하여, 한쪽 수신기의 설치 위치에 대한 다른 쪽 수신기의 설치 위치의 관계로서, 운반 차량(200)이 향하는 방위를 연산한다. 그리고, 다른 실시형태에 있어서는 이것으로 한정되지 않으며, 예를 들면, 운반 차량(200)이 관성 계측 장치(IMU: Inertial Measurement Unit)를 구비하고, 관성 계측 장치의 계측 결과에 기초하여 방위를 연산해도 된다. 이 경우에, 운반 차량(200)의 주행 궤적에 기초하여 관성 계측 장치의 드리프트를 보정해도 된다.

제어 장치(220)는, 위치 방위 연산기(210)가 검출한 위치 및 연산한 방위를 관제 장치(300)에 송신한다. 제어 장치(220)는, 관제 장치(300)로부터 코스 데이터 및 배토 지시, 적재점(P3)으로의 진입 지시, 및 적재점(P3)으로부터의 발진 지시를 수신한다. 제어 장치(220)는, 수신한 코스 데이터를 따라서 운반 차량(200)을 주행시키고, 또는 배토 지시에 따라서 운반 차량(200)의 베셀(201)을 상하시킨다. 제어 장치(220)는, 운반 차량이 지시에 기초하여 목적지에 도달하여 정지했을 때, 목적지(예를 들면, 도 4에 나타낸 적재점(P3))로의 도달을 나타내는 도달 통지를 관제 장치(300)에 송신한다.

《작업 기계(100)》

도 2는, 제1 실시형태에 따른 작업 기계(100)의 외관도이다.

제1 실시형태에 따른 작업 기계(100)는, 유압 셔블이다. 그리고, 다른 실시형태에 따른 작업 기계(100)는, 유압 셔블 이외의 작업 차량이라도 된다.

작업 기계(100)는, 유압에 의해 작동하는 작업기(110)와, 작업기(110)를 지지하는 선회체(120)와, 선회체(120)를 지지하는 주행체(130)를 구비한다.

작업기(110)는, 붐(111)과, 암(112)과, 버킷(113)과, 붐 실린더(114)와, 암 실린더(115)와, 버킷 실린더(116)와, 붐 각도 센서(117)와, 암 각도 센서(118)와, 버킷 각도 센서(119)를 구비한다.

붐(111)의 기단부(基端部)는, 선회체(120)의 전부(前部)에 핀을 통하여 장착된다.

암(112)은, 붐(111)과 버킷(113)을 연결한다. 암(112)의 기단부는, 붐(111)의 선단부에 핀을 통하여 장착된다.

버킷(113)은, 토사 등의 굴삭물을 굴삭하기 위한 날과 굴삭물을 반송하기 위한 용기를 구비한다. 버킷(113)의 기단부는, 암(112)의 선단부에 핀을 통하여 장착된다. 굴삭물의 예로서는, 토사, 광석, 쇄석(碎石), 석탄 등을 들 수 있다.

붐 실린더(114)는, 붐(111)을 작동시키기 위한 유압 실린더이다. 붐 실린더(114)의 기단부는, 선회체(120)에 장착된다. 붐 실린더(114)의 선단부는, 붐(111)에 장착된다. 암 실린더(115)는, 암(112)을 구동시키기 위한 유압 실린더이다. 암 실린더(115)의 기단부는, 붐(111)에 장착된다. 암 실린더(115)의 선단부는, 암(112)에 장착된다. 버킷 실린더(116)는, 버킷(113)을 구동시키기 위한 유압 실린더이다. 버킷 실린더(116)의 기단부는, 암(112)에 장착된다. 버킷 실린더(116)의 선단부는, 버킷(113)에 장착된다.

붐 각도 센서(117)는, 붐(111)에 장착되어, 붐(111)의 경사각을 검출한다.

암 각도 센서(118)는, 암(112)에 장착되어, 암(112)의 경사각을 검출한다.

버킷 각도 센서(119)는, 버킷(113)에 장착되어, 버킷(113)의 경사각을 검출한다.

제1 실시형태에 따른 붐 각도 센서(117), 암 각도 센서(118), 및 버킷 각도 센서(119)는, 지평면에 대한 경사각을 검출한다. 그리고, 다른 실시형태에 따른 각도 센서는 이것으로 한정되지 않고, 다른 기준면에 대한 경사각을 검출해도 된다. 예를 들면, 다른 실시형태에 있어서는, 각도 센서가 장착부를 기준으로 한 상대각을 검출하는 것이라도 되고, 각 실린더의 스트로크를 계측하고 실린더의 스트로크를 각도로 변환함으로써 경사각을 검출하는 것이라도 된다.

작업 기계(100)는, 위치 방위 연산기(123), 경사 계측기(124), 제어 장치(125)를 구비한다.

위치 방위 연산기(123)는, 선회체(120)의 위치 및 선회체(120)가 향하는 방위를 연산한다. 위치 방위 연산기(123)는, GNSS를 구성하는 인공위성으로부터 측위 신호를 수신하는 2개의 수신기를 구비한다. 2개의 수신기는, 각각 선회체(120)의 상이한 위치에 설치된다. 위치 방위 연산기(123)는, 한쪽 수신기가 수신한 측위 신호에 기초하여, 현장 좌표계에서의 선회체(120)의 대표점(예를 들면, 선회체(120)의 선회 중심)의 위치를 검출한다.

위치 방위 연산기(123)는, 2개의 수신기가 수신한 각 측위 신호를 사용하여, 한쪽 수신기의 설치 위치에 대한 다른 쪽 수신기의 설치 위치의 관계로서, 선회체(120)가 향하는 방위를 연산한다. 그리고, 제어 장치(125)는, 현장 좌표계에서의 선회체(120)의 대표점의 위치를 사용함으로써, 현장 좌표계의 위치와 기계 좌표계의 위치를 서로 변환할 수 있다. 기계 좌표계는, 선회체(120)의 대표점을 기준으로 하는 직교 좌표계이다.

경사 계측기(124)는, 선회체(120)의 가속도 및 각속도를 계측하고, 계측 결과에 기초하여 선회체(120)의 자세(예를 들면, 롤(roll) 각, 피치(pitch) 각, 요(yaw) 각)를 검출한다. 경사 계측기(124)는, 예를 들면, 선회체(120)의 하면에 설치된다. 경사 계측기(124)는, 예를 들면, 관성 계측 장치(IMU: Inertial Measurement Unit)를 사용할 수 있다.

제어 장치(125)는, 선회체(120)의 선회 속도, 위치 및 방위, 붐(111), 암(112) 및 버킷(113)의 경사각, 주행체(130)의 주행 속도, 및 선회체(120)의 자세를, 관제 장치(300)에 송신한다. 이하, 작업 기계(100) 또는 운반 차량(200)이 각종 센서로부터 수집한 데이터를 차량 데이터라고도 칭한다. 그리고, 다른 실시형태에 따른 차량 데이터는, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 따른 차량 데이터는, 선회 속도, 위치, 방위, 경사각, 주행 속도, 자세 중 어느 하나를 포함하지 않아도 되고, 그 외의 센서에 의해 검출된 값을 포함해도 되고, 검출된 값으로부터 연산된 값을 포함해도 된다. 제어 장치(125)는, 관제 장치(300)로부터 제어 지시를 수신한다.

제어 장치(125)는, 수신한 제어 지시에 따라, 작업기(110), 선회체(120), 또는 주행체(130)를 구동시킨다. 제어 장치(125)는, 제어 지시에 기초한 구동이 완료했을 때, 관제 장치(300)에 자동 굴삭 적재 제어의 완료 통지를 송신한다. 제어 장치(125)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.

《관제 장치(300)》

도 3은, 제1 실시형태에 따른 관제 장치(300)의 구성을 나타낸 개략 블록도이다.

관제 장치(300)는, 작업 기계(100)의 동작 및 운반 차량(200)의 주행을 관리한다.

관제 장치(300)는, 프로세서(310), 메인 메모리(330), 스토리지(350), 인터페이스(370)를 구비하는 컴퓨터이다. 스토리지(350)는, 프로그램을 기억한다. 프로세서(310)는, 프로그램을 스토리지(350)로부터 판독하여 메인 메모리(330)에 전개하고, 프로그램에 따른 처리를 실행한다. 관제 장치(300)는, 인터페이스(370)를 통하여 네트워크에 접속된다. 프로세서(310)의 예로서는, CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit), 마이크로프로세서 등을 들 수 있다.

프로그램은, 관제 장치(300)의 컴퓨터에 발휘시키는 기능의 일부를 실현하기 위한 것이라도 된다. 예를 들면, 프로그램은, 스토리지에 이미 기억되어 있는 다른 프로그램과의 조합, 또는 다른 장치에 구현된 다른 프로그램과의 조합에 의해 기능을 발휘시키는 것이라도 된다. 그리고, 다른 실시형태에 있어서는, 관제 장치(300)는, 상기한 구성에 더하여, 또는 상기한 구성 대신 PLD(Programmable Logic Device) 등의 커스텀 LSI(Large Scale Integrated Circuit)를 구비해도 된다. PLD의 예로서는, PAL(Programmable Array Logic), GAL(Generic Array Logic), CPLD(Complex Programmable Logic Device), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 들 수 있다. 이 경우에, 프로세서(310)에 의해 실현되는 기능의 일부 또는 전부가 상기 집적 회로에 의해 실현되어도 된다. 이와 같은 집적 회로도, 프로세서의 일례에 포함된다.

스토리지(350)는, 제어 위치 기억부(351), 주행 경로 기억부(352)로서의 기억 영역을 가진다. 스토리지(350)의 예로서는, 자기디스크, 광자기디스크, 광디스크, 반도체 메모리 등을 들 수 있다. 스토리지(350)는, 관제 장치(300)의 공통 통신선에 직접 접속된 내부 미디어라도 되고, 인터페이스(370)를 통하여 관제 장치(300)에 접속되는 외부 미디어라도 된다. 스토리지(350)는, 일시적이지 않은 유형의 기억 매체이다.

제어 위치 기억부(351)는, 굴삭점(P22)(도 6을 참조) 및 적재점(P3)의 위치 데이터를 기억한다. 굴삭점(P22) 및 적재점(P3)은, 예를 들면 사전에 작업 현장의 관리자 등의 조작에 의해 설정되는 점이다. 그리고, 제어 위치 기억부(351)가 기억하는 굴삭점(P22) 및 적재점(P3)의 위치 데이터는, 작업의 진척 등에 의해 관리자 등에 의해 갱신되어도 된다.

도 4는, 주행 경로의 예를 나타낸 도면이다.

주행 경로 기억부(352)는, 운반 차량(200)마다 주행 경로(R)를 기억한다. 주행 경로(R)는, 2개의 에리어(A)(예를 들면, 적재장(A1)과 배토장(A2))를 연결하는 사전에 정해진 접속 경로(R1), 및 에리어(A) 내의 경로인 진입 경로(R2), 어프로치 경로(R3) 및 퇴출 경로(R4)를 가진다. 진입 경로(R2)는, 에리어(A) 내에 있어서 접속 경로(R1)의 일단인 대기점(P1)과 소정의 스위치백 점(P2)을 접속하는 경로이다. 어프로치 경로(R3)는, 에리어(A) 내의 스위치백 점(P2)과 적재점(P3) 또는 배토점(P4)을 접속하는 경로이다. 퇴출 경로(R4)는, 에리어(A) 내의 적재점(P3) 또는 배토점(P4)과 접속 경로(R1)의 타단인 출구점(P5)을 접속하는 경로이다. 스위치백 점(P2)은, 적재점(P3)의 위치에 따라 관제 장치(300)에 의해 설정되는 점이다. 관제 장치(300)는, 적재점(P3)이 변경될 때마다, 진입 경로(R2), 어프로치 경로(R3) 및 퇴출 경로(R4)를 계산한다.

프로세서(310)는, 프로그램의 실행에 의해, 수집부(311), 운반 차량 특정부(312), 주행 코스 생성부(313), 통지 수신부(314), 베셀 특정부(315), 자동 굴삭 적재 지시부(316)를 구비한다.

수집부(311)는, 액세스 포인트(400)를 통하여 작업 기계(100) 및 운반 차량(200)으로부터 차량 데이터를 수집한다.

운반 차량 특정부(312)는, 수집부(311)가 수집한 운반 차량(200)의 차량 데이터에 기초하여, 굴삭물의 적재 대상이 되는 운반 차량(200)을 특정한다. 주행 코스 생성부(313)는, 주행 경로 기억부(352)가 기억하는 주행 경로와, 수집부(311)가 수집한 차량 데이터에 기초하여, 운반 차량(200)의 이동을 허가하는 영역을 나타내는 코스 데이터를 생성하고, 코스 데이터를 운반 차량(200)에 송신한다. 코스 데이터는, 예를 들면, 운반 차량(200)이 소정의 속도로 일정 시간 이내에 주행 가능하며 또한 다른 운반 차량(200)의 주행 경로와 중복되지 않는 영역을 나타내는 데이터이다.

통지 수신부(314)는, 작업 기계(100)로부터 자동 굴삭 적재 제어의 완료 통지를 수신하고, 운반 차량(200)으로부터 적재점(P3)으로의 도달 통지를 수신한다.

베셀 특정부(315)는, 운반 차량(200)으로부터 적재점(P3)으로의 도달 통지를 수신한 경우에, 운반 차량(200)의 차량 데이터에 기초하여, 현장 좌표계에서의 베셀(201)의 위치를 특정한다. 예를 들면, 베셀 특정부(315)는, 베셀(201)의 바닥면의 중심 위치를 특정한다. 베셀 특정부(315)는, 예를 들면, 이하의 수순으로 베셀(201)의 위치를 특정한다. 베셀 특정부(315)는, 베셀(201)을 포함하는 운반 차량(200)의 형상을 나타내는 3차원 데이터를, 운반 차량(200)의 위치 데이터가 나타내는 위치에, 베셀(201)의 바닥면이 위를 향하도록 배치한다. 베셀 특정부(315)는, 3차원 데이터를 운반 차량(200)의 방위 데이터가 나타내는 방향으로 회전시킴으로써, 현장 좌표계에서의 베셀(201)의 위치를 특정한다. 베셀 특정부(315)는, 특정한 베셀(201)의 위치를 작업 기계(100)에 송신한다.

자동 굴삭 적재 지시부(316)는, 제어 위치 기억부(351)가 기억하는 굴삭점(P22)의 위치 및 적재점(P3)의 위치를 포함하는 자동 굴삭 적재 지시를 작업 기계(100)에 송신한다.

《작업 기계의 제어 장치(125)》

도 5는, 제1 실시형태에 따른 작업 기계의 제어 장치(125)의 구성을 나타낸 개략 블록도이다.

제어 장치(125)는, 관제 장치(300)의 지시에 기초하여 작업 기계(100)의 액추에이터를 제어한다.

제어 장치(125)는, 프로세서(1210), 메인 메모리(1230), 스토리지(1250), 인터페이스(1270)를 구비하는 컴퓨터이다. 스토리지(1250)는, 프로그램을 기억한다. 프로세서(1210)는, 프로그램을 스토리지(1250)로부터 판독하여 메인 메모리(1230)에 전개하고, 프로그램에 따른 처리를 실행한다. 제어 장치(125)는, 인터페이스(1270)를 통하여 네트워크에 접속된다. 프로세서(1210)의 예로서는, CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit), 마이크로프로세서 등을 들 수 있다.

프로그램은, 제어 장치(125)의 컴퓨터에 발휘시키는 기능의 일부를 실현하기 위한 것이라도 된다. 예를 들면, 프로그램은, 스토리지에 사전에 기억되어 있는 다른 프로그램과의 조합, 또는 다른 장치에 구현된 다른 프로그램과의 조합에 의해 기능을 발휘시키는 것이라도 된다. 그리고, 다른 실시형태에 있어서는, 제어 장치(125)는, 상기한 구성에 더하여, 또는 상기한 구성 대신에 PLD 등의 커스텀 LSI를 구비해도 된다. 이 경우에, 프로세서(1210)에 의해 실현되는 기능의 일부 또는 전부가 상기 집적 회로에 의해 실현되어도 된다. 이와 같은 집적 회로도, 프로세서의 일례에 포함된다.

스토리지(1250)의 예로서는, 자기디스크, 광자기디스크, 광디스크, 반도체 메모리 등을 들 수 있다. 스토리지(1250)는, 제어 장치(125)의 공통 통신선에 직접 접속된 내부 미디어라도 되고, 인터페이스(1270)를 통하여 제어 장치(125)에 접속되는 외부 미디어라도 된다. 스토리지(1250)는, 일시적이지 않은 유형의 기억 매체이다.

프로세서(1210)는, 프로그램의 실행에 의해, 차량 데이터 취득부(1211), 버킷 특정부(1212), 지시 수신부(1213), 좌표 변환부(1214), 회피 위치 특정부(1215), 굴삭 위치 특정부(1216), 하강 정지 판정부(1217), 개시 위치 결정부(1218), 다운 선회 제어부(1219), 굴삭 제어부(1220), 호이스트 선회 제어부(1221), 배토 제어부(1222), 회피 제어부(1223), 지령 출력부(1224)를 구비한다.

차량 데이터 취득부(1211)는, 작업 기계(100)가 구비하는 각종 센서로부터 차량 데이터를 취득하고, 취득한 차량 데이터를 관제 장치(300)에 송신한다.

버킷 특정부(1212)는, 차량 데이터 취득부(1211)가 취득한 차량 데이터에 기초하여, 작업 기계(100)를 기준으로 한 기계 좌표계에서의 버킷(113)의 위치를 특정한다. 버킷 특정부(1212)는, 날끝 및 바닥부를 포함하는 버킷(113)의 윤곽 상의 복수의 점의 위치를 특정한다. 버킷(113)의 윤곽이란, 버킷(113)의 형상 중 상이한면끼리(예를 들면, 측면과 바닥면 등)를 구분하는 선을 일컫는다. 버킷 특정부(1212)는, 적어도 버킷(113)을 측면으로부터 보았을 때의 윤곽 상의 복수의 점의 위치를 특정한다.

구체적으로는, 버킷 특정부(1212)는, 이하의 수순으로 버킷(113)의 윤곽 상의 복수의 점의 위치를 특정한다. 버킷 특정부(1212)는, 붐(111)의 경사각으로부터 구해지는 붐(111)의 절대각도와 기지(旣知)의 붐(111)의 길이(기단부의 핀으로부터 선단부의 핀까지의 거리)에 기초하여, 붐(111)의 선단부의 위치를 구한다. 버킷 특정부(1212)는, 붐(111)의 절대각도와, 암(112)의 경사각에 기초하여, 암(112)의 절대각도를 구한다. 버킷 특정부(1212)는, 붐(111)의 선단부의 위치와, 암(112)의 절대각도와, 기지의 암(112)의 길이(기단부의 핀으로부터 선단부의 핀까지의 거리)에 기초하여, 암(112)의 선단부의 위치를 구한다.

버킷 특정부(1212)는, 암(112)의 절대각도와, 버킷(113)의 경사각에 기초하여, 버킷(113)의 절대각도를 구한다. 버킷 특정부(1212)는, 암(112)의 선단부의 위치와, 버킷(113)의 절대각도와, 버킷(113)의 핀으로부터 버킷(113)의 윤곽 상의 복수의 점까지의 거리에 기초하여, 버킷(113)의 윤곽 상의 복수의 점의 위치를 구한다.

지시 수신부(1213)는, 관제 장치(300)로부터 자동 굴삭 적재 지시를 수신한다. 지시 수신부(1213)는, 자동 굴삭 적재 지시의 수신을 가지고, 자동 굴삭 적재 제어를 개시하는 것으로 판정한다. 자동 굴삭 적재 제어는, 자동 배토 제어를 포함한다. 즉, 지시 수신부(1213)는, 자동 배토 제어를 개시하는지의 여부를 판정하는 자동 제어 판정부의 일례이다.

좌표 변환부(1214)는, 관제 장치(300)로부터, 운반 차량(200)의 베셀(201)의 위치를 수신하고, 차량 데이터 취득부(1211)가 취득한 차량 데이터에 기초하여, 상기 베셀(201)의 위치를 현장 좌표계로부터 기계 좌표계로 변환한다. 좌표 변환부(1214)는, 기계 좌표계에서의 베셀(201)의 위치를 특정하는 적재 용기 특정부의 일례이다.

도 6은, 제1 실시형태에 따른 자동 굴삭 적재 제어에서의 굴삭 전의 버킷의 궤적의 예를 나타내는 도면이다.

회피 위치 특정부(1215)는, 작업 기계(100)의 위치와, 베셀(201)의 위치와, 제어 개시 시의 버킷(113)의 핀의 위치(공하(空荷) 선회 개시 위치(P01))에 기초하여, 작업기(110)와 운반 차량(200)이 위쪽으로부터의 평면에서 볼 때 간섭하지 않는 점인 간섭 회피 위치(P02)를 특정한다. 간섭 회피 위치(P02)는, 공하 선회 개시 위치(P01)와 동일한 높이를 가지고, 또한 선회체(120)의 선회 중심으로부터의 거리가, 상기 선회 중심으로부터 배토 개시 위치(P07)까지의 거리와 동일하며, 또한 아래쪽에 운반 차량(200)이 존재하지 않는 위치이다. 그리고, 버킷(113)의 핀은, 후술하는 배토 제어에 의해 배토 개시 위치(P07)보다 높은 공하 선회 개시 위치(P01)로 이동한다. 회피 위치 특정부(1215)는, 예를 들면, 선회체(120)의 선회 중심을 중심으로 하여, 상기 선회 중심과 공하 선회 개시 위치(P01) 사이의 거리를 반경으로 하는 원을 특정하고, 상기 원 상의 위치 중, 버킷(113)의 외형이 위쪽으로부터의 평면에서 볼 때 운반 차량(200)과 간섭하지 않고, 또한 공하 선회 개시 위치(P01)에 가장 가까운 위치를, 간섭 회피 위치(P02)로 특정한다. 회피 위치 특정부(1215)는, 운반 차량(200)의 위치, 및 버킷(113)의 윤곽 상의 복수의 점의 위치에 기초하여, 운반 차량(200)과 버킷(113)이 간섭하는지의 여부를 판정할 수 있다. 여기서, 「동일한 높이」, 「거리가 동일하다」는, 반드시 높이 또는 거리가 완전히 일치하는 것으로 한정되지 않고, 다소의 오차나 마진이 허용되는 것으로 한다.

굴삭 위치 특정부(1216)는, 자동 굴삭 적재 지시에 포함되는 굴삭점(P22)으로부터, 버킷(113)의 핀으로부터 날끝까지의 거리만큼 이격된 점을, 굴삭 위치(P05)로서 특정한다. 즉, 버킷(113)은, 배토 방향으로 날끝을 향하게 한 소정의 굴삭 자세를 취하고 있는 경우에 있어서, 버킷(113)의 날끝이 굴삭점(P22)에 위치할 때, 버킷(113)의 핀은 굴삭 위치(P05)에 위치하게 된다.

또한 굴삭 위치 특정부(1216)는, 굴삭 위치(P05)보다 소정 높이만큼 위쪽의 위치를, 선회 종료 위치(P04)로 결정한다.

하강 정지 판정부(1217)는, 선회체(120)의 공하 선회와 동시에 작업기(110)의 하강 조작을 하고 있을 때, 버킷(113)의 핀의 높이가 선회 종료 위치(P04)와 동일한 높이로 되었는지의 여부를 판정한다. 이 때의 암(112)의 선단의 위치를, 하강 정지 위치(P03)라고 한다.

도 7은, 제1 실시형태에 따른 자동 굴삭 적재 제어에서의 굴삭 후의 버킷의 궤적의 예를 나타내는 도면이다.

개시 위치 결정부(1218)는, 베셀(201)의 위치에 기초하여, 배토 개시 위치(P07)를 결정한다. 구체적으로는, 개시 위치 결정부(1218)는, 배토 개시 위치(P07)의 높이를, 베셀(201)의 높이에, 사전에 구해진 자동 배토 제어에 의한 버킷(113)의 높이의 변화량과, 버킷(113)의 높이와, 버킷(113)의 제어 여유분의 높이를 가산한 높이로 결정한다. 버킷(113)의 높이는, 예를 들면, 지표로부터 버킷(113)의 최하점까지의 높이이다. 제어 여유분의 높이는, 센서의 오차나 제어의 지연에 의해 생기는 버킷(113)의 높이의 오차의 편차에 따라 결정되는 여유마진이다. 자동 배토 제어에 의한 버킷(113)의 최하점의 이동 거리에 대해서는 후술한다.

또한, 개시 위치 결정부(1218)는, 동일한 운반 차량(200)으로의 적재 횟수에 따라, 배토 개시 위치(P07)의 베셀(201)의 길이 방향 성분을 변화시킨다. 구체적으로는, 개시 위치 결정부(1218)는, 처음의 배토 개시 위치(P07)를 베셀(201)의 안쪽(운반 차량(200)의 전방측)의 위치에 결정하고, 적재 횟수가 많아짐에 따라서 배토 개시 위치(P07)를 베셀(201)의 바로 앞쪽(운반 차량(200)의 후방측)의 위치로 이동시킨다.

다운 선회 제어부(1219)는, 지시 수신부(1213)가 굴삭 적재 지시를 수신한 경우에, 굴삭 위치(P05) 및 간섭 회피 위치(P02)에 기초하여, 버킷(113)을 굴삭 위치(P05)까지 이동시키기 위하여, 선회체(120), 붐(111), 암(112), 및 버킷(113)을 제어하기 위한 지령을 생성한다. 즉, 다운 선회 제어부(1219)는, 공하 선회 개시 위치(P01)로부터, 간섭 회피 위치(P02), 하강 정지 위치(P03), 및 선회 종료 위치(P04)를 경유하여, 굴삭 위치(P05)에 도달하도록, 각 지령을 생성한다. 그리고, 다운 선회란, 버킷(113)을 베셀(201) 위로부터 굴삭 위치까지 이동시키기 위하여, 붐(111)을 하강시키면서 선회체(120)를 선회시키는 것을 일컫는다.

굴삭 제어부(1220)는, 버킷(113)이 굴삭 위치(P05)에 도달하면, 버킷(113)을 굴삭 방향으로 회전시키고, 또한 이동시키기 위한 지령을 생성한다.

호이스트 선회 제어부(1221)는, 배토 개시 위치(P07) 및 간섭 회피 위치(P02)에 기초하여, 버킷(113)을 배토 개시 위치(P07)까지 이동시키기 위하여, 선회체(120), 붐(111), 암(112) 및 버킷(113)을 제어하기 위한 지령을 생성한다. 즉, 호이스트 선회 제어부(1221)는, 굴삭 완료 위치(P05´)로부터, 적하 선회 개시 위치(P06), 및 간섭 회피 위치(P02)를 경유하여, 배토 개시 위치(P07)에 도달하도록, 각 지령을 생성한다. 이 때, 호이스트 선회 제어부(1221)는, 붐(111) 및 암(112)이 구동해도 버킷(113)의 높이가 변화되지 않도록, 버킷(113)을 회전시키는 지령을 생성한다. 그리고, 배토 개시 위치(P07)가 간섭 회피 위치(P02)보다 낮은 경우, 호이스트 선회 제어부(1221)는, 간섭 회피 위치(P02)로부터 선회체(120)를 선회시키는 지령만을 출력하여 버킷(113)의 핀이 배토 개시 위치(P07)에 도달한 후에, 붐(111)을 하강시키는 지령을 출력하고, 버킷(113)의 핀을 배토 개시 위치(P07)에 이동시킨다. 호이스트 선회 제어부(1221)는, 배토 개시 위치(P07)까지 버킷(113)이 이동하도록 붐(111)을 회전시키는 지령을 생성하는 배토 위치 조정부의 일례이다. 그리고, 호이스트 선회란, 토사를 담은 버킷(113)을 베셀(201) 위로 이동시키기 위하여, 붐(111)을 상승시키면서 선회체(120)을 선회시키는 것을 일컫는다.

배토 제어부(1222)는, 버킷(113)이 배토 개시 위치(P07)에 도달하면, 버킷(113)을 배토 방향으로 회전시키기 위하여, 붐(111), 암(112) 및 버킷(113)을 제어하기 위한 지령을 생성한다.

도 8은, 제1 실시형태에 따른 자동 굴삭 적재 제어에서의 배토 시의 버킷의 궤적의 예를 나타내는 도면이다.

배토 제어부(1222)는, 버킷(113)의 높이의 변동을 억제하기 위하여, 이하의 수순으로 각 지령을 생성한다. 배토 제어부(1222)는, 버킷(113)의 기울기가 소정의 배토 완료 각도가 될 때까지, 버킷(113)을 배토 방향으로 회전시키는 지령을 생성한다. 배토 제어부(1222)는, 버킷(113)의 회전 중에, 예를 들면 버킷(113)이, 상기 버킷(113)의 측면의 기하중심(G)을 중심으로 회전하도록 붐(111) 및 암(112)을 구동시키기 위한 지령을 생성한다.

배토 제어부(1222)에 의한 자동 배토 제어 시의 버킷(113)의 핀의 궤적(Lp)은 사전에 계산에 의해 구해진다. 배토 제어부(1222)는, 상기 궤적(Lp)을 따라 버킷(113)의 핀이 이동하도록, 붐(111) 및 암(112)을 구동시키기 위한 지령을 생성한다.

버킷(113)의 절대각도가 배토 완료 각도가 될 때까지 버킷(113)을 배토 방향으로 회전시킬 때의 버킷(113)의 기하중심(G)의 궤적(Lg)은, 사전에 계산에 의해 구할 수 있다. 도 8에 있어서, 배토 개시 시의 버킷(113)의 위치 및 기울기는, 실선으로 묘화되는 버킷(113)에 의해 표시된다. 또한, 버킷(113)의 핀의 위치를 유지한 채 버킷(113)을 회전시켰을 때의 버킷(113)의 위치 및 기울기는, 파선으로 묘화되는 버킷(113)에 의해 표시된다. 그리고, 버킷(113)의 절대각도는, 예를 들면 차체 좌표계 또는 현장 좌표계에서의 축에 대한 버킷(113)의 각도이다. 궤적(Lg)을 180도 회전시켜, 시점을 버킷(113)의 핀에 맞춤으로써, 기하중심(G)의 위치를 일정하게 유지하기 위한 버킷(113)의 핀의 궤적(Lp)을 구할 수 있다. 도 8에 있어서, 궤적(Lp)을 따라서 버킷(113)의 핀을 이동시키면서 버킷(113)을 회전시켰을 때의 버킷(113)의 위치 및 기울기는, 일점쇄선으로 묘화되는 버킷(113)에 의해 표시된다. 그리고, 도 8에 나타내는 바와 같이 궤적(Lg)을 반전시킨 궤적이 극대점(M)을 가지는 경우, 즉 궤적(Lg)을 반전시킨 궤적이 도중에 하강하는 경우, 버킷(113)의 핀의 궤적(Lp)은, 상기 극대점(M)으로부터 수평 방향으로 이동하도록 정해 둔다. 궤적(Lg)을 반전시킨 궤적은, 도 8에 있어서 파선의 화살표로 표시된다. 이것은, 상기 극대점을 경계로 붐(111)의 구동 방향이 상승 방향으로부터 하강 방향으로 전환됨으로써 작업기(110)의 거동(擧動)이 불안정하게 되는 것을 방지하기 위해서이다.

핀의 궤적(Lp)은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 버킷(113)의 위 방향 또한 바로 앞 방향으로 향한다. 따라서, 배토 제어부(1222)는, 버킷(113)의 기울기가 자동 배토 제어의 개시 시의 기울기로부터 배토 완료 각도가 될 때까지의 사이에, 붐(111)을 상승 방향으로 회전시키는 지령을 출력한다. 또한, 배토 제어부(1222)는, 버킷(113)의 기울기가 자동 배토 제어의 개시 시의 기울기로부터 배토 완료 각도가 될 때까지의 사이에, 암을 당김 방향으로 회전시키는 지령을 출력한다.

그리고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 버킷(113)의 핀을 궤적(Lp)을 따라 이동시키면서 버킷(113)을 회전시켰을 때의 버킷(113)의 최하점의 이동 거리(d1)는, 버킷(113)의 핀을 중심으로 버킷(113)을 회전시켰을 때의 이동 거리(d0)보다 작아진다. 이와 같이, 자동 배토 제어에 의한 버킷(113)의 최하점의 이동 거리(d1)는, 사전에 구해 둘 수 있다.

도 9 및 도 10은, 제1 실시형태에 따른 회피 제어의 예를 나타내는 도면이다.

회피 제어부(1223)는, 버킷(113)과 베셀(201) 사이의 거리가, 소정의 근접 임계값(th) 이내인 경우에, 붐(111)을 상승 방향으로 회전시키는 지령, 또는 암(112)을 당김 방향으로 회전시키는 지령을 생성하고, 버킷(113)을 구동시키는 지령의 출력을 정지한다. 구체적으로는, 회피 제어부(1223)는, 베셀(201)과 버킷(113)을 최단 거리로 잇는 선분(V)이 연장되는 방향으로 버킷(113)을 이동시키도록 붐(111) 또는 암(112)을 구동시키는 지령을 생성한다. 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 베셀(201)의 바닥면과 버킷(113) 사이의 거리가 최단이 되는 경우, 회피 제어부(1223)는, 베셀(201)과 버킷(113)을 최단 거리로 잇는 선분(V)이 연장되는 위 방향으로 버킷(113)이 이동하도록, 붐(111)을 구동시킨다. 한편, 도 10에 나타낸 바와 같이, 베셀(201)의 프론트 패널 부분과 버킷(113) 사이의 거리가 최단이 되는 경우, 회피 제어부(1223)는, 베셀(201)과 버킷(113)을 최단 거리로 잇는 선분(V)이 연장되는 뒤 방향으로 버킷(113)이 이동하도록, 암(112)을 구동시킨다. 그리고, 회피 제어부(1223)는, 버킷(113)을 구동시키는 지령의 출력을 정지하는 대신에, 버킷(113)의 구동을 정지하는 지령을 출력해도 된다. 그리고, 다른 실시형태에 있어서는, 회피 제어부(1223)는, 베셀(201)의 사이드 게이트 부분과 버킷(113) 사이의 거리가 최단이 되는 경우에, 위 방향으로 버킷(113)이 이동하도록, 붐(111)을 구동시켜도 된다.

지령 출력부(1224)는, 각종 지령을 출력한다.

《자동 굴삭 적재 제어》

도 11은, 제1 실시형태에 따른 관제 장치에 의한 자동 굴삭 적재 지시의 출력 방법을 나타내는 흐름도이다.

관제 장치(300)의 통지 수신부(314)가, 운반 차량(200)으로부터 적재점(P3)으로의 도달 통지를 수신하면(단계 S1), 베셀 특정부(315)는, 운반 차량(200)으로부터 차량 데이터를 취득한다(단계 S2). 베셀 특정부(315)는, 취득한 차량 데이터에 기초하여 현장 좌표계에서의 베셀(201)의 위치를 특정한다(단계 S3). 베셀 특정부(315)는, 특정한 베셀(201)의 위치를 작업 기계(100)에 송신한다.

자동 굴삭 적재 지시부(316)는, 제어 위치 기억부(351)로부터 굴삭점(P22)과 적재점(P3)의 위치를 판독한다(단계 S4). 자동 굴삭 적재 지시부(316)는, 판독한 굴삭점(P22)과 적재점(P3)의 위치를 포함하는 자동 굴삭 적재 지시를, 작업 기계(100)에 송신한다(단계 S5).

도 12는, 제1 실시형태에 따른 작업 기계에 의한 자동 굴삭 적재 제어를 나타낸 흐름도이다.

제어 장치(125)의 지시 수신부(1213)가, 관제 장치(300)로부터 자동 굴삭 적재 지시의 입력을 받으면, 도 12에 나타낸 자동 굴삭 적재 제어를 실행한다. 그리고, 자동 굴삭 적재 제어 중, 차량 데이터 취득부(1211)는, 소정의 주기에 따라 선회체(120)의 위치 및 방위, 붐(111), 암(112) 및 버킷(113)의 경사각, 및 선회체(120)의 자세를 취득한다.

좌표 변환부(1214)는, 관제 장치(300)로부터, 현장 좌표계에서의 베셀(201)의 위치를 취득한다(단계 S101). 좌표 변환부(1214)는, 차량 데이터 취득부(1211)가 취득한 선회체(120)의 위치, 방위, 및 자세에 기초하여, 베셀(201)의 위치를 현장 좌표계로부터 기계 좌표계로 변환한다(단계 S102).

버킷 특정부(1212), 회피 위치 특정부(1215), 굴삭 위치 특정부(1216), 및 개시 위치 결정부(1218)는, 각각 공하 선회 개시 위치(P01), 간섭 회피 위치(P02), 선회 종료 위치(P04), 및 배토 개시 위치(P07)를 결정한다(단계 S103).

다운 선회 제어부(1219)는, 단계 S103에서 결정한 각각의 제어 위치에 기초하여 굴삭 위치(P05)에 도달하도록, 선회체(120), 붐(111), 암(112), 및 버킷(113)을 구동시키는 지령을 생성한다. 지령 출력부(1224)는, 생성한 각각의 지령을 출력한다(단계 S104).

버킷(113)이 굴삭 위치(P05)에 도달하면, 굴삭 제어부(1220)는, 버킷(113)을 굴삭 방향으로 회전시키고, 또한 이동시키기 위하여, 암(112) 및 버킷(113)을 구동시키는 지령을 생성한다. 지령 출력부(1224)는, 생성한 각 지령을 출력한다(단계 S105).

단계 S105의 굴삭 제어가 종료하면, 호이스트 선회 제어부(1221)는, 단계 S103에서 결정한 각각의 제어 위치에 기초하여, 버킷(113)을 배토 개시 위치(P07)까지 이동시키기 위하여, 선회체(120), 붐(111), 암(112) 및 버킷(113)을 제어하기 위한 지령을 생성한다. 지령 출력부(1224)는, 단계 S111에서 생성한 각각의 지령을 출력한다(단계 S106).

버킷(113)이 배토 개시 위치(P07)에 도달하면, 회피 제어부(1223)는, 버킷(113)과 베셀(201) 사이의 거리가, 소정의 근접 임계값 이내인지의 여부를 판정한다(단계 S107). 버킷(113)과 베셀(201) 사이의 거리가, 소정의 근접 임계값 이내가 아닌 경우(단계 S107: NO), 배토 제어부(1222)는, 버킷(113)을 일정 각속도로 배토 방향으로 회전시키기 위한 지령을 생성한다(단계 S108). 배토 제어부(1222)는, 버킷(113)의 핀의 위치와, 궤적(Lp)에 기초한 PID 제어에 의해, 붐(111) 및 암(112)을 구동시키는 지령을 생성한다(단계 S109). 즉, 배토 제어부(1222)는, 붐(111)을 상승 방향으로 회전시키는 지령과, 암(112)을 당김 방향으로 회전시키는 지령을 생성한다. 지령 출력부(1224)는, 단계 S108에서 생성한 지령, 및 단계 S109에서 생성한 지령을 출력한다(단계 S110).

한편, 버킷(113)과 베셀(201) 사이의 거리가, 소정의 근접 임계값 이내인 경우(단계 S107: YES), 회피 제어부(1223)는, 높이 방향에 있어서 버킷(113)과 베셀(201) 사이의 거리가, 소정의 근접 임계값 이내가 되었는지의 여부를 판정한다(단계 S111). 버킷(113)과 베셀(201) 사이의 거리가 높이 방향에 있어서 근접 임계값 이내인 경우(단계 S111: YES), 회피 제어부(1223)는, 붐(111)을 상승 방향으로 회전시키는 지령을 생성한다(단계 S112). 또한, 회피 제어부(1223)는, 수평 방향에 있어서 버킷(113)과 베셀(201) 사이의 거리가, 소정의 근접 임계값 이내가 되었는지의 여부를 판정한다(단계 S113). 버킷(113)과 베셀(201) 사이의 거리가 수평 방향에 있어서 근접 임계값 이내인 경우(단계 S113: YES), 회피 제어부(1223)는, 암(112)을 당김 방향으로 회전시키는 지령을 생성한다(단계 S114). 지령 출력부(1224)는, 단계 S107에서 생성한 지령, 및 단계 S108에서 생성한 지령 중 적어도 한쪽을 출력한다(단계 S115). 이 때, 지령 출력부(1224)는, 버킷(113)을 회전시키는 지령을 출력하지 않는다.

배토 제어부(1222)는, 버킷(113)의 기울기가 배토 완료 각도가 되었는지의 여부를 판정한다(단계 S116). 버킷(113)의 기울기가 배토 완료 각도가 되지 않고 있는 경우(단계 S116: NO), 제어 장치(125)는 처리를 단계 S107로 되돌리고, 배토 제어를 계속한다. 한편, 버킷(113)의 기울기가 배토 완료 각도가 된 경우(단계 S116: YES), 배토 제어부(1222)는, 동일한 운반 차량(200)으로의 적재 횟수가 소정횟수에 도달했는지의 여부를 판정한다(단계 S117). 동일한 운반 차량(200)으로의 적재 횟수가 소정 횟수에 도달하지 않은 경우(단계 S117: NO), 단계 S101로 복귀하고, 제어 장치(125)는, 재차, 자동 굴삭 적재 제어를 실행한다. 한편, 동일한 운반 차량(200)으로의 적재 횟수가 소정 횟수에 도달한 경우(단계 S117: YES), 배토 제어부(1222)는, 자동 굴삭 적재 제어의 완료 통지를 관제 장치(300)에 송신하고(단계 S118), 처리를 종료한다.

《작용·효과》

이와 같이, 제1 실시형태에 따른 작업 기계(100)의 제어 장치(125)는, 자동 배토 제어를 개시하는 것으로 판정한 경우에, 버킷(113)의 기울기가 배토 완료 각도가 될 때까지, 버킷(113)을 배토 방향으로 회전시키는 지령을 생성하고, 버킷(113)의 기울기가, 자동 배토 제어의 개시 시의 기울기로부터 배토 완료 각도가 될 때까지의 사이에, 붐(111)을 상승 방향으로 회전시키는 지령을 생성한다. 즉, 버킷(113)의 높이의 저하를, 붐(111)의 상승 처리에 의해 없앨 수 있으므로, 버킷(113)의 높이의 변동을 저감할 수 있다. 그리고, 버킷(113)에 대하여 운반 차량(200)의 베셀(201)이 작을수록, 버킷(113)의 궤적을 작게 할 수 있는 만큼, 버킷(113)의 높이의 변동을 저감하는 효과가 커진다.

또한, 제1 실시형태에 따른 제어 장치(125)는, 버킷(113)의 기울기가, 자동 배토 제어의 개시 시의 기울기로부터 상기 배토 완료 각도가 될 때까지의 사이에, 암(112)을 당김 방향으로 회전시키는 지령을 생성한다. 이로써, 굴삭물의 낙하점의 편차를 저감할 수 있다.

암(112)을 움직이지 않고 버킷(113)을 배토 방향으로 회전시키면, 버킷(113)의 날끝의 수평 방향의 위치는 회전에 따라 이동한다. 한편, 버킷(113)이 배토 방향으로 회전하고 있을 때에 암(112)을 당김 방향으로 회전시킴으로써, 버킷(113)의 날끝의 수평 방향의 이동을 없앨 수 있다. 그리고, 다른 실시형태에 따른 제어 장치(125)는, 붐(111)을 상승 방향으로 이동시키고, 암(112)을 움직이지 않게 하는 것이라도 된다.

또한, 제1 실시형태에 따른 제어 장치(125)는, 붐(111) 및 암(112)을 제어하지 않는 경우와 비교하여 버킷(113)의 측면의 기하중심(G)의 이동량이 저감하도록 지령을 생성한다. 그리고, 다른 실시형태에 있어서는, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 따른 제어 장치(125)는, 버킷(113)의 측면의 윤곽에 접하는 외접원의 중심점의 이동량이 저감하도록 지령을 생성해도 된다. 그리고, 제어 장치(125)는, 버킷(113)의 날끝과 핀을 연결하는 선분을 직경으로 하는 원의 내측의 점의 이동량이 저감하도록 지령을 생성하면, 버킷(113)의 이동량을 적절하게 저감할 수 있다.

또한, 제1 실시형태에 따른 제어 장치(125)는, 버킷의 윤곽과 베셀(201) 사이의 거리가, 근접 임계값 이내인 경우에, 붐(111)을 상승 방향으로 회전시키는 지령, 또는 암(112)을 당김 방향으로 회전시키는 지령을 생성하고, 버킷(113)을 구동시키는 지령의 출력을 정지한다. 이로써, 작업 기계(100)의 주변의 흔들림 등 외란(外亂)이 생기는 경우에도, 버킷(113)과 베셀(201)의 접촉이 생길 가능성을 저감할 수 있다.

또한, 제1 실시형태에 의하면, 배토 개시 위치의 수평 방향의 위치는, 동일한 운반 차량(200)으로의 자동 배토 제어의 횟수에 따라 상이하다. 이로써, 운반 차량(200)으로의 배토 위치의 집중을 피하고, 베셀(201)로부터 굴삭물이 흘러넘치는 것을 방지할 수 있다.

<다른 실시형태>

이상, 도면을 참조하여 일실시형태에 대하여 상세하게 설명했으나, 구체적인 구성은 전술한 것으로 한정되지 않으며, 다양한 설계 변경 등을 하는 것이 가능하다. 즉, 다른 실시형태에 있어서는, 전술한 처리의 순서가 적절하게 변경되어도 된다. 또한, 일부 처리가 병렬로 실행되어도 된다.

전술한 실시형태에서는, 작업 기계(100)는 관제 장치(300)에 의해 자동 운전 제어가 이루어졌으나, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 따른 작업 기계(100)는 오퍼레이터에 의해 조작되어도 된다. 이 경우에, 오퍼레이터는, 운전석에 설치된 도시하지 않은 자동 굴삭 적재 버튼을 누름으로써, 제어 장치(125)에 자동 굴삭 적재 지시를 출력해도 된다. 또한, 다른 실시형태에 있어서는, 작업 기계(100)는, 액세스 포인트를 통한 통신이 아니라, 차차간(車車間) 통신에 의해 신호의 송수신을 행해도 된다.

전술한 실시형태에 따른 제어 장치(125)는, 단독의 컴퓨터에 의해 구성되는 것이라도 되고, 제어 장치(125)의 구성을 복수의 컴퓨터에 나누어서 배치하고, 복수의 컴퓨터가 서로 협동함으로써 제어 장치(125)로서 기능하는 것이라도 된다. 이 때, 제어 장치(125)를 구성하는 일부가 관제 장치(300)에 의해 실현되어도 된다.

상기 제어 시스템은, 자동 배토 제어에 있어서 버킷의 최하점의 저하를 억제할 수 있다.

100…작업 기계 110…작업기
111…붐 112…암
113…버킷 120…선회체
130…주행체 125…제어 장치
1211…차량 데이터 취득부 1212…버킷 특정부
1213…지시 수신부 1214…좌표 변환부
1215…회피 위치 특정부 1216…굴삭 위치 특정부
1217…하강 정지 판정부 1218…개시 위치 결정부
1219…다운 선회 제어부 1220…굴삭 제어부
1221…호이스트 선회 제어부 1222…배토 제어부
1223…회피 제어부 1224…지령 출력부
200…운반 차량 201…베셀
300…관제 장치

Claims

작업 기계 본체와, 상기 작업 기계 본체에 회전 가능하게 장착된 붐과, 상기 붐의 선단에 회전 가능하게 장착된 암과, 상기 암의 선단에 회전 가능하게 장착된 버킷(bucket)을 구비하는 작업 기계의 제어 시스템으로서,
자동 배토(排土) 제어를 개시하는지의 여부를 판정하는 자동 제어 판정부와,
상기 자동 배토 제어를 개시하는 것으로 판정한 경우에, 상기 버킷의 기울기가 소정의 배토 완료 각도가 될 때까지, 상기 버킷을 배토 방향으로 회전시키는 제1 지령을 생성하고, 상기 버킷의 기울기가, 상기 자동 배토 제어의 개시 시의 기울기로부터 상기 배토 완료 각도가 될 때까지의 사이에, 상기 붐을 상승 방향으로 회전시키는 제2 지령을 생성하는 배토 제어부
를 구비하는 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배토 제어부는, 상기 버킷의 기울기가, 상기 자동 배토 제어의 개시 시의 기울기로부터 상기 배토 완료 각도가 될 때까지의 사이에, 상기 암을 일방향으로 회전시키는 제3 지령을 생성하는, 제어 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배토 제어부는, 상기 암과 상기 버킷을 접속하는 핀과 상기 버킷의 날끝을 연결하는 선분을 직경으로 하는 원보다 내측의 점인 기준점의 이동량이 저감하도록 상기 제2 지령을 생성하는, 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 기준점은, 상기 버킷의 측면의 기하중심(幾何重心)인, 제어 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
베셀(vessel)의 위치를 특정하는 베셀 특정부와,
상기 버킷을 측면으로부터 보았을 때의 윤곽의 위치를 특정하는 버킷 특정부와,
상기 버킷을 측면으로부터 보았을 때의 윤곽과 상기 베셀 사이의 거리가, 소정의 근접 임계값 이내인 경우에, 상기 붐을 상승 방향으로 회전시키는 제4 지령, 또는 상기 암을 일방향으로 회전시키는 제5 지령을 생성하고, 상기 제1 지령의 출력을 정지하는 회피 제어부
를 구비하는 제어 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자동 배토 제어를 개시하는 것으로 판정한 경우에, 상기 자동 배토 제어에 의한 상기 버킷의 높이의 변화량 이상, 베셀의 높이보다 높은 배토 개시 위치까지 상기 버킷이 이동하도록 상기 붐을 회전시키는 제6 지령을 생성하는 배토 위치 조정부를 구비하고,
상기 배토 제어부는, 상기 버킷의 최하점이 상기 배토 개시 위치까지 이동한후에, 상기 제1 지령을 생성하는, 제어 시스템.
제6항에 있어서,
상기 배토 위치 조정부는, 상기 배토 개시 위치의 상기 베셀의 수평 방향의 위치를, 동일한 상기 베셀로의 상기 자동 배토 제어의 횟수에 따라 상이하게 하는, 제어 시스템.
작업 기계 본체와, 상기 작업 기계 본체에 회전 가능하게 장착된 붐과, 상기 붐의 선단에 회전 가능하게 장착된 암과, 상기 암의 선단에 회전 가능하게 장착된 버킷을 구비하는 작업 기계의 제어 방법으로서,
자동 배토 제어를 개시하는지의 여부를 판정하는 단계와,
상기 자동 배토 제어를 개시하는 것으로 판정한 경우에, 상기 버킷의 기울기가 소정의 배토 완료 각도가 될 때까지, 상기 버킷을 배토 방향으로 회전시키는 제1 지령을 생성하는 단계와,
상기 제1 지령에 의해, 상기 버킷의 기울기가, 상기 자동 배토 제어의 개시 시의 기울기로부터 상기 배토 완료 각도가 될 때까지의 사이에, 상기 붐을 상승 방향으로 회전시키는 제2 지령을 생성하는 단계
를 구비하는 제어 방법.