KR20230091983A - 작업 기계 - Google Patents

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KR20230091983A
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KR1020237017187A
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다카아키 치바
마사미치 이토
고지 시와쿠
신야 가사이
모리조 헨미
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히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

시공 영역에 설정한 작업 영역으로부터 차체가 일탈하는 것을 방지하는 영역 제한 제어를 행하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 실공간 상에서 작업 기계의 움직임을 제한하고 싶은 영역을 임의의 위치에 간단히 설정할 수 있고, 그 설정한 영역에 대하여 실제로 작업 기계가 제어되는 영역이 어긋나는 것을 방지 가능한 작업 기계를 제공한다. 시공 영역에 설정된 작업 영역으로부터 차체가 일탈하는 것을 방지하도록 차체의 동작이 제한되는 영역 제한 제어를 행하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 시공 영역의 시공 대상의 최종적인 목표 형상을 나타내는 설계 데이터에 기초하여 상기 작업 영역의 적어도 일부를 설정하는 것을 특징으로 한다.

Description

작업 기계
본 발명은, 작업 기계에 관한 것이다.
유압 셔블과 같은 작업 기계에 있어서, 미리 설정한 높이나 깊이, 선회 각도 등의 작업 영역으로부터 작업기가 일탈하지 않도록 작업기를 제어하는 영역 제한 제어가 알려져 있다(특허문헌 1).
이와 같은 영역 제한 제어를 이용함으로써, 오퍼레이터는 작업기가 전선이나 매설물에 접촉하여 파괴해 버리는 것을 의식하지 않고 작업할 수 있기 때문에, 작업 효율의 향상으로 연결된다. 또한, 선회 방향의 영역을 제한한 경우는, 도로의 노측(路側) 등에서의 작업에 있어서 작업기가 도로로 밀려나는 것을 방지 가능하게 되어, 안전성의 향상을 기대할 수 있다.
그러나, 특허문헌 1과 같은 작업 기계의 영역 제한 제어에 있어서, 설정되는 영역은 차체 기준의 좌표이기 때문에, 작업 기계가 주행 동작 등에 의해 이동해 버리면, 실제로 제한하고 싶은 영역과 차체 기준으로 설정한 영역이 어긋나 버리기 때문에, 오퍼레이터의 작업 효율을 저하시키거나, 안전성이 저하할 가능성이 있다.
또한, 특허문헌 2에 의하면, 차체의 위치 정보를 취득 가능한 유압 셔블에 있어서, 시공 영역 내에 있는 도로나 건물 등의 진입 및 접촉해서는 안되는 영역(규제 대상)의 좌표 정보가 미리 입력된 데이터인 지도 데이터에 기초하여, 차체의 위치 정보에 따라 제한하는 선회 각도를 재설정하고 있다. 이와 같이 함으로써, 작업 기계가 주행 동작으로 이동했다고 해도, 도로 등의 작업 기계를 진입시키고 싶지 않은 영역에 대하여, 제한하는 선회 각도가 재설정되므로, 실제로 제한하고 싶은 영역과 제어가 걸리는 영역이 어긋나는 것을 방지 가능하다.
일본공개특허 특개평9-71965호 공보 일본공개특허 특개2019-157409호 공보
그러나, 작업 기계의 동작을 제한하는 영역 제한 제어는, 지도 데이터에 있어서의 도로 등의 미리 설정 가능한 대상뿐만 아니라, 시공 현장에서 임의로 만들어진 작업원용의 통로 등에 대하여 오퍼레이터가 리얼타임으로 설정하는 경우도 생각할 수 있다. 그와 같은 장면에 있어서는, 특허문헌 2에 기재된 기술을 이용했다고 해도, 주행 동작에 의해 차체가 이동한 경우는, 실제로 진입을 방지하고 싶은 영역과 제어가 이루어지는 영역이 어긋날 가능성이 있다.
본 발명의 목적은, 시공 영역에 설정한 작업 영역으로부터 차체가 일탈하는 것을 방지하는 영역 제한 제어를 행하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 실공간 상에서 작업 기계의 움직임을 제한하고 싶은 영역을 임의의 위치에 간단히 설정할 수 있고, 그 설정한 영역에 대하여 실제로 작업 기계가 제어되는 영역이 어긋나는 것을 방지 가능한 작업 기계를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 작업 기계는, 시공 영역에 설정된 작업 영역으로부터 차체가 일탈하는 것을 방지하도록 차체의 동작이 제한되는 영역 제한 제어를 행하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 시공 영역의 시공 대상의 최종적인 목표 형상을 나타내는 설계 데이터에 기초하여 상기 작업 영역의 적어도 일부를 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 시공 영역에 설정한 작업 영역으로부터 차체가 일탈하는 것을 방지하는 영역 제한 제어를 행하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 실공간 상에서 작업 기계의 움직임을 제한하고 싶은 영역을 임의의 위치에 간단히 설정할 수 있고, 그 설정한 영역에 대하여 실제로 작업 기계가 제어되는 영역이 어긋나는 것을 방지 가능한 작업 기계가 제공된다.
상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명확해진다.
도 1은, 실시형태에 관련되는 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는, 유압 셔블의 시스템 구성을 나타내는 도이다.
도 3은, 유압 셔블의 자세 정보에 관련되는 측면도이다.
도 4는, 유압 셔블의 자세 정보에 관련되는 상면도이다.
도 5는, 목표면 형상을 나타내는 설계 데이터를 나타내는 도이다.
도 6은, 영역 제한 제어에 관련되는 컨트롤러 내부의 구성을 나타내는 도이다.
도 7은, 설계 데이터의 점군(點群) 정보로부터 작업 영역을 설정하는 모니터 화면이다.
도 8은, 설계 데이터의 점군 정보로부터 자기(自機)를 포함하지 않고 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다.
도 9는, 설계 데이터의 점군 정보로부터 자기를 포함하여 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다.
도 10은, 설계 데이터의 면군(面群) 정보(설계면 데이터)로부터 작업 영역을 설정하는 모니터 화면이다.
도 11은, 설계 데이터의 면군 정보(설계면 데이터)로부터 자기를 포함하지 않고 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다.
도 12는, 설계 데이터의 면군 정보(설계면 데이터)로부터 자기를 포함하여 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다.
도 13은, 진입 금지 영역 상에 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다.
도 14는, 타기(他機)의 작업 영역 상에 자기의 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다.
도 15는, 높이 방향, 깊이 방향의 작업 영역을 설정할 때의 모니터 화면이다.
도 16은, 설계 데이터의 점군 정보로부터 진입 금지 영역을 설정하는 모니터 화면이다.
도 17은, 설계 데이터의 점군 정보로부터 자기를 포함하여 진입 금지 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다.
도 18은, 설계 데이터의 점군 정보로부터 자기를 포함하지 않고 진입 금지 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다.
도 19는, 작업 영역 상에 진입 금지 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다.
도 20은, 컨트롤러의 영역 제한 제어에 관련되는 제어 플로우를 나타내는 플로우 차트이다.
도 21은, 영역 제한 제어에 있어서 거리와 감속 계수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22는, 차체의 위치를 기준으로 작업 영역을 설정할 때의 모니터 화면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 각 도에 있어서, 동일한 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 붙여 반복 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한, 본 실시형태는, 제어 대상의 작업 기계로서, 유압 셔블을 예시하여 설명하지만, 시공 영역에 설정된 작업 영역으로부터 차체가 일탈하는 것을 방지하도록 차체의 동작이 제한되는 영역 제한 제어를 실시 가능하면, 휠 로더나 크레인 등이라는 유압 셔블 이외의 작업 기계에의 적용도 가능하다.
도 1은, 실시형태에 관련되는 작업 기계의 일례인 유압 셔블(1)의 측면도이다. 유압 셔블(1)은, 좌우 측부의 각각 마련되는 크롤러를 구동시켜 주행하는 주행체(2)와, 주행체(2) 상에 선회 가능하게 마련되는 선회체(3)를 구비하고 있다.
선회체(3)는, 운전실(4), 기계실(5), 카운터 웨이트(6)를 가진다. 운전실(4)은, 선회체(3)의 전부(前部)의 좌측부에 마련되어 있다. 기계실(5)은, 운전실(4)의 후방에 마련되어 있다. 카운터 웨이트(6)는, 기계실(5)의 후방, 즉 선회체(3)의 후단에 마련되어 있다.
또한, 선회체(3)는, 작업기(7)를 장비하고 있다. 작업기(7)는, 운전실(4)의 우측방으로서 선회체(3)의 전부의 중앙에 마련되어 있다. 작업기(7)는, 붐(8)과, 아암(9)과, 버킷(10)과, 붐 실린더(11)와, 아암 실린더(12)와, 버킷 실린더(13)를 가진다. 붐(8)의 기단부는, 붐 핀을 개재하여, 선회체(3)의 전부에 회동(回動) 가능하게 장착되어 있다. 아암(9)의 기단부는, 아암 핀을 개재하여, 붐(8)의 선단부에 회동 가능하게 장착되어 있다. 버킷(10)의 기단부는, 버킷 핀을 개재하여, 아암(9)의 선단부에 회동 가능하게 장착되어 있다. 또한, 붐 실린더(11)와, 아암 실린더(12)와, 버킷 실린더(13)는 각각 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더(11)는 붐(8)을 구동한다. 아암 실린더(12)는 아암(9)을 구동한다. 버킷 실린더(13)는 버킷(10)을 구동한다.
선회체(3)의 중앙에는 선회 모터(14)가 설치되어 있고, 선회 모터(14)를 구동함으로써, 주행체(2)에 대하여 선회체(3)를 회전(선회)시키는 것이 가능하다.
또한, 주행체(2)에는 좌측 주행 모터(15a)와 우측 주행 모터(15b)가 설치되어 있고, 좌우의 주행 모터(15a, 15b)를 구동함으로써, 좌우의 크롤러를 구동시켜 주행하는 것이 가능하다.
이하, 붐 구동용의 붐 실린더(11), 아암 구동용의 아암 실린더(12), 버킷 구동용의 버킷 실린더(13), 선회 동작용의 선회 모터(14), 주행 동작용의 좌측 주행 모터(15a)와 우측 주행 모터(15b)를, 유압 셔블(1)의 액추에이터라고 하는 경우가 있다. 또한, 주행체(2)와 선회체(3)를 합하여, 유압 셔블(1)의 차체라고 하는 경우가 있다. 차체에는, 선회체(3)에 장착된 작업기(7)를 포함하고 있어도 되고, 포함하고 있지 않아도 된다.
기계실(5)의 내부에는 유압 펌프(16)와 엔진(원동기)(17)이 설치되어 있다(도 2 참조).
운전실(4)의 내부에는 차체 경사 센서(18), 붐(8)에는 붐 경사 센서(19), 아암(9)에는 아암 경사 센서(20), 버킷(10)에는 버킷 경사 센서(21)가 장착되어 있다. 예를 들면, 차체 경사 센서(18), 붐 경사 센서(19), 아암 경사 센서(20), 버킷 경사 센서(21)는 IMU(Inertial Measurement Unit)이고, 차체 경사 센서(18)는, 차체의 대지(對地) 각도를, 붐 경사 센서(19)는, 붐(8)의 대지 각도를, 아암 경사 센서(20)는, 아암(9)의 대지 각도를, 버킷 경사 센서(21)는, 버킷(10)의 대지 각도를 계측한다. 또한, 선회체(3)의 선회 중심에는 선회각 센서(22)가 장착되어 있고, 선회각 센서(22)의 신호에 의해 주행체(2)에 대한 선회체(3)의 상대각을 계산 가능하다. 또한, 선회체(3)의 후방부의 좌우에 제 1 GNSS 안테나(23)와 제 2 GNSS 안테나(24)가 장착되어 있다. 제 1 GNSS 안테나(23)와 제 2 GNSS 안테나(24)로부터 얻어지는 신호에 의해 차체의 위치 정보와 방위 정보를 취득 가능하다.
도 2에 유압 셔블(1)의 시스템의 구성도를 나타낸다.
유압 셔블(1)에서는, 엔진(17)에 의해 구동된 유압 펌프(16)로부터 토출된 작동유가 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15a, 15b)에 공급됨으로써 구동한다. 액추에이터에 공급되는 오일의 양과 방향은, 유량 제어 밸브 유닛(30) 내의 유량 제어 밸브를 구동함으로써 제어 가능하다.
예를 들면 선회 유량 제어 밸브(31)는, 선회 모터(14)에 공급하는 오일의 양을 제어하는 유량 제어 밸브이다. 선회 유량 제어 밸브(31)가 도면 중 왼쪽으로 이동하면, 선회 모터(14)가 좌회전하도록 오일이 공급된다. 선회 모터(14)의 회전 속도는 선회 유량 제어 밸브(31)의 이동량에 의해 제어 가능하다. 또한, 선회 유량 제어 밸브(31)가 도면 중 오른쪽으로 이동하면, 선회 모터(14)가 우회전하도록 오일이 공급된다.
선회 유량 제어 밸브(31)의 제어는, 전자 비례 감압 밸브 유닛(32) 내의 전자 비례 감압 밸브를 제어하여 행해진다. 전자 비례 감압 밸브는, 컨트롤러(25)로부터의 지령에 따라 파일럿 펌프(34)로부터 공급된 오일을 감압하여 유량 제어 밸브에 공급한다.
예를 들면 선회 좌측 전자 비례 감압 밸브(33a)를 구동하면, 선회 유량 제어 밸브(31)가 도면 중 왼쪽으로 이동하도록 압유가 공급되고, 선회 우측 전자 비례 감압 밸브(33b)를 구동하면, 선회 유량 제어 밸브(31)가 도면 중 오른쪽으로 이동하도록 압유가 공급된다.
컨트롤러(25)는, 도시는 생략하지만, 각종 연산을 행하는 CPU(Central Processing Unit), CPU에 의한 연산을 실행하기 위한 프로그램을 저장하는 ROM(Read Only Memory)이나 HDD(Hard Disk Drive) 등의 기억 장치, CPU가 프로그램을 실행할 때의 작업 영역이 되는 RAM(Random Access Memory) 등을 포함하는 컴퓨터로서 구성되어 있다. 컨트롤러(25)의 각 기능은, CPU가, 기억 장치에 저장된 각종 프로그램을 RAM에 로드하여 실행함으로써, 실현된다.
본 실시형태에 있어서, 유압 셔블(1)을 제어하는 제어 장치인 컨트롤러(25)는, 시공 영역에 설정된 작업 영역으로부터 차체가 일탈하는 것을 방지하도록 차체의 동작이 제한되는 영역 제한 제어를 행한다.
컨트롤러(25)는, 조작 레버(29)로부터의 신호와 모니터(28)로부터의 신호와 선회각 센서(22) 등으로 이루어지는 자세 센서(26)로부터의 신호와 통신 장치(27)로부터의 신호와 스위치(47)로부터의 신호로부터, 전자 비례 감압 밸브 유닛(32)과 유압 펌프(16)에의 제어 신호를 연산하여 출력한다.
조작 레버(29), 모니터(28), 스위치(47)는, 예를 들면 운전실(4)의 내부나 시공 관리 서버 등에 설치되어 오퍼레이터 등이 조작 가능하다. 조작 레버(29)는, 각 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15a, 15b)에 대한 조작량을 컨트롤러(25)에 지시한다. 모니터(28)는, 영역 제한 제어의 작업 영역 및 진입 금지 영역(나중에 설명)을 설정하기 위해 사용된다.
자세 센서(26)는, 전술의 차체 경사 센서(18), 붐 경사 센서(19), 아암 경사 센서(20), 버킷 경사 센서(21), 선회각 센서(22), 제 1 GNSS 안테나(23), 제 2 GNSS 안테나(24)로 구성되고, 그들로부터 얻어지는 신호에 의해 차체의 자세 정보(위치 정보, 방위 정보, 기울기 정보)를 취득 가능하다. 자세 센서(26)로부터의 신호(자세 정보)는 컨트롤러(25)에 입력된다.
또한, 통신 장치(27)는, 다른 작업 기계(타기) 등이 설정한 작업 영역이나 진입 금지 영역의 정보를 수취함과 함께, 자기가 설정한 작업 영역이나 진입 금지 영역의 정보를 시공 관리 서버나 다른 작업 기계에 송신한다.
또한, 스위치(47)는, 설계 데이터(나중에 설명)에 기초하여 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 모드와, 설계 데이터와는 무관하게 차체의 위치를 기준으로 하여 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 모드를 전환하는 스위치(전환 장치)이다. 스위치(47)로부터의 신호는 컨트롤러(25)에 입력되고, 스위치(47)의 신호에 기초하여, 컨트롤러(25)는, 작업 영역의 설정 화면을 전환하여 모니터(28)에 표시한다. 또한, 여기서는 스위치(47)에 의해 작업 영역의 설정 모드를 전환하고 있지만, 예를 들면 모니터(28)를 작업 영역 설정 모드를 전환하는 전환 장치로서 이용하여, 모니터(28)에 표시되는 설정 화면 상에서 작업 영역 설정 모드를 전환해도 된다.
도 3은 유압 셔블(1)의 자세 정보를 나타내는 측면도이다. 사이트 좌표계에 있어서의, 유압 셔블(1)의 위치 정보(차체 위치라고도 함)(P0)는, 제 1 GNSS 안테나(23)의 위치 정보(GL)와 제 2 GNSS 안테나(24)의 위치 정보(GR)로부터 구하는 것이 가능하다. 사이트 좌표계란, 작업 에어리어에 설치한 기준 위치(P9)를 기준으로 한 3차원 좌표계이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 기준 위치(P9)는, 예를 들면, 작업 에어리어에 설정된 기준항의 선단이다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 선회체 좌표계에 있어서의, 유압 셔블(1)의 위치 정보(P0)로부터 붐 핀(P1)까지의 거리는 L0이고, 차체 상방과 붐 핀(P1) 방향이 이루는 각은 θ0이다. 또한, 붐(8)의 길이, 즉, 붐 핀(P1)으로부터 아암 핀(P2)까지의 길이는 L1이다. 또한, 아암(9)의 길이, 즉, 아암 핀(P2)으로부터 버킷 핀(P3)까지의 길이는 L2이다. 또한, 버킷(10)의 길이, 즉, 버킷 핀(P3)으로부터 버킷 선단(P4)까지의 길이는 L3이다. 붐 핀(P1)과 아암 핀(P2)을 연결한 선분과 차체 연직 방향이 이루는 각도가 θ1이다. 이하, 붐 각도(θ1)라고 한다. 아암 핀(P2)과 버킷 핀(P3)을 연결한 선분과, 붐 핀(P1)과 아암 핀(P2)으로 이루어지는 직선이 이루는 각도가 θ2이다. 이하, 아암 각도(θ2)라고 한다. 버킷 핀(P3)과 버킷 선단(P4)을 연결한 선분과, 아암 핀(P2)과 버킷 핀(P3)으로 이루어지는 직선이 이루는 각도가 θ3이다. 이하, 버킷 각도(θ3)라고 한다. 여기서 선회체 좌표계란, 유압 셔블(1)의 선회체(3)를 기준으로 하는 3차원 좌표이며, 기준 위치(P0)는 선회체(3)의 선회 중심에 설정된다.
선회체 좌표계에 있어서의, 차체 위치(P0)에 대한 영역 제한 제어의 제어 대상이 되는 점인 버킷 선단(P4)의 좌표는, 차체 위치(P0)와 붐 핀(P1)의 거리(L0), 차체 위치(P0)와 붐 핀(P1)이 이루는 각(θ0), 붐 길이(L1), 붐 각도(θ1), 아암 길이(L2), 아암 각도(θ2), 버킷 길이(L3), 버킷 각도(θ3)로부터 삼각함수에 의해 구하는 것이 가능하다.
또한, 그 밖의 제어점, 예를 들면 아암 실린더(12)의 로드측의 핀(P5)의 좌표는, 전술한 치수에 더하여 아암 핀(P2)과 아암 실린더(12)의 로드측의 핀(P5)의 거리(L5)와 붐 핀(P1)으로부터 아암 핀(P2)의 방향과 아암 핀(P2)으로부터 아암 실린더(12)의 로드측의 핀(P5)의 방향이 이루는 각(θ5)을 이용하여 삼각함수에 의해 구하는 것이 가능하다.
또한, 선회체 좌표계에 있어서의, 주행체(2)에 있는 제어점(P7L, P7R, P8L, P8R)은, 선회체(3)와 주행체(2)의 상대각인 선회각(θsw)(도 4)과, 차체 위치(P0)에 대한 제어점(P7L, P7R, P8L, P8R)의 상대 좌표로부터 계산할 수 있다. 여기서, 선회각(θsw)은 선회체 좌표계와 주행체 좌표계의 z방향의 회전량을 나타내며, 주행체 좌표계는 주행체(2)의 하부와 선회 중심의 교점인 좌표(P6)를 중심으로 한 3차원 좌표이다.
도 4는 유압 셔블(1)의 자세 정보를 나타내는 상면도이다. 선회체 좌표계는, 선회 중심을 기준으로, 작업기 방향을 x방향으로 하고 있다. 주행체 좌표계는, 선회 중심을 기준으로, 주행 전진 방향을 x방향으로 하고 있다. 유압 셔블(1)의 선회각(θsw)은, 반시계 방향을 정방향으로 하여, 선회체 좌표에 대한 주행체 좌표의 회전량으로서 정의한다.
사이트 좌표계에 있어서의, 선회체 좌표계의 각 제어점의 좌표는, 사이트 좌표계에 있어서의 차체 위치(P0)와, 사이트 좌표계에 대한 선회체 좌표계의 회전 각도(롤각, 피치각, 요각)를 알면, 좌표 변화에 의해 계산하는 것이 가능하다. 요각은, 사이트 좌표계의 기준 방위에 대한 차체 방위를 GNSS의 위치 정보로부터 계산함으로써 취득 가능하다. 또한, 롤각과 피치각은, 차체 경사 센서(18)로부터 취득 가능하다.
이와 같이 하여, 차체 경사 센서(18), 붐 경사 센서(19), 아암 경사 센서(20), 버킷 경사 센서(21), 선회각 센서(22), 제 1 GNSS 안테나(23), 제 2 GNSS 안테나(24)로 이루어지는 자세 센서(26)에 의해 구해지는 정보로부터, 차체(의 각 제어점)의 자세 정보를 취득 가능하다.
도 5는 목표면 형상을 나타내는 설계 데이터를 나타내는 도이다. 설계 데이터(35)는, 시공 영역의 시공 대상의 최종적인 목표(면) 형상을 나타내는 좌표 정보를 포함하는 데이터로 구성되어 있다. 즉, 설계 데이터(35)는, 시공 영역 내에 있는 도로나 건물 등(시공 대상이 아닌 것)의 좌표 정보가 미리 입력된 지도 데이터와는 상이한 데이터이다. 설계 데이터(35)는, 사이트 좌표계에 있어서의 3차원 위치 정보를 포함한 점군(도 5 중의 C1, C2, C3 등)으로 나타내어진다. 또한, 3개의 점으로 구성되는 면 정보(S1(C1, C2, C3))로 나타내어져도 된다. 오퍼레이터는, 설계 데이터(35)를 구성하는 점이나 면을 임의로 설정·선택하는 것이 가능하다.
예를 들면, 차체 좌표에 있어서의 버킷 갈고리끝 위치(P4)의 좌표는, 차체 위치(P0)와 버킷 갈고리끝 위치(P4)의 거리(L)(도 4)와 선회각(θsw)의 삼각함수에 의해 구해진다. 차체 위치(P0)와 버킷 갈고리끝 위치(P4)의 거리(L)는, 전술한 유압 셔블(1)의 자세 정보를 이용한 삼각함수에 의해 계산 가능하다. 선회각(θsw)은, 선회각 센서(22)의 정보 등으로부터 구하는 것이 가능하다.
<컨트롤러(25)의 내부 구성>
도 6은, 영역 제한 제어에 관련되는 컨트롤러 내부의 구성을 나타내는 도이다. 컨트롤러(25)는, 작업 영역 설정부(36)와, 진입 금지 영역 설정부(37)와, 요구 지령 연산부(38)와, 요구 속도 연산부(39)와, 요구 지령 보정량 연산부(40)와, 요구 지령 보정부(41)와, 유량 제어 밸브 제어부(42)로 구성된다.
작업 영역 설정부(36)는, 설계 데이터(35)와, 모니터(28)로부터의 설정 입력(모니터 입력)과, 통신 장치(27)로부터 취득되는 타기 영역 정보(타기가 설정한 작업 영역이나 진입 금지 영역의 정보)와, 진입 금지 영역 설정부(37)가 설정한 진입 금지 영역 정보로부터, 자기의 작업 영역을 설정하여 출력한다. 설정한 자기의 작업 영역은, 진입 금지 영역 설정부(37) 및 요구 지령 보정량 연산부(40)에 입력됨과 함께, 통신 장치(27)로부터 시공 관리 서버나 다른 작업 기계(타기)에 송신된다.
진입 금지 영역 설정부(37)는, 설계 데이터(35)와, 모니터(28)로부터의 설정 입력(모니터 입력)과, 통신 장치(27)로부터 취득되는 타기 영역 정보(타기가 설정한 작업 영역이나 진입 금지 영역의 정보)와, 작업 영역 설정부(36)가 설정한 작업 영역 정보로부터, 자기의 진입 금지 영역을 설정하여 출력한다. 설정한 자기의 진입 금지 영역은, 작업 영역 설정부(36) 및 요구 지령 보정량 연산부(40)에 입력됨과 함께, 통신 장치(27)로부터 시공 관리 서버나 다른 작업 기계(타기)에 송신된다.
요구 지령 연산부(38)는, 조작 레버(29)로부터 출력된 조작량에 따른 조작 신호로부터, 유량 제어 밸브에의 요구 지령을 연산한다. 연산한 유량 제어 밸브에의 요구 지령은, 요구 속도 연산부(39) 및 요구 지령 보정부(41)에 입력된다.
요구 속도 연산부(39)는, 요구 지령 연산부(38)로부터 출력된 유량 제어 밸브에의 요구 지령과 자세 센서(26)로부터 취득한 자세 정보로부터, 각 제어점에 있어서의 사이트 좌표에 있어서의 목표 속도를 연산하여 출력한다.
요구 지령 보정량 연산부(40)는, 작업 영역 설정부(36)로부터 출력된 작업 영역 정보와, 진입 금지 영역 설정부(37)로부터 출력된 진입 금지 영역 정보와, 자세 센서(26)로부터 취득된 자세 정보와, 요구 속도 연산부(39)로부터 출력된 각 제어점의 목표 속도로부터, 유량 제어 밸브에의 요구 지령을 어느 정도 보정할지의 요구 지령 보정량을 연산하여 출력한다.
요구 지령 보정부(41)는, 요구 지령 보정량 연산부(40)로부터 출력된 요구 지령 보정량과 요구 지령 연산부(38)가 출력한 요구 지령으로부터, 유량 제어 밸브에의 보정 요구 지령을 출력한다.
유량 제어 밸브 제어부(42)는, 요구 지령 보정부(41)가 출력한 보정 요구 지령에 기초하여, 각 유량 제어 밸브에의 제어 지령을 연산하여 출력한다.
(작업 영역 설정부(36)에 의한 자기의 작업 영역의 설정)
도 7∼도 15를 이용하여, 작업 영역 설정부(36)에 의한 자기의 작업 영역의 설정에 관하여 설명한다. 먼저, 도 7∼도 14를 이용하여, 시공 영역(작업 영역)의 중력 방향 또는 차체 연직 방향 이외의 작업 영역의 설정을 설명하고, 이어서, 도 15를 이용하여, 시공 영역(작업 영역)의 중력 방향 또는 차체 연직 방향의 작업 영역의 설정을 개설(槪說)한다.
여기서는, 시공 영역(작업 영역)의 중력 방향 또는 차체 연직 방향 이외의 작업 영역을 설정함에 있어서, 스위치(47)의 조작에 의해, 상기한 설계 데이터(35)에 기초하여 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 모드로 전환하여 실행하는 경우에 관하여 설명한다. 또한, 스위치(47)의 조작에 의해, 차체의 위치를 기준으로 하여 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 모드로 전환하여 실행하는 경우에 관해서는 후술한다(도 22).
도 7은, 설계 데이터의 점군 정보로부터 작업 영역을 설정하는 모니터 화면이다. 도 7에 나타내는 예에서는, 설계 데이터(35)는, 좌표점의 점군으로 구성되어 있고(도 5를 함께 참조), 작업 영역 설정 시의 모니터 화면(모니터(28)의 표시 화면)에는, 유압 셔블과 방위를 나타내는 컴퍼스와 설계 데이터의 점군 정보가 표시되어 있다. 오퍼레이터가 작업 영역으로 설정하고 싶은 점군(복수의 점)을 점군 정보로부터 선택하여, 폐쇄 영역을 작성함으로써, 작업 영역이 설정된다. 즉, 여기서는, 작업 영역 설정부(36)는, 모니터(28)로부터의 설정 입력(모니터 입력)으로부터, 자기의 작업 영역을 설정한다(이하의 도 8, 도 9도 동일). 모니터 화면에서 설정한 작업 영역에 대하여, 사이트 좌표계의 x 및 y방향(즉, 시공 영역의 중력 방향 또는 차체 연직 방향 이외의 방향)의 차체 동작이 제한되도록 제어된다.
도 8은, 설계 데이터의 점군 정보로부터 자기를 포함하지 않고 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 작업 영역의 설정 화면에 있어서, 오퍼레이터가 자기의 유압 셔블을 포함하지 않고 작업 영역(폐쇄 영역)(43)을 설정한 경우, 작업 영역 설정부(36)로부터 모니터(28)에 표시 지령이 출력되고, 모니터 화면 상에는, 오퍼레이터에게 작업 영역의 재설정을 촉진하는 경고가 표시된다. 이와 같이, 자기를 포함하지 않는 작업 영역을 설정하는 것을 금지함으로써, 유압 셔블의 동작을 불필요하게 제한하는 것을 방지할 수 있다.
도 9는, 설계 데이터의 점군 정보로부터 자기를 포함하여 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 작업 영역의 설정 화면에 있어서, 오퍼레이터가 자기의 유압 셔블을 포함하여 작업 영역(폐쇄 영역)(43)을 설정한 경우, 작업 영역 설정부(36)로부터 모니터(28)에 표시 지령이 출력되고, 모니터 화면 상에는, 오퍼레이터가 설정한 작업 영역(43)이 표시되어 있고, 정상적으로 설정이 완료된 것을 통지하는 문자가 표시된다.
즉, 본 예에서는, 점군 정보로부터 선택된 점군(복수의 점)으로 구성되는 폐쇄 영역이 현재의 유압 셔블의 위치를 포함하고 있는 경우만 작업 영역으로 설정한다.
도 10은, 설계 데이터의 면군 정보(설계면 데이터)로부터 작업 영역을 설정하는 모니터 화면이다. 도 10에 나타내는 예에서는, 설계 데이터(35)는, 좌표 정보를 포함하는 면군(복수의 면)으로 구성되어 있고(도 5를 함께 참조), 작업 영역 설정 시의 모니터 화면(모니터(28)의 표시 화면)에는, 유압 셔블과 방위를 나타내는 컴퍼스와 설계 데이터를 나타내는 면군 정보가 표시되어 있다. 오퍼레이터는 작업 영역으로 설정하고 싶은 면을 면군 정보로부터 1개 또는 복수 선택함으로써, 작업 영역으로 설정하는 것이 가능하다. 즉, 여기서는, 작업 영역 설정부(36)는, 모니터(28)로부터의 설정 입력(모니터 입력)으로부터, 자기의 작업 영역을 설정한다(이하의 도 11, 도 12도 동일).
도 11은, 설계 데이터의 면군 정보(설계면 데이터)로부터 자기를 포함하지 않고 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 작업 영역의 설정 화면에 있어서, 오퍼레이터가 자기의 유압 셔블을 포함하지 않고 작업 영역(면)(43)을 설정한 경우, 작업 영역 설정부(36)로부터 모니터(28)에 표시 지령이 출력되고, 모니터 화면 상에는, 오퍼레이터에게 작업 영역의 재설정을 촉진하는 경고가 표시된다. 이와 같이, 자기를 포함하지 않는 작업 영역을 설정하는 것을 금지함으로써, 유압 셔블의 동작을 불필요하게 제한하는 것을 방지할 수 있다.
도 12는, 설계 데이터의 면군 정보(설계면 데이터)로부터 자기를 포함하여 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 작업 영역의 설정 화면에 있어서, 오퍼레이터가 자기의 유압 셔블을 포함하여 작업 영역(면)(43)을 설정한 경우, 작업 영역 설정부(36)로부터 모니터(28)에 표시 지령이 출력되고, 모니터 화면 상에는, 오퍼레이터가 설정한 작업 영역(43)이 표시되어 있고, 정상적으로 설정이 완료된 것을 통지하는 문자가 표시된다.
또한, 도 10∼도 12에 나타내는 바와 같이, 설계 데이터의 면군 정보(설계면 데이터)로부터 작업 영역을 설정하는 경우는, 미리 자기의 좌표의 중력 방향에 있는 설계면 데이터(즉, 현재의 작업 기계의 위치의 하방에 있는 설계면 데이터)를 작업 영역으로 설정함으로써, 자기를 포함하지 않는 작업 영역을 설정하는 것을 방지할 수 있다.
도 13은, 진입 금지 영역 상에 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 작업 영역의 설정 화면에 있어서, 오퍼레이터가 이미 진입 금지 영역 설정부(37)로 설정되어 있는 진입 금지 영역(44)(의 적어도 일부)을 포함하여 작업 영역(43)을 설정한 경우, 작업 영역 설정부(36)로부터 모니터(28)에 표시 지령이 출력되고, 모니터 화면 상에는, 작업 영역에 진입 금지 영역이 포함되어 있는 것을 통지하는 문자와, 작업 영역의 재설정을 촉진하는 문자가 표시된다. 즉, 여기서는, 작업 영역 설정부(36)는, 모니터(28)로부터의 설정 입력(모니터 입력)과, 진입 금지 영역 설정부(37)가 설정한 진입 금지 영역 정보로부터, 자기의 작업 영역을 설정한다. 이와 같이, 이미 설정되어 있는 진입 금지 영역을 작업 영역으로 설정하는 것을 금지함으로써, 진입 금지 영역으로 이미 설정한 영역을 작업 영역으로 설정하여, 작업 기계가 진입해 버리는 것을 방지 가능하다.
도 14는, 타기의 작업 영역 상에 자기의 작업 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 작업 영역의 설정 화면에 있어서, 오퍼레이터가 타기의 작업 영역(45)(의 적어도 일부)을 포함하도록, 자기의 작업 영역(43)을 설정한 경우, 작업 영역 설정부(36)로부터 모니터(28)에 표시 지령이 출력되고, 모니터 화면 상에는, 타기의 작업 영역을 포함하도록 자기의 작업 영역이 설정되어 있는 것을 통지하는 문자와, 작업 영역의 재설정을 촉진하는 문자가 표시된다. 즉, 여기서는, 작업 영역 설정부(36)는, 모니터(28)로부터의 설정 입력(모니터 입력)과, 통신 장치(27)로부터 취득되는 타기 영역 정보로부터, 자기의 작업 영역을 설정한다. 이와 같이, 이미 타기가 설정하고 있는 작업 영역을 자기의 작업 영역으로 설정하는 것을 금지함으로써, 복수의 작업 기계가 동작하는 현장에 있어서, 영역 제한 제어를 가지는 작업 기계끼리가 충돌하는 것을 방지 가능하다.
도 15는, 높이 방향, 깊이 방향의 작업 영역을 설정할 때의 모니터 화면이다. 상기한 설계 데이터로부터는, 사이트 좌표계에 있어서의 x방향 및 y방향의 영역(즉, 시공 영역(작업 영역)의 중력 방향 또는 차체 연직 방향 이외의 영역)을 설정하고 있고, z 방향의 영역(즉, 시공 영역(작업 영역)의 중력 방향 또는 차체 연직 방향의 영역)에 대해서는, 모니터(28) 상의 별도의 설정 화면에서 설정한다.
작업 영역 설정 시의 모니터 화면 상에는, 현재의 차체의 자세와, 높이 방향의 영역 제한을 설정할 때의 기준 좌표계를 사이트 좌표계 또는 선회체 좌표계로부터 선택하는 스위치와, 사이트 좌표계에 있어서의 현재의 차체의 높이와, 높이 방향과 깊이 방향의 제한값의 입력 항목이 표시되어 있다. 주행 동작을 하지 않는 경우는, 선회체 좌표계에 대하여 높이를 입력해도 되고, 지도 데이터 등으로부터 매설물의 깊이를 알고 있는 경우는, 사이트 좌표계에서 깊이의 정보를 설정해도 된다. 오퍼레이터가 작업 영역으로 설정하고 싶은 항목을 선택·입력함으로써, 작업 영역이 설정된다.
즉, 본 실시형태에서는, 사이트 좌표계에 있어서의 x방향 및 y방향의 영역에 관해서는, 설계 데이터로부터 작업 영역을 설정하고, z 방향의 영역에 관해서는, 사이트 기준 또는 차체 기준으로 작업 영역을 설정하고 있다.
(진입 금지 영역 설정부(37)에 의한 자기의 진입 금지 영역의 설정)
도 16∼도 19를 이용하여, 진입 금지 영역 설정부(37)에 의한 자기의 진입 금지 영역(차체가 진입하는 것을 방지하는 영역)의 설정에 관하여 설명한다. 여기서는, 시공 영역(작업 영역)의 중력 방향 또는 차체 연직 방향 이외의 진입 금지 영역을 설정함에 있어서, 상기한 설계 데이터(35)에 기초하여 진입 금지 영역을 설정한다. 또한, 여기서는, 설계 데이터의 점군 정보로부터 진입 금지 영역을 설정하는 경우를 설명하지만, 설계 데이터의 면군 정보(설계면 데이터)로부터 진입 금지 영역을 설정하는 경우에 관해서도 마찬가지인 것은 물론이다(도 10∼도 12를 함께 참조).
도 16은, 설계 데이터의 점군 정보로부터 진입 금지 영역을 설정하는 모니터 화면이다. 도 16에 나타내는 예에서는, 설계 데이터(35)는, 좌표점의 점군으로 구성되어 있고(도 5를 함께 참조), 진입 금지 영역 설정 시의 모니터 화면(모니터(28)의 표시 화면)에는, 유압 셔블과 방위를 나타내는 컴퍼스와 설계 데이터의 점군 정보가 표시되어 있다. 오퍼레이터가 진입 금지 영역으로 설정하고 싶은 점군(복수의 점)을 점군 정보로부터 선택하여, 폐쇄 영역을 작성함으로써, 진입 금지 영역이 설정된다. 즉, 여기서는, 진입 금지 영역 설정부(37)는, 모니터(28)로부터의 설정 입력(모니터 입력)으로부터, 자기의 진입 금지 영역을 설정한다(이하의 도 17, 도 18도 동일). 모니터 화면에서 설정한 진입 금지 영역에 대하여, 사이트 좌표계의 x 및 y방향(즉, 시공 영역의 중력 방향 또는 차체 연직 방향 이외의 방향)의 차체 동작이 제한되도록 제어된다.
도 17은, 설계 데이터의 점군 정보로부터 자기를 포함하여 진입 금지 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 진입 금지 영역의 설정 화면에 있어서, 오퍼레이터가 자기의 위치 정보를 포함하여 진입 금지 영역(폐쇄 영역)(44)을 설정한 경우, 진입 금지 영역 설정부(37)로부터 모니터(28)에 표시 지령이 출력되고, 모니터 화면 상에는, 오퍼레이터에게 진입 금지 영역을 재설정하도록 통지하는 문자가 표시된다. 이와 같이 자기를 포함하여 진입 금지 영역을 설정하는 것을 금지함으로써, 유압 셔블의 동작이 불필요하게 제한되는 것을 방지 가능하다.
도 18은, 설계 데이터의 점군 정보로부터 자기를 포함하지 않고 진입 금지 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 진입 금지 영역의 설정 화면에 있어서, 오퍼레이터가 자기의 위치 정보를 포함하지 않고 진입 금지 영역(폐쇄 영역)(44)을 설정한 경우, 진입 금지 영역 설정부(37)로부터 모니터(28)에 표시 지령이 출력되고, 모니터 화면 상에는, 오퍼레이터가 설정한 진입 금지 영역(44)이 표시되어 있고, 정상적으로 설정이 완료된 것을 통지하는 문자가 표시된다.
즉, 본 예에서는, 점군 정보로부터 선택된 점군(복수의 점)으로 구성되는 폐쇄 영역이 현재의 유압 셔블의 위치를 포함하고 있지 않은 경우만 진입 금지 영역으로 설정한다.
또한, 도시는 생략하지만, 설계 데이터의 면군 정보(설계면 데이터)로부터 진입 금지 영역을 설정하는 경우, 미리 자기의 좌표의 중력 방향에 있는 설계면 데이터(즉, 현재의 작업 기계의 위치의 하방에 있는 설계면 데이터)를 진입 금지 영역으로 설정하는 것을 금지하도록 해도 된다.
도 19는, 작업 영역 상에 진입 금지 영역을 설정했을 때의 모니터 화면이다. 도 19에 나타내는 바와 같이, 진입 금지 영역의 설정 화면에 있어서, 오퍼레이터가 이미 작업 영역 설정부(36)로 설정되어 있는 작업 영역(43)(의 일부)을 포함하여 진입 금지 영역(44)을 설정한 경우, 작업 영역을 삭제하여 진입 금지 영역을 설정함과 함께, 진입 금지 영역 설정부(37)로부터 모니터(28)에 표시 지령이 출력되고, 모니터 화면 상에는, 그 취지를 통지하는 문자가 표시된다. 즉, 여기서는, 진입 금지 영역 설정부(37)는, 모니터(28)로부터의 설정 입력(모니터 입력)과, 작업 영역 설정부(36)가 설정한 작업 영역 정보로부터, 자기의 진입 금지 영역을 설정한다. 이와 같이, 미리 설정되어 있는 작업 영역을 진입 금지 영역으로 설정한 경우, 그 작업 영역을 진입 금지 영역으로 덮어씀으로써, 도로 등의 진입 금지 영역을 우선하여 설정할 수 있게 되어, 설정의 실수로 진입시키고 싶지 않은 영역에 진입해 버리는 것을 방지 가능하다. 또한, 이미 설정되어 있는 작업 영역을 포함하여 진입 금지 영역을 설정한 경우, 영역의 포개진 개소만을 진입 금지 영역으로 덮어쓰기를 하고, 나머지의 작업 영역을 그대로 남겨 두어도 된다.
<컨트롤러(25)의 영역 제한 제어>
도 20은, 컨트롤러(25)의 영역 제한 제어에 관련되는 제어 플로우를 나타내는 플로우 차트이다.
컨트롤러(25)의 영역 제한 제어에 있어서, 단계 S101에서, 설정한 작업 영역의 정보를 취득한다(작업 영역 설정부(36), 도 7∼도 15 참조). 다음에, 단계 S102에서, 설정한 진입 금지 영역의 정보를 취득한다(진입 금지 영역 설정부(37), 도 16∼도 19 참조).
다음에, 단계 S103에서, 자세 센서(26)로부터 자세 정보를 취득한다(요구 속도 연산부(39), 요구 지령 보정량 연산부(40)). 다음에, 단계 S104에서, 조작 레버(29)로부터 조작량에 따른 조작 신호를 취득한다(요구 지령 연산부(38)).
다음에, 단계 S105에서, 취득한 조작 신호로부터 유량 제어 밸브에의 요구 지령을 연산한다(요구 지령 연산부(38)).
다음에, 단계 S106에서, 유량 제어 밸브에의 요구 지령과 자세 정보로부터, 각 제어점의 요구 속도(목표 속도)를 연산한다(요구 속도 연산부(39)).
다음에, 단계 S107에서, 자세 정보와, 각 제어점의 요구 속도와, 작업 영역 및 진입 금지 영역의 영역 정보로부터, 유량 제어 밸브에의 요구 지령의 보정량(요구 지령 보정량)을 연산한다(요구 지령 보정량 연산부(40)).
구체적으로는, 자세 정보로부터 사이트 좌표계에 있어서의 각 제어점의 좌표를 연산하고, 각 제어점과 작업 영역으로 설정되어 있는 면의 거리를 연산한다. 제어점과 작업 영역으로 설정되어 있는 면의 거리에 따라, 유량 제어 밸브에의 제어 지령을 어느 정도 감속시킬지를 나타내는 감속 계수를 보정량으로서 연산한다. 도 21은, 제어점과 작업 영역으로 설정되어 있는 면의 거리와, 감속 계수의 관계를 나타내는 그래프이다. 거리(d)가 어느 정도 떨어져 있는 경우는 감속 계수(α)는 1이고, 거리(d)가 소정의 거리(dth)보다 작아짐에 따라서, 감속 계수(α)는 감소하여, 거리(d)가 0의 근방에서 감속 계수(α)도 0이 된다. 거리(d)와 감속 계수(α)의 관계는, 작업 영역에 대하여 어느 정도 여유를 갖게 하여 정지시킬지를 결정하는 그래프이며, 거리(d)가 0인 경우에 감속 계수(α)가 정확히 0이 되도록 설정해도 된다.
또한, 단계 S107에 있어서는, 각 제어점의 목표 속도가 면을 향하는 경우는, 거리에 따른 감속 계수를 보정량으로서 출력하지만, 각 제어점의 목표 속도가 면으로부터 멀어지는 방향의 경우는, 감속 계수를 1로서 출력한다. 이와 같이 함으로써, 작업 영역으로부터 멀어지는 경우에, 차체의 동작이 불필요하게 제한되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
또한, 진입 금지 영역에 대해서도 마찬가지의 순서로 보정량이 계산되고, 최종적으로 제일 작은 감속 계수를 보정량으로서 출력한다.
다음에, 단계 S108에서, 요구 지령과 보정량으로부터, 유량 제어 밸브에의 목표 지령(보정 요구 지령)을 연산하여 출력한다(요구 지령 보정부(41)). 구체적으로는, 유량 제어 밸브에의 요구 지령의 값에, 단계 S107에서 계산된 보정값인 감속 계수를 승산함으로써, 유량 제어 밸브에의 목표 지령으로서 출력한다.
다음에, 단계 S109에서, 유량 제어 밸브에의 목표 지령(보정 요구 지령)에 기초하여, 유량 제어 밸브에의 제어 지령을 출력한다(유량 제어 밸브 제어부(42)). 구체적으로는, 유량 제어 밸브에의 목표 지령은, 유량 제어 밸브의 개구 면적 또는 변위량 또는 구동 파일럿 압력이며, 유량 제어 밸브는 전자 비례 감압 밸브의 출력으로 제어된다. 단계 S109에서는, 유량 제어 밸브에의 목표 지령으로부터 전자 비례 감압 밸브에 출력하는 전류값을 연산하여 출력한다.
<컨트롤러(25)의 작업 영역 설정 모드 전환>
도 22는, 차체의 위치를 기준으로 작업 영역을 설정할 때의 모니터 화면이다. 상기와 같이, 스위치(47)(도 2)에 의해, 설계 데이터(35)에 기초하여 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 모드와, 설계 데이터(35)와는 무관하게 차체의 위치를 기준으로 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 모드를 전환 가능하다. 설계 데이터(35)에 기초하여 작업 영역을 설정하는 경우는 상술한 대로이지만(도 7∼도 14 참조), 스위치(47)의 조작에 의해, 작업 영역 설정 모드를 전환하고, 차체의 위치를 기준으로 작업 영역을 설정하는 경우는, 도 22에 나타내는 바와 같은 작업 영역의 설정 화면으로 전환되고, 오퍼레이터는, 선회체(3)의 회전 중심을 기준으로 하여, 전후 좌우 방향으로 각각 수치로 제한하는 작업 영역을 설정한다. 수치를 설정하지 않은 경우는, 그 방향으로는 차체의 동작이 제한되지 않고 자유롭게 동작하는 것이 가능하다. 또한, 차체의 위치를 기준으로 하여 작업 영역이 설정되어 있으므로, 주행 동작을 하여 차체의 위치가 변한 경우는, 주행 후의 차체의 위치에 있어서 설정한 전후 좌우 방향의 수치로 프론트의 작업기(7) 및 선회체(3)의 동작이 제한된다.
이와 같이, 시공 영역(작업 영역)의 중력 방향 또는 차체 연직 방향 이외의 작업 영역을 설정함에 있어서, 설계 데이터(35)에 기초하여 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 모드와, 차체의 위치를 기준으로 하여 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 모드를 전환 가능으로 함으로써, 작업 기계에 의한 토사의 굴삭 적재 동작과 같이, 주행 동작을 수반하지 않고 일부의 영역에의 동작을 제한하고 싶은 경우에는, 차체의 위치를 기준으로 하여 작업 영역을 설정하는 편이 간이하게 작업 영역을 설정 가능해진다.
상기 실시형태에 있어서는, 유압 셔블(1)에 탑재된 컨트롤러(25)에서 작업 영역 및 진입 금지 영역을 설정했지만, 설계 데이터(35)에 기초하여 외부 서버(의 제어 장치) 등에서 설정한 작업 영역 및 진입 금지 영역 정보를 유압 셔블(1)에 송신하여 영역 제한 제어를 실시해도 된다.
<효과>
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태는, 시공 영역에 설정된 작업 영역으로부터 차체가 일탈하는 것을 방지하도록 차체의 동작이 제한되는 영역 제한 제어를 행하는 제어 장치(컨트롤러)(25)를 구비한 작업 기계(유압 셔블)(1)에 있어서, 상기 제어 장치(컨트롤러)(25)는, 상기 시공 영역의 시공 대상의 최종적인 목표 형상을 나타내는 설계 데이터에 기초하여 상기 작업 영역의 적어도 일부를 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 시공 영역에 설정한 작업 영역으로부터 차체가 일탈하는 것을 방지하는 영역 제한 제어를 행하는 제어 장치(컨트롤러)(25)를 구비한 작업 기계(유압 셔블)(1)에 있어서, 실공간 상에서 작업 기계의 움직임을 제한하고 싶은 영역을 임의의 위치에 간단히 설정할 수 있고, 그 설정한 영역에 대하여 실제로 작업 기계가 제어되는 영역이 어긋나는 것을 방지 가능한 작업 기계(유압 셔블)(1)가 제공된다.
또한, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 변형 형태가 포함된다. 상기한 실시형태는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기한 실시형태의 컨트롤러의 각 기능은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들면 집적 회로로 설계함으로써 하드웨어로 실현해도 된다. 또한, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 소프트웨어로 실현해도 된다. 각 기능을 실현하는 프로그램, 테이블, 파일 등의 정보는, 컨트롤러 내의 기억 장치 외에, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive) 등의 기록 장치, 또는, IC 카드, SD 카드, DVD 등의 기록 매체에 둘 수 있다.
1 : 유압 셔블(작업 기계)
2 : 주행체
3 : 선회체
4 : 운전실
5 : 기계실
6 : 카운터 웨이트
7 : 작업기
8 : 붐
9 : 아암
10 : 버킷
11 : 붐 실린더
12 : 아암 실린더
13 : 버킷 실린더
14 : 선회 모터
15a : 좌측 주행 모터
15b : 우측 주행 모터
16 : 유압 펌프
17 : 엔진(원동기)
18 : 차체 경사 센서
19 : 붐 경사 센서
20 : 아암 경사 센서
21 : 버킷 경사 센서
22 : 선회각 센서
23 : 제 1 GNSS 안테나
24 : 제 2 GNSS 안테나
25 : 컨트롤러(제어 장치)
26 : 자세 센서
27 : 통신 장치
28 : 모니터
29 : 조작 레버
30 : 유량 제어 밸브 유닛
31 : 선회 유량 제어 밸브
32 : 전자 비례 감압 밸브 유닛
33a : 선회 좌측 전자 비례 감압 밸브
33b : 선회 우측 전자 비례 감압 밸브
34 : 파일럿 펌프
35 : 설계 데이터
36 : 작업 영역 설정부
37 : 진입 금지 영역 설정부
38 : 요구 지령 연산부
39 : 요구 속도 연산부
40 : 요구 지령 보정량 연산부
41 : 요구 지령 보정부
42 : 유량 제어 밸브 제어부
43 : 자기의 작업 영역
44 : 자기의 진입 금지 영역
45 : 타기의 작업 영역
47 : 스위치(전환 장치)

Claims (12)

  1. 시공 영역에 설정된 작업 영역으로부터 차체가 일탈하는 것을 방지하도록 차체의 동작이 제한되는 영역 제한 제어를 행하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 시공 영역의 시공 대상의 최종적인 목표 형상을 나타내는 설계 데이터에 기초하여 상기 작업 영역의 적어도 일부를 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 설계 데이터에 기초하여 상기 작업 영역의 중력 방향 또는 차체 연직 방향 이외의 작업 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 설계 데이터는, 좌표점의 점군으로 구성되어 있고,
    상기 제어 장치는, 상기 점군으로부터 선택된 복수의 점으로 구성되는 폐쇄 영역을 작업 영역으로 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 점군으로부터 선택된 복수의 점으로 구성되는 폐쇄 영역이 현재의 작업 기계의 위치를 포함하고 있는 경우만 작업 영역으로 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 설계 데이터는, 좌표 정보를 포함하는 면군으로 구성되어 있고,
    상기 제어 장치는, 상기 면군으로부터 선택된 적어도 1개의 면을 작업 영역으로 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 현재의 작업 기계의 위치의 하방에 있는 설계 데이터를 미리 작업 영역으로 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 추가로 상기 설계 데이터에 기초하여 상기 차체가 진입하는 것을 방지하는 진입 금지 영역을 설정 가능한 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 이미 설정되어 있는 진입 금지 영역을 작업 영역으로 설정하는 것을 금지하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 미리 설정되어 있는 작업 영역을 진입 금지 영역으로 설정한 경우, 그 작업 영역을 진입 금지 영역으로 덮어쓰는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 이미 타기가 설정하고 있는 작업 영역을 자기의 작업 영역으로 설정하는 것을 금지하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 설계 데이터에 기초하여 상기 작업 영역의 적어도 일부를 설정하는 제 1 작업 영역 설정 모드와, 상기 설계 데이터와는 무관하게 상기 차체의 위치를 기준으로 하여 상기 작업 영역을 설정하는 제 2 작업 영역 설정 모드를 전환 가능한 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 작업 기계는, 상기 제 1 작업 영역 설정 모드와 상기 제 2 작업 영역 설정 모드를 전환하는 전환 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
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