KR20230158600A

KR20230158600A - 적입 기계의 제어 시스템 및 제어 방법

Info

Publication number: KR20230158600A
Application number: KR1020237036092A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 하타케; 유스케 사이고
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2023-11-20
Also published as: AU2022276824A1; JP2022178185A; CN117295864A; DE112022001287T5; WO2022244830A1

Abstract

조작 신호 입력부(613)는, 조작 장치(143)의 조작에 기초한 선회체(120) 및 작업기(130)의 수동 조작 신호의 입력을 접수한다. 이동 제어부(619)는, 선회체 및 작업기를 구동시키는 자동 조작 신호를 생성한다. 출력 판정부(621)는, 입력된 상기 수동 조작 신호에 기초하여, 상기 선회체 및 상기 작업기 중, 상기 수동 조작 신호의 입력이 있는 것에 대하여, 상기 수동 조작 신호를 출력한다고 판정하고, 상기 수동 조작 신호의 입력이 없는 것에 대하여, 상기 자동 조작 신호를 출력한다고 판정한다. 조작 신호 출력부(622)는 판정의 결과에 기초하여, 선회체 및 작업기의 각각에 대하여, 수동 조작 신호 또는 자동 조작 신호를 출력한다.

Description

적입 기계의 제어 시스템 및 제어 방법

본 개시는, 적입(loading) 기계의 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

본원은, 2021년 5월 19일에 일본에 출원된 특허출원 제2021-084780호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

특허문헌 1에는, 적입 기계의 반자동 제어에 관한 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 관련된 반자동 제어는, 덤프 트럭 등의 적입 목표에 대한 적입 완료 후에, 오퍼레이터로부터 굴삭 지시를 접수하고, 제어 장치가 적입 기계의 선회 및 작업기의 구동을 제어함으로써, 자동굴삭을 행하는 제어이다.

일본공개특허 제2020-041352호 공보

그런데, 반자동 제어에 의한 제어 후의 버킷의 위치와, 오퍼레이터가 의도하는 버킷의 위치는 반드시 일치하지 않는다.

본 개시의 목적은, 적입 기계의 자동 제어 중에, 오퍼레이터에 의한 조작에 따라 적입 기계를 제어하는 적입 기계의 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것에 있다.

본 개시의 일 태양에 의하면, 적입 기계의 제어 시스템은, 선회 중심 주위에 선회하는 선회체와, 상기 선회체를 지지하는 지지부와, 버킷을 가지고 상기 선회체에 장착된 작업기와, 상기 선회체 및 상기 작업기를 조작하기 위한 조작 장치를 구비하는 적입 기계의 제어 장치로서, 상기 조작 장치의 조작에 기초하는 상기 선회체 및 상기 작업기의 수동 조작 신호의 입력을 접수하는 조작 신호 입력부와, 상기 선회체 및 상기 작업기를 구동시키는 자동 조작 신호를 생성하는 이동 제어부와, 입력된 상기 수동 조작 신호에 기초하여, 상기 선회체 및 상기 작업기 중, 상기 수동 조작 신호의 입력이 있는 것에 대하여, 상기 수동 조작 신호를 출력한다고 판정하고, 상기 수동 조작 신호의 입력이 없는 것에 대하여, 상기 자동 조작 신호를 출력한다고 판정하는 출력 판정부와, 상기 판정의 결과에 기초하여, 상기 선회체 및 상기 작업기의 각각에 대하여, 상기 수동 조작 신호 또는 상기 자동 조작 신호를 출력하는 조작 신호 출력부를 구비한다.

상기 태양(態樣)에 의하면, 적입 기계의 제어 시스템은 적입 기계의 자동 제어 중에, 오퍼레이터에 의한 조작에 따라 적입 기계를 제어할 수 있다.

[도 1] 제1 실시형태에 관련된 적입 기계의 구성을 나타내는 개략도이다.
[도 2] 제1 실시형태에 관련된 운전실의 내부의 구성을 나타내는 도면이다.
[도 3] 제1 실시형태에 관련된 제어 장치의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
[도 4] 제1 실시형태에 관련된 작업기의 굴삭 개시 시의 목표 자세의 예를 나타내는 도면이다.
[도 5] 제1 실시형태에 관련된 자동 적입 제어 개시로부터 배토(排土) 개시까지의 적입 기계의 동작의 예를 나타내는 도면이다.
[도 6] 제1 실시형태에 관련된 배토 개시로부터 자동 적입 제어 종료까지의 적입 기계의 동작의 예를 나타내는 도면이다.
[도 7] 제1 실시형태에서의 자동 적입 제어의 개시 시의 작업기의 자세와 자동 적입 제어의 종료 시의 작업기의 자세를 대비하는 도면이다.
[도 8] 제1 실시형태에 관련된 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트다.
[도 9] 제1 실시형태에 관련된 자동 적입 제어 개시로부터 배토 개시까지의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트다.
[도 10] 제1 실시형태에 관련된 배토 개시로부터 자동 적입 제어 종료까지의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트다.
[도 11] 제1 실시형태에 관련된 제어 장치의 자동/수동 전환 판정 동작을 나타내는 플로차트다.
[도 12] 제1 실시형태에 관련된 작업기의 조작 신호의 예를 나타내는 도면이다.

<제1 실시형태>

이하, 도면을 참조하면서 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.

《적입 기계(100)의 구성》

도 1은, 제1 실시형태에 관련된 적입 기계(100)의 구성을 나타내는 개략도이다.

적입 기계(100)는 시공 현장에서 가동(稼動)하고, 토사 등의 시공 대상을 굴삭하고, 덤프 트럭 등의 적입 목표(T)에 싣는다. 제1 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는 페이스 셔블이다. 그리고, 다른 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는 백호(backhoe) 셔블이나 로프 셔블이면 된다. 적입 기계(100)는 주행체(110)(지지부), 선회체(120), 작업기(130) 및 운전실(140)을 구비한다.

주행체(110)는 적입 기계(100)를 주행 가능하게 지지한다. 주행체(110)는, 좌우에 설치된 2개의 무한궤도(111)와, 각 무한궤도(111)를 구동시키기 위한 2개의 주행 모터(112)를 구비한다.

선회체(120)는 주행체(110)에 선회 중심 주위에 선회 가능하게 지지된다.

작업기(130)는 유압에 의해 구동한다. 작업기(130)는 선회체(120)의 전부(前部)에 상하 방향으로 구동 가능하게 지지된다. 운전실(140)은, 오퍼레이터가 탑승하고, 적입 기계(100)의 조작을 행하기 위한 공간이다. 운전실(140)은 선회체(120)의 좌측 전부에 설치된다.

여기에서, 선회체(120) 중 작업기(130)가 장착되는 부분을 전부라고 한다. 또한, 선회체(120)에 대하여, 전부를 기준으로, 반대측의 부분을 후부, 좌측의 부분을 좌부, 우측의 부분을 우부라고 한다.

《선회체(120)의 구성》

선회체(120)에는, 엔진(121), 유압 펌프(122), 컨트롤 밸브(123), 선회 모터(124)를 구비한다.

엔진(121)은 유압 펌프(122)를 구동하는 원동기다. 엔진(121)은 동력원의 일례이다.

유압 펌프(122)는 엔진(121)에 의해 구동되는 가변 용량 펌프이다. 유압 펌프(122)는, 컨트롤 밸브(123)를 통하여 각 액추에이터(붐 실린더(131C), 암 실린더(132C), 버킷 실린더(133C), 클램(clam) 실린더(1332C), 주행 모터(112), 및 선회 모터(124))에 작동유를 공급한다.

컨트롤 밸브(123)는 유압 펌프(122)로부터 공급되는 작동유의 유량을 제어한다.

선회 모터(124)는 컨트롤 밸브(123)를 통하여 유압 펌프(122)로부터 공급되는 작동유에 의해 구동하고, 선회체(120)를 선회시킨다.

《작업기(130)의 구성》

작업기(130)는 붐(131), 암(132), 클램 버킷(133), 붐 실린더(131C), 암 실린더(132C), 및 버킷 실린더(133C)를 구비한다.

붐(131)의 기단부(基端部)는 선회체(120)에 붐 핀을 통하여 장착된다. 그리고, 도 1에 나타낸 적입 기계(100)에 있어서는, 붐(131)이 선회체(120)의 정면 중앙 부분에 설치되지만, 이것에 한정되지 않고, 붐(131)은 좌우 방향으로 오프셋하여 장착된 것이라도 된다. 이 경우, 선회체(120)의 선회 중심은 작업기(130)의 동작 평면 상에 위치하지 않는다.

암(132)은 붐(131)과 클램 버킷(133)을 연결한다. 암(132)의 기단부는 붐(131)의 선단부에 암 핀을 통하여 장착된다.

클램 버킷(133)은, 암(132)의 선단부에 핀을 통하여 장착되는 백홀(backhaul)(1331)과, 토사 등을 굴삭하기 위한 날을 가지는 클램쉘(1332)과, 백홀(1331)과 클램쉘(1332)을 개폐하기 위한 클램 실린더(1332C)를 가진다. 백홀(1331)과 클램쉘(1332)은 핀을 통하여 개폐 가능하게 연결된다. 백홀(1331)과 클램쉘(1332)이 폐쇄되어 있을 때, 백홀(1331) 및 클램쉘(1332)은, 굴삭한 토사를 수용하기 위한 용기로서 기능한다. 한편, 백홀(1331)과 클램쉘(1332)이 개방됨으로써, 수용한 토사를 배토할 수 있다. 클램 실린더(1332C)의 기단부는 백홀(1331)에 장착된다. 클램 실린더(1332C)의 선단부는 클램쉘(1332)에 장착된다.

즉, 붐(131), 암(132), 백홀(1331) 및 클램쉘(1332)은 링키지를 구성한다. 붐(131), 암(132), 백홀(1331) 및 클램쉘(1332)은 각각 링크 부품의 일례이다.

붐 실린더(131C)는 붐(131)을 작동시키기 위한 유압 실린더다. 붐 실린더(131C)의 기단부는 선회체(120)에 장착된다. 붐 실린더(131C)의 선단부는 붐(131)에 장착된다.

암 실린더(132C)는 암(132)을 구동시키기 위한 유압 실린더다. 암 실린더(132C)의 기단부는 붐(131)에 장착된다. 암 실린더(132C)의 선단부는 암(132)에 장착된다.

버킷 실린더(133C)는 클램 버킷(133)을 구동시키기 위한 유압 실린더다. 버킷 실린더(133C)의 기단부는 암(132)에 장착된다. 버킷 실린더(133C)의 선단부는 백홀(1331)에 접속되는 링크 부재에 장착된다.

《운전실(140)의 구성》

도 2는, 제1 실시형태에 관련된 운전실(140)의 내부의 구성을 나타내는 도면이다.

운전실(140) 내에는, 운전석(141), 조작 단말기(142) 및 조작 장치(143)가 설치된다. 조작 단말기(142)는 운전석(141)의 근방에 설치되고, 후술하는 제어 장치(160)와의 사용자 인터페이스다. 조작 단말기(142)는 예를 들면 터치패널에 의해 오퍼레이터로부터의 조작을 접수해도 된다. 또한, 조작 단말기(142)는 LCD 등의 표시부를 구비하는 것이라도 된다. 터치패널은 표시부의 일례이다.

조작 장치(143)는, 오퍼레이터의 수동 조작에 의해 주행체(110), 선회체(120) 및 작업기(130)를 구동시키기 위한 장치이다. 조작 장치(143)는, 좌측 조작 레버(143LO), 우측 조작 레버(143RO), 좌측 풋 페달(143LF), 우측 풋 페달(143RF), 좌측 주행 레버(143LT), 우측 주행 레버(143RT), 클램 오픈 페달(143CO), 클램 클로즈 페달(143CC), 선회 브레이크 페달(143TB), 개시 스위치(143SW)를 구비한다.

좌측 조작 레버(143LO)는 운전석(141)의 좌측에 설치된다. 우측 조작 레버(143RO)는 운전석(141)의 우측에 설치된다.

좌측 조작 레버(143LO)는 선회체(120)의 선회 동작, 및 암(132)의 굴삭/덤프 동작을 행하기 위한 조작 기구(機構)이다. 구체적으로는, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 좌측 조작 레버(143LO)를 전방으로 밀면, 암(132)이 덤프 동작한다. 또한, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 좌측 조작 레버(143LO)를 후방으로 밀면, 암(132)이 굴삭 동작한다. 또한, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 좌측 조작 레버(143LO)를 우방향으로 밀면, 선회체(120)가 우선회한다. 또한, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 좌측 조작 레버(143LO)를 좌측 방향으로 밀면, 선회체(120)가 좌선회한다. 그리고, 다른 실시형태에 있어서는, 좌측 조작 레버(143LO)를 전후 방향으로 밀었을 경우에 선회체(120)가 우선회 또는 좌선회하고, 좌측 조작 레버(143LO)를 좌우 방향으로 밀었을 경우에 암(132)이 굴삭 동작 또는 덤프 동작해도 된다.

우측 조작 레버(143RO)는, 클램 버킷(133)의 굴삭/덤프 동작, 및 붐(131)의 인상/인하 동작을 행하기 위한 조작 기구이다. 구체적으로는, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 우측 조작 레버(143RO)를 전방으로 밀면, 붐(131)의 인하 동작이 실행된다. 또한, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 우측 조작 레버(143RO)를 후방으로 밀면, 붐(131)의 인상 동작이 실행된다. 또한, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 우측 조작 레버(143RO)를 우방향으로 밀면, 클램 버킷(133)의 덤프 동작이 행해진다. 또한, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 우측 조작 레버(143RO)를 좌측 방향으로 밀면, 클램 버킷(133)의 굴삭 동작이 행해진다. 그리고, 다른 실시형태에 있어서는, 우측 조작 레버(143RO)를 전후 방향으로 밀었을 경우에, 클램 버킷(133)이 덤프 동작 또는 굴삭 동작하고, 우측 조작 레버(143RO)를 좌우 방향으로 밀었을 경우에 붐(131)이 인상 동작 또는 인하 동작해도 된다.

좌측 풋 페달(143LF)은 운전석(141)의 전방의 바닥면의 좌측에 배치된다. 우측 풋 페달(143RF)은 운전석(141)의 전방의 바닥면의 우측에 배치된다. 좌측 주행 레버(143LT)는 좌측 풋 페달(143LF)에 축지지되고, 좌측 주행 레버(143LT)의 경사와 좌측 풋 페달(143LF)의 압하(押下)가 연동하도록 구성된다. 우측 주행 레버(143RT)는 우측 풋 페달(143RF)에 축지지되고, 우측 주행 레버(143RT)의 경사와 우측 풋 페달(143RF)의 압하가 연동하도록 구성된다.

좌측 풋 페달(143LF) 및 좌측 주행 레버(143LT)는 주행체(110)의 좌측 크롤러 트랙(crawler track)의 회전 구동에 대응한다. 구체적으로는, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 좌측 풋 페달(143LF) 또는 좌측 주행 레버(143LT)를 전방으로 밀면, 좌측 크롤러 트랙은 전진 방향으로 회전한다. 또한, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 좌측 풋 페달(143LF) 또는 좌측 주행 레버(143LT)를 후방으로 밀면, 좌측 크롤러 트랙은 후진 방향으로 회전한다.

우측 풋 페달(143RF) 및 우측 주행 레버(143RT)는 주행체(110)의 우측 크롤러 트랙의 회전 구동에 대응한다. 구체적으로는, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 우측 풋 페달(143RF) 또는 우측 주행 레버(143RT)를 전방으로 밀면, 우측 크롤러 트랙은 전진 방향으로 회전한다. 또한, 적입 기계(100)의 오퍼레이터가 우측 풋 페달(143RF) 또는 우측 주행 레버(143RT)를 후방으로 밀면, 우측 크롤러 트랙은 후진 방향으로 회전한다.

클램 오픈 페달(143CO) 및 클램 클로즈 페달(143CC)은 좌측 풋 페달(143LF)의 우측에 배치된다. 클램 오픈 페달(143CO)은 클램 클로즈 페달(143CC)의 좌측 옆에 배치된다. 클램 오픈 페달(143CO)이 눌러지면, 클램 버킷(133)이 압하량에 따른 속도로 개방된다. 클램 클로즈 페달(143CC)이 눌러지면, 클램 버킷(133)이 압하량에 따른 속도로 폐쇄된다.

선회 브레이크 페달(143TB)은 우측 풋 페달(143RF)의 우측에 배치된다. 선회 브레이크 페달(143TB)이 눌러지면, 컨트롤 밸브(123)와 선회 모터(124)를 연결하는 유압 회로의 릴리프 압력을 증대시킨다. 구체적으로는, 선회 브레이크 페달(143TB)이 눌러졌을 때, 컨트롤 밸브(123)와 선회 모터(124)를 연결하는 유압 회로에 설치된 가변 릴리프 밸브의 솔레노이드를 여자(勵磁)함으로써, 가변 릴리프 밸브의 릴리프 압력을 증대시킨다. 이로써, 선회에 관련된 브레이크력을 증가시킬 수 있다.

개시 스위치(143SW)는 예를 들면 좌측 조작 레버(143LO)의 핸들 부분에 설치된다. 그리고, 개시 스위치(143SW)는 운전석(141)에 착석한 오퍼레이터의 근방에 위치하도록 배치되면 된다. 개시 스위치(143SW)가 눌러지면, 제어 장치(160)에 자동 적입 지시 신호가 출력된다. 제어 장치(160)는 자동 적입 지시 신호의 입력을 받으면, 후술하는 자동 적입 제어를 개시한다.

《계측계의 구성》

도 1에 나타낸 바와 같이, 적입 기계(100)는 위치 방위 연산기(151), 경사 계측기(152), 붐 각도 센서(153), 암 각도 센서(154), 버킷 각도 센서(155), 검출 장치(156)를 구비한다.

위치 방위 연산기(151)는, 선회체(120)의 위치 및 선회체(120)가 향하는 방위를 연산한다. 위치 방위 연산기(151)는 GNSS를 구성하는 인공 위성으로부터 측위 신호를 수신하는 2개의 수신기를 구비한다. 2개의 수신기는 각각 선회체(120)의 상이한 위치에 설치된다. 위치 방위 연산기(151)는, 수신기가 수신한 측위 신호에 기초하여, 현장 좌표계에서의 선회체(120)의 대표점(셔블 좌표계의 원점)의 위치를 검출한다.

위치 방위 연산기(151)는, 2개의 수신기가 수신한 각 측위 신호를 이용하여, 한쪽의 수신기의 설치 위치에 대한 다른 쪽의 수신기의 설치 위치의 관계로서, 선회체(120)의 향하는 방위를 연산한다. 선회체(120)가 향하는 방위란, 선회체(120)의 정면에 직교하는 방향으로서, 작업기(130)의 붐(131)으로부터 클램 버킷(133)으로 연장되는 직선의 연장 방향의 수평 성분과 동등하다.

경사 계측기(152)는 선회체(120)의 가속도 및 각속도를 계측하고, 계측 결과에 기초하여 선회체(120)의 자세(예를 들면, 롤각, 피치각, 편주각)을 검출한다. 경사 계측기(152)는 예를 들면 선회체(120)의 하면에 설치된다. 경사 계측기(152)는 예를 들면 관성 계측 장치(IMU: Inertial Measurement Unit)를 사용할 수 있다.

붐 각도 센서(153)는 붐(131)에 장착되고, 붐(131)의 경사각을 검출한다.

암 각도 센서(154)는 암(132)에 장착되고, 암(132)의 경사각을 검출한다.

버킷 각도 센서(155)는, 클램 버킷(133)의 백홀(1331)에 장착되고, 클램 버킷(133)의 경사각을 검출한다.

제1 실시형태에 관련된 붐 각도 센서(153), 암 각도 센서(154), 및 버킷 각도 센서(155)는 지평면에 대한 경사각을 검출한다. 그리고, 다른 실시형태에 관련된 각도 센서는 이것에 한정되지 않고, 다른 기준면에 대한 경사각을 검출해도 된다. 예를 들면, 다른 실시형태에 있어서는, 각도 센서는 붐(131), 암(132) 및 클램 버킷(133)의 기단부에 설치된 포텐셔미터에 의해 상대 회전각을 검출해도 되고, 붐 실린더(131C), 암 실린더(132C) 및 버킷 실린더(133C)의 실린더 길이를 계측하고, 실린더 길이를 각도로 변환함으로써 경사각을 검출하는 것이라도 된다.

검출 장치(156)는 적입 기계(100)의 주위에 존재하는 물체의 3차원 위치를 검출한다. 검출 장치(156)의 예로서는, 스테레오 카메라, 레이저 스캐너, UWB(Ultra Wide Band) 측거 장치 등을 들 수 있다. 검출 장치(156)는 예를 들면 운전실(140)의 상부에 검출 방향이 전방을 향하도록 설치된다. 그리고, 검출 장치(156)는 적입 기계(100)의 주위를 촬상 가능하면, 어디에 설치되어도 된다. 예를 들면, 운전실(140) 밖의 선회체(120)의 측벽 등에 설치되어 있어도 된다. 또한 검출 방향은 전방을 향하지 않아도 된다. 검출 장치(156)는 물체의 3차원 위치를, 검출 장치(156)의 위치를 기준으로 한 좌표계에서 특정한다. 그리고, 다른 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는, 복수의 검출 장치(156)를 구비해도 된다.

《제어 장치(160)의 구성》

도 3은, 제1 실시형태에 관련된 제어 장치(160)의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.

적입 기계(100)는 제어 장치(160)를 구비한다. 제어 장치(160)는 조작 단말기(142)에 실장(實裝)되는 것이라도 되고, 조작 단말기(142)와 별개로 설치되고, 조작 단말기(142)로부터의 입출력을 접수하는 것이라도 된다. 제어 장치(160)는 조작 장치(143)로부터 조작 신호를 수신한다. 조작 신호는 조작 대상과 구동 속도를 나타낸다. 이하, 조작 신호가 나타내는 구동 속도의 크기를 조작량이라고도 한다. 제어 장치(160)는, 수신한 조작 신호 또는 계산에 의해 생성한 자동 적입 제어를 위한 조작 신호를 컨트롤 밸브(123)에 출력함으로써, 작업기(130), 선회체(120) 및 주행체(110)를 구동시킨다. 이하, 조작 장치(143)로부터 수신한 조작 신호를 수동 조작 신호라고도 하고, 계산에 의해 생성한 조작 신호를 자동 조작 신호라고도 한다.

제어 장치(160)는 프로세서(610), 메인 메모리(630), 스토리지(650), 인터페이스(670)를 구비하는 컴퓨터다. 스토리지(650)는 프로그램을 기억한다. 프로세서(610)는 프로그램을 스토리지(650)로부터 판독하여 메인 메모리(630)에 전개하고, 프로그램에 따른 처리를 실행한다.

스토리지(650)의 예로서는, 반도체 메모리, 자기 디스크, 광자기 디스크, 광디스크 등을 들 수 있다. 스토리지(650)는, 제어 장치(160)의 공통 통신선에 직접 접속된 내부 미디어라도 되고, 인터페이스(670)를 통하여 제어 장치(160)에 접속되는 외부 미디어라도 된다. 메인 메모리(630) 및 스토리지(650)는 일시적이지 않은 유형의 기억 매체이다.

프로세서(610)는 프로그램의 실행에 의해, 계측 데이터 취득부(611), 맵 생성부(612), 조작 신호 입력부(613), 작업기 위치 특정부(614), 적입 목표 특정부(615), 개시 각도 특정부(616), 회피 각도 특정부(617), 목표 자세 결정부(618), 이동 제어부(619), 클램 제어부(620), 출력 판정부(621), 조작 신호 출력부(622)를 구비한다.

계측 데이터 취득부(611)는 적입 기계(100)의 계측계에 의한 계측 데이터를 취득한다. 구체적으로는, 계측 데이터 취득부(611)는 위치 방위 연산기(151), 경사 계측기(152), 붐 각도 센서(153), 암 각도 센서(154), 버킷 각도 센서(155), 및 검출 장치(156)로부터 계측 데이터를 취득한다. 계측 데이터 취득부(611)는, 경사 계측기(152)가 계측한 선회체(120)의 각속도를 적분함으로써, 선회체(120)의 각도를 산출한다.

맵 생성부(612)는 검출 장치(156)로부터 취득한 계측 데이터를 이용하여 적입 기계(100)의 주위를 표시하는 맵 데이터를 생성한다. 맵 생성부(612)는 예를 들면 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping) 기술에 의해 맵 데이터를 생성한다. 맵 데이터는 차체 좌표계에 의해 표시된다. 차체 좌표계는, 선회체(120)의 선회 중심을 원점으로 하고, 전후 방향으로 연장되는 축, 좌우 방향으로 연장되는 축, 상하 방향으로 연장되는 축으로 표시되는 직교 좌표계다. 검출 장치(156)는, 선회체(120)에 고정되어 있으므로, 맵 생성부(612)는 SLAM의 계산 결과를, 선회 중심과 검출 장치(156)의 위치 관계에 기초하여 평행 이동시킴으로써, 차체 좌표계의 맵 데이터를 생성할 수 있다. 맵 생성부(612)가 생성한 맵 데이터는 메인 메모리(630)에 기록된다.

조작 신호 입력부(613)는 조작 장치(143)로부터 수동 조작 신호의 입력을 접수한다. 수동 조작 신호에는, 붐(131)의 회동(回動) 조작 신호, 암(132)의 회동 조작 신호, 클램 버킷(133)의 회동 조작 신호, 클램 버킷(133)의 개폐 조작 신호, 선회체(120)의 선회 조작 신호, 주행체(110)의 주행 조작 신호, 및 적입 기계(100)의 자동 적입 지시 신호가 포함된다.

작업기 위치 특정부(614)는, 계측 데이터 취득부(611)가 취득한 계측 데이터에 기초하여, 선회체(120)를 기준으로 하는 차체 좌표계에서의 암(132)의 선단의 위치 P(도 5) 및 암(132)의 선단으로부터 클램 버킷(133)의 최하점까지의 높이 H(도 5)를 특정한다. 클램 버킷(133)의 최하점이란, 클램 버킷(133)의 외형 중 지표면으로부터의 거리가 가장 짧은 점을 말한다.

작업기 위치 특정부(614)는, 붐(131)의 경사각과 기지(旣知)의 붐(131)의 길이(기단부의 핀으로부터 선단부의 핀까지의 거리)에 기초하여, 붐(131)의 길이의 수직 방향 성분 및 수평 방향 성분을 구한다. 마찬가지로, 작업기 위치 특정부(614)는, 암(132)의 길이의 수직 방향 성분 및 수평 방향 성분을 구한다. 작업기 위치 특정부(614)는 적입 기계(100)의 위치로부터 적입 기계(100)의 방위 및 자세로부터 특정되는 방향으로, 붐(131) 및 암(132)의 길이의 수직 방향 성분의 합 및 수평 방향 성분의 합만큼 떨어진 위치를, 암(132)의 선단의 위치 P로서 특정한다. 또한, 작업기 위치 특정부(614)는, 클램 버킷(133)의 경사각과 기지의 클램 버킷(133)의 형상에 기초하여, 클램 버킷(133)의 연직 방향의 최하점을 특정하고, 암(132)의 선단으로부터 최하점까지의 높이 H 및 선단으로부터 최하점까지의 수평거리 D(도 5)를 특정한다.

적입 목표 특정부(615)는, 조작 신호 입력부(613)에 자동 적입 지시 신호가 입력된 경우에, 맵 생성부(612)가 생성한 맵 데이터에 기초하여, 적입점을 결정한다. 적입점이란, 적입 목표(T)(예를 들면, 덤프 트럭의 베셀)보다 상방의 위치이다. 자동 적입 제어에서는, 암(132)의 선단이 적입점에 도달했을 때, 덤프 제어가 개시된다. 구체적으로는, 적입 목표 특정부(615)는, 맵 데이터와 기지의 적입 목표(T)의 형상으로부터, 적입 목표(T)의 위치 및 형상을 특정한다. 예를 들면 적입 목표 특정부(615)는 3차원 패턴 매칭에 의해 적입 목표(T)의 위치를 특정한다. 적입 목표 특정부(615)는, 특정한 적입 목표(T)의 상면의 중심점과 클램 버킷(133)의 형상에 기초하여 적입점을 결정한다.

개시 각도 특정부(616)는, 조작 신호 입력부(613)에 자동 적입 지시 신호가 입력되었을 때 선회체(120)가 향하는 방위와, 적입점이 존재하는 방위 사이의 각도를 개시 각도로서 특정한다. 자동 적입 지시 신호가 입력되었을 때 선회체(120)가 향하는 방위는, 적입 기계(100)의 자동 적입 제어의 개시 시에 선회체(120)가 향하는 방위라고도 할 수 있다. 즉, 개시 각도 특정부(616)는, 자동 적입 제어의 개시 시에 선회체(120)의 선회 중심으로부터 작업기 위치 특정부(614)가 특정한 암(132)의 선단의 위치로 연장되는 선분과, 선회체(120)의 선회 중심으로부터 적입점으로 연장되는 선분이 이루는 각을 개시 각도로서 특정한다.

회피 각도 특정부(617)는, 적입 목표 특정부(615)가 특정한 적입 목표(T)의 위치 및 형상에 기초하여 간섭 회피 각도를 특정한다. 간섭 회피 각도란, 작업기(130)와 적입 목표(T)가 상방으로부터의 평면에서 볼 때에 있어서 간섭하지 않을 때의 선회 각도이다. 구체적으로는, 회피 각도 특정부(617)는 이하의 순서로 간섭 회피 각도를 특정한다.

회피 각도 특정부(617)는, 적입 목표 특정부(615)가 특정한 적입 목표(T)의 위치 및 형상에 기초하여, 적입 목표(T)의 외형 중 선회체(120)의 선회 방향의 가장 후방의 점 p1(도 5)을 특정한다. 회피 각도 특정부(617)는, 자동 적입 제어의 개시 시의 선회체(120)의 선회 중심으로부터 암(132)의 선단의 위치로 연장되는 선분과, 선회체(120)의 선회 중심으로부터 특정한 적입 목표(T)의 외형의 점으로 연장되는 선분이 이루는 제1 각도 φ1(도 5)을 구한다. 회피 각도 특정부(617)는, 작업기 위치 특정부(614)가 특정한 암(132)의 선단의 위치와, 기지의 클램 버킷(133)의 형상에 기초하여, 클램 버킷(133)의 외형 중 선회체(120)의 선회 방향의 가장 전방의 점 p2(도 5)를 특정한다. 회피 각도 특정부(617)는, 선회체(120)의 선회 중심으로부터 암(132)의 선단의 위치로 연장되는 선분과, 선회체(120)의 선회 중심으로부터 특정한 클램 버킷(133)의 외형의 점으로 연장되는 선분이 이루는 제2 각도 φ2를 구한다. 회피 각도 특정부(617)는 제1 각도 φ1과 제2 각도 φ2의 차로부터, 제어 여유분의 각도 φ3을 더 감산함으로써, 간섭 회피 각도 θ1(도 5)을 구한다.

목표 자세 결정부(618)는, 적입 목표 특정부(615)가 결정한 선회 중심으로부터 적입점까지의 거리 및 높이에 기초하여, 암(132)의 선단이 적입점에 위치할 때의 작업기(130)의 자세를 계산하고, 작업기(130)의 배토 개시 시의 목표 자세를 결정한다. 또한, 목표 자세 결정부(618)는, 미리 정해진 작업기(130)의 굴삭 개시 시의 목표 자세를 스토리지(650) 또는 메인 메모리(630)로부터 판독함으로써, 작업기(130)의 굴삭 개시 시의 목표 자세를 결정한다. 도 4는, 제1 실시형태에 관련된 작업기(130)의 굴삭 개시 시의 목표 자세의 예를 나타내는 도면이다. 굴삭 개시 시의 목표 자세는, 예를 들면 클램 버킷(133)이 주행체(110)와 간섭하지 않을 정도로 접근하고, 또한 클램 버킷(133)의 바닥면이 주행체(110)의 바닥면을 포함하는 평면 Z1과 접촉하지 않을 정도로 접근하는 자세이다. 즉, 굴삭 개시 시의 목표 자세에서의 클램 버킷(133)은, 선회 중심으로부터의 거리가, 주행체(110)에 외접하는 가상 원기둥보다 외측에 형성되는 간섭 금지 영역(Z2)보다 외측에 위치한다. 이와 같은 목표 자세는 다음 굴삭 작업에 들어가기 쉬운 자세이다. 그리고, 간섭 금지 영역(Z2)을 주행체(110) 상당의 직육면체가 아니라 가상 원기둥에 의해 규정함으로써, 선회체(120)의 선회 시에 주행체(110)와 클램 버킷(133)의 접촉이 생기는 것을 방지할 수 있다. 굴삭 개시 시의 목표 자세에 관련된 클램 버킷(133)의 바닥면은, 평면(Z1)과 병행하게 되어도 되고, 평면(Z1)에 대하여 예각을 이루어도 된다. 목표 자세는, 예를 들면 차체 좌표계에서의 붐(131)의 선단, 암(132)의 선단, 및 클램 버킷(133)의 날끝의 위치에 의해 표시된다. 그리고, 작업기(130)의 자세는, 작업기(130)를 구성하는 각 부품의 차체 좌표계에서의 위치 및 각도를 포함한다.

도 3에 나타낸 이동 제어부(619)는, 조작 신호 입력부(613)가 자동 적입 지시 신호의 입력을 접수한 경우에, 적입 목표 특정부(615)가 특정한 적입점, 회피 각도 특정부(617)가 특정한 간섭 회피 각도에 기초하여, 클램 버킷(133)을 적입점까지 이동시키기 위한 선회체(120)와 작업기(130)의 복합 동작을 실현하는 조작 신호를 생성한다. 구체적으로는, 이동 제어부(619)는, 작업기(130)의 자세가 목표 자세 결정부(618)가 결정한 배토 개시 시의 목표 자세로 되도록 작업기(130)를 구동시키기 위한 조작 신호를 생성한다. 또한, 이동 제어부(619)는, 선회 각도가 간섭 회피 각도에 도달할 때까지 작업기(130)의 자세가 배토 개시 시의 목표 자세로 되도록, 선회 개시 타이밍을 조정한다. 즉, 이동 제어부(619)는 선회체(120)의 선회를 개시한 경우에, 해당 선회에 의한 선회 각도가 간섭 회피 각도에 도달할 때까지 작업기(130)가 목표 자세로 되지 않는 경우, 선회체(120)의 선회 조작 신호를 생성하지 않고, 작업기(130)의 조작 신호만을 생성한다. 한편, 이동 제어부(619)는, 선회에 의한 선회 각도가 간섭 회피 각도에 도달할 때까지 작업기(130)가 목표 자세로 된다고 판정한 경우, 선회체(120)의 선회 조작 신호 및 작업기(130)의 조작 신호를 생성하고, 선회체(120)와 작업기(130)의 복합 동작을 실현한다.

또한, 이동 제어부(619)는, 암(132)의 선단이 적입점에 도달한 후, 선회체(120)를 개시 각도 특정부(616)가 특정한 개시 각도까지 선회하고, 작업기(130)의 자세가 목표 자세 결정부(618)가 결정한 굴삭 개시 시의 목표 자세로 되도록 선회체(120) 및 작업기(130)를 구동시키기 위한 조작 신호를 생성한다.

클램 제어부(620)는 암(132)의 선단이 적입점에 도달했을 때, 클램 버킷(133)을 개방하는 조작 신호를 생성한다. 또한 클램 제어부(620)는, 선회체(120)의 선회 각도가 개시 각도와 간섭 회피 각도의 차의 각도를 초과했을 때, 클램 버킷(133)을 폐쇄하는 조작 신호를 생성한다. 그리고, 클램 제어부(620)는 암(132)의 선단이 적입점에 도달하기 전이라도, 상방으로부터의 평면에서 볼 때에 있어서 클램 버킷(133)과 적입 목표(T)가 중첩되어 있을 때, 클램 버킷(133)을 개방하는 자동 조작 신호를 생성해도 된다.

출력 판정부(621)는 조작 신호 입력부(613)에 입력된 수동 조작 신호와 이동 제어부(619)가 생성한 자동 조작 신호에 기초하여, 선회체(120), 붐(131), 암(132), 클램 버킷(133), 클램쉘(1332)의 각각(제어 대상)을, 수동 조작 신호와 자동 조작 신호 중 어느 것에 의해 제거할지를 판정한다. 출력 판정부(621)는 제어 대상마다 자동 조작 플래그의 값을 메인 메모리(630)에 기록하고, 관리한다. 출력 판정부(621)는, 자동 조작 플래그가 ON인 제어 대상을 자동 조작 신호에 의해 제어하고, 자동 조작 플래그가 OFF인 제어 대상을 수동 조작 신호에 의해 제어한다고 판정한다.

조작 신호 출력부(622)는 출력 판정부(621)의 판정 결과에 기초하여, 조작 신호 입력부(613)에 입력된 수동 조작 신호, 또는 이동 제어부(619)가 생성한 자동 조작 신호를 출력한다.

《자동 적입 제어 시의 동작》

여기에서, 도면을 참조하면서, 제1 실시형태에 관련된 자동 적입 제어 시의 적입 기계(100)의 동작에 대하여 설명한다.

도 5는, 제1 실시형태에 관련된 자동 적입 제어 개시로부터 배토 개시까지의 적입 기계(100)의 동작의 예를 나타내는 도면이다. 도 6은, 제1 실시형태에 관련된 배토 개시로부터 자동 적입 제어 종료까지의 적입 기계(100)의 동작의 예를 나타내는 도면이다.

제1 실시형태에 관련된 자동 적입 제어는, 오퍼레이터에 의한 수동 조작에 의해 작업기(130)가 굴삭 대상인 토사를 굴삭하고, 클램 버킷(133)에 토사가 유지된 상태에서, 개시 스위치(143SW)가 눌러지면 개시된다. 자동 적입 제어가 개시되면, 적입 기계(100)는 토사를 적입 목표(T) 위에서 배토하고, 다음 굴삭 개시점에 작업기(130)를 이동시킨다. 제1 실시형태에서는, 자동 적입 제어의 종료 시에, 다음 굴삭 처리가 용이하게 되도록, 자동 적입 제어가 개시된 방향으로 선회체(120)를 향하게 한다. 또한 다음 굴삭 처리가 용이하게 되도록, 작업기(130)를 클램 버킷(133)의 바닥면을 지면 근처까지 내리고, 또한 클램 버킷(133)을 차체측에 가까이 댄 자세로 한다.

구체적으로는, 자동 적입 제어가 개시되면, 도 5에 나타낸 바와 같이 제어 장치(160)는, 먼저 작업기(130)(붐(131), 암(132), 및 클램 버킷(133))의 구동을 개시하고, 클램 버킷(133)을 상방으로 이동시킨다. 뒤늦게, 제어 장치(160)는 선회체(120)의 선회를 개시시킨다. 제어 장치(160)는, 선회체(120)의 선회 각도가 간섭 회피 각도 θ₁과 일치할 때까지, 작업기(130)의 자세는 배토 개시 시의 목표 자세로 되도록, 선회 개시 타이밍을 조정한다. 이하, 간섭 회피 각도 θ₁을 제1 간섭 회피 각도 θ₁이라고도 부른다. 그리고, 선회체(120)의 선회 각도가 제1 간섭 회피 각도 θ₁과 일치할 때까지 작업기(130)의 자세가 배토 개시 시의 목표 자세로 되어 있는 경우, 즉 클램 버킷(133)의 최하점의 높이가 적입 목표(T)의 상면보다 높은 경우, 선회체(120)의 선회에 의해 작업기(130)가 적입 목표(T)에 접촉하는 일이 없다. 그 후, 암(132)의 선단이 적입점에 도달하면, 제어 장치(160)는 클램 버킷(133)을 개방하고, 배토를 개시한다.

배토 개시로부터 일정 시간이 경과하면, 제어 장치(160)는 도 6에 나타낸 바와 같이 선회체(120)의 선회를 개시시킨다. 선회체(120)의 선회 각도가 개시 각도 θ₀과 간섭 회피 각도 θ₁의 차의 각도 θ₂를 초과할 때까지, 제어 장치(160)는 작업기(130)의 구동을 개시하지 않는다. 이하, 각도 θ₂를 제2 간섭 회피 각도 θ₂라고도 부른다. 선회체(120)의 선회 각도가 제2 간섭 회피 각도 θ₂를 넘으면, 제어 장치(160)는 작업기(130)의 구동을 개시한다. 선회체(120)의 선회 각도가 개시 각도 θ₀에 달하면, 제어 장치(160)는 선회체(120)의 구동을 종료한다. 또한 작업기(130)의 자세가 굴삭 개시 시의 목표 자세로 되면, 제어 장치(160)는 작업기(130)의 구동을 종료한다.

그리고, 선회체(120)의 선회 각도가 제2 간섭 회피 각도 θ₂를 초과한 후, 제어 장치(160)는 조작 장치(143)에 의한 오퍼레이터의 조작을 접수한다. 제어 장치(160)는 오퍼레이터에 의한 조작을 접수한 제어 대상에 대하여, 자동 조작 신호를 출력하지 않고, 수동 조작 신호를 출력한다. 한편, 제어 장치(160)는, 오퍼레이터에 의한 조작을 접수하고 있지 않은 제어 대상에 대해서는, 자동 조작 신호의 출력을 계속한다.

도 7은, 제1 실시형태에서의 자동 적입 제어의 개시 시의 작업기(130)의 자세와 자동 적입 제어의 종료 시의 작업기(130)의 자세를 대비하는 도면이다. 자동 적입 제어는, 작업기(130)가 토사를 굴삭하여 클램 버킷(133) 내에 토사가 유지된 상태에서 개시된다. 그러므로, 자동 적입 제어의 개시 시에서의 클램 버킷(133)의 자세(133s)는, 굴삭 대상의 상방에 있어서, 날을 상방으로 향하게 한 자세를 취한다. 굴삭 대상을 굴삭하기 위해서는, 날끝을 굴삭 대상에 대향시켜 하방으로부터 떠올릴 필요가 있으므로, 자동 적입 제어의 개시 시에서의 클램 버킷(133)의 자세(133s)로부터 굴삭 작업을 개시하기 위해서는, 클램 버킷(133)의 위치 및 자세를 바꿀 필요가 있다. 이에 대하여, 자동 적입 제어의 종료 시에서의 클램 버킷(133)의 자세(133e) 즉 굴삭 개시 시의 목표 자세는 지표에 가까운 높이에 있어서, 날을 전방으로 향하게 한 자세를 취한다. 이로써, 자동 적입 제어의 종료 시에 클램 버킷(133)의 자세를 굴삭 개시 시의 목표 자세로 함으로써, 오퍼레이터는, 다음 굴삭 작업으로 작업을 용이하게 이행할 수 있다.

《제어 장치(160)의 동작》

도 8은, 제1 실시형태에 관련된 제어 장치(160)의 동작을 나타내는 플로차트다.

적입 기계(100)의 제어 장치(160)는 가동 중, 일정한 제어 주기마다, 도 8에 나타낸 상태 갱신 처리를 행한다.

계측 데이터 취득부(611)는 위치 방위 연산기(151), 경사 계측기(152), 붐 각도 센서(153), 암 각도 센서(154), 버킷 각도 센서(155), 및 검출 장치(156)로부터 계측 데이터를 취득한다(스텝 SS1). 맵 생성부(612)는 스텝 SS1에 의해 검출 장치(156)로부터 취득한 계측 데이터를 이용하여, 메인 메모리(630)에 기록되어 있는 맵 데이터를 갱신한다(스텝 SS2). 이로써, 제어 장치(160)는, 적입 기계(100)의 근방의 상황을 표시하는 맵 데이터를 항상 최신의 상태로 유지하고, 맵 데이터에 적입 목표(T)의 최신의 위치가 나타나게 해 놓을 수 있다.

작업기 위치 특정부(614)는 스텝 SS1에서 취득한 계측 데이터에 기초하여, 선회체(120)를 기준으로 하는 차체 좌표계에서의 암(132)의 선단의 위치 P 및 암(132)의 선단으로부터 클램 버킷(133)의 최하점까지의 높이 H를 특정한다(스텝 SS3). 이로써, 제어 장치(160)는 항상 현재의 작업기(130)의 자세를 특정해 놓을 수 있다.

도 9는, 제1 실시형태에 관련된 자동 적입 제어 개시로부터 배토 개시까지의 제어 장치(160)의 동작을 나타내는 플로차트다. 도 10은, 제1 실시형태에 관련된 배토 개시로부터 자동 적입 제어 종료까지의 제어 장치(160)의 동작을 나타내는 플로차트다. 도 11은, 제1 실시형태에 관련된 제어 장치의 자동/수동 전환 판정 동작을 나타내는 플로차트다.

오퍼레이터에 의해 개시 스위치(143SW)가 눌러지면, 제어 장치(160)의 조작 신호 입력부(613)는 자동 적입 지시 신호의 입력을 접수한다. 제어 장치(160)는 자동 적입 신호를 트리거로 하여, 도 9의 스텝 S0으로부터 자동 적입 제어를 개시한다.

자동 적입 지시 신호가 입력되면, 제어 장치(160)의 출력 판정부(621)는 선회체(120), 붐(131), 암(132), 클램 버킷(133), 클램쉘(1332)의 각각에 관련된 자동 조작 플래그의 값을 모두 ON으로 리셋한다(스텝 S0). 제어 장치(160)는 도 8에 나타낸 상태 갱신 처리에 의해, 계측 데이터, 맵 데이터 및 작업기(130)의 자세를 최신의 상태로 갱신한다(스텝 S1). 적입 목표 특정부(615)는 스텝 S1에서 갱신된 맵 데이터에 기초하여, 적입 목표(T)의 위치 및 형상을 특정한다(스텝 S2). 적입 목표 특정부(615)는, 스텝 S2에서 특정한 적입 목표(T)의 위치와 스텝 S1에서 특정한 암(132)의 선단으로부터 클램 버킷(133)의 최하점까지의 높이 H에 기초하여 적입점을 결정한다(스텝 S3).

개시 각도 특정부(616)는 스텝 S3에서 결정한 맵 데이터에서의 적입점의 위치에 기초하여 개시 각도 θ₀을 특정한다(스텝 S4). 맵 데이터는 차체 좌표계로 표시되므로, 개시 각도 특정부(616)는 예를 들면 선회체(120)의 전방으로 연장되는 좌표축에 대한 적입점의 위치 벡터의 각도를 개시 각도 θ₀으로서 특정한다. 회피 각도 특정부(617)는, 스텝 S2에서 특정한 적입 목표(T)의 위치 및 형상에 기초하여 제1 간섭 회피 각도 θ₁을 특정한다(스텝 S5). 목표 자세 결정부(618)는 암(132)의 선단이 적입점에 위치할 때의 붐(131) 및 암(132)의 자세를 목표 자세로서 결정한다(스텝 S6).

다음으로, 제어 장치(160)는 도 8에 나타낸 상태 갱신 처리에 의해, 계측 데이터, 맵 데이터 및 작업기(130)의 자세를 최신의 상태로 갱신한다(스텝 S7). 다음으로, 이동 제어부(619)는, 스텝 S7에서 특정된 작업기(130)의 자세가 스텝 S6에서 결정한 목표 자세와 근사하는지의 여부를 판정한다(스텝 S8). 예를 들면, 이동 제어부(619)는, 목표 자세에서의 암(132)의 선단의 위치와, 현재의 암(132)의 선단의 위치의 차가 소정값 이하인 경우에, 작업기(130)의 자세가 목표 자세와 근사하다고 판정한다.

작업기(130)의 자세가 목표 자세와 근사하지 않은 경우(스텝 S8: NO), 이동 제어부(619)는 붐(131) 및 암(132)을 목표 자세에 가깝게 하는 자동 조작 신호를 생성한다(스텝 S9). 이 때, 이동 제어부(619)는 스텝 S7에서 특정된 붐(131) 및 암(132)의 위치 및 속도에 기초하여, 자동 조작 신호를 생성한다.

또한 이동 제어부(619)는, 생성한 붐(131) 및 암(132)의 자동 조작 신호에 기초하여 붐(131) 및 암(132)의 각속도의 합을 산출하고, 해당 각속도의 합과 같은 속도로 클램 버킷(133)을 회동시키는 자동 조작 신호를 생성한다(스텝 S10). 이로써, 이동 제어부(619)는 클램 버킷(133)의 대지각(對地角)을 유지하는 자동 조작 신호를 생성할 수 있다.

이동 제어부(619)는, 작업기(130)가 선회 중인지의 여부를 판정한다(스텝 S11). 이동 제어부(619)는 예를 들면 선회체(120)의 선회 속도가 소정 속도 이상인 경우에 선회 중이라고 판정한다. 작업기(130)가 선회 중이 아닌 경우(스텝 S11: NO), 이동 제어부(619)는 스텝 S7에서 특정한 붐(131) 및 암(132)의 속도에 기초하여 작업기(130)가 목표 자세로 될 때까지의 완료 시간을 산출한다(스텝 S12). 또한, 이동 제어부(619)는, 선회체(120)가 선회를 개시한 경우에 선회 각도가 스텝 S5에서 특정한 제1 간섭 회피 각도 θ₁에 도달할 때까지의 도달 시간을 산출한다(스텝 S13). 이동 제어부(619)는, 스텝 S12에서 산출한 완료 시간이 스텝 S13에서 산출한 도달 시간 미만인지의 여부를 판정한다(스텝 S14). 즉, 이동 제어부(619)는, 선회 각도가 제1 간섭 회피 각도 θ₁에 도달할 때 작업기(130)가 목표 자세로 되는지의 여부를 판정한다.

완료 시간이 도달 시간 이상인 경우(스텝 S14: NO), 즉 선회 각도가 제1 간섭 회피 각도 θ₁에 도달할 때까지 작업기(130)가 목표 자세로 되지 않는 경우, 이동 제어부(619)는 선회체(120)의 선회 조작 신호를 생성하지 않는다. 한편, 완료 시간이 도달 시간 미만인 경우(스텝 S14: YES), 즉 선회 각도가 제1 간섭 회피 각도 θ₁에 도달할 때까지 작업기(130)가 목표 자세로 되는 경우, 이동 제어부(619)는 선회체(120)의 선회 조작 신호를 생성한다(스텝 S15). 이로써, 제어 장치(160)는, 작업기(130)가 적입 목표(T)와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

출력 판정부(621)는, 메인 메모리(630)에 기록된 모든 자동 조작 플래그의 값이 ON이므로, 어느 제어 대상도 자동 조작 신호에 의해 제어한다고 판정한다. 이로써, 조작 신호 출력부(622)는 스텝 S9, S10, S15 중 적어도 어느 하나에서 생성된 자동 조작 신호를 컨트롤 밸브(123)에 출력한다(스텝 S16). 이로써, 적입 기계(100)가 구동한다. 그리고, 제어 장치(160)는 처리를 스텝 S7로 되돌리고, 제어를 계속한다.

한편, 스텝 S11에서 작업기(130)가 선회 중이라고 판정된 경우(스텝 S11: YES), 이동 제어부(619)는, 스텝 S7에서 특정한 작업기(130)의 선회 속도에 기초하여, 선회의 조작 신호를 정지한 경우에, 타성에 의한 선회에 의해 암(132)의 선단이 적입점에 도달하는지의 여부를 판정한다(스텝 S17). 타성에 의한 선회에서는 암(132)의 선단이 적입점에 도달하지 않는 경우(스텝 S17: NO), 이동 제어부(619)는 스텝 S15에서 선회 조작 신호를 생성하고, 조작 신호 출력부(622)는 스텝 S16에서 선회 조작 신호를 컨트롤 밸브(123)에 출력한다.

한편, 타성에 의한 선회에 의해 암(132)의 선단이 적입점에 도달한다고 판정된 경우(스텝 S17: YES), 제어 장치(160)는, 도 8에 나타낸 상태 갱신 처리에 의해, 계측 데이터, 맵 데이터 및 작업기(130)의 자세를 최신의 상태로 갱신한다(도 10의 스텝 S18). 이동 제어부(619)는, 스텝 S18에서 갱신된 맵 데이터에 기초하여, 암(132)의 선단이 적입점에 도달했는지의 여부를 판정한다(스텝 S19). 암(132)의 선단이 적입점에 도달하고 있지 않은 경우(스텝 S19: NO), 제어 장치(160)는 처리를 스텝 S18로 되돌리고, 적입점으로의 도달을 대기한다. 이 때, 메인 메모리(630)에 기록된 자동 조작 신호의 값은 모두 ON이므로, 제어 장치(160)는 조작 장치(143)의 수동 조작을 접수하지 않는다.

암(132)의 선단이 적입점에 도달한 경우(스텝 S19: YES), 클램 제어부(620)는 클램 버킷(133)의 개방 조작 신호를 생성한다(스텝 S20). 조작 신호 출력부(622)는 스텝 S20에서 생성한 개방 조작 신호를 컨트롤 밸브(123)에 출력한다(스텝 S21). 클램 제어부(620)는 클램 버킷(133)의 개방 조작 신호를 출력하고 나서 일정 시간의 경과를 대기한다(스텝 S22). 이 시간은, 개방된 클램 버킷(133)으로부터 토사가 일정량 떨어질 때까지의 시간이다. 그리고, 이 시간은, 클램 버킷(133)으로부터 모든 토사가 떨어질 때까지의 시간보다 짧으면 된다.

일정 시간 후, 목표 자세 결정부(618)는, 미리 정해진 작업기(130)의 굴삭 개시 시의 목표 자세를 스토리지(650) 또는 메인 메모리(630)로부터 판독함으로써, 작업기(130)의 굴삭 개시 시의 목표 자세를 결정한다(스텝 S23). 굴삭 개시 시의 목표 자세는, 예를 들면 클램 버킷(133)이 주행체(110)와 간섭하지 않을 정도로 접근하고, 또한 클램 버킷(133)의 바닥면이 주행체(110)의 바닥면을 통과하는 평면과 간섭하지 않을 정도로 접근하는 자세이다.

다음으로, 제어 장치(160)는 도 8에 나타낸 상태 갱신 처리에 의해, 계측 데이터, 맵 데이터 및 작업기(130)의 자세를 최신의 상태로 갱신한다(스텝 S24). 다음으로, 이동 제어부(619)는, 배토 개시 시부터 현시점까지의 선회체(120)의 선회 각도가, 개시 각도 θ₀과 제1 간섭 회피 각도 θ₁의 차인 제2 간섭 회피 각도 θ₂ 미만인지의 여부를 판정한다(스텝 S25). 선회 각도가 제2 간섭 회피 각도 θ₂ 미만인 경우(스텝 S25: YES), 작업기(130)가 적입 목표(T)와 접촉할 가능성이 있기 때문에, 이동 제어부(619)는 작업기(130)의 자세를 유지하는 자동 조작 신호(중립 신호)를 생성한다.

스텝 S25에 있어서, 선회 각도가 제2 간섭 회피 각도 θ₂ 이상인 경우(스텝 25: NO), 이동 제어부(619)는, 스텝 S24에서 특정된 작업기(130)의 자세가, 스텝 S23에서 결정한 목표 자세와 근사한지의 여부를 판정한다(스텝 S26). 작업기(130)의 자세가 목표 자세와 근사하지 않은 경우(스텝 S26: NO), 이동 제어부(619)는 붐(131), 암(132) 및 클램 버킷(133)을 목표 자세에 가깝게 하는 자동 조작 신호를 생성한다(스텝 S27). 또한 클램 제어부(620)는 클램 버킷의 개방 조작 신호를 생성한다(스텝 S28). 작업기(130)의 자세가 목표 자세와 근사하는 경우(스텝 S26: YES), 이동 제어부(619)는 작업기(130)의 자동 조작 신호를 생성하지 않는다.

또한, 이동 제어부(619)는, 스텝 S24에서 특정한 작업기(130)의 선회 속도에 기초하여, 선회 조작 신호의 값을 제로로 한 경우에, 타성에 의한 선회에 의해 스텝 S4에서 특정한 개시 각도 θ₀까지 선회할 수 있는지의 여부를 판정한다(스텝 S29). 타성에 의한 선회에서는 개시 각도 θ₀까지 선회할 수 없는 경우(스텝 S29: NO), 이동 제어부(619)는 선회 조작 신호를 생성한다(스텝 S30). 한편, 타성에 의한 선회에서는 개시 각도 θ₀까지 선회할 수 있는 경우(스텝 S29: YES), 이동 제어부(619)는 선회 조작 신호를 생성하지 않는다.

다음으로, 출력 판정부(621)는, 도 11에 나타낸 바와 같이 제어 대상(선회체(120), 붐(131), 암(132), 클램 버킷(133), 클램쉘(1332))을 1개씩 선택하고(스텝 S31), 선택한 제어 대상에 대하여 스텝 S31부터 스텝 S42의 처리를 실행한다.

출력 판정부(621)는 스텝 S31에서 선택한 제어 대상에 관련된 자동 조작 플래그의 값이 ON인지의 여부를 판정한다(스텝 S32). 자동 조작 플래그의 값이 ON인 경우(스텝 S32: YES), 출력 판정부(621)는, 조작 신호 입력부(613)가 스텝 S31에서 선택한 제어 대상을 조작하기 위한 수동 조작 신호의 입력을 접수했는지의 여부를 판정한다(스텝 S33). 출력 판정부(621)는, 수동 조작 신호의 조작량이 여유(allowance)에 상당하는 임계값 이상인 경우에, 수동 조작 신호의 입력을 접수했다고 판정한다.

그리고, 선회체(120)에 관련된 수동 조작 신호는 좌측 조작 레버(143LO)에 의한 좌우 방향의 조작 신호, 및 선회 브레이크 페달(143TB)의 조작 신호이다. 붐(131)에 관련된 수동 조작 신호는 우측 조작 레버(143RO)에 의한 전후 방향의 조작 신호이다. 암(132)에 관련된 수동 조작 신호는 좌측 조작 레버(143LO)에 의한 전후 방향의 조작 신호이다. 클램 버킷(133)의 회동에 관련된 수동 조작 신호는 우측 조작 레버(143RO)의 좌우 방향의 조작 신호이다. 클램쉘(1332)의 개폐에 관련된 수동 조작 신호는 클램 오픈 페달(143CO) 및 클램 클로즈 페달(143CC)의 조작 신호이다.

스텝 S31에서 선택한 제어 대상에 관련된 수동 조작 신호의 입력이 있는 경우(스텝 S33: YES), 출력 판정부(621)는, 수동 조작 신호가 스텝 S27, S28 또는 S30에서 생성된 제어 대상에 관련된 자동 조작 신호에 저항하는 조작을 표시하는지의 여부를 판정한다(스텝 S34). 구체적으로는, 출력 판정부(621)는, 수동 조작 신호의 조작 방향이 자동 조작 신호의 조작 방향과 역방향인 경우, 또는 수동 조작 신호의 조작이 브레이크 조작인 경우에, 수동 조작 신호가 자동 조작 신호에 저항하는 조작을 표시한다고 판정한다. 예를 들면, 출력 판정부(621)는, 자동 조작 신호가 반시계 방향의 선회 조작을 표시하고, 수동 조작 신호가 시계 방향의 선회 조작을 표시하는 경우에, 수동 조작 신호가 자동 조작 신호에 저항하는 조작을 표시한다고 판정한다. 또한 예를 들면, 출력 판정부(621)는, 자동 조작 신호가 클램쉘(1332)의 폐쇄 조작을 표시하고, 수동 조작 신호가 클램쉘(1332)의 개방 조작을 표시하는 경우에, 수동 조작 신호가 자동 조작 신호에 저항하는 조작을 표시한다고 판정한다. 또한 예를 들면, 출력 판정부(621)는, 자동 조작 신호가 반시계 방향의 선회 조작을 표시하고, 수동 조작 신호가 선회 브레이크 페달(143TB)의 압하를 표시하는 경우에, 수동 조작 신호가 자동 조작 신호에 저항하는 조작을 표시한다고 판정한다.

수동 조작 신호가 자동 조작 신호에 저항하는 조작이 아닌 경우(스텝 S34: NO), 출력 판정부(621)는, 수동 조작 신호의 조작량이 자동 조작 신호의 조작량 미만인지의 여부를 판정한다(스텝 S35).

수동 조작 신호의 조작량이 자동 조작 신호의 조작량 미만인 경우(스텝 S35: YES), 또는 스텝 S33에서 수동 조작 신호의 입력이 없다고 판정한 경우(스텝 S33: NO), 출력 판정부(621)는, 스텝 S31에서 선택한 제어 대상의 제어량이 목표값에 도달했는지의 여부를 판정한다(스텝 S36). 제어 대상이 선회체(120)인 경우, 출력 판정부(621)는, 선회 각도가 개시 각도 θ₀에 도달했는지의 여부를 판정한다. 제어 대상이 붐(131), 암(132) 또는 클램 버킷(133)인 경우, 출력 판정부(621)는, 회전각이 스텝 S23에서 결정한 목표 자세에 관련된 각도에 도달했는지의 여부를 판정한다. 제어 대상이 클램쉘(1332)인 경우, 출력 판정부(621)는, 개도(開度)가 제로에 도달했는지의 여부를 판정한다.

스텝 S31에서 선택한 제어 대상의 제어량이 목표값에 도달하고 있지 않은 경우(스텝 S36: NO), 출력 판정부(621)는, 스텝 S31에서 선택한 제어 대상을 자동 조작 신호에 의해 제어한다고 판정한다. 즉, 스텝 S31에서 선택한 제어 대상에 관련된 자동 조작 플래그의 값은 ON으로 유지된다. 조작 신호 출력부(622)는, 스텝 S27, S28 또는 S30에서 생성된 자동 조작 신호 중 스텝 S31에서 선택한 제어 대상에 관련된 자동 조작 신호를 출력한다(스텝 S37).

한편, 수동 조작 신호가 자동 조작 신호에 저항하는 조작인 경우(스텝 S34: YES), 수동 조작 신호의 조작량이 자동 조작 신호의 조작량 미만이 아닌 경우(스텝 S35: NO), 또는 제어 대상의 제어량이 목표값에 도달한 경우(스텝 S36: YES), 출력 판정부(621)는 이하의 처리를 행한다. 출력 판정부(621)는, 스텝 S31에서 선택한 제어 대상이 작업기(130)를 구성하는 링크 부재(붐(131), 암(132) 및 클램 버킷(133))인지의 여부를 판정한다(스텝 S38).

자동 조작으로부터 수동 조작으로 전환하는 제어 대상이 작업기(130)를 구성하는 링크 부재인 경우(스텝 S38: YES), 출력 판정부(621)는 배토 개시 시부터 현시점까지의 선회체(120)의 선회 각도가, 개시 각도 θ₀과 제1 간섭 회피 각도 θ₁의 차인 제2 간섭 회피 각도 θ₂ 미만인지의 여부를 판정한다(스텝 S39). 선회 각도가 제2 간섭 회피 각도 θ₂ 미만인 경우(스텝 S39: YES), 작업기(130)가 적입 목표(T)와 접촉할 가능성이 있으므로, 출력 판정부(621)는, 스텝 S31에서 선택한 제어 대상을 자동 조작 신호에 의해 제어한다고 판정한다. 즉, 스텝 S31에서 선택한 제어 대상에 관련된 자동 조작 플래그의 값은 ON으로 유지된다. 그리고, 조작 신호 출력부(622)는, 스텝 S31에서 선택한 제어 대상에 관련된 자동 조작 신호를 출력한다(스텝 S37).

한편, 선회 각도가 제2 간섭 회피 각도 θ₂ 이상인 경우(스텝 S39: NO), 이동 제어부(619)는 복수의 링크 부재 중, 스텝 S31에서 선택한 것 이외의 링크 부재로서, 자동 조작 플래그가 ON으로 되어 있는 것을 특정한다. 예를 들면, 스텝 S31에서 붐(131)이 선택되고 있는 경우, 이동 제어부(619)는, 암(132) 및 클램 버킷(133) 중 자동 조작 플래그가 ON으로 되어 있는 것을 특정한다. 이동 제어부(619)는, 특정한 링크 부재에 관련된 자동 조작 신호의 조작량을, 스텝 S27에서 결정한 조작량으로부터 일정 비율로 감소시킨다(스텝 S40).

도 12는, 제1 실시형태에 관련된 작업기의 조작 신호의 예를 나타내는 도면이다. 도 12에서는, 출력되는 조작 신호의 조작량을 실선으로 나타내고, 자동 조작 신호의 조작량을 점선으로 나타내고, 수동 조작 신호의 조작량을 일점쇄선으로 나타낸다. 도 12에 나타낸 예에서는, 시각 t₁에 있어서 붐(131), 암(132) 및 클램 버킷(133)의 자동 조작 신호의 출력이 개시된다. 그 후, 시각 t₂에 있어서 오퍼레이터가 암(132)을 자동 제어와 역방향으로 조작하는 수동 조작 신호의 입력을 개시한다. 또한 오퍼레이터는 암(132)에 이어 클램 버킷(133)을 자동 제어와 역방향으로 조작하는 수동 조작 신호의 입력을 개시한다. 한편, 시각 t₂부터 시각 t₃까지, 암(132) 및 클램 버킷(133)의 어느 쪽의 조작량도 임계값 미만이므로, 출력 판정부(621)는 스텝 S33에서 수동 조작 신호가 입력되어 있지 않다고 판정한다. 그러므로, 시각 t₁부터 시각 t₃까지, 붐(131), 암(132) 및 클램 버킷(133)의 조작 신호로서 자동 조작 신호가 출력된다.

시각 t₃에 있어서, 암(132)의 수동 조작 신호의 조작량이 임계값 이상으로 되면, 자동 조작 신호와 수동 조작 신호에서 조작 방향이 반대 방향이므로, 출력 판정부(621)는 스텝 S34에 있어서 수동 조작 신호가 자동 조작 신호에 저항하는 조작이라고 판정한다. 이로써, 암(132)의 자동 조작 플래그가 OFF로 되고, 이 후, 암(132)의 조작 신호로서 수동 조작 신호가 출력된다. 이 때, 스텝 S40에서 이동 제어부(619)는 붐(131) 및 클램 버킷(133)의 자동 조작 신호의 조작량을 일정 비율로 감소시킨다. 즉, 시각 t₃ 이후, 출력되는 자동 조작 신호의 조작량(도 12 실선)은, 스텝 S27에서 결정된 조작량(도 12 점선)으로부터 일정 비율로 감소한다.

그 후, 시각 t₄에 있어서 클램 버킷(133)의 수동 조작 신호의 조작량이 임계값 이상으로 되면, 자동 조작 신호와 수동 조작 신호에서 조작 방향이 반대 방향이므로, 출력 판정부(621)는 스텝 S34에 있어서 수동 조작 신호가 자동 조작 신호에 저항하는 조작이라고 판정한다. 이로써, 클램 버킷(133)의 자동 조작 플래그가 OFF로 된다. 이후, 암(132) 및 클램 버킷(133)의 조작 신호로서 수동 조작 신호가 출력된다. 그리고, 시각 t₄에 있어서 오퍼레이터가 붐(131)을 자동 제어와 같은 방향으로 조작하는 수동 조작 신호의 입력을 개시한다. 한편, 시각 t₄부터 시각 t₅까지, 조작량이 자동 조작 신호의 조작량 미만이므로, 붐(131)의 조작 신호로서 자동 조작 신호가 출력된다.

그 후, 시각 t₅에 있어서 붐(131)의 수동 조작 신호의 조작량이 자동 조작 신호의 조작량 이상으로 되면(스텝 S35), 붐(131)의 자동 조작 플래그가 OFF로 된다. 이 후, 작업기(130)의 조작 신호로서 수동 조작 신호가 출력된다. 이와 같이, 도 12에 나타낸 예에서는, 이동 제어부(619)는 암(132), 클램 버킷(133), 붐(131)의 순서로 출력하는 신호를 수동 조작 신호로 전환한다. 최종적으로는 작업기(130)의 모든 축의 조작이 수동 조작으로 전환된다.

그리고, 도 12에 나타낸 처리는 어디까지나 일례로서, 오퍼레이터의 조작 순서에 의해, 자동 조작 신호의 전환의 순서 및 타이밍은 상이할 수 있다.

즉, 이동 제어부(619)는, 작업기(130) 중 일부의 링크 부재만이 조작되었을 때, 다른 링크 부재의 자동 조작에 관련된 조작량을 서서히 수동 조작에 관련된 출력에 가깝게 한다. 이로써, 제어 장치(160)는 작업기(130)의 제어를 원활하게 자동 조작으로부터 수동 조작으로 전환할 수 있다.

그리고, 도 11에 나타낸 바와 같이, 출력 판정부(621)는, 스텝 S31에서 선택한 제어 대상에 관련된 자동 조작 플래그의 값을 OFF로 다시 쓴다(스텝 S41). 출력 판정부(621)는, 이로써, 조작 신호의 출력원을 자동 조작 신호로부터 수동 조작 신호로 전환한다. 다음으로, 이동 제어부(619)는 스텝 S31에서 선택한 제어 대상에 관련된 수동 조작 신호를 출력한다(스텝 S42).

스텝 S31부터 스텝 S42의 처리에 의해 각 제어 대상에 대하여 자동 조작 신호 또는 수동 조작 신호가 출력되면, 출력 판정부(621)는 메인 메모리(630)에 기록된 자동 조작 플래그의 값이 모두 OFF인지의 여부를 판정한다(스텝 S43). 즉, 출력 판정부(621)는 모든 제어 대상이 수동 조작으로 전환되었는지의 여부를 판정한다.

적어도 1개의 자동 조작 플래그의 값이 ON인 경우(스텝 S43: NO), 제어 장치(160)는 도 10의 스텝 S24로 처리를 되돌리고, 자동 적입 제어를 계속한다. 한편, 모든 자동 조작 플래그의 값이 OFF인 경우(스텝 S43: YES), 제어 장치(160)는 자동 적입 제어를 종료한다.

《작용·효과》

이와 같이, 제1 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는 조작 장치(143)로부터 입력된 수동 조작 신호에 기초하여, 선회체(120) 및 작업기(130)의 각각에 대하여, 수동 조작 신호 및 자동 조작 신호 중 어느 것을 출력할지를 판정한다. 오퍼레이터는, 적입 기계(100)의 자동 제어 중에 조작 장치(143)를 조작하는 경우, 조작을 가하고 있지 않은 제어 대상에 대하여, 자동 제어를 계속하는 것을 바라고 있을 가능성이 있다. 그러므로, 오퍼레이터에 의한 수동 조작이 있었을 경우에 모든 제어 대상을 수동 조작으로 전환하면, 오퍼레이터는 전체 조작이 수동 조작으로 전환되었다고 인식하지 않고, 선회 또는 작업기 동작이 정지하고, 작업 효율이 저하될 가능성이 있다. 이에 대하여, 제1 실시형태에 관련된 제어 장치(160)에 의하면, 선회체(120) 및 작업기(130)의 각각에 대하여 수동 조작 신호 및 자동 조작 신호 중 어느 것을 출력할지를 판정하므로, 조작을 가하고 있지 않은 제어 대상에 대하여, 자동 제어를 계속할 수 있다. 이로써, 제어 장치(160)는 적입 기계(100)의 작업 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 제1 실시형태에 관련된 제어 장치(160)에 의하면, 작업기(130)를 구성하는 복수의 링크 부품 중 적어도 1개의 링크 부품에 대하여 수동 조작 신호를 출력하는 경우에, 다른 링크 부품의 자동 조작 신호의 조작량을 일정 비율로 수동 조작 신호의 조작량에 가깝게 한다. 이로써, 제어 장치(160)는 작업기(130)의 제어를 원활하게 자동 조작으로부터 수동 조작으로 전환할 수 있다.

또한, 제1 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는, 선회체(120) 및 작업기(130) 중, 수동 조작 신호의 조작량이 자동 조작 신호의 조작량 미만인 것에 대하여, 자동 조작 신호를 출력한다. 즉, 제어 장치(160)는, 수동 조작 신호의 조작량이 자동 조작 신호의 조작량 미만의 제어 대상에 대하여, 수동 조작 신호로 전환하지 않는다. 이로써, 제어 장치(160)는 자동 조작 신호로부터 수동 조작 신호로의 급격한 전환이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제1 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는, 클램 버킷(133)을 적입 목표의 상방으로부터 굴삭점까지 이동시키는 자동 제어 중에, 선회체(120)의 선회 각도가 간섭 회피 각도에 도달할 때까지, 수동 조작 신호에 관계없이 자동 조작 신호를 출력한다. 이로써, 클램 버킷(133)이 적입 목표의 상방에 위치할 때 작업기(130) 또는 선회체(120)의 수동 조작의 입력이 있었다고 해도, 작업기(130)와 적입 목표의 접촉이 생기는 것을 방지할 수 있다.

<다른 실시형태>

이상, 도면을 참조하여 일 실시형태에 대하여 상세하게 설명했으나, 구체적인 구성은 전술한 것에 한정되지 않고, 다양한 설계 변경 등을 하는 것이 가능하다. 즉, 다른 실시형태에 있어서는, 전술한 처리의 순서가 적절히 변경되어도 된다. 또한, 일부의 처리가 병렬로 실행되어도 된다.

전술한 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는 단독의 컴퓨터에 의해 구성되는 것이라도 되고, 제어 장치(160)의 구성을 복수의 컴퓨터에 나누어 배치하고, 복수의 컴퓨터가 서로 협동함으로써 제어 장치(160)로서 기능하는 것이라도 된다. 이 때, 제어 장치(160)를 구성하는 일부의 컴퓨터가 적입 기계(100)의 내부에 탑재되고, 다른 컴퓨터가 적입 기계(100)의 외부에 설치되어도 된다.

전술한 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는 페이스 셔블이지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는 백호라도 된다. 그리고, 적입 기계(100)가 백호인 경우, 작업기(130)의 굴삭 개시 시의 목표 자세는 제1 실시형태와 상이하다. 백호는, 작업기(130)를 바로 앞쪽으로 끌어당김으로써 굴삭을 행하므로, 굴삭 개시 시의 목표 자세에 관련된 버킷의 위치는 선회체(120)로부터 떨어져 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 적입 기계(100)는 맵 데이터로 굴삭 대상의 형상을 특정하고, 선회체(120)로부터 떨어지고, 또한 굴삭 대상과 근접하고, 날끝이 굴삭 대상을 향하는 각도로 되는 자세를, 굴삭 개시 시의 목표 자세로 해도 된다.

전술한 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는 클램 버킷(133)을 가지지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는 통상의 버킷을 구비하는 것이라도 된다. 이 경우, 적입 기계(100)는 클램 제어부(620) 대신에 덤프 제어부를 구비한다. 덤프 제어부는, 개방 조작 신호로 바꾸어 덤프 방향의 회동 조작 신호를 출력한다. 그리고, 제어 장치(160)는, 사이클타임의 단축을 위해, 덤프 방향의 회동 조작 신호의 출력 중에, 선회체(120)의 선회 조작 신호를 출력해도 된다.

전술한 실시형태에 관련된 목표 자세는, 미리 설정되어 메인 메모리(630) 또는 스토리지(650)에 기록되지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는 조작 단말기(142)의 조작에 의해 목표 자세를 변경가능하게 구성해도 된다. 예를 들면, 다른 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는, 조작 단말기(142)에 붐(131), 암(132) 및 클램 버킷(133)의 위치 및 각도를 나타내는 수치를 입력함으로써 목표 자세를 변경해도 된다. 또한 다른 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는, 오퍼레이터의 조작에 의해 작업기(130)를 바람직한 자세로 제어한 후, 조작 단말기(142)를 조작함으로써, 작업기 위치 특정부(614)가 작업기(130)의 자세를 특정하고, 목표 자세를 해당 자세로 덮어쓰기해도 된다.

전술한 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는, 검출 장치(156)의 계측 데이터에 기초한 SLAM의 맵 데이터에 기초하여 적입 목표를 특정하지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는 적입 목표의 위도, 경도 및 향하는 방위의 입력을 접수하고, 위치 방위 연산기(151)의 계측 결과로부터 적입 목표의 차체 좌표계에서의 위치 및 형상을 계산해도 된다. 또한, 다른 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는, 차체 좌표계가 아니라, 위도, 경도 및 고도로 표시되는 글로벌 좌표계에 기초하여 적입 기계(100)를 제어해도 된다. 이 경우, 제어 장치(160)는 개시 각도나 선회 각도 등의 각도를, 글로벌 좌표계의 기준 방위에 대한 각도로서 계산해도 된다.

전술한 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는, 경사 계측기(152)가 계측한 선회체(120)의 각속도를 적분함으로써, 선회체(120)의 각도를 산출하지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는, 위치 방위 연산기(151)가 계측하는 방위의 차분에 기초하여 선회체(120)의 각도를 산출해도 된다. 또한 다른 실시형태에 있어서는, 선회 모터(124)에 설치한 회전각 센서의 검출값을 이용하여 선회체(120)의 각도를 특정해도 된다.

전술한 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는, 선회 각도와 간섭 회피 각도의 비교에 기초하여 자동 적입 제어를 행하지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는, 클램 버킷(133)의 위치와 적입 목표(T)의 외형 중 선회체(120)의 선회 방향의 가장 후방의 점 p1(도 5)과의 비교에 기초하여 자동 적입 제어를 행해도 된다. 예를 들면, 다른 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는, 클램 버킷(133)이 점 p1의 근방의 영역에 위치하도록 선회 개시 타이밍을 조정해도 된다.

전술한 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는, 오퍼레이터가 운전실(140)에 탑승하여 직접 조작하는 것이지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 관련된 적입 기계(100)는 원격조작에 의해 동작하는 것이라도 된다. 즉, 다른 실시형태에서는, 원격으로 설치된 조작 장치(143)로부터 통신에 의해 조작 신호가 제어 장치(160)에 전송되어도 된다. 이 경우, 제어 장치(160)의 일부 또는 전부의 구성이, 조작 장치(143)가 설치되는 원격 조작실에 설치되어 있어도 된다. 예를 들면, 조작 신호 입력부(613), 이동 제어부(619), 출력 판정부(621), 조작 신호 출력부(622) 등의 구성은 원격 조작실에 설치된 컴퓨터가 구비하는 것이라도 된다.

전술한 실시형태에 관련된 자동 적입 제어는, 클램 버킷(133)을 굴삭 완료 시의 위치로부터, 적입점으로 이동시키고, 그 다음 굴삭을 개시하기 위한 위치로 이동시키는 것이지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 있어서는, 클램 버킷(133)을 수동 조작에 의해 굴삭 완료 시의 위치로부터 적입점으로 이동시켜 배토하고, 적입 기계(100)가 적입점으로부터 다음 굴삭을 개시하기 위한 위치로의 이동만을 자동 제어하도록 해도 된다. 이 경우, 오퍼레이터는 클램 버킷(133)이 적입점에 도달한 후에, 다음 굴삭을 개시하기 위한 위치에 작업기를 구동시키기 위한 신호를, 조작 레버 등에 설치한 스위치 조작에 의해 제어 장치(160)에 출력하도록 해도 된다. 전술한 스위치로부터의 신호에 의해, 제어 장치(160)는, 전술한 실시형태에 관련된 자동 적입 제어의 경우와 마찬가지로, 작업기(130)의 자세가 굴삭 개시 시와는 별도의 사전에 설정한 목표 자세로 되도록 작업기(130)를 제어한다.

전술한 실시형태에 관련된 제어 장치(160)는, 암(132)의 선단의 위치 P에 기초하여 작업기(130)를 제어하지만, 암(132)의 선단의 위치 P는 암(132)의 선단의 중심이라도 되고, 좌우로 어긋난 위치라도 된다. 또한, 다른 실시형태에 있어서는, 암(132)의 선단의 위치 P 대신에, 클램 버킷(133)이 임의의 위치에 기초하여 작업기(130)를 제어해도 된다.

100: 적입 기계
110: 주행체(지지부)
111: 무한궤도
120: 선회체
121: 엔진
122: 유압 펌프
123: 컨트롤 밸브
124: 선회 모터
130: 작업기
131: 붐
131C: 붐 실린더
132: 암
132C: 암 실린더
133: 클램 버킷
1331: 백홀
1332: 클램쉘
1332C: 클램 실린더
133C: 버킷 실린더
140: 운전실
141: 운전석
142: 조작 단말기
143: 조작 장치
143SW: 개시 스위치
151: 위치 방위 연산기
152: 경사 계측기
153: 붐 각도 센서
154: 암 각도 센서
155: 버킷 각도 센서
156: 검출 장치
160: 제어 장치
610: 프로세서
611: 계측 데이터 취득부
612: 맵 생성부
613: 조작 신호 입력부
614: 작업기 위치 특정부
615: 적입 목표 특정부
616: 개시 각도 특정부
617: 회피 각도 특정부
618: 목표 자세 결정부
619: 이동 제어부
620: 클램 제어부
621: 출력 판정부
622: 조작 신호 출력부
630: 메인 메모리
650: 스토리지
670: 인터페이스

Claims

선회 중심 주위에 선회하는 선회체; 상기 선회체를 지지하는 지지부; 및 버킷을 가지고 상기 선회체에 장착된 작업기;를 구비하는 적입(loading) 기계의 제어 시스템으로서,
상기 선회체 및 상기 작업기를 조작하기 위한 조작 장치의 조작에 기초하는 상기 선회체 및 상기 작업기의 수동 조작 신호의 입력을 접수하는 조작 신호 입력부;
상기 선회체 및 상기 작업기를 구동시키는 자동 조작 신호를 생성하는 이동 제어부;
입력된 상기 수동 조작 신호에 기초하여, 상기 선회체 및 상기 작업기 중, 상기 수동 조작 신호의 입력이 있는 것에 대하여, 상기 수동 조작 신호를 출력한다고 판정하고, 상기 수동 조작 신호의 입력이 없는 것에 대하여, 상기 자동 조작 신호를 출력한다고 판정하는 출력 판정부; 및
상기 판정의 결과에 기초하여, 상기 선회체 및 상기 작업기의 각각에 대하여, 상기 수동 조작 신호 또는 상기 자동 조작 신호를 출력하는 조작 신호 출력부;
를 구비하는 적입 기계의 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 작업기는, 상기 버킷을 포함하는 복수의 링크 부품으로 구성되며,
상기 판정의 결과가, 상기 복수의 링크 부품 중 적어도 1개의 링크 부품에 대하여 상기 수동 조작 신호를 출력하는 것을 나타내는 경우에, 상기 이동 제어부가, 상기 복수의 링크 부품 중 상기 적어도 1개의 링크 부품 이외의 다른 링크 부품에 대하여, 상기 다른 링크 부품에 관한 상기 수동 조작 신호의 조작량에 가까워지도록 상기 자동 조작 신호를 생성하는, 적입 기계의 제어 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 출력 판정부는, 상기 선회체 및 상기 작업기 중, 상기 수동 조작 신호의 조작량이 상기 자동 조작 신호의 조작량 미만인 것에 대하여, 상기 자동 조작 신호를 출력한다고 판정하는, 적입 기계의 제어 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버킷을 적입 목표의 상방으로부터 굴삭 개시점까지 이동시키는 자동 제어 중에, 상방으로부터의 평면에서 볼 때에 있어서 상기 버킷과 상기 적입 목표가 겹치지 않게 되는 상기 선회체의 선회 각도인 간섭 회피 각도를 특정하는 회피 각도 특정부를 구비하고,
상기 조작 신호 출력부는, 상기 선회체의 선회 각도가 상기 간섭 회피 각도에 도달할 때까지, 상기 작업기에 대하여 상기 수동 조작 신호에 관계없이 상기 자동 조작 신호를 출력하는, 적입 기계의 제어 시스템.
선회 중심 주위에 선회 하는 선회체; 상기 선회체를 지지하는 지지부; 및 버킷을 가지고 상기 선회체에 장착된 작업기;를 구비하는 적입 기계의 제어 방법으로서,
상기 선회체 및 상기 작업기를 조작하기 위한 조작 장치의 조작에 기초하는 상기 선회체 및 상기 작업기의 수동 조작 신호의 입력을 접수하는 단계;
상기 선회체 및 상기 작업기를 구동시키는 자동 조작 신호를 생성하는 단계;
입력된 상기 수동 조작 신호에 기초하여, 상기 선회체 및 상기 작업기 중, 상기 수동 조작 신호의 입력이 있는 것에 대하여, 상기 수동 조작 신호를 출력한다고 판정하고, 상기 수동 조작 신호의 입력이 없는 것에 대하여, 상기 자동 조작 신호를 출력한다고 판정하는 단계; 및
상기 판정의 결과에 기초하여, 상기 선회체 및 상기 작업기의 각각에 대하여, 상기 수동 조작 신호 또는 상기 자동 조작 신호를 출력하는 단계;
를 포함하는 적입 기계의 제어 방법.