KR20240023641A - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

본원 발명은, 자동 굴삭 제어에 있어서, 굴삭 환경이나 굴삭 대상물에 따라서 작업구의 목표 궤도 및 목표 자세를 적절하게 설정하는 것이 가능한 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그를 위해, 제어 장치는, 굴삭 개시 시에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 개시 위치와 굴삭 도중에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 도중 위치와 굴삭 종료 시에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 종료 위치를 지나는 목표 궤도, 및 상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동할 때의 작업구의 목표 자세를 산출하고, 상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동하도록, 또한 상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동할 때의 상기 작업구의 자세가 상기 목표 자세와 일치하도록 컨트롤 밸브를 제어한다.

Description

작업 기계

본 발명은, 예를 들어 자동 굴삭 제어를 행하는 작업 기계에 관한 것이다.

유압 액추에이터로 구동되는 작업 장치(예를 들어 프론트 작업 장치)를 구비하는 작업 기계(예를 들어 유압 셔블)에 의해 토사를 굴삭하고, 운반 장치(예를 들어 베셀)를 구비하는 운반 차량(예를 들어 덤프 트럭)에 적재를 행하는 굴삭 적재 작업이 있다.

이와 같은 굴삭 적재 작업을 자동 제어로 행하기 위한 연구가 행해지고 있다. 건설 기계의 자동 제어에서는 작업 장치를 어떤 궤도로 동작시킬지 동작 계획이 행해져 목표로 하는 궤도를 생성하는 것이 일반적이다.

특허문헌 1에는 굴삭 길이에 대한 굴삭 깊이의 비에 기초하여 목표 궤도를 생성하는 기술이 개시되어 있다. 이 문헌에서는 굴삭 길이에 대한 굴삭 깊이의 비로서 표시되는 미리 정해진 굴삭 곡선 비율에 따라서 목표 궤도를 생성하고 있어, 바람직한 굴삭 곡선 비율의 값에 대해서도 언급되어 있다.

일본 특허 공개 제2020-041354호 공보

특허문헌 1에 기재된 기술을 사용하여 유압 셔블의 굴삭 작업에 있어서의 목표 궤도를 생성하는 것은 가능하다. 그러나, 적절한 굴삭 궤적은 굴삭면의 경사나 굴삭 대상물의 경도(단단함의 정도) 등에 따라서 변화되지만, 그것들에 대해서는 언급되어 있지 않다. 유압 셔블이 사용되는 환경이나 굴삭 대상물은 다양하여, 부적절한 목표 궤도로 굴삭 작업을 행하면 버킷으로 충분한 토사를 굴삭할 수 없어 작업 효율이 저하되어 버리는 경우나, 버킷이 토사에 너무 깊게 들어가 그 이상 동작할 수 없게 되는 경우가 있다. 그 때문에 다양한 굴삭면의 경사나 굴삭 대상물의 경도에 대해서도 적절한 목표 궤도를 생성할 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 자동 굴삭 제어에 있어서, 굴삭 환경이나 굴삭 대상물에 따라서 작업구의 목표 궤도 및 목표 자세를 적절하게 설정하는 것이 가능한 작업 기계를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 작업구를 갖는 작업 장치와, 상기 작업 장치를 구동하는 유압 액추에이터와, 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 컨트롤 밸브와, 상기 작업구 상의 제어점의 목표 궤도를 산출하고, 상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동하도록 상기 컨트롤 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 굴삭 개시 시에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 개시 위치와 굴삭 도중에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 도중 위치와 굴삭 종료 시에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 종료 위치를 지나는 목표 궤도, 및 상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동할 때의 상기 작업구의 목표 자세를 산출하고, 상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동하도록, 또한 상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동할 때의 상기 작업구의 자세가 상기 목표 자세와 일치하도록 상기 컨트롤 밸브를 제어하는 것으로 한다.

이상과 같이 구성한 본 발명에 따르면, 작업구 상의 제어점이 굴삭 개시 위치, 굴삭 도중 위치, 및 굴삭 종료 위치를 지나도록 작업구의 목표 궤도 및 목표 자세가 산출되기 때문에, 굴삭 환경이나 굴삭 대상물에 따라서 목표 궤도 및 목표 자세를 적절하게 설정하는 것이 가능해진다.

본 발명에 따르면, 작업 기계의 자동 굴삭 제어에 있어서, 굴삭 환경이나 굴삭 대상물에 따라서 작업구의 목표 궤도 및 목표 자세를 적절하게 설정하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 유압 셔블의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 제어 장치에 의한 자동 동작 제어의 흐름도(1/2).
도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 제어 장치에 의한 자동 동작 제어의 흐름도(2/2).
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 제어 장치에 의한 굴삭면의 경사에 따른 파라미터 설정의 흐름도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 제어 장치가 굴삭면의 경사에 따라서 생성한 굴삭 궤도의 설명도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 제어 장치에 의한 굴삭면의 경사와 굴삭 대상물의 경도에 따른 파라미터 설정의 흐름도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 제어 장치가 굴삭면의 경사와 굴삭 대상물의 경도에 따라서 생성한 굴삭 궤도의 설명도.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하에서는, 작업 장치의 선단의 작업구(어태치먼트)로서 버킷을 구비하는 유압 셔블을 예시하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 작업 기계에서 본 발명을 적용해도 상관없다. 또한, 복수의 링크 부재(어태치먼트, 암, 붐 등)를 연결하여 구성되는 다관절형 작업 장치를 갖는 것이면 유압 셔블 이외의 작업 기계로의 적용도 가능하다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 유압 셔블의 구성도이다. 도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은, 다관절형의 프론트 작업 장치(1A)와, 차체(1B)로 구성되어 있다. 차체(1B)는, 좌우의 주행 유압 모터(3)(좌측만 도시)에 의해 주행하는 하부 주행체(11)와, 하부 주행체(11) 상에 설치되며, 선회 유압 모터(4)에 의해 선회하는 상부 선회체(12)로 이루어진다. 프론트 작업 장치(1A)는, 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 피구동 부재(붐(8), 암(9) 및 버킷(10))를 연결하여 구성되어 있다. 붐(8)의 기단은 상부 선회체(12)의 전방부에 있어서 붐 핀을 통해 회동 가능하게 지지되어 있다. 붐(8)의 선단에는 암 핀을 통해 암(9)이 회동 가능하게 연결되어 있고, 암(9)의 선단에는 버킷 핀을 통해 버킷(10)이 회동 가능하게 연결되어 있다. 붐(8)은 붐 실린더(5)에 의해 구동되고, 암(9)은 암 실린더(6)에 의해 구동되며, 버킷(10)은 버킷 실린더(7)에 의해 구동된다.

상부 선회체(12)에 탑재된 원동기인 엔진(18)은, 유압 펌프(2)를 구동한다. 유압 펌프(2)로부터 토출된 압유는, 컨트롤 밸브(20)를 통해 주행 유압 모터(3), 선회 유압 모터(4), 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)에 공급된다. 컨트롤 밸브(20)는, 각 유압 액추에이터(3 내지 7)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량 제어 밸브로 이루어진다. 공급된 압유에 의해 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)가 신축함으로써, 붐(8), 암(9), 버킷(10)이 각각 회동하여, 버킷(10)의 위치 및 자세가 변화된다. 또한, 공급된 압유에 의해 선회 유압 모터(4)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)에 대하여 상부 선회체(12)가 선회한다. 그리고, 공급된 압유에 의해 주행 유압 모터(3)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)가 주행한다.

자동 동작 제어에 있어서는, 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)에 공급되는 압유의 유량을 조정하는 유량 제어 밸브는, 전자 비례 밸브(54 내지 59)(도 2에 도시함)로부터의 파일럿 유압 신호에 의해 구동되어, 주행 유압 모터(3), 선회 유압 모터(4), 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)를 동작시킨다. 전자 비례 밸브(54 내지 59)는 제어 장치(40)로부터의 제어 지령에 의해 제어된다. 또한, 굴삭 동작을 행할 때의 자동 동작 제어를 자동 굴삭 제어라 칭하는 경우가 있다.

붐(8), 암(9), 버킷(10)의 회동 각도를 측정 가능하도록, 붐(8)에 붐 각도 센서(30), 암(9)에 암 각도 센서(31), 버킷 링크(13)에 버킷 각도 센서(32)가 설치되고, 상부 선회체(12)에는 기준면(예를 들어 수평면)에 대한 상부 선회체(12)(차체(1B))의 경사각을 검출하는 차체 경사각 센서(33)가 설치되고, 차체(1B)의 위치를 검출하는 차체 위치 검출 장치(36)가 설치되어 있다.

작업 장치 자세 검출 장치(50)는, 붐 각도 센서(30), 암 각도 센서(31), 버킷 각도 센서(32), 차체 경사각 센서(33)로 구성된다. 이들 각도 센서(30 내지 33)는 프론트 작업 장치(1A)의 자세 센서로서 기능하고 있다.

도 2는 제어 장치(40)의 기능 블록도이다. 제어 장치(40)는, 위치 자세 연산부(43)와, 전자 비례 밸브 제어부(44)와, 액추에이터 제어부(81)와, 동작 계획부(90)와, 자동 동작 제어부(91)와, 궤도 일탈 판정부(92)와, 시간 일탈 판정부(93)와, 제1 입력부(100)와, 제2 입력부(101)와, 제3 입력부(102)와, 굴삭면 경사 설정부(103)와, 제1 출력부(110)와, 제2 출력부(111)를 구비하고 있다. 제어 장치(40)는, 연산 처리 기능을 갖는 컨트롤러, 외부 기기와의 사이의 신호 입출력을 행하는 입출력 인터페이스 등으로 구성되고, ROM 등의 기억 장치에 기억된 프로그램을 실행함으로써 각 부의 기능을 실현한다.

제1 입력부(100)에는 외부 접속 장치(200)로부터 태스크 정보가 입력된다.

제2 입력부(101)에는 외부 접속 장치(200)로부터 승인 신호 또는 비승인 신호가 입력된다.

제3 입력부(102)에는 외부 접속 장치(200)로부터 태스크 일시 정지 신호 또는 태스크 재개 요구 신호 또는 태스크 도중 종료 요구 신호가 입력된다.

굴삭면 경사 설정부(103)에는 외부 접속 장치(200)로부터의 정보에 기초하여 프론트 작업 장치(1A)에 의한 굴삭 작업을 행하는 개소 주변의 지형의 경사에 대략 일치하는 굴삭면의 경사가 설정된다. 외부 접속 장치(200)로부터 굴삭면 경사 설정부(103)에 입력되는 정보는 사람이 지형의 경사를 눈으로 보아 확인한 결과를 사용해도 되고 지형 계측 센서 등에 의한 계측을 행한 결과를 사용해도 된다.

위치 자세 연산부(43)는 작업 장치 자세 검출 장치(50)와 차체 위치 검출 장치(36)로부터의 정보에 기초하여, 유압 셔블(1)의 위치 좌표와, 프론트 작업 장치(1A)의 자세와, 버킷(10)의 클로 끝 위치(제어점)를 산출한다.

동작 계획부(90)에는 예정 동작 궤도(목표 궤도)의 연산에 사용하는 파라미터의 테이블이 미리 기억되어 있고, 제1 입력부(100)로부터 취득한 태스크 정보와 굴삭면 경사 설정부(103)로부터 취득한 굴삭면의 경사 정보에 기초하여, 태스크 개시부터 태스크 종료까지의 각 시각에 있어서의 유압 셔블(1)의 예정 위치 좌표와 프론트 작업 장치(1A)의 예정 자세와, 버킷(10)의 클로 끝 위치의 예정 동작 궤도를 산출하고, 자동 동작 제어부(91), 궤도 일탈 판정부(92), 시간 일탈 판정부(93) 및 제1 출력부(110)에 출력한다. 이하, 굴삭 개시 위치로부터 굴삭 종료 위치까지의 예정 동작 궤도를 굴삭 궤도라 칭하는 경우가 있다.

궤도 일탈 판정부(92)는 동작 계획부(90)로부터의 동작 계획 정보와 위치 자세 연산부(43)로부터의 현재의 프론트 작업 장치(1A)의 자세 정보와, 버킷(10)의 클로 끝 위치 정보에 기초하여, 버킷(10)의 클로 끝 위치의 실제의 동작 궤도가 동작 계획부(90)에서 계획된 예정 동작 궤도로부터 미리 설정된 제1 허용 위치 오차를 초과하여 일탈하고 있지 않은지를 판정하고, 판정 결과를 자동 동작 제어부(91)에 출력한다.

시간 일탈 판정부(93)는 동작 계획부(90)로부터의 동작 계획 정보와 위치 자세 연산부(43)로부터의 현재의 프론트 작업 장치(1A)의 자세 정보에 기초하여 프론트 작업 장치(1A), 선회 유압 모터(4), 주행 유압 모터(3)의 실제의 동작이 동작 계획부(90)에서 계획된 동작으로부터 미리 설정된 제1 허용 시간 오차를 초과하는 일탈이 발생하지 않았는지를 판정하고, 판정 결과를 자동 동작 제어부(91)에 출력한다.

자동 동작 제어부(91)는 제2 입력부(101)로부터의 신호가 승인 신호인 경우에만 동작 계획부(90)로부터의 동작 계획 정보에 기초하여 각 유압 액추에이터의 속도 지령을 산출하여, 액추에이터 제어부(81)에 출력한다. 태스크 실행 중에 궤도 일탈 판정부(92)에서 궤도를 일탈하였다고 판정된 경우와 시간 일탈 판정부(93)에서 동작 시간을 일탈하였다고 판정된 경우에는 태스크의 실행을 종료하고, 이상 종료 신호를 제2 출력부(111)에 출력한다. 또한, 제3 입력부(102)로부터의 신호가 태스크 일시 정지 요구 신호인 경우에는 태스크의 실행을 일시 정지하고 일시 정지 신호를 제2 출력부(111)에 출력하고, 태스크 일시 정지 중에 제3 입력부(102)로부터 태스크 재개 요구 신호를 취득한 경우에는 태스크의 실행을 재개하고, 제3 입력부(102)로부터 태스크 도중 종료 요구 신호를 취득한 경우에는 태스크의 실행을 종료하고 도중 종료 신호를 제2 출력부(111)에 출력한다. 또한, 예정 동작 궤도 및 동작 시간을 일탈하지 않고 태스크가 완료된 경우에는 정상 종료 신호를 출력한다.

액추에이터 제어부(81)는, 자동 동작 제어부(91)로부터 출력되는 각 유압 액추에이터(3 내지 7)의 속도 지령에 기초하여 각 유압 액추에이터의 유량 제어 밸브의 목표 파일럿압을 산출하고, 그 연산한 목표 파일럿압을 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력한다.

전자 비례 밸브 제어부(44)는, 액추에이터 제어부(81)로부터 출력되는 각 유량 제어 밸브로의 목표 파일럿압을 기초로, 각 전자 비례 밸브(54 내지 59)로의 지령을 산출한다.

제1 출력부(110)는 동작 계획부(90)로부터 출력되는 동작 계획 정보를 외부 접속 장치(200)에 출력한다.

제2 출력부(111)는 자동 동작 제어부(91)로부터 출력되는 정상 종료 신호 또는 이상 종료 신호 또는 일시 중단 신호 또는 도중 종료 신호를 외부 접속 장치(200)에 출력한다.

도 3a 및 도 3b는 제어 장치(40)에 의한 자동 동작 제어의 흐름도이다. 이하, 각 스텝에 대하여 순서대로 설명한다.

스텝 S110에서는, 제1 입력부(100)는 외부 접속 장치(200)로부터 입력된 태스크 정보를 취득한다.

스텝 S120에서는, 스텝 S110에서 취득한 태스크 정보에 기초하여 동작 계획부(90)는 태스크 개시부터 태스크 종료까지의 각 시각에 있어서의 유압 셔블(1)의 예정 동작 궤도 즉 유압 셔블(1)의 예정 위치 좌표와 프론트 작업 장치(1A)의 예정 자세(목표 자세)를 산출한다.

스텝 S130에서는, 제1 출력부는 스텝 S120에서 연산한 동작 계획 결과를 외부 접속 장치(200)에 출력한다.

스텝 S140에서는, 제2 입력부(101)는 외부 접속 장치(200)로부터 승인 신호 또는 비승인 신호를 취득한다.

스텝 S150에서는, 스텝 S140에서 취득한 제2 입력부(101)의 신호가 승인 신호인지 여부를 판정한다. 스텝 S150에서 제2 입력부(101)의 신호는 승인 신호라고 판정된 경우에는 스텝 S160으로 진행하고, 스텝 S150에서 제2 입력부(101)의 신호는 승인 신호가 아니라고 판정된 경우에는 스텝 S110으로 진행한다.

스텝 S160에서는, 액추에이터 제어부(81)는 스텝 S120에서 연산한 동작 계획 결과로부터 각 유압 액추에이터(3 내지 7)의 목표 속도를 산출한다.

스텝 S170에서는, 액추에이터 제어부(81)는 스텝 S160에서 연산한 각 유압 액추에이터(3 내지 7)의 목표 속도를 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력한다.

스텝 S180에서는, 궤도 일탈 판정부(92) 및 시간 일탈 판정부(93)는 위치 자세 연산부(43)에서 연산된 유압 셔블(1)의 위치 좌표와, 프론트 작업 장치(1A)의 자세와, 버킷(10)의 클로 끝 위치를 취득한다.

스텝 S190에서는, 궤도 일탈 판정부(92)는 스텝 S180에서 취득한 위치 자세 정보로부터 현재의 버킷(10)의 클로 끝 위치의 동작 계획부(90)에서 연산한 예정 동작 궤도로부터의 일탈이 제1 허용 위치 오차 이하인지를 판정한다. 스텝 S190에서 일탈이 제1 허용 위치 오차 이하라고 판정된 경우에는 스텝 S200으로 진행하고, 스텝 S190에서 일탈이 제1 허용 위치 오차보다 크다고 판정된 경우에는 스텝 S250으로 진행한다.

스텝 S200에서는, 시간 일탈 판정부(93)는 스텝 S180에서 취득한 위치 자세 정보로부터 현재의 유압 셔블(1)의 위치 좌표와, 프론트 작업 장치(1A)의 자세의 동작 계획부(90)에서 연산한 각 시각에 있어서의 유압 셔블(1)의 예정 위치 좌표와 프론트 작업 장치(1A)의 예정 자세로부터의 일탈이 제1 허용 시간 오차 이하인지를 판정한다. 스텝 S200에서 일탈이 제1 허용 시간 오차 이하라고 판정된 경우에는 스텝 S210으로 진행하고, 스텝 S200에서 일탈이 제1 허용 시간 오차보다 크다고 판정된 경우에는 스텝 S250으로 진행한다.

스텝 S210에서는, 제3 입력부(102)는 외부 접속 장치(200)로부터의 신호를 취득한다.

스텝 S220에서는, 스텝 S210에서 취득한 제3 입력부(102)의 신호가 태스크 일시 정지 요구 신호인지 여부를 판정한다. 스텝 S220에서 제3 입력부(102)의 신호가 태스크 일시 정지 요구 신호라고 판정된 경우에는 스텝 S260으로 진행하고, 스텝 S220에서 제3 입력부(102)의 신호가 태스크 일시 정지 요구 신호 이외라고 판정된 경우에는 스텝 S230으로 진행한다.

스텝 S230에서는, 스텝 S120에서 연산한 동작 계획에 기초한 태스크의 실행이 완료되었는지 여부를 판정한다. 스텝 S230에서 태스크의 실행이 완료되었다고 판정된 경우에는 스텝 S240으로 진행하고, 스텝 S230에서 태스크의 실행이 완료되지 않았다고 판정된 경우에는 스텝 S160으로 진행한다.

스텝 S240에서는, 제2 출력부(111)는 정상 종료 신호를 외부 접속 장치(200)에 출력한다.

스텝 S250에서는, 제2 출력부(111)는 이상 종료 신호를 외부 접속 장치(200)에 출력한다.

스텝 S260에서는, 제2 출력부(111)는 일시 정지 신호를 외부 접속 장치(200)에 출력한다.

스텝 S270에서는, 제3 입력부(102)는 외부 접속 장치(200)로부터의 신호를 취득한다.

스텝 S280에서는, 스텝 S270에서 취득한 제3 입력부(102)의 신호가 태스크 재개 요구 신호인지 여부를 판정한다. 스텝 S280에서 제3 입력부(102)의 신호가 태스크 재개 요구 신호라고 판정된 경우에는 스텝 S230으로 진행하고, 스텝 S280에서 제3 입력부(102)의 신호가 태스크 재개 요구 이외라고 판정된 경우에는 스텝 S290으로 진행한다.

스텝 S290에서는, 스텝 S270에서 취득한 제3 입력부(102)의 신호가 태스크 도중 종료 요구 신호인지 여부를 판정한다. 스텝 S290에서 제3 입력부(102)의 신호가 태스크 도중 종료 요구 신호라고 판정된 경우에는 스텝 S300으로 진행하고, 스텝 S290에서 제3 입력부(102)의 신호가 태스크 도중 종료 이외라고 판정된 경우에는 스텝 S270으로 진행한다.

스텝 S300에서는, 제2 출력부(111)는 도중 종료 신호를 외부 접속 장치(200)에 출력한다.

도 4는 동작 계획부(90)에 의한 굴삭면의 경사에 따른 파라미터 설정의 흐름도이다. 여기에서 말하는 파라미터란, 버킷(10)의 클로 끝 위치의 예정 동작 궤도를 산출할 때 사용되는, 굴삭 개시 위치로부터의 굴삭 종료 위치까지의 거리(굴삭 거리), 최대 굴삭 깊이, 최대 굴삭 깊이 위치, 동작 종료 위치, 각 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세이다. 이하, 각 스텝에 대하여 순서대로 설명한다.

스텝 S400에서는, 굴삭면 경사 설정부(103)는 외부 접속 장치(200)로부터 프론트 작업 장치(1A)에 의한 굴삭 작업을 행하는 개소 주변의 지형의 경사에 대략 일치하는 굴삭면의 경사 θ_gnd가 설정된다. 또한, 본 실시예에 있어서의 굴삭면의 경사 θ_gnd는, 차체(1B)로부터 보아 하향 경사져 있는 경우(도 5에 도시함)를 플러스, 상향 경사져 있는 경우를 마이너스로 정의한다.

스텝 S410에서는, 스텝 S400에서 설정한 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따라서 예정 동작 궤도의 연산에 있어서의 길이에 관한 파라미터를 설정한다. 구체적으로는 굴삭 개시 위치로부터의 굴삭 거리 L_ex와 최대 굴삭 깊이 D_maxdpt와 최대 굴삭 깊이 위치까지의 굴삭면 방향의 거리 L_maxdpt를 설정한다.

스텝 S420에서는, 스텝 S400에서 설정한 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따라서 예정 동작 궤도의 연산에 있어서의 자세에 관한 파라미터를 설정한다. 구체적으로는 굴삭 개시 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_1과 최대 굴삭 깊이 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_2와 굴삭 종료 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_3을 설정한다. 또한, 본 실시예에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_1 내지 θ_3은, 크라우드 측(도 5 중, 반시계 방향)의 변위를 플러스, 덤프 측(도 5 중, 시계 방향)의 변위를 마이너스로 정의한다.

스텝 S430에서는, 예정 동작 궤도의 연산에 있어서의 굴삭면의 경사 θ_gnd에 의하지 않는 파라미터를 설정한다. 구체적으로는 동작 종료 위치까지의 굴삭면 방향의 거리 L_fin과 동작 종료 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_4를 설정한다.

스텝 S440에서는, 스텝 S410, S420, S430에서 설정한 파라미터로부터 구해지는 굴삭 개시 위치와 최대 굴삭 깊이 위치와 굴삭 종료 위치와 동작 종료 위치와 각 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세에 기초하여, 각 위치와 각 자세를 원활하게 접속하도록 예정 동작 궤도의 연산을 행한다.

또한, 도 4에 도시한 파라미터 설정의 방법은 일례이며, 다른 방법으로 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따라서 파라미터를 설정해도 된다. 또는 파라미터를 개재시키지 않고 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따라서 직접 각 위치와 각 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세를 설정해도 된다.

또한, 각 위치와 각 자세를 원활하게 접속하도록 예정 동작 궤도를 산출할 때는 라그랑주 보간, 베지어 보간, 에르미트 보간, 스플라인 보간 등을 사용한 보간을 생각할 수 있지만 이것 이외의 방법을 사용해도 된다.

상기와 같이 구성되는 유압 셔블(1)에 있어서, 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따라서 생성한 굴삭 궤도를 도 5에 도시한다.

관리자 또는 관리 시스템은 태스크 정보와 굴삭면의 경사 θ_gnd의 입력을 행한다. 입력된 태스크 정보, 굴삭면의 경사 θ_gnd에 기초하여 동작 계획부(90)는 동작 계획을 행한다. 즉 태스크 개시부터 태스크 종료까지의 각 시각에 있어서의 유압 셔블(1)의 예정 위치 좌표와 프론트 작업 장치(1A)의 예정 자세와, 버킷(10)의 클로 끝 위치의 예정 동작 궤도를 산출한다. 동작 계획부(90)는 예정 동작 궤도의 연산 중에서 굴삭 동작 궤도의 생성 시에 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따른 예정 동작 궤도의 연산을 행한다. 도 5에서는 굴삭면이 하향 경사져 있기 때문에, 굴삭면이 경사져 있지 않은 경우, 즉 θ_gnd=0의 경우와 비교하여, 스텝 S410에서 굴삭 거리 L_ex는 짧게 설정되고, 최대 굴삭 깊이 D_maxdpt는 깊게 설정되고, 최대 굴삭 깊이 위치까지의 굴삭면 방향의 거리 L_maxdpt는 길게 설정된다. 마찬가지로 스텝 S420에서 θ_gnd=0의 경우와 비교하여, 굴삭 개시 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_1은 크게 설정되고, 최대 굴삭 깊이 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_2는 크게 설정되고, 굴삭 종료 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_3은 크게 설정된다. 스텝 S430에서 동작 종료 위치까지의 굴삭면 방향의 거리 L_fin과 동작 종료 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_4는 굴삭면의 경사 θ_gnd에 의하지 않고, 또한 동작 종료 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_4는 중력 방향에 따라서 설정된다. 여기에서 말하는 자세 θ_4는, 예를 들어 버킷 핀과 버킷 클로 끝을 연결하는 직선이 대략 수평이 되는 자세이다. 이에 의해 도 5의 상태 S1(굴삭 개시 상태)과 상태 S2(최대 굴삭 깊이 상태)와 상태 S3(굴삭 종료 상태)과 상태 S4(동작 종료 상태)에 있어서의 버킷(10)의 클로 끝의 위치 P1 내지 P4와 버킷(10)의 자세가 결정된다. 스텝 S440에서 위치 P1부터 위치 P4까지를 원활하게 접속하도록 예정 동작 궤도 R(목표 궤도)이 산출된다.

동작 계획의 결과는 제1 출력부(110)로부터 출력되어, 외부 접속 장치(200)를 통해 관리자 또는 관리 시스템에 제시된다. 동작 계획의 결과에 문제가 없으면, 관리자 또는 관리 시스템으로부터 제2 입력부(101)에 승인 신호가 입력됨으로써 도 3의 스텝 S150에서 "예"로 판정된다.

다음으로 예정 동작 궤도 R에 기초하여 자동 동작 제어부(91)에서 각 유압 액추에이터(3 내지 7)의 속도 지령이 산출되고, 액추에이터 제어부(81)에서 각 유압 액추에이터의 유량 제어 밸브의 목표 파일럿압이 산출되고, 전자 비례 밸브 제어부(44)로부터의 제어 신호에 의해 전자 비례 밸브(54 내지 59)가 실제로 구동됨으로써 자동 동작이 실행된다. 자동 동작 실행 중에는 도 3의 스텝 S190에서 현재의 버킷(10)의 클로 끝 위치의 동작 계획부(90)에서 연산한 예정 동작 궤도 R로부터의 일탈이 제1 허용 위치 오차 이하인지가 판정되고, 도 3의 스텝 S200에서 현재의 유압 셔블(1)의 위치 좌표와, 프론트 작업 장치(1A)의 자세의 동작 계획부(90)에서 연산한 각 시각에 있어서의 유압 셔블(1)의 예정 위치 좌표와 프론트 작업 장치(1A)의 예정 자세로부터의 일탈이 제1 허용 시간 오차 이하인지가 판정된다. 동작 계획대로 자동 동작이 행해진 경우에는 도 3의 스텝 S190 및 스텝 S200에서 "예"로 판정되지만 굴삭 대상 토질 등에 따라서는 동작 계획대로 자동 동작을 행할 수 없는 경우가 있다. 그 경우에는 도 3의 스텝 S190 또는 스텝 S200에서 "아니오"로 판정되고 제2 출력부(111)로부터 이상 종료 신호를 출력하여 태스크가 이상 종료된 것을 관리자 또는 관리 시스템에 알린 후에 태스크의 실행을 종료한다. 이에 의해 관리자 또는 관리 시스템이 승인하지 않은 동작을 방지할 수 있다.

어떠한 이유에 의해 태스크 실행 중에 유압 셔블(1)의 자동 동작을 일시 정지시키고자 하는 경우에는 관리자 또는 관리 시스템으로부터 제3 입력부(102)에 태스크 일시 정지 요구 신호가 입력된다. 이 경우에는 도 3의 스텝 S220에서 "예"로 판정되고 제2 출력부(111)로부터 일시 정지 신호가 관리자 또는 관리 시스템에 출력되어 태스크의 실행이 일시 정지된다.

태스크의 일시 정지 중에 태스크의 실행을 재개하고자 하는 경우에는 관리자 또는 관리 시스템으로부터 제3 입력부(102)에 태스크 재개 요구 신호가 입력된다. 이 경우에는 도 3의 스텝 S280에서 "예"로 판정되어 태스크의 실행이 재개된다. 또한, 태스크의 일시 정지 중에 태스크를 도중 종료하고자 하는 경우에는 관리자 또는 관리 시스템으로부터 제3 입력부(102)에 태스크 도중 종료 요구 신호가 입력된다. 이 경우에는 도 3의 스텝 S290에서 "예"로 판정되고 제2 출력부(111)로부터 도중 종료 신호를 출력하여 태스크가 도중 종료된 것을 관리자 또는 관리 시스템에 알린 후에 태스크의 실행을 종료한다.

다음으로 태스크의 실행이 완료된 경우에는 도 3의 스텝 S230에서 "예"로 판정되고 제2 출력부(111)로부터 정상 종료 신호를 출력하여 태스크가 정상 종료된 것을 관리자 또는 관리 시스템에 알린 후에 태스크의 실행을 종료한다.

상기와 같이 구성되는 유압 셔블로 함으로써 다양한 굴삭면의 경사 θ_gnd에 대하여 적절한 굴삭 궤도를 생성하여, 자동 동작을 실행할 수 있다.

(정리)

본 실시예에서는, 작업구(10)를 갖는 작업 장치(1A)와, 작업 장치(1A)를 구동하는 유압 액추에이터(5 내지 7)와, 유압 펌프(2)와, 유압 펌프(2)로부터 유압 액추에이터(5 내지 7)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 컨트롤 밸브(20)와, 작업구(10) 상의 제어점(예를 들어 버킷(10)의 클로 끝 위치)의 목표 궤도 R을 산출하고, 상기 제어점이 목표 궤도 R 상을 이동하도록 컨트롤 밸브(20)를 제어하는 제어 장치(40)를 구비한 작업 기계(1)에 있어서, 제어 장치(40)는, 굴삭 개시 시에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 개시 위치 P1과 굴삭 도중에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 도중 위치 P2와 굴삭 종료 시에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 종료 위치 P3을 지나는 목표 궤도 R, 및 상기 제어점이 목표 궤도 R 상을 이동할 때의 작업구(10)의 목표 자세를 산출하고, 상기 제어점이 목표 궤도 R 상을 이동하도록, 또한 상기 제어점이 목표 궤도 R 상을 이동할 때의 작업구(10)의 자세가 상기 목표 자세와 일치하도록 컨트롤 밸브(20)를 제어한다.

이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 작업구(10) 상의 제어점이 굴삭 개시 위치 P1, 굴삭 도중 위치 P2, 및 굴삭 종료 위치 P3을 지나도록 작업구(10)의 목표 궤도 R 및 목표 자세 θ_1 내지 θ_3이 산출되기 때문에, 굴삭 환경이나 굴삭 대상물에 따라서 목표 궤도 R 및 목표 자세 θ_1 내지 θ_3을 적절하게 설정하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서의 굴삭 도중 위치 P2는, 목표 궤도 R 상에서 지표로부터 가장 깊게 위치하는 최대 굴삭 깊이 위치이다. 이에 의해, 지표에 위치하는 점(굴삭 개시 위치 P1 및 굴삭 종료 위치 P3)과 지표로부터 가장 깊게 위치하는 점(최대 굴삭 깊이 위치 P2)을 지나도록 목표 궤도가 산출되기 때문에, 목표 궤도를 보다 적절하게 설정하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서의 제어 장치(40)는, 굴삭 개시 위치 P1, 최대 굴삭 깊이 위치 P2, 및 굴삭 종료 위치 P3에 더하여, 굴삭 동작 종료 시에 상기 제어점이 위치하는 동작 종료 위치 P4를 지나도록 목표 궤도 R을 산출한다. 이에 의해, 굴삭한 토사를 작업구(10)로 퍼올릴 때까지를 일련의 동작을 목표 궤도에 기초하여 제어하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서의 제어 장치(40)는, 동작 종료 위치 P4에 있어서의 작업구(10)의 목표 자세 θ_4를 중력 방향에 기초하여 산출한다. 이에 의해, 작업구(10)로 퍼올린 토사가 작업구(10)로부터 흘러내리는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서의 작업 기계(1)는, 굴삭면의 경사 θ_gnd를 제어 장치(40)에 입력하는 외부 접속 장치(200)를 구비하고, 제어 장치(40)는, 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따라서, 굴삭 개시 위치 P1, 최대 굴삭 깊이 위치 P2, 및 굴삭 종료 위치 P3을 설정한다. 이에 의해, 굴삭 개시 위치 P1, 최대 굴삭 깊이 위치 P2, 및 굴삭 종료 위치 P3을 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따라서 적절하게 설정하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서의 제어 장치(40)는, 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따라서, 굴삭 개시 위치 P1에 있어서의 목표 자세 θ_1, 최대 굴삭 깊이 위치 P2에 있어서의 목표 자세 θ_2, 및 굴삭 종료 위치 P3에 있어서의 목표 자세 θ_3을 산출한다. 이에 의해, 굴삭 개시 위치 P1, 최대 굴삭 깊이 위치 P2, 및 굴삭 종료 위치 P3에 있어서의 작업구(10)의 목표 자세 θ_1 내지 θ_3을 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따라서 적절하게 설정하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서의 제어 장치(40)는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 상향 경사가 커질수록, 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 굴삭 개시 위치 P1에 근접하도록 설정하고, 상기 굴삭면의 상향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 커질수록, 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 굴삭 종료 위치 P1에 근접하도록 설정하고, 상기 굴삭면의 하향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 상향 경사가 커질수록, 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 지표로부터 얕은 위치로 설정하고, 상기 굴삭면의 상향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 커질수록 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 지표로부터 깊은 위치로 설정한다. 이에 의해, 굴삭 효율이 높은 목표 궤도를 설정하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서의 제어 장치(40)는, 상기 굴삭면의 상향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 커질수록, 굴삭 개시 위치 P1로부터 굴삭 종료 위치 P3까지의 거리(굴삭 거리 L_ex)가 작아지도록 굴삭 개시 위치 P1 및 굴삭 종료 위치 P3을 설정한다. 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따라서 굴삭 거리 L_ex를 조절하는 것이 가능해진다.

실시예 2

본 발명의 제2 실시예에 대하여, 제1 실시예와의 상위점을 중심으로 설명한다.

도 6은 본 실시예에 있어서의 제어 장치(40)의 기능 블록도이다. 제어 장치(40)는, 위치 자세 연산부(43)와, 전자 비례 밸브 제어부(44)와, 액추에이터 제어부(81)와, 동작 계획부(90)와, 자동 동작 제어부(91)와, 궤도 일탈 판정부(92)와, 시간 일탈 판정부(93)와, 제1 입력부(100)와, 제2 입력부(101)와, 제3 입력부(102)와, 굴삭면 경사 설정부(103)와, 굴삭 대상물 경도 설정부(104)와, 제1 출력부(110)와, 제2 출력부(111)를 구비하고 있다.

굴삭 대상물 경도 설정부(104)에는 외부 접속 장치(200)로부터의 정보에 기초하여 굴삭 대상물의 경도(단단함의 정도)가 설정된다. 외부 접속 장치(200)로부터 굴삭 대상물 경도 설정부(104)에 입력되는 정보는 사람이 눈으로 보아 추정한 결과를 사용해도 되고 센서 등에 의한 계측을 행한 결과를 사용해도 된다.

동작 계획부(90)에는 예정 동작 궤도 R의 연산에 사용하는 파라미터의 테이블이 미리 기억되어 있고, 제1 입력부(100)로부터 취득한 태스크 정보와 굴삭면 경사 설정부(103)로부터 취득한 굴삭면의 경사 정보와 굴삭 대상물 경도 설정부(104)로부터 취득한 굴삭 대상물의 경도 정보에 기초하여, 태스크 개시부터 태스크 종료까지의 각 시각에 있어서의 유압 셔블(1)의 예정 위치 좌표와 프론트 작업 장치(1A)의 예정 자세와, 버킷(10)의 클로 끝 위치의 예정 동작 궤도 R을 산출하고, 자동 동작 제어부(91), 궤도 일탈 판정부(92), 시간 일탈 판정부(93) 및 제1 출력부(110)에 출력한다.

도 7은 제어 장치(40)에 의한 굴삭면의 경사 θ_gnd와 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따른 파라미터 설정의 흐름도이다. 여기에서 말하는 파라미터란, 버킷(10)의 클로 끝 위치의 예정 동작 궤도 R을 산출할 때 사용되는, 굴삭 개시 위치 P1로부터 굴삭 종료 위치 P3까지의 거리(굴삭 거리 L_ex), 최대 굴삭 깊이 D_maxdpt, 최대 굴삭 깊이 위치 P2, 동작 종료 위치 P4, 각 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_1 내지 θ_4이다. 이하, 각 스텝에 대하여 순서대로 설명한다.

스텝 S500에서는, 굴삭면 경사 설정부(103)는 외부 접속 장치(200)로부터 프론트 작업 장치(1A)에 의한 굴삭 작업을 행하는 개소 주변의 지형의 경사에 대략 일치하는 굴삭면의 경사 θ_gnd가 설정된다.

스텝 S510에서는, 굴삭 대상물 경도 설정부(104)는 외부 접속 장치(200)로부터 프론트 작업 장치(1A)에 의한 굴삭 작업을 행하는 개소 주변의 굴삭 대상물의 경도 H_gnd가 설정된다.

스텝 S520에서는, 예정 동작 궤도 R의 연산에 있어서의 길이에 관한 파라미터 중, 스텝 S500에서 설정한 굴삭면의 경사 θ_gnd에 의해서만 결정되는 것을 설정한다. 구체적으로는 굴삭 개시 위치 P1로부터의 굴삭 거리 L_ex와 최대 굴삭 깊이 위치 P2까지의 굴삭면 방향의 거리 L_maxdpt를 설정한다.

스텝 S530에서는, 동작 계획부(90)에 미리 기억시킨 최대 굴삭 깊이 D_maxdpt와 굴삭 개시 위치 P1에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_1과 최대 굴삭 깊이 위치 P2에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_2와 굴삭 종료 위치 P3에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_3의 테이블로부터 스텝 S510에서 설정한 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따라서 사용하는 테이블을 추출한다.

스텝 S540에서는, 예정 동작 궤도 R의 연산에 있어서의 자세에 관한 파라미터 중, 스텝 S500에서 설정한 굴삭면의 경사 θ_gnd와 스텝 S510에서 설정한 굴삭 대상물의 경도 H_gnd의 양쪽에 의해 결정되는 것을 설정한다. 구체적으로는, 최대 굴삭 깊이 D_maxdpt, 굴삭 개시 위치 P1에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_1, 최대 굴삭 깊이 위치 P2에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_2, 및 굴삭 종료 위치 P3에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_3을 설정한다. 스텝 S530에서 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따라서 사용하는 테이블을 선택하고, 스텝 S540에서 그 테이블로부터 굴삭면의 경사 θ_gnd에 따른 파라미터를 설정함으로써 굴삭면의 경사 θ_gnd와 굴삭 대상물의 경도 H_gnd의 양쪽을 고려한 파라미터를 선택할 수 있다. 도 7에 도시한 예에서는, 경도 H_gnd가 보통인 경우의, 약간 큰 경우, 큰 경우의 3개의 테이블(도면 중, 실선, 파선, 점선으로 각각 나타냄) 중에서 1개의 테이블을 선택하는 구성으로 하고 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 굴삭면의 경사 θ_gnd가 동일해도, 경도 H_gnd가 커짐에 따라서, 최대 굴삭 깊이 D_maxdpt는 작고, 버킷(10)의 자세 θ_1 내지 θ_4는 커진다.

스텝 S550에서는, 예정 동작 궤도 R의 연산에 있어서의 굴삭면의 경사 θ_gnd 또는 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 의하지 않는 파라미터를 설정한다. 구체적으로는 동작 종료 위치 P4까지의 굴삭면 방향의 거리 L_fin과 동작 종료 위치 P4에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_4를 설정한다.

스텝 S560에서는, 스텝 S520, S540, S550에서 설정한 파라미터로부터 구해지는 굴삭 개시 위치 P1과 최대 굴삭 깊이 위치 P2와 굴삭 종료 위치 P3과 동작 종료 위치 P4와 각 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_1 내지 θ_4에 기초하여, 각 위치와 자세를 원활하게 접속하도록 예정 동작 궤도 R을 산출한다.

또한, 도 7에 도시한 파라미터 설정의 방법은 일례이며, 다른 방법으로 굴삭면의 경사 θ_gnd와 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따라서 파라미터를 설정해도 된다. 또는 파라미터를 개재시키지 않고 굴삭면의 경사 θ_gnd와 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따라서 직접 각 위치와 각 위치에 있어서의 버킷(10)의 자세를 설정해도 된다.

또한, 각 위치와 각 자세를 원활하게 접속하도록 예정 동작 궤도 R을 산출할 때는 라그랑주 보간, 베지어 보간, 에르미트 보간, 스플라인 보간 등을 사용한 보간을 생각할 수 있지만 이것 이외의 방법을 사용해도 된다.

상기와 같이 구성된 유압 셔블(1)에 있어서, 굴삭면의 경사 θ_gnd와 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따라서 생성한 굴삭 궤도를 도 8에 도시한다. 또한 도 8에 있어서 프론트 작업 장치(1A)에 의한 굴삭을 행하는 개소 주변의 지면의 경도 H_gnd는 큰 것으로 가정한다.

관리자 또는 관리 시스템은 태스크 정보와 굴삭면의 경사 θ_gnd와 굴삭 대상물의 경도 H_gnd의 입력을 행한다. 입력된 태스크 정보, 굴삭면의 경사 θ_gnd, 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 기초하여 동작 계획부(90)는 동작 계획을 행한다. 즉 태스크 개시부터 태스크 종료까지의 각 시각에 있어서의 유압 셔블(1)의 예정 위치 좌표와 프론트 작업 장치(1A)의 예정 자세와, 버킷(10)의 클로 끝 위치의 예정 동작 궤도 R을 산출한다.

동작 계획부(90)는 예정 동작 궤도 R의 연산 중에서 굴삭 동작 궤도의 생성 시에 굴삭면의 경사 θ_gnd와 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따른 예정 동작 궤도 R을 산출한다. 도 8에서는 굴삭면이 하향 경사져 있기 때문에, 굴삭면이 경사져 있지 않은 경우, 즉 θ_gnd=0의 경우와 비교하여, 스텝 S520에서 굴삭 거리 L_ex는 짧게 설정되고, 최대 굴삭 깊이 위치 P2까지의 굴삭면 방향의 거리 L_maxdpt는 길게 설정된다.

또한, 스텝 S530에서 최대 굴삭 깊이 D_maxdpt와 굴삭 개시 위치 P1에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_1과 최대 굴삭 깊이 위치 P2에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_2와 굴삭 종료 위치 P3에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_3의 파라미터는 굴삭 대상물의 경도 H_gnd가 크기 때문에, 동작 계획부(90)에 미리 기억시켜져 있는 파라미터 테이블 중에서 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따른 테이블이 추출된다. 이때 굴삭 대상물의 경도 H_gnd가 보통인 경우와 비교하여, 최대 굴삭 깊이 D_maxdpt가 얕은 테이블이 추출되고, 굴삭 개시 위치 P1에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_1은 버킷(10)의 저면의 방향이 목표 궤도의 접선의 방향에 근접하는 테이블이 추출되고, 최대 굴삭 깊이 위치 P2에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_2는 버킷(10)의 저면의 방향이 목표 궤도의 접선의 방향에 근접하는 테이블이 추출되고, 굴삭 종료 위치 P3에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_3은 버킷(10)의 저면의 방향이 목표 궤도의 접선의 방향에 근접하는 테이블이 추출된다.

스텝 S540에서 추출된 테이블로부터 θ_gnd=0의 경우와 비교하여, 최대 굴삭 깊이 D_maxdpt는 깊게 설정되고, 굴삭 개시 위치 P1에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_1은 크게 설정되고, 최대 굴삭 깊이 위치 P2에 있어서의 버킷(10)의 자세는 크게 설정되고, 굴삭 종료 위치 P3에 있어서의 버킷(10)의 자세는 크게 설정된다.

스텝 S550에서 동작 종료 위치 P4까지의 굴삭면 방향의 거리 L_fin과 동작 종료 위치 P4에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_4가 굴삭면의 경사 θ_gnd에 의하지 않고, 또한 동작 종료 위치 P4에 있어서의 버킷(10)의 자세 θ_4는 중력 방향에 따라서 설정된다. 이에 의해 도 8의 상태 S1(굴삭 개시 상태)과 상태 S2(최대 굴삭 깊이 상태)와 상태 S3(굴삭 종료 상태)과 상태 S4(동작 종료 상태)에 있어서의 버킷(10)의 클로 끝 위치와 버킷(10)의 자세가 결정된다. 스텝 S560에서 위치 P1부터 위치 S4까지를 원활하게 접속하도록 예정 동작 궤도 R이 산출된다.

(정리)

본 실시예에 있어서의 작업 기계(1)는, 굴삭 대상물의 경도 H_gnd를 제어 장치(40)에 입력하는 외부 접속 장치(200)를 구비하고, 제어 장치(40)는, 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따라서 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 설정한다.

이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 자동 굴삭 제어에 있어서, 목표 궤도 R의 지표로부터 가장 깊게 위치하는 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따라서 적절하게 설정하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서의 제어 장치(40)는, 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따라서, 굴삭 개시 위치 P1에 있어서의 목표 자세 θ_1, 최대 굴삭 깊이 위치 P2에 있어서의 목표 자세 θ_2, 및 굴삭 종료 위치 P3에 있어서의 목표 자세 θ_3을 산출한다. 이에 의해, 굴삭 개시 위치 P1, 최대 굴삭 깊이 위치 P2, 및 굴삭 종료 위치 P3에 있어서의 작업구(10)의 목표 자세 θ_1 내지 θ_3을 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따라서 적절하게 설정하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서의 제어 장치(40)는, 굴삭 대상물의 경도 H_gnd가 커질수록 작업구(10)의 저면의 방향이 목표 궤도 R의 접선의 방향에 근접하도록 목표 자세 θ_1 내지 θ_3을 산출한다. 이에 의해, 굴삭 대상물이 통상보다 단단한 경우라도 목표 궤도를 따라서 정확하게 굴삭하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 있어서의 외부 접속 장치(200)는, 굴삭면의 경사 θ_gnd를 제어 장치(40)에 입력하고, 제어 장치(40)는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 상향 경사가 커질수록, 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 굴삭 개시 위치 P1에 근접하도록 설정하고, 상기 굴삭면의 상향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 커질수록, 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 굴삭 종료 위치 P3에 근접하도록 설정하고, 굴삭 대상물의 경도 H_gnd가 커질수록 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 지표로부터 얕은 위치로 설정하고, 굴삭 대상물의 경도 H_gnd가 작아질수록 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 지표로부터 깊은 위치로 설정하고, 상기 굴삭면의 하향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 상향 경사가 커질수록, 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 지표로부터 얕은 위치로 설정하고, 상기 굴삭면의 상향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 커질수록, 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 지표로부터 깊은 위치로 설정한다. 이에 의해, 최대 굴삭 깊이 위치 P2를 굴삭면의 경사 및 굴삭 대상물의 경도 H_gnd에 따라서 적절하게 설정하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는, 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 본 발명은 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성의 일부를 추가하는 것도 가능하고, 어떤 실시예의 구성의 일부를 삭제하거나, 혹은, 다른 실시예의 일부와 치환하는 것도 가능하다.

1: 유압 셔블(작업 기계)
1A: 프론트 작업 장치
1B: 차체
2: 유압 펌프
3: 주행 유압 모터(유압 액추에이터)
4: 선회 유압 모터(유압 액추에이터)
5: 붐 실린더(유압 액추에이터)
6: 암 실린더(유압 액추에이터)
7: 버킷 실린더(유압 액추에이터)
8: 붐
9: 암
10: 버킷(작업구)
11: 하부 주행체
12: 상부 선회체
13: 버킷 링크
18: 엔진
20: 컨트롤 밸브
30: 붐 각도 센서
31: 암 각도 센서
32: 버킷 각도 센서
33: 차체 경사각 센서
36: 차체 위치 검출 장치
40: 제어 장치
43: 위치 자세 연산부
44: 전자 비례 밸브 제어부
50: 작업 장치 자세 검출 장치
54 내지 59: 전자 비례 밸브
81: 액추에이터 제어부
90: 동작 계획부
91: 자동 동작 제어부
92: 궤도 일탈 판정부
93: 시간 일탈 판정부
100: 제1 입력부
101: 제2 입력부
102: 제3 입력부
103: 굴삭면 경사 설정부
110: 제1 출력부
111: 제2 출력부
200: 외부 접속 장치
P1: 굴삭 개시 위치
P2: 최대 굴삭 깊이 위치(굴삭 도중 위치)
P3: 굴삭 종료 위치
P4: 동작 종료 위치
R: 예정 동작 궤도(목표 궤도)
S1: 굴삭 개시 상태
S2: 최대 굴삭 깊이 상태
S3: 굴삭 종료 상태
S4: 동작 종료 상태

Claims (12)

1. 작업구를 갖는 작업 장치와,
   상기 작업 장치를 구동하는 유압 액추에이터와,
   유압 펌프와,
   상기 유압 펌프로부터 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 컨트롤 밸브와,
   상기 작업구 상의 제어점의 목표 궤도를 산출하고, 상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동하도록 상기 컨트롤 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서,
   상기 제어 장치는,
   굴삭 개시 시에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 개시 위치와 굴삭 도중에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 도중 위치와 굴삭 종료 시에 상기 제어점이 위치하는 굴삭 종료 위치를 지나는 목표 궤도, 및 상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동할 때의 상기 작업구의 목표 자세를 산출하고,
   상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동하도록, 또한 상기 제어점이 상기 목표 궤도 상을 이동할 때의 상기 작업구의 자세가 상기 목표 자세와 일치하도록 상기 컨트롤 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 굴삭 도중 위치는, 상기 목표 궤도 상에서 지표로부터 가장 깊게 위치하는 최대 굴삭 깊이 위치인 것을 특징으로 하는 작업 기계.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 굴삭 개시 위치, 상기 최대 굴삭 깊이 위치, 및 상기 굴삭 종료 위치에 더하여, 굴삭 동작 종료 시에 상기 제어점이 위치하는 동작 종료 위치를 지나도록 상기 목표 궤도를 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 동작 종료 위치에 있어서의 상기 목표 자세를 중력 방향에 기초하여 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
5. 제2항에 있어서,
   굴삭면의 경사를 상기 제어 장치에 입력하는 외부 접속 장치를 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 굴삭면의 경사에 따라서, 상기 굴삭 개시 위치, 상기 최대 굴삭 깊이 위치, 및 상기 굴삭 종료 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 굴삭면의 경사에 따라서, 상기 굴삭 개시 위치에 있어서의 상기 목표 자세, 상기 최대 굴삭 깊이 위치에 있어서의 상기 목표 자세, 및 상기 굴삭 종료 위치에 있어서의 상기 목표 자세를 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제어 장치는,
   상기 굴삭면의 하향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 상향 경사가 커질수록, 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 상기 굴삭 개시 위치에 근접하도록 설정하고,
   상기 굴삭면의 상향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 커질수록, 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 상기 굴삭 종료 위치에 근접하도록 설정하고,
   상기 굴삭면의 하향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 상향 경사가 커질수록, 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 지표로부터 얕은 위치로 설정하고,
   상기 굴삭면의 상향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 커질수록 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 지표로부터 깊은 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
8. 제5항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 굴삭면의 상향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 커질수록, 상기 굴삭 개시 위치로부터 상기 굴삭 종료 위치까지의 거리가 작아지도록 상기 굴삭 개시 위치 및 상기 굴삭 종료 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
9. 제2항에 있어서,
   굴삭 대상물의 경도를 상기 제어 장치에 입력하는 외부 접속 장치를 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 굴삭 대상물의 경도에 따라서 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 굴삭 대상물의 경도에 따라서, 상기 굴삭 개시 위치에 있어서의 상기 목표 자세, 상기 최대 굴삭 깊이 위치에 있어서의 상기 목표 자세, 및 상기 굴삭 종료 위치에 있어서의 상기 목표 자세를 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
11. 제9항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 굴삭 대상물의 경도가 커질수록 상기 작업구의 저면의 방향이 상기 목표 궤도의 접선의 방향에 근접하도록 상기 목표 자세를 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
12. 제9항에 있어서,
    상기 외부 접속 장치는, 굴삭면의 경사를 상기 제어 장치에 입력하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 굴삭면의 하향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 상향 경사가 커질수록, 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 상기 굴삭 개시 위치에 근접하도록 설정하고,
    상기 굴삭면의 상향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 커질수록, 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 상기 굴삭 종료 위치에 근접하도록 설정하고,
    상기 굴삭 대상물의 경도가 커질수록 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 지표로부터 얕은 위치로 설정하고,
    상기 굴삭 대상물의 경도가 작아질수록 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 지표로부터 깊은 위치로 설정하고,
    상기 굴삭면의 하향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 상향 경사가 커질수록, 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 지표로부터 얕은 위치로 설정하고,
    상기 굴삭면의 상향 경사가 작아질수록, 또는, 상기 굴삭면의 하향 경사가 커질수록, 상기 최대 굴삭 깊이 위치를 지표로부터 깊은 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.

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