KR20240027119A - 제어 시스템, 제어 방법 및 제어 프로그램 - Google Patents

제어 시스템, 제어 방법 및 제어 프로그램 Download PDF

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KR20240027119A
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KR1020247003877A
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신야 히노
가즈키 다케하라
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

생성부는, 선회체의 대표점을 원점으로 하는 차체 좌표계 상에 평면으로 규정되는 가상벽을 생성한다. 회전 변환부는, 선회체의 선회에 따라, 가상벽을 차체 좌표계의 원점 주위에 회전 변환한다. 위치 특정부는, 차체 좌표계에서의 작업 기계의 외각(外殼)의 위치를 특정한다. 개입 제어부는, 외각이 가상벽과 접촉하지 않도록, 작업 기계를 제어한다.

Description

제어 시스템, 제어 방법 및 제어 프로그램
본 개시는, 제어 시스템, 제어 방법 및 제어 프로그램에 관한 것이다.
본원은, 2021년 8월 31일에 일본에 출원된 특허출원 2021-141532호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
작업 기계의 동작 범위를 제한하기 위하여, 공간에 가상벽을 설정하는 기술이 알려져 있다. 작업 기계의 제어 장치는, 가상벽과 작업 기계 사이의 거리에 따라 작업 기계의 액추에이터의 동작량을 제한함으로써, 작업 기계가 가상벽을 넘지 않도록 제어할 수 있다.
국제공개 제2019/189030호
그런데, 작업 현장에 가상벽을 설정하는 경우, 가상벽의 위치는 글로벌 좌표계로 표시된다. 이에 따라, 가상벽에 기초하여 작업 기계를 제어하고자 하는 경우, 작업 기계는 글로벌 좌표계의 위치를 인식하기 위해 GNSS 등의 구성을 가질 필요가 있다. 그러나, 작업 기계는 반드시 GNSS 등에 의한 위치 정보를 취득하는 구성을 구비하지는 않는다.
한편, 선회체(旋回體)를 기준으로 하는 차체 좌표계에 가상벽을 설정하는 경우, 차체 좌표계에 설정된 가상벽은 선회체의 선회에 추종하기 위하여, 작업 기계를 중심으로 하는 환형(環形)으로 구성된다. 이에 따라, 차체 좌표계에, 건축물 등을 따른 평면의 가상벽을 설정하는 것은 곤란하다.
본 개시의 목적은, 글로벌 좌표계를 참조하지 않고, 평면의 가상벽에 의해 작업 기계의 동작을 제한할 수 있는 제어 장치, 제어 방법 및 제어 프로그램을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1 태양에 의하면, 제어 시스템은, 선회 가능한 선회체를 구비하는 작업 기계를 제어한다. 제어 시스템은, 프로세서를 구비한다. 프로세서는, 선회체의 대표점을 원점으로 하는 차체 좌표계 상에 평면으로 규정되는 가상벽을 생성한다. 프로세서는, 선회체의 선회에 따라, 가상벽을 차체 좌표계의 원점 주위에 회전 변환한다. 프로세서는, 차체 좌표계에서의 작업 기계의 외각(外殼)의 위치를 특정한다. 프로세서는, 외각이 가상벽과 접촉하지 않도록, 작업 기계를 제어한다.
본 발명의 제2 태양에 의하면, 선회 가능한 선회체를 구비하는 작업 기계의 제어 방법으로서, 생성 단계와, 변환 단계와, 특정 단계와, 제어 단계를 포함한다. 생성 단계는, 선회체의 대표점을 원점으로 하는 차체 좌표계 상에 평면으로 규정되는 가상벽을 생성한다. 변환 단계는, 선회체의 선회에 따라, 가상벽을 차체 좌표계의 원점 주위에 회전 변환한다. 특정 단계는, 차체 좌표계에서의 작업 기계의 외각의 위치를 특정한다. 제어 단계는, 외각이 가상벽과 접촉하지 않도록, 작업 기계를 제어한다.
본 발명의 제3 태양에 의하면, 선회 가능한 선회체를 구비하는 작업 기계를 제어하는 컴퓨터에 실행되는 제어 프로그램으로서, 생성 단계와, 변환 단계와, 특정 단계와, 제어 단계를 포함한다. 생성 단계는, 선회체의 대표점을 원점으로 하는 차체 좌표계 상에 평면으로 규정되는 가상벽을 생성한다. 변환 단계는, 선회체의 선회에 따라, 가상벽을 차체 좌표계의 원점 주위에 회전 변환한다. 특정 단계는, 차체 좌표계에서의 작업 기계의 외각의 위치를 특정한다. 제어 단계는, 외각이 가상벽과 접촉하지 않도록, 작업 기계를 제어한다.
상기 태양 중 적어도 1개의 태양에 의하면, 글로벌 좌표계를 참조하지 않고, 평면의 가상벽에 의해 작업 기계의 동작을 제한할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 작업 기계의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 작업 기계의 구동계를 나타낸 도면이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 제어 장치의 구성을 나타낸 개략 블록도이다.
도 4는 제1 실시형태에서의 선회체의 선회에 따른 가상벽의 재설정의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5는 제1 실시형태에 따른 전벽(前壁)의 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 제1 실시형태에 따른 측벽의 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 제1 실시형태에 따른 상벽의 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 제1 실시형태에 따른 하벽의 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 제1 실시형태에 있어서 설정된 가상벽의 갱신 및 개입 제어를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 제1 실시형태에 있어서 설정된 가상벽의 갱신 및 개입 제어를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 다른 실시형태에 따른 작업 시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.
<제1 실시예>
《작업 기계의 구성》
이하, 도면을 참조하면서 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 제1 실시형태에 따른 작업 기계(100)의 구성을 나타낸 개략도이다. 제1 실시형태에 따른 작업 기계(100)는, 예를 들면 유압 셔블이다. 작업 기계(100)는, 주행체(120), 선회체(140), 작업기(160), 운전실(180), 제어 장치(200)를 구비한다. 제1 실시형태에 따른 작업 기계(100)는, 오퍼레이터에 의한 조작에 의해 평면형의 가상벽을 생성하고, 작업 기계(100)가 가상벽에 접촉하지 않도록 제어된다. 이로써, 오퍼레이터는, 진입 금지 구역에 침입하지 않도록 작업 기계(100)를 조작할 수 있다.
주행체(120)는, 작업 기계(100)를 주행 가능하게 지지한다. 주행체(120)는, 예를 들면 좌우 한 쌍의 무한 궤도이다.
선회체(140)는, 주행체(120)에 선회 중심 주위에 선회 가능하게 지지된다.
작업기(160)는, 선회체(140)에 동작 가능하게 지지된다. 작업기(160)는, 유압에 의해 구동한다. 작업기(160)는, 붐(161), 암(162), 및 작업 기구(器具)인 버킷(163)을 구비한다. 붐(161)의 기단부(基端部)는, 선회체(140)에 회동 가능하게 장착된다. 암(162)의 기단부는, 붐(161)의 선단부(先端部)에 회동 가능하게 장착된다. 버킷(163)은, 암(162)의 선단부에 회동 가능하게 장착된다. 여기서, 선회체(140) 중 작업기(160)가 장착되는 부분을 전부(前部)라고 한다. 또한, 선회체(140)에 대하여, 전부를 기준으로, 반대측의 부분을 후부(後部), 좌측의 부분을 좌부, 우측의 부분을 우부라고 한다.
운전실(180)은, 선회체(140)의 전부에 설치된다. 운전실(180) 내에는, 오퍼레이터가 작업 기계(100)를 조작하기 위한 조작 장치(141), 및 제어 장치(200)의 맨 머신 인터페이스(man machine interface)인 모니터 장치(142)가 설치된다. 모니터 장치(142)는, 예를 들면 터치패널을 구비하는 컴퓨터에 의해 실현된다.
제어 장치(200)는, 오퍼레이터에 의한 조작 장치의 조작에 기초하여, 주행체(120), 선회체(140) 및 작업기(160)를 제어한다. 제어 장치(200)는, 예를 들면 운전실(180)의 내부에 설치된다.
《작업 기계(100)의 구동계》
도 2는, 제1 실시형태에 따른 작업 기계(100)의 구동계를 나타낸 도면이다.
작업 기계(100)는, 작업 기계(100)를 구동하기 위한 복수의 액추에이터를 구비한다. 구체적으로는, 작업 기계(100)는, 엔진(111), 유압 펌프(112), 콘트롤 밸브(113), 한 쌍의 주행 모터(114), 선회 모터(115), 붐 실린더(116), 암 실린더(117), 버킷 실린더(118)를 구비한다.
엔진(111)은, 유압 펌프(112)를 구동하는 원동기이다.
유압 펌프(112)는, 엔진(111)에 의해 구동되고, 콘트롤 밸브(113)를 통하여 주행 모터(114), 선회 모터(115), 붐 실린더(116), 암 실린더(117) 및 버킷 실린더(118)에 작동유를 공급한다.
콘트롤 밸브(113)는, 유압 펌프(112)로부터 주행 모터(114), 선회 모터(115), 붐 실린더(116), 암 실린더(117) 및 버킷 실린더(118)에 공급되는 작동유의 유량(流量)을 제어한다.
주행 모터(114)는, 유압 펌프(112)로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되고, 주행체(120)를 구동한다.
선회 모터(115)는, 유압 펌프(112)로부터 공급되는 작동유에 의해 구동되고, 주행체(120)에 대하여 선회체(140)를 선회시킨다.
붐 실린더(116)는, 붐(161)을 구동하기 위한 유압 실린더이다. 붐 실린더(116)의 기단부는, 선회체(140)에 장착된다. 붐 실린더(116)의 선단부는, 붐(161)에 장착된다.
암 실린더(117)는, 암(162)을 구동하기 위한 유압 실린더이다. 암 실린더(117)의 기단부는, 붐(161)에 장착된다. 암 실린더(117)의 선단부는, 암(162)에 장착된다.
버킷 실린더(118)는, 버킷(163)을 구동하기 위한 유압 실린더이다. 버킷 실린더(118)의 기단부는, 암(162)에 장착된다. 버킷 실린더(118)의 선단부는, 버킷(163)에 장착된다.
《작업 기계(100)의 계측계》
작업 기계(100)는, 작업 기계(100)의 자세 및 위치를 계측하기 위한 복수의 센서를 구비한다. 구체적으로는, 작업 기계(100)는, 경사 계측기(101), 선회각 센서(102), 붐 각 센서(103), 암 각 센서(104), 버킷 각 센서(105), 페이로드(payload) 미터(106)를 구비한다.
경사 계측기(101)는, 선회체(140)의 자세를 계측한다. 경사 계측기(101)는, 수평면에 대한 선회체(140)의 경사(예를 들면, 롤 각, 피치 각 및 요 각)를 계측한다. 경사 계측기(101)의 예로서는, IMU(Inertial Measurement Unit: 관성 계측 장치)를 들 수 있다. 이 경우에, 경사 계측기(101)는, 선회체(140)의 가속도 및 각속도를 계측하고, 계측 결과에 기초하여 수평면에 대한 선회체(140)의 경사를 산출한다. 경사 계측기(101)는, 예를 들면 운전실(180)의 아래쪽에 설치된다. 경사 계측기(101)는, 계측값인 선회체(140)의 자세 데이터를 제어 장치(200)에 출력한다.
선회각 센서(102)는, 주행체(120)에 대한 선회체(140)의 선회 각도를 계측한다. 선회각 센서(102)의 계측값은, 예를 들면, 주행체(120)와 선회체(140)의 방향이 일치하고 있을 때 제로를 나타낸다. 선회각 센서(102)는, 예를 들면 선회체(140)의 선회 중심에 설치된다. 선회각 센서(102)는, 계측값인 선회 각도 데이터를 제어 장치(200)에 출력한다.
붐 각 센서(103)는, 선회체(140)에 대한 붐(161)의 회전각인 붐 각을 계측한다. 붐 각 센서(103)는, 붐(161)에 장착된 IMU라도 된다. 이 경우에, 붐 각 센서(103)는, 붐(161)의 수평면에 대한 경사와 경사 계측기(101)가 계측한 선회체의 경사에 기초하여, 붐 각을 계측한다. 붐 각 센서(103)의 계측값은, 예를 들면, 붐(161)의 기단과 선단을 통과하는 직선의 방향이 선회체(140)의 전후 방향과 일치할 때 제로를 나타낸다. 그리고, 다른 실시형태에 따른 붐 각 센서(103)는, 붐 실린더(116)에 장착된 스트로크 센서라도 된다. 또한, 다른 실시형태에 따른 붐 각 센서(103)는, 선회체(140)과 붐(161)을 접속하는 핀에 설치된 회전 센서라도 된다. 붐 각 센서(103)는, 계측값인 붐 각 데이터를 제어 장치(200)에 출력한다.
암 각 센서(104)는, 붐(161)에 대한 암(162)의 회전각인 암 각을 계측한다. 암 각 센서(104)는, 암(162)에 장착된 IMU라도 된다. 이 경우에, 암 각 센서(104)는, 암(162)의 수평면에 대한 경사와 붐 각 센서(103)가 계측한 붐 각에 기초하여, 암 각을 계측한다. 암 각 센서(104)의 계측값은, 예를 들면, 암(162)의 기단과 선단을 통과하는 직선의 방향이 붐(161)의 기단과 선단을 통과하는 직선의 방향과 일치할 때 제로를 나타낸다. 그리고, 다른 실시형태에 따른 암 각 센서(104)는, 암 실린더(117)에 스트로크 센서를 장착하여 각도 산출을 행해도 된다. 또한, 다른 실시형태에 따른 암 각 센서(104)는, 붐(161)과 암(162)을 접속하는 핀에 설치된 회전 센서라도 된다. 암 각 센서(104)는, 계측값인 암 각 데이터를 제어 장치(200)에 출력한다.
버킷 각 센서(105)는, 암(162)에 대한 버킷(163)의 회전각인 버킷 각을 계측한다. 버킷 각 센서(105)는, 버킷(163)을 구동하기 위한 버킷 실린더(118)에 설치된 스트로크 센서라도 된다. 이 경우에, 버킷 각 센서(105)는, 버킷 실린더의 스트로크량에 기초하여 버킷 각을 계측한다. 버킷 각 센서(105)의 계측값은, 예를 들면, 버킷(163)의 기단과 날끝을 통과하는 직선의 방향이 암(162)의 기단과 선단을 통과하는 직선의 방향과 일치할 때 제로를 나타낸다. 그리고, 다른 실시형태에 따른 버킷 각 센서(105)는, 암(162)과 버킷(163)을 접속하는 핀에 설치된 회전 센서라도 된다. 또한, 다른 실시형태에 따른 버킷 각 센서(105)는, 버킷(163)에 장착된 IMU라도 된다. 버킷 각 센서(105)는, 계측값인 버킷 각 데이터를 제어 장치(200)에 출력한다.
페이로드 미터(106)는, 버킷(163)에 유지된 적하(積荷)의 중량을 계측한다. 페이로드 미터(106)는, 예를 들면 붐(161)의 실린더의 보텀 압을 계측하고, 적하의 중량으로 환산한다. 또한 예를 들면, 페이로드 미터(106)는, 로드 셀이라도 된다. 페이로드 미터(106)는, 계측값인 적하의 중량 데이터를 제어 장치(200)에 출력한다.
《제어 장치(200)의 구성》
도 3은, 제1 실시형태에 따른 제어 장치(200)의 구성을 나타낸 개략 블록도이다.
제어 장치(200)는, 프로세서(210), 메인메모리(230), 스토리지(250), 인터페이스(270)를 구비하는 컴퓨터이다. 제어 장치(200)는, 제어 시스템의 일례이다. 제어 장치(200)는, 경사 계측기(101), 선회각 센서(102), 붐 각 센서(103), 암 각 센서(104), 버킷 각 센서(105), 및 페이로드 미터(106)로부터 계측값을 수신한다.
스토리지(250)는, 일시적이지 않은 유형의 기억 매체이다. 스토리지(250)의 예로서는, 자기디스크, 광디스크, 광자기디스크, 반도체 메모리 등을 들 수 있다. 스토리지(250)는, 제어 장치(200)의 버스에 직접 접속된 내부 미디어라도 되고, 인터페이스(270) 또는 통신 회선을 통하여 제어 장치(200)에 접속되는 외부 미디어라도 된다. 스토리지(250)는, 작업 기계(100)를 제어하기 위한 제어 프로그램을 기억한다.
제어 프로그램은, 제어 장치(200)에 발휘시키는 기능의 일부를 실현하기 위한 것이라도 된다. 예를 들면, 제어 프로그램은, 스토리지(250)에 이미 기억되어 있는 다른 프로그램과의 조합, 또는 다른 장치에 구현된 다른 프로그램과의 조합에 의해 기능을 발휘시키는 것이라도 된다. 그리고, 다른 실시형태에 있어서는, 제어 장치(200)는, 상기 구성에 더하여, 또는 상기 구성 대신에 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, 프로세서에 의해 실현되는 기능의 일부 또는 전부가 상기 집적 회로에 의해 실현되어도 된다.
스토리지(250)에는, 선회체(140), 붐(161), 암(162) 및 버킷(163)의 치수 및 무게중심 위치를 나타낸 지오메트리(geometry) 데이터가 기록된다. 지오메트리 데이터는, 소정의 좌표계에서의 물체의 위치를 나타낸 데이터이다.
《소프트웨어 구성》
프로세서(210)는, 제어 프로그램을 실행함으로써, 조작량 취득부(211), 입력부(212), 표시 제어부(213), 계측값 취득부(214), 위치 특정부(215), 생성부(216), 회전 변환부(217), 개입 판정부(218), 개입 제어부(219), 제어 신호 출력부(220)를 구비한다.
조작량 취득부(211)는, 조작 장치(141)로부터 각각의 액추에이터의 조작량을 나타내는 조작 신호를 취득한다.
입력부(212)는, 모니터 장치(142)로부터 오퍼레이터에 의한 조작 입력을 접수한다.
표시 제어부(213)는, 모니터 장치(142)에 표시시키는 화면 데이터를 모니터 장치(142)에 출력한다.
계측값 취득부(214)는, 경사 계측기(101), 선회각 센서(102), 붐 각 센서(103), 암 각 센서(104), 버킷 각 센서(105) 및 페이로드 미터(106)로부터 계측값을 취득한다.
위치 특정부(215)는, 차체 좌표계에서의 작업 기계(100)의 외각의 위치를 특정한다. 작업 기계(100)의 외각은, 작업 기계(100)의 외형 형상이다. 작업 기계(100)의 외각은, 예를 들면, 선회체(140) 및 작업기(160)의 외형을 형성하는 형상에 의해 획정(劃定)된다. 위치 특정부(215)는, 구체적으로는, 계측값 취득부(214)가 취득한 각종 계측값과 스토리지(250)에 기록된 지오메트리 데이터에 기초하여, 차체 좌표계에서의 작업 기계(100)의 외각의 복수의 점의 위치를 특정한다. 위치 특정부(215)가 특정하는 외각의 복수의 점은, 버킷(163)의 날끝, 암(162)의 버킷(163)측의 끝(암 탑), 암(162)의 붐(161) 측의 끝(암 보텀), 선회체(140)의 카운터웨이트(counterweight)의 후방의 점을 포함한다. 차체 좌표계는, 선회체(140)의 대표점(예를 들면, 선회 중심을 지나는 점)을 원점으로 하는 직교좌표계이다. 위치 특정부(215)의 계산에 대해서는 후술한다. 그리고, 위치 특정부(215)가 특정하는 점은, 이것으로 한정되지 않는다.
생성부(216)는, 입력부(212)가 오퍼레이터로부터 가상벽의 생성 지시를 접수한 경우에, 위치 특정부(215)가 특정한 버킷(163)의 날끝의 위치에 기초하여 가상벽의 파라미터를 계산한다. 생성부(216)는, 생성한 차체 좌표계에서의 가상벽의 파라미터를 메인메모리(230)에 기록한다.
회전 변환부(217)는, 선회체(140)의 선회에 따라 메인메모리(230)에 기억된 가상벽의 파라미터를 갱신한다. 구체적으로는, 회전 변환부(217)는, 경사 계측기(101)가 계측한 피치 각, 롤 각, 요 각의 변화분만큼 가상벽의 파라미터를 차체 좌표계의 원점을 중심으로 회전 변환한다. 도 4는, 제1 실시형태에서의 선회체의 선회에 따른 가상벽의 재설정의 일례를 나타낸 도면이다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 가상벽의 설정 후에 선회체(140)가 선회한 경우, 회전 변환부(217)는, 계측값 취득부(214)가 취득한 경사 계측기(101)의 계측값을 참조하여 선회체(140)의 선회에 의해 발생한 롤 각, 피치 각, 요 각의 변화량을 계산하고, 가상벽의 파라미터를 차체 좌표계의 원점을 중심으로 회전 변환한다. 이로써, 회전 변환부(217)는, 선회체(140)의 선회에 의한 가상벽의 회전을 캔슬할 수 있다.
개입 판정부(218)는, 위치 특정부(215)가 특정한 외각의 복수의 점과 가상벽의 위치 관계에 기초하여, 선회체(140)의 선회 속도 또는 작업기(160)의 속도를 제한하는 지의 여부를 판정한다. 이하, 제어 장치(200)가 선회체(140) 또는 작업기(160)의 속도를 제한하는 것을 개입 제어라고도 한다. 구체적으로는, 개입 판정부(218)는, 가상벽과 외각의 복수의 점 중 적어도 1개가 접촉할 때까지의 최소 선회각을 구하고, 상기 최소 선회각이 소정 각도 이하인 경우에, 선회체(140)에 대하여 개입 제어를 하는 것으로 판정한다. 또한, 개입 판정부(218)는, 가상벽과 작업기(160) 사이의 최소거리를 구하고, 상기 최소거리가 소정 거리 이하인 경우에, 작업기(160)에 대하여 개입 제어를 하는 것으로 판정한다.
개입 제어부(219)는, 개입 판정부(218)에 의해 개입 제어를 행하는 것으로 판정된 경우에, 조작량 취득부(211)가 취득한 조작량 중 개입 대상의 조작량을 제어한다. 제어 신호 출력부(220)는, 조작량 취득부(211)가 취득한 조작량, 또는 개입 판정부(218)에 의해 제어된 조작량을 콘트롤 밸브(113)에 출력한다.
《위치 특정부(215)의 계산》
여기서, 위치 특정부(215)에 의한 작업 기계(100)의 외각의 점의 위치의 특정 방법을 설명한다. 위치 특정부(215)는, 계측값 취득부(214)가 취득한 각종 계측값과 스토리지(250)에 기록된 지오메트리 데이터에 기초하여 외각의 점의 위치를 특정한다. 스토리지(250)에는, 선회체(140), 붐(161), 암(162) 및 버킷(163)의 치수 및 무게중심 위치를 나타낸 지오메트리 데이터가 기록된다.
선회체(140)의 지오메트리 데이터는, 로컬 좌표계인 차체 좌표계에서의 선회체(140)의 붐(161)을 지지하는 핀의 위치(xbm, ybm, zbm), 및 선회체(140)의 외각의 점의 위치(xsp, ysp, zsp)를 나타낸다. 선회체(140)의 외각의 점으로서는, 예를 들면 카운터웨이트의 돌출점과 같이, 선회에 의해 벽면과 접촉할 가능성이 높은 점이 있다. 차체 좌표계는, 선회체(140)의 선회 중심을 기준으로 하여 전후 방향으로 연장되는 Xsb축, 좌우 방향으로 연장되는 Ysb축, 상하 방향으로 연장되는 Zsb축으로 구성되는 좌표계이다. 그리고, 선회체(140)의 상하 방향은, 반드시 연직(沿直) 방향과 일치하지는 않는다.
붐(161)의 지오메트리 데이터는, 로컬 좌표계인 붐 좌표계에서의 붐 탑의 위치(xam, yam, zam)를 나타낸다. 붐 좌표계는, 붐(161)과 선회체(140)를 접속하는 핀의 위치를 기준으로 하여, 길이 방향으로 연장되는 Xbm축, 핀이 연장되는 방향으로 연장되는 Ybm축, Xbm축과 Ybm축에 직교하는 Zbm축으로 구성되는 좌표계이다. 붐 탑의 위치는, 붐(161)과 암(162)을 접속하는 핀의 위치이다. 붐 탑은, 작업 기계(100)의 외각의 점의 하나이다.
암(162)의 지오메트리 데이터는, 로컬 좌표계인 암 좌표계에서의 암 탑의 위치(xbk, ybk, zbk)를 나타낸다. 암 좌표계는, 암(162)과 붐(161)을 접속하는 핀의 위치를 기준으로 하여, 길이 방향으로 연장되는 Xam축, 핀이 연장되는 방향으로 연장되는 Yam축, Xam축과 Yam축에 직교하는 Zam축으로 구성되는 좌표계이다. 암 탑의 위치는, 암(162)과 버킷(163)을 접속하는 핀의 위치이다. 암 탑은, 작업 기계(100)의 외각의 점의 하나이다.
버킷(163)의 지오메트리 데이터는, 로컬 좌표계인 버킷 좌표계에서의 버킷(163)의 날끝의 위치(xed, yed, zed)를 나타낸다. 날끝은, 작업 기계(100)의 외각의 점의 하나이다. 버킷 좌표계는, 버킷(163)과 암(162)을 접속하는 핀의 위치를 기준으로 하여, 날끝의 방향으로 연장되는 Xbk축, 핀이 연장되는 방향으로 연장되는 Ybk축, Xbk축과 Ybk축에 직교하는 Zbk축으로 구성되는 좌표계이다.
위치 특정부(215)는, 계측값 취득부(214)가 취득한 붐 각 θbm의 계측값과, 선회체(140)의 지오메트리 데이터에 기초하여, 하기 식(1)에 의해, 붐 좌표계로부터 차체 좌표계로 변환하기 위한 붐-차체 변환 행렬 Tbm sb를 생성한다. 붐-차체 변환 행렬 Tbm sb는, Ybm축 주위에 붐 각 θbm만큼 회전시키고, 그리고 차체 좌표계의 원점과 붐 좌표계의 원점의 편차(xbm, ybm, zbm)만큼 평행 이동시키는 행렬이다.
또한, 위치 특정부(215)는, 붐(161)의 지오메트리 데이터가 나타내는 붐 좌표계에서의 붐 탑의 위치와, 붐-차체 변환 행렬 Tbm sb의 곱을 구함으로써, 차체 좌표계에서의 붐 탑의 위치를 구한다.
[수식 1]
위치 특정부(215)는, 계측값 취득부(214)가 취득한 암 각 θam의 계측값과, 붐(161)의 지오메트리 데이터에 기초하여, 하기 식(2)에 의해, 암 좌표계로부터 붐 좌표계로 변환하기 위한 암-붐 변환 행렬 Tam bm을 생성한다. 암-붐 변환 행렬 Tam bm은, Yam축 주위에 암 각 θam만큼 회진시키고, 그리고 붐 좌표계의 원점과 암 좌표계의 원점의 편차(xam, yam, zam)만큼 평행 이동시키는 행렬이다. 또한, 위치 특정부(215)는, 붐-차체 변환 행렬 Tbm sb와 암-붐 변환 행렬 Tam bm의 곱을 구함으로써, 암 좌표계로부터 차체 좌표계로 변환하기 위한 암-차체 변환 행렬 Tam sb를 생성한다. 또한, 위치 특정부(215)는, 암(162)의 지오메트리 데이터가 나타내는 암 좌표계에서의 암 탑의 위치와, 암-차체 변환 행렬 Tam sb의 곱을 구함으로써, 차체 좌표계에서의 암 탑의 위치를 구한다.
[수식 2]
위치 특정부(215)는, 계측값 취득부(214)가 취득한 버킷 각 θbk의 계측값과, 암(162)의 지오메트리 데이터에 기초하여, 하기 식(3)에 의해, 버킷 좌표계로부터 암 좌표계로 변환하기 위한 버킷-암 변환 행렬 Tbk am을 생성한다. 버킷-암 변환 행렬 Tbk am은, Ybk축 주위에 버킷각 θbk만큼 회전시키고, 그리고 암 좌표계의 원점과 버킷 좌표계의 원점의 편차(xbk, ybk, zbk)만큼 평행 이동시키는 행렬이다. 또한, 위치 특정부(215)는, 암-차체 변환 행렬 Tam sb와 버킷-암 변환 행렬 Tbk am의 곱을 구함으로써, 버킷 좌표계로부터 차체 좌표계로 변환하기 위한 버킷-차체 변환 행렬 Tbk sb를 생성한다.
[수식 3]
위치 특정부(215)는, 버킷(163)의 지오메트리 데이터가 나타내는 버킷 좌표계에서의 날끝의 위치와, 버킷-차체 변환 행렬 Tbk sb의 곱을 구함으로써, 차체 좌표계에서의 버킷(163)의 날끝의 위치를 구한다.
《작업 기계(100)의 제어 방법》
이하, 제1 실시형태에 따른 작업 기계(100)의 제어 방법에 대하여 설명한다.
먼저 작업 기계(100)의 오퍼레이터는, 모니터 장치(142)를 조작하여, 가상벽의 설정을 행한다.
《가상벽의 설정》
입력부(212)가 모니터 장치(142)로부터 가상벽의 설정 지시를 접수하면, 표시 제어부(213)는, 모니터 장치(142)에 설정할 가상벽의 종류의 선택 화면을 표시시킨다. 제어 장치(200)가 설정 가능한 가상벽은, 전벽(前壁), 좌벽, 우벽, 상벽 및 하벽의 5종류이다. 전벽, 좌벽, 우벽은 연직 방향으로 연장되는 벽면이다. 상벽, 하벽은 수평 방향으로 연장되는 벽면이다.
(전벽의 설정)
도 5는, 제1 실시형태에 따른 전벽의 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
입력부(212)가 모니터 장치(142)로부터 전벽의 설정 지시를 접수하면, 표시 제어부(213)는, 설정 버튼을 포함하는 가이던스(guidance) 화면을 모니터 장치(142)에 표시시킨다(단계 S101). 가이던스 화면에는, 전벽을 설정하고자 하는 점에 버킷(163)의 날끝을 이동시켜 설정 버튼을 조작하는 취지가 표시된다. 오퍼레이터는, 작업 기계(100)를 조작하여, 버킷(163)의 날끝을 원하는 위치로 이동시킨 후에 설정 버튼을 조작한다. 입력부(212)는 모니터 장치(142)로부터 설정 버튼의 조작을 접수한다(단계 S102).
계측값 취득부(214)는, 설정 버튼이 조작된 시점에서의 경사 계측기(101), 선회각 센서(102), 붐 각 센서(103), 암 각 센서(104), 버킷 각 센서(105) 및 페이로드 미터(106)의 계측값을 취득한다(단계 S103). 위치 특정부(215)는, 취득한 계측값에 기초하여 차체 좌표계에서의 버킷(163)의 날끝의 위치를 특정한다(단계 S104).
생성부(216)는, 단계 S103에서 경사 계측기(101)로부터 취득한 롤 각 및 피치 각과, 단계 S104에서 구한 날끝의 위치에 기초하여, 연직 방향으로 연장되는 전벽의 파라미터를 산출한다. 가상벽은, 가상벽의 법선 방향을 나타내는 법선 벡터와, 가상벽이 통과하는 점의 위치를 나타낸 위치 벡터에 의해 표시된다. 생성부(216)는, Xsb축의 값이 -1, Ysb축의 값이 0, Zsb축의 값이 0인 벡터를, 롤 각 및 피치 각만큼 회전시킴으로써, 법선 벡터를 구한다(단계 S105). 또한 생성부(216)는, 단계 S104에서 구한 날끝의 위치를 나타낸 벡터를 위치 벡터로 한다(단계 S106). 생성부(216)는, 생성한 전벽의 파라미터를, 메인메모리(230)에 기록한다(단계 S107). 그리고, 메인메모리(230)에 이미 전벽의 파라미터가 기록되어 있는 경우, 오래된 파라미터를 새로운 파라미터로 덮어쓴다.
(우벽, 좌벽의 설정)
도 6은, 제1 실시형태에 따른 측벽의 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
입력부(212)가 모니터 장치(142)로부터 우벽 또는 좌벽의 설정 지시를 접수하면, 표시 제어부(213)는, 설정 버튼을 포함하는 제1 가이던스 화면을 모니터 장치(142)에 표시시킨다(단계 S121). 가이던스 화면에는, 우벽 또는 좌벽을 설정하고자 하는 점에 버킷(163)의 날끝을 이동시켜 설정 버튼을 조작하는 취지가 표시된다. 오퍼레이터는, 작업 기계(100)를 조작하여, 버킷(163)의 날끝을 원하는 위치로 이동시킨 후에 설정 버튼을 조작한다. 입력부(212)는 모니터 장치(142)로부터 설정 버튼의 조작을 접수한다(단계 S122).
계측값 취득부(214)는, 설정 버튼이 조작된 시점에서의 경사 계측기(101), 선회각 센서(102), 붐 각 센서(103), 암 각 센서(104), 버킷 각 센서(105) 및 페이로드 미터(106)의 계측값을 취득한다(단계 S123). 위치 특정부(215)는, 취득한 계측값에 기초하여 차체 좌표계에서의 버킷(163)의 날끝의 위치(1회째의 날끝의 위치)를 특정한다(단계 S124). 위치 특정부(215)는, 특정한 날끝의 위치와, 단계 S123에서 취득한 롤 각, 피치 각 및 요 각을, 메인메모리(230)에 일시적으로 기록한다.
다음으로, 표시 제어부(213)는, 설정 버튼을 포함하는 제2 가이던스 화면을 모니터 장치(142)에 표시시킨다(단계 S125). 가이던스 화면에는, 우벽 또는 좌벽을 설정하고자 하는 점에 버킷(163)의 날끝을 이동시켜 설정 버튼을 조작하는 취지가 표시된다. 오퍼레이터는, 작업 기계(100)를 조작하여, 버킷(163)의 날끝을 단계 S122에서 설정한 위치와는 상이한 위치로 이동시킨 후에 설정 버튼을 조작한다. 입력부(212)는 모니터 장치(142)로부터 설정 버튼의 조작을 접수한다(단계 S126).
계측값 취득부(214)는, 2회째의 설정 버튼이 조작된 시점에서의 경사 계측기(101), 선회각 센서(102), 붐 각 센서(103), 암 각 센서(104), 버킷 각 센서(105) 및 페이로드 미터(106)의 계측값을 취득한다(단계 S127). 위치 특정부(215)는, 취득한 계측값에 기초하여 차체 좌표계에서의 버킷(163)의 날끝의 위치(2회째의 날끝의 위치)를 특정한다(단계 S128).
1회째의 날끝의 위치를 계측했을 때의 작업 기계(100)의 자세와 2회째의 날끝의 위치를 계측했을 때의 작업 기계(100)의 자세는 상이하다. 이에 따라, 회전 변환부(217)는, 메인메모리(230)에 기록된 1회째의 날끝의 위치를, 1회째의 날끝의 위치, 롤 각, 피치 각 및 요 각과, 2회째의 날끝의 위치를 계측했을 때의 롤 각, 피치 각 및 요 각에 기초하여 회전시킨다(단계 S129). 이로써, 회전 변환부(217)는, 1회째의 날끝의 위치를 현시점의 차체 좌표계의 위치로 변환할 수 있다.
생성부(216)는, 단계 S129에서 변환한 1회째의 날끝을 나타내는 벡터와, 단계 S128에서 구한 2회째의 날끝의 위치를 나타낸 벡터의 차이를 벽면 벡터로서 산출한다(단계 S130). 벽면 벡터는, 가상벽의 벽면을 따른 벡터이며, 1회째의 날끝의 위치와 2회째의 날끝의 위치를 통과하는 벡터이다. 다음으로, 생성부(216)는, 2회째의 날끝의 위치를 계측했을 때의 롤 각 및 피치 각에 기초하여 연직 방향을 향하는 연직 벡터를 산출한다(단계 S131). 생성부(216)는, 단계 S130에서 산출한 벡터와 연직 벡터의 외적(外積)을 구함으로써, 법선 벡터를 산출한다(단계 S132). 또한 생성부(216)는, 단계 S128에서 취득한 2회째의 날끝의 위치에 기초하여 위치 벡터를 얻는다(단계 S133). 생성부(216)는, 생성한 좌벽 또는 우벽의 파라미터를, 메인메모리(230)에 기록한다(단계 S134). 그리고, 메인메모리(230)에 이미 좌벽 또는 우벽의 파라미터가 기록되어 있는 경우, 오래된 파라미터를 새로운 파라미터로 덮어쓴다.
(상벽의 설정)
도 7은, 제1 실시형태에 따른 상벽의 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
입력부(212)가 모니터 장치(142)로부터 상벽의 설정 지시를 접수하면, 표시 제어부(213)는, 설정 버튼을 포함하는 가이던스 화면을 모니터 장치(142)에 표시시킨다(단계 S141). 가이던스 화면에는, 상벽을 설정하고자 하는 점에 버킷(163)의 날끝을 이동시켜 설정 버튼을 조작하는 취지가 표시된다. 오퍼레이터는, 작업 기계(100)를 조작하고, 버킷(163)의 날끝을 원하는 위치로 이동시킨 후에 설정 버튼을 조작한다. 입력부(212)는 모니터 장치(142)로부터 설정 버튼의 조작을 접수한다(단계 S142).
계측값 취득부(214)는, 설정 버튼이 조작된 시점에서의 경사 계측기(101), 선회각 센서(102), 붐 각 센서(103), 암 각 센서(104), 버킷 각 센서(105) 및 페이로드 미터(106)의 계측값을 취득한다(단계 S143). 위치 특정부(215)는, 취득한 계측값에 기초하여 차체 좌표계에서의 버킷(163)의 날끝의 위치를 특정한다(단계 S144).
생성부(216)는, 단계 S143에서 경사 계측기(101)로부터 취득한 롤 각 및 피치 각과, 단계 S144에서 구한 날끝의 위치에 기초하여, 수평 방향으로 연장되는 상 벽의 파라미터를 산출한다. 생성부(216)는, Xsb축의 값이 0, Ysb축의 값이 0, Zsb축의 값이 -1인 벡터를, 롤 각 및 피치 각만큼 회전시킴으로써, 법선 벡터를 구한다(단계 S145). 또한 생성부(216)는, 단계 S144에서 구한 날끝의 위치에 기초하여 위치 벡터를 얻는다(단계 S146). 생성부(216)는, 생성한 상벽의 파라미터를, 메인메모리(230)에 기록한다(단계 S147). 그리고, 메인메모리(230)에 이미 상벽의 파라미터가 기록되어 있는 경우, 오래된 파라미터를 새로운 파라미터로 덮어쓴다.
(하벽의 설정)
도 8은, 제1 실시형태에 따른 하벽의 설정 방법을 나타내는 흐름도이다.
입력부(212)가 모니터 장치(142)로부터 하벽의 설정 지시를 접수하면, 표시 제어부(213)는, 거리 입력란과 설정 버튼을 포함하는 가이던스 화면을 모니터 장치(142)에 표시시킨다(단계 S161). 가이던스 화면에는, 하벽을 설정하고자 하는 점의 위쪽으로 버킷(163)의 날끝을 이동시키고, 거리 입력란에 날끝으로부터 하벽까지의 거리를 입력하고, 설정 버튼을 조작하는 취지가 표시된다. 거리 입력란에는, 초기값으로서 0미터가 입력된다. 오퍼레이터는, 작업 기계(100)를 조작하여, 버킷(163)의 날끝을 원하는 위치로 이동시킨 후에 설정 버튼을 조작한다. 입력부(212)는 모니터 장치(142)로부터 거리 입력란으로의 입력 및 설정 버튼의 조작을 접수한다(단계 S162). 입력부(212)는, 설정 버튼이 조작된 시점에서의 거리 입력란의 값을 취득한다(단계 S163).
계측값 취득부(214)는, 설정 버튼이 조작된 시점에서의 경사 계측기(101), 선회각 센서(102), 붐 각 센서(103), 암 각 센서(104), 버킷 각 센서(105) 및 페이로드 미터(106)의 계측값을 취득한다(단계 S164). 위치 특정부(215)는, 취득한 계측값에 기초하여 차체 좌표계에서의 버킷(163)의 날끝의 위치를 특정한다(단계 S165).
생성부(216)는, 단계 S164에서 경사 계측기(101)로부터 취득한 롤 각 및 피치 각과, 단계 S165에서 구한 날끝의 위치와, 단계 S163에서 취득한 거리에 기초하여, 수평 방향으로 연장되는 하벽의 파라미터를 산출한다. 생성부(216)는, Xsb축의 값이 0, Ysb축의 값이 0, Zsb축의 값이 1인 벡터를, 롤 각 및 피치 각만큼 회전시킴으로써, 법선 벡터를 구한다(단계 S166). 또한 생성부(216)는, 단계 S165에서 구한 날끝의 위치를 나타낸 벡터와, 법선 벡터에 거리를 곱한 심도(深度) 벡터의 합을 구함으로써, 위치 벡터를 얻는다(단계 S167). 생성부(216)는, 생성한 하벽의 파라미터를, 메인메모리(230)에 기록한다(단계 S168). 그리고, 메인메모리(230)에 이미 하벽의 파라미터가 기록되어 있는 경우, 오래된 파라미터를 새로운 파라미터로 덮어쓴다.
《가상벽의 갱신 및 개입 제어》
작업 기계(100)는, 선회체(140)를 선회시켜 작업기(160)가 닿는 범위 내의 작업을 행할 수 있다. 이에 따라, 통상, 오퍼레이터는, 굴삭 등의 작업을 행하는 경우, 작업 기계(100)를 선회시킨다. 차체 좌표계는, 선회체(140)를 기준으로 하므로, 글로벌 좌표계의 시점에서 볼 때 작업 기계(100)의 선회에 추종하여 회전한다. 차체 좌표계에 설정되는 가상벽이 작업 기계(100)의 선회에 추종하여 회전하게 되면, 우벽 및 좌벽은 작업 기계(100)에 간섭하지 않고, 의미가 없다. 예를 들면, 선회체(140)의 우측에 우벽을 설정하면, 선회체(140)를 어떻게 선회시켜도, 우벽은 항상 선회체(140)의 우측에 유지되고, 작업 기계(100)에 간섭하지 않는다. 또한, 전벽은, 작업 기계(100)의 선회에 추종하여 회전하게 되면, 평면형의 벽이 아닌 환형(環形)의 벽으로서 거동하므로, 건축물의 벽면에 따른 가상벽으로서 기능하지 않는다.
이에 따라, 제1 실시형태에 따른 제어 장치(200)는, 작업 기계(100)의 선회 전후에서 글로벌 좌표계에서의 가상벽의 위치를 유지하기 위하여, 가상벽의 회전 변환 처리를 행한다.
도 9 및 도 10은, 제1 실시형태에 있어서 설정된 가상벽의 갱신 및 개입 제어를 나타내는 흐름도이다. 작업 기계(100)의 오퍼레이터가 모니터 장치(142)의 조작에 의해 적어도 1개의 가상벽을 설정하면, 제어 장치(200)는, 이하에 나타내는 제어를 개시한다.
조작량 취득부(211)는, 조작 장치(141)로부터 붐(161), 암(162), 버킷(163), 및 선회체(140)의 조작 신호를 취득한다(단계 S201). 계측값 취득부(214)는, 경사 계측기(101), 선회각 센서(102), 붐 각 센서(103), 암 각 센서(104), 버킷 각 센서(105) 및 페이로드 미터(106)의 계측값을 취득한다(단계 S202).
회전 변환부(217)는, 메인메모리(230)가 기억하는 1개 이상의 가상벽 각각을, 단계 S202에서 경사 계측기(101)로부터 취득한 선회체(140)의 롤 각, 피치 각, 요 각에 기초하여 회전 변환하고, 갱신한다(단계 S203).
위치 특정부(215)는, 단계 S202에서 취득한 계측값에 기초하여 차체 좌표계에서의 작업 기계(100)의 외각의 복수의 점의 위치를 산출한다(단계 S204). 개입 판정부(218)는, 위치 특정부(215)가 특정한 점을 1개씩 선택하고(단계 S205), 이하의 단계 S206으로부터 단계 S212의 처리를 실행한다.
개입 판정부(218)는, 단계 S205에서 선택한 점을 통과하고, 또한 차체 좌표계의 Xsb-Ysb 평면과 평행한 단면을 특정한다(단계 S206). 또한, 개입 판정부(218)는, 단계 S205에서 선택한 점을 통과하고, 또한 차체 좌표계의 Xsb-Zsb 평면과 평행한 단면을 특정한다(단계 S207).
개입 판정부(218)는, 메인메모리(230)에 설정된 1개 이상의 가상벽을 1개씩 선택하고(단계 S208), 이하의 단계 S209로부터 단계 S212의 처리를 실행한다.
개입 판정부(218)는, 단계 S206에서 생성한 단면과 단계 S208에서 선택한 가상벽의 교선(交線)을 수평 가상벽선으로서 산출한다(단계 S209). 그리고, 단계 S206에서 생성한 단면과 가상벽의 위치 관계에 따라서는 수평 가상벽선이 존재하지 않는 경우도 있다. 수평 가상벽선이 존재할 경우, 개입 판정부(218)는, 우선회와 좌선회의 각각에 대하여, 단계 S205에서 선택한 점이 단계 S209에서 산출한 수평 가상벽선과 접촉하는 선회각을 구한다(단계 S210). 예를 들면, 개입 판정부(218)는, 선회 중심을 중심으로 하여 단계 S205에서 선택한 점을 통과하는 원과 수평 가상벽선의 교점을 산출하고, 선회 중심으로부터 단계 S205에서 선택한 점으로 연장되는 선분과 선회 중심으로부터 교점으로 연장되는 선분이 이루는 각을 구한다. 그리고, 단계 S205에서 선택한 점과 수평 가상벽선의 위치 관계에 따라서는 교점이 존재하지 않는 경우도 있다.
또한, 개입 판정부(218)는, 단계 S207에서 생성한 단면과 단계 S208에서 선택한 가상벽의 교선을 연직 가상벽선으로서 산출한다(단계 S211). 그리고, 단계 S207에서 생성한 단면과 가상벽의 위치 관계에 따라서는 연직 가상벽선이 존재하지 않는 경우도 있다. 연직 가상벽선이 존재하는 경우, 개입 판정부(218)는, 단계 S205에서 선택한 점과 단계 S211에서 산출한 연직 가상벽선 사이의 거리를 구한다(단계 S212).
개입 판정부(218)는, 단계 S210에서 구한 작업 기계(100) 상의 각 점에서의 가상벽마다의 선회각에 기초하여, 우선회와 좌선회의 각각에 대하여, 복수의 점 중 적어도 1개가 적어도 1개의 가상벽에 접촉하는 최소 선회각을 산출한다(단계 S213).
개입 판정부(218)는, 단계 S212에서 구한 작업 기계(100) 상의 각 점에서의 가상벽마다의 거리에 기초하여, 작업기(160)와 가상벽 사이의 최단 거리를 산출한다(단계 S214).
개입 판정부(218)는, 단계 S201에서 취득한 선회체(140)의 조작 신호에 기초하여, 선회 방향 및 목표 선회 속도를 산출한다(단계 S215). 개입 판정부(218)는, 조작 신호가 나타내는 선회 방향에 대한 최소 선회각이, 개입 개시 각도보다 큰지의 여부를 판정한다(단계 S216). 최소 선회각이 개입 개시 각도보다 큰 경우(단계 S216: YES), 개입 제어부(219)는 선회에 관한 개입 제어를 행하지 않는다. 한편, 최소 선회각이 개입 개시 각도 이하인 경우(단계 S216: NO), 개입 제어부(219)는, 미리 정해진 제한 각속도 테이블에 기초하여 최소 선회각으로부터 제한 각속도를 특정하고, 선회체(140)의 목표 선회 속도를 제한 각속도 이하의 값으로 제한한다(단계 S217). 제한 각속도 테이블은, 최소 선회각과 제한 각속도의 관계를 나타낸 함수로서, 최소 선회각이 작을수록 제한 각속도가 작아지게 되는 함수이다.
제한 각속도 테이블은, 예를 들면, 오퍼레이터에 의한 선회체(140)의 조작감을 해치지 않는 감속율로 설정해도 된다.
개입 판정부(218)는, 단계 S201에서 취득한 붐(161), 암(162) 및 버킷(163)의 조작 신호에 기초하여, 작업기(160)의 목표 속도를 산출한다(단계 S218). 구체적으로는, 개입 판정부(218)는, 단계 S201에서 취득한 붐(161), 암(162) 및 버킷(163)의 조작 신호에 기초하여, 붐(161), 암(162) 및 버킷(163)의 목표 속도를 산출한다. 다음으로, 개입 판정부(218)는, 단계 S214에서 산출한 최단 거리가, 개입 개시 거리보다 긴지의 여부를 판정한다(단계 S219). 최단 거리가 개입 개시 거리보다 긴 경우(단계 S219: YES), 개입 제어부(219)는 작업기(160)에 관한 개입 제어를 행하지 않는다. 한편, 최단 거리가 개입 개시 거리 이하인 경우(단계 S219: NO), 개입 제어부(219)는, 작업기(160)의 각각의 축을 1개씩 선택하고, 선택한 축에 대하여, 이하의 단계 S221로부터 단계 S222의 처리를 행한다(단계 S220). 개입 제어부(219)는, 선택된 축의 조작 방향이 가상벽에 접근하는 방향의 조작인지의 여부를 판정한다(단계 S221). 선택된 축의 조작 방향이 가상벽에 접근하는 방향의 조작이 아닌 경우(단계 S220: NO), 개입 제어부(219)는, 선택된 축에 관한 개입 제어를 행하지 않는다. 한편, 선택된 축의 조작 방향이 가상벽에 접근하는 방향의 조작인 경우(단계 S220: YES), 개입 제어부(219)는, 선택된 축에 대하여, 미리 정해진 제한 속도 테이블에 기초하여 제한 속도를 특정하고, 목표 속도를 제한 속도 이하의 값으로 제한한다(단계 S222).
제어 신호 출력부(220)는, 붐(161), 암(162), 버킷(163)의 목표 속도 및 선회체(140)의 목표 각속도에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 콘트롤 밸브(113)에 출력한다(단계 S223).
《작용·효과》
이와 같이, 제어 장치(200)는, 선회체(140)의 선회에 따라 차체 좌표계에서 규정된 가상벽을 회전 변환하고, 작업 기계(100)의 외각이 가상벽과 접촉하지 않도록, 작업 기계(100)를 제어한다. 이와 같이, 차체 좌표계에서 규정된 가상벽을 선회체(140)의 선회에 따라 회전시킴으로써, 제어 장치(200)는, 가상벽의 절대위치를 고정시킬 수 있다. 따라서, 제어 장치(200)는, 글로벌 좌표계를 참조하지 않고 평면의 가상벽에 의해 작업 기계(100)의 동작을 제한할 수 있다. 평면의 가상벽을 설정함으로써, 통상 평면으로 구획되는 시공 현장의 영역으로의 진입을 적절하게 제한할 수 있다.
또한, 제1 실시형태에 따른 제어 장치(200)는, 차체 좌표계에서의 작업기(160)의 선단의 위치를 특정하고, 가상벽의 생성 지시를 접수했을 때, 작업기(160)의 선단의 위치에 가상벽을 생성한다. 이로써, 오퍼레이터는, 작업기의 조작과 생성 지시의 입력에 의해 가상벽을 용이하게 설정할 수 있다. 그리고, 다른 실시형태에 있어서는 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면 오퍼레이터가 모니터 장치(142)의 조작에 의해 가상벽의 좌표를 입력함으로써 가상벽의 설정이 이루어져도 된다.
또한, 제1 실시형태에 따른 제어 장치(200)는, 경사 계측기(101)의 계측값에 기초하여, 연직 방향 또는 수평 방향으로 연장되는 가상벽을 생성한다. 일반적으로 시공 현장의 영역은 벽이나 펜스에 의해 연직 방향을 따라 구분되어 있다. 이에 따라, 가상벽이 연직 방향으로 연장되도록 설정됨으로써, 작업 기계(100)에 의한 영역으로의 진입을 적절하게 제어할 수 있다. 또한, 가선(架線)이나 천장 등의 위쪽의 장애물에 대해서는 작업 기계(100)가 그 최하점을 초과하지 않는 제어를 하는 것이 일반적이므로, 가상벽이 수평 방향으로 연장되도록 설정됨으로써, 최하점 제어를 적절하게 행할 수 있다.
<다른 실시형태>
이상, 도면을 참조하여 일실시형태에 대하여 상세하게 설명했으나, 구체적인 구성은 전술한 것으로 한정되지 않고, 다양한 설계 변경 등을 하는 것이 가능하다. 즉, 다른 실시형태에 있어서는, 전술한 처리의 순서가 적절하게 변경되어도 된다. 또한, 일부 처리가 병렬로 실행되어도 된다.
전술한 실시형태에 따른 제어 장치(200)는, 컴퓨터 단독에 의해 구성되는 것이라도 되고, 제어 장치(200)의 구성을 복수의 컴퓨터에 나누어서 배치하고, 복수의 컴퓨터가 서로 협동함으로써 제어 장치(200)로서 기능하는 것이라도 된다. 이 때, 제어 장치(200)를 구성하는 일부 컴퓨터가 작업 기계(100)의 내부에 탑재되고, 다른 컴퓨터가 작업 기계(100)의 외부에 설치되어도 된다.
다른 실시형태에 따른 제어 장치(200)는, 선회 조작의 개입 제어를 행할 때, 미리 정해진 제한 각속도 테이블에 기초하여 제한 각속도를 결정하지만 이것으로 한정되지 않는다. 작업 기계(100)의 관성 모멘트(moment)는 작업기(160)의 자세나 버킷(163)에 적재된 짐의 중량에 의해 변화된다. 이에 따라, 개입 제어부(219)는, 관성 모멘트의 변화를 감안하여 제한 각속도를 결정해도 된다. 예를 들면, 지오메트리 데이터에 각 부품의 무게중심 위치를 저장해 둠으로써, 위치 특정부(215)는 차체 좌표계에서의 각 부품의 무게중심 위치를 특정할 수 있다. 개입 제어부(219)는, 각각의 무게중심 위치에 기지(旣知)의 중량을 곱한 벡터와, 나아가서는 버킷(163)의 위치에 페이로드 미터(106)의 계측값이 나타내는 중량을 곱한 벡터에 기초하여 작업기(160)의 무게중심 위치를 구할 수 있다. 이로써, 개입 제어부(219)는, 제한 각속도 테이블로부터 구해진 제한 각속도에 작업기(160)의 무게중심 위치와 중량으로부터 계산된 관성비에 따른 계수를 곱하는 것에 의해, 관성 모멘트의 변화를 감안한 제한 각속도를 결정할 수 있다.
제1 실시형태에 따른 작업 기계(100)는, 운전실(180)에 탑승한 오퍼레이터에 의해 조작되지만, 다른 실시형태에 따른 작업 기계(100)는 이것으로 한정되지 않는다. 도 11은, 다른 실시형태에 따른 작업 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 다른 실시형태에 따른 작업 기계(100)는, 도 10에 나타낸 바와 같이 원격 조작 장치(500)에 의해 조작되어도 된다. 원격 조작되는 작업 기계(100)는, 제1 실시형태의 구성에 더하여, 촬상 장치(119)를 더욱 구비하고, 제어 장치(200)는, 촬상 장치(119)가 촬상한 화상을 원격 조작 장치(500)에 실시간으로 송신한다. 원격 조작 장치(500)는, 운전석(510), 디스플레이(520), 조작 장치(530) 및 원격 조작 서버(540)를 구비한다. 원격 조작 서버(540)는, 작업 기계(100)로부터 수신한 화상을 디스플레이(520)에 표시시킨다. 이로써, 오퍼레이터는 원격의 작업 기계(100)의 주위의 상황을 인식할 수 있다. 또한 원격 조작 서버(540)는, 오퍼레이터에 의한 조작 장치(530)의 조작 신호를 네트워크를 통하여 작업 기계(100)에 송신한다. 원격 조작 서버(540)는, 제1 실시형태에 따른 제어 장치(200)의 적어도 일부 기능을 실행한다. 즉, 원격 조작 서버(540)를 구비하는 작업 시스템에 있어서, 제어 장치(200)와 원격 조작 서버(540)는, 작업 시스템을 구성한다.
제1 실시형태에 따른 작업기(160)에는 버킷(163)이 장착되지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 따른 작업기(160)는, 버킷 대신, 브레이커나 그래플 등의 다른 작업 기구를 구비하고 있어도 된다. 또한, 다른 실시형태에 따른 버킷(163) 등의 작업 기구는, 틸트 어태치먼트나 틸트 로테이트 어태치먼트를 통하여 암(162)의 선단부에 장착되어도 된다.
상기 태양 중 적어도 1개의 태양에 의하면, 글로벌 좌표계를 참조하지 않고, 평면의 가상벽에 의해 작업 기계의 동작을 제한할 수 있다.
100: 작업 기계
101: 경사 계측기
102: 선회각 센서
103: 붐 각 센서
104: 암 각 센서
105: 버킷 각 센서
106: 페이로드 미터
111: 엔진
112: 유압 펌프
113: 콘트롤 밸브
114: 주행 모터
115: 선회 모터
116: 붐 실린더
117: 암 실린더
118: 버킷 실린더
120: 주행체
140: 선회체
141: 조작 장치
142: 모니터 장치
160: 작업기
161: 붐
162: 암
163: 버킷
180: 운전실
200: 제어 장치
210: 프로세서
211: 조작량 취득부
212: 입력부
213: 표시 제어부
214: 계측값 취득부
215: 위치 특정부
216: 생성부
217: 회전 변환부
218: 개입 판정부
219: 개입 제어부
220: 제어 신호 출력부
230: 메인메모리
250: 스토리지
270: 인터페이스

Claims (7)

  1. 선회 가능한 선회체를 구비하는 작업 기계를 제어하는 제어 시스템으로서,
    프로세서를 구비하고,
    상기 프로세서는,
    상기 선회체의 대표점을 원점으로 하는 차체 좌표계 상에 평면으로 규정되는 가상벽을 생성하고,
    상기 선회체의 선회에 따라, 상기 가상벽을 상기 차체 좌표계의 원점 주위에 회전 변환하고,
    상기 차체 좌표계에서의 상기 작업 기계의 외각(外殼)의 위치를 특정하고,
    상기 외각이 상기 가상벽과 접촉하지 않도록, 상기 작업 기계를 제어하는,
    제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 선회체의 자세를 계측하는 경사 계측기로부터 계측값을 취득하고,
    상기 계측값에 기초하여 상기 선회체의 선회에 의해 생긴 상기 자세의 변화량을 계산하고,
    상기 자세의 변화량에 기초하여, 상기 가상벽을 회전 변환하는, 제어 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 선회체의 자세를 계측하는 경사 계측기로부터 계측값을 취득하고,
    상기 계측값에 기초하여, 연직(沿直) 방향 또는 수평 방향으로 연장되는 상기 가상벽을 생성하는, 제어 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 기계는, 상기 선회체에 설치된 작업기를 구비하고,
    상기 프로세서는,
    상기 작업기의 선단(先端)의 위치를 특정하고,
    가상벽의 생성 지시를 접수했을 때, 상기 작업기의 선단의 위치에 상기 가상벽을 생성하는, 제어 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 작업 기계의 외각 상의 복수의 점의 위치를 특정하고,
    상기 복수의 점의 위치에 기초하여, 상기 복수의 점 중 적어도 1개가 상기 선회체를 선회시켰을 때 상기 가상벽과 접촉하는 최소 선회각을 구하고,
    상기 최소 선회각에 기초하여 상기 선회체의 선회를 제어하는, 제어 시스템.
  6. 선회 가능한 선회체를 구비하는 작업 기계의 제어 방법으로서,
    상기 선회체의 대표점을 원점으로 하는 차체 좌표계 상에 평면으로 규정되는 가상벽을 생성하는 단계;
    상기 선회체의 선회에 따라, 상기 가상벽을 상기 차체 좌표계의 원점 주위에 회전 변환하는 단계;
    상기 차체 좌표계에서의 상기 작업 기계의 외각의 위치를 특정하는 단계; 및
    상기 외각이 상기 가상벽과 접촉하지 않도록, 상기 작업 기계를 제어하는 단계;를 구비하는 제어 방법.
  7. 선회 가능한 선회체를 구비하는 작업 기계를 제어하는 컴퓨터에,
    상기 선회체의 대표점을 원점으로 하는 차체 좌표계 상에 평면으로 규정되는 가상벽을 생성하는 단계;
    상기 선회체의 선회에 따라, 상기 가상벽을 상기 차체 좌표계의 원점 주위에 회전 변환하는 단계;
    상기 차체 좌표계에서의 상기 작업 기계의 외각의 위치를 특정하는 단계; 및
    상기 외각이 상기 가상벽과 접촉하지 않도록, 상기 작업 기계를 제어하는 단계;를 실행시키기 위한 제어 프로그램.
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