KR20240027120A

KR20240027120A - 제어 장치, 작업 기계, 제어 방법 및 제어 시스템

Info

Publication number: KR20240027120A
Application number: KR1020247003903A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 하타케; 유스케 사이고
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2022-09-05
Publication date: 2024-02-29
Also published as: DE112022003121T5; JP2023040829A; CN117940639A; WO2023038000A1; AU2022342531A1

Abstract

작업 공구를 가지는 작업기를 구비하는 작업 기계의 제어 장치로서, 상기 작업 공구의 자세를 목표 자세로 유지하고 또한 상기 작업 공구의 위치를 목표 위치까지 이동시키는 자동 적입 제어를 행하는 경우에, 상기 작업 공구의 자세가 목표 자세로부터 소정의 범위 밖에 있는 경우, 상기 작업 공구의 자세가 상기 소정의 범위 내로 될 때까지 상기 작업 공구의 위치보다 상기 작업 공구의 자세를 우선하여 제어한다.

Description

제어 장치, 작업 기계, 제어 방법 및 제어 시스템

본 개시는, 제어 장치, 작업 기계, 제어 방법 및 제어 시스템에 관한 것이다. 본원은, 2021년 9월 10일에, 일본에 출원된 특허출원 제2021-148004호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

특허문헌 1에 기재되어 있는 제어 장치는, 선회체(旋回體)와, 선회체에 장착되어 있는 버킷을 가지는 작업기를 구비하는 적입(積入) 기계의 제어 장치로서, 다음과 같은 자동 굴삭 적입 제어를 실행한다. 즉, 특허문헌 1에 기재되어 있는 제어 장치에 의한 자동 굴삭 적입 제어에서는, 선회체를 선회시켜 굴삭점에 작업기를 이동시키고, 굴삭점의 토사를 굴삭하고, 선회체를 선회시켜 버킷에 수용된 토사를 적입 대상에 싣는 일련의 동작이 자동적으로 실행된다. 여기에서, 적입 대상은 운반 차량, 호퍼 등이다.

한편, 특허문헌 2에 기재되어 있는 제어 장치는 다음과 같은 자동 적입 제어를 실행한다. 특허문헌 2에 기재되어 있는 자동 적입 제어는, 오퍼레이터가 조작 장치의 스위치를 온한 경우에 개시된다. 그 때, 오퍼레이터는, 적입 기계와 운반 차량, 호퍼 등의 적입 대상이 적입 처리 가능한 위치 관계에 있는 것으로 판단한 경우에 해당 스위치를 온한다. 조작 장치는, 해당 스위치가 온된 경우, 적입 지시 신호를 생성하여 제어 장치에 출력한다. 제어 장치는, 적입 지시 신호가 입력된 경우, 작업기의 위치를 굴삭 완료 위치로 하여 특정하고, 또한 적입 대상의 위치 및 형상에 기초하여 적입 위치를 특정한다. 제어 장치는 굴삭 완료 위치로부터 적입 위치에 도달하도록, 작업기를 제어한다. 또한, 그 때, 제어 장치는 버킷의 대지(對地) 각도가 변화하지 않도록, 작업기를 제어한다.

일본공개특허 제2020-41352호 공보 일본공개특허 제2019-190236호 공보

전술한 바와 같이, 특허문헌 2에 기재되어 있는 자동 적입 제어에서는, 적입 지시 신호가 생성된 위치를 굴삭 완료 위치로 하여, 적입 위치에 도달하도록 작업기가 제어된다. 그러므로, 예를 들면, 버킷이 아직 굴삭면 내에 있는 상태에서 오퍼레이터가 조작 장치의 스위치를 온한 경우에, 버킷을 굴삭면에 압입하는 동작과 버킷을 들어올리는 동작이 동시에 발생하는 경우가 있고, 작업기에 걸리는 부하가 커질 가능성이 있다는 과제가 있었다.

본 개시는 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 작업기에 걸리는 부하를 적절하게 제어할 수 있는 제어 장치, 작업 기계, 제어 방법 및 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시의 제어 장치는 작업 공구를 가지는 작업기를 구비하는 작업 기계의 제어 장치로서, 상기 작업 공구의 자세를 목표 자세로 유지하고 또한 상기 작업 공구의 위치를 목표 위치까지 이동시키는 자동 적입 제어를 행하는 경우에, 상기 작업 공구의 자세가 목표 자세로부터 소정의 범위 밖에 있는 경우, 상기 작업 공구의 자세가 상기 소정의 범위 내로 될 때까지 상기 작업 공구의 위치보다 상기 작업 공구의 자세를 우선하여 제어한다.

본 개시의 제어 장치, 작업 기계, 제어 방법 및 제어 시스템에 의하면, 작업기에 걸리는 부하를 적절하게 제어할 수 있다.

[도 1] 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 구성을 나타내는 개략도이다.
[도 2] 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 제어 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다.
[도 3] 본 개시의 실시형태에 관련된 컨트롤러의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
[도 4] 본 개시의 실시형태에 관련된 컨트롤러의 내의 일부의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
[도 5] 본 개시의 실시형태에 관련된 버킷의 경로의 예를 나타내는 도면이다.
[도 6] 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 동작예를 나타내는 측면도이다.
[도 7] 본 개시의 실시형태에 관련된 컨트롤러의 동작예를 나타내는 플로차트다.
[도 8] 본 개시의 실시형태에 관련된 컨트롤러의 동작예를 설명하기 위한 도표이다.
[도 9] 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 동작예를 나타내는 측면도이다.
[도 10] 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 동작예를 나타내는 측면도이다.
[도 11] 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 동작예를 나타내는 측면도이다.
[도 12] 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 동작예를 나타내는 측면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 개시의 실시형태에 대하여 설명한다. 그리고, 각 도면에 있어서 동일 또는 대응하는 구성에는 동일한 부호를 이용하여 설명을 적절히 생략한다. 도 1은, 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 2는, 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 제어 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 3은, 본 개시의 실시형태에 관련된 컨트롤러의 구성을 나타내는 개략 블록도이다. 도 4는, 본 개시의 실시형태에 관련된 컨트롤러의 내의 일부의 구성을 나타내는 개략 블록도이다. 도 5는, 본 개시의 실시형태에 관련된 버킷의 경로의 예를 나타내는 도면이다. 도 6은, 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 동작예를 나타내는 측면도이다. 도 7은, 본 개시의 실시형태에 관련된 컨트롤러의 동작예를 나타내는 플로차트다. 도 8은, 본 개시의 실시형태에 관련된 컨트롤러의 동작예를 설명하기 위한 도표이다. 도 9∼도 12는, 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계의 동작예를 나타내는 측면도이다.

《작업 기계의 구성》

도 1 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 작업 기계(100)는 토사 등의 적재 대상물(LO)을 운반 차량 등의 적입 대상(200)에 싣기 위한 작업 기계이다. 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계(100)는 유압 셔블이다. 그리고, 다른 실시형태에 관련된 작업 기계(100)는 유압 셔블 이외의 작업 기계(100)라도 된다. 또한 도 1에 나타낸 작업 기계(100)는 페이스 셔블이지만, 백호(backhoe) 셔블이나 로프 셔블이라도 된다. 적입 대상(200)의 예로서는, 운반 차량이나 호퍼 등을 들 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 작업 기계(100)는 주행 장치(110)와, 주행 장치(110)에 지지되는 선회체(120)와, 유압에 의해 작동하고 선회체(120)에 지지되는 작업기(130)를 구비한다.

주행 장치(110)는 크롤러 트랙(crawler tracks)을 가지고, 노면(RS) 혹은 지면을 주행한다. 그리고, 주행 장치(110)는 크롤러 트랙에 한정되지 않고, 차륜을 가지고 있어도 된다. 선회체(120)는 선회 중심을 중심으로 하여 주행 장치(110)에 선회 가능하게 지지된다.

작업기(130)는 붐(131)과, 스틱(132)과, 버킷(133)과, 붐 실린더(134)와, 스틱 실린더(135)와, 버킷 실린더(136)와, 붐각 센서(137)와, 스틱각 센서(138)와, 버킷각 센서(139)를 구비한다. 작업기(130)는 컨트롤러(128)의 제어에 따라서, 버킷(133)의 위치와 자세를 변화시킨다.

붐(131)의 기단부(基端部)는 선회체(120)에 붐 핀(131P)을 통하여 장착된다. 스틱(132)은 붐(131)과 버킷(133)을 연결한다. 스틱(132)의 기단부는 붐(131)의 선단부에 스틱 핀(132P)을 통하여 장착된다. 버킷(133)은 토사 등을 굴삭하기 위한 날(133T)과 굴착한 토사를 수용하기 위한 용기(133V)를 구비한다. 버킷(133)의 기단부는 스틱(132)의 선단부에 버킷 핀(133P)을 통하여 장착된다. 버킷(133)은 적재 대상물(LO)을 굴삭, 적재 및 배토(排土)하는 작업 공구의 일례이다. 또한, 선회체(120)는 작업 기계(100)의 본체의 일례이다. 붐(131)은, 일단부(一端部)가 선회체(120)에 핀을 통하여 장착되고, 타단부(他端部)가 스틱(132)에 핀을 통하여 장착되는, 제1 부재의 일례이다. 스틱(132)은, 일단부가 붐(131)에 핀을 통하여 장착되고, 타단부가 버킷(133)에 핀을 통하여 장착되는, 제2 부재의 일례이다. 이 경우, 작업 기계(100)는 작업기(130)와, 작업기(130)를 지지하는 선회체(120)를 구비하고, 작업기(130)는 붐(131)과, 스틱(132)과, 버킷(133)을 가진다.

붐 실린더(134)는 붐(131)을 작동시키기 위한 유압 실린더다. 붐 실린더(134)의 기단부는 선회체(120)에 장착된다. 붐 실린더(134)의 선단부는 붐(131)에 장착된다. 스틱 실린더(135)는 스틱(132)을 구동시키기 위한 유압 실린더다. 스틱 실린더(135)의 기단부는 붐(131)에 장착된다. 스틱 실린더(135)의 선단부는 스틱(132)에 장착된다. 버킷 실린더(136)는 버킷(133)을 구동시키기 위한 유압 실린더다. 버킷 실린더(136)의 기단부는 붐(131)에 장착된다. 버킷 실린더(136)의 선단부는 버킷(133)에 장착된다.

붐각 센서(137)는 붐(131)에 장착되고, 붐(131)의 경사각을 검출한다. 스틱각 센서(138)는 스틱(132)에 장착되고, 스틱(132)의 경사각을 검출한다. 버킷각 센서(139)는 버킷(133)에 장착되고, 버킷(133)의 경사각을 검출한다. 본 개시의 실시형태에 관련된 붐각 센서(137), 스틱각 센서(138), 및 버킷각 센서(139)는 지평면에 대한 경사각을 검출한다. 붐각 센서(137), 스틱각 센서(138), 및 버킷각 센서(139)는 예를 들면 관성 계측 장치를 이용하여 구성할 수 있다. 그리고, 관성 계측 장치는 IMU(Inertial Measurement Unit) 등이라고도 한다.

그리고, 다른 실시형태에 관련된 각도 센서는 이것에 한정되지 않고, 다른 기준면에 대한 경사각을 검출해도 된다. 예를 들면, 다른 실시형태에 있어서는, 각도 센서는 붐(131), 스틱(132) 및 버킷(133)의 기단부에 설치된 포텐셔미터에 의해 상대 회전각을 검출해도 되고, 붐 실린더(134), 스틱 실린더(135) 및 버킷 실린더(136)의 실린더 길이를 계측하고, 실린더 길이를 각도로 변환함으로써 경사각을 검출하는 것이라도 된다.

선회체(120)에는, 운전실(121)이 설치된다. 운전실(121)의 내부에는, 오퍼레이터가 착석하기 위한 운전석(122), 작업 기계(100)를 조작하기 위한 조작 장치(123), 검출 방향으로 존재하는 대상물의 3차원 위치를 검출하기 위한 대상물 검출 장치(124)가 설치된다. 조작 장치(123)는 도 2에 나타낸 바와 같이 복수의 조작 레버(123L), 스위치(123S), 페달 등을 구비한다. 조작 장치(123)는 조작 레버(123L)에 대한 오퍼레이터의 조작에 따라, 붐 실린더(134)의 조작 신호, 스틱 실린더(135)의 조작 신호, 버킷 실린더(136)의 조작 신호, 선회체(120)의 좌우로의 선회 조작 신호, 주행 장치(110)의 전후진을 위한 주행 조작 신호를 생성하고, 컨트롤러(128)에 출력한다. 컨트롤러(128)는 본 개시에서의 제어 장치의 일 구성예다. 또한 조작 장치(123)는 오퍼레이터의 조작에 따라 작업기(130)에 자동 적입 제어를 개시시키기 위한 적입 지시 신호를 생성하고, 컨트롤러(128)에 출력한다. 적입 지시 신호는 버킷(133)의 자동 이동의 개시 지시의 일례이다. 적입 지시 신호는 스위치(123S)의 조작에 의해 생성된다. 예를 들면, 스위치(123S)가 눌러졌을 때, 후술하는 자동 적입 제어의 개시를 지시하는 신호인 적입 지시 신호가 출력된다. 조작 장치(123)는 운전석(122)의 근방에 배치된다. 조작 장치(123)는, 오퍼레이터가 운전석(122)에 앉았을 때 오퍼레이터의 조작 가능한 범위 내에 위치한다. 그리고, 본 실시형태에 있어서는, 레버 조작의 유무에 관계없이 스위치(123S)를 온한 경우에 자동 적입 제어가 개시된다. 그 때, 오퍼레이터는 예를 들면 작업 기계(100)와 운반 차량, 호퍼 등의 적입 대상(200)이 적입 처리 가능한 위치 관계에 있다고 판단한 경우에 해당 스위치(123S)를 온한다. 조작 장치(123)는, 해당 스위치(123S)가 온된 경우, 적입 지시 신호를 생성하여 컨트롤러(128)에 출력한다. 컨트롤러(128)는, 적입 지시 신호가 입력된 경우, 작업기(130)의 위치를 굴삭 완료 위치로서 특정하고, 또한 적입 대상(200)의 위치 및 형상에 기초하여 적입 위치를 특정한다. 컨트롤러(128)는 굴삭 완료 위치로부터 적입 위치에 도달하도록, 작업기(130)를 제어한다. 또한, 그 때, 컨트롤러(128)는, 버킷(133)의 대지 각도가 변화하지 않도록, 작업기(130)를 제어한다. 그리고, 자동 적입 제어의 개시는, 오퍼레이터의 레버 조작이 없는 경우에, 스위치(123S)에서 개시되도록 하는 것이 바람직하다.

대상물 검출 장치(124)의 예로서는, 스테레오 카메라, 레이저 스캐너, UWB(Ultra Wide Band) 측거(測距) 장치 등을 들 수 있다. 대상물 검출 장치(124)는, 예를 들면 검출 방향이 작업 기계(100)의 운전실(121)의 전방을 향하도록 설치된다.

그리고, 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계(100)는, 운전석(122)에 착석하는 오퍼레이터의 조작에 따라서 동작하지만, 다른 실시형태에 있어서는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다른 실시형태에 관련된 작업 기계(100)는 원격조작에 의해 동작하는 것이라도 된다. 예를 들면, 작업 기계(100)로부터 이격한 위치에 조작 장치(123)와 동등한 조작 장치나 작업 기계(100)로부터 얻은 정보를 감시하기 위한 모니터를 구비한 원격조작실을 설치한다. 또한, 작업 기계(100)에는, 주위를 촬영하는 카메라나 주위의 사람이나 물건 등의 위치나 거리를 계측하는 계측 장치 등을 설치하고, 원격조작실에서 오퍼레이터가 카메라나 계측 장치 등으로부터 얻은 정보를 감시하고, 오퍼레이터의 조작 장치에 대한 조작 정보에 기초하여, 작업 기계(100)가 주행 장치(110), 선회체(120) 및 작업기(130) 등을 제어한다. 또한, 원격조작실에는, 컨트롤러(128)와 동등 혹은 일부의 기능을 가지는 제어 장치를 설치하고, 원격조작 시에는 그 제어 장치에서 컨트롤러(128)의 기능의 전부 또는 일부를 실행하도록 해도 된다.

작업 기계(100)는 위치 방위 검출 장치(125), 경사 계측기(126), 유압 장치(127), 컨트롤러(128)를 구비한다.

위치 방위 검출 장치(125)는, 선회체(120)의 위치 및 선회체(120)가 향하는 방위를 연산한다. 위치 방위 검출 장치(125)는, GNSS(Global Navigation Satellite System; 전구 측위 위성 시스템)을 구성하는 인공 위성으로부터 측위 신호를 수신하는 2개의 수신기를 구비한다. 2개의 수신기는 각각 선회체(120)의 상이한 위치에 설치된다. 위치 방위 검출 장치(125)는, 수신기가 수신한 측위 신호에 기초하여, 현장 좌표계에서의 선회체(120)의 대표점의 위치를 검출한다. 이 현장 좌표계에서의 선회체(120)의 대표점은 예를 들면 셔블 좌표계의 원점에 대응한다. 위치 방위 검출 장치(125)는 2개의 수신기가 수신한 각 측위 신호를 이용하여, 한쪽의 수신기의 설치 위치에 대한 다른 쪽의 수신기의 설치 위치의 관계로서, 선회체(120)가 향하는 방위를 연산한다.

경사 계측기(126)는 선회체(120)의 가속도 및 각속도 혹은 선회 속도를 계측하고, 계측 결과에 기초하여 선회체(120)의 자세를 검출한다. 선회체(120)의 자세는 예를 들면 롤각, 피치각 및 편주각으로 표시할 수 있다. 경사 계측기(126)는 예를 들면 선회체(120)의 하면에 설치된다. 경사 계측기(126)는 예를 들면 관성 계측 장치를 사용할 수 있다.

유압 장치(127)는 선회체(120), 주행 장치(110), 붐 실린더(134), 스틱 실린더(135), 및 버킷 실린더(136)에 작동유를 공급한다. 유압 장치(127)로부터 선회체(120), 주행 장치(110), 붐 실린더(134), 스틱 실린더(135), 및 버킷 실린더(136)에 공급되는 작동유의 양은 컨트롤러(128)에 의해 제어된다.

컨트롤러(128)는 조작 장치(123)로부터 조작 신호를 수신한다. 컨트롤러(128)는 유압 장치(127)에 조작 신호를 출력함으로써, 작업기(130), 선회체(120), 또는 주행 장치(110)를 구동시킨다.

《제어 시스템의 구성》

도 2는, 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계(100)의 제어 시스템(1)의 구성예를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 작업 기계(100)는 전술한 구성 외에, 동력원(301)과, 유압 펌프(302)와, 제어 밸브(300)와, 선회 모터(304)를 구비한다. 유압 펌프(302)와, 제어 밸브(300)와, 선회 모터(304)는 도 1에 나타낸 유압 장치(127)에 포함된다.

동력원(301)은 작업 기계(100)를 작동시키기 위한 구동력을 발생한다. 동력원으로서, 내연 기관이나 전동기(모터)가 예시된다.

유압 펌프(302)는 동력원(301)에 의해 구동되고, 작동유를 토출한다. 유압 펌프(302)로부터 토출된 작동유 중 적어도 일부는 제어 밸브(300)를 통하여, 붐 실린더(134), 스틱 실린더(135), 버킷 실린더(136), 선회 모터(304) 및 주행 장치(110)의 각각에 공급된다. 제어 밸브(300)는 유압 펌프(302)로부터 붐 실린더(134), 스틱 실린더(135), 버킷 실린더(136), 선회 모터(304) 및 주행 장치(110)의 각각에 공급되는 작동유의 유량 및 방향을 제어한다. 작업기(130)는 유압 펌프(302)로부터의 작동유에 의해 동작한다.

《컨트롤러의 구성 및 동작》

컨트롤러(128)는 조작 장치(123), 대상물 검출 장치(124), 위치 방위 검출 장치(125), 경사 계측기(126), 붐각 센서(137), 스틱각 센서(138), 및 버킷각 센서(139)의 출력 신호를 입력한다. 컨트롤러(128)는 제어 밸브(300)에 조작 지령을 출력하고, 작업기(130), 선회체(120), 또는 주행 장치(110)를 작동시킨다. 조작 지령은, 붐 실린더(134)에 대한 조작 지령인 붐 조작 지령, 스틱 실린더(135)에 대한 조작 지령인 스틱 조작 지령, 버킷 실린더(136)에 대한 조작 지령인 버킷 조작 지령을 포함한다. 컨트롤러(128)는 예를 들면 프로세서, 주기억 장치, 보조 기억 장치, 입출력 장치 등을 가지는 FPGA(Field Progra㎜able Gate Array)나 마이크로 컴퓨터를 이용하여 구성된다.

도 3은, 본 개시의 실시형태에 관련된 작업 기계(100)의 컨트롤러(128)를 나타내는 구성도이다. 컨트롤러(128)는, 하드웨어 또는 하드웨어와 프로그램 등의 소프트웨어의 조합으로 구성되는 기능적 구성으로서, 작업기 제어부(400)를 구비한다. 컨트롤러(128)는, 오퍼레이터가 조작 장치(123)의 스위치(123S)를 온한 경우에 자동 적입 제어를 개시한다. 자동 적입 제어에 의해 동작하는 적입 동작은, 작업 기계를 구동하는 실린더나 모터인 복수의 액추에이터가 동시에 동작되는 복합 동작이다. 그리고, 본 개시의 실시형태의 적입 동작의 일례는, 붐 실린더에 의한 붐 인상과 선회 모터에 의한 선회에 의한 복합 동작이 행해진다. 이하에서는, 주로 작업기(130)의 동작 제어에 대하여 설명한다. 컨트롤러(128)는, 적입 지시 신호가 입력된 경우, 작업기(130)의 위치를 자동 적입 제어의 개시 위치로 하여 특정하고, 또한 적입 대상(200)의 위치 및 형상에 기초하여 적입 위치를 특정한다. 그리고, 개시 위치나 적입 위치에 대해서는, 예를 들면 GNSS나 무인 덤프 트럭 운행 시스템의 관제로부터 얻은 운반 차량의 위치 정보 등을 사용하여 특정해도 된다. 컨트롤러(128)는 예를 들면, 버킷(133)의 위치가 개시 위치로부터 적입 위치에 도달하도록, 작업기(130) 및 선회 모터(304)를 제어한다. 그리고, 이 적입 위치는 자동 적입 제어에 있어서 목표로 하는 위치이므로, 이하에서는 목표 위치라고 한다. 또한, 그 때, 컨트롤러(128)는 버킷(133)의 자세를 목표 자세로 유지하고, 버킷(133)의 대지 각도 혹은 선회체(120)에 대한 각도가 변화하지 않도록, 작업기(130)를 제어한다. 본 실시형태에 있어서 자동 적입 제어란, 예를 들면, 오퍼레이터가 조작 장치(123)의 스위치(123S)를 온한 경우에 개시되는 제어로서, 버킷(133)의 자세를 목표 자세로 변화시킨 후 혹은 이미 목표 자세인 경우에는 그 자세인 채로, 버킷(133)의 자세를 목표 자세로 유지하면서, 예를 들면 버킷(133)의 위치를 자동 적입 제어의 개시 위치로부터 목표 위치까지 이동시키는 제어이다. 오퍼레이터는 예를 들면 적입 기계와 운반 차량, 호퍼 등의 적입 대상이 적입 처리 가능한 위치 관계에 있다고 판단한 경우에 스위치(123S)를 온한다. 그리고, 도 3에서는, 컨트롤러(128)는, 자동 적입 제어에 있어서 작업기(130)를 제어하는 기능적 구성인 작업기 제어부(400)만을 구비하고 있지만, 이외에 도시하지 않은 선회 모터(304)나 주행 장치(110)를 제어하기 위한 기능적 구성을 구비하고 있다. 작업기 제어부(400)는 제1 조작 지령 산출부(401)와, 목표 실린더 길이 산출부(402)와, 실린더 길이 산출부(403)와, 판정부(404)와, 조작 지령 전환부(405)와, 제2 조작 지령 산출부(406)를 구비한다.

본 실시형태에 있어서, 작업기 제어부(400)는, 자동 적입 제어에 있어서, 버킷(133)의 자세를 목표 자세로 유지하고 또한 버킷(133)의 위치를 목표 위치까지 이동시킬 때의 작업기(130)의 제어를 행한다. 그 때, 작업기 제어부(400)는, 버킷(133)의 자세가 목표 자세로부터 소정의 범위 밖에 있는 경우, 버킷(133)의 자세가 그 소정의 범위 내로 될 때까지 버킷(133)의 위치보다 버킷(133)의 자세를 우선하여 제어한다. 그리고, 본 실시형태에 있어서, 버킷(133)의 자세란, 후술하는 버킷면(133S)의 각도에 대응한다. 또한, 버킷(133)의 위치란, 예를 들면 버킷 핀(133P)의 위치에 대응한다. 또한, 목표 자세는 예를 들면 버킷(133)이 적재 대상물(LO)을 적재하는데 알맞은 자세이다. 또한, 목표 위치는 예를 들면, 버킷(133)이 적재 대상물(LO)을 적재 대상(200)에 배토하는 위치에 대응한다. 또한, 버킷(133)의 자세를 목표 자세로 유지하고 또한 버킷(133)의 위치를 목표 위치까지 이동시키는 작업기(130)의 제어는, 예를 들면 입력 장치의 일례인 조작 장치(123)의 스위치(123S)에 대한 누름(pressing) 조작에 따라 개시된다. 이 누름 조작이 본 개시에서의 소정의 입력 조작의 일례이다.

도 5 및 도 6은, 작업기 제어부(400)에 의한 자동 적입 제어에서의 작업기(130)의 제어예를 나타낸다. 도 5는, 작업 기계(100)와 적입 대상(200)을 모식적으로 나타낸 평면도 5A와, 버킷(133)과 적입 대상(200)을 모식적으로 나타낸 정면도 5B를 포함한다. 도 6은, 작업기 제어부(400)에 의한 자동 적입 제어에서의 작업기(130)의 제어예를 나타낸다. 도 6에서는, 자세나 위치가 다른 4개의 상태의 버킷(133)의 예를 버킷(133-A1, A2, A3 및 A4)으로서 나타내고 있다. 그리고, 도 5에 있어서 적입 대상(200)은 덤프 트럭이다.

정면도 5B에 나타낸 바와 같이, 작업기 제어부(400)는, 자동 적입 제어에 있어서, 개시 위치 133PS로부터 목표 위치 133PT에 도달할 때까지, 버킷 핀(133P)의 위치를 자동으로 제어한다. 여기에서, 버킷 핀(133P)의 위치는, 수직 방향의 위치와 전후 방향의 위치를 포함한다. 그리고, 이하에서는, 수직 방향의 위치를 버킷 높이라고도 한다. 본 실시형태에서는, 이 버킷 핀(133P)의 위치의 제어를 「위치 제어」라고 한다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 작업기 제어부(400)는 버킷(133)의 위치의 제어와 함께, 버킷(133)의 버킷면(133S)의 대지 각도 혹은 선회체(120)에 대한 각도 θb가 목표 각도 133ST의 범위 내에서 유지되도록 버킷(133)의 자세를 제어한다. 그리고, 이하에서는 각도 θb를 버킷 각도라고도 한다. 본 실시형태에서는, 이 버킷면(133S)의 각도 θb의 제어를 「자세 제어」라고 한다. 버킷면(133S)은 버킷 핀(133P)과 날(133T)의 선단을 연결하는 면이다. 여기에서, 목표 각도 133ST는, 버킷(133-A2)을 예로서, 버킷 핀(133P)을 통하고, 노면(RS) 혹은 선회체(120)를 기준으로 한 수평선(HL)을 기준으로 한 제1 각도 θ1 및 제2 각도 θ2로 정의된다. 목표 각도 133ST는, 제1 각도 θ1로부터 제2 각도 θ2까지의 각도의 범위를 포함한다.

도 6에 있어서, 버킷(133-A1)은 자동 적입 제어 개시 시의 상태인 적입 지시 신호의 입력 시의 상태이다. 버킷(133-A1)의 버킷 핀(133P)의 위치가 개시 위치 133PS다. 또한, 버킷(133-A1)의 버킷면(133S)은 허용 각도의 범위 외의 각도 θb를 가지고 있다. 여기에서, 허용 각도는, 각도 θb에 있어서 위치 제어의 실행이 허용되는 범위인 허용 각도의 범위의 경계가 되는 각도이며, 각도 θb가 허용 각도의 범위 외인 경우는 자세 제어가 우선하여 실행되고, 허용 각도의 범위 내인 경우에는 자세 제어와 위치 제어의 양쪽 혹은 어느 하나가 실행된다. 버킷(133-A2)을 예로서, 허용 각도는 버킷 핀(133P)을 통하여, 노면(RS) 혹은 선회체(120)를 기준으로 한 수평선(HL)에 대한 제3 각도 θ3로 정의된다. 버킷(133-A2)은, 수평선(HL)과 버킷면(133S)이 이루는 각도 θb가 허용 각도인 제3 각도 θ3과 동등한 상태이다. 버킷(133-A3)은, 버킷 핀(133P)의 위치가 스틱 제어 개시 높이 임계값과 동등한 상태이다. 또한, 버킷(133-A3)은, 버킷면(133S)가 목표 각도 133ST 내의 상태이다. 그리고, 버킷(133-A4)은, 버킷 핀(133P)의 위치가 목표 위치 133PT에 도달한 상태이다.

도 6에 나타낸 예에서는, 자동 적입 제어 개시 시의 버킷(133-A1)의 버킷 핀(133P)의 위치인 개시 위치 133PS와 붐 핀(131P)의 거리가, 목표 위치 도달 시의 버킷(133-A4)의 버킷 핀(133P)의 위치인 목표 위치 133PT와 붐 핀(131P)의 거리보다 작다. 또한, 개시 위치 133PS는 목표 위치 133PT보다 낮다. 따라서, 이 경우, 버킷(133)에는, 상승 방향으로의 이동과, 붐 핀(131P)으로부터 멀어지는 방향으로의 이동이 이루어지게 된다. 이 경우, 만일, 버킷(133-A1)과 같이 날(133T)이 아래를 향한 상태에서 버킷(133)을 들어올리려고 하면, 버킷(133)의 바닥면에서 토사 등의 부하를 받게 되어 고부하로 된다. 그래서, 본 실시형태에서는, 버킷(133)의 자세가 목표 자세인 목표 각도 133ST로부터 소정의 범위 밖에 있는 경우, 버킷(133)의 자세가 범위 내로 될 때까지 버킷(133)의 위치 제어보다 버킷(133)의 자세 제어를 우선시키도록 했다. 그리고, 원(133PC)은, 붐(131)만을 가상적으로 360도 회전시킨 경우의 버킷(133-A1)의 버킷 핀(133P)의 가상적인 궤적을 기준으로서 나타낸다.

도 6에 나타낸 예에서는, 버킷(133-A1)의 상태로부터 버킷(133-A2)의 상태까지는 버킷면(133S)의 각도의 제어를 우선한다. 작업기 제어부(400)는 버킷 실린더(136)의 구동을 우선하고, 붐 실린더(134)와 스틱 실린더(135)의 구동을 정지 혹은 억제한다.

수평선(HL)과 버킷면(133S)이 이루는 각도가 허용 각도 내에 도달한 버킷(133-A2)의 상태인 경우, 작업기 제어부(400)는 붐 실린더(134)의 구동의 정지 혹은 억제를 해제하고, 버킷 실린더(136)와 붐 실린더(134)의 구동에 의해 버킷(133)의 자세와 위치를 제어한다. 여기에서, 스틱 실린더(135)의 구동을 정지 혹은 억제한 채로 하는 것은, 붐 실린더(134)의 구동의 정지 혹은 억제와 스틱 실린더(135)의 구동의 정지 혹은 억제의 양쪽을 해제해 버리면, 버킷(133)을 굴삭면에 압입하는 동작과 버킷(133)을 들어올리는 동작이 동시에 발생하는 것에 의해, 작업기(130)에 걸리는 부하가 과대로 될 우려가 있기 때문이다. 이 상태에서는, 버킷면(133S)의 각도는 목표 각도 133ST 밖이지만, 부하 증대에 대한 영향을 일정 정도 억제할 수 있는 허용 각도에 달한 곳에서 위치 제어를 개시함으로써, 부하 증대에 대한 영향을 일정 정도 억제한 데에다 목표 위치 133PT로의 도달 시간을 단축할 수 있다.

그리고, 버킷 핀(133P)의 위치가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 커진 버킷(133-A3)의 상태인 경우, 작업기 제어부(400)는, 스틱 실린더(135)의 구동의 정지 혹은 억제를 해제하고, 버킷 실린더(136)와 스틱 실린더(135)와 붐 실린더(134)의 구동에 의해 버킷(133)의 자세와 위치를 제어한다. 작업기 제어부(400)는, 버킷 실린더(136)와 스틱 실린더(135)와 붐 실린더(134)의 구동에 의해 버킷(133)의 자세와 위치를 버킷(133-A4)의 위치인 목표 위치까지 제어한다. 그리고, 스틱 제어 개시 높이 임계값은 노면(RS)으로부터의 높이에 대응하는 값이라도 되고, 예를 들면 붐 핀(131P)의 위치 등을 기준으로 하는 값이라도 된다. 또한, 이 구성에 있어서 작업기 제어부(400)는 버킷(133)의 위치를 제어할 때, 버킷 핀(133P)의 위치가 스틱 제어 개시 높이 임계값인 소정의 임계값보다 낮을 때, 스틱(135)의 구동을 제한하고 있는 것으로 된다.

그리고, 도 6에 나타낸 예에서는, 버킷(133-A3)에서, 버킷면(133S)의 각도가 목표 각도 133ST 내에 도달하고 있지만, 본 실시형태에 있어서, 작업기 제어부(400)는, 버킷면(133S)의 각도가 목표 각도 133ST 내에 도달하고 있지 않은 경우라도, 버킷 핀(133P)의 위치가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 커졌을 때, 스틱 실린더(135)의 구동의 정지 혹은 억제를 해제한다.

또한, 평면도 5A에 굵은 선의 화살표로 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(128)는, 자동 적입 제어에 있어서, 작업기(130)의 수평 방향의 위치의 제어인 선회 방향의 제어를 실행하지만, 작업기(130)의 수평 방향의 위치의 제어에 대하여 한정은 없고, 예를 들면 특허문헌 2에 기재되어 있는 방법으로 행할 수 있다.

도 3으로 되돌아가, 작업기 제어부(400)에 있어서, 제1 조작 지령 산출부(401)는 오퍼레이터에 의한 조작 장치(123)에 대한 조작 입력에 따라, 수동 조작에 의한 붐 조작 지령, 스틱 조작 지령, 및 버킷 조작 지령을 산출하여, 조작 지령 전환부(405)에 출력한다.

목표 실린더 길이 산출부(402)는, 조작 장치(123)에서 스위치(123S)가 온된 경우, 대상물 검출 장치(124), 위치 방위 검출 장치(125), 경사 계측기(126), 붐각 센서(137), 스틱각 센서(138), 및 버킷각 센서(139)의 각 출력 신호에 기초하여, 목표 위치 133PT에 버킷 핀(133P)을 도달시키는 목표 붐 실린더 길이와 목표 스틱 실린더 길이를 결정하여 출력하는 동시에 실제 붐 실린더 길이와 실제 스틱 실린더 길이에 기초하여 버킷(133)이 목표 자세로 되도록 수시 목표 버킷 실린더 길이를 산출하여 출력한다.

실린더 길이 산출부(403)는 붐각 센서(137), 스틱각 센서(138), 및 버킷각 센서(139)의 각 출력 신호에 기초하여, 실제 붐 실린더 길이와 실제 스틱 실린더 길이와 실제 버킷 실린더 길이를 산출하여 출력한다. 그리고, 실린더 길이 산출부(403)는 목표 실린더 길이 산출부(402)에 포함되어 있어도 된다.

판정부(404)는 붐각 센서(137), 스틱각 센서(138), 및 버킷각 센서(139)의 각 출력 신호에 기초하여, 버킷면(133S)의 각도가 허용 각도 미만인지의 여부를 판정하고, 또한 버킷 핀(133P)의 위치가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 큰지의 여부를 판정하고, 각 판정 결과를 출력한다.

제2 조작 지령 산출부(406)는, 목표 실린더 길이 산출부(402)가 출력한 목표 붐 실린더 길이와 목표 스틱 실린더 길이와 목표 버킷 실린더 길이와, 실린더 길이 산출부(403)가 출력한 실제 붐 실린더 길이와 실제 스틱 실린더 길이와 실제 버킷 실린더 길이와, 판정부(404)이 출력한 각 판정 결과를 입력하고, 붐 조작 지령, 스틱 조작 지령, 및 버킷 조작 지령을 산출하여, 조작 지령 전환부(405)에 출력한다.

조작 지령 전환부(405)는, 조작 장치(123)의 조작 상태와, 제1 조작 지령 산출부(401)가 출력한 붐 조작 지령, 스틱 조작 지령, 및 버킷 조작 지령과, 제2 조작 지령 산출부(406)가 출력한 붐 조작 지령, 스틱 조작 지령, 및 버킷 조작 지령과, 목표 실린더 길이 산출부(402)가 출력한 목표 붐 실린더 길이와 목표 스틱 실린더 길이와 목표 버킷 실린더 길이와, 실린더 길이 산출부(403)가 출력한 실제 붐 실린더 길이와 실제 스틱 실린더 길이와 실제 버킷 실린더 길이를 입력한다.

조작 지령 전환부(405)는 이들의 입력 신호에 기초하여, 자동 적입 제어의 실행 기간인 개시로부터 종료까지, 제2 조작 지령 산출부(406)가 출력한 붐 조작 지령, 스틱 조작 지령, 및 버킷 조작 지령을 선택하여 출력하고, 자동 적입 제어를 실행하고 있지 않은 경우, 제1 조작 지령 산출부(401)가 출력한 붐 조작 지령, 스틱 조작 지령, 및 버킷 조작 지령을 선택하여 출력한다. 조작 지령 전환부(405)는, 예를 들면 스위치(123S)가 온된 경우, 자동 적입 제어를 개시하고, 각 실제 실린더 길이가 각 목표 실린더 길이에 도달한 경우 혹은 조작 장치(123)에 대하여 소정의 정지 조작이 행해진 경우, 자동 적입 제어를 종료한다.

여기에서, 도 4를 참조하여, 도 3에 나타낸 제2 조작 지령 산출부(406)의 구성예에 대하여 설명한다. 도 4에 나타낸 제2 조작 지령 산출부(406)는 테이블(501)과, 감산기(502)와, 논리합 회로인 OR 회로(503)와, 지연 회로(504)와, 셀렉터(505)와, 테이블(511)과, 감산기(512)와, 논리합 회로(513)와, 지연 회로(514)와, 셀렉터(515)와, 논리곱 회로인 AND 회로(516)와, 테이블(521)과, 감산기(522)를 구비한다.

감산기(502)는 목표 붐 실린더 길이로부터 실제 붐 실린더 길이를 감산하고, 붐 실린더 길이 편차를 산출하여 출력한다. 테이블(501)은, 감산기(502)가 출력한 붐 실린더 길이 편차를 입력하고, 편차에 따른 붐 조작 지령을 산출하여 출력한다. 논리합 회로(503)는, 버킷 각도가 허용 각도 미만인 경우에 "1"이 되는 신호와 지연 회로(504)의 출력을 입력하고, 논리합 연산을 행하고, 연산 결과를 출력한다. 지연 회로(504)는 논리합 회로(503)의 출력을 입력하고, 1연산 스텝만큼 지연시켜 출력한다. 지연 회로(504)는 자동 적입 제어의 개시 시 혹은 종료 시에 리셋된다. 셀렉터(505)는, 논리합 회로(503)의 출력이 "1"인 경우, 테이블(501)의 출력을 선택하여 출력하고, 논리합 회로(503)의 출력이 "0"인 경우, "0" 입력을 선택하여 출력한다. 이상의 구성에서는, 자동 적입 제어가 개시된 후, 버킷 각도가 허용 각도 미만이 아닌 동안은 "0"이 붐 조작 지령으로서 출력된다. 한편, 버킷 각도가 한번이라도 허용 각도 미만으로 된 경우, 이후, 계속하여 테이블(501)의 출력이 붐 조작 지령으로서 출력된다.

또한, 감산기(512)는 목표 스틱 실린더 길이로부터 실제 스틱 실린더 길이를 감산하고, 스틱 실린더 길이 편차를 산출하여 출력한다. 테이블(511)은, 감산기(512)가 출력한 스틱 실린더 길이 편차를 입력하고, 편차에 따른 스틱 조작 지령을 산출하여 출력한다. 논리곱 회로(516)는, 버킷 각도가 허용 각도 미만인 경우에 "1"이 되는 신호와, 실제 버킷 핀 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 큰 경우에 "1"이 되는 신호를 입력하고, 논리곱 연산을 행하고, 연산 결과를 출력한다. 논리합 회로(513)는 논리곱 회로(516)의 출력과 지연 회로(514)의 출력을 입력하고, 논리합 연산을 행하고, 연산 결과를 출력한다. 지연 회로(514)는 논리합 회로(513)의 출력을 입력하고, 1연산 스텝만큼 지연시켜 출력한다. 지연 회로(514)는 자동 적입 제어의 개시 시 혹은 종료 시에 리셋된다. 셀렉터(515)는, 논리합 회로(513)의 출력이 "1"인 경우, 테이블(511)의 출력을 선택하여 출력하고, 논리합 회로(513)의 출력이 "0"인 경우, "0" 입력을 선택하여 출력한다. 이상의 구성에서는, 자동 적입 제어가 개시된 후, 버킷 각도가 허용 각도 미만이 아니거나, 또는, 실제 버킷 핀 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 크지 않은 동안은 "0"이 스틱 조작 지령으로서 출력된다. 한편, 한번이라도, 버킷 각도가 허용 각도 미만 또는 실제 버킷 핀 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 커진 경우, 이후, 계속하여 테이블(511)의 출력이 스틱 조작 지령으로서 출력된다.

또한, 감산기(522)는 목표 버킷 실린더 길이로부터 실제 버킷 실린더 길이를 감산하고, 버킷 실린더 길이 편차를 산출하여 출력한다. 테이블(521)은, 감산기(522)가 출력한 버킷 실린더 길이 편차를 입력하고, 편차에 따른 버킷 조작 지령을 산출하여 출력한다.

그리고, 버킷 조작 지령, 스틱 조작 지령 및 붐 조작 지령이 "0"인 경우, 버킷 실린더(136), 스틱 실린더(135) 및 붐 실린더(134)의 길이는 "0"이 되기 전의 길이로 유지된다. 또한, 논리합 회로의 출력을 지연 회로를 통하여 논리합 회로의 입력으로 되돌리는 회로를 설치하고 있으므로, 전술한 바와 같이, 일단 테이블(501)의 출력 및 테이블(511)의 출력이 선택된 경우, 그 후, 테이블(501)의 출력 및 테이블(511)의 출력의 선택 조건이 불성립으로 된 경우라도 선택 상태는 유지된다.

도 7은, 도 4에 나타낸 제2 조작 지령 산출부(406)가 실행하는 처리의 예를 나타낸다. 도 7에 나타낸 플로는 소정의 주기로 반복 실행된다. 도 7에 나타낸 플로가 개시되면, 제2 조작 지령 산출부(406)는, 먼저 붐 실린더(134), 스틱 실린더(135) 및 버킷 실린더(136)의 각 실린더의 각 목표 실린더 길이와 각 실제 실린더 길이의 각 편차를 산출한다(스텝 S1). 다음으로, 제2 조작 지령 산출부(406)는 각 편차에 기초하여 각 조작 지령을 산출한다(스텝 S2). 다음으로, 제2 조작 지령 산출부(406)는, 버킷 각도가 허용 각도보다 작은지의 여부를 판단한다(스텝 S3). 버킷 각도가 허용 각도보다 작은 경우(스텝 S3에서 「Yes」인 경우), 제2 조작 지령 산출부(406)는, 버킷 핀 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 큰지의 여부를 판단한다(스텝 S4). 버킷 핀 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 큰 경우(스텝 S4에서 「Yes」인 경우), 제2 조작 지령 산출부(406)는 붐, 버킷, 및 스틱의 각 조작 지령을 출력한다(스텝 S5). 버킷 핀 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 크지 않은 경우(스텝 S4에서 「No」인 경우), 제2 조작 지령 산출부(406)는 붐 및 버킷의 각 조작 지령을 출력한다(스텝 S6). 또한, 버킷 각도가 허용 각도보다 작지 않은 경우(스텝 S3에서 「No」인 경우), 제2 조작 지령 산출부(406)는 버킷 조작 지령을 출력한다(스텝 S7).

이상의 처리에 의해, 제2 조작 지령 산출부(406)는, 버킷(133)의 자세를 목표 자세로 유지하고 또한 버킷(133)의 위치를 목표 위치까지 변화시키는 작업기(130)의 제어를 행할 때, 버킷(133)의 자세가 목표 자세로부터 소정의 범위 밖에 있는 경우, 버킷(133)의 자세가 그 소정의 범위 내로 될 때까지 버킷(133)의 위치 제어보다 버킷(133)의 자세 제어를 우선시킬 수 있다. 그리고, 본 개시에 있어서, 목표 자세로부터 소정의 범위란, 도 6의 예에서는, 수평선(HL)으로부터 목표 각도 133ST까지의 각도의 범위와, 수평선(HL)으로부터 허용 각도까지의 각도의 범위를 포함하는 각도의 범위이다. 그리고, 도 6에 나타낸 예에서는 일례로서, 다른 본 개시의 실시형태에서는, 예를 들면, 수평선(HL)으로부터 목표 각도 133ST까지의 각도의 범위와, 수평선(HL)으로부터 허용 각도까지의 각도의 범위가，함께 수평선(HL)의 상측 또는 하측이거나, 수평선(HL)으로부터 목표 각도 133ST까지의 각도의 범위가 수평선(HL)의 하측이라도 되고, 수평선(HL)으로부터 허용 각도까지의 각도의 범위가 수평선(HL)의 상측이라도 된다. 또한, 목표 자세는, 버킷(133)이 적재 대상물(LO)을 적재하는 데에 알맞은 자세이고, 목표 위치는, 버킷이 적재 대상물(LO)을 배토하는 위치에 대응한다. 그리고, 버킷(133)이 적재 대상물(LO)을 적재하는 데에 알맞은 자세란, 예를 들면 목표 위치까지 버킷을 이동시킴에 있어서 화물 쏟아짐이 적은 자세이거나, 버킷 핀과 버킷의 날의 날끝이 수평으로 되는 자세이거나 한다. 또한, 도 6의 예에서는 목표 위치는 목표 위치 133PT다.

다음으로, 본 실시형태에 의한 작업기(130)의 제어예에 대하여 설명한다. 도 8은, 자동 적입 제어의 개시 시에, 버킷 각도가 허용 각도의 범위에 대하여 범위 내인 경우 또는 범위 외인 경우와, 버킷 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 높은 경우와 낮은 경우의 조합에 의해, 컨트롤러(100)에 의한 자동 적입 제어에서의 제어 태양(態樣)이 어떻게 변화되는지를 흰 화살표로 나타낸다.

도 8에 있어서, 제어 태양(C1)은 버킷 실린더(136)만이 구동되는 제어이다. 제어 태양(C2)는 버킷 실린더(136)와 붐 실린더(134)가 구동되는 제어이다. 제어 태양(C3)은 버킷 실린더(136)와 스틱 실린더(135)와 붐 실린더(134)가 구동되는 제어이다. 이하, 도 9∼도 12를 참조하여 자동 적입 제어에서의 제어 태양의 변화에 대하여 설명한다.

도 9에 나타낸 예에서는, 자동 적입 제어의 개시 시의 버킷(133-B1)의 버킷 각도가 허용 각도의 범위 외이고, 버킷 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 낮다. 또한, 버킷 각도가 허용 각도의 범위 내로 된 경우의 버킷(133-B2)의 버킷 높이 H1이 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 낮다. 버킷(133-B3)은 버킷 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 높고, 버킷(133)이 목표 자세로 된 경우이다. 버킷(133-B4)은 버킷(133)이 목표 위치로 이동한 경우이다. 도 9에 나타낸 예에서는, 제어 태양(C1)(버킷(133-B1)∼버킷(133-B2))→제어 태양(C2)(버킷(133-B2)∼버킷(133-B3))→제어 태양(C3)(버킷(133-B3)∼버킷(133-B4))의 흐름으로 작업기(130)가 제어된다.

도 10에 나타낸 예에서는, 자동 적입 제어의 개시 시의 버킷(133-C1)의 버킷 각도가 허용 각도의 범위 외이고, 버킷 높이 H2가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 높다. 또한, 버킷 각도가 허용 각도의 범위 내로 된 경우의 버킷(133-C2)의 버킷 높이도 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 높다. 버킷(133-C3)은 버킷(133)이 목표 자세로 된 상태에서 목표 위치로 이동한 경우이다. 도 10에 나타낸 예에서는, 제어 태양(C1)(버킷(133-C1)∼버킷(133-C2))→제어 태양(C3)(버킷(133-C2)∼버킷(133-C3))의 흐름으로 작업기(130)가 제어된다.

도 11에 나타낸 예에서는, 자동 적입 제어의 개시 시의 버킷(133-D1)의 버킷 각도가 허용 각도의 범위 내이고, 버킷 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 낮다. 또한, 버킷 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 높아진 경우의 버킷(133-D2)은 목표 자세로 되고 있다. 버킷(133-D3)은 버킷(133)이 목표 위치로 이동한 경우이다. 도 11에 나타낸 예에서는, 제어 태양(C2)(버킷(133-D1)∼버킷(133-D2))→제어 태양(C3)(버킷(133-D2)∼버킷(133-D3))의 흐름으로 작업기(130)가 제어된다.

도 12에 나타낸 예에서는, 자동 적입 제어의 개시 시의 버킷(133-E1)의 버킷 각도가 허용 각도의 범위 내이고, 버킷 높이가 스틱 제어 개시 높이 임계값보다 높다. 또한, 버킷(133-E2)은 버킷(133)이 목표 위치로 이동한 경우이다. 도 12에 나타낸 예에서는, 제어 태양(C3)(버킷(133-E1)∼버킷(133-E2))의 상태에서 작업기(130)가 제어된다.

《작용·효과》

이상과 같이 본 실시형태에서는, 버킷(133)의 위치·자세에 의해, 붐(131)·스틱(132)·버킷(133)의 동작(조작 지령)에 우선 순위를 정하고 있다. 본 실시형태에서는, 버킷(133)의 날(133T)이 아래를 향하고 있을 때는, 버킷(133)을 우선하고, 날(133T)을 위로 향하거나, 혹은 들어올려지는 자세로 한다. 또한, 버킷(133)이 낮은 위치에 있을 때는, 붐(131)·버킷(133)을 우선하고, 버킷을 들어올린다. 그 후, 스틱(132)을 신장시켜 간다. 본 실시형태에 의하면, 붐(131)과 스틱(132)의 동작을 동시에 제어하지 않음으로써, 작업기(130)에 걸리는 부하를 적절하게 제어할 수 있다. 그리고, 적입 대상(200)으로의 적재에서는, 스틱(132)을 신장시키지 않으면 버킷(133)이 적입 위치까지 이르지 않는 경우가 있다. 이 경우, 자동 적입 제어의 동작은, 스틱(132)을 신장시켜 버킷(133)을 누르는 동작과, 붐(131)이나 스틱(132)을 구동하여 버킷(133)을 들어올리는 동작의 2개를 포함하게 된다. 다만, 예를 들면, 자동 적입 제어의 개시 시에 이미 스틱(132)이 신장된 상태이면, 버킷(133)을 구동하여 붐(131)을 들어올리는 동작이 행해진다. 본 실시형태에 의하면, 버킷(133)의 자세가 목표 자세로부터 소정의 범위 밖에 있는 경우, 버킷(133)의 자세가 그 소정의 범위 내로 될 때까지 버킷(133)의 위치 제어보다 버킷(133)의 자세 제어를 우선시키므로, 작업기(130)에 걸리는 부하를 적절하게 제어할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명했으나, 구체적인 구성은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다. 또한, 상기 실시형태에서 컴퓨터가 실행하는 프로그램의 일부 또는 전부는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체나 통신 회선을 통하여 반포할 수 있다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는, 목표 위치를 대상물 검출 장치(124) 등을 사용하여 자동으로 결정하도록 하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 오퍼레이터가 작업기(130)를 조종하여, 목표 위치를 수동으로 설정하여 티칭하도록 해도 된다. 또한, 작업기(130)의 위치와 자세의 제어를 자동으로 행하고, 도 5에 나타낸 선회 방향의 제어는 수동으로 행하도록 해도 된다. 또한, 자동 적입 제어는 버킷(133)에 적입 동작을 시키는 제어를 포함하고 있어도 된다. 예를 들면, 적입 동작은, 버킷(133)을 배토 방향으로 회동(回動)시키는 제어나, 버킷(133)이 클램 버킷인 경우에서의 클램쉘(clamshell)을 여는 제어에 의해 실행할 수 있다. 또한, 도 4에 나타낸 예에서는, 조작 지령을 출력하는지 하지 않는지의 전환으로, 우선시킬지의 여부를 전환하고 있지만, 우선하지 않는 경우의 조작 지령을 제로로 하는 것이 아니라, 테이블의 값을 일정한 비율로 억제하거나, 혹은 일정한 값으로 고정시키거나 해도 된다. 또한, 다른 실시형태로서, 버킷 핀의 위치를 기준으로 하는 제어 대신에, 날끝이나 버킷 핀 이외의 버킷의 소정 위치를 기준으로 하는 제어, 혹은, 붐이나 스틱 등의 작업기의 사전에 설정한 위치 등을 기준으로 하는 제어를, 버킷 핀의 위치를 기준으로 하는 제어와 동일하게 행해도 된다.

본 발명의 각 태양에 의하면, 작업기에 걸리는 부하를 적절하게 제어할 수 있는 제어 장치, 작업 기계, 제어 방법 및 제어 시스템을 제공할 수 있다.

100: 작업 기계, 110: 주행 장치, 120: 선회체, 123: 조작 장치, 123S: 스위치, 124: 대상물 검출 장치, 125: 위치 방위 검출 장치, 126: 경사 계측기, 127: 유압 장치, 128: 컨트롤러(제어 장치), 130: 작업기, 131: 붐, 132: 스틱, 133: 버킷, 134: 붐 실린더, 135: 스틱 실린더, 136: 버킷 실린더, 400: 작업기 제어부, 406: 제2 조작 지령 산출부

Claims

작업 공구를 가지는 작업기를 구비하는 작업 기계의 제어 장치로서,
상기 작업 공구의 자세를 목표 자세로 유지하고 또한 상기 작업 공구의 위치를 목표 위치까지 이동시키는 자동 적입(積入) 제어를 행하는 경우에,
상기 작업 공구의 자세가 목표 자세로부터 소정의 범위 밖에 있는 경우, 상기 작업 공구의 자세가 상기 소정의 범위 내로 될 때까지 상기 작업 공구의 위치보다 상기 작업 공구의 자세를 우선하여 제어하는,
제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 목표 자세는, 상기 작업 공구가 적재 대상물을 적재하는 데에 알맞은 자세이고,
상기 목표 위치는, 상기 작업 공구가 상기 적재 대상물을 배토(排土)하는 위치에 대응하는, 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자동 적입 제어는, 소정의 입력 장치에 대한 소정의 입력 조작에 따라 개시되는, 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작업 기계는, 상기 작업기와, 상기 작업기를 지지하는 선회체를 구비하고,
상기 작업기는, 제1 부재와, 제2 부재와, 상기 작업 공구를 가지고,
상기 자동 적입 제어에 있어서, 상기 작업 공구의 높이가 소정의 임계값보다 낮은 경우, 상기 제2 부재의 구동을 제한하는, 제어 장치.
작업 공구를 가지는 작업기; 및
상기 작업 공구의 자세를 목표 자세로 유지하고 또한 상기 작업 공구의 위치를 목표 위치까지 이동시키는 자동 적입 제어를 행하는 경우에, 상기 작업 공구의 자세가 목표 자세로부터 소정의 범위 밖에 있는 경우, 상기 작업 공구의 자세가 상기 소정의 범위 내로 될 때까지 상기 작업 공구의 위치보다 상기 작업 공구의 자세를 우선하여 제어하는 제어 장치;
를 구비하는 작업 기계.
작업 공구를 가지는 작업기를 구비하는 작업 기계의 제어 방법으로서,
상기 작업 공구의 자세를 목표 자세로 유지하고 또한 상기 작업 공구의 위치를 목표 위치까지 이동시키는 자동 적입 제어를 행하는 경우에,
상기 작업 공구의 자세가 목표 자세로부터 소정의 범위 밖에 있는 경우, 상기 작업 공구의 자세가 상기 소정의 범위 내로 될 때까지 상기 작업 공구의 위치보다 상기 작업 공구의 자세를 우선하여 제어하는,
제어 방법.
작업 공구를 가지는 작업기를 구비하는 작업 기계의 제어 시스템으로서,
상기 작업 공구의 자세를 목표 자세로 유지하고 또한 상기 작업 공구의 위치를 목표 위치까지 이동시키는 자동 적입 제어를 행하는 경우에,
상기 작업 공구의 자세가 목표 자세로부터 소정의 범위 밖에 있는 경우, 상기 작업 공구의 자세가 상기 소정의 범위 내로 될 때까지 상기 작업 공구의 위치보다 상기 작업 공구의 자세를 우선하여 제어하는,
제어 시스템.