KR20240039049A - 작업 기계 - Google Patents

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KR20240039049A
KR20240039049A KR1020247007599A KR20247007599A KR20240039049A KR 20240039049 A KR20240039049 A KR 20240039049A KR 1020247007599 A KR1020247007599 A KR 1020247007599A KR 20247007599 A KR20247007599 A KR 20247007599A KR 20240039049 A KR20240039049 A KR 20240039049A
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pressure
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flow control
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operating pressure
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KR1020247007599A
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데루키 이가라시
히로아키 다나카
료헤이 후쿠치
유스케 스즈키
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히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

작업 기계는, 유압 펌프로부터 유압 실린더에 공급되는 작동유의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브와, 유량 제어 밸브를 조작하는 조작압을 생성하는 전자 밸브와, 컨트롤러를 구비한다. 컨트롤러는, 전자 밸브에 의해 생성되는 조작압을 단계적으로 변화시킴과 함께, 유압 실린더의 압력을 검출하고, 유압 실린더의 압력이 기준값이 되었을 때의 조작압을 학습 결과 조작압으로서 기억하는 학습 처리를 실행한다. 컨트롤러는, 유량 제어 밸브의 전후 차압을 산출하고, 전후 차압과, 유량 제어 밸브를 통과하는 작동유의 목표 유량에 의거하여, 유량 제어 밸브의 목표 개구 면적을 연산하고, 개구 특성 테이블, 목표 개구 면적, 및 학습 결과 조작압에 의거하여, 전자 밸브에 의해 생성되는 조작압의 목표값을 연산하고, 조작압의 목표값에 의거하여, 전자 밸브를 제어한다.

Description

작업 기계
본 발명은, 작업 기계에 관한 것이다.
최근, 유압 셔블 등의 작업 기계에 대하여 반자동 운전, 자동 운전, 원격 조종 등의 요망이 높아지고 있으며, 작업 기계의 전자 제어화가 진행되고 있다. 작업 기계의 전자 제어화의 방법으로서는, 전자(電磁) 밸브를 이용하여 유압 액추에이터를 제어하는 것이 있다. 예를 들면, 유압 실린더, 유압 모터 등의 유압 액추에이터를 제어하기 위한 제어 밸브를, 전자 밸브에 의해 생성된 파일럿압(조작압)으로 조작하는 방법이 알려져 있다.
여기서, 작업 기계의 전자 제어에 있어서, 작업 기계의 개체차를 고려하여, 제어에 이용하는 데이터를 교정하고, 굴삭 정밀도를 향상시키는 기술이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1에는, 반자동 운전에 있어서의 굴삭 정밀도의 향상을 목적으로 한 발명이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 기재된 작업 기계는, 파일럿압과 실린더의 동작 속도와의 관계를 규정한 데이터를 기억한 컨트롤러를 구비하고 있다. 컨트롤러는, 전자 밸브(전자 비례 제어 밸브)에 출력하고 있는 전류의 전류값을 일시적으로 저하시킨 후에 저하 전보다 큰 전류값의 전류를 전자 밸브에 출력하는 처리를 반복함으로써, 전자 밸브에 출력하는 전류의 전류값을 단계적으로 상승시킨다. 컨트롤러는, 전류값이 단계적으로 상승하였을 때의 실린더의 동작 속도에 의거하여, 상기 데이터에 있어서의 파일럿압과 실린더의 동작 속도와의 관계를 교정한다.
국제공개 WO2018/087831호
그러나, 작업 기계에 적용하는 유압 시스템을 오픈 센터 시스템으로 한 경우, 전자 밸브에 출력하는 전류의 전류값에 대한 실린더의 동작 속도가 유압 부하에 따라 변화되어버린다. 이 때문에, 어느 특정의 유압 부하 조건(예를 들면 공중 동작)에 있어서의 유압 실린더의 동작 속도를 학습해도, 실제의 유압 부하 조건(예를 들면 지면의 굴삭, 누름)에서는 유압 실린더의 동작 속도가 학습 시로부터 괴리해버릴 우려가 있다. 이 경우, 굴삭 정밀도의 향상을 기대할 수 없다.
본 발명은, 유압 시스템의 구성과 관계없이, 작업 기계의 개체차(個體差)에 기인한 유압 실린더의 동작의 불균일이 억제되어, 높은 정밀도로 작업이 가능한 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의한 작업 기계는, 작동유를 토출하는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더와, 상기 유압 실린더에 의해 구동되는 구동 대상 부재와, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 실린더에 공급되는 작동유의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브와, 상기 유량 제어 밸브를 조작하는 조작압을 생성하는 전자 밸브와, 상기 전자 밸브를 제어하는 컨트롤러와, 상기 유압 실린더의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한다. 상기 컨트롤러에는, 상기 조작압과 상기 유량 제어 밸브의 개구 면적과의 관계를 규정하는 개구 특성 테이블이 기억되어 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 전자 밸브에 의해 생성되는 상기 조작압을 단계적으로 변화시킴과 함께, 상기 압력 센서에 의해 검출된 상기 유압 실린더의 압력 또는 상기 유압 실린더의 압력의 시간 변화율이 미리 정해진 기준값이 되었을 때의 상기 조작압을 기억하는 학습 처리를 실행하고, 상기 유량 제어 밸브의 전후 차압을 산출하고, 산출된 상기 전후 차압과, 상기 유량 제어 밸브를 통과하는 작동유의 목표 유량에 의거하여, 상기 유량 제어 밸브의 목표 개구 면적을 연산하고, 상기 개구 특성 테이블과, 연산된 상기 목표 개구 면적과, 상기 학습 처리에 있어서 기억된 상기 조작압인 학습 결과 조작압에 의거하여, 상기 전자 밸브에 의해 생성되는 상기 조작압의 목표값을 연산하고, 연산된 상기 조작압의 목표값에 의거하여, 상기 전자 밸브를 제어한다.
본 발명에 의하면, 유압 시스템의 구성과 관계없이, 작업 기계의 개체차에 기인한 유압 실린더의 동작의 불균일이 억제되어, 높은 정밀도로 작업이 가능한 작업 기계를 제공할 수 있다.
도 1은, 작업 기계의 일례로서 나타내는 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는, 유압 셔블에 탑재되는 유압 시스템의 구성을 나타내는 도이다.
도 3은, 버킷 선단(先端) 위치의 연산 방법의 설명도이다.
도 4는, 유압 셔블의 제어 시스템의 하드웨어 구성도이다.
도 5는, 표시 장치의 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은, 제 1 실시 형태와 관련된 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 7은, 버킷의 선단이 보정 후의 목표 속도 벡터(Vca)와 같이 제어되었을 때의, 버킷의 선단의 궤적의 일례를 나타내는 도이다.
도 8은, 유량 제어 밸브의 미터아웃 통로부의 개구 선도(線圖)이며, 유량 제어 밸브의 수압실(受壓室)에 입력되는 조작압과, 유량 제어 밸브의 미터아웃 통로부의 개구 면적과의 관계를 나타낸다.
도 9는, 제 1 실시 형태와 관련된 컨트롤러에 의해 실행되는 학습 처리의 흐름의 일례에 대하여 나타내는 플로우 차트이다.
도 10은, 붐 인상, 붐 인하, 아암 당김, 아암 밂, 버킷 당김, 버킷 밂의 동작에 대응하는 학습 개시 자세를 나타내는 도이다.
도 11은, 학습 개시 자세 화면의 일례에 대하여 나타내는 도이다.
도 12는, 제 1 실시 형태와 관련된 학습부로부터 밸브 지령 연산부에 출력되는 학습 레귤레이터압 및 학습 조작압과, 압력 센서에 의해 검출되는 미터아웃측의 실린더압의 시간 변화에 대하여 나타내는 도이다.
도 13은, 개구 특성 테이블(To)의 보정 방법에 대하여 설명하는 도이다.
도 14는, 유량 제어 밸브의 미터인 통로부의 개구 선도이며, 유량 제어 밸브의 수압실(受壓室)에 입력되는 조작압과, 유량 제어 밸브의 미터인 통로부의 개구 면적과의 관계를 나타낸다.
도 15는, 제 2 실시 형태와 관련된 컨트롤러에 의해 실행되는 학습 처리의 흐름의 일례에 대하여 나타내는 플로우 차트이다.
도 16은, 제 2 실시 형태와 관련된 학습부로부터 밸브 지령 연산부에 출력되는 학습 레귤레이터압 및 학습 조작압과, 압력 센서에 의해 검출되는 미터인측의 실린더압의 시간 변화에 대하여 나타내는 도이다.
도 17은, 개구 특성 테이블(Ti)의 보정 방법에 대하여 설명하는 도이다.
도 18은, 변형예 1과 관련된 컨트롤러에 의해 실행되는 학습 처리의 흐름의 일례에 대하여 나타내는 플로우 차트이다.
도 19는, 변형예 2와 관련된 유압 시스템의 구성을 나타내는 도이다.
도 20은, 변형예 3과 관련된 유압 시스템의 구성을 나타내는 도이다.
도 21은, 변형예 4와 관련된 목표압 연산부의 제어 블록 선도이며, 목표 조작압의 보정 방법에 대하여 나타낸다.
도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태와 관련된 작업 기계에 대하여 설명한다.
<제 1 실시 형태>
-유압 셔블-
도 1은, 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 작업 기계의 일례로서 나타내는 유압 셔블의 측면도이다. 또한, 본 실시 형태에서는 작업 장치의 선단에 어태치먼트(작업 도구)로서 버킷(10)을 장착한 유압 셔블을 예시하여 설명하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 장착한 유압 셔블에도 본 발명은 적용될 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블(1)은, 차체(1B)와, 차체(1B)에 장착되는 다관절형의 작업 장치(프론트 작업기)(1A)를 포함하여 구성되어 있다. 차체(1B)는, 좌우의 주행 모터(유압 모터)에 의해 주행하는 주행체(11)와, 주행체(11) 상에 장착된 선회체(12)를 가진다. 선회체(12)는, 선회 모터(유압 모터)에 의해 주행체(11)에 대하여 선회한다. 선회체(12)의 선회 중심축은 유압 셔블(1)이 수평지에 정차한 상태에서 연직이다. 선회체(12)에는 운전실(16)이 마련되어 있다.
작업 장치(1A)는, 연직면 내에서 각각 회전 운동하는 복수의 구동 대상 부재(붐(8), 아암(9) 및 버킷(10))가 연결된 구성이다. 붐(8)의 기단(基端)은 붐 핀(91)을 개재하여 선회체(12)의 전부(前部)에 회전 운동 가능하게 연결되어 있다. 이 붐(8)의 선단에는 아암 핀(92)을 개재하여 아암(9)이 회전 운동 가능하게 연결되어 있으며, 아암(9)의 선단에는 버킷 핀(93)을 개재하여 버킷(10)이 회전 운동 가능하게 연결되어 있다. 붐(8)은 유압 실린더인 붐 실린더(5)에 의해 구동되고, 아암(9)은 유압 실린더인 아암 실린더(6)에 의해 구동되며, 버킷(10)은 유압 실린더인 버킷 실린더(7)에 의해 구동된다. 유압 실린더(5, 6, 7)는, 일단(一端)이 폐색된 바닥이 있는 통 형상의 실린더 튜브와, 실린더 튜브의 타단의 개구를 막는 헤드 커버와, 헤드 커버를 관통하여, 실린더 튜브에 삽입되는 실린더 로드와, 실린더 로드의 선단에 마련되며, 실린더 튜브 내를 로드실과 보텀실로 구획하는 피스톤을 구비한다.
붐 핀(91)에는 붐 각도 센서(30), 아암 핀(92)에는 아암 각도 센서(31), 버킷 링크(13)에는 버킷 각도 센서(32), 선회체(12)에는 차체 경사 각도 센서(33)가 장착되어 있다. 각도 센서(30, 31, 32)는, 각각 붐(8), 아암(9), 버킷(10)의 회전 운동 각도(α, β, γ)(도 3)를 검출하고, 검출 결과를 나타내는 신호를 컨트롤러(40)(후술)에 출력한다. 차체 경사 각도 센서(33)는, 기준면(예를 들면 수평면)에 대한 선회체(12)(차체(1B))의 차체 경사각(θ)(도 3)을 검출하고, 검출 결과를 나타내는 신호를 컨트롤러(40)(후술)에 출력한다.
선회체(12)에는 한 쌍의 GNSS(Global Navigation Satellite System: 전지구 위성 측위 시스템)용의 안테나(이하, GNSS 안테나라고 기재함)(14a, 14b)가 마련되어 있다. 컨트롤러(40)는, GNSS 안테나(14a, 14b)에 의해 수신된 복수의 측위 위성으로부터의 위성 신호(GNSS 전파)에 의거하여, 글로벌 좌표계에 있어서의 선회체(12)의 위치 및 방위를 산출한다.
-유압 시스템-
도 2는, 유압 셔블(1)에 탑재되는 유압 시스템의 구성을 나타내는 도이다. 도 2에서는, 붐 실린더(5), 아암 실린더(6) 및 버킷 실린더(7)와 관련된 유압 회로에 대하여 나타내고, 주행 모터 및 선회 모터와 관련된 유압 회로에 대해서는 도면에 나타내는 것을 생략하고 있다.
운전실(16) 내에는, 전기 조작 레버 장치(A1~A3)가 설치되어 있다. 전기 조작 레버 장치(A1, A3)는, 운전석(도시 생략)의 좌우의 일방측에 배치된 조작 레버(B1)를 공유하고 있다. 조작 레버(B1)에 의해 전기 조작 레버 장치(A1)가 조작되면, 컨트롤러(40)가 전자 밸브(55a, 55b, 56a, 56b)를 작동시킨다. 이에 따라, 붐 실린더(5)(붐(8))가 구동된다. 조작 레버(B1)에 의해 전기 조작 레버 장치(A3)가 조작되면, 컨트롤러(40)가 전자 밸브(59a, 59b)를 작동시킨다. 이에 따라, 버킷 실린더(7)(버킷(10))가 구동된다. 전기 조작 레버 장치(A2)는, 운전석의 좌우의 타방측에 배치된 조작 레버(B2)를 가지고 있다. 조작 레버(B2)에 의해 전기 조작 레버 장치(A2)가 조작되면, 컨트롤러(40)가 전자 밸브(57a, 57b, 58a, 58b)를 작동시킨다. 이에 따라, 아암 실린더(6)(아암(9))가 구동된다.
붐 실린더(5), 아암 실린더(6), 버킷 실린더(7)의 각각의 입구측과 출구측에는, 이들의 유압 실린더(5, 6, 7)의 입구측 압력과 출구측 압력을 검출하는 압력 센서(5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b)가 장착되어 있다. 압력 센서(5a)는, 붐 실린더(5)의 로드실의 작동유의 압력을 검출하고, 압력 센서(5b)는, 붐 실린더(5)의 보텀실의 작동유의 압력을 검출한다. 압력 센서(6a)는, 아암 실린더(6)의 로드실의 작동유의 압력을 검출하고, 압력 센서(6b)는, 아암 실린더(6)의 보텀실의 작동유의 압력을 검출한다. 압력 센서(7a)는, 버킷 실린더(7)의 로드실의 작동유의 압력을 검출하고, 압력 센서(7b)는, 버킷 실린더(7)의 보텀실의 작동유의 압력을 검출한다.
메인 펌프(201, 202, 203)의 토출구에는, 메인 펌프(201, 202, 203)의 토출압을 검출하는 압력 센서(201b, 202b, 203b)가 장착되어 있다. 탱크에는, 작동유의 온도를 검출하는 온도 센서(19)가 장착되어 있다.
선회체(12)에는, 원동기인 엔진(18), 제 1 메인 펌프(201), 제 2 메인 펌프(202), 제 3 메인 펌프(203) 및 파일럿 펌프(48)가 탑재되어 있다. 제 1 메인 펌프(201), 제 2 메인 펌프(202), 제 3 메인 펌프(203) 및 파일럿 펌프(48)는, 엔진(18)에 의해 구동되며, 탱크로부터 흡인한 작동유를 토출한다. 메인 펌프(201, 202, 203)는, 레귤레이터(201a, 202a, 203a)에 의해 1회전당 토출 용량(변위 용적)이 제어되는 가변 용량형의 유압 펌프이다. 메인 펌프(201, 202, 203)는, 예를 들면, 사판(斜板)의 틸팅각에 의해 토출 용량이 제어되는 사판식의 유압 펌프이다. 메인 펌프(201, 202, 203)는, 복수의 유압 액추에이터(붐 실린더(5), 아암 실린더(6), 버킷 실린더(7) 등)를 구동하는 압유를 토출한다. 파일럿 펌프(48)는, 1회전당의 토출 용량이 일정한 고정 용량형의 유압 펌프이다.
레귤레이터(201a, 202a, 203a)는, 전기 조작 레버 장치(A1~A3)의 조작량에 의거하여 컨트롤러(40)에서 연산된 레귤레이터압의 목표값(이하, 목표 레귤레이터압이라고도 기재함)(PPc201, PPc202, PPc203)에 따른 유압 신호에 의해 구동되고, 유압 펌프(201, 202, 203)의 토출 용량을 제어한다.
구체적으로는, 레귤레이터(201a, 202a, 203a)는, 각각 레귤레이터 전자 밸브(도시 생략)를 구비하고 있다. 컨트롤러(40)는, 목표 레귤레이터압에 따른 전기 신호(여자 전류)를 레귤레이터 전자 밸브에 출력한다. 이에 따라, 레귤레이터 전자 밸브가 구동되고, 레귤레이터 전자 밸브에 의해, 사판을 조작하는 레귤레이터압이 생성된다. 레귤레이터 전자 밸브는, 파일럿 펌프(48)의 토출압(파일럿 1차압)을 감압함으로써, 컨트롤러(40)로부터의 지령에 따른 레귤레이터압(파일럿 2차압)을 생성하는 전자 비례 감압 밸브이다.
레귤레이터 전자 밸브에 의해 생성되는 레귤레이터압에 의해 사판의 틸팅각(즉 토출 용량)이 변화됨으로써, 메인 펌프(201, 202, 203)의 토출 유량이 변화된다. 따라서, 메인 펌프(201, 202, 203)의 토출 유량은, 컨트롤러(40)에 의해 연산되는 목표 레귤레이터압에 따라 변화된다.
유압 시스템은, 복수의 전자 밸브(55a~59b)를 가진다. 복수의 전자 밸브(55a~59b)는, 컨트롤러(40)로부터의 지령(전기 신호)에 따라, 후술하는 유량 제어 밸브(D1~D6)를 조작하는 조작압을 생성한다. 복수의 전자 밸브(55a~59b)는, 파일럿 펌프(48)의 토출압(파일럿 1차압)을 감압함으로써, 전기 조작 레버 장치(A1~A3)의 조작 방향 및 조작량에 따른 조작압(파일럿 2차압)을 생성하는 전자 비례 감압 밸브이다.
파일럿 펌프(48)의 토출 배관(170)에는 록 밸브(39)가 마련된다. 토출 배관(170)에 있어서의 록 밸브(39)의 하류측은, 복수로 분기되어 전자 밸브(55a~59b)에 접속되어 있다. 본 실시 형태의 록 밸브(39)는 전자 전환 밸브이며, 그 솔레노이드는 선회체(12)의 운전실(16)에 배치된 게이트 록 레버(도시 생략)의 위치 센서와 전기적으로 접속되어 있다. 게이트 록 레버의 포지션은 위치 센서에 의해 검출되고, 그 위치 센서로부터 게이트 록 레버의 포지션에 따른 신호가 록 밸브(39)에 입력된다. 게이트 록 레버의 포지션이 록 위치에 있으면 록 밸브(39)가 폐쇄되어 토출 배관(170)이 차단되고, 파일럿 펌프(48)로부터 전자 밸브(55a~59b)로의 파일럿압의 공급이 차단된다. 게이트 록 레버의 포지션이 록 해제 위치에 있으면 록 밸브(39)가 개방되어 토출 배관(170)이 개통(開通)되고, 파일럿 펌프(48)로부터 전자 밸브(55a~59b)에 파일럿압이 공급된다. 토출 배관(170)이 차단된 상태에서는 전기 조작 레버 장치(A1~A3)에 의한 조작이 무효화되어, 굴삭 등의 동작이 금지된다.
컨트롤러(40)는, 전기 조작 레버 장치(A1~A3)의 조작 레버(B1~B2)의 조작량과 조작 방향에 따라 전자 밸브(55a~59b)를 구동하는 전기 신호(여자 전류)를 생성하고, 조작 레버(B1, B2)의 조작 방향에 대응하는 전자 밸브(55a~59b)에 출력한다. 유압 시스템은, 메인 펌프(201, 202, 203)로부터 토출되어 유압 실린더(5~7)에 공급되는 작동유의 흐름을 제어하는 제어 밸브 유닛(15)을 구비하고 있다. 제어 밸브 유닛(15)은, 복수의 유량 제어 밸브(D1~D6)를 포함하여 구성되어 있다.
유량 제어 밸브(D1)는, 전기 조작 레버 장치(A1)의 조작에 따라, 제 1 메인 펌프(201)로부터 붐 실린더(5)에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다. 컨트롤러(40)의 지령에 의해 구동되는 전자 밸브(55a, 55b)에 의해 생성된 조작압은, 파일럿 라인(C1, C2)을 개재하여 유량 제어 밸브(D1)의 수압실(E1, E2)에 입력된다. 유량 제어 밸브(D1)의 스풀은, 수압실(E1, E2)에 입력되는 조작압에 따라 구동된다. 유량 제어 밸브(D1)의 스풀이 구동됨으로써, 제 1 메인 펌프(201)로부터 붐 실린더(5)로의 압유의 공급 방향 및 유량이 제어되고, 붐 실린더(5)가 구동된다.
유량 제어 밸브(D2)는, 전기 조작 레버 장치(A1)의 조작에 따라, 제 2 메인 펌프(202)로부터 붐 실린더(5)에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다. 컨트롤러(40)의 지령에 의해 구동되는 전자 밸브(55a, 55b)에 의해 생성된 조작압은, 파일럿 라인(C3, C4)을 개재하여 유량 제어 밸브(D2)의 수압실(E3, E4)에 입력된다. 유량 제어 밸브(D2)의 스풀은, 수압실(E3, E4)에 입력되는 조작압에 따라 구동된다. 유량 제어 밸브(D2)의 스풀이 구동됨으로써, 제 2 메인 펌프(202)로부터 붐 실린더(5)로의 압유의 공급 방향 및 유량이 제어되고, 붐 실린더(5)가 구동된다.
유량 제어 밸브(D3)는, 전기 조작 레버 장치(A1)의 조작에 따라, 제 3 메인 펌프(203)로부터 붐 실린더(5)에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다. 컨트롤러(40)의 지령에 의해 구동되는 전자 밸브(56a, 56b)에 의해 생성된 조작압은, 파일럿 라인(C5, C6)을 개재하여 유량 제어 밸브(D3)의 수압실(E5, E6)에 입력된다. 유량 제어 밸브(D3)의 스풀은, 수압실(E5, E6)에 입력되는 조작압에 따라 구동된다. 유량 제어 밸브(D3)의 스풀이 구동됨으로써, 제 3 메인 펌프(203)로부터 붐 실린더(5)로의 압유의 공급 방향 및 유량이 제어되고, 붐 실린더(5)가 구동된다.
이와 같이, 붐 실린더(5)는, 3개의 메인 펌프(201, 202, 203)로부터 토출되는 작동유의 유량이 3개의 유량 제어 밸브(D1, D2, D3)에 의해 제어됨으로써 구동된다. 또한, 컨트롤러(40)가, 전자 밸브(55a, 55b, 56a, 56b) 중, 전자 밸브(56a, 56b)에만 지령을 부여한 경우, 붐 실린더(5)는 제 3 메인 펌프(203)로부터 토출되는 작동유에 의해서만 구동된다.
유량 제어 밸브(D4)는, 전기 조작 레버 장치(A2)의 조작에 따라, 제 2 메인 펌프(202)로부터 아암 실린더(6)에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다. 컨트롤러(40)의 지령에 의해 구동되는 전자 밸브(57a, 57b)에 의해 생성된 조작압은, 파일럿 라인(C7, C8)을 개재하여 유량 제어 밸브(D4)의 수압실(E7, E8)에 입력된다. 유량 제어 밸브(D4)의 스풀은, 수압실(E7, E8)에 입력되는 조작압에 따라 구동된다. 유량 제어 밸브(D4)의 스풀이 구동됨으로써, 제 2 메인 펌프(202)로부터 아암 실린더(6)로의 압유의 공급 방향 및 유량이 제어되고, 아암 실린더(6)가 구동된다.
유량 제어 밸브(D5)는, 전기 조작 레버 장치(A2)의 조작에 따라, 제 1 메인 펌프(201)로부터 아암 실린더(6)에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다. 컨트롤러(40)의 지령에 의해 구동되는 전자 밸브(58a, 58b)에 의해 생성된 조작압은, 파일럿 라인(C9, C10)을 개재하여 유량 제어 밸브(D5)의 수압실(E9, E10)에 입력된다. 유량 제어 밸브(D5)의 스풀은, 수압실(E9, E10)에 입력되는 조작압에 따라 구동된다. 유량 제어 밸브(D5)의 스풀이 구동됨으로써, 제 1 메인 펌프(201)로부터 아암 실린더(6)로의 압유의 공급 방향 및 유량이 제어되고, 아암 실린더(6)가 구동된다.
이와 같이, 아암 실린더(6)는, 2개의 메인 펌프(201, 202)로부터 공급되는 작동유의 유량이 2개의 유량 제어 밸브(D4, D5)에 의해 제어됨으로써 구동된다. 또한, 컨트롤러(40)가, 전자 밸브(57a, 57b, 58a, 58b) 중, 전자 밸브(57a, 57b)에만 지령을 부여한 경우, 아암 실린더(6)는 제 2 메인 펌프(202)로부터 토출되는 작동유에 의해서만 구동된다.
유량 제어 밸브(D6)는, 전기 조작 레버 장치(A3)의 조작에 따라, 제 1 메인 펌프(201)로부터 버킷 실린더(7)에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다. 컨트롤러(40)의 지령에 의해 구동되는 전자 밸브(59a, 59b)에 의해 생성된 조작압은, 파일럿 라인(C11, C12)을 개재하여 유량 제어 밸브(D6)의 수압실(E11, E12)에 입력된다. 유량 제어 밸브(D6)의 스풀은, 수압실(E11, E12)에 입력되는 조작압에 따라 구동된다. 유량 제어 밸브(D6)의 스풀이 구동됨으로써, 제 1 메인 펌프(201)로부터 버킷 실린더(7)로의 압유의 공급 방향 및 유량이 제어되고, 버킷 실린더(7)가 구동된다. 이와 같이, 버킷 실린더(7)는, 제 1 메인 펌프(201)로부터 토출되는 작동유의 유량이 유량 제어 밸브(D6)에 의해 제어됨으로써 구동된다.
-버킷 선단 위치(작업 장치의 제어 점)의 연산 방법-
도 3은, 버킷 선단 위치의 연산 방법의 설명도이다. 작업 장치(1A)의 자세는, 도 3에 나타내는 셔블 기준 좌표계에 의거하여 정의할 수 있다. 도 3의 셔블 기준 좌표계는, 선회체(12)를 기준으로 설정된 좌표계이다. 셔블 기준 좌표계에서는, 붐 핀(91)의 중심축에 원점이 설정되고, 선회체(12)의 선회 중심축과 평행하게(선회체(12)의 바로 위 방향으로) Z축이 설정되고, Z축과 직교하는 방향(선회체(12)의 전방)으로 X축이 설정된다. 이하에서는, X축에 대한 붐(8)의 경사각을 붐각(α), 붐(8)에 대한 아암(9)의 경사각을 아암각(β), 아암(9)에 대한 버킷(10)의 경사각을 버킷각(γ)이라고 기재한다. 또한, 수평면(기준면)에 대한 차체(1B)(선회체12)의 경사각, 즉 수평면(기준면)과 X축과의 이루는 각을 차체 경사각(θ)이라고 기재한다.
붐각(α)은 붐 각도 센서(30)에 의해, 아암각(β)은 아암 각도 센서(31)에 의해, 버킷각(γ)은 버킷 각도 센서(32)에 의해, 차체 경사각(θ)은 차체 경사 각도 센서(33)에 의해 검출된다. 붐각(α)은, 붐(8)을 상한까지 인상시킨 상태(붐 실린더(5)가 최신장(最伸長) 상태)에서 최소가 되고, 붐(8)을 하한까지 인하한 상태(붐 실린더(5)가 최수축(最收縮) 상태)에서 최대가 된다. 아암각(β)은, 아암 실린더(6)가 최수축 상태에서 최소가 되고, 아암 실린더(6)가 최신장 상태에서 최대가 된다. 버킷각(γ)은, 버킷 실린더(7)가 최수축 상태(도 3의 상태)에서 최소가 되고, 버킷 실린더(7)가 최신장 상태에서 최대가 된다.
셔블 기준 좌표계에 있어서의 버킷(10)의 선단부의 위치(이하, 선단 위치(Pb)라고 기재함)는, Xbk를 X방향 위치, Zbk를 Z방향 위치로 하여, 이하의 (식 1), (식 2)로 나타난다.
Xbk=L1cos(α)+L2cos(α+β)+L3cos(α+β+γ) … (식 1)
Zbk=L1sin(α)+L2sin(α+β)+L3sin(α+β+γ) … (식 2)
여기서, L1은, 선회체(12)와 붐(8)을 연결하는 붐 핀(91)의 중심축에서부터 붐(8)과 아암(9)을 연결하는 아암 핀(92)의 중심축까지의 길이이다. L2는, 아암 핀(92)의 중심축에서부터 아암(9)과 버킷(10)을 연결하는 버킷 핀(93)의 중심축까지의 길이이다. L3은, 버킷 핀(93)의 중심축에서부터 버킷(10)의 선단 위치(예를 들면, 버킷(10)의 갈고리끝)(Pb)까지의 길이이다.
-유압 셔블의 제어 시스템-
도 4를 참조하여, 머신 컨트롤(Machine Control: MC) 및 머신 가이던스(Machine Guidance: MG)를 행하는 제어 시스템(21)에 대하여 설명한다. 도 4는, 유압 셔블(1)의 제어 시스템(21)의 하드웨어 구성도이다.
컨트롤러(40)는, 전기 조작 레버 장치(A1~A3) 중 적어도 1개가 조작된 경우에, 일정 조건하에서 오퍼레이터의 조작에 개입하여 작업 장치(1A)의 동작을 제한하는 MC 기능을 구비하고 있다. MC에는, 전기 조작 레버 장치(A2)에 의한 아암 조작, 혹은 전기 조작 레버 장치(A1)에 의한 붐 조작을 할 때에 실행되는 「영역 제한 제어」, 및, 전기 조작 레버 장치(A1)에 의한 붐 인하 조작이나 전기 조작 레버 장치(A3)에 의한 버킷 조작을 할 때에 실행되는 「정지(停止) 제어」가 포함된다.
영역 제한 제어는 「정지(整地) 제어」라고도 불린다. 영역 제한 제어가 실행되고 있는 동안, 굴삭 목표면(St)(도 3 참조)에서부터 하측의 영역을 작업 장치(1A)가 굴삭하지 않도록, 붐 실린더(5), 아암 실린더(6) 및 버킷 실린더(7) 중 적어도 하나가 제어된다. 영역 제한 제어에서는, 아암 조작이나 붐 조작에 의해, 버킷(10)의 선단부가 굴삭 목표면(St)을 따라 이동하도록, 작업 장치(1A)의 동작이 제어된다. 예를 들면, 컨트롤러(40)는, 아암 조작이 이루어진 경우에, 굴삭 목표면(St)에 수직인 방향의 버킷(10)의 선단부의 속도 벡터가 제로가 되도록, 붐 인상 또는 붐 인하의 지령을 행한다. 또한, 컨트롤러(40)는, 붐 조작이 이루어진 경우에, 굴삭 목표면(St)에 수직인 방향의 버킷(10)의 선단부의 속도 벡터가 제로가 되도록, 아암 당김 또는 아암 밂의 지령을 행한다. 이에 따라, 회전 운동 인 아암 동작이나 붐 동작에 의한 버킷(10)의 선단부의 궤적이, 굴삭 목표면(St)을 따른 직선 궤도로 보정된다.
정지 제어는, 굴삭 목표면(St)보다 하방의 영역에 버킷(10)의 선단부가 침입하지 않도록, 붐 인하 동작이나 버킷 동작을 정지하는 제어이다. 정지 제어에서는, 컨트롤러(40)는, 버킷(10)의 선단부가 굴삭 목표면(St)에 접근함에 따라 붐 인하 동작이나 버킷 동작을 감속시킨다.
또한, 본 실시 형태에서는, MC 시의 작업 장치(1A)의 제어점을, 유압 셔블(1)의 버킷(10)의 갈고리끝으로 설정하고 있지만, 제어점은 작업 장치(1A)의 선단 부분의 점이면 버킷(10)의 갈고리끝 이외에도 변경 가능하다. 예를 들면, 버킷(10)의 바닥면이나 버킷 링크(13)의 최외부에 제어점을 설정해도 된다. 또한, 굴삭 목표면(St)으로부터 가장 거리가 가까운 버킷(10) 상의 점을 제어점으로 설정해도 된다. 즉, 상황에 따라 제어점은 변화되어도 된다.
MC에서는, 전기 조작 레버 장치(A1~A3)의 비조작 시에 작업 장치(1A)의 동작을 컨트롤러(40)에 의해 제어하는 「자동 제어」와, 전기 조작 레버 장치(A1~A3)의 조작 시에만 작업 장치(1A)의 동작을 컨트롤러(40)에 의해 제어하는 「반자동 제어」가 있다. 또한, MC는, 오퍼레이터 조작에 컨트롤러(40)에 의한 제어가 개입하기 때문에 「개입 제어」라고도 불린다.
또한, 제어 시스템(21)은, MG로서, 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 굴삭 목표면(St)과 작업 장치(1A)(예를 들면, 버킷(10))와의 위치 관계를 표시 장치(53)에 표시하는 처리를 실행한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 시스템(21)은, 컨트롤러(40)와, 컨트롤러(40)에 접속되어 컨트롤러(40)에 신호를 출력하는 자세 검출 장치(50), 목표면 설정 장치(51), 차체 위치 검출 장치(14), 전기 조작 레버 장치(A1~A3), 외부 입력 장치(96), 압력 센서(5a~7b), 및 온도 센서(19)를 가진다. 또한, 제어 시스템(21)은, 컨트롤러(40)에 접속되어 컨트롤러(40)로부터의 신호에 의거하여 제어되는 표시 장치(53), 레귤레이터(201a, 202a, 203a), 및 전자 밸브(55a~59b)를 가진다.
자세 검출 장치(50)는, 붐 각도 센서(30), 아암 각도 센서(31), 버킷 각도 센서(32) 및 차체 경사 각도 센서(33)를 가진다. 이들 각도 센서(30, 31, 32, 33)는, 유압 셔블(1)의 자세에 관한 정보를 취득하고, 그 정보에 따른 신호를 출력한다. 즉, 각도 센서(30, 31, 32, 33)는, 작업 장치(1A)의 자세, 즉 작업 장치(1A)를 구성하는 복수의 구동 대상 부재(붐(8), 아암(9), 및 버킷(10))의 자세를 검출하는 자세 센서로서 기능하고 있다. 또한, 각도 센서(30, 31, 32)에는, 예를 들면, 자세에 관한 정보로서의 붐각(α), 아암각(β) 및 버킷각(γ)을 취득하고, 취득한 각도에 따른 신호(전압)를 출력하는 퍼텐쇼미터를 채용할 수 있다. 또한, 차체 경사 각도 센서(33)에는, 선회체(12)의 자세에 관한 정보로서 직교 3축의 각속도 및 가속도를 취득하고, 이 정보에 의거하여 차체 경사각(θ)을 연산하고, 차체 경사각(θ)을 나타내는 신호를 컨트롤러(40)에 출력하는 IMU(Inertial Measurement Unit: 관성 계측 장치)를 채용할 수 있다.
또한, 차체 경사각(θ)의 연산은, IMU의 출력 신호에 의거하여, 컨트롤러(40)가 행하도록 해도 된다. 또한, 각도 센서(30~32)는 각각 기준면에 대한 경사각을 검출하는 센서(IMU 등)나 유압 실린더(5~7)의 스트로크를 검출하는 센서로 대체할 수도 있다.
목표면 설정 장치(51)는, 굴삭 목표면의 위치 정보, 굴삭 목표면의 기준면(수평면)에 대한 경사 각도 정보 등의 굴삭 목표면에 관한 정보를 컨트롤러(40)에 입력 가능한 장치이다. 예를 들면, 목표면 설정 장치(51)는, 글로벌 좌표계(절대 좌표계)로 규정된 굴삭 목표면의 3차원 데이터를 저장한 외부 단말(도시 생략)에 접속되고, 외부 단말로부터 굴삭 목표면의 3차원 데이터가 입력된다. 또한, 목표면 설정 장치(51)를 개재한 컨트롤러(40)로의 굴삭 목표면의 입력은, 오퍼레이터가 수동으로 행해도 된다.
차체 위치 검출 장치(14)는, 한 쌍의 GNSS 안테나(14a, 14b)를 포함하고, 차체(1B)(선회체(12))의 위치 및 차체(1B)(선회체(12))의 방위를 연산하고, 연산 결과를 컨트롤러(40)에 출력한다.
외부 입력 장치(96)는, 오퍼레이터에 의해 조작되고, 조작에 따른 입력 신호를 컨트롤러(40)에 출력하는 입력 장치이다. 외부 입력 장치(96)는, 예를 들면, 표시 장치(53)의 표시 화면에 마련되는 정전 용량식의 터치 센서이다. 또한, 외부 입력 장치(96)는, 복수의 스위치, 레버를 구비한 것이어도 된다.
도 5는, 표시 장치(53)의 표시 화면의 일례를 나타내는 도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 표시 장치(53)는, 컨트롤러(40)로부터의 표시 제어 신호에 의거하여, 다양한 표시 화상을 표시 화면에 표시한다. 표시 장치(53)는, 예를 들면, 터치 패널식의 액정 모니터이며, 운전실(16) 내에 설치되어 있다. 컨트롤러(40)는, MG 기능으로서, 표시 장치(53)의 표시 화면에 굴삭 목표면(St)과 작업 장치(1A)(예를 들면, 버킷(10))의 위치 관계를 나타내는 표시 화상을 표시시킨다. 도면에 나타내는 예에서는, 굴삭 목표면(St) 및 버킷(10)을 나타내는 화상과, 굴삭 목표면(St)에서부터 버킷(10)의 선단부까지의 거리가 목표면 거리(H1)로서 표시되어 있다. 목표면 거리(H1)는 굴삭 목표면(St)을 기준으로 상방향에 정(正)의 값, 하방향에 부(負)의 값을 취한다. 또한, 도 5에 나타내는 표시 화상은, 오퍼레이터에게 조작되는 모드 전환 스위치(도시 생략)에 의해 MC를 실행하는 모드가 설정되어 있는지 여부와 관계없이, 표시 장치(53)에 표시시킬 수 있다. 오퍼레이터는 이 표시 화상을 참고로, 작업 장치(1A)를 조작할 수 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(40)는, CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processing Unit), DSP(Digital Signal Processor) 등의 처리 장치(41), ROM(Read Only Memory), 플래시 메모리, 하드디스크 드라이브 등의 불휘발성 메모리(42), 이른바 RAM(Random Access Memory)이라고 불리는 휘발성 메모리(43), 입력 인터페이스(44), 출력 인터페이스(45), 및, 그 밖의 주변 회로를 구비한 컴퓨터로 구성된다. 이들 하드웨어는, 협동하여 소프트웨어를 동작시켜, 복수의 기능을 실현한다. 또한, 컨트롤러(40)는, 1개의 컴퓨터로 구성해도 되고, 복수의 컴퓨터로 구성해도 된다. 또한, 처리 장치(41)로서는, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등을 이용할 수 있다.
불휘발성 메모리(42)에는, 각종 연산이 실행 가능한 프로그램 및 문턱값 등의 각종 데이터가 저장되어 있다. 즉, 불휘발성 메모리(42)는, 본 실시 형태의 기능을 실현하는 프로그램을 판독 가능한 기억 매체(기억 장치)이다. 휘발성 메모리(43)는, 처리 장치(41)에 의한 연산 결과 및 입력 인터페이스(44)로부터 입력된 신호를 일시적으로 기억하는 기억 매체(기억 장치)이다. 처리 장치(41)는, 불휘발성 메모리(42)에 기억된 프로그램을 휘발성 메모리(43)에 전개하여 연산 실행하는 장치로서, 프로그램에 따라 입력 인터페이스(44), 불휘발성 메모리(42) 및 휘발성 메모리(43)로부터 도입한 데이터에 대하여 소정의 연산 처리를 행한다.
입력 인터페이스(44)는, 각종 장치(자세 검출 장치(50), 목표면 설정 장치(51), 차체 위치 검출 장치(14), 전기 조작 레버 장치(A1~A3), 외부 입력 장치(96), 압력 센서(5a~7b, 201b, 202b, 203b), 및 온도 센서(19))로부터 입력된 신호를 처리 장치(41)에 의해 연산 가능한 데이터로 변환한다. 또한, 출력 인터페이스(45)는, 처리 장치(41)에서의 연산 결과에 따른 출력용의 신호를 생성하고, 그 신호를 각종 장치(레귤레이터(201a, 202a, 203a), 전자 밸브(55a~59b), 및 표시 장치(53))에 출력한다.
컨트롤러(40)가 레귤레이터(201a~203a)를 제어함으로써 메인 펌프(201~203)의 토출 용량이 변화된다. 컨트롤러(40)가 전자 밸브(55a~59b)를 제어함으로써, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 스풀이 작동하고, 유압 실린더(5~7)가 작동한다. 컨트롤러(40)가 표시 장치(53)를 제어함으로써 표시 장치(53)의 표시 화면에 소정의 화상이 표시된다.
-컨트롤러의 기능-
도 6을 참조하여, 컨트롤러(40)의 기능의 상세에 대하여 설명한다. 도 6은, 컨트롤러(40)의 기능 블록도이다. 컨트롤러(40)는, 불휘발성 메모리(42)에 기억되어 있는 프로그램을 실행함으로써, 조작량 연산부(141), 자세 연산부(142), 목표면 연산부(143), 목표 속도 연산부(144), 학습부(145), 목표압 연산부(146), 밸브 지령 연산부(147), 및 표시 제어부(148)로서 기능한다. 목표압 연산부(146) 및 밸브 지령 연산부(147)는, 전자 밸브(55a~59b)를 제어함으로써, 유압 액추에이터인 유압 실린더(5, 6, 7)를 제어하는 전자 밸브 제어부(149)로서 기능한다.
-조작량 연산부-
조작량 연산부(141)는, 전기 조작 레버 장치(A1, A2, A3)의 조작 신호(조작량 및 조작 방향)에 의거하여, 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(이하, 조작량 조작압이라고도 기재함)(Pi0)을 연산한다. 조작량 연산부(141)는, 전기 조작 레버 장치(A1)에 의해 붐 인상 조작이 행해진 경우, 전자 밸브(55a)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(PiBM12U0) 및 전자 밸브(56a)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(PiBM3U0)을 연산한다. 조작량 연산부(141)는, 전기 조작 레버 장치(A1)에 의해 붐 인하 조작이 행해진 경우, 전자 밸브(55b)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(PiBM12D0) 및 전자 밸브(56b)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(PiBM3D0)을 연산한다.
조작량 연산부(141)는, 전기 조작 레버 장치(A2)에 의해 아암 당김(아암 크라우드) 조작이 행해진 경우, 전자 밸브(57a)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(PiAM1C0) 및 전자 밸브(58a)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(PiAM2C0)을 연산한다. 조작량 연산부(141)는, 전기 조작 레버 장치(A2)에 의해 아암 밂(아암 덤프) 조작이 행해진 경우, 전자 밸브(57b)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(PiAM1D0) 및 전자 밸브(58b)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(PiAM2D0)을 연산한다.
조작량 연산부(141)는, 전기 조작 레버 장치(A3)에 의해 버킷 당김(버킷 크라우드) 조작이 행해진 경우, 전자 밸브(59a)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(PiBKC0)을 연산한다. 조작량 연산부(141)는, 전기 조작 레버 장치(A3)에 의해 버킷 밂(버킷 덤프) 조작이 행해진 경우, 전자 밸브(59b)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(PiBKD0)을 연산한다.
-자세 연산부-
자세 연산부(142)는, 자세 검출 장치(50)에 의해 검출된 자세 정보(각도 정보), 및, 불휘발성 메모리(42)에 기억되어 있는 작업 장치(1A)의 치수 정보(L1, L2, L3)에 의거하여, 셔블 기준 좌표계(로컬 좌표계)에 있어서의 작업 장치(1A)의 자세와, 버킷(10)의 선단 위치(Pb)를 연산한다. 버킷(10)의 선단 위치(Pb(Xbk, Zbk))는, 이미 서술한 바와 같이, (식 1) 및 (식 2)에 의해 연산할 수 있다. 또한, 글로벌 좌표계에 있어서의 작업 장치(1A)의 자세와, 버킷(10)의 선단 위치가 필요한 경우에는, 자세 연산부(142)는, 차체 위치 검출 장치(14)에 의해 검출된 선회체(12)의 글로벌 좌표계에 있어서의 위치와 방위에 의거하여, 셔블 기준 좌표계의 좌표를 글로벌 좌표계의 좌표로 변환한다.
-목표면 연산부-
목표면 연산부(143)는, 목표면 설정 장치(51)로부터의 정보에 의거하여 굴삭 목표면(St)을 설정한다. 구체적으로는, 목표면 연산부(143)는, 목표면 설정 장치(51)로부터의 정보에 의거하여 굴삭 목표면(St)의 위치 정보를 연산하고, 그 연산 결과를 휘발성 메모리(43)에 기억한다. 목표면 연산부(143)는, 목표면 설정 장치(51)를 개재하여 3차원 데이터로 제공되는 굴삭 목표면을 작업 장치(1A)가 이동하는 평면(작업 장치의 동작 평면)에서 절단한 단면 형상(도 3 참조)을 2차원의 굴삭 목표면(St)으로서 연산한다.
또한, 도 3에서는 굴삭 목표면(St)이 1개이지만, 굴삭 목표면(St)이 복수 존재하는 경우도 있다. 굴삭 목표면(St)이 복수 존재하는 경우, 목표면 연산부(143)는, 버킷(10)의 선단부에 가장 가까운 것, 버킷(10)의 선단부의 연직 하방에 위치하는 것, 혹은, 임의로 선택한 것을 연산 대상의 굴삭 목표면(St)으로서 설정한다.
-목표 속도 연산부-
목표 속도 연산부(144)는, 영역 제한 제어(정지(整地) 제어)에 있어서, 작업 장치(1A)에 의해 굴삭 목표면(St)을 초과하여 굴삭 목표면(St)보다 하측을 굴삭해버리지 않도록, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 연산한다. 목표 속도 연산부(144)는, 자세 연산부(142)에서의 연산 결과 및 조작량 연산부(141)에서의 연산 결과에 의거하여, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 연산한다.
도 7을 참조하여, 영역 제한 제어 중의 목표 속도의 연산 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 7은, 버킷(10)의 선단이 보정 후의 목표 속도 벡터(Vca)와 같이 제어되었을 때의, 버킷(10)의 선단의 궤적의 일례를 나타내는 도이다. 여기서의 설명에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, Xt축 및 Yt축을 설정한다. Xt축은, 굴삭 목표면(St)에 평행한 축이며, Yt축은, 굴삭 목표면(St)에 직교하는 축이다.
목표 속도 연산부(144)는, 조작량 연산부(141)에 의해 연산된 전자 밸브(55a~59b)의 조작량 조작압(Pi0)(PiBM12U0, PiBM3U0, PiBM12D0, PiBM3D0, PiAM1C0, PiAM2C0, PiAM1D0, PiAM2D0, PiBKC0, PiBKD0)에 의거하여, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 1차 목표 속도를 연산한다.
목표 속도 연산부(144)는, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 1차 목표 속도와, 자세 연산부(142)에 의해 연산된 버킷(10)의 선단 위치(Pb)와, 불휘발성 메모리(42)에 기억되어 있는 작업 장치(1A)의 치수 정보(L1, L2, L3 등)에 의거하여, 도 7에 나타내는 버킷(10)의 선단부의 목표 속도 벡터(Vc)를 연산한다.
목표 속도 연산부(144)는, 버킷(10)의 선단부와 굴삭 목표면(St)과의 거리인 목표면 거리(H1)가 0(제로)에 가까워짐에 따라, 버킷(10)의 선단부의 목표 속도 벡터(Vc)에 있어서의 굴삭 목표면(St)에 수직인 성분(Vcy)(Yt축 방향의 속도 성분)이 0(제로)에 가까워지도록 유압 실린더(5, 6, 7) 중 필요한 유압 실린더의 1차 목표 속도를 보정하여, 2차 목표 속도를 연산한다. 이에 따라, 버킷(10)의 선단부의 목표 속도 벡터(Vc)가, 보정 후 목표 속도 벡터(Vca)로 변환된다. 목표면 거리(H1)가 0(제로)일 때의 목표 속도 벡터(Vca)는 굴삭 목표면(St)에 평행한 성분 Vcx(Xt축 방향의 속도 성분)만이 된다. 이 때문에, 영역 제한 제어에서는, 굴삭 목표면(St)보다 하측의 영역에 버킷(10)의 선단부가 침입하지 않도록, 굴삭 목표면(St) 상 또는 그 상방에 버킷(10)의 선단부(제어점)가 보지(保持)된다. 이하, 이와 같이, 버킷(10)의 선단부의 속도 벡터를 변환(보정)하는 제어를 방향 변환 제어라고도 기재한다.
방향 변환 제어는, 붐 인상 또는 붐 인하와 아암 크라우드와의 조합에 의해 실행되는 경우와, 붐 인상 또는 붐 인하와 아암 덤프의 조합에 의해 실행되는 경우가 있다. 어느 경우에 있어서도, 목표 속도 벡터(Vc)가 굴삭 목표면(St)에 접근하는 아래를 향하는 성분(Vcy<0)을 포함할 때, 목표 속도 연산부(144)는, 그 아래를 향하는 성분을 상쇄시키는 붐 인상 방향의 붐 실린더(5)의 목표 속도를 연산한다. 반대로 목표 속도 벡터(Vc)가 굴삭 목표면(St)으로부터 멀어지는 위를 향하는 성분(Vcy>0)을 포함할 때, 목표 속도 연산부(144)는, 그 위를 향하는 성분을 상쇄시키는 붐 인하 방향의 붐 실린더(5)의 목표 속도를 연산한다.
또한, 모드 전환 스위치(도시 생략)에 의해, 영역 제한 제어(정지(整地) 제어)가 행해지지 않는 모드가 설정되어 있는 경우, 목표 속도 연산부(144)는, 전기 조작 레버 장치(A1~A3)의 조작에 따른 각 유압 실린더(5~7)의 1차 목표 속도에 대한 보정은 행하지 않는다.
이와 같이, 목표 속도 연산부(144)는, 조작량 연산부(141) 및 자세 연산부(142)의 연산 결과에 의거하여, 유압 실린더(5, 6, 7)의 신장 속도/수축 속도의 목표값인 목표 속도를 연산한다.
-목표압 연산부-
목표압 연산부(146)는, 압력 센서(5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b, 201b, 202b, 203b)의 검출 결과에 의거하여, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 전후 차압(ΔP)을 산출한다. 목표압 연산부(146)는, 산출된 유량 제어 밸브(D1~D6)의 전후 차압(ΔP)과, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 유량 계수(C)와, 유량 제어 밸브(D1~D6)를 통과하는 작동유의 목표 유량(Q)에 의거하여, 이하의 (식 3)에 의해, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 목표 개구 면적(A)을 연산한다.
A=Q/C√ΔP … (식 3)
또한, 본 실시 형태에 있어서, A는 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터아웃 통로부의 목표 개구 면적(이하, 미터아웃 목표 개구 면적이라고도 기재함) Aout이며, Q는 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터아웃 통로부를 통과하는 작동유의 목표 유량(Qout)이다. 또한, C는 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터아웃 통로부의 유량 계수(Co)이며, ΔP는 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터아웃 통로부의 전후 차압(ΔPo)이다.
즉, 본 실시 형태와 관련된 목표압 연산부(146)는, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout)을 이하의 오리피스의 (식 4)를 이용하여 연산한다.
Aout=Qout/Co√ΔPo … (식 4)
여기서, 전후 차압(ΔPo)은, 압력 센서(5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b)에 의해 검출되는 유압 실린더(5~7)의 미터아웃측(출구측)의 압력(Pao)으로부터 미리 불휘발성 메모리(42)에 기억되어 있는 탱크압(Pt)을 감산함으로써 얻어진다(ΔPo=Pao-Pt). 또한, 탱크압(Pt)은, 탱크 혹은 탱크로의 복귀 배관에 장착되는 압력 센서(도시 생략)에 의해 검출되는 압력을 채용해도 된다. 목표 유량(Qout)은, 목표 속도 연산부(144)에 의해 연산된 유압 실린더(5~7)의 목표 속도를 유압 실린더(5~7)의 미터아웃측의 유량으로 변환함으로써 얻어진다.
붐(8) 및 아암(9)을 동작시킬 때에 우선적으로 사용하는 메인 펌프(유량 제어 밸브)는, 미리 정해져 있다. 유압 실린더(5~7)에 공급되는 작동유의 목표 유량(Qin)이, 첫번째의 메인 펌프(이하, 우선 제 1 펌프라고도 기재함)로부터 토출할 수 있는 최대 유량(최대 토출 유량이라고도 기재함)을 상회한 경우에, 두번째의 메인 펌프(이하, 우선 제 2 펌프라고도 기재함)가 사용된다. 또한, 목표 유량(Qin)은, 목표 속도 연산부(144)에 의해 연산된 각 목표 속도를 유압 실린더(5~7)의 미터인측(입구측)의 유량으로 변환함으로써 구해진다.
본 실시 형태에서는, 붐(8)의 우선 제 1 펌프는 제 3 메인 펌프(203)이며, 붐(8)의 우선 제 2 펌프는 제 1 메인 펌프(201)이다. 또한, 아암(9)의 우선 제 1 펌프는 제 2 메인 펌프(202)이며, 아암(9)의 우선 제 2 펌프는 제 1 메인 펌프(201)이다. 또한, 버킷(10)을 동작시킬 때, 우선적으로 사용되는 펌프는 없다. 버킷(10)은, 항상 제 1 메인 펌프(201)로부터 공급되는 작동유에 의해 동작된다.
본 실시 형태에 있어서, 유량 제어 밸브(D1)와 유량 제어 밸브(D2)는 개별적으로 제어 가능한 구성은 아니다. 이 때문에, 붐(8)의 우선 제 2 펌프는, 실질적으로 제 1 메인 펌프(201)와 제 2 메인 펌프(202)가 된다. 그러나, 제 1 메인 펌프(201)로부터 작동유가 공급되는 유량 제어 밸브(D1)의 쪽이 유량 제어 밸브(D2)보다 빠르게 개방되기 시작하도록, 유량 제어 밸브(D1, D2)의 미터인 통로부의 개구를 설계함으로써, 제 1 메인 펌프(201)를 우선 제 2 펌프로서 사용할 수 있도록 하고 있다.
각 유압 실린더(5~7)의 목표 유량(Q)은, 우선 제 1 펌프의 목표 유량(이하, 제 1 목표 유량)(Q1)과, 우선 제 2 펌프의 목표 유량(이하, 제 2 목표 유량)(Q2)으로 분배된다. 1개의 메인 펌프로부터 토출할 수 있는 최대 유량을 Qmax라고 하면, Q>Qmax의 경우, Q1=Qmax, Q2=Q-Qmax가 된다. 또한, Q<Qmax의 경우, Q1=Q, Q2=0이 된다.
붐 인상의 경우, 유량 제어 밸브(D3)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout_Bm3U)은, 제 1 목표 유량(Qout1BmU)과, 압력 센서(5a)에 의해 검출되는 붐 실린더(5)의 로드실의 압력에 의거하여, (식 4)에 의해 연산된다. 또한, 붐 인상의 경우, 유량 제어 밸브(D1)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout_Bm1U)은, 제 2 목표 유량(Qout2BmU)과, 압력 센서(5a)에 의해 검출되는 붐 실린더(5)의 로드실의 압력에 의거하여, (식 4)에 의해 연산된다.
붐 인하의 경우, 유량 제어 밸브(D3)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout_Bm3D)은, 제 1 목표 유량(Qout1BmD)과, 압력 센서(5b)에 의해 검출되는 붐 실린더(5)의 보텀실의 압력에 의거하여, (식 4)에 의해 연산된다. 또한, 붐 인하의 경우, 유량 제어 밸브(D1)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout_Bm1D)은, 제 2 목표 유량(Qout2BmD)과, 압력 센서(5b)에 의해 검출되는 붐 실린더(5)의 보텀실의 압력에 의거하여, (식 4)에 의해 연산된다.
아암 당김의 경우, 유량 제어 밸브(D4)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout_Am1C)은, 제 1 목표 유량(Qout1AmC)과, 압력 센서(6a)에 의해 검출되는 아암 실린더(6)의 로드실의 압력에 의거하여, (식 4)에 의해 연산된다. 또한, 아암 당김의 경우, 유량 제어 밸브(D5)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout_Am2C)은, 제 2 목표 유량(Qout2AmC)과, 압력 센서(6a)에 의해 검출되는 아암 실린더(6)의 로드실의 압력에 의거하여, (식 4)에 의해 연산된다.
아암 밂의 경우, 유량 제어 밸브(D4)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout_Am1D)은, 제 1 목표 유량(Qout1AmD)과, 압력 센서(6b)에 의해 검출되는 아암 실린더(6)의 보텀실의 압력에 의거하여, (식 4)에 의해 연산된다. 또한, 아암 밂의 경우, 유량 제어 밸브(D5)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout_Am2D)은, 제 2 목표 유량(Qout2AmD)과, 압력 센서(6b)에 의해 검출되는 아암 실린더(6)의 보텀실의 압력에 의거하여, (식 4)에 의해 연산된다.
버킷 당김의 경우, 유량 제어 밸브(D6)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout_BkC)은, 제 1 목표 유량(Qout1BkC)과, 압력 센서(7a)에 의해 검출되는 버킷 실린더(7)의 로드실의 압력에 의거하여, (식 4)에 의해 연산된다. 또한, 버킷 밂의 경우, 유량 제어 밸브(D6)의 미터아웃 목표 개구 면적(Aout_BkD)은, 제 1 목표 유량(Qout1BkD)과, 압력 센서(7b)에 의해 검출되는 버킷 실린더(7)의 보텀실의 압력에 의거하여, (식 4)에 의해 연산된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 붐(8), 아암(9), 및 버킷(10)의 각각의 미터인 목표 유량(Qin)이 메인 펌프 1개의 최대 토출 유량 이하인 경우, 1개의 유압 실린더에 대하여, 1개의 메인 펌프를 할당할 수 있다. 이 때문에, 분류(分流)의 영향을 받지 않고, (식 4)에서 도출된 유량 제어 밸브의 개구에 의해, 목표 유량(목표 속도)에 매우 가까운 정밀도로 각 유압 실린더(5~7)를 동작시킬 수 있다.
도 8을 참조하여, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터아웃 통로부의 개구 특성의 일례에 대하여 설명한다. 도 8은, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터아웃 통로부의 개구 선도이며, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 수압실(E1~E12)에 입력되는 조작압과, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터아웃 통로부의 개구 면적과의 관계를 나타낸다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압이 증가할수록, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터아웃 통로부의 개구 면적은 커진다. 컨트롤러(40)의 불휘발성 메모리(42)에는, 조작압과 유량 제어 밸브(D1~D6)의 개구 면적과의 관계를 규정하는 개구 특성 테이블(To)이 기억되어 있다.
목표압 연산부(146)는, 개구 특성 테이블(To)을 참조하여, 미터아웃 목표 개구 면적(Aout)(Aout_Bm1U, Aout_Bm3U, Aout_Bm1D, Aout_Bm3D, Aout_Am1C, Aout_Am2C, Aout_Am1D, Aout_Am2D, Aout_BkC, Aout_BkD)에 의거하여, 조작압의 목표값인 목표 조작압(Pi1)(PiBM12U1, PiBM3U1, PiBM12D1, PiBM3D1, PiAM1C1, PiAM2C1, PiAM1D1, PiAM2D1, PiBKC1, PiBKD1)을 연산한다.
본 실시 형태에서는, 개구 특성 테이블(To)은, 후술하는 학습 처리의 결과에 의거하여 보정된다. 즉, 목표압 연산부(146)는, 보정된 개구 특성 테이블(To)을 참조하여, 미터아웃 목표 개구 면적(Aout)에 의거하여, 목표 조작압(Pi1)을 연산한다. 개구 특성 테이블(To)의 보정 방법은 후술한다.
목표압 연산부(146)는, 각 메인 펌프(201, 202, 203)에 할당되는 각 유압 실린더(5~7)의 미터인측의 목표 유량의 총 합계를 각 메인 펌프(201, 202, 203)의 목표 유량(Q201, Q202, Q203)으로서 연산한다. 즉, 목표압 연산부(146)는, 이하의 (식 5)에 의해 제 1 메인 펌프(201)의 목표 유량(Q201)을 연산하고, 이하의 (식 6)에 의해 제 2 메인 펌프(202)의 목표 유량(Q202)을 연산하고, 이하의 (식 7)에 의해 제 3 메인 펌프(203)의 목표 유량(Q203)을 연산한다.
Q201=Qin1Bm1U+Qin1Am2C+Qin1Am2D+Qin1BkC+Qin1BkD … (식 5)
Q202=Qin2Bm2U+Qin2Am1C+Qin2Am1D … (식 6)
Q203=Qin3Bm3U … (식 7)
여기서, Qin1Bm1U는, 붐 인상인 경우의 제 1 메인 펌프(201)로부터 유량 제어 밸브(D1)를 통하여 붐 실린더(5)에 공급되는 작동유의 미터인측의 목표 유량이다. Qin1Am2C는, 아암 당김의 경우의 제 1 메인 펌프(201)로부터 유량 제어 밸브(D5)를 통하여 아암 실린더(6)에 공급되는 작동유의 미터인측의 목표 유량이다. Qin1Am2D는, 아암 밂의 경우의 제 1 메인 펌프(201)로부터 유량 제어 밸브(D5)를 통하여 아암 실린더(6)에 공급되는 작동유의 미터인측의 목표 유량이다. Qin1BkC는, 버킷 당김의 경우의 제 1 메인 펌프(201)로부터 유량 제어 밸브(D6)를 통하여 버킷 실린더(7)에 공급되는 작동유의 미터인측의 목표 유량이다. Qin1BkD는, 버킷 밂의 경우의 제 1 메인 펌프(201)로부터 유량 제어 밸브(D6)를 통하여 버킷 실린더(7)에 공급되는 작동유의 미터인측의 목표 유량이다. Qin2Bm2U는, 붐 인상의 경우의 제 2 메인 펌프(202)로부터 유량 제어 밸브(D2)를 통하여 붐 실린더(5)에 공급되는 작동유의 미터인측의 목표 유량이다. Qin2Am1C는, 아암 당김의 경우의 제 2 메인 펌프(202)로부터 유량 제어 밸브(D4)를 통하여 아암 실린더(6)에 공급되는 작동유의 미터인측의 목표 유량이다. Qin2Am1D는, 아암 밂의 경우의 제 2 메인 펌프(202)로부터 유량 제어 밸브(D4)를 통하여 아암 실린더(6)에 공급되는 작동유의 미터인측의 목표 유량이다. Qin3Bm3U는, 붐 인상의 경우의 제 3 메인 펌프(203)로부터 유량 제어 밸브(D3)를 통하여 붐 실린더(5)에 공급되는 작동유의 미터인측의 목표 유량이다.
불휘발성 메모리(42)에는, 메인 펌프(201, 202, 203)의 목표 유량(Q201, Q202, Q203)과, 레귤레이터(201a, 202a, 203a)의 목표 레귤레이터압과의 관계를 규정하는 레귤레이터압 테이블이 미리 기억되어 있다. 레귤레이터압 테이블은, 메인 펌프(201, 202, 203)마다 정해진다.
목표압 연산부(146)는, 레귤레이터압 테이블을 참조하여, 연산한 메인 펌프(201, 202, 203)의 목표 유량(Q201, Q202, Q203)에 의거하여, 목표 레귤레이터압(PPc201, PPc202, PPc203)을 연산한다.
-밸브 지령 연산부-
밸브 지령 연산부(147)는, 목표압 연산부(146)에 의해 연산된 목표 조작압(Pi1)(PiBM12U1, PiBM3U1, PiBM12D1, PiBM3D1, PiAM1C1, PiAM2C1, PiAM1D1, PiAM2D1, PiBKC1, PiBKD1)에 의거하는 전기 신호를 연산하고, 연산한 전기 신호를 대응하는 전자 밸브(55a~59b)에 출력한다. 또한, 밸브 지령 연산부(147)는, 목표압 연산부(146)에 의해 연산된 목표 레귤레이터압(PPc)(PPc201, PPc202, PPc203)에 의거하는 전기 신호를 연산하고, 연산한 전기 신호를 대응하는 레귤레이터(201a~203a)의 레귤레이터 전자 밸브에 출력한다.
밸브 지령 연산부(147)로부터 출력된 전기 신호(여자 전류)에 의해, 전자 밸브(55a~59b)의 솔레노이드가 여자됨으로써, 전자 밸브(55a~59b)가 작동하고, 유량 제어 밸브(D1~D6)에 작용하는 조작압(파일럿압)이, 목표압 연산부(146)에서 연산된 목표 조작압(Pi1)으로 제어된다. 이에 따라, 유압 실린더(5~7)의 동작 속도가 목표 속도로 제어된다. 또한, 밸브 지령 연산부(147)로부터 출력된 전기 신호(여자 전류)에 의해, 레귤레이터(201a~203a)의 레귤레이터 전자 밸브의 솔레노이드가 여자됨으로써, 레귤레이터 전자 밸브가 작동하고, 레귤레이터(201a~203a)의 수압부에 작용하는 레귤레이터압(파일럿압)이, 목표압 연산부(146)에서 연산된 목표 레귤레이터압(PPc)으로 제어된다. 이에 따라, 메인 펌프(201~203)의 토출 유량이 목표 유량(Q201, Q202, Q203)으로 제어된다.
이상과 같이, 본 실시 형태와 관련된 컨트롤러(40)는, 유압 실린더(5~7)의 목표 속도로부터 유량 제어 밸브(D1~D6)를 통과하는 작동유의 목표 유량(Q)을 연산하고, 오리피스의 (식 3)을 이용하여, 목표 유량(Q)과, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 전후 차압(ΔP)에 의거하여, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 목표 개구 면적(A)을 연산한다. 유량 제어 밸브(D1~D6)의 전후 차압(ΔP)은, 유압 실린더(5~7)의 부하압(본 실시 형태에서는, 유압 실린더(5~7)의 미터아웃측의 부하압)에 의거하여 산출된다. 또한, 이하에서는, 유압 실린더(5~7)의 부하압을 실린더압이라고도 기재한다. 그리고, 컨트롤러(40)는, 개구 특성 테이블(To)을 참조하여, 목표 개구 면적(A)에 의거하여, 목표 조작압을 연산한다. 또한, 컨트롤러(40)는, 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압이 목표 조작압이 되도록, 전자 밸브(55a~59b)를 제어한다.
이와 같이, 오리피스의 (식 3)을 이용하여 목표 조작압을 연산함으로써, 유압 실린더의 부하압(유압 부하 조건)이 변화되었다고 해도, 그 부하압에 따른 목표 개구 면적을 구할 수 있다. 이 때문에, 유압 시스템에 오픈 센터 시스템을 채용한 경우여도, 연산한 목표 유량(목표 속도)으로 양호한 정밀도로 유압 실린더(5~7)를 동작시킬 수 있다. 그 결과, 영역 제한 제어 등의 MC에 의한 작업을 양호한 정밀도로 행할 수 있다.
여기서, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 개구 면적과 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압의 관계는, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 제조 오차에 의해 유압 셔블(1)마다 불균일이 발생한다. 유량 제어 밸브(D1~D6)의 제조 오차에는, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 스풀의 가공 오차, 스풀을 중립 위치에 보지하기 위한 스프링(센터링 스프링)의 스프링 계수의 불균일, 스풀을 슬라이딩 가능하게 보지하는 밸브 케이싱의 가공 오차 등이 있다.
따라서 본 실시 형태에서는, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 제조 오차에 의한 유압 셔블(1)마다의 불균일(개체차)을 억제하기 위해, 컨트롤러(40)는, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 개구 면적과 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압과의 관계를 학습한다. 또한, 컨트롤러(40)는, 그 학습 결과에 의거하여, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 개구 면적과 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압과의 관계를 보정한다.
본 실시 형태에서는, 1개의 유량 제어 밸브를 일방으로 동작시키기 위한 조작압을 1개의 전자 밸브에 의해 생성할 수 있는 구성이며, 컨트롤러(40)는 이하와 같은 학습 처리를 실행한다. 컨트롤러(40)는, 학습 처리에 있어서, 메인 펌프(201, 202, 203)로부터 일정한 토출 유량을 학습 대상의 유량 제어 밸브(D1~D6)를 통하여 유압 실린더(5~7)에 공급시키고 있는 상태에 있어서, 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압을 단계적으로 변화시킴과 함께, 압력 센서(5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b)에 의해 검출된 유압 실린더(5~7)의 압력을 입력한다. 그리고, 컨트롤러(40)는, 학습 처리에 있어서, 입력한 유압 실린더(5~7)의 압력이 미리 정해진 기준값(Pta)이 되었을 때의 조작압을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억한다. 또한, 기준값(Pta)은, 미리 시작기(試作機)를 이용한 실험 등에서 얻은 소정의 개구 면적(Ad)에 대응하는 유압 실린더(5~7)의 압력이다.
학습 처리에 의해 얻어진 학습 결과 조작압(Pisx)에 있어서의 유량 제어 밸브(D1~D6)의 개구 면적은, 미리 실험으로 취득하고 있던 개구 면적(Ad)에 상당한다. 컨트롤러(40)는, 상기 개구 면적(Ad)에 대응하는 조작압(기준값)(Pita)이 학습 결과 조작압(Pisx)과 일치하도록, 개구 특성 테이블(To)을 오프셋 보정한다. 컨트롤러(40)는, 학습 결과 조작압(Pisx)에 의거하여 보정된 개구 특성 테이블(To)을 참조하여, 목표 개구 면적(A)에 의거하여, 목표 조작압(Pi1)을 연산한다.
이와 같이 하여 얻어진 목표 조작압(Pi1)에 의거하여, 전자 밸브(55a~59b)를 제어함으로써, 유량 제어 밸브(D1~D6)에 가공 오차 등이 있는 경우에도, 양호한 정밀도로 유압 실린더(5~7)를 동작시킬 수 있다. 이하, 본 실시 형태와 관련된 컨트롤러(40)에 의한 학습 처리 및 보정 처리에 대하여 상세하게 설명한다.
-학습부-
도 6에 나타내는 바와 같이, 학습부(145)는, 외부 입력 장치(96)에 의해 학습 모드의 실행 지령이 입력되면, 학습 모드를 실행한다. 학습 모드에 있어서, 학습부(145)는, 외부 입력 장치(96)에 의해 학습 대상으로 하는 유량 제어 밸브와, 그 유량 제어 밸브의 동작 방향이 입력되면, 자세 연산부(142)의 연산 결과에 의거하여, 작업 장치(1A)의 자세가 미리 정해진 학습 개시 자세인지 여부를 판정한다. 본 실시 형태에서는, 적어도, 작업 장치(1A)의 자세가 학습 개시 자세인 것을, 학습 처리를 개시하는 조건의 하나로 한다.
학습부(145)는, 작업 장치(1A)의 자세가 학습 개시 자세라고 판정되고, 전기 조작 레버 장치(A1~A3)가 조작되면, 학습부(145)는, 학습 개시 조건이 성립한 것으로 하여, 학습 처리를 개시한다. 학습 처리에 있어서, 학습부(145)는, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 학습용의 목표 조작압인 학습 조작압(Pis)(PiBM12Us, PiBM3Us, PiBM12Ds, PiBM3Ds, PiAM1Cs, PiAM2Cs, PiAM1Ds, PiAM2Ds, PiBKCs, PiBKDs)과, 각 레귤레이터(201a, 202a, 203a)의 학습용의 목표 레귤레이터압인 학습 레귤레이터압(PPcs)(PPc201s, PPc202s, PPc203s)을 연산한다. 학습부(145)는, 연산한 학습 조작압(Pis) 및 학습 레귤레이터압(PPcs)을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다.
밸브 지령 연산부(147)는, 학습부(145)에서 연산된 학습 조작압(Pis)에 의거하는 전기 신호를 연산하고, 연산한 전기 신호를 학습 대상의 유량 제어 밸브(D1~D6)의 동작 방향에 대응하는 전자 밸브(55a~59b)에 출력한다. 또한, 밸브 지령 연산부(147)는, 학습부(145)에서 연산된 학습 레귤레이터압(PPcs)에 의거하는 전기 신호를 연산하고, 연산한 전기 신호를 학습 대상의 유량 제어 밸브(D1~D6)에 대응하는 메인 펌프(201~203)의 레귤레이터(201a~203a)의 레귤레이터 전자 밸브에 출력한다.
학습부(145)는, 학습 처리가 행해지고 있는 동안, 압력 센서(5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b)로부터 취득한 실린더 압력을 학습 조작압(Pis)과 연관 지어 기억한다. 학습부(145)는, 학습 조작압(Pis)을 단계적으로 변화시킨다.
-학습 처리-
도 9를 참조하여, 컨트롤러(40)에 의해 실행되는 학습 처리의 흐름의 일례에 대하여 설명한다. 도 9는, 컨트롤러(40)에 의해 실행되는 학습 처리의 흐름의 일례에 대하여 나타내는 플로우 차트이다. 오퍼레이터에 의해 외부 입력 장치(96)가 조작되고, 외부 입력 장치(96)로부터 학습 모드의 실행 지령이 입력되면, 컨트롤러(40)는 학습 모드를 개시한다(단계 S101).
단계 S101에 있어서, 표시 제어부(148)는, 표시 장치(53)에 학습 모드의 초기 화면을 표시시킨다. 초기 화면에는, 복수의 유량 제어 밸브(D1~D6) 중에서부터 학습 대상으로 하는 유량 제어 밸브를 선택하기 위한 밸브 선택 조작부와, 선택된 유량 제어 밸브의 동작 방향을 선택하는 동작 방향 선택부와, 선택의 완료를 지시하기 위한 선택 완료 조작부가 포함된다. 오퍼레이터에 의해, 유량 제어 밸브(D1~D6) 중에서부터 학습 대상으로 하는 유량 제어 밸브가 선택되고, 선택된 유량 제어 밸브의 동작 방향이 선택되고, 선택의 완료가 지시되면, 처리가 단계 S105로 진행된다.
이하, 단계 S101에 있어서, 유량 제어 밸브(D1~D6) 중 「유량 제어 밸브(D3)」가 학습 대상의 유량 제어 밸브로서 선택되고, 유량 제어 밸브의 동작 방향으로서 「붐 인상 방향」이 선택되고 있는 경우를 예로 설명한다. 단계 S101에 있어서, 학습 대상의 유량 제어 밸브(D3) 및 유량 제어 밸브(D3)의 동작 방향으로서 붐 인상 방향이 선택된 경우, 학습부(145)는, 붐 인상 동작에 의한 학습에 연관 지어진 학습 개시 자세 데이터를 불휘발성 메모리(42)로부터 독출한다.
도 10은, 붐 인상, 붐 인하, 아암 당김, 아암 밂, 버킷 당김, 버킷 밂의 동작에 대응하는 학습 개시 자세를 나타내는 도이다. 불휘발성 메모리(42)에는, 도 10에 나타내는 학습 개시 자세를 규정하는 학습 개시 자세 데이터가 기억되어 있다. 불휘발성 메모리(42)에는, 붐 인상 동작에 의한 학습을 행하기 위한 학습 개시 자세 데이터와, 붐 인하 동작에 의한 학습을 행하기 위한 학습 개시 자세 데이터와, 아암 당김 동작에 의한 학습을 행하기 위한 학습 개시 자세 데이터와, 아암 밂 동작에 의한 학습을 행하기 위한 학습 개시 자세 데이터와, 버킷 당김 동작에 의한 학습을 행하기 위한 학습 개시 자세 데이터와, 버킷 밂 동작에 의한 학습을 행하기 위한 학습 개시 자세 데이터가 기억되어 있다.
학습 개시 자세 데이터는, 붐각(α)의 목표 범위(하한값 및 상한값), 아암각(β)의 목표(하한값 및 상한값) 및 버킷각(γ)의 목표 범위(하한값 및 상한값)를 포함한다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 붐 인상에 대응하는 학습 개시 자세 데이터는, 버킷(10)이 지면에 닿지 않을 정도로 붐(8)이 내려가 있는 상태의 학습 개시 자세를 규정한다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 단계 S105에 있어서, 표시 제어부(148)는, 표시 장치(53)에 학습 개시 자세 화면(53a)(도 11 참조)을 표시시킨다. 도 11은, 학습 개시 자세 화면(53a)의 일례에 대하여 나타내는 도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 학습 개시 자세 화면(53a)에는, 작업 장치(1A)의 자세를 학습 개시 자세로 하기 위한 조작을 오퍼레이터에게 촉구하는 메시지 「작업 장치의 자세를 목표 범위에 맞춰 주세요.」가 표시된다. 또한, 학습 개시 자세 화면(53a)에는, 각도 센서(30, 31, 32)에 의해 검출된 붐각(α), 아암각(β) 및 버킷각(γ)의 현재값과, 학습 개시 자세 데이터에 포함되는 붐각(α), 아암각(β) 및 버킷각(γ)의 목표 범위(하한값 및 상한값)가 표시된다.
도 9의 단계 S105에 있어서, 학습 개시 자세 화면(53a)이 표시 장치(53)에 표시되면, 처리가 단계 S110로 진행된다. 단계 S110에 있어서, 학습부(145)는, 작업 장치(1A)의 자세가 학습 개시 자세인지 여부를 판정한다. 현재의 붐각(α), 아암각(β) 및 버킷각(γ)의 각각이, 붐 인상의 학습 개시 자세 데이터로 규정되는 붐각(α), 아암각(β) 및 버킷각(γ)의 목표 범위 내에 있는 경우, 학습부(145)는, 작업 장치(1A)의 자세는 학습 개시 자세라고 판정하고, 처리를 단계 S120으로 진행시킨다. 현재의 붐각(α), 아암각(β) 및 버킷각(γ) 중 적어도 하나가, 붐 인상의 학습 개시 자세 데이터로 규정되는 목표 범위 내에 없는 경우, 학습부(145)는, 작업 장치(1A)의 자세가 학습 개시 자세가 아니라고 판정한다. 단계 S110의 학습 개시 자세 판정 처리는, 긍정 판정될 때까지 소정의 제어 주기로 반복하여 실행된다.
단계 S120에 있어서, 표시 제어부(148)는, 표시 장치(53)에 조작 지시 화면을 표시시킨다. 조작 지시 화면에는, 「붐 조작 레버를 인상측으로 5초 이상 조작해 주세요」와 같은 조작 지시가 표시된다. 단계 S120에 있어서, 조작 지시 화면이 표시되면, 처리가 단계 S130으로 진행된다.
단계 S130에 있어서, 오퍼레이터에 의해 전기 조작 레버 장치(A1)가 붐 인상측으로 조작되면, 학습 처리가 개시되고, 전기 조작 레버 장치(A1)가 조작되고 있는 동안, 학습부(145)는, 학습 레귤레이터압(PPcs) 및 학습 조작압(Pis(i))을 밸브 지령 연산부(147)에 출력함과 함께, 실린더압의 계측을 행한다. 따라서, 학습 레귤레이터압(PPcs)과 학습 조작압(Pis(i))은 동기하여 출력된다. 여기서, 붐 인상의 학습 시에 계측되는 실린더압은, 압력 센서(5a)에 의해 검출되는 붐 실린더(5)의 미터아웃측의 압력이다. 또한, 학습 조작압(Pis)은, 붐 인상용의 전자 밸브(56a)의 제어에 이용되는 학습 조작압(PiBM3Us)이다.
학습 레귤레이터압(PPcs)은, 제 3 메인 펌프(203)의 제 3 레귤레이터(203a)의 제어에 이용되는 학습 레귤레이터압(PPc203s)이다. 학습부(145)가 학습 레귤레이터압(PPc203s)을 밸브 지령 연산부(147)에 출력함으로써, 제 3 메인 펌프(203)로부터 어느 이상의 유량(Qc)의 작동유가 토출된다.
유량(Qc)은, 스탠바이 시의 유량(최소 틸팅에서의 유량)보다 크고, 붐 실린더(5)를 일정 이상의 속도로 안정되게 움직이게 할 수 있는 유량이다. 예를 들면, 유량(Qc)은, 미터아웃 개구가 충분히 개방되어 있어도 붐 실린더(5)에 10[MPa] 정도의 어느 정도의 부하를 일으킬 수 있는 것이 가능한 유량이다. 또한, 학습부(145)는, 스탠바이 시의 유량을 제 1 메인 펌프(201) 및 제 2 메인 펌프(202)로부터 토출시키기 위해, 제 1 레귤레이터(201a) 및 제 2 레귤레이터(202a)의 레귤레이터압의 목표값으로서, 레귤레이터압의 최소값을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다.
학습부(145)는, 붐 인상 조작이 행해지고 있는 시간(Δta)만큼 학습 조작압(Pis(i))을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다. 또한, i는, 자연수이며, 후술하는 학습 스텝수를 나타낸다. 학습 스텝수(i)는, 단계 S101에 있어서, 1이 설정된다(i=1). 또한, 학습부(145)는, 유량 제어 밸브(D3) 이외의 유량 제어 밸브(D1, D2, D4~D6)의 조작압의 목표값으로서, 조작압의 최소값을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다.
단계 S130에 있어서, 밸브 지령 연산부(147)는, 학습부(145)로부터 출력되는 레귤레이터압의 목표값(학습 레귤레이터압)에 따른 전기 신호를 연산하고, 연산한 전기 신호를 대응하는 레귤레이터 전자 밸브에 출력한다. 또한, 밸브 지령 연산부(147)는, 학습부(145)로부터 출력되는 조작압의 목표값(학습 조작압)에 따른 전기 신호를 연산하고, 연산한 전기 신호를 대응하는 전자 밸브(55a~59b)에 출력한다.
학습부(145)는, 시각과, 압력 센서(5a)에 의해 검출되는 붐 실린더(5)의 미터아웃측의 실린더압과, 학습 레귤레이터압(PPcs)과, 학습 조작압(Pis(i))을 대응 지어 기억한다. 이와 같이, 단계 S130에 있어서, 컨트롤러(40)는, 학습 레귤레이터압(PPcs) 및 학습 조작압(Pis(i))을 발생시키기 위한 전기 신호를 전기 조작 레버 장치(A1)가 조작되고 있는 시간(Δta)만큼 출력함과 함께, 실린더압의 계측을 행하여, 처리를 단계 S140으로 진행한다.
단계 S140에 있어서, 학습부(145)는, 단계 S130에서 계측된 실린더압에 의거하여, 실린더압의 평균값(이하, 평균 실린더압이라고도 기재함)(Pav(i))을 연산하고, 처리를 단계 S150으로 진행한다.
단계 S150에 있어서, 학습부(145)는, 단계 S140에서 연산된 평균 실린더압(Pav(i))이 미리 정해진 압력 문턱값(Pta) 이하인지 여부를 판정한다. 또한, 압력 문턱값(Pta)은, 제 3 메인 펌프(203)로부터 유량(Qc)의 작동유가 토출되어, 붐 인상용의 학습 개시 자세로부터 유량 제어 밸브(D3)를 소정의 개구 면적(Ad)으로 하기 위해 소정의 조작압(Pita)를 유량 제어 밸브(D3)에 입력시켰을 때의 붐 실린더(5)의 압력의 기준값(설계값)이다. 압력 문턱값(Pta)는, 예를 들면, 영역 제한 제어에 있어서 사용 빈도가 높은 속도 영역에 있어서의 붐 인상 공중 동작에서의 유량 제어 밸브(D3)의 미터아웃측의 실린더압이며, 사전에 탁상 계산 혹은 시작기를 이용한 실험 등에 의거하여 정해진다.
단계 S150에 있어서, 평균 실린더압(Pav(i))이 압력 문턱값(Pta)보다 크다고 판정되면, 학습부(145)는, 붐 실린더(5)의 압력은 기준값(Pta)이 되어 있지 않다고 판정하여 처리를 단계 S160으로 진행한다.
단계 S160에 있어서, 학습부(145)는, 학습 조작압(Pis(i))에 소정의 상승 압력(ΔPis)을 가산함으로써, 다음의 학습에 있어서 이용하는 학습 조작압(Pis(i+1))을 연산하고, 처리를 단계 S170으로 진행한다. 단계 S170에 있어서, 학습부(145)는, 학습 스텝수(i)에 1을 가산하여, 새로운 i로 하는 카운트업 처리를 행하여, 단계 S105로 되돌아간다.
단계 S150에 있어서, 평균 실린더압(Pav(i))이 압력 문턱값(Pta) 이하라고 판정되면, 학습부(145)는, 붐 실린더(5)의 압력은 기준값(Pta)이 되었다고 판정하여 처리를 단계 S180으로 진행한다. 단계 S180에 있어서, 학습부(145)는, 붐 실린더(5)의 압력이 기준값이 되었을 때의 학습 조작압(Pis(i))을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억하고, 도 9의 플로우 차트에 나타내는 처리를 종료한다. 또한, 표시 제어부(148)는, 학습 처리가 종료된 것을 표시 장치(53)에 표시시킨다.
도 12는, 학습부(145)로부터 밸브 지령 연산부(147)에 출력되는 학습 레귤레이터압 및 학습 조작압과, 압력 센서(5a~7b)에 의해 검출되는 미터아웃측의 실린더압의 시간 변화에 대하여 나타내는 도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 학습부(145)는, 제 1 학습 스텝(학습 스텝수(i)=1)에 있어서, 시각 t1로부터 붐 인상 조작이 행해지고 있는 시간(Δta)(예를 들면, 5초간)만큼, 학습 레귤레이터압(PPcs)을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다. 또한, 학습부(145)는, 시각 t1로부터 시간(Δta)만큼, 학습 조작압(Pis(1))을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다.
실린더압은, 시각 t1로부터 상승하기 시작하고, 그 후, 대략 일정값으로 보지되고, 시각 t1+5로부터 감소하기 시작한다. 학습부(145)는, 대략 일정값으로 보지되고 있을 때의 실린더압의 평균값을 연산한다. 구체적으로는, 학습부(145)는, 시각 t1+2에서부터 시각 t1+4까지 취득한 실린더압의 평균값 Pav(1)을 연산한다.
평균 실린더압 Pav(1)이 압력 문턱값(Pta)보다 큰 경우에는, 제 1 학습 스텝으로부터 제 2 학습 스텝으로 이행한다. 또한, 제 1 실시 형태에 있어서, 오퍼레이터는, 학습 스텝이 완료될 때마다, 작업 장치(1A)를 학습 개시 자세로 되돌리기 위해 전기 조작 레버 장치(A1)의 조작을 행한다.
학습부(145)는, 제 2 학습 스텝(학습 스텝수(i)=2)에 있어서, 제 1 학습 스텝와 마찬가지로, 시각 t2에서부터 시간(Δta)(예를 들면, 5초간)만큼, 학습 레귤레이터압(PPcs)을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다. 또한, 학습부(145)는, 시각 t2에서부터 시간(Δta)만큼, 학습 조작압(Pis(2))을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다.
여기서, 학습 조작압(Pis(2))은, 학습 조작압(Pis(1))보다 상승 압력(ΔPis)(예를 들면, 0.05MPa)만큼 높은 압력이다(Pis(2)=Pis(1)+ΔPis).
학습부(145)는, 학습 스텝마다 학습 조작압(Pis(i))을 상승 압력(ΔPis)만큼 증가시킨다(Pis(i+1)=Pis(i)+ΔPis). 그리고, 제 X 학습 스텝(학습 스텝수(i)=x)에 있어서, 평균 실린더압 Pav(x)가 압력 문턱값(Pta) 이하라고 판정되면, 학습부(145)는, 이 때에 출력되고 있는 학습 조작압(Pis(x))을 학습 결과 조작압(Pisx)로서 기억한다.
이상, 붐 인상의 경우의 학습 순서에 대하여 설명하였지만, 붐 인하, 아암 당김, 아암 밂, 버킷 당김, 및 버킷 밂의 경우의 학습 순서도 마찬가지이다. 즉, 모든 유량 제어 밸브의 각 동작 방향에 대하여 마찬가지의 학습을 행할 수 있다. 또한, 압력 문턱값(Pta)은, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 동작 방향마다 설정된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 학습부(145)는, 학습 처리에 있어서, 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압을 단계적으로 상승시키는 과정에서, 유압 실린더(5~7)의 출구측의 압력이 기준값으로서의 압력 문턱값(Pta) 이하가 되었을 때의 학습 조작압(Pis(i))을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억한다. 기억한 학습 결과 조작압(Pisx)은, 보정 처리에서 이용된다.
-보정 처리-
학습부(145)는, 상기 학습 처리의 결과에 의거하여, 개구 특성 테이블(To)의 보정을 행한다. 도 13을 참조하여, 개구 특성 테이블(To)의 보정 처리의 내용에 대하여 상세하게 설명한다. 도 13은, 개구 특성 테이블(To)의 보정 방법에 대하여 설명하는 도이다. 도 13에서는, 개구 특성 테이블(To)의 기준 데이터(설계 데이터), 즉 보정 전의 개구 특성 테이블을 파선으로 나타내고 있다. 또한, 도 13에서는, 보정 후의 개구 특성 테이블을 실선으로 나타내고 있다.
학습부(145)에는, 미터아웃측의 실린더압이 압력 문턱값(Pta)이 될 때의 조작압(설계값)(Pita) 및 개구 면적(Ad)이 기억되어 있다. 조작압(설계값)(Pita)은, 사전에 탁상 계산 혹은 시작기를 이용한 실험 등에 의해 정해진다. 조작압(설계값)(Pita)은, 압력 문턱값(Pta)과 마찬가지로, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 동작 방향마다 설정된다.
학습부(145)는, 개구 면적(Ad)에 대응하는 조작압(설계값)(Pita)의 위치가 학습 결과 조작압(Pisx)의 위치와 일치하도록 개구 특성 테이블(To)을 오프셋 보정한다. 다르게 말하면, 학습부(145)는, 학습 결과 조작압(Pisx)과 조작압(설계값)(Pita)과의 차분(편차)만큼, 개구 특성 테이블(To)을 오프셋시킨다. 이에 따라, 예를 들면, 개구 면적(Ad)에 연관 지어지는 조작압이 Pita로부터 Pisx로 변경되고, 개구 특성 테이블(To)이 파선의 특성으로부터 실선의 특성으로 보정된다.
학습 처리 및 보정 처리의 이후, 영역 제한 제어가 실행된 경우에는, 목표압 연산부(146)는, 보정 후의 개구 특성 테이블(To)(도 13의 실선으로 나타내는 특성)에 의거하여, 목표 조작압(Pi1)을 연산하여, 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다.
또한, 상기 학습 처리는, 공장 출하 시, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 스풀의 교환 시, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 경년 열화에 기인하여 스풀 스트로크가 공장 출하 시의 특성으로부터 어느 정도 변화되었을 때 등에 행하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 장기간에 걸쳐, MC를 양호한 정밀도로 행할 수 있다.
-효과-
상기 서술한 제 1 실시 형태에 의하면, 다음의 작용 효과를 나타낸다.
(1) 컨트롤러(40)는, 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압을 단계적으로 변화시킴과 함께, 압력 센서(5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b)에 의해 검출된 유압 실린더(5~7)의 압력을 입력하고, 입력한 유압 실린더(5~7)의 압력(평균 실린더압(Pav))이 미리 정해진 기준값(Pta)이 되었을 때의 조작압(Pis)을 기억하는 학습 처리를 실행한다. 컨트롤러(40)는, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 전후 차압(ΔP)(본 실시 형태에서는 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터아웃 통로부의 전후 차압(ΔPo))을 산출한다. 컨트롤러(40)는, 산출된 전후 차압(ΔP)과, 유량 제어 밸브(D1~D6)을 통과하는 작동유의 목표 유량(Q)에 의거하여, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 목표 개구 면적(A)을 연산한다. 구체적으로는, 컨트롤러(40)는, 산출된 전후 차압(ΔP)(본 실시 형태에서는 미터아웃 통로부의 전후 차압(ΔPo))과, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 유량 계수(C)(본 실시 형태에서는 미터아웃 통로부의 유량 계수(Co))와, 유량 제어 밸브(D1~D6)를 통과하는 작동유의 목표 유량(Q)(본 실시 형태에서는 미터아웃 통로부를 통과하는 작동유의 목표 유량(Qout))에 의거하여, (식 3)에 의해(본 실시 형태에서는 (식 4)에 의해), 유량 제어 밸브(D1~D6)의 목표 개구 면적(A)(본 실시 형태에서는 미터아웃 통로부의 목표 개구 면적(Aout))을 연산한다.
컨트롤러(40)는, 보정 전의 개구 특성 테이블(To)(도 13의 파선으로 나타내는 특성)과, 연산된 목표 개구 면적(A)(본 실시 형태에서는 Aout)과, 학습 처리에 있어서 기억된 조작압(Pis)인 학습 결과 조작압(Pisx)에 의거하여, 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(목표 조작압)(Pi1)을 연산한다. 본 실시 형태와 관련된 컨트롤러(40)는, 학습 결과 조작압(Pisx)에 의거하여 개구 특성 테이블(To)(도 13의 파선으로 나타내는 특성)을 보정하고, 보정된 개구 특성 테이블(To)(도 13의 실선으로 나타내는 특성)을 참조하여, 목표 개구 면적(A)(본 실시 형태에서는 Aout)에 의거하여, 조작압의 목표값(Pi1)을 연산한다. 컨트롤러(40)는, 연산된 조작압의 목표값(Pi1)에 의거하여, 전자 밸브(55a~59b)를 제어한다.
이 구성에 의하면, 학습 및 보정에 의해, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 제조 오차의 영향을 저감하고, 사전에 시작기에서 사용하고 있던 유량 제어 밸브의 개구 특성을 재현하여, 유량 제어 밸브(D1~D6)를 제어할 수 있다. 그 결과, 영역 제한 제어 등에 있어서, 버킷(10)의 갈고리끝(제어점)을 양호한 정밀도로 움직일 수 있다.
또한, 유압 시스템은, 클로즈 센터 시스템으로 해도 되고, 오픈 센터 시스템으로 해도 된다. 본 실시 형태와 관련된 컨트롤러(40)는, 소정의 목표 유량에 의해 유압 실린더(5~7)를 동작시키고 싶은 경우에, 목표 유량과 유압 실린더(5~7)의 부하압을 고려한 오리피스의 식을 이용하여 목표 개구 면적을 연산한다. 이 때문에, 유압 시스템에 오픈 센터 시스템을 채용한 경우여도, 경부하, 중부하 등을 막론하고 목표 유량대로 유압 실린더(5~7)를 동작시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 유압 시스템의 구성에 관계없이, 작업 기계의 개체차에 기인한 유압 실린더의 동작의 불균일이 억제되어, 높은 정밀도로 작업이 가능한 작업 기계를 제공할 수 있다.
(2) 컨트롤러(40)는, 적어도, 작업 장치(1A)의 자세가 학습 개시 자세인 것을, 학습 처리를 개시하는 조건의 하나로 하고 있다. 이에 따라, 컨트롤러(40)는, 학습 결과 조작압(Pisx)을 적절하게 취득할 수 있어, 개구 특성 테이블(To)을 양호한 정밀도로 보정할 수 있다.
<제 1 실시 형태의 변형예>
상기 서술에서는, 컨트롤러(40)는, 한 번의 학습 처리에 있어서, 1개의 유량 제어 밸브(예를 들면, 붐용의 유량 제어 밸브(D3))를 학습 대상으로 하는 예에 대하여 설명했다. 그러나, 한 번의 학습 처리에 있어서, 복수의 유량 제어 밸브를 학습 대상으로 해도 된다. 유압 셔블(작업 기계)(1)은, 복수의 유압 실린더(5~7)의 각각에 대응하는 복수의 유량 제어 밸브(D1~D6)와, 복수의 유량 제어 밸브(D3~D6)의 각각을 개별로 제어 가능한 복수의 전자 밸브(56a~59b)를 구비한다. 또한, 3개의 메인 펌프(201, 202, 203)의 각각이 개별적으로 붐 실린더(5), 아암 실린더(6) 및 버킷 실린더(7)의 각각에 대응하는 3개의 유량 제어 밸브(예를 들면, 유량 제어 밸브(D6, D4, D3))에 1대1로 접속 가능하게 구성되어 있다.
이 때문에, 컨트롤러(40)는, 학습 처리에 있어서, 복수의 전자 밸브(예를 들면, 전자 밸브(56a, 57a, 59a))의 각각에 의해 생성되는 복수의 조작압을 동기적 또한 단계적으로 변화시킴과 함께, 압력 센서(5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b)에 의해 검출된 복수의 유압 실린더(5~7)의 압력을 입력할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(40)는, 복수의 유압 실린더(5~7)의 압력의 각각이 복수의 전자 밸브(예를 들면, 전자 밸브(56a, 57a, 59a))마다 정해진 기준값이 되었을 때의 학습 조작압(Pis(i))을, 복수의 전자 밸브(예를 들면, 전자 밸브(56a, 57a, 59a))마다의 학습 결과 조작압으로서 기억한다.
예를 들면, 제 1 메인 펌프(201)와 유량 제어 밸브(D6), 제 2 메인 펌프(202)와 유량 제어 밸브(D4), 및, 제 3 메인 펌프(203)와 유량 제어 밸브(D3)는, 개별의 유로를 확보할 수 있는 구성이기 때문에, 동시에 학습 처리를 실시할 수 있다. 동시에 학습 처리를 실시함으로써, 단시간에 많은 유량 제어 밸브의 학습 처리를 완료시킬 수 있다.
<제 2 실시 형태>
도 2, 도 6, 도 14~도 17을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시 형태와 관련된 유압 셔블(1)에 대하여 설명한다. 또한, 제 1 실시 형태에서 설명한 구성과 동일 혹은 상당하는 구성에는 동일한 참조 기호를 붙이고, 상이점을 주로 설명한다. 제 1 실시 형태에서는, 컨트롤러(40)가, 미터아웃측의 개구 특성 테이블(To)을 이용하여 목표 조작압(Pi1)을 결정하는 예에 대하여 설명했다. 이에 대하여, 제 2 실시 형태에서는, 컨트롤러(40)가, 미터인측의 개구 특성 테이블(Ti)을 이용하여 목표 조작압(Pi1)을 결정한다.
또한, 제 1 실시 형태에서는, 학습 처리에 있어서, 컨트롤러(40)가, 유압 실린더(5~7)의 압력이 미리 정해진 기준값(Pta)이 되었을 때의 학습 조작압(Pis(i))을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억하는 예에 대하여 설명했다. 이에 대하여, 제 2 실시 형태에서는, 학습 처리에 있어서, 컨트롤러(40)가, 유압 실린더(5~7)의 압력의 시간 변화율이 미리 정해진 기준값이 되었을 때의 학습 조작압(Pis(i))을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억한다.
-목표압 연산부-
도 2 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시 형태와 관련된 목표압 연산부(146)는, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터인 통로부의 전후 차압(ΔPi)을 산출한다. 목표압 연산부(146)는, 산출된 전후 차압(ΔPi)과, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터인 통로부의 유량 계수(Ci)와, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터인 통로부를 통과하는 작동유의 목표 유량(Qin)에 의거하여, 이하의 오리피스의 (식 8)에 의해, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터인 통로부의 목표 개구 면적(이하, 미터인 목표 개구 면적)(Ain)을 연산한다.
Ain=Qin/Ci√ΔPi … (식 8)
즉, 본 제 2 실시 형태에 있어서 이용되는 오리피스의 (식 8)은, (식 3)의 A, Q, C, ΔP의 각각을 Ain, Qin, Ci, ΔPi로 한 것이다.
여기서, 전후 차압(ΔPi)은, 압력 센서(201b, 202b, 203b)에 의해 검출되는 메인 펌프(201, 202, 203)의 토출압(펌프압)(Pp)으로부터 압력 센서(5a~7b)에 의해 검출되는 유압 실린더(5~7)의 미터인측의 압력(Pai)을 감산함으로써 얻어진다(ΔPi=Pp-Pai).
목표 유량(Qin)은, 목표 속도 연산부(144)에 의해 연산된 유압 실린더(5~7)의 목표 속도를 유압 실린더(5~7)의 미터인측의 유량으로 변환함으로써 얻어진다.
도 14를 참조하여, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터인 통로부의 개구 특성의 일례에 대하여 설명한다. 도 14는, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터인 통로부의 개구 선도이며, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 수압실(E1~E12)에 입력되는 조작압과, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터인 통로부의 개구 면적과의 관계를 나타낸다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압이 증가할수록, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 미터인 통로부의 개구 면적은 커진다. 컨트롤러(40)의 불휘발성 메모리(42)에는, 조작압과 유량 제어 밸브(D1~D6)의 개구 면적과의 관계를 규정하는 개구 특성 테이블(Ti)이 기억되어 있다.
목표압 연산부(146)는, 개구 특성 테이블(Ti)을 참조하고, 미터인 목표 개구 면적(Ain)에 의거하여, 목표 조작압(Pi1)을 연산한다. 또한, 본 제 2 실시 형태에서는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 학습 처리의 결과에 의거하여 개구 특성 테이블(Ti)이 보정된다. 즉, 목표압 연산부(146)는, 보정된 개구 특성 테이블(Ti)을 참조하여, 미터인 목표 개구 면적(Ain)에 의거하여, 목표 조작압(Pi1)을 연산한다.
-학습 처리-
도 15를 참조하여, 제 2 실시 형태와 관련된 컨트롤러(40)에 의해 실행되는 학습 처리의 흐름의 일례에 대하여 설명한다. 도 15는, 도 9와 마찬가지의 도이며, 제 2 실시 형태와 관련된 컨트롤러(40)에 의해 실행되는 학습 처리의 흐름의 일례에 대하여 나타내는 플로우 차트이다. 도 15의 플로우 차트에서는, 도 9의 플로우 차트의 단계 S120, S130, S140, S150, S170의 처리 대신에, 단계 S220, S230, S240, S250, S270의 처리가 실행된다.
제 1 실시 형태와 마찬가지로, 유량 제어 밸브(D1~D6) 중 「유량 제어 밸브(D3)」가 학습 대상의 유량 제어 밸브로서 선택되고, 유량 제어 밸브의 동작 방향으로서 「붐 인상 방향」이 선택되고 있는 경우를 예로 설명한다.
단계 S220에 있어서, 표시 제어부(148)는, 표시 장치(53)에 조작 지시 화면을 표시시킨다. 조작 지시 화면에는, 「학습이 끝날 때까지, 붐 조작 레버를 인상측으로 조작해 주세요」와 같은 조작 지시가 표시된다. 단계 S220에 있어서, 조작 지시 화면이 표시되면, 처리가 단계 S230으로 진행된다.
단계 S230에 있어서, 오퍼레이터에 의해 전기 조작 레버 장치(A1)가 붐 인상측으로 조작되면, 학습 처리가 개시되고, 전기 조작 레버 장치(A1)가 조작되고 있는 동안, 학습부(145)는, 학습 레귤레이터압(PPcs) 및 학습 조작압(Pis(i))을 밸브 지령 연산부(147)에 출력함과 함께, 실린더압의 계측을 행한다. 여기서, 붐 인상의 학습 시에 계측되는 실린더압은, 압력 센서(5b)에 의해 검출되는 붐 실린더(5)의 미터인측의 압력이다. 또한, 학습 조작압(Pis)은, 붐 인상용의 전자 밸브(56a)의 제어에 이용되는 학습 조작압(PiBM3Us)이다.
학습 레귤레이터압(PPcs)은, 제 3 메인 펌프(203)의 제 3 레귤레이터(203a)의 제어에 이용되는 학습 레귤레이터압(PPc203s)이다. 학습부(145)가 학습 레귤레이터압(PPc203s)을 밸브 지령 연산부(147)에 출력함으로써, 제 3 메인 펌프(203)로부터 어느 일정 이상의 유량(Qc)의 작동유가 토출된다.
단계 S230에 있어서, 학습 레귤레이터압 및 학습 조작압의 출력, 및 실린더압의 측정이 개시되면, 단계 S240에 있어서, 학습부(145)는, 단계 S230에서 계측된 실린더압에 의거하여, 미터인측의 실린더압의 증가율(ΔPx(i))을 연산하고, 처리를 단계 S250으로 진행한다. 실린더압의 증가율(ΔPx(i))이란, 단위 시간당의 실린더압의 증가량, 즉 실린더압의 시간 변화율의 것을 가리킨다.
단계 S250에 있어서, 학습부(145)는, 단계 S240에서 연산된 실린더압의 증가율(ΔPx(i))이 미리 정해진 증가율 문턱값(ΔPta) 이상인지 여부를 판정한다. 또한, 증가율 문턱값(ΔPta)은, 제 3 메인 펌프(203)로부터 유량(Qc)의 작동유가 토출되어, 붐 인상용의 학습 개시 자세로부터 유량 제어 밸브(D3)의 미터인 통로부(개구)가 개방되기 시작하였을 때의 붐 실린더(5)의 압력의 시간 변화율에 상당한다. 증가율 문턱값(ΔPta)은, 실린더압의 시간 변화율의 기준값(설계값)이며, 사전에 탁상 계산 혹은 시작기를 이용한 실험 등에 의거하여 정해지고, 유량 제어 밸브(D3)의 개방 시작을 검출하기 위해 이용된다.
단계 S250에 있어서, 실린더압의 증가율(ΔPx(i))이 증가율 문턱값(ΔPta) 미만이라고 판정되면, 학습부(145)는, 붐 실린더(5)의 압력의 시간 변화율은 기준값(ΔPta)이 되어 있지 않다고 판정하여 처리를 단계 S160으로 진행한다.
단계 S160에 있어서, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 학습부(145)는, 학습 조작압(Pis(i))에 소정의 상승 압력(ΔPis)를 가산함으로써, 다음의 학습에 있어서 이용하는 학습 조작압(Pis(i+1))을 연산하고, 처리를 단계 S270으로 진행한다. 단계 S270에 있어서, 학습부(145)는, 학습 스텝수(i)에 1을 가산하여, 새로운 i로 하는 카운트업 처리를 행하고, 단계 S230으로 되돌아간다.
단계 S250에 있어서, 실린더압의 증가율(ΔPx(i))이 증가율 문턱값(ΔPta) 이상이라고 판정되면, 학습부(145)는, 붐 실린더(5)의 압력의 시간 변화율은 기준값(ΔPta)이 되었다고 판정하여 처리를 단계 S180으로 진행한다. 단계 S180에 있어서, 학습부(145)는, 붐 실린더(5)의 압력의 시간 변화율이 기준값(ΔPta)이 되었을 때의 학습 조작압(Pis(i))을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억하고, 도 15의 플로우 차트에 나타내는 처리를 종료한다.
도 16은, 학습부(145)로부터 밸브 지령 연산부(147)에 출력되는 학습 레귤레이터압 및 학습 조작압과, 압력 센서(5a~7b)에 의해 검출되는 미터인측의 실린더압의 시간 변화에 대하여 나타내는 도이다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 학습부(145)는, 시각 t1로부터 학습 레귤레이터압(PPcs)을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다.
학습부(145)는, 제 1 학습 스텝(학습 스텝수(i)=1)에 있어서, 시각 t1로부터 미리 정해진 소정 시간(Δtb)(예를 들면, 3초간)만큼, 학습 조작압(Pis(1))을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다.
실린더압은, 유량 제어 밸브(D3)로부터의 약간의 리크(누설)에 기인하여 시각 t1로부터 상승하기 시작한다. 학습부(145)는, 시각 t1에서부터 시각 t2까지의 실린더압의 증가율(ΔPx(1))을 연산한다.
실린더압의 증가율(ΔPx(1))이 증가율 문턱값(ΔPta) 미만인 경우에는, 제 1 학습 스텝으로부터 제 2 학습 스텝으로 이행한다. 또한, 제 2 실시 형태에서는, 오퍼레이터에 의해 한 번의 전기 조작 레버 장치(A1)의 붐 인상 조작이 행해지고 있는 동안에 있어서, 학습 스텝수가 증가한다.
학습부(145)는, 제 2 학습 스텝(학습 스텝수(i)=2)에 있어서, 제 1 학습 스텝와 마찬가지로, 시각 t2로부터 소정 시간(Δtb)(예를 들면, 3초간)만큼, 학습 조작압(Pis(2))을 밸브 지령 연산부(147)에 출력한다.
여기서, 학습 조작압(Pis(2))은, 학습 조작압(Pis(1))보다 상승 압력(ΔPis)(예를 들면, 0.05MPa)만큼 높은 압력이다(Pis(2)=Pis(1)+ΔPis).
학습부(145)는, 학습 스텝마다 학습 조작압(Pis(i))을 상승 압력(ΔPis)만큼 증가시킨다(Pis(i+1)=Pis(i)+ΔPis). 그리고, 제 X 학습 스텝(학습 스텝수(i)=x)에 있어서, 실린더압의 증가율(ΔPx(x))이 증가율 문턱값(ΔPta) 이상이라고 판정되면, 학습부(145)는, 이 때에 출력되고 있는 학습 조작압(Pis(x))을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억한다.
이상, 붐 인상의 경우의 학습 순서에 대하여 설명하였지만, 붐 인하, 아암 당김, 아암 밂, 버킷 당김, 및 버킷 밂의 경우의 학습 순서도 마찬가지이다. 즉, 모든 유량 제어 밸브의 각 동작 방향에 대하여 마찬가지의 학습을 행할 수 있다. 또한, 증가율 문턱값(ΔPta)은, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 동작 방향마다 설정된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 학습부(145)는, 학습 처리에 있어서, 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압을 단계적으로 상승시키는 과정에서, 유압 실린더(5~7)의 입구측의 압력의 증가율이 기준값으로서의 증가율 문턱값(ΔPta) 이상이 되었을 때의 학습 조작압(Pis(i))을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억한다. 기억한 학습 결과 조작압(Pisx)은, 보정 처리에서 이용된다.
-보정 처리-
학습부(145)는, 상기 학습 처리의 결과에 의거하여, 개구 특성 테이블(Ti)의 보정을 행한다. 도 17을 참조하여, 개구 특성 테이블(Ti)의 보정 처리의 내용에 대하여 상세하게 설명한다. 도 17은, 개구 특성 테이블(Ti)의 보정 방법에 대하여 설명하는 도이다. 도 17에서는, 개구 특성 테이블(Ti)의 기준 데이터(설계 데이터), 즉 보정 전의 개구 특성 테이블을 파선으로 나타내고 있다. 또한, 도 17에서는, 보정 후의 개구 특성 테이블을 실선으로 나타내고 있다.
학습부(145)에는, 미터인측의 실린더압의 증가율이 증가율 문턱값(ΔPta)이 될 때의 조작압(설계값)(Pita)이 기억되어 있다. 조작압(설계값)(Pita)은, 사전에 탁상 계산 혹은 시작기를 이용한 실험 등에 의해 정해진다. 조작압(설계값)(Pita)은, 증가율 문턱값(ΔPta)과 마찬가지로, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 동작 방향마다 설정된다.
학습부(145)는, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 개방 시작의 조작압(설계값)(Pita)의 위치가 학습 결과 조작압(Pisx)의 위치와 일치하도록 개구 특성 테이블(Ti)을 오프셋 보정한다. 다르게 말하면, 학습부(145)는, 학습 결과 조작압(Pisx)과 조작압(설계값)(Pita)과의 차분(편차)만큼, 개구 특성 테이블(Ti)을 오프셋시킨다. 이에 따라, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 개방 시작의 조작압이 Pita로부터 Pisx로 변경되고, 개구 특성 테이블(Ti)이 파선의 특성으로부터 실선의 특성으로 보정된다.
학습 처리 및 보정 처리의 후, 영역 제한 제어가 실행된 경우에는, 목표압 연산부(146)는, 보정 후의 개구 특성 테이블(Ti)(도 17의 실선으로 나타내는 특성)에 의거하여, 목표 조작압(Pi1)을 연산한다. 이와 같이, 본 제 2 실시 형태에서는, 컨트롤러(40)는, 보정 전의 개구 특성 테이블(Ti)과, 연산된 목표 개구 면적(Ain)과, 학습 결과 조작압(Pisx)에 의거하여, 전자 밸브(55a~59b)에 의해 생성되는 조작압의 목표값(목표 조작압)(Pi1)을 연산한다. 컨트롤러(40)는, 조작압의 목표값(Pi1)에 의거하여, 전자 밸브(55a~59b)를 제어한다.
-효과-
이와 같은 제 2 실시 형태에 의하면, 제 1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 나타낸다.
다음과 같은 변형예도 본 발명의 범위 내이며, 변형예에 나타내는 구성과 상기 서술의 실시 형태에서 설명한 구성을 조합하거나, 상기 서술의 상이한 실시 형태에서 설명한 구성끼리를 조합하거나, 이하의 상이한 변형예에서 설명하는 구성끼리를 조합하는 것도 가능하다.
<변형예 1>
도 18을 참조하여, 본 발명의 실시 형태의 변형예 1에 대하여 설명한다. 도 18은, 도 9와 마찬가지의 도이며, 변형예 1과 관련된 컨트롤러(40)에 의해 실행되는 학습 처리의 흐름의 일례에 대하여 나타내는 플로우 차트이다. 유압 실린더(5~7)의 미터인측의 압력, 및 미터아웃측의 압력은, 작동유의 온도에 의해 변화된다. 이 때문에, 본 변형예와 관련된 컨트롤러(40)는, 작동유의 온도가 미리 정해진 온도 문턱값 이상인 경우에 한해, 학습 처리를 실행한다.
도 18의 플로우 차트에서는, 도 9의 플로우 차트의 단계 S105의 이후에 단계 S307의 처리가 추가되어 있다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 학습부(145)는, 단계 S307에 있어서, 온도 센서(19)에 의해 검출되는 작동유의 온도(Te)가, 온도 문턱값(Tte) 이상인지의 여부를 판정한다. 온도 문턱값(Tte)은, 불휘발성 메모리(42)에 미리 기억되어 있다.
단계 S307에 있어서, 작동유의 온도(Te)가 온도 문턱값(Tte) 이상이라고 판정되면, 처리가 단계 S110으로 진행된다. 단계 S307의 판정 처리는, 긍정 판정될 때까지 소정의 제어 주기로 반복하여 실행된다. 단계 S110에 있어서, 학습부(145)는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 작업 장치(1A)의 자세가 학습 개시 자세인지 여부를 판정한다. 단계 S110에 있어서, 작업 장치(1A)의 자세가 학습 개시 자세가 아니라고 판정되면, 처리가 단계 S307로 되돌아간다.
이와 같이, 본 변형예에서는, 작업 장치(1A)의 자세가 학습 개시 자세인 것, 및, 작동유의 온도(Te)가 온도 문턱값(Tte) 이상인 것을, 학습 처리를 개시하는 조건으로 하고 있다. 이와 같이, 적어도, 작동유의 온도(Te)가 온도 문턱값(Tte) 이상인 것을, 학습 처리(S130~S180)를 개시하는 조건의 하나로 함으로써, 작동유의 온도(Te)가 온도 문턱값(Tte) 미만일 때에, 학습 처리가 행해지는 것이 방지된다. 이에 따라, 영역 제한 제어에서의 작업 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 제 1 실시 형태에 있어서, 작동유 온도의 판정 처리(S307)를 추가하는 예에 대하여 설명하였지만, 제 2 실시 형태에 있어서, 작동유 온도의 판정 처리(S307)를 추가해도 된다.
<변형예 2>
상기 실시 형태에서 설명한 3펌프 시스템에서는, 3개의 메인 펌프(201, 202, 203)와, 3개의 유압 실린더에 대응하는 3개의 유량 제어 밸브를 1대1로 개별적으로 접속하는 것이 가능하다. 이 때문에, 예를 들면, 제 2 실시 형태에 있어서, 자세를 일정하게 유지하도록 실린더 엔드에서의 자세로 학습을 개시하는 경우, 서로 분류나 부하의 영향이 발생하기 어렵기 때문에, 복수의 유량 제어 밸브를 동시에 학습하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 제 1 메인 펌프(201)와 유량 제어 밸브(D6), 제 2 메인 펌프(202)와 유량 제어 밸브(D4), 및, 제 3 메인 펌프(203)와 유량 제어 밸브(D3)는, 개별의 유로를 확보할 수 있는 구성이기 때문에, 이들을 한 번의 학습 처리에 있어서의 학습 대상으로 할 수 있다.
컨트롤러(40)는, 학습 처리에 있어서, 복수의 유압 실린더(5~7)의 압력의 시간 변화율의 각각이 복수의 전자 밸브(예를 들면, 전자 밸브(56a, 57a, 59a))마다 정해진 기준값이 되었을 때의 조작압(Pis(i))을, 복수의 전자 밸브(예를 들면, 전자 밸브(56a, 57a, 59a))마다의 학습 결과 조작압으로서 기억한다. 동시에 복수의 유량 제어 밸브의 학습 처리를 실시함으로써, 단시간에 많은 유량 제어 밸브의 학습 처리를 완료시킬 수 있다.
또한, 유압 시스템은, 3펌프 시스템으로 하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 19에 나타내는 바와 같은 2펌프 시스템에서도 마찬가지의 학습이 가능하다. 다만, 2펌프 시스템의 경우에는 붐(8), 아암(9), 버킷(10)의 3복합 동작을 실시하면, 제 1 메인 펌프(201)로부터 토출되는 작동유는, 유량 제어 밸브(D1)와 유량 제어 밸브(D6)에 분류가 발생하기 때문에, 동시에 학습할 수 없다.
<변형예 3>
유압 시스템의 구성은, 도 2 및 도 19에 나타낸 예에 한정되지 않는다. 유압 실린더(5~7)로부터 배출되는 작동유가, 복수의 유량 제어 밸브를 통과하여 탱크로 되돌리는 유압 시스템을 구비한 유압 셔블(1)에 본 발명을 적용해도 된다. 예를 들면, 도 20에 나타내는 유압 시스템은, 붐 실린더(5)에 공급되는 작동유의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브로서, 제 1 유량 제어 밸브(D1)와 제 2 유량 제어 밸브(D2)를 구비한다. 제 1 유량 제어 밸브(D1) 및 제 2 유량 제어 밸브(D2)는, 붐 실린더(5)의 로드실로부터 배출되는 작동유가, 제 1 유량 제어 밸브(D1) 및 제 2 유량 제어 밸브(D2)를 통과하도록 구성되어 있다. 즉, 이 유압 시스템에서는, 붐 인상 동작 시에, 붐 실린더(5)의 로드실로부터 배출되는 작동유가, 제 1 유량 제어 밸브(D1) 및 제 2 유량 제어 밸브(D2)를 통하여 탱크로 흐르는 미터아웃 유로가 형성된다.
이 구성에 있어서, 제 2 유량 제어 밸브(D2)를 학습 대상으로 하는 경우, 컨트롤러(40)는, 학습 처리에 있어서, 제 1 유량 제어 밸브(D1)를 개구시킨 상태에서, 제 2 유량 제어 밸브(D2)에 대응하는 전자 밸브(56a)에 의해 생성되는 조작압을 단계적으로 상승시킨다. 예를 들면, 컨트롤러(40)는, 제 1 유량 제어 밸브(D1)의 미터아웃 통로부를 최대 개구 면적으로 보지하기 위한 일정한 지령(전기 신호)을 출력해 둔다. 이 상태에서, 컨트롤러(40)는, 전자 밸브(56a)에 의해 생성되는 조작압을 단계적으로 상승시키는 학습 처리를 실행한다. 컨트롤러(40)는, 전자 밸브(56a)에 의해 생성되는 조작압을 단계적으로 상승시키는 과정에서, 압력 센서(5a)에 의해 검출되는 붐 실린더(5)의 출구측의 압력이 기준값으로서의 압력 문턱값(Pta) 이하가 되었을 때의 학습 조작압(Pis(i))을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억한다. 이에 따라, 유량 제어 밸브(D2)의 미터아웃 통로부의 개구 특성을 학습하고, 개구 특성 테이블(To)을 보정할 수 있다.
<변형예 4>
상기 실시 형태에서는, 개구 특성 테이블(To, Ti)을 보정하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 컨트롤러(40)는, 개구 특성 테이블(기준 데이터)(T)을 참조하여, 목표 개구 면적(A)에 의거하여, 조작압의 목표값인 목표 조작압을 연산하고, 연산된 목표 조작압을 학습 결과 조작압에 의거하여 보정해도 된다.
도 21은, 목표압 연산부(446)의 제어 블록 선도이며, 목표 조작압의 보정 방법에 대하여 나타낸다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 목표압 연산부(446)는, 유량 제어 밸브의 미터인 통로부 혹은 미터아웃 통로부의 목표 개구 면적(A)에 대하여, 마이너스의 값을 채용하지 않도록, 목표 개구 면적(A)과 0[mm2] 중 최대값을 선택한다(L101). 목표압 연산부(446)는, 불휘발성 메모리(42)에 기억되어 있는 개구 특성 테이블(T)(기준 데이터)을 참조하여, 목표 개구 면적(A)에 의거하여 목표 조작압을 연산한다(L102). 목표압 연산부(446)는, 연산한 목표 조작압에 대하여, 조작압(설계값)(Pita)과 학습 결과 조작압(Pisx)과의 차분(Pita-Pisx)을 가산한 값을, 보정 후의 목표 조작압으로서 출력한다. 밸브 지령 연산부(147)는, 보정된 목표 조작압에 의거하여, 전자 밸브(55a~59b)를 제어한다. 이 구성에 의하면, 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<변형예 5>
상기 실시 형태에서는, 학습 처리에 있어서 출력되는 학습 레귤레이터압(PPcs) 및 학습 조작압(Pis(i))이 스텝파 형상인 예(도 12, 도 16 참조)에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 학습 레귤레이터압(PPcs) 및 학습 조작압(Pis(i))의 상승, 및 하강을 완만하게 변화시켜도 된다. 이에 따라, 학습 시에 있어서의 유압 셔블(1)의 쇼크를 경감할 수 있다.
<변형예 6>
제 1 실시 형태, 제 2 실시 형태 모두, 학습 레귤레이터압에 대응하는 메인 펌프(201, 202, 203)의 토출 유량의 목표 유량(설계값)(Qc)에 대한 불균일은, 작은 쪽이 학습의 정밀도가 좋아진다. 이 때문에, 메인 펌프(201, 202, 203)의 토출 유량에 대한 레귤레이터압의 교정을 행하고 나서, 유량 제어 밸브(D1~D6)의 목표 개구 면적에 대한 목표 조작압의 교정(학습 및 보정)을 행하는 것이 바람직하다. 메인 펌프(201, 202, 203)의 토출 유량이, 목표 유량(설계값)(Qc)에 대하여 불균일한 경우, 계측되는 실린더압도 불균일해져버려, 목적의 압력(압력 문턱값)(Pta)에 대응하는 개구 면적이 얻어지고 있는지가 알 수 없게 되어 버린다. 이 때문에, 메인 펌프(201, 202, 203)의 토출 유량이 대략 설계값대로 작동유를 토출하고 있는 상태로 한 다음에, 유량 제어 밸브(D1~D6)에 대하여 학습 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
<변형예 7>
컨트롤러(40)는, 제 1 실시 형태에서 설명한 학습 처리와, 제 2 실시 형태에서 설명한 학습 처리의 쌍방을 실행 가능한 구성으로 해도 된다. 이에 따라, 유압 실린더(5~7)가 움직이기 시작할 때의 영역에서는, 제 2 실시 형태의 보정 후의 개구 특성 테이블(Ti)을 사용하여 목표 조작압(Pi1)을 연산하고, 어느 정도 유량 제어 밸브를 개방한 영역에서는, 제 1 실시 형태의 보정 후의 개구 특성 테이블(To)을 사용하여 목표 조작압(Pi1)을 연산해도 된다. 이에 따라, 유압 실린더(5~7)가 움직이기 시작할 때, 및, 영역 제한 제어에서의 사용 빈도가 높은 속도 영역에서의 작업 장치(1A)의 동작의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<변형예 8>
상기 실시 형태에서는, 학습 처리에 있어서, 학습 조작압(Pis(i))을 단계적으로 상승시키는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제 1 실시 형태에 있어서, 컨트롤러(40)는, 학습 조작압(Pis(i))을 단계적으로 하강시켜도 된다. 이 경우, 컨트롤러(40)는, 학습 조작압(Pis(i))을 단계적으로 하강시키는 과정에서, 유압 실린더의 출구측의 압력이 기준값으로서의 압력 문턱값(Pta) 이상이 되었을 때의 학습 조작압(Pis(i))을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억하면 된다.
또한, 제 2 실시 형태에 있어서, 컨트롤러(40)는, 학습 조작압(Pis(i))을 단계적으로 하강시켜도 된다. 이 경우, 컨트롤러(40)는, 학습 조작압(Pis(i))을 단계적으로 하강시키는 과정에서, 유압 실린더의 입구측의 압력의 시간 변화율(<0)이 기준값으로서의 시간 변화율 문턱값 이하가 되었을 때의 학습 조작압(Pis(i))을 학습 결과 조작압(Pisx)으로서 기억하면 된다. 여기서 이용되는 시간 변화율 문턱값은, 유량 제어 밸브가 폐쇄되기 시작하였을 때의 유압 실린더의 압력의 시간 변화율에 상당한다. 시간 변화율 문턱값은, 실린더압의 시간 변화율의 기준값(설계값)이며, 사전에 탁상 계산 혹은 시작기를 이용한 실험 등에 의거하여 정해지며, 유량 제어 밸브의 폐쇄 시작을 검출하기 위해 이용된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성으로 한정하는 취지는 아니다.
1…유압 셔블(작업 기계), 1A…작업 장치, 1B…차체, 5…붐 실린더(유압 실린더), 5a, 5b…압력 센서, 6…아암 실린더(유압 실린더), 6a, 6b…압력 센서, 7…버킷 실린더(유압 실린더), 7a, 7b…압력 센서, 8…붐(구동 대상 부재), 9…아암(구동 대상 부재), 10…버킷(구동 대상 부재), 11…주행체, 12…선회체, 14…차체 위치 검출 장치, 14a, 14b…GNSS 안테나, 15…제어 밸브 유닛, 18…엔진, 19…온도 센서, 21…제어 시스템, 30…붐 각도 센서(각도 센서, 자세 센서), 31…아암 각도 센서(각도 센서, 자세 센서), 32…버킷 각도 센서(각도 센서, 자세 센서), 33…차체 경사 각도 센서(각도 센서, 자세 센서), 40…컨트롤러, 41…처리 장치, 42…불휘발성 메모리, 43…휘발성 메모리, 48…파일럿 펌프, 50…자세 검출 장치, 51…목표면 설정 장치, 53…표시 장치, 53a…학습 개시 자세 화면, 55a, 55b, 56a, 56b, 57a, 57b, 58a, 58b, 59a, 59b…전자 밸브, 96…외부 입력 장치, 141…조작량 연산부, 142…자세 연산부, 143…목표면 연산부, 144…목표 속도 연산부, 145…학습부, 146…목표압 연산부, 147…밸브 지령 연산부, 148…표시 제어부, 149…전자 밸브 제어부, 170…토출 배관, 201…제 1 메인 펌프(유압 펌프), 201a…제 1 레귤레이터, 201b…압력 센서, 202…제 2 메인 펌프(유압 펌프), 202a…제 2 레귤레이터, 202a…레귤레이터, 202b…압력 센서, 203…제 3 메인 펌프(유압 펌프), 203a…제 3 레귤레이터, 203b…압력 센서, 446…목표압 연산부, A…목표 개구 면적, A1, A2, A3…전기 조작 레버 장치(조작 장치), Ain…미터인 목표 개구 면적(목표 개구 면적), Aout…미터아웃 목표 개구 면적(목표 개구 면적), D1…유량 제어 밸브(제 1 유량 제어 밸브), D2…유량 제어 밸브(제 2 유량 제어 밸브), D3~D6…유량 제어 밸브, Pai…유압 실린더의 미터인측의 압력(실린더압), Pao…유압 실린더의 미터아웃측의 압력(실린더압), Pav…평균 실린더압(실린더압의 평균값), Pb…버킷의 선단 위치(작업 장치의 제어점의 위치), Pi0…조작량 조작압(조작량에 따른 조작압의 목표값), Pi1…목표 조작압(목표 속도에 따른 조작압의 목표값), Pis…학습 조작압(학습 처리에 있어서 연산되는 조작압의 목표값), Pisx…학습 결과 조작압, Pita…조작압(설계값), Pp…토출압(펌프압), PPc201, PPc202, PPc203…목표 레귤레이터압, PPcs…학습 레귤레이터압, Pt…탱크압, Pta…압력 문턱값(기준값), Q, Qin, Qout…목표 유량, St…굴삭 목표면, T, Ti, To…개구 특성 테이블, Tte…온도 문턱값, ΔP, ΔPi, ΔPo…전후 차압, ΔPta…증가율 문턱값(기준값), ΔPx…증가율

Claims (9)

  1. 작동유를 토출하는 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더와,
    상기 유압 실린더에 의해 구동되는 구동 대상 부재와,
    상기 유압 펌프로부터 상기 유압 실린더에 공급되는 작동유의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브와,
    상기 유량 제어 밸브를 조작하는 조작압을 생성하는 전자 밸브와,
    상기 전자 밸브를 제어하는 컨트롤러와,
    상기 유압 실린더의 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한 작업 기계에 있어서,
    상기 컨트롤러에는, 상기 조작압과 상기 유량 제어 밸브의 개구 면적과의 관계를 규정하는 개구 특성 테이블이 기억되고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전자 밸브에 의해 생성되는 상기 조작압을 단계적으로 변화시킴과 함께, 상기 압력 센서에 의해 검출된 상기 유압 실린더의 압력 또는 상기 유압 실린더의 압력의 시간 변화율이 미리 정해진 기준값이 되었을 때의 상기 조작압을 기억하는 학습 처리를 실행하고,
    상기 유량 제어 밸브의 전후 차압을 산출하고,
    산출된 상기 전후 차압과, 상기 유량 제어 밸브를 통과하는 작동유의 목표 유량에 의거하여, 상기 유량 제어 밸브의 목표 개구 면적을 연산하고,
    상기 개구 특성 테이블과, 연산된 상기 목표 개구 면적과, 상기 학습 처리에 있어서 기억된 상기 조작압인 학습 결과 조작압에 의거하여, 상기 전자 밸브에 의해 생성되는 상기 조작압의 목표값을 연산하고,
    연산된 상기 조작압의 목표값에 의거하여 상기 전자 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 학습 결과 조작압에 의거하여 상기 개구 특성 테이블을 보정하고,
    보정된 상기 개구 특성 테이블을 참조하여, 상기 목표 개구 면적에 의거하여, 상기 조작압의 목표값을 연산하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 개구 특성 테이블을 참조하여, 상기 목표 개구 면적에 의거하여, 상기 조작압의 목표값을 연산하고,
    상기 학습 결과 조작압에 의거하여 상기 조작압의 목표값을 보정하고,
    보정된 상기 조작압의 목표값에 의거하여, 상기 전자 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 학습 처리에 있어서, 상기 전자 밸브에 의해 생성되는 상기 조작압을 단계적으로 상승시키는 과정에서, 상기 유압 실린더의 출구측의 압력이 상기 기준값으로서의 압력 문턱값 이하가 되었을 때의 상기 조작압을 상기 학습 결과 조작압으로서 기억하고,
    상기 유량 제어 밸브의 미터아웃 통로부의 전후 차압을 산출하고,
    산출된 상기 전후 차압과, 상기 미터아웃 통로부를 통과하는 작동유의 목표 유량에 의거하여, 상기 유량 제어 밸브의 상기 미터아웃 통로부의 목표 개구 면적을 연산하고,
    상기 개구 특성 테이블과, 연산된 상기 목표 개구 면적과, 상기 학습 결과 조작압에 의거하여, 상기 전자 밸브에 의해 생성되는 상기 조작압의 목표값을 연산하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 학습 처리에 있어서, 상기 전자 밸브에 의해 생성되는 상기 조작압을 단계적으로 상승시키는 과정에서, 상기 유압 실린더의 입구측의 압력의 증가율이 상기 기준값으로서의 증가율 문턱값 이상이 되었을 때의 상기 조작압을 상기 학습 결과 조작압으로서 기억하고,
    상기 유량 제어 밸브의 미터인 통로부의 전후 차압을 산출하고,
    산출된 상기 전후 차압과, 상기 미터인 통로부를 통과하는 작동유의 목표 유량에 의거하여, 상기 유량 제어 밸브의 상기 미터인 통로부의 목표 개구 면적을 연산하고,
    상기 개구 특성 테이블과, 연산된 상기 목표 개구 면적과, 상기 학습 결과 조작압에 의거하여, 상기 전자 밸브에 의해 생성되는 상기 조작압의 목표값을 연산하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 유량 제어 밸브로서, 제 1 유량 제어 밸브와 제 2 유량 제어 밸브를 구비하고,
    상기 제 1 유량 제어 밸브 및 상기 제 2 유량 제어 밸브는, 상기 유압 실린더로부터 배출되는 작동유가, 상기 제 1 유량 제어 밸브 및 상기 제 2 유량 제어 밸브를 통과하도록 구성되고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 학습 처리에 있어서, 상기 제 1 유량 제어 밸브를 개구시킨 상태에서, 상기 제 2 유량 제어 밸브에 대응하는 상기 전자 밸브에 의해 생성되는 상기 조작압을 단계적으로 상승시키고,
    상기 전자 밸브에 의해 생성되는 상기 조작압을 단계적으로 상승시키는 과정에서, 상기 유압 실린더의 출구측의 압력이 상기 압력 문턱값 이하가 되었을 때의 상기 조작압을 상기 학습 결과 조작압으로서 기억하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 유압 펌프와,
    복수의 상기 유압 실린더와,
    복수의 상기 유압 실린더의 각각에 대응하는 복수의 상기 유량 제어 밸브와,
    복수의 상기 유량 제어 밸브의 각각을 개별적으로 제어 가능한 복수의 상기 전자 밸브를 구비하고,
    복수의 상기 유압 펌프의 각각이 개별적으로 복수의 상기 유압 실린더의 각각에 대응하는 복수의 상기 유량 제어 밸브에 1대1로 접속 가능하며,
    상기 컨트롤러는,
    복수의 상기 전자 밸브의 각각에 의해 생성되는 복수의 상기 조작압을 동기적 또한 단계적으로 변화시킴과 함께, 상기 압력 센서에 의해 검출된 복수의 상기 유압 실린더의 압력을 입력하고,
    복수의 상기 유압 실린더의 압력 또는 복수의 상기 유압 실린더의 압력의 시간 변화율의 각각이 복수의 상기 전자 밸브마다 정해진 상기 기준값이 되었을 때의 상기 조작압을, 복수의 상기 전자 밸브마다의 상기 학습 결과 조작압으로서 기억하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 구동 대상 부재가 연결된 작업 장치의 자세를 검출하는 자세 센서를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 자세 센서에 의해 검출되는 상기 작업 장치의 자세가 미리 정해진 학습 개시 자세인지 여부를 판정하고,
    적어도, 상기 작업 장치의 자세가 상기 학습 개시 자세인 것을, 상기 학습 처리를 개시하는 조건의 하나로 하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  9. 제 1 항에 있어서,
    작동유의 온도를 검출하는 온도 센서를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 온도 센서에 의해 검출되는 작동유의 온도가, 미리 정해진 온도 문턱값 이상인지 여부를 판정하고,
    적어도, 작동유의 온도가 상기 온도 문턱값 이상인 것을, 상기 학습 처리를 개시하는 조건의 하나로 하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
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