KR101777935B1

KR101777935B1 - 건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법

Info

Publication number: KR101777935B1
Application number: KR1020157026701A
Authority: KR
Inventors: 진 기타지마
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2017-09-12
Also published as: US9677251B2; DE112014000106T5; JPWO2015186179A1; US10006189B2; WO2015186179A1; CN105378186A; US20160289928A1; KR20160009532A; US20170241106A1; JP5856685B1; DE112014000106B4; CN105378186B

Abstract

제어 시스템은, 복수의 틸트 기구를 갖는 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계를 제어한다. 제어 시스템은, 버킷에 배치되고, 수평면에 대한 경사 각도를 검출 가능하고, 틸트축을 중심으로 하는 버킷의 회전 각도를 나타내는 틸트 각도 데이터를 검출하는 틸트 각도 센서와, 틸트 각도 센서로부터 틸트 각도 데이터가 출력되는 데이터 취득부와, 고정 지령에 기초하여, 데이터 취득부에 출력되는 틸트 각도 데이터를 고정 데이터로 하는 데이터 고정부와, 고정 지령이 해제될 때까지, 고정 데이터에 기초하여, 작업기를 제어하는 작업기 제어부를 구비한다.

Description

건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법{CONSTRUCTION MACHINERY CONTROL SYSTEM, CONSTRUCTION MACHINERY, AND CONSTRUCTION MACHINERY CONTROL METHOD}

본 발명은, 건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법에 관한 것이다.

유압 셔블과 같은 건설 기계는, 붐과 아암과 버킷을 포함하는 작업기를 구비한다. 건설 기계의 제어에 있어서, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 개시되어 있는 바와 같은, 굴삭 대상의 목표 형상인 목표 굴삭 지형에 기초하여 버킷을 이동시키는 제한 굴삭 제어가 알려져 있다.

국제 공개 제2012/127914호 국제 공개 제2012/127913호

건설 기계에 있어서, 틸트 가능한 틸트식 버킷이 알려져 있다. 틸트식 버킷은, 아암에 대해 버킷을 틸트시키는 틸트용 액츄에이터에 의해 기울어진다. 틸트식 버킷에 있어서, 틸트 각도 센서를 사용하여 버킷의 틸트 각도 데이터를 취득하는 것을 생각할 수 있다. 버킷은, 틸트용 액츄에이터의 구동뿐만 아니라, 붐 및 아암의 적어도 일방의 상승 동작 또는 하강 동작에 의해서도 수평면에 대해 경사진다. 그 때문에, 붐 및 아암의 적어도 일방의 상승 동작 또는 하강 동작에 의해, 틸트 각도 센서는, 틸트용 액츄에이터의 구동에 기초하는 틸트 각도 데이터를 취득하는 것이 곤란해질 가능성이 있다. 그 결과, 굴삭 정밀도가 저하되어, 소기의 시공을 실행할 수 없게 될 가능성이 있다.

본 발명의 양태는, 틸트식 버킷을 사용하는 경우에 있어서도, 굴삭 정밀도의 저하를 억제할 수 있는 건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 양태는, 붐축을 중심으로 차량 본체에 대해 회전 가능한 붐과, 상기 붐축과 평행한 아암축을 중심으로 상기 붐에 대해 회전 가능한 아암과, 상기 아암축과 평행한 버킷축 및 상기 버킷축과 직교하는 틸트축의 각각을 중심으로 상기 아암에 대해 회전 가능한 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계의 제어 시스템으로서, 상기 버킷에 형성되고, 수평면에 대한 경사 각도를 검출 가능하고, 적어도 상기 틸트축을 중심으로 하는 상기 버킷의 회전 각도를 포함하는 틸트 각도 데이터를 검출하는 틸트 각도 센서와, 상기 틸트 각도 센서로부터 상기 틸트 각도 데이터가 출력되는 데이터 취득부와, 고정 지령에 기초하여, 상기 데이터 취득부에 출력되는 상기 데이터를 고정 데이터로 하는 데이터 고정부와, 상기 고정 지령이 해제될 때까지, 상기 고정 데이터에 기초하여, 상기 작업기를 제어하는 작업기 제어부를 구비하는 건설 기계의 제어 시스템을 제공한다.

본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 붐의 치수, 상기 아암의 치수, 및 상기 버킷의 치수를 포함하는 치수 데이터를 취득하는 제 1 취득부와, 굴삭 대상의 목표 형상인 목표 굴삭 지형을 나타내는 목표 굴삭 지형 데이터를 취득하는 제 2 취득부와, 상기 붐축을 중심으로 하는 상기 붐의 회전 각도를 나타내는 붐 각도 데이터, 상기 아암축을 중심으로 하는 상기 아암의 회전 각도를 나타내는 아암 각도 데이터, 및 상기 버킷축을 중심으로 하는 상기 버킷의 회전 각도를 나타내는 버킷 각도 데이터를 포함하는 작업기 각도 데이터를 취득하는 제 3 취득부와, 상기 작업기 각도 데이터, 상기 치수 데이터, 및 상기 고정 데이터에 기초하여, 상기 버킷의 현재 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터를 구하는 연산부를 구비하고, 상기 작업기 제어부는, 상기 목표 굴삭 지형 데이터와 상기 버킷 위치 데이터에 기초하여, 상기 목표 굴삭 지형과 상기 버킷의 거리에 따라 제한 속도를 결정하고, 상기 작업기가 상기 목표 굴삭 지형에 접근하는 방향의 속도가 상기 제한 속도 이하가 되도록 제한 굴삭 제어를 실행하고, 상기 고정 지령은, 상기 제한 굴삭 제어가 실시되는 기간의 적어도 일부에 있어서 상기 고정 데이터에 기초하여 상기 작업기가 제어되도록, 상기 데이터 고정부에 출력되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 고정 지령은, 상기 제한 굴삭 제어의 개시에 있어서 상기 데이터 고정부에 출력되고, 상기 제한 굴삭 제어의 종료에 있어서 해제되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 제한 굴삭 제어에 있어서, 상기 버킷의 구동을 금지하는 구동 금지부를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 양태에 있어서, 버킷을 구동 가능한 유압 실린더를 조작하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치를 구비하고, 상기 구동 금지부는, 상기 조작 장치로부터 출력된 조작 신호를 무효화하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 버킷의 외형 데이터를 취득하는 제 4 취득부를 구비하고, 상기 목표 굴삭 지형 데이터는, 상기 버킷축과 직교하는 작업기 동작 평면에 있어서의 굴삭 대상의 2 차원의 목표 형상인 설계 지형을 나타내는 2 차원 설계 지형 데이터이고, 상기 연산부는, 상기 작업기 각도 데이터, 상기 치수 데이터, 상기 외형 데이터, 및 고정 데이터에 기초하여, 상기 버킷 위치 데이터를 포함하고 상기 작업기 동작 평면에 있어서의 상기 버킷의 외형을 나타내는 2 차원 버킷 데이터를 구하고, 상기 작업기 제어부는, 상기 2 차원 버킷 데이터에 기초하여, 상기 작업기를 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 연산부는, 상기 2 차원 버킷 데이터, 상기 차량 본체의 현재 위치를 나타내는 차량 본체 위치 데이터, 및 상기 차량 본체의 자세를 나타내는 차량 본체 자세 데이터에 기초하여, 상기 목표 굴삭 지형과 상기 버킷의 상대 위치를 구하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 양태는, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체에 지지되는 상부 선회체와, 붐과 아암과 버킷을 포함하고, 상기 상부 선회체에 지지되는 작업기와, 제 1 양태의 제어 시스템을 구비하는 건설 기계를 제공한다.

본 발명의 제 3 양태는, 붐축을 중심으로 차량 본체에 대해 회전 가능한 붐과, 상기 붐축과 평행한 아암축을 중심으로 상기 붐에 대해 회전 가능한 아암과, 상기 아암축과 평행한 버킷축 및 상기 버킷축과 직교하는 틸트축의 각각을 중심으로 상기 아암에 대해 회전 가능한 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계의 제어 방법으로서, 상기 버킷에 배치되고, 수평면에 대한 경사 각도를 검출 가능한 틸트 각도 센서로, 상기 틸트축을 중심으로 하는 상기 버킷의 회전 각도를 나타내는 틸트 각도 데이터를 검출하는 것과, 상기 틸트 각도 센서로부터 출력된 상기 틸트 각도 데이터를 취득하는 것과, 고정 지령에 기초하여, 상기 틸트 각도 데이터를 고정화하여 고정 데이터를 생성하는 것과, 상기 고정 지령이 해제될 때까지, 상기 고정 데이터에 기초하여, 상기 작업기를 제어하는 것을 포함하는 건설 기계의 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 양태에 의하면, 굴삭 정밀도의 저하가 억제된다.

도 1 은, 건설 기계의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 버킷의 일례를 나타내는 측단면도이다.
도 3 은, 버킷의 일례를 나타내는 정면도이다.
도 4 는, 건설 기계의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 5 는, 건설 기계의 일례를 모식적으로 나타내는 배면도이다.
도 6 은, 건설 기계의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 7 은, 버킷의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 8 은, 버킷의 일례를 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 9 는, 제어 시스템의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 10 은, 유압 실린더의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 스트로크 센서의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12 는, 제한 굴삭 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 은, 유압 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14 는, 유압 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15 는, 유압 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
도 16 은, 건설 기계의 제어 방법의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 17a 는, 제어 시스템의 일례를 나타내는 기능 블록도이다.
도 17b 는, 제어 시스템의 일례를 나타내는 기능 블록도이다.
도 18 은, 제한 굴삭 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 19 는, 버킷의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 20 은, 버킷의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 21 은, 버킷의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 22 는, 버킷의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 23 은, 작업기의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 24 는, 버킷의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 25 는, 건설 기계의 제어 방법의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 26 은, 제한 굴삭 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 27 은, 제한 굴삭 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 28 은, 제한 굴삭 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 29 는, 제한 굴삭 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 30 은, 제한 굴삭 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 31 은, 제한 굴삭 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 32 는, 제한 굴삭 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 33 은, 제한 굴삭 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 34 는, 제한 굴삭 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 35 는, 건설 기계의 제어 방법의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 36 은, 틸트 각도 센서의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 37 은, 유압 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
도 38 은, 표시부의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 관련된 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 각 실시형태의 구성 요소는 적절히 조합할 수 있다. 또, 일부의 구성 요소를 사용하지 않는 경우도 있다.

이하의 설명에 있어서는, 글로벌 좌표계 및 로컬 좌표계의 각각을 설정하고, 그것들 좌표계를 참조하면서 각 부의 위치 관계에 대해 설명한다. 글로벌 좌표계는, 지구에 고정된 원점 (Pr) (도 4 참조) 을 기준으로 한 좌표계이다. 로컬 좌표계는, 건설 기계 (CM) 의 차량 본체 (1) 에 고정된 원점 (P0) (도 4 참조) 을 기준으로 한 좌표계이다. 로컬 좌표계를 차량 본체 좌표계로 칭해도 된다.

이하의 설명에 있어서는, 글로벌 좌표계를 XgYgZg 직교 좌표계로 나타낸다. 후술하는 바와 같이, 글로벌 좌표계의 기준 위치 (원점) (Pg) 는, 작업 에어리어에 위치한다. 수평면 내의 일방향을 Xg 축 방향, 수평면 내에 있어서 Xg 축 방향과 직교하는 방향을 Yg 축 방향, Xg 축 방향 및 Yg 축 방향의 각각과 직교하는 방향을 Zg 축 방향으로 한다. 또, Xg 축, Yg 축, 및 Zg 축 둘레의 회전 (경사) 방향을 각각 θXg, θYg, 및 θZg 방향으로 한다. Xg 축은, YgZg 평면과 직교한다. Yg 축은, XgZg 평면과 직교한다. Zg 축은, XgYg 평면과 직교한다. XgYg 평면은 수평면과 평행이다. Zg 축 방향은 연직 방향이다.

이하의 설명에 있어서는, 로컬 좌표계를 XYZ 직교 좌표계로 나타낸다. 후술하는 바와 같이, 로컬 좌표계의 기준 위치 (원점) (P0) 는, 선회체 (3) 의 선회 중심 (AX) 에 위치한다. 어느 평면 내의 일방향을 X 축 방향, 그 평면 내에 있어서 X 축 방향과 직교하는 방향을 Y 축 방향, X 축 방향 및 Y 축 방향의 각각과 직교하는 방향을 Z 축 방향으로 한다. 또, X 축, Y 축, 및 Z 축 둘레의 회전 (경사) 방향을 각각 θX, θY, 및 θZ 방향으로 한다. X 축은, YZ 평면과 직교한다. Y 축은, XZ 평면과 직교한다. Z 축은, XY 평면과 직교한다.

[유압 셔블의 전체 구성]

도 1 은, 본 실시형태에 관련된 건설 기계 (CM) 의 일례를 나타내는 사시도이다. 본 실시형태에 있어서는, 건설 기계 (CM) 가 유압에 의해 작동하는 작업기 (2) 를 구비하는 유압 셔블 (CM) 인 예에 대해 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블 (CM) 은, 차량 본체 (1) 와, 작업기 (2) 를 구비한다. 후술하는 바와 같이, 유압 셔블 (CM) 에는 굴삭 제어를 실행하는 제어 시스템 (200) 이 탑재되어 있다.

차량 본체 (1) 는, 선회체 (3) 와, 운전실 (4) 과, 주행 장치 (5) 를 갖는다. 선회체 (3) 는, 주행 장치 (5) 위에 배치된다. 주행 장치 (5) 는, 선회체 (3) 를 지지한다. 선회체 (3) 를 상부 선회체 (3) 로 칭해도 된다. 주행 장치 (5) 를 하부 주행체 (5) 로 칭해도 된다. 선회체 (3) 는, 선회축 (AX) 을 중심으로 선회 가능하다. 운전실 (4) 에 오퍼레이터가 착석하는 운전석 (4S) 이 형성된다. 오퍼레이터는, 운전실 (4) 에 있어서 유압 셔블 (CM) 을 조작한다. 주행 장치 (5) 는, 1 쌍의 캐터필러 (5Cr) 를 갖는다. 캐터필러 (5Cr) 의 회전에 의해, 유압 셔블 (CM) 이 주행한다. 또한, 주행 장치 (5) 가 차륜 (타이어) 을 포함해도 된다.

본 실시형태에 있어서는, 운전석 (4S) 을 기준으로 하여 각 부의 위치 관계에 대해 설명한다. 전후 방향이란, 운전석 (4S) 을 기준으로 한 전후 방향을 말한다. 좌우 방향이란, 운전석 (4S) 을 기준으로 한 좌우 방향을 말한다. 좌우 방향은, 차폭 방향에 일치한다. 운전석 (4S) 이 정면에 정대 (正對) 되는 방향을 전방향으로 하고, 전방향에 대향하는 방향을 후방향으로 한다. 운전석 (4S) 이 정면에 정대될 때 측방향의 우측, 좌측을 각각 우방향, 좌방향으로 한다. 본 실시형태에 있어서, 전후 방향은 X 축 방향이고, 좌우 방향은 Y 축 방향이다. 운전석 (4S) 이 정면에 정대되는 방향은, 전방향 (+X 방향) 이고, 전방향의 반대 방향은, 후방향 (-X 방향) 이다. 운전석 (4S) 이 정면에 정대될 때의 차폭 방향의 일측의 방향은, 우방향 (+Y 방향) 이고, 차폭 방향의 타측의 방향은, 좌방향 (-Y 방향) 이다.

선회체 (3) 는, 엔진이 수용되는 엔진 룸 (9) 과, 선회체 (3) 의 후부에 형성되는 카운터 웨이트를 갖는다. 선회체 (3) 에 있어서, 엔진 룸 (9) 의 전방에 난간 (19) 이 형성된다. 엔진 룸 (9) 에, 엔진 및 유압 펌프 등이 배치된다.

작업기 (2) 는, 선회체 (3) 에 접속된다. 작업기 (2) 는, 붐 핀 (13) 을 개재하여 선회체 (3) 에 접속되는 붐 (6) 과, 아암 핀 (14) 을 개재하여 붐 (6) 에 접속되는 아암 (7) 과, 버킷 핀 (15) 및 틸트 핀 (80) 을 개재하여 아암 (7) 에 접속되는 버킷 (8) 과, 붐 (6) 을 구동시키는 붐 실린더 (10) 와, 아암 (7) 을 구동시키는 아암 실린더 (11) 와, 버킷 (8) 을 구동시키는 버킷 실린더 (12) 및 틸트 실린더 (30) 를 갖는다. 붐 (6) 의 기단부 (基端部) (붐 푸트) 와 선회체 (3) 가 접속된다. 붐 (6) 의 선단부 (붐 탑) 와 아암 (7) 의 기단부 (아암 푸트) 가 접속된다. 아암 (7) 의 선단부 (아암 탑) 와 버킷 (8) 의 기단부가 접속된다. 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12), 및 틸트 실린더 (30) 의 각각은, 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더이다.

작업기 (2) 는, 붐 실린더 (10) 에 배치되고, 붐 실린더 (10) 의 스트로크 길이 (붐 실린더 길이) 를 검출하는 제 1 스트로크 센서 (16) 와, 아암 실린더 (11) 에 배치되고, 아암 실린더 (11) 의 스트로크 길이 (아암 실린더 길이) 를 검출하는 제 2 스트로크 센서 (17) 와, 버킷 실린더 (12) 에 배치되고, 버킷 실린더 (12) 의 스트로크 길이 (버킷 실린더 길이) 를 검출하는 제 3 스트로크 센서 (18) 를 갖는다.

붐 (6) 은, 회전축인 붐축 (J1) 을 중심으로 선회체 (3) 에 대해 회전 가능하다. 아암 (7) 은, 붐축 (J1) 과 평행한 회전축인 아암축 (J2) 을 중심으로 붐 (6) 에 대해 회전 가능하다. 버킷 (8) 은, 붐축 (J1) 및 아암축 (J2) 과 평행한 회전축인 버킷축 (J3) 을 중심으로 아암 (7) 에 대해 회전 가능하다. 버킷 (8) 은, 버킷축 (J3) 과 직교하는 회전축인 틸트축 (J4) 을 중심으로 아암 (7) 에 대해 회전 가능하다. 붐 핀 (13) 은, 붐축 (J1) 을 포함한다. 아암 핀 (14) 은, 아암축 (J2) 을 포함한다. 버킷 핀 (15) 은, 버킷축 (J3) 을 포함한다. 틸트 핀 (80) 은, 틸트축 (J4) 을 포함한다.

본 실시형태에 있어서, 붐축 (J1), 아암축 (J2), 및 버킷축 (J3) 의 각각은 Y 축과 평행이다. 붐 (6), 아암 (7), 및 버킷 (8) 의 각각은 θY 방향으로 회전 가능하다. 본 실시형태에 있어서, XZ 평면은, 소위, 붐 (6) 및 아암 (7) 의 수직 회동면 (回動面) 을 포함한다.

이하의 설명에 있어서는, 붐 실린더 (10) 의 스트로크 길이를 적절히 붐 실린더 길이 또는 붐 스트로크로 칭하고, 아암 실린더 (11) 의 스트로크 길이를 적절히 아암 실린더 길이 또는 아암 스트로크로 칭하고, 버킷 실린더 (12) 의 스트로크 길이를 적절히 버킷 실린더 길이 또는 버킷 스트로크로 칭하고, 틸트 실린더 (30) 의 스트로크 길이를 적절히 틸트 실린더 길이로 칭한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 붐 실린더 길이, 아암 실린더 길이, 버킷 실린더 길이, 및 틸트 실린더 길이를 적절히 실린더 길이 데이터 (L) 로 총칭한다.

[버킷]

다음으로, 본 실시형태에 관련된 버킷 (8) 에 대해 설명한다. 도 2 는, 본 실시형태에 관련된 버킷 (8) 의 일례를 나타내는 측단면도이다. 도 3 은, 본 실시형태에 관련된 버킷 (8) 의 일례를 나타내는 정면도이다. 본 실시형태에 있어서, 버킷 (8) 은, 틸트식 버킷이다.

도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 작업기 (2) 는, 버킷축 (J3) 및 버킷축 (J3) 과 직교하는 틸트축 (J4) 의 각각을 중심으로 아암 (7) 에 대해 회전 가능한 버킷 (8) 을 갖는다. 버킷 (8) 은, 버킷 핀 (15) (버킷축 (J3)) 을 중심으로 아암 (7) 에 회전 가능하게 지지되어 있다. 버킷 (8) 은, 틸트 핀 (80) (틸트축 (J4)) 을 중심으로 아암 (7) 에 회전 가능하게 지지된다. 버킷축 (J3) 과 틸트축 (J4) 은 직교한다. 버킷 (8) 은, 버킷축 (J3) 및 그 버킷축 (J3) 과 직교하는 틸트축 (J4) 의 각각을 중심으로 아암 (7) 에 회전 가능하게 지지된다.

버킷 (8) 은, 접속 부재 (프레임) (90) 를 개재하여, 아암 (7) 의 선단부에 접속된다. 버킷 핀 (15) 은, 아암 (7) 과 접속 부재 (90) 를 연결한다. 틸트 핀 (80) 은, 접속 부재 (90) 와 버킷 (8) 을 연결한다. 버킷 (8) 은, 접속 부재 (90) 를 개재하여, 아암 (7) 에 회전 가능하게 접속된다.

버킷 (8) 은, 저판 (81) 과, 배판 (82) 과, 상판 (83) 과, 측판 (84) 과, 측판 (85) 을 포함한다. 저판 (81) 과 상판 (83) 과 측판 (84) 과 측판 (85) 에 의해, 버킷 (8) 의 개구부 (86) 가 규정된다.

버킷 (8) 은, 상판 (83) 의 상부에 형성된 브래킷 (87) 을 갖는다. 브래킷 (87) 은, 상판 (83) 의 전후 위치에 설치된다. 브래킷 (87) 은, 접속 부재 (90) 및 틸트 핀 (80) 과 연결된다.

접속 부재 (90) 는, 플레이트 부재 (91) 와, 플레이트 부재 (91) 의 상면에 형성된 브래킷 (92) 과, 플레이트 부재 (91) 의 하면에 형성된 브래킷 (93) 을 갖는다. 브래킷 (92) 은, 아암 (7) 및 후술하는 제 2 링크 핀 (95P) 과 연결된다. 브래킷 (93) 은, 브래킷 (87) 의 상부에 설치되고, 틸트 핀 (80) 및 브래킷 (87) 과 연결된다.

버킷 핀 (15) 은, 접속 부재 (90) 의 브래킷 (92) 과 아암 (7) 의 선단부를 연결한다. 틸트 핀 (80) 은, 접속 부재 (90) 의 브래킷 (93) 과 버킷 (8) 의 브래킷 (87) 을 연결한다. 이로써, 아암 (7) 에 대해 접속 부재 (90) 및 버킷 (8) 이 버킷축 (J3) 을 중심으로 회전 가능해지고, 접속 부재 (90) 에 대해 버킷 (8) 이 틸트축 (J4) 을 중심으로 회전 가능해진다.

작업기 (2) 는, 제 1 링크 핀 (94P) 을 개재하여 아암 (7) 에 회전 가능하게 접속되는 제 1 링크 부재 (94) 와, 제 2 링크 핀 (95P) 을 개재하여 브래킷 (92) 에 회전 가능하게 접속되는 제 2 링크 부재 (95) 를 갖는다. 제 1 링크 부재 (94) 의 기단부가 제 1 링크 핀 (94P) 을 개재하여 아암 (7) 에 접속된다. 제 2 링크 부재 (95) 의 기단부가 제 2 링크 핀 (95P) 을 개재하여 브래킷 (92) 에 접속된다. 제 1 링크 부재 (94) 의 선단부와 제 2 링크 부재 (95) 의 선단부가, 버킷 실린더 탑 핀 (96) 을 개재하여 연결된다.

버킷 실린더 (12) 의 선단부는, 버킷 실린더 탑 핀 (96) 을 개재하여, 제 1 링크 부재 (94) 의 선단부 및 제 2 링크 부재 (95) 의 선단부와 회전 가능하게 접속된다. 버킷 실린더 (12) 가 신축하도록 작동하면, 접속 부재 (90) 가 버킷 (8) 과 함께 버킷축 (J3) 을 중심으로 회전한다.

틸트 실린더 (30) 는, 접속 부재 (90) 에 형성된 브래킷 (97), 및 버킷 (8) 에 형성된 브래킷 (88) 의 각각에 접속된다. 틸트 실린더 (30) 의 로드가 핀을 개재하여 브래킷 (97) 에 접속된다. 틸트 실린더 (30) 의 본체부가 핀을 개재하여 브래킷 (88) 에 접속된다. 버킷 실린더 (12) 가 신축하도록 작동하면, 버킷 (8) 은 틸트축 (J4) 을 중심으로 회전한다.

이와 같이, 버킷 (8) 은, 버킷 실린더 (12) 의 작동에 의해, 버킷축 (J3) 을 중심으로 회전한다. 버킷 (8) 은, 틸트 실린더 (30) 의 작동에 의해, 틸트축 (J4) 을 중심으로 회전한다. 본 실시형태에 있어서는, 버킷축 (J3) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전에 의해, 틸트 핀 (80) (틸트축 (J4)) 이 버킷 (8) 과 함께 회전 (경사) 한다.

본 실시형태에 있어서, 작업기 (2) 는, 틸트축 (J4) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전 각도 (δ) 를 나타내는 틸트 각도 데이터를 검출하는 틸트 각도 센서 (70) 를 갖는다. 틸트 각도 센서 (70) 는, 글로벌 좌표계에 있어서의 수평면에 대한 버킷 (8) 의 틸트 각도 (회전 각도) 를 검출한다. 틸트 각도 센서 (70) 는, 소위, 2 축의 각도 센서이고, 후술하는 θXg 방향, 및 θYg 방향에 관한 2 개의 방향에 관한 경사 각도를 검출한다. 틸트 각도 센서 (70) 는, 버킷 (8) 의 적어도 일부에 형성된다. 글로벌 좌표계에 있어서의 틸트 각도는, 경사 센서 (24) 의 검출 결과에 기초하여, 로컬 좌표계에 있어서의 틸트 각도 (δ) 로 변환된다.

또한, 버킷 (8) 은, 본 실시형태에 한정되지 않는다. 버킷 (8) 의 경사 각도 (틸트 각도) 를 임의로 설정하는 방법이어도 된다. 경사 각도의 축은, 다른 1 축을 증가해도 된다.

[유압 셔블의 구조]

도 4 는, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블 (CM) 을 모식적으로 나타내는 측면도이다. 도 5 는, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블 (CM) 을 모식적으로 나타내는 배면도이다. 도 6 은, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블 (CM) 을 모식적으로 나타내는 평면도이다.

본 실시형태에 있어서는, 붐축 (J1) 과 아암축 (J2) 의 거리 (L1) 를 붐 길이 (L1) 로 한다. 아암축 (J2) 과 버킷축 (J3) 의 거리 (L2) 를 아암 길이 (L2) 로 한다. 버킷축 (J3) 과 버킷 (8) 의 선단부 (8a) 의 거리 (L3) 를 버킷 길이 (L3) 로 한다.

버킷 (8) 의 선단부는, 버킷 (8) 이 갖는 칼날의 선단부를 포함한다. 본 실시형태에 있어서, 버킷 (8) 의 칼날의 선단부는, 스트레이트상이다. 또한, 버킷 (8) 은, 복수의 날카로운 칼날을 가져도 된다. 이하의 설명에 있어서, 버킷 (8) 의 선단부 (8a) 를 적절히 칼끝 (8a) 으로 칭한다.

유압 셔블 (CM) 은, 작업기 (2) 의 각도를 검출하는 각도 검출 장치 (22) 를 갖는다. 각도 검출 장치 (22) 는, 붐축 (J1) 을 중심으로 하는 붐 (6) 의 회전 각도 (α) 를 나타내는 붐 각도 데이터, 아암축 (J2) 을 중심으로 하는 아암 (7) 의 회전 각도 (β) 를 나타내는 아암 각도 데이터, 및 버킷축 (J3) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전 각도 (γ) 를 나타내는 버킷 각도 데이터를 포함하는 작업기 각도 데이터를 검출한다. 본 실시형태에 있어서, 붐 각도 (회전 각도) (α) 는, 로컬 좌표계의 Z 축과 평행한 축에 대한 붐 (6) 의 경사 각도를 포함한다. 아암 각도 (회전 각도) (β) 는, 붐 (6) 에 대한 아암 (7) 의 경사 각도를 포함한다. 버킷 각도 (회전 각도) (γ) 는, 아암 (7) 에 대한 버킷 (8) 의 경사 각도를 포함한다.

본 실시형태에 있어서, 각도 검출 장치 (22) 는, 붐 실린더 (10) 에 배치된 제 1 스트로크 센서 (16) 와, 아암 실린더 (11) 에 배치된 제 2 스트로크 센서 (17) 와, 버킷 실린더 (12) 에 배치된 제 3 스트로크 센서 (18) 를 포함한다. 제 1 스트로크 센서 (16) 의 검출 결과에 기초하여 붐 실린더 길이가 구해진다. 제 2 스트로크 센서 (17) 의 검출 결과에 기초하여 아암 실린더 길이가 구해진다. 제 3 스트로크 센서 (18) 의 검출 결과에 기초하여 버킷 실린더 길이가 구해진다. 본 실시형태에 있어서는, 제 1 스트로크 센서 (16) 에 의해 붐 실린더 길이가 검출됨으로써, 붐 각도 (α) 가 도출 또는 산출된다. 제 2 스트로크 센서 (17) 에 의해 아암 실린더 길이가 검출됨으로써, 아암 각도 (β) 가 도출 또는 산출된다. 제 3 스트로크 센서 (18) 에 의해 버킷 실린더 길이가 검출됨으로써, 버킷 각도 (γ) 가 도출 또는 산출된다.

유압 셔블 (CM) 은, 차량 본체 (1) 의 현재 위치를 나타내는 차량 본체 위치 데이터 (P), 및 차량 본체 (1) 의 자세를 나타내는 차량 본체 자세 데이터 (Q) 를 검출 가능한 위치 검출 장치 (20) 를 구비하고 있다. 차량 본체 (1) 의 현재 위치는, 글로벌 좌표계에 있어서의 차량 본체 (1) 의 현재 위치 (Xg 위치, Yg 위치, 및 Zg 위치) 를 포함한다. 차량 본체 (1) 의 자세는, θXg 방향, θYg 방향, 및 θZg 방향에 관한 선회체 (3) 의 위치를 포함한다. 차량 본체 (1) 의 자세는, 수평면 (XgYg 평면) 에 대한 선회체 (3) 의 좌우 방향의 경사 각도 (롤각) (θ1) 와, 수평면에 대한 선회체 (3) 의 전후 방향의 경사 각도 (피치각) (θ2) 와, 글로벌 좌표의 기준 방위 (예를 들어 북쪽) 와 선회체 (3) (작업기 (2)) 가 향하고 있는 방위가 이루는 각도 (요각) (θ3) 를 포함한다.

위치 검출 장치 (20) 는, 안테나 (21) 와, 위치 센서 (23) 와, 경사 센서 (24) 를 갖는다. 안테나 (21) 는, 차량 본체 (1) 의 현재 위치를 검출하기 위한 안테나이다. 안테나 (21) 는, GNSS (Global Navigation Satellite Systems : 전지구 항법 위성 시스템) 용의 안테나이다. 안테나 (21) 는, RTK-GNSS (Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems) 용 안테나이다. 안테나 (21) 는, 선회체 (3) 에 형성된다. 본 실시형태에 있어서, 안테나 (21) 는, 선회체 (3) 의 난간 (19) 에 형성된다. 또한, 안테나 (21) 는, 엔진 룸 (9) 의 후방향에 형성되어도 된다. 예를 들어, 선회체 (3) 의 카운터 웨이트에 안테나 (21) 가 형성되어도 된다. 안테나 (21) 는, 수신한 전파 (GNSS 전파) 에 따른 신호를 위치 센서 (23) 에 출력한다.

위치 센서 (23) 는, 3 차원 위치 센서 및 글로벌 좌표 연산부를 포함하고, 글로벌 좌표계에 있어서의 안테나 (21) 의 설치 위치 (Pr) 를 검출한다. 글로벌 좌표계는, 작업 에어리어에 설치한 기준 위치 (Pg) 를 기초로 한 3 차원 좌표계이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 기준 위치 (Pg) 는, 작업 에어리어에 설정된 기준항 (基準杭) 의 선단의 위치이다.

본 실시형태에 있어서, 안테나 (21) 는, 로컬 좌표계의 Y 축 방향 (선회체 (3) 의 차폭 방향) 에 관해서 멀어지도록 선회체 (3) 에 형성된 제 1 안테나 (21A) 및 제 2 안테나 (21B) 를 포함한다. 위치 센서 (23) 는, 제 1 안테나 (21A) 의 설치 위치 (Pra) 및 제 2 안테나 (21B) 의 설치 위치 (Prb) 를 검출한다.

위치 검출 장치 (20) 는, 위치 센서 (23) 를 사용하여, 글로벌 좌표에 있어서의 차량 본체 위치 데이터 (P) 및 차량 본체 자세 데이터 (Q) 를 취득한다. 차량 본체 위치 데이터 (P) 는, 선회체 (3) 의 선회축 (선회 중심) (AX) 에 위치하는 기준 위치 (P0) 를 나타내는 데이터이다. 또한, 기준 위치 데이터 (P) 는, 설치 위치 (Pr) 를 나타내는 데이터여도 된다. 위치 검출 장치 (20) 는, 기준 위치 (P0) 를 포함하는 차량 본체 위치 데이터 (P) 를 취득한다. 또, 위치 검출 장치 (20) 는, 2 개의 설치 위치 (Pra) 및 설치 위치 (Prb) 에 기초하여, 차량 본체 자세 데이터 (Q) 를 취득한다. 차량 본체 자세 데이터 (Q) 는, 설치 위치 (Pra) 와 설치 위치 (Prb) 에서 결정되는 직선이 글로벌 좌표의 기준 방위 (예를 들어 북쪽) 에 대해 이루는 각에 기초하여 결정된다. 차량 본체 자세 데이터 (Q) 는, 선회체 (3) (작업기 (2)) 가 향하고 있는 방위를 나타낸다.

경사 센서 (24) 는, 선회체 (3) 에 형성된다. 경사 센서 (24) 는, IMU (Inertial Measurement Unit) 를 포함한다. 경사 센서 (24) 는, 운전실 (4) 의 하부에 배치된다. 선회체 (3) 에 있어서, 운전실 (4) 의 하부에 고강성의 프레임이 배치된다. 또한, 경사 센서 (24) 는, 선회체 (3) 의 선회축 (AX) (기준 위치 P2) 의 측방 (우측 또는 좌측) 에 배치되어도 된다. 경사 센서 (24) 는, 그 프레임에 배치된다. 위치 검출 장치 (20) 는, 경사 센서 (24) 를 사용하여, 롤각 (θ1) 및 피치각 (θ2) 을 포함하는 차량 본체 자세 데이터 (Q) 를 취득한다.

도 7 은, 본 실시형태에 관련된 버킷 (8) 을 모식적으로 나타내는 측면도이다. 도 8 은, 본 실시형태에 관련된 버킷 (8) 을 모식적으로 나타내는 정면도이다.

본 실시형태에 있어서는, 버킷축 (J3) 과 틸트축 (J4) 의 거리 (L4) 를 틸트 길이 (L4) 로 한다. 측판 (84) 과 측판 (85) 의 거리 (L5) 를 버킷 (8) 의 폭의 치수 (L5) 로 한다. 틸트 각도 (δ) 는, XY 평면에 대한 버킷 (8) 의 경사 각도이다. 틸트 각도 (δ) 를 나타내는 틸트 각도 데이터는, 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 결과로부터 도출된다. 틸트축 각도 (ε) 는, XY 평면에 대한 틸트축 (J4) (틸트 핀 (80)) 의 경사 각도이다. 틸트축 각도 (ε) 를 나타내는 틸트 각도 데이터는, 각도 검출 장치 (22) 의 검출 결과로부터 도출된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 틸트 각도 데이터가 각도 검출 장치 (22) 의 검출 결과로부터 취득되는 것으로 하지만, 버킷 (8) 의 틸트 각도는, 예를 들어, 틸트 실린더 (30) 의 스트로크 길이 (틸트 실린더 길이) 를 검출한 검출 결과로부터 산출하여 취득할 수도 있다.

[제어 시스템의 구성]

다음으로, 본 실시형태에 관련된 제어 시스템 (200) 의 개요에 대해 설명한다. 도 9 는, 본 실시형태에 관련된 제어 시스템 (200) 의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.

제어 시스템 (200) 은, 작업기 (2) 를 사용하는 굴삭 처리를 제어한다. 굴삭 처리의 제어는, 제한 굴삭 제어를 포함한다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 제어 시스템 (200) 은, 위치 검출 장치 (20) 와, 각도 검출 장치 (22) 와, 틸트 각도 센서 (70) 와, 조작 장치 (25) 와, 작업기 컨트롤러 (26) 와, 압력 센서 (66) 와, 제어 밸브 (27) 와, 방향 제어 밸브 (64) 와, 표시 컨트롤러 (28) 와, 표시부 (29) 와, 입력부 (36) 와, 센서 컨트롤러 (32) 와, 펌프 컨트롤러 (34) 와, IMU (24) 를 구비하고 있다.

표시부 (29) 는, 표시 컨트롤러 (28) 의 제어에 기초하여, 굴삭을 실시해야 할 목표 굴삭 지형 등의 소정의 정보를 표시한다. 입력부 (36) 는, 표시부에서 입력을 실시하는 터치 패널 등으로 되고, 오퍼레이터에 의해 입력 조작된다. 오퍼레이터에 의해 조작됨으로써, 입력부 (36) 는, 그 조작에 기초하는 조작 신호를 생성하여, 표시 컨트롤러 (28) 에 출력한다.

조작 장치 (25) 는, 운전실 (4) 에 배치된다. 오퍼레이터에 의해 조작 장치 (25) 가 조작된다. 조작 장치 (25) 는, 작업기 (2) 를 구동시키는 오퍼레이터 조작을 접수한다. 본 실시형태에 있어서, 조작 장치 (25) 는, 파일럿 유압 방식의 조작 장치이다.

이하의 설명에 있어서는, 유압 실린더 (붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12), 및 틸트 실린더 (30)) 를 작동시키기 위해서 그 유압 실린더에 공급되는 오일을 적절히 작동유로 칭한다. 본 실시형태에 있어서는, 방향 제어 밸브 (64) 에 의해, 유압 실린더에 대한 작동유의 공급량이 조정된다. 방향 제어 밸브 (64) 는, 공급되는 오일에 의해 작동한다. 이하의 설명에 있어서는, 방향 제어 밸브 (64) 를 작동시키기 위해서 그 방향 제어 밸브 (64) 에 공급되는 오일을 적절히 파일럿유로 칭한다. 또, 파일럿유의 압력을 적절히 파일럿 유압으로 칭한다.

작동유 및 파일럿유는, 동일한 유압 펌프로부터 송출되어도 된다. 예를 들어, 유압 펌프로부터 송출된 작동유의 일부가 감압 밸브로 감압되고, 그 감압된 작동유가 파일럿유로서 사용되어도 된다. 또, 작동유를 송출하는 유압 펌프 (메인 유압 펌프) 와, 파일럿유를 송출하는 유압 펌프 (파일럿 유압 펌프) 가 다른 유압 펌프여도 된다.

조작 장치 (25) 는, 제 1 조작 레버 (25R) 와, 제 2 조작 레버 (25L) 와, 제 3 조작 레버 (25P) 를 갖는다. 제 1 조작 레버 (25R) 는, 예를 들어 운전석 (4S) 의 우측에 배치된다. 제 2 조작 레버 (25L) 는, 예를 들어 운전석 (4S) 의 좌측에 배치된다. 제 3 조작 레버 (25P) 는, 예를 들어 제 2 조작 레버 (25L) 에 배치된다. 또한, 제 3 조작 레버 (25P) 는, 제 1 조작 레버 (25R) 에 배치되어도 된다. 제 1 조작 레버 (25R) 및 제 2 조작 레버 (25L) 에서는, 전후좌우의 동작이 2 축의 동작에 대응하고 있다.

제 1 조작 레버 (25R) 에 의해, 붐 (6) 및 버킷 (8) 이 조작된다. 제 1 조작 레버 (25R) 의 전후 방향의 조작은, 붐 (6) 의 조작에 대응하고, 전후 방향의 조작에 따라 붐 (6) 의 하강 동작 및 상승 동작이 실행된다. 제 1 조작 레버 (25R) 의 좌우 방향의 조작은, 버킷 (8) 의 조작에 대응하고, 좌우 방향의 조작에 따라 버킷 (8) 의 굴삭 동작 및 개방 동작이 실행된다.

제 2 조작 레버 (25L) 에 의해, 아암 (7) 및 선회체 (3) 가 조작된다. 제 2 조작 레버 (25L) 의 전후 방향의 조작은, 아암 (7) 의 조작에 대응하고, 전후 방향의 조작에 따라 아암 (7) 의 상승 동작 및 하강 동작이 실행된다. 제 2 조작 레버 (25L) 의 좌우 방향의 조작은, 선회체 (3) 의 선회에 대응하고, 좌우 방향의 조작에 따라 선회체 (3) 의 우선회 동작 및 좌선회 동작이 실행된다.

제 3 조작 레버 (25P) 에 의해 버킷 (8) 이 조작된다. 본 실시형태에 있어서는, 제 1 조작 레버 (25R) 에 의해, 버킷축 (J3) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전이 조작된다. 제 3 조작 레버 (25P) 에 의해, 틸트축 (J4) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전 (틸트) 이 조작된다.

본 실시형태에 있어서, 붐 (6) 의 상승 동작은, 덤프 동작에 상당한다. 붐 (6) 의 하강 동작은, 굴삭 동작에 상당한다. 아암 (7) 의 하강 동작은, 굴삭 동작에 상당한다. 아암 (7) 의 상승 동작은, 덤프 동작에 상당한다. 버킷 (8) 의 하강 동작은, 굴삭 동작에 상당한다. 또한, 아암 (7) 의 하강 동작을 굽힘 동작으로 칭해도 된다. 아암 (7) 의 상승 동작을 신장 동작으로 칭해도 된다.

파일럿 유압 펌프로부터 송출되고, 제어 밸브에 의해 파일럿 유압으로 감압된 파일럿유가 조작 장치 (25) 에 공급된다. 조작 장치 (25) 의 조작량에 기초하여 파일럿 유압이 조정되고, 그 파일럿 유압에 따라, 유압 실린더 (붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12), 및 틸트 실린더 (40)) 에 공급되는 작동유가 흐르는 방향 제어 밸브 (64) 가 구동된다. 파일럿 유압 라인 (450) 에는, 압력 센서 (66) 가 배치되어 있다. 압력 센서 (66) 는, 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서 (66) 의 검출 결과는, 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력된다.

제 1 조작 레버 (25R) 는, 붐 (6) 의 구동을 위해서 전후 방향으로 조작된다. 전후 방향에 관한 제 1 조작 레버 (25R) 의 조작량 (붐 조작량) 에 따라, 붐 (6) 을 구동시키기 위한 붐 실린더 (10) 에 공급되는 작동유가 흐르는 방향 제어 밸브 (64) 가 구동된다.

제 1 조작 레버 (25R) 는, 버킷 (8) 의 구동을 위해서 좌우 방향으로 조작된다. 좌우 방향에 관한 제 1 조작 레버 (25R) 의 조작량 (버킷 조작량) 에 따라, 버킷 (8) 을 구동시키기 위한 버킷 실린더 (12) 에 공급되는 작동유가 흐르는 방향 제어 밸브 (64) 가 구동된다.

제 2 조작 레버 (25L) 는, 아암 (7) 의 구동을 위해서 전후 방향으로 조작된다. 전후 방향에 관한 제 2 조작 레버 (25L) 의 조작량 (아암 조작량) 에 따라, 아암 (7) 을 구동시키기 위한 아암 실린더 (11) 에 공급되는 작동유가 흐르는 방향 제어 밸브 (64) 가 구동된다.

제 2 조작 레버 (25L) 는, 선회체 (3) 의 구동을 위해서 좌우 방향으로 조작된다. 좌우 방향에 관한 제 2 조작 레버 (25L) 의 조작량에 따라, 선회체 (3) 를 구동시키기 위한 유압 액츄에이터에 공급되는 작동유가 흐르는 방향 제어 밸브 (64) 가 구동된다.

제 3 조작 레버 (25P) 는, 버킷 (8) 의 구동 (틸트축 (J4) 을 중심으로 하는 회전) 을 위해서 조작된다. 제 3 조작 레버 (25P) 의 조작량에 따라, 버킷 (8) 을 틸트시키기 위한 틸트 실린더 (30) 에 공급되는 작동유가 흐르는 방향 제어 밸브 (64) 가 구동된다.

또한, 제 1 조작 레버 (25R) 의 좌우 방향의 조작이 붐 (6) 의 조작에 대응하고, 전후 방향의 조작이 버킷 (8) 의 조작에 대응해도 된다. 또한, 제 2 조작 레버 (25L) 의 좌우 방향이 아암 (7) 의 조작에 대응하고, 전후 방향의 조작이 선회체 (3) 의 조작에 대응해도 된다.

제어 밸브 (27) 는, 유압 실린더 (붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12), 및 틸트 실린더 (30)) 에 대한 작동유의 공급량을 조정하기 위해서 작동한다. 제어 밸브 (27) 는, 작업기 컨트롤러 (26) 로부터의 제어 신호에 기초하여 작동한다.

각도 검출 장치 (22) 는, 붐축 (J1) 을 중심으로 하는 붐 (6) 의 회전 각도 (α) 를 나타내는 붐 각도 데이터, 아암축 (J2) 을 중심으로 하는 아암 (7) 의 회전 각도 (β) 를 나타내는 아암 각도 데이터, 및 버킷축 (J3) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전 각도 (γ) 를 나타내는 버킷 각도 데이터를 포함하는 작업기 각도 데이터를 검출한다.

본 실시형태에 있어서, 각도 검출 장치 (22) 는, 제 1 스트로크 센서 (16), 제 2 스트로크 센서 (17), 및 제 3 스트로크 센서 (18) 를 포함한다. 제 1 스트로크 센서 (16) 의 검출 결과, 제 2 스트로크 센서 (17) 의 검출 결과, 및 제 3 스트로크 센서 (18) 의 검출 결과가 센서 컨트롤러 (32) 에 출력된다. 센서 컨트롤러 (32) 는, 제 1 스트로크 센서 (16) 의 검출 결과에 기초하여, 붐 실린더 길이를 산출한다. 제 1 스트로크 센서 (16) 는, 주회 (周回) 동작에 수반하는 위상 변위의 펄스를 센서 컨트롤러 (32) 에 출력한다. 센서 컨트롤러 (32) 는, 제 1 스트로크 센서 (16) 로부터 출력된 위상 변위의 펄스에 기초하여, 붐 실린더 길이를 산출한다. 동일하게, 센서 컨트롤러 (32) 는, 제 2 스트로크 센서 (17) 의 검출 결과에 기초하여, 아암 실린더 길이를 산출한다. 센서 컨트롤러 (32) 는, 제 3 스트로크 센서 (18) 의 검출 결과에 기초하여, 버킷 실린더 길이를 산출한다.

센서 컨트롤러 (32) 는, 제 1 스트로크 센서 (16) 의 검출 결과에 기초하여 취득된 붐 실린더 길이로부터, 차량 본체 (1) 의 수직 방향에 대한 붐 (6) 의 회전 각도 (α) 를 산출한다. 센서 컨트롤러 (32) 는, 제 2 스트로크 센서 (17) 의 검출 결과에 기초하여 취득된 아암 실린더 길이로부터, 붐 (6) 에 대한 아암 (7) 의 회전 각도 (β) 를 산출한다. 센서 컨트롤러 (32) 는, 제 3 스트로크 센서 (18) 의 검출 결과에 기초하여 취득된 버킷 실린더 길이로부터, 아암 (7) 에 대한 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 의 회전 각도 (γ) 를 산출한다.

또한, 붐 (6) 의 회전 각도 (α), 아암 (7) 의 회전 각도 (β), 및 버킷 (8) 의 회전 각도 (γ) 는, 스트로크 센서로 검출되지 않아도 된다. 로터리 인코더와 같은 각도 검출기로 붐 (6) 의 회전 각도 (α) 가 검출되어도 된다. 각도 검출기는, 선회체 (3) 에 대한 붐 (6) 의 굴곡 각도를 검출하여, 회전 각도 (α) 를 검출한다. 동일하게, 아암 (7) 의 회전 각도 (β) 가 아암 (7) 에 장착된 각도 검출기로 검출되어도 된다. 버킷 (8) 의 회전 각도 (γ) 가 버킷 (8) 에 장착된 각도 검출기로 검출되어도 된다.

센서 컨트롤러 (32) 는, 제 1, 제 2, 제 3 스트로크 센서 (16, 17, 18) 로부터 실린더 길이 데이터 (L) 및 작업기 각도 데이터를 취득한다. 센서 컨트롤러 (32) 는, 작업기 회전 각도 데이터 (α ∼ γ) 를 표시 컨트롤러 (28) 및 작업기 컨트롤러 (26) 의 각각에 출력한다.

표시 컨트롤러 (28) 는, 위치 검출 장치 (20) 로부터 차량 본체 위치 데이터 (P) 및 차량 본체 자세 데이터 (Q) 를 취득한다. 또, 표시 컨트롤러 (28) 는, 틸트 각도 센서 (70) 로부터 틸트 각도 (δ) 를 나타내는 틸트 각도 데이터를 취득한다.

표시 컨트롤러 (28) 는, 연산 처리를 실시하는 연산부 (280A) 와, 데이터가 기억되는 기억부 (280B) 와, 데이터를 취득하는 취득부 (데이터 취득부) (280C) 를 갖는다.

표시 컨트롤러 (28) 는, 기억하는 목표 시공 정보, 각 작업기의 치수, 차량 본체 위치 데이터 (P), 차량 본체 자세 데이터 (Q), 및 각 작업기의 회전 각도 데이터 (α ∼ γ) 에 기초하여, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 산출하고, 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력한다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, 작업기 제어부 (26A) 와, 구동 금지부 (26B) 와, 기억부 (26C) 를 갖는다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 표시 컨트롤러 (28) 로부터 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 수취하고, 센서 컨트롤러 (32) 로부터 각 작업기의 회전 각도 데이터 (α ∼ γ) 를 취득한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U), 및 작업기의 회전 각도 데이터 (α ∼ γ) 에 기초하여, 제어 밸브 (27) 에 대한 제어 지령을 생성한다. 또 작업기 컨트롤러 (26) 는, 펌프 컨트롤러 (34) 에 틸트 버킷을 사용할 때의 조작 지령을 실시한다.

펌프 컨트롤러 (34) 는, 작업기 (2) 에 작동유를 공급하는 유압 펌프 (41) 에 대한 구동 지령을 실시한다. 또, 펌프 컨트롤러 (34) 는, 버킷 (8) 의 틸트 각도를 조작하기 위해서 후술하는 제어 밸브 (27D, 27E) 에 지령을 실시한다.

[스트로크 센서]

다음으로, 도 10 및 도 11 을 참조하여, 스트로크 센서 (16) 에 대해 설명한다. 이하의 설명에 있어서는, 붐 실린더 (10) 에 장착된 스트로크 센서 (16) 에 대해 설명한다. 아암 실린더 (11) 에 장착된 스트로크 센서 (17) 등도 동일하다.

붐 실린더 (10) 에는, 스트로크 센서 (16) 가 장착되어 있다. 스트로크 센서 (16) 는, 피스톤의 스트로크를 계측한다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 붐 실린더 (10) 는, 실린더 튜브 (10X) 와, 실린더 튜브 (10X) 내에 있어서 실린더 튜브 (10X) 에 대해 상대적으로 이동 가능한 실린더 로드 (10Y) 를 갖는다. 실린더 튜브 (10X) 에는, 피스톤 (10V) 이 자유롭게 슬라이딩할 수 있도록 형성되어 있다. 피스톤 (10V) 에는, 실린더 로드 (10Y) 가 장착되어 있다. 실린더 로드 (10Y) 는, 실린더 헤드 (10W) 에 자유롭게 슬라이딩할 수 있도록 형성되어 있다. 실린더 헤드 (10W) 와 피스톤 (10V) 과 실린더 내벽에 의해 획성된 실은, 로드측 유실 (油室) (40B) 이다. 피스톤 (10V) 을 개재하여 로드측 유실 (40B) 과는 반대측의 유실이 캡측 유실 (40A) 이다. 또한, 실린더 헤드 (10W) 에는, 실린더 로드 (10Y) 와의 간극을 밀봉하여, 먼지 등이 로드측 유실 (40B) 에 들어가지 않도록 하는 시일 부재가 형성되어 있다.

실린더 로드 (10Y) 는, 로드측 유실 (40B) 에 작동유가 공급되고, 캡측 유실 (40A) 로부터 작동유가 배출됨으로써 축퇴된다. 또, 실린더 로드 (10Y) 는, 로드측 유실 (40B) 로부터 작동유가 배출되고, 캡측 유실 (40A) 에 작동유가 공급됨으로써 신장한다. 즉, 실린더 로드 (10Y) 는, 도면 중 좌우 방향으로 직동 (直動) 한다.

로드측 유실 (40B) 의 외부에 있고, 실린더 헤드 (10W) 에 밀접한 장소에는, 스트로크 센서 (16) 를 덮어, 스트로크 센서 (16) 를 내부에 수용하는 케이스 (164) 가 형성되어 있다. 케이스 (164) 는, 실린더 헤드 (10W) 에 볼트 등에 의해 체결 등이 되어, 실린더 헤드 (10W) 에 고정되어 있다.

스트로크 센서 (16) 는, 회전 롤러 (161) 와, 회전 중심축 (162) 과, 회전 센서부 (163) 를 가지고 있다. 회전 롤러 (161) 는, 그 표면이 실린더 로드 (10Y) 의 표면에 접촉하고, 실린더 로드 (10Y) 의 직동에 따라 자유롭게 회전할 수 있도록 형성되어 있다. 즉, 회전 롤러 (161) 에 의해 실린더 로드 (10Y) 의 직선 운동이 회전 운동으로 변환된다. 회전 중심축 (162) 은, 실린더 로드 (10Y) 의 직동 방향에 대해, 직교하도록 배치되어 있다.

회전 센서부 (163) 는, 회전 롤러 (161) 의 회전량 (회전 각도) 을 전기 신호로서 검출 가능하게 구성되어 있다. 회전 센서부 (163) 에서 검출된 회전 롤러 (161) 의 회전량 (회전 각도) 을 나타내는 신호는, 전기 신호선을 개재하여, 센서 컨트롤러 (32) 에 보내지고, 이 작업기 컨트롤러 (26) 에서 붐 실린더 (10) 의 실린더 로드 (10Y) 의 위치 (스트로크 위치) 로 변환된다.

도 11 에 나타내는 바와 같이, 회전 센서부 (163) 는, 자석 (163a) 과, 홀 IC (163b) 를 가지고 있다. 검출 매체인 자석 (163a) 은, 회전 롤러 (161) 와 일체로 회전하도록 회전 롤러 (161) 에 장착되어 있다. 자석 (163a) 은 회전 중심축 (162) 을 중심으로 한 회전 롤러 (161) 의 회전에 따라 회전한다. 자석 (163a) 은, 회전 롤러 (161) 의 회전 각도에 따라, N 극, S 극이 교대로 바뀌도록 구성되어 있다. 자석 (163a) 은, 회전 롤러 (161) 의 1 회전을 1 주기로 하여, 홀 IC (163b) 에서 검출되는 자력 (자속 밀도) 이 주기적으로 변동되도록 구성되어 있다.

홀 IC (163b) 는, 자석 (163a) 에 의해 생성되는 자력 (자속 밀도) 을 전기 신호로서 검출하는 자력 센서이다. 홀 IC (163b) 는, 회전 중심축 (162) 의 축 방향을 따라, 자석 (163a) 으로부터 소정 거리 이간된 위치에 형성되어 있다.

홀 IC (163b) 에서 검출된 전기 신호는, 작업기 컨트롤러 (26) 에 보내지고, 이 작업기 컨트롤러 (26) 에서, 홀 IC (163b) 의 전기 신호가 회전 롤러 (161) 의 회전량, 요컨대 붐 실린더 (10) 의 실린더 로드 (10Y) 의 변위량 (스트로크 길이) 으로 변환된다.

여기서, 도 11 을 참조하여, 회전 롤러 (161) 의 회전 각도와, 홀 IC (163b) 에서 검출되는 전기 신호 (전압) 의 관계를 설명한다. 회전 롤러 (161) 가 회전하고, 그 회전에 따라 자석 (163a) 이 회전하면, 회전 각도에 따라, 홀 IC (163b) 를 투과하는 자력 (자속 밀도) 이 주기적으로 변화하고, 센서 출력인 전기 신호 (전압) 가 주기적으로 변화한다. 이 홀 IC (163b) 로부터 출력되는 전압의 크기로부터 회전 롤러 (161) 의 회전 각도를 계측할 수 있다.

또, 홀 IC (163b) 로부터 출력되는 전기 신호 (전압) 의 1 주기가 반복되는 수를 카운트함으로써, 회전 롤러 (161) 의 회전수를 계측할 수 있다. 그리고, 회전 롤러 (161) 의 회전 각도와, 회전 롤러 (161) 의 회전수에 기초하여, 붐 실린더 (10) 의 실린더 로드 (10Y) 의 변위량 (스트로크 길이) 이 검출된다.

또, 스트로크 센서 (16) 는, 회전 롤러 (161) 의 회전 각도와, 회전 롤러 (161) 의 회전수에 기초하여, 실린더 로드 (10Y) 의 이동 속도 (실린더 속도) 를 검출할 수 있다.

[유압 시스템]

다음으로, 본 실시형태에 관련된 유압 시스템 (300) 의 일례에 대해 설명한다. 제어 시스템 (200) 은, 유압 시스템 (300) 과, 작업기 컨트롤러 (26) 를 포함한다. 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12), 및 틸트 실린더 (30) 의 각각은, 유압 실린더이다. 그것들 유압 실린더는, 유압 시스템 (300) 에 의해 작동한다.

도 13 은, 아암 실린더 (11) 를 포함하는 유압 시스템 (300) 의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다. 또한, 버킷 실린더 (12) 도 동일하다. 유압 시스템 (300) 은, 방향 제어 밸브 (64) 를 개재하여 아암 실린더 (11) 에 작동유를 공급하는 가변 용량형의 메인 유압 펌프 (41) 와, 파일럿유를 공급하는 파일럿 유압 펌프 (42) 와, 방향 제어 밸브 (64) 에 대한 파일럿유의 파일럿 유압을 조정하는 조작 장치 (25) 와, 파일럿유가 흐르는 유로 (43 (43A, 43B)) 와, 유로 (43) 에 배치된 제어 밸브 (27 (27A, 27B)) 와, 유로 (43) 에 배치된 압력 센서 (66 (66A, 66B)) 와, 제어 밸브 (27) 를 제어하는 작업기 컨트롤러 (26) 를 구비하고 있다. 유로 (43) 는, 도 9 에 있어서의 파일럿 유압 라인 (450) 과 동일하다.

방향 제어 밸브 (64) 는, 작동유가 흐르는 방향을 제어한다. 메인 유압 펌프 (41) 로부터 공급된 작동유는, 방향 제어 밸브 (64) 를 개재하여, 아암 실린더 (11) 에 공급된다. 방향 제어 밸브 (64) 는, 로드상의 스풀을 움직여 작동유가 흐르는 방향을 전환하는 스풀 방식이다. 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 아암 실린더 (11) 의 캡측 유실 (40A) (유로 (47)) 에 대한 작동유의 공급과, 로드측 유실 (40B) (유로 (48)) 에 대한 작동유의 공급이 전환된다. 또, 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 아암 실린더 (11) 에 대한 작동유의 공급량 (단위 시간당의 공급량) 이 조정된다. 아암 실린더 (11) 에 대한 작동유의 공급량이 조정됨으로써, 실린더 속도가 조정된다.

방향 제어 밸브 (64) 의 구동은, 조작 장치 (25) 에 의해 조정된다. 본 실시형태에 있어서, 조작 장치 (25) 는, 파일럿 유압 방식의 조작 장치이다. 파일럿 유압 펌프 (42) 로부터 송출된 파일럿유가 조작 장치 (25) 에 공급된다. 또한, 메인 유압 펌프 (41) 로부터 송출되고, 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿유가 조작 장치 (25) 에 공급되어도 된다. 조작 장치 (25) 는, 파일럿 유압 조정 밸브를 포함한다. 조작 장치 (25) 의 조작량에 기초하여, 파일럿 유압이 조정된다. 그 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브 (64) 가 구동된다. 조작 장치 (25) 에 의해 파일럿 유압이 조정됨으로써, 축 방향에 관한 스풀의 이동량 및 이동 속도가 조정된다.

파일럿유가 흐르는 유로 (43) 는, 1 개의 방향 제어 밸브 (64) 에 대해 2 개 형성된다. 2 개의 유로 (43A) 및 유로 (43B) 중, 일방의 유로 (43A) 에는, 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀의 일방의 공간 (제 1 수압실) 에 공급되는 파일럿유가 흐른다. 타방의 유로 (43B) 에는, 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀의 타방의 공간 (제 2 수압실) 에 공급되는 파일럿유가 흐른다.

유로 (43) 에 압력 센서 (66) 가 배치된다. 압력 센서 (66) 는, 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서 (66) 는, 유로 (43A) 의 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서 (66A) 와, 유로 (43B) 의 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서 (66B) 를 포함한다. 압력 센서 (66) 의 검출 결과는, 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력된다.

제어 밸브 (27) 는, 전자 비례 제어 밸브이고, 작업기 컨트롤러 (26) 로부터의 제어 신호에 기초하여, 파일럿 유압을 조정 가능하다. 제어 밸브 (27) 는, 유로 (43A) 의 파일럿 유압을 조정 가능한 제어 밸브 (27A) 와, 유로 (43B) 의 파일럿 유압을 조정 가능한 제어 밸브 (27B) 를 포함한다.

조작 장치 (25) 의 조작에 의해 파일럿 유압을 조정하는 경우, 제어 밸브 (27) 는 완전 개방으로 된다. 조작 장치 (25) 의 조작 레버가 중립 위치로부터 일측으로 움직이면, 그 조작 레버의 조작량에 따른 파일럿 유압이 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀의 제 1 수압실에 작용한다. 조작 장치 (25) 의 조작 레버가 중립 위치로부터 타측으로 움직이면, 그 조작 레버의 조작량에 따른 파일럿 유압이 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀의 제 2 수압실에 작용한다.

방향 제어 밸브 (64) 의 스풀은, 조작 장치 (25) 에 의해 조정된 파일럿 유압에 따른 거리만큼 움직인다. 예를 들어, 제 1 수압실에 파일럿 유압이 작용함으로써, 아암 실린더 (11) 의 캡측 유실 (40A) 에 메인 유압 펌프 (41) 로부터의 작동유가 공급되어, 아암 실린더 (11) 가 신장한다. 제 2 수압실에 파일럿 유압이 작용함으로써, 아암 실린더 (11) 의 로드측 유실 (40B) 에, 메인 유압 펌프 (41) 로부터의 작동유가 공급되어, 아암 실린더 (11) 가 수축된다. 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀의 이동량에 기초하여, 메인 유압 펌프 (41) 로부터 방향 제어 밸브 (64) 를 개재하여 아암 실린더 (11) 에 공급되는 단위 시간당의 작동유의 공급량이 조정된다. 단위 시간당의 작동유의 공급량이 조정됨으로써, 실린더 속도가 조정된다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, 제어 밸브 (27) 를 제어하여, 파일럿 유압을 조정 가능하다. 예를 들어, 제한 굴삭 제어 (개입 제어) 에 있어서, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 제어 밸브 (27) 를 구동시킨다. 예를 들어, 작업기 컨트롤러 (26) 에 의해 제어 밸브 (27A) 가 구동됨으로써, 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀이, 제어 밸브 (27A) 에 의해 조정된 파일럿 유압에 따른 거리만큼 움직인다. 이로써, 아암 실린더 (11) 의 캡측 유실 (40A) 에 메인 유압 펌프 (41) 로부터의 작동유가 공급되어, 아암 실린더 (11) 가 신장한다. 작업기 컨트롤러 (26) 에 의해 제어 밸브 (27B) 가 구동됨으로써, 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀이, 제어 밸브 (27B) 에 의해 조정된 파일럿 유압에 따른 거리만큼 움직인다. 이로써, 아암 실린더 (11) 의 로드측 유실 (40B) 에, 메인 유압 펌프 (41) 로부터의 작동유가 공급되어, 아암 실린더 (11) 가 수축된다. 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀의 이동량에 기초하여, 메인 유압 펌프 (41) 로부터 방향 제어 밸브 (64) 를 개재하여 아암 실린더 (11) 에 공급되는 단위 시간당의 작동유의 공급량이 조정된다. 단위 시간당의 작동유의 공급량이 조정됨으로써, 실린더 속도가 조정된다.

도 14 는, 붐 실린더 (10) 를 포함하는 유압 시스템 (300) 의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다. 조작 장치 (25) 의 조작에 의해, 붐 (6) 은, 하강 동작 및 상승 동작의 2 종류의 동작을 실행한다. 도 13 을 참조하여 설명한 바와 같이, 조작 장치 (25) 가 조작됨으로써, 조작 장치 (25) 의 조작량에 따른 파일럿 유압이 방향 제어 밸브 (64) 에 작용한다. 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀은, 파일럿 유압에 따라 이동한다. 스풀의 이동량에 기초하여, 메인 유압 펌프 (41) 로부터 방향 제어 밸브 (64) 를 개재하여 붐 실린더 (10) 에 공급되는 단위 시간당의 작동유의 공급량이 조정된다.

또, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 제어 밸브 (27A) 를 구동시켜, 제 2 수압실에 작용하는 파일럿 유압을 조정 가능하다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 제어 밸브 (27B) 를 구동시켜, 제 1 수압실에 작용하는 파일럿 유압을 조정 가능하다. 도 14 에 나타내는 예에서는, 제어 밸브 (27A) 를 개재하여 방향 제어 밸브 (64) 에 파일럿유가 공급됨으로써, 붐 (6) 의 하강 동작이 실행된다. 제어 밸브 (27B) 를 개재하여 방향 제어 밸브 (64) 에 파일럿유가 공급됨으로써, 붐 (6) 의 상승 동작이 실행된다.

본 실시형태에 있어서는, 개입 제어를 위해서, 작업기 컨트롤러 (26) 로부터 출력된 개입 제어에 관한 제어 신호에 기초하여 작동하는 제어 밸브 (27C) 가 유로 (43C) 에 형성된다. 유로 (43C) 에, 파일럿 유압 펌프 (42) 로부터 송출된 파일럿유가 흐른다. 유로 (43C) 는, 유로 (43B) 와 셔틀 밸브 (51) 를 개재하여 접속되어 있다. 셔틀 밸브 (51) 에서는 접속되는 각 유로에 대해, 공급 압력이 큰 유로로부터의 입력을 선택하여 출력한다.

유로 (43C) 에, 제어 밸브 (27C) 와, 유로 (43C) 의 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서 (66C) 가 형성되어 있다. 제어 밸브 (27C) 는, 개입 제어를 실행하기 위해서 작업기 컨트롤러 (26) 로부터 출력된 제어 신호에 기초하여 제어된다.

개입 제어를 실행하지 않을 때, 조작 장치 (25) 의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브 (64) 가 구동되도록, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 제어 밸브 (27C) 에 대해 제어 신호를 출력하지 않는다. 예를 들어, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 조작 장치 (25) 의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브 (64) 가 구동되도록, 제어 밸브 (27B) 를 완전 개방으로 함과 함께, 제어 밸브 (27C) 에서 유로 (43C) 를 폐쇄한다.

개입 제어를 실행할 때, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 제어 밸브 (27C) 에 의해 조정된 파일럿유의 압력에 기초하여 방향 제어 밸브 (64) 가 구동되도록, 각 제어 밸브 (27) 를 제어한다. 예를 들어, 붐 (6) 의 이동을 제한하는 개입 제어를 실행하는 경우, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 제어 밸브 (27C) 에 의해 조정된 파일럿 유압이, 조작 장치 (25) 에 의해 조정되는 파일럿 유압보다 높아지도록, 제어 밸브 (27C) 를 제어한다. 유로 (43C) 로부터 공급되는 파일럿 압력이 유로 (43B) 로부터 공급되는 파일럿압보다 커진다. 이로써, 제어 밸브 (27C) 로부터의 파일럿유가 셔틀 밸브 (51) 를 개재하여 방향 제어 밸브 (64) 에 공급된다.

유로 (43B) 및 유로 (43C) 중 적어도 일방을 개재하여 방향 제어 밸브 (64) 에 파일럿유가 공급됨으로써, 작동유가 유로 (47) 를 개재하여 캡측 유실 (40A) 에 공급된다. 이로써, 붐 (6) 이 상승 동작한다.

버킷 (8) 이 목표 굴삭 지형에 침입하지 않도록 조작 장치 (25) 에 의해 붐 (6) 이 고속으로 상승 동작되는 경우, 개입 제어는 실행되지 않는다. 붐 (6) 이 고속으로 상승 동작되도록 조작 장치 (25) 가 조작되고, 그 조작량에 기초하여 파일럿 유압이 조정됨으로써, 조작 장치 (25) 의 조작에 의해 조정되는 파일럿 유압은, 제어 밸브 (27C) 에 의해 조정되는 파일럿 유압보다 높아진다. 이로써, 조작 장치 (25) 의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압의 파일럿유가 셔틀 밸브 (51) 를 개재하여 방향 제어 밸브 (64) 에 공급된다.

도 15 는, 틸트 실린더 (30) 를 포함하는 유압 시스템 (300) 의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다. 유압 시스템 (300) 은, 틸트 실린더 (30) 에 대한 작동유의 공급량을 조정하는 방향 제어 밸브 (64) 와, 방향 제어 밸브 (64) 에 공급되는 파일럿유의 압력을 조정하는 제어 밸브 (27D) 및 제어 밸브 (27D) 와, 조작 페달 (25F) 과, 펌프 컨트롤러 (34) 를 구비하고 있다. 펌프 컨트롤러 (34) 는, 메인 유압 펌프 (41) 의 경사판 (swash plate) 에 대해 지령 신호를 출력하여, 유압 실린더에 대한 작동유의 공급량을 제어한다. 제어 밸브 (27) 는, 조작 장치 (25) (제 3 조작 레버 (25P)) 의 조작 신호에 기초하여 펌프 컨트롤러 (34) 에 의해 생성된 제어 신호에 기초하여 제어된다.

본 실시형태에 있어서, 제 3 조작 레버 (25P) 의 조작에 의해 생성된 조작 신호는, 펌프 컨트롤러 (34) 에 출력된다. 또한, 제 3 조작 레버 (25P) 의 조작에 의해 생성된 조작 신호가 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력되어도 된다. 제어 밸브 (27) 는, 펌프 컨트롤러 (34) 에 의해 제어되어도 되고, 작업기 컨트롤러 (26) 에 의해 제어되어도 된다.

본 실시형태에 있어서, 조작 장치 (25) 는, 방향 제어 밸브 (64) 에 대한 파일럿압을 조정하기 위한 조작 페달 (25F) 을 포함한다. 조작 페달 (25F) 은, 운전실 (4) 에 배치되어 있고, 오퍼레이터에 의해 조작된다. 조작 페달 (25F) 은, 파일럿 유압 펌프 (42) 에 접속된다. 또, 조작 페달 (25F) 은, 제어 밸브 (27D) 로부터 송출되는 파일럿유가 흐르는 유로에 셔틀 밸브 (51A) 를 개재하여 접속된다. 또, 조작 페달 (25F) 은, 제어 밸브 (27E) 로부터 송출되는 파일럿유가 흐르는 유로에 셔틀 밸브 (51B) 를 개재하여 접속된다.

조작 페달 (25F) 이 조작됨으로써, 조작 페달 (25F) 과 셔틀 밸브 (51A) 사이의 유로의 압력, 및 조작 페달 (25F) 과 셔틀 밸브 (51B) 사이의 유로의 압력이 조정된다.

제 3 조작 레버 (25P) 가 조작됨으로써, 그 제 3 조작 레버 (25P) 의 조작에 기초하는 조작 신호 (지령 신호) 가 펌프 컨트롤러 (34) (또는 작업기 컨트롤러 (26)) 에 출력된다. 펌프 컨트롤러 (34) 는, 제 3 조작 레버 (25P) 로부터 출력된 조작 신호에 기초하여, 제어 밸브 (27D) 및 제어 밸브 (27E) 중 적어도 일방에 제어 신호를 출력한다. 제어 신호를 취득한 제어 밸브 (27D) 는 구동되어, 유로를 개폐한다. 제어 신호를 취득한 제어 밸브 (27B) 는 구동되어, 유로를 개폐한다.

조작 페달 (25F) 및 제 3 조작 레버 (25P) 중 적어도 일방의 조작에 의해, 제어 밸브 (27D) 에 의해 조정된 파일럿 유압이, 조작 페달 (25F) 에 의해 조정되는 파일럿 유압보다 높은 경우, 셔틀 밸브 (51A) 에서 선택되어, 제어 밸브 (27D) 에 의해 조정된 파일럿 유압의 파일럿유가 방향 제어 밸브 (64) 에 공급된다. 조작 페달 (25F) 에 의해 조정되는 파일럿 유압이, 제어 밸브 (27D) 에 의해 조정된 파일럿 유압보다 높은 경우, 조작 페달 (25F) 에 의해 조정된 파일럿 유압의 파일럿유가 방향 제어 밸브 (64) 에 공급된다.

조작 페달 (25F) 및 제 3 조작 레버 (25P) 중 적어도 일방의 조작에 의해, 제어 밸브 (27E) 에 의해 조정된 파일럿 유압이, 조작 페달 (25F) 에 의해 조정되는 파일럿 유압보다 높은 경우, 셔틀 밸브 (51B) 에서 선택되어, 제어 밸브 (27E) 에 의해 조정된 파일럿 유압의 파일럿유가 방향 제어 밸브 (64) 에 공급된다. 조작 페달 (25F) 에 의해 조정되는 파일럿 유압이, 제어 밸브 (27E) 에 의해 조정된 파일럿 유압보다 높은 경우, 조작 페달 (25F) 에 의해 조정된 파일럿 유압의 파일럿유가 방향 제어 밸브 (64) 에 공급된다.

[제한 굴삭 제어]

도 12 는, 제한 굴삭 제어가 실시될 때의 작업기 (2) 의 동작의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 있어서는, 버킷축 (J3) 과 직교하는 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 굴삭 대상의 2 차원의 목표 형상을 나타내는 목표 굴삭 지형에 버킷 (8) 이 침입하지 않도록 제한 굴삭 제어가 실시된다.

버킷 (8) 에 의한 굴삭에 있어서, 아암 (7), 버킷 (8) 의 굴삭 조작에 대해 붐 (6) 이 상승하도록, 유압 시스템 (300) 이 작동한다. 굴삭에 있어서, 버킷 (8) 이 목표 굴삭 지형에 침입하지 않도록, 붐 (6) 의 상승 동작을 포함하는 개입 제어가 실행된다.

[제어 방법]

다음으로, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블 (CM) 의 제어 방법의 일례에 대해, 도 16 의 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 표시 컨트롤러 (28) 는, 굴삭 제어에 사용하는 각종 파라미터를 취득한다 (스텝 SP1). 파라미터는, 표시 컨트롤러 (28) 의 취득부 (28C) 에 취득된다.

도 17a 는, 본 실시형태에 관련된 표시 컨트롤러 (28), 작업기 컨트롤러 (26), 및 센서 컨트롤러 (32) 의 일례를 나타내는 기능 블록도이다. 센서 컨트롤러 (32) 는, 연산부 (28A) 와 기억부 (28B) 와 취득부 (28C) 를 포함한다. 연산부 (28A) 는, 작업기 각도 연산부 (281A) 와, 틸트 각도 데이터 연산부 (282A) 와, 2 차원 버킷 데이터 연산부 (283A) 를 포함한다. 취득부 (28C) 는, 작업기 데이터 취득부 (281C) 와, 버킷 외형 데이터 취득부 (282C) 와, 작업기 각도 취득부 (284C) 와, 틸트 각도 취득부 (285C) 를 포함한다.

도 17b 는, 본 실시형태에 관련된 작업기 컨트롤러 (26) 의 작업기 제어부 (26A) 의 일례를 나타내는 기능 블록도이다. 도 17b 에 나타내는 바와 같이, 작업기 컨트롤러 (26) 의 작업기 제어부 (26A) 는, 상대 위치 산출부 (260A) 와, 거리 산출부 (260B) 와, 목표 속도 산출부 (260C) 와, 개입 속도 산출부 (260D) 와, 개입 지령 산출부 (260E) 를 갖는다. 작업기 제어부 (26A) 는, 굴삭 대상의 목표 형상인 목표 굴삭 지형을 나타내는 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 와 버킷 (8) (칼끝 (8a)) 의 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터에 기초하여, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) (칼끝 (8a)) 의 거리 (d) 에 따라 버킷 (8) 이 목표 굴삭 지형에 가까워지는 상대속도가 작아지도록, 붐 (6) 의 속도를 제한한다. 작업기 컨트롤러 (26) 내에서는 로컬 좌표계에 있어서 연산이 실시된다.

도 17a 에 나타내는 바와 같이, 표시 컨트롤러 (28) 는, 목표 굴삭 지형 취득부 (283C) 와, 목표 굴삭 지형 연산부 (284A) 를 포함한다.

취득부 (28C) 는, 작업기 데이터 취득부 (제 1 취득부) (281C) 와, 버킷 외형 데이터 취득부 (제 4 취득부) (282C) 와, 작업기 각도 데이터를 취득하는 작업기 각도 취득부 (제 3 취득부) (284C) 와, 틸트 각도 데이터를 취득하는 틸트 각도 취득부 (제 5 취득부) (285C) 를 포함한다. 목표 굴삭 지형 취득부 (제 3 취득부) (283C) 는, 표시 컨트롤러 (28) 에 포함된다.

연산부 (28A) 는, 작업기 각도를 산출하는 작업기 각도 연산부 (281A) 와, 2 차원 버킷 데이터를 산출하는 2 차원 버킷 데이터 연산부 (283A) 를 포함한다. 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 상대 위치를 산출하는 상대 위치 산출부 (260A) 는, 작업기 컨트롤러 (26) (작업기 제어부 (26A)) 에 포함된다. 목표 굴삭 지형 연산부 (284A) 는, 표시 컨트롤러 (28) 에 포함된다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, 작업기 (2) 를 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 제어 신호를 출력하는 작업기 제어부 (26A) 를 갖는다. 도 9 에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 버킷 (8) 의 구동을 금지하는 구동 금지부 (26B) 를 갖는다. 구동 금지부 (26B) 는, 틸트축 (J4) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전 (틸트 구동) 을 금지한다. 또한, 구동 금지부 (26B) 는, 버킷축 (J3) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전 (상하 구동) 을 금지해도 된다. 본 실시형태에 있어서, 구동 금지부 (26B) 는, 버킷 (8) 을 틸트시키는 틸트 실린더 (30) 를 조작하기 위해서 조작 장치 (25) 로부터 출력된 조작 신호를 무효화함으로써, 버킷 (8) 의 구동 (틸트 구동) 을 정지시킨다.

작업기 각도 연산부 (281A) 는, 제 1 스트로크 센서 (16) 로부터 붐 실린더 길이를 취득하여, 붐 각도 (α) 를 산출한다. 작업기 각도 연산부 (281A) 는, 제 2 스트로크 센서 (17) 로부터 아암 실린더 길이를 취득하여, 아암 각도 (β) 를 산출한다. 작업기 각도 연산부 (281A) 는, 제 3 스트로크 센서 (18) 로부터 버킷 실린더 길이를 취득하여, 버킷 각도 (γ) 를 산출한다. 작업기 각도 취득부 (284C) 는, 붐 각도 데이터, 아암 각도 데이터, 및 버킷 각도 데이터를 포함하는 작업기 각도 데이터를 취득한다 (스텝 SP1.2).

또한, 붐 각도 (α), 아암 각도 (β), 및 버킷 각도 (γ) 는, 스트로크 센서로 검출되지 않아도 된다. 붐 (6) 에 장착된 경사각 센서로 붐 각도 (α) 가 검출되어도 된다. 아암 (7) 에 장착된 경사각 센서로 아암 각도 (β) 가 검출되어도 된다. 버킷 (8) 에 장착된 경사각 센서로 버킷 각도 (γ) 가 검출되어도 된다. 각도 검출 장치 (22) 가 경사각 센서를 포함하는 경우, 각도 검출 장치 (22) 에 의해 취득된 작업기 각도 데이터는, 센서 컨트롤러 (32) 에 출력된다.

센서 컨트롤러 (32) 의 취득부 (28C) (작업기 각도 취득부 (284C)) 는, 각도 검출 장치 (22) 의 검출 결과에 기초하여, 붐 각도 (α) 를 나타내는 붐 각도 데이터, 아암 각도 (β) 를 나타내는 아암 각도 데이터, 및 버킷 각도 (γ) 를 나타내는 버킷 각도 데이터를 포함하는 작업기 각도 데이터를 취득한다. 또, 취득부 (28C) (틸트 각도 취득부 (285C)) 는, 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 결과에 기초하여, 후술하는 틸트축을 중심으로 하는 버킷의 회전 각도를 나타내는 틸트 각도 (δ') 를 포함하는 틸트 각도 데이터를 취득한다. 또, 취득부 (28C) (틸트 각도 취득부 (285C)) 는, 각도 검출 장치 (22) 의 검출 결과에 기초하여, 틸트축을 중심으로 하는 버킷의 회전 각도를 나타내는 틸트축 각도 (ε') 를 포함하는 틸트축 각도 데이터를 취득한다. 작업기 (2) 의 구동에 있어서, 각도 검출 장치 (22) 및 틸트 각도 센서 (70) 는, 붐 각도 (α), 아암 각도 (β), 버킷 각도 (γ), 틸트 각도 (δ), 및 틸트축 각도 (ε) 를 모니터한다. 취득부 (28C) 는, 작업기 (2) 의 구동에 있어서, 그것들 각도 데이터를 실시간으로 취득한다.

틸트 각도 센서 (70) 는, 틸트축 (J4) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 틸트 각도 (δ) 를 나타내는 틸트 각도 데이터를 검출한다. 틸트 각도 센서 (70) 에 의해 취득된 틸트 각도 데이터는, 표시 컨트롤러 (28) 를 경유하여 센서 컨트롤러 (32) 에 출력된다. 틸트 각도 취득부 (285C) 는, 틸트축을 중심으로 하는 버킷의 회전 각도를 나타내는 틸트 각도 데이터를 취득한다 (스텝 SP1.4).

본 실시형태에 있어서는, 취득부 (28C) (틸트 각도 취득부 (285C)) 에 틸트 각도 센서 (70) 로부터 틸트 각도 데이터가 출력된다. 고정부 (28D) 는, 고정 지령에 기초하여, 틸트 각도 센서 (70) 로부터 취득부 (28C) 에 출력된 틸트 각도 데이터 (모니터 데이터) 를 고정화하여, 고정 데이터를 생성한다.

버킷 (8) 이 버킷축 (J3) 을 중심으로 회전함으로써, 틸트 핀 (80) (틸트축 (J4)) 도 함께, θY 방향으로 회전 (경사) 한다. 틸트 각도 취득부 (285C) 는, 각도 검출 장치 (22) 의 검출 결과에 기초하여, XY 평면에 대한 틸트축 (J4) 의 경사 각도 (ε) 를 나타내는 틸트축 각도 데이터를 취득한다.

센서 컨트롤러 (32) 의 기억부 (28B) 는, 작업기 데이터를 기억한다. 작업기 데이터는, 작업기 (2) 의 치수 데이터 및 버킷 (8) 의 외형 데이터를 포함한다.

작업기 (2) 의 치수 데이터는, 붐 (6) 의 치수 데이터, 아암 (7) 의 치수 데이터, 및 버킷 (8) 의 치수 데이터를 포함한다. 작업기 (2) 의 치수 데이터는, 붐 길이 (L1), 아암 길이 (L2), 버킷 길이 (L3), 및 틸트 길이 (L4) 를 포함한다. 붐 길이 (L1), 아암 길이 (L2), 버킷 길이 (L3), 및 틸트 길이 (L4) 는, XZ 평면 내 (수직 회동면 내) 에 있어서의 치수이다.

작업기 데이터 취득부 (281C) 는, 기억부 (28B) 로부터, 붐 (6) 의 치수 데이터, 아암 (7) 의 치수 데이터, 및 버킷 (8) 의 치수 데이터를 포함하는 작업기 (2) 의 치수 데이터를 취득한다.

버킷 (8) 의 외형 데이터는, 버킷 (8) 의 외면의 윤곽 데이터를 포함한다. 버킷 (8) 의 외형 데이터는, 버킷 (8) 의 치수 및 형상을 특정하기 위한 데이터이다. 버킷 (8) 의 외형 데이터는, 버킷 (8) 의 선단부 (8a) 의 위치를 나타내는 선단부 위치 데이터를 포함한다. 버킷 (8) 의 외형 데이터는, 예를 들어 선단부 (8a) 를 기준으로 한, 버킷 (8) 의 외면의 복수의 위치 각각의 좌표 데이터를 포함한다.

버킷 (8) 의 외형 데이터는, 버킷 (8) 의 폭 방향에 관한 버킷 (8) 의 치수 (L5) 를 포함한다. 버킷 (8) 이 틸트되어 있지 않은 경우, 버킷 (8) 의 폭의 치수 (L5) 는, 로컬 좌표계에 있어서의 Y 축 방향에 관한 버킷 (8) 의 치수이다. 버킷 (8) 이 틸트했을 경우, 버킷 (8) 의 폭의 치수 (L5) 와 로컬 좌표계에 있어서의 Y 축 방향에 관한 버킷 (8) 의 치수는 상이하다.

버킷 외형 데이터 취득부 (282C) 는, 기억부 (28B) 로부터 버킷 (8) 의 외형 데이터를 취득한다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 기억부 (28B) 에 붐 길이 (L1), 아암 길이 (L2), 버킷 길이 (L3), 틸트 길이 (L4), 및 버킷의 폭 (L5) 을 포함하는 작업기 치수 데이터, 및 버킷 (8) 의 외형 데이터를 포함하는 버킷 외형 데이터의 양방이 기억되어 있다.

작업기 각도 연산부 (281A) 는, 붐 (6), 아암 (7), 버킷 (8) 의 각 실린더 스트로크로부터 각 작업기의 회전 각도가 되는 작업기 각도 데이터를 산출한다.

틸트 각도 데이터 연산부 (282A) 는, 틸트 각도 (δ), 틸트축 각도 (ε), 및 경사 각도 (θ1, θ2) 로부터 틸트축을 중심으로 하는 버킷의 회전 각도를 나타내는 틸트 각도 데이터인 δ' 및 틸트축 각도 (ε') 를 취득한다.

고정부 (28D) 에 의해 고정화되는 데이터는, 틸트 각도 데이터 연산부 (282A) 에 의해 산출된 틸트 각도 데이터이다.

2 차원 버킷 데이터 연산부 (283A) 는, 작업기 각도 데이터, 작업기 치수 데이터, 버킷 외형 데이터, 후술하는 동작 평면 (MP) 의 Y 좌표로 나타내는 단면의 Y 좌표 및 틸트축을 중심으로 하는 버킷의 회전 각도를 나타내는 틸트 각도 데이터에 기초하여, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 외형을 나타내는 2 차원 버킷 데이터 (S) 와 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 의 칼끝 위치 (Pa) 를 생성한다.

목표 굴삭 지형 취득부 (283C) 는, 굴삭 대상의 3 차원의 목표 형상인 입체 설계 지형을 나타내는 목표 시공 정보 (T) 및 위치 검출 장치 (20) 로부터 차량 본체 위치 데이터 (P) 및 차량 본체 자세 데이터 (Q) 를 취득한다. 목표 굴삭 지형 연산부 (284A) 는, 목표 굴삭 지형 취득부 (283C) 에서 취득한 데이터와, 2 차원 버킷 데이터 연산부 (283A) 로부터 취득한 경사 각도 (θ1, θ2) 와, 버킷 (8) 의 외형을 나타내는 2 차원 버킷 데이터 (S) 및 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 으로부터 버킷축 (J3) 과 직교하는 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 굴삭 대상의 2 차원의 목표 형상인 목표 굴삭 지형을 나타내는 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 생성한다.

상대 위치 산출부 (260A) 는 센서 컨트롤러 (32) 로부터 입력되는 각 작업기의 회전 각도 데이터 (α ∼ γ) 와, 2 차원 버킷 데이터 (S) 와, 표시 컨트롤러 (28) 로부터 입력되는 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 에 기초하여, 후술하는 버킷 (8) 의 윤곽점 (Ni) 상에서 목표 굴삭 지형에 대해 최단의 거리가 되는 버킷 (8) 상의 상대 위치를 산출하여, 거리 산출부 (260B) 에 출력한다. 거리 산출부 (260B) 는, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 상대 위치에 기초하여, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 최단 거리 (d) 를 산출한다.

목표 속도 산출부 (260C) 는, 후술하는 각 작업기 레버의 레버 조작에 기초하는 파일럿 압력 센서 (66A, 66B) 의 압력을 입력한다. 목표 속도 산출부 (260C) 는, 압력 센서 (66A, 66B) 로부터 기억부 (28B) 에 기억하는 압력에 대한 각 작업기의 목표 속도의 관계를 규정하는 테이블을 사용하여 각 작업기의 목표 속도 (Vc_bm, Vc_am, Vc_bk) 를 도출하여, 개입 속도 산출부 (260D) 에 출력한다.

개입 속도 산출부 (260D) 는, 각 작업기의 목표 속도와, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 및 버킷 (8) 의 거리 (d) 에 기초하여 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 상대 위치의 거리 (d) 에 따른 제한 속도를 산출한다. 제한 속도는 붐 작업기에 개입하는 속도로서, 개입 지령 산출부 (260E) 에 출력한다.

개입 지령 산출부 (260E) 는, 제한 속도에 대응하는 붐 실린더 (10) 에 신장하기 위한 개입 지령으로서 결정한다. 개입 지령 산출부 (260E) 는, 개입 지령에 의해 제어 밸브 (27C) 에 파일럿 유압이 발생하도록 제어 밸브 (27C) 를 개방하도록 출력한다. 작업기 컨트롤러 (26) 로부터의 지령에 의해 작업기 (2) 가 목표 굴삭 지형에 접근하는 방향의 속도가 제한 속도가 되도록 붐 (6) 이 구동된다. 이로써, 칼끝 (8a) 에 대한 굴삭 제한 제어가 실행되어, 목표 굴삭 지형에 대한 버킷 (8) 의 속도가 조정된다.

또, 표시 컨트롤러 (28) 는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 에 기초하여 표시부 (29) 에 목표 굴삭 지형을 표시시킨다. 또, 표시 컨트롤러 (28) 는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 및 2 차원 버킷 데이터 (S) 를 표시부 (29) 에 표시시킨다. 표시부 (29) 는, 예를 들어 모니터이고, 유압 셔블 (CM) 의 각종 정보를 표시한다. 본 실시형태에 있어서, 표시부 (29) 는, 정보화 시공용의 가이던스 모니터로서의 HMI (Human Machine Interface) 모니터를 포함한다.

표시 컨트롤러 (28) 는, 위치 검출 장치 (20) 에 의한 검출 결과에 기초하여, 글로벌 좌표계로 보았을 때의 로컬 좌표의 위치를 산출 가능하다. 로컬 좌표계란, 유압 셔블 (100) 을 기준으로 하는 3 차원 좌표계이다. 본 실시형태에 있어서, 로컬 좌표계의 기준 위치 (P0) 는, 예를 들어, 선회체 (3) 의 선회 중심 (AX) 에 위치하는 기준 위치 (P0) 이다. 예를 들어 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력되는 목표 굴삭 지형 데이터는 로컬 좌표로 변환되지만, 그 이외의 표시 컨트롤러 (28) 중의 연산은 글로벌 좌표계로 실시된다. 센서 컨트롤러 (32) 로부터의 입력도 표시 컨트롤러 (28) 내에서 글로벌 좌표계로 변환된다.

작업기 (2) 의 구동에 있어서, 각도 검출 장치 (22) 에 의해, 붐 각도 (α), 아암 각도 (β), 및 버킷 각도 (γ) 가 검출된다. 틸트 각도 센서 (70) 에 의해, 틸트 각도 (δ) 가 검출된다. 또, 각도 검출 장치 (22) 에 의해, 틸트축 각도 (ε) 가 검출된다.

또, 취득부 (28C) 는, 기억부 (28B) 에 기억되어 있는 작업기 데이터로부터, 붐 길이 (L1), 아암 길이 (L2), 버킷 길이 (L3), 틸트 길이 (L4), 및 버킷 (8) 의 폭의 치수 (L5) 를 포함하는 작업기 (2) 의 치수 데이터를 취득한다. 또한, 작업기 (2) 의 치수 데이터를 포함하는 작업기 데이터가, 입력부 (36) 를 개재하여 취득부 (28C) (작업기 데이터 취득부 (281C)) 에 공급되어도 된다.

또, 취득부 (28C) (버킷 외형 데이터 취득부 (282C)) 는, 버킷 (8) 의 외형 데이터를 취득한다. 버킷 (8) 의 외형 데이터는, 기억부 (28B) 에 기억되어 있어도 되고, 입력부 (36) 를 개재하여 취득부 (28C) (버킷 외형 데이터 취득부 (282C)) 에 취득되어도 된다.

또, 취득부 (28C) 는, 위치 검출 장치 (20) 의 위치 검출 결과에 기초하여, 차량 본체 위치 데이터 (P) 및 차량 본체 자세 데이터 (Q) 를 취득한다. 취득부 (28C) 는, 유압 셔블 (CM) 의 구동에 있어서, 그것들 데이터를 실시간으로 취득한다.

또, 취득부 (28C) (목표 굴삭 지형 취득부 (283C)) 는, 작업 에어리어의 굴삭 대상의 3 차원의 목표 형상인 입체의 설계 지형을 나타내는 목표 시공 정보 (3 차원 설계 지형 데이터) (T) 를 취득한다. 목표 시공 정보 (T) 는, 굴삭 대상의 2 차원의 목표 형상인 목표 굴삭 지형을 나타내는 목표 굴삭 지형 데이터 (2 차원 설계 지형 데이터) (U) 를 포함한다. 본 실시형태에 있어서는, 표시 컨트롤러 (28) 의 기억부 (28B) 에 목표 시공 정보 (T) 가 격납되어 있다. 목표 시공 정보 (T) 는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 생성하기 위해서 필요하게 되는 좌표 데이터 및 각도 데이터를 포함한다. 목표 시공 정보 (T) 는, 예를 들어 무선 통신 장치를 개재하여 표시 컨트롤러 (28) 에 공급되어도 되고 외부 메모리 등에 의해 표시 컨트롤러 (28) 에 공급되어도 된다.

또한, 상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 틸트 각도 센서 (70) 는, 글로벌 좌표계에 있어서의 틸트 각도를 검출한다. 표시 컨트롤러 (28) 에 있어서, 차량 본체 자세 데이터 (Q) 에 기초하여, 글로벌 좌표계에 있어서의 틸트 각도가 로컬 좌표계에 있어서의 틸트 각도 (δ) 로 변환된다. 또한, 틸트 각도 (δ) 는, IMU 의 자세 정보와 틸트 실린더 (30) 의 수축 정보를 각 작업기와 동일한 수법으로 구하여 경사 각도를 산출하는 방법으로 구해도 된다.

다음으로, 본 실시형태에 있어서는, 버킷축 (J3) 과 직교하는 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 굴삭 대상의 2 차원의 목표 형상인 목표 굴삭 지형을 나타내는 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 가 지정된다 (스텝 SP2). 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 의 지정은, XZ 평면과 평행한 목표 시공 정보 (T) 의 단면을 지정하는 것을 포함한다. 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 의 지정은, Y 축 방향에 관해 어느 위치 (Y 좌표) 의 단면에서 목표 시공 정보 (T) 를 절단할지를 지정하는 것을 포함한다. 그 Y 좌표를 갖는 XZ 평면과 평행한 단면에 있어서의 목표 시공 정보 (T) 가, 지정된 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 가 된다.

도 18 에 나타내는 바와 같이, 목표 시공 정보 (T) 는, 복수의 삼각형 폴리곤에 의해 나타낸다. 목표 시공 정보 (T) 에 있어서, 버킷축 (J3) 과 직교하는 작업기 동작 평면 (MP) 이 지정된다. 작업기 동작 평면 (MP) 은, 선회체 (3) 의 전후 방향에서 규정되는 작업기 (2) 의 동작 평면 (수직 회동면) 이다. 본 실시형태에 있어서, 작업기 동작 평면 (MP) 은, 아암 (6) 의 동작 평면이다. 작업기 동작 평면 (MP) 은, XZ 평면과 평행이다.

버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 의 위치 (작업기 동작 평면 (MP) 의 Y 좌표) 는, 오퍼레이터에 의해 지정되어도 된다. 예를 들어, 오퍼레이터가 입력부 (36) 에 지정한 Y 좌표에 관한 데이터를 입력해도 된다. 그 지정된 Y 좌표가 취득부 (28C) 에 취득된다. 취득부 (28C) 는, 그 Y 좌표를 갖는 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 목표 시공 정보 (T) 의 단면을 구한다. 이로써, 목표 굴삭 지형 취득부 (283C) 는, 지정된 Y 좌표의 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 취득한다.

또한, 목표 시공 정보의 표면 중, 버킷 (8) 과의 거리가 가장 가까운 점의 Y 좌표가, 작업기 동작 평면 (MP) 의 Y 좌표로서 지정되어도 된다.

예를 들어, 표시 컨트롤러 (28) 는, 목표 시공 정보 (T) 와, 지정된 작업기 동작 평면 (MP) 에 기초하여, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 작업기 동작 평면 (MP) 과 목표 시공 정보의 교선 (E) 을 목표 굴삭 지형의 후보선으로서 취득한다.

표시 컨트롤러 (28) 는, 목표 굴삭 지형의 후보선에 있어서 칼끝 (8a) 의 바로 아래점을 목표 굴삭 지형의 기준점 (AP) 으로 한다. 표시 컨트롤러 (28) 는, 목표 굴삭 지형의 기준점 (AP) 의 전후의 단수 또는 복수의 변곡점과 그 전후의 선을 굴삭 대상이 되는 목표 굴삭 지형으로서 결정한다. 표시 컨트롤러 (28) 는, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 생성한다.

다음으로, 센서 컨트롤러 (32) 의 연산부 (28A) (2 차원 버킷 데이터 연산부 (283A)) 는, 스텝 SP1 에서 취득한 각 파라미터 (데이터) 에 기초하여, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 외형을 나타내는 2 차원 버킷 데이터 (S) 를 구한다 (스텝 SP3).

도 19 는, 틸트된 상태의 버킷 (8) 의 일례를 모식적으로 나타내는 후방에서 본 도면이다. 도 20 은, 도 19 의 A-A 선 단면으로 잘라낸 측방에서 본 도면이다. 도 21 은, 도 19 의 B-B 선 단면으로 잘라낸 측방에서 본 도면이다. 도 22 는, 도 19 의 C-C 선 단면으로 잘라낸 측방에서 본 도면이다.

본 실시형태에 있어서, 버킷 (8) 은 틸트되기 때문에, 그 틸트 각도 (δ) 에 따라, XZ 평면 내에 있어서의 버킷 (8) 의 외형 (윤곽) 은 변화한다. 또, 도 20, 도 21, 및 도 22 에 나타내는 바와 같이, XZ 평면과 평행한 단면의 Y 좌표가 상이한 경우, 각 단면에 있어서의 버킷 (8) 의 외형 (윤곽) 은 상이하다. 또, 버킷 (8) 이 틸트됨으로써, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리가 변화한다.

틸트 기구를 갖지 않는 버킷 (소위, 표준 버킷) 에 있어서는, XZ 평면과 평행한 단면에 있어서, 그 단면의 Y 좌표가 변화해도, 각 단면에 있어서의 버킷 (8) 의 외형 (윤곽) 은 실질적으로 동일하다. 그러나, 틸트식 버킷의 경우, 버킷 (8) 의 틸트 (틸트 각도 (δ)) 에 따라, XZ 평면과 평행한 단면에 있어서의 버킷 (8) 의 외형은, Y 좌표에 따라 변화한다. 그 때문에, 버킷 (8) 의 틸트에 의해, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리 및 버킷 (8) 의 외형이 변화하여, 버킷 (8) 의 적어도 일부가 목표 굴삭 지형에 침입해 버릴 가능성이 있다. 따라서, 제한 굴삭 제어를 하기 위한 버킷 (8) 의 형상 (XZ 평면 내에 있어서의 단면 형상) 을 특정하지 않으면, 제한 굴삭 제어를 양호한 정밀도로 실시할 수 없게 될 가능성이 있다.

본 실시형태에 있어서, 센서 컨트롤러 (32) (2 차원 버킷 데이터 연산부 (283A)) 는, 제어 대상이 되는 작업기 동작 평면 (MP) 을 따른 버킷 (8) 의 단면의 외형을 나타내는 2 차원 버킷 데이터 (S) 를 구한다. 작업기 컨트롤러 (26) 의 작업기 제어부 (26A) 는, 그 2 차원 버킷 데이터 (S) 와, 작업기 동작 평면 (MP) 을 따른 2 차원 설계 지형 데이터 (U) 에 기초하여, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리 (d) 를 도출하여 (스텝 SP4), 작업기 (2) 의 제한 굴삭 제어를 실시한다 (스텝 SP5). 또, 후술하는 바와 같이, 센서 컨트롤러 (32) 는, 표시부 (29) 에 목표 굴삭 지형 등을 표시시킨다 (스텝 SP6). 이로써, 작업기 동작 평면 (MP) 을 기준으로 하여 제어 대상이 특정되어, 제한 굴삭 제어가 양호한 정밀도로 실시된다.

이하, 2 차원 버킷 데이터 (S) 의 도출 방법의 일례에 대해 설명한다. 도 23 은, 본 실시형태에 관련된 작업기 (2) 를 모식적으로 나타내는 도면이다. 로컬 좌표계의 원점은, 선회체 (3) 의 선회 중심에 위치하는 기준 위치 (P0) 이다. 로컬 좌표계에 있어서의 버킷 (8) 의 선단부 (8a) 의 위치는 Pa 이다.

작업기 (2) 는, 붐축 (J1) 을 회전 중심으로 하는 제 1 관절, 아암축 (J2) 을 회전 중심으로 하는 제 2 관절, 버킷축 (J3) 을 회전 중심으로 하는 제 3 관절, 및 틸트축 (J4) 을 회전 중심으로 하는 제 4 관절을 갖는다. 또, 상기 서술한 바와 같이, 버킷축 (J3) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전에 의해 틸트축 (J4) 이 θY 방향으로 경사진다. 각 관절의 동작은, 이하의 (1) 식 내지 (6) 식으로 나타낼 수 있다. (1) 식은, 원점 (기준 위치) (P0) 과 붐 푸트의 좌표 변환을 실시하기 위한 식이다. (2) 식은, 붐 푸트와 붐 탑의 좌표 변환을 실시하기 위한 식이다. (3) 식은, 붐 탑과 아암 탑의 좌표 변환을 실시하기 위한 식이다. (4) 식은, 아암 탑과 틸트축 (J4) 의 일단부의 좌표 변환을 실시하기 위한 식이다. (5) 식은, 틸트축 (J4) 의 일단부와 타단부의 좌표 변환을 실시하기 위한 식이다. (6) 식은, 틸트축 (J4) 의 타단부와 버킷 (8) 의 좌표 변환을 실시하기 위한 식이다.

(1) 식 내지 (6) 식에 있어서, xboom-foot, yboom-foot, zboom-foot 는 로컬 좌표계에 있어서의 붐 푸트의 좌표이다. Lboom 은 붐 길이 (L1) 에 상당한다. Larm 은 아암 길이 (L2) 에 상당한다. Lbucket_corrected 는 도 2 에 나타내는 보정 버킷 길이이다. Ltilt 는 틸트 길이 (L4) 에 상당한다. θboom 은 붐 각도 (α) 에 상당한다. θarm 은 아암 각도 (β) 에 상당한다. θbucket 는 버킷 각도 (γ) 에 상당한다. θtilt_x 는 틸트 각도 (δ) 에 상당한다. θtilt_y 는 도 2 에 나타내는 각도이다.

따라서, 로컬 좌표계에 있어서의 원점에 대한 아암 탑의 좌표 (xarm-top, yarm-top, zarm-top) 는, 이하의 (7) 식으로부터 도출된다.

버킷 (8) 의 외형 데이터는, 버킷 (8) 의 칼끝 (8a), 및 버킷 (8) 의 외면의 복수의 위치 (점) 의 좌표 데이터를 포함한다. 본 실시형태에 있어서는, 도 24 에 나타내는 바와 같이, 버킷 (8) 의 외형 데이터는, 버킷 (8) 의 폭 방향에 관해서 일단부에 있어서의 버킷 (8) 의 외면의 제 1 윤곽 데이터와, 타단부에 있어서의 버킷 (8) 의 외면의 제 2 윤곽 데이터를 포함한다. 제 1 윤곽 데이터는, 버킷 (8) 의 일단부에 있어서의 6 개의 윤곽점 (J) 의 좌표를 포함한다. 제 2 윤곽 데이터는, 버킷 (8) 의 타단부에 있어서의 6 개의 윤곽점 (K) 의 좌표를 포함한다. 윤곽점 (J) 의 좌표 및 윤곽점 (K) 의 좌표는, 선단부 (8a) 의 좌표 (위치 (Pa)) 를 기준으로 한 좌표 데이터이다. 버킷 (8) 의 외형 데이터에 의해, 선단부 (8a) 의 좌표와 윤곽점 (J) 의 좌표와 윤곽점 (K) 의 좌표의 위치 관계는 이미 알려진 바와 같다. 따라서, 로컬 좌표계에 있어서의 원점과 선단부 (8a) 의 좌표의 위치 관계를 구함으로써, 로컬 좌표계의 원점에 대한 각 윤곽점 (J) 및 각 윤곽점 (K) 의 좌표를 구할 수 있다.

버킷 (8) 의 외형 데이터 (윤곽의 좌표) 를 (xbucket-outline, ybucket-outline, zbucket-outline) 으로 했을 때, 원점에 대한 버킷 (8) 의 윤곽점의 좌표는, 이하의 (8) 식으로부터 도출된다.

본 실시형태에 있어서는, 윤곽점 (J) 및 윤곽점 (K) 은 전부해서 12 이다. 버킷 (8) 의 외형 데이터에 있어서의 각 윤곽점 (J) 및 각 윤곽점 (K) 의 좌표를 (x1, y1, z1), (x2, y2, z2), …, (x12, y12, z12) 로 했을 때, 원점에 대한 버킷 (8) 의 각 윤곽점 (J) 및 각 윤곽점 (K) 의 좌표 (x1', y1', z1'), (x2', y2', z2'), …, (x12', y12', z12') 는, 이하의 (9) 식으로부터 도출된다.

작업기 각도 데이터, 작업기 치수 데이터, 버킷 (8) 의 외형 데이터, 및 틸트 각도 데이터에 기초하여, 복수의 윤곽점 (J) 및 윤곽점 (K) 의 좌표를 구한 후, 연산부 (28A) 는, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 외형을 나타내는 2 차원 버킷 데이터 (S) 를 구한다.

도 25 는, 윤곽점 (J) 및 윤곽점 (K) 과 작업기 동작 평면 (MP) 의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다. 상기 서술한 바와 같이, 로컬 좌표계에 있어서의 복수의 윤곽점 (Ji) (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) 및 복수의 윤곽점 (Ki) (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) 각각의 좌표가 구해짐으로써, 윤곽점 (Li) 과 윤곽점 (Ki) 을 연결하는 선분 (Hi) (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) 이 구해진다. 또, 버킷축 (J3) 과 평행한 방향에 관한 작업기 동작 평면 (MP) 의 위치 (Y 좌표) 는 스텝 SP2 에 있어서 지정되어 있다. 따라서, 연산부 (28A) (2 차원 버킷 데이터 연산부 (283A)) 는, 작업기 동작 평면 (MP) 과 선분 (Hi) 의 교점 (Ni) (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) 에 기초하여, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 외형을 나타내는 2 차원 버킷 데이터 (S) 를 구할 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 있어서, 연산부 (28A) 는, 로컬 좌표계에 있어서의 복수의 윤곽점 (Ji) 의 좌표 데이터를 포함하는 제 1 윤곽점 데이터와, 로컬 좌표계에 있어서의 복수의 윤곽점 (Ki) 의 좌표 데이터를 포함하는 제 2 윤곽점 데이터와, 버킷축 (J3) 과 평행한 Y 축 방향에 관한 작업기 동작 평면 (MP) 의 위치에 기초하여, 복수의 윤곽점 (교점) (Ni) 을 포함하는 2 차원 버킷 데이터 (S) 를 구할 수 있다.

또한, 상기 서술한 로컬 좌표계에 있어서의 윤곽점 (Ji) 및 윤곽점 (Ki) 의 좌표를 도출하는 방법은 일례이다. 붐 각도 (α), 아암 각도 (β), 및 버킷 각도 (γ) 를 포함하는 작업기 각도 데이터와, 붐 길이 (L1), 아암 길이 (L2), 버킷 길이 (L3), 및 틸트 길이 (L4) 를 포함하는 작업기 치수 데이터와, 버킷 (8) 의 폭의 치수 (L5), 윤곽점 (Ji), 및 윤곽점 (Ki) 의 좌표 데이터를 포함하는 버킷 (8) 의 외형 데이터와, 틸트 각도 (δ) 를 나타내는 틸트 각도 데이터에 기초하여, 작업기 (2) 가 구동되었을 때의 로컬 좌표계에 있어서의 윤곽점 (Ji) 및 윤곽점 (Ki) 의 좌표를 구하여, 2 차원 버킷 데이터 (S) 를 구할 수 있다. 틸트축 각도 (ε) 의 변화에 수반하는 윤곽점 (J, K) 의 좌표의 변화는, 버킷 각도 (γ) 및 틸트 길이 (L4) 에 기초하여 일의적 (一義的) 으로 구할 수 있다.

예를 들어, 틸트 기구가 없는 버킷 (8) 의 로컬 좌표계에 있어서의 칼끝 (8a) 의 좌표는, 작업기 (2) 의 치수 (붐 (6) 의 치수, 아암 (7) 의 치수, 및 버킷 (8) 의 치수) 와 작업기 각도 (회전 각도 (α), 회전 각도 (β), 및 회전 각도 (γ)) 로부터 도출할 수 있다. 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 의 좌표 또는 아암 탑의 좌표가 구해진 후, 그 좌표를 기준으로 하여, 틸트 길이 (L4), 폭의 치수 (L5), 틸트 각도 (δ), 및 버킷 (8) 의 외형 데이터에 기초하여, 윤곽점 (Ji), 윤곽점 (Ki), 및 2 차원 버킷 데이터 (S) 가 구해져도 된다.

2 차원 버킷 데이터 (S) 는, 로컬 좌표계에 있어서의 버킷 (8) 의 현재 위치를 나타낸다. 즉, 2 차원 버킷 데이터 (S) 는, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 현재 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터를 포함한다. 2 차원 버킷 데이터 (S) 는, 표시 컨트롤러 (28) 로부터 작업기 컨트롤러 (26) 로 출력된다. 작업기 컨트롤러 (26) 의 작업기 제어부 (26A) 는, 2 차원 버킷 데이터 (S) 에 기초하여, 작업기 (2) 를 제어한다 (스텝 SP5).

작업기 컨트롤러 (26) 는, 표시 컨트롤러 (28) 로부터 2 차원 버킷 데이터 (S) 및 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 를 취득한다. 작업기 컨트롤러 (26) 의 작업기 제어부 (26A) 는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 와, 버킷 위치 데이터를 포함하는 2 차원 버킷 데이터 (S) 에 기초하여, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리 (d) 에 따라, 버킷 (8) 이 목표 굴삭 지형에 가까워지는 속도가 작아지도록, 붐 (6) 의 속도를 제한한다. 작업기 제어부 (26A) 는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 와 버킷 위치 데이터를 포함하는 2 차원 버킷 데이터에 기초하여, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리에 따라 제한 속도를 결정하고, 작업기 (2) 가 목표 굴삭 지형에 접근하는 방향의 속도가 제한 속도 이하가 되도록 작업기 (2) 의 속도를 제어한다.

이하, 도 26 의 플로우 차트, 및 도 27 내지 도 34 의 모식도를 참조하여, 본 실시형태에 관련된 제한 굴삭 제어의 일례에 대해 설명한다. 도 26 은, 본 실시형태에 관련된 제한 굴삭 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.

상기 서술한 바와 같이, 목표 굴삭 지형이 설정된다 (스텝 SA1). 목표 굴삭 지형이 설정된 후, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 작업기 (2) 의 목표 속도 (Vc) 를 결정한다 (스텝 SA2). 작업기 (2) 의 목표 속도 (Vc) 는, 붐 목표 속도 (Vc_bm), 아암 목표 속도 (Vc_am), 및 버킷 목표 속도 (Vc_bkt) 를 포함한다. 붐 목표 속도 (Vc_bm) 는, 붐 실린더 (10) 만이 구동될 때의 칼끝 (8a) 의 속도이다. 아암 목표 속도 (Vc_am) 는, 아암 실린더 (11) 만이 구동될 때의 칼끝 (8a) 의 속도이다. 버킷 목표 속도 (Vc_bkt) 는, 버킷 실린더 (12) 만이 구동될 때의 칼끝 (8a) 의 속도이다. 붐 목표 속도 (Vc_bm) 는, 붐 조작량에 기초하여 산출된다. 아암 목표 속도 (Vc_am) 는, 아암 조작량에 기초하여 산출된다. 버킷 목표 속도 (Vc_bkt) 는, 버킷 조작량에 기초하여 산출된다.

작업기 컨트롤러 (26) 의 기억부에, 붐 조작량에 대응하는 압력 센서 (66A 또는 66B) 로부터 취득되는 파일럿 유압과 붐 목표 속도 (Vc_bm) 의 관계를 규정하는 목표 속도 정보가 기억되어 있다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 목표 속도 정보에 기초하여, 붐 조작량에 대응하는 붐 목표 속도 (Vc_bm) 를 결정한다. 목표 속도 정보는, 예를 들어, 붐 조작량에 대한 붐 목표 속도 (Vc_bm) 의 크기가 기술된 그래프이다. 목표 속도 정보는, 테이블 또는 수식 등의 형태여도 된다. 목표 속도 정보는, 아암 조작량에 대응하는 압력 센서 (66A 또는 66B) 로부터 취득되는 파일럿 유압과 아암 목표 속도 (Vc_am) 의 관계를 규정하는 정보를 포함한다. 목표 속도 정보는, 버킷 조작량에 대응하는 압력 센서 (66A 또는 66B) 로부터 취득되는 파일럿 유압과 버킷 목표 속도 (Vc_bkt) 의 관계를 규정하는 정보를 포함한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 목표 속도 정보에 기초하여, 아암 조작량에 대응하는 아암 목표 속도 (Vc_am) 를 결정한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 목표 속도 정보에 기초하여, 버킷 조작량에 대응하는 버킷 목표 속도 (Vc_bkt) 를 결정한다.

도 27 에 나타내는 바와 같이, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 붐 목표 속도 (Vc_bm) 를, 목표 굴삭 지형의 표면에 수직인 방향의 속도 성분 (수직 속도 성분) (Vcy_bm) 과, 목표 굴삭 지형의 표면에 평행한 방향의 속도 성분 (수평 속도 성분으로) (Vcx_bm) 으로 변환한다 (스텝 SA3).

작업기 컨트롤러 (26) 는, 기준 위치 데이터 (P) 및 목표 굴삭 지형 등으로부터, 글로벌 좌표계의 수직축에 대한 로컬 좌표계의 수직축 (선회체 (3) 의 선회축 (AX)) 의 기울기와, 글로벌 좌표계의 수직축에 대한 목표 굴삭 지형의 표면의 수직 방향에 있어서의 기울기를 구한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 이들 기울기로부터 로컬 좌표계의 수직축과 목표 굴삭 지형의 표면의 수직 방향의 기울기를 나타내는 각도 (β1) 를 구한다.

도 28 에 나타내는 바와 같이, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 로컬 좌표계의 수직축과 붐 목표 속도 (Vc_bm) 의 방향이 이루는 각도 (β2) 로부터, 삼각함수에 의해, 붐 목표 속도 (Vc_bm) 를 로컬 좌표계의 수직축 방향의 속도 성분 (VL1_bm) 과, 수평축 방향의 속도 성분 (VL2_bm) 으로 변환한다.

도 29 에 나타내는 바와 같이, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 로컬 좌표계의 수직축과 목표 굴삭 지형의 표면의 수직 방향의 기울기 (β1) 로부터, 삼각함수에 의해, 로컬 좌표계의 수직축 방향에 있어서의 속도 성분 (VL1_bm) 과, 수평축 방향에 있어서의 속도 성분 (VL2_bm) 을, 목표 굴삭 지형에 대한 수직 속도 성분 (Vcy_bm) 및 수평 속도 성분 (Vcx_bm) 으로 변환한다. 동일하게, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 아암 목표 속도 (Vc_am) 를, 로컬 좌표계의 수직축 방향에 있어서의 수직 속도 성분 (Vcy_am) 및 수평 속도 성분 (Vcx_am) 으로 변환한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 버킷 목표 속도 (Vc_bkt) 를, 로컬 좌표계의 수직축 방향에 있어서의 수직 속도 성분 (Vcy_bkt) 및 수평 속도 성분 (Vcx_bkt) 으로 변환한다.

도 30 에 나타내는 바와 같이, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 과 목표 굴삭 지형 사이의 거리 (d) 를 취득한다 (스텝 SA4). 작업기 컨트롤러 (26) 는, 칼끝 (8a) 의 위치 정보 및 목표 굴삭 지형 등으로부터, 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 과 목표 굴삭 지형의 표면 사이의 최단이 되는 거리 (d) 를 산출한다. 본 실시형태에 있어서는, 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 과 목표 굴삭 지형의 표면 사이의 최단이 되는 거리 (d) 에 기초하여, 제한 굴삭 제어가 실행된다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 과 목표 굴삭 지형의 표면 사이의 거리 (d) 에 기초하여, 작업기 (2) 전체의 제한 속도 (Vcy_lmt) 를 산출한다 (스텝 SA5). 작업기 (2) 전체의 제한 속도 (Vcy_lmt) 는, 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형에 접근하는 방향에 있어서 허용할 수 있는 칼끝 (8a) 의 이동 속도이다. 작업기 컨트롤러 (26) 의 메모리에는, 거리 (d) 와 제한 속도 (Vcy_lmt) 의 관계를 규정하는 제한 속도 정보가 기억되어 있다.

도 31 은, 본 실시형태에 관련된 제한 속도 정보의 일례를 나타낸다. 본 실시형태에 있어서, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형의 표면의 외방, 즉 유압 셔블 (100) 의 작업기 (2) 측에 위치하고 있을 때의 거리 (d) 는 정 (正) 의 값이고, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형의 표면의 내방, 즉 목표 굴삭 지형보다 굴삭 대상의 내부측에 위치하고 있을 때의 거리 (d) 는 부 (負) 의 값이다. 도 30 에 나타낸 바와 같이, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형의 표면의 상방에 위치하고 있을 때의 거리 (d) 는 정의 값이다. 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형의 표면의 하방에 위치하고 있을 때의 거리 (d) 는 부의 값이다. 또, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형에 대해 침식되지 않는 위치에 있을 때의 거리 (d) 는 정의 값이다. 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형에 대해 침식되는 위치에 있을 때의 거리 (d) 는 부의 값이다. 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형 상에 위치하고 있을 때, 즉 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형과 접하고 있을 때의 거리 (d) 는 0 이다.

본 실시형태에 있어서, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형의 내방으로부터 외방을 향할 때의 속도를 정의 값으로 하고, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형의 외방으로부터 내방을 향할 때의 속도를 부의 값으로 한다. 즉, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형의 상방을 향할 때의 속도를 정의 값으로 하고, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형의 하방을 향할 때의 속도를 부의 값으로 한다.

제한 속도 정보에 있어서, 거리 (d) 가 d1 과 d2 사이일 때의 제한 속도 (Vcy_lmt) 의 기울기는, 거리 (d) 가 d1 이상 또는 d2 이하일 때의 기울기보다 작다. d1 은 0 보다 크다. d2 는 0 보다 작다. 목표 굴삭 지형의 표면 부근의 조작에 있어서는 제한 속도를 보다 상세하게 설정하기 위해서, 거리 (d) 가 d1 과 d2 사이일 때의 기울기를, 거리 (d) 가 d1 이상 또는 d2 이하일 때의 기울기보다 작게 한다. 거리 (d) 가 d1 이상일 때, 제한 속도 (Vcy_lmt) 는 부의 값이고, 거리 (d) 가 커질수록 제한 속도 (Vcy_lmt) 는 작아진다. 요컨대, 거리 (d) 가 d1 이상일 때, 목표 굴삭 지형보다 상방에 있어서 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형의 표면으로부터 멀수록, 목표 굴삭 지형의 하방으로 향하는 속도가 커져, 제한 속도 (Vcy_lmt) 의 절대값은 커진다. 거리 (d) 가 0 이하일 때, 제한 속도 (Vcy_lmt) 는 정의 값이고, 거리 (d) 가 작아질수록 제한 속도 (Vcy_lmt) 는 커진다. 요컨대, 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형으로부터 멀어지는 거리 (d) 가 0 이하일 때, 목표 굴삭 지형보다 하방에 있어서 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형으로부터 멀수록, 목표 굴삭 지형의 상방으로 향하는 속도가 커져, 제한 속도 (Vcy_lmt) 의 절대값은 커진다.

거리 (d) 가 소정값 (dth1) 이상에서는, 제한 속도 (Vcy_lmt) 는, Vmin 이 된다. 소정값 (dth1) 은 정의 값이고, d1 보다 크다. Vmin 은, 목표 속도의 최소값보다 작다. 요컨대, 거리 (d) 가 소정값 (dth1) 이상에서는, 작업기 (2) 의 동작의 제한이 실시되지 않는다. 따라서, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형의 상방에 있어서 목표 굴삭 지형으로부터 크게 떨어져 있을 때에는, 작업기 (2) 의 동작의 제한, 즉 제한 굴삭 제어가 실시되지 않는다. 거리 (d) 가 소정값 (dth1) 보다 작을 때, 작업기 (2) 의 동작의 제한이 실시된다. 거리 (d) 가 소정값 (dth1) 보다 작을 때, 붐 (6) 의 동작의 제한이 실시된다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, 작업기 (2) 전체의 제한 속도 (Vcy_lmt) 와 아암 목표 속도 (Vc_am) 와 버킷 목표 속도 (Vc_bkt) 로부터 붐 (6) 의 제한 속도의 수직 속도 성분 (제한 수직 속도 성분) (Vcy_bm_lmt) 을 산출한다 (스텝 SA6).

도 32 에 나타내는 바와 같이, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 작업기 (2) 전체의 제한 속도 (Vcy_lmt) 로부터, 아암 목표 속도의 수직 속도 성분 (Vcy_am) 과, 버킷 목표 속도의 수직 속도 성분 (Vcy_bkt) 을 감산함으로써, 붐 (6) 의 제한 수직 속도 성분 (Vcy_bm_lmt) 을 산출한다.

도 33 에 나타내는 바와 같이, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 붐 (6) 의 제한 수직 속도 성분 (Vcy_bm_lmt) 을, 붐 (6) 의 제한 속도 (붐 제한 속도) (Vc_bm_lmt) 로 변환한다 (스텝 SA7). 작업기 컨트롤러 (26) 는, 붐 (6) 의 회전 각도 (α), 아암 (7) 의 회전 각도 (β), 버킷 (8) 의 회전 각도, 차량 본체 위치 데이터 (P), 및 목표 굴삭 지형 등으로부터, 목표 굴삭 지형의 표면에 수직인 방향과 붐 제한 속도 (Vc_bm_lmt) 의 방향 사이의 관계를 구하고, 붐 (6) 의 제한 수직 속도 성분 (Vcy_bm_lmt) 을 붐 제한 속도 (Vc_bm_lmt) 로 변환한다. 이 경우의 연산은, 전술한 붐 목표 속도 (Vc_bm) 로부터 목표 굴삭 지형의 표면에 수직인 방향의 수직 속도 성분 (Vcy_bm) 을 구한 연산과 반대의 순서에 의해 실시된다. 그 후, 붐 개입량에 대응하는 실린더 속도가 결정되고, 실린더 속도에 대응한 개방 지령이 제어 밸브 (27C) 에 출력된다.

레버 조작에 기초하는 파일럿압이 유로 (43B) 에 충전되어, 붐 개입에 기초하는 파일럿압이 유로 (43C) 에 충전된다. 그 압력이 큰 쪽을 셔틀 밸브 (51) 가 선택한다 (스텝 SA8).

예를 들어, 붐 (6) 을 하강시키는 경우, 붐 (6) 의 하방으로의 붐 제한 속도 (Vc_bm_lmt) 의 크기가, 하방으로의 붐 목표 속도 (Vc_bm) 의 크기보다 작을 때에는, 제한 조건이 만족되어 있다. 또, 붐 (6) 을 상승시키는 경우, 붐 (6) 의 상방으로의 붐 제한 속도 (Vc_bm_lmt) 의 크기가, 상방으로의 붐 목표 속도 (Vc_bm) 의 크기보다 클 때에는, 제한 조건이 만족되어 있다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, 작업기 (2) 를 제어한다. 붐 (6) 을 제어하는 경우, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 붐 지령 신호를 제어 밸브 (27C) 에 송신함으로써, 붐 실린더 (10) 를 제어한다. 붐 지령 신호는, 붐 지령 속도에 따른 전류값을 갖는다. 필요에 따라, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 아암 (7) 및 버킷 (8) 을 제어한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 아암 지령 신호를 제어 밸브 (27) 에 송신함으로써, 아암 실린더 (11) 를 제어한다. 아암 지령 신호는, 아암 지령 속도에 따른 전류값을 갖는다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 버킷 지령 신호를 제어 밸브 (27) 에 송신함으로써, 버킷 실린더 (12) 를 제어한다. 버킷 지령 신호는, 버킷 지령 속도에 따른 전류값을 갖는다.

제한 조건이 만족되어 있지 않은 경우, 셔틀 밸브 (51) 에서는 유로 (43B) 로부터의 작동유의 공급이 선택되어, 통상 운전이 실시된다 (스텝 SA9). 작업기 컨트롤러 (26) 는, 붐 조작량과 아암 조작량과 버킷 조작량에 따라, 붐 실린더 (10) 와 아암 실린더 (11) 와 버킷 실린더 (12) 를 작동시킨다. 붐 실린더 (10) 는, 붐 목표 속도 (Vc_bm) 로 작동한다. 아암 실린더 (11) 는, 아암 목표 속도 (Vc_am) 로 작동한다. 버킷 실린더 (12) 는, 버킷 목표 속도 (Vc_bkt) 로 작동한다.

제한 조건이 만족되어 있는 경우, 셔틀 밸브 (51) 에서는 유로 (43C) 로부터의 작동유의 공급이 선택되어, 제한 굴삭 제어가 실행된다 (스텝 SA10).

작업기 (2) 전체의 제한 속도 (Vcy_lmt) 로부터, 아암 목표 속도의 수직 속도 성분 (Vcy_am) 과 버킷 목표 속도의 수직 속도 성분 (Vcy_bkt) 을 감산함으로써, 붐 (6) 의 제한 수직 속도 성분 (Vcy_bm_lmt) 이 산출된다. 따라서, 작업기 (2) 전체의 제한 속도 (Vcy_lmt) 가, 아암 목표 속도의 수직 속도 성분 (Vcy_am) 과 버킷 목표 속도의 수직 속도 성분 (Vcy_bkt) 의 합보다 작을 때에는, 붐 (6) 의 제한 수직 속도 성분 (Vcy_bm_lmt) 은, 붐이 상승하는 부의 값이 된다.

따라서, 붐 제한 속도 (Vc_bm_lmt) 는, 부의 값이 된다. 이 경우, 작업기 컨트롤러 (27) 는, 붐 (6) 을 하강시키지만, 붐 목표 속도 (Vc_bm) 보다 감속시킨다. 이 때문에, 오퍼레이터의 위화감을 작게 억제하면서 버킷 (8) 이 목표 굴삭 지형을 침식하는 것을 방지할 수 있다.

작업기 (2) 전체의 제한 속도 (Vcy_lmt) 가, 아암 목표 속도의 수직 속도 성분 (Vcy_am) 과 버킷 목표 속도의 수직 속도 성분 (Vcy_bkt) 의 합보다 클 때에는, 붐 (6) 의 제한 수직 속도 성분 (Vcy_bm_lmt) 은, 정의 값이 된다. 따라서, 붐 제한 속도 (Vc_bm_lmt) 는, 정의 값이 된다. 이 경우, 조작 장치 (25) 가 붐 (6) 을 하강시키는 방향으로 조작되어 있어도, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 붐 (6) 을 상승시킨다. 이 때문에, 목표 굴삭 지형의 침식의 확대를 신속히 억제할 수 있다.

칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형보다 상방에 위치하고 있을 때에는, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형에 가까워질수록, 붐 (6) 의 제한 수직 속도 성분 (Vcy_bm_lmt) 의 절대값이 작아짐과 함께, 목표 굴삭 지형의 표면에 평행한 방향으로의 붐 (6) 의 제한 속도의 속도 성분 (제한 수평 속도 성분) (Vcx_bm_lmt) 의 절대값도 작아진다. 따라서, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형보다 상방에 위치하고 있을 때에는, 칼끝 (8a) 이 목표 굴삭 지형에 가까워질수록, 붐 (6) 의 목표 굴삭 지형의 표면에 수직인 방향으로의 속도와, 붐 (6) 의 목표 굴삭 지형의 표면에 평행한 방향으로의 속도가 함께 감속된다. 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터에 의해 좌조작 레버 (25L) 및 우조작 레버 (25R) 가 동시에 조작됨으로써, 붐 (6) 과 아암 (7) 과 버킷 (8) 이 동시에 동작한다. 이 때, 붐 (6) 과 아암 (7) 과 버킷 (8) 의 각 목표 속도 (Vc_bm, Vc_am, Vc_bkt) 가 입력된 것으로 하여, 전술한 제어를 설명하면 다음과 같다.

도 34 는, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 사이의 거리 (d) 가 소정값 (dth1) 보다 작고, 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 이 위치 (Pn1) 로부터 위치 (Pn2) 로 이동하는 경우의 붐 (6) 의 제한 속도의 변화의 일례를 나타내고 있다. 위치 (Pn2) 에서의 칼끝 (8a) 과 목표 굴삭 지형 사이의 거리는, 위치 (Pn1) 에서의 칼끝 (8a) 과 목표 굴삭 지형 사이의 거리보다 작다. 이 때문에, 위치 (Pn2) 에서의 붐 (6) 의 제한 수직 속도 성분 (Vcy_bm_lmt2) 은, 위치 (Pn1) 에서의 붐 (6) 의 제한 수직 속도 성분 (Vcy_bm_lmt1) 보다 작다. 따라서, 위치 (Pn2) 에서의 붐 제한 속도 (Vc_bm_lmt2) 는, 위치 (Pn1) 에서의 붐 제한 속도 (Vc_bm_lmt1) 보다 작아진다. 또, 위치 (Pn2) 에서의 붐 (6) 의 제한 수평 속도 성분 (Vcx_bm_lmt2) 은, 위치 (Pn1) 에서의 붐 (6) 의 제한 수평 속도 성분 (Vcx_bm_lmt1) 보다 작아진다. 단, 이 때, 아암 목표 속도 (Vc_am) 및 버킷 목표 속도 (Vc_bkt) 에 대해서는 제한은 실시되지 않는다. 이 때문에, 아암 목표 속도의 수직 속도 성분 (Vcy_am) 및 수평 속도 성분 (Vcx_am) 과, 버킷 목표 속도의 수직 속도 성분 (Vcy_bkt) 및 수평 속도 성분 (Vcx_bkt) 에 대해서는, 제한은 실시되지 않는다.

전술한 바와 같이, 아암 (7) 에 대해 제한을 실시하지 않음으로써, 오퍼레이터의 굴삭 의사에 대응하는 아암 조작량의 변화는, 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 의 속도 변화로서 반영된다. 이 때문에, 본 실시형태는, 목표 굴삭 지형의 침식의 확대를 억제하면서 오퍼레이터의 굴삭시의 조작에 있어서의 위화감을 억제할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 굴삭 대상의 목표 형상인 설계 지형을 나타내는 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 의 위치를 나타내는 칼끝 위치 데이터 (S) 에 기초하여, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 의 거리 (d) 에 따라 버킷 (8) 이 목표 굴삭 지형에 가까워지는 상대속도가 작아지도록, 붐 (6) 의 속도를 제한한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 굴삭 대상의 목표 형상인 설계 지형을 나타내는 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 의 위치를 나타내는 칼끝 위치 데이터 (S) 에 기초하여, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 의 거리 (d) 에 따라 제한 속도를 결정하고, 작업기 (2) 가 목표 굴삭 지형에 접근하는 방향의 속도가 제한 속도 이하가 되도록, 작업기 (2) 를 제어한다. 이로써, 칼끝 (8a) 에 대한 굴삭 제한 제어가 실행되어, 목표 굴삭 지형에 대한 칼끝 (8a) 의 위치가 자동 조정된다.

제한 굴삭 제어 (개입 제어) 에 있어서는, 목표 굴삭 지형에 대한 칼끝 (8a) 의 침입이 억제되도록, 붐 실린더 (10) 에 접속된 제어 밸브 (27) 에 제어 신호가 출력되어, 붐 (6) 의 위치가 제어된다. 개입 제어는, 상대 속도 (Wa) 가 제한 속도 (V) 보다 클 때에 실행된다. 개입 제어는, 상대 속도 (Wa) 가 제한 속도 (V) 보다 작을 때에 실행되지 않는다. 상대 속도 (Wa) 가 제한 속도 (V) 보다 작은 것은, 버킷 (8) 과 목표 굴삭 지형이 멀어지도록 목표 굴삭 지형에 대해 버킷 (8) 이 이동하는 것을 포함한다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 2 차원 버킷 데이터 (S) 가 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 상대 위치를 도출하기 위해서 사용되고, 로컬 좌표계로부터 극좌표계로 좌표 변환된 2 차원 버킷 데이터 (S) 가 작업기 (2) 의 제어에 사용되어도 된다. 예를 들어, 도 35 에 나타내는 바와 같이, 아암 탑 (버킷축 (J3)) 이 극좌표계의 원점이 되고, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 복수의 윤곽점 (A, B, C, D, E) 이, 원점으로부터의 거리와, 기준선에 대한 각도 (θA, θB, θC, θD, θE) 로 나타내도 된다. 또한, 기준선은, 버킷축 (J3) 과 버킷 (8) 의 선단부 (8a) 를 연결하는 선이어도 된다. 극좌표계를 사용함으로써, 버킷 (8) 이 틸트했을 때의 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 선단부 (8a) 와 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 단면의 윤곽이 올바르게 연산되어, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 선단부 (8a) 의 거리를 정확하게 산출하는 것이 가능해져, 굴삭 제어의 정밀도를 확보할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 틸트 각도 센서 (70) 는, 글로벌 좌표계에 있어서의 수평면에 대한 버킷 (8) 의 틸트 각도를 검출한다. 틸트 각도 센서 (70) 는, 버킷 (8) 에 배치되어 있고, 버킷 (8) 이 수평면에 대해 경사짐으로써, 그 경사 각도에 따른 틸트 각도 데이터를 취득부 (28C) 에 출력한다.

도 36 은, 본 실시형태에 관련된 틸트 각도 센서 (70) 의 원리를 설명하기 위한 모식도이다. 도 36 에 나타내는 바와 같이, 틸트 각도 센서 (70) 는, 글로벌 좌표계에 있어서의 수평면 (XgYg 평면) 에 대한 틸트 각도 (회전 각도, 경사 각도) 를 검출한다. 즉, 틸트 각도 센서 (70) 는, θXg 방향, 및 θYg 방향에 관한 2 개의 방향에 관한 경사 각도를 검출하는 2 축의 각도 센서이다. 틸트 각도 센서 (70) 는, 기준면 (70R) 을 갖고, 수평면에 대한 기준면 (70R) 의 경사 각도를 검출한다.

버킷 (8) 은, 틸트 핀 근방에 틸트 각도 센서 (70) 이 설치되는 설치면을 갖는다. 버킷 (8) 의 설치면과 수평면이 평행인 경우, 버킷 (8) 은 초기 자세 (수평 자세) 가 된다. 버킷 (8) 이 초기 자세의 상태에 있어서, 기준면 (70R) 과 수평면 (설치면) 이 평행이 되도록, 틸트 각도 센서 (70) 가 버킷 (8) 의 설치면에 설치된다.

기준면 (70R) 과 수평면이 평행한 상태에 있어서, 경사 각도를 검출하는 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 정밀도는 가장 높다. 기준면 (70R) 과 수평면이 직교하는 상태에 있어서, 경사 각도를 검출하는 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 정밀도는 가장 낮다. 즉, 기준면 (70R) 이 수평이 되면, 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 정밀도가 향상되고, 기준면 (70R) 이 연직이 되면, 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 정밀도가 저하된다.

따라서, 틸트 각도 센서 (70) 가 설치되어 있는 버킷 (8) 의 자세가 변화하면, 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 정밀도가 변화한다. 예를 들어, 초기 자세의 버킷 (8) 이 틸트축 (J4) 을 중심으로 회전하면, 그 버킷 (8) 에 설치되어 있는 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 또, 붐 (6) 및 버킷 (8) 의 적어도 일방의 상승 동작 또는 하강 동작에 의해 버킷 (8) 의 자세가 변화한 경우에 있어서도, 그 버킷 (8) 에 설치되어 있는 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 예를 들어, 작업기 (2) 가 신장되어 기준면 (70R) 이 연직에 가까워지면, 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 정밀도가 저하된다.

또, 버킷 (8) 은, 틸트 실린더 (30) 의 구동에 의해 틸트축 (J4) 을 중심으로 회전한다. 버킷 (8) 은, 틸트 실린더 (30) 구동뿐만 아니라, 붐 (6) 및 아암 (7) 의 적어도 일방의 상승 동작 또는 하강 동작에 의해서도 수평면에 대해 경사진다. 그 때문에, 틸트 실린더 (30) 가 구동되지 않아도, 틸트 각도 센서 (70) 는, 붐 (6) 및 아암 (7) 의 적어도 일방의 상승 동작 또는 하강 동작에 기초하는 틸트 각도 데이터를 취득부 (28C) 에 출력한다.

이와 같이, 틸트 각도 센서 (70) 로부터 출력되는 틸트 각도 데이터는, 틸트 실린더 (30) 의 스트로크 길이에 따른 틸트 각도 성분뿐만 아니라, 붐 (6) 및 아암 (7) 중 적어도 일방의 상승 동작 또는 하강 동작에 기초하는 틸트 각도 성분을 포함한다. 그 때문에, 틸트 각도 센서 (70) 를 사용하여, 틸트 실린더 (30) 의 구동에 기초하는 틸트 각도 데이터를 정확하게 취득하는 것이 곤란해질 가능성이 있다.

또, 상기 서술한 바와 같이, 틸트 각도 센서 (70) 는, 수평면에 대한 2 축 (θXg 방향 및 θYg 방향) 의 각도 센서이고, 틸트 각도 센서 (70) 의 기준면 (70R) 의 각도가 글로벌 좌표계의 연직 방향에 가까워지는 등, 버킷 (8) 의 자세에 따라서는, 틸트 각도를 정확하게 검출할 수 없을 가능성이 있다. 즉, 작업기 (2) 의 구동에 의한 틸트 각도 센서 (70) 의 동적인 검출 정밀도의 확보, 및 버킷 (8) 의 자세에 의한 틸트 각도 센서 (70) 의 정적인 검출 정밀도의 확보가 곤란해져, 정확한 검출 결과를 출력할 수 없게 될 가능성이 있다.

그 결과, 틸트 각도 센서 (70) 로부터 실시간으로 취득되는 틸트 각도 데이터 (모니터 데이터) 에 기초하여 제한 절삭 제어를 실행하면, 검출 정밀도가 저하된 틸트 각도 센서 (70) 로부터 출력된 틸트 각도 데이터로 제한 굴삭 제어가 실시되어, 굴삭 정밀도가 저하될 가능성이 있다.

본 실시형태에 있어서는, 고정 지령에 의해 틸트 각도 센서 (70) 의 검출값을 고정시키는 것을 가능하게 한다. 이로써 오퍼레이터의 조작에 의해, 틸트 각도 센서 (70) 의 검출 정밀도가 높은 시점 (기준면 (70R) 이 수평에 가까운 시점) 에서, 틸트 각도 센서 (70) 로부터 취득부 (28C) 에 출력되는 틸트 각도 데이터가 고정화되어, 고정 데이터가 정해진다. 그 시점 이후, 고정 데이터에 기초하여 작업기 (2) 의 제어가 실시된다. 이로써, 그 시점 이후, 작업기 (2) 가 구동되거나, 버킷 (8) 의 자세가 변화하거나 해도, 검출 정밀도가 저하된 틸트 각도 센서 (70) 로부터 출력된 틸트 각도 데이터로 제한 굴삭 제어가 실시되어 버리는 것이 방지된다.

본 실시형태에 있어서는, 틸트 각도 데이터를 고정시키기 위한 고정 지령이 작업기 컨트롤러 (26) 및 센서 컨트롤러 (32) 중 적어도 일방에 출력된다. 고정 지령이 출력된 시점에서, 틸트 각도 데이터가 고정화되어, 고정 데이터가 생성된다.

고정 데이터에 기초하는 작업기 (2) 의 제어는, 고정 지령이 해제될 때까지 실시된다. 작업기 제어부 (26A) 는, 고정 지령이 해제될 때까지, 고정 데이터에 기초하여 작업기 (2) 를 제어한다. 고정 해제 지령이 출력됨으로써, 고정 지령이 해제된다. 고정 지령이 해제됨으로써, 작업기 컨트롤러 (26) 및 센서 컨트롤러 (32) 에 실시간으로 틸트 각도 센서 (70) 로부터의 틸트 각도 데이터가 출력된다. 고정 지령이 해제된 후, 틸트 각도 센서 (70) 로부터 출력된 틸트 각도 데이터에 기초하여, 작업기 (2) 가 제어된다.

고정 지령은, 제한 굴삭 제어가 실시되는 기간의 적어도 일부에 있어서 고정 데이터에 기초하여 작업기 (2) 가 제어되도록, 고정부 (28D) 에 출력된다. 본 실시형태에 있어서, 고정 지령은, 제한 굴삭 제어의 개시에 있어서 고정부 (28D) 에 출력되고, 제한 굴삭 제어의 종료에 있어서 해제된다.

본 실시형태에 있어서, 제한 굴삭 제어의 기간은, 제한 굴삭 제어 모드가 설정된 기간, 및 제한 굴삭 제어 상태의 기간 중 적어도 일방을 포함한다.

제한 굴삭 제어 모드는, 입력부 (36) 의 조작에 의해 설정된다. 본 실시형태에 있어서, 입력부 (36) 는, 제한 굴삭 제어를 실시할지 여부를 지령하는 버튼 (굴삭 제어 모드 전환 버튼) 을 포함한다. 오퍼레이터에 의해 굴삭 제어 모드 전환 버튼이 조작되면, 제한 굴삭 제어 모드의 개시 및 종료 중 적어도 일방의 지령 신호가 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력된다. 즉, 입력부 (36) 의 조작에 의해, 제한 굴삭 제어 모드의 개시 지령 및 종료 지령 중 적어도 일방이 작업기 컨트롤러 (26) 에 출력된다. 제한 굴삭 제어 모드의 개시 시점은, 제한 굴삭 제어 모드가 개시되도록 굴삭 제어 모드 전환 버튼이 조작된 시점이다. 제한 굴삭 제어 모드의 종료 시점은, 제한 굴삭 제어 모드가 종료하도록 굴삭 제어 모드 전환 버튼이 조작된 시점이다.

본 실시형태에 있어서는, 제한 굴삭 제어 개시를 위한 굴삭 제어 모드 전환 버튼의 조작에 의해, 고정 지령이 출력된다. 또, 제한 굴삭 제어 종료를 위한 굴삭 제어 모드 전환 버튼의 조작에 의해, 고정 해제 지령이 출력된다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 제한 굴삭 제어 모드의 개시 지령이 고정 지령을 포함한다. 제한 굴삭 제어 모드의 종료 지령이 고정 해제 지령을 포함한다. 고정 지령이 출력됨으로써, 그 고정 지령이 고정부 (28D) 에 보내지고, 고정 지령이 보내진 시점에 있어서의 틸트 각도 데이터가 유지 (고정) 된다.

또한, 입력부 (36) 는, 틸트 각도 데이터를 고정시키기 위한 고정 지령 및 고정 해제 지령을 포함하는 지령 신호를 생성 가능한 전용의 버튼 (틸트 각도 고정 버튼) 을 포함해도 된다. 틸트 각도 고정 버튼이 조작됨으로써 생성된 지령 신호가, 틸트 각도 센서 (70) 를 제어하기 위한 센서 컨트롤러에 출력되어도 된다. 예를 들어, 틸트 각도 고정 버튼이 조작되어 고정 지령이 출력된 후, 틸트 각도 센서 (70) 로부터 취득부 (28C) 에 고정 데이터가 출력되어도 된다.

제한 굴삭 제어 모드가 개시되기 전 (제한 굴삭 제어 모드 개시를 위한 굴삭 제어 모드 전환 버튼의 조작 전) 에 틸트 각도 고정 버튼이 조작되어 고정 지령이 출력되어도 된다. 제한 굴삭 제어 모드의 개시시 (제한 굴삭 제어 모드 개시를 위한 굴삭 제어 모드 전환 버튼의 조작시) 에 틸트 각도 고정 버튼이 조작되어 고정 지령이 출력되어도 된다. 제한 굴삭 제어 모드의 종료시 (제한 굴삭 제어 모드 종료를 위한 굴삭 제어 모드 전환 버튼의 조작시) 에 틸트 각도 고정 버튼이 조작되어 고정 지령이 출력되어도 된다. 제한 굴삭 제어 모드가 종료한 후 (제한 굴삭 제어 모드 종료를 위한 굴삭 제어 모드 전환 버튼의 조작 후) 에 틸트 각도 고정 버튼이 조작되어 고정 지령이 출력되어도 된다.

제한 굴삭 제어 상태는, 칼끝 (8a) 의 상대 속도 (Wa) 가 제한 속도 (V) 를 초과한 상태를 포함한다. 제한 굴삭 제어 상태의 개시 시점은, 칼끝 (8a) 의 상대 속도 (Wa) 가 제한 속도 (V) 를 초과한 시점이다. 굴삭 제어 상태의 종료 시점은, 칼끝 (8a) 의 상대 속도 (Wa) 가 제한 속도 (V) 이하가 된 시점이다.

제한 굴삭 제어 상태의 개시 시점에 있어서, 고정 지령이 작업기 컨트롤러 (26) 로부터 고정부 (28D) 로 출력되어도 된다. 제한 굴삭 제어 상태의 종료 시점에 있어서, 고정 해제 지령이 작업기 컨트롤러 (26) 로부터 고정부 (28D) 로 출력되어도 된다.

굴삭 작업에 있어서, 오퍼레이터에 의해 입력부 (36) 가 조작되어, 고정 지령이 출력되면, 고정부 (28D) 는, 그 고정 지령에 기초하여, 틸트 각도 센서 (70) 의 모니터 데이터인 틸트 각도 데이터를 고정화하여 고정 데이터로 한다.

연산부 (28A) 는, 그 고정 데이터와, 작업기 각도 데이터와, 작업기 치수 데이터에 기초하여, 버킷 (8) 의 현재 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터를 구한다. 작업기 제어부 (26A) 는, 고정 데이터를 사용하여 구해진 버킷 위치 데이터와, 목표 굴삭 지형에 기초하여, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리에 따라 버킷 (8) 이 목표 굴삭 지형에 가까워지는 속도가 작아지도록 붐 (6) 의 속도를 제한하는 제한 굴삭 제어를 실행한다.

즉, 상기 서술한 예에 따라, 연산부 (28A) 는, 작업기 각도 데이터, 작업기 치수 데이터, 버킷 (8) 의 외형 데이터, 및 고정 데이터에 기초하여, 버킷 위치 데이터를 포함하고 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 외형을 나타내는 2 차원 버킷 데이터 (S) 를 구하고, 작업기 제어부 (26A) 는, 그 2 차원 버킷 데이터 (S) 에 기초하여, 작업기 (2) 를 제어한다.

본 실시형태에 있어서는, 제한 굴삭 제어 상태의 기간에 있어서, 버킷 (8) 의 구동이 금지된다. 즉, 제한 굴삭 제어에 있어서, 틸트축 (J4) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전이 정지된다. 또한, 제한 굴삭 제어에 있어서, 버킷축 (J3) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전은 금지되지 않는다.

상기 서술한 바와 같이, 작업기 (2) 는, 버킷 (8) 을 구동 가능한 틸트 실린더 (30) 를 갖고, 틸트 실린더 (30) 의 작동에 의해, 버킷 (8) 이 틸트축 (J4) 을 중심으로 회전한다. 본 실시형태에 있어서는, 제한 굴삭 제어에 있어서, 틸트 실린더 (30) 가 작동하지 않게, 작업기 컨트롤러 (26) 의 구동 금지부 (26B) 가 구동 금지 처리를 실시한다.

상기 서술한 바와 같이, 틸트 실린더 (30) 는, 제 3 조작 레버 (25P) 를 포함하는 조작 장치 (25) 에 의해 조작된다. 그 조작 장치 (25) 로부터 출력된 조작 신호에 의해 틸트 실린더 (30) 가 작동한다. 본 실시형태에 있어서는, 조작 장치 (25) 로부터 틸트 실린더 (30) 를 조작하기 위한 조작 신호가 출력되었을 경우, 구동 금지부 (26B) 는, 그 조작 장치 (25) 로부터 출력된 조작 신호를 무효화한다.

본 실시형태에 있어서, 조작 신호의 무효화는, 파일럿 유압 라인 (450) 의 파일럿 유압을 유지하면서, 틸트 실린더 (30) 의 동작을 고정시키는 것을 포함한다. 도 37 은, 본 실시형태에 관련된 유압 시스템 (300) 의 일례를 나타내는 도면이다.

도 37 에 나타내는 바와 같이, 유압 시스템 (300) 은, 틸트 실린더 (30) 에 대한 작동유의 공급량을 조정하는 방향 제어 밸브 (64) 와, 방향 제어 밸브 (64) 에 공급되는 파일럿유의 압력을 조정하는 제어 밸브 (27D) 및 제어 밸브 (27E) 와, 조작 페달 (25F) 과, 펌프 컨트롤러 (34) 와, 작업기 컨트롤러 (26) 를 구비하고 있다.

제어 밸브 (27D) 및 제어 밸브 (27E) 는, 작업기 컨트롤러 (26) 의 구동 금지부 (26B) 로부터 출력된 제어 신호 (구동 금지 신호) 에 기초하여 작동한다. 제어 밸브 (27D) 는, 셔틀 밸브 (51A) 와 방향 제어 밸브 (64) 사이의 유로에 배치된다. 제어 밸브 (27E) 는, 셔틀 밸브 (51B) 와 방향 제어 밸브 (64) 사이의 유로에 배치된다.

고정 지령에 기초하여, 작업기 컨트롤러 (26) 의 구동 금지부 (26B) 는, 구동 금지 처리를 실시하는 경우, 구동 금지 신호를 출력한다. 구동 금지부 (26B) 로부터 출력된 구동 금지 신호에 기초하여, 유로 (43 (43A, 43B)) 가 폐쇄되도록, 제어 밸브 (27D) 및 제어 밸브 (27E) 에 제어 신호를 출력한다. 이로써, 유로 (43) (파일럿 유압 라인) 의 파일럿 유압이 일정값으로 유지된다. 그 때문에, 방향 제어 밸브 (64) 의 스풀은 이동하지 않는다. 따라서, 틸트 실린더 (30) 는 작동하지 않고, 버킷 (8) 의 구동이 금지된다. 즉, 틸트축 (J4) 을 중심으로 하는 버킷 (8) 의 회전이 정지 (고정) 된다.

작업기 (2) 는, 제한 굴삭 제어 상태의 개시 시점에 있어서의 틸트축 (J4) 을 중심으로 하는 회전 방향에 관한 버킷 (8) 의 자세를 유지한 상태로, 굴삭 작업을 실시한다. 제한 굴삭 제어 상태가 종료 (해제) 된 시점에서, 버킷 (8) 의 구동의 금지가 해제된다.

본 실시형태에 있어서는, 제한 굴삭 제어에 있어서, 틸트 각도 데이터가 고정화되어 고정 데이터가 생성된다. 그 고정 데이터에 기초하여, 제한 굴삭 제어 상태의 기간에 있어서 버킷 (8) 이 틸트축 (J4) 을 중심으로 회전하면, 버킷 (8) 이 목표 굴삭 지형에 침입할 가능성이 높아진다. 본 실시형태에 있어서는, 제한 굴삭 제어 상태에 있어서, 틸트 각도 데이터뿐만 아니라, 틸트축 (J4) 을 중심으로 하는 회전 방향에 관한 버킷 (8) 의 위치도 고정된다. 이로써, 고정 데이터의 값과 버킷 (8) 의 실제의 틸트 각도의 괴리가 억제되어, 목표 굴삭 지형을 따른 굴삭이 가능해진다.

또한, 제한 굴삭 제어 상태의 기간뿐만 아니라, 제한 굴삭 제어 모드의 기간에 있어서, 버킷 (8) 의 구동이 금지되어도 된다.

또한, 제한 굴삭 제어에 있어서, 고정 데이터는 생성되지만, 버킷 (8) 의 구동은 금지되지 않아도 된다.

굴삭 제한 제어 모드의 종료를 위해서, 오퍼레이터에 의해 입력부 (36) 가 조작됨으로써, 고정 해제 지령이 출력된다. 이상에 의해, 굴삭 작업이 종료한다. 고정 해제 수단은 굴삭 제어 모드 종료는 입력부 (36) 의 입력 이외에 개별의 고정 해제 수단으로 해도 된다.

[표시부]

도 38 은, 표시부 (29) 의 일례를 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 있어서, 표시부 (29) 는, 2 차원 설계 지형 데이터 (U) 및 버킷 위치 데이터를 포함하는 2 차원 버킷 데이터 (S) 를 표시한다. 표시부 (29) 는, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리를 나타내는 거리 데이터, 및 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 외형을 나타내는 외형 데이터 중 적어도 일방을 표시한다.

표시부 (29) 의 화면은, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 을 나타내는 정면도 (282) 와, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 을 나타내는 측면도 (281) 를 포함한다. 정면도 (282) 는, 버킷 (8) 을 나타내는 아이콘 (101) 과, 목표 시공 정보의 단면을 나타내는 선 (102) 을 포함한다. 또, 정면도 (282) 는, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리 (Z 축 방향에 있어서의 거리) 를 나타내는 거리 데이터 (291A) 와, 목표 굴삭 지형과 칼끝 (8a) 이 이루는 각도를 나타내는 각도 데이터 (292A) 를 포함한다.

측면도 (281) 는, 버킷 (8) 을 나타내는 아이콘 (103) 과, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 목표 굴삭 지형의 표면을 나타내는 선 (104) 을 포함한다. 아이콘 (103) 은, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 외형을 나타낸다. 또, 측면도 (281) 는, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리 (목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 최단 거리) 를 나타내는 거리 데이터 (292A) 와, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 저면이 이루는 각도를 나타내는 각도 데이터 (292B) 를 포함한다.

[효과]

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 틸트식 버킷에 있어서, 그 버킷 (8) 에 형성된 틸트 각도 센서 (70) 가, 버킷 (8) 의 자세 등에서 기인하여 정확한 틸트 각도 데이터를 출력할 수 없는 상황이 발생해도, 틸트 각도 센서 (70) 로부터 정확한 틸트 각도 데이터가 출력되고 있는 타이밍에 고정 지령이 출력되는 것이 가능한 고정 지령 수단을 형성하는 것을 특징으로 한다. 오퍼레이터의 조작으로, 그 고정 지령에 기초하여 틸트 각도 데이터가 고정화됨으로써, 그 고정 데이터를 사용하여 양호한 정밀도로 굴삭 작업을 실시할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 틸트식 버킷에 있어서, 제한 굴삭 제어의 제어 대상이 되는 작업기 동작 평면 (MP) 을 따른 버킷 (8) 의 외형과 목표 굴삭 지형을 특정할 수 있도록 했으므로, 버킷 (8) 의 틸트에 의해, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리가 변화해도, 버킷 (8) 이 목표 굴삭 지형에 침입하지 않도록, 양호한 정밀도로 제한 굴삭 제어를 실시할 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 작업기 (2) 의 치수 데이터와, 버킷 (8) 의 외형 데이터와, 작업기 각도 데이터와, 틸트 각도 데이터에 기초하여, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 외형을 나타내는 2 차원 버킷 데이터를 구하도록 했으므로, 버킷 (8) 의 틸트 각도가 변동되어도, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 버킷 (8) 의 칼끝 (8a) 의 위치를 파악할 수 있다. 그 때문에, 목표 굴삭 지형과 칼끝 (8a) 의 상대 위치를 정확하게 파악하여, 굴삭 정밀도의 저하를 억제하면서, 소기의 시공을 실행할 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 작업기 (2) 의 치수 데이터와, 목표 굴삭 지형 데이터와, 작업기 각도 데이터가 취득되고, 작업기 제어부 (26A) 는, 목표 굴삭 지형 데이터 (U) 와 버킷 위치 데이터에 기초하여, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리에 따라 제한 속도를 결정하여, 작업기 (2) 가 목표 굴삭 지형에 접근하는 방향의 속도가 상기 제한 속도 이하가 되도록 작업기 (2) 를 제어한다. 이로써, 목표 굴삭 지형에 버킷 (8) 이 침입하는 것이 억제되어, 굴삭 정밀도의 저하가 억제된다.

본 실시형태에 있어서는, 고정 지령은, 제한 굴삭 제어가 실시되는 기간의 적어도 일부에 있어서 고정 데이터에 기초하여 작업기 (2) 가 제어되도록, 데이터 고정부 (28D) 에 출력되기 때문에, 그 고정 지령에 기초하여 틸트 각도 데이터가 고정화됨으로써, 제한 굴삭 제어를 양호한 정밀도로 실시할 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 고정 지령은, 제한 굴삭 제어의 개시에 있어서 데이터 고정부 (28D) 에 출력되고, 제한 굴삭 제어의 종료에 있어서 해제되기 때문에, 제한 굴삭 제어에 있어서는 양호한 정밀도로 제한 굴삭 제어가 실시된다. 또, 통상적인 굴삭 작업에 있어서는, 틸트 각도 데이터의 고정화가 되지 않고 굴삭 작업을 실시할 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 굴삭 제한 제어에 있어서, 구동 금지부 (26B) 에 의해 버킷 (8) 의 구동을 금지하여, 틸트 각도 데이터뿐만 아니라, 틸트축 (J4) 을 중심으로 하는 회전 방향에 관한 버킷 (8) 의 위치도 고정시키도록 했으므로, 목표 굴삭 지형을 따라 버킷 (8) 을 움직이면서 굴삭할 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 구동 금지부 (26B) 는, 조작 장치 (25) 로부터 출력된 조작 신호를 무효화하므로, 버킷 (8) 의 구동을 원활히 금지할 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 2 차원 버킷 데이터에 기초하여, 작업기 제어부 (26A) 에 의해 작업기 (2) 가 제어된다. 이로써, 작업기 제어부 (26A) 는, 2 차원 버킷 데이터 (S) 와, 작업기 동작 평면 (MP) 을 따른 목표 굴삭 지형에 기초하여, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 거리 (d) 를 도출하여, 작업기 (2) 의 제한 굴삭 제어를 실시할 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 2 차원 버킷 데이터, 차량 본체 (1) 의 현재 위치를 나타내는 차량 본체 위치 데이터 (P), 및 차량 본체 (1) 의 자세를 나타내는 차량 본체 자세 데이터 (Q) 에 기초하여, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 상대 위치를 구한다. 이로써, 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 상대 위치를 정확하게 구할 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 목표 굴삭 지형 데이터 및 버킷 위치 데이터가 표시부 (29) 에 표시된다. 이로써, 작업기 동작 평면 (MP) 을 기준으로 하여 제어 대상이 특정되어, 제한 굴삭 제어가 양호한 정밀도로 실시된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 글로벌 좌표계에 있어서의 유압 셔블 (CM) 의 차량 본체 위치 데이터 (P) 및 차량 본체 자세 데이터 (Q) 를 취득하고, 로컬 좌표계로 구한 버킷 (8) 의 위치 (2 차원 버킷 데이터 (S)) 와, 차량 본체 위치 데이터 (P) 및 차량 본체 자세 데이터 (Q) 를 사용하여, 글로벌 좌표계에 있어서의 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 상대 위치를 취득하는 것으로 하였다. 목표 굴삭 지형 데이터를 로컬 좌표계로 규정하고, 로컬 좌표계에 있어서의 목표 굴삭 지형과 버킷 (8) 의 상대 위치를 취득해도 된다. 이하의 실시형태에 있어서도 동일하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 2 차원 버킷 데이터 (S) 를 사용하여 제한 굴삭 제어 (개입 제어) 를 실시하는 것으로 하였다. 제한 굴삭 제어는 실시되지 않아도 된다. 예를 들어, 오퍼레이터가 표시부 (29) 를 눈으로 보고, 작업기 동작 평면 (MP) 에 있어서의 목표 굴삭 지형을 따라 버킷 (8) 이 이동하도록, 조작 장치 (25) 의 조작이 실시되어도 된다. 이하의 실시형태에 있어서도 동일하다.

이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.

상기의 실시형태에서는, 건설 기계의 일례로서 유압 셔블을 들고 있지만, 유압 셔블에 한정되지 않고, 다른 종류의 건설 기계에 본 발명이 적용되어도 된다.

글로벌 좌표계에 있어서의 유압 셔블 (CM) 의 위치의 취득은, GNSS 에 한정되지 않고, 다른 측위 수단에 의해 실시되어도 된다. 따라서, 칼끝 (8a) 과 목표 굴삭 지형의 거리 (d) 의 취득은, GNSS 에 한정되지 않고, 다른 측위 수단에 의해 실시되어도 된다.

붐 조작량과 아암 조작량과 버킷 조작량은, 조작 레버 (25R, 25L) 의 위치를 나타내는 전기적인 신호에 기초하여 취득되어도 된다.

1 차량 본체
2 작업기
3 선회체
4 운전실
5 주행 장치
5Cr 캐터필러
6 붐
7 아암
8 버킷
9 엔진 룸
10 붐 실린더
11 아암 실린더
12 버킷 실린더
13 붐 핀
14 아암 핀
15 버킷 핀
16 제 1 스트로크 센서
17 제 2 스트로크 센서
18 제 3 스트로크 센서
19 난간
20 위치 검출 장치
21 안테나
22 각도 검출 장치
23 위치 센서
24 경사 센서
25 조작 장치
25F 조작 페달
25L 제 2 조작 레버
25R 제 1 조작 레버
25P 제 3 조작 레버
26 작업기 컨트롤러
27 제어 밸브
28 표시 컨트롤러
29 표시부
30 틸트 실린더
32 센서 컨트롤러
36 입력부
40A 캡측 유실
40B 로드측 유실
41 메인 유압 펌프
42 파일럿 유압 펌프
43 메인 밸브
51 셔틀 밸브
70 틸트 각도 센서
80 틸트 핀
81 저판
82 배판
83 상판
84 측판
85 측판
86 개구부
87 브래킷
88 브래킷
90 접속 부재
91 플레이트 부재
92 브래킷
93 브래킷
94 제 1 링크 부재
94P 제 1 링크 핀
95 제 2 링크 부재
95P 제 2 링크 핀
96 버킷 실린더 탑 핀
97 브래킷
161 회전 롤러
162 회전 중심축
163 회전 센서부
164 케이스
200 제어 시스템
300 유압 시스템
AX 선회축
CM 건설 기계 (유압 셔블)
J1 붐축
J2 아암축
J3 버킷축
J4 틸트축
L1 붐 길이
L2 아암 길이
L3 버킷 길이
L4 틸트 길이
L5 버킷의 폭의 치수
P 차량 본체 위치 데이터
Q 차량 본체 자세 데이터 (선회체 방위 데이터)
S 2 차원 버킷 데이터
T 목표 시공 정보
U 목표 굴삭 지형 데이터
α 붐 각도
β 아암 각도
γ 버킷 각도
δ 틸트 각도
ε 틸트축 각도

Claims

붐축을 중심으로 차량 본체에 대해 회전 가능한 붐과, 상기 붐축과 평행한 아암축을 중심으로 상기 붐에 대해 회전 가능한 아암과, 상기 아암축과 평행한 버킷축 및 상기 버킷축과 직교하는 틸트축의 각각을 중심으로 상기 아암에 대해 회전 가능한 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계의 제어 시스템으로서,
상기 버킷에 형성되고, 수평면에 대한 경사 각도를 검출 가능하고, 적어도 상기 틸트축을 중심으로 하는 상기 버킷의 회전 각도를 포함하는 틸트 각도 데이터를 검출하는 틸트 각도 센서와,
상기 틸트 각도 센서로부터 상기 틸트 각도 데이터가 출력되는 데이터 취득부와,
고정 지령에 기초하여, 상기 데이터 취득부에 출력되는 상기 틸트 각도 데이터를 고정 데이터로 하는 데이터 고정부와,
상기 고정 지령이 해제될 때까지, 상기 고정 데이터에 기초하여, 상기 작업기를 제어하는 작업기 제어부를 구비하는 건설 기계의 제어 시스템
붐축을 중심으로 차량 본체에 대해 회전 가능한 붐과, 상기 붐축과 평행한 아암축을 중심으로 상기 붐에 대해 회전 가능한 아암과, 상기 아암축과 평행한 버킷축 및 상기 버킷축과 직교하는 틸트축의 각각을 중심으로 상기 아암에 대해 회전 가능한 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계의 제어 시스템으로서,
상기 버킷에 형성되고, 수평면에 대한 경사 각도를 검출 가능하고, 적어도 상기 틸트축을 중심으로 하는 상기 버킷의 회전 각도를 포함하는 틸트 각도 데이터를 검출하는 틸트 각도 센서와,
상기 틸트 각도 센서로부터 상기 틸트 각도 데이터가 출력되는 데이터 취득부와,
고정 지령에 기초하여, 상기 데이터 취득부에 출력되는 상기 틸트 각도 데이터를 고정 데이터로 하는 데이터 고정부와,
상기 고정 지령에 기초하여, 상기 버킷의 구동을 금지하는 구동 금지부를 구비하는 건설 기계의 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 붐의 치수, 상기 아암의 치수, 및 상기 버킷의 치수를 포함하는 치수 데이터를 취득하는 제 1 취득부와,
굴삭 대상의 목표 형상인 목표 굴삭 지형을 나타내는 목표 굴삭 지형 데이터를 취득하는 제 2 취득부와,
상기 붐축을 중심으로 하는 상기 붐의 회전 각도를 나타내는 붐 각도 데이터, 상기 아암축을 중심으로 하는 상기 아암의 회전 각도를 나타내는 아암 각도 데이터, 및 상기 버킷축을 중심으로 하는 상기 버킷의 회전 각도를 나타내는 버킷 각도 데이터를 포함하는 작업기 각도 데이터를 취득하는 제 3 취득부와,
상기 작업기 각도 데이터, 상기 치수 데이터, 및 상기 고정 데이터에 기초하여, 상기 버킷의 현재 위치를 나타내는 버킷 위치 데이터를 구하는 연산부를 구비하고,
상기 작업기 제어부는, 상기 목표 굴삭 지형 데이터와 상기 버킷 위치 데이터에 기초하여, 상기 목표 굴삭 지형과 상기 버킷의 거리에 따라 제한 속도를 결정하고, 상기 작업기가 상기 목표 굴삭 지형에 접근하는 방향의 속도가 상기 제한 속도 이하가 되도록 제한 굴삭 제어를 실행하고,
상기 고정 지령은, 상기 제한 굴삭 제어가 실시되는 기간의 적어도 일부에 있어서 상기 고정 데이터에 기초하여 상기 작업기가 제어되도록, 상기 데이터 고정부에 출력되는 건설 기계의 제어 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 고정 지령은, 상기 제한 굴삭 제어의 개시에 있어서 상기 데이터 고정부에 출력되고, 상기 제한 굴삭 제어의 종료에 있어서 해제되는 건설 기계의 제어 시스템.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 버킷의 외형 데이터를 취득하는 제 4 취득부를 구비하고,
상기 목표 굴삭 지형 데이터는, 상기 버킷축과 직교하는 작업기 동작 평면에 있어서의 굴삭 대상의 2 차원의 목표 형상이고,
상기 연산부는, 상기 작업기 각도 데이터, 상기 치수 데이터, 상기 외형 데이터, 및 고정 데이터에 기초하여, 상기 버킷 위치 데이터를 포함하고 상기 작업기 동작 평면에 있어서의 상기 버킷의 외형을 나타내는 2 차원 버킷 데이터를 구하고,
상기 작업기 제어부는, 상기 2 차원 버킷 데이터에 기초하여, 상기 작업기를 제어하는 건설 기계의 제어 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 연산부는, 상기 2 차원 버킷 데이터, 상기 차량 본체의 현재 위치를 나타내는 차량 본체 위치 데이터, 및 상기 차량 본체의 자세를 나타내는 차량 본체 자세 데이터에 기초하여, 상기 목표 굴삭 지형과 상기 버킷의 상대 위치를 구하는 건설 기계의 제어 시스템.
하부 주행체와,
상기 하부 주행체에 지지되는 상부 선회체와,
붐과 아암과 버킷을 포함하고, 상기 상부 선회체에 지지되는 작업기와,
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 건설 기계의 제어 시스템을 구비하는 건설 기계.
붐축을 중심으로 차량 본체에 대해 회전 가능한 붐과, 상기 붐축과 평행한 아암축을 중심으로 상기 붐에 대해 회전 가능한 아암과, 상기 아암축과 평행한 버킷축 및 상기 버킷축과 직교하는 틸트축의 각각을 중심으로 상기 아암에 대해 회전 가능한 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계의 제어 방법으로서,
상기 버킷에 배치되고, 수평면에 대한 경사 각도를 검출 가능한 틸트 각도 센서로, 상기 틸트축을 중심으로 하는 상기 버킷의 회전 각도를 나타내는 틸트 각도 데이터를 검출하는 것과,
상기 틸트 각도 센서로부터 출력된 상기 틸트 각도 데이터를 취득하는 것과,
고정 지령에 기초하여, 상기 틸트 각도 데이터를 고정화하여 고정 데이터를 생성하는 것과,
상기 고정 지령이 해제될 때까지, 상기 고정 데이터에 기초하여, 상기 작업기를 제어하는 것을 포함하는 건설 기계의 제어 방법.
붐축을 중심으로 차량 본체에 대해 회전 가능한 붐과, 상기 붐축과 평행한 아암축을 중심으로 상기 붐에 대해 회전 가능한 아암과, 상기 아암축과 평행한 버킷축 및 상기 버킷축과 직교하는 틸트축의 각각을 중심으로 상기 아암에 대해 회전 가능한 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계의 제어 방법으로서,
상기 버킷에 배치되고, 수평면에 대한 경사 각도를 검출 가능한 틸트 각도 센서로, 상기 틸트축을 중심으로 하는 상기 버킷의 회전 각도를 나타내는 틸트 각도 데이터를 검출하는 것과,
상기 틸트 각도 센서로부터 출력된 상기 틸트 각도 데이터를 취득하는 것과,
고정 지령에 기초하여, 상기 틸트 각도 데이터를 고정화하여 고정 데이터를 생성하는 것과,
상기 고정 지령에 기초하여, 상기 버킷의 구동을 금지하는 것을 포함하는 건설 기계의 제어 방법.