KR101947285B1

KR101947285B1 - 작업 기계

Info

Publication number: KR101947285B1
Application number: KR1020170156349A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 히타; 고이치 시바타
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2019-05-20
Also published as: JP6618498B2; EP3382104A1; JP2018172858A; CN108691324A; EP3382104B1; CN108691324B; KR20180111465A; US10619326B2; US20180282969A1

Abstract

목표 시공면의 시공 정밀도와 연료 소비량의 저감의 양립이 가능한 작업 기계를 제공한다.
궤적 보정 Pi압 연산부(10b)에서, 프론트 작업 장치(400)의 동작 궤적이 목표 시공면(60)의 상방에 유지되도록, 붐 실린더(33a)의 제어 신호인 궤적 보정 Pi압을 작업 장치(400)로부터 목표 시공면(60)까지의 거리 D에 기초하여 산출한다. 출력 보정 Pi압 연산부(10a)에서, 아암 실린더(33b)의 목표 출력과 실출력의 차분이 소정의 출력값 W1보다도 클 때, 아암 실린더(33b)의 보텀압에 기초하여 붐 실린더(33a)의 제어 신호인 출력 보정 Pi압을 산출한다. 붐 실린더(33a)를, 아암 실린더(33a)의 동작 중, 출력 보정 Pi압과 궤적 보정 Pi압 중 큰 쪽에 기초하여 제어한다.

Description

작업 기계 {WORKING MACHINERY}

본 발명은 작업 기계에 관한 것이다.

근년, 유압 셔블을 포함하는 작업 기계의 분야에서는, 시공의 정밀도ㆍ효율 향상을 목적으로 하여, 개개의 차체가 목표 시공면의 정보를 유지하고, 작업 장치로 목표 시공면이 침식되지 않도록 작업 장치의 동작을 반자동적으로 제어한다는 정보화 시공기의 개발이 활발해지고 있다.

일본 특허 제5864775호 공보에 기재된 유압 셔블에서는 아암을 조작하여 버킷 발끝이 목표 시공면에 도달한 경우에, 붐을 자동으로 올림으로써 버킷 발끝이 목표 시공면을 따르도록 동작시키고 있다. 이때 자동 붐 상승의 속도를, 목표 시공면과 버킷 발끝의 거리뿐만 아니라 아암 조작량도 고려하여 산출함으로써, 붐의 불필요한 상하 운동인 헌팅을 억제하여, 목표 시공면의 시공 정밀도의 개선을 목적으로 하고 있다.

일본 특허 제5864775호 공보

일본 특허 제5864775호 공보에 기재된 유압 셔블에서는 목표 시공면의 시공 정밀도가 개선되는 한편, 연비 효율이 양호한 시공 작업이라는 면에서는 개량의 여지가 있다.

예를 들어, 단단한 토양을 목표 시공면을 따라 굴삭하려고 한 경우, 굴삭 도중에 버킷 선단의 부하가 과대해져 프론트 작업 장치의 동작이 멈추어 버려, 아암이나 버킷이 일하지 않고 연료를 불필요하게 소비할 우려가 있다. 반대로, 이와 같은 사태를 우려하여 토양의 표면을 가볍게 굴삭하는 것을 반복하여 목표 시공면을 형성하려고 하면, 작업에 걸리는 굴삭 횟수가 증가해 버리기 때문에, 결과적으로 여분으로 연료를 소비할 우려가 있다.

본 발명은 이상의 점을 근거로 하여 이루어진 것이고, 그 목적은 목표 시공면의 시공 정밀도와 연료 소비량의 저감의 양립이 가능한 작업 기계를 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 목표 시공면의 형성 작업을 행하는 다관절형의 작업 장치와, 제어 신호에 기초하여 상기 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와, 상기 작업 장치의 동작 궤적이 상기 목표 시공면의 상방에 유지되도록, 상기 복수의 유압 액추에이터에 적어도 하나 포함되는 보정 대상 유압 액추에이터의 제어 신호인 궤적 보정 제어 신호를 상기 작업 장치로부터 상기 목표 시공면까지의 거리에 기초하여 산출하는 궤적 보정 제어 신호 연산부를 갖는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 복수의 유압 액추에이터에 적어도 하나 포함되는 특정 유압 액추에이터의 목표 출력과 실출력의 차분이 소정의 출력값보다도 클 때, 상기 특정 유압 액추에이터의 구동압에 기초하여 상기 보정 대상 유압 액추에이터의 제어 신호인 출력 보정 제어 신호를 산출하는 출력 보정 제어 신호 연산부를 더 갖고, 상기 보정 대상 유압 액추에이터는 상기 특정 유압 액추에이터의 동작 중, 상기 출력 보정 제어 신호와 상기 궤적 보정 제어 신호 중 큰 쪽에 기초하여 제어되는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 목표 시공면의 시공 정밀도와 연료 소비량의 저감의 양립이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 유압 셔블의 시스템 구성도이다.
도 3은 컨트롤러(20)의 연산 구성도이다.
도 4는 액추에이터 목표 출력 연산부(3a)의 상세도이다.
도 5는 최대 출력 연산부(4a)의 상세도이다.
도 6은 선회 기본 출력 연산부(4b)의 상세도이다.
도 7은 붐 기본 출력 연산부(4c)의 상세도이다.
도 8은 선회 붐 출력 배분 연산부(4f)의 상세도이다.
도 9는 아암 버킷 출력 배분 연산부(4g)의 상세도이다.
도 10은 보정 목표 Pi압 연산부(3b)의 상세도이다.
도 11은 출력 보정 Pi압 연산부(10a)의 상세도이다.
도 12는 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부(11b)이다.
도 13은 출력 보정 목표 붐 Pi압 선택부(11d)의 상세도이다.
도 14는 궤적 보정 목표 Pi압 연산부(10b)의 상세도이다.
도 15는 버킷 발끝 속도의 수직 성분의 제한값 ay와 거리 D의 관계를 도시하는 도면.
도 16은 버킷 발끝 궤적 보정의 설명도이다.
도 17은 보정 목표 Pi압 선택부(10c)의 상세도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.

<1. 유압 셔블의 하드웨어 구성>

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 개략 구성도이다. 도 1에 있어서, 유압 셔블은 크롤러식의 주행체(401)와, 주행체(401)의 상부에 선회 가능하게 설치된 선회체(402)를 구비하고 있다. 주행체(401)는 주행 유압 모터(33)에 의해 구동된다. 선회체(402)는 선회 유압 모터(28)의 발생하는 토크에 의해 구동되고, 좌우 방향으로 선회한다.

선회체(402) 상에는 운전석(403)이 설치되고, 선회체(402)의 전방에는 목표 시공면의 형성 작업을 행하는 것이 가능한 다관절형의 프론트 작업 장치(400)가 설치되어 있다.

프론트 작업 장치(400)는 붐 실린더(33a)에 의해 구동되는 붐(405)과, 아암 실린더(33b)에 의해 구동되는 아암(406)과, 버킷 실린더(33c)에 의해 구동되는 버킷(407)을 구비한다.

운전석(403)에는 붐 실린더(33a), 아암 실린더(33b), 버킷 실린더(33c), 주행 유압 모터(33) 및 선회 유압 모터(28)에 대한 제어 신호[기어 펌프(24)(도 2 참조)로부터 출력되는 파일럿압(이하에서는 Pi압이라고도 칭함)]를 조작 방향 및 조작량에 따라 발생하고, 그 제어 신호에 의해 붐(405), 아암(406), 버킷(407), 선회체(402) 및 주행체(401)를 동작시키기 위한 조작 레버(26)와, 엔진(21)(도 2 참조)의 목표 회전수를 명령하는 엔진 컨트롤 다이얼(51)(도 2 참조)이 설치되어 있다.

도 2는 도 1의 유압 셔블의 시스템 구성도이다. 본 실시 형태의 유압 셔블은 엔진(21)과, 엔진(21)을 제어하기 위한 컴퓨터인 엔진 컨트롤 유닛(ECU)(22)과, 엔진(21)의 출력축에 기계적으로 연결되어 엔진(21)에 의해 구동되는 유압 펌프(23) 및 기어 펌프(파일럿 펌프)(24)와, 기어 펌프(24)로부터 토출되는 압유를 조작량에 따라 감압한 것을, 각 유압 액추에이터(28, 33, 33a, 33b, 33c)의 제어 신호로서 비례 전자기 밸브(27)를 통해 컨트롤 밸브(25)에 출력하는 조작 레버(26)와, 유압 펌프(23)로부터 각 유압 액추에이터(28, 33, 33a, 33b, 33c)로 도입되는 작동유의 유량 및 방향을, 조작 레버(26) 또는 비례 전자기 밸브(27)로부터 출력되는 제어 신호[파일럿압(이하에서는 Pi압이라고 칭하는 경우가 있음)]에 기초하여 제어하는 복수의 컨트롤 밸브(25)와, 각 컨트롤 밸브(25)에 작용하는 Pi압의 압력값을 검출하는 복수의 압력 센서(41)와, 프론트 작업 장치(400)의 위치ㆍ자세 및 그 밖의 차체 정보에 기초하여 보정 목표 Pi압을 산출하고, 그 보정 목표 Pi압이 발생 가능한 명령 전압을 비례 전자기 밸브(27)에 출력하는 컴퓨터인 컨트롤러(제어 장치)(20)와, 프론트 작업 장치(400)로 형성하는 목표 시공면의 정보를 컨트롤러(20)에 입력하기 위한 목표 시공면 설정 장치(50)를 구비하고 있다.

유압 펌프(23)는 각 유압 액추에이터(28, 33, 33a, 33b, 33c)의 목표 출력(후술)과 같이 차체가 동작하도록, 기계적으로 토크ㆍ유량이 제어되어 있다.

컨트롤 밸브(25)는 제어 대상의 유압 액추에이터(28, 33, 33a, 33b, 33c)와 동일수 존재하지만, 도 2에서는 그것들을 통합하여 하나로 도시하고 있다. 각 컨트롤 밸브에는 그 내부의 스풀을 축방향의 한쪽 또는 다른 쪽으로 이동시키는 2개의 Pi압이 작용하고 있다. 예를 들어, 붐 실린더(33a)용의 컨트롤 밸브(25)에는 붐 상승의 Pi압과, 붐 하강의 Pi압이 작용한다.

압력 센서(41)는 각 컨트롤 밸브(25)에 작용하는 Pi압을 검출하는 것이고, 컨트롤 밸브의 2배의 수가 존재하고 있다. 압력 센서(41)는 컨트롤 밸브(25)의 바로 아래에 설치되어 있고, 실제로 컨트롤 밸브(25)에 작용하는 Pi압을 검출하고 있다.

비례 전자기 밸브(27)는 복수 존재하지만, 도 2 중에서는 통합하여 하나의 블록으로 도시하고 있다. 비례 전자기 밸브(27)는 2종류 있다. 하나는 조작 레버(26)로부터 입력되는 Pi압을 그대로 출력 또는 명령 전압으로 지정되는 원하는 보정 목표 Pi압까지 감압하여 출력하는 감압 밸브이고, 다른 하나는 조작 레버(26)의 출력하는 Pi압보다 큰 Pi압이 필요한 경우에 기어 펌프(24)로부터 입력되는 Pi압을 명령 전압으로 지정되는 원하는 보정 목표 Pi압까지 감압하여 출력하는 증압 밸브이다. 어떤 컨트롤 밸브(25)에 대한 Pi압에 관하여, 조작 레버(26)로부터 출력되어 있는 Pi압보다 큰 Pi압이 필요한 경우에는 증압 밸브를 통해 Pi압을 생성하고, 조작 레버(26)로부터 출력되어 있는 Pi압보다 작은 Pi압이 필요한 경우에는 감압 밸브를 통해 Pi압을 생성하고, 조작 레버(26)로부터 Pi압이 출력되어 있지 않은 경우에는 증압 밸브를 통해 Pi압을 생성한다. 즉, 감압 밸브와 증압 밸브에 의해, 조작 레버(26)로부터 입력되는 Pi압(오퍼레이터 조작에 기초하는 Pi압)과 다른 압력값의 Pi압을 컨트롤 밸브(25)에 작용시킬 수 있고, 그 컨트롤 밸브(25)의 제어 대상의 유압 액추에이터에 원하는 동작을 시킬 수 있다.

하나의 컨트롤 밸브(25)에 대하여, 감압 밸브와 증압 밸브는 각각 최대로 2개 존재할 수 있다. 본 실시 형태에서는 붐 실린더(33a)의 컨트롤 밸브(25)용으로 2개의 감압 밸브와 2개의 증압 밸브가 설치되어 있다. 구체적으로는, 붐 상승의 Pi압을 조작 레버(26)로부터 컨트롤 밸브(25)로 유도하는 제1 관로에 설치된 제1 감압 밸브와, 붐 상승의 Pi압을 기어 펌프(24)로부터 조작 레버(26)를 우회하여 컨트롤 밸브(25)로 유도하는 제2 관로에 설치된 제1 증압 밸브와, 붐 하강의 Pi압을 조작 레버(26)로부터 컨트롤 밸브(25)로 유도하는 제3 관로에 설치된 제2 감압 밸브와, 붐 하강의 Pi압을 기어 펌프(24)로부터 조작 레버(26)를 우회하여 컨트롤 밸브(25)로 유도하는 제4 관로에 설치된 제2 증압 밸브를 유압 셔블은 구비하고 있다.

본 실시 형태의 비례 전자기 밸브(27)는 붐 실린더(33a)의 컨트롤 밸브(25)용으로 설치되어 있을 뿐이고, 다른 액추에이터(28, 33, 33b, 33c)의 컨트롤 밸브(25)용의 비례 전자기 밸브(27)는 존재하지 않는다. 따라서, 아암 실린더(33b), 버킷 실린더(33c), 선회 유압 모터(28) 및 주행 유압 모터(33)는 조작 레버(26)로부터 출력되는 Pi압에 기초하여 구동된다.

또한, 본고에서는 붐 실린더(33a)의 컨트롤 밸브(25)에 입력되는 Pi압(붐에 대한 제어 신호)은 모두 「보정 Pi압」(또는 보정 제어 신호)이라고 칭하고, 비례 전자기 밸브(27)에 의한 Pi압의 보정의 유무는 상관없는 것으로 한다.

컨트롤러(20)는 입력부와, 프로세서인 중앙 처리 장치(CPU)와, 기억 장치인 리드 온리 메모리(ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)와, 출력부를 갖고 있다. 입력부는 컨트롤러(20)에 입력되는 각종 정보를, CPU가 연산 가능하도록 변환한다. ROM은 후술하는 연산 처리를 실행하는 제어 프로그램과, 당해 연산 처리의 실행에 필요한 각종 정보 등이 기억된 기록 매체이고, CPU는 ROM에 기억된 제어 프로그램에 따라 입력부 및 ROM, RAM으로부터 도입된 신호에 대하여 소정의 연산 처리를 행한다. 출력부로부터는, 엔진(21)을 목표 회전수로 구동하기 위한 명령이나, 비례 전자기 밸브(27)에 명령 전압을 작용시키기 위해 필요한 명령 등이 출력된다. 또한, 기억 장치는 상기의 ROM 및 RAM이라는 반도체 메모리에 한정되지 않고, 예를 들어 하드디스크 드라이브 등의 자기 기억 장치로 대체 가능하다.

컨트롤러(20)에는 ECU(22)와, 복수의 압력 센서(41)와, 2개의 GNSS 안테나(40)와, 버킷각 센서(38)와, 아암각 센서(37)와, 붐각 센서(36)와, 차체 경사각 센서(39)와, 각 유압 액추에이터(28, 33, 33a, 33b, 33c)의 압력을 검출하기 위한 복수의 압력 센서(42)와, 각 유압 액추에이터(28, 33, 33a, 33b, 33c)의 동작 속도를 검출하기 위한 복수의 속도 센서(43)와, 목표 시공면 설정 장치(50)가 접속되어 있다.

컨트롤러(20)는 GNSS 안테나(40)로부터 입력 신호에 기초하여 목표 시공면(60)에 대한 차체 위치를 산출하고, 버킷각 센서(38), 아암각 센서(37), 붐각 센서(36) 및 차체 경사각 센서(39)로부터의 입력 신호에 기초하여 프론트 작업 장치(400)의 자세를 산출한다. 즉, 본 실시 형태에서는, GNSS 안테나(40)는 위치 센서로서 기능하고, 버킷각 센서(38), 아암각 센서(37), 붐각 센서(36) 및 차체 경사각 센서(39)는 자세 센서로서 기능하고 있다. 또한, 차체 경사각은 2개의 GNSS 안테나(40)로부터의 입력 신호로부터 산출해도 된다.

본 실시 형태에서는 유압 실린더(33a, 33b, 33c)의 속도 센서(43)로서, 스트로크 센서를 이용하고 있다. 또한, 유압 실린더(33a, 33b, 33c)의 압력 센서(42)로서, 각 유압 실린더(33a, 33b, 33c)에 보텀압 검출 센서와 로드압 검출 센서를 구비하고 있다.

또한, 본고에서 설명하는 차체 위치, 프론트 작업 장치(400)의 자세, 각 액추에이터의 압력, 각 액추에이터의 속도의 산출 시에 이용하는 수단ㆍ방법은 일례에 지나지 않고, 공지의 산출 수단ㆍ방법이 이용 가능하다.

목표 시공면 설정 장치(50)는 목표 시공면(60)(도 15 참조)에 관한 정보(각 목표 시공면의 위치 정보나 경사 각도 정보를 포함함)를 입력 가능한 인터페이스이다. 목표 시공면 설정 장치(51)는 글로벌 좌표계(절대 좌표계) 상에 규정된 목표 시공면의 3차원 데이터를 저장한 외부 단말기(도시하지 않음)와 접속되고, 그 외부 단말기로부터 입력되는 목표 시공면의 정보가 목표 시공면 설정 장치(51)를 통해 컨트롤러(20) 내의 기억 장치에 저장된다. 또한, 목표 시공면 설정 장치(50)를 통한 목표 시공면의 입력은, 오퍼레이터가 수동으로 행해도 된다.

<2. 컨트롤러(20)의 연산 구성>

도 3은 컨트롤러(20)의 연산 구성도이다. 컨트롤러(20)는 유압 실린더(33a, 33b, 33c) 및 선회 유압 모터(28)의 목표 출력을 각각 연산하는 액추에이터 목표 출력 연산부(3a)와, 붐 실린더(33a)[붐(405)]의 보정 목표 Pi압을 산출하는 보정 목표 Pi압 연산부(3b)와, 보정 목표 Pi압을 기초로 붐 실린더(33a)용의 4개의 비례 전자기 밸브(27)(제1 및 제2 감압 밸브와 제1 및 제2 증압 밸브)의 명령 전압(비례 전자기 밸브 명령 전압)을 산출하는 비례 전자기 밸브 명령 전압 연산부(3c)와, ECU(22)에 출력되는 엔진 출력 명령을 산출하는 엔진 출력 명령 연산부(3d)를 구비하고 있다.

<2.1. 액추에이터 목표 출력 연산부(3a)>

도 4는 액추에이터 목표 출력 연산부(3a)의 상세도이다. 액추에이터 목표 출력 연산부(3a)는 최대 출력 연산부(4a)와, 선회 기본 출력 연산부(4b)와, 붐 기본 출력 연산부(4c)와, 아암 기본 출력 연산부(4d)와, 버킷 기본 출력 연산부(4e)와, 선회 붐 출력 배분 연산부(4f)와, 아암 버킷 출력 배분 연산부(4g)를 갖고, 유압 실린더(33a, 33b, 33c) 및 선회 유압 모터(28)의 목표 출력을 산출한다.

도 5는 최대 출력 연산부(4a)의 상세도이다. 최대 출력 연산부(4a)는 ECU(22)로부터 엔진 목표 회전수를 입력한다. 최대 출력 연산부(4a)는 엔진 목표 회전수를 엔진 회전수 최대 토크 테이블(5a)에 입력하여 얻어지는 최대 토크와 엔진 목표 회전수의 곱에 출력의 차원으로 변환하는 계수를 Gain부(5b)에서 작용시키고, 보조 기계(유압 셔블에 탑재되는 에어컨, 라디오 등)의 소비 출력을 뺀 것에 다시 Eff부(5c)에서 효율을 곱함으로써 액추에이터의 최대 출력을 산출한다. Eff부(5c)에서 이용하는 「효율」은 유압 펌프(23)에 입력된 출력이 액추에이터의 일로 변환되는 효율의 전형적인 값으로부터 결정할 수 있지만, 보다 상세하게는 엔진 출력을 입력으로 하는 효율 테이블에서 결정할 수도 있다. 이상의 연산에 의해, 액추에이터의 합계 최대 출력이 산출된다.

도 6은 선회 기본 출력 연산부(4b)의 상세도이다. 선회 기본 출력 연산부(4b)는 압력 센서(41)로부터 취득한 선회체(402)의 우선회 Pi압(우선회 조작량) 및 좌선회 Pi압(좌선회 조작량), 속도 센서(43)로부터 취득한 선회체(402)의 선회 속도를 입력하고, 선회 단독 조작일 때의 목표 출력인 선회 기본 출력을 산출한다. 먼저, 좌우의 선회 Pi압의 최댓값을 선회 최대 기본 출력 테이블(6a)에 입력하여 선회 최대 기본 출력을 결정한다. 이 테이블은 선회 Pi압의 증가에 대하여 선회 최대 기본 출력이 단조 증가하도록 설정되어 있다. 이어서, 선회 속도를 선회 출력 감소 게인 테이블(6b)에 입력하여 출력 감소 게인을 결정하고, 이것과 선회 최대 기본 출력의 곱을 취함으로써 선회 기본 출력을 결정한다. 선회 출력 감소 게인 테이블(6b)은 선회 속도의 증가에 대하여 출력 감소 게인이 단조 감소하도록 설정하고 있지만, 이것은, 선회는 움직이기 시작할 때에 가장 출력이 필요하고, 움직이기 시작하고 나서는 조금씩 필요한 출력이 감소하기 때문이다. 따라서, 선회 조작감이 매끄러워지도록, 튜닝을 행해 두는 것이 바람직하다.

도 7은 붐 기본 출력 연산부(4c)의 상세도이다. 붐 기본 출력 연산부(4c)는 붐 상승 Pi압(붐 상승 조작량)과, 붐 하강 Pi압(붐 하강 조작량)을 입력하여, 붐 기본 출력을 산출한다. 붐 상승 Pi압과 붐 하강 Pi압은 각각 전용의 붐 상승 기본 출력 테이블(7a)과 붐 하강 기본 출력 테이블(7b)에 입력하여 붐 상승 기본 출력과 붐 하강 기본 출력으로 변환하고, 양자 중 큰 쪽의 값을 붐 기본 출력으로 한다. 선회의 경우와 마찬가지로, Pi압(조작량)의 증가에 대하여 기본 출력이 단조 증가하도록 설정하고 있고, 각 기본 출력은 단독 동작 시에 필요한 출력을 나타낸다.

아암 기본 출력 연산부(4d)와 버킷 기본 출력 연산부(4e)는 붐 기본 출력 연산부(4c)와 동일한 계산을 하여 각각의 기본 출력을 결정한다. 양 연산부(4d, 4e)의 연산은 도 7 중의 「붐」이라는 문자를 「아암」 또는 「버킷」이라고 대체한 것에 상당하기 때문에 설명은 생략한다.

도 8은 선회 붐 출력 배분 연산부(4f)의 상세도이다. 선회 붐 출력 배분 연산부(4f)는 최대 출력 연산부(4a)에서 산출한 최대 출력과, 4개의 기본 출력 연산부(4b, 4c, 4d, 4e)에서 산출한 선회 기본 출력, 붐 기본 출력, 아암 기본 출력 및 버킷 기본 출력을 입력으로 하고, 선회 목표 출력과 붐 목표 출력을 산출한다.

먼저, 선회 붐 출력 배분 연산부(4f)는 아암 기본 출력과 버킷 기본 출력의 합계값을 아암 버킷 배분 출력 테이블(8a)에 입력하여, 아암 버킷 배분 출력을 산출한다. 아암 버킷 배분 출력 테이블(8a)도 입력인 기본 출력의 증가에 비해 출력이 단조 증가하도록 설정하지만, 출력은 입력보다도 항상 작은 값으로 한다. 이것은, 본 실시 형태의 시스템에서는 붐과 선회의 출력을 아암과 버킷의 출력보다도 우선하기 때문에, 이들이 동시에 조작된 경우에, 미리 아암과 버킷을 위해 어느 정도 출력을 확보해 둔다는 의도에 기초한다.

이어서, 선회 붐 출력 배분 연산부(4f)는 선회 기본 출력과 붐 기본 출력의 합계에 대한 선회 기본 출력의 비를 선회 비율 연산부(8b)에서 산출하고, 선회 기본 출력과 붐 기본 출력의 합계에 대한 붐 기본 출력의 비를 붐 비율 연산부(8c)에서 산출한다. 그리고, 최대 출력 연산부(4a)로부터 입력되는 최대 출력으로부터, 테이블(8a)의 출력인 아암 버킷 배분 출력을 뺀다. 그 결과 얻어지는 값과 선회 기본 출력 중 작은 쪽을, 비율 연산부(8b, 8c)에서 산출한 비에 기초하여 선회와 붐으로 배분하고, 선회 목표 출력과 붐 목표 출력을 결정한다.

도 9는 아암 버킷 배분 출력 연산부(4g)의 상세도이다. 아암 버킷 배분 출력 연산부(4g)는 최대 출력 연산부(4a)에서 산출한 최대 출력과, 선회 붐 출력 배분 연산부(4f)에서 산출한 선회 목표 출력 및 붐 목표 출력과, 아암 기본 출력 연산부(4d)에서 산출한 아암 기본 출력, 버킷 기본 출력 연산부(4e)에서 산출한 버킷 기본 출력을 입력하여, 아암 목표 출력과 버킷 목표 출력을 산출한다.

아암 버킷 배분 출력 연산부(4g)는 아암 기본 출력과 버킷 기본 출력의 합계에 대한 아암 기본 출력의 비를 아암 비율 연산부(9b)에서 산출하고, 아암 기본 출력과 버킷 기본 출력의 합계에 대한 버킷 기본 출력의 비를 버킷 비율 연산부(9c)에서 산출한다. 그리고, 최대 출력으로부터 선회 목표 출력과 붐 목표 출력의 합계값을 빼고, 그 결과 얻어지는 값과 아암 기본 출력 중 작은 쪽을, 비율 연산부(9b, 9c)에서 산출한 비에 기초하여 아암과 버킷으로 배분하고, 아암 목표 출력과 버킷 목표 출력을 결정한다.

<2.2. 보정 목표 Pi압 연산부(3b)>

도 10은 보정 목표 Pi압 연산부(3b)의 상세도이다. 보정 목표 Pi압 연산부(3b)는 출력 보정 Pi압 연산부(10a)와, 궤적 보정 Pi압 연산부(10b)와, 보정 목표 Pi압 선택부(10c)를 구비하고 있다. 보정 목표 Pi압 연산부(3b)는 아암(406) 또는 버킷(407)의 출력을 적절하게 하기 위한 붐 실린더(33a)[붐(405)]의 보정 목표 Pi압(「출력 보정 Pi압」이라고 칭함)과, 프론트 작업 장치(400)의 동작 궤적을 목표 시공면(60)의 상방에 유지하기 위한 붐 실린더(33a)[붐(405)]의 보정 목표 Pi압(「궤적 보정 Pi압」이라고 칭함)을 각각 계산하고, 양자 중 소정의 조건에 기초하여 선택한 하나를 붐 실린더(33a)[붐(405)]의 보정 목표 Pi압으로서 출력한다. 단, 이하에서는, 붐 상승을 명령하는 Pi압을 「정」으로 하고, 붐 하강을 명령하는 Pi압을 「부」로 한다.

<2.2.1. 출력 보정 Pi압 연산부(10a)>

도 11은 출력 보정 Pi압 연산부(10a)의 상세도이다. 출력 보정 Pi압 연산부(10a)는 액추에이터 출력 연산부(11a)와, 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부(11b)와, 버킷에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부(11c)와, 출력 보정 목표 붐 Pi압 선택부(11d)를 구비하고 있고, 아암(406) 또는 버킷(407)의 출력을 적절하게 하기 위한 붐 실린더(33a)[붐(405)]의 보정 Pi압(출력 보정 목표 Pi압)을 산출한다.

출력 보정 Pi압 연산부(10a)는 하기의 (1)-(4)의 방침에 기초한 연산이 이루어지도록 구성되어 있다.

(1) 굴삭 시[아암 클라우드와 버킷 클라우드의 적어도 한쪽이 행해지고 있을 때(이하 동일함)], 아암(406) 및 버킷(407)의 목표 액추에이터 출력(목표 출력)과 실제의 액추에이터 출력(실출력)의 차가 소정의 출력값 W1보다 작을 때는, 아암(406) 및 버킷(407)에 의한 작업을 적절한 부하에서 행하고 있는 상태라고 간주하고, 컨트롤러(20)에 의한 붐(405)의 자동 상승 하강(머신 컨트롤)에 의한 부하 조정은 행하지 않는다. 즉, 이 경우, 붐(405)의 Pi압은 보정하지 않는다.

(2) 굴삭 시, 아암(406) 및 버킷(407)의 목표 액추에이터 출력과 액추에이터 출력의 차가 소정의 출력값 P1보다 크고, 아암(406) 및 버킷(407)의 액추에이터(33b, 33c)의 보텀압(구동압)이 소정의 압력값 P1보다 작은 경우는, 부하가 지나치게 작아 액추에이터(33b, 33c)가 충분히 일을 행하고 있지 않은 상태라고 간주하고, 붐 하강을 자동으로 행하여 액추에이터(33b, 33c)의 일률(소정의 시간에 굴삭할 수 있는 토사량)을 증가시킨다. 즉, 이 경우, 붐(405)의 Pi압을 부의 값으로 보정한다.

(3) 굴삭 시, 아암(406) 및 버킷(407)의 목표 액추에이터 출력과 액추에이터 출력의 차가 소정의 출력값 W1보다 크고, 아암(406) 및 버킷(407)의 액추에이터압이 소정의 압력값 P1보다 큰 경우는, 부하가 지나치게 커서 액추에이터(33b, 33c)가 일을 할 수 없는 상태라고 간주하고, 붐 상승을 자동으로 행하여 액추에이터(33b, 33c)의 부하를 작게 함으로써 액추에이터(33b, 33c)의 일률(소정의 시간에 굴삭할 수 있는 토사량)을 증가시킨다. 즉, 이 경우, 붐(405)의 Pi압을 정의 값으로 보정한다.

(4) 조작 레버(26)에 의한 조작 지시에 선회체(402)에 대한 선회 지시가 포함될 때는, 상기 (2)와 (3)의 제어는 행하지 않는다. 즉, 붐(405)의 Pi압은 보정하지 않는다. 이것은, 굴삭 동작에 선회 동작을 더함으로써 버킷(407)을 측면으로 압박하면서 굴삭을 행하는 홈 파기 등의 경우를 생각하면, 자동으로 붐(405)이 동작하는 것은 오퍼레이터에게 있어서 문제가 될 수 있기 때문이다.

이어서 각 연산부(11a, 11b, 11c, 11d)에 있어서의 연산의 상세를 설명한다.

액추에이터 출력 연산부(11a)는 속도 센서(43)의 출력으로부터 산출된 아암 실린더 속도 및 버킷 실린더 속도와, 압력 센서(42)의 출력으로부터 산출된 아암 실린더(33b)의 보텀압 및 로드압, 그리고 버킷 실린더(33c)의 보텀압 및 로드압을 입력하고, 아암(406)과 버킷(407)의 실출력[실제의 액추에이터(33b, 33c)의 출력]을 산출한다. 실제의 액추에이터 출력(ActPwr)은 일반적으로, 실린더의 로드 반경을 R_rod, 보텀 반경을 R_btm, 실린더 속도를 V_syl, 실린더 보텀압을 P_btm, 실린더 로드압을 P_rod로 하여 하기의 식으로 표현된다. 이 식을 사용하여, 액추에이터 출력 연산부(11a)는 아암(406)과 버킷(407)의 실출력을 각각 산출한다. 또한, 아암 덤프와 버킷 덤프일 때는, 후속의 연산부(11b)에 의한 연산과의 관계상, 출력의 연산을 생략해도 된다.

ActPwr＝{R_btm ²×P_btm－(R_btm ²－R_rod ²)×P_rod}×2πV_syl

도 12는 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부(11b)의 상세도이다. 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부(11b)는 아암 클라우드 시의 아암(406)의 목표 출력과 실출력의 차와, 아암 보텀압[아암 실린더(33b)의 구동압]과, 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 테이블(12a)로부터, 붐 상승 및 하강을 행하기 위한 붐(405)의 출력 보정 목표 Pi압(아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압)을 연산한다.

아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 테이블(12a)은 상기의 방침 (1)-(3)에 기초하여 작성되어 있고, 제1 입력을 아암 목표 출력과 아암 실출력의 차분, 제2 입력을 아암 보텀압으로 하는 3차원 테이블이고, 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압을 출력한다. 테이블(12a) 중의 종축의 ＋측이 붐 상승의 보정 목표 Pi압을, －측이 붐 하강의 보정 목표 Pi압을 나타낸다. 아암 목표 출력과 아암 실출력의 차분이 출력값 W1을 초과하면 붐(405)의 보정 목표 Pi압이 발생한다. 테이블(12a) 중의 실선은 아암 보텀압이 릴리프압에 있을 때(즉, 아암 보텀압이 최댓값일 때)에, 아암 보텀압이 작아지는 것에 따라 점선의 쪽으로 시프트한다. 테이블(12a) 중의 점선은 공하 또한 공중 동작 시의 아암 보텀압에 해당한다(즉, 아암 보텀압이 최솟값일 때에 해당함). 테이블(12a)은 아암 보텀압이 압력값 P1일 때, 보정 목표 붐 Pi압을 규정하는 그래프가 테이블(12a)의 횡축과 일치하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 붐이 자동으로 동작하는 경우, 아암 보텀압이 압력값 P1보다 클 때는 붐 상승이 되고, 압력값 P1보다 작을 때는 붐 하강이 된다. 아암 목표 출력과 아암 실출력의 차분이 출력값 W1을 초과하면, 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압의 크기는 소정의 값에 도달할 때까지 단조롭게 증가하도록 설정되어 있다. 이 「소정의 값」으로서는, 예를 들어 조작 레버(26)를 풀 조작의 절반만 조작했을 때에 출력되는 Pi압 상당의 값이 이용 가능하다.

아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부(11b)는 아암 클라우드 Pi압을 입력하고 있다. 아암 클라우드 Pi압이 0일 때는 아암 덤프 동작을 행하고 있을 때(굴삭하고 있지 않을 때)이고 본 제어의 목적으로부터 벗어나므로, 아암 목표 출력과 아암 실출력의 차를 0으로 고정하고 있다. 이 경우, 테이블(12a)에 의해, 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압도 0이 된다.

버킷에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부(11c)는 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부(11b)와 동일한 계산을 하여 버킷에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압을 결정한다. 버킷에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부(11c)의 연산은 도 12 중의 「아암」이라는 문자를 「버킷」으로 대체한 것에 상당하기 때문에 설명은 생략한다. 또한, 버킷에 의한 붐 출력 보정 목표 Pi압 연산부(11c)도 도 12의 테이블(12a)과 동일한 테이블을 이용하지만, 그 테이블은 테이블(12a)과 다른 특성을 갖게 해도 된다.

도 13은 출력 보정 목표 붐 Pi압 선택부(11d)의 상세도이다. 출력 보정 목표 붐 Pi압 선택부(11d)에서는 연산부(11b)에서 산출한 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압과 연산부(11c)에서 산출한 버킷에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압의 어느 한쪽을 선택하여 보정 목표 Pi압 선택부(10c)에 출력한다.

유압 셔블에서는 굴삭 시(아암 클라우드 시)에 아암(406)이 과부하에 의해 움직이지 않게 되는 일이 적지 않다. 그래서, 본 실시 형태에서는 연산부(11b)에서의 산출값을 우선적으로 선택하고, 아암(406)이 요구하는 붐 동작을 우선하고 있다. 구체적으로는, 아암에 의한 붐 출력 보정 목표 Pi압이 0 이상, 즉 붐 상승을 요구하고 있는 경우는, 아암에 의한 붐 출력 보정 목표 Pi압과 버킷에 의한 붐 출력 보정 목표 Pi압의 최댓값을 선택하여 붐 출력 보정 목표 Pi압으로 한다. 한편, 아암에 의한 붐 출력 보정 목표 Pi압이 부, 즉 붐 하강을 요구하고 있는 경우는, 양자의 최솟값을 선택하여 붐 출력 보정 목표 Pi압으로 한다. 이와 같이 구성하면, 아암에 의한 붐 출력 보정 목표 Pi압과 버킷에 의한 붐 출력 보정 목표 Pi압의 정부가 다른 경우에는, 항상 아암에 의한 붐 출력 보정 목표 Pi압이 선택되게 된다. 단, 조작 레버(26)를 통해 선회 조작이 입력되어 있을 때는, 상기 방침 (4)에 기초하여 붐 출력 보정 목표 Pi압을 0으로 한다.

<2.2.2. 궤적 보정 목표 Pi압 연산부(10b)>

도 14는 궤적 보정 목표 Pi압 연산부(10b)의 상세도이다. 궤적 보정 목표 Pi압 연산부(10b)는 목표 시공 단면 연산부(14a)와, 벡터 제한값 연산부(14c)와, 궤적 보정 목표 붐 Pi압 연산부(14b)를 갖고, 프론트 작업 장치(400)의 동작 궤적이 목표 시공면의 상방에 유지되도록 프론트 작업 장치(400)로부터 목표 시공면까지의 거리 D에 기초하여 붐 실린더(33a)[붐(405)]의 보정 목표 Pi압(궤적 보정 목표 붐 Pi압)을 산출한다.

목표 시공 단면 연산부(14a)는 목표 시공면 설정 장치(50)를 통해 입력된 목표 시공면의 정보와, GNSS 안테나(40)로부터의 입력에 기초하여 산출되는 차체의 위치 정보와, 각도 센서(36, 37, 38, 39)로부터의 입력에 기초하여 산출되는 프론트 작업 장치(400)의 자세 정보 및 위치 정보를 입력한다. 목표 시공 단면 연산부(14a)는 이것들의 입력 정보로부터 선회축에 평행이고 버킷(407)의 무게 중심을 지나는 평면으로 목표 시공면(60)을 절단했을 때에 얻어지는 목표 시공면의 단면도를 작성하고, 이 단면에 있어서 버킷(407)의 발끝 위치와 목표 시공면(60)의 거리 D를 산출한다.

벡터 제한값 연산부(14c)는 거리 D와 도 15의 테이블을 기초로 버킷(407)의 발끝의 속도 벡터의 목표 시공면(60)에 수직인 성분(이하, 「수직 성분」이라고 줄임)의 제한값 V1'y를 산출한다. 제한값 V1'y는 거리 D가 0일 때 0이고, 거리 D의 증가에 따라 단조롭게 감소하도록 설정되어 있고, 거리 D가 소정의 값 d1을 초과하면 －∞로 설정된다. 제한값의 결정 방법은 도 15의 테이블에 한정되지 않고, 적어도 거리 D가 0으로부터 소정의 정의 값에 이르기까지의 범위에서, 제한값이 단조 감소하는 것이라면, 대체 가능하다.

도 16에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 버킷(407)의 발끝의 속도 벡터 V1에 대하여 붐 상승에서 발생하는 속도 벡터 V2를 더함으로써, 버킷(407)의 발끝의 속도 벡터의 수직 성분이 제한값 V1'y 이상으로 유지되도록 버킷(407)의 발끝의 속도 벡터를 보정하여 V1'으로 한다. 궤적 보정 목표 붐 Pi압 연산부(14b)에서는 붐 상승에 의해 속도 벡터 V2를 발생하기 위해 필요한 붐 실린더(33a)의 보정 목표 Pi압(궤적 보정 목표 붐 Pi압)을 산출한다. 또한, 미리 붐 상승 특성을 측정해 둠으로써 궤적 보정 목표 붐 Pi압과 V2의 상관을 취득해 두어도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는 궤적 보정 목표 붐 Pi압은 0 이상의 값이 된다.

예를 들어, 도 16의 A의 경우에 있어서, 벡터 V1은 프론트 작업 장치(400)의 자세 정보나 각 실린더 속도로부터 산출되는 보정 전의 버킷 발끝 속도 벡터이다. 이 벡터 V1의 수직 성분은 제한값 V1'y와 방향이 동일하고, 그 크기가 제한값 V1'y의 크기를 초과하고 있으므로, 붐 상승에서 발생하는 속도 벡터 V2를 더하고, 보정 후의 버킷 발끝 속도 벡터의 수직 성분이 V1'y가 되도록 벡터 V1을 보정해야만 한다. 벡터 V2의 방향은 붐(405)의 회동 중심으로부터 버킷 발끝(407a)까지의 거리를 반경으로 하는 원의 접선 방향이고, 그때의 프론트 작업 장치(400)의 자세로부터 산출할 수 있다. 그리고, 이 산출한 방향을 갖는 벡터이며, 보정 전의 벡터 V1에 더함으로써 보정 후의 벡터 V1'의 수직 성분이 V1'y가 되는 크기를 갖는 벡터를 V2로서 결정한다. 이 벡터 V2는 유일하게 결정되므로, 궤적 보정 목표 붐 Pi압 연산부(14b)는 벡터 V2의 발생에 필요한 붐 실린더(33a)의 보정 목표 Pi압(궤적 보정 목표 붐 Pi압)을 산출할 수 있다.

도 16의 B의 경우, 거리 D가 0이기 때문에 제한값 V1'y는 도 15의 테이블로부터 0이 되고, 보정 후의 벡터 V1'은 목표 시공면(60)을 따른 벡터가 된다. 벡터 V1'을 발생하기 위해서는, 벡터 연산에 의해, 발끝 속도 벡터 V1에 벡터 V2를 더하여 보정하면 되기 때문에, 벡터 V2의 발생에 필요한 붐 상승의 Pi압(궤도 보정 목표 붐 상승 Pi압)을 산출한다. 또한, V2의 크기는 V1과 V1'의 크기와, V1과 V1'이 이루는 각 θ를 사용하여 코사인 정리를 적용함으로써 구해도 된다.

도 15의 테이블과 같이 발끝 속도 벡터의 제한값을 결정하면, 버킷 발끝(407a)이 목표 시공면(60)에 근접함에 따라, 발끝 속도 벡터의 수직 성분이 조금씩 0에 가까워지므로, 목표 시공면(60)의 하방에 발끝(407a)이 침입하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 벡터 V1의 수직 성분이 상방향인 경우나, 벡터 V1의 수직 성분이 하방향이라도 그 크기가 제한값 V1'y보다도 작은 경우에는 보정은 행하지 않고, 궤적 보정 목표 붐 Pi압은 0으로 한다.

<2.2.3. 보정 목표 Pi압 선택부(10c)>

도 17은 보정 목표 Pi압 선택부(10c)의 상세도이다. 보정 목표 Pi압 선택부(10c)는 프론트 작업 장치(400)의 동작 궤적을 목표 시공면(60)의 상방에 유지하기 위한 궤적 보정 목표 붐 Pi압과, 프론트 작업 장치(400)에 의한 일률이 향상되도록 아암(406) 또는 버킷(407)의 출력을 조정하기 위한 출력 보정 목표 붐 Pi압의 어느 한쪽을 선택함으로써 최종적인 붐의 보정 Pi압(보정 목표 Pi압)을 결정한다.

보정 목표 Pi압 선택부(10c)는 하기의 (I)-(II)의 방침에 기초한 Pi압 선택이 이루어지도록 구성되어 있다.

(I) 궤적 보정 목표 붐 Pi압과 출력 보정 목표 붐 Pi압이 모두 붐 상승을 요구하고 있는 경우(즉, 양자의 부호가 정인 경우)는 값이 큰 쪽을 채용한다.

(II) 궤적 보정 목표 붐 Pi압이 0(요구 없음)인 경우는, 출력 보정 목표 붐 Pi압값을 채용한다.

<2.3. 비례 전자기 밸브 명령 전압 연산부(3c)>

여기서 도 3으로 돌아간다. 비례 전자기 밸브 명령 전압 연산부(3c)는 보정 목표 Pi 연산부(3b)에서 산출한 보정 목표 Pi압으로부터 비례 전자기 밸브로의 명령값을 결정하고, 유압 액추에이터[여기서는 붐 실린더(33a)]의 Pi압을 증압하여 프론트 작업 장치(400)의 동작을 보정한다. 비례 전자기 밸브 명령 전압 연산부(3c)는 유압 액추에이터에 대응하는 비례 전자기 밸브(27)가 어느 정도 전압을 가하면 목표로 하는 Pi압을 얻을 수 있는 개구가 되는지의 특성 맵을 유지하고 있고, 그 특성 맵에 기초하여 비례 전자기 밸브(27)의 명령값을 산출한다.

<3. 동작>

이어서 상기와 같이 구성되는 유압 셔블로 목표 시공면의 형성 작업을 행한 경우의 전형적인 동작에 대하여 설명한다. 여기서는 설명을 간략화하기 위해, 연산부(11b)에서 산출되는 버킷에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압은 0으로 유지되어 있는 것으로 한다.

[3.1. 발끝(407a)으로부터 목표 시공면(60)까지의 거리 D가 d1을 초과하고 있을 때]

먼저, 버킷 발끝(407a)으로부터 목표 시공면(60)까지의 거리가 d1(도 15 참조)을 초과하고 있는 굴삭 개시 시의 경우에는, 발끝(407a)으로부터 목표 시공면(60)까지의 거리가 충분히 있기 때문에 프론트 작업 장치(400)가 목표 시공면(60)의 하방에 침입할 가능성이 없고, 궤적 보정 Pi압 연산부(10b)에서 산출되는 궤적 보정 목표 붐 Pi압은 0으로 유지된다. 그로 인해, 붐(405)의 보정 목표 Pi압은 출력 보정 Pi압 연산부(10a)에서만 생성되게 된다. 따라서, 도 12의 테이블(12a)에 기초하여, 아암(406)의 목표 출력과 실출력의 차분과, 아암 보텀압[아암 클라우드 시의 아암 실린더(33b)의 구동압]의 조합에 따라 출력 보정 목표 붐 Pi압이 생성되게 된다.

[3.1.1. 아암(406)의 목표 출력과의 실출력의 차분이 W1 이하일 때]

거리 D가 d1을 초과하고 있고, 아암(406)의 목표 출력과의 실출력의 차분이 W1 이하일 때는, 상정과 같은 작업이 행해지고 있다고 간주하고, 테이블(12a)에 의해 출력 보정 목표 붐 Pi압은 0으로 유지되고, 강제적인 붐의 인상ㆍ하강은 행해지지 않는다.

[3.1.2. 아암(406)의 목표 출력과의 실출력의 차분이 W1을 초과할 때]

그러나, 아암(406)의 목표 출력과 실출력의 차분이 W1을 초과하는 경우에는, 상정과 같은 작업이 행해지지 않는다고 간주하고, 아암 보텀압에 따라 출력 보정 목표 붐 Pi압을 산출하여 강제적인 붐(405)의 인상ㆍ하강이 행해진다.

[3.1.2.1. 아암 보텀압이 소정값 P1보다 클 때]

먼저, 출력의 차분이 W1을 초과하고 또한 아암 보텀압이 소정값 P1보다 큰 경우에는, 버킷(407)이 단단한 지반에 닿거나 하여 아암 실린더(33b)에 부하가 지나치게 가해져 있다고 간주하고, 출력 보정 목표 붐 Pi압으로서 정의 값을 출력하고, 프론트 작업 장치(400)의 동작에 붐 상승을 자동으로 더한다. 이 붐 상승에 의해 프론트 작업 장치(400)의 조작은 지표로부터 얕은 부분을 굴삭하는 동작으로 자동으로 변경되기 때문에, 아암 실린더(33b)의 부하가 저감하여 유압 펌프(23) 출력의 낭비가 억제되어, 결과적으로 연료 소비량을 억제할 수 있다.

그런데, 이 경우, 굴삭 동작을 반복하여 시공 대상을 파 들어가면 거리 D가 d1 이하에 도달하고, 궤적 보정 Pi압 연산부(10b)가 궤적 보정 목표 붐 Pi압을 발생 가능하게 된다. 궤적 보정 목표 붐 Pi압이 발생한 경우, 궤적 보정 목표 붐 Pi압과 출력 보정 목표 붐 Pi압은 모두 정이 되므로, 보정 목표 Pi압 선택부(10c)가 선택하는 것은 2개의 보정 목표 붐 Pi압 중 값이 큰 쪽이 된다. 예를 들어, 궤적 보정 목표 붐 Pi압이 선택된 경우에는, 굴삭 시에 발끝(407a)이 목표 시공면(60)을 따르도록 프론트 작업 장치(400)가 동작하고, 고정밀도로 목표 시공면을 형성할 수 있다. 반대로 출력 보정 목표 붐 Pi압이 선택된 경우에는, 굴삭 시에 발끝(407a)이 목표 시공면(60)으로부터 이격되도록 프론트 작업 장치(400)가 동작하여, 연료 소비량을 억제할 수 있다. 따라서, 어떤 경우든 발끝(407a)이 목표 시공면(60)의 하방에 침입하는 일 없이 가능한 한 목표 시공면(60)에 따른 굴삭을 할 수 있고, 아암 실린더(33b)에 부하가 지나치게 가해지는 경우에는 붐 상승이 자동으로 가해져 부하가 작아지므로 불필요한 연료 소비를 억제할 수 있다.

[3.1.2.2. 아암 보텀압이 소정값 P1보다 작을 때]

한편, 출력의 차분이 W1을 초과하고 또한 아암 보텀압이 소정값 P1보다 작은 경우에는, 버킷(407)이 연한 지반을 굴삭하고 있거나 하여 아암 실린더(33b)의 부하가 지나치게 가볍다고 간주하고, 출력 보정 목표 붐 Pi압으로서 부의 값을 출력하고, 프론트 작업 장치(400)의 동작에 붐 하강을 자동으로 가한다. 이 붐 하강에 의해 지표로부터 깊은 부분을 굴삭하는 동작으로 자동으로 변경되기 때문에, 아암 실린더(33b)의 일량이 증가함으로써 굴삭 횟수가 저감되어, 연료 소비량을 억제할 수 있다.

그런데, 이 경우, 굴삭 동작을 반복하여 시공 대상을 파 들어가면 거리 D가 d1 이하에 도달하고, 궤적 보정 Pi압 연산부(10b)가 궤적 보정 목표 붐 Pi압을 발생 가능하게 된다. 그러나, 궤적 보정 목표 붐 Pi압이 발생한 경우, 궤적 보정 목표 붐 Pi압은 정이고, 출력 보정 목표 붐 Pi압은 부가 되므로, 보정 목표 Pi압 선택부(10c)가 선택하는 것은 항상 궤적 보정 목표 붐 Pi압이 된다. 궤적 보정 목표 붐 Pi압에 기초하여 붐 실린더(33a)를 제어하면, 굴삭 시에 발끝(407a)이 목표 시공면(60)을 따르도록 프론트 작업 장치(400)가 동작하여 고정밀도로 목표 시공면을 형성할 수 있다.

<4. 특징과 효과>

상기의 실시 형태의 특징과 효과를 정리한다.

(1) 상기의 실시 형태에 관한 유압 셔블은 목표 시공면(60)의 형성 작업을 행하는 다관절형의 프론트 작업 장치(작업 장치)(400)와, Pi압(제어 신호)에 기초하여 프론트 작업 장치(400)를 구동하는 복수의 유압 액추에이터(33a, 33b, 33c)와, 프론트 작업 장치(400)의 동작 궤적이 목표 시공면(60)의 상방에 유지되도록, 복수의 유압 액추에이터(33a, 33b, 33c)에 포함되는 붐 실린더(보정 대상 유압 액추에이터)(33a)의 제어 신호인 궤적 보정 Pi압을 작업 장치(400)로부터 목표 시공면(60)까지의 거리 D에 기초하여 산출하는 궤적 보정 Pi압 연산부(10b)를 갖는 컨트롤러(20)를 구비하고, 컨트롤러(20)는 복수의 유압 액추에이터(33a, 33b, 33c)에 포함되는 아암 실린더(33b) 또는 버킷 실린더(33c)(특정 유압 액추에이터)의 목표 출력과 실출력의 차분이 소정의 출력값 W1보다도 클 때, 아암 실린더(33b) 또는 버킷 실린더(33c)의 일률(소정 시간에 굴삭할 수 있는 토사량)이 증가하도록, 아암 실린더(33b) 또는 버킷 실린더(33c)(특정 유압 액추에이터)의 보텀압(구동압)에 기초하여 붐 실린더(33a)(보정 대상 유압 액추에이터)의 제어 신호인 출력 보정 Pi압을 산출하는 출력 보정 Pi압 연산부(10a)를 더 갖고, 붐 실린더(33a)(보정 대상 유압 액추에이터)는 아암 실린더(33b) 또는 버킷 실린더(33c)(특정 유압 액추에이터)의 동작 중, 출력 보정 Pi압과 궤적 보정 Pi압 중 큰 쪽에 기초하여 제어되는 것으로 했다.

이와 같이 붐 실린더(33a)를 제어하면, 프론트 작업 장치(400)를 목표 시공면(60)의 하방에 침입시키는 일 없이 가능한 한 목표 시공면(60)을 따른 굴삭을 할 수 있음과 함께, 아암 실린더(33b) 또는 버킷 실린더(33c)에 부하가 지나치게 가해지는 경우에는 붐 상승이 자동으로 가해져 부하가 작아지므로 불필요한 연료 소비를 억제할 수 있다. 따라서, 목표 시공면의 시공 정밀도와 연료 소비량의 저감의 양립이 가능해진다.

(2) 상기 (1)의 유압 셔블에 있어서, 출력 보정 Pi압 연산부(10a)는 아암 실린더(33b) 또는 버킷 실린더(33c)(특정 유압 액추에이터)의 보텀압(구동압)이 소정의 압력값 P1보다도 클 때, 붐 실린더(33a)(보정 대상 유압 액추에이터)의 동작에 의해 작업 장치(400)가 목표 시공면(60)으로부터 멀어지도록 출력 보정 Pi압을 산출하는 것으로 했다.

이에 의해, 아암 실린더(33b) 또는 버킷 실린더(33c)가 굴삭 시에 과부하로 일을 하고 있지 않을 때에는, 자동으로 부하를 제거하는 동작이 들어가기 때문에, 유압 펌프(23)의 출력을 불필요하게 하는 일이 없어, 연료 소비량을 억제할 수 있다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)의 유압 셔블에 있어서, 출력 보정 Pi압 연산부(10a)는 아암 실린더(33b) 또는 버킷 실린더(33c)(특정 유압 액추에이터)의 보텀압(구동압)이 소정의 압력값 P1보다도 작을 때, 붐 실린더(33a)(보정 대상 유압 액추에이터)의 동작에 의해 작업 장치(400)가 목표 시공면(60)에 근접하도록 출력 보정 Pi압을 산출하는 것으로 했다.

이에 의해, 아암 실린더(33b) 또는 버킷 실린더(33c)의 부하가 굴삭 시에 지나치게 가벼운 경우에는, 목표 시공면(60)에 침입하지 않는 범위에서 자동으로 부하를 가하는 동작이 들어가기 때문에, 굴삭 횟수를 불필요하게 늘리는 일이 없어, 연료 소비량을 억제할 수 있다.

(4) 상기 (1) 내지 (3)의 어느 유압 셔블에 있어서, 컨트롤러(20)는 선회 유압 모터(28)의 제어 신호가 출력되어 있을 때, 궤적 보정 Pi압 연산부(10b) 및 출력 보정 Pi압 연산부(10a)에 의한 출력 보정 Pi압 및 출력 보정 Pi압의 산출을 중단하는 것으로 했다.

이에 의해, 홈 파기 등으로 측면에 압박하면서 굴삭을 행하는 경우에서의 오퍼레이터의 조작 위화감을 억제하는 것이 가능하게 되었다.

<5. 기타>

또한, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은 상기의 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어느 실시 형태에 관한 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

상기에서는 각 액추에이터의 제어 신호가 유압 제어 신호(Pi압)인 경우를 예로 들어 설명했지만, 제어 신호는 유압 신호에 한정되지 않고 전기 신호여도 된다.

상기에서는 도 11에 도시한 바와 같이 출력 보정 목표 Pi압 연산부(10a)에 연산부(11b)와 연산부(11c)를 구비했지만, 연산부(11c)는 생략해도 상관없다. 이 경우, 도 13의 출력 보정 목표 붐 Pi압 선택부(11d)에서는 선회 조작이 없는 경우, 항상 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압이 출력 보정 목표 Pi압으로서 선택되게 된다.

도 12의 테이블(12a)에서는 아암 실린더(33b)의 보텀압이 압력값 P1보다 작은 경우, 아암 실린더(33b)의 목표 출력과 실출력의 차가 소정의 출력값 W1을 초과하지 않으면 붐 하강용의 출력 보정 목표 붐 Pi압을 발생하지 않는 구성으로 했지만, W1 이하라도 붐 하강용의 출력 보정 목표 붐 Pi압을 발생하도록 구성해도 된다. 또한, 이 경우, 아암 실린더(33b)의 목표 출력과 실출력의 차의 증가에 따라 출력 보정 목표 붐 Pi압의 크기를 증가시키지 않아도 된다. 예를 들어, 아암 실린더(33b)의 목표 출력과 실출력의 차에 관계없이, 아암 보텀압의 감소에 따라 출력 보정 목표 붐 Pi압의 크기를 증가시키도록 구성해도 된다.

또한, 상기에서는 궤적 보정 목표 Pi압 연산부(10b)에서의 제한값 V1'y의 산출에 대하여 설명하는 개소에 있어서, 버킷 발끝(407a)으로부터 목표 시공면(60)까지의 거리를 거리 D로 하는 것으로 하였지만, 프론트 작업 장치(400)측의 기준점(제어점)은 버킷 발끝(407a)에 한정되지 않고, 프론트 작업 장치(400) 상의 임의의 점으로 설정할 수 있다.

또한, 상기에서는 유압 셔블에 탑재된 복수의 유압 액추에이터(28, 33, 33a, 33b, 33c) 중에서, 붐 실린더(33a)를 자동으로 작동시키는 경우에 대하여 설명했지만, 그 밖의 유압 액추에이터를 자동으로 작동시켜도 상관없다.

3a : 액추에이터 목표 출력 연산부
3b : 보정 목표 Pi압 연산부
3c : 비례 전자기 밸브 명령 전압 연산부
4a : 최대 출력 연산부
4b : 선회 기본 출력 연산부
4c : 붐 기본 출력 연산부
4d : 아암 기본 출력 연산부
4e : 버킷 기본 출력 연산부
4f : 선회 붐 출력 배분 연산부
4g : 아암 버킷 출력 배분 연산부
5a : 엔진 회전수 최대 토크 테이블
6a : 선회 최대 기본 출력 테이블
6b : 선회 출력 감소 게인 테이블
7a : 붐 상승 기본 출력 테이블
7b : 붐 하강 기본 출력 테이블
8a : 아암 버킷 배분 출력 테이블
10a : 출력 보정 Pi압 연산부
10b : 궤적 보정 Pi압 연산부
10c : 보정 목표 Pi압 선택부
11a : 액추에이터 출력 연산부
11b : 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부
11c : 버킷에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 연산부
11d : 출력 보정 목표 붐 Pi압 선택부
12a : 아암에 의한 출력 보정 목표 붐 Pi압 테이블
14a : 목표 시공 단면 연산부
14b : 궤적 보정 목표 붐 Pi압 연산부
14c : 벡터 제한값 연산부
20 : 컨트롤러
21 : 엔진
22 : 엔진 컨트롤 유닛(ECU)
23 : 유압 펌프
24 : 기어 펌프
25 : 컨트롤 밸브
26 : 조작 레버
27 : 비례 전자기 밸브
28 : 선회 유압 모터
33 : 주행 유압 모터
33a : 붐 실린더
33b : 아암 실린더
33c : 버킷 실린더
36 : 붐각 센서
37 : 아암각 센서
38 : 버킷각 센서
39 : 차체 경사각 센서
40 : GNNS 안테나
41 : 파일럿압의 압력 센서
42 : 각 액추에이터의 압력 센서
43 : 각 액추에이터의 속도 센서
50 : 목표 시공면 설정 장치
51 : 엔진 컨트롤 다이얼
400 : 프론트 작업 장치
401 : 주행체
402 : 선회체
403 : 운전석
405 : 붐
406 : 아암
407 : 버킷

Claims

목표 시공면의 형성 작업을 행하는 다관절형의 작업 장치와,
제어 신호에 기초하여 상기 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와,
상기 작업 장치의 동작 궤적이 상기 목표 시공면의 상방에 유지되도록, 상기 복수의 유압 액추에이터에 적어도 하나 포함되는 보정 대상 유압 액추에이터의 제어 신호인 궤적 보정 제어 신호를 상기 작업 장치로부터 상기 목표 시공면까지의 거리에 기초하여 산출하는 궤적 보정 제어 신호 연산부를 갖는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 복수의 유압 액추에이터에 적어도 하나 포함되는 특정 유압 액추에이터의 목표 출력과 실출력의 차분이 소정의 출력값보다도 클 때, 상기 특정 유압 액추에이터의 구동압에 기초하여 상기 보정 대상 유압 액추에이터의 제어 신호인 출력 보정 제어 신호를 산출하는 출력 보정 제어 신호 연산부를 더 갖고,
상기 보정 대상 유압 액추에이터는 상기 특정 유압 액추에이터의 동작 중, 상기 출력 보정 제어 신호와 상기 궤적 보정 제어 신호 중 큰 쪽에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 출력 보정 제어 신호 연산부는 상기 특정 유압 액추에이터의 구동압이 소정의 압력값보다도 클 때, 상기 보정 대상 유압 액추에이터의 동작에 의해 상기 작업 장치가 상기 목표 시공면으로부터 멀어지도록 상기 출력 보정 제어 신호를 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 출력 보정 제어 신호 연산부는 상기 특정 유압 액추에이터의 구동압이 소정의 압력값보다도 작을 때, 상기 보정 대상 유압 액추에이터의 동작에 의해 상기 작업 장치가 상기 목표 시공면에 근접하도록 상기 출력 보정 제어 신호를 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 작업 장치는 붐, 아암 및 버킷을 갖는 프론트 작업 장치이고,
상기 특정 유압 액추에이터에는 상기 아암을 구동하는 아암 실린더가 포함되어 있고,
상기 보정 대상 액추에이터는 상기 붐을 구동하는 붐 실린더인 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 작업 장치가 설치된 선회체와,
상기 선회체를 제어 신호에 기초하여 선회시키는 유압 모터를 더 구비하고,
상기 제어 장치는 상기 유압 모터의 제어 신호가 출력되어 있을 때, 상기 궤적 보정 제어 신호 연산부 및 상기 출력 보정 제어 신호 연산부에 의한 상기 궤적 보정 제어 신호 및 상기 출력 보정 제어 신호의 산출을 중단하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.