KR20170095890A - 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법 - Google Patents

쇼벨 및 쇼벨의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 하부 주행체(1)와, 하부 주행체(1)에 선회 가능하도록 탑재된 상부 선회체(3)와, 상부 선회체(3)에 탑재되어 선단에 치아(6a)가 장착되는 어태치먼트와, 버킷(6)의 치아(6a)를 기준점(RP)에 접촉시켰을 때에 치아(6a)의 좌표를 취득하고, 다른 조건하에서 취득한 적어도 2개의 좌표에 근거하여 치아(6a)의 마모량(W)을 산출하는 컨트롤러(30)를 갖는다.

Description

쇼벨 및 쇼벨의 제어방법{Shovel and Shovel Control Method}
본 발명은 머신가이던스장치를 구비하는 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법에 관한 것이다.
마모한계를 육안에 의하여 용이하게 판정할 수 있도록 한 굴삭기용 굴삭날이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본공개실용신안공보 평5-71259호
그러나, 특허문헌 1의 굴삭날은 교환시기를 제시할 수 있지만 마모가 어느 정도 진행되어 있는지를 정확하게 제시할 수는 없다. 이로 인하여, 굴삭기의 조작자는, 굴삭날의 정확한 길이에 근거하는 머신가이던스를 이용하기 위해서는 굴삭날의 길이를 수작업으로 측정하여 그 측정값에 관한 정보를 머신가이던스장치에 입력할 필요가 있어 번거롭다. 굴삭날이 마모되어 있는 경우에는 이와 같은 번잡한 작업을 행하지 않는 한 정확한 머신가이던스를 이용할 수 없다.
상술을 감안하여, 굴삭날 등의 소모부가 마모되어 있는 경우이더라도 정확한 머신가이던스를 제공할 수 있는 쇼벨의 제공이 요망된다.
본 발명의 일 실시형태에 관한 쇼벨은, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체에 선회 가능하도록 탑재된 상부 선회체와, 상기 상부 선회체에 탑재되고, 선단에 소모부가 장착되는 어태치먼트와, 상기 소모부를 소정 지물에 접촉시켰을 때에 상기 소모부의 좌표를 취득하여, 다른 조건하에서 취득한 적어도 2개의 좌표에 근거하여 상기 소모부의 마모량을 산출하는 컨트롤러를 갖는 쇼벨.
상술한 수단에 의하여, 굴삭날 등의 소모부가 마모되어 있는 경우이더라도 정확한 머신가이던스를 제공할 수 있는 쇼벨이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1의 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 컨트롤러 및 머신가이던스장치의 구성예를 나타내는 기능블록도이다.
도 4a는 기준좌표계를 나타내는 쇼벨의 측면도이다.
도 4b는 기준좌표계를 나타내는 쇼벨의 상면도이다.
도 5는 선단정보도출처리의 일례의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 6a는 도 5의 선단정보도출처리에 관한 좌표를 나타내는 버킷의 측면도이다.
도 6b는 도 5의 선단정보도출처리에 관한 좌표를 나타내는 버킷의 측면도이다.
도 7은 선단정보도출처리의 다른 예의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 8a는 도 7의 선단정보도출처리에 관한 좌표를 나타내는 굴삭어태치먼트의 측면도이다.
도 8b는 도 7의 선단정보도출처리에 관한 좌표를 나타내는 버킷의 측면도이다.
도 9는 도 7의 선단정보도출처리에 관한 좌표를 나타내는 버킷의 측면도이다.
도 10은 선단정보도출처리의 또 다른 예의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 11은 선단정보도출처리의 또 다른 예의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 12는 도 11의 선단정보도출처리에 관한 좌표를 나타내는 버킷의 측면도이다.
도 13은 마모량산출처리에 관한 좌표를 나타내는 버킷의 측면도이다.
도 14는 컨트롤러의 또 다른 구성예를 나타내는 기능블록도이다.
도 15는 마모량산출처리의 다른 일례를 설명하는 버킷의 측면도이다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 관한 건설기계의 일례인 쇼벨(굴삭기)을 나타내는 측면도이다. 쇼벨의 하부 주행체(1)에는 선회기구(2)를 통하여 상부 선회체(3)가 선회 가능하도록 탑재된다. 상부 선회체(3)에는 붐(4)이 장착된다. 붐(4)의 선단에는 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는 엔드어태치먼트로서의 버킷(6)이 장착된다. 엔드어태치먼트로서 브레이커가 장착되어 있어도 된다.
붐(4), 암(5), 및 버킷(6)은, 어태치먼트의 일례인 굴삭어태치먼트를 구성하고, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압구동된다. 붐(4)에는 붐각도센서(S1)가 장착되고, 암(5)에는 암각도센서(S2)가 장착되며, 버킷링크에는 버킷각도센서(S3)가 장착된다.
붐각도센서(S1)는, 붐(4)의 회동(回動)각도를 검출하는 센서이다. 본 실시예에서는, 중력가속도를 검출함으로써 수평면에 대한 붐(4)의 경사각(이하, “붐각도”라고 함)을 검출하는 가속도센서이다. 구체적으로는, 붐각도센서(S1)는 상부 선회체(3)와 붐(4)을 연결하는 붐풋핀을 중심으로 한 붐(4)의 회동각도를 붐각도로서 검출한다.
암각도센서(S2)는, 암(5)의 회동각도를 검출하는 센서이다. 본 실시예에서는, 중력가속도를 검출함으로써 수평면에 대한 암(5)의 경사각(이하, “암각도”라고 함)을 검출하는 가속도센서이다. 구체적으로는, 암각도센서(S2)는 붐(4)과 암(5)을 연결하는 암핀을 중심으로 한 암(5)의 회동각도를 암각도로서 검출한다.
버킷각도센서(S3)는, 버킷(6)의 회동각도를 검출하는 센서이다. 본 실시예에서는, 중력가속도를 검출함으로써 수평면에 대한 버킷(6)의 경사각(이하, “버킷각도”라고 함)을 검출하는 가속도센서이다. 구체적으로는, 버킷각도센서(S3)는 암(5)과 버킷(6)을 연결하는 버킷핀을 중심으로 한 버킷(6)의 회동각도를 버킷각도로서 검출한다.
붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 및 버킷각도센서(S3) 중 적어도 하나는, 가변저항기를 이용한 퍼텐쇼미터, 대응하는 유압실린더의 스트로크양을 검출하는 스트로크센서, 연결핀을 중심으로 한 회동각도를 검출하는 로터리인코더 등이어도 된다. 그리고, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 및 버킷각도센서(S3)는, 어태치먼트의 자세를 산출하기 위한 자세센서로서 기능한다.
상부 선회체(3)에는 캐빈(10)이 마련되고 또한 엔진(11) 등의 동력원이 탑재된다. 또, 상부 선회체(3)에는 기체경사센서(S4) 및 측위(測位)센서(S5)가 장착된다. 캐빈(10) 내에는, 입력장치(D1), 음성출력장치(D2), 표시장치(D3), 기억장치(D4), 컨트롤러(30), 및 머신가이던스장치(50)가 탑재된다.
컨트롤러(30)는, 쇼벨의 구동제어를 행하는 제어장치이다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, CPU 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성된다. 그리고, 컨트롤러(30)의 각종 기능은 CPU가 내부메모리에 격납된 프로그램을 실행함으로써 실현된다.
머신가이던스장치(50)는 조작자에 의한 쇼벨의 조작을 가이드하는 장치이다. 본 실시예에서는, 머신가이던스장치(50)는, 예를 들면, 조작자가 설정한 목표지형의 표면과 버킷(6)의 선단(치선(齒先))위치의 연직방향에 있어서의 거리를 시각적이고 또한 청각적으로 조작자에게 알림으로써 조작자에 의한 쇼벨의 조작을 가이드한다. 머신가이던스장치(50)는, 그 거리를 시각적으로 조작자에게 알리기만 해도 되고, 청각적으로 조작자에게 알리기만 해도 된다. 구체적으로는, 머신가이던스장치(50)는, 컨트롤러(30)와 마찬가지로, 컨트롤러의 하나로서 CPU 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성된다. 그리고, 머신가이던스장치(50)의 각종 기능은 CPU가 내부메모리에 격납된 프로그램을 실행함으로써 실현된다. 또, 머신가이던스장치(50)는 컨트롤러(30)에 일체적으로 내장되어 있어도 된다.
기체경사센서(S4)는, 수평면에 대한 상부 선회체(3)의 경사각을 검출하는 센서이다. 본 실시예에서는, 중력가속도를 검출함으로써 상부 선회체(3)의 전후축의 수평면에 대한 경사각(이하, “기체피치각도”라고 함), 및 상부 선회체(3)의 좌우축의 수평면에 대한 경사각(이하, “기체롤각도”라고 함)을 검출하는 가속도센서이다.
측위센서(S5)는, 쇼벨의 위치 및 방향을 측정하는 장치이다. 본 실시예에서는, 측위센서(S5)는, GPS수신기 및 전자컴퍼스를 포함하고, 머신가이던스장치(50)에 대하여 세계측지계에 있어서의 측위센서(S5)의 위치좌표(위도, 경도, 고도) 및 방향(방위)에 관한 정보를 출력한다. 세계측지계는, 지구의 중심에 원점을 두고, X축을 그리니치자오선과 적도의 교점의 방향으로 취하며, Y축을 동경 90도의 방향으로 취하고, 그리고 Z축을 북극의 방향으로 취하는 3차원직교XYZ좌표계이다. 전자컴퍼스는 예를 들면 3축자기센서로 구성된다. 측위센서(S5)는 2개의 GPS수신기로 구성되는 GPS컴퍼스여도 된다.
입력장치(D1)는, 쇼벨의 조작자가 각종 정보를 입력하기 위한 장치이다. 본 실시예에서는, 입력장치(D1)는 표시장치(D3)의 표시화면의 주변에 장착되는 하드웨어스위치이다. 쇼벨의 조작자는 입력장치(D1)를 통하여 머신가이던스장치(50)에 각종 정보를 입력한다. 입력장치(D1)는 터치패널이어도 된다. 또, 입력장치(D1)는 USB메모리여도 된다. 이 경우, 조작자는 캐빈(10) 내에 설치된 USB커넥터에 USB메모리를 끼움으로써 USB메모리 내에 기억된 정보를 머신가이던스장치(50)에 입력할 수 있다.
음성출력장치(D2)는, 머신가이던스장치(50)로부터의 음성출력지령에 따라 각종 음성정보를 출력하는 장치이다. 본 실시예에서는 머신가이던스장치(50)에 직접 접속되는 차재(車載)스피커가 이용된다. 버저가 이용되어도 된다.
표시장치(D3)는, 머신가이던스장치(50)로부터의 지령에 따라 각종 화상정보를 출력하는 장치이다. 본 실시예에서는 머신가이던스장치(50)에 직접 접속되는 차재액정디스플레이가 이용된다.
기억장치(D4)는, 각종 정보를 기억하기 위한 장치이다. 본 실시예에서는, 기억장치(D4)는 반도체메모리 등의 불휘발성 기억매체이며, 머신가이던스장치(50) 등이 출력하는 각종 정보를 기억한다.
도 2는, 도 1의 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 2에 있어서, 기계적 동력계는 이중선, 고압유압라인은 굵은 실선, 파일럿라인은 파선, 전기구동·제어계는 가는 실선으로 각각 나타난다.
엔진(11)은 쇼벨의 구동원이다. 본 실시예에서는, 엔진(11)은, 엔진부하의 증감에 상관없이 엔진회전수를 일정하게 유지하는 아이소크로노스제어를 채용하는 디젤엔진이다.
엔진(11)에는 유압펌프로서의 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속된다. 메인펌프(14)에는 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속된다.
컨트롤밸브(17)는, 쇼벨의 유압계의 제어를 행하는 유압제어장치이다. 우측주행용 유압모터(1A), 좌측주행용 유압모터(1B), 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 선회용 유압모터(21) 등의 유압액츄에이터는, 고압유압라인을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다.
파일럿펌프(15)에는 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다. 조작장치(26)는, 유압액츄에이터를 조작하기 위한 장치이며, 레버(26A), 레버(26B), 페달(26C)을 포함한다. 본 실시예에서는, 조작장치(26)는 유압라인(27)을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다. 또, 조작장치(26)는 유압라인(28)을 통하여 압력센서(29)에 접속된다. 압력센서(29)는, 조작장치(26)의 조작내용을 압력의 형태로 검출하는 센서이며, 검출값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 컨트롤러(30) 및 머신가이던스장치(50)가 갖는 각종 기능요소에 대하여 설명한다. 도 3은, 컨트롤러(30) 및 머신가이던스장치(50)의 구성예를 나타내는 기능블록도이다.
본 실시예에서는, 머신가이던스장치(50)는, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 버킷각도센서(S3), 기체경사센서(S4), 측위센서(S5), 입력장치(D1), 및 컨트롤러(30)로부터의 출력을 받아, 음성출력장치(D2), 표시장치(D3), 및 기억장치(D4)의 각각 대하여 각종 지령을 출력한다. 또, 머신가이던스장치(50)는, 좌표취득부(51), 편차계산부(52), 음성출력처리부(53), 및 표시처리부(54)를 갖는다. 컨트롤러(30) 및 머신가이던스장치(50)는, CAN(Controller Area Network)을 통하여 서로 접속된다.
좌표취득부(51)는, 어태치먼트의 소정 부위의 좌표를 취득하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 좌표취득부(51)는, 기체경사센서(S4) 및 측위센서(S5)의 각각의 검출값에 근거하여 기준좌표계의 원점좌표(위도, 경도, 고도)를 도출한다. 기준좌표계는 쇼벨을 기준으로 하는 좌표계이며, 예를 들면, 굴삭어태치먼트의 연장방향을 X축으로 하고 쇼벨의 선회축을 Z축으로 하는 3차원직교좌표계이다. 기준좌표계의 원점좌표와 측위센서(S5)의 장착위치의 좌표(이하, “측위센서좌표”라고 함)의 위치관계는 상대적으로 불변한다. 이로 인하여, 좌표취득부(51)는, 기체경사센서(S4) 및 측위센서(S5)의 각각의 검출값으로부터 세계측지계에 있어서의 기준좌표계의 원점좌표를 일률적으로 도출할 수 있다.
구체적으로는, 좌표취득부(51)는, 측위센서(S5)의 검출값인 세계측지계에 있어서의 측위센서(S5)의 위치좌표 및 방위에 근거하여 세계측지계에 있어서의 기준좌표계의 원점좌표를 도출한다.
또, 좌표취득부(51)는, 기체경사센서(S4)의 검출값인 기체롤각도 및 기체피치각도에 근거하여 기준좌표계를 회전시켜 기준좌표계의 3축을 세계측지계의 3축에 맞추기 위한 회전행렬을 도출한다.
이로써, 좌표취득부(51)는, 기준좌표계에 있어서의 임의의 점의 좌표가 정해지면, 세계측지계에 있어서의 기준좌표계의 원점좌표와 회전행렬에 근거하여 그 임의의 점에 관한 세계측지계에 있어서의 좌표를 도출할 수 있다.
또, 좌표취득부(51)는, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 및 버킷각도센서(S3)의 각각의 검출값에 근거하여 굴삭어태치먼트의 자세를 도출한다. 굴삭어태치먼트 상의 각 점에 대응하는 기준좌표계에 있어서의 좌표를 도출할 수 있도록 하기 위해서이며, 나아가서는 각 점에 대응하는 세계측지계에 있어서의 좌표를 도출할 수 있도록 하기 위해서이다. 굴삭어태치먼트 상의 각 점은 버킷핀의 위치 및 버킷(6)의 선단위치를 포함한다.
편차계산부(52)는, 버킷(6)의 선단의 현재위치와 목표위치의 편차를 도출한다. 본 실시예에서는, 편차계산부(52)는, 좌표취득부(51)가 취득한 버킷(6)의 선단위치의 좌표와 목표지형정보에 근거하여 버킷(6)의 선단의 현재위치와 목표위치의 편차를 도출한다. 목표지형정보는 시공완료 시의 지형에 관한 정보이며, 목표지형을 나타내는 좌표군을 포함한다. 또, 목표지형정보는 입력장치(D1)를 통하여 입력되고 또한 기억장치(D4)에 기억된다.
예를 들면, 편차계산부(52)는, 버킷(6)의 선단위치와 목표지형의 표면의 연직방향에 있어서의 거리를 편차로서 도출한다. 편차는, 버킷(6)의 선단위치와 목표지형의 표면의 수평방향에 있어서의 거리, 최단거리 등이어도 된다.
음성출력처리부(53)는 음성출력장치(D2)로부터 출력시키는 음성정보의 내용을 제어한다. 본 실시예에서는, 음성출력처리부(53)는 편차계산부(52)가 도출한 편차가 소정 값 이하가 된 경우에 음성출력장치(D2)로부터 가이던스음으로서의 단속음을 출력시킨다. 또, 음성출력처리부(53)는, 그 편차가 작아질수록 단속음의 출력간격(무음부분의 길이)을 짧게 한다. 음성출력처리부(53)는, 그 편차가 제로인 경우, 즉 버킷(6)의 선단위치와 목표지형의 표면이 일치하는 경우, 음성출력장치(D2)로부터 연속음(출력간격이 제로인 단속음)을 출력시켜도 된다. 또, 음성출력처리부(53)는, 그 편차의 정부(正負)가 반전된 경우, 단속음의 높이(주파수)를 변화시켜도 된다. 편차는, 예를 들면, 버킷(6)의 선단위치가 목표지형의 표면으로부터 연직상방에 있는 경우에 정치(正値)가 된다.
표시처리부(54)는, 표시장치(D3)에 표시되는 각종 화상정보의 내용을 제어한다. 본 실시예에서는, 표시처리부(54)는, 좌표취득부(51)가 취득한 버킷(6)의 선단위치의 좌표와 목표지형을 나타내는 좌표군의 관계를 표시장치(D3)에 표시시킨다. 구체적으로는, 표시처리부(54)는, 버킷(6) 및 목표지형의 단면을 측방(Y축방향)으로부터 본 CG화상, 및 버킷(6) 및 목표지형의 단면을 후방(X축방향)으로부터 본 CG화상을 표시장치(D3)에 표시시킨다. 표시처리부(54)는 편차계산부(52)가 도출한 편차의 크기를 바그래프로 표시해도 된다.
다음으로, 도 4a 및 도 4b를 참조하면서, 3차원직교좌표계인 기준좌표계에 대하여 설명한다. 도 4a는 쇼벨의 측면도이고, 도 4b는 쇼벨의 상면도이다.
도 4a 및 도 4b에 나타내는 바와 같이, 기준좌표계의 Z축은 쇼벨의 선회축(PC)에 상당하고, 기준좌표계의 원점(O)은 선회축(PC)과 쇼벨의 접지면의 교점에 상당한다.
Z축과 직교하는 X축은 굴삭어태치먼트의 연장방향으로 뻗고, 마찬가지로 Z축과 직교하는 Y축은 굴삭어태치먼트의 연장방향에 수직인 방향으로 뻗는다. 즉, X축 및 Y축은 쇼벨의 선회와 함께 Z축을 중심으로 하여 회전한다.
또, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 상부 선회체(3)에 대한 붐(4)의 장착위치는, 붐회전축으로서의 붐풋핀의 위치인 붐풋핀위치(P1)로 나타난다. 마찬가지로, 붐(4)에 대한 암(5)의 장착위치는, 암회전축으로서의 암핀의 위치인 암핀위치(P2)로 나타난다. 암(5)에 대한 버킷(6)의 장착위치는, 버킷회전축으로서의 버킷핀의 위치인 버킷핀위치(P3)로 나타난다. 버킷(6)의 치아(6a)의 선단위치는 버킷선단위치(P4)로 나타난다.
붐풋핀위치(P1)와 암핀위치(P2)를 연결하는 선분(SG1)의 길이는 붐길이로서 소정 값 L1로 나타나고, 암핀위치(P2)와 버킷핀위치(P3)를 연결하는 선분(SG2)의 길이는 암길이로서 소정 값 L2로 나타나며, 버킷핀위치(P3)와 버킷선단위치(P4)를 연결하는 선분(SG3)의 길이는 버킷길이로서 소정 값 L3으로 나타난다. 소정 값(L1, L2, L3)은 기억장치(D4) 등에 미리 기억되어 있다.
또, 선분(SG1)과 수평면의 사이에 형성되는 붐각도는 β1로 나타나고, 선분(SG2)과 수평면의 사이에 형성되는 암각도는 β2로 나타나며, 선분(SG3)과 수평면의 사이에 형성되는 버킷각도는 β3으로 나타난다. 도 4a에 있어서, 붐각도(β1), 암각도(β2), 버킷각도(β3)는, X축에 평행한 선에 관하여 반시계방향을 플러스방향으로 한다.
여기에서, 붐풋핀위치(P1)의 3차원좌표를 (X, Y, Z)=(H0X, 0, H0Z)로 하고, 버킷선단위치(P4)의 3차원좌표를 (X, Y, Z)=(X4, Y4, Z4)로 하면, X4, Z4는 각각 식 (1) 및 식 (2)로 나타난다.
[수학식 1]
Figure pct00001
[수학식 2]
Figure pct00002
Y4는 0이 된다. 버킷선단위치(P4)는 XZ평면 상에 존재하기 때문이다. 또, 붐풋핀위치(P1)가 원점(O)에 대하여 상대적으로 불변하기 때문에, 붐각도(β1)가 정해지면 암핀위치(P2)의 좌표가 일률적으로 정해진다. 마찬가지로 붐각도(β1) 및 암각도(β2)가 정해지면 버킷핀위치(P3)의 좌표가 일률적으로 정해지고, 붐각도(β1), 암각도(β2) 및 버킷각도(β3)가 정해지면, 버킷선단위치(P4)의 좌표가 일률적으로 정해진다.
또, 좌표취득부(51)는, 기준좌표계에 있어서의 각 점(P1~P4)의 좌표가 정해지면, 세계측지계에 있어서의 각 점(P1~P4)의 좌표를 일률적으로 도출할 수 있다.
그러나, 버킷(6)의 치아(6a)는 사용에 의하여 마모되는 소모부이다. 이로 인하여, 상술한 식 (1) 및 식 (2)를 이용하여 산출되는 버킷선단위치(P4)의 3차원좌표 (X, Y, Z)=(Xe, Ye, Ze)는, 치아(6a)의 마모가 진행됨에 따라 실제의 버킷선단위치의 3차원좌표로부터 괴리된다. 그 결과, 좌표취득부(51)는 버킷선단위치(P4)의 정확한 좌표를 취득할 수 없게 되어, 머신가이던스장치(50)는 쇼벨의 조작을 정확하게 가이드할 수 없게 된다.
따라서, 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 후술하는 선단정보도출처리를 실행함으로써 버킷선단위치(P4)의 정확한 좌표를 도출하여, 치아(6a)가 마모되었을 때이더라도 쇼벨의 조작을 정확하게 가이드할 수 있도록 한다.
구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 기능요소로서의 좌표산출부(31) 및 마모량산출부(32)를 갖는다.
좌표산출부(31)는, 소모부의 선단의 좌표를 산출하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 좌표산출부(31)는, 세계측지계 상의 이미 알려진 일 좌표에 치아(6a)를 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3)의 좌표와 버킷각도센서(S3)가 검출하는 버킷각도에 근거하여 세계측지계에 있어서의 버킷선단위치(P4)의 좌표를 도출한다.
마모량산출부(32)는, 소모부의 마모량을 산출하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 마모량산출부(32)는, 치아(6a)가 마모되기 전에 좌표산출부(31)가 산출한 버킷선단위치(P4)의 좌표와 치아(6a)가 마모된 후에 좌표산출부(31)가 산출한 버킷선단위치(P4)의 좌표에 근거하여 치아(6a)의 마모량을 산출한다. 소모부는 브레이커의 로드여도 된다.
여기에서 도 5, 도 6a, 및 도 6b를 참조하여, 컨트롤러(30)가 치아(6a)의 선단에 관한 정보를 도출하는 처리(이하, “선단정보도출처리”라고 함)에 대하여 설명한다. 도 5는 선단정보도출처리의 일례의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 또, 도 6a 및 도 6b는 도 5의 선단정보도출처리에 관한 좌표를 나타내는 버킷(6)의 측면도이다. 또, 도 6a는 치아(6a)의 선단을 기준점(RP)에 접촉시켰을 때의 도면이며, 굵은 실선은 치아(6a)의 선단이 마모되었을 때의 버킷(6)을 나타내고, 굵은 점선은 치아(6a)의 선단이 마모되지 않았을 때의 버킷(6)을 나타낸다. 또, 도 6b는 도 6a에 있어서의 2개의 버킷(6)의 치아(6a) 이외의 부분의 도면을 중합한 상태를 나타낸다.
기준점은, 소정의 측지계의 좌표를 갖는 지물이며 기준말뚝 등의 측량용 표지를 포함한다. 본 실시예에서는 기준점은 세계측지계의 좌표를 갖는다. 기준점(RP)의 좌표(XR, YR, ZR)는 컨트롤러(30) 및 머신가이던스장치(50)에 있어서 이미 알려진 것이다.
먼저, 좌표산출부(31)는 제1 좌표취득기간 중에 치아(6a)의 선단을 기준점(RP)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3A)의 좌표(X3A, Y3A, Z3A)를 취득한다(스텝 ST1). 좌표취득기간은, 동일한 마모조건하에서 좌표취득부(51)가 좌표를 취득하는 기간을 의미한다. 본 실시예에서는, 제1 좌표취득기간은, 버킷(6)의 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때에 좌표취득부(51)가 좌표를 취득할 수 있는 기간이며, 쇼벨의 초기설정 직후의 기간, 치아(6a)의 교환 직후의 기간 등을 포함한다.
구체적으로는, 쇼벨의 조작자는, 붐조작레버, 암조작레버, 버킷조작레버, 선회조작레버, 주행페달 등의 조작장치(26)를 조작하여 버킷(6)의 치아(6a)를 기준점(RP)에 접촉시킨다. 그리고, 조작자는 입력장치(D1)를 통하여 그때의 버킷핀위치(P3A)의 좌표를 기억하도록 머신가이던스장치(50)에 지시를 내린다. 머신가이던스장치(50)의 좌표취득부(51)는 그 지시에 따라 버킷핀위치(P3A)의 좌표를 기억장치(D4)에 기억시킨다.
조작자는 굴삭어태치먼트의 자세를 바꾸면서 버킷(6)의 치아(6a)를 복수 회에 걸쳐 기준점(RP)에 접촉시키고, 그 접촉할 때마다 버킷핀위치(P3)의 좌표를 기억하도록 머신가이던스장치(50)에 지시를 내려도 된다. 이 경우, 좌표취득부(51)는 복수 회에 걸쳐 기억한 복수의 좌표의 평균좌표를 버킷핀위치(P3A)의 좌표로 해도 된다.
그 후, 좌표산출부(31)는, 제2 좌표취득기간 중에 치아(6a)의 선단을 기준점(RP)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3B)의 좌표(X3B, Y3B, Z3B)를 취득한다(스텝 ST2). 본 실시예에서는, 제2 좌표취득기간은, 신품인 치아(6a)가 실제로 사용된 후의 좌표취득기간, 즉 치아(6a)가 마모된 후의 좌표취득기간이며, 예를 들면 신품인 치아(6a)의 사용을 개시한 후에 소정의 쇼벨가동시간에 걸쳐 쇼벨을 가동시킨 후의 좌표취득기간이다. 제2 좌표취득기간은, 신품인 치아(6a)의 사용을 개시하고 나서 소정의 일수가 경과한 후의 기간이어도 된다.
구체적으로는, 쇼벨의 조작자는 제1 좌표취득기간 중에 행한 버킷핀위치(P3A)의 좌표의 취득과 동일한 방식으로 제2 좌표취득기간 중에 버킷핀위치(P3B)의 좌표를 취득한다.
그 후, 좌표산출부(31)는 치아(6a)의 선단의 좌표를 산출한다(스텝 ST3). 본 실시예에서는, 좌표산출부(31)는 이하의 식 (3)을 이용하여 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의 버킷핀위치(P3A)와 기준점(RP)(버킷선단위치(P4A))의 거리(이하, “선단거리”라고 함)(L3A)를 산출한다. 구체적으로는, 좌표산출부(31)는, 제1 좌표취득기간 중에 좌표취득부(51)가 취득한 버킷핀위치(P3A)의 좌표(X3A, Y3A, Z3A)와 기준점(RP)의 좌표(XR, YR, ZR)에 근거하여 선단거리(L3A)를 산출한다.
[수학식 3]
Figure pct00003
또, 좌표산출부(31)는 이하의 식 (4)을 이용하여 치아(6a)가 마모된 후의 버킷핀위치(P3B)와 기준점(RP)(버킷선단위치(P4B))의 선단거리(L3B)를 산출한다. 구체적으로는, 좌표산출부(31)는, 제2 좌표취득기간 중에 좌표취득부(51)가 취득한 버킷핀위치(P3B)의 좌표(X3B, Y3B, Z3B)와 기준점(RP)의 좌표(XR, YR, ZR)에 근거하여 선단거리(L3B)를 산출한다. 좌푯값(Y3A, Y3B, YR)은 모두 동일한 값(예를 들면 제로)이다.
[수학식 4]
Figure pct00004
그 후, 좌표산출부(31)는, 도 6b에 나타내는 관계에 근거하여 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의 버킷선단위치(P4C1)의 좌표(X4C1, Y4C1, Z4C1)를 산출한다. 본 실시예에서는, 좌표산출부(31)는, 이하의 식 (5) 및 식 (6)을 이용하여 버킷선단위치(P4C1)의 좌표(X4C1, Y4C1, Z4C1)를 산출한다. 구체적으로는, 좌표산출부(31)는, 굴삭어태치먼트가 임의의 자세에 있을 때에 좌표취득부(51)가 취득한 버킷핀위치(P3C)의 좌표(X3C, Y3C, Z3C)와 버킷각도센서(S3)가 검출한 버킷각도(β3C)와 선단거리(L3A)에 근거하여 좌표(X4C1, Y4C1, Z4C1)를 산출한다. 좌푯값(Y3C, Y4C1)은 모두 동일한 값(예를 들면 제로)이다.
[수학식 5]
Figure pct00005
[수학식 6]
Figure pct00006
또, 좌표산출부(31)는, 이하의 식 (7) 및 식 (8)을 이용하여 치아(6a)가 마모된 후의 버킷선단위치(P4C2)의 좌표(X4C2, Y4C2, Z4C2)를 산출한다. 구체적으로는, 좌표산출부(31)는, 굴삭어태치먼트가 임의의 자세에 있을 때에 좌표취득부(51)가 취득한 버킷핀위치(P3C)의 좌표(X3C, Y3C, Z3C)와 버킷각도센서(S3)가 검출한 버킷각도(β3C)와 선단거리(L3B)에 근거하여 좌표(X4C2, Y4C2, Z4C2)를 산출한다. 좌푯값(Y3C, Y4C2)은 모두 동일한 값(예를 들면 제로)이다. 각도(δ)는, 선분(P3C-P4C1)과 선분(P3C-P4C2)의 사이에 형성되는 각도이며, 선단거리 L3A와 선단거리 L3B가 정해지면 일률적으로 정해지는 각도이다.
[수학식 7]
Figure pct00007
[수학식 8]
Figure pct00008
그 후, 마모량산출부(32)는 치아(6a)의 마모량을 산출한다(스텝 ST4). 본 실시예에서는, 마모량산출부(32)는, 이하의 식 (9)를 이용하여 버킷(6)의 치아(6a)의 마모량(W)을 산출한다. 구체적으로는, 마모량산출부(32)는, 좌표산출부(31)가 산출한, 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의 버킷선단위치(P4C1)의 좌표(X4C1, Y4C1, Z4C1)와 치아(6a)가 마모된 후의 버킷선단위치(P4C2)의 좌표(X4C2, Y4C2, Z4C2)에 근거하여 마모량(W)을 산출한다.
[수학식 9]
Figure pct00009
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 이미 알고 있는 일 좌표인 기준점(RP)에 치아(6a)를 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3)의 좌표에 근거하여 선단거리를 도출한다. 또, 컨트롤러(30)는, 그 선단거리와 버킷각도센서(S3)가 검출하는 버킷각도에 근거하여 버킷선단위치(P4)의 좌표를 도출한다. 이로 인하여, 컨트롤러(30)는, 선단정보도출처리를 실행한 후이면, 치아(6a)의 마모의 유무에 상관없이, 버킷핀위치(P3)의 좌표를 취득함으로써 버킷선단위치(P4)의 좌표를 정확하게 도출할 수 있다.
또, 컨트롤러(30)는, 2개의 좌표취득기간의 각각에서 도출한 선단거리를 이용하여 마모량(W)을 산출할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 마모된 치아(6a)의 선단에 대응하는 버킷선단위치(P4)의 좌표를 직접적으로 도출하는 대신에, 마모된 치아(6a)의 선단에 대응하는 버킷선단위치(P4)의 좌표를 간접적으로 도출해도 된다. 구체적으로는, 마모되지 않은 치아(6a)의 선단에 대응하는 버킷선단위치(P4)의 좌표를 도출한 다음에 마모량(W)에 근거하여 그 버킷선단위치(P4)의 좌표를 보정하고, 마모된 치아(6a)의 선단에 대응하는 버킷선단위치(P4)의 좌표를 도출해도 된다.
그리고, 머신가이던스장치(50)는, 컨트롤러(30)가 도출하는, 마모를 고려한 버킷선단위치(P4)의 좌표를 이용하여 머신가이던스를 제공할 수 있다.
다음으로, 도 7, 도 8a, 및 도 8b를 참조하여, 선단정보도출처리의 다른 예에 대하여 설명한다. 도 7은 선단정보도출처리의 다른 예의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 또, 도 8a 및 도 8b는 도 7의 선단정보도출처리에 관한 좌표를 나타내는 굴삭어태치먼트의 측면도이다. 또, 도 8a는 암(5)의 선단을 지면 상의 일점인 접지점(P5)(P5A, P5C)에 접촉시켰을 때의 도면이며, 도 8b는 버킷(6)의 치아(6a)를 접지점(P5)(P5A, P5C)에 접촉시켰을 때의 도면이다. 또, 굵은 실선은 치아(6a)의 선단이 마모되었을 때의 버킷(6)을 나타내고, 굵은 점선은 치아(6a)의 선단이 마모되지 않았을 때의 버킷(6)을 나타낸다.
접지점(P5)(P5A, P5C)의 좌표는, 비소모부로서의 암(5)의 표면 상의 일점을 지면에 접촉시켰을 때의 그 일점의 좌표로서 특정되어, 기준점의 좌표를 대신하여 이용된다. 비소모부의 표면 상의 일점은, 버킷핀위치(P3)와의 상대위치관계가 불변하며, 그 상대위치관계는 컨트롤러(30) 및 머신가이던스장치(50)에 있어서 이미 알려진 것이다.
먼저, 좌표산출부(31)는 제1 좌표취득기간 중에 암(5)의 선단을 접지점(P5A)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3A)의 좌표(X3A, Y3A, Z3A)를 취득한다(스텝 ST11). 본 실시예에서는, 제1 좌표취득기간은, 버킷(6)의 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때에 좌표취득부(51)가 좌표를 취득할 수 있는 기간이다.
구체적으로는, 쇼벨의 조작자는, 조작장치(26)를 조작하여 암(5)의 선단을 접지점(P5A)에 접촉시킨다. 그리고, 조작자는 입력장치(D1)를 통하여 그때의 버킷핀위치(P3A)의 좌표를 기억하도록 머신가이던스장치(50)에 지시를 내린다. 머신가이던스장치(50)의 좌표취득부(51)는 그 지시에 따라 버킷핀위치(P3A)의 좌표를 기억장치(D4)에 기억시킨다.
그 후, 좌표산출부(31)는, 제1 좌표취득기간 중에 버킷(6)의 치아(6a)의 선단을 접지점(P5A)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3B)의 좌표(X3B, Y3B, Z3B)를 취득한다(스텝 ST12).
구체적으로는, 쇼벨의 조작자는 조작장치(26)를 조작하여 치아(6a)의 선단을 접지점(P5A)에 접촉시킨다. 예를 들면, 조작자는, 치아(6a)의 연장방향이 지면(수평면)에 대하여 수직이 되도록 치아(6a)의 선단을 접지점(P5A)에 접촉시킨다. 그리고, 조작자는 입력장치(D1)를 통하여 그때의 버킷핀위치(P3B)의 좌표를 기억하도록 머신가이던스장치(50)에 지시를 내린다. 머신가이던스장치(50)의 좌표취득부(51)는 그 지시에 따라 버킷핀위치(P3B)의 좌표를 기억장치(D4)에 기억시킨다.
그 후, 좌표산출부(31)는 제2 좌표취득기간 중에 암(5)의 선단을 접지점(P5C)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3C)의 좌표(X3C, Y3C, Z3C)를 취득한다(스텝 ST13). 본 실시예에서는, 제2 좌표취득기간은, 신품인 치아(6a)가 실제로 사용된 후의 좌표취득기간, 즉 치아(6a)가 마모된 후의 좌표취득기간이다.
그 후, 좌표산출부(31)는, 제2 좌표취득기간 중에 치아(6a)의 선단을 접지점(P5C)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3D)의 좌표(X3D, Y3D, Z3D)를 취득한다(스텝 ST14).
그 후, 좌표산출부(31)는 치아(6a)의 선단의 좌표를 산출한다(스텝 ST15). 본 실시예에서는, 좌표산출부(31)는 이하의 식 (10)을 이용하여 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의 접지점(P5A)의 좌표(X5A, Y5A, Z5A)를 산출한다. 본 실시예에서는, 좌푯값 Y5A는 제로이고, 좌푯값 X5A는 좌푯값 X3A와 동일하다. 거리(H1)는, 기억장치(D4) 등에 미리 기억된 값이며, 버킷핀위치(P3A)와 접지점(P5A)에 접촉하는 암표면 상의 일점과의 거리를 나타낸다. 거리(H1)는 고정값이어도 되고, 굴삭어태치먼트의 자세에 따라 정해지는 변동값이어도 된다.
[수학식 10]
Figure pct00010
또한, 좌표산출부(31)는 이하의 식 (11)을 이용하여 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의 버킷핀위치(P3B)와 접지점(P5A)(버킷선단위치(P4B))의 선단거리(L3A)를 산출한다. 구체적으로는, 좌표산출부(31)는, 상술한 접지점(P5A)의 좌표(X5A, Y5A, Z5A)와 제1 좌표취득기간 중에 치아(6a)를 접지점(P5A)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득한 버킷핀위치(P3B)의 좌표(X3B, Y3B, Z3B)에 근거하여 선단거리(L3A)를 산출한다.
[수학식 11]
Figure pct00011
또, 좌표산출부(31)는 이하의 식 (12)를 이용하여 치아(6a)가 마모된 후의 접지점(P5C)의 좌표(X5C, Y5C, Z5C)를 산출한다. 본 실시예에서는, 좌푯값 Y5C는 제로이고, 좌푯값 X5C는 좌푯값 X3C와 동일하다. 또, 접지점 P5C의 좌표는 접지점 P5A의 좌표와 동일하다. 단, 접지점 P5C의 좌표는 접지점 P5A의 좌표와 달라도 된다. 거리(H2)는, 기억장치(D4) 등에 미리 기억된 값이며, 버킷핀위치(P3C)와 접지점(P5C)에 접촉하는 암표면 상의 일점의 거리를 나타낸다. 거리(H2)는 고정값이어도 되고, 굴삭어태치먼트의 자세에 따라 정해지는 변동값이어도 된다. 본 실시예에서는 거리 H2는 거리 H1과 동일하다.
[수학식 12]
Figure pct00012
또한, 좌표산출부(31)는 이하의 식 (13)을 이용하여 치아(6a)가 마모된 후의 버킷핀위치(P3D)와 접지점(P5C)(버킷선단위치(P4D))의 선단거리(L3B)를 산출한다. 구체적으로는, 좌표산출부(31)는, 상술한 접지점(P5C)의 좌표(X5C, Y5C, Z5C)와 제2 좌표취득기간 중에 치아(6a)를 접지점(P5C)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득한 버킷핀위치(P3D)의 좌표(X3D, Y3D, Z3D)에 근거하여 선단거리(L3B)를 산출한다.
[수학식 13]
Figure pct00013
그 후, 좌표산출부(31)는, 도 6a 및 도 6b로 설명한 방법과 동일한 방법으로, 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의 버킷선단위치(P4)의 좌표 및 치아(6a)가 마모된 후의 버킷선단위치(P4)의 좌표를 산출한다.
그 후, 마모량산출부(32)는 치아(6a)의 마모량을 산출한다(스텝 ST16). 본 실시예에서는, 마모량산출부(32)는, 도 6a 및 도 6b로 설명한 바와 같이, 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의 버킷선단위치(P4)의 좌표와 치아(6a)가 마모된 후의 버킷선단위치(P4)의 좌표에 근거하여 치아(6a)의 마모량을 산출한다.
이와 같이, 조작자는 암(5)의 선단을 지면에 접촉시킴으로써 접지점(P5)의 좌표를 컨트롤러(30)에 특정시킨다. 그리고, 조작자는 접지점(P5)에 치아(6a)를 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3)의 좌표에 근거하여 컨트롤러(30)에 선단거리를 도출시킨다. 컨트롤러(30)는, 그 선단거리와 버킷각도센서(S3)가 검출하는 버킷각도에 근거하여 버킷선단위치(P4)의 좌표를 도출한다. 이로 인하여, 컨트롤러(30)는, 선단정보도출처리를 실행한 후이면, 치아(6a)의 마모의 유무에 상관없이, 버킷핀위치(P3)의 좌표를 취득함으로써 버킷선단위치(P4)의 좌표를 정확하게 도출할 수 있다. 또, 컨트롤러(30)는, 2개의 좌표취득기간의 각각에서 도출한 선단거리를 이용하여 마모량(W)을 산출할 수 있다.
상술한 실시예에서는, 쇼벨의 조작자는 암(5)의 선단을 지면에 접촉시킴으로써 접지점(P5)의 좌표를 컨트롤러(30)에 특정시키지만, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 조작자는, 도 9에 나타내는 바와 같이 비소모부로서의 버킷배면을 지면에 접촉시킴으로써 접지점(P5)(P5A, P5C)의 좌표를 컨트롤러(30)에 특정시켜도 된다. 또, 조작자는 비소모부로서의 버킷링크를 지면에 접촉시킴으로써 접지점(P5)의 좌표를 컨트롤러(30)에 특정시켜도 된다. 지면에 접촉했는지 아닌지의 판정은, 소정의 스위치가 조작되었는지 아닌지에 근거해도 된다. 이 경우, 조작자는 버킷(6)의 움직임을 보면서 버킷(6)의 소정 부위가 지면에 접촉했다고 판단한 경우에 그 스위치를 압하한다. 컨트롤러(30)는 그 스위치가 압하된 경우에 소정 부위가 지면에 접촉했다고 판정하여 접지점(P5)의 좌표를 취득한다. 컨트롤러(30)는 버킷실린더(9) 내의 작동유의 압력이 미리 설정된 임계값을 넘은 경우에 소정 부위가 지면에 접촉했다고 판정하여 접지점(P5)의 좌표를 취득해도 된다. 버킷(6)의 치아(6a)를 지면에 접촉시키는 경우, 조작자는 치아(6a)가 지면에 대하여 대략 수직이 되도록 어태치먼트를 조작해도 된다. 버킷(6)의 형상이 컨트롤러(30)에 사전에 입력되어 있는 경우, 컨트롤러(30)는, 치아(6a)가 지면에 대하여 대략 수직이 되도록 어태치먼트의 자세를 자동적으로 제어해도 된다.
다음으로, 도 10을 참조하여, 선단정보도출처리의 또 다른 예에 대하여 설명한다. 도 10은 선단정보도출처리의 또 다른 예의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 또, 도 10의 선단정보도출처리는, 1회의 좌표취득기간 중에 취득한 2개의 버킷핀위치의 좌표에 근거하여 버킷선단위치의 좌표 및 치아(6a)의 마모량을 산출하는 점에서 도 7의 선단정보도출처리와 상이하다. 이로 인하여, 도 8a 및 도 8b를 참조하면서 도 10의 선단정보도출처리에 대하여 설명한다.
먼저, 좌표산출부(31)는 암(5)의 선단을 접지점(P5C)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3C)의 좌표(X3C, Y3C, Z3C)를 취득한다(스텝 ST21).
그 후, 좌표산출부(31)는, 버킷(6)의 치아(6a)의 선단을 접지점(P5C)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3D)의 좌표(X3D, Y3D, Z3D)를 취득한다(스텝 ST22).
그 후, 좌표산출부(31)는 치아(6a)의 선단의 좌표를 산출한다(스텝 ST23). 본 실시예에서는, 좌표산출부(31)는 상술한 식 (12)를 이용하여 접지점(P5C)의 Z좌표의 값(Z5C)을 산출한다. 본 실시예에서는, Y좌표의 값(Y5C)은 제로이며, X좌표의 값(X5C)은 버킷핀위치(P3C)의 X좌표의 값(X3C)과 동일하다.
또한, 좌표산출부(31)는 상술한 식 (13)을 이용하여 버킷핀위치(P3D)와 접지점(P5C)(버킷선단위치(P4D))의 선단거리(L3B)를 산출한다.
그 후, 좌표산출부(31)는, 도 6a 및 도 6b로 설명한 방법과 동일한 방법으로, 치아(6a)가 마모된 후의 버킷선단위치(P4)의 좌표를 산출한다.
그 후, 마모량산출부(32)는 치아(6a)의 마모량을 산출한다(스텝 ST24). 본 실시예에서는, 마모량산출부(32)는, 미리 기억된(치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의) 선단거리(L3A)와 스텝 ST23에서 산출한 선단거리(L3B)에 근거하여 치아(6a)의 마모량을 산출한다. 선단거리(L3A)는, 조작자가 사전에 입력하는 치아의 종류에 따라 자동적으로 설정되어도 된다.
구체적으로는, 마모량산출부(32)는, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 선단거리 L3A와, 선단거리 L3B와, 현재의 버킷핀위치(P3)의 좌표(X3C, Y3C, Z3C)에 근거하여, 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의 버킷선단위치(P4C1)의 좌표(X4C1, Y4C1, Z4C1)와 치아(6a)가 마모된 현재의 버킷선단위치(P4C2)의 좌표(X4C2, Y4C2, Z4C2)를 도출한다. 그리고, 상술한 식 (9)를 이용하여 버킷(6)의 치아(6a)의 마모량(W)을 산출한다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 도 7의 선단정보도출처리보다 낮은 연산부하로 마모된 치아(6a)의 선단의 좌표 및 그 마모량을 도출할 수 있다.
다음으로, 도 11 및 도 12를 참조하여, 선단정보도출처리의 또 다른 예에 대하여 설명한다. 도 11은 선단정보도출처리의 또 다른 예의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 도 12는 도 11의 선단정보도출처리에 관한 좌표를 나타내는 버킷(6)의 측면도이다. 구체적으로는, 도 12는 2개의 다른 자세로 버킷(6)의 치아(6a)를 동일한 하나의 참조점(SP)에 접촉시켰을 때의 도면이다. 굵은 실선은 제1 자세를 취하는 버킷(6)을 나타내고, 굵은 점선은 제2 자세를 취하는 버킷(6)을 나타낸다.
먼저, 좌표산출부(31)는 제1 자세를 취하는 버킷(6)의 치아(6a)의 선단을 참조점(SP)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3A)의 좌표(X3A, Y3A, Z3A)를 취득한다(스텝 ST31).
그 후, 좌표산출부(31)는 제2 자세를 취하는 버킷(6)의 치아(6a)의 선단을 참조점(SP)에 접촉시켰을 때에 좌표취득부(51)가 취득하는 버킷핀위치(P3B)의 좌표(X3B, Y3B, Z3B)를 취득한다(스텝 ST32).
그 후, 좌표산출부(31)는 치아(6a)의 선단의 좌표를 산출한다(스텝 ST33). 본 실시예에서는, 좌표산출부(31)는, 버킷핀위치(P3A)의 좌표(X3A, Y3A, Z3A)와, 버킷핀위치(P3B)의 좌표(X3B, Y3B, Z3B)와, 선분(P3A-SP)의 길이가 선분(P3B-SP)의 길이와 동등하다는 사실에 근거하여, 버킷핀위치(P3A) 또는 버킷핀위치(P3B)와 참조점(SP)(버킷선단위치(P4A))의 선단거리(L3B)를 이하의 식 (14)를 이용하여 산출한다. 그리고, 좌표산출부(31)는, 버킷핀위치(P3A) 또는 버킷핀위치(P3B)의 좌표와, 버킷각도센서(S3)가 검출하는 버킷각도와, 선단거리(L3B)에 근거하여 치아(6a)의 선단의 좌표를 산출한다.
[수학식 14]
Figure pct00014
제1 자세를 취하는 버킷(6)의 치아(6a)의 선단을 접촉시키는 참조점의 X좌표의 값은, 제2 자세를 취하는 버킷(6)의 치아(6a)의 선단을 접촉시키는 참조점의 X좌표의 값과 달라도 된다. 즉, 2개의 참조점은 동일한 높이의 수평면 상의 다른 위치에 있어도 된다.
그 후, 마모량산출부(32)는 치아(6a)의 마모량을 산출한다(스텝 ST34). 본 실시예에서는, 마모량산출부(32)는, 미리 기억된(치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의) 선단거리(L3A)와 스텝 ST33으로 산출한 선단거리(L3B)에 근거하여 치아(6a)의 마모량을 산출한다.
구체적으로는, 마모량산출부(32)는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 선단거리 L3A와, 선단거리 L3B와, 현재의 버킷핀위치(P3C)의 좌표(X3C, Y3C, Z3C)에 근거하여, 치아(6a)가 마모되지 않은 신품일 때의 버킷선단위치(P4C1)의 좌표(X4C1, Y4C1, Z4C1)와 치아(6a)가 마모된 현재의 버킷선단위치(P4C2)의 좌표(X4C2, Y4C2, Z4C2)를 도출한다. 그리고, 상술한 식 (9)를 이용하여 버킷(6)의 치아(6a)의 마모량(W)을 산출한다. 도 13은 마모량산출부(32)가 마모량(W)을 산출하는 마모량산출처리에 관한 좌표를 나타내는 버킷(6)의 측면도이다. 또, 도 13의 예에서는, 컨트롤러(30)는 치아(6a)의 연장방향이 지면(수평면)에 대하여 수직이 되도록, 굴삭어태치먼트의 자세를 자동적으로 제어하여 치아(6a)의 선단을 지면에 접촉시킨다. 이로 인하여, 컨트롤러(30)는, 버킷선단위치(P4C1)의 Z좌표의 값(Z4C1)과 버킷선단위치(P4C2)의 Z좌표의 값(Z4C2)의 차를 산출하는 것만으로 마모량(W)을 산출할 수 있다.
이 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 도 7의 선단정보도출처리보다 낮은 연산부하로 마모된 치아(6a)의 선단의 좌표 및 그 마모량을 도출할 수 있다.
다음으로, 도 14를 참조하여, 컨트롤러(30)의 다른 구성예에 대하여 설명한다. 도 14는, 컨트롤러(30)의 다른 구성예를 나타내는 기능블록도이다.
도 14의 구성은, 머신가이던스장치(50)가 컨트롤러(30)에 통합된 점에서 도 3의 구성과 상이하지만 각 구성요소의 기능은 동일하다.
도 14의 구성에서는, 머신가이던스장치(50)에 있어서의 좌표취득부(51), 편차계산부(52), 음성출력처리부(53), 및 표시처리부(54)의 4개 전체의 기능요소가 컨트롤러(30)에 통합되어 있지만, 4개의 기능요소 중 일부만이 컨트롤러(30)에 통합되어도 된다. 이 경우, 4개의 기능요소 중 통합되지 않은 나머지의 부분을 갖는 머신가이던스장치가 컨트롤러(30)에 접속된다.
이 구성에 의하여, 도 14의 컨트롤러(30)는, 도 3의 컨트롤러(30)와 동일한 효과를 실현할 수 있다.
이상, 몇 가지의 선단정보도출처리를 설명했지만, 쇼벨의 조작자는, 이들 선단정보도출처리 중 어느 하나를 실시함으로써, 특별한 도구를 필요로 하는 일 없이 간단하게 버킷(6)의 치아(6a)의 마모량을 측정할 수 있다.
또, 조작자는, 마모된 치아(6a)의 선단에 대응하는 버킷선단위치(P4)의 좌표에 근거하는 머신가이던스를 받을 수 있다. 이로 인하여, 시공면의 마무리 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 상술한 실시예에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.
예를 들면, 상술한 실시예에서는, 접지점(P5)은 지면 상의 일점이지만 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 접지점(P5)은, 굴삭어태치먼트의 비소모부와 소모부(치아(6a))의 쌍방을 접촉시킬 수 있는 지물이면 되고, 예를 들면 수직벽의 표면 상의 일점이어도 된다.
또, 상술한 실시예에서는, 참조점(SP)은 지면 상의 일점이지만 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 참조점(SP)은, 굴삭어태치먼트의 소모부(치아(6a))를 접촉시킬 수 있는 지물이면 되고, 예를 들면 수직벽의 표면 상의 일점이어도 된다.
또, 기준점(RP), 접지점(P5), 참조점(SP)은 실재하는 점일 필요는 없고, 광학적, 자기적, 혹은 전기적으로 설정되는 가상점이어도 된다.
또, 상술한 실시예에서는, 좌표취득부(51)는, 쇼벨을 기준으로 하는 기준좌표계를 회전시켜 기준좌표계의 3축을 세계측지계의 3축에 맞춤으로써 기준좌표계에 있어서의 임의의 점에 대응하는 세계측지계에 있어서의 좌표를 도출한다. 예를 들면, 좌표취득부(51)는, 세계측지계 1984, 일본 측지계 2000, 국제지구기준좌표계 등의 전지구적 측지계에 있어서의 좌표(위도, 경도, 고도)를 도출한다. 단, 좌표취득부(51)는, 국소좌표계(지역좌표계) 등의 보다 좁은 범위의 측지계의 좌표를 도출해도 된다.
또, 상술한 실시예에서는, 마모량산출부(32)는 지면(수평면)에 대한 치아(6a)의 연장방향의 각도가 이미 알려졌는지 아닌지에 상관없이 버킷(6)의 치아(6a)의 마모량을 산출한다. 그러나, 지면(수평면)에 대한 치아(6a)의 연장방향의 각도가 이미 알려진 경우, 마모량산출부(32)는 보다 간이하게 치아(6a)의 마모량을 산출할 수 있다. 예를 들면, 입력장치(D1) 등을 통하여 버킷(6)의 형상에 관한 정보가 미리 컨트롤러(30)에 입력되어 있는 경우, 컨트롤러(30)는 지면(수평면)에 대한 치아(6a)의 연장방향의 각도를 제어할 수 있다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 조작자가 버킷(6)의 치아(6a)를 지면(수평면)에 접촉시키기 위하여 굴삭어태치먼트를 조작하는 경우에, 치아(6a)의 연장방향이 지면(수평면)에 대하여 수직이 되도록 버킷(6)의 개폐 정도를 자동적으로 조정한다. 이 경우, 컨트롤러(30)는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 버킷핀위치 P3A의 높이(Z좌표의 값)와 버킷핀위치 P3B의 높이(Z좌표의 값)의 차(HD)를 마모량(W)으로서 산출한다. 버킷핀위치 P3A는 치아(6a)의 선단이 마모되지 않았을 때에 치아(6a)를 지면(수평면)에 대하여 수직으로 접촉시켰을 때의 버킷핀위치이며, 버킷핀위치 P3B는 치아(6a)의 선단이 마모되었을 때에 치아(6a)를 동일한 지면(수평면)에 대하여 수직으로 접촉시켰을 때의 버킷핀위치이다. 이와 같이, 컨트롤러(30)는, 치아(6a)를 지면(수평면)에 대하여 수직으로 접촉시킬 수 있는 경우에는, 버킷핀위치의 높이의 변동에만 근거하여 치아(6a)의 마모량을 산출할 수 있다.
또, 본원은 2014년 12월 16일에 출원한 일본 특허출원 2014-254050호에 근거하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 일본 특허출원의 전체 내용을 본원에 참조에 의하여 원용한다.
1: 하부 주행체
1A, 1B: 주행용 유압모터
2: 선회기구
3: 상부 선회체
4: 붐
5: 암
6: 버킷
6a: 치아
7: 붐실린더
8: 암실린더
9: 버킷실린더
10: 캐빈
11: 엔진
14: 메인펌프
15: 파일럿펌프
16: 고압유압라인
17: 컨트롤밸브
21: 선회용 유압모터
25: 파일럿라인
26: 조작장치
26A, 26B: 레버
26C: 페달
27, 28: 유압라인
29: 압력센서
30: 컨트롤러
31: 좌표산출부
32: 마모량산출부
50: 머신가이던스장치
51: 좌표취득부
52: 편차계산부
53: 음성출력처리부
54: 표시처리부
S1: 붐각도센서
S2: 암각도센서
S3: 버킷각도센서
S4: 기체경사센서
S5: 측위센서
D1: 입력장치
D2: 음성출력장치
D3: 표시장치
D4: 기억장치

Claims (12)

  1. 하부 주행체와,
    상기 하부 주행체에 선회 가능하도록 탑재된 상부 선회체와,
    상기 상부 선회체에 탑재되고, 선단에 소모부가 장착되는 어태치먼트와,
    상기 소모부를 소정 지물에 접촉시켰을 때에 상기 소모부의 좌표를 취득하여, 다른 조건하에서 취득한 적어도 2개의 좌표에 근거하여 상기 소모부의 마모량을 산출하는 컨트롤러를 갖는 쇼벨.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    쇼벨의 위치와 어태치먼트의 자세에 근거하여 상기 어태치먼트의 소정 부위의 좌표를 취득하는 좌표취득부와,
    다른 조건하에서 취득한 적어도 2개의 좌표에 근거하여 상기 소모부의 마모량을 산출하는 마모량산출부를 갖는 쇼벨.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 좌표는, 제1 좌표취득기간 중에 상기 좌표취득부가 취득하는 좌표와, 제2 좌표취득기간 중에 상기 좌표취득부가 취득하는 좌표를 포함하는 쇼벨.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 좌표는, 제1 좌표취득기간 중에 상기 소모부의 선단을 소정 위치에 위치시켰을 때에 상기 좌표취득부가 취득하는 좌표와, 제2 좌표취득기간 중에 상기 소모부의 선단을 상기 소정 위치에 위치시켰을 때에 상기 좌표취득부가 취득하는 좌표를 포함하는 쇼벨.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 마모량산출부는, 제1 좌표취득기간 중에 상기 어태치먼트의 비소모부의 소정 부위를 제1 소정 지물에 접촉시켰을 때에 상기 좌표취득부가 취득하는 상기 비소모부의 소정 부위의 좌표와, 제1 좌표취득기간 중에 상기 소모부를 상기 제1 소정 지물에 접촉시켰을 때에 상기 좌표취득부가 취득하는 상기 어태치먼트의 소정 부위의 좌표와, 제2 좌표취득기간 중에 상기 어태치먼트의 상기 비소모부의 소정 부위를 제2 소정 지물에 접촉시켰을 때에 상기 좌표취득부가 취득하는 상기 비소모부의 소정 부위의 좌표와, 제2 좌표취득기간 중에 상기 소모부를 상기 제2 소정 지물에 접촉시켰을 때에 상기 좌표취득부가 취득하는 상기 어태치먼트의 소정 부위의 좌표에 근거하여 상기 소모부의 마모량을 산출하는 쇼벨.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 좌표는, 상기 어태치먼트가 제1 자세에 있을 때에 상기 좌표취득부가 취득하는 좌표와, 상기 어태치먼트가 상기 제1 자세와는 다른 제2 자세를 취했을 때에 상기 좌표취득부가 취득하는 좌표를 포함하는 쇼벨.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마모량산출부는, 상기 제1 자세로 상기 어태치먼트의 비소모부의 소정 부위를 상기 소정 지물에 접촉시켰을 때에 상기 좌표취득부가 취득하는 상기 비소모부의 소정 부위의 좌표와, 상기 제2 자세로 상기 소모부를 상기 소정 지물에 접촉시켰을 때에 상기 좌표취득부가 취득하는 상기 어태치먼트의 소정 부위의 좌표에 근거하여 상기 소모부의 마모량을 산출하는 쇼벨.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 자세는 적어도 상기 소모부의 자세의 점에서 상기 제2 자세와 다른 쇼벨.
  9. 하부 주행체와, 상기 하부 주행체에 선회 가능하도록 탑재된 상부 선회체와, 상기 상부 선회체에 탑재되어, 선단에 소모부가 장착되는 어태치먼트와, 상기 소모부를 소정 지물에 접촉시켰을 때에 상기 소모부의 좌표를 취득하는 컨트롤러를 갖는 쇼벨의 제어방법으로서,
    상기 컨트롤러는, 다른 조건하에서 취득한 적어도 2개의 좌표에 근거하여 상기 소모부의 마모량을 산출하는 쇼벨의 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 쇼벨의 위치와 어태치먼트의 자세에 근거하여 상기 어태치먼트의 소정 부위의 좌표를 취득하는 쇼벨의 제어방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 좌표는, 제1 좌표취득기간 중에 취득된 좌표와, 제2 좌표취득기간 중에 취득된 좌표를 포함하는 쇼벨의 제어방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 좌표는, 제1 좌표취득기간 중에 상기 소모부의 선단을 소정 위치에 위치시켰을 때에 취득된 좌표와, 제2 좌표취득기간 중에 상기 소모부의 선단을 상기 소정 위치에 위치시켰을 때에 취득된 좌표를 포함하는 쇼벨의 제어방법.
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