KR20190039710A

KR20190039710A - 작업 기계

Info

Publication number: KR20190039710A
Application number: KR1020197003988A
Authority: KR
Inventors: 다카아키 지바; 히사미 나카노; 히로아키 다나카; 마나부 에다무라
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-04-15
Also published as: CN109757113B; EP3680395B1; EP3680395A4; EP3680395A1; US20220259834A1; JPWO2019049248A1; JP6676825B2; KR102125282B1; CN109757113A; WO2019049248A1; US11851854B2; US20200217050A1

Abstract

본 발명의 과제는 목표면을 생성하는 오퍼레이터의 부담을 경감시키면서, 굴삭 거리에 구애되지 않고 제한 체적에 대한 굴삭량의 과부족의 발생을 억제하는 것이다.
유압 셔블(1)의 제어 장치(40)에, 굴삭 개시 시의 버킷 클로 끝 위치(제1 위치), 미리 설정된 굴삭 종료 시의 버킷 클로 끝 위치(제2 위치), 현황 지형(800), 제1 목표면(700) 및 버킷 폭 w에 따라 규정되는 굴삭 예상 체적 Va를 연산하는 굴삭 예상 체적 연산부(43f)와, 굴삭 예상 체적 Va가 제한 체적 Vb를 초과하는 경우, 제1 목표면의 상방에 제2 목표면(700A)을 생성하는 목표면 생성부(43g)를 구비한다. 목표면 생성부는 제1 위치, 제2 위치, 현황 지형, 제2 목표면 및 버킷 폭에 따라 규정되는 굴삭 체적이 제한 체적 Vb에 근접하는 위치에 제2 목표면을 생성한다. 제어 장치는 작업기(1A)의 동작 범위가 제2 목표면 상 및 그 상방에 제한되도록 유압 액추에이터(5, 6, 7)를 제어한다.

Description

작업 기계

본 발명은 머신 컨트롤이 실행 가능한 작업 기계에 관한 것이다.

유압 셔블에는 오퍼레이터의 굴삭 조작을 보조하는 제어 시스템이 구비되는 경우가 있다. 구체적으로는, 조작 장치를 통해 굴삭 조작(예를 들어, 아암 크라우드의 지시)이 입력된 경우, 목표면과 작업기의 선단(예를 들어, 버킷의 클로 끝)의 위치 관계를 기초로, 작업기(프론트 작업기라고도 함)의 선단의 위치가 목표면상 및 그 상방의 영역 내에 보유 지지되도록, 작업기를 구동하는 붐 실린더, 암 실린더 및 버킷 실린더 중 적어도 하나를 강제적으로 동작시키는 제어(예를 들어, 붐 실린더를 펴서 강제적으로 붐 상승 동작을 행함)를 실행하는 제어 시스템이 있다. 이와 같은 작업기 선단의 움직일 수 있는 영역을 제한하면, 굴삭면의 마무리 작업이나 법면의 성형 작업이 용이해진다.

예를 들어, 특허문헌 1에는 조작 장치(조작 레버)로부터의 신호를 기초로 버킷 선단의 목표 속도 벡터를 연산하고, 당해 목표 속도 벡터에 있어서의 목표면에 접근하는 방향의 벡터 성분이 목표면에 근접함에 따라 저감시키도록 붐 실린더를 제어함으로써, 목표면(설정 영역의 경계)의 상방에 설정한 감속 영역(설정 영역) 내에 프론트 작업기를 보유 지지하는 것이 개시되어 있다. 이하에는, 이러한 종류의 제어를 「머신 컨트롤(MC: Machine Control)」, 「영역 제한 제어」 또는 「(오퍼레이터 조작에 대한) 개입 제어」라고 칭하는 경우가 있다.

그런데 작업 기계에 의한 굴삭 작업 효율을 향상시키는 관점에서는 굴삭 동작마다의 굴삭량을 계속해서 최대화하는 것이 바람직하다. 특허문헌 2에는, 소위 벤치 컷법에 의한 굴삭을 하는 장면에 있어서, 작업기의 1회의 굴삭 동작으로 버킷 내에 수납되어야 할 굴삭량(상정 굴삭량)을 설정해 두고, 1회의 굴삭 동작에 의해 굴삭 대상으로부터 당해 상정 굴삭량이 얻어지는 영역을 굴삭 영역 S로서 결정하고, 당해 굴삭 영역 S에 기초하여 다음 회의 굴삭 동작을 행할 때의 상기 작업 기계의 작업 위치 Pw를 산출하는 제어 장치와, 이 제어 장치가 산출한 상기 작업 기계의 작업 위치의 정보를 표시하는 표시 장치를 구비하는 작업 기계의 작업 지원 시스템이 개시되어 있다. 이 기술에서는, 다음 회의 작업 위치를 표시 장치에 표시함으로써, 작업 기계가 적재되어 있는 굴삭 대상물의 높이(벤치 높이) H가 변화되어도 굴삭 동작마다의 굴삭량을 유지하는 것을 목표로 하고 있다.

국제 공개 제1995/030059호 팸플릿 일본 특허 공개 제2017-14726호 공보

인용 문헌 2에서는, 다음 회의 굴삭 동작으로 굴삭 대상물이 굴삭되는 굴삭 영역 S의 단면적 sb와 벤치 높이 H에 기초하여 굴삭 영역 S를 결정하고 있다. 그리고, 굴삭 영역 S는 평행사변형이라고 가정하고, sb＝H·Ls가 성립되는 것을 이용하여 산출한 거리(굴삭량 설정 거리) Ls로부터 다음 회의 작업 위치 Pw를 산출하고 있다. 즉 벤치 높이 H가 규정의 값인 것을 전제로 하여 작업 위치 Pw를 산출하고 있지만, 다음 회의 굴삭 동작 시에 소정의 벤치 높이 H보다도 작업 기계에 가까운 위치로부터 굴삭을 개시해 버린 경우에는, 제어 장치가 산출한 작업 위치 Pw에 작업 기계가 위치하고 있어도 그 굴삭량은 상정 굴삭량(목표 굴삭량)에 부족해 버려 작업 효율이 저하될 우려가 있다.

이 특허문헌 2의 기술은 벤치 컷법에 의한 굴삭을 전제로 하는 것이지만, 특허문헌 1과 같이 굴삭 동작에 의해 목표면(평면)을 생성하는 경우에도 동일한 지적을 할 수 있다. 예를 들어, 프론트 작업기의 전후 방향에 있어서 굴삭 개시점과 굴삭 종료점을 미리 정함으로써 1회의 굴삭 동작으로 버킷이 이동하는 거리(굴삭 거리)를 결정해 두고, 그 1회의 굴삭 동작으로 목표로 하는 굴삭량[목표 굴삭량(특허문헌 1의 상정 굴삭량에 상당)]의 굴삭이 이루어지도록 현황 지형으로부터 소정의 깊이(굴삭 깊이)의 곳에 목표면을 설정하고, 그 목표면을 따라 굴삭을 행하는 것이 생각된다. 그러나, 이 방법에서는 미리 정한 굴삭 거리로부터 굴삭 깊이(목표면)를 결정하고 있기 때문에, 굴삭 거리가 변화된 경우(예를 들어, 미리 정한 굴삭 개시점부터 굴삭을 개시할 수 없던 경우)에 동일한 목표면에 기초하여 굴삭하면, 목표 굴삭량에 대하여 굴삭량이 과부족될 우려가 있다.

본 발명의 목적은, 목표면을 생성하는 굴삭 작업 시의 오퍼레이터의 부담을 경감시키면서, 굴삭 거리에 구애되지 않고 목표 굴삭량(제한 체적)에 대한 굴삭량의 과부족의 발생을 억제할 수 있는 작업 기계를 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하지만, 그 일례를 들면, 버킷, 암 및 붐을 갖는 작업기와, 상기 작업기를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 조작 장치와, 상기 조작 장치의 조작 시에, 상기 작업기의 동작 범위가 소정의 제1 목표면 상 및 그 상방에 제한되도록 상기 유압 액추에이터를 제어하는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 현황 지형의 위치 정보가 기억된 기억부와, 상기 버킷의 클로 끝의 위치를 연산하는 버킷 위치 연산부와, 굴삭 개시 시에 상기 버킷 위치 연산부에서 연산된 상기 버킷의 클로 끝의 위치인 제1 위치, 미리 설정된 굴삭 종료 시의 상기 버킷의 클로 끝의 위치인 제2 위치, 상기 현황 지형, 상기 제1 목표면 및 상기 버킷의 폭에 따라 규정되는 굴삭 예상 체적을 연산하는 굴삭 예상 체적 연산부와, 상기 굴삭 예상 체적이 미리 설정된 제한 체적을 초과하는 경우, 상기 제1 목표면의 상방에 제2 목표면을 생성하는 목표면 생성부를 구비하고, 상기 목표면 생성부는, 상기 제1 위치, 상기 제2 위치, 상기 현황 지형, 상기 제2 목표면 및 상기 버킷의 폭에 따라 규정되는 굴삭 체적이 상기 제한 체적에 근접하는 위치에 상기 제2 목표면을 생성하고, 상기 제어 장치는, 상기 제2 목표면이 생성된 경우, 상기 작업기의 동작 범위가 상기 제2 목표면 상 및 그 상방에 제한되도록 상기 유압 액추에이터를 제어하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 굴삭 동작마다 굴삭 거리가 변화되어도 목표 굴삭량이 유지되도록 목표면이 설정되므로, 목표 굴삭량(제한 체적)에 대한 굴삭량의 과부족의 발생을 억제할 수 있어 굴삭 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 유압 셔블의 구성도이다.
도 2는 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2 중의 프론트 제어용 유압 유닛(160)의 상세도이다.
도 4는 도 1의 유압 셔블에 있어서의 좌표계 및 목표면(제1 목표면)을 도시하는 도면이다.
도 5는 유압 셔블의 제어 컨트롤러(40)의 하드웨어 구성도이다.
도 6은 유압 셔블의 제어 컨트롤러(40)의 기능 블록도이다.
도 7은 도 6 중의 MG·MC 제어부(43)의 기능 블록도이다.
도 8은 현황 지형(800)과, 목표면(제1 목표면)(700)과, 유압 셔블(1)의 관계를 나타내는 측면도이다.
도 9는 보정량 d와 제1 목표면(700)과 제2 목표면(700A)과 유압 셔블(1)의 관계를 나타내는 측면도.
도 10은 버킷 클로 끝 P4와 목표면(700, 700A)의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 목표면 거리 D와 속도 보정 계수 k의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 버킷 선단의 속도 벡터 V0을 나타내는 도면이다.
도 13은 MG/MC 제어부(43)에 의한 목표면 설정의 흐름도이다.
도 14는 MG/MC 제어부(43)에 의한 MC의 흐름도이다.
도 15는 표시 장치(53a)의 구성도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 16은 다른 실시 형태의 MG/MC 제어부(43A)의 기능 블록도이다.
도 17은 버킷 클로 끝의 위치 정보에 기초하는 현황 지형 갱신부(43aa)에 의한 현황 지형의 갱신을 나타내는 모식도이다.
도 18은 제1 목표면(700)이 셔블 좌표에 대하여 경사져 있는 경우의 제2 목표면(700A)의 생성 방법을 나타내는 모식도이다.
도 19는 제1 목표면(700)이 경사가 상이한 복수면에 의해 구성되어 있는 경우의 제2 목표면(700A)의 생성 방법을 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하에는, 작업기의 선단의 작업구(어태치먼트)로서 버킷(10)을 구비하는 유압 셔블을 예시하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 작업 기계에서 본 발명을 적용해도 상관없다. 또한, 복수의 링크 부재(어태치먼트, 암, 붐 등)를 연결하여 구성되는 다관절형의 작업기를 갖는 것이라면 유압 셔블 이외의 작업 기계로의 적용도 가능하다.

또한, 본 명세서에서는, 어느 형상을 나타내는 용어(예를 들어, 목표면, 설계면 등)와 함께 사용되는 「상」, 「상방」 또는 「하방」이라는 단어의 의미에 관한 것이고, 「상」은 당해 어느 형상의 「표면」을 의미하고, 「상방」은 당해 어느 형상의 「표면보다 높은 위치」를 의미하고, 「하방」은 당해 어느 형상의 「표면보다 낮은 위치」를 의미하는 것으로 한다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소가 복수 존재하는 경우, 부호(숫자)의 말미에 알파벳을 붙이는 경우가 있지만, 당해 알파벳을 생략하고 당해 복수의 구성 요소를 통합하여 표기하는 경우가 있다. 예를 들어, 3개의 펌프(300a, 300b, 300c)가 존재할 때, 이들을 통합하여 펌프(300)라고 표기하는 경우가 있다.

<유압 셔블의 전체 구성>

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 도시하는 도면이고, 도 3은 도 2 중의 프론트 제어용 유압 유닛(160)의 상세도이다.

도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은 다관절형의 프론트 작업기(1A)와, 차체(1B)로 구성되어 있다. 차체(1B)는 좌우의 주행 유압 모터(3a, 3b)[유압 모터(3a)는 도 2를 참조]에 의해 주행하는 하부 주행체(11)와, 하부 주행체(11) 상에 설치되고, 선회 유압 모터(4)에 의해 선회하는 상부 선회체(12)로 이루어진다.

프론트 작업기(1A)는 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 피구동 부재[붐(8), 암(9) 및 버킷(10)]를 연결하여 구성되어 있다. 붐(8)의 기단은 상부 선회체(12)의 전방부에 있어서 붐 핀을 통해 회동 가능하게 지지되어 있다. 붐(8)의 선단에는 암 핀을 통해 암(9)이 회동 가능하게 연결되어 있고, 암(9)의 선단에는 버킷 핀을 통해 버킷(10)이 회동 가능하게 연결되어 있다. 붐(8)은 붐 실린더(5)에 의해 구동되고, 암(9)은 암 실린더(6)에 의해 구동되고, 버킷(10)은 버킷 실린더(7)에 의해 구동된다.

붐(8), 암(9), 버킷(10)의 회동 각도α, β, γ(도 5 참조)를 측정 가능하도록, 붐 핀에 붐 각도 센서(30), 암 핀에 암 각도 센서(31), 버킷 링크(13)에 버킷 각도 센서(32)가 설치되고, 상부 선회체(12)에는 기준면(예를 들어, 수평면)에 대한 상부 선회체(12)[차체(1B)]의 경사각 θ(도 5 참조)를 검출하는 차체 경사각 센서(33)가 설치되어 있다. 또한, 각도 센서(30, 31, 32)는 각각 기준면(예를 들어, 수평면)에 대한 각도 센서로 대체 가능하다.

상부 선회체(12)에 설치된 운전실(16) 내에는 주행 우측 레버(23a)(도 2)를 갖고 주행 우측 유압 모터(3a)[하부 주행체(11)]를 조작하기 위한 조작 장치(47a)(도 2)와, 주행 좌측 레버(23b)(도 2)를 갖고 주행 좌측 유압 모터(3b)[하부 주행체(11)]를 조작하기 위한 조작 장치(47b)(도 2)와, 조작 우측 레버(1a)(도 2)를 공유하여 붐 실린더(5)[붐(8)] 및 버킷 실린더(7)[버킷(10)]를 조작하기 위한 조작 장치(45a, 46a)(도 2)와, 조작 좌측 레버(1b)(도 2)를 공유하여 암 실린더(6)[암(9)] 및 선회 유압 모터(4)[상부 선회체(12)]를 조작하기 위한 조작 장치(45b, 46b)(도 2)가 설치되어 있다. 이하에는, 주행 우측 레버(23a), 주행 좌측 레버(23b), 조작 우측 레버(1a) 및 조작 좌측 레버(1b)를 조작 레버(1, 23)라고 총칭하는 경우가 있다.

상부 선회체(12)에 탑재된 원동기인 엔진(18)은 유압 펌프(2)와 파일럿 펌프(48)를 구동한다. 유압 펌프(2)는 레귤레이터(2a)에 의해 용량이 제어되는 가변 용량형 펌프이고, 파일럿 펌프(48)는 고정 용량형 펌프이다. 본 실시 형태에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 파일럿 라인(144, 145, 146, 147, 148, 149)의 도중에 셔틀 블록(162)이 설치되어 있다. 조작 장치(45, 46, 47)로부터 출력된 유압 신호가, 이 셔틀 블록(162)을 통해 레귤레이터(2a)에도 입력된다. 셔틀 블록(162)의 상세 구성은 생략하지만, 유압 신호가 셔틀 블록(162)을 통해 레귤레이터(2a)에 입력되어 있고, 유압 펌프(2)의 토출 유량이 당해 유압 신호에 따라 제어된다.

파일럿 펌프(48)의 토출 배관인 펌프 라인(170)은 로크 밸브(39)를 통과한 후, 복수로 분기하여 조작 장치(45, 46, 47), 프론트 제어용 유압 유닛(160) 내의 각 밸브에 접속되어 있다. 로크 밸브(39)는 본 예에서는 전자 전환 밸브이고, 그 전자 구동부는 상부 선회체(12)의 운전실(16)에 배치된 게이트 로크 레버(도시하지 않음)의 위치 검출기와 전기적으로 접속되어 있다. 게이트 로크 레버의 포지션은 위치 검출기에서 검출되고, 그 위치 검출기로부터 로크 밸브(39)에 대하여 게이트 로크 레버의 포지션에 따른 신호가 입력된다. 게이트 로크 레버의 포지션이 로크 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 폐쇄되어 펌프 라인(170)이 차단되고, 로크 해제 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 개방되어 펌프 라인(170)이 개통된다. 즉, 펌프 라인(170)이 차단된 상태에서는 조작 장치(45, 46, 47)에 의한 조작이 무효화되고, 선회, 굴삭 등의 동작이 금지된다.

조작 장치(45, 46, 47)는 유압 파일럿 방식이고, 파일럿 펌프(48)로부터 토출되는 압유를 바탕으로, 각각 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작 레버(1, 23)의 조작량(예를 들어, 레버 스트로크)과 조작 방향을 따른 파일럿압(조작압이라고 칭하는 경우가 있음)을 발생한다. 이와 같이 발생한 파일럿압은, 컨트롤 밸브 유닛(도시하지 않음) 내의 대응하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)(도 2 또는 도 3 참조)의 유압 구동부(150a 내지 155b)에 파일럿 라인(144a 내지 149b)(도 3 참조)을 통해 공급되고, 이들 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)를 구동하는 제어 신호로서 이용된다.

유압 펌프(2)로부터 토출된 압유는 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f)(도 3 참조)를 통해 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 좌측 유압 모터(3b), 선회 유압 모터(4), 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)에 공급된다. 공급된 압유에 의해 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)가 신축함으로써, 붐(8), 암(9), 버킷(10)이 각각 회동하고, 버킷(10)의 위치 및 자세가 변화된다. 또한, 공급된 압유에 의해 선회 유압 모터(4)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)에 대하여 상부 선회체(12)가 선회한다. 그리고, 공급된 압유에 의해 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 좌측 유압 모터(3b)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)가 주행한다.

작업기(1A)의 자세는 도 4의 셔블 좌표계(로컬 좌표계)에 기초하여 정의할 수 있다. 도 4의 셔블 좌표계는 상부 선회체(12)에 설정된 좌표이고, 붐(8)의 기저부를 원점 PO로 하고, 상부 선회체(12)에 있어서의 연직 방향에 Z축, 수평 방향에 X축을 설정했다. 또한, X축과 Z축에 의해 오른손 좌표계에서 규정되는 방향을 Y축으로 한다. X축에 대한 붐(8)의 경사각을 붐각 α, 붐에 대한 암(9)의 경사각을 암각 β, 암에 대한 버킷 클로 끝의 경사각을 버킷각 γ로 했다. 수평면(기준면)에 대한 차체(1B)[상부 선회체(12)]의 경사각을 경사각 θ로 했다. 붐각 α는 붐 각도 센서(30)에 의해, 암각 β는 암 각도 센서(31)에 의해, 버킷각 γ는 버킷 각도 센서(32)에 의해, 경사각 θ는 차체 경사각 센서(33)에 의해 검출된다. 붐각 α는 붐(8)을 최대(최고)까지 높였을 때[붐 실린더(5)가 상승 방향의 스트로크 엔드일 때, 즉 붐 실린더 길이가 최장일 때]가 최소가 되고, 붐(8)을 최소(최저)까지 낮췄을 때[붐 실린더(5)가 하강 방향의 스트로크 엔드일 때, 즉 붐 실린더 길이가 최단일 때]에 최대가 된다. 암각 β는 암 실린더 길이가 최단일 때에 최소가 되고, 암 실린더 길이가 최장일 때에 최대가 된다. 버킷각 γ는 버킷 실린더 길이가 최단일 때(도 4일 때)에 최소가 되고, 버킷 실린더 길이가 최장일 때에 최대가 된다. 이때, 붐(8)의 기저부로부터 암(9)과의 접속부까지의 길이를 L1, 암(9)과 붐(8)의 접속부로부터 암(9)과 버킷(10)의 접속부까지의 길이를 L2, 암(9)과 버킷(10)의 접속부로부터 버킷(10)의 선단부까지의 길이를 L3으로 하면, 셔블 좌표계에 있어서의 버킷(10)의 선단 위치는, X_bk를 X방향 위치, Z_bk를 Z방향 위치로 하고, 이하의 식 (1) (2)로 나타낼 수 있다.

또한, 유압 셔블(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이 상부 선회체(12)에 한 쌍의 GNSS(Global Navigation Sattelite System) 안테나(14A, 14B)를 구비하고 있다. GNSS 안테나(14)로부터의 정보에 기초하여, 글로벌 좌표계에 있어서의 유압 셔블(1)의 위치, 또한 버킷(10)의 위치를 산출할 수 있다.

도 5는 본 실시 형태에 관한 유압 셔블이 구비하는 머신 가이던스(Machine Guidance: MG) 및 머신 컨트롤(Machine Control: MC) 시스템의 구성도이다.

본 시스템에서의 프론트 작업기(1A)의 MC로서는, 조작 장치(45a, 45b, 46a)가 조작되고, 또한 임의로 설정된 목표면(700)(도 4 참조)의 상방에 설정된 소정의 폐쇄 영역인 감속 영역(제1 영역)(600)에 작업기(1A)가 위치하는 경우, 미리 정한 조건에 따라 작업기(1A)를 동작시키는 제어가 실행된다. 구체적으로는, 감속 영역(600)에서는, 작업기(1A)의 선단부[예를 들어, 버킷(10)의 클로 끝]가 목표면(700)에 근접할수록 작업기(1A)의 선단부의 속도 벡터에 있어서의 목표면(700)에 접근하는 방향의 벡터 성분이 저감되도록 복수의 유압 액추에이터(5, 6, 7) 중 적어도 하나를 제어하는 것이 MC로서 행해진다(상세는 후술). 유압 액추에이터(5, 6, 7)의 제어는 해당하는 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)에 제어 신호(예를 들어, 붐 실린더(5)를 신장시켜 강제적으로 붐 상승 동작을 행함)를 강제적으로 출력함으로써 행해진다. 이 MC에 의해 버킷(10)의 클로 끝이 목표면(700)의 하방에 침입하는 것이 방지되므로, 오퍼레이터의 기량의 정도에 관계없이 목표면(700)을 따른 굴삭이 가능해진다. 한편, 감속 영역(600)의 상방에 감속 영역(600)과 인접하여 설정된 비감속 영역(제2 영역)(620)에 작업기(1A)가 위치하는 경우에는 MC는 실행되지 않고, 오퍼레이터의 조작대로 작업기(1A)가 동작한다. 도 4에 있어서의 점선(650)은 감속 영역(600)과 비감속 영역(620)의 경계선이다.

또한, 본 실시 형태에서는, MC 시의 프론트 작업기(1A)의 제어점을, 유압 셔블의 버킷(10)의 클로 끝[작업기(1A)의 선단]에 설정하고 있지만, 제어점은 작업기(1A)의 선단 부분의 점이라면 버킷 클로 끝 이외에도 변경 가능하다. 예를 들어, 버킷(10)의 저면이나 버킷 링크(13)의 최외부도 선택 가능하고, 목표면(700)으로부터 가장 거리가 가까운 버킷(10) 상의 점을 적절히 제어점으로 하는 구성을 채용해도 된다. 또한, 본 명세서에서는 MC를, 조작 장치(45, 46)의 비조작 시에 작업기(1A)의 동작을 제어 컨트롤러(제어 장치)(40)에 의해 제어하는 「자동 제어」에 대하여, 조작 장치(45, 46)의 조작 시에만 작업기(1A)의 동작을 제어 컨트롤러(40)에 의해 제어하는 「반자동 제어」라고 칭하는 경우가 있다.

또한, 본 시스템에서의 프론트 작업기(1A)의 MG로서는, 예를 들어 도 15에 도시한 바와 같이, 목표면(700)과, 작업기(1A)[예를 들어, 버킷(10)]의 위치 관계를 표시 장치(53a)에 표시하는 처리가 행해진다.

도 5의 시스템은 작업기 자세 검출 장치(50)와, 목표면 설정 장치(51)와, 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)와, 운전실(16) 내에 설치되어 목표면(700)과 작업기(1A)의 위치 관계를 표시 가능한 표시 장치(53a)와, 작업기(1A)의 작업 대상이 되는 현황 지형(800)의 위치 정보를 취득하는 현황 지형 취득 장치(96)와, MG 및 MC를 담당하는 제어 컨트롤러(제어 장치)(40)를 구비하고 있다.

작업기 자세 검출 장치(50)는 붐 각도 센서(30), 암 각도 센서(31), 버킷 각도 센서(32), 차체 경사각 센서(33)로 구성된다. 이들의 각도 센서(30, 31, 32, 33)는 작업기(1A)의 자세 센서로서 기능하고 있다.

목표면 설정 장치(51)는 목표면(700)에 관한 정보(각 목표면의 위치 정보나 경사 각도 정보를 포함함)를 입력 가능한 인터페이스이다. 목표면 설정 장치(51)는, 글로벌 좌표계(절대 좌표계) 상에 규정된 목표면의 3차원 데이터를 저장한 외부 단말기(도시하지 않음)와 접속되어 있다. 또한, 목표면 설정 장치(51)를 통한 목표면의 입력은 오퍼레이터가 수동으로 행해도 된다.

오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)는 오퍼레이터에 의한 조작 레버(1a, 1b)[조작 장치(45a, 45b, 46a)]의 조작에 의해 파일럿 라인(144, 145, 146)에 발생하는 조작압(제1 제어 신호)을 취득하는 압력 센서(70a, 70b, 71a, 71b, 72a, 72b)로 구성된다. 즉, 작업기(1A)에 관한 유압 실린더(5, 6, 7)에 대한 조작을 검출하고 있다.

현황 지형 취득 장치(96)로서는, 예를 들어 셔블(1)에 구비된 스테레오 카메라, 레이저 스캐너 또는 초음파 센서 등을 이용할 수 있다. 이들 장치는 셔블(1)로부터 현황 지형 상의 점까지의 거리를 계측하는 것이고, 현황 지형 취득 장치(96)에서 취득한 현황 지형은 방대한 양의 점군의 위치 데이터로 정의된다. 또한, 현황 지형의 3차원 데이터를 스테레오 카메라, 레이저 스캐너 또는 초음파 센서 등을 탑재한 드론 등에 의해 미리 취득해 두고, 당해 3차원 데이터를 제어 컨트롤러(40) 내에 도입하기 위한 인터페이스로서 현황 지형 취득 장치(96)를 구성해도 된다.

<프론트 제어용 유압 유닛(160)>

도 3에 도시한 바와 같이, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144a, 144b)에 설치되고, 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하는 압력 센서(70a, 70b)와, 1차 포트측이 펌프 라인(170)을 통해 파일럿 펌프(48)에 접속되어 파일럿 펌프(48)로부터의 파일럿압을 감압하여 출력하는 전자 비례 밸브(54a)와, 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144a)과 전자 비례 밸브(54a)의 2차 포트측에 접속되고, 파일럿 라인(144a) 내의 파일럿압과 전자 비례 밸브(54a)로부터 출력되는 제어압(제2 제어 신호)의 고압측을 선택하고, 유량 제어 밸브(15a)의 유압 구동부(150a)로 유도하는 셔틀 밸브(82a)와, 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144b)에 설치되고, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿 라인(144b) 내의 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감시켜 출력하는 전자 비례 밸브(54b)를 구비하고 있다.

또한, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은 암(9)용의 파일럿 라인(145a, 145b)에 설치되어, 조작 레버(1b)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하여 제어 컨트롤러(40)에 출력하는 압력 센서(71a, 71b)와, 파일럿 라인(145b)에 설치되어, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감시켜 출력하는 전자 비례 밸브(55b)와, 파일럿 라인(145a)에 설치되어, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿 라인(145a) 내의 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감시켜 출력하는 전자 비례 밸브(55a)가 설치되어 있다.

또한, 프론트 제어용 유압 유닛(160)은 버킷(10)용의 파일럿 라인(146a, 146b)에는 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압(제1 제어 신호)을 검출하여 제어 컨트롤러(40)에 출력하는 압력 센서(72a, 72b)와, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압(제1 제어 신호)을 저감시켜 출력하는 전자 비례 밸브(56a, 56b)와, 1차 포트측이 파일럿 펌프(48)에 접속되어 파일럿 펌프(48)로부터의 파일럿압을 감압하여 출력하는 전자 비례 밸브(56c, 56d)와, 파일럿 라인(146a, 146b) 내의 파일럿압과 전자 비례 밸브(56c, 56d)로부터 출력되는 제어압의 고압측을 선택하고, 유량 제어 밸브(15c)의 유압 구동부(152a, 152b)로 유도하는 셔틀 밸브(83a, 83b)가 각각 설치되어 있다. 또한, 도 3에서는, 압력 센서(70, 71, 72)와 제어 컨트롤러(40)의 접속선은 지면의 사정상 생략하고 있다.

전자 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)는, 비통전 시에는 개방도가 최대이고, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호인 전류를 증대시킬수록 개방도는 작아진다. 한편, 전자 비례 밸브(54a, 56c, 56d)는 비통전 시에는 개방도를 제로, 통전 시에 개방도를 갖고, 제어 컨트롤러(40)로부터의 전류(제어 신호)를 증대시킬수록 개방도는 커진다. 이와 같이 각 전자 비례 밸브의 개방도(54, 55, 56)는 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호에 따른 것이 된다.

상기와 같이 구성되는 제어용 유압 유닛(160)에 있어서, 제어 컨트롤러(40)로부터 제어 신호를 출력하여 전자 비례 밸브(54a, 56c, 56d)를 구동하면, 대응하는 조작 장치(45a, 46a)의 오퍼레이터 조작이 없는 경우에도 파일럿압(제2 제어 신호)을 발생할 수 있으므로, 붐 상승 동작, 버킷 크라우드 동작, 버킷 덤프 동작을 강제적으로 발생할 수 있다. 또한, 이와 마찬가지로 제어 컨트롤러(40)에 의해 전자 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)를 구동하면, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 오퍼레이터 조작에 의해 발생한 파일럿압(제1 제어 신호)을 줄인 파일럿압(제2 제어 신호)을 발생시킬 수 있고, 붐 하강 동작, 아암 크라우드/덤프 동작, 버킷 크라우드/덤프 동작의 속도를 오퍼레이터 조작의 값으로부터 강제적으로 저감시킬 수 있다.

본 명세서에서는, 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)에 대한 제어 신호 중, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작에 의해 발생한 파일럿압을 「제1 제어 신호」라고 칭한다. 그리고, 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)에 대한 제어 신호 중, 제어 컨트롤러(40)로 전자 비례 밸브(54b, 55a, 55b, 56a, 56b)를 구동하여 제1 제어 신호를 보정(저감)하여 생성한 파일럿압과, 제어 컨트롤러(40)로 전자 비례 밸브(54a, 56c, 56d)를 구동하여 제1 제어 신호와는 별도로 새롭게 생성한 파일럿압을 「제2 제어 신호」라고 칭한다.

제2 제어 신호는, 제1 제어 신호에 의해 발생되는 작업기(1A)의 제어점의 속도 벡터가 소정의 조건에 반할 때에 생성되고, 당해 소정의 조건에 반하지 않는 작업기(1A)의 제어점의 속도 벡터를 발생시키는 제어 신호로서 생성된다. 또한, 동일한 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)에 있어서의 한쪽의 유압 구동부에 대하여 제1 제어 신호가, 다른 쪽의 유압 구동부에 대하여 제2 제어 신호가 생성되는 경우는, 제2 제어 신호를 우선적으로 유압 구동부에 작용시키는 것으로 하고, 제1 제어 신호를 전자 비례 밸브로 차단하고, 제2 제어 신호를 당해 다른 쪽의 유압 구동부에 입력한다. 따라서, 유량 제어 밸브(15a 내지 15c) 중 제2 제어 신호가 연산된 것에 대해서는 제2 제어 신호를 기초로 제어되고, 제2 제어 신호가 연산되지 않은 것에 대해서는 제1 제어 신호를 기초로 제어되고, 제1 및 제2 제어 신호의 양쪽이 발생하지 않은 것에 대해서는 제어(구동)되지 않게 된다. 상기와 같이 제1 제어 신호와 제2 제어 신호를 정의하면, MC는 제2 제어 신호에 기초하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15c)의 제어라고 할 수도 있다.

<제어 컨트롤러>

도 5에 있어서 제어 컨트롤러(40)는 입력 인터페이스(91)와, 프로세서인 중앙 처리 장치(CPU)(92)와, 기억 장치인 리드 온리 메모리(ROM)(93) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(94)와, 출력 인터페이스(95)를 갖고 있다. 입력 인터페이스(91)에는 작업기 자세 검출 장치(50)인 각도 센서(30 내지 32) 및 경사각 센서(33)로부터의 신호와, 목표면(700)을 설정하기 위한 장치인 목표면 설정 장치(51)로부터의 신호와, 현황 지형(800)을 취득하는 현황 지형 취득 장치(96)로부터의 신호가 입력되고, CPU(92)가 연산 가능하도록 변환된다. ROM(93)은 후술하는 흐름도에 관한 처리를 포함하여 MC 및 MG를 실행하기 위한 제어 프로그램과, 당해 흐름도의 실행에 필요한 각종 정보 등이 기억된 기록 매체이고, CPU(92)는 ROM(93)에 기억된 제어 프로그램에 따라 입력 인터페이스(91) 및 ROM(93), RAM(94)으로부터 도입된 신호에 대하여 소정의 연산 처리를 행한다. 출력 인터페이스(95)는 CPU(92)에서의 연산 결과에 따른 출력용의 신호를 작성하고, 그 신호를 표시 장치(53a)에 출력하고, 표시 장치(53a)를 작동시킬 수 있다.

또한, 도 5의 제어 컨트롤러(40)는 기억 장치로서 ROM(93) 및 RAM(94)이라는 반도체 메모리를 구비하고 있지만, 기억 장치라면 특별히 대체 가능하고, 예를 들어 하드디스크 드라이브 등의 자기 기억 장치를 구비해도 된다.

도 6은 제어 컨트롤러(40)의 기능 블록도이다. 제어 컨트롤러(40)는 MG 및 MC 제어부(MG/MC 제어부)(43)와, 전자 비례 밸브 제어부(44)와, 표시 제어부(374a)를 구비하고 있다.

MG/MC 제어부(43)는 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, 미리 정한 조건에 따라 복수의 유압 액추에이터(5, 6, 7)의 적어도 하나를 MC를 행한다. 본 실시 형태의 MG/MC 제어부(43)는 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, 목표면(700)의 위치와, 프론트 작업기(1A)의 자세 및 버킷(10)의 클로 끝의 위치와, 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작량에 기초하여, 목표면(700) 상 또는 그 상방에 버킷(10)의 클로 끝(제어점)이 위치하도록 붐 실린더(5)[붐(8)] 및 암 실린더(6)[암(9)]의 적어도 한쪽의 동작을 제어하는 MC를 실행한다. MG/MC 제어부(43)는 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)의 목표 파일럿압을 연산하고, 그 연산한 목표 파일럿압을 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력한다.

도 7은 도 6 중의 MG/MC 제어부(43)의 기능 블록도이다. MG/MC 제어부(43)는 현황 지형 갱신부(43a)와, 현황 지형 기억부(43b)와, 목표면 기억부(43c)와, 버킷 위치 연산부(43d)와, 목표 속도 연산부(43e)와, 굴삭 예상 체적 연산부(43f)와, 목표면 생성부(43g)와, 거리 연산부(43h)와, 보정 속도 연산부(43i)와, 목표 파일럿압 연산부(43j)를 구비하고 있다.

현황 지형 기억부(43b)는 유압 셔블 주위의 현황 지형의 위치 정보(현황 지형 데이터)를 기억한다. 예를 들어, 현황 지형 데이터는 글로벌 좌표계에 있어서 적당한 타이밍에서 현황 지형 취득 장치(96)에 의해 취득된 3차원의 좌표 데이터를 갖는 점군이다.

현황 지형 갱신부(43a)는 굴삭 예상 체적 연산부(43f)에 의해 굴삭 예상 체적 Va(후술)가 연산될 때, 현황 지형 취득 장치(96)에 의해 취득된 현황 지형(800)의 위치 정보에 따라 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치 정보를 갱신한다.

목표면 기억부(43c)는 목표면 설정 장치(51)로부터의 정보에 기초하여 연산된 목표면(제1 목표면)(700)의 위치 정보(목표면 데이터)를 기억한다. 본 실시 형태에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 3차원의 목표면을 작업기(1A)가 이동하는 평면(작업기의 동작 평면)에서 절단한 단면 형상을 목표면(700)(2차원의 목표면)으로서 이용한다. 또한, 도 4의 예에서는 목표면(700)은 1개이지만, 목표면이 복수 존재하는 경우도 있다. 목표면이 복수 존재하는 경우에는, 예를 들어, 작업기(1A)로부터 가장 가까운 것을 목표면으로 설정하는 방법이나, 버킷 클로 끝의 하방에 위치하는 것을 목표면으로 하는 방법이나, 임의로 선택한 것을 목표면으로 하는 방법 등이 있다.

버킷 위치 연산부(43d)는 작업기 자세 검출 장치(50)로부터의 정보에 기초하여, 로컬 좌표계(셔블 좌표계)에 있어서의 프론트 작업기(1A)의 자세와, 버킷(10)의 클로 끝의 위치를 연산한다. 이미 설명한 바와 같이, 버킷(10)의 클로 끝 위치 정보(X_bk, Z_bk)(버킷 위치 데이터)는 식 (1) 및 식 (2)에 의해 연산할 수 있다. 또한, 글로벌 좌표계에 있어서의, 차체 기준 위치 P0의 좌표와 차체 경사 각도 θ에 기초하여, 현황 지형 데이터와, 설계면 데이터를 차체 기준 위치 P0을 원점으로 한 차체 좌표계로 변환하는 것이 가능하다. 이하, 차체 좌표계로서 예를 설명한다.

굴삭 예상 체적 연산부(43f)는 현황 지형 데이터와, 목표면 데이터와, 버킷 위치 데이터와, 미리 설정한 굴삭 종료 위치(후술하는 기준 위치 x0)에 기초하여 굴삭 예상 체적 Va를 연산한다. 굴삭 예상 체적 Va는 버킷 클로 끝 위치의 X좌표(후술하는 x1)와, 미리 설정된 굴삭 종료 시의 버킷 클로 끝 위치(굴삭 종료 위치)의 X좌표(후술하는 기준 위치 x0)와, 현황 지형(800)과, 목표면(700)과, 버킷(10)의 폭에 의해 규정된 폐쇄 영역의 체적이다. 도 8에 현황 지형(800)과, 목표면(제1 목표면)(700)과, 유압 셔블(1)의 관계를 나타내는 측면도를 나타낸다. 굴삭 예상 체적 연산부(43f)는 셔블 좌표계의 X방향에 있어서 굴삭 종료 위치로서 미리 설정된 기준 위치 x0과, 버킷 위치 연산부(43d)에 의해 연산된 버킷 좌표의 X의 값 x1(＝X_bk)의 범위 내에 있는 토사의 체적 Va(도 8 중에서 도트를 붙인 영역의 체적)를 연산한다. x1은 식 (1)로부터 얻어지는 버킷 클로 끝 위치의 X좌표인 X_bk이다. 기준 위치 x0은 굴삭 종료 시의 버킷 클로 끝 위치의 X좌표이고, 주행체(11) 근방의 임의의 값을 설정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 기준 위치 x0은 상부 선회체(12)와 하부 주행체(11)의 전방향을 정렬시켰을 때의 하부 주행체(11)에 있어서의 최전방부의 X좌표로 설정되어 있다. 이때, 토사의 체적(굴삭 예상 체적) Va는 하기의 식 (3)에 의해 구할 수 있다. 본 명세서에서는, 기준 위치 x0(굴삭 종료 위치)을, 굴삭 개시 시의 버킷 클로 끝 위치(굴삭 개시 위치)인 제1 위치에 대하여 「제2 위치」라고 칭하는 경우가 있다.

여기서, 식 (3) 중의 z는 동일한 X, Y좌표를 갖는 현황 지형 상의 점과 목표면 상의 점의 Z좌표의 편차이다. 또한, w는 버킷(10)의 폭이다. 본 실시 형태에서는, 계산의 간략화를 위해, 버킷 폭 w를 사용하고 있지만, 버킷 폭 내에 있는 현황 지형의 점군을 Y축 방향으로도 적분함으로써, 굴삭 예상 체적 Va를 구해도 된다. 굴삭 예상 체적 연산부(43f)는 굴삭 예상 체적 Va를 목표면 생성부(43g)에 출력한다.

목표면 생성부(43g)는 굴삭 예상 체적 Va가 미리 설정된 제한 체적 Vb를 초과하는 경우, 제1 목표면(700)을 보정량 d만큼 상방으로 오프셋한 새로운 목표면(제2 목표면)(700A)을 생성한다. 그때, 목표면 생성부(43g)는 버킷 클로 끝의 위치(x1＝X_bk)와, 미리 설정된 굴삭 종료 위치(x0)와, 현황 지형(800)과, 제2 목표면(700A)과, 버킷 폭 w에 의해 규정된 폐쇄 영역의 체적이 제한 체적 Vb 이하로 되도록 보정량 d를 설정하여 제2 목표면(700A)의 높이를 결정한다. 도 9에 보정량 d와 제1 목표면(700)과 제2 목표면(700A)과 유압 셔블(1)의 관계를 나타내는 측면도를 도시한다. 제한 체적 Vb는 버킷(10)으로 보유 지지 가능한 굴삭물의 최대 체적 이하의 값으로부터 임의로 설정할 수 있고, 통상은 버킷 용량의 2배 이하의 값이 된다. 또한, 제한 체적 Vb는 작업 효율의 관점에서 작업기(1A)의 1회의 굴삭 동작으로 버킷(10) 내에 수납되어야 할 굴삭 체적의 목표값(목표 굴삭량)으로 환언할 수 있다.

그런데, 굴삭 예상 체적 Va로부터 제한 체적 Vb를 감산함으로써, 굴삭 예상 체적 Va를 제한 체적 Vb로 줄이기 위해 필요한 체적(보정 체적이라고 칭함) Vc를 하기의 식 (4)에 의해 연산하는 것이 가능하다.

보정 체적 Vc와, 굴삭 거리 L과, 버킷 폭 w와, 보정량 d의 관계는 하기의 식 (5)로 나타낼 수 있다.

여기서, 굴삭 거리 L은 버킷 클로 끝 위치와 굴삭 종료 위치의 X좌표의 편차이고, 버킷 위치 정보 x1로부터 기준 위치 x0을 감산함으로써 구할 수 있다. 상기한 식 (5)를 변형함으로써 보정량 d는 하기의 식 (6)과 같이 구할 수 있다.

목표면 생성부(43g)는 버킷 클로 끝 위치가 현황 지형(800)으로부터 소정의 범위 내에 있고, 조작 장치(45b)를 통해 암(6)의 클라우드 조작(암 당김 명령)이 입력되었을 때에 버킷 위치 연산부(43d)가 연산한 버킷 클로 끝의 위치(x1)를 굴삭 개시 위치(제1 위치)로 하여 굴삭 거리 L을 산출하고, 그 굴삭 거리 L과 보정 체적 Vc와 버킷 폭 w와 상기한 식 (6)에 의해 구해진 보정량 d만큼 제1 목표면(700)을 상방으로 오프셋하여 제2 목표면(700A)을 생성한다. 또한, 굴삭 예상 체적 Va가 제한 체적 Vb 이하인 경우는, 목표면 생성부(43g)는 제2 목표면(700A)을 생성하지 않고, MG/MC 제어부(43)는 제1 목표면(700)에 기초하여 MC를 실행한다.

거리 연산부(43h), 버킷 위치 데이터에 기초하여, 제1 목표면(700)과 제2 목표면(700A) 중 버킷 클로 끝 P4(도 10 참조)에 가까운 쪽의 목표면(MC 대상 목표면)과 버킷 클로 끝 P4의 거리(목표면 거리) D를 연산한다. 즉, 목표면 거리 D는 목표면 생성부(43g)에 의해 제2 목표면(700A)이 생성된 경우에는 P4와 제2 목표면(700A)의 거리가 되고, 목표면 생성부(43g)에 의해 제2 목표면(700A)이 생성되지 않은 경우에는 P4와 제1 목표면(700)의 거리가 된다. 도 10에 버킷 클로 끝 P4와 MC 대상 목표면(700, 700A)의 위치 관계를 나타내는 도면을 도시한다. 버킷 클로 끝 P4로부터 MC 대상 목표면(700, 700A)으로 내린 수선의 발과, 버킷 위치 좌표의 거리가 MC 대상 목표면(700, 700A)과 버킷 선단 P4의 목표면 거리 D이다.

목표 속도 연산부(43e)는 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)로부터의 입력을 기초로 조작 장치(45a, 45b, 46a)[조작 레버(1a, 1b)]의 조작량을 산출하고, 그 조작량에 기초하여 붐 실린더(5)와, 암 실린더(6)와, 버킷 실린더(7)의 목표 동작 속도를 연산한다. 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작량은 압력 센서(70, 71, 72)의 검출값으로부터 산출할 수 있다. 또한, 압력 센서(70, 71, 72)에 의한 조작량의 산출은 일례에 지나지 않고, 예를 들어 각 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 레버의 회전 변위를 검출하는 위치 센서(예를 들어, 로터리 인코더)에서 당해 조작 레버의 조작량을 검출해도 된다. 또한, 조작량으로부터 동작 속도를 산출하는 구성 대신에, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 신축량을 검출하는 스트로크 센서를 설치하고, 검출한 신축량의 시간 변화를 기초로 각 실린더의 동작 속도를 산출하는 구성도 적용 가능하다.

보정 속도 연산부(43i)는 거리 연산부(43h)로부터 출력된 목표면 거리 D에 기초하여, 버킷 선단 P4의 속도 벡터 V0에 있어서의 목표면[목표면 거리 D의 산출에 이용한 MC 목표면, 즉 목표면(700) 또는 목표면(700A)]에 수직인 성분(연직 성분) V0z의 보정 계수 k를 연산한다.

도 11에 목표면 거리 D와 속도 보정 계수 k의 관계를 나타내는 그래프를 도시한다. 버킷 선단 P4가 목표면보다도 상방에 있는 경우에 목표면 거리 D는 정이라고 하고, 목표면 침입 방향의 속도를 정으로 한 경우에, 목표면 거리 D가 소정의 거리 d1로부터 감소함에 따라, 속도 보정 계수 k는 1로부터 감소한다.

도 12에 버킷 선단의 속도 벡터 V0을 나타내는 도면을 도시한다. 보정 속도 연산부(43i)는 목표 속도 연산부(43e)로부터 출력된 액추에이터 속도에 기초하여 버킷 선단 P4의 속도 벡터 V0을 연산한다. 그리고, 그 버킷 속도 벡터 V0을 목표면의 연직 성분 V0z와 수평 성분 V0x로 분해하고, 연직 성분 V0z에 보정 계수 k를 승산함으로써 보정 속도 V1z로 한다. 보정 속도 V1z와 원래의 속도 벡터 V0의 수평 성분 V0x에 의해 만들어지는 속도 벡터가, 버킷 선단 P4의 보정 후의 속도 벡터 V1이 된다. 이에 의해, 버킷 선단 P4가 목표면에 근접하여 거리 D가 제로에 가까워질수록 그 속도 벡터의 연직 방향의 속도는 제로에 가까워진다. 이에 의해 목표면을 따라 버킷 선단 P4가 움직이는 MC가 실행된다. 또한, 버킷 선단 P4가 목표면으로부터 이격되는 방향으로 동작하는 경우(즉, 연직 성분 V0z가 상향인 경우)에는, 거리 D에 관계없이 속도 보정 계수 k를 항상 1로 한다. 이에 의해 붐 상승 동작이 감속되는 경우는 없다.

목표 파일럿압 연산부(제어 신호 연산부)(43j)는 버킷 선단 P4의 보정 후의 속도 벡터 V1(V1z, V0x)이 출력 가능한 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 연산한다. 이때, 붐 상승과 아암 크라우드의 감속의 조합으로 선단 속도 벡터 V0을 목표 속도 벡터 V1로 변환하는 MC를 행하도록 소프트가 설계되어 있으면, 붐 실린더(5)의 신장 방향의 실린더 속도와 암 실린더(6)의 신장 방향의 실린더 속도가 연산된다. 그리고, 목표 파일럿압 연산부(43j)는 산출한 각 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)로의 목표 파일럿압(제어 신호)을 연산하고, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)로의 목표 파일럿압을 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력한다.

<전자 비례 밸브 제어부(44)>

전자 비례 밸브 제어부(44)는 목표 파일럿압 연산부(43j)로부터 출력되는 각 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)로의 목표 파일럿압을 기초로, 각 전자 비례 밸브(54 내지 56)로의 명령을 연산한다. 또한, 오퍼레이터 조작에 기초하는 파일럿압(제1 제어 신호)과, 액추에이터 제어부(81)에서 산출된 목표 파일럿압이 일치하는 경우에는, 해당하는 전자 비례 밸브(54 내지 56)로의 전류값(명령값)은 제로가 되고, 해당하는 전자 비례 밸브(54 내지 56)의 동작은 행해지지 않는다.

<표시 제어부(374a)>

표시 제어부(374a)는 MG/MC 제어부(43)로부터 입력되는 프론트 작업기(1A)의 자세 정보, 버킷(10)의 클로 끝의 위치 정보, 목표면(700)의 위치 정보에 기초하여, 목표면(700)과, 작업기(1A)[버킷(10)의 클로 끝]의 위치 관계를 표시 장치(53a)에 표시하는 처리를 실행한다. 이것에 의해, 도 15에 도시한 바와 같이 표시 장치(53a)의 표시 화면에, 목표면(700)과 작업기(1A)[버킷(10)의 클로 끝]의 위치 관계가 표시된다.

도 13에 MG/MC 제어부(43)에 의한 목표면 설정의 흐름도를 나타낸다. MG/MC 제어부(43)는 소정의 제어 주기로 처리를 개시하고, 현황 지형 갱신부(43a)는, 현황 지형 취득 장치(96)에 의해 취득된 최신의 현황 지형의 위치 정보에 의해 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치 정보를 갱신한다(수순 S1).

이어서 버킷 위치 연산부(43d)는 작업기 자세 검출 장치(50)로부터 출력되는 정보를 기초로 버킷 클로 끝 위치(X_bk, Z_bk)를 연산한다(수순 S2).

이어서 굴삭 예상 체적 연산부(43f)는 수순 S2에서 연산된 버킷 클로 끝 위치를 기준으로 하여 소정의 범위 내에 있는 현황 지형 데이터와 제1 목표면 데이터를 취득한다(수순 S3). 그리고 굴삭 예상 체적 연산부(43f)는 버킷 클로 끝 위치와 현황 지형 데이터와 제1 목표면 데이터로부터 굴삭 예상 체적 Va를 연산한다(수순 S4).

이어서 목표면 생성부(43g)는 굴삭 예상 체적 Va가 미리 설정된 제한 체적 Vb를 초과하는지 여부를 판정한다(수순 S5). 이 수순 S5에서 굴삭 예상 체적 Va가 제한 체적 Vb를 초과하지 않는다고 판정된 경우(즉, 굴삭 예상 체적 Va가 제한 체적 Vb 이하인 경우), 목표면 생성부(43g)는 제2 목표면(700A)을 생성하지 않고, 제1 목표면(700)이 MC의 목표면(MC 대상 목표면)이 된다(수순 S6).

한편, 수순 S5에서 굴삭 예상 체적 Va가 제한 체적 Vb를 초과한다고 판정된 경우는 목표면 생성부(43g) 목표면의 보정량 d를 연산하고(수순 S7) 다음의 수순 S8로 진행된다.

수순 S8에서는, 목표면 생성부(43g)는 버킷 클로 끝 위치(X_bk, Z_bk)가 현황 지형(800)으로부터 소정의 범위 내에 존재하는지 여부를 판정한다. 이 판정에서 당해 소정의 범위 내에 버킷 클로 끝이 존재한다고 판정된 경우는 수순 S9로 진행되고, 당해 소정의 범위 외에 존재한다고 판정된 경우는 수순 S6으로 진행된다.

수순 S9에서는, 목표면 생성부(43g)는 조작 장치(45b)를 통해 암 당김 명령(아암 크라우드 조작)이 입력되었는지 여부를 판정한다. 이 판정에서 암 당김 명령이 입력되어 있지 않다고 판정된 경우에는 수순 S6으로 진행하고, 암 당김 명령이 입력되어 있다고 판정된 경우에는 제1 목표면(700)의 상방에 보정량 d분만큼 오프셋한 면을 제2 목표면(700A)으로서 생성하여(수순 S10), 수순 S11로 진행된다. 수순 S10에 의해 제2 목표면(700A)이 MC의 목표면(MC 대상 목표면)이 된다.

수순 S11에서는, 목표면 생성부(43g)는 암 당김 명령의 입력이 종료되었는지 여부의 판정을 행한다. 여기서 암 당김 명령이 계속되고 있는 동안은 수순 S10에서 보정한 제2 목표면(700A)의 MC에서의 이용을 유지한다. 한편, 암 당김 명령이 종료된 경우는 제2 목표면(700A)의 MC에서의 이용을 종료한다.

도 14는 MG/MC 제어부(43)에 의한 MC의 흐름도를 도시한다. MG/MC 제어부(43)는 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 어느 것이 오퍼레이터에 의해 조작되면 도 13의 처리를 개시하고, 버킷 위치 연산부(43d)는 작업기 자세 검출 장치(50)로부터의 정보에 기초하여 버킷 클로 끝 위치(버킷 위치 데이터)를 연산한다(수순 S12).

수순 S13에서는, 거리 연산부(43h)가, 제1 목표면(700)과 제2 목표면(700A) 중 도 13의 플로에서 MC 대상 목표면으로 설정된 목표면의 위치 정보(목표면 데이터)를 목표면 생성부(43g)로부터 취득한다. 그리고, 수순 S14에서는, 거리 연산부(43h)가, 수순 S12에서 연산한 버킷 위치 데이터와, 수순 S13에서 취득한 목표면 데이터에 기초하여 목표면 거리 D를 연산한다.

수순 S15에서는, 보정 속도 연산부(43i)가, 수순 S14에서 연산된 목표면 거리 D에 기초하여, 버킷 선단 P4의 속도 벡터 V0에 있어서의 MC 대상 목표면에 수직인 성분 V0z의 보정 계수 k(-1≤k≤1)를 연산한다.

수순 S16에서는, 목표 속도 연산부(43e)가, 오퍼레이터 조작 검출 장치(52a)로부터의 입력을 기초로 조작 장치(45a, 45b, 46a)[조작 레버(1a, 1b)]의 조작량을 산출하고, 그 조작량에 기초하여 붐 실린더(5)와, 암 실린더(6)와, 버킷 실린더(7)의 목표 동작 속도를 연산한다.

수순 S17에서는, 보정 속도 연산부(43i)가, 수순 S16에서 연산된 각 액추에이터 속도에 기초하여 버킷 선단 P4의 속도 벡터 V0을 연산한다. 그리고, 그 버킷 속도 벡터 V0을 목표면의 연직 성분 V0z와 수평 성분 V0x로 분해하고, 연직 성분 V0z에 보정 계수 k를 승산함으로써 보정 속도 V1z로 한다. 보정 속도 연산부(43i)는 보정 속도 V1z와 원래의 속도 벡터 V0의 수평 성분 V0x를 합성하여 버킷 선단 P4의 보정 후의 속도 벡터 V1을 연산한다.

수순 S18에서는, 목표 파일럿압 연산부(43j)가, 수순 S17에서 연산된 보정 후의 속도 벡터 V1(V1z, V0x)을 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 연산한다. 그리고, 목표 파일럿압 연산부(43j)는 산출한 각 실린더(5, 6, 7)의 목표 속도를 기초로 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)로의 목표 파일럿압을 연산하고, 각 유압 실린더(5, 6, 7)의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c)로의 목표 파일럿압을 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력한다. 이에 의해 목표면(700) 상 또는 그 상방에 버킷 클로 끝이 위치하도록 유압 실린더(5, 6, 7)의 적어도 하나의 동작을 제어하는 MC가 실행된다.

<동작·효과>

상기와 같이 구성되는 유압 셔블(1)에서는, 도 13의 흐름도에 의해, 그때의 버킷 클로 끝 위치(x1＝Xd)와 미리 정한 굴삭 종료 위치[x0(제2 위치)]와 현황 지형(800)과 제1 목표면(700)과 버킷 폭 w에 의해 규정되는 굴삭 예상 체적 Va가 소정의 제어 주기로 연산된다(수순 S1-S4). 그리고, 굴삭 예상 체적 Va가 제한 체적 Vb보다 큰 경우에는, 그때의 버킷 클로 끝 위치(x1)와, 미리 정한 굴삭 종료 위치(x0)와, 현황 지형(800)과, 제11 목표면(700)을 보정량 d만큼 상방에 세트한 제2 목표면(700A)과, 버킷 폭 w에 의해 규정되는 체적이 제한 체적 Vb가 되도록 보정량 d가 연산된다(수순 S5-S7).

그런데, 통상, 유압 셔블(1)로 굴삭 작업을 개시하는 경우에는, 붐(5)의 상승·하강 조작 및 암(6)의 덤프 조작에 의해 현황 지형 상에서 차체(1B)로부터 이격된 위치로 버킷 클로 끝을 이동시킨 상태에서 조작 장치(45b)를 통해 암 당김 명령[암(6)의 클라우드 조작]을 입력함으로써 굴삭 작업을 개시한다. 즉, 암 당김 명령이 입력되었을 때에는, 버킷 클로 끝 위치는 현황 지형 상에 있고 그 위치로부터 굴삭 작업이 개시된다고 간주할 수 있다. 그래서 본 실시 형태에서는, 굴삭 예상 체적 Va가 제한 체적 Vb보다 큰 경우에, 수순 S9에서 암 당김 명령의 입력의 유무를 판정하고, 암 당김 명령의 입력이 있던 경우에는 그때의 버킷 클로 끝 위치를 굴삭 개시 위치(제1 위치)라고 간주하여 제2 목표면(700A)을 생성하는 것으로 했다(수순 S10).

이에 의해, 굴삭 개시 시(아암 크라우드 조작의 개시 시)에 굴삭 예상 체적 Va가 제한 체적 Vb보다 큰 경우에는, 굴삭 개시 위치(제1 위치)에 맞추어, 굴삭 예상 체적이 Vb가 되는 위치에 제2 목표면(700A)이 생성되고, 그 제2 목표면(700A)이 MC 대상 목표면으로 설정된다(도 13에서 수순 S10을 통과하는 루트의 처리가 행해짐). 한편, 굴삭 예상 체적 Va가 제한 체적 Vb 이하인 경우에는, 제1 목표면(700)이 MC 대상 목표면으로 설정된다(도 13에서 수순 S6을 통과하는 루트의 처리가 행해짐).

이와 같이 굴삭 예상 체적 Va에 따라 MC 대상 목표면이 적절히 설정될 수 있는 상황 하에서 조작 장치(45b)를 통해 아암 크라우드 조작을 입력하고 작업기(1A)로 굴삭 작업을 실시하면, 도 14의 플로에 기초하여 MG/MC 제어부(43)는 아암 크라우드 조작에 의해 버킷(10)의 클로 끝이 감속 영역(600) 내를 이동하는 동안, 클로 끝이 MC 대상 목표면에 근접할수록 클로 끝의 속도 벡터의 연직 성분[목표면(700)에 수직인 성분]이 저감되도록 유압 액추에이터(5, 6, 7)의 적어도 하나를 제어하는 MC를 실행한다. 이에 의해 MC 대상 목표면 상에서는 클로 끝의 속도 벡터의 수직 성분은 제로가 되기 때문에, 오퍼레이터는 아암 크라우드 조작을 입력하는 것만으로 MC 대상 목표면을 따른 굴삭이 가능해지고, 굴삭 작업 시의 오퍼레이터의 부담이 경감된다. 그리고 이 굴삭 작업 시에는, 도 13의 흐름도에 의해, 항상 굴삭량이 제한 체적 Vb 이하가 되도록 굴삭 개시 시의 버킷 클로 끝 위치(제1 위치)에 따라 목표면이 결정되기 때문에, 각 굴삭 동작으로 굴삭 개시 위치(제1 위치)가 상이해도(즉, 굴삭 거리 L이 굴삭 시마다 변화되어도) 실제의 굴삭량이 제한 체적 Vb를 초과하는 것을 방지할 수 있다.

즉, 본 실시 형태에 따르면, 굴삭 개시 시의 유압 셔블(1)의 자세에 기초하여 굴삭 체적 Va가 연산되고, 실제의 굴삭량이 항상 제한 체적 Vb 이하가 되도록 MC 대상 목표면이 생성되기 때문에, 굴삭 거리 L이 변화되는 경우라도 적절한 위치에 MC 대상 목표면을 생성할 수 있고, 실제의 굴삭량이 제한 체적 Vb(예를 들어, 버킷 최대 용량)를 초과하는 것을 방지할 수 있다. 또한 그 때, 버킷(10)이 MC 대상 목표면의 하방에 침입하는 것이 방지되고, 당해 MC 대상 목표면을 따라 버킷(10)이 동작하도록 프론트 작업기(1A)가 제어되기 때문에, 굴삭 작업에 있어서의 오퍼레이터의 조작 부담도 경감된다. 즉, 예를 들어 제1 목표면을 작업 대상물의 최종 형상을 나타내는 설계면으로서 설정하고, 제한 체적 Vb를 버킷 최대 용량으로 설정하면, 1회 굴삭 동작의 굴삭량을 항상 버킷 최대 용량 이하로 유지한 상태에서 설계면을 손상시키는 일 없이 굴삭 작업을 실행할 수 있다.

또한, 상기한 실시 형태에서는, 유압 셔블(1)에 탑재한 현황 지형 취득 장치(96)에서 현황 지형을 취득하는 예를 설명했지만, 예를 들어, 현황 지형 취득 장치로서 레이저 스캐너를 탑재한 드론으로부터 현황 지형 정보를 취득하는 경우와 같이, 유압 셔블(1)과는 독립된 현황 지형 취득 장치를 준비해 두고, 당해 현황 지형 취득 장치가 취득한 현황 지형 정보를 입력하여 이용해도 된다.

<다른 실시 형태(현황 지형 갱신부의 변형예)>

이어서 본 발명의 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 유압 셔블은 제어 컨트롤러(구체적으로는 현황 지형 갱신부의 처리 내용)가 전번의 실시 형태와 상이하고, 다른 부분은 동일하다. 그 때문에, 전번의 실시 형태와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 주로 상이한 부분에 대해서만 설명한다.

도 16은 본 실시 형태의 MG/MC 제어부(43A)의 기능 블록도이다. 본 실시 형태의 MG/MC 제어부(43A)는 현황 지형 갱신부(43aa)를 구비하고 있는 점에서 앞의 실시 형태의 MG/MC 제어부(43)와 상이하다.

현황 지형 갱신부(43aa)는 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치 정보와 버킷 위치 연산부(43d)에서 연산되는 버킷 클로 끝의 위치 정보를 입력하고 있고, 버킷 위치 연산부(43d)에서 연산된 버킷 클로 끝의 위치가 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치보다도 하방에 있는 경우, 버킷 위치 연산부(43d)에서 연산된 버킷 클로 끝의 위치 정보에 따라 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치 정보를 갱신한다. 한편, 버킷 위치 연산부(43d)에서 연산된 버킷 클로 끝의 위치가 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치보다도 상방에 있는 경우에는, 현황 지형 기억부(43b)에 기억된 현황 지형의 위치 정보의 갱신은 행하지 않는다. 즉, 본 실시 형태에서는, 현황 지형을 굴삭했을 때의 버킷 클로 끝의 궤적을 굴삭 후의 현황 지형으로서 간주하여 현황 지형 데이터를 갱신하고 있다.

도 17에 버킷 클로 끝의 위치 정보에 기초하는 현황 지형 갱신부(43aa)에 의한 현황 지형의 갱신을 나타내는 모식도를 나타낸다. 어느 수평 방향 좌표 x'에 있어서의 버킷 높이 방향의 좌표 z1과 현황 지형의 높이 방향의 좌표 z0을 비교하여, z1이 z0보다도 하방향에 있던 경우는 z1을 새로운 현황 지형 데이터로서 갱신한다.

이와 같이 버킷 클로 끝 위치 정보를 현황 지형의 갱신에 이용함으로써, 굴삭마다 현황 지형 취득 장치(96)가 현황 지형 데이터를 취득할 필요가 없어지고, 현황 지형 데이터의 취득에 필요로 하는 시간을 단축하는 것이 가능하다. 또한, 일단 현황 지형 데이터를 취득해 두면, 이후는 현황 지형 갱신부(43aa)의 갱신 기능으로 순차 현황 지형 데이터가 갱신되므로, 현황 지형 취득 장치(96)를 유압 셔블(1)에 탑재하는 것을 생략하는 것도 가능해진다.

<기타>

또한, 상기한 설명에 있어서의 제1 목표면(700)은 최종적인 시공 형상을 규정하는 설계면이라고 생각해도 된다.

또한, 제1 목표면(700)이 셔블 좌표에 대하여 경사져 있는 경우에는, 다음과 같이 보정량 d를 산출하여 제2 목표면(700A)을 생성할 수 있다. 도 18에 제1 목표면(700)이 셔블 좌표에 대하여 경사져 있는 경우의 제2 목표면(700A)의 생성 방법을 나타내는 모식도를 도시한다. 제1 목표면(700)이 수평 방향에 대하여 θ만큼 경사져 있는 경우, 제1 목표면 방향의 굴삭 거리 L'은 셔블 좌표에 있어서의 수평 방향의 거리 L을 사용하여 하기의 식 (7)과 같이 구해진다.

이 제1 목표면 방향의 굴삭 거리 L'을 식 (6)의 L로서 사용함으로써, 제1 목표면(700)이 경사져 있지 않은 경우와 마찬가지로 제1 목표면(700)의 보정량 d를 계산하는 것이 가능하다.

또한, 제1 목표면(700)이 경사가 상이한 복수의 면에 의해 구성되어 있는 경우에는, 다음과 같이 보정량 d를 산출하여 제2 목표면(700A)을 생성할 수 있다. 도 19에 제1 목표면(700)이 경사가 상이한 복수면에 의해 구성되어 있는 경우의 제2 목표면(700A)의 생성 방법을 나타내는 모식도를 도시한다. 이 도면과 같이 제1 목표면(700)이 복수면으로 구성되어 있는 경우, 제1 목표면(700)의 경사가 전환되는 점의 수평 방향 좌표를 x2로 하고, 제1 목표면(700)이 수평의 범위의 굴삭 예상 체적 Va2와 제1 목표면(700)이 경사져 있는 범위의 굴삭 예상 체적 Va1의 합에 대하여, 제1 목표면(700)이 수평의 범위의 굴삭 거리 L2와 제1 목표면(700)이 경사져 있는 범위의 굴삭 거리 L1'의 합(L2＋L1')을 식 (6)의 L로서 사용함으로써, 보정량 d를 계산하는 것이 가능하다.

또한, 상기한 실시 형태에서는, 원래의 목표면[제1 목표면(700)]의 위치에 기초하여 연산되는 굴삭 예상 체적 Va가 원하는 제한 체적 Vb를 초과하는 경우, 당해 원래의 목표면[제1 목표면(700)]의 상방에 새로운 목표면[제2 목표면(700A)]을 생성하고, 당해 새로운 목표면의 위치에 기초하여 연산되는 체적이 제한 체적 Vb에 근접하도록 함으로써 과제의 해결을 도모했지만, 1회의 굴삭 동작으로 굴삭되는 굴삭 예상 체적이 제한 체적 Vb에 일치하는 위치 또는 제한 체적 Vb에 근접하는 위치에 직접적으로 목표면을 설정하도록 유압 셔블을 구성해도 된다.

즉, 버킷(10), 암(9) 및 붐(8)을 갖는 작업기(1A)와, 작업기(1A)를 구동하는 복수의 유압 액추에이터(5, 6, 7)와, 유압 액추에이터(5, 6, 7)의 동작을 지시하는 조작 장치(45a, 45b, 46a)와, 현황 지형(800)의 위치 정보가 기억된 현황 지형 기억부(43b) 및 버킷(10)의 클로 끝의 위치를 연산하는 버킷 위치 연산부(43d)를 갖는 제어 컨트롤러(43)를 구비하는 유압 셔블에 있어서, 제어 컨트롤러(43)에, 굴삭 개시 시에 버킷 위치 연산부(43d)에서 연산된 버킷 클로 끝 위치인 제1 위치, 미리 설정된 굴삭 종료 시의 버킷 클로 끝 위치인 제2 위치, 현황 지형(800), 목표면 및 버킷 폭 w에 따라 규정되는 굴삭 체적이 미리 설정된 제한 체적 Vb에 근접하는 위치에 상기 목표면을 생성하는 목표면 생성부(43g)를 더 구비하고, 제어 컨트롤러(43)는 조작 장치(45a, 45b, 46a)의 조작 시에, 작업기(1A)의 동작 범위가 상기 목표면 상 및 그 상방에 제한되도록 유압 액추에이터(5, 6, 7)를 제어하는 것으로 해도 된다.

또한, 보정 계수 k는 도 11에 규정한 것에 한정되지 않고, 목표면 거리 D가 정의 범위에서 제로에 근접할수록 속도 벡터의 연직 성분 V0z가 제로에 가까워지도록 보정하는 계수라면 기타의 값이어도 상관없다.

또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은, 상기한 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.

1A : 프론트 작업기
5 : 붐 실린더
6 : 암 실린더
7 : 버킷 실린더
8 : 붐
9 : 암
10 : 버킷
30 : 붐 각도 센서
31 : 암 각도 센서
32 : 버킷 각도 센서
40 : 제어 컨트롤러(제어 장치)
43 : MG·MC 제어부
43a : 현황 지형 갱신부
43b : 현황 지형 기억부(기억부)
43c : 목표면 기억부
43d : 버킷 위치 연산부
43e : 목표 속도 연산부
43f : 굴삭 예상 체적 연산부
43g : 목표면 생성부
43h : 거리 연산부
43i : 보정 속도 연산부
43j : 목표 파일럿압 연산부
44 : 전자 비례 밸브 제어부
45 : 조작 장치(붐, 암)
46 : 조작 장치 (버킷, 선회)
50 : 작업 장치 자세 검출 장치
51 : 목표면 설정 장치
53a : 표시 장치
54, 55, 56 : 전자 비례 밸브
96 : 현황 지형 취득 장치
374a : 표시 제어부
700 : 제1 목표면
700A : 제2 목표면
800 : 현황 지형

Claims

버킷, 암 및 붐을 갖는 작업기와,
상기 작업기를 구동하는 복수의 유압 액추에이터와,
상기 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 조작 장치와,
상기 조작 장치의 조작 시에, 상기 작업기의 동작 범위가 소정의 제1 목표면 상 및 그 상방에 제한되도록 상기 유압 액추에이터를 제어하는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
상기 제어 장치는,
현황 지형의 위치 정보가 기억된 기억부와,
상기 버킷의 클로 끝의 위치를 연산하는 버킷 위치 연산부와,
굴삭 개시 시에 상기 버킷 위치 연산부에서 연산된 상기 버킷의 클로 끝의 위치인 제1 위치, 미리 설정된 굴삭 종료 시의 상기 버킷의 클로 끝의 위치인 제2 위치, 상기 현황 지형, 상기 제1 목표면 및 상기 버킷의 폭에 따라 규정되는 굴삭 예상 체적을 연산하는 굴삭 예상 체적 연산부와,
상기 굴삭 예상 체적이 미리 설정된 제한 체적을 초과하는 경우, 상기 제1 목표면의 상방에 제2 목표면을 생성하는 목표면 생성부를 구비하고,
상기 목표면 생성부는, 상기 제1 위치, 상기 제2 위치, 상기 현황 지형, 상기 제2 목표면 및 상기 버킷의 폭에 따라 규정되는 굴삭 체적이 상기 제한 체적에 근접하는 위치에 상기 제2 목표면을 생성하고,
상기 제어 장치는, 상기 제2 목표면이 생성된 경우, 상기 작업기의 동작 범위가 상기 제2 목표면 상 및 그 상방에 제한되도록 상기 유압 액추에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 제1 위치는, 상기 조작 장치를 통해 상기 암의 클라우드 조작이 입력되었을 때에 상기 버킷 위치 연산부가 연산한 상기 버킷의 클로 끝의 위치인 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 현황 지형의 위치 정보를 취득하는 현황 지형 취득 장치를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 굴삭 예상 체적 연산부에 의해 상기 굴삭 예상 체적이 연산될 때, 상기 현황 지형 취득 장치에 의해 취득된 상기 현황 지형의 위치 정보에 따라 상기 기억부에 기억된 상기 현황 지형의 위치 정보를 갱신하는 현황 지형 갱신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 버킷 위치 연산부에서 연산된 상기 버킷의 클로 끝의 위치가 상기 기억부에 기억된 상기 현황 지형의 위치보다도 하방에 있는 경우, 상기 버킷 위치 연산부에서 연산된 상기 버킷의 클로 끝의 위치 정보에 따라 상기 기억부에 기억된 상기 현황 지형의 위치 정보를 갱신하는 현황 지형 갱신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 제한 체적은 상기 버킷의 용량의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 작업 기계.