KR20230042096A - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

조작 레버(24)로부터 출력된 조작 신호와, 관성 계측 장치(27 내지 30)로부터 출력된 자세 정보와, 압력 센서(32, 33)로부터 출력된 부하 정보와, 표시 입력 장치(26)에 의해 설정된 작업 영역에 기초하여, 유압 셔블(1)의 현재의 작업에 관한 상황을 나타내는 작업 상황을 판별하고, 판별한 작업 상황에 따라서, 프론트 작업기(12)의 조작 보정 제어에 있어서의 동작의 내용을 나타내는 동작 형태를 미리 설정된 복수의 동작 형태로부터 결정하고, 동작 형태에 따라서 프론트 작업기가 움직이도록 조작 보정 제어를 실행한다. 이에 의해, 머신 컨트롤에 있어서 적절한 지원 동작을 행할 수 있어, 작업 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

작업 기계

본 발명은, 작업 기계에 관한 것이다.

유압 셔블로 대표되는 작업 기계의 작업 효율을 향상시키는 기술로서, 작업 장치(예를 들어, 붐, 암 및 버킷으로 이루어지는 작업 장치)의 오퍼레이터에 의한 조작 장치의 조작과, 미리 정한 조건에 따라서 작업 장치의 동작을 반자동적으로 제어하는 머신 컨트롤(MC: Machine Control)이 알려져 있다. 머신 컨트롤(이하, 단순히 MC라고 칭함)에서는, 예를 들어, 작업 장치에 있어서의 버킷의 선단 위치를 목표면에 대하여 미리 정한 거리로 유지하거나, 버킷의 자세(각도)를 목표면에 대하여 미리 정한 각도로 유지하거나 함으로써, 오퍼레이터의 조작 지원을 행한다.

MC의 설정에 관한 기술로서, 예를 들어, 특허문헌 1에는, 작업기(작업 장치)를 갖는 작업 차량의 제어 시스템이며, 상기 작업기의 제1 조작 레버와, 상기 제1 조작 레버에 마련된 제1 조작 부재와, 상기 작업기의 자동 제어를 행하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 조작 레버가 중립 위치에 있는 것을 포함하는 실행 조건이 충족되어 있을 때, 상기 제1 조작 부재의 조작에 따라서, 상기 제1 조작 부재에 할당된 상기 자동 제어의 기능을 실행하는, 작업 차량의 제어 시스템이 개시되어 있다.

국제 공개 제2016/148311호

MC에 있어서 적절한 조작 지원을 실현하기 위해서는, 작업 내용이나 작업 환경에 따라서 MC의 유효화와 무효화를 전환하거나, 적절한 지원 내용을 설정하거나 할 필요가 있다. 그러나, 종래 기술과 같이, 조작 레버에 마련된 조작 부재의 조작에 의해 자동 제어의 유효화와 무효화를 교호로 전환하는 경우에는, 오퍼레이터의 조작 잊어버림에 의해 자동 제어가 무효화된 상태로 작업을 행해 버려, 설계면을 넘어서 굴삭해 버리는 것을 생각할 수 있다. 또한, 오퍼레이터의 조작에 의해 작업 내용을 설정하는 경우에는, 작업 내용이나 지원 내용의 설정을 잘못해 버려, 작업 장치가 원하는 자세가 되지 않고 시공면을 잘못해서 지나치게 굴삭하거나, 시공면으로 운반한 토사를 흘리거나 하여, 충분한 작업 정밀도를 얻어지지 않는 것을 생각할 수 있다. 즉, 상기와 같은 경우에는, 적절한 MC 동작을 실현할 수 없어, 작업 정밀도가 저하되어 버릴 우려가 있다.

본 발명은 상기에 감안하여 이루어진 것이며, 머신 컨트롤에 있어서 적절한 지원 동작을 행할 수 있어, 작업 정밀도를 향상시킬 수 있는 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체에 대하여 선회 가능한 상부 선회체와, 상기 상부 선회체에 설치되고, 서로 회동 가능하게 연결된 복수의 프론트 부재로 이루어지는 다관절형의 프론트 작업기와, 오퍼레이터에 의한 조작량에 따라서, 상기 상부 선회체 및 상기 프론트 작업기를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치와, 상기 조작 장치로부터 출력된 조작 신호에 따라서 생성되는 구동 신호에 기초하여, 상기 복수의 프론트 부재를 각각 구동하는 복수의 프론트 작업기 액추에이터와, 상기 조작 장치로부터 출력된 조작 신호에 기초하여, 상기 상부 선회체를 선회 구동하는 선회 액추에이터와, 상기 상부 선회체 및 상기 프론트 작업기의 자세에 관한 정보인 자세 정보를 검출하는 자세 정보 검출 장치와, 상기 조작 장치로부터 출력된 조작 신호와, 상기 자세 정보 검출 장치로 검출된 자세 정보에 기초하여, 미리 정한 목표면 상 및 상기 목표면에 대한 한쪽의 영역 내에서 상기 프론트 작업기가 미리 정한 위치 또는 자세가 되도록, 상기 복수의 프론트 작업기 액추에이터 중 적어도 하나에 상기 구동 신호를 출력하는 조작 보정 제어를 실행하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 복수의 상기 프론트 작업기 액추에이터 중 적어도 하나의 유압 액추에이터의 부하에 관한 정보인 부하 정보를 검출하는 부하 정보 검출 장치와, 미리 정한 목표면의 상방으로 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 장치를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 조작 장치로부터 출력된 조작 신호와, 상기 자세 정보 검출 장치로 검출된 자세 정보와, 상기 부하 정보 검출 장치로 검출된 부하 정보와, 상기 작업 영역 설정 장치에 의해 설정된 상기 작업 영역에 기초하여, 상기 작업 기계의 현재의 작업에 관한 상황을 나타내는 작업 상황을 판별하고, 판별한 작업 상황에 따라서, 상기 프론트 작업기의 상기 조작 보정 제어에 있어서의 동작의 내용을 나타내는 동작 형태를 미리 설정된 복수의 동작 형태로부터 결정하고, 상기 동작 형태에 따라서 상기 프론트 작업기가 움직이도록 상기 조작 보정 제어를 실행하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 머신 컨트롤에 있어서 적절한 지원 동작을 행할 수 있어, 작업 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 유압 셔블의 구동 기구에 관한 유압 회로의 주요부를 제외하고 도시하는 도면이다.
도 3은 컨트롤러의 본 실시 형태에 관한 기능부를 도시하는 기능 블록도이다.
도 4는 유압 셔블이 행하는 작업의 일례를 도시하는 개관도이며, 법면 정형 작업을 도시하는 도면이다.
도 5는 유압 셔블이 행하는 작업의 일례를 도시하는 개관도이며, 홈 굴삭 작업을 도시하는 도면이다.
도 6은 유압 셔블의 자세 연산에 대하여 도시하는 도면이며, 유압 셔블의 전체를 측면도에 의해 개략적으로 도시하고 있다.
도 7은 작업 대상의 일례를 도시하는 도면이며, 법면 정형 작업에 있어서의 작업 대상을 도시하는 도면이다.
도 8은 작업 대상의 일례를 도시하는 도면이며, 홈 굴삭 작업에 있어서의 작업 대상을 도시하는 도면이다.
도 9는 표시 입력 장치에 표시되는 입력 화면의 일례를 도시하는 도면이며, 작업 영역 설정 화면을 도시하는 도면이다.
도 10은 표시 입력 장치에 표시되는 입력 화면의 일례를 도시하는 도면이며, 작업 영역 내 버킷 설정 화면이 표시된 양태를 도시하는 도면이다.
도 11은 작업 종별 판별 처리의 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 버킷의 클로 끝 위치가 작업 영역 내에 있는지 여부의 판정 방법을 설명하는 도면이다.
도 13은 작업구 상태 판별 처리의 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 압력 센서의 검출 결과의 일례를 도시하는 도면이며, 암 실린더의 보텀압의 검출 결과를 도시하는 도면이다.
도 15는 압력 센서의 검출 결과의 일례를 도시하는 도면이며, 붐 실린더의 보텀압의 검출 결과를 도시하는 도면이다.
도 16은 버킷의 자세에 대하여 설명하는 도면이다.
도 17은 버킷의 자세에 대하여 설명하는 도면이다.
도 18은 동작 형태 읽어 내기 처리의 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 19는 버킷의 지원 동작량의 연산 방법을 설명하는 도면이며, 버킷의 목표면과의 관계를 도시하는 측면도이다.
도 20은 지원 동작 중의 버킷의 상태 표시를 도시하는 외관도이다.
도 21은 로터리 틸트 버킷을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 22는 로터리 틸트 버킷을 구비한 유압 셔블의 작업의 일례를 도시하는 개관도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 작업 기계의 일례로서, 다관절형의 프론트 작업기를 탑재한 유압 셔블을 예시하여 설명하지만, 프론트 작업기를 구비하는 다른 작업 기계에 있어서도 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.

<제1 실시 형태>

본 발명의 제1 실시 형태를 도 1 내지 도 17을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태에 관한 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은 하부 주행체(10)와, 하부 주행체(10)에 선회 가능하게 마련된 상부 선회체(11)와, 상부 선회체(11)에 회동 가능하게 마련된 프론트 작업기(12)와, 조작자(오퍼레이터)가 탑승하는 조작실(22)로부터 개략 구성되어 있다.

프론트 작업기(12)는, 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 프론트 부재(붐(13), 암(14), 버킷(작업구)(15))를 연결하여 구성된 다관절형이며, 붐(13)의 기단은 상부 선회체(11)의 전방부에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있고, 암(14)의 일단부는 붐(13)의 기단과는 다른 단부(선단)에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있고, 암(14)의 타단에는 작업구로서의 버킷(15)이 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있다.

붐(13), 암(14) 및 버킷(15)은 유압 액추에이터(프론트 작업기 액추에이터)인 붐 실린더(17), 암 실린더(18) 및 버킷 실린더(19)에 의해 각각 회동 구동된다. 또한, 상부 선회체(11)는 유압 액추에이터(선회 액추에이터)인 선회 유압 모터(16)에 의해 선회 구동된다. 또한, 하부 주행체(10)는 유압 액추에이터(주행 액추에이터)인 도시하지 않은 좌우의 주행 유압 모터에 의해 주행 구동된다.

붐 실린더(17)에는, 유압 액추에이터의 부하에 관한 정보인 부하 정보를 검출하는 부하 정보 검출 장치로서, 로드측의 유압을 검출하는 압력 센서(32a)와, 보텀측의 유압을 검출하는 압력 센서(32b)가 마련되어 있다. 마찬가지로, 암 실린더(18)에는, 부하 정보 검출 장치로서, 로드측의 압력을 검출하는 압력 센서(33a)와, 보텀측의 압력을 검출하는 압력 센서(33b)가 마련되어 있다. 이후, 압력 센서(32a, 32b) 및 압력 센서(33a, 33b)를 각각 통합하여 압력 센서(32) 및 압력 센서(33)라고 기재하는 경우가 있다.

조작실(22) 내에는, 조작 장치인 조작 레버(24a, 24b)(도 2 참조)와, 유압 셔블(1)의 전체의 동작을 제어하는 제어 장치인 컨트롤러(23)와, 조작자에 대한 정보를 표시함과 함께, 조작자의 지시를 입력하는 표시 입력 장치(26)가 배치되어 있다. 이후, 2개의 조작 레버(24a, 24b)를 통합하여 조작 레버(24)라고 기재하는 경우가 있다.

컨트롤러(23)는 중앙 연산 장치(CPU), 메모리, 인터페이스에 의해 구성되고, 메모리 내에 미리 보존되어 있는 프로그램을 중앙 연산 장치(CPU)에서 실행하고, 메모리 내에 보존되어 있는 설정값과 인터페이스로부터 입력된 신호에 기초하여 중앙 연산 장치(CPU)가 처리를 행하고, 인터페이스로부터 신호를 출력한다.

표시 입력 장치(26)는, 예를 들어, 터치 패널 등의 포인팅 디바이스이며, 화면 상에 표시되는 그래피컬 유저 인터페이스(GUI)에 의해 정보의 표시와 조작자로부터의 지시를 입력하는 구성으로 되어 있다.

상부 선회체(11), 붐(13), 암(14) 및 버킷(15)에는, 각각의 자세에 관한 정보인 자세 정보를 검출하는 자세 정보 검출 장치로서의 관성 계측 장치(IMU: Inertial Measurement Unit)(27, 28, 29, 30)가 각각 배치되어 있다. 이후, 이러한 관성 계측 장치를 구별할 필요가 있는 경우는, 각각, 차체 관성 계측 장치(27), 붐 관성 계측 장치(28), 암 관성 계측 장치(29) 및 버킷 관성 계측 장치(30)라고 칭한다. 관성 계측 장치(27, 28, 29, 30)의 각 부재에 대한 상대적인 설치 위치는 설계 정보 등으로부터 구해지므로, 관성 계측 장치(27, 28, 29, 30)의 검출 결과(각속도와 가속도)에 기초하여, 상부 선회체(11), 붐(13), 암(14) 및 버킷(15)이 상대적인 회동 각도를 추정할 수 있다.

또한, 상부 선회체(11)의 상부에는, 위치 정보를 검출하는 위치 정보 검출 장치로서의 2개의 GNSS(Global Navigation Satellite System) 안테나(31a, 31b)가 설치되어 있다. GNSS 안테나(31a, 31b)는, 인공위성으로부터 수신한 신호를 연산함으로써 위치 정보를 연산하는 위치 연산 기능을 포함하고 있고, 2개의 GNSS 안테나(31a, 31b)로 각각 얻어지는 위치 정보의 차분으로부터 상부 선회체(11)의 방위(방향)를 추정할 수 있다. 이후, 2개의 GNSS 안테나(31a, 31b)를 통합하여 GNSS 안테나(31)라고 기재하는 경우가 있다.

조작실(22)에 배치된 조작 레버(24)는 전후 좌우로 요동 가능한 2개의 조작 레버(24a, 24b)에 의해 구성되어 있다. 조작 레버(24)는 2개의 조작 레버(24a, 24b)의 각각에 대해서, 전후 좌우 방향의 계 4축의 요동의 조작량을 입력 가능하게 구성되어 있다. 조작 레버(24)의 요동 조작에 의해 조작량에 따라서 생성되는 조작 신호에 기초하여, 컨트롤러(23)로 구동 신호를 생성함으로써, 조작 레버(24)에 있어서의 조작에 대응하여, 선회 유압 모터(16), 붐 실린더(17), 암 실린더(18) 및 버킷 실린더(19)를 각각 구동할 수 있다. 또한, 조작 레버(24a, 24b) 상에는, 오퍼레이터에 의한 누름에 의해 조작 입력이 가능한 조작 버튼(25a, 25b)(도 2 참조)이 마련되어 있다. 이후, 2개의 조작 버튼(25a, 25b)을 통합하여 조작 버튼(25)이라고 기재하는 경우가 있다.

도 2는, 유압 셔블의 구동 기구에 관한 유압 회로의 주요부를 제외하고 도시하는 도면이다.

도 2에 있어서, 유압 셔블(1)의 구동 기구는, 예를 들어, 디젤 엔진 등의 원동기(41)에 의해 구동되는 유압 펌프(39) 및 파일럿 펌프(40)와, 유압 펌프(39)로부터 유압 액추에이터(16, 17, 18, 19)로 공급되는 압유의 유량 및 방향을 제어하는 컨트롤 밸브(34, 35, 36, 37)와, 유압 펌프(39) 및 파일럿 펌프(40)로의 작동유의 공급과 유압 액추에이터(16, 17, 18, 19)로부터 배출된 작동유를 저장하는 작동유 탱크(42)와, 유압 펌프(39)로부터 토출된 압유의 일부를 작동유 탱크(42)로 배출하기 위한 블리드 오프 유닛(43)에 의해 개략 구성되어 있다.

컨트롤 밸브(34, 35, 36, 37)는, 파일럿 펌프(40)로부터 토출된 압유의 유압(파일럿압)에 의해 구동된다. 파일럿 펌프(40)로부터 토출된 압유는, 컨트롤 밸브(34, 35, 36, 37)의 전자 비례 감압 밸브(34b, 34c, 35b, 35c, 36b, 36c, 37b, 37c)를 통해 방향 제어 밸브(34a, 35a, 36a, 37a)에 유도되어 있다. 컨트롤러(23)로부터 출력되는 전류 지령에 기초하여 전자 비례 감압 밸브(34b, 34c, 35b, 35c, 36b, 36c, 37b, 37c)가 제어됨으로써, 방향 제어 밸브(34a, 35a, 36a, 37a)의 구동이 제어된다. 유압 펌프(39)로부터 방향 제어 밸브(34a, 35a, 36a, 37a)에 공급된 압유는, 전자 비례 감압 밸브(34b, 34c, 35b, 35c, 36b, 36c, 37b, 37c)의 동작에 따라서, 대응하는 유압 액추에이터(16, 17, 18, 19)에 분배되는 양이 조정된다.

유압 펌프(39)는 가변 용량식이며, 컨트롤러(23)로부터 출력되는 전류 지령에 기초하여 레귤레이터(39a)가 동작함으로써 유압 펌프(39)의 용량이 조정되고, 유압 펌프(39)의 토출 유량이 제어된다.

블리드 오프 유닛(43)은, 유압 펌프(39)로부터 토출된 압유의 일부를 작동유 탱크(42)에 릴리프하는 블리드 오프 밸브(43a)와, 블리드 오프 밸브(43a)에 의한 릴리프량을 조정하는 블리드 오프 밸브용 전자 비례 감압 밸브(43b)로 구성되어 있다. 유압 펌프(39)로부터 토출된 압유의 일부는, 블리드 오프 밸브(43a)가 작동유 탱크(42)로의 유로를 연통시킴으로써 배출된다. 블리드 오프 밸브(43a)는 블리드 오프 밸브용 전자 비례 감압 밸브(43b)로 조정된 파일럿압에 의해 구동된다. 즉, 블리드 오프 밸브(43a)를 통해 작동유 탱크(42)로 되돌아가는 압유의 유량은, 컨트롤러(23)로부터 출력되는 전류 지령에 기초하여 블리드 오프 밸브용 전자 비례 감압 밸브(43b)로 조정된 파일럿압에 의해 제어된다.

컨트롤러(23)는 조작 레버(24), 조작 버튼(25), 표시 입력 장치(26), 관성 계측 장치(27, 28, 29, 30) 및 GNSS 안테나(31)에 접속되어 있고, 각각으로부터의 입력 신호에 기초하여 전자 비례 감압 밸브(34b, 34c, 35b, 35c, 36b, 36c, 37b, 37c, 43b) 및 레귤레이터(39a)를 구동하는 전류 지령 신호를 출력하고, 유압 액추에이터(16, 17, 18, 19), 유압 펌프(39) 및 블리드 오프 유닛(43)을 구동함으로써 유압 셔블(1)의 동작을 제어한다.

도 3은, 컨트롤러의 본 실시 형태에 관한 기능부를 도시하는 기능 블록도이다.

본 실시 형태에 있어서, 컨트롤러(23) 내부의 시스템은 몇 가지의 프로그램의 조합으로서 실행되고, 인터페이스를 통해 조작 레버(24), 조작 버튼(25) 및 표시 입력 장치(26)의 지시 신호와, 관성 계측 장치(27, 28, 29, 30), 로테이트 각도계(47) 및 GNSS 안테나(31)의 검출 신호를 입력하고, 중앙 연산 장치(CPU)에서 처리를 실시한 후, 인터페이스를 통해 컨트롤 밸브(34, 35, 36, 37), 유압 펌프(39) 및 블리드 오프 유닛(43)을 각각 구동하기 위한 구동 신호를 출력하도록 구성되어 있다.

도 3에 있어서, 컨트롤러(23)는,

관성 계측 장치(27, 28, 29, 30) 및 GNSS 안테나(31)의 검출 결과에 기초하여, 프론트 작업기(12)의 위치 및 자세(예를 들어, 버킷(15)의 클로 끝 위치나 수평면에 대한 각도, 등)를 연산하는 작업구 위치 자세 연산부(50)와, 표시 입력 장치(26)에 입력되는 조작자의 지시 내용에 기초하여, 유압 셔블(1)에 의한 작업 대상의 위치나 형상에 관한 정보인 작업 대상(예를 들어, 목표면이나 작업 영역)을 설정하는 작업 대상 설정부(51)와, 조작 레버(24)로부터 출력된 조작 신호와, 압력 센서(32, 33)의 검출 결과와, 작업구 위치 자세 연산부(50)로부터 출력된 연산 결과와, 작업 대상 설정부(51)의 설정 내용에 기초하여, 유압 셔블(1)의 현재의 작업에 관한 상황인 작업 상황을 판별하는 작업 상황 판별부(54)와, 표시 입력 장치(26)에 입력되는 조작자의 지시 내용에 기초하여, 조작 보정 제어(지원 동작 시)에 있어서의 버킷(15)(작업구)의 동작의 내용인 복수의 동작 형태를 설정하는 작업구 동작 형태 설정부(52)와, 작업구 동작 형태 설정부(52)에서 설정된 버킷(15)(작업구)의 복수의 동작 형태를 기억하는 작업구 동작 형태 기억부(53)와, 작업 상황 판별부(54)의 판별 결과(즉, 판별한 작업 상황)에 기초하여, 작업구 동작 형태 기억부(53)에 기억된 복수의 동작 형태로부터 작업 형태를 호출하는 작업구 동작 형태 호출부(55)와, 작업구 위치 자세 연산부(50)의 연산 결과와, 작업 대상 설정부(51)에서 설정된 작업 대상과, 작업구 동작 형태 호출부(55)에 의해 결정된 동작 형태에 기초하여, 버킷(15)(작업구)이 소정의 동작이 되기 위한 동작 보정량을 연산하는 작업구 동작 보정량 연산부(56)와, 작업 대상 설정부(51)의 설정 내용과, 조작 레버(24)로부터 출력된 조작 신호(조작자의 조작 지시)와, 작업구 위치 자세 연산부(50)의 연산 결과와, 작업구 동작 보정량 연산부(56)의 연산 결과(동작 보정량)에 기초하여, 유압 셔블(1)의 각 유압 액추에이터(16, 17, 18, 19)의 제어량을 연산하고 전류 지령(구동 신호)을 컨트롤 밸브(34, 35, 36, 37), 유압 펌프(39)(레귤레이터(39a)) 및 블리드 오프 유닛(43)에 출력하는 작업기 제어량 연산부(57)로 구성되어 있다.

다음으로, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 유압 셔블이 조작 보정 제어(지원 동작) 등에 의해 행하는 작업의 내용을 예시하여 설명한다.

도 4 및 도 5는, 유압 셔블이 행하는 작업의 일례를 도시하는 개관도이며, 도 4는 법면 정형 작업을, 도 5는 홈 굴삭 작업을 각각 도시하는 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 법면 정형 작업에 있어서는, 유압 셔블(1)은 목표면(5)을 굴삭하여 평평하게 정형하는 작업을 행한다. 구체적으로는, 유압 셔블(1)은 버킷(15)의 클로 끝을 목표면(5)에 일치시킨 상태로 굴삭하는 동작과, 어느 정도 굴삭을 진행한 후에 굴삭한 토사를 버킷(15)으로 퍼내어 스톡(4)으로 운반하는 동작을 반복한다. 또한, 굴삭한 목표면(5)을 더욱 평평하게 하기 위해, 스톡(4)의 토사를 버킷(15)으로 퍼내어 목표면(5)의 상방으로부터 약간 떨어뜨림으로써 목표면(5)의 전체에 뿌리고, 또한 버킷(15)의 저면을 압박하는 동작을 행한다.

이러한 법면 정형 작업의 경우, 조작 보정 제어(지원 동작)에서는, 목표면(5) 상에서의 굴삭 동작에 있어서, 버킷(15)의 클로 끝이 목표면(5)의 하방에 도달하지 않도록, 바꾸어 말하면, 목표면(5)을 따라서 이동시키도록 동작을 지원한다. 또한, 목표면(5)의 압박 동작에 있어서, 버킷(15)의 클로 끝을 목표면(5)을 따르도록 이동시키면서, 또한 버킷(15)의 저면이 목표면(5)과 일치하도록 버킷(15)의 각도 조정을 지원한다. 이렇게 지원 동작을 행함으로써, 법면 정형 작업 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 목표면(5)에서 굴삭한 토사를 스톡(4)으로 운반하는 동작 및 스톡(4)으로 퍼낸 토사를 목표면(5)으로 운반하는 동작에서는, 버킷(15)의 개구면을 수평하게 되도록 버킷(15)의 각도 조정을 지원함으로써, 운반 중인 토사가 버킷(15)으로부터 흘러 넘쳐 버리는 것을 억제할 수 있으므로, 청소 등의 여분인 작업을 삭감할 수 있어, 작업 정밀도 및 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 홈 굴삭 작업(예를 들어, 자재(6)의 매설 작업)에 있어서는, 지면을 굴삭하여 홈(3)을 형성하고, 자재(6)를 홈에 설치한 후, 홈(3)을 다시 메우는 작업을 행한다. 구체적으로는, 자재(6)를 설치하는 적절한 높이로서 홈(3)의 저면을 목표면(5)으로 설정하고, 유압 셔블(1)의 버킷(15)의 클로 끝을 목표면(5)에 일치시킨 상태로 굴삭하는 동작과, 어느 정도 굴삭을 진행한 후에 굴삭한 토사를 버킷(15)으로 퍼내어 스톡(4)으로 운반하는 동작을 반복한다. 또한, 홈(3)을 다시 메우기 위해, 스톡(4)의 토사를 버킷(15)으로 굴삭하여 퍼내는 동작과, 홈(3) 위까지 운반하여 떨어뜨리는 동작을 반복한다.

이러한 홈 굴삭 작업의 경우, 조작 보정 제어(지원 동작)에서는, 목표면(5) 상에서의 굴삭 동작에 있어서, 버킷(15)의 클로 끝이 목표면(5)의 하방에 도달하지 않도록, 바꾸어 말하면, 목표면(5)을 따라서 이동시키도록 동작을 지원함으로써, 작업의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 홈(3)의 형성으로 굴삭한 토사를 스톡(4)으로 운반하는 동작 및 스톡(4)으로 퍼낸 토사를 홈(3)으로 운반하는 동작에서는, 버킷(15)의 개구면을 수평하게 되도록 버킷(15)의 각도 조정을 지원함으로써, 운반 중인 토사가 버킷(15)으로부터 흘러 넘쳐 버리는 것을 억제할 수 있으므로, 청소 등의 여분인 작업을 삭감할 수 있어, 작업 정밀도 및 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

즉, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 작업 정밀도 및 작업 효율을 향상시키기 위해서는, 버킷(15)의 위치나 자세를 보정하는 지원 동작을 작업의 진척 등의 상황에 따라서 변경하는 것이 바람직하다.

도 6은, 유압 셔블의 자세 연산에 대하여 도시하는 도면이며, 유압 셔블의 전체를 측면도에 의해 개략적으로 도시하는 도면이다.

작업구 위치 자세 연산부(50)는, 도 6에 정의하는 변수를 사용함으로써 유압 셔블(1)의 자세 정보로서, 버킷(15)의 선단 위치(클로 끝 위치)나 자세(각도)를 연산한다. 유압 셔블(1)에는, 상부 선회체(11)의 선회축과 하부 주행체(10)의 하측에 접하는 평면의 교점을 셔블 좌표계의 원점 Og으로서 정의한다. 유압 셔블(1)의 외부에 설정된 글로벌 좌표계에 있어서의 셔블 좌표계의 원점 Og의 위치는, GNSS 안테나(31)로 검출한 GNSS 안테나(31)의 글로벌 좌표계에 있어서의 위치와, 셔블 좌표계의 원점 Og에 대한 GNSS 안테나(31)의 설치 높이 Lg1 및 전후 방향 설치 길이 Lg2로부터 구할 수 있다. 또한, 글로벌 좌표계에 대한 셔블 좌표계의 방향은, 셔블 좌표계를 수평면에 연직된 축을 중심으로, GNSS 안테나(31)로 검출한 유압 셔블(1)의 글로벌 좌표계 방향(방위각)을 향함으로써 구할 수 있다. 여기서, 글로벌 좌표계로부터 셔블 좌표계에 대한 동시 변환 행렬을 Tsh라고 정의한다.

셔블 좌표계의 원점 Og에 대한 버킷(15)의 선단 위치(클로 끝 위치) Pbk는, 상부 선회체(11)의 선회 각도 θsw, 붐(13)의 요동각 θbm, 암(14)의 요동각 θam, 버킷(15)의 요동각 θbk와, 각 부재의 길이 Lf1, Lf2, Lbm, Lam, Lbk를 사용하고, 유압 셔블(1)을 4링크로 구성되는 링크 구조로 하여 D-H법(Denaviet-Hartenberg의 기법) 등을 적용하는, 즉, 링크마다 정의되는 동시 변환 행렬의 곱을 취함으로써 얻을 수 있다.

여기서, 버킷(15)의 선단 위치 Pbk=(Xbk, Ybk, Zbk)와, 수평면(글로벌 좌표계)과 셔블 좌표계가 이루는 각(Pitch_bk)과, 각 부재간의 각도(θsw, θbm, θam, θbk)의 관계는, 이하의 벡터식 (식 1) 내지 (식 3)으로 나타낼 수 있다. 또한, 하기의 (식 1) 및 (식 2)에 있어서의 「^T」는 전치를 나타낸다.

r=[Xbk, Ybk, Zbk, Pitch_bk]^T … (식 1)

q=[θsw, θbm, θam, θbk]^T … (식 2)

r=F(q) … (식 3)

도 7 및 도 8은, 작업 대상의 일례를 도시하는 도면이며, 도 7은 법면 정형 작업에 있어서의 작업 대상을, 도 8은 홈 굴삭 작업에 있어서의 작업 대상을 각각 도시하는 도면이다. 또한, 도 7 및 도 8에 있어서는, 작업 대상의 위치나 형상에 관한 정보인 작업 대상으로서, 목표면(5) 및 작업 영역(7)을 예시하여 설명하고 있다.

도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 작업 대상 설정부(51)에서는, 법면 정형 작업(도 4 참조) 및 홈 굴삭 작업(도 5 참조)에 있어서의 작업 대상의 하나인 목표면(5)은, 4개의 대표점 Pt1 내지 Pt4를 정점으로서 구성되는 직사각 형상의 평면으로 정의된다. 목표면(5)의 법선 벡터 n=[nx, ny, nz]^T는 벡터(Pt3-Pt2)와 벡터(Pt1-Pt2)의 외적을 정규화함으로써 얻을 수 있다. 또한, 작업 대상의 하나인 작업 영역(7)은, 목표면(5)을 정의하는 대표점 Pt1 내지 Pt4와는 다른 대표점 Pt1' 내지 Pt4'를 목표면(5)의 상방으로 가정한 경우에, 목표면(5)을 면의 1개로 한 3차원 공간 상의 입체로서 정의된다. 즉, 작업 대상 설정부(51)에서는, 표시 입력 장치(26)에 입력되는 조작자의 지시 내용(대표점 Pt1 내지 Pt4)에 기초하여 작업 대상인 목표면(5)을 설정하고, 또한, 지시 내용(대표점 Pt1 내지 Pt4, Pt1' 내지 Pt4')에 기초하여 작업 대상인 작업 영역(7)을 설정한다.

도 9 및 도 10은, 표시 입력 장치에 표시되는 입력 화면의 일례를 도시하는 도면이며, 도 9는 작업 영역 설정 화면을, 도 10은 작업 영역 내 버킷 설정 화면이 표시된 양태를 각각 도시하는 도면이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 표시 입력 장치(26)에서는, 입력 화면(작업 영역 설정 화면)에 미리 설정하고 있는 시공 도면의 정보로부터 작업 대상의 전체상인 작업 대상 표시(90)를 표시하고, 목표면(5)으로서 설정하는 작업 대상 표시(90) 상의 임의의 면의 선택 상황을 표시하도록 GUI를 구성한다. 또한, 결정 버튼(95) 및 되돌아가는 버튼(96)을 화면 상에 표시하고, 유압 셔블(1)의 조작자에 의한 선택 입력을 접수하도록 GUI를 구성하고, 임의의 면이 선택되어 있는 상태에서 결정 버튼(95)을 누름으로써, 작업 영역(7)을 설정하는 대상이 되는 목표면(5)을 설정한다. 결정 버튼(95)의 누름에 의해 목표면(5)을 설정하면, 작업 영역(7)을 설정하기 위한 작업 영역 조정 표시(91)를 표시하고, 유압 셔블(1)의 조작자에 의한 작업 영역(7)의 크기, 즉, 목표면(5)으로부터 작업 영역(7)의 상면(도 7 및 도 8에 대표점 Pt1' 내지 Pt4'로 정의되는 면)까지의 거리의 설정을 접수하도록 구성한다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 작업 영역(7)의 목표면(5)과 상면이 평행해지도록 정의하고, 상면을 구성하는 4개의 대표점 중 1개를 작업 영역 조정 표시(91)에 의해 나타냄으로써 작업 영역(7)의 크기를 설정하는 경우를 예시하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 작업 영역(7)의 상면을 구성하는 4개의 대표점 중 복수의 점의 목표면(5)으로부터의 거리를 개별로 조정 가능하도록 구성해도 된다.

또한, 표시 입력 장치(26)의 작업 영역 설정 화면에 있어서, 결정 버튼(95)의 누름에 의해 작업 영역(7)의 크기가 설정되면, 계속해서, 표시 입력 장치(26)에 작업 영역 내 버킷 설정 화면(92)이 표시된다. 작업 영역 내 버킷 설정 화면(92)에서는, 작업 영역(7) 내에 있어서의 버킷(15)의 지원 동작 내용(동작 형태)을 설정한다. 작업 영역 내 버킷 설정 화면(92)에서는, 버킷 높이 조정 표시(93)를 표시하여 조작자에 의한 버킷(15)의 클로 끝 위치(목표면(5)으로부터의 거리)의 설정을 접수하고, 버킷 자세 조정 표시(94)를 표시하여 조작자에 의한 버킷(15)의 자세(수평면에 대한 각도)의 설정을 접수하도록 구성한다. 또한, 작업 영역 내 버킷 설정 화면(92)에서는, 복수 종류의 동작 형태의 각각에 대응하도록 버킷(15)의 클로 끝 위치 및 자세의 설정을 행한다.

지원 동작의 동작 형태의 종류로서는, 「버킷 자세 유지 모드」, 「클로 끝 위치 지정 모드」, 「버킷 수평 유지 모드」가 있다. 「버킷 자세 유지 모드」는, 버킷(15)의 저면을 목표면(5)에 일치시키도록 버킷(15)의 각도 제어를 행하는 동작 형태이다. 또한, 「클로 끝 위치 지정 모드」는, 버킷(15)의 클로 끝을 목표면(5)에 일치시키도록 버킷(15)의 위치 제어를 행하는 동작 형태이다. 또한, 「버킷 수평 유지 모드」는, 버킷(15)의 개구면을 수평하게 유지시키도록 버킷(15)의 각도 제어를 행하는 동작 형태이다.

작업구 동작 형태 설정부(52)에서는, 표시 입력 장치(26)에 입력되는 조작자의 지시 내용에 기초하여 동작 형태를 설정하고, 작업구 동작 형태 기억부(53)에 기억시킨다.

다음으로, 작업 상황 판별부(54)에 있어서의 작업 상황 판별 처리에 대하여 설명한다. 작업 상황 판별부(54)에서는, 유압 셔블(1)의 작업 상황을 나타내는 작업 상황을 판별하는 작업 상황 판별 처리로서, 작업 종별 판별 처리와 작업구 상태 판별 처리를 행한다. 작업 종별 판별 처리에서는, 작업구 위치 자세 연산부(50)의 연산 결과와, 작업 대상 설정부(51)의 설정 내용에 기초하여, 유압 셔블(1)이 실시하고 있는 작업의 상태를 나타내는 분류인 작업 종별을 판별한다. 또한, 작업구 상태 판별 처리에서는, 압력 센서(32, 33)의 검출 결과와, 작업구 위치 자세 연산부(50)의 연산 결과에 기초하여, 버킷(15)의 상태인 작업구 상태를 판별하는 작업구 상태 판별 처리를 행한다. 또한, 컨트롤러(23)에 있어서의 작업 상황 판별 처리(작업 종별 판별 처리, 작업구 상태 판별 처리)는, 미리 정한 단위 처리 시간(예를 들어, 샘플링 시간)마다 반복 실행된다.

작업 종별 판별 처리에서는, 유압 셔블(1)이 실시하고 있는 작업의 상태를 나타내는 분류인 작업 종별을, 프론트 작업기(12)(구체적으로는, 버킷(15))의 위치 및 동작 방향에 기초하여 설정한다.

도 11은, 작업 종별 판별 처리의 내용을 나타내는 흐름도이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 작업 종별 판별 처리에 있어서, 컨트롤러(23)는 먼저, 작업 대상 설정부(51)에서 설정된, 글로벌 좌표계로 표시되어 있는 작업 영역(7)의 대표점 Pt1 내지 Pt4, Pt1' 내지 Pt4'(도 7 및 도 8 참조)와 법선 벡터 n을, 글로벌 좌표계로부터 유압 셔블(1)의 좌표계(차체 좌표계)로 변환한다(스텝 S100).

대표점 Pt1 내지 Pt4, Pt1' 내지 Pt4'와 법선 벡터 n의 글로벌 좌표계로부터 차체 좌표계에 대한 변환은, 동시 변환 행렬 Tsh를 사용하여 이하의 (식 4) 내지 (식 6)과 같이 행할 수 있다(여기서, l은 번호를 나타내는 양의 정수로 함).

Ptl=(Tsh^-1)×Pt … (식 4)

Ptl'=(Tsh^-1)×Pt' … (식 5)

nl=(Tsh^-1)×(Pt+n)-Ptl … (식 6)

계속해서, 작업구 위치 자세 연산부(50)의 연산 결과와 작업 대상 설정부(51)의 설정 내용에 기초하여, 버킷(15)의 클로 끝 위치 Pst가 작업 영역(7) 내에 있는지 여부를 판정한다(스텝 S120).

버킷(15)의 클로 끝 위치 Pst가 작업 영역(7) 내에 있는지 여부의 판정은, 예를 들어, 대표점 Pt1 내지 Pt4, Pt1' 내지 Pt4'로 구성되는 6면체의 각 면의 영역 방향으로의 법선과, 각 대표점과 버킷(15)의 클로 끝 위치 Pst를 연결하는 벡터의 내적의 크기를 사용하여 판정할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같이, 목표면(5)의 법선 벡터 nl과 대표점 Pt2와 버킷(15)의 클로 끝 위치 Pst를 연결하는 벡터 vptl2의 내적이 0(제로) 이상인 경우에는, 클로 끝 위치 Pst는 목표면(5)보다 상측, 즉 작업 영역(7)측에 존재한다고 판정할 수 있고, 0(제로) 미만인 경우에는, 클로 끝 위치 Pst는 목표면(5)보다 하측, 즉 작업 영역(7) 외에 존재한다고 판정할 수 있다. 마찬가지의 처리를 작업 영역(7)을 구성하는 모든 면에 대하여 실시하고, 모든 내적이 0(제로) 이상인 경우에는, 버킷(15)의 클로 끝 위치 Pst가 작업 영역(7) 내에 존재한다고 판정할 수 있다.

계속해서, 조작 레버(24)로부터 출력된 조작 신호에 기초하여, 유압 셔블(1)의 조작자의 조작에 의한 버킷(15)의 클로 끝 위치 Pst의 이동처, 즉, 조작자에 의한 요구 클로 끝 위치 Pest를 예측하고, 그 예측 결과(요구 클로 끝 위치 Pest)가 작업 영역(7) 내에 있는지 여부를 판정한다(스텝 S130).

요구 클로 끝 위치 Pest는, 조작 레버(24)의 조작량(조작 신호)에 비례하는 선회 유압 모터(16), 붐 실린더(17), 암 실린더(18) 및 버킷 실린더(19)의 속도 목표값을 기하 변환하여 얻어지는 각 부의 각도 θsw, θbm, θam, θbk의 각속도 목표값을 ωlev로 하고, 미리 정해져 있는 추정 시간 Δtest를 사용하여 하기의 (식 7) 및 (식 8)에 의해 구할 수 있다.

J(q)=∂F(q)/∂q … (식 7)

Pest=Pst+J(q)×ωlev×Δtest … (식 8)

얻어진 요구 클로 끝 위치 Pest에 대하여, 스텝 S120과 마찬가지의 연산을 행함으로써, 요구 클로 끝 위치 Pest가 작업 영역(7) 내에 존재하는지 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 현재의 버킷(15)의 클로 끝 위치 Pst가 작업 영역(7) 내인지 여부를 스텝 S120의 연산 결과에 기초하여 판정하고(스텝 S140), 판정 결과가 '예'인 경우에는, 계속해서, 요구 클로 끝 위치 Pest가 작업 영역(7) 내인지 여부를 스텝 S130의 연산 결과에 기초하여 판정한다(스텝 S150).

스텝 S150에서의 판정 결과가 '예'인 경우, 즉, 버킷(15)의 클로 끝 위치 Pst 및 요구 클로 끝 위치 Pest가 양쪽 모두에 작업 영역(7) 내인 경우에는, 유압 셔블(1)의 작업 상태를 나타내는 작업 종별을, 작업 영역(7) 내에서 작업을 행하고 있는 것을 나타내는 「목표 내 작업」으로 설정하고(스텝 S151), 처리를 종료한다.

또한, 스텝 S150에서의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 즉, 버킷(15)의 현재의 클로 끝 위치 Pst는 작업 영역(7) 내이지만, 요구 클로 끝 위치 Pest는 작업 영역(7) 외인 경우에는, 작업 종별을, 작업 영역(7) 내로부터 작업 영역(7) 외로 이탈하고자 하고 있는 것을 나타내는 「목표 이탈 작업」으로 설정하고(스텝 S152), 처리를 종료한다.

또한, 스텝 S140에서의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 즉, 버킷(15)의 현재의 클로 끝 위치 Pst가 작업 영역(7) 외인 경우에는, 계속해서, 요구 클로 끝 위치 Pest가 작업 영역(7) 외인지 여부를 스텝 S130의 연산 결과에 기초하여 판정한다(스텝 S160).

스텝 S160에서의 판정 결과가 '예'인 경우, 즉, 버킷(15)의 현재의 클로 끝 위치 Pst 및 요구 클로 끝 위치 Pest가 양쪽 모두에 작업 영역(7) 외인 경우에는, 유압 셔블(1)의 작업 상태를 나타내는 작업 종별을, 작업 영역(7) 외에서 작업을 행하고 있는 것을 나타내는 「목표 외 작업」으로 설정하고(스텝 S161), 처리를 종료한다.

또한, 스텝 S160에서의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 즉, 버킷(15)의 현재의 클로 끝 위치 Pst는 작업 영역(7) 내이지만, 요구 클로 끝 위치 Pest는 작업 영역(7) 내인 경우에는, 작업 종별을, 작업 영역(7) 외로부터 작업 영역(7) 내의 목표면(5)에 접근하고자 하고 있는 것을 나타내는 「목표 접근 작업」으로 설정하고(스텝 S162), 처리를 종료한다.

작업구 상태 판별 처리에서는, 버킷(15)(작업구)의 상태를 나타내는 분류인 작업구 상태를, 버킷(15)의 목표면(5)에 대한 자세(각도) 및 프론트 작업기(12)의 부하에 기초하여 설정한다.

도 13은, 작업구 상태 판별 처리의 내용을 나타내는 흐름도이다.

또한, 작업구 상태 판별 처리에 있어서, 작업구 상태는, 버킷(15)의 충전 상태(버킷(15) 내에 토사가 충전되어 있는지 여부를 나타내는 판정 결과)와, 버킷(15)의 합치 상태(버킷(15)의 저면이 목표면(5)과 일치하고 있는 상태에 가까운지 여부를 나타내는 판정 결과)의 양쪽의 상태를 갖고, 각각의 상태가 독립적으로 저장되어 있다. 또한, 작업구 상태로서는 전회의 처리 사이클 시의 것을 이어서 저장되어 있지만, 초깃값으로서는, 예를 들어, 충전 상태는 「토사 비충전 상태」로 하고, 합치 상태는 「자세 합치 상태」로 한다.

도 13에 도시한 바와 같이, 작업구 상태 판별 처리에 있어서, 컨트롤러(23)는 먼저, 압력 센서(33)의 검출 결과와, 작업구 상태(충전 상태)의 저장 내용에 기초하여, 암 실린더(18)의 보텀압 Pam이 미리 정한 역치 Pth_am보다도 작고, 또한, 작업구 상태(충전 상태)가 버킷(15)의 내부에 토사를 갖고 있지 않은 상태를 나타내는 「토사 비충전 상태」인지 여부를 판정한다(스텝 S200).

스텝 S200의 판정 결과가 '예'인 경우, 즉, 암 실린더(18)의 보텀압 Pam이 역치 Pth_am보다도 크고, 또한, 작업구 상태(충전 상태)가 「토사 비충전 상태」인 경우에는, 굴삭 동작이 개시된 것을 나타내는 굴삭 개시 플래그를 「ON」으로 설정한다(스텝 S210).

도 14는, 압력 센서의 검출 결과의 일례를 도시하는 도면이며, 암 실린더의 보텀압의 검출 결과를 도시하는 도면이다.

유압 셔블(1)에 의한 굴삭 동작에서는, 암(14)을 클라우드 방향으로 구동하는, 즉, 암 실린더(18)를 신장하므로, 도 14에 도시한 바와 같이, 굴삭 중은 암 실린더(18)의 보텀압 Pam이 커지고, 암 실린더(18)의 보텀압 Pam이 굴삭 개시 역치(Pth_am) 이상으로 된 경우에 굴삭 동작을 개시했다고 판단할 수 있다. 즉, 스텝 S200의 판정에 의해, 굴삭 동작이 개시되었는지 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 스텝 S200의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 또는, 스텝 S210의 처리가 종료된 경우에는, 계속해서, 압력 센서(33)의 검출 결과와, 작업구 상태(충전 상태)의 저장 내용에 기초하여, 암 실린더(18)의 보텀압 Pam이 미리 정한 역치 Pth_am 이하이며, 또한, 굴삭 개시 플래그가 「ON」인지 여부를 판정한다(스텝 S220).

스텝 S220의 판정 결과가 '예'인 경우, 즉, 암 실린더(18)의 보텀압 Pam이 역치 Pth_am 이하이며, 또한, 굴삭 개시 플래그가 「ON」인 경우에는, 굴삭 개시 플래그를 「OFF」로 설정하고, 굴삭 동작이 종료된 것을 나타내는 굴삭 종료 플래그를 「ON」으로 설정한다(스텝 S230).

유압 셔블(1)에 의한 굴삭 동작이 종료되면, 도 14에 도시한 바와 같이, 암 실린더(18)의 보텀압 Pam은 작아지므로, 굴삭 동작이 개시된 후, 즉, 굴삭 개시 플래그가 「ON」인 상태에서, 암 실린더(18)의 보텀압 Pam이 굴삭 개시 역치(Pth_am) 이하로 된 경우에 굴삭 동작을 종료했다고 판단할 수 있다. 즉, 스텝 S220의 판정에 의해, 굴삭 동작이 종료되었는지 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 스텝 S220의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 또는, 스텝 S230의 처리가 종료된 경우에는, 계속해서, 압력 센서(32)의 검출 결과와, 굴삭 종료 플래그의 내용과, 작업구 위치 자세 연산부(50)의 연산 결과에 기초하여, 붐 실린더(17)의 보텀압 Pbm이 미리 정한 역치 Pth_bm보다도 크고, 또한, 버킷(15)의 저면의 수평면에 대한 각도 θst가 미리 정한 역치 θth_hr보다도 작고, 또한, 굴삭 종료 플래그가 「ON」인지 여부를 판정한다(스텝 S240). 또한, 각도 θst는, 각도 θbm, θam, θbk와, 버킷(15)의 개구면과 저면이 이루는 각과의 합으로서 연산할 수 있다.

스텝 S240의 판정 결과가 '예'인 경우, 즉, 붐 실린더(17)의 보텀압 Pbm이 역치 Pth_bm보다도 크고, 또한, 각도 θst가 역치 th_hr보다도 작고, 또한, 굴삭 종료 플래그가 「ON」인 경우에는, 굴삭 종료 플래그를 「OFF」로 설정하고, 작업구 상태(충전 상태)를 버킷(15) 내에 토사를 충전하고 있는 것을 나타내는 「토사 충전 상태」로 설정한다(스텝 S250).

도 15는, 압력 센서의 검출 결과의 일례를 도시하는 도면이며, 붐 실린더의 보텀압의 검출 결과를 도시하는 도면이다. 또한, 도 16 및 도 17은, 버킷의 자세에 대하여 설명하는 도면이다.

유압 셔블(1)에 의한 굴삭 동작 후의 운반 동작에서는, 버킷(15) 내에 토사를 충전하고 있어 중량이 커지므로, 도 15에 도시한 바와 같이, 버킷(15)을 포함하는 프론트 작업기(12)의 전체의 중량을 지지하는 붐 실린더(17)의 보텀압 Pbm이 커지고, 붐 실린더(17)의 보텀압 Pbm이 토사 충전 판정 역치(Pth_bm) 이상으로 된 경우에, 버킷(15)이 토사를 충전한 상태라고 판단할 수 있다. 또한, 토사의 운반 동작에서는, 도 17에 도시한 바와 같이, 버킷(15)의 개구면을 수평에 가까운 상태로 할 필요가 있다. 즉, 붐 실린더(17)의 보텀압 Pbm이 크고, 버킷(15)의 개구면이 수평에 가깝고, 굴삭 동작이 종료되어 있는(굴삭 종료 플래그가 「ON」임) 경우에, 토사의 운반 동작을 개시했다고 판단할 수 있다. 즉, 스텝 S240의 판정에 의해, 운반 동작이 개시되었는지 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 스텝 S240의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 또는, 스텝 S250의 처리가 종료된 경우에는, 계속해서, 작업구 위치 자세 연산부(50)의 연산 결과에 기초하여, 버킷(15)의 저면의 수평면에 대한 각도 θst가 미리 정한 역치 θth_hr 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S260).

스텝 S260에서의 판정 결과가 '예'인 경우, 즉, 버킷(15)의 개구면이 수평하지 않는 경우에는, 작업구 상태(충전 상태)를 버킷(15) 내에 토사를 충전하고 있지 않은 것을 나타내는 「토사 비충전 상태」로 설정한다(스텝 S270).

도 17에 도시한 바와 같이, 버킷(15)의 개구면이 수평이 아닌 상태이면 내용물이 흘러 넘치므로, 토사가 버킷(15)의 내부에 존재하지 않는다고 판단할 수 있다. 즉, 스텝 S260의 판정에 의해, 버킷(15)의 내부에 토사를 갖고 있지 않은 상태인지 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 스텝 S260의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 또는, 스텝 S270의 처리가 종료된 경우에는, 계속해서, 버킷(15)의 저면의 수평면에 대한 각도 θst가 목표면(5)의 수평면과 이루는 각 θtgt와 미리 정한 역치 θth의 합보다도 작고, 또한, 각도 θst가 각도 θtgt와 역치 θth의 차(θtgt-θth)보다도 큰지 여부를 판정한다(스텝 S280).

스텝 S280에서의 판정 결과가 '예'인 경우에는, 작업구 상태(합치 상태)를 버킷(15)의 저면과 목표면(5)의 방향이 거의 일치하고 있는 것을 나타내는 「자세 합치 상태」로 설정하고(스텝 S281), 처리를 종료한다. 또한, 스텝 S280에서의 판정 결과가 '아니오'인 경우에는, 작업구 상태(합치 상태)를 버킷(15)의 저면의 각도와 목표면(5)의 각도가 일치하고 있지 않은 것을 나타내는 「자세 비합치 상태」로 설정하고(스텝 S282), 처리를 종료한다.

도 16에 도시한 바와 같이, 버킷(15)의 저면의 수평면에 대한 각도 θst가 목표면(5)과 수평면이 이루는 각 θtgt에 대하여 미리 설정되어 있는 역치 θth의 범위에 들어가 있는 경우에는, 버킷(15)의 저면과 목표면(5)의 방향이 거의 일치하고 있다고 판단할 수 있다. 즉, 스텝 S280의 판정에 의해, 버킷(15)의 저면과 목표면(5)의 방향이 합치하고 있는지 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 작업구 동작 형태 호출부(55)에 있어서의 동작 형태 호출 처리에 대하여 설명한다. 작업구 동작 형태 호출부(55)에서는, 작업 상황 판별부(54)에서의 작업 상황 판별 처리(작업 종별 판별 처리, 작업구 상태 판별 처리)의 처리 결과에 기초하여, 작업구 동작 형태 기억부(53)에 기억된 동작 형태를 읽어내는 동작 형태 읽어 내기 처리를 행한다. 또한, 컨트롤러(23)에 있어서의 동작 형태 읽어 내기 처리는, 미리 정한 단위 처리 시간(예를 들어, 샘플링 시간)마다 반복 실행된다.

도 18은, 동작 형태 읽어 내기 처리의 내용을 나타내는 흐름도이다.

도 18에 도시한 바와 같이, 동작 형태 읽어 내기 처리에 있어서, 컨트롤러(23)는 먼저, 작업 상황 판별부(54)의 작업 종별 판별 처리로 판별한 작업 종별이 목표 외 작업으로부터 목표 접근 작업으로 변화한 것인지 여부를 판정한다(스텝 S300). 또한, 스텝 S300에서의 판정 결과가 '예'인 경우에는, 계속해서, 작업 상황 판별부(54)의 작업 종별 판별 처리로 판별한 작업 종별이 자세 합치 상태인지 여부를 판정한다(스텝 S310).

스텝 S310에서의 판정 결과가 '예'인 경우, 즉, 작업 종별이 목표 접근 작업으로 변화하고, 또한, 작업구 상태가 자세 합치 상태인 경우에는, 작업구 동작 형태 기억부(53)로부터 동작 형태로서 「버킷 자세 유지 모드」를 읽어내어 설정한다(스텝 S320).

작업 종별이 목표 외 작업으로부터 목표 접근 상태로 변화하는 상태는, 버킷(15)이 작업 영역(7)에 침입하고자 하고 있는 상태라고 생각되므로, 유압 셔블(1)의 조작자가 목표 부근에서의 작업으로 이행하고자 하고 있는 작업 상황이라고 판단할 수 있다. 또한, 이때, 작업구 상태가 자세 합치 상태인 경우에는, 버킷(15)의 저면을 목표면(5)과 일치시키고자 하고 있는 작업 상황이라고 판단할 수 있다. 즉, 스텝 S300, S310의 판정에 의해, 현재의 작업 상황에 대한 적절한 지원 동작이, 버킷(15)의 저면을 목표면(5)에 일치시키도록 버킷(15)의 각도 제어를 행하는 동작 형태인 「버킷 자세 유지 모드」인지 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 스텝 S300 또는 S300의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 또는, 스텝 S320의 처리가 종료된 경우에는, 계속해서, 작업 종별이 목표 내 작업으로 변화한 것인지 여부를 판정한다(스텝 S330). 또한, 스텝 S330에서의 판정 결과가 '예'인 경우에는, 작업구 상태가 토사 충전 상태인지 여부를 판정한다(스텝 S340).

스텝 S340에서의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 즉, 작업 종별이 목표 내 작업으로 변화하고, 또한, 작업구 상태가 토사 충전 상태가 아닌 경우에는, 작업구 동작 형태 기억부(53)로부터 동작 형태로서 「클로 끝 위치 지정 모드」를 읽어내어 설정한다(스텝 S341).

작업 종별이 목표 내 작업으로 변화한 상태는, 작업 영역(7) 내에서 작업을 실시하고 있는 상태라고 생각된다. 또한, 이때, 작업구 상태가 토사 충전 상태가 아닌 경우에는, 작업 영역 내에서 굴삭을 실시하고자 하고 있는 작업 상황이라고 판단할 수 있다. 즉, 스텝 S330, S340의 판정에 의해, 현재의 작업 상황에 대한 적절한 지원 동작이, 버킷(15)의 클로 끝을 목표면(5)에 일치시키도록 버킷(15)의 위치 제어를 행하는 동작 형태인 「클로 끝 위치 지정 모드」인지 여부를 판정할 수 있다. 또한, 스텝 S340에 있어서, 판정 결과가 '예'인 경우, 즉, 작업구 상태가 토사 충전 상태인 경우에는, 작업 영역(7) 내에서 평탄화 등의 토사를 뿌리는 작업이라고 추정할 수 있으므로, 버킷(15)의 클로 끝을 목표면(5)에 일치시키는 제어는 행하지 않는다.

다음으로, 스텝 S330의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 또는, 스텝 S340의 판정 결과가 '예'인 경우, 또는, 스텝 S341의 처리가 종료된 경우에는, 계속해서, 작업 종별이 목표 이탈 작업으로 변화한 것인지 여부를 판정한다(스텝 S350). 스텝 S350에서의 판정 결과가 '예'인 경우에는, 버킷 자세 유지 모드를 해제하고(스텝 S360), 또한, 클로 끝 위치 지정 모드를 해제한다(스텝 S370).

작업 종별이 목표 이탈 작업으로 변화한 상태는, 버킷(15)이 작업 영역(7)으로부터 이탈하고자 하고 있는 상태이며, 유압 셔블(1)의 조작자가 목표면(5)으로부터 이격된 장소에서의 작업으로 이행하고자 하고 있는 작업 상황이라고 판단할 수 있다. 즉, 스텝 S350의 판정에 의해, 목표면(5)에 대한 작업의 지원 동작을 해제할지 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 스텝 S350에서의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 또는, 스텝 S360, S370의 처리가 종료된 경우에는, 계속해서, 작업 종별이 목표 외 작업 및 목표 내 작업 중 어느 한쪽인지 여부를 판정한다(스텝 S380). 또한, 스텝 S390에서의 판정 결과가 '예'인 경우에는, 계속해서, 작업구 상태가 토사 충전 상태로 변화했는지 여부를 판정한다(스텝 S390).

스텝 S390에서의 판정 결과가 '예'인 경우, 즉, 작업 종별이 목표 외 작업 또는 목표 내 작업이고, 또한, 작업구 상태가 토사 충전 상태로 변화한 경우에는, 작업구 동작 형태 기억부(53)로부터 동작 형태로서 「버킷 수평 유지 모드」를 읽어내어 설정한다(스텝 S400).

목표 외 작업의 경우는 목표면(5)과 이격된 위치에서, 또는 목표 내 작업의 경우는 작업 영역 내에서, 작업구 상태가 토사 충전 상태로 변화한 상태는, 토사를 굴삭하고, 운반을 개시한 작업 상황이라고 판단할 수 있다. 즉, 스텝 S380, S390의 판정에 의해, 버킷(15)의 개구면을 수평하게 유지시키도록 버킷(15)의 각도 제어를 행하는 동작 형태인 「버킷 수평 유지 모드」인지 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 스텝 S380 또는 S390의 판정 결과가 '아니오'인 경우, 또는, 스텝 S400의 처리가 종료된 경우에는, 계속해서, 작업구 상태가 토사 충전 상태인지 여부를 판정한다(스텝 S410). 또한, 스텝 S410에서의 판정 결과가 '예'인 경우에는, 계속해서, 작업 종별이 목표 내 작업 및 목표 외 작업 중 어느 한쪽으로 변화한 것인지 여부를 판정한다(스텝 S420).

스텝 S420에서의 판정 결과가 '예'인 경우, 즉, 작업구 상태가 토사 충전 상태이고, 또한, 작업 종별이 목표 내 작업 또는 목표 외 작업인 경우에는, 버킷 수평 모드를 해제하고(스텝 S430), 처리를 종료한다. 또한, 스텝 S410, S410 중 어느 것의 판정 결과가 '아니오'인 경우에는, 처리를 종료한다.

작업구 상태가 토사 충전 상태이며, 작업 종별이 목표 내 작업 또는 목표 외 작업으로 전환된 상태는, 작업 영역(7) 내의 목표면(5)으로부터 이격된 위치, 또는, 작업 영역(7) 외의 목표면(5)의 상방으로 토사를 운반해 온 작업 상황이라고 판단할 수 있다. 즉, 스텝 S410, S420의 판정에 의해, 방토 동작을 실시할 수 있도록 버킷 수평 유지 모드를 해제할지 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 작업구 동작 보정량 연산부(56)에 있어서의 연산 처리에 대하여 설명한다. 작업구 동작 보정량 연산부(56)에서는, 작업구 위치 자세 연산부(50)의 연산 결과와, 작업 대상 설정부(51)의 설정 내용과, 작업구 동작 형태 호출부(55)에서 호출된 작업 종별과, 조작 버튼(25)의 조작 상태에 기초하여, 지원 동작을 실현하기 위한 제어량(동작 보정량)을 연산한다.

도 19는, 버킷의 지원 동작량의 연산 방법을 설명하는 도면이며, 버킷의 목표면과의 관계를 도시하는 측면도이다.

작업구 동작 보정량 연산부(56)는 먼저, 목표면(5)에 대한 버킷(15)의 선단 위치 Pst의 최근방 점 Pn을 하기의 (식 9)를 사용하여 산출한다.

Pn=Ptl-nㆍ(Pst-Ptl)/|n|^2×n … (식 9)

또한, 상기 (식 9) 중의 「|n|」은 벡터의 놈을 나타낸다.

또한, 버킷(15)의 저면의 수평면에 대한 각도 θst와 목표면(5)의 각도, 또는 수평과의 각도의 차분 dθ를 연산한다. 이것으로부터, 미리 정해져 있는 게인 Kadjp, Kadjθ를 사용하여 버킷(15)의 선단 위치 Pst에 대한 이동 수정 속도 vadj를 하기의 (식 10)으로 산출한다.

vadj=[Kadjp×(Pst-Pn), Kadjθ×dθ]^T … (식 10)

그리고, 이동 수정 속도 vadj를 변환하고 유압 셔블(1)의 각 요동 각속도를 연산한다. 또한, (식 1) 내지 (식 3)의 관계에 대응하는 야코비 행렬 J를 사용하면, 유압 셔블(1)의 보정 요동 각속도 ωadj는 버킷(15)의 선단 위치 Pst의 속도 vadj를 사용하여, 하기의 (식 11) 및 (식 12)와 같이 표현할 수 있다.

J(q)=∂F(q)/∂q … (식 11)

ωadj=(J(q)^-1)×vadj … (식 12)

그리고, 작업구 동작 보정량 연산부(56)는 작업구 동작 형태 호출부(55)의 설정에 기초하여, ωadj를 적용하는 액추에이터를 선택한다. 예를 들어 버킷(15)의 자세를 보정하는 버킷 수평 유지 모드, 또는 버킷 자세 유지 모드의 경우는, ωadj의 버킷(15)의 회동에 관한 성분만을 추출한다. 클로 끝 위치 지정 모드의 경우는 ωadj의 붐(13), 암(14)의 회동에 관한 성분만을 추출하도록 구성한다. 또한, 조작 버튼(25)이 눌러져 있을 때는 ωadj를 0(제로)으로 하도록 구성하고 있고, 유압 셔블(1)이 조작자의 의사와 다른 동작을 한 경우는 강제적으로 지원 동작을 실시하지 않도록 하고 있다.

작업기 제어량 연산부(57)는, 조작 레버(24)로부터 출력되는 조작 신호에 의해 지시되는 조작 지시량 및 작업구 동작 보정량 연산부(56)가 출력하는 보정 요동 각속도 ωadj에 기초하여, 컨트롤 밸브(34, 35, 36, 37), 유압 펌프(39) 및 블리드 오프 유닛(43)을 구동하는 전류 지령(구동 신호)을 연산하고 출력한다. 즉, 작업기 제어량 연산부(57)는 조작 레버(24)의 조작량을, 조작량에 비례한 유압 셔블(1)의 요동 각속도 지령값 ωope로 변환하고, 보정 요동 각속도 ωadj와, 미리 정해진 요동 각속도와 전류 지령의 변환 맵 Kctrl(q)을 사용하여, 전류 지령 Cctrl을 하기의 (식 13)에 의해 산출한다.

Cctrl=Kctrl(q)×(ωope+ωadj) … (식 13)

다음으로, 조작자에 대한 지원 동작의 상태를 표시하는 방법을 설명한다.

도 20은, 지원 동작 중의 버킷의 상태 표시를 도시하는 외관도이다. 컨트롤러(23)는 표시 입력 장치(26) 상에, 버킷(15)과 목표면(5)의 위치 관계를 나타내기 위한 버킷(15)의 정면도 및 측면도인 버킷 상태 표시(97)와, 유압 셔블(1)과 목표면(5)의 위치 관계를 나타내기 위한 유압 셔블(1)의 부감도인 셔블 상태 표시(98)를 표시함과 함께, 지원 동작 내용 표시(99)를 표시함으로써, 작업 상황의 추정 결과, 그리고 지원 동작 내용을 유압 셔블(1)의 조작자에게 통지한다. 이와 같이, 유압 셔블(1)의 작업 상황을 판정하고, 지원 동작 형태를 변경하여 지원 동작을 제어함으로써, 유압 셔블(1)의 작업 내용이나 작업 대상에 따라서 적절한 버킷(15)의 동작을 실현할 수 있어, 작업 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 있어서의 효과를 설명한다.

MC에 있어서 적절한 조작 지원을 실현하기 위해서는, 작업 내용이나 작업 환경에 따라서 MC의 유효화와 무효화를 전환하거나, 적절한 지원 내용을 설정하거나 할 필요가 있다. 그러나, 종래 기술과 같이, 조작 레버에 마련된 조작 부재의 조작에 의해 자동 제어의 유효화와 무효화를 교호로 전환하는 경우에는, 오퍼레이터의 조작 잊어버림에 의해 자동 제어가 무효화된 상태로 작업을 행해 버려, 설계면을 넘어서 굴삭해 버리는 것을 생각할 수 있다. 또한, 오퍼레이터의 조작에 의해 작업 내용을 설정하는 경우에는, 작업 내용이나 지원 내용의 설정을 잘못해 버려, 작업 장치가 원하는 자세가 되지 않고 시공면을 잘못해서 지나치게 굴삭하거나, 시공면으로 운반한 토사를 흘리거나 하여, 충분한 작업 정밀도를 얻어지지 않는 것을 생각할 수 있다. 예를 들어, 시공 대상의 지형을 원하는 형상으로 성형하는 작업에서는, 버킷의 위치와 자세를 맞춰서 버킷 저면과 성형하는 시공면을 일치시키면서 굴삭하는 성형 동작과, 성형한 면에 토사를 흘리지 않도록 버킷 개구면이 수평하게 되는 자세를 취하면서 성형 시에 여분이 된 토사를 이동하는 운반 동작 등을 교호로 실시하는 경우가 있다. 이때, 버킷의 자세가 미리 정해진 각도가 되는 자동 제어를 실시한 경우, 조작 부재의 조작을 잘못해 버려 성형 동작과 운반 동작의 자동 제어를 반대로 실시해 버리면 버킷이 원하는 자세가 되지 않고, 시공면을 잘못해서 지나치게 굴삭하거나, 시공면으로 운반한 토사를 흘리거나 하여, 충분한 작업 정밀도를 얻어지지 않는 경우가 있다. 즉, 상기와 같은 경우에는, 적절한 MC 동작을 실현할 수 없어, 작업 정밀도가 저하되어 버릴 우려가 있다.

이에 반해 본 실시 형태에 있어서는, 하부 주행체(10)와, 하부 주행체(10)에 대하여 선회 가능한 상부 선회체(11)와, 상부 선회체(11)에 설치되고, 서로 회동 가능하게 연결된 복수의 프론트 부재(붐(13), 암(14), 버킷(15))로 이루어지는 다관절형의 프론트 작업기(12)와, 오퍼레이터에 의한 조작량에 따라서, 상부 선회체(11) 및 프론트 작업기(12)를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치(조작 레버(24))와, 조작 장치로부터 출력된 조작 신호에 따라서 생성되는 구동 신호에 기초하여, 복수의 프론트 부재를 각각 구동하는 복수의 프론트 작업기 액추에이터(붐 실린더(17), 암 실린더(18), 버킷 실린더(19))와, 조작 장치로부터 출력된 조작 신호에 기초하여, 상부 선회체(11)를 선회 구동하는 선회 액추에이터(선회 유압 모터(16))와, 상부 선회체(11) 및 프론트 작업기(12)의 자세에 관한 정보인 자세 정보를 검출하는 자세 정보 검출 장치(관성 계측 장치(27 내지 30))와, 조작 장치로부터 출력된 조작 신호와, 자세 정보 검출 장치로 검출된 자세 정보에 기초하여, 미리 정한 목표면(5) 상 및 목표면에 대한 한쪽의 영역 내에서 프론트 작업기(12)가 미리 정한 위치 또는 자세가 되도록, 복수의 프론트 작업기 액추에이터 중 적어도 하나에 구동 신호를 출력하는 조작 보정 제어를 실행하는 제어 장치(컨트롤러(23))를 구비한 작업 기계(유압 셔블(1))에 있어서, 복수의 프론트 작업기 액추에이터 중 적어도 하나의 프론트 작업기 액추에이터의 부하에 관한 정보인 부하 정보를 검출하는 부하 정보 검출 장치(압력 센서(32, 33))와, 미리 정한 목표면(5)의 상방으로 작업 영역(7)을 설정하는 작업 영역 설정 장치(표시 입력 장치(26))를 더 구비하고, 제어 장치는, 조작 장치로부터 출력된 조작 신호와, 자세 정보 검출 장치로 검출된 자세 정보와, 부하 정보 검출 장치로 검출된 부하 정보와, 작업 영역 설정 장치에 의해 설정된 작업 영역에 기초하여, 작업 기계의 현재의 작업에 관한 상황을 나타내는 작업 상황을 판별하고, 판별한 작업 상황에 따라서, 프론트 작업기의 조작 보정 제어에 있어서의 동작의 내용을 나타내는 동작 형태를 미리 설정된 복수의 동작 형태로부터 결정하고, 동작 형태에 따라서 프론트 작업기가 움직이도록 조작 보정 제어를 실행하도록 구성했으므로, 머신 컨트롤에 있어서 적절한 지원 동작을 행할 수 있어, 작업 정밀도를 향상시킬 수 있다.

<제2 실시 형태>

본 발명의 제2 실시 형태를 도 21 및 도 22를 참조하면서 설명한다.

본 실시 형태는, 제1 실시 형태에서 작업구로서 사용한 버킷(15)을 대신하여, 로터리 틸트 버킷(44)을 사용하는 경우를 나타내는 것이다.

도 21은, 로터리 틸트 버킷을 확대하여 도시하는 도면이다. 도면 중, 제1 실시 형태와 마찬가지의 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.

도 21에 있어서, 로터리 틸트 버킷(44)은, 프론트 작업기(12)를 프론트 부재로서 구성하는 암(14)의 선단에 회동축(A4)을 중심으로 회동 가능하게 마련되어 있다. 또한, 로터리 틸트 버킷(44)은, 프론트 작업기(12)에 대한 회동축(A4)에 수직인 2개의 회동축이며 서로 수직인 로터리 회동축(A6)과 틸트 회동축(A5)을 중심으로 각각 회동 가능하게 구성되어 있다. 로터리 틸트 버킷(44)은, 로터리 틸트 버킷(44)을 회동축(A6)을 중심으로 회동 구동하는 로터리 액추에이터로서의 로테이트 모터(46)와, 회동축(A5)을 중심으로 회동 구동하는 틸트 액추에이터로서의 틸트 실린더(45a, 45b)를 구비하고 있다. 즉, 로터리 틸트 버킷(44)은, 버킷 실린더(19)에 의해 암(14)의 선단 회동축(A4)을 중심으로 회동하고, 로터리 틸트 버킷(44)의 연결 부재에 있어서 틸트 실린더(45a, 45b)에 의해 회동축(A4)과 직교하는 회동축(A5)을 중심으로 회동하고, 로터리 틸트 버킷(44)의 연결 부재에 있어서 로테이트 모터(46)에 의해 회동축(A4, A5)와 직교하는 회동축(A6)을 중심으로 회동하도록 구성되어 있다.

로터리 틸트 버킷(44)에는, 자세 정보 검출 장치로서의 로테이트 각도계(47)가 설치되어 있고, 로터리 틸트 버킷(44)의 회동축(A6)에 있어서의 회동 각도(로터리 각도)를 검출할 수 있다. 또한, 자세 정보 검출 장치로서의 관성 계측 장치(30)에 의해, 회동축(A4)에 있어서의 회동 각도에 더하여, 회동축(A5)에 있어서의 회동 각도(틸트 각도)를 검출할 수 있다. 즉, 관성 계측 장치(30)와 로테이트 각도계(47)의 검출 결과에 기초하여, 로터리 틸트 버킷(44)의 방향을 산출할 수 있다.

이러한 작업 기계에서는, 유압 셔블(1)의 차체에 대하여 로터리 틸트 버킷의 위치와 자세를 각각 3개의 자유도로 독립적으로 조정하는 것이 가능해지고, 복잡한 동작을 실현할 수 있다. 이러한 유압 셔블(1)의 경우, 작업구 동작 형태 설정부(52)에 있어서의 작업구의 동작 형태는 제1 실시 형태에 나타낸 바와 같은 버킷(15)의 자세와 클로 끝의 위치에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 로터리 틸트 버킷(44)이 이동하는 방향이나 로터리 틸트 버킷(44)의 A4축 주위의 자세와 맞춰서, A5축, A6축 주위의 자세를 개별로 복수 설정할 수 있다.

도 22는, 로터리 틸트 버킷을 구비한 유압 셔블의 작업의 일례를 도시하는 개관도이다.

도 22에 있어서는, 로터리 틸트 버킷(44)으로 스톡(4)으로부터 퍼낸 토사를 옹벽 아래의 지면 위에 약간 떨어뜨리고, 균일하게 토사를 뿌리는 평탄화 작업을 예시하고 있다. 이때, 연직된 벽면 부근에 대하여 균일하게 토사를 뿌리기 위해서는, 벽면으로부터 적절한 거리를 취한 위치에 목표면(5)을 설정하고, 목표면(5)에 정면으로 대향하는 방향으로 되도록 로터리 틸트 버킷(44)의 자세를 취한 상태 그대로, 목표면(5)에 정면으로 대향하는 방향과 직각인 방향으로 로터리 틸트 버킷(44)을 되돌리면서 이동 가능한 것이 바람직하고, 작업구 동작 형태 설정부(52)에 있어서의 작업구의 동작 형태를 상기와 같이 설정해도 된다.

또한, 작업 상황 판별부(54)에 의한 작업 상황의 판정 방법은 다른 방법에 의해 실시되어도 되고, 예를 들어, 프론트 작업기(12)의 자세와, 붐 실린더(17), 암 실린더(18), 버킷 실린더(19)의 압력에 기초하여 연산한 각 실린더의 추력에 기초하여 로터리 틸트 버킷(44)에 작용하는 반력을 사용하여 연산해도 되고, 또한, 로터리 틸트 버킷(44) 내부의 토사의 페이로드 추정 결과를 사용해도 되는 것은 명백하다.

또한, 작업 대상 설정부(51)와 작업구 동작 형태 설정부(52)에 의해 설정하는 작업 영역과 작업구의 동작 형태의 조합은, 제1 실시 형태와 같이 1개만으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 22에 도시하는 로터리 틸트 버킷(44)을 구비한 유압 셔블(1)의 평탄화 작업과 같이, 옹벽마다 작업 영역을 설정하고, 다른 동작 형태로 지원 동작을 실시하도록 구성해도 된다.

또한, 작업기 제어량 연산부(57)에 있어서, 전류 지령 Cctrl을 요동 각속도와 전류 지령의 변환 맵 Kctrl(q)을 사용하여 산출하는 방법을 예시했지만, 전류 지령의 Cctrl의 연산 방법은 다른 방법이어도 되고, 유압 회로의 압력을 사용한 맵이나, 모델 예측 제어 등의 제어 법칙을 사용하여 제어 지령을 생성해도 되는 것은 물론이다.

그 밖의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 있어서도 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

<부기>

또한, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예나 실시 형태의 조합이 포함된다. 또한, 본 발명은, 상기의 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 상기의 각 구성, 기능 등은, 그것들의 일부 또는 전부를, 예를 들어, 집적 회로에서 설계하는 등에 의해 실현해도 된다. 또한, 상기의 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 소프트웨어로 실현해도 된다.

1: 유압 셔블
3: 홈
4: 스톡
5: 목표면
6: 자재
7: 작업 영역
10: 하부 주행체
11: 상부 선회체
12: 프론트 작업기
13: 붐
14: 암
15: 버킷
16: 선회 유압 모터
17: 붐 실린더
18: 암 실린더
19: 버킷 실린더
22: 조작실
23: 컨트롤러
24: 조작 레버
25: 조작 버튼
26: 표시 입력 장치
27 내지 30: 차체 관성 계측 장치
31: GNSS 안테나
32, 33: 압력 센서
34 내지 37: 컨트롤 밸브
37a : 방향 제어 밸브
37b: 전자 비례 감압 밸브
37c: 전자 비례 감압 밸브
39: 유압 펌프
40: 파일럿 펌프
41: 원동기
42: 작동유 탱크
43: 블리드 오프 유닛
44: 로터리 틸트 버킷
45a, 45b: 틸트 실린더
46: 로테이트 모터
47: 로테이트 각도계
50: 작업구 위치 자세 연산부
51: 작업 대상 설정부
52: 작업구 동작 형태 설정부
53: 작업구 동작 형태 기억부
54: 작업 상황 판별부
55: 작업구 동작 형태 호출부
56: 작업구 동작 보정량 연산부
57: 작업기 제어량 연산부
90: 작업 대상 표시
91: 작업 영역 조정 표시
92: 작업 영역 내 버킷 설정 화면
93: 조정 표시
94: 버킷 자세 조정 표시
95: 결정 버튼
96: 버튼
97: 버킷 상태 표시
98: 셔블 상태 표시
99: 지원 동작 내용 표시
310: 스텝
A4: 회동축
A5: 틸트 회동축
A6: 로터리 회동축

Claims (5)

1. 하부 주행체와,
   상기 하부 주행체에 대하여 선회 가능한 상부 선회체와,
   상기 상부 선회체에 설치되고, 서로 회동 가능하게 연결된 복수의 프론트 부재로 이루어지는 다관절형의 프론트 작업기와,
   오퍼레이터에 의한 조작량에 따라서, 상기 상부 선회체 및 상기 프론트 작업기를 조작하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 장치와,
   상기 조작 장치로부터 출력된 조작 신호에 따라서 생성되는 구동 신호에 기초하여, 상기 복수의 프론트 부재를 각각 구동하는 복수의 프론트 작업기 액추에이터와,
   상기 조작 장치로부터 출력된 조작 신호에 기초하여, 상기 상부 선회체를 선회 구동하는 선회 액추에이터와,
   상기 상부 선회체 및 상기 프론트 작업기의 자세에 관한 정보인 자세 정보를 검출하는 자세 정보 검출 장치와,
   상기 조작 장치로부터 출력된 조작 신호와, 상기 자세 정보 검출 장치로 검출된 자세 정보에 기초하여, 미리 정한 목표면 상 및 상기 목표면에 대한 한쪽의 영역 내에서 상기 프론트 작업기가 미리 정한 위치 또는 자세가 되도록, 상기 복수의 프론트 작업기 액추에이터 중 적어도 하나에 상기 구동 신호를 출력하는 조작 보정 제어를 실행하는 제어 장치를 구비한 작업 기계이며,
   복수의 상기 프론트 작업기 액추에이터 중 적어도 하나의 프론트 작업기 액추에이터의 부하에 관한 정보인 부하 정보를 검출하는 부하 정보 검출 장치와,
   미리 정한 목표면의 상방으로 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 장치를 더 구비하고,
   상기 제어 장치는,
   상기 조작 장치로부터 출력된 조작 신호와, 상기 자세 정보 검출 장치로 검출된 자세 정보와, 상기 부하 정보 검출 장치로 검출된 부하 정보와, 상기 작업 영역 설정 장치에 의해 설정된 상기 작업 영역에 기초하여, 상기 작업 기계의 현재의 작업에 관한 상황을 나타내는 작업 상황을 판별하고,
   판별한 작업 상황에 따라서, 상기 프론트 작업기의 상기 조작 보정 제어에 있어서의 동작의 내용을 나타내는 동작 형태를 미리 설정된 복수의 동작 형태로부터 결정하고,
   상기 동작 형태에 따라서 상기 프론트 작업기가 움직이도록 상기 조작 보정 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 작업 기계가 실시하고 있는 작업의 상태를 나타내는 분류이며, 상기 프론트 작업기의 위치, 동작 방향 및 상기 작업 영역에 기초하여 설정되는 작업 종별과, 상기 프론트 작업기의 선단에, 복수의 상기 프론트 부재의 1개로서 마련된 작업구의 상태를 나타내는 분류이며, 상기 작업구의 상기 목표면에 대한 자세 및 상기 프론트 작업기의 부하에 기초하여 설정되는 작업구 상태에 기초하여, 상기 작업 상황을 판별하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어 장치는,
   상기 작업 종별로서, 상기 프론트 작업기가 상기 작업 영역 외에서 동작하는 상태를 나타내는 목표 외 작업, 상기 프론트 작업기가 상기 작업 영역 외로부터 상기 작업 영역 내로 이동하여 상기 목표면으로 접근하는 상태를 나타내는 목표 접근 작업, 상기 프론트 작업기가 상기 작업 영역 내에서 동작하는 상태를 나타내는 목표 부근 작업 및 상기 프론트 작업기가 상기 목표면으로부터 이격되어 상기 작업 영역 내로부터 상기 작업 영역 외로 이동하는 상태를 나타내는 목표 이탈 작업을 미리 정의하고,
   상기 프론트 작업기와 상기 목표면의 위치 관계, 상기 프론트 작업기의 상기 목표면에 대한 동작 방향 및 상기 작업 영역에 기초하여, 상기 작업 종별을 판별하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
4. 제2항에 있어서,
   상기 프론트 작업기는, 상기 복수의 프론트 부재 중 선단에 마련된 프론트 부재로서, 토사를 충전 가능한 작업구를 갖고,
   상기 제어 장치는,
   상기 작업구 상태로서, 상기 작업구 내에 토사가 있는지 여부를 나타내는 작업구 토사 충전 상태 및 상기 작업구가 상기 목표면에 대하여 미리 정한 상대 각도의 범위 내에 있는지 여부를 나타내는 작업구 자세 상태를 미리 정의하고,
   상기 작업구의 상기 목표면에 대한 자세 및 상기 프론트 작업기의 부하에 기초하여, 상기 작업구 상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
5. 제1항에 있어서,
   상기 프론트 작업기는, 상기 복수의 프론트 부재 중 선단에 마련된 프론트 부재로서, 토사를 충전 가능한 작업구를 갖고,
   상기 제어 장치는,
   상기 동작 형태의 모드로서, 상기 작업구의 상기 목표면에 대한 자세를 현재의 자세로 유지하는 자세 유지 모드, 상기 작업구의 상기 목표면에 대한 자세를 수평하게 유지하는 수평 유지 모드 및 상기 작업구의 위치를 상기 목표면에 일치시키는 위치 지정 모드를 미리 정의하고,
   상기 동작 형태에 따라서 상기 프론트 작업기가 움직이도록 조작 보정 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.

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