KR102528572B1

KR102528572B1 - 쇼벨 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102528572B1
Application number: KR1020227013033A
Authority: KR
Inventors: 춘난 우
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2023-05-02
Also published as: JPWO2015194601A1; EP3159455A4; JP2020125677A; EP3418455B1; EP3159455B1; US20170101761A1; JP7178885B2; EP3418455A1; JP7402736B2; JP2020125676A; CN106661867A; JP7474102B2; US10081928B2; JP7441710B2; CN112359892A; US20210198865A1; KR20220051438A; US20180363270A1; WO2015194601A1; JP2020128690A

Abstract

본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 하부 주행체(1)와, 하부 주행체(1)에 탑재되는 상부 선회체(3)와, 상부 선회체(3)에 장착되는 굴삭어태치먼트와, 굴삭어태치먼트의 자세를 검출하는 자세검출장치(M3)와, 컨트롤러(30)를 구비한다. 컨트롤러(30)는, 자세검출장치(M3)가 검출한 굴삭어태치먼트의 자세의 추이에 근거하여 굴삭대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보를 취득하는 지면형상정보 취득부(33)와, 지면형상정보 취득부(33)가 취득한 굴삭대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 굴삭어태치먼트를 제어하는 굴삭 제어부(34)를 갖는다.

Description

쇼벨 및 그 제어방법{Shovel and Method for Controlling same}

본 발명은, 어태치먼트를 구비한 쇼벨 및 그 제어방법에 관한 것이다.

암을 폐쇄할 때에 암실린더의 로드측 유실(油室)로부터 유출되는 작동유의 유량을 증감시키는 가변스로틀을 갖는 쇼벨이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 쇼벨은, 가변스로틀을 제어하기 위하여 암실린더의 보텀측 유실의 압력을 감시한다. 보텀측 유실의 압력이 소정값 미만이면, 버킷이 지면에 접촉하고 있지 않고 굴삭어태치먼트가 공중에서 동작하고 있다고 판단할 수 있으며, 암이 자체중량으로 낙하하지 않도록 가변스로틀을 흐르는 작동유의 유량을 저감시켜야 한다고 판단할 수 있기 때문이다. 또, 보텀측 유실의 압력이 소정값 이상이면, 버킷이 지면에 접촉하고 있다고 판단할 수 있고, 가변스로틀 부분에서 불필요한 압력손실이 발생하지 않도록 가변스로틀을 흐르는 작동유의 유량을 증대시켜야 한다고 판단할 수 있기 때문이다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2010-230061호

그러나, 상술한 쇼벨은, 암실린더의 보텀측 유실의 압력에 근거하여 버킷과 지면의 접촉을 검지한 후가 아니면 가변스로틀을 흐르는 작동유의 유량을 저감시켜야 하는지 증대시켜야 하는지를 판단할 수 없다. 그 결과, 굴삭 개시 시에 그 유량을 증대시키지 못하고, 가변스로틀 부분에서 불필요한 압력손실을 발생시켜, 쇼벨의 작업효율을 저하시켜 버린다. 이는, 굴삭대상의 지면의 현재 형상을 인식하고 있지 않기 때문에, 버킷이 지면에 접촉하는 시기를 사전에 판단할 수 없는 것에 기인한다.

상술을 감안하여, 작업대상의 지면의 현재 형상을 인식할 수 있는 쇼벨을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체에 탑재되는 상부 선회체와, 상기 상부 선회체에 장착되는 어태치먼트와, 상기 어태치먼트의 자세를 검출하는 자세검출장치와, 제어장치를 구비하는 쇼벨로서, 상기 제어장치는, 상기 자세검출장치가 검출한 상기 어태치먼트의 자세의 추이에 근거하여 작업대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보를 취득하고, 상기 취득한 작업대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 상기 어태치먼트를 제어한다.

상술한 수단에 의하여, 작업대상의 지면의 현재 형상을 인식할 수 있는 쇼벨이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 도 1의 쇼벨에 탑재되는 자세검출장치를 구성하는 각종 센서의 출력내용의 일례를 나타내는 쇼벨의 측면도이다.
도 3은 도 1의 쇼벨에 탑재되는 구동계의 구성예를 나타내는 도이다.
도 4는 컨트롤러의 구성예를 나타내는 기능블록도이다.
도 5는 지면형상정보 취득부가 취득하는 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보의 개념도이다.
도 6a는 재생유로 및 재생해제밸브의 구성예를 나타내는 도이다.
도 6b는 암폐쇄조작 시에 재생해제밸브의 개구면적을 최소로 했을 때의 작동유의 흐름을 나타내는 도이다.
도 6c는 암폐쇄조작 시에 재생해제밸브의 개구면적을 최대로 했을 때의 작동유의 흐름을 나타내는 도이다.
도 7은 개구면적 조정처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 8은 컨트롤러가 재생해제밸브의 개구면적을 조정할 때의 각종 파라미터의 시간적 추이를 나타내는 도이다.
도 9는 굴삭대상지면의 깊이와 기준면의 관계를 나타내는 도이다.
도 10은 버킷각도와 굴삭반력과 굴삭대상지면의 깊이의 관계를 나타내는 도이다.
도 11은 자세자동조정처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 관한 건설기계로서의 쇼벨(굴삭기)에 대하여 설명한다. 다만, 도 1은, 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨의 측면도이다. 도 1에 나타내는 쇼벨의 하부 주행체(1)에는 선회기구(2)를 개재하여 상부 선회체(3)가 탑재된다. 상부 선회체(3)에는 붐(4)이 장착된다. 붐(4)의 선단에는 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는 버킷(6)이 장착된다. 작업요소로서의 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)은, 어태치먼트의 일례인 굴삭어태치먼트를 구성한다. 다만, 어태치먼트는, 상굴(床堀)어태치먼트, 정지(整地)어태치먼트, 준설(浚渫)어태치먼트 등의 다른 어태치먼트여도 된다. 또, 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)은, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압구동된다. 또, 상부 선회체(3)에는 캐빈(10)이 마련되고, 엔진(11) 등의 동력원이 탑재된다. 또, 상부 선회체(3)에는 통신장치(M1), 측위(側位)장치(M2), 자세검출장치(M3), 및 촬상장치(M4)가 장착된다.

통신장치(M1)는, 쇼벨과 외부의 사이의 통신을 제어하는 장치이다. 본 실시예에서는, 통신장치(M1)는, GNSS(Global Navigation Satellite System) 측량시스템과 쇼벨의 사이의 무선통신을 제어한다. 구체적으로는, 통신장치(M1)는, 예를 들면 1일 1회의 빈도로, 쇼벨의 작업을 개시할 때에 작업현장의 지형정보를 취득한다. GNSS 측량시스템은, 예를 들면 네트워크형 RTK-GNSS 측위방식을 채용한다.

측위장치(M2)는, 쇼벨의 위치 및 방향을 측정하는 장치이다. 본 실시예에서는, 측위장치(M2)는, 전자컴퍼스를 장착한 GNSS 수신기이며, 쇼벨의 존재위치의 위도, 경도, 고도를 측정하고, 또한 쇼벨의 방향을 측정한다. 쇼벨의 방향은, 예를 들면, 상부 선회체(3)의 방향 및 어태치먼트의 방향에 대응하며, 하부 주행체(1)의 방향과는 무관하다. 다만, 하부 주행체(1)는, 조작장치(26)(도 3 참조)의 하나인 주행레버의 경도(傾倒)방향에 따라 전진 혹은 후진한다. 그리고, 주행용 유압모터(1A)(좌측용), 주행용 유압모터(1B)(우측용, 비가시)가 배치되는 측(도 1에서는 우측)이 하부 주행체(1)의 후방에 상당한다.

자세검출장치(M3)는, 어태치먼트의 자세를 검출하는 장치이다. 본 실시예에서는, 자세검출장치(M3)는, 굴삭어태치먼트의 자세를 검출하는 장치이다.

촬상장치(M4)는 쇼벨의 주변의 화상을 취득하는 장치이다. 본 실시예에서는, 촬상장치(M4)는, 쇼벨의 상부 선회체(3)에 장착되는 카메라이며, 촬상한 화상에 근거하여 쇼벨의 주위의 지면까지의 거리를 인식하여 작업현장의 지형정보를 취득한다. 다만, 촬상장치(M4)는 스테레오카메라, 거리화상카메라, 3차원 레이저스캐너 등이어도 된다.

도 2는, 도 1의 쇼벨에 탑재되는 자세검출장치(M3)를 구성하는 각종 센서의 출력내용의 일례를 나타내는 쇼벨의 측면도이다. 구체적으로는, 자세검출장치(M3)는, 붐각도센서(M3a), 암각도센서(M3b), 버킷각도센서(M3c), 및 차체경사센서(M3d)를 포함한다.

붐각도센서(M3a)는, 붐각도(θ1)를 취득하는 센서이며, 예를 들면, 붐풋핀의 회전각도를 검출하는 회전각도센서, 붐실린더(7)의 스트로크양을 검출하는 스트로크센서, 붐(4)의 경사각도를 검출하는 경사(가속도)센서 등을 포함한다. 붐각도(θ1)는, XZ 평면에 있어서, 붐풋핀위치(P1)와 암연결핀위치(P2)를 연결하는 선분의 수평선에 대한 각도이다.

암각도센서(M3b)는, 암각도(θ2)를 취득하는 센서이며, 예를 들면, 암연결핀의 회전각도를 검출하는 회전각도센서, 암실린더(8)의 스트로크양을 검출하는 스트로크센서, 암(5)의 경사각도를 검출하는 경사(가속도)센서 등을 포함한다. 암각도(θ2)는, XZ 평면에 있어서, 암연결핀위치(P2)와 버킷연결핀위치(P3)를 연결하는 선분의 수평선에 대한 각도이다.

버킷각도센서(M3c)는, 버킷각도(θ3)를 취득하는 센서이며, 예를 들면, 버킷연결핀의 회전각도를 검출하는 회전각도센서, 버킷실린더(9)의 스트로크양을 검출하는 스트로크센서, 버킷(6)의 경사각도를 검출하는 경사(가속도)센서 등을 포함한다. 버킷각도(θ3)는, XZ 평면에 있어서, 버킷연결핀위치(P3)와 버킷치선(齒先)위치(P4)를 연결하는 선분의 수평선에 대한 각도이다.

차체경사센서(M3d)는, 쇼벨의 Y축을 중심으로 한 경사각(θ4), 및, 쇼벨의 X축을 중심으로 한 경사각(θ5)(도시하지 않음)을 취득하는 센서이며, 예를 들면 2축 경사(가속도)센서 등을 포함한다. 다만, 도 2의 XY 평면은 수평면이다.

도 3은, 도 1의 쇼벨에 탑재되는 구동계의 구성예를 나타내는 도이며, 기계적 동력전달라인, 고압유압라인, 파일럿라인, 전기제어라인, 및 전력라인을 각각 이중선, 실선, 파선(破線), 점선, 및 일점쇄선으로 나타낸다.

쇼벨의 구동계는, 주로, 엔진(11), 발전기(12), 메인펌프(14L, 14R), 파일럿펌프(15), 컨트롤밸브(17), 조작장치(26), 조작내용검출장치(29), 컨트롤러(30), 배터리(70), 전장품(電裝品)(72), 급전장치(74), 및 표시장치(76)를 포함한다.

엔진(11)은, 예를 들면, 소정의 회전수를 유지하도록 동작하는 디젤엔진이다. 또, 엔진(11)의 출력축은, 발전기(12), 메인펌프(14L, 14R) 및 파일럿펌프(15)의 각각의 입력축에 접속된다.

발전기(12)는, 엔진(11)의 구동력을 이용하여 회전함으로써 발전하는 장치이며, 컨트롤러(30), 배터리(70), 전장품(72), 급전장치(74), 표시장치(76) 등에 전기에너지를 공급한다.

메인펌프(14L, 14R)는, 고압유압라인을 통하여 작동유를 컨트롤밸브(17)에 공급하기 위한 장치이며, 예를 들면 경사판식 가변용량형 유압펌프이다.

파일럿펌프(15)는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26) 등의 각종 유압제어기기에 작동유를 공급하기 위한 장치이며, 예를 들면 고정용량형 유압펌프이다.

컨트롤밸브(17)는, 쇼벨에 있어서의 유압계를 제어하는 유압제어장치이다. 구체적으로는, 컨트롤밸브(17)는, 메인펌프(14L, 14R)가 토출하는 작동유의 흐름을 제어하는 유량제어밸브(171~176)를 포함한다. 그리고, 컨트롤밸브(17)는, 유량제어밸브(171~176)를 통하여, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 주행용 유압모터(1A)(좌측용), 주행용 유압모터(1B)(우측용), 및 선회용 유압모터(2A) 중 하나 또는 복수의 것에 대하여 메인펌프(14L, 14R)가 토출하는 작동유를 선택적으로 공급한다. 다만, 이하에서는, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 주행용 유압모터(1A)(좌측용), 주행용 유압모터(1B)(우측용), 및 선회용 유압모터(2A)를 집합적으로 “유압액츄에이터”라고 칭한다.

조작장치(26)는, 조작자가 유압액츄에이터의 조작을 위하여 이용하는 장치이다. 본 실시예에서는, 조작장치(26)는, 파일럿라인(25)을 통하여, 파일럿펌프(15)가 토출하는 작동유를 유압액츄에이터의 각각에 대응하는 유량제어밸브의 파일럿포트에 공급한다. 다만, 파일럿포트의 각각에 공급되는 작동유의 압력(파일럿압)은, 유압액츄에이터의 각각에 대응하는 조작장치(26)의 레버 또는 페달(도시하지 않음)의 조작방향 및 조작량에 따른 압력이다.

조작내용검출장치(29)는, 조작장치(26)를 이용한 조작자의 조작내용을 검출하는 장치이다. 본 실시예에서는, 조작내용검출장치(29)는, 유압액츄에이터의 각각에 대응하는 조작장치(26)의 레버 또는 페달의 조작방향 및 조작량을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 다만, 조작장치(26)의 조작내용은, 퍼텐쇼미터 등, 압력센서 이외의 다른 센서의 출력을 이용하여 도출되어도 된다.

컨트롤러(30)는, 쇼벨을 제어하기 위한 제어장치이며, 예를 들면, CPU, RAM, 비휘발성 메모리 등을 구비한 컴퓨터로 구성된다. 또, 컨트롤러(30)는, 각종 기능요소에 대응하는 프로그램을 ROM으로부터 독출하여 RAM에 로드하고, 각종 기능요소에 대응하는 처리를 CPU에 실행시킨다.

배터리(70)는 전기에너지를 축적하는 장치이며, 예를 들면, 발전기(12)로 발전한 전력으로 충전된다. 또, 배터리(70)의 전기에너지는, 컨트롤러(30), 전장품(72), 급전장치(74), 표시장치(76) 등에 공급된다.

전장품(72)은, 쇼벨에 탑재되는 전기부하이며, 예를 들면, 음성출력장치, 조명장치 등을 포함한다.

급전장치(74)는, 외부 전기기기에 전기에너지를 공급하기 위한 장치이며, 예를 들면, 외부 전기기기의 삽입플러그를 수용하는 플러그 수용부를 포함한다. 외부 전기기기는 공중촬영용 멀티콥터(드론)를 포함한다. 예를 들면, 조작자는, 공중촬영용 멀티콥터의 배터리로부터 뻗는 전원 케이블의 삽입플러그를 급전장치(74)의 플러그 수용부에 삽입함으로써 공중촬영용 멀티콥터의 배터리를 충전할 수 있다.

표시장치(76)는, 각종 정보를 표시하는 장치이며, 예를 들면, 캐빈(10) 내에 설치되는 차재(車載)디스플레이이다. 본 실시예에서는, 표시장치(76)는 촬상장치(M4)에 접속되어, 촬상장치(M4)가 취득한 쇼벨 주변의 화상을 표시할 수 있다.

엔진(11)에 의하여 구동되는 메인펌프(14L, 14R)는, 센터바이패스관로(40L, 40R)의 각각을 거쳐 작동유탱크까지 작동유를 순환시킨다.

센터바이패스관로(40L)는, 컨트롤밸브(17) 내에 배치된 유량제어밸브(171, 173, 및 175)를 통과하는 고압유압라인이다. 또, 센터바이패스관로(40R)는, 컨트롤밸브(17) 내에 배치된 유량제어밸브(172, 174, 및 176)를 통과하는 고압유압라인이다.

유량제어밸브(171, 172, 173)는, 주행용 유압모터(1A)(좌측용), 주행용 유압모터(1B)(우측용), 선회용 유압모터(2A)에 유출입하는 작동유의 유량 및 흐름 방향을 제어하는 스풀밸브이다.

또, 유량제어밸브(174, 175, 176)는, 버킷실린더(9), 암실린더(8), 붐실린더(7)에 유출입하는 작동유의 유량 및 흐름 방향을 제어하는 스풀밸브이다. 다만, 본 실시예에서는, 유량제어밸브(175)의 내부에 재생유로(175a)(도 6a 참조)가 형성된다. 또, 유량제어밸브(175)와 작동유탱크의 사이에는 재생해제밸브(50)가 장착된다.

다음으로, 도 4를 참조하여 컨트롤러(30)의 기능에 대하여 설명한다. 다만, 도 4는, 컨트롤러(30)의 구성예를 나타내는 기능블록도이다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 통신장치(M1), 측위장치(M2), 자세검출장치(M3), 촬상장치(M4)의 출력을 받아 각종 연산을 실행하고, 그 연산결과에 따른 제어지령을 제어대상(예를 들면, 엔진(11), 메인펌프(14L, 14R), 컨트롤밸브(17), 재생해제밸브(50) 등임)에 대하여 출력한다.

구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 주로, 지형데이터베이스 갱신부(31), 위치좌표 갱신부(32), 지면형상정보 취득부(33), 및 굴삭 제어부(34)를 포함한다.

지형데이터베이스 갱신부(31)는, 작업현장의 지형정보를 참조 가능하게 체계적으로 기억하는 지형데이터베이스를 갱신하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 지형데이터베이스 갱신부(31)는, 예를 들면 쇼벨의 기동 시에 통신장치(M1)를 통하여 작업현장의 지형정보를 취득하여 지형데이터베이스를 갱신한다. 지형데이터베이스는 비휘발성 메모리 등에 기억된다. 또, 작업현장의 지형정보는, 예를 들면 세계 측위계에 근거하는 3차원 지형모델로 기술된다.

또, 지형데이터베이스 갱신부(31)는 촬상장치(M4)의 출력을 이용하여 지형데이터베이스를 갱신해도 된다. 이 경우, 촬상장치(M4)는 쇼벨로부터 독립되어 있어도 된다. 또, 컨트롤러(30)는 통신장치(M1)를 통하여 촬상장치(M4)가 출력하는 지형정보를 취득해도 된다. 구체적으로는, 촬상장치(M4)는, 공중촬영용 멀티콥터, 작업현장에 설치된 철탑 등에 장착되며, 작업현장을 위에서 본 화상에 근거하여 작업현장의 지형정보를 취득해도 된다. 또, 촬상장치(M4)는, 공중촬영용 멀티콥터에 장착된 경우, 1시간에 1회 정도의 빈도로 혹은 실시간으로, 작업현장을 위에서 본 화상을 촬상하여 작업현장의 지형정보를 취득해도 된다.

또, 지형데이터베이스 갱신부(31)는, 예를 들면, 1일 1회의 빈도로 통신장치(M1)를 통하여 작업현장의 지형정보를 취득하고, 또한, 1시간에 1회의 빈도로 혹은 실시간으로 촬상장치(M4)를 통하여 작업현장의 지형정보를 취득하여 지형데이터베이스를 갱신해도 된다.

또, 지형데이터베이스 갱신부(31)는, 통신장치(M1)를 통하여 취득한 지형정보와 촬상장치(M4)를 통하여 취득한 지형정보를 병용하는 경우, 통신장치(M1)를 통하여 취득한 지형정보를 보정하기 위하여, 촬상장치(M4)를 통하여 취득한 지형정보를 이용해도 된다. 이 경우, 지형데이터베이스 갱신부(31)는, 통신장치(M1)가 지형정보를 취득하는 주기(간격)보다 긴 주기(간격)로 지형정보를 보정해도 된다.

위치좌표 갱신부(32)는, 쇼벨의 현재위치를 나타내는 좌표 및 방향을 갱신하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 위치좌표 갱신부(32)는, 측위장치(M2)의 출력에 근거하여 세계 측위계에 있어서의 쇼벨의 위치좌표 및 방향을 취득하고, 비휘발성 메모리 등에 기억되는 쇼벨의 현재위치를 나타내는 좌표 및 방향에 관한 데이터를 갱신한다.

또, 위치좌표 갱신부(32)는, 지형데이터베이스 갱신부(31)의 경우와 마찬가지로, 촬상장치(M4)의 출력을 이용하여 쇼벨의 현재위치를 나타내는 좌표 및 방향을 갱신해도 된다. 이 경우, 위치좌표 갱신부(32)는, 측위장치(M2)의 출력과 촬상장치(M4)의 출력을 병용하여 쇼벨의 현재위치를 나타내는 좌표 및 방향에 관한 데이터를 실시간으로 갱신해도 된다. 또, 위치좌표 갱신부(32)는, 촬상장치(M4)의 출력에만 근거하여 쇼벨의 현재위치를 나타내는 좌표 및 방향에 관한 데이터를 실시간으로 갱신해도 된다.

지면형상정보 취득부(33)는, 작업대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보를 취득하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 지면형상정보 취득부(33)는, 지형데이터베이스 갱신부(31)가 갱신한 지형정보와, 위치좌표 갱신부(32)가 갱신한 쇼벨의 현재위치를 나타내는 좌표 및 방향과, 자세검출장치(M3)가 검출한 굴삭어태치먼트의 자세의 과거의 추이에 근거하여 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보를 취득한다.

도 5는, 지면형상정보 취득부(33)가 취득하는 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보의 개념도이다. 또한, 도 5의 파선으로 나타내는 복수의 버킷형상은, 전회의 굴삭동작 시의 버킷(6)의 궤적을 나타낸다. 버킷(6)의 궤적은, 자세검출장치(M3)가 과거에 검출한 굴삭어태치먼트의 자세의 추이로부터 도출된다. 또, 도 5의 굵은 실선은, 지면형상정보 취득부(33)가 파악하고 있는 굴삭대상지면의 현재의 단면형상을 나타내고, 굵은 점선은, 지면형상정보 취득부(33)가 파악하고 있는 전회의 굴삭동작이 행해지기 전의 굴삭대상지면의 단면형상을 나타낸다. 즉, 지면형상정보 취득부(33)는, 전회의 굴삭동작이 행해지기 전의 굴삭대상지면의 형상으로부터, 전회의 굴삭동작 시에 버킷(6)이 통과한 공간에 대응하는 부분을 제거함으로써 굴삭대상지면의 현재 형상을 도출한다. 또, 도 5의 일점쇄선으로 나타내는 Z축 방향으로 뻗는 각 블록은 3차원 지형모델의 각 요소를 나타낸다. 각 요소는 예를 들면 XY 평면에 평행한 단위면적의 상면과 -Z방향으로 무한대의 길이를 갖는 모델로 표현된다. 또한, 3차원 지형모델은 3차원 메시모델로 표현되어도 된다.

굴삭 제어부(34)는, 굴삭어태치먼트를 제어하는 기능요소이다. 본 실시예에서는, 굴삭 제어부(34)는, 지면형상정보 취득부(33)가 취득한 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 굴삭어태치먼트를 제어한다.

구체적으로는, 굴삭 제어부(34)는, 자세검출장치(M3)가 검출하는 굴삭어태치먼트의 현재의 자세와, 지면형상정보 취득부(33)가 취득한 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보(전회의 굴삭동작 시의 자세정보로부터 산출되는 정보)에 근거하여 굴삭상태를 판단한다. 예를 들면, 굴삭 제어부(34)는, 버킷(6)의 치선이 굴삭대상지면에 접촉하고 있는지를 판정한다. 그리고, 버킷(6)의 치선이 굴삭대상지면에 접촉하고 있다고 판정한 경우, 제어모드를 “지표면모드”에서 “지중(地中)모드”로 전환한다. 특히, 굴삭어태치먼트(버킷(6)의 치선)가 지표면보다 위에 존재하는 경우에 암(5)을 폐쇄할 때에는 암실린더(8)의 로드측 유실을 보텀측 유실보다 고압으로 하여 자체중량낙하시키는 것이 바람직하다. 또, 지면접촉 후의 굴삭작업에서는, 굴삭을 위하여 암실린더(8)의 보텀측 유실을 로드측 유실보다 고압으로 할 필요가 있다. 이로 인하여, 굴삭 제어부(34)는, 원활하게 굴삭을 개시하기 위하여, 버킷(6)이 굴삭대상지면에 접촉하고 있는지를 정확하게 판정한 후에 메인펌프(14L, 14R)가 토출하는 고압의 작동유를 암실린더(8)의 보텀측 유실에 공급한다. 그리고, 제어대상이 예를 들면 재생해제밸브(50)인 경우에는, 굴삭 제어부(34)는, 버킷(6)의 치선이 굴삭대상지면에 접촉할 때에, 재생해제밸브(50)에 대하여 제어지령을 출력하여 그 개구면적을 증대시킨다. 다만, “접촉할 때”는 “접촉하기 직전”을 포함하고, 굴삭 제어부(34)는, 바람직하게는, 버킷(6)의 치선이 굴삭대상지면에 접촉하기 직전에 재생해제밸브(50)에 대하여 제어지령을 출력하여 그 개구면적을 증대시킨다. 또한, 미리 입력된 토사밀도정보에 근거하여 굴삭어태치먼트를 제어해도 된다. 예를 들면, 토사밀도가 클수록 개구면적이 커지도록 해도 된다.

또, 굴삭 제어부(34)는 엔진(11), 메인펌프(14L, 14R) 등을 제어대상으로 해도 된다. 이 경우, 버킷(6)이 굴삭대상지면에 접촉하고 있다고 판정했을 때에 제어모드를 “지표면모드”에서 “지중모드”로 전환한다. 그리고, 엔진(11)의 회전수지령을 상승시키거나, 혹은, 메인펌프(14L, 14R)의 경사판의 경전각(傾轉角)을 변경하는 등 하여 굴삭어태치먼트의 출력마력을 증대시킨다. 그 결과, “지중모드”로 작업할 때에 굴삭어태치먼트의 구동력을 증대시킬 수 있다. 또, “지표면모드” 시에는 그 출력마력을 저감시켜 연비를 향상시킬 수 있다.

굴삭 제어부(34)는, 상술한 각 제어대상의 제어를 단독으로 실행해도 되고, 조합하여 실행해도 된다. 또, 이 제어는 굴삭대상지면의 현재 형상이 목표형상이 될 때까지 실행되어도 된다. 예를 들면, 굴삭대상지면의 깊이가 미리 설정된 목표면의 깊이에 도달할 때까지 실행되어도 된다. 다만, 굴삭대상지면의 깊이가 목표면의 깊이에 도달하면, 그것보다 깊은 굴삭은 제한되어도 된다.

도 6a~도 6c는, 재생유로(175a) 및 재생해제밸브(50)의 구성예를 나타내는 도이다. 구체적으로는, 도 6a는, 도 3에 나타내는 컨트롤밸브(17)에 있어서의 유량제어밸브(175) 및 재생해제밸브(50)를 포함하는 부분의 확대도이다. 또, 도 6b는 암폐쇄조작 시에 재생해제밸브(50)의 개구면적을 최소로 했을 때의 작동유의 흐름을 나타내고, 도 6c는 암폐쇄조작 시에 재생해제밸브(50)의 개구면적을 최대로 했을 때의 작동유의 흐름을 나타낸다.

재생유로(175a)는, 암폐쇄조작 시에 수축측 유실인 암실린더(8)의 로드측 유실로부터 유출되는 작동유를 신장측 유실인 보텀측 유실에 유입(재생)시키는 유로이다. 또, 재생유로(175a)는, 보텀측 유실로부터 로드측 유실로의 작동유의 흐름을 방지하는 역류방지밸브를 포함한다. 다만, 재생유로(175a)는, 유량제어밸브(175)의 외부에 형성되어도 된다.

재생해제밸브(50)는, 암실린더(8)의 로드측 유실로부터 유출되어 작동유탱크에 흐르는 작동유의 유량을 조정하는 밸브이다. 본 실시예에서는, 재생해제밸브(50)는, 컨트롤러(30)로부터의 제어지령에 따라 동작하는 전자(電磁)밸브이며, 유량제어밸브(175)와 작동유탱크의 사이의 유로(50a)의 유로면적을 증감시켜 유로(50a) 및 재생유로(175a)의 각각을 흐르는 작동유의 유량을 조정한다.

구체적으로는, 재생해제밸브(50)는, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(30)로부터의 제어지령에 따라 그 개구면적을 저감시켜 유로(50a)를 흐르는 작동유의 유량을 저감시키고 또한 재생유로(175a)를 흐르는 작동유의 유량을 증대시킨다. 이 구성에 의하여, 재생해제밸브(50)는, 굴삭어태치먼트를 공중에서 동작시키는 경우에 암(5)이 그 자체중량에 의하여 낙하하는 것을 방지할 수 있다.

또, 재생해제밸브(50)는, 도 6c에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(30)로부터의 제어지령에 따라 그 개구면적을 증대시켜 유로(50a)를 흐르는 작동유의 유량을 증대시키고 또한 재생유로(175a)를 흐르는 작동유의 유량을 저감 혹은 소실시킨다. 이 구성에 의하여, 재생해제밸브(50)는, 굴삭 중임에도 관계없이, 즉 굴삭어태치먼트가 지면에 접촉하고 있음에도 관계없이, 유로(50a)에서 불필요한 압력손실을 발생시켜 굴삭력을 저감시켜 버리는 것을 방지할 수 있다.

다만, 재생해제밸브(50)는, 암실린더(8)의 로드측 유실과 유량제어밸브(175)의 사이에 설치되어도 된다.

다음으로, 도 7을 참조하여, 컨트롤러(30)가 재생해제밸브(50)의 개구면적을 조정하는 처리(이하, “개구면적 조정처리”라고 함)에 대하여 설명한다. 다만, 도 7은, 개구면적 조정처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 컨트롤러(30)는, 쇼벨 가동 중, 소정의 제어주기로 반복하여 이 개구면적 조정처리를 실행한다.

먼저, 컨트롤러(30)는, 암폐쇄조작이 행해졌는지를 판정한다(단계 S1). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 조작내용검출장치(29)의 출력에 근거하여 암조작레버가 폐쇄방향으로 조작되었는지를 판정한다.

암폐쇄조작이 행해지고 있지 않다고 판정한 경우(단계 S1의 NO), 컨트롤러(30)는 금회의 개구면적 조정처리를 종료시킨다.

암폐쇄조작이 행해졌다고 판정한 경우(단계 S1의 YES), 컨트롤러(30)는, 굴삭어태치먼트와 지면이 접촉하고 있는지를 판정한다(단계 S2). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 자세검출장치(M3)의 출력으로부터 도출되는 버킷(6)의 치선의 현재위치와, 지면형상정보 취득부(33)가 취득한 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 버킷(6)의 치선이 지면에 접촉하고 있는지 아닌지를 판정한다.

그리고, 굴삭어태치먼트와 지면이 접촉하고 있다고 판정한 경우(단계 S2의 YES), 컨트롤러(30)는, 필요에 따라 재생해제밸브(50)의 개구면적을 증대시킨다(단계 S3). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)의 치선이 지면에 접촉하고 있다고 판정한 경우, 재생해제밸브(50)의 개구면적이 소정값 미만이면, 그 개구면적을 소정값까지 증대시킨다.

한편, 굴삭어태치먼트와 지면이 접촉하고 있지 않다고 판정한 경우(단계 S2의 NO), 컨트롤러(30)는, 필요에 따라 재생해제밸브(50)의 개구면적을 저감시킨다(단계 S4). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 버킷(6)의 치선이 지면에 접촉하고 있지 않다고 판정한 경우, 재생해제밸브(50)의 개구면적이 소정값보다 크면, 재생해제밸브(50)의 개구면적을 소정값까지 저감시킨다.

다음으로, 도 8을 참조하여, 컨트롤러(30)가 재생해제밸브(50)의 개구면적을 조정할 때의 각종 파라미터의 시간적 추이에 대하여 설명한다. 다만, 도 8의 (a)는 암실린더(8)의 로드측 유실의 압력의 시간적 추이를 나타낸다. 또, 도 8의 (b)는 지면접촉 플래그의 시간적 추이를 나타내고, 도 8의 (c)는 재생해제밸브(50)의 개구면적의 시간적 추이를 나타낸다. 다만, 도 8의 (a)~도 8의 (c)의 각각의 시간축(가로축)은 공통이다. 또, 지면접촉 플래그는, 컨트롤러(30)에 의한 굴삭어태치먼트와 지면의 접촉의 유무의 판정결과를 나타낸다. 구체적으로는, 지면접촉 플래그의 값 “OFF”는, 컨트롤러(30)에 의하여 “접촉 없음”이라고 판정되어 있는 상태를 나타내고, 지면접촉 플래그의 값 “ON”은, 컨트롤러(30)에 의하여 “접촉 있음”이라고 판정되어 있는 상태를 나타낸다. 또, 도 8의 실선으로 나타내는 추이는, 실제의 접촉과 “접촉 있음”의 판정이 동시에 행해진 경우의 추이를 나타낸다. 한편, 도 8의 파선으로 나타내는 추이는, “접촉 있음”의 판정이 실제의 접촉보다 전에 행해진 경우의 추이를 나타내고, 도 8의 일점쇄선으로 나타내는 추이는, “접촉 있음”의 판정이 실제의 접촉보다 후에 행해진 경우의 추이를 나타낸다.

구체적으로는, “접촉 있음”의 판정이 실제의 접촉보다 전에 행해진 경우, 지면접촉 플래그는, 도 8의 (b)의 파선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t1에 있어서 값 “OFF”에서 값 “ON”으로 전환된다. 다만, 본 실시예에서는 실제의 접촉은 시각 t2에 있어서 발생한다. 그리고, 지면접촉 플래그를 값 “ON”으로 전환하면, 컨트롤러(30)는, 재생해제밸브(50)의 개구면적을 증대시킨다. 이로 인하여, 재생해제밸브(50)의 개구면적은, 도 8의 (c)의 파선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t1에 있어서 값 An에서 값 Aw(>An)로 조정된다. 또한, 값 An은 암(5)을 공중에서 동작시킬 때에 최적인 값으로서 미리 설정되는 개구면적이며, 값 Aw는 굴삭 중에 암(5)을 동작시킬 때에 최적인 값으로서 미리 설정되는 개구면적이다. 그 결과, 암실린더(8)의 로드측 유실의 압력은, 도 8의 (a)의 파선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t1에 있어서 감소하기 시작하여, 실제의 접촉이 일어날 때까지 계속 감소한다. 암(5)이 자체중량으로 낙하하기 때문이다. 그리고, 시각 t2에 있어서 실제의 접촉이 일어난 후에(시각 t2와 시각 t3의 사이에서) 증가로 전환되고, 그 후는 작업반력으로서의 굴삭반력에 따른 값까지 증대된다.

이와 같이, 컨트롤러(30)는, “접촉 있음”의 판정을 실제의 접촉보다 전에 행하면, 암실린더(8)의 로드측 유실의 압력을 일시적으로 급감시켜 버리기 때문에, 캐비테이션을 발생시킬 우려가 있다.

한편, “접촉 있음”의 판정이 실제의 접촉보다 후에 행해진 경우, 실제의 접촉이 일어나는 시각 t2에서는 재생해제밸브(50)의 개구면적은 작은 상태 그대로이기 때문에, 로드측 유실의 압력은 상승해 버린다. 그리고, 지면접촉 플래그는, 도 8의 (b)의 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t3에 있어서 값 “OFF”에서 값 “ON”으로 전환된다. 이로 인하여, 재생해제밸브(50)의 개구면적은, 도 8의 (c)의 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t3에 있어서 값 An에서 값 Aw로 조정된다. 그 결과, 암실린더(8)의 로드측 유실의 압력은, 도 8의 (a)의 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 실제의 접촉이 일어나는 시각 t2에서 증가하기 시작하여, 시각 t3에 있어서 재생해제밸브(50)의 개구면적이 값 Aw로 증대될 때까지 계속 증가한다. 굴삭반력과 재생해제밸브(50)에서의 압력손실에 의한 영향을 받기 때문이다. 그리고, 시각 t3에 있어서 재생해제밸브(50)의 개구면적이 값 Aw로 증대되면 감소로 전환되고, 그 후는 굴삭반력에 따른 값까지 감소한다.

이와 같이, 컨트롤러(30)는, “접촉 있음”의 판정을 실제의 접촉보다 후에 행하면, 암실린더(8)의 로드측 유실의 압력을 일시적으로 증가시켜 버리기 때문에, 굴삭어태치먼트의 움직임을 불안정하게 하고, 또한 작업효율을 저하시켜 버린다.

따라서, 컨트롤러(30)는, 자세검출장치(M3)가 검출하는 굴삭어태치먼트의 현재의 자세와, 지면형상정보 취득부(33)가 취득한 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 굴삭어태치먼트가 굴삭대상지면에 접촉하고 있는지를 판정한다. “접촉 있음”의 판정을 실제의 접촉과 동시에 행하기 위함이다.

“접촉 있음”의 판정이 실제의 접촉과 동시에 행해진 경우, 지면접촉 플래그는, 도 8의 (b)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t2에 있어서 값 “OFF”에서 값 “ON”으로 전환된다. 이로 인하여, 재생해제밸브(50)의 개구면적은, 도 8의 (c)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 시각 t2에 있어서 값 An에서 값 Aw로 조정된다. 그 결과, 암실린더(8)의 로드측 유실의 압력은, 도 8의 (a)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 실제의 접촉이 일어나는 시각 t2에서 감소하기 시작하여, 그 후는 굴삭반력에 따른 값까지 감소한다. 실제의 접촉이 일어나기 전에 일시적으로 급감하는 경우는 없고, 실제의 접촉이 일어난 후에 재생해제밸브(50)에서의 압력손실에 의한 영향을 받아 증가하는 경우도 없다.

이상의 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 자세검출장치(M3)가 검출한 어태치먼트의 자세의 추이에 근거하여 작업대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보를 취득한다. 그리고, 취득한 작업대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 어태치먼트를 제어한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 굴삭어태치먼트의 현재의 자세와 굴삭대상지면의 현재 형상에 근거하여 재생해제밸브(50)의 개구면적을 조정한다. 구체적으로는, 버킷(6)의 치선의 현재위치와 굴삭대상지면의 현재 형상에 근거하여 재생해제밸브(50)의 개구면적을 조정한다. 이로 인하여, 버킷(6)의 치선이 굴삭대상지면에 접촉함과 동시에, 암실린더(8)의 로드측 유실로부터 작동유탱크로 유출되는 작동유의 재생해제밸브(50)에서의 압력손실을 저감 혹은 소실시킬 수 있다. 그 결과, 컨트롤러(30)는, 암실린더압의 변화 등에 근거하여 버킷(6)의 치선과 굴삭대상지면의 접촉의 유무를 판정하는 경우에 비하여, 보다 정확하게 접촉의 유무를 판정할 수 있어, 오판정을 억제할 수 있다. 또, 접촉의 유무의 오판정을 억제함으로써 조작성 및 작업효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 버킷(6)의 치선이 지면에 접촉함과 동시에, 암(5)의 자체중량낙하의 방지를 위하여 재생해제밸브(50) 부분에서 발생시키고 있었던 압력손실을 저감 혹은 소실시킬 수 있어, 압력손실분만큼 굴삭에 필요한 힘이 증대해 버리는 것을 방지할 수 있다. 또, 지면과의 접촉 전에 암(5)이 자체중량낙하해 버리는 것을 방지할 수 있고, 캐비테이션의 발생을 방지할 수 있다.

다만, 컨트롤러(30)는, 암실린더(8)에 관한 재생해제밸브(50)의 개구면적을 조정하는 것과 마찬가지로, 붐실린더(7)에 관한 재생해제밸브(도시하지 않음)의 개구면적을 조정해도 되고, 버킷실린더(9)에 관한 재생해제밸브(도시하지 않음)의 개구면적을 조정해도 된다.

다음으로, 도 9~도 11을 참조하여, 컨트롤러(30)의 굴삭 제어부(34)에 의한 굴삭어태치먼트 제어의 다른 예에 대하여 설명한다. 다만, 도 9는, 굴삭대상지면의 깊이와 기준면의 관계를 나타내는 도이다. 기준면은, 굴삭대상지면의 깊이를 정하는 기준이 되는 평면이다. 본 실시예에서는, 기준면은 쇼벨의 중심점(R)이 위치하는 수평면이며, 중심점(R)은 쇼벨의 선회축과 하부 주행체(1)의 접지면의 교점이다.

구체적으로는, 도 9의 일점쇄선으로 나타내는 굴삭어태치먼트는, 일점쇄선으로 나타내는 기준면과 동일한 깊이의 굴삭대상지면을 굴삭할 때의 굴삭어태치먼트의 자세를 나타낸다. 이 경우, 굴삭대상지면의 깊이(D)는 기준면의 깊이(D0(=0))와 동일하다. 다만, 굴삭대상지면의 깊이(D)는, 지면형상정보 취득부(33)가 취득한 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보(전회의 굴삭동작 시의 자세정보로부터 산출되는 정보)에 근거하여 도출된다. 또, 굴삭대상지면의 깊이(D)는, 자세검출장치(M3)가 검출한 굴삭어태치먼트의 현재의 자세에 근거하여 도출되어도 된다.

또, 도 9의 파선으로 나타내는 굴삭어태치먼트는, 파선으로 나타내는 굴삭대상지면을 굴삭할 때의 굴삭어태치먼트의 자세를 나타낸다. 이 경우, 굴삭대상지면의 깊이(D)는 깊이 D1(>D0)로 나타난다.

또, 도 9의 실선으로 나타내는 굴삭어태치먼트는, 실선으로 나타내는 굴삭대상지면을 굴삭할 때의 굴삭어태치먼트의 자세를 나타낸다. 이 경우, 굴삭대상지면의 깊이(D)는 깊이 D2(>D1)로 나타난다.

다만, 굴삭대상지면은 기준면보다 높은 위치에 있어도 된다. 이 경우, 굴삭대상지면의 깊이(D)는 부의 값으로 나타나도 된다.

도 10은, 버킷각도(θ3)와 굴삭반력(F)과 굴삭대상지면의 깊이(D)의 관계를 나타내는 도이다. 구체적으로는, 도 10의 (a)는, 버킷(6)을 버킷각도 30°로부터 버킷각도 180°까지 폐쇄할 때의 버킷(6)의 자세의 추이를 나타낸다. 다만, 도 10의 (a)의 파선으로 나타내는 버킷(6)은 버킷각도 30°일 때의 자세를 나타내고, 도 10의 (a)의 실선으로 나타내는 버킷(6)은 버킷각도 180°일 때의 자세를 나타낸다.

도 10의 (b)는, 굴삭대상지면의 깊이(D)와 소정의 버킷폐쇄조작이 행해지는 경우의 굴삭반력(F)의 추이 또는 피크값과의 대응 관계를 미리 기억하는 대응테이블의 내용의 일례를 나타낸다. 구체적으로는, 도 10의 (b)는, 버킷각도 30°부터 버킷각도 180°까지 버킷(6)을 폐쇄할 때의 버킷각도(θ3)에 대한 굴삭반력(F)의 추이를 나타낸다. 다만, 대응테이블은, 실측 데이터의 분석에 근거하여 생성되는 데이터테이블이며, 예를 들면 비휘발성 메모리에 미리 등록되어 있다.

또, 도 10의 (c)는 버킷각도(θ3)의 시간적 추이를 나타내고, 도 10의 (d)는 도 10의 (b)의 대응테이블을 이용하여 산출되는 굴삭반력(F)의 시간적 추이를 나타낸다. 다만, 도 10의 (c) 및 도 10의 (d)의 각각의 시간축(가로축)은 공통이다.

또, 도 10의 (b) 및 도 10의 (d)의 일점쇄선으로 나타내는 추이는, 굴삭대상지면의 깊이(D)가 깊이 D0일 때의 추이를 나타낸다. 또, 파선으로 나타내는 추이는, 굴삭대상지면의 깊이(D)가 깊이 D1일 때의 추이를 나타내고, 실선으로 나타내는 추이는, 굴삭대상지면의 깊이(D)가 깊이 D2일 때의 추이를 나타낸다.

도 10의 (a) 및 도 10의 (c)에 나타내는 바와 같은 버킷각도 30°부터 180°까지의 버킷폐쇄조작이 행해진 경우, 굴삭반력(F)은, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 버킷각도(θ3)가 소정의 각도(예를 들면 100°)에 이를 때까지 증대된 후에 감소로 전환되고, 버킷각도(θ3)가 180°에 도달했을 때에 제로에 이른다. 이 경향은, 굴삭대상지면의 깊이(D)에 관계없이 동일하다. 단, 굴삭반력(F)의 피크값은, 굴삭대상지면의 깊이(D)의 변화에 따라 변화된다. 도 10의 (b) 및 도 10의 (d)는, 굴삭대상지면의 깊이(D)가 깊어질수록 굴삭반력(F)의 피크값이 커지는 경향을 일례로서 나타낸다.

따라서, 컨트롤러(30)의 굴삭 제어부(34)는, 지면형상정보 취득부(33)가 취득한 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 굴삭대상지면의 현재의 깊이(D)를 도출한다. 그리고, 굴삭 제어부(34)는, 굴삭대상지면의 현재의 깊이(D)에 따라, 소정의 버킷폐쇄조작이 행해지는 경우의 굴삭반력(F)의 피크값을 추정한다. 그 후, 굴삭 제어부(34)는, 추정한 굴삭반력(F)의 피크값이 소정값을 상회하는지를 판정한다. 그리고, 상회한다고 판정한 경우에는, 굴삭어태치먼트의 움직임을 제어하여 그 피크값이 소정값을 초과하지 않도록 한다. 굴삭반력(F)이 지나치게 커져 굴삭어태치먼트의 움직임이 불안정해지는 것을 방지하기 위함이다. 예를 들면, 굴삭 제어부(34)는, 조작자에 의한 붐상승조작의 유무에 관계없이, 버킷폐쇄동작 중에 붐(4)을 자동적으로 상승시킴으로써 굴삭반력(F)의 피크값이 소정값을 초과하지 않도록 한다. 예를 들면, 굴삭 제어부(34)는, 조작자가 알아차리지 못할 정도의 상승률(단위시간당 붐(4)의 회동(回動)각도)로 붐(4)을 자동적으로 상승시킨다. 이로 인하여, 굴삭 제어부(34)는, 붐(4)이 자동적으로 상승한 것을 조작자가 알아차리지 못하도록 굴삭어태치먼트의 움직임을 원활하게 할 수 있어, 조작감을 향상시킬 수 있다. 다만, 이 경우의 굴삭 제어부(34)의 제어대상은, 재생해제밸브(50)가 아닌 유량제어밸브(176)이다. 예를 들면, 굴삭 제어부(34)는, 유량제어밸브(176)의 파일럿압을 증감시키는 전자밸브(도시하지 않음)에 대하여 제어지령을 출력하여 유량제어밸브(176)를 자동적으로 이동시킨다. 또, 이 제어는 굴삭대상지면의 현재 형상이 목표형상이 될 때까지 실행되어도 된다. 예를 들면, 굴삭대상지면의 깊이가 미리 설정된 목표면의 깊이에 도달할 때까지 실행되어도 된다. 다만, 굴삭대상지면의 깊이가 목표면의 깊이에 도달하면, 그보다 깊은 굴삭은 제한되어도 된다.

도 11은, 굴삭반력(F)의 피크값이 소정값을 초과하지 않도록 컨트롤러(30)가 굴삭어태치먼트의 자세를 자동적으로 조정하는 처리(이하, “자세자동조정처리”라고 함)의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 컨트롤러(30)는, 쇼벨 가동 중, 소정의 제어주기로 반복하여 이 자세자동조정처리를 실행한다.

먼저, 컨트롤러(30)는, 굴삭조작이 행해졌는지를 판정한다(단계 S11). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 조작내용검출장치(29)의 출력에 근거하여 붐조작, 암조작, 및 버킷조작 중 적어도 하나가 행해졌는지를 판정한다.

그리고, 굴삭조작이 행해졌다고 판정한 경우(단계 S11의 YES), 컨트롤러(30)는, 굴삭어태치먼트와 지면이 접촉하고 있는지를 판정한다(단계 S12). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 자세검출장치(M3)의 출력으로부터 도출되는 버킷(6)의 치선의 현재위치와, 지면형상정보 취득부(33)가 취득한 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 버킷(6)의 치선이 지면에 접촉하고 있는지 아닌지를 판정한다.

그리고, 굴삭어태치먼트와 지면이 접촉하고 있다고 판정한 경우(단계 S12의 YES), 컨트롤러(30)는, 굴삭반력(F)의 피크값을 추정한다(단계 S13). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 지면형상정보 취득부(33)가 취득한 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 굴삭대상지면의 현재의 깊이(D)를 도출한다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 굴삭대상지면의 현재의 깊이(D)에 따라 소정의 버킷폐쇄조작이 행해지는 경우의 굴삭반력(F)의 피크값을 추정한다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같은 대응테이블을 참조하여 굴삭대상지면의 현재의 깊이(D)에 대응하는 굴삭반력(F)의 피크값을 도출한다. 또, 컨트롤러(30)는, 굴삭대상지면의 현재의 깊이(D)에 근거하여 소정의 버킷폐쇄조작이 행해지는 경우의 굴삭반력(F)의 피크값을 실시간으로 산출해도 된다. 또, 컨트롤러(30)는, 그 피크값을 산출할 때에 토사밀도 등을 고려해도 된다. 토사밀도는, 차재입력장치(도시하지 않음)를 통하여 조작자가 입력하는 값이어도 되고, 실린더압 센서 등의 각종 센서의 출력에 근거하여 자동적으로 산출되는 값이어도 된다.

그 후, 컨트롤러(30)는, 추정한 굴삭반력(F)의 피크값이 소정값(Fth)을 상회하는지를 판정한다(단계 S14).

그리고, 피크값이 소정값(Fth)을 상회한다고 판정한 경우(단계 S14의 YES), 컨트롤러(30)는, 버킷폐쇄동작 중에 굴삭어태치먼트의 자세를 자동적으로 조정한다(단계 S15). 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 조작자에 의한 붐상승조작의 유무에 관계없이, 버킷폐쇄동작 중에 붐(4)을 자동적으로 상승시킨다. 구체적으로는, 버킷각도(θ3)의 변화에 따른 소정의 동작 패턴으로 붐(4)을 자동적으로 상승시킨다.

다만, 컨트롤러(30)는, 굴삭조작이 행해지고 있지 않다고 판정한 경우(단계 S11의 NO), 굴삭어태치먼트와 지면이 접촉하고 있지 않다고 판정한 경우(단계 S12의 NO), 혹은, 피크값이 소정값(Fth) 이하라고 판정한 경우에는(단계 S14의 NO), 굴삭어태치먼트의 자세를 자동적으로 조정하지 않고, 금회의 자세자동조정처리를 종료한다.

이상의 구성에 의하여, 컨트롤러(30)는, 자세검출장치(M3)가 검출한 어태치먼트의 자세의 추이에 근거하여 작업대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보를 취득한다. 그리고, 취득한 작업대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 어태치먼트를 제어한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 버킷폐쇄동작 중에 굴삭반력(F)의 피크값이 소정값(Fth)을 초과하지 않도록 할 수 있다. 이로 인하여, 굴삭반력(F)이 과도하게 증대되어 굴삭어태치먼트의 움직임이 불안정해지는 것을 방지하고, 쇼벨의 조작성 및 작업효율을 향상시킬 수 있다. 또, 컨트롤러(30)는, 약간 낮게 설정된 소정값(Fth)을 이용함으로써, 상굴작업, 정지작업 등의 굴삭작업 이외의 작업에서도 동일한 효과를 실현할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 상술한 실시예에 다양한의 변형 및 치환을 가할 수 있다.

예를 들면, 상술한 실시예에서는, 컨트롤러(30)는, 자세검출장치(M3)가 검출하는 굴삭어태치먼트의 현재의 자세와, 지면형상정보 취득부(33)가 취득한 굴삭대상지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 굴삭어태치먼트가 굴삭대상지면에 접촉하고 있는지를 판정한다. 그리고, 접촉하고 있다고 판정한 경우에, 재생해제밸브(50)에 대하여 제어지령을 출력하여 그 개구면적을 증대시킨다. 혹은, 접촉하고 있다고 판정한 경우에, 소정의 버킷폐쇄동작이 행해질 때의 굴삭반력(F)의 피크값을 추정하고, 그 추정한 피크값이 소정값(Fth)을 상회할 때에, 붐(4)을 자동적으로 상승시켜 실제의 피크값이 소정값(Fth) 이하가 되도록 한다. 그러나, 본 발명은 이들 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, 접촉하고 있다고 판정한 경우에, 어태치먼트의 구동력(예를 들면 굴삭어태치먼트에 의한 굴삭력)을 증대시켜도 된다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 엔진(11)의 회전수를 증대시키거나, 메인펌프(14L, 14R)의 토출량을 증대시켜도 된다. 다만, 이 경우의 굴삭 제어부(34)의 제어대상은, 재생해제밸브(50)가 아닌, 엔진(11) 또는 메인펌프(14L, 14R)의 레귤레이터이다.

또, 컨트롤러(30)는, 쇼벨의 리모트운전 또는 자동굴삭운전(무인운전)의 경우이더라도, 굴삭반력(F)의 피크값이 소정값(Fth)을 상회한다고 판단했을 때에 붐(4)을 자동적으로 상승시켜도 된다. 굴삭반력(F)을 작게 하여 원활한 굴삭작업을 계속시키기 위해서이다.

또, 본원은, 2014년 6월 20일에 출원한 일본 특허출원 2014-127672호에 근거하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 일본 특허출원의 전체 내용을 본원에 참조로서 원용한다.

1: 하부 주행체
1A: 주행용 유압모터(좌측용)
1B: 주행용 유압모터(우측용)
2: 선회기구
2A: 선회용 유압모터
3: 상부 선회체
4: 붐
5: 암
6: 버킷
7: 붐실린더
8: 암실린더
9: 버킷실린더
10: 캐빈
11: 엔진
12: 발전기
14L, 14R: 메인펌프
15: 파일럿펌프
17: 컨트롤밸브
25: 파일럿라인
26: 조작장치
29: 조작내용검출장치
30: 컨트롤러
31: 지형데이터베이스 갱신부
32: 위치좌표 갱신부
33: 지면형상정보 취득부
34: 굴삭 제어부
40L, 40R: 센터바이패스관로
50: 재생해제밸브
50a: 유로
70: 배터리
72: 전장품
74: 급전장치
76: 표시장치
171~176: 유량제어밸브
175a: 재생유로
M1: 통신장치
M2: 측위장치
M3: 자세검출장치
M3a: 붐각도센서
M3b: 암각도센서
M3c: 버킷각도센서
M3d: 차체경사센서
M4: 촬상장치

Claims

하부 주행체와,
상기 하부 주행체에 탑재되는 상부 선회체와,
상기 상부 선회체에 장착되는 어태치먼트와,
상기 어태치먼트의 자세를 검출하는 자세검출장치와,
촬상장치와,
제어장치를 구비하는 쇼벨로서,
상기 제어장치는, 전회의 굴삭동작에 대응하는 공간에 대해서, 금회의 굴삭동작의 개시 전에 상기 촬상장치가 출력한 정보에 근거하여 작업대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보를 취득하고, 상기 취득한 작업대상의 지면의 현재 형상에 관한 정보에 근거하여 상기 어태치먼트를 제어하는 쇼벨.
제1항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 작업대상의 현재 형상이 목표형상이 될때까지 상기 어태치먼트를 제어하는 쇼벨.
제2항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 목표형상 보다 깊은 굴삭을 제한하는 쇼벨.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 촬상장치의 출력에 근거하여 지형정보를 갱신하는 쇼벨.
제1항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 촬상장치의 출력에 근거하여 상기 쇼벨의 현재위치를 표시하는 좌표 및 방향에 관한 데이터를 갱신하는 쇼벨.
제1항에 있어서,
상기 제어장치는, 굴삭전에 촬상장치가 출력한 정보에 근거하여 상기 쇼벨의 주위의 지면 형상에 관한 정보를 취득하는 쇼벨.
제6항에 있어서,
상기 제어장치는, 굴삭후에 상기 촬상장치가 출력한 정보에 근거하여 상기 쇼벨의 주위의 지면 형상에 관한 정보를 더 취득하는 쇼벨.