KR100221237B1

KR100221237B1 - 건설기계의 궤적 제어장치

Info

Publication number: KR100221237B1
Application number: KR1019970015481A
Authority: KR
Inventors: 마사까즈 하가; 히로시 와따나베; 가즈오 후지시마
Original assignee: 세구치 류이치; 히다치 겡키 가부시기가이샤
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1999-09-15
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: EP0803614A1; JP3571142B2; JPH09291560A; DE69736149T2; CN1165896A; KR970070354A; CN1068398C; EP0803614B1; US5918527A; DE69736149D1

Abstract

본 발명은 오퍼레이터의 조작량에 관계없이, 프론트장치 선단을 항상 인간의 필링에 합치한 양호한 궤도를 거쳐 목표궤적에 수속시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 유압쇼벨의 궤적제어장치에 있어서, 프론트장치(1A)의 목표궤적을 미리 설정하여 놓고, 제어유닛(9)에 의해 각도검출기(8a∼c)로 부터의 신호에 의거하여 프론트장치(1A)의 위치와 자세를 연산하고, 조작레버장치(4a, b)로 부터의 신호에 의거하여 프론트장치(1A)의 목표속도 백터(Vc)를 연산하고, 프론트장치(1A)가 목표궤적 근방에 없을 때에는 Vc를 유지하고, 목표궤적 근방에 있을 때에는 Vc를 프론트장치(1A) 선단(P3)으로부터 최단거리에 있는 목표궤적상이 점(P4)으로부터 거리(ℓ₁)만큼 굴삭진행 방향 전방으로 진행한 점(P5)을 향하는 Vc+KVd로 보정한다. 이렇게 하여, 인간의 필링에 합치한 양호한 궤도를 거쳐, 프론트장치(1A) 선단을 목표궤적에 비교적 빨리, 또 안정적으로 수속시킬 수 있다.

Description

건설기계의 궤적제어장치

본 발명은, 유압쇼벨 등의 건설기계의 제어장치에 관한 것으로, 예를 들어 버킷선단에 목표궤적에 따른 움직임을 행하게 하는 건설기계의 제어장치에 관한 것이다.

이런 종류의 건설기계의 제어장치에 관한 공지기술로서는, 예를 들어 국제공개 번호 W095/30059호 공보의 것이 있다.

이 공지기술은, 유압쇼벨의 영역제한 제어장치에 있어서, 프론트장치가 움직일 수 있는 영역을 미리 설정하여 놓고, 각도검출기로부터의 신호에 의거하여 제어유닛에 의해 프론트장치의 위치와 자세를 연산하고, 조작레버장치로부터의 신호에 의거하여 프론트장치의 목표속도 벡터를 연산한다. 그리고, 프론트장치가 설정영역 내에서 그 경계 근방에 없을 때에는 목표속도 벡터를 유지하고, 프론트장치가 설정영역내에서 그 경계 근방에 있을 때에는 목표속도 벡터를 유지하고, 프론트장치가 설정 영역내에서 그 경계 근방에 있을 때에는 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터 성분을 줄이도록 목표속도 벡터를 보정하고, 프론트장치가 설정영역 바깥에 있을 때에는 프론트장치가 설정영역으로 되돌아가도록 목표속도 벡터를 보정함으로써, 영역을 제한한 굴삭을 효율좋고 원활하게 행하는 것이다.

일반적으로, 오퍼레이터가 실제로 프론트장치 선단을 어느 한 목표궤적을 따라 움직이게 하려고 하는 경우에는, 목표궤적까지 어떠한 궤도로 도달시킬 것인가를 무의식중에 생각하면서 움직이는 것이 보통이다. 예를 들어, 프론트장치 선단의 동작속도가 비교적 늦은 경우는, 빨리 도달시키는 것을 재우선시키고, 최단거리에서 목표궤적에 도달하는 궤도를 선택하여 목표속도 벡터를 설정하고, 프론트장치선단의 동작속도가 비교적 빠른 경우에는 목표궤적에 소프트랜딩함으로써 재우선시키고, 최단거리에서가 아닌 굴삭진행 방향의 약간 전방측에서 목표궤적에 도달하는 궤도를 선택하여 목표속도 벡터를 설정한다. 따라서, 궤적제어·영역제한 제어 등을 행하는 경우는, 이와 같이 실제로 오퍼레이터가 움직이게 하는 경우와 같은 제어를 행하고, 프론트장치 선단의 움직임이 인간의 필링에 가능한한 합치시키는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 공지기술의 제어에 있어서 예를 들어 도 16에 나타내는 바와 같이 먼저 오퍼레이터가 차체(1B)에 회동가능하게 연결된 프론트장치(1A)(부움(1a), 아암(1b), 버킷(1c)의 선단, 즉 버킷(1c)의 선단에 목표궤적에 따르도록 움직이게 하고, 조작레버를 조작하여 어느 한 속도지령 벡터(A)를 지령하였으면, 그 속도지령 벡터(A)의 목표궤적에 수직인 성분의 벡터는 Ay로 된다. 그러나 이 Ay는 버킷(1c)선단과 목표궤적과의 거리(y)에 비하여 너무 크기 때문에, 이것을 감속시키기 위해 부움(1a)을 상방향으로 동작시키기 위한 Y성분 벡터(By)가 구해진다. 그리고 이 By를 기초로 실제의 부움(1a)의 동작방향으로의 속도지령 벡터(B)가 구해지고, 부움(1a)이 움직여진다. 이것에 의해, 결고적으로 버킷(1c)선단의 목표속도 벡터는 도면중의 A+B로 된다.

즉, 상기 제어에서는 버킷(1c)선단의 최종적인 목표속도 벡터는 오퍼레이터의 조작후에 행해지는 계산의 결과로 정해지므로, 오퍼레이터의 조작 절삭에 따라 버킷(1c)선단이 어떠한 궤도를 거쳐 목표궤적에 수속해가는 알 수 없는 것이다.

본 발명의 목적은, 오퍼레이터의 조작량에 관계없이 프론트장치 선단을 항상 인간의 필링에 합치한 양호한 궤도를 거쳐 목표궤적에 수속시킬 수 있는 건설기계의 제어장치를 제공하는데 있다.

제1도는 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계의 궤적제어장치를 그 유압구동 장치와 함께 나타낸 도.

제2도는 본 발명이 적용되는 유압쇼벨의 외관을 나타내는 도.

제3도는 유압파일롯 방식의 조작레벨 장치의 상세를 나타낸 도.

제4도는 제어유닛의 제어기능을 나타내는 기능블록도.

제5도는 본 실시예의 궤적제어에 사용하는 좌표계와 영역의 설정방법을 나타내는 도.

제6도는 경사각의 보정방법을 나타내는 도.

제7도는 본 실시예에서 설정되는 목표궤적의 일례를 나타내는 도.

제8도는 목표실린더 속도연산부에 있어서 파일롯압과 유량제어밸브의 토출유량과의 관계를 나타낸 도.

제9도는 벡터방향 보정부에서의 제어내용을 나타내는 블록도.

제10도는 보정용 부움올림·내림 벡터 연산부에서의 연산순서를 나타내는 플로우챠트.

제11도는 보정용 부움올림·내림 벡터 연산부에서의 연산내용을 나타내는 설명도.

제12도는 버킷선단의 궤적의 일례를 나타내는 도.

제13도는 벡터방향 보정부의 변형예에서의 제어내용을 나타내는 블록도.

제14도는 벡터방향 보정부의 변형예에서의 제어내용을 나타내는 블록도.

제15도는 벡터방향 보정부의 변형예에서의 제어내용을 나타내는 블록도.

제16도는 종래의 제어방법을 설명하는 도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1A : 프론트장치 1B : 차체

1a : 부움 1b : 아암

1c : 버킷 1d : 상부 선회체

1e : 하부 주행체 2 : 유압펌프

3a∼3f : 유압액츄에이터 4a∼4f : 조작레버장치(조작수단)

5a∼5f : 유량제어밸브 6 : 릴리프밸브

7 : 설정기 8a, 8b, 8c : 각도검출기

8d : 경사각 검출기 9 : 제어유닛

9a : 영역설정 연산부 9b : 프론트자세 연산부

9c : 목표실린더 속도연산부 9d : 목표선단속도 벡터연산부

9e : 벡터방향 보정부 9f : 보정후 목표실린더 속도연산부

9g : 목표파일롯압 연산부 9h : 밸브지령 연산부

9i : 목표선단 속도연산부 9j : 실제속도 연산부

10a∼11b : 비례전자밸브 12 : 셔틀밸브

44a, 44b∼49a, 49b : 파일롯 라인 60a, 60b, 61a, 61b : 압력검출기

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면 다관절형프론트장치를 구성하는 상하방향으로 회동가능한 복수의 프론트부재를 포함하는 복수의 피구동부재와, 이들 복수의 피구동부재를 각각 구동하는 복수의 유압액츄에이터와, 상기 복수의 피구동부재의 동작을 지시하는 복수의 조작수단과, 상기 복수의 조작수단의 조작신호에 따라 구동되며, 상기 복수의 유압액츄에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유압제어밸브를 구비한 건설기계에 설치되고, 상기 프론트장치가 동작목표로 하는 목표궤적을 설정하는 궤적설정수단과, 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 제1검출수단과, 상기 제1검출수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제1연산수단과, 상기 복수의 조작수단중 특정의 프론트부재에 관한 조작수단의 조작신호 및 상기 제1연산수단의 연산치에 의거하여 상기 프론트장치가 상기 목표궤적 근방에 있을 때, 상기 프론트장치를 상기 목표궤적상에 도달시키도록 상기 특성의 프론트부재에 관한 조작수단의 조작신호를 보정하는 신호보정수단을 가지는 건설기계의 궤적제어장치에 있어서, 상기 신호보정수단은 상기 목표궤적상에서 상기 프론트장치로부터 제1거리에 있는 제1점으로부터 상기 목표궤적상에서 제2거리 만큼 굴삭진행 방향 전방으로 진행한 제2점을 향해 상기 프론트장치가 움직이도록, 상기 조작신호를 보정하는 것을 특징으로하는 건설기계의 궤적제어장치가 제공된다.

본 발명은 상기와 구성되어 있고, 프론트장치가 그 동작목표로서 미리 궤적 설정수단에 의해 설정된 목표궤적에 근접하고 목표궤적 근방에 이르면 신호보정수단이 특정의 프론트부재, 예를 들어 부움과 아암에 관한 조작수단의 조작신호 및 제1연산수단에서의 프론트장치의 위치·자세에 관한 연산치에 의거하여, 그 부움과 아암에 관한 조작수단의 조작신호를 보정하고, 최종적으로 프론트장치를 목표궤적상에 도달시킨다.

여기서, 본 발명에 있어서는 프론트장치를 목표궤도에 도달시킬 때에 신호보정수단에 의한 보정은 프론트장치가 제2점, 즉 프론트장치로부터 제1거리 예를 들어 최단거리에 있는 목표궤적상의 제1점으로 목표궤적상에 제2거리만큼 굴삭 진행방향 전방으로 떨어진 점을 향해 움직이도록, 행해진다. 에를 들어 구체적으로는, 부움·아암에 관한 조작수단으로부터의 조작신호에 의거하여, 제2연산수단으로 프론트장치의 목표속도 벡터를 연산하고, 제1 및 제2연산수단의 연산결과에 의거하여 제3연산수단에 의해 목표속도 벡터의 방향의 제2점을 향하도록 보정한다. 이것에 의해, 프론트장치가 목표궤적 근방에 있는 경우에, 오퍼레이터가 어떻게 조작하였는가에 관계없이 프론트장치의 움직이는 방향, 즉 목표벡터의 방향의 반드시 제2점을 향하도록 제어된다.

그리고, 이 제2점의 결정에 관하여, 예를 들어 제1점으로부터 제2점까지의 제2거리를, 어느 한 고정치로 설정하거나, 제1거리에 따라 가변적으로 설정하거나 부움 또는 아암에 관한 조작신호에 따라 가변적으로 설정하거나, 부움 또는 아암의 동작속도에 따라 가변적으로 설정하거나 한다. 이것에 의해, 작업용도나 작업상황 등에 따라 제 2거리를 작게 취해 현재의 프론트장치를 목표궤적의 위치까지 재빨리 이동시키거나, 또는 제2거리를 크게 취해 프론트장치를 서서히 목표궤적에 근접시키거나 하여, 현재의 프론트장치의 위치로부터 목표궤적에 도달할 때 까지의 궤도를, 적절히 소망하는 궤도로 설정할 수 있다.

따라서, 오퍼레이터의 조작방책에 따라 프론트장치 선단이 목표궤적 까지 어떻게 궤도를 취할 것인지 알 수 없는 종래구조와 달리, 인간의 필링에 합치된 양호한 궤도를 거쳐 프론트장치 선단을 목표궤도에 비교적 빨리 안정적으로 수속시킬 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명을 유압쇼벨에 적용한 경우의 일 실시예를 도 1 내지 도 15에 의해 설명한다.

도 1에 있어서, 본 발명이 적용되는 유압쇼벨은, 유압펌프(2)와, 이 유압펌프(2)로부터의 압유에 의해 구동되는 부움실린더(3a)와, 아암실린더(3b), 버킷실린더(3c), 선회모터(3d) 및 좌우의 주행모터(3e, 3f)를 포함하는 복수의 유압액츄에이터와, 이들 유압액츄에이터(3a∼3f)의 각각에 대응하여 설치된 복수의 조작레버장치(4a~4f)와 유압펌프(2)와 복수의 유압액츄에이터(3a~3f)간에 접속되고, 조작레버장치(4a∼4f)의 조작신호에 의해 제어되고, 유압액츄에이터(3a∼3f)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량제어밸브(5a∼5f)와, 유압펌프(2)와 유량제어밸브(5a∼5f)사이의 압력이 설정치 이상으로 된 경우에 개방되는 릴리프밸브(6)를 가지며, 이들이 유압쇼벨의 피구동부재를 구동하는 유압구동장치를 구성하고 있다.

또, 유압쇼벨은 도 2에 나타내는 바와 같이, 수직방향으로 각각 회동하는 부움(la), 아암(1b) 및 버킷(1c)으로 이루어지는 다관절형프론트장치(1A)와, 상부선회체(1d) 및 하부주행체(1e)로 이루어지는 차체(1B)로 구성되고, 프론트장치(1A)의 부움(1a)의 기단은 상부선회체(1d)의 앞부에 지지되어 있다. 부움(1a), 아암(1b), 상부선회체(1d) 및 하부주행체(1e)는 각각 부움실린더(3a), 아암실린더(3b), 버킷실린더(3c), 선회모터(3d) 및 좌우의 주행모터(3e, 3f)에 의해 각각 구동되는 피구동부재를 구성하고, 이들의 동작은 상기 조작레버장치(4a∼4f)에 의해 지시된다.

조작레버장치(4a∼4f)는 파이롯압에 의해 대응하는 유량제어밸브(5a∼5f)를 구동하는 유압파일롯 방식이고, 각각 도 3에 나타내는 바와 간이 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작레버(40)와, 조작레버(40)의 조작량과 조작방향에 따른 파일롯압을 생성하는 한쌍의 감압밸브(41, 42)에 구성되고, 감압밸브(41, 42)의 일차 포트측은 파일롯펌프(43)에 접속되고, 이차포트측은 파일롯라인(44a, 44b; 45a, 45b; 46a, 46b; 47a, 47b; 48a, 48b; 49a, 49b)를 거쳐 대응하는 유량제어밸브의 유압구동부(50a, 50b; 51a, 51b; 52a, 52b; 53a, 53b; 54a, 54b; 55a, 55b)에 접속되어 있다.

이상과 같은 유압쇼벨에 본 실시예에 의한 궤적제어장치가 설치되어 있다. 이 제어장치는 미리 작업에 따라 프론트장치의 소정부위, 예를 들어 버킷(1c)의 선단의 동작목표를 하는 목표궤적의 설정을 지시하는 설정기(7)와, 부움(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)의 각각의 회동지점에 설치되고, 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량으로서 각각의 회동각을 검출하는 각도검출기(8a, 8b, 8c)와, 차체(1B)의 전후방향의 경사각(θ)을 검출하는 경사각 검출기(8d)와, 부움용 및 아암용의 조작레버장치(4a, 4b)의 파일롯라인(44a, 44b; 45a, 45b)에 설치되고, 조작레버장치(4a, 4b)의 조작량으로서 각각의 파일롯압을 검출하는 압력검출기(60a, 60b; 61a, 61b)와, 설정기(7)의 설정신호, 각도검출기(8a, 8b, 8c) 및 경사각 검출기(8d)의 검출신호 및 압력검출기(60a, 60b; 61a, 61b)의 검출신호를 입력하고, 버킷(1a) 선단의 동작목표로 하는 목표궤적을 설정하는 동시에, 목표궤적에 따라 굴삭하는 제어를 행하기 위한 전기신호를 출력하는 제어유닛(9)과, 이 전기신호에 의해 구동되는 비례전자밸브(10a, 10b, 11a, 11b)와, 셔틀밸브(12)에 의해 구성되어 있다.

비례전자밸브(10a)의 일차포트측은 파이롯펌프(43)에 접속되고, 이차포트측은 셔틀밸브(12)에 접속되어 있다. 셔틀밸브(12)는 파일롯라인(44a)에 설치되고, 파일롯라인(44a)내의 파일롯압과 비례전자밸브(10a)로부터 출력되는 제어압의 고압측을 선택하여, 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(50a)로 유도한다. 비례전자밸브(10b, 11a, 11b)는 각각 파이롯라인(44b, 45a, 45b)에 설치되고, 각각의 전기신호에 따라 파일롯라인내의 파일롯압을 감압하여 출력한다.

설정기(7)는 조작패널 혹은 그립상에 설치된 스위치 등의 조작수단에 의해 설정신호를 제어유닛(9)에 출력하고 목표궤적의 설정을 지시하는 것으로, 조작패녈 상에는 표시장치 등 다른 보조수단이 있어도 된다. 또, IC카드에 의한 방법, 바코드에 의한 방법, 레이저에 의한 방법, 무선통신에 의한 방법 등, 다른 방법을 사용하여도 된다.

제어유닛(9)의 제어기능을 도 4에 나타난다. 제어유닛(9)은 목표궤적 설정 연산부(9a), 프론트자세 연산부(9b), 목표실린더 속도연산부(9f), 목표선단 속도 백터연산부(9d), 백터방향 보정부(9e), 보저후 목표실린더 속도연산부(9f), 목표파일롯압 연산부(9g), 밸브지령 연산부(9h)의 각 기능을 가지고 있다.

목표궤적 설정 연산부(9a)에서는, 설정기(7)로부터의 지시에 의해 버킷(1c)선단의 동작목표로 되는 목표궤적의 설정연산을 행한다. 그 일례를 도 5를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 수직면내에 목표궤적을 설정하는 것이다.

도 5에 있어서, 오퍼레이터의 조작에 의해 버킷(1c)의 선단을 점 P1의 위치로 움직이게 한후, 설정기(7)로부터의 지시에 의해 그 때의 버킷(1c)의 선단위치를 게산하고, 이어서 설정기(7)를 조작하여 그 위치로부터의 깊이(h1)를 입력하여 설정하여야 할 목표궤적상의 점(P1*)을 지정한다. 이어서, 버킷(1c)의 선단을 점 P2의 위치로 움직이게 한 후, 설정기(7)로부터의 지시에 의해 그 때의 버킷(1c)의 선단위치를 계산하고, 마찬가지로 설정기(7)를 조작하여 그 위치로부터의 깊이(h2)를 입력하여 설정하여야 할 목표궤적상의 점(P2*)을 지정한다. 그리고 P1*, P2*의 2점을 연결한 선분의 직선식을 계산하여 목표궤적으로 한다.

여기서, 2점(P1, P2)의 위치는 후술하는 프론트자세 연산부(9b)에서 계산하고, 목표궤적 설정연산부(9a)는 그 위치정보를 이용하여 상기 직선식을 계산한다. 즉, 제어유닛(9)에는 프론트장치(1A) 및 차체(1B)의 각 부 치수가 기억되어 있고, 프론트자세 연산부(9b)는 이들 데이터와 각도검출기(8a,8b,8c)에 의해 검출한 회동각(α, β, γ)의 값을 이용하여 2점(P1, P2)의 위치를 계산한다. 이 때, 2점(P1, P2)의 위치는 예를 들어 부움(1a)의 회동지점을 원점으로 한 XY좌표계의 좌표치(X1, Y1)(X2, Y2)로서 구한다. XY좌표계는 본체(1B)에 고정한 직교좌표계이고, 수직면내에 있는 것으로 한다. 회동각(α, β, γ)으로부터 XY좌표계의 좌표치(X1, Y1)(X2, Y2)는 부움(1a)의 회동지점과 아암(1b)의 회동지점과의 거리를 L1, 아암(1b)의 회동지점과 버킷(1c)의 회동지점과의 거리를 L2, 버킷(lc)의 회동지점과 버킷(1c)의 선단과의 거리를 L3로 하면, 하기의 식에 의해 구해진다.

X=L1sinα+L2sin(α+β)+L3sin(α+β+γ)

Y=L1cosα+L2cos(α+β)+L3cos(α+β+γ)

목표궤적 설정연산부(9a)에서는, 굴삭영역의 경계상의 2점(P1*, P2*)의 좌표치를, 각각 Y좌표의 하기의 계산,

Y1*=Y1-h1

Y2*=Y2-h2

를 행함으로써 구한다. 또, P1*, P2*의 2점을 연결한 선분의 직선식은 하기의 식에 의해 계산한다.

Y=(Y2*-Y1*)X/(X2-X1)

+(X2Y1*-X1Y2*)/(X2-X1)

그리고, 상기 직선상에 원점을 가지며 당해 직선을 일축으로 하는 직교좌표계, 예를 들어 점(P2*)를 원점으로 하는 XaYa좌표계를 설정하고, XY좌표계로부터 XaYa좌표계로의 좌표변환 데이터를 구한다.

여기서, 또 예를 들어 도 6에 나타내는 바와 같이 차체(1B)가 경사졌을 때는, 버킷과 선단과 지면과의 상대위치 관계가 변화하므로, 굴삭영역의 설정을 바르게 행할 수 없게 된다. 그래서 본 실시예에서는, 차체(1B)의 경사각(θ)을 경사각 검출기(8d)에 의해 검출하고, 프론트자세 연산부(9b)에서 그 경사각(θ)의 값을 입력하고, XY좌표계를 각도 θ회전시킨 XbYb 좌표계에 의해 버킷 선단의 위치를 계산한다. 이것에 의해, 차체(1B)가 경사져 있어도 바른 영역설정을 행할 수 있다. 또한, 차체가 기울어졌을 때에는 차체의 기우리를 수정하고 나서 작업하거나, 차체가 경사지지 않도록 한 작업현장에서 사용하는 경우에는, 반드시 경사각도 검출기는 필요로 하지 않는다.

이상은 1개의 직선으로 굴삭영역의 경계를 설정한 예인데, 복수개의 직선을 조합함으로써 수직면내에서 임의의 형상의 굴삭영역을 설정할 수 있다. 도 7은 그 일례를 나타내는 것으로, 3개의 직선(A1, A2, A3)을 사용하여 굴삭영역을 설정하고 있다. 이 경우도, 각 직선(A1, A2, A3)에 대하여 상기와 같은 조작 및 연산을 행함으로써 굴삭영역의 경계를 설정할 수 있다.

상기한 바와 같이, 프론트자세 연산부(9b)에서는, 제어유닛(9)의 기억장치에 기억한 프론트장치(1A) 및 차체(1B)의 각 부 치수와, 각도검출기(8a, 8b, 8c)에 의해 검출한 회동작(α, β, γ)의 값을 이용하여 프론트장치(1A)의 소정부위의 위치를 XY좌표계의 값으로 연산한다.

목표실린더 속도연산부(9c)에서는 압력검출기(60a, 60b, 61a, 61b)에 의해 검출한 파일롯압의 값을 입력하여 유량제어밸브(5a, 5b)의 토출유량을 구하고, 또 이 토출유량으로부터 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 목표속도를 계산한다. 제어유닛(9)의 기억장치에는 도 8에 나타내는 바와 같은 파일롯압력(PBU, PBD, PAC, PAD)와 유량제어밸브(5a, 5b)의 토출유량(VB, VA)과의 관계가 기억되어 있고, 목표실린더 속도 연산부(9c)는 이 관계를 이용하여 유량제어밸브(5a, 5b)의 토출유량을 구한다. 또한, 제어유닛(9)의 기억장치에 사전에 계산한 파일롯압과 목표실린더 속도와의 관계를 기억하여 놓고, 파이롯압으로부터 직접 목표실린더 속도를 구하여도 된다.

목표선단 속도벡터 연산부(9d)에서는, 프론트 자세연산부(9b)에서 구한 버킷(1c)의 선단위치 및 목표실린더 속도 연산부(9c)에서 구한 목표실린더 속도와, 제어유닛(9)의 기억장치에 기억되어 있는 앞의 L1, L2, L3 등의 각 부 치수로부터 버킷(1c)의 선단의 목표속도벡터(VC)를 구한다. 이 때, 목표속도벡터(VC)는, 먼저 도 5에 나타내는 XY좌표계의 값으로 구하고, 이어서 이 값을 이용하여 목표궤적 설정연산부(9a)에서 먼저 구한 XY좌표계로부터 XaYa좌표계로의 변환데이터를 이용하여 XaYa좌표계로 변환함으로써, XaYa좌표계의 값으로서 구한다. 여기서, XaYa좌표계에서의 목표속도벡터(VC)의 Xa좌표치(VCx)는 목표속도벡터(VC)의 목표궤적에 평행한 방향의 벡터성분이 되고, Ya좌표치(VCy)는 목표속도벡터(VC)의 목표궤적에 수직인 방향의 벡터성분으로 된다.

벡터방향 보정부(9e)에서는, 버킷(1c)의 선단이 목표궤적 근방에 있을 때 버킷(1c)선단을 목표궤적상에 수속시키도록 목표속도 벡터(VC)를 보정한다. 이때, 목표속도벡터(VC)의 목표궤적에 수직인 방향의 벡터성분(VCy)의 목표궤적에 수직인 방향의 벡터성분(VCy) 및 목표궤적에 평행인 방향의 벡터성분(VCx)을 모두 수정하게 된다.

벡터방향 보정부(9e)에서의 제어내용을 나타내는 블록도를 도 9에 나타낸다.

도 9에 있어서, 먼저 목표선단 속도벡터 연산부(9d)에서는 산출된 목표속도 벡터(VC)와, 목표궤적 설정 연산부(9a)에서, 설정된 목표궤적과, 미리 제어유닛(9)내에 설정되어 기억되어있던 제2거리, 예들 들어 ℓ₁에 의거하여 보정용 부움 올림·내림벡터 연산부(9e1)에서, 목표속도 벡터(VC)를 보정하기 위한 부움올림 벡터(VD)가 연산된다. 이 연산순서를 나타내는 플로우챠트를 도 10에 연산내용을 나타내는 설명도를 도 11에 나타낸다

도 10에 있어서, 먼저 순서 100에서 목표궤적상에 있어서의 버킷(1c)의 선단(P3)으로부터 제1거리, 예를 들어 최단거리에 있는 점(P4)을 구한다(도 11참조).

다음에, 순서 101에서 목표궤적상에 있어서 점(P4)로부터 거리 ℓ₁만큼 굴삭 진행방향 전방으로 진행된 점(P5)을 구한다.

그 후, 순서 102에서 부움올림 벡터(VD)의 크기를(방향은 부움올림 방향으로 일의적으로 결정된다), VC+VD=mP3P5(m은 정수)로 되도록, 즉 VC+VD의 방향이 벡터(P3P5)의 방향으로 되도록 결정한다. 또한 이 때, 도면으로부터 명백한 바와 같이, 벡터성분(VCy 및 VCx)가 모두 수정되게 된다.

이상과 같이 하여, 보정용 부움올림 벡터(VD)가 결정된다.

한편, 최단거리 검출부(9e2)에 있어서, 목표궤적 설정연산부(9a)에서 설정된 목표궤적과, 프론트 자세연산부(9b)에서 구한 버킷(1c)의 선단위치에 의해, 버킷선단으로부터 목표궤적까지의 최단거리(△h)가 구해진다.

그리고 이 최단거리(△h)에 의거하여, 제어게인 설정부(9e3)에서 제어게인(K)이 설정된다. 도시되는 바와 같이, 이 제어게인의 값은 △h의 값이 어떤 소정치(△ho)보다 클 때에는 0이고, △h의 값이 어떤 소정치(△hi)보다 작을 때에는 1이며, △hi≤△h≤△ho일 때에는 △h가 작아짐에 따라 연속적으로 0에서 1까지 커지게 되어 있다.

이와 같이 하여 구해진 제어게인(K)은, 승산부(9e4)에서 상술한 방법에 의해 보정용 부움올림·내림 벡터연산부(9e1)에서 구해진 부움올림 벡터(VD)에 곱해진다.

그리고, 목표선단 속도벡터 연산부(9d)로부터의 부움올림 벡터연산부(9e1)로 부터의 목표속도 벡터(VC)와, 승산부(9e4)로부터의 KVD가 가해지고, VC+KVD로 되어 출력된다.

이 때 이 제어게인(K)의 값은, 제어게인 설정부(9e3)에서 상술한 바와 같이 설정되어 있기 때문에, 출력치는 △h △ho일 때는, VC, △h △hi일 때는 VC+VD, △hi≤△h≤△ho일 때는 VC∼VC+VD 사이의 값을 취한다. 즉, 버킷(1c)선단으로부터 목표궤적까지의 최단거리(△h)가 △ho보다 큰 경우가 보정이 전혀 행해지지 않는 비보정영역이고, 최단거리(△h)가 △hi∼△ho 사이는 거리가 작아질수록 보정이 행해지는 정도가 커지는 과도적영역, 최단거리(△h)가 △hi 이하로 되면 보정이 완전히 행해지는 보정영역으로 된다.

이상과 같이 목표속도 벡터(VC)에 보정용 부움올림 벡터(VD)를 가함으로써, 목표속도 벡터(VC)는 목표속도 벡터 VC+KVD로 보정된다.

상기와 같은 보정이 행해지고, 목표속도 벡터 VC+VD로 제어될 때(△h

△hi)의 버킷(1c)선단 궤적의 일례를 도 12에 나타낸다.

이 도 12에 나타나는 바와 같이, 목표속도벡터(VC)가 비스듬히 아래쪽으로 일정하다고 하면, 버킷(1c)의 선단위치 바로 아래의 목표궤적상의 점으로부터 ℓ₁진행한 점을 목표로 하는 목표속도 벡터 VC+VD로 항상 보정되어 간다. 즉 예를 들어 최초의 버킷(1c)의 선단위치를 점 P3a라 하면, 목표궤적상 바로 아래의 점이 점 P4a, 진행방향으로 ℓ₁진행한 점이 점 P5a로 되어, 목표선단벡터(vector)는, 이 점P5a을 향하는 목표속도 벡터(VC+VD)로 되고, 그 후 버킷(1c)의 선단위치가 점(P3b)로 왔을 때에는 점(P5b)를 향하는 목표속도 벡터(VC+VD)로 되고, 또 버킷(1c) 선단이 점(P3c)로 왔을 때에는 점 P5c로, 점 P3d로 왔을 때에는 점 P5d로 향하는 목표속도 벡터(VC+VD)로 되고, 궤적은 최종적으로는 도 12에 나타나는 바와 같이, 목표궤적에 근접해감에 따라 목표궤적과 평행해지고 완만한 목표궤적에 수속되는 곡선형상으로 된다.

보정후 목표실린더 속도 연산부(9f)에서는, 벡터방향 보정부(9e)에서 구한 보정후의 목표속도벡터(VC+KVD)로부터 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 목표 실린더 속도를 연산한다. 이것은 목표선단속도 벡터연산부(9d)에서의 연산의 역연산이다.

목표파일롯압 연산부(9g)에서는, 보정후 목표실린더 속도연산부(9f)로부터의 목표실린더속도에서 파일롯라인(44a, 44b, 45a, 45b)의 목표파일롯압을 연산한다. 이것은 목표실린더 속도 연산부(9c)에서의 연산의 역연산이다.

밸브지령연산부(9h)에서는, 목표파일롯압 연산부(9g)에서 계산한 목표파일롯압으로부터 그 파일롯압을 얻기 위한 비례전자밸브(10a, 10b, 11a, 11b)의 지령치를 연산한다. 이 지령치는 증폭기에서 증폭되고, 전기신호로서 비례전자밸브에 출력된다. 여기서, 도 10의 플로우챠트의 순서 102에 나타낸 바와 같이, 목표속도벡터(VC)의 보정은 항상 부움올림 방향의 벡터(VD)에 의해 행해지고, 부움올림측의 파일롯라인(44a)에 관계되는 비례전자밸브(10a)에 전기 신호가 출력된다. 그 외의 비례전자밸브(10b, 11a, 11b)에 는 관련되는 파일롯라인의 파일롯압에 따른 전기신호가 출력되고, 당해 파일롯압을 그대로 출력할 수 있게 한다.

이상의 구성에 있어서, 조작레버장치(4a∼4f)는 복수의 피구동부재인 부움(1a), 아암(1b), 버킷(1c), 상부선회체(1d) 및 하부주행체(le)의 동작을 지시하는 유압파일롯 방식의 조작수단을 구성하고, 설정기(7)와 목표궤적 설정연산부(9a)는 프론트장치(1a)의 동작목표로 하는 목표궤적을 설정하는 궤적설정수단을 구성하고, 각도 검출기(8a∼8c) 및 경사각 검출기(8d)는 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 제1검출수단을 구성하고, 프론트자세 연산부(9b)는 제1검출수단으로부터의 신호에 의거하여 프론트장치(1A)의 위치와 자세를 연산하는 제1연산수단을 구성한다.

또, 점 P4, P4a…는, 목표궤적상에서 프론트장치(1A)로부터 제1거리에 있는 제1점을 구성하고, 점 P5, P5a, P5b, P5c, P5d…는 상기 제1점으로부터 목표궤적상에 ℓ₁만큼 진행방향 전방으로 진행한 제2점을 구성하고, 목표실린더 속도연산부(9c), 목표선단 속도벡터 연산부(9d), 벡터방향 보정부(9e), 보정후 목표실린더 속도연산부(9f), 목표파일롯압 연산부(9g), 밸브지령연산부(9h) 및 비례전자밸브(10a∼11b)는 복수의 조작수단(4a∼4f)중 특정의 프론트부재(la, 1b)에 관계되는 조작수단(4a, 4b)의 조작신호와 상기 제1연산수단(9b)의 연산치에 의거하여, 프론트장치(1A)가 목표궤적 근방에 있을 때, 점 P5, P5a, P5b, P5c, P5d…를 향하여 프론트장치(1A)가 움직이도록, 프론트장치(1A)에 관계되는 조작수단(4a,4b)의 조작 신호를 보정함으로써, 프론트장치(1A)를 목표궤적상에 수속시키도록 조작신호를 보정하는 신호보정수단을 구성한다.

또, 목표실린더 속도연산부(9c) 및 목표선단 속도벡터연산부(9d)는 특정의 프론트부재(1a, 1b)에 관계되는 조작수단(4a, 4b)으로 부터의 조작신호에 의거하여 프론트장치(1A)의 목표속도 벡터를 연산하는 제2연산수단을 구성하고, 벡터방향보정부(9e)는 상기 제1 및 제2연산수단의 연산치를 입력하고, 프론트장치(1A)가 목표궤적 근방에 있을 때에 목표속도 벡터(VC)의 목표궤적을 따르는 방향의 벡터성분(VCx) 및, 목표속도벡터(VC)의 목표궤적에 접근하는 방향의 벡터성분(VCy)을 함께 수정함으로써, 목표속도 벡터(VC)의 방향이 제2점(P5)을 향하도록 보정하는 제3연산수단을 구성하고, 보정후 목표실린더 속도연산부(9f), 목표파일롯압 연산부(9g), 밸브지령 연산부(9h) 및 비례전자밸브(10a∼11b)는, 보정된 목표속도 벡터(VC+KVD)에 따라 프론트장치(1A)가 움직이도록, 대응하는 유압제어밸브(5a,5b)를 구동하는 벨브제어ㅜ단을 구성한다.

또, 조작레버장치(4a~4f) 및 파일롯라인(44a~49b)은 유압제어밸브(5a∼5f)를 구동하는 조작시스템을 구성하고, 압력검출기(60a∼61b)는 프론트장치의 조작수단의 조작량을 검출하는 제2검출수단을 구성하며, 상기 제2연산수단을 구성하는 목표실린더 속도연산부(9c) 및 목표선단 속도벡터연산부(9d)는, 제2검출수단으로부터의 신호에 의거하여 프론트장치(1A)의 목표속도벡터를 연산하는 수단이고, 상기 밸브제어수단을 구성하는 요소중 보정후 목표실린더 속도연산부(9f), 목표파일롯압 연산부(9g)는 상기 보정한 목표속도벡터에 의거하여 대응하는 유압제어밸브(5a, 5b)를 구동하기 위한 목표파일롯압을 계산하는 제4연산수단을 구성하고, 밸브지령 연산부(9h) 및 비례전자밸브(10a∼11b)는 그 목표파일롯압이 얻어지도록 상기 조작시스템을 제어하는 파이롯 제어수단을 구성한다.

또, 파이롯라인(44a)은 프론트장치(1A)가 설정영역으로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록, 대응하는 유압제어밸브(5a)에 파일롯압을 유도하는 제1파일롯라인을 구성하고, 보정후 목표실린더 속도연산부(9f) 및 목표파일롯압 연산부(9g)는 보정한 목표속도 벡터에 의거하여 제1파일롯라인에 있어서의 목표파일롯압을 계산하는 수단을 구성하고, 밸브지령 연산부(9h)는 그 목표파일롯압에 대응하는 제1전기신호를 출력하는 수단을 구성하고, 비례전자밸브(10a)는 제1전기신호를 유압으로 변환하고 목표파일롯압에 상당하는 제어압을 출력하는 전기유압 변환수단을 구성하고, 셔틀밸브(12)는 제1파일롯라인내의 파일롯압과 전기유압 변환수단으로부터 출력된 제어압의 고압측을 선택하여 대응하는 유압제어밸브(5a)로 유도하는 고압선택 수단을 구성한다.

또한, 파일롯라인(44b, 45a, 45b)은 프론트장치(1A)가 설정영역에 근접하는 방향으로 움직이도록, 대응하는 유압제어밸브(5a, 5b)에 파일롯압을 유도하는 제2파일롯라인을 구성하고, 보정후 목표실린더 속도연산부(9f) 및 목표파일롯압 연산부(9g)는 보정한 목표속도 벡터에 의거하여 제2파일롯 라인에 있어서의 목표파일롯압을 계산하는 수단을 구성하고, 밸브지령 연산부(9h)는 그 목표파일롯압에 대응하는 제2전기신호를 출력하는 수단을 구성하고, 비례전자밸브(10b, 11a, 11b)는 제2파일롯라인에 설치되고, 제2전기신호에 의해 작동하여 제2파일롯라인내에 파일롯 압력을 목표파일롯압까지 감압하는 감압수단을 구성한다.

다음에, 이상과 같이 구성한 본 실시예의 동작을 설명한다. 작업의 일례로서 바로 앞 방향으로 굴삭하도록 하여, (1)부움올림·아암크라우드의 복합조작에 의해 버킷선단을 수평방향으로 이끌어 조작하는(즉 수평유도) 경우, (2)부움내림·아암크라우드의 복합조작에 의해 버킷선단을 차체측에서 수평방향으로 이끌어 조작하는(즉 수평후퇴) 경우, (3)부움올림·아암덤프의 복합조작에 의해 버킷선단을 차체측으로부터 수평방향으로 밀어 조작하는(즉 수평푸시) 경우, (4)부움내림·아암덤프의 복합조작에 의해 버킷선단을 반차체측에서 수평방향으로 푸시하여 조작하는(즉 수평압출)경우에 대하여 설명한다.

(1)수평전진(부움올림·아암크라우드 조작)

오퍼레이터가 프론트장치(1A)전방으로부터 바로 앞방향으로 수평으로 전진하려고 하고, 부움올림과 아암크라우드와의 복합조작을 행하여 목표궤적보다 상방으로부터 버킷(1c)의 선단을 목표궤적에 근접해가는 경우, 통상은 목표궤적보다 하방으로 불거져 나오는 목표벡터를 부여하게 된다. 그리고, 버킷선단과 목표궤적과의 최단거리(△h)가 △ho보다 작아지면, 벡터방향 보정부(9e)에서 버킷선단의 목표속도벡터(VC)에 대하여, 버킷(1c)의 선단위치 바로 아래의 목표궤적상의 점(P4)로부터ℓ₁진행한 점 P5 등을 목표로 하기 위한 보정용 부움올림 벡터(VD)가 생성되고, 제어게인을 곱한 KVD가 VC에 가해져 보정이 개시된다. 버킷선단과 목표궤적과의 최단거리(△h)가 △hi에 가까이 감에 따라 K의 값을 커지게 되고, △h=△hi로 되면 K=1로 되고, 이 이후 목표속도 벡터(VC)는 항상 VC+VD로 되도록 보정된다.

그리고, 보정후 목표실린더 속도연산부(9f)에서, 보정후의 목표벡터(VC+VD)에 대응하는 부움실린더(3a)의 신장방향 및 아암실린더(3b)의 신장방향의 실린더속도를 연산하고, 목표파일롯압 연산부(9g)에서 부움올림측의 파일롯라인(44a) 및 아암크라우드측의 파일롯라인(45a)의 목표파일롯압을 계산하고, 밸브지령 연산부(9h)에서는 비례전자밸브(10a) 및 비례전자밸브(11a)에 전기신호를 출력한다. 이것에 의해, 비례전자밸브(10a)는 목표파일롯압 연산부(9g)에서 연산환 목표파일롯압에 상당하는 제어압을 출력하고, 이 제어압이 셔틀밸브(12)에 의해 선택되고, 부움용 유량제어밸브(5a)의 부움올림측 유압구동부(50a)로 유도된다. 또 비례전자밸브(11a)도 목표파일롯압 연산부(9g)에서 연산한 목표파일롯압에 상당하는 제어압을 출력하고, 아암용 유량제어밸브(5b)의 아암크라우드측 유압구동부(51a)로 유도된다. 이 때, 비례전자밸브(10a)의 동작에 있어서는, 목표속도벡터(VC)를 보정하는 부움올림 벡터(VD)분이 가상되어 있기 때문에, 결과적으로 도 12에 나타내는 바와 같이 목표궤적을 따라 버킷(1c)의 선단을 움직이게 할 수 있다. 따라서, 오퍼레이터의 조작에 따라 버킷선단(1c)이 목표궤적까지 어떠한 궤적을 밟을지 알 수 없는 종래구조와 달리 인간의 필링에 합치된 양호한 궤적을 거쳐 버킷(1c)선단을 목표궤적에 비교적 빨리 또 안정적으로 수속시킬 수 있다.

이상과 같이 목표궤적을 따라 굴삭하는 도중, 예를 들어 버킷(1c)중에 토사가 충분히 들어갔다던가, 도중에 장애물이 있다던가 굴삭저항이 커서 프론트장치가 정지해버렸기 때문에 굴삭저항을 작게 하는 경우, 부움(1a)을 수동에 의해 상승시키고 싶은 경우가 있다. 이 때에는, 부움용의 조작레버장치(4a)를 부움올림방향으로 조작하면, 부움올림측의 파일롯라인(44a)에 파일롯압이 올라가, 그 파일롯압이 비례전자밸브(10a)이 제어압보다 높아지면 그 파일롯압이 셔틀밸브(12)에 의해 선택되고, 부움을 상승시킬 수 있다.

(2) 수평후퇴(부움내림·아암크라우드 조작)

오퍼레이터가 수평후퇴를 행하려고 부움내림·아암크라우드의 복합조작을 행하고, 목표궤적보다 상방으로부터 버킷(1c)선단을 목표궤적에 근접해가는 경우, 통상은 목표궤적보다 상방으로 어긋나 목표궤적으로부터 떨어지는 목표벡터를 부여하게 된다. 거기서, 버킷선단과 목표궤적과의 최단거리(△h)가 △ho보다 작게 되어 있으면, 벡터방향 보정부(9e)에 의해 목표속도 벡터를 VC+KVD(단 이 경우 VD는 부움내림 방향의 벡터)로 하는 보정이 행해지고, △h가 △hi 이하로 되면 목표속도 벡터가 항상 VC+VD로 되도록 보정된다.

그리고, 보정후 목표실린더 속도연산부(9f)에 있어서, 보정후의 목표벡터(VC)+VD)에 대응하는 부움실린더(3a)의 수축방향 및 아암실린더(3b)의 크라우드 방향의 실린더속도를 연산하고, 목표파일롯압 연산부(9g)에서 부움내림측의 파일롯라인(44b) 및 아암크라우드측의 파일롯라인(45a)의 목표파일롯압을 계산하고, 밸브지령연산부(9h)에서는 비례전자밸브(10b) 및 비례전자밸브(11a)에 전기신호를 출력한다. 이것에 의해, 비례전자밸브(10b, 11a)는 목표파일롯압 연산부(9g)에서 연산한 목표파일롯압에 상당하는 제어압을 출력하고, 부움용 유량제어밸브(5a)의 부움내림측 유압구동부(50b), 및 아암용 유량제어밸브(5b)의 아암크라우드측 우압구동부(51a)로 유도된다. 이 때, 비례전자밸브(10b)의 동작에 있어서는 목표속도벡터(VC)를 보정하는 부움내림 벡터(VD)분이 가산되어 있기 때문에, 결과적으로 목표궤적보다 상방으로 떨어지는 일 없이, 상기 (1)과 마찬가지의 목표궤적을 따라 버킷(1c)의 선단을 움직이게 할 수 있다.

(3) 수평푸시(부움올림·아암덤프조작)

오퍼레이터가 차체측에서 수평푸시를 행하려고 하여 부움올림·아암덤프의 복합조작을 행하고, 목표궤적보다 상방으로부터 버킷(1c) 선단을 목표궤적에 근접해가는 경우, 통상은 목표궤적보다 하방으로 불거져 나오는 목표벡터를 부여하게 된다. 그리고, 버킷 선단과 목표궤적과의 최단거리 △h가 △ho보다 작아지면 백터방향 보정부(9e)에 있어서의 목표속도 벡터(VC)의 동일한 보정이 행해지고, △h가 △hi 이하로 되면 목표속도 벡터(VC)는 항상 VC+VD로 되도록 보정된다.

그리고, 보정후 목표실린더 속도연산부(9f)에 있어서, 보정후의 목표벡터 VC+VD)에 대응하는 부움실린더(3a)의 신장방향 및 아암실린더(3b)의 덤프방향의 실린더속도를 연산하고, 목표파일롯압 연산부(9g)에서 부움올림측의 파일롯라인(44a) 및 아암덤프측의 파일롯라인(45b)의 목표파일롯압을 계산하고, 밸브지령 연산부(9h)에서는 비례전자밸브(10a) 및 비례전자밸브(11b)에 전기신호를 출력한다. 이것에 의해, 비례전자밸브(10a)는 목표파일롯압 연산부(9g)에서 연산한 목표파일롯압에 상당하는 제어압을 출력하고, 이 제어압이 셔틀밸브(12)에 의해 선택되고, 부움용 우량제어밸브(5a)의 부움올림측 유압구동부(50a)로 유도된다.

또, 비례전자밸브(11b)도 목표파일롯압 연산부(9g)에서 연산한 목표파일롯압에 상당하는 제어압을 출력하고, 아암용 유량제어밸브(5b)의 아암덤프측 유압구동부(51b)로 유도된다. 이때, 비례전자밸브(10a)의 동작에 있어서는 목표속도벡터(VC)를 보정하는 부붐올림 벡터(VD)분이 가산되어 있기 때문에, 결과적으로 상기(1)과 같은 목표궤적보다 상방으로 떨어지는 일 없이 목표궤적을 따라 버킷(1c)의 선단을 움직이게 할 수 있다.

(4)수평압출(부움내림·아암덤프조작)

오퍼레이터가 반차체측에서 수평압출을 행하려고 부움내림·아암덤프의 복합 조작을 행하고, 목표궤적보다 상방으로부터 버킷(1c)선단을 목표궤적에 근접해가는 경우, 통상은 목표궤적보다 상방으로 어긋나 목표궤적으로부터 떨어지는 목표벡터를 부여하게 된다.

그래서, 버킷선단과 목표궤적과의 최단거리(△h)가 △ho보다 작게 되어 있으면, 벡터방향 보정부(9e)에 의해 목표속도벡터를 VC+KVD(단 이 경우 VD는 부움내림방향의 벡터로 하는 보정이 행해지고, △h가 △hi 이하로 되면 목표속도 벡터가 항상 VC+VD로 되도록 보정된다.

그리고, 보정후 목표실린더 속도연산부(9f)에 있어서, 보정후의 목표벡터(VC+VD)에 대응하는 부움실린더(3a)의 수축방향 및 아암실린더의 덤프방향의 실린더 속도를 연산하고, 목표파일롯압 연산부(9g)에서 부움내림측의 파일롯라인(44b) 및 아암덤프측의 파일롯라인(45b)의 목표파일롯압을 계산하고, 밸브지령 연산부(9h)에서는 비례전자밸브(10b) 및 비레전자밸브(11b)에 전기신호를 출력한다. 이것에 의해, 비례전자밸브(10b, 11b)는 목표파일롯압 연산부(9g)에서 연산한 목표파일롯압에 상당하는 제어압을 출력하고, 부움용 유량제어밸브(5a)의 부움내림측 유압구동부(50b), 및 아암용 유량제어밸브(5b)의 아암덤프측 유압구동부(51b)로 유도된다.

이때, 비례전자밸브(10b)의 동작에 있어서는, 목표속도벡터(VC)를 보정하는 부움내림 벡터(VD)분이 가산되어 있기 때문에, 결과적으로 목표궤적보다 상방으로 떨어지는 일 없이 상기 (1)과 같은 목표궤적을 따라 버킷(1c)의 선단을 움직이게 할 수 있다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면, 버킷(1c)의 선단이 목표궤적으로부터 떨어져 있을 때에는 목표속도벡터(VC)는 보정되지 않고, 통상 작업과 같아지도록 작업할 수 있는 동시에, 버킷(lc)의 선단이 목표궤적 근방에 가까워지면 목표속도 벡터의 방향을 보정하는 제어가 행해지고, 인간의 필링에 합치한 양호한 궤적을 거쳐 버킷(lc)선단을 목표궤적에 비교적 빨리 또 안정적으로 소속시킬 수 있다.

또한, 비례전자밸브(10a, 11b, 11a, 11b) 및 셔틀밸브(12)를 파일롯라인(44a, 44b, 45a, 45b)에 조립하고, 파일롯압을 제어하여 궤적제어를 행하므로 영역을 제한한 굴삭을 효율좋게 행할 수 있는 기능을 유압파일롯 방식의 조작레버장치(4a, 4b)를 구비한 것에 용이하게 부가할 수 있다.

또한, 상기에서는 제어유닛(9)의 벡터방향 보정부(9e)에서 목표궤적상의 거리(ℓ₁)를 고정치로 하였으나 이것을 가변적으로 하는 변형예도 있을 수 있다. 예를 들어, ℓ₁을 △h에 따라 가변적으로 하는 경우ℓ₁을 부움 또는 아암에 관계되는 조작신호에 따라 가변적으로 하는 경우, ℓ₁을 부움 또는 아암의 동작속도에 따라 가변적으로 하는 경우 등을 생각할 수 있다. 이하, 이들 중 적어도 하나를 사용하고, 또 필요에 따라 제어유닛(9)에 기능을 부가한 변형예를 몇가지 설명한다.

①ℓ₁을 △h에 따라 가변적으로 하는 경우

이 경우에 있어서의 벡터방향 보정부(9e)에서의 제어내용을 나타내는 블록도를 도 13에 나타낸다. 도 13이 도 4와 다른 주요한 점은, 최단거리 검출부(9e2)에서 검출된 △h에 따라 ℓ₁을 가변적으로 설정하는 ℓ₁설정부(9e6)를 설치한 것이다. 그리고, 도시와 같은 테이블에 의해 △h가 작을수록 ℓ₁을 크게, △h가 클수록 ℓ₁을 작게 설정하고, 이것을 보정용 부움올림·내림벡터 연산부(9e1)로 출력한다.

이 변형예에 의하면, 최단거리(△h)가 비교적 큰 경우에 거리(ℓ₁)를 작게함으로써 목표궤적에 재빨리 수속시킬 수 있고, 또 최단거리(△h)가 비교적 작은 경우에 거리(ℓ₁)를 크게 함으로써 목표궤적에 의해 원활하고 또 소프트하게 수속시킬 수 있다.

②ℓ₁을 부움·아암에 관련된 조작신호 및 부움·아암의 동작속도에 따라 가변적으로 하는 경우(양자의 한쪽을 선택)

이 경우에 있어서의 벡터방향 보정부(9)에서의 제어내용을 나타내는 블록도를 도 14에 나타낸다. 또한, 대응하여 제어유닛(9)에 새로 부가되는 기능도 아울러 나타낸다. 이 도 14가 도 13의 구성과 다른 주요한 점은, 먼저 제어유닛(9)에 목표실린더 속도연산부(9c)에서 구한 목표실린더 속도, 및 제어유닛(9)의 기억장치에 기억되어 있는 앞의 ℓ₁, ℓ₂, ℓ₃등의 각 부 치수로부터 부움(1a)의 목표선단속도(v1)를 구하는 목표선단 속도연산부(9i)와, 마찬가지로 ℓ₁, ℓ₂, ℓ₃등의 각부 치수, 및 각도검출기(8a,8b,8c)에 의해 검출한 회동각(α,β.γ)의 값을 사용하여 부움(1a) 선단의 실제의 속도(v2)를 구하는 실제속도 연산부(9j)를 설치한것과, 베터방향 보정부(9e)내에 목표선단 속도연산부(9i)로부터의 목표선단속도(v1)에 의거하여 보정게인(K1)을 구하는 보정게인 산출부(9e7)와, 실제속도 연산부(9j)로부터의 실제의 속도(v2)에 의거하여 보정게인(K2)을 구하는 보정게인 산출부(9e8)와, 이들 보정게인(K1, K2)중 최대의 것을 선택하는 최대치 선택부(9e9)와, 선택된 K1 또는 K2를, ℓ₁설정기(9e6)로부터의 ℓ₁에 곱하여 ℓ₂로 하는 승산부(9e10)를 설치하고, 보정용 부움올림·내림벡터 연산부(9e1)가 이 승산부(9e10)로 부터의 ℓ₂를 사용하여, 부움올림 벡터(VD)를 연산하는 것이다.

이 변형예에 있어서는, 상기 ① 의 변형예 효과에 더하여 부움조작량 즉 부움(la)의 목표속도(v1)가 비교적 큰 경우나, 부움(la)선단의 실제의 속도(v2)가 빠른 경우에, 거리(12)를 크게함으로써, 헌팅 등을 방지하고 제어에 있어서의 안정성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 또 이 경우, 목표속도(v1)와 실제의 속도(v2)를 병용함으로써, 전자의 고응답성, 후자의 정확성을 살릴 수 있다.

② ℓ₁을 부움·아암에 관련되는 조작신호 및 부움·아암의 동작속도에 따라 가변적으로 하는 경우

이 경우에 있어서의 벡터방향 보정부(9e)에서의 제어내용을 나타내는 블록도를 도 15에 나타낸다. 이 도 15가 도 14의 구성과 다른 점은, 제어게인(K1, K2)의 양쪽을, 각각 승산부(9e11, 9e12)에 의해 ℓ₁설정부(9e6)로부터 ℓ₁에 곱하고, 최종적으로 ℓ₃=K1×K2×ℓ₁로 하여 보정용 부움올림·내림벡터 연산부(9e1)로 출력하고, 보정용 부움올림·내림벡터 연산부(9e1)는 이 ℓ₃을 사용하여, 부움올림 벡터(VD)를 연산하는 것이다.

이 변형예에 의해서도 상기 ②의 변형예와 같은 효과를 얻는다.

또, 상기 실시예에서는 프론트장치의 위치와 자세에 관련된 상태량을 검출하는 제1검출수단으로서, 프론트부재(1A)의 회동각을 검출하는 각도검출기(8a, 8b, 8c)를 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 스트로크를 검출하는 변위검출기를 설치하여도 된다.

또한, 상기 실시예에 있어서는 유압파일롯 방식의 조작레버장치를 갖는 유압쇼벨에 적용한 경우에 대하여 설명하였으나, 전기레버장치를 갖는 유압쇼벨에도 마찬가지로 적용할 수 있고, 같은 효과가 얻어진다.

본 발명에 의하면, 프론트장치를 목표궤도에 도달시킬 때에, 신호보정수단에 의해 프론트장치가 제2점을 향해 움직이는 보정이 행해진다. 따라서, 이 제2점을 작업용도나 작업상황 등에 따라 결정함으로써, 현재의 프론트장치의 위치로부터 목표궤도에 도달할 때 까지의 궤도를 적절히 소망하는 궤도로 설정할 수 있다. 따라서, 오퍼레이터의 조작에 따라 프론트장치 선단이 목표궤적까지 어떠한 궤도를 밟은 것인지 알 수 없는 종래구조와 달리, 인간의 필링에 합치한 양호한 궤도를 거쳐 프론트장치 선단을 목표궤도에 빨리 또 안정적으로 수속시킬 수 있다.

Claims

다관절형 프론트장치를 구성하는 상하방향으로 회동가능한 복수의 프론트부재를 포함하는 복수의 피구동부재와, 이들 복수의 피구동부재를 각각 구동하는 복수의 유압액츄에이터와, 상기 복수의 피구동부재의 동작을 지시하는 복수의 조작수단과, 상기 복수의 조작수단의 조작신호에 따라 구동되어, 상기 복수의 유압액츄에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유압제어밸브를 구비한 건설기계에 설치되며, 상기 프론트장치가 동작목표로 하는 목표궤적을 설정하는 궤적설정수단과, 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 제1검출수단과, 싱기 제1검출수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제1연산수단과, 상기 복수의 조작수단중 특정의 프론트부재에 관한 조작수단의 조작신호 및 상기 제1연산수단의 연산치에 의거하여, 상기 프론트장치가 상기 목표궤적 근방에 있을 때, 상기 프론트장치를 상기 목표궤적상에 도달시키도록 상기 특정의 프론트부재에 관한 조작수단의 조작신호를 보정하는 신호보정수단을 가지는 건설기계의 궤적제어장치에 있어서, 상기 신호보정수단은, 상기 프론트 장치로부터 제1거리에 있는 상기 목표궤적 상에 제1점과, 상기 제1점으로부터 제2거리만큼 굴삭 진행방향 전방으로 진행한 상기 목표 궤적 상에 제2점을 설정하는 설정수단을 포함하여, 제2점을 향해 상기 프론트장치가 움직이도록, 상기 조작신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제1항에 있어서, 상기 신호보정수단은, 상기 프론트 장치의 굴삭부분으로부터 제1거리에 있는 상기 목표궤적 상에 제1점과, 상기 제1점으로부터 제2거리만큼 굴삭 진행방향 전방으로 진행한 상기 목표 궤적 상에 제 2점을 설정하는 설정수단을 포함하여, 제2점을 향해 상기 프론트장치가 움직이도록, 상기 조작신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제1항에 있어서, 상기 신호보정수단은 상기 제1거리로서, 상기 목표궤적과 상기 프론트장치와의 최단거리를 사용하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제1항에 있어서, 상기 신호보정수단은 상기 제2거리가 고정치로서 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제1항에 있어서, 상기 신호보정수단은 상기 제2거리를 상기 제1거리에 따라 가변적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 건설기게의 궤적제어장치.
제1항에 있어서, 상기 신호보정수단은 상기 제2거리를 상기 프론트장치에 관계되는 조작수단의 조작신호에 따라 가변적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제1항에 있어서, 상기 신호보정수단은 상기 제2거리를 상기 프론트장치의 동작속도에 따라 가변적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제1항에 있어서, 상기 신호보정수단은 상기 특정의 프론트부재에 관계된 조작수단으로부터의 조작신호에 의거하여 상기 프론트장치의 목표속도벡터를 연산하는 제2 연산수단과, 상기 제1 및 제2연산수단의 연산치를 입력하여, 상기 프론트장치가 상기 목표궤적 근방에 있을 때, 상기 목표속도벡터의 상기 목표궤적에 따른 방향의 벡터성분 및, 상기 목표속도벡터의 상기 목표궤적에 근접하는 방향의 벡터성분을 모두 수정함으로써, 상기 목표벡터의 방향이 상기 제2점을 향하도록 보정하는 제 3연산수단과, 이 제 3연산수단에 의해 보정된 목표속도벡터에 따라 상기 프론트장치가 움직이도록, 대응하는 유압제어밸브를 구동하는 밸브제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제8항에 있어서, 상기 제3연산수단은, 상기 프론트장치가 상기 목표궤적 근방에 없을 때에는, 상기 목표속도벡터를 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
상기 복수의 조작수단중 적어도 상기 특정의 프론트부재에 관계된 조작수단은 상기 조작신호로서 파일롯압을 출력하는 유압파일롯 방식이고, 이 유압파일롯 방식의 조작수단을 포함하는 조작시스템이, 대응하는 유압제어밸브를 구동하는 제7항 기재의 건설기계의 궤적제어장치에 있어서, 상기 유압파일롯 방식의 조작수단의 조작량을 검출하는 제2검출수단을 더욱 구비하여, 또 상기 제2연산수단은 상기 제2검출수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 프론트장치의 목표속도벡터를 연산하는 수단이고, 상기 밸브제어수단은 상기 보정한 목표속도벡터에 의거하여, 대응하는 유압제어밸브를 구동하기 위한 목표파일롯압을 계산하는 제4연산수단과, 이 목표파일롯압이 얻어지도록 상기 조작시스템을 제어하는 파일롯 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제10항에 있어서, 상기 조작시스템은 상기 프론트장치가 상기 목표궤적으로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록, 대응하는 유압제어밸브에 파일롯압을 유도하는 제1파일롯라인을 포함하고, 상기 제4연산수단은 상기 보정한 목표속도벡터에 의거하여 상기 제1파일롯라인에 있어서의 목표파일롯압을 계산하는 수단을 포함하며, 상기 파일롯 제어수단은 상기 목표파일롯압에 대응하는 제1전기신호를 출력하는 수단과, 상기 제1전기신호를 유압으로 변환하여 상기 목표파일롯압에 상당하는 제어압을 출력하는 전기유압변환수단과, 상기 제1파일롯라인내의 파일롯압과 상기 전기유압변환수단으로부터 출력된 제어압의 고압측을 선택하여, 대응하는 유압제어밸브로 유도하는 고압선택수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제10항에 있어서, 상기 조작시스템은 상기 프론트장치가 상기 목표궤적에 근접하는 방향으로 움직이도록, 대응하는 유압제어밸브에 파일롯압을 유도하는 제2파일롯라인을 포함하고, 상기 제4연산수단은 상기 보정한 목표속도벡터에 의거하여 상기 제 2파일롯라인에 있어서의 목표파일롯압을 계산하는 수단을 포함하고, 상기 파일롯제어수단은 상기 목표파일롯압에 대응하는 제2전기신호를 출력하는 수단과, 상기 제2파일롯라인에 설치되며 상기 제2전기신호에 의해 작동하여 상기 제2파일롯라인내의 파일롯압력을 상기 목표파일롯압까지 감압하는 감압수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제10항에 있어서, 상기 조작시스템은 상기 프론트장치가 상기 목표궤적으로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록, 대응하는 유압제어밸브에 파일롯압을 유도하는 제1파일롯라인과, 상기 프론트장치가 상기 목표궤적에 근접하는 방향으로 움직이도록, 대응하는 유압제어밸브에 파일롯압을 유도하는 제2파일롯라인을 포함하고, 상기 제4연산수단은 상기 보정한 목표속도벡터에 의거하여상기 제1 및 제2파이롯라이에 있어서의 목표파일롯압을 계산하는 수단을 포함하고, 상기 파일롯 제어수단은 상기 목표파일롯압에 대응하는 제1 및 제2전기신호를 출력하는 수단과, 상기 제1전기신호를 유압으로 변환하여 상기 목표파일롯압에 상당하는 제어압을 출력하는 전기유압 변환수단과, 상기 제1파일롯라인내의 파일롯압과 상기 전기유압 변환수단으로부터 출력된 제어압의 고압측을 선택하여, 대응하는 유압제어밸브로 유도하는 고압선택수단과, 상기 제2파일롯라인에 설치되며 상기 제2전기신호에 의해 작동하여 상기 제2파일롯라인내의 파일롯압력을 상기 목표파일롯압까지 감압하는 감압수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제11항 또는 제13항에 있어서, 상기 특정의 프론트부재는 유압쇼벨의 부움과 아암을 포함하고, 상기 제1파일롯라인은 부움올림측의 파일롯라인인 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 특정의 프론트부재는 유압쇼벨의 부움과 아암을 포함하고, 상기 제2파일롯라인은 부움내림측 및 아암크라우드측의 파일롯라인인 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 특정의 프론트부재는 유압쇼벨의 부움과 아암을 포함하고, 상기 제2파일롯라인은 부움내림측, 아암크라우드측 및 아암덤프측의 파일롯라인인 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제1검출수단은 상기 복수의 프론트부재의 회동각을 검출하는 복수의 각도검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제1검출수단은 상기 복수의 액츄에이터의 스트로크를 검출하는 복수의 변위검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.
제10항에 있어서, 상기 제2검출수단은, 상기 조작시스템의 파일롯라인에 설치된 압력검출기인 것을 특징으로 하는 건설기계의 궤적제어장치.