KR-20260061228-A - 건설 기계

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Abstract

건설 기계는, 작업 장치를 구동하는 유압 실린더에 공급하는 유량을 조정하는 유압 기기로서의 유량 제어 밸브와, 목표면을 넘어 작업구가 이동하지 않는 조건을 충족시키는 유압 실린더를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 제어 장치는, 작업 장치의 자세를 검출하는 검출 장치의 검출 정보 및 목표면의 정보에 의거하여 작업구가 상기 조건을 충족시키는 유압 실린더의 목표 속도를 연산하고, 연산된 목표 속도에 대응하는 유압 기기의 목표치가 유량 제어의 정밀도를 확보 가능한 하한치보다 작은 경우, 하한치로부터 얻어지는 유압 실린더의 제한 속도에 의거하여 작업구가 상기 조건을 충족시키는 유압 실린더의 목표 속도를 재연산하고, 재연산된 목표 속도에 대응한 목표치에 의해 유압 기기를 제어한다.

Inventors

구마가이 겐토
가네하마 미츠히코
후쿠치 료헤이
스즈키 유스케
아마노 히로아키
시라토 슈우
이자와 게이

Assignees

히다치 겡키 가부시키 가이샤

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20240927
Priority Date: 20230929

Claims (5)

작업구를 포함하는 작업 장치와, 상기 작업 장치를 구동하는 적어도 1개의 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터에 공급하는 압유의 유량을 조정 가능한 유압 기기와, 상기 작업구의 작업 대상으로서 설정된 목표면을 넘어 상기 작업구가 이동하지 않는 조건을 충족하도록, 상기 유압 기기를 통하여 상기 유압 액추에이터를 제어하는 제어 장치와, 상기 작업 장치의 자세를 검출하는 자세 검출 장치를 구비한 건설 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 자세 검출 장치의 검출 정보 및 상기 목표면의 설정 정보에 의거하여, 상기 작업구가 상기 조건을 충족시키는 상기 유압 액추에이터의 속도를 목표 속도로서 연산하고, 연산된 상기 유압 액추에이터의 상기 목표 속도에 대응하는 상기 유압 기기의 목표치를 연산하고, 연산된 상기 유압 기기의 상기 목표치가 상기 유압 기기에 의한 유량 제어의 허용 정밀도를 확보 가능한 하한치보다 작은 경우에는, 상기 하한치로부터 얻어지는 상기 유압 액추에이터의 속도를 상기 유압 액추에이터의 제한 속도로서 연산하고, 연산된 상기 유압 액추에이터의 상기 제한 속도에 의거하여 상기 작업구가 상기 조건을 충족시키는 상기 유압 액추에이터의 상기 목표 속도를 재연산하고, 재연산된 상기 유압 액추에이터의 상기 목표 속도에 대응하여 상기 유압 기기의 상기 목표치를 제어 목표로 하여 상기 유압 기기를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제1항에 있어서, 상기 작업 장치를 구동하는 상기 적어도 1개의 유압 액추에이터는, 복수의 유압 액추에이터에 의해 구성되고, 상기 제어 장치에 있어서의 상기 유압 액추에이터의 상기 목표 속도의 연산은, 상기 자세 검출 장치의 검출 정보 및 상기 목표면의 설정 정보에 더해, 상기 작업 장치의 동작을 지시하는 지시 정보로부터 얻어지는 상기 작업구의 이동 방향에 의거하여 상기 복수의 유압 액추에이터의 각각의 상기 목표 속도를 연산하는 것이고, 상기 제어 장치에 있어서의 상기 유압 액추에이터의 상기 목표 속도의 상기 재연산은, 상기 작업구가 상기 이동 방향을 유지하면서 상기 조건을 충족시키는 상기 복수의 유압 액추에이터의 속도를 연산된 상기 제한 속도에 의거하여 연산하는 것인 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제1항에 있어서, 상기 유압 기기는, 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어 가능한 유량 제어 밸브이고, 상기 유량 제어 밸브의 전후 차압을 검출하는 압력 검출 장치를 추가로 구비하고, 상기 유압 기기의 상기 목표치는, 연산된 상기 유압 액추에이터의 상기 목표 속도로부터 얻어지는 상기 유압 액추에이터의 목표 유량과 상기 압력 검출 장치의 검출치에 의거하여 연산되는 상기 유량 제어 밸브의 목표 개구 면적이고, 상기 하한치는, 상기 유량 제어 밸브에 대해 그 유량 제어의 정밀도에 따라 미리 설정된 한계 개구 면적이고, 상기 제어 장치에 있어서의 상기 유압 액추에이터의 상기 제한 속도의 연산은, 상기 유량 제어 밸브의 상기 한계 개구 면적 및 상기 압력 검출 장치의 검출치를 이용하여 산출되는 유량에 의거하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제3항에 있어서, 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름 방향을 제어함과 함께, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유의 흐름을 제어 가능한 방향 제어 밸브를 추가로 구비하고, 상기 유량 제어 밸브는, 상기 방향 제어 밸브의 상류 측에 배치되고, 상기 압력 검출 장치는, 상기 유압 액추에이터의 미터인 압력 및 미터아웃 압력을 검출하는 압력 센서를 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 압력 센서의 검출치로부터 얻어지는 상기 유압 액추에이터의 추력 정보 또는 압력 정보에 의거하여 상기 방향 제어 밸브의 미터아웃 개구를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제1항에 있어서, 상기 유압 기기는, 상기 유압 액추에이터에 압유를 공급하는 유압 펌프이고, 상기 유압 기기의 상기 목표치는, 연산된 상기 유압 액추에이터의 상기 목표 속도로부터 얻어지는 상기 유압 액추에이터의 목표 유량에 의거하여 연산되는 상기 유압 펌프의 목표 유량이고, 상기 하한치는, 상기 유압 펌프에 대해 그 유량 제어의 정밀도에 따라 미리 설정된 한계 유량이고, 상기 제어 장치에 있어서의 상기 유압 액추에이터의 상기 제한 속도의 연산은, 상기 유압 펌프의 상기 한계 유량에 의거하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설 기계.

Description

건설 기계 본 발명은 건설 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유압 액추에이터에 의해 구동되는 작업 장치를 소정 조건하에서 동작하도록 제어하는 건설 기계에 관한 것이다. 유압 셔블 등의 건설 기계는, 선회체를 포함하는 차체와 선회체에 장착된 작업 장치를 구비하고 있다. 선회체나 작업 장치 등의 피구동체는, 유압 모터나 유압 실린더 등의 유압 액추에이터에 의해 구동된다. 작업 장치는, 복수의 링크 부재를 회동 가능하게 연결하여 구성된 다관절형의 장치이며, 예를 들어, 선회체에 대해 상하 방향으로 회동 가능하게 접속되는 붐과, 붐의 선단에 상하 방향으로 회동 가능하게 접속된 암과, 암의 선단에 상하 방향으로 회동 가능하게 접속된 버킷으로 구성되어 있다. 붐, 암, 버킷은 각각 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더에 의해 구동된다. 작업 장치를 구성하는 복수의 링크 부재를 조작 장치의 수동 조작에 의해 작동시켜 소정의 영역을 굴삭하는 것은 용이하지 않기 때문에, 오퍼레이터에게는 숙련된 조작 기술이 필요하다. 따라서, 이러한 작업을 용이하게 하는 방법의 일례로서, 특허문헌 1에 기재된 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 건설 기계의 영역 제한 굴삭 제어 장치는, 프론트 장치(작업 장치)에 관한 조작 레버 장치의 조작 신호를 제1 신호 보정 수단에 의해 보정함으로써, 설정 영역의 경계에 대해 접근하는 방향의 프론트 장치의 움직임을 감속하는 제어를 실시한다. 프론트 장치가 설정 영역의 경계에 가까워지면, 경계로의 접근 방향의 움직임이 감속되므로, 설정 영역의 경계를 따라 프론트 장치를 움직이는 것이 가능해진다. 이로써 오퍼레이터는, 조작 기술의 숙련도에 좌우되지 않고 정밀도 높은 안정적인 작업을 실시할 수 있다. 그러나 특허문헌 1에 기재된 기술에는 다음과 같은 과제가 있다. 조작 레버 장치의 조작 신호를 보정하는 제어 장치의 지령에 따라 프론트 장치(작업 장치)의 반자동 제어를 실시하는 경우에는, 프론트 장치의 선단이 목표 궤적을 따라 정확하게 이동하는 것이 중요하다. 이를 위해서는, 프론트 장치를 구동하는 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 목표 유량과 일치시킬 필요가 있다. 특허문헌 1에 기재된 영역 제한 굴삭 제어 장치에 있어서는, 유량 제어 밸브를 구동하는 제어압(파일럿압)을 제어함으로써 유량 제어 밸브의 개구량을 조정하고, 그에 따라 유압 액추에이터로의 공급 유량을 제어하고 있다. 그러나 유량 제어 밸브의 개구량을 정확하게 제어할 수 있었다고 해도, 프론트 장치의 부하 변동(유압 액추에이터의 부하 압력의 변동)에 수반하여 유량 제어 밸브의 전후 차압이 변동되어 버리면, 유량 제어 밸브를 통하여 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 유량이 변동되어 불안정하게 될 경우가 있다. 이러한 과제를 해결하는 수단으로서, 예를 들어, 특허문헌 2에 기재된 기술이 제안되고 있다. 특허문헌 2에 기재된 하이드로스태틱식의 구동 시스템에 있어서는, 소비기(유압 액추에이터)에 공급되는 압력 매체(압유)의 유량이 스로틀 작용을 갖는 조정 밸브(유량 제어 밸브)에 의해 제어된다. 조정 밸브의 개구량은, 설정 장치에 의해 요구된 체적 유량이 소비기에 공급되도록, 압력 센서에 의해 검출된 조정 밸브의 압력 강하(전후 차압)에 따라 조정되고 있다. 이로써 소비기의 부하 압력이나 유압 펌프의 공급 압력이 변동되어도, 추가적인 압력 보상기없이, 소비기에 공급되는 압력 매체의 유량을 정확하게 제어하는 것이 가능하다. 도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 건설 기계의 일례로서의 유압 셔블을 나타내는 측면도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 제1 실시형태에 관한 건설 기계가 구비하는 유압 시스템 중의 주요 구성(메인 회로)을 나타내는 유압 회로도이다. 도 3은 도 1에 나타내는 제1 실시형태에 관한 건설 기계가 구비하는 유압 시스템 중의 파일럿 회로를 나타내는 유압 회로도이다. 도 4는 제1 실시형태에 관한 건설 기계에 있어서의 제어 장치의 하드웨어 및 기능의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 5는 도 2에 나타내는 제1 실시형태에 관한 건설 기계의 유압 시스템의 구성 요소인 유량 제어 밸브에 있어서의 유량 제어의 정밀도 저하의 요인을 나타내는 도면이다. 도 6은 도 4에 나타내는 제1 실시형태에 관한 건설 기계의 제어 장치에 있어서의 유량 제어 밸브 목표 개구 연산부의 세분화된 처리 기능을 나타내는 블록도이다. 도 7은 도 4에 나타내는 제1 실시형태에 관한 건설 기계의 제어 장치에 의한 제어 순서의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 8은 제1 실시형태에 관한 건설 기계의 동작 및 작용 효과를 나타내는 설명도이다. 도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 건설 기계에 있어서의 제어 장치의 하드웨어 및 기능의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 10은 제2 실시형태에 관한 건설 기계의 유압 시스템의 구성 요소인 유압 펌프에 있어서의 유량 제어의 정밀도 저하의 요인을 나타내는 도면이다. 도 11은 도 9에 나타내는 제2 실시형태에 관한 건설 기계의 제어 장치에 있어서의 펌프 목표 유량 연산부의 세분화된 처리 기능을 나타내는 블록도이다. 도 12는 도 9에 나타내는 제2 실시형태에 관한 건설 기계의 제어 장치에 의한 제어 순서의 일례를 나타내는 플로차트이다. 이하, 본 발명의 건설 기계의 실시형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 본 실시형태에 있어서는, 건설 기계의 일례로서 유압 셔블을 예로 들어 설명한다. 또한, 본 명세서에서 설명하는 전후좌우의 방향은, 건설 기계에 탑승한 오퍼레이터가 보는 방향을 말한다. [제1 실시형태] 우선, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 건설 기계로서의 유압 셔블의 구성에 대해 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 관한 건설 기계의 일례로서의 유압 셔블을 나타내는 측면도이다. 도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은, 자주(自走) 가능한 주행체(2)와, 주행체(2) 상에 선회 가능하게 탑재된 선회체(3)와, 선회체(3)에 상하 방향으로 회동 가능하게 장착된 작업 장치(4)로 대략 구성되어 있다. 주행체(2)와 선회체(3)는, 건설 기계로서의 유압 셔블(1)의 기체(機體)를 구성한다. 선회체(3)는, 유압 액추에이터로서의 선회 모터(6)(후술하는 도 2도 참조)를 포함하는 선회 장치에 의해 주행체(2)에 대해 선회하도록 구성되어 있다. 주행체(2)는, 크롤러식의 주행 장치(8)(한쪽만 도시)를 좌우에 구비하고 있다. 좌우의 주행 장치(8)는 각각 유압 액추에이터로서의 주행 모터(9)(좌측 주행 모터만 도시)에 의해 구동한다. 선회체(3)는, 주행체(2) 상에 선회 가능하게 탑재된 지지 구조체로서의 선회 프레임(11)과, 선회 프레임(11) 상의 좌전측에 설치된 운전실(12)과, 선회 프레임(11)의 후단부에 마련된 카운터 웨이트(13)와, 운전실(12)과 카운터 웨이트(13)의 사이에 마련된 기계실(14)을 포함하여 구성되어 있다. 운전실(12)에는, 오퍼레이터가 착석하는 운전석(도시하지 않음)이나 후술하는 조작 장치(141, 142)(후술하는 도 3 참조) 등이 배치되어 있다. 카운터 웨이트(13)는, 작업 장치(4)와 중량 밸런스를 취하기 위한 것이다. 기계실(14)은, 원동기(도시하지 않음), 후술하는 유압 펌프(31, 32, 33)(후술하는 도 2 참조)나 파일럿 펌프(111)(후술하는 도 3 참조), 후술하는 복수의 방향 제어 밸브(36~46) 및 유량 제어 밸브(51~59)의 집합체로서의 제어 밸브 블록(15) 등의 각종 기기를 수용하고 있다. 작업 장치(4)는, 굴삭 작업 등을 실시하기 위한 다관절형의 작동 기구이며, 예를 들어, 붐(21), 암(22), 작업구로서의 버킷(23)의 3개의 링크 부재를 구비하고 있다. 붐(21)의 기단측은, 선회체(3)의 전부에 회동 가능하게 장착되어 있다. 붐(21)의 선단부에는, 암(22)의 기단부가 회동 가능하게 장착되어 있다. 암(22)의 선단부에는, 버킷(23)의 기단부가 회동 가능하게 장착되어 있다. 피구동체로서의 붐(21), 암(22), 버킷(23)은 각각 유압 액추에이터로서의 한 쌍의 붐 실린더(25), 암 실린더(26), 버킷 실린더(27)(모두 후술하는 도 2도 참조)에 의해 구동된다. 작업 장치(4)에는, 붐(21), 암(22), 버킷(23)의 각 자세 및 각 동작 상태를 검출하는 검출 장치로서 관성 계측 장치(IMU)(131, 132, 133)가 설치되어 있다. IMU(131, 132, 13)는 각각 붐(21), 암(22), 버킷(23)에 연결된 링크 부재에 설치되어 있다. 선회체(3)에는, 선회체(3)를 포함하는 기체의 자세 및 동작 상태를 검출하는 관성 계측 장치(IMU)(134)가 설치되어 있음과 함께, 선회체(3)의 선회 속도를 검출하는 관성 계측 장치(IMU)(135)가 설치되어 있다. 각 IMU(131, 132, 133, 134, 135)는, 검출치(자세 및 동작 상태에 관한 정보)에 따른 검출 신호를 후술하는 제어 장치(200)(후술하는 도 3 참조)로 출력한다. 또한, 작업 장치(4)의 자세 및 동작 상태를 검출하는 검출 장치로서, IMU(31, 132, 133) 대신에, 경사 센서, 회전각 센서, 또는 스트로크 센서 등에 의해 구성하는 것도 가능하다. 다음으로, 제1 실시형태에 관한 건설 기계가 구비하는 유압 시스템의 구성에 대해 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다. 도 2는 도 1에 나타내는 제1 실시형태에 관한 건설 기계가 구비하는 유압 시스템 중의 주요 구성(메인 회로)을 나타내는 유압 회로도이다. 도 3은 도 1에 나타내는 제1 실시형태에 관한 건설 기계가 구비하는 유압 시스템 중의 파일럿 회로의 구성을 나타내는 유압 회로도이다. 도 2에 있어서, 유압 셔블(1)은, 주행체(2)나 선회체(3), 작업 장치(4)(도 1을 참조)의 피구동체를 유압에 의해 구동시키는 유압 시스템(30)을 구비하고 있다. 유압 시스템(30)은, 제1 유압 펌프(31), 제2 유압 펌프(32), 제3 유압 펌프(33)의 3개의 메인 펌프, 작동유를 저류하는 작동유 탱크(34)를 구비하고 있다. 3개의 메인 펌프(31, 32, 33)는, 도시하지 않은 원동기에 의해 구동된다. 제1 유압 펌프(31), 제2 유