CN107109818A - 工程机械的控制装置及工程机械的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种工程机械的控制装置，其具备：操作量数据获取部，其获取表示作业机的操作量的操作量数据；操作判断部，其基于操作量数据来对铲斗的非操作状态进行判断；铲斗控制判断部，其基于非操作状态的判断来判断是否满足铲斗控制条件；以及作业机控制部，其在判断为满足铲斗控制条件的情况下输出用于控制铲斗的控制信号以维持作业机的状态。

Description

工程机械的控制装置及工程机械的控制方法

技术领域

本发明涉及一种工程机械的控制装置及工程机械的控制方法。

背景技术

在如液压挖掘机这样的工程机械涉及的技术领域中，已知有专利文献1中公开的那样以使铲斗沿着表示挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形移动的方式来控制作业机的工程机械。

专利文献1：PCT国际公开第2014/167718号

发明内容

例如在对挖掘对象进行整修挖掘的情况下，需要将铲斗相对于目标挖掘地形的角度维持在固定角度而驱动作业机。另一方面，如果总是将铲斗的角度控制在固定角度，则操作员对操作装置的操作在铲斗的驱动中得不到反映，会使操作员感到不适。

本发明的目的在于提供一种能够在适当的时点开始铲斗角度控制的工程机械的控制装置及工程机械的控制方法。

根据本发明的第一形态，提供一种工程机械的控制装置，该工程机械具备至少包括铲斗的作业机，上述工程机械的控制装置具备：操作量数据获取部，其获取表示上述作业机的操作量的操作量数据；操作判断部，其基于上述操作量数据来对上述铲斗的非操作状态进行判断；铲斗控制判断部，其基于上述非操作状态的判断来判断是否满足铲斗控制条件；以及作业机控制部，其在判断为满足上述铲斗控制条件的情况下输出用于控制上述铲斗的控制信号以维持上述作业机的状态。

根据本发明的第二形态，提供一种工程机械的控制方法，该工程机械具备至少包括铲斗的作业机，上述工程机械的控制方法包括：获取表示上述作业机的操作量的操作量数据；基于上述操作量数据来对上述铲斗的非操作状态进行判断；基于上述非操作状态的判断来判断是否满足铲斗控制条件；以及在判断为满足上述铲斗控制条件的情况下输出用于控制上述铲斗的控制信号以维持上述作业机的状态。

根据本发明的形态，能提供一种能够在适当的时点开始铲斗角度控制的工程机械的控制装置及工程机械的控制方法。

附图说明

图1是表示本实施方式涉及的液压挖掘机的一个示例的立体图。

图2是示意性地表示本实施方式涉及的液压挖掘机的一个示例的侧视图。

图3是用于说明基于本实施方式涉及的作业机控制而被驱动的作业机的动作的一个示例的示意图。

图4是表示本实施方式涉及的液压系统的一个示例的示意图。

图5是表示本实施方式涉及的液压系统的一个示例的示意图。

图6是表示本实施方式涉及的控制装置的一个示例的功能框图。

图7是用于说明本实施方式涉及的平整辅助控制及铲斗控制的示意图。

图8是表示本实施方式涉及的距离与作业机限制速度的关系的一个示例的图。

图9是表示本实施方式涉及的液压挖掘机的控制方法的一个示例的流程图。

图10是用于说明本实施方式涉及的控制装置的效果的示意图。

符号说明

1…作业机；2…车身(上部回转体)；3…行走装置(下部行走体)；4…驾驶室；4S…驾驶席；5…发动机室；6…扶手；7…履带；10…齿尖；11…铲斗；12…斗杆；13…动臂；14…铲斗缸行程传感器；15…斗杆缸行程传感器；16…动臂缸行程传感器；17…底面；20…液压缸；20A…盖侧油室；20B…杆侧油室；21…铲斗缸；22…斗杆缸；23…动臂缸；30…位置检测装置；31…车身位置检测器；31A…GPS天线；32…姿态检测器；33…方位检测器；34…齿尖位置检测器；40…操作装置；41…方向控制阀；42…主液压泵；43…副液压泵；44A、44B、44C…油路；45A、45B、45C…控制阀；46A、46B…压力传感器；47A、47B…油路；48…梭阀；49A、49B…压力传感器；50…控制装置；51…车身位置数据获取部；52…铲斗位置数据获取部；53…目标挖掘地形数据获取部；54…距离数据获取部；56…操作量数据获取部；57…作业机目标速度决定部；58…操作判断部；59…铲斗控制判断部；60…控制开始角度数据获取部；61…作业机控制部；62…存储部；63…输入输出部；70…目标施工数据生成装置；100…液压挖掘机(工程机械)；200…控制装置；300…液压系统；AX1…旋转轴；AX2…旋转轴；AX3…旋转轴；L11…长度；L12…长度；L13…长度；Pb…齿尖的绝对位置；Pg…车身的绝对位置；RX…回转轴；θ11…姿态角；θ12…姿态角；θ13…姿态角。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明涉及的实施方式进行说明，但是本发明不限于此。以下说明的各实施方式的结构要素能够适当组合。此外，有时也可以省略一部分结构要素。

工程机械

图1是表示本实施方式涉及的工程机械100的一个示例的立体图。在本实施方式中，对工程机械100是液压挖掘机的示例进行说明。在以下的说明中，可将工程机械100称为液压挖掘机100。

如图1所示，液压挖掘机100具备由液压驱动的作业机1、支承作业机1的车身2、支承车身2的行走装置3、用于操作作业机1的操作装置40、以及用于控制作业机1的控制装置50。车身2在由行走装置3支承的状态下能够以回转轴RX为中心回转。车身2配置在行走装置3的上方。在以下的说明中，可将车身2称为上部回转体2，将行走装置3称为下部行走体3。

上部回转体2包括供操作员搭乘的驾驶室4、收容发动机和液压泵等的发动机室5、以及扶手6。驾驶室4具有供操作员乘坐的驾驶席4S。发动机室5配置在驾驶室4的后方。扶手6配置在发动机室5的前方。

下部行走体3具有一对履带7。通过履带7的旋转，使液压挖掘机100行走。另外，下部行走体3也可以是车轮(轮胎)。

作业机1由上部回转体2支承。作业机1包括具有齿尖10的铲斗11、与铲斗11连结的斗杆12、以及与斗杆12连结的动臂13。铲斗11的齿尖10可以是设置于铲斗11的凸状铲齿的前端部。铲斗11的齿尖10也可以是设置于铲斗11的直线状铲齿的前端部。

铲斗11与斗杆12的前端部连结。斗杆12的基端部与动臂13的前端部连结。动臂13的基端部与上部回转体2连结。

铲斗11和斗杆12通过铲斗销连结。铲斗11能够以旋转轴AX1为中心旋转地由斗杆12支承。斗杆12和动臂13通过斗杆销连结。斗杆12能够以旋转轴AX2为中心旋转地由动臂13支承。动臂13和上部回转体2通过动臂销连结。动臂13能够以旋转轴AX3为中心旋转地由车身2支承。

旋转轴AX1、旋转轴AX2和旋转轴AX3是平行的。旋转轴AX1、AX2、AX3正交于与回转轴RX平行的轴。在以下的说明中，可将旋转轴AX1、AX2、AX3的轴向称为上部回转体2的车宽方向，将与旋转轴AX1、AX2、AX3及回转轴RX双方都正交的方向称为上部回转体2的前后方向。以坐在驾驶席4S上的操作员为基准，作业机1所在的方向是前方。

另外，铲斗11也可以是倾斜斗。倾斜斗是指由铲斗倾斜缸驱动而能够在车宽方向上倾斜的铲斗。在液压挖掘机100在倾斜地面上工作的情况下，通过使铲斗11在车宽方向上倾斜，能够对斜坡面或平地任意地进行形状整理或进行平整。

操作装置40配置于驾驶室4。操作装置40包括由液压挖掘机100的操作员操作的操作部件。操作部件包括操作杆或控制杆。通过对操作部件进行操作，来操作作业机1。

控制装置50包括计算机系统。控制装置50具有如CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)这样的处理器、如ROM(Read Only Memory：只读存储器)或RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)这样的存储装置、以及输入输出接口装置。

图2是示意性地表示本实施方式涉及的液压挖掘机100的侧视图。如图1和图2所示，液压挖掘机100具有驱动作业机1的液压缸20。液压缸20由液压油驱动。液压缸20包括驱动铲斗11的铲斗缸21、驱动斗杆12的斗杆缸22、以及驱动动臂13的动臂缸23。

如图2所示，液压挖掘机100具有配置于铲斗缸21的铲斗缸行程传感器14、配置于斗杆缸22的斗杆缸行程传感器15、以及配置于动臂缸23的动臂缸行程传感器16。铲斗缸行程传感器14检测铲斗缸21的行程长度即铲斗缸长度。斗杆缸行程传感器15检测斗杆缸22的行程长度即斗杆缸长度。动臂缸行程传感器16检测动臂缸23的行程长度即动臂缸长度。

液压挖掘机100具备用于检测上部回转体2的位置的位置检测装置30。位置检测装置30包括用于检测以全局坐标系确定的上部回转体2的位置的车身位置检测器31、用于检测上部回转体2的姿态的姿态检测器32、以及用于检测上部回转体2的方位的方位检测器33。

全局坐标系(XgYgZg坐标系)是表示用GPS(Global Positioning System：全球定位系统)规定的绝对位置的坐标系。局部坐标系(XYZ坐标系)是表示相对于液压挖掘机100的上部回转体2的基准位置Ps的相对位置的坐标系。上部回转体2的基准位置Ps例如被设定在上部回转体2的回转轴RX上。另外，上部回转体2的基准位置Ps也可以被设定在旋转轴AX3上。通过位置检测装置30来检测以全局坐标系确定的上部回转体2的三维位置、上部回转体2相对于水平面的姿态角、以及上部回转体2相对于基准方位的方位。

车身位置检测器31包括GPS接收机。车身位置检测器31检测以全局坐标系确定的上部回转体2的三维位置。车身位置检测器31检测上部回转体2的Xg方向的位置、Yg方向的位置、以及Zg方向的位置。

在上部回转体2设置有多个GPS天线31A。GPS天线31A从GPS卫星接收电波，并将基于接收到的电波的信号输出到车身位置检测器31。车身位置检测器31基于从GPS天线31A供给的信号，检测以全局坐标系确定的GPS天线31A的设置位置P1。车身位置检测器31基于GPS天线31A的设置位置P1，检测上部回转体2的绝对位置Pg。

车身位置检测器31分别检测两个GPS天线31A中的一个GPS天线31A的设置位置P1a、以及另一个GPS天线31A的设置位置P1b。车身位置检测器31A基于设置位置P1a和设置位置P1b来实施运算处理，检测上部回转体2的绝对位置Pg及方位。在本实施方式中，上部回转体2的绝对位置Pg是设置位置P1a。另外，上部回转体2的绝对位置Pg也可以是设置位置P1b。

姿态检测器32包括IMU(Inertial Measurement Unit：惯性测量装置)。姿态检测器32设置于上部回转体2。姿态检测器32配置于驾驶室4的下部。姿态检测器32检测上部回转体2相对于水平面(XgYg平面)的姿态角。上部回转体2相对于水平面的姿态角包含上部回转体2在车宽方向上的姿态角θa、以及上部回转体2在前后方向上的姿态角θb。

方位检测器33具有基于一个GPS天线31A的设置位置P1a和另一个GPS天线31A的设置位置P1b来检测上部回转体2相对于以全局坐标系确定的基准方位的方位的功能。基准方位例如是北。方位检测器33基于设置位置P1a和设置位置P1b来实施运算处理，检测上部回转体2相对于基准方位的方位。方位检测器33计算连接设置位置P1a和设置位置P1b而成的直线，基于计算出的直线与基准方位所形成的姿态角θc来检测上部回转体2相对于基准方位的方位。

另外，方位检测器33也可以与位置检测装置30分开设置。方位检测器33可以使用磁传感器来检测上部回转体2的方位。

液压挖掘机100具备用于检测齿尖10相对于上部回转体2的基准位置Ps的相对位置的齿尖位置检测器34。

在本实施方式中，齿尖位置检测器34基于铲斗缸行程传感器14的检测结果、斗杆缸行程传感器15的检测结果、动臂缸行程传感器16的检测结果、铲斗11的长度L11、斗杆12的长度L12和动臂13的长度L13，来计算齿尖10相对于上部回转体2的基准位置Ps的相对位置。

齿尖位置检测器34基于由铲斗缸行程传感器14检测出的铲斗缸长度，来计算铲斗11的齿尖10相对于斗杆12的姿态角θ11。齿尖位置检测器34基于由斗杆缸行程传感器15检测出的斗杆缸长度，来计算斗杆12相对于动臂13的姿态角θ12。齿尖位置检测器34基于由动臂缸行程传感器16检测出的动臂缸长度，来计算动臂13相对于上部回转体2的Z轴的姿态角θ13。

铲斗11的长度L11是铲斗11的齿尖10与旋转轴AX1(铲斗销)之间的距离。斗杆12的长度L12是旋转轴AX1(铲斗销)与旋转轴AX2(斗杆销)之间的距离。动臂13的长度L13是旋转轴AX2(斗杆销)与旋转轴AX3(动臂销)之间的距离。

齿尖位置检测器34基于姿态角θ11、姿态角θ12、姿态角θ13、长度L11、长度L12和长度L13，来计算齿尖10相对于上部回转体2的基准位置Ps的相对位置。

此外，齿尖位置检测器34基于由位置检测装置30检测出的上部回转体2的绝对位置Pg、以及上部回转体2的基准位置Ps与齿尖10的相对位置，来计算齿尖10的绝对位置Pb。绝对位置Pg与基准位置Ps的相对位置是基于液压挖掘机100的规格数据导出的已知数据。因此，齿尖位置检测器34能够基于上部回转体2的绝对位置Pg、上部回转体2的基准位置Ps与齿尖10的相对位置、以及液压挖掘机100的规格数据，来计算齿尖10的绝对位置Pb。

另外，在本实施方式中，在姿态角θ11、θ12、θ13的检测中使用缸行程传感器14、15、16，但是也可以不使用缸行程传感器14、15、16。例如齿尖位置检测器34可以使用电位计等角度传感器或水平仪等，来检测铲斗11的姿态角θ11、斗杆12的姿态角θ12、以及动臂13的姿态角θ13。

作业机的动作

通过对操作装置40进行操作，能够执行铲斗11的倾卸动作、铲斗11的挖掘动作、斗杆12的倾卸动作、斗杆12的挖掘动作、动臂13的提升动作、以及动臂13的下降动作。

在本实施方式中，操作装置40包括相对于坐在驾驶席4S上的操作员配置在右侧的右操作杆和配置在左侧的左操作杆。在使右操作杆沿着前后方向移动时，动臂13进行下降动作及提升动作。在使右操作杆沿着左右方向(车宽方向)移动时，铲斗11进行挖掘动作及倾卸动作。在使左操作杆沿着前后方向移动时，斗杆12进行倾卸动作及挖掘动作。在使左操作杆沿着左右方向移动时，上部回转体2向左回转及向右回转。另外，也可以是在使左操作杆沿着前后方向移动时，上部回转体2向右回转及向左回转，在使左操作杆沿着左右方向移动时，斗杆12进行倾卸动作及挖掘动作。

作业机控制

图3是用于说明基于本实施方式涉及的作业机控制而被驱动的作业机2的动作的一个示例的示意图。在本实施方式中，作业机控制包括平整辅助控制和铲斗控制。

如图3所示，平整辅助控制是指以使铲斗11沿着表示挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形移动的方式控制作业机1。目标挖掘地形可以由面规定，也可以由线规定。在平整辅助控制中，以使动臂13进行提升动作的方式控制动臂缸23，而使铲斗11不会超过目标挖掘地形。

在平整辅助控制中，铲斗11和斗杆12基于操作员对操作装置40的操作而被驱动。动臂13基于控制装置50的控制而被驱动。

铲斗控制是指以将作业机1的状态维持在固定状态的方式控制作业机1。在本实施方式中，作业机1的状态包含作业机1的姿态。作业机1的姿态包含铲斗11的姿态角θ11、斗杆12的姿态角θ12和动臂13的姿态角θ13的总和。即，在本实施方式中，铲斗控制是指以将表示姿态角θ11、姿态角θ12和姿态角θ13的总和的作业机1的姿态维持在固定角度的方式控制作业机1。如图3所示，在铲斗控制中，以将铲斗11相对于目标挖掘地形的角度维持在固定角度的方式控制液压缸20。

在铲斗控制中，斗杆12基于操作员对操作装置40的操作而被驱动。铲斗11基于控制装置50的控制而被驱动。

如图3所示，在本实施方式中，以使铲斗11的齿尖10沿着目标挖掘地形移动并且使铲斗11的底面17与目标挖掘地形分离的方式，实施平整辅助控制及铲斗控制。

在对挖掘对象进行挖掘时实施铲斗控制的情况下，斗杆12进行挖掘动作，铲斗11进行倾卸动作。在通过操作装置40的操作使斗杆12进行挖掘动作的状态下，控制装置50使铲斗11进行倾卸动作并且使动臂13进行提升动作，以使铲斗11沿着目标挖掘地形移动。

在本实施方式中，在铲斗11的至少一部分位于铲斗控制范围内时实施铲斗控制。铲斗控制范围是以目标挖掘地形为基准与目标挖掘地形相隔规定距离的范围。在本实施方式中，在目标挖掘地形与铲斗11之间的距离D为第一阈值H1以下时实施铲斗控制。

液压系统

下面，对本实施方式涉及的液压系统300的一个示例进行说明。包括铲斗缸21、斗杆缸22和动臂缸23的液压缸20由液压系统300驱动。液压缸20由操作装置40和控制装置50中的至少一方操作。

图4是表示驱动铲斗缸21的液压系统300的一个示例的示意图。铲斗11进行挖掘动作及倾卸动作这两种动作。通过铲斗缸21伸长，铲斗11进行挖掘动作，通过铲斗缸21缩短，铲斗11进行倾卸动作。

液压系统300具备：经由方向控制阀41向铲斗缸21供给液压油的容量可变式主液压泵42、供给先导油的副液压泵43、供先导油流过的油路44A、44B、44C、配置于油路44A、44B且用于调整对方向控制阀41的先导压力的控制阀45A、45B、与操作装置40连接的油路47A、47B、配置于油路47A、47B的压力传感器49A、49B、配置于油路47A、47B的节流部件、以及用于对控制阀45A、45B进行控制的控制装置50。

控制阀45A、45B是电磁比例控制阀。控制阀45A、45B通过油路44C与副液压泵43连接。从副液压泵43送出的先导油被供给到控制阀45A、45B。另外，也可以将从主液压泵42送出并由减压阀减压后的先导油供给到控制阀45A、45B。控制阀45A、45B基于来自控制装置50的控制信号来调整对方向控制阀41的先导压力。控制阀45A调整油路44A的先导压力。控制阀45B调整油路44B的先导压力。在本实施方式中，副液压泵43总是向控制阀45A、45B供给先导油。因此，即使操作装置40的操作杆位于中立位置，先导压力也总是作用于控制阀45A、45B。

方向控制阀41对液压油流动的方向及液压油的供给量进行控制。从主液压泵42供给的液压油经由方向控制阀41被供给到铲斗缸21。方向控制阀41在向铲斗缸21的盖侧油室20A供给液压油和向其杆侧油室20B供给液压油之间进行切换。此外，方向控制阀41调整液压油的供给量。盖侧油室20A是缸盖罩与活塞之间的空间。杆侧油室20B是用于配置活塞杆的空间。

操作装置40与副液压泵43连接。从副液压泵43送出的先导油被供给到操作装置40。另外，从主液压泵42送出并由减压阀减压后的先导油也可以被供给到操作装置40。

在对操作装置40进行操作时，基于操作装置40的操作量，油路47A的压力及油路47B的压力发生变化。油路47A的压力由压力传感器49A检测。油路47B的压力由压力传感器49B检测。

压力传感器49A、49B的检测数据输出到控制装置50。控制装置50基于压力传感器49A、49B的检测数据，检测操作装置40的操作量及操作量。控制装置50基于压力传感器49A、49B的检测数据，将控制信号输出到控制阀45A、45B。

控制装置50基于压力传感器49A、49B的检测数据，以使与操作装置40的操作量及操作方向对应的先导压力作用于方向控制阀41的方式来对控制阀45A、45B进行控制。由此，控制装置50基于操作装置40的操作量及操作方向调整先导压力，从而能够调整阀芯在轴向上的移动量及移动速度。

例如当操作装置40的操作杆从中立位置向一侧移动时，压力传感器49A检测与该操作杆的操作量对应的压力。控制装置50以使与该压力传感器49A的检测数据相对应的先导压力作用于方向控制阀41的方式来对控制阀45A进行控制。当操作装置40的操作杆从中立位置向另一侧移动时，压力传感器49B检测与该操作杆的操作量对应的压力。控制装置50以使与该压力传感器49B的检测数据对应的先导压力作用于方向控制阀41的方式来对控制阀45B进行控制。

此外，控制装置50能够不依赖于操作装置40的操作，向控制阀45A、45B输出控制信号来调整作用于方向控制阀41的先导压力。例如在铲斗控制中，基于从控制装置50输出的与铲斗控制相关的控制信号来对控制阀45A和控制阀45B进行控制。控制阀45A和控制阀45B是基于从控制装置50输出的用于进行铲斗控制的控制信号而被控制。另一方面，在不进行铲斗控制时，以基于通过操作装置40的操作被调整的先导压力来驱动方向控制阀41的方式来对控制阀45A和控制阀45B进行控制。

另外，操作装置40也可以是电气式操作装置。例如操作装置40可以包括如电气杆这样的操作部件、以及如对操作部件的倾斜量进行电气检测的电位计式倾斜仪这样的动作量传感器。动作量传感器的检测数据输出到控制装置50。控制装置50获取动作量传感器的检测数据作为操作装置40的操作量。控制装置50也可以基于动作量传感器的检测数据，输出用于驱动方向控制阀41的控制信号。此外，方向控制阀41也可以由电磁阀这样的用电力工作的致动器驱动。

图5是表示驱动动臂缸23的液压系统300的一个示例的示意图。通过操作装置40的操作，动臂13进行提升动作及下降动作这两种动作。驱动动臂缸23的液压系统300具备：主液压泵42、先导压力泵43、方向控制阀41、调整对方向控制阀41的先导压力的操作装置40、供先导油流过的油路44A、44B、44C、配置于油路44C的控制阀45C、配置于油路44A、44B、44C的压力传感器46A、46B、以及用于对控制阀45C进行控制的控制装置50。

控制阀45C是电磁比例控制阀。控制阀45C基于来自控制装置50的指令信号来调整先导压力。控制阀45C调整油路44C的先导压力。

通过对操作装置40进行操作，与操作装置40的操作量对应的先导压力作用于方向控制阀41。方向控制阀41的阀芯根据先导压力而移动。基于阀芯的移动量，来调整从主液压泵42经由方向控制阀41向动臂缸23供给的每单位时间的液压油供给量。

在本实施方式中，为了进行平整辅助控制，在油路44C设置基于从控制装置50输出的与平整辅助控制相关的控制信号而工作的控制阀45C。从先导压力泵43送出的先导油流过油路44C。油路44C和油路44B与梭阀48连接。梭阀48将油路44B和油路44C中先导压力较高一方的油路的先导油供给到方向控制阀41。基于为了进行平整辅助控制而从控制装置50输出的控制信号，控制阀45C被控制。

在不进行平整辅助控制时，控制装置50不向控制阀45C输出控制信号，以基于通过操作装置40的操作而被调整的先导压力来驱动方向控制阀41。例如，控制装置50利用控制阀45C封闭油路44C，以基于通过操作装置40的操作而被调整的先导压力来驱动方向控制阀41。

在进行平整辅助控制时，控制装置50以基于由控制阀45C调整的先导压力来驱动方向控制阀41的方式来对控制阀45C进行控制。例如在进行限制动臂13移动的平整辅助控制的情况下，以成为与动臂目标速度相对应的先导压力，控制装置50使控制阀45C为全开状态。在油路44C的先导压力大于油路44B的先导压力时，来自控制阀45C的先导油经由梭阀48被供给到方向控制阀41。由此，动臂缸23伸长，动臂13进行提升动作。

斗杆12进行挖掘动作及倾卸动作这两种动作。通过斗杆缸22伸长，斗杆12进行挖掘动作，通过斗杆缸22缩短，斗杆12进行倾卸动作。省略关于使斗杆缸22工作的液压系统300的说明。

控制系统

下面，对本实施方式涉及的液压挖掘机100的控制系统200进行说明。图6是表示本实施方式涉及的控制系统200的一个示例的功能框图。

如图6所示，控制系统200具备用于控制作业机1的控制装置50、位置检测装置30、齿尖位置检测器34、操作装置40、控制阀45(45A、45B、45C)、压力传感器46(46A、46B)、压力传感器49(49A、49B)、以及目标施工数据生成装置70。

如上所述，位置检测装置30包括车身位置检测器31、姿态检测器32和方位检测器33，检测上部回转体2的绝对位置Pg。在以下的说明中，可将上部回转体2的绝对位置Pg称为车身位置Pg。

控制阀45(45A、45B、45C)调整对液压缸20的液压油的供给量。控制阀45基于来自控制装置50的控制信号而工作。压力传感器46(46A、46B)检测油路44(44A、44B)的先导压力。压力传感器49(49A、49B)检测油路47(47A、47B)的先导压力。压力传感器46的检测数据和压力传感器49的检测数据输出到控制装置50。

目标施工数据生成装置70包括计算机系统。目标施工数据生成装置70生成表示施工区域的目标形状即立体设计地形的目标施工数据。目标施工数据表示由作业机1进行施工后所得到的三维目标形状。

另外，目标施工数据生成装置70和控制装置50也可以以有线的方式连接，从目标施工数据生成装置70向控制装置50发送目标施工数据。另外，也可以是目标施工数据生成装置70包括存储有目标施工数据的存储介质，控制装置50具有能够从该存储介质读取目标施工数据的装置。

控制装置50包括由处理器实现的车身位置数据获取部51、铲斗位置数据获取部52、目标挖掘地形数据获取部53、距离数据获取部54、操作量数据获取部56、作业机目标速度决定部57、操作判断部58、铲斗控制判断部59和控制开始角度数据获取部60。控制装置50包括由存储装置实现的、用于存储液压挖掘机100的规格数据的存储部62。控制装置50包括构成输入输出接口装置的输入输出部63。

车身位置数据获取部51通过输入输出部63从位置检测装置30获取表示车身位置Pg的车身位置数据。车身位置检测器31基于GPS天线31的设置位置P1a和设置位置P1b中的至少一方检测车身位置Pg。车身位置数据获取部51从车身位置检测器31获取表示车身位置Pg的车身位置数据。

铲斗位置数据获取部52通过输入输出部56从齿尖位置检测器34获取包含铲斗11的齿尖位置的铲斗位置数据。铲斗位置数据获取部52从齿尖位置检测器34获取包含齿尖10相对于上部回转体2的基准位置Ps的相对位置即齿尖位置的铲斗位置数据。目标挖掘地形数据获取部53使用从目标施工数据生成装置70提供的目标施工数据、以及铲斗位置数据，来生成与铲斗11的位置对应的表示挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形数据。

距离数据获取部54基于由铲斗位置数据获取部52获取的铲斗11的位置和由目标挖掘地形数据获取部53生成的目标挖掘地形，计算铲斗11与目标挖掘地形之间的距离D，并获取表示距离D的距离数据。

另外，铲斗11与目标挖掘地形之间的距离D可以是铲斗11的齿尖10与目标挖掘地形之间的距离，也可以是使用铲斗11的外形尺寸数据计算出的、包含铲斗11外周面的铲斗11的任意位置与目标挖掘地形之间的距离。例如铲斗11的底面17与目标挖掘地形之间的距离也可以作为铲斗11与目标挖掘地形之间的距离D。

操作量数据获取部56获取表示用于操作作业机1的操作装置40的操作量的操作量数据。铲斗11的操作量、斗杆12的操作量和动臂13的操作量与压力传感器46的检测数据相关联。表示作业机1的操作量与压力传感器46的检测数据的相关联的关联数据是通过预备试验或模拟来事先求取并存储在存储部62中。另外，操作量的获取也可以采用设置于杆的电位计等角度传感器的检测值。

操作量数据获取部56基于压力传感器49A、49B的检测数据和存储在存储部62中的关联数据，来从压力传感器49A、49B的检测数据获取表示用于操作铲斗11的操作装置40的操作量的操作量数据。同样，操作量数据获取部56基于压力传感器46A、46B的检测信号和存储在存储部62中的关联数据，来从压力传感器46A、46B的检测信号(PPC压)获取表示用于操作斗杆12和动臂13中的至少一方的操作装置40的操作量的操作量数据。

作业机目标速度决定部57基于铲斗11与目标挖掘地形之间的距离D，来决定表示作业机1整体的限制速度的作业机限制速度。作业机1整体的速度是指铲斗11、斗杆12和动臂13进行驱动时的铲斗11的实际工作速度。此外，作业机目标速度决定部57基于铲斗11与目标挖掘地形之间的距离D来决定动臂目标速度。在本实施方式中，作业机目标速度决定部57基于作业机限制速度、以及由操作量数据获取部56获取的至少是斗杆操作量和铲斗操作量，来计算动臂目标速度，以使基于铲斗11及斗杆12的操作的作业机1整体的速度与作业机限制速度的偏差相抵消。在平整辅助控制中，铲斗11的动作和斗杆12的动作是基于操作员对操作装置40的操作。在平整辅助控制中，在通过操作装置40操作铲斗11和斗杆12的状态下，作业机目标速度决定部57以使铲斗11的齿尖10沿着目标挖掘地形移动的方式决定进行提升动作的动臂10的动臂目标速度。

操作判断部58基于表示用于操作铲斗11的操作装置40的操作量的铲斗操作量数据，来判断用于操作铲斗11的操作装置40是否处于非操作状态。用于操作铲斗11的操作装置40的非操作包含铲斗11不实施挖掘动作及倾卸动作双方的中立操作。操作判断部58基于压力传感器49A、49B的检测数据判断铲斗操作杆是否位于中立位置。

铲斗控制判断部59基于操作判断部58的判断，来判断是否满足用于实施铲斗控制的铲斗控制条件。在本实施方式中，铲斗控制判断部59基于由距离数据获取部54获取的距离数据和操作判断部58的判断数据，来判断是否满足铲斗控制条件。在本实施方式中，铲斗控制条件包括用于操作铲斗11的操作装置40处于非操作状态、距离D为第一阈值H1以下并且斗杆12处于驱动状态。

控制开始角度数据获取部60获取表示被判断为满足铲斗控制条件时的作业机1的姿态的铲斗控制开始角度数据。即，控制开始角度数据获取部60获取被判断为距离D为第一阈值H1以下并且用于操作铲斗11的铲斗操作杆位于中立位置时点的作业机1的姿态数据。

作业机控制部61在满足铲斗控制条件的状态下输出用于控制铲斗11的控制信号以维持作业机1的状态。作业机控制部61向控制阀45A、45B输出用于实施包括平整辅助控制和铲斗控制的作业机控制的控制信号。在本实施方式中，作业机控制部61在满足铲斗控制条件的状态下输出用于控制铲斗缸21的控制信号来实施铲斗控制，以将作业机1的姿态维持在固定角度。

在本实施方式中，作业机控制部61在满足铲斗控制条件的状态下，以用铲斗11的姿态角θ11抵消动臂13的姿态角θ13与斗杆12的姿态角θ12之和的变化量的方式决定铲斗11的目标角度并输出控制信号，以维持作业机1的姿态即动臂13的姿态角θ13、斗杆12的姿态角θ12和铲斗11的姿态角θ11的总和。

另一方面，在判断为不满足铲斗控制条件时，铲斗11基于操作装置40的操作而被驱动。

此外，在判断为距离D为大于第一阈值H1的第二阈值H2以下时，作业机控制部61输出用于控制对动臂13进行驱动的动臂缸23的控制信号来实施平整辅助控制，以使作业机1基于作业机限制速度移动。

图7是用于说明本实施方式涉及的平整辅助控制及铲斗控制的示意图。首先，对平整辅助控制进行说明。如图7所示，设定速度限制干预线SH2。速度限制线SH2与目标挖掘地形平行，被设定在与目标挖掘地形相隔距离H2的位置。距离H2是关于铲斗11与目标挖掘地形之间的距离D的第二阈值。距离H2优选以不影响操作员的操作感的方式设定。

距离数据获取部54获取目标挖掘地形的法线方向上的铲斗11与目标挖掘地形之间的最短距离即距离D。在图7所示的示例中，铲斗11的底面与目标挖掘地形之间规定为距离D。此外，作业机目标速度决定部57根据距离D决定作业机1整体的用于平整辅助的限制速度即作业机限制速度Vt。

图8是表示本实施方式中的第二阈值H2与距离D的关系、以及距离D与作业机限制速度Vt的关系的一个示例的图。在距离D大于第二阈值H2时不设定作业机限制速度Vt，在距离D为第二阈值H2以下时设定作业机限制速度Vt。距离D越小，作业机限制速度Vt就越小，在距离D变成零时，作业机限制速度Vt也变成零。在本实施方式中，设铲斗11从目标挖掘地形的下侧向上侧移动时的速度为正值，铲斗11从目标挖掘地形的上侧向下侧移动时的速度为负值。作业机目标速度决定部57以距离D越大作业机限制速度Vt的绝对值就越大、距离D越小作业机限制速度Vt的绝对值就越小的方式决定作业机限制速度Vt。

下面，对铲斗控制进行说明。铲斗控制判断部59判断是否为距离D在第一阈值H1以下并且铲斗操作杆被操作为中立位置。如图7所示，用于铲斗控制的第一阈值H1小于用于平整辅助控制的第二阈值H2。

例如，通过操作装置40的操作，使铲斗11逐渐靠近目标挖掘地形，在铲斗11与目标挖掘地形之间的距离D变成第一阈值H1以下并且操作员停止铲斗操作杆的操作且铲斗操作杆被操作为中立位置的时点，铲斗控制判断部59判断为满足铲斗控制条件。在距离D变成第一阈值H1以下并且操作员停止铲斗操作杆的操作且铲斗操作杆被操作为中立位置的时点，作业机控制部61使铲斗控制开始。

通过在控制装置50中实施如上所述的平整辅助控制和铲斗控制，例如在铲斗操作杆被配置于中立位置的状态下，由于斗杆12和动臂13中的至少一方的驱动，铲斗11逐渐靠近目标挖掘地形，在距离D从大于第一阈值H1的状态变为第一阈值H1以下时，维持在距离D1变成第一阈值H1以下的时点的铲斗11相对于目标挖掘地形的角度。

此外，例如在距离D为第一阈值H1以下的状态下，铲斗操作杆从被操作的状态变成配置于中立位置时，以维持在铲斗操作杆被配置于中立位置的时点的铲斗11相对于目标挖掘地形的角度的方式，实施包括铲斗控制和平整辅助控制的作业机控制。

在本实施方式中，为了维持作业机1的状态而基于作业机1的姿态实施铲斗控制。另外，为了维持作业机1的状态，也可以以维持铲斗11与目标挖掘地形的相对角度的方式来实施铲斗控制。在这种情况下，可以基于铲斗11的形状规定矢量，或者规定相对于目标挖掘地形的法线矢量，由此以维持相对角度的方式实施铲斗控制。

液压挖掘机的控制方法

下面，参照图9对本实施方式涉及的液压挖掘机100的控制方法进行说明。图9是表示本实施方式涉及的液压挖掘机100的控制方法的流程图。

从目标施工数据生成装置70向控制装置50提供目标施工数据。目标挖掘地形数据获取部53获取从目标施工数据生成装置70提供的目标施工数据(步骤S10)。

从齿尖位置检测器34向控制装置50提供铲斗位置数据。铲斗位置数据获取部52从齿尖位置检测器34获取铲斗位置数据(步骤S20)。

距离数据获取部54基于由目标挖掘地形数据获取部53获取的目标挖掘地形和由铲斗位置数据获取部52获取的铲斗位置数据，来计算表示铲斗11与目标挖掘地形之间的距离D的距离数据(步骤S30)。由此，获取铲斗11与目标挖掘地形的距离数据。

作业机目标速度决定部57基于距离数据来决定作业机限制速度Vr。如参照图8所说明的那样，表示距离D与作业机限制速度Vr的关系的映射数据存储在存储部62中。作业机目标速度决定部57基于由距离数据获取部54获取的距离数据和存储在存储部62中的映射数据，来决定与距离D对应的作业机限制速度Vr。

作业机目标速度决定部57基于所决定的作业机限制速度Vr、以及由操作量数据获取部56获取的斗杆操作量和铲斗操作量中的至少一方，来计算用于进行平整辅助控制的动臂目标速度Vb。

在距离D为第二阈值H2以下时，作业机控制部61向控制阀45C输出用于控制动臂缸23的控制信号，以使动臂13基于动臂目标速度Vb移动(步骤S50)。由此，开始平整辅助控制。

操作量数据获取部56获取表示用于操作驱动作业机1的液压缸20的操作装置40的操作量的操作量数据(步骤S60)。在本实施方式中，操作量数据获取部56获取表示操作装置40中的至少是铲斗操作杆的操作量的铲斗操作量数据。操作量数据获取部56能够基于压力传感器49A、49B的检测数据来获取铲斗操作杆的铲斗操作量数据。

操作判断部58基于由操作量数据获取部56获取的操作量数据来判断操作装置40是否在进行规定操作。在本实施方式中，操作判断部58判断操作装置40中的至少用来操作铲斗11的操作装置40即铲斗操作杆是否处于非操作状态。

铲斗控制判断部59基于在步骤S30中获取的距离数据、以及与铲斗操作杆是否处于非操作状态相关的判断数据，来判断是否满足铲斗控制条件，即操作装置40的铲斗操作杆处于非操作状态、距离D为第一阈值H1以下并且斗杆12处于驱动状态(步骤S70)。

在步骤S70中，在判断为满足铲斗控制条件时(步骤S70：“是”)，控制开始角度数据获取部60获取表示在判断为满足铲斗控制条件的时点的作业机1的姿态的铲斗控制开始角度数据。作业机控制部61基于由控制开始角度数据获取部60获取的铲斗控制开始角度数据，来决定铲斗控制中的铲斗控制开始角度(步骤S80)。

作业机控制部61在满足铲斗控制条件的状态下输出用于控制液压缸20中的至少用来驱动铲斗11的铲斗缸21的控制信号，以使作业机1的姿态维持在固定角度(步骤S90)。在本实施方式中，作业机控制部61向用于控制铲斗缸21的控制阀45A、45B输出控制信号，来实施铲斗控制。

另外，在步骤S70中，在判断为不满足铲斗控制条件时(步骤S70：“否”)，返回步骤S10。液压缸20基于操作员对操作装置40的操作而被驱动。

作用及效果

如以上说明的那样，根据本实施方式，在满足对操作装置40进行规定操作的铲斗控制条件时，自动地开始将作业机1的姿态维持在固定角度的铲斗控制。由此，即使操作员不实施特别的操作，也能够自动地开始将铲斗11相对于目标挖掘地形的角度维持在固定角度的铲斗控制。

图10是用于说明本实施方式涉及的控制系统200的效果的示意图。如图10所示，在铲斗控制刚刚开始之后，如箭头y1所示那样，基于铲斗控制对铲斗11的高度及铲斗11的姿态角θ11进行控制，来开始挖掘。接着，操作员根据需要进行铲斗操作，由此解除铲斗控制，如箭头y2所示那样调整铲斗角度。例如在操作员想要使目标挖掘地形与铲斗11的底面17正对的情况下，操作员实施铲斗操作。接着，操作员解除铲斗操作，由此如箭头y3所示那样基于铲斗控制实施挖掘。最后，操作员进行铲斗操作，由此解除铲斗控制，如箭头y4所示那样调整铲斗角度。例如在操作员想要通过铲斗11实施铲入的情况下，操作员实施铲斗操作。这样，操作员只要在挖掘的起始期间或挖掘的结束期间进行铲斗11的操作即可。在需要挖掘精度的期间内，即使操作员不实施铲斗11的操作，通过实施铲斗控制，铲斗11也能够维持与目标挖掘地形的相对角度。由此，能够提高操作性及施工精度。

此外，根据本实施方式，在满足铲斗控制条件，即用于操作铲斗11的操作装置40处于非操作状态，铲斗11与目标挖掘地形之间的距离D为第一阈值H1以下并且斗杆12处于驱动状态时，自动地开始铲斗控制。由此，即使操作员不实施特別的操作，也能够自动地开始将铲斗11相对于目标挖掘地形的角度维持在固定角度的铲斗控制。

由于在满足铲斗控制条件，即操作装置40的铲斗操作杆处于非操作状态，距离D为第一阈值H1以下并且斗杆12处于驱动状态时自动地开始铲斗控制，所以铲斗控制在适于进行整修挖掘的时点开始。

此外，在判断为不满足铲斗控制条件时，不实施铲斗控制，液压缸20基于操作装置40的操作而被驱动。因此，能够使操作员对操作装置40的操作在铲斗11的驱动中得以反映。

此外，在维持被判断为满足铲斗控制条件的时点的铲斗11的角度的状态下实施铲斗控制。因此，操作员仅通过例如使铲斗操作杆返回中立位置，就能够设定铲斗控制中的铲斗11的角度。

另外，在上述实施方式中，是将操作装置40设置于液压挖掘机100。也可以将操作装置40设置于远离液压挖掘机100的远离位置，来对液压挖掘机100进行远程操作。在对作业机1进行远程操作的情况下，从设置在远离位置的操作装置40向液压挖掘机100无线发送表示作业机1的操作量的指令信号。控制装置50的操作量数据获取部56获取被无线发送来的表示操作量的指令信号。

另外，在上述实施方式中，工程机械100是液压挖掘机100。上述实施方式中说明的控制装置50及控制方法也能够适用于液压挖掘机100以外的具有作业机的所有工程机械。

Claims (7)

1.一种工程机械的控制装置，该工程机械具备至少包括铲斗的作业机，所述工程机械的控制装置的特征在于，具备：

操作量数据获取部，其获取表示所述作业机的操作量的操作量数据；

操作判断部，其基于所述操作量数据来对所述铲斗的非操作状态进行判断；

铲斗控制判断部，其基于所述非操作状态的判断来判断是否满足铲斗控制条件；以及

作业机控制部，其在判断为满足所述铲斗控制条件的情况下输出用于控制所述铲斗的控制信号以维持所述作业机的状态。

2.根据权利要求1所述的工程机械的控制装置，其特征在于：

所述作业机还包括动臂和斗杆，

在满足所述铲斗控制条件的状态下被维持的所述作业机的状态为所述作业机的姿态。

3.根据权利要求2所述的工程机械的控制装置，其特征在于，具备：

控制开始角度数据获取部，其获取表示在判断为满足所述铲斗控制条件时的所述作业机的姿态的铲斗控制开始角度数据，

所述作业机控制部在满足所述铲斗控制条件的状态下输出用于控制所述铲斗的角度的控制信号，以将所述作业机的姿态维持在所述铲斗控制开始角度。

4.根据权利要求3所述的工程机械的控制装置，其特征在于，具备：

距离数据获取部，其获取表示所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离的距离数据，

所述铲斗控制条件包括：所述距离为第一阈值以下并且所述斗杆处于驱动状态。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的工程机械的控制装置，其特征在于，具备：

作业机目标速度决定部，其基于所述距离来决定所述作业机的限制速度，

在判断为所述距离为比所述第一阈值大的第二阈值以下时，所述作业机控制部输出用于控制所述动臂的控制信号，以使所述作业机基于所述限制速度移动。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的工程机械的控制装置，其特征在于：

在判断为不满足所述铲斗控制条件时，所述作业机基于所述操作装置的操作而被驱动。

7.一种工程机械的控制方法，该工程机械具备至少包括铲斗的作业机，所述工程机械的控制方法的特征在于，包括：

获取表示所述作业机的操作量的操作量数据；

基于所述操作量数据来对所述铲斗的非操作状态进行判断；

基于所述非操作状态的判断来判断是否满足铲斗控制条件；以及

在判断为满足所述铲斗控制条件的情况下输出用于控制所述铲斗的控制信号以维持所述作业机的状态。