CN102947513A

CN102947513A - 建筑机械的作业轨迹控制装置及其方法

Info

Publication number: CN102947513A
Application number: CN2011800306863A
Authority: CN
Inventors: 金基龙
Original assignee: Doosan Infracore Co Ltd
Current assignee: HD Hyundai Infracore Co Ltd
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: EP2586918A2; EP2586918A4; WO2011162561A3; US20130103247A1; CN102947513B; WO2011162561A2

Abstract

本发明涉及建筑机械的作业轨迹控制装置及其方法，详细地说，涉及如下的建筑机械的轨迹控制装置及其方法：在选择自动作业时，能够在选择时刻，以最适当的作业轨迹来进行自动作业；以及在选择播放以追踪示教轨迹时，对作业开始点和轨迹追踪进行控制，以补偿位置误差，对由作业装置的姿势变化引起的重力进行补偿而实现位置误差的最小化。

Description

建筑机械的作业轨迹控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及建筑机械的作业轨迹控制装置及其方法，更详细地说，涉及如下的建筑机械的轨迹控制装置及其方法：在选择自动作业时，能够在选择时刻，以最适当的作业轨迹来进行自动作业。

背景技术

一般来说，挖掘机由如下部分构成：各作业装置（例如，转臂、臂以及铲斗等）；用于驱动各作业装置的转臂油缸、臂油缸以及铲斗油缸；用于挖掘机主体的转动动作的转动电机；用于向各油缸供给作为动力源的压力油的原动机；以及液压泵。挖掘机是执行挖掘、排土、停止作业等各种作业的液压式建筑机械。

在挖掘机中，从液压箱吸入的液压油在通过主泵吐出之后，通过由操纵杆的操作而切换的控制阀来调节向转臂油缸、臂油缸以及铲斗油缸供给的液量和液压，从而对致动器、即转臂、臂以及铲斗等进行起动，能够实现作业者期望的作业。

为了通过挖掘机进行各种作业，作业者需要根据各作业而以熟练的动作同时操作各作业装置的操纵杆，因此需要高度的熟练操作。由于挖掘环境非常恶劣并且危险，因此逐渐需要对以规定控制算法来自动地控制而不是通过作业者的手动操作来控制的智能型挖掘机进行研究。即，需要不熟练者也能够容易执行的自动挖掘方案。

智能型挖掘机自动地执行简单重复的挖掘作业而不通过人力来执行，从而力求减少劳动力成本，能够减少事故危险。作为一环，作业者为了进行自动化的挖掘作业而需要通过各种传感器来实时地输入与挖掘环境相关的信息。

作业者为了通过挖掘机来进行各种作业，作业者按照各作业只能以熟练的动作同时操作各作业装置的操纵杆，从而需要高度的熟练操作。

特别是，在反复执行相同的作业时，作业者同样地反复进行高度的熟练操作，需要很多时间期间的集中力，作业效率有可能降低。另外，在作业者的熟练不足，由于操纵杆的误操作而大幅脱离一定轨迹的情况下，存在再次执行相同作业的问题。如上所述，迫切需要如下所述的技术：在有可靠性地反复执行相同的作业，并根据挖掘环境而积极应对，反复设定相同作业，对此自动地进行反复作业的轨迹控制技术。

发明内容

技术课题

本发明是为了解决上述的问题而完成的，提供如下的建筑机械的轨迹控制装置及其方法：在选择自动作业时，能够在选择时刻，以最适当的作业轨迹来进行自动作业。

即，本发明的目的在于，提供如下的建筑机械的作业轨迹控制装置及其方法：在选择自动挖掘时，考虑当前的铲斗姿势，利用数据库，能够以修正了铲斗姿势之后的地点的作业轨迹执行自动作业，而不以选择地点的作业轨迹执行自动作业。

另外，本发明的目的在于，提供如下的建筑机械的作业轨迹控制装置及其方法：在进行自动作业以追踪作业者指定的示教轨迹时，利用能够使位置误差最小化的示教和播放。

技术解决方法

本发明的第1侧面的装置，包括至少一个作业装置以及用于驱动上述作业装置的驱动部，该建筑机械的作业轨迹控制装置的特征在于包括：操作部，其产生由作业者的操作引起的操纵杆信号；数据存储部，其存储有上述作业装置的驱动轨迹数据，该驱动轨迹数据是开始自动作业时要被驱动的上述作业装置要追踪的轨迹数据；以及驱动控制部，其在开始上述自动作业时，读出存储在上述数据存储部中的上述作业装置的轨迹数据，以上述作业装置追踪上述读出的驱动轨迹数据而驱动的方式控制上述驱动部，上述驱动控制部以如下所述的方式控制上述驱动部：在选择上述自动作业时，在将上述作业装置的实际位置存储在上述数据存储部中的作业装置的驱动开始的位置与已设定的作业装置的驱动开始的位置之间存在基准误差以内的差异时，控制为在选择上述自动作业的时刻的位置处开始自动驱动，且随着经过进行上述自动驱动的时间，追踪上述已存储的驱动轨迹。

另外，本发明的第2侧面的方法，其建筑机械包括至少一个作业装置、用于驱动上述作业装置的驱动部以及产生与作业者的操作对应的操纵杆信号的操作部，该建筑机械的作业轨迹控制方法的特征在于包括如下步骤：对自动作业的选择与否进行确认；以及在选择上述自动作业时，将上述作业装置的实际位置与已设定的自动作业开始位置进行比较，将其差异与已设定的基准误差进行比较，上述比较的结果，在上述作业装置的实际位置与上述已设定的自动作业开始位置之间的差异比上述基准误差小时，读出已设定的作业装置的轨迹数据，在生成用于进行从上述作业装置的实际位置开始的自动作业的轨迹数据之后，开始进行上述自动作业，且以随着时间的经过追踪上述已设定的作业装置的轨迹数据的方式生成上述新轨迹数据。

有益效果

在本发明中，能够进行在选择自动作业时考虑了当前的作业装置姿势的自动作业，能够防止在自动作业开始时由于不良的作业装置的姿势而低效地进行自动作业。

另外，具有通过自动作业选择功能，使不熟练操作者也能够容易地进行作业的效果。

另外，本发明在选择播放以追踪示教轨迹时，能够对位置误差进行补偿而以作业者期望的轨迹拉驱动作业装置。

另外，即使选择播放时刻的作业装置位置与由作业者学习的示教轨迹的开始地点不同，在其差异不大时，能够在很短的时间内进行作业者期望的作业区域的作业。

另外，具有能够对由作业装置的姿势变化引起的重力变化进行补偿而使位置误差最小化的效果。

附图说明

图1是本发明的建筑机械的作业轨迹控制装置的一实施例的结构图。

图2是对于利用了本发明的数据库的建筑机械的作业轨迹控制的一实施例的例示图。

图3是本发明的在播放模式的情况下的作业轨迹控制装置的一实施例的详细结构图。

图4是对于利用了本发明的数据库的建筑机械的作业轨迹控制方法的一实施例的流程图。

图5是对于本发明的示教模式下的作业轨迹控制方法的一实施例的流程图。

图6是对于本发明的播放模式下的作业轨迹控制方法的一实施例的流程图。

标号说明

100：作业轨迹控制装置 110：操作部

120：驱动控制部 130：重力补偿部

140：驱动部 150：数据存储部

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。能够通过以下的详细的说明，明确理解本发明的结构及其作用效果。在本发明的详细说明之前，即使相同结构要素显示在不同的附图上也尽可能附上相同的标号，对于公知的结构，在判断为有可能混淆本发明的要旨时，省略具体的说明。

图1是本发明的建筑机械的作业轨迹控制装置的一实施例结构图。

如图1所示，本发明的作业轨迹控制装置（100）包括操作部（110）、驱动控制部（120）、重力补偿部（130）、驱动部（140）以及数据存储部（150）。此处，作业轨迹控制装置（100）对建筑机械的作业轨迹进行控制，包括至少一个作业装置和用于驱动该作业装置的驱动部（140）。在使本发明的建筑机械的作业轨迹控制装置自动作业时，将作业装置的位置的位置误差比已设定的基准值大的情况和小的情况分开进行说明，对通过利用了数据库的建筑机械的作业轨迹控制装置来动作的情况和通过利用了示教和播放的建筑机械的作业轨迹控制装置来动作的情况进行说明。另外，对本发明在作业装置中应用到挖掘机的一例进行说明。

首先，记述从利用了本发明的数据库的建筑机械的作业轨迹控制装置，如下。

在数据存储部（150）中，按照作业装置的各位置存储有在相应位置处开始自动作业的已设定的作业装置的驱动轨迹数据。即，数据存储部（150）是按照挖掘机铲斗末端的位置坐标，将驱动轨迹数据构建为数据库来进行存储。此处，在驱动轨迹数据中包括：操纵杆数据和油缸长度数据或转臂、臂以及铲斗的各铰链的角度数据。在本实施例中，以上述的驱动轨迹数据的基准为铲斗位置的情况为一例进行说明。但是，本发明并不一定限定于此，能够以转臂、臂等各种作业装置为基准来形成轨迹数据。但是，在如本实施例那样将铲斗作为轨迹数据的基准时，与实际作业的被作业面直接接触的铲斗的移动轨迹与操作者期望的作业区域非常类似，可以说比如本实施例那样以铲斗的位置为中心进行控制更优选。

关于挖掘机的驱动轨迹数据，数据存储部（150）存储能够以挖掘机铲斗末端的位置坐标为基准而开始的按照位置坐标的驱动轨迹数据，能够包括铲斗末端能够所处的所有地点的驱动轨迹数据。另外，驱动轨迹数据是以执行作业所优选的铲斗角度为基准而被数据库化来进行存储。在挖掘机出厂时，能够按照各要点来使与挖掘关联的驱动轨迹数据数据库化。基于这种位置的驱动轨迹数据能够通过如下所述的一例来设定。首先，关于铲斗的末端，将为作业而驱动的区域分为规定大小的区域。在铲斗的末端位于各区域的中心的姿势下，分别预想实现挖掘、平面压实、掘沟作业等，预先存储相应的轨迹数据。

操作部（110）根据作业者的操作，向驱动控制部（120）输出与自动作业开始选择与否相关的信息和自动作业开始时刻的作业装置的位置信息。此处，操作部（110）能够具备操纵杆或自动作业开始按钮等。此时，根据作业者操作来输出操纵杆信号或自动作业按钮信号等。

在选择自动作业时，驱动控制部（120）从数据存储部（150）读出与作业装置的当前位置对应的驱动轨迹数据，以作业装置追踪从数据存储部（150）读出的驱动轨迹数据而驱动的方式来控制驱动部（140）。

即，在选择自动作业时，驱动控制部（120）确认作业装置的姿势。上述姿势确认结果，在作业装置的姿势为不能直接执行指定作业的姿势时，驱动控制部（120）以作业装置变更为能够执行指定作业的姿势的方式来控制驱动部（140）。相反，在作业装置的姿势为能够直接执行指定作业的姿势时，驱动控制部（120）确认姿势变更的作业装置的新位置是否变更为比已设定的基准值大。

接着，在上述基准值确认结果，变更为比已设定的基准值大时，驱动控制部（120）在从数据存储部（150）读出与铲斗通过姿势变更而变更的新位置对应的新的驱动轨迹数据之后，以追踪新的驱动轨迹数据来驱动作业装置的方式控制驱动部（140）。相反，在上述基准值确认结果，变更为不比已设定的基准值大时，驱动控制部（120）以追踪与初始选择的位置对应的驱动轨迹数据来驱动作业装置的方式控制驱动部（140）。

以作业装置中具备铲斗的挖掘机为一例时，驱动控制部（120）在开始自动作业时确认铲斗姿势。上述姿势确认结果，铲斗的姿势与基准姿势类似时，作业者以追踪所选择的时刻的驱动轨迹数据的方式控制驱动部（140）。相反，在铲斗的姿势与基准姿势相差较大时，驱动控制部（120）变更铲斗的姿势。驱动控制部（120）考虑当前的铲斗角度而在作业者选择的地点将铲斗角度变更为基准铲斗角度。

并且，驱动控制部（120）确认基于铲斗姿势变更的位置变更。此处，挖掘机包括铲斗，驱动控制部（120）以铲斗的姿势为基准判断挖掘机的姿势变更与否。上述位置变更确认结果，在位置变更没有大的差异时，驱动控制部（120）以最终追踪初始选择的轨迹数据的方式控制驱动部（140）。相反，在位置变更存在大的差异时，驱动控制部（120）从数据存储部（150）读出与所变更的位置对应的新的驱动轨迹数据之后，以追踪新的驱动轨迹数据的方式控制驱动部（140）。此处，新驱动轨迹数据的读出与否是根据与铲斗的姿势变更对应的铲斗的位置变更来选择的。

此时，驱动控制部（120）具有各种传感器，从而在检测到通过如地面等的障碍物而妨碍了铲斗的姿势变更时，如转臂/臂那样的其他作业装置也以最佳的轨迹来自动驱动而能够变更铲斗的姿势。

另一方面，以在作业轨迹控制装置（100）中预先设定的铲斗角度为10°的情况为例，驱动控制部（120）在自动挖掘时对已设定的铲斗的角度（例如，10°等）与当前铲斗角度进行比较，如果是已设定的角度以上，则移动铲斗油缸而以铲斗角度成为已设定的角度以内的方式控制驱动部（140）。如果判断为铲斗贴在地面或很难驱动时，驱动控制部（120）为了对准铲斗角度而同时起动转臂、臂以及铲斗油缸，从而以对准铲斗角度的方式控制驱动部（140）。

在对准铲斗角度之后，如果铲斗末端的位置已变更，则驱动控制部（120）从数据存储部（150）读出所变更的位置处的新的驱动轨迹数据。

之后，驱动控制部（120）为了执行自动挖掘作业，控制作业开始点和轨迹追踪，以根据存储在储存部（150）中的驱动轨迹数据来补偿位置误差，且对由姿势变化引起的重力进行补偿，以使挖掘机的铲斗末端的位置误差最小化，从而能够控制挖掘机的驱动。此处，驱动控制部（120）能够将在重力补偿部（130）中计算的重力补偿值应用到驱动控制。挖掘机的各油缸长度数据在转臂、臂以及铲斗中能够用各铰链的角度数据来代替。此处，在进行自动作业期间，从操作部（110）产生规定时间的新的操纵杆信号时，驱动控制部（120）中断自动作业，追踪其产生的新的操纵杆信号来控制驱动部（140）。

在自动挖掘时，驱动控制部（120）取出存储在数据存储部（150）中的驱动轨迹数据（例如，操纵杆数据（Joy_ref data）和油缸长度数据（Cyl_ref data））。并且，驱动控制部（120）将操纵杆信号（O_Joy）、位置误差信号（O_PI1）以及重力补偿值（Ga）相加，将驱动控制信号（Com_out）输出给驱动部（140）。

关于这种驱动控制信号（Com_out）的输出过程，驱动控制部（120）从操纵杆数据（Joy_refdata）取出操纵杆信号（O_Joy）。另外，驱动控制部（120）从油缸长度数据（Cyl_refdata）减去油缸长度信号和当前所测量的信号，求出误差信号（Er）。并且，驱动控制部（120）通过PI控制器来对误差信号（Er）计算位置误差信号（O_PI1）。

重力补偿部（130）求出由当前挖掘机的姿势变化引起的质量惯性矩来计算重力补偿值（Ga）。这是为了使由挖掘机的姿势变化引起的铲斗末端的位置误差最小化。

当确定了重力补偿值（Ga）时，驱动控制部（120）计算将操纵杆信号（O_Joy）、位置误差信号（O_PI1）以及重力补偿值（Ga）相加得到的驱动输出值（O_joy+O_PI1+Ga）。并且，驱动控制部（120）将相加得到的驱动输出值（O_joy+O_PI1+Ga）转换为驱动控制信号（Com_out）而输出给驱动部（140）。

如果在进行自动挖掘期间，从操作部（110）产生了已设定时间（例如，0.3sec等）的新的操纵杆信号，则驱动控制部（120）视为紧急情况而中断自动作业，追踪从操作部（110）产生的操纵杆信号来控制驱动部（140）。

如图2所示，数据存储部（150）将铲斗末端所处的坐标（211）上的驱动轨迹数据构建为数据库来进行存储。数据存储部（150）将能够进行挖掘的铲斗位置指定为位置坐标值，将与该指定的位置坐标值相应的驱动轨迹数据存储到数据库中。此处，在数据库中所有位置坐标（210）表示为（0，0）至（x，y）。此处，x、y表示以基本长度单位表示能够进行挖掘的位置的位置坐标。例如，表示挖掘机进行作业的区域中的、能够进行挖掘作业的最大位置坐标。

数据存储部（150）存储选择地点的位置坐标（211）上的驱动轨迹数据。当驱动控制部（120）请求与相应位置坐标（211）相关的驱动轨迹数据时，数据存储部（150）将与相应位置坐标（211）相关的驱动轨迹数据传递给驱动控制部（120）。此处，驱动轨迹数据能够包括从驱动控制部（120）传递的操纵杆数据和油缸长度数据或转臂、臂以及铲斗的各铰链的角度数据。

另一方面，记述在本发明的图1的建筑机械的作业轨迹控制装置（100）作为利用了示教和播放的建筑机械的作业轨迹控制装置来动作时的各结构要素。

本发明涉及如下所述的建筑机械的作业轨迹控制装置及其方法：能够使作业装置记住作业者搭乘到作业装置（例如，挖掘机和轮式装载机等）而执行一定动作的轨迹（之后，将该作业称为示教（Teaching）），使追踪所存储的轨迹（例如，铲斗末端位置）而自动地驱动作业装置的播放选择位置误差最小化。以下，对本发明应用到作业装置中的挖掘机中的一例进行说明。

作业轨迹控制装置（100）以示教模式（Teaching Mode）或播放模式（PlaybackMode）来动作。此处，操作部（110）产生由作业者的操作引起的操纵杆信号，作业者能够进行示教模式和播放模式的选择操作。

第一，示教模式是指作业者对挖掘机的作业过程进行示教而学习作业过程的模式。当在示教模式下作业者对操纵杆进行操作时，作业轨迹控制装置（100）存储基于操纵杆操作的操纵杆信号和驱动部（140）的各油缸长度数据（以下，称为“驱动数据”）。此处，作业者能够通过在挖掘机的操作部（110）上具备的示教开始和结束按钮等来开始或结束示教模式。

具体记述示教模式时，操作部（110）在示教模式下的期间，将由于作业者的操纵杆操作而产生的操纵杆信号传递给驱动控制部（120）。此时，驱动控制部（120）从操作部（110）接受操纵杆信号来对驱动部（140）进行驱动控制。另外，驱动控制部（120）在选择示教模式时，将与作业者的操作对应的作业装置的驱动数据和对上述操纵杆信号进行处理而生成的轨迹数据存储到数据存储部（150）中。即，驱动控制部（120）将从操作部（110）传递的操纵杆信号作为操纵杆数据来存储到数据存储部（150）中。另外，驱动控制部（120）将通过驱动部（140）而驱动的转臂、臂以及铲斗的油缸长度数据或转臂、臂以及铲斗中的各铰链的角度数据存储在数据存储部（150）中。

驱动部（140）通过驱动控制部（120）的驱动控制来驱动转臂、臂以及铲斗的油缸。

第二，播放模式是指作业轨迹控制装置（100）自动地播放在示教模式下存储的作业过程的模式。

数据存储部（150）存储在示教模式下学习的轨迹数据（例如，操纵杆数据和各油缸长度数据）。另外，数据存储部（150）能够将操纵杆数据和转臂、臂以及铲斗的各铰链的角度数据存储为轨迹数据。

在选择播放模式时，驱动控制部（120）以如下所述的方式控制驱动部（140）：追踪在示教模式下存储在数据存储部（150）中的轨迹数据而自动地驱动作业装置。首先，在选择了播放模式的时刻，对作业装置的位置与存储在数据存储部（150）中的作业装置的开始位置进行比较。比较结果，在位置的差异为已设定的基准误差以内时，驱动控制部（120）以在选择了播放模式的时刻的位置处开始自动驱动的方式进行控制。对于这样的位置误差的测量，利用作业装置中的任意一个均能够进行测量。在本实施例中，以在进行挖掘等作业时直接与被作业面接触而能够视为作业中心的铲斗的位置设定为控制基准的控制方法为例进行说明。即，通过对铲斗末端的当前位置与已设定的铲斗末端的初始位置之间的位置差异进行比较，能够进行播放模式的控制。此时，驱动控制部（120）以随着经过进行自动驱动的时间追踪已存储的驱动轨迹的方式控制驱动部（140）。这是为了即使在操作者所不期望的地点开始自动驱动，也能够随着时间经过进行最初输入的作业范围内的作业。另一方面，驱动控制部（120）在作业装置的自动驱动进行期间，对与存储在数据存储部（150）中的轨迹数据之间的位置误差进行补偿。在本实施例中，对与作业装置的姿势对应的重力进行补偿来控制挖掘机的驱动，以使挖掘机的铲斗末端的位置误差最小化。此处，驱动控制部（120）应用在重力补偿部（130）中计算的重力补偿值来更新轨迹数据，以该更新的轨迹数据为基准控制驱动部（140）。能够用转臂、臂以及铲斗中的各铰链的角度数据来代替轨迹数据中挖掘机的各油缸长度数据。重力补偿部（130）求出由当前挖掘机的姿势变化引起的质量惯性矩来计算重力补偿值。这是为了使由挖掘机的姿势变化引起的铲斗末端的位置误差最小化。这种重力补偿结果在对泵的吐出液量或控制阀的切换量进行补偿时使用，从而能够进行作业者最初期望的作业装置的驱动速度的追踪。能够以作业者通过在操作部（110）中具备的播放开始和结束按钮等来对这种播放模式的开始/结束进行控制的方式构成。

关于上述说明的控制方法，以在完成播放模式之后想要再次使用播放模式时，使作业装置移动到作业者再次期望的作业的初始位置的情况为例进行了说明。但是，上述的播放模式并不一定限定于此。即，在选择自动地重复进行播放模式时也能够应用。在这样自动地重复进行播放模式时，如之前说明以能够自动地对在最初的播放模式开始时没有进行作业的部分进行再作业的方式进行控制。这只要在第二次重复时，使作业装置在自动移动到在示教模式下存储的作业的初始位置之后，再次进行播放模式即可。由此，具有如下所述的效果：即使不熟悉作业的操作而使作业装置在不确定的位置处开始播放，当进行重复作业时也能够进行作业者所期望的作业区域的作业。

另一方面，当播放模式开始时的位置误差比已设定的基准误差大时，能够以不能进行操作者所期望的作业区域的自动作业的理由，告知不能开始播放模式，使得等待重新输入操作者的操作信号。与此相反，为了使作业装置能够主动地进行作业也可以使用如下所述的方法：当上述的位置误差比基准误差大时，以作业装置、更详细地说铲斗位于在示教模式下存储的播放模式开始地点的方式对各作业装置进行自动控制。

在如上所述的播放模式状态下，当从操作部（110）产生规定时间的由作业者引起的新的操纵杆信号时，驱动控制部（120）优选中断播放模式并根据在操作部（110）中产生的新的操纵杆信号来控制驱动部（140），从而应对类似时。

图3是本发明的播放模式时的作业轨迹控制装置的一实施例的详细结构图。

在选择播放按钮时，驱动控制部（120）控制作业开始点和轨迹追踪，以对铲斗的位置误差进行补偿，使位置误差最小化，以补偿由作业装置的姿势变化引起的重力。

即，包括如下所述的过程：在播放开始时，驱动控制部（120）测量当前铲斗末端的位置与开始了示教模式的铲斗末端的位置之间的距离，将铲斗末端的当前位置与已设定的铲斗末端的初始位置之间的差异值与已设定的基准误差（例如，10cm等）进行比较。这是因为考虑到了如下所述的点：一般作业者在使作业装置位于所期望的位置之后开始播放作业，而如上所述开始播放作业时，开始了播放的作业装置的姿势/位置与已存储的播放初始位置肯定不同。如上所述，在初始位置的差异值比基准误差小时，当开始了播放时，作业装置直接在通过作业者的操作而所处的位置处开始，且以随着时间经过越发接近示教的驱动轨迹的方式进行控制。此时，在播放初始，作业者所期望的作业区域中的一部分有可能是未作业的状态，在该情况下，当反复实现播放时，在下一次播放作业时使作业装置自动地位于被示教的初始位置，从而能够解决上述问题。另一方面，还存在如下所述的方法：在开始播放的作业装置的姿势/位置与已存储的播放初始位置相差较大时，显示不能进行播放作业并等待作业者的进一步的操作，或者使作业装置自动位于播放初始位置之后，能够追踪示教的轨迹来进行作业。在本实施例中，将使作业装置移动之后进行播放作业为一例进行说明。

在播放开始之后，驱动控制部（120）取出预先示教的操纵杆数据（Joy_ref data）和油缸长度数据（Cyl_ref data）。并且，驱动控制部（120）将操纵杆信号（O_Joy）、位置误差信号（O_PI1）以及重力补偿值（Ga）相加，将驱动控制信号（Com_out）输出给驱动部（140）。

具体记述这种驱动控制信号（Com_out）的输出过程为，驱动控制部（120）从操纵杆数据（Joy_refdata）取得操纵杆信号（O_Joy）。另外，驱动控制部（120）从油缸长度数据（Cyl_ref data）减去油缸长度信号和当前测量的信号来求出误差信号（Er）。并且，驱动控制部（120）通过PI控制器来对误差信号（Er）计算位置误差信号（O_PI1）。

重力补偿部（130）在作业装置的当前姿势下求出质量惯性矩而计算重力补偿值（Ga）。

当确定了重力补偿值（Ga）时，驱动控制部（120）计算将操纵杆信号（O_Joy）、位置误差信号（O_PI1）以及重力补偿值（Ga）相加得到的驱动输出值（O_joy+O_PI1+Ga）。并且，驱动控制部（120）将相加得到的驱动输出值（O_joy+O_PI1+Ga）转换为驱动控制信号（Com_out）来输出给驱动部（140）。

如果，当在操作部（110）中在执行播放途中产生已设定时间（例如，0.3sec等）以上的操纵杆信号时，驱动控制部（120）视为是紧急情况，根据在操作部（110）中产生的操纵杆信号来对驱动部（140）进行驱动控制。

另一方面，对于本发明的建筑机械的作业轨迹控制方法，分为利用了数据库的建筑机械的作业轨迹控制方法和示教模式下的作业轨迹控制方法进行说明。首先，对利用了数据库的建筑机械的作业轨迹控制方法进行说明。

图4是对于本发明的利用了数据库建筑机械的作业轨迹控制方法的一实施例的流程图。

首先，关于作业装置的自动作业的选择过程，作业者通过在操作部（110）中具备的操纵杆等来使作业装置位于期望的位置处。并且，当作业者通过在操作部（110）中具备的自动作业选择按钮等来选择自动作业开始时，选择作业装置的自动作业。

在选择自动作业之后，作业轨迹控制装置（100）计算铲斗的当前位置而从数据库（DB：Database）调用该位置坐标下的驱动轨迹数据（402）。

并且，作业轨迹控制装置（100）对铲斗的当前姿势与已设定的基准姿势进行比较，在当前铲斗的位置处确认当前铲斗角度与数据库中的铲斗角度之间的差异是否超过特定角度（例如，10°等）（404）。

根据上述比较结果，作业轨迹控制装置（100）使作业装置的姿势变更为基准姿势。

具体记述向基准姿势的变更过程时，在上述确认结果（404），在当前铲斗与初始铲斗角度之间的差异超过特定角度时，作业轨迹控制装置（100）使当前铲斗的角度变更为初始铲斗角度（406）。此处，关于初始铲斗的角度，能够预先设定为执行挖掘作业所优选的铲斗的角度，或者能够通过作业者来设定。如果，当铲斗贴在地面或很难驱动时，作业轨迹控制装置（100）为了对准铲斗角度，能够起动转臂、臂以及铲斗油缸而移动铲斗。能够通过监视各作业装置的液压的变动和姿势变动来判断这种铲斗不能移动状况，在本实施例中，用于这些的各种传感器设置在各液压线以及关节部等上。

作业轨迹控制装置（100）从数据库取出与由姿势变更引起的作业装置的变更位置对应的轨迹数据，以追踪所读出的轨迹数据而使作业装置自动地驱动的方式控制作业装置的驱动。

即，当前如果在铲斗变更为初始铲斗的角度之后铲斗末端的位置已变更，则作业轨迹控制装置（100）计算铲斗变更的位置，从数据库调用铲斗末端所处的位置坐标的驱动轨迹数据（408）。

相反，上述确认结果（404），如果当前铲斗与初始铲斗角度之间的差异为特定角度以下，则作业轨迹控制装置（100）从“410”过程开始执行。

之后，作业轨迹控制装置（100）根据在“402”过程或“408”过程中调用的数据库，利用当前位置处的驱动轨迹数据来开始自动挖掘（410）。

作业轨迹控制装置（100）每隔10ms输出一个以10ms间隔存储的操纵杆信号（412）。

并且，作业轨迹控制装置（100）计算按照各油缸存储的油缸长度数据（Cyl_ref）与当前测量的数据（Cyl_cur）之间的误差（Er=Cyl_ref-Cyl_cur）（414）。

接着，作业轨迹控制装置（100）确认在三个油缸中是否至少还有一个油缸的按照各油缸存储的油缸长度与当前所测量的油缸长度之间的误差为已设定的油缸长度误差值（例如，5cm等）以上（416）。

上述确认结果（416），当基准油缸长度与当前所测量的油缸长度之间的误差为已设定的油缸长度误差值（例如，5cm等）以上时，作业轨迹控制装置（100）向作业者显示不能执行作业的消息，并结束轨迹控制（418）。

相反，上述确认结果（416），当基准油缸长度与当前所测量的油缸长度之间的误差小于已设定的油缸长度误差值（例如，5cm等）时，作业轨迹控制装置（100）为了通过比例积分（PI：Proportional Integral）控制器对它们进行反馈控制，计算位置误差信号（O_PI1=Kp*Er+Ki*sum（Er））（420）。

之后，作业轨迹控制装置（100）在作业装置的当前姿势下求出质量惯性矩而计算补偿值（Ga），与在“420”过程中计算的位置误差信号（O_PI1）相加而求出应用了基于姿势的重力补偿的PI控制信号（O_PI=O_PI1+Ga）（422）。例如，由于挖掘机的转臂、臂以及铲斗的重量重，因此在转臂、臂以及铲斗全部展开的状态和全部聚拢的状态下移动它们所需的压力不同。因此，作业轨迹控制装置（100）对转臂、臂以及铲斗的重力不同的状态进行补偿而更快、更准确地进行控制。即，在转臂、臂以及铲斗展开时，作业轨迹控制装置（100）对在“420”过程中计算的位置误差信号（O_PI1）上加上与重力补偿相当的重力补偿值（Ga）而实现更多的输出。

并且，作为最终输出，作业轨迹控制装置（100）将在“412”过程中取出的操纵杆输出信号（O_joy）、“420”过程中的位置误差信号（O_PI1）以及在“422”过程中计算的PI控制信号（O_PI）相加而计算驱动输出值（O_co=O_joy+O_PI1+Ga）（424）。

作业轨迹控制装置（100）确认执行长度是否与存储在数据存储部（150）中的缓冲长度一致（426）。

上述确认结果（426），如果执行长度与缓冲长度不一致，则作业轨迹控制装置（100）输出在“424”过程中计算的驱动输出值，从“412”过程开始再次执行。相反，如果执行长度与缓冲长度一致，则作业轨迹控制装置（100）输出工作完成消息并结束轨迹控制。

如果，在作业轨迹控制途中，当产生已设定时间（例如，0.3sec等）的由作业者引起的新的操纵杆信号时，作业轨迹控制装置（100）视为是紧急情况并中断自动作业，能够按照新的操纵杆信号来控制作业装置。

另一方面，记述利用了本发明的示教和播放的建筑机械的作业轨迹控制方法中的示教模式下的作业轨迹控制方法。

本发明的作业轨迹控制方法包括至少一个作业装置、用于驱动上述作业装置的驱动部（140）以及产生与作业者的操作对应的操纵杆信号的操作部（110），在能够进行示教模式和播放模式的选择操作的建筑机械的作业轨迹控制装置（100）中应用。

作业轨迹控制装置（100）确认作业者是否输入了告知示教开始的开始按钮信号（502）。

作业轨迹控制装置（100）将在选择示教模式时由作业者的操作而产生的操纵杆信号和作业装置的驱动数据存储为轨迹数据。即，上述确认结果（502），如果输入了开始按钮信号，则作业轨迹控制装置（100）将在开始按钮信号以后操纵杆由于作业者而移动的角度存储为已设定的时间单位（例如，10ms等），感应转臂、臂以及铲斗的各油缸长度来进行存储（504）。例如，作业轨迹控制装置（100）能够以10ms单位来存储操纵杆的角度和油缸长度。另外，作业轨迹控制装置（100）能够感应转臂、臂以及铲斗的各铰链的角度来进行存储。此处，作业轨迹控制装置（100）计算转臂、臂以及铲斗的油缸长度或各铰链的角度，从而能够以几何学角度来计算铲斗末端的位置。相反，在上述确认结果（502），当没有输入开始按钮信号时，作业轨迹控制装置（100）持续监视是否输入了开始按钮信号。

之后，作业轨迹控制装置（100）确认是否输入了告知示教结束的完成按钮信号（506）。

上述确认结果（506），如果输入了完成按钮信号，则作业轨迹控制装置（100）将到当前为止存储的操纵杆的角度和转臂、臂以及铲斗的油缸长度存储为一个轨迹数据。相反，在没有输入完成按钮信号时，作业轨迹控制装置（100）从存储轨迹数据的“504”过程开始再次执行。

作业轨迹控制装置（100）确认作业者是否输入了告知播放开始的播放开始按钮信号（602）。

上述确认结果（602），如果作业者输入了播放开始按钮信号，则作业轨迹控制装置（100）测量当前铲斗末端的位置与开始示教的铲斗末端的位置之间的距离，确认铲斗末端的当前位置与已设定的铲斗末端的初始位置之间的差异值是否超过已设定的基准误差（例如，10cm等）（604）。相反，如果作业者没有输入播放开始按钮信号，则作业轨迹控制装置（100）到输入播放开始按钮信号之前从“602”过程开始执行。

上述确认结果（604），当铲斗末端的当前位置与初始位置之间的位置差异值为已设定的基准误差以上时，作业轨迹控制装置（100）控制铲斗将铲斗末端的当前位置移动到已设定的初始位置（606）。作业轨迹控制装置（100）控制各致动器来移动铲斗，以使铲斗末端的位置差异值在10cm以内。此处，当以在位置的差异比基准误差大的状态下反复实现基于播放模式的自动作业的方式进行选择时，作业轨迹控制装置（100）以作业装置进行一次自动作业以后，恢复到开始示教模式的位置之后进行自动作业的方式进行控制。

相反，上述确认结果（604），当铲斗末端的当前位置与初始位置之间的位置差异值小于已设定的基准误差、即铲斗末端的位置在10cm以内时，作业轨迹控制装置（100）每隔10ms输出播放信号而作为基准播放信号来利用，以在当前位置处自动地驱动作业装置。此时，利用如下所述的位置补偿方法，即使与作业装置的初始位置被示教的位置之间存在差异，以只要进行播放作业就在最短时间内追踪被示教的轨迹的方式对数据进行补偿，将此利用在作业装置的驱动中。

具体为，作业轨迹控制装置（100）每隔10ms取出预先存储的操纵杆信号（O_joy）（608）。

并且，作业轨迹控制装置（100）计算按照各油缸存储的油缸长度数据（Cyl_ref）与当前测量的数据（Cyl_cur）之间的误差（Er=Cyl_ref-Cyl_cur）（610）。

接着，作业轨迹控制装置（100）确认在三个油缸中是否至少还有一个油缸的按照各油缸存储的油缸长度与当前所测量的油缸长度之间的误差为已设定的油缸长度误差值（例如，5cm等）以上（612）。

上述确认结果（612），当基准油缸长度与当前所测量的油缸长度之间的误差为已设定的油缸长度误差值（例如，5cm等）以上时，作业轨迹控制装置（100）向作业者显示不能执行作业的消息，结束轨迹控制（614）。

相反，上述确认结果（612），当基准油缸长度与当前所测量的油缸长度之间的误差小于已设定的油缸长度误差值（例如，5cm等）时，作业轨迹控制装置（100）为了通过比例积分（PI：Proportional Integral）控制器对它们进行反馈控制而计算位置误差信号（O_PI1=Kp*Er+Ki*sum（Er））（616）。

之后，作业轨迹控制装置（100）在当前姿势下求出质量惯性矩而计算补偿值（Ga），与在“416”过程中计算的位置误差信号（O_PI1）相加而求出应用了基于姿势的重力补偿的PI控制信号（O_PI=O_PI1+Ga）（618）。例如，由于挖掘机的转臂、臂以及铲斗的重量重，因此转臂、臂以及铲斗全部展开的状态和全部聚拢的状态下移动它们所需的压力不同。因此，作业轨迹控制装置（100）对转臂、臂以及铲斗的重力不同的状态进行补偿而更快、更准确地进行控制。即，在转臂、臂以及铲斗展开时，作业轨迹控制装置（100）对在“616”过程中计算的位置误差信号（O_PI1）加上与重力补偿相当的重力补偿值（Ga）而实现更多的输出。

并且，作业轨迹控制装置（100）作为最终输出，将在“（608）”过程中取出的操纵杆输出信号（O_joy）、“616”过程中的位置误差信号（O_PI1）以及在“618”过程中计算的PI控制信号（O_PI）相加而计算驱动输出值（O_co=O_joy+O_PI1+Ga），从而控制作业装置（620）。即，作业轨迹控制装置（100）计算利用了由作业装置的姿势变换引起的重力变化的重力补偿值，应用该计算的重力补偿值而能够以作业装置追踪在示教模式下存储的轨迹数据中包含的作业装置的驱动速度的方式进行控制。

作业轨迹控制装置（100）确认执行长度是否与存储在数据存储部（150）中的缓冲长度一致（622）。

上述确认结果（622），如果执行长度与缓冲长度不一致，则作业轨迹控制装置（100）输出在“622”过程中计算的驱动输出值，从“408”过程开始再次执行。相反，如果执行长度与缓冲长度一致，则作业轨迹控制装置（100）输出工作完成消息并结束轨迹控制。

如上所述，作业轨迹控制装置（100）以在选择播放模式时追踪已设定的轨迹数据而使作业装置驱动的方式进行控制。此时，作业轨迹控制装置（100）对播放模式的选择时刻的作业装置的位置与开始了示教模式的开始位置的差异进行比较，在位置差异比已设定的基准误差小时，在由作业者选择的播放模式的选择地点，进行追踪轨迹数据的自动作业，以随着时间经过追踪上述存储的轨迹数据的方式进行控制。

如果，在轨迹控制途中，当输入了已设定的时间（例如，0.3sec等）以上的由使用者引起的操纵杆信号时，作业轨迹控制装置（100）视为是紧急情况，直接以操纵杆信号来进行驱动控制。

以上的说明仅用于对本发明进行例示地说明，本领域技术人员能够在不脱离本发明的技术思想的范围内进行各种变形。因此，在本发明的说明书中公开的实施例不限定本发明。本发明的范围应由权利要求来解释，应解释为其均等的范围内的所有技术都包含在本发明的范围。

产业上的可利用性

本发明具有如下所述的效果：在选择自动挖掘时，考虑当前的铲斗姿势，能够以铲斗姿势修正后的地点的作业轨迹来执行自动作业，而不以选择地点的作业轨迹来执行。另外，在本发明中，以在选择播放时对位置误差进行补偿的方式对作业开始点和轨迹追踪进行控制，以追踪示教轨迹，对由作业装置的姿势变化引起的重力进行补偿而实现位置误差的最小化。

Claims

1.一种建筑机械的作业轨迹控制装置，其包括至少一个作业装置以及用于驱动上述作业装置的驱动部，

该建筑机械的作业轨迹控制装置的特征在于包括：

操作部，其产生由作业者的操作引起的操纵杆信号；

数据存储部，其存储有上述作业装置的驱动轨迹数据，该驱动轨迹数据是开始自动作业时要被驱动的上述作业装置要追踪的轨迹数据；以及

驱动控制部，其在开始上述自动作业时，读出存储在上述数据存储部中的上述作业装置的轨迹数据，以上述作业装置追踪上述读出的驱动轨迹数据而进行驱动的方式控制上述驱动部，

上述驱动控制部以如下方式控制上述驱动部：在选择上述自动作业时，在将上述作业装置的实际位置存储在上述数据存储部中的作业装置的驱动开始的位置与已设定的作业装置的驱动开始的位置之间存在基准误差以内的差异时，控制为在选择上述自动作业的时刻的位置处开始自动驱动，且随着经过进行上述自动驱动的时间，追踪上述已存储的驱动轨迹。

2.根据权利要求1所述的建筑机械的作业轨迹控制装置，其特征在于，

上述数据存储部按照上述作业装置的各位置来存储自动作业时要被驱动的上述作业装置的驱动轨迹数据，

上述驱动控制部以如下方式控制上述驱动部：在选择上述自动作业时，在上述作业装置的姿势为不能直接执行指定作业的姿势时，以上述作业装置变更为能够执行上述指定作业的姿势的方式进行控制，在由上述姿势变更引起的上述作业装置的新位置与已设定的位置之间的误差比已设定的基准误差大时，读出与上述新位置对应的新的驱动轨迹数据，然后，追踪上述新的驱动轨迹数据来驱动上述作业装置。

3.根据权利要求2所述的建筑机械的作业轨迹控制装置，其特征在于，

上述作业装置包括铲斗，上述驱动控制部以上述铲斗的姿势为基准判断上述作业装置的姿势的变更与否，根据对应于与上述铲斗的姿势变更对应的上述铲斗的位置变更量来选择上述新的驱动轨迹数据的读出与否。

4.根据权利要求1所述的建筑机械的作业轨迹控制装置，其特征在于，

上述驱动控制部以如下方式控制上述驱动部：在选择上述自动作业时，在上述作业装置的姿势为不能直接执行指定作业的姿势时，以上述作业装置变更为能够执行上述指定作业的姿势的方式进行控制，在由上述姿势变更引起的上述作业装置的新位置与已设定的位置之间的误差比已设定的基准误差大时，将上述作业装置的位置变更为上述作业装置的驱动开始的位置，然后，追踪上述已存储的驱动轨迹。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的建筑机械的作业轨迹控制装置，其特征在于，

上述作业装置包括铲斗，上述驱动控制部以上述铲斗的位置为基准读出上述作业装置的上述已设定的驱动轨迹数据。

6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的建筑机械的作业轨迹控制装置，其特征在于，

上述驱动控制部以如下方式控制上述驱动部：当在进行上述自动作业的过程中从上述操作部产生规定时间的新的操纵杆信号时，中断上述自动作业而追踪上述产生的新的操纵杆信号。

7.根据权利要求1至4中的任意一项所述的建筑机械的作业轨迹控制装置，其特征在于，

上述驱动控制部还包括重力补偿部，该重力补偿部用于计算由上述作业装置的姿势引起的重力补偿值。

8.根据权利要求1所述的建筑机械的作业轨迹控制装置，其特征在于，

上述操作部还能够进行示教模式和播放模式的选择操作，

上述驱动控制部以如下方式控制上述驱动部：在选择上述示教模式时，将与上述作业者的操作对应的上述轨迹数据存储在上述数据存储部中，在选择上述播放模式时，追踪存储在上述数据存储部中的上述作业装置的轨迹数据，自动地驱动上述作业装置。

9.根据权利要求8所述的建筑机械的作业轨迹控制装置，其特征在于，

该作业轨迹控制装置以如下方式控制上述驱动部：在上述作业者选择播放模式时，对上述作业装置的铲斗末端的当前位置与已设定的铲斗末端的初始位置之间的位置差异进行比较，使上述铲斗的末端移动到上述已设定的初始位置，然后，追踪已设定的驱动轨迹来进行自动作业。

10.根据权利要求8或9所述的建筑机械的作业轨迹控制装置，其特征在于，

11.根据权利要求8或9所述的建筑机械的作业轨迹控制装置，其特征在于，

该作业轨迹控制装置还包括重力补偿部，该重力补偿部算出与上述作业装置的姿势对应的重力补偿值，

上述驱动控制部应用上述重力补偿值来更新上述轨迹数据，以上述更新的轨迹数据为基准控制上述驱动部。

12.一种建筑机械的作业轨迹控制方法，该建筑机械包括至少一个作业装置、用于驱动上述作业装置的驱动部以及产生与作业者的操作对应的操纵杆信号的操作部，

该建筑机械的作业轨迹控制方法的特征在于包括如下步骤：

对自动作业的选择与否进行确认；以及

在选择上述自动作业时，将上述作业装置的实际位置与已设定的自动作业开始位置进行比较，将其差异与已设定的基准误差进行比较，

上述比较的结果，在上述作业装置的实际位置与上述已设定的自动作业开始位置之间的差异比上述基准误差小时，读出已设定的作业装置的轨迹数据，在生成用于进行从上述作业装置的实际位置处开始的自动作业的轨迹数据之后，开始进行上述自动作业，且以随着时间的经过追踪上述已设定的作业装置的轨迹数据的方式生成上述新的轨迹数据。

13.根据权利要求12所述的建筑机械的作业轨迹控制方法，其特征在于，

上述与基准误差进行比较的步骤还包括：

姿势比较步骤，对多个作业装置中的至少一个当前姿势与已设定的基准姿势进行比较；以及

姿势变更步骤，根据上述比较的结果，将上述作业装置的姿势变更为上述基准姿势，

上述作业装置的实际位置被修正为基于上述姿势变更的上述作业装置的变更位置。

14.根据权利要求13所述的建筑机械的作业轨迹控制方法，其特征在于，

上述作业装置的位置变更的判断是在上述作业装置为进行作业而将能够驱动的虚拟区域分为多个区域后，以上述作业装置通过姿势变更从最初所在的区域向其他区域的移动与否为基准进行的，

上述驱动轨迹数据分别与上述多个区域对应地存储在上述数据库中。

15.根据权利要求14所述的建筑机械的作业轨迹控制方法，其特征在于，

上述建筑机械能够通过操作者的操作而选择示教模式和播放模式，

上述对自动作业的选择与否进行确认的步骤包括：

上述示教模式的选择步骤，将通过上述作业者的操作而产生的操纵杆信号和上述作业装置的驱动数据存储为轨迹数据；以及

播放选择步骤，追踪在上述示教模式的选择步骤中存储的上述轨迹数据而进行选择，以开始上述自动作业。

16.根据权利要求12至15中的任意一项所述的建筑机械的作业轨迹控制方法，其特征在于，

在上述轨迹播放步骤中，计算利用了由上述作业装置的姿势变换引起的重力变化的重力补偿值，应用上述计算的重力补偿值，以上述作业装置追踪包含于在上述示教模式下存储的轨迹数据的作业装置的驱动速度的方式进行控制。