CN105339561B - 作业机械的姿势运算装置、作业机械及作业机械的姿势运算方法 - Google Patents

Abstract

作业机械的姿势运算装置是求出具备行驶体及安装于所述行驶体且相对于所述行驶体相对旋转的回转体的作业机械的姿势角的装置，其包括：检测装置，其设置于所述回转体，对角速度及加速度进行检测；加速度修正部，其基于设置所述检测装置的位置及所述检测装置的信息对所述检测装置检测出的所述加速度进行修正；姿势角运算部，其根据由所述加速度修正部修正后的所述加速度及由所述检测装置检测出的所述角速度来求出所述作业机械的姿势角。

Description

作业机械的姿势运算装置、作业机械及作业机械的姿势运算 方法

技术领域

本发明涉及一种作业机械的姿势运算装置、作业机械及作业机械的姿势运算方法。

背景技术

近年来，在液压挖掘机或者推土机等作业机械中，有以避免比挖掘对象的不可侵入区域的边界线进一步挖掘的方式控制工作装置而使工作装置沿着边界线挖掘的技术(例如，专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第1995/030059号公报

发明内容

发明要解决的课题

在使作业机械沿着表示工作装置的挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形进行挖掘的情况下，需要求出作业机械具备的工作装置的位置，例如，对于液压挖掘机而言，需要求出铲斗的铲尖的位置。在该情况下，需要准确地求出与作业机械的倾斜度相关的信息。例如，将IMU(Inertial Measurement Unit：惯性计测装置)搭载于作业机械，根据IMU的检测值能够获得侧倾角及俯仰角这样的倾斜角来作为与工作装置的倾斜度相关的信息。

在作业机械进行动作的情况下，需要求出与作业机械的动作对应的工作装置的位置，而使作业机械沿着目标挖掘地形挖掘，并控制工作装置以抑制工作装置超出边界线而挖入挖掘对象，因此，若在检测姿势角时不将检测姿势角的装置(例如，IMU)设置在回转的中心，则检测姿势角的装置可能在作业机械的回转时无法输出准确的回转角度。

本发明的目的在于，在具备检测姿势角的装置的作业机械中，与作业机械的动作状态无关地计算出准确的回转角度。

用于解决课题的方案

本发明提供一种作业机械的姿势运算装置，其用于求出具备行驶体及安装于所述行驶体且相对于所述行驶体相对旋转的回转体的作业机械的姿势角，所述作业机械的姿势运算装置包括：检测装置，其设置于所述回转体，用于检测角速度及加速度；加速度修正部，其基于设置所述检测装置的位置及所述检测装置的信息对所述检测装置检测出的所述加速度进行修正；姿势角运算部，其根据由所述加速度修正部修正后的所述加速度及由所述检测装置检测出的所述角速度来求出所述作业机械的姿势角。

优选地，所述检测装置的信息是所述检测装置的局部坐标系中的垂直轴以外的倾斜角、在所述作业机械的局部坐标系中表示设置所述检测装置的位置的倾斜度的设置角、以作业机械的局部坐标系的垂直轴为基准的到所述检测装置的距离及作业机械的绕所述垂直轴的角速度。

优选地，所述加速度修正部基于与所述回转体的旋转中心轴正交的平面内的从所述回转体的旋转中心轴到所述检测装置的距离及与所述回转体的旋转中心轴正交的平面内的设置所述检测装置的位置相对于所述回转体的基准轴的倾斜度，对与所述旋转中心轴正交的两个方向上的所述加速度进行修正，所述姿势角运算部根据由所述加速度修正部修正后的与所述旋转中心轴正交的两个方向上的所述加速度、所述检测装置检测出的所述旋转中心轴方向的加速度、由所述检测装置检测出的所述角速度来求出所述作业机械的姿势角。

优选地，所述加速度修正部对所述检测装置检测出的所述加速度中的、与所述回转体的旋转中心轴正交的两个方向上的所述加速度进行修正，所述作业机械的姿势运算装置还包括：第一姿势角运算部，其根据由所述检测装置检测出的所述角速度及所述加速度来求出所述作业机械的姿势角；低通滤波器，其使所述第一姿势角运算部求出的姿势角通过而作为第一姿势角输出；第二姿势角运算部，其使根据由所述加速度修正部修正后的与所述旋转中心轴正交的两个方向上的所述加速度、所述检测装置检测出的所述旋转中心轴方向的加速度、由所述检测装置检测出的所述角 速度求出的姿势角不通过所述低通滤波器而作为第二姿势角输出；选择部，其基于与所述作业机械的角度变动相关的信息来切换并输出所述第一姿势角和所述第二姿势角。

本发明提供一种作业机械，所述作业机械具有前述的作业机械的姿势运算装置，使用从所述作业机械的姿势运算装置输出的所述姿势角来求出所述作业机械的至少一部分的位置。

优选地，所述作业机械具有：工作装置；位置检测装置，其用于检测所述作业机械的位置信息；目标挖掘地形生成装置，其基于由所述位置检测装置检测出的位置信息求出所述工作装置的位置，并且根据表示目标形状的目标施工面的信息来生成与表示所述工作装置的挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形相关的信息，所述作业机械还具有工作装置控制装置，该工作装置控制装置基于与所述姿势运算装置获取的与所述目标挖掘地形相关的信息来执行将所述工作装置接近挖掘对象的方向上的速度控制为限制速度以下的挖掘控制。

本发明提供一种作业机械的姿势运算方法，其用于求出具备行驶体及安装于所述行驶体且相对于所述行驶体相对旋转的回转体的作业机械的姿势角，所述作业机械的姿势运算方法如下：利用设置于所述回转体的检测装置检测角速度及加速度，基于设置所述检测装置的位置及所述检测装置的信息而对检测出的所述加速度进行修正，根据修正后的所述加速度及检测出的所述角速度来求出所述作业机械的姿势角。

本发明在具备检测姿势角的装置的作业机械中，能够与作业机械的动作状态无关地计算出准确的回转角度。

附图说明

图1A是本实施方式的作业机械的立体图。

图1B是本实施方式的作业机械的侧视图。

图2是表示本实施方式的作业机械的控制系统的图。

图3A是表示目标施工面的一例的示意图。

图3B是表示工作装置控制装置及第二显示装置的框图。

图4是表示目标挖掘地形与铲斗的铲尖之间的关系的一例的图。

图5是表示目标速度、垂直速度分量与水平速度分量之间的关系的示意图。

图6是表示垂直速度分量与水平速度分量的计算方法的图。

图7是表示垂直速度分量与水平速度分量的计算方法的图。

图8是表示铲尖与目标挖掘地形之间的距离的示意图。

图9是表示限制速度信息的一例的图。

图10是表示动臂的限制速度的垂直速度分量的计算方法的示意图。

图11是表示动臂的限制速度的垂直速度分量与动臂的限制速度之间的关系的示意图。

图12是表示由铲尖的移动引起的动臂的限制速度的变化的一例的图。

图13是表示本实施方式的控制系统及液压系统的一例的示意图。

图14是将图13的一部分放大后的图。

图15是表示IMU的一例的框图。

图16是传感器控制装置的控制框图。

图17是用于说明上部回转体的回转速度的图。

图18是表示互补滤波器的特性的图。

图19是表示误差及误差的频率特性的图。

图20是表示第一互补滤波器的增益及第二互补滤波器的增益与频率之间的关系的图。

图21是表示第二姿势角运算部的切换部输出的第二姿势角、第三姿势角和第四姿势角的时间变化的一例的图。

图22是表示求出第二姿势角的处理的一例的流程图。

图23是表示本实施方式的变形例中的在第三姿势角与第四姿势角的切换所使用的表的一例的图。

图24是表示本实施方式的姿势角计算方法的第一例的处理顺序的流程图。

图25是用于说明俯仰角的变化的图。

图26是表示本实施方式的第二姿势角计算处理方法的处理顺序的流程图。

图27是具备取消离心力的功能的传感器控制装置的控制框图。

图28是用于说明IMU的安装位置的一例的图。

图29是用于说明液压挖掘机的局部坐标系、IMU的局部坐标系的图。

图30是第一变形例的传感器控制装置的控制框图。

图31是第二变形例的传感器控制装置的框图。

具体实施方式

参照附图对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。

<作业机械的整体结构>

图1A是本实施方式的作业机械的立体图。图1B是本实施方式的作业机械的侧视图。图2是表示本实施方式的作业机械的控制系统的图。作为作业机械的液压挖掘机100具有作为主体部的车辆主体1与工作装置2。车辆主体1具有作为回转体的上部回转体3与作为行驶体的行驶装置5。上部回转体3在发动机室3EG的内部收容图2所示的作为动力产生装置的发动机36及液压泵37等装置。发动机室3EG配置在上部回转体3的一端侧。

在本实施方式中，液压挖掘机100的作为动力产生装置的发动机36使用例如柴油发动机等内燃机，但动力产生装置并不局限于此。液压挖掘机100的动力产生装置也可以是例如组合内燃机、发电电动机和蓄电装置的所谓的混合动力方式的装置。

上部回转体3具有驾驶室4。驾驶室4设置在上部回转体3的另一端侧。即，驾驶室4设置在与配置有发动机室3EG的一侧相反的一侧。在驾驶室4内配置有图2所示的、第一显示装置28及操作装置30。上述构件在后面进行说明。在上部回转体3的上方安装有扶手19。

行驶装置5搭载上部回转体3。行驶装置5具有履带5a、5b。行驶装置5通过设置在左右的液压马达5c的一方或者两方驱动并使履带5a、5b旋转而使液压挖掘机100行驶。工作装置2安装在上部回转体3的驾驶室4的侧方侧。

液压挖掘机100也可以具备如下的行驶装置，即，代替履带5a、5b而具有轮胎，并将图2所示的发动机36的驱动力经由传动机构向轮胎传递而能够行驶的行驶装置。作为上述形态的液压挖掘机100，例如具有车 轮式液压挖掘机。另外，液压挖掘机100也可以是具有下述结构的例如反铲装载机，即，具备具有上述的轮胎的行驶装置，而且在车辆主体(主体部)安装工作装置，不具备图1所示那样的上部回转体3及其回转机构。即，反铲装载机在车辆主体安装工作装置，且具备构成车辆主体的一部分的行驶装置。

就上部回转体3而言，配置有工作装置2及驾驶室4的一侧为前方，配置有发动机室3EG的一侧为后方。朝向前方时，左侧为上部回转体3的左方，朝向前方时，右侧为上部回转体3的右方。另外，就液压挖掘机100或者车辆主体1而言，以上部回转体3为基准，行驶装置5侧为下方，以行驶装置5为基准，上部回转体3侧为上方。在液压挖掘机100设置在水平面上的情况下，下方为铅垂方向、即重力的作用方向侧，上方为与铅垂方向相反的一侧。

工作装置2具有动臂6、斗杆7、铲斗8、动臂油缸10、斗杆油缸11和铲斗油缸12。动臂6的基端部经由动臂销13可转动地安装在车辆主体1的前部。斗杆7的基端部经由斗杆销14可转动地安装于动臂6的前端部。在斗杆7的前端部，经由铲斗销15安装有铲斗8。铲斗8以铲斗销15为中心进行转动。铲斗8在与铲斗销15相反的一侧安装有多个铲8B。铲尖8T为铲8B的前端。

铲斗8也可以不具有多个铲8B。换句话说，也可以是不具有图1所示那样的铲8B、而将铲尖由钢板形成为直线形状那样的铲斗。工作装置2也可以具备例如具有单个铲的倾转铲斗(tilt bucket)。倾转铲斗是这样的铲斗，即，具备铲斗倾转油缸，通过铲斗向左右倾转倾斜，从而液压挖掘机即使处于倾斜地也能够将斜面、平地成形、平整为任意的形状，且还能利用底板进行滚压作业。除此以外，工作装置2也可以代替铲斗8而具备法面铲斗或具有凿岩用的钎头的凿岩用的配件等。

图1A所示的动臂油缸10、斗杆油缸11与铲斗油缸12分别是由工作油的压力(以下，适当地称作液压)驱动的液压缸。动臂油缸10驱动动臂6而使其升降。斗杆油缸11驱动斗杆7而使其以斗杆销14为中心转动。铲斗油缸12驱动铲斗8而使其以铲斗销15为中心转动。

在动臂油缸10、斗杆油缸11及铲斗油缸12等液压缸与图2所示的液 压泵37之间设有图2所示的液压控制阀38。液压控制阀38包括用于驱动液压马达5c的行驶用控制阀和用于控制动臂油缸10、斗杆油缸11及铲斗油缸12以及使上部回转体3回转的回转马达的工作装置用控制阀。图2所示的工作装置控制装置25通过控制液压控制阀38来控制向动臂油缸10、斗杆油缸11、铲斗油缸12、回转马达或者液压马达5c供给的工作油的流量。其结果是，能够控制动臂油缸10、斗杆油缸11及铲斗油缸12等的动作。

在上部回转体3的上部安装有天线20、21。天线20、21用于检测液压挖掘机100的当前位置。天线20、21如图2所示与用于检测液压挖掘机100的当前位置的全局坐标运算部23电连接。全局坐标运算部23利用RTK-GNSS(Real Time Kinematic-Global NavigationSatellite Systems，GNSS称作全球导航卫星系统)来检测液压挖掘机100的当前位置。在以下的说明中，将天线20、21适当地称作GNSS天线20、21。

与GNSS天线20、21所接收的GNSS电波对应的信号被输入到全局坐标运算部23。全局坐标运算部23检测GNSS天线20、21的设置位置。GNSS天线20、21的设置位置为液压挖掘机100的位置信息。

GNSS天线20、21优选设置在上部回转体3上方的在液压挖掘机100的左右方向上分离的两端位置。在本实施方式中，GNSS天线20、21安装于分别安装在上部回转体3的宽度方向两侧的扶手19。GNSS天线20、21安装于上部回转体3的位置并不局限于扶手19，但GNSS天线20、21设置在尽可能分离的位置的情况下，液压挖掘机100的当前位置的检测精度有所提高，因此优选。另外，GNSS天线20、21优选设置在尽量不妨碍操作人员的视野的位置。

使用图1B对全局坐标系及液压挖掘机100的进行说明。全局坐标系是以设置在液压挖掘机100的作业区域GA的作为基准的例如基准桩80的基准位置PG为基准的、由(X，Y，Z)表示的三维坐标系。如图3A所示，基准位置PG例如位于在作业区域GA设置的基准桩80的前端80T。在本实施方式中，全局坐标系为例如GNSS中的坐标系。

液压挖掘机100的局部坐标系是以液压挖掘机100为基准的由(x，y，z)表示的三维坐标系。在局部坐标系中，与z轴正交且与工作装置2的 动臂6及斗杆7进行转动的轴正交的轴为x轴，与x轴正交的轴为y轴。x轴是与上部回转体3的前后方向平行的轴，y轴是与上部回转体3的宽度方向(横向)平行的轴。在本实施方式中，局部坐标系的基准位置PL例如位于上部回转体3进行回转所用的摆动圆上。

图1B所示的角度α1为动臂6的倾斜角，角度α2为斗杆7的倾斜角，角度α3为铲斗8的倾斜角，角度θ5为车辆主体1的相对于前后方向的姿势角。倾斜角θ5是液压挖掘机100的俯仰角。倾斜角θ5、即液压挖掘机100的俯仰角θ5是表示局部坐标相对于全局坐标的倾斜度的角度。

(液压挖掘机的控制系统)

使用图2对液压挖掘机100的控制系统进行说明。在液压挖掘机100中，作为控制系统而包括作为作业机械的姿势运算装置的传感器控制装置24、工作装置控制装置25、发动机控制装置26、泵控制装置27、第一显示装置28、检测角速度及加速度的IMU(InertialMeasurement Unit：惯性计测装置)29、第二显示装置39。上述装置设置在上部回转体3的内部。在本实施方式中，IMU29安装在驾驶室4下部且是上部回转体3上部的高刚性的框架上。除此以外的装置设置在驾驶室4内。IMU29如图1B所示设置在与成为上部回转体3的旋转中心的z轴分离的位置。

传感器控制装置24、工作装置控制装置25、发动机控制装置26、泵控制装置27、第一显示装置28与设置在液压挖掘机100内的车内信号线41电连接。传感器控制装置24、工作装置控制装置25、发动机控制装置26、泵控制装置27、第一显示装置28能够经由车内信号线41相互通信。传感器控制装置24、IMU29、第二显示装置39与不同于车内信号线41的车内信号线42电连接。传感器控制装置24、IMU29、第二显示装置39能够经由车内信号线42相互通信。全局坐标运算部23与第二显示装置39由车内信号线43电连接，能够经由车内信号线43相互通信。IMU29也可以设为不与车内信号线42电连接，而与车内信号线41电连接，从而能够同与车内信号线41电连接的其他电子设备相互通信。

传感器控制装置24与对图1所示的动臂油缸10、斗杆油缸11及铲斗油缸12的行程进行检测的传感器以及对上部回转体3的回转角度进行检测的传感器等这样的各种传感器类35电连接。动臂6的角度及斗杆7的 角度例如由对动臂油缸10等的行程的变化进行检测的传感器检测。传感器控制装置24在对各种传感器类35检测出的信号实施了滤波处理或者A/D(Analog/Digital)转换等各种信号处理之后，将处理之后的信号向车内信号线41输出。

传感器控制装置24从车内信号线42获取IMU29输出的信号。IMU29输出的信号例如为加速度及角速度。在本实施方式中，IMU29根据自身检测出的加速度及角速度求出姿势角并将其输出，因此该姿势角也是IMU29输出的信号。IMU29输出的姿势角是IMU29自身的姿势角，也是作为设置有IMU29的作业机械的液压挖掘机100的姿势角。传感器控制装置24获取动臂油缸10、斗杆油缸11及铲斗油缸12各自具备的各行程传感器所检测出的检测值，并将各检测值作为动臂6的倾斜角α1、斗杆7的倾斜角α2及铲斗8的倾斜角α3进行计算。

传感器控制装置24基于与液压挖掘机100的角度变化相关的信息切换并输出通过了低通滤波器的第一姿势角和未通过该低通滤波器的第二姿势角。与角度变化相关的信息例如包括与俯仰角的变化相关的信息和包括液压挖掘机100的回转角度的变化在内的与回转相关的信息等。在本实施方式中，传感器控制装置24使由IMU29求出的姿势角通过低通滤波器之后作为第一姿势角输出，使用从IMU29获取的加速度及角速度求出姿势角，并对所求出的姿势角实施滤波处理而除去杂音之后，不使其通过前述的低通滤波器而作为第二姿势角输出。并且，传感器控制装置24根据与液压挖掘机100的回转相关的信息、例如图1所示的上部回转体3的回转速度的大小来切换并输出第一姿势角与第二姿势角。回转速度是将回转角度以时间微分后而得到的，因此相当于回转角度的变化。由IMU29求出的姿势角、使用IMU29检测出的加速度及角速度求出的姿势角、第一姿势角以及第二姿势角都是与液压挖掘机100的倾斜度相关的信息。传感器控制装置24的处理的详情在后面进行说明。

工作装置控制装置25基于来自操作装置30的输入来控制图1所示的工作装置2的动作。操作装置30具有作为操作部的工作装置操作部件31L、31R及行驶操作部件33L、33R。在本实施方式中，工作装置操作部件31L、31R及行驶操作部件33L、33R是先导压力方式的杆，但并不局限于此。 工作装置操作部件31L、31R及行驶操作部件33L、33R也可以是例如电气方式的杆。

例如，操作装置30具有设置在操作人员的左侧的左操作杆31L和配置在操作人员的右侧的右操作杆31R。左操作杆31L及右操作杆31R的前后左右的动作与两轴的动作对应。右操作杆31R的前后方向的操作与动臂6的操作对应。当右操作杆31R被向前方操作时，动臂6下降，当右操作杆31R被向后方操作时，动臂6上升。根据右操作杆31R的前后方向的操作来执行动臂6的下降上升的动作。右操作杆31R的左右方向的操作与铲斗8的操作对应。当右操作杆31R被向左侧操作时，铲斗8进行挖掘，当右操作杆31R被向右侧操作时，铲斗8进行倾卸。根据右操作杆31R的左右方向的操作来执行铲斗8的挖掘或者释放动作。左操作杆31L的前后方向的操作与斗杆7的回转对应。当左操作杆31L被向前方操作时，斗杆7进行倾卸，当左操作杆31L被向后方操作时，斗杆7进行挖掘。左操作杆31L的左右方向的操作与上部回转体3的回转对应。当左操作杆31L被向左侧操作时，上部回转体3进行左回转，当左操作杆31L被向右侧操作时，上部回转体3进行右回转。

在本实施方式中，动臂6的上升动作相当于倾卸动作。动臂6的下降动作相当于挖掘动作。斗杆7的挖掘动作相当于下降动作。斗杆7的倾卸动作相当于上升动作。铲斗8的挖掘动作相当于下降动作。铲斗8的倾卸动作相当于上升动作。需要说明的是，也可以将斗杆7的下降动作称为弯曲动作。也可以将斗杆7的上升动作称为伸长动作。

工作装置操作部件31L、31R是用于供液压挖掘机100的操作人员操作工作装置2的部件，例如是操纵杆那样的具备抓握部分与杆件的操作杆。上述结构的工作装置操作部件31L、31R能够握住抓握部而向前后左右倾倒。例如，通过操作设置在左方的工作装置操作部件31L，能够使斗杆7及上部回转体3动作，通过操作设置在右方的工作装置操作部件31R，能够使铲斗8及动臂6动作。

操作装置30根据相对于工作装置操作部件31L、31R的输入、即操作内容而产生先导压力，并将所产生的工作油的先导压力向液压控制阀38具备的作业用控制阀供给。此时，通过与各工作装置的操作对应的来自操 作装置的输入来产生先导压力。工作装置控制装置25通过对所产生的先导压力进行检测，能够知晓工作装置操作部件31L、31R的输入的量、即操作量。在本实施方式中，将基于与动臂6被驱动时的工作装置操作部件31R的操作对应地检测出的先导压力的操作量设为MB。相同地，将基于与斗杆7被驱动时的工作装置操作部件31L的操作对应地检测出的先导压力的操作量设为MA，将基于与铲斗8被驱动时的工作装置操作部件31R的操作对应地检测出的先导压力的操作量设为MT。

行驶操作部件33L、33R是用于供操作人员操作液压挖掘机100的行驶的部件。行驶操作部件33L、33R例如是具备抓握部与杆件的操作杆(以下，适当地称为行驶杆)。上述行驶操作部件33L、33R能够由操作人员握住抓握部而向前后倾倒。在行驶操作部件；3L、33R中，若两个操作杆被同时向前倾倒，则液压挖掘机100前进，若两个操作杆被同时向后倾倒，则液压挖掘机100后退。

行驶操作部件33L、33R是通过操作人员用脚踩踏而能够操作的未图示的踏板，例如是跷跷板式的踏板。通过踩踏踏板的前侧或者后侧中的任一侧，与前述的操作杆相同地产生先导压力，行驶用控制阀被控制，从而能够使液压马达5c进行驱动而使液压挖掘机100前进或者后退。若同时踩踏两个踏板的前侧，则液压挖掘机100前进，若同时踩踏两个踏板的后侧，则液压挖掘机100后退。若踩踏单方的踏板的前侧或者后侧，则仅是履带5a、5b的单侧旋转，能够使液压挖掘机100回转。

如此，在操作人员想要使液压挖掘机100行驶的情况下，若执行用手使操作杆向前后倾倒或者用脚踩踏踏板的前侧或后侧中的任一方，则能够使行驶装置5的液压马达5c驱动。如图2所示，行驶操作部件33L、33R存在两组。通过操作左侧的行驶操作部件33L，能够使左侧的液压马达5c驱动而使左侧的履带5b动作。通过操作右侧的行驶操作部件33R，能够使右侧的液压马达5c驱动而使右侧的履带5a动作。

操作装置30根据相对于行驶操作部件33L、33R的输入、即操作内容而产生先导压力，并将所产生的先导压力向液压控制阀38所具备的行驶用控制阀供给。行驶用控制阀根据该先导力的大小进行动作而向行驶用的液压马达5c供给工作油。在行驶操作部件33L、33R为电气方式的杆的情 况下，使用例如电位计等来检测相对于行驶操作部件33L、33R的输入、即操作内容，并将输入转换为电信号(检测信号)而向工作装置控制装置25输送。工作装置控制装置25基于该检测信号而控制行驶用控制阀。

发动机控制装置26对发动机36进行控制。发动机36驱动液压泵37而向液压挖掘机100具备的动臂油缸10、斗杆油缸11及铲斗油缸12等液压设备供给工作油。在发动机控制装置26电连接有旋转速度检测传感器36R及燃料调节刻度盘26D。发动机控制装置26基于旋转速度检测传感器36R所检测出的发动机36的曲轴的旋转速度及燃料调节刻度盘26D的设定等来控制向发动机36供给的燃料的量。如此，发动机控制装置26控制发动机36。

泵控制装置27控制液压挖掘机100具备的液压泵37。液压泵37例如是通过改变斜盘的倾转角来改变工作油的排出量等的斜盘式的液压泵。泵控制装置27例如经由车内信号线41从工作装置控制装置25获取液压控制阀38的液压传感器38C所检测出的先导压力。泵控制装置27基于所获取的先导压力来控制液压泵37的斜盘的倾转角，由此控制从液压泵37排出的工作油的流量。从液压泵37排出的工作油经由液压控制阀38具备的作业用控制阀或者行驶用控制阀而向动臂油缸10、斗杆油缸11、铲斗油缸12及液压马达5c中的至少一个供给，并驱动上述构件中的至少一个。

第一显示装置28是显示图像的装置。第一显示装置28包括显示部28M和控制部28C。第一显示装置28设置在图1所示的液压挖掘机100的驾驶室4内的驾驶座附近。在本实施方式中，第一显示装置28将例如液压挖掘机100的运转信息显示于显示部28M。运转信息例如是液压挖掘机100的累积运转时间、燃料的余量或者发动机36的冷却水温度等。在液压挖掘机100具备周边监视用或者后部监视器用的相机等的情况下，第一显示装置28也可以显示该相机拍摄到的图像。

在本实施方式中，第一显示装置28除了将各种图像显示于显示部28M之外还作为输入装置而发挥功能。因此，第一显示装置28在显示部28M的下方具备输入装置28I。在本实施方式中，输入装置28I的多个按钮式的开关与显示部28M的横向平行地排列。通过操作输入装置28I，能够切换显示于显示部28M的图像或执行与液压挖掘机100的动作相关的各种设定。需要说明的是，也可以利用将输入装置28I组装于显示部28M而成的触摸面板来构成第一显示装置28。另外，输入装置28I也可以作为与第一显示装置28分别独立的个体，设置在驾驶座附近的控制台。

第二显示装置39是显示图像的装置。第二显示装置39包括显示部39M和控制部39C。第二显示装置39设置在图1所示的液压挖掘机100的驾驶室4内的驾驶座附近。在本实施方式中，第二显示装置39例如将液压挖掘机100具备的铲斗8的铲尖8T的、相对于施工现场的地形的位置信息作为图像显示于图像显示部39M。此时，第二显示装置39也可以将与铲尖8T想要挖掘的施工现场的地形相关的信息与铲尖8T的位置信息一并显示。

在本实施方式中，第二显示装置39的显示部39M例如为液晶显示装置，但并不局限于此。控制部39C控制显示部39M的动作或求出铲尖8T的位置信息。另外，控制部39C使表示铲尖8T的位置与施工现场的地形的相对位置关系的指引图像显示于显示部39M。因此，控制部39C存储关于施工现场的地形的全局坐标位置信息。

在本实施方式中，第二显示装置39在显示部39M的下方具备输入装置39I。在本实施方式中，例如，在显示部39M等设有触摸面板，将该触摸面板用作输入装置39I而切换显示于显示部39M的指引图像、改变指引的内容或输入各种设定。输入装置39I的多个按钮式的开关与显示部39M的横向平行地排列。通过操作输入装置39I，也可以切换显示于显示部39M的指引图像或改变指引的内容。在本实施方式中，第二显示装置39的功能也可以由第一显示装置28来实现。

IMU29对液压挖掘机100的角速度及加速度进行检测。虽然伴随着液压挖掘机100的动作，产生在行驶时产生的加速度、在回转时产生的角加速度及重力加速度这样的各种加速度，但IMU29至少对包括重力加速度在内的加速度进行检测，不区分各加速度的种类地输出所检测出的加速度。IMU29的详情在后面进行说明，为了以更高精度检测加速度，IMU29例如优选设置在液压挖掘机100的上部回转体3的回转中心轴上，但也可以如上所述，将IMU29设置在驾驶室4的下部。在该情况下，将从上部回转体3的回转中心轴的位置到IMU29的设置位置的距离作为回转半径， 并求出由离心力求出的加速度(以下，适当地称作离心加速度)和角加速度，从IMU29输出的加速度减去离心加速度及角加速度的成分，从而修正伴随着IMU29的设置位置的加速度的影响即可。关于离心加速度及角加速度的成分的详情在后面进行说明。

IMU29在图1A及图1B所示的局部坐标系(x，y，z)中检测x轴方向、y轴方向及z轴方向的加速度以及绕x轴、y轴及z轴的角速度(旋转角速度)。在图1所示的例子中，x轴为与液压挖掘机100的前后方向平行的轴，y轴为与液压挖掘机100的宽度方向平行的轴，z轴为与x轴及y轴这两方正交的轴。接下来，对工作装置控制装置25执行的挖掘控制的一例进行说明。

(挖掘控制的一例)

图3A是表示目标施工面的一例的示意图。图3B是表示工作装置控制装置25及第二显示装置39的框图。图4是表示目标挖掘地形73I与铲斗8的铲尖8T之间的关系的一例的图。图5是表示目标速度与垂直速度分量与水平速度分量之间的关系的示意图。图6是表示垂直速度分量与水平速度分量的计算方法的图。图7是表示垂直速度分量与水平速度分量的计算方法的图。图8是表示铲尖与目标挖掘地形73I之间的距离的示意图。图9是表示限制速度信息的一例的图。图10是表示动臂的限制速度的垂直速度分量的计算方法的示意图。图11是表示动臂的限制速度的垂直速度分量与动臂的限制速度之间的关系的示意图。图12是表示基于铲尖的移动的动臂的限制速度的变化的一例的图。

如图3B所示，第二显示装置39生成目标挖掘地形数据U而向工作装置控制装置25输出。挖掘控制例如在液压挖掘机100的操作人员使用图2所示的输入装置39I选择了执行挖掘控制的情况下执行。当执行挖掘控制时，工作装置控制装置25使用动臂操作量MB、斗杆操作量MA及铲斗操作量MT以及从第二显示装置39获取的目标挖掘地形数据U及从传感器控制装置24获取的倾斜角α1、α2、α3，生成挖掘控制所需要的动臂介入指令CBI，并根据需要生成斗杆指令信号及铲斗指令信号，驱动控制阀及介入阀以控制工作装置2。

首先，对第二显示装置39进行说明。第二显示装置39包括目标施工 信息储存部39A、铲斗铲尖位置数据生成部39B和目标挖掘地形数据生成部39D。目标施工信息储存部39A、铲斗铲尖位置数据生成部39B及目标挖掘地形数据生成部39D的功能由控制部39C来实现。

目标施工信息储存部39A是第二显示装置39的存储部的一部分，储存作为表示作业区域中的目标形状的信息的目标施工信息T。目标施工信息T包括为了生成作为表示挖掘对象的目标形状的信息的目标挖掘地形数据U所需要的坐标数据及角度数据。目标施工信息T包括多个目标施工面71的位置信息。

工作装置控制装置25为了控制工作装置2或使显示部39M显示目标挖掘地形数据Ua所需要的目标施工信息T例如通过无线通信而从管理中心的管理服务器下载至目标施工信息储存部39A。另外，通过将保存目标施工信息T的终端装置与第二显示装置39连接，从而也可以将目标施工信息T下载至目标施工信息储存部39A，通过将能外带的存储装置与第二显示装置39连接，从而也可以将目标施工信息T传送至目标施工信息储存部39A。

铲斗铲尖位置数据生成部39B基于从全局坐标运算部23获取的基准位置数据P及回转体方位数据Q来生成表示通过上部回转体3的回转轴z的液压挖掘机100的回转中心的位置的回转中心位置数据。回转中心位置数据的局部坐标系的基准位置PL与xy坐标一致。

铲斗铲尖位置数据生成部39B基于回转中心位置数据和从传感器控制装置24获取的工作装置2的倾斜角α1、α2、α3来生成表示铲斗8的铲尖8T的当前位置的铲斗铲尖位置数据S。

如上所述，铲斗铲尖位置数据生成部39B以例如10Hz的频率从全局坐标运算部23获取基准位置数据P与回转体方位数据Q。因此，铲斗铲尖位置数据生成部39B能够以例如10Hz的频率更新铲斗铲尖位置数据S。铲斗铲尖位置数据生成部39B将更新后的铲斗铲尖位置数据S向目标挖掘地形数据生成部39D输出。

目标挖掘地形数据生成部39D获取储存于目标施工信息储存部39A的目标施工信息T和来自铲斗铲尖位置数据生成部39B的铲斗铲尖位置数据S。目标挖掘地形数据生成部39D将局部坐标系中的、铲尖8T的当前 时刻的通过铲尖位置P4的垂线与目标施工面71的交点设定为挖掘对象位置74。挖掘对象位置74是铲斗8的铲尖位置P4的正下方的点。目标挖掘地形数据生成部39D基于目标施工信息T与铲斗铲尖位置数据S，获取如图3A所示那样在上部回转体3的前后方向上被限定且通过挖掘对象位置74的工作装置2的平面72与由多个目标施工面71表示的目标施工信息T的交线73作为目标挖掘地形73I的候补线。挖掘对象位置74是候补线上的一点。平面72是工作装置2进行动作的平面(动作平面)。

工作装置2的动作平面是在动臂6及斗杆7不绕与液压挖掘机100的局部坐标系的z轴平行的轴转动的情况下与液压挖掘机100的xz平面平行的平面。在动臂6及斗杆7中的至少一方绕与液压挖掘机100的局部坐标系的z轴平行的轴转动的情况下，工作装置2的动作平面是与斗杆转动的轴、即图1所示的斗杆销14的轴线正交的平面。以下，将工作装置2的动作平面称作斗杆动作平面。

目标挖掘地形数据生成部39D将目标施工信息T的挖掘对象位置74的前后的单个或者多个拐点及其前后的线确定为成为挖掘对象的目标挖掘地形73I。在图3A所示的例子中，将两个拐点Pv1、Pv2及其前后的线确定为目标挖掘地形73I。并且，目标挖掘地形数据生成部39D生成挖掘对象位置74的前后的单个或者多个拐点的位置信息及其前后的线的角度信息而作为表示挖掘对象的目标形状的信息即目标挖掘地形数据U。在本实施方式中，目标挖掘地形73I由线限定，但例如也可以基于铲斗8的宽度等而限定为面。这样生成的目标挖掘地形数据U具有多个目标施工面71的一部分的信息。目标挖掘地形数据生成部39D将所生成的目标挖掘地形数据U向工作装置控制装置25输出。在本实施方式中，第二显示装置39与工作装置控制装置进行直接信号的交换，但例如也可以经由CAN(Controller AreaNetwork)那样的车内信号线来交换信号。

在本实施方式中，目标挖掘地形数据U是作为工作装置2进行动作的动作平面的平面72与表示目标形状的至少一个目标施工面(第一目标施工面)71交叉的部分的信息。平面72是图1B所示的局部坐标系(x，y，z)中的xz平面。将通过平面72切出多个目标施工面71而获得的目标挖掘地形数据U适当称作前后方向目标挖掘地形数据U。

根据需要，第二显示装置39基于作为第一目标挖掘地形信息的前后方向目标挖掘地形数据U而在显示部39M显示目标挖掘地形73I。作为显示用的信息，使用显示用的目标挖掘地形数据Ua。基于显示用的目标挖掘地形数据Ua，在显示部39M显示例如图2所示那样的、表示作为铲斗8的挖掘对象而设定的目标挖掘地形73I与铲尖8T的位置关系的图像。第二显示装置39基于显示用的目标挖掘地形数据Ua而在显示部39M显示目标挖掘地形(显示用的目标挖掘地形)73I。向工作装置控制装置25输出的前后方向目标挖掘地形数据U在挖掘控制中使用。将在挖掘控制中使用的目标挖掘地形数据U适当称作作业用目标挖掘地形数据。

如上所述，目标挖掘地形数据生成部39D以例如10Hz的频率从铲斗铲尖位置数据生成部39B获取铲斗铲尖位置数据S。因此，目标挖掘地形数据生成部39D能够以例如10Hz的频率更新前后方向目标挖掘地形数据U，并向工作装置控制装置25输出。接下来，对工作装置控制装置25进行说明。

工作装置控制装置25具有目标速度确定部90、距离获取部91、限制速度确定部92和工作装置控制部93。工作装置控制装置25使用基于前述的前后方向目标挖掘地形数据U的目标挖掘地形73I来执行挖掘控制。如此，在本实施方式中，具有在显示中使用的目标挖掘地形73I和在挖掘控制中使用的目标挖掘地形73I。将前者称作显示用目标挖掘地形，并将后者称作挖掘控制用目标挖掘地形。

在本实施方式中，目标速度确定部90、距离获取部91、限制速度确定部92及工作装置控制部93的功能由图2所示的工作装置用处理部25P来实现。接下来，对基于工作装置控制装置25的挖掘控制进行说明。

目标速度确定部90确定动臂目标速度Vc_bm、斗杆目标速度Vc_am和铲斗目标速度Vc_bkt。动臂目标速度Vc_bm是仅动臂油缸10被驱动时的铲尖8T的速度。斗杆目标速度Vc_am是仅斗杆油缸11被驱动时的铲尖8T的速度。铲斗目标速度Vc_bkt是仅铲斗油缸12被驱动时的铲尖8T的速度。动臂目标速度Vc_bm根据动臂操作量MB计算出。斗杆目标速度Vc_am根据斗杆操作量MA计算出。铲斗目标速度Vc_bkt根据铲斗操作量MT计算出。

工作装置用存储部25M存储对动臂操作量MB与动臂目标速度Vc_bm之间的关系进行限定的目标速度信息。目标速度确定部90通过参照目标速度信息来确定与动臂操作量MB对应的动臂目标速度Vc_bm。目标速度信息例如是记述有相对于动臂操作量MB的动臂目标速度Vc_bm的大小的图。目标速度信息也可以是表格或者数式等形态。目标速度信息包括对斗杆操作量MA与斗杆目标速度Vc_am之间的关系进行限定的信息。目标速度信息包括对铲斗操作量MT与铲斗目标速度Vc_bkt之间的关系进行限定的信息。目标速度确定部90通过参照目标速度信息来确定与斗杆操作量MA对应的斗杆目标速度Vc_am。目标速度确定部90通过参照目标速度信息来确定与铲斗操作量MT对应的铲斗目标速度Vc_bkt。如图7所示，目标速度确定部90将动臂目标速度Vc_bm转换为与目标挖掘地形73I(目标挖掘地形数据U)垂直的方向上的速度成分(以下，适当称作垂直速度分量)Vcy_bm及与目标挖掘地形73I(目标挖掘地形数据U)平行的方向上的速度成分(以下，适当称作水平速度分量)Vcx_bm。

例如，首先，目标速度确定部90获取IMU29检测出的倾斜角θ5，并求出与目标挖掘地形73I正交的方向相对于全局坐标系的垂直轴的倾斜度。并且，目标速度确定部90根据上述倾斜度来求出表示局部坐标系的垂直轴与正交于目标挖掘地形73I的方向之间的倾斜度的角度β2(参照图6)。

接下来，如图6所示，目标速度确定部90根据局部坐标系的垂直轴与动臂目标速度Vc_bm的方向所成的角度β2，通过三角函数将动臂目标速度Vc_bm转换为局部坐标系的垂直轴向的速度成分VL1_bm与水平轴向的速度成分VL2_bm。并且，如图7所示，目标速度确定部90根据前述的局部坐标系的垂直轴与正交于目标挖掘地形73I的方向之间的倾斜度β1，通过三角函数将局部坐标系的垂直轴向上的速度成分VL1_bm与水平轴向上的速度成分VL2_bm转换为相对于前述的目标挖掘地形73I的垂直速度分量Vcy_bm及水平速度分量Vcx_bm。同样，目标速度确定部90将斗杆目标速度Vc_bm转换为局部坐标系的垂直轴向上的垂直速度分量Vcy_am及水平速度分量Vcx_am。目标速度确定部90将铲斗目标速度Vc_bkt转换为局部坐标系的垂直轴向上的垂直速度分量Vcy_bkt及水平速 度分量Vcx_bkt。

如图8所示，距离获取部91获取铲斗8的铲尖8T与目标挖掘地形73I之间的距离d。详细而言，距离获取部91根据如上所述那样获取的铲尖8T的位置信息及表示目标挖掘地形73I的位置的目标挖掘地形数据U等，计算出铲斗8的铲尖8T与目标挖掘地形73I之间的最短的距离d。在本实施方式中，基于铲斗8的铲尖8T与目标挖掘地形73I之间的最短的距离d来执行挖掘控制。

限制速度确定部92基于铲斗8的铲尖8T与目标挖掘地形73I之间的距离d来计算出图1所示的工作装置2整体的限制速度Vcy_lmt。工作装置2整体的限制速度Vcy_lmt是在铲斗8的铲尖8T向目标挖掘地形73I接近的方向上能够容许的铲尖8T的移动速度。图2所示的工作装置用存3I储部25M存储对距离d与限制速度Vcy_lmt之间的关系进行限定的限制速度信息。

图9示出限制速度信息的一例。图9中的横轴是距离d，纵轴是限制速度Vcy。在本实施方式中，铲尖8T位于目标挖掘地形73I的外方、即液压挖掘机100的工作装置2侧时的距离d为正值，铲尖8T位于目标挖掘地形73I的内方、即比目标挖掘地形73I靠挖掘对象的内部侧时的距离d为负值。也可以说是，例如，如图8所示，铲尖8T位于目标挖掘地形73I的上方时的距离d为正值，铲尖8T位于目标挖掘地形73I的下方时的距离d为负值。另外，也可以说是，铲尖8T位于不侵入目标挖掘地形73I的位置时的距离d为正值，铲尖8T位于侵入目标挖掘地形73I的位置时的距离d为负值。当铲尖8T位于目标挖掘地形73I上时、即铲尖8T与目标挖掘地形73I接触时的距离d为0。

在本实施方式中，将铲尖8T从目标挖掘地形73I的内方朝向外方时的速度设为正值，将铲尖8T从目标挖掘地形73I的外方朝向内方时的速度设为负值。即，将铲尖8T朝向目标挖掘地形73I的上方时的速度设为正值，将铲尖8T朝向下方时的速度设为负值。

在限制速度信息中，距离d为d1与d2之间时的限制速度Vcy_lmt的倾斜度比距离d为d1以上或者d2以下的时的倾斜度小。d1大于0。d2小于0。在目标挖掘地形73I附近的操作中，为了更为详细地设定限制速 度，将距离d为d1与d2之间时的倾斜度设为比距离d为d1以上或者d2以下时的倾斜度小。当距离d为d1以上时，限制速度Vcy_lmt为负值，距离d越大，限制速度Vcy_lmt越变小。换句话说，当距离d为d1以上时，在目标挖掘地形73I的上方，铲尖8T越远离目标挖掘地形73I，朝向目标挖掘地形73I的下方的速度越变大，限制速度Vcy_lmt的绝对值越变大。当距离d为0以下时，限制速度Vcy_lmt为正值，距离d越小，限制速度Vcy_lmt越变大。换句话说，在铲斗8的铲尖8T远离目标挖掘地形73I的距离d为0以下时，在目标挖掘地形73I的下方，铲尖8T越远离目标挖掘地形73I，朝向目标挖掘地形73I的上方的速度越变大，限制速度Vcy_lmt的绝对值越变大。

若距离d为第一规定值dth1以上，则限制速度Vcy_lmt成为Vmin。第一规定值dth1为正值，且大于d1。Vmin小于目标速度的最小值。换句话说，若距离d为第一规定值dth1以上，则不进行工作装置2的动作的限制。因此，当铲尖8T在目标挖掘地形73I的上方较大地远离目标挖掘地形73I时，不进行工作装置2的动作的限制、即挖掘控制。当距离d小于第一规定值dth1时，进行工作装置2的动作的限制。详细而言，如后述那样，当距离d小于第一规定值dth1时，进行动臂6的动作的限制。

限制速度确定部92根据工作装置2整体的限制速度Vcy_lmt、斗杆目标速度Vc_am和铲斗目标速度Vc_bkt来计算出动臂6的限制速度的垂直速度分量(以下，适当称作动臂6的限制垂直速度分量)Vcy_bm_lmt。如图10所示，限制速度确定部92通过从工作装置2整体的限制速度Vcy_lmt减去斗杆目标速度的垂直速度分量Vcy_am和铲斗目标速度的垂直速度分量Vcy_bkt来计算出动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt。

如图11所示，限制速度确定部92将动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt转换为动臂6的限制速度(动臂限制速度)Vc_bm_lmt。限制速度确定部92根据前述的动臂6的倾斜角α1、斗杆7的倾斜角α2、铲斗8的倾斜角α3、GNSS天线20、21的基准位置数据及目标挖掘地形数据U等来求出垂直于目标挖掘地形73I的方向与动臂限制速度Vc_bm_lmt的方向之间的关系，并将动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt转换为动臂限制速度Vc_bm_lmt。该情况下的运算按照与前述的根据动臂目标速度 Vc_bm来求出垂直于目标挖掘地形73I的方向上的垂直速度分量Vcy_bm的运算相反的顺序进行。

后述的梭形滑柱151选择基于动臂6的操作而生成的先导压力和后述的介入阀127C基于动臂介入指令CBI所生成的先导压力中的较大的一方并向后述的方向控制阀164供给。在基于动臂介入指令CBI的先导压力比基于动臂6的操作而生成的先导压力大的情况下，利用基于动臂介入指令CBI的先导压力使与动臂油缸10对应的后述的方向控制阀164进行动作。其结果是，能实现基于动臂限制速度Vc_bm_lmt的动臂6的驱动。

工作装置控制部93对工作装置2进行控制。工作装置控制部93通过将斗杆指令信号、动臂指令信号、动臂介入指令CBI和铲斗指令信号向后述的控制阀127输出而对动臂油缸10、斗杆油缸11和铲斗油缸12进行控制。斗杆指令信号、动臂指令信号、动臂介入指令CBI和铲斗指令信号分别具有与动臂指令速度、斗杆指令速度和铲斗指令速度对应的电流值。

在基于动臂6的上升操作而生成的先导压力大于基于动臂介入指令CBI的先导压力的情况下，后述的梭形滑柱151选择基于杆操作的先导压力。利用基于动臂6的操作而由梭形滑柱151选择的先导压力使与动臂油缸10对应的方向控制阀164进行动作。即，动臂6被基于动臂目标速度Vc_bm驱动，因此，未被基于动臂限制速度Vc_bm_lmt驱动。

在基于动臂6的操作而生成的先导压力大于基于动臂介入指令CBI的先导压力的情况下，工作装置控制部93将动臂目标速度Vc_bm、斗杆目标速度Vc_am及铲斗目标速度Vc_bkt分别选择为动臂指令速度、斗杆指令速度及铲斗指令速度。工作装置控制部93根据动臂目标速度Vc_bm、斗杆目标速度Vc_am及铲斗目标速度Vc_bkt来确定动臂油缸10、斗杆油缸11及铲斗油缸12的速度(工作缸速度)。并且，工作装置控制部93通过基于所确定的工作缸速度来控制图2所示的液压控制阀38，由此来使动臂油缸10、斗杆油缸11及铲斗油缸12动作。

如此，在通常运转时，工作装置控制部93根据动臂操作量MB、斗杆操作量MA、铲斗操作量MT而使动臂油缸10、斗杆油缸11、铲斗油缸12动作。因此，动臂油缸10以动臂目标速度Vc_bm进行动作，斗杆油缸11以斗杆目标速度Vc_am进行动作，铲斗油缸12以铲斗目标速度Vc_bkt 进行动作。

在基于动臂介入指令CBI的先导压力大于基于动臂6的操作而生成的先导压力的情况下，梭形滑柱151选择基于介入的指令的从介入阀127C输出的先导压力。其结果是，动臂6以动臂限制速度Vc_bm_lmt进行动作，并且斗杆7以斗杆目标速度Vc_am进行动作。另外，铲斗8以铲斗目标速度Vc_bkt进行动作。

如上所述，通过从工作装置2整体的限制速度Vcy_lmt减去斗杆目标速度的垂直速度分量Vcy_am与铲斗目标速度的垂直速度分量Vcy_bkt，从而计算出动臂6的限制垂直速度分量。Vcy_lmt。因此，在工作装置2整体的限制速度Vcy_lmt小于斗杆目标速度的垂直速度分量Vcy_am与铲斗目标速度的垂直速度分量Vcy_bkt之和时，动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt成为动臂上升的负值。

因此，动臂限制速度Vc_bm_lmt成为负值。在该情况下，工作装置控制部93虽然使动臂6下降，但是比动臂目标速度Vc_bm减速。因此，能够将操作人员的不协调感抑制得较小，并且能够抑制铲斗8侵入目标挖掘地形73I。

当工作装置2整体的限制速度Vcy_lmt大于斗杆目标速度的垂直速度分量Vcy_am与铲斗目标速度的垂直速度分量Vcy_bkt之和时，动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt成为正值。因此，动臂限制速度Vc_bm_lmt成为正值。在该情况下，即便操作装置30被向使动臂6下降的方向操作，基于来自介入阀127C的指令信号，动臂6也上升。因此，能够迅速地抑制目标挖掘地形73I的侵入的扩大。

当铲尖8T位于目标挖掘地形73I的上方时，铲尖8T越接近目标挖掘地形73I，动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt的绝对值越变小，并且朝向平行于目标挖掘地形73I的方向的动臂6的限制速度的速度成分(以下，适当称作限制水平速度分量)Vcx_bm_lmt的绝对值也越变小。因此，当铲尖8T位于目标挖掘地形73I的上方时，铲尖8T越接近目标挖掘地形73I，动臂6的朝向垂直于目标挖掘地形73I的方向的速度和动臂6的朝向平行于目标挖掘地形73I的方向的速度均越被减速。液压挖掘机100的操作人员通过同时操作左侧的工作装置操作部件25L及右侧的工作装置操 作部件25R，而使动臂6、斗杆7和铲斗8同时进行动作。此时，若说明输入动臂6、斗杆7、铲斗8的各目标速度Vc_bm、Vc_am、Vc_bkt后的前述的控制，如下所述。

图12示出目标挖掘地形73I与铲斗8的铲尖8T之间的距离d小于第一规定值dth1、铲斗8的铲尖从位置Pn1移动至位置Pn2的情况下的动臂6的限制速度的变化的一例。位置Pn2处的铲尖8T与目标挖掘地形73I之间的距离小于位置Pn1处的铲尖8T与目标挖掘地形73I之间的距离。因此，位置Pn2处的动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt2小于位置处的动臂6的限制垂直速度分量。因_此bm，_l位mt置2Pn1处的动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt1。因此，位置Pn2处的动臂限制速度Vc_bm_lmt2小于位置Pn1处的动臂限制速度Vc_bm_lmt1。另外，位置Pn2处的动臂6的限制水平速度分量Vcx_bm_lmt2小于位置Pn1处的动臂6的限制水平速度分量Vcx_bm_lmt1。但是，此时，不对斗杆目标速度Vc_am及铲斗目标速度Vc_bkt进行限制。因此，不对斗杆目标速度的垂直速度分量Vcy_am及水平速度分量Vcx_am和铲斗目标速度的垂直速度分量Vcy_bkt及水平速度分量Vcx_bkt进行限制。

如上所述，对斗杆7不进行限制，由此与操作人员的挖掘意愿对应的斗杆操作量的变化反映为铲斗8的铲尖8T的速度变化。因此，本实施方式能够抑制目标挖掘地形73I的侵入的扩大，并且能够抑制操作人员的挖掘时的操作的不协调感。

铲尖8T的铲尖位置P4并不局限于利用GNSS测位，也可以通过其他测位机构来测位。因此，铲尖8T与目标挖掘地形73I之间的距离d并不局限于通过GNSS测位，也可以通过其他测位机构来测位。铲斗限制速度的绝对值小于铲斗目标速度的绝对值。铲斗限制速度也可以用例如与前述的斗杆限制速度相同的方法来计算出。需要说明的是，也可以一并进行斗杆7的限制和铲斗8的限制。接下来，对液压挖掘机100具备的液压系统的详情及挖掘控制时的液压系统的动作进行说明。

图13是表示本实施方式的控制系统200及液压系统300的一例的示意图。图14是将图13的一部分放大后的图。

如图13及图14所示，液压系统300具备包括动臂油缸10、斗杆油缸11及铲斗油缸12在内的液压缸160和使上部回转体3回转的回转马达 163。液压缸160通过从图2所示的液压泵37供给来的工作油而进行工作。回转马达163是液压马达，通过从液压泵37供给来的工作油进行工作。图2所示的液压控制阀38包括方向控制阀164及控制阀127，液压传感器38C包括压力传感器166及压力传感器167。

在本实施方式中，设有控制工作油流动的方向的方向控制阀164。方向控制阀164分别配置于多个液压缸160(动臂油缸10、斗杆油缸11及铲斗油缸12)上。方向控制阀164采用通过使杆状的滑柱移动来切换工作油流动的方向的滑柱方式。方向控制阀164具有能够移动的杆状的滑柱。滑柱通过被供给来的先导油进行移动。方向控制阀164通过滑柱的移动向液压缸160供给工作油而使液压缸160动作。从液压泵37供给来的工作油经由方向控制阀164而向液压缸160供给。通过滑柱沿着轴向移动，由此来切换工作油相对于缸盖侧油室的供给和工作油相对于杆侧油室的供给。另外，通过滑柱沿着轴向移动，由此来调节工作油相对于液压缸160的供给量(每单位时间的供给量)。通过调节工作油相对于液压缸160的供给量来调节液压缸160的工作缸速度。

方向控制阀164的驱动通过操作装置30来调节。从图2所示的液压泵37送出并由减压阀减压后的工作油作为先导油而向操作装置30供给。需要说明的是，也可以将从与液压泵37不同的先导液压泵送出的先导油向操作装置30供给。如图2所示，操作装置30包括能够调节先导油压的压力调节阀250。基于操作装置30的操作量，来调节先导油压。在该先导油压的作用下，方向控制阀164被驱动。通过利用操作装置30来调节先导油压，从而来调节轴向上的滑柱的移动量及移动速度。

方向控制阀164分别设置于动臂油缸10、斗杆油缸11、铲斗油缸12及回转马达163。在以下的说明中，适当地将与动臂油缸10连接的方向控制阀164称作方向控制阀640。适当地将与斗杆油缸11连接的方向控制阀164称作方向控制阀641。适当地将与铲斗油缸12连接的方向控制阀164称作方向控制阀642。

操作装置30与方向控制阀164经由先导油路450连接。用于使方向控制阀164的滑柱移动的先导油在先导油路450中流动。在本实施方式中，在先导油路450中配置有控制阀127、压力传感器166及压力传感器167。

在以下的说明中，适当地将先导油路450中的、操作装置30与控制阀127之间的先导油路450称作先导油路451，适当地将控制阀127与方向控制阀164之间的先导油路450称作先导油路452。

在方向控制阀164上连接有先导油路452。先导油经由先导油路452向方向控制阀164供给。方向控制阀164具有第一承压室及第二承压室。先导油路452包括与第一承压室连接的先导油路452A和与第二承压室连接的先导油路452B。

当经由先导油路452A向方向控制阀164的第一承压室供给先导油时，根据该先导油压，滑柱进行移动，工作油经由方向控制阀164向液压缸160的杆侧油室供给。工作油相对于杆侧液压室的供给量通过操作装置30的操作量(滑柱的移动量)来调节。

当经由先导油路452B向方向控制阀164的第二承压室供给先导油时，根据该先导油压，滑柱进行移动，工作油经由方向控制阀164向液压缸160的缸盖侧油室供给。工作油相对于缸盖侧液压室的供给量通过操作装置30的操作量(滑柱的移动量)来调节。

即，通过将由操作装置30调节了先导油压的先导油向方向控制阀164供给，由此滑柱在轴向上向一侧移动。通过将由操作装置30调节了先导油压的先导油向方向控制阀164供给，由此滑柱在轴向上向另一侧移动。其结果是，能够调节滑柱的轴向上的位置。

先导油路451包括将先导油路452A与操作装置30连接起来的先导油路451A和将先导油路452B与操作装置30连接起来的先导油路451B。

在以下的说明中，适当地将与进行工作油相对于动臂油缸10的供给的方向控制阀640连接的先导油路452A称作动臂调节用油路4520A，适当地将与方向控制阀640连接的先导油路452B称作动臂调节用油路4520B。

在以下的说明中，适当地将与进行工作油相对于斗杆油缸11的供给的方向控制阀641连接的先导油路452A称作斗杆调节用油路4521A，适当地将与方向控制阀641连接的先导油路452B称作斗杆调节用油路4521B。

在以下的说明中，适当地将与进行工作油相对于铲斗油缸12的供给 的方向控制阀642连接的先导油路452A称作铲斗调节用油路4522A，适当地将与方向控制阀642连接的先导油路452B称作铲斗调节用油路4522B。

在以下的说明中，适当地将与动臂调节用油路4520A连接的先导油路451A称作动臂操作用油路4510A，适当地将与动臂调节用油路4520B连接的先导油路451B称作动臂操作用油路4510B。

在以下的说明中，适当地将与斗杆调节用油路4521A连接的先导油路451A称作斗杆操作用油路4511A，适当地将与斗杆调节用油路4521B连接的先导油路451B称作斗杆操作用油路4511B。

在以下的说明中，适当地将与铲斗调节用油路4522A连接的先导油路451A称作铲斗操作用油路4512A，适当地将与铲斗调节用油路4522B连接的先导油路451B称作铲斗操作用油路4512B。

动臂操作用油路(4510A、4510B)及动臂调节用油路(4520A、4520B)与先导液压方式的操作装置30连接。根据操作装置30的操作量调节了压力的先导油在动臂操作用油路(4510A、4510B)中流动。

斗杆操作用油路(4511A、4511B)及斗杆调节用油路(4521A、4521B)与先导液压方式的操作装置30连接。根据操作装置30的操作量调节了压力的先导油在斗杆操作用油路(4511A、4511B)中流动。

铲斗操作用油路(4512A、4512B)及铲斗调节用油路(4522A、4522B)与先导液压方式的操作装置30连接。根据操作装置30的操作量调节了压力的先导油在铲斗操作用油路(4512A、4512B)中流动。

动臂操作用油路4510A、动臂操作用油路4510B、动臂调节用油路4520A及动臂调节用油路4520B是供用于使动臂6动作的先导油流动的动臂用油路。

斗杆操作用油路4511A、斗杆操作用油路4511B、斗杆调节用油路4521A及斗杆调节用油路4521B是供用于使斗杆7动作的先导油流动的斗杆用油路。

铲斗操作用油路4512A、铲斗操作用油路4512B、铲斗调节用油路4522A及铲斗调节用油路4522B是供用于使铲斗8动作的先导油流动的铲斗用油路。

如上所述，根据操作装置30的操作，动臂6执行下降动作及上升动作这两种动作。通过以执行动臂6的下降动作的方式对操作装置30进行操作，由此先导油经由动臂操作用油路4510A及动臂调节用油路4520A向与动臂油缸10连接的方向控制阀640供给。方向控制阀640基于先导油压进行工作。由此，来自液压泵37的工作油向动臂油缸10供给，从而执行动臂6的下降动作。

通过以执行动臂6的上升动作的方式对操作装置30进行操作，由此先导油经由动臂操作用油路4510B及动臂调节用油路4520B向与动臂油缸10连接的方向控制阀640供给。方向控制阀640基于先导油压进行工作。其结果是，来自液压泵37的工作油向动臂油缸10供给，从而执行动臂6的上升动作。

即，在本实施方式中，动臂操作用油路4510A及动臂调节用油路4520A是与方向控制阀640的第一承压室连接、供用于使动臂6进行下降动作的先导油流动的动臂下降用油路。动臂操作用油路4510B及动臂调节用油路4520B是与方向控制阀640的第二承压室连接、供用于使动臂6进行上升动作的先导油流动的动臂上升用油路。

另外，根据操作装置30的操作，斗杆7执行下降动作及上升动作这两种动作。通过以执行斗杆7的上升动作的方式对操作装置30进行操作，由此先导油经由斗杆操作用油路4511A及斗杆调节用油路4521A向与斗杆油缸11连接的方向控制阀641供给。方向控制阀641基于先导油压进行工作。其结果是，来自液压泵37的工作油向斗杆油缸11供给，从而执行斗杆7的上升动作。

通过以执行斗杆7的下降动作的方式对操作装置30进行操作，由此先导油经由斗杆操作用油路4511B及斗杆调节用油路4521B向与斗杆油缸11连接的方向控制阀641供给。方向控制阀641基于先导油压进行工作。其结果是，来自液压泵37的工作油向斗杆油缸11供给，从而执行斗杆7的下降动作。

即，在本实施方式中，斗杆操作用油路4511A及斗杆调节用油路4521A是与方向控制阀641的第一承压室连接、供用于使斗杆7进行上升动作的先导油流动的斗杆上升用油路。斗杆操作用油路4511B及斗杆调节用油路 4521B是与方向控制阀641的第二承压室连接、供用于使斗杆7进行下降动作的先导油流动的斗杆下降用油路。

根据操作装置30的操作，铲斗8执行下降动作及上升动作这两种动作。通过以执行铲斗8的上升动作的方式对操作装置30进行操作，由此先导油经由铲斗操作用油路4512A及铲斗调节用油路4522A向与铲斗油缸12连接的方向控制阀642供给。方向控制阀642基于先导油压进行工作。其结果是，来自液压泵37的工作油向铲斗油缸12供给，从而执行铲斗8的上升动作。

通过以执行铲斗8的下降动作的方式对操作装置30进行操作，由此先导油经由铲斗操作用油路4512B及铲斗调节用油路4522B向与铲斗油缸12连接的方向控制阀642供给。方向控制阀642基于先导油压进行工作。其结果是，来自液压泵37的工作油向铲斗油缸12供给，从而执行铲斗8的下降动作。

即，在本实施方式中，铲斗操作用油路4512A及铲斗调节用油路4522A是与方向控制阀642的第一承压室连接、供用于使铲斗8进行上升动作的先导油流动的铲斗上升用油路。铲斗操作用油路4512B及铲斗调节用油路4522B是与方向控制阀642的第二承压室连接、供用于使铲斗8进行下降动作的先导油流动的铲斗下降用油路。

另外，根据操作装置30的操作，上部回转体3执行右回转动作及左回转动作这两种动作。通过以执行上部回转体3的右回转动作的方式对操作装置30进行操作，由此工作油向回转马达163供给。通过以执行上部回转体3的左回转动作的方式对操作装置30进行操作，由此方向控制阀164被操作，工作油向回转马达163供给。

控制阀127基于来自工作装置控制装置25的控制信号(电流)来调节先导油压。控制阀127例如是电磁比例控制阀，基于来自工作装置控制装置25的控制信号而被控制。控制阀127包括控制阀127A和控制阀127B。控制阀127A调节向方向控制阀164的第一承压室供给的先导油的先导油压，并调节经由方向控制阀164而向杆侧油室供给的工作油的供给量。控制阀127B调节向方向控制阀164的第二承压室供给的先导油的先导油压，并调节经由方向控制阀164而向缸盖侧油室供给的工作油的供给量。

在以下的说明中，适当地将控制阀127A称作减压阀127A，适当地将控制阀127B称作减压阀127B。在控制阀127的两侧设有检测先导油压的压力传感器166及压力传感器167。在本实施方式中，压力传感器166配置在先导油路451中的操作装置30与控制阀127之间。压力传感器167配置在先导油路452中的控制阀127与方向控制阀164之间。压力传感器166能够检测由控制阀127调节之前的先导油压。压力传感器167能够检测由控制阀127调节后的先导油压。压力传感器166能够检测通过操作装置30的操作而调节的先导油压。压力传感器166及压力传感器167的检测结果向工作装置控制装置25输出。

在以下的说明中，适当地将能够调节相对于方向控制阀640的先导油压的控制阀127称作动臂用减压阀270，该方向控制阀640进行工作油相对于动臂油缸10的供给。另外，适当地将动臂用减压阀270中的、一方的动臂用减压阀(相当于减压阀127A)称作动臂用减压阀270A，适当地将另一方的动臂用减压阀(相当于减压阀127B)称作动臂用减压阀270B。动臂用减压阀270(270A、270B)配置在动臂操作用油路上。

在以下的说明中，适当地将能够调节相对于方向控制阀641的先导油压的控制阀127称作斗杆用减压阀271，该方向控制阀641进行工作油相对于斗杆油缸11的供给。另外，适当地将斗杆用减压阀271中的、一方的斗杆用减压阀(相当于减压阀127A)称作斗杆用减压阀271A，适当地将另一方的斗杆用减压阀(相当于减压阀127B)称作斗杆用减压阀271B。斗杆用减压阀271(271A、271B)配置在斗杆操作用油路上。

在以下的说明中，适当地将能够调节相对于方向控制阀642的先导油压的控制阀127称作铲斗用减压阀272，该方向控制阀642进行工作油相对于铲斗油缸12的供给。另外，适当地将铲斗用减压阀272中的、一方的铲斗用减压阀(相当于减压阀127A)称作铲斗用减压阀272A，适当地将另一方的铲斗用减压阀(相当于减压阀127B)称作铲斗用减压阀272B。铲斗用减压阀272(272A、272B)配置在铲斗操作用油路上。

在进行工作油相对于动臂油缸10的供给的方向控制阀640上连接有先导油路451A、451B、452A、452B。在以下的说明中，适当地将配置于动臂操作用油路4510A的动臂用压力传感器166称作动臂用压力传感器 660A，适当地将配置于动臂操作用油路4510B的动臂用压力传感器166称作动臂用压力传感器660B。另外，适当地将配置于动臂调节用油路4520A的动臂用压力传感器167称作动臂用压力传感器670A，适当地将配置于动臂调节用油路4520B的动臂用压力传感器167称作动臂用压力传感器670B。

在以下的说明中，在进行工作油相对于斗杆油缸11的供给的方向控制阀641上连接有先导油路451A、451B、452A、452B。在以下的说明中，适当地将配置于斗杆操作用油路4511A的斗杆用压力传感器166称作斗杆用压力传感器661A，适当地将配置于斗杆操作用油路4511B的斗杆用压力传感器166称作斗杆用压力传感器661B。另外，适当地将配置于斗杆调节用油路4521A的斗杆用压力传感器167称作斗杆用压力传感器671A，适当地将配置于斗杆调节用油路4521B的斗杆用压力传感器167称作斗杆用压力传感器671B。

在以下的说明中，在进行工作油相对于铲斗油缸12的供给的方向控制阀642上连接有先导油路451A、451B、452A、452B。在以下的说明中，适当地将配置于铲斗操作用油路4512A的铲斗用压力传感器166称作铲斗用压力传感器662A，适当地将配置于铲斗操作用油路4512B的铲斗用压力传感器166称作铲斗用压力传感器662B。另外，适当地将配置于铲斗调节用油路4522A的铲斗用压力传感器167称作铲斗用压力传感器672A，适当地将配置于铲斗调节用油路4522B的铲斗用压力传感器167称作铲斗用压力传感器672B。

在不执行挖掘控制的情况下，工作装置控制装置25对控制阀127进行控制而打开图13所示的先导油路450(设为全开)。通过打开先导油路450，先导油路451的先导油压与先导油路452的先导油压相等。在通过控制阀127打开了先导油路450的状态下，先导油压基于操作装置30的操作量而被调节。

当通过控制阀127使先导油路450全开时，作用于压力传感器166的先导油压与作用于压力传感器167的先导油压相等。控制阀127的开度变小，由此作用于压力传感器166的先导油压与作用于压力传感器167的先导油压不同。

在如挖掘控制等那样利用工作装置控制装置25控制工作装置2的情况下，工作装置控制装置25向控制阀127输出控制信号。先导油路451在例如先导溢流阀的作用下具有规定的压力(先导油压)。当从工作装置控制装置25向控制阀127输出控制信号时，控制阀127基于该控制信号进行工作。先导油路451的先导油经由控制阀127向先导油路452供给。先导油路452的先导油压由控制阀127调节(减压)。先导油路452的先导油压作用于方向控制阀164。由此，方向控制阀164基于由控制阀127控制后的先导油压进行工作。在本实施方式中，压力传感器166检测由控制阀127调节之前的先导油压。压力传感器167检测由控制阀127调节之后的先导油压。

通过将由减压阀127A调节了压力的先导油向方向控制阀164供给，由此滑柱在轴向上向一侧移动。通过将由减压阀127B调节了压力的先导油向方向控制阀164供给，由此滑柱在轴向上向另一侧移动。其结果是，能够调节滑柱在轴向上的位置。

例如，工作装置控制装置25能够向动臂用减压阀270A及动臂用减压阀270B中的至少一方输出控制信号，从而来调节相对于与动臂油缸10连接的方向控制阀640的先导油压。

另外，工作装置控制装置25能够向斗杆用减压阀271A及斗杆用减压阀271B中的至少一方输出控制信号，从而来调节相对于与斗杆油缸11连接的方向控制阀641的先导油压。

另外，工作装置控制装置25能够向铲斗用减压阀272A及铲斗用减压阀272B中的至少一方输出控制信号，从而来调节相对于与铲斗油缸12连接的方向控制阀642的先导油压。

在挖掘控制中，工作装置控制装置25如上所述基于表示作为挖掘对象的目标形状的设计地形的目标挖掘地形73I(目标挖掘地形数据U)与表示铲斗8的位置的铲斗铲尖位置数据S，根据目标挖掘地形73I与铲斗8之间的距离d来限制动臂6的速度，以使得铲斗8接近目标挖掘地形73I的速度变小。

在本实施方式中，工作装置控制装置25具有输出用于限制动臂6的速度的控制信号的动臂限制部。在本实施方式中，在基于操作装置30的 操作而使工作装置2进行驱动的情况下，基于从工作装置控制装置25的动臂限制部输出的控制信号来控制动臂6的动作(动臂介入控制)，以避免铲斗8的铲尖8T侵入目标挖掘地形73I。具体而言，在挖掘控制中，动臂6在工作装置控制装置25的作用下执行上升动作，以避免铲尖8T侵入目标挖掘地形73I。

在本实施方式中，在先导油路150设有基于为了实现动臂介入控制而从工作装置控制装置25输出的、与动臂介入控制相关的控制信号进行工作的控制阀127C。在动臂介入控制中，在先导油路150中流动有被调节了压力(先导油压)的先导油。控制阀127C配置于先导油路150，能够调节先导油路150的先导油压。

在以下的说明中，适当地将在动臂介入控制中调节了压力的先导油所流动的先导油路150称作介入用油路501、502，适当地将与介入用油路501连接的控制阀127C称作介入阀127C。

在介入用油路502中流动有向与动臂油缸10连接的方向控制阀640供给的先导油。介入用油路502经由梭形滑柱151而与连接于方向控制阀640的动臂操作用油路4510B及动臂调节用油路4520B连接。

梭形滑柱151具有两个入口和一个出口。一个入口与介入用油路502连接。另一个入口与动臂操作用油路4510B连接。出口与动臂调节用油路4520B连接。梭形滑柱151将介入用油路501及动臂操作用油路4510B中的、先导油压高的油路与动臂调节用油路4520B连接起来。例如，在介入用油路502的先导油压高于动臂操作用油路4510B的先导油压的情况下，梭形滑柱151以连接介入用油路502与动臂调节用油路4520B而不连接动臂操作用油路4510B与动臂调节用油路4520B的方式进行工作。由此，介入用油路502的先导油经由梭形滑柱151而向动臂调节用油路4520B供给。在动臂操作用油路4510B的先导油压高于介入用油路502的先导油压的情况下，梭形滑柱151以连接动臂操作用油路4510B与动臂调节用油路4520B而不连接介入用油路502与动臂调节用油路4520B的方式进行工作。由此，动臂操作用油路4510B的先导油经由梭形滑柱151而向动臂调节用油路4520B供给。

在介入用油路501上设有检测介入用油路501的先导油的先导油压的 压力传感器168。介入用油路501包括供通过控制阀127C之前的先导油流动的介入用油路501和供通过介入阀127C之后的先导油流动的介入用油路502。为了执行动臂介入控制，介入阀127C基于从工作装置控制装置25输出的控制信号而被控制。

在不执行动臂介入控制时，基于通过操作装置30的操作而调节后的先导油压来驱动方向控制阀164。因此，工作装置控制装置25不向控制阀127输出控制信号。例如，工作装置控制装置25以基于通过操作装置30的操作而调节后的先导油压来驱动方向控制阀640的方式，借助动臂用减压阀270B打开(设为全开)动臂操作用油路4510B，并且借助介入阀127C关闭介入用油路501。

在执行动臂介入控制时，工作装置控制装置25以基于通过介入阀127C调节后的先导油压驱动方向控制阀164的方式控制各控制阀127。例如，在挖掘控制中执行限制动臂6的移动的动臂介入控制的情况下，工作装置控制装置25以通过介入阀127C调节后的介入用油路502的先导油压高于通过操作装置30调节的动臂操作用油路4510B的先导油压的方式控制介入阀127C。如此一来，来自介入阀127C的先导油经由梭形滑柱151而向方向控制阀640供给。

在为了避免铲斗8侵入目标挖掘地形73I而借助操作装置30使动臂6高速地进行上升动作的情况下，不执行动臂介入控制。以使动臂6高速地进行上升动作的方式对操作装置30进行操作，基于其操作量来调节先导油压，由此通过操作装置30的操作而调节的动臂操作用油路4510B的先导油压高于通过介入阀127C调节的介入用油路502的先导油压。由此，通过操作装置30的操作而调节了先导油压的动臂操作用油路4510B的先导油经由梭形滑柱151而向方向控制阀640供给。

在动臂介入控制中，工作装置控制装置25对是否满足限制条件进行判定。限制条件包括距离d小于前述的第一规定值dth1及动臂限制速度Vc_bm_lmt大于动臂目标速度Vc_bm。例如，在使动臂6下降的情况下，当朝向动臂6的下方的动臂限制速度Vc_bm_lmt的大小小于朝向下方的动臂目标速度Vc_bm的大小时，工作装置控制装置25判定为满足限制条件。另外，在使动臂6上升的情况下，当朝向动臂6的上方的动臂限制速度 Vc_bm_lmt的大小大于朝向上方的动臂目标速度Vc_bm的大小时，工作装置控制装置25判定为满足限制条件。

在满足限制条件的情况下，工作装置控制装置25生成动臂介入指令CBI，使动臂以动臂限制速度Vc_bm_lmt上升，从而对动臂油缸10的控制阀27进行控制。如此一来，动臂油缸10的方向控制阀640将工作油向动臂油缸10供给，使动臂以动臂限制速度Vc_bm_lmt上升，因此动臂油缸10使动臂6以动臂限制速度Vc_bm_lmt上升。

在实施方式1中，斗杆限制速度Vc_am_lmt的绝对值小于斗杆目标速度Vc_am的绝对值也可以包括在限制条件中。限制条件也可以进一步包括其他条件。例如，限制条件也可以还包括斗杆操作量为0。限制条件也可以不包括距离d小于第一规定值dth1。例如，限制条件也可以仅是动臂6的限制速度大于动臂目标速度。

第二规定值dth2若小于第一规定值dth1，则也可以大于0。在该情况下，在动臂6的铲尖8T到达目标挖掘地形73I之前，进行动臂6的限制与斗杆7的限制这两者。因此，即便在动臂6的铲尖8T到达目标挖掘地形73I之前，当动臂6的铲尖8T要超过目标挖掘地形73I时，也能够进行动臂6的限制与斗杆7的限制这两者。

(在操作杆为电气方式的情况下)

在左侧的工作装置操作部件31L及右侧的工作装置操作部件31R为电气方式的情况下，工作装置控制装置25获取与工作装置操作部件31L、31R对应的电位计等的电信号。将该电信号称作操作指令电流值。工作装置控制装置25将基于操作指令电流值的开闭指令向控制阀127输出。与开闭指令对应的压力的工作油从控制阀127向方向控制阀的滑柱供给而使滑柱移动，因此工作油经由方向控制阀向动臂油缸10、斗杆油缸11或者铲斗油缸12供给而使上述缸伸缩。

在挖掘控制中，工作装置控制装置25将挖掘控制的指令值及基于操作指令电流值的开闭指令向控制阀127输出。挖掘控制的指令值是用于在挖掘控制中执行动臂介入控制的指令值。输入有开闭指令的控制阀127将与开闭指令对应的压力的工作油向方向控制阀的滑柱供给而使滑柱移动。向动臂油缸10的方向控制阀的滑柱供给与挖掘控制的指令值对应的压力 的工作油，因此动臂油缸10伸长而使动臂6上升。

(指引的显示)

在指引中，图3B所示的第二显示装置39的铲斗铲尖位置数据生成部39B基于从全局坐标运算部23获取的基准位置数据P及回转体方位数据Q而生成回转中心位置数据。并且，铲斗铲尖位置数据生成部39B基于回转中心位置数据与工作装置2的倾斜角α1、α2、α3而生成铲斗铲尖位置数据S。另外，目标挖掘地形数据生成部39D根据目标施工信息T、铲斗铲尖位置数据S而生成显示用的目标挖掘地形数据Ua。显示部39M使用显示用的目标挖掘地形数据Ua来显示目标挖掘地形73I。

显示部39M根据目标挖掘地形73I与铲斗铲尖位置数据S依次(例如，100msec.周期)将铲斗8的正下方的目标挖掘地形73I的信息的一点确定为图3A所示的挖掘对象位置74。显示部39M从挖掘对象位置74沿着工作装置2的前后方向延伸，确定显示用的目标挖掘地形73I并进行显示。

目标挖掘地形数据生成部39D将液压挖掘机100的局部坐标中的挖掘对象位置74、挖掘对象位置74的前后两点、挖掘对象位置74的前后两点以后的角度信息作为挖掘控制用的目标挖掘地形73I的信息、即目标挖掘地形数据U并向工作装置控制装置25发送。第二显示装置39在指引及挖掘控制中，基于从全局坐标运算部23获取的液压挖掘机100的位置信息及目标施工信息T，例如以100msec.周期生成目标挖掘地形数据U(目标挖掘地形73I)并向工作装置控制装置25发送。

从第二显示装置39的目标挖掘地形数据生成部39D以例如100msec.的周期向工作装置控制装置25输入目标挖掘地形数据U(目标挖掘地形73I)。工作装置控制装置25及第二显示装置39例如每隔10msec.输入IMU29检测出的倾斜角(以下，适当地称为俯仰角)θ5。工作装置控制装置25及第二显示装置39基于由IMU29检测且从传感器控制装置24输入的俯仰角θ5的上次值与本次值的增减量，持续更新目标挖掘地形数据U(目标挖掘地形73I)的俯仰角θ5。工作装置控制装置25使用该俯仰角θ5来计算铲尖位置P4并执行挖掘控制，第二显示装置39使用该俯仰角θ5来计算铲斗铲尖位置数据S并设为指引图像的铲尖位置。在经过了100msec.之后，从第二显示装置39向工作装置控制装置25输入新的目标 挖掘地形数据U(目标挖掘地形73I)而进行更新。

图15是表示IMU29的一例的框图。IMU29包括回转仪29V、加速度传感器29A、AD转换部29AD和物理量转换部29PT。回转仪29V用于检测液压挖掘机100的角速度。加速度传感器29A用于检测液压挖掘机的加速度。由回转仪29V检测出的角速度及由加速度传感器29A检测出的加速度都是模拟量。AD转换部29AD将这些模拟量转换为数字量。物理量转换部29PT将AD转换部29AD的输出转换为物理量。具体而言，物理量转换部29PT将与回转仪29V的检测值对应的AD转换部29AD的输出转换为角速度ω，将与加速度传感器29A的检测值对应的AD转换部29AD的输出转换为加速度Ac。物理量转换部29PT将角速度ω及加速度Ac向车内信号线42输出。

AD转换部29AD将这些模拟量转换为数字量。物理量转换部29PT将AD转换部29AD的输出转换为物理量。具体而言，物理量转换部29PT将与回转仪29V的检测值对应的AD转换部29AD的输出转换为角速度ω，将与加速度传感器29A的检测值对应的AD转换部29AD的输出转换为加速度Ac。物理量转换部29PT将角速度ω及加速度Ac向车内信号线42输出。姿势角运算部29CP根据物理量转换部29PT所求出的角速度ω及加速度Ac对姿势角θ进行运算，并将所获得的姿势角θ向车内信号线42输出。以下，适当地使用附图标记θ来表示姿势角。如此，IMU29是检测液压挖掘机100的姿势角的装置。

液压挖掘机100的倾斜度能够由俯仰角、侧倾角及横摆角表示。俯仰角是液压挖掘机100绕y轴倾斜时的角度，侧倾角是液压挖掘机100绕x轴倾斜时的角度，横摆角是液压挖掘机100绕z轴倾斜时的角度。在本实施方式中，将俯仰角及侧倾角称作液压挖掘机100的姿势角。在本实施方式中，传感器控制装置24经由车内信号线42获取IMU29检测出的、液压挖掘机100的角速度及加速度。传感器控制装置24根据所获取的液压挖掘机100的角速度及加速度来求出姿势角。以下，适当地使用附图标记θ来表示姿势角。

图16是传感器控制装置24的控制框图。图17是用于说明上部回转体3的回转速度的图。在本实施方式中，图15所示的IMU29的姿势角运 算部29CP作为根据由作为检测装置的回转仪29V及加速度传感器29A检测出的角速度ω及加速度Ac来求出作业机械的姿势角θ并向低通滤波器60输出的第一姿势角运算部而发挥功能。第二姿势角运算部50求出第二姿势角θ2并输出。第二姿势角运算部50输出的第二姿势角θ2不通过低通滤波器60而输入至选择部63。第二姿势角运算部50的详情在后面进行说明。

IMU29的检测值经由车内信号线42输入至传感器控制装置24。传感器控制装置24从IMU29输入角速度ω、加速度Ac及姿势角θ。传感器控制装置24包括第二姿势角运算部50、低通滤波器60和选择部63。除此之外，传感器控制装置24包括回转状态判定部61和姿势角判定部62。

作为第一滤波器的低通滤波器60使从IMU29输入的姿势角θ通过并作为第一姿势角θ1输出。在本实施方式中，俯仰角θp及侧倾角θr作为姿势角θ向低通滤波器60输入，第一俯仰角θ1p及第一侧倾角θ1r作为第一姿势角01输出。低通滤波器60所输出的第一姿势角θ1输入至选择部63。当姿势角θ通过低通滤波器60时，输出从姿势角θ除去了高频成分的第一姿势角θ1。

选择部63基于与图1及图2所示的液压挖掘机100的角度变动相关的信息来切换通过了低通滤波器60的第一姿势角θ1和不通过低通滤波器60的第二姿势角θ2，并作为液压挖掘机100的姿势角θo而向车内信号线41输出。选择部63输出的姿势角θo是俯仰角θpo及侧倾角θro。

在本实施方式中，第二姿势角θ2不通过低通滤波器60是指第二姿势角θ2不通过供第一姿势角θ1通过了的低通滤波器60。第二姿势角θ2可以通过供第一姿势角θ1通过了的低通滤波器60以外的滤波器，例如，也可以是来自IMU29的姿势角θ直接输入至选择部63。

在本实施方式中，选择部63基于与图1所示的液压挖掘机100的回转相关的信息、更具体而言是上部回转体3的角速度ωz来对输出第一姿势角θ1与第二姿势角θ2中的任一者进行切换。例如，在角速度(以下，适当地称作回转速度)ωz为规定的阈值以下的情况下，选择部63输出第一姿势角θ1，在回转速度ωz超过规定的阈值的情况下，选择部63输出第二姿势角θ2。如图17所示，回转速度ωz是绕成为上部回转体3的旋转中 心的z轴(旋转中心轴)的角速度。z轴是液压挖掘机100的局部坐标系(x，y，z)中的、成为上部回转体3回转的中心的轴。

作为与液压挖掘机100的角度变动相关的信息，选择部63例如也可以基于液压挖掘机100的俯仰角的变化而切换输出第一姿势角θ1与第二姿势角θ2。例如，在液压挖掘机100的俯仰角的变化量为规定的阈值以下的情况下，选择部63能够输出第一姿势角θ1，在液压挖掘机100的俯仰角的变化量超过规定的阈值的情况下，选择部63能够输出第二姿势角θ2。

回转状态判定部61经由车内信号线42而从IMU29获取回转速度ωz。回转状态判定部61对所获取的回转速度ωz与规定的阈值进行比较，在回转速度ωz为规定的阈值以下的情况下，将第一输出向选择部63输出，在回转速度ωz超过规定的阈值的情况下，将第二输出向选择部63输出。选择部63在获取到第一输出的情况下输出第一姿势角θ1，在获取到第二输出的情况下输出第二姿势角θ2。

姿势角判定部62求出第一姿势角θ1与第二姿势角θ2的差量Δθ并向选择部63输出。选择部63在差量超过规定的阈值的情况下将第二姿势角θ2作为液压挖掘机100的姿势角θo向车内信号线41输出。

(第二姿势角运算部的例子)

第二姿势角运算部50包括角度运算部50C、相当于第二滤波器的滤波部50F、切换部55。角度运算部50C包括第三姿势角运算部51和第四姿势角运算部52，滤波部50F包括第一互补滤波器53和第二互补滤波器54。第三姿势角运算部51及第四姿势角运算部52根据液压挖掘机100的角速度ω及加速度Ac来求出液压挖掘机100的姿势角θ。在本实施方式中，第三姿势角运算部51根据IMU29检测出的液压挖掘机100的加速度Ac来求出姿势角θ。更具体而言，第三姿势角运算部51根据重力加速度的方向来求出姿势角θ。第四姿势角运算部52根据IMU29检测出的液压挖掘机100的角速度ω来求出姿势角θ。更具体而言，第四姿势角运算部52对角速度ω进行积分而求出姿势角θ。

第一互补滤波器53设定第一截止频率，降低由第三姿势角运算部51及第四姿势角运算部52求出的姿势角θ所包含的杂音而输出第三姿势角θ3。第二互补滤波器54设定与第一截止频率不同的第二截止频率，降低 由第三姿势角运算部51及第四姿势角运算部52求出的姿势角θ所包含的杂音并输出第四姿势角θ4。第一互补滤波器53与第二互补滤波器54仅是截止频率(cutoff frequency)不同。

第一互补滤波器53具有滤波部53F和加法运算部53AD。滤波部53F具有第一LPF(Low Pass Filter)a与第一HPF(High Pass Filter)a。加法运算部53AD将第一LPFa的输出与第一HPFa的输出相加而输出。加法运算部53AD的输出是第一互补滤波器53的输出。适当地将第一互补滤波器53的输出称作第三姿势角θ3。

第二互补滤波器54具有滤波部54F和加法运算部54AD。滤波部54F具有第二LPF(Low Pass Filter)b与第二HPF(High Pass Filter)b。加法运算部54AD将第二LPFb的输出与第二HPFb的输出相加而输出。加法运算部54AD的输出是第二互补滤波器54的输出。将第二互补滤波器54的输出称作第四姿势角θ4。

切换部55具有处理部55c和切换器55s。切换部55根据液压挖掘机100的状态来切换并输出第三姿势角θ3或者第四姿势角θ4。切换部55的处理部55c根据液压挖掘机100的状态、例如液压挖掘机100是动作还是静止来对输出第三姿势角θ3与第四姿势角θ4中的任一者进行判定。处理部55c的判定结果经由判定结果输出线55a而向切换器55S输出。切换器55s根据处理部55c的判定结果而将第三姿势角θ3与第四姿势角θ4中的任一方作为由第二姿势角运算部50求出的第二姿势角θ2经由姿势角输出线55b向车内信号线41输出。

图18是表示互补滤波器的特性的图。图18的纵轴是增益GN，横轴是频率f。图18的曲线(LPF与HPF)表示互补滤波器的频率特性。互补滤波器具备LPF(Low Pass Filter)和HPF(High Pass Filter)，由图18可知，互补滤波器是LPF的增益GN与HPF的增益GN之和成为1的滤波器。例如，当向互补滤波器输入姿势角θ时，LPF的输出LPF(θ)与HPF的输出HPF(θ)之和成为1。即，成为LPF(θ)+HPF(θ)＝θ。将LPF的增益GN与HPF的增益GN都成为0.5时的频率称作截止频率fc。传感器控制装置24具有的第一互补滤波器53及第二互补滤波器54如上所述仅是截止频率fc不同。

图16所示的第三姿势角运算部51根据重力加速度的方向求出的姿势角θ通过真实的姿势角θtr与误差θan之和求出。误差θan由于例如冲击加速度等那样的重力加速度以外的加速度而产生。误差θan是高频成分为主体的杂音。图16所示的第四姿势角运算部52对角速度ω进行积分而求出的姿势角θ通过真实的姿势角θtr与误差θwn之和求出。误差θwn由于通过积分而累积的偏差而产生。误差θwn是低频成分为主体的杂音。

如此，第三姿势角运算部51根据重力加速度的方向求出的姿势角θ包括高频成分为主体的误差θan，因此向第一互补滤波器53的第一LPFa及第二互补滤波器54的第二LPFb输入。第四姿势角运算部52对角速度ω进行积分而求出的姿势角θ包括低频成分为主体的误差θwn，因此向第一互补滤波器53的第一HPFa及第二互补滤波器54的第二HPFb输入。

第一LPFa的输出成为LPFa(θtr+θan)，第一HPFa的输出成为LPFa(θtr+θwn)。第二LPFb的输出成为LPFb(θtr+θan)，第二HPFb的输出成为LPFb(θtr+θwn)。LPFa(θtr+θan)、LPFa(θtr+θwn)、LPFb(θtr+θan)及LPFb(θtr+θwn)都具有线性。因此，式(1)～式(4)成立。

LPFa(θtr+θan)＝LPFa(θtr)+LPFa(θan)…(1)

HPFa(θtr+θwn)＝HPFa(θtr)+HPFa(θwn)…(2)

LPFb(θtr+θan)＝LPFb(θtr)+LPFb(θan)…(3)

HPFb(θtr+θwn)＝HPFb(θtr)+HPFb(θwn)…(4)

根据前述的互补滤波器的特性，LPFa(θ)+HPFa(θ)＝θ及LPFb(θ)+HPFb(θ)＝θ成立。在第一互补滤波器53中，滤波部53F的输出、即第一LPFa的输出与第一HPFa的输出被加法运算部53AD相加。加法运算部53AD的输出、即第三姿势角θ3成为θtr+LPFa(θan)+HPFa(θwn)。在第二互补滤波器54中，滤波部54F的输出、即第二LPFb的输出与第二HPFb的输出被加法运算部54AD相加。加法运算部54AD的输出、即第四姿势角θ4成为θtr+LPFb(θan)+HPFb(θwn)。

误差θan是高频成分为主体，因此通过第一LPFa及第二LPFb而被减小。因此，LPFa(θan)及LPFb(θan)的值变小。误差θwn是低频成分为主体，因此通过第一HPFa及第二HPFb而被减小。因此，LPFa(θan)及HPFa(θwn)以及LPFb(θan)及HPFb(θwn)的值变小，作为加法 运算部53AD的输出的第三姿势角θ3及作为加法运算部54AD的输出的第四姿势角θ4成为接近于真实的姿势角θtr的值。

图19是表示误差θan及误差θwn的频率特性的图。图19的纵轴是误差θan及误差θwn的频谱，横轴是频率f。假设在能够使用性能高的IMU29的情况下，由于IMU29所检测的角速度ω及加速度Ac的精度也高，因此，图16所示的传感器控制装置24所具有的第一姿势角运算部51求出的姿势角θ的误差θan及第二姿势角运算部52求出的姿势角θ的误差θwn变小。在IMU29的性能低的情况下，由于IMU29所检测的角速度ω及加速度Ac的精度变低，因此，图16所示的第二姿势角运算部50所具有的第三姿势角运算部51求出的姿势角θ的误差θan及第四姿势角运算部52求出的姿势角θ的误差θwn变大。其结果是，如图19所示，误差θwn与误差θan分别即使超过互补滤波器的截止频率fc也存在，在包括截止频率fc在内的规定的频率f的范围内重合。误差θwn在即使比截止频率fc大的频率下也还是存在，误差θan在即使比截止频率fc小的频率下也还是存在。

因此，在IMU29的性能低的情况下，凭借一个互补滤波器，无法充分地除去作为杂音的误差θwn及误差θan，可能导致姿势角θ的精度降低。这样的话，可能对图2所示的第二显示装置39对铲尖8T的位置信息的显示精度及液压挖掘机100的工作装置控制的精度造成影响。高性能的IMU29的价格也昂贵，因此导致液压挖掘机100的制造成本的上升。换句话说，为了将性能低的IMU29应用于液压挖掘机100，需要考虑图19所示的特性。因此，第二姿势角运算部50使用截止频率fc不同的第一互补滤波器53与第二互补滤波器54，以使得即使在使用性能比较低的IMU29的情况下也能抑制姿势角θ的精度降低。

图20是表示第一互补滤波器53的增益GN及第二互补滤波器54的增益GN与频率f之间的关系的图。图20的纵轴是增益GN，横轴是频率f。频率fch是第一互补滤波器53的第一截止频率，频率fcl是第二互补滤波器54的第二截止频率。在本实施方式中，第一截止频率fch高于第二截止频率fcl。即，第二截止频率fcl低于第一截止频率fch。

第一互补滤波器53的第一截止频率fch设定为能够充分地减小角速度ω的积分误差、即误差θwn的频率。第二互补滤波器54的第二截止频率 fcl设定为能够充分地减小因重力加速度以外的加速度导致的误差θan的频率。

第一互补滤波器53虽能通过第一HPFa有效地减小因角速度ω的积分而导致的误差θwn，但难以有效地减小由于重力加速度以外的加速度引起的误差θan。因此，第一互补滤波器53能够在液压挖掘机100为静止的状态或者接近静止状态的状态、即被视作静止的状态(适当地称作准静止状态)的情况下高精度地求出姿势角θ，但在液压挖掘机100为不是准静止状态的动态状态的情况下，姿势角θ的精度降低。在本实施方式中，动态状态是指液压挖掘机100被视作进行动作的状态。

第二互补滤波器54虽能通过第二LPFa有效地减小因重力加速度以外的加速度导致的误差θan，但难以有效地减小因角速度ω的积分导致的误差θwn。因此，第二互补滤波器54在液压挖掘机100为动态状态的情况下能够高精度地求出姿势角θ，但在液压挖掘机100为准静止状态的情况下，与第一互补滤波器53计算出的姿势角θ相比较，姿势角θ的精度降低。即，第二互补滤波器54虽然短时间的动态特性优异，但在准静止状态下，与动态状态相同地，存在因角速度ω的积分导致的误差θwn。

图16所示的第二姿势角运算部50具备的切换部55根据液压挖掘机100的状态是准静止状态还是动态状态，来切换并输出第三姿势角θ3或者第四姿势角θ4。例如，在液压挖掘机100为准静止状态的情况下，切换部55将第一互补滤波器53输出的第三姿势角θ3作为第二姿势角θ2向车内信号线41输出。在液压挖掘机100为动态状态的情况下，切换部55将第二互补滤波器54输出的第四姿势角θ4作为第二姿势角θ2向车内信号线41输出。

如此，第二姿势角运算部50在液压挖掘机100为准静止状态的情况下，将第一互补滤波器53的第三姿势角θ3设为第二姿势角θ2，因此在准静止状态下能够抑制第二姿势角θ2的精度降低。在液压挖掘机100为动态状态的情况下，第二姿势角运算部50将第二互补滤波器54的第四姿势角θ4设为第二姿势角θ2，因此在动态状态下也能够抑制第二姿势角θ2的精度降低。其结果是，第二姿势角运算部50在液压挖掘机100为准静止状态及动态状态的任一状态下都能够抑制第二姿势角θ2的精度降低。

当液压挖掘机100进行动作时，使用第二互补滤波器54输出的第四姿势角θ4来求出例如图1所示的铲斗8的铲尖8T的位置。另外，当液压挖掘机100静止时，根据第一互补滤波器53输出的第三姿势角θ3来求出铲斗8的铲尖8T的位置。因此，能够抑制图2所示的第二显示装置39求出以铲斗8的铲尖8T的位置为代表的工作装置2的位置或者液压挖掘机100的车辆主体1的位置等时的精度降低。

切换部55的处理部55c使用例如如下的条件A与条件B来判定准静止状态与动态状态，并基于其判定结果来控制切换器55s。

条件A：在进行切换的判定的时刻之前的规定期间内，第三姿势角θ3的标准偏差比预先设定的阈值小。

条件B：重力加速度以外的加速度的大小比预先设定的阈值小。

第三姿势角θ3根据IMU29检测出的角速度ω或者加速度Ac求出，包括重力加速度在内的加速度由IMU29来检测。即，处理部55c基于液压挖掘机100具备的IMU29的状态来判定准静止状态与动态状态。

对前述的条件B进行说明。IMU29如上所述至少检测包括重力加速度在内的加速度，不区分所检测出的各个加速度的种类地输出所检测出的加速度。重力加速度是已知的。因此，处理部55c根据IMU29所输出的加速度来对x轴方向或者y轴方向的加速度进行运算。处理部55c从所求出的x轴方向的加速度中减去重力加速度的与x轴方向相当的重力加速度，则能够求出重力加速度以外的加速度的大小。处理部55c对重力加速度以外的加速度的大小与预先设定的阈值进行比较。需要说明的是，处理部55c也可以从所求出的y轴方向的加速度中减去重力加速度的与y轴方向相当的重力加速度而求出重力加速度以外的加速度的大小，并与预先设定的阈值相比较，从而判定条件B是否成立。

处理部55c获取从IMU29获取到的加速度Ac及作为第一互补滤波器53的输出的第三姿势角θ3，并判定条件A及条件B是否同时成立。在条件A与条件B这两者成立的情况下，能够视为准静止状态、即液压挖掘机100静止。在该情况下，处理部55c以使切换器55s与第一互补滤波器53的加法运算部53AD连接的方式使切换器55s动作。切换器55s将第一互补滤波器53输出的第三姿势角θ3作为第二姿势角θ2向车内信号线41 输出。

处理部55C经由图16所示的加速度发送线L1或者第一姿势角发送线L2而获取从IMU29获取到的加速度Ac及作为第一互补滤波器53的输出的第三姿势角θ3，并判定条件A及条件B是否同时成立。在条件A与条件B这两者成立的情况下，能够视为准静止状态。在本实施方式中，准静止状态是指液压挖掘机100不进行行驶、上部回转体3的回转及工作装置2的动作而完全静止的状态或者不进行行驶和液压挖掘机100的上部回转体3的回转而仅工作装置2进行动作的状态。在该情况下，处理部55c以使切换器55S与第一互补滤波器53的加法运算部53AD连接的方式使切换器55s动作。切换器55s将第一互补滤波器53输出的第三姿势角θ3作为第二姿势角θ2向车内信号线41输出。

在条件A与条件B不成立的情况下，即，在条件A及条件B的至少一方不成立的情况下，能够视为动态状态、即液压挖掘机100进行动作。在该情况下，处理部55c以使切换器55s与第二互补滤波器54的加法运算部54AD连接的方式使切换器55s动作。切换器55s将第二互补滤波器54输出的第四姿势角θ4作为第二姿势角θ2向车内信号线41输出。若使用条件A及条件B来使切换部55切换第三姿势角θ3与第四姿势角θ4，则仅利用IMU29的检测值便能够实现前述的切换。

在本实施方式中，条件A的规定期间设定为例如1秒，但并不局限于此。与条件A的标准偏差相比较的阈值并不受到限定，例如能够设为0.1度。条件B在重力加速度以外的加速度小于预先设定的阈值的情况下成立，在检测出预先设定的阈值以上的重力加速度以外的加速度的情况下不成立。条件B的阈值并不受到限定，例如能够在重力加速度的0.1倍以上的范围内适当设定。

图21是表示第二姿势角运算部50的切换部55输出的第二姿势角θ2、第三姿势角θ3、第四姿势角θ4的时间变化的一例的图。图21的纵轴是姿势角θ，横轴是时间t。由图21的Sst表示的区间为准静止状态，第三姿势角θ3作为第二姿势角θ2输出。由图21的Sdm表示的区间为动态状态，第四姿势角θ4作为第二姿势角θ2输出。在图21所示的例子中，时间t1～时间t2及时间t3之后为准静止状态Sst，时间t2～时间t3为动态状态Sdm。

第二姿势角θ2在时间t2从第三姿势角θ3切换为第四姿势角θ4，在时间t3从第四姿势角θ4切换为第三姿势角θ3。就第四姿势角θ4而言，因对角速度ω进行积分而产生的误差θwn积蓄，因此，在时间t2处，第三姿势角θ3与第四姿势角θ4成为不同的值。同样，在时间t3处，第四姿势角θ4与第三姿势角θ3成为不同的值。

当切换部55将从第二姿势角运算部50输出的第二姿势角θ2从第三姿势角θ3切换为第四姿势角θ4时或者从第四姿势角θ4切换为第三姿势角θ3时，若直接切换，则在切换时第二姿势角θ2可能变得不连续。另外，如上所述，就第四姿势角θ4而言，因对角速度ω进行积分而产生的误差θwn积蓄，因此在将第四姿势角θ4用作第二姿势角θ2的情况下，需要减小因积分而产生的误差θwn。

为了减小在第二姿势角θ2的切换时产生的第二姿势角θ2的不连续及因积分而产生的误差θwn，在本实施方式中，切换部55的处理部55c使用式(5)～式(10)来求出并输出第二姿势角θ2。

θ2＝θ3+dif…(5)

θ2＝θ4+dif…(6)

dif＝Ftr×dif_prev…(7)

dif＝dif_prev…(8)

dif＝dif_prev+θ3-θ4…(9)

dif＝dif_prev+θ4-θ3…(10)

式(5)在准静止状态下求出第二姿势角θ2的情况下使用，式(6)是在动态状态下求出第二姿势角θ2的情况下使用。式(5)及式(6)的dif是缓和项。式(7)的缓和项dif在准静止状态下使用，式(8)的缓和项dif在动态状态下使用。式(7)的Ftr是缓和系数。缓和系数Ftr大于0且小于1(0＜Ftr＜1)。式(9)的缓和项dif在从准静止状态向动态状态转变时使用。式(10)的缓和项dif是在从动态状态向准静止状态转变的时刻使用。式(8)～式(10)的dif_prev是刚刚之前的IMU29的状态下(准静止状态Sst或者动态状态Sdm)的缓和项dif。dif_prev的初始值为0。

如图21所示，第三姿势角θ3在准静止状态Sst下保持高精度，但在 动态状态Sdm下产生较大的误差。第四姿势角θ4在准静止状态Sst及动态状态Sdm中的任一状态下都产生因积分的累积而导致的误差。dif_prev的初始值为0，因此在时间t1～时间t2的准静止状态Sst下，成为缓和项dif＝0。其结果是，根据式(5)，准静止状态Sst下的第二姿势角θ2成为第三姿势角θ3。

当从准静止状态Sst切换为动态状态Sdm时，即时间t＝t2时，处理部55c使用式(9)来求出缓和项dif。如上所述，时间t＝t2时的缓和项dif为0，因此成为第三姿势角θ3与第四姿势角θ4之差，即θ3-θ4的值。该情况下的缓和项dif如图21所示为负值。在时间t2时，基于式(5)的第二姿势角θ2为θ3，由于输入至式(6)的缓和项dif的值是θ3-θ4的值，因此基于式(6)的第二姿势角θ2也成为θ3。因此，在从准静止状态Sst切换为动态状态Sdm时，第二姿势角θ2连续地变化。

在时间t2～时间t3的动态状态Sdm下，缓和项dif的值保持在切换时、即时间t2得到的θ3-θ4的值不变。动态状态Sdm下的第二姿势角θ2根据式(6)将动态状态Sdm下的第四姿势角θ4与在时间t2得到并被保持的缓和项dif＝θ3-θ4相加而求出。此时使用的缓和项dif根据式(8)而成为dif_prev，因此，在动态状态Sdm下使用的缓和项dif使用在时间t2获得并被保持的缓和项dif＝θ3-θ4的值。如此，切换部55的处理部55c在将第三姿势角θ3切换为第四姿势角θ4之后，将从切换时的第三姿势角θ3减去第四姿势角θ4得到的值、即切换时的缓和项dif用作修正值，来修正所求出的第四姿势角θ4，从而获取第二姿势角θ2。如此一来，能够减少因在向动态状态Sdm切换之前产生的第四姿势角θ4的积分的积蓄而导致的误差θwn给第二姿势角θ2带来的影响。

在从动态状态Sdm再次向准静止状态Sst切换时，即在时间t3处，处理部55c使用式(10)来求出缓和项dif。式(10)的dif_prev为已经得到并被保持的缓和项dif。换句话说，式(10)的dif_prev是在时间t2处的缓和项dif、即时间t2处的θ3-θ4的值。根据式(10)，时间t3处的缓和项dif成为将在时间t2处得到并被保持的θ3-θ4的值和在时间t3处得到的θ2-θ1的值相加得到的值。通过使用式(10)，当从动态状态Sdm向准静止状态Sst切换时，第二姿势角θ2连续地变化。

在时间t3之后的准静止状态Sst下，处理部55c使用式(5)来求出第二姿势角θ2。此时的缓和项dif由式(7)确定。式(7)中的dif_prev是从动态状态Sdm再次切换为准静止状态Sst的时刻、即时间t3处的缓和项dif。在时间t3之后的准静止状态Sst下，利用缓和系数Ftr的效果，缓和项dif的值逐渐变小并收敛于0。即，在时间t3之后的准静止状态Sst下，第二姿势角θ2收敛于第三姿势角θ3。如此，切换部55的处理部55c在将第四姿势角θ4切换为第三姿势角θ3后，将切换时的第四姿势角θ4的误差、即切换时的缓和项dif乘以作为大于0且小于1的系数的缓和系数Ftr得到的值用作修正值，来修正第三姿势角θ3。如此一来，在从动态状态Sdm切换为准静止状态Sst之后，第二姿势角θ2连续地变化。

(求出第二姿势角θ2的处理的一例)

图22是表示求出第二姿势角θ2的处理的一例的流程图。在求出第二姿势角θ2时，图16所示的第二姿势角运算部50在步骤S1中经由车内信号线42获取基于IMU29的角速度ω及加速度Ac的检测值。在步骤S2中，图16所示的第三姿势角运算部51根据IMU29检测出的加速度Ac来求出姿势角θ。在步骤S3中，图16所示的第四姿势角运算部52根据IMU29检测出的角速度ω来求出姿势角θ。步骤S2与步骤S3的顺序是任意的。

在步骤S4中，图16所示的第一互补滤波器53的第一LPFa对根据加速度Ac得到的姿势角θ实施滤波处理。在步骤S5中，图16所示的第二互补滤波器54的第二LPFb对根据加速度Ac得到的姿势角θ实施滤波处理。在步骤S6中，图16所示的第一互补滤波器53的第一HPFa对根据角速度ω得到的姿势角θ实施滤波处理。在步骤S7中，图16所示的第二互补滤波器54的第二HPFb对根据角速度ω得到的姿势角θ实施滤波处理。步骤S4、步骤S5、步骤S6、步骤S7的顺序是任意的。

接下来，进入步骤S8，第一互补滤波器53求出第三姿势角θ3。具体而言，加法运算部53AD通过将第一LPFa的输出与第一HPFa的输出相加而求出第三姿势角θ3。在步骤S9中，第二互补滤波器54求出第四姿势角θ4。具体而言，加法运算部54AD通过将第二LPFb的输出与第二HPFb的输出相加而求出第四姿势角θ4。步骤S8与步骤S9的顺序是任意的。

进入步骤S10，图16所示的切换部55的处理部55c在液压挖掘机100 为准静止状态的情况下(在步骤S10中为是)，使处理进入步骤S11。在步骤S11中，处理部55c以使第二姿势角运算部50将第三姿势角θ3作为第二姿势角θ2输出的方式控制切换器55s。在液压挖掘机100为动态状态的情况下(在步骤S10中为否)，在步骤S12中，处理部55c以使第二姿势角运算部50将第四姿势角θ4作为第二姿势角θ2输出的方式控制切换器55s。

(判定是准静止状态还是动态状态的变形例)

在本实施方式中，图16所示的切换部55的处理部55c基于图15所示的IMU29的检测值来切换第三姿势角θ3或者第四姿势角θ4，并作为第二姿势角θ2输出。第三姿势角θ3或者第四姿势角θ4的选择并不局限于此，处理部55c也可以使用例如与液压挖掘机100的动作相关的信息(以下，适当地称作动作信息)来切换第三姿势角θ3或者第四姿势角θ4。

在本实施方式中，动作信息是与液压挖掘机100产生了何种动作相关的信息。例如，动作信息具有图1A所示的上部回转体3是否进行回转的信息、行驶装置5是否进行动作的信息或者工作装置2是否进行动作的信息等。动作信息例如使用如下所述的检测值等：从对上部回转体3的回转进行检测的传感器输出的检测值；在用于使上部回转体3回转的回转马达设置解析器等回转角度传感器而从那样的角度检测器或者旋转传感器输出的检测值；或者从对由图2所示的操作装置30生成的先导压力进行检测的液压传感器输出的检测值。即，动作信息例如可以是上部回转体3或者工作装置2等实际是否进行动作的信息，也可以是相对于用于使上部回转体3或者工作装置2等动作的操作部件的操作的信息。

图23是表示本实施方式的变形例中的第三姿势角θ3与第四姿势角θ4的切换所使用的表TB的一例的图。在本变形例中，切换部55的处理部55c根据基于IMU29的检测值所作出的是准静止状态还是动态状态的判定和上部回转体3是否处于回转中的判定，来切换第三姿势角θ3或者第四姿势角θ4。表TB记载有相对于上部回转体3的状态和基于IMU29的检测值的条件A及条件B而言应作为第二姿势角θ2输出的姿势角。上部回转体3的状态由ON或者OFF表示，在为ON时，上部回转体3处于回转中，在为OFF时，上部回转体3处于停止中。条件A及条件B由A&B 或者NOT(A&B)表示，A&B为准静止状态，NOT(A&B)为动态状态。

在基于IMU29的检测值的判定结果为处于准静止状态且根据动作信息可知上部回转体3处于回转中(ON)的情况下，切换部55将第四姿势角θ4作为第二姿势角θ2输出。由于上部回转体3实际上进行动作，因此，通过使用第四姿势角θ4作为第二姿势角θ2，能够确保第二姿势角θ2的精度。

在基于IMU29的检测值的判定结果为处于准静止状态且根据动作信息可知上部回转体3处于停止中(OFF)的情况下，切换部55将第三姿势角θ3作为第二姿势角θ2输出。由于是准静止状态、并且上部回转体3实际上停止，因此，通过使用第三姿势角θ3作为第二姿势角θ2，能够减小因角速度ω的积分而导致的误差。

在基于IMU29的检测值的判定结果为处于动态状态且根据动作信息可知上部回转体3处于回转中(ON)的情况下，切换部55将第四姿势角θ4作为第二姿势角θ2输出。由于是动态状态、并且上部回转体3实际上进行动作，因此，通过使用第四姿势角θ4作为第二姿势角θ2，能够确保第二姿势角θ2的精度。

在基于IMU29的检测值的判定结果为处于动态状态且根据动作信息可知上部回转体3处于停止中(OFF)的情况下，切换部55可以将第三姿势角θ3或者第四姿势角θ4中的任一者作为第二姿势角θ2输出，但在本变形例中输出第四姿势角θ4。

在本变形例中，切换部55根据基于IMU29的检测值所作出的是准静止状态还是动态状态的判定和上部回转体3是否处于回转中的判定，来切换第三姿势角θ3或者第四姿势角θ4。如此一来，切换部55能够更高精度地判定液压挖掘机100的状态，从而选择适当的姿势角。在本变形例中，并不局限于前述的处理，切换部55也可以根据上部回转体3是否处于回转中的判定来切换第三姿势角θ3或者第四姿势角θ4。例如，也可以为，上部回转体3处于回转中，将第四姿势角θ4作为第二姿势角θ2，上部回转体3处于停止中，将第三姿势角θ3作为第二姿势角θ2。接下来，对本实施方式的姿势角计算方法的第一例进行说明。

(姿势角计算方法的第一例)

图24是表示本实施方式的姿势角计算方法的第一例的处理顺序的流程图。在步骤S101中，图16所示的IMU29及传感器控制装置24求出姿势角θ。传感器控制装置24的低通滤波器60使从IMU29获取到的姿势角θ通过，并作为第一姿势角θ1向选择部63输出。第二姿势角运算部50具有的角度运算部50C求出姿势角θ，滤波部50F使姿势角θ通过而作为第二姿势角θ2输出。

在步骤S102中，回转状态判定部61对经由车内信号线42获取的回转速度ωz与规定的阈值ωzc进行比较。在回转速度ωz为规定的阈值ωzc以下的情况下(在步骤S102中为是)，回转状态判定部61将第一输出向选择部63输出。在该情况下，上部回转体3处于不回转或即使回转也接近静止状态的状态。获取到第一输出的选择部63在步骤S103中将第一姿势角θ1作为姿势角θo输出。

在回转速度ωz大于规定的阈值ωzc的情况下(在步骤S102中为否)，回转状态判定部61将第二输出向选择部63输出。在该情况下，上部回转体3处于进行回转的状态。获取到第二输出的选择部63在步骤S104中将第二姿势角θ2作为姿势角θo输出。接下来，进入步骤S105，回转状态判定部61对回转速度ωz为规定的阈值ωzc以下的状态是否持续了时间tcl以上进行判定。

在回转速度ωz为规定的阈值ωzc以下的状态持续了时间tcl以上的情况下(在步骤S105中为是)，回转状态判定部61将第一输出向选择部63输出。在该情况下，能够判断为上部回转体3恢复不进行回转或即便进行回转也接近静止状态的状态。因此，获取到第一输出的选择部63在步骤S106中将第一姿势角θ1作为姿势角θo输出。在回转速度ωz为规定的阈值以下的状态不持续时间tcl以上的情况下(在步骤S105中为否)，回转状态判定部61将第二输出向选择部63输出。在该情况下，上部回转体3处于进行回转的状态。获取到第二输出的选择部63返回到步骤S104，并将第二姿势角θ2作为姿势角θo输出。

第二显示装置39使用经由图2所示的车内信号线41从传感器控制装置24输出的姿势角θo，例如求出铲斗8的铲尖8T的位置。另外，工作装 置控制装置25使用经由图2所示的车内信号线41从传感器控制装置24输出的姿势角θo，例如执行前述的挖掘控制。

第一姿势角θ1是使由IMU29求出的姿势角θ通过低通滤波器60而得到的，因此高频成分减少。因此，在第二显示装置39及工作装置控制装置25求出铲尖8T的位置时，铲尖8T的位置的细微变化得以抑制。其结果是，在液压挖掘机100静止的情况下的挖掘控制中，能够更可靠地抑制超过目标挖掘地形73I而挖入挖掘对象的情况。

另外，由于在上部回转体3的回转中使用不通过低通滤波器60的第二姿势角θ2，因此相对于液压挖掘机100的姿势的变化的第二姿势角θ2的响应性高于第一姿势角θ1。因此，与液压挖掘机100的动作、例如上部回转体3的动作对应的姿势角θ的变化反映于第二姿势角θ2。因此，在上部回转体3的回转中，能够反映铲尖8T的位置的变化而计算出目标挖掘地形。其结果是，在挖掘控制中，能够更可靠地抑制超过目标挖掘地形73I而挖入挖掘对象的情况。如此，传感器控制装置24能够控制工作装置2，以使得与液压挖掘机100的动作状态无关地、能够抑制超过目标挖掘地形73I而挖入挖掘对象的情况。

另外，第二显示装置39在液压挖掘机100静止的情况下能够显示抑制了铲尖8T的位置的细微变化的指引图像。其结果是，显示于指引图像的显示用的目标挖掘地形73I及铲尖8T的变动得以抑制。因此，操作人员容易沿着指引图像操作工作装置2，因此操作性提高，并且目标挖掘地形73I的过分挖入或者挖入不足得以抑制。并且，第二显示装置39在上部回转体3的回转中显示指引图像的情况下能显示反映了铲尖8T的位置的变化的指引图像。其结果是，操作人员一边观察该指引图像一边进行作业，由此能够抑制目标挖掘地形73I的过分挖入或者挖入不足。

(姿势角计算方法的第二例)

图25是用于说明俯仰角的变化的图。俯仰角θp是在液压挖掘机100的局部坐标系(x，y，z)中、液压挖掘机100绕x轴倾斜时的角度。例如，根据液压挖掘机100的倾斜状态，俯仰角θp发生变化。姿势角判定部62求出第一姿势角θ1与第二姿势角θ2的差量Δθ。使用第一俯仰角θ1p作为第一姿势角θ1，使用第二俯仰角θ2p作为第二姿势角θ2。在本实施 方式中，通过了低通滤波器60的第一俯仰角θ1p是地面GD与倾斜GD1所成的角度。从第二姿势角运算部50获取到的第二俯仰角θ2p是地面GD与倾斜GD2所成的角度。差量是Δθp。姿势角判定部62将所求出的差量Δθp向选择部63输出。选择部63在差量Δθp为规定的阈值以上的情况下将第二姿势角θ2作为液压挖掘机100的姿势角θo向车内信号线41输出。

在差量Δθp为规定的阈值以上的情况下，液压挖掘机100的绕x轴的倾斜急剧增大。在这种情况下，当将第一姿势角θ1作为液压挖掘机100的姿势角θo时，可能无法将液压挖掘机100的姿势的急剧变化反映为姿势角θo。因此，选择部63在差量Δθp为规定的阈值以上的情况下，将第二姿势角θ2作为液压挖掘机100的姿势角θo向车内信号线41输出。如此一来，能够将液压挖掘机100的姿势的急剧变化反映为姿势角θo。接下来，对本实施方式的第二姿势角计算方法进行说明。

图26是表示本实施方式的第二姿势角计算处理方法的处理顺序的流程图。在步骤S201中，图16所示的IMU29及传感器控制装置24求出姿势角θ。传感器控制装置24的低通滤波器60使从IMU29获取到的姿势角θ通过并作为第一姿势角θ1向选择部63输出。第二姿势角运算部50具有的角度运算部50C求出姿势角θ，滤波部50F使姿势角θ通过并作为第二姿势角θ2输出。

在步骤S202中，姿势角判定部62求出从低通滤波器60获取到的第一俯仰角θ1p与从第二姿势角运算部50获取到第二俯仰角θ2p的差量Δθp，并向选择部63输出。选择部63在差量Δθp小于规定的阈值Δθpc的情况下(在步骤S202中为是)，执行步骤S203～步骤S207的处理。步骤S203～步骤S207的处理与姿势角计算方法的第一例的步骤S102～步骤S160的处理相同，故省略说明。

在差量Δθp为规定的阈值Δθpc以上的情况下(在步骤S202中为否)，选择部63在步骤S208中将第二姿势角θ2作为姿势角θo输出。接下来，在步骤S209中，回转状态判定部61对差量Δθp小于规定的阈值Δθpc的状态是否持续了时间tc2以上进行判定。在差量Δθp小于规定的阈值Δθpc的状态持续了时间tc2以上的情况下(在步骤S209中为是)，能够判断为液压挖掘机100的俯仰角θp的急剧变化处于能够允许的范围。因此，选 择部63在步骤S210中将第一姿势角θ1作为姿势角θo输出。在差量Δθp小于规定的阈值Δθpc的状态没有持续时间tc2以上的情况下(在步骤S209中为否)，能够判断为液压挖掘机100的俯仰角θp的无法允许的急剧变化持续。在该情况下，选择部63返回步骤S208而将第二姿势角θ2作为姿势角θo输出。

例如，在液压挖掘机100向供液压挖掘机100接地的地面GD倾斜的方向侵入的情况下，俯仰角θp急剧变化。在这样的情况下，液压挖掘机100的操作人员通过操作工作装置2而使其与地面接地来抑制液压挖掘机100的姿势的急剧变化。挖掘控制是避免过分挖入目标挖掘地形73I的控制，但在操作人员操作工作装置2使其大幅度地超过目标挖掘地形来抑制液压挖掘机100的姿势的急剧变化的情况下，需要解除挖掘控制而使操作人员的操作优先。在该情况下，与挖掘控制相比，工作装置2的操作量变大。

第一姿势角θ1是由IMU29求出的姿势角θ通过低通滤波器60而得到的，因此高频成分减少。因此，在本实施方式中，在操作人员操作工作装置2来抑制液压挖掘机100的姿势的急剧变化的情况下，使用不通过低通滤波器60的第二姿势角θ2来提高动态的响应性，工作装置控制装置25能够迅速地解除挖掘控制。

以上，本实施方式能够通过选择第一姿势角θ1或者第二姿势角θ2来把握准确的地形。另外，本实施方式基于液压挖掘机100的倾斜状态来切换第一姿势角θ2与第二姿势角θ2。具体而言，在第一俯仰角θ1p与第二俯仰角θ2p的差量Δθp为规定的阈值以上的情况下，代替第一姿势角θ2而将第二姿势角θ2作为液压挖掘机100的姿势角θo。如此一来，在液压挖掘机100的姿势急剧变化的情况下，使用动态响应性比第一姿势角θ1更接近真实的举动的第二姿势角θ2，因此能够提高控制的响应性，工作装置控制装置25能够迅速地解除挖掘控制。因此，液压挖掘机100的操作人员相对于液压挖掘机100的姿势的急剧变化能够通过操作工作装置2来迅速地应对。

另外，在本实施方式中，在液压挖掘机100静止的情况下，借助通过了低通滤波器60的第一姿势角θ1来进行挖掘控制及指引图像的显示，在 上部回转体3的回转中，借助不通过低通滤波器60的第二姿势角θ2来进行挖掘控制及指引图像的显示。因此，在液压挖掘机100静止的情况下，在抑制了铲尖8T的位置的细微变化的状态下计算出目标挖掘地形73I，在上部回转体3回转的情况下，反映铲尖8T的位置的变化而计算出目标挖掘地形73I。其结果是，在液压挖掘机100静止的情况及上部回转体3回转的情况中的任一情况下，都能够更可靠地抑制超过目标挖掘地形73I而挖入挖掘对象的情况。

并且，在本实施方式中，使用设定有第一截止频率的第一互补滤波器53和设定有与第一截止频率不同的第二截止频率的第二互补滤波器54。第一互补滤波器53减小因对角速度ω进行积分而累积的误差(杂音)，第二互补滤波器54减小因重力加速度以外的加速度而导致的误差(杂音)。在本实施方式中，根据液压挖掘机100的状态，来切换第一互补滤波器53输出的倾斜角和第二互补滤波器54输出的倾斜角。其结果是，利用与液压挖掘机100的状态对应的适当的互补滤波器来求出第二姿势角θ2，因此，在动态状态及准静止状态下都能够抑制第二姿势角θ2的精度降低。

精度高的IMU29价格昂贵，廉价的IMU29的精度相对低。本实施方式即便在使用精度低的IMU29的情况下，在动态状态及准静止状态下都能够抑制第二姿势角θ2的精度降低。因此，能够抑制第二姿势角θ2的精度降低，并且降低液压挖掘机100的制造成本。

在本实施方式中，使用了第一互补滤波器53及第二互补滤波器54，此外也可以追加设定有与第一截止频率及第二截止频率不同的第三截止频率的第三互补滤波器，或追加设定有与第一截止频率、第二截止频率及第三截止频率不同的第四截止频率的第四互补滤波器。即，截止频率不同的互补滤波器的数量并不局限于两个。

(具备取消离心力的功能的传感器控制装置的例子)

图27是具备取消离心力的功能的传感器控制装置24a的控制框图。图28是用于说明IMU29的安装位置的一例的图。图29是用于说明液压挖掘机100的局部坐标系和IMU29的局部坐标系的图。

该传感器控制装置24a与前述的传感器控制装置24相同，但考虑了作用于IMU29的重力加速度以外的加速度的影响。换句话说，伴随着 IMU29的设置位置的IMU29输出的加速度包括重力加速度以外的成分，因此输出考虑该成分地修正后的加速度这一点不同。传感器控制装置24a输出考虑了IMU29的设置位置的影响的姿势角，由此能够实现获得更高精度的姿势角。因此，传感器控制装置24a具备加速度修正部56。加速度修正部56设于第二姿势角运算部50a。加速度修正部56对IMU29检测出的液压挖掘机100的加速度Ac进行修正并输出修正加速度Acc。第三姿势角运算部51根据修正加速度Acc来求出姿势角θ。加速度修正部56的修正为例如从IMU29检测出的加速度Ac中去掉伴随着IMU29的设置位置而作用于IMU29的、由离心力求出的加速度(离心加速度)和角加速度等那样的、作用于IMU29的重力加速度以外的加速度。需要说明的是，伴随着IMU29的设置位置而作用于IMU29的、由离心力求出的加速度及角加速也可以由IMU29以外的检测装置、例如加速度计来检测。在该情况下，加速度修正部56从IMU29检测出液压挖掘机100的加速度Ac中去掉加速度计检测出的重力加速度以外的加速度。接下来，关于相对于前述的传感器控制装置24进行考虑了伴随着IMU29的设置位置的加速度的影响的处理的必要性进行说明。

图28示出从x轴方向观察液压挖掘机100的状态。如上所述，IMU29设置在上部回转体3的驾驶室4的下方。当以成为上部回转体3的回转中心轴的z轴为基准时，IMU29设置在从z轴朝向x轴方向及y轴方向这两个方向离开规定的距离的位置处。具体而言，如图28所示，在以距z轴规定的距离R为半径的圆周C上设置有IMU29。由于在这样的位置设置有IMU29，因此，当上部回转体3以z轴为中心进行回转时，IMU29受到根据规定的距离R的大小作用于IMU29的、离心加速度与角加速度的影响。其结果是，IMU29输出的加速度Ac受到离心加速度与角加速度的影响。因此，IMU29检测出的加速度Ac与作用于液压挖掘机100的实际的加速度即为了求出姿势角所需要的加速度之间产生背离。若能够在作为上部回转体3的回转中心轴的z轴上确保设置IMU29的空间，则不会产生上述那样的分歧，因此无需考虑该背离而能使用前述的传感器控制装置24。然而，在实际的液压挖掘机100的回转中心轴附近设置有回转马达等，因此无法充分确保设置IMU29的空间。因此，在上述液压挖掘机100的 情况下，必须将IMU29设置在与z轴分离的位置。因此，需要如接下来说明详细情况那样的变形例的传感器控制装置24a。

如图29所示，在液压挖掘机100的局部坐标系(x，y，z)的从z轴朝向x轴方向及y轴方向这两个方向分别离开规定的距离的位置、即从z轴离开距离R的位置处存在有IMU29的局部坐标系(xi，yi，zi)。在本实施方式中，IMU29的局部坐标系中的zi轴(垂直轴)例如通过IMU29的重心位置。IMU29受到的重力加速度以外的加速度是前述的离心加速度及角加速度，因此，通过从IMU29检测出的加速度Ac中去掉这些加速度的成分，能够求出作用于液压挖掘机100的加速度即姿势角的运算所需要的加速度。

当将绕液压挖掘机100的局部坐标系中的z轴的角速度(回转速度)设为ωz时，作用于IMU29的离心加速度成为R×ωz²。角速度(回转速度)ωz是从IMU29输出的Zi轴方向的角速度。另外，作用于IMU29的角加速度能够通过将角速度(回转速度)ωz以时间t进行微分来求出。即，成为角加速度＝dωz/dt。关于IMU29检测出的加速度Ac，将IMU29的局部坐标系中的xi轴方向的加速度设为Acx，将yi轴方向的加速度设为Acy。加速度Acx及加速度Acy是作用于液压挖掘机100的加速度即姿势角的运算所需要的加速度。

另外，关于IMU29检测的加速度Ac，当将液压挖掘机100的局部坐标系中的x轴方向上的加速度成分设为Accx、将y轴方向上的加速度成分设为Accy时，它们分别能够由式(11)及式(12)表示。IMU29检测的zi轴方向上的加速度不因作用于IMU29的、由离心力求出的加速度(离心加速度)等的有无而变化，因此IMU29检测出的zi轴方向上的加速度成为液压挖掘机100的z轴方向上的加速度。

Accx＝Acx-R×ωz²×cosα-R×(dωz/dt)×sinα…(11)

Accy＝Acy-R×ωz²×sinα+R×(dωz/dt)×cosα…(12)

在式(11)的右边，加速度Acx以外的成分为除外成分。在式(12)的右边，加速度Acy以外的成分为除外成分。除外成分是与由离心力求出的加速度(离心加速度)及角加速度相关的成分。具体而言，与由离心力求出的加速度(离心加速度)相关的成分在式(11)中为R×ωz²×cosα，在 式(12)中为R×ωz²×sinα。另外，与角加速度相关的成分在式(11)中为R×(dωz/dt)×sinα，在式(12)中为R×(dωz/dt)×cosα。

式(11)及式(12)中的α是液压挖掘机100的局部坐标系中的y轴与IMU29的设置位置即圆周C上的点的切线形成的角度。将该角度设为设置角α。设置角α表示在液压挖掘机100的局部坐标系(x，y，z)中设置IMU29的位置的倾斜度。如上所述，加速度Acx及加速度Acy是作用于液压挖掘机100的加速度即姿势角的运算所需要的加速度。由式(11)或者式(12)可知，加速度Acx及加速度Acy能够通过从IMU29检测出的、x轴方向上的加速度成分Accx或者y轴方向上的加速度成分Accy中分别去掉前述的除外成分的修正来求出。

加速度Acx及加速度Acy分别是xi轴方向及yi轴方向的加速度。当将重力加速度设为G时，加速度Acx及加速度Acy分别由式(13)及式(14)表示。

Acx＝G×sin(γy)…(13)

Acy＝-G×sin(γx)×cos(γy)…(14)

在此，γx是绕xi轴的侧倾角，γy是绕yi轴的俯仰角。侧倾角γx及俯仰角γy是IMU29的局部坐标系(xi，yi，zi)中的z轴、即垂直轴以外的倾斜角。在IMU29不进行回转的情况下，即，在重力加速度以外的加速度不作用于IMU29的情况下，加速度Acx及加速度Acy与IMU29检测的加速度成分Accx及加速度成分Accy相同。若得到加速度Acx及加速度Acy，则根据式(13)及式(14)能求出侧倾角γx及俯仰角γy。

以下，在不区分从IMU29输出的加速度成分Accx及加速度成分Accy的情况下称作被修正加速度Accd。在不区分作为作用于液压挖掘机100的加速度即姿势角的运算所需要的加速度的、加速度Acx及加速度Acy的情况下，称作加速度Ac。

如上所述，图27所示的加速度修正部56基于IMU29的信息而对IMU29检测出的被修正加速度Accd(加速度Accx、Accy)进行修正。IMU29的信息包括设置IMU29的位置的信息，例如是式(11)及式(12)所包含的信息。在本实施方式中，IMU29的信息为侧倾角γx、俯仰角γy、表示设置IMU29的位置的设置角α、以液压挖掘机100的局部坐标系(x，y， z)的z轴为基准的到设置有IMU29的位置的距离R及绕液压挖掘机100的局部坐标系中的z轴即垂直轴的角速度ωz。

如以上说明那样，图27所示的加速度修正部56使用式(11)及式(12)对IMU29检测出的加速度Acc进行修正，而求出加速度Acx、Acy。在加速度Acx、Acy中不含有因IMU29绕z轴回转而产生的、离心加速度与角加速度的成分，因此，加速度修正部56能够输出与IMU29设置在回转中心轴上的情况相同的加速度及角速度。因此，传感器控制装置24a输出的姿势角θo的精度提高。另外，传感器控制装置24a能够与液压挖掘机100的动作状态无关地计算出准确的回转角度。其结果是，图2所示的工作装置控制装置25能够以更高精度计算出上部回转体3回转时的铲斗8的铲尖8T的位置。

回转速度ωz使用IMU29检测出的xi-yi平面内的角速度，但检测回转速度ωz的构件并不局限于IMU29。例如，也可以将检测上部回转体3的旋转角度的旋转角度检测装置的检测值设为回转速度ωz，或基于使上部回转体3旋转的回转马达的转速来求出回转速度ωz。

需要说明的是，在IMU29无法设置于液压挖掘机100的回转中心轴上的情况下，为了以更高精度计算出工作装置2所具备的铲斗8的铲尖8T的位置，与之前说明过的实施方式的传感器控制装置24，使用作为变形例说明的传感器控制装置24a更为优选。这是因为，作为变形例说明的传感器控制装置24a如上所述进行考虑了IMU29的设置位置的处理。

(传感器控制装置的第一变形例)

图30是第一变形例的传感器控制装置24b的控制框图。在本变形例中，图15所示的IMU29的姿势角运算部29CP作为根据由作为检测装置的回转仪29V及加速度传感器29A检测出的角速度ω及加速度Ac求出作业机械的姿势角θ并输入至低通滤波器60的第一姿势角运算部而发挥功能。IMU29的检测值经由车内信号线42而输入至传感器控制装置24b。传感器控制装置24b从IMU29输入有角速度ω、加速度Ac及姿势角θ。传感器控制装置24b包括第二姿势角运算部50b、低通滤波器60和选择部63。除此以外，传感器控制装置24b包括回转状态判定部61和姿势角判定部62。

第二姿势角运算部50b包括角度运算部50Cb和滤波部50Fb。角度运算部50Cb根据由图3所示的IMU29的回转仪29V及加速度传感器29A检测出的角速度ω及加速度Ac来求出姿势角θ。传感器控制装置24b也可以具有第二变形例的传感器控制装置24a具备的加速度修正部56。

作为第二滤波器的滤波部50Fb在使角度运算部50Cb所求出的姿势角θ通过而减小杂音之后，将其作为第二姿势角θ2。滤波部50Fb的截止频率高于低通滤波器60。第二姿势角运算部50b输出的第二姿势角θ2不通过低通滤波器60而输入至选择部63。传感器控制装置24b具备的滤波部50Fb的结构比前述的传感器控制装置24具备的滤波部50F简单，因此传感器控制装置24b具有降低制造成本这样的优点。

在本变形例中，第二姿势角运算部50b也可以不具备滤波部50Fb。在该情况下，由角度运算部50Cb求出的姿势角θ作为第二姿势角θ2而输入至姿势角判定部62及选择部63。

(传感器控制装置的第二变形例)

图31是第二变形例的传感器控制装置24c的框图。该传感器控制装置24c的不同点在于，不具备图30所示的传感器控制装置24b的第二姿势角运算部50b，将IMU29的、图15所示的姿势角运算部29CP所求出的姿势角θ作为第二姿势角θ2而直接输入至选择部63。传感器控制装置24c的低通滤波器60将IMU29的姿势角运算部29CP所求出的姿势角θ作为第一姿势角θ1而向选择部63输出。IMU29的姿势角运算部29CP所求出的姿势角θ不通过低通滤波器60而作为第二姿势角θ2输入至选择部63。传感器控制装置24c不具备第二姿势角运算部50b，因此，与之相应地，结构简化且制造成本降低。

以上，对本实施方式及其变形例进行了说明，但并非用前述的内容来限定本实施方式及其变形例。另外，前述的构成要素包括本领域技术人员能够容易想到的构成要素、实质相同的构成要素、所谓的等同范围的构成要素。并且，前述的构成要素能够适当地组合。并且，在不脱离本实施方式及其变形例的要旨的范围内能够进行构成要素的各种省略、置换及变更中的至少一个。例如，工作装置2具有动臂6、斗杆7及作为作业工具的铲斗8，但安装于工作装置2的作业工具并不局限于此，并不局限于铲斗 8。作业机械并不局限于液压挖掘机100，例如，只要是在下部行驶体上具有回转体的作业机械即可。传感器控制装置24、24a、24b、24c执行的各处理也可以由其他控制器、例如第二显示装置39或者工作装置控制装置25来处理。供姿势角通过的滤波器并不局限于互补滤波器，也可以是其他方式的滤波器。挖掘控制并不局限于前述的控制。

附图标记说明

1 车辆主体

2 工作装置

3 上部回转体

5 行驶装置

6 动臂

7 斗杆

8 铲斗

8T 铲尖

20、21 天线

23 全局坐标运算部

24、24a、24b、24c 传感器控制装置

25 工作装置控制装置

26 发动机控制装置

27 泵控制装置

28 第一显示装置

29 IMU

29V 回转仪

29A 加速度传感器

29CP 姿势角运算部

29PT 物理量转换部

39 第二显示装置

41、42 车内信号线

50、50a 第二姿势角运算部

50C 角度运算部

50F、50Fa、50Fb 滤波部

51 第三姿势角运算部

52 第四姿势角运算部

53 第一互补滤波器

54 第二互补滤波器

55 切换部

60 低通滤波器

61 回转状态判定部

62 姿势角判定部

63 选择部

100 液压挖掘机

θ1 第一姿势角

θ2 第二姿势角

θ3 第三姿势角

θ4 第四姿势角

Claims (7)

1.一种作业机械的姿势运算装置，其用于求出具备行驶体及安装于所述行驶体且相对于所述行驶体相对旋转的回转体的作业机械的姿势角，

所述作业机械的姿势运算装置包括：

检测装置，其设置于所述回转体，用于检测所述作业机械的角速度及加速度；

加速度修正部，其基于所述检测装置相对于设置于所述回转体的所述回转体中心的位置及所述检测装置检测出的所述角速度及所述加速度，从所述检测装置检测出的所述加速度减去由离心力求出的离心加速度及角加速度的加速度成分，从而将所述检测装置检测出的所述加速度修正为所述检测装置设置于所述回转体中心时的加速度；

姿势角运算部，其根据由所述加速度修正部修正后的所述加速度及由所述检测装置检测出的所述角速度来求出所述作业机械的姿势角。

2.根据权利要求1所述的作业机械的姿势运算装置，其中，

所述加速度修正部还基于所述检测装置的局部坐标系中的垂直轴以外的倾斜角、在所述作业机械的局部坐标系中表示设置所述检测装置的位置的倾斜度的设置角、以作业机械的局部坐标系的垂直轴为基准的到所述检测装置的距离及绕作业机械的所述垂直轴的角速度，从所述检测装置检测出的所述加速度减去由离心力求出的离心加速度及角加速度的加速度成分，从而将所述检测装置检测出的所述加速度修正为所述检测装置设置于所述回转体中心时的加速度。

3.根据权利要求1或2所述的作业机械的姿势运算装置，其中，

所述加速度修正部基于与所述回转体的旋转中心轴正交的平面内的从所述回转体的旋转中心轴到所述检测装置的距离及与所述回转体的旋转中心轴正交的平面内的设置所述检测装置的位置相对于所述回转体的基准轴的倾斜度，从所述检测装置检测出的所述加速度减去由离心力求出的离心加速度及角加速度的加速度成分，从而对所述检测装置检测出的与所述旋转中心轴正交的两个方向上的加速度进行修正，

所述姿势角运算部根据由所述加速度修正部修正后的与所述旋转中心轴正交的两个方向上的所述加速度、所述检测装置检测出的所述旋转中心轴方向的加速度、由所述检测装置检测出的所述角速度来求出所述作业机械的姿势角。

4.根据权利要求1或2所述的作业机械的姿势运算装置，其中，

所述加速度修正部对所述检测装置检测出的所述加速度中的、与所述回转体的旋转中心轴正交的两个方向上的加速度进行修正，

所述作业机械的姿势运算装置还包括：

第一姿势角运算部，其根据由所述检测装置检测出的所述角速度及所述加速度来求出所述作业机械的姿势角；

低通滤波器，其使所述第一姿势角运算部求出的姿势角通过而作为第一姿势角输出；

第二姿势角运算部，其使根据由所述加速度修正部修正后的与所述旋转中心轴正交的两个方向上的所述加速度、所述检测装置检测出的所述旋转中心轴方向的加速度、由所述检测装置检测出的所述角速度求出的姿势角不通过所述低通滤波器而作为第二姿势角输出；

选择部，其基于与所述作业机械的角度变动相关的信息来切换并输出所述第一姿势角和所述第二姿势角。

5.一种作业机械，其具有权利要求1至4中任一项所述的作业机械的姿势运算装置，

该作业机械使用从所述作业机械的姿势运算装置输出的所述姿势角来求出所述作业机械的至少一部分的位置。

6.根据权利要求5所述的作业机械，其中，

所述作业机械具有：

工作装置；

位置检测装置，其用于检测所述作业机械的位置信息；

目标挖掘地形生成装置，其基于由所述位置检测装置检测出的位置信息求出所述工作装置的位置，并且根据表示目标形状的目标施工面的信息来生成与表示所述工作装置的挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形相关的信息，

所述作业机械还具有工作装置控制装置，该工作装置控制装置基于从所述姿势运算装置获取的与所述目标挖掘地形相关的信息来执行将所述工作装置接近挖掘对象的方向上的速度控制为限制速度以下的挖掘控制。

7.一种作业机械的姿势运算方法，其用于求出具备行驶体及安装于所述行驶体且相对于所述行驶体相对旋转的回转体的作业机械的姿势角，

所述作业机械的姿势运算方法如下：

设置于所述回转体，检测所述作业机械的角速度及加速度，

基于对所述角速度及所述加速度进行检测的检测装置相对于设置于所述回转体的所述回转体中心的位置及所述检测装置检测出的所述角速度及所述加速度，从所述检测装置检测出的所述加速度减去由离心力求出的离心加速度及角加速度的加速度成分，从而将所检测出的所述加速度修正为所述检测装置设置于所述回转体中心时的加速度，

根据修正后的所述加速度及检测出的所述角速度来求出所述作业机械的姿势角。