CN105378186A - 建筑机械的控制系统、建筑机械及建筑机械的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供建筑机械的控制系统、建筑机械及建筑机械的控制方法。控制系统对具备包含具有多个倾转机构的铲斗的工作装置的建筑机械进行控制。控制系统具备：倾转角度传感器，其配置于铲斗上，能检测相对于水平面的倾斜角度，检测表示铲斗的以倾转轴为中心的旋转角度的倾转角度数据；数据获取部，从倾转角度传感器向该数据获取部输出倾转角度数据；数据固定部，其基于固定指令使输出至数据获取部的倾转角度数据成为固定数据；工作装置控制部，其基于固定数据控制工作装置直到固定指令解除。

Description

建筑机械的控制系统、建筑机械及建筑机械的控制方法

技术领域

本发明涉及建筑机械的控制系统、建筑机械及建筑机械的控制方法。

背景技术

液压挖掘机那样的建筑机械具备包含动臂、斗杆、铲斗的工作装置。在建筑机械的控制中，已知有专利文献1及专利文献2公开那样的、基于作为挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形而使铲斗移动的限制挖掘控制。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/127914号

专利文献2：国际公开第2012/127913号

发明内容

发明要解决的课题

在建筑机械中，已知有能够倾转的倾转式铲斗。倾转式铲斗利用使铲斗相对于斗杆倾转的倾转用促动器进行倾斜。在倾转式铲斗中，使用倾转角度传感器来获取铲斗的倾转角度数据。铲斗不仅受倾转用促动器的驱动，还由于动臂及斗杆的至少一方的上升动作或下降动作而相对于水平面倾斜。因此，由于动臂及斗杆的至少一方的上升动作或下降动作，倾转角度传感器可能难以获取基于倾转用促动器的驱动的倾转角度数据。其结果是，挖掘精度下降，存在无法执行所期望的施工的可能性。

本发明的方案的目的在于提供一种即使在使用倾转式铲斗的情况下也能够抑制挖掘精度的下降的建筑机械的控制系统、建筑机械及建筑机械的控制方法。

用于解决课题的方案

本发明的第一方案提供一种建筑机械的控制系统，该建筑机械具备包括动臂、斗杆及铲斗的工作装置，所述动臂能够以动臂轴为中心而相对于车辆主体旋转，所述斗杆能够以与所述动臂轴平行的斗杆轴为中心而相对于所述动臂旋转，所述铲斗能够分别以与所述斗杆轴平行的铲斗轴及与所述铲斗轴正交的倾转轴为中心而相对于所述斗杆旋转，在所述建筑机械的控制系统中，具备：倾转角度传感器，其设于所述铲斗上，能够检测相对于水平面的倾斜角度，并且检测至少包括所述铲斗的以所述倾转轴为中心的旋转角度在内的倾转角度数据；数据获取部，从所述倾转角度传感器向该数据获取部输出所述倾转角度数据；数据固定部，其基于固定指令使输出至所述数据获取部的所述倾转角度数据成为固定数据；工作装置控制部，其基于所述固定数据控制所述工作装置直到所述固定指令解除。

以本发明的第一方案为基础，优选的是，该建筑机械的控制系统具备：第一获取部，其获取包括所述动臂的尺寸、所述斗杆的尺寸及所述铲斗的尺寸的尺寸数据；第二获取部，其获取目标挖掘地形数据，该目标挖掘地形数据表示作为挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形；第三获取部，其获取工作装置角度数据，该工作装置角度数据包括表示所述动臂的以所述动臂轴为中心的旋转角度的动臂角度数据、表示所述斗杆的以所述斗杆轴为中心的旋转角度的斗杆角度数据及表示所述铲斗的以所述铲斗轴为中心的旋转角度的铲斗角度数据；运算部，其基于所述工作装置角度数据、所述尺寸数据及所述固定数据来求出表示所述铲斗的当前位置的铲斗位置数据，所述工作装置控制部基于所述目标挖掘地形数据和所述铲斗位置数据，根据所述目标挖掘地形与所述铲斗之间的距离来决定限制速度，以使所述工作装置向所述目标挖掘地形接近的方向的速度成为所述限制速度以下的方式执行限制挖掘控制，所述固定指令以下述方式向所述数据固定部输出：使得在进行所述限制挖掘控制的期间的至少一部分期间基于所述固定数据来控制所述工作装置。

以本发明的第一方案为基础，优选的是，所述固定指令在所述限制挖掘控制的开始时向所述数据固定部输出，在所述限制挖掘控制的结束时解除。

以本发明的第一方案为基础，优选的是，该建筑机械的控制系统具有驱动禁止部，该驱动禁止部在所述限制挖掘控制中禁止所述铲斗的驱动。

以本发明的第一方案为基础，优选的是，该建筑机械的控制系统具备操作装置，该操作装置输出用于操作能够驱动铲斗的液压缸的操作信号，所述驱动禁止部将从所述操作装置输出的操作信号无效化。

以本发明的第一方案为基础，优选的是，该建筑机械的控制系统具备第四获取部，该第四获取部获取所述铲斗的外形数据，所述目标挖掘地形数据是表示作为与所述铲斗轴正交的工作装置动作平面上的挖掘对象的二维目标形状的设计地形的二维设计地形数据，所述运算部基于所述工作装置角度数据、所述尺寸数据、所述外形数据及固定数据，求出包括所述铲斗位置数据在内的、表示所述工作装置动作平面上的所述铲斗的外形的二维铲斗数据，所述工作装置控制部基于所述二维铲斗数据控制所述工作装置。

以本发明的第一方案为基础，优选的是，所述运算部基于所述二维铲斗数据、表示所述车辆主体的当前位置的车辆主体位置数据及表示所述车辆主体的姿态的车辆主体姿态数据来求出所述目标挖掘地形与所述铲斗的相对位置。

本发明的第二方案提供一种建筑机械，其具备：下部行驶体；上部回转体，其支承于所述下部行驶体；工作装置，其包含动臂、斗杆和铲斗，支承于所述上部回转体；第一方案的控制系统。

本发明的第三方案提供一种建筑机械的控制方法，该建筑机械具备包括动臂、斗杆及铲斗的工作装置，所述动臂能够以动臂轴为中心而相对于车辆主体旋转，所述斗杆能够以与所述动臂轴平行的斗杆轴为中心而相对于所述动臂旋转，所述铲斗能够分别以与所述斗杆轴平行的铲斗轴及与所述铲斗轴正交的倾转轴为中心而相对于所述斗杆旋转，在所述建筑机械的控制方法中，包括下述步骤：利用配置于所述铲斗上且能够检测相对于水平面的倾斜角度的倾转角度传感器检测表示所述铲斗的以所述倾转轴为中心的旋转角度的倾转角度数据；获取从所述倾转角度传感器输出的所述倾转角度数据；基于固定指令将所述倾转角度数据固定化而生成固定数据；基于所述固定数据控制所述工作装置直到所述固定指令解除。

发明效果

根据本发明的方案，能抑制挖掘精度的下降。

附图说明

图1是表示建筑机械的一例的立体图。

图2是表示铲斗的一例的侧剖视图。

图3是表示铲斗的一例的主视图。

图4是示意性地表示建筑机械的一例的侧视图。

图5是示意性地表示建筑机械的一例的后视图。

图6是示意性地表示建筑机械的一例的俯视图。

图7是示意性地表示铲斗的一例的侧视图。

图8是示意性地表示铲斗的一例的主视图。

图9是表示控制系统的一例的框图。

图10是表示液压缸的一例的图。

图11是表示行程传感器的一例的图。

图12是用于说明限制挖掘控制的一例的图。

图13是表示液压系统的一例的图。

图14是表示液压系统的一例的图。

图15是表示液压系统的一例的图。

图16是表示建筑机械的控制方法的一例的流程图。

图17A是表示控制系统的一例的功能框图。

图17B是表示控制系统的一例的功能框图。

图18是用于说明限制挖掘控制的一例的图。

图19是示意性地表示铲斗的一例的图。

图20是示意性地表示铲斗的一例的图。

图21是示意性地表示铲斗的一例的图。

图22是示意性地表示铲斗的一例的图。

图23是示意性地表示工作装置的一例的图。

图24是示意性地表示铲斗的一例的图。

图25是用于说明建筑机械的控制方法的一例的示意图。

图26是表示限制挖掘控制的一例的流程图。

图27是用于说明限制挖掘控制的一例的图。

图28是用于说明限制挖掘控制的一例的图。

图29是用于说明限制挖掘控制的一例的图。

图30是用于说明限制挖掘控制的一例的图。

图31是用于说明限制挖掘控制的一例的图。

图32是用于说明限制挖掘控制的一例的图。

图33是用于说明限制挖掘控制的一例的图。

图34是用于说明限制挖掘控制的一例的图。

图35是用于说明建筑机械的控制方法的一例的示意图。

图36是表示倾转角度传感器的一例的示意图。

图37是表示液压系统的一例的图。

图38是表示显示部的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式，但本发明并不限定于此。以下说明的各实施方式的构成要素可以适当组合。而且，也存在不使用一部分构成要素的情况。

在以下的说明中，分别设定全局坐标系及局部坐标系，参照这些坐标系，说明各部分的位置关系。全局坐标系是以固定于地球的原点Pr(参照图4)为基准的坐标系。局部坐标系是以固定于建筑机械CM的车辆主体1上的原点P0(参照图4)为基准的坐标系。局部坐标系也可以称为车辆主体坐标系。

在以下的说明中，全局坐标系由XgYgZg正交坐标系表示。如后述那样，全局坐标系的基准位置(原点)Pg位于作业区域。将水平面内的一方向设为Xg轴方向，将在水平面内与Xg轴方向正交的方向设为Yg轴方向，将与Xg轴方向及Yg轴方向分别正交的方向设为Zg轴方向。而且，将绕Xg轴、Yg轴及Zg轴的旋转(倾斜)方向分别设为θXg、θYg及θZg方向。Xg轴与YgZg平面正交。Yg轴与XgZg平面正交。Zg轴与XgYg平面正交。XgYg平面与水平面平行。Zg轴方向为铅垂方向。

在以下的说明中，局部坐标系由XYZ正交坐标系表示。如后述那样，局部坐标系的基准位置(原点)P0位于回转体3的回转中心AX。将某一平面内的一方向设为X轴方向，将在该平面内与X轴方向正交的方向设为Y轴方向，将与X轴方向及Y轴方向分别正交的方向设为Z轴方向。而且，将绕X轴、Y轴及Z轴的旋转(倾斜)方向分别设为θX、θY及θZ方向。X轴与YZ平面正交。Y轴与XZ平面正交。Z轴与XY平面正交。

[液压挖掘机的整体结构]

图1是表示本实施方式的建筑机械CM的一例的立体图。在本实施方式中，说明建筑机械CM是具备通过液压而工作的工作装置2的液压挖掘机CM的例子。

如图1所示，液压挖掘机CM具备车辆主体1和工作装置2。如后述那样，在液压挖掘机CM上搭载有执行挖掘控制的控制系统200。

车辆主体1具有回转体3、驾驶室4和行驶装置5。回转体3配置在行驶装置5之上。行驶装置5对回转体3进行支承。也可以将回转体3称为上部回转体3。也可以将行驶装置5称为下部行驶体5。回转体3能够以回转轴AX为中心回转。在驾驶室4设有供操作员就座的驾驶席4S。操作员在驾驶室4中对液压挖掘机CM进行操作。行驶装置5具有一对履带5Cr。通过履带5Cr的旋转，从而液压挖掘机CM行驶。需要说明的是，行驶装置5也可以包含车轮(轮胎)。

在本实施方式中，以驾驶席4S为基准来说明各部分的位置关系。前后方向是指以驾驶席4S为基准的前后方向。左右方向是指以驾驶席4S为基准的左右方向。左右方向与车宽方向一致。驾驶席4S正对于正面的方向为前方，与前方相对的方向为后方。驾驶席4S正对于正面时的侧方向的右侧、左侧分别为右方、左方。在本实施方式中，前后方向为X轴方向，左右方向为Y轴方向。驾驶席4S正对于正面的方向为前方(+X方向)，前方的相反方向为后方(-X方向)。驾驶席4S正对于正面时的车宽方向的一侧的方向为右方(+Y方向)，车宽方向的另一侧的方向为左方(-Y方向)。

回转体3具有收容发动机的发动机室9和在回转体3的后部设置的平衡重。在回转体3中，在发动机室9的前方设有扶手19。在发动机室9配置有发动机及液压泵等。

工作装置2与回转体3连接。工作装置2具有：经由动臂销13而与回转体3连接的动臂6；经由斗杆销14而与动臂6连接的斗杆7；经由铲斗销15及倾转销80而与斗杆7连接的铲斗8；驱动动臂6的动臂油缸10；驱动斗杆7的斗杆油缸11；驱动铲斗8的铲斗油缸12及倾转油缸30。动臂6的基端部(动臂底部)与回转体3连接。动臂6的前端部(动臂顶部)与斗杆7的基端部(斗杆底部)连接。斗杆7的前端部(斗杆顶部)与铲斗8的基端部连接。动臂油缸10、斗杆油缸11、铲斗油缸12及倾转油缸30分别是由工作油来驱动的液压缸。

工作装置2具有：配置于动臂油缸10、用于检测动臂油缸10的行程长度(动臂油缸长度)的第一行程传感器16；配置于斗杆油缸11、用于检测斗杆油缸11的行程长度(斗杆油缸长度)的第二行程传感器17；配置于铲斗油缸12、用于检测铲斗油缸12的行程长度(铲斗油缸长度)的第三行程传感器18。

动臂6能够以作为旋转轴的动臂轴J1为中心相对于回转体3旋转。斗杆7能够以与动臂轴J1平行的作为旋转轴的斗杆轴J2为中心相对于动臂6旋转。铲斗8能够以与动臂轴J1及斗杆轴J2平行的作为旋转轴的铲斗轴J3为中心相对于斗杆7旋转。铲斗8能够以与铲斗轴J3正交的作为旋转轴的倾转轴J4为中心相对于斗杆7旋转。动臂销13包含动臂轴J1。斗杆销14包含斗杆轴J2。铲斗销15包含铲斗轴J3。倾转销80包含倾转轴J4。

在本实施方式中，动臂轴J1、斗杆轴J2及铲斗轴J3分别与Y轴平行。动臂6、斗杆7及铲斗8分别能够沿θY方向旋转。在本实施方式中，XZ平面包含所谓的动臂6及斗杆7的垂直转动面。

在以下的说明中，将动臂油缸10的行程长度适当称为动臂油缸长度或动臂行程，将斗杆油缸11的行程长度适当称为斗杆油缸长度或斗杆行程，将铲斗油缸12的行程长度适当称为铲斗油缸长度或铲斗行程，将倾转油缸30的行程长度适当称为倾转油缸长度。而且，在以下的说明中，将动臂油缸长度、斗杆油缸长度、铲斗油缸长度及倾转油缸长度适当总称为缸长度数据L。

[铲斗]

接着，说明本实施方式的铲斗8。图2是表示本实施方式的铲斗8的一例的侧剖视图。图3是表示本实施方式的铲斗8的一例的主视图。在本实施方式中，铲斗8是倾转式铲斗。

如图2及图3所示，工作装置2具有能够分别以铲斗轴J3及与铲斗轴J3正交的倾转轴J4为中心而相对于斗杆7旋转的铲斗8。铲斗8能够以铲斗销15(铲斗轴J3)为中心旋转地支承于斗杆7。铲斗8能够以倾转销80(倾转轴J4)为中心旋转地支承于斗杆7。铲斗轴J3与倾转轴J4正交。铲斗8能够分别以铲斗轴J3及与该铲斗轴J3正交的倾转轴J4为中心旋转地支承于斗杆7。

铲斗8经由连接构件(台框)90而与斗杆7的前端部连接。铲斗销15将斗杆7与连接构件90连结。倾转销80将连接构件90与铲斗8连结。铲斗8经由连接构件90能够旋转地与斗杆7连接。

铲斗8包括底板81、背板82、上板83、侧板84和侧板85。通过底板81、上板83、侧板84和侧板85来规定铲斗8的开口部86。

铲斗8具有设于上板83的上部的托架87。托架87设置在上板83的前后位置。托架87与连接构件90及倾转销80连结。

连接构件90具有：板构件91；设于板构件91的上表面的托架92；设于板构件91的下表面的托架93。托架92与斗杆7及后述的第二连杆销95连结。托架93设置在托架87的上部，并与倾转销80及托架87连结。

铲斗销15将连接构件90的托架92与斗杆7的前端部连结。倾转销80将连接构件90的托架93与铲斗8的托架87连结。由此，连接构件90及铲斗8相对于斗杆7能够以铲斗轴J3为中心旋转，铲斗8相对于连接构件90能够以倾转轴J4为中心旋转。

工作装置2具有：经由第一连杆销94P能够旋转地与斗杆7连接的第一连杆构件94；经由第二连杆销95P能够旋转地与托架92连接的第二连杆构件95。第一连杆构件94的基端部经由第一连杆销94P而与斗杆7连接。第二连杆构件95的基端部经由第二连杆销95P而与托架92连接。第一连杆构件94的前端部与第二连杆构件95的前端部经由铲斗油缸顶部销96而连结。

铲斗油缸12的前端部经由铲斗油缸顶部销96能够旋转地与第一连杆构件94的前端部及第二连杆构件95的前端部连接。当铲斗油缸12以伸缩的方式工作时，连接构件90与铲斗8一起以铲斗轴J3为中心旋转。

倾转油缸30与设于连接构件90的托架97及设于铲斗8的托架88分别连接。倾转油缸30的杆经由销而与托架97连接。倾转油缸30的主体部经由销而与托架88连接。当铲斗油缸30以伸缩的方式工作时，铲斗8以倾转轴J4为中心旋转。

这样，铲斗8借助铲斗油缸12的工作而以铲斗轴J3为中心旋转。铲斗8借助倾转油缸30的工作而以倾转轴J4为中心旋转。在本实施方式中，通过以铲斗轴J3为中心的铲斗8的旋转，从而倾转销80(倾转轴J4)与铲斗8一起旋转(倾斜)。

在本实施方式中，工作装置2具有倾转角度传感器70，该倾转角度传感器70检测表示以倾转轴J4为中心的铲斗8的旋转角度δ的倾转角度数据。倾转角度传感器70检测全局坐标系中的铲斗8相对于水平面的倾转角度(旋转角度)。倾转角度传感器70是所谓两轴的角度传感器，检测与后述的θXg方向及θYg方向这两个方向相关的倾斜角度。倾转角度传感器70设于铲斗8的至少一部分。全局坐标系中的倾转角度基于倾斜传感器24的检测结果而被转换成局部坐标系中的倾转角度δ。

需要说明的是，铲斗8并不限定于本实施方式。可以是任意地设定铲斗8的倾斜角度(倾转角度)的方法。倾斜角度的轴可以再增加1轴。

[液压挖掘机的结构]

图4是示意性地表示本实施方式的液压挖掘机CM的侧视图。图5是示意性地表示本实施方式的液压挖掘机CM的后视图。图6是示意性地表示本实施方式的液压挖掘机CM的俯视图。

在本实施方式中，将动臂轴J1与斗杆轴J2之间的距离L1作为动臂长度L1。将斗杆轴J2与铲斗轴J3之间的距离L2作为斗杆长度L2。将铲斗轴J3与铲斗8的前端部8a之间的距离L3作为铲斗长度L3。

铲斗8的前端部包含铲斗8所具有的铲的前端部。在本实施方式中，铲斗8的铲的前端部为直线状。需要说明的是，铲斗8可以具有多个尖锐的铲。在以下的说明中，将铲斗8的前端部8a适当称为铲尖8a。

液压挖掘机CM具有检测工作装置2的角度的角度检测装置22。角度检测装置22检测工作装置角度数据，该工作装置角度数据包含表示以动臂轴J1为中心的动臂6的旋转角度α的动臂角度数据、表示以斗杆轴J2为中心的斗杆7的旋转角度β的斗杆角度数据及表示以铲斗轴J3为中心的铲斗8的旋转角度γ的铲斗角度数据。在本实施方式中，动臂角度(旋转角度)α包含动臂6相对于与局部坐标系的Z轴平行的轴的倾斜角度。斗杆角度(旋转角度)β包含斗杆7相对于动臂6的倾斜角度。铲斗角度(旋转角度)γ包含铲斗8相对于斗杆7的倾斜角度。

在本实施方式中，角度检测装置22包括配置于动臂油缸10的第一行程传感器16、配置于斗杆油缸11的第二行程传感器17和配置于铲斗油缸12的第三行程传感器18。基于第一行程传感器16的检测结果，求出动臂油缸长度。基于第二行程传感器17的检测结果，求出斗杆油缸长度。基于第三行程传感器18的检测结果，求出铲斗油缸长度。在本实施方式中，利用第一行程传感器16检测动臂油缸长度，由此导出或算出动臂角度α。利用第二行程传感器17检测斗杆油缸长度，由此导出或算出斗杆角度β。利用第三行程传感器18检测铲斗油缸长度，由此导出或算出铲斗角度γ。

液压挖掘机CM具备位置检测装置20，该位置检测装置20能够检测表示车辆主体1的当前位置的车辆主体位置数据P及表示车辆主体1的姿态的车辆主体姿态数据Q。车辆主体1的当前位置包含全局坐标系中的车辆主体1的当前位置(Xg位置、Yg位置及Zg位置)。车辆主体1的姿态包含θXg方向、θYg方向及θZg方向上的回转体3的位置。车辆主体1的姿态包含回转体3相对于水平面(XgYg平面)的左右方向的倾斜角度(侧倾角)θ1、回转体3相对于水平面的前后方向的倾斜角度(俯仰角)θ2、全局坐标的基准方位(例如北)与回转体3(工作装置2)朝向的方位所成的角度(横摆角)θ3。

位置检测装置20具有天线21、位置传感器23和倾斜传感器24。天线21是用于检测车辆主体1的当前位置的天线。天线21是GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystems：全球导航卫星系统)用的天线。天线21是RTK-GNSS(RealTimeKinematic-GlobalNavigationSatelliteSystems)用天线。天线21设于回转体3。在本实施方式中，天线21设于回转体3的扶手19。需要说明的是，天线21也可以设于发动机室9的后方。例如，可以在回转体3的平衡重上设置天线21。天线21将与接收到的电波(GNSS电波)对应的信号向位置传感器23输出。

位置传感器23包含三维位置传感器及全局坐标运算部，检测全局坐标系中的天线21的设置位置Pr。全局坐标系是以设于作业区域的基准位置Pg为基础的三维坐标系。如图4所示，在本实施方式中，基准位置Pg是设定于作业区域的基准桩的前端的位置。

在本实施方式中，天线21包含以在局部坐标系的Y轴方向(回转体3的车宽方向)上分离的方式设于回转体3的第一天线21A及第二天线21B。位置传感器23检测第一天线21A的设置位置Pra及第二天线21B的设置位置Prb。

位置检测装置20使用位置传感器23，来获取全局坐标中的车辆主体位置数据P及车辆主体姿态数据Q。车辆主体位置数据P是表示位于回转体3的回转轴(回转中心)AX的基准位置P0的数据。需要说明的是，基准位置数据P也可以是表示设置位置Pr的数据。位置检测装置20获取包含基准位置P0的车辆主体位置数据P。而且，位置检测装置20基于两个设置位置Pra及设置位置Prb，来获取车辆主体姿态数据Q。车辆主体姿态数据Q基于由设置位置Pra和设置位置Prb决定的直线相对于全局坐标的基准方位(例如北)所成的角来决定。车辆主体姿态数据Q表示回转体3(工作装置2)朝向的方位。

倾斜传感器24设于回转体3。倾斜传感器24包含IMU(InertialMeasurementUnit)。倾斜传感器24配置在驾驶室4的下部。在回转体3中，在驾驶室4的下部配置有高刚性的框架。需要说明的是，倾斜传感器24可以配置在回转体3的回转轴AX(基准位置P2)的侧方(右侧或左侧)。倾斜传感器24配置于该框架。位置检测装置20使用倾斜传感器24，来获取包含侧倾角θ1及俯仰角θ2的车辆主体姿态数据Q。

图7是示意性地表示本实施方式的铲斗8的侧视图。图8是示意性地表示本实施方式的铲斗8的主视图。

在本实施方式中，将铲斗轴J3与倾转轴J4之间的距离L4作为倾转长度L4。将侧板84与侧板85之间的距离L5作为铲斗8的宽度的尺寸L5。倾转角度δ是铲斗8相对于XY平面的倾斜角度。表示倾转角度δ的倾转角度数据从倾转角度传感器70的检测结果导出。倾转轴角度ε是倾转轴J4(倾转销80)相对于XY平面的倾斜角度。表示倾转轴角度ε的倾转角度数据从角度检测装置22的检测结果导出。

需要说明的是，在本实施方式中，倾转角度数据从角度检测装置22的检测结果获取，但铲斗8的倾转角度例如可以从检测倾转油缸30的行程长度(倾转油缸长度)的检测结果来算出、获取。

[控制系统的结构]

接着，说明本实施方式的控制系统200的概要。图9是表示本实施方式的控制系统200的功能结构的框图。

控制系统200对使用工作装置2的挖掘处理进行控制。挖掘处理的控制包含限制挖掘控制。如图9所示，控制系统200具备位置检测装置20、角度检测装置22、倾转角度传感器70、操作装置25、工作装置控制器26、压力传感器66、控制阀27、方向控制阀64、显示控制器28、显示部29、输入部36、传感器控制器32、泵控制器34和IMU24。

显示部29基于显示控制器28的控制而显示需要进行挖掘的目标挖掘地形等的规定的信息。输入部36为通过显示部进行输入的触摸面板等，由操作员进行输入操作。通过由操作员操作，从而输入部36生成基于该操作的操作信号，并向显示控制器28输出。

操作装置25配置于驾驶室4。通过操作员对操作装置25进行操作。操作装置25接受对工作装置2进行驱动的操作员操作。在本实施方式中，操作装置25是先导液压方式的操作装置。

在以下的说明中，将为了使液压缸(动臂油缸10、斗杆油缸11、铲斗油缸12及倾转油缸30)工作而向该液压缸供给的油适当称为工作油。在本实施方式中，通过方向控制阀64来调整对液压缸供给的工作油的供给量。方向控制阀64借助供给的油而工作。在以下的说明中，将为了使方向控制阀64工作而向该方向控制阀64供给的油适当称为先导油。而且，将先导油的压力适当称为先导液压。

工作油及先导油可以从同一液压泵送出。例如，可以是从液压泵送出的工作油的一部分由减压阀减压，并使用该减压后的工作油作为先导油。而且，送出工作油的液压泵(主液压泵)与送出先导油的液压泵(先导液压泵)可以是不同的液压泵。

操作装置25具有第一操作杆25R、第二操作杆25L和第三操作杆25P。第一操作杆25R例如配置在驾驶席4S的右侧。第二操作杆25L例如配置在驾驶席4S的左侧。第三操作杆25P例如配置于第二操作杆25L上。需要说明的是，第三操作杆25P也可以配置于第一操作杆25R。就第一操作杆25R及第二操作杆25L而言，前后左右的动作对应于两轴的动作。

通过第一操作杆25R来操作动臂6及铲斗8。第一操作杆25R的前后方向的操作对应于动臂6的操作，根据前后方向的操作来执行动臂6的下降动作及上升动作。第一操作杆25R的左右方向的操作对应于铲斗8的操作，根据左右方向的操作来执行铲斗8的挖掘动作及释放动作。

通过第二操作杆25L来操作斗杆7及回转体3。第二操作杆25L的前后方向的操作对应于斗杆7的操作，根据前后方向的操作来执行斗杆7的上升动作及下降动作。第二操作杆25L的左右方向的操作对应于回转体3的回转，根据左右方向的操作来执行回转体3的右回转动作及左回转动作。

通过第三操作杆25P来操作铲斗8。在本实施方式中，通过第一操作杆25R来操作铲斗8的以铲斗轴J3为中心的旋转。通过第三操作杆25P来操作铲斗8的以倾转轴J4为中心的旋转(倾转)。

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的下降动作相当于挖掘动作。斗杆7的上升动作相当于倾卸动作。铲斗8的下降动作相当于挖掘动作。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。

从先导液压泵送出且由控制阀减压成先导液压的先导油向操作装置25供给。基于操作装置25的操作量来调整先导液压，根据该先导液压来驱动向液压缸(动臂油缸10、斗杆油缸11、铲斗油缸12及倾转油缸40)供给的工作油所流过的方向控制阀64。在先导液压管路450中配置有压力传感器66。压力传感器66检测先导液压。压力传感器66的检测结果向工作装置控制器26输出。

第一操作杆25R为了动臂6的驱动而被沿前后方向操作。根据前后方向上的第一操作杆25R的操作量(动臂操作量)，来驱动向用于驱动动臂6的动臂油缸10供给的工作油所流过的方向控制阀64。

第一操作杆25R为了铲斗8的驱动而被沿左右方向操作。根据左右方向上的第一操作杆25R的操作量(铲斗操作量)，来驱动向用于驱动铲斗8的铲斗油缸12供给的工作油所流过的方向控制阀64。

第二操作杆25L为了斗杆7的驱动而被沿前后方向操作。根据前后方向上的第二操作杆25L的操作量(斗杆操作量)，来驱动向用于驱动斗杆7的斗杆油缸11供给的工作油所流过的方向控制阀64。

第二操作杆25L为了回转体3的驱动而被沿左右方向操作。根据左右方向上的第二操作杆25L的操作量，来驱动向用于驱动回转体3的液压促动器供给的工作油所流过的方向控制阀64。

第三操作杆25P为了铲斗8的驱动(以倾转轴J4为中心的旋转)而被操作。根据第三操作杆25P的操作量，来驱动向用于使铲斗8倾转的倾转油缸30供给的工作油所流过的方向控制阀64。

需要说明的是，也可以是第一操作杆25R的左右方向的操作对应于动臂6的操作，前后方向的操作对应于铲斗8的操作。需要说明的是，也可以是第二操作杆25L的左右方向对应于斗杆7的操作，前后方向的操作对应于回转体3的操作。

控制阀27为了调整对液压缸(动臂油缸10、斗杆油缸11、铲斗油缸12及倾转油缸30)供给的工作油的供给量而工作。控制阀27基于来自工作装置控制器26的控制信号而工作。

角度检测装置22检测工作装置角度数据，该工作装置角度数据包含表示以动臂轴J1为中心的动臂6的旋转角度α的动臂角度数据、表示以斗杆轴J2为中心的斗杆7的旋转角度β的斗杆角度数据及表示以铲斗轴J3为中心的铲斗8的旋转角度γ的铲斗角度数据。

在本实施方式中，角度检测装置22包含第一行程传感器16、第二行程传感器17及第三行程传感器18。第一行程传感器16的检测结果、第二行程传感器17的检测结果及第三行程传感器18的检测结果向传感器控制器32输出。传感器控制器32基于第一行程传感器16的检测结果来算出动臂油缸长度。第一行程传感器16将与旋转动作相伴的相位位移的脉冲向传感器控制器32输出。传感器控制器32基于从第一行程传感器16输出的相位位移的脉冲，算出动臂油缸长度。同样，传感器控制器32基于第二行程传感器17的检测结果，算出斗杆油缸长度。传感器控制器32基于第三行程传感器18的检测结果，算出铲斗油缸长度。

传感器控制器32根据基于第一行程传感器16的检测结果而获取的动臂油缸长度，算出动臂6相对于车辆主体1的垂直方向的旋转角度α。传感器控制器32根据基于第二行程传感器17的检测结果而获取的斗杆油缸长度，算出斗杆7相对于动臂6的旋转角度β。传感器控制器32根据基于第三行程传感器18的检测结果而获取的铲斗油缸长度，算出铲斗8的铲尖8a相对于斗杆7的旋转角度γ。

需要说明的是，动臂6的旋转角度α、斗杆7的旋转角度β及铲斗8的旋转角度γ可以不通过行程传感器来检测。可以通过旋转编码器那样的角度检测器来检测动臂6的旋转角度α。角度检测器检测动臂6相对于回转体3的弯曲角度，从而来检测旋转角度α。同样，斗杆7的旋转角度β也可以由安装于斗杆7的角度检测器来检测。铲斗8的旋转角度γ也可以由安装于铲斗8的角度检测器来检测。

传感器控制器32从第一、第二、第三行程传感器16、17、18获取缸长度数据L及工作装置角度数据。传感器控制器32将工作装置旋转角度数据α～γ向显示控制器28及工作装置控制器26分别输出。

显示控制器28从位置检测装置20获取车辆主体位置数据P及车辆主体姿态数据Q。而且，显示控制器28从倾转角度传感器70获取表示倾转角度δ的倾转角度数据。

显示控制器28从位置检测装置20获取车辆主体位置数据P及车辆主体姿态数据Q。而且，显示控制器28从倾转角度传感器70获取表示倾转角度δ的倾转角度数据。

显示控制器28具有进行运算处理的运算部280A、存储数据的存储部280B和获取数据的获取部280C。

显示控制器28基于存储的目标施工信息、各工作装置的尺寸、车辆主体位置数据P、车辆主体姿态数据Q及各工作装置的旋转角度数据α～γ，来算出目标挖掘地形数据U，并向工作装置控制器26输出。

工作装置控制器26具有工作装置控制部26A、驱动禁止部26B和存储部26C。工作装置控制器26从显示控制器28接受目标挖掘地形数据U，从传感器控制器32获取各工作装置的旋转角度数据α～γ。工作装置控制器26基于目标挖掘地形数据U及工作装置的旋转角度数据α～γ，生成向控制阀27的控制指令。而且，工作装置控制器26对泵控制器34进行使用倾转铲斗时的操作指令。

泵控制器34对向工作装置2供给工作油的液压泵41发出驱动指令。而且，泵控制器34为了操作铲斗8的倾转角度而向后述的控制阀27D、27E进行指令。

[行程传感器]

接着，参照图10及图11，说明行程传感器16。在以下的说明中，对安装于动臂油缸10的行程传感器16进行说明。安装于斗杆油缸11的行程传感器17等也同样。

在动臂油缸10安装有行程传感器16。行程传感器16计测活塞的行程。如图10所示，动臂油缸10具有缸筒10X和在缸筒10X内能够相对于缸筒10X相对移动的活塞杆10Y。活塞10V滑动自如地设于缸筒10X。在活塞10V上安装有活塞杆10Y。活塞杆10Y滑动自如地设于缸盖10W。由缸盖10W、活塞10V和缸内壁划分成的室是杆侧油室40B。隔着活塞10V而与杆侧油室40B为相反侧的油室是盖侧油室40A。需要说明的是，在缸盖10W设有密封构件，该密封构件将缸盖10W与活塞杆10Y之间的间隙密封，以避免尘埃等进入杆侧油室40B。

活塞杆10Y通过杆侧油室40B被供给工作油并从盖侧油室40A排出工作油而收缩。而且，活塞杆10Y通过从杆侧油室40B排出工作油并且盖侧油室40A被供给工作油而伸长。即，活塞杆10Y沿图中左右方向直线移动。

在杆侧油室40B的外部且与缸盖10W密接的部位设有将行程传感器16覆盖并将行程传感器16收容于内部的壳体164。壳体164通过螺栓等而向缸盖10W进行紧固等，从而固定于缸盖10W。

行程传感器16具有旋转辊161、旋转中心轴162和旋转传感器部163。旋转辊161设为其表面与活塞杆10Y的表面接触，且对应于活塞杆10Y的直线移动而旋转自如。即，通过旋转辊161将活塞杆10Y的直线运动转换成旋转运动。旋转中心轴162配置为与活塞杆10Y的直线移动方向正交。

旋转传感器部163构成为能够将旋转辊161的旋转量(旋转角度)作为电信号检测。表示由旋转传感器部163检测到的旋转辊161的旋转量(旋转角度)的信号经由电信号线向传感器控制器32传送，且由该工作装置控制器26转换成动臂油缸10的活塞杆10Y的位置(行程位置)。

如图11所示，旋转传感器部163具有磁铁163a和霍尔元件IC163b。作为检测介质的磁铁163a以与旋转辊161一体旋转的方式安装于旋转辊161。磁铁163a根据以旋转中心轴162为中心的旋转辊161的旋转而旋转。磁铁163a构成为根据旋转辊161的旋转角度而交替地更换N极、S极。磁铁163a以旋转辊161的旋转一圈为一周期，使由霍尔元件IC163b检测的磁力(磁通密度)周期性地变动。

霍尔元件IC163b是检测将由磁铁163a生成的磁力(磁通密度)作为电信号检测的磁力传感器。霍尔元件IC163b设置在沿着旋转中心轴162的轴向与磁铁163a分离了规定距离的位置。

由霍尔元件IC163b检测到的电信号向工作装置控制器26传送，通过该工作装置控制器26，将霍尔元件IC163b的电信号转换成旋转辊161的旋转量、即动臂油缸10的活塞杆10Y的位移量(行程长度)。

在此，参照图11，说明旋转辊161的旋转角度与由霍尔元件IC163b检测的电信号(电压)的关系。当旋转辊161旋转且对应于该旋转而磁铁163a旋转时，与旋转角度相应地，透过霍尔元件IC163b的磁力(磁通密度)周期性地变化，从而作为传感器输出的电信号(电压)周期性地变化。根据从该霍尔元件IC163b输出的电压的大小，能够计测旋转辊161的旋转角度。

另外，对从霍尔元件IC163b输出的电信号(电压)的1周期反复的数目进行计数，由此能够计测旋转辊161的转速。并且，基于旋转辊161的旋转角度和旋转辊161的转速，来检测动臂油缸10的活塞杆10Y的位移量(行程长度)。

另外，行程传感器16基于旋转辊161的旋转角度和旋转辊161的转速，能够检测活塞杆10Y的移动速度(缸速度)。

[液压系统]

接着，说明本实施方式的液压系统300的一例。控制系统200包含液压系统300和工作装置控制器26。动臂油缸10、斗杆油缸11、铲斗油缸12及倾转油缸30分别是液压缸。这些液压缸借助液压系统300而工作。

图13是示意性地表示包含斗杆油缸11的液压系统300的一例的图。需要说明的是，铲斗油缸12也同样。液压系统300具备：经由方向控制阀64向斗杆油缸11供给工作油的可变容量型的主液压泵41；供给先导油的先导液压泵42；调整对方向控制阀64的先导油的先导液压的操作装置25；先导油所流动的油路43(43A、43B)；配置于油路43中的控制阀27(27A、27B)；配置于油路43中的压力传感器66(66A、66B)；对控制阀27进行控制的工作装置控制器26。油路43与图9的先导液压管路450相同。

方向控制阀64控制工作油所流动的方向。从主液压泵41供给来的工作油经由方向控制阀64向斗杆油缸11供给。方向控制阀64是使杆状的滑柱动作来切换工作油流动的方向的滑柱方式。通过滑柱沿轴向移动，来切换对斗杆油缸11的盖侧油室40A(油路47)的工作油的供给与对杆侧油室40B(油路48)的工作油的供给。而且，通过滑柱沿轴向移动，来调整对斗杆油缸11供给的工作油的供给量(每单位时间的供给量)。通过调整对斗杆油缸11供给的工作油的供给量，来调整缸速度。

方向控制阀64的驱动由操作装置25来调整。在本实施方式中，操作装置25是先导液压方式的操作装置。从先导液压泵42送出的先导油向操作装置25供给。需要说明的是，也可以将从主液压泵41送出且由减压阀减压后的先导油向操作装置25供给。操作装置25包含先导液压调整阀。基于操作装置25的操作量，来调整先导液压。通过该先导液压，来驱动方向控制阀64。利用操作装置25调整先导液压，由此来调整轴向上的滑柱的移动量及移动速度。

先导油流动的油路43相对于一个方向控制阀64设置两个。在两个油路43A及油路43B中，向方向控制阀64的滑柱的一方的空间(第一受压室)供给的先导油流向一方的油路43A。向方向控制阀64的滑柱的另一方的空间(第二受压室)供给的先导油流向另一方的油路43B。

在油路43中配置有压力传感器66。压力传感器66检测先导液压。压力传感器66包括检测油路43A的先导液压的压力传感器66A和检测油路43B的先导液压的压力传感器66B。压力传感器66的检测结果向工作装置控制器26输出。

控制阀27是电磁比例控制阀，基于来自工作装置控制器26的控制信号，能够调整先导液压。控制阀27包括能够调整油路43A的先导液压的控制阀27A和能够调整油路43B的先导液压的控制阀27B。

在通过操作装置25的操作来调整先导液压时，控制阀27设为全开。当使操作装置25的操作杆从中立位置向一侧移动时，与该操作杆的操作量对应的先导液压作用于方向控制阀64的滑柱的第一受压室。当使操作装置25的操作杆从中立位置向另一侧移动时，与该操作杆的操作量对应的先导液压作用于方向控制阀64的滑柱的第二受压室。

方向控制阀64的滑柱移动与由操作装置25调整后的先导液压对应的距离。例如，通过先导液压作用于第一受压室，从而来自主液压泵41的工作油向斗杆油缸11的盖侧油室40A供给，斗杆油缸11伸长。通过先导液压作用于第二受压室，从而来自主液压泵41的工作油向斗杆油缸11的杆侧油室40B供给，斗杆油缸11收缩。基于方向控制阀64的滑柱的移动量，来调整从主液压泵41经由方向控制阀64向斗杆油缸11供给的每单位时间的工作油的供给量。通过调整每单位时间的工作油的供给量来调整缸速度。

工作装置控制器26通过对控制阀27进行控制，能够调整先导液压。例如，在限制挖掘控制(介入控制)中，工作装置控制器26驱动控制阀27。例如，利用工作装置控制器26来驱动控制阀27A，由此方向控制阀64的滑柱移动与由控制阀27A调整后的先导液压对应的距离。由此，向斗杆油缸11的盖侧油室40A供给来自主液压泵41的工作油，斗杆油缸11伸长。利用工作装置控制器26来驱动控制阀27B，由此方向控制阀64的滑柱移动与由控制阀27B调整后的先导液压对应的距离。由此，向斗杆油缸11的杆侧油室40B供给来自主液压泵41的工作油，斗杆油缸11收缩。基于方向控制阀64的滑柱的移动量，来调整从主液压泵41经由方向控制阀64向斗杆油缸11供给的每单位时间的工作油的供给量。通过调整每单位时间的工作油的供给量来调整缸速度。

图14是示意性地表示包含动臂油缸10的液压系统300的一例的图。通过操作装置25的操作，动臂6执行下降动作及上升动作这两种动作。如参照图13说明那样，通过对操作装置25进行操作，从而与操作装置25的操作量对应的先导液压作用于方向控制阀64。方向控制阀64的滑柱根据先导液压而移动。基于滑柱的移动量，来调整从主液压泵41经由方向控制阀64向动臂油缸10供给的每单位时间的工作油的供给量。

另外，工作装置控制器26通过对控制阀27A进行驱动，能够调整作用于第二受压室的先导液压。工作装置控制器26通过对控制阀27B进行驱动，能够调整作用于第一受压室的先导液压。在图14所示的例子中，经由控制阀27A向方向控制阀64供给先导油，由此执行动臂6的下降动作。经由控制阀27B向方向控制阀64供给先导油，由此执行动臂6的上升动作。

在本实施方式中，为了进行介入控制，在油路43C中设有基于从工作装置控制器26输出的与介入控制相关的控制信号进行工作的控制阀27C。从先导液压泵42送出的先导油向油路43C流动。油路43C经由梭形滑阀51而与油路43B连接。梭形滑阀51相对于被连接的各油路选择来自供给压力大的油路的输入并输出。

在油路43C中设有控制阀27C和检测油路43C的先导液压的压力传感器66C。控制阀27C被基于为了执行介入控制而从工作装置控制器26输出的控制信号控制。

在不执行介入控制时，工作装置控制器26不对控制阀27C输出控制信号，以基于通过操作装置25的操作而被调整了的先导液压来驱动方向控制阀64。例如，工作装置控制器26将控制阀27B设为全开并通过控制阀27C将油路43C关闭，以基于通过操作装置25的操作而被调整了的先导液压来驱动方向控制阀64。

在执行介入控制时，工作装置控制器26以使基于由控制阀27C调整后的先导油的压力来驱动方向控制阀64的方式对各控制阀27进行控制。例如，在执行对动臂6的移动进行限制的介入控制时，工作装置控制器26以使由控制阀27C调整后的先导液压高于由操作装置25调整的先导液压的方式对控制阀27C进行控制。由油路43C供给的先导压力大于由油路43B供给的先导压力。由此，来自控制阀27C的先导油经由梭形滑阀51向方向控制阀64供给。

经由油路43B及油路43C中的至少一方向方向控制阀64供给先导油，由此将工作油经由油路47向盖侧油室40A供给。由此，动臂6进行上升动作。

为了避免铲斗8侵入目标挖掘地形而通过操作装置25使动臂6高速地进行上升动作时，不执行介入控制。以使动臂6高速地进行上升动作的方式对操作装置25进行操作，基于其操作量来调整先导液压，由此，通过操作装置25的操作而调整的先导液压高于通过控制阀27C而调整的先导液压。由此，通过操作装置25的操作而调整后的先导液压的先导油经由梭形滑阀51向方向控制阀64供给。

图15是示意性地表示包含倾转油缸30的液压系统300的一例的图。液压系统300具备：调整对倾转油缸30供给的工作油的供给量的方向控制阀64；调整向方向控制阀64供给的先导油的压力的控制阀27D及控制阀27D；操作踏板25F；泵控制器34。泵控制器34对主液压泵41的斜盘输出指令信号，并控制对液压缸的工作油的供给量。控制阀27被基于根据操作装置25(第三操作杆25P)的操作信号而由泵控制器34生成的控制信号控制。

在本实施方式中，通过第三操作杆25P的操作而生成的操作信号向泵控制器34输出。需要说明的是，通过第三操作杆25P的操作而生成的操作信号也可以向工作装置控制器26输出。控制阀27可以由泵控制器34控制，也可以由工作装置控制器26控制。

在本实施方式中，操作装置25包含用于调整对方向控制阀64的先导压力的操作踏板25F。操作踏板25F配置于驾驶室4，由操作员操作。操作踏板25F与先导液压泵42连接。而且，操作踏板25F经由梭形滑阀51A而与从控制阀27D送出的先导油所流动的油路连接。而且，操作踏板25F经由梭形滑阀51B而与从控制阀27E送出的先导油所流动的油路连接。

通过对操作踏板25F进行操作，来调整操作踏板25F与梭形滑阀51A之间的油路的压力及操作踏板25F与梭形滑阀51B之间的油路的压力。

通过对第三操作杆25P进行操作，从而基于该第三操作杆25P的操作的操作信号(指令信号)向泵控制器34(或工作装置控制器26)输出。泵控制器34基于从第三操作杆25P输出的操作信号，向控制阀27D及控制阀27E中的至少一方输出控制信号。获取了控制信号的控制阀27D被驱动，而对油路进行开闭。获取了控制信号的控制阀27B被驱动，而对油路进行开闭。

通过操作踏板25F及第三操作杆25P中的至少一方的操作，在由控制阀27D调整后的先导液压高于由操作踏板25F调整的先导液压的情况下，通过梭形滑阀51A进行选择，将由控制阀27D调整后的先导液压的先导油向方向控制阀64供给。在由操作踏板25F调整的先导液压高于由控制阀27D调整后的先导液压的情况下，将由操作踏板25F调整后的先导液压的先导油向方向控制阀64供给。

通过操作踏板25F及第三操作杆25P中的至少一方的操作，在由控制阀27E调整后的先导液压高于由操作踏板25F调整的先导液压的情况下，通过梭形滑阀51B进行选择，将由控制阀27E调整后的先导液压的先导油向方向控制阀64供给。在由操作踏板25F调整的先导液压高于由控制阀27E调整后的先导液压的情况下，将由操作踏板25F调整后的先导液压的先导油向方向控制阀64供给。

[限制挖掘控制]

图12是示意性地表示进行限制挖掘控制时的工作装置2的动作的一例的图。在本实施方式中，以避免铲斗8侵入与铲斗轴J3正交的工作装置动作平面MP上的表示挖掘对象的二维的目标形状的目标挖掘地形的方式进行限制挖掘控制。

在铲斗8进行的挖掘中，液压系统300以使动臂6相对于斗杆7、铲斗8的挖掘操作而上升的方式工作。在挖掘中，以避免铲斗8侵入目标挖掘地形的方式执行包含动臂6的上升动作的介入控制。

[控制方法]

下面，参照图16的流程图，说明本实施方式的液压挖掘机CM的控制方法的一例。显示控制器28获取挖掘控制使用的各种参数(步骤SP1)。参数由显示控制器28的获取部28C获取。

图17A是表示本实施方式的显示控制器28、工作装置控制器26及传感器控制器32的一例的功能框图。传感器控制器32包含运算部28A、存储部28B和获取部28C。运算部28A包含工作装置角度运算部281A、倾转角度数据运算部282A和二维铲斗数据运算部283A。获取部28C包含工作装置数据获取部281C、铲斗外形数据获取部282C、工作装置角度获取部284C和倾转角度获取部285C。

图17B是表示本实施方式的工作装置控制器26的工作装置控制部26A的一例的功能框图。如图17B所示，工作装置控制器26的工作装置控制部26A具有相对位置算出部260A、距离算出部260B、目标速度算出部260C、介入速度算出部260D和介入指令算出部260E。工作装置控制部26A基于表示作为挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形的目标挖掘地形数据U和表示铲斗8(铲尖8a)的位置的铲斗位置数据，根据目标挖掘地形与铲斗8(铲尖8a)之间的距离d，以使铲斗8向目标挖掘地形接近的相对速度减小的方式限制动臂6的速度。在工作装置控制器26内，在局部坐标系下进行运算。

如图17A所示，显示控制器283C包含目标挖掘地形获取部283C和目标挖掘地形运算部284A。

获取部28C包含工作装置数据获取部(第一获取部)281C、铲斗外形数据获取部(第四获取部)282C、获取工作装置角度数据的工作装置角度获取部(第三获取部)284C和获取倾转角度数据的倾转角度获取部(第五获取部)285C。目标挖掘地形获取部(第三获取部)283C包含于显示控制器28。

运算部28A包含算出工作装置角度的工作装置角度运算部281A和算出二维铲斗数据的二维铲斗数据运算部283A。算出目标挖掘地形与铲斗8的相对位置的相对位置算出部260A包含于工作装置控制器26(工作装置控制部26A)。目标挖掘地形运算部284A包含于显示控制器28。

工作装置控制器26输出用于控制工作装置2的控制信号。工作装置控制器26具有输出控制信号的工作装置控制部26A。如图9所示，在本实施方式中，工作装置控制器26具有禁止铲斗8的驱动的驱动禁止部26B。驱动禁止部26B禁止以倾转轴J4为中心的铲斗8的旋转(倾转驱动)。需要说明的是，驱动禁止部26B也可以禁止以铲斗轴J3为中心的铲斗8的旋转(上下驱动)。在本实施方式中，驱动禁止部26B通过使为了操作使铲斗8倾转的倾转油缸30而从操作装置25输出的操作信号无效化，而使铲斗8的驱动(倾转驱动)停止。

工作装置角度运算部281A从第一行程传感器16获取动臂油缸长度，而算出动臂角度α。工作装置角度运算部281A从第二行程传感器17获取斗杆油缸长度，而算出斗杆角度β。工作装置角度运算部281A从第三行程传感器18获取铲斗油缸长度，而算出铲斗角度γ。工作装置角度获取部284C获取包含动臂角度数据、斗杆角度数据及铲斗角度数据在内的工作装置角度数据(步骤SP1.2)。

需要说明的是，动臂角度α、斗杆角度β及铲斗角度γ可以不通过行程传感器来检测。可以通过安装于动臂6的倾斜角传感器来检测动臂角度α。可以通过安装于斗杆7的倾斜角传感器来检测斗杆角度β。可以通过安装于铲斗8的倾斜角传感器来检测铲斗角度γ。在角度检测装置22包含倾斜角传感器时，由角度检测装置22获取的工作装置角度数据向传感器控制器32输出。

传感器控制器32的获取部28C(工作装置角度获取部284C)基于角度检测装置22的检测结果，获取工作装置角度数据，该工作装置角度数据包含表示动臂角度α的动臂角度数据、表示斗杆角度β的斗杆角度数据及表示铲斗角度γ的铲斗角度数据。而且，获取部28C(倾转角度获取部285C)基于倾转角度传感器70的检测结果，获取倾转角度数据，该倾转角度数据包含表示以后述的倾转轴为中心的铲斗的旋转角度的倾转角度δ’。而且，获取部28C(倾转角度获取部285C)基于角度检测装置22的检测结果，获取倾转轴角度数据，该倾转轴角度数据包含表示以倾转轴为中心的铲斗的旋转角度的倾转轴角度ε’。在工作装置2的驱动中，角度检测装置22及倾转角度传感器70对动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾转角度δ及倾转轴角度ε进行监控。获取部28C在工作装置2的驱动中实时地获取这些角度数据。

倾转角度传感器70检测表示以倾转轴J4为中心的铲斗8的倾转角度δ的倾转角度数据。由倾转角度传感器70获取的倾转角度数据经由显示控制器28向传感器控制器32输出。倾转角度获取部285C获取表示以倾转轴为中心的铲斗的旋转角度的倾转角度数据(步骤SP1.4)。

在本实施方式中，从倾转角度传感器70向获取部28C(倾转角度获取部285C)输出倾转角度数据。固定部28D基于固定指令将从倾转角度传感器70向获取部28C输出的倾转角度数据(监视数据)固定化而生成固定数据。

通过铲斗8以铲斗轴J3为中心旋转，从而倾转销80(倾转轴J4)也一起沿θY方向旋转(倾斜)。倾转角度获取部285C基于角度检测装置22的检测结果，获取表示倾转轴J4相对于XY平面的倾斜角度ε的倾转轴角度数据。

传感器控制器32的存储部28B存储工作装置数据。工作装置数据包含工作装置2的尺寸数据及铲斗8的外形数据。

工作装置2的尺寸数据包含动臂6的尺寸数据、斗杆7的尺寸数据及铲斗8的尺寸数据。工作装置2的尺寸数据包含动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3及倾转长度L4。动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3及倾转长度L4是XZ平面内(垂直转动面内)的尺寸。

工作装置数据获取部281C从存储部28B获取包含动臂6的尺寸数据、斗杆7的尺寸数据及铲斗8的尺寸数据在内的工作装置2的尺寸数据。

铲斗8的外形数据包含铲斗8的外表面的轮廓数据。铲斗8的外形数据是用于特定铲斗8的尺寸及形状的数据。铲斗8的外形数据包含表示铲斗8的前端部8a的位置的前端部位置数据。铲斗8的外形数据包含以例如前端部8a为基准的、铲斗8的外表面的多个位置各自的坐标数据。

铲斗8的外形数据包含铲斗8的宽度方向上的铲斗8的尺寸L5。在铲斗8未倾转时，铲斗8的宽度的尺寸L5是局部坐标系中的Y轴方向上的铲斗8的尺寸。在铲斗8发生了倾转时，铲斗8的宽度的尺寸L5与局部坐标系中的Y轴方向上的铲斗8的尺寸不同。

铲斗外形数据获取部282C从存储部28B获取铲斗8的外形数据。

需要说明的是，在本实施方式中，在存储部28B存储有包含动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3、倾转长度L4及铲斗的宽度L5在内的工作装置尺寸数据以及包含铲斗8的外形数据的铲斗外形数据这双方。

工作装置角度运算部281A根据动臂6、斗杆7、铲斗8的各缸行程，算出成为各工作装置的旋转角度的工作装置角度数据。

倾转角度运算部282A利用倾转角度δ、倾转轴角度ε及倾斜角度θ1、θ2，获取表示以倾转轴为中心的铲斗的旋转角度的倾转角度数据δ’及倾转轴角度ε’。

由固定部28D固定化了的数据是利用倾转角度数据运算部282A算出的倾转角度数据。

二维铲斗数据运算部283A基于工作装置角度数据、工作装置尺寸数据、铲斗外形数据、由后述的动作平面MP的Y坐标表示的截面的Y坐标及表示以倾转轴为中心的铲斗的旋转角度的倾转角度数据，生成表示工作装置动作平面MP上的铲斗8的外形的二维铲斗数据S和铲斗8的铲尖8a的铲尖位置Pa。

目标挖掘地形获取部283C获取表示作为挖掘对象的三维的目标形状的立体设计地形的目标施工信息T，并从位置检测装置20获取车辆主体位置数据P及车辆主体姿态数据Q。目标挖掘地形运算部284A根据由目标挖掘地形获取部283C获取的数据、由二维铲斗数据运算部283A获取的倾斜角度θ1、θ2、表示铲斗8的外形的二维铲斗数据S及铲斗8的铲尖8a，生成表示与铲斗轴J3正交的工作装置动作平面MP上的作为挖掘对象的二维的目标形状的目标挖掘地形的目标挖掘地形数据U。

相对位置算出部260A基于由传感器控制器32输入的各工作装置的旋转角度数据α～γ、二维铲斗数据S、由显示控制器28输入的目标挖掘地形数据U，算出在后述的铲斗8的轮廓点Ni上相对于目标挖掘地形成为最短距离那样的铲斗8上的相对位置，并向距离算出部260B输出。距离算出部260B基于目标挖掘地形和铲斗8的相对位置，算出目标挖掘地形与铲斗8的最短距离d。

目标速度算出部260C输入基于后述的各工作装置杆的杆操作的先导压力传感器66A、66B的压力。目标速度算出部260C使用规定了各工作装置的目标速度相对于由压力传感器66A、66B存储于存储部27C的压力的关系的表，导出各工作装置的目标速度Vc_bm、Vc_am、Vc_bk，并向介入速度算出部260D输出。

介入速度算出部260D基于各工作装置的目标速度、目标挖掘地形数据U与铲斗8之间的距离d，算出目标挖掘地形与铲斗8的相对位置之间的距离d所对应的限制速度。限制速度作为向动臂工作装置介入的速度，向介入指令算出部260E输出。

介入指令算出部260E决定出与限制速度对应的用于使动臂油缸10伸长的介入指令。介入指令算出部260E向控制阀27C输出介入指令而使控制阀27C按照介入指令打开以产生先导液压。以通过来自工作装置控制器28的指令而使工作装置2向目标挖掘地形接近的方向的速度成为限制速度的方式驱动动臂6。由此，执行对铲尖8a的挖掘限制控制，来调整铲斗8相对于目标挖掘地形的速度。

另外，显示控制器28基于目标挖掘地形数据U而在显示部29上显示目标挖掘地形。而且，显示控制器28将目标挖掘地形数据U及二维铲斗数据S显示于显示部29。显示部29例如是监视器，显示液压挖掘机CM的各种信息。在本实施方式中，显示部29包含作为信息化施工用的指引监视器的HMI(HumanMachineInterface)监视器。

显示控制器28基于位置检测装置20的检测结果，能够算出以全局坐标系观察时的局部坐标的位置。局部坐标系是以液压挖掘机100为基准的三维坐标系。在本实施方式中，局部坐标系的基准位置P0例如是位于回转体3的回转中心AX的基准位置P0。例如向工作装置控制器26输出的目标挖掘地形数据被转换成局部坐标，但除此以外的显示控制器28中的运算在全局坐标系中进行。来自传感器控制器32的输入也在显示控制器28内被转换成全局坐标系。

在工作装置2的驱动下，利用角度检测装置22检测动臂角度α、斗杆角度β及铲斗角度γ。利用倾转角度传感器70检测倾转角度δ。另外，利用角度检测装置22检测倾转轴角度ε。

另外，获取部28C从存储于存储部28B的工作装置数据，获取包含动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3、倾转长度L4及铲斗8的宽度的尺寸L5在内的工作装置2的尺寸数据。需要说明的是，包含工作装置2的尺寸数据的工作装置数据可以经由输入部36向获取部28C(工作装置数据获取部281C)供给。

而且，获取部28C(铲斗外形数据获取部282C)获取铲斗8的外形数据。铲斗8的外形数据可以存储于存储部28B，也可以经由输入部36而被获取部28C(铲斗外形数据获取部282C)获取。

另外，获取部28C基于位置检测装置20的位置检测结果，获取车辆主体位置数据P及车辆主体姿态数据Q。获取部28C在液压挖掘机CM的驱动中实时地获取上述数据。

另外，获取部28C(目标挖掘地形获取部283C)获取目标施工信息(三维设计地形数据)T，该目标施工信息(三维设计地形数据)T表示作业区域的挖掘对象的三维的目标形状即立体的设计地形。目标施工信息T包含目标挖掘地形数据(二维设计地形数据)U，该目标挖掘地形数据(二维设计地形数据)U表示作为挖掘对象的二维的目标形状的目标挖掘地形。在本实施方式中，在显示控制器28的存储部28B中存储目标施工信息T。目标施工信息T包含为了生成目标挖掘地形数据U所需的坐标数据及角度数据。目标施工信息T既可以经由例如无线通信装置向显示控制器28供给，也可以通过外部存储器等向显示控制器28供给。

需要说明的是，如上述那样，在本实施方式中，倾转角度传感器70检测全局坐标系中的倾转角度。在显示控制器28中，基于车辆主体姿态数据Q，将全局坐标系中的倾转角度转换为局部坐标系中的倾转角度δ。需要说明的是，可以通过如下的方法来求出倾转角度δ，即，利用与各工作装置同样的手法求出IMU的姿态信息和倾转油缸30的收缩信息并算出倾斜角度。

接着，在本实施方式中，指定表示与铲斗轴J3正交的工作装置动作平面MP上的作为挖掘对象的二维的目标形状的目标挖掘地形的目标挖掘地形数据U(步骤SP2)。目标挖掘地形数据U的指定包括指定与XZ平面平行的目标施工信息T的截面。目标挖掘地形数据U的指定包括指定在Y轴方向上以哪个位置(Y坐标)的截面剖切目标施工信息T。该具有Y坐标的与XZ平面平行的截面上的目标施工信息T成为指定的目标挖掘地形数据U。

如图18所示，目标施工信息T由多个三角形的多边形表示。在目标施工信息T中，指定与铲斗轴J3正交的工作装置动作平面MP。工作装置动作平面MP是在回转体3的前后方向上规定的工作装置2的动作平面(垂直转动面)。在本实施方式中，工作装置动作平面MP是斗杆6的动作平面。工作装置动作平面MP与XZ平面平行。

铲斗8的铲尖8a的位置(工作装置动作平面MP的Y坐标)可以由操作员指定。例如，操作员可以向输入部36输入与指定的Y坐标相关的数据。该指定的Y坐标被获取部28C获取。获取部28C求出具有该Y坐标的工作装置动作平面MP上的目标施工信息T的截面。由此，目标挖掘地形运算部283C获取指定的Y坐标的目标挖掘地形数据U。

需要说明的是，可以将目标施工信息的表面中的与铲斗8的距离最近的点的Y坐标指定为工作装置动作平面MP的Y坐标。

例如，显示控制器28基于目标施工信息T和指定的工作装置动作平面MP，如图18所示那样获取工作装置动作平面MP与目标施工信息的交线E作为目标挖掘地形的候补线。

显示控制器28将目标挖掘地形的候补线上的铲尖8a的正下方点作为目标挖掘地形的基准点AP。显示控制器28将目标挖掘地形的基准点AP的前后的一个或多个拐点及其前后的线决定为成为挖掘对象的目标挖掘地形。显示控制器28生成工作装置动作平面MP上的目标挖掘地形数据U。

接着，传感器控制器32的运算部28A(二维铲斗数据运算部283A)基于在步骤SP1中获取的各参数(数据)，求出表示工作装置动作平面MP上的铲斗8的外形的二维铲斗数据S(步骤SP3)。

图19是示意性地表示发生了倾转的状态的铲斗8的一例的后视图。图20是图19的以A-A线截面剖切的侧视图。图21是图19的以B-B线截面剖切的侧视图。图22是图19的以C-C线截面剖切的侧视图。

在本实施方式中，铲斗8进行倾转，因此XZ平面内的铲斗8的外形(轮廓)对应于其倾转角度δ而发生变化。而且，如图20、图21及图22所示，在与XZ平面平行的截面的Y坐标不同的情况下，各截面上的铲斗8的外形(轮廓)不同。而且，由于铲斗8发生倾转，目标挖掘地形与铲斗8之间的距离变化。

在不具有倾转机构的铲斗(所谓标准铲斗)中，在与XZ平面平行的截面上，即使该截面的Y坐标发生变化，各截面上的铲斗8的外形(轮廓)实质上也相等。然而，在倾转式铲斗的情况下，对应于铲斗8的倾转(倾转角度δ)，与XZ平面平行的截面上的铲斗8的外形根据Y坐标而发生变化。因此，目标挖掘地形与铲斗8之间的距离及铲斗8的外形因铲斗8的倾转而发生变化，存在铲斗8的至少一部分侵入目标挖掘地形的可能性。因此，若未特定用于进行限制挖掘控制的铲斗8的形状(XZ平面内的截面形状)，则存在无法高精度地进行限制挖掘控制的可能性。

在本实施方式中，传感器控制器32(二维铲斗运算部283A)求出表示成为控制对象的沿着工作装置动作平面MP的铲斗8的截面的外形的二维铲斗数据S。工作装置控制器26的工作装置控制部26A基于该二维铲斗数据S和沿着工作装置动作平面MP的二维设计地形数据U，导出目标挖掘地形与铲斗8之间的距离d(步骤SP4)，进行工作装置2的限制挖掘控制(步骤SP5)。而且，如后述那样，传感器控制器32使显示部29显示目标挖掘地形等(步骤SP6)。由此，以工作装置动作平面MP为基准来特定控制对象，高精度地进行限制挖掘控制。

以下，说明二维铲斗数据S的导出方法的一例。图23是示意性地表示本实施方式的工作装置2的图。局部坐标系的原点是位于回转体3的回转中心的基准位置P0。局部坐标系中的铲斗8的前端部8a的位置为Pa。

工作装置2具有以动臂轴J1为旋转中心的第一关节、以斗杆轴J2为旋转中心的第二关节、以铲斗轴J3为旋转中心的第三关节及以倾转轴J4为旋转中心的第四关节。而且，如上述那样，由于以铲斗轴J3为中心的铲斗8的旋转，倾转轴J4向θY方向倾斜。各关节的动作可以通过以下的(1)式至(6)式表示。(1)式是用于进行原点(基准位置)P0与动臂底部的坐标转换的式子。(2)式是用于进行动臂底部与动臂顶部的坐标转换的式子。(3)式是用于进行动臂顶部与斗杆顶部的坐标转换的式子。(4)式是用于进行斗杆顶部与倾转轴J4的一端部的坐标转换的式子。(5)式是用于进行倾转轴J4的一端部与另一端部的坐标转换的式子。(6)式是用于进行倾转轴J4的另一端部与铲斗8的坐标转换的式子。

【数式1】

$T_{\mathrm{local}}^{\mathrm{boom}-\mathrm{foot}}=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& x_{\mathrm{boom}-\mathrm{foot}}\\ 0& 1& 0& y_{\mathrm{boom}-\mathrm{foot}}\\ 0& 0& 1& z_{\mathrm{boom}-\mathrm{foot}}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)...\left(1\right)$

【数式2】

$T_{\mathrm{boom}-\mathrm{foot}}^{\mathrm{boom}-\mathrm{top}}=\left(\begin{array}{cccc}{\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{boom}}& 0& {\sin \mathrm{\θ}}_{\mathrm{boom}}& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ {-\sin \mathrm{\θ}}_{\mathrm{boom}}& 0& {\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{boom}}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& L_{\mathrm{boom}}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)...\left(2\right)$

【数式3】

$T_{\mathrm{boom}-\mathrm{foot}}^{\mathrm{arm}-\mathrm{top}}=\left(\begin{array}{cccc}{\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{arm}}& 0& {\sin \mathrm{\θ}}_{\mathrm{arm}}& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ {-\sin \mathrm{\θ}}_{\mathrm{arm}}& 0& {\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{arm}}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& L_{\mathrm{arm}}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)...\left(3\right)$

【数式4】

$T_{\mathrm{arm}-\mathrm{top}}^{\mathrm{tilt}\_A}=\left(\begin{array}{cccc}\cos ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{bucket}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_y})& 0& \sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{bucket}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_y})& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ -\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{bucket}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_y})& 0& \cos ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{bucket}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_y})& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& L_{\mathrm{tilt}}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)...\left(4\right)$

【数式5】

$T_{\mathrm{tilt}\_A}^{\mathrm{tilt}\_B}=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_x}& -{\sin \mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_x}& 0\\ 0& {\sin \mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_x}& {\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_x}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& {-L}_{\mathrm{tilt}\_x}\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)...\left(5\right)$

【数式6】

$T_{\mathrm{tilt}\_B}^{\mathrm{bucket}}=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& L_{\mathrm{bucket}\_\mathrm{correcled}}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccc}\cos \left({-\mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_y}\right)& 0& \sin \left({-\mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_y}\right)& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ -\sin \left({-\mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_y}\right)& 0& \cos \left({-\mathrm{\θ}}_{\mathrm{tilt}\_y}\right)& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)...\left(6\right)$

在(1)式至(6)式中，xboom-foot、yboom-foot、zboom-foot是局部坐标系中的动臂底部的坐标。Lboom相当于动臂长度L1。Larm相当于斗杆长度L2。Lbucket_corrected是图2所示的修正铲斗长度。Ltilt相当于倾转长度L4。θboom相当于动臂角度α。θarm相当于斗杆角度β。θbucket相当于铲斗角度γ。θtilt_x相当于倾转角度δ。θtilt_y是图2所示的角度。

因此，局部坐标系中的斗杆顶部相对于原点的坐标(xarm-top，yarm-top，zarm-top)由以下的(7)式导出。

【数式7】

$\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{arm}-\mathrm{top}}\\ y_{\mathrm{arm}-\mathrm{top}}\\ z_{\mathrm{arm}-\mathrm{top}}\\ 1\end{array}\right)=T_{\mathrm{local}}^{\mathrm{arm}-\mathrm{top}}\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ 1\end{array}\right)...\left(7\right)$

其中，

$T_{\mathrm{local}}^{\mathrm{arm}-\mathrm{top}}=T_{\mathrm{local}}^{\mathrm{boom}-\mathrm{foot}}{T}_{\mathrm{boom}-\mathrm{foot}}^{\mathrm{boom}-\mathrm{top}}{T}_{\mathrm{boom}-\mathrm{top}}^{\mathrm{arm}-\mathrm{top}}$

铲斗8的外形数据包含铲斗8的铲尖8a及铲斗8的外表面的多个位置(点)的坐标数据。在本实施方式中，如图24所示，铲斗8的外形数据包括铲斗8的宽度方向上的一端部处的铲斗8的外表面的第一轮廓数据和另一端部处的铲斗8的外表面的第二轮廓数据。第一轮廓数据包括铲斗8的一端部处的6个轮廓点J的坐标。第二轮廓数据包括铲斗8的另一端部处的6个轮廓点K的坐标。轮廓点J的坐标及轮廓点K的坐标是以前端部8a的坐标(位置Pa)为基准的坐标数据。根据铲斗8的外形数据，前端部8a的坐标、轮廓点J的坐标和轮廓点K的坐标的位置关系已知。因此，通过求出局部坐标系中的原点与前端部8a的坐标的位置关系，能够求出各轮廓点J及各轮廓点K相对于局部坐标系的原点的坐标。

在将铲斗8的外形数据(轮廓的坐标)设为(xbucket-outline，ybucket-outline，zbucket-outline)时，铲斗8的轮廓点相对于原点的坐标由以下的(8)式导出。

【数式8】

$\left(\begin{array}{c}{x}_n\\ y_n\\ z_n\\ 1\end{array}\right)=T_{\mathrm{local}}^{\mathrm{tooth}}\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{bucket}-\mathrm{outline}}\\ y_{\mathrm{bucket}-\mathrm{outline}}\\ z_{\mathrm{bucket}-\mathrm{outline}}\\ 1\end{array}\right)...\left(8\right)$

其中，

$T_{\mathrm{local}}^{\mathrm{tooth}}=T_{\mathrm{local}}^{\mathrm{boom}-\mathrm{foot}}{T}_{\mathrm{boom}-\mathrm{foot}}^{\mathrm{boom}-\mathrm{top}}{T}_{\mathrm{boom}-\mathrm{top}}^{\mathrm{arm}-\mathrm{top}}{T}_{\mathrm{arm}-\mathrm{top}}^{\mathrm{tilt}\_A}{T}_{\mathrm{tilt}\_A}^{\mathrm{tilt}\_B}{T}_{\mathrm{tilt}\_B}^{\mathrm{bucket}}$

在本实施方式中，轮廓点J及轮廓点K总共为12个。在将铲斗8的外形数据中的各轮廓点J及各轮廓点K的坐标设为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、…、(x12，y12，z12)时，铲斗8的各轮廓点J及各轮廓点K相对于原点的坐标(x1’，y1’，z1’)、(x2’，y2’，z2’)、…、(x12’，y12’，z12’)由以下的(9)式导出。

【数式9】

$\left(\begin{array}{cccc}{x_1}^{\′}& {x_2}^{\′}& ...& {x_{12}}^{\′}\\ {y_1}^{\′}& {y_2}^{\′}& ...& {y_{12}}^{\′}\\ {z_1}^{\′}& {z_2}^{\′}& ...& {z_{12}}^{\′}\\ 1& 1& ...& 1\end{array}\right)=T_{\mathrm{local}}^{\mathrm{bucket}}\left(\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& ...& x_{12}\\ y_1& y_2& ...& y_{12}\\ z_1& z_2& ...& z_{12}\\ 1& 1& ...& 1\end{array}\right)...\left(9\right)$

在基于工作装置角度数据、工作装置尺寸数据、铲斗8的外形数据及倾转角度数据而求出了多个轮廓点J及轮廓点K的坐标之后，运算部28A求出表示工作装置动作平面MP上的铲斗8的外形的二维铲斗数据S。

图25是示意性地表示轮廓点J及轮廓点K与工作装置动作平面MP的关系的图。如上述那样，通过求出局部坐标系中的多个轮廓点Ji(i＝1，2，3，4，5，6)及多个轮廓点Ki(i＝1，2，3，4，5，6)各自的坐标，来求出将轮廓点Li与轮廓点Ki连结的线段Hi(i＝1，2，3，4，5，6)。而且，与铲斗轴J3平行的方向上的工作装置动作平面MP的位置(Y坐标)在步骤SP2中指定。因此，运算部28A(二维铲斗数据运算部283A)基于工作装置动作平面MP与线段Hi的交点Ni(i＝1，2，3，4，5，6)，能够求出表示工作装置动作平面MP上的铲斗8的外形的二维铲斗数据S。这样，在本实施方式中，运算部28A基于包含局部坐标系中的多个轮廓点Ji的坐标数据的第一轮廓点数据、包含局部坐标系中的多个轮廓点Ki的坐标数据的第二轮廓点数据及与铲斗轴J3平行的Y轴方向上的工作装置动作平面MP的位置，能够求出包含多个轮廓点(交点)Ni的二维铲斗数据S。

需要说明的是，上述的导出局部坐标系中的轮廓点Ji及轮廓点Ki的坐标的方法为一例。基于包含动臂角度α、斗杆角度β及铲斗角度γ的工作装置角度数据、包含动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3及倾转长度L4的工作装置尺寸数据、包含铲斗8的宽度的尺寸L5、轮廓点Ji及轮廓点Ki的坐标数据的铲斗8的外形数据、表示倾转角度δ的倾转角度数据，求出工作装置2被驱动时的局部坐标系中的轮廓点Ji及轮廓点Ki的坐标，从而能够求出二维铲斗数据S。与倾转轴角度ε的变化相伴的轮廓点J、K的坐标的变化基于铲斗角度γ及倾转长度L4能够唯一地求出。

例如，无倾转机构的铲斗8的局部坐标系中的铲尖8a的坐标可以由工作装置2的尺寸(动臂6的尺寸、斗杆7的尺寸及铲斗8的尺寸)和工作装置角度(旋转角度α、旋转角度β及旋转角度γ)来导出。也可以为，在求出了铲斗8的铲尖8的坐标或斗杆顶部的坐标之后，以该坐标为基准，基于倾转长度L4、宽度的尺寸L5、倾转角度δ及铲斗8的外形数据，求出轮廓点Ji、轮廓点Ki及二维铲斗数据S。

二维铲斗数据S表示局部坐标系中的铲斗8的当前位置。即，二维铲斗数据S包含表示工作装置动作平面MP上的铲斗8的当前位置的铲斗位置数据。二维铲斗数据S从显示控制器28向工作装置控制器26输出。工作装置控制器26的工作装置控制部26A基于二维铲斗数据S来控制工作装置2(步骤SP5)。

工作装置控制器26从显示控制器28获取二维铲斗数据S及目标挖掘地形数据U。工作装置控制器26的工作装置控制部26A基于目标挖掘地形数据U和包含铲斗位置数据的二维铲斗数据S，根据工作装置动作平面MP上的目标挖掘地形与铲斗8之间的距离d，以使铲斗8向目标挖掘地形接近的速度减小的方式限制动臂6的速度。工作装置控制部26A基于目标挖掘地形数据U和包含铲斗位置数据的二维铲斗数据，根据目标挖掘地形与铲斗8之间的距离来决定限制速度，以使工作装置2向目标挖掘地形接近的方向的速度成为限制速度以下的方式控制工作装置2的速度。

以下，参照图26的流程图及图27至图34的示意图，说明本实施方式的限制挖掘控制的一例。图26是表示本实施方式的限制挖掘控制的一例的流程图。

如上述那样设定目标挖掘地形(步骤SA1)。在设定了目标挖掘地形之后，工作装置控制器26决定工作装置2的目标速度Vc(步骤SA2)。工作装置2的目标速度Vc包含动臂目标速度Vc_bm、斗杆目标速度Vc_am及铲斗目标速度Vc_bkt。动臂目标速度Vc_bm是仅动臂油缸10被驱动时的铲尖8a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8a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8a的速度。动臂目标速度Vc_bm基于动臂操作量来算出。斗杆目标速度Vc_am基于斗杆操作量来算出。铲斗目标速度Vc_bkt基于铲斗操作量来算出。

在工作装置控制器26的存储部中存储有目标速度信息，该目标速度信息规定与动臂操作量对应的从压力传感器66A或66B获取的先导液压与动臂目标速度Vc_bm的关系。工作装置控制器26基于目标速度信息来决定与动臂操作量对应的动臂目标速度Vc_bm。目标速度信息例如是记载有对应于动臂操作量的动臂目标速度Vc_bm的大小的图表。目标速度信息可以是表或数式等方式。目标速度信息包含规定与斗杆操作量对应的从压力传感器66A或66B获取的先导液压与斗杆目标速度Vc_am的关系的信息。目标速度信息包含规定与铲斗操作量对应的从压力传感器66A或66B获取的先导液压与铲斗目标速度Vc_bkt的关系的信息。工作装置控制器26基于目标速度信息来决定与斗杆操作量对应的斗杆目标速度Vc_am。工作装置控制器26基于目标速度信息来决定与铲斗操作量对应的铲斗目标速度Vc_bkt。

如图27所示，工作装置控制器26将动臂目标速度Vc_bm转换成与目标挖掘地形的表面垂直的方向的速度分量(垂直速度分量)Vcy_bm和与目标挖掘地形的表面平行的方向的速度分量(水平速度分量)Vcx_bm(步骤SA3)。

工作装置控制器26根据基准位置数据P及目标挖掘地形等，求出局部坐标系的垂直轴(回转体3的回转轴AX)相对于全局坐标系的垂直轴的倾斜度和目标挖掘地形的表面的垂直方向相对于全局坐标系的垂直轴的倾斜度。工作装置控制器26根据这些倾斜度来求出表示局部坐标系的垂直轴与目标挖掘地形的表面的垂直方向的倾斜度的角度β1。

如图28所示，工作装置控制器26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转换成局部坐标系的垂直轴方向的速度分量VL1_bm和水平轴方向的速度分量VL2_bm。

如图29所示，工作装置控制器26根据局部坐标系的垂直轴与目标挖掘地形的表面的垂直方向的倾斜度β1，通过三角函数，将局部坐标系的垂直轴方向上的速度分量VL1_bm和水平轴方向上的速度分量VL2_bm转换成相对于目标挖掘地形的垂直速度分量Vcy_bm及水平速度分量Vcx_bm。同样，工作装置控制器26将斗杆目标速度Vc_am转换成局部坐标系的垂直轴方向上的垂直速度分量Vcy_am及水平速度分量Vcx_am。工作装置控制器26将铲斗目标速度Vc_bkt转换成局部坐标系的垂直轴方向上的垂直速度分量Vcy_bkt及水平速度分量Vcx_bkt。

如图30所示，工作装置控制器26获取铲斗8的铲尖8a与目标挖掘地形之间的距离d(步骤SA4)。工作装置控制器26根据铲尖8a的位置信息及目标挖掘地形等，算出铲斗8的铲尖8a与目标挖掘地形的表面之间的最短的距离d。在本实施方式中，基于铲斗8的铲尖8a与目标挖掘地形的表面之间的最短的距离d，来执行限制挖掘控制。

工作装置控制器26基于铲斗8的铲尖8a与目标挖掘地形的表面之间的距离d，算出工作装置2整体的限制速度Vcy_lmt(步骤SA5)。工作装置2整体的限制速度Vcy_lmt是在铲斗8的铲尖8a向目标挖掘地形接近的方向上能够容许的铲尖8a的移动速度。在工作装置控制器26的存储器中存储有规定距离d与限制速度Vcy_lmt的关系的限制速度信息。

图31示出本实施方式的限制速度信息的一例。在本实施方式中，铲尖8a位于目标挖掘地形的表面的外侧、即液压挖掘机100的工作装置2侧时的距离d为正值，铲尖8a位于目标挖掘地形的表面的内侧、即比目标挖掘地形靠挖掘对象的内部侧时的距离d为负值。如图30所示，铲尖8a位于目标挖掘地形的表面的上方时的距离d为正值。铲尖8a位于目标挖掘地形的表面的下方时的距离d为负值。而且，铲尖8a处于不侵入目标挖掘地形的位置时的距离d为正值。铲尖8a处于侵入目标挖掘地形的位置时的距离d为负值。铲尖8a位于目标挖掘地形上时，即铲尖8a与目标挖掘地形相接时的距离d为0。

在本实施方式中，铲尖8a从目标挖掘地形的内侧朝向外侧时的速度为正值，铲尖8a从目标挖掘地形的外侧朝向内侧时的速度为负值。即，铲尖8a朝向目标挖掘地形的上方时的速度为正值，铲尖8a朝向目标挖掘地形的下方时的速度为负值。

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的倾斜度小于距离d为d1以上或d2以下时的倾斜度。d1大于0。d2小于0。为了在目标挖掘地形的表面附近的操作中更详细地设定限制速度，而使距离d为d1与d2之间时的倾斜度小于距离d为d1以上或d2以下时的倾斜度。在距离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越小。即，在距离d为d1以上时，在目标挖掘地形的上方，铲尖8a越远离目标挖掘地形的表面，朝向目标挖掘地形的下方的速度越大，限制速度Vcy_lmt的绝对值越大。在距离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越大。即，在铲斗8的铲尖8a远离目标挖掘地形的距离d为0以下时，在目标挖掘地形的下方，铲尖8a越远离目标挖掘地形，朝向目标挖掘地形的上方的速度越大，限制速度Vcy_lmt的绝对值越大。

若距离d为规定值dthl以上，则限制速度Vcy_lmt成为Vmin。规定值dthl为正值且大于d1。Vmin小于目标速度的最小值。即，若距离d为规定值dthl以上，则不进行工作装置2的动作的限制。因此，铲尖8a在目标挖掘地形的上方较大地远离目标挖掘地形时，不进行工作装置2的动作的限制、即限制挖掘控制。在距离d小于规定值dthl时，进行工作装置2的动作的限制。在距离d小于规定值dthl时，进行动臂6的动作的限制。

工作装置控制器26根据工作装置2整体的限制速度Vcy_lmt、斗杆目标速度Vc_am、铲斗目标速度Vc_bkt，算出动臂6的限制速度的垂直速度分量(限制垂直速度分量)Vcy_bm_lmt(步骤SA6)。

如图32所示，工作装置控制器26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，由此算出动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt。

如图33所示，工作装置控制器26将动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt转换成动臂6的限制速度(动臂限制速度)Vc_bm_lmt(步骤SA7)。工作装置控制器26根据动臂6的旋转角度α、斗杆7的旋转角度β、铲斗8的旋转角度、车辆主体位置数据P及目标挖掘地形等，求出与目标挖掘地形的表面垂直的方向和动臂限制速度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转换成动臂限制速度Vc_bm_lmt。该情况下的运算通过与前述的根据动臂目标速度Vc_bm求出与目标挖掘地形的表面垂直的方向的垂直速度分量Vcy_bm的运算相反的步骤进行。然后，决定与动臂介入量对应的缸速度，并将与缸速度对应的打开指令向控制阀27C输出。

将基于杆操作的先导压力向油路43B填充，并将基于动臂介入的先导压力向油路43C填充。梭形滑阀51选择其压力大的一方(步骤SA8)。

例如，在使动臂6下降的情况下，在动臂6的向下方的动臂限制速度Vc_bm_lmt的大小小于向下方的动臂目标速度Vc_bm的大小时，满足限制条件。另外，在使动臂6上升的情况下，在动臂6的向上方的动臂限制速度Vc_bm_lmt的大小大于向上方的动臂目标速度Vc_bm的大小时，满足限制条件。

工作装置控制器26控制工作装置2。在对动臂6进行控制的情况下，工作装置控制器26通过向控制阀27C发送动臂指令信号来控制动臂油缸10。动臂指令信号具有与动臂指令速度对应的电流值。根据需要，工作装置控制器26对斗杆7及铲斗8进行控制。工作装置控制器26通过向控制阀27发送斗杆指令信号来控制斗杆油缸11。斗杆指令信号具有与斗杆指令速度对应的电流值。工作装置控制器26通过向控制阀27发送铲斗指令信号来控制铲斗油缸12。铲斗指令信号具有与铲斗指令速度对应的电流值。

在不满足限制条件的情况下，在梭形滑阀51中选择来自油路43B的工作油的供给，进行通常运转(步骤SA9)。工作装置控制器26根据动臂操作量、斗杆操作量、铲斗操作量而使动臂油缸10、斗杆油缸11、铲斗油缸12工作。动臂油缸10以动臂目标速度Vc_bm进行工作。斗杆油缸11以斗杆目标速度Vc_am进行工作。铲斗油缸12以铲斗目标速度Vc_bkt进行工作。

在满足限制条件的情况下，在梭形滑阀51中选择来自油路43C的工作油的供给，执行限制挖掘控制(步骤SA10)。

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，由此算出动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_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。这种情况下，工作装置控制器27虽然使动臂6下降，但是比动臂目标速度Vc_bm减速。因此，能够将操作员的不适感抑制得较小并能够防止铲斗8侵入目标挖掘地形的情况。

在工作装置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。这种情况下，即使将操作装置25向使动臂6下降的方向操作，工作装置控制器26也使动臂6上升。因此，能够迅速地抑制目标挖掘地形的侵入的扩大。

在铲尖8a位于目标挖掘地形的上方时，铲尖8a越接近目标挖掘地形，动臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt的绝对值越小，并且动臂6的限制速度的向与目标挖掘地形的表面平行的方向的速度分量(限制水平速度分量)Vcx_bm_lmt的绝对值也越小。因此，在铲尖8a位于目标挖掘地形的上方时，铲尖8a越接近目标挖掘地形，动臂6的向与目标挖掘地形的表面垂直的方向的速度、动臂6的向与目标挖掘地形的表面平行的方向的速度均越减速。通过液压挖掘机100的操作员同时操作左操作杆25L及右操作杆25R，由此动臂6、斗杆7与铲斗8同时动作。此时，输入了动臂6、斗杆7与铲斗8的各目标速度Vc_bm、Vc_am、Vc_bkt，若说明前述的控制则为如下这样。

图34示出目标挖掘地形与铲斗8的铲尖8a之间的距离d比规定值dth1小、且铲斗8的铲尖8a从位置Pn1向位置Pn2移动时的动臂6的限制速度的变化的一例。位置Pn2处的铲尖8a与目标挖掘地形之间的距离小于位置Pn1处的铲尖8a与目标挖掘地形之间的距离。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Pn1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。而且，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，对于斗杆目标速度Vc_am及铲斗目标速度Vc_bkt不进行限制。因此，对于斗杆目标速度的垂直速度分量Vcy_am及水平速度分量Vcx_am、铲斗目标速度的垂直速度分量Vcy_bkt及水平速度分量Vcx_bkt不进行限制。

如前述那样，由于对斗杆7不进行限制，因而与操作员的挖掘意图对应的斗杆操作量的变化反映为铲斗8的铲尖8a的速度变化。因此，本实施方式能够抑制目标挖掘地形的侵入的扩大并抑制操作员的挖掘时的操作的不适感。

这样，在本实施方式中，工作装置控制器26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和表示铲斗8的铲尖8a的位置的铲尖位置数据S，根据目标挖掘地形与铲斗8的铲尖8a之间的距离d，以铲斗8向目标挖掘地形接近的相对速度减小的方式限制动臂6的速度。工作装置控制器26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和表示铲斗8的铲尖8a的位置的铲尖位置数据，根据目标挖掘地形与铲斗8的铲尖8a之间的距离d来决定限制速度，以使工作装置2向目标挖掘地形接近的方向的速度成为限制速度以下的方式控制工作装置2。由此，执行对铲尖8a的挖掘限制控制，并自动调整铲尖8a相对于目标挖掘地形的位置。

在限制挖掘控制(介入控制)中，为了抑制铲尖8a对目标挖掘地形的侵入，向与动臂油缸10连接的控制阀27输出控制信号，控制动臂6的位置。介入控制在相对速度Wa大于限制速度V时执行。介入控制在相对速度Wa小于限制速度V时不执行。相对速度Wa小于限制速度V的情况包括铲斗8相对于目标挖掘地形以铲斗8与目标挖掘地形分离的方式移动的情况。

需要说明的是，在本实施方式中，二维铲斗数据S用于导出目标挖掘地形与铲斗8的相对位置，从局部坐标系向极坐标系进行了坐标转换后的二维铲斗数据S可以使用于工作装置2的控制。例如图35所示，斗杆顶部(铲斗轴J3)成为极坐标系的原点，工作装置动作平面MP上的铲斗8的多个轮廓点A、B、C、D、E可以由距原点的距离和相对于基准线的角度θA、θB、θC、θD、θE表示。需要说明的是，基准线可以是将铲斗轴J3与铲斗8的前端部8a连结的线。通过使用极坐标系，能够正确地运算出铲斗8发生了倾转时的目标挖掘地形、铲斗8的前端部8a、工作装置动作平面MP上的铲斗8的截面的轮廓，能够准确地算出目标挖掘地形与铲斗8的前端部8a之间的距离，能够确保挖掘控制的精度。

如上所述，在本实施方式中，倾转角度传感器70检测铲斗8相对于全局坐标系中的水平面的倾转角度。倾转角度传感器70配置于铲斗8，通过铲斗8相对于水平面倾斜，从而向获取部28C输出与该倾斜角度相应的倾转角度数据。

图36是用于说明本实施方式的倾转角度传感器70的原理的示意图。如图36所示，倾转角度传感器70检测相对于全局坐标系中的水平面(XgYg平面)的倾转角度(旋转角度、倾斜角度)。即，倾转角度传感器37是检测θXg方向及θYg方向这两个方向上的倾斜角度的两轴的角度传感器。倾转角度传感器70具有基准面70R，检测基准面70R相对于水平面的倾斜角度。

铲斗8具有供将倾转角度传感器70设置于倾转销附近的设置面。在铲斗8的设置面与水平面平行的情况下，铲斗8处于初始姿态(水平姿态)。在铲斗8处于初始姿态的状态下，以使基准面70R与水平面(设置面)平行的方式将倾转角度传感器70设置于铲斗8的设置面。

在基准面70R与水平面平行的状态下，检测倾斜角度的倾转角度传感器70的检测精度最高。在基准面70R与水平面正交的状态下，检测倾斜角度的倾转角度传感器70的检测精度最低。即，若基准面70R水平，则倾转角度传感器70的检测精度提高，若基准面70R铅垂，则倾转角度传感器70的检测精度降低。

因此，若设置有倾转角度传感器70的铲斗8的姿态发生变化，则倾转角度传感器70的检测精度发生变化。例如，当初始姿态的铲斗8以倾转轴J4为中心旋转时，设于该铲斗8的倾转角度传感器70的检测精度可能降低。另外，即使在由于动臂6及斗杆7的至少一方的上升动作或下降动作而使铲斗8的姿态发生了变化的情况下，设置于该铲斗8的倾转角度传感器70的检测精度也可能降低。例如，工作装置2伸长而基准面70R接近铅垂时，倾转角度传感器70的检测精度降低。

另外，铲斗8在倾转油缸30的驱动下而以倾转轴J4为中心旋转。铲斗8不仅由于倾转油缸30的驱动而相对于水平面倾斜，也由于动臂6及斗杆7的至少一方的上升动作或下降动作而相对于水平面倾斜。因此，即使倾转油缸30未被驱动，倾转角度传感器70也将基于动臂6及斗杆7的至少一方的上升动作或下降动作的倾转角度数据向获取部28C输出。

这样，从倾转角度传感器70输出的倾转角度数据不仅包含与倾转油缸30的行程长度相应的倾转角度成分，而且也包含基于动臂6及斗杆7的至少一方的上升动作或下降动作的倾转角度成分。因此，使用倾转角度传感器70，可能难以正确地获取基于倾转油缸30的驱动的倾转角度数据。

另外，如上所述，倾转角度传感器70是相对于水平面的两轴(θXg方向及θYg方向)的角度传感器，根据倾转角度传感器70的基准面70R的角度接近全局坐标系的铅垂方向等的铲斗8的姿态，可能无法正确地检测倾转角度。即，难以确保基于工作装置2的驱动的倾转角度传感器70的动态的检测精度且难以确保基于铲斗8的姿态的倾转角度传感器70的静态的检测精度，可能无法输出正确的检测结果。

其结果是，在基于从倾转角度传感器70实时地获取的倾转角度数据(监视数据)执行限制挖掘控制时，可能利用从检测精度降低了的倾转角度传感器70输出的倾转角度数据进行限制挖掘控制，导致挖掘精度降低。

在本实施方式中，能够利用固定指令固定倾转角度传感器70的检测值。由此，通过操作员的操作，在倾转角度传感器70的检测精度高的时刻(基准面70R接近于水平的时刻)，将从倾转角度传感器70向获取部28C输出的倾转角度数据固定而确定固定数据。在该时刻以后，基于固定数据进行工作装置2的控制。由此，在该时刻以后，即使工作装置2进行驱动或铲斗8的姿态发生变化，也能防止利用从检测精度降低了的倾转角度传感器70输出的倾转角度数据进行限制挖掘控制。

在本实施方式中，用于固定倾转角度数据的固定指令向工作装置控制器26及传感器控制器32的至少一方输出。在输出了固定指令的时刻，将倾转角度数据固定化而生成固定数据。

基于固定数据的工作装置2的控制一直进行到解除固定指令。工作装置控制部26A基于固定数据控制工作装置2直到解除固定指令。通过输出固定解除指令来解除固定指令。通过解除固定指令，从而实时地向工作装置控制器26及传感器控制器32输出来自倾转角度传感器70的倾转角度数据。在解除了固定指令之后，基于从倾转角度传感器70输出的倾转角度数据控制工作装置2。

为了在进行限制挖掘控制的期间的至少一部分期间基于固定数据控制工作装置2而向固定部28D输出固定指令。在本实施方式中，固定指令在限制挖掘控制的开始时向固定部28D输出，在限制挖掘控制的结束时解除。

在本实施方式中，限制挖掘控制的期间包括设定限制挖掘控制模式的期间及限制挖掘控制状态的期间的至少一方。

限制挖掘控制模式通过输入部36的操作来设定。在本实施方式中，输入部36包括指示是否进行限制挖掘控制的按钮(挖掘控制模式切换按钮)。当由操作员操作挖掘控制模式切换按钮时，限制挖掘控制模式的开始及结束的至少一方的指令信号向工作装置控制器26输出。即，通过输入部36的操作，将限制挖掘控制模式的开始指令及结束指令的至少一方向工作装置控制器26输出。限制挖掘控制模式的开始时刻是为了使限制挖掘控制模式开始而操作挖掘控制模式切换按钮的时刻。限制挖掘控制模式的结束时刻是为了使限制挖掘控制模式结束而操作挖掘控制模式切换按钮的时刻。

在本实施方式中，通过用于开始限制挖掘控制的挖掘控制模式切换按钮的操作，而输出固定指令。另外，通过用于结束限制挖掘控制的挖掘控制模式切换按钮的操作，而输出固定解除指令。即，在本实施方式中，限制挖掘控制模式的开始指令包含固定指令。限制挖掘控制模式的结束指令包含固定解除指令。通过输出固定指令，而将该固定指令发送到固定部28D，从而发送固定指令的时刻的倾转角度数据得以维持(固定)。

需要说明的是，输入部36也可以包含能生成包括用于固定倾转角度数据的固定指令及固定解除指令的指令信号的专用的按钮(倾转角度固定按钮)。通过操作倾转角度固定按钮而生成的指令信号也可以向用于控制倾转角度传感器70的传感器控制器输出。例如，也可以为，在操作倾转角度固定按钮而输出了固定指令之后，从倾转角度传感器70向获取部28C输出固定数据。

也可以为，在限制挖掘控制模式开始之前(操作用于开始限制挖掘控制模式的挖掘控制模式切换按钮之前)，操作倾转角度固定按钮而输出固定指令。也可以为，在开始限制挖掘控制模式时(操作用于开始限制挖掘控制模式的挖掘控制模式切换按钮时)，操作倾转角度固定按钮而输出固定指令。也可以为，在限制挖掘控制模式结束时(操作用于结束限制挖掘控制模式的挖掘控制模式切换按钮时)，操作倾转角度固定按钮而输出固定指令。也可以为，在限制挖掘控制模式结束了之后(操作用于结束限制挖掘控制模式的挖掘控制模式切换按钮之后)，操作倾转角度固定按钮而输出固定指令。

限制挖掘控制状态包括铲尖8a的相对速度Wa超过了限制速度V的状态。限制挖掘控制状态的开始时刻是铲尖8a的相对速度Wa超过了限制速度V的时刻。挖掘控制状态的结束时刻是铲尖8a的相对速度Wa成为限制速度V以下的时刻。

也可以为，在限制挖掘控制状态的开始时刻，从工作装置控制器26向固定部28D输出固定指令。也可以为，在限制挖掘控制状态的结束时刻，从工作装置控制器26向固定部28D输出固定解除指令。

在挖掘作业中，由操作员操作输入部36而输出固定指令时，固定部28D基于该固定指令使倾转角度传感器70的监视数据即倾转角度数据固定化而形成为固定数据。

运算部28A基于该固定数据、工作装置角度数据和工作装置尺寸数据，求出表示铲斗8的当前位置的铲斗位置数据。工作装置控制部26A基于使用固定数据求出的铲斗位置数据和目标挖掘地形，根据目标挖掘地形和铲斗8之间的距离，以铲斗8向目标挖掘地形接近的速度减小的方式执行控制动臂6的速度的限制挖掘控制。

即，按照上述的例子，运算部28A基于工作装置角度数据、工作装置尺寸数据、铲斗8的外形数据及固定数据，求出包含铲斗位置数据在内的表示工作装置动作平面MP上的铲斗8的外形的二维铲斗数据S，工作装置控制部28基于该二维铲斗数据S来控制工作装置2。

在本实施方式中，在限制挖掘控制状态的期间，禁止铲斗8的驱动。即，在限制挖掘控制中，停止以倾转轴J4为中心的铲斗8的旋转。需要说明的是，在限制挖掘控制中，不禁止以铲斗轴J3为中心的铲斗8的旋转。

如上所述，工作装置2具有能驱动铲斗8的倾转油缸30，通过倾转油缸30的工作，从而铲斗8以倾转轴J4为中心旋转。在本实施方式中，在限制挖掘控制中，工作装置控制器26的驱动禁止部26B进行驱动禁止处理，以使得倾转油缸30不工作。

如上所述，倾转油缸30通过包含第三操作杆25P的操作装置25而被操作。通过从该操作装置25输出的操作信号，从而倾转油缸30工作。在本实施方式中，在从操作装置25输出用于操作倾转油缸30的操作信号的情况下，驱动禁止部26B将该从操作装置25输出的操作信号无效化。

在本实施方式中，操作信号的无效化包括维持先导液压管路450的先导液压和固定倾转油缸30的动作。图37是表示本实施方式涉及的液压系统300的一例的图。

如图37所示，液压系统300具备调整对倾转油缸30的工作油的供给量的方向控制阀64、调整向方向控制阀64供给的先导油的压力的控制阀27D及控制阀27E、操作踏板25F、泵控制器34、工作装置控制器26。

控制阀27D及控制阀27E基于从工作装置控制器26的驱动禁止部26B输出的控制信号(驱动禁止信号)工作。控制阀27D配置于梭形滑阀51A与方向控制阀64之间的油路中。控制阀27E配置于梭形滑阀51B与方向控制阀64之间的油路中。

在工作装置控制器26的驱动禁止部26B基于固定指令进行驱动禁止处理的情况下，输出驱动禁止信号。基于从驱动禁止部26B输出的驱动禁止信号，以使油路43(43A、43B)关闭的方式向控制阀27D及控制阀27E输出控制信号。由此，能将油路43(先导液压管路)的先导液压维持为恒定值。因此，方向控制阀64的滑柱不移动。因此，倾转油缸30不工作，铲斗8的驱动被禁止。即，以倾转轴J4为中心的铲斗8的旋转停止(固定)。

工作装置2在维持了限制挖掘控制状态的开始时刻的以倾转轴J4为中心的旋转方向上的铲斗8的姿态的状态下进行挖掘作业。在限制挖掘控制状态结束(解除)的时刻，铲斗8的驱动的禁止被解除。

在本实施方式中，在限制挖掘控制中，将倾转角度数据固定化而生成固定数据。基于该固定数据，在限制挖掘控制状态的期间，铲斗8以倾转轴J4为中心旋转时，铲斗8侵入目标挖掘地形的可能性变高。在本实施方式中，在限制挖掘控制状态下，不仅将倾转角度数据固定，也将以倾转轴J4为中心的旋转方向上的铲斗8的位置固定。由此，能抑制固定数据的值与铲斗8的实际的倾转角度的背离，能进行沿着目标挖掘地形的挖掘。

需要说明的是，不仅在限制挖掘控制状态的期间，在限制挖掘控制模式的期间，也可以禁止铲斗8的驱动。

需要说明的是，在限制挖掘控制中，虽然生成固定数据，但也可以不禁止铲斗8的驱动。

为了结束挖掘限制控制模式，由操作员操作输入部36而输出固定解除指令。以上，挖掘作业结束。固定解除机构除了用于结束挖掘控制模式的输入部36的输入以外，也可以为单独的固定解除机构。

[显示部]

图38是表示显示部29的一例的图。在本实施方式中，显示部29显示二维设计地形数据U及包含铲斗位置数据的二维铲斗数据S。显示部29显示表示工作装置动作平面MP上的目标挖掘地形与铲斗8之间的距离的距离数据及表示工作装置动作平面MP上的铲斗8的外形的外形数据中的至少一方。

显示部29的画面包括表示目标挖掘地形和铲斗8的主视图282、表示目标挖掘地形和铲斗8的侧视图281。主视图282包括表示铲斗8的图标101和表示目标施工信息的截面的线102。而且，主视图282包括表示目标挖掘地形与铲斗8之间的距离(Z轴方向上的距离)的距离数据291A和表示目标挖掘地形与铲尖8a所成的角度的角度数据292A。

侧视图281包括表示铲斗8的图标103和表示工作装置动作平面MP上的目标挖掘地形的表面的线104。图标103表示工作装置动作平面MP上的铲斗8的外形。而且，侧视图281包括表示目标挖掘地形与铲斗8之间的距离(目标挖掘地形与铲斗8的最短距离)的距离数据292A和表示目标挖掘地形与铲斗8的底面所成的角度的角度数据292B。

[效果]

如以上说明那样，根据本实施方式，倾转式铲斗的特征在于，设置固定指令机构，该固定指令机构使得即使产生设于该铲斗8上的倾转角度传感器70由于铲斗8的姿态等而无法输出正确的倾转角度数据的状况，也能在从倾转角度传感器70输出正确的倾转角度数据的时刻输出固定指令。在操作员的操作下，基于该固定指令将倾转角度数据固定化，从而使用该固定数据进行高精度的挖掘作业。

另外，根据本实施方式，在倾转式铲斗中，由于对成为限制挖掘控制的控制对象的沿着工作装置动作平面MP的铲斗8的外形和目标挖掘地形能够进行特定，因此，即使由于铲斗8的倾转而目标挖掘地形与铲斗8之间的距离发生变化，也能够以避免铲斗8侵入目标挖掘地形的方式高精度地进行限制挖掘控制。

在本实施方式中，基于工作装置2的尺寸数据、铲斗8的外形数据、工作装置角度数据和倾转角度数据，求出表示工作装置动作平面MP上的铲斗8的外形的二维铲斗数据，因此，即使铲斗8的倾转角度发生变动，也能够掌握工作装置动作平面MP上的铲斗8的铲尖8a的位置。因此，能够准确地掌握目标挖掘地形与铲尖8a的相对位置，能够抑制挖掘精度的下降并执行所期望的施工。

在本实施方式中，获取工作装置2的尺寸数据、目标挖掘地形数据和工作装置角度数据，工作装置控制部26A基于目标挖掘地形数据U和铲斗位置数据，根据目标挖掘地形与铲斗8之间的距离决定限制速度，以使工作装置2向目标挖掘地形接近的方向的速度成为所述限制速度以下的方式控制工作装置2。由此，能抑制铲斗8侵入目标挖掘地形，能抑制挖掘精度的降低。

在本实施方式中，为了在进行限制挖掘控制的期间的至少一部分期间基于固定数据控制工作装置2而向数据固定部28D输出固定指令，因此，基于该固定指令将倾转角度数据固定化，从而能高精度地进行限制挖掘控制。

在本实施方式中，固定指令在限制挖掘控制的开始时向数据固定部28D输出，在限制挖掘控制的结束时解除，因此，在限制挖掘控制中，能进行精度良好的限制挖掘控制。另外，在通常的挖掘作业中，能不进行倾转角度数据的固定化地进行挖掘作业。

另外，在本实施方式中，在挖掘限制控制中，利用驱动禁止部26B禁止铲斗8的驱动，不仅将倾转角度数据固定，而且也将以倾转轴J4为中心的旋转方向上的铲斗8的位置固定，因此，能使铲斗8在沿着目标挖掘地形移动的同时进行挖掘。

另外，在本实施方式中，驱动禁止部26B将从操作装置25输出的操作信号无效化，因此，能顺利地禁止铲斗8的驱动。

另外，在本实施方式中，基于二维铲斗数据，通过工作装置控制部26A来控制工作装置2。由此，工作装置控制部26A能够基于二维铲斗数据S和沿着工作装置动作平面MP的目标挖掘地形，导出目标挖掘地形与铲斗8之间的距离d，来进行工作装置2的限制挖掘控制。

在本实施方式中，基于二维铲斗数据、表示车辆主体1的当前位置的车辆主体位置数据P及表示车辆主体1的姿态的车辆主体姿态数据Q，求出目标挖掘地形与铲斗8的相对位置。由此，能够精确地求出目标挖掘地形与铲斗8的相对位置。

在本实施方式中，目标挖掘地形数据及铲斗位置数据显示于显示部26。由此，以工作装置动作平面MP为基准来特定控制对象，从而高精度地进行限制挖掘控制。

需要说明的是，在本实施方式中，获取全局坐标系中的液压挖掘机CM的车辆主体位置数据P及车辆主体姿态数据Q，使用通过局部坐标系求出的铲斗8的位置(二维铲斗数据S)、车辆主体位置数据P及车辆主体姿态数据Q，获取全局坐标系中的目标挖掘地形与铲斗8的相对位置。也可以在局部坐标系中规定目标挖掘地形数据，来获取局部坐标系中的目标挖掘地形和铲斗8的相对位置。在以下的实施方式中也同样。

需要说明的是，在本实施方式中，使用二维铲斗数据S进行了限制挖掘控制(介入控制)。限制挖掘控制也可以不进行。例如，也可以为，操作员目视观察显示部29，以使铲斗8沿着工作装置动作平面MP上的目标挖掘地形移动的方式进行操作装置25的操作。在以下的实施方式中也同样。

以上，说明了本发明的一实施方式，但本发明并不限定为上述实施方式，在不脱离发明的宗旨的范围内能够进行各种变更。

在上述的实施方式中，作为建筑机械的一例而列举了液压挖掘机，但并不局限于液压挖掘机，在其他种类的建筑机械中也可以适用本发明。

全局坐标系中的液压挖掘机CM的位置的获取并不局限于GNSS，也可以通过其他的测位机构来进行。因此，铲尖8a与目标挖掘地形之间的距离d的获取并不局限于GNSS，也可以通过其他的测位机构进行。

动臂操作量、斗杆操作量与铲斗操作量也可以基于表示操作杆(25R、25L)的位置的电信号来获取。

符号说明

1车辆主体

2工作装置

3回转体

4驾驶室

5行驶装置

5Cr履带

6动臂

7斗杆

8铲斗

9发动机室

10动臂油缸

11斗杆油缸

12铲斗油缸

13动臂销

14斗杆销

15铲斗销

16第一行程传感器

17第二行程传感器

18第三行程传感器

19扶手

20位置检测装置

21天线

22角度检测装置

23位置传感器

24倾斜传感器

25操作装置

25F操作踏板

25L第二操作杆

25R第一操作杆

25P第三操作杆

26工作装置控制器

27控制阀

28显示控制器

29显示部

30倾转油缸

32传感器控制器

36输入部

40A盖侧油室

40B杆侧油室

41主液压泵

42先导液压泵

43主阀

51梭形滑阀

70倾转角度传感器

80倾转销

81底板

82背板

83上板

84侧板

85侧板

86开口部

87托架

88托架

90连接构件

91板构件

92托架

93托架

94第一连杆构件

94P第一连杆销

95第二连杆构件

95P第二连杆销

96铲斗油缸顶部销

97托架

161旋转辊

162旋转中心轴

163旋转传感器部

164壳体

200控制系统

300液压系统

AX回转轴

CM建筑机械(液压挖掘机)

J1动臂车由

J2斗杆轴

J3铲斗轴

J4倾转轴

L1动臂长度

L2斗杆长度

L3铲斗长度

L4倾转长度

L5铲斗的宽度的尺寸

P车辆主体位置数据

Q车辆主体姿态数据(回转体方位数据)

S二维铲斗数据

T目标施工信息

U目标挖掘地形数据

α动臂角度

β斗杆角度

γ铲斗角度

δ倾转角度

ε倾转轴角度

Claims (9)

1.一种建筑机械的控制系统，该建筑机械具备包括动臂、斗杆及铲斗的工作装置，所述动臂能够以动臂轴为中心而相对于车辆主体旋转，所述斗杆能够以与所述动臂轴平行的斗杆轴为中心而相对于所述动臂旋转，所述铲斗能够分别以与所述斗杆轴平行的铲斗轴及与所述铲斗轴正交的倾转轴为中心而相对于所述斗杆旋转，

在所述建筑机械的控制系统中，具备：

倾转角度传感器，其设于所述铲斗上，能够检测相对于水平面的倾斜角度，并且检测至少包括所述铲斗的以所述倾转轴为中心的旋转角度在内的倾转角度数据；

数据获取部，从所述倾转角度传感器向该数据获取部输出所述倾转角度数据；

数据固定部，其基于固定指令使输出至所述数据获取部的所述倾转角度数据成为固定数据；

工作装置控制部，其基于所述固定数据控制所述工作装置直到所述固定指令解除。

2.根据权利要求1所述的建筑机械的控制系统，其中，具备：

第一获取部，其获取包括所述动臂的尺寸、所述斗杆的尺寸及所述铲斗的尺寸的尺寸数据；

第二获取部，其获取目标挖掘地形数据，该目标挖掘地形数据表示作为挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形；

第三获取部，其获取工作装置角度数据，该工作装置角度数据包括表示所述动臂的以所述动臂轴为中心的旋转角度的动臂角度数据、表示所述斗杆的以所述斗杆轴为中心的旋转角度的斗杆角度数据及表示所述铲斗的以所述铲斗轴为中心的旋转角度的铲斗角度数据；

运算部，其基于所述工作装置角度数据、所述尺寸数据及所述固定数据来求出表示所述铲斗的当前位置的铲斗位置数据，

所述工作装置控制部基于所述目标挖掘地形数据和所述铲斗位置数据，根据所述目标挖掘地形与所述铲斗之间的距离来决定限制速度，以使所述工作装置向所述目标挖掘地形接近的方向的速度成为所述限制速度以下的方式执行限制挖掘控制，

所述固定指令以下述方式向所述数据固定部输出：使得在进行所述限制挖掘控制的期间的至少一部分期间基于所述固定数据来控制所述工作装置。

3.根据权利要求2所述的建筑机械的控制系统，其中，

所述固定指令在所述限制挖掘控制的开始时向所述数据固定部输出，在所述限制挖掘控制的结束时解除。

4.根据权利要求2或3所述的建筑机械的控制系统，其中，

具有驱动禁止部，该驱动禁止部在所述限制挖掘控制中禁止所述铲斗的驱动。

5.根据权利要求4所述的建筑机械的控制系统，其中，

具备操作装置，该操作装置输出用于操作能够驱动铲斗的液压缸的操作信号，

所述驱动禁止部将从所述操作装置输出的操作信号无效化。

6.根据权利要求2～5中任一项所述的建筑机械的控制系统，其中，

具备第四获取部，该第四获取部获取所述铲斗的外形数据，

所述目标挖掘地形数据是与所述铲斗轴正交的工作装置动作平面上的挖掘对象的二维目标形状，

所述运算部基于所述工作装置角度数据、所述尺寸数据、所述外形数据及固定数据，求出包括所述铲斗位置数据在内的、表示所述工作装置动作平面上的所述铲斗的外形的二维铲斗数据，

所述工作装置控制部基于所述二维铲斗数据控制所述工作装置。

7.根据权利要求6所述的建筑机械的控制系统，其中，

所述运算部基于所述二维铲斗数据、表示所述车辆主体的当前位置的车辆主体位置数据及表示所述车辆主体的姿态的车辆主体姿态数据来求出所述目标挖掘地形与所述铲斗的相对位置。

8.一种建筑机械，其中，具备：

下部行驶体；

上部回转体，其支承于所述下部行驶体；

工作装置，其包括动臂、斗杆与铲斗，且支承于所述上部回转体；

权利要求1～7中任一项所述的控制系统。

9.一种建筑机械的控制方法，该建筑机械具备包括动臂、斗杆及铲斗的工作装置，所述动臂能够以动臂轴为中心而相对于车辆主体旋转，所述斗杆能够以与所述动臂轴平行的斗杆轴为中心而相对于所述动臂旋转，所述铲斗能够分别以与所述斗杆轴平行的铲斗轴及与所述铲斗轴正交的倾转轴为中心而相对于所述斗杆旋转，

在所述建筑机械的控制方法中，包括下述步骤：

利用配置于所述铲斗上且能够检测相对于水平面的倾斜角度的倾转角度传感器检测表示所述铲斗的以所述倾转轴为中心的旋转角度的倾转角度数据；

获取从所述倾转角度传感器输出的所述倾转角度数据；

基于固定指令将所述倾转角度数据固定化而生成固定数据；

基于所述固定数据控制所述工作装置直到所述固定指令解除。