CN105518222A - 作业机械的控制装置、作业机械以及作业机械的控制方法 - Google Patents

作业机械的控制装置、作业机械以及作业机械的控制方法 Download PDF

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Abstract

作业机械的控制装置具备：距离获取部，其获取铲斗与目标挖掘地形之间的距离数据；铲尖目标速度确定部，其基于距离数据来确定铲斗的铲尖目标速度；操作量获取部，其获取用于操作工作装置的操作量；动臂目标速度运算部，其基于铲尖目标速度以及由操作量获取部获取到的斗杆操作量与铲斗操作量中的至少一方，计算出动臂目标速度；修正量运算部，其基于铲斗与目标挖掘地形之间的距离的时间积分，计算出动臂目标速度的修正量；修正量限制部，其基于铲斗与目标挖掘地形之间的距离来限制所述修正量；以及工作装置控制部，其输出基于用修正量修正了的动臂目标速度对驱动动臂的动臂缸进行驱动的指令。

Description

作业机械的控制装置、作业机械以及作业机械的控制方法
技术领域
本发明涉及作业机械的控制装置、作业机械以及作业机械的控制方法。
背景技术
在液压挖掘机这样的作业机械所涉及的技术领域中，已知有专利文献1所公开那样的、以使铲斗的铲尖沿着表示挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形(设计面)移动的方式控制工作装置的作业机械。
在本说明书中，将以使铲斗的铲尖沿着目标挖掘地形移动的方式控制工作装置的情形称为整地辅助控制。在整地辅助控制中，根据当前的铲斗的铲尖位置与目标挖掘地形之间的距离来确定铲斗的铲尖目标速度，将确定出的铲尖目标速度与和铲斗的铲尖速度对抗的铲尖速度相加，并根据该相加值计算出动臂目标速度，其中，铲斗的铲尖速度与操作员所操作的斗杆操作量以及铲斗操作量中的至少一方相对应。此外，使用基于过去的铲斗的铲尖位置与目标挖掘地形之间的距离的时间积分的修正量来修正(积分补偿)动臂目标速度，并基于积分补偿后的动臂目标速度控制动臂缸。在使用了积分补偿的整地辅助控制中，在铲斗的铲尖掘入了目标挖掘地形的情况下，控制动臂缸使动臂进行上升动作。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2014/167718号
发明内容
发明要解决的技术问题
在液压挖掘机中，由于液压的响应延迟或者液压设备的驱动时的滞后等原因，存在液压缸相对于控制液压缸的控制信号的响应延迟。尤其是进行使液压缸从加速状态变为减速状态的动作的情况下的液压缸的响应延迟尤为显著。因此，在基于积分补偿的修正量的比例较多的情况下成为过补偿，有时产生铲斗的铲尖与目标挖掘地形过度分离的现象。
例如，在为了使铲斗的铲尖从铲斗的铲尖掘入目标挖掘地形的状态返回到目标挖掘地形而通过整地辅助控制使动臂进行上升动作的情况下，若铲斗的铲尖超过目标挖掘地形的时间较长，则铲斗的铲尖返回到目标挖掘地形时修正量变得过大，在使动臂从加速状态变为减速状态的情况下，动臂目标速度不减慢而导致动臂上升过度，从而产生铲斗的铲尖从目标挖掘地形过度浮起的现象。其结果是，产生未被工作装置挖掘的部分，导致以与目标挖掘地形不同的状态进行整地。
本发明的方案的目的在于，提供一种在整地辅助控制中能够防止铲斗的铲尖从掘入了的状态返回到目标挖掘地形时的铲尖的浮起而抑制挖掘精度的下降的作业机械的控制装置、作业机械以及作业机械的控制方法。
用于解决技术问题的方案
根据本发明的第一方案，提供一种作业机械的控制装置，所述作业机械具备工作装置，该工作装置具有动臂、斗杆以及铲斗，所述作业机械的控制装置具备：距离获取部，其获取所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离数据；铲尖目标速度确定部，其基于所述距离数据来确定所述铲斗的铲尖目标速度；操作量获取部，其获取用于操作所述工作装置的操作量；动臂目标速度运算部，其基于所述铲尖目标速度以及由所述操作量获取部获取到的斗杆操作量与铲斗操作量中的至少一方，计算出动臂目标速度；修正量运算部，其基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离的时间积分，计算出所述动臂目标速度的修正量；修正量限制部，其基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离，限制所述修正量；以及工作装置控制部，其输出基于用所述修正量修正了的所述动臂目标速度对驱动所述动臂的动臂缸进行驱动的指令。
根据本发明的第二方案，提供一种作业机械，其具备：具有动臂、斗杆以及铲斗的工作装置；驱动所述动臂的动臂缸；驱动所述斗杆的斗杆缸；驱动所述铲斗的铲斗缸；支承所述工作装置的上部回转体；支承所述上部回转体的下部行驶体；以及控制装置，所述控制装置具备：距离获取部，其获取所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离数据；铲尖目标速度确定部，其基于所述距离数据来确定所述铲斗的铲尖目标速度；操作量获取部，其获取用于操作所述工作装置的操作量；动臂目标速度运算部，其基于所述铲尖目标速度以及由所述操作量获取部获取到的斗杆操作量与铲斗操作量中的至少一方，计算出动臂目标速度；修正量运算部，其基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离的时间积分，计算出所述动臂目标速度的修正量；修正量限制部，其基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离，限制所述修正量；以及工作装置控制部，其输出基于用所述修正量修正了的所述动臂目标速度对驱动所述动臂的所述动臂缸进行驱动的指令。
根据本发明的第三方案，提供一种作业机械的控制方法，所述作业机械具备工作装置，该工作装置具有动臂、斗杆以及铲斗，所述作业机械的控制方法包含以下步骤：获取所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离数据；基于所述距离数据来确定所述铲斗的铲尖目标速度；基于所述铲尖目标速度以及获取到的斗杆操作量与铲斗操作量中的至少一方，计算出动臂目标速度；基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离的时间积分，计算出所述动臂目标速度的修正量；基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离，限制所述修正量；以及输出基于用所述修正量修正了的所述动臂目标速度对驱动所述动臂的动臂缸进行驱动的指令。
发明效果
根据本发明的方案，提供一种在整地辅助控制中能够防止铲斗的铲尖从掘入了的状态返回到目标挖掘地形时的铲尖的浮起而抑制挖掘精度的下降作业机械的控制装置、作业机械以及作业机械的控制方法。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的液压挖掘机的一例的立体图。
图2是示意性表示本实施方式所涉及的液压挖掘机的一例的侧视图。
图3是示意性表示本实施方式所涉及的液压挖掘机的一例的后视图。
图4是用于说明本实施方式所涉及的整地辅助控制的示意图。
图5是表示本实施方式所涉及的液压系统的一例的示意图。
图6是表示本实施方式所涉及的液压系统的一例的示意图。
图7是表示本实施方式所涉及的控制系统的一例的功能框图。
图8是用于说明本实施方式所涉及的目标挖掘地形数据生成部的处理的示意图。
图9是表示本实施方式所涉及的距离与铲尖目标速度之间的关系的图。
图10是表示本实施方式所涉及的液压挖掘机的控制方法的一例的流程图。
图11是表示本实施方式所涉及的控制系统的一例的控制框图。
图12是表示比较例所涉及的距离以及修正量的变化的状况的图。
图13是表示本实施方式所涉及的距离以及修正量的变化的状况的图。
图14是表示本实施方式所涉及的偏移量与压力传感器的检测值之间的关系的图。
图15是表示本实施方式所涉及的操作装置的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的实施方式进行说明，但本发明并不局限于此。以下说明的各实施方式的构成要素能够适当组合。另外，也存在不使用一部分构成要素的情况。
[作业机械]
图1是表示本实施方式所涉及的作业机械100的一例的立体图。在本实施方式中，针对作业机械100为液压挖掘机的例子进行说明。在以下的说明中，将作业机械100适当称为液压挖掘机100。
如图1所示，液压挖掘机100具备：通过液压而工作的工作装置1；支承工作装置1的车身2；支承车身2的行驶装置3；用于操作工作装置1的操作装置40；以及控制工作装置1的控制装置50。车身2能够在支承于行驶装置3的状态下以回转轴RX为中心回转。车身2配置于行驶装置3之上。在以下的说明中，将车身2适当称为上部回转体2，将行驶装置3适当称为下部行驶体3。
上部回转体2具有供操作员搭乘的驾驶室4、收容发动机及液压泵等的机械室5、以及扶手6。驾驶室4具有供操作员就座的驾驶席4S。机械室5配置在驾驶室4的后方。扶手6配置在机械室5的前方。
下部行驶体3具有一对履带7。液压挖掘机100通过履带7的旋转而行驶。需要说明的是，下部行驶体3也可以为车轮(轮胎)。
工作装置1支承于上部回转体2。工作装置1具备：具有铲尖10的铲斗11；与铲斗11连结的斗杆12；以及与斗杆12连结的动臂13。铲斗11的铲尖10也可以是设于铲斗11的凸形状的铲具的前端部。铲斗11的铲尖10也可以是设于铲斗11的直线形状的铲具的前端部。
铲斗11与斗杆12经由铲斗销而连结。铲斗11能够以旋转轴AX1为中心旋转地支承于斗杆12。斗杆12与动臂13经由斗杆销而连结。斗杆12能够以旋转轴AX2为中心旋转地支承于动臂13。动臂13与上部回转体2经由动臂销而连结。动臂13能够以旋转轴AX3为中心旋转地支承于车身2。
旋转轴AX1、旋转轴AX2以及旋转轴AX3平行。旋转轴AX1、AX2、AX3与同回转轴RX平行的轴正交。在以下的说明中，将旋转轴AX1、AX2、AX3的轴向适当称为上部回转体2的车宽方向，将与旋转轴AX1、AX2、AX3以及回转轴RX这双方正交的方向适当称为上部回转体2的前后方向。将就座于驾驶席4S的操作员作为基准时工作装置1存在的方向为前方向。
需要说明的是，铲斗11也可以是倾转铲斗。倾转铲斗是指，通过铲斗倾转缸的工作而能够沿车宽方向倾转倾斜的铲斗。当液压挖掘机100在倾斜地运行的情况下，通过铲斗11沿车宽方向倾转倾斜，从而能够对斜面或平地自由地进行成形或者整地。
操作装置40配置于驾驶室4。操作装置40包含被液压挖掘机100的操作员操作的操作构件。操作构件包含操作杆或操纵杆。通过对操作构件进行操作，从而操作工作装置1。
控制装置50包含计算机系统。控制装置50具有CPU(centralprocessingunit)这样的处理器、ROM(readonlymemory)或RAM(randomaccessmemory)这样的存储装置以及输入输出接口装置。
图2是示意性表示本实施方式所涉及的液压挖掘机100的侧视图。图3是示意性表示本实施方式所涉及的液压挖掘机100的后视图。
如图1及图2所示，液压挖掘机100具有对工作装置1进行驱动的液压缸20。利用工作油来驱动液压缸20。液压缸20包含：对铲斗11进行驱动的铲斗缸21；对斗杆12进行驱动的斗杆缸22；以及对动臂13进行驱动的动臂缸23。
如图2所示，液压挖掘机100具有：配置于铲斗缸21的铲斗缸行程传感器14；配置于斗杆缸22的斗杆缸行程传感器15；以及配置于动臂缸23的动臂缸行程传感器16。铲斗缸行程传感器14检测铲斗缸21的行程长即铲斗缸长。斗杆缸行程传感器15检测斗杆缸22的行程长即斗杆缸长。动臂缸行程传感器16检测动臂缸23的行程长即动臂缸长。
如图2及图3所示，液压挖掘机100具备对上部回转体2的位置进行检测的位置检测装置30。位置检测装置30包含：对由全局坐标系规定的上部回转体2的位置进行检测的车身位置检测器31；对上部回转体2的姿势进行检测的姿势检测器32；以及对上部回转体2的方位进行检测的方位检测器33。
全局坐标系(XgYgZg坐标系)是表示由GPS(GlobalPositioningSystem：全球测位系统)规定的绝对位置的坐标系。局部坐标系(XYZ坐标系)是表示以液压挖掘机100的上部回转体2的基准位置Ps为基准的相对位置的坐标系。上部回转体2的基准位置Ps例如设定于上部回转体2的回转轴RX。需要说明的是，上部回转体2的基准位置Ps也可以设定于旋转轴AX3。通过位置检测装置30检测由全局坐标系规定的上部回转体2的三维位置、上部回转体2相对于水平面的倾斜角度以及上部回转体2相对于基准方位的方位。
车身位置检测器31包含GPS接收器。车身位置检测器31检测由全局坐标系规定的上部回转体2的三维位置。车身位置检测器31检测上部回转体2的Xg方向的位置、Yg方向的位置以及Zg方向的位置。
在上部回转体2上设置有多个GPS天线31A。GPS天线31A设置于上部回转体2的扶手6。需要说明的是，GPS天线31A也可以配置于在机械室5的后方配置的配重之上。GPS天线31A从GPS卫星接收电波，并将基于接收到的电波的信号输出至车身位置检测器31。车身位置检测器31基于从GPS天线31A供给来的信号，检测由全局坐标系规定的GPS天线31A的设置位置P1。车身位置检测器31基于GPS天线31A的设置位置P1，检测上部回转体2的绝对位置Pg。
在车宽方向上设置有两个GPS天线31A。车身位置检测器31分别检测一方的GPS天线31A的设置位置P1a以及另一方的GPS天线31A的设置位置P1b。车身位置检测器31A基于设置位置P1a与设置位置P1b来实施运算处理，从而检测上部回转体2的绝对位置Pg以及方位。在本实施方式中，上部回转体2的绝对位置Pg为设置位置P1a。需要说明的是，上部回转体2的绝对位置Pg也可以为设置位置P1b。
姿势检测器32包含IMU(InertialMeasurementUnit)。姿势检测器32设置于上部回转体2。姿势检测器32配置在驾驶室4的下部。姿势检测器32检测上部回转体2相对于水平面(XgYg平面)的倾斜角度。上部回转体2相对于水平面的倾斜角度包含车宽方向上的上部回转体2的倾斜角度θa以及前后方向上的上部回转体2的倾斜角度θb。
方位检测器33具有如下的功能：基于一方的GPS天线31A的设置位置P1a与另一方的GPS天线31A的设置位置P1b来检测上部回转体2相对于由全局坐标系规定的基准方位的方位。基准方位例如是北。方位检测器33基于设置位置P1a与设置位置P1b来实施运算处理，从而检测上部回转体2相对于基准方位的方位。方位检测器33计算出将设置位置P1a与设置位置P1b连结的直线，并基于计算出的直线与基准方位所成的角度来检测上部回转体2相对于基准方位的方位。
需要说明的是，方位检测器33也可以与位置检测装置30分体设置。方位检测器33也可以使用磁传感器来检测上部回转体2的方位。
液压挖掘机100具备铲尖位置检测器34，该铲尖位置检测器34检测铲尖10相对于上部回转体2的基准位置Ps的相对位置。
在本实施方式中，铲尖位置检测器34基于铲斗缸行程传感器14的检测结果、斗杆缸行程传感器15的检测结果、动臂缸行程传感器16的检测结果、铲斗11的长度L11、斗杆12的长度L12以及动臂13的长度L13，计算出铲尖10相对于上部回转体2的基准位置Ps的相对位置。
铲尖位置检测器34基于由铲斗缸行程传感器14检测到的铲斗缸长，计算出铲斗11的铲尖10相对于斗杆12的倾斜角θ11。铲尖位置检测器34基于由斗杆缸行程传感器15检测到的斗杆缸长，计算出斗杆12相对于动臂13的倾斜角θ12。铲尖位置检测器34基于由动臂缸行程传感器16检测到的动臂缸长，计算出动臂13相对于上部回转体2的Z轴的倾斜角θ13。
铲斗11的长度L11是铲斗11的铲尖10与旋转轴AX1(铲斗销)之间的距离。斗杆12的长度L12是旋转轴AX1(铲斗销)与旋转轴AX2(斗杆销)之间的距离。动臂13的长度L13是旋转轴AX2(斗杆销)与旋转轴AX3(动臂销)之间的距离。
铲尖位置检测器34基于倾斜角θ11、倾斜角θ12、倾斜角θ13、长度L11、长度L12以及长度L13，计算出铲尖10相对于上部回转体2的基准位置Ps的相对位置。
另外，铲尖位置检测器34基于由位置检测装置30检测到的上部回转体2的绝对位置Pg、以及上部回转体2的基准位置Ps与铲尖10的相对位置，计算出铲尖10的绝对位置Pb。绝对位置Pg与基准位置Ps的相对位置是根据液压挖掘机100的各种数据导出的已知数据。因此，铲尖位置检测器34能够基于上部回转体2的绝对位置Pg、上部回转体2的基准位置Ps与铲尖10的相对位置、以及液压挖掘机100的各种数据，计算出铲尖10的绝对位置Pb。
需要说明的是，铲尖位置检测器34也可以包含电位计式倾斜仪等角度传感器。该角度传感器也可以检测铲斗11的倾斜角θ11、斗杆12的倾斜角θ12以及动臂13的倾斜角θ13。
[整地辅助控制]
图4是表示本实施方式所涉及的液压挖掘机100的动作的示意图。在本实施方式中，控制装置50以使铲斗11的铲尖10沿着表示挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形(设计面)移动的方式对工作装置1进行整地辅助控制。控制装置50通过例如PI控制(proportional-integralcontrol)来对工作装置1进行整地辅助控制。
通过对操作装置40进行操作，来执行铲斗11的倾卸动作、铲斗11的挖掘动作、斗杆12的倾卸动作、斗杆12的挖掘动作、动臂13的上升动作以及动臂13的下降动作。
在本实施方式中，操作装置40包含在就座于驾驶席4S的操作员的右侧配置的右操作杆以及在左侧配置的左操作杆。当沿前后方向移动右操作杆时，动臂13进行下降动作以及上升动作。当沿左右方向(车宽方向)移动右操作杆时，铲斗11进行挖掘动作以及倾卸动作。当沿前后方向移动左操作杆时，斗杆12进行倾卸动作以及挖掘动作。当沿左右方向移动左操作杆时，上部回转体2进行左回转以及右回转。需要说明的是，也可以为，在沿前后方向移动了左操作杆的情况下，上部回转体2进行右回转以及左回转，在沿左右方向移动了左操作杆的情况下，斗杆12进行倾卸动作以及挖掘动作。
在整地辅助控制中，铲斗11以及斗杆12基于操作员对操作装置40的操作而被驱动。动臂13基于操作员对操作装置40的操作以及控制装置50所进行的控制中的至少一方而被驱动。
如图4所示，在对挖掘对象进行挖掘的情况下，使铲斗11以及斗杆12进行挖掘动作。控制装置50在通过操作装置40的操作而使铲斗11以及斗杆12进行挖掘动作的状态下进行介入动臂10的动作的控制，以使得铲斗11的铲尖10沿着目标挖掘地形移动。在图4所示的例子中，控制装置50在铲斗11以及斗杆12进行挖掘动作的状态下以使动臂13进行上升动作的方式对动臂缸23进行控制。
[液压系统]
接着，对本实施方式所涉及的液压系统300的一例进行说明。包含铲斗缸21、斗杆缸22以及动臂缸23在内的液压缸20通过液压系统300而工作。液压缸20通过操作装置40而被操作。
在本实施方式中，操作装置40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20(铲斗缸21、斗杆缸22以及动臂缸23)工作而向该液压缸20供给的油适当称为工作油。通过方向控制阀41来调整向液压缸20供给的工作油的供给量。方向控制阀41利用被供给的油而工作。在以下的说明中，将为了使方向控制阀41工作而向该方向控制阀41供给的油适当称为先导油。另外，将先导油的压力适当称为先导液压。
图5是表示使斗杆缸22工作的液压系统300的一例的示意图。斗杆12通过操作装置40的操作而执行挖掘动作以及倾卸动作这两种动作。通过斗杆缸22伸展，斗杆12进行挖掘动作，通过斗杆缸22收缩，斗杆12进行倾卸动作。
液压系统300具备：经由方向控制阀41而向斗杆缸22供给工作油的可变容量型的主液压泵42；供给先导油的先导液压泵43；调整相对于方向控制阀41的先导液压的操作装置40；供先导油流动的油路44A、44B；配置于油路44A、44B的压力传感器46A、46B；以及控制装置50。主液压泵42由未图示的发动机等原动机进行驱动。
方向控制阀41控制工作油所流动的方向。从主液压泵42供给来的工作油经由方向控制阀41而被供给至斗杆缸22。方向控制阀41是使杆状的阀柱移动来切换工作油所流动的方向的阀柱方式。通过阀柱沿轴向移动，来切换相对于斗杆缸22的盖侧油室20A(油路47A)的工作油的供给与相对于杆侧油室20B(油路47B)的工作油的供给。需要说明的是，盖侧油室20A是缸盖与活塞之间的空间。杆侧油室20B是配置有活塞杆的空间。另外，通过阀柱沿轴向移动，来调整相对于斗杆缸22的工作油的供给量(每单位时间的供给量)。通过调整相对于斗杆缸22的工作油的供给量而调整缸速度。
方向控制阀41由操作装置40操作。从先导液压泵43送出来的先导油被供给至操作装置40。需要说明的是，也可以将从主液压泵42送出、并被减压阀减压后的先导油供给至操作装置40。操作装置40包含先导液压调整阀。基于操作装置40的操作量来调整先导液压。利用该先导液压来驱动方向控制阀41。通过利用操作装置40调整先导液压，由此来调整轴向上的阀柱的移动量以及移动速度。
方向控制阀41具有第一承压室以及第二承压室。阀柱利用油路44A的先导液压而进行驱动，第一承压室与主液压泵42连接，向第一承压室供给工作油。阀柱利用油路44B的先导液压而进行驱动，第二承压室与主液压泵42连接，向第二承压室供给工作油。
压力传感器46A检测油路44A的先导液压。压力传感器46B检测油路44B的先导液压。压力传感器46A、46B的检测信号输出至控制装置50。
当操作装置40的操作杆从中立位置向一方侧移动时，与该操作杆的操作量对应的先导液压作用于方向控制阀41的阀柱的第一承压室。当操作装置40的操作杆从中立位置向另一方侧移动时，与该操作杆的操作量对应的先导液压作用于方向控制阀41的阀柱的第二承压室。
方向控制阀41的阀柱移动与由操作装置40调整后的先导液压对应的距离。例如，通过向第一承压室作用先导液压，从而向斗杆缸22的盖侧油室20A供给来自主液压泵42的工作油，斗杆缸22伸展。当斗杆缸22伸展时，斗杆12进行挖掘动作。通过向第二承压室作用先导液压，从而向斗杆缸22的杆侧油室20B供给来自主液压泵42的工作油，斗杆缸22收缩。当斗杆缸22收缩时，斗杆12进行倾卸动作。基于方向控制阀41的阀柱的移动量，来调整从主液压泵42经由方向控制阀41而向斗杆缸22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而调整缸速度。
使铲斗缸21工作的液压系统300是与使斗杆缸22工作的液压系统300相同的结构。铲斗11通过操作装置40的操作而执行挖掘动作以及倾卸动作这两种动作。通过铲斗缸21伸展，铲斗11进行挖掘动作，通过铲斗缸21收缩，铲斗11进行倾卸动作。关于使铲斗缸21工作的液压系统300的详细说明省略。
图6是表示使动臂缸23工作的液压系统300的一例的示意图。动臂13通过操作装置40的操作而执行上升动作以及下降动作这两种动作。方向控制阀41具有第一承压室以及第二承压室。阀柱利用油路44A的先导液压而进行驱动，第一承压室与主液压泵42连接，向第一承压室供给工作油。阀柱利用油路44B的先导液压而进行驱动，第二承压室与主液压泵42连接，向第二承压室供给工作油。从主液压泵42供给来的工作油经由方向控制阀41而被供给至动臂缸23。通过方向控制阀41的阀柱沿轴向移动，来切换相对于动臂缸23的盖侧油室20A(油路47B)的工作油的供给与相对于杆侧油室20B(油路47A)的工作油的供给。在向第一承压室供给有工作油的情况下，经由油路47A向杆侧油室20B供给工作油而使动臂缸13收缩，由此动臂13进行下降动作。在向第二承压室供给有工作油的情况下，经由油路47B向盖侧油室20A供给工作油而使动臂缸13伸展，由此动臂13进行上升动作。
如图6所示，使动臂缸23工作的液压系统300具备：主液压泵42；先导液压泵43；方向控制阀41；用于调整相对于方向控制阀41的先导液压的操作装置40；供先导油流动的油路44A、44B、44C；配置于油路44A、44B、44C的控制阀45A、45B、45C；配置于油路44A、44B、44C的压力传感器46A、46B；以及对控制阀45A、45B、45C进行控制的控制装置50。
控制阀45A、45B、45C是电磁比例控制阀。控制阀45A、45B、45C基于来自控制装置50的指令信号而调整先导液压。控制阀45A调整油路44A的先导液压。控制阀45B调整油路44B的先导液压。控制阀45C调整油路44C的先导液压。
如参照图5而说明的那样，通过对操作装置40进行操作，使与操作装置40的操作量对应的先导液压作用于方向控制阀41。方向控制阀41的阀柱与先导液压对应地移动。基于阀柱的移动量，来调整从主液压泵42经由方向控制阀41而向动臂缸23供给的每单位时间的工作油的供给量。
控制装置50通过对控制阀45A进行控制而能够对作用于第一承压室的先导液压进行减压调整。控制装置50通过对控制阀45B进行控制而能够对作用于第二承压室的先导液压进行减压调整。在图6所示的例子中，利用控制阀45A对通过操作装置40的操作而调整了的先导液压进行减压，由此来限制向方向控制阀41供给的先导油。利用控制阀45A对作用于方向控制阀41的先导液压进行减压，由此来限制动臂13的下降动作。同样，利用控制阀45B对通过操作装置40的操作而调整了的先导液压进行减压，由此来限制向方向控制阀41供给的先导油。利用控制阀45B对作用于方向控制阀41的先导液压进行减压，由此来限制动臂13的上升动作。控制装置50基于压力传感器46A的检测信号而对控制阀45A进行控制。控制装置50基于压力传感器46B的检测信号而对控制阀45B进行控制。
在本实施方式中，为了进行整地辅助控制，在油路44C中设置有基于从控制装置50输出的、与整地辅助控制相关的指令信号而工作的控制阀45C。在油路44C中流动有从先导液压泵43送出的先导油。油路44C以及油路44B与梭阀48连接。梭阀48将油路44B以及油路44C中的、先导液压较高的油路的先导油供给至方向控制阀41。
控制阀45C被基于为了执行整地辅助控制而从控制装置50输出的指令信号来控制。
当不执行整地辅助控制时，控制装置50不向控制阀45C输出指令信号，以使得方向控制阀41被基于通过操作装置40的操作而调整了的先导液压来驱动。例如，控制装置50使控制阀45B成为全开，并且利用控制阀45C关闭油路44C，以使得方向控制阀41被基于通过操作装置40的操作而调整了的先导液压来驱动。
在执行整地辅助控制时，控制装置50对控制阀45B、45C进行控制，以使得方向控制阀41被基于由控制阀45C调整了的先导液压来驱动。例如，在执行用于限制动臂13的移动的整地辅助控制的情况下，控制装置50以使得成为与动臂目标速度对应的先导液压的方式对控制阀45C进行控制。例如，控制装置50以使由控制阀45C调整了的先导液压比由操作装置40调整了的先导液压高的方式对控制阀45C进行控制。当油路44C的先导液压比油路44B的先导液压大时，来自控制阀45C的先导油经由梭阀48而被供给至方向控制阀41。
通过经由油路44B以及油路44C中的至少一方向方向控制阀41供给先导油，从而将工作油经由油路47B供给至盖侧油室20A。由此，动臂缸23伸展，动臂13进行上升动作。
在为了避免铲斗11的铲尖10掘入目标挖掘地形而由操作装置40进行的动臂13的上升操作量较大的情况下，不执行整地辅助控制。通过以使动臂13以比动臂目标速度快的速度进行上升动作的方式对操作装置40进行操作、并基于该操作量来调整先导液压，由此通过操作装置40的操作而调整的先导液压比由控制阀45C调整的先导液压高。由此，梭阀48选择通过控制装置50的控制阀45C的操作而调整了的先导液压的先导油，并供给至方向控制阀41。另外，在基于从后述的控制装置50向控制阀45C发出的指令的先导液压比基于动臂操作量的先导液压小的情况下，梭阀48选择通过操作装置40的操作而调整了的先导油，并对动臂13进行操作。
[控制系统]
接着，对本实施方式所涉及的液压挖掘机100的控制系统200进行说明。图7是表示本实施方式所涉及的控制系统200的一例的功能框图。
如图7所示，控制系统200具备：控制工作装置1的控制装置50；位置检测装置30；铲尖位置检测器34；操作装置40；控制阀45(45A、45B、45C)；压力传感器46(46A、46B)；以及目标施工数据生成装置70。
如上所述，包含车身位置检测器31、姿势检测器32以及方位检测器33在内的位置检测装置30检测上部回转体2的绝对位置Pg。在以下的说明中，将上部回转体2的绝对位置Pg适当称为车身位置Pg。
控制阀45(45A、45B、45C)调整相对于液压缸20的工作油的供给量。控制阀45基于来自控制装置50的指令信号而工作。压力传感器46(46A、46B)检测油路44(44A、44B)的先导液压。压力传感器46的检测信号被输出至控制装置50。
目标施工数据生成装置70包含计算机系统。目标施工数据生成装置70生成表示作为施工区域的目标形状的立体设计地形的目标施工数据。目标施工数据表示在由工作装置1进行的施工后得到的三维目标形状。目标施工数据包含生成目标挖掘地形数据所需的坐标数据以及角度数据。
目标施工数据生成装置70例如设置于液压挖掘机100的远程地点。目标施工数据生成装置70例如设置在施工管理侧的设备上。目标施工数据生成装置70与控制装置50能够进行无线通信。由目标施工数据生成装置70生成的目标施工数据通过无线被发送至控制装置50。
需要说明的是，也可以为，目标施工数据生成装置70与控制装置50通过有线而连接，从目标施工数据生成装置70向控制装置50发送目标施工数据。需要说明的是，也可以为，目标施工数据生成装置70包含存储有目标施工数据的存储介质，控制装置50具有能够从该存储介质读入目标施工数据的装置。
控制装置50具有：车身位置数据获取部51，其获取表示支承工作装置1的上部回转体2的车身位置Pg的车身位置数据；铲尖位置数据获取部52，其获取表示铲斗11的铲尖10相对于局部坐标系中的上部回转体2的基准位置Ps的相对位置的铲尖位置数据；目标挖掘地形数据生成部53，其生成表示挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形数据；距离获取部54，其获取表示铲斗11的铲尖位置与目标挖掘地形之间的距离的距离数据；铲尖目标速度确定部55，其基于距离数据来确定铲斗11的铲尖目标速度；操作量获取部56，其获取用于操作工作装置1的操作量；动臂目标速度运算部57，其基于铲尖目标速度与由操作量获取部56获取到的斗杆操作量以及铲斗操作量中的至少一方，计算出动臂目标速度；修正量运算部58，其基于铲尖位置与目标挖掘地形之间的距离的时间积分，计算出动臂目标速度的修正量；修正量限制部59，其基于铲尖位置与目标挖掘地形之间的距离来限制修正量；工作装置控制部60，其基于用修正量修正了的动臂目标速度来控制对动臂13进行驱动的动臂缸23；存储部61，其存储液压挖掘机100的各种数据；以及输入输出部62。
控制装置50的处理器包含车身位置数据获取部51、铲尖位置数据获取部52、目标挖掘地形数据生成部53、距离获取部54、铲尖目标速度确定部55、操作量获取部56、动臂目标速度运算部57、修正量运算部58、修正量限制部59以及工作装置控制部60。控制装置50的存储装置包含存储部61。控制装置50的输入输出接口装置包含输入输出部62。
车身位置数据获取部51从位置检测装置30经由输入输出部62而获取表示车身位置Pg的车身位置数据。车身位置Pg是由全局坐标系规定的当前的绝对位置。车身位置检测器31基于GPS天线31的设置位置P1a以及设置位置P1b中的至少一方来检测车身位置Pg。车身位置数据获取部51从车身位置检测器31获取表示车身位置Pg的车身位置数据。
铲尖位置数据获取部52从铲尖位置检测器34经由输入输出部56而获取表示铲尖位置的铲尖位置数据。铲尖位置是由局部坐标系规定的当前的相对位置。铲尖位置数据获取部52从铲尖位置检测器34获取表示铲尖10相对于上部回转体2的基准位置Ps的相对位置即铲尖位置的铲尖位置数据。需要说明的是，铲尖位置检测器34能够基于上部回转体2的车身位置Pg、上部回转体2的基准位置Ps与铲尖10的相对位置以及液压挖掘机100的各种数据，计算出当前的铲尖10的绝对位置Pb。铲尖位置数据获取部52从铲尖位置检测器32获取的铲尖位置数据也可以包含当前的铲尖10的绝对位置Pb。
目标挖掘地形数据生成部53使用从目标施工数据生成装置70供给的目标施工数据与铲尖位置数据，生成与铲尖位置对应的、表示挖掘对象的目标形状的目标挖掘地形数据。目标挖掘地形数据生成部53生成局部坐标系中的目标挖掘地形数据。
图8是示出表示立体设计地形的目标施工数据与目标挖掘地形数据之间的关系的图。如图8所示，目标挖掘地形数据生成部53基于目标施工数据与铲尖位置数据，获取由上部回转体2的前后方向规定的工作装置1的工作装置动作平面MP与立体设计地形的交线E来作为目标挖掘地形的候补线。目标挖掘地形数据生成部53将目标挖掘地形的候补线中的铲尖10的正下方点作为目标挖掘地形的基准点AP。控制装置50将目标挖掘地形的基准点AP的前后的单个或多个拐点与其前后的线确定为成为挖掘对象的目标挖掘地形。目标挖掘地形数据生成部53生成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数据。
在图7中，距离获取部54基于由铲尖位置数据获取部52获取到的铲尖位置与由目标挖掘地形数据生成部53生成的目标挖掘地形，计算出铲尖位置Pb与目标挖掘地形之间的距离d。
需要说明的是，在本实施方式中，使用铲尖位置Pb作为控制对象，但也可以使用铲斗11的外形尺寸等，将包含铲斗11的外周的铲斗11的任意的点与目标挖掘地形之间的距离作为铲斗11与目标挖掘地形之间的距离d。
铲尖目标速度确定部55基于铲尖位置Pb与目标挖掘地形之间的距离d来确定铲斗11的铲尖目标速度。
图9是表示距离d与铲尖目标速度之间的关系的一例的图。在图9所示的曲线图中，横轴为距离d，纵轴为铲尖目标速度。在图9中，铲尖10未侵占目标挖掘地形的表面时的距离d为正值。铲尖10侵占目标挖掘地形的表面时的距离d为负值。铲尖10未侵占目标挖掘地形的表面的非侵占状态是指铲尖10存在于目标挖掘地形的表面的外侧(上侧)的状态，换而言之，存在于未超过目标挖掘地形的位置的状态。铲尖10侵占目标挖掘地形的表面的侵占状态是指铲尖10存在于目标挖掘地形的表面的内侧(下侧)的状态，换而言之，存在于超过目标挖掘地形的位置的状态。在非侵占状态下，铲尖10是从目标挖掘地形浮起的状态，在侵占状态下，铲尖10是掘入目标挖掘地形的状态。铲尖10与目标挖掘地形的表面一致时的距离d为零。
在本实施方式中，将铲尖10从目标挖掘地形的内侧朝向外侧时的速度设为正值，将铲尖10从目标挖掘地形的外侧朝向内侧时的速度设为负值。即，将铲尖10朝向目标挖掘地形的上方时的速度设为正值，将铲尖10朝向目标挖掘地形的下方时的速度设为负值。
如图9所示，铲尖目标速度确定部55以使铲尖10与目标挖掘地形一致的方式确定铲尖目标速度的正负。另外，铲尖目标速度确定部55以距离d越大则铲尖目标速度的绝对值越大、距离d越小则铲尖目标速度的绝对值越小的方式确定铲尖目标速度。
在图7中，操作量获取部56获取操作装置40的操作量。操作装置40的操作量与油路44A、44B的先导液压相关。通过压力传感器46A、46B检测油路44A、44B的先导液压。表示操作装置40的操作量与油路44A、44B的先导液压的关系的相关数据事先通过预备实验或模拟而求出，并存储在存储部61中。操作量获取部56基于压力传感器46A、46B的检测信号和存储在存储部61中1相关数据，根据压力传感器46A、46B的检测信号(PPC压)获取表示操作装置40的操作量的操作量数据。操作量获取部56获取用于操作铲斗11的操作装置40的铲斗操作量、用于操作斗杆12的操作装置40的斗杆操作量以及用于操作动臂13的操作装置40的动臂操作量。
动臂目标速度运算部57基于由铲尖目标速度确定部55确定出的铲尖目标速度以及由操作量获取部56获取到的斗杆操作量与铲斗操作量中的至少一方，计算出动臂目标速度。在整地辅助控制中，铲斗11的移动以及斗杆12的移动是基于操作员对操作装置40的操作而进行的。在整地辅助控制中，在经由操作装置40对铲斗11以及斗杆12进行操作的状态下，通过控制装置50来控制动臂10的移动，以使得铲斗11的铲尖10沿着目标挖掘地形移动。动臂目标速度运算部55根据操作装置40的用于操作铲斗11的铲斗操作量，计算出铲斗11移动了时的铲尖速度，并计算出与基于铲斗11的移动的铲尖速度对抗的动臂目标速度，以使得铲斗11移动了时的目标挖掘地形与铲尖10的偏差相抵消。同样，动臂目标速度运算部55根据操作装置40的用于操作斗杆12的斗杆操作量，计算出斗杆12移动了时的铲尖速度，并计算出与基于斗杆12的移动的铲尖速度对抗的动臂目标速度，以使得斗杆12移动了时的目标挖掘地形与铲尖10的偏差相抵消。基于铲尖目标速度以及操作装置40的斗杆操作量与铲斗操作量中的至少一方，计算出动臂目标速度，并以成为该动臂目标速度的方式控制动臂13的移动，由此能够使铲尖10与目标挖掘地形靠近。
修正量运算部58基于铲尖位置Pb与目标挖掘地形之间的距离d的时间积分而计算出动臂目标速度的修正量。修正量运算部58基于从过去的规定时刻到当前时刻为止的距离d的时间积分而计算出修正量，并对动臂目标速度进行积分补偿。
修正量基于铲尖10与目标挖掘地形分离时的距离d的时间积分而计算出。通过基于目标挖掘地形被铲尖10掘入时的距离d而对动臂目标速度进行积分补偿，从而能够将动臂13驱动为从目标设计地形被掘入的状态变化到距离d成为零的状态。
修正量限制部59基于铲尖位置Pb与目标挖掘地形之间的距离d来限制由修正量运算部58计算出的修正量，以避免成为过补偿。修正量限制部59基于距离d而计算出修正量的上限值。在本实施方式中，修正量限制部59基于由距离d确定的铲尖目标速度而计算出修正量的上限值。
工作装置控制部60以使得基于用修正量修正了的动臂目标速度驱动动臂13的方式驱动控制动臂缸23。工作装置控制部60对由修正量运算部58计算出的修正量与由修正量限制部59计算出的上限值进行比较，当由修正量运算部58计算出的修正量超过由修正量限制部59计算出的上限值时，基于上限值来确定向控制阀45C输出的指令信号。工作装置控制部60向控制阀45C输出指令信号来控制动臂缸23，当修正量在上限值以下时，基于修正量来控制动臂缸23。
[液压挖掘机的控制方法]
接着，参照图10以及图11，对本实施方式所涉及的液压挖掘机100的控制方法进行说明。图10是表示本实施方式所涉及的液压挖掘机100的控制方法的流程图。图11是本实施方式所涉及的液压挖掘机100的控制框图。
从目标施工数据生成装置70向控制装置50供给目标施工数据。目标挖掘地形数据生成部53使用从目标施工数据生成装置70供给的目标施工数据，生成目标挖掘地形数据(步骤SP1)。
从铲尖位置检测器34向控制装置50供给铲尖位置数据。铲尖位置数据获取部52从铲尖位置检测器34获取铲尖位置数据(步骤SP2)。
距离获取部54基于由目标挖掘地形数据生成部53生成的目标挖掘地形和由铲尖位置数据获取部52获取到的铲尖位置数据，计算出铲尖位置与目标挖掘地形之间的距离d(步骤SP3)。由此，获取铲斗11的铲尖位置与目标挖掘地形之间的距离数据。
铲尖目标速度确定部55基于距离数据来确定铲斗11的铲尖目标速度Vr(步骤SP4)。参照图9而说明的那样的、表示距离d与铲尖目标速度Vr的关系的映射数据存储在存储部61中。铲尖目标速度确定部55基于由距离获取部54获取到的距离数据和存储在存储部61中的映射数据，来确定与距离d对应的铲尖目标速度Vr。
动臂目标速度运算部57基于由铲尖目标速度确定部55确定出的铲尖目标速度Vr以及由操作量获取部56获取到的斗杆操作量与铲斗操作量中的至少一方，计算出用于进行整地辅助控制的动臂目标速度Vb(步骤SP5)。
如图11所示，将确定出的铲尖目标速度Vr与对抗铲尖速度Va相加，该对抗铲尖速度Va用于对抗与操作装置40的斗杆操作量以及铲斗操作量对应的铲尖速度Vs对抗。具体而言，将铲尖目标速度Vr与第一对抗铲尖速度Va1以及第二对抗铲尖速度Va2相加，第一对抗铲尖速度Va1用于对抗与操作装置40的铲斗操作量对应的铲尖速度Vs1，第二对抗铲尖速度Va2用于对抗与操作装置40的斗杆操作量对应的铲尖速度Vs2。第一对抗铲尖速度Va1以及第二对抗铲尖速度Va2为负值。根据铲尖目标速度Vr与第一对抗铲尖速度Va1以及第二对抗铲尖速度Va2的相加值而计算出动臂目标速度Vb。
动臂目标速度运算部57根据操作装置40的用于操作铲斗11的铲斗操作量，计算出铲斗11以该铲斗操作量移动了时的铲尖速度Vs1。如上所述，通过调整从主液压泵42经由方向控制阀41向铲斗缸21供给的每单位时间的工作油的供给量，来调整铲斗缸速度。铲斗缸速度与方向控制阀41的阀柱的移动量相关。方向控制阀41的阀柱的移动量与油路44A、44B的先导液压相关。油路44A、44B的先导液压与操作装置40的铲斗操作量相关。另外，通过压力传感器46A、46B检测油路44A、44B的先导液压。表示上述关系的相关数据事先通过预备实验或模拟而求出，并存储在存储部61中。因此，动臂目标速度运算部57能够基于关于铲斗缸21的压力传感器46A、46B的检测信号和存储于存储部61的相关数据，根据压力传感器46A、46B的检测信号(PPC压)而计算出铲斗缸速度，并能够基于该铲斗缸速度，计算出铲斗缸21被以该铲斗缸速度驱动了时的铲斗11的铲尖速度Vs1。同样，动臂目标速度运算部57能够基于关于斗杆缸22的压力传感器46A、46B的检测信号和存储于存储部61的相关数据，计算出斗杆缸速度，并基于该斗杆缸速度，计算出斗杆缸22被以该斗杆缸速度驱动了时的铲斗11的铲尖速度Vs2。
动臂目标速度运算部57计算出与铲斗缸21被以规定的铲斗缸速度驱动了时的铲斗11的铲尖速度Vs1对抗的第一对抗铲尖速度Va1、以及与斗杆缸22被以规定的斗杆缸速度驱动了时的铲斗11的铲尖速度Vs2对抗的第二对抗铲尖速度Va2。第一对抗铲尖速度Va1是用于利用因动臂缸23被驱动了而产生的铲斗11的铲尖速度Vs3来抵消因铲斗缸21被驱动了而产生的铲斗11的铲尖速度Vs1的值。第二对抗铲尖速度Va2是用于利用因动臂缸23被驱动了而产生的铲斗11的铲尖速度Vs3来抵消因斗杆缸22被驱动了而产生的铲斗11的铲尖速度Vs2的值。动臂目标速度运算部55基于铲尖目标速度Vr、第一对抗铲尖速度Va1以及第二铲尖对抗速度Va2，计算出用于进行整地辅助控制的动臂目标速度Vb。
修正量运算部58基于距离d的时间积分，计算出动臂目标速度Vb的修正量R(步骤SP6)。
修正量运算部58基于从开始进行整地辅助控制的时刻(过去的时刻)到当前时刻为止的距离d的时间积分而计算出修正量R，并对动臂目标速度Vb进行积分补偿。
开始进行整地辅助控制的时刻是指，操作员为了开始进行挖掘作业而经由模式移行指令机构(未图示)向控制装置50发送向控制模式移行的指令，并开始从控制装置50向控制阀45C输出控制信号的时刻。在整地辅助控制中，使动臂13进行上升动作，以使得铲尖10从掘入目标挖掘地形的状态变化到配置于与目标挖掘地形相同的位置的状态。修正量运算部58基于从开始进行整地辅助控制的过去的时刻到铲尖10配置于目标挖掘地形的当前时刻为止的期间内的距离d的时间积分，计算出修正量R。
修正量限制部59基于当前时刻的距离d而计算出修正量R的上限值A(步骤SP7)。在本实施方式中，修正量限制部59基于根据当前时刻的距离d而确定的铲尖目标速度Vr，计算出修正量R的上限值A。
在本实施方式中，上限值A基于以下的(1)式而确定。
A＝a×Vr+S…(1)
在(1)式中，A为修正量R的上限值，Vr为铲尖目标速度，a为系数，S为偏移量。偏移量S被任意确定。如(1)式所示，上限值A与铲尖目标速度Vr成比例关系。铲尖目标速度Vr越小则上限值A越小。另外，通过改变偏移量S来改变修正量R的上限值A。偏移量S越小，则上限值A越小，对修正量R的限制越严格。偏移量S越大，则上限值A越大，对修正量R的限制越放宽。
修正量限制部59使用计算出的上限值A，来实施对由修正量运算部58计算出的修正量R进行限制的修正限制处理(步骤SP8)。
修正量限制部59对由修正量运算部58计算出的修正量R与由修正量限制部59计算出的上限值A进行比较，当由修正量运算部58计算出的修正量R超过由修正量限制部59计算出的上限值A时，将由修正量限制部59计算出的上限值A作为修正动臂目标速度Vb的修正量Rs输出至工作装置控制部60，当由修正量运算部58计算出的修正量R为由修正量限制部59计算出的上限值A以下时，将由修正量运算部58计算出的修正量R作为修正动臂目标速度Vb的修正量Rs输出至工作装置控制部60。
工作装置控制部60使用在步骤SP8的修正量限制处理中处理后的修正量Rs，来实施对在步骤SP5中计算出的动臂目标速度Vr进行修正(积分补偿)的修正处理(步骤SP9)。
工作装置控制部60将用于基于修正处理后的动臂目标速度Vb对动臂缸23进行整地辅助控制的指令信号输出至控制阀45C(步骤SP10)。工作装置控制部60在由修正量运算部58计算出的修正量R超过由修正量限制部59计算出的上限值A时，输出用于基于由修正量限制部59计算出的上限值A控制动臂缸23的指令信号。工作装置控制部60在由修正量运算部58计算出的修正量R为由修正量限制部59计算出的上限值A以下时，输出用于基于由修正量运算部58计算出的修正量R控制动臂缸23的指令信号。
[比较例]
对比较例进行说明。在比较例所涉及的控制装置中，不实施修正量限制处理。在比较例中，直接输出修正量R，并将其与动臂目标速度Vb相加。
图12是表示利用比较例所涉及的控制方法控制液压挖掘机100时的动作的曲线图。图12(A)表示从开始进行整地辅助控制的时刻起的经过时间t与距离d之间的关系。在图12(A)中，横轴是经过时间t，纵轴是距离d。图12(B)表示从开始进行整地辅助控制的时刻起的经过时间t与铲尖目标速度Vr以及修正量R之间的关系。在图12(B)中，横轴是经过时间t，纵轴是速度。
在图12(A)中，当距离d为“0”时，铲尖位置Pb与目标挖掘地形一致。当距离d为正值时，铲尖10从目标挖掘地形浮起。当距离d为负值时，铲尖10掘入目标挖掘地形。在整地辅助控制中，控制动臂缸23使动臂13进行上升动作，以使得铲斗11的铲尖10从铲斗11的铲尖10掘入目标挖掘地形状态返回到目标挖掘地形。
在比较例所涉及的控制系统中，根据当前的铲斗11的铲尖位置与目标挖掘地形之间的距离d来确定铲斗11的铲尖目标速度Vr，将确定出的铲尖目标速度Vr与对抗铲尖速度Va(第一对抗铲尖速度Va1以及第二对抗铲尖速度Va2)相减而计算出动臂目标速度Vr，该对抗铲尖速度Va用于对抗与操作员的斗杆操作量以及铲斗操作量对应的铲斗11的铲尖速度。修正量R基于从开始进行整地辅助控制且铲尖10掘入了目标挖掘地形的时刻到铲尖10返回到目标挖掘地形的时刻为止的距离d的时间积分(相当于图12(A)的斜线M部分)而计算出。使用计算出的修正量R来修正(积分补偿)动臂目标速度Vr，输出用于基于积分补偿后的动臂目标速度Vr控制动臂缸23的控制信号。
如图12(A)所示，在比较例所涉及的使用了积分补偿的整地辅助控制中，在铲斗11的铲尖10掘入了目标挖掘地形的情况下，也控制动臂缸23使动臂13进行上升动作。
在液压挖掘机100中，由于工作装置1的重量的增加、液压的响应延迟或者液压设备的驱动时的滞后等原因，存在动臂缸23的响应相对于控制动臂缸23的指令信号的时间延迟。因此，在通过整地辅助控制使动臂13进行上升动作以使得铲斗11的铲尖10从掘入目标挖掘地形的状态返回到目标挖掘地形的情况下，若铲斗11的铲尖10掘入目标挖掘地形的时间T(参照图12(A))较长，则如图12(B)所示，铲斗11的铲尖10返回到目标挖掘地形时修正量R变得过大(成为过补偿)，即便铲尖10成为浮起的状态，也继续进行动臂13的上升动作。其结果是，如图12(A)所示，产生铲斗11的铲尖10与目标挖掘地形过度分离(浮起)的现象。其结果是，产生未被工作装置1挖掘的部分，导致以与目标挖掘地形不同的状态进行整地。
[作用以及效果]
图13是表示利用本实施方式所涉及的控制方法控制液压挖掘机100时的动作的曲线图。图13(A)表示从开始进行整地辅助控制的时刻起的经过时间t与距离d之间的关系。在图13(A)中，横轴是经过时间t，纵轴是距离d。图13(B)表示从开始进行整地辅助控制的时刻起的经过时间t与铲尖目标速度Vr以及修正量Rs之间的关系。在图13(B)中，横轴是经过时间t，纵轴是速度。
在整地辅助控制中，工作装置控制部60控制动臂缸23，使动臂13进行上升动作，以使得铲斗11的铲尖10从铲斗11的铲尖10掘入目标挖掘地形的状态返回到目标挖掘地形。
修正量运算部58基于从开始进行整地辅助控制且铲尖10掘入了目标挖掘地形的时刻到通过动臂13的上升动作使铲尖10返回到目标挖掘地形的时刻为止的期间内的距离d的时间积分(相当于图13(A)的斜线M部分)，计算出修正量R。修正量限制部59在动臂13的上升动作中限制修正量R。
通过在动臂13的上升动作中限制修正量R，从而即便铲斗11的铲尖10从掘入目标地形的状态变化到配置于与目标挖掘地形相同的位置的状态，如图13(B)所示，也能够抑制修正量R的增大，防止成为过补偿。通过用防止了过补偿的修正量Rs修正动臂目标速度Vb，如图13(A)所示，能够抑制铲斗11的铲尖10从目标挖掘地形过度浮起，能够减小浮起量。
这样，根据本实施方式，由于限制修正量R，因此在整地辅助控制中，能够防止铲斗11的铲尖10从掘入了的状态返回到目标挖掘地形时的铲尖10的浮起，能够抑制挖掘精度的下降。
另外，在本实施方式中，如(1)式所示，计算出修正量R的上限值A，并以不超过该上限值A的方式实施修正量R的修正量限制处理，计算出修正量Rs。因此，仅通过改变上限值A，就能够顺利地实施使修正量R的限制严格或放宽。
另外，如(1)式所示，上限值A与铲尖目标速度Vr成比例关系。另外，如参照图9而说明的那样，铲尖目标速度Vr与距离d成比例关系。因此，上限值A与距离d也成比例关系。在本实施方式中，当前时刻的距离d(铲尖目标速度Vr)越小，则修正量限制部59越减小修正量R的上限值A。由此，能够抑制过补偿，在当前时刻的距离d(铲尖目标速度Vr)成为零时，修正量R也成为零。
另外，如(1)式所示，仅通过改变关于上限值A的偏移量S，能够顺利地实施使修正量R的限制严格或放宽。
[其他实施方式]
修正量限制部59能够基于斗杆操作量或斗杆速度(斗杆缸速度)改变修正量R的上限值A。例如，斗杆操作量或斗杆速度越为低速，则修正量限制部59越增大上限值A(使限制放宽)，斗杆操作量或斗杆速度越为高速，则修正量限制部59越减小上限值A(使限制严格)。在斗杆12以低速移动的情况下，即便不限制修正量R，在整地辅助控制中，铲尖10的浮起也被抑制。在斗杆12以高速移动的情况下，通过限制修正量R，能够在整地辅助控制中抑制铲尖10的浮起。
修正量限制部59基于斗杆操作量或斗杆速度(斗杆缸速度)改变(1)式所示的偏移量S，由此能够改变上限值A。
如上所述，斗杆缸速度与油路44A、44B的先导液压相关。通过压力传感器46A、46B来检测油路44A、44B的先导液压。相关数据存储在存储部61中。压力传感器46A、46B的检测信号被输出至控制装置50。修正量限制部59能够基于压力传感器46A、46B的检测信号来获取斗杆操作量或斗杆速度(斗杆缸速度)。修正量限制部59能够基于压力传感器46A、46B的检测值来改变偏移量S。
图14是表示压力传感器46A、46B的检测值与偏移量S之间的关系的图。如图14所示，压力传感器46A、46B的检测值越小(斗杆缸速度越为低速)，则越设定较大的偏移量S而放宽限制。压力传感器46A、46B的检测值越大(斗杆缸速度越为高速)，则越设定较小的偏移量S而使限制严格。图14所示的映射数据存储在存储部61中。修正量限制部59基于压力传感器46A、46B的检测值和存储部61的映射数据，来确定与斗杆缸速度对应的偏移量S。
需要说明的是，在与斗杆12连结的铲斗11能够更换的情况下，修正量限制部59也可以基于铲斗11的重量来改变修正量R的上限值A。例如，铲斗11的重量越小，则修正量限制部59越增大上限值A(使限制放宽)，铲斗11的重量越大，则修正量限制部59越减小上限值A(使限制严格)。在铲斗11的重量较小的情况下，即便不限制修正量R，在整地辅助控制中铲尖10的浮起也被抑制。在铲斗11的重量较大的情况下，通过限制修正量R，能够在整地辅助控制中抑制铲尖10的浮起。
需要说明的是，在上述的实施方式中，操作装置40为先导液压方式的操作装置。操作装置40也可以是电动方式。图15是表示电动方式的操作装置40B的一例的图。如图15所示，操作装置40B具有电动杆那样的操作构件400以及对操作构件400的工作量进行电检测的工作量传感器49。工作量传感器49包含电位计式倾斜仪，用于检测所倾动了的操作构件400的倾斜角度。工作量传感器49的检测信号被输出至控制装置50。控制装置50的操作量获取部56获取工作量传感器49的检测信号来作为操作量。控制装置50基于工作量传感器49的检测信号，输出用于驱动方向控制阀41的指令信号(电信号)。方向控制阀41在螺线管那样的利用电力工作的促动器的作用下工作。从控制装置50向方向控制阀41的促动器输出指令信号。方向控制阀41的促动器基于从控制装置50输出的指令信号，使方向控制阀41的阀柱移动。
需要说明的是，与上述的实施方式所说明的操作装置40相同，操作装置40B也包含右操作杆和左操作杆。当右操作杆沿前后方向移动时，动臂13进行下降动作以及上升动作。当右操作杆沿左右方向(车宽方向)移动时，铲斗11进行挖掘动作以及倾卸动作。当左操作杆沿前后方向移动时，斗杆12进行倾卸动作以及挖掘动作。当左操作杆沿左右方向移动时，上部回转体2进行左回转以及右回转。需要说明的是，也可以为，在左操作杆沿前后方向移动的情况下，上部回转体2进行右回转以及左回转，在左操作杆沿左右方向移动的情况下，斗杆12进行倾卸动作以及挖掘动作。
需要说明的是，图15表示斗杆缸22被操作装置40B操作的例子。经由油路47A向斗杆缸22的盖侧油室20A供给工作油，经由油路47B向杆侧油室20B供给工作油。铲斗缸21是与斗杆缸22相同的结构。在动臂缸23中，经由油路47B向动臂缸23的盖侧油室20A供给工作油，经由油路47B向杆侧油室20B供给工作油。
需要说明的是，在上述的实施方式中，基于局部坐标系而实施整地辅助控制。也可以基于全局坐标系而实施整地辅助控制。
需要说明的是，在上述的实施方式中，操作装置40设置于液压挖掘机100。也可以将操作装置40设置于与液压挖掘机100分离的远程地点，而对液压挖掘机100进行远程操作。在对工作装置1进行远程操作的情况下，从设置于远程地点的操作装置40向液压挖掘机100无线发送表示工作装置1的操作量的指令信号。控制装置50的操作量获取部56获取无线发送来的表示操作量的指令信号。
需要说明的是，在上述的实施方式中，液压挖掘机100基于操作员所进行的操作装置40的操作而工作。液压挖掘机100的控制装置50也可以与操作员的操作无关地，基于目标挖掘地形数据而对工作装置1进行自主控制。在对工作装置1进行自主控制的情况下，从例如设置于远程地点的计算机系统无线发送用于对工作装置1进行自主控制的操作量数据。控制装置50的操作量获取部56获取无线发送来的操作量数据。
需要说明的是，在上述的实施方式中，作业机械100为液压挖掘机100。上述的实施方式所说明的控制装置50以及控制方法除了液压挖掘机100以外还能够应用于具有工作装置的所有作业机械。
符号说明
1工作装置
2车身(上部回转体)
3行驶装置(下部行驶体)
4驾驶室
4S驾驶席
5机械室
6扶手
7履带
10铲尖
11铲斗
12斗杆
13动臂
14铲斗缸行程传感器
15斗杆缸行程传感器
16动臂缸行程传感器
20液压缸
20A盖侧油室
20B杆侧油室
21铲斗缸
22斗杆缸
23动臂缸
30位置检测装置
31车身位置检测器
31AGPS天线
32姿势检测器
33方位检测器
34铲尖位置检测器
40操作装置
41方向控制阀
42主液压泵
43先导液压泵
44A、44B、44C油路
45A、45B、45C控制阀
46A、46B压力传感器
47A、47B油路
48梭阀
49工作量传感器
50控制装置
51车身位置数据获取部
52铲尖位置数据获取部
53目标挖掘地形数据生成部
54距离获取部
55铲尖目标速度确定部
56操作量获取部
57动臂目标速度运算部
58修正量运算部
59修正量限制部
60工作装置控制部
61存储部
62输入输出部
70目标施工数据生成装置
100液压挖掘机
200控制系统
300液压系统
AX1旋转轴
AX2旋转轴
AX3旋转轴
L11长度
L12长度
L13长度
Pb铲尖的绝对位置
Pg车身的绝对位置
RX回转轴
θ11倾斜角
θ12倾斜角
θ13倾斜角

Claims (9)

1.一种作业机械的控制装置，所述作业机械具备工作装置，该工作装置具有动臂、斗杆以及铲斗，
所述作业机械的控制装置具备：
距离获取部，其获取所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离数据；
铲尖目标速度确定部，其基于所述距离数据来确定所述铲斗的铲尖目标速度；
操作量获取部，其获取用于操作所述工作装置的操作量；
动臂目标速度运算部，其基于所述铲尖目标速度以及由所述操作量获取部获取到的斗杆操作量与铲斗操作量中的至少一方，计算出动臂目标速度；
修正量运算部，其基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离的时间积分，计算出所述动臂目标速度的修正量；
修正量限制部，其基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离，限制所述修正量；以及
工作装置控制部，其输出基于用所述修正量修正了的所述动臂目标速度对驱动所述动臂的动臂缸进行驱动的指令。
2.根据权利要求1所述的作业机械的控制装置，其中，
所述工作装置控制部输出对所述动臂缸进行驱动的指令而使所述动臂进行上升动作，以使得所述铲斗的铲尖从所述铲斗的铲尖掘入所述目标挖掘地形的状态返回到目标挖掘地形，
所述修正量限制部在所述动臂的上升动作中限制所述修正量。
3.根据权利要求1或2所述的作业机械的控制装置，其中，
所述修正量限制部基于所述距离，计算出所述修正量的上限值，
当由所述修正量运算部计算出的所述修正量超过由所述修正量限制部计算出的所述上限值时，所述工作装置控制部输出基于所述上限值对所述动臂缸进行驱动的指令，当所述修正量为所述上限值以下时，所述工作装置控制部输出基于所述修正量对所述动臂缸进行驱动的指令。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的作业机械的控制装置，其中，
所述距离越小，则所述修正量限制部越减小所述修正量的上限值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机械的控制装置，其中，
所述修正量限制部基于斗杆操作量或斗杆速度来改变所述修正量的上限值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的作业机械的控制装置，其中，
所述修正量限制部基于所述铲斗的重量来改变所述修正量的上限值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的作业机械的控制装置，其中，
所述修正量限制部基于所述铲尖目标速度，计算出所述修正量的上限值，
所述铲尖目标速度越小，则所述修正量限制部越减小所述上限值。
8.一种作业机械，其具备：
具有动臂、斗杆以及铲斗的工作装置；
驱动所述动臂的动臂缸；
驱动所述斗杆的斗杆缸；
驱动所述铲斗的铲斗缸；
支承所述工作装置的上部回转体；
支承所述上部回转体的下部行驶体；以及
控制装置，
所述控制装置具备：
距离获取部，其获取所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离数据；
铲尖目标速度确定部，其基于所述距离数据来确定所述铲斗的铲尖目标速度；
操作量获取部，其获取用于操作所述工作装置的操作量；
动臂目标速度运算部，其基于所述铲尖目标速度以及由所述操作量获取部获取到的斗杆操作量与铲斗操作量中的至少一方，计算出动臂目标速度；
修正量运算部，其基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离的时间积分，计算出所述动臂目标速度的修正量；
修正量限制部，其基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离，限制所述修正量；以及
工作装置控制部，其输出基于用所述修正量修正了的所述动臂目标速度对所述动臂缸进行驱动的指令。
9.一种作业机械的控制方法，所述作业机械具备工作装置，该工作装置具有动臂、斗杆以及铲斗，
所述作业机械的控制方法包含以下步骤：
获取所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离数据；
基于所述距离数据来确定所述铲斗的铲尖目标速度；
基于所述铲尖目标速度以及获取到的斗杆操作量与铲斗操作量中的至少一方，计算出动臂目标速度；
基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离的时间积分，计算出所述动臂目标速度的修正量；
基于所述铲斗与目标挖掘地形之间的距离，限制所述修正量；以及
输出基于用所述修正量修正了的所述动臂目标速度对驱动所述动臂的动臂缸进行驱动的指令。
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