CN106460363A - 作业机械的控制系统、作业机械以及作业机械的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种作业机械的控制系统，其对具备作业机的作业机械进行控制，该作业机具有以轴线为中心旋转的作业部件，上述作业机械的控制系统包含：目标施工形状生成部，其生成目标施工形状，该目标施工形状表示上述作业机械的施工对象的目标形状；目标形状运算部，其根据上述目标施工形状求取作为控制上述作业部件的旋转时的目标的形状即控制目标形状，并且求取延长上述控制目标形状而得的延长目标形状；以及作业机控制部，其基于上述作业部件与上述控制目标形状以及上述延长目标形状之间的距离，对以上述轴线为中心的上述作业部件的旋转进行控制。

Description

作业机械的控制系统、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系统、作业机械以及作业机械的控制方法。

背景技术

已知有专利文献1所公开的那种包括作业机的作业机械，该作业机具有倾斜式铲斗作为作业部件。

专利文献1：国际公开第2015/186179号

发明内容

在作业机械的控制所涉及的技术领域中，已知有如下作业机控制：干预作业机械的操作员对操作杆的操作，使铲斗停止以使铲斗不会进入表示施工对象的目标形状的目标施工形状，或在铲斗进入目标施工形状的情况下使铲斗移动至不进入目标施工形状的位置。通过执行作业机控制，抑制铲斗超过目标施工形状，实现沿着目标施工形状的施工。

例如，坡面的肩部等是两个面连接而构成的，在对这种部分进行施工的情况下，存在想要通过使铲斗进行倾斜动作来将铲斗的齿尖定位于其中一个面的要求。在坡面的肩部等两个面连接的部分，目标施工形状变得不连续。这样，若目标施工形状存在不连续的部分，则对于不连续的部分，有时铲斗的倾斜动作会进行铲斗欲定位的面的相反侧的面。其结果，存在无法将作为作业部件的铲斗定位于想定位的目标施工形状的可能性。

本发明的方式的目的在于能够将作业部件定位于作业机械的施工对象的目标施工形状。

根据本发明的第一方式，提供一种作业机械的控制系统，其对具备作业机的作业机械进行控制，该作业机具有以轴线为中心旋转的作业部件，上述作业机械的控制系统包含：目标施工形状生成部，其生成目标施工形状，该目标施工形状表示上述作业机械的施工对象的目标形状；目标形状运算部，其根据上述目标施工形状求取作为控制上述作业部件的旋转时的目标的形状即控制目标形状，并且求取延长上述控制目标形状而得的延长目标形状；以及作业机控制部，其基于上述作业部件与上述控制目标形状以及上述延长目标形状之间的距离，对以上述轴线为中心的上述作业部件的旋转进行控制。

根据本发明的第二方式，在第一方式中，提供作业机械的控制系统，其具有：决定部，其决定是否将上述延长目标形状作为上述作业机控制部控制上述作业部件的旋转时的目标；其中，在上述决定部将上述延长目标形状作为上述作业机控制部控制上述作业部件的旋转时的目标的情况下，上述作业机控制部基于上述作业部件与上述控制目标形状以及上述延长目标形状之间的距离，对以上述轴线为中心的上述作业部件的旋转进行控制，在上述决定部不将上述延长目标形状作为上述作业机控制部控制上述作业部件的旋转时的目标的情况下，上述作业机控制部基于上述作业部件与上述控制目标形状之间的距离，对以上述轴线为中心的上述作业部件的旋转进行控制。

根据本发明的第三方式，在第二方式中，提供作业机械的控制装置，其中，上述决定部基于上述作业部件与目标施工形状的重叠、上述作业部件与目标施工形状所对应的上述停止地形之间的距离、上述作业部件的姿势以及上述作业机的操作状态，来决定是否将上述延长目标形状作为使上述作业部件停止时的目标。

根据本发明的第四方式，在第三方式中，提供作业机械的控制系统，其中，上述决定部，在决定将上述延长目标形状作为使上述作业部件停止时的目标的情况下的上述重叠的大小被设成大于，在决定不将其作为目标的情况下的上述重叠的大小。

根据本发明的第五方式，在第一方式至第四方式的任一种中，提供作业机械的控制系统，其具有：规定点位置数据运算部，其求取设定于上述作业部件的规定点的位置数据；以及动作平面计算部，其求取通过上述规定点并与上述轴线正交的动作平面；其中，上述停止地形计算部将上述目标施工形状与上述动作平面交叉的部分设为上述控制目标形状，将平行于上述控制目标形状并延长上述控制目标形状而得的部分设为上述延长目标形状。

根据本发明的第六的方式，提供一种作业机械，其包含：上部回转体；下部行走体，其支承上述上部回转体；作业机，其包含以第1轴为中心旋转的动臂、以第2轴为中心旋转的斗杆、及以第3轴为中心旋转的铲斗，并由上述上部回转体支承；以及第一的方式至第五的方式中任一种涉及的作业机械的控制系统；其中，上述作业部件是上述铲斗、上述斗杆、上述动臂以及上述上部回转体中的至少一个。

根据本发明的第七方式，在第六方式中，提供作业机械，其中，上述作业部件是上述铲斗，上述轴线与上述第3轴正交。

根据本发明的第八的方式，提供一种作业机械的控制方法，其对具备作业机的作业机械进行控制，该作业机具有以轴线为中心旋转的作业部件，上述作业机械的控制方法包含如下步骤：生成目标施工形状，该目标施工形状表示上述作业机械的施工对象的目标形状；根据上述目标施工形状求取作为控制上述作业部件的旋转时的目标的形状即控制目标形状，并且求取延长上述控制目标形状而得的延长目标形状；以及基于上述作业部件与上述控制目标形状以及上述延长目标形状之间的距离，对以上述轴线为中心的上述作业部件的旋转进行控制。

根据本发明的方式，能够将作业部件定位于作业机械的施工对象的目标施工形状。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的作业机械的一个示例的立体图。

图2是表示本实施方式所涉及的铲斗的一个示例的侧剖面图。

图3是表示本实施方式所涉及的铲斗的一个示例的主视图。

图4是示意性地表示液压挖掘机的侧视图。

图5是示意性地表示液压挖掘机的后视图。

图6是示意性地表示液压挖掘机的俯视图。

图7是示意性地表示铲斗的侧视图。

图8是示意性地表示铲斗的主视图。

图9是示意性地表示使倾斜缸动作的液压系统的一个示例的图。

图10是表示本实施方式所涉及的作业机械的控制系统的一个示例的功能框图。

图11是示意性地表示设定于本实施方式所涉及的铲斗的规定点的一个示例的图。

图12是表示本实施方式所涉及的目标施工数据的一个示例的示意图。

图13是表示本实施方式所涉及的目标施工形状的一个示例的示意图。

图14是表示本实施方式所涉及的倾斜动作平面的一个示例的示意图。

图15是表示本实施方式所涉及的倾斜动作平面的一个示例的示意图。

图16是用于说明本实施方式所涉及的倾斜停止控制的示意图。

图17是表示为了使倾斜铲斗的倾斜旋转基于动作距离停止的动作距离与限制速度的关系的一个示例的图。

图18是表示一边使铲斗移动一边执行倾斜停止控制的情况下的一个示例的图。

图19是表示一边使铲斗移动一边执行倾斜停止控制的情况下的一个示例的图。

图20是表示一边使铲斗移动一边执行倾斜停止控制的情况下的一个示例的图。

图21是用于说明本实施方式所涉及的停止控制的图。

图22是用于说明本实施方式所涉及的停止控制的图。

图23是表示一边使铲斗移动一边执行本实施方式所涉及的倾斜停止控制的情况下的一个示例的图。

图24是表示一边使铲斗移动一边执行本实施方式所涉及的倾斜停止控制的情况下的一个示例的图。

图25是表示一边使铲斗移动一边执行本实施方式所涉及的倾斜停止控制的情况下的一个示例的图。

图26是用于说明铲斗停在空中的图。

图27是表示将铲斗定位到目标施工形状的状态的图。

图28是用于说明根据铲斗与目标施工形状的重叠决定是否将延长停止地形作为使铲斗停止时的目标的示例的图。

图29是用于说明根据铲斗与目标施工形状的重叠决定是否将延长停止地形作为使铲斗停止时的目标的示例的图。

图30是表示车身坐标系中的铲斗与目标施工形状的图。

图31是决定部的控制框图。

图32是表示本实施方式所涉及的作业机械的控制方法的一个示例的流程图。

符号说明

1 作业机

2 上部回转体

3 下部行走体

6 动臂

7 斗杆

8 铲斗

8C 斗齿

9 齿尖

11 动臂缸

12 斗杆缸

13 铲斗缸

14 倾斜缸

20 位置检测装置

30 操作装置

30T 倾斜操作杆

30R 右操作杆

50 控制装置

51 处理部

51A 车身位置数据取得部

51B 作业机角度数据取得部

51Ca 候选规定点位置数据运算部

51D 目标施工形状生成部

51Cb 规定点位置数据运算部

51E 动作平面运算部

51F 目标形状运算部

51G 作业机控制部

51H 限制速度决定部

51J 决定部

52 存储部

53 输入输出部

100 液压挖掘机

200 控制系统

300 液压系统

400 检测系统

511 操作状态决定部

512 动作距离决定部

513 重叠决定部

514 姿势决定部

515 第1逻辑乘运算部

516 距离决定部

517 第2逻辑乘运算部

AX1 动臂轴

AX2 斗杆轴

AX3 铲斗轴

AX4 倾斜轴

CS、CSa、CSb 目标施工形状

CT 操作状态

Da 动作距离

ST 倾斜停止地形

STe 延长停止地形

TP 倾斜动作平面

具体实施方式

一边参照附图一边详细地说明用于实施本发明的方式(实施方式)。

在以下的说明中，设定全局坐标系(Xg-Yg-Zg坐标系)以及车身坐标系(X-Y-Z坐标系)来对各部分的位置关系进行说明。全局坐标系是表示由如全球定位系统(GlobalPositioning System：GPS)那样的全球卫星导航系统(Global Navigation SatelliteSystem：GNSS)确定出的绝对位置的坐标系。车身坐标系是表示相对于作业机械的基准位置的相对位置的坐标系。

在本实施方式中，停止控制指的是基于作业机与作业机械的施工对象的目标施工形状之间的距离使作业机的至少一部分的动作停止的控制。例如，在作业机所具有的铲斗是倾斜方式的铲斗的情况下，作为停止控制可列举基于铲斗与目标施工形状之间的距离使铲斗的倾斜动作停止的控制。以下会适当地将使铲斗的倾斜动作停止的停止控制称作倾斜停止控制。

作业机械

图1是表示本实施方式所涉及的作业机械的一个示例的立体图。在本实施方式中，对作业机械是液压挖掘机100的示例进行说明。作业机械并不限定于液压挖掘机100。

如图1所示，液压挖掘机100包括通过液压工作的作业机1、作为支承作业机1的车身的上部回转体2、作为支承上部回转体2的行走装置的下部行走体3、用于操作作业机1的操作装置30、以及控制作业机1的控制装置50。上部回转体2能够在由下部行走体3支承的状态下以回转轴RX为中心回转。

上部回转体2具有供操作员搭乘的驾驶室4和收容发动机及液压泵的发动机室5。驾驶室4具有供操作员落座的驾驶座4S。发动机室5配置于驾驶室4的后方。

下部行走体3具有一对履带3C。液压挖掘机100通过履带3C的旋转而行走。另外，下部行走体3也可以具有轮胎。

作业机1由上部回转体2支承。作业机1具有通过动臂销连结于上部回转体2的动臂6、通过斗杆销连结于动臂6的斗杆7、和通过铲斗销以及倾斜销连结于斗杆7的铲斗8。铲斗8具有斗齿8C。斗齿8C是设置于铲斗8的前端、即与通过铲斗销连结的部分分离的部分的板状的部件。斗齿8C的齿尖9是斗齿8C的前端部，在本实施方式中是直线状的部分。在铲斗8设有多个凸形状的斗齿的情况下，齿尖9成为凸形状的斗齿的前端部。

动臂6能够以作为第1轴的动臂轴AX1为中心相对于上部回转体2旋转。斗杆7能够以作为第2轴的斗杆轴AX2为中心相对于动臂6旋转。铲斗8能够分别以作为第3轴的铲斗轴AX3以及作为与平行于铲斗轴AX3的轴正交的轴线的倾斜轴AX4为中心相对于斗杆7旋转。铲斗轴AX3与倾斜轴AX4相互不交叉。

动臂轴AX1、斗杆轴AX2、以及铲斗轴AX3平行。动臂轴AX1、斗杆轴AX2以及铲斗轴AX3与平行于回转轴RX的轴正交。动臂轴AX1、斗杆轴AX2以及铲斗轴AX3与车身坐标系的Y轴平行。回转轴RX与车身坐标系的Z轴平行。与动臂轴AX1、斗杆轴AX2以及铲斗轴AX3平行的方向表示上部回转体2的车宽度方向。与回转轴RX平行的方向表示上部回转体2的上下方向。与动臂轴AX1、斗杆轴AX2、铲斗轴AX3以及回转轴RX双方都正交的方向表示上部回转体2的前后方向。以驾驶席4S为基准，作业机1所存在的方向是前方。

作业机1通过液压缸10所产生的动力动作。液压缸10包含使动臂6动作的动臂缸11、使斗杆7动作的斗杆缸12、以及使铲斗8动作的铲斗缸13及倾斜缸14。

作业机1具有动臂行程传感器16、斗杆行程传感器17、铲斗行程传感器18、以及倾斜行程传感器19。动臂行程传感器16检测表示动臂缸11的动作量的动臂行程。斗杆行程传感器17检测表示斗杆缸12的动作量的斗杆行程。铲斗行程传感器18检测表示铲斗缸13的动作量的铲斗行程。倾斜行程传感器19检测表示倾斜缸14的动作量的倾斜行程。

操作装置30配置于驾驶室4。操作装置30包含被液压挖掘机100的操作员操作的操作部件。操作员对操作装置30进行操作，使作业机1动作。在本实施方式中，操作装置30包含左操作杆30L、和右操作杆30R、倾斜操作杆30T、以及操作踏板30F。

若向前方操作位于空档位置的右操作杆30R，则动臂6进行下降动作，若向后方操作，则动臂6进行上升动作。若向右方操作位于空档位置的右操作杆30R，则铲斗8进行倾卸，若向左方操作，则铲斗8进行挖掘。

若向前方操作位于空档位置的左操作杆30L，则斗杆7进行倾卸，若向后方操作则斗杆7进行挖掘。若向右方操作位于空档位置的左操作杆30L，则上部回转体2向右回转，若向左方操作，则上部回转体2向左回转。

另外，右操作杆30R及左操作杆30L的操作方向、和作业机1的动作方向及上部回转体2的回转方向之间的关系也可以不是上述的关系。

控制装置50包含计算机系统。控制装置50具有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)那样的处理器、包含ROM(ReadOnly Memory，只读存储器)那样的非易失性存储器及RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)那样的易失性存储器的存储装置、以及输入输出接口装置。

铲斗

图2是表示本实施方式所涉及的铲斗8的一个示例的侧剖面图。图3是表示本实施方式所涉及的铲斗8的一个示例的主视图。在本实施方式中，铲斗8是倾斜式铲斗。倾斜式铲斗以作为轴线的倾斜轴AX4为中心动作，例如是旋转的铲斗。在本实施方式中，以轴线为中心旋转的部件是铲斗8。

铲斗8并不限定于倾斜式铲斗。铲斗8例如也可以是旋转(rotate)铲斗。旋转铲斗是围绕与铲斗轴AX3垂直地相交的轴线旋转的铲斗。

如图2以及图3所示，铲斗8通过铲斗销8B以能够旋转的方式连结于斗杆7。此外，铲斗8通过倾斜销8T以能够旋转的方式由斗杆7支承。铲斗8通过连接部件90连接于斗杆7的前端部。铲斗销8B将斗杆7与连接部件90连结。倾斜销8T将连接部件90与铲斗8连结。铲斗8通过连接部件90以能够旋转的方式连接于斗杆7。

铲斗8包含底板81、背板82、上板83、侧板84、以及侧板85。铲斗8具有设置于上板83的上部的支架87。支架87设置于上板83的前后位置。支架87与连接部件90及倾斜销8T连结。

连接部件90具有板部件91、设置于板部件91的上表面的支架92、以及设置于板部件91的下表面的支架93。支架92与斗杆7及第2连杆销95P连结。支架93设置于支架87的上部，并与倾斜销8T及支架87连结。

铲斗销8B将连接部件90的支架92与斗杆7的前端部连结。倾斜销8T将连接部件90的支架93与铲斗8的支架87连结。连接部件90以及铲斗8相对于斗杆7能够以铲斗轴AX3为中心旋转。铲斗8相对于连接部件90能够以倾斜轴AX4为中心旋转。

作业机1具有通过第1连杆销94P以能够旋转的方式连接于斗杆7的第1连杆部件94、以及通过第2连杆销95P以能够旋转的方式连接于支架92的第2连杆部件95。第1连杆部件94的基端部通过第1连杆销94P连接于斗杆7。第2连杆部件95的基端部通过第2连杆销95P连接于支架92。第1连杆部件94的前端部与第2连杆部件95的前端部通过铲斗缸上部销96而连结。

铲斗缸13的前端部通过铲斗缸上部销96以能够旋转的方式与第1连杆部件94的前端部以及第2连杆部件95的前端部连接。当铲斗缸13以伸缩的方式工作时，连接部件90与铲斗8一同以铲斗轴AX3为中心旋转。

倾斜缸14分别与设置于连接部件90的支架97以及设置于铲斗8的支架88连接。倾斜缸14的杆通过销连接于支架97。倾斜缸14的主体部通过销连接于支架88。当倾斜缸14伸缩时，铲斗8以倾斜轴AX4为中心旋转。倾斜缸14的连接的构造仅是一个示例，并不限定于本实施方式的构造。

这样，铲斗8由于铲斗缸13动作而以铲斗轴AX3为中心旋转。铲斗8由于倾斜缸14动作而以倾斜轴AX4为中心旋转。当铲斗8以铲斗轴AX3为中心旋转时，倾斜销8T与铲斗8一起旋转。

检测系统

接着，对液压挖掘机100的检测系统400进行说明。图4是示意性地表示液压挖掘机100的侧视图。图5是示意性地表示液压挖掘机100的后视图。图6是示意性地表示液压挖掘机100的俯视图。图7是示意性地表示铲斗8的侧视图。图8是示意性地表示铲斗8的主视图。

如图4、图5以及图6所示，检测系统400具有检测上部回转体2的位置的位置检测装置20和检测作业机1的角度的作业机角度检测装置24。位置检测装置20包括检测上部回转体2的位置的车身位置运算器21、检测上部回转体2的姿势的姿势运算器22、以及检测上部回转体2的方位的方位运算器23。

车身位置运算器21包括GPS接收机。车身位置运算器21设置于上部回转体2。车身位置运算器21检测由全局坐标系规定的上部回转体2的绝对位置Pg，即在全局坐标系(Xg－Yg－Zg)中的位置。上部回转体2的绝对位置Pg包括Xg轴方向的坐标数据、Yg轴方向的坐标数据以及Zg轴方向的坐标数据。

在上部回转体2设有多个GPS天线21A。GPS天线21A从GPS卫星接收电波，并将基于接收到的电波而生成的信号输出到车身位置运算器21。车身位置运算器21基于由GPS天线21A提供的信号，检测能通过全局坐标系定位的设置有GPS天线21A的位置Pr。车身位置运算器21基于设置有GPS天线21A的位置Pr，检测上部回转体2的绝对位置Pg。

GPS天线21A沿车宽方向设有两个。车身位置运算器21分别检测设置有一个GPS天线21A的位置Pra以及设置有另一个GPS天线21A的位置Prb。车身位置运算器21基于位置Pra以及位置Prb的至少一方实施运算处理，检测上部回转体2的绝对位置Pg。在本实施方式中，上部回转体2的绝对位置Pg是位置Pra。另外，上部回转体2的绝对位置Pg也可以是位置Prb，还可以是位置Pra与位置Prb之间的位置。

姿势运算器22包含惯性计测装置(Inertial Measurement Unit：IMU)。姿势运算器22设置于上部回转体2。姿势运算器22检测上部回转体2相对于由全局坐标系规定的水平面即Xg-Yg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表示车宽方向上的上部回转体2的倾斜角度的侧倾角度θ1、以及表示前后方向上的上部回转体2的倾斜角度的俯仰角度θ2。

方位运算器23基于设置有一个GPS天线21A的位置Pra与设置有另一个GPS天线21A的位置Prb，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。方位运算器23基于位置Pra与位置Prb执行运算处理，检测上部回转体2相对于基准方位的方位。方位运算器23求取将位置Pra与位置Prb连结的直线，并基于求取的直线与基准方位所成的角度，检测上部回转体2相对于基准方位的方位。上部回转体2相对于基准方位的方位包括表示基准方位与上部回转体2的方位所成的角度的横摆角度θ3。

如图4、图7以及图8所示，作业机角度检测装置24基于由动臂行程传感器16检测出的动臂行程，求取表示动臂6相对于车身坐标系的Z轴的倾斜角度的动臂角度α。作业机角度检测装置24基于由斗杆行程传感器17检测出的斗杆行程，求取表示斗杆7相对于动臂6的倾斜角度的斗杆角度β。作业机角度检测装置24基于由铲斗行程传感器18检测出的铲斗行程，求取表示铲斗8的齿尖9相对于斗杆7的倾斜角度的铲斗角度γ。作业机角度检测装置24基于由倾斜行程传感器19检测出的倾斜行程，求取表示铲斗8相对于XY平面的倾斜角度的倾斜角度δ。作业机角度检测装置24基于由动臂行程传感器16检测出的动臂行程、由斗杆行程传感器17检测出的斗杆行程、由铲斗行程传感器18检测出的铲斗行程、以及由倾斜行程传感器19检测出的倾斜行程，求取表示倾斜轴AX4相对于XY平面的倾斜角度的倾斜轴角度ε。作业机1的倾斜角度既可以通过除行程传感器以外的角度传感器来检测，也可以通过立体摄像机以及激光扫描仪等的光学的计测手段来检测。

液压系统

图9是示意性地表示使倾斜缸14动作的液压系统300的一个示例的图。液压系统300包括供给液压油的可变容量型的主液压泵31、供给先导油的先导压力泵32、调整对倾斜缸14的液压油的供给量的流量控制阀25、调整作用于流量控制阀25的先导压力的控制阀37A、37B、39、操作装置30的倾斜操作杆30T及操作踏板30F、以及控制装置50。倾斜操作杆30T是设置于左操作杆30L或者右操作杆30R的至少一个的按钮等。在本实施方式中，操作装置30的操作踏板30F是先导压方式的操作装置。操作装置30的倾斜操作杆30T是电子杆方式的操作装置。

操作装置30的操作踏板30F连接于先导压力泵32。在操作踏板30F与先导压力泵32之间设有控制阀39。此外，操作踏板30F通过梭阀36A连接于从控制阀37A送出的先导油所流经的油路38A。此外，操作踏板30F通过梭阀36B连接于从控制阀37B送出的先导油所流经的油路38B。通过操作操作踏板30F，调整操作踏板30F与梭阀36A之间的油路33A的压力、以及操作踏板30F与梭阀36B之间的油路33B的压力。

通过对倾斜操作杆30T进行操作，将通过对倾斜操作杆30T的操作所生成的操作信号输出到控制装置50。控制装置50基于从倾斜操作杆30T输出的操作信号生成控制信号，并对控制阀37A、37B进行控制。控制阀37A、37B是电磁比例控制阀。控制阀37A基于控制信号对油路38A进行开闭。控制阀37B基于控制信号对油路38B进行开闭。

在不执行倾斜停止控制时，基于操作装置30的操作量调整先导压力。在执行倾斜停止控制时，控制装置50向控制阀37A、37B或者控制阀39输出控制信号来调整先导压力。

控制系统

图10是表示本实施方式所涉及的作业机械的控制系统200的一个示例的功能框图。以下，将作业机械的控制系统200称作控制系统200。如图10所示，控制系统200具备控制作业机1的控制装置50、位置检测装置20、作业机角度检测装置24、控制阀37(37A、37B)、39以及目标施工数据生成装置70。

位置检测装置20检测包括上部回转体2的绝对位置Pg、侧倾角度θ1及俯仰角度θ2的上部回转体2的姿势、以及包括横摆角度θ3的上部回转体2的方位。作业机角度检测装置24检测包括动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ、以及倾斜轴角度ε的作业机1的角度。控制阀37(37A、37B)调整对倾斜缸14的液压油的供给量。

控制阀37基于来自控制装置50的控制信号来动作。目标施工数据生成装置70包括计算机系统。目标施工数据生成装置70生成表示作为施工区域的目标形状的目标地形的目标施工数据。目标施工数据表示利用作业机1施工后获得的三维的目标形状。

目标施工数据生成装置70设置于远离液压挖掘机100的地方。目标施工数据生成装置70例如设置于施工管理公司的设备中。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。通过无线方式向控制装置50发送由目标施工数据生成装置70生成的目标施工数据。

也可以通过有线连接目标施工数据生成装置70与控制装置50，来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。也可以是，目标施工数据生成装置70可以包含存储有目标施工数据的记录介质，而控制装置50可以具有能够从记录介质读取目标施工数据的装置。

另外，目标施工数据生成装置70也可以设置于液压挖掘机100。也可以通过有线或者无线方式从管理施工的外部的管理装置向液压挖掘机100的目标施工数据生成装置70提供目标施工数据，并由目标施工数据生成装置70将提供来的目标施工数据存储。

控制装置50包括处理部51、存储部52、以及输入输出部53。处理部51具有车身位置数据取得部51A、作业机角度数据取得部51B、候选规定点位置数据运算部51Ca、目标施工形状生成部51D、规定点位置数据运算部51Cb、动作平面运算部51E、停止地形运算部51F、作业机控制部51G、限制速度决定部51H、以及决定部51J。存储部52将包括作业机数据的液压挖掘机100的规格数据进行存储。

处理部51所具有的车身位置数据取得部51A、作业机角度数据取得部51B、候选规定点位置数据运算部51Ca、目标施工形状生成部51D、规定点位置数据运算部51Cb、动作平面运算部51E、停止地形运算部51F、作业机控制部51G、限制速度决定部51H以及决定部51J的各自的功能通过控制装置50的处理器而实现。存储部52的功能通过控制装置50的存储装置来实现。输入输出部53的功能通过控制装置50的输入输出接口装置来实现。

车身位置数据取得部51A从位置检测装置20通过输入输出部53取得车身位置数据。车身位置数据含有由全局坐标系规定的上部回转体2的绝对位置Pg、包含侧倾角度θ1以及俯仰角度θ2的上部回转体2的姿势、以及包含横摆角度θ3的上部回转体2的方位。

作业机角度数据取得部51B从作业机角度检测装置24通过输入输出部53取得作业机角度数据。作业机角度数据是包括动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ以及倾斜轴角度ε的作业机1的角度。

候选规定点位置数据运算部51Ca求取设定于铲斗8的规定点RP的位置数据。候选规定点位置数据运算部51Ca基于由车身位置数据取得部51A取得的车身位置数据、由作业机角度数据取得部51B取得的作业机角度数据、以及存储于存储部52的作业机数据，求取设定于铲斗8的规定点RP的位置数据。之后叙述规定点RP。

如图4所示，作业机数据包含动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3、倾斜长度L4、以及铲斗宽度L5。动臂长度L1是动臂轴AX1与斗杆轴AX2之间的距离。斗杆长度L2是斗杆轴AX2与铲斗轴AX3之间的距离。铲斗长度L3是铲斗轴AX3与铲斗8的齿尖9之间的距离。倾斜长度L4是铲斗轴AX3与倾斜轴AX4之间的距离。铲斗宽度L5是侧板84与侧板85之间的距离。

图11是示意性地表示设定于本实施方式所涉及的铲斗8的规定点RP的一个示例的图。如图11所示，在铲斗8设定有多个作在倾斜铲斗控制中使用的规定点RP的候选的候选规定点RPc。候选规定点RPc设定于铲斗8的齿尖9以及铲斗8的外表面。候选规定点RPc在齿尖9的铲斗宽度方向上设定有多个。此外，候选规定点RPc在铲斗8的外表面设定有多个。上述规定点RP是候选规定点RPc中的一个。

作业机数据包括表示铲斗8的形状以及尺寸的铲斗外形数据。铲斗外形数据包括铲斗宽度L5。铲斗外形数据包括铲斗8的外表面的轮廓数据、以及以铲斗8的齿尖9为基准的铲斗8的多个候选规定点RPc的坐标数据。

候选规定点位置数据运算部51Ca计算多个候选规定点RPc相对于上部回转体2的基准位置P0的各自的相对位置。此外，候选规定点位置数据运算部51Ca计算多个候选规定点RPc各自的绝对位置。

候选规定点位置数据运算部51Ca基于包含动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3、倾斜长度L4、及铲斗外形数据的作业机数据、以及包含动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ、及倾斜轴角度ε的作业机角度数据，能够计算出铲斗8的多个候选规定点RPc相对于上部回转体2的基准位置P0的各自的相对位置。如图4所示，上部回转体2的基准位置P0设定于上部回转体2的回转轴RX。另外，上部回转体2的基准位置P0也可以设定于动臂轴AX1。

此外，候选规定点位置数据运算部51Ca基于由位置检测装置20检测出的上部回转体2的绝对位置Pg、以及上部回转体2的基准位置P0与铲斗8的相对位置，能够计算铲斗8的绝对位置Pa。绝对位置Pg与基准位置P0的相对位置是基于液压挖掘机100的规格数据导出的已知数据。候选规定点位置数据运算部51Ca基于包括上部回转体2的绝对位置Pg的车身位置数据、上部回转体2的基准位置P0与铲斗8的相对位置、作业机数据、以及作业机角度数据，能够计算铲斗8的多个候选规定点RPc各自的绝对位置。候选规定点RPc只要包括铲斗8的宽度方向的信息与铲斗8的外表面的信息即可，也可以不限定于点。

目标施工形状生成部51D基于由目标施工数据生成装置70提供的目标施工数据，生成表示施工对象的目标形状的目标施工形状CS。目标施工数据生成装置70既可以将三维目标地形数据作为目标施工数据提供给目标施工形状生成部51D，也可以将表示目标形状的一部分的多个线数据或者多个点数据作为目标施工数据提供给目标施工形状生成部51D。在本实施方式中，目标施工数据生成装置70将表示目标形状的一部分的线数据作为目标施工数据提供给目标施工形状生成部51D。

图12是表示本实施方式所涉及的目标施工数据CD的一个示例的示意图。如图12所示，目标施工数据CD表示施工区域的目标地形。目标地形包括由三角多边形分别表现的多个目标施工形状CS。多个目标施工形状CS分别表示作业机1的施工对象的目标形状。此外，在目标施工数据CD中，规定了目标施工形状CS中的与铲斗8的垂直距离为最近的点AP。此外，在目标施工数据CD中，规定了通过点AP及铲斗8并与铲斗轴AX3正交的作业机动作平面WP。作业机动作平面WP是通过动臂缸11、斗杆缸12以及铲斗缸13中至少一个的动作来使铲斗8的齿尖9移动的动作平面，并与车身坐标系(X－Y－Z)中的XZ平面平行。

目标施工形状生成部51D获取作为作业机动作平面WP与目标施工形状CS的相交线的线LX。此外，目标施工形状生成部51D获取通过点AP并在目标施工地形CS中的与线LX交叉的线LY。线LY表示横向动作平面与目标施工地形CS的相交线。横向动作平面是与作业机动作平面WP正交、并通过点AP的平面。线LY在目标施工地形CS中的铲斗8的侧方方向上延伸。

图13是表示本实施方式所涉及的目标施工形状CS的一个示例的示意图。目标施工形状生成部51D获取线LX以及线LY，基于线LX以及线LY，生成表示挖掘对象的目标形状的目标施工形状CS。在利用铲斗8挖掘目标施工形状CS的情况下，控制装置50使铲斗8沿着作为通过铲斗8的作业机动作平面WP与目标施工形状CS的相交线的线LX移动。

在本实施方式中，控制装置50通过基于线LY的倾斜控制，即使在铲斗8倾斜动作的情况下也能够在规定点RP与线LY上取得垂直距离，进行铲斗8的控制。此外，控制装置50不仅基于线LY，还基于目标施工形状CS相对于规定点RP的最短距离，并基于与线LY平行的线进行倾斜控制。

动作平面运算部51E求取通过设定于部件的规定点并与轴线正交的动作平面。在本实施方式中，轴线是倾斜轴AX4，部件是铲斗8，因此动作平面运算部51E求取通过作为部件的铲斗8的规定点RP、并与作为轴线的倾斜轴AX4正交的倾斜动作平面TP。倾斜动作平面TP相当于上述动作平面。

图14以及图15是表示本实施方式所涉及的倾斜动作平面TP的一个示例的示意图。图14表示倾斜轴AX4与目标施工形状CS平行时的倾斜动作平面TP。图15表示倾斜轴AX4与目标施工形状CS非平行时的倾斜动作平面TP。

如图14以及图15所示，倾斜动作平面TP是指，通过从规定于铲斗8的多个候选规定点RPc中选出的规定点RP、并与倾斜轴AX4正交的动作平面。规定点RP是指在多个候选规定点RPc中被判定为在倾斜铲斗控制中最有利的规定点RP。在倾斜铲斗控制最有利的规定点RP是指距目标施工形状CS的距离最近的规定点RP。另外，在倾斜铲斗控制中最有利的规定点RP也可以是在基于该规定点RP执行倾斜铲斗控制时，液压缸10的缸体速度最快的规定点RP。规定点位置数据运算部51Cb基于铲斗8的宽度、作为外表面信息的候选规定点RPc、以及目标施工形状CS，求出规定点RP，详细地说是求出倾斜铲斗控制中的最有利的规定点RP。

图14以及图15示出通过设定在齿尖9的规定点RP的倾斜动作平面TP的一个示例。倾斜动作平面TP是通过倾斜缸14的动作使铲斗8的规定点RP(齿尖9)移动的动作平面。如果动臂缸11、斗杆缸12、以及铲斗缸13中的至少一个动作，而表示倾斜轴AX4朝向的倾斜轴角度ε变化的话，倾斜动作平面TP的倾斜度也变化。

如上述那样，作业机角度检测装置24求取表示倾斜轴AX4相对于XY平面的倾斜角度的倾斜轴角度ε。倾斜轴角度ε由作业机角度数据取得部51B获取。此外，规定点RP的位置数据通过候选规定点位置数据运算部51Ca求取。动作平面运算部51E基于由作业机角度数据取得部51B获取的倾斜轴AX4的倾斜轴角度ε、以及通过候选规定点位置数据运算部51Ca求出的规定点RP的位置，求取倾斜动作平面TP。

目标形状运算部51F根据目标施工形状CS求出作为控制目标形状的倾斜停止地形ST。在本实施方式中，控制目标形状是目标施工形状CS与动作平面交叉的部分。在本实施方式中，由于动作平面是倾斜动作平面TP，因此目标形状运算部51F求出由目标施工形状CS与倾斜动作平面TP交叉的部分规定的控制目标形状。以下，将该控制目标形状适当地称作倾斜停止地形ST。停止地形运算部51F基于从多个候选规定点RPc中选择的规定点RP的位置数据、目标施工地形CS以及倾斜数据，计算在目标施工地形CS中在铲斗8的侧方方向延伸的倾斜目标地形ST。如图14以及图15所示，倾斜停止地形ST由目标施工形状CS与倾斜动作平面TP的相交线表示。若倾斜轴AX4的朝向即倾斜轴角度ε变化，则倾斜停止地形ST的位置变化。

目标形状运算部51F求出延长倾斜停止地形ST而得的延长目标形状。在本实施方式中，延长目标形状是平行于倾斜停止地形ST并延长倾斜停止地形ST而得的部分。之后叙述延长目标形状。

作业机控制部51G输出用于控制液压缸10的控制信号。在实施倾斜停止控制的情况下，作业机控制部51G基于表示铲斗8的规定点RP与倾斜停止地形ST之间的距离的动作距离Da，实施使以倾斜轴AX4为中心的铲斗8的倾斜动作停止的倾斜停止控制。即，在本实施方式中，以倾斜停止地形ST为基准，实施倾斜停止控制。在倾斜停止控制中，作业机控制部51G使铲斗8在倾斜停止地形ST停止，以避免倾斜动作的铲斗8超过倾斜停止地形ST。

作业机控制部51G基于设定于铲斗8的多个候选规定点RPc中的动作距离Da最短的规定点RP，实施倾斜停止控制。即，作业机控制部51G以设定于铲斗8的多个候选规定点RPc规定点RP中的距倾斜停止地形ST最近的规定点RP不超过倾斜停止地形ST的方式，基于距倾斜停止地形ST最近的规定点RP与倾斜停止地形ST的动作距离Da，实施倾斜停止控制。

限制速度决定部51H基于动作距离Da，决定针对铲斗8的倾斜动作速度的限制速度U。当动作距离Da在作为阈值的线距离H以下时，限制速度决定部51H限制倾斜动作速度。

决定部51J决定是否将存在于超过目标施工形状CS的范围的倾斜停止地形ST作为作业机控制部51G使铲斗8停止时的目标。在将存在于超过目标施工形状CS的范围的倾斜停止地形ST作为目标的情况下，作业机控制部51G以使铲斗8不超过目标施工形状CS所存在的范围以及存在于超过该范围的倾斜停止地形ST的方式，控制铲斗8的倾斜动作。在不将存在于超过目标施工形状CS的范围的倾斜停止地形ST作为目标的情况下，作业机控制部51G以使铲斗8不超过存在于目标施工形状CS所存在的范围的倾斜停止地形ST的方式，控制铲斗8的倾斜动作。

图16是用于说明本实施方式所涉及的倾斜停止控制的示意图。如图16所示，目标施工形状CS被确定，并且速度限制干预线IL也被确定。速度限制干预线IL与倾斜轴AX4平行，并被确定在与倾斜停止地形ST相距线距离H的位置。优选将线距离H设定为不会影响操作员的操作感。当倾斜动作的铲斗8的至少一部分超过速度限制干预线IL，且动作距离Da变成线距离H以下时，作业机控制部51G限制铲斗8的倾斜动作速度。限制速度决定部51H决定针对超过速度限制干预线IL的铲斗8的倾斜动作速度的限制速度U。在图16所示的示例中，由于铲斗8的一部分超过速度限制干预线IL，动作距离Da比线距离H小，因此倾斜动作速度受到限制。

限制速度决定部51H获取平行于倾斜动作平面TP的方向上的规定点RP与倾斜停止地形ST的动作距离Da。此外，限制速度决定部51H获取与动作距离Da相应的限制速度U。作业机控制部51G在判定为动作距离Da在线距离H以下的情况下，限制倾斜动作速度。

图17是表示用于基于动作距离Da使倾斜铲斗的倾斜旋转停止的动作距离Da与限制速度U的关系的一个示例的图。如图17所示，限制速度U是根据动作距离Da而被确定的速度。当动作距离Da大于线距离H时并不设定限制速度U，在动作距离Da在线距离H以下时才设定限制速度U。动作距离Da越小，限制速度U就越小，若动作距离Da为零，则限制速度U也为零。另外，在图17中，将靠近目标施工形状CS的方向表示为负的方向。

限制速度决定部51H基于操作装置30的倾斜操作杆30T的操作量，求出规定点RP朝向由目标施工数据CD确定的目标施工形状CS(倾斜停止地形ST)移动时的移动速度Vr。移动速度Vr是与倾斜动作平面TP平行的面内的规定点RP的移动速度。针对多个规定点RP分别来求取移动速度Vr。

在本实施方式中，在操作了倾斜操作杆30T的情况下，基于从倾斜操作杆30T输出的电流值，能够求出移动速度Vr。如果倾斜操作杆30T被操作的话，则从倾斜操作杆30T会输出与倾斜操作杆30T的操作量相应的电流。在存储部52中存储有表示从倾斜操作杆30T输出的电流值与先导压力的关系的第1相关数据。此外，在存储部52中存储有表示先导压力与示出阀芯的移动量的阀芯行程的关系的第2相关数据。此外，在存储部52中存储有表示阀芯行程与倾斜缸14的缸体速度的关系的第3相关数据。

第1相关数据、第2相关数据、以及第3相关数据是通过实验或者模拟等预先求出的已知数据。限制速度决定部51H基于从倾斜操作杆30T输出的电流值、以及存储于存储部52的第1相关数据、第2相关数据及第3相关数据，求取与倾斜操作杆30T的操作量相应的倾斜缸14的缸体速度。缸体速度也可以使用实际的行程传感器的检测值。在求出倾斜缸14的缸体速度之后，限制速度决定部51H使用雅可比行列式，将倾斜缸14的缸体速度转换成铲斗8的多个规定点RP各自的移动速度Vr。

作业机控制部51G在判定为动作距离Da为线距离H以下的情况下，实施将规定点RP相对于目标施工形状CS的移动速度Vr限制为限制速度U的速度限制。作业机控制部51G为了抑制铲斗8的规定点RP的移动速度Vr而向控制阀37输出控制信号。作业机控制部51G向控制阀37输出控制信号，以使铲斗8的规定点RP的移动速度Vr变成与动作距离Da相应的限制速度U。由此，倾斜动作的铲斗8的规定点RP的移动速度在规定点RP越接近目标施工形状CS(倾斜停止地形ST)时越慢，在规定点RP(齿尖9)到达目标施工地形CS时为零。

在本实施方式中，倾斜动作平面TP被确定，作为倾斜动作平面TP与目标施工形状CS的相交线的倾斜停止地形ST被导出。作业机控制部51G基于多个候选规定点RPc中的离倾斜停止地形ST最近的规定点RP与目标施工形状CS的动作距离Da以使该规定点RP不会超过目标施工形状CS的方式执行倾斜停止控制。在本实施方式中，不会仅因为铲斗8的倾斜动作，而使倾斜停止地形ST的位置变化。因此，可顺畅地执行使用了能够进行倾斜动作的铲斗8的挖掘作业。

利用倾斜停止控制的铲斗8的定位

控制装置50若一边使铲斗8朝向目标施工形状CS移动一边执行倾斜停止控制，使能够使铲斗8在目标施工形状CS停止。即，控制装置50能够将铲斗8定位于目标施工形状CS。在该情况下，也一并采用铲斗停止控制。铲斗停止控制是基于铲斗8与目标施工形状CS之间的距离控制作业机，即动臂6、斗杆7以及铲斗8中的至少一个，由此使铲斗8在目标施工形状CS停止的控制。例如，在铲斗停止控制中，控制装置50基于铲斗8与目标施工形状CS之间的距离控制动臂6的动作，由此限制铲斗8接近目标施工形状CS的速度。通过这种处理，铲斗8在目标施工形状CS停止，因此可抑制向目标施工形状CS的侵入。

图18、图19以及图20是表示一边使铲斗8移动一边执行倾斜停止控制的情况下的一个示例的图。在图18以及图19所示的示例中，液压挖掘机100的施工对象的剖面为凸形状。目标施工形状CS通过使目标施工形状CSa与目标施工形状CSb在折曲位置SL连接而成。在将铲斗8定位于目标施工形状CSa的情况下，控制装置50将目标施工形状CS与倾斜动作平面TP交叉的部分即倾斜停止地形ST作为使铲斗8停止的目标，执行倾斜停止控制。

在将铲斗8定位于目标施工形状CSa的情况下，液压挖掘机100的操作员操作图9所示的操作装置30的倾斜操作杆30T来使铲斗8进行倾斜动作，同时使动臂6下降。铲斗8通过倾斜动作而以倾斜轴AX4为中心向图18以及图19所示的箭头R的方向旋转。此外，通过动臂6的下降向图18、图19以及图20所示的箭头D表示的方向移动。

控制装置50基于铲斗8与目标施工形状CSa所对应的倾斜停止地形ST之间的动作距离Da来限制倾斜动作速度，并且基于铲斗8与目标施工形状CSa的垂直距离Db限制铲斗8的下降速度Vb。垂直距离Db是铲斗8的规定点RP与目标施工形状CSa之间的距离。沿从铲斗8的规定点RP朝向目标施工形状CSa延伸的垂线可获得的、规定点RP与目标施工形状CSa之间的距离是垂直距离Db。

若在设定于铲斗8的齿尖9的规定点RP中的一个的垂直距离Db成为零，则控制装置50使动臂6的下降停止。在该情况下，存在于目标施工形状CSa的正上方的规定点RP在铲斗8进行倾斜动作时的移动速度Vr为正，因此控制装置50使铲斗8的倾斜动作继续。在图18所示的示例中，铲斗8向箭头R方向持续旋转。由于铲斗8旋转，因此若铲斗8离开目标施工形状CSa，则控制装置50使动臂6下降相应的量。在本实施方式中，正的移动速度Vr指的是铲斗8离开目标施工形状CSa的情况下的移动速度Vr。

如图19所示，若铲斗8的齿尖9与目标施工形状CSa接触，则动作距离Da为零，但目标施工形状CSa上的规定点RP的移动速度Vr为正。此时，虽然铲斗8的一部分与目标施工形状CSa接触，但之外的部分不与目标施工形状CSa接触。不存在于目标施工形状CSa上的部分的规定点RP具有负的移动速度Vr。在本实施方式中，负的移动速度Vr指的是铲斗8挖掘目标施工形状CSb的情况下的移动速度Vr。不存在于目标施工形状CSa上的部分的规定点RP以移动速度Vr朝向目标施工形状CSb移动。因此，如图20所示，铲斗8向相同的方向继续进行倾斜动作。若铲斗8进一步继续进行倾斜动作，具有负的动作速度Vr的规定点RP、在图20所示的示例中是存在于目标施工形状CSa的正上方的规定点RP与目标施工形状CS接触而动作距离Da为零，于是铲斗8停止。

虽然操作员想将铲斗8定位于目标施工形状CSa，但实际上铲斗8却被定位于目标施工形状CSb，因此没有实现操作员所意图的动作。此外，在铲斗8朝向目标施工形状CSb进行倾斜动作的过程中，折曲位置SL附近的目标施工形状CSa、CSb也有可能被铲斗8铲削。

图21以及图22是用于说明本实施方式所涉及的停止控制的图。操作员将铲斗8定位于想要定位铲斗8的目标施工形状CSa，因此，在本实施方式中，将目标施工形状CSa的倾斜停止地形ST延长至超过折曲位置SL的范围。如图22所示，倾斜停止地形ST是倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的部分。在图21所示的示例中，倾斜停止地形ST所延长的部分是单点划线以及附图标记STe所示的部分。以下，会适当地将该延长的部分称作延长停止地形STe。延长停止地形STe是延长目标形状。

如上述那样，延长停止地形STe是平行于倾斜停止地形ST并延长倾斜停止地形ST而得的部分。在本实施方式中，倾斜停止地形ST是直线的线段，延长停止地形STe是与倾斜停止地形ST连续、并且与倾斜停止地形ST平行的直线。倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe并不限定于直线的线段以及直线，例如也可以是平面。

图23、图24以及图25是表示一边使铲斗8移动一边执行本实施方式所涉及的倾斜停止控制的情况下的一个示例的图。在将铲斗8定位于目标施工形状CSa的情况下，如图22所所示，控制装置50将目标施工形状CSa与倾斜动作平面TP交叉的部分即倾斜停止地形ST以及延长了倾斜停止地形ST的延长停止地形STe作为使铲斗8的倾斜动作停止的目标，执行倾斜停止控制。

根据图21至图25所示的示例也可理解，延长停止地形STe存在于超过将铲斗8定位的对象的目标施工形状CSa的范围内。延长停止地形STe存在于目标施工形状CSb的上方，目标施工形状CSb通过折曲位置SL与将铲斗8定位的对象的目标施工形状CSa连接。上方指的是车身坐标系(X－Y－Z)中的Z轴的正的方向。Z轴的正的方向是图1所示的液压挖掘机100的从下部行走体3朝向上部回转体2的方向。图9所示的目标形状运算部51F将生成的倾斜停止地形ST至少向折曲位置SL的方向延长，来求出延长停止地形STe。求出的延长停止地形STe暂时存储于图9所示的存储部52。

在将铲斗8定位于目标施工形状CSa的情况下，液压挖掘机100的操作员操作图9所示的操作装置30的倾斜操作杆30T来使铲斗8向箭头R方向进行倾斜动作，同时使动臂6下降。铲斗8通过倾斜动作，以倾斜轴AX4为中心向图23以及图24所示的箭头R的方向旋转。此外，因动臂6的下降而向图23以及图24所示的箭头D表示的方向移动。

控制装置50基于铲斗8与目标施工形状CSa所对应的倾斜停止地形ST之间的动作距离Da限制倾斜动作速度，并基于铲斗8与目标施工形状CSa的垂直距离Db来限制铲斗8的下降速度。如图23所示，若铲斗8与目标施工形状CSa的垂直距离Db为零，则控制装置50使动臂6的下降停止。如上述那样，即使动臂6的下降停止，也会由于目标施工形状CSa的正上方的规定点RP为正的移动速度Vr，因此铲斗8继续进行箭头R所示的方向的倾斜动作。

控制装置50一边使动臂6下降铲斗8倾斜动作的相应的量，一边将铲斗8的姿势变更为齿尖9与目标施工形状CSa平行。在本实施方式中，控制装置50以倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe为目标执行铲斗8的倾斜停止控制。即，若相对于倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe具有负的移动速度Vr的规定点RP、与倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe的动作距离Da为0，则控制装置50使铲斗8的倾斜动作、在该示例中是向箭头R方向的旋转停止。通过该处理，如图25所示，铲斗8以齿尖9位于目标施工形状CSa的状态停止，因此被定位于目标施工形状CSa。

这样，控制装置50在执行使铲斗8在目标施工形状CSa停止的倾斜停止控制的情况下，将倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe设成为了使铲斗8停止而作为目标的地形。然后，控制装置50基于铲斗8与倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe的动作距离Da，使铲斗8的旋转即倾斜动作停止。其结果，由于铲斗8以齿尖9位于目标施工形状CSa的状态停止，因此操作员能够按照意图操作铲斗8。

图26是用于说明铲斗8停在空中的图。图27是表示将铲斗8定位于目标施工形状CSb的状态的图。在倾斜停止控制中，若控制装置50基于铲斗8与倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe的动作距离Da使铲斗8的倾斜动作停止，则控制装置50会在延长停止地形STe与铲斗8的动作距离Da为0的时刻使铲斗8的倾斜动作停止。于是，如图26所示，铲斗8停在空中。其结果，在操作员为了如图27所示的那样将铲斗8定位于目标施工形状CSb而想要变更铲斗8的姿势的情况下，铲斗8的动作被阻止。

为了避免该现象，控制装置50的决定部51J基于铲斗8与目标施工形状CSa所对应的倾斜停止地形ST之间的距离即动作距离Da，决定是否将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标。详细地说，在设定于铲斗8的规定点RP、与存在于规定点RP的正下方的目标施工形状CSa所对应的倾斜停止地形ST之间的动作距离Da为阈值以下的情况下，决定部51J将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标。而在设定于铲斗8的规定点RP、与存在于规定点RP的正下方的目标施工形状CSa所对应的倾斜停止地形ST之间的动作距离Da比阈值大的情况下，决定部51J不将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标。规定点RP的正下方是液压挖掘机100的车身坐标系(X－Y－Z)中的Z轴的负的方向。Z轴的负的方向是图1所示的从液压挖掘机100的上部回转体2朝向下部行走体3的方向。

在图26所示的示例中，铲斗8的规定点RP中的具有负的移动速度Vr的一个规定点RP与延长停止地形STe的动作距离Da为零。但是，铲斗8的其他规定点RP、与存在于该规定点RP的正下方的目标施工形状CSa所对应的倾斜停止地形ST之间的动作距离Da比阈值大。因此，决定部不将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标。其结果，铲斗8不会停在空中，而是被定位于目标施工形状CSa。

图28以及图29是用于说明根据铲斗8与目标施工形状CSa的重叠来决定是否将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标的示例的图。如图28所示的示例那样，在铲斗8与目标施工形状CSa的重叠较多的状态下，操作员进行用于使铲斗8进行图23至图25所示的那种动作的操作的情况下，可认为操作员想将铲斗8定位于目标施工形状CSa。如图29所示的示例那样，在铲斗8与目标施工形状CSa的重叠较少的情况下，在铲斗8进行倾斜动作时，可认为操作员想使铲斗8以倾斜轴AX4为中心朝向目标施工形状CSb旋转，将铲斗8定位于目标施工形状CSb。

决定部51J基于铲斗8与目标施工形状CSa的重叠，决定是否将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标。详细地说，在设定于铲斗8的多个规定点RP中的、第1阈值以上的数量的规定点RP与存在于铲斗8的正下方的目标施工形状CSa重叠的情况下，决定部51J将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标。在该情况下，控制装置50将倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe这两方作为在倾斜停止控制中使铲斗8停止时的目标。

在设定于铲斗8的多个规定点RP中有比第1阈值小的第2阈值以下的数量的规定点RP与存在于铲斗8的正下方的目标施工形状CSa重叠的情况下，决定部51J不将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标。在该情况下，控制装置50将倾斜停止地形ST作为在倾斜停止控制中使铲斗8停止时的目标。

这样，决定部51J基于铲斗8与目标施工形状CSa的重叠，决定是否将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标，因此能够可靠地判定操作员是否想将铲斗8定位到目标施工形状CSa。其结果，控制装置50能够将铲斗8定位于操作员所意图的目标施工形状CSa。

存在于铲斗8的正下方的目标施工形状CSa指的是车身坐标系(X－Y－Z)中的、从铲斗8观察时存在于Z轴向的负的方向的目标施工形状CSa。在从车身坐标系(X－Y－Z)的Z轴的正方向观察铲斗8以及目标施工形状CSa的情况下，铲斗8与目标施工形状CSa的重叠由铲斗8与目标施工形状CSa的重叠的程度，即重叠的量或者重叠的比例等来表示。

图30是表示车身坐标系(X－Y－Z)中的铲斗8与目标施工形状CSa的图。目标施工形状CSa由目标施工形状生成部51D基于线LX以及线LY来生成。线LX与线LY的交点与直线LC交叉，直线LC与作业机动作平面WP以及车身坐标系(X－Y－Z)的Z轴平行且通过铲斗8的一部分(在该例中是规定点RP)。目标施工形状生成部51D能够基于线LX以及线LY生成由虚线表示的目标施工形状CSa1与由单点划线表示的目标施工形状CSa2。在本实施方式中，决定部51J在求取铲斗8与目标施工形状CSa的重叠时，可以使用目标施工形状CSa1或者目标施工形状CSa2的任一方。

决定部51J基于铲斗8的姿势、在本实施方式中是铲斗8的齿尖9与目标施工形状CSa所成的角度θb，决定是否将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标。决定部51J根据设定于铲斗8的齿尖9的多个规定点RP求取表示齿尖9的直线。然后，决定部51J求取由求出的直线与存在于目标施工形状CSa的倾斜停止地形ST所成的角度θb。

在角度θb为第1角度阈值以下的情况下，决定部51J将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标。在该情况下，控制装置50将倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe这两方作为在倾斜停止控制中使铲斗8停止时的目标。在角度θb大于比第1角度阈值大的第2角度阈值的情况下，决定部51J不将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标。在该情况下，控制装置50将倾斜停止地形ST作为在倾斜停止控制中使铲斗8停止时的目标。

图21所示的角度θb是表示铲斗8、在本实施方式中是铲斗8的齿尖9贴近目标施工形状CSa的指标。在角度θb较小的情况下，可认为操作员想将铲斗8定位于目标施工形状CSa。在角度θb较大的情况下，可认为操作员没有想将铲斗8定位于目标施工形状CSa的意思。决定部51J通过使用角度θb，能够高精度地判定操作员是否想将铲斗8定位于目标施工形状CSa。

图31是决定部51J的控制框图。决定部51J包含操作状态决定部511、动作距离决定部512、重叠决定部513、姿势决定部514、第1逻辑乘运算部515、距离决定部516、以及第2逻辑乘运算部517。操作状态决定部511基于操作动臂6的右操作杆30R的操作状态CT生成操作标志Fc。在右操作杆30R的操作状态CT为动臂下降D的情况下，操作状态决定部511使操作标志Fc为TRUE(在本实施方式中是1)。在右操作杆30R的操作状态CT为动臂上升UP的情况下，操作状态决定部511使操作标志Fc为FALSE(在本实施方式中是0)。

动作距离决定部512基于动作距离Da生成动作距离标志Fd。在动作距离Da为第1距离阈值Da1以下的情况下，动作距离决定部512使动作距离标志Fd为TRUE(在本实施方式中是1)。在动作距离Da为第2距离阈值Da2以上的情况下，动作距离决定部512使动作距离标志Fd为FALSE(在本实施方式中是0)。

重叠决定部513基于重叠率KR生成重叠判定标志Fk。重叠率KR是设定于铲斗8的全部规定点RP中、与存在于铲斗8的正下方的目标施工形状CSa重叠的规定点RP所占的比例。在重叠率KR为第1阈值A以上的情况下，重叠决定部513使重叠判定标志Fk为TRUE(在本实施方式中是1)。在重叠率KR为比第1阈值A小的第2阈值B以下的情况下，重叠决定部513使重叠判定标志Fk为FALSE(在本实施方式中是0)。

这样，决定部51J，在决定将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标的情况下的重叠的大小被设成大于，在决定不将其作为目标决定为延长停止地形STe的情况下的重叠的大小。这样，在控制装置50正在调整铲斗8的倾斜动作的过程中，能够抑制延长停止地形STe消失。

姿势决定部514基于铲斗8相对于目标施工形状CSa的姿势、在本实施方式中是角度θb，生成姿势判定标志Fθ。在角度θb为第1角度阈值θc1以下的情况下，姿势决定部514使姿势判定标志Fθ为TRUE(在本实施方式中是1)。在角度θb为第2阈值θc2以上的情况下，姿势决定部514使姿势判定标志Fθ为FALSE(在本实施方式中是0)。

第1逻辑乘运算部515对操作标志Fc与动作距离标志Fd的逻辑乘，即逻辑与(AND)进行运算，将第1运算结果Fa输出到距离决定部516。第1运算结果Fa在操作标志Fc以及动作距离标志Fd这两方为TRUE(1)的情况下为1(TRUE)，除该组合以外为0(FALSE)。

距离决定部516基于第1运算结果Fa与动作距离标志Fd，将第2运算结果Fx输出到第2逻辑乘运算部517。第2运算结果Fx在第1运算结果Fa以及动作距离标志Fd这两方为TRUE的情况下(BT···Both TRUE)为TRUE(1)，在动作距离标志Fd为FALSE的情况下(DF···Distance FALSE)为FALSE(0)。

第2逻辑乘运算部517对第2运算结果Fx、重叠判定标志Fk、以及姿势判定标志Fθ的逻辑乘进行运算，并将运算结果作为决定部51J的判定结果OT输出。判定结果OT在第2运算结果Fx、重叠判定标志Fk以及姿势判定标志Fθ均为TRUE(1)的情况下成为TRUE(1)，除该组合以外成为FALSE(0)。

在判定结果OT为TRUE的情况下，延长停止地形STe成为使铲斗8停止时的目标。在该情况下，控制装置50将倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe这两方作为在倾斜停止控制中使铲斗8停止时的目标。在判定结果OT为FALSE的情况下，延长停止地形STe不作为使铲斗8停止时的目标。在该情况下，控制装置50将倾斜停止地形ST作为在倾斜停止控制中使铲斗8停止时的目标。

在操作标志Fc为FALSE(0)，即右操作杆30R的操作状态CT为动臂上升UP的情况下，决定部51J使动作距离标志Fd、重叠判定标志Fk以及姿势判定标志Fθ全部为FALSE(0)。这是因为，在动臂6上升的情况下，铲斗8远离目标施工形状CSa，因此能够判定为操作员没有将铲斗8定位于目标施工形状CSa的意思。

控制方法

图32是表示本实施方式所涉及的作业机械的控制方法的一个示例的流程图。在步骤S101中，控制装置50的决定部51J获得用于判定是否将延长停止地形STe作为使铲斗8停止时的目标的判定值。详细地说，决定部51J从右操作杆30R取得操作状态CT，从限制速度决定部51H取得动作距离Da，并且求出角度θb以及重叠率KR。这些就是上述的判定值。

决定部51J使用在步骤S101中获得的判定值，求取判定结果OT并输出。在步骤S102中，在判定结果OT是TRUE的情况下(步骤S102，“是”)，在步骤S103中，延长停止地形STe有效，即延长停止地形STe成为使铲斗8停止时的目标。在该情况下，控制装置50将倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe这两方作为在倾斜停止控制中使铲斗8停止时的目标。

在步骤S102中，在判定结果OT不是TRUE的情况下，即FALSE的情况下(步骤S102，“否”)，在步骤S104中，延长停止地形STe无效，即延长停止地形STe不作为使铲斗8停止时的目标。在该情况下，控制装置50将倾斜停止地形ST作为在倾斜停止控制中使铲斗8停止时的目标。

在步骤S105中，控制装置50基于在步骤ST103或者步骤S104中决定的使铲斗8停止时的目标与铲斗8的动作距离Da，使铲斗8进行倾斜动作时的速度减速。在该情况下，作业机控制部51G基于根据倾斜操作杆30T的操作量求出的铲斗8的规定点RP的移动速度Vr、以及由限制速度决定部51H决定的限制速度U，求出对于控制阀37的控制信号。

若操作员进行用于使铲斗8进行图23至图25所示的那种动作的操作，则作业机控制部51G计算用于使移动速度Vr成为限制速度U的控制信号，并输出到控制阀37。控制阀37基于从作业机控制部51G输出的控制信号而控制先导压。通过该处理，能够限制铲斗8的规定点RP的移动速度Vr。倾斜动作的铲斗8接近目标施工形状CSa，而全部的规定点RP的动作距离Da为零时，铲斗8的倾斜动作停止。其结果，铲斗8定位于目标施工形状CSa。

以上，本实施方式基于作为作业部件的铲斗8与倾斜停止地形ST以及延长倾斜停止地形ST而得的延长停止地形STe之间的距离，控制铲斗8的旋转。因此，即使在目标施工形状CS存在不连续的部分的情况下，也能够根据延长倾斜停止地形ST而得的延长停止地形STe使铲斗8的倾斜动作停止，因此能够将铲斗8定位于铲斗8欲定位的目标施工形状CSa。此外，即使目标施工形状CS存在不连续的部分，由于铲斗8的倾斜动作被停止，因此能够减少相当于目标施工形状CS的折曲位置SL的目标施工形状CS的不连续的部分被铲斗8铲削的可能性。

在本实施方式中，控制装置50预先生成延长倾斜停止地形ST而得的延长停止地形STe，在基于铲斗8与倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe之间的距离来控制铲斗8的旋转时，使延长停止地形STe有效。但并不限定于这种控制，控制装置50也可以在基于铲斗8与倾斜停止地形ST以及延长停止地形STe之间的距离来控制铲斗8的旋转的时候，生成延长停止地形STe。

在本实施方式中，控制装置50基于铲斗8与目标施工形状CSa的重叠、铲斗8与目标施工形状CSa所对应的倾斜停止地形ST之间的动作距离Da、铲斗8的姿势以及作业机1的操作状态CT，决定是否将延长停止地形STe作为控制铲斗8的旋转时的目标或者不作为目标。通过这种处理，控制装置50能够判定液压挖掘机100的操作员将铲斗8对准目标施工形状CSa的意思。因此，在操作员不具有将铲斗8对准目标施工形状CSa的意思的情况下，不执行铲斗8相对于延长停止地形STe的倾斜停止控制，而是允许铲斗8的倾斜动作。在该情况下，执行铲斗8相对于倾斜停止地形ST的倾斜停止控制。此外，在操作员具有将铲斗8对准目标施工形状CSa的意思的情况下，通过停止控制将铲斗8定位于目标施工形状CSa。其结果，控制装置50能够实现遵循操作员的意图的铲斗8的动作。

在本实施方式中，控制装置50根据在控制铲斗8的旋转时是将延长停止地形STe作为目标的情况还是不作为目标的情况，在铲斗8与目标施工形状CSa的重叠、铲斗8与目标施工形状CSa所对应的倾斜停止地形ST之间的动作距离Da、以及铲斗8的齿尖9与目标施工形状CSa所成的角度θb的判定条件中设置迟滞。这样，在控制装置50正在对铲斗8的倾斜动作进行微调的过程中，能够抑制延长停止地形STe的消失。但是，并不限定于在上述判定条件中设置迟滞，也可以不设置迟滞。

在本实施方式中，作为作业机控制部51G控制铲斗8的旋转的示例，说明了使铲斗8的倾斜动作停止的倾斜停止控制，但是作业机控制部51G控制铲斗8的旋转的示例并不限定于倾斜停止控制。例如，作业机控制部51G也可以在因铲斗8倾斜动作导致侵入目标施工形状CS的情况下，执行使铲斗8向远离目标施工形状CS的方向移动的干预控制。而且，作业机控制部51G也可以基于作为作业部件的铲斗8与倾斜停止地形ST以及延长倾斜停止地形ST而得的延长停止地形STe之间的距离来执行干预控制。

在本实施方式中，铲斗8采用了倾斜式铲斗，但铲斗8例如也可以是旋转铲斗。旋转铲斗是绕与铲斗轴AX3垂直相交的轴线旋转的铲斗。作业机控制部51G也可以基于铲斗8与旋转停止地形以及延长旋转停止地形而得的旋转延长停止地形之间的距离，对旋转铲斗执行停止控制以及干预控制的至少一个。旋转停止地形通过与倾斜停止地形ST相同的方法求出。作业机控制部51G也可以在铲斗8以铲斗轴AX3为中心旋转时，基于铲斗8与旋转停止地形以及延长旋转停止地形而得的旋转延长停止地形之间的距离，执行停止控制以及干预控制的至少一个。

在本实施方式中，作业机械采用了液压挖掘机，但在实施方式中说明的结构要素也可以应用于并非液压挖掘机的、其它的具有作业机的作业机械。

以上，说明了本实施方式，但本实施方式不被上述内容限定。此外，上述构成要素包括本领域技术人员能够容易想到的、实质上相同的、所谓等同的范围。而且，也能够适当地组合上述构成要素。而且，能够在不脱离本实施方式的主旨的范围内，对构成要素进行各种省略、替换或者变更。

Claims (8)

1.一种作业机械的控制系统，其对具备作业机的作业机械进行控制，该作业机具有以轴线为中心旋转的作业部件，所述作业机械的控制系统的特征在于，包含：

目标施工形状生成部，其生成目标施工形状，该目标施工形状表示所述作业机械的施工对象的目标形状；

目标形状运算部，其根据所述目标施工形状求取作为控制所述作业部件的旋转时的目标的形状即控制目标形状，并且求取延长所述控制目标形状而得的延长目标形状；以及

作业机控制部，其基于所述作业部件与所述控制目标形状以及所述延长目标形状之间的距离，对以所述轴线为中心的所述作业部件的旋转进行控制。

2.根据权利要求1所述的作业机械的控制系统，其特征在于，具有：

决定部，其决定是否将所述延长目标形状作为所述作业机控制部控制所述作业部件的旋转时的目标；其中，

在所述决定部将所述延长目标形状作为所述作业机控制部控制所述作业部件的旋转时的目标的情况下，所述作业机控制部基于所述作业部件与所述控制目标形状以及所述延长目标形状之间的距离，对以所述轴线为中心的所述作业部件的旋转进行控制，

在所述决定部不将所述延长目标形状作为所述作业机控制部控制所述作业部件的旋转时的目标的情况下，所述作业机控制部基于所述作业部件与所述控制目标形状之间的距离，对以所述轴线为中心的所述作业部件的旋转进行控制。

3.根据权利要求2所述的作业机械的控制系统，其特征在于：

所述决定部基于所述作业部件与目标施工形状的重叠、所述作业部件与目标施工形状所对应的所述停止地形之间的距离、所述作业部件的姿势以及所述作业机的操作状态，来决定是否将所述延长目标形状作为使所述作业部件停止时的目标。

4.根据权利要求3所述的作业机械的控制系统，其特征在于：

所述决定部，在决定将所述延长目标形状作为使所述作业部件停止时的目标的情况下的所述重叠的大小被设成大于，在决定不将其作为目标的情况下的所述重叠的大小。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机械的控制系统，其特征在于，具有：

规定点位置数据运算部，其求取设定于所述作业部件的规定点的位置数据；以及

动作平面计算部，其求取通过所述规定点并与所述轴线正交的动作平面；其中，

所述停止地形计算部将所述目标施工形状与所述动作平面交叉的部分设为所述控制目标形状，将平行于所述控制目标形状并延长所述控制目标形状而得的部分设为所述延长目标形状。

6.一种作业机械，其特征在于，包含：

上部回转体；

下部行走体，其支承所述上部回转体；

作业机，其包含以第1轴为中心旋转的动臂、以第2轴为中心旋转的斗杆、及以第3轴为中心旋转的铲斗，并由所述上部回转体支承；以及

权利要求1至权利要求5中任一项所述的作业机械的控制系统；其中，

所述作业部件是所述铲斗、所述斗杆、所述动臂以及所述上部回转体中的至少一个。

7.根据权利要求6所述的作业机械，其特征在于：

所述作业部件是所述铲斗，所述轴线与所述第3轴正交。

8.一种作业机械的控制方法，其对具备作业机的作业机械进行控制，该作业机具有以轴线为中心旋转的作业部件，所述作业机械的控制方法的特征在于，包含如下步骤：

生成目标施工形状，该目标施工形状表示所述作业机械的施工对象的目标形状；

根据所述目标施工形状求取作为控制所述作业部件的旋转时的目标的形状即控制目标形状，并且求取延长所述控制目标形状而得的延长目标形状；以及

基于所述作业部件与所述控制目标形状以及所述延长目标形状之间的距离，对以所述轴线为中心的所述作业部件的旋转进行控制。