CN107109820B - 工作装置控制装置以及作业机械 - Google Patents

Abstract

控制装置具备铲斗控制部和速度限制部。铲斗控制部算出以将工作装置的角度保持为恒定角度的方式控制铲斗的控制速度。速度限制部在以铲斗控制部所算出的控制速度驱动铲斗时铲斗所驱动的方向与斗杆所驱动的方向一致的情况下，减小控制速度。

Description

工作装置控制装置以及作业机械

技术领域

本发明涉及工作装置控制装置以及作业机械。

背景技术

如专利文献1所公开的那样，已知以避免作业机械所具备的铲斗比表示挖掘对象的目标形状的设计面进一步侵入的方式控制工作装置的技术。另外，如专利文献2所公开的那样，已知为了进行直线挖掘而将工作装置的角度保持为恒定的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5654144号公报

专利文献2：日本特开平3-66838号公报

发明内容

发明所要解决的课题

根据专利文献2所记载的技术，控制装置逐次确定工作装置的姿势，以使当前的姿势变化为目标姿势的方式使铲斗缸伸缩。另一方面，在挖掘对象的内部可能存在硬度的不均。例如，挖掘对象有时包括砂土和岩石。在这样的情况下，若铲斗对硬度较高的部位进行挖掘，则与对硬度较低的部位进行挖掘时相比产生大的反作用力。这样，若铲斗的姿势由于干扰而从目标姿势偏移，则有可能因反馈控制而铲斗晃动，铲斗的姿势变得不稳定。

本发明的方案的目的在于，提供能够在将工作装置的角度保持为恒定的控制中抑制铲斗的晃动的控制装置以及作业机械。

用于解决课题的方案

根据本发明的第一方案，控制装置对具备工作装置以及支承所述工作装置的车身的作业机械进行控制，所述工作装置包括铲斗以及支承所述铲斗的斗杆，所述控制装置具备：铲斗控制部，其算出以将所述铲斗的角度保持为恒定角度的方式控制所述铲斗的控制速度；以及速度限制部，其在以所述铲斗控制部所算出的所述控制速度驱动所述铲斗的时所述铲斗所驱动的方向与所述斗杆所驱动的方向一致的情况下，减小所述控制速度。

根据本发明的第二方案，作业机械具备：工作装置，其包括铲斗以及支承所述铲斗的斗杆；车身，其支承所述工作装置；以及第一方案的控制装置。

发明效果

根据上述方案中的至少一个方案，工作装置控制装置能够在将工作装置的角度保持为恒定的控制中抑制铲斗的晃动。

附图说明

图1是表示第一实施方式的液压挖掘机的构成的立体图。

图2是表示第一实施方式的液压挖掘机的控制系统的构成的简要框图。

图3是表示工作装置110的姿势的例子的图。

图4是表示第一实施方式的液压挖掘机的控制装置的构成的框图。

图5是表示限制速度表的一例的图。

图6是表示第一实施方式的控制装置的动作的流程图。

图7是表示第一实施方式的铲斗控制判定处理的流程图。

图8是表示比较例的液压挖掘机的动作的例子的图。

图9是表示第一实施方式的液压挖掘机的动作的例子的图。

具体实施方式

<第一实施方式>

以下，参照附图来说明实施方式。

《液压挖掘机》

图1是表示第一实施方式的液压挖掘机的构成的立体图。在第一实施方式中，作为作业机械的一例而说明液压挖掘机100。需要说明的是，其它实施方式的作业机械也可以未必是液压挖掘机100。

液压挖掘机100具备：通过液压而工作的工作装置110；对工作装置110进行支承的作为上部回转体的车身120；以及对车身120进行支承的作为下部行驶体的行驶装置130。

工作装置110具备动臂111、斗杆112、铲斗113、动臂缸114、斗杆缸115以及铲斗缸116。

动臂111是对斗杆112以及铲斗113进行支承的支柱。动臂111的基端部经由销P1而安装于车身120的前部。

斗杆112将动臂111与铲斗113连结。斗杆112的基端部经由销P2而安装于动臂111的前端部。

铲斗113是具有用于挖掘砂土等的铲的容器。铲斗113的基端部经由销P3而安装于斗杆112的前端部。

动臂缸114是用于使动臂111工作的液压缸。动臂缸114的基端部安装于车身120。动臂缸114的前端部安装于动臂111。

斗杆缸115是用于驱动斗杆112的液压缸。斗杆缸115的基端部安装于动臂111。斗杆缸115的前端部安装于斗杆112。

铲斗缸116是用于驱动铲斗113的液压缸。铲斗缸116的基端部安装于斗杆112。铲斗缸116的前端部安装于铲斗113。

在车身120配备有供操作员搭乘的驾驶室121。驾驶室121配备于车身120的前方且工作装置110的左侧。在第一实施方式中，以驾驶室121作为基准，将前后方向定义为+Y方向以及-Y方向，将左右方向定义为-X方向以及+X方向，将上下方向定义为+Z方向以及-Z方向。

在驾驶室121的内部设有用于操作工作装置110的操作装置1211。根据操作装置1211的操作量而向动臂缸114、斗杆缸115以及铲斗缸116供给工作油。

《液压挖掘机的控制系统》

图2是表示第一实施方式的液压挖掘机的控制系统的构成的简要框图。

液压挖掘机100具备行程检测器117、操作装置1211、位置检测器122、方位运算器123、倾斜检测器124。

行程检测器117检测动臂缸114、斗杆缸115以及铲斗缸116各自的行程长度。由此，后述的控制装置126能够基于动臂缸114、斗杆缸115以及铲斗缸116各自的行程长度来检测工作装置110的姿势角。即，在第一实施方式中，行程检测器117是检测工作装置110的姿势角的机构的一例。另一方面，在其它实施方式中不限定于此，作为检测工作装置110的姿势角的机构，也可以代替行程检测器117而使用旋转编码器、水平器等角度检测器，或者与行程检测器117一起并用旋转编码器、水平器等角度检测器。

操作装置1211具备在驾驶室121的右侧设置的右侧操作杆1212和在驾驶室121的左侧设置的左侧操作杆1213。操作装置1211检测右侧操作杆1212的前后方向以及左右方向的操作量和左侧操作杆1213的前后方向以及左右方向的操作量，并将与检测出的操作量相应的操作信号向控制装置126输出。第一实施方式的操作装置1211的操作信号的生成方式是PPC方式。PPC方式是指，利用压力传感器检测通过右侧操作杆1212以及左侧操作杆1213的操作而生成的先导液压并生成操作信号的方式。

具体而言，右侧操作杆1212的前方向的操作与动臂缸114的收缩、动臂111的下降动作的指令对应。右侧操作杆1212的后方向的操作与动臂缸114的伸长、动臂111的上升动作的指令对应。右侧操作杆1212的右方向的操作与铲斗缸116的收缩、铲斗113的倾卸的指令对应。右侧操作杆1212的左方向的操作与铲斗缸116的伸长、铲斗113的挖掘的指令对应。左侧操作杆1213的前方向的操作与斗杆缸115的伸长、斗杆112的挖掘的指令对应。左侧操作杆1213的后方向的操作与斗杆缸115的收缩、斗杆112的倾卸的指令对应。左侧操作杆1213的右方向的操作与车身120的右回转的指令对应。左侧操作杆1213的左方向的操作与车身120的左回转的指令对应。

位置检测器122检测车身120的位置。位置检测器122具备从构成GNSS(GlobalNavigation Satellite System：全球导航卫星系统)的人造卫星接收测位信号的第一接收器1231。位置检测器122基于第一接收器1231所接收到的测位信号，来检测全局坐标系中的车身120的代表点的位置。全局坐标系是指以地上的规定的点(例如设置于施工现场的GNSS基准站的位置)为基准点的坐标系。作为GNSS的例子，可举出GPS(Global PositioningSystem：全球定位系统)。

方位运算器123运算车身120所朝向的方位。方位运算器123具备从构成GNSS的人造卫星接收测位信号的第一接收器1231以及第二接收器1232。第一接收器1231以及第二接收器1232分别设置于车身120的不同的位置。方位运算器123使用第一接收器1231所接收到的测位信号和第二接收器1232所接收到的测位信号，作为检测出的第二接收器1232的设置位置相对于第一接收器1231的设置位置的关系，从而运算车身120的方位。

倾斜检测器124计测车身120的加速度以及角速度，并基于计测结果来检测车身120的倾斜量(例如，表示相对于X轴的旋转的俯仰角、表示相对于Y轴的旋转的横摆角以及表示相对于Z轴的旋转的侧倾角)。倾斜检测器124例如设置于驾驶室121的下表面。倾斜检测器124例如可以使用作为惯性计测装置的IMU(Inertial Measurement Unit)。

液压装置125具备工作油箱、液压泵、流量控制阀以及电磁比例控制阀。液压泵由未图示的发动机的动力驱动，经由流量调整阀而向动臂缸114、斗杆缸115以及铲斗缸116供给工作油。电磁比例控制阀基于从控制装置126接收的控制指令，来限制从操作装置1211供给的先导液压。流量控制阀具有杆状的阀柱，根据阀柱的位置来调整向动臂缸114、斗杆缸115以及铲斗缸116供给的工作油的流量。阀柱由被电磁比例控制阀调整后的先导液压驱动。在与铲斗缸116连接的油路上，与限制先导液压的电磁比例控制阀并列地设有对液压泵所供给的初压进行限制的电磁比例控制阀。由此，液压挖掘机100能够按照比由操作装置1211生成的先导液压高的液压来驱动铲斗缸116。

控制装置126具备处理器910、主存储器920、存储器930以及接口940。

在存储器930中存储有用于控制工作装置110的程序。作为存储器930的例子，可举出HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、非易失性存储器等。存储器930可以是与控制装置126的总线直接连接的内部媒介，也可以是经由接口940或通信线路而与控制装置126连接的外部媒介。

处理器910从存储器930读出程序并向主存储器920展开，按照程序来执行处理。另外，处理器910按照程序在主存储器920中确保存储区域。接口940与行程检测器117、操作装置1211、位置检测器122、方位运算器123、倾斜检测器124、液压装置125的电磁比例控制阀以及其它周边设备连接，进行信号的授受。

程序也可以用于实现使控制装置126发挥的功能的一部分。例如，程序也可以通过与已经存储于存储器930的其它程序组合或安装于其它装置的其它程序组合来发挥功能。

控制装置126通过程序的执行而基于位置检测器122所检测出的位置、方位运算器123所检测出的方位、倾斜检测器124所检测出的车身120的倾斜角以及行程检测器117所检测出的行程长度，来确定铲斗113的位置。另外，控制装置126基于确定出的铲斗113的位置以及操作装置1211的操作量，来向液压装置125的电磁比例控制阀输出动臂缸114的控制指令以及铲斗缸116的控制指令。

《工作装置的姿势》

图3是表示工作装置110的姿势的例子的图。

控制装置126算出工作装置110的姿势，并基于该姿势来生成工作装置110的控制指令。具体而言，控制装置126算出动臂111的姿势角α、斗杆112的姿势角β、铲斗113的姿势角γ以及铲斗113的轮廓点的位置来作为工作装置110的姿势。

动臂111的姿势角α由从销P1向车身120的上方向(+Z方向)延伸的射线和从销P1向销P2延伸的射线所成的角表示。需要说明的是，根据车身120的倾斜量(俯仰角)θ的不同，车身120的上方向与铅垂上方向未必一致。

斗杆112的姿势角β由从销P1向销P2延伸的射线与从销P2向销P3延伸的射线所成的角表示。

铲斗113的姿势角γ由从销P2向销P3延伸的射线与从销P3向铲斗113的铲尖E延伸的射线所成的角表示。

在此，将动臂111的姿势角α、斗杆112的姿势角β以及铲斗113的姿势角γ之和称作工作装置110的姿势角η。工作装置110的姿势角η等于从销P3向车身120的上方向(+Z方向)延伸的射线与从销P3向铲斗113的铲尖E延伸的射线所成的角。

铲斗113的轮廓点的位置根据动臂111的尺寸L1、斗杆112的尺寸L2、铲斗113的尺寸L3、动臂111的姿势角α、斗杆112的姿势角β、铲斗113的姿势角γ、铲斗113的轮廓形状、车身120的代表点O的位置以及代表点O与销P1的位置关系来求出。动臂111的尺寸L1是从销P1到销P2为止的距离。斗杆112的尺寸L2是从销P2到销P3为止的距离。铲斗113的尺寸L3是从销P3到铲尖E为止的距离。代表点O与销P1的位置关系例如由以代表点O为基准的销P1的X坐标位置、Y坐标位置以及Z坐标位置表示。另外，代表点O与销P1的位置关系例如也可以由从代表点O到销P1为止的距离、从代表点O向销P1延伸的射线的X轴方向的倾斜量以及从代表点O向销P1延伸的射线的Y轴方向的倾斜量表示。

《液压挖掘机的控制装置》

图4是表示第一实施方式的液压挖掘机的控制装置的构成的框图。

控制装置126具备作业机械信息存储部200、操作量获取部201、检测信息获取部202、姿势确定部203、目标施工数据存储部204、目标施工线确定部205、距离确定部206、目标速度决定部207、工作装置控制部208、铲斗控制部209、姿势角存储部210、速度限制部211、控制指令输出部212。

作业机械信息存储部200存储动臂111的尺寸L1、斗杆112的尺寸L2、铲斗113的尺寸L3、铲斗113的轮廓形状以及车身120的代表点O的位置与销P1的位置关系。

操作量获取部201从操作装置1211获取表示操作量(先导液压或电杆的角度)的操作信号。具体而言，操作量获取部201获取动臂111的操作量、斗杆112的操作量、铲斗113的操作量以及回转的操作量。

检测信息获取部202获取位置检测器122、方位运算器123、倾斜检测器124、行程检测器117各自所检测出的信息。具体而言，检测信息获取部202获取车身120的在全局坐标系中的位置信息、车身120所朝向的方位、车身120的倾斜量、动臂缸114的行程长度、斗杆缸115的行程长度以及铲斗缸116的行程长度。

姿势确定部203基于检测信息获取部202所获取的信息，来确定工作装置110的姿势角η。具体而言，姿势确定部203通过以下的步骤来确定工作装置110的姿势角η。姿势确定部203根据动臂缸114的行程长度来算出动臂111的姿势角α。姿势确定部203根据斗杆缸115的行程长度来算出斗杆112的姿势角β。姿势确定部203根据铲斗缸116的行程长度来算出铲斗113的姿势角γ。

另外，姿势确定部203基于所算出的姿势角、检测信息获取部202所获取的信息以及作业机械信息存储部200所存储的信息，确定铲斗113的多个轮廓点在全局坐标系中的位置。铲斗113的轮廓点包括铲斗113的铲尖E的宽度方向(X方向)上的多个点以及底板的宽度方向上的多个点。具体而言，姿势确定部203根据动臂111的姿势角α、斗杆112的姿势角β、铲斗113的姿势角γ、动臂111的尺寸L1、斗杆112的尺寸L2、铲斗113的尺寸L3、铲斗113的轮廓形状、代表点O与销P1的位置关系、车身120的代表点O的位置、车身120所朝向的方位以及车身120的倾斜量θ，来确定全局坐标系中的铲斗113的轮廓点的位置。姿势确定部203是确定工作装置110的状态的工作装置状态确定部的一例。

目标施工数据存储部204存储表示施工现场中的挖掘对象的目标形状的目标施工数据。目标施工数据是由全局坐标系表示的三维数据，是由表示目标施工面的多个三角形多边形构成的立体地形数据等。目标施工数据通过被从外部存储介质读入或经由网络从外部服务器接收而存储于目标施工数据存储部204。

目标施工线确定部205基于目标施工数据存储部204所存储的目标施工数据和姿势确定部203所确定出的铲斗113的轮廓点的位置，来确定目标施工线。目标施工线由铲斗113的驱动面(通过铲斗113且与X轴正交的面)与目标施工数据的交线表示。具体而言，目标施工线确定部205通过以下的步骤来确定目标施工线。

目标施工线确定部205确定铲斗113的轮廓点中的位于最下方的轮廓点(高度最低的轮廓点)。目标施工线确定部205确定出位于所确定的轮廓点的铅垂下方的目标施工面。由目标施工线确定部205规定的目标施工面可以采用确定位于相对于铲斗113的最短距离的目标施工面的方法等。

接着，目标施工线确定部205算出通过所确定出的轮廓点及目标施工面的铲斗113的驱动面与目标施工数据的交线，作为目标施工线。由目标施工线确定部205算出的目标施工线不仅以线段的形式规定，也可以由具有宽度的那样的地形形状规定。

目标施工线确定部205是确定工作装置110的控制基准的控制基准确定部的一例。

距离确定部206确定铲斗113与目标施工线上的点(挖掘对象位置)之间的距离。

目标速度决定部207基于操作量获取部201所获取的右侧操作杆1212的前后方向的操作量，来决定动臂111的目标速度。目标速度决定部207基于操作量获取部201所获取的左侧操作杆1213的前后方向的操作量，来决定斗杆112的目标速度。目标速度决定部207基于操作量获取部201所获取的右侧操作杆1212的左右方向的操作量，来决定铲斗113的目标速度。

工作装置控制部208基于距离确定部206所确定的距离，进行以避免铲斗113侵入比目标施工面靠下方的位置的方式控制工作装置110的工作装置控制。第一实施方式的工作装置控制是以避免铲斗113侵入比目标施工面靠下方的位置的方式决定动臂111的限制速度并生成动臂111的控制指令的控制。具体而言，工作装置控制部208根据表示铲斗113与挖掘对象位置之间的距离和工作装置110的限制速度之间的关系的限制速度表，来决定动臂111的垂直方向的限制速度。

图5是表示限制速度表的一例的图。如图5所示，根据限制速度表，在铲斗113与挖掘对象位置之间的距离为0时，工作装置110的垂直方向分量的速度为0。在限制速度表中，在铲斗113的最下点位于目标施工线的上方时，铲斗113与挖掘对象位置之间的距离显示为正值。另一方面，在铲斗113的最下点位于目标施工线的下方时，铲斗113与挖掘对象位置之间的距离显示为负值。另外，在限制速度表中，使铲斗113向上方移动时的速度显示为正值。在铲斗113与挖掘对象位置之间的距离为正值且为工作装置控制阈值th以下的情况下，基于铲斗113与目标施工线之间的距离来规定工作装置110的限制速度。在铲斗113与挖掘对象位置之间的距离为工作装置控制阈值th以上时，工作装置110的限制速度的绝对值为比工作装置110的目标速度的最大值大的值。即，在铲斗113与挖掘对象位置之间的距离为工作装置控制阈值th以上的情况下，工作装置110的目标速度的绝对值始终比限制速度的绝对值小，因此动臂111始终以目标速度驱动。

工作装置控制部208在限制速度的绝对值比动臂111、斗杆112以及铲斗113的目标速度的垂直方向分量之和的绝对值小的情况下，从限制速度减去斗杆112的目标速度的垂直方向分量和铲斗113的目标速度的垂直方向分量，由此算出动臂111的垂直方向的限制速度。工作装置控制部208根据动臂111的垂直方向的限制速度算出动臂111的限制速度。

铲斗控制部209在满足了铲斗控制开始条件时，开始以使工作装置110的姿势角η成为恒定角度的方式控制铲斗113的铲斗控制。具体而言，铲斗控制部209在满足了铲斗控制开始条件时，将工作装置110的姿势角η作为目标姿势角η′而存储于姿势角存储部210。铲斗控制部209基于姿势角存储部210所存储的目标姿势角η′、工作装置110的当前的姿势角η、动臂111的速度以及斗杆112的速度，来决定铲斗113的控制速度(包括铲斗113的速率和驱动方向)。动臂111以及斗杆112的速度根据行程检测器117所检测出的每单位时间的行程长度来求出。第一实施方式的铲斗控制开始条件是指铲斗113与挖掘对象位置之间的距离小于铲斗控制开始阈值、且铲斗的操作量小于规定阈值(与操作装置1211的游隙相当的程度的角度)、且处于工作装置控制的执行中这样的条件。

铲斗控制部209在满足了铲斗控制结束条件时，结束铲斗控制。第一实施方式的铲斗控制结束条件是指铲斗113与挖掘对象位置之间的距离为铲斗控制结束阈值以上、或铲斗的操作量为规定阈值以上、或未执行工作装置控制这样的条件。铲斗控制开始阈值是比铲斗控制结束阈值小的值。铲斗控制开始阈值是工作装置控制阈值th以下的值。需要说明的是，在通过操作员的操作等而不进行工作装置控制的情况下，铲斗控制部209不进行铲斗控制。

姿势角存储部210存储铲斗控制中的工作装置110的目标姿势角η′。

速度限制部211基于操作量获取部201所获取的斗杆112的操作量和铲斗控制部209所算出的铲斗113的控制速度的方向，来限制铲斗113的控制速度。具体而言，速度限制部211在以斗杆112的Y轴为基准的驱动方向与以铲斗113的Y轴为基准的驱动方向一致的情况下，将铲斗113的控制速度限制为0。需要说明的是，在其它实施方式中，铲斗113的控制速度的限制不限于限制为0，也可以减小控制速度的速率。作为抑制该控制速度的方法，对控制指令接入滤波器的方法、进行调制等的方法也是有效的方法。

斗杆112的驱动方向与铲斗113的驱动方向一致的情况是指，斗杆112的驱动方向为倾卸方向(斗杆112被斗杆缸115的收缩而驱动的方向)且铲斗113的驱动方向为倾卸方向(铲斗113被铲斗缸116的收缩而驱动的方向)的情况，或斗杆112的驱动方向为挖掘方向(斗杆112被斗杆缸115的伸长而驱动的方向)且铲斗113的驱动方向为挖掘方向(铲斗113被铲斗缸116的伸长而驱动的方向)的情况。

控制指令输出部212将工作装置控制部208所生成的动臂111的控制指令向液压装置125的电磁比例控制阀输出。控制指令输出部212将铲斗控制部209所生成的铲斗113的控制指令向液压装置125的电磁比例控制阀输出。

《动作》

在此，说明第一实施方式的控制装置126进行的液压挖掘机100的控制方法。

图6是表示第一实施方式的控制装置的动作的流程图。控制装置126按规定的控制周期来执行以下所示的控制。

操作量获取部201从操作装置1211获取动臂111的操作量、斗杆112的操作量、铲斗113的操作量以及回转的操作量(步骤S1)。检测信息获取部202获取位置检测器122、方位运算器123、倾斜检测器124、行程检测器117各自所检测出的信息(步骤S2)。

姿势确定部203根据各液压缸的行程长度来算出动臂111的姿势角α、斗杆112的姿势角β以及铲斗113的姿势角γ(步骤S3)。姿势确定部203基于所算出的姿势角α、β、γ、作业机械信息存储部200所存储的动臂111的尺寸L1、斗杆112的尺寸L2、铲斗113的尺寸L3、铲斗113的形状以及动臂111在车身120中的位置、检测信息获取部202所获取的车身120的位置、方位以及倾斜量，来算出全局坐标系中的铲斗113的轮廓点的位置(步骤S4)。

目标施工线确定部205确定铲斗113的轮廓点中的在全局坐标系中的位置位于最下方的轮廓点(步骤S5)。目标施工线确定部205关于确定出的轮廓点的组合确定位于各轮廓点的铅垂下方的目标施工面(步骤S6)。接着，目标施工线确定部205算出通过确定出的轮廓点及目标施工面的铲斗113的驱动面与目标施工数据的交线，来作为目标施工线(步骤S7)。距离确定部206确定对象设计线、铲斗113与挖掘对象位置之间的距离(步骤S8)。目标速度决定部207基于在步骤S1中操作量获取部201所获取的操作量，来算出动臂111、斗杆112以及铲斗113的目标速度(步骤S9)。

接着，工作装置控制部208按照图5所示的表，确定同距离确定部206所确定出的铲斗113与挖掘对象位置之间的距离相关联的工作装置110的限制速度(步骤S10)。接着，工作装置控制部208基于斗杆112以及铲斗113的目标速度和工作装置110的限制速度，来算出动臂111的限制速度(步骤S11)。工作装置控制部208基于工作装置控制部208所生成的动臂111的限制速度，来生成动臂111的控制指令以及铲斗113的控制指令(步骤S12)。

在工作装置控制部208生成动臂111的控制指令时，铲斗控制部209进行以下所示的铲斗控制处理(步骤S12)。图7是表示第一实施方式的铲斗控制判定处理的流程图。

铲斗控制部209基于在步骤S8中距离确定部206所确定的距离和在步骤S1中操作量获取部201所获取的操作量，来判定液压挖掘机100的状态是否已从不满足铲斗控制开始条件的状态转变为满足该条件的状态(步骤S31)。在液压挖掘机100的状态已从不满足铲斗控制开始条件的状态转变为满足该条件的状态的情况下(步骤S31：是)，铲斗控制部209将姿势确定部203所确定出的工作装置110的姿势角η作为目标姿势角η′而存储于姿势角存储部210(步骤S32)。铲斗控制部209将铲斗控制设为有效(步骤S33)。即，铲斗控制部209在满足了铲斗控制开始条件时以后，以保持工作装置110的姿势角η的方式决定铲斗113的控制速度。

另一方面，在液压挖掘机100的状态为不满足铲斗控制开始条件的状态的情况下、或已经满足该条件的情况下(步骤S31：否)，铲斗控制部209判定液压挖掘机100的状态是否已从不满足铲斗控制结束条件的状态转变为满足该条件的状态(步骤S34)。在液压挖掘机100的状态已从不满足铲斗控制结束条件的状态转变为满足该条件的状态的情况下(步骤S34：是)，铲斗控制部209将铲斗控制设为无效(步骤S35)。即，铲斗控制部209在满足了铲斗控制结束条件时以后，不再决定铲斗113的控制速度。

在将铲斗控制设为了有效的情况下、在将铲斗控制设为了无效的情况下、或在没有铲斗控制开始条件从不满足向满足的转变及铲斗控制结束条件从不满足向满足的转变的情况下(步骤S34：否)，铲斗控制部209判定铲斗控制是否处于有效(步骤S36)。在铲斗控制处于无效的情况下(步骤S36：否)，铲斗控制部209不算出铲斗113的限制速度而结束铲斗控制处理。另一方面，在铲斗控制处于有效的情况下(步骤S36：是)，铲斗控制部209基于动臂111以及斗杆112的速度，来算出动臂111的姿势角的变化量Δα和斗杆112的姿势角的变化量Δβ(步骤S37)。接着，铲斗控制部209通过从姿势角存储部210所存储的目标姿势角η′减去在步骤S3中姿势确定部203所确定出的工作装置110的姿势角η、变化量Δα以及变化量Δβ，来算出铲斗113的姿势角的变化量Δγ(步骤S38)。铲斗控制部209通过将变化量Δγ转换为速度来算出铲斗113的控制速度(步骤S39)。

接着，速度限制部211基于铲斗控制部209所算出的控制速度和斗杆112的目标速度以及限制速度中的慢的一方，来判定铲斗113的驱动方向与斗杆112的驱动方向是否一致(步骤S40)。在铲斗113的驱动方向与斗杆112的驱动方向不一致的情况下(步骤S40：否)，速度限制部211不限制铲斗113的控制速度。

另一方面，在铲斗113的驱动方向与斗杆112的驱动方向一致的情况下(步骤S40：否)，速度限制部211将铲斗113的控制速度限制为0(步骤S41)。

然后，铲斗控制部209基于铲斗113的控制速度来生成铲斗113的控制指令(步骤S42)，并结束铲斗控制处理。此时，在步骤S41中速度限制部211限制了铲斗113的控制速度的情况下，控制指令输出部212基于限制后的控制速度来生成铲斗113的控制指令。

在控制装置126结束铲斗控制处理时，控制指令输出部212将工作装置控制部208所生成的动臂111的控制指令、以及铲斗控制部209所生成的铲斗113的控制指令向液压装置125的电磁比例控制阀输出(步骤S14)。

由此，液压装置125使动臂缸114、斗杆缸115以及铲斗缸116驱动。需要说明的是，在因铲斗控制成为无效而铲斗控制部209不算出铲斗113的限制速度的情况下，铲斗113的控制指令不被向电磁比例控制阀输出。在该情况下，液压装置125基于操作装置1211所生成的先导液压来驱动铲斗缸116。

《作用·效果》

这样，根据第一实施方式，控制装置126以将铲斗113的角度保持为恒定角度的方式算出铲斗113的控制速度，在铲斗113所驱动的方向与斗杆112所驱动的方向一致的情况下减小控制速度。由此，控制装置126能够减少由干扰等引起的铲斗113的晃动。在此，说明通过第一实施方式能够减少铲斗113的晃动的理由。

图8是表示比较例的液压挖掘机的动作的例子的图。在图8所示的例子中，设为从控制时刻T0到控制时刻T3向挖掘方向驱动斗杆112。比较例的液压挖掘机不进行斗杆112和铲斗113的驱动方向上的控制速度的限制。

在图8所示的比较例中，说明向挖掘方向操作斗杆112而铲斗113的前端朝向下方动作的状况。假定如下情况：在斗杆112向挖掘方向驱动时，在控制时刻T2，铲斗113碰到岩石R，铲斗113向倾卸方向倾斜。此时，铲斗控制部209为了对抗来自岩石R的反作用力而算出向挖掘方向驱动铲斗113那样的控制速度Vc。在比较例的液压挖掘机中，在按照该控制速度Vc向挖掘方向驱动铲斗113时，工作装置110的姿势角η根据(斗杆112的挖掘指令增加等)控制时刻而接近姿势角存储部210所存储的目标姿势角η′。另一方面，由于斗杆112被进行挖掘操作，因此，在接下来的控制时刻T3，需要为了保持工作装置110的姿势角η而再次使铲斗113倾卸。由此，铲斗113在短时间的期间内被向倾卸方向和挖掘方向驱动，因此铲斗113的驱动指令产生晃动。

图9是表示第一实施方式的液压挖掘机的动作的例子的图。在图9所示的例子中，设为从控制时刻T0到控制时刻T3向挖掘方向驱动斗杆112。

与比较例相对，根据第一实施方式，在斗杆112向挖掘方向驱动的情况下，在控制时刻T2，铲斗113碰到岩石R，铲斗113向倾卸方向倾斜。此时，斗杆112的控制指令Vb的方向(挖掘方向)与铲斗控制部209所算出的铲斗113的基于控制速度Vc的驱动方向(挖掘方向)一致，因此铲斗113的控制速度Vc被限制为0。因此，在控制时刻T2，工作装置110的姿势角η仍为不接近姿势角存储部210所存储的目标姿势角η′的状态。另一方面，由于斗杆112被进行挖掘操作，因此，在接下来的控制时刻T3，工作装置110的姿势相对地向挖掘方向倾斜。因此，即使在控制时刻T2不积极地向挖掘方向驱动铲斗113，在控制时刻T3，工作装置110的姿势角η也接近姿势角存储部210所存储的目标姿势角η′。由此，控制装置126能够抑制铲斗113的晃动。

在斗杆112向倾卸方向驱动的情况下，铲斗113向挖掘方向倾斜的情况也是同样的。

已知若在液压装置125中突然切换工作油的流动方向，则会向与液压配管连接的操作装置1211传递冲击，会给操作员带来不适感。因此，若如上所述那样将短时间内切换铲斗113的驱动方向的控制指令向液压装置125输出，则产生对操作装置1211的冲击的可能性较高。与此相对，根据第一实施方式，控制装置126在铲斗113所驱动的方向与斗杆112所驱动的方向一致的情况下，使控制速度为0。由此，能够降低液压装置125产生对操作装置1211的冲击的可能性。需要说明的是，在其它实施方式中不限定于此，也可以是，在铲斗113所驱动的方向与斗杆112所驱动的方向一致的情况下，通过使控制速度乘以比0大且比1小的系数来限制控制速度。在该情况下，控制装置126也能够起到减小对操作装置1211的冲击的大小这一效果以及抑制铲斗113的晃动的效果。

<其它实施方式>

以上，参照附图详细说明了一实施方式，但具体构成不限定于上述的构成，能够进行各种设计变更等。

第一实施方式的操作装置1211的操作信号的生成方式是PPC方式，但不限定于此，例如也可以是电杆方式。电杆方式是指，通过电位计检测右侧操作杆1212以及左侧操作杆1213的操作角度并生成操作信号的方式。在该情况下，控制装置126基于动臂111、斗杆112及铲斗113的目标速度、以及动臂111的限制速度及铲斗113的控制速度，来分别生成动臂111、斗杆112以及铲斗113的控制指令，由此控制电磁比例控制阀。

第一实施方式的控制装置126基于全局坐标系的位置信息来控制车身120以及工作装置110，但不限定于此。例如，其它实施方式的控制装置126也可以将全局坐标系的位置信息转换为以车身120的位置为基准的局部坐标系，并基于局部坐标系的位置信息来控制车身120以及工作装置110。

第一实施方式的控制装置126为了在铲斗控制中使工作装置110的姿势角η恒定而控制铲斗113，但不限定于此。例如，其它实施方式的控制装置126也可以为了使工作装置110的在全局坐标系中的姿势角恒定而控制铲斗113。工作装置110的在全局坐标系中的姿势角通过使姿势角η与俯仰角θ相加来求出。

第一实施方式的铲斗控制开始条件包括铲斗113与挖掘对象位置之间的距离小于铲斗控制开始阈值，但不限定于此，铲斗控制开始条件包括工作装置110的状态与工作装置的控制基准的关系满足规定关系的情况即可。例如，其它实施方式的铲斗控制开始条件也可以包括铲斗113与地表之间的距离小于铲斗控制开始阈值的情况等。在该情况下，地表是控制基准的一例。

第一实施方式的控制装置126基于动臂111和斗杆112的速度来算出铲斗113的控制速度，但不限定于此。例如，其它实施方式的控制装置126也可以基于动臂111和斗杆112的目标速度以及动臂111的限制速度来算出铲斗113的控制速度。

第一实施方式的控制装置126不限于应用于液压挖掘机，只要是具备工作装置的作业机械就能够应用该控制装置126。

工业实用性

根据上述实施方式，控制装置能够在将工作装置的角度保持为恒定的控制中抑制铲斗的晃动。

附图标记说明

100…作业机械 111…动臂 112…斗杆 113…铲斗 114…动臂缸 115…斗杆缸116…铲斗缸 126…控制装置 200…作业机械信息存储部 201…操作量获取部 202…检测信息获取部 203…姿势确定部 204…目标施工数据存储部 205…目标施工线确定部206…距离确定部 207…目标速度决定部 208…工作装置控制部 209…铲斗控制部 210…姿势角存储部 211…速度限制部 212…控制指令输出部。

Claims (7)

1.一种工作装置控制装置，其对具备工作装置和支承所述工作装置的车身的作业机械进行控制，所述工作装置包括铲斗以及支承所述铲斗的斗杆，

所述工作装置控制装置的特征在于，其具备：

铲斗控制部，其算出以将所述工作装置的角度保持为恒定角度的方式控制所述铲斗的控制速度；以及

速度限制部，其在以所述铲斗控制部所算出的所述控制速度驱动所述铲斗时判定所述铲斗所驱动的方向与所述斗杆所驱动的方向是否一致，在所述铲斗所驱动的方向与所述斗杆所驱动的方向一致的情况下，减小所述控制速度。

2.根据权利要求1所述的工作装置控制装置，其中，

所述速度限制部在所述铲斗所驱动的方向与所述斗杆所驱动的方向一致的情况下使所述控制速度为0。

3.根据权利要求1所述的工作装置控制装置，其中，

所述工作装置控制装置具备：

工作装置状态确定部，其确定所述工作装置的状态；

控制基准确定部，其确定所述工作装置的控制基准；以及

距离确定部，其确定所述工作装置与所述控制基准的距离，

所述铲斗控制部在所述工作装置与所述控制基准之间的距离小于铲斗控制开始阈值的情况下算出所述控制速度。

4.根据权利要求2所述的工作装置控制装置，其中，

所述工作装置控制装置具备：

工作装置状态确定部，其确定所述工作装置的状态；

控制基准确定部，其确定所述工作装置的控制基准；以及

距离确定部，其确定所述工作装置与所述控制基准的距离，

所述铲斗控制部在所述工作装置与所述控制基准之间的距离小于铲斗控制开始阈值的情况下算出所述控制速度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的工作装置控制装置，其中，

所述工作装置控制装置具备操作量获取部，该操作量获取部获取所述铲斗的操纵的操作量，

所述铲斗控制部在所述铲斗的操纵的操作量小于规定阈值的情况下算出所述控制速度。

6.根据权利要求3或4所述的工作装置控制装置，其中，

所述工作装置控制装置还具备工作装置控制部，该工作装置控制部在所述工作装置与所述控制基准之间的距离小于工作装置控制阈值的情况下，生成以避免所述铲斗侵入比所述控制基准靠下方的位置的方式限制所述工作装置的速度的控制指令，

所述铲斗控制开始阈值为所述工作装置控制阈值以下。

7.一种作业机械，其具备：

工作装置，其包括铲斗以及支承所述铲斗的斗杆；

车身，其支承所述工作装置；以及

权利要求1至6中任一项所述的工作装置控制装置。

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