CN108055855B - 作业机械 - Google Patents

Abstract

液压挖掘机(1)具备控制器(40)，该控制器在作业机(1A)的前端通过从操作装置(45a、45b、46a)输出的先导压而向目标面(60)靠近的情况下，以作业机的前端沿着目标面移动的方式生成动臂液压缸(5)的控制信号，并通过将该生成的控制信号输出至动臂液压缸(5)的流量控制阀(15a)来控制作业机(1A)，在该作业机(1A)中，控制器基于从测定作业机械的周边地形的地形测量装置(96)输入的地形信息，来计算通过作业机形成的生成地形(97)的位置信息，并基于所计算出的生成地形的位置信息以使生成地形接近目标面的方式修正控制信号。

Description

作业机械

技术领域

本发明涉及能够执行区域限制控制的作业机械。

背景技术

在液压挖掘机中，有时具备对操作人员的挖掘操作进行辅助的控制系统。具体而言，存在一种控制系统，其在经由操作装置输入了挖掘操作(例如斗杆回收的指示)的情况下，基于目标面与作业机的前端(例如铲斗的齿尖)的位置关系，以作业机的前端的位置保持在目标面上及其上方的区域内的方式执行强制使驱动作业机的动臂液压缸、斗杆液压缸及铲斗液压缸中的至少动臂液压缸动作的控制(例如使动臂液压缸伸长来强制进行动臂抬升动作)。通过这种对作业机的前端能够移动的区域进行限制的控制系统的利用，挖掘面的修整作业和坡面的成形作业变得容易。以下，有时将这种控制称为“区域限制控制”或“机械控制(machine control)”。

关于这种技术，专利文献1公开了一种液压挖掘机，其基于从分别安装在动臂、斗杆及铲斗上的角度检测器输出的转动角度信息来运算铲斗前端的位置，并在铲斗前端位于预先设定的区域的边界(目标面)的附近时，以随着铲斗前端与该边界的距离缩短而铲斗前端的垂直速度分量减小的方式对动臂进行控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-167794号公报

发明内容

然而，当进行区域限制控制时，在像专利文献1那样根据动臂、斗杆、铲斗的角度检测器的信息来运算铲斗前端的位置的情况下，其运算精度依赖于各角度检测器的检测精度。其结果是，基于区域限制控制的铲斗齿尖的控制精度也依赖于角度检测器的精度，在角度检测器的精度不够的情况下无法提高目标面的施工精度。

另外，在区域限制控制中，有时进行计算液压缸的目标速度、并将该目标速度转换成该液压缸的流量控制阀的先导压(控制信号)的处理，但若用于该处理的目标速度与先导压的转换表、与实际的液压缸或流量控制阀等设备的特性有偏差的话，则铲斗齿尖的控制精度下降。另外，有时通过电磁比例阀的可变节流来产生由该处理计算出的先导压，但在该电磁比例阀的控制精度不够的情况下，无法产生所计算出的先导压，铲斗齿尖的控制精度下降。

另外，若在可动部因老化等而发生了松动的情况下继续利用与出厂时相同的控制的话，则由于控制所设想的可动部的动作与实际的动作有偏差，所以铲斗齿尖的控制精度下降。因作业机械的个体差异而导致的控制精度的下降也是同样的情况。

这样，区域限制控制有因各种误差及误差积累而导致作业机前端的控制精度下降、目标面的施工精度下降的隐患。

本发明的目的在于，在能够执行区域限制控制的作业机械中，提供一种即使在检测器的检测精度、作业机前端的控制精度等不够的情况下也能提高目标面的施工精度的作业机械。

本申请包含多个解决上述课题的手段，但若举个例子的话，则可以列举一种作业机械，其具备：多关节型的作业机，其包含动臂、斗杆及铲斗；动臂液压缸、斗杆液压缸及铲斗液压缸，其分别驱动所述动臂、所述斗杆及所述铲斗；操作装置，其向所述动臂液压缸、所述斗杆液压缸及所述铲斗液压缸的流量控制阀中的至少一个输出与操作人员的操作相应的第一控制信号；和控制装置，其具有控制信号运算部，该控制信号运算部在所述作业机的前端根据所述第一控制信号向目标面靠近的情况下，新生成第二控制信号或通过修正所述第一控制信号而生成第二控制信号，该第二控制信号使所述动臂液压缸、所述斗杆液压缸及所述铲斗液压缸中的至少一个以所述作业机的前端沿着所述目标面移动的方式动作，并且该控制装置基于所述第一控制信号或所述第二控制信号来控制所述动臂液压缸、所述斗杆液压缸及所述铲斗液压缸的流量控制阀，该作业机械的特征在于，所述控制装置还具有地形运算部，该地形运算部基于从测定所述作业机械的周边地形的地形测量装置输入的地形信息，来计算通过基于所述第二控制信号被驱动的所述作业机形成的生成地形的位置信息，所述控制信号运算部基于所述生成地形的位置信息以使所述生成地形接近所述目标面的方式修正所述第二控制信号。

发明效果

根据本发明能够提高目标面的施工精度。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的液压挖掘机的结构图。

图2是将图1的液压挖掘机的控制器与液压驱动装置一起示出的图。

图3是图2中的前控制用液压单元160的详细图。

图4是图1的液压挖掘机的控制器的硬件结构。

图5是表示图1的液压挖掘机中的坐标系及目标面的图。

图6是图1的液压挖掘机的控制器的功能框图。

图7是图6中的区域限制控制部43的功能框图。

图8是表示地形测量装置96的设置位置及测量范围的图。

图9是进行机械控制时的斗杆的动作及铲斗齿尖的移动轨迹的说明图。

图10是表示由按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n得到的每个斗杆角度的动臂先导压的计算结果的图。

图11是表示目标面60和生成地形97的一例的图。

图12是目标面60与生成地形97的距离和动臂抬升先导压的修正值的相关图。

图13是目标面60与生成地形97的距离和动臂下降先导压的修正值的相关图。

图14是由控制器40执行的一系列处理的流程图。

图15是第二实施方式中的区域限制控制部43的功能框图。

图16是表示铲斗齿尖速度的垂直分量的限制值ay与距离D之间的关系的图。

图17是表示目标面60、生成地形97和轨迹98的一例的图。

图18是由修正值运算部43i执行的一系列处理的流程图。

图19是由控制器40执行的一系列处理的流程图。

图20是表示齿尖相对于目标面的位置与垂直分量by的每种组合时的目标速度矢量T的垂直分量ty的区别的图。

图21是表示地形测量装置96的设置位置及测量范围的图。

图22是表示地形测量装置96的设置位置及测量范围的图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，以下虽然例示了具备铲斗10作为作业机前端的附属装置的液压挖掘机，但是在具备除铲斗以外的附属装置的液压挖掘机中也可以适用本发明。另外，只要具有通过将多个被驱动部件(附属装置、斗杆、动臂等)连结而构成、并在规定的动作平面上动作的多关节型的作业机，就也能适用于除液压挖掘机以外的作业机械。

另外，在本说明书中，关于与表示某形状的术语(例如目标面、控制对象面等)一起使用的“上”、“上方”或“下方”这些词的意思，“上”表示该某形状的“表面”，“上方”表示该某形状的“比表面高的位置”，“下方”表示该某形状的“比表面低的位置”。另外，在以下的说明中，当同一构成要素存在多个时，有时会在附图标记(数字)的末尾附上字母，但是有时也会省略该字母而统一标记该多个构成要素。例如，当存在三个泵300a、300b、300c时，有时会将它们统一标记为泵300。

＜第一实施方式＞

图1是本发明的第一实施方式的液压挖掘机的结构图，图2是将本发明的第一实施方式的液压挖掘机的控制器与液压驱动装置一起示出的图，图3是图2中的前控制用液压单元160的详细图。

在图1中，液压挖掘机1由多关节型的前作业机1A和车身1B构成。车身1B由通过左右的行驶马达3a、3b而行驶的下部行驶体11、和能够旋转地安装在下部行驶体11上的上部旋转体12构成。前作业机1A通过将分别在垂直方向上转动的多个被驱动部件(动臂8、斗杆9及铲斗10)连结而构成，前作业机1A的动臂8的基端支承在上部旋转体12的前部。

搭载于上部旋转体12上的原动机即发动机18驱动液压泵2和先导泵48。液压泵2是通过调节器2a控制容量的可变容量型泵，先导泵48是固定容量型泵。在本实施方式中，在先导管线144、145、146、147、148、149的中途设有梭动块(shuttle block)162。从操作装置45、46、47输出的液压信号经由该梭动块162也输入至调节器2a。虽然省略了梭动块162的具体结构，但液压信号经由梭动块162输入到了调节器2a，根据该液压信号来控制液压泵2的排出流量。

先导泵48的排出配管即泵管线148a在从锁止阀39通过之后分支成多条，并与操作装置45、46、47及前控制用液压单元160内的各阀连接。锁止阀39在本例中是电磁切换阀，其电磁驱动部与配置在驾驶室(图1)内的门锁止杆(未图示)的位置检测器电连接。门锁止杆的位置由位置检测器检测，从该位置检测器对锁止阀39输入与门锁止杆的位置相应的信号。若门锁止杆的位置处于锁定位置的话，则锁止阀39关闭从而泵管线148a被截断，若处于锁定解除位置的话，则锁止阀39打开从而泵管线148a开通。也就是说，在泵管线148a被截断了的状态下，由操作装置45、46、47进行的操作无效化，旋转和挖掘等动作被禁止。

动臂8、斗杆9、铲斗10及上部旋转体12构成由动臂液压缸5、斗杆液压缸6、铲斗液压缸7及旋转液压马达4(液压执行机构)分别驱动的被驱动部件。针对这些被驱动部件8、9、10、12的动作指示，对应于操作人员对搭载于上部旋转体12上的驾驶室内的行驶右杆23a、行驶左杆23b、操作右杆1a及操作左杆1b(有时将它们总称为操作杆1、23)进行的操作而被输出。

在驾驶室内设置有：具有行驶右杆23a的操作装置47a；具有行驶左杆23b的操作装置47b；共有操作右杆1a的操作装置45a、46a；和共有操作左杆1b的操作装置45b、46b。操作装置45、46、47为液压先导方式，其基于从先导泵排出的液压油而产生与分别由操作人员进行操作的操作杆1、23的操作量(例如杆行程)和操作方向相应的先导压(有时称为操作压)。像这样产生的先导压经由先导管线144a～149b(参照图2)供给至控制阀单元20内的对应的流量控制阀15a～15f(参照图2)的液压驱动部150a～155b，用作驱动这些流量控制阀15a～15f的控制信号。

从液压泵2排出的液压油经由流量控制阀15a、15b、15c、15d、15e、15f(参照图2)供给至行驶右液压马达3a、行驶左液压马达3b、旋转液压马达4、动臂液压缸5、斗杆液压缸6、铲斗液压缸7。动臂液压缸5、斗杆液压缸6、铲斗液压缸7通过被供给的液压油而伸缩，由此，动臂8、斗杆9、铲斗10分别转动，铲斗10的位置及姿势发生变化。另外，旋转液压马达4通过被供给的液压油而旋转，由此，上部旋转体12相对于下部行驶体11旋转。另外，行驶右液压马达3a、行驶左液压马达3b通过被供给的液压油而旋转，由此，下部行驶体11行驶。

另一方面，为了能够测定动臂8、斗杆9、铲斗10的转动角度α、β、γ(参照图5)，在动臂销上安装有动臂角度传感器30，在斗杆销上安装有斗杆角度传感器31，在铲斗连杆13上安装有铲斗角度传感器32，并在上部旋转体12上安装有车身倾斜角传感器33，该车身倾斜角传感器33检测上部旋转体12(车身1B)相对于基准面(例如水平面)的前后方向上的倾斜角θ(参照图5)。

在驾驶室的前方上端部安装有测定液压挖掘机1的周边地形的地形测量装置96(参照图1及图8)。作为地形测量装置96，能够利用三维激光扫描仪。三维激光扫描仪输出激光束的照射角度和到该激光束返回为止的时间，并基于转换该时间而得到的距离和照射角度来计算地表面上的各点的位置信息(三维坐标)。该各点的位置信息作为液压挖掘机周边的地形信息而被控制器40利用。此外，作为地形测量装置96，只要能够掌握到测定对象为止的距离即可，因此例如也能使用利用了两台相机的视差的立体相机、和使用电波的毫米波扫描仪等。另外，地形测量装置96的设置位置不限于驾驶室的前方上端部，只要是能够进行周边地形测定的位置就能适当变更。

在本实施方式的液压挖掘机中具备对操作人员的挖掘操作进行辅助的控制系统。具体而言，具备一种挖掘控制系统，其在经由操作装置45b、46a输入了挖掘操作(具体为斗杆回收、铲斗铲装及铲斗卸载中的至少一个指示)的情况下，基于目标面60(参照图5)与作业机1A的前端(在本实施方式中设为铲斗10的齿尖)的位置关系，将以作业机1A的前端的位置保持在目标面60上及其上方的区域内的方式强制使液压执行机构5、6、7中的至少一个动作的控制信号(例如使动臂液压缸5伸长来强制进行动臂抬升动作)输出至相应的流量控制阀15a、15b、15c。在本说明书中有时将该控制称为“区域限制控制”或“机械控制”。由于通过该控制能够防止铲斗10的齿尖越过目标面60，所以不管操作人员的技能程度如何，都能进行沿着目标面60的挖掘。在本实施方式中，将区域限制控制的控制点设定为液压挖掘机的铲斗10的齿尖(作业机1A的前端)。控制点只要是作业机1A的前端部分的点即可，也能变更成除铲斗齿尖以外的点。例如，也能选择铲斗10的底面或铲斗连杆13的最外部。

在本说明书中，在针对流量控制阀15a～15c的控制信号中，有时将通过操作装置45a、45b、46a的操作而产生的先导压称为“第一控制信号”，并将由控制器40驱动电磁比例阀54b、55a、55b、56a、56b修正(降低)第一控制信号而生成的先导压、和除了第一控制信号之外由控制器40驱动电磁比例阀54b、55a、55b、56a、56b新生成的先导压称为“第二控制信号”。

能够执行区域限制控制的挖掘控制系统具备：机械控制启动/停止开关17，其设置在驾驶室内的操作面板的上方等不遮挡操作人员的视野的位置，并切换区域限制控制的有效无效；和控制器(控制装置)40，其为能够执行区域限制控制的计算机。

如图3所示，前控制用液压单元160具备：压力传感器70a、70b(参照图3)，其设置在动臂8用的操作装置45a的先导管线144a、144b上，并检测先导压(第一控制信号)来作为操作杆1a的操作量；电磁比例阀54a(参照图3)，其一级端口侧经由泵管线148a与先导泵48连接，将来自先导泵48的先导压减压并输出；梭阀82a(参照图3)，其与动臂8用的操作装置45a的先导管线144a和电磁比例阀54a的二级端口侧连接，选择先导管线144a内的先导压和从电磁比例阀54a输出的控制压(第二控制信号)中的高压侧，并将其引导至流量控制阀15a的液压驱动部150a；电磁比例阀54b(参照图3)，其设置在动臂8用的操作装置45a的先导管线144b上，基于来自控制器40的控制信号将先导管线144b内的先导压(第一控制信号)降低并输出；电磁比例阀54c(参照图3)，其一级端口侧与先导泵48连接，将来自先导泵48的先导压减压并输出；和梭阀82b(参照图3)，其选择先导管线144b内的先导压和从电磁比例阀54c输出的控制压中的高压侧，并将其引导至流量控制阀15a的液压驱动部150b。

另外，前控制用液压单元160设有：压力传感器71a、71b(参照图3)，其设置在斗杆9用的先导管线145a、145b上，检测先导压(第一控制信号)来作为操作杆1b的操作量并将其输出至控制器40；电磁比例阀55b(参照图3)，其设置在先导管线145b上，基于来自控制器40的控制信号将先导压(第一控制信号)降低并输出；电磁比例阀55a(参照图3)，其设置在先导管线145a上，基于来自控制器40的控制信号将先导管线145a内的先导压(第一控制信号)降低并输出；电磁比例阀55c(参照图3)，其一级端口侧与先导泵48连接，将来自先导泵48的先导压减压并输出；和梭阀84a(参照图3)，其选择先导管线145a内的先导压和从电磁比例阀55c输出的控制压中的高压侧，并将其引导至流量控制阀15b的液压驱动部151a。

另外，前控制用液压单元160在铲斗10用的先导管线146a、146b上分别设有：压力传感器72a、72b(参照图3)，其检测先导压(第一控制信号)来作为操作杆1a的操作量并将其输出至控制器40；电磁比例阀56a、56b(参照图3)，其基于来自控制器40的控制信号将先导压(第一控制信号)降低并输出；电磁比例阀56c、56d(参照图3)，其一级端口侧与先导泵48连接，将来自先导泵48的先导压减压并输出；和梭阀83a、83b(参照图3)，其选择先导管线146a、146b内的先导压和从电磁比例阀56c、56d输出的控制压中的高压侧，并将其引导至流量控制阀15c的液压驱动部152a、152b。此外，在图3中，为了纸面的排布而省略了压力传感器70、71、72与控制器40的连接线。

在如上所述构成的前控制用液压单元160中，当从控制器40输出控制信号来驱动电磁比例阀54a、54c、55c、56c、56d时，即使在没有操作装置45a、45b、46a的操作人员操作的情况下也能产生先导压(第二控制信号)，因此能够强制产生动臂抬升动作、动臂下降动作、斗杆回收动作、铲斗铲装动作或铲斗卸载动作。另外，与此同样地，当由控制器40驱动电磁比例阀54b、55a、55b、56a、56b时，能够产生将通过操作装置45a、45b、46a的操作人员操作产生的先导压(第一控制信号)减小而得到的先导压(第二控制信号)，能够与操作人员操作相比强制降低动臂下降动作、斗杆回收/放出动作、铲斗铲装/卸载动作的速度。

在控制器40中输入存储在后述的ROM93或RAM94内的目标面60的形状信息和位置信息、角度传感器30～32和倾斜角传感器33的检测信号、以及压力传感器70～72的检测信号。另外，控制器40向电磁比例阀54～56输出电信号，该电信号进行用于进行区域限制控制的控制信号(先导压)的修正。

图4表示控制器40的硬件结构。控制器40具有输入部91、作为处理器的中央处理装置(CPU)92、作为存储装置的只读存储器(ROM)93及随机存取存储器(RAM)94、和输出部95。输入部91输入来自作为作业机姿势检测装置50的角度传感器30～32及倾斜角传感器33的信号、来自用于设定目标面60的装置即目标面设定装置51的信号、来自机械控制启动/停止开关17的信号、和来自用于检测来自操作装置45a、45b、46a的操作量的压力传感器(包括压力传感器70、71、72)即操作人员操作检测装置52a的信号，并对其进行A/D转换。ROM93是存储有包含后述流程图的处理且用于执行区域限制控制的控制程序、和执行该流程图所需的各种信息等的记录介质，CPU92根据存储在ROM93内的控制程序对从输入部91及存储器93、94读入的信号进行规定的运算处理。输出部95生成与CPU92内的运算结果相应的输出用信号，并通过将该信号输出至电磁比例阀54～56或报知装置53来对液压执行机构5～7进行驱动、控制，或者使车身1B、铲斗10及目标面60等的图像显示在作为报知装置53的监视器的显示画面上。

报知装置53由向操作人员显示目标面60与作业机1A的位置关系的显示器(显示装置)、或者通过声音(也包括语音)来通知目标面60与作业机1A的位置关系的扬声器中的至少一个构成。

此外，图4的控制器40具备ROM93及RAM94这些半导体存储器来作为存储装置，但只要是存储装置就尤其能够被代替，例如也可以具备硬盘驱动器等磁存储装置。

图6是本发明的实施方式的控制器40的功能框图。控制器40具备区域限制控制部43和电磁比例阀控制部44。

本实施方式的区域限制控制部43在铲斗10的齿尖根据从操作装置45b输出的指示斗杆8的回收动作的控制信号(第一控制信号)而靠近目标面60的情况下，以铲斗10的齿尖沿着目标面60移动的方式强制生成动臂液压缸5(流量控制阀15a)的控制信号(第二控制信号)，并通过将该生成的控制信号输出至流量控制阀15a来执行对作业机1A进行机械控制的处理。

在区域限制控制部43上连接有作业机姿势检测装置50、目标面设定装置51及机械控制启动/停止开关17。

作业机姿势检测装置50由动臂角度传感器30、斗杆角度传感器31、铲斗角度传感器32、和车身倾斜角传感器33构成。

目标面设定装置51是能够输入与目标面60有关的信息(包括各目标面的位置信息和倾斜角度信息)的界面。经由目标面设定装置51进行的目标面的输入既可以由操作人员手动进行，也可以经由网络等从外部获得。另外，在目标面设定装置51上连接有GNSS接收机等卫星通信天线(未图示)。在挖掘机能够与储存有全局坐标系(绝对坐标系)上规定的目标面的三维数据的外部终端进行数据通信的情况下，能够基于由该卫星通信天线确定的挖掘机的全局坐标在该外部终端的三维数据内搜索并获得与挖掘机位置对应的目标面。

操作人员操作检测装置52a由获取操作压的压力传感器70a、70b、71a、71b、72a、72b构成，该操作压通过操作人员对操作杆1a、1b(操作装置45a、45b、46a)的操作而在先导管线144、145、146中产生。即，检测对作业机1A的液压缸5、6、7进行的操作。

图7是图6中的区域限制控制部43的功能框图。区域限制控制部43具备操作量运算部43a、姿势运算部43b、目标面运算部43c、地形运算部43m、按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n、挖掘操作判定部43o、目标先导压运算部43h、修正值运算部43i、和修正值存储部43j。

操作量运算部43a基于来自操作人员操作检测装置52a的输入来计算操作装置45a、45b、46a(操作杆1a、1b)的操作量。根据压力传感器70、71、72的检测值能够计算出操作装置45a、45b、46a的操作量。

此外，基于压力传感器70、71、72进行的操作量的计算只不过是一例，例如也可以通过对各操作装置45a、45b、46a的操作杆的旋转位移进行检测的位置传感器(例如旋转编码器)来检测该操作杆的操作量。另外，也能代替根据操作量计算动作速度的结构而适用如下结构：安装检测各液压缸5、6、7的伸缩量的行程传感器，并基于检测到的伸缩量的时间变化来计算各液压缸的动作速度。

姿势运算部43b基于来自作业机姿势检测装置50的信息来运算作业机1A的姿势及铲斗10的齿尖的位置。作业机1A的姿势能够在图5的挖掘机坐标系上定义。图5的挖掘机坐标系是设定于上部旋转体12的坐标系，以能够转动地支承在上部旋转体12上的动臂8的基底部为原点，沿上部旋转体12中的垂直方向设定Z轴、并沿上部旋转体12中的水平方向设定X轴。将动臂8相对于X轴的倾斜角设为动臂角α，将斗杆9相对于动臂8的倾斜角设为斗杆角β，将铲斗齿尖相对于斗杆的倾斜角设为铲斗角γ，并将车身1B(上部旋转体12)相对于水平面(基准面)的倾斜角设为倾斜角θ。动臂角α由动臂角度传感器30检测，斗杆角β由斗杆角度传感器31检测，铲斗角γ由铲斗角度传感器32检测，倾斜角θ由车身倾斜角传感器33检测。当如图5中规定的那样将动臂8、斗杆9、铲斗10的长度分别设为L1、L2、L3时，挖掘机坐标系中的铲斗齿尖位置的坐标及作业机1A的姿势能够用L1、L2、L3、α、β、γ来表达。

目标面运算部43c基于来自目标面设定装置51的信息来运算目标面60的位置信息，并将其存储到ROM93内。在本实施方式中，如图5所示，将由作业机1A移动的平面(作业机的动作平面)切断三维目标面后得到的截面形状作为目标面60(二维目标面)来利用。

地形运算部43m基于从地形测量装置96输入的多个照射角度及距离的信息来运算地表面上的各点的位置信息(坐标)，并将其作为地形信息存储到ROM93内。也就是说，地形运算部43m基于从地形测量装置96输入的地形信息来计算通过基于第二控制信号进行了机械控制的作业机1A而形成的地形(以下有时称为“生成地形”)的位置信息。

挖掘操作判定部43o基于从操作量运算部43a输入的操作量来判定是否经由操作装置45b输入了挖掘操作(在本实施方式中为斗杆回收操作、即斗杆液压缸6的伸长操作)，并将其判定结果输出至目标先导压运算部43h。

按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n是如下所述的部分：假设在当时(执行处理时)的作业机1A的姿势下输入了规定的先导压(例如操作杆1b的操作量最大时的先导压)的斗杆回收操作，为了使基于机械控制的动臂的强制动作相对于该斗杆回收操作介入来实现铲斗齿尖沿着目标面60的移动，按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n计算应该在各斗杆角度β输出的动臂先导压(第二控制信号)的一系列的值。计算结果存储到ROM93内。此外，代替每个斗杆角度的动臂先导压的计算，也可以导出用斗杆角度的函数表示动臂先导压的算式，并将其存储到ROM93内。

用图9来说明由按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n进行的处理的一个具体例。此外，在此为了简化说明而设为铲斗10不动作。

首先，按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n基于由姿势运算部43b计算出的作业机1A的姿势信息及铲斗10的齿尖的位置信息、和由目标面运算部43c运算出的目标面60的位置信息，掌握当时的铲斗齿尖与目标面60的位置关系和作业机1A的姿势。由此，设为在处理开始时掌握了铲斗齿尖(P1)、斗杆转动中心(Ca1)及目标面60处于图9所示的位置关系。按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n假设从该状态输入了先导压为规定值(例如操作杆1b的操作量最大时的先导压力值)的斗杆回收操作，并计算此时的铲斗齿尖的轨迹即圆弧Tr1。其次，计算圆弧Tr1与目标面60的交点。在图9的情况下，由于作为两者的交点存在P2，所以对于该交点P2之后的斗杆角度，设想对基于规定值的先导压进行的斗杆回收动作增加基于机械控制的动臂控制(机械控制)而使铲斗齿尖10沿着目标面移动(即在图9的直线TL上移动)，按每个斗杆角度来计算在那种情况下通过机械控制应该输出的动臂先导压。此外，在齿尖的轨迹(圆弧)与目标面60不交叉的情况下，针对全部斗杆角度将动臂先导压设为0，设为不进行机械控制。

另外，按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n针对交点(P2)之后的斗杆角度，搜索由斗杆动作引起的铲斗齿尖的速度矢量(齿尖所处的点处沿圆弧的切线方向的矢量)的垂直于目标面60的分量(图中朝下为负、朝上为正)从负变成正的点，从P2到该点为止计算动臂抬升的先导压，在该点之后计算动臂下降的先导压。在图9的情况下，由于该速度矢量的垂直分量在点P3从负变成正，所以从点P2到点P3为止计算由电磁比例阀54a产生的动臂抬升的先导压，从点P3到点P4为止计算由电磁比例阀54c产生的动臂下降的先导压。此外，图9中的Tr2是点P3上的圆弧，Tr3是点P4上的圆弧。

图10是示出了由按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n得到的图9的情况下的每个斗杆角度的动臂先导压的计算结果的图。在图10中，将图9的点P2、P3、P4处的斗杆角度分别设为β2、β3、β4。如该图所示，在点P2产生动臂抬升先导压，当在点P3暂且变成零之后，直到点P4为止都产生动臂下降先导压。由此，如图9所示，在点P2处位于Ca1的斗杆转动中心通过动臂抬升而向上方移动并在点P3处到达Ca2，之后通过动臂下降而向下方移动并在点P4处到达Ca3。

修正值运算部43i是计算机械控制启动时的动臂先导压(第二控制信号)的修正值的部分。修正值运算部43i基于目标面运算部43c的目标面60的信息和地形运算部43m的地形信息，在相同的坐标系上掌握(即在挖掘机坐标系或全局坐标系上掌握，如有必要则适当地进行坐标转换(在以下同样的处理中也是同样的情况))目标面60与生成地形的上下关系，并根据目标面60与生成地形的距离来运算修正值。图11表示目标面60和生成地形97的一例。目标面60与生成地形97的距离设为在目标面60的垂直方向上的目标面60与生成地形97的距离，并以目标面60的位置作为基准(零)。与目标面60相比的下方为正、上方为负，因此图11的情况为正。通常，由于生成地形97由与目标面60的垂直距离不同的多个点形成，所以在本实施方式中针对形成生成地形97的多个点分别计算与目标面60的距离，并将所计算出的多个距离的平均值设为目标面60与生成地形97的距离。但是，目标面60与生成地形97的“距离”的计算并不限于该方法，例如也可以将从形成生成地形97的多个点中任意选择的点与目标面60之间的距离作为“距离”来利用，或者也可以将生成地形97近似为平行于目标面60的直线，并将该直线与目标面的距离作为“距离”来利用。

修正值运算部43i利用所计算出的目标面60与生成地形97的距离和图12及图13来计算动臂抬升和动臂下降双方的先导压(第二控制信号)的修正值，并将计算出的两个修正值存储到修正值存储部43j。图12是目标面60与生成地形97的距离、和动臂抬升先导压的修正值的相关图，动臂抬升先导压的修正值以随着目标面60与生成地形97的距离增加而增加的方式设定。图13是目标面60与生成地形97的距离、和动臂下降先导压的修正值的相关图，动臂下降先导压的修正值以随着目标面60与生成地形97的距离增加而减少的方式设定。

修正值存储部43j是存储由修正值运算部43i得到的运算结果的部分。所存储的修正值在每次由修正值运算部43i进行修正值运算时都被覆盖，并在机械控制启动的时机供目标先导压运算部43h参照。

目标先导压运算部43h在正在进行斗杆回收操作的情况下，将规定的斗杆回收先导压作为流量控制阀15b的目标先导压输出至电磁比例阀控制部44，并将基于按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n的运算结果而决定的动臂先导压作为流量控制阀15a的目标先导压输出至电磁比例阀控制部44。

具体而言，目标先导压运算部43h若从挖掘操作判定部43o输入了正在进行斗杆回收操作这一判定结果的话，则在输入该判定结果的期间内，不管由操作装置45b进行的斗杆回收的操作量如何，都将恒定值作为斗杆回收先导压输出至电磁比例阀控制部44。然后，基于由按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n计算出的按不同斗杆角度的动臂先导压(第二控制信号)、和由姿势运算部43b计算出的斗杆角度，决定当时的斗杆角度下的动臂先导压。另外，在该决定的动臂先导压(第二控制信号)不为零的情况(即机械控制启动的情况)下，参照存储在修正值存储部43j内的修正值，将该决定的动臂先导压的值与该修正值相加后得到的值作为动臂先导压而输出至电磁比例阀控制部44。

此外，目标先导压运算部43h构成为，在从挖掘操作判定部43o输入了未进行斗杆回收操作这一判定结果的情况下，基于操作量运算部43a的运算结果来将根据操作人员操作而得到的先导压输出至对应的流量控制阀15。

电磁比例阀控制部44基于由目标先导压运算部43h计算出的针对各流量控制阀15a、15b的目标先导压来运算针对各电磁比例阀55c、54a、54c的指令。

＜动作＞

接着，使用图14的流程图对如上所述构成的液压挖掘机的动作进行说明。控制器40在规定的控制周期内执行图14的流程图。

首先，在S110中，按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n输入基于来自作业机姿势检测装置50的信息而由姿势运算部43b运算出的作业机1A的姿势及铲斗10的齿尖的位置、和基于来自目标面设定装置51的信息而由目标面运算部43c运算出的目标面60的位置。

在S120中，按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n基于在S110中输入的信息，以在以规定的斗杆先导压(例如操作杆1b的操作量最大时的先导压力值)进行斗杆回收时铲斗10的齿尖沿着目标面60移动的方式，计算每个斗杆角度的动臂先导压。此外，在即使进行斗杆回收铲斗齿尖也会不到达目标面60的情况(斗杆回收时的齿尖的轨迹不与目标面60交叉的情况)下，无需启动机械控制，因此针对所有斗杆角度将动臂先导压设定为0。

在S130中，挖掘操作判定部43o基于从操作量运算部43a输入的操作量来进行是否经由操作装置45b输入了斗杆回收操作的判定。此处，在判定为输入了斗杆回收操作的情况下进入S140，在判定为未输入斗杆回收操作的情况下进入S220。

在S220中，目标先导压运算部43h运算与从操作量运算部43a输入的操作量相应的各液压缸的目标先导压，并将其输出至电磁比例阀控制部44。由此，作业机1A根据针对操作装置45、46的输入操作而动作。

在S140中，按不同斗杆角度的动臂先导压运算部43n从姿势运算部43b输入当时的斗杆角β，基于在S120中计算出的每个斗杆角度的动臂先导压来计算与所输入的斗杆角度β相应的动臂先导压，并进入S150。

在S150中，目标先导压运算部43h判定在S140中计算出的动臂先导压是否为0。在S150中判定为动臂先导压不为0的情况(即机械控制启动的情况)下，进入S160。

在S160中，目标先导压运算部43h判定在S140中计算出的动臂先导压是动臂抬升的动臂先导压还是动臂下降的动臂先导压。然后，从存储在修正值存储部43j内的动臂抬升的修正值和动臂下降的修正值中获取与判定结果对应的修正值，将该修正值与在S140中计算出的动臂先导压相加，并进入S170。

另一方面，在S150中判定为动臂先导压为0的情况下，不进行基于机械控制的动臂控制，因此无需在S160中加上修正值而是进入S170。

在S170中，目标先导压运算部43h将使S120的斗杆先导压产生的指令(在本实施方式中为电磁比例阀55c全开的指令)输出至电磁比例阀控制部44。另外，在经由了S160的情况(即机械控制启动了的情况)下，将S160的动臂先导压输出至电磁比例阀控制部44；在未经由S160的情况(即机械控制未启动的情况)下，作为动臂先导压而将零输出至电磁比例阀控制部44。

由此，电磁比例阀55c全开且与斗杆回收操作量最大时相当的先导压作用于流量控制阀15b的驱动部151a，进行斗杆回收动作。而且，在经由了S160的情况下，电磁比例阀54a或54c打开而产生S160的动臂先导压，进行基于机械控制的动臂动作。于是，通过将该动臂动作与斗杆回收动作组合能够实现沿着目标面60的铲斗齿尖的水平牵引，并且不管操作人员的技能程度如何，都能实现沿着目标面60的准确挖掘。另一方面，在未经由S160的情况下，由于动臂先导压为0，所以仅进行斗杆回收动作。

在S180中，挖掘操作判定部43o基于从操作量运算部43a输入的操作量来进行是否输入了斗杆回收操作的判定。此处，在判定为输入了斗杆回收操作(即斗杆回收操作继续)的情况下，返回至S140继续进行机械控制。另一方面，在判定为未输入斗杆回收操作(即斗杆回收操作已结束)的情况下进入S190。

在S190中，修正值运算部43i进行有无基于铲斗10的地形挖掘的判定。作为该判定的方法，具有如下方法：在斗杆回收操作的前后基于地形测量装置96的测定结果来比较地形变化的有无。另外，也可以采用以下方法，即在机械控制启动了的情况(即经由S160向电磁比例阀控制部44输出了动臂先导压的情况)下，视为有地形挖掘。在S190中判定为有挖掘的情况下，在S200中输入地形运算部43m运算出的地形信息(地形数据)并进入S210。另一方面，在S190中判定为无挖掘的情况下，等待下一个控制周期并重复S110之后的处理。

在S210中，修正值运算部43i首先基于目标面运算部43c的目标面60的信息和地形运算部43m的地形信息，针对形成生成地形97的多个点分别计算与目标面60的距离。然后，将所计算出的多个距离的平均值设为目标面60与生成地形97的距离。接着，修正值运算部43i基于所计算出的目标面60与生成地形97的距离、和由图12及图13定义的距离与动臂先导压(第二控制信号)的相关关系，以使生成地形接近目标面60的方式运算动臂抬升时和动臂下降时这两者的先导压的修正值，并将其运算结果存储到修正值存储部43j。

例如，目标面60与生成地形97的距离为正的情况是生成地形97位于目标面60的下方的所谓挖掘过度的场景，在该情况下，通过修正值运算部43i来计算在动臂抬升中使先导压增加、在动臂下降中使先导压减少的修正值。若以这样的修正值来修正S140的动臂先导压，则在下次S170的处理时与修正前相比齿尖描画的轨迹会向上方移动来防止挖掘过度，因此能够使生成地形接近目标面60。另一方面，目标面60与生成地形97的距离为负的情况是存在生成地形97位于目标面60的上方的所谓挖掘残留的场景，在该情况下，通过修正值运算部43i来计算在动臂抬升中使先导压减少、在动臂下降中使先导压增加的修正值。若以这样的修正值来修正动臂先导压，则与修正前相比齿尖描画的轨迹会向下方移动来防止挖掘残留的发生，因此能够使生成地形接近目标面60。

当S210的处理结束后，等待下一个控制周期并重复S110之后的处理。

＜效果＞

接着，对本实施方式的效果进行说明。在上述实施方式中，液压挖掘机1具备：多关节型的作业机1A，其包含动臂8、斗杆9及铲斗10；动臂液压缸5、斗杆液压缸6及铲斗液压缸7，其分别驱动动臂8、斗杆9及铲斗10；操作装置45a、45b、46a，其向这些液压缸5、6、7的流量控制阀15a、15b、15c中的至少一个输出与操作人员的操作相应的控制信号(第一控制信号)；和控制器40，其具有目标先导压运算部(控制信号运算部)43h，该目标先导压运算部43h在作业机1A的前端(铲斗齿尖)根据从操作装置45a、45b、46a输出的控制信号(第一控制信号)向目标面60靠近的情况下，新生成使动臂液压缸5以作业机1A的前端沿着目标面60移动的方式动作的控制信号(第二控制信号)，并且该控制器40基于第一控制信号或第二控制信号来控制动臂液压缸5、斗杆液压缸6及铲斗液压缸7的流量控制阀15a、15b、15c，在液压挖掘机1中，控制器40还具有地形运算部43m，该地形运算部43m基于从测定液压挖掘机1的周边地形的地形测量装置96输入的地形信息，来计算通过基于第二控制信号被驱动的作业机1A形成的生成地形97的位置信息，目标先导压运算部43h基于生成地形97的位置信息，以使生成地形97接近目标面60的方式修正第二控制信号。而且，当进行该第二控制信号的修正时，在本实施方式中，目标先导压运算部43h以生成地形97的位置信息与目标面60的位置信息之差变小的方式修正第二控制信号。

根据像这样构成的液压挖掘机，由于每次挖掘都以生成地形97接近目标面60的方式修正动臂液压缸5(流量控制阀15a)的控制信号(第二控制信号)，使生成地形97与目标面60的位置信息之差变小，所以在角度传感器30、31、32的检测精度不够的情况、和因个体差异、老化等而导致作业机前端的控制精度不够等情况下，也能使铲斗10的齿尖沿着目标面60挖掘。其结果是，能够提高目标面60的施工精度。

＜附记＞

此外，在上述中说明了如下情况，即，生成动臂液压缸5的控制信号(第二控制信号)，以在斗杆回收动作中铲斗齿尖靠近了目标面60的情况下，通过机械控制使铲斗齿尖沿着目标面60移动，但在进行机械控制时生成的控制信号(第二控制信号)并不限于动臂液压缸5的控制信号，也可以生成斗杆液压缸6及铲斗液压缸7的控制信号(第二控制信号)。即，只要是铲斗齿尖沿着目标面60移动，就也可以生成动臂液压缸5、斗杆液压缸6及铲斗液压缸7中的至少一个的控制信号来控制作业机1A。这种情况下，毋庸赘言，要计算修正值的当然是为实现机械控制而生成了控制信号的液压缸(即液压缸5、6、7中的至少一个)的控制信号。

在上述说明中，将机械控制的启动条件设为了由操作人员进行的斗杆回收操作、和铲斗齿尖的轨迹与目标面的交叉，但也可以在此基础上增加由操作人员进行的动臂下降操作。这种情况下，在需要基于机械控制的动臂抬升时，只要通过控制器40关闭电磁比例阀54b而取消基于操作人员操作的动臂下降先导压、并由电磁比例阀54a产生所需的动臂先导压即可。另外，当需要基于机械控制的动臂下降时，例如只要同样地取消基于操作人员操作的动臂下降先导压并且由电磁比例阀54c产生机械控制所需的先导压即可，或者，如果机械控制所需的动臂下降先导压比基于操作人员操作的先导压小，则也可以适当减小电磁比例阀54b的开度来产生所需的先导压。

在上述说明中，对于在进行基于机械控制的挖掘时实施了动臂的抬升和下降这两方的例子进行了说明，但也可以以进行动臂的抬升和下降中的一方的方式来构成液压挖掘机。

＜第二实施方式＞

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式具备与图1-4及图6所示的第一实施方式相同的硬件结构，主要是控制器40的功能与第一实施方式不同。以下，主要对与第一实施方式不同的部分进行说明。

图15是本实施方式的区域限制控制部43的功能框图。区域限制控制部43具备操作量运算部43a、姿势运算部43b、目标面运算部43c、液压缸速度运算部43d、铲斗前端速度运算部43e、目标铲斗前端速度运算部43f、目标液压缸速度运算部43g、目标先导压运算部43h、地形运算部43m、修正值运算部43i、和修正值存储部43j。其中，关于操作量运算部43a、姿势运算部43b、目标面运算部43c、地形运算部43m及修正值存储部43j，因与第一实施方式相同而省略说明。

液压缸速度运算部43d基于由操作量运算部43a运算出的操作量(第一控制信号)来运算各液压缸5、6、7的动作速度(液压缸速度)。各液压缸5、6、7的动作速度能够根据由操作量运算部43a运算出的操作量、流量控制阀15a、15b、15c的特性、各液压缸5、6、7的截面积、将液压泵2的容量(倾转角)和转速相乘而得到的泵流量(排出量)等来计算。

铲斗前端速度运算部43e基于由液压缸速度运算部43d运算出的各液压缸5、6、7的动作速度、和由姿势运算部43b运算出的作业机1A的姿势，来运算基于操作人员操作(第一控制信号)的铲斗前端(齿尖)的速度矢量B。铲斗前端的速度矢量B基于从目标面运算部43c输入的目标面60的信息而能够分解成相对于目标面60水平的分量bx和垂直的分量by。

目标铲斗前端速度运算部43f运算铲斗前端(齿尖)的目标速度矢量T。为此，目标铲斗前端速度运算部43f首先基于从铲斗前端到控制对象的目标面60为止的距离D(参照图5)和图16的坐标图，来计算铲斗前端的速度矢量的垂直于目标面60的分量的限制值ay。对于限制值ay的计算，以如图16所示那样的定义了限制值ay与距离D的关系的函数或表等的形式存储在控制器40的ROM93内，且适当读取该关系来进行限制值ay的计算。距离D能够根据由姿势运算部43b运算出的铲斗10的齿尖的位置(坐标)与存储在ROM93内的包含目标面60的直线之间的距离来计算。此外，限制值ay与距离D的关系优选具有随着距离D的增加而限制值ay单调减少的特性，但并不限于图16所示的情况。例如，也可以在距离D为正的规定值以上或负的规定值以下时将限制值ay保持为单独的规定值，或者也可以用曲线来定义限制值ay与距离D的关系。

接着，目标铲斗前端速度运算部43f获取铲斗前端的速度矢量B的垂直于目标面60的分量by，并基于该垂直分量by和限制值ay的正负和绝对值的大小关系，来选择为了计算应该由基于机械控制的动臂8的动作产生的铲斗前端的速度矢量C的垂直于目标面60的分量cy而所需的算式(使用图19对算式的选择过程进行后述)。然后，根据所选择的算式来计算垂直分量cy，根据在产生该垂直分量cy时动臂容许的动作来计算水平分量cx，并根据速度矢量B、C和限制值ay来计算目标速度矢量T。以下，在目标速度矢量T中，将相对于目标面60垂直的分量设为ty、水平的分量设为tx，关于目标矢量T的导出过程也使用图19而后述。

目标液压缸速度运算部43g基于由目标铲斗前端速度运算部43f计算出的目标速度矢量T(tx、ty)来运算各液压缸5、6、7的目标速度。在本实施方式中，由于以基于操作人员操作的速度矢量B与基于机械控制的速度矢量C的和来定义目标速度矢量T，所以动臂液压缸5的目标速度能够根据速度矢量C来运算。由此，铲斗前端的目标速度矢量T成为在使各液压缸5、6、7以目标速度动作时表现在铲斗前端的速度矢量的合成值。此外，在基于机械控制的速度矢量C的垂直分量cy为零的情况下，目标液压缸速度运算部43g基于由铲斗前端速度运算部43e计算出的铲斗前端的速度矢量B来计算各液压缸5、6、7的目标速度。

在机械控制启动/停止开关17的切换位置处于表示区域限制控制有效的启动(ON)位置的情况下，目标液压缸速度运算部43g将上述的运算结果输出至目标先导压运算部43h。但是，在机械控制启动/停止开关17的切换位置处于表示区域限制控制无效的停止(OFF)位置的情况下，目标液压缸速度运算部43g将液压缸速度运算部43d的运算结果输出至目标先导压运算部43h。

修正值运算部43i与第一实施方式同样地是计算机械控制启动时的动臂先导压(第二控制信号)的修正值的部分。但是，本实施方式的修正值运算部43i基于作业机1A的前端(铲斗齿尖)通过机械控制而移动的轨迹的位置信息(该位置信息从姿势运算部43b输入)、和地形运算部43m的地形信息，在同一坐标系上掌握轨迹与生成地形97的上下关系，并根据该轨迹与生成地形97的距离来运算修正值。此外，此处所说的“轨迹”是指从姿势运算部43b输入的铲斗齿尖的轨迹，并不是例如通过三维激光扫描仪等在与挖掘机坐标系独立的坐标系上测量齿尖的轨迹所得到轨迹等，而只是控制器40所掌握的齿尖的位置信息的集合。

图17表示铲斗齿尖的轨迹98和生成地形97的一例。图17的例子示意性地示出了如下情况：意图在控制器40内的运算中以沿着目标面60的轨迹98进行挖掘，但因传感器精度和控制精度的下降等的影响，结果在目标面60的下方形成了生成地形97。轨迹98与生成地形97的距离设为在目标面60的垂直方向上的轨迹98与生成地形97的距离，并以轨迹98的位置作为基准(零)。与轨迹98相比的下方为正、上方为负，因此图17的情况为正。通常，轨迹98及生成地形97由与目标面60的垂直距离不同的多个点形成，因此在本实施方式中针对形成轨迹98及生成地形97的多个点分别计算与目标面60的距离，根据所计算出的多个距离的平均值来确定轨迹98和生成地形97的位置，并根据该位置来计算轨迹98与生成地形97的距离。但是，目标面60与生成地形97的“距离”的计算并不限于该方法，例如也可以将从形成生成地形97的多个点中任意选择的点与从形成轨迹98的多个点中任意选择的点之间的距离作为“距离”来利用，或者也可以将轨迹98及生成地形97近似为平行于目标面60的直线，并将这两条近似直线的距离作为“距离”来利用。

可是，由于基于后述图19的流程图进行的处理的关系，在本实施方式中通过机械控制仅进行动臂抬升而不进行动臂下降。因此，本实施方式的修正值运算部43i利用所计算出的轨迹98与生成地形97的距离和图12来计算动臂抬升的先导压的修正值，并将计算出的修正值存储到修正值存储部43j。

目标先导压运算部43h基于由目标液压缸速度运算部43g计算出的各液压缸5、6、7的目标速度来运算针对各液压缸5、6、7的流量控制阀15a、15b、15c的目标先导压。其中，斗杆液压缸6及铲斗液压缸7的目标先导压保持原样输出至电磁比例阀控制部44。关于剩余的动臂液压缸5的目标先导压，在其值不为零的情况(即机械控制启动的情况)下，参照存储在修正值存储部43j内的修正值，将该决定的动臂先导压的值与该修正值相加后得到的值作为动臂先导压而输出至电磁比例阀控制部44。

电磁比例阀控制部44基于由目标先导压运算部43h计算出的针对各流量控制阀15a、15b、15c的目标先导压来运算针对各电磁比例阀54～56的指令。此外，在基于操作人员操作的先导压(第一控制信号)与由目标先导压运算部43h计算出的目标先导压一致的情况下，向相应的电磁比例阀54～56输入的电流值(指令值)变成零，不进行相应的电磁比例阀54～56的动作。

＜动作＞

接着，使用图18及图19的流程图对如上所述构成的液压挖掘机的动作进行说明。

图18是由修正值运算部43i执行的处理的流程图。该流程图在由操作量运算部43a检测到斗杆回收操作之后开始。

在S310中，修正值运算部43i基于来自操作量运算部43a的输入值判定斗杆回收操作是否结束。在判定为斗杆回收操作已结束的情况下进入S320，将地形运算部43m运算出的地形信息和目标面运算部43c运算出的目标面60的信息输入并进入S330。另一方面，在S310中判定为斗杆回收操作继续的情况下重复S310的处理。

在S330中，修正值运算部43i基于在S320中输入的地形信息和目标面60的信息而在同一坐标系上判定生成地形97是否位于目标面60的下方。此外，生成地形97的位置能够通过与前述的轨迹98与生成地形97的距离的运算所利用的方法相同的方法来确定。

在S330中判定为生成地形97位于目标面60的下方的情况下进入S340，在判定为生成地形97位于目标面60的上方的情况下则结束处理并待机到下次的开始时机。此外，此处在生成地形97位于目标面60的上方的情况下不计算修正值是基于如下考虑，即由于铲斗10的大小和挖掘力等的关系而通过一次挖掘动作未必能挖到目标面60，在生成地形97位于目标面60的上方的情况下不进行精度好坏的判断。

在S340中，修正值运算部43i从姿势运算部43b获取在从流程图的开始到由S310判定为是的期间内铲斗10的齿尖所移动的位置数据的集合，并将该位置数据的集合作为进行挖掘作业时的铲斗10的齿尖的轨迹(轨迹信息)。

在S350中，修正值运算部43i首先基于目标面运算部43c的目标面60的信息、地形运算部43m的地形信息和姿势运算部43b的轨迹信息，而针对形成生成地形97及轨迹98的多个点分别在同一坐标系上计算与目标面60的距离。然后，根据所计算出的多个距离的平均值来确定生成地形97和轨迹98的位置，并计算从轨迹98到生成地形97为止的距离。接着，修正值运算部43i基于所计算出的轨迹98与生成地形97的距离、和由图12定义的距离与动臂先导压的相关关系，来运算动臂抬升时的先导压的修正值，并将其运算结果存储到修正值存储部43j。

例如，轨迹98与生成地形97的距离为正的情况是生成地形97位于轨迹98的下方的所谓挖掘过度的场景，在该情况下，通过修正值运算部43i来计算在动臂抬升中使先导压增加、在动臂下降中使先导压减少的修正值。

在向修正值存储部43j的修正值的记录处理完成之后结束图18的一系列处理，接着，修正值运算部43i待机，直到检测到斗杆回收操作。

图19是由控制器40执行的处理的流程图。控制器40在通过操作量运算部43a检测到操作人员的操作之后开始图19的流程图。

在S410中，液压缸速度运算部43d基于由操作量运算部43a运算出的操作量来运算各液压缸5、6、7的动作速度(液压缸速度)。

在S420中，铲斗前端速度运算部43e基于由液压缸速度运算部43d运算出的各液压缸5、6、7的动作速度、和由姿势运算部43b运算出的作业机1A的姿势来运算基于操作人员操作的铲斗前端(齿尖)的速度矢量B。

在S430中，铲斗前端速度运算部43e根据由姿势运算部43b运算出的铲斗10的齿尖的位置(坐标)与包含存储在ROM93内的目标面60的直线之间的距离来计算从铲斗前端到控制对象的目标面60为止的距离D(参照图5)。然后，基于距离D和图16的坐标图来计算铲斗前端的速度矢量的垂直于目标面60的分量的限制值ay。

在S440中，铲斗前端速度运算部43e针对在S420中计算出的基于操作人员操作的铲斗前端的速度矢量B获取垂直于目标面60的分量by。

在S450中，目标铲斗前端速度运算部43f判定在S430中计算出的限制值ay是否为0以上。此外，如图19的右上所示设定xy坐标。在该xy坐标中，x轴与目标面60平行且以图中右方向为正，y轴垂直于目标面60且以图中上方向为正。在图19中的图例中，垂直分量by及限制值ay为负，水平分量bx、水平分量cx及垂直分量cy为正。而且，从图16中可知，当限制值ay为0时距离D为0，即齿尖位于目标面60上；当限制值ay为正时距离D为负，即齿尖与目标面60相比位于下方；当限制值ay为负时距离D为正，即齿尖与目标面60相比位于上方。在S450中判定为限制值ay为0以上的情况(即齿尖位于目标面60上或其下方的情况)下进入S460，而在限制值ay不足0的情况下则进入S480。

在S460中，目标铲斗前端速度运算部43f判定基于操作人员操作的齿尖的速度矢量B的垂直分量by是否为0以上。在by为正的情况下表示速度矢量B的垂直分量by朝上，在by为负的情况下表示速度矢量B的垂直分量by朝下。在S460中判定为垂直分量by为0以上的情况(即垂直分量by朝上的情况)下进入S470，而在垂直分量by不足0的情况下则进入S500。

在S470中，目标铲斗前端速度运算部43f将限制值ay的绝对值与垂直分量by的绝对值进行比较，并在限制值ay的绝对值为垂直分量by的绝对值以上的情况下进入S500。另一方面，在限制值ay的绝对值不足垂直分量by的绝对值的情况下进入S530。

在S500中，目标铲斗前端速度运算部43f选择“cy＝ay－by”来作为对应该由基于机械控制的动臂8的动作产生的铲斗前端的速度矢量C的垂直于目标面60的分量cy进行计算的算式，并基于该算式和S430的限制值ay、S440的垂直分量by来计算垂直分量cy。然后，计算能够输出所计算出的垂直分量cy的速度矢量C，并将其水平分量设为cx(S510)。

在S520中计算目标速度矢量T。若将目标速度矢量T的相对于目标面60垂直的分量设为ty、水平的分量设为tx的话，则能够分别表示为“ty＝by+cy、tx＝bx+cx”。当将S500的算式(cy＝ay－by)代入ty、tx算式时，目标速度矢量T最终变成“ty＝ay、tx＝bx+cx”。也就是说，到达了S520的情况下的目标速度矢量的垂直分量ty被限制为限制值ay，基于机械控制的强制动臂抬升启动。

在S480中，目标铲斗前端速度运算部43f判定基于操作人员操作的齿尖的速度矢量B的垂直分量by是否为0以上。在S480中判定为垂直分量by为0以上的情况(即垂直分量by朝上的情况)下进入S530，而在垂直分量by小于0的情况下则进入S490。

在S490中，目标铲斗前端速度运算部43f将限制值ay的绝对值与垂直分量by的绝对值进行比较，在限制值ay的绝对值为垂直分量by的绝对值以上的情况下进入S530。另一方面，在限制值ay的绝对值小于垂直分量by的绝对值的情况下进入S500。

在到达了S530的情况下，由于无需通过机械控制使动臂8动作，所以目标铲斗前端速度运算部43f将速度矢量C设为零。这种情况下，目标速度矢量T若基于S520所利用的算式(ty＝by+cy、tx＝bx+cx)的话则变成“ty＝by、tx＝bx”，与基于操作人员操作的速度矢量B一致(S540)。

在此，对在图20所示的(1)-(4)这四种情况下适用了上述S450至S540的处理时的目标速度矢量T(ty、tx)进行说明。

在(1)的情况下，由于铲斗前端位于目标面60的下方，所以距离D为负且限制值ay根据图16为朝上((+)方向)。而且，由运算部43e运算出的速度矢量B的垂直分量by朝下((－)方向)。因此，按照S450、S460、S500的路径执行，目标速度矢量T为“ty＝ay、tx＝bx+cx”。

在(2)的情况下，由于铲斗前端位于目标面60的下方，所以距离D为负且限制值ay根据图16为朝上((+)方向)。而且，垂直分量by朝上((+)方向)。因此，按照S450、S460、S470的路径执行。因此，在S470中将限制值ay的绝对值与垂直分量by的绝对值进行比较，在限制值ay的绝对值相对较大的情况下，目标速度矢量T为“ty＝ay、tx＝bx+cx”(S500、510、520)，而在垂直分量by的绝对值相对较大的情况下，目标速度矢量T为“ty＝by、tx＝bx”(S530、540)。也就是说，作为目标矢量T的垂直分量ty，能够选择限制值ay与垂直分量by中的绝对值相对较大的一方。

在(3)的情况下，由于铲斗前端位于目标面60的上方，所以距离D为正且限制值ay根据图16为朝下((－)方向)。而且，垂直分量by朝下((－)方向)。因此，按照S450、S480、S490的路径执行。因此，在S490中将限制值ay的绝对值与垂直分量by的绝对值进行比较，在限制值ay的绝对值相对较大的情况下，目标速度矢量T为“ty＝by、tx＝bx”(S530、540)，而在垂直分量by的绝对值相对较大的情况下，目标速度矢量T为“ty＝ay、tx＝bx+cx”(S500、510、520)。也就是说，作为目标矢量T的垂直分量ty，能够选择限制值ay与垂直分量by中的绝对值相对较小的一方。

在(4)的情况下，由于铲斗前端位于目标面60的上方，所以距离D为正且限制值ay根据图16为朝下((－)方向)。而且，垂直分量by朝上((+)方向)。因此，按照S450、S480、S530的路径执行，所以目标速度矢量T为“ty＝by、tx＝bx”。此外，在此为了简化说明而构成为在S480为是的情况下进入S530，但也可以变更构成为代替S530而进入S500。若像这样构成的话，则即使在斗杆回收操作中越过了与之前图9的点P3相当的点，基于机械控制的强制动臂下降也会启动并进行沿着目标面60的挖掘，因此能够延长沿着目标面60的挖掘距离。此外，当在像这样通过机械控制来进行动臂下降的情况下需要修正时，毋庸赘言，与第一实施方式同样地利用以图13计算出的修正值。

返回至图19的说明。在S550中，目标液压缸速度运算部43g基于在S520或S540中决定的目标速度矢量T(ty、tx)来运算各液压缸5、6、7的目标速度。

在S560中，目标先导压运算部43h基于在S550中计算出的各液压缸5、6、7的目标速度来运算针对各液压缸5、6、7的流量控制阀15a、15b、15c的目标先导压。

在S570中，目标先导压运算部43h进行应该由基于机械控制的动臂8的动作产生的铲斗前端的速度矢量C是否为零的判定。在速度矢量C不为零的情况(即机械控制启动的情况)下进入S580，而在速度矢量C为零的情况(即机械控制不启动的情况)下，则无需在S580中添加修正值而是进入S590。

在S580中，目标先导压运算部43h获取存储在修正值存储部43j内的动臂抬升的修正值，将该修正值与针对动臂液压缸5的流量控制阀15a的目标先导压相加并进入S590。

在S590中，目标先导压运算部43h将针对各液压缸5、6、7的流量控制阀15a、15b、15c的目标先导压输出至电磁比例阀控制部44。电磁比例阀控制部44以目标先导压作用于各液压缸5、6、7的流量控制阀15a、15b、15c的方式对电磁比例阀54、55、56进行控制，由此进行基于作业机1A的挖掘。例如，在上次挖掘时轨迹98与生成地形97的距离为正值的情况(即生成地形97位于轨迹98的下方的所谓挖掘过度的情况)下，修正值运算部43i基于图18的流程图来计算在动臂抬升中使先导压增加、在动臂下降中使先导压减少的修正值。当以像这样计算出的修正值来修正在S560中计算出的动臂先导压而使机械控制启动时，在S590的处理时与上次挖掘时相比，齿尖描画的轨迹会向上方移动来防止挖掘过度，因此能够使生成地形接近目标面60。

当S590的处理结束之后待机，直到由操作量运算部43a检测到操作人员进行的杆操作。

＜效果＞

接着，对本实施方式的效果进行说明。在上述实施方式中，液压挖掘机1具备：多关节型的作业机1A，其包含动臂8、斗杆9及铲斗10；动臂液压缸5、斗杆液压缸6及铲斗液压缸7，其分别驱动动臂8、斗杆9及铲斗10；操作装置45a、45b、46a，其向这些液压缸5、6、7的流量控制阀15a、15b、15c中的至少一个输出与操作人员的操作相应的控制信号(第一控制信号)；和控制器40，其具有目标先导压运算部(控制信号运算部)43h，该目标先导压运算部43h在作业机1A的前端(铲斗齿尖)根据从操作装置45a、45b、46a输出的控制信号向目标面60靠近的情况下，新生成使动臂液压缸5以作业机1A的前端沿着目标面60移动的方式动作的控制信号(第二控制信号)，并且该控制器40基于第一控制信号或第二控制信号来控制动臂液压缸5、斗杆液压缸6及铲斗液压缸7的流量控制阀15a、15b、15c，在液压挖掘机1中，控制器40还具有：地形运算部43m，其基于从测定液压挖掘机1的周边地形的地形测量装置96输入的地形信息，来计算由基于第二控制信号驱动的作业机1A形成的生成地形97的位置信息；和姿势运算部43b，其计算基于第二控制信号被驱动的作业机1A的前端所移动的轨迹98的位置信息，目标先导压运算部43h以使生成地形97的位置信息与轨迹98的位置信息之差变小的方式修正第二控制信号。

根据像这样构成的液压挖掘机，由于每次挖掘都以生成地形97接近轨迹98的方式修正动臂液压缸5的控制信号(先导压)，生成地形97与轨迹98的位置信息之差变小，所以在角度传感器30、31、32的检测精度不够、和因个体差异、老化等而导致作业机前端的控制精度不够等的情况下，也能使铲斗10的齿尖沿着目标面60挖掘。其结果是，能够提高目标面60的施工精度。

＜附记＞

此外，在具备具有图15的结构的区域限制控制部43的液压挖掘机中，也可以如第一实施方式那样基于生成地形97与目标面60的距离来进行第二控制信号的修正。

另外，在上述第二实施方式中，对以生成地形97接近目标面60附近的轨迹98的方式修正先导压的例子进行了说明。在此，轨迹98与生成地形97产生偏差是指，控制器40在齿尖(作业机1A)的控制中利用的坐标系(挖掘机坐标系)与设定在地上的坐标系(全局坐标系)有偏差。因此，也可以通过以轨迹98接近生成地形97的方式校正挖掘机坐标系来进行修正。

另外，在上述两个实施方式中，地形测量装置96可以如图1所示安装在车身1B(液压挖掘机1)上，也可以如图21所示独立设置在车身1B的外部，还可以如图22所示搭载在无人机等飞行体99上。在如图21和图22那样不安装于车身1B上的情况下，地形信息能够通过无线或有线方式输入至车身1B上的控制器40。当如图1那样在工程机械上安装地形测量装置96时，地形测量装置96与控制器40的通信连接结构简单。另一方面，当如图21及图22那样使地形测量装置96独立于工程机械时，能够从同一地形测量装置96针对多台工程机械输出地形信息。

另外，虽然如图12及图13所示说明了距离与修正值成比例的情况，但也可以是，在距离接近零的情况下不计算修正值，针对相对于零为正侧和相对于零为负侧分别设定规定的阈值，在超过了该阈值的情况下计算修正值。另外，也可以构成为，将距离分割成多个区间，在各区间内取恒定的修正值，修正值呈阶梯状增加或减少。另外，也可以采用如下结构：在距离超过了规定的阈值的情况下，不管与该阈值的偏差的大小如何都计算规定的修正值，并将其计算出的修正值与至此为止的修正值的合计相加。这种情况下，例如当生成地形处于目标面60的下方超过了阈值的位置时，作为“规定的修正值”的动臂抬升先导压修正值而加上1MPa，作为动臂下降先导压修正值而减去1MPa。若像这样构成的话，则能够减少与上次控制的背离从而能够使控制稳定化。

另外，在上述说明中，说明了作为动臂控制(机械控制)的修正而增减先导压的方法，但例如在像第二实施方式那样根据目标液压缸速度计算目标先导压、并在该计算时利用了从目标液压缸速度向目标先导压的转换表的情况下，也可以通过变更该转换表的特性来进行与增减先导压的方法相当的修正。

另外，由目标面运算部43c运算的目标面的位置信息、和由地形运算部43m运算的地表面上的各点的位置信息可以在挖掘机坐标系及全局坐标系中的任意一个上获取。

另外，在上述说明中，操作装置45、46、47为液压先导方式，但也可以利用使对各液压缸5、6、7的流量控制阀15a、15b、15c进行控制的控制信号为电信号的电先导方式。

在上述说明中，构成为每次挖掘都运算修正值，但运算修正值的时机并不特别限定。因此，例如也可以进行如下运用：在一天的作业开始前和作业结束后运算修正值、以规定的周期运算、或者在挖掘目标面附近的修整作业中(即挖掘中)运算。

另外，在上述说明中，作为作业机1A的控制基准(控制点)而选择了铲斗10的齿尖，但只要是铲斗10上的点及铲斗附近的作业机1A上的点就可以来代替。

另外，在上述说明中对将控制器40内的区域限制控制部43搭载于液压挖掘机1的情况进行了说明，但也可以构成为：区域限制控制部43从液压挖掘机1分开，将来自操作人员操作检测装置52a等的输入数据通过无线/有线的方式输入，并将根据该输入数据运算出的结果(各液压缸5、6、7的目标先导压)通过无线/有线方式输出至电磁比例阀控制部44。这种情况下，区域限制控制部43可以由单独的计算机构成，也可以由多个计算机构成。

此外，本发明并不限定于上述实施方式，还包括不脱离其要旨的范围内的各种变形例。例如，本发明并不限定于具备上述实施方式说明的所有结构，也包括将其结构的一部分删除。另外，还可以将某实施方式的结构的一部分追加或置换到其它实施方式的结构中。

上述控制器40的各结构和该各结构的功能及执行处理等也可以通过硬件(例如在集成电路上设计执行各功能的逻辑等)来实现它们的一部分或全部。另外，上述控制器40的结构也可以设为通过由运算处理装置(例如CPU)读取、执行来实现该控制器40的结构的各功能的程序(软件)。该程序的信息例如能够存储在半导体存储器(闪存、SSD等)、磁存储装置(硬盘驱动器等)及记录介质(磁盘、光盘等)等内。

附图标记说明

1A…前作业机，8…动臂，9…斗杆，10…铲斗，17…机械控制启动/停止开关，30…动臂角度传感器，31…斗杆角度传感器，32…铲斗角度传感器，40…控制器，43…区域限制控制部，43a…操作量运算部，43b…姿势运算部，43c…目标面运算部，43d…液压缸速度运算部，43e…铲斗前端速度运算部，43f…目标铲斗前端速度运算部，43g…目标液压缸速度运算部，43h…目标先导压运算部，43i…修正值运算部，43j…修正值存储部，43m…地形运算部，43n…按不同斗杆角度的动臂先导压运算部，44…电磁比例阀控制部，45…操作装置(动臂、斗杆)，46…操作装置(铲斗、旋转)，47…操作装置(行驶)，50…作业机姿势检测装置，51…目标面设定装置，52a、52b…操作人员操作检测装置，54、55、56…电磁比例阀，96…地形测量装置，97…生成地形，98…铲斗齿尖的轨迹。

Claims (5)

1.一种作业机械，其具备：

多关节型的作业机，其包含动臂及斗杆；

动臂液压缸、斗杆液压缸，其分别驱动所述动臂、所述斗杆；

操作装置，其向所述斗杆液压缸的流量控制阀输出与操作人员的操作量相应的第一控制信号；和

控制装置，其在所述作业机的前端根据所述第一控制信号向目标面靠近的情况下，运算使所述动臂液压缸以所述作业机的前端沿着所述目标面移动的方式动作的第二控制信号，基于所述第二控制信号来控制所述动臂液压缸的流量控制阀，进行所述动臂的抬升下降，

该作业机械的特征在于，

所述第二控制信号是向所述动臂液压缸的流量控制阀的液压驱动部供给的先导压，

所述控制装置具备对所述第二控制信号进行运算的目标先导压运算部、和对所述第二控制信号的修正值进行运算的修正值运算部，

所述修正值运算部在斗杆回收操作已结束时，基于从测定所述作业机械的周边地形的地形测量装置输入的地形信息，来计算通过所述作业机形成的生成地形的位置信息，并且，在所述生成地形的高度比所述目标面低的情况下，运算使动臂抬升时的先导压增加并且使动臂下降时的先导压减少的所述第二控制信号的修正值；在所述生成地形的高度比所述目标面高的情况下，运算使动臂抬升时的先导压减少并且使动臂下降时的先导压增加的所述第二控制信号的修正值，

所述目标先导压运算部利用由所述修正值运算部运算出的修正值来修正所述第二控制信号。

2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述动臂抬升时的所述第二控制信号以所述先导压随着所述目标面与所述生成地形的距离增加而增加的方式被修正，

所述动臂下降时的所述第二控制信号以所述先导压随着所述目标面与所述生成地形的距离增加而减少的方式被修正。

3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述控制装置还具有姿势运算部，该姿势运算部计算通过基于所述第二控制信号被驱动的所述作业机的前端所移动的轨迹的位置信息，

所述目标先导压运算部以使所述生成地形的位置信息与所述轨迹的位置信息之差变小的方式修正所述第二控制信号。

4.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述地形测量装置搭载于所述作业机械。

5.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述地形测量装置设置在所述作业机械的外部，

由所述地形测量装置测量到的地形信息通过无线或有线方式输入至所述作业机械的所述控制装置。

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