CN108350681B - 工程机械的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能在所期望的旋转停止角度使上部旋转体停止的工程机械的控制装置。主控制器包括：旋转停止目标角度设定部，其设定使上部旋转体的旋转停止的目标角度即旋转停止目标角度信号；旋转控制部，其输出对控制阀的驱动指令而执行上部旋转体的旋转减速；旋转可否停止判定部，其读入第1角度检测器检测出的上部旋转体相对于下部行驶体的角度信号、和第2角度检测器检测出的作业装置的角度信号，基于这些信号判定上部旋转体能否以旋转停止目标角度停止旋转；及作业装置控制部，其根据旋转可否停止判定部判定的旋转可否停止信号，输出对控制阀的驱动指令信号，以禁止作业装置向旋转半径方向的伸长动作或执行作业装置向旋转半径方向的缩小动作。

Description

工程机械的控制装置
技术领域
本发明涉及工程机械的控制装置。
背景技术
通常，在使用作为工程机械的液压挖掘机来进行将挖掘物装入自卸卡车的作业的情况下，操作员通过操作装置同时调整旋转角度和作业装置的高度，由此边使上部旋转体旋转边进行动臂抬升动作，使作业装置从挖掘位置移动到自卸卡车的货斗的上方位置并倾倒。
上部旋转体在操作员停止了旋转操作之后也会由于惯性而继续旋转，旋转停止角度因停止旋转操作时的旋转速度、旋转惯性而不同。因此，为了以期望的旋转角度使上部旋转体停止，需要考虑到因惯性导致的旋转停止角度的增加来决定旋转操作的停止定时。在像这样进行伴随着旋转动作的复合操作和使上部旋转体停止在所期望的位置的旋转停止操作的情况下，要求操作员以更高的集中力来进行操作。另外，由于操作员的注意力集中于操作，因此对周围的监视注意力变弱，在例如进入物存在于作业装置的旋转范围的情况下，有可能对该情况的发现不够及时。
针对上述要求操作员高度集中力的操作，存在如下的工程机械的旋转控制装置及其方法：使得即使操作员停止旋转操作的时刻不同，也能够使上部旋转体停止在规定的范围内(例如，参照专利文献1)。在该工程机械的旋转控制装置及其方法中，推测用于在规定的范围内使上部旋转体停止的旋转操作的最佳开始停止位置，使用当前的旋转位置和开始停止位置求出停止目标位置，之后以使上部旋转体停止于停止目标位置的方式控制旋转马达。由此，即使操作员停止旋转操作的时刻不同，也能够在规定的范围内使旋转停止。
另外，针对进入上述作业装置的旋转范围的进入物，存在检测进入物并使旋转停止的旋转作业机械及旋转作业机械的控制方法(例如，参照专利文献2)。在该旋转作业机械及旋转作业机械的控制方法中，基于当前时刻的旋转速度、当前时刻的旋转惯性、进入物的位置来判断与进入物干涉的可能性，并控制旋转动作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2013-535593号公报
专利文献2：日本特开2012-021290号公报
发明内容
在专利文献1的技术中，使用当前的旋转位置和开始停止位置来求出停止目标位置。另外，在专利文献2的技术中，基于当前时刻的旋转速度、当前时刻的旋转惯性、及进入物的位置来判断与进入物干涉的可能性。因此，有可能没有充分考虑到例如在旋转操作的停止开始后产生的变化(旋转惯性、旋转停止目标位置)。
例如，虽然进行了旋转停止操作，但如果在上部旋转体尚未完全停止的状态下进行了使斗杆伸长的动作，则旋转惯性与停止操作时刻的旋转惯性相比增加，但却没有考虑到该情况下的修正。
另外，在向自卸卡车装入时，边使上部旋转体旋转边进行动臂抬升动作，使作业装置从挖掘位置移动到自卸卡车的货斗的上方位置，但在动臂抬升的动作迟缓的情况下，有可能产生自卸卡车的货斗与作业装置接触。为了避免该接触，需要与旋转操作的停止开始时相比更早使旋转停止。另外，在旋转作业中检测到进入物而停止了旋转操作之后进入物向车身侧靠近的情况下，也需要在规定的停止位置之前更早使旋转停止。在这样的情况下，需要比通过旋转马达能够输出的转矩最大值更大的减速转矩，因此有可能在所期望的旋转停止角度无法使旋转停止。
本发明是基于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够在所期望的旋转停止角度使上部旋转体停止的工程机械的控制装置。
为了解决上述技术问题，采用例如权利要求书记载的结构。本申请包含解决上述技术问题的多种手段，列举其中一例，则工程机械的控制装置具有：下部行驶体；能够旋转地搭载于所述下部行驶体的上部旋转体；能够俯仰运动地安装于所述上部旋转体的作业装置；驱动所述上部旋转体旋转的旋转用液压执行机构；驱动所述作业装置的作业装置用液压执行机构；液压泵；对从所述液压泵分别向所述作业装置用液压执行机构及所述旋转用液压执行机构供给的液压油的流量和方向进行控制的作业装置用控制阀及旋转用控制阀；对所述作业装置及所述上部旋转体的动作进行指示的作业装置用操作装置及旋转用操作装置；以及基于来自所述作业装置用操作装置及旋转用操作装置的指示信号而向所述作业装置用控制阀及所述旋转用控制阀输出驱动信号的主控制器，所述工程机械的控制装置的特征在于，还具有：第1角度检测器，其检测所述上部旋转体相对于所述下部行驶体的旋转角度；和第2角度检测器，其检测所述作业装置相对于所述上部旋转体的俯仰角度，并且所述主控制器包括：旋转停止目标角度设定部，其设定所述上部旋转体的旋转停止目标角度；旋转控制部，其基于由所述第1角度检测器检测出的所述上部旋转体的旋转角度与由所述旋转停止目标角度设定部设定的旋转停止目标角度之差、以及来自所述旋转用操作装置的指示信号而计算出对所述旋转用控制阀的驱动信号并输出；旋转可否停止判定部，其基于由所述第1角度检测器检测出的所述上部旋转体的旋转角度、由所述旋转停止目标角度设定部设定的旋转停止目标角度、以及由所述第2角度检测器检测出的所述作业装置的俯仰角度，判定能否在所述上部旋转体到达所述旋转停止目标角度之前停止旋转动作；以及作业装置控制部，其在所述旋转可否停止判定部所判定的结果为否的情况下，向所述作业装置用控制阀输出至少限制或禁止所述作业装置向旋转惯性矩增加的方向上的动作的驱动信号。
发明效果
根据本发明，由于包括判断旋转可否停止的旋转可否停止判定部、和作业装置控制部，其根据旋转可否停止信号而禁止作业装置向旋转半径方向的伸长动作或者执行作业装置向旋转半径方向的缩小动作，因此能够抑制旋转惯性的增加并且减少旋转惯性。由此能够在所期望的旋转停止角度使上部旋转体停止。
附图说明
图1是表示具有本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的液压挖掘机的立体图。
图2是表示具有本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的工程机械的液压驱动装置的结构的概念图。
图3是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的结构的概念图。
图4的(a)是表示具有本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的液压挖掘机的平面并且说明与主控制器的运算内容有关的装入目标位置、装入目标旋转角度、装入目标高度、作业装置高度的下限的概念图。
图4的(b)是表示具有本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的液压挖掘机的正面并且说明与主控制器的运算内容有关的装入目标位置、装入目标旋转角度、装入目标高度、作业装置高度的下限的概念图。
图5是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的旋转停止目标角度设定部的运算内容的一例的控制框图。
图6是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的旋转可否停止判定部的运算内容的一例的控制框图。
图7是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的旋转控制部的运算内容的一例的控制框图。
图8是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的作业装置控制部的构成的概念图。
图9是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的高度方向控制速度运算部的运算内容的一例的控制框图。
图10是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的半径方向控制速度运算部的运算内容的一例的控制框图。
图11是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的目标速度运算部的运算内容的一例的控制框图。
图12是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的运算流程的一例的流程图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的工程机械的控制装置的实施方式。
图1是表示具有本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的液压挖掘机的立体图。如图1所示，液压挖掘机包括下部行驶体9、上部旋转体10和作业装置15。下部行驶体9具有左右的履带式行驶装置，通过左右的行驶液压马达3b、3a(仅图示出左侧3b)而驱动。上部旋转体10能够旋转地搭载在下部行驶体9上，通过旋转液压马达4驱动而旋转。在上部旋转体10装备有作为原动机的发动机14、和通过发动机14驱动的液压泵装置2。
作业装置15能够俯仰地安装在上部旋转体10的前部。在上部旋转体10装备有驾驶室，在驾驶室内配置有行驶用右操作杆装置1a、行驶用左操作杆装置1b、用于指示作业装置15的动作及旋转动作的右操作杆装置1c、左操作杆装置1d等操作装置。
作业装置15是具有动臂11、斗杆12、铲斗8的多关节构造，动臂11通过动臂缸5的伸缩而相对于上部旋转体10在上下方向转动，斗杆12通过斗杆缸6的伸缩而相对于动臂11在上下及前后方向转动，铲斗8通过铲斗缸7的伸缩而相对于斗杆12在上下及前后方向转动。
另外，为了算出作业装置15的位置而装备有：设于下部行驶体9与上部旋转体10的连结部附近、且检测上部旋转体10相对于下部行驶体9的旋转角度的第1角度检测器13a；设于上部旋转体10与动臂11的连结部附近、且检测动臂11相对于水平面的角度(俯仰角度)的第2角度检测器13b；设于动臂11与斗杆12的连结部附近、且检测斗杆12的角度的第3角度检测器13c；和设于斗杆12与铲斗8的连结部附近、且检测铲斗8的角度的第4角度检测器13d。这些第1至4角度检测器13a～13d检测出的角度信号输入到后述的主控制器100。
控制阀20是对从液压泵装置2向上述动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7、左右的行驶液压马达3b、3a等液压执行机构的每一个供给的液压油流动(流量和方向)进行控制的阀。
图2是表示具有本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的工程机械的液压驱动装置的结构的概念图。此外，为了简化说明，省略与本发明的实施方式无直接关系的下部行驶体9所涉及的装置的图示和说明。
图2中，液压驱动装置包括：液压泵装置2；作为旋转用液压执行机构的旋转液压马达4；作为作业装置用液压执行机构的动臂缸5、斗杆缸6和铲斗缸7；右操作杆装置1c；左操作杆装置1d；控制阀20；先导液压源21；电磁比例阀22a～22h；第1至4角度检测器13a～13d以及雷达装置32。此外，雷达装置32是检测液压挖掘机附近的进入物的进入物检测装置。
液压泵装置2排出液压油，并经由控制阀20向旋转液压马达4、动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7供给液压油。
控制阀20包括：作为旋转用控制阀的方向控制阀，其对向作为旋转用液压执行机构的旋转液压马达4供给的液压油的流量和方向进行控制；作为作业装置用控制阀的各个方向控制阀，其对向作为作业装置用液压执行机构的动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7等分别供给的液压油的流量和方向进行控制。各方向控制阀均被从对应的电磁比例阀22a～22h供给的先导液压油驱动而动作。
电磁比例阀22a～22h将从先导液压源21供给的先导液压油作为原始压，并根据来自主控制器100的驱动信号将减压后的2次先导液压油向各方向控制阀的操作部输出。各方向控制阀与电磁比例阀的关系如以下那样确定。动臂方向控制阀由经由动臂抬升电磁比例阀22c和动臂下降电磁比例阀22d向操作部供给的先导液压油驱动而动作。斗杆方向控制阀由经由斗杆挖掘电磁比例阀22e和斗杆卸载电磁比例阀22f向操作部供给的先导液压油驱动而动作。铲斗方向控制阀由经由铲斗挖掘电磁比例阀22g和铲斗卸载电磁比例阀22h向操作部供给的先导液压油驱动而动作。旋转方向控制阀由经由旋转右电磁比例阀22a和旋转左电磁比例阀22b向操作部供给的先导液压油驱动而动作。
右操作杆装置1c与操作杆的操作量和操作方向相应地将电压信号作为动臂操作信号、铲斗操作信号而输出到主控制器100。同样地，左操作杆装置1d与操作杆的操作量和操作方向相应地将电压信号作为旋转操作信号、斗杆操作信号而输出到主控制器100。
主控制器100输入从右操作杆装置1c发送的动臂操作量信号和铲斗操作信号、从左操作杆装置1d发送的旋转操作信号和斗杆操作量信号、从第1至4角度检测器13a～13d发送的旋转角度、动臂角度、斗杆角度和铲斗角度、从雷达装置32发送的在作业区域周边检测到的进入物的位置信息、从信息控制器200发送的装入目标位置信号，并根据这些输入信号运算出对各电磁比例阀22a～22h进行驱动的指令信号，向各个阀输出。
此外，由信息控制器200设定的装入目标位置信号的输入方式也可以是例如将向自卸卡车的装入位置作为各液压执行机构各自的角度而以数值输入的方式。另外，雷达装置32的获取进入物的位置的手段可以是摄像头或毫米波等。由信息控制器200和雷达装置32进行的运算不与本发明的特征直接相关，因此省略其说明。
接下来，使用图对构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器100进行说明。图3是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的结构的概念图，图4的(a)是表示具有本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的液压挖掘机的平面并且说明与主控制器的运算内容相关的装入目标位置、装入目标旋转角度、装入目标高度、作业装置高度的下限的概念图，图4的(b)是具有本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的液压挖掘机的正面并且说明与主控制器的运算内容有关的装入目标位置、装入目标旋转角度、装入目标高度、作业装置高度的下限的概念图。
如图3所示，主控制器100包括：作业装置目标位置设定部110、旋转停止目标角度设定部120、作业装置目标高度设定部130、旋转可否停止判定部140、旋转控制部150、作业装置控制部160和干涉回避控制部170。
作业装置目标位置设定部110基于从信息控制器200发送的装入目标位置信号而运算出装入目标旋转角度和装入目标高度，并将计算出的装入目标旋转角度信号输出到旋转停止目标角度设定部120和作业装置目标高度设定部130，将装入目标高度信号输出到作业装置目标高度设定部130。在此，作业装置目标位置是指使作业装置的前端(铲斗8)配置的目标位置。
旋转停止目标角度设定部120对由作业装置目标位置设定部110运算出的装入目标旋转角度进行修正来运算出旋转停止目标角度信号，并将运算出的旋转停止目标角度信号输出到旋转可否停止判定部140。由旋转停止目标角度设定部120进行的运算的详细内容将在后叙述。
作业装置目标高度设定部130根据由作业装置目标位置设定部110计算出的装入目标旋转角度信号和装入目标高度信号，计算出作业装置高度的下限值，并基于该下限值运算出与旋转角度相应的作业装置目标高度，将运算出的作业装置目标高度信号输出到作业装置控制部160。
在此，使用图4的(a)和图4的(b)对装入目标位置、装入目标旋转角度、装入目标高度、作业装置高度的下限进行说明。图4的(a)及图4的(b)分别是液压挖掘机的俯视图和主视图。
在图4的(a)和图4的(b)中，图中的O点是以液压挖掘机的下部行驶体9的正面为基准的坐标系的原点，在液压挖掘机的旋转轴上位于与动臂转动轴相同的高度。图中的φ表示上部旋转体10的正面方向相对于下部行驶体9的前进方向的相对角度即旋转角度。
旋转角度φ是上部旋转体10的正面方向相对于下部行驶体9的前进方向的相对角度。另外，图中的A点是装入目标位置，例如设定于自卸卡车的货斗上方，图4的(a)中的φ*表示装入目标旋转角度，图4的(b)的h*表示装入目标高度。另外，俯视图即图4的(a)中O点与A点之间的距离为L。
图中的平面S1是作业装置高度的下限，图4的(b)中以虚线部表示，图4的(a)中以渐变部表示。平面S1按照以下的步骤设定。首先，在图4的(a)中，将包含A点并与旋转轴平行且与直线OA垂直相交的平面设为S0。在图4的(b)中，将以平面S0上的高度h*的直线为轴而使平面S0倾斜角度θ所生成的平面S1设定为作业装置高度的下限。
此外，关于角度θ，最好是基于旋转的最大角速度ωsmax相对于动臂抬升的最大角速度ωbmax之比，旋转的最大角速度越大，将角度θ设定得越大。例如，也可以使用下式(1)来设定角度θ。
θ＝tan－1(ωsmax/ωbmax)·····(1)
作业装置目标高度运算为从使用旋转角度φ和距离L而运算出的B点与旋转轴平行地向平面S1所作的线段与平面S1的交点即C点的高度(图4的(b)中的hr)。
此外，也可以代替距离L，使用从动臂角度、斗杆角度、铲斗角度运算出的铲斗8的顶端部等的位置与旋转轴之间的距离来运算出作业装置目标高度。
返回到图3，旋转可否停止判定部140输入来自旋转停止目标角度设定部120的旋转停止目标角度信号、来自第1角度检测器13a的旋转角度信号、来自第2角度检测器13b的动臂角度(俯仰角度)信号、来自第3角度检测器13c的斗杆角度信号，根据输入信号判定能否在上部旋转体到达旋转停止目标角度之前停止旋转动作，并且运算出旋转停止角度裕度信号及旋转停止角度偏差信号，分别向旋转控制部150及作业装置控制部160输出。由旋转可否停止判定部140进行的运算的详细内容将在后叙述。
旋转控制部150输入来自左操作杆装置1d的旋转操作信号、来自旋转可否停止判定部140的旋转停止角度裕度信号，并根据输入信号运算出旋转右驱动信号和旋转左驱动信号，施加与旋转停止角度裕度信号相应的修正并输出，从而驱动旋转右电磁比例阀22a、旋转左电磁比例阀22b。由旋转控制部150进行的运算的详细内容将在后叙述。
作业装置控制部160输入来自右操作杆装置1c的动臂操作量信号及铲斗操作信号、来自左操作杆装置1d的斗杆操作量信号、来自作业装置目标高度设定部130的作业装置目标高度信号、来自旋转可否停止判定部140的旋转停止角度偏差信号、来自第1角度检测器13a的旋转角度信号、来自第2角度检测器13b的动臂角度(俯仰角度)信号、来自第3角度检测器13c的斗杆角度信号、来自第4角度检测器13d的铲斗角度信号，并根据输入信号运算出动臂抬升驱动信号、动臂下降驱动信号、斗杆挖掘驱动信号、斗杆卸载驱动信号、铲斗挖掘驱动信号、铲斗卸载驱动信号并输出，分别驱动动臂抬升电磁比例阀22c、动臂下降电磁比例阀22d、斗杆挖掘电磁比例阀22e、斗杆卸载电磁比例阀22f、铲斗挖掘电磁比例阀22g、铲斗卸载电磁比例阀22h。另外，将作业装置目标高度信号与根据动臂角度信号、斗杆角度信号、铲斗角度信号运算出的作业装置高度之间的偏差运算为作业装置高度偏差信号，并输出到旋转停止目标角度设定部120。由作业装置控制部160进行的运算的详细内容将在后叙述。
干涉回避控制部170输入来自雷达装置32的进入物的位置信息、来自第2角度检测器13b的动臂角度信号、来自第3角度检测器13c的斗杆角度信号、来自第4角度检测器13d的铲斗角度信号，在接收到进入物位置信息的情况下，基于进入物的位置运算出紧急停止目标角度信号并向旋转停止目标角度设定部120输出。此外，也可以对进入物位置信息的高度信息和根据动臂角度、斗杆角度、铲斗角度运算出的作业装置的高度进行比较，在作业装置的高度充分高的情况下停止紧急停止目标角度信号的输出。另外，此时，也可以构成为，为了将作业装置目标高度保持为进入物的高度以上，而向作业装置目标高度设定部130输出指示信号。
接下来，使用图5说明旋转停止目标角度设定部120的运算的详细内容。图5是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的旋转停止目标角度设定部的运算内容的一例的控制框图。旋转停止目标角度设定部120基于装入目标旋转角度φ运算出旋转停止目标角度。旋转停止目标角度设定部120包括函数发生器121、减法器122和选择器123。
函数发生器121从作业装置控制部160输入作业装置高度偏差信号，根据预先设定的图表运算出与作业装置高度偏差信号相应的修正量信号，并输出到减法器122。减法器122从来自作业装置目标位置设定部110的装入目标旋转角度信号减去修正量信号来运算出旋转停止目标角度，并输出到选择器123。例如，在作业装置高度比作业装置目标高度低的情况下，偏差信号大，修正量也大，因此减法器122的输出即旋转停止目标角度减小。由此，能够避免作业装置与自卸卡车等的干涉。
选择器123输入来自减法器122的旋转停止目标角度信号和来自干涉回避控制部170的紧急停止目标角度信号，在没有输入紧急停止目标角度信号时，选择来自减法器122的旋转停止目标角度信号并输出，在输入了紧急停止目标角度信号的情况下，选择该信号并输出。通过该运算，设定与进入物的位置相应的旋转停止目标角度，因此能够避免与进入物的干涉。
接下来，使用图6说明旋转可否停止判定部140的运算的详细内容。图6是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的旋转可否停止判定部的运算内容的一例的控制框图。旋转可否停止判定部140基于旋转停止目标角度和旋转角度判定能否在上部旋转体到达旋转停止目标角度之前停止旋转动作，并运算出旋转停止角度裕度信号及旋转停止角度偏差信号。旋转可否停止判定部140包括：微分器1401、运算器1402、第1加法器1403、第2加法器1404、第1三角函数运算器1405、第2三角函数运算器1406、函数发生器1407、第1减法器1408、符号函数运算器1409、乘法器1410、第2减法器1411、第1提取运算器1412和第2提取运算器1413。
微分器1401输入来自第1角度检测器13a的旋转角度信号，并进行微分运算，由此计算出旋转角速度信号并向运算器1402和符号函数运算器1409输出。
第1加法器1403输入来自第2角度检测器13b的动臂角度信号和来自第3角度检测器13c的斗杆角度信号，并将对上述信号进行加法运算得到的信号输出到第2三角函数运算器1406。第1三角函数运算器1405输入来自第2角度检测器13b的动臂角度信号并进行三角函数运算，运算出动臂的伸长量并输出到第2加法器1404。第2三角函数运算器1406输入来自第1加法器1403的动臂角度和斗杆角度的加法信号并进行三角函数运算，运算出斗杆单独的伸长量并输出到第2加法器1404。第2加法器1404输入动臂的伸长量信号和斗杆单独的伸长量信号，进行加法运算并将斗杆伸长量信号输出到函数发生器1407。函数发生器1407从第2加法器1404输入斗杆伸长量信号，并根据预先设定的图表推测运算出与斗杆伸长量信号相应的惯性矩信号J，并输出到运算器1402。
运算器1402输入来自微分器1401的旋转角速度信号和来自函数发生器1407的惯性矩信号，并使用下式(2)运算出旋转最短停止角度信号A且输出到第2减法器1411。此外，旋转最短停止角度信号A是因惯性导致的旋转停止角度的增加量的最小值。
A＝Jω2/2Tmax·····(2)
其中，ω是来自微分器1401的旋转角速度信号，Tmax是通过旋转液压马达4能够得到的转矩的最大值，基于旋转液压马达4的容积、溢流压等而设定。另外，J是来自函数发生器1407的旋转惯性矩信号。
第1减法器1408输入来自旋转停止目标角度设定部120的旋转停止目标角度信号和来自第1角度检测器13a的旋转角度信号，运算出偏差并输出到乘法器1410。符号函数运算器1409输入来自微分器1401的旋转角速度信号，运算出输入信号的符号(正或负)并输出到乘法器1410。
乘法器1410输入来自第1减法器1408的偏差信号和来自符号函数运算器1409的符号信号，并将输入信号相乘而运算出旋转停止目标角度相对于当前的旋转角度的相对值信号。计算出的旋转停止目标角度相对于当前的旋转角度的相对值信号输出到第2减法器1411。
第2减法器1411输入来自运算器1402的旋转最短停止角度信号和来自乘法器1410的旋转停止目标角度相对于当前的旋转角度的相对值信号，运算出这些信号的偏差并输出到第1提取运算器1412和第2提取运算器1413。
第1提取运算器1412输入来自第2减法器1411的偏差信号，在输入信号为负的情况下运算出输入信号的绝对值并输出。来自第2减法器1411的偏差信号为负是指旋转最短停止角度比旋转停止目标角度相对于当前的旋转角度的相对值信号小的情况，此时判断为在成为旋转停止目标角度之前能够使旋转停止，将偏差信号的负值的绝对值提取为旋转停止角度裕度信号，并输出到旋转控制部150。
第2提取运算器1413输入来自第2减法器1411的偏差信号，在输入信号为正的情况下，运算出输入信号的绝对值并输出。来自第2减法器1411的偏差信号为正是指旋转最短停止角度比旋转停止目标角度相对于当前的旋转角度的相对值信号大的情况，此时，判断为在旋转停止目标角度之前不能使旋转停止，将偏差信号的正值提取为旋转停止角度偏差信号，并输出到作业装置控制部160。
接下来，使用图7说明旋转控制部150的运算的详细内容。图7是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的旋转控制部的运算内容的一例的控制框图。旋转控制部150对应于旋转操作信号和旋转停止角度裕度信号来运算出旋转右驱动信号和旋转左驱动信号。旋转控制部150包括：第1函数发生器151、第2函数发生器152、第3函数发生器153、第1限制器154和第2限制器155。
第1函数发生器151输入来自左操作杆装置1d的旋转操作信号，根据预先设定的驱动信号图表来运算出与旋转操作信号相应的旋转右驱动信号，并输出到第1限制器154。同样地，第2函数发生器152输入来自左操作杆装置1d的旋转操作信号，根据预先设定的驱动信号图表来运算出与旋转操作信号相应的旋转左驱动信号，并输出到第2限制器155。
第3函数发生器153输入来自旋转可否停止判定部140的旋转停止角度裕度信号，根据预先设定的信号上限图表来运算出与旋转停止角度裕度信号相应的旋转驱动信号上限信号，并输出到第1及第2限制器154、155。
第1限制器154输入来自第1函数发生器151的旋转右驱动信号和来自第3函数发生器153的旋转驱动信号上限信号，输出限制为旋转驱动信号上限信号以下的旋转右驱动信号。同样地，第2限制器155输入来自第2函数发生器152的旋转左驱动信号和来自第3函数发生器153的旋转驱动信号上限信号，输出限制为旋转驱动信号上限信号以下的旋转左驱动信号。此外，第3函数发生器153的信号上限图表设定为：旋转停止角度裕度在正向越大，则旋转驱动信号上限越大。因此，如果旋转停止角度裕度信号大，则旋转右驱动信号及旋转左驱动信号不加限制地输出；旋转停止角度裕度信号越小，则旋转右驱动信号及旋转左驱动信号被限制得越小，使旋转减速。
接下来，使用图8说明作业装置控制部160的运算的详细内容。图8是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的作业装置控制部的结构的概念图。如图8所示，主控制器100的作业装置控制部160包括：要求速度运算部161、速度运动学坐标变换部162、位置运动学坐标变换部163、高度方向控制速度运算部164、半径方向控制速度运算部165、目标速度运算部166、速度逆运动学坐标变换部167和电磁阀驱动信号控制部168。
要求速度运算部161输入来自右操作杆装置1c的动臂操作量信号及铲斗操作信号和来自左操作杆装置1d的斗杆操作量信号，并作为分别对动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7的要求速度而分别运算出动臂要求速度信号、斗杆要求速度信号、铲斗要求速度信号，且输出到速度运动学坐标变换部162。
速度运动学坐标变换部162除了输入上述各要求速度信号以外还输入来自第2角度检测器13b的动臂角度信号、来自第3角度检测器13c的斗杆角度信号、来自第4角度检测器13d的铲斗角度信号，并基于各角度信号而进行公知的运动学坐标变换，由此根据各要求速度信号运算出作业装置的半径方向要求速度信号、高度方向要求速度信号和作业装置要求角速度信号，并输出到目标速度运算部166。
位置运动学坐标变换部163输入来自第2角度检测器13b的动臂角度信号、来自第3角度检测器13c的斗杆角度信号、来自第4角度检测器13d的铲斗角度信号，并进行公知的运动学坐标变换，由此运算出作业装置高度信号，并输出到高度方向控制速度运算部164。高度方向控制速度运算部164除了输入作业装置高度信号以外还从作业装置目标高度设定部130输入作业装置目标高度信号，并基于输入信号运算出高度方向控制速度信号和作业装置高度偏差信号，将高度方向控制速度信号输出到目标速度运算部166，将作业装置高度偏差信号输出到旋转停止目标角度设定部120。由高度方向控制速度运算部164进行的运算的详细内容将在后叙述。
半径方向控制速度运算部165输入来自旋转可否停止判定部140的旋转停止角度偏差信号和来自第1角度检测器13a的旋转角度信号，并基于输入信号运算出半径方向控制速度信号，且输出到目标速度运算部166。由半径方向控制速度运算部165进行的运算的详细内容将在后叙述。
目标速度运算部166输入来自速度运动学坐标变换部162的作业装置的半径方向要求速度信号、高度方向要求速度信号和作业装置要求角速度信号、来自高度方向控制速度运算部164的高度方向控制速度信号、及来自半径方向控制速度运算部165的半径方向控制速度信号，并基于输入信号运算出半径方向目标速度信号、高度方向目标速度信号、作业装置目标角速度信号，且输出到速度逆运动学坐标变换部167。由目标速度运算部166进行的运算的详细内容将在后叙述。
速度逆运动学坐标变换部167除了输入上述各目标速度信号(目标角速度信号)以外还输入来自第2角度检测器13b的动臂角度信号、来自第3角度检测器13c的斗杆角度信号和来自第4角度检测器13d的铲斗角度信号，并基于各角度信号进行公知的逆运动学坐标变换，由此根据半径方向目标速度信号、高度方向目标速度信号和作业装置目标角速度信号运算出动臂目标速度信号、斗杆目标速度信号和铲斗目标速度信号，并输出到电磁阀驱动信号控制部168。
电磁阀驱动信号控制部168根据动臂目标速度、斗杆目标速度、铲斗目标速度生成动臂抬升驱动信号、动臂下降驱动信号、斗杆挖掘驱动信号、斗杆卸载驱动信号、铲斗挖掘驱动信号和铲斗卸载驱动信号。
接下来，使用图9说明由高度方向控制速度运算部164进行的运算的详细内容。图9是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的高度方向控制速度运算部的运算内容的一例的控制框图。高度方向控制速度运算部164基于作业装置目标高度信号和作业装置高度信号运算出作业装置高度偏差等。高度方向控制速度运算部164包括减法器1641和乘法器1642。
减法器1641输入来自作业装置目标高度设定部130的作业装置目标高度信号和来自位置运动学坐标变换部163的作业装置高度信号，运算出偏差信号并输出到乘法器1642和旋转停止目标角度设定部120。乘法器1642对作为输入信号的偏差信号乘以增益Kh而运算出高度方向控制速度信号并向目标速度运算部166输出。增益Kh是公知的反馈控制的P增益，设定为：作业装置高度偏差信号越大，则在使作业装置上升的方向上的高度方向控制速度信号越大。
接下来，使用图10说明由半径方向控制速度运算部165进行的运算的详细内容。图10是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的半径方向控制速度运算部的运算内容的一例的控制框图。半径方向控制速度运算部165对旋转停止角度偏差信号乘以增益Kr而运算出半径方向控制速度信号，在预定的条件成立的情况下将半径方向控制速度信号输出到目标速度运算部166。半径方向控制速度运算部165包括乘法器1651、第1判定器1652、附条件连接器1653、微分器1654、第2判定器1655、逻辑与运算器1656和逻辑或运算器1657。
乘法器1651输入来自旋转可否停止判定部140的旋转停止角度偏差信号并对其乘以增益Kr而运算出半径方向控制速度信号且输出到附条件连接器1653。第1判定器1652输入旋转停止角度偏差信号，在判定为输入信号为正的情况下将逻辑信号1输出到逻辑或运算器1657。
逻辑或运算器1657输入逻辑与运算器1656的输出和第1判定器1652的输出，并将逻辑或信号输出到附条件连接器1653和逻辑与运算器1656。附条件连接器1653输入来自乘法器1651的半径方向控制速度信号和来自逻辑或运算器1657的逻辑或信号，在逻辑或信号为1时，进行连接而将半径方向控制速度信号输入为有效，在逻辑或信号为0时，解除连接而将无效值输出到目标速度运算部166。
乘法器1651的增益Kr是公知的反馈控制的P增益，旋转停止角度偏差越大，越向使作业装置靠近旋转轴的方向运算半径方向控制速度，执行作业装置的缩小动作。
微分器1654输入来自第1角度检测器13a的旋转角度信号，并进行微分运算，由此运算出旋转角速度信号并输出到第2判定器1655。第2判定器1655在判定为所输入的旋转角速度信号非大致为0的情况下将逻辑信号1输出到逻辑与运算器1656。逻辑与运算器1656将逻辑或运算器1657的逻辑信号和第2判定器1655的逻辑信号的逻辑与信号输出到逻辑或信号运算器1657。
上述回路的动作在由第2判定器1655判定为旋转角速度信号非大致为0且判定为旋转停止角度偏差为正的情况下，也使附条件连接器1653连接而将半径方向控制速度信号输出为有效。由此，即使在曾一度判定旋转停止角度偏差信号为正之后旋转停止角度偏差信号变为0的情况下，在旋转停止(旋转角速度信号大致成为0)之前也将半径方向控制速度信号设定为0并输出，因此能够禁止为旋转惯性矩增加的方向的作业装置的伸长动作。
接下来，使用图11说明由目标速度运算部166进行的运算的详细内容。图11是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的目标速度运算部的运算内容的一例的控制框图。目标速度运算部166包括最大值选择器1661、选择器1662和附条件切换器1663。
最大值选择器1661输入来自速度运动学坐标变换部162的高度方向要求速度信号和来自高度方向控制速度运算部164的高度方向控制速度信号，并选择较大的某一方信号而作为高度方向目标速度信号输出到速度逆运动学坐标变换部167。
选择器1662输入来自速度运动学坐标变换部162的半径方向要求速度信号和来自半径方向控制速度运算部165的半径方向控制速度信号，在没有输入半径方向控制速度信号的情况下选择半径方向要求速度信号，在输入了半径方向控制速度信号的情况下选择该信号并作为半径方向目标速度信号而输出到速度逆运动学坐标变换部167。
附条件切换器1663输入来自速度运动学坐标变换部162的作业装置要求角速度信号和来自半径方向控制速度运算部165的半径方向控制速度信号，在没有输入半径方向控制速度信号的情况下将作业装置要求角速度信号作为作业装置目标角速度输出到速度逆运动学坐标变换部167，在输入了半径方向控制速度信号的情况下，将0信号作为作业装置目标角速度输出到速度逆运动学坐标变换部167。
接下来，使用图12说明上述本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的动作。图12是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的主控制器的运算流程的一例的流程图。
主控制器100判断是否有紧急停止目标角度(步骤S121)。具体而言，干涉回避控制部170接收来自雷达装置32的进入物的位置信息，判断是否已将紧急停止目标角度信号输出到旋转停止目标角度设定部120。在有紧急停止目标角度的情况下，进入(步骤S122)，在除此以外的情况下进入(步骤S123)。
主控制器100将紧急停止目标角度设定为旋转停止目标角度(步骤S122)。具体而言，在旋转停止目标角度设定部120中，将来自干涉回避控制部170的紧急停止目标角度信号设定为旋转停止目标角度。由此，在检测到进入物的情况下，设定与进入物的位置相应的旋转停止目标角度，因此能够避免作业装置与进入物的干涉。
在(步骤S121)中没有紧急停止目标角度的情况下，主控制器100基于装入目标旋转角度进行与作业装置高度偏差相应的修正，并设定为旋转停止目标角度(步骤S123)。具体而言，在旋转停止目标角度设定部120中，运算出与作业装置高度偏差信号相应的修正量信号，从装入目标旋转角度中减少修正量。例如，在作业装置高度比作业装置目标高度低的情况下，偏差信号大，修正量也大，因此旋转停止目标角度变小。由此能够避免作业装置与自卸卡车等的干涉。
在执行了(步骤S122)或(步骤S123)的处理之后，主控制器100判断旋转停止目标角度是否比旋转最短停止角度小(步骤S141)。具体而言，在旋转可否停止判定部140中，运算出旋转停止目标角度相对于旋转角度的相对值与旋转最短停止角度之间的偏差，在该偏差为正时判定为旋转最短停止角度更大。在旋转停止目标角度比旋转最短停止角度小的情况下进入(步骤S161)，在除此以外的情况下进入(步骤S162)。
在旋转停止目标角度比旋转最短停止角度小的情况下，主控制器100执行作业装置的缩小动作(步骤S161)。具体而言，在旋转可否停止判定部140中，判定为在成为旋转停止目标角度之前不能使旋转停止，将上述偏差的正值作为旋转停止偏差信号输出到作业装置控制部160。作业装置控制部160基于该旋转停止偏差信号运算出使作业装置靠近旋转轴的方向上的半径方向控制速度。由此，执行作业装置的缩小动作。其结果是，旋转惯性矩减少，能够在所期望的旋转停止角度使上部旋转体停止。
另一方面，在(步骤S141)中，在旋转停止目标角度没有比旋转最短停止角度小的情况下，主控制器100判断是否为有旋转速度且作业装置的伸长动作处于禁止中、或者作业装置的缩小动作是否处于执行中(步骤S162)。具体而言，在作业装置控制部160的半径方向控制速度运算部165中设有所谓的自保持回路，该自保持回路根据旋转角度运算出旋转角速度，在判定为旋转角速度非大致为0且使用逻辑运算器判定旋转停止角度偏差为正的情况下，也输出半径方向控制速度。在有旋转速度且作业装置的伸长动作处于禁止中的情况下，或者作业装置的缩小动作处于执行中的情况下，进入(步骤S163)，除此以外的情况下进入结束，而结束处理。
在有旋转速度且作业装置的伸长动作处于禁止中的情况下，或者作业装置的缩小动作处于执行中的情况下，主控制器100禁止作业装置的伸长动作(步骤S163)。具体而言，在作业装置控制部160的半径方向控制速度运算部165中，在通过上述自保持回路曾一度判定旋转停止角度偏差为正之后旋转停止角度偏差变为0的情况下，也在旋转停止之前将半径方向控制速度继续设为0，由此禁止作业装置的伸长动作。从而防止旋转惯性矩的增加，能够在所期望的旋转停止角度使上部旋转体停止。
在执行了(步骤S161)或(步骤S163)的处理之后，进入结束，从而结束处理。
根据上述本发明的工程机械的控制装置的一实施方式，包括：判定旋转可否停止的旋转可否停止判定部140；和作业装置控制部160，其根据旋转可否停止信号而禁止作业装置向旋转半径方向的伸长动作或者执行作业装置向旋转半径方向的缩小动作，因此能够抑制旋转惯性的增加并且减少旋转惯性。由此能够在所期望的旋转停止角度使上部旋转体10停止。
此外，在本发明的一实施方式的说明中，作为检测动臂11、斗杆12和铲斗8的各角度的部件，说明了使用设在各连结部附近的第2至第4角度检测器的例子，但不限于此。例如，也可以是如下结构：在动臂缸5、斗杆缸6和铲斗缸7中分别装备有检测活塞杆的行程的行程传感器，并基于各活塞杆的行程来计算出动臂11、斗杆12和铲斗8的各角度。
此外，本发明不限于上述实施方式，包含各种变形例。例如，在上述实施方式中以液压挖掘机为例说明了本发明，但不限于此。只要包括旋转体和作业装置，则也能够适用于起重机等。
另外，上述实施方式是为了容易理解地说明本发明而进行的详细说明，但不必限定于包括所说明的全部结构。
附图标记说明
4：旋转液压马达、5：动臂缸、6：斗杆缸、7：铲斗缸、9：下部行驶体、10：上部旋转体、15：作业装置、13a：第1角度检测器、13b：第2角度检测器、13c：第3角度检测器、13d：第4角度检测器、22a～h：电磁比例阀、32：雷达装置、100：主控制器、110：作业装置目标位置设定部、120：旋转停止目标角度设定部、130：作业装置目标高度设定部、140：旋转可否停止判定部、150：旋转控制部、160：作业装置控制部。

Claims (4)

1.一种工程机械的控制装置，具有：下部行驶体；能够旋转地搭载于所述下部行驶体的上部旋转体；能够俯仰运动地安装于所述上部旋转体的作业装置；驱动所述上部旋转体旋转的旋转用液压执行机构；驱动所述作业装置的作业装置用液压执行机构；液压泵；对从所述液压泵分别向所述作业装置用液压执行机构及所述旋转用液压执行机构供给的液压油的流量和方向进行控制的作业装置用控制阀及旋转用控制阀；对所述作业装置及所述上部旋转体的动作进行指示的作业装置用操作装置及旋转用操作装置；以及基于来自所述作业装置用操作装置及旋转用操作装置的指示信号而向所述作业装置用控制阀及所述旋转用控制阀输出驱动信号的主控制器，所述工程机械的控制装置的特征在于，还具有：
第1角度检测器，其检测所述上部旋转体相对于所述下部行驶体的旋转角度；和
第2角度检测器，其检测所述作业装置相对于所述上部旋转体的俯仰角度，并且
所述主控制器包括：
旋转停止目标角度设定部，其设定所述上部旋转体的旋转停止目标角度；
旋转控制部，其基于由所述第1角度检测器检测出的所述上部旋转体的旋转角度与由所述旋转停止目标角度设定部设定的旋转停止目标角度之差、以及来自所述旋转用操作装置的指示信号而计算出对所述旋转用控制阀的驱动信号并输出；
旋转可否停止判定部，其基于由所述第1角度检测器检测出的所述上部旋转体的旋转角度、由所述旋转停止目标角度设定部设定的旋转停止目标角度、以及由所述第2角度检测器检测出的所述作业装置的俯仰角度，判定能否在所述上部旋转体到达所述旋转停止目标角度之前使旋转动作停止；以及
作业装置控制部，其在所述旋转可否停止判定部所判定的结果为否的情况下，向所述作业装置用控制阀输出限制或禁止所述作业装置向旋转惯性矩增加的方向上的动作的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的工程机械的控制装置，其特征在于，
所述旋转可否停止判定部基于旋转速度信号、旋转惯性矩信号和所述上部旋转体相对于所述下部行驶体的旋转角度运算出因惯性导致的旋转停止角度的增加量的最小值即旋转最短停止角度信号，其中，所述旋转速度信号是根据所述上部旋转体相对于所述下部行驶体的旋转角度而计算出的，所述旋转惯性矩信号是基于所述旋转速度信号和所述作业装置相对于所述上部旋转体的俯仰角度而计算出的，
在所述旋转最短停止角度信号比所述旋转停止目标角度大的情况下，判定为旋转不可停止。
3.根据权利要求1所述的工程机械的控制装置，其特征在于，还包括：
作业装置目标位置设定部，其设定使所述作业装置的前端配置的目标位置即作业装置目标位置；和
作业装置目标高度设定部，其基于所述作业装置目标位置设定部设定的所述作业装置目标位置来设定所述作业装置的目标高度信号，
所述作业装置控制部基于所述作业装置相对于所述上部旋转体的俯仰角度来计算出所述作业装置的高度信号，
所述旋转停止目标角度设定部根据所述作业装置的目标高度信号和所述作业装置的高度信号运算出偏差，并根据所述偏差来修正所述旋转停止目标角度。
4.根据权利要求1所述的工程机械的控制装置，其特征在于，
包括对作业区域周边的进入物的位置进行检测的进入物检测装置，
所述旋转停止目标角度设定部在从所述进入物检测装置接收到所述进入物的位置信号的情况下，设定与所述进入物的位置相应的旋转停止目标角度。
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