CN108691324B - 作业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够同时实现目标施工面的施工精度和燃料消耗量的降低的作业机械。在轨迹校正Pi压运算部(10b)中，基于从作业装置(400)到目标施工面(60)的距离(D)来计算动臂液压缸(33a)的控制信号即轨迹校正Pi压，以使前作业装置(400)的动作轨迹保持在目标施工面(60)的上方。在输出校正Pi压运算部(10a)中，当斗杆液压缸(33b)的目标输出与实际输出的差量比规定的输出值(W1)大时，基于斗杆液压缸(33b)的缸底压力来计算动臂液压缸(33a)的控制信号即输出校正Pi压。在斗杆液压缸(33a)的动作中，基于输出校正Pi压与轨迹校正Pi压中较大的一方来控制动臂液压缸(33a)。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及作业机械。
背景技术
近几年，在包括液压挖掘机在内的作业机械的领域内，以提高施工的精度和效率为目的而信息化施工机的开发变得活跃，该信息化施工机以各个车身保持目标施工面的信息、且目标施工面不被作业装置侵蚀的方式对作业装置的动作进行半自动控制。
在日本专利第5864775号公报所记载的液压挖掘机中，在操作斗杆而铲斗齿尖到达了目标施工面的情况下，通过自动抬升动臂来使铲斗齿尖以沿着目标施工面的方式动作。这时，不仅要考虑目标施工面与铲斗齿尖的距离，还要考虑斗杆操作量来计算动臂自动抬升的速度，由此抑制动臂的多余的上下运动即摆动，寻求目标施工面的施工精度的改善。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5864775号公报
在日本专利第5864775号公报所记载的液压挖掘机中，目标施工面的施工精度得到改善，而在燃油效率好的施工作业这一方面存在改良的余地。
例如，在想要沿着目标施工面挖掘坚硬的土壤的情况下，有在挖掘中途铲斗前端的负载变得过大而前作业装置的动作停止、斗杆或铲斗不工作而白白消耗燃料之虞。反之，若担忧这种事态而想要反复轻轻挖掘土壤表面来形成目标施工面的话，则作业所花费的挖掘次数会增加，因此作为结果存在多消耗燃料的隐患。
发明内容
本发明是基于以上的点而提出的，其目的在于提供一种能够同时实现目标施工面的施工精度和燃料消耗量的降低的作业机械。
本申请包括多种解决上述课题的方法，但若列举其中一例的话，则该作业机械具备：多关节型的作业装置，其进行目标施工面的形成作业；多个液压执行机构，其基于控制信号来驱动所述作业装置；和控制装置，其具有轨迹校正控制信号运算部，该轨迹校正控制信号运算部基于从所述作业装置到所述目标施工面的距离来计算所述多个液压执行机构中包含的至少一个校正对象液压执行机构的控制信号即轨迹校正控制信号，以使所述作业装置的动作轨迹保持在所述目标施工面的上方，在该作业机械中，所述控制装置还具有输出校正控制信号运算部，该输出校正控制信号运算部在所述多个液压执行机构中包含的至少一个特定液压执行机构的目标输出与实际输出的差量比规定的输出值大时，基于所述特定液压执行机构的驱动压力来计算所述校正对象液压执行机构的控制信号即输出校正控制信号，所述校正对象液压执行机构在所述特定液压执行机构的动作中，基于所述输出校正控制信号与所述轨迹校正控制信号中较大的一方而被控制。
发明效果
根据本发明，能够同时实现目标施工面的施工精度和燃料消耗量的降低。
附图说明
图1是本发明的实施方式的液压挖掘机的概要结构图。
图2是图1的液压挖掘机的系统结构图。
图3是控制器20的运算结构图。
图4是执行机构目标输出运算部3a的详细图。
图5是最大输出运算部4a的详细图。
图6是旋转基本输出运算部4b的详细图。
图7是动臂基本输出运算部4c的详细图。
图8是旋转动臂输出分配运算部4f的详细图。
图9是斗杆铲斗分配输出运算部4g的详细图。
图10是校正目标Pi压运算部3b的详细图。
图11是输出校正Pi压运算部10a的详细图。
图12是基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压运算部11b。
图13是输出校正目标动臂Pi压选择部11d的详细图。
图14是轨迹校正Pi压运算部10b的详细图。
图15是表示铲斗齿尖速度的垂直分量的极限值ay与距离D之间的关系的图。
图16是铲斗齿尖轨迹校正的说明图。
图17是校正目标Pi压选择部10c的详细图。
附图标记说明
3a：执行机构目标输出运算部、3b：校正目标Pi压运算部、3c：比例电磁阀指令电压运算部、4a：最大输出运算部、4b：旋转基本输出运算部、4c：动臂基本输出运算部、4d：斗杆基本输出运算部、4e：铲斗基本输出运算部、4f：旋转动臂输出分配运算部、4g：斗杆铲斗输出分配运算部、5a：发动机转速最大扭矩表、6a：旋转最大基本输出表、6b：旋转输出减少增益表、7a：动臂抬升基本输出表、7b：动臂下降基本输出表、8a：斗杆铲斗分配输出表、10a：输出校正Pi压运算部、10b：轨迹校正Pi压运算部、10c：校正目标Pi压选择部、11a：执行机构输出运算部、11b：基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压运算部、11c：基于铲斗的输出校正目标动臂Pi压运算部、11d：输出校正目标动臂Pi压选择部、12a：基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压表、14a：目标施工截面运算部、14b：轨迹校正目标动臂Pi压运算部、14c：矢量极限值运算部、20：控制器、21：发动机、22：发动机控制单元(ECU)、23：液压泵、24：齿轮泵、25：控制阀、26：操作杆、27：比例电磁阀、28：旋转液压马达、33：行驶液压马达、33a：动臂液压缸、33b：斗杆液压缸、33c：铲斗液压缸、36：动臂角度传感器、37：斗杆角度传感器、38：铲斗角度传感器、39：车身倾斜角度传感器、40：GNSS天线、41：先导压的压力传感器、42：各执行机构的压力传感器、43：各执行机构的速度传感器、50：目标施工面设定装置、51：发动机控制刻度盘、400：前作业装置、401：行驶体、402：旋转体、403：驾驶席、405：动臂、406：斗杆、407：铲斗
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的实施方式进行说明。
<1.液压挖掘机的硬件配置>
图1是本发明的实施方式的液压挖掘机的概要结构图。在图1中，液压挖掘机具备履带式的行驶体401、和以能够旋转的方式安装在行驶体401的上部的旋转体402。行驶体401由行驶液压马达33驱动。旋转体402由旋转液压马达28产生的扭矩来驱动，从而向左右方向旋转。
在旋转体402上设置有驾驶席403，在旋转体402的前方安装有能够进行目标施工面的形成作业的多关节型的前作业装置400。
前作业装置400具备由动臂液压缸33a驱动的动臂405、由斗杆液压缸33b驱动的斗杆406、和由铲斗液压缸33c驱动的铲斗407。
在驾驶席403内，设置有：操作杆26，其用于根据操作方向及操作量来产生针对动臂液压缸33a、斗杆液压缸33b、铲斗液压缸33c、行驶液压马达33及旋转液压马达28的控制信号(从齿轮泵24(参照图2)输出的先导压(以下也称为Pi压))，并通过该控制信号使动臂405、斗杆406、铲斗407、旋转体402及行驶体401动作；和发动机控制刻度盘51(参照图2)，其指示发动机21(参照图2)的目标转速。
图2是图1的液压挖掘机的系统结构图。本实施方式的液压挖掘机具备：发动机21；发动机控制单元(ECU)22，其为用于控制发动机21的计算机；液压泵23及齿轮泵(先导泵)24，其与发动机21的输出轴机械地连结且由发动机21驱动；操作杆26，其将从齿轮泵24排出的液压油在根据操作量进行减压之后的压力作为各执行机构28、33、33a、33b、33c的控制信号经由比例电磁阀27输出至控制阀25；多个控制阀25，其基于从操作杆26或比例电磁阀27输出的控制信号(先导压(以下有时称为Pi压))来控制从液压泵23向各液压执行机构28、33、33a、33b、33c导入的工作油的流量及方向；多个压力传感器41，其检测作用于各控制阀25的Pi压的压力值；作为计算机的控制器(控制装置)20，其基于前作业装置400的位置、姿势及其他车身信息来计算校正目标Pi压，并将能够产生该校正目标Pi压的指令电压输出至比例电磁阀27；和目标施工面设定装置50，其用于将由前作业装置400形成的目标施工面的信息输入控制器20。
液压泵23被机械地控制扭矩、流量，以使车身按照各液压执行机构28、33、33a、33b、33c的目标输出(后述)动作。
控制阀25存在与作为控制对象的液压执行机构28、33、33a、33b、33c相同的数量，但在图2中将它们统一由一个来表示。对于各控制阀作用使其内部的阀柱(spool)向轴向的一方或另一方移动的两个Pi压。例如，对于动臂液压缸33a用的控制阀25作用动臂抬升的Pi压和动臂下降的Pi压。
压力传感器41检测作用于各控制阀25的Pi压，存在有控制阀的2倍的数量。压力传感器41设在控制阀25的正下方，检测实际上作用于控制阀25的Pi压。
比例电磁阀27存在有多个，但在图2中统一由一个框来表示。比例电磁阀27有两种。一种是减压阀，其将从操作杆26输入的Pi压直接输出或减压至由指令电压指定的所希望的校正目标Pi压而输出，另一种是增压阀，其在需要比操作杆26输出的Pi压大的Pi压的情况下，将从齿轮泵24输入的Pi压增压至由指令电压指定的所希望的校正目标Pi压而输出。关于针对某控制阀25的Pi压，在需要比从操作杆26输出的Pi压大的Pi压的情况下，经由增压阀来生成Pi压，在需要比从操作杆26输出的Pi压小的Pi压的情况下，经由减压阀来生成Pi压，在未从操作杆26输出Pi压的情况下，经由增压阀来生成Pi压。也就是说，通过减压阀和增压阀，能够使压力值与从操作杆26输入的Pi压(基于操作员操作的Pi压)不同的Pi压作用于控制阀25，并能使作为该控制阀25的控制对象的液压执行机构进行所希望的动作。
对于一个控制阀25，减压阀和增压阀分别最多能够存在有两个。在本实施方式中，为了供动臂液压缸33a的控制阀25使用而设有两个减压阀和两个增压阀。具体而言，液压挖掘机具备：第1减压阀，其设在将动臂抬升的Pi压从操作杆26引导至控制阀25的第1管路上；第1增压阀，其设置在将动臂抬升的Pi压从齿轮泵24绕过操作杆26而引导至控制阀25的第2管路上；第2减压阀，其设置在将动臂下降的Pi压从操作杆26引导至控制阀25的第3管路上；和第2增压阀，其设置在将动臂下降的Pi压从齿轮泵24绕过操作杆26而引导至控制阀25的第4管路上。
本实施方式的比例电磁阀27仅是为了供动臂液压缸33a的控制阀25使用而设置的，供其他执行机构28、33、33b、33c的控制阀25使用的比例电磁阀27并不存在。因此，斗杆液压缸33b、铲斗液压缸33c、旋转液压马达28及行驶液压马达33基于从操作杆26输出的Pi压而被驱动。
需要说明的是，在本说明书中，输入至动臂液压缸33a的控制阀25的Pi压(针对动臂的控制信号)均称为“校正Pi压”(或校正控制信号)，而不论有无基于比例电磁阀27进行的Pi压的校正。
控制器20具有输入部、作为处理器的中央处理装置(CPU)、作为存储装置的只读存储器(ROM)及随机存取存储器(RAM)、和输出部。输入部将输入至控制器20的各种信息转换成CPU能够运算。ROM是存储有执行后述的运算处理的控制程序、和该运算处理的执行所必需的各种信息等的记录介质，CPU根据存储于ROM的控制程序对从输入部及ROM、RAM获取的信号进行规定的运算处理。从输出部输出用于以目标转速驱动发动机21的指令、和为了使指令电压作用于比例电磁阀27而必需的指令等。需要说明的是，存储装置并不限于上述的ROM及RAM这些半导体存储器，例如能够替代为硬盘驱动器等磁存储装置。
在控制器20上连接有：ECU22；多个压力传感器41；两根GNSS天线40；铲斗角度传感器38；斗杆角度传感器37；动臂角度传感器36；车身倾斜角度传感器39；用于检测各液压执行机构28、33、33a、33b、33c的压力的多个压力传感器42；用于检测各液压执行机构28、33、33a、33b、33c的动作速度的多个速度传感器43；和目标施工面设定装置50。
控制器20基于来自GNSS天线40的输入信号计算相对于目标施工面60的车身位置，并基于来自铲斗角度传感器38、斗杆角度传感器37、动臂角度传感器36及车身倾斜角度传感器39的输入信号计算前作业装置400的姿势。也就是说，在本实施方式中，GNSS天线40作为位置传感器发挥功能，铲斗角度传感器38、斗杆角度传感器37、动臂角度传感器36及车身倾斜角度传感器39作为姿势传感器发挥功能。此外，车身倾斜角度也可以根据来自两根GNSS天线40的输入信号进行计算。
在本实施方式中，作为液压缸33a、33b、33c的速度传感器43而利用了行程传感器。另外，作为液压缸33a、33b、33c的压力传感器42，在各液压缸33a、33b、33c具备缸底压力检测传感器和活塞杆压力检测传感器。
需要说明的是，在本说明书中说明的计算车身位置、前作业装置400的姿势、各执行机构的压力、各执行机构的速度时利用的手段和方法只不过是个一个例子，能够利用公知的计算手段和方法。
目标施工面设定装置50是能够输入与目标施工面60(参照图15)相关的信息(包括各目标施工面的位置信息和倾斜角度信息)的接口。目标施工面设定装置50与存储有在世界坐标系(绝对坐标系)上规定的目标施工面的三维数据的外部终端(未图示)连接，从该外部终端输入的目标施工面的信息经由目标施工面设定装置50被存储至控制器20内的存储装置。此外，经由目标施工面设定装置50进行的目标施工面的输入也可以由操作员手动进行。
<2.控制器20的运算结构>
图3是控制器20的运算结构图。控制器20具备：执行机构目标输出运算部3a，其分别运算液压缸33a、33b、33c及旋转液压马达28的目标输出；校正目标Pi压运算部3b，其计算动臂液压缸33a(动臂405)的校正目标Pi压；比例电磁阀指令电压运算部3c，其以校正目标Pi压为基础来计算动臂液压缸33a用的四个比例电磁阀27(第1及第2减压阀和第1及第2增压阀)的指令电压(比例电磁阀指令电压)；和发动机输出指令运算部3d，其计算输出至ECU22的发动机输出指令。
<2.1.执行机构目标输出运算部3a>
图4是执行机构目标输出运算部3a的详细图。执行机构目标输出运算部3a具有最大输出运算部4a、旋转基本输出运算部4b、动臂基本输出运算部4c、斗杆基本输出运算部4d、铲斗基本输出运算部4e、旋转动臂输出分配运算部4f、和斗杆铲斗输出分配运算部4g，计算液压缸33a、33b、33c及旋转液压马达28的目标输出。
图5是最大输出运算部4a的详细图。最大输出运算部4a从ECU22输入发动机目标转速。最大输出运算部4a在Gain部5b中使转换成输出维度的系数作用于将发动机目标转速输入至发动机转速最大扭矩表5a而得到的最大扭矩与发动机目标转速的乘积，减去辅机(搭载于液压挖掘机上的空调、收音机等)的消耗输出，并进一步在Eff部5c中使得到的结果与效率相乘，由此计算执行机构的最大输出。Eff部5c中利用的“效率”能够根据输入至液压泵23的输出转换成执行机构的功的效率的典型值来决定，更具体地，还能由将发动机输出作为输入的效率表来决定。通过以上的运算，能够计算执行机构的合计最大输出。
图6是旋转基本输出运算部4b的详细图。旋转基本输出运算部4b将从压力传感器41取得的旋转体402的右旋转Pi压(右旋转操作量)及左旋转Pi压(左旋转操作量)、从速度传感器43取得的旋转体402的旋转速度输入，计算旋转单独操作时的目标输出即旋转基本输出。首先，将左右的旋转Pi压的最大值输入至旋转最大基本输出表6a来决定旋转最大基本输出。该表以旋转最大基本输出相对于旋转Pi压的增加而单调增加的方式设定。其次，将旋转速度输入至旋转输出减少增益表6b来决定输出减少增益，并通过得到该输出减少增益与旋转最大基本输出的乘积来决定旋转基本输出。旋转输出减少增益表6b以输出减少增益相对于旋转速度的增加而单调减少的方式设定，这是因为旋转在开始动作时需要最大的输出，而在开始动作之后所需要的输出逐渐减少。因此，优选事先进行调试以使旋转操作感变得顺畅。
图7是动臂基本输出运算部4c的详细图。动臂基本输出运算部4c将动臂抬升Pi压(动臂抬升操作量)和动臂下降Pi压(动臂下降操作量)输入来计算动臂基本输出。动臂抬升Pi压和动臂下降Pi压分别输入至专用的动臂抬升基本输出表7a和动臂下降基本输出表7b而转换成动臂抬升基本输出和动臂下降基本输出，将两者中较大的一方的值作为动臂基本输出。与旋转的情况相同地，以基本输出相对于Pi压(操作量)的增加而单调增加的方式设定，各基本输出表示在单独动作时所必需的输出。
斗杆基本输出运算部4d和铲斗基本输出运算部4e进行与动臂基本输出运算部4c同样的计算来决定各自的基本输出。两个运算部4d、4e的运算与将图7中的文字“动臂”替换成“斗杆”或“铲斗”的运算相当，故省略说明。
图8是旋转动臂输出分配运算部4f的详细图。旋转动臂输出分配运算部4f将由最大输出运算部4a计算出的最大输出、和由四个基本输出运算部4b、4c、4d、4e计算出的旋转基本输出、动臂基本输出、斗杆基本输出及铲斗基本输出作为输入，计算旋转目标输出和动臂目标输出。
首先，旋转动臂输出分配运算部4f将斗杆基本输出与铲斗基本输出的合计值输入至斗杆铲斗分配输出表8a，计算斗杆铲斗分配输出。斗杆铲斗分配输出表8a也以输出相对于输入即基本输出的增加而单调增加的方式设定，但输出与输入相比始终为较小的值。这是基于以下的意图：在本实施方式的系统中，使动臂和旋转的输出优先于斗杆和铲斗的输出，因此在这些同时被操作的情况下，预先为斗杆和铲斗确保一定程度的输出。
其次，旋转动臂输出分配运算部4f通过旋转比率运算部8b计算旋转基本输出相对于旋转基本输出与动臂基本输出的合计的比，并通过动臂比率运算部8c计算动臂基本输出相对于旋转基本输出与动臂基本输出的合计的比。然后，从自最大输出运算部4a输入的最大输出中减去表8a的输出即斗杆铲斗分配输出。将其结果所得到的值与旋转基本输出和动臂基本输出的合计中的较小的一方基于由比率运算部8b、8c计算出的比而分配给旋转和动臂，从而决定旋转目标输出和动臂目标输出。
图9是斗杆铲斗输出分配运算部4g的详细图。斗杆铲斗输出分配运算部4g输入由最大输出运算部4a计算出的最大输出、由旋转动臂输出分配运算部4f计算出的旋转目标输出及动臂目标输出、由斗杆基本输出运算部4d计算出的斗杆基本输出、和由铲斗基本输出运算部4e计算出的铲斗基本输出，计算斗杆目标输出和铲斗目标输出。
斗杆铲斗输出分配运算部4g通过斗杆比率运算部9b计算斗杆基本输出相对于斗杆基本输出与铲斗基本输出的合计的比，并通过铲斗比率运算部9c计算铲斗基本输出相对于斗杆基本输出与铲斗基本输出的合计的比。然后，从最大输出中减去旋转目标输出与动臂目标输出的合计值，并将其结果所得到的值与斗杆基本输出和铲斗基本输出的合计中的较小的一方基于由比率运算部9b、9c计算出的比而分配给斗杆和铲斗，从而决定斗杆目标输出和铲斗目标输出。
<2.2.校正目标Pi压运算部3b>
图10是校正目标Pi压运算部3b的详细图。校正目标Pi压运算部3b具备输出校正Pi压运算部10a、轨迹校正Pi压运算部10b、和校正目标Pi压选择部10c。校正目标Pi压运算部3b分别计算用于使斗杆406或铲斗407的输出恰当的动臂液压缸33a(动臂405)的校正目标Pi压(称为“输出校正Pi压”)、和用于将前作业装置400的动作轨迹保持在目标施工面60的上方的动臂液压缸33a(动臂405)的校正目标Pi压(称为“轨迹校正Pi压”)，并将两者中基于规定条件所选择的一个作为动臂液压缸33a(动臂405)的校正目标Pi压而输出。其中，以下将指示动臂抬升的Pi压设为“正”，将指示动臂下降的Pi压设为“负”。
<2.2.1.输出校正Pi压运算部10a>
图11是输出校正Pi压运算部10a的详细图。输出校正Pi压运算部10a具备执行机构输出运算部11a、基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压运算部11b、基于铲斗的输出校正目标动臂Pi压运算部11c、和输出校正目标动臂Pi压选择部11d，计算用于使斗杆406或铲斗407的输出恰当的动臂液压缸33a(动臂405)的校正Pi压(输出校正目标Pi压)。
输出校正Pi压运算部10a构成为基于下述(1)-(4)的方针进行运算。
(1)在挖掘时(进行斗杆回收和铲斗铲装的至少一方时(下同))，当斗杆406及铲斗407的目标执行机构输出(目标输出)与实际执行机构输出(实际输出)的差比规定的输出值W1小时，视为正在以恰当的负载由斗杆406及铲斗407进行作业的状态，并不通过控制器20进行基于动臂405的自动抬升下降(机器控制)的负载调整。也就是说，在这种情况下不校正动臂405的Pi压。
(2)在挖掘时，若斗杆406及铲斗407的目标执行机构输出与实际执行机构输出的差比规定的输出值W1大、且斗杆406及铲斗407的执行机构33b、33c的缸底压力(驱动压力)比规定的压力值P1小的话，则视为负载过小而执行机构33b、33c未充分进行工作的状态，并自动进行动臂下降来使执行机构33b、33c的工作效率(在规定的时间内能够挖掘的砂土量)增加。也就是说，在这种情况下将动臂405的Pi压校正成负值。
(3)在挖掘时，若斗杆406及铲斗407的目标执行机构输出与实际执行机构输出的差比规定的输出值W1大、且斗杆406及铲斗407的执行机构压力比规定的压力值P1大的话，则视为负载过大而执行机构33b、33c无法工作的状态，并通过自动进行动臂抬升而减小执行机构33b、33c的负载来使执行机构33b、33c的工作效率(在规定的时间内能够挖掘的砂土量)增加。也就是说，在这种情况下将动臂405的Pi压校正成正值。
(4)当基于操作杆26的操作指示中包含针对旋转体402的旋转指示时，不进行上述(2)和(3)的控制。也就是说，不校正动臂405的Pi压。这是因为，当考虑到通过在挖掘动作中增加旋转动作来一边将铲斗407向侧面推压一边进行挖掘的挖沟等情况时，动臂405自动动作对于操作员来说会变得不方便。
接着，对各运算部11a、11b、11c、11d中的运算的具体内容进行说明。
执行机构输出运算部11a将根据速度传感器43的输出而计算出的斗杆液压缸速度及铲斗液压缸速度、和根据压力传感器42的输出而计算出的斗杆液压缸33b的缸底压力及活塞杆压力以及铲斗液压缸33c的缸底压力及活塞杆压力输入，计算斗杆406和铲斗407的实际输出(实际的执行机构33b、33c的输出)。实际的执行机构输出(ActPwr)一般将液压缸的活塞杆半径设为Rrod、将缸底半径设为Rbtm、将液压缸速度设为Vsyl、将液压缸缸底压力设为Pbtm、将液压缸活塞杆压力设为Prod而由下述算式来表示。执行机构输出运算部11a利用该算式分别计算斗杆406和铲斗407的实际输出。此外，在斗杆放出和铲斗卸载时，在与后续的基于运算部11b进行的运算之间的关系上，也可以省略输出的运算。
ActPwr＝{Rbtm 2×Pbtm－(Rbtm 2－Rrod 2)×Prod}×2πVsyl
图12是基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压运算部11b的详细图。基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压运算部11b根据斗杆回收时的斗杆406的目标输出与实际输出的差、斗杆缸底压力(斗杆液压缸33b的驱动压力)、和基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压表12a，来运算用于进行动臂抬升及下降的动臂405的输出校正目标Pi压(基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压)。
基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压表12a基于上述方针(1)-(3)制成，是将第1输入设为斗杆目标输出与斗杆实际输出的差量、将第2输入设为斗杆缸底压力的三维表，输出基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压。表12a中的纵轴的+侧表示动臂抬升的校正目标Pi压，－侧表示动臂下降的校正目标Pi压。当斗杆目标输出与斗杆实际输出的差量超过输出值W1时产生动臂405的校正目标Pi压。表12a中的实线在斗杆缸底压力处于释放压力时(即，在斗杆缸底压力为最大值时)，与斗杆缸底压力变小相应地向虚线那方移动。表12a中的虚线相当于空载且是空中动作时的斗杆缸底压力(即，相当于斗杆缸底压力为最小值时)。表12a构成，为当斗杆缸底压力为压力值P1时，规定校正目标动臂Pi压的图形与表12a的横轴一致。由此，在动臂自动地动作的情况下，当斗杆缸底压力比压力值P1大时成为动臂抬升，当比压力值P1小时成为动臂下降。当斗杆目标输出与斗杆实际输出的差量超过输出值W1时，基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压的大小设定为直到达到规定的值为止都单调增加。作为该“规定的值”，例如，能够利用与在将操作杆26仅操作了完整操作的一半时输出的Pi压相当的值。
基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压运算部11b将斗杆回收Pi压输入。由于斗杆回收Pi压为0时是正在进行斗杆放出动作时(未挖掘时)，脱离了本控制的目标，所以将斗杆目标输出与斗杆实际输出的差固定为0。在这种情况下，通过表12a，基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压也成为0。
基于铲斗的输出校正目标动臂Pi压运算部11c进行与基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压运算部11b同样的计算来决定基于铲斗的输出校正目标动臂Pi压。基于铲斗的输出校正目标动臂Pi压运算部11c的运算与将图12中的文字“斗杆”替换成“铲斗”的运算相当，故省略说明。此外，基于铲斗的动臂输出校正目标Pi压运算部11c也利用与图12的表12a相同的表，但该表也可以具有不同于表12a的特性。
图13是输出校正目标动臂Pi压选择部11d的详细图。在输出校正目标动臂Pi压选择部11d中，选择由运算部11b计算出的基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压和由运算部11c计算出的基于铲斗的输出校正目标动臂Pi压中的某一方，并将其输出至校正目标Pi压选择部10c。
在液压挖掘机中，当挖掘时(斗杆回收时)斗杆406因过负载而不再动作的情况并不少。因此，在本实施方式中，优先选择运算部11b的计算值，而使斗杆406要求的动臂动作优先。具体而言，在基于斗杆的动臂输出校正目标Pi压为0以上、即要求动臂抬升的情况下，选择基于斗杆的动臂输出校正目标Pi压与基于铲斗的动臂输出校正目标Pi压中的最大值来作为动臂输出校正目标Pi压。另一方面，在基于斗杆的动臂输出校正目标Pi压为负、即要求动臂下降的情况下，选择两者中的最小值来作为动臂输出校正目标Pi压。当这样构成时，在基于斗杆的动臂输出校正目标Pi压与基于铲斗的动臂输出校正目标Pi压的正负不同的情况下，始终选择基于斗杆的动臂输出校正目标Pi压。但是，当经由操作杆26输入旋转操作时，基于上述方针(4)将动臂输出校正目标Pi压设为0。
<2.2.2.轨迹校正Pi压运算部10b>
图14是轨迹校正Pi压运算部10b的详细图。轨迹校正Pi压运算部10b具有目标施工截面运算部14a、矢量极限值运算部14c、和轨迹校正目标动臂Pi压运算部14b，并以将前作业装置400的动作轨迹保持在目标施工面的上方的方式，基于从前作业装置400到目标施工面的距离D来计算动臂液压缸33a(动臂405)的校正目标Pi压(轨迹校正目标动臂Pi压)。
目标施工截面运算部14a输入经由目标施工面设定装置50输入的目标施工面的信息、基于来自GNSS天线40的输入而计算出的车身的位置信息、和基于来自角度传感器36、37、38、39的输入而计算出的前作业装置400的姿势信息及位置信息。目标施工截面运算部14a根据这些输入信息来制作在利用平行于旋转轴且从铲斗407的重心通过的平面将目标施工面60切断时得到的目标施工面的截面图，并在该截面中计算铲斗407的齿尖位置与目标施工面60的距离D。
矢量极限值运算部14c以距离D和图15的表为基础来计算铲斗407的齿尖的速度矢量的垂直于目标施工面60的分量(以下简称为“垂直分量”)的极限值V1'y。极限值V1'y以在距离D为0时为0、并根据距离D的增加而单调减少的方式设定，当距离D超过规定的值d1时则设定为－∞。极限值的决定方法并不限于图15的表，只要至少在距离D从0到规定的正值为止的范围内极限值是单调减少的，就能代替。
如图16所示，在本实施方式中，通过相对于铲斗407的齿尖的速度矢量V1增加由动臂抬升产生的速度矢量V2来校正铲斗407的齿尖的速度矢量并将其设为V1'，以使铲斗407的齿尖的速度矢量的垂直分量保持在极限值V1'y以上。在轨迹校正目标动臂Pi压运算部14b中，计算为了通过动臂抬升来产生速度矢量V2而必需的动臂液压缸33a的校正目标Pi压(轨迹校正目标动臂Pi压)。另外，也可以通过预先测定动臂抬升特性来取得轨迹校正目标动臂Pi压与V2的关联。需要说明的是，在本实施方式中，轨迹校正目标动臂Pi压成为0以上的值。
例如在图16的A的情况下，矢量V1是根据前作业装置400的姿势信息和各液压缸速度而计算出的校正前的铲斗齿尖速度矢量。由于该矢量V1的垂直分量与极限值V1'y方向相同、且其大小超过了极限值V1'y的大小，所以必须增加由动臂抬升产生的速度矢量V2来校正矢量V1，以使校正后的铲斗齿尖速度矢量的垂直分量变成V1'y。矢量V2的方向是以从动臂405的转动中心到铲斗齿尖407a的距离为半径的圆的切线方向，能够根据这时的前作业装置400的姿势来计算。然后，将具有该计算出的方向的矢量、且具有通过对校正前的矢量V1增加而使校正后的矢量V1'的垂直分量成为V1'y的大小的矢量决定为V2。由于该矢量V2是唯一确定的，所以轨迹校正目标动臂Pi压运算部14b能够计算矢量V2的产生所必需的动臂液压缸33a的校正目标Pi压(轨迹校正目标动臂Pi压)。
在图16的B的情况下，由于距离D为0，所以极限值V1'y根据图15的表而变成0，从而校正后的矢量V1'变成沿着目标施工面60的矢量。为了产生矢量V1'，通过矢量运算而对齿尖速度矢量V1增加矢量V2并进行校正即可，因此计算矢量V2的产生所必需的动臂抬升的Pi压(轨迹校正目标动臂抬升Pi压)。需要说明的是，V2的大小也可以通过利用V1和V1'的大小、以及V1与V1'构成的角度θ并适用余弦定理而求出。
当像图15的表那样决定齿尖速度矢量的极限值时，随着铲斗齿尖407a靠近目标施工面60而齿尖速度矢量的垂直分量逐渐接近于0，因此能够防止齿尖407a侵入目标施工面60的下方。
需要说明的是，在矢量V1的垂直分量向上的情况下、或者在即使矢量V1的垂直分量向下但其大小也比极限值V1'y小的情况下不进行校正，轨迹校正目标动臂Pi压设为0。
<2.2.3.校正目标Pi压选择部10c>
图17是校正目标Pi压选择部10c的详细图。校正目标Pi压选择部10c选择用于将前作业装置400的动作轨迹保持在目标施工面60的上方的轨迹校正目标动臂Pi压、和用于调整斗杆406或铲斗407的输出以使基于前作业装置400的工作效率提高的输出校正目标动臂Pi压中的某一方，由此决定最终的动臂的校正Pi压(校正目标Pi压)。
校正目标Pi压选择部10c构成为基于下述(Ⅰ)-(Ⅱ)的方针进行Pi压选择。
(Ⅰ)在轨迹校正目标动臂Pi压和输出校正目标动臂Pi压均请求了动臂抬升的情况(也就是在两者的符号均为正的情况)下，采用值较大的一方。
(Ⅱ)在轨迹校正目标动臂Pi压为0(无请求)的情况下，采用输出校正目标动臂Pi压值。
<2.3.比例电磁阀指令电压运算部3c>
在此返回至图3。比例电磁阀指令电压运算部3c根据由校正目标Pi运算部3b计算出的校正目标Pi压来决定向比例电磁阀的指令值，对液压执行机构(在此为动臂液压缸33a)的Pi压进行增压来校正前作业装置400的动作。比例电磁阀指令电压运算部3c保持有特性图并基于该特性图来计算比例电磁阀27的指令值，其中，该特性图表示与液压执行机构对应的比例电磁阀27在施加多大程度的电压的情况下会成为能够得到作为目标的Pi压的开口。
<3.动作>
接着，对由如上所述构成的液压挖掘机进行了目标施工面的形成作业的情况下的典型动作进行说明。在此，为了简化说明而设为由运算部11b计算出的基于铲斗的输出校正目标动臂Pi压保持为0。
[3.1.当从齿尖407a到目标施工面60的距离D超过d1时]
首先，在从铲斗齿尖407a到目标施工面60的距离超过d1(参照图15)的挖掘开始时的情况下，由于从齿尖407a到目标施工面60的距离足够，所以前作业装置400不可能侵入目标施工面60的下方，从而由轨迹校正Pi压运算部10b计算出的轨迹校正目标动臂Pi压保持为0。由此，动臂405的校正目标Pi压仅由输出校正Pi压运算部10a生成。因此，基于图12的表12a，根据斗杆406的目标输出与实际输出的差量和斗杆缸底压力(斗杆回收时的斗杆液压缸33b的驱动压力)的组合来生成输出校正目标动臂Pi压。
[3.1.1.当斗杆406的目标输出与实际输出的差量为W1以下时]
当距离D超过d1且斗杆406的目标输出与实际输出的差量为W1以下时，视为正在按照设想进行作业，根据表12a使输出校正目标动臂Pi压保持为0，不进行强制性的动臂的抬升、下降。
[3.1.2.当斗杆406的目标输出与实际输出的差量超过W1时]
然而，在斗杆406的目标输出与实际输出的差量超过W1的情况下，视为并未按照设想进行作业，根据斗杆缸底压力来计算输出校正目标动臂Pi压并进行强制性的动臂405的抬升、下降。
[3.1.2.1.当斗杆缸底压力比规定值P1大时]
首先，在输出的差量超过W1且斗杆缸底压力比规定值P1大的情况下，视为因铲斗407撞在了坚硬的地面上等而对斗杆液压缸33b过度施加负载，作为输出校正目标动臂Pi压而输出正值，并在前作业装置400的动作中自动增加动臂抬升。由于通过该动臂抬升而前作业装置400的操作自动变更为挖掘距地表浅的部分的动作，所以斗杆液压缸33b的负载降低并抑制液压泵23输出的浪费，其结果是能够抑制燃料消耗量。
另外，这种情况下若反复进行挖掘动作而继续挖掘施工对象的话，则距离D会达到d1以下，轨迹校正Pi压运算部10b变为能够产生轨迹校正目标动臂Pi压。在产生了轨迹校正目标动臂Pi压的情况下，由于轨迹校正目标动臂Pi压和输出校正目标动臂Pi压均为正，所以校正目标Pi压选择部10c选择的是两个校正目标动臂Pi压中值较大的一方。例如，在选择了轨迹校正目标动臂Pi压的情况下，当挖掘时前作业装置400以齿尖407a沿着目标施工面60的方式动作，能够精度良好地形成目标施工面。反之，在选择了输出校正目标动臂Pi压的情况下，当挖掘时前作业装置400以齿尖407a远离目标施工面60的方式动作，能够抑制燃料消耗量。因此，在任一情况下齿尖407a都不会侵入目标施工面60的下方，能够实现尽可能沿着目标施工面60的挖掘；在对斗杆液压缸33b过度施加负载的情况下，由于自动增加动臂抬升而负载变小，所以能够抑制无用的燃料消耗。
[3.1.2.2.当斗杆缸底压力比规定值P1小时]
另一方面，在输出的差量超过W1且斗杆缸底压力比规定值P1小的情况下，视为因铲斗407挖掘软的地面等而斗杆液压缸33b的负载过轻，作为输出校正目标动臂Pi压而输出负值，在前作业装置400的动作中自动增加动臂下降。由于通过该动臂下降而自动变更为挖掘距地表深的部分的动作，所以斗杆液压缸33b的工作量增加从而挖掘次数减少，能够抑制燃料消耗量。
另外，这种情况下若反复进行挖掘动作而继续挖掘施工对象的话，则距离D会达到d1以下，轨迹校正Pi压运算部10b变为能够产生轨迹校正目标动臂Pi压。然而，在产生了轨迹校正目标动臂Pi压的情况下，由于轨迹校正目标动臂Pi压为正、且输出校正目标动臂Pi压为负，所以校正目标Pi压选择部10c选择的始终是轨迹校正目标动臂Pi压。若基于轨迹校正目标动臂Pi压来控制动臂液压缸33a的话，则在挖掘时前作业装置400以齿尖407a沿着目标施工面60的方式动作，能够精度良好地形成目标施工面。
<4.特征和效果>
对上述实施方式的特征和效果进行总结。
(1)上述实施方式的液压挖掘机具备：多关节型的前作业装置(作业装置)400，其进行目标施工面60的形成作业；多个液压执行机构33a、33b、33c，其基于Pi压(控制信号)来驱动前作业装置400；和控制器20，其具有轨迹校正Pi压运算部10b，该轨迹校正Pi压运算部10b基于从作业装置400到目标施工面60的距离D来计算多个液压执行机构33a、33b、33c中包含的动臂液压缸(校正对象液压执行机构)33a的控制信号即轨迹校正Pi压，以使前作业装置400的动作轨迹保持在目标施工面60的上方，控制器20还具有输出校正Pi压运算部10a，该输出校正Pi压运算部10a在多个液压执行机构33a、33b、33c中包含的斗杆液压缸33b或铲斗液压缸33c(特定液压执行机构)的目标输出与实际输出的差量比规定的输出值W1大时，基于斗杆液压缸33b或铲斗液压缸33c(特定液压执行机构)的缸底压力(驱动压力)来计算动臂液压缸33a(校正对象液压执行机构)的控制信号即输出校正Pi压，以使斗杆液压缸33b或铲斗液压缸33c的工作效率(在规定时间内能够挖掘的砂土量)增加，动臂液压缸33a(校正对象液压执行机构)在斗杆液压缸33b或铲斗液压缸33c(特定液压执行机构)的动作中，基于输出校正Pi压与轨迹校正Pi压中较大的一方而被控制。
若像这样控制动臂液压缸33a的话，则不会使前作业装置400侵入目标施工面60的下方，能够实现尽可能沿着目标施工面60的挖掘，并且在对斗杆液压缸33b或铲斗液压缸33c过度施加负载的情况下，由于自动增加动臂抬升而负载变小，所以能够抑制无用的燃料消耗。因此，能够同时实现目标施工面的施工精度和燃料消耗量的降低。
(2)在上述(1)的液压挖掘机中，输出校正Pi压运算部10a在斗杆液压缸33b或铲斗液压缸33c(特定液压执行机构)的缸底压力(驱动压力)比规定的压力值P1大时，以通过动臂液压缸33a(校正对象液压执行机构)的动作使作业装置400远离目标施工面60的方式计算输出校正Pi压。
由此，当斗杆液压缸33b或铲斗液压缸33c在挖掘时因过载而未工作时，自动进入像自动卸除负载这样的动作，因此不会浪费液压泵23的输出，能够抑制燃料消耗量。
(3)在上述(1)或(2)的液压挖掘机中，输出校正Pi压运算部10a在斗杆液压缸33b或铲斗液压缸33c(特定液压执行机构)的缸底压力(驱动压力)比规定的压力值P1小时，以通过动臂液压缸33a(校正对象液压执行机构)的动作使作业装置400靠近目标施工面60的方式计算输出校正Pi压。
由此，在斗杆液压缸33b或铲斗液压缸33c的负载在挖掘时过轻的情况下，进入像在不侵入目标施工面60的范围内自动施加负载这样的动作，因此不会徒然增加挖掘次数，能够抑制燃料消耗量。
(4)在上述(1)～(3)的任一液压挖掘机中，在输出了旋转液压马达28的控制信号时，控制器20使由轨迹校正Pi压运算部10b进行的轨迹校正Pi压及由输出校正Pi压运算部10a进行的输出校正Pi压的计算中断。
由此，能够抑制在挖沟等时一边向侧面推压一边进行挖掘的情况下的操作员的操作不适感。
<5.其他>
需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式，也包括在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中说明的所有构成，也包括将其构成的一部分删除的情况。另外，还可以将某个实施方式的构成的一部分追加或置换到其他实施方式的构成中。
上述列举各执行机构的控制信号是液压控制信号(Pi压)的情况为例进行了说明，但控制信号并不限于液压信号，也可以是电信号。
在上述记载中，如图11所示，输出校正Pi压运算部10a具备运算部11b和运算部11c，但也可以省略运算部11c。这种情况下，在图13的输出校正目标动臂Pi压选择部11d中，若无旋转操作的话，则始终选择基于斗杆的输出校正目标动臂Pi压来作为输出校正目标Pi压。
在图12的表12a中构成为，当斗杆液压缸33b的缸底压力比压力值P1小时，若斗杆液压缸33b的目标输出与实际输出的差不超过规定的输出值W1的话，则不产生动臂下降用的输出校正目标动臂Pi压，但也可以构成为即使在W1以下也产生动臂下降用的输出校正目标动臂Pi压。另外，这种情况下也可以不根据斗杆液压缸33b的目标输出与实际输出的差的增加来使输出校正目标动臂Pi压的大小增加。例如，也可以构成为与斗杆液压缸33b的目标输出与实际输出的差无关地，根据斗杆缸底压力的减少来使输出校正目标动臂Pi压的大小增加。
另外，上述在对轨迹校正Pi压运算部10b内的极限值V1'y的计算进行说明的部分中将从铲斗齿尖407a到目标施工面60的距离设为距离D，但前作业装置400侧的基准点(控制点)并不限于铲斗齿尖407a，能够设定为前作业装置400上的任意点。
另外，上述对在搭载于液压挖掘机上的多个液压执行机构28、33、33a、33b、33c中使动臂液压缸33a自动工作的情况进行了说明，但也可以使其他液压执行机构自动工作。

Claims (5)

1.一种作业机械，具备：
多关节型的作业装置，其进行目标施工面的形成作业；
多个液压执行机构，其基于控制信号来驱动所述作业装置；和
控制装置，其具有轨迹校正控制信号运算部，该轨迹校正控制信号运算部基于从所述作业装置到所述目标施工面的距离来计算所述多个液压执行机构中包含的至少一个校正对象液压执行机构的控制信号即轨迹校正控制信号，以使所述作业装置的动作轨迹保持在所述目标施工面的上方，
该作业机械的特征在于，
所述控制装置还具有输出校正控制信号运算部，该输出校正控制信号运算部在所述多个液压执行机构中包含的至少一个特定液压执行机构的目标输出与实际输出的差量比规定的输出值大时，基于所述特定液压执行机构的驱动压力来计算所述校正对象液压执行机构的控制信号即输出校正控制信号，
在所述特定液压执行机构的动作中，所述校正对象液压执行机构基于所述输出校正控制信号与所述轨迹校正控制信号中较大的一方而被控制。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述输出校正控制信号运算部在所述特定液压执行机构的驱动压力比规定的压力值大时，以通过所述校正对象液压执行机构的动作使所述作业装置远离所述目标施工面的方式计算所述输出校正控制信号。
3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述输出校正控制信号运算部在所述特定液压执行机构的驱动压力比规定的压力值小时，以通过所述校正对象液压执行机构的动作使所述作业装置靠近所述目标施工面的方式计算所述输出校正控制信号。
4.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述作业装置是具有动臂、斗杆及铲斗的前作业装置，
所述特定液压执行机构中包含驱动所述斗杆的斗杆液压缸，
所述校正对象液压执行机构是驱动所述动臂的动臂液压缸。
5.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
还具备：
旋转体，其安装有所述作业装置；和
液压马达，其基于控制信号使所述旋转体旋转，
在输出了所述液压马达的控制信号时，所述控制装置使由所述轨迹校正控制信号运算部进行的所述轨迹校正控制信号的计算及由所述输出校正控制信号运算部进行的所述输出校正控制信号的计算中断。
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