CN108779614B - 作业机械 - Google Patents

Abstract

在液压挖掘机中具有操纵控制器(40)，该操纵控制器(40)在具有由操作装置(45b、46a)对斗杆(9)或铲斗(10)的动作指示的情况下，执行区域限制控制，以铲斗的顶端的位置被保持在目标挖掘面上及其上方区域内的方式使动臂(8)强制性地上升。操纵控制器在铲斗的顶端位于目标挖掘面下方的情况下，判定作为执行区域限制控制时的动臂的上升速度的控制模式而选择第1模式及以比该第1模式慢的速度规定的第2模式中的哪一个模式，基于该判定的结果来控制动臂的上升速度。

Description

作业机械

技术领域

本发明涉及作业机械。

背景技术

在液压挖掘机中，由于动臂、斗杆、铲斗等作业机(以下也称为“前作业机”)分别被能够转动地支承，所以在单独动作时铲斗顶端会描绘圆弧上的轨迹。因此，例如在要通过拉回斗杆的动作而以铲斗顶端形成直线状的修整面的情况下，操作员需要使动臂、斗杆、铲斗复合驱动来使铲斗顶端的轨迹成为直线状，因此对操作员要求熟练的技术。

于是，具有将通过计算机(控制器)自动或半自动地控制执行机构驱动的功能(称为机械控制(machine control))适用于挖掘作业、而在挖掘动作时(斗杆或铲斗动作时)沿着设计面(以下也称为“目标挖掘面”)使铲斗的顶端移动的技术。作为这种技术，已知在基于操作员操作的挖掘动作中自动地控制动臂缸来适当施加动臂抬升动作而将铲斗顶端位置限制在设计面上的技术。

但是，例如在对平地或凹陷地形实施填土来升高地面的作业(以下存在称为“填土作业”的情况)的情况下，完成后的填土上表面成为设计面。因此，虽然在填土作业中铲斗顶端多位于设计面下方，但当在铲斗顶端位于设计面下方(即填土区域内)的状态下进行了斗杆拉回动作时，有可能会执行将铲斗顶端位置限制在设计面上的机械控制而突然进行动臂抬升动作。

于是，例如在专利文献1中，记载有如下作业车辆，具有：设计面信息获取部，其获取表示基于作业机处理的作业对象的目标形状的设计面的数据；刃尖位置运算部，其对铲斗的刃尖的位置进行运算；和动作限制部，其根据上述铲斗的刃尖的位置与上述设计面的相对位置，执行使动臂强制性地上升而将上述刃尖的位置限制在上述设计面上方的动作限制控制，上述动作限制部以在上述刃尖从上述设计面向铅垂方向下方离开了规定距离以上的状态下不执行上述动作限制控制的方式进行控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5706050号公报

发明内容

在专利文献1所记载的作业车辆中，以在铲斗刃尖(铲斗顶端)从目标挖掘面(设计面)向铅垂方向下方离开了规定距离以上的状态下不执行动作限制控制的方式进行控制。因此，在刃尖与目标挖掘面之间的距离从规定距离以上的状态转移到小于规定距离的情况下，无论操作员的意图如何均会突然执行动作限制控制(强制性的动臂抬升动作)(以下存在将这样的动臂动作称为“突然动作”的情况)。其结果为，对于没有期望或没有预料动臂抬升动作的操作员来说，突然发生动臂抬升动作会带来很大的不协调感。另外，当铲斗刃尖存在于规定距离附近的情况下，有可能会无论操作员的意图如何均频繁地发生控制的ON/OFF切换，而使得因动作限制控制发生的动臂抬升动作时而被执行时而不被执行。因此，担心会增加操作员的不协调感。

于是本发明的目的在于提供一种能够在作业机顶端处于目标挖掘面下方的情况下抑制突然发生动臂抬升动作(发生突然动作)的作业机械。

本申请包含解决上述课题的多个方案，若列举其一个例子，则为一种作业机械，具有：行驶体；旋转体，其能够旋转地安装在上述行驶体上；多关节型的作业机，其安装在上述旋转体上，包含动臂、斗杆及铲斗；操作装置，其根据操作员的操作，输出对上述行驶体、上述旋转体、上述动臂、上述斗杆及上述铲斗的动作指示；和控制装置，其在具有由上述操作装置对上述斗杆或上述铲斗的动作指示的情况下，执行区域限制控制，以上述作业机的顶端的位置被保持在目标挖掘面上及其上方区域内的方式使上述动臂强制性地上升，在上述作业机械中，上述控制装置具有目标动作判断部，该目标动作判断部在上述作业机的顶端位于上述目标挖掘面下方的情况下，判定作为执行上述区域限制控制时的上述动臂的上升速度的控制模式而选择第1模式及以比该第1模式慢的速度规定的第2模式中的哪一个模式，基于上述判定的结果来控制上述区域限制控制时的上述动臂的上升速度。发明效果

根据本发明，由于能够在作业机顶端处于目标挖掘面下方的情况下抑制突然发生动臂抬升动作，所以能够抑制给操作员带来的不协调感。

附图说明

图1是液压挖掘机的结构图。

图2是将本发明的实施方式的液压挖掘机的操纵控制器与液压驱动装置一起示出的图。

图3是操纵控制器的硬件结构图。

图4是表示液压挖掘机中的坐标系的图。

图5是本发明中的控制系统的结构图。

图6是挖掘作业的概念图。

图7是本发明的第1实施方式的控制流程。

图8是表示液压挖掘机与目标挖掘面之间的关系的图。

图9是本发明的第2实施方式的控制流程。

图10是本发明的第3实施方式的控制流程。

图11是动臂上升速度的控制模式的一个例子的图。

图12是动臂上升速度的控制模式的另一个例子的图。

具体实施方式

以下使用附图来说明本发明的实施方式。此外，以下例示了作为作业机的顶端附属装置而具有铲斗10的液压挖掘机，但也可以在具有铲斗以外的附属装置的液压挖掘机中适用本发明。另外，在以下的说明中，在存在多个相同结构要素的情况下，有时会对附图标记(数字)的末尾标注字母，但有时也会省略该字母而统一表述该多个结构要素。例如，在存在三个泵300a、300b、300c时，有时会将它们统一表述为泵300。

＜第1实施方式＞

图1是本发明的第1实施方式的液压挖掘机的结构图，图2是将本发明的第1实施方式的液压挖掘机的操纵控制器与液压驱动装置一起示出的图。在图1中，液压挖掘机1由前作业机1A和车身1B构成。车身1B由下部行驶体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将沿垂直方向分别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。

动臂8、斗杆9、铲斗10、上部旋转体12及下部行驶体11分别构成由动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7、旋转液压马达4及左右的行驶马达3a、3b分别驱动的被驱动部件。对这些被驱动部件8、9、10、12、11的动作指示根据由操作员对搭载在上部旋转体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(存在将它们总称为操作杆1、23的情况)的操作而输出。

在驾驶室内设置有具有行驶右杆23a的操作装置47a(参照图2)、具有行驶左杆23b的操作装置47b(参照图2)、具有操作右杆1a的操作装置45a、46a、和具有操作左杆1b的操作装置45b、46b。操作装置45～47为液压先导方式，分别将与由操作员操作的操作杆1、23的操作量(例如杆行程)和操作方向相应的先导压(存在称为操作压的情况)作为控制信号经由先导管路144a～149b(参照图2)向相对应的流量控制阀15a～15f(参照图2)的液压驱动部150a～155b供给，驱动这些流量控制阀15a～15f。

从液压泵2排出的液压油经由控制阀单元20内的流量控制阀15a、15b、15c、15d、15e、15f(参照图2)而向行驶右液压马达3a、行驶左液压马达3b、旋转液压马达4、动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7供给。动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸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。而且，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4)，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，在上部旋转体12上安装有检测上部旋转体12(车身1B)相对于基准面(例如水平面)的前后方向的倾斜角θ(参照图4)的车身倾斜角传感器33。

如图2所示，图1的液压挖掘机1具有：液压泵2；多个液压执行机构，其包含通过来自该液压泵2的液压油而被驱动的动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7、旋转液压马达4及左右的行驶马达3a、3b；行驶右杆23a、行驶左杆23b、操作右杆1a、操作左杆1b，其与这些液压执行机构3～7分别相对应地设置；多个流量控制阀15a～15f，其连接在液压泵2与多个液压执行机构3～7之间，通过根据操作杆1、23的操作量及操作方向从操作装置45a、45b、46a、46b、47a、47b输出的控制信号而被控制，对向液压执行机构4～7供给的液压油的流量及方向进行控制；和溢流阀16，其在液压泵2与流量控制阀15a～15f之间的压力成为了设定值以上的情况下打开。它们构成驱动液压挖掘机1的被驱动部件的液压驱动装置。

本实施例的液压挖掘机具有辅助操作员的挖掘操作的控制系统。具体地说，具有如下的挖掘控制系统，在具有由操作装置45b、46a对斗杆9或铲斗10的动作指示的情况下，基于目标挖掘面与作业机1A的顶端的位置关系，执行以作业机1A的顶端(铲斗10的齿尖)的位置被保持在目标挖掘面上及其上方区域内的方式使动臂8强制性地上升的控制(存在称为“区域限制控制”的情况)。能够执行该区域限制控制的挖掘控制系统具有：限制控制开关17，其设置在驾驶室内的操作面板的上方等不会遮蔽操作员的视野的位置且切换区域限制控制的有效无效；压力传感器70a、70b，其设在动臂8用的操作装置45a的先导管路144a、144b，作为操作杆1a的操作量而检测先导压(控制信号)；压力传感器71a、71b，其设在斗杆9用的操作装置45b的先导管路145a、145b，作为操作杆1b的操作量而检测先导压(控制信号)；电磁比例阀54a，其一次端口侧与先导泵48连接且将来自先导泵48的先导压减压后输出；梭形滑阀82，其与动臂8用的操作装置45a的先导管路144a和电磁比例阀54a的二次端口侧连接，选择先导管路144a内的先导压与从电磁比例阀54a输出的控制压中的高压侧，将其向流量控制阀15a的液压驱动部150a引导；电磁比例阀54b，其设置在动臂8用的操作装置45a的先导管路144b，根据电信号将先导管路144b内的先导压减压后输出；和操纵控制器(控制装置)40，其为能够执行区域限制控制的计算机。

在斗杆9用的先导管路145a、145b设有检测先导压并将其输出到操纵控制器40的压力传感器71a、71b、和基于来自操纵控制器40的控制信号而将先导压降低后输出的电磁比例阀55a、55b。在铲斗10用的先导管路146a、146b设有检测先导压并将其输出到操纵控制器40的压力传感器72a、72b、和基于来自操纵控制器40的控制信号而将先导压降低后输出的电磁比例阀56a、56b。此外，在图2中，压力传感器71、72及电磁比例阀55、56与操纵控制器40之间的连接线由于纸面关系而省略。

在操纵控制器40中输入有在后述的ROM(只读存储器)93或RAM(随机存取存储器)94中存储的目标挖掘面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。另外操纵控制器40将进行控制信号(先导压)的修正的电信号输出到电磁比例阀54～56，其中该控制信号(先导压)用于进行限制了区域的挖掘控制(区域限制控制)。

图3中示出操纵控制器40的硬件结构。操纵控制器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输入来自操作装置45～47的信号、来自用于设定目标挖掘面的设定装置51的信号、来自角度传感器30～32及倾斜角传感器33的信号，进行A/D转换。ROM93是存储有用于执行后述的图8、图9的流程的控制程序、和执行该流程所需要的各种信息等的记录介质，CPU92遵照存储在ROM93中的控制程序而对从输入部91及存储器93、94取入的信号进行规定的运算处理。输出部95生成与CPU92中的运算结果相应的输出用信号，将该信号输出到电磁比例阀54～56和报知装置53，由此驱动、控制液压执行机构4～7，使车身1B、铲斗10及目标挖掘面等的图像显示到作为报知装置53的监视器的显示画面上。此外，图3的操纵控制器40作为存储装置而具有ROM93及RAM94这样的半导体存储器，但只要为存储装置就能够替代，例如也可以具有硬盘驱动器等磁存储装置。

图5是本发明的实施方式的操纵控制器40的功能框图。操纵控制器40具有作业机姿势运算部41、目标挖掘面运算部42、目标动作运算部43、电磁比例阀控制部44和目标动作判断部49。另外，在操纵控制器40上分别连接有作业机姿势检测装置50、目标挖掘面设定装置51、操作员操作检测装置52、报知装置53、电磁比例阀54～56。

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、车身倾斜角传感器33构成。目标挖掘面设定装置51是能够输入与目标挖掘面相关的信息(也包含目标挖掘面的位置信息)的接口。向目标挖掘面设定装置51的输入可以由操作员手动地进行，也可以经由网络等从外部取入。另外，在目标挖掘面设定装置51上也可以连接有卫星通信天线，对挖掘机的全球坐标进行运算。操作员操作检测装置52由压力传感器70a、70b、71a、71b、72a、72b构成，该压力传感器70a、70b、71a、71b、72a、72b获取通过基于操作员对操作杆1的操作而产生的操作压。报知装置53由向操作员显示目标挖掘面与作业机1A的位置关系的显示屏(显示装置)、或通过声音(也包含语音)传达目标挖掘面与作业机1A的位置关系的扬声器中的至少一个构成。电磁比例阀54～56设在图2中说明的先导压(操作压)的液压管路上，能够使通过操作员的杆操作而产生的操作压在下游增减。另外，也能够无操作员的杆操作地产生操作压。

图6中示出基于自动或半自动地控制作业机1A而对目标挖掘面进行整形的功能即机械控制进行的水平挖掘动作的例子。在操作员对操作杆1进行操作而通过朝向箭头A方向的斗杆9的拉回动作来进行水平挖掘的情况下，以铲斗10的顶端(齿尖)不会侵入目标挖掘面60下方的方式适当输出动臂抬升指令，并以自动地进行动臂8的抬升动作的方式控制电磁比例阀54a。另外，为了实现操作员要求的挖掘速度或挖掘精度，控制电磁比例阀55来进行斗杆9的拉回动作。此时，为了提高挖掘精度，也可以通过电磁比例阀55根据需要使斗杆9的速度减速。另外，也可以以铲斗10背面相对于目标挖掘面60的角度B成为固定值而容易进行平整作业的方式控制电磁比例阀56来使铲斗10自动地向箭头C方向(卸载方向)转动。将像这样针对基于操作员对操作杆1的操作量而自动或半自动地控制执行机构来使动臂8、斗杆9、铲斗10、上部旋转体12等作业机动作的功能称为机械控制。区域限制控制是机械控制之一。

作业机姿势运算部41基于来自作业机姿势检测装置50的信息，对作业机1A的姿势进行运算。作业机1A的姿势能够基于图4的挖掘机基准坐标来定义。图4的挖掘机基准坐标是设定于上部旋转体12的坐标，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，在上部旋转体12中的垂直方向上设定了Z轴，在水平方向上设定了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。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。动臂角α在将动臂8抬升至最大(最高)时(动臂缸5为抬升方向的行程末端时、即动臂缸长为最长时)成为最大，在将动臂8下降至最小(最低)时(动臂缸5为下降方向的行程末端时、即动臂缸长为最短时)成为最小。斗杆角β在斗杆缸长为最短时成为最小，在斗杆缸长为最长时成为最大。铲斗角γ在铲斗缸长为最短时(图4时)成为最小，在铲斗缸长为最长时成为最大。

目标挖掘面运算部42基于来自目标挖掘面设定装置51的信息而对目标挖掘面60进行运算。目标动作运算部43基于来自作业机姿势运算部41、目标挖掘面运算部42、目标动作判断部49及操作员操作检测装置52的信息，以铲斗10在目标挖掘面上及其上方区域内移动的方式对作业机1A的目标动作进行运算。电磁比例阀控制部44基于来自目标动作运算部43的指令，运算对电磁比例阀54～56的指令。电磁比例阀54～56基于来自电磁比例阀控制部44的指令而被控制。另外，报知装置53基于来自目标动作运算部43的信息而将与机械控制相关联的各种信息向操作员传达。

在从目标动作运算部43输出到电磁比例阀控制部44的指令中包含动臂抬升指令。动臂抬升指令是在执行区域限制控制时在以铲斗10的顶端的位置被保持在目标挖掘面60上及其上方区域内的方式使动臂8强制性地上升时输出到电磁比例阀控制部44的指令。当输入了动臂抬升指令后，电磁比例阀控制部44向电磁比例阀54a输出开阀指令(指令电流)，将在电磁比例阀54a中产生的液压油(以下称为二次压)向液压驱动部150a供给来驱动控制阀15a。由此从液压泵2向动臂缸5的缸底侧的液压室导入工作油，动臂8上升。此时的动臂8的上升速度(动臂抬升速度)能够通过电磁比例阀54a的二次压的值、即从电磁比例阀控制部44对电磁比例阀54a的指令而被控制。

目标动作判断部49在作业机1A的顶端位于目标挖掘面下方的情况下，判定作为执行区域限制控制时的动臂8的上升速度的控制模式而选择第1模式(通常动臂抬升控制)及以比该第1模式慢的速度规定的第2模式(减速动臂抬升缓慢动作控制)中的哪一个模式为好，将该判定结果输出到目标动作运算部43。目标动作运算部43将基于该判定结果而运算出的指令输出到电磁比例阀控制部44。电磁比例阀控制部44基于该指令而向电磁比例阀54a输出指令，最终，以由目标动作判断部49选择出的控制模式来控制动臂的上升速度。

在本实施方式中，目标动作判断部49基于作业机1A的顶端(铲斗10的齿尖)相对于目标挖掘面60向下方的侵入量来进行上述判定，在该侵入量为规定值以上的情况下选择第2模式(减速动臂抬升缓慢动作控制)，在小于规定值的情况下选择第1模式(通常动臂抬升控制)。详细情况使用图7来说明。

图7中示出基于本实施方式的目标动作判断部49实施的控制流程。首先在步骤100中，目标动作判断部49基于从作业机姿势运算部41输入的铲斗10的顶端在挖掘机基准坐标中的位置、和从目标挖掘面运算部42输入的目标挖掘面(在图7中简称为“目标面”)60在挖掘机基准坐标中的位置，对目标挖掘面60与铲斗10的顶端之间的距离进行运算。并且，将铲斗10的顶端位于目标挖掘面60之下的情况下的该距离设为作业机1A相对于目标挖掘面60的侵入量D，在此设为铲斗10的顶端的侵入量D。在此在侵入量D为规定值D1(例如300mm)以上的情况下，进入步骤101。

在步骤101中，基于来自操作员操作检测装置52的输出，判断是否具有从操作员基于操作装置45b、46a对斗杆9或铲斗10的动作指示、即对操作杆1b、1a的操作输入。在步骤101中判断成具有对斗杆9或铲斗10的操作输入的情况下，在步骤104中将减速动臂抬升缓慢动作控制选作控制模式。由此目标动作判断部49对目标动作运算部43输出第2模式的控制模式指令，动臂抬升控制时的动臂上升速度通过电磁比例阀54a而以第2模式被控制。

在此，说明通常动臂抬升控制(第1模式)和减速动臂抬升缓慢动作控制(第2模式)。通常，当执行上述区域限制控制时，从目标动作运算部43输出动臂抬升指令，基于该指令以铲斗顶端不会侵入目标挖掘面60的方式控制动臂抬升动作。将此时的动臂上升速度的控制模式作为通常动臂抬升控制(第1模式)。另一方面，减速动臂抬升缓慢动作控制(第2模式)是不以防止铲斗顶端向目标挖掘面60的侵入为目的、而是为了减小给操作员带来的不协调感而选择的控制模式，此时的动臂抬升速度被设定成始终比相同条件下的通常动臂抬升控制时的速度小。例如能够将对第1模式时的速度乘以规定比例(例如20％)得到的值作为第2模式时的速度。也能够以第2模式时的速度始终被控制在第1模式时的速度以下的方式将第2模式时的速度保持为规定值。作为这种情况下的规定值，能够选择动臂上升速度的最小值、即能够使控制阀15a从中立位置移动的最小的先导压作用于液压驱动部150a时的动臂上升速度。

基于减速动臂抬升缓慢动作控制的动臂速度控制能够持续实施直至铲斗顶端位于比目标挖掘面60靠上的位置。也就是说，在该情况下，一旦选择了减速动臂抬升缓慢动作控制，则即使铲斗顶端相对于目标挖掘面60的侵入量小于规定值，在侵入期间也会选择减速动臂抬升缓慢动作控制。此外，这也能够适用于其他实施方式。

另外，在步骤104中选择了减速动臂抬升缓慢动作控制的情况下，在步骤105中，向报知装置53发出指令以将选择了减速动臂抬升缓慢动作控制这一主旨通知给操作员。此时，只要操作员将限制控制开关17切换到区域限制控制的无效位置，就会停止减速动臂抬升缓慢动作控制的选择及区域限制控制的执行。

另一方面，在步骤101中判断成没有斗杆9或铲斗10的操作输入的情况下，不执行动臂抬升控制(步骤107)。

另外，在步骤100判断成铲斗顶端相对于目标挖掘面的侵入量为规定值以下的情况下，进入步骤102。在步骤102以后，执行通常的区域限制控制。首先，在步骤102中，在基于来自操作员操作检测装置52的输出而判断成具有斗杆9或铲斗10的操作的情况下，进入步骤103。

在步骤103中，目标动作判断部49基于来自目标动作运算部43的输入信号，进行是否从目标动作运算部43输出了动臂抬升指令的判断。当在步骤103中输出了动臂抬升指令的情况下，在步骤106中选择通常动臂抬升控制并执行动臂抬升。也就是说目标动作判断部49对目标动作运算部43输出第1模式的控制模式指令，动臂抬升控制时的动臂上升速度通过电磁比例阀54a而以第1模式被控制。

在步骤103中判断成没有输出动臂抬升指令速度的情况下，或者在步骤102中判断成没有斗杆9或铲斗10的操作输入的情况下，不执行动臂抬升控制。

当进行至流程中的“返回”之后，返回到步骤100而重复上述的处理。

使用图8来说明基于本结构得到的效果。图8中示出了液压挖掘机与目标挖掘面60的位置关系。液压挖掘机能够在现况地形中的地面600上行驶。目标挖掘面60以虚线示出，其示出了从现在开始进行填土作业而最终成形的面。

在此，如箭头E所示，假设液压挖掘机在地面600上从左向右行驶且铲斗10的顶端侵入到目标挖掘面60的下方。液压挖掘机的行驶通常是在前作业机1A没有进行操作(前操作)的状态下进行。也就是说，由于没有斗杆9或铲斗10的操作，所以不会因图7的步骤101或102的存在而实施动臂抬升控制，铲斗10的顶端因行驶而进入到目标挖掘面60的下方。附图标记D表示目标挖掘面60与铲斗10的顶端之间的距离(侵入量)，附图标记D1表示步骤100的规定值。

在如日本专利第5706050号公报那样以侵入量D为规定值(在此设为与本实施方式相同的D1)以上时不执行区域限制控制的方式构成了液压挖掘机的情况下，即使在图8的右侧的液压挖掘机的状态下由操作员进行了斗杆9的操作，在侵入量D为D1以上的范围内进行作业的期间也不会执行动臂抬升控制。因此，操作员在侵入量D小于D1时遗忘执行区域限制控制、或误解成无论侵入量D如何区域限制控制完全不发挥功能的状况的可能性变高。并且然后，在填土作业进行而侵入量D减少、铲斗10的顶端达到了D1的情况下，会突然执行在第1模式中规定的通常速度的动臂抬升控制。发生该突然动作对没有预料或没有期望动臂抬升动作的操作员来说会带来很大的不协调感。另外，在侵入量D持续为D1附近值的状况下的作业中，由于会根据侵入量D的变化而频繁地发生动臂抬升控制的ON/OFF的切换，所以无法顺利地实施操作员所期望的动作，从而也有可能阻碍作业的进度。

与之相对，在如上述那样构成的本实施方式中，当在图8的右侧的液压挖掘机的状态下进行了斗杆9的操作时，会以在第2模式中规定的低速度执行动臂抬升控制。此时的动臂上升速度与通常情况(即侵入量D小于D1的情况)相比为低速，因此能够抑制因基于机械控制发生的突然的动臂抬升动作而导致操作员的不安。另外，由于操作员能够通过发现动臂抬升动作来认清区域限制控制正在发挥功能，所以也不会发生上述的遗忘和误解。而且，由于在不需要区域限制控制的情况下会成为操作员通过限制控制开关17自主地中断区域限制控制的契机，所以能够防止执行异于操作员意图的机械控制。因此，根据本实施方式，能够在作业机顶端处于目标挖掘面下方的情况下抑制突然发生动臂抬升动作，因此能够抑制给操作员带来的不协调感。

另外，在上述中，构成为在选择了第2模式的情况下经由通知装置向操作员通知该主旨。由此能够进一步促进操作员对区域限制控制的认识，因此能够进一步抑制上述的遗忘和误解。

另外，如在上述中言及那样，在构成为基于减速动臂抬升缓慢动作控制(第2模式)的动臂速度控制持续实施至铲斗顶端位于比目标挖掘面60靠上的位置的情况下，即使相对于目标挖掘面60的侵入量D成为规定值D1以下，也会实施基于减速动臂抬升缓慢动作控制的动臂抬升控制直至铲斗顶端出现到比目标挖掘面60靠上的位置。因此，在铲斗顶端到达目标挖掘面60之前自动动臂抬升的速度不会急剧变化，因此能够减轻给操作员带来的不协调感。

＜第2实施方式＞

接下来说明本发明的第2实施方式。此外，由于本实施方式的液压挖掘机的硬件结构与第1实施方式相同，所以省略说明，与第1实施方式重复的功能的说明也存在省略的情况。

在本实施方式中，目标动作判断部49中的“判定”与第1实施方式不同，为通过考虑侵入到目标挖掘面的理由来改变动臂抬升控制时的动臂上升速度的控制模式的结构。即，根据因行驶或旋转导致的侵入、因挖掘机成为前倾姿势导致的侵入、因其他未预料到的理由导致的侵入(例如因挖掘中的控制精度恶化导致的侵入)等向目标挖掘面的侵入理由来改变动臂上升速度的控制模式。

具体地说，目标动作判断部49基于由操作装置46b、47a、47b(操作杆1b、23a、23b)对下部行驶体11或上部旋转体12的动作指示、和目标挖掘面60与作业机1A的顶端的位置关系，进行选择第1模式和第2模式中的哪一个模式来控制动臂抬升控制时的动臂速度为好的判定。并且，在根据由操作装置46b、47a、47b(操作杆1b、23a、23b)对下部行驶体11或上部旋转体12的动作指示而作业机1A的顶端移动到目标挖掘面60的下方的情况下，选择第2模式(减速动臂抬升缓慢动作控制)，在没有由操作装置46b、47a、47b对下部行驶体11或上部旋转体12的动作指示的情况下及作业机1A的顶端位于目标挖掘面60的上方的情况下，选择第1模式(通常动臂抬升控制)。详细情况使用图9来说明。

图9是本实施方式的目标动作判断部49中的控制流程。此外，本流程按照每个控制周期来实施。

首先在步骤200中，判断在前一个周期的控制周期中铲斗顶端相对于目标挖掘面60是否有侵入。在判断成铲斗顶端相对于目标挖掘面60没有侵入的情况下，视为当前的铲斗顶端位于目标挖掘面60的上方并进入步骤201。

在步骤201中，判定是否具有利用了操作杆1b或操作杆23a、23b的行驶操作或旋转操作。在此在判定成具有行驶操作或旋转操作的情况下，进入步骤202。

在步骤202中，目标动作判断部49基于从作业机姿势运算部41输入的铲斗10的顶端的位置、和从目标挖掘面运算部42输入的目标挖掘面60的位置，判定铲斗顶端相对于目标挖掘面60是否有侵入。在步骤202中判定为相对于目标挖掘面60有侵入的情况下，判断成侵入的原因是由于行驶或旋转操作并进入步骤203。

在步骤203中，判断是否具有基于操作杆1b、1a对斗杆9或铲斗10的操作输入。在此，在判断成具有对斗杆9或铲斗10的操作输入的情况下，在步骤209中将减速动臂抬升缓慢动作控制(第2模式)选作动臂抬升速度的控制模式。并且，在步骤210中，向报知装置53发出指令以向操作员通知由于具有旋转或行驶而选择了减速动臂抬升缓慢动作控制这一情况。此外，也可以与第1实施方式同样地，执行减速动臂抬升缓慢动作控制直至作业机1A出现到比目标挖掘面60靠上的位置。

在步骤201中判断成没有行驶操作或旋转操作的情况下，进入步骤204。

在步骤204中，基于来自车身倾斜角传感器33的输出来判定车身倾斜角θ在前倾方向上是否比规定角度θ1大。在步骤204中判断成比规定角度θ1大的情况下，进入步骤215。

在步骤215中，目标动作判断部49基于从作业机姿势运算部41输入的铲斗10的顶端的位置、和从目标挖掘面运算部42输入的目标挖掘面60的位置，判定铲斗顶端相对于目标挖掘面60是否有侵入。在步骤215中判定为相对于目标挖掘面60有侵入的情况下，判断成侵入的原因是由于车身的前倾姿势并进入步骤205。

在步骤205中，判定是否具有对斗杆9或铲斗10的操作输入。在步骤205中判定成具有对斗杆9或铲斗10的操作输入的情况下，进入步骤206。

在步骤206中，与图7的步骤103同样地，判定是否输出了动臂抬升指令。在步骤206中判定成输出了动臂抬升指令的情况下，在步骤212中，确定由于车身倾斜角θ大而不执行动臂抬升控制(即取消步骤206的动臂抬升指令)，并且向报知装置53发出指令以通知不实施动臂抬升控制的主旨。

在步骤200中判定成有侵入的情况下、在步骤202、215中判定成相对于目标挖掘面60没有侵入的情况下、和在步骤204中判定成车身倾斜角θ为规定角度θ1以下的情况下，进入步骤207。此外，作为进入步骤207的情况，也包含不是因行驶、旋转或前倾姿势导致的侵入而是因挖掘作业中的某种理由(例如挖掘中的控制精度恶化)导致的侵入的情况。

在步骤207、208中，若具有斗杆9或铲斗10操作、且此时输出了动臂抬升指令，则在步骤213中选择通常动臂抬升控制(第1模式)。另外，在步骤203、205、207中判定成没有斗杆或铲斗操作的情况下、和在步骤206、208中没有输出动臂抬升指令的情况下，在步骤211中不执行动臂抬升控制。

说明本实施方式的效果。在由于下部行驶体11的行驶或上部旋转体12的旋转而作业机1A的顶端移动到了目标挖掘面60的下方的情况下，并非是在挖掘作业中铲斗顶端侵入到目标挖掘面60。于是在本实施方式中，在这样的情况下以速度比第1模式低的第2模式执行动臂抬升控制，将与通常不同的控制正在发挥功能这一情况向操作员报知。由此在行驶或旋转后发生了低速的动臂抬升动作的情况下，能够容易使操作员认识到作业机1A的顶端出于行驶或旋转的原因而移动到了目标挖掘面60的下方这一情况。因此，在不希望执行区域限制控制(动臂抬升控制)的情况下，操作员也容易通过限制控制开关17自主地中断区域限制控制。

另外，在出于地形差而车身倾斜的原因导致铲斗顶端侵入到目标挖掘面60的情况下，挖掘机大多会成为不稳定的姿势，在这样的状况下会担心挖掘精度恶化。于是，在本实施方式中，构成为即使在没有对下部行驶体11或上部旋转体12的动作指示而侵入到目标挖掘面60的情况下，在车身倾斜角θ在前倾方向上比规定角度θ1大时，也会将车身倾斜视为侵入原因，而中断动臂抬升控制(区域限制控制)。由此能够避免挖掘机在不稳定的姿势下实施动臂抬升控制，从而能够持续进行稳定的作业。

另外，在本实施方式中，构成为在步骤201及204中为否的情况下执行步骤207，因此，在由于上述(行驶、旋转或车身倾斜)以外的原因而导致铲斗顶端侵入到目标挖掘面60的情况下，也会以第1模式控制动臂速度。由此，在挖掘作业时因某种原因(例如铲斗顶端的控制精度恶化)而铲斗顶端侵入到目标挖掘面60的下方的情况下，能够使铲斗顶端快速地恢复至目标挖掘面60，因此能够防止挖掘作业的作业效率降低。

因此，根据本实施方式，能够与上述那样的各种状况相应地实施恰当的动臂抬升控制。

＜第3实施方式＞

接下来说明本发明的第3实施方式。本实施方式是第1实施方式的变形例。此外，由于本实施方式的液压挖掘机的硬件结构与第1实施方式相同，所以省略说明，与第1及第2实施方式重复的功能的说明也省略。

图10是第3实施方式的目标动作判断部49中的流程。如从该图得以明确那样，目标动作判断部49在步骤204中基于挖掘机的车身倾斜角θ来进行判定，(1)在侵入量D为规定值D1以上的情况(通过步骤104的情况)下选择第2模式，(2)在侵入量D小于规定值D1且车身倾斜角θ为规定角度θ1以上的情况(通过步骤212的情况)下中断区域限制控制，(3)在侵入量D小于规定值D1且车身倾斜角θ小于规定角度θ1的情况(通过步骤105的情况)下选择第1模式。

在这样构成的本实施方式中，也能够与第2实施方式同样地避免挖掘机在不稳定的姿势下实施动臂抬升控制，从而能够持续进行稳定的作业。

＜附记＞

使用图11及图12来说明执行区域限制控制时的动臂上升速度的控制模式即第1模式和第2模式的例子。

在图11中，第1模式的动臂抬升速度VB以直线规定，第2模式的速度VB以曲线规定。第1模式和第2模式在规定值D1处平滑地连接，设想的是在侵入量D从D1以上的状态变化到小于D1的状态的情况下在规定值D1前后切换模式的情况。此外，第1模式也可以以曲线规定，第2模式也可以以直线规定。

在图12中，第2模式的速度VB无论侵入量D如何均以固定值规定。在图12中，设想的是在侵入量D从D1以上的状态变化到小于D1的状态的情况下，即使侵入量D达到了规定值D1也不切换模式而保持第2模式直至侵入量D成为零的情况(持续实施基于第2模式的动臂速度控制直至铲斗顶端位于比目标挖掘面60靠上的位置的情况)。

在图11、12的例子中为了简化说明，将侵入量D和动臂抬升速度VB建立了关联，但也能够使各模式的动臂抬升速度VB相对于侵入量独立。除了图11、12的例子以外，只要在相同的侵入量下第2模式的速度成为第1模式的速度以下的值，则能够适用所有的情形。

另外，在上述各实施方式中，关于作业机1A的向目标挖掘面60的侵入，列举了铲斗顶端的侵入量为例，但并不限定于铲斗顶端。例如也可以不是铲斗顶端而是如铲斗的背面那样将铲斗上的任意点作为控制对象。

为了检测用于姿势信息的动臂、斗杆、铲斗的角度而使用了角度传感器，但也可以代替角度传感器而通过检测动臂缸、斗杆缸、铲斗缸的行程长度的行程传感器来计算出挖掘机的姿势信息。

在图7、9、10的各流程中，步骤101、102、103、203、205、206、207、208能够省略。

在设定于液压挖掘机的二维坐标系(挖掘机坐标系)上设定铲斗顶端和目标挖掘面来进行各种控制，但也可以取而代之而在设定于地面(地球)的三维坐标系(世界坐标系)上设定铲斗顶端和目标挖掘面。

在第1实施方式中，也可以是在步骤101中判定成是的情况下追加地执行与步骤103相同的判定(有无动臂抬升指令的判定)，在该判定为是的情况下进入步骤104，在该判定为否的情况下进入步骤107。

在第2实施方式中，也可以是在步骤202中判定成否的情况(没有行驶操作、旋转操作的情况)下不是进入步骤204而是进入步骤207。即，步骤204、205、206、212能够省略。

使步骤202中的判断为是否具有行驶或旋转操作的判断，但也可以使其仅为是否具有行驶的判断。另外，作为也包含旋转而进行机械控制的情况，也可以是在由于旋转而要侵入目标挖掘面的情况下，对该旋转进行控制介入。

另外，使步骤204中的判定条件为车身倾斜角θ在前倾方向(俯仰角)上为规定角度θ1以上，但这也可以不限定于前倾方向。例如也可以为与后倾方向或左右倾斜(横摆角：roll angle)相应的判定条件。

关于因行驶或旋转导致的向目标挖掘面的侵入的判断，能够利用各种情形。例如，也可以代替上述例子而构成为事先监视行驶操作中或旋转操作中的铲斗顶端与目标面的位置关系，并在能够确认到铲斗顶端从目标挖掘面的上方移动到了下方后执行步骤203的处理。

在第2实施方式及第3实施方式中，说明了在车身倾斜角θ超过θ1的情况下中断动臂抬升控制的情况，但也可以取而代之而以通过第2模式进行动臂抬升控制的方式构成系统。

附图标记说明

1A…前作业机，8…动臂，9…斗杆，10…铲斗，11…下部行驶体，12…上部旋转体，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…操纵控制器(控制装置)，41…作业机姿势运算部，42…目标挖掘面运算部，43…目标动作运算部，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)，49…目标动作判断部，53…报知装置，54、55、56…电磁比例阀

Claims (6)

1.一种作业机械，具有：

行驶体；

旋转体，其能够旋转地安装在所述行驶体上；

多关节型的作业机，其安装在所述旋转体上，包含动臂、斗杆及铲斗；

操作装置，其根据操作员的操作，输出对所述行驶体、所述旋转体、所述动臂、所述斗杆及所述铲斗的动作指示；以及

控制装置，其在具有由所述操作装置对所述斗杆或所述铲斗的动作指示的情况下，执行区域限制控制，以所述作业机的顶端的位置被保持在目标挖掘面上及其上方区域内的方式使所述动臂强制性地上升，

所述作业机械的特征在于，

所述控制装置具有目标动作判断部，该目标动作判断部在所述作业机的顶端位于所述目标挖掘面下方的情况下，判定作为执行所述区域限制控制时的所述动臂的上升速度的控制模式而选择第1模式及以比该第1模式慢的速度规定的第2模式中的哪一个模式，

所述控制装置基于由所述目标动作判断部得出的所述判定的结果来控制所述区域限制控制时的所述动臂的上升速度，

所述目标动作判断部基于所述作业机的顶端相对于所述目标挖掘面的侵入量来进行所述判定，在所述侵入量为规定值以上的情况下从所述第1模式切换为所述第2模式。

2.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

在所述侵入量小于所述规定值的情况下，所述目标动作判断部选择所述第1模式。

3.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述目标动作判断部还基于所述作业机械的车身倾斜角来进行所述判定，在所述侵入量为所述规定值以上的情况下选择所述第2模式，在所述侵入量小于所述规定值且所述车身倾斜角为规定角度以上的情况下中断所述区域限制控制，在所述侵入量小于所述规定值且所述车身倾斜角小于所述规定角度的情况下选择所述第1模式。

4.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

还具有在选择了所述第2模式的情况下向操作员通知该主旨的报知装置。

5.一种作业机械，具有：

行驶体；

旋转体，其能够旋转地安装在所述行驶体上；

多关节型的作业机，其安装在所述旋转体上，包含动臂、斗杆及铲斗；

操作装置，其根据操作员的操作，输出对所述行驶体、所述旋转体、所述动臂、所述斗杆及所述铲斗的动作指示；以及

控制装置，其在具有由所述操作装置对所述斗杆或所述铲斗的动作指示的情况下，执行区域限制控制，以所述作业机的顶端的位置被保持在目标挖掘面上及其上方区域内的方式使所述动臂强制性地上升，

所述作业机械的特征在于，

所述控制装置具有目标动作判断部，该目标动作判断部在所述作业机的顶端位于所述目标挖掘面下方的情况下，判定作为执行所述区域限制控制时的所述动臂的上升速度的控制模式而选择第1模式及以比该第1模式慢的速度规定的第2模式中的哪一个模式，

所述控制装置基于由所述目标动作判断部得出的所述判定的结果来控制所述区域限制控制时的所述动臂的上升速度，

所述目标动作判断部基于由所述操作装置对所述行驶体或所述旋转体的动作指示、和所述目标挖掘面与所述作业机的顶端的位置关系来进行所述判定，

在根据由所述操作装置对所述行驶体或所述旋转体的动作指示而所述作业机的顶端移动到了所述目标挖掘面下方的情况下选择所述第2模式。

6.如权利要求5所述的作业机械，其特征在于，

在没有由所述操作装置对所述行驶体或所述旋转体的动作指示的情况下，所述目标动作判断部选择所述第1模式。

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