CN109196168B - 工作装置控制装置及作业机械 - Google Patents

Abstract

工作装置控制装置具备：铲斗姿态确定部、施工面确定部、铲斗控制部。铲斗姿态确定部确定全局坐标系中铲斗的角度。施工面确定部确定施工面在全局坐标系中的角度，该角度表示工作装置挖掘的挖掘对象的目标形状。铲斗控制部以铲斗的角度与施工面的角度之差为恒定角度的方式控制铲斗。

Description

工作装置控制装置及作业机械

技术领域

本发明涉及工作装置控制装置及作业机械。

本申请要求了2016年11月30日在日本申请的特愿2016－233280号的优先权，在此引用其内容。

背景技术

如专利文献1所公开的，已知有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。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开平3－66838号公报

发明内容

发明所要解决的课题

通过专利文献1所记载的技术，通过将工作装置的角度保持为恒定，能够将一个施工面适当地成形。另一方面，在跨过施工面的角度发生变化的拐点(倾斜度不同的施工面彼此连接的点)而成形多个施工面的情况下，驾驶者需要在铲斗抵达拐点时，通过开关操作将保持工作装置角度的控制关闭，进行操作以使工作装置成为适当角度后，再次通过开关操作将保持工作装置角度的控制开启。

本发明的方式的目的在于，提供能够在包含拐点的角度不同的多个目标挖掘地形的挖掘作业时适当地保持工作装置的角度而无需驾驶者进行明示操作的工作装置控制装置及作业机械。

用于解决课题的技术方案

根据本发明的第一方式，工作装置控制装置是控制具备工作装置的作业机械的控制装置，该工作装置包含铲斗，其中，具备：铲斗姿态确定部，其确定所述铲斗的角度；施工面确定部，其确定施工面的角度，该施工面的角度表示所述工作装置挖掘的挖掘对象的目标形状；铲斗控制部，其以所述铲斗的角度与所述施工面的角度之差为恒定角度的方式控制所述铲斗。

根据本发明的第二方式，作业机械具备：工作装置，其包含铲斗；上述方面的控制装置。

发明效果

根据上述方式之中至少一个方式，工作装置控制装置能够在包含拐点的角度不同的多个目标挖掘地形的挖掘作业时适当地保持铲斗的角度而无需驾驶者进行明示操作。

附图说明

图1是表示第一实施方式的液压挖掘机的结构的立体图；

图2是表示第一实施方式的液压挖掘机的控制系的结构的概略框图；

图3是表示工作装置的姿态的例子的图；

图4是表示第一实施方式的液压挖掘机的控制装置的结构的框图；

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处理的流程图；

图8是表示第一实施方式的液压挖掘机的行为的例子的图。

具体实施方式

＜第一实施方式＞

以下，参照附图对实施方式进行说明。

《液压挖掘机》

图1是表示第一实施方式的液压挖掘机的结构的立体图。第一实施方式中，作为作业机械的一例，对液压挖掘机100进行说明。需要说明的是，其他实施方式的作业机械不一定是液压挖掘机100。

液压挖掘机100具备：通过液压进行工作的工作装置110；支承工作装置110的作为上部回转体的车身120；支承车身120的作为下部行驶体的行驶装置130。

工作装置110具备：大臂111、小臂112、铲斗113、大臂油缸114、小臂油缸115、铲斗油缸116。

大臂111是支撑小臂112及铲斗113的支柱。大臂111的基端部经由销P1安装于车身120的前部。

小臂112将大臂111和铲斗113连结。小臂112的基端部经由销P2安装于大臂111的前端部。

铲斗113具备用于挖掘砂土等的铲、和用于搬运所挖掘的砂土的容器。铲斗113具备向铲的后端侧延长的铲斗底面113A。铲斗113的基端部经由销P3安装于小臂112的前端部。

大臂油缸114是用于使大臂111工作的液压缸。大臂油缸114的基端部安装于车身120。大臂油缸114的前端部安装于大臂111。

小臂油缸115是用于驱动小臂112的液压缸。小臂油缸115的基端部安装于大臂111。小臂油缸115的前端部安装于小臂112。

铲斗油缸116是用于驱动铲斗113的液压缸。铲斗油缸116的基端部安装于小臂112。铲斗油缸116的前端部安装于铲斗113。

在车身120，具备供操作人员搭乘的驾驶室121。驾驶室121置于车身120的前方且置于工作装置110的左侧。在第一实施方式中，以驾驶室121为基准，将前后方向定义为+Y方向及－Y方向，将左右方向定义为－X方向及+X方向，将上下方向定义为+Z方向及－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，向大臂油缸114、小臂油缸115及铲斗油缸116供给液压油。

《液压挖掘机的控制系》

图2是表示第一实施方式的液压挖掘机的控制系的结构的概略框图。

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检测大臂油缸114、小臂油缸115及铲斗油缸116各自的行程长度。由此，后述的控制装置126能够基于大臂油缸114、小臂油缸115及铲斗油缸116各自的行程长度来检测工作装置110的姿态角，即，在第一实施方式中，行程检测器117是对工作装置110的姿态角进行检测的单元的一例。而在其他实施方式中，不限于此，作为检测工作装置110的姿态角的单元，也可以代替行程检测器117、或者与行程检测器117并用的方式，使用旋转编码器或水平器等角度检测器。

操作装置1211具备设于驾驶室121右侧的右侧操作杆1212、和设于驾驶室121左侧的左侧操作杆1213。操作装置1211检测右侧操作杆1212的前后方向及左右方向的操作量、以及左侧操作杆1213的前后方向及左右方向的操作量，将与检测到的操作量对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方式是指如下方式：通过压力传感器检测由右侧操作杆1212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。

具体而言，右侧操作杆1212的前方向的操作对应于大臂油缸114的缩回、大臂111的下降动作的指令。右侧操作杆1212的后方向的操作对应于大臂油缸114的伸张、大臂111的提升动作的指令。右侧操作杆1212的右方向的操作对应于铲斗油缸116的缩回、铲斗113的卸料的指令。右侧操作杆1212的左方向的操作对应于铲斗油缸116的伸张、铲斗113的挖掘的指令。左侧操作杆1213的前方向的操作对应于小臂油缸115的伸张、小臂112的挖掘的指令。左侧操作杆1213的后方向的操作对应于小臂油缸115的缩回、小臂112的卸料的指令。左侧操作杆1213的右方向的操作对应于车身120的右回转的指令。左侧操作杆1213的左方向的操作对应于车身120的左回转的指令。

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)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接收到的测位信号，检测全局坐标系中车身120的代表点的位置。全局坐标系是指，以地面上规定的点(例如，设于施工现场的GNSS基站的位置)为基准点的坐标系。作为GNSS的例子，可举出GPS(Global Positioning System)。

方位运算器123运算车身120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及第二接收器1232。第一接收器1231及第二接收器1232分别设于车身120的不同位置。方位运算器123使用第一接收器1231接收到的测位信号和第二接收器1232接收到的测位信号，以检测到的第二接收器1232的设置位置相对于第一接收器1231的设置位置的关系，运算车身120的方位。

倾斜检测器124测量车身120的加速度及角速度，基于测量结果来检测车身120的倾斜度(例如，表示相对于X轴的旋转的俯仰、表示相对于Y轴的旋转的横摆、及表示相对于Z轴的旋转的侧倾)。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例如能够使用作为惯性测量装置的IMU(Inertial Measurement Unit)。

液压装置125具备液压油箱、液压泵、流量控制阀、及电磁比例控制阀。液压泵由未图示的发动机的动力来驱动，经由流量调节阀向大臂油缸114、小臂油缸115、及铲斗油缸116供给液压油。电磁比例控制阀基于从控制装置126接收的控制指令，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滑阀芯，通过滑阀芯的位置来调节向大臂油缸114、小臂油缸115、及铲斗油缸116供给的液压油的流量。滑阀芯通过经电磁比例控制阀调节过的先导液压来驱动。在与铲斗油缸116连接的油路，与限制先导液压的电磁比例控制阀并联地设有限制液压泵供给的初始压的电磁比例控制阀。由此，液压挖掘机100能够根据比由操作装置1211生成的先导液压高的液压，驱动铲斗油缸116。

控制装置126具备：处理器910、主存储器920、存储装置930、接口940。

在存储装置930，储存有用于控制工作装置110的程序。作为存储装置930的例子，可举出HDD(Hard Disk Drive)、非易失性存储器等。存储装置930既可以是与控制装置126的总线直接连接的内部介质，也可以是经由接口940或通信线路与控制装置126连接的外部介质。

处理器910从存储装置930读取程序并将其解压到主存储器920，按照程序执行处理。另外，处理器910按照程序在主存储器920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、及其他周边设备连接，进行信号的收发。

程序也可以是用于实现使控制装置126发挥的功能的一部分。例如，程序也可以是通过与存储装置930中既存的其他程序的组合、或与安装于其他装置的其他程序的组合来使其发挥功能。

控制装置126通过程序的执行，基于位置检测器122检测到的位置、方位运算器123检测到的方位、倾斜检测器124检测到的车身120的倾斜角、及行程检测器117检测到的行程长度，确定铲斗113的位置。另外，控制装置126基于经确定的铲斗113的位置及操作装置1211的操作量，向液压装置125的电磁比例控制阀输出大臂油缸114的控制指令、及铲斗油缸116的控制指令。

《工作装置的姿态》

图3是表示工作装置的姿态的例子的图。

控制装置126算出工作装置110的姿态，基于该姿态生成工作装置110的控制指令。具体而言，作为工作装置110的姿态，控制装置126算出大臂111的姿态角α、小臂112的姿态角β、铲斗113的姿态角γ、及铲斗113的轮廓点的位置。

大臂111的姿态角α由从销P1向车身120的上方向(+Z方向)延伸的半直线、与从销P1向销P2延伸的半直线的夹角来表示。需要说明的是，由于车身120的倾斜度(俯仰角)θ，车身120的上方向未必与竖直上方向一致。

小臂112的姿态角β由从销P1向销P2延伸的半直线、与从销P2向销P3延伸的半直线的夹角来表示。

铲斗113的姿态角γ由从销P2向销P3延伸的半直线、与从销P3向铲斗113的铲尖E延伸的半直线的夹角来表示。

这里，将大臂111的姿态角α、小臂112的姿态角β、及铲斗113的姿态角γ之和称作工作装置110的姿态角η。工作装置110的姿态角η等于：从销P3向车身120的上方向(+Z方向)延伸的半直线、与从销P3向铲斗113的铲尖E延伸的半直线的夹角。

另外，将与铲斗底面113A正交、且向上表面侧延伸的向量称作底面法线向量Nb。底面法线向量Nb的朝向根据工作装置110的姿态角η而变化。

铲斗113的轮廓点的位置根据大臂111的尺寸L1、小臂112的尺寸L2、铲斗113的尺寸L3、大臂111的姿态角α、小臂112的姿态角β、铲斗113的姿态角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的位置关系而求出。大臂111的尺寸L1是从销P1至销P2的距离。小臂112的尺寸L2是从销P2至销P3的距离。铲斗113的尺寸L3是从销P3至铲尖E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、及Z坐标位置来表示。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至销P1的距离、从代表点O向销P1延伸的半直线的X轴方向的倾斜度、及从代表点O向销P1延伸的半直线的Y轴方向的倾斜度来表示。

《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结构的框图。

控制装置126具备：作业机械信息存储部200、操作量取得部201、检测信息取得部202、姿态确定部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、目标角度存储部210、控制指令输出部211。

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

操作量取得部201从操作装置1211取得表示操作量(先导液压或电杠杆的角度)的操作信号。具体而言，操作量取得部201取得大臂111的操作量、小臂112的操作量、铲斗113的操作量、及回转的操作量。

检测信息取得部202取得位置检测器122、方位运算器123、倾斜检测器124、行程检测器117各自检测到的信息。具体而言，检测信息取得部202取得车身120在全局坐标系中的位置信息、车身120朝向的方位、车身120的倾斜度、大臂油缸114的行程长度、小臂油缸115的行程长度、及铲斗油缸116的行程长度。

姿态确定部203基于检测信息取得部202取得的信息，确定工作装置110的姿态角η。具体而言，姿态确定部203按以下的步骤来确定工作装置110的姿态角η。姿态确定部203根据大臂油缸114的行程长度，算出大臂111的姿态角α。姿态确定部203根据小臂油缸115的行程长度，算出小臂112的姿态角β。姿态确定部203根据铲斗油缸116的行程长度，算出铲斗113的姿态角γ。

另外，姿态确定部203基于算出的姿态角，求出底面法线向量Nb。具体而言，姿态确定部203按以下的步骤来求出底面法线向量Nb。姿态确定部203基于由姿态角α、β、γ之和表示的工作装置110的姿态角η、和作业机械信息存储部200储存的铲斗113的轮廓形状，确定铲斗底面113A(底面的比曲面部靠铲尖E侧)的任意三点(点A、点B、点C)的相对位置关系。其中，点A及点B可以是铲斗113的铲尖的两端的点。姿态确定部203根据经确定的三点，生成两个向量。例如，姿态确定部203生成从点A朝向点B的向量、和从点A朝向点C的向量。姿态确定部203将所生成的两个向量的外积作为底面法线向量Nb。另外，姿态确定部203也可以基于铲斗底面113A的角度求出底面法线向量Nb，铲斗底面113A的角度基于工作装置110的姿态角η、和铲斗铲尖角(将销P3和铲斗113的铲尖E相连的线段与铲斗底面113A的夹角)来确定。

姿态确定部203是确定铲斗113角度的铲斗姿态确定部的一例。

另外，姿态确定部203基于算出的姿态角、检测信息取得部202取得的信息、和作业机械信息存储部200储存的信息，就铲斗113的多个轮廓点确定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在宽度方向(X方向)上的多个点、及底板在宽度方向上的多个点。具体而言，姿态确定部203根据大臂111的姿态角α、小臂112的姿态角β、铲斗113的姿态角γ、大臂111的尺寸L1、小臂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朝向的方位、及车身120的倾斜度θ，确定全局坐标系中铲斗113的轮廓点的位置。

目标施工数据存储部204储存表示施工现场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。构成目标施工数据的三角形多边形分别具有与相邻的其他三角形多边形共同的边。即，目标施工数据表示由多个平面构成的连续平面。目标施工数据从外部存储介质写入、或者经由网络从外部服务器接收，从而储存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储存的目标施工数据、和姿态确定部203确定的铲斗113的轮廓点的位置，确定目标施工线。目标施工线由铲斗113的驱动面(穿过铲斗113且与X轴正交的面)和目标施工数据的交线表示。具体而言，目标施工线确定部205按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的轮廓点之中位于最下方的点(高度最低的点)。目标施工线确定部205确定位于由目标施工数据确定的轮廓点的竖直下方的目标施工面。由目标施工线确定部205规定的目标施工面也可以是确定位于与铲斗113的距离最短的位置的目标施工面的方法等。

接着，作为目标施工线，目标施工线确定部205算出穿过经确定的轮廓点和目标施工面的铲斗113的驱动面、与目标施工数据的交线。在目标施工数据在铲斗113的驱动面上具有拐点的情况下，目标施工线由多个线段的组合构成。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，还由诸如具有宽度的地形形状来规定。

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。

另外，目标施工线确定部205确定铲斗113正下方的目标施工面的法线向量(施工面法线向量Nt)。施工面法线向量Nt通过由X轴、Y轴及Z轴表示的液压挖掘机100的本地坐标系来表示。施工面法线向量Nt是与目标施工面正交、且向地上侧延伸的向量。具体而言，目标施工线确定部205按以下的步骤来求出施工面法线向量Nt。目标施工线确定部205确定铲斗113的轮廓点之中位于最下方的点。目标施工线确定部205确定位于经确定的轮廓点的竖直下方的目标施工面。接着，目标施工线确定部205使表示经确定的目标施工面的三角形多边形旋转相当于由检测信息取得部202取得的车身的倾斜度的量，将表示目标施工面的三角形多边形转换成本地坐标系。

目标施工线确定部205根据转换成本地坐标系的三角形多边形的各顶点(点D、点E、点F)，生成两个向量。例如，姿态确定部203生成从点D朝向点E的向量、和从点D朝向点F的向量。姿态确定部203将所生成的两个向量的外积作为施工面法线向量Nt。需要说明的是，在其他实施方式中，也可以是，目标施工线确定部205使目标施工线之中铲斗113正下方的线段旋转相当于车身倾斜度的量，将与该线段正交、且向地上侧延伸的向量作为施工面法线向量Nt。

目标施工线确定部205是确定对工作装置110挖掘的挖掘对象的目标形状进行表示的施工面的角度的施工面确定部的一例。

距离确定部206确定铲斗113和目标施工线(挖掘对象位置)的距离。

目标速度决定部207基于操作量取得部201取得的右侧操作杆1212的前后方向的操作量，决定大臂111的目标速度。目标速度决定部207基于操作量取得部201取得的左侧操作杆1213的前后方向的操作量，决定小臂112的目标速度。目标速度决定部207基于操作量取得部201取得的右侧操作杆1212的左右方向的操作量，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确定的距离，进行如下工作装置控制：以铲斗113不侵入到比目标施工线靠下方的方式控制工作装置110。第一实施方式的工作装置控制是如下控制：以铲斗113不侵入到比目标施工线靠下方的方式决定大臂111的限制速度，并生成大臂111的控制指令。具体而言，工作装置控制部208通过限制速度表，决定大臂111在竖直方向上的限制速度，其中，该限制速度表表示铲斗113与挖掘对象位置之间的距离、和工作装置110的限制速度的关系。

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与挖掘对象位置的距离是0时，工作装置110的竖直方向分量的速度成为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与挖掘对象位置的距离以正值表示。而在铲斗113的最下点位于目标施工线的下方时，铲斗113与挖掘对象位置的距离以负值表示。另外，在限制速度表中，使铲斗113向上方移动时的速度以正值表示。在铲斗113与挖掘对象位置的距离在正值的工作装置控制阈值th以下的情况下，基于铲斗113与目标施工线的距离，规定工作装置110的限制速度。在铲斗113与挖掘对象位置的距离在工作装置控制阈值th以上时，工作装置110的限制速度绝对值为大于工作装置110的目标速度最大值的值。即，在铲斗113与挖掘对象位置的距离在工作装置控制阈值th以上的情况下，工作装置110的目标速度绝对值始终小于限制速度绝对值，故而，大臂111始终以目标速度进行驱动。

就工作装置控制部208而言，在限制速度绝对值小于大臂111、小臂112和铲斗113的目标速度的竖直方向分量之和的绝对值的情况下，从限制速度减去小臂112的目标速度的竖直方向分量和铲斗113的目标速度的竖直方向分量，从而算出大臂111在竖直方向上的限制速度。工作装置控制部208根据大臂111在竖直方向上的限制速度，算出大臂111的限制速度。

就铲斗控制部209而言，在满足铲斗控制开始条件时，开始如下的铲斗控制：以铲斗底面113A与目标施工面的角度之差成为恒定角度的方式控制铲斗113。铲斗底面113A与目标施工面的角度之差等于底面法线向量Nb与施工面法线向量Nt的夹角φ。在满足铲斗控制开始条件时，铲斗控制部209将底面法线向量Nb与施工面法线向量Nt的夹角φ作为目标角度储存在目标角度存储部210。铲斗控制部209基于大臂111及小臂112的速度，决定铲斗113的控制速度。大臂111及小臂112的速度根据行程检测器117检测到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如下条件：铲斗113与挖掘对象位置的距离低于铲斗控制开始阈值、铲斗的操作量低于规定的阈值(相当于操作装置1211的游隙程度的角度)、且正在执行工作装置控制。

在满足铲斗控制结束条件时，铲斗控制部209结束铲斗控制。第一实施方式的铲斗控制结束条件是如下条件：铲斗113与挖掘对象位置的距离在铲斗控制结束阈值以上、或铲斗的操作量在规定的阈值以上、或未执行工作装置控制。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，在未经操作人员的操作等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。

目标角度存储部210储存底面法线向量Nb与施工面法线向量Nt的夹角φ的目标角度。

控制指令输出部211将工作装置控制部208生成的大臂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211将铲斗控制部209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》

这里，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在每个规定控制周期执行下述控制。

操作量取得部201从操作装置1211取得大臂111的操作量、小臂112的操作量、铲斗113的操作量、及回转的操作量(步骤S1)。检测信息取得部202取得位置检测器122、方位运算器123、倾斜检测器124、行程检测器117各自检测到的信息(步骤S2)。

姿态确定部203根据各液压缸的行程长度，算出大臂111的姿态角α、小臂112的姿态角β、及铲斗113的姿态角γ(步骤S3)。姿态确定部203基于算出的姿态角α、β、γ；作业机械信息存储部200储存的小臂112的尺寸L1、铲斗113的尺寸L2、大臂111的尺寸L3、大臂111的形状；检测信息取得部202取得的车身120的位置、方位及倾斜度，算出全局坐标系中铲斗113的轮廓点的位置(步骤S4)。另外，姿态确定部203基于铲斗113的轮廓点的位置，算出底面法线向量Nb(步骤S5)。

目标施工线确定部205确定铲斗113的轮廓点之中、全局坐标系下的位置位于最下方的点(步骤S6)。目标施工线确定部205确定位于经确定的轮廓点的竖直下方的目标施工面(步骤S7)。目标施工线确定部205算出经确定的目标施工面的施工面法线向量Nt(步骤S8)。接着，作为目标施工线，目标施工线确定部205算出穿过经确定的轮廓点和目标施工面的铲斗113的驱动面、与目标施工数据的交线(步骤S9)。距离确定部206确定铲斗113与挖掘对象位置的距离(步骤S10)。目标速度决定部207基于步骤S1中由操作量取得部201取得的操作量，算出大臂111、小臂112及铲斗113的目标速度(步骤S11)。

接着，工作装置控制部208根据图5中表示的表，确定与距离确定部206所确定的铲斗113与挖掘对象位置的距离相关联的工作装置110的限制速度(步骤S12)。接着，工作装置控制部208基于小臂112及铲斗113的目标速度、和工作装置110的限制速度，算出大臂111的限制速度(步骤S13)。工作装置控制部208基于工作装置控制部208生成的大臂111的限制速度，生成大臂111的控制指令及铲斗113的控制指令(步骤S14)。

当工作装置控制部208生成大臂111的控制指令时，铲斗控制部209进行下述铲斗控制处理(步骤S15)。图7是表示第一实施方式的铲斗控制处理的流程图。

铲斗控制部209基于步骤S10中由距离确定部206确定的距离、和步骤S1中操作量取得部201取得的操作量，判定液压挖掘机100的状态是否从不满足铲斗控制开始条件的状态转变到满足该条件的状态(步骤S31)。在液压挖掘机100的状态从不满足铲斗控制开始条件的状态转变到满足该条件的状态的情况下(步骤S31：是)，作为目标角度，铲斗控制部209算出步骤S5中姿态确定部203确定的底面法线向量Nb、与步骤S8中目标施工线确定部205确定的施工面法线向量Nt的夹角φ(步骤S32)。铲斗控制部209使目标角度储存于目标角度存储部210(步骤S33)。然后，铲斗控制部209使铲斗控制有效(步骤S34)。即，铲斗控制部209在满足了铲斗控制开始条件时，之后，以铲斗底面113A与目标施工线的角度之差与目标角度存储部210储存的目标角度一致的方式决定铲斗113的控制速度。

另一方面，在液压挖掘机100的状态是不满足铲斗控制开始条件的状态的情况、或已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的状态是否从不满足铲斗控制结束条件的状态转变到满足该条件的状态(步骤S35)。在液压挖掘机100的状态从不满足铲斗控制结束条件的状态转变到满足该条件的状态的情况下(步骤S35：是)，铲斗控制部209使铲斗控制无效(步骤S36)。即，铲斗控制部209在满足了铲斗控制结束条件时，之后，不对铲斗113的控制速度进行确定。

在使铲斗控制有效的情况、使铲斗控制无效的情况、或没有铲斗控制开始条件从不足向足够的转变及铲斗控制结束条件从不足向足够转变的情况下(步骤S35：否)，铲斗控制部209判定铲斗控制是否有效(步骤S37)。在铲斗控制无效的情况下(步骤S37：否)，铲斗控制部209结束铲斗控制处理而不算出铲斗113的控制速度。另一方面，在铲斗控制为有效的情况下(步骤S37：是)，铲斗控制部209基于大臂111及小臂112的速度，算出大臂111的姿态角的变化量Δα和小臂112的姿态角的变化量Δβ(步骤S38)。另外，铲斗控制部209算出步骤S5中姿态确定部203确定的底面法线向量Nb、与步骤S8中目标施工线确定部205确定的施工面法线向量Nt的夹角φ(步骤S39)。接着，铲斗控制部209从目标角度存储部210储存的目标角度减去步骤S38中算出的角φ、变化量Δα及变化量Δβ，从而算出铲斗113的姿态角的变化量Δγ(步骤S40)。铲斗控制部209将变化量Δγ转变为速度，从而算出铲斗113的控制速度(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)，结束铲斗控制处理。

当控制装置126结束铲斗控制处理时，控制指令输出部211将工作装置控制部208生成的大臂111的控制指令、及铲斗控制部209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S16)。

由此，液压装置125驱动大臂油缸114、小臂油缸115、及铲斗油缸116。需要说明的是，在铲斗控制为无效的情况下，铲斗113的控制指令不向电磁比例控制阀输出。该情况下，电磁比例控制阀成为允许先导液压通过的开状态，液压装置125基于操作装置1211生成的先导液压，驱动铲斗油缸116。

《作用和效果》

图8是表示第一实施方式的液压挖掘机的行为例的图。图8所示的例子中，在时刻T1，铲斗113位于目标施工面G1的上方。之后，小臂112向挖掘方向进行驱动，越过将目标施工面G1和目标施工面G2连接的拐点。然后，在时刻T2，铲斗113移动到目标施工面G2的上方。在时刻T1，控制装置126以底面法线向量Nb(T1)与目标施工面G1的施工面法线向量Nt(G1)的夹角φ(T1)为目标角度的方式，生成铲斗113的控制指令。之后，在时刻T2，控制装置126以底面法线向量Nb(T2)与目标施工面G2的施工面法线向量Nt(G2)的夹角φ(T2)为目标角度的方式，生成铲斗113的控制指令。

这样，根据第一实施方式，控制装置126以铲斗底面113A的角度与目标施工面的角度之差为恒定角度的方式控制铲斗113(进行铲斗控制)。由此，即使在铲斗113越过拐点从而目标施工面的角度发生了变化的情况下，也能够在没有操作人员的明示操作的情形下，将铲斗113与目标施工面的相对角度保持为恒定。

另外，根据第一实施方式，控制装置126以铲斗113的角度与对象施工面的角度之差为目标角度的方式控制铲斗113。第一实施方式中的目标角度是液压挖掘机100的状态满足铲斗阈值开始条件时的铲斗底面113A的角度与目标施工面的角度之差。由此，控制装置126能够将铲斗底面113A与目标施工面的相对角度保持在操作人员的期望角度。需要说明的是，其他实施方式的目标角度也可以不是液压挖掘机100的状态满足铲斗控制开始条件时的铲斗113的角度与目标施工面的角度之差。例如，其他实施方式的控制装置126中，也可以是预先由操作人员等储存在目标角度存储部210的角度。例如，通过以0度为目标角度而使其储存在目标角度存储部210，控制装置126能够以铲斗底面113A顺着目标施工面的方式控制铲斗113。

另外，根据第一实施方式，控制装置126在铲斗113与目标施工面的距离低于铲斗控制开始阈值的情况下，进行铲斗控制。在铲斗113与目标施工面足够近的情况下，操作人员期望进行挖掘对象的精挖掘的可能性高。因此，控制装置126通过在铲斗113与目标施工面足够近的情况下进行铲斗控制，能够在没有操作人员的明示操作的情形下，在挖掘作业时将铲斗的角度保持为恒定。需要说明的是，在其他实施方式中，铲斗控制开始条件也可以不含关于铲斗113与目标施工面的距离的条件。例如，在其他实施方式中，铲斗控制开始条件也可以是未图示的按下铲斗控制按钮。

另外，根据第一实施方式，控制装置126在铲斗113与目标施工面的距离低于工作装置控制阈值th的情况下，进行如下工作装置控制：以铲斗113不侵入到比施工面靠下方的方式控制工作装置110。此时，铲斗控制阈值为工作装置控制阈值th以下。即，在工作装置控制未被执行期间，也不执行铲斗控制。在工作装置控制未被执行的范围内，操作人员期望进行粗挖掘的可能性高，期望进行精挖掘的可能性低。因此，通过使铲斗控制阈值小于工作装置控制阈值th，控制装置126能够防止不必要地进行工作装置110的角度控制。另一方面，其他实施方式的控制装置126也可以不具有工作装置控制功能。另外，另一方面，在其他实施方式的液压挖掘机100中，也可以是，铲斗控制阈值大于工作装置控制阈值th。

另外，根据第一实施方式，控制装置126也可以是，在铲斗113的操作的操作量低于规定的阈值、且铲斗113与挖掘对象位置的距离低于铲斗控制阈值的情况下，执行铲斗控制。在通过操作装置1211进行铲斗113的操作的情况下，操作人员具有想要自己来控制铲斗的意图的可能性高。因此，控制装置126通过在铲斗113的操作的操作量小的情况下进行铲斗控制，能够防止不必要地进行铲斗113的角度控制。

＜其他实施方式＞

以上，参照附图对一个实施方式进行了详细说明，但具体结构不限于上述方式，可以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，但不限于此，例如也可以是电杠杆方式。电杠杆方式是指如下方式：通过电位计检测右侧操作杆1212及左侧操作杆1213的操作角度，生成操作信号。该情况下，控制装置126基于大臂111、小臂112及铲斗113的目标速度、以及大臂111的限制速度及铲斗113的控制速度，分别生成大臂111、小臂112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通过底面法线向量Nb与施工面法线向量Nt的夹角φ来确定铲斗底面113A的角度与目标施工面的角度之差，但在其他实施方式中不限于此。例如，其他实施方式中，也可以代替底面法线向量Nb，而使用从支承铲斗113和小臂112的销向铲斗113的铲尖延伸的向量。另外，例如，其他实施方式中，也可以是，分别确定铲斗底面113A的倾斜度和施工面的倾斜度，从而算出铲斗底面113A的角度与目标施工面的角度之差。

第一实施方式的铲斗控制开始条件包括铲斗113与挖掘对象位置的距离低于铲斗控制开始阈值，但不限于此，铲斗控制开始条件只要包括如下条件即可：工作装置110的状态和工作装置的控制基准的关系满足规定的关系。例如，其他实施方式的铲斗控制开始条件也可以包括铲斗113与地表的距离低于铲斗控制开始阈值等。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基于大臂111和小臂112的速度来算出铲斗113的控制速度，但不限于此。例如，其他实施方式的控制装置126也可以是，基于大臂111和小臂112的目标速度及大臂111的限制速度，算出铲斗113的控制速度。

就第一实施方式的控制装置126而言，不限于液压挖掘机，只要是具备工作装置的作业机械即可予以适用。

产业上的可利用性

根据上述实施方式，控制装置能够在跨过拐点的挖掘作业时适当地保持铲斗的角度而无需驾驶者的明示操作。

标记说明

100…液压挖掘机 111…大臂 112…小臂 113…铲斗 114…大臂油缸 115…小臂油缸 116…铲斗油缸 126…控制装置 200…作业机械信息存储部 201…操作量取得部202…检测信息取得部 203…姿态确定部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…目标角度存储部 211…控制指令输出部

Claims (6)

1.一种工作装置控制装置，控制具备工作装置的作业机械，该工作装置包含铲斗，其中，具备：

铲斗姿态确定部，其确定所述铲斗的角度；

施工面确定部，其确定施工面的角度，该施工面的角度表示所述工作装置挖掘的挖掘对象的目标形状；

铲斗控制部，其基于铲斗控制开始条件，控制所述铲斗；

在满足所述铲斗控制开始条件时，所述铲斗控制部控制以如下方式控制所述铲斗：使角度不同的多个所述施工面中的位于所述铲斗的竖直下方的目标施工面与所述铲斗的角度之差成为目标角度，

所述目标角度是从不满足所述铲斗控制开始条件的状态转变到满足所述铲斗控制开始条件的状态时的所述铲斗与所述目标施工面的角度之差。

2.如权利要求1所述的工作装置控制装置，其中，

所述铲斗姿态确定部确定与所述铲斗的底面正交的底面法线向量，

所述施工面确定部确定与所述目标施工面正交的施工面法线向量，

所述铲斗控制部以如下方式控制所述铲斗：所述底面法线向量与所述施工面法线向量的夹角为恒定角度。

3.如权利要求1或2所述的工作装置控制装置，其中，

还具备目标角度存储部，该目标角度存储部储存所述目标角度，

所述铲斗控制部以如下方式控制所述铲斗：所述铲斗的角度与所述施工面的角度之差为所述目标角度存储部储存的目标角度。

4.如权利要求1或2所述的工作装置控制装置，其中，

还具备距离确定部，该距离确定部确定所述铲斗与所述施工面的距离，

所述铲斗控制开始条件包括所述铲斗与所述施工面的距离低于铲斗控制开始阈值。

5.如权利要求3所述的工作装置控制装置，其中，

还具备距离确定部，该距离确定部确定所述铲斗与所述施工面的距离，

所述铲斗控制开始条件包括所述铲斗与所述施工面的距离低于铲斗控制开始阈值。

6.一种作业机械，其中，具备：

工作装置，其包含铲斗；

权利要求1至5中任一项所述的工作装置控制装置。

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