CN110168173A - 作业车辆的控制系统、工作装置的轨迹设定方法以及作业车辆 - Google Patents

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Abstract

作业车辆的控制系统具备控制器。控制器取得表示作业对象的现状面的现状地形数据。控制器将现状面置换为设计面。

Description

作业车辆的控制系统、工作装置的轨迹设定方法以及作业 车辆
技术领域
本发明涉及作业车辆的控制系统、工作装置的轨迹设定方法以及作业车辆。
背景技术
以往，在推土机或平地机等作业车辆中，提出了自动地调整工作装置的位置的自动控制。例如，在专利文献1中，公开了挖掘控制与整地控制。
在挖掘控制中，以使施加于刮板的负荷与目标负荷一致的方式来自动调整刮板的位置。在整地控制中，以沿着表示挖掘对象的目标完成形状的最终设计面而移动刮板的板尖的方式来自动调整刮板的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5247939号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
根据上述以往的控制，通过在对刮板的负荷过度变大时使刮板上升，能够抑制履带板滑动的产生。由此，能够高效地进行作业。
但是，如图29所示，在以往的控制中，首先将刮板控制为沿着最终设计面100。之后，若对刮板的负荷变大，则通过负荷控制使刮板上升(参照图29的刮板的轨迹200)。因而，在挖掘具有较大起伏的地形300的情况下，施加于刮板的负荷迅速变大，由此可能导致刮板迅速地上升。在该情况下，将会形成凹凸较大的地形，因此难以顺畅地进行挖掘作业。另外，所挖掘的地形容易被破坏，存在完工质量降低的隐患。
另外，在通过作业车辆进行的作业中，除了挖掘作业之外，还有填土作业。在填土作业中，作业车辆利用工作装置从削土部削出土。然后，作业车辆利用工作装置将削出的土填到规定位置。通过使作业车辆在所填的土上行驶，或者利用辊，将土夯实。由此，例如能够将凹陷的地形填埋而形成为平坦的形状。
但是，在上述自动控制中，也难以进行良好的填土作业。例如，如图30所示，在整地控制中，以使刮板的板尖沿最终设计面100移动的方式自动调整刮板的位置。因此，若通过整地控制对具有较大起伏的地形300进行填土作业，则如图30中虚线400所示，将会一次将大量的土填于作业车辆的跟前的位置。在该情况下，所填的土的厚度较大，因此难以将所填的土夯实。因此，存在作业的完工质量降低这一问题。
本发明的技术问题在于，提供能够通过自动控制进行高效且完工质量好的作业的作业车辆的控制系统、工作装置的轨迹设定方法以及作业车辆。
用于解决技术问题的手段
第一方式为一种具有工作装置的作业车辆的控制系统。控制系统具备控制器。控制器被编程为进行以下的处理。控制器取得表示作业对象的现状面的现状地形数据。控制器将现状面置换为设计面。
第二方式是一种作业车辆的工作装置的目标轨迹设定方法。目标轨迹设定方法具备以下的处理。第一处理是，取得表示作业对象的现状面的现状地形数据。第二处理是，将现状面置换为设计面。
第三方式是一种作业车辆。作业车辆具备工作装置与控制器。控制器被编程为进行以下的处理。控制器取得表示作业对象的现状面的现状地形数据。控制器将现状面置换为设计面。
发明效果
根据本发明，现状面被置换为设计面。由此，能够使工作装置沿现状面移动。例如，通过使设计面位移到比现状面靠上方的位置，能够沿现状面较薄地填土。另外，通过使设计面位移到比现状面靠下方的位置，能够在抑制对工作装置的负荷过度变大的同时沿现状面进行挖掘。或者，通过使工作装置沿置换后的设计面移动，能够使被破坏了的现状面平滑化。由此，能够使作业的完工质量提高。另外，能够通过自动控制使作业的效率提高。
附图说明
图1是表示实施方式的作业车辆的侧视图。
图2是表示作业车辆的驱动系统与控制系统的构成的框图。
图3是表示作业车辆的构成的示意图。
图4是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图5是表示工作装置的自动控制的处理的流程图。
图6是表示现状面偏移功能的处理的流程图。
图7是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图8是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图9是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图10是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图11是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图12是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图13是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图14是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图15是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图16是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图17是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图18是表示设计面以及现状面的一个例子的图。
图19是表示操作画面的一个例子的图。
图20是表示操作画面的一个例子的图。
图21是表示操作画面的一个例子的图。
图22是表示操作画面的一个例子的图。
图23是表示操作画面的一个例子的图。
图24是表示操作画面的一个例子的图。
图25是表示操作画面的一个例子的图。
图26是表示操作画面的一个例子的图。
图27是表示其他实施方式的作业车辆的驱动系统与控制系统的构成的框图。
图28是表示其他实施方式的作业车辆的驱动系统与控制系统的构成的框图。
图29是表示相关技术的一个例子的图。
图30是表示相关技术的一个例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式的作业车辆进行说明。图1是表示实施方式的作业车辆1的侧视图。本实施方式的作业车辆1是推土机。作业车辆1具备车体11、行驶装置12以及工作装置13。
车体11具有驾驶室14与发动机室15。在驾驶室14配置有未图示的驾驶席。发动机室15配置于驾驶室14的前方。行驶装置12安装于车体11的下部。行驶装置12具有左右一对履带16。另外，在图1中，仅图示了左侧的履带16。作业车辆1通过履带16旋转而行驶。作业车辆1的行驶也可以是自主行驶、半自主行驶、基于操作人员的操作的行驶中的任一形式。
工作装置13安装于车体11。工作装置13具有提升架17、刮板18以及提升缸19。
提升架17以能够以沿车宽方向延伸的轴线X为中心向上下动作的方式安装于车体11。提升架17支承刮板18。刮板18配置于车体11的前方。刮板18伴随着提升架17的上下移动而向上下移动。
提升缸19连结于车体11与提升架17。通过提升缸19伸缩，提升架17以轴线X为中心向上下旋转。
图2是表示作业车辆1的驱动系统2与控制系统3的构成的框图。如图2所示，驱动系统2具备发动机22、液压泵23以及动力传递装置24。
液压泵23由发动机22驱动而排出工作油。从液压泵23排出的工作油被供给到提升缸19。另外，在图2中图示出一个液压泵23，但也可以设有多个液压泵。
动力传递装置24将发动机22的驱动力传递到行驶装置12。动力传递装置24例如可以是HST(Hydro Static Transmission：静液压变速器)。或者，动力传递装置24例如也可以是变矩器或具有多个变速齿轮的变速器。
控制系统3具备操作装置25a、输入装置25b、显示器25c、控制器26、控制阀27以及存储装置28。操作装置25a是用于操作工作装置13以及行驶装置12的装置。操作装置25a配置于驾驶室14。操作装置25a接受用于驱动工作装置13以及行驶装置12的操作人员的操作，输出与操作相应的操作信号。操作装置25a例如包含操作杆、踏板、开关等。
例如，行驶装置12用的操作装置25a被设为能够操作为前进位置、后退位置以及中立位置。表示操作装置25a的位置的操作信号被输出到控制器26。控制器26在操作装置25a的操作位置为前进位置时，控制行驶装置12或动力传递装置24以使作业车辆1前进。在操作装置25a的操作位置为后退位置时，控制器26控制行驶装置12或动力传递装置24，以使作业车辆1后退。
输入装置25b以及显示器25c例如是触摸面板式的显示输入装置。显示器25c例如是LCD或OLED。不过，显示器25c也可以是其他种类的显示装置。输入装置25b以及显示器25c也可以是不同的装置。例如，输入装置25b也可以是开关等其他输入装置。输入装置25b将表示操作人员的操作的操作信号向控制器26输出。
控制器26被编程为基于取得的数据控制作业车辆1。控制器26例如包含CPU等处理装置。控制器26从操作装置25a取得操作信号。控制器26基于操作信号控制控制阀27。控制器26从输入装置25b取得操作信号。控制器26输出使规定的画面显示于显示器25c的信号。
控制阀27为比例控制阀，被来自控制器26的指令信号控制。控制阀27配置于提升缸19等液压促动器和液压泵23之间。控制阀27控制从液压泵23向提升缸19供给的工作油的流量。控制器26生成对控制阀27的指令信号，以使刮板18根据上述操作装置25a的操作而动作。由此，根据操作装置25a的操作量来控制提升缸19。另外，控制阀27可以是压力比例控制阀。或者，控制阀27也可以是电磁比例控制阀。
控制系统3具备提升缸传感器29。提升缸传感器29检测提升缸19的行程长度(以下，称作“提升缸长度L”)。如图3所示，控制器26基于提升缸长度L计算刮板18的提升角θlift。图3是表示作业车辆1的构成的示意图。
在图3中，用双点划线示出了工作装置13的原点位置。工作装置13的原点位置是刮板18的板尖在水平的地面上与地面接触的状态下的刮板18的位置。提升角θlift是工作装置13离原点位置的角度。
如图2所示，控制系统3具备位置检测装置31。位置检测装置31测定作业车辆1的位置。位置检测装置31具备GNSS(Global Navigation Satellite System：全球导航卫星系统)接收机32和IMU33。GNSS接收机32例如是GPS(Global Positioning System：全球定位系统)用的接收机。GNSS接收机32的天线配置于驾驶室14上。GNSS接收机32自卫星接收定位信号，通过定位信号运算天线的位置而生成车体位置数据。控制器26从GNSS接收机32取得车体位置数据。
IMU33是惯性测量装置(Inertial Measurement Unit)。IMU33取得车体倾斜角数据与车体加速度数据。车体倾斜角数据包含车辆前后方向相对于水平方向的角度(俯仰角)以及车辆横向相对于水平方向的角度(侧倾角)。车体加速度数据包含作业车辆1的加速度。控制器26从IMU33取得车体倾斜角数据以及车体加速度数据。
控制器26根据提升缸长度L、车体位置数据以及车体倾斜角数据运算板尖位置P0。如图3所示，控制器26基于车体位置数据计算GNSS接收机32的全球坐标。控制器26基于提升缸长度L计算提升角θlift。控制器26基于提升角θlift与车体尺寸数据计算板尖位置P0相对于GNSS接收机32的本地坐标。
控制器26根据车体位置数据和车体加速度数据计算作业车辆1的行进方向与车速。车体尺寸数据存储于存储装置28，表示工作装置13相对于GNSS接收机32的位置。控制器26基于GNSS接收机32的全球坐标、板尖位置P0的本地坐标以及车体倾斜角数据计算板尖位置P0的全球坐标。控制器26取得板尖位置P0的全球坐标作为板尖位置数据。另外，也可以通过在刮板18上安装GNSS接收机而直接地计算板尖位置P0。
存储装置28例如包含存储器与辅助存储装置。存储装置28例如可以是RAM或ROM等。存储装置28也可以是半导体存储器或硬盘等。存储装置28是非暂时性的(non-transitory)计算机可读取的记录介质的一个例子。存储装置28记录有能够由处理器执行且用于控制作业车辆1的计算机指令。
存储装置28存储有作业现场地形数据。作业现场地形数据表示作业现场的现状的地形。作业现场地形数据例如是三维数据形式的现状面测量图。作业现场地形数据例如能够通过航空激光测量来获得。
控制器26取得现状地形数据。现状地形数据表示作业现场的现状面50。现状面50是沿着作业车辆1的行进方向的区域的地形。现状地形数据通过根据作业现场地形数据、从上述的位置检测装置31获得的作业车辆1的位置以及行进方向利用控制器26中的运算而取得。另外，如后述那样，现状地形数据通过作业车辆1行驶而取得。
图4是表示现状面50的剖面的一个例子的图。如图4所示，现状地形数据包含多个参照点处的现状面50的高度。详细地说，现状地形数据在作业车辆1的行进方向上包含多个参照点处的现状面50的高度Z0～Zn。多个参照点按照规定间隔排列。规定间隔例如是1m，也可以是其他值。
另外，在图4中，纵轴表示地形的高度，横轴表示在作业车辆1的行进方向上距当前位置的距离。当前位置可以是基于作业车辆1的当前的板尖位置P0而确定的位置。当前位置也可以基于作业车辆1的其他部分的当前位置而确定。
存储装置28存储有设计面数据。设计面数据表示作为工作装置13的目标轨迹的设计面60、70。存储装置28中保存有表示多个设计面60、70的多个设计面数据。
如图4所示，设计面数据与现状地形数据相同，包含多个参照点处的设计面60、70的高度。多个设计面60、70包含最终设计面70。最终设计面70是作业现场的表面的最终的目标形状。最终设计面70例如是三维数据形式的土木施工图，预先保存于存储装置28。另外，在图4中，最终设计面70是与水平方向平行的平坦形状，但也可以是与此不同的形状。
多个设计面60、70包含最终设计面70以外的中间的设计面60。设计面60的至少一部分位于最终设计面70与现状面50之间。控制器26能够生成希望的设计面60，生成表示该设计面60的设计面数据，并保存于存储装置28。
控制器26基于现状地形数据、设计面数据以及板尖位置数据自动地控制工作装置13。以下，对通过控制器26执行的工作装置13的自动控制进行说明。图5是表示工作装置13的自动控制的处理的流程图。
如图5所示，在步骤S101中，控制器26取得当前位置数据。在此，控制器26如上述那样取得工作装置13的当前的板尖位置P0。在步骤S102中，控制器26取得设计面数据。控制器26从存储装置28取得设计面数据。
在步骤S103中，控制器26取得现状地形数据。如上述那样，控制器26根据作业现场地形数据、作业车辆1的位置以及行进方向取得现状地形数据。另外，控制器26通过作业车辆1在现状面50上移动而取得表示当前的现状面50的现状地形数据。
例如，控制器26取得表示板尖位置P0的最新轨迹的位置数据作为现状地形数据。控制器26通过取得的现状地形数据更新作业现场地形数据。或者，控制器26也可以根据车体位置数据与车体尺寸数据计算履带16的底面的位置，并取得表示履带16的底面的轨迹的位置数据作为现状地形数据。
或者，现状地形数据也可以根据由作业车辆1的外部的测量装置测量出的测量数据而生成。作为外部的测量装置，例如也可以使用航空激光测量。或者，也可以利用相机拍摄现状面50，并根据由相机获得的图像数据生成现状地形数据。例如，也可以使用利用UAV(Unmanned Aerial Vehicle：无人机)进行的空拍测量。
在步骤S104中，控制器26决定目标设计面。控制器26将操作人员所选择的设计面60、70决定为目标设计面。或者，控制器26也可以将自动地选择或生成的设计面60、70决定为目标设计面。
在步骤S105中，控制器26控制工作装置13。控制器26按照目标设计面自动地控制工作装置13。详细地说，控制器26生成对工作装置13的指令信号，以使刮板18的板尖位置朝向目标设计面移动。生成的指令信号被输入到控制阀27。由此，工作装置13的板尖位置P0沿目标设计面移动。
例如，在目标设计面位于比现状面50靠上方的位置时，利用工作装置13在现状面50上填土。另外，在目标设计面位于比现状面50靠下方的位置时，利用工作装置13挖掘现状面50。
控制器26也可以在从操作装置25a输出了操作工作装置13的信号时开始对工作装置13的控制。作业车辆1的移动可以通过由操作人员对操作装置25a进行操作而以手动方式进行。或者，作业车辆1的移动也可以通过来自控制器26的指令信号自动地进行。
上述处理在作业车辆1前进时执行。例如，在行驶装置12用的操作装置25a为前进位置时，执行上述处理而自动地控制工作装置13。若作业车辆1后退，则控制器26停止对工作装置13的控制。
接下来，对工作装置13的自动控制中的现状面偏移功能进行说明。现状面偏移功能是将现状面50置换为设计面60而生成目标设计面、并使目标设计面任意地在铅垂方向上位移的功能。
图6是表示现状面偏移功能的处理的流程图。另外，如图7所示，通过作业车辆1在现状面50上行驶，使得控制器26取得表示当前的现状面50的现状地形数据。
如图6所示，在步骤S201中，控制器26判定是否存在现状设计面61的生成指示。现状设计面61是根据现状面50生成的设计面，具有与现状面50相同的形状。如后述那样，在操作人员操作输入装置25b，从而从输入装置25b输出表示现状设计面61的生成指示的信号时，控制器26确定为存在现状设计面61的生成指示。在确定为存在现状设计面61的生成指示时，进入步骤S202。
在步骤S202中，控制器26生成现状设计面数据。如图8所示，控制器26将现状面50置换为设计面，生成表示与现状面50相同形状的现状设计面61的现状设计面数据。控制器26将生成的现状设计面数据保存于存储装置28。
在步骤S203中，控制器26将现状设计面61决定为第一设计面62。在步骤S204中，控制器26决定第二设计面数据。控制器26将从多个设计面60、70中选择出的设计面选作第二设计面63。第二设计面63可以由操作人员选择。第二设计面63也可以由控制器26自动地选择。在此，作为例子，如图8所示，最终设计面70被决定为第二设计面63。
在步骤S205中，控制器26决定偏移设计面64。如图9所示，控制器26通过从第一设计面62与第二设计面63中选择较低一方的部分并合成，从而决定偏移设计面64。控制器26将表示所决定的偏移设计面64的设计面数据保存于存储装置28。
在步骤S206中，控制器26将偏移设计面64决定为目标设计面65。控制器26可以通过操作人员的选择，将偏移设计面64决定为目标设计面65。或者，也可以通过控制器26的决定，自动地将偏移设计面64决定为目标设计面65。
在步骤S207中，控制器26判定是否进行了偏移指示。详细地说，如后述那样，输入装置25b包含上升键41与下降键42。控制器26判定上升键41或者下降键42是否已被操作。在上升键41或者下降键42已被操作时，控制器26确定为已进行偏移指示，处理进入步骤S208。
在步骤S208中，控制器26根据来自输入装置25b的表示偏移指示的操作信号，使目标设计面65在铅垂方向上位移。详细地说，控制器26根据对上升键41的操作而使目标设计面65上升。或者，控制器26根据对下降键42的操作而使目标设计面65下降。
详细地说，如图10所示，在每次按下上升键41时，控制器26使第一设计面62上升一定距离d1。同样，如图11所示，在每次按下下降键42时，控制器26使第一设计面62下降一定距离d2。不过，即使按下上升键41，控制器26也不使第二设计面63移动，而是维持第二设计面63的位置。即使按下下降键42，控制器26也不使第二设计面63移动，而是维持第二设计面63的位置。
另外，一定距离d1与一定距离d2可以是不同的值。一定距离d1与一定距离d2可以由操作人员任意地设定。
然后，在上述图5的步骤S105中，控制器26以使工作装置13的板尖位置P0沿目标设计面65移动的方式控制工作装置13。
另外，如图10所示，在现状面50的一部分比目标设计面65靠上方的情况下，如图12所示，也可以修正目标设计面65的一部分651，以使由工作装置13挖掘的土量成为适当的值。另外，在目标设计面65的倾斜角较大的情况下，也可以修正目标设计面65的一部分652以使倾斜角变小。
如以上那样，偏移设计面64被决定为目标设计面65，如图13所示，在最初的现状面50’上填土，形成新的现状面50。然后，如图14所示，在作业车辆1后退规定距离之后，作业车辆1再次前进时，再次执行上述处理。若将上述图7至图13的作业设为第一路径，则图14以及图15示出了第二路径的作业。
在第二路径中，控制器26也基于变更后的现状面50更新现状地形数据。不过，即使现状面50变更，只要在步骤S206中没有新进行偏移指示，控制器26就维持目标设计面65。因此，如图14所示，按照所维持的目标设计面65来控制工作装置13。
图16以及图17示出了第三路径的作业。在第三路径中，也重复上述处理。另外，在没有可通过工作装置13削出的土的情况下，也可以如图16所示利用自卸汽车等搬运土500。与第二路径相同，只要没有新进行偏移指示，控制器26就维持目标设计面65。因此，如图16以及图17所示，按照所维持的目标设计面65来控制工作装置13。通过重复进行这种作业，沿目标设计面65以层状填土。由此，在最初的现状面50’上填土，形成新的现状面50。
如图18所示，若完成了一层，则操作人员操作上升键41而使目标设计面65上升。此时，控制器26使第一设计面62上升，但维持第二设计面63的位置。由此，决定新的目标设计面65。控制器26沿新决定的目标设计面65控制工作装置13。由此，形成下一层。通过重复这种处理，现状面50逐渐接近最终设计面70。
另外，即使现状面50变更，只要未指示更新现状设计面61，控制器26就维持最初的现状设计面数据。因而，图18所示的新的目标设计面65是以最初的现状设计面61为基准，使最初的现状设计面61向上方位移规定距离的设计面。因而，即使实际的现状面50变更，也维持目标设计面65的形状。
接下来，对显示于显示器25c的操作画面和利用输入装置25b进行的操作进行说明。图19是示出表示作业状况的操作画面80的一个例子的图。如图19所示，操作画面80具有包含表示作业现场的地形的图像801和表示作业车辆1的当前位置的图标802的俯视图。操作画面80具有包含表示现状面50的图像和表示作业车辆1的当前位置的图标803的侧视图。侧视图也可以包含表示最终设计面70的图像。操作画面80也可以仅包含俯视图与侧视图中的某一方。
操作画面80包含多个操作键41-44。例如，操作画面80包含上述上升键41与下降键42。另外，操作画面80包含用于切换操作画面80的键43。
图20是表示用于生成设计面数据的操作画面81的例子的图。如图20所示，操作画面80包括表示所生成的设计面60的种类的多个选项的列表811。操作人员从列表811中选择希望的选项而生成设计面数据，并将其命名而保存于存储装置28。例如，能够生成包含倾斜的平面、凹槽或者凸部的形状等各种形状的设计面60，并将其设计面数据保存于存储装置28。
另外，列表811包含生成现状设计面61的选项812。若选择了该选项812，则在显示器25c上显示图21所示的操作画面82。若操作人员按下操作画面82上的结束按钮821，则控制器26判定为存在上述步骤S201的现状设计面61的生成指示。由此，控制器26将当前的现状面50置换为现状设计面61。控制器26生成表示现状设计面61的现状设计面数据并保存于存储装置28。
如图20所示，列表811包含从多个设计面60、70中选择较低一方的部分而生成设计面60的选项813。利用该选项813，生成上述偏移设计面64。若选择了该选项813，则在显示器25c上显示图22所示的操作画面83。另外，操作画面81的列表也可以包含从多个设计面60、70中选择较高一方的部分而生成偏移设计面64的选项。
操作画面83包含从多个设计面60、70中选择第一设计面62的功能和从多个设计面60、70中选择第二设计面63的功能。详细地说，操作画面83包含第一设计面62的选择栏831和第二设计面63的选择栏832。操作人员能够从显示于第一设计面62的选择栏831的多个设计面60、70中选择希望的设计面60、70作为第一设计面62。
另外，操作人员能够从显示于第二设计面63的选择栏832的多个设计面60、70中选择希望的设计面60、70作为第二设计面63。因而，虽然在上述偏移设计面64中选择最终设计面70作为第二设计面63，但操作人员能够在操作画面83中选择最终设计面70以外的设计面60作为第二设计面63。
若操作人员按下操作画面83上的结束按钮837，则与上述目标设计面数据的生成相同，从第一设计面62与第二设计面63中选择较低一方的部分而决定偏移设计面64，且表示偏移设计面64的设计面数据被保存于存储装置28。
操作画面83包括对第一设计面62与第二设计面63设定可否使用偏移功能的功能。详细地说，操作画面83包含第一设计面62的偏移功能设定栏833和第二设计面63的偏移功能设定栏834。若操作人员设定为能够使用第一设计面62的偏移功能，则第一设计面62根据对上升键41与下降键42的操作而上下位移。若操作人员设定为能够使用第二设计面63的偏移功能，则第二设计面63根据对上升键41与下降键42的操作而上下位移。
上述图9至图12所示的偏移设计面64是第一设计面62的偏移功能被设定为能够使用、第二设计面63的偏移功能被设定为不能使用时的设计面。若第一设计面62的偏移功能与第二设计面63的偏移功能都被设定为能够使用，则第一设计面62与第二设计面63一同根据对上升键41与下降键42的操作而上下位移。或者，若第一设计面62的偏移功能被设定为不能使用、第二设计面63的偏移功能被设定为能够使用，则第二设计面63根据对上升键41与下降键42的操作而上下位移，并且维持第一设计面62的位置。因而，操作人员能够在操作画面83中从第一设计面62与第二设计面63中任意地选择根据对上升键41与下降键42的操作而位移的设计面。
操作画面83包含指定调整量的功能。详细地说，操作画面80包含第一设计面62的调整量的设定栏835和第二设计面63的调整量的设定栏836。在将偏移功能设定为不能使用时，能够进行调整量的设定。若操作人员在第一设计面62的调整量的设定栏835中设定了数值，则即使上升键41或者下降键42被操作，控制器26也将第一设计面62在铅垂方向上维持在位移了调整量的位置。若操作人员在第二设计面63的调整量的设定栏836中设定了数值，则即使上升键41或者下降键42被操作，控制器26也将第二设计面63在铅垂方向上维持在位移了调整量的位置。
若操作人员按下操作画面83上的结束按钮837，则控制器26基于操作画面83中的设定，生成表示偏移设计面64的设计面数据。
图23是表示用于决定目标设计面65的操作画面84的一个例子的图。操作画面84包含所保存的多个设计面数据的列表841。操作人员从列表841中的多个设计面数据中选择要“激活”的设计面60、70的设计面数据。控制器26将“激活”的设计面60、70决定为上述目标设计面65。
操作人员通过从列表841中选择表示偏移设计面64的设计面数据，能够利用上述现状面偏移功能。如以上那样，操作人员通过对操作画面81-84进行操作，能够利用上述现状面偏移功能。
另外，图19所示的操作画面80包含用于更简单地利用现状面偏移功能的快捷键44。若按下快捷键44，则在显示器25c上显示图24所示的现状面偏移功能的操作画面85。操作画面85包含第二设计面63的选择栏832和第二设计面63的调整量的设定栏836。
在操作画面85中，最新的现状地形数据所示的现状面50被自动地设定为第一设计面62。另外，第一设计面62的偏移功能被自动地设定为能够使用，第二设计面63的偏移功能被自动地设定为不能使用。操作画面85包含偏移设计面64的名称栏851。名称栏851被自动地输入规定的名称。不过，操作人员也能够通过手动方向向名称栏851进行输入。
操作人员在操作画面85中选择作为第二设计面63而设定的设计面60、70，并设定第二设计面63的调整量。其中，调整量可以是0。若操作人员按下操作画面85上的确认按钮852，则生成并保存偏移设计面64的设计面数据，并且所生成的偏移设计面64被自动地“激活”。即，若操作人员在操作画面80中按下确认按钮852，则控制器26将生成的偏移设计面64决定为目标设计面65。
若生成的偏移设计面64被决定为目标设计面65，则在上述操作画面80的侧视图中显示表示目标设计面65的图像。然后，若按下上升键41或者下降键42而使目标设计面65沿铅垂方向位移，则侧视图的表示目标设计面65的图像也沿铅垂方向位移。
例如，图25所示的操作画面80的侧视图包含表示由于按下上升键41而上升的目标设计面65的图像。每当按下上升键41时，目标设计面65就上升规定量。伴随于此，侧视图的表示目标设计面65的图像也每次上升规定量。同样，每当按下上升键41时，目标设计面65就下降规定量。伴随于此，侧视图的表示目标设计面65的图像也每次下降规定量。
在操作画面80的俯视图中，根据现状面50与目标设计面65之间的距离而以不同的显示方式示出作业现场的地形。因而，控制器26使构成作业现场的地形的现状面50中的比目标设计面65高的部分与比目标设计面65低的部分以不同的方式显示于俯视图。
例如，控制器26根据现状面50与目标设计面65之间的距离而以不同的颜色显示现状面50。因而，如图26所示，现状面50中的已被填土的部分501与尚未被填土的其他部分502相比，以不同的颜色显示于俯视图。因而，操作人员通过观察操作画面80，能够容易地掌握现状面50的哪个部分尚未被填土、或所填的土不充分的部分在哪里。
根据以上说明的本实施方式的作业车辆1的控制系统3，在目标设计面65位于比现状面50靠上方的位置时，通过沿目标设计面65控制工作装置13，能够将土较薄地填到现状面50上。另外，在目标设计面65位于比现状面50靠下方的位置时，通过沿目标设计面65控制工作装置13，能够在抑制对工作装置13的负荷过度变大的同时进行挖掘。由此，能够使作业的完工质量提高。另外，能够通过自动控制使作业的效率提高。
另外，能够通过现状面偏移功能将现状面50设定为目标设计面65，容易地进行上下位移。由此，能够容易地进行作业。
而且，即使实际的现状面50变更，也维持目标设计面数据的形状，直到更新了现状设计面61。因而，例如在实际的现状面50存在凹凸的情况下，能够以缓和凹凸的方式堆土。
以上说明了本发明的一实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种变更。
作业车辆1并不局限于推土机，也可以是轮式装载机、机动平地机等其他车辆。
作业车辆1也可以是能够远程操纵的车辆。在该情况下，控制系统3的一部分也可以配置于作业车辆1的外部。例如，控制器26也可以配置于作业车辆1的外部。控制器26也可以配置于远离作业现场的控制中心内。
控制器26也可以具有相互分体的多个控制器。例如，如图27所示，控制器26也可以包括配置于作业车辆1的外部的遥控器261和搭载于作业车辆1的车载控制器262。遥控器261与车载控制器262也可以能够经由通信装置38、39通过无线方式进行通信。而且，也可以是上述控制器26的功能的一部分由遥控器261执行，剩余的功能由车载控制器262执行。例如，也可以是决定设计面60、70的处理由遥控器261执行，输出对工作装置13的指令信号的处理由车载控制器262执行。
操作装置25a、输入装置25b以及显示器25c也可以配置于作业车辆1的外部。在该情况下，也可以从作业车辆1中省略驾驶室。或者，也可以从作业车辆1中省略操作装置25a、输入装置25b以及显示器25c。也可以没有由操作装置25a与输入装置25b进行的操作，仅通过由控制器26进行的自动控制来操作作业车辆1。
现状面50也可以由其他装置取得，而不局限于上述位置检测装置31。例如，如图28所示，也可以通过接受来自外部的装置的数据的接口装置37取得现状面50。接口装置37也可以通过无线方式接收外部的测量装置40所测量的现状地形数据。或者，接口装置37也可以是记录介质的读取装置，经由记录介质接受外部的测量装置40所测量的现状地形数据。
控制器26也可以基于平滑化后的现状面50决定设计面60。平滑化指的是使现状面50的高度变化平缓的处理。例如，控制器26可以通过以下的算式1使现状面50的多个地点处的高度Z0～Zn平滑化。
[算式1]
Zn_sm表示平滑化后的现状面50中的各地点的高度。另外，在算式1中，通过五个地点的高度的平均值进行了平滑化。但是，用于平滑化的地点的数量也可以比五个少，或比五个多。也可以是，能够变更用于平滑化的地点的数量，操作人员通过变更用于平滑化的地点的数量，能够设定为希望的平滑程度。另外，也可以计算成为平滑化对象的地点以及位于其前方的地点的高度的平均值，而不局限于计算成为平滑化对象的地点以及其前后的地点的高度的平均值。或者，也可以计算成为平滑化对象的地点以及位于其后方的地点的高度的平均值。或者，也可以使用其他平滑化处理，并不局限于平均值。
根据平滑化后的现状面50生成的偏移设计面64也可以不沿铅垂方向位移就被决定为目标设计面65。在该情况下，能够以使具有较大凹凸的实际的现状面50成为与平滑化后的现状面50相同的形状的方式进行填土或挖掘。
输入装置25b并不局限于触摸面板式的装置，也可以是开关等装置。上述操作键41-44并不局限于显示于触摸面板的软键，也可以是硬键。
工业实用性
根据本发明，能够提供可通过自动控制进行高效且完工质量好的作业的作业车辆的控制系统、工作装置的轨迹设定方法以及作业车辆。
附图标记说明
1 作业车辆
3 控制系统
13 工作装置
25b 输入装置
25c 显示器
26 控制器
50 现状面
62 第一设计面
63 第二设计面
65 目标设计面

Claims (20)

1.一种作业车辆的控制系统，是具有工作装置的作业车辆的控制系统，其特征在于，具备控制器，所述控制器被编程为，取得表示作业对象的现状面的现状地形数据，并将所述现状面置换为设计面。
2.根据权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
所述控制器决定包含所述设计面并表示所述工作装置的目标轨迹的目标设计面。
3.根据权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
还具备输入装置，该输入装置将表示操作人员所进行的操作的操作信号向所述控制器输出，
所述控制器根据来自所述输入装置的操作信号，使所述目标设计面沿铅垂方向位移。
4.根据权利要求3所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
所述输入装置包含上升键，
所述控制器根据对所述上升键的操作而使所述目标设计面上升。
5.根据权利要求3所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
所述输入装置包含下降键，
所述控制器根据对所述下降键的操作而使所述目标设计面下降。
6.根据权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
所述控制器进行所述现状地形数据的平滑化，
所述控制器基于平滑化后的所述现状地形数据决定所述设计面。
7.根据权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
所述控制器将置换了所述现状面的所述设计面设定为第一设计面，
所述控制器取得表示第二设计面的第二设计面数据，
所述控制器从所述第一设计面与所述第二设计面中选择较低一方的部分而决定所述目标设计面。
8.根据权利要求7所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
还具备输入装置，该输入装置将表示操作人员所进行的操作的操作信号向所述控制器输出，
所述控制器根据来自所述输入装置的操作信号，使所述第一设计面沿铅垂方向位移，并且维持所述第二设计面的位置。
9.根据权利要求8所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
所述控制器取得调整量，
所述控制器根据来自所述输入装置的操作信号使所述第一设计面沿铅垂方向位移，并且将所述第二设计面在铅垂方向上维持在位移了所述调整量的位置。
10.根据权利要求7所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
还具备输入装置，该输入装置将表示操作人员所进行的操作的操作信号向所述控制器输出，
所述控制器根据来自所述输入装置的操作信号，使所述第一设计面与所述第二设计面沿铅垂方向位移。
11.根据权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
还具备显示器，
所述控制器输出使表示所述目标设计面的图像显示于所述显示器的信号。
12.根据权利要求11所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
还具备显示器，
所述控制器输出使表示所述现状面、所述目标设计面以及所述作业车辆的当前位置的图像显示于所述显示器的信号，
在所述图像中，使所述现状面中的比所述目标设计面高的部分与比所述目标设计面低的部分以不同的方式进行显示。
13.根据权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
所述控制器按照所述目标设计面控制所述工作装置。
14.一种工作装置的目标轨迹设定方法，是设定作业车辆的工作装置的目标设计面的方法，其特征在于，包括：
取得表示作业对象的现状面的现状地形数据；
将所述现状面置换为设计面。
15.根据权利要求14所述的工作装置的目标轨迹设定方法，其特征在于，
还具备：决定包含所述设计面并表示所述工作装置的目标轨迹的目标设计面。
16.根据权利要求15所述的工作装置的目标轨迹设定方法，其特征在于，
还具备：使所述目标设计面显示于显示器。
17.根据权利要求16所述的工作装置的目标轨迹设定方法，其特征在于，
还具备：根据操作人员对输入装置进行的操作，使所述目标设计面沿铅垂方向位移。
18.一种作业车辆，其特征在于，具备：
工作装置；
控制器；
所述控制器被编程为，取得表示作业对象的现状面的现状地形数据，并将所述现状面置换为设计面。
19.根据权利要求18所述的作业车辆，其特征在于，
所述控制器决定包含所述设计面并表示所述工作装置的目标轨迹的目标设计面，
所述控制器按照所述目标设计面控制所述工作装置。
20.根据权利要求19所述的作业车辆，其特征在于，
还具备输入装置，该输入装置将表示操作人员所进行的操作的操作信号向所述控制器输出，
所述控制器根据来自所述输入装置的操作信号使所述目标设计面沿铅垂方向位移。
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