CN110382785A - 作业机械 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够确保基于机械控制实现的作业精度、且以与操作员的杆操作相应的速度使前作业机动作的作业机械。在具备设定铲斗(10)的目标面、且以上述铲斗不会侵入到比上述目标面靠下方的位置的方式控制前作业机(1B)的动作的控制器(20)的液压挖掘机(1)中，上述控制器在上述目标面的上方设定速度修正区域，与操作装置(15A)、(15C)的操作量相应地使上述速度修正区域的幅度(R)变化，以上述作业工具不会侵入到上述速度修正区域内的方式控制上述前作业机的动作。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及液压挖掘机等作业机械。
背景技术
液压挖掘机通过由下部行驶体及上部旋转体组成的车身、和多关节型的前作业机而构成。前作业机由能够转动地安装在上部旋转体前部的动臂、能够沿上下方向转动地安装在动臂的前端部的斗杆、和能够沿上下或前后方向转动地安装在斗杆的前端部的作业工具(例如铲斗)构成。动臂、斗杆及铲斗通过将从由发动机驱动的液压泵排出的液压油供给到动臂缸、斗杆缸及铲斗缸而被驱动。通过根据操作员的杆操作对动臂缸、斗杆缸及铲斗缸进行驱动，而实现前作业机的所期望的动作。
另外，在液压挖掘机搭载有使前作业机自动或半自动地动作的功能(以下机械控制)。根据该机械控制，例如，容易在挖掘等作业开始时以铲斗的顶端在目标面上停止的方式使前作业机动作、在斗杆收回操作时以铲斗的顶端沿着目标面移动的方式使前作业机动作。作为公开与机械控制相关的现有技术的文献，例如具有专利文献1。
在专利文献1中，记载了工程机械的区域限制挖掘控制装置，其中该工程机械具备：多个被驱动部件，其包含构成多关节型的前装置(前作业机)的能够沿上下方向转动的多个前部件；多个液压执行机构，其分别驱动上述多个被驱动部件；多个操作机构，其指示上述多个被驱动部件的动作；和多个液压控制阀，其根据上述多个操作机构的操作信号而被驱动，控制向上述多个液压执行机构供给的液压油的流量，上述工程机械的区域限制挖掘控制装置的特征在于，具备：区域设定机构，其设定上述前装置的能够动作的区域；第1检测机构，其检测与上述前装置的位置和姿势相关的状态量；第1运算机构，其基于来自上述第1检测机构的信号而计算上述前装置的位置和姿势；第1信号修正机构，其基于上述第1运算机构的运算值，在上述前装置在上述设定区域内处于其边界附近时，进行减少上述多个操作机构中的至少与第1特定前部件相关的操作机构的操作信号的处理；模式选择机构，其选择是否进行基于上述第1信号修正机构减少操作机构的操作信号的处理；和第2信号修正机构，其在通过上述模式选择机构选择了基于上述第1信号修正机构进行处理的情况下，基于通过上述第1信号修正机构进行减少处理后的操作信号和上述第1运算机构的运算值，且在通过上述模式选择机构选择了不基于上述第1信号修正机构进行处理的情况下，基于上述操作机构的操作信号和上述第1运算机构的运算值，分别在上述前装置在上述设定区域内处于其边界附近时，以上述前装置在沿着上述设定区域的边界的方向上动作、且在接近上述设定区域的边界的方向上减少移动速度的方式对上述多个操作机构中的至少与第2特定前部件相关的操作机构的操作信号进行修正。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-53259号公报
发明内容
根据专利文献1所记载的工程机械，在进行限制了区域的挖掘时，能够以操作员的意志，选择铲斗顶端向设定区域外的侵入量小的精度优先的作业模式(以下称为精度优先模式)和使前作业机快速动作的速度优先的作业模式(以下称为速度优先模式)而进行作业。但是，若选择了精度优先模式，虽然会抑制铲斗顶端向设定区域外的侵入量，但前作业机的移动速度减小，由此无法以与操作员的杆操作相应的速度使前作业机动作。另一方面，若选择了速度优先模式，虽然能够以与操作员的杆操作相应的速度使前作业机动作，但有向设定区域外的侵入量变大的隐患。
本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于提供一种能够确保基于机械控制实现的作业精度、且以与操作员的杆操作相应的速度使前作业机动作的作业机械。
为了实现上述目的，本发明的作业机械具备：车身；多关节型的作业机，其由能够转动地安装在上述车身上的动臂、能够转动地安装在上述动臂的前端部的斗杆及能够转动地安装在上述斗杆上的作业工具构成；动臂缸，其驱动上述动臂；斗杆缸，其驱动上述斗杆；作业工具缸，其驱动上述作业工具；操作装置，其用于对上述作业机进行操作；和控制装置，其设定上述作业工具的目标面，以上述作业工具不会侵入到比上述目标面靠下方的位置的方式控制上述作业机的动作，在上述作业机械中，上述控制装置在上述目标面的上方设定速度修正区域，与上述操作装置的操作量相应地使上述速度修正区域的幅度变化，以上述作业工具不会侵入到上述速度修正区域内的方式控制上述作业机的动作。
根据如以上那样构成的本发明，在作业工具的目标面的上方设定速度修正区域，速度修正区域的幅度与操作装置的操作量相应地变化，以作业工具不会侵入到速度修正区域内的方式控制前作业机的动作。由此，能够确保基于机械控制实现的作业精度、且以与操作员的杆操作相应的速度使前作业机动作。
发明效果
根据本发明，能够确保基于机械控制实现的作业精度，且以与操作员的杆操作相应的速度使前作业机动作。
附图说明
图1是本发明的实施方式的液压挖掘机的立体图。
图2是搭载在图1所示的液压挖掘机上的液压驱动装置的概略结构图。
图3是图2所示的液压控制单元的结构图。
图4是图2所示的控制器的功能框图。
图5是表示基于机械控制进行的水平挖掘动作的例子的图。
图6是图4所示的目标动作运算部的功能框图。
图7是表示图6所示的目标动作运算部的处理的流程图。
图8是表示图7所示的速度修正区域处理的详细情况的流程图。
图9A是表示斗杆杆操作量与速度修正区域幅度之间的关系的图。
图9B是表示动臂下降杆操作量与速度修正区域幅度之间的关系的图。
图10是表示目标面距离与修正后目标面距离之间的关系的图。
图11是表示目标面距离与操作量限制值之间的关系的图。
图12是表示图1所示的液压挖掘机的铲斗对位动作的图。
图13是表示铲斗针对动臂下降操作的动作的图。
图14是表示图1所示的液压挖掘机的水平挖掘动作的图。
图15是表示铲斗针对斗杆收回操作的动作的图。
具体实施方式
以下，作为本发明的实施方式的作业机械，列举液压挖掘机为例，参照附图进行说明。此外，在各图中，对同等的部件标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。
图1是本实施方式的液压挖掘机的立体图。
在图1中，液压挖掘机1由车身1A和多关节型的前作业机1B构成。车身1A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。下部行驶体11通过行驶右马达(未图示)及行驶左马达3b而被行驶驱动。上部旋转体12通过旋转液压马达4而被旋转驱动。
前作业机1B由能够沿上下方向转动地安装在上部旋转体12的前部的动臂8、能够沿上下或前后方向转动地安装在动臂8的前端部的斗杆9、和能够沿上下或前后方向转动地安装在斗杆9的前端部的铲斗(作业工具)10构成。动臂8通过动臂缸5的伸缩动作而沿上下方向转动。斗杆9通过斗杆缸6的伸缩动作而沿上下或前后方向转动。铲斗10通过铲斗缸(作业工具缸)7的伸缩动作而沿上下或前后方向转动。
在上部旋转体12的前部左侧，设有供操作员搭乘的驾驶室1C。在驾驶室1C中配置有用于进行向下部行驶体11的动作指示的行驶右杆13a及行驶左杆13b、和用于进行向动臂8、斗杆9、铲斗10及上部旋转体12的动作指示的操作右杆14a及操作左杆14b。
在将动臂8与上部旋转体12连结的动臂销上，安装有检测动臂8的转动角度的动臂角度传感器21。在将斗杆9与动臂8连结的斗杆销上，安装有检测斗杆9的转动角度的斗杆角度传感器22。在将铲斗10与斗杆9连结的铲斗销上，安装有检测铲斗10的转动角度的铲斗角度传感器23。在上部旋转体12上，安装有检测上部旋转体12(车身1A)相对于基准面(例如水平面)的前后方向上的倾斜角的车身倾斜角传感器24。从角度传感器21～23及车身倾斜角传感器24输出的角度信号被输入到后述的控制器20(图2所示)。
图2是搭载在图1所示的液压挖掘机1上的液压驱动装置的概略结构图。此外，为了简化说明，在图2中，仅示出与动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7及旋转液压马达4的驱动相关的部分，省略与其他液压执行机构的驱动相关的部分。
在图2中，液压驱动装置100具备：液压执行机构4～7；原动机49；通过原动机49而被驱动的液压泵2及先导泵48；控制从液压泵2向液压执行机构4～7供给的液压油的方向及流量的流量控制阀16a～16d；用于对流量控制阀16a～16d进行操作的液压先导方式的操作装置15A～15D；液压控制单元60；梭阀块(梭阀块)46；和作为控制装置的控制器20。
液压泵2具备：具有一对输入输出端口的倾转斜盘机构(未图示)；和调整斜盘的倾斜角来调整泵排量的调节器47。调节器47根据从后述的梭阀块46供给的先导压而被操作。
先导泵48经由液控止回阀51而与后述的先导压控制阀52～59及液压控制单元60连接。液控止回阀51根据设在驾驶室1C的入口附近的门锁杆(gate lock lever)(未图示)的操作而进行开闭。在门锁杆被操作到限制驾驶室1C的入口的位置(下压位置)时，液控止回阀51根据来自控制器20的指令而打开。由此，先导泵48的排出压(以下称为先导一次压)被供给到先导压控制阀52～59及液压控制单元60，而能够进行基于操作装置15A～15D对流量控制阀16a～16d的操作。另一方面，在门锁杆被操作到打开驾驶室1C的入口的位置(上推位置)时，液控止回阀51根据来自控制器20的指令而关闭。由此，从先导泵48向先导压控制阀52～59及液压控制单元60的先导一次压的供给停止，而无法进行基于操作装置15A～15D对流量控制阀16a～16d的操作。
操作装置15A具有动臂用操作杆15a、动臂抬升用先导压控制阀52和动臂下降用先导压控制阀53。在此，动臂用操作杆15a相当于例如被向前后方向操作时的操作右杆14a(图1所示)。
动臂抬升用先导压控制阀52将经由液控止回阀51供给的先导一次压减压，生成与动臂用操作杆15a的动臂抬升方向的杆行程(以下操作量)相应的先导压(以下称为动臂抬升用先导压)。从动臂抬升用先导压控制阀52输出的动臂抬升用先导压经由液压控制单元60、梭阀块46及先导配管529而被引导到动臂用流量控制阀16a的一方(图示左侧)操作部，将动臂用流量控制阀16a向图示右方向驱动。由此，从液压泵2排出的液压油被供给到动臂缸5的缸底侧并且活塞杆侧的液压油被排出到油箱50，动臂缸5伸长。
动臂下降用先导压控制阀53将经由液控止回阀51供给的先导一次压减压，生成与动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量相应的先导压(以下称为动臂下降用先导压)。从动臂下降用先导压控制阀53输出的动臂下降用先导压经由液压控制单元60、梭阀块46及先导配管539而被引导到动臂用流量控制阀16a的另一方(图示右侧)操作部，将动臂用流量控制阀16a向图示左方向驱动。由此，从液压泵2排出的液压油被供给到动臂缸5的活塞杆侧并且缸底侧的液压油被排出到油箱50，动臂缸5收缩。
操作装置15B具有铲斗用操作杆(作业工具用操作杆)15b、铲斗铲装用先导压控制阀54和铲斗卸载用先导压控制阀55。在此，铲斗用操作杆15b相当于例如被向左右方向操作时的操作右杆14a(图1所示)。
铲斗铲装用先导压控制阀54将经由液控止回阀51供给的先导一次压减压，生成与铲斗用操作杆15b的铲斗铲装方向的操作量相应的先导压(以下称为铲斗铲装用先导压)。从铲斗铲装用先导压控制阀54输出的铲斗铲装用先导压经由液压控制单元60、梭阀块46及先导配管549而被引导到铲斗用流量控制阀16b的一方(图示左侧)操作部，将铲斗用流量控制阀16b向图示右方向驱动。由此，从液压泵2排出的液压油被供给到铲斗缸7的缸底侧并且活塞杆侧的液压油被排出到油箱50，铲斗缸7伸长。
铲斗卸载用先导压控制阀55将经由液控止回阀51供给的先导一次压减压，生成与铲斗用操作杆15b的铲斗卸载方向的操作量相应的先导压(以下称为铲斗卸载用先导压)。从铲斗卸载用先导压控制阀55输出的铲斗卸载用先导压经由液压控制单元60、梭阀块46及先导配管559而被引导到铲斗用流量控制阀16b的另一方(图示右侧)操作部，将铲斗用流量控制阀16b向图示左方向驱动。由此，从液压泵2排出的液压油被供给到斗杆缸6的活塞杆侧并且缸底侧的液压油被排出到油箱50，铲斗缸7收缩。
操作装置15C具有斗杆用操作杆15c、斗杆收回用先导压控制阀56和斗杆放出用先导压控制阀57。在此，斗杆用操作杆15c相当于例如被向左右方向操作时的操作左杆14b(图1所示)。
斗杆收回用先导压控制阀56将经由液控止回阀51供给的先导一次压减压，生成与斗杆用操作杆15c的斗杆收回方向的操作量相应的先导压(以下称为斗杆收回用先导压)。从斗杆收回用先导压控制阀56输出的斗杆收回用先导压经由液压控制单元60、梭阀块46及先导配管569被引导到斗杆用流量控制阀16c的一方(图示左侧)操作部，将斗杆用流量控制阀16c向图示右方向驱动。由此，从液压泵2排出的液压油被供给到斗杆缸6的缸底侧并且活塞杆侧的液压油被排出到油箱50，斗杆缸6伸长。
斗杆放出用先导压控制阀57将经由液控止回阀51供给的先导一次压减压，生成与斗杆用操作杆15c的斗杆放出方向的操作量相应的先导压(以下称为斗杆放出用先导压)。从斗杆放出用先导压控制阀57输出的斗杆放出用先导压经由液压控制单元60、梭阀块46及先导配管579而被引导到斗杆用流量控制阀16c的另一方(图示右侧)操作部，将斗杆用流量控制阀16c向图示左方向驱动。由此，从液压泵2排出的液压油被供给到斗杆缸6的活塞杆侧并且缸底侧的液压油被排出到油箱50，斗杆缸6收缩。
操作装置15D具有旋转用操作杆15d、右旋转用先导压控制阀58和左旋转用先导压控制阀59。在此，旋转用操作杆15d相当于例如被向前后方向操作时的操作左杆14b(图1所示)。
右旋转用先导压控制阀58将经由液控止回阀51供给的先导一次压减压，生成与旋转用操作杆15d的右旋转方向的操作量相应的先导压(以下称为右旋转用先导压)。从右旋转用先导压控制阀58输出的右旋转用先导压经由液压控制单元60、梭阀块46及先导配管589而被引导到旋转用流量控制阀16d的一方(图示右侧)操作部，将旋转用流量控制阀16d向图示左方向驱动。由此，从液压泵2排出的液压油流入到旋转液压马达4的一方(图示右侧)出入口端口并且从另一方(图示左侧)出入口端口流出的液压油被排出到油箱50，旋转液压马达4向一个方向(使上部旋转体12右旋转的方向)旋转。
左旋转用先导压控制阀59将经由液控止回阀51供给的先导一次压减压，生成与旋转用操作杆15d的左旋转方向的操作量相应的先导压(以下称为左旋转用先导压)。从左旋转用先导压控制阀59输出的左旋转用先导压经由液压控制单元60、梭阀块46及先导配管599被引导到旋转用流量控制阀16d的另一方(图示左侧)操作部，将旋转用流量控制阀16d向图示右方向驱动。由此，从液压泵2排出的液压油流入到旋转液压马达4的另一方(图示左侧)出入口端口并且从一方(图示右侧)出入口端口流出的液压油被排出到油箱50，旋转液压马达4向其他方向(使上部旋转体12左旋转的方向)旋转。
液压控制单元60是用于执行机械控制的装置，根据来自控制器20的指令对从先导压控制阀52～59输入的先导压进行修正，并输出到梭阀块46。由此，无论操作员的杆操作如何，均能够使前作业机1B进行所期望的动作。
梭阀块46将从液压控制块输入的先导压输出到先导配管529、539、549、559、569、579、589、599，并且选择例如输入的先导压中的最大的先导压，输出到液压泵2的调节器47。由此，能够根据操作杆15a～15d的操作量控制液压泵2的排出流量。
图3是图2所示的液压控制单元60的结构图。
在图3中，液压控制单元60具备电磁截止阀61、梭形滑阀522、564、574和电磁比例阀525、532、542、552、562、567、572、577。
电磁截止阀61的入口端口与液控止回阀51(图2所示)的出口端口连接。电磁截止阀61的出口端口与电磁比例阀525、567、577的入口端口连接。电磁截止阀61在非通电时开度为零，通过来自控制器20的电流供给而开度最大。在使机械控制有效的情况下，使电磁截止阀61的开度最大，开始先导一次压向电磁比例阀525、567、577的供给。另一方面，在使机械控制无效的情况下，电磁截止阀61的开度为零，停止先导一次压向电磁比例阀525、567、577的供给。
梭形滑阀522具有两个入口端口和一个出口端口，将从两个入口端口输入的压力中的高压侧从出口端口输出。梭形滑阀522的一方入口端口经由先导配管521与动臂抬升用先导压控制阀52连接。梭形滑阀522的另一方入口端口经由先导配管524与电磁比例阀525的出口端口连接。梭形滑阀522的出口端口经由先导配管523与梭阀块46连接。
电磁比例阀525的入口端口与电磁截止阀61的出口端口连接。电磁比例阀525的出口端口经由先导配管524与梭形滑阀522的另一个入口端口连接。电磁比例阀525在非通电时开度为零，根据从控制器20供给的电流使开度增大。电磁比例阀525根据其开度将经由电磁截止阀61供给的先导一次压减压，并输出到先导配管524。由此，在没有从动臂抬升用先导压控制阀52向先导配管521供给动臂抬升先导压的情况下，也能够向先导配管523供给动臂抬升先导压。此外，在没有执行针对动臂抬升动作的机械控制的情况下，电磁比例阀525为非通电状态，电磁比例阀525的开度为零。此时，由于从动臂抬升用先导压控制阀52供给的动臂抬升用先导压被引导到动臂用流量控制阀16a的一方操作部，所以能够进行与操作员的杆操作相应的动臂抬升动作。
电磁比例阀532的入口端口经由先导配管531与动臂下降用先导压控制阀53连接。电磁比例阀532的出口端口经由先导配管533与梭阀块46连接。电磁比例阀532在非通电时开度最大，根据从控制器20供给的电流而使开度从最大减少至零。电磁比例阀532根据其开度将经由先导配管531输入的动臂下降用先导压减压，并输出到先导配管533。由此，能够将基于操作员的杆操作产生的动臂下降用先导压减压、或使其为零。此外，在没有执行针对动臂下降动作的机械控制的情况下，电磁比例阀532为非通电状态，电磁比例阀532的开度为全开。此时，由于从动臂下降用先导压控制阀53供给的动臂下降用先导压被引导到动臂用流量控制阀16a的另一方操作部，所以能够进行与操作员的杆操作相应的动臂下降动作。
电磁比例阀542的入口端口经由先导配管541与铲斗铲装用先导压控制阀54连接。电磁比例阀542的出口端口经由先导配管543与梭阀块46连接。电磁比例阀542在非通电时开度最大，根据从控制器20供给的电流使开度从最大减少至零。电磁比例阀542根据其开度将经由先导配管541输入的铲斗铲装用先导压减压，并输出到先导配管543。由此，能够将基于操作员的杆操作产生的铲斗铲装用先导压减压，或使其为零。此外，在没有执行针对铲斗铲装动作的机械控制的情况下，电磁比例阀542为非通电状态，电磁比例阀542的开度为全开。此时，由于从铲斗铲装用先导压控制阀54供给的铲斗铲装用先导压被引导到铲斗用流量控制阀16b的一方操作部，所以能够进行与操作员的杆操作相应的铲斗卸载动作。
电磁比例阀552的入口端口经由先导配管551与铲斗卸载用先导压控制阀55连接。电磁比例阀552的出口端口经由先导配管553与梭阀块46(图2所示)连接。电磁比例阀552在非通电时开度最大，根据从控制器20供给的电流使开度从最大减少至零。电磁比例阀552根据其开度将经由先导配管551输入的铲斗卸载用先导压减压，并输出到先导配管553。由此，能够将基于操作员的杆操作产生的铲斗卸载用先导压减压，或使其为零。此外，在没有执行针对铲斗卸载动作的机械控制的情况下，电磁比例阀552为非通电状态，电磁比例阀552的开度为全开。此时，由于从铲斗卸载用先导压控制阀55供给的铲斗卸载用先导压被引导到铲斗用流量控制阀16b的另一方操作部，所以能够进行与操作员的杆操作相应的铲斗卸载动作。
梭形滑阀564具有两个入口端口和一个出口端口，将从两个入口端口输入的压力中的高压侧从出口端口输出。梭形滑阀564的一方入口端口经由先导配管563与电磁比例阀562的出口端口连接。梭形滑阀564的另一方入口端口经由先导配管566与电磁比例阀567的出口端口连接。梭形滑阀522的出口端口经由先导配管565与梭阀块46连接。
电磁比例阀562的入口端口经由先导配管561与斗杆收回用先导压控制阀56连接。电磁比例阀562的出口端口经由先导配管563与梭形滑阀564的一方入口端口连接。电磁比例阀562在非通电时开度最大，根据从控制器20供给的电流使开度从最大减少至零。电磁比例阀562根据其开度将经由先导配管561输入的斗杆收回用先导压减压，并输出到先导配管563。由此，能够将基于操作员的杆操作产生的斗杆收回用先导压减压，或使其为零。
电磁比例阀567的入口端口与电磁截止阀61的出口端口连接，电磁比例阀567的出口端口经由先导配管566与梭形滑阀564的另一方入口端口连接。电磁比例阀567在非通电时开度为零，根据从控制器20供给的电流使开度增大。电磁比例阀567根据其开度将经由电磁截止阀61供给的先导一次压减压，并输出到先导配管566。由此，在没有从斗杆收回用先导压控制阀56向先导配管563供给斗杆收回用先导压的情况下，也能够向先导配管565供给斗杆收回用先导压。此外，在没有执行针对斗杆收回动作的机械控制的情况下，电磁比例阀562、567为非通电状态，电磁比例阀562的开度为全开，电磁比例阀567的开度为零。此时，由于从斗杆收回用先导压控制阀56供给的斗杆收回用先导压被引导到斗杆用流量控制阀16c的一方操作部，所以能够进行与操作员的杆操作相应的斗杆收回动作。
梭形滑阀574具有两个入口端口和一个出口端口，将从两个入口端口输入的压力中的高压侧从出口端口输出。梭形滑阀574的一方入口端口经由先导配管573与电磁比例阀572的出口端口连接。梭形滑阀574的另一方入口端口经由先导配管576与电磁比例阀577的出口端口连接。梭形滑阀574的出口端口经由先导配管575与梭阀块46连接。
电磁比例阀572的入口端口经由先导配管571与斗杆放出用先导压控制阀57连接。电磁比例阀572的出口端口经由先导配管573与梭形滑阀574的一方入口端口连接。电磁比例阀572在非通电时开度最大，根据从控制器20供给的电流使开度从最大减少至零。电磁比例阀572根据其开度将经由先导配管571输入的斗杆放出用先导压减压，并供给到先导配管573。由此，能够将基于操作员的杆操作产生的斗杆放出用先导压减压，或使其为零。
电磁比例阀577的入口端口与电磁截止阀61的出口端口连接。电磁比例阀577的出口端口经由先导配管576与梭形滑阀574的另一方入口端口连接。电磁比例阀577在非通电时开度为零，根据从控制器20供给的电流使开度增大。电磁比例阀577根据其开度将经由电磁截止阀61供给的先导一次压减压，并供给到先导配管576。由此，在没有从斗杆放出用先导压控制阀57向先导配管573供给斗杆放出用先导压的情况下，也能够向先导配管575供给斗杆放出用先导压。此外，在没有执行针对斗杆放出操作的机械控制的情况下，电磁比例阀572、577为非通电状态，电磁比例阀572的开度为全开，电磁比例阀577的开度为零。此时，由于从斗杆放出用先导压控制阀57供给的斗杆放出用先导压被引导到斗杆用流量控制阀16c的另一方操作部，所以能够进行与操作员的杆操作相应的斗杆放出动作。
在先导配管521上设有检测从动臂抬升用先导压控制阀52供给的动臂抬升用先导压的压力传感器526。在先导配管531上设有检测从动臂下降用先导压控制阀53供给的动臂下降先导压的压力传感器534。在先导配管541上设有检测从铲斗铲装用先导压控制阀54供给的铲斗铲装用先导压的压力传感器544。在先导配管551上设有检测从铲斗卸载用先导压控制阀55供给的铲斗卸载用先导压的压力传感器554。在先导配管561上设有检测从斗杆收回用先导压控制阀56供给的斗杆收回先导压的压力传感器568。在先导配管571上设有检测从斗杆放出用先导压控制阀57供给的斗杆放出用先导压的压力传感器578。由压力传感器526、534、544、554、568、578检测出的先导压作为操作信号被输入到控制器20。
图4是图2所示的控制器的功能框图。
在图4中，控制器20具备作业机姿势运算部30、目标面运算部31、目标动作运算部32和电磁阀控制部33。
作业机姿势运算部30基于来自作业机姿势检测装置34的信息，计算出前作业机1B的姿势。在此，作业机姿势检测装置34由动臂角度传感器21、斗杆角度传感器22、铲斗角度传感器23和车身倾斜角传感器24构成。
目标面运算部31基于来自目标面设定装置35的信息，计算目标面。在此，目标面设定装置35是能够输入与目标面相关的信息的接口。向目标面设定装置35的输入可以由操作员手动输入，也可以经由网络等从外部取入。另外，也可以将卫星通信天线与目标面设定装置35连接，计算出全局坐标中的液压挖掘机1的位置及目标面位置。
目标动作运算部32基于来自作业机姿势运算部30、目标面运算部31及操作员操作检测装置36的信息，以铲斗10不会侵入到目标面而移动的方式计算出前作业机1B的目标动作。在此，操作员操作检测装置36由压力传感器526、534、544、554、568、578(图3所示)构成。
电磁阀控制部33基于来自目标动作运算部32的信息，对电磁截止阀61及电磁比例阀500输出指令。在此，电磁比例阀500是代表电磁比例阀525、532、542、552、562、567、572、577(图3所示)的阀。
在图5中示出基于机械控制进行的水平挖掘动作的例子。例如，在操作员对操作装置15进行操作而通过斗杆9向箭头A方向的拉回动作来进行水平挖掘的情况下，为了避免铲斗10的顶端侵入到比目标面靠下方的位置，以自动地进行动臂8的抬升动作的方式控制电磁比例阀525。另外，在通过斗杆9向箭头A方向的拉回动作进行水平挖掘时铲斗10侵入到比目标面靠下方的位置的情况下，为了使铲斗10恢复到目标面上而以自动地进行动臂8的抬升动作的方式控制电磁比例阀525。另外，在铲斗10通过动臂8的下降动作而接近目标面的情况下，为了避免铲斗10侵入到比目标面靠下方的位置而使动臂8的速度减速，以在铲斗10到达目标面上的状态下使动臂8的速度为零的方式控制电磁比例阀532。另外，以实现操作员要求的挖掘速度或挖掘精度的方式，控制电磁比例阀542而进行斗杆9的拉回动作。此时，为了提高挖掘精度，也可以根据需要使斗杆9的速度减速。另外，也可以是，以铲斗10相对于目标面的角度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577而使铲斗自动向箭头C方向转动。
此时，作业机姿势运算部30基于来自作业机姿势检测装置34的信息，运算前作业机1B的姿势。目标面运算部31基于来自目标面设定装置35的信息，运算目标面。目标动作运算部32基于来自作业机姿势运算部30、目标面运算部31的信息，以铲斗10不会侵入到比目标面靠下方的位置而移动的方式运算前作业机1B的目标动作。电磁阀控制部33基于来自目标动作运算部32的信息，运算向电磁截止阀61及电磁比例阀500的控制输入。
在使机械控制无效的情况下，电磁阀控制部33以不对电磁截止阀61及电磁比例阀500进行控制干预的方式发出指令。具体地说，使电磁截止阀61的开度为零，而避免从先导泵48经由液控止回阀51的液压油流入到液压控制单元60。另外，对于在非通电时开度为全开的电磁比例阀532、542、552、562、572，使开度为全开而避免干预基于操作员操作产生的先导压。另外，对于在非通电时开度为零的电磁比例阀525、567、577，使开度为零，无操作员操作，前作业机1B不进行动作。
图6是图5所示的目标动作运算部的功能框图。
在图6中，目标动作运算部32具备目标面距离运算部70、速度修正区域运算部71、目标面距离修正部72和操作信号修正部73。
目标面距离运算部70基于从作业机姿势运算部30输入的铲斗顶端位置、和从目标面运算部31输入的目标面，计算出从铲斗顶端到目标面为止的距离(以下称为目标面距离)，并输出到目标面距离修正部72。
速度修正区域运算部71基于从操作员操作检测装置36输入的杆操作量而计算出后述的速度修正区域幅度，并输出到目标面距离修正部72。
目标面距离修正部72基于从目标面距离运算部70输入的目标面距离、和从速度修正区域运算部71输入的速度修正区域幅度，计算出修正后目标面距离，并输出到操作信号修正部73。
操作信号修正部73基于从目标面距离修正部72输入的修正后目标面距离，对从操作员操作检测装置36输入的操作信号进行修正，并输出到电磁阀控制部33。
图7是表示图6所示的目标动作运算部32的处理的流程图。以下按顺序说明各步骤。
首先，在步骤S100中判定动臂用操作杆15a是否被向动臂下降方向操作、或者斗杆用操作杆15c或铲斗用操作杆15b是否被操作。
当在步骤S100中判定成动臂用操作杆15a被向动臂下降方向操作、或者斗杆用操作杆15c或铲斗用操作杆15b被操作(是)的情况下，在步骤S101中执行在目标面的上方设定速度修正区域的处理(速度修正区域处理)。速度修正区域处理的详细情况将在后叙述。
接着步骤S101，在步骤S102中执行修正操作信号的运算(操作信号修正运算)。操作信号修正运算的详细情况将在后叙述。
接着步骤S102，在步骤S103中，根据在步骤S102中修正后的操作信号而执行动臂抬升控制。
接着步骤S103，或者在步骤S100中判定成否的情况下，返回到步骤S100。
图8是表示图7所示的速度修正区域处理(步骤S101)的详细情况的流程图。以下按顺序说明各步骤。
首先，在步骤S200中输入操作信号。
接着步骤S200，在步骤S201中判定目标面距离是否比规定距离小。在此，规定距离被设定成比后述的速度修正区域幅度R的最大值Rmax大的值。
在步骤S201中判定成目标面距离比规定距离小(是)的情况下，在步骤S202中对各操作信号执行低通滤波处理。由此，由于除去了各操作信号的高频成分，所以能够防止后述的速度修正区域幅度R的急剧变化。
接着步骤S202，在步骤S203中判定斗杆用操作杆15c是否被操作。
在步骤S203中判定成斗杆用操作杆15c被操作(是)的情况下，在步骤S204中计算出与斗杆用操作杆15c的操作量相对应的速度修正区域幅度R。具体地说，参照图9A所示的转换表，计算出与斗杆用操作杆15c的操作量相对应的速度修正区域幅度R。在斗杆杆操作量为规定的下限值PAmin以下时，速度修正区域幅度R固定为零。在斗杆杆操作量处于下限值PAmin到规定的上限值PAmax之间时，速度修正区域幅度R与斗杆杆操作量成正比地从零增大至规定的最大值Rmax。在斗杆杆操作量为上限值PAmax以上时，速度修正区域幅度R固定为最大值Rmax。
在步骤S203中判定成斗杆用操作杆15c没有被操作(否)的情况下，在步骤S207中判定动臂用操作杆15a是否被向动臂下降方向操作。
在步骤S207中判定成动臂用操作杆15a被向动臂下降方向操作(是)的情况下，在步骤S208中计算出与动臂下降方向的操作量相对应的速度修正区域幅度R。具体地说，参照图9B所示的转换表，计算出与动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量相对应的速度修正区域幅度R。在动臂下降方向的操作量为规定的下限值PBDmin以下时，速度修正区域幅度R固定为零。在动臂下降方向的杆操作量处于下限值PBDmin到规定的上限值PBDmax之间时，速度修正区域幅度R与动臂下降方向的杆操作量成正比地从零增大至规定的最大值Rmax。在动臂下降杆操作量为上限值PBDmax以上时，速度修正区域幅度R固定为最大值Rmax。
在步骤S201中判定成目标面距离为规定距离以上(否)的情况下，在步骤S209中对速度修正区域幅度R设定最大值Rmax。由此，在铲斗10从目标面大幅远离的情况下，无论操作员的杆操作如何，在比目标面以速度修正区域幅度Rmax的量靠上方的位置设定速度修正区域上表面。其结果为，例如在铲斗10从远方朝向目标面高速地移动并由于控制器20的运算延迟等导致来不及设定速度修正区域幅度R的情况下，也能够防止铲斗顶端侵入到比目标面靠下方的位置。
接着步骤S204、S208、S209，或者在步骤S207中判定成动臂用操作杆15a没有被向动臂下降方向操作(否)的情况下，在步骤S205中进行速度修正区域的设定。具体地说，将具有在步骤S204、S208、S209中计算出的速度修正区域幅度R的速度修正区域设定到目标面的上方。
接着步骤S205，在步骤S206中进行目标面距离D的修正。具体地说，如图10所示，通过从目标面距离D减去在步骤S204、S208、S209中计算出的速度修正区域幅度R，而计算出修正后目标面距离Da。由此，在速度修正区域幅度R为零时，将目标面作为基准执行机械控制，在速度修正区域幅度R比零大时，将在比目标面以速度修正区域幅度R的量靠上方的位置设定的速度修正区域上表面作为基准执行机械控制。
接着步骤S206，在图7所示的步骤S102中执行操作信号修正运算。具体地说，基于在步骤S206中计算出的修正后目标面距离Da，对在步骤S200中输入的操作信号进行修正。在此作为一个例子，说明对作为操作信号之一的动臂下降用先导压进行修正的情况。图11是表示目标面距离与操作量限制值的关系的图。将动臂下降用先导压与根据目标面距离设定的操作量限制值进行比较，在比操作量限制值大时，以与操作量限制值一致的方式进行修正。在图11中，对于规定距离Dlim以下的目标面距离，设定了与目标面距离成正比的操作量限制值，对于比规定距离Dlim大的目标面距离，作为操作量限制值而设定无限大。因此，在目标面距离Da为规定距离Dlim以下时，以动臂下降先导压成为操作量限制值以下的方式进行修正，在目标面距离比规定距离Dlim大时，不修正操作信号。由此，当目标面距离(或修正后目标面距离)低于规定距离Dlim时，随着铲斗顶端接近目标面(或速度修正区域上表面)而动臂下降动作减速，因此能够防止铲斗顶端侵入到比目标面靠下方的位置(或速度修正区域内)。
接下来，说明液压挖掘机1的动作。
＜铲斗对位动作＞
如图12所示，铲斗对位动作通过将动臂8向下降方向(箭头D方向)操作直至铲斗10的顶端配置到目标面上而进行。
在动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量为PBDmin以下时，基于图9B所示的转换表，对速度修正区域幅度R设定零，因此修正后目标面距离Da与目标面距离D一致。由此，在铲斗10的顶端从目标面大幅远离时，以与动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量相应的速度进行动臂下降动作。当铲斗10的顶端接近目标面时，为了避免从铲斗10的顶端到目标面为止的距离(目标面距离D)低于零，而将动臂下降先导压减压。此时，动臂用操作杆15a的操作量为下限值PBDmin以下，动臂下降速度小，因此机械控制的精度被维持，如图13的(a)所示，能够在铲斗10的顶端到达目标面上时使铲斗10停止。
当动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量处于下限值PBDmin到上限值PBDmax之间时，与该操作量相应地对速度修正区域幅度R设定从零到最大值Rmax的值，修正后目标面距离Da比目标面距离D减小速度修正区域幅度R的量。由此，在铲斗10的顶端从速度修正区域上表面(图中以虚线示出)大幅远离时，以与动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量相应的速度进行动臂下降动作。当铲斗10的顶端接近速度修正区域上表面时，为了避免从铲斗10的顶端到速度修正区域上表面为止的距离(修正后目标面距离Da)低于零，而将动臂下降先导压减压。其结果为，如图13的(b)所示，在铲斗顶端配置在速度修正区域上表面上的状态下动臂下降动作停止。此时，由于动臂用操作杆15a的操作量比下限值PBDmin大、且动臂下降速度不小，所以机械控制的精度不会被维持，而有铲斗顶端侵入到速度修正区域内的隐患。但是，由于在以与动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量(即动臂下降速度)相应的速度修正区域幅度R的量比目标面靠上方的位置设定速度修正区域上表面，所以能够防止铲斗顶端侵入到比目标面靠下方的位置。
在动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量为PBDmax以上时，对速度修正区域幅度R设定最大值Rmax，因此修正后目标面距离Da比目标面距离D减小速度修正区域幅度Rmax的量。由此，在铲斗10的顶端从速度修正区域上表面大幅远离时，以与动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量相应的速度进行动臂下降动作。当铲斗10的顶端接近速度修正区域上表面时，为了避免铲斗10的顶端到速度修正区域上表面为止的距离(修正后目标面距离Da)低于零，而将动臂下降先导压减压。其结果为，如图13的(c)所示，在铲斗顶端配置在速度修正区域上表面的状态下动臂下降动作停止。此时，由于动臂用操作杆15a的操作量为上限值PBDmax以上，动臂下降速度大，所以机械控制的精度不会被维持，而有铲斗顶端侵入到速度修正区域内的隐患。但是，由于在以与动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量(即动臂下降速度)相应的速度修正区域幅度Rmax的量比目标面靠上方的位置设定速度修正区域上表面，所以能够防止铲斗顶端侵入到比目标面靠下方的位置。此外，在动臂下降方向的操作量比下限值PBDmin大的期间，无法使铲斗顶端在速度修正区域内移动，但通过使动臂下降方向的操作量减少至下限值PBDmin，而能够使铲斗顶端到达至目标面。
＜水平挖掘动作＞
如图14所示，水平挖掘动作通过在将铲斗10的顶端配置在目标面上的状态下将斗杆9向收回方向(箭头B方向)操作而进行。
在斗杆用操作杆15c的斗杆收回方向的操作量为下限值PAmin以下时，基于图9A所示的转换表，作为速度修正区域幅度R而设定零，因此修正后目标面距离Da与目标面距离D一致。由此，如图15的(a)所示，以铲斗10以与斗杆用操作杆15c的操作量相应的速度移动、并且铲斗顶端沿着目标面移动的方式，自动地进行动臂抬升动作。此时，由于斗杆用操作杆15c的操作量为下限值PAmin以下，斗杆收回速度小，所以机械控制的精度被维持，而能够防止铲斗顶端侵入到比目标面靠下方的位置。
在斗杆用操作杆15c的操作量处于下限值PAmin到上限值PAmax之间时，与该操作量相应地对速度修正区域幅度R设定从零到最大值Rmax的值，因此修正后目标面距离Da比目标面距离D减小速度修正区域幅度R的量。由此，自动地进行动臂抬升控制直至铲斗顶端配置在速度修正区域上表面(图中以虚线示出)，如图15的(b)所示，以铲斗10以与斗杆用操作杆15c的操作量相应的速度移动、并且铲斗顶端沿着位于以速度修正区域幅度R的量比目标面靠上方的位置的速度修正区域上表面移动的方式，自动地进行动臂抬升动作。此时，由于斗杆用操作杆15c的操作量比下限值PAmin大、且斗杆收回速度不小，所以机械控制的精度不会被维持，而有铲斗顶端侵入到速度修正区域内的隐患。但是，由于在以与斗杆用操作杆15c的斗杆收回方向的操作量(即斗杆收回速度)相应的速度修正区域幅度R的量比目标面靠上方的位置设定速度修正区域上表面，所以能够防止铲斗顶端侵入到比目标面靠下方的位置。
在斗杆用操作杆15c的斗杆收回方向的操作量为上限值PAmax以上时，作为速度修正区域幅度R而设定最大值Rmax，因此修正后目标面距离Da与目标面距离D相比减小速度修正区域幅度Rmax的量。由此，自动地进行动臂抬升控制直至铲斗顶端配置在速度修正区域上表面，如图15的(c)所示，以铲斗10以与斗杆用操作杆15c的操作量相应的速度移动、并且铲斗顶端沿着位于以最大修正量Rmax的量比目标面靠上方的位置的速度修正区域上表面移动的方式，自动地进行动臂抬升动作。此时，由于斗杆用操作杆15c的操作量为上限值PAmax以上，斗杆收回速度大，所以机械控制的精度不会被维持，而有铲斗顶端侵入到速度修正区域内的隐患。但是，由于在以与斗杆用操作杆15c的斗杆收回方向的操作量(即斗杆收回速度)相应的速度修正区域幅度Rmax的量比目标面靠上方的位置设定速度修正区域上表面，所以能够防止铲斗顶端侵入到比目标面靠下方的位置。
根据以上那样构成的液压挖掘机1，在操作装置15A、15C的操作量为规定的操作量PBDmin、PAmin以下时，以避免从铲斗顶端到目标面为止的距离(目标面距离D)低于零的方式控制前作业机1B的动作。另一方面，在操作装置15A、15C的操作量比规定的操作量PBDmin、PAmin大时，在以与该操作量相应的速度修正区域幅度R的量比目标面靠上方的位置设定速度修正区域上表面，以避免从铲斗顶端到速度修正区域上表面为止的距离(修正后目标面距离Da)低于零的方式控制前作业机1B的动作。由此，能够确保基于机械控制实现的作业精度，且以与操作员的杆操作相应的速度使前作业机1B动作。
以上，详细叙述了本发明的实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式，包含各种变形例。例如，在上述实施方式中，以作为作业工具而具备铲斗10的液压挖掘机1为例进行了说明，但本发明也能够适用于具备铲斗以外的作业工具的液压挖掘机、液压挖掘机以外的作业机械。另外，在上述实施方式中，说明了对铲斗10的顶端位置进行机械控制的情况，但本发明也能够适用于对铲斗10的其他位置进行机械控制的情况。另外，在上述实施方式中，说明了根据动臂用操作杆15a的动臂下降方向的操作量及斗杆用操作杆15c的操作量修正目标面距离D的情况，但也可以根据铲斗用操作杆15b的操作量修正目标面距离D。另外，上述实施方式为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明，并不一定限定于具备所说明的所有结构。
附图标记说明
1…液压挖掘机、1A…车身、1B…前作业机、1C…驾驶室、2…液压泵、4…旋转液压马达、5…动臂缸、6…斗杆缸、7…铲斗缸、8…动臂、9…斗杆、10…铲斗、11…下部行驶体、12…上部旋转体、13a…行驶右杆、13b…行驶左杆、14a…操作右杆、14b…操作左杆、15A～15D…操作装置、15a…动臂用操作杆、15b…铲斗用操作杆、15c…斗杆用操作杆、15d…旋转用操作杆、16a…动臂用流量控制阀、16b…铲斗用流量控制阀、16c…斗杆用流量控制阀、16d…旋转用流量控制阀、20…控制器、21…动臂角度传感器、22…斗杆角度传感器、23…铲斗角度传感器、24…车身倾斜角传感器、30…作业机姿势运算部、31…目标面运算部、32…目标动作运算部、33…电磁阀控制部、34…作业机姿势检测装置、35…目标面设定装置、36…操作员操作检测装置、46…梭阀块、47…调节器、48…先导泵、49…原动机、50…油箱、51…液控止回阀、52…动臂抬升用先导压控制阀、53…动臂下降用先导压控制阀、54…铲斗铲装用先导压控制阀、55…铲斗卸载用先导压控制阀、56…斗杆收回用先导压控制阀、57…斗杆放出用先导压控制阀、58…右旋转用先导压控制阀、59…左旋转用先导压控制阀、60…液压控制单元、61…电磁截止阀、70…目标面距离运算部、71…速度修正区域运算部、72…目标面距离修正部、73…操作信号修正部、100…液压驱动装置、500…电磁比例阀、521…先导配管、522…梭形滑阀、523…先导配管、524…先导配管、525…电磁比例阀、526…压力传感器、529…先导配管、531…先导配管、532…电磁比例阀、533…先导配管、534…压力传感器、539…先导配管、541…先导配管、542…电磁比例阀、543…先导配管、544…压力传感器、549…先导配管、551…先导配管、552…电磁比例阀、553…先导配管、554…压力传感器、559…先导配管、561…先导配管、562…电磁比例阀、563…先导配管、564…梭形滑阀、565…先导配管、566…先导配管、567…电磁比例阀、568…压力传感器、569…先导配管、571…先导配管、572…电磁比例阀、573…先导配管、574…梭形滑阀、575…先导配管、576…先导配管、577…电磁比例阀、578…压力传感器、579…先导配管、589…先导配管、599…先导配管。

Claims (5)

1.一种作业机械，具备：
车身；
多关节型的作业机，其由能够转动地安装在所述车身上的动臂、能够转动地安装在所述动臂的前端部的斗杆及能够转动地安装在所述斗杆上的作业工具构成；
动臂缸，其驱动所述动臂；
斗杆缸，其驱动所述斗杆；
作业工具缸，其驱动所述作业工具；
操作装置，其用于对所述作业机进行操作；和
控制装置，其设定所述作业工具的目标面，以所述作业工具不会侵入到比所述目标面靠下方的位置的方式控制所述作业机的动作，所述作业机械的特征在于，
所述控制装置在所述目标面的上方设定速度修正区域，与所述操作装置的操作量相应地使所述速度修正区域的幅度变化，以所述作业工具不会侵入到所述速度修正区域内的方式控制所述作业机的动作。
2.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置具有：
目标面距离运算部，其计算出作为从所述作业工具到所述目标面为止的距离的目标面距离；
速度修正区域运算部，其与所述操作装置的操作量相应地使所述速度修正区域的幅度从零变化至规定的最大值；和
目标面距离修正部，其从所述目标面距离减去所述速度修正区域的幅度而对所述目标面距离进行修正。
3.如权利要求2所述的作业机械，其特征在于，
所述速度修正区域运算部在所述目标面距离大于被设定得比所述规定的最大值大的规定距离时，无论所述操作装置的操作量如何，均将所述速度修正区域的幅度设定为所述规定的最大值。
4.如权利要求2所述的作业机械，其特征在于，
所述速度修正区域运算部对所述操作装置的操作量进行低通滤波处理。
5.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述操作装置具有：用于对所述动臂进行操作的动臂用操作杆、用于对所述斗杆进行操作的斗杆用操作杆、和用于对所述作业工具进行操作的作业工具用操作杆，
所述操作装置的操作量包含所述动臂用操作杆的操作量、所述斗杆用操作杆的操作量及所述作业工具用操作杆的操作量中的至少一个操作量。
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