CN110546327B - 作业机械 - Google Patents

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Abstract

根据各执行机构20A、21A、22A的实际动作速度Vr和目标动作速度Vt来判定速度推定模型是否成立，在判定为速度推定模型成立的情况下，根据推定动作速度Ve来预测各执行机构20A、21A、22A从驱动状态急停止的情况下的液压挖掘机1的动态重心位置，在判定为速度推定模型不成立的情况下，根据实际动作速度Vr来预测动态重心位置，利用该预测出的动态重心位置来决定是否进行控制介入，在已决定进行控制介入的情况下，以使得各执行机构20A、21A、22A进行缓减速的方式对目标动作速度Vt进行校正。由此，即使在进行伴随微小时间内的急剧外部干扰的变化、杆操作量的变化的作业的情况下，也能够适当地实施作业前体2的动作速度限制和/或缓减速，也能够抑制作业性、操作性的下降、乘坐舒适度的恶化等。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及作业机械。
背景技术
作为在构造物拆卸工程、废弃物处理、破碎处理、道路工程、建筑工程、土木工程等中使用的作业机械，已知有如下这样的作业机械：具备回转自如地安装于通过动力系统而进行行驶的行驶体的上部的回转体、和在上下方向上摆动自如地安装于回转体的多关节型的作业前体，并利用油缸来对构成作业前体的多个前部构件进行驱动。例如，在作为作业机械的一种的液压挖掘机中，具有包括动臂、斗杆、铲斗等多个前部构件的作业前体，并利用动臂油缸、斗杆油缸以及铲斗油缸分别对多个前部构件进行驱动。
在如该液压挖掘机那样具有作业前体的作业机械中，根据操作杆的操作内容来驱动各可动部，因此当操作杆从操作状态瞬间回到中立位置时，根据操作杆的操作而被驱动的可动部会急停止，会产生与此时的减速度相应的惯性力。当作业前体急停止时，因该惯性力而使行驶体的一部分会从地面抬起，有时作业机械整体会倾斜。一般认为，若行驶体的一部分从地面抬起而作业机械整体倾斜，则在作业机械回到原来的姿势时行驶体与地面会发生碰撞，因而会对作业机械的驾驶者施加激烈的振动、冲击，不仅会恶化乘坐舒适度，最坏的情况下，作业机械可能会因作业前体急停止时的惯性力而翻倒。
因此，提出了如下这样的技术：利用表示作业机械的动态重心位置的ZMP(ZeroMoment Point，零力矩点)实时推定与作业机械的抬起相关的动态稳定性，在根据该动态稳定性而推定为作业机械发生倾斜的可能性高的情况下限制作业前体的动作速度、或使作业前体缓减速，从而抑制作业机械发生倾斜的情况。
例如，在专利文献1中公开了一种作业机械，该作业机械具备：行驶体；安装于该行驶体上的作业机械主体；在上下方向上摆动自如地安装于该作业机械主体的作业前体；所述行驶体、所述作业机械主体以及所述作业前体中的各可动部；驱动所述各可动部的执行机构；以及对所述执行机构的驱动进行控制的控制装置，其中，所述控制装置具备：速度推定单元，根据对所述行驶体、所述作业机械主体及所述作业前体中的所述执行机构进行操作的操作杆的操作量来推定所述可动部的速度；举动预测单元，基于用所述速度推定单元推定出的推定速度，对所述操作杆从操作状态回到停止指令位置的情况下、所述执行机构从驱动状态到停止期间的、作为所述执行机构位移的位置轨迹、作为所述执行机构速度变化的速度轨迹和作为所述执行机构加速度变化的加速度轨迹进行预测；稳定化控制运算单元，根据用所述举动预测单元求出的所述位置轨迹、所述速度轨迹以及所述加速度轨迹预测到所述执行机构停止为止所述作业机械会不会变得不稳定，并算出使作业机械稳定直至所述执行机构停止为止的动作限制值；以及指令值生成单元，基于所述稳定化控制运算单元的运算结果来生成针对驱动所述可动部的执行机构的指令信息。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6023053号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述现有技术中，尽管可预料到速度推定模型会根据发动机转速、负载的大小、姿势、油温等而时刻发生变化，但是假定在微小时间期间内作业状况的变化小、速度推定模型的变化也小，基于用该速度推定模型推定出的速度来实施作业前体的速度限制和缓减速。
然而，例如在液压挖掘机中，有时进行如使动臂、斗杆以一定节奏上下运动并在地面附近进行急操作从而适当地压实地面的碾压作业(所谓的边坡夯拍作业)那样，伴随着微小时间内的急剧外部干扰的变化、杆操作量的变化的作业。在边坡夯拍作业中，通过借助急上升操作使处于停止状态的作业前体上升，接着进行急下降操作使铲斗与地面适当地碰撞，从而碾压地面。
因此，在上述现有技术中，在进行如边坡夯拍作业那样、伴随着微小时间内的急剧的外部干扰的变化、杆操作量的变化的作业的情况下，速度推定模型不成立。也就是说，在速度推定模型不成立时得不到准确的ZMP，因此无法适当地进行作业前体的缓减速、速度限制等的控制介入，可以预料到作业前体的制动距离的增加、因未实施速度限制所导致的车身的抬起等，结果作业前体会进行与驾驶者的预料不同的动作，因此可以想到作业性、操作性会显著下降，乘坐舒适度会恶化。
本发明是鉴于上述情形而做出的，目的在于提供一种作业机械，即使在进行伴随微小时间内的急剧的外部干扰的变化、杆操作量的变化的作业的情况下，也能够适当地实施作业前体的动作速度的限制、缓减速，能够抑制作业性、操作性的下降、乘坐舒适度的恶化等。
用于解决课题的技术方案
本申请包含多个解决上述课题的技术方案，如果举出其中的一个例子，则设为如下这样的作业机械，该作业机械具备：行驶体；能回转地安装在所述行驶体上的回转体；作业前体，为多关节型，通过将多个被驱动构件以能在垂直方向上转动的方式连结而构成，且能在垂直方向上转动地被支承于所述回转体；多个执行机构，分别对所述作业前体的所述多个被驱动构件进行驱动；多个运动信息检测装置，分别检测所述回转体及构成所述作业前体的所述多个被驱动构件动作时的与所述多个被驱动构件的运动相关的信息；以及控制装置，对所述多个执行机构的驱动进行控制，所述作业机械的特征在于，所述控制装置具有：目标动作速度生成部，根据对所述多个执行机构进行操作的操作杆的操作量而生成的操作信号，分别生成所述多个执行机构的目标动作速度；动作速度检测部，基于通过所述运动信息检测装置检测出的与所述多个被驱动构件的运动相关的信息而分别检测所述多个执行机构的实际动作速度；动作速度推定部，基于根据所述目标动作速度及所述实际动作速度预先设定的速度推定模型分别推定所述多个执行机构的动作速度；第一重心位置预测部，利用所述动作速度推定部推定的所述多个执行机构的动作速度来预测所述多个执行机构从驱动状态急停止的情况下的所述作业机械的动态重心位置；控制介入决定部，基于所述动态重心位置来决定是否进行对所述目标动作速度进行校正的控制介入；目标动作速度校正部，以使得所述作业机械的抬起被抑制的方式对由所述目标动作速度生成部生成的所述目标动作速度进行校正；驱动指令部，基于由所述目标动作速度校正部校正后的目标动作速度对所述多个执行机构的驱动进行控制；速度推定模型是否成立判定部，基于通过所述动作速度检测部检测出的所述实际动作速度与通过所述目标动作速度生成部生成的所述目标动作速度的比较结果，判定所述速度推定模型是否成立；以及第二重心位置预测部，根据通过所述动作速度检测部检测出的所述多个执行机构的实际动作速度来预测所述多个执行机构从驱动状态急停止的情况下的所述作业机械的动态重心位置，所述控制介入决定部，在由所述速度推定模型是否成立判定部判定为所述速度推定模型不成立的情况下，取代通过所述第一重心位置预测部预测出的所述动态重心位置而使用通过所述第二重心位置预测部预测出的所述动态重心位置来决定是否进行控制介入，所述目标动作速度校正部，在所述控制介入决定部中已决定进行控制介入的情况下，以通过限制所述目标动作速度的减速度从而使所述多个执行机构进行缓减速的方式对所述目标动作速度进行校正。
发明的效果
根据本发明，即使在如以液压挖掘机的边坡拍打为例那样、因微小时间内的急剧的外部干扰的变化、杆操作量的变化导致油缸的速度推定模型不成立的情况下，也能够适当地实施作业前体的动作速度的限制和缓减速。
而且，无需追加用于检测外力的传感器、繁杂的信息处理就能以简单的结构适当地实施作业前体的动作速度的限制和缓减速。根据以上所述，能够抑制因作业机械的抬起所导致的乘坐舒适度的恶化，同时能够在作业机械倾斜的可能性低的情况下使作业前体细致且机敏地动作，因此能够提高作业性和操作性。
附图说明
图1是示意性地示出作为本实施方式的作业机械的一例的液压挖掘机的外观的侧视图。
图2是将本实施方式的作业机械的控制系统与关联结构一起示出的图。
图3是示出驱动控制用控制器的处理的功能框图。
图4是对本实施方式的液压挖掘机的重心位置进行说明的侧视图。
图5是示出本实施方式的液压挖掘机的支承多边形以及翻倒支承线的俯视图。
图6是示出油缸速度的推移的一例的图。
图7是关于作业前体的缓减速控制进行说明的图。
图8是关于作业前体的速度限制控制进行说明的图。
图9是示出控制介入的决定所涉及的处理的流程图。
图10是示出校正后目标动作速度的算出处理以及控制指令值的决定所涉及的处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在本实施方式中，作为作业机械的一例例示具备作业前体的液压挖掘机进行说明，但只要是具备作业前体的作业机械，在斗式链轮装货机那样除液压挖掘机以外的作业机械中也能够适用本发明。
图1是示出作为本实施方式的作业机械的一例的液压挖掘机的外观的侧视图。另外，图2是将本实施方式的作业机械的控制系统与关联结构一起示出的图。
＜作业机械(液压挖掘机1)＞
如图1所示，作为本实施方式的作业机械的一例的液压挖掘机1具备：行驶体4；能回转地安装在行驶体4上的回转体3；作业前体2，为多关节型，通过将作为被驱动构件的动臂20、斗杆21以及作为工具的铲斗22以能在垂直方向上分别转动的方式连结而构成，并以能在垂直方向上转动的方式被支承于回转体3；以及分别对作业前体2的动臂20、斗杆21及铲斗22进行驱动的多个执行机构(动臂油缸20A、斗杆油缸21A及铲斗油缸22A)。
行驶体4包括：履带架40、左右一对分别设置于履带架40的前空转轮41、下辊(前)42a、下辊(中)42b、下辊(后)42c、链轮齿43、上辊44、履带45、以及连接于链轮齿43的行驶液压马达43A(执行机构)。前空转轮41、下辊(前)42a、下辊(中)42b、下辊(后)42c、链轮齿43及上辊44分别配置于履带架40，履带45通过隔着这些构件而卷绕于履带架40从而设置为能够环绕履带架40。需要说明的是，下辊(中)42b以及上辊44可以根据行驶体4的大小而改变其个数，可以配置得比图1所示的数量多、配置得比该数量少、或者不配置。需要说明的是，行驶体4并不限定于具备履带的行驶体，也可以是具备行驶轮和/或腿的行驶体。
在作业前体2中，动臂20的基端以能在垂直方向上转动的方式被支承于回转体3的前部，斗杆21的一端以能在垂直方向上转动的方式被支承于动臂20的与基端不同的端部(顶端)，铲斗22以能在垂直方向上转动的方式被支承于斗杆21的另一端。在斗杆21与铲斗22的连接部，配置有彼此的一端能转动地连接的第一连杆22B及第二连杆22C，第一连杆22B的另一他端(与和第二连杆22C连接的连接部不同的端部)能转动地连接于铲斗22，第二连杆22C的另一端(与和第一连杆22B连接的连接部不同的端部)能转动地连接于斗杆21。
另外，在作业前体2中，动臂油缸20A的缸底侧能转动地连接于回转体3，动臂油缸20A的活塞杆侧能转动地连接于动臂20，斗杆油缸21A的缸底侧能转动地连接于动臂20，斗杆油缸21A的活塞杆侧能转动地连接于斗杆21，铲斗油缸22A的缸底侧能转动地连接于斗杆21，铲斗油缸22A的活塞杆侧能转动地连接于第一连杆22B与第二连杆22C的连结部分。动臂油缸20A、斗杆油缸21A以及铲斗油缸22A通过利用液压而伸缩，从而分别驱动动臂20、斗杆21、铲斗22转动。需要说明的是，铲斗22可以任意调换为抓斗、破碎头、锯、磁体等其他未图示的作业工具。
回转体3具备配置在主平台31上的驾驶室32、操作输入装置33、驱动控制装置34、驱动装置35、原动装置36以及配重37，并通过由回转液压马达3A(执行机构)对以能相对于行驶体4转动的方式连接的主平台31进行转动驱动，从而回转体3整体被驱动而回转。配重37用于获得液压挖掘机1运转时所必需的重量平衡，且相对于配置于回转体3前部的作业前体2而言配置于回转体3的后部。
＜控制系统＞
在图2中，本实施方式的液压挖掘机1的控制系统大致包括：操作输入装置33，生成用于操作各执行机构20A、21A、22A、3A、43A的操作信号并向驱动控制装置34输出；IMU传感器20S、21S、22S、30S，检测动臂20、斗杆21、铲斗22以及回转体3的角速度及加速度并向驱动控制装置34输出；驱动装置35，对从原动装置36向各执行机构20A、21A、22A、3A、43A供给的液压油的流量及方向进行控制来驱动各执行机构20A、21A、22A、3A、43A；以及驱动控制装置34，基于来自操作输入装置33的操作信号和IMU传感器20A、21A、22A、30A的检测值生成对驱动装置35进行控制的控制信号(控制指令值)并向驱动装置35输出。操作输入装置33、IMU传感器20A、21A、22A、30A以及驱动装置35通过信号线而连接于驱动控制装置34。
＜操作输入装置33＞
在供操作者(驾驶者)搭乘的驾驶室32中配置有操作输入装置33，该操作输入装置33输出用于对作业前体2的动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A、回转体3的回转液压马达3A以及行驶体4的行驶液压马达43A进行操作的操作信号。操作输入装置33包括用于对作业前体2及回转体3进行操作的一对操作杆33a和/或用于对行驶体4进行操作的一对操作杆(行驶踏板、未图示)、以及检测上述操作杆倾倒量的操作输入量传感器33b。
用于对作业前体2及回转体3进行操作的一对操作杆33a能够分别向前后左右倾倒，操作输入量传感器33b检测由操作者控制的操作杆33a的倾倒量(操作量)，根据该操作量生成用于对作业前体2及回转体3进行操作的(也即是，用于对各执行机构20A、21A、22A、3A进行操作的)电信号(操作信号)，并经由电气配线向构成驱动控制装置34的驱动控制用控制器34a(参照图2)输出。例如，动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A以及回转液压马达3A的操作被分别向操作杆33a的前后方向或左右方向分配。
同样地，用于对行驶体4进行操作的操作杆(行驶踏板、未图示)能够分别向前后方向倾倒，操作输入量传感器33b检测由操作者控制的操作杆(行驶踏板)的倾倒量(操作量)，根据该操作量生成用于对行驶体4进行操作的(即用于对行驶液压马达43A进行操作的)电信号(操作信号)，并经由电气配线向驱动控制用控制器34a(参照图2)输出。即，液压挖掘机1的行驶操作被分别向操作杆(行驶踏板)的前后方向分配。
即，操作输入量传感器33b分别检测操作者通过对操作杆33A(包括行驶踏板)的操作所要求的动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A、回转液压马达3A以及行驶液压马达43A的动作速度(即，目标动作速度)，并作为操作信号向驱动控制装置34输出。在液压挖掘机1中设定为：在操作杆33a倾倒的量(操作量)变大时，各执行机构20A、21A、22A、3A、43A的动作速度变快，操作者通过调整将操作杆33a推倒的量从而调整各执行机构20A、21A、22A、3A、43A的动作速度并使液压挖掘机1工作。
需要说明的是，操作输入装置33也可以设为将操作杆的倾倒量以及倾倒方向作为基于先导压力的操作信号而输出的液压先导方式。在采用该液压先导方式的情况下，作为用于检测操作杆33a等的操作量的操作输入量传感器，也可以使用检测由工作油产生的先导压力的传感器。
＜原动装置36＞
原动装置36包括作为原动机的发动机36b、和由发动机36b驱动的液压泵36a，并生成用于驱动各执行机构20A、21A、22A、3A、43A所必需的液压油。
＜驱动装置35＞
驱动装置35由电磁控制阀35a及方向切换阀35b构成。关于动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A、回转液压马达3A以及行驶液压马达43A的动作控制，通过用方向切换阀35b对从由作为原动机的发动机36b驱动的液压泵36a向动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A、回转液压马达3A及行驶液压马达43A供给的工作油的方向及流量进行控制来进行。方向切换阀35b的滑阀由根据先导泵(未图示)的排出压力经由电磁控制阀35a而生成的驱动信号(先导压力)来驱动。在驱动控制装置34将基于来自操作输入装置33的操作输入量传感器33b的操作信号而生成的电流作为控制信号(控制指令值)向电磁控制阀35a输入，从而动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A、回转液压马达3A以及行驶液压马达43A的动作被控制。
＜IMU传感器20S、21S、22S、30S＞
在作业前体2的动臂20配置有用于检测与动臂20的动作相伴的角速度以及作用于动臂20的加速度的IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)传感器(动臂)20S。同样地，在斗杆21配置有用于检测与斗杆21的动作相伴的角速度以及作用于斗杆21的加速度的IMU传感器(斗杆)21S，在第二连杆22C配置有用于检测与第二连杆22C的动作相伴的角速度以及作用于第二连杆22C的加速度的IMU传感器(铲斗)22S。IMU传感器20S、21S、22S是惯性测量装置，IMU传感器20S、21S、22S具有作为角速度传感器的功能和作为加速度传感器的功能，所述角速度传感器测量与相对固定的对象物的动作相伴的角速度并将测量结果作为角速度信号输出，所述加速度传感器测量作用于对象物的加速度并将测量结果作为加速度信号输出。另外，在回转体3配置有检测回转体3相对于地面的倾斜的IMU传感器(回转体)30S。IMU传感器(回转体)30S是与IMU传感器20S、21S、22S同样的惯性测量装置，并具有作为角速度传感器的功能和作为加速度传感器的功能。即，也可以说，IMU传感器20S、21S、22S、30S是检测出动臂20、斗杆21、铲斗22以及回转体3动作时的角速度及加速度那样与运动相关的信息来作为运动信息的运动信息检测装置。
动臂20、斗杆21、铲斗22、动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A、第一连杆22B、第二连杆22C以及回转体3以能够分别摆动的方式连接，因此根据各IMU传感器20S、21S、22S、30S的检测结果(运动信息：角速度和/或加速度)和机械方面的连杆关系能够算出动臂20、斗杆21、铲斗22以及回转体3的姿势(例如、与水平面的相对角度等)和动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A的动作速度。
需要说明的是，在本实施方式中，回转体3和行驶体4仅在后述的XYZ坐标系的XY平面方向上转动，因此仅在回转体3设置IMU传感器(回转体)30S而将回转体3和行驶体4作为同一姿势来处置，但是也可以与其他构件同样地在行驶体4也设置IMU传感器(行驶体)，并考虑行驶体重心4G的姿势和动作速度而进行动态重心位置的算出。另外，在此示出的姿势和动作速度的检测方法是一例，也可以构成为，直接测量作业前体2的各被驱动构件(动臂20、斗杆21、铲斗22)的相对角度，检测动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A的行程、速度，从而来算出作业前体2的各被驱动构件的姿势、动作速度。
＜驱动控制装置34＞
构成驱动控制装置34的驱动控制用控制器34a包括作为输入部、处理器的中央处理装置(CPU)、作为存储装置的只读存储器(ROM)以及随机存取存储器(RAM)、输出部等，但并未图示。输入部输入来自操作输入装置33的信号以及来自IMU传感器20S、21S、22S、30S的信号并进行A/D转换。ROM是存储有用于执行后述的图9、图10的流程图的控制程序和这些流程图的执行所必需的各种信息等的存储介质，CPU按照存储于ROM的控制程序对从输入部及存储器获取到的信号进行规定的运算处理。输出部通过生成与CPU中的运算结果相应的输出用信号(例如作为控制指令值的电流)并将该信号向驱动装置35输出，从而驱动、控制多个执行机构(动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A、回转液压马达3A、行驶液压马达43A)。需要说明的是，在本实施方式中，驱动控制用控制器34a例示了具备ROM及RAM这样的半导体存储器来作为存储装置的情况，但只要是存储装置则皆可以代替，例如也可以具备硬盘驱动器等磁存储装置。
图3是示出驱动控制用控制器的处理的功能框图。
在图3中，驱动控制用控制器34a包括目标动作速度生成部710、目标动作速度校正部720、驱动指令部730、动作速度检测部740、姿势检测部750、动作速度推定部760、速度推定模型是否成立判定部770、第一重心位置预测部780、第二重心位置预测部790、第三重心位置预测部800以及控制介入决定部810。
目标动作速度生成部710根据从操作输入装置33基于操作杆33A的操作量而输出的操作信号分别生成动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A的目标动作速度Vt。
动作速度检测部740利用来自IMU传感器20S、21S、22S的检测结构(角速度信号、加速度信号)，基于预先保持的机械方面的连杆关系，对动臂油缸20A、斗杆油缸21A以及铲斗油缸22A分别检测出动作速度并作为实际动作速度Vr而输出。
姿势检测部750利用来自IMU传感器20S、21S、22S、30S的检测结果(角速度信号、加速度信号)，基于预先保持的机械方面的连杆关系检测并输出动臂20、斗杆21、铲斗油缸22A各自的姿势信息(例如将各被驱动构件的两端的转动部连结的基准线与水平面的相对角度)。
动作速度推定部760基于通过目标动作速度生成部710对动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A分别生成的目标动作速度Vt和通过动作速度检测部740对动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A分别检测出的实际动作速度Vr，利用速度推定模型来推定动作速度并作为推定动作速度Ve而输出。
速度推定模型是否成立判定部770基于通过目标动作速度生成部710生成的目标动作速度Vt与通过动作速度检测部740检测出的实际动作速度Vr的速度差，针对液压挖掘机1的动作判定速度推定模型是否成立、即判定速度推定模型是否成立，并将该判定结果作为速度推定模型是否成立信息而输出。也就是说，速度推定模型是否成立判定部770进行速度推定模型是否成立的判定，并输出表示速度推定模型成立的速度推定模型是否成立信息(成立)和表示速度推定模型不成立的速度推定模型是否成立信息(不成立)的任一信息来作为速度推定模型是否成立信息。需要说明的是，速度推定模型是否成立判定部770所进行的速度推定模型是否成立的判定，通过将目标动作速度Vt与实际动作速度Vr的速度差和规定的阈值进行比较来进行(在后详述)。需要说明的是，在本实施方式中，关于多个执行机构20A、21A、22A、3A、43A中的特定的一个执行机构(例如动臂油缸20A)，考虑将目标动作速度Vt与实际动作速度Vr的速度差和预先设定的规定阈值进行比较来判定速度推定模型是否成立的情况，但不限于此，例如，也可以是，对于多个执行机构20A、21A、22A的每个执行机构，将目标动作速度Vt与实际动作速度Vr的速度差和按多个执行机构20A、21A、22A分别预先设定的规定阈值进行比较，来判定是否有哪个速度差超过了规定的阈值，借此判定速度推定模型是否成立。
第一重心位置预测部780根据通过动作速度推定部760推定出的推定动作速度Ve和通过姿势检测部750检测出的姿势信息，对作业前体2急停止的情况下的液压挖掘机1的动态重心位置进行运算并作为重心位置信息而输出。需要说明的是，作业前体2急停止的情况是根据操作杆33A的操作内容而处于驱动状态的执行机构20A、21A、22A因操作杆33A从操作状态瞬间返回至中立位置而急停止的情况，此时，在被驱动构件20、21、22产生与减速度相应的惯性力。
第二重心位置预测部790根据通过动作速度检测部740检测出实际动作速度Vr和通过姿势检测部750检测出的姿势信息，对作业前体2急停止的情况下的液压挖掘机1的动态重心位置进行运算并作为重心位置信息而输出。
第三重心位置预测部800根据通过目标动作速度生成部710生成的目标动作速度Vt和通过姿势检测部750检测出的姿势信息，对作业前体2急停止的情况下的液压挖掘机1的动态重心位置进行运算并作为重心位置信息而输出。
控制介入决定部810基于通过第一重心位置预测部780、第二重心位置预测部790以及第三重心位置预测部800分别算出的重心位置信息和速度推定模型是否成立判定部770做出的判定结果(速度推定模型是否成立信息)，分别判定并决定是否进行通过以限制目标动作速度Vt的最大值的方式进行校正从而限制作业前体2的动作速度的最大值的控制(速度限制控制)、以及通过以限制目标动作速度Vt的减速度的方式进行校正从而限制作业前体2的减速度而使其缓减速的控制(缓减速控制)(即，是否进行控制介入)，并将决定结果(即控制介入的有无)作为介入有无信息而输出。也就是说，从控制介入决定部810输出的控制介入信息是表示不进行控制介入的控制介入信息(无控制介入)、表示仅进行速度限制控制的控制介入信息(速度限制控制)、表示仅进行缓减速控制的控制介入信息(缓减速控制)和表示进行速度限制控制及缓减速控制这二者的控制介入信息(速度限制控制、缓减速控制)中的任意信息。
目标动作速度校正部720针对执行机构20A、21A、22A各自的目标动作速度Vt，基于在控制介入决定部810决定了的介入有无信息实施速度限制控制以及缓减速控制而对目标动作速度Vt进行校正，并作为校正后目标动作速度Vc而输出。即，在介入有无信息(速度限制控制、缓减速控制)的情况下，输出实施速度限制控制以及缓减速控制而对目标动作速度Vt进行了校正的校正后目标动作速度Vc，在介入有无信息(速度限制控制)的情况下输出仅实施速度限制控制而对目标动作速度Vt进行了校正的校正后目标动作速度Vc，在介入有无信息(缓减速控制)的情况下输出仅实施缓减速控制而对目标动作速度Vt进行了校正的校正后目标动作速度Vc，在介入有无信息(无控制介入)的情况下不实施速度限制控制以及缓减速控制而将目标动作速度Vt原样作为校正后目标动作速度Vc输出。
驱动指令部730基于从目标动作速度校正部720输出的校正后目标动作速度Vc生成用于控制驱动装置35的电流，并作为控制指令值而向驱动装置35的电磁控制阀35a输出。
＜重心位置＞
在此，对本实施方式的液压挖掘机1的重心位置进行说明。图4是对本实施方式的液压挖掘机的重心位置进行说明的侧视图。如图4所示，在本实施方式中，考虑安装的简易性，使用质量集中于各构成构件的重心的集中质点模型来作为求出液压挖掘机1的重心位置的模型。另外，如图4所示，定义如下的XYZ坐标系：将Z坐标轴定义为通过回转体3和行驶体4的转动中心的上下方向(图4中的上下方向)，并且在履带45与地面接触的接地面上定义具有液压挖掘机1的前后方向(图4中的左右方向)的X坐标轴和左右方向(图4中垂直于纸面的朝向)的Z轴坐标的XY平面，并以Z坐标轴与XY平面的交点为原点。
在图4的XYZ坐标系中，液压挖掘机1的重心位置是对动臂重心20G、斗杆重心21G、铲斗重心22G、回转体重心3G、行驶体重心4G进行合成而得的位置。动臂重心20G为对动臂20、动臂油缸20A以及IMU传感器(动臂)20S各自的重心进行合成而得的位置。同样地，斗杆重心21G是对斗杆21、斗杆油缸21A以及IMU传感器(斗杆)21S各自的重心进行合成而得的位置，铲斗重心22G为对铲斗22、第一连杆22B、第二连杆22C、铲斗油缸22A以及IMU传感器(铲斗)22S各自的重心进行合成而得的位置。
另外，回转体重心3G是对主平台31、驾驶室32、操作输入装置33、驱动控制装置34、驱动装置35、原动装置36、配重37以及IMU传感器(回转体)30S各自的重心进行合成而得的位置。同样地，行驶体重心4G是对履带架40、前空转轮41、下辊(前)42a、下辊(中)42b、下辊(后)42c、链轮齿43、上辊44、履带45各自的重心进行合成而得的位置。
需要说明的是，质点的设定方法并不限定于上述方法，也可以追加或集成(减少)质点集中的部位。即，例如，也可以将装载于铲斗22的砂土的质量视为铲斗22的质量并将砂土的重心合成于铲斗重心22G的重心。
＜翻倒支承线＞
接着，对本实施方式的液压挖掘机1的翻倒支承线进行说明。图5是示出本实施方式的液压挖掘机的支承多边形以及翻倒支承线的俯视图。翻倒支承线是支承多边形的一部分，是连结成为翻倒的支点而成的线，由JIS(日本工业标准)的A8403-1(1996)定义。
液压挖掘机1的支承多边形是以使得履带45与地表面的接地点不成为凹陷的方式连结而得的(凸包的)多边形(也就是说，用连结履带45与地表面的各接地点彼此而得的线段所形成的多角形中面积最大的多边形)，在图5中用点划线(包括单点划线)示出。液压挖掘机1的翻倒支承线将支承多边形的边上(即其中)的连结静态重心位置与动态重心位置的线段、向从静态重心位置观察动态重心位置所处的方向延长而得的直线相交的线段。即，在本实施方式的液压挖掘机1那样具有履带的作业机械的情况下，连结左右的链轮齿的中心点而得的线成为前方翻倒支承线、连结左右的空转轮的中心点而得的线成为后方翻倒支承线、表示左右各方的履带板(track link)外侧端的线成为左右的翻倒支承线。在图5中，用单线划线示出前方翻倒支承线。
翻倒支承线成为确定用于判别液压挖掘机1的稳定性的阈值而言重要的要素，能够基于后述的ZMP(动态重心位置)与翻倒支承线的关系来评价液压挖掘机1的稳定性。也就是说，若液压挖掘机1的重心位置(动态重心位置)从行驶体4的中心朝向外侧越过翻倒支承线(或者考虑翻倒支承线而预先设定的稳定性评价的基准线)，则可以评价为车身处于有可能倾斜或翻倒的不稳定状态。
在本实施方式中，前空转轮41和链轮齿43相对于下辊42a、42b、42c安装于稍高的位置，因此在前空转轮41和链轮齿43之下，履带45未与地面相接触。因而，将连结位于下辊(前)42a、下辊(后)42c之下的点的线设为支承多边形。
需要说明的是，如果行驶体4的中心与翻倒支承线的距离在前后方向和左右方向上大致相同，则考虑安装的简易性即计算的容易度和实效性，也可以将以通过回转体3和行驶体4的转动中心的线为中心且半径一定的圆周(例如内切于支承多边形的至少一条边的圆周)设为翻倒支承线。
＜动态重心位置的算出(第一重心位置预测部780、第二重心位置预测部790、第三重心位置预测部800)＞
对由第一重心位置预测部780、第二重心位置预测部790、以及第三重心位置预测部800进行的动态重心位置的算出进行说明。
动态重心位置是对于液压挖掘机1的静态重心位置考虑了在作业前体2、回转体3动作时产生的惯性力的影响后的重心位置。本实施方式的液压挖掘机1的动态重心位置通过用下述的(式1)示出的ZMP方程式来求。
【数学式1】
∑imi(ri-rZMP)×ri″-∑jMj-∑k(Sk-rZMP)×Fk＝0…(式1)
在上述(式1)中，rZMP表示ZMP位置矢量、mi表示第i个质点的质量、ri表示第i个质点的位置矢量、ri表示施加于第i个质点的加速度矢量(包括重力加速度)、Mj表示第j个外力力矩、Sk表示第k个外力作用点位置矢量、Fk表示第k个外力矢量。另外，各矢量是由X分量、Y分量、Z分量构成的三维矢量。
需要说明的是，在本实施方式中，假定在动态重心位置的算出中外力不起作用，因此可以将上述(式1)的涉及外力的部分即第j个外力力矩、第k个外力作用点位置矢量以及第k个外力矢量这些项作为0来考虑。因而，能够根据液压挖掘机1的各构成涉及的质点的质量、位置矢量、加速度矢量，使用上述(式1)来求出液压挖掘机1的动态重心位置。
＜重心加速度(加速度矢量)的推定＞
对上述(式1)中的加速度矢量的推定进行说明。
在操作输入装置33的杆回到中立位置而作业前体2停止的情况下，作业前体2的各构件的重心位置处的加速度可以使用图6所示的三维函数模型来推定。
在将操作输入装置33的操作杆33A拉回中立位置而使动臂油缸20A、斗杆油缸21A以及铲斗油缸22A停止的情况下，各油缸20A、21A、22A的速度的时刻变化变得如图6那样。如图6所示的图表那样，若将把操作杆33A拉回到中立位置的时刻ti设为基准时刻，则减速中的油缸的最大加速度发生在速度变化时刻ts与到达峰值时刻tp之间。因此，如果知道图6中的速度VS、VP以及时间TL、Tc、TG，则能够对减速中的各油缸20A、21A、22A的最大加速度进行运算。速度VS、VP以及时刻TL、Tc、TG可以通过变更停止操作幅度的实验而预先测定。另外，通过实验确认了：与三维函数模型相关的各系数无论各油缸20A、21A、22A的动作速度如何均为大致相等的值。因此，能够通过预先通过实验等确定与三维函数模型相关的各系数，从而针对任意的油缸速度(动作速度)而对各油缸20A、21A、22A停止时的峰值加速度进行运算。需要说明的是，如前所述，各油缸20A、21A、22A与作业前体2的各被驱动构件20、21、22的机构连接，未如图1那样受到拘束，因此容易通过连杆结构运算将各油缸20A、21A、22A的加速度变换成各被驱动构件20、21、22的重心位置处的加速度。
＜速度限制控制以及缓减速控制(目标动作速度校正部720)＞
对由目标动作速度校正部720进行的速度限制控制以及缓减速控制进行说明。
＜缓减速控制＞
图7是对作业前体的缓减速控制进行说明的图。
缓减速控制是以使得作业前体2缓减速的方式对目标动作速度Vt进行校正并设为校正后目标动作速度Vc的控制。在缓减速控制中，如图7所示，在目标动作速度Vt急剧下降的情况下，以使得从目标动作速度Vt开始减速的时刻t0起、校正后目标动作速度按预先设定的减速率减速的方式对目标动作速度Vt进行校正并设为校正后动作速度Vc。需要说明的是，在本实施方式中，例示了以使得在时刻t1减速率发生切换的方式设定二级减速率地进行校正的情况，但不限于此，例如，时刻t0以后既可以以一定的减速率进行校正，也可以设定三级以上的多个减速率。另外，无需将减速率的模式仅设为一个模式，也可以准备多个减速率的模式，根据需要分别使用。
＜速度限制控制＞
图8是对作业前体的速度限制控制进行说明的图。
速度限制控制是以使得作业前体2的动作速度被限制为规定值以下的方式对目标动作速度Vt进行校正并设为校正后目标动作速度Vc。在速度限制控制中，如图8所示，在目标动作速度Vt比预先确定的限制速度V2大的情况下，以将目标动作速度Vt的最大值限制为限制速度V2以下的方式对目标动作速度Vt进行校正并设定为校正后动作速度Vc。需要说明的是，在本实施方式中，例示了设定了一级限制速度的情况下，但不限于此，既可以设定多级限制速度并根据需要进行切换，也可以构成为根据ZMP的大小来变更限制速度。
＜速度的推定(动作速度推定部760)＞
对由动作速度推定部760进行的推定动作速度Ve的推定进行说明。
在动作速度推定部760中，根据目标动作速度Vt和实际动作速度Vr来推定动臂油缸20A、斗杆油缸21A以及铲斗油缸22A的推定动作速度Ve。例如，从某一时刻t起经过了时间TL秒后的油缸速度V(t+TL)可以通过用下述(式2)所示的速度推定模型来推定。
【数学式2】
Figure BDA0002179493070000191
在上述(式2)中，O(TL)表示TL秒前的杆操作量，O(t)表示当前的杆操作量，V(t)表示当前的油缸速度。
＜速度推定模型是否成立的判定(速度推定模型是否成立判定部770)＞
对由速度推定模型是否成立判定部770进行的速度推定模型是否成立的判定进行说明。
例如，一般认为，在不存在微小时间内的急剧外力变化、操作杆33A的操作量变化(急操作)的情况下，上述(式2)的速度推定模型成立。但是，一般认为，在存在急剧外力变化、急操作的情况下，上述(式2)的速度推定模型不成立。另外，急剧的外部干扰的变化、急操作是难以预测的，因此至少对于本实施方式的液压挖掘机1那样的作业机械，无法针对急剧的外力变化、急操作而创建速度推定模型。
另一方面，液压挖掘机1中的由急剧的外力变化、急操作造成的影响的大小，可以通过观测目标动作速度Vt和实际动作速度Vr来推定。例如，在存在急剧的外力变化的情况下，负载会施加于液压系统，作业前体2的动作受到限制，因此实际动作速度Vr会下降、实际动作速度Vr会成为比目标动作速度Vt小的值。另外，在存在急操作的情况下，作业前体2的惯性较大，因此实际动作速度Vr无法立即追随目标动作速度Vt，在目标动作速度Vt与实际动作速度Vt之间会产生差。即，由急剧的外力变化、急操作造成的影响可以作为目标动作速度Vt与实际动作速度Vr的差来进行观测。
因此，在速度推定模型是否成立判定部770中，速度推定模型是否成立的判定基于目标动作速度Vt与实际动作速度Vr的速度差来进行。具体而言，速度推定模型是否成立判定部770在目标动作速度Vt与实际动作速度Vr的差比规定值小的情况下，判定为用上述(式2)表示的速度推定模型成立，并输出表示速度推定模型成立的速度推定模型是否成立信息(成立)。另外，速度推定模型是否成立判定部770在目标动作速度Vt与实际动作速度Vr的差比规定值大的情况下，判定为由于急剧的外力变化、急操作导致用上述(式2)示出的速度推定模型不成立，并输出表示速度推定模型不成立的速度推定模型是否成立信息(不成立)。
＜控制介入的决定(控制介入决定部810)＞
对由控制介入决定部810进行的控制介入的决定进行说明。
控制介入决定部810在用上述(式2)表示的速度推定模型成立的情况下、即来自速度推定模型是否成立判定部770的判定结果为速度推定模型是否成立信息(成立)的情况下，利用基于动臂油缸20A、斗杆油缸21A以及铲斗油缸22A的推定动作速度Ve在第一重心位置预测部780中运算出的ZMP(动态重心位置)，在ZMP(动态重心位置)比规定值大的情况下决定实施速度限制控制和缓减速控制的控制介入并输出介入有无信息(速度限制控制、缓减速控制)，在ZMP(动态重心位置)比规定值小的情况下决定不进行控制介入并输出表示无控制介入的介入有无信息。
另外，控制介入决定部810在来自速度推定模型是否成立判定部770的判定结果为速度推定模型是否成立信息(不成立)的情况下，利用使用如目标动作速度Vt、实际动作速度Vr那样与推定动作速度Ve不同的速度信息在第二重心位置预测部790、第三重心位置预测部800中运算出的ZMP(动态重心位置)来进行控制介入的决定。
在速度限制控制中，需要以使得从操作杆33A的操作开始的瞬间起校正后目标动作速度Vc不会变为过大、即从作业前体2动作之前起校正后目标动作速度Vc变小的方式预先进行校正。作业前体2根据基于操作杆33A的操作量的目标动作速度Vt而动作，因此能够通过利用在第三重心位置预测部800中根据目标动作速度Vt运算出的ZMP来进行介入判定，从而在目标动作速度校正部720通过速度限制控制而预先对目标动作速度Vt进行校正。
另外，在缓减速控制中，需要从进行了通过操作杆33A所进行的减速操作的时间点起就对目标动作速度Vt进行校正。在如液压挖掘机1那样的液压系统中，根据响应的特性，在存在脉冲性输入操作的情况下，作业前体2的动作速度会变为比目标动作速度Vt小。因此，在需要对作业前体2进行缓减速控制的情况下，实际动作速度Vr为足够大的值。因此，能够通过利用第二重心位置预测部790根据实际动作速度Vr运算出的ZMP来进行介入判断，从而利用目标动作速度校正部720通过缓减速控制对目标动作速度Vt进行校正。
图9是示出控制介入的决定设计的处理的流程图。
在图9中，首先，在目标动作速度生成部710中，基于来自操作输入量传感器33b的操作信号生成目标动作速度Vt(步骤S110)，在动作速度检测部740及姿势检测部750中，基于IMU传感器20S、21S、22S、30S的检测结果分别生成实际动作速度Vr及姿势信息(步骤S120，S130)。
接着，在控制介入决定部810中，判定目标动作速度Vt与实际动作速度Vr的差值是否比预先设定的阈值大(步骤S140)，在判定结果为是的情况下，利用动作速度推定部760来运算推定动作速度Ve(步骤S150)，在第一重心位置预测部780中，利用推定动作速度Ve算出作业前体急停止的情况下的ZMP(步骤S160)，并且利用推定动作速度Ve算出作业前体缓停止的情况下的ZMP(步骤S170)。
接着，在控制介入决定部810中，基于在步骤S160算出的ZMP进行抬起判定(步骤S200)，在判定为不会抬起的情况下，判定上次处理时的校正后目标动作速度Vc是否比预先设定的阈值大(步骤S210)。抬起判定基于根据翻倒支承线而设定的基准线与ZMP的位置关系来进行，例如，将设定在比翻倒支承线向内侧相距规定距离的位置的基准线与ZMP进行比较，在ZMP处在比基准线靠静态重心位置侧的情况下判定为不会抬起(没有抬起的可能性)，在ZMP处在基准线上或比基准线靠外侧(比静态重心位置远的一侧)的情况下判定为会抬起(恐会抬起)。需要说明的是，抬起判定的基准线的设定可以考虑各种方法，例如，也可以将基准线设定在翻倒支承线上。
在步骤S200判定为不会抬起、且步骤S210中的判定结果为是的情况下，决定不进行缓减速控制的控制介入(步骤S220)。另外，在步骤S200判定为会抬起或者步骤S210中的判定结果为否的情况下，决定进行缓减速控制的控制介入(步骤S230)。
同样地，在控制介入决定部810中，基于在步骤S170算出的ZMP来进行抬起判定(步骤S240)，在判定为不会抬起的情况下，决定不进行速度限制控制的控制介入(步骤S250)，在判定为会抬起的情况下，决定进行速度限制控制的控制介入(步骤S260)。
当在步骤S220、S230、S250、S260，对于缓减速控制以及速度限制控制分别决定了控制介入的有无时，结束处理。
另外，在步骤S140中的判定结果为否的情况下，在第二重心位置预测部790中，利用实际动作速度Vr算出作业前体急停止的情况下的ZMP(步骤S180)，并且在第三重心位置预测部800中，利用目标动作速度Vt算出作业前体缓停止的情况下的ZMP(步骤S190)。
接着，在控制介入决定部810中，基于在步骤S180算出的ZMP来进行抬起判定(步骤S200)，在判定为不会抬起的情况下，判定上次处理时的校正后目标动作速度Vc是否比预先确定的阈值大(步骤S210)。在步骤S200判定为不会抬起、且步骤S210中的判定结果为是的情况下，决定不进行缓减速控制的控制介入(步骤S220)。另外，在步骤S200判定为会抬起或者步骤S210中的判定结果为否的情况下，决定进行缓减速控制的控制介入(步骤S230)。
同样地，在控制介入决定部810中，基于在步骤S190算出的ZMP来进行抬起判定(步骤S240)，在判定为不会抬起的情况下，决定不进行速度限制控制的控制介入(步骤S250)，在判定为会抬起的情况下，决定进行速度限制控制的控制介入(步骤S260)。
当在步骤S220、S230、S250、S260，对于缓减速控制以及速度限制控制分别决定了控制介入的有无时，结束处理。
＜控制指令值的决定(目标动作速度校正部720、驱动指令部730)＞
关于由目标动作速度校正部720进行的校正后目标动作速度的算出处理以及由驱动指令部730进行的控制指令值的决定处理进行说明。
图10是示出校正后目标动作速度的算出处理及控制指令值的决定涉及的处理的流程图。
在图10中，目标动作速度校正部720判定是否输入了已决定进行缓减速控制的控制介入的控制介入信息(缓减速控制)(步骤S410)，在要进行缓减速控制的控制介入的情况下，算出对目标动作速度Vt进行了缓减速控制的情况下的目标动作速度(缓减速值)(步骤S420)。接着，判定在步骤S420算出的缓减速值是否比预先确定的规定值大(步骤S430)，在判定结果为是的情况下，接下来判定缓减速值是否比目标动作速度Vt大(步骤S440)，在判定结果为是的情况下，设定缓减速值来作为临时的校正后目标动作速度Vc(步骤S450)。另外，在步骤S410不进行缓减速控制的控制介入的情况下、或者在步骤S430、S440中的至少任一方的判定结果为否的情况下，设定目标动作速度Vt来作为临时的校正后目标动作速度Vc(步骤S460)。
接着，目标动作速度校正部720，在步骤S450或步骤S460的处理结束时，判定是否输入了已决定进行速度限制控制的控制介入的控制介入信息(速度限制控制)(步骤S470)，在要进行速度限制控制的控制介入的情况下，算出对目标动作速度Vt进行了速度限制控制的情况下的目标动作速度(速度限制值)(步骤S480)。接着，判定在步骤S480算出的速度限制值是否比临时校正后目标动作速度Vc小(步骤S490)，在判定结果为是的情况下，设定速度限制值来作为校正后目标动作速度Vc，并向驱动指令部730输出校正后目标动作速度Vc(步骤S500)。另外，在步骤S470不进行速度限制控制的控制介入的情况下、或者在步骤S490中的判定结果为否的情况下，设定临时的校正后目标动作速度Vc来作为校正后目标动作速度Vc，并向驱动指令部730输出校正后目标动作速度Vc(步骤S510)。
接着，驱动指令部730在步骤S500或步骤S510的处理结束时，将来自目标动作速度校正部720的校正后目标动作速度Vc变换为用于对驱动装置35进行驱动的电流(控制指令值)，并向电磁控制阀35a输出(步骤S520)，结束处理。
对以上那样构成的本实施方式的作用效果进行说明。
存在如下这样一种技术：利用使用速度推定模型算出的ZMP实时地对作业机械的与抬起相关的动态稳定性进行推定，通过在根据该动态稳定性推定出作业机械倾斜的可能性高的情况下，限制作业前体的动作速度并且/或者使作业前体进行缓减速，从而抑制作业机械倾斜。然而，在如边坡拍打作业那样进行伴随微小时间内的剧烈外部干扰的变化、操作量变化的作业的情况下，速度推定模型不成立。也就是说，若速度推定模型不成立则不能得到准确的ZMP，因此作业前体的缓减速、速度限制等控制介入未被适当地进行，可预料到作业前体的制动距离的增加、由于未实施速度限制所导致的车身的抬起等，结果作业前体会进行与驾驶者的预料不同的动作，因此可以想到作业性、操作性会显著下降，乘坐舒适度会恶化。
与此相对，在本实施方式中，构成为，基于各执行机构20A、21A、22A的实际动作速度Vr与目标动作速度Vt的比较结果来判定速度推定模型是否成立，在判定为速度推定模型成立的情况下，根据推定动作速度Ve来预测各执行机构20A、21A、22A从驱动状态急停止的情况下的液压挖掘机1的动态重心位置，在判定为速度推定模型成立的情况下，利用预测出的动态重心位置来决定是否进行控制介入，并且在判定为速度推定模型不成立的情况下，代替根据推定动作速度Ve所预测出的动态重心位置，而利用根据实际动作速度Vr所预测出的动态重心位置来决定是否进行控制介入，在决定进行控制介入的情况下，以通过对目标动作速度Vt的减速度进行限制从而使各执行机构20A、21A、22A缓减速的方式对目标动作速度Vt进行校正，因此，即使在进行伴随微小时间内的急剧外部干扰的变化、杆操作量的变化的作业的情况下，也能够适当地实施作业前体的动作速度限制和/或缓减速，也能够抑制作业性、操作性的下降、乘坐舒适度的恶化等。
即，在本实施方式中，在进行虽不会发生车身的抬起、但伴随微小时间内的急剧外部干扰的变化、杆操作量的变化的速度推定模型不成立的、如边坡拍打作业那样的作业的情况下，利用准确的ZMP来进行抬起判定并进行液压挖掘机1的稳定性判定，因此能够抑制对作业前体2的动作速度的不必要的限制和/或缓减速，能够抑制作业性、操作性下降、乘坐舒适度的恶化等。另外，即使在进行如速度推定模型成立那样的作业的情况下，也能够适当地实施作业前体的动作速度限制和/或缓减速，能够抑制作业性、操作性的下降、乘坐舒适度的恶化等。
(1)在上述实施方式中设为，一种作业机械(例如液压挖掘机1)，具备：行驶体4；能回转地安装在所述行驶体上的回转体3；作业前体2，为多关节型的作业前体，通过将多个被驱动构件(例如动臂20、斗杆21、铲斗22)以能在垂直方向上转动的方式连结而构成，且能在垂直方向上转动地被支承于所述回转体；分别对所述作业前体的所述多个被驱动构件进行驱动的多个执行机构(例如动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A)；多个运动信息检测装置(例如IMU传感器20S、21S、22S)，分别检测所述回转体及构成所述作业前体的所述多个被驱动构件动作时的与所述多个被驱动构件的运动相关的信息；以及对所述多个执行机构的驱动进行控制的控制装置(例如驱动控制用控制器34a)，所述控制装置具有：目标动作速度生成部710，基于根据对所述多个执行机构进行操作的操作杆的操作量而生成的操作信号，分别生成所述多个执行机构的目标动作速度Vt；动作速度检测部740，基于所述运动信息检测装置的检测结果分别检测所述多个执行机构的实际动作速度Vr；动作速度推定部760，基于根据所述目标动作速度及所述实际动作速度预先设定的速度推定模型分别推定所述多个执行机构的动作速度(例如推定动作速度Ve)；第一重心位置预测部780，利用所述动作速度推定部推定出的所述多个执行机构的动作速度来预测所述多个执行机构从驱动状态急停止的情况下的所述作业机械的动态重心位置；控制介入决定部810，基于所述动态重心位置来决定是否进行对所述目标动作速度进行校正的控制介入；目标动作速度校正部720，以使得所述作业机械的抬起被抑制的方式对由所述目标动作速度生成部生成的所述目标动作速度进行校正；驱动指令部730，基于由所述目标动作速度校正部校正后的目标动作速度对所述多个执行机构的驱动进行控制；速度推定模型是否成立判定部770，基于通过所述动作速度检测部检测出的所述实际动作速度与通过所述目标动作速度生成部生成的所述目标动作速度的比较结果，判定所述速度推定模型是否成立；以及第二重心位置预测部790，根据通过所述动作速度检测部检测出的所述多个执行机构的实际动作速度来预测所述多个执行机构从驱动状态急停止的情况下的所述作业机械的动态重心位置，所述控制介入决定部在由所述速度推定模型是否成立判定部判定为所述速度推定模型不成立的情况下，取代通过所述第一重心位置预测部预测出的所述动态重心位置而使用通过所述第二重心位置预测部预测出的所述动态重心位置来决定是否进行控制介入，所述目标动作速度校正部在所述控制介入决定部中已决定进行控制介入的情况下，以通过限制所述目标动作速度的减速度从而使所述多个执行机构进行缓减速的方式对所述目标动作速度进行校正。
由此，即使在进行伴随微小时间内的急剧外部干扰的变化、杆操作量的变化的作业的情况下，也能够适当地实施作业前体的动作速度限制和/或缓减速，能够抑制作业性、操作性的下降、乘坐舒适度的恶化等。
(2)另外，在上述实施方式中设为，在(1)的作业机械(例如液压挖掘机1)中，所述控制装置(例如驱动控制用控制器34a)还具备第三重心位置预测部800，所述第三重心位置预测部800根据所述目标动作速度生成部710生成的所述目标动作速度Vt来预测所述多个执行机构(例如动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A)从驱动状态急停止的情况下的所述作业机械的动态重心位置，所述控制介入决定部810在由所述速度推定模型是否成立判定部770判定为所述速度推定模型不成立的情况下，取代通过所述第一重心位置预测部780预测出的所述动态重心位置而使用通过所述第三重心位置预测部800预测出的所述动态重心位置来决定是否进行控制介入，所述目标动作速度校正部720在所述控制介入决定部中已决定进行控制介入的情况下，以限制所述目标动作速度的最大值的方式进行校正。
(3)另外，在在上述实施方式中设为，在(1)的作业机械(例如液压挖掘机1)中，所述控制介入决定部810在由所述速度推定模型是否成立判定部770判定为所述速度推定模型不成立的情况下，进行利用通过所述第二重心位置预测部790预测出的所述动态重心位置来判定是否存在所述作业机械抬起的可能性的抬起判定，在所述抬起判定中判定为存在所述作业机械抬起的可能性的情况下，决定进行控制介入，所述目标动作速度校正部720在所述控制介入决定部中已决定进行控制介入的情况下，以通过限制所述目标动作速度Vt的减速度从而使所述多个执行机构(例如动臂油缸20A、斗杆油缸21A、铲斗油缸22A)进行缓减速的方式对所述目标动作速度进行校正。
(4)另外，在上述实施方式中设为，在(2)的作业机械(例如液压挖掘机1)中，所述控制介入决定部810在由所述速度推定模型是否成立判定部770判定为所述速度推定模型不成立的情况下，进行利用通过所述第三重心位置预测部800预测出的所述动态重心位置来判定是否存在所述作业机械抬起的可能性的抬起判定，在所述抬起判定中判定为存在所述作业机械抬起的可能性的情况下，决定进行控制介入，所述目标动作速度校正部720在所述控制介入决定部中已决定进行控制介入的情况下，以限制所述目标动作速度Vt的最大值的方式进行校正。
＜附记＞
需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式，包括不脱离其主旨的范围内的各种各样的变形例和/或组合。另外，本发明不限定于具备在上述实施方式中说明了的所有结构，也包括去掉一部分结构后的实施方式。另外，关于上述各结构、功能等，也可以通过例如用集成电路来设计其一部分或全部等从而实现。另外，关于上述各结构、功能等，也可以通过处理器解释并执行实现各种各样的功能的程序，从而通过软件来实现。
附图标记的说明
1…液压挖掘机、2…作业前体、3…回转体、3A…回转液压马达、3A…执行机构、3G…回转体重心、4…行驶体、4G…行驶体重心、20…动臂、20A…动臂油缸、20G…动臂重心、20S…IMU传感器(动臂)、21…斗杆、21A…斗杆油缸、21G…斗杆重心、21S…IMU传感器(斗杆)、22…铲斗、22A…铲斗油缸、22B…第一连杆、22C…第二连杆、22G…铲斗重心、22S…IMU传感器(铲斗)、30S…IMU传感器(回转体)、31…主框架、32…驾驶室、33…操作输入装置、33A…操作杆、33b…操作输入量传感器、34…驱动控制装置、34a…驱动控制用控制器、35…驱动装置、35a…电磁控制阀、35b…方向切换阀、36…原动装置、36a…液压泵、36b…发动机、37…配重、40…履带架、41…前空转轮、42a…下辊(前)、42b…下辊(中)、42c…下辊(后)、43…链轮齿、43A…行驶液压马达、44…上辊、45…履带、710…目标动作速度生成部、720…目标动作速度校正部、730…驱动指令部、740…动作速度检测部、750…姿势检测部、760…动作速度推定部、770…速度推定模型是否成立判定部、780…第一重心位置预测部、790…第二重心位置预测部、800…第三重心位置预测部、810…控制介入决定部。

Claims (4)

1.一种作业机械，具备：
行驶体；
回转体，其能回转地安装在所述行驶体上；
多关节型的作业前体，其通过将多个被驱动构件以能在垂直方向上转动的方式连结而构成，且所述作业前体能在垂直方向上转动地被支承于所述回转体；
多个执行机构，分别对所述作业前体的所述多个被驱动构件进行驱动；
多个运动信息检测装置，分别检测所述回转体及构成所述作业前体的所述多个被驱动构件动作时的与所述多个被驱动构件的运动相关的信息；以及
控制装置，其对所述多个执行机构的驱动进行控制，
所述作业机械的特征在于，
所述控制装置具有：
目标动作速度生成部，其基于根据对所述多个执行机构进行操作的操作杆的操作量而生成的操作信号，分别生成所述多个执行机构的目标动作速度；
动作速度检测部，其基于通过所述运动信息检测装置检测出的与所述多个被驱动构件的运动相关的信息而分别检测所述多个执行机构的实际动作速度；
动作速度推定部，其基于根据所述目标动作速度及所述实际动作速度预先设定的速度推定模型而分别推定所述多个执行机构的动作速度；
第一重心位置预测部，其利用所述动作速度推定部推定出的所述多个执行机构的动作速度来预测所述多个执行机构从驱动状态急停止的情况下的所述作业机械的动态重心位置；
控制介入决定部，其基于所述动态重心位置来决定是否进行对所述目标动作速度进行校正的控制介入；
目标动作速度校正部，其以抑制所述作业机械的抬起的方式对由所述目标动作速度生成部生成的所述目标动作速度进行校正；
驱动指令部，其基于由所述目标动作速度校正部校正后的目标动作速度而对所述多个执行机构的驱动进行控制；
速度推定模型是否成立判定部，其基于下述速度差与规定阈值的比较结果来判定所述速度推定模型是否成立，所述速度差是通过所述动作速度检测部检测出的所述实际动作速度与通过所述目标动作速度生成部生成的所述目标动作速度的速度差；以及
第二重心位置预测部，其根据通过所述动作速度检测部检测出的所述多个执行机构的实际动作速度来预测所述多个执行机构从驱动状态急停止的情况下的所述作业机械的动态重心位置，
所述控制介入决定部在由所述速度推定模型是否成立判定部判定为所述速度推定模型不成立的情况下，取代通过所述第一重心位置预测部预测出的所述动态重心位置而使用通过所述第二重心位置预测部预测出的所述动态重心位置来决定是否进行控制介入，
所述目标动作速度校正部在所述控制介入决定部中已决定进行控制介入的情况下，以通过限制所述目标动作速度的减速度从而使所述多个执行机构进行缓减速的方式对所述目标动作速度进行校正。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置还具备第三重心位置预测部，所述第三重心位置预测部根据所述目标动作速度生成部生成的所述目标动作速度来预测所述多个执行机构从驱动状态急停止的情况下的所述作业机械的动态重心位置，
所述控制介入决定部在由所述速度推定模型是否成立判定部判定为所述速度推定模型不成立的情况下，取代通过所述第一重心位置预测部预测出的所述动态重心位置而使用通过所述第三重心位置预测部预测出的所述动态重心位置来决定是否进行控制介入，
所述目标动作速度校正部在所述控制介入决定部中已决定进行控制介入的情况下，以限制所述目标动作速度的最大值的方式进行校正。
3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制介入决定部在由所述速度推定模型是否成立判定部判定为所述速度推定模型不成立的情况下，进行利用通过所述第二重心位置预测部预测出的所述动态重心位置来判定是否存在所述作业机械抬起的可能性的抬起判定，在所述抬起判定中判定为存在所述作业机械抬起的可能性的情况下，决定进行控制介入，
所述目标动作速度校正部在所述控制介入决定部中已决定进行控制介入的情况下，以通过限制所述目标动作速度的减速度从而使所述多个执行机构进行缓减速的方式对所述目标动作速度进行校正。
4.根据权利要求2所述的作业机械，其特征在于，
所述控制介入决定部在由所述速度推定模型是否成立判定部判定为所述速度推定模型不成立的情况下，进行利用通过所述第三重心位置预测部预测出的所述动态重心位置来判定是否存在所述作业机械抬起的可能性的抬起判定，在所述抬起判定中判定为存在所述作业机械抬起的可能性的情况下，决定进行控制介入，
所述目标动作速度校正部在所述控制介入决定部中已决定进行控制介入的情况下，以限制所述目标动作速度的最大值的方式进行校正。
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