CN111771029B - 作业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种作业机械，其能够不受挖掘深度和土质差异影响地维持半自动控制的施工精度。控制器基于针对作业机的动作指令、从铲斗位置测定装置输出的铲斗爪尖位置、和从负荷测量装置输出的所述作业机的驱动负荷来获取土质信息，并基于所述铲斗爪尖位置和所述土质信息来生成土质图，并基于所述土质图和所述铲斗爪尖目标位置来运算作为挖掘负荷的推定值的推定负荷，并根据所述推定负荷来修正所述动作指令。

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
作为以往的液压挖掘机等作业机械中搭载的液压系统，而已知如下系统，其通过发动机等原动机、由原动机驱动的液压泵、由从液压泵排出的液压油驱动的执行机构、和对从液压泵向执行机构供给的液压油的方向以及流量进行控制的方向控制阀而构成。执行机构的动作方向和动作速度是通过操纵者对作业机械所具有的操作杆等操作装置进行操作而决定的。
作为公开了搭载有半自动控制的挖掘机(半自动挖掘机)的技术而例如存在专利文献1、2，该半自动控制能够在按照设计面挖掘地面的作业中辅助操纵者的操作。
在专利文献1中记载了如下的作业机械的控制装置，其为了对施工对象进行施工而控制作业机械所具有的作业机，该装置包括：控制部，其以使所述作业机所具有的作业工具不侵入至预先规定的目标的形状的方式控制所述作业机；和切换部，其基于所述作业工具相对于成为所述施工对象的完工目标的形状、即目标施工地形的姿势，将所述目标的形状设为从所述目标施工地形离开预先规定距离的偏移地形或所述目标施工地形。
在专利文献2中记载了如下的挖掘机，其具有下部行驶体、搭载于所述下部行驶体的上部旋转体、安装于所述上部旋转体的附件(作业机)、检测所述附件的姿势的姿势检测装置、和控制装置，其中，所述控制装置基于所述姿势检测装置检测到的所述附件的姿势的推移来获取有关作业对象的地面的现在形状的信息，并基于所述姿势检测装置检测到的所述附件的姿势、和所述获取的有关作业对象的地面的现在形状的信息来判断所述附件是否与作业对象的地面接触，在判断为所述附件与作业对象的地面接触的情况下，增大由所述附件产生的驱动力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2016/129708号公报
专利文献2：日本特开2016－169571号公报
发明内容
然而，在使用并非半自动挖掘机的挖掘机来进行地面挖掘的情况下，操纵者考虑挖掘深度和地中的土质(主要地盘硬度)，以使挖掘机按照意图动作的方式进行操作。例如，若是如向下挖掘地面那样的施工，则从前次挖掘时的操作感来推定土质，并根据该推定来控制操作量。
但是，在专利文献1、2所述的半自动挖掘机中，由于控制作业机(附件)时没有考虑土质，所以即使同样地控制作业机的情况下，也会根据土质而导致作业机的动作变动。其结果为，难以相对于土质不固定的地面而按照设计面进行挖掘。
本发明是鉴于上述课题而做出的，目的为提供能够不受挖掘深度和土质差异影响地维持半自动控制的施工精度的作业机械。
为了实现上述目的，本发明的作业机械具有：具有动臂、斗杆和铲斗的作业机；指示所述作业机的动作的操作装置；根据从所述操作装置输出的操作信号来控制所述作业机的动作的控制器；决定施工目标的施工目标决定装置；和测定所述铲斗的爪尖位置的铲斗位置测定装置，所述控制器将从所述操作装置输出的操作信号转换为针对所述作业机的动作指令，并根据从所述施工目标决定装置输出的施工目标来修正所述动作指令，其中，所述作业机械具有测量所述作业机的驱动负荷的负荷测量装置，所述控制器基于从所述施工目标决定装置输出的施工目标和从所述铲斗位置测定装置输出的铲斗爪尖位置来运算铲斗爪尖目标位置，并基于所述动作指令、从所述铲斗位置测定装置输出的铲斗爪尖位置、和从所述负荷测量装置输出的驱动负荷来获取土质信息，并基于所述铲斗爪尖位置和所述土质信息来生成土质图，并基于所述土质图和所述铲斗爪尖目标位置来运算作为挖掘负荷的推定值的推定负荷，并根据所述推定负荷来修正所述动作指令。
根据上述那样构成的本发明，基于针对作业机的动作指令、从铲斗位置测定装置输出的铲斗爪尖位置、和从负荷测量装置输出的驱动负荷来获取土质信息，并基于铲斗爪尖位置和土质信息来生成土质图，并基于土质图和铲斗爪尖目标位置来运算挖掘负荷的推定值的推定负荷，并根据推定负荷来修正所述动作指令。由此，由于使基于半自动控制发出的动作指令根据挖掘深度和土质差异而修正，所以能够不受挖掘深度和土质差异影响地维持半自动控制的施工精度。
发明效果
根据本发明，在搭载有半自动控制的作业机械中，能够不受挖掘深度和土质差异影响地维持半自动控制的施工精度。
附图说明
图1是本发明的第1实施例的液压挖掘机的侧视图。
图2是图1所示的液压挖掘机中搭载的液压控制系统的概略构成图。
图3是图2所示的控制器的功能框图。
图4是表示用于将从图1所示的铲斗位置测定系统输出的铲斗爪尖位置在三维空间中表现的坐标系的图。
图5是表示图3所示的土质获取部的运算逻辑的图。
图6是表示铲斗爪尖位置、地表高度与挖掘深度之间的关系的图。
图7是表示图3所示的土质图更新判断部的运算逻辑的图。
图8是表示图3所示的土质图生成部的运算逻辑的图。
图9是表示图3所示的土质图生成部的运算逻辑的初始状态的图。
图10是表示图3所示的负荷推定部的运算逻辑的图。
图11是表示图3所示的指令修正部的运算逻辑的图。
图12是本发明的第2实施例中的控制器的功能框图。
图13是表示图12所示的土质图显示指令部的运算逻辑的图。
图14是表示显示装置的显示画面的一例的图。
具体实施方式
以下，作为本发明的实施方式的作业机械而以液压挖掘机为例，并参照附图进行说明。此外，在各图中，对于同等的部件标注同一附图标记，并适当省略重复的说明。
实施例1
图1是本发明的第1实施例的液压挖掘机的侧视图。
如图1所示，液压挖掘机200具有行驶体1、在该行驶体1上经由旋转装置8能够旋转地搭载的旋转体2、和与该旋转体2的前侧以能够在上下方向上转动的方式连结的前作业机210。
旋转体2具有构成基础下部构造的旋转架2a。在旋转架2a的前侧，能够在上下方向上转动地连结有前作业机210。在旋转架2a的后侧，安装有用于与前作业机210取得重量平衡的配重3。在旋转架2a的左侧前部设有驾驶室4。在驾驶室4内配置有作为用于操作前作业机210以及旋转体2的操作装置的左右的操作杆装置15L、15R(图2所示)等。在旋转架2a上搭载有作为原动机的发动机(未图示)、通过由发动机驱动的一个或多个液压泵组成的泵装置9、驱动旋转装置8的旋转马达8a、通过对从泵装置9向旋转马达8a以及包括后述的动臂液压缸5a、斗杆液压缸6a、铲斗液压缸7a在内的多个液压执行机构供给的液压油的流动进行控制的多个方向控制阀组成的控制阀单元10等。
前作业机210具有：基端部与旋转架2a的右侧前部能够在上下方向上转动地连结的动臂5；与该动臂5的前端部能够在前后方向上转动地连结并通过动臂5而升降的斗杆6；与该斗杆6的前端部能够在上下、前后方向上转动地连结并通过动臂5或斗杆6而升降的作为作业工具的铲斗7；驱动动臂5的动臂液压缸5a；驱动斗杆6的斗杆液压缸6a；和驱动铲斗7的铲斗液压缸7a。在铲斗7上安装有铲斗位置测定装置11。此外，图1中，将铲斗位置测定装置11图示为直接测定铲斗爪尖位置的装置，但也可以根据旋转体2、动臂5、斗杆6以及铲斗7各自的位置关系来运算铲斗爪尖位置。
图2是液压挖掘机200中搭载的液压控制系统的概略构成图。
如图2所示，液压控制系统300具有控制器20、用于决定施工目标的施工目标决定装置21、显示从控制器20输出的信息的显示装置22、用于将液压挖掘机200的动作向控制器20指示的左右的操作杆装置15L、15R、铲斗位置测定装置11、压力传感器24和液压装置23。
左右的操作杆装置15L、15R输出与基于操纵者进行的杆操作对应的操作信号。压力传感器24将执行机构5a、6a、7a的负荷压转换为压力信号(压力信息)而输出。
控制器20根据来自左右的操作杆装置15L、15R的操作信号、来自施工目标决定装置21的施工目标信息、来自铲斗位置测定装置11的铲斗爪尖位置、和来自压力传感器24的压力信息而向液压装置23输出动作指令。
液压装置23根据来自控制器20的动作指令而向动臂液压缸5a、斗杆液压缸6a、铲斗液压缸7a等供给液压油，并驱动动臂5、斗杆6、铲斗7等。
图3是控制器20的功能框图。
如图3所示，控制器20具有动作指令部30、半自动控制部31、土质获取部32、土质图更新判断部33、土质图生成部34、负荷推定部35、和指令修正部36。
动作指令部30基于从左右的操作杆装置15L、15R输入的操作信号(左右的杆操作量)来决定执行机构5a、6a、7a的目标动作速度，并将与目标动作速度对应的动作指令向半自动控制部31输出。
对于半自动控制部31，从动作指令部30输入有动作指令，从铲斗位置测定装置11输入有铲斗爪尖位置，从施工目标决定装置21输入有施工目标信息。半自动控制部31为了防止基于铲斗7的过度挖掘，以施工目标信息中包含的设计面与铲斗爪尖位置之间的偏差变得越小越限制执行机构的目标动作速度的方式修正从动作指令部30输入的动作指令，并向土质获取部32和指令修正部36输出。另外，半自动控制部31基于施工目标信息中包含的设计面和铲斗爪尖位置来运算铲斗爪尖目标位置，并向负荷推定部35输出。
对于土质获取部32，从铲斗位置测定装置11输入有铲斗爪尖位置，从压力传感器24输入有压力信息，从半自动控制部31输入有动作指令，从后述的土质图生成部34输入有土质图。土质获取部32基于这些输入来获取铲斗爪尖位置处的土质信息，并向土质图生成部34输出。另外，土质获取部32从铲斗位置测定装置11向土质图更新判断部33以及土质图生成部34输出铲斗爪尖位置。
对于土质图更新判断部33，从土质获取部32输入有铲斗爪尖位置，从土质图生成部34输入有土质图。土质图更新判断部33基于这些输入来判断是否需要更新土质图，并将表示是否需要更新的更新标识向土质图生成部34输出。
对于土质图生成部34，从土质获取部32输入有铲斗爪尖位置以及土质信息，从土质图更新判断部33输入有更新标识。土质图生成部34在更新标识为OFF的情况下保持土质图(不更新)，在更新标识为1的情况下由铲斗爪尖位置处的土质信息将土质图更新。土质图生成部34将土质图向土质获取部32、土质图更新判断部33和负荷推定部35输出。
负荷推定部35基于从半自动控制部31输入的铲斗爪尖目标位置信息和从土质图生成部34输入的土质图来运算挖掘负荷的推定值(推定负荷)，并向指令修正部36输出。
指令修正部36根据从负荷推定部35输入的推定负荷来修正从半自动控制部31输入的动作指令，并向液压装置23输出。
图4是表示用于将从铲斗位置测定装置11输出的铲斗爪尖位置在三维空间中表现的坐标系的图。
图4中，X方向与车身的前后方向对应，Y方向与车身的左右方向对应，Z方向与车身的高度方向对应。在本实施例中，将车身前后左右方向上的铲斗爪尖位置称为铲斗爪尖XY位置，将车身高度方向上的铲斗爪尖位置称为铲斗爪尖Z位置。
图5是表示土质获取部32的运算逻辑的图。
图5中，土质获取部32具有输入处理部40、地表高度运算部41、挖掘深度运算部42、挖掘深度修正部43、挖掘负荷运算部44、负荷修正部45、单位负荷运算部46、和输出处理部47。
输入处理部40在从土质图生成部34输入的土质图中抽取地表高度信息，并向地表高度运算部41输出。在此，地表高度信息是指将地表高度与作为施工对象的地表面的各水平位置建立了对应关系的信息。
地表高度运算部41基于从输入处理部40输入的地表高度信息和从铲斗爪尖信息中包含的铲斗爪尖XY位置来运算铲斗爪尖XY位置处的地表高度，并向挖掘深度运算部42输出。
挖掘深度运算部42通过在从地表高度运算部41输入的地表高度中减去从铲斗位置测定装置11输入的铲斗爪尖信息中包含的铲斗爪尖Z位置而运算挖掘深度，并向挖掘深度修正部43输出。图6表示铲斗爪尖位置、地表高度与挖掘深度之间的关系。
返回图5，挖掘深度修正部43以使从挖掘深度运算部42输入的挖掘深度不会成为0以下的值的方式进行修正，并向单位负荷运算部46输出。具体地，在从挖掘深度运算部42输入的挖掘深度低于比0稍微设定得大的阈值a的情况下，作为挖掘深度而输出a。这样地由挖掘深度修正部43进行修正是为了防止后述的单位负荷运算部46的运算结果离散。
对于挖掘负荷运算部44，从半自动控制部31输入有动作指令，从压力传感器24输入有压力信息。挖掘负荷运算部44基于动作指令中包含的动臂动作指令值Spbm和压力信息中包含的动臂压力Pbm来运算挖掘负荷，并向负荷修正部45输出。例如，若为动臂抬升方向(Spbm＞0)则将－Pbm+Pbmset1运算作为挖掘负荷，若不是动臂抬升方向则将Pbm－Pbmset2运算作为挖掘负荷。在此，Pbmset1和Pbmset2是固定值，例如，Pbmset1设定为与将动臂5在空中保持时的动臂压力为相同程度的值，Pbmset2设定为与在使铲斗7与地面接触的状态下开始动臂下降操作紧后的动臂压力为相同程度的值(也就是说，Pbmset2是微小的值，远远比Pbmset1小)。
通过是否为动臂抬升方向而改变挖掘负荷的运算式是由于根据动臂动作方向从泵装置9排出的油以流入动臂液压缸5a的缸底侧或流入活塞杆侧的方式变化，对动臂5施加的油的力的方向和大小会变化。
负荷修正部45以使从挖掘负荷运算部44输入的挖掘负荷成为0以上的值的方式进行修正，并向单位负荷运算部46输出。这样地由负荷修正部45进行修正是为了防止挖掘负荷成为负值。
单位负荷运算部46通过使从负荷修正部45输入的挖掘负荷除以从挖掘深度修正部43输入的挖掘深度而运算每单位挖掘深度的负荷(单位负荷)，并向输出处理部47输出。
输出处理部47将从铲斗位置测定装置11输入的铲斗爪尖位置向土质图更新判断部33以及土质图生成部34输出，并将从单位负荷运算部46输入的单位负荷向土质图生成部34输出。
通过这样地构成土质获取部32，能够基于挖掘深度和对动臂5施加的负荷来求出每单位挖掘深度的挖掘负荷(单位负荷)。
图7是表示土质图更新判断部33的运算逻辑的图。
图7中，土质图更新判断部33具有输入处理部50、51、地表高度运算部53、挖掘深度运算部55、和更新标识输出部57。
输入处理部50在从土质获取部32输入的铲斗爪尖位置中抽取铲斗爪尖XY位置以及铲斗爪尖Z位置，并分别向地表高度运算部53以及挖掘深度运算部55输出。
输入处理部51在从土质图生成部34输入的土质图中抽取地表高度信息，并向地表高度运算部53输出。
地表高度运算部53基于从输入处理部50输入的铲斗爪尖XY位置和从输入处理部51输入的地表高度信息来运算铲斗爪尖XY位置处的地表高度，并向挖掘深度运算部55输出。
挖掘深度运算部55通过在从地表高度运算部53输入的地表高度中减去从输入处理部50输入的铲斗爪尖Z位置而运算挖掘深度，并向更新标识输出部57输出。
更新标识输出部57在从挖掘深度运算部55输入的挖掘深度大于0(也就是说，铲斗爪尖位置低于地表高度)的情况下将更新标识的值设定为1，在非上述情况下将更新标识的值设定为0。更新标识输出部57将更新标识向土质图生成部34输出。
通过这样地构成土质图更新判断部33，只会在由铲斗爪尖Z位置表示的铲斗爪尖的高度低于土质图中的地表高度(前次挖掘时的铲斗爪尖的高度)的情况下，才做出进行土质图更新的判断。
图8是表示土质图生成部34的运算逻辑的图。
土质图生成部34具有输入处理部70、输出切换部72、地表高度信息存储部73、单位负荷信息存储部74、高度图生成部75、负荷图生成部76、输出处理部77、78、地表高度运算部79、和单位负荷运算部80。
输入处理部70将从土质获取部32输入的铲斗爪尖位置(铲斗爪尖XY位置、铲斗爪尖Z位置)以及单位负荷向输出切换部72输出，将铲斗爪尖XY位置向输出处理部78、地表高度运算部79、以及单位负荷运算部80输出。
以下说明与从土质图更新判断部33输入的更新标识的值相应的动作。
·更新标识为1的情况
输出切换部72选择从输入处理部70输入的铲斗爪尖位置(铲斗爪尖XY位置、铲斗爪尖Z位置)以及单位负荷，并向地表高度信息存储部73以及单位负荷信息存储部74输出。
地表高度信息存储部73将从输出切换部72输入的铲斗爪尖Z位置作为从输出切换部72输入的铲斗爪尖XY位置处的地表高度而存储。
单位负荷信息存储部74将从输出切换部72输入的单位负荷作为从输出切换部72输入的铲斗爪尖XY位置处的单位负荷而存储。此外，在图8中记载了地表高度信息存储部73和单位负荷信息存储部74进行了四个点的存储，但存储的点数可以适当变更。
高度图生成部75基于地表高度信息存储部73存储的信息来生成表示铲斗爪尖XY位置与地表高度之间的关系的高度图，并向输出处理部77输出。
负荷图生成部76基于单位负荷信息存储部74存储的信息来生成表示铲斗爪尖XY位置与单位负荷之间的关系的负荷图，并向输出处理部77输出。
在高度图生成部75以及负荷图生成部76中的图生成之际，进行恰当的处理。例如，所存储的点与点之间进行线形补足，无法进行线形补足的区间(从位于施工对象的地表面的外缘最近的点到该外缘的区间)保持有位于该外缘最近的点的地表高度和单位负荷。
输出处理部77将由高度图生成部75生成的高度图和由负荷图生成部76生成的负荷图一起向负荷推定部35输出。
·更新标识为0的情况
地表高度运算部79基于从输入处理部70输入的铲斗爪尖XY位置和从地表高度信息存储部73输入的地表高度信息来运算铲斗爪尖XY位置处的铲斗爪尖Z位置，并向输出处理部78输出。
单位负荷运算部80基于从输入处理部70输入的铲斗爪尖XY位置和从单位负荷信息存储部74输入的单位负荷信息来运算铲斗爪尖XY位置处的单位负荷信息，并向输出处理部78输出。
输出处理部78将从地表高度运算部79输入的地表高度和从单位负荷运算部80输入的单位负荷信息一起向输出切换部72输出。
输出切换部72选择输出处理部78的输出，并向地表高度信息存储部73以及单位负荷信息存储部74输出。在地表高度信息存储部73以及单位负荷信息存储部74中，从输出切换部72输入了与自身保持的值相同的值，因此不进行值的更新。在高度图生成部75和负荷图生成部76中，也不更新地表高度信息存储部73和单位负荷信息存储部74的值，由此不进行图的更新。
通过这样地构成土质图生成部34，在更新标识为1(铲斗爪尖位于前次挖掘时的铲斗爪尖的下方)的情况下，更新地表高度信息和单位负荷信息，在更新标识为0(铲斗爪尖位于前次挖掘时的铲斗爪尖相同的位置或上方)的情况下，不更新地表高度信息和单位负荷信息而保持前次值。即，仅在由铲斗7挖入地面时更新土质图，在铲斗7的空中移动等时不更新土质图。
图9是表示土质图生成部34的运算逻辑的初始状态的图。对于地表高度信息存储部73，输入有比能够在液压挖掘机200的作业范围内计算的铲斗最大高度大的地表高度(例如9999)。对于单位负荷信息存储部74，作为单位负荷而输入0。
通过这样地构成，能够防止高度图生成部75和负荷图生成部76不定。另外，因为对于地表高度信息存储部73，输入了比能够在液压挖掘机200的作业范围内计算的铲斗最大高度大的地表高度，所以若液压挖掘机200动作，则由土质图更新判断部33的挖掘深度运算部55运算的挖掘深度大于0，从更新标识输出部57输出的更新标识成为1。并且在土质图生成部34中，基于从土质获取部32输入的土质信息来更新地表高度信息存储部73和单位负荷信息存储部74的值。即，能够与液压挖掘机200的动作相应地可靠生成土质图。
图10是表示负荷推定部35的运算逻辑的图。
图10中，负荷推定部35具有输入处理部90、单位负荷运算部91、地表高度运算部92、挖掘深度运算部93、挖掘深度修正部94和负荷运算部95。
输入处理部90在从土质图生成部34输入的土质图中抽取单位负荷信息以及地表高度信息，并分别向单位负荷运算部91以及地表高度运算部92输出。在此，单位负荷信息是指将单位负荷与作为施工对象的地表面的各水平位置建立了对应关系的信息。
单位负荷运算部91基于从输入处理部90输入的单位负荷信息和铲斗爪尖目标位置中包含的铲斗爪尖目标XY位置来运算铲斗爪尖目标XY位置处的单位负荷，并向负荷运算部95输出。
地表高度运算部92基于从输入处理部90输入的地表高度信息和从半自动控制部31输入的铲斗爪尖目标位置中包含的铲斗爪尖目标XY位置来运算铲斗爪尖目标XY位置处的地表高度，并向挖掘深度运算部93输出。
挖掘深度运算部93通过在从地表高度运算部92输入的地表高度中减去铲斗爪尖目标位置中包含的铲斗爪尖目标Z位置而运算挖掘深度，并向挖掘深度修正部94输出。
挖掘深度修正部94以使从挖掘深度运算部93输入的挖掘深度不成为0以下的值的方式进行修正，并向负荷运算部95输出。这样地由挖掘深度修正部94进行修正是为了使后述的负荷运算部95的运算结果不成为负值。
负荷运算部95通过使从单位负荷运算部91输入的单位负荷和从挖掘深度修正部94输入的挖掘深度相乘而运算推定负荷，并向指令修正部36输出。
通过这样地构成负荷推定部35，能够推定铲斗爪尖目标位置处的挖掘负荷。
图11表示指令修正部36的运算逻辑。
图11中，指令修正部36具有动臂动作指令修正部100。
动臂动作指令修正部100根据从负荷推定部35输入的推定负荷来修正从半自动控制部31输入的动臂动作指令，并向液压装置23输出。推定负荷越大，动臂动作指令修正部100越将动臂动作指令向动臂下降侧修正。
通过这样地构成指令修正部36，能够以根据推定负荷而使前作业机210的挖掘力变大的方式修正针对液压装置23的动作指令。此外，虽图示省略，但也可以为，进一步设置斗杆动作指令修正部以及铲斗指令修正部，根据推定负荷而将斗杆动作指令以及铲斗动作指令向收回侧修正。
在本实施例中，作业机械200具有：具有动臂5、斗杆6和铲斗7的作业机210；指示作业机210的动作的操作装置15L、15R；根据从操作装置15L、15R输出的操作信号来控制作业机210的动作的控制器20；决定施工目标的施工目标决定装置21；和测定铲斗7的爪尖位置的铲斗位置测定装置11，控制器20将从操作装置15L、15R输出的操作信号转换为针对作业机210的动作指令，并根据从施工目标决定装置21输出的施工目标来修正所述动作指令，该作业机械200中，具有测量作业机210的驱动负荷的负荷测量装置24，控制器20基于从施工目标决定装置21输出的施工目标和从铲斗位置测定装置11输出的铲斗爪尖位置来运算铲斗爪尖目标位置，并基于所述动作指令、从铲斗位置测定装置11输出的铲斗爪尖位置、和从负荷测量装置24输出的驱动负荷来获取土质信息，并基于所述铲斗爪尖位置和所述土质信息来生成土质图，并基于所述土质图和所述铲斗爪尖目标位置来运算作为挖掘负荷的推定值的推定负荷，并根据所述推定负荷来修正所述动作指令。
根据以上那样构成的本实施例，基于针对作业机210的动作指令、从铲斗位置测定装置11输出的铲斗爪尖位置、和从负荷测量装置24输出的驱动负荷来获取土质信息，并基于铲斗爪尖位置和土质信息来生成土质图，并基于土质图和铲斗爪尖目标位置来运算挖掘负荷的推定值的推定负荷，并根据推定负荷来修正所述动作指令。由此，由于使基于半自动控制发出的动作指令根据挖掘深度和土质差异而得到修正，所以能够不受挖掘深度和土质差异影响地维持半自动控制的施工精度。
另外，在本实施例中的土质信息中包含有作为每单位挖掘深度的挖掘负荷的单位负荷，控制器20基于土质图中包含的地表高度信息和铲斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖前后左右位置来运算铲斗爪尖前后左右位置处的地表高度，并通过从所述地表高度中减去所斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖高度而运算挖掘深度，并基于针对作业机210的动作指令和作业机210的驱动负荷来运算挖掘负荷，并通过使所述挖掘负荷除以所述挖掘深度而运算所述单位负荷。由此，能够在挖掘动作中获取土质信息(单位负荷)。
另外，控制器20基于土质图中包含的地表高度信息和铲斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖前后左右位置来运算铲斗爪尖前后左右位置处的地表高度，并在铲斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖高度低于所述地表高度的情况下，由土质信息更新所述土质图。由此，能够防止在没有进行挖掘的情况下更新土质图。
另外，控制器20将构成土质图中包含的地表高度信息的地表高度的初始值设定为比作业机210的最大到达高度大的值，并将构成土质图中包含的单位高度信息的单位负荷的初始值设定为零以下的值。由此，能够使在挖掘作业中获取的土质信息确实地反映至地表高度信息以及单位负荷信息。
另外，控制器20基于土质图中包含的单位负荷信息和铲斗爪尖目标位置中包含的铲斗爪尖目标前后左右位置来运算铲斗爪尖目标前后左右位置处的作为每单位挖掘深度的挖掘负荷的、单位负荷，并基于土质图中包含的地表高度信息和铲斗爪尖目标前后左右位置来运算铲斗爪尖目标前后左右位置处的地表高度，并通过从地表高度中减去铲斗爪尖目标位置中包含的铲斗爪尖目标高度(Z位置)而运算挖掘深度，并通过使单位负荷和挖掘深度相乘而运算推定负荷。由此，能够根据挖掘深度和土质差异来推定挖掘负荷。
另外，控制器20随着推定负荷变大而将动作指令中包含的动臂动作指令向动臂下降侧修正。由此，能够随着推定负荷变大而使作业机210的挖掘力增大。
实施例2
以与第1实施例的不同点为中心来说明本发明的第2实施例。
图12是本实施例中的控制器20的功能框图。
图12中，控制器20还具有土质图显示指令部37。土质图显示指令部37基于从土质图生成部34输入的土质图和从铲斗位置测定装置11输入的铲斗爪尖位置来生成显示信息，并向显示装置22输出。
图13是表示土质图显示指令部37的运算逻辑的图。
图13中，土质图显示指令部37具有输入处理部110、高度图显示指令部111、负荷图显示指令部112、和输出处理部113。
输入处理部110在从土质图生成部34输入的土质图中抽取地表高度信息以及单位负荷信息，并分别向高度图显示指令部111以及负荷图显示指令部112输出。
高度图显示指令部111使从铲斗位置测定装置11输入的铲斗爪尖位置与从输入处理部110输入的地表高度信息重合而生成高度图显示信息，并向输出处理部113输出。
负荷图显示指令部112使从铲斗位置测定装置11输入的铲斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖XY位置与从输入处理部110输入的单位负荷信息重合而生成负荷图显示信息，并向输出处理部113输出。
输出处理部113向显示装置22输出使从高度图显示指令部111输入的地表高度显示信息与从负荷图显示指令部112输入的单位负荷显示信息结合而成的显示信息。
图14是表示显示装置22的显示画面的一例的图。
图14中，在显示装置22的显示画面120中，显示有从土质图显示指令部37输入的高度图显示信息121和从负荷图显示指令部112输入的负荷图显示信息122。此外，在图14所示的例中，分开显示高度图显示信息121和负荷图显示信息122，但也可以对高度图显示信息121和负荷图显示信息122进行颜色区分等而一起显示。
本实施例中的控制器20基于土质图中包含的地表高度信息和铲斗爪尖位置来生成高度图显示信息121，并基于所述土质图中包含的单位负荷信息和所述铲斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖前后左右位置来生成负荷图显示信息122，并将高度图显示信息121和负荷图显示信息122向显示装置22输出。由此，液压挖掘机200的操纵者能够一边通过显示装置22的显示画面120确认铲斗爪尖位置与地表面之间的位置关系以及土质信息(单位负荷)一边进行挖掘作业。
以上，详细说明了本发明的实施例，但本发明并不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例为了便于理解地说明本发明而进行了详细说明，但不限定于必须具备所说明的全部构成。另外，能够对某一实施例的构成增加其他实施例的构成的一部分，也能够将某一实施例的构成的一部分删除、或者与其他实施例的一部分置换。
附图标记说明
1…行驶体，2…旋转体，2a…旋转架，3…配重，4…驾驶室，5…动臂，5a…动臂液压缸，6…斗杆，6a…斗杆液压缸，7…铲斗，7a…铲斗液压缸，8…旋转装置，8a…旋转马达，9…泵装置，10…控制阀单元，11…铲斗位置测定装置，15L…左操作杆装置，15R…右操作杆装置，20…控制器，21…施工目标决定装置，22…显示装置，23…液压装置，24…压力传感器(负荷测量装置)，30…动作指令部，31…半自动控制部，32…土质获取部，33…土质图更新判断部，34…土质图生成部，35…负荷推定部，36…指令修正部，37…土质图显示指令部，40…输入处理部，41…地表高度运算部，42…挖掘深度运算部，43…挖掘深度修正部，44…挖掘负荷运算部，45…负荷修正部，46…单位负荷运算部，47…输出处理部，50…输入处理部，51…输入处理部，53…地表高度运算部，55…挖掘深度运算部，57…更新标识输出部，70…输入处理部，72…输出切换部，73…地表高度信息存储部，74…单位负荷信息存储部，75…高度图生成部，76…负荷图生成部，77…输出处理部，78…输出处理部，79…地表高度运算部，80…单位负荷运算部，90…输入处理部，91…单位负荷运算部，92…地表高度运算部，93…挖掘深度运算部，94…挖掘深度修正部，95…负荷运算部，100…动臂动作指令修正部，110…输入处理部，111…高度图显示指令部，112…负荷图显示指令部，113…输出处理部，120…显示画面，121…高度图显示信息，122…负荷图显示信息，200…液压挖掘机(作业机械)，210…前作业机，300…液压控制系统。

Claims (7)

1.一种作业机械，其具有：
具有动臂、斗杆和铲斗的作业机；
指示所述作业机的动作的操作装置；
根据从所述操作装置输出的操作信号来输出控制所述作业机的动作的动作指令的控制器；
输入设计面的施工目标决定装置；和
测定所述铲斗的爪尖位置的铲斗位置测定装置，
所述控制器为了防止基于所述铲斗的过度挖掘，以向所述施工目标决定装置输入的所述设计面与由所述铲斗位置测定装置测定的所述铲斗的爪尖位置之间的偏差越小越限制所述铲斗的动作速度的方式运算所述铲斗的爪尖目标位置，并且修正相对于所述作业机的动作指令，所述作业机械的特征在于，
具有测量所述作业机的驱动负荷的负荷测量装置，
在所述控制器中存储了具有高度图以及负荷图的土质图，该高度图表示基于当由所述铲斗进行的前次挖掘时由所述铲斗位置测定装置测定的所述铲斗的爪尖位置和由所述负荷测量装置测量的所述驱动负荷所生成的铲斗的爪尖位置与地表高度之间的关系，该负荷图表示铲斗的爪尖位置与每单位挖掘深度的负荷、即单位负荷之间的关系，
所述控制器以随着基于所述铲斗的爪尖目标位置、所述土质图的所述高度图和所述土质图的所述负荷图运算出的挖掘负荷的推动值、即推定负荷变大而使所述作业机的挖掘力变大的方式修正所述动作指令，并且基于由所述铲斗位置测定装置测定的所述铲斗的爪尖位置和由所述负荷测量装置测量的所述驱动负荷来更新所述土质图的所述高度图和所述土质图的所述负荷图。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制器基于所述土质图的所述高度图和所述铲斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖前后左右位置来运算所述铲斗爪尖前后左右位置处的地表高度，
并通过从所述地表高度中减去所述铲斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖高度而运算挖掘深度，
并基于所述动作指令和所述驱动负荷来运算所述挖掘负荷，
并通过使所述挖掘负荷除以所述挖掘深度而运算所述单位负荷。
3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制器基于所述土质图的所述高度图和所述铲斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖前后左右位置来运算所述铲斗爪尖前后左右位置处的地表高度，
并在所述铲斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖高度低于所述地表高度的情况下，更新所述土质图。
4.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制器将所述土质图的所述高度图中包含的地表高度的初始值设定为比所述作业机的最大到达高度大的值，
并将所述土质图的所述负荷图中包含的、单位负荷的初始值设定为零以下的值。
5.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制器基于所述土质图的所述负荷图和所述铲斗爪尖目标位置中包含的铲斗爪尖目标前后左右位置来运算所述铲斗爪尖目标前后左右位置处的作为每单位挖掘深度的挖掘负荷的、单位负荷，
并基于所述土质图的所述高度图和所述铲斗爪尖目标前后左右位置来运算所述铲斗爪尖目标前后左右位置处的地表高度，
并通过从所述地表高度中减去所述铲斗爪尖目标位置中包含的铲斗爪尖目标高度而运算挖掘深度，
并通过使所述单位负荷和所述挖掘深度相乘而运算所述推定负荷。
6.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制器随着所述推定负荷变大而将所述动作指令中包含的动臂动作指令向动臂下降侧修正。
7.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
还具有显示装置，
所述控制器基于所述土质图的所述高度图和所述铲斗爪尖位置来生成高度图显示信息，
并基于所述土质图的所述负荷图和所述铲斗爪尖位置中包含的铲斗爪尖前后左右位置来生成负荷图显示信息，
并将所述高度图显示信息和所述负荷图显示信息向所述显示装置输出。
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