CN112567098A - 工程机械的刮板控制装置 - Google Patents

Abstract

在刮板控制装置（100）中，刮板动作控制部（15）在刮板负荷（f）为第二负荷阈值（f2）以下时，输出用于使刮板（4）进行升降的指令，使得由刮板位置运算部（12）计算出的刮板位置（x）与刮板目标位置（xref）之间的位置偏差（Δx）接近于零，在刮板负荷（f）大于第二负荷阈值（f2）时，输出用于使刮板（4）上升的指令。目标位置设定部（14）在将刮板负荷（f）与第一负荷阈值（f1）相关联而预先设定的更新条件被满足时，以该更新条件被满足时的述刮板位置（x）为基准来更新所述刮板目标位置（xref）。

Description

工程机械的刮板控制装置

技术领域

本发明涉及设置在具备刮板的工程机械上的刮板控制装置。

背景技术

以往，具备用于地面的挖掘、整地、沙土的搬运等的刮板的工程机械已经得到广泛的运用。专利文献1公开了一种以刮板所承受的刮板负荷大致固定的方式自动控制刮板的上升及下降的动作的推土机的负荷控制装置。然而，专利文献1中记载的负荷控制装置中存在因使刮板升降而导致施工面起伏的问题。

专利文献2中，公开了一种用于解决专利文献1的上述问题的刮板控制装置。专利文献2公开了如下内容：以刮板不比假想设计面更接近设计面的方式控制该刮板，能够抑制刮板大幅度下降，由此能够抑制在挖掘面形成连续的起伏。专利文献2记载的刮板控制装置中，在刮板负荷小于第一设定负荷值时，使刮板下降，在刮板负荷大于比所述第一设定负荷值大的第二设定负荷值时，使刮板上升。即，专利文献2记载的刮板控制装置中，刮板的升降动作基于刮板负荷与第一设定负荷值及第二设定负荷值的比较而被控制。

如上述专利文献2所记载的刮板控制装置中，在刮板位于假想设计面上方时，该刮板的升降动作基于刮板负荷而被控制，而并非基于刮板的位置而被控制，因此，施工面的起伏很大程度地受刮板负荷增减的影响。因此，专利文献2记载的刮板控制装置中，抑制施工面的起伏的效果非常有限，不能够说很充分。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本发明授权公报第3537182号

专利文献2：日本发明授权公报第5285805号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刮板控制装置，设置于具备刮板的工程机械，用于控制所述刮板的升降动作，能够有效地抑制施工面的起伏。

本发明提供的刮板控制装置，设置于具备机械主体及可升降地安装于所述机械主体的刮板的工程机械，用于控制所述刮板的升降动作，包括：目标设计面设定部，设定用于确定所述刮板的挖掘对象的目标形状的目标设计面；位置信息获取部，获取有关所述工程机械的位置信息；刮板位置运算部，基于所述位置信息获取部获取到的所述位置信息，计算世界坐标系中的所述刮板的位置即刮板位置；刮板负荷获取部，获取所述刮板所承受的负荷即刮板负荷；存储部，存储作为所述刮板负荷的阈值的第一负荷阈值以及作为所述刮板负荷的阈值且大于所述第一负荷阈值的第二负荷阈值；目标位置设定部，设定作为所述刮板位置的目标位置且位于所述目标设计面上方的刮板目标位置，以及，刮板动作控制部，在由所述刮板负荷获取部获取的所述刮板负荷为所述第二负荷阈值以下时，输出用于使所述刮板进行升降的指令，从而使由所述刮板位置运算部计算出的所述刮板位置与所述刮板目标位置之间的偏差即位置偏差接近于零，在由所述刮板负荷获取部获取的所述刮板负荷大于所述第二负荷阈值时，输出用于使所述刮板上升的指令，其中，所述目标位置设定部，在将所述刮板负荷与所述第一负荷阈值相关联而预先设定的更新条件被满足时，以该更新条件被满足时的所述刮板位置为基准来更新所述刮板目标位置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的刮板控制装置所搭载的工程机械的示例即液压挖掘机的侧视图。

图2是表示上述刮板控制装置的主要功能的框图。

图3是表示在上述刮板控制装置中刮板位置、刮板目标位置及刮板的升降动作的关系的曲线图。

图4是表示在上述刮板控制装置中刮板负荷、第一负荷阈值、第二负荷阈值及刮板的升降动作的关系的曲线图。

图5是表示上述刮板控制装置所包含的控制器进行的控制动作的一个示例的流程图。

图6是表示在上述刮板控制装置中刮板负荷的目标轨迹（目标轨道）与实际的刮板负荷的推移的曲线图。

图7是用于说明在上述刮板控制装置中基于刮板负荷而更新的刮板目标位置的时间图的一个例子。

图8是用于说明在上述刮板控制装置中基于刮板负荷而更新的刮板目标位置的时间图的其它例子。

图9是用于说明在上述刮板控制装置中基于机械主体的车体位置与目标设计面之间的距离来更新第一负荷阈值的简图。

图10是用于说明在上述刮板控制装置中基于机械主体的车体位置与目标设计面之间的距离来更新第一负荷阈值的曲线图。

图11是用于说明在上述刮板控制装置中基于刮板位置与刮板目标位置之间的偏差来更新位置增益的曲线图。

图12是用于说明在上述刮板控制装置中基于刮板负荷与第二负荷阈值之间的偏差来更新负荷增益的曲线图。

图13是将具备所述刮板控制装置的工程机械的施工面与现有的工程机械的施工面进行比较的简图。

具体实施方式

参照附图对本发明的较佳实施方式进行说明。

［工程机械的整体结构]

图1是表示本发明的实施方式所涉及的刮板控制装置所搭载的工程机械的示例即液压挖掘机1的侧视图。该液压挖掘机1具备可在地面G上行走的行走装置2（下部行走体）、搭载在所述行走装置2上的车体3（上部回转体）、搭载在车体3上的作业装置、以及搭载在行走装置2或车体3上的刮板4。所述行走装置2和所述车体3构成所述工程机械的机械主体。所述车体3具有回转架、发动机、驾驶室等。

搭载在所述车体3上的所述作业装置包含动臂5、斗杆6和铲斗7。所述动臂5具有能起伏即能够绕水平轴转动地被支撑在所述回转架的前端的基端部、和其相反侧的远端部。所述斗杆6具有可绕水平轴转动地安装于所述动臂5的远端部的基端部、以及其相反侧的远端部。所述铲斗7可转动地安装于所述斗杆6的远端部。

液压挖掘机1具有为动臂5、斗杆6和铲斗7分别设置的动臂缸、斗杆缸和铲斗缸。所述动臂缸存在于所述车体3与所述动臂5之间，通过伸缩使该动臂5进行起伏动作。所述斗杆缸存在于所述动臂5与所述斗杆6之间，通过伸缩使该斗杆6进行转动动作。所述铲斗缸存在于所述斗杆6与所述铲斗7之间，通过伸缩使该铲斗7进行转动动作。

所述行走装置2或车体3上搭载的所述刮板4是为了进行地面的挖掘、整地、沙土的搬运等作业而设置的。具体而言，刮板4被支撑在升降支架4a上，该升降支架4a能够绕水平轴4b转动地被支撑在行走装置2上。因此，刮板4能够相对于行走装置2在上下方向上位移。

液压挖掘机1具有为刮板4设置的升降缸8。该升降缸8具有缸盖侧室8h和活塞杆侧室8r（参照图1），在该缸盖侧室8h被提供了工作油时伸长，从而使刮板4向下降方向移动并且排出所述活塞杆侧室8r内的工作油，而在所述活塞杆侧室8r被提供了工作油时收缩，从而使刮板4向上升方向移动并且排出所述缸盖侧室8h内的工作油。

液压挖掘机1具有省略了图示的液压回路。所述液压回路包括所述动臂缸、所述斗杆缸、所述铲斗缸和所述升降缸8。所述液压回路还包括液压泵9（参照图1）、升降缸控制用比例阀41（参照图2）、省略了图示的升降缸流量控制阀。

[刮板控制装置］

图2是表示刮板控制装置100的主要功能的框图。刮板控制装置100是为了控制刮板4的升降动作而设置的。刮板控制装置100具备控制器10（机电控制器）、位置信息获取部、刮板负荷获取部34、自动控制开关35、用于操作行走装置2的行走杆36。所述控制器10由例如微机构成，控制所述液压回路中包含的各要素的动作。

所述位置信息获取部具有获取与液压挖掘机1相关的位置信息的功能。具体而言，本实施方式中，所述位置信息获取部包括车体位置获取部31、车体角度获取部32、刮板角度获取部33。所述车体位置获取部31具有获取所述机械主体的位置即车体位置的功能。所述车体位置获取部31例如由GNSS（Global Navigation Satellite System）的接收器（GNSS传感器）之类的能够从卫星定位系统接收卫星数据（定位信号）的接收器等构成，接收表示世界坐标系中机械主体的位置的GNSS数据。所述世界坐标系是以地球上规定的原点为基准的三维坐标系，是表示所述卫星定位系统所规定的绝对位置的坐标系。

车体角度获取部32具有获取所述机械主体的角度的功能。车体角度获取部32例如由检测世界坐标系中机械主体的角度（本实施方式中为车体3的角度）的车体角度传感器构成。具体而言，该车体角度传感器可以由例如设置于所述机械主体并能从卫星定位系统接收卫星数据（定位数据）的一个或多个接收器构成。

所述刮板角度获取部33具有获取所述刮板4的角度的功能。刮板角度获取部33例如由检测世界坐标系中刮板4的角度的刮板角度传感器构成。具体而言，该刮板角度传感器可以由例如设置于所述机械主体并能从卫星定位系统接收卫星数据（定位数据）的一个或多个接收器构成。

另外，也可以使用以所述车体位置为基准的三维坐标系、以作业现场的特定位置为基准的三维坐标系等本地坐标系来代替所述世界坐标系，还可以同时使用所述世界坐标系和所述本地坐标系。这种情况下，所述车体角度传感器可以由例如惯性测量装置构成，也可以由该惯性测量装置和能够接收所述卫星数据的所述接收器构成。所述惯性测量装置可以构成为例如能够测量车体3的加速度和角速度，并基于测量结果来检测车体3的倾斜度（例如，表示绕X轴旋转的俯仰角、表示绕Y轴旋转的偏航角、表示绕Z轴旋转的翻滚角）。所述刮板角度传感器可以由例如检测刮板缸8的油缸冲程的冲程传感器构成，也可以由该冲程传感器和能够接收所述卫星数据的所述接收器构成。

如图1所示，本实施方式中，车体位置获取部31和车体角度获取部32安装在车体3的上部，刮板角度获取部33安装在刮板4的上部，但这些部件的安装位置并不限于图1所示的具体例。这些获取部31、32、33生成的电信号即检测信号输入至所述控制器10。

本实施方式中，所述刮板负荷获取部34具有获取进行挖掘作业时所述刮板4所承受的负荷即刮板负荷的功能。该刮板负荷对应于例如驱动刮板4的液压泵9的泵压。因此，刮板负荷获取部34通过检测所述泵压，能够检测出所述刮板负荷。本实施方式中，所述刮板负荷获取部34包括检测升降缸8的缸盖侧室8h中的工作油压力即缸盖压P1的缸盖压传感器34H、检测升降缸8的活塞杆侧室8r中的工作油压力即活塞杆压P2的活塞杆压传感器34R。所述传感器34H、34R分别将检测出的物理量变换成与之对应的电信号即检测信号，并输入到所述控制器10。

自动控制开关35配置在驾驶室内，并与所述控制器10电连接。该自动控制开关35接受用于将所述控制器10的控制模式从手动操作模式切换到自动控制模式的操作，并将该操作对应的模式指令信号输入到所述控制器10。所述控制器10根据从所述自动控制开关35输入的模式指令信号，将控制模式的设定从所述手动操作模式切换到所述自动控制模式。

在所述自动控制模式下，该控制器10自动控制所述升降缸8的动作，以使刮板4所要施工的施工面接近预先设定的目标设计面。当从该控制器10输出要提供给用于控制升降缸8的动作的所述升降缸控制用比例阀41的指令值（指令电流）时，比例阀41的二次压根据该指令值变化，所述升降缸流量控制阀的开度根据该二次压变化。其结果是，从所述液压泵9经过所述升降缸流量控制阀提供给升降缸8的工作油的提供流量及提供方向发生变化，升降缸8的动作速度和驱动方向受到控制。另一方面，在所述手动操作模式下，当作业人员操作行走杆36时，其操作信号输入到控制器10，根据用于操作刮板4升降的省略了图示的操作杆的操作量，从该控制器10输出要提供给所述升降缸控制用比例阀41的指令值或要提供给所述升降缸流量控制阀的指令值。

所述控制器10中，作为用于执行所述自动控制的功能，具有目标设计面设定部11、刮板位置运算部12、存储部13、目标位置设定部14、刮板动作控制部15、负荷阈值设定部16、位置增益设定部17、负荷增益设定部18及距离运算部19。

所述目标设计面设定部11设定用于确定所述刮板的挖掘对象的目标形状的目标设计面（参照图9）。所述目标设计面设定部11也可以存储从设置在所述驾驶室内的目标设计面输入部输入的设计面，并将该设计面设定为目标设计面。所述目标设计面设定部11还可以存储经由各种存储介质、通信网络等获得的设计面的数据，并将该设计面设定为目标设计面。所述目标设计面设定部11将设定的目标设计面输入目标位置设定部14。所述目标设计面是用于确定作为挖掘对象的地面的目标形状即三维设计地形的面。该目标设计面可以通过BIM、CIM（Building／Construction Information Modeling，Management）等外部数据来确定，也可以以工程机械的位置为基准来进行设定。

所述刮板位置运算部12基于所述位置信息获取部获取到的所述位置信息，计算世界坐标系中所述刮板4的位置即刮板位置x。本实施方式中，刮板位置运算部12基于车体位置获取部31获取的所述车体位置、车体角度获取部32获取的所述机械主体的角度、刮板角度获取部33获取的所述刮板4的角度，来计算所述刮板位置x。即，根据从基准点到所述车体位置的矢量、和从所述车体位置到所述刮板位置的矢量之和，来计算所述刮板位置x。由此，本实施方式中，根据世界坐标系中所述机械主体的角度与所述刮板4的角度的相对角度来计算刮板位置x，但刮板位置x的计算方法并不限于此。刮板位置x例如可以基于升降缸8的长度来计算，也可以在刮板4上安装GNSS接收器（GNSS传感器），基于该GNSS传感器接收的GNSS数据来计算。

本实施方式中，所述刮板位置x被设定为刮板4的远端即刀尖位置（刮板4的远端的下缘的位置），但也可以被设定为刮板4的其它部位。

所述存储部13存储作为所述刮板负荷f的阈值的第一负荷阈值f1以及作为所述刮板负荷的阈值f且大于所述第一负荷阈值f1的第二负荷阈值f2。所述第一负荷阈值f1被设定为对应于液压挖掘机1能够稳定地行走的适当的刮板负荷f的值。所述第二负荷阈值f2是为了防范刮板负荷f过大而发生卡住等事态而设定的值。即，第二负荷阈值f2是为了实现稳定而高效的挖掘动作而设定的值。上述负荷阈值f1、f2既可以由作业人员在挖掘作业前手动输入控制器10，也可以在挖掘作业中通过控制器10适当地运算而存储。

另外，所述存储部13存储预先设定的更新条件。该更新条件是将所述刮板负荷f与所述第一负荷阈值f1相关联而预先设定的条件，也是所述目标位置设定部14判定是否更新所述刮板目标位置xref的基准。更新条件包含负荷阈值f接近第一负荷阈值f1而其偏差足够小。本实施方式中，上述更新条件包含：所述负荷阈值f达到所述第一负荷阈值f1这一条件、或者所述刮板负荷f达到为了判定所述刮板负荷接近于所述第一负荷阈值f1而根据所述第一负荷阈值f1来设定的判定值这一条件。所述判定值是能够判定负荷阈值f减去第一负荷阈值f1所得到的偏差（f-f1）足够小的值。该判定值是通过模拟或实验等预先设定的阈值。

另外，所述存储部13存储目标轨迹（参照下述图6）。该目标轨迹是所述刮板负荷f一边增加一边接近所述第一负荷阈值f1时的所述刮板负荷f的增加过程的目标。该目标轨迹是为了在选择了自动控制模式的挖掘作业的开始时刮板目标位置xref未被设定的情况下，以刮板负荷f沿着较佳的增加过程增加至第一负荷阈值f1的方式对刮板4的升降动作进行控制而预先设定的。

所述目标位置设定部14设定作为所述刮板位置x的目标位置且位于所述目标设计面上方的刮板目标位置xref。所述目标位置设定部14例如基于所述刮板负荷f与所述刮板位置x来设定所述刮板目标位置。

所述负荷阈值设定部16设定所述第一负荷阈值f1。所述位置增益设定部17设定所述位置增益kx。所述负荷增益设定部18设定所述负荷增益kf。关于上述负荷负荷阈值设定部16、位置增益设定部17及负荷增益设定部18，将会在下文做详细说明。

所述刮板动作控制部15计算并输出要提供给用于控制升降缸8的动作的所述升降缸控制用比例阀41的指令值。具体如下：

图3是在刮板控制装置100中表示刮板位置x、刮板目标位置xref及刮板4的升降动作的关系的曲线图。所述刮板动作控制部15计算并输出用于使所述刮板4进行升降的指令（指令值），使得由所述刮板位置运算部12计算出的所述刮板位置x与所述刮板目标位置xref之间的位置偏差Δx接近于零。

刮板位置x的控制使对应于刮板位置x、刮板目标位置xref之间的偏差即位置偏差Δx的大小而使控制量变化的反馈控制。具体而言，所述刮板动作控制部15基于函数运算并输出所述指令，所述函数具有包含所述刮板位置x与所述刮板目标位置xref的高低差即位置偏差Δx来作为变量、且包含乘以该位置偏差Δx的位置增益kx的项。另外，在图3中，刮板目标位置xref位于与曲线图的横轴上的原点对应的位置上，被施加了用于抑制振动的滞后。即，在刮板位置x包含在以刮板目标位置xref为基准的规定范围（例如图3所示的刮板目标位置xref±α的范围）内的情况下，刮板动作控制部15不进行刮板位置x的控制。

图4是表示在刮板控制装置100中刮板负荷f、第一负荷阈值f1、第二负荷阈值f2及刮板4的升降动作的关系的曲线图。如图4所示，刮板动作控制部15在由所述刮板负荷获取部34获取的所述刮板负荷f大于所述第二负荷阈值f2时，运算并输出用于使所述刮板4上升的指令（指令值）。具体而言，刮板动作控制部15基于函数运算并输出所述指令，所述函数例如具有包含所述刮板负荷f减去所述第二负荷阈值f2所得的偏差（f-f2）即负荷偏差Δf来作为变量、且包含乘以该负荷偏差Δf的负荷增益kf的项。

本实施方式中，如图3所示的刮板4的位置控制优先。另一方面，在刮板负荷f大于第二负荷阈值f2的情况下，刮板位置被控制而使刮板4讯速地进行上升动作。通过进行像这样的位置控制优先的控制，能够抑制施工面的起伏，并且进行稳定且高效的挖掘作业。

接着，一边参照图5的流程图，一边说明所述自动控制模式下所述控制器10对所述刮板4的驱动进行的控制动作。

控制器10判定自动控制开关35是否处于接通状态，即判定所述自动控制模式是否被选择（步骤S1）。在该自动控制模式未被选择的情况下（步骤S1：否），控制器10不进行自动控制模式的控制而结束处理。

在选择了所述自动控制模式的情况下（步骤S1：是），控制器10读入被输入到该控制器10的信号,具体是指各传感器的检测信号或指定信号（步骤S2）。该指定信号中包含有操作人员通过对目标设计面的输入部的操作而指定的关于目标设计面的信号、刮板负荷获取部34获取到的关于刮板负荷f的信号、车体位置获取部31获取到的关于所述车体位置的信号、车体角度获取部32获取到的关于所述机械主体的角度的信号、刮板角度获取部33获取到的关于所述刮板4的角度的信号、与行走杆36接收到的操作相对应的关于行走速度的信号等。基于这些指定信号，所述控制器10获取液压挖掘机1的初始状态。另外，控制器10的目标设计面设定部11基于关于所述目标设计面的所述信号，来设定目标设计面。

然后，控制器10判定刮板目标位置xref是否被设定（步骤S3）。在该刮板目标位置xref未被设定的情况下（步骤S3：否），所述刮板动作控制部15输出用于使所述刮板4升降的指令，以使所述刮板负荷f一边沿着接近所述目标轨迹的增加过程一边接近所述第一负荷阈值f1（步骤S4）。本发明的刮板控制装置中，所述目标轨迹的设定并非是必须的，但通过本实施方式那样地设定所述目标轨迹，基于该目标轨迹来控制刮板位置x，会有以下的优点。具体如下：

图6是表示在上述刮板控制装置100中刮板负荷f的目标轨迹（目标轨道）与实际的刮板负荷f的推移的曲线图。在图6中，由点划线所表示的曲线是所述目标轨迹（目标轨道），由实线所表示的曲线是实际的刮负荷f的推移。

在没有设定如图6所示的所述目标轨迹的情况下，如果在刮板目标位置xref被设定前的阶段中开始挖掘作业，刮板4可能以较大的降下速度进入地中，刮板负荷f达到所述第一负荷阈值f1时的刮板4进入地中的深度容易变得很深。这种情况下，相对于液压挖掘机1的行走距离的刮板4上的土量有可能变化很大，而刮板负荷f的变动也变得很大。

另一方面，在如本实施方式那样设定了图6所示的目标轨迹的情况下，即使在刮板目标位置xref被设定前的阶段中，刮板负荷f一边沿着接近所述目标轨迹的增加过程一边接近所述第一负荷阈值f1，因此，刮板4以适度的降下速度进入地中，能够抑制刮板负荷f达到所述第一负荷阈值f1时的刮板4进入地中的深度变大。由此，相对于液压挖掘机1的行走距离的刮板4上的土量的变化较小，而刮板负荷f的变动也变得较小。因而，能够进一步提高抑制施工面的起伏的效果。另外，所述目标轨迹（目标轨道）只需是如上述那样的能够以刮板负荷f逐渐接近所述第一负荷阈值f1的方式控制所述刮板负荷f的轨迹即可，并非特别限定为具体的目标轨迹。所述目标轨迹（目标轨道）也可以例如如图6中的点划线所示的那样由表示刮板负荷f逐渐接近所述第一负荷阈值f1的曲线轨道的函数得到。另外，所述目标轨迹（目标轨道）既可以由表示直线轨道的函数（一次函数）得到，也可以由表示曲线轨道与直线轨道的组合的函数得到。

而且，本实施方式中，刮板负荷f一边沿着接近所述目标轨迹的增加过程一边接近所述第一负荷阈值f1，若满足上述偏差即所述负荷偏差充分小的条件，所述目标位置设定部14设定所述刮板目标位置xref。本实施方式中，该条件为刮板负荷f达到第一负荷阈值f1，更具体而言，该条件为上述偏差（f-f1）即负荷偏差从负的值变为正的值这一条件。本实施方式中，由所述目标位置设定部14设定的所述刮板目标位置xref被设定在通过满足所述条件时的所述刮板位置x且平行于所述目标设计面的平面上。在该刮板目标位置xref被设定后，所述刮板动作控制部15控制刮板4的升降动作，以使所述刮板位置x与所述刮板目标位置xref之间的位置偏差Δx接近0。

然后，控制器10将由所述刮板负荷获取部34获取到的所述刮板负荷f与预先设定的阈值即标志阈值进行比较（步骤S5）。本实施方式中，所述标志阈值与第二负荷阈值f2相同，但并不局限于此，也可以不同于第二负荷阈值f2。然而，标志阈值被设定为大于第一负荷阈值f1的值。

所述存储部13，在所述刮板负荷f大于所述第二负荷阈值f2（标志阈值）时（f＞f2，步骤S5：否），存储表示允许更新所述刮板目标位置xref的第一状态（更新标志＝1）（步骤S5）。另一方面，在刮板负荷f为所述第二负荷阈值f2（标志阈值）以下时（f≤f2，步骤S5：是），不进行更新标志的存储的变更。

然后，控制器10判定包含第一状态被存储于存储部13（更新标志＝1）、以及刮板负荷f达到第一负荷阈值f1这两点的条件（更新条件）是否被满足（步骤S7）。具体而言，本实施方式中，控制器10判定包含第一状态被存储于存储部13（更新标志＝1）的第一条件、由刮板负荷获取部34本次获取到的刮板负荷f大于第一负荷阈值f1（f＞f1）的第二条件、由刮板负荷获取部34上一次获取到的刮板负荷f小于第一负荷阈值f1（f＜f1）的第三条件的更新条件是否被满足（步骤S7）。

在该更新条件被满足（步骤S7：是）时，目标位置设定部14更新刮板目标位置xref（步骤S8）。本实施方式中，由所述目标位置设定部14更新的所述刮板目标位置xref被设定在通过满足所述更新条件时的所述刮板位置x且平行于所述目标设计面的平面上。在该刮板目标位置xref被更新时，存储部13存储表示不允许更新所述刮板目标位置xref的第二状态（更新标志＝0）来代替所述第一状态（步骤S8）。

参照图7更具体地对步骤S5～S8的处理进行说明。图7是用于说明在上述刮板控制装置100中基于刮板负荷f而更新的刮板目标位置xref的时间图的一个例子。

图7所示的时间t1及t2中，满足所述更新条件中的所述第二条件及第三条件。然而，时间t1及t2中，存储部13存储表示不允许更新所述刮板目标位置xref的第二状态（更新标志＝0），因此，不满足所述更新条件中的第一条件。因此，时间t1及t2中，由于不满足所述更新条件（步骤S7：否），因此，目标位置设定部14不更新的刮板目标位置xref。

另一方面，图7中所示的时间t3中，所述刮板负荷f大于第二负荷阈值f2（标志阈值），存储部13存储了第一状态（更新标志＝1）（步骤S6），因此，在时间T4中，所述更新条件均被满足（步骤S7：是）。因此，在时间T4中，目标位置设定部14更新的刮板目标位置xref。

另外，刮板目标位置xref的更新并不局限于图7所示的方式。图8是用于说明基于刮板负荷f而更新的刮板目标位置xref的时间图的其它例子。图8所示的方式中，更新条件不包含所述第一条件、所述第二条件及所述第三条件中的第一条件，而包含第二条件及第三条件。图8所示的方式中，分别在满足更新条件的时间、即满足所述第二条件及所述第三条件的时间t1、t2、t4中，目标位置设定部14更新刮板目标位置xref。

图7所示的方式中，在刮板目标位置xref的更新标志为第一状态（更新标志＝1）时，允许刮板目标位置xref的更新，另一方面，在所述更新标志为第二状态（更新标志＝0）时，不允许刮板目标位置xref的更新，因此，能够抑制刮板目标位置xref被频繁地更新。

然后，所述刮板动作控制部15计算用于控制升降缸8的动作的输出至所述升降缸控制用比例阀41的指令值（步骤S9）。刮板动作控制部15判定该指令值是否为预先设定的上限值以下（步骤S10）。在该指令值为预先设定的上限值以下的情况下（步骤S10：是），刮板动作控制部15输出所述指令值，输出的该指令值被输入比例阀41（参照图2），被适用于该控制（步骤S12）。另一方面，在该指令值大于预先设定的上限值的情况下（步骤S10：否），刮板动作控制部15将截取至所述上限值的值作为所述指令值（步骤S11），并输出该被截取后的指令值，输出的该指令值被输入比例阀41（参照图2），被适用于该控制（步骤S12）。

本实施方式中，在步骤S9中由刮板动作控制部15计算的该指令值例如基于下面的式（1）所表示的函数来计算。

指令值＝kx（Δx）×Δx＋kf（Δf）×Δf …（1）。

上述的式（1）所表示的所述函数具有：包含所述刮板位置x与所述刮板目标位置xref的高低差即位置偏差Δx来作为变量、且包含乘以该位置偏差Δx的位置增益kx的项、以及包含所述刮板负荷f减去所述第二负荷阈值f2所得的偏差（f-f2）即负荷偏差Δf来作为变量、且包含乘以该负荷偏差的负荷增益kf的项。

图9是用于说明在上述刮板控制装置100中基于机械主体的车体位置与目标设计面之间的距离来更新第一负荷阈值f1的简图，图10是用于对其进行说明的曲线图。

如图9及图10所示，所述负荷阈值设定部16，更新所述第一负荷阈值f1，使得与由所述车体位置获取部31获取的所述车体位置与所述目标设计面之间的距离即主体距离Z为第一距离Z1时相比，所述主体距离Z为小于所述第一距离Z1的第二距离Z2时，所述第一负荷阈值f1变小。

根据上述实施方式，在所述主体距离Z为第二距离Z2的情况（即所述机械主体接近于所述目标设计面的情况）下，与所述主体距离Z为第一距离Z1的情况（即所述机械主体远离所述目标设计面的情况）相比，所述刮板负荷f变得容易达到所述第一负荷阈值f1。在图9的具体例中，由于第二距离Z2小于第一距离Z1，前者情况下的车体位置与刮板目标位置xref之间的距离ΔZ2小于后者情况下的车体位置与刮板目标位置xref之间的距离ΔZ1。该实施方式中，提高所述刮板目标位置xref的更新频度，提高刮板目标位置xref对应于作为挖掘对象的地面的状态而被设定为适当位置的可能性。

作为本实施方式的具体例，可例举有以下例子。例如，进行液压挖掘机1的作业的最终阶段的整地动作时的所述第一负荷阈值f1被设定为小于进行所述作业的初期阶段或中间阶段的挖掘动作时的所述第一负荷阈值f1的值。该情况下，能够利用同样的控制算法来实施相比整地动作更重视迅速的挖掘作业的挖掘动作以及重视使施工面接近目标设计面的精度的整地动作两者。

本实施方式中，如图10所示，负荷阈值设定部16在所述主体距离Z的全范围中的包含所述第一距离Z1及所述第二距离Z2的一部分范围中，以所述主体距离Z越小则第一负荷阈值f1越小的方式更新第一负荷阈值f1。而且，负荷阈值设定部16在所述主体距离Z的大于所述一部分范围的范围以及所述主体距离Z的小于所述一部分范围的范围中，不更新第一负荷阈值f1。然而，第一负荷阈值f1的更新并不局限于图10所示的具体例。

图11是用于说明在上述刮板控制装置100中基于刮板位置x与刮板目标位置xref之间的偏差（x-xref）即位置偏差Δx来更新位置增益kx的曲线图。

如图11所示，所述位置增益设定部17，在所述刮板位置x位于所述刮板目标位置xref下方时，基于所述位置偏差Δx，以使所述刮板4的上升速度提高的方式来更新所述位置增益。本实施方式中，在刮板位置x位于刮板目标位置xref下方时，刮板4的上升速度被提高，因此，能够提高抑制作为挖掘对象的地面被挖掘至比刮板目标位置xref更下方的效果，结果，能够进一步提高抑制该地面被挖掘至比目标设计面更下方的效果。

另外，刮板动作控制部15在刮板负荷f大于第二负荷阈值f2时（步骤S5：是），输出使所述刮板4上升的指令值。图12是用于说明在上述刮板控制装置100中基于刮板负荷f与第二负荷阈值f2之间的偏差Δf来更新负荷增益kf的曲线图。

如图12所示，所述负荷增益设定部18在所述刮板负荷f大于所述第二负荷阈值f2时，基于所述负荷偏差Δf，以使所述刮板4的上升速度提高的方式来更新所述负荷增益kf。由此，在刮板负荷f大于第二负荷阈值f2时，刮板4的上升速度被提高，因此，能够讯速地降低刮板负荷f，防范因负荷过大而发生卡住等情况，进一步提高使液压挖掘机1稳定行走的效果。

根据以上说明的装置，例如如图13所示，与现有的液压挖掘机1的施工面相比，具备本实施方式的刮板控制装置100的液压挖掘机1的施工面能够更有效地抑制起伏。

另外，本发明并不限定为以上说明的实施方式。本发明包含例如以下的实施方式。

本发明的刮板控制装置所适用的工程机械并不局限于液压挖掘机。本发明可广泛适用于例如装载机、推土机、平地机等具备刮板的其它工程机械。

如上所述，本发明提供一种能够有效地抑制施工面的起伏的刮板控制装置。

本发明提供的刮板控制装置，设置于具备机械主体及可升降地安装于所述机械主体的刮板的工程机械，用于控制所述刮板的升降动作，包括：目标设计面设定部，设定用于确定所述刮板的挖掘对象的目标形状的目标设计面；位置信息获取部，获取有关所述工程机械的位置信息；刮板位置运算部，基于所述位置信息获取部获取到的所述位置信息，计算世界坐标系中的所述刮板的位置即刮板位置；刮板负荷获取部，获取所述刮板所承受的负荷即刮板负荷；存储部，存储作为所述刮板负荷的阈值的第一负荷阈值以及作为所述刮板负荷的阈值且大于所述第一负荷阈值的第二负荷阈值；目标位置设定部，设定作为所述刮板位置的目标位置且位于所述目标设计面上方的刮板目标位置，以及，刮板动作控制部，在由所述刮板负荷获取部获取的所述刮板负荷为所述第二负荷阈值以下时，输出用于使所述刮板进行升降的指令，从而使由所述刮板位置运算部计算出的所述刮板位置与所述刮板目标位置之间的偏差即位置偏差接近于零，在由所述刮板负荷获取部获取的所述刮板负荷大于所述第二负荷阈值时，输出用于使所述刮板上升的指令，其中，所述目标位置设定部，在将所述刮板负荷与所述第一负荷阈值相关联而预先设定的更新条件被满足时，以该更新条件被满足时的所述刮板位置为基准来更新所述刮板目标位置。

所述刮板控制装置，在刮板负荷大于第二负荷阈值时，进行使刮板的上升的控制，由此，能够防范因负荷过大而发生卡住等情况，从而使工程机械稳定地行走。另一方面，在刮板负荷为第二负荷阈值以下时，以使所述刮板位置与所述刮板目标位置之间的所述位置偏差接近于零的方式控制所述刮板的升降动作。像这样即便在刮板负荷为第二负荷阈值以下时也以使所述位置偏差接近于零的方式进行刮板的位置控制，与像上述专利文献2那样在刮板负荷为第二负荷阈值以下时也基于刮板负荷控制刮板的升降动作的专利文献2中所记载的装置相比，能够有效地抑制施工面的起伏。而且，像这样有效地抑制施工面的起伏，能够提高挖掘作业的效率。

另外，所述刮板控制装置中，所述第一负荷阈值被设定为对应于工程机械能够稳定地行走的适当的刮板负荷的值。所述更新条件是将挖掘作业中变动的实际的所述刮板负荷与对应于适当的刮板负荷的值即所述第一负荷阈值相关联而预先设定的条件。而且，所述刮板目标位置以所述更新条件被满足时的刮板位置为基准而被更新，因此，与刮板负荷为适当时的刮板位置相关联。因此，在挖掘作业中，通过反复更新所述刮板目标位置，无论挖掘对象的地面的状态如何（例如沙土的硬度、沙土的种类等），都容易使挖掘作业中的刮板负荷稳定。

另外，所述刮板控制装置中，所述第二负荷阈值是为了防范刮板负荷过大而发生卡住等事态而设定的值，是大于所述第一负荷阈值。利用所述刮板控制装置，在刮板负荷大于第二负荷阈值时，进行使刮板的上升的控制。由此，能够如上所述地降低刮板负荷，防范因负荷过大而发生卡住等情况，从而使工程机械稳定地行走。

如上所述，所述刮板控制装置能够有效地抑制施工面的起伏，且使工程机械进行稳定且高效的挖掘动作。

所述刮板控制装置中，较为理想的是，所述更新条件包含如下条件：所述刮板负荷达到所述第一负荷阈值；或，所述刮板负荷达到为了判定所述刮板负荷接近于所述第一负荷阈值而基于所述第一负荷阈值来设定的判定值。根据该结构，所述刮板目标位置以刮板负荷达到或接近于所述第一负荷阈值时的刮板位置为基准而被更新，与刮板负荷为适当时的刮板位置大致一致。因此，挖掘作业中的刮板负荷容易稳定。

所述刮板控制装置中，也可以为：所述存储部，在所述刮板负荷大于被预先设定的阈值即标识阈值时，存储表示允许更新所述刮板目标位置的第一状态，另一方面，在所述刮板目标位置被更新时，存储表示不允许更新所述刮板目标位置的第二状态来代替所述第一状态，所述更新条件包含如下条件：在所述第一状态被存储于所述存储部时，所述刮板负荷达到所述第一负荷阈值；或，在所述第一状态被存储于所述存储部时，所述刮板负荷达到为了判定所述刮板负荷接近于所述第一负荷阈值而基于所述第一负荷阈值来设定的判定值。根据该结构，在刮板目标位置的更新标志为第一状态时，允许刮板目标位置的更新，另一方面，在所述更新标志为第二状态时，不允许刮板目标位置的更新，因此，能够抑制刮板目标位置被频繁地更新。

所述刮板控制装置中，较为理想的是，由所述目标位置设定部更新的所述刮板目标位置被设定在平面上，该平面通过满足所述更新条件时的所述刮板位置且平行于所述目标设计面。根据该结构，以使设定在平行于所述目标设计面的平面上的位置的刮板目标位置与所述刮板位置之间的所述位置偏差接近于零的方式控制所述刮板的升降动作，因此，能够进一步提高使施工面接近目标设计面的挖掘作业的效率。

所述刮板控制装置中，也可以为：所述存储部存储目标轨迹，所述目标轨迹是所述刮板负荷一边增加一边接近所述第一负荷阈值时的所述刮板负荷的增加过程的目标，所述刮板动作控制部，在由所述目标位置设定部设定所述刮板目标位置之前，输出用于使所述刮板升降的指令，从而使所述刮板负荷一边沿着接近所述目标轨迹的增加过程一边接近所述第一负荷阈值。在目标轨迹如此被设定的情况下，即使在刮板目标位置被设定前的阶段中，刮板负荷一边沿着接近所述目标轨迹的增加过程一边接近所述第一负荷阈值，因此，刮板以适度的降下速度进入地中，能够抑制刮板负荷达到所述第一负荷阈值时的刮板进入地中的深度变大。由此，相对于工程机械的行走距离的刮板上的土量的变化较小，而刮板负荷的变动也变得较小。因而，能够进一步提高抑制施工面的起伏的效果。而且，根据方式，若刮板负荷沿着接近所述目标轨迹的增加过程地达到或接近所述第一负荷阈值而满足所述更条件，通过所述目标位置设定部设定所述刮板目标位置。而且，在该刮板目标位置被设定后，所述刮板动作控制部以所述刮板位置与所述刮板目标位置之间的位置偏差接近于零的方式控制所述刮板的升降动作。

所述刮板控制装置还可以包括：用于设定所述第一负荷阈值的负荷阈值设定部，其中，所述位置信息获取部包含获取所述机械主体的位置即车体位置的车体位置获取部，所述负荷阈值设定部更新所述第一负荷阈值，从而使与主体距离为第一距离时相比，所述主体距离为小于所述第一距离的第二距离时，所述第一负荷阈值变小，其中，所述主体距离为由所述车体位置获取部获取的所述车体位置与所述目标设计面之间的距离。根据该方式，在所述主体距离为第二距离的情况（即所述机械主体接近于所述目标设计面的情况）下，与所述主体距离为第一距离的情况（即所述机械主体远离所述目标设计面的情况）相比，所述刮板负荷变得容易达到所述第一负荷阈值。由此，能够提高所述刮板目标位置的更新频度，提高刮板目标位置对应于作为挖掘对象的地面的状态而被设定为适当位置的可能性。作为本实施方式的具体例，可例举有以下例子。例如，进行工程机械的作业的最终阶段的整地动作时的所述第一负荷阈值被设定为小于进行所述作业的初期阶段或中间阶段的挖掘动作时的所述第一负荷阈值的值。该情况下，能够利用同样的控制算法来实施相比整地动作更重视迅速的挖掘作业的挖掘动作以及重视使施工面接近目标设计面的精度的整地动作两者。

所述刮板控制装置中，较为理想的是，所述刮板动作控制部基于函数输出所述指令，所述函数具有包含将所述刮板位置与所述刮板目标位置的高低差即位置偏差来作为变量且包含对该位置偏差乘以位置增益的项，所述刮板控制装置还包括用于设定所述位置增益的位置增益设定部，其中，所述位置增益设定部，在所述刮板位置位于所述刮板目标位置下方时，基于所述位置偏差以使所述刮板的上升速度提高的方式来更新所述位置增益。根据该方式，在刮板位置位于刮板目标位置下方时，刮板的上升速度被提高，因此，能够提高抑制作为挖掘对象的地面被挖掘至比刮板目标位置更下方的效果，结果，能够进一步提高抑制该地面被挖掘至比目标设计面更下方的效果。

所述刮板控制装置中，较为理想的是，所述函数还具有包含将从所述刮板负荷减去所述第二负荷阈值所得的偏差即负荷偏差作为变量且包含对该负荷偏差乘以负荷增益的项，所述刮板控制装置还包括用于设定所述负荷增益的负荷增益设定部，其中，所述负荷增益设定部，在所述刮板负荷大于所述第二负荷阈值时，基于所述负荷偏差以使所述刮板的上升速度提高的方式来更新所述负荷增益。

Claims (8)

1.一种刮板控制装置，设置于具备机械主体及可升降地安装于所述机械主体的刮板的工程机械，用于控制所述刮板的升降动作，其特征在于包括：

目标设计面设定部，设定用于确定所述刮板的挖掘对象的目标形状的目标设计面；

位置信息获取部，获取有关所述工程机械的位置信息；

刮板位置运算部，基于所述位置信息获取部获取到的所述位置信息，计算所述刮板的位置即刮板位置；

刮板负荷获取部，获取所述刮板所承受的负荷即刮板负荷；

存储部，存储作为所述刮板负荷的阈值的第一负荷阈值以及作为所述刮板负荷的阈值且大于所述第一负荷阈值的第二负荷阈值；

目标位置设定部，设定作为所述刮板位置的目标位置且位于所述目标设计面上方的刮板目标位置，以及，

刮板动作控制部，在由所述刮板负荷获取部获取的所述刮板负荷为所述第二负荷阈值以下时，输出用于使所述刮板进行升降的指令，从而使由所述刮板位置运算部计算出的所述刮板位置与所述刮板目标位置之间的偏差即位置偏差接近于零，在由所述刮板负荷获取部获取的所述刮板负荷大于所述第二负荷阈值时，输出用于使所述刮板上升的指令，其中，

所述目标位置设定部，在将所述刮板负荷与所述第一负荷阈值相关联而预先设定的更新条件被满足时，以该更新条件被满足时的所述刮板位置为基准来更新所述刮板目标位置。

2.如权利要求1所述的刮板控制装置，其特征在于，

所述更新条件包含如下条件：

所述刮板负荷达到所述第一负荷阈值；或，

所述刮板负荷达到为了判定所述刮板负荷接近于所述第一负荷阈值而基于所述第一负荷阈值来设定的判定值。

3.如权利要求1所述的刮板控制装置，其特征在于，

所述存储部，在所述刮板负荷大于被预先设定的阈值即标识阈值时，存储表示允许更新所述刮板目标位置的第一状态，另一方面，在所述刮板目标位置被更新时，存储表示不允许更新所述刮板目标位置的第二状态来代替所述第一状态，

所述更新条件包含如下条件：

在所述第一状态被存储于所述存储部时，所述刮板负荷达到所述第一负荷阈值；或，

在所述第一状态被存储于所述存储部时，所述刮板负荷达到为了判定所述刮板负荷接近于所述第一负荷阈值而基于所述第一负荷阈值来设定的判定值。

4.如权利要求1至3中任一项所述的刮板控制装置，其特征在于，

由所述目标位置设定部更新的所述刮板目标位置被设定在平面上，该平面通过满足所述更新条件时的所述刮板位置且平行于所述目标设计面。

5.如权利要求1至4中任一项所述的刮板控制装置，其特征在于，

所述存储部存储目标轨迹，所述目标轨迹是所述刮板负荷一边增加一边接近所述第一负荷阈值时的所述刮板负荷的增加过程的目标，

所述刮板动作控制部，在由所述目标位置设定部设定所述刮板目标位置之前，输出用于使所述刮板升降的指令，从而使所述刮板负荷一边沿着接近所述目标轨迹的增加过程一边接近所述第一负荷阈值。

6.如权利要求1至5中任一项所述的刮板控制装置，其特征在于还包括：

用于设定所述第一负荷阈值的负荷阈值设定部，其中，

所述位置信息获取部包含获取所述机械主体的位置即车体位置的车体位置获取部，

所述负荷阈值设定部更新所述第一负荷阈值，从而使与主体距离为第一距离时相比，所述主体距离为小于所述第一距离的第二距离时，所述第一负荷阈值变小，其中，所述主体距离为由所述车体位置获取部获取的所述车体位置与所述目标设计面之间的距离。

7.如权利要求1至6中任一项所述的刮板控制装置，其特征在于，

所述刮板动作控制部基于函数输出所述指令，所述函数具有包含将所述刮板位置与所述刮板目标位置的高低差即位置偏差来作为变量且包含对该位置偏差乘以位置增益的项，

所述刮板控制装置还包括用于设定所述位置增益的位置增益设定部，其中，

所述位置增益设定部，在所述刮板位置位于所述刮板目标位置下方时，基于所述位置偏差以使所述刮板的上升速度提高的方式来更新所述位置增益。

8.如权利要求7所述的刮板控制装置，其特征在于，

所述函数还具有包含将从所述刮板负荷减去所述第二负荷阈值所得的偏差即负荷偏差作为变量且包含对该负荷偏差乘以负荷增益的项，

所述刮板控制装置还包括用于设定所述负荷增益的负荷增益设定部，其中，

所述负荷增益设定部，在所述刮板负荷大于所述第二负荷阈值时，基于所述负荷偏差以使所述刮板的上升速度提高的方式来更新所述负荷增益。

Images