CN112567099A - 工程机械的刮板控制装置 - Google Patents

Abstract

刮板控制装置（100）的刮板动作控制部（15）在刮板负荷（f）为第一负荷阈值（f1）以下且位置偏差（ΔZ）为位置阈值（Z1）以上的情况下，控制刮板（4）的动作使刮板（4）下降来使所述位置偏差接近于零，刮板动作控制部（15）在刮板负荷（f）为第二负荷阈值（f2）以上的情况下，无论所述位置偏差的大小如何，都控制刮板（4）的动作以使刮板（4）上升。

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。在这样的工程机械中，操作人员通过在进行行走操作的同时进行刮板升降的操作，从而调节刮板的位置，以进行地面的挖掘、整地。

专利文献1公开了一种自动控制所述刮板位置的刮板控制系统。专利文献1所记载的刮板控制系统在设计面与刮板的刀尖之间的距离被距离判定部判定为大于第一距离的情况下执行挖掘控制，在设计面与刮板的刀尖之间的距离被距离判定部判定为小于第二距离的情况下执行整地控制，在设计面与刮板的刀尖之间的距离被距离判定部判定为第一距离以下且第二距离以上的情况下执行挖掘控制或整地控制。专利文献1中，所述挖掘控制是使刮板负荷保持在目标负荷的控制，以进行高效率的挖掘作业。另外，所述整地控制是使刮板的刀尖与设计面之间的距离保持在目标距离的控制，以使地形成为目标形状。

但是专利文献1的刮板控制系统存在如下问题：从所述挖掘控制和所述整地控制中选出的控制并不是适合实际的挖掘状况的控制。例如，在设计面与刮板的刀尖之间的距离小于第二距离的情况下，例如在刮板负荷很大时也必须进行所述整地控制即刮板的刀尖与设计面之间的距离保持在目标距离的控制，因此根据挖掘对象地面的状态（例如沙土的密实度、沙土的种类等），刮板负荷会过大。从而，工程机械有可能卡住。另一方面，在设计面与刮板的刀尖之间的距离大于第一距离的情况下，在刮板负荷较小而能够进行使刮板的刀尖对齐设计面的控制（整地控制）的情况下，仍然进行所述挖掘控制而不进行整地控制，因此无法实现高施工效率。

现有技术

专利文献

专利文献1：日本发明授权公报第5247939号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设置在具备刮板的工程机械上并且能够选择适合实际挖掘状况的控制的刮板控制装置。

本发明的刮板控制装置，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。所述刮板控制装置包括：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，获取与所述工程机械有关的位置信息；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；偏差运算部，计算所述刮板位置与所述目标设计面之间的偏差即位置偏差；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、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以及作为所述位置偏差的阈值的位置阈值；以及，刮板动作控制部，控制所述刮板的动作，其中，所述刮板动作控制部，在所述刮板负荷为所述第一负荷阈值以下且所述位置偏差为所述位置阈值以上的情况下，控制所述刮板的动作使所述刮板下降从而所述位置偏差接近于零，所述刮板动作控制部，在所述刮板负荷为所述第二负荷阈值以上的情况下，无论所述位置偏差的大小如何，都控制所述刮板的动作使所述刮板上升。

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是表示上述实施方式所涉及的刮板控制装置的主要功能的框图。

图3是用于说明目标设计面、现状面及位置偏差的关系的简图。

图4表示上述实施方式所涉及的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5是表示上述实施方式所涉及的刮板控制装置中基于所述刮板位置与所述目标设计面的偏差即位置偏差来控制刮板动作的一个示例的曲线图。

图6是表示上述实施方式所涉及的刮板控制装置中基于所述刮板位置与所述目标设计面的偏差即位置偏差来控制刮板动作的其它示例的曲线图。

图7是表示上述实施方式所涉及的刮板控制装置中基于所述刮板位置与所述目标设计面的偏差即位置偏差来控制刮板动作的其它示例的曲线图。

图8是表示上述实施方式所涉及的刮板控制装置中基于刮板负荷来控制刮板动作的一个示例的曲线图。

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（推土铲）。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车体3的位置即车体位置的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具有获取车体3的角度即车体角度的功能。车体角度获取部32例如由检测世界坐标系中车体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33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、偏差运算部14、刮板动作控制部15、阈值设定部16。

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。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。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获取的所述车体角度、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。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。由此，本实施方式中，根据世界坐标系中所述车体角度与所述刮板4的角度的相对角度来计算刮板位置，但刮板位置的计算方法并不限于此。刮板位置例如可以基于升降缸缸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。

偏差运算部14计算所述刮板位置与所述目标设计面SD之间的偏差即位置偏差ΔZ。

图3是用于说明目标设计面SD、现状面SP和位置偏差ΔZ的关系的简图。图3中，简化了液压挖掘机1（工程机械）的图示。本实施方式中，如图3所示，所述刮板位置设定在刮板4的远端即刀尖位置（刮板4的远端下缘的位置），但也可以设定在刮板4的其他部位。所述位置偏差ΔZ是所述刮板位置与所述目标设计面SD之间的偏差。即，所述位置偏差ΔZ通过从所述刮板位置（刮板4的刀尖高度）减去所述目标设计面SD的高度计算得到。图3所示现状面SP是挖掘对象的地面。

所述阈值设定部16设定刮板动作控制部15进行计算所用的第一负荷阈值f1、第二负荷阈值f2、第一位置阈值Z1和第二位置阈值Z2。这些阈值可以由作业人员在进行挖掘作业之前手动地输入到控制器10，也可以在挖掘作业过程中由控制器10恰当地进行计算得到。

所述存储部13存储所述阈值设定部16所设定的第一负荷阈值f1、第二负荷阈值f2、第一位置阈值Z1和第二位置阈值Z2。

所述第一负荷阈值f1被设定为与液压挖掘机1能够稳定行走的合理的刮板负荷f对应的值。第二负荷阈值f2是为了稳定地实现高效率的挖掘动作而设定的值。所述第二负荷阈值f2是为了预防刮板负荷f过大导致卡住（刮板负荷f过大而使得工程机械难以前进的状态）等发生而设定的值。因此，第二负荷阈值f2被设定为大于第一负荷阈值f1的值。第二负荷阈值f2优选设定为比导致上述事态发生的刮板负荷要小的值。即，第二负荷阈值f2优选设定为即使刮板负荷f达到了第二负荷阈值f2，工程机械仍能行走的值。

第一位置阈值Z1是当刮板负荷f在第一负荷阈值f1以下时，判定是否控制刮板的动作以使刮板4下降从而位置偏差接近于零的成为基准的值。第一位置阈值Z1是当刮板负荷f在中间负荷范围内时，即刮板负荷f大于第一负荷阈值f1且小于第二负荷阈值f2的情况下，判定是否保持刮板4相对于所述机械主体的相对位置的成为基准的值。第一位置阈值Z1例如设定为0或者正值。第二位置阈值Z1是当刮板负荷f在所述之间负荷范围内时，判定是否控制刮板的动作以使刮板4上升从而位置偏差接近于零的成为基准的值。因此，第二位置阈值Z2被设定为小于第一位置阈值Z1的值。

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缸8的动作的所述升降缸缸控制用比例阀41的指令值。刮板动作控制部15被输入自动控制开关35的自动控制开关操作信号、行走杆36的行走杆操作信号、刮板负荷获取部34获取到的刮板负荷f、阈值设定部16设定并存储在存储部13中的各阈值、偏差运算部14计算出的位置偏差ΔZ，并基于这些信号计算输出到升降缸缸控制用比例阀41的指令电流。

接着，一边参照图4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。

当自动控制开关35（参照图2）接通时，控制器10进行自动控制的初始动作（步骤S0）。该初始动作中，控制器10读取输入到该控制器10的信号,具体是指各传感器的检测信号或指定信号。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获取到的关于车体角度的信号、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。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的刮板动作控制部15如下所述地控制刮板4的动作。

刮板动作控制部15判定刮板负荷获取部34获取到地刮板负荷f是否在第二负荷阈值f2以上（步骤S1）。刮板负荷f在第二负荷阈值f2以上的情况下（步骤S1：是），刮板动作控制部15控制刮板4的动作使刮板4上升（步骤S2），然后控制器10再次进行步骤S1的处理。

刮板负荷f小于第二负荷阈值f2的情况下（步骤S1：否），刮板动作控制部15判定刮板负荷f是否在第一负荷阈值f1以下（步骤S3）。

刮板负荷f在第一负荷阈值f1以下的情况下（步骤S3：是），刮板动作控制部15判定所述位置偏差ΔZ是否在第一位置阈值Z1以上（步骤S4）。

所述位置偏差ΔZ在第一位置阈值Z1以上的情况下（步骤S4：是），刮板动作控制部15进行整地控制（步骤S5）。具体而言，刮板动作控制部15控制所述刮板4的动作使所述刮板4下降从而所述位置偏差ΔZ接近于零（步骤S5），然后控制器10再次进行步骤S1的处理。

另一方面，所述位置偏差ΔZ小于第一位置阈值Z1的情况下（步骤S4：否），刮板动作控制部15判定所述位置偏差ΔZ是否在第二位置阈值Z2以下（步骤S6）。

所述位置偏差ΔZ在第二位置阈值Z2以下的情况下（步骤S6：是），刮板动作控制部15进行整地控制。具体而言，刮板动作控制部15控制所述刮板4的动作使所述刮板4上升从而所述位置偏差ΔZ接近于零（步骤S7），然后控制器10再次进行步骤S1的处理。

在所述位置偏差ΔZ小于第一位置阈值Z1（步骤S4：否）且所述位置偏差ΔZ大于第二位置阈值Z2的情况下（步骤S6：否），刮板动作控制部15不进行会改变刮板4相对于所述机械主体的相对位置的控制，而是保持该相对位置，然后控制器10再次进行步骤S1的处理。

在刮板负荷f小于第二负荷阈值f2（步骤S1：否）且刮板负荷f大于第一负荷阈值f1的情况下（步骤S3：否），即刮板负荷f位于所述中间负荷区域的情况下，刮板动作控制部15判定所述位置偏差ΔZ是否在第一位置阈值Z1以上（步骤S8）。

所述位置偏差ΔZ在第一位置阈值Z1以上的情况下（步骤S8：是），刮板动作控制部15不进行会改变刮板4相对于所述机械主体的相对位置的控制（使刮板4进行上升动作或下降动作的控制），而是保持该相对位置（步骤S9）。换言之，刮板动作控制部15不输出要提供给所述升降缸缸控制用比例阀41的指令。即，刮板4相对于所述机械主体的升降量保持前次值。之后，控制器10再次进行步骤S1的处理。

另一方面，在所述位置偏差ΔZ小于第一位置阈值Z1的情况下（步骤S8：否），刮板动作控制部15进行整地控制（步骤S10）。具体而言，刮板动作控制部15控制所述刮板4的动作使所述刮板4下降或上升从而所述位置偏差ΔZ接近于零（步骤S10），然后控制器10再次进行步骤S1的处理。

以上所说明的图4的流程图所示的刮板控制装置100进行的控制可归纳如下：刮板控制装置100的控制器10执行第一控制模式、第二控制模式、第三控制模式。所述第一控制模式是进行整地控制的模式，所述第二控制模式是进行刮板上升控制（提升控制）的模式，所述第三控制模式是进行刮板保持控制（升降保持控制）的模式。

所述第一控制模式的所述整地控制是控制刮板4的动作以使所述位置偏差ΔZ接近于零。换言之，在所述整地控制中，控制刮板4的动作以使刮板4的刀尖（所述刮板位置）与目标设计面基本一致。所述第一控制模式在刮板负荷f为第一负荷阈值f1以下的情况下进行。具体而言，本实施方式中，所述第一控制模式在刮板负荷f为第一负荷阈值f1以下且位置偏差ΔZ为第一位置阈值Z1以上的情况下进行（步骤S5）。另外，所述第一控制模式在刮板负荷f为第一负荷阈值f1以下且位置偏差ΔZ为第二位置阈值Z2以下的情况下也进行（步骤S7）。此外，所述第一控制模式在所述中间负荷区域内且位置偏差ΔZ小于第一位置阈值Z1的情况下也进行（步骤S10）。

在所述第二控制模式下，控制刮板4的动作以使刮板4上升。所述第二控制模式在刮板负荷f为第二负荷阈值f2以下的情况下进行（步骤S2）。

所述第三控制模式下，刮板4相对于所述机械主体的相对位置得以保持。所述第三控制模式在所述中间负荷区域内且位置偏差ΔZ为第一位置阈值Z1以上的情况下进行（步骤S9）。另外，本实施方式中，所述第三控制模式在刮板负荷f为第一负荷阈值f1以下且位置偏差ΔZ小于第一位置阈值Z1且大于第二位置阈值Z2的情况下（步骤S6：否）也进行。

图5、图6和图7分别是表示基于所述刮板位置与目标设计面SD的位置偏差ΔZ来控制刮板4的动作的示例图。图5、图6和图7所示的刮板4的动作的控制用于所述第一控制模式的整地控制。

图5所示的具体例中，第一位置阈值Z1被设定为正值，第二位置阈值Z2被设定为0。图6所示的具体例中，第一位置阈值Z1被设定为正值，第二位置阈值Z2被设定为负值。图7所示的具体例中，进设定了第一位置阈值Z1，没有设定第二位置阈值Z2。如上所述，所述位置偏差ΔZ是从所述刮板位置（刮板4的刀尖高度）减去所述目标设计面SD的高度计算得到的值。因此，在所述刮板位置高于目标设计面SD的高度的情况下，位置偏差ΔZ为正值，在所述刮板位置低于目标设计面SD的高度的情况下，位置偏差ΔZ为负值。

图5、图6和图7的控制例中，在位置偏差ΔZ为第一位置阈值Z1以上的情况下（步骤S4：是），随着位置偏差ΔZ变大，刮板下降指令（降下指令）的指令值变大。在这些控制例中，当位置偏差ΔZ为规定值以上时，所述指令值被设定为固定值（最大值）。也可以在位置偏差ΔZ达到第一位置阈值Z1以上时，立即设定所述指令值为固定值（最大值）。

所述指令值越大，所述升降缸8的动作速度越快，动臂4的动作速度也越大。

图5和图6的控制例中，第一位置阈值Z1被设定为稍大于0的正值，在图7的控制例中，第一位置阈值Z1被设定为0。

图5和图6的控制例中，在位置偏差ΔZ为第二位置阈值Z2以下的情况下（步骤S6：是），随着位置偏差ΔZ变小，刮板上升指令（提升指令）的指令值变大。图7的控制例中，在位置偏差ΔZ为第一位置阈值Z1以下的情况下，随着位置偏差ΔZ变小，刮板上升指令（提升指令）的指令值变大。在这些控制例中，当位置偏差ΔZ为规定值以下时，所述指令值被设定为固定值（最大值）。也可以在位置偏差ΔZ达到第二位置阈值Z2以下时，立即设定所述指令值为固定值（最大值）。

图5的控制例中，第二位置阈值Z2被设定为0，在图6的控制例中，第二位置阈值Z2被设定为稍小于0的负值。图7的控制例中，第一位置阈值Z1被设定为0。

图5和图6的控制例中，在位置偏差ΔZ小于第一位置阈值Z1且大于第二位置阈值Z2的情况下（步骤S6：否），不进行任何的刮板下降动作（降下）和刮板上升动作（提升），刮板4相对于所述机械主体的相对位置得以保持（上述的第三控制模式）。通过这样在位置偏差ΔZ为0附近的区域中设置保持所述相对位置的区域（非敏感区），能够在位置偏差ΔZ为0附近的区域中抑制刮板4的上下动作过度。

在刮板负荷f小于第二负荷阈值f2的区域中，当所述第一控制模式执行的条件满足，则如图5、图6、图7的控制例那样，在刮板4的刀尖高度高于目标设计面SD的情况下，以根据位置偏差ΔZ变大而增大刮板下降指令（降下指令）的指令值的方式进行刮板下降动作（降下）。另一方面，在刮板4的刀尖高度低于目标设计面SD的情况下，以根据位置偏差ΔZ变小而增大刮板上升指令（提升指令）的指令值的方式进行刮板上升动作（提升）。通过执行上述第一控制模式，从而控制升降量（刮板4相对于机械主体的相对位置）使得刮板4的刀尖高度与目标设计面SD的高度一致，刮板4由此进行整地。

图8是表示基于刮板负荷f来控制刮板4的动作的一个示例的图。图8所示的刮板4的动作的控制用于所述第二控制模式的刮板上升控制（提升控制）。

图8的控制例中，在刮板负荷f为第二负荷阈值f2以上的情况下（步骤S1：是），随着刮板负荷f变大，刮板上升指令（提升指令）的指令值变大。在这些控制例中，当刮板负荷f为规定值以上时，所述指令值被设定为固定值（最大值）。也可以在刮板负荷f达到第二位置阈值f2以上时，立即设定所述指令值为固定值（最大值）。

如图8所示的控制例那样在刮板负荷f为第二负荷阈值f2以上的情况下执行所述第二控制模式时，根据刮板负荷f的增大而进行提升控制，因此，刮板4的刀尖上升，刮板负荷f变小。由此，能够防止工程机械的行走因刮板负荷f的增大而卡住。

在所述中间负荷区域内且位置偏差ΔZ为第一位置阈值Z1以上的情况下（步骤S8：是）进行第三控制模式，刮板4相对于所述机械主体的相对位置得以保持。从而，在工程机械的行走不会卡住的范围内固定刮板4的刀尖高度来进行挖掘，因此，能够抑制刮板4不必要的上下动作，实现使施工面（挖掘面）变平滑的效果。

此外，在所述中间负荷区域内且位置偏差ΔZ小于第一位置阈值Z1的情况下（步骤S8：否）进行所述第一控制模式。这里，如图5的控制例那样将第二位置阈值Z2（图7的控制例中为第一位置阈值Z1）设定为例如0时，在刮板4的刀尖高度低于目标设计面SD的情况下，按照第一控制模式进行刮板上升动作（提升），从而，有能够抑制因刮板4的刀尖高度低于目标设计面SD而导致过度挖掘的问题发生的效果。

如图5和图6的控制例所示，第一位置阈值Z1也可以设定为恰当的正值。在这样的情况下，刮板负荷f位于第一位置阈值Z1与第二位置阈值Z2之间，在刮板4的刀尖高度高于目标设计面SD的情况下，若位置偏差ΔZ小于第一位置阈值Z1，则进行刮板下降动作（降下）。从而，能够进行刮板4的刀尖高度与目标设计面SD的高度一致的整地。然而，如果将第一位置阈值Z1设定为太大的值，则在刮板负荷f位于第一位置阈值Z1与第二位置阈值Z2之间且刮板4的刀尖高度与目标设计面SD的高度离得非常远的状态下仍然进行刮板下降动作（降下）。在这种情况下，刮板负荷f增大，刮板负荷f很快达到第二负荷阈值f2以上，从而有很大的可能进行刮板上升动作（提升）。此时，刮板下降动作（降下）和刮板上升动作（提升）频繁地进行，施工面（挖掘面）容易产生起伏（波形）。因此，优选将第一位置阈值Z1设定为如下程度的值：在位置偏差ΔZ小于该第一位置阈值Z1且大于0的范围内即使进行刮板下降动作（降下），刮板负荷f也不会达到第二负荷阈值f2以上。通过将第一位置阈值Z1设定为以上的值，即使在位置偏差ΔZ小于第一位置阈值Z1而进行刮板下降动作（降下）使得刮板负荷f逐渐上升，刮板负荷f也不容易达到第二负荷阈值f2以上，因此，能够在中间负荷区域内抑制因刮板4频繁上下动作而导致施工面起伏，能够进行稳定的整地控制，从而得到提高施工效率的效果。

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推土机、装载机、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选择适合实际挖掘状况的控制的刮板控制装置。

上述刮板控制装置，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。所述刮板控制装置包括：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，获取与所述工程机械有关的位置信息；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；偏差运算部，计算所述刮板位置与所述目标设计面之间的偏差即位置偏差；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、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以及作为所述位置偏差的阈值的位置阈值；以及，刮板动作控制部，控制所述刮板的动作，其中，所述刮板动作控制部，在所述刮板负荷为所述第一负荷阈值以下且所述位置偏差为所述位置阈值以上的情况下，控制所述刮板的动作使所述刮板下降从而所述位置偏差接近于零，所述刮板动作控制部，在所述刮板负荷为所述第二负荷阈值以上的情况下，无论所述位置偏差的大小如何，都控制所述刮板的动作使所述刮板上升。

上述刮板装置中，由于进行上述的控制，能够选择适合实际挖掘状况的控制。具体如下，在该刮板装置中，即便所述位置偏差为所述位置阈值以上的值，在刮板负荷为第一负荷阈值以下的较小值时，进行使刮板位置接近目标设计面的控制。由此，能够使刮板的施工面迅速地接近目标设计面，因此，能够提高施工效率。另外，上述刮板装置中，在刮板负荷为所述第二负荷阈值以上的较大值时，即便所述位置偏差较小，无关所述位置偏差，进行使刮板上升的控制。由此，无论挖掘对象的地面为何种状态，都能够抑制刮板负荷过大，从而抑制工程机械卡住。

上述刮板装置中，较为理想的是，在所述刮板负荷大于所述第一负荷阈值小于所述第二负荷阈值且所述位置偏差为所述位置阈值以上的情况下，保持所述刮板相对于所述机械主体的相对位置。

根据上述结构，能够抑制刮板负荷的增大，因此，能够抑制施工面的起伏。具体如下：该实施方式中，刮板负荷大于所述第一负荷阈值小于所述第二负荷阈值的区域即中间负荷区域是刮板承受了适当的负荷的区域。在所述位置偏差为所述位置阈值（第一位置阈值）以上的情况下，具体而言，在刮板位置与目标设计面之间偏差较大的情况下，若进行使所述位置偏差接近0的控制，则刮板过度深入地中而导致刮板负荷从上述适当的负荷增加至第二负荷阈值以上的可能性较高。若刮板负荷变为第二负荷阈值以上，则无论所述位置偏差的大小如何，进行使刮板上升的控制。像这样地刮板位置上升会成为施工面的起伏（波形）的原因。因此，本实施方式中，在适当的负荷状态的中间负荷区域中，在所述位置偏差为所述位置阈值（第一位置阈值）以上的情况下，刮板动作控制部不进行改变所述刮板与所述机械主体的相对位置的控制，该相对位置被保持。由此，能够抑制刮板负荷的增大，抑制施工面产生起伏。

上述刮板装置中，所述刮板动作控制部也可以在所述刮板负荷大于所述第一负荷阈值小于所述第二负荷阈值且所述位置偏差小于所述位置阈值的情况下，控制所述刮板的动作使所述位置偏差接近于零。

该实施方式中，刮板动作控制部在该中间负荷区域，在所述位置偏差小于所述位置阈值（第一位置阈值）的情况下，进行使刮板位置接近所述目标设计面的控制。由此，能够提高施工效率。具体如下：在所述位置偏差小于所述位置阈值（第一位置阈值）的情况下，具体而言，在刮板位置与目标设计面之间偏差较小的情况下，即便进行使所述位置偏差接近0的控制，由于刮板位置离目标设计面较近，因此，刮板过度深入地中而导致刮板负荷从上述适当的负荷增加至第二负荷阈值以上的可能性较低。因此，本实施方式中，在该情况下，刮板动作控制部进行使刮板位置接近所述目标设计面的控制。由此，能够使刮板的施工面迅速地接近目标设计面，因此，能够提高施工效率。

上述刮板装置中，也可以为，所述位置阈值为第一位置阈值，所述存储部还存储作为所述位置偏差的阈值且小于所述第一位置阈值的第二位置阈值，所述刮板动作控制部，在所述刮板负荷为所述第一负荷阈值以下且所述位置偏差为所述第二位置阈值以下的情况下，控制所述刮板的动作使所述刮板上升从而所述位置偏差接近于零。

该实施方式中，在所述位置偏差为第二位置阈值以下时，进行使刮板上升的控制，因此，能够抑制因刮板低于目标设计面而导致过度挖掘。

Claims (4)

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，获取与所述工程机械有关的位置信息；

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；

偏差运算部，计算所述刮板位置与所述目标设计面之间的偏差即位置偏差；

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、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以及作为所述位置偏差的阈值的位置阈值；以及，

刮板动作控制部，控制所述刮板的动作，其中，

所述刮板动作控制部，在所述刮板负荷为所述第一负荷阈值以下且所述位置偏差为所述位置阈值以上的情况下，控制所述刮板的动作使所述刮板下降从而所述位置偏差接近于零，

所述刮板动作控制部，在所述刮板负荷为所述第二负荷阈值以上的情况下，无论所述位置偏差的大小如何，都控制所述刮板的动作使所述刮板上升。

2.如权利要求1所述的刮板控制装置，其特征在于，

在所述刮板负荷大于所述第一负荷阈值小于所述第二负荷阈值且所述位置偏差为所述位置阈值以上的情况下，保持所述刮板相对于所述机械主体的相对位置。

3.如权利要求1或2所述的刮板控制装置，其特征在于，

所述刮板动作控制部，在所述刮板负荷大于所述第一负荷阈值小于所述第二负荷阈值且所述位置偏差小于所述位置阈值的情况下，控制所述刮板的动作使所述位置偏差接近于零。

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，

所述位置阈值为第一位置阈值，

所述存储部还存储作为所述位置偏差的阈值且小于所述第一位置阈值的第二位置阈值，

所述刮板动作控制部，在所述刮板负荷为所述第一负荷阈值以下且所述位置偏差为所述第二位置阈值以下的情况下，控制所述刮板的动作使所述刮板上升从而所述位置偏差接近于零。

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