CN113272498A - 工程机械的控制系统及工程机械的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种工程机械的控制系统，具备：决定部，其基于侧倾铲斗与第一设计面之间的距离和侧倾铲斗与邻接第一设计面的第二设计面之间的距离，从第一设计面和第二设计面决定控制对象面；作业机控制部，其基于由决定部决定出的控制对象面，控制侧倾铲斗的侧倾轴；以及显示控制部，其使显示装置以不同的显示方式显示控制对象面和控制对象面以外的面。

Description

工程机械的控制系统及工程机械的控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械的控制系统及工程机械的控制方法。

背景技术

在涉及工程机械的技术领域中，如专利文献1所公开的那样，已知有一种基于表示施工对象的目标形状的目标施工数据控制侧倾铲斗的工程机械的控制系统。

专利文献1：日本专利第6046320号

发明内容

存在目标施工数据包括第一设计面和邻接第一设计面的第二设计面的情况。在以追随第一设计面的方式控制侧倾铲斗的情况下，工程机械的驾驶员需要操作用来驱动作业机的操作装置，使侧倾铲斗靠近第一设计面。如果使侧倾铲斗靠近第一设计面需要很多时间，则会导致作业效率降低的可能性。

本发明的方式的目的在于抑制具有侧倾铲斗的工程机械的作业效率的降低。

根据本发明的形态，提供一种工程机械的控制系统，其是具备包括斗杆和侧倾铲斗的作业机的工程机械的控制系统，具备：决定部，其基于所述侧倾铲斗与第一设计面之间的距离和所述侧倾铲斗与邻接所述第一设计面的第二设计面之间的距离，从所述第一设计面和所述第二设计面决定控制对象面；作业机控制部，其基于由所述决定部决定出的所述控制对象面，控制所述侧倾铲斗的侧倾轴；以及显示控制部，其使显示装置以不同的显示方式显示所述控制对象面和所述控制对象面以外的面。

根据本发明的形态，能够抑制具有侧倾铲斗的工程机械的作业效率的降低。

附图说明

图1是表示第一实施方式涉及的工程机械的一个示例的立体图。

图2是表示第一实施方式涉及的工程机械的控制系统的一个示例的框图。

图3是示意性地表示第一实施方式涉及的工程机械的图。

图4是示意性地表示第一实施方式涉及的铲斗的图。

图5是表示第一实施方式涉及的控制装置的一个示例的功能框图。

图6是用来说明第一实施方式涉及的决定部的处理的一个示例的示意图。

图7是表示第一实施方式涉及的工程机械的控制方法的一个示例的流程图。

图8是用来说明第一实施方式涉及的工程机械的动作的一个示例的俯视图。

图9是用来说明第一实施方式涉及的工程机械的动作的一个示例的立体图。

图10是用来说明第一实施方式涉及的工程机械的动作的一个示例的示意图。

图11是表示第一实施方式涉及的显示装置的显示示例的示意图。

图12是表示第二实施方式涉及的工程机械的控制方法的一个示例的流程图。

图13是表示本实施方式涉及的计算机系统的一个示例的框图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明涉及的实施方式，但是本发明不限于此。在下面说明的各实施方式的结构要素能够适当地组合。此外，也存在不使用一部分结构要素的情况。

在下面的说明中，规定三维的车身坐标系(X，Y，Z)，并对各部分的位置关系进行说明。车身坐标系是指以固定在工程机械上的原点为基准的坐标系。车身坐标系以设定在工程机械上的原点为基准，由在规定方向上延伸的X轴、与X轴正交的Y轴、以及与X轴及Y轴分别正交的Z轴规定。与X轴平行的方向设为X轴方向。与Y轴平行的方向设为Y轴方向。与Z轴平行的方向设为Z轴方向。以X轴为中心旋转或倾斜的方向设为θX方向。以Y轴为中心旋转或倾斜的方向设为θY方向。以Z轴为中心旋转或倾斜的方向设为θZ方向。

第一实施方式

工程机械

图1是表示本实施方式涉及的工程机械100的一个示例的立体图。在本实施方式中，对工程机械100为液压挖掘机的示例进行说明。在下面的说明中，可将工程机械100称为液压挖掘机100。

如图1所示，液压挖掘机100具备：通过液压而工作的作业机1、支承作业机1的回转体2、以及支承回转体2的行走体3。回转体2具有供驾驶员搭乘的驾驶室4。在驾驶室4中配置有供驾驶员就座的座椅4S。回转体2能够在被支承于行走体3的状态下以回转轴RX为中心回转。

行走体3具有一对履带3C。通过履带3C的旋转而液压挖掘机100行驶。此外，行走体3也可以具有轮胎。

作业机1由回转体2支承。作业机1具有：与回转体2连接的动臂6、与动臂6的前端部连接的斗杆7、以及与斗杆7的前端部连接的铲斗8。铲斗8具有齿尖9。在本实施方式中，铲斗8的齿尖9是直线状铲齿的前端部。此外，铲斗8的齿尖9也可以是设置在铲斗8的凸状铲齿的前端部。

动臂6相对于回转体2能够以动臂轴AX1为中心旋转。斗杆7相对于动臂6能够以斗杆轴AX2为中心旋转。在本实施方式中，铲斗8是侧倾铲斗。铲斗8相对于斗杆7能够分别以铲斗轴AX3和侧倾轴AX4为中心旋转。动臂轴AX1、斗杆轴AX2、以及铲斗轴AX3与Y轴平行。侧倾轴AX4与铲斗轴AX3正交。回转轴RX与Z轴平行。X轴方向为回转体2的前后方向。Y轴方向为回转体2的车宽方向。Z轴方向为回转体2的上下方向。以就座在座椅4S上的驾驶员为基准作业机1所在的方向为前方。

控制系统

图2是表示本实施方式涉及的液压挖掘机100的控制系统200的一个示例的框图。图3是示意性地表示本实施方式涉及的液压挖掘机100的图。图4是示意性地表示本实施方式涉及的铲斗8的图。

如图2所示，液压挖掘机100的控制系统200具备：发动机5、驱动作业机1的多个液压缸10、驱动回转体2的回转马达16、驱动行走体3的行走马达15、排出液压油的液压泵17、将从液压泵17排出的液压油分配到多个液压缸10、行走马达15、以及回转马达16的每一个的阀装置18、计算回转体2的位置数据的车身位置运算装置20、检测作业机1的角度θ的角度检测装置30、操作液压挖掘机100的至少一部分的操作装置40、控制装置50、显示装置80、以及输入装置90。

作业机1通过液压缸10所产生的动力而工作。液压缸10基于从液压泵17供给的液压油驱动。液压缸10包括：使动臂6工作的动臂缸11、使斗杆7工作的斗杆缸12、使铲斗8工作的铲斗缸13以及侧倾工作缸14。动臂缸11产生使动臂6以动臂轴AX1为中心旋转的动力。斗杆缸12产生使斗杆7以斗杆轴AX2为中心旋转的动力。铲斗缸13产生使铲斗8以铲斗轴AX3为中心旋转的动力。侧倾工作缸14产生使铲斗8以侧倾轴AX4为中心旋转的动力。

在下面的说明中，可将以铲斗轴AX3为中心的铲斗8的旋转称为铲斗旋转，可将以侧倾轴AX4为中心的铲斗8的旋转称为侧倾旋转。

回转体2通过回转马达16所产生的动力回转。回转马达16是液压马达，基于从液压泵17供给的液压油驱动。回转马达16产生使回转体2以回转轴RX为中心回转的动力。

行走体3通过行走马达15所产生的动力行驶。行走马达15是液压马达，基于从液压泵17供给的液压油驱动。行走马达15产生使行走体3前进或后退的动力。

发动机5搭载于回转体2。发动机5产生用来驱动液压泵17的动力。

液压泵17排出用来驱动液压缸10、回转马达16、以及行走马达15的液压油。

阀装置18具有将从液压泵17供给的液压油分配给多个液压缸10、回转马达16、以及行走马达15的多个阀。阀装置18调整供给到多个液压缸10的每一个的液压油的流量。通过调整供给到液压缸10的液压油的流量来调整作业机1的工作速度。阀装置18调整供给到回转马达16的液压油的流量。通过调整供给到回转马达16的液压油的流量来调整回转体2的回转速度。阀装置18调整供给到行走马达15的液压油的流量。通过调整供给到行走马达15的液压油的流量来调整行走体3的行驶速度。

车身位置运算装置20计算回转体2的位置数据。回转体2的位置数据包括：回转体2的位置、回转体2的姿势、以及回转体2的方位。车身位置运算装置20包括：计算回转体2的位置的位置运算器21、计算回转体2的姿势的姿势运算器22、以及计算回转体2的方位的方位运算器23。

位置运算器21计算全局坐标系中的回转体2的位置作为回转体2的位置。位置运算器21配置于回转体2。全局坐标系是以固定在地球上的原点为基准的坐标系。全局坐标系是由GNSS(Global Navigation Satellite System)规定的坐标系。GNSS是指全球导航卫星系统。作为全球导航卫星系统，例示有GPS(Global Positioning System，全球定位系统)。GNSS具有多个定位卫星。GNSS检测由纬度、经度以及高度的坐标数据规定的位置。在回转体2上设有GPS天线。GPS天线从GPS卫星接收电波，并将基于接收到的电波生成的信号输出到位置运算器21。位置运算器21基于从GPS天线供给的信号计算全局坐标系中的回转体2的位置。位置运算器21计算例如如图3所示那样的回转体2的代表点O的位置。在图3所示的示例中，回转体2的代表点O设定在回转轴RX。此外，代表点O也可以设定在动臂轴AX1。

姿势运算器22计算全局坐标系中回转体2相对于水平面的倾斜角度作为回转体2的姿势。姿势运算器22配置于回转体2。姿势运算器22包括惯性测量装置(IMU：InertialMeasurement Unit)。回转体2相对于水平面的倾斜角度包括：表示车宽方向上的回转体2的倾斜角度的滚转角度(Roll Angle)α、以及表示前后方向上的回转体2的倾斜角度的俯仰角度β。

方位运算器23计算全局坐标系中回转体2相对于基准方位的方位作为回转体2的方位。基准方位例如是北。方位运算器23配置于回转体2。方位运算器23包括陀螺仪传感器。此外，方位运算器23也可以基于从GPS天线供给的信号计算方位。回转体2相对于基准方位的方位包括：表示基准方位与回转体2的方位所形成的角度的横摆角度γ。

角度检测装置30检测作业机1的角度θ。角度检测装置30配置于作业机1。如图3及图4所示，作业机1的角度θ包括：表示相对于Z轴的动臂6的角度的动臂角度θ1、表示相对于动臂6的斗杆7的角度的斗杆角度θ2、表示相对于斗杆7的在铲斗旋转方向上的铲斗8的角度的铲斗角度θ3、以及表示相对于XY平面的侧倾旋转方向上的铲斗8的角度的侧倾角度θ4。

角度检测装置30包括：检测动臂角度θ1的动臂角度检测器31、检测斗杆角度θ2的斗杆角度检测器32、检测铲斗角度θ3的铲斗角度检测器33、以及检测侧倾角度θ4的侧倾角度检测器34。角度检测装置30还可以包括检测液压缸10的行程的行程传感器，也可以包括回转式编码器那样的检测作业机1的角度θ的角度传感器。在角度检测装置30包括行程传感器的情况下，角度检测装置30基于行程传感器的检测数据计算作业机1的角度θ。

为了驱动液压缸10、回转马达16、以及行走马达15，操作装置40被驾驶员操作。操作装置40配置在驾驶室4内。作业机1通过由驾驶员对操作装置40进行操作而工作。操作装置40包括被液压挖掘机100的驾驶员操作的杆。操作装置40的杆包括：右操作杆41、左操作杆42、以及侧倾操作杆43。

将位于空档位置的右操作杆41向前方操作，则动臂6进行下降动作，向后方操作，则动臂6进行上升动作。将位于空档位置的右操作杆41向右边操作，则铲斗8进行倾卸动作，向左方操作，则铲斗8进行挖掘动作。

将位于空档位置的左操作杆42向前方操作，则斗杆7进行倾卸动作，向后方操作，则斗杆7进行挖掘动作。将位于空档位置的左操作杆42向右边操作，则回转体2向右回转，向左方操作，则回转体2向左回转。

操作侧倾操作杆43，则铲斗8侧倾旋转。

此外，操作装置40包括未图示的行驶杆。通过操作行驶杆，能够切换行走体3的前进或后退。通过操作行驶杆，能够调整行走体3的行驶速度。

显示装置80将显示数据进行显示。显示装置80配置在驾驶室4内。作为显示装置80例示有：液晶显示器(LCD：Liquid Crystal Display)或有机EL显示器(OLED：OrganicElectroluminescence Display)那样的平板显示器。

为了将输入数据输入到控制装置50，输入装置90通过驾驶员而被操作。输入装置90配置在驾驶室4内。作为输入装置90，例示有：计算机用键盘、鼠标、触摸面板、操作开关、以及操作按钮那样的由驾驶员的手操作的接触式输入装置。此外，输入装置90也可以是由管理者的声音操作的声音输入装置。

控制装置

图5是表示本实施方式涉及的控制装置50的一个示例的功能框图。控制装置50包括：车身位置数据取得部51、角度数据取得部52、操作数据取得部53、输入数据取得部54、目标施工数据取得部55、铲斗位置数据计算部56、决定部57、存储部60、作业机控制部61、以及显示控制部62。

车身位置数据取得部51从车身位置运算装置20取得回转体2的位置数据。回转体2的位置数据包括：回转体2的位置、回转体2的姿势、以及回转体2的方位。

角度数据取得部52从角度检测装置30取得表示作业机1的角度θ的角度数据。作业机1的角度数据包括：动臂角度θ1、斗杆角度θ2、铲斗角度θ3、以及侧倾角度θ4。

操作数据取得部53取得通过对操作装置40进行操作而生成的操作数据。操作装置40的操作数据包括操作装置40被操作的量。操作装置40设置有检测杆被操作的量的操作量传感器。操作数据取得部53从操作装置40的操作量传感器取得操作装置40的操作数据。操作数据包括：为了使作业机1工作而生成出的操作数据、为了使回转体2回转而生成的操作数据、以及为了使行走体3行驶而生成的操作数据。

输入数据取得部54取得通过操作输入装置90而生成的输入数据。

目标施工数据取得部55取得表示施工对象的目标形状的目标施工数据CS。目标施工数据CS表示由液压挖掘机100施工后的三维的目标形状。在本实施方式中，目标施工数据CS规定在车身坐标系中。此外，目标施工数据CS也可以规定在全局坐标系中。在本实施方式中，通过目标施工数据供给装置70生成目标施工数据CS。目标施工数据取得部55从目标施工数据供给装置70取得目标施工数据。目标施工数据供给装置70可以设置在远离液压挖掘机100的位置。在目标施工数据供给装置70生成出的目标施工数据CS可以经由通信系统发送至控制装置50。另外，由目标施工数据供给装置70生成出的目标施工数据也可以存储在存储部60。目标施工数据取得部55可以从存储部60取得目标施工数据CS。目标施工数据CS规定在车身坐标系中。

铲斗位置数据计算部56计算设置在铲斗8的规定点RP的位置数据。铲斗位置数据计算部56基于由车身位置数据取得部51取得的回转体2的位置数据、由角度数据取得部52取得的作业机1的角度数据、以及存储在存储部60的作业机数据，计算设定在铲斗8的规定点RP的位置数据。

如图3及图4所示，作业机数据包括：动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3、侧倾长度L4、以及铲斗宽度L5。动臂长度L1为动臂轴AX1与斗杆轴AX2之间的距离。斗杆长度L2为斗杆轴AX2与铲斗轴AX3之间的距离。铲斗长度L3为铲斗轴AX3与铲斗8的齿尖9之间的距离。侧倾长度L4为铲斗轴AX3与侧倾轴AX4之间的距离。铲斗宽度L5为铲斗8的宽度方向上的尺寸。作业机数据包括表示铲斗8的形状及尺寸的铲斗外形数据。铲斗外形数据包括铲斗8的外表面数据，铲斗8的外表面数据包括铲斗8的外表面的轮廓。铲斗外形数据包括以铲斗8的规定部位为基准的铲斗8的多个规定点RP的坐标数据。

铲斗位置数据计算部56计算多个规定点RP各自相对于回转体2的代表点O的相对位置。此外，铲斗位置数据计算部56计算多个规定点RP各自的绝对位置。

铲斗位置数据计算部56能够基于作业机数据和作业机角度数据，计算多个规定点RP各自相对于代表点O的相对位置，作业机数据包括动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3、侧倾长度L4、以及铲斗外形数据，作业机角度数据包括动臂角度θ1、斗杆角度θ2、铲斗角度θ3、以及侧倾角度θ4。如图3所示，代表点O设定在回转体2的回转轴RX。此外，代表点O也可以设定在动臂轴AX1上。

铲斗位置数据计算部56基于由车身位置运算装置20计算出的回转体2的绝对位置、以及代表点O与铲斗8之间的相对位置，能够计算铲斗8的绝对位置。回转体2的绝对位置与代表点O之间的相对位置是从液压挖掘机100的规格数据导出的已知数据。铲斗位置数据计算部56基于包括回转体2的绝对位置的位置数据、代表点O与铲斗8之间的相对位置、作业机数据、以及作业机角度数据，能够计算铲斗8的多个规定点RP各自的绝对位置。

决定部57从由目标施工数据取得部55取得的目标施工数据CS和由铲斗位置数据计算部56取得的规定点RP的位置数据，决定在铲斗8的控制中使用的控制对象面Fc。

图6是用来说明本实施方式涉及的决定部57的处理的一个示例的示意图。如图6所示，目标施工数据CS包括多个设计面F。设计面F表示施工对象的目标形状。

决定部57从目标施工数据CS的多个设计面F决定在铲斗8的控制中使用的控制对象面Fc。此外，决定部57从目标施工数据CS的多个设计面F决定在铲斗8的控制中不使用的非控制对象面Fn。在本实施方式中，铲斗8的控制至少包括铲斗8的侧倾轴AX4的控制。铲斗8的侧倾轴AX4的控制包括对表示侧倾旋转方向上的铲斗8的角度(位置)的侧倾角度θ4、侧倾旋转方向上的铲斗8的旋转速度、以及侧倾旋转方向上的铲斗8的旋转加速度中的至少一个的控制。

此外，铲斗8的控制也可以包括铲斗8的铲斗轴AX3的控制。铲斗8的铲斗轴AX3控制包括对表示铲斗旋转方向上的铲斗8的角度(位置)的铲斗角度θ3、铲斗旋转方向上的铲斗8的旋转速度、以及铲斗旋转方向上的铲斗8的旋转加速度中的至少一个的控制。

铲斗8基于控制对象面Fc控制侧倾轴AX4。决定部57从目标施工数据的多个设计面F决定在铲斗8的侧倾轴AX4的控制中使用的控制对象面Fc。此外，决定部57从目标施工数据的多个设计面F决定在铲斗8的侧倾轴的控制中不使用的非控制对象面Fn。在铲斗8的侧倾轴AX4的控制中使用的控制对象面Fc由目标施工数据CS的多个设计面F中的与铲斗8之间的距离最短的设计面F决定。在本实施方式中，包括多个设计面F的目标施工数据CS规定在车身坐标系中。铲斗8(规定点RP)的位置数据也规定在车身坐标系中。决定部57决定目标施工数据CS中的由铲斗位置数据计算部56计算出的与铲斗8之间的距离(垂直距离)最短的点AP。决定部57将包括点AP的设计面F决定为与铲斗8之间的距离最短的控制对象面Fc。

在铲斗8的侧倾轴AX4的控制中不使用的非控制对象面Fn在控制对象面Fc的周围的至少一部分配置。控制对象面Fc与非控制对象面Fn邻接。控制对象面Fc与铲斗8之间的距离比非控制对象面Fn与铲斗8之间的距离短。

此外，决定部57决定通过点AP及铲斗8且与铲斗轴AX3正交的作业机工作平面WP。作业机工作平面WP是铲斗8通过动臂缸11、斗杆缸12、以及铲斗缸13中的至少一个的动作而移动的工作平面，在车身坐标系中与XZ平面平行。

此外，决定部57决定作业机工作平面WP与目标施工数据CS之间的交线即线LX。此外，决定部57决定通过点AP且在目标施工数据CS中与线LX交叉的线LY。

决定部57判定基于由目标施工数据取得部55取得的目标施工数据CS和由铲斗位置数据计算部56取得的规定点RP的位置数据而决定出的控制对象面Fc是否已从上一次的控制对象面Fb被切换。在控制对象面Fc与上一次的控制对象面Fb相同的情况下，将控制对象面Fc维持为上一次的控制对象面Fb。

决定部57在控制对象面Fc已从上一次的控制对象面Fb被切换时，基于操作数据取得部53取得的操作数据，判定是否维持作业机1的特定操作。在维持作业机1的特定操作的情况下，将控制对象面Fc维持为上一次的控制对象面Fb。在不维持特定操作的情况下，维持基于目标施工数据CS和规定点RP的位置数据的控制对象面Fc。

作业机控制部61基于由决定部57决定出的控制对象面Fc控制铲斗8的侧倾轴AX4，以使铲斗8不会挖入设计面F。此外，作业机控制部61基于由决定部57决定出的控制对象面Fc控制铲斗8的铲斗轴AX3，以使铲斗8不会挖入设计面F。此外，作业机控制部61控制动臂6，以使铲斗8不会挖入设计面F。即，作业机控制部61执行至少包括侧倾轴AX4的控制的作业机1的控制，以使铲斗8追随控制对象面Fc。

作业机控制部61使动臂6及斗杆7沿线LX移动、或使铲斗8铲斗旋转。此外，作业机控制部61使铲斗8沿线LY侧倾旋转。作业机控制部61以维持侧倾旋转方向上的铲斗8与控制对象面Fc的线LY之间的相对角度的方式控制铲斗8的侧倾轴AX4。

显示控制部62使显示装置80显示显示数据。显示控制部62使显示装置80以不同的显示方式显示由决定部57决定出的控制对象面Fc和控制对象面Fc以外的面。显示控制部62使显示装置80以不同的显示方式显示由决定部57决定出的控制对象面Fc和非控制对象面Fn。

控制方法

图7是表示本实施方式所涉及的液压挖掘机100的控制方法的一个示例的流程图。

目标施工数据取得部55取得目标施工数据CS(步骤S10)。

车身位置数据取得部51从车身位置运算装置20取得回转体2的位置数据。角度数据取得部52从角度检测装置30取得作业机1的角度数据。铲斗位置数据计算部56基于回转体2的位置数据、作业机1的角度数据、以及存储在存储部60的作业机数据，计算铲斗8(规定点RP)的位置。

目标施工数据CS包括第一设计面F1和邻接第一设计面F1的第二设计面F2。第一设计面F1的坡度与第二设计面F2的坡度不同。决定部57基于铲斗8的位置数据和目标施工数据CS，计算铲斗8与第一设计面F1之间的距离d1和铲斗8与第二设计面F2之间的距离d2(步骤S20)。

在本实施方式中，距离d1和距离d2规定在车身坐标系中。

此外，距离d1和距离d2也可以规定在全局坐标系中。

决定部57基于铲斗8与第一设计面F1之间的距离d1和铲斗8与第二设计面F2之间的距离d2，从第一设计面F1和第二设计面F2决定控制对象面Fc(步骤S30)。

在下面的说明中，作为一个示例，距离d1比距离d2短，将第一设计面F1决定为控制对象面Fc，将邻接第一设计面F1的第二设计面F2决定为非控制对象面Fn。

图8是用来说明本实施方式涉及的液压挖掘机100的动作的一个示例的俯视图。图9是用来说明本实施方式涉及的液压挖掘机100的动作的一个示例的立体图。如图8及图9所示，驾驶员对操作装置40进行操作，以使侧倾轴AX4被控制的铲斗8从第一设计面F1的第一位置P1经由第二位置P2移动到第三位置P3。第一位置P1是远离回转体2的第一设计面F1的位置。第二位置P2是比第一位置P1靠近回转体2的第一设计面F1的位置。第三位置P3是比第二位置P2靠近回转体2的第一设计面F1的位置。

第一设计面F1是相对于XY平面倾斜的法面。驾驶员通过对操作装置40进行操作而至少驱动斗杆7，以使侧倾轴AX4被控制的铲斗8靠近回转体2，从而能够在施工对象上形成法面。

此外，如图8及图9所示，在车宽方向上的回转体2的中心的位置与第一设计面F1的中心的位置不同的情况下，驾驶员也可以对操作装置40进行操作而使回转体2回转的同时使作业机1工作，以使铲斗8不会挖入第一设计面F1。

决定部57判定控制对象面Fc是否已切换。即，决定部57基于铲斗8与第一设计面F1之间的距离d1和铲斗8与第二设计面F2之间的距离d2，判定控制对象面Fc是否已从第一设计面F1切换到第二设计面F2(步骤S40)。

在步骤S40，在判定为控制对象面Fc已从第一设计面F1切换到第二设计面F2的情况下(步骤S40：“是”)，进入步骤S50。

在步骤S40，在判定为控制对象面Fc没有从第一设计面F1切换到第二设计面F2的情况下(步骤S40：“否”)，即在控制对象面Fc维持为第一设计面F1的情况下，进入步骤S70。

操作装置40的操作数据由操作数据取得部53取得。决定部57基于由操作数据取得部53取得的操作数据，判定是否维持特定操作(步骤S50)。

在本实施方式中，特定操作是驱动斗杆7以使铲斗8从第一位置P1移动到第三位置P3的操作。决定部57判定是否继续用来驱动斗杆7的操作装置40(左操作杆42)的操作。

在步骤S50，在判定为维持特定操作的情况下(步骤S50：“是”)，决定部57在维持特定操作的期间内，不将控制对象面Fc切换为第二设计面F2，维持为第一设计面F1(步骤S60)。

在步骤S50，在判定为不维持特定操作的情况下(步骤S50：“否”)，决定部57将第一设计面F1和第二设计面F2中的与铲斗8之间的距离短的设计面F决定为控制对象面Fc，进入步骤S70。

例如，在铲斗8从第一位置P1朝向第三位置P3移动的过程中，如果驾驶员停止了对用来操作斗杆7的操作装置40(左操作杆42)进行操作，且在驾驶员停止斗杆7的操作的时刻的第一设计面F1和第二设计面F2中的与铲斗8之间的距离短的设计面F是第一设计面F1的情况下，作业机控制部61控制铲斗8的侧倾轴AX4，以使铲斗8的齿尖9与第一设计面F1平行。另一方面，在驾驶员停止斗杆7的操作的时刻的第一设计面F1和第二设计面F2中的与铲斗8之间的距离短的设计面F是第二设计面F2的情况下，作业机控制部61控制铲斗8的侧倾轴AX4，以使铲斗8的齿尖9与第二设计面F2平行。

显示控制部62使显示装置80以不同的显示方式显示由决定部57决定出的控制对象面Fc和控制对象面Fc以外的面(步骤S70)。

作业机控制部61基于由决定部57决定出的控制对象面Fc即第一设计面F1，控制铲斗8的侧倾轴AX4，以使铲斗8的齿尖9与第一设计面F1平行(步骤S80)。

图10是用来说明本实施方式涉及的液压挖掘机100的动作的一个示例的示意图。图10表示铲斗8分别移动到第一位置P1、第二位置P2、以及第三位置P3时的铲斗8的齿尖9与第一设计面F1的相对角度。

如图10所示，在第一位置P1和第二位置P2，第一设计面F1和第二设计面F2中的与铲斗8之间的距离短的设计面F均为第一设计面F1。因此，决定部57将第一设计面F1和第二设计面F2中的与铲斗8之间的距离短的第一设计面F1决定为控制对象面Fc。

如图10所示，存在例如在第三位置P3，与铲斗8之间的距离短的设计面F从第一设计面F1变化为第二设计面F2的情况。在本实施方式中，在决定了控制对象面Fc为第一设计面F1的情况下，即使与铲斗8之间的距离短的设计面F从第一设计面F1变化为第二设计面F2，在维持特定操作(驱动斗杆7的操作)的期间内，决定部57也将控制对象面Fc维持为第一设计面F1，作业机控制部61基于控制对象面Fc控制铲斗8的侧倾轴AX4。即，在决定了控制对象面Fc为第一设计面F1的情况下，即使与铲斗8之间的距离短的设计面从第一设计面F1变化为第二设计面F2，在维持特定操作(驱动斗杆7的操作)的期间内，作业机控制部61以维持侧倾旋转方向上的铲斗8与控制对象面Fc(第一设计面F1)之间的相对角度的方式控制铲斗8的侧倾轴AX4。

图11是表示本实施方式涉及的显示装置80的显示示例的示意图。如图11所示，显示控制部62基于目标施工数据CS，使显示装置80显示第一设计面F1和邻接第一设计面F1的第二设计面F2。在本实施方式中，第一设计面F1的坡度和第二设计面F2的坡度不同。如图11所示，由第一设计面F1和第二设计面F2形成沟(谷)。第一设计面F1和第二设计面F2均为平坦。由第一设计面F1与第二设计面F2形成字母“V”形状的沟。

显示控制部62使显示装置80以不同的显示方式显示控制对象面Fc和非控制对象面Fn。在将第一设计面F1决定为控制对象面Fc，并将第二设计面F2决定为非控制对象面Fn的情况下，显示控制部62使显示装置80以不同的显示方式显示第一设计面F1和第二设计面F2。在图11所示的示例中，显示控制部62将标示为控制对象面Fc即第一设计面F1的图形数据81显示到第一设计面F1的附近。在非控制对象面Fn即第二设计面F2的附近不显示图形数据81。驾驶员通过观察显示装置80，能够通过视觉认识第一设计面F1和第二设计面F2的哪一个是控制对象面Fc。

驾驶员观察显示装置80的同时对操作装置40进行操作，以使铲斗8靠近控制对象面Fc即第一设计面F1，也就是说，使铲斗8与第一设计面F1相向(正对)。驾驶员通过对操作装置40进行操作而驱动作业机1或使回转体2回转，能够使铲斗8靠近控制对象面Fc即第一设计面F1。由于以与第二设计面F2不同显示方式显示控制对象面Fc即第一设计面F1，因此驾驶员能够观察显示装置80的同时短时间内顺利地使铲斗8靠近第一设计面F1。

此外，只要是使显示装置80以不同的显示方式显示控制对象面Fc和非控制对象面Fn即可。例如也可以是将控制对象面Fc以第一颜色(例如红色)显示，将非控制对象面Fn以与第一颜色不同的第二颜色(例如黄色)显示。例如也可以是将控制对象面Fc以间歇性地点亮(闪烁)的方式显示，将非控制对象面Fn以连续点亮的方式显示。

操作员对操作装置40进行操作而至少驱动斗杆7，以使铲斗8沿第二设计面F2移动。此外，操作员也可以对操作装置40进行操作而驱动动臂6，还可以驱动斗杆7及动臂6双方。

即，在将第二设计面F2决定为控制对象面Fc，并将第一设计面F1决定为非控制对象面Fn的情况下，显示控制部62将例如标示为控制对象面Fc即第二设计面F2的图形数据81显示到第二设计面F2的附近。

效果

如以上说明的那样，根据本实施方式，基于铲斗8与第一设计面F1之间的距离d1和铲斗8与第二设计面F2之间的距离d2，从第一设计面F1和第二设计面F2决定控制对象面Fc。显示控制部62使显示装置80以不同的显示方式显示控制对象面Fc和控制对象面Fc以外的面。由此，驾驶员能够通过视觉认识第一设计面F1和第二设计面F2的哪一个是控制对象面Fc。因此，驾驶员能够观察显示装置80的同时对操作装置40进行操作，以使铲斗8靠近控制对象面Fc即第一设计面F1，也就是说，使铲斗8与第一设计面F1相向(正对)。驾驶员能够观察显示装置80的同时短时间内顺利地使铲斗8靠近第一设计面F1。由于能够缩短使铲斗8靠近第一设计面F1所需的时间，因此能够抑制液压挖掘机100的作业效率的降低。

在本实施方式中，基于操作装置40的操作数据判定是否维持特定操作，在维持特定操作的期间内，在维持控制对象面Fc的状态下控制侧倾轴AX4。例如在决定了控制对象面Fc为第一设计面F1的情况下，即使与铲斗8之间的距离短的设计面从第一设计面F1变化为第二设计面F2，在维持特定操作的期间内，维持控制对象面Fc为第一设计面F1。由此，能够抑制与驾驶员的想法相反的铲斗8的侧倾旋转。即，驾驶员有基于第一设计面F1对施工对象进行施工的想法，基于第一设计面F1为了将侧倾轴AX4被控制的铲斗8从第一位置P1移动到第三位置P3而操作斗杆7，可是如果从基于第一设计面F1控制铲斗8的侧倾轴AX4的状态变化为基于第二设计面F2控制铲斗8的侧倾轴AX4的状态，则存在铲斗8大幅挖入设计面F的可能性。在本实施方式中，在对操作装置40(左操作杆42)进行操作的期间内，作业机控制部61认定驾驶员存有基于第一设计面F1对施工对象进行施工的想法。在认定驾驶员存有基于第一设计面F1对施工对象进行施工的想法的情况下，即使铲斗8与第二设计面F2之间的距离d2变得比铲斗8与第一设计面F1之间的距离d1短，作业机控制部61也基于第一设计面F1控制铲斗8的侧倾轴AX4。由此，尊重了驾驶员的想法，能够抑制铲斗8挖入设计面F。

此外，在本实施方式中，特定操作是指驱动斗杆7的操作。特定操作也可以是驱动液压挖掘机100的行走体3的操作。例如在使侧倾轴AX4被控制的铲斗8从第一位置P1移动到第三位置P3时，存在不驱动斗杆7而使行走体3后退的情况。作业机控制部61也可以基于操作行走体3的操作装置40(行驶杆)的操作数据，判定是否维持特定操作。

第二实施方式

对第二实施方式进行说明。在下面的说明中，对与上述的实施方式相同或同样的结构要素标注相同的符号，并简化或者省略其说明。

在本实施方式中，对基于输入装置90的输入数据决定控制对象面Fc和非控制对象面Fn的示例进行说明。

图12是表示第二实施方式涉及的工程机械的控制方法的一个示例的流程图。

目标施工数据取得部55取得包括第一设计面F1和第二设计面F2的目标施工数据CS(步骤S10)。

显示控制部62使显示装置80显示包括第一设计面F1和第二设计面F2的目标施工数据CS(步骤S15)。

驾驶员观察显示装置80的同时操作输入装置90，从显示装置80所显示的第一设计面F1和第二设计面F2选择控制对象面Fc。输入数据取得部54取得通过操作输入装置90而生成的输入数据(步骤S25)。

显示控制部62也可以在显示装置80显示例如表示第一设计面F1的截面的第一线和表示第二设计面F2的截面的第二线。显示控制部62也可以在显示装置80的显示画面中，以不同的角度显示第一线和第二线。由此，驾驶员能够区别表示第一设计面F1的图像数据和表示第二设计面F2的图像数据。

决定部57基于由输入数据取得部54取得的输入数据，从第一设计面F1和第二设计面F2决定控制对象面Fc(步骤S30)。

显示控制部62使显示装置80以不同的显示方式显示第一设计面F1和第二设计面F2(步骤S35)。

作业机控制部61基于由决定部57决定出的控制对象面Fc即第一设计面F1，控制铲斗8的侧倾轴AX4，以使铲斗8的齿尖9与第一设计面F1平行(步骤S80)。

此外，只要是以驾驶员通过视觉能够区别的显示方式显示第一设计面F1和第二设计面F2即可。例如，可以是将表示第一设计面F1的图像数据以第一颜色(例如红色)显示，将表示第二设计面F2的图像数据以与第一颜色不同的第二颜色(例如黄色)显示。也可以是将表示第一设计面F1的图像数据以间歇性地点亮(闪烁)的方式显示，将表示第二设计面F2的图像数据以连续点亮的方式显示。此外，也可以使显示装置80显示表示第一设计面F1和第二设计面F2的文字数据。

在下面的说明中，作为一个示例，由驾驶员将第一设计面F1选择为控制对象面Fc，由决定部87将第一设计面F1决定为控制对象面Fc，并将邻接第一设计面F1的第二设计面F2决定为非控制对象面Fn。

车身位置数据取得部51从车身位置运算装置20取得回转体2的位置数据。角度数据取得部52从角度检测装置30取得作业机1的角度数据。铲斗位置数据计算部56基于回转体2的位置数据、作业机1的角度数据、以及存储在存储部60的作业机数据，计算铲斗8(规定点RP)的位置。

此外，操作员对操作装置40进行操作而至少驱动斗杆7，以使铲斗8沿第一设计面F1移动。此外，操作员也可以对操作装置40进行操作而驱动动臂6，还可以驱动斗杆7及动臂6的双方。

驾驶员对操作装置40进行操作，以使侧倾轴AX4被控制的铲斗8从第一位置P1移动到第三位置P3。

效果

如以上说明的那样，根据本实施方式，基于通过操作输入装置90而生成出的输入数据，从第一设计面F1和第二设计面F2决定控制对象面Fc。即，驾驶员能够由驾驶员自身决定使第一设计面F1和第二设计面F2的哪一个为控制对象面Fc。因此，驾驶员能够对操作装置40进行操作，以使铲斗8靠近控制对象面Fc即第一设计面F1，也就是说，使铲斗8与第一设计面F1相向(正对)。由于是驾驶员选择希望的控制对象面Fc，因此即使铲斗8靠近非控制对象面Fn，也能够抑制因控制对象面Fc被切换而挖入设计面F。由此，液压挖掘机100能够顺利地实施作业。此外，由于能够缩短使铲斗8靠近第一设计面F1所需的时间，因此能够抑制液压挖掘机100的作业效率的降低。

计算机系统

图13是表示本实施方式涉及的计算机系统1000的一个示例的框图。上述的控制装置50包括计算机系统1000。计算机系统1000具有：CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)那样的处理器1001、包括ROM(Read Only Memory，只读存储器)那样的非易失性存储器及RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)那样的易失性存储器的主存储器1002、存储装置1003、以及包括输入/输出电路的接口1004。上述的控制装置50的功能以程序的形式存储于存储装置1003。处理器1001从存储装置1003读取程序并在主存储器1002中加载，按照程序实施上述处理。另外，程序也可以通过网络传输至计算机系统1000。

计算机系统1000能够根据上述的实施方式执行下述处理：取得目标施工数据，该目标施工数据包括第一设计面F1和邻接第一设计面F1的第二设计面F2，且表示施工对象的目标形状；基于铲斗8与第一设计面F1之间的距离d1和铲斗8与第二设计面F2之间的距离d2，从第一设计面F1和第二设计面F2决定控制对象面Fc；基于决定出的控制对象面Fc控制铲斗8的侧倾轴AX4；以及使显示装置80以不同的显示方式显示控制对象面Fc和控制对象面Fc以外的面。

此外，计算机系统1000能够根据上述的实施方式执行下述处理：取得目标施工数据，该目标施工数据包括第一设计面F1和邻接第一设计面F1的第二设计面F2，且表示施工对象的目标形状；取得通过操作输入装置90而生成的输入数据；基于输入数据，从第一设计面F1和第二设计面F2决定控制对象面Fc；以及基于决定出的控制对象面Fc控制铲斗8的侧倾轴AX4。

其它实施方式

此外，在上述的实施方式中，工程机械100是指液压挖掘机。在上述的实施方式说明的结构要素能够应用于与液压挖掘机不同的具有作业机的工程机械。

此外，在上述的实施方式中，使回转体2回转的回转马达16也可以不是液压马达。回转马达16也可以是通过被供给电力而驱动的电动马达。此外，作业机1也可以不是由液压缸10而是由例如电动马达那样的电动致动器所产生的动力工作。

符号说明

1…作业机、2…回转体、3…行走体、3C…履带、4…驾驶室、4S…座椅、5…发动机、6…动臂、7…斗杆、8…铲斗、9…齿尖、10…液压缸、11…动臂缸、12…斗杆缸、13…铲斗缸、14…侧倾工作缸、15…行走马达、16…回转马达、17…液压泵、18…阀装置、20…车身位置运算装置、21…位置运算器、22…姿势运算器、23…方位运算器、30…角度检测装置、31…动臂角度检测器、32…斗杆角度检测器、33…铲斗角度检测器、34…侧倾角度检测器、40…操作装置、41…右操作杆、42…左操作杆、43…侧倾操作杆、50…控制装置、51…车身位置数据取得部、52…角度数据取得部、53…操作数据取得部、54…输入数据取得部、55…目标施工数据取得部、56…铲斗位置数据计算部、57…决定部、60…存储部、61…作业机控制部、62…显示控制部、70…目标施工数据供给装置、80…显示装置、90…输入装置、100…工程机械、200…控制系统、AX1…动臂轴、AX2…斗杆轴、AX3…铲斗轴、AX4…侧倾轴、F1…第一设计面、F2…第二设计面、Fc…控制对象面、Fn…非控制对象面。

Claims (8)

1.一种工程机械的控制系统，

其是具备包括斗杆和侧倾铲斗的作业机的工程机械的控制系统，特征在于，具备：

决定部，其基于所述侧倾铲斗与第一设计面之间的距离和所述侧倾铲斗与邻接所述第一设计面的第二设计面之间的距离，从所述第一设计面和所述第二设计面决定控制对象面；

作业机控制部，其基于由所述决定部决定出的所述控制对象面，控制所述侧倾铲斗的侧倾轴；以及

显示控制部，其使显示装置以不同的显示方式显示所述控制对象面和所述控制对象面以外的面。

2.根据权利要求1所述的工程机械的控制系统，其特征在于，具备：

输入数据取得部，其取得通过操作输入装置而生成的输入数据，

所述决定部基于所述输入数据，从所述第一设计面和所述第二设计面决定所述控制对象面。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的工程机械的控制系统，其特征在于，具备：

操作数据取得部，其取得通过对操作装置进行操作而生成的操作数据，所述操作装置操作所述工程机械的至少一部分，

所述作业机控制部基于所述操作数据，判定是否维持特定操作，在维持所述特定操作的期间内，在维持所述控制对象面的状态下控制所述侧倾轴。

4.根据权利要求3所述的工程机械的控制系统，其特征在于：

所述特定操作包括驱动所述斗杆的操作。

5.根据权利要求4所述的工程机械的控制系统，其特征在于：

所述特定操作包括驱动所述工程机械的行走体的操作。

6.根据权利要求3至权利要求5中任一项所述的工程机械的控制系统，其特征在于：

所述决定部将所述第一设计面和所述第二设计面中的与所述侧倾铲斗之间的距离短的设计面决定为控制对象面，

在决定了所述控制对象面为所述第一设计面的情况下，所述作业机控制部，即使与所述侧倾铲斗之间的距离短的设计面从所述第一设计面变化为所述第二设计面，在维持所述特定操作的期间内，在维持所述控制对象面为所述第一设计面的状态下控制所述侧倾轴。

7.一种工程机械的控制方法，

其是具备包括斗杆和侧倾铲斗的作业机的工程机械的控制方法，特征在于，包括：

基于所述侧倾铲斗与第一设计面之间的距离和所述侧倾铲斗与邻接所述第一设计面的第二设计面之间的距离，从所述第一设计面和所述第二设计面决定控制对象面；

基于决定出的所述控制对象面，控制所述侧倾铲斗的侧倾轴；以及

使显示装置以不同的显示方式显示所述控制对象面和所述控制对象面以外的面。

8.一种工程机械的控制方法，

其是具备包括斗杆和侧倾铲斗的作业机的工程机械的控制方法，特征在于，包括：

取得通过操作输入装置而生成的输入数据；

基于所述输入数据，从第一设计面和邻接所述第一设计面的第二设计面决定控制对象面；以及

基于决定出的所述控制对象面，控制所述侧倾铲斗的侧倾轴。

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