CN113439141B - 作业机械 - Google Patents

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Abstract

作业机械具备：作业装置，其具有动臂、斗杆及作业工具；和控制装置，其设定目标面，基于来自位置传感器及姿势传感器的信号，对作业工具‑目标面间距离进行运算，在进行斗杆的操作且作业工具‑目标面间距离变为小于规定的距离的情况下，控制动臂且执行使斗杆减速的减速控制，使得作业工具不越过目标面而挖掘地面。控制装置基于所设定的目标面和来自位置传感器及姿势传感器的信号，判断在进行斗杆的操作时是否存在作业工具侵入目标面的可能性，在判断成没有作业工具侵入目标面的可能性的情况下，即使是作业工具‑目标面间距离小于规定的距离的情况下也不执行减速控制。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及作业机械。
背景技术
在液压挖掘机等作业机械中，已知具备辅助操作员对前作业装置的操作的机械控制(以下适当记为MC)功能的作业机械(参照专利文献1)。在专利文献1中，记载了设定铲斗的前端的可动作区域的区域设定机构、和进行减速控制的区域限制挖掘控制装置，在减速控制中，基于前作业装置的位置及姿势，当从设定区域边界(目标面)到铲斗的前端的距离变为小于规定的阈值时，降低斗杆的移动速度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-311918号公报
发明内容
在专利文献1所记载的技术中，在从目标面到铲斗的前端的距离小于规定的阈值的情况下，在没设想到铲斗侵入目标面时也降低斗杆的移动速度，因此有基于作业机械进行的作业的效率降低之忧。
本发明的目的在于提高基于作业机械进行的作业的效率。
本发明的一个方案的作业机械具备：车身；多关节型的作业装置，其具有动臂、斗杆及作业工具，安装于车身；操作装置，其对车身及作业装置进行操作；位置传感器，其检测车身的位置；姿势传感器，其检测作业装置的姿势；以及控制装置，其设定目标面，基于来自位置传感器及姿势传感器的信号，对作为从作业工具到目标面的距离的作业工具-目标面间距离进行运算，在通过操作装置进行斗杆的操作且作业工具-目标面间距离变为小于规定的距离的情况下，控制动臂且执行使斗杆减速的减速控制，以使得作业工具不越过目标面而挖掘地面。控制装置基于所设定的目标面和来自位置传感器及姿势传感器的信号，判断在进行斗杆的操作时是否存在作业工具侵入目标面的可能性，在判断成没有作业工具侵入目标面的可能性的情况下，即使是作业工具-目标面间距离小于规定的距离的情况下也不执行减速控制。
发明效果
根据本发明，能够提高基于作业机械进行的作业的效率。
附图说明
图1是液压挖掘机的侧视图。
图2是将液压挖掘机的控制器与液压驱动装置一起示出的图。
图3是图2所示的液压单元的详情图。
图4是表示图1的液压挖掘机中的坐标系的图。
图5是表示液压挖掘机的控制系统的结构的图。
图6是显示装置的显示画面的一例的图。
图7是控制器的功能框图。
图8是示出表示作业装置与目标面的位置关系的各种数据的图。
图9是表示铲斗的前端如修正后的目标速度矢量Vca那样被控制时的铲斗的前端的轨迹的一例的图。
图10是表示通过第1实施方式的控制器执行的斗杆收回用的介入解除标志Fc(n)的设定处理的内容的流程图。
图11是表示通过第1实施方式的控制器执行的斗杆放出用的介入解除标志Fd(n)的设定处理的内容的流程图。
图12是说明判断成通过斗杆收回操作而针对在铲斗的行进方向设定的目标面St(-1)存在铲斗侵入的可能性的情况的图。
图13A是表示由于线段Lpb和目标面St(0)所成的角度
Figure BDA0003213049060000021
为90°以上而解除了斗杆收回减速控制的状态的图。
图13B是表示由于销-目标面间距离H2(0)为销-铲斗间距离Dpb以上而解除了斗杆收回减速控制的状态的图。
图14是表示第2实施方式的液压挖掘机进行水平牵引(水平推出)的状况的图。
图15A是表示在第1实施方式的液压挖掘机中进行了斗杆收回操作(最大操作)时的目标先导压与角度
Figure BDA0003213049060000031
的关系的图。
图15B是表示在第1实施方式的液压挖掘机中进行了斗杆放出操作(最大操作)时的目标先导压与角度
Figure BDA0003213049060000032
的关系的图。
图16是表示通过第2实施方式的控制器执行的斗杆收回用的转变控制执行标志Fct(n)的设定处理的内容的流程图。
图17是表示通过第2实施方式的控制器执行的斗杆放出用的转变控制执行标志Fdt(n)的设定处理的内容的流程图。
图18是第2实施方式的介入解除运算部的控制框线图，示出斗杆收回转变压力的运算。
图19A是表示斗杆收回角度比率表的图。
图19B是表示斗杆收回转变压力的图。
图20是第2实施方式的介入解除运算部的控制框线图，示出斗杆放出转变压力的运算。
图21A是表示斗杆放出角度比率表的图。
图21B是表示斗杆放出转变压力的图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施方式。此外，以下例示作为作业装置的前端的作业工具(附属工具)而具备铲斗10的液压挖掘机，但也可以将本发明适用于具备铲斗以外的附属工具的作业机械。而且，只要具备具有动臂、斗杆及作业工具的多关节型的作业装置，则也能够适用于液压挖掘机以外的作业机械。
另外，在本稿中，关于与表示某形状的术语(例如，目标面、设计面等)一起使用的“上”、“上方”或“下方”的词语的意思，设为“上”表示该某形状的“表面”，“上方”表示比该某形状的“表面高的位置”，“下方”表示比该某形状的“表面低的位置”。另外，在以下的说明中，在存在多个相同的结构要素的情况下，有时在附图标记(数字)的末尾附带字母，有时省略该字母而将该多个结构要素统一表述。例如，在存在三个泵300a、300b、300c时，有时将它们统一表述为泵300。
＜第1实施方式＞
-液压挖掘机的整体结构-
图1是本发明的实施方式的液压挖掘机的侧视图，图2是将本发明的实施方式的液压挖掘机的控制器与液压驱动装置一起示出的图，图3是图2所示的液压单元160的详情图。
如图1所示，液压挖掘机101具备车身1B和安装于车身1B的多关节型的前作业装置(以下仅记为作业装置)1A。车身1B具有通过左右的行驶液压马达3a、3b(参照图2)而行驶的下部行驶体11、和安装于下部行驶体11之上且通过旋转液压马达4(参照图2)而旋转的上部旋转体12。
作业装置1A将沿垂直方向分别转动的多个被驱动部件(动臂8、斗杆9及铲斗10)串联连结。动臂8的基端部在上部旋转体12的前部经由动臂销91以能够转动的方式被支承。在动臂8的前端部经由斗杆销92以能够转动的方式连结有斗杆9，在斗杆9的前端部经由铲斗销93以能够转动的方式连结有作为作业工具的铲斗10。动臂8通过作为执行机构的液压缸(以下也记为动臂缸5)而驱动，斗杆9通过作为执行机构的液压缸(以下也记为斗杆缸6)而驱动，铲斗10通过作为执行机构的液压缸(以下也记为铲斗缸7)而驱动。
在动臂销91安装有动臂角度传感器30，在斗杆销92安装有斗杆角度传感器31，在铲斗连杆13安装有铲斗角度传感器32，使得能够测量动臂8、斗杆9、铲斗10的转动角度α、β、γ(参照图4)，在上部旋转体12安装有检测上部旋转体12(车身1B)相对于基准面(例如水平面)的倾斜角θ(参照图4)的车身倾斜角度传感器33。此外，角度传感器30、31、32能够替代为可分别检测相对于基准面(水平面)的倾斜角(即对地角)的角度传感器。
在设于上部旋转体12的驾驶室16内，设置有具有行驶右杆23a(图2)且用于对行驶右液压马达3a(下部行驶体11)进行操作的操作装置48(图2)、具有行驶左杆23b(图2)且用于对行驶左液压马达3b(下部行驶体11)进行操作的操作装置49(图2)、共用操作右杆22a(图2)且用于对动臂缸5(动臂8)及铲斗缸7(铲斗10)进行操作的操作装置44、46(图2)、和共用操作左杆22b(图2)且用于对斗杆缸6(斗杆9)及旋转液压马达4(上部旋转体12)进行操作的操作装置45、47(图2)。以下，将行驶右杆23a及行驶左杆23b总称并也记为操作杆23，将操作右杆22a及操作左杆22b总称并也记为操作杆22。
在上部旋转体12搭载有作为原动机的发动机18(参照图2)。如图2所示，发动机18驱动作为液压泵的主泵2及先导泵19。主泵2是通过调节器2a控制容量的可变容量型泵，先导泵19是固定容量型泵。在本实施方式中，在先导管线144～149的中途设有梭阀块162。从操作装置44～49输出的液压信号经由该梭阀块162也输入到调节器2a。省略梭阀块162的详细结构，液压信号经由梭阀块162输入到调节器2a，主泵2的排出流量与该液压信号相应地被控制。
在先导泵19的作为排出配管的泵管线170上设有液控止回阀39。泵管线170中的液控止回阀39的下游侧分支成多个部分并分别与用于控制操作装置44～49及作业装置1A的液压单元160内的各阀连接。液控止回阀39在本例中为电磁切换阀，其电磁驱动部与配置于上部旋转体12的驾驶室16中的门锁杆(未图示)的位置检测器电连接。门锁杆的位置由位置检测器检测，从该位置检测器对液控止回阀39输入与门锁杆的位置相应的信号。若门锁杆的位置为锁定位置则液控止回阀39关闭而泵管线170被切断，若为锁定解除位置则液控止回阀39打开而泵管线170开通。也就是说，在泵管线170被切断的遮的状态下基于操作装置44～49的操作被无效化，禁止旋转、挖掘等动作。
操作装置44～49分别包括液压先导方式的一对减压阀。这些操作装置44～49以先导泵19的排出压为原压，分别产生与由操作员操作的操作杆22、23的操作量(例如，杆行程)和操作方向相应的先导压(也存在称为操作压的情况)。这样产生的先导压经由先导管线144a～149b供给到控制阀单元20内的对应的流量控制阀15a～15f的液压驱动部150a～155b，被利用为驱动这些流量控制阀15a～15f的控制信号。
从主泵2排出的液压油经由流量控制阀15a～15f而供给到动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7、旋转液压马达4、行驶右液压马达3a、行驶左液压马达3b。动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7利用所供给的液压油而伸缩，由此动臂8、斗杆9、铲斗10分别转动而铲斗10的位置及作业装置1A的姿势发生变化。旋转液压马达4利用所供给的液压油而旋转，由此上部旋转体12相对于下部行驶体11旋转。行驶右液压马达3a及行驶左液压马达3b利用所供给的液压油而旋转，由此下部行驶体11行驶。
作业装置1A的姿势能够基于图4的挖掘机基准坐标系而定义。图4是表示图1的液压挖掘机中的坐标系的图。图4的挖掘机基准坐标系是对上部旋转体12设定的坐标系，以动臂销91的中心轴为原点，在上部旋转体12中的铅垂方向设定Z轴，在水平方向设定X轴。将动臂8相对于X轴的倾斜角设为动臂角α，将斗杆9相对于动臂8的倾斜角设为斗杆角β，将铲斗10相对于斗杆9的倾斜角设为铲斗角γ。将车身1B(上部旋转体12)相对于水平面(基准面)的倾斜角、即水平面(基准面)和X轴所成的角设为车身倾斜角θ。动臂角α由动臂角度传感器30检测，斗杆角β由斗杆角度传感器31检测，铲斗角γ由铲斗角度传感器32检测，车身倾斜角θ由车身倾斜角度传感器33检测。动臂角α在使动臂8抬升至最大(最高)时(动臂缸5为抬升方向的行程末端时，也就是说动臂缸长最长时)最小，在将动臂8下降至最小(最低)时(动臂缸5为下降方向的行程末端时，也就是说动臂缸长最短时)最大。斗杆角β在斗杆缸长最短时最小，在斗杆缸长最长时最大。铲斗角γ在铲斗缸长最短时(图4时)最小，在铲斗缸长最长时最大。
若将从连结上部旋转体12与动臂8的动臂销91的中心位置到连结动臂8与斗杆9的斗杆销92的中心位置的长度设为L1，将从斗杆销92的中心位置到连结斗杆9与铲斗10的铲斗销93的中心位置的长度设为L2，将铲斗销93的中心位置到铲斗10的前端部(例如，铲斗10的齿尖)的长度设为L3，则挖掘机基准坐标中的铲斗10的前端部的位置(以下记为前端位置Pb)能够将Xbk设为X方向位置，将Zbk设为Z方向位置，用以下的式(1)、(2)表示。
Xbk＝L1cos(α)+L2cos(α+β)+L3cos(α+β+γ)…式(1)
Zbk＝L1sin(α)+L2sin(α+β)+L3sin(α+β+γ)…式(2)
同样地，挖掘机基准坐标中的斗杆销92的中心位置Pp能够将Xp设为X方向位置，将Zp设为Z方向位置，用以下的式(3)、(4)表示。
Xp＝L1cos(α)…式(3)
Zp＝L1sin(α)…式(4)
另外，液压挖掘机101如图4所示，在上部旋转体12具备一对GNSS(GlobalNavigation Sattelite System：全球导航卫星系统)天线14(14A、14B)。基于来自GNSS天线14的信息，能够计算出全球坐标系中的液压挖掘机101的车身1B的位置及铲斗10的位置。也就是说，GNSS天线14作为检测车身1B的位置的位置传感器而发挥功能。
参照图5，对进行机械指引(Machine Guidance：MG)及机械控制(MachineControl：MC)的控制系统21进行说明。图5是表示液压挖掘机101的控制系统21的结构的图。如图5所示，控制系统21具有控制器40、与控制器40连接且向控制器40输出信号的姿势检测装置50、目标面设定装置51、GNSS天线14及操作员操作检测装置52a、与控制器40连接且基于来自控制器40的信号而被控制的显示装置53a及液压单元160。
在本控制系统21中，执行在操作装置44、45、46中的至少一个被操作时遵照预先设定的条件使作业装置1A动作的MC。MC中的液压执行机构(5、6、7)的控制通过对相符的流量控制阀15a、15b、15c强制性输出控制信号(例如，使动臂缸5伸长而强制性进行动臂抬升动作)而进行。作为在本控制系统21中执行的MC，包含以操作装置45进行斗杆操作时执行的“平整控制(区域限制控制)”、和不进行斗杆操作地进行动臂下降操作时执行的“停止控制”。
平整控制(区域限制控制)是以作业装置1A位于规定的目标面St(参照图4及图9)上或其上方的方式控制液压执行机构5、6、7中的至少一个的MC。在平整控制中，以利用斗杆操作使铲斗10的前端部沿着目标面St移动的方式，控制作业装置1A的动作。具体地说，控制器40在进行斗杆操作时，以铲斗10的前端部(作业装置1A的前端部)在与目标面St垂直的方向上的速度矢量成为零的方式进行动臂抬升或动臂下降的微动的指令。此外，平整控制(区域限制控制)在利用未图示的控制模式切换开关等设定了平整控制模式、且铲斗10与目标面St之间的距离H1变为小于预先设定的规定的距离的情况下进行。
停止控制是停止动臂下降动作以避免铲斗10的前端部比目标面St向下方侵入的MC。在停止控制中，控制器40在动臂下降操作中，随着铲斗10的前端部接近目标面St而使动臂下降动作逐渐减速。
此外，在本实施方式中，将MC时的作业装置1A的控制点设定于液压挖掘机101的铲斗10的齿尖，但控制点只要是作业装置1A的前端部分的点则也可以变更为铲斗10的齿尖以外的部分。例如，可以将铲斗10的底面或铲斗连杆13的最外部设定为控制点。另外，也可以采用将铲斗10上的距目标面St距离最近的点适当设为控制点的结构。在MC中，具有在操作装置44、45、46的非操作时利用控制器40控制作业装置1A的动作的“自动控制”、和仅在操作装置44、45、46的操作时利用控制器控制作业装置1A的动作的“半自动控制”。此外，由于基于控制器40的控制介入到操作员操作，所以MC也称为“介入控制”。
另外，作为本控制系统21中的作业装置1A的MG，例如如图6所示，进行在显示装置53a上显示目标面St与作业装置1A(例如，铲斗10)的位置关系的处理。
如图5所示，控制系统21具备姿势检测装置50、目标面设定装置51、GNSS天线14、操作员操作检测装置52a、显示装置53a、具有多个电磁比例阀(电磁减压阀)的液压单元160、和掌控MG及MC的控制器(控制装置)40。
姿势检测装置50具有安装于动臂8的动臂角度传感器30、安装于斗杆9的斗杆角度传感器31、安装于铲斗10的铲斗角度传感器32及安装于车身1B的车身倾斜角度传感器33。这些角度传感器(30、31、32、33)获取与作业装置1A的姿势相关的信息，并输出与该信息相应的信号。即，角度传感器(30、31、32、33)作为检测作业装置1A的姿势的姿势传感器而发挥功能。例如，对于角度传感器30、31、32，能够采用作为与姿势相关的信息而获取动臂角、斗杆角及铲斗角、并输出与所获取到的角度相应的信号(电压)的电位器。另外，对于车身倾斜角度传感器33，能够采用作为与姿势相关的信息而获取正交三轴的角速度及加速度、并基于该信息运算出倾斜角θ且将表示倾斜角θ的信号输出到控制器40的IMU(InertialMeasurement Unit：惯性测量装置)。此外，倾斜角θ的运算也可以由控制器40基于IMU的输出信号而进行。
目标面设定装置51是能够将与目标面St相关的信息(一个目标面或多个目标面的位置信息、目标面相对于基准面(水平面)的倾斜角度的信息等)输入到控制器40的装置。目标面设定装置51与保存有在全球坐标系(绝对坐标系)上规定的目标面的三维数据的外部终端(未图示)连接。此外，目标面的经由目标面设定装置51的输入也可以由操作员手动进行。
操作员操作检测装置52a具有获取根据由操作员对操作杆22a、22b(操作装置44、45、46)的操作而在先导管线144、145、146产生的操作压(第1控制信号)的压力传感器70a、70b、71a、71b、72a、72b(参照图3)。即，操作员操作检测装置52a检测针对作业装置1A所涉及的液压缸5、6、7的操作。
如图3所示，压力传感器70a、70b是设于动臂8用的操作装置44的先导管线144a、144b且检测作为操作杆22a的操作量的先导压(第1控制信号)的操作传感器。压力传感器71a、71b是设于斗杆9用的先导管线145a、145b且检测作为操作杆22b的操作量的先导压(第1控制信号)的操作传感器。压力传感器72a、72b是设于铲斗10用的先导管线146a、146b且检测作为操作杆22a的操作量的先导压(第1控制信号)的操作传感器。
图6是显示装置53a的显示画面的一例的图。如图6所示，显示装置53a基于来自控制器40的显示控制信号，将各种显示图像显示到显示画面。显示装置53a例如是触摸面板式的液晶监控器，设置于驾驶室16内。控制器40能够在显示装置53a的显示画面上显示表示目标面St与作业装置1A(例如，铲斗10)的位置关系的显示图像。在图示例中，显示有表示目标面St及铲斗10的图像、作为目标面距离的从目标面St到铲斗10的前端部的距离。
如图3所示，作业装置控制用的液压单元160具备：电磁比例阀54a，其一次端口侧经由泵管线170与先导泵19连接，将来自先导泵19的先导压减压后输出；梭形滑阀82a，其与动臂8用的操作装置44的先导管线144a和电磁比例阀54a的二次端口侧连接，选择先导管线144a内的先导压和从电磁比例阀54a输出的控制压(第2控制信号)中的高压侧，并引导到流量控制阀15a的液压驱动部150a；以及电磁比例阀54b，其设于动臂8用的操作装置44的先导管线144b，基于来自控制器40的控制信号将先导管线144b内的先导压(第1控制信号)降低之后输出到流量控制阀15a的液压驱动部150b。
另外，液压单元160具备：电磁比例阀55a，其设于先导管线145a，基于来自控制器40的控制信号将先导管线145a内的先导压(第1控制信号)降低之后输出到流量控制阀15b的液压驱动部151a；以及电磁比例阀55b，其设于先导管线145b，基于来自控制器40的控制信号将先导管线145b内的先导压(第1控制信号)降低之后输出到流量控制阀15b的液压驱动部151b。
而且，液压单元160还具备：电磁比例阀56a、56b，其设于先导管线146a、146b，基于来自控制器40的控制信号将先导管线146a、146b内的先导压(第1控制信号)降低之后输出；电磁比例阀56c、56d，其一次端口侧经由泵管线170与先导泵19连接，将来自先导泵19的先导压减压之后输出；以及梭形滑阀83a、83b，其与铲斗10用的操作装置46的先导管线146a、146b和电磁比例阀56c、56d的二次端口侧连接，选择先导管线146a、146b内的先导压和从电磁比例阀56c、56d输出的控制压中的高压侧，并引导到流量控制阀15c的液压驱动部152a、152b。
电磁比例阀54b、55a、55b、56a、56b在非通电时开度最大，越使来自控制器40的控制信号即电流增大则开度越小。另一方面，电磁比例阀54a、56c、56d在非通电时开度最小(例如0(零))，越使来自控制器40的控制信号即电流增大则开度越大。像这样各电磁比例阀54、55、56的开度与来自控制器40的控制信号相应。
在上述那样构成的液压单元160中，若从控制器40输出控制信号而驱动电磁比例阀54a、56c、56d，则即使在对应的操作装置44、46无操作员操作的情况下也能够产生先导压(第2控制信号)，因此能够强制性执行动臂抬升动作、铲斗铲装动作、铲斗卸载动作。另外，与此同样地若利用控制器40驱动电磁比例阀54b、55a、55b、56a、56b，则能够产生将根据操作装置44、45、46的操作员操作产生的先导压(第1控制信号)降低得到的先导压(第2控制信号)，能够从操作员操作的值强制性降低动臂下降动作、斗杆收回/放出动作、铲斗铲装/卸载动作的速度。
在本稿中，将针对流量控制阀15a～15c的控制信号中的、根据操作装置44、45、46的操作产生的先导压称为“第1控制信号”。并且，将针对流量控制阀15a～15c的控制信号中的、利用控制器40驱动电磁比例阀54b、55a、55b、56a、56b而修正(降低)第1控制信号生成的先导压和利用控制器40驱动电磁比例阀54a、56c、56d而相对于第1控制信号另行新生成的先导压称为“第2控制信号”。
第2控制信号在根据第1控制信号产生的作业装置1A的控制点(在本实施方式中为铲斗10的前端部)的速度违背规定条件时生成，且生成为产生不会违背该规定条件的作业装置1A的控制点的速度的控制信号。此外，在针对同一流量控制阀15a～15c中的一方的液压驱动部而生成第1控制信号、针对另一方的液压驱动部而生成第2控制信号的情况下，使第2控制信号优选作用于液压驱动部，利用电磁比例阀切断第1控制信号，将第2控制信号输入到该另一方的液压驱动部。因此，对于流量控制阀15a～15c中的运算出第2控制信号的流量控制阀基于第2控制信号进行控制，对于没有运算出第2控制信号的流量控制阀基于第1控制信号进行控制，对于没有产生第1及第2控制信号双方的流量控制阀不进行控制(驱动)。若如上述那样定义第1控制信号和第2控制信号，则MC也能够称为基于第2控制信号对流量控制阀15a～15c的控制。
如图5所示，控制器40具有输入接口61、作为处理器的中央处理装置(CPU)62、作为存储装置的只读存储器(ROM)63及随机存取存储器(RAM)64、和输出接口65。在输入接口61中，输入有来自作为姿势检测装置50的角度传感器30～33的信号、来自作为用于设定目标面St的装置的目标面设定装置51的信号、来自GNSS天线14的信号、和来自作为操作员操作检测装置52a的压力传感器70a、70b、71a、71b、72a、72b的信号，进行转换使得CPU62能够进行运算。ROM63是存储有包含后述处理在内用于执行MC及MG的控制程序、和执行该处理所需的各种信息等的存储介质。CPU62遵照存储于ROM63的控制程序对从输入接口61及ROM63、RAM64取入的信号进行规定的运算处理。输出接口95生成与CPU62中的运算结果相应的输出用的信号，并将该信号输出到液压单元160及显示装置53a。若在液压单元160的电磁比例阀中输入了来自控制器40的信号(励磁电流)，则电磁比例阀基于信号而工作。若在显示装置53a中输入了来自控制器40的信号(显示控制信号)，则显示装置53a基于信号将显示图像显示于显示画面。
此外，图5所示的控制器40作为存储装置而具备ROM63及RAM64等半导体存储器，但只要是存储装置就能够替代，例如也可以具备硬盘驱动器等磁存储装置。
控制器40如上述那样，利用未图示的控制模式切换开关等，设定平整控制模式，若铲斗10与目标面St之间的距离H1变为小于预先设定的规定距离，则执行平整控制(区域限制控制)。
当执行平整控制模式时，控制器40设定目标面St，基于来自GNSS天线14及角度传感器30～33的信号，对作为从铲斗10到目标面St的距离的铲斗-目标面间距离H1进行运算，在利用操作装置45进行斗杆9的操作且铲斗-目标面间距离H1变为小于规定的距离Ya的情况下，控制动臂8且执行使斗杆9减速的减速控制，使得铲斗1不会越过目标面St而挖掘地面。
在此，在铲斗-目标面间距离H1小于规定的距离Ya的情况下，若一律执行使斗杆9减速的减速控制，则在无需使斗杆9减速的情况下，例如，在根据作业装置1A的姿势及作业装置1A与目标面St的位置关系不能设想到铲斗10会侵入目标面(即铲斗10越过目标面St而挖掘地面)的情况下也执行减速控制，则有作业效率降低之忧。
因此，本实施方式的控制器40构成为基于所设定的目标面St和来自GNSS天线14及角度传感器30～33的信号，判断进行斗杆9的操作时是否存在铲斗10侵入目标面St的可能性，在判断成没有铲斗10侵入目标面St的可能性的情况下，即使是铲斗-目标面间距离H1小于规定的距离Ya的情况下，也不执行斗杆9的减速控制。以下，对控制器40的功能详细进行说明。
图7是控制器40的功能框图。控制器40通过执行存储装置中存储的程序，而作为操作量运算部43a、姿势运算部43b、目标面设定部43c、目标速度运算部43d、目标先导压运算部43e、介入解除运算部43f、阀指令运算部43g及显示控制部43h而发挥功能。目标先导压运算部43e、介入解除运算部43f及阀指令运算部43g通过控制液压单元160的电磁比例阀，作为对成为执行机构的液压缸(5、6、7)进行控制的执行机构控制部81而发挥功能。
操作量运算部43a基于来自操作员操作检测装置52a的信号(即，表示压力传感器70、71、72的检测值的信号)，计算出操作装置44、45、46(操作杆22a、22b)的操作量。根据压力传感器70a的检测值，计算出用于使动臂8进行抬升动作的操作即动臂抬升操作的操作量，根据压力传感器70b的检测值，计算出用于使动臂8进行下降动作的操作即动臂下降操作的操作量，根据压力传感器71a的检测值，计算出用于使斗杆9进行收回动作的操作即斗杆收回(斗杆拉回)操作的操作量，根据压力传感器71b的检测值，计算出用于使斗杆9进行放出动作的操作即斗杆放出(斗杆推出)操作的操作量。像这样，从压力传感器70、71、72的检测值转换得到的操作量输出到目标速度运算部43d。另外，省略了在图7中的图示，但操作量运算部43a也根据压力传感器72的检测值运算铲斗铲装/卸载的操作量，并将该运算结果输出到目标速度运算部43d。
此外，操作量的计算方法不限定于基于压力传感器70、71、72的检测结果计算出操作量的情况。例如也可以作为操作传感器而设置检测各操作装置44、45、46的操作杆的旋转变位的位置传感器(例如，旋转编码器)，基于该位置传感器的检测结果而计算出该操作杆的操作量。
目标面设定部43c基于来自目标面设定装置51的信息而设定目标面St。即，目标面设定部43c基于来自目标面设定装置51的信息对目标面St的位置信息进行运算，并将其存储到RAM64内。在本实施方式中，如图8所示，将作业装置1A在三维的目标面以移动的平面(作业装置的动作平面)切断得到的截面形状利用为目标面St(二维的目标面)。
如图7所示，姿势运算部43b基于来自姿势检测装置50的信号(与角度相关的信息)及存储装置中存储的作业装置1A的几何学信息(L1、L2、L3)，对局域坐标系(挖掘机基准坐标)中的作业装置1A的姿势、铲斗10的前端位置Pb(Xbk，Zbk)、斗杆销92的中心位置Pp(Xp，Zp)进行运算。如既述那样，铲斗10的前端位置Pb(Xbk，Zbk)能够利用式(1)及式(2)运算。另外，斗杆销92的中心位置Pp(Xp，Zp)能够利用式(3)及式(4)运算。此外，在需要全球坐标系中的作业装置1A的姿势和铲斗10的前端的位置的情况下，姿势运算部43b根据GNSS天线14的信号计算出构成车身1B的上部旋转体12在全球坐标系中的位置和姿势并将局域坐标转换成全球坐标。
而且，姿势运算部43b基于由目标面设定部43c设定的目标面St、来自GNSS天线14的信号(与车身1B的位置相关的信息)、来自姿势检测装置50的信号(与角度相关的信息)、和存储装置中存储的作业装置1A的几何学信息(L1、L2、L3)，对表示目标面St与作业装置1A的位置关系的各种数据(H1、H2、Dpb、
Figure BDA0003213049060000151
)进行运算。以下，参照图8对这些运算详细进行说明。图8是示出表示作业装置1A与目标面St的位置关系的各种数据(H1、H2、Dpb、
Figure BDA0003213049060000152
)的图。
如图8所示，姿势运算部43b基于所设定的目标面St、来自GNSS天线14及姿势检测装置50的信号、和存储装置中存储的作业装置1A的几何学信息，作为铲斗-目标面间距离H1对从铲斗10的前端位置Pb(Xbk，Zbk)到目标面St的最短距离进行运算。在本实施方式中，设定为多个目标面St相连。姿势运算部43b对全部的目标面St运算铲斗-目标面间距离H1，根据该运算结果，将距铲斗10的前端部的距离最短的目标面、即距铲斗10的前端部最近的目标面设定为最接近目标面。此外也可以是，姿势运算部43b运算作业装置1A的最大作业范围，仅对所设定的多个目标面St中的存在于最大作业范围内的目标面运算铲斗-目标面间距离H1，来设定最接近目标面。姿势运算部43b在从铲斗10的前端位置Pb向目标面St引出垂线的情况下，将该垂线的长度设定为铲斗-目标面间距离H1。姿势运算部43b在从铲斗10的前端位置Pb向目标面St引不出垂线的情况下，将连结铲斗10的前端位置Pb与目标面St的两端位置的线段中的长度短的线段的长度设定为铲斗-目标面间距离H1。
以下，为了区分各目标面而使用符号n对多个目标面St(n)进行说明。上述最接近目标面St记为St(0)(即St(n)，n＝0)。另外，将从车身1B观察时与最接近目标面St(0)相比位于进深侧的目标面也记为进深侧目标面St(n)，n是对于最接近目标面St(0)从近到远而依次增大1的1以上的正整数。也就是说，距最接近目标面St(0)最近的进深侧的目标面为进深侧目标面St(1)，第二近的进深侧的目标面为进深侧目标面St(2)。另一方面，将从车身1B观察时与最接近目标面St(0)相比处于近前侧的目标面也记为近前侧目标面St(n)，n是对于最接近目标面St(0)从近到远而依次减小1的-1以下的负整数。也就是说，距最接近目标面St(0)最近的近前侧的目标面为近前侧目标面St(-1)，第二近的近前侧的目标面为近前侧目标面St(-2)。
在图8所示的例子中，从铲斗10的前端位置Pb到最接近目标面St(0)的最短距离H1(0)相当于从铲斗10的前端位置Pb向最接近目标面St(0)引出的垂线的长度。从铲斗10的前端位置Pb到进深侧目标面St(1)的最短距离H1(1)相当于连结铲斗10的前端位置Pb与进深侧目标面St(1)的近前侧端点的线段的长度。从铲斗10的前端位置Pb到近前侧目标面St(-1)的最短距离H1(-1)相当于连结铲斗10的前端位置Pb与近前侧目标面St(-1)的进深侧端点的线段的长度。
姿势运算部43b基于所设定的目标面St、来自GNSS天线14及姿势检测装置50的信号、和存储装置中存储的作业装置1A的几何学信息，对作为从斗杆销92的中心位置Pp(Xp，Zp)到目标面St(n)的最短距离的销-目标面间距离H2(n)进行运算。姿势运算部43b在从斗杆销92的中心位置Pp向目标面St(n)引出垂线的情况下，将该垂线的长度运算为销-目标面间距离H2(n)。姿势运算部43b在从斗杆销92的中心位置Pp向目标面St(n)引不出垂线的情况下，将连结斗杆销92的中心位置Pp与目标面St(n)的两端位置的线段中的长度短的线段的长度运算为销-目标面间距离H2(n)。
在图8所示的例子中，从斗杆销92的中心位置Pp到最接近目标面St(0)的最短距离H2(0)相当于从斗杆销92的中心位置Pp向最接近目标面St(0)引出的垂线的长度。从斗杆销92的中心位置Pp到进深侧目标面St(1)的最短距离H2(1)相当于连结斗杆销92的中心位置Pp与进深侧目标面St(1)的近前侧端点的线段的长度。从斗杆销92的中心位置Pp到近前侧目标面St(-1)的最短距离H2(-1)相当于从斗杆销92的中心位置Pb向近前侧目标面St(-1)引出的垂线的长度。
姿势运算部43b基于来自姿势检测装置50的信号、和存储装置中存储的作业装置1A的几何学信息，作为销-铲斗间距离Dpb对从斗杆销92的中心位置Pp(Xp，Zp)到铲斗10的前端位置Pb(Xbk，Zbk)的最短距离(直线距离)进行运算。销-铲斗间距离Dpb相当于连结中心位置Pp与前端位置Pb的线段Lpb的长度。
姿势运算部43b基于所设定的目标面St、来自GNSS天线14及姿势检测装置50的信号、和存储装置中存储的作业装置1A的几何学信息，对连结斗杆销92的中心位置Pp(Xp，Zp)与铲斗10的前端位置Pb(Xbk，Zbk)的线段Lpb、以及该线段Lpb和目标面St(n)所成的角度
Figure BDA0003213049060000171
进行运算。以下，将线段Lpb和目标面St(n)所成的角度也仅记为角度
Figure BDA0003213049060000172
此外，在本实施方式中，角度
Figure BDA0003213049060000173
是指在如图示那样使与线段Lpb平行的直线Lp位于目标面St(n)上时，该直线Lp与该直线Lp的车身1B侧的目标面St(n)所成的角度。
如图7所示，显示控制部43h执行将表示目标面设定部43c所设定的目标面St与由姿势运算部43b运算出的铲斗10的前端部之间的位置关系的显示图像(参照图6)显示到显示装置53a的处理。
目标速度运算部43d基于姿势运算部43b中的运算结果及操作量运算部43a中的运算结果，对各液压缸5、6、7的目标速度进行运算。目标速度运算部43d在平整控制(区域限制控制)中，以不会通过作业装置1A挖掘目标面St的下侧的方式，对各液压缸5、6、7的目标速度进行运算。以下，参照图9详细进行说明。图9是表示铲斗10的前端如修正后的目标速度矢量Vca那样被控制时的、铲斗10的前端的轨迹的一例的图。在此处的说明中，如图9所示，设定Xt轴及Yt轴。Xt轴是与目标面St平行的轴，Yt轴是与目标面St正交的轴。
目标速度运算部43d基于由操作量运算部43a运算出的操作装置44、45、46的操作量，对各液压缸5、6、7的目标速度(一次目标速度)进行运算。接着，目标速度运算部43d基于各液压缸5、6、7的目标速度(一次目标速度)、由姿势运算部43b运算出的铲斗10的前端位置Pp、和ROM63中存储的作业装置1A的各部分尺寸(L1、L2、L3等)，对图9所示的铲斗10的前端部的目标速度矢量Vc进行运算。以随着铲斗10的前端部与最接近目标面St(0)的距离(目标面距离)H1接近0(零)而铲斗10的前端部的目标速度矢量Vc中的与目标面St垂直的分量Vcy(Yt轴方向的速度分量)接近0(零)的方式，对液压缸5、6、7中的所需的液压缸的一次目标速度进行修正，对二次目标速度进行运算，由此进行将铲斗10的前端部的速度矢量转换成Vca的控制(方向转换控制)。目标面距离H1为0(零)时的目标速度矢量Vca仅是与目标面St平行的分量Vcx(Xt轴方向的速度分量)。由此保持为铲斗10的前端部(控制点)位于目标面St上或其上方。
在方向转换控制中，例如，如图9所示，在利用操作装置45单独进行斗杆收回的操作时，通过使斗杆缸6伸长并且使动臂缸5伸长，而将速度矢量Vc转换为Vca。在此，若斗杆缸6以与斗杆收回的操作量(例如，最大操作量)相应的速度(例如，最大速度)驱动，则动臂缸5的伸长动作赶不上，有铲斗10的前端部越过目标面St而挖掘到目标面St的下方的土地的隐忧。因此，在本实施方式中，目标速度运算部43d对基于操作员的斗杆9的操作量运算的一次目标速度进行修正，将比一次目标速度低的二次目标速度设定为斗杆缸6的目标速度。
此外，方向转换控制存在利用动臂抬升或动臂下降与斗杆收回的组合而执行的情况、以及利用动臂抬升或动臂抬升与斗杆放出的组合而执行的情况。在任一情况下均是，在目标速度矢量Vc包含接近挖掘目标面St的向下分量(Vcy＜0)时，目标速度运算部43d对消除该向下分量的动臂抬升方向的动臂缸5的目标速度进行运算。相反地，在目标速度矢量Vc包含远离挖掘目标面St的向上分量(Vcy＞0)时，目标速度运算部43d对消除该向上分量的动臂下降方向的动臂缸5的目标速度进行运算。
此外，在利用未图示的控制模式切换开关设定了不进行平整控制(区域限制控制)的模式的情况下，目标速度运算部43d输出与操作装置44～46的操作相应的各液压缸5～7的目标速度。
如图7所示，目标先导压运算部43e基于由目标速度运算部43d运算出的各缸5、6、7的目标速度，对各液压缸5、6、7的向流量控制阀15a、15b、15c的目标先导压进行运算。
在此，针对控制斗杆缸6的动作的流量控制阀15b的目标先导压相当于，例如通过对将斗杆9的操作装置45的操作杆22b操作到最大时从操作装置45输出的先导压(第1控制信号)减压而生成的先导压(第2控制信号)的目标值。
因此，若利用目标速度运算部43d设定了比基于操作员对斗杆9的操作量(最大操作量)运算的一次目标速度低的二次目标速度，则目标先导压运算部43e设定比从操作装置45输出的先导压低的目标先导压。其结果为，电磁比例阀55根据来自后述的阀指令运算部43g的控制信号而动作，通过电磁比例阀55，从操作装置45输出的先导压(第1控制信号)减压而生成先导压(第2控制信号)。由此，斗杆9以比与操作员对操作装置45的操作量(例如，最大操作量)相应的速度低的速度动作。也就是说，在本实施方式的控制器40中，在规定条件成立的情况下，能够执行介入操作员的操作而使斗杆9减速的减速控制。
介入解除运算部43f决定是否将斗杆9的减速控制介入到操作员的操作而执行。换言之，介入解除运算部43f决定是否解除介入到操作员对斗杆9的操作装置45的操作而进行的斗杆9的减速控制。介入解除运算部43f基于操作量运算部43a中的运算结果、姿势运算部43b中的运算结果、以及由目标面设定部43c设定的目标面St，判断解除向操作员操作的介入(斗杆9的减速控制)的条件(以下，记为介入解除条件)是否成立。
在介入解除条件不成立的情况下，介入解除运算部43f决定不解除斗杆9的减速控制。该情况下，介入解除运算部43f将由目标先导压运算部43e运算出的目标先导压(向流量控制阀15b的目标先导压)直接输出到阀指令运算部43g。另一方面，在介入解除条件成立的情况下，介入解除运算部43f将由目标先导压运算部43e运算出的目标先导压(向流量控制阀15b的目标先导压)修正为最大压力Pmax并输出到阀指令运算部43g。
若对向斗杆缸6的流量控制阀15b的目标先导压设定了最大压力Pmax，则电磁比例阀55根据来自后述的阀指令运算部43g的控制信号而成为全开状态。也就是说，在斗杆9的操作装置45的操作杆22b被操作到最大时，从操作装置45输出的先导压(最大压力Pmax)不被减压地直接作用于流量控制阀15b。由此，斗杆9以与操作员对操作装置45的操作量(例如，最大操作量)相应的速度动作。
此外，介入解除运算部43f对于由目标先导压运算部43e运算出的向流量控制阀15a、15c的目标先导压，无论介入解除条件是否成立，均直接输出到阀指令运算部43g。
在本实施方式中，介入解除条件在满足以下的(条件1)及(条件2)的任一个时成立，在不满足(条件1)及(条件2)双方的情况下不成立。
(条件1)铲斗-目标面间距离H1为规定的距离Ya以上。
(条件2)进行斗杆9的操作时不存在铲斗10侵入目标面St的可能性。
-关于条件1-
在平整控制中，优选斗杆9的减速控制仅在铲斗10的前端部与目标面St的距离近的情况下进行，在铲斗10的前端部与目标面St的距离离开某种程度的情况下，不进行斗杆9的减速控制。由此，在平整控制中，能够提高作业装置1A的作业效率。
在本实施方式中，介入解除运算部43f在铲斗-目标面间距离H1小于规定的距离Ya的情况下判断成介入解除条件不成立，在铲斗-目标面间距离H1为规定的距离Ya以上的情况下判断成介入解除条件成立。规定的距离Ya是用于判断铲斗10的前端部是否位于目标面St的附近的阈值，预先存储于控制器40的存储装置。此外，在本实施方式中，作为进行斗杆收回操作时使用的阈值Ya，在存储装置中存储有Ya1，作为进行斗杆放出操作时使用的阈值Ya，在存储装置中存储有阈值Ya2。阈值Ya1及阈值Ya2既可以是彼此相同的值，也可以是不同的值。
-关于条件2-
在平整控制中，优选即使是铲斗-目标面间距离H1小于规定的距离Ya的情况下，在判断成没有通过斗杆9的操作而铲斗10侵入目标面St的可能性的情况下，不进行斗杆9的减速控制。由此，在平整控制中，能够提高作业装置1A的作业效率。因此，在本实施方式中，介入解除运算部43f判断作业装置1A的姿势是否是进行斗杆9的操作时铲斗10侵入目标面St的姿势(以下，记为侵入姿势)。在判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势的情况下，介入解除运算部43f判断成在进行斗杆9的操作时不存在铲斗10侵入目标面St的可能性。在判断成作业装置1A的姿势是侵入姿势的情况下，介入解除运算部43f判断成在进行斗杆9的操作时存在铲斗10侵入目标面St的可能性。
-第1侵入姿势判断处理(第1铲斗侵入判断处理)-
在本实施方式中，介入解除运算部43f执行基于由姿势运算部43b运算出的销-铲斗间距离Dpb及销-目标面间距离H2，判断作业装置1A的姿势是否是侵入姿势的处理(第1侵入姿势判断处理)。第1侵入姿势判断处理相当于通过判断在进行斗杆9的操作时目标面St是否存在于铲斗10的前端部的移动轨迹上，来判断是否有铲斗10侵入目标面St的可能性的处理(第1铲斗侵入判断处理)。
在本实施方式中，例如，在平整控制中，若进行斗杆收回操作，则在电磁比例阀54a中生成先导压(第2控制信号)，进行动臂抬升动作。另一方面，只要操作员不进行操作，则不会进行动臂下降动作。因此，若将未由操作员进行动臂下降操作设为前提，则只要销-目标面间距离H2为销-铲斗间距离Dpb以上，就能够判断成在进行斗杆9的操作时没有铲斗10侵入目标面St的可能性，可以说此时的作业装置1A的姿势不是侵入姿势。
因此，本实施方式的介入解除运算部43f在销-目标面间距离H2为销-铲斗间距离Dpb以上的情况下，判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势，在销-目标面间距离H2小于销-铲斗间距离Dpb的情况下，判断成作业装置1A的姿势是侵入姿势。
-第2侵入姿势判断处理(第2铲斗侵入判断处理)-
而且，介入解除运算部43f执行基于由姿势运算部43b运算出的角度
Figure BDA0003213049060000221
判断作业装置1A的姿势是否是侵入姿势的处理(第2侵入姿势判断处理)。第2侵入姿势判断处理相当于，通过判断在进行斗杆9的操作时铲斗10是相对于目标面St向接近方向移动还是向远离方向移动，来判断是否有铲斗10侵入目标面St的可能性的处理(第2铲斗侵入判断处理)。
若在角度
Figure BDA0003213049060000222
大于90°的情况下进行斗杆收回操作，则相对于存在于铲斗10的行进方向(从车身1B观察时朝向近前侧的方向)的目标面St，铲斗10的前端部向远离方向移动。因此，能够判断成在进行斗杆9的操作时没有铲斗10侵入目标面St的可能性，可以说此时的作业装置1A的姿势不是侵入姿势。若在角度
Figure BDA0003213049060000223
小于90°的情况下进行斗杆收回操作，则相对于存在于铲斗10的行进方向(从车身1B观察时朝向近前侧的方向)的目标面St，铲斗10的前端部向接近方向移动。因此，能够判断成在进行斗杆9的操作时存在铲斗10侵入目标面St的可能性，可以说此时的作业装置1A的姿势是侵入姿势。
若在角度
Figure BDA0003213049060000231
大于90°的情况下进行斗杆放出操作，则相对于存在于铲斗10的行进方向(从车身1B观察时朝向进深侧的方向)的目标面St，铲斗10的前端部向接近方向移动。因此，能够判断成在进行斗杆9的操作时存在铲斗10侵入目标面St的可能性，可以说此时的作业装置1A的姿势是侵入姿势。若在角度
Figure BDA0003213049060000232
小于90°的情况下进行斗杆放出操作，则相对于存在于铲斗10的行进方向(从车身1B观察时朝向进深侧的方向)的目标面St，铲斗10的前端部向远离方向移动。因此，能够判断成在进行斗杆9的操作时没有铲斗10侵入目标面St的可能性，可以说此时的作业装置1A的姿势不是侵入姿势。
因此，本实施方式的介入解除运算部43f在角度
Figure BDA0003213049060000233
为90°以上的情况下，判断成作业装置1A的姿势在进行斗杆收回操作时不是铲斗10侵入目标面St的侵入姿势。另外，介入解除运算部43f在角度
Figure BDA0003213049060000234
小于90°的情况下，判断成作业装置1A的姿势在进行斗杆收回操作时是铲斗10侵入目标面St的侵入姿势。而且，介入解除运算部43f在角度
Figure BDA0003213049060000235
小于90°的情况下，判断成作业装置1A的姿势在进行斗杆放出操作时不是铲斗10侵入目标面St的侵入姿势。另外，介入解除运算部43f在角度
Figure BDA0003213049060000236
为90°以上的情况下，判断成作业装置1A的姿势在进行斗杆放出操作时是铲斗10侵入目标面St的侵入姿势。
此外，第2侵入姿势判断处理与第1侵入姿势判断处理同样地，以不进行动臂8的下降操作与斗杆9的操作的复合操作为前提。因此，优选介入解除运算部43f在进行动臂8的下降操作与斗杆9的操作的复合操作时，即使在作业装置1A的姿势不是侵入姿势的情况下，也判断成存在铲斗10侵入目标面St的可能性。即，优选介入解除运算部43f判断成不满足(条件2)。
也就是说，在本实施方式中，(条件2)在满足如下的(a1)或(b1)时成立，在不满足(a1)及(b1)双方时不成立。
(a1)不进行动臂8的下降操作与斗杆9的操作的复合操作且在第1侵入姿势判断处理中，判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势。
(b1)不进行动臂8的下降操作与斗杆9的操作的复合操作且在第2侵入姿势判断处理中，判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势。
此外，若为在利用控制模式切换开关设定了平整控制模式的情况下，通过MG，在显示装置53a上显示指示不进行动臂下降操作而仅进行斗杆操作的图像，或将动臂下降操作设为无效的结构，则也可以无论是否进行动臂下降操作与斗杆操作的复合操作，均根据作业姿势是否是侵入姿势来判断条件(2)是否成立。
也就是说，在该情况下，(条件2)在满足如下的(a2)或(b2)时成立，在不满足(a2)及(b2)双方时不成立。
(a2)在第1侵入姿势判断处理中，判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势。
(b2)在第2侵入姿势判断处理中，判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势。
阀指令运算部43g为了使从介入解除运算部43f输出的目标先导压作用于各流量控制阀15a、15b、15c，对向电磁比例阀54、55、56输出的电信号进行运算，并将运算出的电信号(励磁电流)输出到电磁比例阀54、55、56。根据从阀指令运算部43g输出的电信号(励磁电流)，电磁比例阀54、55、56的螺线管被励磁，由此电磁比例阀54、55、56工作，作用于流量控制阀15a、15b、15c的先导压被控制为由介入解除运算部43f设定的目标先导压。
因此，在设定了平整控制模式的状态下进行了斗杆9的操作(完全操作)时、且介入解除条件不成立的情况下，执行通过电磁比例阀55而作为第1控制信号的先导压减压、生成作为第2控制信号的先导压的控制，即执行斗杆9以比与操作员的操作相应的速度低的速度被控制的减速控制。换言之，在设定了平整控制模式的情况下，若操作员将操作杆22b操作到最大而使斗杆9动作，由此铲斗-目标面间距离H1从比预先设定的规定的距离Ya大的状态变为比其小的状态，则在(条件2)不成立的情况下，以斗杆9的速度减速的方式进行控制。另一方面，在进行平整控制的情况下且在介入解除条件成立的情况下，电磁比例阀55成为开放状态(在本实施方式中为全开状态)，斗杆9以与操作员的操作相应的速度被控制。即不执行斗杆9的减速控制，成为减速控制解除了的状态。
而且，在本实施方式中，不是仅对最接近目标面St进行介入解除条件是否成立的判断处理，而是对进行斗杆9的操作时的存在于铲斗10的行进方向的目标面St进行介入解除条件是否成立的判断处理。以下，参照图10及图11的流程图，详细说明由作为姿势运算部43b及介入解除运算部43f的控制器40进行的运算处理。
图10是表示由控制器40执行的斗杆收回用的介入解除标志Fc(n)的设定处理的内容的流程图。图11是表示由控制器40执行的斗杆放出用的介入解除标志Fd(n)的设定处理的内容的流程图。图10及图11所示的流程图的处理通过利用未图示的控制模式切换开关等设定了平整控制模式而开始，在进行了未图示的初始设定后，以规定的控制周期反复执行。
如图10所示，在步骤S105中，介入解除运算部43f对作业装置1A的最大作业范围进行运算。另外，在步骤S105中，介入解除运算部43f将存在于最大作业范围内、且作为进行斗杆收回操作时存在于铲斗10的行进方向的目标面的最接近目标面St(0)及近前侧目标面St(n)(n＜0)设定为运算对象，并进入步骤S110。若将对设定为运算对象的目标面St(n)中的位于最近前侧的目标面St(n)标注的符号n设为m(m＜0)，则对成为运算对象的目标面St(n)标注的符号成为n＝m，m+1，···-1，0。在图8所示的例子中，目标面St(n)(n＝-3，-2，-1，0)被设定为运算对象。此外，最大作业范围是铲斗10的前端部所够到的最大范围，根据将动臂8、斗杆9及铲斗10伸为直线状的最大作业半径R及构成作业装置1A的各部件的转动范围等而运算。最大作业半径R及构成作业装置1A的各部件的转动范围预先存储于控制器40的存储装置。
若将作业范围内的目标面St(n)设定为运算对象的处理(S105)完成，则控制器40执行反复进行从步骤S120到步骤S170或步骤S180的一系列处理的循环处理(步骤S110、S190)。步骤S110表示循环的开始，步骤S190表示循环的结束。该循环处理(步骤S110、S190)若针对设为运算对象的全部目标面St(n)(n＝m～0)设定了介入解除标志Fc(n)则结束，若循环处理结束，则进入步骤S195。
在步骤S120中，介入解除运算部43f基于操作量运算部43a中的运算结果，判断是否进行着斗杆收回操作。介入解除运算部43f在由操作量运算部43a运算出的斗杆收回的操作量Ac为阈值Ac0以上的情况下，判断成进行着斗杆收回操作，进入步骤S130。介入解除运算部43f在由操作量运算部43a运算出的斗杆收回操作量Ac小于阈值Ac0的情况下，判断成未进行斗杆收回操作，进入步骤S135。阈值Ac0是用于判断是否进行着斗杆收回操作的阈值，预先存储于控制器40的存储装置。
在步骤S130中，介入解除运算部43f基于操作量运算部43a中的运算结果，判断是否进行着动臂下降操作。介入解除运算部43f在由操作量运算部43a运算出的动臂下降的操作量Bl为阈值Bl0以上的情况下，判断成进行着动臂下降操作，进入步骤S155。介入解除运算部43f在由操作量运算部43a运算出的动臂下降操作量Bl小于阈值Bl0的情况下，判断成未进行动臂下降操作，进入步骤S135。阈值Bl0是用于判断是否进行着动臂下降操作的阈值，预先存储于控制器40的存储装置。
在步骤S135中，姿势运算部43b对销-目标面间距离H2(n)及销-铲斗间距离Dpb进行运算，进入步骤S140。在步骤S140中，介入解除运算部43f判断由姿势运算部43b运算出的销-目标面间距离H2(n)是否为由姿势运算部43b运算出的销-铲斗间距离Dpb以上。
若在步骤S140中判断成销-目标面间距离H2(n)为销-铲斗间距离Dpb以上，即，作业装置1A的姿势不是侵入姿势，没有通过斗杆收回操作而铲斗10侵入目标面St(n)的可能性，则进入步骤S180。若在步骤S140中判断成销-目标面间距离H2(n)小于销-铲斗间距离Dpb，即，作业装置1A的姿势是侵入姿势，存在通过斗杆收回操作而铲斗10侵入目标面St(n)的可能性，则进入步骤S145。
在步骤S145中，姿势运算部43b对角度
Figure BDA0003213049060000271
进行运算，进入步骤S150。在步骤S150中，介入解除运算部43f判断由姿势运算部43b运算出的角度
Figure BDA0003213049060000272
是否为90°以上。
若在步骤S150中判断成角度
Figure BDA0003213049060000273
为90°以上，即，作业装置1A的姿势不是侵入姿势，没有通过斗杆收回操作而铲斗10侵入目标面St(n)的可能性，则进入步骤S180。若在步骤S150中判断成角度
Figure BDA0003213049060000274
小于90°，即，判断成作业装置1A的姿势是侵入姿势，存在通过斗杆收回操作而铲斗10侵入目标面St(n)的可能性，则进入步骤S155。
在步骤S155中，姿势运算部43b对铲斗-目标面间距离H1(n)进行运算，进入步骤S160。在步骤S160中，介入解除运算部43f判断由姿势运算部43b运算出的铲斗-目标面间距离H1(n)是否小于阈值Ya1。若在步骤S160中判断成距离H1(n)小于阈值Ya1则进入步骤S170，若判断成距离H1(n)为阈值Ya1以上则进入步骤S180。
在步骤S170中，介入解除运算部43f判断成介入解除条件不成立(换言之，斗杆收回减速条件成立)并将介入解除标志Fc(n)设定为0(Fc(n)＝0)，进入步骤S190，结束对该目标面St(n)的一系列处理。
在步骤S180中，介入解除运算部43f判断成介入解除条件成立(换言之，斗杆收回减速条件不成立)并将介入解除标志Fc(n)设定为1(Fc(n)＝1)，进入步骤S190，结束对该目标面St(n)的一系列处理。
若循环处理完成，则进入步骤S195，执行目标先导压输出处理。在步骤S195中，介入解除运算部43f判断介入解除标志Fc(n)(n＝m～0)是否全部被设定为Fc(n)＝1，基于该判断结果而输出目标先导压。在判断成介入解除标志Fc(n)未全部被设定为Fc(n)＝1的情况下，即，判断成介入解除标志Fc(n)(n＝m～0)中即使一个被设定为Fc(n)＝0的情况下，介入解除运算部43f将由目标先导压运算部43e运算出的针对流量控制阀15b的液压驱动部151a的目标先导压直接输出到阀指令运算部43g。由此，执行斗杆9的减速控制，以比与操作员的操作相应的速度低的速度进行斗杆收回动作。
另一方面，在判断成介入解除标志Fc(n)(n＝m～0)全部被设定为Fc(n)＝1的情况下，介入解除运算部43f无论目标先导压运算部43e中的运算结果如何，均将针对流量控制阀15b的液压驱动部151a的目标先导压设定为最大压力Pmax，并输出到阀指令运算部43g。由此，能够控制斗杆收回动作的电磁比例阀55a被控制为全开状态。即，不执行斗杆9的减速控制。其结果为，以与操作员的操作相应的速度进行斗杆收回动作。若目标先导压输出处理(S195)结束，则图10的流程图所示的处理结束。
如图11所示，在步骤S205中，介入解除运算部43f对作业装置1A的最大作业范围进行运算。另外，在步骤S205中，介入解除运算部43f将存在于最大作业范围内且作为进行斗杆放出操作时存在于铲斗10的行进方向的目标面的最接近目标面St(0)及进深侧目标面St(n)(n＞0)设定为运算对象，进入步骤S210。若将对被设定为运算对象的目标面St(n)中的位于最进深侧的目标面St(n)标注的符号n设为q(q＞0)，则对成为运算对象的目标面St(n)赋予的符号成为n＝0，1，···q-1，q。在图8所示的例子中，目标面St(n)(n＝0，1)被设定为运算对象。
若将作业范围内的目标面St(n)设定为运算对象的处理(S205)完成，则控制器40执行反复进行从步骤S220到步骤S270或步骤S280的一系列处理的循环处理(步骤S210、S290)。步骤S210表示循环的开始，步骤S290表示循环的结束。该循环处理(步骤S210、S290)若针对成为运算对象的全部目标面St(n)(n＝0～q)设定了介入解除标志Fd(n)则结束，若循环处理结束，则进入步骤S295。
在步骤S220中，介入解除运算部43f基于操作量运算部43a中的运算结果，判断是否进行着斗杆放出操作。介入解除运算部43f在由操作量运算部43a运算出的斗杆放出的操作量Ad为阈值Ad0以上的情况下，判断成进行着斗杆放出操作，进入步骤S230。介入解除运算部43f在由操作量运算部43a运算出的斗杆放出操作量Ad小于阈值Ad0的情况下，判断成不进行斗杆放出操作，进入步骤S235。阈值Ad0是用于判断是否进行着斗杆放出操作的阈值，预先存储于控制器40的存储装置。
在步骤S230中，执行与步骤S130同样的处理。若在步骤S230中判断成进行着动臂下降操作则进入步骤S255，若判断成未进行动臂下降操作则进入步骤S235。
在步骤S235中，姿势运算部43b对销-目标面间距离H2(n)及销-铲斗间距离Dpb进行运算，进入步骤S240。在步骤S240中，介入解除运算部43f判断由姿势运算部43b运算出的销-目标面间距离H2(n)是否为由姿势运算部43b运算出的销-铲斗间距离Dpb以上。
若在步骤S240中判断成销-目标面间距离H2(n)为销-铲斗间距离Dpb以上，即，判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势，没有通过斗杆放出操作而铲斗10侵入目标面St(n)的可能性，则进入步骤S280。若在步骤S240中判断成销-目标面间距离H2(n)小于销-铲斗间距离Dpb，即，判断成作业装置1A的姿势是侵入姿势，存在通过斗杆放出操作而铲斗10侵入目标面St(n)的可能性，则进入步骤S245。
在步骤S245中，姿势运算部43b对角度
Figure BDA0003213049060000291
进行运算，进入步骤S250。在步骤S250中，介入解除运算部43f判断由姿势运算部43b运算出的角度
Figure BDA0003213049060000292
是否小于90°。
若在步骤S250中判断成角度
Figure BDA0003213049060000293
小于90°，即，判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势，没有通过斗杆放出操作而铲斗10侵入目标面St(n)的可能性，则进入步骤S280。若在步骤S250中判断成角度
Figure BDA0003213049060000294
为90°以上，即，判断成作业装置1A的姿势是侵入姿势，存在通过斗杆放出操作而铲斗10侵入目标面St(n)的可能性，则进入步骤S255。
在步骤S255中，姿势运算部43b对铲斗-目标面间距离H1(n)进行运算，进入步骤S260。在步骤S260中，介入解除运算部43f判断由姿势运算部43b运算出的铲斗-目标面间距离H1(n)是否小于阈值Ya2。若在步骤S260中判断成距离H1(n)小于阈值Ya2则进入步骤S270，若判断成距离H1(n)为阈值Ya2以上则进入步骤S280。
在步骤S270中，介入解除运算部43f判断成介入解除条件不成立(换言之，斗杆放出减速条件成立)并将介入解除标志Fd(n)设定为0(Fd(n)＝0)，进入步骤S290，结束对该目标面St(n)的一系列处理。
在步骤S280中，介入解除运算部43f判断成介入解除条件成立(换言之，斗杆放出减速条件不成立)并将介入解除标志Fd(n)设定为1(Fd(n)＝1)，进入步骤S290，结束对该目标面St(n)的一系列处理。
若循环处理结束，则进入步骤S295，执行目标先导压输出处理。在步骤S295中，介入解除运算部43f判断介入解除标志Fd(n)(n＝0～q)是否全部被设定为Fd(n)＝1，基于该判断结果而输出目标先导压。在判断成介入解除标志Fd(n)未全部被设定为Fd(n)＝1的情况下，即，判断成介入解除标志Fd(n)(n＝0～q)中即使一个被设定为Fd(n)＝0的情况下，介入解除运算部43f将由目标先导压运算部43e运算出的针对流量控制阀15b的液压驱动部151b的目标先导压直接输出到阀指令运算部43g。由此，执行斗杆9的减速控制，以比与操作员的操作相应的速度低的速度进行斗杆放出动作。
另一方面，在判断成介入解除标志Fd(n)(n＝0～q)全部被设定为Fd(n)＝1的情况下，介入解除运算部43f无论目标先导压运算部43e中的运算结果如何，均将针对流量控制阀15b的液压驱动部151b的目标先导压设定为最大压力Pmax，并输出到阀指令运算部43g。由此，能够控制斗杆放出动作的电磁比例阀55b被控制为全开状态。即，不执行斗杆9的减速控制。其结果为，以与操作员的操作相应的速度进行斗杆放出动作。若目标先导压输出处理(S295)结束，则图11的流程图所示的处理结束。
关于作业装置1A的动作的具体例及可否执行与作业装置1A的姿势相应的减速控制的具体例，参照图8、图9、图12、图13A及图13B进行说明。图12是说明判断成通过斗杆收回操作而对于铲斗10行进的方向上设定的目标面St(-1)存在铲斗10侵入的可能性的情况的图。图13A是表示由于线段Lpb和目标面St(0)所成的角度
Figure BDA0003213049060000311
为90°以上而解除了斗杆收回减速控制的状态的图。图13B是表示由于销-目标面间距离H2(0)为销-铲斗间距离Dpb以上而解除了斗杆收回减速控制的状态的图。
如图9所示，例如在操作员有意图进行基于斗杆收回动作的水平挖掘而对操作装置45进行了操作时，以使得铲斗10的前端部不侵入目标面St的下方区域的方式根据状况控制电磁比例阀54a、55a。该情况下，在与操作员的操作相应的斗杆收回动作中自动地合成斗杆收回的减速动作和/或动臂抬升动作，得到控制器40的辅助而仅以斗杆收回操作执行水平挖掘动作。
此外，在本实施方式中，若在未进行动臂8的下降操作与斗杆9的操作的复合操作时判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势，即判断成在进行斗杆9的操作时没有铲斗10侵入目标面St的可能性，则针对流量控制阀15b的目标先导压被设定为最大压力，电磁比例阀55的开度成为全开。
在未进行斗杆9的操作时(目标先导压被运算为最小值的情况下)，在第1侵入姿势判断处理及第2侵入姿势判断处理各自中判断成作业装置1A的姿势是侵入姿势(即，判断成在进行斗杆9的操作时存在铲斗10侵入目标面的可能性)，且判断成铲斗-目标面间距离H1(n)小于规定的距离Ya的情况下，电磁比例阀55的开度被设定为最小开度(例如，图10的S120否→S140否→S150否→S160是→S170)。因此，能够防止在从斗杆非操作状态向斗杆操作状态转变时斗杆9突然飞出而铲斗10的前端部侵入目标面St。
在未操作斗杆9时，判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势的情况下，电磁比例阀55的开度被设定为最大开度(全开)(例如，图10的S120否→S140是→S180；或者S120否→S140否→S150是→S180)。另外，在未操作斗杆9时，在第1侵入姿势判断处理及第2侵入姿势判断处理各自中判断成作业装置1A的姿势是侵入姿势的情况下，且判断成铲斗-目标面间距离H1(n)为规定的距离Ya以上的情况下，电磁比例阀55的开度被设定为最大开度(全开)(例如，图10的S120否→S140否→S150否→S160否→S180)。因此，能够在从斗杆非操作状态向斗杆操作状态转变时与操作员的操作相应地使斗杆9快速地动作。因此，能够高效地进行挖掘、平整等作业。
如图8所示，在设定了多个目标面St(n)的情况下，控制器40对所设定的多个目标面St(n)中的存在于铲斗10的最大作业范围内的目标面St(n)(n＝-3，-2，-1，0，1)，判断是否存在铲斗10侵入的可能性。
因此，由于无需进行用于对所设定的多个目标面St(n)全部判断是否存在铲斗10侵入的可能性的各种运算处理，所以能够降低控制器40的运算负荷。
另外，在斗杆收回用的介入解除标志Fc(n)的设定处理中，对于存在于铲斗10的最大作业范围内的目标面且进行过斗杆收回操作时的存在于铲斗10的行进方向的目标面St(n)(n＝-3，-2，-1，0)，判断在进行斗杆收回操作时是否存在铲斗10侵入目标面St(n)(n＝-3，-2，-1，0)的可能性。同样地，在斗杆放出用的介入解除标志Fd(n)的设定处理中，对于存在于铲斗10的最大作业范围内的目标面且进行斗杆放出操作时的存在于铲斗10的行进方向的目标面St(n)(n＝0，1)，判断在进行斗杆放出操作时是否存在铲斗10侵入目标面St(n)(n＝0，1)的可能性。
在仅对最接近目标面St(0)判断通过斗杆9的操作而是否存在铲斗10侵入的可能性的情况下，在最接近目标面St(0)切换成相邻的目标面St(1)、St(-1)时，有产生因减速控制状态(执行减速控制的状态)与减速控制的解除状态(不执行减速控制时的状态)之间的状态转变导致的震动之忧。对此，本实施方式的控制器40不仅对最接近目标面St(0)判断是否存在铲斗10侵入的可能性，还对铲斗10行进的方向上设定的目标面St(n)判断是否存在铲斗10侵入的可能性。并且，控制器40基于该判断结果决定是执行减速控制还是不执行(是否解除减速控制)。在本实施方式中，在铲斗-目标面间距离H1(n)小于阈值Ya、且判断成存在于铲斗10的行进方向的目标面St(n)中即使存在一个进行斗杆9的操作时存在铲斗10侵入的可能性的目标面St(n)的情况下，执行斗杆9的减速控制。因此，在设定了多个目标面的情况下，在通过进行斗杆9的操作将最接近目标面St(0)切换成相邻的目标面St(1)、St(-1)时，能够防止因减速控制状态与减速控制的解除状态之间的状态转变导致的震动的产生。由此，由于能够顺畅地使斗杆9动作，所以操作性好，能够实现作业效率的提高。
在图8所示的例子中，由于距离H2(0)、H2(-1)、H2(-2)、H2(-3)为距离Dpb以上，所以n＝-3，-2，-1，0下的介入解除标志Fc(n)分别被设定为1(Fc(n)＝1，n＝-3，-2，-1，0)。因此，在进行斗杆收回操作时，不执行斗杆9的减速控制(图10的S140是→S180)。
另外，在图8所示的例子中，由于距离H2(0)及距离H2(1)为距离Dpb以上，所以n＝0，1下的介入解除标志Fd(n)分别被设定为1(Fd(n)＝1，n＝0，1)。因此，在进行斗杆放出操作时，不执行斗杆9的减速控制(图11的S240是→S280)。
在图12所示的例子中，距离H2(0)为距离Dpb以上，介入解除标志Fc(0)被设定为1(图10的S140是→S180)。然而，距离H2(-1)小于距离Dpb，且角度
Figure BDA0003213049060000331
小于90°。因此，在进行斗杆收回操作时，铲斗10朝向存在于其行进方向(从车身1B观察时朝向近前侧的方向)的目标面St(-1)接近，判断成存在铲斗10对目标面St(-1)侵入的可能性。并且，在该例中，虽未图示但距离H1(-1)小于阈值Ya1，因此介入解除标志Fc(-1)被设定为0(Fc(-1)＝0)。因此，在图12所示的例子中，在进行斗杆收回操作时执行斗杆9的减速控制(图10所示的流程图中，针对n＝-1的S140否→S150否→S160是→S170)。
在图13A所示的例子中，距离H2(0)小于距离Dpb，但角度
Figure BDA0003213049060000343
Figure BDA0003213049060000344
为90°以上，因此判断成在进行斗杆收回操作时没有铲斗10侵入目标面St(0)的可能性。因此，在图13A所示的例子中，在进行斗杆收回操作时，即使是距离H1(0)小于距离Ya的情况下也不执行斗杆9的减速控制(图10的S140否→S150是→S180)。此外，在图13A所示的例子中，由于角度
Figure BDA0003213049060000341
为90°以上，所以判断成在进行斗杆放出操作时存在铲斗10侵入目标面St(0)的可能性。因此，在图13A所示的例子中，在进行斗杆放出操作时执行斗杆9的减速控制(图11的S240否→S250否→S260是→S270)。
在图13B所示的例子中，角度
Figure BDA0003213049060000342
小于90°，但距离H2(0)为距离Dpb以上，因此判断成在进行斗杆收回操作时没有铲斗10侵入目标面St(0)的可能性。因此，在图13B所示的例子中，即使是距离H1(0)小于距离Ya的情况下也不执行斗杆9的减速控制(图10的S140是→S180)。同样地，在图13B所示的例子中，由于距离H2(0)为距离Dpb以上，所以判断成在进行斗杆放出操作时没有铲斗10侵入目标面St(0)的可能性。因此，在图13B所示的例子中，在进行斗杆放出操作时不执行斗杆9的减速控制(图11的S240是→S280)。
像这样，根据本实施方式，在设定了平整控制模式的状态下的作业中，与在铲斗-目标面间距离H1(n)变为小于规定的距离Ya的情况下一律执行斗杆9的减速控制的情况相比，能够降低执行斗杆9的减速控制的机会。由此，例如，在挖掘、平整作业中，在减速区域内(H1(n)＜Ya)进行使铲斗10返回它们的作业开始点的作业、对目标面St的上方进行挖掘的作业、以及从铲斗10抖落土的作业等的情况下，抑制斗杆9的动作受限，能够使作业装置1A进行与操作员的意图相应的动作。也就是说，即使在原本通过MC限制斗杆9的动作速度的条件下(即，H1(n)＜Ya时)，也会缓和对斗杆收回及斗杆放出的各动作的限制。因此，根据本实施方式，能够提高基于斗杆拉回的挖掘、平整作业、以及基于斗杆推出的平整作业的作业效率。
根据上述实施方式，起到以下作用效果。
(1)本实施方式的液压挖掘机(作业机械)101具备控制器(控制装置)40，其设定目标面St，基于来自GNSS天线(位置传感器)14及角度传感器(姿势传感器)30～33的信号，对作为从铲斗(作业工具)10到目标面St的距离的铲斗-目标面间距离H1进行运算，在利用操作装置45进行斗杆9的操作且铲斗-目标面间距离H1变为小于阈值(规定的距离)Ya的情况下，控制动臂8且执行使斗杆9减速的减速控制，使得铲斗10不会越过目标面St而挖掘地面。并且，控制器40基于所设定的目标面St和来自GNSS天线14及角度传感器30～33的信号，判断在进行斗杆9的操作时是否存在铲斗10侵入目标面St的可能性，在判断成进行斗杆9的操作时没有铲斗10侵入目标面St的可能性的情况下，即使是铲斗-目标面间距离H1小于规定的距离Ya的情况下也不执行减速控制。
因此，根据本实施方式，在判断成存在铲斗10侵入目标面St的可能性的情况下，执行斗杆收回(斗杆拉回)的减速控制及斗杆放出(斗杆推出)的减速控制。因此，能够通过机械控制可靠地进行平整作业。另一方面，在判断成没有铲斗10侵入目标面St的可能性的情况下，不执行斗杆收回(斗杆拉回)的减速控制及斗杆放出(斗杆推出)的减速控制。也就是说，根据本实施方式，由于能够减少进行斗杆9的减速控制的机会，所以能够提高基于液压挖掘机101的挖掘、平整等作业的效率。
(2)在进行动臂8的下降操作与斗杆9的操作的复合操作时，即使是作业装置1A的姿势不是侵入姿势的情况，在铲斗-目标面间距离H1(n)小于规定的距离Ya的情况下，也执行通常的基于MC的斗杆9的减速控制(例如，图10的S120是→S130是→S160是→S170)。
图10所示的步骤S140及步骤S150是仅设想斗杆9的操作并判断是否是铲斗10对目标面St(n)侵入的侵入姿势的处理。因此，在进行动臂8的下降操作与斗杆9的操作的复合操作时，通过执行通常的基于MC的斗杆9的减速控制，能够防止铲斗10侵入目标面St(n)。
＜第2实施方式＞
参照图14～图21B，对第2实施方式的液压挖掘机201进行说明。此外，图中，对与第1实施方式相同或相当的部分标注相同的附图标记，主要说明不同点。图14是表示第2实施方式的液压挖掘机201进行水平牵引(水平推出)的状况的图。图15A是表示在第1实施方式的液压挖掘机101中进行斗杆收回操作(最大操作)时的目标先导压与角度
Figure BDA0003213049060000361
的关系的图。图15B是表示在第1实施方式的液压挖掘机101中进行斗杆放出操作(最大操作)时的目标先导压与角度
Figure BDA0003213049060000362
的关系的图。
第2实施方式的液压挖掘机201具备与第1实施方式相同的结构。在此，如图14所示，在进行斗杆收回操作、进行沿着与水平面平行地设定的目标面St使铲斗10的前端部移动的作业(水平牵引)时，线段Lpb和目标面St所成的角度
Figure BDA0003213049060000363
逐渐变大。另外，在进行斗杆放出操作、进行沿着与水平面平行地设定的目标面St使铲斗10的前端部移动的作业(水平推出)时，线段Lpb和目标面St所成的角度
Figure BDA0003213049060000364
逐渐变小。
在进行这样的作业的情况下，在上述第1实施方式的结构中，在角度
Figure BDA0003213049060000365
超过90°时，有产生斗杆9的急剧动作之忧。在第1实施方式中，例如，如图15A所示，在角度
Figure BDA0003213049060000366
为90°以上时，电磁比例阀55a所生成的先导压的目标值即目标先导压设定为最大压力Pmax。因此，在伴随斗杆收回动作而角度
Figure BDA0003213049060000367
从小于90°的状态成为大于90°的状态时，有因目标先导压急剧上升而斗杆收回动作急剧加速之忧。
同样地，如图15B所示，在进行斗杆放出操作时，角度
Figure BDA0003213049060000368
小于90°时，电磁比例阀55b所生成的先导压的目标值即目标先导压设定为最大压力Pmax。因此，在伴随斗杆放出动作而角度
Figure BDA0003213049060000369
从大于90°的状态变为小于90°的状态时，有因目标先导压急剧上升而斗杆放出动作急剧加速之忧。
因此，在本第2实施方式中，在判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势的情况下，执行与线段Lpb和目标面St所成的角度
Figure BDA0003213049060000371
的变化相应地使斗杆9的速度变化的转变控制。转变控制根据转变控制执行标志Fct(n)、Fdt(n)的设定状态而决定可否执行。
图16是表示通过第2实施方式的控制器40执行的斗杆收回用的转变控制执行标志Fct(n)的设定处理的内容的流程图。图17是表示通过第2实施方式的控制器40执行的斗杆放出用的转变控制执行标志Fdt(n)的设定处理的内容的流程图。图16及图17所示的流程图的处理通过利用未图示的控制模式切换开关等设定了平整控制模式而开始，在进行了未图示的初始设定后，以规定的控制周期反复执行。
图16所示的步骤S305、S320、S330、S345、S350、S355、S360由于为与图10所示的步骤S105、S120、S130、S145、S150、S155、S160相同的处理，因此省略说明。
图16所示的循环处理(S310、S390)若对作为运算对象的目标面St(n)(n＝m～0)全部进行了一系列处理且设定了转变控制执行标志Fct(n)则结束，若循环处理结束，则进入步骤S395。
若在步骤S350中判断成角度
Figure BDA0003213049060000372
为90°以上则进入步骤S380。另外，若在步骤S360中判断成距离H1(n)小于阈值Ya1则进入步骤S370，若判断成距离H1(n)为阈值Ya1以上则进入步骤S380。
在步骤S370中，控制器40将转变控制执行标志Fct(n)设定为0(Fct(n)＝0)，进入步骤S390，结束对该目标面St(n)的一系列处理。在步骤S380中，控制器40将转变控制执行标志Fct(n)设定为1(Fct(n)＝1)，进入步骤S390，结束对该目标面St(n)的一系列处理。
也就是说，控制器40在通过判断成角度
Figure BDA0003213049060000373
为90°以上而判断成没有通过斗杆收回操作而铲斗10侵入目标面St(n)的可能性的情况下，将转变控制执行标志Fct(n)设定为1(Fct(n)＝1)。
若循环处理结束，则进入步骤S395，执行模式设定处理。在步骤S395中，控制器40判断转变控制执行标志Fct(n)(n＝m～0)是否全部被设定为Fct(n)＝1，并基于该判断结果判断可否执行转变控制。在判断成转变控制执行标志Fct(n)未全部被设定为Fct(n)＝1的情况下，即，判断成转变控制执行标志Fct(n)(n＝m～0)中即使一个被设定为Fct(n)＝0的情况下，控制器40设定不执行转变控制的模式。在判断成转变控制执行标志Fct(n)(n＝m～0)全部被设定为Fct(n)＝1的情况下，控制器40设定执行转变控制的模式。若模式设定处理(S395)结束，则图16的流程图所示的处理结束。
图17所示的步骤S405、S420、S430、S445、S450、S455、S460由于为与图11所示的步骤S205、S220、S230、S245、S250、S255、S260相同的处理，所以省略说明。
图17所示的循环处理(S410、S490)若对成为运算对象的目标面St(n)(n＝0～q)全部进行了一系列处理并设定了转变控制执行标志Fdt(n)则结束，若循环处理结束，则进入步骤S495。
若在步骤S450中判断成角度
Figure BDA0003213049060000381
小于90°则进入步骤S480。另外，若在步骤S460中判断成距离H1(n)小于阈值Ya2则进入步骤S470，若判断成距离H1(n)为阈值Ya2以上则进入步骤S480。
在步骤S470中，控制器40将转变控制执行标志Fdt(n)设定为0(Fdt(n)＝0)，进入步骤S490，结束对该目标面St(n)的一系列处理。在步骤S480中，控制器40将转变控制执行标志Fdt(n)设定为1(Fdt(n)＝1)，进入步骤S490，结束对该目标面St(n)的一系列处理。
也就是说，控制器40在通过判断成角度
Figure BDA0003213049060000382
小于90°而判断成没有通过斗杆放出操作而铲斗10侵入目标面St(n)的可能性的情况下，将转变控制执行标志Fdt(n)设定为1(Fdt(n)＝1)。
若循环处理完成，则进入步骤S495，执行模式设定处理。在步骤S495中，控制器40判断转变控制执行标志Fdt(n)(n＝0～q)是否全部被设定为Fdt(n)＝1，并基于该判断结果判断可否执行转变控制。在判断成转变控制执行标志Fdt(n)未全部被设定为Fdt(n)＝1的情况下，即，判断成转变控制执行标志Fdt(n)(n＝0～q)中即使一个被设定为Fdt(n)＝0的情况下，控制器40设定不执行转变控制的模式。在判断成转变控制执行标志Fdt(n)(n＝0～q)全部被设定为Fdt(n)＝1的情况下，控制器40设定执行转变控制的模式。若模式设定处理(S495)结束，则图17的流程图所示的处理结束。
参照图18～图21B，对由第2实施方式的介入解除运算部243f执行的转变控制详细进行说明。图18是介入解除运算部243f的控制框线图，示出斗杆收回转变压力的运算。如图18所示，在介入解除运算部243f中，输入了由姿势运算部43b运算出的线段Lpb和目标面St(n)所成的角度
Figure BDA0003213049060000391
(L101)，并参照斗杆收回角度比率表，基于角度
Figure BDA0003213049060000392
输出最大压力比率αp(L102)。斗杆收回角度比率表是角度
Figure BDA0003213049060000393
与最大压力比率αp建立了对应的表，存储于控制器40的存储装置。
图19A是表示斗杆收回角度比率表的图。如图19A所示，在斗杆收回角度比率表中，存储有如下特性：在角度
Figure BDA0003213049060000394
小于90°时最大压力比率αp＝0.0，在角度
Figure BDA0003213049060000395
为规定的角度
Figure BDA0003213049060000396
以上时最大压力比率αp＝1.0，在角度
Figure BDA0003213049060000397
为90°以上且小于
Figure BDA0003213049060000398
的范围中，角度
Figure BDA0003213049060000399
越大则最大压力比率αp越大。此外，规定的角度
Figure BDA00032130490600003910
设定了大于90°且小于180°的值。最大压力比率αp是在角度
Figure BDA00032130490600003911
为90°以上且小于
Figure BDA00032130490600003912
的范围中与角度
Figure BDA00032130490600003913
的增加相应地从0(零)单调增加至1的函数。
如图18所示，介入解除运算部243f从存储装置获取最大压力Pmax(L103)，对最大压力比率αp乘以最大压力Pmax(L105)。在介入解除运算部243f中输入了由目标先导压运算部43e运算出的目标先导压Pct(L104)。然后，介入解除运算部243f对由电磁比例阀55a生成的先导压的目标值即斗杆收回目标先导压Pct乘以从1减去最大压力比率αp得到的值(1-αp)(L106)。(1-αp)是角度
Figure BDA00032130490600003914
在90°以上且小于
Figure BDA00032130490600003916
的范围中与角度
Figure BDA00032130490600003915
的增加相应地从1单调减少至0(零)的函数。
介入解除运算部243f将斗杆收回目标先导压Pct与(1-αp)的相乘值加到最大压力Pmax与αp的相乘值(L107)，将作为该运算结果的斗杆收回转变压力作为目标先导压而输出(L108)。
图19B是表示斗杆收回转变压力的图。介入解除运算部243f如上所述，运算与角度
Figure BDA0003213049060000401
相应的转变压力，将该转变压力作为目标先导压而输出。由此，如图19B所示，在线段Lpb和目标面St(n)所成的角度
Figure BDA0003213049060000402
为90°以上且小于
Figure BDA0003213049060000403
的范围中，随着角度
Figure BDA0003213049060000404
变大而目标先导压(转变压力)逐渐变大，若角度
Figure BDA0003213049060000405
为
Figure BDA0003213049060000406
以上则目标先导压成为最大压力Pmax。由此，在根据角度
Figure BDA0003213049060000407
的变化而从执行减速控制的状态转移到不执行减速控制的状态时，防止斗杆收回的速度急变。
图20是介入解除运算部243f的控制框线图，示出斗杆放出转变压力的运算。如图20所示，在介入解除运算部243f中输入了由姿势运算部43b运算出的线段Lpb和目标面St(n)所成的角度
Figure BDA0003213049060000408
(L201)，并参照斗杆放出角度比率表，基于角度
Figure BDA0003213049060000409
输出最大压力比率βp(L202)。斗杆放出角度比率表是角度
Figure BDA00032130490600004010
与最大压力比率βp建立了对应的表，存储于控制器40的存储装置。
图21A是表示斗杆放出角度比率表的图。如图21A所示，在斗杆放出角度比率表中存储有如下特性：在角度
Figure BDA00032130490600004011
为90°以上时最大压力比率βp＝0.0，在角度
Figure BDA00032130490600004012
小于规定的角度
Figure BDA00032130490600004013
时最大压力比率βp＝1.0，在角度
Figure BDA00032130490600004014
为
Figure BDA00032130490600004015
以上且小于90°的范围中，角度
Figure BDA00032130490600004016
越小则最大压力比率βp越大。此外，规定的角度
Figure BDA00032130490600004017
设定了大于0°且小于90°的值。最大压力比率βp是在角度
Figure BDA00032130490600004018
为
Figure BDA00032130490600004020
以上且小于90°的范围中与角度
Figure BDA00032130490600004019
的增加相应地从1单调减少至0(零)的函数。
如图20所示，介入解除运算部243f从存储装置获取最大压力Pmax(L203)，对最大压力比率βp乘以最大压力Pmax(L205)。在介入解除运算部243f中输入了由目标先导压运算部43e运算出的目标先导压Pdt(L204)。然后，介入解除运算部243f对由电磁比例阀55b生成的先导压的目标值即斗杆放出目标先导压Pdt乘以从1减去最大压力比率βp得到的值(1-βp)(L206)。(1-βp)是在角度
Figure BDA0003213049060000411
为
Figure BDA0003213049060000412
以上且小于90°的范围内与角度
Figure BDA0003213049060000413
的增加相应地从0(零)单调增加到1的函数。
介入解除运算部243f将斗杆放出目标先导压Pdt与(1-βp)的相乘值加到最大压力Pmax与βp的相乘值(L207)，将作为其运算结果的斗杆放出转变压力作为目标先导压而输出(L208)。
图21B是表示斗杆放出转变压力的图。介入解除运算部243f如上所述，运算与角度
Figure BDA0003213049060000414
相应的转变压力，将该转变压力作为目标先导压而输出。由此，如图21B所示，在线段Lpb和目标面St(n)所成的角度
Figure BDA0003213049060000415
为
Figure BDA0003213049060000416
以上且小于90°的范围中，随着角度
Figure BDA0003213049060000417
变小，目标先导压(转变压力)逐渐变大，若角度
Figure BDA0003213049060000418
小于
Figure BDA0003213049060000419
则目标先导压成为最大压力Pmax。由此，在根据角度
Figure BDA00032130490600004110
的变化而从执行减速控制的状态转移到不执行减速控制的状态时，防止斗杆放出的速度急变。
根据这样的第2实施方式，若根据斗杆9动作且角度
Figure BDA00032130490600004111
不超过90°而判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势，从而减速控制解除，则与角度
Figure BDA00032130490600004112
的变化相应地，逐渐使目标先导压变大，由此能够使斗杆9的速度变化。也就是说，在根据角度
Figure BDA00032130490600004113
的变化而从执行减速控制的状态转移到不执行减速控制的状态时，能够防止斗杆9的速度急变。
以下那样的变形例也在本发明的范围内，也能够将变形例所示的结构与上述实施方式中说明的结构组合，或者将以下的不同变形例中说明的结构彼此组合。
＜变形例1＞
在上述实施方式中，说明了在将销-目标面间距离H2(n)与销-铲斗间距离Dpb的大小关系直接比较且距离H2(n)为距离Dpb以上的情况下，不执行斗杆9的减速控制的例子(参照图10的步骤S140及图11的步骤S240)，但本发明不限定于此。也可以对距离Dpb加上余裕量ΔD，进行修正之后进行比较。也就是说，可以在距离H2(n)为修正后的距离Dpb′(＝Dpb+ΔD)以上的情况，不执行斗杆9的减速控制。另外，也可以对距离H2减去余裕量ΔH，进行修正之后进行比较。也就是说，可以在修正后的距离H2(n)′(＝H2(n)-ΔH)为距离Dpb以上的情况下，不执行斗杆9的减速控制。通过具有余裕量ΔD、ΔH，能够更有效地防止铲斗10的前端侵入目标面St。
＜变形例2＞
在上述实施方式中，说明了如下例子：控制器40运算销-铲斗间距离Dpb，并且运算销-目标面间距离H2，基于销-铲斗间距离Dpb及销-目标面间距离H2判断作业装置1A的姿势是否是侵入姿势，在判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势的情况下，或者，运算角度
Figure BDA0003213049060000421
基于角度
Figure BDA0003213049060000422
判断作业装置1A的姿势是否是侵入姿势，在判断成作业装置1A的姿势不是侵入姿势的情况下，判断成在进行斗杆9的操作时没有铲斗10侵入目标面St的可能性。另外，在上述实施方式中，说明了如下例子：控制器40在基于销-铲斗间距离Dpb及销-目标面间距离H2判断作业装置1A的姿势是否是侵入姿势、且判断成作业装置1A的姿势是侵入姿势，并且基于角度
Figure BDA0003213049060000423
判断作业装置1A的姿势是否是侵入姿势且判断成作业装置1A的姿势是侵入姿势的情况下，判断成在进行斗杆9的操作时存在铲斗10侵入目标面St的可能性，但本发明不限定于此。例如，也可以省略图10的步骤S145、S150及图11的步骤S245、S250。该情况下，不进行根据通过斗杆操作而铲斗10的前端部是否向接近目标面St的方向移动来判断是否存在铲斗10侵入目标面St的可能性。因此，即使是斗杆9向铲斗10的前端部远离目标面St的方向动作时，在销-目标面间距离H2(n)小于销-铲斗间距离Dpb且铲斗-目标面间距离H1(n)小于阈值Ya1的情况下，也执行斗杆9的减速控制。然而，在销-目标面间距离H2(n)为销-铲斗间距离Dpb以上的情况下，不进行斗杆9的减速控制，因此能够实现作业效率的提高。同样地，也可以省略图10的步骤S135、S140及图11的步骤S235、S240。该情况下，在步骤S150及步骤S250中判断成没有通过斗杆操作而铲斗10侵入目标面St的可能性的情况下，不进行斗杆9的减速控制，因此能够实现作业效率的提高。
＜变形例3＞
在上述实施方式中，说明了在进行基于操作员的对动臂8的下降操作和对斗杆9的操作的复合操作时，即使是作业装置1A的姿势不是侵入姿势的情况(例如，距离H2为距离Dpb以上的情况)下也进行斗杆9的减速控制的例子，但本发明不限定于此。例如，也可以在图10的步骤S130及图11的步骤230中判断是否输出了来自控制器40的动臂下降操作指令。
液压挖掘机101存在将结构与图3所示的设于动臂抬升侧的液压回路的电磁比例阀54a及梭形滑阀82a相同的电磁比例阀及梭形滑阀设于动臂下降侧的液压回路的情况。该情况下，能够通过该电磁比例阀自动控制动臂下降动作。动臂下降动作的自动控制在利用模式设定开关将动臂下降增压功能设定为有效的情况下执行。通过利用控制器40控制为了实现动臂下降增压功能而设置的电磁比例阀，生成比基于操作员进行的动臂下降操作用的操作压(第1控制信号)大的控制压(第2控制信号)，能够使其作用于流量控制阀15a的液压驱动部150b。
在本变形例3中，在图10的步骤S130中，例如，判断是否动臂下降增压功能被设定为有效且动臂下降增压功能发挥的条件成立。然后，在步骤S130中动臂下降增压功能被设定为有效且动臂下降增压功能发挥的条件成立时，判断成基于控制器40进行动臂下降操作，进入步骤S155，在动臂下降增压功能被设定为无效的情况下，或者在虽然动臂下降增压功能被设定为有效但动臂下降增压功能发挥的条件不成立时，判断成不基于控制器40进行动臂下降操作，进入步骤S135。此外，对于图11的步骤S230的处理也能够设为同样的处理。
以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式不过示出本发明的适用例的一部分，主旨不是将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。
附图标记说明
1A…作业装置，1B…车身，8…动臂，9…斗杆，10…铲斗(作业工具)，14…GNSS天线(位置传感器)，30～33…角度传感器(姿势传感器)，40…控制器(控制装置)，44、45…操作装置，92…斗杆销，101、201…液压挖掘机(作业机械)，St…目标面，H1…铲斗-目标面间距离(作业工具-目标面间距离)，H2…销-目标面间距离，Dpb…销-铲斗间距离(销-作业工具间距离)，Lpb…线段，
Figure BDA0003213049060000441
…角度(线段和目标面所成的角度)。

Claims (7)

1.一种作业机械，具备：车身；多关节型的作业装置，其具有动臂、斗杆及作业工具，安装于所述车身；操作装置，其对所述车身及所述作业装置进行操作；位置传感器，其检测所述车身的位置；姿势传感器，其检测所述作业装置的姿势；以及控制装置，其设定目标面，基于来自所述位置传感器及所述姿势传感器的信号，对作为从所述作业工具到所述目标面的距离的作业工具-目标面间距离进行运算，在通过所述操作装置进行所述斗杆的操作且所述作业工具-目标面间距离变为小于规定的距离的情况下，控制所述动臂且执行使所述斗杆减速的减速控制，使得所述作业工具不越过所述目标面而挖掘地面，所述作业机械的特征在于，
所述控制装置基于所设定的所述目标面和来自所述位置传感器及所述姿势传感器的信号，判断进行所述斗杆的操作时是否存在所述作业工具侵入所述目标面的可能性，
所述控制装置在判断成没有所述作业工具侵入所述目标面的可能性的情况下，即使是所述作业工具-目标面间距离小于所述规定的距离的情况下也不执行所述减速控制，
所述控制装置基于所设定的所述目标面和来自所述位置传感器及所述姿势传感器的信号，判断所述作业装置的姿势是否是进行所述斗杆的操作时所述作业工具会侵入所述目标面的侵入姿势，
所述控制装置在判断成所述作业装置的姿势不是所述侵入姿势的情况下，判断成在进行所述斗杆的操作时没有所述作业工具侵入所述目标面的可能性。
2.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置基于来自所述姿势传感器的信号，对作为从连结所述动臂与所述斗杆的斗杆销到所述作业工具的距离的销-作业工具间距离进行运算，
所述控制装置基于所设定的所述目标面和来自所述位置传感器及所述姿势传感器的信号，对作为从所述斗杆销到所述目标面的距离的销-目标面间距离进行运算，
所述控制装置基于所述销-作业工具间距离及所述销-目标面间距离，判断所述作业装置的姿势是否是所述侵入姿势。
3.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置基于所设定的所述目标面和来自所述位置传感器及所述姿势传感器的信号，对连结斗杆销与所述作业工具的线段和所述目标面所成的角度进行运算，其中所述斗杆销连结所述动臂与所述斗杆，
所述控制装置基于所述线段和所述目标面所成的角度，判断所述作业装置的姿势是否是所述侵入姿势。
4.如权利要求3所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置在判断成所述作业装置的姿势不是所述侵入姿势的情况下，与所述线段和所述目标面所成的角度的变化相应地使所述斗杆的速度变化。
5.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置针对所设定的多个所述目标面中的、存在于所述作业工具的作业范围内的目标面且在进行所述斗杆的操作时存在于所述作业工具的行进方向的目标面，判断在进行所述斗杆的操作时是否存在所述作业工具侵入所述目标面的可能性。
6.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置在进行所述动臂的下降操作与所述斗杆的操作的复合操作时，即使是所述作业装置的姿势不是所述侵入姿势的情况下，也执行使所述斗杆减速的减速控制。
7.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置基于来自所述姿势传感器的信号，对作为从连结所述动臂与所述斗杆的斗杆销到所述作业工具的距离的销-作业工具间距离进行运算，并且基于所设定的所述目标面和来自所述位置传感器及所述姿势传感器的信号，对从作为所述斗杆销到所述目标面的距离的销-目标面间距离进行运算，基于所述销-作业工具间距离及所述销-目标面间距离判断所述作业装置的姿势是否是所述侵入姿势，在判断成所述作业装置的姿势不是所述侵入姿势的情况下，判断成在进行所述斗杆的操作时没有所述作业工具侵入所述目标面的可能性，
或者，基于所设定的所述目标面和来自所述位置传感器及所述姿势传感器的信号，对连结所述斗杆销与所述作业工具的线段和所述目标面所成的角度进行运算，基于所述线段和所述目标面所成的角度，判断所述作业装置的姿势是否是所述侵入姿势，在判断成所述作业装置的姿势不是所述侵入姿势的情况下，判断成在进行所述斗杆的操作时没有所述作业工具侵入所述目标面的可能性，
在基于所述销-作业工具间距离及所述销-目标面间距离判断所述作业装置的姿势是否是所述侵入姿势且判断成所述作业装置的姿势是所述侵入姿势，并且基于所述线段和所述目标面所成的角度判断所述作业装置的姿势是否是所述侵入姿势且判断成所述作业装置的姿势是所述侵入姿势的情况下，判断成在进行所述斗杆的操作时存在所述作业工具侵入所述目标面的可能性。
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