CN113474514B - 作业机械 - Google Patents

Abstract

在与动臂液压缸(5)对应的操作杆(1a)、(1b)的操作量为与斗杆液压缸(6)对应的操作杆(1a)、(1b)的操作量以下的情况下，基于如下第1条件来计算用于区域限制控制的斗杆液压缸的推定速度，该第1条件预先规定了操作杆(1a)、(1b)的操作量与斗杆液压缸(6)的推定速度之间的关系，并在与动臂液压缸(5)对应的操作杆(1a)、(1b)的操作量比与斗杆液压缸(6)对应的操作杆(1a)、(1b)的操作量大的情况下，将用于区域限制控制的斗杆液压缸(6)的推定速度计算为比基于第1条件计算出的斗杆液压缸(6)的推定速度大的速度。由此，能够使作业装置的举动稳定。

Description

作业机械

技术领域

本发明涉及作业机械。

背景技术

作为提高具有由液压执行机构驱动的作业装置(例如由动臂、斗杆以及铲斗构成的作业装置)的作业机械(例如液压挖掘机)的作业效率的技术而具有机械控制(MC：Machine Control)。机械控制(以下简称为MC)是指通过依照基于操作员进行的操作装置的操作、和预先规定的条件来半自动地控制作业装置的动作而进行操作员的操作支援的技术。

作为这样的MC技术，例如在专利文献1中公开了一种作业车辆，其具有：动臂；斗杆；铲斗；驱动所述斗杆的斗杆液压缸；方向控制阀，其具有能够移动的阀柱，通过所述阀柱的移动而向所述斗杆液压缸供给工作油而使所述斗杆液压缸动作；计算部，其基于依照斗杆操作杆的操作量实现的所述方向控制阀的阀柱的移动量与所述斗杆液压缸的速度之间的关联关系来计算所述斗杆液压缸的推定速度；和速度决定部，其基于所述斗杆液压缸的推定速度来决定所述动臂的目标速度，所述计算部在所述斗杆操作杆的操作量不足规定量的情况下，作为所述斗杆液压缸的推定速度而计算比依照所述方向控制阀的阀柱的移动量与所述斗杆液压缸的速度之间的关联关系所得到的所述斗杆液压缸的速度大的速度，其中，所述方向控制阀的阀柱的移动量是依照所述斗杆操作杆的操作量得到的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/025985号

发明内容

在上述以往技术中，想要通过考虑对斗杆液压缸的速度产生影响的作业装置的自重，来更准确地推定斗杆液压缸的速度。但是，例如在将上述以往技术适用于使用开中心且正控制方式的液压系统的作业机械的情况下，由于当复合操作时优先操作量大的执行机构来控制泵流量，所以有时对操作量小的执行机构供给的泵流量会增加，有时实际速度比根据单独操作时的流量特性计算的推定速度更快。即，复合动作时执行机构的实际速度与测定速度不同，担心在作业装置的动作中产生摆动等而导致举动不稳定。

本发明是鉴于上述情况作出的，目的为提供能够使作业装置的举动稳定的作业机械。

本申请包括解决上述课题的多个方式，但若举其一例来说，作业机械具有：由多个被驱动部件构成的多关节型的作业装置，该多个被驱动部件包括：将基端与上部旋转体能够转动地连结的动臂、将一端与所述动臂的顶端能够转动地连结的斗杆、以及与所述斗杆的另一端能够转动地连结的作业工具；多个液压执行机构，其包括基于操作信号驱动所述动臂的动臂液压缸、基于操作信号驱动所述斗杆的斗杆液压缸、以及基于操作信号驱动所述作业工具的作业工具液压缸；多个液压泵，其排出用于驱动多个所述液压执行机构的液压油；操作装置，其输出用于对多个所述液压执行机构中的操作员所希望的液压执行机构进行操作的所述操作信号；多个流量控制阀，其对应于多个所述液压执行机构而分别设置，基于来自所述操作装置的操作信号来控制从所述液压泵向多个所述液压执行机构供给的液压油的方向以及流量；执行区域限制控制的控制器，该区域限制控制为，输出以使所述作业装置在针对所述作业装置的作业对象而设定的目标面以及其上方的区域内运动的方式控制与多个所述液压执行机构中的至少一个液压执行机构对应的所述流量控制阀的控制信号，或者修正为了控制与多个所述液压执行机构中的至少一个液压执行机构对应的所述流量控制阀而从所述操作装置输出的所述控制信号，其中，所述控制器在与所述动臂液压缸对应的所述操作装置的操作量为与所述斗杆液压缸对应的操作装置的操作量以下的情况下，基于如下第1条件来计算用于所述区域限制控制的所述斗杆液压缸的推定速度，该第1条件预先规定了与所述斗杆液压缸对应的操作装置的操作量和所述斗杆液压缸的推定速度之间的关系，并在与所述动臂液压缸对应的所述操作装置的操作量比与所述斗杆液压缸对应的操作装置的操作量大的情况下，将用于所述区域限制控制的所述斗杆液压缸的推定速度计算为比基于所述第1条件计算出的所述斗杆液压缸的推定速度大的速度。

发明效果

根据本发明，能够使作业装置的举动稳定。

附图说明

图1是示意表示作为作业机械一例的液压挖掘机的外观的图。

图2是将液压挖掘机的液压回路系统与包括控制器的周边构成一起提取表示的图。

图3是将图2中的前部控制用液压单元与关联构成一起提取出详细表示的图。

图4是控制器的硬件构成图。

图5是表示控制器的处理功能的功能框图。

图6是详细表示图5中的MC控制部的处理功能的功能框图。

图7是表示基于控制器的MC的针对动臂的处理内容的流程图。

图8是说明针对液压挖掘机设定的挖掘机坐标系的图。

图9是表示铲斗中的速度成分的一例的图。

图10是表示液压缸速度相对于操作量的设定图表的一例的图。

图11是表示泵控制压与泵流量之间的关系的图。

图12是表示铲斗爪尖速度的垂直成分的限制值与距离之间的关系的图。

图13是表示斗杆液压缸速度修正处理的处理内容的流程图。

图14是表示液压挖掘机中的作业状态的变化的一例的图。

具体实施方式

以下，使用附图来说明本发明的实施方式。此外，在以下说明中，作为作业机械的一例而举例说明在作业装置的顶端作为作业工具(附件)而具有铲斗的液压挖掘机，但也能够将本发明适用于具有铲斗以外的附件的作业机械。另外，只要是具有将多个被驱动部件(附件、斗杆、动臂等)连结而构成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，在以下说明中，关于与表示某种形状的用语(例如目标面、设计面等)一同使用的“上”、“上方”或“下方”这些词语，“上”意味着该形状的“表面”，“上方”意味着该形状的“比表面高的位置”，“下方”意味着该形状的“比表面低的位置”。

另外，在以下说明中，在同一构成要素存在多个的情况下，有时会在附图标记(数字)的末尾标注罗马字母，但有时省略该罗马字母而将该多个构成要素整体表记。即，例如当存在两个液压泵2a、2b时，有时将其整体表记为液压泵2。

＜基本构成＞

图1是示意表示本实施方式的作业机械的一例的液压挖掘机的外观的图。另外，图2是将液压挖掘机的液压回路系统与包括控制器的周边构成一起提取表示的图。图3是将图2中的前部控制用液压单元与关联构成一起提取出详细表示的图。

图1中，液压挖掘机1由多关节型的作业装置1A和主体1B构成。液压挖掘机1的主体1B由通过左右的行驶液压马达3a、3b行驶的下部行驶体11、和安装在下部行驶体11上并通过旋转液压马达4旋转的上部旋转体12构成。

作业装置1A是将沿垂直方向各自转动的多个被驱动部件(动臂8、斗杆9以及铲斗10)连结而构成的。动臂8的基端经由动臂销能够转动地支承在上部旋转体12的前部。在动臂8的顶端，经由斗杆销能够转动地连结有斗杆9，在斗杆9的顶端经由铲斗销能够转动地连结有铲斗10。动臂8由动臂液压缸5驱动，斗杆9由斗杆液压缸6驱动，铲斗10由铲斗液压缸7驱动。此外，在以下的说明中，有时将动臂液压缸5、斗杆液压缸6以及铲斗液压缸7整体称为液压缸5、6、7或液压执行机构5、6、7。

图8是说明针对液压挖掘机设定的挖掘机坐标系的图。

如图8所示，在本实施方式中，相对于液压挖掘机1定义了挖掘机坐标系(本地坐标系)。挖掘机坐标系是对于上部旋转体12相对固定地定义的XY坐标系，以转动支承于上部旋转体12的动臂8的基端为原点来设定如下的车身坐标系，其具有在沿着上部旋转体12的旋转轴的方向上从原点通过将上方设为正的Z轴，在沿着作业装置1A工作的平面的方向上与Z轴垂直地通过动臂的基端并将前方设为正的X轴。

另外，将动臂8的长度(两端的连结部之间的直线距离)定义为L1，将斗杆9的长度(两端的连结部之间的直线距离)定义为L2，将铲斗10的长度(跟斗杆的连结部与爪尖之间的直线距离)定义为L3，将动臂8与X轴所成的角(长度方向的直线与X轴之间的相对角度)定义为转动角度α，将斗杆9与动臂8所成的角(长度方向的直线的相对角度)定义为转动角度β，将铲斗10与斗杆9所成的角(长度方向的直线的相对角度)定义为转动角度γ。由此，挖掘机坐标系中的铲斗爪尖位置的坐标以及作业装置1A的姿势能够由L1、L2、L3、α、β、γ来表现。

而且，将液压挖掘机1的主体1B的相对于水平面的前后方向上的倾斜设为角度θ，将作业装置1A的铲斗10的爪尖与目标面60之间的距离设为D。此外，目标面60是指，作为挖掘作业的目标而基于施工现场的设计信息等设定的目标挖掘面。

在作业装置1A上，作为测定动臂8、斗杆9、铲斗10的转动角度α、β、γ的姿势检测装置而分别在动臂销上安装有动臂角度传感器30，在斗杆销上安装有斗杆角度传感器31，在铲斗连杆13上安装有铲斗角度传感器32，另外，在上部旋转体12上，安装有检测上部旋转体12(液压挖掘机1的主体1B)相对于基准面(例如水平面)的倾斜角θ的车身倾斜角传感器33。此外，角度传感器30、31、32例举说明了检测多个被驱动部件8、9、10的连结部中的相对角度的装置，但也可以代替为分别检测多个被驱动部件8、9、10的相对于基准面(例如水平面)的相对角度的惯性计测装置(IMU:Inertial Measurement Unit)。

另外，图1以及图2中，在设于上部旋转体12的驾驶室内，设置有：具有右行驶操作杆23a(图1)且用于操作右行驶液压马达3a(即，下部行驶体11)的操作装置47a(图2)；具有左行驶操作杆23b(图1)且用于操作左行驶液压马达3b(即，下部行驶体11)的操作装置47b(图2)；共有右操作杆1a(图1)且用于操作动臂液压缸5(即，动臂8)以及铲斗液压缸7(即，铲斗10)的操作装置45a、46a(图2)；和共有左操作杆1b(图1)且用于操作斗杆液压缸6(即，斗杆9)以及旋转液压马达4(即，上部旋转体12)的操作装置45b、46b(图2)。此外，以下有时将右行驶操作杆23a以及左行驶操作杆23b总称为行驶操作杆23a、23b，将右操作杆1a以及左操作杆1b总称为操作杆1a、1b。

另外，在驾驶室内配置有：能够显示目标面60和作业装置1A的位置关系的显示装置(例如液晶显示器)53；用于择一地旋转基于机械控制(以下称为MC)进行的动作控制的允许或禁止(ON/OFF)的MC控制ON/OFF开关98；用于择一地旋转基于MC进行的铲斗角度控制(也称为作业工具角度控制)的允许或禁止(ON/OFF)的控制选择开关97；用于设定基于MC进行的铲斗角度控制中的铲斗10相对于目标面60的角度(目标角度)的目标角度设定装置96；和作为能够输入与目标面60有关的信息(包括各目标面的位置信息和倾斜角度信息)的接口的目标面设定装置51(参照随后的图4以及图5)。

控制选择开关97例如设在操纵杆形状的操作杆1a中的前表面的上端部，由握住操作杆1a的操作员的大拇指进行按下操作。另外，控制选择开关97例如为瞬时开关，每次被按下则切换铲斗角度控制(作业工具角度控制)的有效(ON)和无效(OFF)。此外，控制选择开关97的设置部位不限于操作杆1a(1b)，也可以设在其他部位。另外，控制选择开关97也可以不需要由硬件构成，例如使显示装置53触摸面板化，由在其显示画面上显示的图形用户界面(GUI)构成。

目标面设定装置51与存储有在地球坐标系(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，基于来自该外部终端的信息来进行目标面60的设定。此外，借助目标面设定装置51的目标面60的输入也可以为操作员通过手动进行。

如图2所示，作为上部旋转体12上搭载的原动机的发动机18驱动液压泵2a、2b和先导泵48。液压泵2a、2b是通过调节器2aa、2ba来控制容量的可变容量型泵，先导泵48是固定容量型泵。液压泵2以及先导泵48通过工作油油箱200来吸引工作油。

在传递从操作装置45、46、47作为操作信号而输出的液压信号的先导管线144、145、146、147、148、149的中途设有滑阀组162。从操作装置45、46、47输出的液压信号经由滑阀组162也输入至调节器2aa、2ba。滑阀组162通过用于选择性地抽取先导管线144、145、146、147、148、149的液压信号的多个往复滑阀等构成，但省略详细构成的说明。来自操作装置45、46、47的液压信号经由滑阀组162输入至调节器2aa、2ba，根据该液压信号控制液压泵2a、2b的排出流量。

作为先导泵48的排出配管的泵管线48a在从锁紧阀39通过后，分支为多支而与操作装置45、46、47以及前部控制用液压单元160内的各阀连接。锁紧阀39例如为电磁切换阀，其电磁驱动部与配置在驾驶室(图1)的未图示的门锁杆的位置检测器电连接。门锁杆的位置由位置检测器检测，从该位置检测器相对于锁紧阀39输入有与门锁杆的位置相应的信号。若门锁杆的位置处于锁定位置，则关闭锁紧阀39并截断泵管线48a，若处于锁定解除位置，则打开锁紧阀39并开通泵管线48a。即，在门锁杆被操作至锁定位置而截断泵管线48a的状态下，基于操作装置45、46、47进行的操作被无效化，禁止旋转以及挖掘等动作。

操作装置45、46、47是液压先导式，基于从先导泵48排出的液压油，作为液压信号而生成与由操作员操作的操作杆1a1b、23a、23b的操作量(例如，杆行程)和操作方向相应的先导压(有时称为操作压)。这样生成的先导压(液压信号)经由先导管线144a～149b(参照图3)供给至所对应的流量控制阀15a～15h(参照图2、图3)的液压驱动部150a～157b，作为驱动这些流量控制阀15a～15h的操作信号来利用。

从液压泵2排出的液压油经由流量控制阀15a～15h(参照图2)供给至右行驶液压马达3a、左行驶液压马达3b、旋转液压马达4，动臂液压缸5，斗杆液压缸6，以及铲斗液压缸7，并且经由将各流量控制阀15a～15h连结的中央旁通管路158a～158d而引导至工作油油箱200。通过从液压泵2经由流量控制阀15a、15b供给的液压油使动臂液压缸5伸缩，通过经由流量控制阀15c、15d供给的液压油使斗杆液压缸6伸缩，以及通过经由流量控制阀15e供给的液压油使铲斗液压缸7伸缩，由此动臂8、斗杆9以及铲斗10各自转动而使铲斗10的位置以及姿势变化。另外，通过从液压泵2经由流量控制阀15f供给的液压油使旋转液压马达4旋转，由此上部旋转体12相对于下部行驶体11旋转。另外，通过从液压泵2经由流量控制阀15g、15h供给的液压油使右行驶液压马达3a以及左行驶液压马达3b旋转，由此下部行驶体11行驶。

＜前部控制用液压单元160＞

如图3所示，前部控制用液压单元160具有：设于动臂8用的操作装置45a的先导管线144a、144b并作为操作杆1a的操作量来检测先导压(第1控制信号)的作为操作员操作检测装置的压力传感器70a、70b；一次端口侧经由泵管线48a与先导泵48连接并将来自先导泵48的先导压减压而输出的电磁比例阀54a；与动臂8用的操作装置45a的先导管线144a和电磁比例阀54a的二次端口侧连接、并选择先导管线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)的高压侧、并将其向流量控制阀15a、15b的液压驱动部150a、151a引导的往复滑阀82a；和设置于动臂8用的操作装置45a的先导管线144b、并基于来自控制器40的控制信号而将先导管线144b内的先导压(第1控制信号)降低并向流量控制阀15a、15b的液压驱动部150b、151b引导的电磁比例阀54b。

前部控制用液压单元160具有：设置于斗杆9用的先导管线145a、145b、并作为操作杆1b的操作量来检测先导压(第1控制信号)并向控制器40输出的作为操作员操作检测装置的压力传感器71a、71b；设置于先导管线145b、并基于来自控制器40的控制信号而将先导压(第1控制信号)降低并向流量控制阀15c、15d的液压驱动部152b，153b引导的电磁比例阀55b；和设置于先导管线145a、并基于来自控制器40的控制信号而将先导管线145a内的先导压(第1控制信号)降低并向流量控制阀15c、15d的液压驱动部152a、153a引导的电磁比例阀55a。

另外，前部控制用液压单元160具有：设置于铲斗10用的先导管线146a、146b、并作为操作杆1a的操作量来检测先导压(第1控制信号)并向控制器40输出的作为操作员操作检测装置的压力传感器72a、72b；基于来自控制器40的控制信号而将先导压(第1控制信号)降低并输出的电磁比例阀56a、56b；一次端口侧与先导泵48连接并将来自先导泵48的先导压减压并输出的电磁比例阀56c、56d；和选择先导管线146a、146b内的先导压和从电磁比例阀56c、56d输出的控制压的高压侧并将其向流量控制阀15e的液压驱动部154a、154b引导的往复滑阀83a、83b。

此外，在图3中，为了使图示简洁，在同一先导管线连接着多个流量控制阀的情况下，仅图示一个，对于其他的流量控制阀，由括号表示其附图标记。另外，图3中，因图面尺寸，省略了压力传感器70、71、72与控制器40之间的连接线。

电磁比例阀54b、55a、55b、56a、56b在非通电时开度最大，随着作为来自控制器40的控制信号的电流增大则开度变小。另一方面，电磁比例阀54a、56c、56d在非通电时开度为零，当通电时随着作为来自控制器40的控制信号的电流增大则开度变大。即，各电磁比例阀54、55、56的开度与来自控制器40的控制信号相应的变化。

以下，在本实施方式中，将相对于流量控制阀15a～15e的控制信号中的由操作装置45a、45b、46a的操作产生的先导压称为“第1控制信号”。另外，将相对于流量控制阀15a～15e的控制信号中的由控制器40驱动电磁比例阀54b、55a、55b、56a、56b来修正(降低)第1控制信号所生成的先导压、和由控制器40驱动电磁比例阀54a、56c、56d而与第1控制信号不同地新生成的先导压称为“第2控制信号”。

＜控制器40＞

图4是控制器的硬件构成图。

图4中，控制器40具有输入接口91、作为处理器的中央处理装置(CPU)92、作为存储装置的只读存储器(ROM)93以及随机存储器(RAM)94、和输出接口95。输入接口91输入如下信号来进行A/D转换，该信号包括：来自姿势检测装置(动臂角度传感器30、斗杆角度传感器31、铲斗角度传感器32、车身倾斜角传感器33)的信号；来自目标面设定装置51的信号；来自操作员操作检测装置(压力传感器70a、70b、71a、71b、72a、72b)、控制选择开关97的信号；表示来自目标角度设定装置96的目标角度的信号；表示来自控制选择开关97的铲斗角度控制的有效或无效的选择状态的信号；以及表示来自MC控制ON/OFF开关98的MC的允许或禁止(ON/OFF)的选择状态的信号。ROM93是存储有用于执行后述的流程图的控制程序、和为了该流程图的执行所必要的各种信息等的记录介质，CPU92依照ROM93内存储的控制程序而相对于从输入接口91以及存储器93、94获得的信号进行规定的运算处理。输出接口95制作与由CPU92的运算结果相应的输出用的信号，并将该信号向显示装置53和电磁比例阀54、55、56输出，由此驱动控制液压执行机构5、6、7，或使液压挖掘机1的主体1B、铲斗10以及目标面60等图像显示于显示装置53的显示画面上。此外，图4的控制器40例举了作为存储装置而具有ROM93以及RAM94的半导体存储器的情况，但只要是具有存储功能的装置就能够替代，例如也可以构成为，具有硬盘驱动器等磁性存储装置。

本实施方式的控制器40作为机械控制(MC)，而在操作装置45、46被操作员操作时，执行基于预先规定的条件来控制作业装置1A的处理。本实施方式的MC相对于当操作装置45a、45b、46a、46b的非操作时由计算机控制作业装置1A的动作的“自动控制”，有时称为仅在操作装置45a、45b、46a、46b的操作时由计算机控制作业装置1A的动作的“半自动控制”。

作为作业装置1A的MC而进行如下的区域限制控制，该区域限制控制为，在经由操作装置45b、46a输入了挖掘操作(具体地，斗杆收回、铲斗铲装以及铲斗卸载中的至少一个指示)的情况下，基于目标面60与作业装置1A的顶端(本实施方式中设为铲斗10的爪尖)之间的位置关系，将以使作业装置1A的顶端的位置保持于目标面60上以及其上方的区域内的方式使液压执行机构5、6、7中的至少一个强制动作的控制信号(例如将动臂液压缸5伸长而强制地进行动臂抬升动作)向相应的流量控制阀15a～15e输出。

通过这样的MC而防止铲斗10的爪尖侵入至目标面60的下方，因此能够与操作员的技术水平程度无关地进行沿着目标面60的挖掘。此外，在本实施方式中，将MC时的作业装置1A的控制点设定为液压挖掘机的铲斗10的爪尖(作业装置1A的顶端)，但控制点只要为作业装置1A的顶端部分的点，则也能够变更为铲斗爪尖以外。即，例如也可以将控制点设定为铲斗10的底面和铲斗连杆13的最外部。

前部控制用液压单元160中，当从控制器40输出控制信号来驱动电磁比例阀54a、56c、56d时，即使在操作员没有操作所对应的操作装置45a、46a的情况下也能够产生先导压(第2控制信号)，因此能够强制产生动臂抬升动作、铲斗铲装动作、铲斗卸载动作。另外，与此同样地，当由控制器40驱动电磁比例阀54b、55a、55b、56a、56b时，能够产生将由操作装置45a、45b、46a的操作员操作产生的先导压(第1控制信号)减去得到的先导压(第2控制信号)，能够从操作员操作的值强制地降低动臂下降动作、斗杆收回/放出动作、铲斗铲装/卸载动作的速度。

当由第1控制信号产生的作业装置1A的控制点的速度矢量违反规定条件时生成第2控制信号，并作为使不违反该规定条件的作业装置1A的控制点的速度矢量产生的控制信号而生成。此外，在相对于同一流量控制阀15a～15e中的一个液压驱动部生成了第1控制信号，并相对于另一个液压驱动部生成了第2控制信号的情况下，使第2控制信号优先作用于液压驱动部，将第1控制信号由电磁比例阀截断，将第2控制信号输入至该另一个液压驱动部。因此，针对流量控制阀15a～15e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，针对没有运算出第2控制信号的流量控制阀，基于第1控制信号进行控制，针对没有产生第1以及第2控制信号双方的流量控制阀，不进行控制(驱动)。即，本实施方式中的MC也能够称为基于第2控制信号进行的流量控制阀15a～15e的控制。

图5是表示控制器的处理功能的功能框图。另外，图6是与关联构成一起详细表示图5中的MC控制部的处理功能的功能框图。

如图5所示，控制器40具有MC控制部43、电磁比例阀控制部44和显示控制部374。

显示控制部374是基于从MC控制部43输出的作业装置姿势以及目标面来控制显示装置53的功能部。在显示控制部374具有存储有多个包括作业装置1A的图像以及图标的显示关联数据的显示ROM，显示控制部374基于输入信息中包含的标识来读取规定的程序，并且进行显示装置53中的显示控制。

如图6所示，MC控制部43具有操作量运算部43a、姿势运算部43b、目标面运算部43c和执行机构控制部81。另外，执行机构控制部81具有动臂控制部81a和铲斗控制部81b。

操作量运算部43a基于来自操作员操作检测装置(压力传感器70、71、72)的输入来计算操作装置45a、45b、46a(操作杆1a、1b)的操作量。在操作量运算部43a中，根据压力传感器70、71、72的检测值来计算操作装置45a、45b、46a的操作量。此外，本实施方式所示的基于压力传感器70、71、72进行的操作量的计算只是一例，例如也可以通过检测各操作装置45a、45b、46a的操作装置的旋转位移的位置传感器(例如旋转编码器)来检测该操作装置的操作量。

姿势运算部43b基于来自姿势检测装置(动臂角度传感器30、斗杆角度传感器31、铲斗角度传感器32、车身倾斜角传感器33)的信息，来运算本地坐标系中的作业装置1A的姿势、和铲斗10的爪尖的位置。

目标面运算部43c基于来自目标面设定装置51的信息来运算目标面60的位置信息，并将其存储于ROM93内。在本实施方式中，如图8所示，利用将三维目标面由作业装置1A所移动的平面(作业装置1A的动作平面)截断而成的截面形状来作为目标面60(二维目标面)。

此外，在图8中，例举目标面60为一个的情况，但也具有目标面存在多个的情况。在目标面存在多个的情况下，例如具有将离作业装置1A最近的面设定为目标面的方法、将位于铲斗爪尖的下方的面设为目标面的方法、或将任意选择的面作为目标面的方法等。

动臂控制部81a以及铲斗控制部81b构成了当操作装置45a、45b、46a的操作时依照预先规定的条件对多个液压执行机构5、6、7中的至少一个进行控制的执行机构控制部81。执行机构控制部81运算各液压缸5、6、7的流量控制阀15a～15e的目标先导压，并将该运算出的目标先导压向电磁比例阀控制部44输出。

动臂控制部81a是用于执行MC的功能部，该MC为，当操作装置45a、45b、46a的操作时，基于目标面60的位置、作业装置1A的姿势以及铲斗10的爪尖的位置、操作装置45a、45b、46a的操作量，以使铲斗10的爪尖(控制点)位于目标面60上或其上方的方式控制动臂液压缸5(动臂8)的动作。在动臂控制部81a中，运算动臂液压缸5的流量控制阀15a、15b的目标先导压。

铲斗控制部81b是当操作装置45a、45b、46a的操作时用于执行基于MC进行的铲斗角度控制的功能部。具体地，当目标面60与铲斗10的爪尖之间的距离为规定值以下时，执行以使铲斗10相对于目标面60的角度(能够从角度θ、

计算)成为由目标角度设定装置96预先设定的对目标面铲斗角度的方式控制铲斗液压缸7(即，铲斗10)的动作的MC(铲斗角度控制)。在铲斗控制部81b中，运算铲斗液压缸7的流量控制阀15e的目标先导压。

电磁比例阀控制部44基于从MC控制部43的执行机构控制部81输出的对各流量控制阀15a～15e的目标先导压，来运算对各电磁比例阀54～56的指令。此外，在基于操作员操作得到的先导压(第1控制信号)与由执行机构控制部81计算的目标先导压一致的情况下，向相应的电磁比例阀54～56的电流值(指令值)为零，相应的电磁比例阀54～56的动作不执行。

＜MC的动臂控制(动臂控制部81a)＞

在此，详细说明MC的动臂控制。

图7是表示基于控制器进行的MC的动臂的处理内容的流程图。另外，图9是表示铲斗中的速度成分的一例的图，图10是表示液压缸速度相对于操作装置的操作量的设定图表的一例的图。

控制器40作为MC中的动臂控制而执行基于动臂控制部81a的动臂抬升控制。当由操作员操作了操作装置45a、45b、46a，则开始基于动臂控制部81a的处理。

图7中，若由操作员操作了操作装置45a、45b、46a，则动臂控制部81a首先进行基于由操作量运算部43a运算的操作量来运算各液压缸5、6、7的动作速度(液压缸速度)的液压缸速度计算处理(步骤S100)。具体地，如图10所示，作为图表来设定提前用实验和模拟求出的例如相对于动臂8，斗杆9，铲斗10等的操作杆的操作量而产生的动臂液压缸5、斗杆液压缸6、铲斗液压缸7等的液压缸速度，并依照该图表针对各液压缸5、6、7计算液压缸速度。另外，针对斗杆液压缸6的速度，在后述的斗杆液压缸速度修正处理中，使用修正增益k来进行修正。

接着，动臂控制部81a基于在步骤S100运算出的各液压缸5、6、7的动作速度、和在姿势运算部43b运算出的作业装置1A的姿势来运算基于操作员操作的铲斗顶端(爪尖)的速度矢量B(步骤S110)。

接着，动臂控制部81a基于铲斗10的爪尖离目标面60的距离D与限制值ay之间的预先规定的关系，使用距离D来计算铲斗顶端的速度矢量的与目标面60垂直的成分的限制值ay(步骤S120)。

接着，动臂控制部81a针对在步骤S120计算的基于操作员操作的铲斗顶端的速度矢量B，取得与目标面60垂直的成分by(步骤S130)。

接着，动臂控制部81a判断在步骤S130计算出的限制值ay是否为0以上(步骤S140)。此外，如图9所示，相对于铲斗10设定xy坐标。在图9的xy坐标中，x轴与目标面60平行且将图中右方向设为正，y轴与目标面60垂直且将图中上方向设为正。在图9中，垂直成分by以及限制值ay为负，水平成分bx、水平成分cx以及垂直成分cy为正。并且，根据图12可知，当限制值ay为0时距离D为0，即处于爪尖位于目标面60上的情况，当限制值ay为正时距离D为负，即处于爪尖与目标面60相比位于下方的情况，当限制值ay为负时距离D为正，即处于爪尖与目标面60相比位于上方的情况。

在步骤S140中的判断结果为肯定的情况下，即，在判断为限制值ay为0以上的情况、且爪尖位于目标面60上或其下方的情况下，动臂控制部81a判断基于操作员操作的爪尖的速度矢量B的垂直成分by是否为0以上(步骤S150)。垂直成分by为正的情况表示速度矢量B的垂直成分by为向上朝向，垂直成分by为负的情况表示速度矢量B的垂直成分by为向下朝向。

在步骤S150中的判断结果为肯定的情况下，即，在判断为垂直成分by为0以上、且垂直成分by为向上朝向的情况下，动臂控制部81a判断限制值ay的绝对值是否为垂直成分by的绝对值以上(步骤S160)，并在判断结果为肯定的情况下，动臂控制部81a作为计算通过基于机械控制的动臂8的动作而应该产生的铲斗顶端的速度矢量C的与目标面60垂直的成分cy的数式而选择“cy＝ay－by”，基于该数式、在步骤S140计算出的限制值ay和在步骤S150计算出的垂直成分by来计算垂直成分cy(步骤S170)。

接着，动臂控制部81a计算能够输出在步骤S170计算出的垂直成分cy的速度矢量C，并将其水平成分设为cx(步骤S180)。

接着，动臂控制部81a计算目标速度矢量T计算(步骤S190)，并向步骤S200前进。能够将与目标面60垂直的成分设为ty，将水平的成分设为tx，分别设为“ty＝by+cy，tx＝bx+cx”，由此表达目标速度矢量T。若向其中代入在步骤S170计算出的cy＝ay－by，则目标速度矢量T成为“ty＝ay，tx＝bx+cx”。即，直到步骤S190的处理的情况下的目标速度矢量的垂直成分ty被限制为限制值ay，基于机械控制的强制动臂抬升的控制起动。

在步骤S140中的判断结果为否定的情况下，即，在限制值ay不足0的情况下，动臂控制部81a判断基于操作员操作的爪尖的速度矢量B的垂直成分by是否为0以上(步骤S141)。在步骤S141中的判断结果为肯定的情况下，向步骤S143前进，在判断结果为否定的情况下，向步骤S142前进。

在步骤S141中的判断结果为否定的情况，即垂直成分by不足0的情况下，动臂控制部81a判断限制值ay的绝对值是否为垂直成分by的绝对值以上(步骤S142)，在判断结果为肯定的情况下，向步骤S143前进，在判断结果为否定的情况下向步骤S170前进。

在步骤S141中的判断结果为肯定的情况，即判断为垂直成分by为0以上的情况(垂直成分by为向上朝向的情况)下，或在步骤S142中的判断结果为肯定的情况，即限制值ay的绝对值为垂直成分by的绝对值以上的情况下，动臂控制部81a设为不需要通过机械控制使动臂8动作，将速度矢量C设为零(步骤S143)。

接着，动臂控制部81a基于与步骤S190同样的数式(ty＝by+cy，tx＝bx+cx)而将目标速度矢量T设为“ty＝by，tx＝bx”(步骤S144)。其与基于操作员操作的速度矢量B一致。

若步骤S190或步骤S144的处理结束，则接着，动臂控制部81a基于在步骤S190或步骤S144决定的目标速度矢量T(ty，tx)来运算各液压缸5、6、7的目标速度(步骤S200)。此外，根据上述说明可以明确，当目标速度矢量T与速度矢量B不一致时，将通过基于机械控制的动臂8的动作所产生的速度矢量C向速度矢量B相加，由此实现目标速度矢量T。

接着，动臂控制部81a基于在步骤S200计算出的各液压缸5、6、7的目标速度来运算向各液压缸5、6、7的流量控制阀15a～15e的目标先导压(步骤S210)。

接着，动臂控制部81a将向各液压缸5、6、7的流量控制阀15a～15e的目标先导压向电磁比例阀控制部44输出(步骤S220)，并结束处理。

这样地，通过进行图7所示的流程图的处理，电磁比例阀控制部44以使目标先导压作用于各液压缸5、6、7的流量控制阀15a～15e的方式控制电磁比例阀54、55、56，进行基于作业装置1A的挖掘。例如，在操作员对操作装置45b进行操作并通过斗杆收回动作来进行水平挖掘的情况下，以不使铲斗10的顶端侵入目标面60的方式控制电磁比例阀55c，自动地进行动臂8的抬升动作。

＜斗杆液压缸速度修正处理＞

接着，说明图7的步骤S100所示的斗杆液压缸速度修正处理。

图13是表示斗杆液压缸速度修正处理的处理内容的流程图。

在图13中，首先判断动臂的操作量Qbm是否大于斗杆的操作量Qam(步骤S300)。在步骤S300中的判断结果为肯定的情况下，即，动臂的操作量Qbm大于斗杆的操作量Qam的情况下，依照提前决定的函数k＝Kpc(Qbm，Qam)来计算修正增益k(步骤S310)。此外，函数Kpc是与基于动臂操作量Qbm得到的正控制方式下的泵流量以及基于斗杆操作量Qam得到的正控制方式下的泵流量相关的函数。

另外，在步骤S300中的判断结果为否定的情况，即，动臂的操作量Qbm为斗杆的操作量Qam以下的情况下，修正增益k＝0(零)。

若在步骤S310或步骤S301中计算出修正增益k，则接着进行设为斗杆速度Vam＝Vam+k的修正(步骤S320)，并结束处理。通过该斗杆液压缸速度修正处理计算出的Vam成为在图7的步骤S100计算出的斗杆液压缸速度。

说明以上那样构成的本实施方式的作用效果。

图14是表示液压挖掘机中的作业状态的变化一例的图。

图14中，说明从状态S1(动臂的操作量＞斗杆的操作量)向状态S2(动臂的操作量≤斗杆的操作量)转移的情况下的操作员的操作、和基于控制器40(动臂控制部81a)的MC。

在从图14的状态S1向状态S2转移的期间，操作员进行斗杆9的放出操作。当判断为通过斗杆9的放出操作会导致铲斗10侵入目标面60时，从动臂控制部81a向电磁比例阀54a发出指令，由此执行使动臂8上升的控制(MC)。

另外，在如状态S1那样地动臂的操作量大于斗杆的操作量的状态下执行MC时，通过斗杆液压缸速度修正处理(参照图13)，计算比设想得大的斗杆液压缸速度的推定值，由此实际的泵流量与斗杆单独操作时相比增加而能够抑制斗杆液压缸速度变得比设想的大，能够更可靠地计算动臂抬升操作量。

另外，在如状态S2那样地动臂的操作量小于斗杆的操作量的状态下执行MC时，实际的泵流量与斗杆单独操作时一致，泵流量相对于斗杆液压缸速度的影响几乎没有，即使通过斗杆液压缸速度修正处理(参照图13)也能够更可靠地计算动臂抬升操作量。

即，以上那样构成的本实施方式中，考虑基于动臂操作量得到的正控制方式下的泵流量和基于斗杆操作量得到的泵流量，而对于设想的斗杆速度加上恰当的修正量，因此与实际的斗杆液压缸速度的乖离变小，能够计算恰当的动臂抬升操作量，能够使MC稳定。

此外，在本实施方式中，使用了检测动臂8、斗杆9、铲斗10的角度的角度传感器，但也可以构成为，不用角度传感器，通过液压缸行程传感器计算挖掘机的姿势信息。另外，举例说明了液压先导式的液压挖掘机，但也能够适用于电子杆式的液压挖掘机，例如可以构成为，控制从电子杆生成的指令电流。另外，作业装置1A的速度矢量可以不是基于操作员操作的先导压，可以从通过对动臂8、斗杆9、铲斗10的角度进行微分而计算的角速度求出。

接着说明上述的各实施方式的特征。

(1)在上述实施方式中，作业机械具有：由多个被驱动部件构成的多关节型的作业装置1A，该多个被驱动部件包括：将基端与上部旋转体12能够转动地连结的动臂8、将一端与所述动臂的顶端能够转动地连结的斗杆9、以及与所述斗杆的另一端能够转动地连结的作业工具(例如铲斗10)；多个液压执行机构，其包括基于操作信号驱动所述动臂的动臂液压缸5、基于操作信号驱动所述斗杆的斗杆液压缸6、以及基于操作信号驱动所述作业工具的作业工具液压缸(例如铲斗液压缸7)；多个液压泵2a、2b，其排出用于驱动多个所述液压执行机构的液压油；操作装置45a、45b、46a、46b，其输出用于对多个所述液压执行机构中的操作员所希望的液压执行机构进行操作的所述操作信号；多个流量控制阀15a～15e，其对应于多个所述液压执行机构而分别设置，基于来自所述操作装置的操作信号来控制从所述液压泵向多个所述液压执行机构供给的液压油的方向以及流量；执行区域限制控制的控制器40，该区域限制控制为，输出以使所述作业装置在针对所述作业装置的作业对象而设定的目标面以及其上方的区域内运动的方式控制与多个所述液压执行机构中的至少一个液压执行机构对应的所述流量控制阀的控制信号，或者修正为了控制与多个所述液压执行机构中的至少一个液压执行机构对应的所述流量控制阀而从所述操作装置输出的所述控制信号，其中，所述控制器在与所述动臂液压缸对应的所述操作装置的操作量为与所述斗杆液压缸对应的操作装置的操作量以下的情况下，基于如下第1条件来计算用于所述区域限制控制的所述斗杆液压缸的推定速度，该第1条件预先规定了与所述斗杆液压缸对应的操作装置的操作量和所述斗杆液压缸的推定速度之间的关系，并在与所述动臂液压缸对应的所述操作装置的操作量比与所述斗杆液压缸对应的操作装置的操作量大的情况下，将用于所述区域限制控制的所述斗杆液压缸的推定速度计算为比基于所述第1条件计算出的所述斗杆液压缸的推定速度大的速度。

由此，能够使作业装置的举动稳定。

(2)另外，对于上述实施方式，在(1)的作业机械(例如液压挖掘机1)中，根据基于与所述动臂液压缸5对应的所述操作装置45b的操作被正控制的所述液压泵的排出流量、和基于与所述斗杆液压缸6对应的所述操作装置45a的操作被正控制的所述液压泵的排出流量，来计算与所述动臂液压缸对应的所述操作装置的操作量比与所述斗杆液压缸对应的操作装置的操作量大的情况下计算的所述斗杆液压缸的推定速度。

＜附记＞

此外，本发明并不限定于上述实施方式，包括在不脱离其要旨范围内的各种变形例和组合。另外，本发明不限定于具有上述实施方式所说明的全部构成，也包括将其构成的一部分删除的方式。另外，上述的各构成、功能等也可以使其一部分或全部通过例如集成电路设计等而实现。另外，上述的各构成、功能等也可以通过处理器解释并执行实现各个功能的程序而由软件实现。

附图标记说明

1…液压挖掘机，1a、1b…操作杆，1A…作业装置，1B…主体，2…液压泵，2aa、2ba…调节器，3a、3b…行驶液压马达，4…旋转液压马达，5…动臂液压缸，6…斗杆液压缸，7…铲斗液压缸，8…动臂，9…斗杆，10…铲斗，11…下部行驶体，12…上部旋转体，13…铲斗连杆，15a～15h…流量控制阀，18…发动机，23a、23b…行驶操作杆，30…动臂角度传感器，31…斗杆角度传感器，32…铲斗角度传感器，33…车身倾斜角传感器，39…锁紧阀，40…控制器，43…MC控制部，43a…操作量运算部，43b…姿势运算部，43c…目标面运算部，44…电磁比例阀控制部，45～47…操作装置，48…先导泵，50…姿势检测装置，51…目标面设定装置，53…显示装置，54～56…电磁比例阀，60…目标面，70～72…压力传感器，81…执行机构控制部，81a…动臂控制部，81b…铲斗控制部，81c…铲斗控制判断部，82a、83a、83b…往复滑阀，91…输入接口，92…中央处理装置(CPU)，93…只读存储器(ROM)，94…随机存储器(RAM)，95…输出接口，96…目标角度设定装置，97…控制选择开关，144～149…先导管线，150a～157a、150b～157b…液压驱动部，160…前部控制用液压单元，162…滑阀组，200…工作油油箱，374…显示控制部。

Claims (2)

1.一种作业机械，其具有：

由多个被驱动部件构成的多关节型的作业装置，该多个被驱动部件包括：将基端与上部旋转体能够转动地连结的动臂、将一端与所述动臂的顶端能够转动地连结的斗杆、以及与所述斗杆的另一端能够转动地连结的作业工具；

多个液压执行机构，其包括基于操作信号驱动所述动臂的动臂液压缸、基于操作信号驱动所述斗杆的斗杆液压缸、以及基于操作信号驱动所述作业工具的作业工具液压缸；

多个液压泵，其排出用于驱动多个所述液压执行机构的液压油；

操作杆，其输出用于对多个所述液压执行机构中的操作员所希望的液压执行机构进行操作的所述操作信号；

多个流量控制阀，其对应于多个所述液压执行机构而分别设置，基于来自操作装置的操作信号来控制从所述液压泵向多个所述液压执行机构供给的液压油的方向以及流量；

执行区域限制控制的控制器，该区域限制控制为，输出以使所述作业装置在针对所述作业装置的作业对象而设定的目标面以及其上方的区域内运动的方式控制与多个所述液压执行机构中的至少一个液压执行机构对应的所述流量控制阀的控制信号，或者修正为了控制与多个所述液压执行机构中的至少一个液压执行机构对应的所述流量控制阀而从所述操作装置输出的所述控制信号，所述作业机械的特征在于，

所述控制器在与所述动臂液压缸对应的所述操作杆的操作量为与所述斗杆液压缸对应的操作杆的操作量以下的情况下，基于如下第1条件来计算用于所述区域限制控制的所述斗杆液压缸的推定速度，该第1条件预先规定了与所述斗杆液压缸对应的操作杆的操作量和所述斗杆液压缸的推定速度之间的关系，

并在与所述动臂液压缸对应的所述操作杆的操作量比与所述斗杆液压缸对应的操作杆的操作量大的情况下，将用于所述区域限制控制的所述斗杆液压缸的推定速度计算为通过对基于所述第1条件计算出的所述斗杆液压缸的推定速度加上修正增益而基于所述第1条件计算出的所述斗杆液压缸的推定速度。

2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

根据基于与所述动臂液压缸对应的所述操作杆的操作被正控制的所述液压泵的排出流量、和基于与所述斗杆液压缸对应的所述操作杆的操作被正控制的所述液压泵的排出流量，来计算与所述动臂液压缸对应的所述操作杆的操作量比与所述斗杆液压缸对应的操作杆的操作量大的情况下计算的所述斗杆液压缸的推定速度。

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