CN115210430B - 液压挖掘机 - Google Patents

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Abstract

液压挖掘机(1)具有：行驶体(4)、回转体(3)、具有动臂(20)、斗杆(21)和铲斗(22)的前作业机(2)、操作量检测装置(33)、姿势检测装置(38)、负荷检测装置(39)、驱动控制装置(34)以及驱动装置(35)。驱动控制装置(34)根据操作量、前作业机的姿势、目标面距离，以使铲斗(22)沿着施工目标面进行挖掘的方式运算致动器的目标动作速度，根据由负荷检测装置(39)检测出的结果来判定要挖掘的场所的土壤硬度，根据土壤硬度来校正目标动作速度并生成动作指令值。另外，驱动控制装置(34)根据目标面距离来决定液压挖掘机顶起时的目标顶起速度，根据决定出的目标顶起速度来校正目标动作速度。

Description

液压挖掘机
技术领域
本发明涉及在道路施工、建设施工、土木施工、疏浚施工等中使用的液压挖掘机。
背景技术
作为在道路施工、建设施工、土木施工、疏浚施工等中使用的液压挖掘机，已知有如下的液压挖掘机：在通过动力系统行驶的行驶体的上部回转自如地安装有回转体，并且在回转体上下方向摆动自如地安装有多关节型的前作业机，利用缸来驱动构成前作业机的各前部件。前作业机例如由动臂、斗杆、铲斗等构成。在这种液压挖掘机中，存在设置能够运转的区域并在该范围内使前作业机半自动地进行动作的、具有所谓的机械控制功能的液压挖掘机。在机械控制中，操作员能够设定施工目标面，当进行动臂操作时，以铲斗不侵入施工目标面的方式根据施工目标面与铲斗的距离限制动臂的动作速度而使动臂减速停止，另外，当进行斗杆操作时，以沿着施工目标面的方式使动臂、铲斗半自动地进行动作。
但是，在操作员使用液压挖掘机挖掘硬的土壤时，在行驶体后部和前作业机成为支点而使行驶体前部浮起的状态下，进行所谓的顶起(详细情况在后面进行叙述)。在液压挖掘机顶起时，前作业机的挖掘力最大，因此，操作员通过综合地判断所挖掘的土壤的硬度、施工目标面与铲斗的距离、以及液压挖掘机的顶起的状态来对操作杆的操作量进行微调，从而高效且高精度地挖掘硬的土壤。
在专利文献1中公开了如下技术：为了使用机械控制高精度地进行挖掘，对施工目标面与铲斗的距离进行时间积分，校正动臂动作速度。由此，在所挖掘的土壤硬且施工目标面与铲斗的距离分离的状态持续的情况下，以使铲斗接近施工目标面的方式对动臂的动作速度进行校正。此时，若作用于铲斗的挖掘反作用力超过液压挖掘机的最大挖掘力，则液压挖掘机顶起。即，根据专利文献1的技术，若施工目标面与铲斗的距离分离的状态持续，则对动臂的动作速度进行校正，液压挖掘机逐渐顶起。
现有技术文献
专利文献1：日本专利第5947477号公报
发明内容
发明要解决的课题
在使用了机械控制的挖掘作业中，从操作性及作业性的观点出发，需要以与操作员手动进行通常的挖掘作业时相同的方式使液压挖掘机能够迅速顶起。另外，如上所述，在使用了机械控制的挖掘作业中，需要以铲斗不侵入施工目标面的方式高精度地控制前作业机。因此，在维持挖掘的精度的状态下，为了使操作员的操作性和作业性良好，需要控制液压挖掘机顶起的速度。
但是，在专利文献1所记载的技术中，关于动臂的动作速度，施工目标面与铲斗的距离分离的状态持续的时间越长，校正量越大，因此，液压挖掘机慢慢地顶起。即，若在施工目标面与铲斗的距离分离的状态下未持续一定程度的时间，则无法达到规定的顶起速度。因此，无法在施工目标面附近进行迅速的顶起。
本发明鉴于上述课题，其目的在于，提供一种能够在施工目标面附近进行迅速的顶起的液压挖掘机。
用于解决课题的手段
本发明的液压挖掘机具有：行驶体，其能够行驶；回转体，其回转自如地安装于所述行驶体；前作业机，其摆动自如地安装于所述回转体，并且具有动臂、斗杆和铲斗；致动器，其分别驱动所述动臂、所述斗杆、所述铲斗；操作量检测装置，其检测操作所述致动器的操作装置的操作量；姿势检测装置，其分别检测所述前作业机的姿势和所述回转体的姿势；目标面管理装置，其设定施工目标面，运算所设定的所述施工目标面与所述铲斗的距离作为目标面距离；驱动控制装置，其根据所述操作量、所述前作业机的姿势、所述目标面距离，以使所述铲斗沿着所述施工目标面进行挖掘的方式运算所述致动器的目标动作速度，生成针对所述致动器的动作指令值；以及驱动装置，其根据所述动作指令值来驱动所述致动器，其特征在于，所述驱动控制装置根据所述目标面距离来决定所述液压挖掘机顶起时的目标顶起速度，根据决定出的所述目标顶起速度来校正所述目标动作速度。
在本发明的液压挖掘机中，驱动控制装置根据目标面距离来决定液压挖掘机顶起时的目标顶起速度，根据决定出的目标顶起速度来校正目标动作速度，因此，能够在施工目标面附近进行迅速的顶起。
发明效果
根据本发明，能够在施工目标面附近进行迅速的顶起。
附图说明
图1是表示实施方式的液压挖掘机的侧视图。
图2是表示液压挖掘机的控制系统的结构的图。
图3是表示液压挖掘机的驱动控制装置的结构的图。
图4是表示实施方式的液压挖掘机的顶起状态的侧视图。
图5是表示液压挖掘机的驱动控制装置的控制逻辑的图。
图6是表示动臂缸限制速度与目标面距离的关系的图。
图7是表示根据目标面距离来决定目标顶起速度的表的图。
图8是表示根据铲斗对目标面角度来决定目标顶起速度的表的图。
图9是表示根据铲斗对行驶体距离来决定目标顶起速度的表的图。
图10是表示根据行驶体倾斜角度来决定目标顶起速度的表的图。
图11是表示根据回转体相对角度来决定目标顶起速度的表的图。
图12A是表示进行了挖掘动作时的行驶体倾斜角度的时间变化的图。
图12B是表示进行了挖掘动作时的动臂速度指令值的时间变化的图。
图13是表示根据要求速度来决定驱动指令值的表的图。
图14是表示驱动控制装置的控制处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的液压挖掘机的实施方式进行说明。在以下的说明中，上下、左右、前后的方向及位置以液压挖掘机的通常的使用状态，即液压挖掘机的行驶体与地面接地的状态为基准。
如图1所示，本实施方式的液压挖掘机1具有：通过动力系统行驶的行驶体4、相对于行驶体4在左右方向上回转自如地安装的回转体3、以及安装于回转体3的前作业机2。行驶体4及回转体3例如分别由液压致动器驱动。
＜关于前作业机＞
前作业机2构成为相对于回转体3在上下方向上摆动自如。该前作业机2具有：与回转体3连结的动臂20、与动臂20连结的斗杆21、与斗杆21连结的铲斗22、两端分别与动臂20和回转体3连结的动臂缸20A、两端分别与斗杆21和动臂20连结的斗杆缸21A、第一连杆22B、第二连杆22C、以及两端分别与第二连杆22C和斗杆21连结的铲斗缸22A。这些部件构成为分别以连结部分为中心在上下方向上摆动。
动臂缸20A、斗杆缸21A、铲斗缸22A相当于权利要求书中记载的“致动器”，例如分别由液压致动器构成，能够通过伸缩分别驱动动臂20、斗杆21、铲斗22。此外，铲斗22能够任意地更换为抓斗、破碎机、松土器、磁铁等未图示的作业工具。
在动臂20内置有用于检测动臂20的姿势的动臂IMU(Inertial MeasurementUnit：惯性测量单元)传感器20S，在斗杆21内置有用于检测斗杆21的姿势的斗杆IMU传感器21S。另外，在第二连杆22C内置有用于检测铲斗22的姿势的铲斗IMU传感器22S。动臂IMU传感器20S、斗杆IMU传感器21S以及铲斗IMU传感器22S分别由角速度传感器和加速度传感器构成。
另外，在动臂缸20A安装有动臂底压传感器20BP和动臂杆压传感器20RP作为缸压传感器。
＜关于回转体＞
回转体3具有：回转体IMU传感器30S、主框架31、驾驶室32、操作量检测装置33、驱动控制装置34、驱动装置35、原动装置36、回转角度传感器37以及目标面管理装置100。主框架31是回转体3的基础部分，相对于行驶体4被回转自如地安装。回转体IMU传感器30S、驾驶室32、驱动控制装置34、驱动装置35及原动装置36配置在主框架31的上方。回转体IMU传感器30S由角速度传感器和加速度传感器构成，检测回转体3相对于地面的倾斜。回转角度传感器37例如是电位计，以能够检测回转体3与行驶体4的相对角度的方式安装。
操作量检测装置33设置在驾驶室32的内部，由2个操作杆(操作装置)33A、33B和检测它们被推倒的量的操作输入量传感器33C(参照图2)构成。操作输入量传感器33C构成为，通过检测操作员推倒操作杆33A、33B的量(即，操作杆的操作量R)，能够将操作员对前作业机2要求的要求速度分别转换为电信号。此外，操作杆33A、33B也可以是基于液压先导方式的操作杆。
驱动装置35由电磁控制阀35A和方向切换阀35B构成(参照图2)，按照从驱动控制装置34指示的控制指令值来驱动电磁控制阀35A和方向切换阀35B，由此，使作为液压致动器的动臂缸20A、斗杆缸21A、铲斗缸22A进行动作。
原动装置36由发动机36A和液压泵36B构成(参照图2)，产生液压挖掘机1的运转所需的液压作为动力。目标面管理装置100由目标面管理控制器构成。
＜关于行驶体＞
另一方面，行驶体4具有：履带架40、前空转轮41、链轮43以及履带45。前空转轮41及链轮43分别配置在履带架40，履带45配置成能够经由这些部件环绕履带架40。操作员通过对操作杆33A、33B进行操作来调整链轮43的转速，能够经由履带45使液压挖掘机1行驶。行驶体4并不限定于具有履带45，也可以具有行驶轮、腿。
以下，参照图2对液压挖掘机1的控制系统进行说明。液压挖掘机1的控制系统主要由操作量检测装置33、姿势检测装置38、负荷检测装置39、目标面管理装置100、驱动装置35、驱动控制装置34以及原动装置36构成。并且，操作量检测装置33、姿势检测装置38、负荷检测装置39以及目标面管理装置100分别与驱动控制装置34电连接。
＜关于操作量检测装置＞
在液压挖掘机中，一般情况下设定为若推倒操作杆的量(即，操作杆的操作量R)变大，则各缸的动作速度变快。操作员通过变更推倒操作杆的量来变更各缸的动作速度而使液压挖掘机进行动作。如上所述，操作量检测装置33由操作杆33A、33B和操作输入量传感器33C构成。操作输入量传感器33C具有用于电检测操作杆33A、33B的操作量R的动臂操作输入量传感器、斗杆操作输入量传感器、以及铲斗操作输入量传感器。由此，能够分别检测操作员要求的动臂缸20A、斗杆缸21A、铲斗缸22A的要求速度。此外，用于检测操作量R的传感器不限于直接检测推倒操作杆的量的传感器，也可以是检测操作先导压的方式。
＜关于姿势检测装置＞
姿势检测装置38由回转体IMU传感器30S、动臂IMU传感器20S、斗杆IMU传感器21S、铲斗IMU传感器22S以及回转角度传感器37构成。这些IMU传感器分别具有角速度传感器以及加速度传感器，因此，能够取得各个传感器位置处的角速度以及加速度的信号。动臂20、斗杆21、铲斗22、动臂缸20A、斗杆缸21A、铲斗缸22A、第一连杆22B、第二连杆22C及回转体3分别以能够摆动的方式安装，因此，姿势检测装置38能够根据机械的连杆关系来检测动臂20、斗杆21、铲斗22及回转体3的姿势。
此外，在此示出的姿势的检测方法是一例，也可以直接测量前作业机2的各部分的相对角度、检测动臂缸20A、斗杆缸21A、铲斗缸22A的行程来检测液压挖掘机1的各部分的姿势。如上所述，回转角度传感器37是电位计，检测行驶体4相对于回转体3的相对角度。此外，回转角度传感器37只要能够测量回转角度即可，也可以是电位计以外的测量装置。
＜关于负荷检测装置＞
负荷检测装置39由作为缸压传感器的动臂底压传感器20BP和动臂杆压传感器20RP构成，经由这些传感器检测对动臂缸20A的负荷(即，对动臂缸20A施加的压力)。此外，负荷的检测方法不限于此，也可以使用测力传感器等。
＜关于目标面管理装置＞
如图4所示，目标面管理装置100设定施工目标面，并且根据由倾斜角度运算部820(后述)运算出的行驶体倾斜角度θp和由前姿势检测部830(后述)检测出的前作业机2的姿势，来运算所设定的施工目标面与铲斗22的距离(以下，称为目标面距离d)，将运算出的结果向驱动控制装置34输出。在本实施方式中，目标面管理装置100对所设定的施工目标面与铲斗22的最短距离进行运算，将运算出的结果向驱动控制装置34输出。另外，该目标面管理装置100根据由倾斜角度运算部820运算出的行驶体倾斜角度θp及由前姿势检测部830检测出的前作业机2的姿势，运算铲斗22的底面与施工目标面所成的角度θb(以下，称为铲斗对目标面角度θb)。此外，施工目标面可以由操作员直接输入来设定，也可以输入预先制作出的设计图等来设定。
＜关于驱动装置＞
如上所述，驱动装置35由电磁控制阀35A和方向切换阀35B构成，按照从驱动控制装置34指令的控制指令值，控制向驱动液压挖掘机1的各部分的液压致动器供给的压力油的量。更具体而言，从驱动控制装置34输出的控制电流通过电磁控制阀35A转换为先导压，通过先导压驱动方向切换阀35B的阀芯。并且，由方向切换阀35B调整了流量的工作油向驱动液压挖掘机1的各部分的液压致动器供给，驱动各可动部。例如，驱动装置35调整从原动装置36供给的工作油的流量和方向，对分别驱动动臂缸20A、斗杆缸21A、铲斗缸22A、回转体3、行驶体4的液压致动器进行驱动。
＜关于原动装置＞
如上所述，原动装置36由发动机36A和液压泵36B构成，生成驱动液压致动器所需的压力油，该液压致动器驱动动臂缸20A、斗杆缸21A、铲斗缸22A及回转体3和行驶体4。此外，原动装置36不限于该结构，也可以使用电动泵等其他动力源。
＜关于驱动控制装置＞
驱动控制装置34例如由驱动控制用控制器构成，对来自操作量检测装置33、姿势检测装置38、负荷检测装置39以及目标面管理装置100的信号进行处理，向驱动装置35输出动作指令。
图3是表示液压挖掘机的驱动控制装置的结构的图。如图3所示，驱动控制装置34主要具有：目标动作速度运算部710、动作指令值生成部720、驱动指令部730、缸负荷运算部810、回转角度运算部840、倾斜角度运算部820、前姿势检测部830、土壤硬度判定部910、目标顶起速度决定部920及目标动作速度校正部930。
目标动作速度运算部710根据由操作输入量传感器33C检测出的操作杆33A、33B的操作量R、由目标面管理装置100运算出的目标面距离d及由前姿势检测部830检测出的前作业机2的姿势，以铲斗22沿着施工目标面进行动作的方式运算动臂缸20A、斗杆缸21A及铲斗缸22A中的至少一个的目标动作速度Vt。
关于目标动作速度Vt的具体的运算方法，能够使用已经公知的方法。例如如日本特开2018-080510号公报所记载那样，目标动作速度运算部710以铲斗爪尖沿着施工目标面移动的方式决定铲斗爪尖的动作方向和速度，以成为该速度的方式运算并决定动臂、斗杆及铲斗的目标动作速度。
动作指令值生成部720根据由目标动作速度运算部710运算出的目标动作速度Vt，生成使用预先决定的表数据使缸动作所需的驱动指令值Pi。并且，动作指令值生成部720根据从目标动作速度校正部930输出的校正速度Vc，生成驱动指令值Pi。此外，在此的驱动指令值相当于权利要求书中记载的“动作指令值”。
驱动指令部730根据动作指令值生成部720生成的驱动指令值Pi，生成电磁控制阀35A的驱动所需的控制电流I。
缸负荷运算部810根据安装于动臂缸20A的动臂底压传感器20BP和动臂杆压传感器20RP的检测结果来运算缸的负荷(即，动臂底侧负荷Pb以及动臂杆侧负荷Pr)。
回转角度运算部840以由回转角度传感器37检测出的信号为基础来运算回转体3与行驶体4的相对角度(以下，称为回转体相对角度θs)。回转体相对角度θs以行驶体4的行进方向为基准。行驶体4的行进方向在图1及图4中是指纸面的左侧。
倾斜角度运算部820根据从安装于回转体3的回转体IMU传感器30S得到的加速度信号和角速度信号来运算回转体3的倾斜角度。在本实施方式中，回转体3的倾斜角度与行驶体4的倾斜角度相同，因此，将通过运算得到的回转体3的倾斜角度设为行驶体4的倾斜角度(以下，称为行驶体倾斜角度θp)。
前姿势检测部830根据从动臂IMU传感器20S、斗杆IMU传感器21S、铲斗IMU传感器22S得到的加速度信号及角速度信号，分别检测动臂20、斗杆21、铲斗22的姿势。
土壤硬度判定部910判定前作业机2所挖掘的场所的土壤硬度。作为土壤硬度的判定，列举出使用了土壤硬度H的方法和使用了动臂缸20A的推力F的方法。在使用了土壤硬度H的方法中，土壤硬度判定部910首先根据前姿势检测部830和缸负荷运算部810的结果，即前姿势和动臂缸的负荷，运算前作业机2进行挖掘的土壤的硬度作为土壤硬度H。接着，土壤硬度判定部910通过将运算出的土壤硬度H与预先决定的硬度阈值进行比较来判定土壤硬度。例如在运算出的土壤硬度H比硬度阈值大的情况下，土壤硬度判定部910判定为土壤硬。此外，硬度阈值例如根据各土壤的硬度的经验值来决定。
另一方面，在使用了动臂缸20A的推力F的方法中，土壤硬度判定部910首先根据下述公式(1)来求出动臂缸20A的推力F。公式(1)中的Sb为动臂底侧受压面积，Pb为动臂底侧负荷，Sr为动臂杆侧受压面积，Pr为动臂杆侧负荷。
F＝Sb×Pb-Sr×Pr (1)
接着，土壤硬度判定部910预先决定与前作业机2的姿势对应的阈值，将通过公式(1)求出的动臂缸20A的推力F与该阈值进行比较，由此，判定土壤硬度。例如当动臂缸20A的推力比该阈值大时，判定为土壤硬。此外，该情况下的阈值可以由根据前作业机2的重量计算出的值来决定，也可以使用实际将液压挖掘机1顶起的实验值来决定。
目标顶起速度决定部920根据由目标面管理装置100运算出的目标面距离d及铲斗对目标面角度θb、铲斗对行驶体距离db、由倾斜角度运算部820运算出的行驶体倾斜角度θp、由回转角度运算部840运算出的回转体相对角度θs，运算并决定行驶体4顶起时的目标顶起速度ω。此外，如图4所示，目标面距离d是施工目标面与铲斗22的最短距离，铲斗对目标面角度θb是铲斗22的底面与施工目标面所成的角度。铲斗对行驶体距离db是在液压挖掘机1的行进方向上铲斗22与行驶体4的距离，由目标顶起速度决定部920运算。
＜关于顶起＞
在此，以图4为基础对液压挖掘机1的顶起进行说明。如图4所示，顶起是指行驶体4的后部和铲斗22分别与地面接地，行驶体4的前部浮在空中的状态。此时，将行驶体4的底面与地面所成的角度称为顶起角度α。顶起角度α为零的情况是行驶体4的底面整体与地面接地的状态。并且，顶起速度是顶起角度α的时间变化，表示以行驶体4与地面的接点为中心的行驶体4的角速度。
但是，回转体3能够相对于行驶体4回转，因此，根据作业姿势的不同，回转体3和行驶体4的朝向有时为与图示相反的方向、横向。该情况下，也将行驶体4的与地面的接地点和地面所成的角度称为顶起角度α。一般情况下，行驶体4在行进方向上长，与行进方向正交的横向的宽度小。因此，若在不改变斗杆21的姿势的状态下以恒定的动作速度使动臂20进行下降动作，则在行驶体4相对于回转体3处于横向时，行驶体4与地面相接的点与铲斗22的距离变小，因此，与行驶体4相对于回转体3处于行进方向时相比，顶起速度变快。
＜目标顶起速度＞
以下，使用图5～图13对目标顶起速度的决定方法进行说明。如图5所示，目标顶起速度ω通过选择分别根据目标面距离d、铲斗对目标面角度θb、铲斗对行驶体距离db、行驶体倾斜角度θp、回转体相对角度θs而决定的目标顶起速度表的最小值来决定。液压挖掘机1顶起的速度根据前作业机2的姿势而不同，因此，以成为目标顶起速度的方式，与前作业机2的姿势对应地，运算例如动臂缸20A的速度。运算方法是简单的几何学运算，因此，省略其详细说明。
如图5所示，以运算出的动臂缸20A的目标动作速度不超过操作员要求的速度R’的方式选择最小值，作为校正速度Vc而输出。例如，在由土壤硬度判定部910判定为土壤硬度硬时，代替由目标动作速度运算部710运算出的目标动作速度Vt，选择校正速度Vc，根据驱动指令值转换表运算驱动指令值Pi。
在通常的机械控制中使铲斗22接近施工目标面的情况下，动臂缸20A相对于目标面距离d的限制速度如图6的虚线所示(即，未指示目标顶起速度的例子)。与之相对地，在进行了本实施方式的控制的情况下，如图6的实线所示(即，指示了目标顶起速度的例子)。根据图6可知，在未指示目标顶起速度的例子中，虚线的倾斜比较平缓，因此，动臂缸20A的限制速度未被缓和，动臂下降动作比较慢。另一方面，在指示了目标顶起速度的例子中，实线的倾斜率比较陡，动臂缸20A的限制速度在短时间内变大。因此，能够缓和接近施工目标面的情况下的动臂缸20A的限制速度而进行迅速的动臂下降动作，能够在短时间内将液压挖掘机1顶起。
在图7～图11中，示出了分别根据目标面距离d、铲斗对目标面角度θb、铲斗对行驶体距离db、行驶体倾斜角度θp、回转体相对角度θs来决定目标顶起速度ω的表的例子。为了便于说明，这些表的值由线性函数表记，但也可以是2次函数等，其形式和值根据实验值、设计思想来决定即可。
在本实施方式中，目标顶起速度决定部920优选为目标面距离d越小，则将目标顶起速度ω决定得越小(参照图7)。如果像这样目标面距离d越小越是将目标顶起速度ω决定得小，则铲斗22朝向施工目标面慢慢地(例如，以被限制为不会过度挖掘施工目标面的速度)进行动作，因此，能够防止施工目标面的过度挖掘。
此外，目标顶起速度决定部920优选为铲斗对目标面角度θb越小，则将目标顶起速度ω决定得越大(参照图8)。在铲斗对目标面角度θb小时，不会过度挖掘施工目标面，因此，通过将目标顶起速度ω决定得大，能够进行迅速的顶起。
另外，目标顶起速度决定部920优选为铲斗对行驶体距离db越大，则将目标顶起速度ω决定得越大(参照图9)。铲斗对行驶体距离db大时是挖掘开始时，通过将目标顶起速度ω决定得大，能够进行迅速的顶起。换言之，目标面距离d小时是挖掘结束时，因此不需要进行迅速的顶起。而且，在铲斗处于附近时，即使是相同的顶起速度，因重量平衡的关系，铲斗22的挖掘力变大，因此，过度挖掘施工目标面的可能性变高。从防止这样的过度挖掘的观点出发，需要在铲斗对行驶体距离db小时将目标顶起速度ω决定得小。
另外，目标顶起速度决定部920优选为行驶体倾斜角度θp越大，则将目标顶起速度ω决定得越小(参照图10)。行驶体倾斜角度θp大时，液压挖掘机1容易变得不稳定，若进行迅速的顶起，则容易给操作员带来不安感，因此，通过慢慢地进行顶起，能够确保良好的操作性。
另外，目标顶起速度决定部920优选为回转体相对角度θs越大，则将目标顶起速度ω决定得越小(参照图11)。回转体相对角度θs大时是前作业机2相对于行驶体4为横向时，因此液压挖掘机1容易变得不稳定，若进行迅速的顶起，则容易给操作员带来不安感，因此，通过慢慢地进行顶起，能够确保良好的操作性。
另外，在图12A中，分别用实线和虚线表示指示了目标顶起速度ω的情况和未指示目标顶起速度ω的情况下的行驶体倾斜角度θp的时间变化的例子。如图12A所示，在指示了目标顶起速度ω的情况下，若将开始时刻设为t1，则在时刻t2之前液压挖掘机1的顶起完成。另一方面，在未指示目标顶起速度ω的情况下，在比时刻t2晚的时刻t3顶起完成。因此，在指示了目标顶起速度ω的情况下，行驶体倾斜角度θp的时间变化快速，与未指示目标顶起速度ω的情况相比，能够在短时间内进行顶起动作。
在图12B中，分别用实线和虚线表示指示了目标顶起速度ω的情况和未指示目标顶起速度ω的情况下的动臂速度指令值的时间变化的例子。根据图12B，在指示了目标顶起速度ω的情况下，若将开始时刻设为t1，则在时刻t1之后动臂速度指令值急剧变大，在液压挖掘机1的顶起完成的时刻t2动臂速度指令值为零。另一方面，在未指示目标顶起速度ω的情况下，从时刻t1起，动臂速度指令值稍稍变大，在液压挖掘机1的顶起完成的时刻t3，动臂速度指令值为零。因此，在指示了目标顶起速度ω的情况下，与未指示目标顶起速度ω的情况相比，动臂速度指令值能够急剧增大，因此，能够在短时间内进行顶起动作。此外，在图13中表示根据要求速度(例如，校正速度Vc)转换为用于驱动动臂的驱动指令值的表的一例。此时，动作指令值生成部720参照图13所示的转换表，根据校正速度Vc生成驱动指令值Pi。
另一方面，目标动作速度校正部930以成为由目标顶起速度决定部920决定出的行驶体4的目标顶起速度ω的方式，根据前姿势和操作员的操作量R来运算动臂缸20A的校正速度Vc。校正速度Vc的运算方法能够使用已经公知的方法。并且，目标动作速度校正部930将运算出的结果输出到动作指令值生成部720。
以下，基于图14对驱动控制装置34的控制处理进行说明。首先，在步骤S110中，进行行驶体倾斜角度θp的运算。此时，倾斜角度运算部820根据从安装于回转体3的回转体IMU传感器30S得到的加速度信号和角速度信号来运算回转体3的倾斜角度，将运算出的回转体3的倾斜角度设为行驶体倾斜角度θp。
在接着步骤S110的步骤S120中，进行前姿势的检测。此时，前姿势检测部830根据从动臂IMU传感器20S、斗杆IMU传感器21S、铲斗IMU传感器22S得到的加速度信号及角速度信号，分别检测前作业机2的动臂20、斗杆21及铲斗22的姿势。由此，检测前姿势。
在接着步骤S120的步骤S130中，进行动臂20、斗杆21及铲斗22的目标动作速度Vt的运算。此时，目标动作速度运算部710针对在步骤S120中检测出的前姿势，根据由操作输入量传感器33C检测出的操作杆33A、33B的操作量R、由目标面管理装置100运算出的目标面距离d，以铲斗22沿着施工目标面进行动作的方式运算动臂缸20A、斗杆缸21A及铲斗缸22A中的至少一个的目标动作速度Vt。例如，目标动作速度运算部710以不从施工目标面过度挖掘的方式，根据前姿势、目标面距离d、操作杆33A、33B的操作量R来运算动臂缸20A的目标动作速度Vt。
在接着步骤S130的步骤S140中，进行铲斗对目标面角度θb的运算。此时，目标面管理装置100运算铲斗22的底面与施工目标面所成的角度。
在接着步骤S140的步骤S150中，进行铲斗对行驶体距离db的运算。此时，目标顶起速度决定部920根据在步骤S120中检测出的前作业机的姿势，运算铲斗对行驶体距离db。
在接着步骤S150的步骤S160中，进行回转体相对角度θs的运算。此时，回转角度运算部840根据由回转角度传感器37检测出的信号来运算回转体相对角度θs。
在接着步骤S160的步骤S170中，进行目标顶起速度ω的运算。此时，目标顶起速度决定部920针对在步骤S110中运算出的行驶体倾斜角度θp、在步骤S140中运算出的铲斗对目标面角度θb、在步骤S150中运算出的铲斗对行驶体距离db、以及在步骤S160中运算出的回转体相对角度θs加上目标面距离d，根据这些来运算并决定行驶体4顶起时的目标顶起速度ω。
在接着步骤S170的步骤S180中，进行动臂的校正速度的运算。此时，目标动作速度校正部930以成为在步骤S170中运算出的目标顶起速度ω的方式，根据前姿势和操作员的操作量R来运算动臂缸20A的校正速度Vc。
在接着步骤S180的步骤S190中，土壤硬度判定部910根据上述的公式(1)来运算动臂缸20A的推力F。
在接着步骤S190的步骤S200中，土壤硬度判定部910通过将计算出的动臂缸20A的推力与预先决定的阈值进行比较，来判定土壤是否硬。并且，在计算出的动臂缸20A的推力为阈值以下的情况下，判定为土壤不硬。因此，驱动控制装置34不校正目标动作速度(参照步骤S210)。在步骤S210中，驱动控制装置34直接采用例如在步骤S130中运算出的动臂缸20A的目标动作速度Vt。然后，当步骤S210结束时，控制处理进入步骤S250，动作指令值生成部720根据目标动作速度Vt生成驱动指令值Pi。
另一方面，在步骤S200中判定为推力比阈值大的情况下，判定为土壤硬，控制处理进入步骤S220。
在步骤S220中，驱动控制装置34判定与操作杆33A、33B的操作量R相当的操作员要求速度R’是否比在步骤S180中运算出的动臂缸20A的校正速度Vc大。此外，与操作量R相当的操作员要求速度R’由目标动作速度运算部710运算。并且，在判定为与操作量R相当的操作员要求速度R’不比动臂缸20A的校正速度Vc大的情况下，驱动控制装置34以使目标动作速度与相当于操作量R的操作员要求速度R’相等的方式校正该目标动作速度(参照步骤S230)。当步骤S230结束时，控制处理进入步骤S250，动作指令值生成部720根据校正后的目标动作速度(即，与操作量R相当的操作员要求速度R’)生成驱动指令值Pi。
另一方面，在步骤S220中判定为与操作量R相当的操作员要求速度R’比在步骤S180中运算出的动臂缸20A的校正速度Vc大的情况下，驱动控制装置34不限制目标动作速度地校正该目标动作速度(参照步骤S240)。此时，驱动控制装置34以使在步骤S180中运算出的动臂缸20A的校正速度Vc成为动臂缸20A的目标动作速度的方式校正该目标动作速度。在接着步骤S240的步骤S250中，进行驱动指令值的生成。此时，动作指令值生成部720根据校正后的目标动作速度(即，在步骤S180中运算出的动臂缸20A的校正速度Vc)生成驱动指令值Pi。
在接着步骤S250的步骤S260中，进行控制电流的生成。此时，驱动指令部730根据在步骤S250中生成的驱动指令值Pi，生成电磁控制阀35A的驱动所需的控制电流I。由此，一连串的控制处理结束。
在本实施方式的液压挖掘机1中，目标顶起速度决定部920根据目标面距离d、铲斗对目标面角度θb、铲斗对行驶体距离db、行驶体倾斜角度θp及回转体相对角度θs，运算并决定行驶体4顶起时的目标顶起速度ω，目标动作速度校正部930以成为行驶体4的目标顶起速度ω的方式运算动臂缸20A的校正速度Vc。因此，在挖掘需要顶起的硬的土壤时，能够与施工目标面附近的动臂动作速度的限制值无关地校正目标动作速度。因此，能够任意地设定液压挖掘机顶起的速度，因此，能够在施工目标面附近进行迅速的顶起。另外，在挖掘不需要顶起的柔软的土壤时，能够使液压挖掘机1顶起的速度为零，即能够限制用于进行顶起的动臂缸20A的动作速度的校正，因此，能够防止施工目标面的过度挖掘。
此外，在通过土壤硬度判定部910判定为土壤硬度硬时，动作指令值生成部720根据由目标动作速度校正部930校正后的目标动作速度(即，校正速度Vc)来生成驱动指令值。
并且，目标动作速度校正部930以使根据目标顶起速度ω运算出的校正速度不超过与由目标动作速度运算部710运算出的操作量R相当的操作员要求速度R’的方式校正目标动作速度。若比与操作员对操作杆的操作量R相当的操作员要求速度R’更快地顶起，则容易给操作员带来不安感，因此，通过以不超过与操作量R相当的操作员要求速度R’的方式顶起，能够进一步提高操作性。其结果是，能够在施工目标面附近实现迅速的顶起，并且能够提高挖掘的精度、操作员的操作性以及作业性。
以上，对本发明的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内，能够进行各种设计变更。
附图标记说明
1 液压挖掘机
2 前作业机
3 回转体
4 行驶体
20 动臂
20BP 动臂底压传感器
20RP 动臂杆压传感器
20S 动臂IMU传感器
21 斗杆
21S 斗杆IMU传感器
22 铲斗
22S 铲斗IMU传感器
30S 回转体IMU传感器
33 操作量检测装置
33A、33B 操作杆(操作装置)
33C 操作输入量传感器
34 驱动控制装置
35 驱动装置
35A 电磁控制阀
37 回转角度传感器
38 姿势检测装置
39 负荷检测装置
100 目标面管理装置
710 目标动作速度运算部
720 动作指令值生成部
730 驱动指令部
810 缸负荷运算部
820 倾斜角度运算部
830 前姿势检测部
840 回转角度运算部
910 土壤硬度判定部
920 目标顶起速度决定部
930 目标动作速度校正部

Claims (8)

1.一种液压挖掘机，具有：
行驶体，其能够行驶；
回转体，其回转自如地安装于所述行驶体；
前作业机，其摆动自如地安装于所述回转体，并且具有动臂、斗杆和铲斗；
致动器，其分别驱动所述动臂、所述斗杆、所述铲斗；
操作量检测装置，其检测操作所述致动器的操作装置的操作量；
姿势检测装置，其分别检测所述前作业机的姿势和所述回转体的姿势；
目标面管理装置，其设定施工目标面，运算所设定的所述施工目标面与所述铲斗的距离作为目标面距离；
驱动控制装置，其根据所述操作量、所述前作业机的姿势、所述目标面距离，以使所述铲斗沿着所述施工目标面进行挖掘的方式运算所述致动器的目标动作速度，生成针对所述致动器的动作指令值；
驱动装置，其根据所述动作指令值来驱动所述致动器，
其特征在于，
所述驱动控制装置根据所述目标面距离来决定所述液压挖掘机顶起时的目标顶起速度，根据决定出的所述目标顶起速度来校正所述目标动作速度。
2.根据权利要求1所述的液压挖掘机，其特征在于，
所述液压挖掘机还具有：负荷检测装置，其检测所述致动器的负荷，
所述驱动控制装置根据由所述负荷检测装置检测出的结果来判定所述前作业机所挖掘的场所的土壤硬度，根据所述土壤硬度和根据所述目标顶起速度运算出的校正速度来校正所述目标动作速度，根据校正后的所述目标动作速度来生成所述动作指令值。
3.根据权利要求1所述的液压挖掘机，其特征在于，
所述目标面距离越小，所述驱动控制装置将所述目标顶起速度决定得越小。
4.根据权利要求1所述的液压挖掘机，其特征在于，
所述目标面管理装置运算所述铲斗的底面与所述施工目标面所成的角度作为铲斗对目标面角度，
所述铲斗对目标面角度越小，所述驱动控制装置将所述目标顶起速度决定得越大。
5.根据权利要求1所述的液压挖掘机，其特征在于，
所述驱动控制装置根据所述前作业机的姿势运算所述铲斗与所述行驶体的距离作为铲斗对行驶体距离，运算出的所述铲斗对行驶体距离越大，则将所述目标顶起速度决定得越大。
6.根据权利要求1所述的液压挖掘机，其特征在于，
所述驱动控制装置根据由所述姿势检测装置检测出的结果来运算行驶体倾斜角度，运算出的所述行驶体倾斜角度越大，则将所述目标顶起速度决定得越小。
7.根据权利要求1所述的液压挖掘机，其特征在于，
所述驱动控制装置根据由所述姿势检测装置检测出的结果，运算以所述行驶体的行进方向为基准的所述回转体与所述行驶体的相对角度作为回转体相对角度，运算出的所述回转体相对角度越大，则将所述目标顶起速度决定得越小。
8.根据权利要求2所述的液压挖掘机，其特征在于，
所述驱动控制装置以使所述校正速度不超过与所述操作量相当的操作员要求速度的方式校正所述目标动作速度。
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