CN116472382A - 作业机械 - Google Patents

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笠井慎也
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Abstract

本发明提供一种作业机械，具有进行防止车身从设定于施工区域的作业区域脱离的区域限制控制的控制装置，能够在实际空间上将想要限制作业机械的活动的区域简单地设定在任意的位置，能够防止实际控制作业机械的区域相对于该设定出的区域偏离。作业机械具有进行限制车身的动作以防止车身从设定于施工区域的作业区域脱离的区域限制控制的控制装置，所述作业机械的特征在于，所述控制装置根据表示所述施工区域的施工对象的最终的目标形状的设计数据来设定所述作业区域的至少一部分。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及作业机械。
背景技术
在液压挖掘机那样的作业机械中，已知有以使作业机不从预先设定的高度、深度、回转角度等作业区域脱离的方式控制作业机的区域限制控制(专利文献1)。
通过使用这样的区域限制控制，操作员能够在不关注作业机与电线、埋设物接触而破坏的情况下进行作业，因此，有助于作业效率的提高。另外，在限制了回转方向的区域的情况下，能够防止在道路的路侧等处的作业中作业机超出道路，能够期待安全性的提高。
然而，在专利文献1那样的作业机械的区域限制控制中，由于设定的区域是车身基准的坐标，因此若作业机械因行驶动作等而移动，则实际想要限制的区域与以车身基准设定的区域会偏离，因此，可能使操作员的作业效率降低、或安全性降低。
另外，根据专利文献2，在能够取得车身的位置信息的液压挖掘机中，根据被预先输入了处于施工区域内的道路、建筑物等不能进入以及接触的区域(限制对象)的坐标信息的数据即地图数据，再设定根据车身的位置信息进行限制的回转角度。由此，即使作业机械因行驶动作而移动，也能够对道路等不想使作业机械进入的区域再设定限制的回转角度，因此，能够防止实际想要限制的区域与控制的区域偏离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-71965号公报
专利文献2：日本特开2019-157409号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，限制作业机械的动作的区域限制控制，不仅是地图数据中的道路等能够预先设定的对象，也可以考虑操作员对在施工现场任意制作的作业人员用的通路等实时地进行设定的情况。这样的场景下，即使使用了专利文献2所记载的技术，在车身因行驶动作而移动的情况下，实际想要防止进入的区域与进行控制的区域也可能偏离。
本发明的目的在于提供一种作业机械，具有进行防止车身从设定于施工区域的作业区域脱离的区域限制控制的控制装置，能够在实际空间上将想要限制作业机械的活动的区域简单地设定在任意的位置，能够防止实际控制作业机械的区域相对于该设定出的区域偏离。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的作业机械具有进行限制车身的动作以防止车身从设定于施工区域的作业区域脱离的区域限制控制的控制装置，所述作业机械的特征在于，所述控制装置根据表示所述施工区域的施工对象的最终目标形状的设计数据来设定所述作业区域的至少一部分。
发明效果
根据本发明，提供了一种作业机械，其具有进行防止车身从设定于施工区域的作业区域脱离的区域限制控制的控制装置，能够在实际空间上将想要限制作业机械的活动的区域简单地设定在任意的位置，能够防止实际控制作业机械的区域相对于该设定出的区域偏离。
上述的以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而变得明确。
附图说明
图1是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系统结构的图。
图3是液压挖掘机的姿势信息有关的侧视图。
图4是液压挖掘机的姿势信息有关的俯视图。
图5是表示示出目标面形状的设计数据的图。
图6是表示与区域限制控制相关的控制器内部的结构的图。
图7是根据设计数据的点群信息设定作业区域的监视器画面。
图8是根据设计数据的点群信息不包含本机地设定了作业区域时的监视器画面。
图9是根据设计数据的点群信息包含本机地设定了作业区域时的监视器画面。
图10是根据设计数据的面群信息(设计面数据)设定作业区域的监视器画面。
图11是根据设计数据的面群信息(设计面数据)不包含本机地设定了作业区域时的监视器画面。
图12是根据设计数据的面群信息(设计面数据)包含本机地设定了作业区域时的监视器画面。
图13是在禁止进入区域上设定了作业区域时的监视器画面。
图14是在他机的作业区域上设定了本机的作业区域时的监视器画面。
图15是设定高度方向、深度方向的作业区域时的监视器画面。
图16是根据设计数据的点群信息设定禁止进入区域的监视器画面。
图17是根据设计数据的点群信息包含本机地设定了禁止进入区域时的监视器画面。
图18是根据设计数据的点群信息不包含本机地设定了禁止进入区域时的监视器画面。
图19是在作业区域上设定了禁止进入区域时的监视器画面。
图20是表示与控制器的区域限制控制相关的控制流程的流程图。
图21是表示在区域限制控制中距离与减速系数的关系的图表。
图22是以车身的位置为基准设定作业区域时的监视器画面。
具体实施方式
以下，根据附图对用于实施本发明的方式进行说明。在各图中，有时对具有相同功能的部分标注相同的符号并省略重复说明。此外，在本实施方式中，作为控制对象的作业机械，例示液压挖掘机来进行说明，但只要能够实施限制车身的动作以防止车身从设定于施工区域的作业区域脱离的区域限制控制，则也能够应用于轮式装载机、起重机等液压挖掘机以外的作业机械。
图1是作为实施方式的作业机械的一例的液压挖掘机1的侧视图。液压挖掘机1具有：行驶体2，其通过驱动分别设置于左右侧部的履带而行驶；以及回转体3，其以能够回转的方式设置于行驶体2上。
回转体3具有：驾驶室4、机械室5以及配重6。驾驶室4设置于回转体3的前部的左侧部。机械室5设置在驾驶室4的后方。配重6设置于机械室5的后方，即回转体3的后端。
另外，回转体3装备有作业机7。作业机7设置于驾驶室4的右侧方且回转体3的前部的中央。作业机7具有：动臂8、斗杆9、铲斗10、动臂缸11、斗杆缸12以及铲斗缸13。动臂8的基端部经由动臂销以能够转动的方式安装于回转体3的前部。斗杆9的基端部经由斗杆销以能够转动的方式安装于动臂8的前端部。铲斗10的基端部经由铲斗销以能够转动的方式安装于斗杆9的前端部。另外，动臂缸11、斗杆缸12以及铲斗缸13分别是由工作油驱动的液压缸。动臂缸11驱动动臂8。斗杆缸12驱动斗杆9。铲斗缸13驱动铲斗10。
在回转体3的中央设置有回转马达14，通过驱动回转马达14，能够使回转体3相对于行驶体2旋转(回转)。
另外，在行驶体2设置有左行驶马达15a和右行驶马达15b，通过驱动左右的行驶马达(15a、15b)，能够使左右的履带驱动而行驶。
以下，有时将动臂驱动用的动臂缸11、斗杆驱动用的斗杆缸12、铲斗驱动用的铲斗缸13、回转动作用的回转马达14、行驶动作用的左行驶马达15a和右行驶马达15b称为液压挖掘机1的致动器。另外，有时将行驶体2和回转体3统称为液压挖掘机1的车身。车身可以包含安装于回转体3的作业机7，也可以不包含。
在机械室5的内部设置有液压泵16和发动机(原动机)17(参照图2)。
在驾驶室4的内部安装有车身倾斜传感器18，在动臂8安装有动臂倾斜传感器19，在斗杆9安装有斗杆倾斜传感器20，在铲斗10安装有铲斗倾斜传感器21。例如，车身倾斜传感器18、动臂倾斜传感器19、斗杆倾斜传感器20、铲斗倾斜传感器21是IMU(InertialMeasurement Unit)，车身倾斜传感器18测量车身的对地角度，动臂倾斜传感器19测量动臂8的对地角度，斗杆倾斜传感器20测量斗杆9的对地角度，铲斗倾斜传感器21测量铲斗10的对地角度。另外，在回转体3的回转中心安装有回转角传感器22，通过回转角传感器22的信号能够计算回转体3相对于行驶体2的相对角。另外，在回转体3的后方部的左右安装有第一GNSS天线23和第二GNSS天线24。通过从第一GNSS天线23和第二GNSS天线24得到的信号，能够取得车身的位置信息和方位信息。
图2表示液压挖掘机1的系统的结构图。
在液压挖掘机1中，通过将从由发动机17驱动的液压泵16排出的工作油供给至致动器(11、12、13、14、15a、15b)来进行驱动。供给至致动器的油的量和方向能够通过驱动流量控制阀单元30内的流量控制阀来控制。
例如回转流量控制阀31是控制向回转马达14供给的油的量的流量控制阀。若回转流量控制阀31向图中左侧移动，则以回转马达14左旋转的方式供给油。回转马达14的旋转速度能够通过回转流量控制阀31的移动量来控制。另外，若回转流量控制阀31向图中右侧移动，则以回转马达14右旋转的方式供给油。
回转流量控制阀31的控制通过控制电磁比例减压阀单元32内的电磁比例减压阀来进行。电磁比例减压阀根据来自控制器25的指令，对从先导泵34供给的油进行减压并供给至流量控制阀。
例如若驱动回转左电磁比例减压阀33a，则以回转流量控制阀31向图中左移动的方式供给压力油，若驱动回转右电磁比例减压阀33b，则以回转流量控制阀31向图中右移动的方式供给压力油。
虽然省略了图示，但控制器25构成为包含进行各种运算的CPU(CentralProcessing Unit)、储存用于执行基于CPU的运算的程序的ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等存储装置、成为CPU执行程序时的作业区域的RAM(Random AccessMemory)等的计算机。通过CPU将储存在存储装置中的各种程序加载到RAM并执行来实现控制器25的各功能。
在本实施方式中，作为控制液压挖掘机1的控制装置的控制器25进行限制车身的动作以防止车身从设定于施工区域的作业区域脱离的区域限制控制。
控制器25根据来自操作杆29的信号、来自监视器28的信号、来自回转角传感器22等构成的姿势传感器26的信号、来自通信装置27的信号、来自开关47的信号，运算并输出向电磁比例减压阀单元32和液压泵16的控制信号。
操作杆29、监视器28、开关47例如设置于驾驶室4的内部、施工管理服务器等而能够供操作员等进行操作。操作杆29向控制器25指示针对各致动器(11、12、13、14、15a、15b)的操作量。监视器28用于设定区域限制控制的作业区域和禁止进入区域(后面说明)。
姿势传感器26由所述的车身倾斜传感器18、动臂倾斜传感器19、斗杆倾斜传感器20、铲斗倾斜传感器21、回转角传感器22、第一GNSS天线23、第二GNSS天线24构成，能够通过从它们得到的信号来取得车身的姿势信息(位置信息、方位信息、倾斜信息)。来自姿势传感器26的信号(姿势信息)输入到控制器25。
另外，通信装置27接受其他作业机械(他机)等设定的作业区域、禁止进入区域的信息，并且将本机设定的作业区域、禁止进入区域的信息向施工管理服务器、其他作业机械发送。
另外，开关47是对根据设计数据(后面说明)设定作业区域的作业区域设定模式和与设计数据无关地以车身的位置为基准来设定作业区域的作业区域设定模式进行切换的开关(切换装置)。来自开关47的信号被输入到控制器25，根据开关47的信号，控制器25切换作业区域的设定画面并显示于监视器28。另外，在此通过开关47切换作业区域的设定模式，但例如也可以将监视器28用作切换作业区域设定模式的切换装置，在监视器28所显示的设定画面上切换作业区域设定模式。
图3是表示液压挖掘机1的姿势信息的侧视图。站点坐标系中的液压挖掘机1的位置信息(也称为车身位置)P0能够根据第一GNSS天线23的位置信息GL和第二GNSS天线24的位置信息GR求出。站点坐标系是指以设置于作业区的基准位置P9为基准的3维坐标系。如图3所示，基准位置P9例如是设定于作业区的基准桩的前端。
另外，如图3所示，回转体坐标系中的、从液压挖掘机1的位置信息P0到动臂销P1的距离为L0，车身上方与动臂销P1方向所成的角为θ0。另外，动臂8的长度，即从动臂销P1到斗杆销P2的长度为L1。另外，斗杆9的长度，即从斗杆销P2到铲斗销P3的长度为L2。另外，铲斗10的长度，即从铲斗销P3到铲斗前端P4的长度为L3。连结动臂销P1和斗杆销P2的线段与车身铅垂方向所成的角度为θ1。以下，称为动臂角度θ1。连结斗杆销P2和铲斗销P3的线段与由动臂销P1和斗杆销P2构成的直线所成的角度为θ2。以下，称为斗杆角度θ2。连结铲斗销P3和铲斗前端P4的线段与由斗杆销P2和铲斗销P3构成的直线所成的角度为θ3。以下，称为铲斗角度θ3。在此，回转体坐标系是指以液压挖掘机1的回转体3为基准的3维坐标，基准位置P0设定于回转体3的回转中心。
回转体坐标系中的成为针对车身位置P0的区域限制控制的控制对象的点即铲斗前端P4的坐标能够根据车身位置P0与动臂销P1的距离L0、车身位置P0与动臂销P1所成的角θ0、动臂长度L1、动臂角度θ1、斗杆长度L2、斗杆角度θ2、铲斗长度L3、铲斗角度θ3通过三角函数求出。
另外，其他控制点，例如斗杆缸12的杆侧的销P5的坐标，除了所述的尺寸之外，还能够使用斗杆销P2与斗杆缸12的杆侧的销P5的距离L5和从动臂销P1到斗杆销P2的方向与从斗杆销P2到斗杆缸12的杆侧的销P5的方向所成的角θ5，通过三角函数求出。
另外，回转体坐标系中的位于行驶体2的控制点P7L、P7R、P8L、P8R能够根据回转体3与行驶体2的相对角即回转角θsw(图4)和控制点P7L、P7R、P8L、P8R相对于车身位置P0的相对坐标来计算。在此，回转角θsw表示回转体坐标系和行驶体坐标系的z方向的旋转量，行驶体坐标系是以坐标P6为中心的3维坐标，该坐标P6是行驶体2的下部与回转中心的交点。
图4是表示液压挖掘机1的姿势信息的俯视图。回转体坐标系以回转中心为基准，将作业机方向设为x方向。行驶体坐标系以回转中心为基准，将行驶前进方向设为x方向。液压挖掘机1的回转角θsw将逆时针设为正方向，定义为行驶体坐标相对于回转体坐标的旋转量。
如果知道站点坐标系中的车身位置P0和回转体坐标系相对于站点坐标系的旋转角度(翻滚角、俯仰角、偏航角)，则能够通过坐标变换来计算站点坐标系中的回转体坐标系的各控制点的坐标。偏航角能够通过根据GNSS的位置信息来计算相对于站点坐标系的基准方位的车身方位而取得。另外，翻滚角和俯仰角能够从车身倾斜传感器18取得。
这样，能够根据由车身倾斜传感器18、动臂倾斜传感器19、斗杆倾斜传感器20、铲斗倾斜传感器21、回转角传感器22、第一GNSS天线23、第二GNSS天线24构成的姿势传感器26求出的信息，取得车身(的各控制点)的姿势信息。
图5是表示示出目标面形状的设计数据的图。设计数据35由包含表示施工区域的施工对象的最终的目标(面)形状的坐标信息在内的数据构成。即，设计数据35是与被预先输入了位于施工区域内的道路、建筑物等(不是施工对象的道路、建筑物等)的坐标信息的地图数据不同的数据。设计数据35由包含了站点坐标系中的3维位置信息的点群(图5中的C1、C2、C3等)表示。另外，也可以通过由3个点构成的面信息S1(C1、C2、C3)表示。操作员能够任意地设定/选择构成设计数据35的点、面。
例如，车身坐标中的铲斗爪尖位置P4的坐标通过车身位置P0与铲斗爪尖位置P4的距离L(图4)和回转角θsw的三角函数求出。车身位置P0与铲斗爪尖位置P4的距离L能够通过使用了所述的液压挖掘机1的姿势信息的三角函数计算。回转角θsw能够根据回转角传感器22的信息等求出。
＜控制器25的内部结构＞
图6是表示与区域限制控制相关的控制器内部的结构的图。控制器25由作业区域设定部36、禁止进入区域设定部37、要求指令运算部38、要求速度运算部39、要求指令校正量运算部40、要求指令校正部41、流量控制阀控制部42构成。
作业区域设定部36根据设计数据35、来自监视器28的设定输入(监视器输入)、从通信装置27取得的他机区域信息(他机设定的作业区域、禁止进入区域的信息)、禁止进入区域设定部37设定的禁止进入区域信息，设定并输出本机的作业区域。设定出的本机的作业区域输入到禁止进入区域设定部37以及要求指令校正量运算部40，并且从通信装置27发送到施工管理服务器、其他作业机械(他机)。
禁止进入区域设定部37根据设计数据35、来自监视器28的设定输入(监视器输入)、从通信装置27取得的他机区域信息(他机设定的作业区域、禁止进入区域的信息)、作业区域设定部36设定的作业区域信息，设定并输出本机的禁止进入区域。设定出的本机的禁止进入区域输入至作业区域设定部36及要求指令校正量运算部40，并且从通信装置27发送至施工管理服务器、其他作业机械(他机)。
要求指令运算部38根据与从操作杆29输出的操作量对应的操作信号，运算对流量控制阀的要求指令。运算出的对流量控制阀的要求指令输入到要求速度运算部39以及要求指令校正部41。
要求速度运算部39根据从要求指令运算部38输出的对流量控制阀的要求指令和从姿势传感器26取得的姿势信息，运算并输出各控制点处的站点坐标的目标速度。
要求指令校正量运算部40根据从作业区域设定部36输出的作业区域信息、从禁止进入区域设定部37输出的禁止进入区域信息、从姿势传感器26取得的姿势信息、从要求速度运算部39输出的各控制点的目标速度，运算并输出以何种程度校正对流量控制阀的要求指令的要求指令校正量。
要求指令校正部41根据从要求指令校正量运算部40输出的要求指令校正量和要求指令运算部38输出的要求指令，输出对流量控制阀的校正要求指令。
流量控制阀控制部42根据要求指令校正部41输出的校正要求指令，运算并输出对各流量控制阀的控制指令。
(基于作业区域设定部36的本机的作业区域的设定)
使用图7～图15，对基于作业区域设定部36的本机的作业区域的设定进行说明。首先，使用图7～图14对施工区域(作业区域)的重力方向或车身铅垂方向以外的作业区域的设定进行说明，接着，使用图15对施工区域(作业区域)的重力方向或车身铅垂方向的作业区域的设定进行概略说明。
在此，对在设定施工区域(作业区域)的重力方向或车身铅垂方向以外的作业区域时，通过开关47的操作，切换为根据所述的设计数据35设定作业区域的作业区域设定模式来执行的情况进行说明。此外，关于通过开关47的操作，切换为以车身的位置为基准设定作业区域的作业区域设定模式来执行的情况，在后面进行叙述(图22)。
图7是根据设计数据的点群信息设定作业区域的监视器画面。在图7所示的例子中，设计数据35由坐标点的点群构成(一并参照图5)，在作业区域设定时的监视器画面(监视器28的显示画面)中，显示有液压挖掘机、表示方位的罗盘和设计数据的点群信息。操作员从点群信息中选择想要设定为作业区域的点群(多个点)，制作闭区域，由此设定作业区域。即，在此，作业区域设定部36根据来自监视器28的设定输入(监视器输入)来设定本机的作业区域(以下的图8、图9也同样)。对于在监视器画面中设定的作业区域，以限制站点坐标系的x及y方向(即，施工区域的重力方向或车身铅垂方向以外的方向)的车身动作的方式进行控制。
图8是根据设计数据的点群信息不包含本机地设定了作业区域时的监视器画面。如图8所示，在作业区域的设定画面中，在操作员不包含本机的液压挖掘机地设定了作业区域(闭区域)43的情况下，从作业区域设定部36向监视器28输出显示指令，在监视器画面上显示催促操作员再设定作业区域的警告。这样，通过禁止设定不包含本机的作业区域，能够防止不必要地限制液压挖掘机的动作。
图9是根据设计数据的点群信息包含本机地设定了作业区域时的监视器画面。如图9所示，在作业区域的设定画面中，在操作员包含本机的液压挖掘机地设定了作业区域(闭区域)43的情况下，从作业区域设定部36向监视器28输出显示指令，在监视器画面上显示操作员设定的作业区域43，显示通知设定正常完成的文字。
即，在本例中，仅在由从点群信息中选择出的点群(多个点)构成的闭区域包含当前的液压挖掘机的位置的情况下设定为作业区域。
图10是根据设计数据的面群信息(设计面数据)设定作业区域的监视器画面。在图10所示的例子中，设计数据35由包含坐标信息的面群(多个面)构成(一并参照图5)，在作业区域设定时的监视器画面(监视器28的显示画面)中，显示有液压挖掘机、表示方位的罗盘、表示设计数据的面群信息。操作员通过从面群信息中选择1个或多个想要设定为作业区域的面，能够设定为作业区域。即，在此，作业区域设定部36根据来自监视器28的设定输入(监视器输入)设定本机的作业区域(以下的图11、图12也一样)。
图11是根据设计数据的面群信息(设计面数据)不包含本机地设定了作业区域时的监视器画面。如图11所示，在作业区域的设定画面中，在操作员不包含本机的液压挖掘机地设定了作业区域(面)43的情况下，从作业区域设定部36向监视器28输出显示指令，在监视器画面上显示催促操作员再设定作业区域的警告。这样，通过禁止设定不包含本机的作业区域，能够防止不必要地限制液压挖掘机的动作。
图12是根据设计数据的面群信息(设计面数据)包含本机地设定了作业区域时的监视器画面。如图12所示，在作业区域的设定画面中，在操作员包含本机的液压挖掘机地设定了作业区域(面)43的情况下，从作业区域设定部36向监视器28输出显示指令，在监视器画面上显示操作员设定的作业区域43，显示通知设定正常完成的文字。
另外，如图10～图12所示，在根据设计数据的面群信息(设计面数据)设定作业区域的情况下，通过预先将位于本机的坐标的重力方向的设计面数据(即，位于当前的作业机械的位置的下方的设计面数据)设定为作业区域，能够防止设定不包含本机的作业区域。
图13是在禁止进入区域上设定了作业区域时的监视器画面。如图13所示，在作业区域的设定画面中，在操作员包含已经通过禁止进入区域设定部37设定的禁止进入区域44(的至少一部分)地设定了作业区域43的情况下，从作业区域设定部36向监视器28输出显示指令，在监视器画面上显示通知在作业区域中包含禁止进入区域的文字和催促作业区域的再设定的文字。即，在此，作业区域设定部36根据来自监视器28的设定输入(监视器输入)和禁止进入区域设定部37设定的禁止进入区域信息，设定本机的作业区域。这样，通过禁止将已经设定的禁止进入区域设定为作业区域，能够防止将已经设定为禁止进入区域的区域设定为作业区域而使得作业机械进入。
图14是在他机的作业区域上设定了本机的作业区域时的监视器画面。如图14所示，在作业区域的设定画面中，在操作员以包含他机的作业区域45(的至少一部分)的方式设定了本机的作业区域43的情况下，从作业区域设定部36向监视器28输出显示指令，在监视器画面上显示通知以包含他机的作业区域的方式设定了本机的作业区域的文字和催促作业区域的再设定的文字。即，在此，作业区域设定部36根据来自监视器28的设定输入(监视器输入)和从通信装置27取得的他机区域信息，设定本机的作业区域。这样，通过禁止将他机已经设定的作业区域设定为本机的作业区域，能够防止在多个作业机械动作的现场，具有区域限制控制的作业机械彼此碰撞。
图15是设定高度方向、深度方向的作业区域时的监视器画面。根据所述的设计数据，设定站点坐标系中的x方向及y方向的区域(即，施工区域(作业区域)的重力方向或车身铅垂方向以外的区域)，关于z方向的区域(即，施工区域(作业区域)的重力方向或车身铅垂方向的区域)，在监视器28上的其他设定画面中进行设定。
在作业区域设定时的监视器画面上，显示有当前的车身的姿势、从站点坐标系或回转体坐标系选择设定高度方向的区域限制时的基准坐标系的开关、站点坐标系中的当前的车身的高度、高度方向和深度方向的限制值的输入项目。在不进行行驶动作的情况下，可以对回转体坐标系输入高度，在根据地图数据等得知埋设物的深度的情况下，也可以在站点坐标系中设定深度的信息。操作员选择/输入想要设定为作业区域的项目，由此，设定作业区域。
即，在本实施方式中，关于站点坐标系中的x方向及y方向的区域，根据设计数据设定作业区域，关于z方向的区域，以站点基准或车身基准设定作业区域。
(基于禁止进入区域设定部37的本机的禁止进入区域的设定)
使用图16～图19，对基于禁止进入区域设定部37的本机的禁止进入区域(防止车身进入的区域)的设定进行说明。在此，在设定施工区域(作业区域)的重力方向或车身铅垂方向以外的禁止进入区域时，根据所述的设计数据35设定禁止进入区域。另外，在此，对根据设计数据的点群信息设定禁止进入区域的情况进行说明，当然根据设计数据的面群信息(设计面数据)设定禁止进入区域的情况也是一样的(一并参照图10～图12)。
图16是根据设计数据的点群信息设定禁止进入区域的监视器画面。在图16所示的例子中，设计数据35由坐标点的点群构成(一并参照图5)，在禁止进入区域设定时的监视器画面(监视器28的显示画面)中，显示有液压挖掘机、表示方位的罗盘和设计数据的点群信息。操作员从点群信息中选择想要设定为禁止进入区域的点群(多个点)，制作闭区域，由此，设定禁止进入区域。即，在此，禁止进入区域设定部37根据来自监视器28的设定输入(监视器输入)设定本机的禁止进入区域(以下的图17、图18也一样)。对于在监视器画面中设定的禁止进入区域，以限制站点坐标系的x及y方向(即，施工区域的重力方向或车身铅垂方向以外的方向)的车身动作的方式进行控制。
图17是根据设计数据的点群信息包含本机地设定了禁止进入区域时的监视器画面。如图17所示，在禁止进入区域的设定画面中，在操作员包含本机的位置信息地设定了禁止进入区域(闭区域)44的情况下，从禁止进入区域设定部37向监视器28输出显示指令，在监视器画面上显示通知操作员再设定禁止进入区域的文字。这样，通过禁止包含本机地设定禁止进入区域，能够防止液压挖掘机的动作被不必要地限制。
图18是根据设计数据的点群信息不包含本机地设定了禁止进入区域时的监视器画面。如图18所示，在禁止进入区域的设定画面中，在操作员不包含本机的位置信息地设定了禁止进入区域(闭区域)44的情况下，从禁止进入区域设定部37向监视器28输出显示指令，在监视器画面上显示操作员设定的禁止进入区域44，显示通知设定正常完成的文字。
即，在本例中，仅在由从点群信息中选择出的点群(多个点)构成的闭区域不包含当前的液压挖掘机的位置的情况下设定为禁止进入区域。
此外，虽然省略图示，但在根据设计数据的面群信息(设计面数据)设定禁止进入区域的情况下，也可以预先禁止将位于本机的坐标的重力方向的设计面数据(即，位于当前的作业机械的位置的下方的设计面数据)设定为禁止进入区域。
图19是在作业区域上设定了禁止进入区域时的监视器画面。如图19所示，在禁止进入区域的设定画面中，在操作员包含已经通过作业区域设定部36设定的作业区域43(的一部分)地设定了禁止进入区域44的情况下，删除作业区域而设定禁止进入区域，并且从禁止进入区域设定部37向监视器28输出显示指令，在监视器画面上显示通知该意思的文字。即，在此，禁止进入区域设定部37根据来自监视器28的设定输入(监视器输入)和作业区域设定部36设定的作业区域信息，设定本机的禁止进入区域。这样，在将预先设定的作业区域设定为禁止进入区域的情况下，通过将该作业区域覆盖为禁止进入区域，能够优先设定道路等禁止进入区域，能够防止因设定的错误而进入不想进入的区域。另外，在包含已经设定的作业区域地设定了禁止进入区域的情况下，也可以仅将区域的重叠的部位覆盖为禁止进入区域，将剩余的作业区域原样保留。
＜控制器25的区域限制控制＞
图20是表示与控制器25的区域限制控制相关的控制流程的流程图。
在控制器25的区域限制控制中，在步骤S101中，取得设定的作业区域的信息(作业区域设定部36，参照图7～图15)。接着，在步骤S102中，取得设定的禁止进入区域的信息(禁止进入区域设定部37，参照图16～图19)。
接着，在步骤S103中，从姿势传感器26取得姿势信息(要求速度运算部39、要求指令校正量运算部40)。接着，在步骤S104中，从操作杆29取得与操作量对应的操作信号(要求指令运算部38)。
接着，在步骤S105中，根据取得的操作信号运算对流量控制阀的要求指令(要求指令运算部38)。
接着，在步骤S106中，根据对流量控制阀的要求指令和姿势信息，运算各控制点的要求速度(目标速度)(要求速度运算部39)。
接着，在步骤S107中，根据姿势信息、各控制点的要求速度、作业区域以及禁止进入区域的区域信息，运算对流量控制阀的要求指令的校正量(要求指令校正量)(要求指令校正量运算部40)。
具体而言，根据姿势信息运算站点坐标系中的各控制点的坐标，运算各控制点与设定为作业区域的面的距离。根据控制点与设定为作业区域的面的距离，运算表示使对流量控制阀的控制指令以何种程度减速的减速系数作为校正量。图21是表示控制点与设定为作业区域的面的距离与减速系数的关系的图表。在距离d离开一定程度的情况下，减速系数α为1，随着距离d变得比预定的距离dth小，减速系数α减少，在距离d为0的附近，减速系数α也为0。距离d与减速系数α的关系是决定相对于作业区域具有何种程度的余量而停止的图表，也可以设定为在距离d为0的情况下减速系数α正好为0。
另外，在步骤S107中，在各控制点的目标速度朝向面的情况下，将与距离对应的减速系数作为校正量输出，但在各控制点的目标速度为远离面的方向的情况下，将减速系数作为1输出。由此，在远离作业区域的情况下，能够防止不必要地限制车身的动作。
另外，对于禁止进入区域也以一样的过程计算校正量，最终将最小的减速系数作为校正量输出。
接着，在步骤S108中，根据要求指令和校正量，运算并输出对流量控制阀的目标指令(校正要求指令)(要求指令校正部41)。具体而言，通过向对流量控制阀的要求指令的值乘以在步骤S107中计算出的校正值即减速系数，作为对流量控制阀的目标指令而输出。
接着，在步骤S109中，根据对流量控制阀的目标指令(校正要求指令)，输出对流量控制阀的控制指令(流量控制阀控制部42)。具体而言，对流量控制阀的目标指令是流量控制阀的开口面积或位移量或驱动先导压力，流量控制阀由电磁比例减压阀的输出控制。在步骤S109中，根据对流量控制阀的目标指令运算并输出向电磁比例减压阀输出的电流值。
＜控制器25的作业区域设定模式切换＞
图22是以车身的位置为基准设定作业区域时的监视器画面。如上所述，通过开关47(图2)，能够对根据设计数据35设定作业区域的作业区域设定模式和与设计数据35无关地以车身的位置为基准设定作业区域的作业区域设定模式进行切换。根据设计数据35设定作业区域的情况如上所述(参照图7～图14)，但通过开关47的操作，切换作业区域设定模式，在以车身的位置为基准设定作业区域的情况下，切换为图22所示那样的作业区域的设定画面，操作员以回转体3的旋转中心为基准，设定在前后左右方向上分别用数值限制的作业区域。在未设定数值的情况下，能够在该方向上不限制车身的动作地自由动作。另外，以车身的位置为基准来设定作业区域，因此，在进行行驶动作而车身的位置变化的情况下，利用在行驶后的车身的位置设定的前后左右方向的数值来限制前部的作业机7及回转体3的动作。
这样，在设定施工区域(作业区域)的重力方向或车身铅垂方向以外的作业区域时，能够对根据设计数据35设定作业区域的作业区域设定模式、和以车身的位置为基准设定作业区域的作业区域设定模式进行切换，由此，在如作业机械进行的砂土的挖掘装载动作那样，不伴随行驶动作地想要限制向一部分区域的动作的情况下，以车身的位置为基准设定作业区域能够简单地设定作业区域。
在上述实施方式中，通过搭载于液压挖掘机1的控制器25设定了作业区域以及禁止进入区域，但也可以将根据设计数据35由外部服务器(的控制装置)等设定的作业区域以及禁止进入区域信息发送至液压挖掘机1来实施区域限制控制。
＜效果＞
如以上说明的那样，本实施方式的作业机械(液压挖掘机)1具有进行限制车身的动作以防止车身从设定于施工区域的作业区域脱离的区域限制控制的控制装置(控制器)25，所述作业机械的特征在于，所述控制装置(控制器)25根据表示所述施工区域的施工对象的最终的目标形状的设计数据来设定所述作业区域的至少一部分。
根据本实施方式，提供一种作业机械(液压挖掘机)1，具有进行防止车身从设定于施工区域的作业区域脱离的区域限制控制的控制装置(控制器)25，能够在实际空间上将想要限制作业机械的活动的区域简单地设定在任意的位置，能够防止实际控制作业机械的区域相对于该设定出的区域偏离。
此外，本发明不限于上述的实施方式，包含各种变形方式。上述的实施方式是为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明的实施方式，并不限定于必须具有所说明的全部结构。
另外，上述的实施方式的控制器的各功能也可以通过例如在集成电路中设计而由硬件实现它们的一部分或全部。另外，也可以通过处理器解释、执行实现各个功能的程序而由软件实现。实现各功能的程序、表、文件等信息除了控制器内的存储装置之外，还能够置于硬盘、SSD(Solid State Drive)等记录装置、或者IC卡、SD卡、DVD等记录介质。
符号说明
1液压挖掘机(作业机械)、
2行驶体、
3回转体、
4驾驶室、
5机械室、
6配重、
7作业机、
8动臂、
9斗杆、
10铲斗、
11动臂缸、
12斗杆缸、
13铲斗缸、
14回转马达、
15a左行驶马达、
15b右行驶马达、
16液压泵、
17发动机(原动机)、
18车身倾斜传感器、
19动臂倾斜传感器、
20斗杆倾斜传感器、
21铲斗倾斜传感器、
22回转角传感器、
23第一GNSS天线、
24第二GNSS天线、
25控制器(控制装置)、
26姿势传感器、
27通信装置、
28监视器、
29操作杆、
30流量控制阀单元、
31回转流量控制阀、
32电磁比例减压阀单元、
33a回转左电磁比例减压阀、
33b回转右电磁比例减压阀、
34先导泵、
35设计数据、
36作业区域设定部、
37禁止进入区域设定部、
38要求指令运算部、
39要求速度运算部、
40要求指令校正量运算部、
41要求指令校正部、
42流量控制阀控制部、
43本机的作业区域、
44本机的禁止进入区域、
45他机的作业区域、
47开关(切换装置)。

Claims (12)

1.一种作业机械，具有进行限制车身的动作以防止车身从设定于施工区域的作业区域脱离的区域限制控制的控制装置，其特征在于，
所述控制装置根据表示所述施工区域的施工对象的最终的目标形状的设计数据来设定所述作业区域的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置根据所述设计数据来设定所述作业区域的重力方向或车身铅垂方向以外的作业区域。
3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述设计数据由坐标点的点群构成，
所述控制装置将由从所述点群选择出的多个点构成的闭区域设定为作业区域。
4.根据权利要求3所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置仅在由从所述点群中选择出的多个点构成的闭区域包含当前的作业机械的位置的情况下设定为作业区域。
5.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述设计数据由包含坐标信息的面群构成，
所述控制装置将从所述面群选择出的至少1个面设定为作业区域。
6.根据权利要求5所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置将位于当前的作业机械的位置的下方的设计数据预先设定为作业区域。
7.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置还能够根据所述设计数据来设定防止所述车身进入的禁止进入区域。
8.根据权利要求7所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置禁止将已经设定的禁止进入区域设定为作业区域。
9.根据权利要求7所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置在将预先设定的作业区域设定为禁止进入区域的情况下，将该作业区域覆盖为禁止进入区域。
10.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置禁止将他机已经设定的作业区域设定为本机的作业区域。
11.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置能够切换第一作业区域设定模式和第二作业区域设定模式，所述第一作业区域设定模式根据所述设计数据来设定所述作业区域的至少一部分，所述第二作业区域设定模式与所述设计数据无关地以所述车身的位置为基准来设定所述作业区域。
12.根据权利要求11所述的作业机械，其特征在于，
所述作业机械具有切换所述第一作业区域设定模式和所述第二作业区域设定模式的切换装置。
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