CN117242227A - 装入机械的控制系统以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

操作信号输入部(613)接受基于操作装置(143)的操作的回转体(120)及工作装置(130)的手动操作信号的输入。移动控制部(619)生成使回转体及工作装置进行驱动的自动操作信号。输出判断部(621)基于手动操作信号，进行输出手动操作信号以及自动操作信号中的哪个的判断。特别地，输出判断部在手动操作信号表示与自动操作信号抵抗的操作的情况下判断为输出手动操作信号。操作信号输出部(622)基于判断的结果，输出手动操作信号或者所述自动操作信号。

Description

装入机械的控制系统以及控制方法
技术领域
本公开涉及装入机械的控制系统以及控制方法。
本申请针对2021年5月19日在日本申请的特愿2021-084781号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
在专利文献1中公开了与装入机械的半自动控制有关的技术。专利文献1所涉及的半自动控制是如下那样的控制：在针对自卸车等装入目标的装入完成后，从操作员接受挖掘指示，控制装置控制装入机械的回转以及工作装置的驱动，由此进行自动挖掘。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-041352号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，基于半自动控制的控制后的铲斗的位置与操作员期望的铲斗的位置未必一致。
本公开的目的在于，提供在装入机械的自动控制中根据由操作员进行的操作来控制装入机械的装入机械的控制系统以及控制方法。
用于解决课题的手段
根据本公开的一方式，在装入机械的控制系统中，所述装入机械具备绕回转中心回转的回转体、支承所述回转体的支承部、以及具有铲斗且安装于所述回转体的工作装置，所述装入机械的控制系统具备：操作信号输入部，其接受基于用于操作所述回转体及所述工作装置的操作装置的操作的所述回转体及所述工作装置的手动操作信号的输入；移动控制部，其生成使所述回转体及所述工作装置进行驱动的自动操作信号；输出判断部，其基于所述手动操作信号，进行输出所述手动操作信号及所述自动操作信号中的哪个的判断，在所述手动操作信号表示与所述自动操作信号抵抗的操作的情况下，判断为输出所述自动操作信号；以及操作信号输出部，其基于所述判断的结果，输出所述手动操作信号或者所述自动操作信号。
发明效果
根据上述方式，装入机械的控制系统能够在装入机械的自动控制中根据由操作员进行的操作来控制装入机械。
附图说明
图1是示出第一实施方式的装入机械的结构的概要图。
图2是示出第一实施方式的驾驶室的内部的结构的图。
图3是示出第一实施方式的控制装置的结构的概要框图。
图4是示出第一实施方式的工作装置的挖掘开始时的目标姿势的例子的图。
图5是示出第一实施方式的从自动装入控制开始到排土开始为止的装入机械的动作的例子的图。
图6是示出第一实施方式的从排土开始到自动装入控制结束为止的装入机械的动作的例子的图。
图7是对第一实施方式中的自动装入控制的开始时的工作装置的姿势与自动装入控制的结束时的工作装置的姿势进行对比的图。
图8是示出第一实施方式的控制装置的动作的流程图。
图9是示出第一实施方式的从自动装入控制开始到排土开始为止的控制装置的动作的流程图。
图10是示出第一实施方式的从排土开始到自动装入控制结束为止的控制装置的动作的流程图。
图11是示出第一实施方式的控制装置的自动/手动切换判断动作的流程图。
图12是示出第一实施方式的工作装置的操作信号的例子的图。
具体实施方式
<第一实施方式>
以下，参照附图对实施方式进行详细说明。
《装入机械100的结构》
图1是示出第一实施方式的装入机械100的结构的概要图。
装入机械100在施工现场运转，挖掘砂土等施工对象并将其装入自卸车等装入目标T。第一实施方式的装入机械100是正铲挖掘机(face shovel)。需要说明的是，其他实施方式的装入机械100也可以是反铲挖掘机、绳索挖掘机。装入机械100具备行驶体110(支承部)、回转体120、工作装置130以及驾驶室140。
行驶体110将装入机械100支承为能够行驶。行驶体110具备在左右设置的两个履带111、以及用于驱动各履带111的两个行驶马达112。
回转体120以能够绕回转中心回转的方式支承于行驶体110。
工作装置130通过液压进行驱动。工作装置130以能够在上下方向上进行驱动的方式支承于回转体120的前部。驾驶室140是供操作员搭乘、用于进行装入机械100的操作的空间。驾驶室140设置于回转体120的左前部。
在此，将回转体120中的安装工作装置130的部分称作前部。另外，关于回转体120，以前部为基准，将相反一侧的部分称作后部，将左侧的部分称作左部，将右侧的部分称作右部。
《回转体120的结构》
在回转体120中具备发动机121、液压泵122、控制阀123、回转马达124。
发动机121是驱动液压泵122的原动机。发动机121是动力源的一例。
液压泵122是由发动机121驱动的可变容量泵。液压泵122经由控制阀123向各致动器(动臂缸131C、斗杆缸132C、铲斗缸133C、蛤部缸(clam cylinder)1332C、行驶马达112、以及回转马达124)供给工作油。
控制阀123对从液压泵122供给的工作油的流量进行控制。
回转马达124通过经由控制阀123从液压泵122供给的工作油进行驱动，使回转体120回转。
《工作装置130的结构》
工作装置130具备动臂131、斗杆132、蛤式铲斗(clam bucket)133、动臂缸131C、斗杆缸132C、以及铲斗缸133C。
动臂131的基端部经由动臂销安装于回转体120。需要说明的是，在图1所示的装入机械100中，动臂131设置于回转体120的正面中央部分，但并不局限于此，动臂131也可以在左右方向上偏置安装。在该情况下，回转体120的回转中心不位于工作装置130的动作平面上。
斗杆132将动臂131与蛤式铲斗133连结。斗杆132的基端部经由斗杆销安装于动臂131的前端部。
蛤式铲斗133具有经由销安装于斗杆132的前端部的背翼(backhaul)1331、具有用于挖掘砂土等的斗齿的蛤部壳(clam shell)1332、以及用于开闭背翼1331和蛤部壳1332的蛤部缸1332C。背翼1331和蛤部壳1332经由销以能够开闭的方式连结。在背翼1331和蛤部壳1332关闭时，背翼1331以及蛤部壳1332作为用于收容所挖掘的砂土的容器发挥功能。另一方面，通过打开背翼1331和蛤部壳1332，能够排出所收容的砂土。蛤部缸1332C的基端部安装于背翼1331。蛤部缸1332C的前端部安装于蛤部壳1332。
换句话说，动臂131、斗杆132、背翼1331以及蛤部壳1332构成联动装置(linkage)。动臂131、斗杆132、背翼1331以及蛤部壳1332分别是连杆部件的一例。
动臂缸131C是用于使动臂131工作的液压缸。动臂缸131C的基端部安装于回转体120。动臂缸131C的前端部安装于动臂131。
斗杆缸132C是用于驱动斗杆132的液压缸。斗杆缸132C的基端部安装于动臂131。斗杆缸132C的前端部安装于斗杆132。
铲斗缸133C是用于驱动蛤式铲斗133的液压缸。铲斗缸133C的基端部安装于斗杆132。铲斗缸133C的前端部安装于与背翼1331连接的连杆构件。
《驾驶室140的结构》
图2是示出第一实施方式的驾驶室140的内部的结构的图。
在驾驶室140内设置有驾驶席141、操作终端142以及操作装置143。操作终端142是设置于驾驶席141的附近、用于与后述的控制装置160交互的用户接口。操作终端142例如可以通过触摸面板来接受来自操作员的操作。另外，操作终端142也可以具备LCD等显示部。触摸面板是显示部的一例。
操作装置143是用于通过操作员的手动操作来使行驶体110、回转体120以及工作装置130进行驱动的装置。操作装置143具备左操作杆143LO、右操作杆143RO、左脚踏板143LF、右脚踏板143RF、左行驶杆143LT、右行驶杆143RT、蛤部打开踏板143CO、蛤部关闭踏板143CC、回转制动踏板143TB、开始开关143SW。
左操作杆143LO设置于驾驶席141的左侧。右操作杆143RO设置于驾驶席141的右侧。
左操作杆143LO是用于进行回转体120的回转动作、以及斗杆132的挖掘/卸料动作的操作机构。具体而言，在装入机械100的操作员将左操作杆143LO倒向前方时，斗杆132进行卸料动作。另外，在装入机械100的操作员将左操作杆143LO倒向后方时，斗杆132进行挖掘动作。另外，在装入机械100的操作员将左操作杆143LO倒向右方向时，回转体120右回转。另外，在装入机械100的操作员将左操作杆143LO倒向左方向时，回转体120左回转。需要说明的是，在其他实施方式中，也可以是，在将左操作杆143LO倒向前后方向的情况下，回转体120右回转或者左回转，在左操作杆143LO倒向左右方向的情况下，斗杆132进行挖掘动作或者卸料动作。
右操作杆143RO是用于进行蛤式铲斗133的挖掘/卸料动作、以及动臂131的抬起/降下动作的操作机构。具体而言，在装入机械100的操作员将右操作杆143RO倒向前方时，执行动臂131的降下动作。另外，在装入机械100的操作员将右操作杆143RO倒向后方时，执行动臂131的抬起动作。另外，在装入机械100的操作员将右操作杆143RO倒向右方向时，进行蛤式铲斗133的卸料动作。另外，在装入机械100的操作员将右操作杆143RO倒向左方向时，进行蛤式铲斗133的挖掘动作。需要说明的是，在其他实施方式中，也可以是，在将右操作杆143RO倒向前后方向的情况下，蛤式铲斗133进行卸料动作或者挖掘动作，在将右操作杆143RO倒向左右方向的情况下，动臂131进行抬起动作或者降下动作。
左脚踏板143LF配置于驾驶席141的前方的底板的左侧。右脚踏板143RF配置于驾驶席141的前方的底板的右侧。左行驶杆143LT枢轴支承于左脚踏板143LF，且构成为左行驶杆143LT的倾斜与左脚踏板143LF的踏下连动。右行驶杆143RT枢轴支承于右脚踏板143RF，且构成为右行驶杆143RT的倾斜与右脚踏板143RF的踏下连动。
左脚踏板143LF以及左行驶杆143LT对应于行驶体110的左侧履带的旋转驱动。具体而言，在装入机械100的操作员将左脚踏板143LF或者左行驶杆143LT倒向前方时，左侧履带向前进方向旋转。另外，在装入机械100的操作员将左脚踏板143LF或者左行驶杆143LT倒向后方时，左侧履带向后退方向旋转。
右脚踏板143RF以及右行驶杆143RT对应于行驶体110的右侧履带的旋转驱动。具体而言，在装入机械100的操作员将右脚踏板143RF或者右行驶杆143RT倒向前方时，右侧履带向前进方向旋转。另外，在装入机械100的操作员将右脚踏板143RF或者右行驶杆143RT倒向后方时，右侧履带向后退方向旋转。
蛤部打开踏板143CO以及蛤部关闭踏板143CC配置于左脚踏板143LF的右侧。蛤部打开踏板143CO配置于蛤部关闭踏板143CC的左侧。在踏下蛤部打开踏板143CO时，蛤式铲斗133以对应于踏下量的速度打开。在踏下蛤部关闭踏板143CC时，蛤式铲斗133以对应于踏下量的速度关闭。
回转制动踏板143TB配置于右脚踏板143RF的右侧。在踏下回转制动踏板143TB时，使连结控制阀123与回转马达124的液压回路的溢流压增大。具体而言，在踏下回转制动踏板143TB时，通过对设置于连结控制阀123与回转马达124的液压回路的可变溢流阀的螺线管进行励磁，使可变溢流阀的溢流压增大。由此，能够使与回转有关的制动力增加。
开始开关143SW例如设置于左操作杆143LO的手柄部分。需要说明的是，开始开关143SW只要配置为位于就坐于驾驶席141的操作员的附近即可。在按下开始开关143SW时，向控制装置160输出自动装入指示信号。控制装置160在接受自动装入指示信号的输入时，开始后述的自动装入控制。
《计测系统的结构》
如图1所示，装入机械100具备位置方位运算器151、倾斜计测器152、动臂角度传感器153、斗杆角度传感器154、铲斗角度传感器155、检测装置156。
位置方位运算器151运算回转体120的位置以及回转体120朝向的方位。位置方位运算器151具备从构成GNSS的人造卫星接收定位信号的两个接收器。两个接收器分别设置于回转体120的不同的位置。位置方位运算器151基于接收器接收到的定位信号，检测检测现场坐标系中的回转体120的代表点(挖掘机坐标系的原点)的位置。
位置方位运算器151使用两个接收器接收的各定位信号，作为另一方的接收器的设置位置相对于一方的接收器的设置位置的关系，运算回转体120朝向的方位。回转体120朝向的方位是与回转体120的正面正交的方向，与从工作装置130的动臂131向蛤式铲斗133延伸的直线的延伸方向的水平成分相等。
倾斜计测器152计测回转体120的加速度以及角速度，并基于计测结果检测回转体120的姿势(例如，侧倾角、间距角、俯仰角)。倾斜计测器152例如设置于回转体120的下表面。倾斜计测器152例如能够使用惯性计测装置(IMU：Inertial Measurement Unit)。
动臂角度传感器153安装于动臂131，检测动臂131的倾斜角。
斗杆角度传感器154安装于斗杆132，检测斗杆132的倾斜角。
铲斗角度传感器155安装于蛤式铲斗133的背翼1331，检测蛤式铲斗133的倾斜角。
第一实施方式的动臂角度传感器153、斗杆角度传感器154、以及铲斗角度传感器155检测相对于地平面的倾斜角。需要说明的是，其他实施方式的角度传感器并不局限于此，也可以检测相对于其他基准面的倾斜角。例如，在其他实施方式中，角度传感器也可以通过设置于动臂131、斗杆132以及蛤式铲斗133的基端部的电位计来检测相对旋转角，还可以是通过计测动臂缸131C、斗杆缸132C以及铲斗缸133C的缸长度、并将缸长度转换为角度来检测倾斜角的传感器。
检测装置156检测存在于装入机械100的周围的物体的三维位置。作为检测装置156的例子，可举出立体相机、激光扫描器、UWB(Ultra Wide Band)测距装置等。检测装置156例如以检测方向朝向前方的方式设置于驾驶室140的上部。需要说明的是，检测装置156只要能够拍摄装入机械100的周围，则可以设置于任何地方。例如，也可以设置于驾驶室140外的回转体120的侧壁等。另外，检测方向也可以不朝向前方。检测装置156在以检测装置156的位置为基准的坐标系中确定物体的三维位置。需要说明的是，其他实施方式的装入机械100也可以具备多个检测装置156。
《控制装置160的结构》
图3是示出第一实施方式的控制装置160的结构的概要框图。
装入机械100具备控制装置160。控制装置160可以安装于操作终端142，也可以与操作终端142分开地设置并接受来自操作终端142的输入输出。控制装置160从操作装置143接收操作信号。操作信号示出操作对象和驱动速度。以下，将操作信号表示的驱动速度的大小也称作操作量。控制装置160将所接收的操作信号或者通过计算生成的用于自动装入控制的操作信号输入控制阀123，从而使工作装置130、回转体120以及行驶体110进行驱动。以下，将从操作装置143接收的操作信号也称作手动操作信号，将通过计算生成的操作信号也称作自动操作信号。
控制装置160是具备处理器610、主存储器630、储存器650、接口670的计算机。储存器650存储程序。处理器610从储存器650读取程序并将其在主存储器630中展开，执行按照程序的处理。
作为储存器650的例子，可举出半导体存储器、磁盘、光磁盘、光盘等。储存器650可以是与控制装置160的共用通信线直接连接的内部介质，也可以是经由接口670与控制装置160连接的外部介质。主存储器630以及储存器650是非暂时的有形的存储介质。
处理器610通过程序的执行而具备计测数据取得部611、地图(map)生成部612、操作信号输入部613、工作装置位置确定部614、装入目标确定部615、开始角度确定部616、回避角度确定部617、目标姿势决定部618、移动控制部619、蛤部控制部620、输出判断部621、操作信号输出部622。
计测数据取得部611取得由装入机械100的计测系统得到的计测数据。具体而言，计测数据取得部611从位置方位运算器151、倾斜计测器152、动臂角度传感器153、斗杆角度传感器154、铲斗角度传感器155、以及检测装置156取得计测数据。计测数据取得部611通过对倾斜计测器152计测的回转体120的角速度进行积分，从而计算回转体120的角度。
地图生成部612使用从检测装置156取得的计测数据生成表示装入机械100的周围的地图数据。地图生成部612例如通过SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技术来生成地图数据。地图数据在车身坐标系下表示。车身坐标系是以回转体120的回转中心作为原点、由沿前后方向延伸的轴、沿左右方向延伸的轴、沿上下方向延伸的轴表示的正交坐标系。检测装置156固定于回转体120，因此地图生成部612通过基于回转中心与检测装置156的位置关系使SLAM的计算结果平行移动，从而能够生成车身坐标系的地图数据。地图生成部612生成的地图数据记录于主存储器630。
操作信号输入部613从操作装置143接受手动操作信号的输入。手动操作信号中包含动臂131的转动操作信号、斗杆132的转动操作信号、蛤式铲斗133的转动操作信号、蛤式铲斗133的开闭操作信号、回转体120的回转操作信号、行驶体110的行驶操作信号、以及装入机械100的自动装入指示信号。
工作装置位置确定部614基于计测数据取得部611取得的计测数据，确定以回转体120作为基准的车身坐标系下的斗杆132的前端的位置P(图5)以及从斗杆132的前端到蛤式铲斗133的最低点的高度H(图5)。蛤式铲斗133的最低点是指蛤式铲斗133的外形中的距地表面的距离最短的点。
工作装置位置确定部614基于动臂131的倾斜角以及已知的动臂131的长度(从基端部的销到前端部的销的距离)，求出动臂131的长度的垂直方向成分以及水平方向成分。同样地，工作装置位置确定部614求出斗杆132的长度的垂直方向成分以及水平方向成分。工作装置位置确定部614将从装入机械100的位置起、向根据装入机械100的方位以及姿势确定的方向分离动臂131和斗杆132的长度的垂直方向成分的和以及水平方向成分的和的位置确定为斗杆132的前端的位置P。另外，工作装置位置确定部614基于蛤式铲斗133的倾斜角以及已知的蛤式铲斗133的形状，确定蛤式铲斗133的铅垂方向的最低点，并确定从斗杆132的前端到最低点的高度H以及从前端到最低点的水平距离D(图5)。
装入目标确定部615在向操作信号输入部613输入了自动装入指示信号的情况下，基于地图生成部612生成的地图数据，决定装入点。装入点是比装入目标T(例如，自卸车的车斗)靠上方的位置。在自动装入控制中，在斗杆132的前端到达装入点时，开始卸料控制。具体而言，装入目标确定部615根据地图数据以及已知的装入目标T的形状，确定装入目标T的位置及形状。例如，装入目标确定部615通过三维图案匹配来确定装入目标T的位置。装入目标确定部615基于所确定的装入目标T的上表面的中心点以及蛤式铲斗133的形状来决定装入点。
开始角度确定部616将在向操作信号输入部613输入自动装入指示信号时回转体120朝向的方位、与装入点存在的方位之间的角度确定为开始角度。输入自动装入指示信号时回转体120朝向的方位也可以说是在装入机械100的自动装入控制的开始时回转体120朝向的方位。换句话说，开始角度确定部616将在自动装入控制的开始时从回转体120的回转中心向工作装置位置确定部614确定的斗杆132的前端的位置延伸的线段、与从回转体120的回转中心向装入点延伸的线段所成的角确定为开始角度。
回避角度确定部617基于装入目标确定部615确定的装入目标T的位置及形状来确定干涉回避角度。干涉回避角度是工作装置130和装入目标T在从上方的俯视下不干涉时的回转角度。具体而言，回避角度确定部617通过以下的步骤来确定干涉回避角度。
回避角度确定部617基于装入目标确定部615确定的装入目标T的位置及形状，确定装入目标T的外形中的、回转体120的回转方向的最后方的点p1(图5)。回避角度确定部617求出自动装入控制的开始时的从回转体120的回转中心向斗杆132的前端的位置延伸的线段、与从回转体120的回转中心向确定的装入目标T的外形的点延伸的线段所成的第一角度φ1(图5)。回避角度确定部617基于工作装置位置确定部614确定的斗杆132的前端的位置、以及已知的蛤式铲斗133的形状，确定蛤式铲斗133的外形中的、回转体120的回转方向的最前方的点p2(图5)。回避角度确定部617求出从回转体120的回转中心向斗杆132的前端的位置延伸的线段、与从回转体120的回转中心向确定的蛤式铲斗133的外形的点延伸的线段所成的第二角度φ2。回避角度确定部617从第一角度φ1与第二角度φ2的差进一步减去控制浮余分的角度φ3，由此求出干涉回避角度θ1(图5)。
目标姿势决定部618基于从装入目标确定部615决定的回转中心到装入点的距离及高度，计算斗杆132的前端位于装入点时的工作装置130的姿势，并决定工作装置130的排土开始时的目标姿势。另外，目标姿势决定部618从储存器650或者主存储器630读取预先确定的工作装置130的挖掘开始时的目标姿势，由此决定工作装置130的挖掘开始时的目标姿势。图4是示出第一实施方式的工作装置130的挖掘开始时的目标姿势的例子的图。挖掘开始时的目标姿势例如是接近蛤式铲斗133不与行驶体110干涉的程度、并且接近蛤式铲斗133的底面不与包含行驶体110的底面的平面Z1接触的程度的姿势。换句话说，挖掘开始时的目标姿势下的蛤式铲斗133距回转中心的距离位于比干涉禁止区域Z2靠外侧的位置，该干涉禁止区域Z2形成于比与行驶体110外切的假想圆柱靠外侧的位置。上述那样的目标姿势是容易进入下次的挖掘作业的姿势。需要说明的是，通过不由行驶体110相当的长方体而由伪想圆柱规定干涉禁止区域Z2，能够防止在回转体120的回转时发生行驶体110与蛤式铲斗133的接触。挖掘开始时的目标姿势下的蛤式铲斗133的底面既可以与平面Z1平行，也可以相对于平面Z1形成锐角。目标姿势例如通过车身坐标系下的动臂131的前端、斗杆132的前端、以及蛤式铲斗133的铲尖的位置来表示。需要说明的是，工作装置130的姿势包含构成工作装置130的各部件的车身坐标系下的位置及角度。
图3所示的移动控制部619在操作信号输入部613接受了自动装入指示信号的输入的情况下，基于装入目标确定部615确定的装入点、回避角度确定部617确定的干涉回避角度，生成实现用于使蛤式铲斗133移动至装入点的回转体120和工作装置130的复合动作的自动操作信号。具体而言，移动控制部619生成用于以使工作装置130的姿势成为目标姿势决定部618决定的排土开始时的目标姿势的方式使工作装置130进行驱动的自动操作信号。另外，移动控制部619以在回转角度达到干涉回避角度之前工作装置130的姿势成为排土开始时的目标姿势的方式，来调整回转开始时机。即，移动控制部619在开始了回转体120的回转的情况下，在该回转的回转角度到达干涉回避角度之前工作装置130没有成为目标姿势的情况下，不生成回转体120的回转操作信号，仅生成工作装置130的操作信号。另一方面，移动控制部619在判断为在回转的回转角度到达干涉回避角度之前工作装置130成为目标姿势的情况下，生成回转体120的回转操作信号以及工作装置130的操作信号，实现回转体120和工作装置130的复合动作。
另外，移动控制部619在斗杆132的前端到达装入点后，将回转体120回转至开始角度确定部616确定的开始角度，生成用于以使工作装置130的姿势成为目标姿势决定部618决定的挖掘开始时的目标姿势的方式使回转体120以及工作装置130进行驱动的自动操作信号。
蛤部控制部620在斗杆132的前端到达装入点时，生成打开蛤式铲斗133的自动操作信号。另外，蛤部控制部620在回转体120的回转角度超过了开始角度与干涉回避角度的差的角度时，生成关闭蛤式铲斗133的自动操作信号。需要说明的是，也可以是，蛤部控制部620即使在斗杆132的前端到达装入点之前，在从上方的俯视下蛤式铲斗133与装入目标T重叠时，生成打开蛤式铲斗133的自动操作信号。
输出判断部621基于输入至操作信号输入部613的手动操作信号以及移动控制部619生成的自动操作信号，回转体120，判断通过手动操作信号和自动操作信号中的哪个来分别控制动臂131、斗杆132、蛤式铲斗133、蛤部壳1332(控制对象)。输出判断部621针对每个控制对象在主存储器630中记录并管理自动操作标识的值。输出判断部621判断为，通过自动操作信号来控制自动操作标识为ON的控制对象，通过手动操作信号来控制自动操作标识为OFF的控制对象。
操作信号输出部622基于输出判断部621的判断结果，将输入至操作信号输入部613的手动操作信号、或者移动控制部619生成的自动操作信号输出。
《自动装入控制时的动作》
在此，参照附图对第一实施方式的自动装入控制时的装入机械100的动作进行说明。
图5是示出第一实施方式的从自动装入控制开始到排土开始为止的装入机械100的动作的例子的图。图6是示出第一实施方式的从排土开始到自动装入控制结束为止的装入机械100的动作的例子的图。
通过由操作员进行的手动操作而工作装置130挖掘作为挖掘对象的砂土，在蛤式铲斗133中保持有砂土的状态下，开始第一实施方式的自动装入控制。在开始自动装入控制后，装入机械100将砂土排出至装入目标T上，使工作装置130移动至下次的挖掘开始点。在第一实施方式中，在自动装入控制的结束时，使回转体120朝向开始自动装入控制的方向，以使得下次的挖掘处理变得容易。另外，使工作装置130成为使蛤式铲斗133的底面降低至地面附近、并且使蛤式铲斗133成为靠近车身侧的姿势，以使得下次的挖掘处理变得容易。
具体而言，在开始自动装入控制后，如图5所示，控制装置160首先开始工作装置130(动臂131、斗杆132、以及蛤式铲斗133)的驱动，使蛤式铲斗133向上方移动。之后，控制装置160开始回转体120的回转。控制装置160以在回转体120的回转角度与干涉回避角度θ1一致之前、工作装置130的姿势成为排土开始时的目标姿势的方式，调整回转开始时机。以下，将干涉回避角度θ1也称作第一干涉回避角度θ1。需要说明的是，在回转体120的回转角度与第一干涉回避角度θ1一致之前、工作装置130的姿势成为排土开始时的目标姿势的情况下、即在蛤式铲斗133的最低点的高度比装入目标T的上表面高的情况下，不会由于回转体120的回转而工作装置130与装入目标T接触。之后，在斗杆132的前端到达装入点后，控制装置160打开蛤式铲斗133，开始排土。
在从排土开始经过一定时间后，控制装置160如图6所示那样开始回转体120的回转。在回转体120的回转角度超过开始角度θ0与干涉回避角度θ1的差的角度θ2之前，控制装置160不开始工作装置130的驱动。以下，将角度θ2也称作第二干涉回避角度θ2。在回转体120的回转角度超过第二干涉回避角度θ2时，控制装置160开始工作装置130的驱动。在回转体120的回转角度达到开始角度θ0时，控制装置160结束回转体120的驱动。另外，在工作装置130的姿势成为挖掘开始时的目标姿势时，控制装置160结束工作装置130的驱动。
需要说明的是，在回转体120的回转角度超过第二干涉回避角度θ2后，控制装置160接受操作员通过操作装置143进行的操作。控制装置160针对接受了由操作员进行的操作的控制对象，不输出自动操作信号，而输出手动操作信号。另一方面，控制装置160针对未接受由操作员进行的操作的控制对象，继续自动操作信号的输出。
图7是对第一实施方式中的自动装入控制的开始时的工作装置130的姿势与自动装入控制的结束时的工作装置130的姿势进行对比的图。自动装入控制在工作装置130挖掘砂土而在蛤式铲斗133内保持有砂土的状态下开始。因此，自动装入控制的开始时的蛤式铲斗133的姿势133s采取在挖掘对象的上方使斗齿朝向上方的姿势。为了对挖掘对象进行挖掘，需要使铲尖与挖掘对象对置地从下方铲起，因此为了从自动装入控制的开始时的蛤式铲斗133的姿势133s开始挖掘作业，需要改变蛤式铲斗133的位置及姿势。针对于此，自动装入控制的结束时的蛤式铲斗133的姿势133e即挖掘开始时的目标姿势采取在接近地表的高度使斗齿朝向前方的姿势。由此，通过在自动装入控制的结束时使蛤式铲斗133的姿势成为挖掘开始时的目标姿势，从而操作员能够容易地使作业转移至下次的挖掘作业。
《控制装置160的动作》
图8是示出第一实施方式的控制装置160的动作的流程图。
装入机械100的控制装置160在运转中，每隔一定的控制周期，进行图8所示的状态更新处理。
计测数据取得部611从位置方位运算器151、倾斜计测器152、动臂角度传感器153、斗杆角度传感器154、铲斗角度传感器155、以及检测装置156取得计测数据(步骤SS1)。地图生成部612使用在步骤SS1中从检测装置156取得的计测数据，对记录于主存储器630的地图数据进行更新(步骤SS2)。由此，控制装置160将表示装入机械100的附近的状况的地图数据始终保持为最新的状态，能够在地图数据中表示装入目标T的最新的位置。
工作装置位置确定部614基于在步骤SS1中取得的计测数据，确定以回转体120作为基准的车身坐标系下的斗杆132的前端的位置P以及从斗杆132的前端到蛤式铲斗133的最低点的高度H(步骤SS3)。由此，控制装置160能够始终确定当前的工作装置130的姿势。
图9是示出第一实施方式的从自动装入控制开始到排土开始为止的控制装置160的动作的流程图。图10是示出第一实施方式的从排土开始到自动装入控制结束为止的控制装置160的动作的流程图。图11是示出第一实施方式的控制装置的自动/手动切换判断动作的流程图。
在由操作员按下开始开关143SW后，控制装置160的操作信号输入部613接受自动装入指示信号的输入。控制装置160以自动装入信号为契机，从图9的步骤S0起开始自动装入控制。
在输入自动装入指示信号后，控制装置160的输出判断部621将回转体120、动臂131、斗杆132、蛤式铲斗133、蛤部壳1332各自所涉及的自动操作标识的值全部重置为ON(步骤S0)。控制装置160通过图8所示的状态更新处理，将计测数据、地图数据以及工作装置130的姿势更新为最新的状态(步骤S1)。装入目标确定部615基于在步骤S1中更新后的地图数据，确定装入目标T的位置及形状(步骤S2)。装入目标确定部615基于在步骤S2中确定的装入目标T的位置、以及在步骤S1中确定的从斗杆132的前端到蛤式铲斗133的最低点的高度H，决定装入点(步骤S3)。
开始角度确定部616基于在步骤S3中决定的地图数据中的装入点的位置，确定开始角度θ0(步骤S4)。地图数据在车身坐标系中表示，因此开始角度确定部616例如将装入点相对于向回转体120的前方延伸的坐标轴的位置向量的角度确定为开始角度θ0。回避角度确定部617基于在步骤S2中确定的装入目标T的位置及形状，确定第一干涉回避角度θ1(步骤S5)。目标姿势决定部618将斗杆132的前端位于装入点时的动臂131以及斗杆132的姿势决定为目标姿势(步骤S6)。
接下来，控制装置160通过图8所示的状态更新处理，将计测数据、地图数据以及工作装置130的姿势更新为最新的状态(步骤S7)。接下来，移动控制部619判断在步骤S7中确定的工作装置130的姿势是否与在步骤S6中决定的目标姿势近似(步骤S8)。例如，移动控制部619在目标姿势下的斗杆132的前端的位置与当前的斗杆132的前端的位置的差为规定值以下的情况下，判断为工作装置130的姿势与目标姿势近似。
在工作装置130的姿势与目标姿势不近似的情况下(步骤S8：否)，移动控制部619生成使动臂131以及斗杆132接近目标姿势的自动操作信号(步骤S9)。此时，移动控制部619基于在步骤S7中确定的动臂131以及斗杆132的位置及速度，生成自动操作信号。
另外，移动控制部619基于生成的动臂131以及斗杆132的自动操作信号，计算动臂131以及斗杆132的角速度的和，并生成使蛤式铲斗133以与该角速度的和相同的速度转动的自动操作信号(步骤S10)。由此，移动控制部619能够生成保持蛤式铲斗133的对地角的操作信号。
移动控制部619判断工作装置130是否为回转中(步骤S11)。移动控制部619例如在回转体120的回转速度为规定速度以上的情况下判断为是回转中。在工作装置130不为回转中的情况下(步骤S11：否)，移动控制部619基于在步骤S7中确定的动臂131以及斗杆132的速度，计算到工作装置130成为目标姿势为止的完成时间(步骤S12)。另外，移动控制部619在回转体120开始了回转的情况下，计算回转角度至到达在步骤S5中确定的第一干涉回避角度θ1为止的到达时间(步骤S13)。移动控制部619判断在步骤S12中计算出的完成时间是否小于在步骤S13中计算出的到达时间(步骤S14)。换句话说，移动控制部619在回转角度到达第一干涉回避角度θ1时判断工作装置130是否成为目标姿势。
在完成时间为到达时间以上的情况下(步骤S14：否)，即在回转角度到达第一干涉回避角度θ1之前工作装置130没有成为目标姿势的情况下，移动控制部619不生成回转体120的回转操作信号。另一方面，在完成时间小于到达时间的情况下(步骤S14：是)，即在回转角度到达第一干涉回避角度θ1之前工作装置130成为目标姿势的情况下，移动控制部619生成回转体120的回转操作信号(步骤S15)。由此，控制装置160能够防止工作装置130与装入目标T接触。
由于主存储器630中记录的全部的自动操作标识的值为ON，因此输出判断部621判断为任意的控制对象均通过自动操作信号来进行控制。由此，操作信号输出部622将在步骤S9、S10、S15中的至少任一个步骤中生成的自动操作信号输出至控制阀123(步骤S16)。由此，装入机械100进行驱动。接着，控制装置160将处理返回步骤S7，继续控制。
另一方面，在步骤S11中判断为工作装置130为回转中的情况下(步骤S11：是)，移动控制部619基于在步骤S7中确定的工作装置130的回转速度，在停止了回转的操作信号的情况下，判断是否由于由惯性引起的回转而斗杆132的前端到达装入点(步骤S17)。在由惯性引起的回转中，斗杆132的前端没有到达装入点的情况下(步骤S17：否)，移动控制部619在步骤S15中生成回转操作信号，操作信号输出部622在步骤S16中将回转操作信号输出至控制阀123。
另一方面，在判断为由于由惯性引起的回转而斗杆132的前端到达装入点的情况下(步骤S17：是)，控制装置160通过图8所示的状态更新处理，将计测数据、地图数据以及工作装置130的姿势更新为最新的状态(图10的步骤S18)。移动控制部619基于在步骤S18中更新后的地图数据，判断斗杆132的前端是否到达装入点(步骤S19)。在斗杆132的前端未到达装入点的情况下(步骤S19：否)，控制装置160将处理返回至步骤S18，待机至向装入点的到达。此时，由于主存储器630中记录的自动操作信号的值全部为ON，因此控制装置160不接受操作装置143的手动操作。
在斗杆132的前端到达了装入点的情况下(步骤S19：是)，蛤部控制部620生成蛤式铲斗133的打开操作信号(步骤S20)。操作信号输出部622将在步骤S20中生成的开操作信号输出至控制阀123(步骤S21)。蛤部控制部620从输出蛤式铲斗133的打开操作信号起待机经过一定时间(步骤S22)。该时间是指从打开了的蛤式铲斗133掉落一定量的砂土为止的时间。需要说明的是，该时间也可以比至从蛤式铲斗133掉落全部的砂土为止的时间短。
一定时间后，目标姿势决定部618从储存器650或者主存储器630读取预先确定的工作装置130的挖掘开始时的目标姿势，决定工作装置130的挖掘开始时的目标姿势(步骤S23)。挖掘开始时的目标姿势例如是接近蛤式铲斗133不与行驶体110干涉的程度、并且接近蛤式铲斗133的底面不与通过行驶体110的底面的平面干涉的程度那样的姿势。
接下来，控制装置160通过图8所示的状态更新处理，将计测数据、地图数据以及工作装置130的姿势更新至最新的状态(步骤S24)。接下来，移动控制部619判断从排土开始时到当前时间点为止的回转体120的回转角度是否小于开始角度θ0与第一干涉回避角度θ1的差即第二干涉回避角度θ2(步骤S25)。在回转角度小于第二干涉回避角度θ2的情况下(步骤S25：是)，工作装置130有可能与装入目标T接触，因此移动控制部619生成维持工作装置130的姿势的自动操作信号(中立信号)。
在步骤S25中，在回转角度为第二干涉回避角度θ2以上的情况下(步骤S25：否)，移动控制部619判断在步骤S24中确定的工作装置130的姿势是否与在步骤S23中决定的目标姿势近似(步骤S26)。在工作装置130的姿势不与目标姿势近似的情况下(步骤S26：否)，移动控制部619生成使动臂131、斗杆132以及蛤式铲斗133接近目标姿势的自动操作信号(步骤S27)。另外，蛤部控制部620生成蛤式铲斗的关闭操作信号(步骤S28)。在工作装置130的姿势与目标姿势近似的情况下(步骤S26：是)，移动控制部619不生成工作装置130的自动操作信号。
另外，移动控制部619基于在步骤S24中确定的工作装置130的回转速度，在使回转操作信号的值成为零情况下，判断是否能够通过由惯性引起的回转而回转至在步骤S4中确定的开始角度θ0(步骤S29)。在由惯性引起的回转中无法回转至开始角度θ0的情况下(步骤S29：否)，移动控制部619生成回转操作信号(步骤S30)。另一方面，在由惯性引起的回转中能够回转至开始角度θ0的情况下(步骤S29：是)，移动控制部619不生成回转操作信号。
接下来，输出判断部621如图11所示那样逐个选择控制对象(回转体120、动臂131、斗杆132、蛤式铲斗133、蛤部壳1332)(步骤S31)，针对所选择的控制对象执行步骤S31至步骤S42的处理。
输出判断部621判断在步骤S31中选择的控制对象所涉及的自动操作标识的值是否为ON(步骤S32)。在自动操作标识的值为ON的情况下(步骤S32：是)，输出判断部621判断操作信号输入部613是否接受了用于操作在步骤S31中选择的控制对象的手动操作信号的输入(步骤S33)。输出判断部621在手动操作信号的操作量为相当于游隙的阈值以上的情况下，判断为接受了手动操作信号的输入。
需要说明的是，回转体120所涉及的手动操作信号是基于左操作杆143LO的左右方向的操作信号、以及回转制动踏板143TB的操作信号。动臂131所涉及的手动操作信号是基于右操作杆143RO的前后方向的操作信号。斗杆132所涉及的手动操作信号是基于左操作杆143LO的前后方向的操作信号。蛤式铲斗133的转动所涉及的手动操作信号是右操作杆143RO的左右方向的操作信号。蛤部壳1332的开闭所涉及的手动操作信号是蛤部打开踏板143CO以及蛤部关闭踏板143CC的操作信号。
在存在在步骤S31中选择的控制对象所涉及的手动操作信号的输入的情况下(步骤S33：是)，输出判断部621判断手动操作信号是否表示与在步骤S27、S28或者S30中生成的控制对象所涉及的自动操作信号抵抗的操作(步骤S34)。具体而言，输出判断部621在手动操作信号的操作方向为与自动操作信号的操作方向相反的方向的情况下、或者在手动操作信号的操作为制动操作的情况下，判断为手动操作信号表示与自动操作信号抵抗的操作。例如，输出判断部621在自动操作信号表示左旋的回转操作、手动操作信号表示右旋的回转操作的情况下，判断为手动操作信号表示与自动操作信号抵抗的操作。再例如，输出判断部621在自动操作信号表示蛤部壳1332的关闭操作、手动操作信号表示蛤部壳1332的打开操作的情况下，判断为手动操作信号表示与自动操作信号抵抗的操作。再例如，输出判断部621在自动操作信号表示左旋的回转操作、手动操作信号表示回转制动踏板143TB的踏下的情况下，判断为手动操作信号表示与自动操作信号抵抗的操作。
在手动操作信号不为与自动操作信号抵抗的操作的情况下(步骤S34：否)，输出判断部621判断手动操作信号的操作量是否小于自动操作信号的操作量(步骤S35)。
在手动操作信号的操作量小于自动操作信号的操作量的情况下(步骤S35：是)、或者在步骤S33中判断为没有手动操作信号的输入的情况下(步骤S33：否)，输出判断部621判断在步骤S31中选择的控制对象的控制量是否到达了目标值(步骤S36)。在控制对象为回转体120的情况下，输出判断部621判断回转角度是否到达了开始角度θ0。在控制对象为动臂131、斗杆132或者蛤式铲斗133的情况下，输出判断部621判断旋转角是否到达了在步骤S23中决定的目标姿势所涉及的角度。在控制对象为蛤部壳1332的情况下，输出判断部621判断开度是否到达了零。
在步骤S31中选择的控制对象的控制量未到达目标值的情况下(步骤S36：否)，输出判断部621判断为通过自动操作信号来控制在步骤S31中选择的控制对象。即，在步骤S31中选择的控制对象所涉及的自动操作标识的值被维持为ON。操作信号输出部622输出在步骤S27、S28或者S30中生成的自动操作信号中的、与在步骤S31中选择的控制对象有关的自动操作信号(步骤S37)。
另一方面，在手动操作信号为与自动操作信号抵抗的操作的情况下(步骤S34：是)、在手动操作信号的操作量小于自动操作信号的操作量的情况下(步骤S35：否)、或者控制对象的控制量到达了目标值的情况下(步骤S36：是)，输出判断部621进行以下的处理。输出判断部621判断在步骤S31中选择的控制对象是否为构成工作装置130的连杆构件(动臂131、斗杆132以及蛤式铲斗133)(步骤S38)。
在从自动操作切换为手动操作的控制对象为构成工作装置130的连杆构件的情况下(步骤S38：是)，输出判断部621判断从排土开始时起到当前时间点为止的回转体120的回转角度是否小于开始角度θ0与第一干涉回避角度θ1的差即第二干涉回避角度θ2(步骤S39)。在回转角度小于第二干涉回避角度θ2的情况下(步骤S39：是)，有可能工作装置130与装入目标T接触，因此输出判断部621判断为通过自动操作信号来控制在步骤S31中选择的控制对象。即，在步骤S31中选择的控制对象所涉及的自动操作标识的值被维持为ON。接着，操作信号输出部622输出在步骤S31中选择的控制对象所涉及的自动操作信号(步骤S37)。
另一方面，在回转角度为第二干涉回避角度θ2以上的情况下(步骤S39：否)，移动控制部619确定多个连杆构件中的处在步骤S31中选择的以外的、自动操作标识成为ON的连杆构件。例如，在步骤S31中选择了动臂131的情况下，移动控制部619确定斗杆132以及蛤式铲斗133中的自动操作标识成为ON的构件。移动控制部619使所确定的连杆构件所涉及的自动操作信号的操作量从在步骤S27中决定的操作量起以恒定比率减少(步骤S40)。
图12是示出第一实施方式的工作装置的操作信号的例子的图。在图12中，用实线表示输出的操作信号的操作量，用虚线表示自动操作信号的操作量，用单点划线表示手动操作信号的操作量。在图12所示的例子中，在时刻t1，开始动臂131、斗杆132以及蛤式铲斗133的自动操作信号的输出。之后，在时刻t2，操作员开始向与自动控制相反的方向操作斗杆132的手动操作信号的输入。另外，操作员接着斗杆132，开始向与自动控制相反的方向操作蛤式铲斗133的手动操作信号的输入。另一方面，在时刻t2至时刻t3，斗杆132以及蛤式铲斗133任意的操作量均小于阈值，因此输出判断部621判断为在步骤S33中没有输入手动操作信号。因此，在时刻t1至时刻t3，作为动臂131、斗杆132以及蛤式铲斗133的操作信号，输出自动操作信号。
在时刻t3，在斗杆132的手动操作信号的操作量成为阈值以上时，对于自动操作信号和手动操作信号，操作方向为相反方向，因此输出判断部621在步骤S34中判断为手动操作信号是与自动操作信号抵抗的操作。由此，斗杆132的自动操作标识成为OFF，之后，作为斗杆132的操作信号，输出手动操作信号。此时，在步骤S40中，移动控制部619使动臂131以及蛤式铲斗133的自动操作信号的操作量以恒定比率减少。换句话说，在时刻t3之后，输出的自动操作信号的操作量(图12实线)从在步骤S27中决定的操作量(图12虚线)起以恒定比率减少。
之后，在时刻t4蛤式铲斗133的手动操作信号的操作量成为阈值以上时，对于自动操作信号和手动操作信号，操作方向为相反方向，因此输出判断部621在步骤S34中判断为手动操作信号为与自动操作信号抵抗的操作。由此，蛤式铲斗133的自动操作标识成为OFF。之后，作为斗杆132以及蛤式铲斗133的操作信号，输出手动操作信号。需要说明的是，在时刻t4，操作员开始向与自动控制相同的方向操作动臂131的手动操作信号的输入。另一方面，在时刻t4至时刻t5，操作量小于自动操作信号的操作量，因此作为动臂131的操作信号，输出自动操作信号。
之后，在时刻t5动臂131的手动操作信号的操作量成为自动操作信号的操作量以上时(步骤S35)，动臂131的自动操作标识成为OFF。之后，作为工作装置130的操作信号，输出手动操作信号。这样，在图12所示的例子中，移动控制部619将依次输出至斗杆132、蛤式铲斗133、动臂131的信号切换为手动操作信号。最终，工作装置130的全部的轴的操作被切换为手动操作。
需要说明的是，图12所示的处理仅为一例，根据操作员的操作顺序，自动操作信号的切换的顺序以及时机可以不同。
换句话说，移动控制部619在仅操作了工作装置130中的一部分的连杆构件时，使其他连杆构件的自动操作所涉及的操作量逐渐接近手动操作所涉及的输出。由此，控制装置160能够将工作装置130的控制顺畅地从自动操作切换为手动操作。
并且，如图11所示，输出判断部621将在步骤S31中选择的控制对象所涉及的自动操作标识的值改写为OFF(步骤S41)。输出判断部621由此将操作信号的输出源从自动操作信号切换为手动操作信号。接下来，移动控制部619输出在步骤S31中选择的控制对象所涉及的手动操作信号(步骤S42)。
在通过步骤S31至步骤S42的处理而针对各控制对象输出自动操作信号或者手动操作信号后，输出判断部621判断主存储器630中记录的自动操作标识的值是否全部为OFF(步骤S43)。换句话说，输出判断部621判断是否全部的控制对象切换为手动操作。
在至少一个自动操作标识的值为ON的情况下(步骤S43：否)，控制装置160将处理返回至图10的步骤S24，继续自动装入控制。另一方面，在全部的自动操作标识的值为OFF的情况下(步骤S43：是)，控制装置160结束自动装入控制。
《作用/效果》
这样，第一实施方式的控制装置160基于从操作装置143输入的手动操作信号，判断输出手动操作信号以及自动操作信号中的哪个。此时，控制装置160在手动操作信号表示与自动操作信号抵抗的操作的情况下判断为输出手动操作信号。若控制装置160控制为在具有由操作员进行的手动操作信号的输入的情况下始终输出手动操作信号，则操作信号的操作量急剧变化，因此切换变得不灵活。因此，控制装置160逐渐地切换操作，以使得操作信号的操作量不急剧变化。另一方面，在手动操作信号表示与自动操作信号抵抗的操作的情况下，基于自动控制的动作与操作员的意图不同，是用于纠正装入机械100的动作的操作的可能性较高。因此，控制装置160在手动操作信号表示与自动操作信号抵抗的操作的情况下判断为输出手动操作信号，由此能够实现按照操作员的意图的操作切换。
另外，第一实施方式的控制装置160在手动操作信号不表示与自动操作信号抵抗的操作、且手动操作信号的操作量大于自动操作信号的操作量的情况下，输出手动操作信号。由此，控制装置160能够以操作信号的操作量不急剧变化的方式切换操作。
另外，第一实施方式的控制装置160在使蛤式铲斗133从装入目标的上方移动至挖掘点的自动控制中，与手动操作信号无关地输出自动操作信号，直至回转体120的回转角度到达干涉回避角度。由此，即使在蛤式铲斗133位于装入目标的上方时具有工作装置130或者回转体120的手动操作的输入，也能够防止发生工作装置130与装入目标的接触。
<其他实施方式>
以上，参照附图对一实施方式进行了详细说明，但具体的结构并不局限于上述的方式，也可以进行各种设计变更等。即，在其他实施方式中，上述的处理的顺序也可以适当变更。另外，一部分的处理也可以并列地执行。
上述的实施方式的控制装置160可以是通过单独的计算机构成的装置，也可以是将控制装置160的结构分开地配置给多个计算机、且通过多个计算机相互配合而作为控制装置160发挥功能的装置。此时，也可以是，构成控制装置160的一部分的计算机搭载于装入机械100的内部，其他计算机设置于装入机械100的外部。
上述的实施方式的装入机械100为正铲挖掘机，但并不局限于此。例如，其他实施方式的装入机械100也可以是反铲挖掘机。需要说明的是，在装入机械100为反铲挖掘机的情况下，工作装置130的挖掘开始时的目标姿势与第一实施方式不同。反铲挖掘机通过将工作装置130拉向跟前侧来进行挖掘，因此挖掘开始时的目标姿势所涉及的铲斗的位置优选远离回转体120。例如，装入机械100也可以根据地图数据确定挖掘对象的形状，将成为远离回转体120、且与挖掘对象接近、铲尖朝向挖掘对象的角度的姿势作为挖掘开始时的目标姿势。
上述的实施方式的装入机械100具有蛤式铲斗133，但并不局限于此。例如，其他实施方式的装入机械100也可以是具备通常的铲斗的装入机械。在该情况下，装入机械100也可以取代蛤部控制部620而具备卸料控制部。卸料控制部取代打开操作信号而输出卸料方向的转动操作信号。需要说明的是，控制装置160也可以为了缩短周期时间而在卸料方向的转动操作信号的输出中输出回转体120的回转操作信号。
上述的实施方式的目标姿势被预先设定且记录于主存储器630或者储存器650，但并不局限于此。例如，其他实施方式的装入机械100也可以构成为能够通过操作终端142的操作来变更目标姿势。例如，其他实施方式的装入机械100也可以通过向操作终端142输入表示动臂131、斗杆132以及蛤式铲斗133的位置及角度的数值来变更目标姿势。另外，其他实施方式的装入机械100也可以在通过操作员的操作将工作装置130控制为优选的姿势后，通过对操作终端142进行操作，工作装置位置确定部614确定工作装置130的姿势，并以该姿势覆盖目标姿势。
上述的实施方式的控制装置160根据基于检测装置156的计测数据的SLAM的地图数据来确定装入目标，但并不局限于此。例如，其他实施方式的控制装置160也可以接受装入目标的纬度、经度以及朝向的方位的输入，根据位置方位运算器151的计测结果来计算装入目标在车身坐标系下的位置及形状。另外，其他实施方式的控制装置160也可以不基于车身坐标系、而基于通过纬度、经度以及高度表示的全局坐标系来控制装入机械100。在该情况下，控制装置160也可以将开始角度、回转角度等角度计算为相对于全局坐标系的基准方位的角度。
上述的实施方式的控制装置160通过对倾斜计测器152计测的回转体120的角速度进行积分来计算回转体120的角度，但并不局限于此。例如，其他实施方式的控制装置160也可以基于位置方位运算器151计测的方位的差量来计算回转体120的角度。另外，在其他实施方式中，也可以使用设置于回转马达124的旋转角传感器的检测值来确定回转体120的角度。
上述的实施方式的控制装置160基于回转角度与干涉回避角度的比较来进行自动装入控制，但并不局限于此。例如，其他实施方式的控制装置160也可以基于蛤式铲斗133的位置与装入目标T的外形中的回转体120的回转方向的最后方的点p1(图5)的比较来进行自动装入控制。例如，其他实施方式的控制装置160也可以以使蛤式铲斗133位于点p1附近的区域的方式来调整回转开始时机。
上述的实施方式的装入机械100是操作员搭乘于驾驶室140直接进行操作的装入机械，但并不局限于此。例如，其他实施方式的装入机械100也可以是通过远程操作来进行动作的装入机械。即，在其他实施方式中，也可以从远程设置的操作装置143通过通信向控制装置160传输操作信号。在该情况下，控制装置160的一部分或者全部的结构也可以设置于设置有操作装置143的远程操作室。例如，操作信号输入部613、移动控制部619、输出判断部621、操作信号输出部622等结构也可以是设置于远程操作室的计算机所具备的结构。
上述的实施方式的自动装入控制使蛤式铲斗133从挖掘完成时的位置向装入点移动，进而向用于开始下次的挖掘的位置移动，但并不局限于此。例如，在其他实施方式中，也可以通过手动操作使蛤式铲斗133从挖掘完成时的位置向装入点移动并进行排土，装入机械100仅自动控制从装入点向用于开始下次的挖掘的位置的移动。在该情况下，操作员也可以在蛤式铲斗133到达装入点后，通过设置于操作杆等的开关操作将用于使工作装置向用于开始下次的挖掘的位置驱动的信号输出至控制装置160。通过来自上述的开关的信号，控制装置160与上述的实施方式的自动装入控制的情况同样地，以使工作装置130的姿势成为与挖掘开始时不同地预先设定的目标姿势的方式对工作装置130进行控制。
上述的实施方式的控制装置160基于斗杆132的前端的位置P来控制工作装置130，但斗杆132的前端的位置P也可以是斗杆132的前端的中心，还可以是左右偏移的位置。另外，在其他实施方式中，也可以取代斗杆132的前端的位置P，基于蛤式铲斗133的任意的位置来控制工作装置130。
附图标记说明：
100...装入机械；
110...行驶体(支承部)；
111...履带；
120...回转体；
121...发动机；
122...液压泵；
123...控制阀；
124...回转马达；
130...工作装置；
131...动臂；
131C...动臂缸；
132...斗杆；
132C...斗杆缸；
133...蛤式铲斗；
1331...背翼；
1332...蛤部壳；
1332C...蛤部缸；
133C...铲斗缸；
140...驾驶室；
141...驾驶席；
142...操作终端；
143...操作装置；
143SW...开始开关；
151...位置方位运算器；
152...倾斜计测器；
153...动臂角度传感器；
154...斗杆角度传感器；
155...铲斗角度传感器；
156...检测装置；
160...控制装置；
610...处理器；
611...计测数据取得部；
612...地图生成部；
613...操作信号输入部；
614...工作装置位置确定部；
615...装入目标确定部；
616...开始角度确定部；
617...回避角度确定部；
618...目标姿势决定部；
619...移动控制部；
620...蛤部控制部；
621...输出判断部；
622...操作信号输出部；
630...主存储器；
650...储存器；
670...接口。

Claims (7)

1.一种装入机械的控制系统，所述装入机械具备绕回转中心回转的回转体、支承所述回转体的支承部以及具有铲斗且安装于所述回转体的工作装置，其中，
所述装入机械的控制系统具备：
操作信号输入部，其接受基于用于操作所述回转体及所述工作装置的操作装置的操作的所述回转体及所述工作装置的手动操作信号的输入；
移动控制部，其生成使所述回转体及所述工作装置进行驱动的自动操作信号；
输出判断部，其基于所述手动操作信号，进行输出所述手动操作信号及所述自动操作信号中的哪个的判断，在所述手动操作信号表示与所述自动操作信号抵抗的操作的情况下，判断为输出所述手动操作信号；以及
操作信号输出部，其基于所述判断的结果，输出所述手动操作信号或者所述自动操作信号。
2.根据权利要求1所述的装入机械的控制系统，其中，
所述输出判断部在所述手动操作信号的操作方向与所述自动操作信号的操作方向不一致的情况下，判断为所述手动操作信号表示与所述自动操作信号抵抗的操作。
3.根据权利要求1所述的装入机械的控制系统，其中，
所述输出判断部在所述手动操作信号为制动操作的情况下，判断为所述手动操作信号表示与所述自动操作信号抵抗的操作。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装入机械的控制系统，其中，
所述输出判断部在所述手动操作信号不表示与所述自动操作信号抵抗的操作、且所述手动操作信号的操作量大于所述自动操作信号的操作量的情况下，判断为输出所述手动操作信号。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装入机械的控制系统，其中，
所述装入机械的控制系统具备回避角度确定部，所述回避角度确定部在使所述铲斗从装入目标的上方移动至挖掘开始点的自动控制中，确定从上方俯视时所述铲斗与所述装入目标不再重叠的所述回转体的回转角度即干涉回避角度，
所述操作信号输出部针对所述工作装置，与所述手动操作信号无关地输出所述自动操作信号，直至所述回转体的回转角度到达所述干涉回避角度为止。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装入机械的控制系统，其中，
所述工作装置由包括所述铲斗在内的多个连杆部件构成，
在所述判断的结果表示针对所述多个连杆部件中的至少一个连杆部件输出所述手动操作信号的情况下，所述移动控制部针对所述多个连杆部件中的所述至少一个连杆部件以外的其他连杆部件，以接近所述其他连杆部件所涉及的所述手动操作信号的操作量的方式生成所述自动操作信号。
7.一种装入机械的控制方法，所述装入机械具备绕回转中心回转的回转体、支承所述回转体的支承部以及具有铲斗且安装于所述回转体的工作装置，其中，
所述装入机械的控制方法包括如下步骤：
接受基于用于操作所述回转体及所述工作装置的操作装置的操作的所述回转体及所述工作装置的手动操作信号的输入；
生成使所述回转体及所述工作装置进行驱动的自动操作信号；
基于所述手动操作信号，进行输出所述手动操作信号及所述自动操作信号中的哪个的判断，在所述手动操作信号表示与所述自动操作信号抵抗的操作的情况下，判断为输出所述手动操作信号；以及
基于所述判断的结果，输出所述手动操作信号或者所述自动操作信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05222745A (ja) * 1992-02-13 1993-08-31 Yutani Heavy Ind Ltd 建設機械の自動制御装置
JP3145027B2 (ja) * 1996-03-22 2001-03-12 新キャタピラー三菱株式会社 油圧ショベルの自動制御装置
JP4231945B2 (ja) * 2000-04-27 2009-03-04 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 農作業機の操向装置
JP5132742B2 (ja) * 2010-09-14 2013-01-30 株式会社小松製作所 ブルドーザ
JP6445062B2 (ja) * 2017-03-08 2018-12-26 ヤマハモーターパワープロダクツ株式会社 自動運転車両
JP7144252B2 (ja) 2018-09-12 2022-09-29 株式会社小松製作所 積込機械の制御装置および制御方法
KR20210029859A (ko) * 2019-09-06 2021-03-17 현대자동차주식회사 최소 위험 조작을 수행하기 위한 차량 및 상기 차량의 작동 방법

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