CN118140027A - 工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够在大范围上持续进行基于自动驾驶的作业的工程机械(1)。该工程机械包括使上部回转体(22)及作业装置(30)多次进行包含处理动作的一系列的动作的控制器。控制器进行如下步骤：在由一系列的动作所进行的作业即处理作业达到了规定阶段时，将下一个一系列的动作中的处理动作的开始位置向上部回转体(22)的回转方向变更；在开始位置到达了变更极限面(75)的状态下，当处理作业达到规定阶段时，使下部行走体(21)进行范围变更移动；以使范围变更移动后的处理作业与范围变更移动前的处理作业连续的方式，设定移动后开始位置。

Description

工程机械

技术领域

本发明涉及能够自动驾驶的工程机械。

背景技术

在专利文献1中，公开了自动进行从砂土的挖掘到排土为止的作业动作的自动驾驶挖掘机。具体而言，在专利文献1中公开了如下内容，即，当在某个挖掘位置，挖掘深度达到了设定值的情况下，自动地使下一个挖掘位置向上部回转体的回转方向移动。

但是，即便使所述挖掘位置向所述上部回转体的回转方向移动，在作业范围的扩大方面也存在极限。希望自动驾驶挖掘机能够在更大的范围上持续进行作业。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2001-123479号

发明内容

本发明的目的在于提供能够在大范围上持续进行基于自动驾驶的作业的工程机械。

所提供的是包括下部行走体、上部回转体、作业装置及控制器的工程机械。所述下部行走体能够进行行走动作。所述上部回转体能够回转地被搭载于所述下部行走体。所述作业装置以能够进行处理对象物的处理动作的方式，可转动地被安装于所述上部回转体。所述控制器以使所述上部回转体及所述作业装置多次进行包含所述作业装置的所述处理动作的一系列的动作的方式，控制所述上部回转体及所述附属装置的驱动。所述控制器进行如下步骤：在由所述一系列的动作所进行的作业达到了规定阶段时，将下一个所述一系列的动作所含的所述处理动作的开始位置向所述上部回转体的回转方向变更；在所述开始位置到达了变更极限面的状态下，当由所述一系列的动作所进行的作业即处理作业达到所述规定阶段时，使所述下部行走体进行用于变更所述处理作业的范围的移动即范围变更移动，所述变更极限面被预先设定，并规定向所述回转方向变更所述开始位置的极限；以使所述范围变更移动后的所述处理作业和所述范围变更移动前的所述处理作业连续的方式，设定所述范围变更移动后的所述处理动作的开始位置即移动后开始位置。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式所涉及的工程机械的侧视图。

图2是表示所述工程机械所搭载的控制单元及连接于该控制单元的要素的方框图。

图3是所述工程机械的俯视图，其表示范围变更移动前后的一系列的动作中的铲斗的远端的目标轨迹。

图4是所述工程机械的俯视图，其表示所述范围变更移动的移动距离。

图5是所述工程机械的俯视图，其表示变更极限面的设定的例子。

图6是所述工程机械的俯视图，其表示用于将移动后开始位置设定在比所述变更极限面更靠所述范围变更移动的方向即移动方向的上游侧的范围变更移动。

图7是所述工程机械的俯视图，其表示图6所示的用于设定所述移动后开始位置的所述范围变更移动的移动距离的设定的例子。

图8是所述工程机械的俯视图，其表示所述变更极限面向所述下部行走体的移动方向的上游侧的移动。

图9是所述工程机械的俯视图，其表示使砂土向所述范围变更移动的移动方向移动的作业。

图10是所述工程机械的俯视图，其表示形成坡面的作业。

图11是表示由所述工程机械的控制器进行的处理的流程图。

图12是本发明的第二实施方式所涉及的工程机械的俯视图，其表示下部行走体以规定的移动距离进行了范围变更移动的状态。

图13是本发明的第二实施方式所涉及的所述工程机械的俯视图，且是表示所述下部行走体移动了与所述移动距离不同的距离的状态的图。

图14是本发明的第二实施方式所涉及的所述工程机械的俯视图，其表示移动后开始位置因范围变更移动而超过变更极限面的状态。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的较为理想的实施方式。

图1表示本发明的第一实施方式所涉及的工程机械1。所述工程机械1能够自动驾驶。所述工程机械1是液压挖掘机，其包括包含下部行走体21和上部回转体22的机械主体25、回转装置24、附属装置30及作业驱动装置40。

所述下部行走体21包含一对履带，且因这一对履带移动而能够进行行走动作。所述上部回转体22以能够进行相对于所述下部行走体21回转的回转动作的方式，被搭载于该下部行走体21。所述回转装置24是使所述上部回转体22进行所述回转动作的回转驱动装置。所述上部回转体22包含构成该上部回转体22的前部的驾驶舱(驾驶室)23。

所述附属装置30是作业装置，其以能够进行处理动作的方式，被安装于所述上部回转体22。所述处理动作是处理对象物的动作，其包含上下方向的转动。所述附属装置30包含动臂31、斗杆32及铲斗33。所述动臂31具有基端部及该基端部的相反侧的远端部，所述基端部以能够向上下方向转动(能够起伏)的方式，连结于所述上部回转体22。所述斗杆32具有基端部及该基端部的相反侧的远端部，所述基端部以能够向上下方向转动的方式，连结于所述动臂31的所述远端部。所述铲斗33是远端附属装置，其以能够向前后方向转动的方式被安装于所述斗杆32的所述远端部，并构成所述附属装置30的远端部。所述铲斗33具有能够对以砂土为代表的挖掘对象物即所述处理对象物进行挖掘、平整、挖取等作业的形状。所述铲斗33的所述挖掘对象物并不限定于砂土，可以是石头，也可以是废弃物(产业废弃物等)。另外，本发明所涉及的工程机械不限于挖掘机械，由此，其处理对象物不限于所述挖掘对象物。例如，构成本发明所涉及的作业装置的远端的远端附属装置不限于如上所述地保持砂土等的铲斗33，也可以是进行握持处理对象物的动作的抓手或吸附并保持处理对象物的起重磁铁等。

所述作业驱动装置40能够利用液压来驱动所述附属装置30，由此，使该附属装置30进行所述处理动作。所述作业驱动装置40包含各自能够进行伸缩动作的多个液压工作缸，所述多个液压工作缸包含动臂工作缸41、斗杆工作缸42及铲斗工作缸43。

所述动臂工作缸41以如下方式配置，即，通过进行所述伸缩动作，使所述动臂31相对于所述上部回转体22向起伏方向(上下方向)转动。所述动臂工作缸41具有能够转动地连结于所述上部回转体22的基端部、和能够转动地连结于所述动臂31的远端部。

所述斗杆工作缸42以如下方式配置，即，通过进行所述伸缩动作，使所述斗杆32相对于所述动臂31向上下方向转动。所述斗杆工作缸42具有能够转动地连结于所述动臂31的基端部、和能够转动地连结于所述斗杆32的远端部。

所述铲斗工作缸43以如下方式配置，即，通过进行所述伸缩动作，使所述铲斗33相对于所述斗杆32转动。所述铲斗工作缸43具有能够转动地连结于所述斗杆32的基端部、和能够转动地连结于连杆部件34的远端部。所述连杆部件34能够转动地连结于所述铲斗33，将所述铲斗工作缸43和所述铲斗33相互连结。

所述工程机械1还包括回转角度检测器即回转角度传感器52和作业姿势检测器60。

所述回转角度传感器52检测所述上部回转体22相对于所述下部行走体21的回转角度。所述回转角度传感器52例如是编码器、分解器或陀螺仪传感器。在本实施方式中，将所述上部回转体22的前方与所述下部行走体21的前方一致时的该上部回转体22的回转角度设为0°。

所述作业姿势检测器60检测作为所述作业装置的所述附属装置30的姿势即作业姿势，在本实施方式中，包含动臂倾斜角传感器61、斗杆倾斜角传感器62及铲斗倾斜角传感器63。

所述动臂倾斜角传感器61被安装于所述动臂31，并检测所述动臂31的姿势。具体而言，所述动臂倾斜角传感器61是取得所述动臂31相对于水平线的倾斜角度的传感器，例如是倾斜(加速度)传感器。所述作业姿势检测器60也可包含旋转角度传感器或行程传感器来代替所述动臂倾斜角传感器61，该旋转角度传感器检测所述动臂31围绕所述动臂的所述基端部的支承轴即动臂脚销的旋转角度，该行程传感器检测所述动臂工作缸41的行程。

所述斗杆倾斜角传感器62被安装于所述斗杆32，并检测所述斗杆32的姿势。具体而言，所述斗杆倾斜角传感器62是取得所述斗杆32相对于水平线的倾斜角度的传感器，例如是倾斜(加速度)传感器。所述作业姿势检测器60也可包含旋转角度传感器或行程传感器来代替所述斗杆倾斜角传感器62，该旋转角度传感器检测所述斗杆32围绕所述斗杆32的所述基端部的支承轴即斗杆连结销的旋转角度，该行程传感器检测所述斗杆工作缸42的行程。

所述铲斗倾斜角传感器63被安装于所述连杆部件34，并检测所述铲斗33的姿势。具体而言，所述铲斗倾斜角传感器63是取得所述铲斗33相对于水平线的倾斜角度的传感器，例如是倾斜(加速度)传感器。所述作业姿势检测器60也可包含旋转角度传感器或行程传感器来代替所述铲斗倾斜角传感器63，该旋转角度传感器检测所述铲斗33围绕所述铲斗33的基端部的支承轴即铲斗连结销的旋转角度，该行程传感器检测所述铲斗工作缸43的行程。

所述工程机械1还具备摄像装置26。所述摄像装置26被安装于所述上部回转体22。或者，所述摄像装置26也可被设置于远离所述工程机械1的场所。本实施方式所涉及的所述摄像装置26是激光雷达(LIDAR)。但是，在本发明所涉及的工程机械包含用于拍摄的单元的情况下，该单元也可以是相机、超声波传感器、毫米波雷达、立体相机、距离图像传感器、红外线传感器等。

关于利用铲斗33来挖掘砂土的情况，进行以下的说明。

如图2所示，所述工程机械1包括控制单元11和存储装置13。

回转姿势信息和作业姿势信息被输入至所述控制单元11。所述回转姿势信息是由所述回转角度传感器52检测出的信息，即，与所述上部回转体22相对于所述下部行走体21的回转角度(回转姿势)相关的信息。所述作业姿势信息是与由所述作业姿势检测器60检测的姿势，即作为所述作业装置的所述附属装置30的姿势相关的信息。所述作业姿势信息包含由所述动臂倾斜角传感器61检测的信息即与所述动臂31的姿势相关的信息、由所述斗杆倾斜角传感器62检测的信息即与所述斗杆32的姿势相关的信息、以及由所述铲斗倾斜角传感器63检测的信息即与所述铲斗33的姿势相关的信息。

本实施方式所涉及的所述控制单元11对所述工程机械1的动作进行自动控制。所述控制单元11作为控制单元而发挥功能，该控制单元以使所述上部回转体22及所述附属装置30进行一系列的动作的方式，控制所述上部回转体22及所述附属装置30的驱动。即，所述工程机械1自动驾驶。具体而言，所述控制单元11基于由所述回转角度传感器52及所述作业姿势检测器60检测出的信息，自动地控制所述回转装置24对于所述上部回转体22的驱动、以及所述作业驱动装置40对于所述附属装置30的驱动。在本实施方式中，所述一系列的动作是对砂土进行挖掘并排土的动作。即，所述一系列的动作包含利用所述铲斗33来挖掘砂土的挖掘动作。该挖掘动作是由作为作业装置的所述附属装置30处理对象物的处理动作的一例。

所述控制单元11使所述上部回转体22及所述附属装置30多次进行所述一系列的动作。本实施方式所涉及的所述控制单元11一边改变挖掘动作时的所述铲斗33的远端的高度，一边使所述一系列的动作反复进行。由此，在相同的挖掘地点，一边改变对砂土进行挖掘的深度，一边反复进行从砂土的挖掘到排土为止的一系列的动作。

所述存储装置13与所述控制单元11一起构成控制器，并存储所述一系列的动作。所述一系列的动作例如通过作业者的示教而被设定。通过所述一系列的动作，所述附属装置30的远端即所述铲斗33的远端描绘出规定的轨迹。如下所述，可随着所述下部行走体21的移动而对所述轨迹的一部分进行修正。

图3表示所述一系列的动作中的所述铲斗33的远端的目标轨迹71。所述一系列的动作包含挖掘动作、抬升回转动作、排土动作及复位回转动作。所述挖掘动作伴随所述铲斗33的远端的从点A到点B的移动。所述抬升回转动作伴随所述铲斗33的远端的从所述点B到点C为止的回转。在所述铲斗33内保持有砂土的状态下，进行所述抬升回转动作。所述排土动作伴随所述铲斗33的远端的从所述点C到点D为止的移动、和该移动中的所述铲斗33的展开方向的转动，通过该铲斗33的转动，砂土被排出至自卸车的货架等。在从所述点C到所述点D为止的区域中有排土位置。所述复位回转动作伴随着所述铲斗33的远端的从所述点D向所述点A返回的方向的回转。本实施方式中的所述附属装置30的控制对象部位是所述铲斗33的远端，图示了该铲斗33的远端的目标轨迹。但是，所述控制对象部位并不限定于所述铲斗33的远端。

所述控制单元11设定限制深度。所述限制深度是对挖掘深度设定的限制值，所述挖掘深度是所述铲斗33对砂土进行挖掘的深度。如上所述，一边改变所述挖掘深度，一边反复进行从砂土的挖掘到排土为止的一系列的动作。

所述控制单元11在所述挖掘动作中的所述挖掘深度达到所述限制深度时，判定为通过反复执行所述一系列的动作而进行的作业达到了规定阶段。所述控制单元11在判定为通过反复执行所述一系列的动作而进行的处理作业达到了所述规定阶段时，结束相同挖掘地点的所述一系列的动作的反复。

也可由所述控制单元11或所述存储装置13存储应反复执行所述一系列的动作的次数即目标反复次数，并以如下方式构成所述控制单元11，即，在所述一系列的动作被反复执行的次数达到了所述目标反复次数的时候，判定为通过反复执行所述一系列的动作而进行的作业达到了规定阶段。

所述控制单元11作为开始位置变更单元而发挥功能，该开始位置变更单元在判定为通过反复执行所述一系列的动作而进行的作业达到了所述规定阶段时，将下一个一系列的动作中的所述挖掘动作的开始位置从所述点A向所述上部回转体22的回转方向变更。具体而言，在图3中，通过使所述上部回转体22回转，使所述开始位置从所述点A向所述回转方向移位。所述开始位置从所述点A被变更为如下位置，该位置是所述上部回转体22向远离所述点D的回转方向(与所述抬升回转动作相反的方向：图3中为右方向)以规定的回转角度离开所述点A后的位置。随着开始位置从所述点A被变更，挖掘动作的结束位置也向相同方向以相同的回转角度从所述点B被变更。

所述控制单元11在将所述挖掘动作的开始位置从所述点A变更为新的位置之后，使所述上部回转体22及所述附属装置30进行下一个一系列的动作。这样，在新的挖掘地点进行由下一个一系列的动作所进行的处理作业。

在图3中，所述上部回转体22的初始姿势由实线表示。所述初始姿势是与最初的一系列的动作中的所述挖掘动作的开始位置即点A对应的所述上部回转体22的回转姿势，更具体而言，是使作为所述控制对象部位的所述铲斗33的远端位于所述开始位置的所述上部回转体22相对于所述下部行走体21的姿势，该初始姿势下的所述上部回转体22处于如下位置，该位置是所述铲斗33的远端以初始角度向回转方向从存在于所述点C与所述点D之间的所述排土位置离开后的位置。随着所述挖掘动作的所述开始位置从所述点A被变更，所述挖掘动作开始时的所述上部回转体22相对于所述下部行走体21的姿势(回转姿势)也从所述初始姿势逐渐被变更。这样，每当所述开始位置被变更时，从变更后的开始位置开始所述一系列的动作。

所述控制单元11作为设定图3所示的变更极限面75的极限面设定单元而发挥功能。所述变更极限面75规定所述开始位置向所述回转方向的变更的极限。所述变更极限面75是与之后详述的所述下部行走体21的范围变更移动的方向即移动方向正交的面，当从沿着所述上部回转体22的回转中心轴的方向(一般而言为上下方向)观察时，如图3所示，所述变更极限面75成为与所述移动方向正交的直线。所述变更极限面75也可被预先设定并被存储于所述控制单元11。

随着所述挖掘动作的所述开始位置向所述回转方向变更，反复执行所述一系列的动作，由此，所述开始位置从所述点A最终到达所述变更极限面75。所述控制单元11作为下部行走体移动单元而发挥功能，在所述开始位置到达了所述变更极限面75的状态下，当通过反复执行所述一系列的动作而进行的作业达到了规定阶段时，即，当所述变更极限面75上的所述挖掘深度达到了所述限制深度时，该下部行走体移动单元使所述下部行走体21进行所述行走动作，从而使该下部行走体21向其行走方向移动。该下部行走体21的移动是用于变更由所述一系列的动作所进行的处理作业的范围的范围变更移动。优选所述范围变更移动是使所述上部回转体22的移动后姿势接近于初始姿势的方向的移动。所述移动后姿势是与移动后开始位置对应的所述上部回转体22相对于所述下部行走体21的姿势(回转姿势)，所述移动后开始位置是所述范围变更移动后的最初的一系列的动作中的挖掘动作的开始位置。所述初始姿势是与最初的所述一系列的动作所含的所述处理动作的所述开始位置对应的所述上部回转体22相对于所述下部行走体的姿势。在图3中，箭头Dm表示所述范围变更移动的方向即移动方向，所述范围变更移动后的所述工程机械1的位置由双点划线表示。而且，所述控制单元11以使在紧接着所述范围变更移动之后开始的由一系列的动作所进行的处理作业与刚要进行所述范围变更移动之前的由所述一系列的动作所进行的处理作业连续的方式，设定所述范围变更移动后的所述挖掘动作的开始位置，即所述移动后开始位置。

本实施方式所涉及的所述控制单元11以使所述范围变更移动后的所述处理作业与范围变更移动前的处理作业连续的方式，设定如图4所示的移动距离L。所述移动距离L是所述范围变更移动中的所述下部行走体21的目标移动距离，在本实施方式中，是图4所示的开始位置距离L1与极限面距离L2之和。所述开始位置距离L1是在所述上部回转体22处于所述初始姿势时从所述工程机械1的所述开始位置(点A)到所述上部回转体22的回转中心轴20的所述移动方向上的距离。所述极限面距离L2是从所述回转中心轴20到所述变更极限面75为止的所述移动方向上的距离。

如下所述，在所述下部行走体21的所述移动距离L小于所述开始位置距离L1与所述极限面距离L2之和的情况下，所述范围变更移动后的一系列的动作所含的所述挖掘动作的开始位置，即移动后开始位置位于比所述变更极限面75更靠所述移动方向上游侧。

如所述箭头Dm所示，所述下部行走体21的所述范围变更移动的方向即所述移动方向是图3中的右方向，且是与在所述范围变更移动前变更所述一系列的动作的开始位置的方向相同的方向，即，与反复进行的一系列的动作的范围逐渐移位的方向相同的方向。

所述控制单元11作为姿势设定单元而发挥功能，该姿势设定单元将所述上部回转体22的所述移动后姿势设定为与所述初始姿势相同的姿势。所述移动后姿势是与所述范围变更移动后的所述一系列的动作所含的所述挖掘动作的开始位置即所述移动后开始位置对应的所述上部回转体22的回转姿势，在本实施方式中，是用于使作为控制对象部位的所述铲斗33的远端位于所述移动后开始位置的所述上部回转体22相对于所述下部行走体21的姿势。即，所述上部回转体22的所述移动后姿势恢复为与所述初始姿势相同的姿势，即，上部回转体22相对于所述下部行走体21的回转角度与初始回转角度相等的姿势。这样，所述控制单元11使由所述上部回转体22及所述附属装置30所执行的一系列的动作以与所述初始姿势相同的姿势重新开始，然后，使该一系列的动作反复执行。从而，在新的挖掘地点，反复进行由所述一系列的动作所进行的处理作业。这能够使从所述范围变更移动后的姿势开始的所述处理作业与所述范围变更移动前的所述处理作业连续。而且，不仅使所述范围变更移动前的所述挖掘动作的开始位置向所述回转方向变更，还使所述下部行走体21进行所述范围变更移动，这使得能够在更大的范围上持续进行所述处理作业。

所述控制单元11作为设定如图3所示的作业范围80的作业范围设定单元而发挥功能。所述作业范围80是允许所述附属装置30为了进行所述处理作业而移动的范围。如图3所示，所述控制单元11在所述作业范围80内变更所述挖掘动作的开始位置，由此，与所述开始位置的变更无关地防止所述一系列的动作中的所述附属装置30脱离所述作业范围80。而且，所述控制单元11以使所述范围变更移动后的所述处理作业与所述范围变更移动前的所述处理作业连续的方式，在所述作业范围80内设定所述移动后开始位置。这使得即使在所述范围变更移动后，也会防止所述附属装置30因所述一系列的动作而脱离所述作业范围80，由此，能够防止所述附属装置30与处于所述作业范围80外的障碍物等发生干扰。

如图3所示，所述变更极限面75被设定为通过如下位置的面，该位置是所述上部回转体22从所述初始姿势即所述铲斗33的远端处于最初的挖掘动作的开始位置的姿势，以预先设定的限制角度θ向离开所述点D的方向即与所述抬升回转动作的方向相反的方向回转后的所述铲斗33的远端所处的位置。或者，也可将通过所述挖掘动作的开始位置被变更预先设定的允许变更次数后的该开始位置的面设定为所述变更极限面75。

或者，所述变更极限面75也可被设定为如图5所示的土量检测范围81的下游侧边界面。所述土量检测范围81被设定在所述作业范围80内。所述下游侧边界面是规定所述下部行走体21的移动方向下游侧(图5中的右侧)的所述土量检测范围81的边界的面，且是与所述移动方向正交的面。所述控制单元11进行如下控制，即，根据由所述摄像装置26取得的图像信息，确定所述土量检测范围81内的土量，并在该确定的土量即检测土量变为规定量以下的时候，使所述下部行走体21进行所述范围变更移动。

假设当所述下部行走体21的所述范围变更移动后的一系列的动作在向所述移动方向超过所述变更极限面75的位置进行的情况下，例如，当所述工程机械1在图3中的双点划线所示的位置进行了所述一系列的动作的情况下，会产生如图3所示的非作业区域77。所述非作业区域77是既不进行所述范围变更移动前的所述处理作业，也不进行所述范围变更移动后的所述处理作业的区域。为了减少此种非作业区域77，所述控制单元11优选例如，如图6所示，将紧接着所述范围变更移动之后的一系列的动作中的挖掘动作的开始位置即移动后开始位置(图6的点A1)设定在比所述变更极限面75更靠所述下部行走体21的移动方向的上游侧(图6中的左侧)。

为了设定如图6所示的所述移动后开始位置(点A1)，例如可如图7所示，设定所述下部行走体21的所述范围变更移动的距离即移动距离。具体而言，如下所述。

(i)设定图7所示的变更结束面78。该变更结束面78被设定为通过开始位置最大变更时间点的挖掘动作的结束位置(图7的点B2)的面，该面与所述下部行走体21的所述范围变更移动的移动方向正交。所述开始位置最大变更时间点是在所述范围变更移动前，所述挖掘动作的开始位置受到最大限度变更的时间点，具体而言，是该开始位置如图7所示的点A2那样被变更至所述变更极限面75上的位置为止的时间点。或者，所述开始位置最大变更时间点可以是从最初的开始位置A到最新的开始位置为止的变更角度(与所述上部回转体22的回转角度对应的角度)达到了预先设定的限制角度θ的时间点，也可以是所述开始位置的变更次数达到了预先设定的次数的时间点。

(ii)设定图7所示的移动结束面79。该移动结束面79被设定为通过刚移动后挖掘动作的开始位置(图7中的点A1)的面，且该面与所述移动方向正交，该刚移动后挖掘动作的开始位置使得所述范围变更移动后的最初的一系列的动作中的挖掘动作即刚移动后挖掘动作的结束位置(图7中的点B1)位于所述变更结束面78上的位置。

(iii)所述刚移动后挖掘动作的所述开始位置(所述点A1)到达所述移动结束面79所需的距离被设定为所述移动距离。

所述控制单元11根据由所述摄像装置26拍摄到的图像信息，确定所述点C与所述点D之间的所述排土位置的土量。即，所述控制单元11与所述摄像装置26一起作为土量检测器而发挥功能。所述控制单元11在检测出的所述土量为预先设定的允许量以上的情况下，使所述变更极限面75如图8中的箭头Dr所示，向与所述范围变更移动的所述移动方向相反的方向移动。这能够使所述范围变更移动的开始时机提前，由此，使所述下部行走体21在排土位置的土量变得过多之前移动，变更所述处理作业的范围。

图3及图6～图8所示的所述点C与所述点D之间的排土位置，即，由所述铲斗33挖掘的砂土应被排出的位置处于所述作业范围80外。但是，也可如图9所示的变形例那样，将所述铲斗33所挖掘的砂土排出至作业范围80内的排土位置。该变形例所涉及的控制单元11以使在所述范围变更移动前被排出至所述排土位置的砂土通过所述范围变更移动后的挖掘动作被挖掘的方式，设定紧接着该范围变更移动之后的所述挖掘动作的开始位置即移动后开始位置。所述范围变更移动的移动方向是图9中的箭头Dm所示的左方向。该变形例所涉及的控制能够使工程机械1反复进行如下动作，该动作是指在所述范围变更移动后，挖掘在所述范围变更移动前被排出至所述排土位置的砂土，并将其排出至新的排土位置。该动作能够在与所述移动方向相同的方向上，使砂土在更大的范围上移动。

由所述附属装置30处理对象物的处理动作并不限定于如上所述的利用铲斗33来挖掘砂土的挖掘动作。例如，如图10所示，所述处理动作也可以是利用铲斗33来刮削斜面85的动作。能够通过刮削所述斜面85来形成坡面(slope)。可对于所述斜面85的相同地点，将刮削该斜面85的动作仅进行一次，也可将该动作进行两次以上。在对于所述斜面85的相同地点，将刮削该斜面85的动作进行两次以上的情况下，也可一边改变所述铲斗33的远端的高度，一边反复进行这些动作。包含此种处理动作的处理作业的范围也能够通过所述下部行走体21的所述范围变更移动而被扩大。

接着，参照图11的流程图，说明用于由所述控制单元11进行的动作控制的处理。

所述控制单元11在所述作业范围80中设定所述变更极限面75(步骤S1)。所述控制单元11将所述上部回转体22的姿势设为所述初始姿势(步骤S2)。所述控制单元11使所述上部回转体22及所述附属装置30从所述初始姿势开始进行一系列的动作(步骤S3)。

接着，所述控制单元11判定挖掘深度是否达到限制深度(步骤S4)。在判定为所述挖掘深度尚未达到所述限制深度的情况下(步骤S4为“否”)，所述控制单元11变更所述挖掘深度(步骤S5)。以该变更后的挖掘深度，进行下一个一系列的动作(步骤S3)。这样，一边改变挖掘动作时的所述铲斗33的远端的高度，一边反复进行所述一系列的动作。

在判定为所述挖掘深度达到了所述限制深度的时候(步骤S4为“是”)，所述控制单元11判定所述排土位置中的土量是否为规定量以上，仅在判定为所述排土位置的土量为规定量以上的情况下(步骤S6为“是”)，使变更极限面75向与所述下部行走体21的移动方向相反的方向移动(步骤S7)。

所述控制单元11判定以所述方式逐渐被变更的所述挖掘动作的开始位置是否到达所述变更极限面75(步骤S8)。在判定为该开始位置尚未到达该变更极限面75的情况下(步骤S8为“否”)，所述控制单元11通过使所述上部回转体22回转规定的回转角度，将所述挖掘动作的开始位置向所述上部回转体22的回转方向变更(步骤S9)。由此，在新的挖掘地点反复进行一系列的动作。

在判定为以所述方式逐渐被变更的所述挖掘动作的开始位置到达了变更极限面75的时候(步骤S8为“是”)，所述控制单元11使所述下部行走体21进行范围变更移动(步骤S10)。以使该范围变更移动后的由一系列的动作所进行的处理作业与该范围变更移动前的处理作业连续的方式，控制该范围变更移动，所述上部回转体22的回转姿势恢复为与所述初始姿势相同的姿势(步骤S2)。在该范围变更移动后，也反复进行所述步骤S3以后的处理。

接着，参照图12～图14说明本发明的第二实施方式。此外，对于与第一实施方式通用的结构及由其产生的效果，省略说明，主要说明与第一实施方式的不同点。此外，对与第一实施方式相同的部件附加了与第一实施方式相同的符号。

图12～图14表示所述第二实施方式所涉及的工程机械101。本实施方式所涉及的控制单元11与所述第一实施方式的共同点在于作为下部行走体移动单元而发挥功能，在开始位置到达了变更极限面75的状态下，当由一系列的动作所进行的作业达到规定阶段时，该下部行走体移动单元使下部行走体21进行范围变更移动，但所述范围变更移动的移动距离与所述第一实施方式所涉及的移动距离L不同，即，与使得所述移动后姿势成为与初始姿势相同的姿势的距离不同，所述移动后姿势用于使刚要进行范围变更移动之前的挖掘动作的开始位置与紧接着范围变更移动之后的挖掘动作的开始位置一致。本实施方式所涉及的所述控制单元11以使所述范围变更移动后的由一系列的动作所进行的处理作业与该范围变更移动前的处理作业连续的方式，设定所述范围变更移动后的所述上部回转体22相对于下部行走体21的方向(回转姿势)即移动后姿势。

如图12所示，在所述范围变更移动的移动距离大于如图4所示的在所述第一实施方式中设定的所述移动距离L的情况下，所述控制单元11以使所述下部行走体21的所述范围变更移动后的最初的一系列的动作中的挖掘动作的开始位置即移动后开始位置(点A1)成为变更极限面75上的位置的方式，将所述移动后姿势变更为所述上部回转体22从所述初始姿势相对于所述下部行走体21向与所述移动方向相反的方向(图中的左方向)回转后的姿势。

另一方面，如图13所示，在所述移动距离比图4所示的所述移动距离L短的情况下，所述控制单元11以使所述移动后开始位置(点A1)成为所述变更极限面75上的位置的方式，将所述上部回转体22的所述移动后姿势变更为该上部回转体22从所述初始姿势向与所述移动方向相同的方向(图中的右方向)回转后的姿势。

图12及图13表示各个情况下的姿势变更角度θc，所述移动后姿势被设定为所述上部回转体22从刚要进行所述范围变更移动之前的回转姿势相对于所述下部行走体21向与所述移动方向相反的方向(图12中的左方向)回转了所述姿势变更角度θc后的姿势。即，进行使所述上部回转体22在所述范围变更移动后回转所述姿势变更角度θc的控制，并以该回转后的所述上部回转体22的姿势，决定所述开始位置。在所述范围变更移动前，每当通过反复执行所述一系列的动作而进行的作业达到规定阶段时，将所述上部回转体22的所述回转姿势变更规定的回转角度。由此，所述挖掘动作的开始位置也从最初的位置即点A逐渐移动。如图12所示，在所述下部行走体21的所述范围变更移动的移动距离大于图4所示的所述移动距离L的情况下，与该范围变更移动对应的所述姿势变更角度θc大于从所述初始姿势到刚要进行所述范围变更移动之前的回转姿势为止的所述上部回转体22的姿势变更角度。相反地，如图13所示，在所述范围变更移动的移动距离小于图4所示的所述移动距离L的情况下，所述姿势变更角度θc小于从所述初始姿势到刚要进行所述范围变更移动之前的回转姿势为止的所述上部回转体22的姿势变更角度。

而且，在本实施方式中，根据所述上部回转体22的所述移动后姿势，修正所述附属装置30的远端(铲斗33的远端)所描绘出的轨迹。

所述移动后姿势的设定能够使所述范围变更移动后的由一系列的动作所进行的处理作业适当地与该范围变更移动前的处理作业连续。

本实施方式所涉及的所述控制单元11作为设定所述下部行走体21的移动极限位置88的移动极限设定单元而发挥功能。在本实施方式中，所述移动极限位置88被设定为如下位置，该位置使得当使所述下部行走体21的所述范围变更移动在该移动极限位置88处停止时，该范围变更移动后的所述处理作业与该范围变更移动前的所述处理作业连续。更具体而言，以使所述下部行走体21的所述范围变更移动在所述移动极限位置88处停止的状态下的最初的一系列的动作中的挖掘动作的开始位置即移动后开始位置(点A1)成为所述变更极限面75上的位置的方式，设定该移动极限位置88。所述控制单元11作为下部行走体移动单元而发挥功能，该下部行走体移动单元使所述下部行走体21进行所述范围变更移动，且在该下部行走体21到达了所述移动极限位置88的时候，使所述范围变更移动停止。此种范围变更移动的控制能够使该范围变更移动后的处理作业适当地与该范围变更移动前的处理作业连续。

也可基于作业计划来设定所述移动极限位置88。例如，将所述移动极限位置88设定在计划进行作业的范围的边界，这能够抑制脱离作业计划的作业。或者，也可基于由所述摄像装置26拍摄到的障碍物等的位置来设定所述移动极限位置88。将所述移动极限位置88设定在比该障碍物等的位置更靠跟前侧处，这会防止所述附属装置30与障碍物等发生干扰。

在未设定所述移动极限位置88，所述下部行走体21的所述范围变更移动的移动距离过大的情况下，该范围变更移动后的所述挖掘动作的开始位置即移动后开始位置(点A1)例如有可能如图14所示，向所述移动方向超过所述变更极限面75。

在此情况下，所述控制单元11优选作为报告单元而发挥功能，该报告单元令报告器报告所述移动后开始位置超过了所述变更极限面75这一情况。具体而言，所述控制单元11优选使对工程机械101的动作进行管理的管理者所携带的便携终端(平板终端、智能电话等)的显示器显示该情况，或使扬声器输出表示该情况的警告音等。原因在于：若在超过所述变更极限面75的位置开始所述挖掘动作，则在所述范围变更移动前后均不进行所述处理作业的非作业区域会变大。将此种事态报告给所述工程机械1的管理者等，这能够促使所述管理者等注意预先防止在超过所述变更极限面75的开始位置进行所述挖掘动作。

另外，所述控制单元11优选作为倒退控制单元而发挥功能，在如图14所示，进行了使得所述移动后开始位置(点A1)超过所述变更极限面75的范围变更移动的情况下，该倒退控制单元如图14中的箭头Db所示，使所述下部行走体21向与所述范围变更移动的移动方向相反的方向移动，使所述移动后开始位置靠近所述变更极限面75。朝向所述相反方向的所述下部行走体21的移动能够减少既不进行所述范围变更移动前的处理作业也不进行所述范围变更移动后的处理作业的区域即所述非作业区域。

在所述第二实施方式中，也优选如图12、图13及图14所示，设定作业范围80。在本实施方式中，以使所述铲斗33的远端处于所述作业范围80内的方式，设定所述上部回转体22相对于所述下部行走体21的回转姿势。

在所述第二实施方式中，也可与图6所示的方式同样地，以使所述移动后开始位置(点A1)位于比所述变更极限面75更靠所述移动方向的上游侧(图6中的左侧)的方式，设定所述移动后开始位置(点A1)，以减小与图3所示的非作业区域77相同的非作业区域。具体而言，在所述第二实施方式中，以将所述移动后开始位置(点A1)设为比所述变更极限面75更靠下部行走体21的移动方向上游侧(图中的左侧)的位置的方式，设定所述移动后姿势，即，用于实现所述移动后开始位置的所述上部回转体22相对于所述下部行走体21的方向(回转姿势)。

在所述第二实施方式中，也可与图9所示的所述方式同样地，以反复进行如下动作的方式进行控制，该动作是指挖掘被排出至排土位置的砂土，并将其排出至新的排土位置。在本第二实施方式中，以使被排出至所述排土位置的砂土在所述下部行走体21移动后被挖掘的方式，设定所述上部回转体22相对于所述下部行走体21的方向(回转姿势)。另外，在第二实施方式中，处理动作也不限于所述铲斗33的挖掘动作，例如也可以是如图10所示，利用所述铲斗33来刮削斜面85的动作。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的实施方式仅例示了具体例，其并不对本发明进行特别限定，能够适当地对具体结构等进行设计变更。另外，发明的实施方式所记载的作用及效果仅列举了由本发明产生的最佳的作用及效果，本发明的作用及效果并不限定于本发明实施方式所记载的作用及效果。

如上所述，提供能够在大范围上持续进行基于自动驾驶的作业的工程机械。该工程机械包括下部行走体、上部回转体、作业装置及控制器。所述上部回转体能够回转地被搭载于所述下部行走体。所述作业装置以能够进行处理对象物的处理动作的方式，可转动地被安装于所述上部回转体。所述控制器以使所述上部回转体及所述作业装置多次进行包含所述作业装置的所述处理动作的一系列的动作的方式，控制所述上部回转体及所述附属装置的驱动。所述控制器在由所述一系列的动作所进行的作业达到了规定阶段时，将下一个所述一系列的动作所含的所述处理动作的开始位置向所述上部回转体的回转方向变更。由此，一边改变挖掘动作的开始位置，一边进行由一系列的动作所进行的作业。而且，在所述挖掘动作的开始位置到达了变更极限面的状态下，当由所述一系列的动作所进行的作业即处理作业达到规定阶段时，所述控制器使所述下部行走体进行用于变更所述处理作业的范围的范围变更移动，所述变更极限面被预先设定，并规定向所述回转方向变更所述开始位置的极限，且所述控制器以使该范围变更移动后的所述处理作业与该范围变更移动前的所述处理作业连续的方式，设定所述范围变更移动后的所述处理动作的开始位置即移动后开始位置。所述范围变更移动能够使该范围变更移动后的处理作业和该范围变更移动前的处理作业连续，并且在大范围上持续进行作业。

较为理想的是，所述范围变更移动是使移动后姿势接近于初始姿势的方向的移动，所述移动后姿势是所述移动后开始位置的所述上部回转体相对于所述下部行走体的姿势，所述初始姿势是最初的所述一系列的动作所含的所述处理动作的所述开始位置的所述上部回转体相对于所述下部行走体的姿势。这样，使与紧接着所述范围变更移动之后的所述开始位置对应的所述上部回转体的姿势即所述移动后姿势接近于所述初始姿势，这能够使所述范围变更移动后的处理作业与该范围变更移动前的处理作业连续，并且在该范围变更移动后，也能够在大范围上进行所述处理作业。

较为理想的是，所述控制器进行如下步骤：将所述移动后姿势设定为与所述初始姿势相同的姿势；以使所述范围变更移动后的所述处理作业与所述范围变更移动前的所述处理作业连续的方式，设定所述范围变更移动的距离。以所述方式设定的移动距离使得尽管将所述范围变更移动后的所述上部回转体的姿势(移动后姿势)恢复为与所述初始姿势相同的姿势，仍能够使所述范围变更移动后的由所述一系列的动作所进行的所述处理作业适当地与该范围变更移动前的处理作业连续。

较为理想的是，所述控制器，使所述下部行走体以预先设定的移动距离进行所述范围变更移动，且以使所述范围变更移动后的由所述一系列的动作所进行的所述处理作业与所述范围变更移动前的所述处理作业连续的方式，设定所述移动后姿势(即，所述范围变更移动后的所述上部回转体相对于所述下部行走体的方向)。这使得能够通过仅使所述下部行走体移动预先设定的移动距离的简单的控制，进行所述范围变更移动，并且通过设定所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转姿势(方向)，使该范围变更移动后的所述处理作业适当地与所述范围变更移动前的所述处理作业连续。

较为理想的是，所述控制器，在所述移动后开始位置因所述移动距离的所述范围变更移动而超过所述变更极限面的情况下，令报告器报告所述情况。所述报告能够促使所述工程机械的管理者等预先防止从超过所述变更极限面的移动后开始位置进行所述挖掘动作，由此，能够抑制非作业区域的产生。

另外，较为理想的是，所述控制器，在所述移动后开始位置因所述范围变更移动而超过所述变更极限面的情况下，使所述下部行走体向与所述范围变更移动的移动方向相反的方向移动。所述下部行走体的所述相反方向的移动使得能够向靠近所述变更极限面的方向，修正超过所述变更极限面的所述移动后开始位置，由此，能够有效地减少所述非作业区域，即既不进行所述范围变更移动前的所述处理作业，也不进行所述范围变更移动后的所述处理作业的区域。

较为理想的是，所述控制器，在所述下部行走体因所述范围变更移动而到达预先设定的移动极限位置时，使该范围变更移动停止。这使得能够通过仅对所述下部行走体的实际位置与预先设定的所述移动极限位置进行比较的简单的处理，适当地控制所述范围变更移动。例如，在基于作业计划来设定所述移动极限位置的情况下，使所述下部行走体的所述范围变更移动在所述移动极限位置停止，这能够有效地抑制进行脱离作业计划的作业。另外，在所述移动极限位置被设定于障碍物等的跟前的情况下，使所述下部行走体的所述范围变更移动在所述移动极限位置停止，这能够抑制所述工程机械与所述障碍物等的干扰。

较为理想的是，所述控制器，在预先设定的作业范围内变更所述开始位置。由此，能够防止所述作业装置因变更该开始位置后的一系列的动作而脱离所述作业范围。而且，较为理想的是，所述控制器，以使所述范围变更移动后的所述处理作业与所述范围变更移动前的所述处理作业连续的方式，在所述作业范围内设定所述移动后开始位置，由此，也能够防止所述作业装置因所述范围变更移动后的所述一系列的动作而脱离所述作业范围。例如，在所述作业范围外有障碍物等的情况下，无论是在变更所述开始位置后，还是在所述范围变更移动后，均能够防止所述作业装置因所述一系列的动作而与所述障碍物等发生干扰。

较为理想的是，所述控制器，将所述移动后开始位置设定为比所述变更极限面更靠所述移动方向的上游侧的位置。这能够防止因在所述范围变更移动后的超过所述变更极限面的位置(下游侧的位置)开始处理动作而产生非作业区域(既不进行范围变更移动前的处理作业，也不进行范围变更移动后的处理作业的区域)。

较为理想的是，在所述处理动作是挖掘砂土的挖掘动作的情况下，所述控制器，一边改变所述处理动作中的所述作业装置的远端的高度，一边使所述上部回转体及所述作业装置反复执行所述一系列的动作。在此情况下，所述下部行走体的所述范围变更移动也能够使所述挖掘作业在大范围上进行。

较为理想的是，在所述一系列的动作包含将砂土排出至排土位置的排土动作的情况下，所述工程机械还包括检测所述排土位置的土量的土量检测器，所述控制器，在由所述土量检测器检测出的所述排土位置的土量为预先设定的允许量以上的情况下，使所述变更极限面向与所述移动方向相反的方向移动。所述变更极限面的移动能够使所述范围变更移动的开始时机提前，并在所述排土位置的土量变得过多之前，通过所述范围变更移动来变更处理作业的范围。

另外，较为理想的是，在所述处理动作是挖掘砂土的动作，且所述一系列的动作包含将砂土排出至所述排土位置的排土动作的情况下，所述控制器，以使被排出至所述排土位置的砂土在所述范围变更移动后，通过所述处理动作被挖掘的方式，设定所述移动后开始位置。这使得能够反复进行如下动作，该动作是指在所述范围变更移动后，挖掘被排出至所述排土位置的砂土，并将其排出至新的排土位置，由此，能够在大范围上进行使砂土向所述范围变更移动的所述移动方向移动的作业。

或者，所述处理动作也可以是刮削斜面的动作。在此情况下，所述下部行走体的所述范围变更移动也能够使形成坡面的作业在大范围上进行。

Claims (13)

1.一种工程机械，其特征在于包括：

下部行走体，能够进行行走动作；

上部回转体，以能够相对于所述下部行走体回转的方式，被搭载于所述下部行走体；

作业装置，以能够进行处理对象物的处理动作的方式，可转动地被安装于所述上部回转体；以及

控制器，以使所述上部回转体及所述作业装置多次进行包含所述作业装置的所述处理动作的一系列的动作的方式，控制所述上部回转体及所述作业装置的驱动，其中，

所述控制器进行如下步骤：

在由所述一系列的动作所进行的作业即处理作业达到了规定阶段时，将下一个所述一系列的动作所含的所述处理动作的开始位置向所述上部回转体的回转方向变更；

在所述开始位置到达了变更极限面的状态下，当所述处理作业达到所述规定阶段时，使所述下部行走体进行用于变更所述处理作业的范围的移动即范围变更移动，所述变更极限面是为了规定向所述回转方向变更所述开始位置的极限而预先设定的面；

以使所述范围变更移动后的所述处理作业和所述范围变更移动前的所述处理作业连续的方式，设定所述范围变更移动后的所述处理动作的开始位置即移动后开始位置。

2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，

所述范围变更移动是使移动后姿势接近于初始姿势的方向的移动，所述移动后姿势是所述移动后开始位置的所述上部回转体相对于所述下部行走体的姿势，所述初始姿势是最初的所述一系列的动作所含的所述处理动作的所述开始位置的所述上部回转体相对于所述下部行走体的姿势。

3.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，

所述控制器进行如下步骤：

将所述移动后姿势设定为与所述初始姿势相同的姿势；

以使所述范围变更移动后的所述处理作业与所述范围变更移动前的所述处理作业连续的方式，设定所述范围变更移动的距离。

4.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，

所述控制器，使所述下部行走体以预先设定的移动距离进行所述范围变更移动，且以使所述范围变更移动后的所述处理作业与所述范围变更移动前的所述处理作业连续的方式，设定所述移动后姿势。

5.根据权利要求4所述的工程机械，其特征在于，

所述控制器，在所述移动后开始位置因所述移动距离的所述范围变更移动而超过所述变更极限面的情况下，令报告器报告所述情况。

6.根据权利要求4或5所述的工程机械，其特征在于，

所述控制器，在所述移动后开始位置因所述移动距离的所述范围变更移动而超过所述变更极限面的情况下，使所述下部行走体向与所述范围变更移动的方向相反的方向移动。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的工程机械，其特征在于，

所述控制器，在所述下部行走体因所述范围变更移动而到达预先设定的移动极限位置时，使所述范围变更移动停止。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的工程机械，其特征在于，

所述控制器，在预先设定的作业范围内变更所述开始位置，并以使所述范围变更移动后的所述处理作业与所述范围变更移动前的所述处理作业连续的方式，在所述作业范围内设定所述移动后开始位置。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的工程机械，其特征在于，

所述控制器将所述移动后开始位置设定为比所述变更极限面更靠所述范围变更移动的方向的上游侧的位置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的工程机械，其特征在于，

所述处理动作是挖掘砂土的动作，

所述控制器，一边改变所述处理动作中的所述作业装置的远端的高度，一边使所述上部回转体及所述作业装置反复执行所述一系列的动作。

11.根据权利要求10所述的工程机械，其特征在于，

所述一系列的动作包含将砂土排出至排土位置的排土动作，

所述工程机械还包括检测所述排土位置的土量的土量检测器，

所述控制器，在由所述土量检测器检测出的土量为预先设定的允许量以上的情况下，使所述变更极限面向与所述范围变更移动的方向相反的方向移动。

12.根据权利要求1至9中任一项所述的工程机械，其特征在于，

所述处理动作是挖掘砂土的动作，

所述一系列的动作包含将砂土排出至排土位置的排土动作，

所述控制器，以使被排出至所述排土位置的砂土通过所述范围变更移动后的所述处理动作被挖掘的方式，设定所述移动后开始位置。

13.根据权利要求1至9中任一项所述的工程机械，其特征在于，

所述处理动作是刮削斜面的动作。