本發(fā)明涉及工作裝置控制裝置以及作業(yè)機械。

背景技術(shù)：

如專利文獻1所公開的那樣，已知以避免作業(yè)機械所具備的鏟斗比表示挖掘?qū)ο蟮哪繕诵螤畹脑O計面進一步侵入的方式控制工作裝置的技術(shù)。另外，如專利文獻2所公開的那樣，已知為了進行直線挖掘而將工作裝置的角度保持為恒定的技術(shù)。

在先技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特許第5654144號公報

專利文獻2：日本特開平3-66838號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

根據(jù)專利文獻2所記載的技術(shù)，控制裝置逐次確定工作裝置的姿勢，以使當前的姿勢變化為目標姿勢的方式使鏟斗缸伸縮。另一方面，在挖掘?qū)ο蟮膬?nèi)部可能存在硬度的不均。例如，挖掘?qū)ο笥袝r包括砂土和巖石。在這樣的情況下，若鏟斗對硬度較高的部位進行挖掘，則與對硬度較低的部位進行挖掘時相比產(chǎn)生大的反作用力。這樣，若鏟斗的姿勢由于干擾而從目標姿勢偏移，則有可能因反饋控制而鏟斗晃動，鏟斗的姿勢變得不穩(wěn)定。

本發(fā)明的方案的目的在于，提供能夠在將工作裝置的角度保持為恒定的控制中抑制鏟斗的晃動的控制裝置以及作業(yè)機械。

用于解決課題的方案

根據(jù)本發(fā)明的第一方案，控制裝置對具備工作裝置以及支承所述工作裝置的車身的作業(yè)機械進行控制，所述工作裝置包括鏟斗以及支承所述鏟斗的斗桿，所述控制裝置具備：鏟斗控制部，其算出以將所述鏟斗的角度保持為恒定角度的方式控制所述鏟斗的控制速度；以及速度限制部，其在以所述鏟斗控制部所算出的所述控制速度驅(qū)動所述鏟斗的時所述鏟斗所驅(qū)動的方向與所述斗桿所驅(qū)動的方向一致的情況下，減小所述控制速度。

根據(jù)本發(fā)明的第二方案，作業(yè)機械具備：工作裝置，其包括鏟斗以及支承所述鏟斗的斗桿；車身，其支承所述工作裝置；以及第一方案的控制裝置。

發(fā)明效果

根據(jù)上述方案中的至少一個方案，工作裝置控制裝置能夠在將工作裝置的角度保持為恒定的控制中抑制鏟斗的晃動。

附圖說明

圖1是表示第一實施方式的液壓挖掘機的構(gòu)成的立體圖。

圖2是表示第一實施方式的液壓挖掘機的控制系統(tǒng)的構(gòu)成的簡要框圖。

圖3是表示工作裝置110的姿勢的例子的圖。

圖4是表示第一實施方式的液壓挖掘機的控制裝置的構(gòu)成的框圖。

圖5是表示限制速度表的一例的圖。

圖6是表示第一實施方式的控制裝置的動作的流程圖。

圖7是表示第一實施方式的鏟斗控制判定處理的流程圖。

圖8是表示比較例的液壓挖掘機的動作的例子的圖。

圖9是表示第一實施方式的液壓挖掘機的動作的例子的圖。

具體實施方式

<第一實施方式>

以下，參照附圖來說明實施方式。

《液壓挖掘機》

圖1是表示第一實施方式的液壓挖掘機的構(gòu)成的立體圖。在第一實施方式中，作為作業(yè)機械的一例而說明液壓挖掘機100。需要說明的是，其它實施方式的作業(yè)機械也可以未必是液壓挖掘機100。

液壓挖掘機100具備：通過液壓而工作的工作裝置110；對工作裝置110進行支承的作為上部回轉(zhuǎn)體的車身120；以及對車身120進行支承的作為下部行駛體的行駛裝置130。

工作裝置110具備動臂111、斗桿112、鏟斗113、動臂缸114、斗桿缸115以及鏟斗缸116。

動臂111是對斗桿112以及鏟斗113進行支承的支柱。動臂111的基端部經(jīng)由銷p1而安裝于車身120的前部。

斗桿112將動臂111與鏟斗113連結(jié)。斗桿112的基端部經(jīng)由銷p2而安裝于動臂111的前端部。

鏟斗113是具有用于挖掘砂土等的鏟的容器。鏟斗113的基端部經(jīng)由銷p3而安裝于斗桿112的前端部。

動臂缸114是用于使動臂111工作的液壓缸。動臂缸114的基端部安裝于車身120。動臂缸114的前端部安裝于動臂111。

斗桿缸115是用于驅(qū)動斗桿112的液壓缸。斗桿缸115的基端部安裝于動臂111。斗桿缸115的前端部安裝于斗桿112。

鏟斗缸116是用于驅(qū)動鏟斗113的液壓缸。鏟斗缸116的基端部安裝于斗桿112。鏟斗缸116的前端部安裝于鏟斗113。

在車身120配備有供操作員搭乘的駕駛室121。駕駛室121配備于車身120的前方且工作裝置110的左側(cè)。在第一實施方式中，以駕駛室121作為基準，將前后方向定義為+y方向以及-y方向，將左右方向定義為-x方向以及+x方向，將上下方向定義為+z方向以及-z方向。

在駕駛室121的內(nèi)部設有用于操作工作裝置110的操作裝置1211。根據(jù)操作裝置1211的操作量而向動臂缸114、斗桿缸115以及鏟斗缸116供給工作油。

《液壓挖掘機的控制系統(tǒng)》

圖2是表示第一實施方式的液壓挖掘機的控制系統(tǒng)的構(gòu)成的簡要框圖。

液壓挖掘機100具備行程檢測器117、操作裝置1211、位置檢測器122、方位運算器123、傾斜檢測器124。

行程檢測器117檢測動臂缸114、斗桿缸115以及鏟斗缸116各自的行程長度。由此，后述的控制裝置126能夠基于動臂缸114、斗桿缸115以及鏟斗缸116各自的行程長度來檢測工作裝置110的姿勢角。即，在第一實施方式中，行程檢測器117是檢測工作裝置110的姿勢角的機構(gòu)的一例。另一方面，在其它實施方式中不限定于此，作為檢測工作裝置110的姿勢角的機構(gòu)，也可以代替行程檢測器117而使用旋轉(zhuǎn)編碼器、水平器等角度檢測器，或者與行程檢測器117一起并用旋轉(zhuǎn)編碼器、水平器等角度檢測器。

操作裝置1211具備在駕駛室121的右側(cè)設置的右側(cè)操作桿1212和在駕駛室121的左側(cè)設置的左側(cè)操作桿1213。操作裝置1211檢測右側(cè)操作桿1212的前后方向以及左右方向的操作量和左側(cè)操作桿1213的前后方向以及左右方向的操作量，并將與檢測出的操作量相應的操作信號向控制裝置126輸出。第一實施方式的操作裝置1211的操作信號的生成方式是ppc方式。ppc方式是指，利用壓力傳感器檢測通過右側(cè)操作桿1212以及左側(cè)操作桿1213的操作而生成的先導液壓并生成操作信號的方式。

具體而言，右側(cè)操作桿1212的前方向的操作與動臂缸114的收縮、動臂111的下降動作的指令對應。右側(cè)操作桿1212的后方向的操作與動臂缸114的伸長、動臂111的上升動作的指令對應。右側(cè)操作桿1212的右方向的操作與鏟斗缸116的收縮、鏟斗113的傾卸的指令對應。右側(cè)操作桿1212的左方向的操作與鏟斗缸116的伸長、鏟斗113的挖掘的指令對應。左側(cè)操作桿1213的前方向的操作與斗桿缸115的伸長、斗桿112的挖掘的指令對應。左側(cè)操作桿1213的后方向的操作與斗桿缸115的收縮、斗桿112的傾卸的指令對應。左側(cè)操作桿1213的右方向的操作與車身120的右回轉(zhuǎn)的指令對應。左側(cè)操作桿1213的左方向的操作與車身120的左回轉(zhuǎn)的指令對應。

位置檢測器122檢測車身120的位置。位置檢測器122具備從構(gòu)成gnss(globalnavigationsatellitesystem：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的人造衛(wèi)星接收測位信號的第一接收器1231。位置檢測器122基于第一接收器1231所接收到的測位信號，來檢測全局坐標系中的車身120的代表點的位置。全局坐標系是指以地上的規(guī)定的點(例如設置于施工現(xiàn)場的gnss基準站的位置)為基準點的坐標系。作為gnss的例子，可舉出gps(globalpositioningsystem：全球定位系統(tǒng))。

方位運算器123運算車身120所朝向的方位。方位運算器123具備從構(gòu)成gnss的人造衛(wèi)星接收測位信號的第一接收器1231以及第二接收器1232。第一接收器1231以及第二接收器1232分別設置于車身120的不同的位置。方位運算器123使用第一接收器1231所接收到的測位信號和第二接收器1232所接收到的測位信號，作為檢測出的第二接收器1232的設置位置相對于第一接收器1231的設置位置的關(guān)系，從而運算車身120的方位。

傾斜檢測器124計測車身120的加速度以及角速度，并基于計測結(jié)果來檢測車身120的傾斜量(例如，表示相對于x軸的旋轉(zhuǎn)的俯仰角、表示相對于y軸的旋轉(zhuǎn)的橫擺角以及表示相對于z軸的旋轉(zhuǎn)的側(cè)傾角)。傾斜檢測器124例如設置于駕駛室121的下表面。傾斜檢測器124例如可以使用作為慣性計測裝置的imu(inertialmeasurementunit)。

液壓裝置125具備工作油箱、液壓泵、流量控制閥以及電磁比例控制閥。液壓泵由未圖示的發(fā)動機的動力驅(qū)動，經(jīng)由流量調(diào)整閥而向動臂缸114、斗桿缸115以及鏟斗缸116供給工作油。電磁比例控制閥基于從控制裝置126接收的控制指令，來限制從操作裝置1211供給的先導液壓。流量控制閥具有桿狀的閥柱，根據(jù)閥柱的位置來調(diào)整向動臂缸114、斗桿缸115以及鏟斗缸116供給的工作油的流量。閥柱由被電磁比例控制閥調(diào)整后的先導液壓驅(qū)動。在與鏟斗缸116連接的油路上，與限制先導液壓的電磁比例控制閥并列地設有對液壓泵所供給的初壓進行限制的電磁比例控制閥。由此，液壓挖掘機100能夠按照比由操作裝置1211生成的先導液壓高的液壓來驅(qū)動鏟斗缸116。

控制裝置126具備處理器910、主存儲器920、存儲器930以及接口940。

在存儲器930中存儲有用于控制工作裝置110的程序。作為存儲器930的例子，可舉出hdd(harddiskdrive：硬盤驅(qū)動器)、非易失性存儲器等。存儲器930可以是與控制裝置126的總線直接連接的內(nèi)部媒介，也可以是經(jīng)由接口940或通信線路而與控制裝置126連接的外部媒介。

處理器910從存儲器930讀出程序并向主存儲器920展開，按照程序來執(zhí)行處理。另外，處理器910按照程序在主存儲器920中確保存儲區(qū)域。接口940與行程檢測器117、操作裝置1211、位置檢測器122、方位運算器123、傾斜檢測器124、液壓裝置125的電磁比例控制閥以及其它周邊設備連接，進行信號的授受。

程序也可以用于實現(xiàn)使控制裝置126發(fā)揮的功能的一部分。例如，程序也可以通過與已經(jīng)存儲于存儲器930的其它程序組合或安裝于其它裝置的其它程序組合來發(fā)揮功能。

控制裝置126通過程序的執(zhí)行而基于位置檢測器122所檢測出的位置、方位運算器123所檢測出的方位、傾斜檢測器124所檢測出的車身120的傾斜角以及行程檢測器117所檢測出的行程長度，來確定鏟斗113的位置。另外，控制裝置126基于確定出的鏟斗113的位置以及操作裝置1211的操作量，來向液壓裝置125的電磁比例控制閥輸出動臂缸114的控制指令以及鏟斗缸116的控制指令。

《工作裝置的姿勢》

圖3是表示工作裝置110的姿勢的例子的圖。

控制裝置126算出工作裝置110的姿勢，并基于該姿勢來生成工作裝置110的控制指令。具體而言，控制裝置126算出動臂111的姿勢角α、斗桿112的姿勢角β、鏟斗113的姿勢角γ以及鏟斗113的輪廓點的位置來作為工作裝置110的姿勢。

動臂111的姿勢角α由從銷p1向車身120的上方向(+z方向)延伸的射線和從銷p1向銷p2延伸的射線所成的角表示。需要說明的是，根據(jù)車身120的傾斜量(俯仰角)θ的不同，車身120的上方向與鉛垂上方向未必一致。

斗桿112的姿勢角β由從銷p1向銷p2延伸的射線與從銷p2向銷p3延伸的射線所成的角表示。

鏟斗113的姿勢角γ由從銷p2向銷p3延伸的射線與從銷p3向鏟斗113的鏟尖e延伸的射線所成的角表示。

在此，將動臂111的姿勢角α、斗桿112的姿勢角β以及鏟斗113的姿勢角γ之和稱作工作裝置110的姿勢角η。工作裝置110的姿勢角η等于從銷p3向車身120的上方向(+z方向)延伸的射線與從銷p3向鏟斗113的鏟尖e延伸的射線所成的角。

鏟斗113的輪廓點的位置根據(jù)動臂111的尺寸l1、斗桿112的尺寸l2、鏟斗113的尺寸l3、動臂111的姿勢角α、斗桿112的姿勢角β、鏟斗113的姿勢角γ、鏟斗113的輪廓形狀、車身120的代表點o的位置以及代表點o與銷p1的位置關(guān)系來求出。動臂111的尺寸l1是從銷p1到銷p2為止的距離。斗桿112的尺寸l2是從銷p2到銷p3為止的距離。鏟斗113的尺寸l3是從銷p3到鏟尖e為止的距離。代表點o與銷p1的位置關(guān)系例如由以代表點o為基準的銷p1的x坐標位置、y坐標位置以及z坐標位置表示。另外，代表點o與銷p1的位置關(guān)系例如也可以由從代表點o到銷p1為止的距離、從代表點o向銷p1延伸的射線的x軸方向的傾斜量以及從代表點o向銷p1延伸的射線的y軸方向的傾斜量表示。

《液壓挖掘機的控制裝置》

圖4是表示第一實施方式的液壓挖掘機的控制裝置的構(gòu)成的框圖。

控制裝置126具備作業(yè)機械信息存儲部200、操作量獲取部201、檢測信息獲取部202、姿勢確定部203、目標施工數(shù)據(jù)存儲部204、目標施工線確定部205、距離確定部206、目標速度決定部207、工作裝置控制部208、鏟斗控制部209、姿勢角存儲部210、速度限制部211、控制指令輸出部212。

作業(yè)機械信息存儲部200存儲動臂111的尺寸l1、斗桿112的尺寸l2、鏟斗113的尺寸l3、鏟斗113的輪廓形狀以及車身120的代表點o的位置與銷p1的位置關(guān)系。

操作量獲取部201從操作裝置1211獲取表示操作量(先導液壓或電桿的角度)的操作信號。具體而言，操作量獲取部201獲取動臂111的操作量、斗桿112的操作量、鏟斗113的操作量以及回轉(zhuǎn)的操作量。

檢測信息獲取部202獲取位置檢測器122、方位運算器123、傾斜檢測器124、行程檢測器117各自所檢測出的信息。具體而言，檢測信息獲取部202獲取車身120的在全局坐標系中的位置信息、車身120所朝向的方位、車身120的傾斜量、動臂缸114的行程長度、斗桿缸115的行程長度以及鏟斗缸116的行程長度。

姿勢確定部203基于檢測信息獲取部202所獲取的信息，來確定工作裝置110的姿勢角η。具體而言，姿勢確定部203通過以下的步驟來確定工作裝置110的姿勢角η。姿勢確定部203根據(jù)動臂缸114的行程長度來算出動臂111的姿勢角α。姿勢確定部203根據(jù)斗桿缸115的行程長度來算出斗桿112的姿勢角β。姿勢確定部203根據(jù)鏟斗缸116的行程長度來算出鏟斗113的姿勢角γ。

另外，姿勢確定部203基于所算出的姿勢角、檢測信息獲取部202所獲取的信息以及作業(yè)機械信息存儲部200所存儲的信息，確定鏟斗113的多個輪廓點在全局坐標系中的位置。鏟斗113的輪廓點包括鏟斗113的鏟尖e的寬度方向(x方向)上的多個點以及底板的寬度方向上的多個點。具體而言，姿勢確定部203根據(jù)動臂111的姿勢角α、斗桿112的姿勢角β、鏟斗113的姿勢角γ、動臂111的尺寸l1、斗桿112的尺寸l2、鏟斗113的尺寸l3、鏟斗113的輪廓形狀、代表點o與銷p1的位置關(guān)系、車身120的代表點o的位置、車身120所朝向的方位以及車身120的傾斜量θ，來確定全局坐標系中的鏟斗113的輪廓點的位置。姿勢確定部203是確定工作裝置110的狀態(tài)的工作裝置狀態(tài)確定部的一例。

目標施工數(shù)據(jù)存儲部204存儲表示施工現(xiàn)場中的挖掘?qū)ο蟮哪繕诵螤畹哪繕耸┕?shù)據(jù)。目標施工數(shù)據(jù)是由全局坐標系表示的三維數(shù)據(jù)，是由表示目標施工面的多個三角形多邊形構(gòu)成的立體地形數(shù)據(jù)等。目標施工數(shù)據(jù)通過被從外部存儲介質(zhì)讀入或經(jīng)由網(wǎng)絡從外部服務器接收而存儲于目標施工數(shù)據(jù)存儲部204。

目標施工線確定部205基于目標施工數(shù)據(jù)存儲部204所存儲的目標施工數(shù)據(jù)和姿勢確定部203所確定出的鏟斗113的輪廓點的位置，來確定目標施工線。目標施工線由鏟斗113的驅(qū)動面(通過鏟斗113且與x軸正交的面)與目標施工數(shù)據(jù)的交線表示。具體而言，目標施工線確定部205通過以下的步驟來確定目標施工線。

目標施工線確定部205確定鏟斗113的輪廓點中的位于最下方的輪廓點(高度最低的輪廓點)。目標施工線確定部205確定出位于所確定的輪廓點的鉛垂下方的目標施工面。由目標施工線確定部205規(guī)定的目標施工面可以采用確定位于相對于鏟斗113的最短距離的目標施工面的方法等。

接著，目標施工線確定部205算出通過所確定出的輪廓點及目標施工面的鏟斗113的驅(qū)動面與目標施工數(shù)據(jù)的交線，作為目標施工線。由目標施工線確定部205算出的目標施工線不僅以線段的形式規(guī)定，也可以由具有寬度的那樣的地形形狀規(guī)定。

目標施工線確定部205是確定工作裝置110的控制基準的控制基準確定部的一例。

距離確定部206確定鏟斗113與目標施工線上的點(挖掘?qū)ο笪恢?之間的距離。

目標速度決定部207基于操作量獲取部201所獲取的右側(cè)操作桿1212的前后方向的操作量，來決定動臂111的目標速度。目標速度決定部207基于操作量獲取部201所獲取的左側(cè)操作桿1213的前后方向的操作量，來決定斗桿112的目標速度。目標速度決定部207基于操作量獲取部201所獲取的右側(cè)操作桿1212的左右方向的操作量，來決定鏟斗113的目標速度。

工作裝置控制部208基于距離確定部206所確定的距離，進行以避免鏟斗113侵入比目標施工面靠下方的位置的方式控制工作裝置110的工作裝置控制。第一實施方式的工作裝置控制是以避免鏟斗113侵入比目標施工面靠下方的位置的方式?jīng)Q定動臂111的限制速度并生成動臂111的控制指令的控制。具體而言，工作裝置控制部208根據(jù)表示鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離和工作裝置110的限制速度之間的關(guān)系的限制速度表，來決定動臂111的垂直方向的限制速度。

圖5是表示限制速度表的一例的圖。如圖5所示，根據(jù)限制速度表，在鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離為0時，工作裝置110的垂直方向分量的速度為0。在限制速度表中，在鏟斗113的最下點位于目標施工線的上方時，鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離顯示為正值。另一方面，在鏟斗113的最下點位于目標施工線的下方時，鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離顯示為負值。另外，在限制速度表中，使鏟斗113向上方移動時的速度顯示為正值。在鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離為正值且為工作裝置控制閾值th以下的情況下，基于鏟斗113與目標施工線之間的距離來規(guī)定工作裝置110的限制速度。在鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離為工作裝置控制閾值th以上時，工作裝置110的限制速度的絕對值為比工作裝置110的目標速度的最大值大的值。即，在鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離為工作裝置控制閾值th以上的情況下，工作裝置110的目標速度的絕對值始終比限制速度的絕對值小，因此動臂111始終以目標速度驅(qū)動。

工作裝置控制部208在限制速度的絕對值比動臂111、斗桿112以及鏟斗113的目標速度的垂直方向分量之和的絕對值小的情況下，從限制速度減去斗桿112的目標速度的垂直方向分量和鏟斗113的目標速度的垂直方向分量，由此算出動臂111的垂直方向的限制速度。工作裝置控制部208根據(jù)動臂111的垂直方向的限制速度算出動臂111的限制速度。

鏟斗控制部209在滿足了鏟斗控制開始條件時，開始以使工作裝置110的姿勢角η成為恒定角度的方式控制鏟斗113的鏟斗控制。具體而言，鏟斗控制部209在滿足了鏟斗控制開始條件時，將工作裝置110的姿勢角η作為目標姿勢角η′而存儲于姿勢角存儲部210。鏟斗控制部209基于姿勢角存儲部210所存儲的目標姿勢角η′、工作裝置110的當前的姿勢角η、動臂111的速度以及斗桿112的速度，來決定鏟斗113的控制速度(包括鏟斗113的速率和驅(qū)動方向)。動臂111以及斗桿112的速度根據(jù)行程檢測器117所檢測出的每單位時間的行程長度來求出。第一實施方式的鏟斗控制開始條件是指鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離小于鏟斗控制開始閾值、且鏟斗的操作量小于規(guī)定閾值(與操作裝置1211的游隙相當?shù)某潭鹊慕嵌?、且處于工作裝置控制的執(zhí)行中這樣的條件。

鏟斗控制部209在滿足了鏟斗控制結(jié)束條件時，結(jié)束鏟斗控制。第一實施方式的鏟斗控制結(jié)束條件是指鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離為鏟斗控制結(jié)束閾值以上、或鏟斗的操作量為規(guī)定閾值以上、或未執(zhí)行工作裝置控制這樣的條件。鏟斗控制開始閾值是比鏟斗控制結(jié)束閾值小的值。鏟斗控制開始閾值是工作裝置控制閾值th以下的值。需要說明的是，在通過操作員的操作等而不進行工作裝置控制的情況下，鏟斗控制部209不進行鏟斗控制。

姿勢角存儲部210存儲鏟斗控制中的工作裝置110的目標姿勢角η′。

速度限制部211基于操作量獲取部201所獲取的斗桿112的操作量和鏟斗控制部209所算出的鏟斗113的控制速度的方向，來限制鏟斗113的控制速度。具體而言，速度限制部211在以斗桿112的y軸為基準的驅(qū)動方向與以鏟斗113的y軸為基準的驅(qū)動方向一致的情況下，將鏟斗113的控制速度限制為0。需要說明的是，在其它實施方式中，鏟斗113的控制速度的限制不限于限制為0，也可以減小控制速度的速率。作為抑制該控制速度的方法，對控制指令接入濾波器的方法、進行調(diào)制等的方法也是有效的方法。

斗桿112的驅(qū)動方向與鏟斗113的驅(qū)動方向一致的情況是指，斗桿112的驅(qū)動方向為傾卸方向(斗桿112被斗桿缸115的收縮而驅(qū)動的方向)且鏟斗113的驅(qū)動方向為傾卸方向(鏟斗113被鏟斗缸116的收縮而驅(qū)動的方向)的情況，或斗桿112的驅(qū)動方向為挖掘方向(斗桿112被斗桿缸115的伸長而驅(qū)動的方向)且鏟斗113的驅(qū)動方向為挖掘方向(鏟斗113被鏟斗缸116的伸長而驅(qū)動的方向)的情況。

控制指令輸出部212將工作裝置控制部208所生成的動臂111的控制指令向液壓裝置125的電磁比例控制閥輸出。控制指令輸出部212將鏟斗控制部209所生成的鏟斗113的控制指令向液壓裝置125的電磁比例控制閥輸出。

《動作》

在此，說明第一實施方式的控制裝置126進行的液壓挖掘機100的控制方法。

圖6是表示第一實施方式的控制裝置的動作的流程圖?？刂蒲b置126按規(guī)定的控制周期來執(zhí)行以下所示的控制。

操作量獲取部201從操作裝置1211獲取動臂111的操作量、斗桿112的操作量、鏟斗113的操作量以及回轉(zhuǎn)的操作量(步驟s1)。檢測信息獲取部202獲取位置檢測器122、方位運算器123、傾斜檢測器124、行程檢測器117各自所檢測出的信息(步驟s2)。

姿勢確定部203根據(jù)各液壓缸的行程長度來算出動臂111的姿勢角α、斗桿112的姿勢角β以及鏟斗113的姿勢角γ(步驟s3)。姿勢確定部203基于所算出的姿勢角α、β、γ、作業(yè)機械信息存儲部200所存儲的動臂111的尺寸l1、斗桿112的尺寸l2、鏟斗113的尺寸l3、鏟斗113的形狀以及動臂111在車身120中的位置、檢測信息獲取部202所獲取的車身120的位置、方位以及傾斜量，來算出全局坐標系中的鏟斗113的輪廓點的位置(步驟s4)。

目標施工線確定部205確定鏟斗113的輪廓點中的在全局坐標系中的位置位于最下方的輪廓點(步驟s5)。目標施工線確定部205關(guān)于確定出的輪廓點的組合確定位于各輪廓點的鉛垂下方的目標施工面(步驟s6)。接著，目標施工線確定部205算出通過確定出的輪廓點及目標施工面的鏟斗113的驅(qū)動面與目標施工數(shù)據(jù)的交線，來作為目標施工線(步驟s7)。距離確定部206確定對象設計線、鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離(步驟s8)。目標速度決定部207基于在步驟s1中操作量獲取部201所獲取的操作量，來算出動臂111、斗桿112以及鏟斗113的目標速度(步驟s9)。

接著，工作裝置控制部208按照圖5所示的表，確定同距離確定部206所確定出的鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離相關(guān)聯(lián)的工作裝置110的限制速度(步驟s10)。接著，工作裝置控制部208基于斗桿112以及鏟斗113的目標速度和工作裝置110的限制速度，來算出動臂111的限制速度(步驟s11)。工作裝置控制部208基于工作裝置控制部208所生成的動臂111的限制速度，來生成動臂111的控制指令以及鏟斗113的控制指令(步驟s12)。

在工作裝置控制部208生成動臂111的控制指令時，鏟斗控制部209進行以下所示的鏟斗控制處理(步驟s12)。圖7是表示第一實施方式的鏟斗控制判定處理的流程圖。

鏟斗控制部209基于在步驟s8中距離確定部206所確定的距離和在步驟s1中操作量獲取部201所獲取的操作量，來判定液壓挖掘機100的狀態(tài)是否已從不滿足鏟斗控制開始條件的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足該條件的狀態(tài)(步驟s31)。在液壓挖掘機100的狀態(tài)已從不滿足鏟斗控制開始條件的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足該條件的狀態(tài)的情況下(步驟s31：是)，鏟斗控制部209將姿勢確定部203所確定出的工作裝置110的姿勢角η作為目標姿勢角η′而存儲于姿勢角存儲部210(步驟s32)。鏟斗控制部209將鏟斗控制設為有效(步驟s33)。即，鏟斗控制部209在滿足了鏟斗控制開始條件時以后，以保持工作裝置110的姿勢角η的方式?jīng)Q定鏟斗113的控制速度。

另一方面，在液壓挖掘機100的狀態(tài)為不滿足鏟斗控制開始條件的狀態(tài)的情況下、或已經(jīng)滿足該條件的情況下(步驟s31：否)，鏟斗控制部209判定液壓挖掘機100的狀態(tài)是否已從不滿足鏟斗控制結(jié)束條件的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足該條件的狀態(tài)(步驟s34)。在液壓挖掘機100的狀態(tài)已從不滿足鏟斗控制結(jié)束條件的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足該條件的狀態(tài)的情況下(步驟s34：是)，鏟斗控制部209將鏟斗控制設為無效(步驟s35)。即，鏟斗控制部209在滿足了鏟斗控制結(jié)束條件時以后，不再決定鏟斗113的控制速度。

在將鏟斗控制設為了有效的情況下、在將鏟斗控制設為了無效的情況下、或在沒有鏟斗控制開始條件從不滿足向滿足的轉(zhuǎn)變及鏟斗控制結(jié)束條件從不滿足向滿足的轉(zhuǎn)變的情況下(步驟s34：否)，鏟斗控制部209判定鏟斗控制是否處于有效(步驟s36)。在鏟斗控制處于無效的情況下(步驟s36：否)，鏟斗控制部209不算出鏟斗113的限制速度而結(jié)束鏟斗控制處理。另一方面，在鏟斗控制處于有效的情況下(步驟s36：是)，鏟斗控制部209基于動臂111以及斗桿112的速度，來算出動臂111的姿勢角的變化量δα和斗桿112的姿勢角的變化量δβ(步驟s37)。接著，鏟斗控制部209通過從姿勢角存儲部210所存儲的目標姿勢角η′減去在步驟s3中姿勢確定部203所確定出的工作裝置110的姿勢角η、變化量δα以及變化量δβ，來算出鏟斗113的姿勢角的變化量δγ(步驟s38)。鏟斗控制部209通過將變化量δγ轉(zhuǎn)換為速度來算出鏟斗113的控制速度(步驟s39)。

接著，速度限制部211基于鏟斗控制部209所算出的控制速度和斗桿112的目標速度以及限制速度中的慢的一方，來判定鏟斗113的驅(qū)動方向與斗桿112的驅(qū)動方向是否一致(步驟s40)。在鏟斗113的驅(qū)動方向與斗桿112的驅(qū)動方向不一致的情況下(步驟s40：否)，速度限制部211不限制鏟斗113的控制速度。

另一方面，在鏟斗113的驅(qū)動方向與斗桿112的驅(qū)動方向一致的情況下(步驟s40：否)，速度限制部211將鏟斗113的控制速度限制為0(步驟s41)。

然后，鏟斗控制部209基于鏟斗113的控制速度來生成鏟斗113的控制指令(步驟s42)，并結(jié)束鏟斗控制處理。此時，在步驟s41中速度限制部211限制了鏟斗113的控制速度的情況下，控制指令輸出部212基于限制后的控制速度來生成鏟斗113的控制指令。

在控制裝置126結(jié)束鏟斗控制處理時，控制指令輸出部212將工作裝置控制部208所生成的動臂111的控制指令、以及鏟斗控制部209所生成的鏟斗113的控制指令向液壓裝置125的電磁比例控制閥輸出(步驟s14)。

由此，液壓裝置125使動臂缸114、斗桿缸115以及鏟斗缸116驅(qū)動。需要說明的是，在因鏟斗控制成為無效而鏟斗控制部209不算出鏟斗113的限制速度的情況下，鏟斗113的控制指令不被向電磁比例控制閥輸出。在該情況下，液壓裝置125基于操作裝置1211所生成的先導液壓來驅(qū)動鏟斗缸116。

《作用·效果》

這樣，根據(jù)第一實施方式，控制裝置126以將鏟斗113的角度保持為恒定角度的方式算出鏟斗113的控制速度，在鏟斗113所驅(qū)動的方向與斗桿112所驅(qū)動的方向一致的情況下減小控制速度。由此，控制裝置126能夠減少由干擾等引起的鏟斗113的晃動。在此，說明通過第一實施方式能夠減少鏟斗113的晃動的理由。

圖8是表示比較例的液壓挖掘機的動作的例子的圖。在圖8所示的例子中，設為從控制時刻t0到控制時刻t3向挖掘方向驅(qū)動斗桿112。比較例的液壓挖掘機不進行斗桿112和鏟斗113的驅(qū)動方向上的控制速度的限制。

在圖8所示的比較例中，說明向挖掘方向操作斗桿112而鏟斗113的前端朝向下方動作的狀況。假定如下情況：在斗桿112向挖掘方向驅(qū)動時，在控制時刻t2，鏟斗113碰到巖石r，鏟斗113向傾卸方向傾斜。此時，鏟斗控制部209為了對抗來自巖石r的反作用力而算出向挖掘方向驅(qū)動鏟斗113那樣的控制速度vc。在比較例的液壓挖掘機中，在按照該控制速度vc向挖掘方向驅(qū)動鏟斗113時，工作裝置110的姿勢角η根據(jù)(斗桿112的挖掘指令增加等)控制時刻而接近姿勢角存儲部210所存儲的目標姿勢角η′。另一方面，由于斗桿112被進行挖掘操作，因此，在接下來的控制時刻t3，需要為了保持工作裝置110的姿勢角η而再次使鏟斗113傾卸。由此，鏟斗113在短時間的期間內(nèi)被向傾卸方向和挖掘方向驅(qū)動，因此鏟斗113的驅(qū)動指令產(chǎn)生晃動。

圖9是表示第一實施方式的液壓挖掘機的動作的例子的圖。在圖9所示的例子中，設為從控制時刻t0到控制時刻t3向挖掘方向驅(qū)動斗桿112。

與比較例相對，根據(jù)第一實施方式，在斗桿112向挖掘方向驅(qū)動的情況下，在控制時刻t2，鏟斗113碰到巖石r，鏟斗113向傾卸方向傾斜。此時，斗桿112的控制指令vb的方向(挖掘方向)與鏟斗控制部209所算出的鏟斗113的基于控制速度vc的驅(qū)動方向(挖掘方向)一致，因此鏟斗113的控制速度vc被限制為0。因此，在控制時刻t2，工作裝置110的姿勢角η仍為不接近姿勢角存儲部210所存儲的目標姿勢角η′的狀態(tài)。另一方面，由于斗桿112被進行挖掘操作，因此，在接下來的控制時刻t3，工作裝置110的姿勢相對地向挖掘方向傾斜。因此，即使在控制時刻t2不積極地向挖掘方向驅(qū)動鏟斗113，在控制時刻t3，工作裝置110的姿勢角η也接近姿勢角存儲部210所存儲的目標姿勢角η′。由此，控制裝置126能夠抑制鏟斗113的晃動。

在斗桿112向傾卸方向驅(qū)動的情況下，鏟斗113向挖掘方向傾斜的情況也是同樣的。

已知若在液壓裝置125中突然切換工作油的流動方向，則會向與液壓配管連接的操作裝置1211傳遞沖擊，會給操作員帶來不適感。因此，若如上所述那樣將短時間內(nèi)切換鏟斗113的驅(qū)動方向的控制指令向液壓裝置125輸出，則產(chǎn)生對操作裝置1211的沖擊的可能性較高。與此相對，根據(jù)第一實施方式，控制裝置126在鏟斗113所驅(qū)動的方向與斗桿112所驅(qū)動的方向一致的情況下，使控制速度為0。由此，能夠降低液壓裝置125產(chǎn)生對操作裝置1211的沖擊的可能性。需要說明的是，在其它實施方式中不限定于此，也可以是，在鏟斗113所驅(qū)動的方向與斗桿112所驅(qū)動的方向一致的情況下，通過使控制速度乘以比0大且比1小的系數(shù)來限制控制速度。在該情況下，控制裝置126也能夠起到減小對操作裝置1211的沖擊的大小這一效果以及抑制鏟斗113的晃動的效果。

<其它實施方式>

以上，參照附圖詳細說明了一實施方式，但具體構(gòu)成不限定于上述的構(gòu)成，能夠進行各種設計變更等。

第一實施方式的操作裝置1211的操作信號的生成方式是ppc方式，但不限定于此，例如也可以是電桿方式。電桿方式是指，通過電位計檢測右側(cè)操作桿1212以及左側(cè)操作桿1213的操作角度并生成操作信號的方式。在該情況下，控制裝置126基于動臂111、斗桿112及鏟斗113的目標速度、以及動臂111的限制速度及鏟斗113的控制速度，來分別生成動臂111、斗桿112以及鏟斗113的控制指令，由此控制電磁比例控制閥。

第一實施方式的控制裝置126基于全局坐標系的位置信息來控制車身120以及工作裝置110，但不限定于此。例如，其它實施方式的控制裝置126也可以將全局坐標系的位置信息轉(zhuǎn)換為以車身120的位置為基準的局部坐標系，并基于局部坐標系的位置信息來控制車身120以及工作裝置110。

第一實施方式的控制裝置126為了在鏟斗控制中使工作裝置110的姿勢角η恒定而控制鏟斗113，但不限定于此。例如，其它實施方式的控制裝置126也可以為了使工作裝置110的在全局坐標系中的姿勢角恒定而控制鏟斗113。工作裝置110的在全局坐標系中的姿勢角通過使姿勢角η與俯仰角θ相加來求出。

第一實施方式的鏟斗控制開始條件包括鏟斗113與挖掘?qū)ο笪恢弥g的距離小于鏟斗控制開始閾值，但不限定于此，鏟斗控制開始條件包括工作裝置110的狀態(tài)與工作裝置的控制基準的關(guān)系滿足規(guī)定關(guān)系的情況即可。例如，其它實施方式的鏟斗控制開始條件也可以包括鏟斗113與地表之間的距離小于鏟斗控制開始閾值的情況等。在該情況下，地表是控制基準的一例。

第一實施方式的控制裝置126基于動臂111和斗桿112的速度來算出鏟斗113的控制速度，但不限定于此。例如，其它實施方式的控制裝置126也可以基于動臂111和斗桿112的目標速度以及動臂111的限制速度來算出鏟斗113的控制速度。

第一實施方式的控制裝置126不限于應用于液壓挖掘機，只要是具備工作裝置的作業(yè)機械就能夠應用該控制裝置126。

工業(yè)實用性

根據(jù)上述實施方式，控制裝置能夠在將工作裝置的角度保持為恒定的控制中抑制鏟斗的晃動。

附圖標記說明

100…作業(yè)機械111…動臂112…斗桿113…鏟斗114…動臂缸115…斗桿缸116…鏟斗缸126…控制裝置200…作業(yè)機械信息存儲部201…操作量獲取部202…檢測信息獲取部203…姿勢確定部204…目標施工數(shù)據(jù)存儲部205…目標施工線確定部206…距離確定部207…目標速度決定部208…工作裝置控制部209…鏟斗控制部210…姿勢角存儲部211…速度限制部212…控制指令輸出部。