建筑機械的控制系統(tǒng)、建筑機械及建筑機械的控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及建筑機械的控制系統(tǒng)、建筑機械及建筑機械的控制方法。
【背景技術】
[0002] 液壓挖掘機那樣的建筑機械具備包含動臂、斗桿、伊斗的工作裝置。在建筑機械的 控制中，已知有專利文獻1及專利文獻2公開那樣的、基于作為挖掘對象的目標形狀的目標 挖掘地形而使伊斗移動的限制挖掘控制。
[0003] 在先技術文獻
[0004] 專利文獻 陽0化]專利文獻1 :國際公開第2012/127913號
[0006] 專利文獻2 :國際公開第2012/127914號

【發(fā)明內容】

[0007] 發(fā)明要解決的課題
[0008] 在建筑機械中，已知有能夠傾轉的傾轉式伊斗。當因伊斗的傾轉而伊斗的傾轉角 度發(fā)生變動時，無法準確地掌握伊斗的伊尖的位置。其結果是，挖掘精度下降，存在無法執(zhí) 行所期望的施工的可能性。
[0009] 本發(fā)明的方案的目的在于提供一種即使在使用傾轉式伊斗的情況下也能夠抑制 挖掘精度的下降的建筑機械的控制系統(tǒng)、建筑機械及建筑機械的控制方法。
[0010] 用于解決課題的方案
[0011] 本發(fā)明的第一方案提供一種建筑機械的控制系統(tǒng)，該建筑機械具備工作裝置，該 工作裝置包括能夠W動臂軸為中屯、而相對于車輛主體旋轉的動臂、能夠W與所述動臂軸平 行的斗桿軸為中屯、而相對于所述動臂旋轉的斗桿、能夠分別W與所述斗桿軸平行的伊斗軸 及與所述伊斗軸正交的傾轉軸為中屯、而相對于所述斗桿旋轉的伊斗，所述建筑機械的控制 系統(tǒng)具備：第一獲取部，其獲取包含所述動臂的尺寸、所述斗桿的尺寸及所述伊斗的尺寸的 尺寸數(shù)據(jù)；第二獲取部，其獲取所述伊斗的外形數(shù)據(jù)；第=獲取部，其獲取表示與所述伊斗 軸正交的工作裝置動作平面上的、作為挖掘對象的二維的目標形狀的目標挖掘地形的目標 挖掘地形數(shù)據(jù)；第四獲取部，其獲取工作裝置角度數(shù)據(jù)，該工作裝置角度數(shù)據(jù)包含表示W所 述動臂軸為中屯、的所述動臂的旋轉角度的動臂角度數(shù)據(jù)、表示W所述斗桿軸為中屯、的所述 斗桿的旋轉角度的斗桿角度數(shù)據(jù)及表示W所述伊斗軸為中屯、的所述伊斗的旋轉角度的伊 斗角度數(shù)據(jù)；第五獲取部，其獲取表示W所述傾轉軸為中屯、的所述伊斗的旋轉角度的傾轉 角度數(shù)據(jù)；運算部，其基于所述尺寸數(shù)據(jù)、所述外形數(shù)據(jù)、所述工作裝置角度數(shù)據(jù)及傾轉角 度數(shù)據(jù)，求出表示所述工作裝置動作平面上的所述伊斗的外形的二維伊斗數(shù)據(jù)。
[0012] W本發(fā)明的第一方案為基礎，優(yōu)選的是，所述伊斗的外形數(shù)據(jù)包含所述伊斗的寬 度方向上的一端部的所述伊斗的第一輪廓數(shù)據(jù)和另一端部的所述伊斗的第二輪廓數(shù)據(jù)，所 述運算部基于所述第一輪廓數(shù)據(jù)、所述工作裝置動作平面的位置和伊斗伊尖的位置，求出 所述二維伊斗數(shù)據(jù)。
[0013] W本發(fā)明的第一方案為基礎，優(yōu)選的是，所述運算部基于所述二維伊斗數(shù)據(jù)、表示 所述車輛主體的當前位置的車輛主體位置數(shù)據(jù)及表示所述車輛主體的姿態(tài)的車輛主體姿 態(tài)數(shù)據(jù)，求出所述目標挖掘地形與所述伊斗的相對位置。
[0014] W本發(fā)明的第一方案為基礎，優(yōu)選的是，所述第=獲取部獲取目標施工信息，該目 標施工信息包含所述目標挖掘地形，表示作為挖掘對象的=維的目標形狀的立體設計地 形，所述運算部基于所述工作裝置角度數(shù)據(jù)、所述傾轉角度數(shù)據(jù)、所述車輛主體位置數(shù)據(jù)、 所述車輛主體姿態(tài)數(shù)據(jù)及所述伊斗的外形數(shù)據(jù)，求出在所述伊斗的前端部及所述伊斗的外 表面上確定的多個計測點中的最接近所述立體設計地形的表面的最接近點，所述工作裝置 動作平面通過所述最接近點。
[0015] W本發(fā)明的第一方案為基礎，優(yōu)選的是，所述建筑機械的控制系統(tǒng)具備工作裝置 控制部，該工作裝置控制部基于所述二維伊斗數(shù)據(jù)來控制所述工作裝置。
[0016] W本發(fā)明的第一方案為基礎，優(yōu)選的是，所述二維伊斗數(shù)據(jù)包含表示所述工作裝 置動作平面上的所述伊斗的當前位置的伊斗位置數(shù)據(jù)，所述工作裝置控制部基于所述目標 挖掘地形數(shù)據(jù)和所述伊斗位置數(shù)據(jù)，根據(jù)所述目標挖掘地形與所述伊斗之間的距離來決定 限制速度，W使所述工作裝置向所述目標挖掘地形接近的方向的速度成為所述限制速度W 下的方式限制所述動臂的速度。
[0017] W本發(fā)明的第一方案為基礎，優(yōu)選的是，所述二維伊斗數(shù)據(jù)包含表示所述工作裝 置動作平面上的所述伊斗的當前位置的伊斗位置數(shù)據(jù)，所述建筑機械的控制系統(tǒng)具備顯示 所述目標挖掘地形數(shù)據(jù)及所述伊斗位置數(shù)據(jù)的顯示部。
[0018] 本發(fā)明的第二方案提供一種建筑機械，其具備：下部行駛體；上部回轉體，其支承 于所述下部行駛體；工作裝置，其包含動臂、斗桿和伊斗，支承于所述上部回轉體；第一方 案的控制系統(tǒng)。
[0019] 本發(fā)明的第=方案提供一種建筑機械的控制方法，該建筑機械具備工作裝置，該 工作裝置包括能夠W動臂軸為中屯、而相對于車輛主體旋轉的動臂、能夠W與所述動臂軸平 行的斗桿軸為中屯、而相對于所述動臂旋轉的斗桿、能夠分別W與所述斗桿軸平行的伊斗軸 及與所述伊斗軸正交的傾轉軸為中屯、而相對于所述斗桿旋轉的伊斗，所述建筑機械的控制 方法包括下述步驟：獲取包含所述動臂的尺寸、所述斗桿的尺寸及所述伊斗的尺寸的尺寸 數(shù)據(jù)；獲取所述伊斗的外形數(shù)據(jù)；獲取工作裝置角度數(shù)據(jù)，該工作裝置角度數(shù)據(jù)包含表示 W所述動臂軸為中屯、的所述動臂的旋轉角度的動臂角度數(shù)據(jù)、表示W所述斗桿軸為中屯、的 所述斗桿的旋轉角度的斗桿角度數(shù)據(jù)及表示W所述伊斗軸為中屯、的所述伊斗的旋轉角度 的伊斗角度數(shù)據(jù)；獲取表示W所述傾轉軸為中屯、的所述伊斗的旋轉角度的傾轉角度數(shù)據(jù)； 指定表示與所述伊斗軸正交的工作裝置動作平面上的、作為挖掘對象的二維的目標形狀的 目標挖掘地形的目標挖掘地形數(shù)據(jù)；基于所述尺寸數(shù)據(jù)、所述外形數(shù)據(jù)、所述工作裝置角度 數(shù)據(jù)及傾轉角度數(shù)據(jù)，求出表示所述工作裝置動作平面上的所述伊斗的外形的二維伊斗數(shù) 據(jù)；基于所述二維伊斗數(shù)據(jù)，對所述工作裝置進行控制。
[0020] 發(fā)明效果
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的方案，能抑制挖掘精度的下降。
【附圖說明】
[0022] 圖1是表示建筑機械的一例的立體圖。
[0023] 圖2是表示伊斗的一例的側剖視圖。
[0024] 圖3是表示伊斗的一例的主視圖。
[0025] 圖4是示意性地表示建筑機械的一例的側視圖。
[00%] 圖5是示意性地表示建筑機械的一例的后視圖。
[0027] 圖6是示意性地表示建筑機械的一例的俯視圖。
[0028] 圖7是示意性地表示伊斗的一例的側視圖。
[0029] 圖8是示意性地表示伊斗的一例的主視圖。
[0030] 圖9是表示控制系統(tǒng)的一例的框圖。
[0031] 圖10是表不液壓缸的一例的圖。
[0032] 圖11是表示行程傳感器的一例的圖。
[0033] 圖12是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0034] 圖13是表示液壓系統(tǒng)的一例的圖。
[0035] 圖14是表不液壓系統(tǒng)的一例的圖。
[0036] 圖15是表示液壓系統(tǒng)的一例的圖。
[0037] 圖16是表示建筑機械的控制方法的一例的流程圖。 陽03引圖17A是表示控制系統(tǒng)的一例的功能框圖。
[0039] 圖17B是表示控制系統(tǒng)的一例的功能框圖。
[0040] 圖18是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0041] 圖19是示意性地表示伊斗的一例的圖。
[0042] 圖20是示意性地表示伊斗的一例的圖。
[0043] 圖21是示意性地表示伊斗的一例的圖。
[0044] 圖22是示意性地表示伊斗的一例的圖。
[0045] 圖23是示意性地表示工作裝置的一例的圖。
[0046] 圖24是示意性地表示伊斗的一例的圖。
[0047] 圖25是用于說明建筑機械的控制方法的一例的示意圖。
[0048] 圖26是表不限制挖掘巧制的一例的流程圖。 W例圖27是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0050] 圖28是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0051] 圖29是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0052] 圖30是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0053] 圖31是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0054] 圖32是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[00W] 圖33是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0056] 圖34是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0057] 圖35是用于說明建筑機械的控制方法的一例的示意圖。
[0058] 圖36是表示顯示部的一例的圖。
[0059] 圖37是用于說明建筑機械的控制方法的一例的示意圖。 W60] 圖38是用于說明建筑機械的控制方法的一例的示意圖。
[0061] 圖39是用于說明建筑機械的控制方法的一例的示意圖。
[0062] 圖40是用于說明建筑機械的控制方法的一例的示意圖。
【具體實施方式】
[0063] W下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明并不限定于此。W下說明的各 實施方式的構成要素可W適當組合。而且，也有時不使用一部分的構成要素。
[0064] 在W下的說明中，分別設定全局坐標系及局部坐標系，參照運些坐標系，說明各部 的位置關系。全局坐標系是W固定于地球的原點PH參照圖4)為基準的坐標系。局部坐 標系是W固定于建筑機械CM的車輛主體1上的原點PO (參照圖4)為基準的坐標系。局部 坐標系也可W稱為車輛主體坐標系。 陽0化]在W下的說明中，全局坐標系由X巧拉g正交坐標系表示。如后述那樣，全局坐標 系的基準位置（原點）Pg位于作業(yè)區(qū)域。將水平面內的一方向設為Xg軸方向，將在水平面 內將與Xg軸方向正交的方向設為Yg軸方向，將與Xg軸方向及Yg軸方向分別正交的方向 設為Zg軸方向。而且，將繞Xg軸、Yg軸及Zg軸的旋轉（傾斜）方向分別設為0Xg、0 Yg 及0 Zg方向。Xg軸與YgZg平面正交。Yg軸與XgZg平面正交。Zg軸與X^g平面正交。 X巧g平面與水平面平行。Zg軸方向為鉛垂方向。
[0066] 在W下的說明中，局部坐標系由別Z正交坐標系表示。如后述那樣，局部坐標系的 基準位置（原點）P〇位于回轉體3的回轉中屯、AX。將某一平面內的一方向設為X軸方向， 將在該平面內將與X軸方向正交的方向設為Y軸方向，將與X軸方向及Y軸方向分別正交 的方向設為Z軸方向。而且，將繞X軸、Y軸及Z軸的旋轉（傾斜）方向分別設為0X、0 Y 及0 Z方向。X軸與YZ平面正交。Y軸與XZ平面正交。Z軸與XY平面正交。
[0067] [液壓挖掘機的整體結構]
[0068] 圖1是表示本實施方式的建筑機械CM的一例的立體圖。在本實施方式中，說明建 筑機械CM是具備通過液壓而工作的工作裝置2的液壓挖掘機CM的例子。
[0069] 如圖1所示，液壓挖掘機CM具備車輛主體1和工作裝置2。如后述那樣，在液壓挖 掘機CM搭載有執(zhí)行挖掘控制的控制系統(tǒng)200。
[0070] 車輛主體1具有回轉體3、駕駛室4和行駛裝置5?；剞D體3配置在行駛裝置5之 上。行駛裝置5對回轉體3進行支承。也可W將回轉體3稱為上部回轉體3。也可W將行 駛裝置5稱為下部行駛體5?；剞D體3能夠W回轉軸AX為中屯、回轉。在駕駛室4設有供操 作員就座的駕駛席4S。操作員在駕駛室4中對液壓挖掘機CM進行操作。行駛裝置5具有 一對履帶5化。通過履帶5化的旋轉，從而液壓挖掘機CM行駛。需要說明的是，行駛裝置5 也可W包含車輪（輪胎）。
[0071] 在本實施方式中，W駕駛席4S為基準來說明各部的位置關系。前后方向是指W駕 駛席4S為基準的前后方向。左右方向是指W駕駛席4S為基準的左右方向。左右方向與車 寬方向一致。駕駛席4S與正面正對的方向為前方，與前方相對的方向為后方。駕駛席4S 與正面正對時的側方向的右側、左側分別設為右方、左方。在本實施方式中，前后方向為X 軸方向，左右方向為Y軸方向。駕駛席4S與正面正對的方向為前方（巧方向），前方的相反 方向為后方（-X方向）。駕駛席4S與正面正對時的車寬方向的一側的方向為右方（巧方 向），車寬方向的另一側的方向為左方（-Y方向）。
[0072] 回轉體3具有收容發(fā)動機的發(fā)動機室9和在回轉體3的后部設置的平衡重。在回 轉體3中，在發(fā)動機室9的前方設有扶手19。在發(fā)動機室9配置有發(fā)動機及液壓累等。
[0073] 工作裝置2與回轉體3連接。工作裝置2具有：經由動臂銷13而與回轉體3連接 的動臂6 ;經由斗桿銷14而與動臂6連接的斗桿7 ;經由伊斗銷15及傾轉銷80而與斗桿 7連接的伊斗8 ;驅動動臂6的動臂油缸10 ;驅動斗桿7的斗桿油缸11 ;驅動伊斗8的伊斗 油缸12及傾轉油缸30。動臂6的基端部（動臂底部）與回轉體3連接。動臂6的前端部 (動臂頂部）與斗桿7的基端部（斗桿底部）連接。斗桿7的前端部（斗桿頂部）與伊斗 8的基端部連接。動臂油缸10、斗桿油缸11、伊斗油缸12及傾轉油缸30分別是由工作油來 驅動的液壓缸。
[0074] 工作裝置2具有：配置于動臂油缸10、用于檢測動臂油缸10的行程長度的第一行 程傳感器16 ;配置于斗桿油缸11、用于檢測斗桿油缸11的行程長度的第二行程傳感器17 ; 配置于伊斗油缸12、用于檢測伊斗油缸12的行程長度的第=行程傳感器18。 陽075] 動臂6能夠W作為旋轉軸的動臂軸Jl為中屯、相對于回轉體3旋轉。斗桿7能夠W 與動臂軸Jl平行的作為旋轉軸的斗桿軸J2為中屯、相對于動臂6旋轉。伊斗8能夠W與動 臂軸Jl及斗桿軸J2平行的作為旋轉軸的伊斗軸J3為中屯、相對于斗桿7旋轉。伊斗8能 夠W與伊斗軸J3正交的作為旋轉軸的傾轉軸J4為中屯、相對于斗桿7旋轉。動臂銷13包 含動臂軸Jl。斗桿銷14包含斗桿軸J2。伊斗銷15包含伊斗軸J3。傾轉銷80包含傾轉軸 J4〇 陽076] 在本實施方式中，動臂軸J1、斗桿軸J2及伊斗軸J3分別與Y軸平行。動臂6、斗 桿7及伊斗8分別能夠沿0 Y方向旋轉。在本實施方式中，XZ平面包含所謂的動臂6及斗 桿7的垂直轉動面。
[0077] 在W下的說明中，將動臂油缸10的行程長度適當稱為動臂油缸長度或動臂行程， 將斗桿油缸11的行程長度適當稱為斗桿油缸長度或斗桿行程，將伊斗油缸12的行程長度 適當稱為伊斗油缸長度或伊斗行程，將傾轉油缸30的行程長度適當稱為傾轉油缸長度。而 且，在W下的說明中，將動臂油缸長度、斗桿油缸長度、伊斗油缸長度及傾轉油缸長度適當 總稱為缸長度數(shù)據(jù)L。 陽07引[伊斗]
[0079] 接著，說明本實施方式的伊斗8。圖2是表示本實施方式的伊斗8的一例的側剖視 圖。圖3是表示本實施方式的伊斗8的一例的主視圖。在本實施方式中，伊斗8是傾轉式 伊斗。
[0080] 如圖2及圖3所示，工作裝置2具有能夠分別W伊斗軸J3及與伊斗軸J3正交的 傾轉軸J4為中屯、而相對于斗桿7旋轉的伊斗8。伊斗8 W伊斗銷15 (伊斗軸J3)為中屯、 能夠旋轉地支承于斗桿7。伊斗8 W傾轉銷80 (傾轉軸J4)為中屯、能夠旋轉地支承于斗桿 7。伊斗軸J3與傾轉軸J4正交。伊斗8分別W伊斗軸J3及與該伊斗軸J3正交的傾轉軸 J4為中屯、能夠旋轉地支承于斗桿7。
[0081] 伊斗8經由連接構件（臺框）90而與斗桿7的前端部連接。伊斗銷15將斗桿7 與連接構件90連結。傾轉銷80將連接構件90與伊斗8連結。伊斗8經由連接構件90能 夠旋轉地與斗桿7連接。
[0082] 伊斗8包括底板81、背板82、上板83、側板84和側板85。通過底板81、上板83、 側板84和側板85來規(guī)定伊斗8的開口部86。
[0083] 伊斗8具有設于上板83的上部的托架87。托架87設置在上板83的前后位置。 托架87與連接構件90及傾轉銷80連結。
[0084] 連接構件90具有：板構件91 ;設于板構件91的上表面的托架92 ;設于板構件91 的下表面的托架93。托架92與斗桿7及后述的第二連桿銷95連結。托架93設置在托架 87的上部，并與傾轉銷80及托架87連結。
[00化]伊斗銷15將連接構件90的托架92與斗桿7的前端部連結。傾轉銷80將連接構 件90的托架93與伊斗8的托架87連結。由此，連接構件90及伊斗8相對于斗桿7能夠 W伊斗軸J3為中屯、旋轉，伊斗8相對于連接構件90能夠W傾轉軸J4為中屯、旋轉。
[0086] 工作裝置2具有：經由第一連桿銷94P能夠旋轉地與斗桿7連接的第一連桿構件 94 ;經由第二連桿銷95P能夠旋轉地與托架92連接的第二連桿構件95。第一連桿構件94 的基端部經由第一連桿銷94P而與斗桿7連接。第二連桿構件95的基端部經由第二連桿 銷95P而與托架92連接。第一連桿構件94的前端部與第二連桿構件95的前端部經由伊 斗油缸頂部銷96而連結。
[0087] 伊斗油缸12的前端部經由伊斗油缸頂部銷96能夠旋轉地與第一連桿構件94的 前端部及第二連桿構件95的前端部連接。當伊斗油缸12 W伸縮的方式工作時，連接構件 90與伊斗8 -起W伊斗軸J3為中屯、旋轉。
[0088] 傾轉油缸30與設于連接構件90的托架97及設于伊斗8的托架88分別連接。傾 轉油缸30的桿經由銷而與托架97連接。傾轉油缸3