專利名稱：液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
將液壓挖掘機(jī)等作業(yè)車輛引導(dǎo)到目標(biāo)作業(yè)對(duì)象的位置引導(dǎo)系統(tǒng)是公知的。例如，專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)具有表示三維設(shè)計(jì)地形的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)地形由多個(gè)設(shè)計(jì)面構(gòu)成，選擇設(shè)計(jì)面的一部分作為目標(biāo)面。另外，通過(guò)GPS等位置測(cè)量裝置檢測(cè)液壓挖掘機(jī)的當(dāng)前位置。位置引導(dǎo)系統(tǒng)在顯示部顯示表示液壓挖掘機(jī)的當(dāng)前位置的導(dǎo)向畫(huà)面，由此，將液壓挖掘機(jī)引導(dǎo)到目標(biāo)面。導(dǎo)向畫(huà)面包括側(cè)視時(shí)的液壓挖掘機(jī)、目標(biāo)面和鏟斗前端的動(dòng)作范圍。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:(日本)特開(kāi)2001 - 98585號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在所述位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，操作者能夠?qū)?dǎo)向畫(huà)面中的目標(biāo)面和鏟斗前端的動(dòng)作范圍的位置關(guān)系作為判斷液壓挖掘機(jī)是否在適合于作業(yè)的位置的參考。但是，正確地判斷液壓挖掘機(jī)是否位于適合進(jìn)行作業(yè)的位置是并不容易的。即使參考導(dǎo)向畫(huà)面中的目標(biāo)面和鏟斗前端的動(dòng)作范圍的位置關(guān)系，將液壓挖掘機(jī)移動(dòng)到適合進(jìn)行作業(yè)的位置也是不容易的。本發(fā)明的課題是提供一種能夠使液壓挖掘機(jī)容易地移動(dòng)到適合于進(jìn)行作業(yè)的位置的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明第一方面提供一種液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)，其將液壓挖掘機(jī)引導(dǎo)到作業(yè)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)面。液壓挖掘機(jī)具有車輛主體和安裝于車輛主體上的工作裝置。位置引導(dǎo)系統(tǒng)具備地形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部、工作裝置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部、位置檢測(cè)部、最佳作業(yè)位置運(yùn)算部和顯示部。地形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部存儲(chǔ)表示目標(biāo)面的位置的地形數(shù)據(jù)。工作裝置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部存儲(chǔ)工作裝置數(shù)據(jù)。工作裝置數(shù)據(jù)表示工作裝置能夠到達(dá)的車輛主體的周圍的可作業(yè)范圍。位置檢測(cè)部檢測(cè)車輛主體的當(dāng)前位置。最佳作業(yè)位置運(yùn)算部基于地形數(shù)據(jù)、工作裝置數(shù)據(jù)和車輛主體的當(dāng)前位置，將目標(biāo)面與可作業(yè)范圍重合的可挖掘范圍成為最大的車輛主體的位置作為最佳作業(yè)位置算出。顯示部顯示表示最佳作業(yè)位置的導(dǎo)向畫(huà)面。本發(fā)明第二方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)在第一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可挖掘范圍是在側(cè)視時(shí)表示目標(biāo)面的截面的線段和可作業(yè)范圍重疊起來(lái)的部分。本發(fā)明第三方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)在第一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，導(dǎo)向畫(huà)面包括表示側(cè)視時(shí)的目標(biāo)面的截面、液壓挖掘機(jī)和最佳作業(yè)位置的側(cè)視圖。
本發(fā)明第四方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)在第一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，導(dǎo)向畫(huà)面包括表示俯視時(shí)的目標(biāo)面、液壓挖掘機(jī)和最佳作業(yè)位置的俯視圖。本發(fā)明第五方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)在第一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還具備現(xiàn)狀面檢測(cè)部和現(xiàn)狀面存儲(chǔ)部。現(xiàn)狀面檢測(cè)部檢測(cè)最新的現(xiàn)狀面?，F(xiàn)狀面存儲(chǔ)部存儲(chǔ)并更新由現(xiàn)狀面檢測(cè)部檢測(cè)出的最新的現(xiàn)狀面。最佳作業(yè)位置是基于車輛主體位于現(xiàn)狀面上時(shí)的可作業(yè)范圍的高度位置來(lái)計(jì)算的。本發(fā)明第六方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)在第一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還具備現(xiàn)狀面檢測(cè)部和現(xiàn)狀面存儲(chǔ)部。現(xiàn)狀面檢測(cè)部檢測(cè)最新的現(xiàn)狀面?，F(xiàn)狀面存儲(chǔ)部存儲(chǔ)并更新由現(xiàn)狀面檢測(cè)部檢測(cè)出的最新的現(xiàn)狀面。最佳作業(yè)位置運(yùn)算部基于現(xiàn)狀面和目標(biāo)面之差的大小，將目標(biāo)面分為已挖掘區(qū)域和未挖掘區(qū)域。最佳作業(yè)位置運(yùn)算部將與車輛主體最近的未挖掘區(qū)域設(shè)為可挖掘范圍的對(duì)象。本發(fā)明第七方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)在第一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，最佳作業(yè)位置運(yùn)算部在現(xiàn)狀面或目標(biāo)面的傾角為規(guī)定的閾值以上時(shí)，在導(dǎo)向畫(huà)面中不顯示最佳作業(yè)位置。本發(fā)明第八方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)在第一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在從液壓挖掘機(jī)看目標(biāo)面為上坡斜面或水平面的情況下，最佳作業(yè)位置為可作業(yè)范圍的邊界線和目標(biāo)面的交點(diǎn)中距車輛主體遠(yuǎn)的一交點(diǎn)與目標(biāo)面的頂上部一致的位置。本發(fā)明第九方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)在第一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在從液壓挖掘機(jī)看目標(biāo)面為下坡斜面的情況下，最佳作業(yè)位置為可作業(yè)范圍的邊界線和目標(biāo)面的交點(diǎn)中距車輛主體主體近的一交點(diǎn)與目標(biāo)面的頂上部一致的位置。本發(fā)明第十方面提供一種液壓挖掘機(jī)，其具備權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)。本發(fā)明第十一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的控制方法，其為將液壓挖掘機(jī)引導(dǎo)到作業(yè)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)面的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的控制方法。液壓挖掘機(jī)具有車輛主體和安裝于車輛主體的工作裝置。液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的控制方法包括如下的步驟。在第一步驟中，檢測(cè)車輛主體的當(dāng)前位置。在第二步驟中，基于地形數(shù)據(jù)、工作裝置數(shù)據(jù)和車輛主體的當(dāng)前位置，計(jì)算目標(biāo)面和可作業(yè)范圍重合的可挖掘范圍成為最大的車輛主體的位置作為最佳作業(yè)位置。地形數(shù)據(jù)表示目標(biāo)面的位置。工作裝置數(shù)據(jù)表示工作裝置能夠到達(dá)的車輛主體的周圍的可作業(yè)范圍。在第三步驟中，顯示表示最佳作業(yè)位置的導(dǎo)向畫(huà)面。發(fā)明效果在本發(fā)明的第一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，計(jì)算目標(biāo)面和可作業(yè)范圍重合的可挖掘范圍成為最大的車輛主體的位置作為最佳作業(yè)位置。而且，在顯示部顯示表示最佳作業(yè)位置的導(dǎo)向畫(huà)面。因此，操作員以導(dǎo)向畫(huà)面上的最佳作業(yè)位置為目標(biāo)使液壓挖掘機(jī)移動(dòng)，由此能夠?qū)⒁簤和诰驒C(jī)容易地移動(dòng)到適合進(jìn)行作業(yè)的位置。在本發(fā)明第二方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，計(jì)算在側(cè)視時(shí)工作裝置可到達(dá)的目標(biāo)面上的范圍成為最大的位置作為最佳作業(yè)位置。因此，操作員在最佳作業(yè)位置操作工作裝置，由此能夠高效地進(jìn)行作業(yè)。在本發(fā)明第三方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，操作員可以通過(guò)側(cè)視圖確認(rèn)最佳作業(yè)位置。因此，操作員能夠容易地進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的前后的位置調(diào)整。在本發(fā)明第四方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，由于操作員可以通過(guò)俯視圖確認(rèn)最佳作業(yè)位置。因此，操作員能夠容易地進(jìn)行液壓挖掘機(jī)的左右位置調(diào)整。在本發(fā)明第五方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，基于車輛主體位于現(xiàn)狀面上時(shí)的可作業(yè)范圍的高度位置計(jì)算最佳作業(yè)位置。作業(yè)區(qū)域內(nèi)的地面未必是平坦的，而且多有起伏。因此，有時(shí)在從目標(biāo)面離開(kāi)的位置的車輛主體的高度位置和之后與目標(biāo)面接近時(shí)的車輛主體的高度位置不同。因此，假如在基于車輛主體的當(dāng)前位置的可作業(yè)范圍的高度位置計(jì)算最佳作業(yè)位置時(shí)，難以精確地計(jì)算最佳作業(yè)位置。于是，在本方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，即使在從目標(biāo)面離開(kāi)的位置計(jì)算最佳作業(yè)位置的情況，也可基于車輛主體位于現(xiàn)狀面上時(shí)的可作業(yè)范圍的高度位置計(jì)算最佳作業(yè)位置。由此，即使在有起伏的某作業(yè)區(qū)域內(nèi)，也能夠精確地計(jì)算最佳作業(yè)位置。在本發(fā)明第六方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，即使在因進(jìn)行斷續(xù)的挖掘而未挖掘區(qū)域和已挖掘區(qū)域混合的情況下，已經(jīng)不需要挖掘的已挖掘區(qū)域從最佳作業(yè)位置的計(jì)算被排除。因此，能夠精確地計(jì)算有效的最佳作業(yè)位置。在本發(fā)明第七方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，在現(xiàn)狀面或目標(biāo)面的傾角為規(guī)定的閾值以上時(shí)，最佳作業(yè)位置不在導(dǎo)向畫(huà)面中顯示。例如，規(guī)定的閾值設(shè)定為表示液壓挖掘機(jī)能夠穩(wěn)定地作業(yè)的界限的斜面的角度。由此，能夠在液壓挖掘機(jī)可穩(wěn)定地作業(yè)的范圍內(nèi)，在導(dǎo)向畫(huà)面中顯示最佳作業(yè)位置。在本發(fā)明第八方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，在從液壓挖掘機(jī)看目標(biāo)面為上坡斜面或水平面的情況下，計(jì)算以使工作裝置伸長(zhǎng)的狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)面的頂上部的位置作為最佳作業(yè)位置。因此，例如在上坡斜面比液壓挖掘機(jī)大得多的情況下，操作員能夠操作液壓挖掘機(jī)，從頂上部一邊沿上坡斜面下降一邊按順序進(jìn)行挖掘。在本發(fā)明第九方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，在從液壓挖掘機(jī)看目標(biāo)面為下坡斜面的情況下，計(jì)算以縮回工作裝置的狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)面的頂上部的位置作為最佳作業(yè)位置。因此，例如操作員能夠操作液壓挖掘機(jī)，一邊挖掘車輛主體的前側(cè)，一邊沿下坡斜面下降。在本發(fā)明第十方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，計(jì)算目標(biāo)面和可作業(yè)范圍重合的可挖掘范圍成為最大的車輛主體的位置作為最佳作業(yè)位置。而且，在顯示部顯示表示最佳作業(yè)位置的導(dǎo)向畫(huà)面。因此，操作員能夠以導(dǎo)向畫(huà)面上的最佳作業(yè)位置為目標(biāo)使液壓挖掘機(jī)移動(dòng)，由此將液壓挖掘機(jī)容易地移動(dòng)到適合作業(yè)的位置。在本發(fā)明第十一方面的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，計(jì)算目標(biāo)面和可作業(yè)范圍重合的可挖掘范圍成為最大的車輛主體的位置作為最佳作業(yè)位置。而且，在顯示部顯示表示最佳作業(yè)位置的導(dǎo)向畫(huà)面。因此，操作員能夠以導(dǎo)向畫(huà)面上的最佳作業(yè)位置為目標(biāo)使液壓挖掘機(jī)移動(dòng)，將液壓挖掘機(jī)容易地移動(dòng)到適合作業(yè)的位置。


圖1是液壓挖掘機(jī)的立體圖2是示意性地表示液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)的圖；圖3是表示液壓挖掘機(jī)所具備的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖；圖4是表示由設(shè)計(jì)地形數(shù)據(jù)表示的設(shè)計(jì)地形的圖；圖5是表示導(dǎo)向畫(huà)面的圖；圖6是表示求出鏟斗前端的當(dāng)前位置的方法的圖；圖7是示意性地表示最大伸長(zhǎng)姿勢(shì)下的工作裝置的圖；圖8是示意性地表示最小伸長(zhǎng)姿勢(shì)下的工作裝置的圖；圖9是表示可作業(yè)范圍的計(jì)算方法的圖；圖10是表示最佳作業(yè)位置的計(jì)算方法的圖；圖11是表示最佳作業(yè)位置的計(jì)算方法的流程圖；圖12是表示未挖掘區(qū)域和已挖掘區(qū)域的分類方法的圖；圖13是表示最佳作業(yè)位置的計(jì)算方法的圖；圖14是表示上坡斜面上的最佳作業(yè)位置的計(jì)算方法的圖；圖15是表示下坡斜面上的最佳作業(yè)位置的計(jì)算方法的圖；圖16是表示其它實(shí)施方式的最佳作業(yè)位置的計(jì)算方法的圖。
具體實(shí)施例方式1.構(gòu)成I I液壓挖掘機(jī)的整體結(jié)構(gòu)下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明一實(shí)施方式的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。圖1是搭載有位置引導(dǎo)系統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)100的立體圖。液壓挖掘機(jī)100具有車輛主體I和工作裝置2。車輛主體I具有上部旋轉(zhuǎn)體3、駕駛室4和行駛裝置5。上部旋轉(zhuǎn)體3容納有未圖示的發(fā)動(dòng)機(jī)及液壓泵等裝置。駕駛室4載置于上部旋轉(zhuǎn)體3的前部。在駕駛室4內(nèi)配置有后述的顯示輸入裝置38及操作裝置25(參照?qǐng)D3)。行駛裝置5具有履帯5a、5b，液壓挖掘機(jī)100通過(guò)履帯5a、5b旋轉(zhuǎn)而行駛。工作裝置2安裝于車輛主體I的前部，具有大臂6、小臂7、鏟斗8、大臂缸10、小臂缸11和鏟斗缸12。大臂6的基端部經(jīng)由大臂銷13可擺動(dòng)地安裝于車輛主體I的前部。小臂7的基端部經(jīng)由小臂銷14可擺動(dòng)地安裝于大臂6的前端部。在小臂7的前端部經(jīng)由鏟斗銷15可擺動(dòng)地安裝有鏟斗8。圖2是示意性地表示液壓挖掘機(jī)100結(jié)構(gòu)的圖。圖2 (a)是液壓挖掘機(jī)100的側(cè)視圖，圖2 (b)是液壓挖掘機(jī)100的后視圖。如圖2 (a)所示，大臂6的長(zhǎng)度即從大臂銷13到小臂銷14的長(zhǎng)度為L(zhǎng)I。小臂7的長(zhǎng)度即從小臂銷14到鏟斗銷15的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2。鏟斗8的長(zhǎng)度即從鏟斗銷15到鏟斗8的斗齒前端的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3。圖1所示的大臂缸10、小臂缸11和鏟斗缸12分別是由液壓驅(qū)動(dòng)的液壓缸。大臂缸10驅(qū)動(dòng)大臂6。小臂缸11驅(qū)動(dòng)小臂7。鏟斗缸12驅(qū)動(dòng)鏟斗8。在大臂缸10、小臂缸11、鏟斗缸12等液壓缸和未圖示的液壓泵之間配置有比例控制閥37 (參照?qǐng)D3)。比例控制閥37由后述的工作裝置控制器26來(lái)控制，由此控制向液壓缸10 12供給的工作油的流量。由此，能夠控制液壓缸10 12的動(dòng)作。如圖2 Ca)所示，在大臂6、小臂7和鏟斗8上分別設(shè)有第一 第三行程傳感器16 18。第一行程傳感器16檢測(cè)大臂缸10的行程長(zhǎng)度。后述的位置引導(dǎo)控制器39 (參照?qǐng)D3)根據(jù)第一行程傳感器16所檢測(cè)到的大臂缸10的行程長(zhǎng)度，計(jì)算大臂6相對(duì)于后述的車輛主體坐標(biāo)系的Za軸(參照?qǐng)D6)的傾角(以下，稱為“大臂角”)Θ1。第二行程傳感器17檢測(cè)小臂缸11的行程長(zhǎng)度。位置引導(dǎo)控制器39根據(jù)第二行程傳感器17所檢測(cè)到的小臂缸11的行程長(zhǎng)度，計(jì)算小臂7相對(duì)于大臂6的傾角(以下，稱為“小臂角”)Θ2。第三行程傳感器18檢測(cè)鏟斗缸12的行程長(zhǎng)度。位置引導(dǎo)控制器39根據(jù)第三行程傳感器18所檢測(cè)到的鏟斗缸12的行程長(zhǎng)度，計(jì)算鏟斗8相對(duì)于小臂7的傾角(以下，稱為“鏟斗角”)Θ 3。在車輛主體I上設(shè)置有位置檢測(cè)部19。位置檢測(cè)部19檢測(cè)液壓挖掘機(jī)100的當(dāng)前位置。位置檢測(cè)部 19 具有:RTK — GNSS (Real Time Kinematic - Global NavigationSatellite Systems，GNSS稱為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))用的兩個(gè)天線21，22 (下面稱為“GNSS天線21，22”)、三維位置傳感器23、傾角傳感器24。GNSS天線21，22沿后述的車輛主體坐標(biāo)系Xa — Ya — Za的Ya軸(圖6參照)隔開(kāi)一定距尚而配置。與用GNSS天線21，22接收的GNSS電波對(duì)應(yīng)的信號(hào)被輸入三維位置傳感器23。三維位置傳感器23檢測(cè)GNSS天線21，22的設(shè)置位置P1，P2的位置。如圖2 (b)所示，傾角傳感器24檢測(cè)車輛主體I的車寬方向相對(duì)于重力方向即整體坐標(biāo)系的鉛垂方向的傾角Θ4 (下面，稱為“側(cè)傾角Θ4”)。圖3是表示液壓挖掘機(jī)100所具備的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。液壓挖掘機(jī)100具備操作裝置25、工作裝置控制器26、工作裝置控制裝置27和位置引導(dǎo)系統(tǒng)28。操作裝置25具有工作裝置操作部件31、工作裝置操作檢測(cè)部32、行駛操作部件33和行駛操作檢測(cè)部34。工作裝置操作部件31是操作員用于操作工作裝置2的部件，例如是操作桿。工作裝置操作檢測(cè)部32檢測(cè)工作裝置操作部件31的操作內(nèi)容，并將其作為檢測(cè)信號(hào)向工作裝置控制器26發(fā)送。行駛操作部件33是操作員用于操作液壓挖掘機(jī)100的行駛的部件，例如是操作桿。行駛操作檢測(cè)部34檢測(cè)行駛操作部件33的操作內(nèi)容，并將其作為檢測(cè)信號(hào)向工作裝置控制器26發(fā)送。工作裝置控制器26具有RAM、ROM等存儲(chǔ)部35及CPU等運(yùn)算部36。工作裝置控制器26主要進(jìn)行工作裝置2的控制。工作裝置控制器26根據(jù)工作裝置操作部件31的操作生成用于使工作裝置2動(dòng)作的控制信號(hào)，并將其向工作裝置控制裝置27輸出。工作裝置控制裝置27具有比例控制閥37，基于來(lái)自工作裝置控制器26的控制信號(hào)來(lái)控制比例控制閥37。與來(lái)自工作裝置控制器26的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的流量的工作油從比例控制閥37流出，供給到液壓缸10 12。液壓缸10 12根據(jù)從比例控制閥37供給到的工作油來(lái)驅(qū)動(dòng)。由此，使工作裝置2動(dòng)作。1- 2位置引導(dǎo)系統(tǒng)28的結(jié)構(gòu)位置引導(dǎo)系統(tǒng)28是用于將液壓挖掘機(jī)100引導(dǎo)到作業(yè)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)面的系統(tǒng)。位置引導(dǎo)系統(tǒng)28除了上述第一 第三行程傳感器16 18、三維位置傳感器23、傾角傳感器24之外，還具有顯示輸入裝置38和位置引導(dǎo)控制器39。顯示輸入裝置38具有觸控面板式輸入部41和IXD等顯示部42。顯示輸入裝置38顯示用于將液壓挖掘機(jī)100引導(dǎo)到作業(yè)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)作業(yè)對(duì)象的導(dǎo)向畫(huà)面。在導(dǎo)向畫(huà)面中顯示有各種鍵。操作員能夠觸碰導(dǎo)向畫(huà)面中的各種鍵，執(zhí)行位置引導(dǎo)系統(tǒng)28的各種功能。關(guān)于導(dǎo)向畫(huà)面，將在后面詳細(xì)說(shuō)明。位置引導(dǎo)控制器39執(zhí)行位置引導(dǎo)系統(tǒng)28的各種功能。位置引導(dǎo)控制器39和工作裝置控制器26可利用無(wú)線或有線的通信裝置彼此通信。位置引導(dǎo)控制器39具有RAM及ROM等存儲(chǔ)部43及CPU等運(yùn)算部44。存儲(chǔ)部43存儲(chǔ)有運(yùn)算部44中執(zhí)行的各種處理所需要的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)部43具有地形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部46、工作裝置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部47和現(xiàn)狀面存儲(chǔ)部48。在地形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部46中預(yù)先制成并存儲(chǔ)有地形數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)地形數(shù)據(jù)表示作業(yè)區(qū)域內(nèi)的三維設(shè)計(jì)地形的形狀及位置。具體而言，如圖4所示，設(shè)計(jì)地形由用三角多邊形分別表現(xiàn)的多個(gè)設(shè)計(jì)面45構(gòu)成。在圖4中，在多個(gè)設(shè)計(jì)面中僅一個(gè)設(shè)計(jì)面附帶符號(hào)45，省略了其它設(shè)計(jì)面的符號(hào)。操作員選擇這些設(shè)計(jì)面45中的一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)面作為目標(biāo)面70。工作裝置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部47存儲(chǔ)有工作裝置數(shù)據(jù)。工作裝置數(shù)據(jù)是表示工作裝置2能夠到達(dá)的車輛主體I周圍的可作業(yè)范圍76 (參照?qǐng)D5)的數(shù)據(jù)。工作裝置數(shù)據(jù)包括上述大臂6的長(zhǎng)度L1、小臂7的長(zhǎng)度L2、鏟斗8的長(zhǎng)度L3。另外，工作裝置數(shù)據(jù)包括大臂角Θ1、小臂角Θ 2、鏟斗角Θ 3各自的最小值及最大值?，F(xiàn)狀面存儲(chǔ)部48存儲(chǔ)有現(xiàn)狀面數(shù)據(jù)?，F(xiàn)狀面數(shù)據(jù)是表示用后述的現(xiàn)狀面檢測(cè)部50檢測(cè)出的現(xiàn)狀面(參照?qǐng)D5的符號(hào)78)的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)狀面表示當(dāng)前的實(shí)際地形?，F(xiàn)狀面檢測(cè)部50每隔規(guī)定時(shí)間重復(fù)執(zhí)行現(xiàn)狀面的檢測(cè)。現(xiàn)狀面存儲(chǔ)部48將現(xiàn)狀面數(shù)據(jù)更新為用現(xiàn)狀面檢測(cè)部50檢測(cè)出的表示最新的現(xiàn)狀面的數(shù)據(jù)。運(yùn)算部44具有當(dāng)前位置運(yùn)算部49、現(xiàn)狀面檢測(cè)部50、最佳作業(yè)位置運(yùn)算部51。當(dāng)前位置運(yùn)算部49基于來(lái)自位置檢測(cè)部19的檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)車輛主體I在整體坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置。另外，當(dāng)前位置運(yùn)算部49基于車輛主體I在整體坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置和上述工作裝置數(shù)據(jù)，計(jì)算鏟斗8前端在整體坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置?，F(xiàn)狀面檢測(cè)部50檢測(cè)最新的現(xiàn)狀面。最佳作業(yè)位置運(yùn)算部51基于設(shè)計(jì)地形數(shù)據(jù)、工作裝置數(shù)據(jù)和車輛主體I的當(dāng)前位置計(jì)算最佳作業(yè)位置。最佳作業(yè)位置表示挖掘目標(biāo)面70的車輛主體I的最佳位置。關(guān)于鏟斗8前端的當(dāng)前位置的計(jì)算方法、現(xiàn)狀面的檢測(cè)方法、最佳作業(yè)位置的計(jì)算方法，將在后面詳細(xì)說(shuō)明。位置引導(dǎo)控制器39基于當(dāng)前位置運(yùn)算部49、現(xiàn)狀面檢測(cè)部50和最佳作業(yè)位置運(yùn)算部51的運(yùn)算結(jié)果，使導(dǎo)向畫(huà)面在顯示輸入裝置38中顯示。導(dǎo)向畫(huà)面是用于使壓挖掘機(jī)100引導(dǎo)到目標(biāo)面70的畫(huà)面。下面，對(duì)導(dǎo)向畫(huà)面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。2.導(dǎo)向畫(huà)面2 -1導(dǎo)向畫(huà)面的結(jié)構(gòu)圖5表示導(dǎo)向畫(huà)面52。導(dǎo)向畫(huà)面52包括俯視圖52a和側(cè)視圖52b。俯視圖52a表示作業(yè)區(qū)域的設(shè)計(jì)地形和液壓挖掘機(jī)100的當(dāng)前位置。俯視圖52a由多個(gè)三角多邊形表現(xiàn)俯視時(shí)的設(shè)計(jì)地形。另外，目標(biāo)面70用與其它設(shè)計(jì)面不同的顏色顯示。在圖5中，液壓挖掘機(jī)100的當(dāng)前位置用俯視時(shí)的液壓挖掘機(jī)的圖標(biāo)61表示，也可以用其它的記號(hào)表示。在俯視圖52a中顯示有用于將液壓挖掘機(jī)100引導(dǎo)到目標(biāo)面70的信息。具體而言，顯示有方位指示器71。方位指示器71是表示目標(biāo)面70相對(duì)于液壓挖掘機(jī)100的方向的圖標(biāo)。另外，俯視圖52a還包括表不最佳作業(yè)位置的信息和用于使液壓挖掘機(jī)100正對(duì)目標(biāo)面70的信息。最佳作業(yè)位置是液壓挖掘機(jī)100對(duì)目標(biāo)面70進(jìn)行挖掘的最佳的位置，可以根據(jù)目標(biāo)面70的位置和后述的可作業(yè)范圍76來(lái)計(jì)算。最佳作業(yè)位置在俯視圖52a中用直線72表示。用于使液壓挖掘機(jī)100正對(duì)目標(biāo)面70的信息作為正對(duì)羅盤(pán)73來(lái)顯示。正對(duì)羅盤(pán)73是表示對(duì)于目標(biāo)面70的正對(duì)方向和應(yīng)該使液壓挖掘機(jī)100旋轉(zhuǎn)的方向的圖標(biāo)。操作員可以利用正對(duì)羅盤(pán)73確認(rèn)朝向目標(biāo)面70的正對(duì)度。側(cè)視圖52b含有設(shè)計(jì)面線74、現(xiàn)狀面線78、目標(biāo)面線84、側(cè)視時(shí)的液壓挖掘機(jī)100的圖標(biāo)75、工作裝置2的可作業(yè)范圍76和表示最佳作業(yè)位置的信息。設(shè)計(jì)面線74表示除目標(biāo)面70以外的設(shè)計(jì)面45的截面?，F(xiàn)狀面線78表示上述現(xiàn)狀面的截面。目標(biāo)面線84表示目標(biāo)面70的截面。如圖4所示，設(shè)計(jì)面線74和目標(biāo)面線84通過(guò)計(jì)算經(jīng)過(guò)鏟斗8前端P3的當(dāng)前位置的平面77和設(shè)計(jì)地形的交線80來(lái)求出。目標(biāo)面線84用與設(shè)計(jì)面線74不同的顏色顯示。在圖5中，改變線種而表現(xiàn)目標(biāo)面線84和設(shè)計(jì)面線74。可作業(yè)范圍76表示工作裝置2可作業(yè)的車輛主體I周圍的范圍。可作業(yè)范圍76根據(jù)上述工作裝置數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算。關(guān)于可作業(yè)范圍76的計(jì)算方法，將在后面詳細(xì)說(shuō)明。側(cè)視圖52b所示的最佳作業(yè)位置相當(dāng)于上述俯視圖52a所示的最佳作業(yè)位置，用三角形的圖標(biāo)81表示。另外，車輛主體I的基準(zhǔn)位置也用三角形的圖標(biāo)82表示。操作員使液壓挖掘機(jī)100移動(dòng)，以使基準(zhǔn)位置的圖標(biāo)82與最佳作業(yè)位置的圖標(biāo)81相一致。如上所述，導(dǎo)向畫(huà)面52包括表示最佳作業(yè)位置的信息和用于使液壓挖掘機(jī)100正對(duì)目標(biāo)面70的信息。因此，操作員能夠根據(jù)導(dǎo)向畫(huà)面52將液壓挖掘機(jī)100配置在用于對(duì)目標(biāo)面70進(jìn)行作業(yè)的最佳的位置及方向。因此，導(dǎo)向畫(huà)面52主要在進(jìn)行液壓挖掘機(jī)100的定位時(shí)參照。2-2鏟斗8前端的當(dāng)前位置的計(jì)算方法如上所述，目標(biāo)面線84根據(jù)鏟斗8前端的當(dāng)前位置來(lái)計(jì)算。位置引導(dǎo)控制器39基于來(lái)自三維位置傳感器23、第一 第三行程傳感器16 18、傾角傳感器24等的檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算在整體坐標(biāo)系{X，Y，Z}中的鏟斗8前端P3的當(dāng)前位置。具體而言，鏟斗8前端P3的當(dāng)前位置如下求出。首先，如圖6所示，求出以上述GNSS天線21的設(shè)置位置Pl為原點(diǎn)的車輛主體坐標(biāo)系{Xa、Ya、Za}。圖6 (a)是液壓挖掘機(jī)100的側(cè)視圖。圖6 (b)是液壓挖掘機(jī)100的后視圖。在此，液壓挖掘機(jī)100的前后方向即車輛主體坐標(biāo)系的Ya軸方向相對(duì)于整體坐標(biāo)系的Y軸方向傾斜。另外，車輛主體坐標(biāo)系中的大臂銷13的坐標(biāo)為(0，Lbl，一 Lb2)，預(yù)先存儲(chǔ)在位置引導(dǎo)控制器39的工作裝置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部47。三維位置傳感器23檢測(cè)GNSS天線21，22的設(shè)置位置Pl，P2。根據(jù)所檢測(cè)出的坐標(biāo)位置Pl，P2，通過(guò)下面的式(I)計(jì)算Ya軸方向的單位矢量。Ya = (Pl — P2) / I Pl — P21...... (I)如圖6 Ca)所示，如果導(dǎo)入經(jīng)過(guò)用Ya和Z兩個(gè)矢量表示的平面且與Ya垂直的矢量Z’時(shí)，則下面的關(guān)系成立。(Z，，Ya) = O...... (2) Z，= (I — c)Z + cYa...... (3)其中，c為常數(shù)。根據(jù)式(2)及式(3)，通過(guò)如下面的式(4)表示V。V =Z + {(Z, Ya) / ((Z，Ya) — I)} (Ya — Z) ...... (4)另外，在將與Ya及Z’垂直的矢量設(shè)為X’時(shí)，通過(guò)如下面的式(5)表示X’。
X’ = Ya 丄 Z'......(5)如圖6 (b)所示，車輛主體坐標(biāo)系是將其繞Ya軸旋轉(zhuǎn)上述側(cè)傾角Θ 4的坐標(biāo)系，因此，如下面的式(6)表示。
權(quán)利要求
1.一種液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，將具有車輛主體和安裝于所述車輛主體的工作裝置的液壓挖掘機(jī)引導(dǎo)到作業(yè)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)面，該位置引導(dǎo)系統(tǒng)包括: 地形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部，其存儲(chǔ)表示所述目標(biāo)面的位置的地形數(shù)據(jù)； 工作裝置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部，其存儲(chǔ)表示所述工作裝置能夠到達(dá)的所述車輛主體周圍的可作業(yè)范圍的工作裝置數(shù)據(jù)； 位置檢測(cè)部，其檢測(cè)所述車輛主體的當(dāng)前位置； 最佳作業(yè)位置運(yùn)算部，其基于所述地形數(shù)據(jù)、所述工作裝置數(shù)據(jù)和所述車輛主體的當(dāng)前位置，將所述目標(biāo)面和所述可作業(yè)范圍重合的可挖掘范圍成為最大的所述車輛主體的位置作為最佳作業(yè)位置算出； 顯示部，其顯示表示所述最佳作業(yè)位置的導(dǎo)向畫(huà)面。
2.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于， 所述可挖掘范圍是在側(cè)視時(shí)表示所述目標(biāo)面的截面的線段和所述可作業(yè)范圍重合的部分。
3.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于， 所述導(dǎo)向畫(huà)面包括表示側(cè)視時(shí)的所述目標(biāo)面的截面、所述液壓挖掘機(jī)和所述最佳作業(yè)位置的側(cè)視圖。
4.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于， 所述導(dǎo)向畫(huà)面包括表示俯視時(shí)的所述目標(biāo)面、所述液壓挖掘機(jī)和所述最佳作業(yè)位置的俯視圖。
5.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 現(xiàn)狀面檢測(cè)部，其檢測(cè)最新的現(xiàn)狀面； 現(xiàn)狀面存儲(chǔ)部，其存儲(chǔ)并更新由所述現(xiàn)狀面檢測(cè)部檢測(cè)到的最新的現(xiàn)狀面； 基于所述車輛主體位于所述現(xiàn)狀面上時(shí)的所述可作業(yè)范圍的高度位置算出所述最佳作業(yè)位置。
6.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 現(xiàn)狀面檢測(cè)部，其檢測(cè)最新的現(xiàn)狀面； 現(xiàn)狀面存儲(chǔ)部，其存儲(chǔ)并更新由所述現(xiàn)狀面檢測(cè)部檢測(cè)到的最新的現(xiàn)狀面； 所述最佳作業(yè)位置運(yùn)算部基于所述現(xiàn)狀面與所述目標(biāo)面之差的大小，將所述目標(biāo)面分為已挖掘區(qū)域和未挖掘區(qū)域，將與所述車輛主體最近的所述未挖掘區(qū)域設(shè)為所述可挖掘范圍的對(duì)象。
7.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于， 所述最佳作業(yè)位置運(yùn)算部在所述現(xiàn)狀面或所述目標(biāo)面的傾角為規(guī)定的閾值以上時(shí)，在所述導(dǎo)向畫(huà)面中不顯示所述最佳作業(yè)位置。
8.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于， 在從所述液壓挖掘機(jī)看所述目標(biāo)面為上坡斜面或水平面的情況下，所述最佳作業(yè)位置是所述可作業(yè)范圍的邊界線和所述目標(biāo)面的交點(diǎn)中距所述車輛主體遠(yuǎn)的一交點(diǎn)與所述目標(biāo)面的頂上部一致的位置。
9.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于， 在從所述液壓挖掘機(jī)看所述目標(biāo)面為下坡斜面的情況下，所述最佳作業(yè)位置是所述可作業(yè)范圍的邊界線和所述目標(biāo)面的交點(diǎn)中距所述車輛主體主體近的一交點(diǎn)與所述目標(biāo)面的頂上部一致的位置。
10.一種液壓挖掘機(jī)，其特征在于，包括權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)。
11.一種液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，是將具有車輛主體和安裝于所述車輛主體的工作裝置的液壓挖掘機(jī)引導(dǎo)到作業(yè)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)面的位置引導(dǎo)系統(tǒng)的控制方法，該控制方法包括: 檢測(cè)所述車輛主體的當(dāng)前位置的步驟； 基于表示所述目標(biāo)面的位置的地形數(shù)據(jù)、表示所述工作裝置能夠到達(dá)的所述車輛主體周圍的可作業(yè)范圍的工作裝置數(shù)據(jù)和所述車輛主體的當(dāng)前位置，將所述目標(biāo)面和所述可作業(yè)范圍重合的可挖掘范圍成為最大的所述車輛主體的位置作為最佳作業(yè)位置算出的步驟； 顯示表示所述最佳作業(yè)位 置的導(dǎo)向畫(huà)面的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種能夠使液壓挖掘機(jī)容易地移動(dòng)到適合于作業(yè)的位置的液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)及其控制方法。在液壓挖掘機(jī)的位置引導(dǎo)系統(tǒng)中，最佳作業(yè)位置運(yùn)算部將目標(biāo)面(70)和可作業(yè)范圍(76)重合的可挖掘范圍(79)成為最大的車輛主體的位置作為最佳作業(yè)位置進(jìn)行計(jì)算。顯示部顯示表示最佳作業(yè)位置的導(dǎo)向畫(huà)面。
文檔編號(hào)E02F9/26GK103080434SQ20128000273
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者深野亮, 藤田悅夫, 安東正生 申請(qǐng)人:株式會(huì)社小松制作所