推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法
推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法
【專利摘要】在推土鏟負荷從第一設定負荷值（FLOW）以上的值降低到比第一設定負荷值（FLOW）小的值的情況下，推土鏟控制裝置（200）將假想設計面（ATEMP）設定在比設計面（ASTD）靠近推土鏟（40）的位置，將推土鏟（40）的擺動限制在假想設計面（ATEMP）的上方。
【專利說明】推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及控制推土鏟的高度的推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法?！颈尘凹夹g】
[0002]目前，具有用于地面的挖掘及整地、砂土的搬運等的工作裝置即推土鏟的作業(yè)機械被廣泛應用。另外，在這樣的作業(yè)機械中，提出了自動調節(jié)推土鏟的高度的方法，以使得施加在推土鏟上的推土鏟負荷在目標范圍內(參照專利文獻I)。
[0003]現(xiàn)有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開平07-54374號公報。
【發(fā)明內容】
[0006](發(fā)明要解決的技術課題)
[0007]但是，若利用專利文獻I所公開的方法，隨著推土鏟負荷比目標范圍的上限值變大而推土鏟上升，然后，隨著推土鏟負荷比目標范圍的下限值變小而推土鏟下降。因此，若利用專利文獻I所公開的方法，則會存在在挖掘面上形成連續(xù)的起伏的問題。
[0008]本發(fā)明是鑒于上述狀況而作出的，其目的在于提供能夠抑制挖掘面起伏的推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法。
[0009](用于解決技術課題的技術方案)
[0010]第一方式的推土鏟控制裝置用于控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在車體上的工作裝置。推土鏟控制裝置包括:推土鏟負荷取得部、推土鏟控制部、距離取得部及假想設計面設定部。推土鏟負荷取得部取得施加在推土鏟上的推土鏟負荷。推土鏟控制部在推土鏟負荷比第一設定負荷值小的情況下使推土鏟下降，在推土鏟負荷比第二設定負荷值大的情況下使推土鏟上升，并且，將推土鏟的擺動限制在設計面的上方，該設計面是表示挖掘對象的目標形狀的三維設計地形。距離取得部取得設計面與推土鏟的距離。假想設計面設定部基于推土鏟負荷從第一設定負荷值以上的值降低到比第一設定負荷值小的值時由距離取得部取得的基準距離，將與設計面平行的假想設計面設定在比設計面靠近推土鏟的位置。即便在推土鏟負荷達到比第一設定負荷值小的值的情況下，由假想設計面設定部設定了假想設計面時，推土鏟控制部也能夠將推土鏟的擺動限制在假想設計面的上方。
[0011]利用第一方式的推土鏟控制裝置，即便在挖掘作業(yè)中隨著推土鏟負荷比第二設定負荷值大而推土鏟上升后，推土鏟負荷比第一設定負荷值小的情況下，推土鏟被控制為不比假想設計面靠近設計面，因此能夠抑制推土鏟大幅度地下降。因此，能夠抑制在挖掘面上形成連續(xù)的起伏。
[0012]在第一方式的推土鏟控制裝置的基礎上，第二方式的推土鏟控制裝置的假想設計面設定部將假想設計面設定為假想設計面與設計面的距離與基準距離一致。[0013]在第一方式的推土鏟控制裝置的基礎上，第三方式的推土鏟控制裝置的假想設計面設定部將假想設計面設定為假想設計面與設計面的距離比基準距離小。
[0014]利用第三方式的推土鏟控制裝置，既能夠不在挖掘面上形成大的起伏，又能夠確保土木工程量。
[0015]在第三方式的推土鏟控制裝置的基礎上，第四方式的推土鏟控制裝置的假想設計面設定部將假想設計面設定在比上次設定的假想設計面遠離設計面的位置。
[0016]利用第四方式的推土鏟控制裝置，即便在將假想設計面設定為假想設計面與設計面的距離比基準距離小的情況下，也能夠抑制更新后的假想設計面設定在比上次的假想設計面靠近下方的位置。因此，能夠進一步抑制在挖掘面上形成起伏。第三方式的推土鏟控制裝置。
[0017]第五方式的作業(yè)機械包括:車體；推土鏟，其是能夠上下擺動地安裝在車體上的工作裝置；第一方式的推土鏟控制裝置。
[0018]第六方式的推土鏟控制方法用于控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在車體上的工作裝置，該推土鏟控制方法包括:基于設計面與推土鏟的基準距離，將與設計面平行的假想設計面設定在比設計面靠近推土鏟的位置的工序，所述設計面是表示施加在推土鏟上的推土鏟負荷從第一設定負荷值以上的值降低到比第一設定負荷值小的值時的挖掘對象的目標形狀的三維設計地形；將推土鏟的擺動限制在假想設計面的上方的工序。
[0019]第七方式的推土鏟控制方法控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在作業(yè)機械的車體上并用于挖掘的工作裝置，推土鏟控制方法包括:取得在挖掘時施加在推土鏟上的推土鏟負荷的工序；當推土鏟負荷比第一設定負荷值小時使推土鏟下降，當推土鏟負荷比第二設定負荷值大時使推土鏟上升，并且，將推土鏟的擺動限制在設計面的上方的工序，所述設計面是表示挖掘對象的目標形狀的三維設計地形；使推土鏟下降的工序包括:將假想設計面設定在比設計面靠近上方的位置的工序；將推土鏟的擺動限制在假想設計面的上方的工序。
[0020](發(fā)明效果)
[0021]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠抑制挖掘面起伏的推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是表示推土機的整體結構的側視圖。
[0023]圖2是表示推土機的結構的示意圖。
[0024]圖3是表示推土鏟控制裝置的結構的框圖。
[0025]圖4是表示推土鏟控制器的功能的框圖。
[0026]圖5是用于說明推土機的挖掘作業(yè)的狀態(tài)的示意圖。
[0027]圖6是用于說明推土機的挖掘作業(yè)的狀態(tài)的示意圖。
[0028]圖7是用于說明推土機的挖掘作業(yè)的狀態(tài)的示意圖。
[0029]圖8是表示在挖掘作業(yè)中推土鏟負荷隨時間變化的曲線圖。
[0030]圖9是用于說明推土鏟控制裝置的工作的流程圖?！揪唧w實施方式】
[0031]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】作為作業(yè)機械的一例的推土機。在以下說明中，“上” “下” “前” “后” “左” “右”是以就座在駕駛座上的操作人員為基準的用語。
[0032]〈推土機100的整體結構〉
[0033]圖1是表示推土機100的整體結構的側視圖。
[0034]推土機100包括車體10、行駛裝置20、提升架30、推土鏟40、提升液壓缸50、推土伊角度調整液壓缸60、傾斜液壓缸70、GPS接收器80、IMU (Inertial Measurement Unit,慣性量測單元)90及一對鏈輪95。另外，在推土機100上搭載有推土鏟控制裝置200 (參照圖3)。關于推土鏟控制裝置200的結構及工作將在后面敘述。
[0035]車體10包括駕駛室11和發(fā)動機室12。駕駛室11內安裝有未圖示的駕駛座和各種操作裝置。發(fā)動機室12配置在駕駛室11的前方。
[0036]行駛裝置20由一對履帶(在圖1中僅圖示左側的履帶)構成。行駛裝置20安裝在車體10的下部。通過一對鏈輪95的驅動使一對履帶旋轉，從而使推土機100行駛。
[0037]提升架30在車寬方向(即左右方向)上配置在行駛裝置20的內側。提升架30以與車寬方向平行的軸線X為中心能夠上下?lián)u動地安裝在車體10上。提升架30經由球窩關節(jié)部31、俯仰支撐桿32和支柱部33支撐推土鏟40。
[0038]推土鏟40配置在車體10的前方。推土鏟40包括與球窩關節(jié)部31連接的萬向接頭41和與俯仰支撐桿32連接的俯仰接頭42。推土鏟40隨著提升架30的上下擺動而上下移動。在推土鏟40的下端部形成有在整地作業(yè)或者挖掘作業(yè)時插入地面的刀尖40P。
[0039]提升液壓缸50與車體10和提升架30連接。通過提升液壓缸50進行伸縮，使提升架30以軸線X為中心上下擺動。
[0040]在此，圖2是表示推土機100的結構的示意圖。在圖2中，提升架30的原點位置用雙點劃線表示。在提升架30位于原點位置的情況下，推土鏟40的刀尖40P與地面接觸。如圖2所示，推土機100包括提升液壓缸傳感器50S。提升液壓缸傳感器50S由用于檢測活塞桿的位置的旋轉輥和用于使活塞桿的位置復位到原點的磁力傳感器構成。提升液壓缸傳感器50S檢測提升液壓缸50的行程長度(以下稱為“提升液壓缸長度L”)。如后所述，推土鏟控制器210 (參照圖3)基于提升液壓缸長度L計算推土鏟40的提升角Θ。提升角Θ對應從推土鏟40的原點位置下降的下降角度即刀尖40P插入地面的插入深度。通過使推土鏟40以從原點位置下降的狀態(tài)前進，推土機100進行挖掘作業(yè)。
[0041]推土鏟角度調整液壓缸60與提升架30和推土鏟40連接。通過推土鏟角度調整液壓缸60進行伸縮，使推土鏟40以通過萬向接頭41及俯仰接頭42各自的轉動中心的軸線Y為中心擺動。
[0042]傾斜液壓缸70與提升架30的支柱部33和推土鏟40的右上端部連接。通過傾斜液壓缸70進行伸縮，使推土鏟40以將球窩關節(jié)部31和俯仰支撐桿32的下端部連接的軸線Z為中心擺動。
[0043]GPS接收器80配置在駕駛室11上。GPS接收器80是GPS (Global PositioningSystem:全球定位系統(tǒng))用的天線。GPS接收器80接收表示本機的位置的GPS數(shù)據(jù)。
[0044]IMU90是慣性測量單元(Inertial Measurement Unit),其取得表示前后左右相對于水平的車體傾斜角的車體傾斜角數(shù)據(jù)。MU90將車體傾斜角數(shù)據(jù)發(fā)送到推土鏟控制器210。
[0045]一對鏈輪95由收納在發(fā)動機室12內的發(fā)動機(未圖示)驅動。通過一對鏈輪95的驅動，行駛裝置20被驅動。
[0046]〈推土鏟控制裝置200的結構〉
[0047]圖3是表示實施方式的推土鏟控制裝置200的結構的框圖。
[0048]推土鏟控制裝置200包括推土鏟控制器210和設計面數(shù)據(jù)存儲部220。另外，如圖3所示，推土機100除了包括上述的提升液壓缸50、提升液壓缸傳感器50S、GPS接收器80及MU90外，還包括比例控制閥230、液壓泵240及液壓傳感器250。
[0049]推土鏟控制器210從提升液壓缸傳感器50S取得提升液壓缸長度L。推土鏟控制器210從GPS接收器80取得GPS數(shù)據(jù)。推土鏟控制器210從MU90取得車體傾斜角數(shù)據(jù)。推土鏟控制器210從液壓傳感器250取得由液壓泵240向一對鏈輪95供給的工作油的壓力數(shù)據(jù)。推土鏟控制器210基于這些數(shù)據(jù)將控制信號(電流)輸出到比例控制閥230。由此，推土鏟控制器210自動調節(jié)推土鏟40的高度，以使得施加在推土鏟40上的負荷(以下稱為“推土鏟負荷”)在目標范圍內。關于推土鏟控制器210的功能將在后面論述。
[0050]設計面數(shù)據(jù)存儲部220預先存儲表示三維設計地形(以下稱為“設計面ASTD”)的位置及形狀的設計面數(shù)據(jù)，該三維設計地形表示作業(yè)區(qū)域內的挖掘對象的目標形狀。
[0051]比例控制閥230配置在提升液壓缸50和液壓泵240之間。比例控制閥230的開口度由來自推土鏟控制器210的作為控制信號的電流控制。
[0052]液壓泵240與發(fā)動機聯(lián)動，并且為了驅動一對鏈輪95而供給工作油。液壓泵240經由比例控制閥230向提升液壓缸50供給工作油。
[0053]液壓傳感器250檢測從液壓泵240向一對鏈輪95供給的工作油的壓力。由于由液壓傳感器250檢測到的壓力與行駛裝置20的牽引力相對應，因此基于檢測到的壓力能夠掌握推土鏟負荷。
[0054]〈推土鏟控制器210的功能〉
[0055]圖4是表示推土鏟控制器210的功能的框圖。圖5至圖7是用于說明推土機100的挖掘作業(yè)的狀態(tài)的示意圖。在圖5至圖7中，按時間順序排列了推土機100進行挖掘作業(yè)的狀態(tài)。
[0056]如圖4所示，推土鏟控制器210包括推土鏟負荷取得部211、推土鏟負荷判定部212、推土鏟坐標取得部213、距離取得部214、假想設計面設定部215、推土鏟控制部216及存儲部217。
[0057]推土鏟負荷取得部211從液壓傳感器250取得向一對鏈輪95供給的工作油的壓力數(shù)據(jù)。推土鏟負荷取得部211基于壓力數(shù)據(jù)取得施加在推土鏟40上的推土鏟負荷。
[0058]推土鏟負荷判定部212判定由推土鏟負荷取得部211取得的推土鏟負荷是否在規(guī)定范圍內。具體地說，推土鏟負荷判定部212判定推土鏟負荷是否比第一設定負荷值Fot小。另外，推土鏟負荷判定部212判定推土鏟負荷是否比第二設定負荷值Fhkh大，該第二設定負荷值Fhiot比第一設定負荷值Fot大。推土鏟負荷判定部212將判定結果告知假想設計面設定部215和推土鏟控制部216。需要說明的是，第一設定負荷值Fot能夠設定為比目標負荷H)(例如，推土機100重量的0.4?0.8倍左右)小規(guī)定負荷α的值。第二設定負荷值Fhkh能夠設定為比目標負荷H)大規(guī)定負荷α的值。
[0059]推土鏟坐標取得部213取得提升液壓缸長度L、GPS數(shù)據(jù)及車體傾斜角數(shù)據(jù)。推土鏟坐標取得部213基于GPS數(shù)據(jù)計算GPS接收器80的整體坐標。推土鏟坐標取得部213基于提升液壓缸長度L計算提升角Θ (參照圖2)。推土鏟坐標取得部213基于提升角Θ與車體尺寸數(shù)據(jù)，計算相對于GPS接收器80的推土鏟40 (具體地說，推土鏟刀尖40P)的局部坐標。推土鏟坐標取得部213基于GPS接收器80的整體坐標、推土鏟40的局部坐標及車體傾斜角數(shù)據(jù)，計算推土鏟40的整體坐標。
[0060]距離取得部214取得推土鏟40的整體坐標和設計面數(shù)據(jù)。距離取得部214基于推土鏟40的整體坐標和設計面數(shù)據(jù)，計算設計面Astd與推土鏟40的距離(以下稱為“基準距離Dstd”)。在本實施方式中，作為基準距離Dstd，距離取得部214計算在垂直于設計面Astm方向(以下稱為“垂直方向”)上的從設計面Astd到刀尖40P的距離。
[0061]假想設計面設定部215取得推土鏟負荷判定部212的判定結果。假想設計面設定部215基于推土鏟負荷判定部212的判定結果，確認推土鏟負荷從第一設定負荷值Fot以上的值降低到比第一設定負荷值Fot小的值。與此相對應，假想設計面設定部215從距離取得部214取得當推土鏟負荷降低為比第一設定負荷值Fot小的值時的基準距離Dstd。
[0062]而且，假想設計面設定部215基于該基準距離Dstd,將假想設計面Atemp設定在比設計面Astd靠近推土鏟40的位置。假想設計面設定部215將假想設計面Atemp設定為與設計面Astd平行。 [0063]假想設計面設定部215也可以將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離與基準距離Dstd —致，也可以將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離比基準距離Dstd小。即，假想設計面設定部215也可以以通過推土鏟40的刀尖40P的方式設定假想設計面Atemp,也可以將假想設計面Atemp設定在比推土鏟40靠近設計面Astd的位置。
[0064]在本實施方式中，假想設計面設定部215將假想設計面Atemp設定在從推土鏟40以校正間隔AD (例如數(shù)厘米左右)靠近設計面ASTD的位置。即，假想設計面Atemp與設計面Astd的假想距離Dtemp通過下式(I)求得。
[0065]Dtemp = Dstd -AD......(I)
[0066]另外，在推土鏟負荷一旦上升至第一設定負荷值Fot以上的值后再次降低到比第一設定負荷值Fot小的值的情況下，假想設計面設定部215基于再次取得的基準距離Dstd再次設定(即，更新)假想設計面Atemp。此時，假想設計面設定部215將假想設計面Atemp設定在比上次遠離設計面Astd的位置。因此,假想設計面Atemp每次更新都遠離設計面Astd。
[0067]推土鏟控制部216取得推土鏟負荷判定部212的判定結果。推土鏟控制部216基于推土鏟負荷判定部212的判定結果，在推土鏟負荷比第一設定負荷值匕?小的情況下使推土鏟40下降，在推土鏟負荷比第二設定負荷值Fhkh大的情況下使推土鏟40上升。通過將控制信號輸出到比例控制閥230，推土鏟控制部216能夠使推土鏟40下降或上升。推土鏟控制部216也可以分別獨立調整推土鏟40的下降速度和上升速度。
[0068]推土鏟控制部216控制推土鏟40使其不侵入比設計面Astd靠近下方的位置。具體地說，推土鏟控制部216從距離取得部214取得基準距離Dstd，并向比例控制閥230輸出控制信號(電流)以使基準距離Dstd不比O小。[0069]另外，即便在推土鏟負荷比規(guī)定范圍小的情況下，由假想設計面設定部215設定有假想設計面Atemp時，推土鏟控制部216控制推土鏟40的高度，以使得推土鏟40不位于比假想設計面Atemp靠近設計面Astd的位置。即，即便在推土鏟負荷不足的情況下，推土鏟控制部216也能夠控制推土鏟40使其不侵入比假想設計面Atemp靠近下方的位置。
[0070]在此，參照【專利附圖】
【附圖說明】推土鏟負荷隨時間的變化與假想設計面Atemp的設定的關系的一個例子。圖8是表示在挖掘作業(yè)中推土鏟負荷隨時間變化的曲線圖。在圖8中，橫軸表示時間，縱軸表示推土鏟負荷的大小。另外，在圖8中，時刻Tl~T3分別對應于圖5至圖7各自的時間點。
[0071]如圖8所示，推土鏟負荷從挖掘作業(yè)開始起逐漸增大，在時刻Tl時，推土鏟負荷比第二設定負荷值Fhkh大。由于推土鏟負荷比第二設定負荷值Fhkh大，因此推土鏟控制部216使推土鏟40上升。
[0072]然后，推土鏟負荷逐漸減小，在時刻T2時，推土鏟負荷比第一設定負荷值Fot小。此時，假想設計面設定部215確認推土鏟負荷從第一設定負荷值Fot以上的值降低到比第一設定負荷值Fot小的值，并將假想設計面Atempi設定在從設計面Astd距離有假想距離Dtempi(基準距離Dstdi —校正間隔AD)的位置(參照圖6)。
[0073]然后，由于推土鏟負荷比第一設定負荷值Fot小，因此推土鏟控制部216盡可能地使推土鏟40下降，但控制推土鏟40使其不侵入比假想設計面Atempi靠近下方的位置。由此，推土鏟負荷逐漸上升并比第二設定負荷值Fhkh大，因此推土鏟控制部216使推土鏟40再次上升。
[0074]然后，推土鏟負荷逐漸減小，在時刻T3時，推土鏟負荷比第一設定負荷值Fot小。此時，假想設計面設定部215確認推土鏟負荷從第一設定負荷值Fot以上的值降低到比第一設定負荷值Fot小的值，并將假想設計面Atempi設定在從設計面Astd距離有假想距離Dtemp2(基準距離Dstd2-校正間隔AD)的位置(參照圖7)。
[0075]然后，假想設計面設定部215及推土鏟控制部216重復以上的工序，但假想設計面設定部215根據(jù)操作人員使推土機100后退的操作而取消上次的假想設計面Atemp的數(shù)據(jù)。另外，在假想設計面Atemp與地表面GRD —致的情況下，假想設計面設定部215也可以使假想設計面Atemp的更新結束。
[0076]存儲部217存儲用于推土鏟負荷判定部212及推土鏟控制部216的第一設定負荷值匕?及第二設定負荷值Fhkh。第二設定負荷值Fhiot比第一設定負荷值Fm大。操作人員也可以通過輸入裝置260改寫存儲在存儲部217的信息。
[0077]〈推土鏟控制裝置200的工作〉
[0078]圖9是用于說明推土鏟控制裝置200的工作的流程圖。
[0079]需要說明的是，以下的工作是通過操作人員選擇使以下的工作進行的控制模式來進行的。
[0080]在步驟SI中，推土鏟控制器210判定操作人員是否使推土機100后退。在操作人員使推土機100后退的情況下，處理結束。在操作人員未使推土機100后退的情況下，處理進入步驟S2。
[0081]在步驟S2中，推土鏟控制器210計算推土鏟40的整體坐標。
[0082]在步驟S3中，推土鏟控制器210判定推土鏟40的高度坐標是否在設計面Astd或者假想設計面Atemp的高度以上。在推土鏟40的高度坐標未在設計面Astd或者假想設計面Atemp的高度以上的情況下，在步驟S4中，推土鏟控制器210使推土鏟40上升。在推土鏟40的高度坐標在設計面Astd或者假想設計面Atemp的高度以上的情況下，處理進入步驟S10。
[0083]在步驟SlO中，推土鏟控制器210取得施加在推土鏟40上的推土鏟負荷。
[0084]在步驟S20中，推土鏟控制器210判定本次取得的推土鏟負荷是否在第二設定負荷值Fhiot以下。在本次取得的推土鏟負荷未在第二設定負荷值Fhiot以下的情況下，在步驟S30中，推土鏟控制器210使推土鏟40上升。在本次取得的推土鏟負荷在第二設定負荷值Fhigh以上的情況下，處理進入步驟S40。
[0085]在步驟S40中，推土鏟控制器210判定本次取得的推土鏟負荷是否比第一設定負荷值匕_小。在推土鏟負荷在第一設定負荷值Fot以上的情況下，處理返回步驟SI。在推土鏟負荷比第一設定負荷值Fm小的情況下，處理進入步驟S50。
[0086]在步驟S50中，推土鏟控制器210判定上次取得的推土鏟負荷是否在第一設定負荷值Fot以上。在推土鏟負荷未在第一設定負荷值Fot以上的情況下，在步驟S60中，推土鏟控制器210使推土鏟40下降。在推土鏟負荷在第一設定負荷值Fot以上的情況下，處理進入步驟S80。通過以上的從步驟SlO到步驟S60的處理，作業(yè)時的推土鏟40的負荷被控制在適當范圍內。
[0087]在步驟S80中，推土鏟控制器210計算設計面Astd與推土鏟40的基準距離Dstd。
[0088]在步驟S90中，推土鏟控制器210判定本次的基準距離Dstd是否比上次的基準距離Dstd大。在本次的基準距離Dstd比上次的基準距離Dstd大的情況下，處理進入步驟S100。在本次的基準距離Dstd不比上次的基準距離Dstd大的情況下，處理進入步驟S120。
[0089]在步驟SlOO中，推土鏟控制器210將假想設計面Atemp設定在比設計面Astd靠近推土鏟40的位置。具體地說，推土鏟控制器210將假想設計面Atemp設定在從設計面Astd距離有假想距離Dtemp (基準距離Dstd—校正間隔AD)的上方的位置。然后，處理返回步驟SI。
[0090]〈作用及效果〉
[0091](I)在推土鏟負荷從第一設定負荷值Fot以上的值降低到比第一設定負荷值Fot小的值的情況下，推土鏟控制裝置200將假想設計面Atemp設定在比設計面Astd靠近推土鏟40的位置，并將假推土鏟40的擺動限制在假想設計面Atemp的上方。
[0092]因此，即使在挖掘作業(yè)中隨著推土鏟負荷比第二設定負荷值Fhiot大而推土鏟上升后，推土鏟負荷比第一設定負荷值Fot小的情況下，推土鏟40也被控制為不比假想設計面Atemp靠近設計面Astd,因此能夠抑制推土鏟40大幅度地下降。因此，能夠抑制在挖掘面上形成連續(xù)的起伏。
[0093](2)推土鏟控制裝置200將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離比推土鏟40與設計面Astd的基準距離Dstd小。
[0094]因此，既能夠不在挖掘面上形成大的起伏，又能夠確保土木工程量。
[0095](3)推土鏟控制裝置200將新的假想設計面Atemp設定在比上次設定的假想設計面Atemp遠離設計面Astd的位置。
[0096]因此，即便在將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離比基準距離Dstd小的情況下，也能夠抑制更新后的假想設計面Atemp設定在比上次的假想設計面Atemp靠近下方的位置。因此，能夠進一步抑制在挖掘面上形成起伏。[0097]〈其他實施方式〉
[0098]以上，關于本發(fā)明的一實施方式進行了說明，但是本發(fā)明不限于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內可以進行各種變更。
[0099](A)在上述實施方式中，將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離比推土鏟40與設計面Astd的基準距離Dstd小，但不限于此。也可以將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離和推土鏟40與設計面Astd的基準距離Dstd —致。
[0100](B)在上述實施方式中，推土鏟控制器210計算垂直方向上的從設計面Astd到刀尖40P的距離，但不限于此。推土鏟控制器210也可以計算與垂直方向交差的方向上的距離。另外，推土鏟控制器210也可以計算從設計面Astd到推土鏟40上的除刀尖40P以外的部分的距離。
[0101](C)在上述實施方式中，作為作業(yè)機械以推土機為例進行了說明。但本發(fā)明不限于此。作為作業(yè)機械，也可以例舉機動平地機等。
[0102]工業(yè)實用性
[0103]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠抑制在挖掘面上形成起伏的推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法，因此對作業(yè)機械領域而言是有用的。
[0104]附圖標記說明
[0105]10 車體
[0106]20行駛裝置
[0107]30提升架
[0108]40 推土鏟
[0109]50提升液壓缸
[0110]60推土鏟角度調整液壓缸
[0111]70傾斜液壓缸
[0112]80 GPS 接收器
[0113]90 IMU
[0114]95 鏈輪
[0115]100 推土機
[0116]200推土鏟控制裝置
[0117]210推土鏟控制器
[0118]220設計面數(shù)據(jù)存儲部
[0119]230比例控制閥
[0120]240液壓泵
[0121]250液壓傳感器
【權利要求】
1.一種推土鏟控制裝置，其用于控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在車體上的工作裝置，該推土鏟控制裝置的特征在于，包括: 推土鏟負荷取得部，其取得施加在所述推土鏟上的推土鏟負荷； 推土鏟控制部，其在所述推土鏟負荷比第一設定負荷值小的情況下使所述推土鏟下降，在所述推土鏟負荷比第二設定負荷值大的情況下使所述推土鏟上升，并且，將所述推土鏟的擺動限制在設計面的上方，所述第二設定負荷值比所述第一設定負荷值大，所述設計面是表示挖掘對象的目標形狀的三維設計地形； 距離取得部，其取得所述設計面與所述推土鏟的距離； 假想設計面設定部，其基于在所述推土鏟負荷從所述第一設定負荷值以上的值降低到比所述第一設定負荷值小的值時由所述距離取得部取得的基準距離，將與所述設計面平行的假想設計面設定在比所述設計面靠近所述推土鏟的位置； 即便在所述推土鏟負荷達到比所述第一設定負荷值小的值的情況下，由所述假想設計面設定部設定了所述假想設計面時，所述推土鏟控制部也能夠將所述推土鏟的擺動限制在所述假想設計面的上方。
2.如權利要求1所述的推土鏟控制裝置，其特征在于， 所述假想設計面設定部將所述假想設計面設定為所述假想設計面與所述設計面的距離與所述基準距離一致。
3.如權利要求1 所述的推土鏟控制裝置，其特征在于， 所述假想設計面設定部將所述假想設計面設定為所述假想設計面與所述設計面的距離比所述基準距離小。
4.如權利要求3所述的推土鏟控制裝置，其特征在于， 所述假想設計面設定部將所述假想設計面設定在比上次設定的假想設計面遠離所述設計面的位置。
5.一種作業(yè)機械，其特征在于，包括: 車體； 推土鏟，其是能夠上下擺動地安裝在所述車體上的工作裝置； 如權利要求1所述的推土鏟控制裝置。
6.一種推土鏟控制方法，其用于控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在車體上的工作裝置，該推土鏟控制方法的特征在于，包括: 基于設計面與所述推土鏟的基準距離，將與所述設計面平行的假想設計面設定在比所述設計面靠近所述推土鏟的位置的工序，所述設計面是表示施加在所述推土鏟上的推土鏟負荷從第一設定負荷值以上的值降低到比第一設定負荷值小的值時的挖掘對象的目標形狀的三維設計地形； 將所述推土鏟的擺動限制在所述假想設計面的上方的工序。
7.—種推土鏟控制方法，其用于控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在作業(yè)機械的車體上并用于挖掘的工作裝置，該推土鏟控制方法的特征在于，包括: 取得在所述挖掘時施加在所述推土鏟上的推土鏟負荷的工序； 當所述推土鏟負荷比第一設定負荷值小時使所述推土鏟下降，當所述推土鏟負荷比第二設定負荷值大時使所述推土鏟上升，并且，將所述推土鏟的擺動限制在設計面的上方的工序，所述第二設定負荷值比所述第一設定負荷值大，所述設計面是表示挖掘對象的目標形狀的三維設計地形； 使所述推土鏟下降的工序包括: 將假想設計面設定在比所述設計面靠近上方的位置的工序； 將所述推 土鏟的擺動限制在所述假想設計面的上方的工序。
【文檔編號】E02F3/85GK103906877SQ201280023268
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年11月20日 優(yōu)先權日:2012年10月26日
【發(fā)明者】林和彥, 島田健二郎, 岡本研二 申請人:株式會社小松制作所
【專利摘要】在推土鏟負荷從第一設定負荷值（FLOW）以上的值降低到比第一設定負荷值（FLOW）小的值的情況下，推土鏟控制裝置（200）將假想設計面（ATEMP）設定在比設計面（ASTD）靠近推土鏟（40）的位置，將推土鏟（40）的擺動限制在假想設計面（ATEMP）的上方。
【專利說明】推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及控制推土鏟的高度的推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法?！颈尘凹夹g】
[0002]目前，具有用于地面的挖掘及整地、砂土的搬運等的工作裝置即推土鏟的作業(yè)機械被廣泛應用。另外，在這樣的作業(yè)機械中，提出了自動調節(jié)推土鏟的高度的方法，以使得施加在推土鏟上的推土鏟負荷在目標范圍內(參照專利文獻I)。
[0003]現(xiàn)有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開平07-54374號公報。
【發(fā)明內容】
[0006](發(fā)明要解決的技術課題)
[0007]但是，若利用專利文獻I所公開的方法，隨著推土鏟負荷比目標范圍的上限值變大而推土鏟上升，然后，隨著推土鏟負荷比目標范圍的下限值變小而推土鏟下降。因此，若利用專利文獻I所公開的方法，則會存在在挖掘面上形成連續(xù)的起伏的問題。
[0008]本發(fā)明是鑒于上述狀況而作出的，其目的在于提供能夠抑制挖掘面起伏的推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法。
[0009](用于解決技術課題的技術方案)
[0010]第一方式的推土鏟控制裝置用于控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在車體上的工作裝置。推土鏟控制裝置包括:推土鏟負荷取得部、推土鏟控制部、距離取得部及假想設計面設定部。推土鏟負荷取得部取得施加在推土鏟上的推土鏟負荷。推土鏟控制部在推土鏟負荷比第一設定負荷值小的情況下使推土鏟下降，在推土鏟負荷比第二設定負荷值大的情況下使推土鏟上升，并且，將推土鏟的擺動限制在設計面的上方，該設計面是表示挖掘對象的目標形狀的三維設計地形。距離取得部取得設計面與推土鏟的距離。假想設計面設定部基于推土鏟負荷從第一設定負荷值以上的值降低到比第一設定負荷值小的值時由距離取得部取得的基準距離，將與設計面平行的假想設計面設定在比設計面靠近推土鏟的位置。即便在推土鏟負荷達到比第一設定負荷值小的值的情況下，由假想設計面設定部設定了假想設計面時，推土鏟控制部也能夠將推土鏟的擺動限制在假想設計面的上方。
[0011]利用第一方式的推土鏟控制裝置，即便在挖掘作業(yè)中隨著推土鏟負荷比第二設定負荷值大而推土鏟上升后，推土鏟負荷比第一設定負荷值小的情況下，推土鏟被控制為不比假想設計面靠近設計面，因此能夠抑制推土鏟大幅度地下降。因此，能夠抑制在挖掘面上形成連續(xù)的起伏。
[0012]在第一方式的推土鏟控制裝置的基礎上，第二方式的推土鏟控制裝置的假想設計面設定部將假想設計面設定為假想設計面與設計面的距離與基準距離一致。[0013]在第一方式的推土鏟控制裝置的基礎上，第三方式的推土鏟控制裝置的假想設計面設定部將假想設計面設定為假想設計面與設計面的距離比基準距離小。
[0014]利用第三方式的推土鏟控制裝置，既能夠不在挖掘面上形成大的起伏，又能夠確保土木工程量。
[0015]在第三方式的推土鏟控制裝置的基礎上，第四方式的推土鏟控制裝置的假想設計面設定部將假想設計面設定在比上次設定的假想設計面遠離設計面的位置。
[0016]利用第四方式的推土鏟控制裝置，即便在將假想設計面設定為假想設計面與設計面的距離比基準距離小的情況下，也能夠抑制更新后的假想設計面設定在比上次的假想設計面靠近下方的位置。因此，能夠進一步抑制在挖掘面上形成起伏。第三方式的推土鏟控制裝置。
[0017]第五方式的作業(yè)機械包括:車體；推土鏟，其是能夠上下擺動地安裝在車體上的工作裝置；第一方式的推土鏟控制裝置。
[0018]第六方式的推土鏟控制方法用于控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在車體上的工作裝置，該推土鏟控制方法包括:基于設計面與推土鏟的基準距離，將與設計面平行的假想設計面設定在比設計面靠近推土鏟的位置的工序，所述設計面是表示施加在推土鏟上的推土鏟負荷從第一設定負荷值以上的值降低到比第一設定負荷值小的值時的挖掘對象的目標形狀的三維設計地形；將推土鏟的擺動限制在假想設計面的上方的工序。
[0019]第七方式的推土鏟控制方法控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在作業(yè)機械的車體上并用于挖掘的工作裝置，推土鏟控制方法包括:取得在挖掘時施加在推土鏟上的推土鏟負荷的工序；當推土鏟負荷比第一設定負荷值小時使推土鏟下降，當推土鏟負荷比第二設定負荷值大時使推土鏟上升，并且，將推土鏟的擺動限制在設計面的上方的工序，所述設計面是表示挖掘對象的目標形狀的三維設計地形；使推土鏟下降的工序包括:將假想設計面設定在比設計面靠近上方的位置的工序；將推土鏟的擺動限制在假想設計面的上方的工序。
[0020](發(fā)明效果)
[0021]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠抑制挖掘面起伏的推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是表示推土機的整體結構的側視圖。
[0023]圖2是表示推土機的結構的示意圖。
[0024]圖3是表示推土鏟控制裝置的結構的框圖。
[0025]圖4是表示推土鏟控制器的功能的框圖。
[0026]圖5是用于說明推土機的挖掘作業(yè)的狀態(tài)的示意圖。
[0027]圖6是用于說明推土機的挖掘作業(yè)的狀態(tài)的示意圖。
[0028]圖7是用于說明推土機的挖掘作業(yè)的狀態(tài)的示意圖。
[0029]圖8是表示在挖掘作業(yè)中推土鏟負荷隨時間變化的曲線圖。
[0030]圖9是用于說明推土鏟控制裝置的工作的流程圖?！揪唧w實施方式】
[0031]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】作為作業(yè)機械的一例的推土機。在以下說明中，“上” “下” “前” “后” “左” “右”是以就座在駕駛座上的操作人員為基準的用語。
[0032]〈推土機100的整體結構〉
[0033]圖1是表示推土機100的整體結構的側視圖。
[0034]推土機100包括車體10、行駛裝置20、提升架30、推土鏟40、提升液壓缸50、推土伊角度調整液壓缸60、傾斜液壓缸70、GPS接收器80、IMU (Inertial Measurement Unit,慣性量測單元)90及一對鏈輪95。另外，在推土機100上搭載有推土鏟控制裝置200 (參照圖3)。關于推土鏟控制裝置200的結構及工作將在后面敘述。
[0035]車體10包括駕駛室11和發(fā)動機室12。駕駛室11內安裝有未圖示的駕駛座和各種操作裝置。發(fā)動機室12配置在駕駛室11的前方。
[0036]行駛裝置20由一對履帶(在圖1中僅圖示左側的履帶)構成。行駛裝置20安裝在車體10的下部。通過一對鏈輪95的驅動使一對履帶旋轉，從而使推土機100行駛。
[0037]提升架30在車寬方向(即左右方向)上配置在行駛裝置20的內側。提升架30以與車寬方向平行的軸線X為中心能夠上下?lián)u動地安裝在車體10上。提升架30經由球窩關節(jié)部31、俯仰支撐桿32和支柱部33支撐推土鏟40。
[0038]推土鏟40配置在車體10的前方。推土鏟40包括與球窩關節(jié)部31連接的萬向接頭41和與俯仰支撐桿32連接的俯仰接頭42。推土鏟40隨著提升架30的上下擺動而上下移動。在推土鏟40的下端部形成有在整地作業(yè)或者挖掘作業(yè)時插入地面的刀尖40P。
[0039]提升液壓缸50與車體10和提升架30連接。通過提升液壓缸50進行伸縮，使提升架30以軸線X為中心上下擺動。
[0040]在此，圖2是表示推土機100的結構的示意圖。在圖2中，提升架30的原點位置用雙點劃線表示。在提升架30位于原點位置的情況下，推土鏟40的刀尖40P與地面接觸。如圖2所示，推土機100包括提升液壓缸傳感器50S。提升液壓缸傳感器50S由用于檢測活塞桿的位置的旋轉輥和用于使活塞桿的位置復位到原點的磁力傳感器構成。提升液壓缸傳感器50S檢測提升液壓缸50的行程長度(以下稱為“提升液壓缸長度L”)。如后所述，推土鏟控制器210 (參照圖3)基于提升液壓缸長度L計算推土鏟40的提升角Θ。提升角Θ對應從推土鏟40的原點位置下降的下降角度即刀尖40P插入地面的插入深度。通過使推土鏟40以從原點位置下降的狀態(tài)前進，推土機100進行挖掘作業(yè)。
[0041]推土鏟角度調整液壓缸60與提升架30和推土鏟40連接。通過推土鏟角度調整液壓缸60進行伸縮，使推土鏟40以通過萬向接頭41及俯仰接頭42各自的轉動中心的軸線Y為中心擺動。
[0042]傾斜液壓缸70與提升架30的支柱部33和推土鏟40的右上端部連接。通過傾斜液壓缸70進行伸縮，使推土鏟40以將球窩關節(jié)部31和俯仰支撐桿32的下端部連接的軸線Z為中心擺動。
[0043]GPS接收器80配置在駕駛室11上。GPS接收器80是GPS (Global PositioningSystem:全球定位系統(tǒng))用的天線。GPS接收器80接收表示本機的位置的GPS數(shù)據(jù)。
[0044]IMU90是慣性測量單元(Inertial Measurement Unit),其取得表示前后左右相對于水平的車體傾斜角的車體傾斜角數(shù)據(jù)。MU90將車體傾斜角數(shù)據(jù)發(fā)送到推土鏟控制器210。
[0045]一對鏈輪95由收納在發(fā)動機室12內的發(fā)動機(未圖示)驅動。通過一對鏈輪95的驅動，行駛裝置20被驅動。
[0046]〈推土鏟控制裝置200的結構〉
[0047]圖3是表示實施方式的推土鏟控制裝置200的結構的框圖。
[0048]推土鏟控制裝置200包括推土鏟控制器210和設計面數(shù)據(jù)存儲部220。另外，如圖3所示，推土機100除了包括上述的提升液壓缸50、提升液壓缸傳感器50S、GPS接收器80及MU90外，還包括比例控制閥230、液壓泵240及液壓傳感器250。
[0049]推土鏟控制器210從提升液壓缸傳感器50S取得提升液壓缸長度L。推土鏟控制器210從GPS接收器80取得GPS數(shù)據(jù)。推土鏟控制器210從MU90取得車體傾斜角數(shù)據(jù)。推土鏟控制器210從液壓傳感器250取得由液壓泵240向一對鏈輪95供給的工作油的壓力數(shù)據(jù)。推土鏟控制器210基于這些數(shù)據(jù)將控制信號(電流)輸出到比例控制閥230。由此，推土鏟控制器210自動調節(jié)推土鏟40的高度，以使得施加在推土鏟40上的負荷(以下稱為“推土鏟負荷”)在目標范圍內。關于推土鏟控制器210的功能將在后面論述。
[0050]設計面數(shù)據(jù)存儲部220預先存儲表示三維設計地形(以下稱為“設計面ASTD”)的位置及形狀的設計面數(shù)據(jù)，該三維設計地形表示作業(yè)區(qū)域內的挖掘對象的目標形狀。
[0051]比例控制閥230配置在提升液壓缸50和液壓泵240之間。比例控制閥230的開口度由來自推土鏟控制器210的作為控制信號的電流控制。
[0052]液壓泵240與發(fā)動機聯(lián)動，并且為了驅動一對鏈輪95而供給工作油。液壓泵240經由比例控制閥230向提升液壓缸50供給工作油。
[0053]液壓傳感器250檢測從液壓泵240向一對鏈輪95供給的工作油的壓力。由于由液壓傳感器250檢測到的壓力與行駛裝置20的牽引力相對應，因此基于檢測到的壓力能夠掌握推土鏟負荷。
[0054]〈推土鏟控制器210的功能〉
[0055]圖4是表示推土鏟控制器210的功能的框圖。圖5至圖7是用于說明推土機100的挖掘作業(yè)的狀態(tài)的示意圖。在圖5至圖7中，按時間順序排列了推土機100進行挖掘作業(yè)的狀態(tài)。
[0056]如圖4所示，推土鏟控制器210包括推土鏟負荷取得部211、推土鏟負荷判定部212、推土鏟坐標取得部213、距離取得部214、假想設計面設定部215、推土鏟控制部216及存儲部217。
[0057]推土鏟負荷取得部211從液壓傳感器250取得向一對鏈輪95供給的工作油的壓力數(shù)據(jù)。推土鏟負荷取得部211基于壓力數(shù)據(jù)取得施加在推土鏟40上的推土鏟負荷。
[0058]推土鏟負荷判定部212判定由推土鏟負荷取得部211取得的推土鏟負荷是否在規(guī)定范圍內。具體地說，推土鏟負荷判定部212判定推土鏟負荷是否比第一設定負荷值Fot小。另外，推土鏟負荷判定部212判定推土鏟負荷是否比第二設定負荷值Fhkh大，該第二設定負荷值Fhiot比第一設定負荷值Fot大。推土鏟負荷判定部212將判定結果告知假想設計面設定部215和推土鏟控制部216。需要說明的是，第一設定負荷值Fot能夠設定為比目標負荷H)(例如，推土機100重量的0.4?0.8倍左右)小規(guī)定負荷α的值。第二設定負荷值Fhkh能夠設定為比目標負荷H)大規(guī)定負荷α的值。
[0059]推土鏟坐標取得部213取得提升液壓缸長度L、GPS數(shù)據(jù)及車體傾斜角數(shù)據(jù)。推土鏟坐標取得部213基于GPS數(shù)據(jù)計算GPS接收器80的整體坐標。推土鏟坐標取得部213基于提升液壓缸長度L計算提升角Θ (參照圖2)。推土鏟坐標取得部213基于提升角Θ與車體尺寸數(shù)據(jù)，計算相對于GPS接收器80的推土鏟40 (具體地說，推土鏟刀尖40P)的局部坐標。推土鏟坐標取得部213基于GPS接收器80的整體坐標、推土鏟40的局部坐標及車體傾斜角數(shù)據(jù)，計算推土鏟40的整體坐標。
[0060]距離取得部214取得推土鏟40的整體坐標和設計面數(shù)據(jù)。距離取得部214基于推土鏟40的整體坐標和設計面數(shù)據(jù)，計算設計面Astd與推土鏟40的距離(以下稱為“基準距離Dstd”)。在本實施方式中，作為基準距離Dstd，距離取得部214計算在垂直于設計面Astm方向(以下稱為“垂直方向”)上的從設計面Astd到刀尖40P的距離。
[0061]假想設計面設定部215取得推土鏟負荷判定部212的判定結果。假想設計面設定部215基于推土鏟負荷判定部212的判定結果，確認推土鏟負荷從第一設定負荷值Fot以上的值降低到比第一設定負荷值Fot小的值。與此相對應，假想設計面設定部215從距離取得部214取得當推土鏟負荷降低為比第一設定負荷值Fot小的值時的基準距離Dstd。
[0062]而且，假想設計面設定部215基于該基準距離Dstd,將假想設計面Atemp設定在比設計面Astd靠近推土鏟40的位置。假想設計面設定部215將假想設計面Atemp設定為與設計面Astd平行。 [0063]假想設計面設定部215也可以將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離與基準距離Dstd —致，也可以將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離比基準距離Dstd小。即，假想設計面設定部215也可以以通過推土鏟40的刀尖40P的方式設定假想設計面Atemp,也可以將假想設計面Atemp設定在比推土鏟40靠近設計面Astd的位置。
[0064]在本實施方式中，假想設計面設定部215將假想設計面Atemp設定在從推土鏟40以校正間隔AD (例如數(shù)厘米左右)靠近設計面ASTD的位置。即，假想設計面Atemp與設計面Astd的假想距離Dtemp通過下式(I)求得。
[0065]Dtemp = Dstd -AD......(I)
[0066]另外，在推土鏟負荷一旦上升至第一設定負荷值Fot以上的值后再次降低到比第一設定負荷值Fot小的值的情況下，假想設計面設定部215基于再次取得的基準距離Dstd再次設定(即，更新)假想設計面Atemp。此時，假想設計面設定部215將假想設計面Atemp設定在比上次遠離設計面Astd的位置。因此,假想設計面Atemp每次更新都遠離設計面Astd。
[0067]推土鏟控制部216取得推土鏟負荷判定部212的判定結果。推土鏟控制部216基于推土鏟負荷判定部212的判定結果，在推土鏟負荷比第一設定負荷值匕?小的情況下使推土鏟40下降，在推土鏟負荷比第二設定負荷值Fhkh大的情況下使推土鏟40上升。通過將控制信號輸出到比例控制閥230，推土鏟控制部216能夠使推土鏟40下降或上升。推土鏟控制部216也可以分別獨立調整推土鏟40的下降速度和上升速度。
[0068]推土鏟控制部216控制推土鏟40使其不侵入比設計面Astd靠近下方的位置。具體地說，推土鏟控制部216從距離取得部214取得基準距離Dstd，并向比例控制閥230輸出控制信號(電流)以使基準距離Dstd不比O小。[0069]另外，即便在推土鏟負荷比規(guī)定范圍小的情況下，由假想設計面設定部215設定有假想設計面Atemp時，推土鏟控制部216控制推土鏟40的高度，以使得推土鏟40不位于比假想設計面Atemp靠近設計面Astd的位置。即，即便在推土鏟負荷不足的情況下，推土鏟控制部216也能夠控制推土鏟40使其不侵入比假想設計面Atemp靠近下方的位置。
[0070]在此，參照【專利附圖】
【附圖說明】推土鏟負荷隨時間的變化與假想設計面Atemp的設定的關系的一個例子。圖8是表示在挖掘作業(yè)中推土鏟負荷隨時間變化的曲線圖。在圖8中，橫軸表示時間，縱軸表示推土鏟負荷的大小。另外，在圖8中，時刻Tl~T3分別對應于圖5至圖7各自的時間點。
[0071]如圖8所示，推土鏟負荷從挖掘作業(yè)開始起逐漸增大，在時刻Tl時，推土鏟負荷比第二設定負荷值Fhkh大。由于推土鏟負荷比第二設定負荷值Fhkh大，因此推土鏟控制部216使推土鏟40上升。
[0072]然后，推土鏟負荷逐漸減小，在時刻T2時，推土鏟負荷比第一設定負荷值Fot小。此時，假想設計面設定部215確認推土鏟負荷從第一設定負荷值Fot以上的值降低到比第一設定負荷值Fot小的值，并將假想設計面Atempi設定在從設計面Astd距離有假想距離Dtempi(基準距離Dstdi —校正間隔AD)的位置(參照圖6)。
[0073]然后，由于推土鏟負荷比第一設定負荷值Fot小，因此推土鏟控制部216盡可能地使推土鏟40下降，但控制推土鏟40使其不侵入比假想設計面Atempi靠近下方的位置。由此，推土鏟負荷逐漸上升并比第二設定負荷值Fhkh大，因此推土鏟控制部216使推土鏟40再次上升。
[0074]然后，推土鏟負荷逐漸減小，在時刻T3時，推土鏟負荷比第一設定負荷值Fot小。此時，假想設計面設定部215確認推土鏟負荷從第一設定負荷值Fot以上的值降低到比第一設定負荷值Fot小的值，并將假想設計面Atempi設定在從設計面Astd距離有假想距離Dtemp2(基準距離Dstd2-校正間隔AD)的位置(參照圖7)。
[0075]然后，假想設計面設定部215及推土鏟控制部216重復以上的工序，但假想設計面設定部215根據(jù)操作人員使推土機100后退的操作而取消上次的假想設計面Atemp的數(shù)據(jù)。另外，在假想設計面Atemp與地表面GRD —致的情況下，假想設計面設定部215也可以使假想設計面Atemp的更新結束。
[0076]存儲部217存儲用于推土鏟負荷判定部212及推土鏟控制部216的第一設定負荷值匕?及第二設定負荷值Fhkh。第二設定負荷值Fhiot比第一設定負荷值Fm大。操作人員也可以通過輸入裝置260改寫存儲在存儲部217的信息。
[0077]〈推土鏟控制裝置200的工作〉
[0078]圖9是用于說明推土鏟控制裝置200的工作的流程圖。
[0079]需要說明的是，以下的工作是通過操作人員選擇使以下的工作進行的控制模式來進行的。
[0080]在步驟SI中，推土鏟控制器210判定操作人員是否使推土機100后退。在操作人員使推土機100后退的情況下，處理結束。在操作人員未使推土機100后退的情況下，處理進入步驟S2。
[0081]在步驟S2中，推土鏟控制器210計算推土鏟40的整體坐標。
[0082]在步驟S3中，推土鏟控制器210判定推土鏟40的高度坐標是否在設計面Astd或者假想設計面Atemp的高度以上。在推土鏟40的高度坐標未在設計面Astd或者假想設計面Atemp的高度以上的情況下，在步驟S4中，推土鏟控制器210使推土鏟40上升。在推土鏟40的高度坐標在設計面Astd或者假想設計面Atemp的高度以上的情況下，處理進入步驟S10。
[0083]在步驟SlO中，推土鏟控制器210取得施加在推土鏟40上的推土鏟負荷。
[0084]在步驟S20中，推土鏟控制器210判定本次取得的推土鏟負荷是否在第二設定負荷值Fhiot以下。在本次取得的推土鏟負荷未在第二設定負荷值Fhiot以下的情況下，在步驟S30中，推土鏟控制器210使推土鏟40上升。在本次取得的推土鏟負荷在第二設定負荷值Fhigh以上的情況下，處理進入步驟S40。
[0085]在步驟S40中，推土鏟控制器210判定本次取得的推土鏟負荷是否比第一設定負荷值匕_小。在推土鏟負荷在第一設定負荷值Fot以上的情況下，處理返回步驟SI。在推土鏟負荷比第一設定負荷值Fm小的情況下，處理進入步驟S50。
[0086]在步驟S50中，推土鏟控制器210判定上次取得的推土鏟負荷是否在第一設定負荷值Fot以上。在推土鏟負荷未在第一設定負荷值Fot以上的情況下，在步驟S60中，推土鏟控制器210使推土鏟40下降。在推土鏟負荷在第一設定負荷值Fot以上的情況下，處理進入步驟S80。通過以上的從步驟SlO到步驟S60的處理，作業(yè)時的推土鏟40的負荷被控制在適當范圍內。
[0087]在步驟S80中，推土鏟控制器210計算設計面Astd與推土鏟40的基準距離Dstd。
[0088]在步驟S90中，推土鏟控制器210判定本次的基準距離Dstd是否比上次的基準距離Dstd大。在本次的基準距離Dstd比上次的基準距離Dstd大的情況下，處理進入步驟S100。在本次的基準距離Dstd不比上次的基準距離Dstd大的情況下，處理進入步驟S120。
[0089]在步驟SlOO中，推土鏟控制器210將假想設計面Atemp設定在比設計面Astd靠近推土鏟40的位置。具體地說，推土鏟控制器210將假想設計面Atemp設定在從設計面Astd距離有假想距離Dtemp (基準距離Dstd—校正間隔AD)的上方的位置。然后，處理返回步驟SI。
[0090]〈作用及效果〉
[0091](I)在推土鏟負荷從第一設定負荷值Fot以上的值降低到比第一設定負荷值Fot小的值的情況下，推土鏟控制裝置200將假想設計面Atemp設定在比設計面Astd靠近推土鏟40的位置，并將假推土鏟40的擺動限制在假想設計面Atemp的上方。
[0092]因此，即使在挖掘作業(yè)中隨著推土鏟負荷比第二設定負荷值Fhiot大而推土鏟上升后，推土鏟負荷比第一設定負荷值Fot小的情況下，推土鏟40也被控制為不比假想設計面Atemp靠近設計面Astd,因此能夠抑制推土鏟40大幅度地下降。因此，能夠抑制在挖掘面上形成連續(xù)的起伏。
[0093](2)推土鏟控制裝置200將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離比推土鏟40與設計面Astd的基準距離Dstd小。
[0094]因此，既能夠不在挖掘面上形成大的起伏，又能夠確保土木工程量。
[0095](3)推土鏟控制裝置200將新的假想設計面Atemp設定在比上次設定的假想設計面Atemp遠離設計面Astd的位置。
[0096]因此，即便在將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離比基準距離Dstd小的情況下，也能夠抑制更新后的假想設計面Atemp設定在比上次的假想設計面Atemp靠近下方的位置。因此，能夠進一步抑制在挖掘面上形成起伏。[0097]〈其他實施方式〉
[0098]以上，關于本發(fā)明的一實施方式進行了說明，但是本發(fā)明不限于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內可以進行各種變更。
[0099](A)在上述實施方式中，將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離比推土鏟40與設計面Astd的基準距離Dstd小，但不限于此。也可以將假想設計面Atemp設定為假想設計面Atemp與設計面Astd的距離和推土鏟40與設計面Astd的基準距離Dstd —致。
[0100](B)在上述實施方式中，推土鏟控制器210計算垂直方向上的從設計面Astd到刀尖40P的距離，但不限于此。推土鏟控制器210也可以計算與垂直方向交差的方向上的距離。另外，推土鏟控制器210也可以計算從設計面Astd到推土鏟40上的除刀尖40P以外的部分的距離。
[0101](C)在上述實施方式中，作為作業(yè)機械以推土機為例進行了說明。但本發(fā)明不限于此。作為作業(yè)機械，也可以例舉機動平地機等。
[0102]工業(yè)實用性
[0103]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠抑制在挖掘面上形成起伏的推土鏟控制裝置、作業(yè)機械及推土鏟控制方法，因此對作業(yè)機械領域而言是有用的。
[0104]附圖標記說明
[0105]10 車體
[0106]20行駛裝置
[0107]30提升架
[0108]40 推土鏟
[0109]50提升液壓缸
[0110]60推土鏟角度調整液壓缸
[0111]70傾斜液壓缸
[0112]80 GPS 接收器
[0113]90 IMU
[0114]95 鏈輪
[0115]100 推土機
[0116]200推土鏟控制裝置
[0117]210推土鏟控制器
[0118]220設計面數(shù)據(jù)存儲部
[0119]230比例控制閥
[0120]240液壓泵
[0121]250液壓傳感器
【權利要求】
1.一種推土鏟控制裝置，其用于控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在車體上的工作裝置，該推土鏟控制裝置的特征在于，包括: 推土鏟負荷取得部，其取得施加在所述推土鏟上的推土鏟負荷； 推土鏟控制部，其在所述推土鏟負荷比第一設定負荷值小的情況下使所述推土鏟下降，在所述推土鏟負荷比第二設定負荷值大的情況下使所述推土鏟上升，并且，將所述推土鏟的擺動限制在設計面的上方，所述第二設定負荷值比所述第一設定負荷值大，所述設計面是表示挖掘對象的目標形狀的三維設計地形； 距離取得部，其取得所述設計面與所述推土鏟的距離； 假想設計面設定部，其基于在所述推土鏟負荷從所述第一設定負荷值以上的值降低到比所述第一設定負荷值小的值時由所述距離取得部取得的基準距離，將與所述設計面平行的假想設計面設定在比所述設計面靠近所述推土鏟的位置； 即便在所述推土鏟負荷達到比所述第一設定負荷值小的值的情況下，由所述假想設計面設定部設定了所述假想設計面時，所述推土鏟控制部也能夠將所述推土鏟的擺動限制在所述假想設計面的上方。
2.如權利要求1所述的推土鏟控制裝置，其特征在于， 所述假想設計面設定部將所述假想設計面設定為所述假想設計面與所述設計面的距離與所述基準距離一致。
3.如權利要求1 所述的推土鏟控制裝置，其特征在于， 所述假想設計面設定部將所述假想設計面設定為所述假想設計面與所述設計面的距離比所述基準距離小。
4.如權利要求3所述的推土鏟控制裝置，其特征在于， 所述假想設計面設定部將所述假想設計面設定在比上次設定的假想設計面遠離所述設計面的位置。
5.一種作業(yè)機械，其特征在于，包括: 車體； 推土鏟，其是能夠上下擺動地安裝在所述車體上的工作裝置； 如權利要求1所述的推土鏟控制裝置。
6.一種推土鏟控制方法，其用于控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在車體上的工作裝置，該推土鏟控制方法的特征在于，包括: 基于設計面與所述推土鏟的基準距離，將與所述設計面平行的假想設計面設定在比所述設計面靠近所述推土鏟的位置的工序，所述設計面是表示施加在所述推土鏟上的推土鏟負荷從第一設定負荷值以上的值降低到比第一設定負荷值小的值時的挖掘對象的目標形狀的三維設計地形； 將所述推土鏟的擺動限制在所述假想設計面的上方的工序。
7.—種推土鏟控制方法，其用于控制推土鏟的上下位置，該推土鏟是能夠上下擺動地安裝在作業(yè)機械的車體上并用于挖掘的工作裝置，該推土鏟控制方法的特征在于，包括: 取得在所述挖掘時施加在所述推土鏟上的推土鏟負荷的工序； 當所述推土鏟負荷比第一設定負荷值小時使所述推土鏟下降，當所述推土鏟負荷比第二設定負荷值大時使所述推土鏟上升，并且，將所述推土鏟的擺動限制在設計面的上方的工序，所述第二設定負荷值比所述第一設定負荷值大，所述設計面是表示挖掘對象的目標形狀的三維設計地形； 使所述推土鏟下降的工序包括: 將假想設計面設定在比所述設計面靠近上方的位置的工序； 將所述推 土鏟的擺動限制在所述假想設計面的上方的工序。
【文檔編號】E02F3/85GK103906877SQ201280023268
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年11月20日 優(yōu)先權日:2012年10月26日
【發(fā)明者】林和彥, 島田健二郎, 岡本研二 申請人:株式會社小松制作所
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