建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】限制速度確定部根據(jù)工作裝置整體的限制速度、小臂目標(biāo)速度、鏟斗目標(biāo)速度確定大臂的限制速度。將鏟斗的刀尖位于設(shè)計(jì)面的外側(cè)時(shí)的距離設(shè)為正值，將從設(shè)計(jì)面的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)方向的速度設(shè)為正值，第一限制條件包括大臂的限制速度比大臂目標(biāo)速度大。在滿足第一限制條件時(shí)，工作裝置控制部以大臂的限制速度控制大臂，并且以小臂目標(biāo)速度控制小臂。
【專利說明】建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，公知的是在包括工作裝置的建筑機(jī)械中，通過使鏟斗沿著設(shè)計(jì)面移動(dòng)來對(duì)區(qū)域進(jìn)行挖掘的方法。設(shè)計(jì)面是表示挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀的面，在建筑機(jī)械所包括的控制器中識(shí)別出設(shè)計(jì)面的位置和鏟斗的位置。
[0003]例如，在專利文獻(xiàn)I的控制系統(tǒng)中，操作人員設(shè)定工作裝置的不可侵入的區(qū)域?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)從鏟斗到侵入負(fù)荷區(qū)域的邊界線的距離來降低工作裝置的操縱桿信號(hào)的指令值。由此，即便操作人員誤將刀尖移動(dòng)到不可侵入的區(qū)域，也能夠自動(dòng)地在邊界線上停止。另外，通過減小工作裝置的速度，操作人員能夠判斷出刀尖正接近不可侵入的區(qū)域。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:(日本)特開平4-136324號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0008]但是，在專利文獻(xiàn)I的控制系統(tǒng)中，對(duì)工作裝置的所有的軸或者向接近邊界的方向操作的軸進(jìn)行限制。另外，在鏟斗到達(dá)邊界線時(shí)，工作裝置停止。因此，操作人員較大程度地感到對(duì)操作的不適感。
[0009]另一方面，為了減輕操作人員的不適感，對(duì)于操作人員的操作而言，對(duì)工作裝置施加的限制少為好。特別是在進(jìn)行挖掘的情況下，操作人員的操作意圖強(qiáng)烈地表現(xiàn)在小臂的操作上。因此，如專利文獻(xiàn)I所公開的那樣，在控制系統(tǒng)對(duì)小臂進(jìn)行限制時(shí)，操作人員特別容易感受到不適感。
[0010]本發(fā)明的目的在于，在建筑機(jī)械中，既能夠減輕操作人員的不適感，又能夠防止鏟斗侵入設(shè)計(jì)面。
[0011 ] 用于解決技術(shù)課題的技術(shù)方案
[0012]本發(fā)明第一方式的控制系統(tǒng)是控制建筑機(jī)械的裝置。建筑機(jī)械包括工作裝置和操作裝置。工作裝置包括大臂、小臂和鏟斗。操作裝置是用于操作工作裝置的裝置。
[0013]控制系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)面設(shè)定部、目標(biāo)速度確定部、距離取得部、限制速度確定部、第一限制判定部和工作裝置控制部。設(shè)計(jì)面設(shè)定部設(shè)定表示挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀的設(shè)計(jì)面。目標(biāo)速度確定部確定用于操作大臂的操作裝置的操作量所對(duì)應(yīng)的大臂目標(biāo)速度、用于操作小臂的操作裝置的操作量所對(duì)應(yīng)的小臂目標(biāo)速度、用于操作鏟斗的操作裝置的操作量所對(duì)應(yīng)的鏟斗目標(biāo)速度。距離取得部取得鏟斗的刀尖與設(shè)計(jì)面之間的距離。限制速度確定部基于距離確定工作裝置整體的限制速度。第一限制判定部判定是否滿足第一限制條件。工作裝置控制部控制工作裝置。[0014]限制速度確定部根據(jù)工作裝置整體的限制速度、小臂目標(biāo)速度和鏟斗目標(biāo)速度確定大臂的限制速度。將鏟斗的刀尖位于設(shè)計(jì)面的外側(cè)時(shí)的距離設(shè)為正值，將從設(shè)計(jì)面的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)方向的速度設(shè)為正值，第一限制條件包括大臂的限制速度比大臂目標(biāo)速度大。在滿足第一限制條件時(shí)，工作裝置控制部以大臂的限制速度控制大臂，并且以小臂目標(biāo)速度控制小臂。
[0015]在本方式的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)中，在滿足第一限制條件時(shí)，大臂以限制速度被控制，并且小臂以小臂目標(biāo)速度被控制。即，只進(jìn)行大臂的限制，不進(jìn)行小臂的限制。因此，小臂目標(biāo)速度根據(jù)操作人員的操作直接發(fā)生變化。因此，能夠減輕操作人員的不適感并能夠防止鏟斗侵入設(shè)計(jì)面。
[0016]優(yōu)選的是，第一限制條件還包括所述距離比第一規(guī)定值小。在這種情況下，在鏟斗的刀尖比自設(shè)計(jì)面離開第一規(guī)定值的位置更接近設(shè)計(jì)面時(shí)，進(jìn)行大臂的限制。
[0017]優(yōu)選的是，控制系統(tǒng)還包括第二限制判定部。第二限制判定部判定是否滿足第二限制條件。第二限制條件包括所述距離比第二規(guī)定值小。第二規(guī)定值比第一規(guī)定值小。在滿足第二限制條件時(shí)，工作裝置控制部以大臂的限制速度控制大臂，并且以小臂限制速度控制小臂。小臂限制速度的絕對(duì)值比小臂目標(biāo)速度的絕對(duì)值小。
[0018]在這種情況下，在滿足第二限制條件時(shí)，大臂以大臂的限制速度被控制，并且小臂以小臂限制速度被控制。因此，在鏟斗的刀尖與設(shè)計(jì)面之間的距離比第二規(guī)定值小時(shí)，進(jìn)行大臂的限制與小臂的限制雙方。由此，即便鏟斗侵入設(shè)計(jì)面，也能夠迅速抑制侵入的擴(kuò)大。
[0019]優(yōu)選的是，第二規(guī)定值為O。在這種情況下，在大臂的刀尖直到到達(dá)設(shè)計(jì)面，只進(jìn)行大臂的限制，不進(jìn)行小臂的限制。然后，在大臂的刀尖超越設(shè)計(jì)面時(shí)，進(jìn)行大臂的限制與小臂的限制雙方。
[0020]優(yōu)選的是，第二規(guī)定值比O大。在這種情況下，在大臂的刀尖到達(dá)設(shè)計(jì)面之前，進(jìn)行大臂的限制與小臂的限制雙方。因此，即便在大臂的刀尖到達(dá)設(shè)計(jì)面之前，當(dāng)大臂的刀尖要超越設(shè)計(jì)面時(shí)，也能夠進(jìn)行大臂的限制和小臂的限制雙方。
[0021]優(yōu)選的是，距離取得部取得每隔規(guī)定時(shí)間的鏟斗刀尖的偏差量。偏差量是在設(shè)計(jì)面的內(nèi)側(cè)的鏟斗刀尖與設(shè)計(jì)面之間的距離的絕對(duì)值。第二限制條件還包括當(dāng)前的偏差量比上次的偏差量大。在這種情況下，當(dāng)鏟斗侵入設(shè)計(jì)面的程度要擴(kuò)大時(shí)，能夠進(jìn)行大臂的限制與小臂的限制雙方。
[0022]優(yōu)選的是，限制速度確定部基于鏟斗刀尖的上次位置與當(dāng)前位置的位移量、當(dāng)前的偏差量確定小臂減速系數(shù)。小臂減速系數(shù)是比O大且比I小的值。限制速度確定部通過在小臂目標(biāo)速度上乘以小臂減速系數(shù)來確定小臂限制速度。在這種情況下，當(dāng)鏟斗侵入設(shè)計(jì)面的程度要擴(kuò)大時(shí)，能夠使小臂大幅度減速。
[0023]優(yōu)選的是，在滿足第一限制條件或者第二限制條件，并且工作裝置整體的限制速度比小臂目標(biāo)速度與鏟斗目標(biāo)速度之和小時(shí)，工作裝置控制部使大臂減速為比大臂目標(biāo)速度小。在這種情況下，通過使大臂減速，能夠?qū)⒐ぷ餮b置整體的速度抑制在限制速度。因此，能夠減輕操作人員的不適感并能夠防止鏟斗侵入設(shè)計(jì)面。
[0024]優(yōu)選的是，在滿足第一限制條件或者第二限制條件，并且工作裝置整體的限制速度比小臂目標(biāo)速度與鏟斗目標(biāo)速度之和大時(shí)，工作裝置控制部使大臂從設(shè)計(jì)面的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)方向移動(dòng)。在這種情況下，通過使大臂從設(shè)計(jì)面的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)方向移動(dòng)，能夠?qū)⒐ぷ餮b置整體的速度抑制在限制速度。由此，能夠防止鏟斗侵入設(shè)計(jì)面。
[0025]優(yōu)選的是，控制系統(tǒng)還包括第三限制判定部。第三限制判定部判定是否滿足第三限制條件。第三限制條件包括所述距離比第二規(guī)定值小。在滿足第三限制條件時(shí)，工作裝置控制部以大臂的限制速度控制大臂，并且以鏟斗限制速度控制鏟斗。鏟斗限制速度的絕對(duì)值比鏟斗目標(biāo)速度的絕對(duì)值小。
[0026]本發(fā)明第二方式的建筑機(jī)械包括上述控制系統(tǒng)。
[0027]本發(fā)明第三方式的控制方法是控制建筑機(jī)械的方法。建筑機(jī)械包括工作裝置和操作裝置。工作裝置包括大臂、小臂和鏟斗。操作裝置是用于操作工作裝置的裝置。本方式的控制包括以下步驟。
[0028]在第一步驟中，設(shè)定表示挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀的設(shè)計(jì)面。在第二步驟中，確定用于操作大臂的操作裝置的操作量所對(duì)應(yīng)的大臂目標(biāo)速度、用于操作小臂的操作裝置的操作量所對(duì)應(yīng)的小臂目標(biāo)速度、用于操作鏟斗的操作裝置的操作量所對(duì)應(yīng)的鏟斗目標(biāo)速度。在第三的步驟中，取得鏟斗的刀尖與設(shè)計(jì)面之間的距離。在第四的步驟中，基于距離確定工作裝置整體的限制速度。在第五的步驟中，判定是否滿足第一限制條件。在第六的步驟中，控制工作裝置。在確定限制速度的步驟中，根據(jù)工作裝置整體的限制速度、小臂目標(biāo)速度和鏟斗目標(biāo)速度確定大臂的限制速度。將鏟斗的刀尖位于設(shè)計(jì)面的外側(cè)時(shí)的距離設(shè)為正值，將從設(shè)計(jì)面的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)方向的速度設(shè)為正值。第一限制條件包括大臂的限制速度比大臂目標(biāo)速度大。在滿足第一限制條件時(shí)，在控制工作裝置的步驟中，以大臂的限制速度控制大臂，并且以小臂目標(biāo)速度控制小臂。
[0029]在本方式的建筑機(jī)械的控制方法中，在滿足第一限制條件時(shí)，大臂以限制速度被控制，并且小臂以小臂目標(biāo)速度被控制。即，只進(jìn)行大臂的限制，不進(jìn)行小臂的限制。因此，能夠減輕操作人員的不適感并能夠防止鏟斗侵入設(shè)計(jì)面。
[0030]發(fā)明效果
[0031]根據(jù)本發(fā)明，在建筑機(jī)械中，能夠減輕操作人員的不適感并能夠防止鏟斗侵入設(shè)計(jì)面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是液壓挖掘機(jī)的立體圖。
[0033]圖2是表示液壓挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0034]圖3是示意地表示液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0035]圖4是表示設(shè)計(jì)地形的一例的示意圖。
[0036]圖5是表示控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0037]圖6是表示設(shè)計(jì)面的一例的圖。
[0038]圖7是表示目標(biāo)速度、垂直速度分量及水平速度分量的關(guān)系的示意圖。
[0039]圖8是表示垂直速度分量與水平速度分量的計(jì)算方法的圖。
[0040]圖9是表示垂直速度分量與水平速度分量的計(jì)算方法的圖。
[0041]圖10是表示刀尖與設(shè)計(jì)面之間的距離的示意圖。
[0042]圖11是表示限制速度信息的一例的曲線圖。
[0043]圖12是表示大臂的限制速度的垂直速度分量的計(jì)算方法的示意圖。[0044]圖13是表示大臂的限制速度的垂直速度分量與大臂的限制速度的關(guān)系的示意圖。
[0045]圖14是表示刀尖的偏差量和位移量的示意圖。
[0046]圖15是表示因刀尖的移動(dòng)而導(dǎo)致的大臂的限制速度的變化一例的圖。
[0047]圖16是表示使用控制系統(tǒng)來進(jìn)行控制的流程圖。
[0048]圖17是表示其他實(shí)施方式的控制器結(jié)構(gòu)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]以下，關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行說明。圖1是實(shí)施方式的液壓挖掘機(jī)100的立體圖。液壓挖掘機(jī)100包括車輛主體I和工作裝置2。
[0050]車輛主體I包括旋轉(zhuǎn)體3、駕駛室4、行駛裝置5。旋轉(zhuǎn)體3收容后述發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵等。駕駛室4搭載在旋轉(zhuǎn)體3的前部。在駕駛室4內(nèi)配置有后述操作裝置。行駛裝置5包括履帶5a，5b，通過履帶5a，5b的旋轉(zhuǎn)，液壓挖掘機(jī)100行駛。
[0051]工作裝置2安裝在車輛主體I的前部，包括大臂6、小臂7、鏟斗8、大臂缸10、小臂缸11、鏟斗缸12。大臂6的基端部經(jīng)由大臂銷13能夠擺動(dòng)地安裝在車輛主體I的前部。小臂7的基端部經(jīng)由小臂銷14能夠擺動(dòng)地安裝在大臂6的前端部。鏟斗8經(jīng)由鏟斗銷15能夠擺動(dòng)地安裝在小臂7的前端部。
[0052]大臂缸10、小臂缸11、鏟斗缸12分別是使用工作油來驅(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。
[0053]圖2是表示液壓挖掘機(jī)100的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)200和控制系統(tǒng)300的結(jié)構(gòu)的框圖。如圖2所示，液壓挖掘機(jī)100的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)200包括發(fā)動(dòng)機(jī)21和液壓泵22，23。液壓泵22，23由發(fā)動(dòng)機(jī)21驅(qū)動(dòng)，并排出工作油。從液壓泵22，23排出的工作油向大臂缸10、小臂缸11、鏟斗缸12供給。另外，液壓挖掘機(jī)100包括旋轉(zhuǎn)馬達(dá)24。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)24是液壓馬達(dá)，并由從液壓泵22，23排出的工作油驅(qū)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)24使旋轉(zhuǎn)體3旋轉(zhuǎn)。
[0054]需要說明的是，在圖2中，雖然圖示了兩個(gè)液壓泵22，23，也可以僅設(shè)置一個(gè)液壓泵。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)24不限于液壓馬達(dá)，也可以是電動(dòng)馬達(dá)。
[0055]控制系統(tǒng)300包括操作裝置25、控制器26、控制閥27。操作裝置25是用于操作工作裝置2的裝置。操作裝置25接收用于驅(qū)動(dòng)工作裝置2的來自操作人員的操作，并輸出與操作量對(duì)應(yīng)的操作信號(hào)。操作裝置25包括第一操作部件28和第二操作部件29。
[0056]第一操作部件28例如為操縱桿。第一操作部件28設(shè)置為能夠向前后左右四個(gè)方向操作。第一操作部件28的四個(gè)操作方向中的兩個(gè)操作方向分配為大臂6的上升操作和下降操作。大臂6的上升操作相當(dāng)于挖掘操作。大臂6的下降操作相當(dāng)于傾卸操作。第一操作部件28的剩下的兩個(gè)操作方向分配為伊斗8的上升操作和下降操作。
[0057]第二操作部件29例如為操縱桿。第二操作部件29設(shè)置為能夠向前后左右四個(gè)方向操作。第二操作部件29的四個(gè)操作方向中的兩個(gè)操作方向分配為小臂7的上升操作和下降操作。小臂7的上升操作相當(dāng)于挖掘操作。小臂7的下降操作相當(dāng)于傾卸操作。第二操作部件29的剩下的兩個(gè)操作方向分配為旋轉(zhuǎn)體3的右旋轉(zhuǎn)操作和左旋轉(zhuǎn)操作。
[0058]操作裝置25包括大臂操作部31和鏟斗操作部32。大臂操作部31輸出大臂操作信號(hào)。大臂操作信號(hào)具有與用于操作大臂6的第一操作部件28的操作量(以下，稱為“大臂操作量”)所對(duì)應(yīng)的電壓值。鏟斗操作部32輸出鏟斗操作信號(hào)。鏟斗操作信號(hào)具有與用于操作鏟斗8的第一操作部件28的操作量(以下，稱為“鏟斗操作量”)對(duì)應(yīng)的電壓值。
[0059]操作裝置25包括小臂操作部33和旋轉(zhuǎn)操作部34。小臂操作部33輸出小臂操作信號(hào)。小臂操作信號(hào)具有與用于操作小臂7的第二操作部件29的操作量(以下，稱為“小臂操作量”)對(duì)應(yīng)的電壓值。旋轉(zhuǎn)操作部34輸出旋轉(zhuǎn)操作信號(hào)。旋轉(zhuǎn)操作信號(hào)具有與用于操作旋轉(zhuǎn)體3的旋轉(zhuǎn)的第二操作部件29的操作量對(duì)應(yīng)的電壓值。
[0060]控制器26包括RAM和ROM等存儲(chǔ)部34、CPU等運(yùn)算部35?？刂破?6取得來自操作裝置25的大臂操作信號(hào)、小臂操作信號(hào)、鏟斗操作信號(hào)及旋轉(zhuǎn)操作信號(hào)。控制器26基于這些操作信號(hào)控制控制閥27。
[0061]控制閥27是電磁比例控制閥，通過來自控制器26的指令信號(hào)被控制?？刂崎y27配置在大臂缸10、小臂缸11、鏟斗缸12及旋轉(zhuǎn)馬達(dá)24等液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)與液壓泵22，23之間?？刂崎y27控制從液壓泵22，23向大臂缸10、小臂缸11、鏟斗缸12及旋轉(zhuǎn)馬達(dá)24供給的工作油的流量。
[0062]控制系統(tǒng)300包括第一行程傳感器16、第二行程傳感器17、第三行程傳感器18。第一行程傳感器16檢測(cè)大臂缸10的行程長(zhǎng)度(以下，稱為“大臂缸長(zhǎng)度”)。第二行程傳感器17檢測(cè)小臂缸11的行程長(zhǎng)度(以下，稱為“小臂缸長(zhǎng)度”)。第三行程傳感器18檢測(cè)鏟斗缸12的行程長(zhǎng)度(以下，稱為“鏟斗缸長(zhǎng)度”)。也可以使用角度傳感器等來進(jìn)行行程的檢測(cè)。另外，控制系統(tǒng)300包括傾斜角度傳感器19。傾斜角度傳感器19配置在旋轉(zhuǎn)體3上。傾斜角度傳感器19檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體3相對(duì)于水平方向的傾斜角度和旋轉(zhuǎn)體3相對(duì)于車輛前方的旋轉(zhuǎn)角度。這些傳感器向控制器26傳送檢測(cè)信號(hào)。需要說明的是，旋轉(zhuǎn)角度也可以通過后述GNSS天線37，38的位置信息取得。
[0063]控制系統(tǒng)300包括位置檢測(cè)部36。位置檢測(cè)部36檢測(cè)液壓挖掘機(jī)100的當(dāng)前位置。位置檢測(cè)部36包括GNSS天線37，38和三維位置傳感器39。多個(gè)GNSS天線37，38設(shè)置在旋轉(zhuǎn)體 3 上。GNSS 天線 37，38 是 RTK-GNSS (Real Time Kinematic-Global NavigationSatellite Systems, GNSS是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))用的天線。使用GNSS天線37，38接收到的GNSS電波所對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸入三維位置傳感器39。
[0064]圖3是示意地表示液壓挖掘機(jī)100的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。三維位置傳感器39檢測(cè)整體坐標(biāo)系的GNSS天線37，38的設(shè)置位置P1。整體坐標(biāo)系是以設(shè)置在作業(yè)區(qū)的基準(zhǔn)位置P2為原點(diǎn)的三維坐標(biāo)系。如圖3所示，基準(zhǔn)位置P2例如位于設(shè)定在作業(yè)區(qū)的基準(zhǔn)樁的前端。
[0065]控制器26基于位置檢測(cè)部36的檢測(cè)結(jié)果計(jì)算出在整體坐標(biāo)系看到的局部坐標(biāo)的位置。在此，局部坐標(biāo)系是以液壓挖掘機(jī)100為基準(zhǔn)的三維坐標(biāo)系。局部坐標(biāo)系的基準(zhǔn)位置P3例如位于旋轉(zhuǎn)體3的旋轉(zhuǎn)中心。具體地說，控制器26按照如下方式計(jì)算出在整體坐標(biāo)系看到的局部坐標(biāo)的位置。
[0066]控制器26根據(jù)第一行程傳感器16所檢測(cè)到的大臂缸長(zhǎng)度計(jì)算出大臂6相對(duì)于局部坐標(biāo)系的垂直方向的傾斜角Θ1?？刂破?6根據(jù)第二行程傳感器17所檢測(cè)到的小臂缸長(zhǎng)度計(jì)算出小臂7相對(duì)于大臂6的傾斜角Θ2。控制器26根據(jù)第三行程傳感器18所檢測(cè)到的鏟斗缸長(zhǎng)度計(jì)算出鏟斗8相對(duì)于小臂7的傾斜角Θ 3。
[0067]控制器26的存儲(chǔ)部34存儲(chǔ)工作裝置數(shù)據(jù)。工作裝置數(shù)據(jù)包括大臂6的長(zhǎng)度L1、小臂7的長(zhǎng)度L2、鏟斗8的長(zhǎng)度L3。如圖3所示，大臂6的長(zhǎng)度LI相當(dāng)于從大臂銷13到小臂銷14的長(zhǎng)度。小臂7的長(zhǎng)度L2相當(dāng)于從小臂銷14到鏟斗銷15的長(zhǎng)度。鏟斗8的長(zhǎng)度L3相當(dāng)于從鏟斗銷15到鏟斗8的斗齒的前端(以下，稱為“刀尖P4”)的長(zhǎng)度。另外，工作裝置數(shù)據(jù)還包括大臂銷13相對(duì)于局部坐標(biāo)系的基準(zhǔn)位置P3的位置信息。
[0068]控制器26根據(jù)大臂6的傾斜角Θ 1、小臂7的傾斜角Θ 2、鏟斗8的傾斜角Θ 3、大臂6的長(zhǎng)度L1、小臂7的長(zhǎng)度L2、鏟斗8的長(zhǎng)度L3及大臂銷13的位置信息，計(jì)算出局部坐標(biāo)系中的刀尖P4的位置。另外，工作裝置數(shù)據(jù)還包括GNSS天線37，38相對(duì)于局部坐標(biāo)系的基準(zhǔn)位置P3的設(shè)置位置Pl的位置信息?？刂破?6根據(jù)位置檢測(cè)部36的檢測(cè)結(jié)果和GNSS天線37，38的位置信息，將局部坐標(biāo)系中的刀尖P4的位置轉(zhuǎn)換為整體坐標(biāo)系中的刀尖P4的位置。由此，控制器26取得在整體坐標(biāo)系看到的刀尖P4的位置信息。
[0069]另外，控制器26的存儲(chǔ)部34存儲(chǔ)表示作業(yè)區(qū)內(nèi)的三維設(shè)計(jì)地形的形狀和位置的設(shè)計(jì)地形數(shù)據(jù)?？刂破?6基于設(shè)計(jì)地形、來自上述各種傳感器的檢測(cè)結(jié)果等，將設(shè)計(jì)地形顯示在顯示部40上。顯示部40例如為顯示器，顯示液壓挖掘機(jī)100的各種信息。
[0070]圖4是表示設(shè)計(jì)地形的一例的示意圖。如圖4所示,設(shè)計(jì)地形由多個(gè)設(shè)計(jì)面41構(gòu)成，該多個(gè)設(shè)計(jì)面41分別由三角多邊形表現(xiàn)。多個(gè)設(shè)計(jì)面41分別表示工作裝置2的挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀。需要說明的是，在圖4中，只在多個(gè)設(shè)計(jì)面41中的一個(gè)設(shè)計(jì)面上標(biāo)注符號(hào)41，而省略了其他設(shè)計(jì)面41的符號(hào)。
[0071]為了防止鏟斗8侵入設(shè)計(jì)面41，控制器26進(jìn)行限制工作裝置2的動(dòng)作的控制。以下，具體說明由控制器26進(jìn)行的控制。圖5是表示控制器26結(jié)構(gòu)的框圖。控制器26包括設(shè)計(jì)面設(shè)定部51、目標(biāo)速度確定部52、距離取得部53、限制速度確定部54、第一限制判定部55、第二限制判定部56和工作裝置控制部57。
[0072]設(shè)計(jì)面設(shè)定部51設(shè)定表示挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀的設(shè)計(jì)面41。具體地說，設(shè)計(jì)面設(shè)定部51選擇上述多個(gè)設(shè)計(jì)面41中的一部分設(shè)計(jì)面41作為目標(biāo)設(shè)計(jì)面。例如，設(shè)計(jì)面設(shè)定部51將整體坐標(biāo)系中的通過刀尖P4的當(dāng)前位置的垂線與設(shè)計(jì)面41的交點(diǎn)作為挖掘?qū)ο笪恢迷O(shè)定。設(shè)計(jì)面設(shè)定部51選擇包括挖掘?qū)ο笪恢玫脑O(shè)計(jì)面41及分別位于其前方和后方的設(shè)計(jì)面41作為挖掘?qū)ο竺妗ＴO(shè)計(jì)面設(shè)定部51將通過鏟斗8的刀尖P4的當(dāng)前位置的平面42與挖掘?qū)ο竺娴慕痪€43作為目標(biāo)設(shè)計(jì)面。
[0073]在以下說明中，設(shè)計(jì)面41表示像上述那樣設(shè)定的目標(biāo)設(shè)計(jì)面。圖6表示所設(shè)定的設(shè)計(jì)面41的一例?？刂破?6使表示所設(shè)定的設(shè)計(jì)面41與刀尖P4的位置關(guān)系的圖像顯示在顯示部40上。
[0074]目標(biāo)速度確定部52確定大臂目標(biāo)速度Vc_bm、小臂目標(biāo)速度Vc_am和鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt。大臂目標(biāo)速度Vc_bm是只驅(qū)動(dòng)大臂缸10時(shí)的刀尖P4的速度。小臂目標(biāo)速度Vc_am是只驅(qū)動(dòng)小臂缸11時(shí)的刀尖P4的速度。鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt是只驅(qū)動(dòng)鏟斗缸12時(shí)的刀尖P4的速度。根據(jù)大臂操作量計(jì)算出大臂目標(biāo)速度Vc_bm。根據(jù)小臂操作量計(jì)算出小臂目標(biāo)速度Vc_am。根據(jù)鏟斗操作量計(jì)算出鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt。
[0075]存儲(chǔ)部34存儲(chǔ)規(guī)定大臂操作量與大臂目標(biāo)速度Vc_bm關(guān)系的目標(biāo)速度信息。目標(biāo)速度確定部52通過參照目標(biāo)速度信息來確定與大臂操作量對(duì)應(yīng)的大臂目標(biāo)速度Vc_bm。目標(biāo)速度信息例如為曲線圖。目標(biāo)速度信息也可以是表各、數(shù)式等形式。目標(biāo)速度信息包括規(guī)定小臂操作量與小臂目標(biāo)速度Vc_am關(guān)系的信息。目標(biāo)速度信息還包括規(guī)定鏟斗操作量與鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt關(guān)系的信息。目標(biāo)速度確定部52通過參照目標(biāo)速度信息來確定與小臂操作量對(duì)應(yīng)的小臂目標(biāo)速度Vc_am。目標(biāo)速度確定部52通過參照目標(biāo)速度信息來確定與鏟斗操作量對(duì)應(yīng)的鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt。
[0076]另外，如圖7所示，目標(biāo)速度確定部52將大臂目標(biāo)速度Vc_bm轉(zhuǎn)換為垂直于設(shè)計(jì)面41的方向的速度分量(以下，稱為“垂直速度分量”)Vcy_bm和平行于設(shè)計(jì)面41的方向的速度分量(以下，稱為“水平速度分量”)Vcx_bm0
[0077]具體地說，首先，目標(biāo)速度確定部52根據(jù)GNSS天線37，38的位置信息及設(shè)計(jì)地形數(shù)據(jù)等，求得局部坐標(biāo)的垂直軸相對(duì)于整體坐標(biāo)的垂直軸的傾斜角、設(shè)計(jì)面41的垂直方向相對(duì)于整體坐標(biāo)的垂直軸的傾斜角，并根據(jù)這些傾斜角求得局部坐標(biāo)的垂直軸與設(shè)計(jì)面41的垂直方向的傾斜角Θ I (參照?qǐng)D6)。
[0078]然后，如圖8所示，目標(biāo)速度確定部52根據(jù)局部坐標(biāo)的垂直軸與大臂目標(biāo)速度Vc_bm的方向所形成的角Θ 2，通過三角函數(shù)將大臂目標(biāo)速度Vc_bm轉(zhuǎn)換為局部坐標(biāo)的垂直軸方向的速度分量VLl_bm和水平軸方向的速度分量VL2_bm。然后，如圖9所示，目標(biāo)速度確定部52根據(jù)上述局部坐標(biāo)的垂直軸與設(shè)計(jì)面41的垂直方向的傾斜角Θ 1，通過三角函數(shù)，將垂直軸方向的速度分量VLl_bm與水平軸方向的速度分量VL2_bm轉(zhuǎn)換為相對(duì)于上述設(shè)計(jì)面41的垂直速度分量Vcy_bm和水平速度分量VcX_bm。同樣，目標(biāo)速度確定部52將小臂目標(biāo)速度Vc_am轉(zhuǎn)換為垂直速度分量Vcy_am和水平速度分量Vcx_am。目標(biāo)速度確定部52將鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt轉(zhuǎn)換為垂直速度分量Vcy_bkt和水平速度分量Vcx_bkt。
[0079]如圖10所示，距離取得部53取得鏟斗8的刀尖P4與設(shè)計(jì)面41之間的距離d。具體地說，距離取得部53根據(jù)如上所述那樣取得的刀尖P4的位置信息、表示設(shè)計(jì)面41的位置的設(shè)計(jì)地形數(shù)據(jù)等，計(jì)算出鏟斗8的刀尖P4與設(shè)計(jì)面41之間的最短距離d。
[0080]限制速度確定部54基于鏟斗8的刀尖P4與設(shè)計(jì)面41之間的距離d計(jì)算出工作裝置2整體的限制速度Vcy_lmt。工作裝置2整體的限制速度Vcy_lmt是鏟斗8的刀尖P4在靠近設(shè)計(jì)面41的方向上所允許的刀尖P4的移動(dòng)速度。存儲(chǔ)部34存儲(chǔ)規(guī)定距離d與限制速度Vcy_lmt的關(guān)系的限制速度信息。
[0081]圖11是表示限制速度信息的一例。在圖11中，刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41的外側(cè)時(shí)的距離d為正值,刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41的內(nèi)側(cè)時(shí)的距離d為負(fù)值。換言之,例如如圖10所示，刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41的上方時(shí)的距離d為正值，刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41的下方時(shí)的距離d為負(fù)值。再換言之，刀尖P4位于未侵入設(shè)計(jì)面41的位置時(shí)的距離d為正值，刀尖P4位于侵入設(shè)計(jì)面41的位置時(shí)的距離d為負(fù)值。刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41上時(shí)的距離d是O。
[0082]另外，刀尖P4從設(shè)計(jì)面41的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)時(shí)的速度為正值，刀尖P4從設(shè)計(jì)面41的外側(cè)朝向內(nèi)側(cè)時(shí)的速度為負(fù)值。換言之，刀尖P4朝向設(shè)計(jì)面41的上方時(shí)的速度為正值，刀尖P4朝向下方時(shí)的速度為負(fù)值。
[0083]在限制速度信息中，距離d在dl與d2之間時(shí)的限制速度Vcy_lmt的傾斜度比距離d在dl以上或者d2以下時(shí)的傾斜度小。dl比O大。d2比O小。在設(shè)計(jì)面41附近的操作中，為了更具體地設(shè)定限制速度，使距離d在dl與d2之間時(shí)的傾斜度比距離d在dl以上或者d2以下時(shí)的傾斜度小。距離d在dl以上時(shí)，限制速度Vcy_lmt是負(fù)值，距離d越大，限制速度Vcy_lmt越小。換言之，距離d在dl以上時(shí)，在比設(shè)計(jì)面41靠近上方的位置，刀尖P4越遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)面41,朝向設(shè)計(jì)面41的下方的速度越大，限制速度Vcy_lmt的絕對(duì)值越大。距離d在O以下時(shí)，限制速度Vcy_lmt是正值,距離d越小，限制速度Vcy_lmt越大。換言之，鏟斗8的刀尖4P的遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)面41的距離d在O以下時(shí)，在比設(shè)計(jì)面41靠近下方的位置，刀尖P4越遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)面41，朝向設(shè)計(jì)面41的上方的速度越大，限制速度Vcy_lmt的絕對(duì)值越大。
[0084]需要說明的是，距離d在第一規(guī)定值dthl以上時(shí)，限制速度Vcy_lmt成為Vmin。第一規(guī)定值dthl是正值，比dl大。Vmin比目標(biāo)速度的最小值小。換言之,距離d在第一規(guī)定值dthl以上時(shí)，不進(jìn)行工作裝置2的動(dòng)作的限制。因此，刀尖P4在設(shè)計(jì)面41的上方大幅度地遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)面41時(shí)，不進(jìn)行工作裝置2的動(dòng)作的限制。換言之，在距離d比第一規(guī)定值dthl小時(shí)，進(jìn)行工作裝置2的動(dòng)作的限制。具體地說，如后文所述，在距離d比第一規(guī)定值dthl小時(shí)，進(jìn)行大臂6的動(dòng)作的限制。
[0085]限制速度確定部54根據(jù)工作裝置2整體的限制速度Vcy_lmt、小臂目標(biāo)速度Vc_am和鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt計(jì)算出大臂6的限制速度的垂直速度分量(以下，稱為“大臂6的限制垂直速度分量”)Vcy_bm_lmt。如圖12所示，限制速度確定部54通過從工作裝置2整體的限制速度Vcy_lmt減去小臂目標(biāo)速度的垂直速度分量Vcy_am和鏟斗目標(biāo)速度的垂直速度分量Vcy_bkt,計(jì)算出大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt。
[0086]另外，如圖13所示，限制速度確定部54將大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt轉(zhuǎn)換為大臂6的限制速度Vc_bm_lmt。限制速度確定部54根據(jù)上述大臂6的傾斜角Θ 1、小臂7的傾斜角Θ 2、鏟斗8的傾斜角0 3、6吧3天線37，38的位置信息及設(shè)計(jì)地形數(shù)據(jù)等，求得與設(shè)計(jì)面41垂直的方向與大臂6的限制速度Vc_bm_lmt的方向之間的關(guān)系，并將大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt轉(zhuǎn)換為大臂6的限制速度Vc_bm_lmt。該情況下的運(yùn)算按照與前述的根據(jù)大臂的目標(biāo)速度Vc_bm求得與設(shè)計(jì)面41垂直的方向的速度Vcy_bm的運(yùn)算順序相反的順序進(jìn)行。
[0087]第一限制判定部55是用于限制大臂6的條件判定部，判定是否滿足第一限制條件。第一限制條件包括距離d比上述第一規(guī)定值dthl小的情況、距離d在后述第二規(guī)定值dth2以上的情況，以及大臂6的限制速度Vc_bm_lmt比大臂目標(biāo)速度Vc_bm大的情況。例如，在使大臂6下降的情況下，大臂6向下方的限制速度Vc_bm_lmt的大小比向下方的大臂目標(biāo)速度Vc_bm大小小時(shí),第一限制判定部55判定為滿足第一限制條件。另外，在使大臂6上升的情況下，大臂6向上方的限制速度Vc_bm_lmt的大小比向上方的大臂目標(biāo)速度Vc_bm的大小大時(shí),第一限制判定部55判定為滿足第一限制條件。
[0088]第二限制判定部56是用于限制小臂7的條件判定部，判定是否滿足第二限制條件。第二限制條件包括刀尖P4與設(shè)計(jì)面41之間的距離d比第二規(guī)定值小的情況，以及大臂6的限制速度Vc_bm_lmt比大臂目標(biāo)速度Vc_bm大的情況。第二規(guī)定值為O。因此,在刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41的外側(cè)時(shí)，第二限制判定部56判定為不滿足第二限制條件。S卩，在刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41的上方時(shí)，第二限制判定部56判定為不滿足第二限制條件。在刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41內(nèi)側(cè)時(shí)，第二限制判定部56判定為滿足第二限制條件。S卩，在刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41的下方時(shí),第二限制判定部56判定為滿足第二限制條件。
[0089]另外，第二限制條件還包括當(dāng)前的偏差量比上次的偏差量大的情況。如圖14所示，距離取得部53每隔規(guī)定時(shí)間間隔取得鏟斗8的刀尖P4相對(duì)于設(shè)計(jì)面41的偏差量。當(dāng)前的偏差量dn是設(shè)計(jì)面41內(nèi)側(cè)的鏟斗8的刀尖P4與設(shè)計(jì)面41之間距離d的絕對(duì)值。在圖14中，鏟斗8’表示對(duì)上次的偏差量dn-Ι取樣時(shí)的鏟斗8的位置?！爱?dāng)前的偏差量dn比上次的偏差量dn-1大”意味著刀尖P4對(duì)設(shè)計(jì)面41的侵入正在擴(kuò)大。在刀尖P4與設(shè)計(jì)面41之間的距離d比O小的侵入中，并且當(dāng)前的偏差量dn比上次的偏差量dn-Ι大時(shí)，第二限制判定部56判定為滿足第二限制條件。
[0090]當(dāng)前的偏差量dn在上次的偏差量dn-Ι以下時(shí)，第二限制判定部56判定為不滿足第二限制條件。因此，即便刀尖P4比設(shè)計(jì)面41位置靠近下方，刀尖P4對(duì)設(shè)計(jì)面41的侵入未擴(kuò)大時(shí)，第二限制判定部56也判定為不滿足第二限制條件。
[0091]工作裝置控制部57控制工作裝置2。工作裝置控制部57通過將小臂指令信號(hào)、大臂指令信號(hào)、鏟斗指令信號(hào)傳送到控制閥27，來控制大臂缸10、小臂缸11、鏟斗缸12。小臂指令信號(hào)、大臂指令信號(hào)、鏟斗指令信號(hào)分別具有與大臂指令速度、小臂指令速度、鏟斗指令速度對(duì)應(yīng)的電流值。
[0092]在不滿足第一限制條件和第二限制條件中的任一限制條件的通常的駕駛時(shí)，工作裝置控制部57選擇大臂目標(biāo)速度Vc_bm、小臂目標(biāo)速度Vc_am、鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt分別作為大臂指令速度、小臂指令速度、鏟斗指令速度。即，在通常駕駛時(shí)，工作裝置控制部57根據(jù)大臂操作量、小臂操作量、鏟斗操作量，使大臂缸10、小臂缸11、鏟斗缸12工作。因此，大臂缸10以大臂目標(biāo)速度Vc_bm工作，小臂缸11以小臂目標(biāo)速度Vc_am工作，鏟斗缸12以鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt工作。
[0093]在滿足第一限制條件時(shí)，工作裝置控制部57使大臂6以大臂6的限制速度Vc_bm_Imt工作，并且使小臂7以小臂目標(biāo)速度Vc_am工作。另外，使鏟斗8以鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt工作。
[0094]如上所述，通過從工作裝置2整體的限制速度Vcy_lmt減去小臂目標(biāo)速度的垂直速度分量Vcy_am和鏟斗目標(biāo)速度的垂直速度分量Vcy_bkt而計(jì)算出大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt。因此，在工作裝置2整體的限制速度Vcy_lmt比小臂目標(biāo)速度的垂直速度分量Vcy_am和鏟斗目標(biāo)速度的垂直速度分量Vcy_bkt之和小時(shí)，大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt成為大臂上升的負(fù)值。
[0095]因此,大臂6的限制速度Vc_bm_lmt成為負(fù)值。這種情況下,工作裝置控制部57使大臂6下降，但減速到比大臂目標(biāo)速度Vc_bm小。因此，既能夠減輕操作人員的不適感又能夠防止鏟斗8侵入設(shè)計(jì)面41。
[0096]在工作裝置2整體的限制速度Vcy_lmt比小臂目標(biāo)速度的垂直速度分量Vcy_am與鏟斗目標(biāo)速度的垂直速度分量Vcy_bkt之和大時(shí)，大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_Imt是正值。因此，大臂6的限制速度Vc_bm_lmt是正值。這種情況下，即便操作裝置25向使大臂6下降的方向操作，工作裝置控制部57也使大臂6上升。因此，能夠迅速抑制向設(shè)計(jì)面41的侵入擴(kuò)大。
[0097]需要說明的是，刀尖P4在比設(shè)計(jì)面41位置靠近上方時(shí)，刀尖P4越向設(shè)計(jì)面41接近，大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt的絕對(duì)值越小，并且，與設(shè)計(jì)面41平行的方向的大臂6的限制速度的速度分量(以下，稱為“限制水平速度分量”)VcX_bm_lmt的絕對(duì)值也越小。因此，在刀尖P4比設(shè)計(jì)面41位置靠近上方時(shí)，刀尖P4越向設(shè)計(jì)面41接近，大臂6在與設(shè)計(jì)面41垂直方向上的速度和大臂6在與設(shè)計(jì)面41平行方向上的速度一起減速。
[0098]通過操作人員同時(shí)操作第一操作部28和第二操作部29，使大臂6、小臂7、鏟斗8同時(shí)工作。此時(shí)，假設(shè)輸入了大臂6、小臂7、鏟斗8的各目標(biāo)速度Vc_bm，Vc_am，Vc_bkt，如下說明上述控制。圖15表示設(shè)計(jì)面41與鏟斗刀尖P4之間的距離d比第一規(guī)定值dthl小，鏟斗8的刀尖從位置Pnl向位置Pn2移動(dòng)時(shí)的大臂6的限制速度變化的一例。在位置Pn2的刀尖P4與設(shè)計(jì)面41之間的距離比在位置Pnl的刀尖P4與設(shè)計(jì)面41之間的距離小。因此，在位置Pn2的大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt2比在位置Pnl的大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmtl小。因此，在位置Pn2的大臂6的限制速度Vc_bm_lmt2比在位置Pnl的大臂6的限制速度Vc_bm_lmtl小。另外,在位置Pn2的大臂6的限制水平速度分量Vcx_bm_lmt2比在位置Pnl的大臂6的限制水平速度分量Vcx_bm_lmtl小。需要說明的是，此時(shí)，對(duì)小臂目標(biāo)速度Vc_am和鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt不進(jìn)行限制。因此，對(duì)小臂目標(biāo)速度的垂直速度分量Vcy_am和水平速度分量VcX_am、鏟斗目標(biāo)速度的垂直速度分量Vcy_bkt和水平速度分量Vcx_bkt不進(jìn)行限制。
[0099]如上所述，通過對(duì)小臂7不進(jìn)行限制，與操作人員的挖掘意圖對(duì)應(yīng)的小臂操作量的變化反映為鏟斗8的刀尖P4的速度變化。由此，既能夠防止向設(shè)計(jì)面41的侵入擴(kuò)大又能夠抑制操作人員在進(jìn)行挖掘操作時(shí)的不適感。
[0100]在滿足第二限制條件時(shí)，工作裝置控制部57以大臂6的限制速度Vc_bm_lmt控制大臂6，并且，以小臂限制速度Vc_am_lmt控制小臂7。限制速度確定部54通過在小臂目標(biāo)速度Vc_am上乘以小臂減速系數(shù)而計(jì)算出小臂限制速度Vc_am_lmt。限制速度確定部54通過以下公式(I)計(jì)算出小臂減速系數(shù)a。
[0101]a=l+0.0OlX (Dn+ (Dn-Dn-1) Xb)(公式 I)
[0102]其中，b是規(guī)定的常數(shù)，Dn是當(dāng)前的挖掘量，Dn-1是上次取得的挖掘量。挖掘量Dn的絕對(duì)值相當(dāng)于上述偏差量dn，挖掘量Dn在設(shè)計(jì)面41的內(nèi)側(cè)是負(fù)值。公式I中的“Dn-Dn-Ι”相當(dāng)于鏟斗8的刀尖P4的上次位置與當(dāng)前位置的位移量Ad。因此，限制速度確定部54基于鏟斗8的刀尖P4的上次位置與當(dāng)前位置的位移量Ad和當(dāng)前的偏差量dn計(jì)算出小臂減速系數(shù)。
[0103]小臂減速系數(shù)是比O大且比I小的值。因此，小臂限制速度Vc_am_lmt的絕對(duì)值比小臂目標(biāo)速度Vc_am的絕對(duì)值小。即，在滿足第二限制條件時(shí)，工作裝置控制部57使小臂7減速為比小臂目標(biāo)速度Vc_am小。因此，在滿足第二限制條件時(shí)，工作裝置控制部57使大臂6減速到比大臂目標(biāo)速度Vc_bm小或者使大臂6上升，并且使小臂7減速為比小臂目標(biāo)速度Vc_am小。
[0104]圖16是表示控制系統(tǒng)300的控制流程圖。需要說明的是，流程圖的各處理的順序不限于以下說明的順序，也可以進(jìn)行變更。
[0105]在步驟SI中，設(shè)定設(shè)計(jì)面41。在步驟S2中，根據(jù)大臂操作量、小臂操作量和鏟斗操作量，分別確定大臂目標(biāo)速度Vc_bm、小臂目標(biāo)速度Vc_am和鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt。在步驟S3中，使大臂目標(biāo)速度Vc_bm、小臂目標(biāo)速度Vc_am和鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt分別轉(zhuǎn)換為垂直速度分量。
[0106]在步驟S4中，取得鏟斗8的刀尖P4與設(shè)計(jì)面41之間的距離d。在步驟S5中，基于距離d計(jì)算出工作裝置2整體的限制速度Vcy_lmt。在步驟S6中，根據(jù)工作裝置2整體的限制速度Vcy_lmt、小臂目標(biāo)速度Vc_am和纟產(chǎn)斗目標(biāo)速度Vc_bkt,確定大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt。在步驟S7中，將大臂6的限制垂直速度分量Vcy_bm_lmt轉(zhuǎn)換為大臂6的限制速度Vc_bm_lmt。[0107]在步驟S8中，判定大臂6的限制速度Vc_bm_lmt是否比大臂目標(biāo)速度Vc_bm大。在步驟S8中的判定結(jié)果為“是”的情況下，大臂6的限制速度Vc_bm_lmt比大臂目標(biāo)速度Vc_bm大時(shí)進(jìn)入步驟S9。在步驟S9中，選擇大臂6的限制速度Vc_bm_lmt作為大臂指令速度。
[0108]在步驟SlO中，判定距離d是否比第二規(guī)定值dth2小。第二規(guī)定值dth2比上述第一規(guī)定值dthl小。在距離d比第二規(guī)定值dth2小時(shí)進(jìn)入步驟S11。在步驟Sll中，判定當(dāng)前的偏差量dn是否比上次偏差量dn-Ι大。在當(dāng)前的偏差量dn比上次的偏差量dn_l大時(shí)進(jìn)入步驟S12。
[0109]在步驟S12中，選擇小臂7的限制速度Vc_am_lmt作為小臂指令速度。需要說明的是，在步驟SlO中，距離d在第二規(guī)定值dth2以上時(shí)進(jìn)入步驟S13。在步驟Sll中，當(dāng)前的偏差量dn在上次的偏差量dn-Ι以下時(shí)進(jìn)入步驟S13。在步驟S13中，選擇小臂目標(biāo)速度Vc_am作為小臂指令速度。
[0110]在步驟S14中，向控制閥27輸出與大臂指令速度、小臂指令速度和鏟斗指令速度對(duì)應(yīng)的指令信號(hào)。這種情況下，大臂指令速度是大臂6的限制速度Vc_bm_lmt。鏟斗指令速度是鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt。在步驟SlO和步驟Sll中至少一個(gè)步驟的判定結(jié)果為“否”時(shí)，小臂指令速度是小臂目標(biāo)速度Vc_am。另一方面，在步驟SlO和步驟Sll雙方的判定結(jié)果為“是”時(shí)，小臂指令速度是小臂7的限制速度Vc_am_lmt。
[0111]因此，在滿足第一限制條件時(shí)，大臂6被限制為大臂6的限制速度Vc_bm_lmt，但不限制小臂7，根據(jù)小臂操作量工作。另一方面，在滿足第二限制條件時(shí)，大臂6被限制為大臂6的限制速度Vc_bm_lmt,小臂7被限制為小臂7的限制速度Vc_am_lmt。
[0112]在步驟S8的判定結(jié)果為“否”的情況下，即大臂6的限制速度Vc_bm_lmt在大臂目標(biāo)速度Vc_bm以下時(shí)進(jìn)入步驟S15。在步驟S15中，選擇大臂目標(biāo)速度Vc_bm作為大臂指令速度。在步驟S16中，向控制閥27輸出與大臂指令速度、小臂指令速度和鏟斗指令速度對(duì)應(yīng)的指令信號(hào)。這種情況下，大臂指令速度是大臂目標(biāo)速度Vc_bm。鏟斗指令速度是鏟斗目標(biāo)速度Vc_bkt。小臂指令速度是小臂目標(biāo)速度Vc_am。因此，在不滿足第一限制條件及第二限制條件雙方時(shí)，不限制大臂6和小臂7中的任一個(gè)，分別與大臂操作量和小臂操作量對(duì)應(yīng)地工作。
[0113]本實(shí)施方式的控制系統(tǒng)300的特征如下。在滿足第一限制條件時(shí)，大臂6被控制為限制速度Vc_bm_lmt，并且，小臂7被控制為小臂目標(biāo)速度Vc_am。因此，在鏟斗8的刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41的上方時(shí)，只進(jìn)行大臂6的限制，不進(jìn)行小臂7的限制。因此，能夠減輕操作人員的不適感并能夠防止鏟斗8侵入設(shè)計(jì)面41。
[0114]另外，在滿足第二限制條件時(shí)，大臂6被控制為限制速度Vc_bm_lmt，并且，小臂7被控制為限制速度Vc_am_lmt。因此，在鏟斗8的刀尖P4侵入設(shè)計(jì)面41時(shí)，進(jìn)行大臂6的限制與小臂7的限制雙方。由此，能夠迅速抑制向設(shè)計(jì)面41的侵入的擴(kuò)大。
[0115]第二限制條件包括當(dāng)前的偏差量dn比上次的偏差量dn-Ι大的情況。因此，鏟斗8對(duì)設(shè)計(jì)面41的侵入要擴(kuò)大時(shí)，能夠進(jìn)行大臂6的限制和小臂7的限制雙方。換言之，即便鏟斗8的刀尖P4位于設(shè)計(jì)面41的下方，在向設(shè)計(jì)面41的侵入不擴(kuò)大時(shí)，只進(jìn)行大臂6的限制，不進(jìn)行小臂7的限制。由此，能夠抑制操作人員的不適感。
[0116]小臂減速系數(shù)基于鏟斗8的刀尖P4的上次位置與當(dāng)前位置的位移量Ad和當(dāng)前的偏差量dn來確定。因此，在鏟斗8對(duì)設(shè)計(jì)面41的侵入要擴(kuò)大時(shí)，能夠使小臂7大幅度減速。
[0117]以上說明了本發(fā)明的一實(shí)施方式，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在不脫離發(fā)明要旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變更。
[0118]在上述實(shí)施方式中，例舉了液壓挖掘機(jī)作為建筑機(jī)械的一例，但不限于液壓挖掘機(jī)，本發(fā)明也可以適用于其他種類的建筑機(jī)械。
[0119]刀尖P4位置的取得不限于GNSS，也可以通過其他的定位裝置進(jìn)行。因此，刀尖P4與設(shè)計(jì)面41的距離d的取得不限于GNSS，也可以通過其他的定位裝置進(jìn)行。
[0120]大臂操作量、小臂操作量和鏟斗操作量不限于通過表示操作部件位置的電信號(hào)取得，也可以通過根據(jù)操作裝置25的操作所輸出的先導(dǎo)壓力取得。
[0121]第二限制條件也可以僅包括距離d比第二規(guī)定值dth2小的情況。或者第二限制條件還可以包括其他條件。在上述實(shí)施方式中，“小臂限制速度Vc_am_lmt的絕對(duì)值比小臂目標(biāo)速度Vc_am的絕對(duì)值小”包括在第二限制條件內(nèi)，也可以包括在第一限制條件內(nèi)?；蛘咭部梢圆贿M(jìn)行第二限制條件的判定，只判定第一限制條件。第一限制條件還可以包括其他條件。例如，第一限制條件還可以包括小臂操作量為O?；蛘叩谝幌拗茥l件也可以不包括距離d比第一規(guī)定值dthl小。例如，第一限制條件也可以只是大臂6的限制速度比大臂目標(biāo)速度大。
[0122]若第二規(guī)定值dth2比第一規(guī)定距離dthl小，也可以比O大。在這種情況下，大臂6的刀尖P4在到達(dá)設(shè)計(jì)面41之前，進(jìn)行大臂6的限制和小臂7的限制雙方。因此，即便在大臂6的刀尖P4到達(dá)設(shè)計(jì)面41之前，大臂6的刀尖P4即將超越設(shè)計(jì)面41時(shí)，也能夠進(jìn)行大臂6的限制和小臂7的限制雙方。
[0123]小臂減速系數(shù)不限于通過上述方法確定，也可以通過其他方法確定。例如，小臂減速系數(shù)也可以根據(jù)刀尖P4與設(shè)計(jì)面41之間的距離d確定?；蛘咝”蹨p速系數(shù)也可以是定值。
[0124]也可以代替上述小臂7的限制而進(jìn)行鏟斗8的限制。在這種情況下，如圖17所示，控制器26包括代替第二限制判定部56的第三限制判定部58。第三限制判定部58是用于限制鏟斗8的限制判定部，判定是否滿足第三限制條件。在滿足第三限制條件時(shí)，工作裝置控制部57以大臂限制速度控制大臂6，并且，以鏟斗限制速度控制鏟斗8。鏟斗限制速度的絕對(duì)值比鏟斗目標(biāo)速度的絕對(duì)值小。鏟斗限制速度例如也可以通過與上述小臂限制速度相同的方法來計(jì)算。第三限制條件也可以是與上述第二限制條件相同的條件。需要說明的是，也可以同時(shí)進(jìn)行小臂7的限制和鏟斗8的限制。S卩，控制器26也可以包括第二限制判定部56和第三限制判定部58雙方。
[0125]工業(yè)實(shí)用性
[0126]根據(jù)本發(fā)明，在建筑機(jī)械中，既能夠減輕操作人員的不適感，又能夠防止鏟斗侵入設(shè)計(jì)面。
【權(quán)利要求】
1.一種建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，是控制建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，該建筑機(jī)械包括:具有大臂、小臂和鏟斗的工作裝置及用于操作所述工作裝置的操作裝置，所述建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)的特征在于，包括: 設(shè)計(jì)面設(shè)定部，其設(shè)定表示挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀的設(shè)計(jì)面； 目標(biāo)速度確定部，其確定與用于操作所述大臂的所述操作裝置的操作量對(duì)應(yīng)的大臂目標(biāo)速度、與用于操作所述小臂的所述操作裝置的操作量對(duì)應(yīng)的小臂目標(biāo)速度、與用于操作所述鏟斗的所述操作裝置的操作量對(duì)應(yīng)的鏟斗目標(biāo)速度； 距離取得部，其取得所述鏟斗的刀尖與所述設(shè)計(jì)面之間的距離； 限制速度確定部，其基于所述距離確定所述工作裝置整體的限制速度； 第一限制判定部，其判定是否滿足第一限制條件； 工作裝置控制部，其控制所述工作裝置； 所述限制速度確定部根據(jù)所述工作裝置整體的限制速度、所述小臂目標(biāo)速度和所述鏟斗目標(biāo)速度確定所述大臂的限制速度； 將所述鏟斗的刀尖位于所述設(shè)計(jì)面的外側(cè)時(shí)的所述距離設(shè)為正值，將從所述設(shè)計(jì)面的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)方向的速度設(shè)為正值； 所述第一限制條件包括所述大臂的限制速度比所述大臂目標(biāo)速度大； 在滿足所述第一限制條件時(shí)，所述工作裝置控制部以所述大臂的限制速度控制所述大臂，并且以所述小臂目標(biāo)速度控制所述小臂。
2.如權(quán)利要求1所述的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一限制條件還包括所述距離比第一規(guī)定值小。
3.如權(quán)利要求2所述的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于， 還包括判定是否滿足第二限制條件的第二限制判定部； 所述第二限制條件包括所述距離比第二規(guī)定值?。? 所述第二規(guī)定值比所述第一規(guī)定值?。? 在滿足所述第二限制條件時(shí)，所述工作裝置控制部以所述大臂的限制速度控制所述大臂，并且以小臂限制速度控制所述小臂； 所述小臂限制速度的絕對(duì)值比所述小臂目標(biāo)速度的絕對(duì)值小。
4.如權(quán)利要求3所述的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二規(guī)定值為O。
5.如權(quán)利要求3所述的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二規(guī)定值比O大。
6.如權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述距離取得部每隔規(guī)定時(shí)間取得所述鏟斗的刀尖的偏差量； 所述偏差量是所述設(shè)計(jì)面的內(nèi)側(cè)的所述鏟斗的刀尖與所述設(shè)計(jì)面之間的距離的絕對(duì)值； 所述第二限制條件還包括當(dāng)前的所述偏差量比上次的偏差量大。
7.如權(quán)利要求6所述的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述限制速度確定部基于所述鏟斗的刀尖的上次位置與當(dāng)前位置的位移量和當(dāng)前的所述偏差量確定小臂減速系數(shù)；所述小臂減速系數(shù)是比O大且比I小的值； 所述限制速度確定部通過在所述小臂目標(biāo)速度上乘以所述小臂減速系數(shù)來確定所述小臂限制速度。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于， 在滿足所述第一限制條件或者所述第二限制條件，并且所述工作裝置整體的限制速度比所述小臂目標(biāo)速度與所述鏟斗目標(biāo)速度之和小時(shí)，所述工作裝置控制部使所述大臂減速為比大臂目標(biāo)速度小。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于， 在滿足所述第一限制條件或者所述第二限制條件，并且所述工作裝置整體的限制速度比所述小臂目標(biāo)速度與所述鏟斗目標(biāo)速度之和大時(shí)，所述工作裝置控制部使所述大臂從所述設(shè)計(jì)面的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)方向移動(dòng)。
10.如權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于， 還包括判定是否滿足第三限制條件的第三限制判定部； 所述第三限制條件包括所述距離比第二規(guī)定值??； 所述第二規(guī)定值比所述第一規(guī)定值??； 在滿足所述第三限制條件時(shí)，所述工作裝置控制部以所述大臂的限制速度控制所述大臂，并且以鏟斗限制速度控制所述鏟斗； 所述鏟斗限制速度的絕對(duì)值 比所述鏟斗目標(biāo)速度的絕對(duì)值小。
11.一種建筑機(jī)械,其特征在于， 包括權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)。
12.—種建筑機(jī)械的控制方法,是用于控制建筑機(jī)械的控制方法,該建筑機(jī)械包括:具有大臂、小臂和鏟斗的工作裝置及用于操作所述工作裝置的操作裝置，該建筑機(jī)械的控制方法的特征在于，包括: 設(shè)定表示挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀的設(shè)計(jì)面的步驟； 確定與用于操作所述大臂的所述操作裝置的操作量對(duì)應(yīng)的大臂目標(biāo)速度、與用于操作所述小臂的所述操作裝置的操作量對(duì)應(yīng)的小臂目標(biāo)速度、與用于操作所述鏟斗的所述操作裝置的操作量對(duì)應(yīng)的鏟斗目標(biāo)速度的步驟； 取得所述鏟斗的刀尖與所述設(shè)計(jì)面之間的距離的步驟； 基于所述距離確定所述工作裝置整體的限制速度的步驟； 判定是否滿足第一限制條件的步驟； 控制所述工作裝置的步驟； 在確定所述限制速度的步驟中，根據(jù)所述工作裝置整體的限制速度、所述小臂目標(biāo)速度和所述鏟斗目標(biāo)速度確定所述大臂的限制速度； 將所述鏟斗的刀尖位于所述設(shè)計(jì)面的外側(cè)時(shí)的所述距離設(shè)為正值，將從所述設(shè)計(jì)面的內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)方向的速度設(shè)為正值； 所述第一限制條件包括所述大臂的限制速度比所述大臂目標(biāo)速度大； 在滿足所述第一限制條件時(shí)，在控制所述工作裝置的步驟中，以所述大臂的限制速度控制所述大臂，并且以所述小 臂目標(biāo)速度控制所述小臂。
【文檔編號(hào)】E02F3/43GK103890273SQ201380002809
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月12日
【發(fā)明者】松山徹, 上義樹, 市原將志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社小松制作所