專利名稱：建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及備有多關(guān)節(jié)型前部裝置的建筑機(jī)械，特別涉及在備有由動臂、斗桿、鏟斗等前部構(gòu)件組成的前部裝置的液壓挖掘機(jī)中、能進(jìn)行限制前部裝置的可以動作的范圍的挖掘的范圍限制挖掘控制裝置。
背景技術(shù)：
對液壓挖掘機(jī)而言，雖然操作者靠各個手動操作手柄來操作動臂等前部構(gòu)件，但是因為這些前部構(gòu)件是分別靠關(guān)節(jié)部相連接而進(jìn)行轉(zhuǎn)動運動的，故操作這些前部構(gòu)件以便挖掘規(guī)定的范圍，是非常困難的作業(yè)。于是，在日本專利公開平成8-333 768號公報、WO95/30059號公報及WO95/33100號公報中提出了使這樣的作業(yè)容易的范圍限制挖掘控制裝置。
日本專利公開平成8-333768號公報中所述的范圍限制挖掘控制裝置，在備有由可以沿上下方向轉(zhuǎn)動的多個前部構(gòu)件構(gòu)成的多關(guān)節(jié)型前部裝置，驅(qū)動前述多個前部構(gòu)件的多個液壓執(zhí)行器，指示前述多個前部構(gòu)件的動作的多個操作機(jī)構(gòu)，根據(jù)前述多個操作機(jī)構(gòu)的操作來驅(qū)動、并控制向前述多個液壓執(zhí)行器所供給的壓力油的流量的多個液壓控制閥的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置中，備有設(shè)定前述前部裝置的可以動作的范圍的范圍設(shè)定機(jī)構(gòu)；檢測與前述前部裝置的位置和姿勢有關(guān)的狀態(tài)量的第1檢測機(jī)構(gòu)；根據(jù)來自前述第1檢測機(jī)構(gòu)的信號來運算前述前部裝置的位置和姿勢的第1運算機(jī)構(gòu)；運算前述多個液壓執(zhí)行器中的與至少第1特定前部構(gòu)件(例如斗桿)有關(guān)的第1特定執(zhí)行器的驅(qū)動所致前述前部裝置的速度的第2運算機(jī)構(gòu)；把前述第1和第2運算機(jī)構(gòu)的運算值輸入，當(dāng)前述前部裝置在前述設(shè)定范圍內(nèi)處在其邊界附近時，運算前述多個液壓執(zhí)行器中的與至少第2特定前部構(gòu)件(例如動臂)有關(guān)的第2特定執(zhí)行器的驅(qū)動所致前述前部裝置速度的限制值，以便限制接近于前述設(shè)定范圍的邊界的方向的移動速度的第3運算機(jī)構(gòu)；修正與前述第2特定執(zhí)行器有關(guān)的操作機(jī)構(gòu)的操作信號，使前述第2特定執(zhí)行器的驅(qū)動所致前述前部裝置的速度不超過前述限制值的信號修正機(jī)構(gòu)；在第3運算機(jī)構(gòu)中，當(dāng)前部裝置在設(shè)定范圍內(nèi)處在其邊界附近時，運算與第2特定前部構(gòu)件有關(guān)的第2特定執(zhí)行器的驅(qū)動所致前部裝置的速度的限制值，在信號修正機(jī)構(gòu)中，修正與第2特定執(zhí)行器有關(guān)的操作機(jī)構(gòu)的操作信號，使第2特定執(zhí)行器的驅(qū)動所致前部裝置的速度不超過其限制值，借此可以進(jìn)行使對設(shè)定范圍的邊界接近方向的前部裝置的動作減速的方向變換控制，使前部裝置沿著設(shè)定范圍的邊界來動作。借此，可以高效地順利地進(jìn)行以設(shè)定范圍的邊界為目標(biāo)挖掘面的挖掘，使鏟斗不超過設(shè)定范圍的邊界，即所設(shè)定的挖掘深度。
WO95/30059號公報中所述的范圍限制挖掘控制裝置，預(yù)先設(shè)定前部裝置可以動作的范圍，在控制單元中根據(jù)來自角度檢測器的信號來運算前部裝置的位置和姿勢，根據(jù)來自操作手柄裝置的信號來運算前部裝置的目標(biāo)速度向量，當(dāng)前部裝置在設(shè)定范圍內(nèi)未處在其邊界附近時保持目標(biāo)速度向量，當(dāng)前部裝置在設(shè)定范圍內(nèi)處在其邊界附近時修正目標(biāo)速度向量，使接近于設(shè)定范圍的邊界的方向的向量分量減小，操作各自的液壓控制閥以便可以得到此一修正的目標(biāo)速度向量，借此可以高效地順利地進(jìn)行限制范圍的挖掘。
WO95/33100號公報中所述的范圍限制挖掘控制裝置，在上述WO95/30059號公報中所述的控制裝置中，考慮到液壓控制閥(流量控制閥)的節(jié)流特性隨著前部裝置的負(fù)載而變化的事實，針對該節(jié)流特性隨負(fù)載的變化對在目標(biāo)液控壓力運算部中所使用的函數(shù)關(guān)系加以修正，用此一所修正的函數(shù)關(guān)系來計算目標(biāo)液控壓力，可以進(jìn)行與負(fù)載的變化無關(guān)的高精度的控制，使前部裝置的前端按目標(biāo)速度向量運動。
發(fā)明的公開一般在進(jìn)行挖掘作業(yè)的場合，作為挖掘?qū)ο蟮耐寥赖挠捕任幢睾愣?，往往存在著局部硬度變大的地方。例如，存在著土壤的一部分土質(zhì)比其他部分要硬的土壤條件，或者在土壤中局部地聚集著石頭、混凝土、廢料等的土壤條件。在這樣的土壤條件下，在運用前述日本專利公開平成8-333768號公報中所提出的現(xiàn)有技術(shù)來進(jìn)行挖掘作業(yè)的場合，前部裝置不按在第2運算機(jī)構(gòu)中所運算的前部裝置的速度來運動，無法進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆较蜃儞Q控制。
例如，在把前部裝置向建筑機(jī)械車體的前方伸出的狀態(tài)，即作為前部的構(gòu)成要素的動臂向下運動，把斗桿相對于動臂向上(傾倒方向)操作的狀態(tài)下，使斗桿朝進(jìn)鏟方向運動，通過范圍限制挖掘控制來進(jìn)行挖掘作業(yè)的場合，由于鏟斗一到達(dá)堅硬的土壤部分，斗桿驅(qū)動用的執(zhí)行器的負(fù)載就加大，壓力油向該執(zhí)行器的流入變難了，所以斗桿以比指令速度要慢的速度來進(jìn)行進(jìn)鏟動作。結(jié)果，在第2運算機(jī)構(gòu)中所運算的前部裝置的速度變成比實際的前部裝置的速度要快，由于根據(jù)此一較快的速度來運算限制值，進(jìn)行使動臂向上運動的控制，所以對于斗桿進(jìn)鏟動作來說動臂過分抬高，鏟斗前端到達(dá)設(shè)定范圍的邊界之前的軌跡易于向上脫離該邊界。
因此，對上述運用例而言，鏟斗不能充分地挖掘堅硬的土壤部分，漏挖該堅硬土壤部分的一部分，在挖掘面上形成預(yù)想外的凸出部，為要挖掘到設(shè)定范圍必須多次追加作業(yè)，用來形成目標(biāo)挖掘面的作業(yè)時間加長，工期往往推遲。
即使是WO95/30059號公報中所提出的現(xiàn)有技術(shù)，在同樣的土壤條件下，鏟斗一到達(dá)堅硬的土壤部分，鏟斗前端就不按所計算的目標(biāo)速度向量來動作，鏟斗前端到達(dá)設(shè)定范圍的邊界之前的軌跡同樣也易于向上脫離該邊界，無法進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆较蜃儞Q控制。
對WO95/30059號公報中所述的現(xiàn)有技術(shù)而言，針對流量控制閥的節(jié)流特性隨負(fù)載的變化對在目標(biāo)液控壓力運算部中所使用的函數(shù)關(guān)系加以修正，用此一所修正的函數(shù)關(guān)系來計算目標(biāo)液控壓力，借此來提高控制精度，即使在存在上述那樣的堅硬土壤部分的條件下，鏟斗前端也能按所計算的目標(biāo)速度向量來動作。此一現(xiàn)有技術(shù)，是與負(fù)載無關(guān)地使鏟斗前端的實際的移動速度向量與所計算的目標(biāo)速度向量相一致，從而提高控制精度這樣的思路。但是，對此一方法而言，必須收集并記錄處理大量的修正數(shù)據(jù)，用來根據(jù)負(fù)載變化對在目標(biāo)液控壓力運算部中所使用的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行高精度的修正。特別是，在范圍限制挖掘控制這樣的動臂與斗桿的復(fù)合操作的控制中，因為動臂與斗桿的復(fù)合狀態(tài)變化而前部裝置的姿勢一變化，流量控制閥的負(fù)載特性就與此相應(yīng)地變化，必要的修正量也變化，故雖然有必要考慮所有的復(fù)合狀態(tài)而取得修正數(shù)據(jù)，但是收集考慮這樣的復(fù)合狀態(tài)的修正數(shù)據(jù)是極其困難的。此外，如果產(chǎn)品的種類改變，流量控制閥改變，則每次都有必要重新取得數(shù)據(jù)，儲存負(fù)載修正數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的目的在于提供一種建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置，該控制裝置在采用限制范圍的挖掘控制的挖掘作業(yè)中，不受作為挖掘?qū)ο蟮耐寥赖挠捕鹊挠绊?，可以把設(shè)定范圍挖掘到邊界，而且容易進(jìn)行用于此的軟件的作成。
為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中，建筑機(jī)械具有由包括可以沿上下方向轉(zhuǎn)動的第1和第2前部構(gòu)件在內(nèi)的多個前部構(gòu)件所構(gòu)成的多關(guān)節(jié)型前部裝置，包括驅(qū)動前述第1和第2前部構(gòu)件的第1和第2液壓執(zhí)行器在內(nèi)的多個液壓執(zhí)行器，包括指示前述第1和第2前部構(gòu)件的動作的第1和第2操作機(jī)構(gòu)在內(nèi)的多個操作機(jī)構(gòu)，包括根據(jù)前述第1和第2操作機(jī)構(gòu)的操作來驅(qū)動、并控制向前述第1和第2液壓執(zhí)行器所供給的壓力油的流量的第1和第2液壓控制閥在內(nèi)的多個液壓控制閥；范圍限制挖掘控制裝置設(shè)置在上述建筑機(jī)械中，其備有計算由前述多個操作機(jī)構(gòu)中的至少前述第1操作機(jī)構(gòu)所致前述前部裝置的移動速度的第1運算機(jī)構(gòu)，計算隨著前述前部裝置接近設(shè)定范圍的邊界而絕對值變小的限制值的第2運算機(jī)構(gòu)，以及用在前述第1運算機(jī)構(gòu)中所計算的前部裝置的移動速度和在前述第2運算機(jī)構(gòu)中所計算的限制值、修正前述多個操作機(jī)構(gòu)中的至少前述第2操作機(jī)構(gòu)的操作信號、以便隨著前述前部裝置接近前述設(shè)定范圍的邊界、減小接近該邊界方向的移動速度、朝沿邊界的方向移動的信號修正機(jī)構(gòu)；其中還備有檢測作用在前述前部裝置上的負(fù)載的第1檢測機(jī)構(gòu)；以及根據(jù)由前述第1檢測機(jī)構(gòu)所檢測的負(fù)載的大小來修正前述限制值的限制值修正機(jī)構(gòu)。
在像以上這樣構(gòu)成的本發(fā)明中，在第2運算機(jī)構(gòu)中，計算隨著前部裝置接近設(shè)定范圍的邊界而絕對值變小的限制值，在信號修正機(jī)構(gòu)中，修正多個操作機(jī)構(gòu)中的至少第2操作機(jī)構(gòu)的操作信號，以便隨著前部裝置接近設(shè)定范圍的邊界，減小接近該邊界方向的移動速度，朝沿邊界的方向移動，借此可以針對設(shè)定范圍的邊界進(jìn)行方向變換控制，可以使前部裝置沿設(shè)定范圍的邊界運動。這與日本專利公開平成8-333768號公報或WO95/30059號公報及WO95/33100號公報的提案技術(shù)相同。
于是對本發(fā)明而言，在這樣的方向變換控制之際，在第1檢測機(jī)構(gòu)中檢測作用在前部裝置上的負(fù)載，在限制值修正機(jī)構(gòu)中，根據(jù)由第1檢測機(jī)構(gòu)所檢測的負(fù)載的大小來修正限制值，借此，在負(fù)載大的場合，可以并成如果前部裝置離設(shè)定范圍的邊界不比負(fù)載小時更近些，則限制值不起作用，借此可用抑制前部裝置在挖掘負(fù)載下有抬高的傾向的現(xiàn)象，即使在作為挖掘?qū)ο蟮耐寥缊杂捕诰蜇?fù)載大的狀態(tài)下，也可以不受土壤硬度的影響，把設(shè)定范圍挖掘到邊界。
此外，在本發(fā)明中，在用上述控制對堅硬的土壤等負(fù)載大的挖掘?qū)ο筮M(jìn)行挖掘時，基于不把前部裝置到達(dá)設(shè)定范圍的邊界之前的速度向量(軌跡)當(dāng)成問題，只要前部裝置不會脫離挖掘?qū)ο蟮刈罱K到達(dá)邊界就可以了這樣的思路，為此對限制值進(jìn)行負(fù)載修正。因而，此一限制值的修正不需要嚴(yán)密性，與對節(jié)流特性進(jìn)行負(fù)載修正的場合相比，軟件的作成極其容易。
在上述中，最好是，前述限制值修正機(jī)構(gòu)修正成隨著在前述第1檢測機(jī)構(gòu)中所檢測的在用在前部裝置上的負(fù)載加大，而使限制值在離前述設(shè)定范圍的邊界更近的位置上起作用。
此外，最好是，前述第1檢測機(jī)構(gòu)所檢測的作用于前述前部裝置上的負(fù)載是前述第1液壓執(zhí)行器的負(fù)載壓力。
前述第1檢測機(jī)構(gòu)所檢測的作用于前述前部裝置上的負(fù)載也可以是前述第2液壓執(zhí)行器的負(fù)載壓力。
進(jìn)而，最好是，在前述限制值修正機(jī)構(gòu)中所修正的限制值是接近前述設(shè)定范圍的邊界的方向的速度的限制值，前述信號修正機(jī)構(gòu)修正前述第2操作機(jī)構(gòu)的操作信號，以便使前述前部裝置的速度的接近前述設(shè)定范圍的邊界的方向的分量不超過該限制值。
此外，在前述第1運算機(jī)構(gòu)中所計算的前部裝置的移動速度是前述前部裝置的目標(biāo)速度，在前述限制值修正機(jī)構(gòu)中所修正的限制值是用來修正前述前部裝置的目標(biāo)速度的接近前述設(shè)定范圍的邊界的方向的分量的系數(shù)，前述信號修正機(jī)構(gòu)也可以修正前述第1和第2操作機(jī)構(gòu)的操作信號，以便可以得到具有由此一系數(shù)所修正的速度分量的前部裝置的目標(biāo)速度。
進(jìn)而，在前述第1運算機(jī)構(gòu)中所計算的前部裝置的移動速度是前述前部裝置的目標(biāo)速度，在前述限制值修正機(jī)構(gòu)中所修正的限制值是前述前部裝置的目標(biāo)速度的接近前述設(shè)定范圍的邊界的方向的分量的限制值，前述信號修正機(jī)構(gòu)也可以修正前述第1和第2操作機(jī)構(gòu)的操作信號，以便可以得到具有修正成不超過該限制值的速度分量的前部裝置的目標(biāo)速度。
此外，也可以代替前述限制值修正機(jī)構(gòu)，備有根據(jù)由前述第1檢測機(jī)構(gòu)所檢測的負(fù)載的大小、限制在前述第1運算機(jī)構(gòu)中所計算的前部裝置的移動速度的速度限制機(jī)構(gòu)。
進(jìn)而，最好是，前述多個前部構(gòu)件包括液壓挖掘機(jī)的動臂和斗桿，前述第1前部構(gòu)件是斗桿，前述第2前部構(gòu)件是動臂。
附圖的簡要說明

圖1是與其液壓驅(qū)動裝置一起表示根據(jù)本發(fā)明的第1實施例的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置的圖。
圖2是表示運用本發(fā)明的液壓挖掘機(jī)的外觀的圖。
圖3是表示控制單元的控制功能的功能方框圖。
圖4是表示本實施例的范圍限制挖掘控制中的挖掘范圍的設(shè)定方法的圖。
圖5是表示求出鏟斗前端速度的限制值時的與離開設(shè)定范圍的邊界的距離的關(guān)系的一個例子的圖。
圖6是表示限制值修正部的運算內(nèi)容的一個例子的功能方框圖。
圖7是表示在圖6的方框圖中所使用的負(fù)載壓力與修正系數(shù)的關(guān)系的圖。
圖8是表示限制值修正部的運算內(nèi)容的另一個例子的功能方框圖。
圖9是表示在圖8的方框圖中所使用的距離與限制值的基本值的關(guān)系的圖。
圖10是表示在圖8的方框圖中所使用的負(fù)載壓力與修正系數(shù)的關(guān)系的圖。
圖11是表示限制值修正部的運算內(nèi)容的又一個例子的功能方框圖。
圖12是表示在鏟斗前端處在設(shè)定范圍內(nèi)的場合、處在設(shè)定范圍的邊界上的場合、處在設(shè)定范圍外的場合，動臂所致鏟斗前端速度的修正動作的不同的圖。
圖13是表示鏟斗前端處在設(shè)定范圍內(nèi)時的修正動作軌跡的一個例子的圖。
圖14是表示鏟斗前端處在設(shè)定范圍外時的修正動作軌跡的一個例子的圖。
圖15是表示求出鏟斗前端速度的限制值時的與離開設(shè)定范圍的邊界的距離的關(guān)系的另一個例子的圖。
圖16是與其液壓驅(qū)動裝置一起表示根據(jù)本發(fā)明的第2實施例的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置的圖。
圖17是表示控制單元的控制功能的圖。
圖18是與其液壓驅(qū)動裝置一起表示根據(jù)本發(fā)明的第3實施例的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置的圖。
圖19是表示控制單元的控制功能的圖。
圖20是表示方向變換控制部中的處理內(nèi)容的程序框圖。
圖21是表示方向變換控制部中的鏟斗前端至設(shè)定范圍的邊界的距離Ya與系數(shù)h的關(guān)系的圖。
圖22是表示鏟斗前端按運算被方向變換控制時的軌跡的一個例子的圖。
圖23是表示斗桿缸負(fù)載壓力所致系數(shù)h的修正方式的圖。
圖24是表示方向變換控制部中的用另一種方法的處理內(nèi)容的程序框圖。
圖25是表示方向變換控制部中的距離Ya與Vcyf＝函數(shù)f(Ya)的關(guān)系的圖。
圖26是表示斗桿缸負(fù)載壓力所致Ya坐標(biāo)分量f(Ya)的修正方式的圖。
圖27是表示恢復(fù)控制部中的處理內(nèi)容的程序框圖。
圖28是表示鏟斗前端按運算被恢復(fù)控制時的軌跡的一個例子的圖。
圖29是表示斗桿缸負(fù)載壓力所致在恢復(fù)控制中所使用的系數(shù)K的修正方式的圖。
圖30是表示根據(jù)本發(fā)明的第4實施例的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置中的控制單元的控制功能的圖。
圖31是表示挖掘負(fù)載所致鏟斗前端速度修正部的處理內(nèi)容的程序框圖。
圖32是表示斗桿缸負(fù)載壓力與鏟斗前端速度修正系數(shù)的關(guān)系的圖。
圖33是說明修正鏟斗前端速度所引起的作用的圖。
實施發(fā)明的最佳形態(tài)下面用附圖來說明在把本發(fā)明運用于液壓挖掘機(jī)的場合的實施例。
首先，用圖1～圖6來說明本發(fā)明的第1實施例。
在圖1中，運用本發(fā)明的液壓挖掘機(jī)帶有液壓泵2，包括由來自此一液壓泵2的壓力油所驅(qū)動的動臂缸3a、斗桿缸3b、鏟斗缸3c、回轉(zhuǎn)馬達(dá)3d以及左右行走馬達(dá)3e、3f在內(nèi)的多個液壓執(zhí)行器，分別與這些液壓執(zhí)行器3a～3f相對應(yīng)地設(shè)置的多個操作手柄裝置14a～14f，連接于液壓泵2與多個液壓執(zhí)行器3a～3f之間、由操作手柄裝置14a～14f的操作信號來控制、控制向液壓執(zhí)行器3a～3f所供給的壓力油的流量的多個流量控制閥15a～15f，以及在液壓泵2與流量控制閥15a～15f之間的壓力超過設(shè)定值的場合打開的溢流閥6；這些構(gòu)成驅(qū)動液壓挖掘機(jī)的被驅(qū)動構(gòu)件的液壓驅(qū)動裝置。
在斗桿缸3b的底側(cè)管路中，設(shè)有壓力檢測器41a。此一壓力檢測器41a，是作為壓力來檢測在挖掘中在用在斗桿缸3b上的負(fù)載者。
液壓挖掘機(jī)，如圖2中所示，靠由連接成可以分別沿豎直方向轉(zhuǎn)動的動臂1a、斗桿1b和鏟斗1c所組成的多關(guān)節(jié)型前部裝置1A，以及由上部回轉(zhuǎn)體1d和下部行走體1e所組成的車體1B來構(gòu)成，前部裝置1A的動臂1a的基端支撐在上部回轉(zhuǎn)體1d的前部。動臂1a、斗桿1b、鏟斗1c、上部回轉(zhuǎn)體1d和下部行走體1e，構(gòu)成各由動臂缸3a、斗桿缸3b、鏟斗缸3c、回轉(zhuǎn)馬達(dá)3d和左右行走馬達(dá)3e、3f分別驅(qū)動的被驅(qū)動構(gòu)件，它們的動作由上述操作手柄裝置14a～14f來指示。
此外，操作手柄裝置14a～14f是作為操作信號而輸出電氣信號(電壓)的電氣手柄式，流量控制閥15a～15f在兩端帶有電液變換機(jī)構(gòu)，例如備有比例電磁閥的電磁驅(qū)動部30a、30b～35a、35b，操作手柄裝置14a～14f把與操作者的操作量和操作方向相對應(yīng)的電壓作為電氣信號向?qū)?yīng)的流量控制閥15a～15f的電磁驅(qū)動部30a、30b～35a、35b供給。
進(jìn)而，流量控制閥15a～15f是中位旁通式流量控制閥，各流量控制閥的中位旁通通路由中位旁通管路242串聯(lián)連接。中位旁通管路242的上游一側(cè)經(jīng)由供給管路243連接于液壓泵2，下游一側(cè)連接于油箱。
在以上這樣的液壓挖掘機(jī)中設(shè)有根據(jù)本實施例的范圍限制挖掘控制裝置。此一控制裝置由以下部分組成，即指示預(yù)先根據(jù)作業(yè)來設(shè)定前部裝置的規(guī)定部位，例如鏟斗前端可以動作的挖掘范圍的設(shè)定器7；設(shè)在動臂1a、斗桿1b和鏟斗1c各自的轉(zhuǎn)動支點上，作為與前部裝置1A的位置和姿勢有關(guān)的狀態(tài)量而檢測各自的轉(zhuǎn)動角的角度檢測器8a、8b、8c；檢測車體1B的前后方向的傾斜角的傾斜角檢測器8d；上述壓力檢測器41a；以及輸入操作手柄裝置14a～14f的操作信號、設(shè)定器7的設(shè)定信號以及角度檢測器8a、8b、8c和傾斜角檢測器8d和壓力檢測器41a的檢測信號，設(shè)定鏟斗前端可以動作的挖掘范圍的，同時進(jìn)行用來進(jìn)行限制范圍的挖掘的操作信號的修正的控制單元9。
設(shè)定器7是靠設(shè)在操作面板或把手上的開關(guān)等操作機(jī)構(gòu)向控制單元9輸出設(shè)定信號而指示挖掘范圍的設(shè)定者，在操作面板上還可以有顯示裝置等其他輔助機(jī)構(gòu)。
控制單元9的控制功能示于圖3。控制單元9具有前部姿勢運算部9a，范圍設(shè)定運算部9b，鏟斗前端速度的限制值運算部9c，挖掘負(fù)載所致限制值修正部91，斗桿缸速度運算部9d，斗桿所致鏟斗前端速度運算部9e，動臂所致鏟斗前端速度的限制值運算部9f，動臂缸速度的限制值運算部9g，動臂指令的限制值運算部9h，動臂指令的最大值運算部9j，動臂用閥指令運算部9i，以及斗桿用閥指令運算部9k等各種功能。
在前部姿勢運算部9a中，根據(jù)在角度檢測器8a～8c和傾斜角檢測器8d中所檢測的動臂、斗桿、鏟斗的轉(zhuǎn)動角和車體1B的前后傾斜角來運算前部裝置1A的位置和姿勢。
在范圍設(shè)定運算部9b中，在來自設(shè)定器7的指示下進(jìn)行鏟斗1c的前端可以動作的挖掘范圍的設(shè)定運算。用圖4來說明它的一個例子。
在圖4中，在操作者的操作下使鏟斗1c的前端運動到P點的位置之后，輸入在來自設(shè)定器7的指示下前部姿勢運算部9a所運算的當(dāng)時的鏟斗1c的前端位置，進(jìn)而根據(jù)在設(shè)定器7中所指示的傾斜角ζ來設(shè)定限制范圍的邊界L。
這里，在控制單元9的存儲裝置中儲存前部裝置1A和車體1B的各部分尺寸，范圍設(shè)定運算部9b使用前部姿勢運算部9a中這些數(shù)據(jù)，和在角度檢測器8a、8b、8c中所檢測的轉(zhuǎn)動角及在傾斜角檢測器8d中所檢測的車體1B的傾斜角來計算P點的位置。此時，P點的位置例如作為以動臂1a的轉(zhuǎn)動支點為原點的XY坐標(biāo)系的坐標(biāo)值而求出。XY坐標(biāo)系是處在固定于車體1B的豎直面內(nèi)的直角坐標(biāo)系。
于是，根據(jù)P點的位置和在設(shè)定器7中所指示的傾斜角ζ，建立限制范圍的邊界L的直線式，把原點保持在該直線上，建立以該直線為一軸的直角坐標(biāo)系，例如以P點為原點的XaYa坐標(biāo)系，求出從XY坐標(biāo)系向XaYa坐標(biāo)系的變換數(shù)據(jù)。
在鏟斗前端速度的限制值運算部9c中，根據(jù)鏟斗前端至邊界L的距離，來計算鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值a。這些在控制單元9的存儲裝置中儲存如圖5中所示的關(guān)系，進(jìn)行對此一關(guān)系的讀出。
在圖5中，橫軸表示鏟斗前端的至邊界L的距離D，縱軸表示鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值a，橫軸的距離D和縱軸的速度限制值a與XaYa坐標(biāo)系相同，分別以從設(shè)定范圍外指向設(shè)定范圍內(nèi)的方向為(+)方向。此一距離D與限制值a的關(guān)系，確定成當(dāng)鏟斗前端處在設(shè)定范圍內(nèi)時，以與該距離D成比例的(-)方向的速度為鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值a，當(dāng)鏟斗前端處在范圍外時，以與該距離D成比例的(+)方向的速度為鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值a。因而，就成了在設(shè)定范圍內(nèi)，僅在鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量在(-)方向超過限制值的場合才被減速，在設(shè)定范圍外，鏟斗前端沿(+)方向被增速。
在挖掘負(fù)載所致限制值修正部91中，輸入來自壓力檢測器41a的斗桿缸3b的負(fù)載壓力Pba，如圖5從實線到雙點劃線的變化所示，進(jìn)行這樣的修正，即隨著該負(fù)載壓力Pba的升高，使鏟斗前端速度的限制值a與至邊界的距離D的關(guān)系變得陡峭。這里，之所以把斗桿缸3b的底側(cè)壓力Pba取成負(fù)載壓力，是因為在挖掘作業(yè)中把斗拉入眼前，即進(jìn)行使壓力油流入斗桿缸3b的底側(cè)以克服挖掘負(fù)載的操作的緣故。此外，這里，之所以隨著負(fù)載壓力Pba的升高而使鏟斗前端速度的限制值a與至邊界的距離D的關(guān)系變得陡峭，是因為當(dāng)挖掘負(fù)載變大時使接近邊界時的限制值在盡可能接近邊界的狀態(tài)下起作用的緣故。
在前述鏟斗前端速度的限制值運算部9c中，用圖5中所示的由負(fù)載壓力所修正的至邊界的距離D與鏟斗前端速度的限制值a的關(guān)系來求出限制值a。
下面說明在限制值修正部91中根據(jù)負(fù)載壓力Pba的變化來修正限制值a的方法的具體例子。
(1)用負(fù)載壓力Pba的函數(shù)式預(yù)先求出圖5的D－a關(guān)系式的修正系數(shù)(Ka)的方法。
圖6中表示運算的方框圖，圖7中表示圖6的方框200中所使用的函數(shù)(Ka＝fka(Pba))的內(nèi)容。
在圖6的方框200中，使用作為圖7的關(guān)系式的Ka＝fka(Pba)來求出在方框210中所使用的圖5的D－a的關(guān)系式的系數(shù)Ka。
在方框210中，使用在方框200中所求出的系數(shù)Ka，根據(jù)a＝Ka·D的關(guān)系式來求出限制值a。
在此一場合，因為隨著Pba的升高而使圖5中所示的D－a的關(guān)系陡峭的傾向，故有系數(shù)Ka隨著負(fù)載壓力Pba的增加而變大的關(guān)系。此外，在圖7中當(dāng)Pba＝0時令系數(shù)Ka的初始值Ka＝Ka0，弄成隨著負(fù)載壓力Pba的增加系數(shù)Ka取大于Ka0的值。但是，此一Pba－Ka的關(guān)系不限于此，也可以當(dāng)規(guī)定的負(fù)載壓力Pba時令Ka＝Ka0，在負(fù)載壓力Pba低于規(guī)定值的場合弄成Ka＜Ka0。此外，Pba－Ka的關(guān)系也可以不是直線式，而是曲線表達(dá)式。這些關(guān)系只要用隨著負(fù)載壓力Pba的增加Ka增加(D－a的關(guān)系變成陡峭)的關(guān)系來實現(xiàn)控制上所預(yù)期的目標(biāo)就可以了。
此外，雖然在這里以公式的形式求出Pba－Ka的關(guān)系，但是也可以把此一關(guān)系表格化并儲存在控制單元9的存儲器中，根據(jù)負(fù)載壓力Pba的值讀出表格值。
(2)用圖5的實線的D－a關(guān)系式來求出限制值a，用負(fù)載壓力Pba來修正該限制值a的方法。
圖8中表示運算的方框圖，圖9中表示圖8的方框310中所使用的函數(shù)(a1＝Ka·D(與圖5的實線的關(guān)系相同))的內(nèi)容，圖10中表示圖8的方框300中所使用的函數(shù)(Ka1＝fka1(Pba))的內(nèi)容。
在方框310中，根據(jù)圖9的關(guān)系來求出鏟斗前端速度的限制值a的基本值a1。在方框300中，求出斗桿缸的負(fù)載壓力Pba所致基本值a1的修正系數(shù)Ka1。在方框320中，把前面在方框310中所求出的基本值a1乘以在方框300中所求出的修正系數(shù)Ka1，求出鏟斗前端速度的限制值a。此時的Ka1與Pba的關(guān)系如圖5中雙點劃線所示定為D-a的關(guān)系隨著負(fù)載壓力Pba的增加而變成陡峭。因而，如果使限制值a的基本值a1為Pba＝0時的值，則如圖10中所示當(dāng)Pba＝0時Ka1＝1，成為隨著負(fù)載壓力Pba的增加修正系數(shù)Ka1增加的關(guān)系。
此時的Pba－Ka1的關(guān)系不限于此，也可以當(dāng)規(guī)定的負(fù)載壓力Pba時令Ka1＝1，在負(fù)載壓力Pba低于規(guī)定值的場合弄成Ka1＜1。此外，Pba－Ka1的關(guān)系也可以不是直線式，而是曲線表達(dá)式。這些關(guān)系只要用隨著負(fù)載壓力Pba的增加Ka1增加(D－a的關(guān)系變成陡峭)的關(guān)系來實現(xiàn)控制上所預(yù)期的目標(biāo)就可以了。
此外，雖然在這里以公式的形式求出Pba－Ka1的關(guān)系，但是也可以把此一關(guān)系表格化并儲存在控制單元9的存儲器中，根據(jù)負(fù)載壓力Pba的值讀出表格值。
(3)把圖5的實線的D－a的關(guān)系表格化并儲存在存儲器中，從存儲器中取出與D的值相對應(yīng)的a，然后用負(fù)載壓力Pha來修正的方法。
圖11中表示運算的方框圖。
在圖11的方框410中，根據(jù)與前面圖5的實線相同的關(guān)系式來求出鏟斗前端速度的限制值a的基本值a2。在這里，把與圖5的實線相同的D－a2的關(guān)系表格化并儲存在存儲器中。于是，根據(jù)當(dāng)時的距離D讀出基本值a2。
在方框400中，求出斗桿缸的負(fù)載壓力Pba所致基本值a2的修正系數(shù)Ka2。在方框420中，把前面在方框410中所求出的基本值a2乘以在方框400中所求出的修正系數(shù)Ka2，求出鏟斗前端速度的限制值a。此時的Ka2與Pba的關(guān)系如圖5中雙點劃線所示定為D－a的關(guān)系隨著負(fù)載壓力Pba的增加而變成陡峭。因而，如果使限制值a的基本值a2為Pba＝0時的值，則與圖10的場合相同，當(dāng)Pba＝0時Ka2＝1，成為隨著負(fù)載壓力Pba的增加修正系數(shù)Ka2增加的關(guān)系。
在斗桿缸速度運算部9d中，根據(jù)操作手柄裝置14b所引起的至流量控制閥15b的指令值，和該斗桿的流量控制閥15b的流量特性，推算斗桿缸速度。
在斗桿所致鏟斗前端速度運算部9e中，根據(jù)斗桿缸速度和在前部姿勢運算部9a中所求出的前部裝置1A的位置和姿勢來運算斗桿所致的鏟斗前端速度b。
在動臂所致鏟斗前端速度的限制值運算部9f中，用在范圍設(shè)定運算部9b中所求出的變換數(shù)據(jù)把在運算部9e中所求出的斗桿所致鏟斗前端速度b從XY坐標(biāo)系變換到XaYa坐標(biāo)系，運算斗桿所致鏟斗前端速度的與邊界L平行和垂直的分量(bx、by)，根據(jù)在運算部9c中所求出的鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值a和該斗桿所致鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量by，運算動臂所致鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值c。用圖12來說明這些。
在圖12中，在鏟斗前端速度的限制值運算部9c中所求出的鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值a和在斗桿所致鏟斗前端速度運算部9e中所求出的斗桿所致鏟斗前端速度b的與邊界L垂直的分量by之差(a－by)，是動臂所致鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值c，在動臂所致鏟斗前端速度的限制值運算部9f中由c＝a－by的公式來計算限制值c。
分別在鏟斗前端處在設(shè)定范圍內(nèi)的場合、處在邊界上的場合、處在設(shè)定范圍外的場合，來說明限制值c的意義。
在鏟斗前端處在設(shè)定范圍內(nèi)的場合，鏟斗前端速度與鏟斗前端至邊界L的距離D成比例地受鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值a的限制，因此動臂所致鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量受c(＝a－by)的限制。也就是說，在斗桿所致鏟斗前端速度b的與邊界L垂直的分量by超過c的場合，動臂被c所減速。
在鏟斗前端處在設(shè)定范圍的邊界L上的場合，鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值a為0，指向設(shè)定范圍外的斗桿所致鏟斗前端速度分量by被速度c的動臂抬高所致修正動作所抵銷，鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量也為0。
在鏟斗前端處在范圍外的場合，鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量受與鏟斗前端至邊界L的距離D成比例的向上的速度a的限制，借此，進(jìn)行速度c的動臂抬高所致修正動作以便始終恢復(fù)到設(shè)定范圍內(nèi)。
在動臂缸速度的限制值運算部9g中，根據(jù)動臂所致鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值c和前部裝置1A的位置和姿勢，通過使用上述變換數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換來運算動臂缸速度的限制值。
在動臂指令的限制運算部9h中，根據(jù)動臂的流量控制閥15a的流量特性，求出與在運算部9g中所求出的動臂缸速度的限制值相對應(yīng)的動臂的指令限制值。
在動臂指令的最大值運算部9j中，把在運算部9h中所求出的動臂指令的限制值與操作手柄裝置14a的指令值加以比較，把較大的一方輸出。這里，操作手柄裝置14a的指令值與XaYa坐標(biāo)系相同，以從設(shè)定范圍外朝向設(shè)定范圍內(nèi)的方向(動臂抬高方向)為(+)方向。此外，在運算部9j中把動臂指令的限制值與操作手柄裝置14a的指令值中較大的一方輸出，在鏟斗前端處在設(shè)定范圍內(nèi)的場合，由于限制值c為(-)，所以在操作手柄指令值為(+)時，是把操作手柄指令值輸出，在操作手柄指令值為(-)時，是把兩者中的絕對值較小的一方輸出，在鏟斗前端處在范圍外的場合，由于限制值c為(+)，所以在操作手柄指令值為(-)時，是把限制值c輸出，在操作手柄指令值為(+)時，是把兩者中的絕對值較大的一方輸出。
在動臂用閥指令運算部9i中，在從動臂指令的最大值運算部9j所輸出的指令值為正的場合，向流量控制閥15a的動臂抬高驅(qū)動部30a輸出對應(yīng)的電壓，向動臂下行驅(qū)動部30b輸出0電壓，在指令值為負(fù)的場合則相反。
在斗桿用閥指令運算部9k中，輸入操作手柄裝置14b的指令值，在該指令值為斗桿進(jìn)鏟的指令值的場合，向流量控制閥15b的斗桿進(jìn)鏟驅(qū)動部31a輸出對應(yīng)的電壓，向斗桿傾倒驅(qū)動部31b輸出0電壓，在指令值為斗桿傾倒的指令值的場合則相反。
說明像以上這樣構(gòu)成的本實施例的動作。作為作業(yè)例，針對沿動臂下行方向操作動臂用操作手柄裝置14a的操作手柄使動臂下行來進(jìn)行鏟斗前端的定位的場合(動臂下行動作)，和沿斗桿進(jìn)鏟方向操作斗桿用操作手柄裝置14b的操作手柄進(jìn)行斗桿進(jìn)鏟來向眼前方向挖掘的場合(斗桿進(jìn)鏟操作)加以說明。
一沿動臂下行方向操作動臂用操作手柄裝置14a的操作手柄來進(jìn)行鏟斗前端的定位，該操作手柄裝置14a的指令值就向最大值運算部9j輸入。另一方面，與此同時，在運算部9c中，根據(jù)圖5中所示的關(guān)系來計算與鏟斗前端離開設(shè)定范圍的邊界L的距離D成比例的鏟斗前端速度的限制值a(＜0)，在運算部9f中計算動臂所致鏟斗前端速度的限制值c＝a－by＝a(＜0)，在動臂指令的限制值運算部9h中計算與限制值c相對應(yīng)的負(fù)的動臂指令的限制值。此時，當(dāng)鏟斗前端離設(shè)定范圍的邊界L遠(yuǎn)時，由于操作手柄裝置14a的指令值一方比在運算部9h中所求出的動臂指令的限制值要大，所以在動臂指令的最大值運算部9j中，選擇操作手柄裝置14a的指令值，因為此一指令值為負(fù)，故在閥指令運算部9i中，向流量控制閥15a的動臂下行驅(qū)動部30b輸出對應(yīng)的電壓，向動臂抬高驅(qū)動部30a輸出0電壓，借此，動臂根據(jù)操作手柄裝置14a的指令值而下行。
隨著如上所述動臂下行，鏟斗前端接近設(shè)定范圍的邊界L，在運算部9f中所計算的動臂所致鏟斗前端速度的限制值c＝a(＜0)變大(|a|或|c|變小)，在運算部9h中所求出的對應(yīng)的動臂指令的限制值一變成比操作手柄裝置14a的指令值要大，就在動臂指令的最大值運算部9j中選擇該限制值，在閥指令運算部9i中根據(jù)限制值c慢慢地限制向流量控制閥15a的動臂下行驅(qū)動部30b輸出的電壓。借此，隨著接近設(shè)定范圍的邊界L，慢慢地限制動臂下行速度，鏟斗前端一到達(dá)設(shè)定范圍的邊界L，動臂就停下來。因而，可簡單地順利地實現(xiàn)鏟斗前端的定位。
此外，因為上述修正是速度控制，故在前部裝置1A的速度極高，或急劇地操作操作手柄裝置14a的場合，由于液壓回路上的滯后等控制上的響應(yīng)慢或作用在前部裝置1A上的慣性力等，鏟斗前端有可能從設(shè)定范圍的邊界超出。在像這樣鏟斗前端超出的場合，在運算部9c中根據(jù)圖5中所示的關(guān)系，與鏟斗前端離開設(shè)定范圍的邊界L的距離D成比例的鏟斗前端速度的限制值a(＝c)被作為正的值來計算，在閥指令運算部9i中向流量控制閥15a的動臂抬高驅(qū)動部30a輸出與限制值c相對應(yīng)的電壓，借此，動臂以與距離D成比例的速度向上動作以便恢復(fù)到范圍內(nèi)，鏟斗前端一返回到設(shè)定范圍的邊界L就停下來。因而，可以更加順利地進(jìn)行鏟斗前端的定位。
此外，一沿斗桿進(jìn)鏟方向操作斗桿用操作手柄裝置14b的操作手柄來向眼前方向挖掘，該操作手柄裝置14b的指令值就向斗桿用閥指令運算部9k輸入，向流量控制閥15b的斗桿進(jìn)鏟驅(qū)動部31a輸出對應(yīng)的電壓，斗桿向眼前方向下行動作。另一方面，與此同時，操作手柄裝置14b的指令值輸入運算部9d而計算斗桿缸速度，在運算部9e中運算斗桿所致鏟斗前端速度b。此外，在運算部9c中根據(jù)圖5中所示的關(guān)系來計算與鏟斗前端離開設(shè)定范圍的邊界L的距離D成比例的鏟斗前端速度的限制值a(＜0)，在運算部9f中計算動臂所致鏟斗前端速度的限制值c＝a－by。此時，當(dāng)鏟斗前端離設(shè)定范圍的邊界L遠(yuǎn)，a＜by(|a|＞|by|)時，限制值c被作為負(fù)的值來計算，在動臂指令的最大值運算部9j中選擇操作手柄裝置14a的指令值(＝0)，在閥指令運算部9i中向流量控制閥15a的動臂抬高驅(qū)動部30a和動臂下行驅(qū)動部30b輸出0電壓。借此，斗桿根據(jù)操作手柄裝置14b的指令值而向眼前方向運動。
隨著如上所述斗桿向眼前方向運動，鏟斗前端接近設(shè)定范圍的邊界L，在運算部9c中所計算的鏟斗前端速度的限制值a變大(|a|變小)，此一限制值a一變成比在運算部9e中所計算的斗桿所致鏟斗前端速度b的與邊界L垂直的分量by要大，在運算部9f中所計算的動臂所致鏟斗前端速度的限制值c＝a－by就變成正的值，在動臂指令的最大值運算部9j中選擇在運算部9h中所計算的限制值，在閥指令運算部9i中向流量控制閥15a的動臂抬高驅(qū)動部30a輸出與限制值c相對應(yīng)的電壓。借此，進(jìn)行動臂抬高所致修正動作，以便鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量與鏟斗前端至邊界L的距離D成比例地被慢慢地限制，根據(jù)斗桿所致鏟斗前端速度的未經(jīng)修正的與邊界L平行的分量bx和此一限制值c修正了的速度，進(jìn)行圖13中所示的方向變換控制，進(jìn)行沿設(shè)定范圍的邊界L的挖掘。
這里，挖掘負(fù)載一變大，壓力油就難以流入斗桿缸3b，斗桿速度降低。因此，在斗桿所致鏟斗前端速度運算部9e中所計算的鏟斗前端速度b就比實際的速度快些，由于根據(jù)此一快些的速度b在運算部9f中計算動臂所致鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量的限制值c，進(jìn)行使動臂向上動作的控制，所以對斗桿進(jìn)鏟動作來說動臂1a的抬高速度相對過快，產(chǎn)生前部裝置有抬高傾向的現(xiàn)象。
對本實施例而言，挖掘負(fù)載增大時，斗桿缸3b底側(cè)的壓力Pba一升高，就在前述挖掘負(fù)載所致限制值修正部91中，根據(jù)斗桿缸負(fù)載來修正限制值a。通過此一限制值a的修正，在負(fù)載壓力Pba高的場合，如果鏟斗前端離邊界L不比負(fù)載壓力低時更近，則限制值a不變大。也就是說，如果不是更接近邊界L則動臂抬高所致修正動作不起作用。因此，即使壓力油難以流入斗桿缸，斗桿速度降低，與上述方向變換控制所致動臂抬高速度也降低的斗桿速度相平衡，前部裝置有抬高傾向的現(xiàn)象受到抑制，即使在負(fù)載壓力即挖掘負(fù)載大的狀態(tài)下，也可以挖掘得更接近邊界。
此外，在此一場合，也是出于與上述相同的理由，鏟斗前端有可能從設(shè)定范圍的邊界L超出。在像這樣鏟斗前端超出的場合，在運算部9c中根據(jù)圖5中所示的關(guān)系，作為正的值來計算與鏟斗前端離開設(shè)定范圍的邊界L的距離D成比例的鏟斗前端速度的限制值a，在運算部9f中所計算的動臂所致鏟斗前端速度的限制值c＝a－by(＞0)與限制值a成比例地變大，從閥指令運算部9i向流量控制閥15a的動臂抬高驅(qū)動部30a所輸出的電壓與限制值c相應(yīng)地增加。借此，在設(shè)定范圍外以與距離D成比例的鏟斗前端速度進(jìn)行動臂抬高所致修正動作，以便恢復(fù)到范圍內(nèi)，根據(jù)斗桿所致鏟斗前端速度的未經(jīng)修正的與邊界L平行的分量bx和由此一限制值c修正了的速度，如圖14中所示沿設(shè)定范圍的邊界L進(jìn)行慢慢地返回的挖掘。因而，僅靠使斗桿進(jìn)鏟就可以順利地進(jìn)行沿設(shè)定范圍的邊界L的挖掘。
像以上這樣根據(jù)本實施例，在鏟斗前端處在設(shè)定范圍內(nèi)的場合，由于鏟斗前端速度的與設(shè)定范圍的邊界L垂直的分量，與鏟斗前端至邊界L的距離D成比例地受限制值a限制，所以靠動臂下行動作就可以簡單地順利地實現(xiàn)鏟斗前端的定位，靠斗桿進(jìn)鏟操作就可以使鏟斗前端沿設(shè)定范圍的邊界運動，可以高效地順利地進(jìn)行限制范圍的挖掘。
此外，鏟斗前端在設(shè)定范圍外時，由于與鏟斗前端至邊界L的距離D成比例地由限制值a控制成使前部裝置返回設(shè)定范圍，所以即使在前部裝置快速動作時也可以使前部裝置沿設(shè)定范圍的邊界運動，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行限制范圍的挖掘。
此外，此時，由于如上所述可以預(yù)先靠方向變換控制來減速，所以對設(shè)定范圍外的侵入量減小，可以大幅度地緩和返回設(shè)定范圍時的沖擊。因此，即使在使前部裝置快速動作時也可以平穩(wěn)地進(jìn)行限制范圍的挖掘，可以順利地進(jìn)行限制范圍的挖掘。
此外，即使在負(fù)載壓力即挖掘負(fù)載大的狀態(tài)下，壓力油難以流入斗桿缸、斗桿速度降低、動臂易于抬高而前部裝置有抬高傾向的現(xiàn)象也受到抑制，可以更接近邊界L地挖掘。因此，即使在作為挖掘?qū)ο蟮耐寥缊杂驳膱龊?，也可以減少到達(dá)邊界L之前的挖掘次數(shù)。
此外，本實施例中的限制值a的修正，基于在用范圍限制控制來挖掘堅硬土壤等負(fù)載大的挖掘?qū)ο髸r，不把鏟斗前端到達(dá)設(shè)定范圍的邊界之前的速度向量(軌跡)當(dāng)成問題，只要前部裝置不會脫離挖掘?qū)ο蟮刈罱K到達(dá)邊界就可以了這樣的思路。因此，負(fù)載壓力所致限制值a的修正不需要準(zhǔn)確的值，控制上，能使鏟斗前端不脫離挖掘?qū)ο蟮剡M(jìn)行挖掘的大致的修正就可以了。因而，在限制值修正部91中所使用的前述負(fù)載壓力Pba與修正系數(shù)Ka或Ka1或Ka2的關(guān)系不需要嚴(yán)密性，限制值修正部91的軟件(程序)可以容易地作成。
這里，至邊界的L距離D與鏟斗前端速度的限制值a的關(guān)系的修正方法，也可以不是如圖5中所示使直線的斜率陡峭的形狀，也可以弄成如圖15中所示從直線慢慢地變成曲線這樣的關(guān)系。這些如前所述，相當(dāng)于圖7、圖10等中所示的把修正系數(shù)Ka或Ka1或Ka2弄成曲線式的場合。重要的是，把限制值a修正成隨著負(fù)載壓力的提高在離邊界更近的位置上使動臂抬高的修正動作能進(jìn)行就可以了。
此外，雖然對本實施例而言，作為負(fù)載檢測斗桿缸底側(cè)的壓力，但是也可以例如用斗桿缸底側(cè)與有桿側(cè)的壓差，或者作為負(fù)載反力檢測作用于動臂缸3a有桿側(cè)的壓力。進(jìn)而，也可以把它們復(fù)合地用于負(fù)載大小的判定。
用圖16和圖17來說明本發(fā)明的第2實施例。本實施例是運用于作為操作手柄裝置采用液壓先導(dǎo)式的液壓挖掘機(jī)者。圖中，與圖1和圖3中所示的部件或功能相同者帶有相同的標(biāo)號。
在圖16中，運用本實施例的液壓挖掘機(jī)，代替電氣式的操作手柄裝置14a～14f，備有液壓先導(dǎo)式的操作手柄裝置4a～4f。操作手柄裝置4a～4f靠液控壓力來驅(qū)動對應(yīng)的流量控制閥5a～5f，把與由操作者所操作的操作手柄40a～40f的操作量和操作方向相對應(yīng)的液控壓力，經(jīng)由控制管路44a～49b分別向?qū)?yīng)的流量控制閥的液壓驅(qū)動部50a～55b供給。
在以上這樣的液壓挖掘機(jī)中設(shè)置根據(jù)本實施例的范圍限制挖掘控制裝置。此一控制裝置，除了圖1中所示的第1實施例中所備有的東西之外，還備有設(shè)在斗桿用操作手柄裝置4b的控制管路45a、45b中、作為操作手柄裝置4b的操作量而檢測液控壓力的壓力檢測器61a、61b，一次油口側(cè)連接于控制泵43、根據(jù)電氣信號把來自控制泵43的液控壓力減壓后輸出的比例電磁閥10a，連接于動臂用的操作手柄裝置4a的控制管路44a和比例電磁閥10a的二次油口側(cè)、選擇控制管路44a內(nèi)的液控壓力和比例電磁閥10a所輸出的液控壓力中的高壓一側(cè)、引入流量控制閥5a的液壓驅(qū)動部50a的梭閥12，以及設(shè)置在動臂用的操作手柄裝置4a的控制管路44a中、根據(jù)電氣信號把控制管路44a內(nèi)的液控壓力減壓后輸出的比例電磁閥10b。
用圖17來說明控制單元9B中與圖1的實施例的控制功能的不同。
在斗桿缸速度運算部9Bd中，代替操作手柄裝置4b所引起的對流量控制閥5b的指令值，根據(jù)在壓力檢測器61a、61b中所檢測的對流量控制閥5b的指令值(液控壓力)和斗桿的流量控制閥5b的流量特性，推算斗桿缸速度。
此外，在動臂液控壓力的限制值運算部9Bh中，根據(jù)動臂的流量控制閥5a的流量特性，求出與在運算部9g中所求出的動臂缸速度的限制值c相對應(yīng)的液控壓力(指令)限制值。
進(jìn)而，由于設(shè)置了比例電磁閥10a、10b和梭閥12，所以不再需要動臂指令的最大值運算部9j，但是在閥指令運算部9Bi中，當(dāng)在動臂液控壓力的限制值運算部9Bh中所得到的液控壓力的限制值為正時，向動臂抬高側(cè)的比例電磁閥10a輸出與限制值相對應(yīng)的電壓，使流量控制閥5a的液壓驅(qū)動部50a的液控壓力為該限制值，向動臂下行側(cè)的比例電磁閥10b輸出0電壓，使流量控制閥5a的液壓驅(qū)動部50b的液控壓力為0。此外，在限制值為負(fù)時，向比例電磁閥10b輸出與限制值相對應(yīng)的電壓，以便限制動臂下行側(cè)的流量控制閥的液壓驅(qū)動部50b的液控壓力，向動臂抬高側(cè)的比例電磁閥10a輸出0電壓，使流量控制閥5a的液壓驅(qū)動部50a的液控壓力為0。
與第1實施例同樣，針對動臂下行動作和斗桿進(jìn)鏟操作來說明像以上這樣構(gòu)成的本實施例的動作。
一沿動臂下行方向操作動臂用操作手柄裝置4a的操作手柄來進(jìn)行鏟斗前端的定位，作為該操作手柄裝置4a的指令值的液控壓力就經(jīng)由控制管路44b供入流量控制閥5a的動臂下行側(cè)的液壓驅(qū)動部50b。另一方面，與此同時，在運算部9c中根據(jù)圖5中所示的關(guān)系來計算與鏟斗前端離開設(shè)定范圍的邊界L的距離D成比例的鏟斗前端速度的限制值a(＜0)，在運算部9f中計算動臂所致鏟斗前端速度的限制值c＝a－by＝a(＜0)，在動臂液控壓力的限制值運算部9Bh中計算與限制值c相對應(yīng)的負(fù)的動臂指令的限制值，在閥指令運算部9Bi中向比例電磁閥10b輸出與限制值相對應(yīng)的電壓，以便限制動臂下行側(cè)的流量控制閥的液壓驅(qū)動部50b的液控壓力，向動臂抬高側(cè)的比例電磁閥10a輸出0電壓，使流量控制閥5a的液壓驅(qū)動部50a的液控壓力為0。此時，當(dāng)鏟斗前端離設(shè)定范圍的邊界L遠(yuǎn)時，由于在運算部9Bh中所求出的動臂液控壓力的限制值的絕對值大，操作手柄裝置4a的液控壓力比它要小，所以比例電磁閥10b把操作手柄裝置4a的液控壓力原封不動地輸出，借此動臂根據(jù)操作手柄裝置4a的液控壓力來下行。
隨著如上所述動臂下行而鏟斗前端接近設(shè)定范圍的邊界L，在運算部9f中所計算的動臂所致鏟斗前端速度的限制值c＝a(＜0)變大(|a|或|c|變小)，在運算部9Bh中所求出的對應(yīng)的動臂指令的限制值(＜0)的絕對值變小。于是，此一限制值的絕對值變成比操作手柄裝置4a的指令值要小，從閥指令運算部9Bi向比例電磁閥10b所輸出的電壓一與它相應(yīng)地變小，比例電磁閥10b就把操作手柄裝置4a的液控壓力減壓后輸出，根據(jù)限制值c慢慢地限制供入流量控制閥5a的動臂下行側(cè)的液壓驅(qū)動部50b的液控壓力。借此，隨著接近設(shè)定范圍的邊界L，動臂下行速度慢慢地被限制，鏟斗前端一到達(dá)設(shè)定范圍的邊界L，動臂就停下來。因而，可以簡單地順利地實現(xiàn)鏟斗前端的定位。
此外，在鏟斗前端從設(shè)定范圍的邊界L超出的場合，在運算部9c中根據(jù)圖5中所示的關(guān)系作為正的值來計算與鏟斗前端至邊界L的距離D成比例的鏟斗前端速度的限制值a(＝c)，在閥指令運算部9Bi中向比例電磁閥10a輸出與限制值相c對應(yīng)的電壓，向動臂抬高側(cè)的流量控制閥5a的液壓驅(qū)動部50a供入與限制值a相對應(yīng)的液控壓力。借此，動臂以與距離D成比例的速度向上運動，以便恢復(fù)到范圍內(nèi)，鏟斗前端一返回到設(shè)定范圍的邊界L就停下來。因而，可以更加順利地進(jìn)行鏟斗前端的定位。
此外，一沿斗桿進(jìn)鏟方向操作斗桿用操作手柄裝置4a的操作手柄來向眼前方向挖掘，作為該操作手柄裝置4b的指令值的液控壓力就供入流量控制閥5b的斗桿進(jìn)鏟側(cè)的液壓驅(qū)動部51a，斗桿向眼前方向下行動作。另一方面，與此同時，在壓力檢測器61a中檢測操作手柄裝置4b的液控壓力，輸入運算部9Bd而計算斗桿缸速度，在運算部9e中運算斗桿所致鏟斗前端速度b。此外，在運算部9c中根據(jù)圖5中所示的關(guān)系來計算與鏟斗前端離開設(shè)定范圍的邊界L的距離D成比例的鏟斗前端速度的限制值a(＜0)，在運算部9f中計算動臂所致鏟斗前端速度的限制值c＝a－by。此時，當(dāng)鏟斗前端離設(shè)定范圍的邊界L遠(yuǎn)，a＜by(|a|＞|by|)時，限制值c被作為負(fù)的值來計算，在閥指令運算部9Bi中向比例電磁閥10b輸出與限制值相對應(yīng)的電壓，以便限制動臂下行側(cè)的流量控制閥的液壓驅(qū)動部50b的液控壓力，向動臂抬高側(cè)的比例電磁閥10a輸出0電壓，使流量控制閥5a的液壓驅(qū)動部50a的液控壓力為0。此時，由于操作手柄裝置4a未被操作，所以不向流量控制閥5a的液壓驅(qū)動部50b輸出液控壓力。借此，斗桿根據(jù)操作手柄裝置4b的液控壓力而向眼前方向運動。
隨著如上所述斗桿向眼前方向運動，鏟斗前端接近設(shè)定范圍的邊界L，在運算部9c中所計算的鏟斗前端速度的限制值a變大(|a|變小)，此一限制值a一變成比在運算部9e中所計算的斗桿所致鏟斗前端速度b的與邊界L垂直的分量by要大，在運算部9f中所計算的動臂所致鏟斗前端速度的限制值c＝a－by就變成正的值，在閥指令運算部9Bi中向動臂抬高側(cè)的比例電磁閥10a輸出與限制值相對應(yīng)的電壓，使流量控制閥5a的液壓驅(qū)動部50a的液控壓力為該限制值，向動臂下行側(cè)的比例電磁閥10b輸出0電壓，使流量控制閥5a的液壓驅(qū)動部50b的液控壓力為0。借此，進(jìn)行動臂抬高所致修正動作，以便鏟斗前端速度的與邊界L垂直的分量與鏟斗前端至邊界L的距離D成比例地被慢慢地限制，根據(jù)斗桿所致鏟斗前端速度的未經(jīng)修正的與邊界L平行的分量bx和由此一限制值c修正了的速度，進(jìn)行圖13中所示的方向變換控制，進(jìn)行沿設(shè)定范圍的邊界L的挖掘。
這里，挖掘負(fù)載一變大，如前所述壓力油就難以流入斗桿缸3b，斗桿速度降低，上述方向變換控制所致動臂1a的抬高速度相對過快，產(chǎn)生前部裝置有抬高傾向的現(xiàn)象。
對本實施例而言，也是挖掘負(fù)載增大時斗桿缸3b底側(cè)的壓力Pba一升高，就在挖掘負(fù)載所致限制值修正部91中，根據(jù)斗桿缸負(fù)載壓力來修正限制值a。通過此一限制值a的修正，在負(fù)載壓力Pba高的場合，如果鏟斗前端離邊界L不比負(fù)載壓力低時更近，則限制值a不變大。也就是說，如果不是更接近邊界L則動臂抬高所致修正動作不起作用。因此，即使壓力油難以流入斗桿缸，斗桿速度降低，與上述方向變換控制所致動臂抬高速度也降低的斗桿速度相平衡，前部裝置有抬高傾向的現(xiàn)象受到抑制，即使在負(fù)載壓力即挖掘負(fù)載大的狀態(tài)下，也可以挖掘得更接近邊界L。
此外，在鏟斗前端從設(shè)定范圍的邊界超出的場合，在運算部9c中根據(jù)圖5中所示的關(guān)系，作為正的值來計算與鏟斗前端離開設(shè)定范圍的邊界L的距離D成比例的鏟斗前端速度的限制值a，在運算部9f中所計算的動臂所致鏟斗前端速度的限制值c＝a－by(＞0)與限制值a成比例地變大，從閥指令運算部9i向動臂抬高側(cè)的比例電磁閥10a所輸出的電壓與限制值c相應(yīng)地增加。借此，在設(shè)定范圍外以與距離D成比例的鏟斗前端速度進(jìn)行動臂抬高所致修正動作，以便恢復(fù)到范圍內(nèi)，根據(jù)斗桿所致鏟斗前端速度的未經(jīng)修正的與邊界L平行的分量bx和由此一限制值c修正了的速度，如圖14中所示沿設(shè)定范圍的邊界L進(jìn)行慢慢地返回的挖掘。因而，僅靠使斗桿進(jìn)鏟就可以順利地進(jìn)行沿設(shè)定范圍的邊界L的挖掘。
像以上這樣根據(jù)本實施例，在采用液壓先導(dǎo)式作為操作機(jī)構(gòu)者中可以得到與第1實施例相同的效果。
用圖18～圖29來說明本發(fā)明的第3實施例。本實施例是把本發(fā)明運用于WO95/30059號公報中所述的全操作信號修正式的范圍限制挖掘控制裝置者。圖中，與圖1或圖16及圖3或圖17中所示的部件或功能相同者帶有相同的標(biāo)號。
在圖18中，根據(jù)本實施例的范圍限制挖掘控制裝置，除了圖16中所示的第2實施例中所備有的東西之外，還備有設(shè)在動臂用的操作手柄裝置4a的控制管路44a、44b中、作為操作手柄裝置4a的操作量而檢測液控壓力的壓力檢測器60a、60b，以及設(shè)置在斗桿用控制管路45a、45b中、根據(jù)電氣信號把控制管路45a、45b內(nèi)的液控壓力減壓后輸出的比例電磁閥11a、11b，壓力檢測器60a、60b的信號輸入控制單元9C，來自控制單元9C的信號加入比例電磁閥11a、11b。
控制單元9C的控制功能示于圖19。控制單元9C具有前部姿勢運算部9a，范圍設(shè)定運算部9b，目標(biāo)缸速度運算部90c，目標(biāo)前端速度向量運算部90d，方向變換控制部90e，修正后目標(biāo)缸速度運算部90f，恢復(fù)控制運算部90g，修正后目標(biāo)缸速度運算部90h，挖掘負(fù)載所致限制值修正部9C1，目標(biāo)缸速度選擇部90i，目標(biāo)液控壓力運算部90j，以及閥指令運算部90k等各種功能。
前部姿勢運算部9a和范圍設(shè)定運算部9b的功能與圖3中所示的第1實施例的相同。
在目標(biāo)缸速度運算部90c中，輸入在壓力檢測器60a、60b、61a、61b中所檢測的液控壓力的值，求出流量控制閥5a、5b的輸出流量，進(jìn)而根據(jù)此一輸出流量來計算動臂缸3a和斗桿缸3b的目標(biāo)速度。
在目標(biāo)前端速度向量運算部90d中，根據(jù)在前部姿勢運算部9b中所求出的鏟斗的前端位置和在目標(biāo)缸速度運算部90c中所求出的目標(biāo)缸速度，以及儲存在控制單元9C的存儲裝置中的前部裝置1A的各部分尺寸，求出鏟斗1c的前端的目標(biāo)速度向量Vc。此時，目標(biāo)速度向量Vc，作為圖4中所示的XaYa坐標(biāo)系的值而求出。
在方向變換控制部90e中，在鏟斗1c的前端在設(shè)定范圍內(nèi)處在其邊界附近、目標(biāo)速度向量Vc具有接近設(shè)定范圍的邊界的方向的分量的場合，修正成隨著接近設(shè)定范圍的邊界而減小垂直的向量分量。
用程序框圖把方向變換控制部90e中的控制內(nèi)容示于圖20。首先，在步驟100中，判定目標(biāo)速度向量Vc的與設(shè)定范圍的邊界垂直的分量，即XaYa坐標(biāo)系中的Ya坐標(biāo)值Ycy的正負(fù)，在為正的場合，由于是鏟斗前端離開設(shè)定范圍的邊界的方向的速度向量，所以進(jìn)到步驟101，把目標(biāo)速度向量Vc的Xa坐標(biāo)值Vcx和Ya坐標(biāo)值Vcy原封不動地作為修正后的向量分量Vcxa、Vcya。在為負(fù)的場合，由于是鏟斗前端接近設(shè)定范圍的邊界的方向的速度向量，所以進(jìn)到步驟102，把用于方向變換控制的目標(biāo)速度向量Vc的Xa坐標(biāo)值Vcx原封不動地作為修正后的向量分量Vcxa，把Ya坐標(biāo)值Vcy乘以系數(shù)h作為修正后的向量分量Vcya。
這里，系數(shù)h的值如圖21中所示，當(dāng)鏟斗1c的前端至設(shè)定范圍的邊界的距離Ya大于設(shè)定值Ya1時為1，距離Ya一變成小于設(shè)定值Ya1，就隨著距離Ya的變小而變成小于1，距離Ya一變成0，即鏟斗前端一到達(dá)設(shè)定范圍的邊界上，就成為0，在控制單元9C的存儲裝置中儲存著這樣的h與Ya的關(guān)系。
像以上這樣修正目標(biāo)速度向量Vc的垂直方向的分量Vcy，借此，目標(biāo)速度向量Vc被修正成目標(biāo)速度向量Vca，減小向量分量Vcy，以便如圖22中所示，隨著距離Ya的變小，使垂直方向的向量分量Vcy的減小量加大。也就是說，系數(shù)h在距離Ya小于Ya1時修正垂直方向的向量分量Ycy，可以說系數(shù)h也是一種限制值。
在挖掘負(fù)載所致限制值修正部9C1中，輸入來自壓力檢測器41a的斗桿缸3b的負(fù)載壓力Pba，根據(jù)該負(fù)載壓力Pba的高低來修正上述系數(shù)h。此一系數(shù)h的修正，如圖23中所示，隨著斗桿缸3b的負(fù)載壓力Pba的升高其斜率增大。同時，隨著距離Ya的減小，把系數(shù)h開始變小的點Ya1向Ya＝0一側(cè)移動。在方向變換控制部90e中，用此一修正了的系數(shù)h來修正目標(biāo)速度向量Vc。借此，目標(biāo)速度向量Vc被修正成Vca，開始方向變換的點Ya1更接近邊界(Ya＝0)，即使挖掘負(fù)載變大鏟斗也難以脫離。也就是說，當(dāng)挖掘負(fù)載變大時，成為系數(shù)h在盡可能接近邊界的狀態(tài)下起作用。
用程序框圖把方向變換控制部90e中的控制的另一個例子示于圖24。對此一例子而言，在步驟100中，目標(biāo)速度向量Vc的與設(shè)定范圍的邊界垂直的分量(目標(biāo)速度向量Vc的Ya坐標(biāo)值)Vcy一被判定為負(fù)，就進(jìn)到步驟102A，根據(jù)儲存在控制單元9C的存儲裝置中的圖25中所示的Vcyf＝f(Ya)的函數(shù)關(guān)系來求出與鏟斗1c的前端至設(shè)定范圍的邊界的距離Ya相對應(yīng)的減速了的Ya坐標(biāo)值f(Ya)，以此一Ya坐標(biāo)值f(Ya)與Vcy中較小的一方作為修正后的向量分量Vcya。這樣一來，當(dāng)使鏟斗1c的前端緩慢地運動時，即使鏟斗前端在設(shè)定范圍的邊界附近也不再減速，具有可以得到符合操作者的操作的動作這樣的優(yōu)點。
這里，Ya坐標(biāo)值f(Ya)是對Vcy的限制值，在限制值修正部9C1中，根據(jù)斗桿缸3b的負(fù)載壓力Pba的高低來修正上述Ya坐標(biāo)值f(Ya)。此一Ya坐標(biāo)值f(Ya)的修正也是，如圖26中所示，隨著斗桿缸3b的負(fù)載壓力Pba的升高而增大其斜率。借此，在圖24的程序框圖中所示的步驟102A中，目標(biāo)速度向量Vc的分量Vcy成為大于Ya坐標(biāo)值f(Ya)，從選擇成Vcy到選擇成f(Ya)的切換點更接近邊界(Ya＝0)，即使挖掘負(fù)載變大鏟斗也難以脫離。
在恢復(fù)控制部90g中，當(dāng)鏟斗1c的前端超出設(shè)定范圍之外時，與離開設(shè)定范圍的邊界的距離相關(guān)地修正目標(biāo)速度向量，使鏟斗前端返回設(shè)定范圍。
用程序框圖把恢復(fù)控制部90g中的控制內(nèi)容示于圖27。首先，在步驟101中，判定鏟斗1c至設(shè)定范圍的邊界的距離Ya的正負(fù)。在距離Ya為正的場合，由于鏟斗前端尚處在設(shè)定范圍內(nèi)，所以進(jìn)到步驟111，因為優(yōu)先進(jìn)行前面所說明的方向變換控制，故使目標(biāo)速度向量Vc的Xa坐標(biāo)值Vcx和Ya坐標(biāo)值Vcy分別為0。在為負(fù)的場合，由于鏟斗前端超出設(shè)定范圍的邊界之外，所以進(jìn)到步驟112，因為恢復(fù)控制故目標(biāo)速度向量Vc的Xa坐標(biāo)值Vcx原封不動地作為修正后的向量分量Vcxa，Ya坐標(biāo)值Vcy把至設(shè)定范圍的邊界的距離Ya乘以系數(shù)-K的值作為修正后的向量分量Vcya。這里，系數(shù)K是根據(jù)控制上的特性所確定的任意值，-KVcy成為隨著距離Ya的變小而減小的反方向的速度向量。
像以上這樣修正目標(biāo)速度向量Vc的垂直方向的向量分量Vcy，借此，目標(biāo)速度向量Vc被修正成目標(biāo)速度向量Vca，以便如圖28中所示，隨著距離Ya的變小，垂直方向的向量分量Vcy減小。
在限制值修正部9C1中，根據(jù)斗桿缸3b負(fù)載壓力Pba的高低來修正上述系數(shù)K。此一系數(shù)K的修正，如圖29中所示，隨著斗桿缸3b的負(fù)載壓力的升高而加大系數(shù)K。借此，針對方向變換控制部90e的系數(shù)h的修正來修正系數(shù)K，可以協(xié)調(diào)‘方向變換控制’和‘恢復(fù)控制’的控制增益，若是假定負(fù)載變大時在方向變換控制中未接近邊界方向變換就不起作用，則即使鏟斗超出邊界，也可以進(jìn)行迅速返回的控制。
但是，關(guān)于此一恢復(fù)控制的系數(shù)K，特別是在斗桿缸3b的負(fù)載壓力下沒有必要使之變化的場合，也可以K＝常數(shù)。
在修正后目標(biāo)缸速度運算部90f、90h中，根據(jù)在控制部90e、90g中所求出的修正目標(biāo)速度向量來運算動臂缸3a和斗桿缸3b的目標(biāo)缸速度。
在目標(biāo)缸速度選擇部90i中，選擇在目標(biāo)缸速度運算部90f、90h中所得到的目標(biāo)缸速度中較大的一方(最大值)，作為輸出用的目標(biāo)缸速度。
在目標(biāo)液控壓力運算部90j中，根據(jù)在目標(biāo)缸速度選擇部90i中所得到的輸出用的目標(biāo)缸速度，來計算控制管路44a、44b、45a、45b的目標(biāo)液控壓力。
在閥指令運算部90k中，根據(jù)在目標(biāo)液控壓力運算部90j中所計算的目標(biāo)液控壓力，來運算用來得到該液控壓力的比例電磁閥10a、10b、11a、11b的指令值。此一指令值靠放大器放大后，作為電氣信號向比例電磁閥輸出。
目標(biāo)缸速度運算部90c～閥指令運算部90k的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，按WO95/30059號公報中所述的。
對像以上這樣構(gòu)成的本實施例來說，在全操作信號修正式的范圍限制挖掘控制裝置中，挖掘負(fù)載增大時斗桿缸3b底側(cè)的壓力Pba一升高，就在挖掘負(fù)載所致限制值修正部9C1中，根據(jù)斗桿缸負(fù)載壓力來修正系數(shù)h(或Ya坐標(biāo)值f(Ya))，通過此一修正，即使挖掘負(fù)載變大鏟斗也難以脫離，可以得到與第1和第2實施例相同的效果。
用圖30～圖33來說明本發(fā)明的第4實施例。雖然在上述實施例中對限制值加以挖掘負(fù)載所致的修正，但是本實施例是對所計算的鏟斗前端速度加以修正者。圖中，與圖1、圖3中所示的部件或功能相同者帶有相同的標(biāo)號。
在圖30中，對本實施例而言，在控制單元9D中代替圖3的挖掘負(fù)載所致限制值修正部91，備有挖掘負(fù)載所致鏟斗前端速度修正部9m，修正在運算部9e中所運算的斗桿所致鏟斗前端速度b。
用程序框圖把修正部9m的運算步驟示于圖31。首先，在步驟100中，輸入來自壓力檢測器41a的斗桿缸3b的負(fù)載壓力Pba，根據(jù)圖32中所示的斗桿缸壓力Pba與鏟斗前端速度修正系數(shù)KV的關(guān)系來求出當(dāng)時的鏟斗前端速度修正系數(shù)Kv。接著，在步驟110中，用在步驟100中所求出的速度修正系數(shù)Kv，根據(jù)以下運算式來修正動臂所致鏟斗前端速度b。
b’＝Kv*b借此，如圖33中所示，鏟斗前端速度b被修正運算成b’，與設(shè)定范圍的邊界L垂直的速度分量也被修正成by’。因此，作為當(dāng)時的鏟斗前端位置D處的速度的限制值a與垂直速度分量by’之差的動臂所致鏟斗前端速度的限制值c’，變成朝向部件L比未經(jīng)修正時的限制值c要大，結(jié)果由于對動臂抬高的指令變小，所以即使負(fù)載變大作業(yè)裝置也難以脫離。
此外，本實施例中的速度b的修正，也是基于在用范圍限制控制來挖掘堅硬土壤等負(fù)載大的挖掘?qū)ο髸r，不把鏟斗前端到達(dá)設(shè)定范圍的邊界之前的速度向量(軌跡)當(dāng)成問題，只要前部裝置不會脫離挖掘?qū)ο蟮刈罱K到達(dá)邊界就可以了這樣的思路。因此，負(fù)載壓力所致速度b的修正不需要準(zhǔn)確的值，控制上，能使鏟斗前端不脫離挖掘?qū)ο蟮剡M(jìn)行挖掘的大致的修正就可以了。因而，此一場合也是，圖32中所示的負(fù)載壓力Pba與修正系數(shù)Kv的關(guān)系不需要嚴(yán)密性，速度修正部9m的軟件(程序)可以容易地作成。
像這樣根據(jù)挖掘負(fù)載來修正鏟斗前端速度，也可以得到與第1實施例中修正限制值者同樣的效果。
再者，雖然對以上實施例而言，作為至設(shè)定范圍的邊界的距離是針對離開鏟斗前端的距離來敘述的，但是如果簡單地實施的話也可以取成離開斗桿前端銷軸的距離。此外，在為了防止與前部裝置的干涉以便謀求安全性而設(shè)定范圍的場合，也可以是可能引起該干涉的另一個部位。
此外，雖然所運用的液壓驅(qū)動裝置取為帶有中位旁通式流量控制閥的開回路系統(tǒng)，但是也可以是使用閉中位式流量控制閥的閉回路系統(tǒng)。
此外，鏟斗前端至設(shè)定范圍的邊界的距離與鏟斗前端速度的限制值或鏟斗前端速度的計算值的關(guān)系，不限于如前所述的直線比例關(guān)系，各種設(shè)定都是可能的。
進(jìn)而，雖然當(dāng)鏟斗前端離開設(shè)定范圍的邊界時，原封不動地把目標(biāo)速度向量輸出，但是在此一場合也可以出于其他目的來修正該目標(biāo)速度向量。
此外，雖然目標(biāo)速度向量的接近設(shè)定范圍的邊界的方向的向量分量取為與設(shè)定范圍的邊界垂直方向的向量分量，但是只要能得到沿設(shè)定范圍的邊界的運動，也可以偏離垂直方向。
此外，雖然在把本發(fā)明運用于帶有液壓先導(dǎo)式的操作手柄裝置的液壓挖掘機(jī)的第2和第3實施例中，作為電液變換機(jī)構(gòu)和減壓機(jī)構(gòu)采用了比例電磁閥，但是這些也可以是其他電液變換機(jī)構(gòu)。
進(jìn)而，雖然對第2和第3實施例而言把所有操作手柄裝置和流量控制閥取為液壓先導(dǎo)式，但是也可以至少僅動臂用和斗桿用為液壓先導(dǎo)式。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，由于在用限制范圍的挖掘控制的挖掘作業(yè)中，可以不受作為挖掘?qū)ο蟮耐寥赖挠捕鹊挠绊懙匕言O(shè)定范圍挖掘到邊界，所以可以削減追加作業(yè)，可以提高作業(yè)效率，同時抑制工期的推遲。此外，限制值或所計算的速度的修正不嚴(yán)密也可以，可以用簡單的程序來實施修正
權(quán)利要求
1.一種建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置，建筑機(jī)械具有由包括可以沿上下方向轉(zhuǎn)動的第1和第2前部構(gòu)件(1b、1a)在內(nèi)的多個前部構(gòu)件(1a～1c)所構(gòu)成的多關(guān)節(jié)型前部裝置(1A)，包括驅(qū)動前述第1和第2前部構(gòu)件的第1和第2液壓執(zhí)行器(3b、3a)在內(nèi)的多個液壓執(zhí)行器(3a～3f)，包括指示前述第1和第2前部構(gòu)件的動作的第1和第2操作機(jī)構(gòu)(14b、14a；4b、4a)在內(nèi)的多個操作機(jī)構(gòu)(14a～14f；4a～4f)，包括根據(jù)前述第1和第2操作機(jī)構(gòu)的操作來驅(qū)動、并控制向前述第1和第2液壓執(zhí)行器所供給的壓力油的流量的第1和第2液壓控制閥(15b、15a；5b、5a)在內(nèi)的多個液壓控制閥(15a～15f；5a～5f)；范圍限制挖掘控制裝置設(shè)置在上述建筑機(jī)械中，其備有計算由前述多個操作機(jī)構(gòu)中的至少前述第1操作機(jī)構(gòu)(14b；4b)所致前述前部裝置(1A)的移動速度(b；Vc)的第1運算機(jī)構(gòu)(9e；90d)，以及計算隨著前述前部裝置接近設(shè)定范圍的邊界而絕對值變小的限制值(a；h；f(Ya))的第2運算機(jī)構(gòu)(9c；90e)，用在前述第1運算機(jī)構(gòu)中所計算的前部裝置的移動速度和在前述第2運算機(jī)構(gòu)中所計算的限制值，修正前述多個操作機(jī)構(gòu)中的至少前述第2操作機(jī)構(gòu)(14a；4a)的操作信號，以便隨著前述前部裝置接近前述設(shè)定范圍的邊界，減小接近該邊界方向的移動速度，朝沿邊界的方向移動的信號修正機(jī)構(gòu)(9f～9j；9f～9Bi、12；90e～90k、12)；其特征在于，備有檢測作用在前述前部裝置(1A)上的負(fù)載的第1檢測機(jī)構(gòu)(41a)；以及根據(jù)由前述第1檢測機(jī)構(gòu)所檢測的負(fù)載的大小來修正前述限制值(a；h；f(Ya))的限制值修正機(jī)構(gòu)(91；9C1)。
2.權(quán)利要求1中所述的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置，其特征在于，前述限制值修正機(jī)構(gòu)(91；9C1)，修正成隨著在前述第1檢測機(jī)構(gòu)(41a)中所檢測的作用于前部裝置(1A)上的負(fù)載加大，使限制值(a；h；f(Ya))在離前述設(shè)定范圍的邊界更近的位置上起作用。
3.權(quán)利要求1中所述的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置，其特征在于，前述第1檢測機(jī)構(gòu)(41a)所檢測的作用在前述前部裝置(1A)上的負(fù)載，是前述第1液壓執(zhí)行器(3b)的負(fù)載壓力。
4.權(quán)利要求1中所述的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置，其特征在于，前述第1檢測機(jī)構(gòu)(41a)所檢測的作用在前述前部裝置(1A)上的負(fù)載，是前述第2液壓執(zhí)行器(3a)的負(fù)載壓力。
5.權(quán)利要求1中所述的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置，其特征在于，在前述限制值修正機(jī)構(gòu)(91)中所修正的限制值，是接近前述設(shè)定范圍的邊界的方向的速度的限制值(a；f(Ya))，前述信號修正機(jī)構(gòu)(9f～9j；9f～9Bi、12；90e～90k、12)修正前述第2操作機(jī)構(gòu)(14a；4a)的操作信號，以便使前述前部裝置(1A)的速度的接近前述設(shè)定范圍的邊界的方向的分量不超過該限制值。
6.權(quán)利要求1中所述的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置，其特征在于，在前述第1運算機(jī)構(gòu)(90d)中所計算的前部裝置(1A)的移動速度，是前述前部裝置的目標(biāo)速度(Vc)，在前述限制值修正機(jī)構(gòu)(9C1)中所修正的限制值，是用來修正前述前部裝置的目標(biāo)速度的接近前述設(shè)定范圍的邊界的方向的分量的系數(shù)(h)，前述信號修正機(jī)構(gòu)(90e～90k、12)修正前述第1和第2操作機(jī)構(gòu)(14b、14a；4b、4a)的操作信號，以便可以得到具有由此一系數(shù)所修正的速度分量的前部裝置的目標(biāo)速度。
7.權(quán)利要求1中所述的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置，其特征在于，在前述第1運算機(jī)構(gòu)(90d)中所計算的前部裝置(1A)的移動速度，是前述前部裝置的目標(biāo)速度(Vc)，在前述限制值修正機(jī)構(gòu)(9C1)中所修正的限制值，是前述前部裝置的目標(biāo)速度的接近前述設(shè)定范圍的邊界的方向的分量的限制值(f(Ya))，前述信號修正機(jī)構(gòu)(90e～90k、12)修正前述第1和第2操作機(jī)構(gòu)(14b、14a；4b、4a)的操作信號，以便可以得到具有修正成不超過該限制值的速度分量的前部裝置的目標(biāo)速度。
8.權(quán)利要求1中所述的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置，其特征在于，代替前述限制值修正機(jī)構(gòu)(91；9C1)，備有根據(jù)由前述第1檢測機(jī)構(gòu)(41a)所檢測的負(fù)載的大小，來限制在前述第1運算機(jī)構(gòu)(9e；90d)中所計算的前部裝置的移動速度(b；Vc)的速度限制機(jī)構(gòu)(9m)。
9.權(quán)利要求1中所述的建筑機(jī)械的范圍限制挖掘控制裝置，其特征在于，前述多個前部構(gòu)件包括液壓挖掘機(jī)的動臂(1a)和斗桿(1b)，前述第1前部構(gòu)件是斗桿(1b)，前述第2前部構(gòu)件是動臂(1a)。
全文摘要
一種范圍限制挖掘控制裝置,其中預(yù)先設(shè)定前部裝置(1A)可以動作的范圍;控制單元(9)根據(jù)來自角度檢測器(8a－8c)的信號來運算前部裝置(1A)的位置和姿勢;這樣運算鏟斗前端速度的限制值(a),以便當(dāng)前部裝置在設(shè)定范圍內(nèi)接近設(shè)定范圍的邊界時,限制前部裝置的與范圍邊界垂直的方向的移動速度;根據(jù)壓力檢測器(41a)所檢測的斗桿缸(3b)的負(fù)載壓力來修正該限制值(a);根據(jù)該限制值(a)求出動臂所致鏟斗前端速度的與設(shè)定范圍的邊界垂直的分量的限制值;以及這樣修正動臂的操作信號,以便動臂所致鏟斗前端速度不超過該限制值。這使得有可能用簡單的程序把設(shè)定范圍挖掘到邊界而不受被挖掘土壤的硬度的影響。
文檔編號E02F9/22GK1229449SQ98800819
公開日1999年9月22日 申請日期1998年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月20日
發(fā)明者渡邊洋, 藤島一雄, 羽賀正和 申請人:日立建機(jī)株式會社