CN106460362B - 工程机械的控制系统、工程机械、以及工程机械的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种工程机械的控制系统，其包括：目标施工地形生成部，其生成表示挖掘对象的目标形状的目标施工地形；作业机控制指令决定部，其基于上述铲斗与上述目标施工地形的距离、以及上述斗杆及上述铲斗的至少一个的动作状态，输出用于在与上述动臂轴、上述斗杆轴、及上述铲斗轴中的至少一个正交的作业机动作平面中驱动上述作业机的指令；以及倾斜控制指令决定部，其基于上述铲斗与上述目标施工地形的距离、以及上述铲斗的倾斜旋转状态，输出用于以上述倾斜轴为中心对上述铲斗进行倾斜控制的指令。

Description

工程机械的控制系统、工程机械、以及工程机械的控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械的控制系统、工程机械、以及工程机械的控制方法。

背景技术

在液压挖掘机这样的工程机械所涉及的技术领域中，已知有专利文献1所公开的那种以使铲斗的齿尖沿表示挖掘对象的目标形状的目标施工地形移动的方式控制作业机的工程机械。

在本说明书中，将以使铲斗沿目标施工地形移动的方式对作业机的动臂缸、斗杆缸、以及铲斗缸中的至少一个进行的控制，称作地面平整辅助控制。在地面平整辅助控制中，根据铲斗与目标施工地形之间的距离来决定铲斗的目标速度，基于决定出的铲斗的目标速度、以及根据操作员的斗杆操作量和铲斗操作量中的至少一个所导出的铲斗的移动速度，来计算动臂的目标速度，再基于计算出的动臂的目标速度来控制动臂缸。

专利文献1：PCT国际公开第2014/167718号

发明内容

已知具有使铲斗以倾斜轴为中心旋转的倾斜式铲斗的工程机械。需要即使在通过倾斜式铲斗对倾斜的目标施工地形进行施工的情况下，也能够沿倾斜的目标施工地形移动倾斜式铲斗的技术。但是，仅仅是将以往的地面平整辅助控制应用于倾斜式铲斗的话，如果基于根据操作员的倾斜操作量导出的铲斗的移动速度来计算动臂的目标速度，则有可能难以使倾斜式铲斗沿目标施工地形移动。

本发明的方式的目的在于，提供一种能够使用倾斜式铲斗高精度地对倾斜的目标施工地形进行施工的工程机械的控制系统、工程机械、以及工程机械的控制方法。

根据本发明的第一方式，提供一种工程机械的控制系统，该工程机械具备作业机，该作业机包括：动臂，其能够以动臂轴为中心相对于车身旋转；斗杆，其能够以与上述动臂轴平行的斗杆轴为中心相对于上述动臂旋转；以及铲斗，其能够分别以与上述斗杆轴平行的铲斗轴及与上述铲斗轴正交的倾斜轴为中心，相对于上述斗杆旋转，上述工程机械的控制系统包括：目标施工地形生成部，其生成表示挖掘对象的目标形状的目标施工地形；作业机控制指令决定部，其基于上述铲斗与上述目标施工地形之间的距离、以及上述斗杆和上述铲斗中的至少一个的动作状态，来输出用于在与上述动臂轴、上述斗杆轴、及上述铲斗轴中的至少一个正交的作业机动作平面中驱动上述作业机的指令；以及倾斜控制指令决定部，其基于上述铲斗与上述目标施工地形之间的距离、以及上述铲斗的倾斜旋转状态，来输出用于以上述倾斜轴为中心对上述铲斗进行倾斜控制的指令。

根据本发明的第二方式，提供一种工程机械，其具备：上部回转体；下部行走体，其支承上述上部回转体；作业机，其包括上述动臂、上述斗杆以及上述铲斗，并由上述上部回转体支承；以及第一方式的工程机械的控制系统。

根据本发明的第三方式，提供一种工程机械的控制方法，该工程机械具备作业机，该作业机包括：动臂，其能够以动臂轴为中心相对于车身旋转；斗杆，其能够以与上述动臂轴平行的斗杆轴为中心相对于上述动臂旋转；以及铲斗，其能够分别以与上述斗杆轴平行的铲斗轴及与上述铲斗轴正交的倾斜轴为中心，相对于上述斗杆旋转；上述工程机械的控制方法包括：基于上述铲斗与表示挖掘对象的目标形状的目标施工地形之间的距离、以及上述斗杆和上述铲斗中的至少一个的动作状态，来输出用于在与上述动臂轴、上述斗杆轴、及上述铲斗轴中的至少一个正交的作业机动作平面中驱动上述作业机的指令；以及基于上述铲斗与上述目标施工地形之间的距离、以及上述铲斗的倾斜旋转状态，来输出用于以上述倾斜轴为中心对上述铲斗进行倾斜控制的指令。

根据本发明的方式，提供了一种能够使用倾斜式铲斗高精度地对倾斜的目标施工地形进行施工的工程机械的控制系统、工程机械、以及工程机械的控制方法。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的工程机械的一个示例的立体图。

图2是表示本实施方式所涉及的铲斗的一个示例的侧剖面图。

图3是表示本实施方式所涉及的铲斗的一个示例的主视图。

图4是示意性地表示本实施方式所涉及的液压挖掘机的侧视图。

图5是示意性地表示本实施方式所涉及的液压挖掘机的后视图。

图6是示意性地表示本实施方式所涉及的液压挖掘机的俯视图。

图7是示意性地表示本实施方式所涉及的铲斗的侧视图。

图8是示意性地表示本实施方式所涉及的铲斗的主视图。

图9是表示本实施方式所涉及的液压系统的一个示例的示意图。

图10是表示本实施方式所涉及的液压系统的一个示例的示意图。

图11是表示本实施方式所涉及的液压系统的一个示例的示意图。

图12是表示本实施方式所涉及的控制系统的一个示例的功能框图。

图13是示意性地表示设定于本实施方式所涉及的铲斗的规定点的一个示例的图。

图14是表示本实施方式所涉及的目标施工数据的一个示例的示意图。

图15是表示本实施方式所涉及的目标施工地形的一个示例的示意图。

图16是表示本实施方式所涉及的倾斜动作平面的一个示例的示意图。

图17是用于说明本实施方式所涉及的液压挖掘机的控制方法的一个示例的示意图。

图18是表示本实施方式所涉及的垂直距离与目标速度的关系的一个示例的图。

图19是表示本实施方式所涉及的动作距离与限制速度的关系的一个示例的图。

图20是表示本实施方式所涉及的动作距离与限制速度的关系的一个示例的图。

图21是表示本实施方式所涉及的液压挖掘机的控制方法的一个示例的流程图。

图22(A)、图22(B)及图22(C)是用于说明本实施方式所涉及的铲斗的作用的示意图。

图23是用于说明本实施方式所涉及的铲斗的作用的示意图。

图24是用于说明本实施方式所涉及的液压挖掘机的控制方法的一个示例的示意图。

符号说明

1 作业机

2 上部回转体

3 下部行走体

3C 履带

4 驾驶室

5 发动机室

6 动臂

7 斗杆

8 铲斗

8B 铲斗销

8T 倾斜销

9 齿尖

10 液压缸

10A 盖侧油室

10B 杆侧油室

11 动臂缸

12 斗杆缸

13 铲斗缸

14 倾斜缸

16 动臂行程传感器

17 斗杆行程传感器

18 铲斗行程传感器

19 倾斜行程传感器

20 位置运算装置

21 车身位置运算器

22 姿势运算器

23 方位运算器

24 铲斗位置运算装置

25 流量控制阀

30 操作装置

30F 操作踏板

30L 左作业机操作杆

30R 右作业机操作杆

30T 倾斜操作杆

31 主液压泵

32 先导压力泵

33A、33B 油路

34A、34B 压力传感器

35A、35B 油路

36A、36B 梭阀

37A、37B 控制阀

38A、38B 油路

39A、39B、39C 控制阀

40 梭阀

50 控制装置

51 车身位置数据获取部

52 铲斗位置数据获取部

53A 规定点位置数据计算部

53B 候选规定点数据计算部

54 目标施工地形生成部

55 作业机动作平面计算部

56 倾斜动作平面计算部

57 倾斜目标地形计算部

58 作业机目标速度决定部

59 倾斜目标速度决定部

60 作业机控制指令决定部

61 倾斜控制指令决定部

62 存储部

63 输入输出部

70 目标施工数据生成装置

81 底板

82 背板

83 上板

84 侧板

85 侧板

86 开口部

87 支架

88 支架

90 连接部件

91 板部件

92 支架

93 支架

94 第1连杆部件

94P 第1连杆销

95 第2连杆部件

95P 第2连杆销

96 铲斗缸上部销

97 支架

100 液压挖掘机(工程机械)

200 控制系统

300 液压系统

AP 点

AX1 动臂轴

AX2 斗杆轴

AX3 铲斗轴

AX4 倾斜轴

CD 目标施工数据

CS 目标施工地形

L1 动臂长度

L2 斗杆长度

L3 铲斗长度

L4 倾斜长度

L5 铲斗宽度

LX 线

LY 线

RP 规定点

RX 回转轴

ST 倾斜目标地形

TP 倾斜动作平面

α 动臂角度

β 斗杆角度

γ 铲斗角度

δ 倾斜角度

ε 倾斜轴角度

θ1 侧倾角度

θ2 俯仰角度

θ3 横摆角度

具体实施方式

以下，一边参照附图一边说明本发明所涉及的实施方式，但本发明并不受其所限定。以下说明的各实施方式的构成要素可以适当地进行组合。此外，有时也可以不使用其中的一部分构成要素。

在以下的说明中，设定全局坐标系(XgYgZg坐标系)以及局部坐标系(XYZ坐标系)来对各部分的位置关系进行说明。全局坐标系是表示由如全球定位系统(GlobalPositioning System：GPS)那样的全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem：GNSS)确定出的绝对位置的坐标系。局部坐标系是表示相对于工程机械的基准位置的相对位置的坐标系。

工程机械

图1是表示本实施方式所涉及的工程机械100的一个示例的立体图。在本实施方式中，对工程机械100是液压挖掘机的示例进行说明。在以下的说明中，适当地将工程机械100称作液压挖掘机100。

如图1所示，液压挖掘机100包括通过液压工作的作业机1、作为支承作业机1的车身的上部回转体2、作为支承上部回转体2的行走装置的下部行走体3、用于操作作业机1的操作装置30、以及控制作业机1的控制装置50。上部回转体2能够在由下部行走体3支承的状态下以回转轴RX为中心回转。

上部回转体2具有供操作员搭乘的驾驶室4和收容发动机及液压泵的发动机室5。驾驶室4具有供操作员落座的驾驶座4S。发动机室5配置于驾驶室4的后方。

下部行走体3具有一对履带3C。液压挖掘机100通过履带3C的旋转而行走。另外，下部行走体3也可以具有轮胎。

作业机1由上部回转体2支承。作业机1具有通过动臂销连结于上部回转体2的动臂6、通过斗杆销连结于动臂6的斗杆7、和通过铲斗销及倾斜销连结于斗杆7的铲斗8。铲斗8具有齿尖9。在本实施方式中，铲斗8的齿尖9是设于铲斗8的直线形状的铲齿的前端部。另外，铲斗8的齿尖9也可以是设于铲斗8的凸状的铲齿的前端部。

动臂6能够以作为旋转轴的动臂轴AX1为中心相对于上部回转体2旋转。斗杆7能够以作为旋转轴的斗杆轴AX2为中心相对于动臂6旋转。铲斗8能够分别以作为旋转轴的铲斗轴AX3以及作为与铲斗轴AX3正交的旋转轴的倾斜轴AX4为中心相对于斗杆7旋转。旋转轴AX1、旋转轴AX2、以及旋转轴AX3平行。旋转轴AX1、AX2、以及AX3与平行于回转轴RX的轴正交。旋转轴AX1、AX2、AX3与局部坐标系的Y轴平行。回转轴RX与局部坐标系的Z轴平行。与旋转轴AX1、AX2、AX3平行的方向表示上部回转体2的车宽方向。与回转轴RX平行的方向表示上部回转体2的上下方向。与旋转轴AX1、AX2、及AX3、以及回转轴RX这两方都正交的方向表示上部回转体2的前后方向。以落座于驾驶座4S的操作员为基准，作业机1所在的方向为前方。

作业机1通过液压缸10所产生的动力工作。液压缸10包含使动臂6工作的动臂缸11、使斗杆7工作的斗杆缸12、以及使铲斗8工作的铲斗缸13及倾斜缸14。

此外，作业机1具有：动臂行程传感器16，其检测表示动臂缸11的驱动量的动臂行程；斗杆行程传感器17，其检测表示斗杆缸12的驱动量的斗杆行程；铲斗行程传感器18，其检测表示铲斗缸13的驱动量的铲斗行程；以及倾斜行程传感器19，其检测表示倾斜缸14的驱动量的倾斜行程。动臂行程传感器16配置于动臂缸11。斗杆行程传感器17配置于斗杆缸12。铲斗行程传感器18配置于铲斗缸13。倾斜行程传感器19配置于倾斜缸14。

操作装置30配置于驾驶室4。操作装置30包含由液压挖掘机100的操作员操作的操作部件。操作员对操作装置30进行操作，来使作业机1工作。在本实施方式中，操作装置30包含右作业机操作杆30R、左作业机操作杆30L、倾斜操作杆30T、以及操作踏板30F。

若向前方操作位于中立位置的右作业机操作杆30R，则动臂6进行下降动作，若向后方操作，则动臂6进行上升动作。若向右方操作位于中立位置的右作业机操作杆30R，则铲斗8进行倾卸，若向左方操作，则铲斗8进行挖掘。

若向前方操作位于中立位置的左作业机操作杆30L，则斗杆7进行倾卸，若向后方操作，则斗杆7进行挖掘。若向右方操作位于中立位置的左作业机操作杆30L，则上部回转体2向右回转，若向左方操作，则上部回转体2向左回转。

另外，右作业机操作杆30R及左作业机操作杆30L的操作方向和作业机1的动作方向及上部回转体2的回转方向之间的关系也可以不是上述的关系。

控制装置50包含计算机系统。控制装置50具有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)那样的处理器、包含ROM(Read Only Memory，只读存储器)那样的非易失性存储器及RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)那样的易失性存储器的存储装置、以及输入输出接口装置。

铲斗

接着，对本实施方式所涉及的铲斗8进行说明。图2是表示本实施方式所涉及的铲斗8的一个示例的侧剖面图。图3是表示本实施方式所涉及的铲斗8的一个示例的主视图。在本实施方式中，铲斗8是倾斜式铲斗。

如图2以及图3所示，作业机1具有能够分别以铲斗轴AX3以及与铲斗轴AX3正交的倾斜轴AX4为中心相对于斗杆7旋转的铲斗8。铲斗8通过铲斗销8B以能够旋转的方式连结于斗杆7。此外，铲斗8通过倾斜销8T以能够旋转的方式由斗杆7支承。

铲斗8通过连接部件90连接于斗杆7的前端部。铲斗销8B将斗杆7与连接部件90连结。倾斜销8T将连接部件90与铲斗8连结。铲斗8通过连接部件90以能够旋转的方式连接于斗杆7。

铲斗8包含底板81、背板82、上板83、侧板84、以及侧板85。铲斗8具有设于上板83上方的支架87。支架87设置在上板83的前后位置。支架87与连接部件90及倾斜销8T连结。

连接部件90具有板部件91、设于板部件91的上表面的支架92、以及设于板部件91的下表面的支架93。支架92与斗杆7及第2连杆销95P连结。支架93设置于支架87的上方，并与倾斜销8T及支架87连结。

铲斗销8B将连接部件90的支架92与斗杆7的前端部连结。倾斜销8T将连接部件90的支架93与铲斗8的支架87连结。连接部件90以及铲斗8相对于斗杆7能够以铲斗轴AX3为中心旋转。铲斗8相对于连接部件90能够以倾斜轴AX4为中心旋转。

作业机1具有通过第1连杆销94P以能够旋转的方式连接于斗杆7的第1连杆部件94、以及通过第2连杆销95P以能够旋转的方式连接于支架92的第2连杆部件95。第1连杆部件94的基端部通过第1连杆销94P连接于斗杆7。第2连杆部件95的基端部通过第2连杆销95P连接于支架92。第1连杆部件94的前端部与第2连杆部件95的前端部通过铲斗缸上部销96而连结。

铲斗缸13的前端部通过铲斗缸上部销96以能够旋转的方式与第1连杆部件94的前端部以及第2连杆部件95的前端部连接。当铲斗缸13以伸缩的方式工作时，连接部件90与铲斗8一同以铲斗轴AX3为中心旋转。

倾斜缸14分别与设于连接部件90的支架97以及设于铲斗8的支架88连接。倾斜缸14的杆通过销连接于支架97。倾斜缸14的主体部通过销连接于支架88。当倾斜缸14以伸缩的方式工作时，铲斗8以倾斜轴AX4为中心旋转。另外，本实施方式所涉及的倾斜缸14的连接构造仅是一个示例，并不限定于此。

这样，铲斗8通过铲斗缸13的工作以铲斗轴AX3为中心旋转。铲斗8通过倾斜缸14的工作以倾斜轴AX4为中心旋转。当铲斗8以铲斗轴AX3为中心旋转时，倾斜销8T与铲斗8一同旋转。

检测系统

接着，对本实施方式所涉及的液压挖掘机100的检测系统400进行说明。图4是示意性地表示本实施方式所涉及的液压挖掘机100的侧视图。图5是示意性地表示本实施方式所涉及的液压挖掘机100的后视图。图6是示意性地表示本实施方式所涉及的液压挖掘机100的俯视图。图7是示意性地表示本实施方式所涉及的铲斗8的侧视图。图8是示意性地表示本实施方式所涉及的铲斗8的主视图。

如图4、图5、以及图6所示，检测系统400具有计算上部回转体2的位置的位置运算装置20、以及计算作业机1的角度的作业机角度运算装置24。

位置运算装置20包含检测上部回转体2的位置的车身位置运算器21、检测上部回转体2的姿势的姿势运算器22、以及检测上部回转体2的方位的方位运算器23。

车身位置运算器21包含GPS接收机。车身位置运算器21设于上部回转体2。车身位置运算器21检测由全局坐标系规定的上部回转体2的绝对位置Pg。上部回转体2的绝对位置Pg包含Xg轴方向的坐标数据、Yg轴方向的坐标数据、以及Zg轴方向的坐标数据。

在上部回转体2设有多个GPS天线21A。GPS天线21A从GPS卫星接收电波，并将基于接收到的电波而生成的信号输出到车身位置运算器21。车身位置运算器21基于由GPS天线21A提供的信号，检测能通过全局坐标系定位的设置有GPS天线21A的位置Pr。车身位置运算器21基于设置有GPS天线21A的位置Pr，检测上部回转体2的绝对位置Pg。

GPS天线21A沿车宽方向设有两个。车身位置运算器21分别检测设置有一个GPS天线21A的位置Pra以及设置有另一个GPS天线21A的位置Prb。车身位置运算器21A基于位置Pra以及位置Prb的至少一方实施运算处理，来计算上部回转体2的绝对位置Pg。在本实施方式中，上部回转体2的绝对位置Pg是位置Pra。另外，上部回转体2的绝对位置Pg既可以是位置Prb，也可以是位置Pra与位置Prb之间的位置。

姿势运算器22包含惯性测量装置(Inertial Measurement Unit：IMU)。姿势运算器22设于上部回转体2。姿势运算器22计算上部回转体2相对于由全局坐标系规定的水平面(XgYg平面)的倾斜角度。上部回转体2相对于水平面的倾斜角度包含表示车宽方向上的上部回转体2的倾斜角度的侧倾角度θ1、以及表示前后方向上的上部回转体2的倾斜角度的俯仰角度θ2。

方位运算器23基于设置有一个GPS天线21A的位置Pra与设置有另一个GPS天线21A的位置Prb，计算上部回转体2相对于由全局坐标系规定的基准方位的方位。基准方位例如是北。方位运算器23基于位置Pra与位置Prb实施运算处理，来计算上部回转体2相对于基准方位的方位。方位运算器23计算将位置Pra与位置Prb连接的直线，并基于计算出的直线与基准方位所形成的角度，来计算上部回转体2相对于基准方位的方位。上部回转体2相对于基准方位的方位包含表示基准方位与上部回转体2的方位所形成的角度的横摆角度θ3。

如图4、图7、以及图8所示，作业机角度运算装置24基于由动臂行程传感器16检测出的动臂行程，计算表示动臂6相对于局部坐标系的Z轴的倾斜角度的动臂角度α。作业机角度运算装置24基于由斗杆行程传感器17检测出的斗杆行程，计算表示斗杆7相对于动臂6的倾斜角度的斗杆角度β。作业机角度运算装置24基于由铲斗行程传感器18检测出的铲斗行程，计算表示铲斗8的齿尖9相对于斗杆7的倾斜角度的铲斗角度γ。作业机角度运算装置24基于由倾斜行程传感器19检测出的倾斜行程，计算表示铲斗8相对于XY平面的倾斜角度的倾斜角度δ。作业机角度运算装置24基于由动臂行程传感器16检测出的动臂行程、由斗杆行程传感器17检测出的斗杆行程、以及由铲斗行程传感器18检测出的倾斜行程，计算表示倾斜轴AX4相对于XY平面的倾斜角度的倾斜轴角度ε。

另外，动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ、以及倾斜轴角度ε也可以不使用行程传感器，而是例如由设于作业机1的角度传感器检测。此外，也可以利用立体摄像机或者激光扫描仪来光学地检测作业机1的角度，并使用该检测结果，来计算动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ、以及倾斜轴角度ε。

液压系统

接着，对本实施方式所涉及的液压挖掘机100的液压系统300的一个示例进行说明。图9、图10以及图11是表示本实施方式所涉及的液压系统300的一个示例的示意图。包含动臂缸11、斗杆缸12、铲斗缸13、以及倾斜缸14的液压缸10由液压系统300驱动。液压系统300向液压缸10供给液压油，来驱动液压缸10。液压系统300具有流量控制阀25。流量控制阀25控制对液压缸10的液压油供给量以及液压油流动的方向。液压缸10具有盖侧油室10A以及杆侧油室10B。盖侧油室10A是缸盖罩与活塞之间的空间。杆侧油室10B是配置活塞杆的空间。通过将液压油经由油路35A供给给盖侧油室10A，使得液压缸10伸长。通过将液压油经由油路35B供给给杆侧油室10B，使得液压缸10缩短。

图9是表示使斗杆缸12工作的液压系统300的一个示例的示意图。液压系统300包括供给液压油的可变容量型的主液压泵31、供给先导油的先导压力泵32、先导油所流经的油路33A、33B、配置于油路33A、33B的压力传感器34A、34B、对作用于流量控制阀25的先导压力进行调整的控制阀37A、37B、包含用于调整针对流量控制阀25的先导压力的右作业机操作杆30R以及左作业机操作杆30L的操作装置30、以及控制装置50。操作装置30的右作业机操作杆30R以及左作业机操作杆30L是先导液压方式的操作装置。

由主液压泵31提供的液压油通过方向控制阀25被供给到斗杆缸12。流量控制阀25是沿轴向移动杆状的阀芯来切换液压油流动的方向的滑动阀芯方式的流量控制阀。通过使阀芯沿轴向移动，来进行液压油对斗杆缸12的盖侧油室10A的供给和液压油对杆侧油室10B的供给的切换。此外，通过使阀芯沿轴向移动，来调整每单位时间对斗杆缸12供给液压油的供给量。通过调整对斗杆缸12供给液压油的供给量来调整缸体速度(シリンダ速度)。

流量控制阀25由操作装置30操作。从先导压力泵32送出的先导油被供给到操作装置30。另外，也可以将从主液压泵31送出并通过减压阀减压的先导油供给到操作装置30。操作装置30包含先导压力调整阀。控制阀37A、37B基于操作装置30的操作量而工作，来调整作用于流量控制阀25的阀芯的先导压力。通过先导压力驱动流量控制阀25。通过用操作装置30调整先导压力，来调整轴向上的阀芯的移动量、移动速度、以及移动方向。

流量控制阀25具有第1受压室以及第2受压室。当操作左作业机操作杆30L使其从中立位置向一方倾斜移动，因受到油路33A的先导压力而阀芯移动时，来自主液压泵31的液压油被供给到第1受压室，并经由油路35A液压油被供给到盖侧油室10A。当操作左作业机操作杆30L使其从中立位置向另一方倾斜移动，因受到油路33B的先导压力而阀芯移动时，来自主液压泵31的液压油被供给到第2受压室，并经由油路35B液压油被供给到杆侧油室10B。

压力传感器34A检测油路33A的先导压力。压力传感器34B检测油路33B的先导压力。压力传感器33A、33B的检测信号被输出到控制装置50。控制装置50向控制阀37A、37B输出控制信号而调整先导压力。

如果向斗杆缸12的盖侧油室10A供给液压油，则斗杆缸12伸长，斗杆7进行挖掘动作。如果向斗杆缸12的杆侧油室10B供给液压油，则斗杆缸12缩短，斗杆7进行倾卸动作。

使铲斗缸13工作的液压系统300与使斗杆缸12工作的液压系统300具有相同的结构。如果向铲斗缸13的盖侧油室10A供给液压油，则铲斗缸13伸长，铲斗8进行挖掘动作。如果向铲斗缸13的杆侧油室10B供给液压油，则铲斗缸13缩短，铲斗8进行倾卸动作。

另外，操作装置30的右作业机操作杆30R以及左作业机操作杆30L也可以不采用先导液压方式。右作业机操作杆30R以及左作业机操作杆30L也可以采用基于右作业机操作杆30R以及左作业机操作杆30L的操作量(倾斜移动角)将电信号输出到控制装置50、并基于控制装置50的控制信号直接控制流量控制阀25的电子杆方式。

图10是示意性地表示使动臂缸11工作的液压系统300的一个示例的图。液压系统300包括调整对动臂缸11供给液压油的供给量的流量控制阀25、先导油所流经的油路33A、33B、33C、配置于油路33A、33B、33C的控制阀39A、39B、39C、配置于油路33A、33B的压力传感器34A、34B、以及控制控制阀39A、39B、39C的控制装置50。

控制阀39A、39B、39C是电磁比例控制阀。控制阀39A、39B、39C基于来自控制装置50的控制信号调整先导压力。控制阀39A调整油路33A的先导压力。控制阀39B调整油路33B的先导压力。控制阀39C调整油路33C的先导压力。

控制装置50能够控制控制阀39B，进而对作用于流量控制阀25的第1受压室的先导压力进行减压调整。控制装置50能够控制控制阀39A，进而对作用于流量控制阀25的第2受压室的先导压力进行减压调整。控制装置50基于压力传感器34A的检测信号控制控制阀39A。控制装置50基于压力传感器34B的检测信号控制控制阀39B。控制装置50向控制阀39A、39B输出控制信号来调整先导压力。通过先导压力的调整而动臂缸11得以被控制。

在本实施方式中，控制阀39C为了进行地面平整辅助控制而基于从控制装置50输出的控制信号工作。从先导压力泵32送出的先导油流经设有控制阀39C的油路33C。油路33C以及油路33A与梭阀40连接。梭阀40将油路33A以及油路33C中的、先导压力较高的油路中的先导油供给到流量控制阀25。

如果向动臂缸11的盖侧油室10A供给液压油，则动臂缸11伸长，动臂6进行上升动作。如果向动臂缸12的杆侧油室10B供给液压油，则动臂缸11缩短，动臂6进行下降动作。

在未执行地面平整辅助控制时，基于通过左作业机操作杆30L的操作调整的先导压力来驱动流量控制阀25。在执行地面平整辅助控制时，控制装置50控制控制阀39A、39B、39C，以基于被控制阀39C调整过的先导压力来驱动流量控制阀25。

图11是示意性地表示使倾斜缸14工作的液压系统300的一个示例的图。液压系统300包括：流量控制阀25，其调整对倾斜缸14的液压油供给量；控制阀37A、37B，其调整作用于流量控制阀25的先导压力；控制阀39，其配置于先导压力泵32与操作踏板30F之间；操作装置30的倾斜操作杆30T及操作踏板30F；以及控制装置50。在本实施方式中，操作装置30的操作踏板30F是先导液压方式的操作装置。操作装置30的倾斜操作杆30T是电子杆方式的操作装置。倾斜操作杆30T包含设于右作业机操作杆30R以及左作业机操作杆30L的操作按钮。

操作装置30的操作踏板30F连接于先导压力泵32。此外，操作踏板30F通过梭阀36A连接于从控制阀37A送出的先导油所流经的油路38A。并且，操作踏板30F通过梭阀36B连接于从控制阀37B送出的先导油所流经的油路38B。通过对操作踏板30F进行操作来调整操作踏板30F与梭阀36A之间的油路33A的压力、以及操作踏板30F与梭阀36B之间的油路33B的压力。

通过对倾斜操作杆30T进行操作，将通过对倾斜操作杆30T的操作所生成的操作信号输出到控制装置50。控制装置50基于从倾斜操作杆30T输出的操作信号生成控制信号，并对控制阀37A、37B进行控制。控制阀37A、37B是电磁比例控制阀。控制阀37A基于控制信号对油路38A进行开闭。控制阀37B基于控制信号对油路38B进行开闭。

在不实施倾斜控制时，基于操作装置30的操作量调整先导压力。在实施倾斜控制时，控制装置50向控制阀37A、37B输出控制信号来调整先导压力。

控制系统

接着，对本实施方式所涉及的液压挖掘机100的控制系统200进行说明。图12是表示本实施方式所涉及的控制系统200的一个示例的功能框图。

如图12所示，控制系统200包括控制作业机1的控制装置50、位置运算装置20、作业机角度运算装置24、控制阀37(37A、37B)、控制阀39(39A、39B、39C)、以及目标施工数据生成装置70。

位置运算装置20检测上部回转体2的绝对位置Pg、包含侧倾角度θ1以及俯仰角度θ2的上部回转体2的姿势、以及包含横摆角度θ3的上部回转体2的方位。

位置运算装置20具有车身位置运算器21、姿势运算器22、以及方位运算器23。位置运算装置20检测上部回转体2的绝对位置Pg、包含侧倾角度θ1及俯仰角度θ2的上部回转体2的姿势、以及包含横摆角度θ3的上部回转体2的方位。

作业机角度运算装置24检测包含动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ、以及倾斜轴角度ε的作业机1的角度。

控制阀37(37A、37B)调整对倾斜缸14的液压油供给量。控制阀37基于来自控制装置50的控制信号而工作。

控制阀39(39A、39B、39C)调整对动臂缸11的液压油的供给量。控制阀39基于来自控制装置50的控制信号而工作。

目标施工数据生成装置70包含计算机系统。目标施工数据生成装置70生成表示作为施工区域的目标形状的目标地形的目标施工数据。目标施工数据表示利用作业机1施工后获得的三维的目标形状。

目标施工数据生成装置70设置于远离液压挖掘机100的地方。目标施工数据生成装置70例如设置于施工管理公司的设备中。目标施工数据生成装置70与控制装置50能够进行无线通信。通过无线方式向控制装置50发送由目标施工数据生成装置70生成的目标施工数据。

另外，也可以通过有线连接目标施工数据生成装置70与控制装置50，来从目标施工数据生成装置70向控制装置50发送目标施工数据。另外，目标施工数据生成装置70可以包含存储有目标施工数据的记录介质，而控制装置50可以具有能够从记录介质读取目标施工数据的装置。

另外，目标施工数据生成装置70也可以设置于液压挖掘机100。也可以通过有线或者无线方式从管理施工的外部的管理装置向液压挖掘机100的目标施工数据生成装置70提供目标施工数据，并由目标施工数据生成装置70将提供来的目标施工数据存储。

控制装置50具有车身位置数据获取部51、作业机角度数据获取部52、规定点位置数据计算部53A、候选规定点数据计算部53B、目标施工地形生成部54、作业机动作平面计算部55、倾斜动作平面计算部56、倾斜目标地形计算部57、作业机目标速度决定部58、倾斜目标速度决定部59、作业机控制指令决定部60、倾斜控制指令决定部61、存储部62、以及输入输出部63。

车身位置数据获取部51、作业机角度数据获取部52、规定点位置数据计算部53A、候选规定点数据计算部53B、目标施工地形生成部54、作业机动作平面计算部55、倾斜动作平面计算部56、倾斜目标地形计算部57、作业机目标速度决定部58、倾斜目标速度决定部59、作业机控制指令决定部60、以及倾斜控制指令决定部61的各自的功能由控制装置50的处理器来发挥。存储部62的功能由控制装置50的存储装置来发挥。输入输出部63的功能由控制装置50的输入输出接口装置来发挥。输入输出部63与位置运算装置20、作业机角度运算装置24、控制阀37、控制阀39、以及目标施工数据生成装置70连接，并与车身位置数据获取部51、作业机角度数据获取部52、规定点位置数据计算部53A、候选规定点数据计算部53B、目标施工地形生成部54、作业机动作平面计算部55、倾斜动作平面计算部56、倾斜目标地形计算部57、作业机目标速度决定部58、倾斜目标速度决定部59、作业机控制指令决定部60、倾斜控制指令决定部61、以及存储部62之间进行数据通信。

存储部62对包含作业机数据的液压挖掘机100的规格数据进行存储。

车身位置数据获取部51从位置运算装置20通过输入输出部63获取车身位置数据。车身位置数据包含由全局坐标系规定的上部回转体2的绝对位置Pg、包含侧倾角度θ1以及俯仰角度θ2的上部回转体2的姿势、以及包含横摆角度θ3的上部回转体2的方位。

作业机角度数据获取部52从作业机角度运算装置24通过输入输出部63获取作业机角度数据。作业机角度数据表示包含动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ、以及倾斜轴角度ε的作业机1的角度。

规定点位置数据计算部53A基于目标施工地形、铲斗8的宽度数据、以及铲斗8的外表面数据，计算设定于铲斗8的规定点RP的位置数据。规定点位置数据计算部53A基于由车身位置数据获取部51获取的车身位置数据、由作业机角度数据获取部52获取的作业机角度数据、以及存储于存储部59的作业机数据，来计算设定于铲斗8的规定点RP的位置数据。

如图4所示，作业机数据包含动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3、倾斜长度L4、以及铲斗宽度L5。动臂长度L1是动臂轴AX1与斗杆轴AX2之间的距离。斗杆长度L2是斗杆轴AX2与铲斗轴AX3之间的距离。铲斗长度L3是铲斗轴AX3与铲斗8的齿尖9之间的距离。倾斜长度L4是铲斗轴AX3与倾斜轴AX4之间的距离。铲斗宽度L5是侧板84与侧板85之间的距离。

图13是示意性地表示设定于本实施方式所涉及的铲斗8的规定点RP的一个示例的图。如图13所示，在铲斗8设定有多个作为在倾斜控制中使用的规定点RP的候选的候选规定点RPc。候选规定点RPc设定于铲斗8的齿尖9以及铲斗8的外表面。候选规定点RPc在齿尖9沿铲斗宽度方向设定有多个。此外，候选规定点RPc在铲斗8的外表面设定有多个。

此外，作业机数据包含表示铲斗8的形状以及尺寸的铲斗外形数据。铲斗外形数据包含表示铲斗宽度L5的铲斗8的宽度数据。此外，铲斗外形数据包括含有铲斗8的外表面的轮廓数据的铲斗8的外表面数据。此外，铲斗外形数据包含以铲斗8的齿尖9为基准的铲斗8的多个候选规定点RPc的坐标数据。

候选规定点数据计算部53B计算作为规定点RP的候选的多个候选规定点RPc的位置数据。候选规定点数据计算部53B计算多个候选规定点RPc相对于上部回转体2的基准位置P0的各自的相对位置。此外，候选规定点数据计算部53B计算多个候选规定点RPc的各自的绝对位置。

候选规定点数据计算部53B基于包含动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3、倾斜长度L4、及铲斗外形数据的作业机数据、以及包含动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ、及倾斜轴角度ε的作业机角度数据，能够计算出铲斗8的多个候选规定点RPc相对于上部回转体2的基准位置P0的各自的相对位置。如图4所示，上部回转体2的基准位置P0设定于上部回转体2的回转轴RX。另外，上部回转体2的基准位置P0也可以设定于动臂轴AX1。

此外，候选规定点数据计算部53B基于由位置运算装置20检测出的上部回转体2的绝对位置Pg、以及上部回转体2的基准位置P0与铲斗8的相对位置，能够计算出铲斗8的绝对位置Pa。绝对位置Pg与基准位置P0的相对位置是基于液压挖掘机100的规格数据导出的已知数据。候选规定点数据计算部53B基于包含上部回转体2的绝对位置Pg的车身位置数据、上部回转体2的基准位置P0与铲斗8的相对位置、作业机数据、以及作业机角度数据，能够计算铲斗8的多个候选规定点RPc的各自的绝对位置。

另外，候选规定点RPc只要包含铲斗8的宽度数据与铲斗8的外表面数据即可，并不必须是点。

目标施工地形生成部54基于由目标施工数据生成装置70提供并存储于存储部62的目标施工数据，生成表示挖掘对象的目标形状的目标施工地形CS。目标施工数据生成装置70既可以将三维目标地形数据作为目标施工数据提供给目标施工地形生成部54，也可以将表示目标形状的一部分的多个线数据或者多个点数据作为目标施工数据提供给目标施工地形生成部54。在本实施方式中，目标施工数据生成装置70将表示目标形状的一部分的线数据作为目标施工数据提供给目标施工地形生成部54。

图14是表示本实施方式所涉及的目标施工数据CD的一个示例的示意图。如图14所示，目标施工数据CD表示施工区域的目标地形。目标地形包含由三角多边形分别表现的多个目标施工地形CS。多个目标施工地形CS分别表示作业机1的挖掘对象的目标形状。在目标施工数据CD中，规定了目标施工地形CS中的与铲斗8的垂直距离为最近的点AP。此外，在目标施工数据CD中，规定了通过点AP及铲斗8并与铲斗轴AX3正交的作业机动作平面WP。作业机动作平面WP是通过动臂缸11、斗杆缸12、以及铲斗缸13中的至少一个动作来使铲斗8的齿尖9移动的动作平面，并与XZ平面平行。规定点位置数据计算部53A基于目标施工地形CS以及铲斗8的外形数据，来计算相对于目标施工地形CS的点AP的垂直距离最近的规定点RP的位置数据。

目标施工地形生成部54获取作为作业机动作平面WP与目标施工地形CS的相交线的线LX。此外，目标施工地形生成部54获取通过点AP并在目标施工地形CS中与线LX交叉的线LY。线LY表示横向动作平面与目标施工地形CS的相交线。横向动作平面是指与作业机动作平面WP正交并通过点AP的面。线LY在目标施工地形CS中在铲斗8的侧面方向上延伸。

图15是表示本实施方式所涉及的目标施工地形CS的一个示例的示意图。目标施工地形生成部54获取线LX以及线LY，基于线LX以及LY，生成表示挖掘对象的目标形状的目标施工地形CS。在利用铲斗8挖掘目标施工地形CS的情况下，控制装置50使铲斗8沿着作为通过铲斗8的作业机动作平面WP与目标施工地形CS的相交线的线LX移动。

作业机动作平面计算部55基于车身位置数据以及作业机角度数据，计算如参照图14以及图15所说明的那样通过铲斗8并与动臂轴AX1、斗杆轴AX2、以及铲斗AX3的至少一个正交的作业机动作平面WP。

倾斜动作平面计算部56计算通过铲斗8并与倾斜轴AX4正交的倾斜动作平面TP。

图16是表示本实施方式所涉及的倾斜动作平面TP的一个示例的示意图。图16表示倾斜轴AX4与目标施工地形CS非平行时的倾斜动作平面TP。

如图16所示，倾斜动作平面TP是指，通过设定于铲斗8的规定点RP、并与倾斜轴AX4正交的动作平面。图16示出通过设定于齿尖9的规定点RP的倾斜动作平面TP。倾斜动作平面TP是通过倾斜缸14的工作使铲斗8的规定点RP(齿尖9)移动的动作平面。如果动臂缸11、斗杆缸12、以及铲斗缸13中的至少一个动作，而表示倾斜轴AX4朝向的倾斜轴角度ε变化的话，倾斜动作平面TP的倾斜度也变化。

如上述那样，作业机角度运算装置24能够计算表示倾斜轴AX4相对于XY平面的倾斜角度的倾斜轴角度ε。倾斜轴角度ε由作业机角度数据获取部52获取。此外，规定点RP的位置数据通过规定点位置数据计算部53A来计算。倾斜动作平面计算部56基于由作业机角度数据获取部52获取的倾斜轴AX4的倾斜轴角度ε、以及通过规定点位置数据计算部53A计算出的规定点RP的位置，能够计算出倾斜动作平面TP。

通过计算倾斜动作平面TP，来计算表示铲斗8的规定点RP与倾斜目标地形ST之间的距离的动作距离Da。对此在后文中详细叙述。

倾斜目标地形计算部57计算目标施工地形CS与倾斜动作平面TP交叉的倾斜目标地形ST。如图16所示，倾斜目标地形ST由目标施工地形CS与倾斜动作平面T的相交线表示。如果作为倾斜轴AX4的朝向的倾斜轴角度ε变化的话，则倾斜目标地形ST的位置就会变化。

作业机目标速度决定部58基于铲斗8与目标施工地形CS之间的距离，来决定进行地面平整辅助控制时的动臂6的目标速度Vb。在本实施方式中，作业机目标速度决定部58基于在线LX的法线方向上的铲斗8与线LX的最短距离即垂直距离Db，决定在作业机动作平面WP(YZ平面)中动臂6的目标速度Vb。

图17是用于说明作为本实施方式所涉及的地面平整辅助控制以及倾斜控制的一个示例的倾斜停止控制的示意图。在图17的说明中，为方便起见加以如下区别：关于地面平整辅助是基于规定点RPb进行控制，而进行倾斜停止控制的情况下的规定点为规定点RPa，但规定点RPb与规定点RPa都可以作为同样的规定点RP来处理。首先，对于地面平整辅助控制进行说明。如图17所示，线LX被规定，并且速度限制干预线ILb也被规定。速度限制干预线ILb与线LX平行，并被规定在与线LX相距线距离Hb的位置。优选将线距离Hb设定为不会影响操作员的操作感。

作业机目标速度决定部58获取在目标施工地形CS的法线方向上的铲斗8与线LX的最短距离即垂直距离Db。在图17所示的例中，规定了铲斗8的外表面的规定点RPb与线LX之间的垂直距离Db。此外，作业机目标速度决定部58获取与垂直距离Db相应的铲斗8的规定点RPb处的、铲斗8应输出的作业机1的速度作为作业机目标速度Vt。

图18是表示本实施方式的垂直距离Db与铲斗8的规定点RPb的作业机目标速度Vt的关系的一个示例的图。如图18所示，作业机目标速度Vt是根据垂直距离Db而被唯一确定的速度。当垂直距离Db大于线距离Hb时并不设定作业机目标速度Vt，当垂直距离Db在线距离Hb以下时才设定作业机目标速度Vt。垂直距离Db越小，作业机目标速度Vt就越小，若垂直距离Db为零，则作业机目标速度Vt也为零。铲斗8没有侵入目标施工地形CS时的垂直距离Db是正的值。铲斗8侵入目标施工地形CS时的垂直距离Db是负的值。铲斗8没有侵入目标施工地形CS的非侵入状态是指铲斗8位于目标施工地形CS的上侧的状态，换言之是位于不超过目标施工地形CS的位置的状态。铲斗8侵入目标施工地形CS的侵入状态是指铲斗8位于目标施工地形CS的下侧的状态，换言之是位于超过目标施工地形CS的位置的状态。在非侵入状态下，铲斗8是从目标施工地形CS举升的状态，在侵入状态下，铲斗8是正在挖掘目标施工地形CS的状态。铲斗8的规定点RPb与目标施工地形CS一致时的垂直距离Db是零。

在本实施方式中，使铲斗8从目标施工地形CS的下侧朝向上侧移动时的速度为正的值，使铲斗8从目标施工地形CS的上侧朝向下侧移动时的速度为负的值。即，使铲斗8朝向目标施工地形CS的上方移动时的速度为正的值，使铲斗8朝向目标施工地形CS的下方移动时的速度为负的值。

作业机目标速度决定部58以避免铲斗8的规定点RPb侵入目标施工地形CS的方式决定铲斗8的作业机目标速度Vt的正负。此外，作业机目标速度决定部58以垂直距离Db越大则铲斗8的作业机目标速度Vt的绝对值越大、垂直距离Db越小则铲斗8的作业机目标速度Vt的绝对值越小的方式决定铲斗8的作业机目标速度Vt。

作业机目标速度决定部58基于操作装置30的操作量计算铲斗8的规定点RPb的移动速度Va。在本实施方式中，在操作了操作装置30的情况下，根据压力传感器34A、34B的检测值计算基于操作装置30的操作的铲斗8的移动速度Va。如参照图9所说明的那样，如果操作装置30被操作，则油路33A、33B的先导压力对应于左作业机操作杆30L的操作量而变化。在存储部62中存储有表示与杆操作对应的先导压力和阀芯及缸体的移动量的相关数据。相关数据是由表、关系式定义的已知数据。作业机目标速度决定部58通过相同的方法也计算与杆操作相应的斗杆缸的速度。在计算出斗杆缸12的缸体速度以及铲斗缸13的缸体速度之后，作业机目标速度决定部58将斗杆缸12的缸体速度以及铲斗缸13的缸体速度转换为规定点RP处的移动速度Va。

作业机目标速度决定部58根据计算出的铲斗8的规定点RPb的移动速度Va，来计算规定点RPb相对于目标施工地形CS的相对速度Vs。相对速度Vs是在目标施工地形CS的法线方向上的铲斗8与目标施工地形CS的相对速度。换言之，相对速度Vs是规定点RPb朝向目标施工地形CS移动时的移动速度。

作业机目标速度决定部58基于根据对应于作业机操作杆30L的操作量变化的先导压力计算出的相对速度Vs、以及根据垂直距离Db决定出的铲斗8的作业机目标速度Vt，以使铲斗8相对于目标施工地形CS的实际的相对速度达到作业机目标速度Vt的方式，决定作业机动作平面WP中的动臂6的转动带来的规定点Rb的目标速度Vb。即，在通过作业机操作杆30L的操作使斗杆缸12以及铲斗缸13中的至少一个动作的情况下，基于斗杆缸12以及铲斗缸13中的至少一个的动作的铲斗8的相对速度Vs因动臂6的移动而抵消，因此以使铲斗8以作业机目标速度Vt移动的方式决定动臂6的目标速度Vb。在本实施方式中，说明的是变更动臂6的目标速度Vb的实施方式，但也可以是变更斗杆7等的其他作业机的目标速度的实施方式。

作业机控制指令决定部60基于铲斗8与目标施工地形CS的距离、以及斗杆7及铲斗8中的至少一个的动作状态，输出用于在与动臂轴AX1、斗杆轴AX2、以及铲斗轴AX3正交的作业机动作平面WP中驱动作业机1的指令。作业机控制指令决定部60基于由作业机目标速度决定部58决定的、作业机动作平面WP中动臂6的目标速度Vb，输出用于在作业机动作平面WP中驱动动臂6的指令。即，作业机控制指令决定部60基于由作业机目标速度决定部58决定的动臂6的目标速度Vb，输出对在作业机动作平面WP中驱动动臂6的动臂缸11进行驱动的指令。在本实施方式中，如参照图10所说明的那样，作业机控制指令决定部60向控制阀39C输出控制信号。由于对控制阀39C的控制，以及对油路33C的先导压力的控制，由此流量控制阀25的阀芯的移动被调整。由于阀芯的移动被调整，由此驱动动臂6的动臂缸11的缸体速度被调整。由于动臂11的缸体速度被调整，由此动臂6的移动速度被调整。作业机控制指令决定部60以使动臂6的移动速度达到目标速度Vb的方式，向控制阀39C输出控制信号。

接着，对倾斜停止控制进行说明。倾斜目标速度决定部59基于铲斗8与目标施工地形CS的距离，决定将作为倾斜停止控制时铲斗8的目标的倾斜速度来作为倾斜目标速度(倾斜限制速度)U。在本实施方式中，倾斜目标速度决定部59基于铲斗8与倾斜目标地形ST之间的距离即动作距离Da，来决定倾斜动作平面TP中铲斗8的目标速度U。在本实施方式中，采用基于动作距离Da的控制来进行的说明，但也可以采用基于垂直距离Db的控制。

倾斜目标速度决定部59基于动作距离Da决定针对铲斗8的倾斜旋转速度的目标速度U。倾斜目标速度决定部59在动作距离Da是作为阈值的线距离Ha以下时限制倾斜旋转速度。在以下的说明中，会适当地将针对铲斗8的倾斜旋转速度的目标速度U称作限制速度U。

图17是用于说明本实施方式所涉及的倾斜停止控制的示意图。如图17所示，规定倾斜目标地形ST，并且规定速度限制干预线ILa。速度限制干预线ILa与倾斜目标地形ST平行，并被规定在与倾斜目标地形ST相距线距离Ha的位置。优选将线距离Ha设定为不会影响操作员的操作感。倾斜控制指令决定部61在倾斜旋转的铲斗8的至少一部分超过速度限制干预线ILa、且动作距离Da变成线距离Ha以下时，限制铲斗8的倾斜旋转速度。倾斜目标速度决定部59决定针对超过速度限制干预线ILa的铲斗8的倾斜旋转速度的限制速度U。在图17所示的示例中，由于铲斗8的一部分超过速度限制干预线ILa，而动作距离Da比线距离Ha小，因此倾斜旋转速度受到限制。

倾斜目标速度决定部59获取平行于倾斜动作平面TP的方向上的规定点RP与倾斜目标地形ST的动作距离Da。此外，倾斜目标速度决定部59获取与动作距离Da相应的限制速度U。倾斜控制指令决定部61在判定为动作距离Da在线距离Ha以下的情况下，限制倾斜旋转速度。在本实施方式中，动作距离Da是齿尖9与倾斜目标地形ST之间的距离。

图19是表示本实施方式所涉及的动作距离Da与限制速度U的关系的一个示例的图。如图19所示，限制速度U是根据动作距离Da而被唯一确定的速度。当动作距离Da大于线距离Ha时并不设定限制速度U，当动作距离Da在线距离Ha以下时才设定限制速度U。动作距离Da越小，限制速度U就越小，若动作距离Da为零，则限制速度U也为零。另外，在图19中，将靠近目标施工地形CS的方向表示为负的方向。

图20是表示本实施方式所涉及的铲斗8的动作的一个示例的示意图。倾斜目标速度决定部59基于操作装置30的倾斜操作杆30T的操作量，计算作为规定点RPa的齿尖9伴随着倾斜旋转而朝向目标施工地形CS(倾斜目标地形ST)移动的方向上的移动速度Vr。移动速度Vr是指与倾斜动作平面TP平行的面内的规定点RPa的移动速度。并且移动速度Vr是指在倾斜目标地形ST的垂直方向上的速度分量。对于包含齿尖9(规定点RPa)的多个规定点RP分别计算移动速度Vr。

在本实施方式中，在操作了倾斜操作杆30T的情况下，基于从倾斜操作杆30T输出的电压等的信号，计算移动速度Vr。如果倾斜操作杆30T被操作的话，则从倾斜操作杆30T会输出与倾斜操作杆30T的操作量相应的电压等的信号。在计算出倾斜缸14的缸体速度之后，由倾斜目标速度决定部59转换成对应于操作杆的操作量的铲斗8的规定点RPa的移动速度Vr。

倾斜控制指令决定部61基于铲斗8与目标施工地形CS之间的距离、以及铲斗8的倾斜旋转状态，来输出用于以倾斜轴AX4为中心对铲斗8进行倾斜控制的指令。倾斜控制指令决定部61在判定为动作距离Da是线距离Ha以下的情况下，实施将规定点RP相对于目标施工地形CS的移动速度Vr限制成限制速度U的速度限制。倾斜控制指令决定部61为了抑制铲斗8的齿尖9的移动速度Vr而向控制阀37输出控制信号。倾斜控制指令决定部61向控制阀37输出控制信号，以使铲斗8的齿尖9的移动速度Vr变成与动作距离Da相应的限制速度U。由此，倾斜旋转的铲斗8的齿尖9的移动速度在齿尖9越接近目标施工地形CS(倾斜目标地形ST)时越小，在齿尖9到达目标施工地形CS时为零。

控制方法

接着，对本实施方式所涉及的液压挖掘机100的控制方法的一个示例进行说明。图21是表示本实施方式所涉及的液压挖掘机100的控制方法的一个示例的流程图。在本实施方式中，说明使用能够倾斜旋转的铲斗8对倾斜的目标施工地形CS进行施工的示例。

目标施工地形生成部54基于由目标施工数据生成装置70提供并存储在存储部62的作为目标施工数据的线LX以及线LY，生成目标施工地形CS(步骤S10)。

规定点位置数据计算部53A基于由作业机角度数据获取部52获取的作业机角度数据、以及存储于存储部62的作业机数据与目标施工地形CS，计算设定于铲斗8的规定点RP各自的位置数据(步骤S20)。

作业机动作平面计算部55计算通过动臂缸11、斗杆缸12、以及铲斗缸13中的至少一个的动作使铲斗13移动的动作平面即作业机动作平面WP(步骤S30)。

作业机目标速度决定部58计算规定点RP(RPb)与目标施工地形CS的垂直距离Db(步骤S40)。

基于垂直距离Db决定目标速度Vb。在垂直距离Db为线距离Hb以下的情况下，作业机目标速度决定部58决定用于使铲斗8的移动速度变成作业机目标速度Vt的动臂6的目标速度Vb(步骤S50)。

作业机控制指令决定部60为了使动臂6以目标速度Vb动作而向控制阀39C输出控制信号，来控制动臂缸11的缸体速度(步骤S60)。由此来实施地面平整辅助控制。

倾斜动作平面计算部56计算通过作为规定点RPa的齿尖9、并与倾斜轴AX4正交的倾斜动作平面TP(步骤S70)。

倾斜目标地形计算部57计算目标施工地形CS与倾斜动作平面TP交叉而成的倾斜目标地形ST(步骤S80)。

倾斜目标速度决定部59计算齿尖9与倾斜目标地形ST的动作距离Da(步骤S90)。

基于动作距离Da决定限制速度U。在动作距离Da为线距离Ha以下的情况下，倾斜目标速度决定部59决定与动作距离Da相应的限制速度U(步骤S100)。

倾斜控制指令决定部61基于根据倾斜操作杆30T的操作量计算的铲斗8的齿尖9的移动速度Vr、以及由倾斜目标速度决定部59决定的限制速度U，来计算针对控制阀37的控制信号。倾斜控制指令决定部61计算用于使移动速度Vr变成限制速度U的控制信号，并输出到控制阀37。控制阀37基于从倾斜控制指令决定部61输出的控制信号，来控制先导压力。由此来限制铲斗8的齿尖9的移动速度Vr(步骤S110)。

效果

如上所述，根据本实施方式，同时进行地面平整辅助控制和倾斜停止控制，地面平整辅助控制是通过输出用于在与动臂轴AX1、斗杆轴AX2、以及铲斗轴AX3中的至少一个正交的作业机动作平面WP中驱动作业机1的指令而实施的，倾斜停止控制是通过输出用于使铲斗8以倾斜轴AX4为中心倾斜旋转的指令而实施的。参照图22(A)、图22(B)及图22(C)说明在操作员使用倾斜停止控制与地面平整辅助来对倾斜面进行施工的情况。

操作员以使铲斗进行倾斜旋转、并使铲斗挖掘面按压于目标施工地形CS的方式进行倾斜旋转操作，同时对斗杆、铲斗进行挖掘操作，并且以下述的顺序进行作业。如图22(A)所示，如果铲斗8接近目标施工地形CS，则根据斗杆7以及铲斗8的操作进行基于地面平整辅助控制的动臂6的干预控制，此外，如图22(B)所示，逐渐开始基于铲斗8的操作的倾斜停止控制。

通过持续进行倾斜操作、斗杆7和铲斗8各自的操作，如图22(C)所示，铲斗8到达目标施工地形CS。在铲斗8的挖掘时与目标施工地形CS接触的铲斗8的齿尖9(线段)、铲斗8的背面等的挖掘区域处于与目标施工地形CS(在倾斜停止控制中为倾斜目标地形ST)大致平行的状态的时刻，倾斜速度为零。在这之后，通过倾斜停止控制维持目标施工地形CS与挖掘区域的平行状态。此时，在地面平整辅助控制中，进行不考虑倾斜操作的动臂干预控制，因而能够进行沿着目标施工地形CS(在地面平整辅助控制中为线LX)的挖掘。

由此，在维持目标施工地形CS与挖掘区域的平行的同时，还避免铲斗挖掘区域从目标施工地形CS脱离。

在操作员在操作操作装置30而使铲斗8倾斜旋转的同时在铲斗8的挖掘区域实施包含按压目标施工地形CS的动作的挖掘作业的情况下，不仅需要避免侵入目标施工地形CS，而且需要消除挖掘遗漏。如果仅仅是铲斗8的一部分沿线LX移动，则无法决定铲斗8相对于目标施工地形CS的倾斜角度的最佳值而成为仅有齿尖的一部分与目标施工地形CS接触的状况、或从目标施工地形CS脱离的状况，结果产生挖掘遗漏(挖掘残留)。

根据本实施方式，不仅仅是单纯将控制动臂缸11的地面平整辅助控制应用于倾斜式的铲斗8，还与地面平整辅助控制一并进行基于铲斗8与倾斜目标地形ST之间的距离来控制倾斜缸14的倾斜停止控制。由此，能够使倾斜式的铲斗8的倾斜角度为最佳值，使铲斗8的齿尖9与目标施工地形CS平行，并能够避免铲斗8侵入目标施工地形CS(倾斜目标地形ST)，从而使铲斗8的齿尖9沿目标施工地形CS(线LX)移动。

图23是用于说明本实施方式所涉及的铲斗8的作用的示意图。图23示出实施地面平整辅助控制而不实施倾斜停止控制的示例。在不实施倾斜停止控制的情况下，不计算限制速度U。如果基于操作员对倾斜操作杆30T的操作的铲斗8的移动速度为Vr，且在目标施工地形CS的法线方向上移动速度Vr的速度分量为Vra，则铲斗8相对于目标施工地形CS的相对速度为基于操作员对作业机操作杆30L的操作的铲斗8的移动速度Vs与基于操作员对倾斜操作杆30T的操作的铲斗8的移动速度Vra之和。其结果，作业机目标速度决定部58计算动臂6的目标速度Vb，以抵消移动速度Vs与移动速度Vra之和。即，即使铲斗8倾斜旋转，也不控制倾斜缸14而仅仅控制动臂缸11，结果动臂6会过度地进行上升动作。其结果，难以使铲斗8的齿尖9沿倾斜的目标施工地形CS移动。

根据本实施方式，基于倾斜旋转的铲斗8的移动速度Vr来控制倾斜缸14。因此，抑制了动臂6过度地进行上升动作，可以对目标施工地形CS进行高精度的施工。

此外，在本实施方式中，倾斜动作平面TP以及倾斜目标地形ST被规定，倾斜目标速度决定部59基于铲斗8与倾斜目标地形ST的动作距离Da，来决定在倾斜动作平面ST中铲斗8的目标速度U。倾斜控制指令决定部61基于由倾斜目标速度决定部59决定的目标速度U，来控制倾斜缸14。因此，能够使倾斜旋转的铲斗8的齿尖9高精度地沿着目标施工地形CS进行施工。

此外，在本实施方式中，在作业机动作平面WP中控制作业机1的移动的地面平整辅助控制、以及在倾斜动作平面TP中控制铲斗3的倾斜旋转的倾斜停止控制，是彼此独立地实施的。即，在地面平整辅助控制中，基于在作业机动作平面WP中的垂直距离Db，来决定在作业机动作平面WP中动臂6的目标速度Vb，以使动臂6以目标速度Vb移动的方式控制动臂缸11。即，基于铲斗8的倾斜旋转的铲斗8与目标施工地形CS的相对速度不会反映到地面平整辅助控制中。另一方面，在倾斜停止控制中，基于在倾斜动作平面TP中的动作距离Da，来决定在倾斜动作平面TP中铲斗8的目标速度U，以使铲斗8以目标速度U倾斜旋转的方式控制倾斜缸14。即，基于动臂6的移动的铲斗8与目标施工地形CS的相对速度不会反映到倾斜停止控制中。由此，能够使倾斜旋转的铲斗8的齿尖9高精度地沿着目标施工地形CS进行施工。

实施方式2

接着，对实施方式2进行说明。图24是表示本实施方式涉及的液压挖掘机100的控制方法的一个示例的示意图。与上述的实施方式相同，倾斜目标速度决定部59计算在倾斜动作平面TP中的铲斗8的目标速度U。

在本实施方式中，倾斜目标速度决定部59根据计算出的目标速度U，计算在线LX的法线方向上的铲斗8的目标速度Ua。即，倾斜目标速度决定部59计算在线LX的法线方向上的目标速度U的速度分量Ua。

作业机控制指令决定部60基于由倾斜目标速度决定部59计算出的在线LX的法线方向上的铲斗8的目标速度Ua、以及由作业机目标速度决定部58计算出的在线LX的法线方向上的铲斗8的目标速度Vs，来输出指令。在本实施方式中，以抵消目标速度Ua与目标速度Vs之和、即使[Vs+Ua＝Vt+Vb]的方式，计算动臂6的目标速度Vb，并以使动臂6以该目标速度Vb移动的方式，由作业机控制指令决定部60向控制阀39C输出控制信号，来控制动臂缸11的缸体速度。

根据本实施方式，针对铲斗8的倾斜旋转的目标速度Ua被反映到地面平整辅助控制中。在铲斗8基于倾斜旋转而接近目标施工地形CS的速度完全没有被反映到地面平整辅助控制中的情况下，存在铲斗8稍微挖掘目标施工地形CS的可能性。根据本实施方式，能够更高精度地使铲斗8的齿尖9沿着目标施工地形CS移动。

另外，在上述的实施方式中，在地面平整辅助控制中，控制动臂缸11。在地面平整辅助控制中，也可以控制使作业机1在作业机动作平面WP中动作的斗杆缸12，也可以控制铲斗缸13。

另外，在上述的实施方式中，基于动作距离Da来实施使铲斗8倾斜旋转的倾斜缸14的控制。也可以基于垂直距离Db来实施使铲斗8倾斜旋转的倾斜缸14的控制。

另外，在上述的实施方式中，实施使铲斗8的倾斜旋转在目标施工地形CS停止的铲斗停止控制。与基于动臂缸11的地面平整辅助控制相同，也可以实施以使铲斗8的齿尖9跟随目标施工地形CS的方式控制倾斜铲斗14的倾斜地面平整辅助控制。

另外，在上述的实施方式中，是使倾斜旋转的铲斗8在倾斜目标地形ST停止。也可以是以使铲斗8的倾斜旋转在相对于倾斜目标地形ST具有规定的位置关系的、与倾斜目标地形ST不同的规定位置停止的方式，来实施倾斜停止控制。

另外，在上述的实施方式中，工程机械100采用了液压挖掘机。在上述的实施方式中说明的构成要素也能够应用于不同于液压挖掘机的、具有作业机的工程机械。

另外，在上述的实施方式中，在作业机1中，除了铲斗轴AX3以及倾斜轴AX4之外，还可以设有能够旋转地支承铲斗8的旋转轴。

另外，在上述的实施方式中，上部回转体2既可以通过液压而回转，也可以通过电动致动器所产生的动力而回转。此外，作业机1也可以不通过液压缸10，而是通过电动致动器所产生的动力工作。

Claims (12)

1.一种工程机械的控制系统，该工程机械具备作业机，该作业机包括：动臂，其能够以动臂轴为中心相对于车身旋转；斗杆，其能够以与所述动臂轴平行的斗杆轴为中心相对于所述动臂旋转；以及铲斗，其能够分别以与所述斗杆轴平行的铲斗轴及与所述铲斗轴正交的倾斜轴为中心，相对于所述斗杆旋转，所述工程机械的控制系统的特征在于，包括：

目标施工地形生成部，其生成表示挖掘对象的目标形状的目标施工地形；

作业机控制指令决定部，其基于所述铲斗与所述目标施工地形之间的距离、以及所述斗杆和所述铲斗中的至少一个的动作状态，来输出用于在与所述动臂轴、所述斗杆轴、及所述铲斗轴中的至少一个正交的作业机动作平面中驱动所述作业机的指令；以及

倾斜控制指令决定部，其基于所述铲斗与所述目标施工地形之间的距离、以及所述铲斗的倾斜旋转状态，来输出用于以所述倾斜轴为中心对所述铲斗进行倾斜控制的指令。

2.根据权利要求1所述的工程机械的控制系统，其特征在于，包括：

倾斜动作平面计算部，其计算通过所述铲斗并与所述倾斜轴正交的倾斜动作平面；

倾斜目标地形计算部，其计算所述目标施工地形与所述倾斜动作平面交叉的倾斜目标地形；以及

倾斜目标速度决定部，其基于所述铲斗与所述倾斜目标地形之间的距离，来决定在所述倾斜动作平面中所述铲斗的倾斜目标速度，

所述倾斜控制指令决定部基于所述倾斜目标速度来输出所述倾斜控制指令。

3.根据权利要求2所述的工程机械的控制系统，其特征在于：

所述倾斜控制指令决定部基于由所述倾斜目标速度决定部决定的所述倾斜目标速度，来输出对使所述铲斗倾斜旋转的倾斜缸进行驱动的指令。

4.根据权利要求2或3所述的工程机械的控制系统，其特征在于：

所述倾斜目标速度决定部计算在所述目标施工地形的法线方向上所述铲斗的所述倾斜目标速度。

5.根据权利要求2或3所述的工程机械的控制系统，其特征在于，包括：

作业机目标速度决定部，其基于在所述目标施工地形的法线方向上所述铲斗与所述目标施工地形之间的最短距离即垂直距离，来决定在所述作业机动作平面中所述作业机的作业机目标速度，

所述作业机控制指令决定部基于所述作业机目标速度，来输出用于控制所述动臂以及所述斗杆中的至少一个的指令。

6.根据权利要求4所述的工程机械的控制系统，其特征在于，包括：

作业机目标速度决定部，其基于在所述目标施工地形的法线方向上所述铲斗与所述目标施工地形之间的最短距离即垂直距离，来决定在所述作业机动作平面中所述作业机的作业机目标速度，

所述作业机控制指令决定部基于所述作业机目标速度，来输出用于控制所述动臂以及所述斗杆中的至少一个的指令。

7.根据权利要求5所述的工程机械的控制系统，其特征在于：

所述作业机控制指令决定部基于所述作业机目标速度，来输出对在所述作业机动作平面中驱动所述动臂以及所述斗杆中的至少一个的液压缸进行驱动的指令。

8.根据权利要求6所述的工程机械的控制系统，其特征在于：

所述作业机控制指令决定部基于所述作业机目标速度，来输出对在所述作业机动作平面中驱动所述动臂以及所述斗杆中的至少一个的液压缸进行驱动的指令。

9.根据权利要求5所述的工程机械的控制系统，其特征在于：

所述作业机控制指令决定部基于所述倾斜目标速度和所述作业机目标速度，来输出驱动所述作业机的指令。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的工程机械的控制系统，其特征在于：

所述作业机控制指令决定部基于所述倾斜目标速度和所述作业机目标速度，来输出驱动所述作业机的指令。

11.一种工程机械，其特征在于，具备：

上部回转体；

下部行走体，其支承所述上部回转体；

作业机，其包括所述动臂、所述斗杆以及所述铲斗，并由所述上部回转体支承；以及

权利要求1至权利要求10中任一项所述的工程机械的控制系统。

12.一种工程机械的控制方法，该工程机械具备作业机，该作业机包括：动臂，其能够以动臂轴为中心相对于车身旋转；斗杆，其能够以与所述动臂轴平行的斗杆轴为中心相对于所述动臂旋转；以及铲斗，其能够分别以与所述斗杆轴平行的铲斗轴及与所述铲斗轴正交的倾斜轴为中心，相对于所述斗杆旋转，所述工程机械的控制方法的特征在于，包括：

基于所述铲斗与表示挖掘对象的目标形状的目标施工地形之间的距离、以及所述斗杆和所述铲斗中的至少一个的动作状态，来输出用于在与所述动臂轴、所述斗杆轴、及所述铲斗轴中的至少一个正交的作业机动作平面中驱动所述作业机的指令；以及

基于所述铲斗与所述目标施工地形之间的距离、以及所述铲斗的倾斜旋转状态，来输出用于以所述倾斜轴为中心对所述铲斗进行倾斜控制的指令。