CN113272499A - 安全装置以及工程机械 - Google Patents

Abstract

安全装置具备：获取表示液压挖掘机（1）的周围的地形的形状的形状数据的形状传感器（101）；基于形状数据，判断是否满足使为了防止液压挖掘机（1）向周围的特定方向的斜面倾倒的防止倾倒控制工作的工作条件的判断部（112）；在通过判断部（112）判断满足工作条件的情况下，使作业装置的远端部朝向斜面下降的下降控制部（113）。

Description

安全装置以及工程机械

技术领域

本发明涉及一种确保工程机械的安全的安全装置以及工程机械。

背景技术

一直以来，在液压挖掘机等工程机械设置有区域限制控制装置。区域限制控制装置是预先由作业人员设定任意的限制区域，并将前(front)作业装置的位置与所设定的限制区域进行比较，在前作业装置欲侵入限制区域的情况下，使前作业装置停止或者沿着限制区域的边界动作，使前作业装置以不侵入限制区域的方式进行动作的装置。操作人员，在判断因进行区域限制控制有可能损害作业性时，可以按照自己的想法解除区域限制功能。

然而，为了解除区域限制功能，操作人员需要进行用于解除区域限制功能的操作，在作业效率方面难以迅速地解除区域限制功能。

在此，例如，专利文献1提出了一种区域限制控制装置，其基于车体的状态量判断车体是否有悬空的可能性，在判断车体有悬空的可能性时解除区域限制控制而利用手动进行摆脱。

在上述现有技术中，在判断车体有悬空的可能性的情况下，仅解除前作业装置的区域限制控制，解除后的操作推给操作人员。

例如，在作业时，在判断工程机械的立足部分(footing portion)塌陷车体有悬空的可能性的情况下，虽然解除前作业装置的区域限制控制，然而解除后的操作却推给操作人员。在这种情况下，操作人员需要迅速地进行用于防止倾倒的操作，以便确保安全。

然而，由于操作人员难以立即进行防止倾倒的操作，期望采取用于防止倾倒的安全措施。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利公开公报特开平8-269998号。

发明内容

本发明是为了解决上述的问题而进行的发明，其目的在于提供一种可以自动地防止工程机械的倾倒并能可靠地确保工程机械的安全的安全装置以及工程机械。

本发明的一实施方式涉及的安全装置，是确保具备机体和安装在所述机体上的作业装置的工程机械的安全的安全装置，包括：获取部，获取表示所述工程机械的周围的地形的形状的形状数据；判断部，基于所述形状数据，判断是否满足使防止倾倒控制工作的工作条件，所述防止倾倒控制是为了防止所述工程机械向所述周围的特定方向的斜面倾倒；以及，下降控制部，在通过所述判断部判断满足所述工作条件的情况下，使所述作业装置的远端部朝向所述斜面下降。

根据本发明，可以自动地防止工程机械的倾倒并能可靠地确保工程机械的安全。

附图说明

图1是表示搭载了本发明的实施方式涉及的安全装置的工程机械的例子即液压挖掘机的示意图。

图2是表示图1所示的液压挖掘机的构成的方框图。

图3是表示在本实施方式、液压挖掘机在斜面的路肩附近作业的场面的一个例子的示意图。

图4是表示在本实施方式、液压挖掘机的立足部分塌陷的场面的一个例子的示意图。

图5是表示在本实施方式、使液压挖掘机的作业装置的远端部朝向斜面下降的场面的一个例子的示意图。

图6是表示图2所示的液压挖掘机的动作的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，以下的实施方式是具体化本发明的一个例子，并不用于限定本发明的技术保护范围。

图1是表示搭载了本发明的实施方式涉及的安全装置的工程机械的例子即液压挖掘机的示意图。该液压挖掘机1具备可以在地面G上行走的下部行走体10、搭载在下部行走体10上的上部回转体12、搭载于上部回转体12的作业装置14。在此，对安全装置适用于液压挖掘机1的构成进行例示，但是，本发明并不局限于此。例如，只要是具备液压起重机等的下部行走体、上部回转体以及作业装置的工程机械，安全装置可以适用于任意的工程机械。

而且，在本实施方式，将垂直于地面G的上侧的方向称为上方，将下侧的方向称为下方，将上方以及下方总称为上下方向。另外，将下部行走体10前进的方向称为前方，将下部行走体10后退的方向称为后方，将前方以及后方总称为前后方向。另外，将分别垂直于上下方向以及前后方向的方向称为左右方向。而且，将从后方向前方看去在左右方向的左侧称为左方、右侧称为右方。另外，下部行走体10的前后方向的长度比左右方向的长度长。为此，下部行走体10的长度方向朝向前后方向。

下部行走体10以及上部回转体12构成支撑作业装置14的机体。上部回转体12具有回转框架16和搭载在其上的多个部件。该多个部件包含收容发动机的发动机室17以及作为驾驶室的驾驶台18。下部行走体10具有一对履带。上部回转体12可回转地安装在下部行走体上。

作业装置14可以进行用于进行挖掘作业以及其它的必要的作业的动作，包含动臂21、斗杆22以及铲斗23。动臂21具有在回转框架16的远端可起伏的即绕水平轴可转动地支撑的基端部和在其相反侧的远端部。斗杆22具有可绕水平轴转动地安装在动臂21的远端部的基端部和在其相反侧的远端部。铲斗23被可转动地安装在斗杆22的远端部。

动臂21、斗杆22以及铲斗23被分别安装有多个可伸缩的液压缸即动臂缸C1、斗杆缸C2以及铲斗缸C3。

动臂缸C1介于上部回转体12和动臂21之间，以可以使动臂21进行起伏动作的方式伸缩。斗杆缸C2介于动臂21和斗杆22之间，以可以使斗杆22进行转动动作的方式伸缩。铲斗式缸C3介于斗杆22和铲斗23之间，以可以使铲斗23进行转动动作的方式伸缩。

图2是表示图1所示的液压挖掘机的构成的方框图。液压挖掘机1具备控制器100、形状传感器101、倾斜传感器102、姿势传感器103、回转传感器104、动臂操作装置105、斗杆操作装置106、铲斗操作装置107、回转操作装置108、行走操作装置109以及液压回路200。

液压回路200除了图1所示的动臂缸C1、斗杆缸C2以及铲斗缸C3以外，还包含回转马达M1、左右一对行走马达M2L、M2R、一对动臂电磁阀V1、一对斗杆电磁阀V2、一对铲斗电磁阀V3、一对回转电磁阀V4、左侧的一对行走电磁阀V5L、右侧的一对行走电磁阀V5R、动臂控制阀V6、斗杆控制阀V7、铲斗控制阀V8、回转控制阀V9以及左右一对行走控制阀V10L、V10R。而且，液压回路200还包含被未图示的发动机的动力而驱动的液压泵以及先导泵，该液压泵将工作油供给到每个致动器，该先导泵经由先导管线将先导压发送到每个切换阀的先导端口。

动臂缸C1通过接受来自液压泵的工作油的供给进行伸缩，由此进行动臂上升动作和动臂下降动作。

斗杆缸C2通过接受来自液压泵的工作油的供给进行伸缩，由此进行收斗杆动作和推斗杆动作。

铲斗式缸C3通过接受来自液压泵的工作油的供给进行伸缩，由此进行铲斗挖取动作和铲斗展开动作。

回转马达M1具有通过接受来自液压泵的工作油的供给可向双方向进行旋转动作的马达输出轴，使被连结在该马达输出轴的上部回转体12进行向左回转动作或向右回转动作。

行走马达M2L以及行走马达M2R分别具有通过接受来自液压泵的工作油的供给向双方向进行旋转动作的马达输出轴，使被连结在该马达输出轴的下部行走体10进行前进行走动作或者后退行走动作。通过让行走马达M2L以及行走马达M2R以同一速度进行旋转，下部行走体10前进或者后退。另一方面，通过让行走马达M2L以及行走马达M2R以不同的速度进行旋转，下部行走体10回转。

动臂控制阀V6由具有一对动臂先导端口的液压先导切换阀构成，通过让动臂先导压输入到该一对动臂先导端口之中的某一个端口，向与该动臂先导端口对应的方向以与该动臂先导压的大小对应的行程打开阀门，由此，使对动臂缸C1供给工作油的方向以及流量发生变化。

斗杆控制阀V7由具有一对斗杆先导端口的液压先导切换阀构成，通过让斗杆先导压输入到该一对斗杆先导端口之中的某一个端口，向与该斗杆先导端口对应的方向以与该斗杆先导压的大小对应的行程打开阀门，由此，使对斗杆缸C2供给工作油的方向和流量发生变化。

铲斗控制阀V8由具有一对铲斗先导端口的液压先导切换阀构成，通过让铲斗先导压输入到该一对铲斗先导端口之中的某一个端口，向与该铲斗先导端口对应的方向以与该铲斗先导压的大小对应的行程打开阀门，由此，使对铲斗缸C3供给工作油的方向和流量发生变化。

回转控制阀V9由具有一对回转先导端口的液压先导切换阀构成，通过让回转先导压输入到该一对回转先导端口之中的某一个端口，向与该回转先导端口对应的方向以与该回转先导压的大小对应的行程打开阀门，由此，使对回转马达M1供给工作油的方向和流量发生变化。

行走控制阀V10L、V10R分别由具有一对行走先导端口的液压先导切换阀构成，通过让行走先导压输入到该一对行走先导端口中的某一个端口，向与该行走先导端口对应的方向以与该行走先导压的大小对应的行程打开阀门，由此，使对行走马达M2L、M2R的工作油的供给方向以及流量发生变化。

一对动臂电磁阀V1是分别介于先导泵和动臂控制阀V6的一对动臂先导端口之间的电磁阀，接受作为电信号的动臂指令信号的输入进行开闭动作。一对动臂电磁阀V1，如果接收到动臂指令信号的输入，就以与该动臂指令信号相对应的程度调整动臂先导压。

一对斗杆电磁阀V2是分别介于先导泵和斗杆控制阀V7的一对斗杆先导端口之间的电磁阀，接受作为电信号的斗杆指令信号的输入进行开闭动作。一对斗杆电磁阀V2，如果接收到斗杆指令信号的输入，就以与该斗杆指令信号相对应的程度调整斗杆先导压。

一对铲斗电磁阀V3是分别介于先导泵和铲斗控制阀V8的一对斗杆先导端口之间的电磁阀，接受作为电信号的铲斗指令信号的输入进行开闭动作。一对铲斗电磁阀V3，如果接收到铲斗指令信号的输入，就以与该铲斗指令信号相对应的程度调整铲斗先导压。

一对回转电磁阀V4是分别介于先导泵和回旋控制阀V9的一对回转先导端口之间的电磁阀，接受作为电信号的回转指令信号的输入进行开闭动作。回转电磁阀V4，如果接收到回转指令信号的输入，就以与该回转指令信号相对应的程度调整回转先导压。

一对行走电磁阀V5L是分别介于先导泵和行走控制阀V10L的一对行走先导端口之间的电磁阀，接受作为电信号的回转指令信号的输入进行开闭动作。一对行走电磁阀V5L，如果接收到行走指令信号的输入，就以与该行走指令信号相对应的程度调整行走先导压。

一对行走电磁阀V5R是分别介于先导泵和行走控制阀V10R的一对行走先导端口之间的电磁阀，接受作为电信号的回转指令信号的输入进行开闭动作。行走电磁阀V5R，如果接收到行走指令信号的输入，就以与该行走指令信号相对应的程度调整行走先导压。

形状传感器101获取表示液压挖掘机1的周围的地形的形状的形状数据。形状传感器101检测表示液压挖掘机1的周围的地形的距离分布的形状数据。形状传感器101包含例如LIDAR（light detection and ranging）等的三维测距传感器。形状传感器101也可以包含除了LIDAR以外的利用红外线的测距传感器以及利用超声波的测距传感器等，只要是能够测量距离分布的传感器，可以是任意一种传感器。在本实施方式，形状传感器101以使画角的中心线朝向斜下前方的方式被安装在例如上部回转体12、作业装置14或下部行走体10。在以下的说明中，以形状传感器101被安装在上部回转体12的上部为例进行说明。形状数据例如是表示从形状传感器101到地形为止的深度的深度数据以矩阵形状排列的距离图像数据。形状传感器101将检测到的形状数据输入到控制器100。

倾斜传感器102检测下部行走体10的下面相对于接地面（水平面）的倾斜角度即接地面角度。倾斜传感器102包含例如具有加速度传感器以及角速度传感器的功能的惯性传感器。倾斜传感器102基于惯性传感器的检测信号通过捷联方式(strapped-down method)等检测接地面角度。倾斜传感器102将检测到的接地面角度转换成与其相对应的电信号即检测信号，并将检测信号输入到控制器100。

姿势传感器103检测作业装置14的姿势。姿势传感器103包含图1所示的动臂角度传感器61、斗杆角度传感器62以及铲斗角度传感器63。动臂角度传感器61检测作为动臂21相对于上部回转体12的旋转角度即动臂角度。斗杆角度传感器62检测斗杆22相对于动臂21的旋转角度即斗杆角度。铲斗角度传感器63检测作为铲斗23相对于斗杆22的旋转角度即铲斗角度。动臂角度传感器61、斗杆角度传感器62以及铲斗角度传感器63分别由旋转变压器或旋转编码器(resolver or rotary encoder)等构成。姿势传感器103将检测到的动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度转换成与其相对应的电信号即检测信号，并将检测信号输入到控制器100。

回转传感器104检测上部回转体12相对于下部行走体10的回转角度。回转传感器104例如由旋转变压器或旋转编码器等构成。回转传感器104将检测到的回转角度转换成与其相对应的电信号即检测信号，并将检测信号输入到控制器100。

动臂操作装置105由电杆装置构成，电杆装置包含接受来自操作人员的用于进行动臂上升动作或动臂下降动作的操作的动臂操作杆、将与动臂操作杆的操作量对应的动臂操作信号输入到控制器100的操作信号生成部。

斗杆操作装置106由电杆装置构成，电杆装置包含接受来自操作人员的用于进行收斗杆动作或推斗杆动作的操作的斗杆操作杆、将与斗杆操作杆的操作量对应的斗杆操作信号输入到控制器100的操作信号生成部。

铲斗操作装置107由电杆装置构成，电杆装置包含接受来自操作人员的用于进行铲斗挖取动作或铲斗展开动作的操作的铲斗操作杆、将与铲斗操作杆的操作量对应的铲斗操作信号输入到控制器100的操作信号生成部。

回转操作装置108由电杆装置构成，电杆装置包含接受来自操作人员的用于使上部回转体12右回转或左回转的操作的回转操作杆、将与回转操作杆的操作量对应的回转操作信号输入到控制器100的操作信号生成部。

行走操作装置109由电杆装置构成，电杆装置包含接受来自操作人员的用于使下部行走体10前进或后退的操作的行走操作杆、将与行走操作杆的操作量对应的行走操作信号输入到控制器100的操作信号生成部。

控制器100例如由微型计算机构成，具备运算部110以及指令部120。运算部110，在满足使防止倾倒控制工作的工作条件的情况下，进行使作业装置14的远端部朝向斜面下降的防止倾倒控制，其中，防止倾倒控制是为了防止液压挖掘机1朝向周围的特定方向的斜面倾倒的控制。指令部120承担控制液压回路所包含的各个构成的工作的功能。

指令部120具备动臂指令部121、斗杆指令部122、铲斗指令部123、回转指令部124以及行走指令部125。

动臂指令部121，通过将与动臂操作装置105的操作量对应的值的动臂指令信号输入到一对动臂电磁阀V1，将动臂电磁阀V1的开度设定成与该动臂操作装置105的操作量相对应的开度，而且，开度越大则供给到动臂缸C1的工作油的流量就越增大。

斗杆指令部122，通过将与斗杆操作装置106的操作量对应的值的斗杆指令信号输入到一对斗杆电磁阀V2，将斗杆电磁阀V2的开度设定成与该斗杆操作装置106的操作量相对应的开度。

铲斗指令部123，通过将与铲斗操作装置107的操作量对应的值的铲斗指令信号输入到一对铲斗电磁阀V3，将铲斗电磁阀V3的开度设定成与该铲斗操作装置107的操作量相对应的开度。

回转指令部124，通过将与回转操作装置108的操作量对应的值的回转指令信号输入到回转电磁阀V4，将回转电磁阀V4的开度设定成与该回转操作装置108的操作量相对应的开度。

行走指令部125，通过将与行走操作装置109的操作量对应的值的移动指令信号输入到一对行走电磁阀V5L以及一对行走电磁阀V5R，将一对行走电磁阀V5L以及一对行走电磁阀V5R的开度分别设定成与该行走操作装置109的操作量相对应的开度。

运算部110具备坐标系变换部111、判断部112以及下降控制部113。

坐标系变换部111将由形状传感器101检测到的形状数据变换成以液压挖掘机1为基准的机械坐标系中的数据。机械坐标系例如是以长度方向（前后方向）为X轴、左右方向为Y轴、上下方向为Z轴、以上部回转体12与下部行走体10在上部回转体12的回转轴上的接合部分为原点的三维直交坐标系。另外，机械坐标系的X轴、Y轴、Z轴以及原点并不被局限于上述。机械坐标系的原点例如也可以是作业装置14的基端部（动臂21的基端部）。

由于形状传感器101被安装在上部回转体12，形状传感器101在机械坐标系中的位置随着上部回转体12的回转角度而变化。在此，坐标系变换部111，利用回转传感器104检测到的回转角度，计算形状传感器101在机械坐标系中的位置，并根据该位置确定形状传感器101的坐标系与机械坐标系之间的相对位置关系，基于所确定的相对位置关系将形状数据变换成机械坐标系的数据。形状传感器101通过矩阵状的多个检测地点的深度数据来表示地形。为此，坐标系变换部111，根据到多个检测地点为止的深度（距离），计算每个检测地点在机械坐标系中的坐标。

另外，在形状传感器101被配置在作业装置14的情况下，在将形状数据变换成机械坐标系的数据之际，需要姿势传感器103的检测信号和回转角度。而且，在形状传感器101被配置在下部行走体10的情况下，由于形状传感器101在机械坐标系中的位置恒定，在将形状数据变换成机械坐标系之际不需要姿势传感器103的检测信号和回转角度。

判断部112基于形状数据判断是否满足使防止倾倒控制工作的工作条件，防止倾倒控制是用于防止液压挖掘机1朝向周围的特定方向的斜面倾倒的控制。本实施方式的防止倾倒控制是使作业装置14的远端部朝向斜面下降的控制。判断部112具备倾斜角度计算部114、工作条件判断部115以及状态判断部116。

倾斜角度计算部114基于形状数据计算斜面相对于液压挖掘机1的接地面的倾斜角度。

图3是表示在本实施方式、液压挖掘机在斜面的路肩附近进行作业的场面的一个例子的示意图。以下，利用图3对倾斜角度计算部114的处理进行说明。液压挖掘机1在斜面301的路肩302进行作业。另外，斜面301例如是堆起斜面(slope)，堆起斜面是通过砌土或填土而形成的人工倾斜面。路肩302是与斜面301的上端相连的面。路肩302呈水平。倾斜角度θ1是斜面301相对于液压挖掘机1的接地面SA的倾斜角度。在此，由于液压挖掘机1位于路肩302，所以接地面SA就是路肩302。斜面301是液压挖掘机1通过作业装置14进行砌土或填土等作业的面。

倾斜角度计算部114根据已变换成机械坐标系的形状数据计算倾斜角度θ1。在这种情况下，倾斜角度计算部114，从形状数据中检测出下部行走体10的接地面SA与斜面301之间的边界线，将隔着边界线位于接地面SA的相反侧的规定范围的区域作为斜面候选区域而提取。其次，倾斜角度计算部114将与边界线直交的方向作为斜面301的倾斜方向进行设定，从斜面候选区域提取与倾斜方向平行的一条线上的坐标数据组，求出所提取的数据组的回归直线(regression line)。其次，倾斜角度计算部114计算出该回归直线相对于XY平面的角度即相对于接地面SA的角度作为倾斜角度。此时，倾斜角度计算部114也可以，如果回归直线的决定系数在规定的值以下就判断在形状数据中不包含斜面301，如果决定系数大于规定的值就判断在形状数据中包含斜面301。

或者，倾斜角度计算部114也可以从斜面候选区域提取与倾斜方向平行的多条线上的坐标数据组，对多条线中的每条线求出回归直线，针对多条回归直线中的每一条回归直线计算其相对于接地面SA的角度，如果每个角度都处于一定的角度范围内并且多条回归直线的每条回归直线的决定系数都大于规定的阈值，就判断形状数据中包含斜面301。而且，在这种情况下，倾斜角度计算部114也可以将每条回归直线相对于接地面SA的角度的平均值作为倾斜角度作为θ1进行计算。

状态判断部116判断液压挖掘机1是处于稳定状态还是不稳定状态。在下部行走体10的下面整体与接地面SA接触的情况下，液压挖掘机1处于稳定状态。然而，在图3中，当液压挖掘机1的立足部分303朝向斜面301塌陷，只有下部行走体10的下面的一部分与接地面SA接触的情况下，液压挖掘机1向前方倾斜，处于不稳定状态。

图4是表示在本实施方式、液压挖掘机的立足部分塌陷的场面的一个例子的示意图。

如图4所示，在液压挖掘机1的立足部分303朝向斜面301塌陷的情况下，液压挖掘机1向前方倾斜。此时，倾斜传感器102检测出下部行走体10相对于接地面（水平面）SA的倾斜角度即接地面角度θ2。因液压挖掘机1向前方倾斜，液压挖掘机1在垂直方向的加速度增加。在此，状态判断部116获取液压挖掘机1的加速度，在获取到的加速度大于阈值的情况下，判断液压挖掘机1处于不稳定状态。状态判断部116，通过对由倾斜传感器102检测到的接地面角度θ2进行微分，计算出液压挖掘机1的加速度。状态判断部116判断计算出的加速度是否大于阈值。而且，状态判断部116，在判断计算出的加速度大于阈值的情况下，判断液压挖掘机1处于不稳定状态。

另外，在本实施方式，根据通过倾斜传感器102检测到的接地面角度θ2计算出加速度，但是，本发明不特别地局限于此，也可以在液压挖掘机1设置加速度传感器，让加速度传感器检测液压挖掘机1的加速度。

工作条件判断部115，在通过倾斜角度计算部114计算出的倾斜角度大于阈值并且通过状态判断部116判断液压挖掘机1处于不稳定状态的情况下，判断满足使防止倾倒控制工作的工作条件，防止倾倒控制是用于防止液压挖掘机1朝向前方的斜面倾倒的控制。

下降控制部113，在通过判断部112判断满足工作条件的情况下使防止倾倒控制工作，该防止倾倒控制使作业装置14的远端部朝向斜面下降。下降控制部113使作业装置14的远端部沿着作业装置14的远端部和斜面之间的距离为最短的路径朝向斜面下降。

即，下降控制部113，基于通过姿势传感器103检测到的动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度和从动臂21、斗杆22以及铲斗23各自的基端部到远端部的长度，计算作业装置14的远端部在机械坐标系中的坐标。作业装置14的远端部是铲斗23的远端部231。从动臂21、斗杆22以及铲斗23各自的基端部到远端部的长度被预先存储在未图示的存储器中。下降控制部113从斜面候选区域内的坐标数据组之中确定到铲斗23的远端部231的坐标的距离为最短的斜面上的地点304的坐标。而且，下降控制部113，将连接铲斗23的远端部231的坐标与到铲斗23的远端部231的坐标的距离为最短的斜面上的地点304的坐标的直线，作为铲斗23的远端部231移动的路径401进行计算。下降控制部113，生成用于使铲斗23的远端部231沿着计算出的路径401移动的动臂控制信号、斗杆控制信号以及铲斗控制信号，并将所生成的动臂控制信号、斗杆控制信号以及铲斗控制信号输出到指令部120。

另外，动臂指令部121将与下降控制部113的控制量对应的值的动臂指令信号输入到一对动臂电磁阀V1。而且，斗杆指令部122将与下降控制部113的控制量对应的值的斗杆指令信号输入到一对斗杆电磁阀V2。而且，铲斗指令部123将与下降控制部113的控制量对应的值的铲斗指令信号输入到一对铲斗电磁阀V3。

图5是表示在本实施方式、使液压挖掘机的作业装置的远端部朝向斜面下降的场面的一个例子的示意图。

下降控制部113使作业装置14的远端部下降至到达位置，到达位置是作业装置14的远端部231的位置和斜面的位置之间的距离在规定的范围内的位置。到达位置是作业装置14的远端部231越过斜面301的位置。下降控制部113使作业装置14的远端部231下降至作业装置14的远端部231越过斜面301的位置。由此，作业装置14的远端部231插入斜面301，能更可靠地使液压挖掘机1稳定。

另外，到达位置也可以位于斜面301的跟前的位置。下降控制部113也可以使作业装置14的远端部231下降至斜面301的跟前的位置。由此，作业装置14的远端部231至到达位置为止的时间变得更短，可以更快地使液压挖掘机1稳定。

而且，液压挖掘机1还可以具备检测动臂缸C1的压力值的动臂缸压传感器、用于检测斗杆缸C2的压力值的斗杆缸压传感器。而且，下降控制部113也可以使作业装置14的远端部下降，直到通过动臂缸压传感器或斗杆缸压传感器检测出规定值以上的压力值为止。通过让作业装置14的远端部被地面推压，动臂缸C1或斗杆缸C2的压力值上升。为此，通过使作业装置14的远端部下降直到通过动臂缸压传感器或斗杆缸压传感器检测出的压力值达到规定值以上为止，可以使作业装置14的远端部被地面充分地推压，能可靠地使液压挖掘机1稳定。

而且，下降控制部113，在通过判断部112判断满足工作条件的情况下，不受理操作人员的操作而是使作业装置14的远端部自动地朝向斜面下降，在使作业装置14的远端部下降至到达位置之后再受理操作人员的操作。即，下降控制部113，在通过判断部112判断满足工作条件的情况下，不受理来自动臂操作装置105、斗杆操作装置106、铲斗操作装置107、回转操作装置108以及行走操作装置109的各操作信号。而且，下降控制部113，在使作业装置14的远端部下降至到达位置之后，接受来自动臂操作装置105、斗杆操作装置106、铲斗操作装置107、回转操作装置108以及行走操作装置109的各操作信号。由此，因为在作业装置14的远端部到达斜面之后才受理操作人员的操作，所以可以在使液压挖掘机1稳定之后，例如，在将铲斗23的远端部按压到斜面的状态下，进行使液压挖掘机1向后方移动等的由操作人员进行的避免倾倒操作。

图6是表示图2所示的液压挖掘机的动作的流程图。另外，图6所示的处理，在液压挖掘机1的运转过程中，以规定的周期被反复地执行。

首先，在步骤S1，形状传感器101获取表示液压挖掘机1的周围的地形的距离分布的形状数据。

其次，在步骤S2，回转传感器104获取上部回转体12相对于下部行走体10的回转角度。

其次，在步骤S3，坐标系变换部111，利用所获取的回转角度，将用以形状传感器101为基准的坐标系表示的所获取的形状数据变换成用以液压挖掘机1为基准的机械坐标系表示的形状数据。

其次，在步骤S4，倾斜角度计算部114，基于通过坐标系变换部111变换的在机械坐标系的形状数据，计算液压挖掘机1相对于接地面向前方的斜面的倾斜角度。

其次，在步骤S5，倾斜传感器102获取下部行走体10的下面相对于接地面（水平面）的倾斜角度即接地面角度。

其次，在步骤S6，状态判断部116根据通过倾斜传感器102获取到的接地面角度计算加速度。

其次，在步骤S7，状态判断部116，基于计算出的加速度，判断液压挖掘机1是处于稳定状态还是不稳定状态。在此，状态判断部116判断计算出的加速度是否大于阈值。而且，状态判断部116，在判断计算出的加速度在阈值以下的情况下，判断液压挖掘机1处于稳定状态。而且，状态判断部116，在判断计算出的加速度大于阈值的情况下，判断液压挖掘机1处于不稳定状态。

其次，在步骤S8，工作条件判断部115判断通过倾斜角度计算部114计算出的倾斜角度是否大于阈值且通过状态判断部116判断的液压挖掘机1的状态是否处于不稳定状态。

在此，在判断倾斜角度在阈值以下或液压挖掘机1的状态处于稳定状态的情况下（在步骤S8为“否”），处理结束。

另一方面，在判断倾斜角度大于阈值且液压挖掘机1的状态处于不稳定状态的情况下（在步骤S8为“是”），在步骤S9，下降控制部113禁止操作人员进行的操作。即，下降控制部113不受理来自动臂操作装置105、斗杆操作装置106、铲斗操作装置107、回转操作装置108以及行走操作装置109的各操作信号并将它们废弃。

其次，在步骤S10，姿势传感器103检测作业装置14的姿势。姿势传感器103将动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度作为作业装置14的姿势进行检测。

其次，在步骤S11，下降控制部113，基于通过姿势传感器103检测出的动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度和从动臂21、斗杆22以及铲斗23各自的基端部到远端部的长度，计算作业装置14的远端部在机械坐标系中的坐标。

其次，在步骤S12，下降控制部113从斜面候选区域内的坐标数据组之中确定到作业装置14的远端部的坐标的距离为最短的斜面上的地点的坐标。

其次，在步骤S13，下降控制部113计算作业装置14的远端部的移动路径。即，下降控制部113，将连接作业装置14的远端部的坐标和到作业装置14的远端部的坐标的距离为最短的斜面上的地点的坐标的直线，作为作业装置14的远端部的移动路径进行计算。

其次，在步骤S14，下降控制部113向指令部120输出各指令信号，从而使作业装置14的远端部沿着计算出的移动路径朝向斜面下降。在此，下降控制部113，生成用于使作业装置14的远端沿着计算出的移动路径朝向斜面下降的动臂控制信号、斗杆控制信号以及铲斗控制信号，并将所生成的动臂控制信号、斗杆控制信号以及铲斗控制信号输出到指令部120。动臂指令部121将与从下降控制部113输入的动臂控制信号对应的值的动臂指令信号输入到一对动臂电磁阀V1。斗杆指令部122将与从下降控制部113输入的斗杆控制信号对应的值的斗杆指令信号输入到一对斗杆电磁阀V2。铲斗指令部123将与从下降控制部113输入的铲斗控制信号对应的值的铲斗指令信号输入到一对铲斗电磁阀V3。由此，动臂缸C1、斗杆缸C2以及铲斗缸C3被驱动，作业装置14的远端部朝向斜面下降。

其次，在步骤S15，下降控制部113受理操作人员的操作。即，下降控制部113受理来自动臂操作装置105、斗杆操作装置106、铲斗操作装置107、回转操作装置108以及行走操作装置109的各操作信号。

如此，判断是否满足使用于防止液压挖掘机1向前方的斜面倾倒的防止倾倒控制工作的工作条件，在判断为满足该工作条件的情况下，因为作业装置14的远端部朝向斜面下降，作业装置14的远端部被斜面推压，通过让作业装置14的远端部支撑液压挖掘机1，可以自动地防止液压挖掘机1倾倒，能可靠地确保液压挖掘机1的安全。

另外，本实施方式，在下部行走体10的前方朝向斜面301的状态下进行防止倾倒控制，但是，本发明并不局限于此，也可以在下部行走体10的前方不朝向斜面301的状态下进行防止倾倒控制。在这种情况下，如图3所示，将液压挖掘机1相对于斜面301的相对方向作为特定方向来存储即可，其中，斜面301是液压挖掘机1通过作业装置14进行砌土或填土等作业的斜面。这样一来，下部行走体10处于不朝向斜面301的状态，上部回转体12相对于下部行走体10进行回转，通过作业装置14在斜面301进行作业，当液压挖掘机1有可能朝向斜面301倾倒时，使防止倾倒控制起作用。

另外，在本实施方式，形状传感器101利用检测到的形状数据检测出斜面301，但是，本发明并不局限于此，也可以从存储器获取预先测量的形状数据或者通过通信从外部服务器获取形状数据来检测出斜面301。在这种情况下，倾斜角度计算部114，从未图示的GPS传感器获取液压挖掘机1的当前位置，通过将液压挖掘机1的当前位置绘制(plot)到所获取的形状数据中，从形状数据检测出液压挖掘机1的周围的斜面301即可。

而且，液压挖掘机1还可以进一步具备信息提示装置，提示用于通知操作人员为了防止液压挖掘机1倾倒而使作业装置14的远端部自动地下降的信息。信息提示装置例如是显示装置或扬声器。

而且，在本实施方式，判断部112具备倾斜角度计算部114、工作条件判断部115以及状态判断部116，但是，本发明并不特别地局限于此，判断部112也可以不具备状态判断部116，只具备倾斜角度计算部114以及工作条件判断部115。在这种情况下，工作条件判断部115也可以判断通过倾斜角度计算部114计算出的倾斜角度是否大于阈值。在倾斜角度大于阈值的情况下，工作条件判断部115也可以判断为满足工作条件。

实施方式的总结

本实施方式的技术特征总结如下。

本发明的一实施方式涉及的安全装置，是确保具备机体和安装在所述机体上的作业装置的工程机械的安全的安全装置，包括：获取部，获取表示所述工程机械的周围的地形的形状的形状数据；判断部，基于所述形状数据，判断是否满足使防止倾倒控制工作的工作条件，所述防止倾倒控制是为了防止所述工程机械向所述周围的特定方向的斜面倾倒；以及，下降控制部，在通过所述判断部判断满足所述工作条件的情况下，使所述作业装置的远端部朝向所述斜面下降。

根据该构成，因为判断是否满足使为了防止工程机械向特定方向的斜面倾倒的防止倾倒控制工作的工作条件，在被判断为满足该工作条件的情况下，使作业装置的远端部朝向斜面下降，作业装置的远端部被斜面推压，通过让作业装置的远端部支撑工程机械，可以自动地防止工程机械倾倒并能可靠地确保工程机械的安全。

而且，在所述的安全装置，还可以是，所述判断部，基于所述形状数据计算所述斜面相对于所述工程机械的接地面的倾斜角度，在所述倾斜角度大于阈值的情况下，判断满足所述工作条件。

根据该构成，因为在工程机械相对于特定方向的斜面的倾斜角度大于阈值的情况下，判断为满足工作条件，使作业装置的远端部朝向斜面下降，当工程机械倾倒的可能性比较高的情况下，能够必然地预防工程机械的倾倒。

而且，在所述的安全装置，还可以是，所述判断部，基于所述形状数据计算斜面相对于所述工程机械的接地面的倾斜角度，判断所述工程机械是否处于不稳定状态，在判断所述倾斜角度大于阈值且所述工程机械处于不稳定状态的情况下，判断满足所述工作条件。

根据该构成，在斜面相对于工程机械的接地面的倾斜角度大于阈值且工程机械处于不稳定状态的情况下，可以自动地防止工程机械倾倒。

而且，在所述的安全装置，还可以是，所述判断部，获取所述工程机械的加速度，在所获取的所述加速度大于阈值的情况下，判断所述工程机械处于不稳定状态。

根据该构成，例如，当工程机械的立足部分朝向斜面塌陷，工程机械朝特定方向倾斜的情况下，因为工程机械的加速度变成大于阈值，能更可靠地判断工程机械处于不稳定状态。

而且，在所述的安全装置，还可以是，所述下降控制部，使所述作业装置的远端部沿着所述作业装置的远端部和所述斜面之间的距离为最短的路径朝向所述斜面下降。

根据该构成，因为使作业装置的远端部沿着作业装置的远端部和斜面之间的距离为最短的路径朝向斜面下降，可以使作业装置的远端部以最短距离朝向斜面下降，能更迅速地自动地防止工程机械倾倒。

而且，在所述的安全装置，还可以是，所述下降控制部，使所述作业装置的远端部下降到所述作业装置的远端部的位置与所述斜面的位置之间的距离在规定的范围内的到达位置。

根据该构成，因为使作业装置的远端部下降到作业装置的远端部的位置与斜面的位置之间的距离在规定的范围内的到达位置，例如，通过使作业装置的远端部下降到能够用作业装置支撑工程机械的位置，能可靠地防止工程机械倾倒。

而且，在所述的安全装置，还可以是，所述到达位置是所述作业装置的远端部越过所述斜面的位置。

根据该构成，通过使作业装置的远端部下降到作业装置的远端部越过斜面的位置，作业装置的远端部插入斜面，能更可靠地使工程机械稳定。

而且，在所述的安全装置，还可以是，所述下降控制部，在通过所述判断部判断满足所述工作条件的情况下，不受理操作人员进行的操作，使所述作业装置的远端部朝向所述斜面下降，在使所述作业装置的远端部下降到所述到达位置之后，受理所述操作人员进行的操作。

根据该构成，因为在判断满足工作条件的情况下，不受理操作人员进行的操作使作业装置的远端部朝向斜面下降，在使作业装置的远端部下降到到达位置之后，受理操作人员进行的操作，所以可以在使工程机械稳定之后，例如，在将作业装置的远端部按压到斜面的状态下，进行使工程机械向后方移动等的由操作人员进行的避免倾倒操作。

本发明的另一实施方式涉及的工程机械，包括上述的安全装置、机体以及安装在所述机体上的作业装置。

根据该构成，因为判断是否满足使为了防止工程机械向特定方向的斜面倾倒的防止倾倒控制工作的工作条件，在被判断为满足该工作条件的情况下，使作业装置的远端部朝向斜面下降，作业装置的远端部被斜面推压，通过让作业装置的远端部支撑工程机械，可以自动地防止工程机械倾倒并能可靠地确保工程机械的安全。

另外，用于实施发明的实施方式的各项所体现的具体实施方式或实施例，只不过是用于明确本发明的技术内容，并不用于限定成这样的具体实施例或狭义地进行解释，在本发明的实质特征和权利要求范围内可以进行各种变化来实施。

本发明涉及的安全装置以及工程机械，因为可以自动地防止工程机械倾倒并能可靠地确保工程机械的安全，作为确保工程机械的安全的安全装置以及工程机械有其实用价值。

Claims (9)

1.一种安全装置，是确保具备机体和安装在所述机体上的作业装置的工程机械的安全的安全装置，其特征在于包括：

获取部，获取表示所述工程机械的周围的地形的形状的形状数据；

判断部，基于所述形状数据，判断是否满足使防止倾倒控制工作的工作条件，所述防止倾倒控制是为了防止所述工程机械向所述周围的特定方向的斜面倾倒的控制；以及，

下降控制部，在通过所述判断部判断满足所述工作条件的情况下，使所述作业装置的远端部朝向所述斜面下降。

2.根据权利要求1所述的安全装置，其特征在于，

所述判断部，基于所述形状数据计算所述斜面相对于所述工程机械的接地面的倾斜角度，在所述倾斜角度大于阈值的情况下，判断满足所述工作条件。

3.根据权利要求1所述的安全装置，其特征在于，

所述判断部，基于所述形状数据计算斜面相对于所述工程机械的接地面的倾斜角度，判断所述工程机械是否处于不稳定状态，在判断所述倾斜角度大于阈值且所述工程机械处于不稳定状态的情况下，判断满足所述工作条件。

4.根据权利要求3所述的安全装置，其特征在于，

所述判断部，获取所述工程机械的加速度，在所获取的所述加速度大于阈值的情况下，判断所述工程机械处于不稳定状态。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的安全装置，其特征在于，

所述下降控制部，使所述作业装置的远端部沿着所述作业装置的远端部和所述斜面之间的距离为最短的路径朝向所述斜面下降。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的安全装置，其特征在于，

所述下降控制部，使所述作业装置的远端部下降至到达位置，所述到达位置是所述作业装置的远端部的位置与所述斜面的位置之间的距离在规定的范围内的位置。

7.根据权利要求6所述的安全装置，其特征在于，

所述到达位置是所述作业装置的远端部越过所述斜面的位置。

8.根据权利要求6或7所述的安全装置，其特征在于，

所述下降控制部，在通过所述判断部判断满足所述工作条件的情况下，不受理操作人员进行的操作并使所述作业装置的远端部朝向所述斜面下降，在使所述作业装置的远端部下降到所述到达位置之后，受理所述操作人员进行的操作。

9.一种工程机械，其特征在于包括：

权利要求1至8中任一项所述的安全装置；

机体；以及，

安装在所述机体上的作业装置。

Images