液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)的制作方法

液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】挖掘控制系統(tǒng)(200)具有設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部(284)，該設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部(284)基于設(shè)計地形數(shù)據(jù)(Dg)和鏟斗位置數(shù)據(jù)(Dp)，生成表示與鏟斗(8)最近的第一設(shè)計面(S1)的第一設(shè)計面數(shù)據(jù)(DS1)和表示與第一設(shè)計面(S1)相連的第二至第五設(shè)計面(S2～S5)的第二至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)(DS2～DS5)，并基于第一至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)(DS1～DＳ5)，生成表示第一至第五設(shè)計面(S1～S5)的形狀的形狀數(shù)據(jù)(Df)。
【專利說明】液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)
[0001]本申請是申請日為2013年3月14日、申請?zhí)枮?01380003117.9、發(fā)明名稱為“液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種具有工作裝置的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0003]目前，在具有包括鏟斗的前部裝置的建筑機(jī)械中，提出了一種用于使鏟斗沿著表示挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀的界面移動的挖掘區(qū)域限制控制(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]另外，還公知一種基于從事務(wù)所側(cè)的計算機(jī)發(fā)送的尺寸和傾斜度數(shù)據(jù)，在液壓挖掘機(jī)側(cè)的計算機(jī)中計算出設(shè)計面數(shù)據(jù)的方法(例如參照專利文獻(xiàn)2)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:
[0008]專利文獻(xiàn)1:(日本)國際公開TO95/30059號
[0009]專利文獻(xiàn)2:(日本)特開2006-265954號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010](發(fā)明要解決的技術(shù)問題)
[0011]然而，在上述專利文獻(xiàn)2中，無論液壓挖掘機(jī)的鏟斗是否在能夠挖掘的范圍內(nèi)，液壓挖掘機(jī)側(cè)計算機(jī)都計算出設(shè)計面數(shù)據(jù)。為此，液壓挖掘機(jī)側(cè)計算機(jī)的處理負(fù)荷增加，還存在將已算出的設(shè)計面數(shù)據(jù)未使用而放棄的情況。
[0012]本發(fā)明鑒于上述狀況而提出，目的在于提供一種能夠簡便地獲取所希望的設(shè)計面數(shù)據(jù)的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)。
[0013](用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案)
[0014]第一方面的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)具有工作裝置、設(shè)計地形數(shù)據(jù)存儲部、鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部、設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部、挖掘限制控制部。工作裝置具有大臂、小臂、鏟斗。大臂安裝成相對于車輛主體能夠擺動。小臂能夠擺動地安裝于大臂的前端部。鏟斗能夠擺動地安裝于小臂的前端部。設(shè)計地形數(shù)據(jù)存儲部儲存表示挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀的設(shè)計地形數(shù)據(jù)。鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部生成表示鏟斗的當(dāng)前位置的鏟斗位置數(shù)據(jù)。設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部基于設(shè)計地形數(shù)據(jù)和鏟斗位置數(shù)據(jù)，生成主設(shè)計面數(shù)據(jù)和從設(shè)計面數(shù)據(jù)。主設(shè)計面數(shù)據(jù)表示與鏟斗上的規(guī)定位置相對應(yīng)的主設(shè)計面。從設(shè)計面數(shù)據(jù)表示與主設(shè)計面相連的多個從設(shè)計面。設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部基于主設(shè)計面數(shù)據(jù)和從設(shè)計面數(shù)據(jù)，生成表示主設(shè)計面和多個從設(shè)計面的形狀的形狀數(shù)據(jù)。挖掘限制控制部基于形狀數(shù)據(jù)和鏟斗位置數(shù)據(jù)，自動調(diào)整鏟斗相對于主設(shè)計面和多個從設(shè)計面的位置。
[0015]根據(jù)第一方面的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)，以鏟斗的位置為基準(zhǔn)設(shè)定主設(shè)計面，因此能夠簡便地獲取挖掘作業(yè)所需要的并且希望的設(shè)計面數(shù)據(jù)。因此，能夠減輕設(shè)計面數(shù)據(jù)的生成所需要的處理負(fù)荷，并且能夠抑制挖掘作業(yè)所不需要的設(shè)計面數(shù)據(jù)的生成。
[0016]第二方面的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)在第一方面的基礎(chǔ)上，鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部隨時更新鏟斗位置數(shù)據(jù)。設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部根據(jù)由鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部進(jìn)行的鏟斗位置數(shù)據(jù)的更新，更新主設(shè)計面數(shù)據(jù)、從設(shè)計面數(shù)據(jù)及形狀數(shù)據(jù)。
[0017]根據(jù)第二方面的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)，例如在從第一設(shè)計面的挖掘轉(zhuǎn)向第二設(shè)計面的挖掘時，能夠迅速地將第二設(shè)計面更新為第一設(shè)計面，并且與第三設(shè)計面相連的其他設(shè)計面設(shè)定為新的從設(shè)計面。因此，能夠抑制鏟斗向未意圖的方向驅(qū)動。
[0018]第三方面的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)在第一或第二方面的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部將兩個設(shè)計面設(shè)定為與主設(shè)計面的車輛主體側(cè)依次相連。而且，設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部將兩個設(shè)計面設(shè)定為與主設(shè)計面的車輛主體相反側(cè)依次相連。
[0019]根據(jù)第三方面的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)，因為在第一設(shè)計面的兩側(cè)設(shè)定有兩個設(shè)計面，所以在將從溝槽中挖掘出的土排出到溝槽的跟前側(cè)或者溝槽的里側(cè)時，能夠抑制鏟斗向非意圖的方向驅(qū)動。具體而言，第一設(shè)計面為溝槽的底面，與第一設(shè)計面的兩端相連的兩個設(shè)計面為溝槽的兩壁面，并且在位于工作裝置的可動范圍的情況下，由操作員每次都確定將挖掘出的土排出到溝槽的跟前側(cè)還是溝槽的里側(cè)。于是，通過預(yù)先在第一設(shè)計面的兩側(cè)設(shè)定兩個設(shè)計面，無論向溝槽的跟前側(cè)還是向溝槽的里側(cè)排土，都能夠應(yīng)對。
[0020]發(fā)明效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠簡便地獲取所希望的設(shè)計面數(shù)據(jù)的液壓挖掘機(jī)的液壓挖掘控制系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是液壓挖掘機(jī)的立體圖。
[0023]圖2A是液壓挖掘機(jī)100的側(cè)視圖。
[0024]圖2B是液壓挖掘機(jī)100的后視圖。
[0025]圖3是表示液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)的功能構(gòu)成的框圖。
[0026]圖4是表示顯示控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0027]圖5是表示候補(bǔ)面的示意圖。
[0028]圖6是表示設(shè)計面的示意圖。
[0029]圖7是表示工作裝置控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0030]圖8是表示鏟斗與設(shè)計面S的位置關(guān)系的示意圖。
[0031]圖9是表示限制速度與距離的關(guān)系的曲線圖。
[0032]圖10是用于說明鏟斗的動作的示意圖。

【具體實施方式】
[0033]以下參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0034][液壓挖掘機(jī)100的整體結(jié)構(gòu)]
[0035]圖1是實施方式的液壓挖掘機(jī)100的立體圖。液壓挖掘機(jī)10具有車輛主體I和工作裝置2。在液壓挖掘機(jī)100上搭載有挖掘控制系統(tǒng)200。關(guān)于挖掘控制系統(tǒng)200的結(jié)構(gòu)與動作將于后文敘述。
[0036]車輛主體I具有旋轉(zhuǎn)體3、駕駛室4與行駛裝置5。旋轉(zhuǎn)體3配置在行駛裝置5上，以沿著上下方向配置的旋轉(zhuǎn)軸為中心能夠旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)體3收納有未圖示的發(fā)動機(jī)及液壓泵坐寸O
[0037]在旋轉(zhuǎn)體3的后端部上配置有第一 GNSS天線21和第二 GNSS天線22。第一 GNSS天線 21 和第二 GNSS 天線 22 是 RTK-GNSS (Real Time Kinematic-Global Navigat1nSatellite Systems, GNSS為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))用天線。
[0038]駕駛室4載置在旋轉(zhuǎn)體3的前部上。在駕駛室4內(nèi)配置有各種操作裝置。行駛裝置5具有一對履帶5a，5b，液壓挖掘機(jī)100利用一對履帶5a，5b各自的旋轉(zhuǎn)而行駛。
[0039]工作裝置2安裝在旋轉(zhuǎn)體3上。工作裝置2具有大臂6、小臂7、鏟斗8、大臂缸10、小臂缸11、鏟斗缸12。
[0040]大臂6的基端部經(jīng)由大臂銷13以能夠擺動的方式安裝在旋轉(zhuǎn)體3的前部。小臂7的基端部經(jīng)由小臂銷14以能夠擺動的方式安裝在大臂6的前端部。鏟斗8經(jīng)由鏟斗銷15以能夠擺動的方式安裝在小臂7的前端部。大臂缸10、小臂缸11及鏟斗缸12都是利用工作油驅(qū)動的液壓缸。大臂缸10驅(qū)動大臂6。小臂缸11驅(qū)動小臂7。鏟斗缸12驅(qū)動鏟斗8。
[0041]在此，圖2A是液壓挖掘機(jī)100的側(cè)視圖。圖2B是液壓挖掘機(jī)100的后視圖。如圖2A所示，大臂6的長度，即從大臂銷13到小臂銷14之間的長度為LI。小臂7的長度，即從小臂銷14到鏟斗銷15之間的長度為L2。鏟斗8的長度，即從鏟斗銷15到鏟斗8的斗齒的前端(以下簡稱為“鏟斗刃尖8a”)之間的長度為L3。
[0042]另外，如圖2A所示，在大臂缸10、小臂缸11及鏟斗缸12上分別設(shè)置有第一?第三行程傳感器16?18。第一行程傳感器16檢測大臂缸10的行程長度(以下稱為“大臂缸長度”)。后述的顯示控制器28 (參照圖4)根據(jù)第一行程傳感器16檢測到的大臂缸長度NI計算出大臂6相對于車輛主體坐標(biāo)系的垂直方向的傾斜角Θ I。
[0043]第二行程傳感器17檢測小臂缸11的行程長度(以下稱為“小臂缸長度N2”)。顯示控制器28根據(jù)第二行程傳感器17檢測到的小臂缸長度N2計算出小壁7相對于大臂6的傾斜角Θ2。
[0044]第三行程傳感器18檢測鏟斗缸12的行程長度(以下稱為“長度缸長度N3”)。顯示控制器28根據(jù)第三行程傳感器18檢測到的鏟斗缸長度N3計算出鏟斗8所具有的鏟斗刀尖8a相對于小臂7的傾斜角Θ 3。
[0045]如圖2A所示，在車輛主體I上配置有位置檢測部19。位置檢測部19檢測液壓挖掘機(jī)100的當(dāng)前位置。位置檢測部19具有上述的第一及第二 GNSS天線21，22、整體坐標(biāo)計算器 23、IMU (Inertial Measurement Unit,慣性測量單兀)24。
[0046]第一及第二 GNSS天線21，22在車寬方向上彼此分開。與利用第一及第二 GNSS天線21，22接收到的GNSS電波對應(yīng)的信號被輸入到整體坐標(biāo)計算器23。
[0047]整體坐標(biāo)計算器23檢測第一及第二 GNSS天線21，22的設(shè)置位置。MU24檢測相對于重力方向(鉛直線)的車輛主體I車寬方向的傾斜角Θ4(參照圖2B)及相對于重力方向(鉛直線)的車輛主體I前后方向的傾斜角Θ 5(參照圖2Α)。
[0048]整體坐標(biāo)計算器23隨著液壓挖掘機(jī)100移動和旋轉(zhuǎn)等而更新第一及第二 GNSS天線21，22的當(dāng)前位置信息。
[0049][挖掘控制系統(tǒng)200的結(jié)構(gòu)]
[0050]圖3是表示挖掘控制系統(tǒng)200的功能構(gòu)成的框圖。挖掘控制系統(tǒng)200具有操作裝置25、工作裝置控制器26、比例控制閥27、顯示控制器28、顯示部29。
[0051]操作裝置25接受驅(qū)動工作裝置2的操作員的操作并輸出與操作員的操作相對應(yīng)的操作信號。具體而言，操作裝置25具有大臂操作部件31、小臂操作部件32、鏟斗操作部件33。
[0052]大臂操作部件31包括大臂操作桿31a及大臂操作檢測部31b。大臂操作桿31a接受操作員對大臂6的操作。大臂操作檢測部31b根據(jù)大臂操作桿31a的操作輸出大臂操作信號Ml。
[0053]小臂操作桿32a接受操作員對小臂7的操作。小臂操作檢測部32b根據(jù)小臂操作桿32a的操作輸出小臂操作信號M2。
[0054]纟產(chǎn)斗操作裝置33包括伊斗操作桿33a及纟產(chǎn)斗操作檢測部33b。纟產(chǎn)斗操作桿33a接受操作員對鏟斗8的操作。鏟斗操作檢測部33b根據(jù)鏟斗操作桿33a的操作輸出鏟斗操作信號M3。
[0055]工作裝置控制器26從操作裝置25獲取大臂操作信號Ml、小臂操作信號M2及鏟斗操作信號M3 (以下適當(dāng)?shù)亟y(tǒng)稱為“操作信號M”)。工作裝置控制器26從第一?第三行程傳感器16?18獲取大臂缸長度N1、小臂缸長度N2及鏟斗缸長度N3。工作裝置控制器26通過基于這些信息將控制信號輸出到比例控制閥27而對工作裝置2進(jìn)行驅(qū)動。關(guān)于工作裝置控制器26的功能將于后文敘述。
[0056]比例控制閥27配置在大臂缸10、小臂缸11及鏟斗缸12的各自與未圖示的液壓泵之間。比例控制閥27根據(jù)來自工作裝置控制器26的控制信號調(diào)整閥的開口度，并且將工作油分別向大臂缸10、小臂缸11及鏟斗缸12供給。
[0057]顯示控制器28從第一?第三行程傳感器16?18獲取大臂缸長度N1、小臂缸長度N2及鏟斗缸長度N3。另外，顯示控制器28從MU24獲取傾斜角Θ 4，并且從整體坐標(biāo)計算器23獲取第一及第二 GNSS天線21，22的設(shè)置位置(在圖3中表示為天線設(shè)置位置)。
[0058]并且，顯示控制器28根據(jù)基于這些信息計算出的鏟斗8的當(dāng)前位置與挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀即設(shè)計地形，生成后述的候補(bǔ)面SO (參照圖5)及第一至第五設(shè)計面SI?S5(參照圖6)。顯示控制器28將候補(bǔ)面SO顯示到顯示部29，并且將第一至第五設(shè)計面SI?S5發(fā)送到工作裝置控制器26。關(guān)于顯示控制器28的功能將于后文敘述。
[0059][顯示控制器28的結(jié)構(gòu)]
[0060]圖4是表示顯示控制器28的結(jié)構(gòu)的框圖。圖5是表示候補(bǔ)面SO的一例的示意圖。圖6是表不第一至第五設(shè)計面SI?S5的一例的不意圖。
[0061]顯示控制器28具有設(shè)計地形數(shù)據(jù)存儲部281、鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282、候補(bǔ)面數(shù)據(jù)生成部283、設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284。
[0062]1.設(shè)計地形數(shù)據(jù)存儲部281
[0063]設(shè)計地形數(shù)據(jù)存儲部281收納有設(shè)計地形數(shù)據(jù)Dg，該設(shè)計地形數(shù)據(jù)Dg表示作業(yè)區(qū)域內(nèi)的挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀(以下稱為“設(shè)計地形”)。設(shè)計地形數(shù)據(jù)Dg包括用于生成候補(bǔ)面SO和第一至第五設(shè)計面SI?S5的三維形狀所必需的坐標(biāo)數(shù)據(jù)及角度數(shù)據(jù)。
[0064]2.鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282
[0065]鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282從第一?第三行程傳感器16?18獲取大臂缸長度N1、小臂缸長度N2及鏟斗缸長度N3，從IMU24獲取傾斜角Θ 4，從整體坐標(biāo)計算器23獲取第一及第二 GNSS天線21，22的設(shè)置位置。鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282基于大臂缸長度N1、小臂缸長度N2及鏟斗缸長度N3，計算出傾斜角Θ I?Θ 3。
[0066]并且，鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282基于傾斜角Θ I?Θ 4與第一及第二 GNSS天線21，22的設(shè)置位置，生成表示鏟斗8的當(dāng)前位置的鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp。鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282將已生成的鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp發(fā)送到工作裝置控制器26。
[0067]另外，鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282根據(jù)整體坐標(biāo)計算器23對第一及第二 GNSS天線21，22的當(dāng)前位置信息的更新，隨時更新鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp。
[0068]3.候補(bǔ)面數(shù)據(jù)生成部283
[0069]候補(bǔ)面數(shù)據(jù)生成部283獲取已儲存在設(shè)計地形數(shù)據(jù)存儲部281中的設(shè)計地形數(shù)據(jù)Dg與由鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282生成的鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp。候補(bǔ)面數(shù)據(jù)生成部283基于設(shè)計地形數(shù)據(jù)Dg及鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp，獲取表示設(shè)計地形中鏟斗刃尖8a附近區(qū)域的鏟斗附近設(shè)計地形。
[0070]接著，候補(bǔ)面數(shù)據(jù)生成部283將鏟斗附近設(shè)計地形與工作裝置2的動作平面(即，通過車寬方向中的工作裝置2的中心的平面)的交線確定為成為設(shè)計面的候補(bǔ)的候補(bǔ)面S0，生成表示候補(bǔ)面SO的候補(bǔ)面數(shù)據(jù)DS0。
[0071]候補(bǔ)面數(shù)據(jù)生成部283將候補(bǔ)面數(shù)據(jù)DSO發(fā)送到顯示部29，向操作員表示候補(bǔ)面S0。另外，候補(bǔ)面數(shù)據(jù)生成部283將候補(bǔ)面數(shù)據(jù)DSO發(fā)送到設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284。
[0072]需要說明的是，候補(bǔ)面數(shù)據(jù)生成部283根據(jù)鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282對鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp的更新，隨時更新候補(bǔ)面數(shù)據(jù)DS0。
[0073]4.設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284
[0074]設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284獲取由鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282生成的鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp和由候補(bǔ)面數(shù)據(jù)生成部283生成的候補(bǔ)面數(shù)據(jù)DS0。
[0075]如圖6所示，設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284基于鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp和候補(bǔ)面數(shù)據(jù)DS0，將候補(bǔ)面SO中鏟斗8最近的面確定為第一設(shè)計面SI，生成表示第一設(shè)計面SI的第一設(shè)計面數(shù)據(jù) DS1。
[0076]并且，設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284生成表示與第一設(shè)計面SI相連的第二至第五設(shè)計面S2?S5的第二至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)Ds2?DS5。
[0077]具體而言，設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284設(shè)定與第一設(shè)計面SI的車輛主體I側(cè)的端部相連的第二設(shè)計面S2和進(jìn)一步與第二設(shè)計面S2的車輛主體I側(cè)的端部相連的第三設(shè)計面S3，而且設(shè)定與第一設(shè)計面SI的車輛主體I的相反側(cè)的端部相連的第四設(shè)計面S4和進(jìn)一步與第四設(shè)計面S4的車輛主體I的相反側(cè)的端部相連的第五設(shè)計面S5。
[0078]需要說明的是，在本實施方式中，第一設(shè)計面SI是“主設(shè)計面”的一例，第二至第五設(shè)計面S2?S5是“多個從設(shè)計面”的一例，而且表示第一設(shè)計面SI的第一設(shè)計面數(shù)據(jù)Dsi是“主設(shè)計面數(shù)據(jù)”的一例，表示第二至第五設(shè)計面S2?S5的第二至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)Ds2?Ds5為“從設(shè)計面數(shù)據(jù)”的一例。
[0079]另外，設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284基于已生成的第一至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)Dsi?DS5，生成表示第一至第五設(shè)計面SI?S5形狀的形狀數(shù)據(jù)Df。
[0080]如圖6所示，第一設(shè)計面數(shù)據(jù)Dsi包括坐標(biāo)數(shù)據(jù)P1、坐標(biāo)數(shù)據(jù)P2及角度數(shù)據(jù)Θ 1，基于這些信息規(guī)定第一設(shè)計面SI。具體而言，根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)Pl和坐標(biāo)數(shù)據(jù)P2規(guī)定第一設(shè)計面SI的尺寸，根據(jù)角度數(shù)據(jù)Θ I規(guī)定第一設(shè)計面SI相對于水平線的傾斜度。
[0081]另外，第二設(shè)計面數(shù)據(jù)Ds2包括坐標(biāo)數(shù)據(jù)P3和角度數(shù)據(jù)Θ 2，基于這些信息規(guī)定第二設(shè)計面S2。具體而言，根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)Pl和坐標(biāo)數(shù)據(jù)P3規(guī)定第二設(shè)計面S2的尺寸，根據(jù)角度數(shù)據(jù)Θ 2規(guī)定第二設(shè)計面S2相對于水平線的傾斜度。
[0082]另外，第三設(shè)計面數(shù)據(jù)Ds3包括角度數(shù)據(jù)Θ3(在圖6的例中，Θ3 = 0° )，基于該信息規(guī)定第三設(shè)計面S3。具體而言，根據(jù)角度數(shù)據(jù)Θ 3規(guī)定以坐標(biāo)數(shù)據(jù)Ρ3為起點的第三設(shè)計面S3相對于水平線的傾斜度。需要說明的是，可以不規(guī)定第三設(shè)計面S3的尺寸。
[0083]另外，第四設(shè)計面數(shù)據(jù)Ds4包括坐標(biāo)數(shù)據(jù)Ρ4和角度數(shù)據(jù)Θ 4，基于這些信息規(guī)定第四設(shè)計面S4。具體而言，根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)Ρ4和坐標(biāo)數(shù)據(jù)Ρ2規(guī)定第四設(shè)計面S4的尺寸，基于角度數(shù)據(jù)Θ 4規(guī)定第四設(shè)計面S4相對于水平線的傾斜度。
[0084]另外，第五設(shè)計面數(shù)據(jù)Ds5包括角度數(shù)據(jù)Θ 5，基于該信息規(guī)定第五設(shè)計面S5。具體而言，根據(jù)角度數(shù)據(jù)Θ 5規(guī)定以坐標(biāo)數(shù)據(jù)Ρ4為起點的第五設(shè)計面S5相對于水平線的傾斜度。需要說明的是，可以不規(guī)定第五設(shè)計面S5的尺寸。
[0085]設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284將按照如上所述那樣生成的表示第一至第五設(shè)計面SI?S5的形狀數(shù)據(jù)Df發(fā)送到工作裝置控制器26。而且，設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284根據(jù)鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282對鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp的更新，或者候補(bǔ)面數(shù)據(jù)生成部283對候補(bǔ)面數(shù)據(jù)DSO的更新，更新第一至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)Dsi?Ds5及形狀數(shù)據(jù)Df。
[0086][工作裝置控制器26的結(jié)構(gòu)]
[0087]圖7是表示工作裝置控制器26的結(jié)構(gòu)的框圖。圖8是表示鏟斗8與設(shè)計面S(包括第一至第五設(shè)計面SI?S5)的位置關(guān)系的示意圖。
[0088]如圖7所示，工作裝置控制器26具有相對距離獲取部261、限制速度確定部262、相對速度獲取部263及挖掘限制控制部264。
[0089]1.相對距離獲取部261
[0090]相對距離獲取部261從鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282獲取鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp，從設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284獲取第一至第五設(shè)計面SI?S5的形狀數(shù)據(jù)Df。
[0091]相對距離獲取部261基于鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp和形狀數(shù)據(jù)Df獲取垂直于第一設(shè)計面SI方向上的鏟斗刃尖8a與第一設(shè)計面SI的距離d。相對距離獲取部261向限制速度確定部262輸出距尚do
[0092]需要說明的是，在圖8所示的例子中，距離d比到挖掘限制控制干預(yù)線C的直線距離h小，鏟斗刃尖8a侵入到挖掘限制控制干預(yù)線C的內(nèi)側(cè)。挖掘限制控制干預(yù)線C可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定為以第一設(shè)計面SI為起點的任意距離。
[0093]2.限制速度確定部262
[0094]限制速度確定部262獲取與距離d相適宜的限制速度V。限制速度確定部262在比較距離d與直線距離h并判斷為鏟斗刃尖8a超過了挖掘限制控制干預(yù)線C的情況下，獲取鏟斗刃尖8a相對于設(shè)計面S的相對速度Ql的限制速度V。
[0095]在此，圖9是表示相對速度Ql的限制速度V與距離d之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖。如圖9所示，限制速度V在距離d為直線距離h以上時最大，隨著距離d變得比線距離h小而變慢。并且，在距離d為“O”時，限制速度V也變?yōu)椤癘”。限制速度確定部262向挖掘限制控制部265輸出限制速度V。
[0096]3.相對速度獲取部263
[0097]相對速度獲取部263基于從操作裝置25獲取的操作信號M計算出鏟斗刃尖8a的速度Q。而且，相對速度獲取部263基于速度Q獲取鏟斗刃尖8a相對于設(shè)計面S的相對速度Ql (參照圖8)。
[0098]相對速度獲取部263向挖掘限制控制部264輸出相對速度Ql。在圖8所示的例子中，相對速度Ql比限制速度V大。
[0099]4.挖掘限制控制部264
[0100]挖掘限制控制部264判斷鏟斗刃尖8a相對于設(shè)計面S的相對速度Ql是否超過限制速度V。
[0101]挖掘限制控制部264在判斷為相對速度Ql超過了限制速度V的情況下，通過將相對速度Ql抑制在限制速度V，執(zhí)行用于自動調(diào)整鏟斗刃尖8a相對于設(shè)計面S的位置的挖掘限制控制。
[0102]另一方面，挖掘限制控制部264在判斷為相對速度Ql不超過限制速度V的情況下，不修正針對比例控制閥27的輸出而向比例控制閥27原封不動地進(jìn)行輸出，從而按照操作員的意圖驅(qū)動工作裝置2。
[0103][作用及效果]
[0104](I)本實施方式的挖掘控制系統(tǒng)200基于鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp和候補(bǔ)面數(shù)據(jù)DS0，生成表示與鏟斗8最接近的第一設(shè)計面SI的第一設(shè)計面數(shù)據(jù)Ds1、表示與第一設(shè)計面SI相連的第二至第五設(shè)計面S2?S5的第二至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)Ds2?Ds5，基于第一至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)DSl?DS5生成表示第一至第五設(shè)計面SI?S5形狀的形狀數(shù)據(jù)Df。
[0105]如上所述，因為以鏟斗8的位置為基準(zhǔn)設(shè)定第一設(shè)計面SI，所以能夠簡便地獲取挖掘作業(yè)所需的并且希望的設(shè)計面數(shù)據(jù)DS (包括第一至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)Dsi?Ds5)。因此，能夠降低生成設(shè)計面數(shù)據(jù)DS所需要的處理負(fù)荷，并且能夠抑制挖掘作業(yè)所不必要的設(shè)計面數(shù)據(jù)DS的生成。
[0106]另外,如圖6所示，因為以第一設(shè)計面SI為基準(zhǔn)設(shè)定第二至第五設(shè)計面S2?S5，所以與例如以第一設(shè)計面SI為基準(zhǔn)僅設(shè)定第二及第四設(shè)計面S2，S4的情況相比，能夠抑制鏟斗8向非操作員意圖的方向驅(qū)動。
[0107]具體而言，在僅設(shè)定有第二及第四設(shè)計面S2，S4的情況下，將從第一設(shè)計面SI的挖掘轉(zhuǎn)向第二設(shè)計面S2的挖掘的過程設(shè)想為如下。首先，如果在第二設(shè)計面S2的挖掘結(jié)束之前不能獲取第三設(shè)計面S3的數(shù)據(jù)，則工作裝置控制器26認(rèn)識到第二設(shè)計面S2延長，從而如圖10所示，鏟斗8保持沿著第二設(shè)計面S2動作的情況而向上方驅(qū)動。之后，在獲取第三設(shè)計面S3的數(shù)據(jù)的時刻，鏟斗8被導(dǎo)向第三設(shè)計面S3，從而有可能導(dǎo)致無法執(zhí)行按照目標(biāo)形狀的挖掘。
[0108]與之相對，在本實施方式中，因為以第一設(shè)計面SI為基準(zhǔn)設(shè)定第二至第五設(shè)計面S2?S5，所以在從第一設(shè)計面SI的挖掘轉(zhuǎn)向第二設(shè)計面S2的挖掘時，因為已經(jīng)設(shè)定了第三設(shè)計面S3，所以能夠?qū)㈢P斗8從第二設(shè)計面S2導(dǎo)向第三設(shè)計面S3。
[0109](2)設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284隨著鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部282更新鏟斗位置數(shù)據(jù)Dp，更新第一至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)DSl?DS5和形狀數(shù)據(jù)Df。
[0110]因此，例如在從第一設(shè)計面SI的挖掘轉(zhuǎn)向第二設(shè)計面S2的挖掘時，能夠迅速地將第二設(shè)計面S2更新為第一設(shè)計面SI，并且設(shè)定新的與第三設(shè)計面S3相連的其他設(shè)計面。因此，能夠進(jìn)一步抑制鏟斗8向非意圖的方向驅(qū)動。
[0111](3)設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部284將第二及第三設(shè)計面SI，S2設(shè)定為與第一設(shè)計面SI的車輛主體I側(cè)依次相連，將第四及第五設(shè)計面S4，S5設(shè)定為與第一設(shè)計面SI的車輛主體I的相反側(cè)依次相連。
[0112]這樣，因為在第一設(shè)計面SI的兩側(cè)設(shè)定有兩個設(shè)計面，所以在將從溝槽中挖掘出的土排出到溝槽的跟前側(cè)或溝槽的里側(cè)時，能夠抑制鏟斗8向非意圖的方向驅(qū)動。
[0113]具體而言，第一設(shè)計面SI為溝槽的底面，與第一設(shè)計面SI的兩端相連的兩個設(shè)計面S2，S4為溝槽的兩壁面，而且位于工作裝置2的可動范圍的情況下，由操作員每次都確定將挖掘出的土排出到溝槽的跟前側(cè)還是溝槽的里側(cè)。于是，通過預(yù)先在第一設(shè)計面SI的兩側(cè)設(shè)定兩個設(shè)計面，無論向溝槽的跟前側(cè)排土還是向溝槽的里側(cè)排土，都能夠應(yīng)對。
[0114][其他實施方式]
[0115]以上說明了本發(fā)明的一實施方式，但是本發(fā)明不限于上述實施方式，在不脫離發(fā)明要旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變更。
[0116](A)在上述實施方式中，使顯示控制器28基于第一至第五設(shè)計面數(shù)據(jù)Dsi?Ds5生成表示第一至第五設(shè)計面SI?S5形狀的形狀數(shù)據(jù)Df，但是不限于此。顯示控制器28可以基于六個以上的設(shè)計面數(shù)據(jù)DS生成表示六個以上的設(shè)計面S形狀的形狀數(shù)據(jù)Df。
[0117]另一方面，在由設(shè)計地形數(shù)據(jù)Dg表示的區(qū)域狹窄的情況下，有時僅設(shè)定四個以下的設(shè)計面。在這種情況下，顯示控制器28可以基于四個以下的設(shè)計面數(shù)據(jù)DS生成表示四個以下的設(shè)計面S形狀的形狀數(shù)據(jù)Df。
[0118](B)在上述實施方式中，顯示控制器28在第一設(shè)計面SI的一側(cè)將第二及第三設(shè)計面SI，S2設(shè)定為使之依次相連，在第一設(shè)計面SI的另一側(cè)將第四及第五設(shè)計面S4，S5設(shè)定為使之依次相連，但是不限于此。顯示控制器28能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定與第一設(shè)計面SI的兩端相連的設(shè)計面的數(shù)量。例如，顯示控制器28可以在第一設(shè)計面SI的一側(cè)將第二至第五設(shè)計面S2?S5設(shè)定為使之依次相連，也可以在第一設(shè)計面SI的一側(cè)將第二至第四設(shè)計面S2?S4設(shè)定為使之依次相連，并且，在第一設(shè)計面SI的另一側(cè)將第五設(shè)計面S5設(shè)定為使之相連。
[0119](C)在上述實施方式中，雖然沒有特別提及，但是顯示控制器28可以生成表示包含在鏟斗8的可動范圍內(nèi)的設(shè)計面的形狀數(shù)據(jù)Df。在這種情況下，能夠減輕用于設(shè)定明確地表示不進(jìn)行鏟斗8的挖掘作業(yè)的設(shè)計面S的顯示控制器28的處理負(fù)荷。
[0120](D)在上述實施方式中，工作裝置控制器26基于鏟斗8中鏟斗刃尖8a的位置執(zhí)行速度限制，但是不限于此。工作裝置控制器26能夠基于鏟斗8的任意位置(例如鏟斗8的最下點)執(zhí)行速度限制。
[0121 ] (E)在上述實施方式中，將鏟斗刃尖8a停止的規(guī)定位置設(shè)定在設(shè)計面S上，但是不限于此。規(guī)定位置只要設(shè)定在從設(shè)計面S向液壓挖掘機(jī)100側(cè)分開的任意位置上即可。
[0122](F)在上述實施方式中，雖然沒有特別提及，但是挖掘控制系統(tǒng)200可以通過只對大臂6的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行減速，將相對速度Ql抑制在限制速度V，也可以通過不僅調(diào)整大臂6而且調(diào)整小臂7和鏟斗8的旋轉(zhuǎn)速度，將相對速度Ql限制在限制速度V。
[0123](G)在上述實施方式中，挖掘控制系統(tǒng)200基于從操作裝置25獲取的操作信號M計算出鏟斗刃尖8a的速度Q，但是不限于此。挖掘控制系統(tǒng)200也可以基于從第一?第三行程傳感器16?18獲取的各缸長度NI?N3的單位時間變化量計算出速度Q。在這種情況下，與基于操作信號M計算出速度Q的情況相比，能夠更精確地計算出速度Q。
[0124](H)在上述實施方式中，如圖9所示，限制速度與垂直距離具有線性關(guān)系，但是不限于此。限制速度與垂直距離的關(guān)系能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，可以不是線性的，也可以不通過原點。
[0125](I)在上述實施方式中，如圖6所示，第一設(shè)計面數(shù)據(jù)Dsi包括坐標(biāo)數(shù)據(jù)P1、坐標(biāo)數(shù)據(jù)P2及角度數(shù)據(jù)Θ 1，但是第一設(shè)計面數(shù)據(jù)Dsi可以不包括角度數(shù)據(jù)Θ1。在這種情況下，也能夠根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)Pl和坐標(biāo)數(shù)據(jù)P2規(guī)定第一設(shè)計面SI。
[0126](J)在上述實施方式中，挖掘控制系統(tǒng)200將候補(bǔ)面SO中伊斗8最近的面確定為第一設(shè)計面SI，但是不限于此。第一設(shè)計面SI只要基于鏟斗8上的規(guī)定位置確定即可。因此，挖掘控制系統(tǒng)200例如可以將候補(bǔ)面SO中位于鏟斗8的鉛直方向下方的面確定為第一設(shè)計面SI。
[0127]工業(yè)實用性
[0128]本發(fā)明能夠應(yīng)用在液壓挖掘機(jī)領(lǐng)域。
[0129]符號說明
[0130]1...車輛主體、2...工作裝置、3...旋轉(zhuǎn)體、4...駕駛室、5...行駛裝置、5a，5b...履帶、6...大臂、7...小臂、8...鏟斗、8a...鏟斗刃尖、10...大臂缸、11...小臂缸、
12...鏟斗缸、13...大臂銷、14...小臂銷、15...鏟斗銷、16...第一行程傳感器、17...第二行程傳感器、18...第三行程傳感器、19...位置檢測部、21...第一 GNSS天線、22...第二 GNSS天線、23...整體坐標(biāo)計算器、24...1MU,25...操作裝置、26...工作裝置控制器、
261...相對距離獲取部、262...限制速度確定部、263...相對速度獲取部、264...挖掘限制控制部、27...比例控制閥、28...顯示控制器、281...設(shè)計地形數(shù)據(jù)存儲部、282...鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部、284...設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部、29...顯示部、31...大臂操作部件、...32小臂操作部件、33...鏟斗操作部件、100...液壓挖掘機(jī)、200...挖掘控制系統(tǒng)、S...設(shè)計面、T...斜面、U...法面、C...挖掘限制控制干預(yù)線、h...直線距離
【權(quán)利要求】
1.一種液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)，其特征在于，具有: 車輛主體； 工作裝置，包括:安裝于車輛主體的大臂；安裝于所述大臂的小臂；安裝于所述小臂的鏟斗； 設(shè)計地形數(shù)據(jù)存儲部，儲存表示挖掘?qū)ο蟮哪繕?biāo)形狀的設(shè)計地形數(shù)據(jù)； 鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部，生成表示所述鏟斗的當(dāng)前位置的鏟斗位置數(shù)據(jù)； 設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部，基于所述設(shè)計地形數(shù)據(jù)和所述鏟斗位置數(shù)據(jù)，生成表示與所述鏟斗的位置相對應(yīng)的主設(shè)計面的主設(shè)計面數(shù)據(jù)和表示與所述主設(shè)計面相連的從設(shè)計面的從設(shè)計面數(shù)據(jù)以及表示所述主設(shè)計面和所述從設(shè)計面的形狀的形狀數(shù)據(jù)； 挖掘限制控制部，基于所述形狀數(shù)據(jù)和所述鏟斗位置數(shù)據(jù)，自動調(diào)整所述鏟斗相對于所述主設(shè)計面和所述從設(shè)計面的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部隨時更新所述鏟斗位置數(shù)據(jù)， 所述設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部根據(jù)由所述鏟斗位置數(shù)據(jù)生成部進(jìn)行的所述鏟斗位置數(shù)據(jù)的更新，更新所述主設(shè)計面數(shù)據(jù)、所述從設(shè)計面數(shù)據(jù)及所述形狀數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部設(shè)定多個所述從設(shè)計面，并將一方的所述從設(shè)計面設(shè)定為與所述主設(shè)計面的所述車輛主體側(cè)的端部相連，將另一方的所述從設(shè)計面設(shè)定為與所述主設(shè)計面的所述車輛主體側(cè)相反的端部相連。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述設(shè)計面數(shù)據(jù)生成部基于所述工作裝置動作的動作平面與所述設(shè)計地形數(shù)據(jù)的交線設(shè)定所述主設(shè)計面和所述從設(shè)計面。
5.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述主設(shè)計面和所述從設(shè)計面分別利用兩個點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)規(guī)定。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)，其特征在于， 還具有分別驅(qū)動所述工作裝置的液壓缸， 所述液壓缸具有檢測缸長度的行程傳感器。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的液壓挖掘機(jī)的挖掘控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述車輛主體具有行駛裝置和安裝成相對于所述行駛裝置能夠旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體。
【文檔編號】E02F3/43GK104358280SQ201410641989
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月11日
【發(fā)明者】松山徹, 上義樹, 柏原真, 市原將志 申請人:株式會社小松制作所