專利名稱：液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置、目標法面設定裝置及法面挖掘形成方法
技術領域：
本發明涉及液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置、目標法面設定裝置以及使用液壓挖掘機的法面挖掘形成方法，特別是，涉及進行區域限制挖掘控制以便前部裝置一接近預先設定的目標挖掘面前部裝置就沿目標挖掘面運動，從而挖掘目標挖掘面的液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置、目標法面設定裝置以及使用該液壓挖掘機的法面挖掘形成方法。
背景技術：
作為建筑機械的典型例子，有液壓挖掘機。在液壓挖掘機中，雖然用各自的手動操作手柄來操作構成前部裝置的動臂、斗桿等前部構件，但是由于是分別靠關節部連接起來進行轉動運動的，所以操作這些前部構件來挖掘規定的區域，特別是設定成直線形的區域，是非常困難的作業，盼望著自動化。因此，作出了用來自動化地進行這種作業的種種提案。
例如，在國際公開公報WO95/30059號公報中，按車體基準設定可能挖掘區域，如果前部裝置的一部分，例如鏟斗，接近可能挖掘區域的邊界，則僅把鏟斗的朝該邊界方向的運動減速，如果鏟斗到達可能挖掘區域的邊界，則鏟斗不越出可能挖掘區域之外而是沿著可能挖掘區域的邊界運動。
此外，在自動化地進行這種作業的場合，如果車體移動，則因作業現場的地形變化使液壓挖掘機本身的姿勢、高度發生變化，每當車體移動必須重新設定按車體基準設定的區域。因此，用來解決這種問題的自動挖掘方法在日本特開平3-295933號公報中提出。在此一自動挖掘方法中，靠設置于挖掘地表面的激光振蕩器的激光用設置于車體的傳感器來檢測車體的高度，根據該檢測的車體高度來確定挖掘深度(相當于前例的限制區域)，在車體停止的狀態下直線挖掘到規定長度，然后使車體行走規定距離并在停止狀態下再次直線挖掘之際靠前述激光來檢測車體高度位移量，根據該高度位移量來修正挖掘深度。
此外，作為用激光來修正挖掘深度的另一種自動挖掘方法，有美國專利4829418號中提出者。在此一自動挖掘方法中，以激光為基準來設定想要的挖掘深度(HTTRGT)，把激光接收器安裝于斗桿上，在挖掘中在激光接收器探測到激光的瞬間，計算從激光到前部裝置的鏟斗齒尖的距離(HTACT)，把HTTRGT與HTACT相比較，控制有關的執行器，使鏟斗齒尖在想要的挖掘深度附近運動。
發明的公開在液壓挖掘機的作業中有法面挖掘作業。例如，是像河流的護岸工程或道路側壁工程這樣沿著河流、道路建造長距離的斜面(法面)的作業。對此一作業而言，液壓挖掘機采取能與河流或道路平行地行走的姿勢，每當用鏟斗寬度來建造可能挖掘的斜面，就使車體相對于已經設立的斜面沿橫向(與河流或道路平行的方向)移動下去。通過繼續此一過程而形成長距離的斜面(法面)。
可是，在自動地進行這種法面的挖掘的場合，如果像國際公開公報WO95/30059號公報中所述那樣按車體基準來設定擬形成的法面(目標法面)，則車體與已經設立的斜面的位置關系由于伴隨著車體的橫向移動而行走的地面的高低差、行走時的彎曲等而發生變化，在斜面間產生凸凹不平。
此外，在用日本特開平3-295933號公報或美國專利4829418號中所示的方法來挖掘法面的場合，雖然即使車體與已經設立的斜面的位置關系由于車體的橫向移動而發生變化，也能修正車體相對于已經設立的斜面的高度方向的變化，但是前后方向的變化不能修正，車體與已經設立的斜面的位置關系沿前后方向發生錯位，仍然在斜面間產生凸凹不平。
本發明的目的在于，提供一種液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置、目標法面設定裝置以及使用液壓挖掘機的法面挖掘形成方法，即使車體與已經設立的斜面的位置關系由于車體的橫向移動而發生變化，也能挖掘形成沒有凸凹不平的法面。
(1)為了實現上述目的，本發明是備有構成多關節的前部裝置的可沿上下方向轉動的多個前部構件，以及支撐前述前部裝置的車體的液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置，在帶有設定擬由前述前部裝置來挖掘的目標挖掘面的挖掘面設定機構，進行區域限制挖掘控制，以便前述前部裝置一接近前述目標挖掘面前部裝置就沿目標挖掘面運動，從而挖掘目標挖掘面位置的液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置中，前述挖掘面設定機構備有(a)配備在前述前部裝置上，成為使前述前部裝置與沿著目標法面的進展方向設置的外部基準相一致的目標的前部基準；(b)檢測與前述前部裝置的位置與姿勢有關的狀態量的檢測機構；(c)根據前述檢測機構的信號來運算以前述車體為基準的前部裝置的位置與姿勢的第1運算機構；(d)設定前述外部基準與目標法面的位置關系的第1設定機構；(e)當前述前部基準與前述外部基準相一致時被操作的外部基準設定開關；(g)根據前述外部基準設定開關被操作時的在前述第1運算機構中所運算的前述前部裝置的位置與姿勢的信息來運算前述車體與前述外部基準的位置關系，從此一車體與外部基準的位置關系和在前述第1設定機構中所設定的外部基準與目標法面的位置關系，來運算前述車體與目標法面的位置關系的第2運算機構；以及(h)根據在前述第2運算機構中所運算的車體與目標法面的位置關系，按以車體為基準的位置關系來設定前述目標法面，作為前述目標挖掘面的第2設定機構。
在如上這樣構成的本發明中，因為當前部基準與外部基準相一致，而外部基準設定開關被操作時，在第2運算機構中修正在第1設定機構中所設定的外部基準與目標法面的位置關系，并運算車體與目標法面的位置關系，在第2設定機構中按以車體為基準的位置關系來設定目標法面，所以即使車體相對于已經設立的斜面的高度由于車體的橫向移動而發生變化，也能每次修正該高度變化而進行挖掘作業。此外，因為用沿目標法面的進展方向所設置的物體作為外部基準，當前部基準與此一外部基準相一致時進行上述計算，從而設定目標法面，所以即使車體相對于已經設立的法面的前后方向的位置由于車體的橫向移動而發生變化，也能每次修正此一前后方向的位置的變化而進行挖掘作業。因此，即使車體與已經設立的斜面的位置關系由于車體的橫向移動而發生變化，也能挖掘形成沒有凸凹不平的法面。
(2)在上述(1)中，最好是，前述第1設定機構，是設定從前述外部基準到目標法面上的基準點的垂直方向的距離和水平方向的距離，以及目標法面的角度信息，作為前述外部基準與目標法面的位置關系的機構。
(3)此外，在上述(1)中，最好是，前述第1設定機構，是根據由設定器所輸入的數據來設定前述外部基準與目標法面的位置關系的機構。
借此，靠設定器的操作能設定外部基準與目標法面的整個位置關系。
(4)進而，在上述(1)中，最好是，前述第1設定機構包括根據在前述第1運算機構中所運算的前述前部裝置的位置與姿勢的信息，來運算當使前述前部裝置的前端與目標法面上的基準點相一致時的前述前部裝置的前端的位置的機構，根據在前述第1運算機構中所運算的前述前部裝置的位置與姿勢的信息，來運算當使前述前部基準與前述外部基準相一致時的前述前部基準的位置的機構，從前述前部裝置的前端位置與前述前部基準的位置來運算前述外部基準與目標法面上的基準點的位置關系的機構，以及儲存在此一運算中所求出的位置關系和由設定器所輸入的角度數據的機構。
借此，能通過直接示教就除了角度數據之外來設定外部基準與目標法面的位置關系，(5)此外，在上述(1)中，前述第1設定機構也可以構成得包括根據在前述第1運算機構中所運算的前述前部裝置的位置與姿勢的信息，來運算當使前述前部裝置的前端與目標法面上的第1基準點相一致時的前述前部裝置的前端的位置，及當使前述前部裝置的前端與目標法面上的第2基準點時的前述前部裝置的前端的位置的機構，從在前述第1和第2基準點處的前述前部裝置的前端位置來運算目標法面的角度信息的機構，根據在前述第1運算機構中所運算的前述前部裝置的位置與姿勢的信息，來運算當使前述前部基準與前述外部基準相一致時的前述前部基準的位置的機構，從前述前部裝置的前端位置與前述前部基準的位置來運算前述外部基準與目標法面上的第1和第2基準點中任何一方的位置關系的機構，以及儲存在此一運算中所求出的位置關系和前述角度信息的機構。
借此，能通過直接示教也包括角度數據在內來設定外部基準與目標法面的位置關系。
(6)此外，為了實現上述目的，本發明在一種備有構成多關節式前部裝置的可沿上下方向轉動的多個前部構件，以及支撐前述前部裝置的車體，進行區域限制挖掘控制，以便前述前部裝置一接近預先設定的目標挖掘面前部裝置就沿該目標挖掘面運動，從而挖掘目標挖掘面位置的液壓挖掘機的目標法面設定裝置中，備有(a)沿著目標法面的進展方向設置的外部基準；(b)配備在前述前部裝置上，成為使前述前部裝置與前述外部基準相一致的目標的前部基準；(c)檢測與前述前部裝置的位置與姿勢有關的狀態量的檢測機構；(d)根據前述檢測機構的信號來運算以前述車體為基準的前部裝置的位置與姿勢的第1運算機構；(e)設定前述外部基準與前述目標法面的位置關系的第1設定機構；(f)當前述前部基準與前述外部基準相一致時被操作的外部基準設定開關；(g)根據當前述外部基準設定開關被操作時的在前述第1運算機構中所運算的前述前部裝置的位置與姿勢的信息，來運算前述車體與前述外部基準的位置關系，從此一車體與外部基準的位置關系和在前述第1設定機構中所設定的外部基準與目標法面的位置關系，來運算前述車體與目標法面的位置關系的第2運算機構；以及(h)根據在前述第2運算機構中所運算的車體與目標法面的位置關系，按以車體為基準的位置關系來設定前述目標法面，作為前述目標挖掘面的第2設定機構。
如果使用這樣的目標法面設定裝置，進行區域限制挖掘控制，以便前部裝置一接近目標挖掘面前部裝置就沿目標挖掘面運動，則如上述(1)中所述，即使車體與已經設立的斜面的位置關系由于車體的橫向移動而發生變化，也能挖掘形成沒有凸凹不平的法面。
(7)在上述(6)中，例如，前述外部基準，是沿著目標法面的進展方向拉緊的水平細線。
(8)此外，在上述(6)中，前述外部基準，也可以是沿著目標法面的進展方向并排設置的多個樁子。
(9)進而，在上述(6)中，前述外部基準，也可以是沿著目標法面的進展方向投射的激光。
(10)此外，為了實現上述目的，本發明提供一種法面挖掘形成方法，該方法使用備有構成多關節式前部裝置的可沿上下方向轉動的多個前部構件，以及支撐前述前部裝置的車體，進行區域限制挖掘控制，以便前述前部裝置一接近預先設定的目標挖掘面前部裝置就沿該目標挖掘面運動，從而挖掘目標挖掘面位置的液壓挖掘機，其中(a)沿著目標法面的進展方向設置外部基準；(b)設定前述外部基準與前述目標法面的位置關系；(c)使設在前述前部裝置上的前部基準與前述外部基準相一致，來運算前述車體與前述外部基準的位置關系，從此一車體與外部基準的位置關系和前述外部基準與目標法面的位置關系，來運算前述車體與目標法面的位置關系，根據此一車體與目標法面的位置關系，按以車體為基準的位置關系來設定前述目標法面，作為前述目標挖掘面；(d)在液壓挖掘機的當前車體位置處，通過前述區域限制挖掘控制，在前述目標法面位置上挖掘形成斜面；(e)使液壓挖掘機的車體相對于在前述(d)中所挖掘的斜面橫向移動；(f)在沿橫向移動后的車體位置處，實施與上述(c)和(d)相同的步驟；以及(g)重復實施上述(e)和(f)的步驟。
用這樣的法面挖掘形成方法，如上述(1)中所述，即使車體與已經設立的斜面的位置關系由于車體的橫向移動而發生變化，也能挖掘形成沒有凸凹不平的法面。
(11)在上述(10)中，最好是，前述液壓挖掘機的車體帶有支撐前部裝置的上部回轉體，和可以回轉地搭載該上部回轉體的下部行走體，在前述(d)的斜面挖掘形成之際，以使前述下部行走體與前述目標法面的進展方向相平行的姿勢來進行挖掘形成，在前述(e)的車體橫向移動之際，使前述下部行走體以與前述(d)相同的姿勢行走，借此進行橫向移動。
(12)此外，在上述(10)中，也可以是，前述液壓挖掘機的車體帶有支撐前部裝置的上部回轉體，和可以回轉地搭載該上部回轉體的下部行走體，在前述(d)的斜面挖掘形成之際，以使前述下部行走體與前述目標法面的進展方向相交叉的姿勢來進行挖掘形成，在前述(e)的車體橫向移動之際，使前述下部行走體以與前述(d)相同的姿勢重復前進和后退以便進行寬度方向移動，借此進行橫向移動。
(13)此外，在上述(10)中，在前述(a)的外部基準的設置之際，在前述目標法面沿進展方向彎曲的場合，外部基準也沿著該彎曲的目標法面的進展方向彎曲地設置。
通過像這樣調整外部基準的設置方向，能針對地形自由地設定擬形成的法面。
附圖的簡要說明
圖1是與液壓驅動裝置同時表示根據本發明的第1實施例的液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置的圖。
圖2是表示采用了本發明的液壓挖掘機的外觀和外部基準的一個例子以及法面的挖掘情況的一個例子的圖。
圖3是表示設定器的外觀的圖。
圖4是表示外部基準的另一個例子的與圖2同樣的圖。
圖5是表示外部基準的又一個例子的與圖2同樣的圖。
圖6是表示法面的挖掘情況的另一個例子的與圖2同樣的圖。
圖7是表示擬挖掘法面沿進展方向不是一個平面，而是彎曲的場合的一個例子的圖。
圖8是表示根據第1實施例的目標法面的設定原理的說明圖。
圖9是表示根據第1實施例的法面挖掘控制裝置的總體構成的示意圖。
圖10是表示第1實施例的第2運算機構和第2設定機構的處理流程的圖。
圖11是表示控制單元的總體控制功能的功能方塊圖。
圖12是表示在區域限制挖掘控制中鏟斗的前端被按照運算來方向變換控制時的軌跡的一個例子的圖。
圖13是表示在區域限制挖掘控制中鏟斗的前端被按照運算來復原控制時的軌跡的一個例子的圖。
圖14是表示在設定目標法面期間的最初設定時和以后的移動時的關系的圖。
圖15是表示根據本發明的第2實施例的目標法面的設定原理的說明圖。
圖16是表示第2實施例的第1設定機構的處理流程的圖。
圖17是表示根據本發明的第3實施例的目標法面的設定原理的說明圖。
圖18是表示第3實施例的第1設定機構的處理流程的圖。
用來實施發明的最佳形態下面用附圖來說明本發明的實施例。
首先，用圖1～圖12來說明本發明的第1實施例。
圖1中，根據本發明的液壓挖掘機帶有液壓泵2，靠來自該液壓泵的壓力油來驅動的包括動臂缸3a、斗桿缸3b、鏟斗缸3c、回轉馬達3d、和左右行走馬達3e、3f在內的多個液壓執行器，與這些液壓執行器3a～3f分別對應地設置的多個操作手柄裝置4a～4f，連接在液壓泵2與多個液壓執行器3a～3f之間，控制供給液壓執行器3a～3f的壓力油的流量的多個流量控制閥5a～5f，以及在液壓泵2與流量控制閥5a～5f之間的壓力變成超過設定值的場合打開的溢流閥6。
此外，液壓挖掘機，如圖2中所示，由前部裝置1A和車體1B構成，多關節式前部裝置1A由分別沿垂直方向轉動的動臂1a、斗桿1b和鏟斗1c組成，車體1B由支撐該前部裝置1A的上部回轉體1d和可以回轉地搭載該上部回轉體1d的下部行走體1e組成，前部裝置1A的動臂1a的基端支撐在上部回轉體1d的前部。動臂1a、斗桿1b、鏟斗1c、上部回轉體1d和下部行走體1e分別構成由動臂缸3a、斗桿缸3b、鏟斗缸3c、回轉馬達3d和左右行走馬達3e、3f分別驅動的被驅動構件，它們的動作由上述操作手柄裝置4a～4f來指示。
回到圖1，操作手柄裝置4a～4f是由液控壓力來驅動對應的流量控制閥5a～5f的液壓先導式，分別由操作者所操作的操作手柄40，和產生與操作手柄40的操作量與操作方向相對應的液控壓力的一對減壓閥(未畫出)來構成，各減壓閥的一次油口連接于控制泵43，二次油口經過控制管路44a、44b,45a、45b,46a、46b,47a、47b,48a、48b,49a、49b，連接于對應的流量控制閥的液壓驅動部50a、550b,51a、51b,52a、52b,53a、53b,54a、54b,55a、55b。
在以上這樣的液壓挖掘機上設有本發明的法面挖掘控制裝置。此一裝置由以下部分構成指示目標挖掘面的設定的設定器7；設于動臂1a、斗桿1b和鏟斗1c的各自的轉動支點，作為與前部裝置1A的位置與姿勢有關的狀態量來檢測各自的轉動角的角度計8a、8b、8c；檢測車體1B的前后方向的傾斜角θ的傾斜計8d；設于動臂用和斗桿用的操作手柄裝置4a、4b的控制管路44a、44b,45a、45b中，檢測來自操作手柄裝置4a、4d的液控壓力的壓力檢測器60a、60b,61a、61b；設于鏟斗1c的前端(齒尖)的前部基準70；當操作前部裝置1A，使前部基準70與外部基準80(下文述及)相一致時被按壓的外部基準設定開關71；輸入設定器7的設定信號，角度計8a、8b、8c及傾斜計8d的檢測信號，壓力檢測器60a、60b,61a、61b的檢測信號，以及外部基準設定開關71的操作信號，針對液壓挖掘機的目標挖掘面來設定作為目標的法面(以下稱為目標法面)，同時輸出用來進行區域限制挖掘控制的電氣信號的控制單元9；由前述電氣信號來驅動的比例電磁閥10a、10b、11a、11b；以及梭閥12。
梭閥12設置于控制管路44a中，選擇控制管路44a內的液控壓力與從比例電磁閥10a輸出的控制壓力中的高壓一側，引到流量控制閥5a的液壓驅動部50a。比例電磁閥10b、11a、11b分別設置于控制管路44b、45a、45b中，與各自的電氣信號相對應地把控制管路內的液控壓力減壓并輸出。
此外，在液壓挖掘機的外部，設有表示設定目標挖掘面時的基準位置的外部基準80。在本發明中，由于設定法面作為目標挖掘面，所以外部基準80沿著目標法面的進展方向來設置。
在以上中，設定器7，前部基準70，外部基準設定開關71，角度計8a、8b、8c和傾斜計8d，外部基準80，以及控制單元9的下述功能，構成目標法面設定裝置。
設定器7，如圖3中所示，由以下部分構成切換成設定目標法面上的基準點的垂直距離、水平距離、角度(下文述及)的任何一項的切換開關7c；用來輸入目標法面上的基準點的垂直距離、水平距離、角度的升降按鈕7a、7b；顯示所輸入的垂直距離、水平距離、角度的顯示裝置7e；以及把所輸入的垂直距離、水平距離、角度作為設定信號向控制單元9輸出，指示目標法面的設定的設定開關7f。再者，設定器7的按鈕類也可以設于適當的操作手柄的把手上。此外，也可以采用靠IC卡的方法、靠條形碼的方法、靠無線通信的方法等其他方法。
外部基準80，例如圖2中所示，是在沿著目標法面的進展方向在樁子80a上拉緊的水平細線。水平細線80是在工程現場中用來表示基準而經常使用的物體。如圖4中所示，外部基準也可以單是沿著目標法面的進展方向設置的樁子81等，只要能由液壓挖掘機的操作者進行確認什么都行。
前部基準70，如圖2中所示設定在前部裝置1A的鏟斗1c的齒尖上。再者，雖然前部基準最好是設定在鏟斗1c的齒尖上，但是如果是容易確認與外部基準的一致，并為一定的確定的場所，也可以在前部裝置1A的其他部位。
外部基準設定開關71，在上述場合，是使前部裝置1A運動而在前部基準70與作為外部基準80的水平細線一致的位置上被操作的，借助于此一操作來檢測外部基準80的位置，從而運算設定(下文述及)液壓挖掘機的車體1B與外部基準80的位置關系(外部基準80相對于車體的位置)。
再者，如圖5中所示，作為外部基準，也可以使用用于工程現場的測量等投射點狀激光84的激光基準光發生器(激光燈臺)82，并在前部基準70上使用探測該激光84的激光探測器83。在此一場合，激光燈臺82設置成沿著目標法面的進展方向水平地投射激光84。此外，把激光燈臺82設置成位于法面中位的位置上是便利的，當激光探測器83探測到激光燈臺82的激光84時使燈點亮，操作者確認此一燈的點亮從而實現與操作外部基準設定開關71同樣的功能。
此外，雖然圖4、圖5中表示了把車體置于法面的上方，用鏟斗從下向上挖的方法進行法面施工的例子，但是也可以如圖6所示，把車體置于法面的下方，用鏟斗從上向下挖的方法進行法面施工。在此一場合，雖然圖6中把作為外部基準的水平細線80設置在法面上方，但是也可以把它們設置在下方，或者在使用點狀激光的場合，如上所述設置在法面中位。
進而，在實際的施工現場，有時擬挖掘法面沿進展方向不是一個平面，而是彎曲的。圖7中表示它的一個例子。此一例子，是在沿著河流布置的堤壩上形成法面的場合。與河流的曲線相對應，堤壩也做成曲線，作為擬挖掘的法面也必須與堤壩的曲線相一致地沿進展方向彎曲。在像這樣使目標法面彎曲的場合，外部基準80也沿著該彎曲的目標法面的進展方向彎曲地設置。在外部基準80為水平細線的場合，可以如圖所示選擇適當的彎曲部砸進樁子80a并拉緊水平細線。
此外，在把前部基準設定在斗桿1b、動臂1a上的場合，為了在目標法面的設定運算之際盡量減少車體的制造公差的影響，前部基準70可以在不妨礙作業的程度內盡量靠近鏟斗1c的前端設置，最好是能在實際作用于土的鏟斗1c的前端附近處與外部基準80相一致。外部基準設定開關71也可以裝進設定器7中。
控制單元9用上述設定器7的設定信號、外部基準設定開關71、角度計8a、8b、8c和傾斜計8d的檢測信號來設定目標法面。用圖8和圖9來說明借助于此一控制單元9的目標法面的設定方法和控制單元9的處理功能。
在目標法面的設定之際，首先，如圖2和圖8中所示，在液壓挖掘機主體的外部，如上所述例如沿著目標法面的進展方向水平地設置水平細線，作為外部基準80。
接著，操作者用操作器7輸入從外部基準80到擬設定的目標法面的基準點Ps的垂直距離hry、水平距離hrx以及目標法面相對于水平的角度θr，根據這些垂直距離hry、水平距離hrx和角度θr來設定外部基準80與目標法面的位置關系。也就是說，按以外部基準80為基準的位置關系來設定目標法面。此一設定由圖9中所示的控制單元9的第1設定機構100的處理功能來進行。
在第1設定機構100中的從外部基準80到目標法面的基準點的垂直距離、水平距離、角度的設定，要預先確定外部基準的設置場所，根據施工圖等求出到目標法面上的基準點的垂直距離、水平距離、角度。用設定器7的切換開關7c和按鈕7a、7b來輸入其數值。在顯示器7e中一確認其數值，就按壓區域設定開關7f確定之。控制裝置9一判定設定開關7f已被按壓，就把這些垂直距離、水平距離、角度作為hry、hrx、θr儲存起來。
接著，按以當前的液壓挖掘機的車體位置為基準的位置關系來設定目標法面。為此，首先操作者使前部裝置1A運動，使設定于前部裝置1A的鏟斗1c的齒尖的前部基準70與外部基準80相一致，操作者操作外部基準設定開關71。這里，當使前部裝置1A運動時，靠圖9中所示的第1運算機構120的處理功能，根據角度計8a、8b、8c及傾斜計8d的信號，在控制單元9內運算前部裝置1A的位置與姿勢，一旦設定于前部裝置1A的鏟斗1c的齒尖的前部基準70與外部基準80相一致，就根據從第1運算機構120所得到的這時的前部裝置1A的位置與姿勢的信息，靠圖9中所示的第2運算機構140的處理功能，來運算從車體中心O到外部基準80的高度hfy和水平距離hfx，作為車體1B與外部基準80的位置關系，進而以此一高度hfy和水平距離hfx作為修正值，從前面所設定的垂直距離hry和水平距離hrx(外部基準80與挖掘區域的位置關系)來運算目標法面的基準點Ps相對于車體中心O的垂直距離hsy和水平距離hsx。然后，靠圖9中所示的第2設定機構160的處理功能，把垂直距離hsy和水平距離hsx及在設定器7中所輸入的角度θr設定成以液壓挖掘機的車體1B為基準的目標法面。
在圖10中用處理流程來表示第2運算機構140和第2設定機構160中的設定車體與目標法面的位置關系的功能的細節。
首先，如由虛線所包圍的部分中所示，操作者操作操作手柄40(參照圖1)使前部裝置1A運動，使前部基準點70與外部基準80相一致。然后，在處理141中，判定外部基準設定開關71是否已被操作者所按壓。在未按壓的場合，不改變目標法面的設定而結束設定處理。在處理141中，如果判定外部基準設定開關71已被按壓，則進到處理142。
在處理142中，靠配備在前部裝置1A上的角度計8a、8b、8c和傾斜計8d讀取動臂1a、斗桿1b、鏟斗的角度α、β、γ和車體1的傾斜角θ。接著在處理143中，用動臂、斗桿、鏟斗的角度α、β、γ和傾斜角θ來運算當外部基準設定開關71被按壓時(前部基準70與外部基準80相一致時)的從車體中心O到前部基準70的垂直距離hfy、水平距離hfx。
運算首先根據下面的式(2)、式(3)求出從車體中心O到動臂與斗桿的結合點(斗桿角度計8b的設置點)P1的垂直距離hby、水平距離hbx。
hby=L1×cos(α-θ)(2)
hbx=L1×sin(α-θ)(3)在上述式(2)、式(3)中，L1是動臂1a與車體1b的結合點(動臂角度計8a的設置點)，即車體中心O到動臂與斗桿的結合點P1的距離，此一值是已知的，預先儲存在控制單元9中。
接著根據下面的式(4)、式(5)求出從動臂與斗桿的結合點P1到斗桿與鏟斗的結合點P2的垂直距離hay和水平距離hax.。
hay=L2×cos((α-θ)+β)(4)hax=L2×sin((α-θ)+β)(5)在上述式(4)、式(5)中，L2是從動臂與斗桿的結合點P1到斗桿與鏟斗的結合點P2的長度，預先儲存在控制單元9中。
接著根據下面的式(6)、式(7)求出從斗桿與鏟斗的結合點P2到鏟斗齒尖P3點的垂直距離hcy和水平距離hcx。
hcy=L3×cos((α-θ)+β+γ)(6)hcx=L3×sin((α-θ)+β+γ)(7)在上述式(6)、式(7)中，L3是從斗桿與鏟斗的結合點P2到鏟斗齒尖P3的長度，預先儲存在控制單元9中。
接著根據式(8)、式(9)從這些hay、hax、hby、hbx、hcy、hcx運算從車體中心O到前部基準70(鏟斗齒尖P3點)的垂直距離hfy、水平距離hfx。
hfy=hay+hby+hcy(8)hfx=hax+hbx+hcx(9)接著，移到處理144，讀取在設定器7中所設定的從外部基準80到目標法面的基準點的垂直距離hry、水平距離hrx。
接著，在處理145中，以剛剛運算的從車體中心O到前部基準70的垂直距離hfy、水平距離hfx為修正值，從此一值hfy、hfx和在設定器7中所設定的從外部基準80到目標法面的基準點的垂直距離hry、水平距離hrx，根據式(10)、式(11)來運算從車體中心O到目標法面的基準點的垂直距離hsy、水平距離hsx。
hsy=hry+hfy(10)hsx=hrx+hfx(11)
最后，在處理161中，儲存在處理145中所運算的目標法面的基準點的垂直距離hsy、距離hsx，用此一距離hsy、hsx和在設定器7中所輸入的角度θr來設定以車體為基準的目標法面。
在以上中，處理141～145相當于圖9中所示的第2運算機構140的處理功能，處理161相當于圖9中所示的第2設定機構160的處理功能。
像以上這樣以液壓挖掘機的車體1B為基準的目標法面的設定一結束，就過渡到如圖9中作為方塊180所示通過區域限制挖掘控制的挖掘作業，在當前的液壓挖掘機的位置處在目標法面上挖掘形成斜面。
像這樣在當前的液壓挖掘機的位置處在目標法面上挖掘形成斜面之后，如圖4～圖7中箭頭所示使液壓挖掘機的車體相當于已經設立的斜面橫向移動，在此一新的位置處實施借助于上述第2運算機構140和第2設定機構160的步驟。也就是說，通過使前部基準70與外部基準80相一致，并按壓外部基準設定開關71，來設定在移動后的新的位置處的以車體1B為基準的目標法面，在該位置處通過區域限制挖掘控制在目標法面位置上挖掘形成斜面。
這里，液壓挖掘機通常如圖4～圖7所示采取使下部行走體1e與擬形成法面(目標法面)相平行的姿勢，以此一姿勢來挖掘斜面。此外，車體的橫向移動通過以同樣姿勢行走來進行。再者，也可以使下部行走體1e與法面成直角的姿勢，以此一姿勢來挖掘斜面，車體的橫向移動通過橫靠(以使下部行走體1e與法面成直角的姿勢反復進行前進后退以便沿寬度方向移動)來進行。
通過以上這樣的液壓挖掘機的橫向移動，在新的位置處的以車體為基準的目標法面的設定，反復進行在該位置處的通過區域限制挖掘控制的斜面形成步驟，就可以在目標法面的位置上沿著外部基準80形成法面。
下面，用圖11來說明包含上述目標法面設定功能的控制單元9的整個控制功能。
圖11中，控制單元9具有第1目標法面設定部9a、前部姿勢運算部9b、目標缸速度運算部9c、目標前端速度向量運算部9d、方向變換控制部9e、修正后目標缸速度運算部9f、復原控制運算部9g、修正后目標缸速度運算部9h、目標缸速度選擇部9i、目標液控壓力運算部9j、閥指令運算部9k、位置關系運算部9m以及第2目標法面設定部9n等各種功能。
第1目標法面設定部9a相當于圖9的第1設定機構100，通過設定器7的操作，根據從外部基準80到目標法面上的基準點的垂直距離hry、水平距離hrx、目標法面的角度θr，來設定外部基準80與目標法面的位置關系。
前部姿勢運算部9b相當于圖9的第1運算機構120，用儲存于控制單元9的前部裝置1A和車體1B的各部尺寸，在角度計8a、8b、8c中所檢測的轉動角α、β、γ和在傾斜計中所檢測的傾斜角θ，來運算設定和控制所需的前部裝置1A的位置與姿勢。
位置關系運算部9m相當于圖9的第2運算機構140，靠圖10中所示的處理流程的處理141～145來運算從車體中心O到目標法面上的基準點的垂直距離hsy、水平距離hsx。
第2目標法面設定部9n相當于圖9的第2設定機構160，靠圖10中所示的處理流程的處理161，根據上述垂直距離hsy、水平距離hsx、角度θr，以液壓挖掘機的車體1B為基準的位置關系來設定目標法面。
在前部姿勢運算部9b中，在以動臂1a的轉動支點為原點的XY坐標系中運算前部裝置1A的位置與姿勢。此一XY坐標系是固定在主體1B上的直角坐標系，可以位于垂直面內。例如，如果令動臂1a的轉動支點與斗桿1b的轉動支點的距離為L1，令斗桿1b的轉動支點與鏟斗1c的轉動支點的距離為L2，令鏟斗1c的轉動支點與鏟斗1c前端的距離為L3，則按照XY坐標系根據下式求出前部裝置1A的鏟斗1c的前端位置。
X=L1 sinα+L2 sin(α+β)+L3 sin(α+β+γ)Y=L1 cosα+L2 cos(α+β)+L3 cos(α+β+γ)但是，當車體1B如圖8中所示傾斜時，由于鏟斗前端與地面的相對位置關系發生變化，所以不能正確地進行目標法面的設定了。于是，在本實施例中，在傾斜計8d中檢測車體1B的傾斜角θ，在前部姿勢運算部9b中輸入該傾斜角θ的值，在使XY坐標系轉過角度θ的XbYb坐標系中運算鏟斗前端的位置，借此，即使車體1B傾斜也能進行正確的設定。再者，當車體傾斜時修正了車體的傾斜之后再進行作業，或者在用于車體不傾斜的作業現場的場合，不一定需要傾斜計。
在第1目標法面設定部9a、位置關系運算部9m和第2目標法面設定部9n中，把垂直距離hry、hsy、hfy，水平距離hrx、hsx、hfx等變換成XbYb坐標系的值進行處理。
在目標缸速度運算部9c中，輸入壓力檢測器60a、60b,61a、61b的檢測信號作為操作手柄裝置4a、4b的操作信號。從該操作信號(液控壓力)來計算流量控制閥5a、5b的目標輸出流量(動臂缸3a和斗桿缸3b的目標速度)。
在目標前端速度向量運算部9d中，從在前部姿勢運算部9b中所求出的鏟斗的前端位置和在目標缸速度運算部9c中所求出的目標缸速度，以及預先儲存于控制單元9中的L1、L2、L3等各部尺寸，求出鏟斗1c的前端的目標速度向量Vc。此時，目標速度向量Vc作為圖8中所示的XaYa坐標系的值而求出。此一XaYa坐標系，是以在目標法面設定部9n中所求出的在XbYb坐標系中目標法面上的基準點相對于車體中心O的水平距離hsx、垂直距離hsy的點為原點，Xa坐標軸相對于XbYb坐標系傾斜了目標法面的角度θr而沿法面設定的坐標系。這里，在XaYa坐標系中的目標速度向量Vc的Xa坐標分量Vcx為目標速度向量Vc的與目標法面平行方向的向量分量，Ya坐標分量Vcy為目標速度向量Vc的與目標法面垂直方向的向量分量。
在方向變換控制部9e中，在鏟斗1c的前端處于目標法面內側(挖掘區域)目標法面附近，目標速度向量Vc具有對目標法面接近的方向的分量的場合，進行修正以便隨著對目標法面的接近而減小垂直的向量分量。換句話說，在垂直方向的向量分量Vcy上加上比它小的從目標法面離開方向的向量(反向向量)。
通過像以上這樣修正目標速度向量Vc的垂直分量Vcy，垂直方向的向量分量Vcy的減小量隨著距離Ya變小而變大，向量分量Vcy減小，目標速度向量Vc被修正成目標速度向量Vca。這里，自目標法面的距離Ya1的范圍可以稱為方向變換區域或減速區域。
圖12中表示鏟斗1c的前端按照上述這樣的修正后的目標速度向量Vca而被方向變換控制時的軌跡的一個例子。當目標速度向量Vc沿斜下方向恒定時，它的平行分量Vcx為恒定，垂直分量Vcy隨著鏟斗1c的前端對目標法面的接近(隨著距離Ya變小)而變小。由于修正后的目標速度向量Vca是其合成，所以軌跡如圖所示成為隨著對目標法面的接近而變得平行的曲線形，在與目標法面一致處，目標速度向量Vc的垂直方向的向量Vcy=0，修正后的目標速度向量Vca與Vcx相一致。
在修正后目標缸速度運算部9f中，從在方向變換控制部9e中所求出的修正后的目標速度向量來運算動臂缸3a和斗桿缸3b的目標缸速度。這些是在目標前端速度向量運算部9d中的運算的逆運算。
在復原控制部9g中，當鏟斗1c的前端越過目標法面而超出到其外側(限制區域)時，與至目標法面的距離有關地修正目標速度向量，以便鏟斗前端返回目標法面的內側。換句話說，在垂直方向的向量分量Vcy上加上比它大的對目標法面接近的方向的向量(反向向量)。通過像這樣修正目標速度向量Vc的垂直方向的向量分量Vcy，垂直方向的向量分量Vcy隨著距離Ya變小而變小，目標速度向量Vc被修正成目標速度向量Vca。
圖13中表示鏟斗1c的前端按照上述這樣的修正后的目標速度向量Vca而被復原控制時的軌跡的一個例子。當目標速度向量Vc沿斜下方向恒定時，它的平行分量Vcx為恒定，而由于復原向量-KYa與距離Ya成比例，所以垂直分量隨著鏟斗1c的前端對目標法面的接近(隨著距離Ya變小)而變小。由于修正后的目標速度向量Vc是其合成，所以軌跡如圖13那樣成為隨著對目標法面的接近而變得平行的曲線形，在目標法面上，修正后的目標速度向量Vca與Vcx相一致。
由于鏟斗1c的前端像這樣在復原控制部9g中被控制成返回目標法面的內側，所以可以在目標法面的外側得到復原區域。此外，在此一復原控制中也是，鏟斗1c的前端對目標法面接近方向的運動被減速，借此，作為結果鏟斗1c前端的移動方向被變換成沿著目標法面的方向，在這個意義上復原控制也可以稱為方向變換控制。
在修正后目標缸速度運算部9h中，從在復原控制部9g中所求出的修正后的目標速度向量來運算動臂缸3a和斗桿缸3b的目標缸速度。這些是在目標前端速度向量運算部9d中的運算的逆運算。
這里，進行復原控制的場合，選擇該復原控制所需的動臂缸和斗桿缸的動作方向，運算該動作方向中的目標缸速度。但是，因為在復原控制中通過使動臂1a上行而使鏟斗前端返回設定區域，所以必定包含動臂1a的上行方向。其組合也由控制軟件來決定。
在目標缸速度選擇部9i中，選擇在目標缸速度運算部9f中所得到的基于方向變換控制的目標缸速度和在目標缸速度運算部9h中所得到的基于復原控制的目標缸速度中值大的一方(最大值)，作為輸出用的目標缸速度。
在目標液控壓力運算部9j中，計算控制管路44a、44b,45a、45b的目標液控壓力，作為目標液控壓力。
在閥指令運算部9k中，運算與在目標液控壓力運算部9j中所計算的目標液控壓力相對應的指令值，向比例電磁閥10a、10b、11a、11b輸出對應的電氣信號。
根據以上這樣構成的本實施例，能取得以下效果。
(1)因為每當使前部基準70與外部基準80相一致，并按壓外部基準設定開關71，就修正外部基準80與車體1B的位置關系，運算車體與目標法面的位置關系，從而按以車體為基準的位置關系來設定目標法面，所以即使車體相對于已經設立的斜面的高度由于車體的橫向移動而發生變化，也能每次補償該高度變化而進行挖掘作業。此外，因為沿著目標法面的進展方向水平設置外部基準80，當在前部基準與此一外部基準相一致時進行上述計算，從而設定目標法面，所以即使車體相對于已經設立的法面的前后方向的位置由于車體的橫向移動而發生變化，也能每次補償此一前后方向的位置變化而進行挖掘作業。因此，即使車體與已經設立的斜面的位置關系由于車體的橫向移動而發生變化，也能挖掘形成沒有凸凹不平的連續的平滑的法面。
用圖14來說明這一點。圖14中，(a)表示目標法面設定時的位置關系，(b)表示車體移動時的位置關系。
在圖14(a)中，用在圖9的第1設定機構100中所輸入的垂直距離hry、水平距離hrx和在圖9的第2運算機構140和圖10的處理143中作為修正值求出的垂直距離hfy、水平距離hfx，在圖10的處理145中求出從車體中心O到目標法面的基準點Ps的垂直距離hsy、水平距離hsx，在圖10的處理161中用該垂直距離hsy、水平距離hsx和在設定器7中所輸入的角度θr來設定目標法面，用此一設定數據hsy、hsx、θr通過挖掘限制控制來挖掘法面。
在圖14(a)的位置上法面的挖掘一結束，就使車體橫向移動而改變挖掘位置。此時，如圖14(b)中所示從車體中心O到目標法面的基準點Ps的垂直距離hsy、水平距離hsx變成hsy′、hsx′。但是，每當前部基準70與外部基準80的位置相一致而由操作者按壓外部設定開關71，就求出此時的修正值hfx′、hfy′而把從車體中心O到目標法面的基準點Ps的垂直距離、水平距離更新成hsy′、hsx′。因此，在相對于外部基準80始終相同的位置上設定目標法面，形成沒有凸凹不平的連續的平滑的法面。
(2)由于沿著目標法面的進展方向水平地設置外部基準80，以此一外部基準為媒介在目標法面位置上繼續挖掘形成法面，所以，結果所形成的法面就能與外部基準80平行地形成。因此，通過調整外部基準80的設置方向，能針對地形自由地設定、形成法面的方向。例如，在前述沿著河流在彎曲的堤壩上形成法面的場合，通過與堤壩的曲線一致地砸進樁子80a，拉緊水平細線(外部基準)80，能與水平細線80平行地設定目標法面，能容易地與堤壩的曲線一致地形成彎曲的法面。
(3)由于把前部基準70設定于作為實際地作用于地面的構件的鏟斗前端，根據當此一前部基準70與外部基準80相一致而按壓外部基準設定開關71時的前部裝置1A的位置與姿勢，來設定以車體1B為基準的目標法面，所以在此一目標法面的設定之際，在目標法面設定運算與挖掘控制運算中，車體1B的制造公差，前部基準70、角度傳感器8a～8c等的精度、安裝公差的誤差的影響能彼此抵銷。因此，在挖掘控制之際運算鏟斗1c前端的位置時，與在設置于車體上的傳感器中探測基準光的先有技術方法相比，上述公差或精度的誤差的影響變小，能減小與所設定的目標法面之差地按照設定正確地挖掘。
現在，進一步說明這一點。在日本特開平3-295933號公報中所述的先有技術中，如前所述靠基準光來進行車體高度的修正。當進行挖掘時，修正車體高度，控制成把鏟斗前端移動到由車體中心所設定的垂直距離hs。此時，控制裝置用儲存于存儲裝置的動臂、斗桿、鏟斗的尺寸L1、L2、L3和由角度傳感器所檢測的各前部構件的角度α、β、γ來進行控制運算，以便鏟斗前端成為hs的位置。但是，在實際的前部構件上存在著制造誤差，例如動臂成為L1+εL1的尺寸，斗桿成為L2+εL2的尺寸，鏟斗成為L3+εL3的尺寸。此外，由傳感器所檢測的角度α、β、γ，相對于實際角度α′、β′、γ′，由于傳感器安裝誤差、傳感器本身的檢測誤差等而含有εα、εβ、εγ的誤差。因此，盡管控制裝置打算把鏟斗前端控制于hs(L1,L2,L3,α(hs),β(hs),γ(hs))實際上卻成了hs′(L1′,L′,L3′,α′(hs),β′(hs),γ′(hs))=hs′(L1+εL1,L2+εL2,L3+εL3,α(hs)+εα,β(hs)+εβ,γ(hs)+εγ)(6)的位置。
式中，L1,L2,L3設計值α,β,γ檢測值L1′L2′L3′α′,β′,γ′實際值εL1,εL2,εL3,εα,εβ,εγ誤差此外，L1′=L1+εL1L2′=L2+εL2L3′=L3+εL3α=α′+εαβ=β′+εβγ=γ′+εγ其中，α(hs),β(hs),γ(hs),α′(hs),β′(hs),γ′(hs)是前部裝置采取垂直距離hs檢測的姿勢時的角度的檢測值和實際值。
例如，如果令目標的動臂角為30°，則控制裝置把前部裝置控制成檢測值α(hs)=30°。此時，在檢測值α與實際角度α′間包含εα=0.5°的誤差的場合，實際上控制成α′=30.5°的位置。
另一方面，在本實施例中，由于把前部基準70設在前部裝置(鏟斗前端)上，所以前部基準70與外部基準80相一致時的位置hf(hfx,hfy)在控制單元9的內部被理解為用hf(L1,L2,L3,α(hf),β(hf),γ(hf))所運算的位置。此時的實際的前部基準70處于hf′(L1′,L2′,L3′,α′(hf),β′(hf),γ′(hf))θf′)=hf′(L1+εL1,L2+εL2,L3+εL3,α(hf)+εα,β(hf)+εβ,γ(hf)+εγ)(12)的位置。這時的鏟斗前端的位置也相同。
式中，α(hf),β(hf),γ(hf)前部裝置采取hf檢測姿勢時的角度的檢測值α′(hf),β′(hf),γ′(hf)前部裝置采取hf檢測姿勢時的角度的實際值此時，由于前部基準70處于實際的外部基準80的位置，所以控制單元9以包含誤差的形式檢測出實際的外部基準80的位置。如果把此一hf用于區域限制挖掘控制，則由于控制單元9內的檢測位置hf與實際位置hf′的誤差包含著與檢測hf時相同的誤差，所以實際上彼此抵消，與實際的hf′位置相一致。
例如，如果令當檢測外部基準80時實際的動臂角α′=30°，由傳感器8a得到的檢測值中含有εα=0.5°的誤差，則以α=29.5°被檢測。如果用此一檢測值εα=29.5°，則由于實際上與α′=30°的位置，即外部基準80的實際位置相一致，所以誤差彼此抵消。
接著，如果在進行區域限制挖掘控制時以用此一hf所修正的hs(hsx,hsy)為目標來控制鏟斗前端位置，則至少hf中內在的誤差如上所述如果從實際的外部基準來考慮則彼此抵消，剩下的就是從檢測hf時的姿勢到把鏟斗前端移動到hs的傳感器的誤差引起的。此時實際上鏟斗前端處于hs′(L1′,L2′,L3′,α′(hs),β′(hs),γ′(hs))=hs′(L1+εL1,L2+εL2,L3+εL3,α(hs)+εα(hs),β(hs)+εβ(hs),γ(hs)+εγ(hs))(13)式中，α(hs),β(hs),γ(hs)前部裝置采取hs的控制姿勢時的角度的檢測值α′(hs),β′(hs),γ′(hs)前部裝置采取hs的控制姿勢時的角度的實際值此時，在本實施例中，由于按照式(12)hf檢測時的位置處于外部基準80的實際位置，所以與先有技術不同，從hf檢測時到把姿勢控制到hs時的偏差α(hs)-α(hf),β(hs)-β(hf),γ(hs)-γ(hf)引起的誤差，Δεα=εα(hs)-εα(hf)(14)Δεβ=εβ(hs)-εβ(hf)(15)Δεγ=εγ(hs)-εγ(hf)(16)與實際進行區域限制挖掘控制時的誤差有關，成為輕微的。
此外，在本實施例中，把前部基準70配備在前部裝置1A上，可以極力減小外部基準位置設定時與挖掘時的姿勢變化，在此一場合，與式(14)～(16)有關的誤差進一步減小。
再者，在下文述及的直接示教的場合，由于設定hr(hrx,hry)時的誤差也能夠在設定時接收，能在控制時操作，所以能進行更準確的挖掘控制。
(4)在日本特開平3-295 933號公報中所述的先有技術中，配備在車體上的基準光探測器必須處于能探測基準光的寬范圍內。在本實施例中，由于操作前部裝置1A而使前部基準70與外部基準80相一致，按壓外部基準設定開關71來設定，所以配備在前部裝置1A上的前部基準70可以是鏟斗齒尖或箭頭鋼板等小型的簡單構件，不需要龐大復雜的傳感器即能修正車體的移動。
同樣，由于操作前部裝置1A而使前部基準70與外部基準80相一致，按壓外部基準設定開關71來設定，所以如果考慮到前部裝置1A的很寬的可動范圍，則能在很寬的范圍內修正車體的移動。
(5)在日本特開平3-295 933號公報中所述的先有技術中，如上所述那樣配備在車體上的基準光探測器必須處于能探測基準光的寬范圍內，如果考慮到基準光探測器的大小則成為很大的制約。在本實施例中，由于前部基準70被設定在前部裝置1A、特別是鏟斗齒尖上，所以如果考慮到前部裝置的很寬的可動范圍，則外部基準80的設定場所不受很大的制約。這一點有以下優點，即例如如圖8中所示，在與車體1B同樣高度的地面上沒有適當的外部基準的設置場所的場合，能在像溝中那樣比車體低的場所設置外部基準80，等。此外，借此能根據前面的誤差問題把外部基準80設置成減小與外部基準相對位時的姿勢與挖掘時的姿勢之間的變化，從而能提高挖掘的精度。
(6)由于在車體的外部沿著目標法面的進展方向水平地設置外部基準80，所以一經設置就沒有必要改變其位置，即使車體移動也能作為目標法面的基準而繼續使用。
(7)由于每當車體移動時就通過用外部基準來修正伴隨車體移動的偏移，所以能省掉測量此一偏移，而中斷挖掘控制并重新設定等操作者的麻煩和時間。
用圖15和圖16來說明本發明的第2實施例。本實施例是通過直接示教來進行第1實施例的第1設定機構100(參照圖9)中的外部基準80與目標法面的位置關系的設定的。但是，目標法面角度靠設定器7來設定輸入。
也就是說，在第1實施例中，在第1設定機構100中，使用設定器7的升降按鈕7a、7b(參見圖3)來設定從外部基準80到目標法面上的基準點Ps的垂直距離hry和水平距離hrx。在本實施例中，靠操作者對操作手柄的操作使鏟斗1c的前端如圖15中雙點劃線所示運動到擬設定位置，通過直接示教該場所來設定垂直距離hry或水平距離hrx。
圖16中表示通過目標法面的直接示教的設定方法的處理流程。圖中，由虛線所包圍的部分①、②表示液壓挖掘機的操作者必須進行的操作。
首先，操作者如圖16的①中所示，對操作手柄進行操作，使前部裝置1A運動，以便使鏟斗1c的前端到達目標法面的基準點Ps。鏟斗1c的前端一到達基準點Pc，操作者就按壓設定器7的區域設定開關7f(參照圖3)。
在控制單元9(參照圖1)中，在處理190中判定區域設定開關7f是否已被按壓，在未被按壓的場合繼續處理190。區域設定開關7f一被按壓就移到處理191。
在處理191中，根據此時的前部裝置1A的姿勢，來運算從車體中心O到鏟斗1c前端的垂直距離hsy、水平距離hsx。
接著，操作者如圖16的②中所示，對操作手柄再次進行操作，使前部裝置1A運動，以便使前部基準70(鏟斗齒尖)與外部基準80相一致。
控制單元在其間在處理192中，繼續對外部基準設定開關71是否已被按壓的判定。這里，如果前部基準70與外部基準80相一致，外部基準設定開關71被操作者按壓，則移到處理193。
在處理193中，根據此時的前部裝置1A的姿勢，來運算從車體中心O到前部基準70的垂直距離hfy、水平距離hfx。
接著，在處理194中，通過hry=hsy-hfy(12)hrx=hsx-hfx(12)的運算來求出從外部基準80到目標法面上的基準點的垂直距離hry和水平距離hrx。
最后，在處理195中，儲存如上述所求出的垂直距離hry、水平距離hrx和在操作器7中所輸入的角度θr，結束設定。
根據本實施例，由于通過直接示教來設定目標法面，所以能針對作業情況正確地設定想要的目標法面。
用圖18和圖19來說明本發明的第3實施例。
在第2實施例中，在圖9中所示的第1設定機構100中，靠操作者對操作手柄的操作使鏟斗1c的前端運動到目標法面的基準點，通過直接示教該場所來設定基準點的垂直距離hry或水平距離hrx，目標法面的角度靠在設定器7中所輸入的角度來設定。在本實施例中，如圖17中所示通過直接示教目標法面上的兩個點Ps1、Ps2而連目標法面的角度θr也靠直接示教來設定。
也就是說，如圖17中所示，在靠手動挖掘了最初的法面之后，把鏟斗前端置于法面上的Ps1、Ps2兩點，在各點處按壓區域設定開關7f。在控制單元中，在圖18中所示的處理200～203中計算并儲存它們的位置(坐標Xps1,Yps1)、(坐標Xps2,Yps2)。然后，在處理203中，從Ps1(坐標Xps1,Yps1)、Ps2(坐標Xps2,Yps2)的值求出XbYb坐標中的邊界表達式Y=aX+b式中，a=(Yps1-Yps2)/(Xps1-Xps2)
b=(Yps1(Xps1-Xps2)-Xps1(Yps1-Yps2))/(Xps1-Xps2)。
于是，與前面所示的靠設定器7來進行水平距離、垂直距離、角度的設定時相同，用水平距離Xps1、垂直距離Yps1、角度θr=tan-1(a)來設定目標法面。也就是說，關于外部基準80，進行與前面在設定器7中設定角度的場合相同的處理205～207，來計算從外部基準80到點Ps1的水平距離hrx、垂直距離hry。此一水平距離hrx、垂直距離hry和上述的角度θr=tan-1(a)在處理208中被儲存，結束設定。
產業上的利用可能性根據本發明，能取得以下效果。
(1)即使車體與已經設立的斜面的位置關系由于車體的橫向移動而發生變化，也能挖掘形成沒有凸凹不平的連續的平滑的法面。
(2)通過調整外部基準的設置方向，能針對地形自由地設定擬形成法面的方向。
(3)挖掘時，與用設置在車體上的傳感器來探測基準光的方法相比，不易受車體的制造公差或傳感器等的精度、安裝公差的誤差的影響，能減小與所設定的目標法面之差地進行挖掘。
(3)由于前部基準可以是像箭頭標記這樣小型的簡單構件，所以不需要龐大復雜的光傳感器即能修正車體的移動。
(4)如果考慮到設置了前部基準的前部裝置的很寬的可動范圍，則能在很寬的范圍內修正車體的移動。
(5)由于通過直接示教來進行第1設定機構的設定，所以能針對作業情況正確地設定想要的目標法面。
權利要求
1．一種液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置，是備有構成多關節的前部裝置(1A)的可沿上下方向轉動的多個前部構件(1a、1b、1c)，以及支撐所述前部裝置的車體(1B)的液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置，帶有設定擬由所述前部裝置來挖掘的目標挖掘面的挖掘面設定機構，進行區域限制挖掘控制，以便所述前部裝置一接近所述目標挖掘面前部裝置就沿目標挖掘面運動，從而挖掘目標挖掘面位置，其特征在于，所述挖掘面設定機構備有(a)配備在所述前部裝置(1A)上，成為使所述前部裝置與沿著目標法面的進展方向設置的外部基準(80)相一致的目標的前部基準(70)；(b)檢測與所述前部裝置的位置與姿勢有關的狀態量的檢測機構(8a、8b、8c、8d)；(c)根據所述檢測機構的信號來運算以所述車體(1B)為基準的前部裝置的位置與姿勢的第1運算機構(120、9b)；(d)設定所述外部基準與所述目標法面的位置關系的第1設定機構(100、7、9a)；(e)當所述前部基準與所述外部基準一致時被操作的外部基準設定開關(71)；(f)根據所述外部基準設定開關被操作時的在所述第1運算機構中所運算的所述前部裝置的位置與姿勢的信息來運算所述車體與所述外部基準的位置關系，從此一車體與外部基準的位置關系和在所述第1設定機構中所設定的外部基準與目標法面的位置關系，來運算所述車體與目標法面的位置關系的第2運算機構(140、9m)；以及(g)根據在所述第2運算機構中所運算的車體與目標法面的位置關系，按以車體為基準的位置關系來設定所述目標法面，作為所述目標挖掘面的第2設定機構(160、9n)。
2．權利要求1所述的液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置，其特征在于，其中所述第1設定機構(100、7、9a)，是設定從所述外部基準到目標法面上的基準點(Ps)的垂直方向的距離(hry)和水平方向的距離(hrx)，以及目標法面的角度信息(θr)，作為所述外部基準(80)與目標法面的位置關系的機構。
3．權利要求1所述的液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置，其特征在于，其中所述第1設定機構(100、7、9a)，是根據由設定器(7)所輸入的數據來設定所述外部基準(80)與目標法面的位置關系的機構。
4．權利要求1所述的液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置，其特征在于，其中所述第1設定機構(100、7、9a)包括根據在所述第1運算機構(120、9b)中所運算的所述前部裝置(1A)的位置與姿勢的信息，來運算當使所述前部裝置的前端與目標法面上的基準點(Ps)相一致時的所述前部裝置的前端的位置的機構(190、191)，根據在所述第1運算機構中所運算的所述前部裝置的位置與姿勢的信息，來運算當使所述前部基準(70)與所述外部基準(80)相一致時的所述前部基準的位置的機構(192、193)，從所述前部裝置的前端位置與所述前部基準的位置來運算所述外部基準與目標法面上的基準點的位置關系的機構(194)，以及儲存此一運算中所求出的位置關系和由設定器所輸入的角度數據的機構(195)。
5．權利要求1所述的液壓挖掘機的法面挖掘控制裝置，其特征在于，其中所述第1設定機構(100、7、9a)包括根據在所述第1運算機構(120、9b)中所運算的所述前部裝置(1A)的位置與姿勢的信息，來運算當使所述前部裝置的前端與目標法面上的第1基準點(Ps1)相一致時的所述前部裝置的前端的位置，及當使所述前部裝置的前端與目標法面上的第2基準點(Ps2)相一致時的所述前部裝置的前端的位置的機構(200～203)，從在所述第1和第2基準點處的所述前部裝置的前端位置來運算目標法面的角度信息的機構(204)，根據在所述第1運算機構中所運算的所述前部裝置的位置與姿勢的信息，來運算當使所述前部基準(70)與所述外部基準(80)相一致時的所述前部基準的位置的機構(205、206)，從所述前部裝置的前端位置與所述前部基準的位置來運算所述外部基準與目標法面上的第1和第2基準點中任何一方的位置關系的機構(207)，以及儲存此一運算中所求出的位置關系和所述角度信息的機構(208)。
6．一種液壓挖掘機的目標法面設定裝置，備有構成多關節式前部裝置(1A)的可沿上下方向轉動的多個前部構件(1a、1b、1c)，以及支撐所述前部裝置的車體(1B)，并進行區域限制挖掘控制，以便所述前部裝置一接近預先設定的目標挖掘面前部裝置就沿該目標挖掘面運動，從而挖掘目標挖掘面位置，其特征在于，其中備有(a)沿著目標法面的進展方向設置的外部基準(80)；(b)配備在所述前部裝置(1A)上，成為使所述前部裝置與所述外部基準相一致的目標的前部基準(70)；(c)檢測與所述前部裝置的位置與姿勢有關的狀態量的檢測機構(8a、8b、8c、8d)；(d)根據所述檢測機構的信號來運算以所述車體(1B)為基準的前部裝置的位置與姿勢的第1運算機構(120、9b)；(e)設定所述外部基準與所述目標法面的位置關系的第1設定機構(100、7、9a)；(f)當所述前部基準與所述外部基準相一致時被操作的外部基準設定開關(71)；(g)根據所述外部基準設定開關被操作時的在所述第1運算機構中所運算的所述前部裝置的位置與姿勢的信息來運算所述車體與所述外部基準的位置關系，從此一車體與外部基準的位置關系和在所述第1設定機構中所設定的外部基準與目標法面的位置關系，來運算所述車體與目標法面的位置關系的第2運算機構(140、9m)；以及(h)根據在所述第2運算機構中所運算的車體與目標法面的位置關系，按以車體為基準的位置關系來設定所述目標法面，作為所述目標挖掘面的第2設定機構(160、9n)。
7．權利要求6所述的液壓挖掘機的目標法面設定裝置，其特征在于，其中所述外部基準，是沿著目標法面的進展方向拉緊的水平細線(80)。
8．權利要求6的液壓挖掘機的目標法面設定裝置，其特征在于，其中所述外部基準，是沿著目標法面的進展方向并排設置的多個樁子(81)。
9．權利要求6的液壓挖掘機的目標法面設定裝置，其特征在于，其中所述外部基準，是沿著目標法面的進展方向投射的激光(84)。
10．一種法面挖掘形成方法，該方法使用備有構成多關節式前部裝置(1A)的可沿上下方向轉動的多個前部構件(1a、1b、1c)，以及支撐所述前部裝置的車體(1B)，進行范圍限制挖掘控制，以便所述前部裝置一接近預先設定的目標挖掘面前部裝置就沿該目標挖掘面運動，從而挖掘目標挖掘面位置的液壓挖掘機，其特征在于，其中(a)沿著目標法面的進展方向設置外部基準(80)；(b)設定所述外部基準與所述目標法面的位置關系；(c)使設在所述前部裝置(1A)上的前部基準(70)與所述外部基準相一致，來運算所述車體(1B)與所述外部基準(80)的位置關系，從此一車體與外部基準的位置關系和所述外部基準與目標法面的位置關系，來運算所述車體與目標法面的位置關系，根據此一車體與目標法面的位置關系，按以車體為基準的位置關系來設定所述目標法面，作為所述目標挖掘面；(d)在液壓挖掘機的當前車體位置處，通過所述區域限制挖掘控制，在所述目標法面位置上挖掘形成斜面；(e)使液壓挖掘機的車體相對于在所述(d)中所挖掘的斜面橫向移動；(f)在沿橫向移動后的車體位置處，實施與上述(c)和(d)相同的步驟；以及(g)反復實施上述(e)和(f)的步驟。
11．權利要求10所述的法面挖掘形成方法，其特征在于，其中所述液壓挖掘機的車體(1B)帶有支撐前部裝置(1A)的上部回轉體(1d)，和可以回轉地搭載該上部回轉體的下部行走體(1e)，在所述(d)的斜面挖掘形成之際，以使所述下部行走體與所述目標法面的進展方向相平行的姿勢來進行挖掘形成，在所述(e)的車體橫向移動之際，使所述下部行走體以與所述(d)相同的姿勢行走，借此進行橫向移動。
12．權利要求10所述的法面挖掘形成方法，其特征在于，其中所述液壓挖掘機的車體(1B)帶有支撐前部裝置(1A)的上部回轉體(1d)，和可以回轉地搭載該上部回轉體的下部行走體(1e)，在所述(d)的斜面挖掘形成之際，以使所述下部行走體與所述目標法面的進展方向相交叉的姿勢來進行挖掘形成，在所述(e)的車體橫向移動之際，使所述下部行走體以與所述(d)相同的姿勢反復前進和后退以便進行寬度方向移動，借此進行橫向移動。
13．權利要求10所述的法面挖掘形成方法，其特征在于，其中在所述(a)的外部基準(80)的設置之際，在所述目標法面沿進展方向彎曲的場合，外部基準(80)也沿著該彎曲的目標法面的進展方向彎曲地設置。
全文摘要
沿著目標法面的進展方向水平方向地設置外部基準80,借助于操作器7來設定從外部基準到目標法面上的基準點的垂直距離hry、水平距離hrx、目標法面的角度θr。如果使設在鏟斗前端的前部基準70與外部基準相一致并按壓外部基準設定開關71,則控制單元9運算從車體中心O到外部基準的垂直距離hfy、水平距離hfx,以這些作為修正值來運算目標法面的基準點相對于車體中心O的垂直距離hsy、水平距離hsx,根據此一值和在設定器中所輸入的角度來設定以車體1B為基準的目標法面,據以進行區域限制挖掘控制。借此,即使車體與已經設立的斜面的位置關系由于車體的橫向移動而發生變化,也能沒有凸凹不平地挖掘形成法面。
文檔編號E02F9/26GK1216080SQ98800123
公開日1999年5月5日 申請日期1998年2月12日 優先權日1997年2月13日
發明者渡邊洋, 藤島一雄, 羽賀正和 申請人:日立建機株式會社