建筑機械的控制系統、建筑機械及建筑機械的控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及建筑機械的控制系統、建筑機械及建筑機械的控制方法。
【背景技術】
[0002] 液壓挖掘機那樣的建筑機械具備包含動臂、斗桿、伊斗的工作裝置。在建筑機械的 控制中，已知有專利文獻1及專利文獻2公開那樣的、基于作為挖掘對象的目標形狀的目標 挖掘地形而使伊斗移動的限制挖掘控制。
[0003] 在先技術文獻
[0004] 專利文獻 陽0化]專利文獻1 :國際公開第2012/127914號
[0006] 專利文獻2 :國際公開第2012/127913號
【發明內容】
[0007] 發明要解決的課題
[000引在建筑機械中，已知有能夠傾轉的傾轉式伊斗。傾轉式伊斗利用使伊斗相對于斗 桿傾轉的傾轉用促動器進行傾斜。在傾轉式伊斗中，使用傾轉角度傳感器來獲取伊斗的傾 轉角度數據。伊斗不僅受傾轉用促動器的驅動，還由于動臂及斗桿的至少一方的上升動作 或下降動作而相對于水平面傾斜。因此，由于動臂及斗桿的至少一方的上升動作或下降動 作，傾轉角度傳感器可能難W獲取基于傾轉用促動器的驅動的傾轉角度數據。其結果是，挖 掘精度下降，存在無法執行所期望的施工的可能性。
[0009] 本發明的方案的目的在于提供一種即使在使用傾轉式伊斗的情況下也能夠抑制 挖掘精度的下降的建筑機械的控制系統、建筑機械及建筑機械的控制方法。
[0010] 用于解決課題的方案
[0011] 本發明的第一方案提供一種建筑機械的控制系統，該建筑機械具備包括動臂、斗 桿及伊斗的工作裝置，所述動臂能夠W動臂軸為中屯、而相對于車輛主體旋轉，所述斗桿能 夠W與所述動臂軸平行的斗桿軸為中屯、而相對于所述動臂旋轉，所述伊斗能夠分別W與所 述斗桿軸平行的伊斗軸及與所述伊斗軸正交的傾轉軸為中屯、而相對于所述斗桿旋轉，在所 述建筑機械的控制系統中，具備：傾轉角度傳感器，其設于所述伊斗上，能夠檢測相對于水 平面的傾斜角度，并且檢測至少包括所述伊斗的W所述傾轉軸為中屯、的旋轉角度在內的傾 轉角度數據；數據獲取部，從所述傾轉角度傳感器向該數據獲取部輸出所述傾轉角度數據； 數據固定部，其基于固定指令使輸出至所述數據獲取部的所述傾轉角度數據成為固定數 據；工作裝置控制部，其基于所述固定數據控制所述工作裝置直到所述固定指令解除。
[0012] W本發明的第一方案為基礎，優選的是，該建筑機械的控制系統具備：第一獲取 部，其獲取包括所述動臂的尺寸、所述斗桿的尺寸及所述伊斗的尺寸的尺寸數據；第二獲取 部，其獲取目標挖掘地形數據，該目標挖掘地形數據表示作為挖掘對象的目標形狀的目標 挖掘地形；第=獲取部，其獲取工作裝置角度數據，該工作裝置角度數據包括表示所述動臂 的W所述動臂軸為中屯、的旋轉角度的動臂角度數據、表示所述斗桿的W所述斗桿軸為中屯、 的旋轉角度的斗桿角度數據及表示所述伊斗的W所述伊斗軸為中屯、的旋轉角度的伊斗角 度數據；運算部，其基于所述工作裝置角度數據、所述尺寸數據及所述固定數據來求出表示 所述伊斗的當前位置的伊斗位置數據，所述工作裝置控制部基于所述目標挖掘地形數據和 所述伊斗位置數據，根據所述目標挖掘地形與所述伊斗之間的距離來決定限制速度，W使 所述工作裝置向所述目標挖掘地形接近的方向的速度成為所述限制速度W下的方式執行 限制挖掘控制，所述固定指令W下述方式向所述數據固定部輸出：使得在進行所述限制挖 掘控制的期間的至少一部分期間基于所述固定數據來控制所述工作裝置。
[0013]W本發明的第一方案為基礎，優選的是，所述固定指令在所述限制挖掘控制的開 始時向所述數據固定部輸出，在所述限制挖掘控制的結束時解除。
[0014]W本發明的第一方案為基礎，優選的是，該建筑機械的控制系統具有驅動禁止部， 該驅動禁止部在所述限制挖掘控制中禁止所述伊斗的驅動。
[0015]W本發明的第一方案為基礎，優選的是，該建筑機械的控制系統具備操作裝置，該 操作裝置輸出用于操作能夠驅動伊斗的液壓缸的操作信號，所述驅動禁止部將從所述操作 裝置輸出的操作信號無效化。
[0016]W本發明的第一方案為基礎，優選的是，該建筑機械的控制系統具備第四獲取部， 該第四獲取部獲取所述伊斗的外形數據，所述目標挖掘地形數據是表示作為與所述伊斗軸 正交的工作裝置動作平面上的挖掘對象的二維目標形狀的設計地形的二維設計地形數據， 所述運算部基于所述工作裝置角度數據、所述尺寸數據、所述外形數據及固定數據，求出包 括所述伊斗位置數據在內的、表示所述工作裝置動作平面上的所述伊斗的外形的二維伊斗 數據，所述工作裝置控制部基于所述二維伊斗數據控制所述工作裝置。
[0017]W本發明的第一方案為基礎，優選的是，所述運算部基于所述二維伊斗數據、表示 所述車輛主體的當前位置的車輛主體位置數據及表示所述車輛主體的姿態的車輛主體姿 態數據來求出所述目標挖掘地形與所述伊斗的相對位置。
[0018] 本發明的第二方案提供一種建筑機械，其具備：下部行駛體；上部回轉體，其支承 于所述下部行駛體；工作裝置，其包含動臂、斗桿和伊斗，支承于所述上部回轉體；第一方 案的控制系統。
[0019] 本發明的第=方案提供一種建筑機械的控制方法，該建筑機械具備包括動臂、斗 桿及伊斗的工作裝置，所述動臂能夠W動臂軸為中屯、而相對于車輛主體旋轉，所述斗桿能 夠W與所述動臂軸平行的斗桿軸為中屯、而相對于所述動臂旋轉，所述伊斗能夠分別W與所 述斗桿軸平行的伊斗軸及與所述伊斗軸正交的傾轉軸為中屯、而相對于所述斗桿旋轉，在所 述建筑機械的控制方法中，包括下述步驟：利用配置于所述伊斗上且能夠檢測相對于水平 面的傾斜角度的傾轉角度傳感器檢測表示所述伊斗的W所述傾轉軸為中屯、的旋轉角度的 傾轉角度數據；獲取從所述傾轉角度傳感器輸出的所述傾轉角度數據；基于固定指令將所 述傾轉角度數據固定化而生成固定數據；基于所述固定數據控制所述工作裝置直到所述固 定指令解除。
[0020] 發明效果
[0021] 根據本發明的方案，能抑制挖掘精度的下降。
【附圖說明】
[0022] 圖1是表示建筑機械的一例的立體圖。
[0023] 圖2是表示伊斗的一例的側剖視圖。
[0024] 圖3是表示伊斗的一例的主視圖。
[0025] 圖4是示意性地表示建筑機械的一例的側視圖。
[00%] 圖5是示意性地表示建筑機械的一例的后視圖。
[0027] 圖6是示意性地表示建筑機械的一例的俯視圖。
[0028] 圖7是示意性地表示伊斗的一例的側視圖。
[0029] 圖8是示意性地表示伊斗的一例的主視圖。
[0030] 圖9是表示控制系統的一例的框圖。
[0031] 圖10是表不液壓缸的一例的圖。
[0032] 圖11是表示行程傳感器的一例的圖。
[0033] 圖12是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0034] 圖13是表示液壓系統的一例的圖。
[0035] 圖14是表不液壓系統的一例的圖。
[0036] 圖15是表示液壓系統的一例的圖。
[0037] 圖16是表示建筑機械的控制方法的一例的流程圖。 陽03引圖17A是表示控制系統的一例的功能框圖。
[0039] 圖17B是表示控制系統的一例的功能框圖。
[0040] 圖18是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0041] 圖19是示意性地表示伊斗的一例的圖。
[0042] 圖20是示意性地表示伊斗的一例的圖。
[0043] 圖21是示意性地表示伊斗的一例的圖。
[0044] 圖22是示意性地表示伊斗的一例的圖。
[0045] 圖23是示意性地表示工作裝置的一例的圖。
[0046] 圖24是示意性地表示伊斗的一例的圖。
[0047] 圖25是用于說明建筑機械的控制方法的一例的示意圖。
[0048] 圖26是表不限制挖掘巧制的一例的流程圖。 W例圖27是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0050] 圖28是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0051] 圖29是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0052] 圖30是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0053] 圖31是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0054] 圖32是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[00W] 圖33是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0056] 圖34是用于說明限制挖掘控制的一例的圖。
[0057] 圖35是用于說明建筑機械的控制方法的一例的示意圖。
[0058] 圖36是表示傾轉角度傳感器的一例的示意圖。
[0059] 圖37是表不液壓系統的一例的圖。
[0060] 圖38是表示顯示部的一例的圖。
【具體實施方式】
[0061] W下，參照附圖，說明本發明的實施方式，但本發明并不限定于此。W下說明的各 實施方式的構成要素可W適當組合。而且，也存在不使用一部分構成要素的情況。
[0062] 在W下的說明中，分別設定全局坐標系及局部坐標系，參照運些坐標系，說明各部 分的位置關系。全局坐標系是W固定于地球的原點PH參照圖4)為基準的坐標系。局部 坐標系是W固定于建筑機械CM的車輛主體1上的原點PO(參照圖4)為基準的坐標系。局 部坐標系也可W稱為車輛主體坐標系。
[0063] 在W下的說明中，全局坐標系由X巧拉g正交坐標系表示。如后述那樣，全局坐標 系的基準位置（原點）Pg位于作業區域。將水平面內的一方向設為Xg軸方向，將在水平面 內與Xg軸方向正交的方向設為Yg軸方向，將與Xg軸方向及Yg軸方向分別正交的方向設 為Zg軸方向。而且，將繞Xg軸、Yg軸及Zg軸的旋轉（傾斜）方向分別設為0Xg、0Yg及 0Zg方向。Xg軸與YgZg平面正交。Yg軸與XgZg平面正交。Zg軸與X^g平面正交。X^g 平面與水平面平行。Zg軸方向為鉛垂方向。 W64] 在W下的說明中，局部坐標系由XYZ正交坐標系表示。如后述那樣，局部坐標系的 基準位置（原點）P〇位于回轉體3的回轉中屯、AX。將某一平面內的一方向設為X軸方向， 將在該平面內與X軸方向正交的方向設為Y軸方向，將與X軸方向及Y軸方向分別正交的 方向設為Z軸方向。而且，將繞X軸、Y軸及Z軸的旋轉（傾斜）方向分別設為0X、0Y及 0Z方向。X軸與YZ平面正交。Y軸與XZ平面正交。Z軸與XY平面正交。 陽0化][液壓挖掘機的整體結構]
[0066] 圖1是表示本實施方式的建筑機械CM的一例的立體圖。在本實施方式中，說明建 筑機械CM是具備通過液壓而工作的工作裝置2的液壓挖掘機CM的例子。
[0067] 如圖1所示，液壓挖掘機CM具備車輛主體1和工作裝置2。如后述那樣，在液壓挖 掘機CM上搭載有執行挖掘控制的控制系統200。
[0068] 車輛主體1具有回轉體3、駕駛室4和行駛裝置5。回轉體3配置在行駛裝置5之 上。行駛裝置5對回轉體3進行支承。也可W將回轉體3稱為上部回轉體3。也可W將行 駛裝置5稱為下部行駛體5。回轉體3能夠W回轉軸AX為中屯、回轉。在駕駛室4設有供操 作員就座的駕駛席4S。操作員在駕駛室4中對液壓挖掘機CM進行操作。行駛裝置5具有 一對履帶5化。通過履帶5化的旋轉，從而液壓挖掘機CM行駛。需要說明的是，行駛裝置5 也可W包含車輪（輪胎）。
[0069] 在本實施方式中，W駕駛席4S為基準來說明各部分的位置關系。前后方向是指W 駕駛席4S為基準的前后方向。左右方向是指W駕駛席4S為基準的左右方向。左右方向與 車寬方向一致。駕駛席4S正對于正面的方向為前方，與前方相對的方向為后方。駕駛席4S 正對于正面時的側方向的右側、左側分別為右方、左方。在本實施方式中，前后方向為X軸 方向，左右方向為Y軸方向。駕駛席4S正對于正面的方向為前方（巧方向），前方的相反 方向為后方（-X方向）。駕駛席4S正對于正面時的車寬方向的一側的方向為右方（巧方 向），車寬方向的另一側的方向為左方（-Y方向）。
[0070] 回轉體3具有收容發動機的發動機室9和在回轉體3的后部設置的平衡重。在回 轉體3中，在發動機室9的前方設有扶手19。在發動機室9配置有發動機及液壓累等。
[0071] 工作裝置2與回轉體3連接。工作裝置2具有：經由動臂銷13而與回轉體3連接 的動臂6 ;經由斗桿銷14而與動臂6連接的斗桿7 ;經由伊斗銷15及傾轉銷80而與斗桿 7連接的伊斗8 ;驅動動臂6的動臂油缸10 ;驅動斗桿7的斗桿油缸11 ;驅動伊斗8的伊斗 油缸12及傾轉油缸30。動臂6的基端部（動臂底部）與回轉體3連接。動臂6的前端部 (動臂頂部）與斗桿7的基端部（斗桿底部）連接。斗桿7的前端部（斗桿頂部）與伊斗 8的基端部連接。動臂油缸10、斗桿油缸11、伊斗油缸12及傾轉油缸30分別是由工作油來 驅動的液壓缸。 陽0巧工作裝置2具有：配置于動臂油缸10、用于檢測動臂油缸10的行程長度（動臂油 缸長度）的第一行程傳感器16 ;配置于斗桿油缸11、用于檢測斗桿油缸11的行程長度（斗 桿油缸長度）的第二行程傳感器17 ;配置于伊斗油缸12、用于檢測伊斗油缸12的行程長度 (伊斗油缸長度）的第=行程傳感器18。
[0073] 動臂6能夠W作為旋轉軸的動臂軸Jl為中屯、相對于回轉體3旋轉。斗桿7能夠W 與動臂軸Jl平行的作為旋轉軸的斗桿軸J2為中屯、相對于動臂6旋轉。伊斗8能夠W與動 臂軸Jl及斗桿軸J2平行的作為旋轉軸的伊斗軸J3為中屯、相對于斗桿7旋轉。伊斗8能 夠W與伊斗軸J3正交的作為旋轉軸的傾轉軸J4為中屯、相對于斗桿7旋轉。動臂銷13包 含動臂軸Jl。斗桿銷14包含斗桿軸J2。伊斗銷15包含伊斗軸J3。傾轉銷80包含傾轉軸 J4〇
[0074] 在本實施方式中，動臂軸J1、斗桿軸J2及伊斗軸J3分別與Y軸平行。動臂6、斗 桿7及伊斗8分別能夠沿0Y方向旋轉。在本實施方式中，XZ平面包含所謂的動臂6及斗 桿7的垂直轉動面。
[0075] 在W下的說明中，將動臂油缸10的行程長度適當稱為動臂油缸長度或動臂行程， 將斗桿油缸11的行程長度適當稱為斗桿油缸長度或斗桿行程，將伊斗油缸12的行程長度 適當稱為伊斗油缸長度或伊斗行程，將傾轉油缸30的行程長度適當稱為傾轉油缸長度。而 且，在W下的說明中，將動臂油缸長度、斗桿油缸長度、伊斗油缸長度及傾轉油缸長度適當 總稱為缸長度數據L。 陽076][伊斗]
[0077] 接著，說明本實施方式的伊斗8。圖2是表示本實施方式的伊斗8的一例的側剖視 圖。圖3是表示本實施方式的伊斗8的一例的主視圖。在本實施方式中，伊斗8是傾轉式 伊斗。
[0078] 如圖2及圖3所示，工作裝置2具有能夠分別W伊斗軸J3及與伊斗軸J3正交的 傾轉軸J4為中屯、而相對于斗桿7旋轉的伊斗8。伊斗8能夠W伊斗銷15 (伊斗軸J3)為中 屯、旋轉地支承于斗桿7。伊斗8能夠W傾轉銷80 (傾轉軸J4)為中屯、旋轉地支承于斗桿7。 伊斗軸J3與傾轉軸J4正交。伊斗8能夠分別W伊斗軸J3及與該伊斗軸J3正交的傾轉軸 J4為中屯、旋轉地支承于斗桿7。 陽079] 伊斗8經由連接構件（臺框）90而與斗桿7的前端部連接。伊斗銷15將斗桿7 與連接構件90連結。傾轉銷80將連接構件90與伊斗8連結。伊斗8經由連接構件90能 夠旋轉地與斗桿7連接。
[0080] 伊斗8包括底板81、背板82、上板83、側板84和側板85。通過底板81、上板83、 側板84和側板85來規定伊斗8的開口部86。
[0081] 伊斗8具有設于上板83的上部的托架87。托架87設置在上板83的前后位置。 托架87與連接構件90及傾轉銷80連結。
[0082] 連接構件90具有：板構件91 ;設于板構件91的上表面的托架92 ;設于板構件91 的下表面的托架93。托架92與斗桿7及后述的第二連桿銷95連結。托架93設置在托架 87的上部，并與傾轉銷80及托架87連結。
[0083] 伊斗銷15將連接構件90的托架92與斗桿7的前端部連結。傾轉銷80將連接構 件90的托架93與伊斗8的托架87連結。由此，連接構件90及伊斗8相對于斗桿7能夠 W伊斗軸J3為中屯、旋轉，伊斗8相對于連接構件90能夠W傾轉軸J4為中屯、旋轉。
[0084] 工作裝置2具有：經由第一連桿銷94P能夠旋轉地與斗桿7連接的第一連桿構件 94 ;經由第二連桿銷95P能夠旋轉地與托架92連接的第二連桿構件95。第一連桿構件94 的基端部經由第一連桿銷94P而與斗桿7連接。第二連桿構件95的基端部經由第二連桿 銷95P而與托架92連接。第一連桿構件94的前端部與第二連桿構件95的前端部經由伊 斗油缸頂部銷96而連結。
[00化]伊斗油缸12的前端部經由伊斗油缸頂部銷96能夠旋轉地與第一連桿構件94的 前端部及第二連桿構件95的前端部連接。當伊斗油缸12W伸縮的方式工作時，連接構件 90與伊斗8 -起W伊斗軸J3為中屯、旋轉。
[0086] 傾轉油缸30與設于連接構件90的托架97及設于伊斗8的托架88分別連接。傾 轉油缸30的桿經由銷而與托架97連接。傾轉油缸30的主體部經由銷而與托架88連接。 當伊斗油缸30W伸縮的方式工作時，伊斗8W傾轉軸J4為中屯、旋轉。
[0087] 運樣，伊斗8借助伊斗油缸12的工作而W伊斗軸J3為中屯、旋轉。伊斗8借助傾 轉油缸30的工作而W傾轉軸J4為中屯、旋轉。在本實施方式中，通過W伊斗軸J3為中屯、的 伊斗8的旋轉，從而傾轉銷80 (傾轉軸J4)與伊斗8 -起旋轉（傾斜）。
[0088] 在本實施方式中，工作裝置2具有傾轉角度傳感器70,該傾轉角度傳感器70檢測 表示W傾轉軸J4為中屯、的伊斗8的旋轉角度5的傾轉角度數據。傾轉角度傳感器70檢 測全局坐標系中的伊斗8相對于水平面的傾轉角度（旋轉角度）。傾轉角度傳感器70是 所謂兩軸的角度傳感器，檢測與后述的0Xg方向及0Yg方向運兩個方向相關的傾斜角度。 傾轉角度傳感器70設于伊斗8的至少一部分。全局坐標系中的傾轉角度基于傾斜傳感器 24的檢測結果而被轉換成局部坐標系中的傾轉角度5。
[0089] 需要說明的是，伊斗8并不限定于本實施方式。可W是任意地設定伊斗8的傾斜 角度（傾轉角度）的方法。傾斜角度的軸可W再增加1軸。
[0090] [液壓挖掘機的結構] 陽0川圖4是示意性地表示本實施方式的液壓挖掘機CM的側視圖。圖5是示意性地表 示本實施方式的液壓挖掘機CM的后視圖。圖6是示意性地表示本實施方式的液壓挖掘機 CM的俯視圖。
[0092] 在本實施方式中，將動臂軸Jl與斗桿軸J2之間的距離Ll作為動臂長度Ll。將斗 桿軸J2與伊斗軸J3之間的距離L2作為斗桿長度L2。將伊斗軸J3與伊斗8的