作业机械的制作方法

1.发明涉及液压挖掘机等作业机械。


背景技术：

2.已知一种控制系统，其在使用具备包括动臂、斗杆及铲斗的前作业装置的液压挖掘机(作业机械)进行施工时，使用预先准备的目标面的三维设计数据修正操作员操作而使前作业装置动作，以使铲斗沿着设计图中规定的目标面(设计面)移动，从而半自动地进行挖掘成形作业。
3.挖掘成形作业中存在以下作业：(1)“挖掘作业”，通过使动臂及斗杆的各缸自动协调动作而使铲斗齿尖沿着目标面移动，从而刮削地形；和(2)“平整作业”，以在保持铲斗底面相对于目标面大致平行的状态的同时使铲斗底面沿着目标面移动的方式，使铲斗、动臂及斗杆的各缸自动协调动作从而对地形进行形状整理。
4.另外，还存在“复位作业”，即，在一次挖掘成形作业完成之后，不使铲斗沿着目标面移动，根据操作员的操作取得下一次挖掘成形作业的开始姿势。
5.作为例子而列举专利文献1。
6.在专利文献1记载的作业机械(工程机械)中进行平整作业，即，基于从铲斗到目标面的最短距离、斗杆操作和铲斗操作，以使铲斗相对于目标面的姿势恒定的方式使斗杆和动臂自动协调动作，使铲斗底面沿着目标面移动。
7.具体而言，在由操作员进行了斗杆操作的情况下视为操作员打算进行平整作业，使铲斗液压缸、动臂液压缸和斗杆液压缸自动协调动作，进行自动地保持铲斗底面相对于目标面平行的状态的铲斗自动动作，并同时使铲斗沿着目标面移动，以执行平整作业。由此，操作员能够仅通过斗杆操作简单地进行平整作业。
8.但是，在由操作员进行铲斗操作的情况下、或从铲斗到目标面的最短距离比规定阈值(d1)大的情况下，不进行用于平整作业的自动保持铲斗姿势的铲斗自动动作。即，在操作员想要通过自己的操作来调整铲斗姿势的情况下、和使铲斗离开目标面进行复位作业的情况下，铲斗不会自动动作。
9.现有技术文献
10.专利文献
11.专利文献1：国际公布第2017/086488号


技术实现要素：

12.然而，在专利文献1所记载的作业机械中，根据复位作业完成时的铲斗的姿势，当向之后的平整作业转移时，有可能会损害作业效率或操作性。
13.在进行平整作业的情况下，通常铲斗的姿势如图12的(a)所示成为铲斗底面相对于目标面接近平行的姿势。另一方面，在复位作业时不太关注铲斗的姿势。因此，当复位作业结束时，有时会取得例如如图12的(b)所示连结铲斗转动轴与铲斗齿尖的线相对于目标
面垂直的姿势。
14.在以图12的(b)所示的姿势结束复位作业的情况下，如图13的(a)及图13的(b)所示，操作员在复位作业之后调整铲斗姿势，在使铲斗底面相对于目标面接近平行之后转移到平整作业。此时，由于铲斗姿势变化，所以作为铲斗与目标面之间的最短距离的偏差而产生d1thr。
15.在将能够进行铲斗自动动作的铲斗与目标面之间的最短距离的阈值d1设为小于d1thr的情况下(例如d1＝0)，即使在图13的(b)的状态下输入斗杆操作，铲斗自动动作也不会启动。因此，需要在向平整作业转移之前进行动臂下降操作，使齿尖再次靠近目标面从而使铲斗与目标面之间的最短距离小于d1。也就是说，在使铲斗底面平行于目标面之后进行的无用的动臂下降操作会损害作业效率。
16.因此，为了防止在复位作业之后向平整作业转移时的作业效率下降，可以考虑将能够进行铲斗自动动作的铲斗与目标面之间的最短距离的阈值d1设定为大于d1thr。在该情况下，即使在复位作业之后如图13的(b)所示调整铲斗姿势，由于铲斗与目标面之间的距离d1thr小于阈值d1，所以若输入斗杆操作，则操作员也能够直接转移到平整作业。
17.但是，若将能够进行铲斗自动动作的铲斗与目标面之间的最短距离的阈值d1设定得较大，则在复位作业过程中(例如斗杆放出动作过程中)铲斗与目标面之间的最短距离变得小于阈值d1的可能性提高。当在斗杆放出动作过程中铲斗与目标面之间的最短距离变得小于阈值d1时，有可能会违背操作员的意图而启动铲斗自动动作从而给操作员带来不适感。
18.本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于，提供一种作业机械，能够在不损害从复位作业向平整作业转移时的作业效率、和复位作业时的操作性这两者的情况下进行平整作业。
19.为了达成上述目的，本发明的作业机械具备：作业装置，其具有动臂、斗杆及铲斗；操作装置，其用于操作所述作业装置；和控制器，其能够利用挖掘作业控制及平整作业控制来控制所述作业装置，所述挖掘作业控制以使所述铲斗的齿尖沿着规定的目标面移动的方式控制所述作业装置，所述平整作业控制以一边保持所述铲斗相对于所述目标面的姿势一边使所述铲斗沿着所述目标面移动的方式控制所述作业装置，在该作业机械中，所述控制器基于所述作业装置的姿势数据及尺寸数据、和所述目标面的位置数据，来运算从所述斗杆的前端到所述目标面的距离即斗杆前端偏差，当运算出的所述斗杆前端偏差为规定阈值以下时、且没有针对所述操作装置的铲斗操作的输入时、且有针对所述操作装置的斗杆操作的输入时，执行所述平整作业控制，当运算出的所述斗杆前端偏差大于所述规定阈值时、或有针对所述操作装置的铲斗操作的输入时、或没有针对所述操作装置的斗杆操作的输入时，执行所述挖掘作业控制。
20.发明效果
21.根据本发明，能够在不损害从复位作业向平整作业转移时的作业效率、和复位作业时的操作性这两者的情况下进行平整作业。此外，上述以外的课题、结构及效果通过以下实施方式的说明得以明确。
附图说明
22.图1是表示本发明的第一及第二实施方式中的作业机械的立体图。
23.图2是表示搭载于图1所示的作业机械中的液压驱动装置的结构图。
24.图3是表示搭载于图1所示的作业机械中的控制装置的结构图。
25.图4是表示图3所示的信息处理部的详细结构的框图。
26.图5是表示图4所示的挖掘作业目标速度运算部的详细结构的框图。
27.图6是表示图4所示的偏移偏差运算部的详细结构的框图。
28.图7是表示图4所示的平整作业目标速度运算部的详细结构的框图。
29.图8是表示图4所示的目标速度选择部的详细结构的框图。
30.图9是表示本发明的第一实施方式中的控制流程的流程图。
31.图10是表示本发明的第二实施方式中的信息处理部的详细结构的框图。
32.图11是表示本发明的第二实施方式中的控制流程的流程图。
33.图12是表示作业机械的作业时的姿势的例子的图。
34.图13是表示作业机械从复位作业向平整作业转移时的情况的图。
35.图14是表示本发明的第一实施方式中的从复位作业向平整作业转移时的情况的图。
36.图15是表示作业机械的挖掘作业时的动作的例子的图。
37.图16是表示作业机械的平整作业时的动作的例子的图。
38.图17是齿尖偏差dvt、斗杆前端偏差dva、铲斗高度hbk及偏移偏差dvo的说明图。
具体实施方式
39.以下，使用附图对与本发明相关的实施方式进行说明。
40.图1是表示本发明的第一实施方式的液压挖掘机(作业机械)的立体图。如图1所示，本实施方式的液压挖掘机具备作为车身主体的下部行驶体9及上部旋转体10、和能够摆动地安装在上部旋转体10的前方的多关节型的作业装置(前作业装置)15。
41.下部行驶体9在左右具有履带式行驶装置，并由左右的行驶液压马达3b、3a(仅图示左侧3b)驱动。
42.上部旋转体10能够向左右旋转地搭载于下部行驶体9上，并由旋转液压马达4旋转驱动。在上部旋转体10搭载有作为原动机的发动机14、由发动机14驱动的液压泵装置2(第一液压泵2a和第二液压泵2b(参照图2))、控制阀20、和掌管液压挖掘机的各种控制的控制器500(参照图2、3等)。
43.作业装置15是具有摆动自如的多个前部件即动臂11、斗杆12、铲斗8的多关节构造。动臂11通过动臂液压缸5的伸缩而相对于上部旋转体10摆动，斗杆12通过斗杆液压缸6的伸缩而相对于动臂11摆动，铲斗8通过铲斗液压缸7的伸缩而相对于斗杆12摆动。
44.为了在控制器500中计算作业装置15的任意点的位置，液压挖掘机具备：第一姿势传感器13a，其设于上部旋转体10与动臂11的连结部附近，检测动臂11相对于水平面的角度(动臂角度)；第二姿势传感器13b，其设于动臂11与斗杆12的连结部附近，检测斗杆12相对于水平面的角度(斗杆角度)；第三姿势传感器13c，其设于将斗杆12与铲斗8连结的铲斗连杆8a，检测铲斗连杆8a相对于水平面的角度(铲斗角度)；和车身姿势传感器13d，其检测上
部旋转体10相对于水平面的倾斜角度(侧倾角、俯仰角)。此外，作为姿势传感器13a
‑
13d例如能够使用imu(inertial measurement unit：惯性测量装置)。另外，第一姿势传感器13a至第三姿势传感器13c也可以是检测相对角度的传感器。
45.这些姿势传感器13a～13d检测出的角度分别作为由动臂角度数据、斗杆角度数据、铲斗角度数据、车身角度数据构成的姿势数据被输入至后述的控制器500内的信息处理部100。
46.上部旋转体10具备驾驶室。在驾驶室内，作为用于操作作业装置15(前部件11、12、8)、上部旋转体10及下部行驶体9的操作装置而配置有行驶用右操作杆装置1a、行驶用左操作杆装置1b、右操作杆装置1c及左操作杆装置1d等。行驶用右操作杆装置1a用于进行右行驶液压马达3a的动作指示，行驶用左操作杆装置1b用于进行左行驶液压马达3b的动作指示，右操作杆装置1c用于进行动臂液压缸5(动臂11)和铲斗液压缸7(铲斗8)的动作指示，左操作杆装置1d用于进行斗杆液压缸6(斗杆12)和旋转液压马达4(上部旋转体10)的动作指示。本实施方式的操作装置1a
‑
1d是电气杆，生成与由操作员输入的操作量相应的操作信号(电信号)并将其输出至控制器500。此外，也可以将操作装置1a
‑
1d设为液压先导式，并利用压力传感器检测操作量且将其输入至控制器500。
47.控制阀20是包括对从液压泵装置2分别向上述的旋转液压马达4、动臂液压缸5、斗杆液压缸6、铲斗液压缸7及左右的行驶液压马达3b、3a等液压执行机构供给的液压油的流动(流量和方向)进行控制的多个方向控制阀(例如后述的图2的方向控制阀21、22、23)的阀装置。控制阀20内的方向控制阀通过电磁比例阀(例如后述的图2的电磁比例阀21a～23b)基于从控制器500输出的指令电流(控制阀驱动信号)生成的信号压力而被驱动，并对分别向液压执行机构3
‑
7供给的液压油的流动(流量和方向)进行控制。从控制器500输出的驱动信号基于从操作杆装置1a
‑
1d输出的操作信号(操作信息)而生成。
48.图2是图1所示的液压挖掘机的液压驱动装置的结构图。此外，为了简化说明，以作为液压执行机构而仅具备动臂液压缸5、斗杆液压缸6和铲斗液压缸7的结构进行说明，并省略与本发明的实施方式不直接相关的排放回路等的图示和说明。另外，省略结构及动作与以往的液压驱动装置相同的加载单向阀(load check valve)等的说明。
49.在图2的液压驱动装置中，液压泵装置2具备第一液压泵2a和第二液压泵2b。第一液压泵2a和第二液压泵2b由发动机14驱动，并分别向第一泵管路l1和第二泵管路l2供给液压油。在本实施方式中，将第一液压泵2a及第二液压泵2b作为固定容量型的液压泵进行说明，但本发明并不限定于此，也可以使用可变容量型的液压泵。
50.在控制阀20中设有由第一泵管路l1和第二泵管路l2构成的两个系统的泵管路。在第一泵管路l1上连接有对向动臂液压缸5供给的液压油的流动(流量和方向)进行控制的动臂方向控制阀22、和对向铲斗液压缸7供给的液压油的流动进行控制的铲斗方向控制阀21。由此，第一液压泵2a排出的液压油被供给至动臂液压缸5和铲斗液压缸7。同样地，在第二泵管路l2上连接有对向斗杆液压缸6供给的液压油的流动进行控制的斗杆方向控制阀23，第二液压泵2b排出的液压油被供给至斗杆液压缸6。此外，动臂方向控制阀22和铲斗方向控制阀21构成为能够通过并联回路l1a而分流。
51.另外，在第一泵管路l1和第二泵管路l2分别单独连接有溢流阀26、27。在各个泵管路l1、l2的压力达到预先设定的溢流压的情况下，各个溢流阀26、27开口而使液压油向油箱
逸出。
52.动臂方向控制阀22通过由电磁比例阀22a、22b生成的信号压力而动作。同样地，斗杆方向控制阀23通过电磁比例阀23a、23b的信号压力而动作，铲斗方向控制阀21通过电磁比例阀21a、21b的信号压力而动作。
53.这些电磁比例阀21a～23b基于从主控制器500输出的指令电流(控制阀驱动信号)对从先导液压源29供给的先导液压油(一次压)进行减压，并将如此生成的信号压力输出至各方向控制阀21～23。
54.右操作杆装置1c将与操作杆的操作量和操作方向相应的电压信号作为动臂操作量数据及铲斗操作量数据输出至主控制器500。同样地，左操作杆1d将与操作杆的操作量和操作方向相应的电压信号作为斗杆操作量数据输出至主控制器500。
55.主控制器500基于从操作杆装置1c、1d输入的针对各前部件11、12、8的操作量数据、从平整作业控制设定开关(平整作业控制设定装置)17输入的设定数据、从目标面设定装置18输入的目标面的位置数据(目标面数据)、从角度检测器13a～13d输入的液压挖掘机的姿势数据、和与液压挖掘机的尺寸相关的数据且是从车身信息存储装置19输入的尺寸数据，来运算控制各电磁比例阀21a～23b的指令信号(指令电流)，并将运算出的指令信号输出至各电磁比例阀21a～23b。
56.(平整作业控制设定开关17)
57.平整作业控制设定开关17设置于液压挖掘机的驾驶室内，通过操作员操作而被变更为允许位置和禁止位置中的某一个切换位置。在平整作业控制设定开关17被切换到允许主控制器500执行平整作业控制的允许位置的情况下，平整作业控制设定开关17输出“真”作为设定数据。反之，在被切换到禁止主控制器500执行平整作业控制的禁止位置的情况下，平整作业控制设定开关17输出“伪”作为设定数据。此外，在本实施方式中根据平整作业控制设定开关17的切换位置来决定设定数据的内容，但也可以通过控制器500内的其它运算来确定设定数据的内容，例如也可以构成为基于上述姿势数据来运算铲斗8相对于目标面的角度，并在其值落在规定范围内的情况下将设定数据设为真，在未落在规定范围内的情况下设为伪。
58.(目标面设定装置18)
59.目标面设定装置18是利用于成为作业对象的目标面的设定、和所设定的目标面的位置数据(目标面数据)的存储的装置，将目标面数据输出至主控制器500。目标面数据是规定目标面的三维形状的数据，在本实施方式中包括目标面的位置信息和角度信息。在本实施方式中，目标面的位置被定义为与上部旋转体10(液压挖掘机)的相对距离信息(即目标面相对于液压挖掘机1的位置数据)，目标面的角度被定义为相对于重力方向的相对角度信息，但也可以利用将位置设为地球上的位置坐标、将角度设为与车身的相对角度等并进行适当转换得到的数据。
60.此外，目标面设定装置18只要具备预先设定的目标面数据的存储功能即可，例如也能够替换为半导体存储器等存储装置。因此，在将目标面数据存储于例如控制器500内的存储装置或搭载于液压挖掘机的存储装置的情况下能够省略目标面设定装置18。
61.(车身信息存储装置19)
62.车身信息存储装置19是利用于预先测量的构成液压挖掘机的各部(例如下部行驶
体9、上部旋转体10、构成前作业装置15的各前部件11、12、8)的尺寸数据的存储的装置，将尺寸数据输出至主控制器500。
63.(主控制器500)
64.主控制器500是掌管与液压挖掘机相关的各种控制的控制器，尤其在构成为能够执行以下控制方面具有特征：挖掘作业控制，其以使铲斗8的齿尖沿着目标面移动的方式运算与各前部件11、12、8相关的目标速度(例如液压缸5、6、7的目标速度(目标执行机构速度))，并基于该目标速度控制作业装置15；和平整作业控制，其以一边保持铲斗8相对于目标面的姿势(例如铲斗底面相对于目标面的角度是接近于零的值)一边使铲斗8沿着目标面移动的方式运算与各前部件11、12、8相关的目标速度，并基于该目标速度控制作业装置15。
65.图3是搭载于图1所示的液压挖掘机中的主控制器500的结构图。主控制器500使用例如包括未图示的cpu(central processing unit：中央处理器)、储存用于执行基于cpu的处理的各种程序的rom(read only memory：只读存储器)和/或hdd(hard disc drive：硬盘驱动器)等存储装置、和成为cpu执行程序时的作业区域的ram(random access memory：随机存取存储器)的硬件而构成。通过执行像这样储存于存储装置内的程序，作为运算使铲斗8沿着目标面移动时的目标执行机构速度的信息处理部100、和根据运算出的目标执行机构速度而生成控制阀20的驱动信号的控制阀驱动部200发挥功能。接着，对信息处理部100进行详细说明。
66.(信息处理部100)
67.信息处理部100基于来自操作杆装置1c、1d的操作量数据、来自姿势传感器13a
‑
13d的姿势数据、来自平整作业控制设定开关17的设定数据、来自目标面设定装置18的目标面数据、和来自车身信息存储装置19的尺寸数据，来运算各液压缸5、6、7的目标执行机构速度，并将它们输出至控制阀驱动部200。控制阀驱动部200根据目标执行机构速度生成控制阀驱动信号，驱动控制阀20。
68.使用图4对信息处理部100进行详细说明。信息处理部100作为齿尖偏差运算部110、挖掘作业目标速度运算部120、斗杆前端偏差运算部140、铲斗模式判断部150、偏移偏差运算部160、平整作业目标速度运算部170和目标速度选择部180发挥功能。信息处理部100将由目标速度选择部180运算出的目标执行机构速度输出至控制阀驱动部200。以下，关于齿尖偏差运算部110和斗杆前端偏差运算部140由于容易掌握运算内容而仅叙述概要，关于挖掘作业目标速度运算部120、铲斗模式判断部150、偏移偏差运算部160、平整作业目标速度运算部170、和目标速度选择部180进行详细叙述。
69.(齿尖偏差运算部110)
70.齿尖偏差运算部110根据基于姿势数据及尺寸数据运算的铲斗8的齿尖的位置、和目标面数据，来运算铲斗8的齿尖与目标面之间的距离(齿尖偏差dvt)，并将其运算结果作为齿尖偏差数据输出。
71.在此，作为设定于液压挖掘机的坐标系(车身坐标系)，利用将下部行驶体9在液压挖掘机(上部旋转体10)的旋转中心轴上与地面接触的点作为原点、在车身的前后方向上设定x轴、在车身的宽度方向上设定y轴、并在车身的上下方向上设定z轴的坐标系(车身坐标系)。在该情况下，作为尺寸数据而预先存储有上部旋转体10的旋转中心与动臂销在x轴方向上的长度lsb、从动臂销到斗杆销的长度lbm、从斗杆销到铲斗销的长度lam、从铲斗销到
铲斗齿尖的长度lbk。在该情况下，能够基于各前部件11、12、8的姿势数据及尺寸数据lsb、lbm、lam、lbk来计算车身坐标系中的铲斗齿尖的坐标，并基于该坐标和车身坐标系中的目标面的位置数据来运算齿尖偏差dvt。
72.(斗杆前端偏差运算部140)
73.斗杆前端偏差运算部140对斗杆12的前端销(铲斗销)进行与齿尖偏差运算部110相同的运算。也就是说，根据基于姿势数据及尺寸数据运算的斗杆12的前端销的中心(在本说明书中有时称为“斗杆前端”或“铲斗转动中心”)的位置、和目标面数据，来运算斗杆前端与目标面之间的距离(斗杆前端偏差)dva(参照图17)，并将其运算结果作为斗杆前端偏差数据输出。例如，能够基于各前部件11、12的姿势数据及尺寸数据lsb、lbm、lam来计算车身坐标系中的斗杆前端的坐标，并基于该坐标和车身坐标系中的目标面的位置数据来运算斗杆前端偏差dva。
74.(挖掘作业目标速度运算部120)
75.挖掘作业目标速度运算部120根据操作量数据、姿势数据及尺寸数据、和齿尖偏差数据来运算并输出挖掘作业控制时的液压缸5、6、7的目标速度(目标执行机构速度)即挖掘作业目标速度。
76.使用图5对挖掘作业目标速度运算部120的详情进行说明。挖掘作业目标速度运算部120能够作为挖掘作业目标齿尖速度运算部121、齿尖速度运算部122、减法部123、角速度逆运算部124和缸速度逆运算部125发挥功能。
77.挖掘作业目标齿尖速度运算部121基于齿尖偏差数据运算并输出与齿尖偏差dvt的大小成比例的挖掘作业目标齿尖速度vt(＝－k
×
dvt)。挖掘作业目标齿尖速度vt是在挖掘作业时产生于铲斗齿尖的速度矢量中的垂直于目标面的分量的目标速度，以随着齿尖偏差向0接近(齿尖接近目标面)而变小的方式运算。
78.齿尖速度运算部122根据操作量数据中的斗杆操作量数据及铲斗操作量数据、姿势数据和尺寸数据，作为铲斗8及斗杆12根据操作员操作而动作时的、齿尖(铲斗齿尖)在垂直于目标面的方向上的速度，而通过几何学计算来运算斗杆铲斗合成齿尖速度。
79.减法部123通过从挖掘作业目标齿尖速度vt减去斗杆铲斗合成齿尖速度而求出动臂目标齿尖速度。动臂目标齿尖速度是在使铲斗8及斗杆12根据操作员操作而动作时、使齿尖以挖掘作业目标齿尖速度vt动作所需的基于动臂的齿尖速度。
80.角速度逆运算部124基于由减法部123运算出的动臂目标齿尖速度、姿势数据和尺寸数据，通过几何学计算来运算作为动臂11的目标角速度的动臂目标角速度。
81.缸速度逆运算部根据由角速度逆运算部124运算出的动臂目标角速度、姿势数据和尺寸数据，通过几何学计算来运算将动臂目标角速度(动臂11的目标角速度)转换成动臂液压缸5的目标速度后的挖掘作业动臂目标缸速度。
82.另外，输入至挖掘作业目标速度运算部120的斗杆操作量数据及铲斗操作量数据分别被转换成作为斗杆液压缸6的目标速度的挖掘作业斗杆目标缸速度、和作为铲斗液压缸7的目标速度的挖掘作业铲斗目标缸速度，并与由缸速度逆运算部125运算出的挖掘作业动臂目标缸速度一起作为挖掘作业目标速度而输出至目标速度选择部180。
83.此外，在本实施方式中，通过挖掘作业目标齿尖速度运算部121使挖掘作业目标齿尖速度vt根据齿尖偏差数据发生变化，但也可以根据齿尖偏差dvt的大小而设定不同的多
个比例系数或使用不同的函数。另外，在本实施方式中，针对铲斗8和斗杆12使它们根据操作员的操作而动作，并通过动臂11进行用于使齿尖沿着目标面动作的调整，但也可以构成为针对铲斗8和斗杆12的动作也根据齿尖偏差dvt进行修正，并通过铲斗8或斗杆12又或这两者、以及动臂11来进行用于使齿尖沿着目标面动作的调整。
84.(铲斗模式判断部150)
85.返回至图4，铲斗模式判断部150基于斗杆前端偏差运算部140输出的斗杆前端偏差数据、平整作业控制设定开关17输出的设定数据、和操作杆装置1c、1d输出的操作量数据，来判断后述的设定条件的成立的真伪，并将其判断结果作为铲斗模式标志输出。此处所说的设定条件是用于供主控制器500判断为操作员希望执行平整作业控制的条件，是指设定数据为真(设定开关17处于允许执行平整作业控制的允许位置)、且斗杆前端偏差dva为规定阈值dv1(后述)以下、且根据操作量数据判断的铲斗操作量的大小比规定阈值op1(后述)小、且根据操作量数据判断的斗杆操作量的大小比规定阈值op2(后述)大。在该设定条件全都“满足的情况”下，判断为使保持铲斗8相对于目标面的姿势的铲斗自动动作有效，并将铲斗模式标志输出为“真”。在上述的与设定数据、斗杆前端偏差dva、铲斗操作量、斗杆操作量相关的条件中的任一个“不满足的情况”下，判断为使铲斗自动动作无效，并将铲斗模式标志输出为“伪”。
86.作为斗杆前端偏差dva的规定阈值dv1，可以考虑将从斗杆的前端(铲斗的转动中心)到铲斗齿尖的距离(尺寸lbk)作为一个例子。另外，作为与铲斗操作量相关的规定阈值op1，可以考虑能够判定有无铲斗操作(有无铲斗液压缸7的动作)的接近于零的值。若铲斗操作量小于阈值op1，则判断为无铲斗操作。同样地，作为斗杆操作量的规定阈值op2，可以考虑能够判定有无斗杆操作(有无斗杆液压缸6的动作)的接近于零的值。若斗杆操作量大于阈值op2，则判断为有斗杆操作。
87.(偏移偏差运算部160)
88.偏移偏差运算部160基于尺寸数据、姿势数据、斗杆前端偏差数据和铲斗模式标志来进行偏移偏差dvo(参照图17)的运算，并输出其运算结果。
89.使用图6对偏移偏差运算部160进行详细说明。偏移偏差运算部160作为铲斗高度运算部161和减法部162发挥功能。在铲斗模式标志为伪的情况下，铲斗高度运算部161根据基于姿势数据求出的铲斗相对于目标面的角度(姿势)、和尺寸数据所包括的铲斗尺寸，实时运算铲斗8在相对于目标面垂直的方向上的尺寸、且是会根据铲斗8相对于目标面的姿势而变化的尺寸即铲斗高度hbk(参照图17)。在铲斗模式标志为真的情况下，铲斗高度运算部161向减法部162持续输出铲斗模式标志从伪变成真的时间点上的铲斗高度hbk。换言之，铲斗高度hbk是铲斗8上离目标面最近的点与铲斗转动中心之间的相对于目标面垂直的方向上的距离。在铲斗8为图17所示的姿势的情况下，铲斗高度hbk成为图示的高度。
90.另外，偏移偏差运算部160在减法部162中运算从斗杆前端偏差dva减去铲斗高度hbk而得到的偏移偏差dvo(参照图17)。平整作业控制中的偏移偏差dvo表示通过铲斗自动动作准确保持姿势的情况下的铲斗8上离目标面最近的点与目标面之间的假想距离。
91.在铲斗模式标志为伪的情况下，偏移偏差dvo与齿尖偏差dvt一致。但是，铲斗模式标志为真的情况下的偏移偏差dvo是将铲斗相对于目标面的姿势(例如铲斗底面相对于目标面的角度)以铲斗模式标志从伪变成真的时间点上的姿势持续保持恒定的情况下的铲斗
8与目标面的假想距离。因此，如图17所示，在铲斗模式标志从伪变成真的时间点之后，在因控制误差等而导致铲斗8相对于目标面的角度变化的情况(例如在图17中从实线所示的铲斗8成为虚线所示的铲斗那样的姿势的情况)下，通常齿尖偏差dvt与偏移偏差dvo并不一致。
92.(平整作业目标速度运算部170)
93.平整作业目标速度运算部170基于偏移偏差数据、姿势数据、尺寸数据和操作量数据来运算并输出平整作业控制中的与作业装置15相关的目标速度(平整作业目标速度)。
94.使用图7对平整作业目标速度运算部170进行详细说明。平整作业目标速度运算部170作为目标斗杆前端速度运算部171、斗杆前端速度运算部172、减法部173、角速度逆运算部174、缸速度逆运算部175、角速度运算部176和铲斗目标角速度运算部177发挥功能。
95.目标斗杆前端速度运算部171、挖掘作业目标齿尖速度运算部121基于从偏移偏差运算部160输入的偏移偏差数据(偏移偏差dvo)，来运算并输出与偏移偏差dvo的大小成比例的平整作业目标斗杆前端速度va(＝－k
×
dvo)。平整作业目标斗杆前端速度va是在平整作业时产生于斗杆前端的速度矢量中的垂直于目标面的分量的目标速度，以随着偏移偏差dvo向0接近而变小(向零接近)的方式运算。此外，比例系数k也可以不同于在挖掘作业目标齿尖速度vt的运算中利用的数值。
96.斗杆前端速度运算部172基于操作量数据中的斗杆操作量、姿势数据和尺寸数据，作为斗杆12根据操作员操作而动作时的、斗杆前端在垂直于目标面的方向上的速度，而通过几何学计算来运算基于斗杆的斗杆前端速度。
97.减法部173通过从平整作业目标斗杆前端速度va减去基于斗杆的斗杆前端速度而求出基于动臂的目标斗杆前端速度。基于动臂的目标斗杆前端速度是在使斗杆12根据操作员操作而动作时、通过动臂使斗杆前端以平整作业目标斗杆前端速度va动作所需的速度。
98.角速度逆运算部174根据基于动臂的目标斗杆前端速度、姿势数据和尺寸数据，通过与挖掘作业目标速度运算部120的角速度逆运算部124同样的运算，来运算作为动臂11的目标角速度的动臂目标角速度。
99.角速度运算部176根据操作量数据中的斗杆操作量数据、姿势数据和尺寸数据，通过几何学计算来运算作为斗杆12的角速度的斗杆角速度。
100.铲斗目标角速度运算部177将从角速度运算部176输入的斗杆角速度设为w1、将从角速度逆运算部174输入的动臂目标角速度设为w2，而通过－(w1 w2)的运算(将两者相加并使符号反转的运算)来运算作为铲斗8的目标角速度的铲斗目标角速度w。从运算过程可以明确，铲斗目标角速度w是抵消因斗杆12和动臂11的动作而导致的作业装置15的姿势变化、使铲斗8相对于目标面的姿势保持恒定的角速度。
101.缸速度逆运算部175基于铲斗目标角速度运算部177运算出的铲斗目标角速度、角速度逆运算部174运算出的动臂目标角速度、姿势数据、和尺寸数据，通过几何学计算来运算作为铲斗液压缸7的目标速度的平整作业铲斗目标缸速度、和作为动臂液压缸5的目标速度的平整作业动臂目标缸速度。
102.上述的结果是，平整作业目标速度运算部170将根据斗杆操作量运算出的作为斗杆液压缸6的目标速度的平整作业斗杆目标缸速度、由缸速度逆运算部175运算出的平整作业铲斗目标缸速度、和同样由缸速度逆运算部175运算出的平整作业动臂目标缸速度一并
作为平整作业目标速度输出。
103.此外，在本实施方式中，对目标斗杆前端速度运算部171运算的平整作业目标斗杆前端速度va根据偏移偏差dvo而变化的情况进行了说明，但也可以根据偏移偏差dvo的大小而设定不同的比例系数或使用不同的函数。另外，在本实施方式中，使斗杆12根据操作员的操作而动作，并通过动臂11进行用于使铲斗8沿着目标面动作的调整，但也可以采用以下结构：针对斗杆12的动作也基于斗杆前端偏差dva的大小进行修正，并通过斗杆12和动臂11进行使齿尖沿着目标面动作的调整。
104.另外，在本实施方式的平整作业中，设想为没有基于操作员的铲斗操作，因此在平整作业目标速度运算部170的运算中未将铲斗操作量用于运算。
105.(目标速度选择部180)
106.再次返回至图4，目标速度选择部180基于平整作业目标速度、挖掘作业目标速度和铲斗模式标志，来运算与作业装置15相关的三个液压缸5、6、7的目标速度即目标执行机构速度，并将它们输出至控制阀驱动部200。
107.使用图8对目标速度选择部180的详情进行说明。目标速度选择部180作为切换部181发挥功能。切换部181在铲斗模式标志为伪(false)的情况下，选择所输入的平整作业目标速度及挖掘作业目标速度中的挖掘作业目标速度作为目标执行机构速度并输出。反之，在铲斗模式标志为真(true)的情况下，选择所输入的平整作业目标速度及挖掘作业目标速度中的平整作业目标速度作为目标执行机构速度并输出。
108.从目标速度选择部180输出的目标执行机构速度成为信息处理部100的输出，经由控制阀驱动部200而作为控制阀驱动信号来驱动控制阀20，使各执行机构5、6、7以目标执行机构速度动作。
109.图9是表示上述运算的流程的由主控制器500执行的处理的流程图。以下，有时以图3
‑
8所示的主控制器500内的各部作为主语来说明各处理(步骤s1
‑
s11)，但执行各处理的硬件是主控制器500。
110.信息处理部100在发动机工作过程中在对基于操作杆的执行机构操作的允许和禁止进行切换的锁止杆处于允许位置时开始处理，在检测到操作杆1c、1d的操作的情况下转移到步骤s3(步骤s1、s2)。
111.在步骤s3中，斗杆前端偏差运算部140基于从姿势传感器13a、13b、13c、13d得到的姿势数据、从车身信息存储装置19得到的尺寸数据、和从目标面设定装置18得到的目标面数据来运算斗杆前端与目标面的偏差信息即斗杆前端偏差dva。
112.在步骤s4中，齿尖偏差运算部110基于姿势数据、尺寸数据和目标面数据来运算铲斗齿尖与目标面的偏差信息即齿尖偏差dvt。
113.在步骤s5中，挖掘作业目标速度运算部120基于姿势数据、尺寸数据、齿尖偏差dvt和操作量数据来运算挖掘作业目标速度。如上所述，挖掘作业目标速度是使铲斗的齿尖沿着目标面动作的挖掘作业控制时的各液压缸5、6、7的目标速度(目标执行机构速度)。
114.在步骤s6中，铲斗模式判断部150判定从平整作业控制设定开关17输入的设定数据是否为真(也就是说，平整作业控制设定开关17是否处于允许执行平整作业控制的允许位置)、斗杆前端偏差dva是否为规定阈值dv1以下、操作量数据中的铲斗操作量是否小于规定阈值op1(换言之，有无操作员针对操作杆1c的铲斗操作的输入)、操作量数据中的斗杆操
作量是否大于规定值op2(换言之，有无操作员针对操作杆1d的斗杆操作的输入)。在这三个条件中的任一个为伪的情况下，铲斗模式判断部150判断为正在实施的作业是挖掘作业，作为铲斗模式标志而输出伪(false)并使处理进入步骤s9b。另一方面，在这三个条件均为真的情况下，判断为正在实施的作业是平整作业，作为铲斗模式标志而输出真(true)并使处理进入步骤s7a。
115.接着，对在步骤s6中铲斗模式判断部150的输出为真(true)并进入步骤s7a后的情况进行叙述。
116.在步骤s7a中，在偏移偏差运算部160中基于尺寸数据、姿势数据和斗杆前端偏差dva来运算偏移偏差dvo。偏移偏差dvo是从斗杆前端偏差dva减去在步骤s6中由铲斗模式判断部150输出的铲斗模式标志从伪变成真的时间点(即，平整作业控制的开始时间点)上的铲斗高度hbk而运算出的距离。执行平整作业控制的期间内的铲斗底面相对于目标面的姿势(角度)通过铲斗目标角速度运算部177的运算处理而被保持在铲斗模式标志从伪变成真的时间点上的姿势(角度)。即，在平整作业控制时保持的铲斗8相对于目标面的姿势是平整作业控制设定开关17处于允许位置时、且斗杆前端偏差dva为阈值dv1以下时、且未对操作杆1c输入铲斗操作时、且对操作杆1d输入了斗杆操作时的铲斗8的姿势。此时的铲斗8优选保持在如图12的(a)所示铲斗底面相对于目标面的角度为零(换言之，目标面与铲斗底面平行)的姿势或与其接近的姿势。
117.在步骤s8a中，在平整作业目标速度运算部170中基于尺寸数据、姿势数据、偏移偏差dvo和操作量数据来运算平整作业目标速度。如上所述，平整作业目标速度是以一边将铲斗8相对于目标面的姿势保持在铲斗模式标志从伪变成真的时间点上的姿势、一边使铲斗8沿着目标面移动的方式与各前部件11、12、8相关的目标速度，在本实施方式中是液压缸5、6、7的目标速度。
118.在步骤s9a中，目标速度选择部180选择在步骤s8a中运算出的平整作业目标速度作为目标执行机构速度，并进入步骤s10。
119.接着，对在步骤s6中铲斗模式判断部150的输出为伪(false)并进入步骤s9b后的情况进行叙述。
120.在步骤s9b中，目标速度选择部180选择在步骤s5中运算出的挖掘作业目标速度作为目标执行机构速度，并进入步骤s10。
121.在步骤s10中，信息处理部100将在步骤s9a或步骤s9b中选择的目标执行机构速度输出至控制阀驱动部200。
122.然后，在步骤s11中，控制阀驱动部200对控制阀20输出使各执行机构5、6、7以目标执行机构速度动作的控制阀驱动信号。通过该控制阀驱动信号驱动控制阀20而使各执行机构5、6、7以目标执行机构速度动作，由作业装置15进行挖掘作业控制或平整作业性。
123.根据如此构成的本实施方式，能够在不损害复位作业时的操作性、和从复位作业向平整作业转移时的作业效率这两者的情况下，根据操作员的操作以使铲斗8相对于目标面的姿势恒定的方式使铲斗8相对于斗杆12和动臂11自动协调动作，从而进行平整作业。
124.在铲斗模式标志持续为真(true)的情况(也就是说，正在执行平整作业控制的情况)下，当通过斗杆操作使斗杆前端接近目标面而斗杆前端偏差dva减少时，偏移偏差dvo向零减少且目标斗杆前端速度运算部171运算的平整作业目标斗杆前端速度va也向零接近。
而且，在斗杆前端偏差dva与铲斗高度hbk(铲斗模式标志从伪变成真的时间点上的铲斗高度、且是恒定的值)一致的时间点偏移偏差dvo变成零，保持着铲斗8上离目标面最近的点位于目标面上的状态使铲斗8沿着目标面移动。即，通过该作业装置15的动作，能够进行使实际地形接近目标面的平整作业。
125.(作用
·
效果)
126.以下，对本实施方式的作用及效果进行具体说明。以下，如图14的(a)所示，斗杆前端偏差dva的阈值dv1被设定为从斗杆的前端(铲斗的转动中心)到铲斗齿尖的尺寸(lbk)。
127.搭乘于如上述那样构成的液压挖掘机的操作员在希望执行平整作业控制的情况下，在所期望的时机将平整作业控制设定开关17从禁止位置切换到允许位置。由此，平整作业控制设定开关17将“真”作为设定数据持续向主控制器500输出。接着，操作员通过斗杆操作和动臂操作来进行复位作业以使铲斗8移动至平整作业的开始位置，例如在如图14的(a)所示使铲斗8与目标面接触的状态下结束复位作业。接着，操作员为了从该状态转移到平整作业，通过向操作杆1c输入铲斗操作(在图14的(a)的情况下为铲斗回收操作)而如图14的(b)那样使铲斗的底面与目标面大致平行。此时，斗杆前端偏差dva为阈值dv1以下。若在该状态下不输入铲斗操作且输入斗杆操作，则图9中的步骤s6的条件全都满足，铲斗模式判断部150输出的铲斗模式标志从伪变成真。在该定时，铲斗高度运算部161将铲斗高度hbk固定为恒定值，目标速度选择部180选择平整作业目标速度作为目标执行机构速度并开始平整作业控制。由于平整作业目标速度所包括的动臂目标缸速度是基于使铲斗8相对于目标面的姿势保持恒定的铲斗目标角度(由铲斗目标角速度运算部177运算)而运算的，所以平整作业控制中的铲斗8的姿势保持恒定。
128.在平整作业控制的执行过程中(铲斗模式标志持续为真时)，通过操作员的斗杆操作而使斗杆前端接近目标面，斗杆前端偏差dva逐渐减少。如上所述，由于此时的铲斗高度hbk保持在铲斗模式标志从伪变成真的定时下的值(恒定值)，所以偏移偏差dvo随着斗杆前端偏差dva的减少而向零减少，目标斗杆前端速度运算部171运算的平整作业目标斗杆前端速度va也随着斗杆前端偏差dva的减少而向零接近。而且，在斗杆前端偏差dva与铲斗高度hbk(恒定的值)一致的时间点，偏移偏差dvo变成零，保持着铲斗8上离目标面最近的点(例如铲斗底面)位于目标面上的状态使铲斗8沿着目标面移动。即，通过该作业装置15的动作，能够自动进行使实际地形接近目标面的平整作业。
129.不过，如上所述，在专利文献1中“齿尖与目标面之间的偏差(距离)”为规定阈值d1以下是使铲斗自动动作(平整作业控制)开始的条件之一。因此，为了在操作员进行复位作业之后能够使铲斗姿势从如图13的(b)那样调整后的状态(齿尖离开目标面的状态)直接转移到平整作业控制，需要使阈值d1大于图13的d1thr。在像那样设定了阈值d1的情况下，与阈值d1为零或极其接近零的情况相比，在复位作业时铲斗齿尖与目标面之间的距离容易变成阈值d1以下，因此，在通过斗杆操作进行复位作业的期间内平整作业控制启动从而铲斗8自动动作的可能性变高。
130.因此，在本实施方式中将“斗杆前端与目标面的偏差(距离)dva”为阈值dv1以下作为铲斗自动动作的开始条件之一。例如在以图14的(a)所示的铲斗8的姿势为基准将阈值dv1设定为从斗杆的前端(铲斗的转动中心)到铲斗齿尖的尺寸(lbk)的情况下，只要在如图14的(b)那样调整铲斗姿势之后输入斗杆操作，就能够全部满足步骤s6的条件而迅速启动
平整作业控制。即，能够顺利进行从复位作业向平整作业的转移。另外，当将图13的(c)与图14的(c)进行比较时，由于阈值dv1的大小比h2bk与d1thr之和小，所以在本实施方式的情况下，与专利文献1相比能够缩小铲斗8自动动作的范围。也就是说，由于铲斗8自动动作的范围小，所以能够防止铲斗8违背操作员的意图而自动动作，从而能够改善操作性。
131.在专利文献1中，若使阈值d1小于例如d1thr(参照图13)，则也能够缩小铲斗8自动动作的范围，但在复位作业之后在调整铲斗姿势后需要进行使齿尖再次接近目标面的动作，作业效率会受损。
132.此外，在铲斗模式标志成为伪的条件下不会发生上述问题。另外，如图16所示，在平整作业中，由于使铲斗相对于目标面的姿势保持恒定，所以斗杆前端只要沿着从目标面偏移铲斗高度hbk的平面(图16中的单点划线)动作即可。另一方面，如图15所示，在不使铲斗8相对于目标面的姿势保持恒定的挖掘作业中，斗杆前端从由图15的单点划线所示的曲面穿过。这种情况下，难以对斗杆前端进行控制而使齿尖沿着目标面动作。因此，在本实施方式中，当铲斗模式标志为伪、能够视为操作员有意实施挖掘作业而非平整作业时，根据齿尖偏差dvt使齿尖以沿着目标面的方式动作。
133.(第二实施方式)
134.接着，对第二实施方式进行说明。本实施方式根据斗杆液压缸6的目标速度(斗杆目标缸速度)而不是根据斗杆操作来判断与图9的步骤s6的条件相关的“有斗杆12的动作”。以下，对本实施方式的结构进行说明，但适当省略与第一实施方式共通的部分。
135.使用图10对第二实施方式的液压挖掘机所具备的信息处理部100进行说明。
136.图10的铲斗模式判断部150在设定数据为真、且斗杆前端偏差dva为规定阈值dv1以下、且根据操作量数据判断的铲斗操作量的大小比规定阈值op1小、且从目标速度选择部180输入的斗杆目标缸速度(目标执行机构速度)的大小比规定阈值va1大的情况下，判断为使保持铲斗8相对于目标面的姿势的铲斗自动动作有效，并将铲斗模式标志输出为“真”。在上述的与设定数据、斗杆前端偏差dva、铲斗操作量、斗杆目标缸速度相关的条件中的任一个不满足的情况下，判断为使铲斗自动动作无效，并将铲斗模式标志输出为“伪”。此外，斗杆目标缸速度是根据铲斗模式标志的真伪而决定的值。因此，在本实施方式中，为了避免循环参照而使用控制器500过去运算出的值(例如一个控制周期前的值)。
137.除上述以外的部分与第一实施方式相同。
138.使用图11对第二实施方式的控制流程进行说明。到步骤s1～s5为止的流程与第一实施方式共通。在本实施方式的步骤s6中，取代第一实施方式的有无斗杆操作的判定条件而进行从目标速度选择部180输出的斗杆目标缸速度的大小是否比规定阈值va1大的判定。之后的动作也与第一实施方式共通，因此省略说明。
139.根据如此构成的本实施方式的液压挖掘机，除了第一实施方式的效果之外，还能够防止在挖掘作业目标速度运算部120及平整作业目标速度运算部170或其它追加的运算块中，在随着斗杆液压缸6到达行程末端而发生缸动作的停止、或斗杆液压缸6因其它附加功能而违背操作员的操作不进行动作的情况下铲斗自动动作(平整作业控制)启动而给操作员带来不适感。
140.此外，在上述中，当斗杆目标缸速度(斗杆液压缸6的目标速度)的大小比阈值va1大时，判断为有针对操作杆1的斗杆操作的输入，但作为其它与斗杆12相关的目标速度，也
可以在斗杆12的目标角速度的大小比规定阈值大的情况下判断为有斗杆操作的输入。
141.(其它)
142.上述液压挖掘机具备平整作业控制设定开关17，且在图9及图11的步骤s6中进行判断的条件包括“设定数据为真”，但由于平整作业控制设定开关17的设置不是必需的，所以能够省略该条件。
143.此外，本发明并不限定于上述各实施方式，也包括不脱离其要旨的范围内的各种变形例。例如，本发明并不限定于具备上述各实施方式中说明的全部结构，也包括将其结构的一部分删除后的方案。另外，还能将某个实施方式的结构的一部分追加或置换到其它实施方式的结构中。
144.另外，上述控制器500的各结构和该各结构的功能及执行处理等也可以利用硬件(例如将执行各功能的逻辑设计在集成电路中等)来实现其中的一部分或全部。另外，控制器500的结构也可以作为通过由运算处理装置(例如cpu)读取并执行来实现与控制器500的结构相关的各功能的程序(软件)。该程序的信息例如能够存储于半导体存储器(闪存、ssd等)、磁存储装置(硬盘驱动器等)及记录介质(磁盘、光盘等)等内。
145.另外，在上述各实施方式的说明中，控制线和信息线表示被理解为该实施方式的说明所需的线，但并不一定示出了产品的全部控制线和信息线。实际上可以认为几乎所有结构都相互连接。
146.附图标记说明
147.1：液压挖掘机，1a：行驶用右操作杆，1b：行驶用左操作杆，1c：右操作杆，1d：左操作杆，2：液压泵装置，2a：第一液压泵，2b：第二液压泵，3a：右行驶液压马达，3b：左行驶液压马达，4：旋转液压马达，5：动臂液压缸(液压执行机构)，6：斗杆液压缸(液压执行机构)，7：铲斗液压缸(液压执行机构)，8：铲斗(前部件)，9：下部行驶体(车身)，10：上部旋转体(车身)，11：动臂(前部件)，12：斗杆(前部件)，13a：第一姿势传感器(姿势传感器)，13b：第二姿势传感器(姿势传感器)，13c：第三姿势传感器(姿势传感器)，13d：车身姿势传感器(姿势传感器)，14：发动机，15：作业装置，17：平整作业控制设定开关，18：目标面设定装置，19：车身信息存储装置，20：控制阀，21：铲斗方向控制阀，21a：铲斗回收电磁阀，21b：铲斗放出电磁阀，22：动臂方向控制阀，22a：动臂抬升电磁阀，22b：动臂下降电磁阀，23：斗杆方向控制阀，23a：斗杆回收电磁阀，23b：斗杆放出电磁阀，26：泵1管路溢流阀，27：泵2管路溢流阀，100：信息处理部，110：齿尖偏差运算部，120：目标齿尖速度运算部，121：挖掘作业目标齿尖速度运算部，122：齿尖速度运算部，123：减法部，124：角速度逆运算部，125：缸速度逆运算部，140：斗杆前端偏差运算部，150：铲斗模式判断部，160：偏移偏差运算部，161：铲斗高度运算部，162：减法部，170：平整作业目标速度运算部，171：目标斗杆前端速度运算部，172：斗杆前端速度运算部，173：减法部，174：角速度逆运算部，175：缸速度逆运算部，176：角速度运算部，177：铲斗目标角速度运算部，180：目标速度选择部，181：切换部，500：主控制器。