作业机械的控制系统、作业机械以及作业机械的控制方法与流程

本发明涉及作业机械的控制系统、作业机械以及作业机械的控制方法。

背景技术：

已知有专利文献1所公开的那种包括作业机的作业机械，该作业机具有倾斜式铲斗。

专利文献1：国际公开第2015/186179号

技术实现要素：

在作业机械的控制所涉及的技术领域中，已知有根据表示施工对象的目标形状的目标施工形状来控制作业机中的动臂、斗杆、以及铲斗中至少一个的位置或者姿势的作业机控制。通过执行作业机控制，抑制铲斗超过目标施工形状，实现按照目标施工形状的施工。

在具有倾斜式铲斗的作业机械中，干预由作业机械的操作员进行的倾斜操作杆的操作，以使铲斗不会进入目标施工形状的方式执行使铲斗的倾斜动作停止的控制。关于这种作业机械，有时不仅希望倾斜动作相对于存在于齿尖的前方的目标施工形状停止，也希望倾斜动作相对于存在于铲斗的背面的目标施工形状停止。此外，有时也希望不仅能抑制倾斜式铲斗，还能抑制作业机械所具有的部件进入存在于作业机械的部件的周围的目标施工形状。在这种情况下，由于部件的姿势与目标施工形状的位置关系，导致有时即使部件超过目标施工形状也无法使部件停止，因此部件的姿势与目标施工形状的位置关系有限制性。

本发明的方式的目的在于:在对部件的动作进行控制以避免进入目标施工形状时，能够减少因作业机械所具有的部件的姿势与目标施工形状的位置关系给控制带来的限制。

根据本发明的第一方式，提供一种作业机械的控制系统，其对具备以轴线为中心旋转的部件的作业机械进行控制，上述作业机械的控制系统的特征在于，包括：判定部，其在上述部件存在于空中侧的情况下输出第1信息，在上述部件不存在于上述空中侧的情况下输出第2信息，上述空中侧为相对于表示上述作业机械的施工对象的目标形状的目标施工形状上述作业机械所存在的一侧。

根据本发明的第二方式，在第一方式中，提供一种作业机械的控制系统，其特征在于，具有：作业机控制部，其在从上述判定部输出上述第1信息的情况下，允许上述部件的旋转，在输出上述第2信息的情况下，不允许上述部件的旋转。

根据本发明的第三方式，在第一方式或者第二方式中，提供一种作业机械的控制装置，其特征在于，具有：目标施工形状生成部，该目标施工形状生成部生成表示上述作业机械的施工对象的目标形状的目标施工形状，其中，上述目标施工形状生成部在上述部件的周围生成多个上述目标施工形状，上述判定部针对多个上述目标施工形状输出上述第1信息或者上述第2信息。

根据本发明的第四方式，在第一方式至第三方式的任一项中，提供一种作业机械的控制系统，其特征在于，具有：候选规定点位置数据运算部，其求取设定于上述部件的规定点的位置数据；动作平面计算部，其求取通过上述规定点并与上述轴线正交的动作平面；以及停止地形计算部，其求取上述目标施工形状与上述动作平面交叉的停止地形；使用上述停止地形与上述规定点之间的距离、在与上述目标施工形状正交的方向上延伸的第1矢量、以及上述轴线延伸的方向上的第2矢量，来输出上述第1信息或者上述第2信息。

根据本发明的第五方式，在第一方式至第三方式的任一项中，提供一种作业机械的控制系统，其特征在于，具有：基准点，是在上述作业机械中与上述部件位于不同部分的位置，并且是已知的；以及候选规定点位置数据运算部，其求取设定于上述部件的规定点的位置数据；上述判定部求取将上述基准点以及上述规定点连结的线段与上述目标施工形状的交点的个数，并使用上述个数为偶数还是奇数来输出上述第1信息或者上述第2信息。

根据本发明的第六方式，提供一种作业机械，其特征在于，包括：上部回转体；下部行走体，其支承上述上部回转体；作业机，其包括以第1轴为中心旋转的动臂、以第2轴为中心旋转的斗杆、及以第3轴为中心旋转的铲斗，并由上述上部回转体支承；以及第一方式至第四方式中任一项的作业机械的控制系统；其中，上述部件是上述铲斗、上述斗杆、上述动臂以及上述上部回转体中的至少一个。

根据本发明的第七方式，在第五方式中，提供一种作业机械，其特征在于：上述部件是上述铲斗，上述轴线与上述第3轴正交。

根据本发明的第八方式，提供一种作业机械的控制方法，其用于对具备以轴线为中心旋转的部件的作业机械进行控制的控制作业机械，上述作业机械的控制方法的特征在于：在上述部件存在于空中侧的情况下，输出第1信息，在上述部件不存在于上述空中侧的情况下，输出第2信息。上述空中侧为相对于表示上述作业机械的施工对象的目标形状的目标施工形状上述作业机械所存在的一侧

根据本发明的方式，在对部件的动作进行控制以避免进入目标施工形状时，能够减少因作业机械所包括的部件的姿势与目标施工形状的位置关系给控制带来的限制。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的作业机械的一个示例的立体图。

图2是表示本实施方式所涉及的铲斗的一个示例的侧剖面图。

图3是表示本实施方式所涉及的铲斗的一个示例的主视图。

图4是示意性地表示液压挖掘机的侧视图。

图5是示意性地表示液压挖掘机的后视图。

图6是示意性地表示液压挖掘机的俯视图。

图7是示意性地表示铲斗的侧视图。

图8是示意性地表示铲斗的主视图。

图9是示意性地表示使倾斜缸动作的液压系统的一个示例的图。

图10是表示本实施方式所涉及的作业机械的控制系统的一个示例的功能框图。

图11是示意性地表示设定于本实施方式所涉及的铲斗的规定点的一个示例的图。

图12是表示本实施方式所涉及的目标施工数据的一个示例的示意图。

图13是表示本实施方式所涉及的目标施工形状的一个示例的示意图。

图14是表示本实施方式所涉及的倾斜动作平面的一个示例的示意图。

图15是表示本实施方式所涉及的倾斜动作平面的一个示例的示意图。

图16是用于说明本实施方式所涉及的倾斜停止控制的示意图。

图17是表示为了使倾斜铲斗的倾斜旋转基于动作距离停止的动作距离与限制速度的关系的一个示例的图。

图18是表示倾斜停止地形的位置的图。

图19是表示倾斜停止地形的位置的图。

图20是表示在倾斜动作平面上观察铲斗以及倾斜停止地形的状态的图。

图21是表示在倾斜动作平面上观察铲斗以及倾斜停止地形的状态的图。

图22是表示空中侧与地中侧的位置关系的图。

图23是表示铲斗与倾斜停止地形以及目标施工形状的关系的图。

图24是表示铲斗与倾斜停止地形以及目标施工形状的关系的图。

图25是表示铲斗与倾斜停止地形以及目标施工形状的关系的图。

图26是表示铲斗与倾斜停止地形以及目标施工形状的关系的图。

图27是用于说明求取铲斗与倾斜停止地形的动作距离、以及倾斜动作平面与目标施工形状是在铲斗的齿尖侧还是在倾斜销侧交叉的方法的图。

图28是用于说明求取铲斗与倾斜停止地形的动作距离、以及倾斜动作平面与目标施工形状是在铲斗的齿尖侧还是在倾斜销侧交叉的方法的图。

图29是表示无论是倾斜动作平面与目标施工形状是在铲斗的斗齿侧还是在倾斜销侧交叉时，判定铲斗存在于空中侧还是地中侧的方法的图。

图30是表示无论是倾斜动作平面与目标施工形状是在铲斗的斗齿侧还是在倾斜销侧交叉时，判定铲斗存在于空中侧还是地中侧的方法的图。

图31是表示无论是倾斜动作平面与目标施工形状是在铲斗的斗齿侧还是在倾斜销侧交叉时，判定铲斗存在于空中侧还是地中侧的方法的图。

图32是表示无论是倾斜动作平面与目标施工形状是在铲斗的斗齿侧还是在倾斜销侧交叉时，判定铲斗存在于空中侧还是地中侧的方法的图。

图33是表示本实施方式所涉及的作业机械的控制方法的一个示例的流程图。

图34是表示在本实施方式所涉及的作业机械的控制方法中求取动作距离时的处理的流程图。

图35是表示在铲斗的周围存在多个目标施工形状的情况下的一个示例的俯视图。

图36是图35的A－A向视图。

图37是用于说明以轴线为中心旋转的部件是除铲斗以外的示例的图。

图38是图37的B－B向视图。

图39是用于说明判定部件位于空中侧还是位于地中侧的其它方法的图。

符号说明

1 作业机

2 上部回转体

3 下部行走体

6 动臂

7 斗杆

8 铲斗

8T 倾斜销

8C 斗齿

8TF 第1端部

8TS 第2端部

9 齿尖

10 液压缸

14 倾斜缸

20 位置检测装置

21 车身位置运算器

22 姿势运算器

23 方位运算器

24 作业机角度检测装置

25 流量控制阀

30 操作装置

30T 倾斜操作杆

50 控制装置

51 处理部

51A 车身位置数据取得部

51B 作业机角度数据取得部

51Ca 候选规定点位置数据运算部

51D 目标施工形状生成部

51Cb 规定点位置数据运算部

51E 动作平面运算部

51F 停止地形运算部

51G 作业机控制部

51H 限制速度决定部

51J 判定部

52 存储部

53 输入输出部

70 目标施工数据生成装置

100 液压挖掘机

200 控制系统

300 液压系统

400 检测系统

AS 空中侧

AX4 倾斜轴

CD 目标施工数据

CS 目标施工形状

Da 动作距离

SS 地中侧

TP 倾斜动作平面

具体实施方式

一边参照附图一边详细地说明用于实施本发明的方式(实施方式)。

在以下的说明中，设定全局坐标系(Xg-Yg-Zg坐标系)以及车身坐标系(X-Y-Z坐标系)来对各部分的位置关系进行说明。全局坐标系是表示由如全球定位系统(Global Positioning System：GPS)那样的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System：GNSS)确定出的绝对位置的坐标系。车身坐标系是表示相对于作业机械的基准位置的相对位置的坐标系。

在本实施方式中，停止控制是基于作业机械与作业机械的施工对象的目标施工形状的距离使作业机械的至少一部分的动作停止的控制。例如，在作业机械所具有的铲斗是倾斜方式的铲斗的情况下，关于停止控制，可列举基于作业机械与目标施工形状的距离使铲斗的倾斜动作停止的控制。

作业机械

图1是表示本实施方式所涉及的作业机械的一个示例的立体图。在本实施方式中，对作业机械是液压挖掘机100的示例进行说明。作业机械并不限定于液压挖掘机100。

如图1所示，液压挖掘机100包括通过液压工作的作业机1、作为支承作业机1的车身的上部回转体2、作为支承上部回转体2的行走装置的下部行走体3、用于操作作业机1的操作装置30、以及控制作业机1的控制装置50。上部回转体2能够在由下部行走体3支承的状态下以回转轴RX为中心回转。

上部回转体2具有供操作员搭乘的驾驶室4和收容发动机及液压泵的发动机室5。驾驶室4具有供操作员落座的驾驶座4S。发动机室5配置于驾驶室4的后方。

下部行走体3具有一对履带3C。液压挖掘机100通过履带3C的旋转而行走。另外，下部行走体3也可以具有轮胎。

作业机1由上部回转体2支承。作业机1具有通过动臂销连结于上部回转体2的动臂6、通过斗杆销连结于动臂6的斗杆7、和通过铲斗销以及倾斜销连结于斗杆7的铲斗8。铲斗8具有斗齿8C。斗齿8C是设置于铲斗8的前端、即与通过铲斗销连结的部分分离的部分的板状的部件。斗齿8C的齿尖9是斗齿8C的前端部，在本实施方式中是直线状的部分。在铲斗8设有多个凸形状的斗齿的情况下，齿尖9成为凸形状的斗齿的前端部。

动臂6能够以作为第1轴的动臂轴AX1为中心相对于上部回转体2旋转。斗杆7能够以作为第2轴的斗杆轴AX2为中心相对于动臂6旋转。铲斗8能够分别以作为第3轴的铲斗轴AX3以及作为与平行于铲斗轴AX3的轴正交的轴线的倾斜轴AX4为中心相对于斗杆7旋转。铲斗轴AX3与倾斜轴AX4相互不交叉。

动臂轴AX1、斗杆轴AX2、以及铲斗轴AX3平行。动臂轴AX1、斗杆轴AX2以及铲斗轴AX3与平行于回转轴RX的轴正交。动臂轴AX1、斗杆轴AX2以及铲斗轴AX3与车身坐标系的Y轴平行。回转轴RX与车身坐标系的Z轴平行。与动臂轴AX1、斗杆轴AX2以及铲斗轴AX3平行的方向表示上部回转体2的车宽度方向。与回转轴RX平行的方向表示上部回转体2的上下方向。与动臂轴AX1、斗杆轴AX2、铲斗轴AX3以及回转轴RX双方都正交的方向表示上部回转体2的前后方向。以驾驶席4S为基准，作业机1所存在的方向是前方。

作业机1通过液压缸10所产生的动力动作。液压缸10包含使动臂6动作的动臂缸11、使斗杆7动作的斗杆缸12、以及使铲斗8动作的铲斗缸13及倾斜缸14。

作业机1具有动臂行程传感器16、斗杆行程传感器17、铲斗行程传感器18、以及倾斜行程传感器19。动臂行程传感器16检测表示动臂缸11的动作量的动臂行程。斗杆行程传感器17检测表示斗杆缸12的动作量的斗杆行程。铲斗行程传感器18检测表示铲斗缸13的动作量的铲斗行程。倾斜行程传感器19检测表示倾斜缸14的动作量的倾斜行程。

操作装置30配置于驾驶室4。操作装置30包含被液压挖掘机100的操作员操作的操作部件。操作员对操作装置30进行操作，使作业机1动作。在本实施方式中，操作装置30包含左操作杆30L、和右操作杆30R、倾斜操作杆30T、以及操作踏板30F。

若向前方操作位于空档位置的右操作杆30R，则动臂6进行下降动作，若向后方操作，则动臂6进行上升动作。若向右方操作位于空档位置的右操作杆30R，则铲斗8进行倾卸，若向左方操作，则铲斗8进行挖掘。

若向前方操作位于空档位置的左操作杆30L，则斗杆7进行倾卸，若向后方操作则斗杆7进行挖掘。若向右方操作位于空档位置的左操作杆30L，则上部回转体2向右回转，若向左方操作，则上部回转体2向左回转。

另外，右操作杆30R及左操作杆30L的操作方向、和作业机1的动作方向及上部回转体2的回转方向之间的关系也可以不是上述的关系。

控制装置50包含计算机系统。控制装置50具有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)那样的处理器、包含ROM(ReadOnly Memory，只读存储器)那样的非易失性存储器及RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)那样的易失性存储器的存储装置、以及输入输出接口装置。

铲斗

图2是表示本实施方式所涉及的铲斗8的一个示例的侧剖面图。图3是表示本实施方式所涉及的铲斗8的一个示例的主视图。在本实施方式中，铲斗8是倾斜式铲斗。倾斜式铲斗以作为轴线的倾斜轴AX4为中心动作，例如是旋转的铲斗。在本实施方式中，以轴线为中心旋转的部件是铲斗8。

铲斗8并不限定于倾斜式铲斗。铲斗8例如也可以是旋转(rotate)铲斗。旋转铲斗是围绕与铲斗轴AX3垂直地相交的轴线旋转的铲斗。

如图2以及图3所示，铲斗8通过铲斗销8B以能够旋转的方式连结于斗杆7。铲斗8通过倾斜销8T以能够旋转的方式由斗杆7支承。铲斗8通过连接部件90连接于斗杆7的前端部。铲斗销8B将斗杆7与连接部件90连结。倾斜销8T将连接部件90与铲斗8连结。铲斗8通过连接部件90以能够旋转的方式连接于斗杆7。

铲斗8包含底板81、背板82、上板83、侧板84、以及侧板85。铲斗8具有设置于上板83的上部的支架87。支架87设置于上板83的前后位置。支架87与连接部件90及倾斜销8T连结。

连接部件90具有板部件91、设置于板部件91的上表面的支架92、以及设置于板部件91的下表面的支架93。支架92与斗杆7及第2连杆销95P连结。支架93设置于支架87的上部，并与倾斜销8T及支架87连结。

铲斗销8B将连接部件90的支架92与斗杆7的前端部连结。倾斜销8T将连接部件90的支架93与铲斗8的支架87连结。连接部件90以及铲斗8相对于斗杆7能够以铲斗轴AX3为中心旋转。铲斗8相对于连接部件90能够以倾斜轴AX4为中心旋转。

作业机1具有通过第1连杆销94P以能够旋转的方式连接于斗杆7的第1连杆部件94、以及通过第2连杆销95P以能够旋转的方式连接于支架92的第2连杆部件95。第1连杆部件94的基端部通过第1连杆销94P连接于斗杆7。第2连杆部件95的基端部通过第2连杆销95P连接于支架92。第1连杆部件94的前端部与第2连杆部件95的前端部通过铲斗缸上部销96而连结。

铲斗缸13的前端部通过铲斗缸上部销96以能够旋转的方式与第1连杆部件94的前端部以及第2连杆部件95的前端部连接。当铲斗缸13以伸缩的方式工作时，连接部件90与铲斗8一同以铲斗轴AX3为中心旋转。

倾斜缸14分别与设置于连接部件90的支架97以及设置于铲斗8的支架88连接。倾斜缸14的杆通过销连接于支架97。倾斜缸14的主体部通过销连接于支架88。当倾斜缸14伸缩时，铲斗8以倾斜轴AX4为中心旋转。倾斜缸14的连接的构造仅是一个示例，并不限定于本实施方式的构造。

这样，铲斗8由于铲斗缸13动作而以铲斗轴AX3为中心旋转。铲斗8由于倾斜缸14动作而以倾斜轴AX4为中心旋转。当铲斗8以铲斗轴AX3为中心旋转时，倾斜销8T与铲斗8一起旋转。

检测系统

接着，对液压挖掘机100的检测系统400进行说明。图4是示意性地表示液压挖掘机100的侧视图。图5是示意性地表示液压挖掘机100的后视图。图6是示意性地表示液压挖掘机100的俯视图。图7是示意性地表示铲斗8的侧视图。图8是示意性地表示铲斗8的主视图。

如图4、图5以及图6所示，检测系统400具有检测上部回转体2的位置的位置检测装置20和检测作业机1的角度的作业机角度检测装置24。位置检测装置20包括检测上部回转体2的位置的车身位置运算器21、检测上部回转体2的姿势的姿势运算器22、以及检测上部回转体2的方位的方位运算器23。

车身位置运算器21包括GPS接收机。车身位置运算器21设置于上部回转体2。车身位置运算器21检测由全局坐标系规定的上部回转体2的绝对位置Pg，即在全局坐标系(Xg－Yg－Zg)中的位置。上部回转体2的绝对位置Pg包括Xg轴方向的坐标数据、Yg轴方向的坐标数据以及Zg轴方向的坐标数据。

在上部回转体2设有多个GPS天线21A。GPS天线21A从GPS卫星接收电波，并将基于接收到的电波而生成的信号输出到车身位置运算器21。车身位置运算器21基于由GPS天线21A提供的信号，检测能通过全局坐标系定位的设置有GPS天线21A的位置Pr。车身位置运算器21基于设置有GPS天线21A的位置Pr，检测上部回转体2的绝对位置Pg。

GPS天线21A沿车宽方向设有两个。车身位置运算器21分别检测设置有一个GPS天线21A的位置Pra以及设置有另一个GPS天线21A的位置Prb。车身位置运算器21基于位置Pra以及位置Prb的至少一方实施运算处理，检测上部回转体2的绝对位置Pg。在本实施方式中，上部回转体2的绝对位置Pg是位置Pra。另外，上部回转体2的绝对位置Pg也可以是位置Prb，还可以是位置Pra与位置Prb之间的位置。

姿势运算器22包含惯性计测装置(Inertial Measurement Unit：IMU)。姿势运算器22设置于上部回转体2。姿势运算器22检测上部回转体2相对于由全局坐标系规定的水平面即Xg-Yg平面的倾斜角度。上部回转体2相对于水平面的倾斜角度包含表示车宽方向上的上部回转体2的倾斜角度的侧倾角度θ1、以及表示前后方向上的上部回转体2的倾斜角度的俯仰角度θ2。

方位运算器23基于设置有一个GPS天线21A的位置Pra与设置有另一个GPS天线21A的位置Prb，检测上部回转体2相对于由全局坐标系规定的基准方位的方位。方位运算器23基于位置Pra与位置Prb执行运算处理，检测上部回转体2相对于基准方位的方位。方位运算器23求取将位置Pra与位置Prb连结的直线，并基于求取的直线与基准方位所成的角度，检测上部回转体2相对于基准方位的方位。上部回转体2相对于基准方位的方位包括表示基准方位与上部回转体2的方位所成的角度的横摆角度θ3。

如图4、图7以及图8所示，作业机角度检测装置24基于由动臂行程传感器16检测出的动臂行程，求取表示动臂6相对于车身坐标系的Z轴的倾斜角度的动臂角度α。作业机角度检测装置24基于由斗杆行程传感器17检测出的斗杆行程，求取表示斗杆7相对于动臂6的倾斜角度的斗杆角度β。作业机角度检测装置24基于由铲斗行程传感器18检测出的铲斗行程，求取表示铲斗8的齿尖9相对于斗杆7的倾斜角度的铲斗角度γ。作业机角度检测装置24基于由倾斜行程传感器19检测出的倾斜行程，求取表示铲斗8相对于XY平面的倾斜角度的倾斜角度δ。作业机角度检测装置24基于由动臂行程传感器16检测出的动臂行程、由斗杆行程传感器17检测出的斗杆行程、由铲斗行程传感器18检测出的铲斗行程、以及由倾斜行程传感器19检测出的倾斜行程，求取表示倾斜轴AX4相对于XY平面的倾斜角度的倾斜轴角度ε。作业机1的倾斜角度既可以通过除行程传感器以外的角度传感器来检测，也可以通过立体摄像机以及激光扫描仪等的光学的计测手段来检测。

液压系统

图9是示意性地表示使倾斜缸14动作的液压系统300的一个示例的图。液压系统300包括供给液压油的可变容量型的主液压泵31、供给先导油的先导压力泵32、调整对倾斜缸14的液压油的供给量的流量控制阀25、调整作用于流量控制阀25的先导压力的控制阀37A、37B、39、操作装置30的倾斜操作杆30T及操作踏板30F、以及控制装置50。倾斜操作杆30T是设置于左操作杆30L或者右操作杆30R的至少一个的按钮等。在本实施方式中，操作装置30的操作踏板30F是先导压方式的操作装置。操作装置30的倾斜操作杆30T是电子杆方式的操作装置。

操作装置30的操作踏板30F连接于先导压力泵32。在操作踏板30F与先导压力泵32之间设有控制阀39。此外，操作踏板30F通过梭阀36A连接于从控制阀37A送出的先导油所流经的油路38A。此外，操作踏板30F通过梭阀36B连接于从控制阀37B送出的先导油所流经的油路38B。通过操作操作踏板30F，调整操作踏板30F与梭阀36A之间的油路33A的压力、以及操作踏板30F与梭阀36B之间的油路33B的压力。

通过对倾斜操作杆30T进行操作，将通过对倾斜操作杆30T的操作所生成的操作信号输出到控制装置50。控制装置50基于从倾斜操作杆30T输出的操作信号生成控制信号，并对控制阀37A、37B进行控制。控制阀37A、37B是电磁比例控制阀。控制阀37A基于控制信号对油路38A进行开闭。控制阀37B基于控制信号对油路38B进行开闭。

在不执行倾斜停止控制时，基于操作装置30的操作量调整先导压力。在执行倾斜停止控制时，控制装置50向控制阀37A、37B或者控制阀39输出控制信号来调整先导压力。

控制系统

图10是表示本实施方式所涉及的作业机械的控制系统200的一个示例的功能框图。以下，将作业机械的控制系统200称作控制系统200。如图10所示，控制系统200具备控制作业机1的控制装置50、位置检测装置20、作业机角度检测装置24、控制阀37(37A、37B)、39以及目标施工数据生成装置70。

位置检测装置20检测包括上部回转体2的绝对位置Pg、侧倾角度θ1及俯仰角度θ2的上部回转体2的姿势、以及包括横摆角度θ3的上部回转体2的方位。作业机角度检测装置24检测包括动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ、以及倾斜轴角度ε的作业机1的角度。控制阀37(37A、37B)调整对倾斜缸14的液压油的供给量。

控制阀37基于来自控制装置50的控制信号来动作。目标施工数据生成装置70包括计算机系统。目标施工数据生成装置70生成表示作为施工区域的目标形状的目标地形的目标施工数据。目标施工数据表示利用作业机1施工后获得的三维的目标形状。

目标施工数据生成装置70设置于远离液压挖掘机100的地方。目标施工数据生成装置70例如设置于施工管理公司的设备中。目标施工数据生成装置70与控制装置50能够进行无线通信。通过无线方式向控制装置50发送由目标施工数据生成装置70生成的目标施工数据。

也可以通过有线连接目标施工数据生成装置70与控制装置50，来从目标施工数据生成装置70向控制装置50发送目标施工数据。也可以是，目标施工数据生成装置70可以包含存储有目标施工数据的记录介质，而控制装置50可以具有能够从记录介质读取目标施工数据的装置。

另外，目标施工数据生成装置70也可以设置于液压挖掘机100。也可以通过有线或者无线方式从管理施工的外部的管理装置向液压挖掘机100的目标施工数据生成装置70提供目标施工数据，并由目标施工数据生成装置70将提供来的目标施工数据存储。

控制装置50包括处理部51、存储部52、以及输入输出部53。处理部51具有车身位置数据取得部51A、作业机角度数据取得部51B、候选规定点位置数据运算部51Ca、目标施工形状生成部51D、规定点位置数据运算部51Cb、动作平面运算部51E、停止地形运算部51F、作业机控制部51G、限制速度决定部51H、以及判定部51J。存储部52将包括作业机数据的液压挖掘机100的规格数据进行存储。

处理部51所具有的车身位置数据取得部51A、作业机角度数据取得部51B、候选规定点位置数据运算部51Ca、目标施工形状生成部51D、规定点位置数据运算部51Cb、动作平面运算部51E、停止地形运算部51F、作业机控制部51G、限制速度决定部51H以及判定部51J的各自的功能通过控制装置50的处理器而实现。存储部52的功能通过控制装置50的存储装置来实现。输入输出部53的功能通过控制装置50的输入输出接口装置来实现。

车身位置数据取得部51A从位置检测装置20通过输入输出部53取得车身位置数据。车身位置数据含有由全局坐标系规定的上部回转体2的绝对位置Pg、包含侧倾角度θ1以及俯仰角度θ2的上部回转体2的姿势、以及包含横摆角度θ3的上部回转体2的方位。

作业机角度数据取得部51B从作业机角度检测装置24通过输入输出部53取得作业机角度数据。作业机角度数据是包括动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ以及倾斜轴角度ε的作业机1的角度。

候选规定点位置数据运算部51Ca求取设定于铲斗8的规定点RP的位置数据。候选规定点位置数据运算部51Ca基于由车身位置数据取得部51A取得的车身位置数据、由作业机角度数据取得部51B取得的作业机角度数据、以及存储于存储部52的作业机数据，求取设定于铲斗8的规定点RP的位置数据。之后叙述规定点RP。

如图4所示，作业机数据包含动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3、倾斜长度L4、以及铲斗宽度L5。动臂长度L1是动臂轴AX1与斗杆轴AX2之间的距离。斗杆长度L2是斗杆轴AX2与铲斗轴AX3之间的距离。铲斗长度L3是铲斗轴AX3与铲斗8的齿尖9之间的距离。倾斜长度L4是铲斗轴AX3与倾斜轴AX4之间的距离。铲斗宽度L5是侧板84与侧板85之间的距离。

图11是示意性地表示设定于本实施方式所涉及的铲斗8的规定点RP的一个示例的图。如图11所示，在铲斗8设定有多个作在倾斜铲斗控制中使用的规定点RP的候选的候选规定点RPc。候选规定点RPc设定于铲斗8的齿尖9以及铲斗8的外表面。候选规定点RPc在齿尖9的铲斗宽度方向上设定有多个。此外，候选规定点RPc在铲斗8的外表面设定有多个。上述规定点RP是候选规定点RPc中的一个。

作业机数据包括表示铲斗8的形状以及尺寸的铲斗外形数据。铲斗外形数据包括铲斗宽度L5。铲斗外形数据包括铲斗8的外表面的轮廓数据、以及以铲斗8的齿尖9为基准的铲斗8的多个候选规定点RPc的坐标数据。

候选规定点位置数据运算部51Ca计算多个候选规定点RPc相对于上部回转体2的基准位置P0的各自的相对位置。此外，候选规定点位置数据运算部51Ca计算多个候选规定点RPc各自的绝对位置。

候选规定点位置数据运算部51Ca基于包含动臂长度L1、斗杆长度L2、铲斗长度L3、倾斜长度L4、及铲斗外形数据的作业机数据、以及包含动臂角度α、斗杆角度β、铲斗角度γ、倾斜角度δ、及倾斜轴角度ε的作业机角度数据，能够计算出铲斗8的多个候选规定点RPc相对于上部回转体2的基准位置P0的各自的相对位置。如图4所示，上部回转体2的基准位置P0设定于上部回转体2的回转轴RX。另外，上部回转体2的基准位置P0也可以设定于动臂轴AX1。

此外，候选规定点位置数据运算部51Ca基于由位置检测装置20检测出的上部回转体2的绝对位置Pg、以及上部回转体2的基准位置P0与铲斗8的相对位置，能够计算铲斗8的绝对位置Pa。绝对位置Pg与基准位置P0的相对位置是基于液压挖掘机100的规格数据导出的已知数据。候选规定点位置数据运算部51Ca基于包括上部回转体2的绝对位置Pg的车身位置数据、上部回转体2的基准位置P0与铲斗8的相对位置、作业机数据、以及作业机角度数据，能够计算铲斗8的多个候选规定点RPc各自的绝对位置。候选规定点RPc只要包括铲斗8的宽度方向的信息与铲斗8的外表面的信息即可，也可以不限定于点。

目标施工形状生成部51D基于由目标施工数据生成装置70提供的目标施工数据，生成表示施工对象的目标形状的目标施工形状CS。目标施工数据生成装置70既可以将三维目标地形数据作为目标施工数据提供给目标施工形状生成部51D，也可以将表示目标形状的一部分的多个线数据或者多个点数据作为目标施工数据提供给目标施工形状生成部51D。在本实施方式中，目标施工数据生成装置70将表示目标形状的一部分的线数据作为目标施工数据提供给目标施工形状生成部51D。

图12是表示本实施方式所涉及的目标施工数据CD的一个示例的示意图。如图12所示，目标施工数据CD表示施工区域的目标地形。目标地形包括由三角多边形分别表现的多个目标施工形状CS。多个目标施工形状CS分别表示作业机1的施工对象的目标形状。此外，在目标施工数据CD中，规定了目标施工形状CS中的与铲斗8的垂直距离为最近的点AP。此外，在目标施工数据CD中，规定了通过点AP及铲斗8并与铲斗轴AX3正交的作业机动作平面WP。作业机动作平面WP是通过动臂缸11、斗杆缸12以及铲斗缸13中至少一个的动作来使铲斗8的齿尖9移动的动作平面，并与车身坐标系(X－Y－Z)中的XZ平面平行。

目标施工形状生成部51D获取作为作业机动作平面WP与目标施工形状CS的相交线的线LX。此外，目标施工形状生成部51D获取通过点AP并在目标施工地形CS中的与线LX交叉的线LY。线LY表示横向动作平面与目标施工地形CS的相交线。横向动作平面是与作业机动作平面WP正交、并通过点AP的平面。线LY在目标施工地形CS中的铲斗8的侧方方向上延伸。

图13是表示本实施方式所涉及的目标施工形状CS的一个示例的示意图。目标施工形状生成部51D获取线LX以及线LY，基于线LX以及线LY，生成表示挖掘对象的目标形状的目标施工形状CS。在利用铲斗8挖掘目标施工形状CS的情况下，控制装置50使铲斗8沿着作为通过铲斗8的作业机动作平面WP与目标施工形状CS的相交线的线LX移动。

在本实施方式中，控制装置50通过基于线LY的倾斜控制，即使在铲斗8倾斜动作的情况下也能够在规定点RP与线LY上取得垂直距离，进行铲斗8的控制。此外，控制装置50不仅基于线LY，还基于目标施工形状CS相对于规定点RP的最短距离，并基于与线LY平行的线进行倾斜控制。

动作平面运算部51E求取通过设定于部件的规定点并与轴线正交的动作平面。在本实施方式中，轴线是倾斜轴AX4，部件是铲斗8，因此动作平面运算部51E求取通过作为部件的铲斗8的规定点RP、并与作为轴线的倾斜轴AX4正交的倾斜动作平面TP。倾斜动作平面TP相当于上述动作平面。

图14以及图15是表示本实施方式所涉及的倾斜动作平面TP的一个示例的示意图。图14表示倾斜轴AX4与目标施工形状CS平行时的倾斜动作平面TP。图15表示倾斜轴AX4与目标施工形状CS非平行时的倾斜动作平面TP。

如图14以及图15所示，倾斜动作平面TP是指，通过从规定于铲斗8的多个候选规定点RPc中选出的规定点RP、并与倾斜轴AX4正交的动作平面。规定点RP是指在多个候选规定点RPc中被判定为在倾斜铲斗控制中最有利的规定点RP。在倾斜铲斗控制最有利的规定点RP是指距目标施工形状CS的距离最近的规定点RP。另外，在倾斜铲斗控制中最有利的规定点RP也可以是在基于其规定点RP执行倾斜铲斗控制时，液压缸10的缸体速度最快的规定点RP。规定点位置数据运算部51Cb基于铲斗8的宽度、作为外表面信息的候选规定点RPc、以及目标施工形状CS，求出规定点RP，详细地说是求出倾斜铲斗控制中的最有利的规定点RP。

图14以及图15示出通过设定在齿尖9的规定点RP的倾斜动作平面TP的一个示例。倾斜动作平面TP是通过倾斜缸14的动作使铲斗8的规定点RP(齿尖9)移动的动作平面。如果动臂缸11、斗杆缸12、以及铲斗缸13中的至少一个动作，而表示倾斜轴AX4朝向的倾斜轴角度ε变化的话，倾斜动作平面TP的倾斜度也变化。

如上述那样，作业机角度检测装置24求取表示倾斜轴AX4相对于XY平面的倾斜角度的倾斜轴角度ε。倾斜轴角度ε由作业机角度数据取得部51B获取。此外，规定点RP的位置数据通过候选规定点位置数据运算部51Ca求取。动作平面运算部51E基于由作业机角度数据取得部51B获取的倾斜轴AX4的倾斜轴角度ε、以及通过候选规定点位置数据运算部51Ca求出的规定点RP的位置，求取倾斜动作平面TP。

停止地形运算部51F求取目标施工形状CS与动作平面交叉的停止地形。在本实施方式中，由于动作平面是倾斜动作平面TP，因此停止地形运算部51F求取由目标施工形状CS与倾斜动作平面TP交叉的部分规定的停止地形。以下，将该停止地形称作倾斜停止地形ST。停止地形运算部51F基于从多个候选规定点RPc中选出的规定点RP的位置数据、目标施工地形CS、以及倾斜数据，计算目标施工地形CS中的在铲斗8的侧方方向上延伸的倾斜目标地形ST。如图14以及图15所示，倾斜停止地形ST由目标施工形状CS与倾斜动作平面TP的相交线表示。如果作为倾斜轴AX4的朝向的倾斜轴角度ε变化的话，则倾斜停止地形ST的位置变化。

作业机控制部51G输出用于控制液压缸10的控制信号。在实施倾斜停止控制的情况下，作业机控制部51G基于表示铲斗8的规定点RP与倾斜停止地形ST之间的距离的动作距离Da，实施使以倾斜轴AX4为中心的铲斗8的倾斜动作停止的倾斜停止控制。即，在本实施方式中，以倾斜停止地形ST为基准，实施倾斜停止控制。在倾斜停止控制中，作业机控制部51G使铲斗8在倾斜停止地形ST停止，以避免倾斜动作的铲斗8超过倾斜停止地形ST。

作业机控制部51G基于设定于铲斗8的多个候选规定点RPc中的动作距离Da最短的规定点RP，实施倾斜停止控制。即，作业机控制部51G以设定于铲斗8的多个候选规定点RPc中的距倾斜停止地形ST最近的规定点RP不超过倾斜停止地形ST的方式，基于距倾斜停止地形ST最近的规定点RP与倾斜停止地形ST的动作距离Da，实施倾斜停止控制。

限制速度决定部51H基于动作距离Da，决定针对铲斗8的倾斜动作速度的限制速度U。当动作距离Da在作为阈值的线距离H以下时，限制速度决定部51H限制倾斜动作速度。

判定部51J判定铲斗8是否存在于相对于目标施工形状CS液压挖掘机100所存在的一侧即空中侧。判定部51J在空中侧存在铲斗8的情况下输出第1信息，在空中侧不存在铲斗8的情况下输出与第1信息不同的第2信息。第1信息是表示允许铲斗8的倾斜动作的信息。基于第1信息，控制装置50能够执行倾斜停止控制。第2信息是表示不允许铲斗8的倾斜动作的信息。基于第2信息，控制装置50不执行倾斜停止控制。在本实施方式中，限制速度决定部51H也可以具有判定部51J。

图16是用于说明本实施方式所涉及的倾斜停止控制的示意图。如图16所示，目标施工形状CS被确定，并且速度限制干预线IL也被确定。速度限制干预线IL与倾斜轴AX4平行，并被确定在与倾斜停止地形ST相距线距离H的位置。优选将线距离H设定为不会影响操作员的操作感。当倾斜动作的铲斗8的至少一部分超过速度限制干预线IL，且动作距离Da变成线距离H以下时，作业机控制部51G限制铲斗8的倾斜动作速度。限制速度决定部51H决定针对超过速度限制干预线IL的铲斗8的倾斜动作速度的限制速度U。在图16所示的示例中，由于铲斗8的一部分超过速度限制干预线IL，动作距离Da比线距离H小，因此倾斜动作速度受到限制。

限制速度决定部51H获取平行于倾斜动作平面TP的方向上的规定点RP与倾斜停止地形ST的动作距离Da。此外，限制速度决定部51H获取与动作距离Da相应的限制速度U。作业机控制部51G在判定为动作距离Da在线距离H以下的情况下，限制倾斜动作速度。

图17是表示用于基于动作距离Da使倾斜铲斗的倾斜旋转停止的动作距离Da与限制速度U的关系的一个示例的图。如图17所示，限制速度U是根据动作距离Da而被确定的速度。当动作距离Da大于线距离H时并不设定限制速度U，在动作距离Da在线距离H以下时才设定限制速度U。动作距离Da越小，限制速度U就越小，若动作距离Da为零，则限制速度U也为零。另外，在图17中，将靠近目标施工形状CS的方向表示为负的方向。

限制速度决定部51H基于操作装置30的倾斜操作杆30T的操作量，求出规定点RP朝向由目标施工数据CD确定的目标施工形状CS(倾斜停止地形ST)移动时的移动速度Vr。移动速度Vr是与倾斜动作平面TP平行的面内的规定点RP的移动速度。针对多个规定点RP分别来求取移动速度Vr。

在本实施方式中，在操作了倾斜操作杆30T的情况下，基于从倾斜操作杆30T输出的电流值，能够求出移动速度Vr。如果倾斜操作杆30T被操作的话，则从倾斜操作杆30T会输出与倾斜操作杆30T的操作量相应的电流。在存储部52中存储有表示从倾斜操作杆30T输出的电流值与先导压力的关系的第1相关数据。此外，在存储部52中存储有表示先导压力与示出阀芯的移动量的阀芯行程的关系的第2相关数据。此外，在存储部52中存储有表示阀芯行程与倾斜缸14的缸体速度的关系的第3相关数据。

第1相关数据、第2相关数据、以及第3相关数据是通过实验或者模拟等预先求出的已知数据。限制速度决定部51H基于从倾斜操作杆30T输出的电流值、以及存储于存储部52的第1相关数据、第2相关数据及第3相关数据，求取与倾斜操作杆30T的操作量相应的倾斜缸14的缸体速度。缸体速度也可以使用实际的行程传感器的检测值。在求出倾斜缸14的缸体速度之后，限制速度决定部51H使用雅可比行列式，将倾斜缸14的缸体速度转换成铲斗8的多个规定点RP各自的移动速度Vr。

作业机控制部51G在判定为动作距离Da为线距离H以下的情况下，实施将规定点RP相对于目标施工形状CS的移动速度Vr限制为限制速度U的速度限制。作业机控制部51G为了抑制铲斗8的规定点RP的移动速度Vr而向控制阀37输出控制信号。作业机控制部51G向控制阀37输出控制信号，以使铲斗8的规定点RP的移动速度Vr变成与动作距离Da相应的限制速度U。由此，倾斜动作的铲斗8的规定点RP的移动速度在规定点RP越接近目标施工形状CS(倾斜停止地形ST)时越慢，在规定点RP(齿尖9)到达目标施工地形CS时为零。

在本实施方式中，规定倾斜动作平面TP，并导出作为倾斜动作平面TP与目标施工形状CS的交线的倾斜停止地形ST。作业机控制部51G基于多个候选规定点RPc中的距倾斜停止地形ST最近的规定点RP与目标施工形状CS的动作距离Da执行倾斜停止控制，以使其规定点RP不会超过目标施工形状CS。由于倾斜停止控制是基于比垂直距离Db长的动作距离Da而执行的，因此与基于垂直距离Db执行倾斜停止控制的情况相比，可抑制铲斗8的倾斜动作不必要地停止。在本实施方式中，仅靠铲斗8进行倾斜动作，不会使倾斜停止地形ST的位置变化。因此，可顺畅地执行使用了能够进行倾斜动作的铲斗8的挖掘作业。

倾斜停止地形ST的位置

图18以及图19是示出倾斜停止地形ST的位置的图。图18示出在铲斗8的齿尖9侧倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的示例。图19示出在铲斗8的倾斜销8T侧倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的示例。在铲斗8进行倾斜动作的情况下，不仅针对存在于铲斗8的齿尖9侧的目标施工形状CS，有时也针对铲斗8的倾斜销8T侧、即存在于背面侧的目标施工形状CS使铲斗8的倾斜动作停止。

在针对存在于铲斗8的齿尖9侧的目标施工形状CS执行倾斜停止控制的情况下，控制装置50基于存在于铲斗8的齿尖9侧的倾斜停止地形ST与铲斗8的规定点RP的动作距离Da，使铲斗8的倾斜动作停止。在针对存在于铲斗8的倾斜销8T侧的目标施工形状CS执行倾斜停止控制的情况下，控制装置50基于存在于铲斗8的倾斜销8T侧的倾斜停止地形ST与铲斗8的规定点RP的动作距离Da，使铲斗8的倾斜动作停止。

图20以及图21是表示在倾斜动作平面TP上观察铲斗8以及倾斜停止地形ST的状态的图。图20以及图21均示出从与倾斜销8T平行的方向、并且是从目标施工形状CS观察铲斗8的状态。图20示出在铲斗8的齿尖9侧倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的情况。在该情况下，若观察倾斜动作平面TP上的铲斗8以及倾斜停止地形ST，便可以看出铲斗8存在于倾斜停止地形ST的上方、即空中侧，因此控制装置50基于铲斗8与倾斜停止地形ST的动作距离Da执行倾斜停止控制。

图21示出在铲斗8的倾斜销8T侧倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的情况。在该情况下，如图21所示，若观察倾斜动作平面TP上的铲斗8以及倾斜停止地形ST，便可以看出尽管铲斗8存在于倾斜停止地形ST的上方，却看到铲斗8处于倾斜停止地形ST的下方，即施工对象的内部。其结果，可看到铲斗8在挖掘倾斜停止地形ST。因此，控制装置50误认为铲斗8在挖掘施工对象而使倾斜动作停止，因此即使是铲斗8存在于空中且能够进行倾斜动作的情况下，有时也不能进行倾斜动作。

图22是表示空中侧AS与地中侧SS的位置关系的图。以目标施工形状CS为基准，将液压挖掘机100所存在的一侧设为空中侧AS，将不存在液压挖掘机100的一侧设为地中侧SS。铲斗8、斗杆7、动臂6以及上部回转体2是液压挖掘机100的一部分，因此以目标施工形状CS为基准，铲斗8、斗杆7、动臂6以及上部回转体2所存在的一侧为空中侧AS，不存在铲斗8、斗杆7、动臂6以及上部回转体2的一侧为地中侧SS。目标施工形状CS是目标施工数据CD的一部分，因此空中侧AS是以目标施工数据CD为基准存在液压挖掘机100的一侧，地中侧SS是以目标施工数据CD为基准不存在液压挖掘机100的一侧。

控制装置50在铲斗8存在于空中侧AS的情况下允许铲斗8的旋转、即倾斜动作，在铲斗8不存在于空中侧AS的情况下，即存在于地中侧SS的情况下不允许倾斜动作。控制装置50在铲斗8存在于空中侧AS的情况下允许铲斗8的倾斜动作，因此基于铲斗8与倾斜停止地形ST的动作距离Da执行倾斜停止控制。

图23至图26是表示铲斗8与倾斜停止地形ST以及目标施工形状CS的关系的图。图23以及图25示出在铲斗8的齿尖9侧倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的情况。如图23所示，在倾斜停止地形ST以及目标施工形状CS与设定于铲斗8的规定点RP为相向关系的情况下，铲斗8存在于空中侧AS。但是，如图25所示，即使在倾斜停止地形ST以及目标施工形状CS与设定于铲斗8的规定点RP为相向关系的情况下，铲斗8也不是存在与空中侧AS，而是存在于地中侧SS。

图24以及图26示出在铲斗8的倾斜销8T侧倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的情况。如图24所示，在倾斜停止地形ST以及目标施工形状CS与铲斗8的倾斜销8T侧为相向关系的情况下，铲斗8不是存在于空中侧AS，而是存在于地中侧SS。但是，如图26所示，即使在倾斜停止地形ST以及目标施工形状CS与铲斗8的倾斜销8T侧为相向关系的情况下，铲斗8也是存在于空中侧AS。

无论是在铲斗8的齿尖9侧倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的情况、还是铲斗8的倾斜销8T侧倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的情况，控制装置50还会在铲斗8存在于空中侧AS的情况下都允许倾斜动作，在铲斗8不存在于空中侧AS的情况下、即存在于地中侧SS的情况下不允许倾斜动作。

判定空中侧AS还是地中侧SS的处理

图27以及图28是用于说明求出铲斗8与倾斜停止地形ST的动作距离Da、以及倾斜动作平面TP与目标施工形状CS在铲斗8的齿尖9侧还是倾斜销8T侧交叉的方法的图。图29、图30、图31以及图32是表示无论是倾斜动作平面TP与目标施工形状CS是在铲斗8的齿尖9侧还是在倾斜销8T侧交叉时，判定铲斗8存在于空中侧AS还是地中侧SS的方法的图。控制装置50在判定铲斗8存在于空中侧AS还是地中侧SS时，需求取铲斗8与倾斜停止地形ST的距离即动作距离Da。在本实施方式中，动作距离Da由限制速度决定部51H求取。

限制速度决定部51H求取倾斜销坐标系(Xt－Yt－Zt)中的动作距离Da。倾斜销坐标系(Xt－Yt－Zt)以倾斜销8T的倾斜轴AX4为Xt轴，以与Xt轴正交的两个轴为Yt轴以及Zt轴。Yt轴与Zt轴相互正交。Yt轴是与车身坐标系(X－Y－Z)中的XZ平面平行的轴。Yt轴在倾斜销8T以铲斗轴AX3为中心旋转时，与Xt轴一起在车身坐标系(X－Y－Z)的XZ平面内旋转。

限制速度决定部51H求取将倾斜停止地形ST上的任意的两个点即起点Ps与终点Pe连结的矢量Va、以及将倾斜停止地形ST上的起点Ps与铲斗8的规定点RP连结的矢量Vb。在图27所示的示例中，规定点RP是齿尖9的一部分，在图28所示的示例中，规定点RP是铲斗8的倾斜销8T侧的一部分。

矢量Va是从起点Ps朝向终点Pe的矢量。矢量Vb是从起点Ps朝向规定点RP的矢量。动作距离Da在使用矢量Va以及矢量Vb的情况下通过式(1)求出。在式(1)中，Va×Vb是矢量Va与矢量Vb的外积。式(1)的右边的x的意思是，动作距离Da是车身坐标系(X－Y－Z)中的X方向的分量。

Da＝[Va×Vb/|Va|]x···(1)

动作距离Da是表示为正或者负的带符号的距离。根据式(1)，动作距离Da通过矢量Va与矢量Vb的外积求出，因此根据矢量Vb相对于矢量Va的位置Va×Vb的方向会反转。例如，若将图27所示的状态的Va×Vb的方向设为第1方向，则图28所示的状态的Va×Vb的方向为与第1方向相差180度的方向。若将第1方向上的动作距离Da的符号设为正(+)，则第2方向上的动作距离Da的符号为负(－)。动作距离Da的符号并不限定于本实施方式中所示的定义。

在Va×Vb的方向为第1方向的情况下，即动作距离Da的符号为正的情况下，倾斜动作平面TP与目标施工形状CS在铲斗8的齿尖9侧交叉。在Va×Vb的方向为第2方向的情况下，即动作距离Da的符号为负的情况下，倾斜动作平面TP与目标施工形状CS在铲斗8的倾斜销8T侧交叉。

控制装置50求出动作距离Da，判定倾斜动作平面TP与目标施工形状CS在铲斗8的齿尖9侧还是倾斜销8T侧交叉。控制装置50根据这些信息，正确地判定铲斗8位于空中侧AS还是地中侧SS，即未在挖掘目标施工形状CS还是正在挖掘目标施工形状CS。控制装置50的判定部50J求取在与目标施工形状CS正交的方向上延伸的第1矢量Vn、以及倾斜轴AX4所延伸的方向是的第2矢量N的外积即Vn×N。第1矢量Vn是从目标施工形状CS朝向空中侧AS的矢量。第2矢量N是从倾斜销8T的第1端部8TF朝向第2端部8TS的矢量。倾斜销8T的第1端部8TF是存在于倾斜销8T延伸的方向、并且是铲斗8的开口部8HL侧的端部。第2端部8TS是存在于倾斜销8T延伸的方向、并且与第1端部8TF相反的一侧的端部。第1矢量Vn与第2矢量N的外积可在车身坐标系(X－Y－Z)中求出。

关于第1矢量Vn与第2矢量N的外积即Vn×N，根据第2矢量N相对于第1矢量Vn的位置，外积Vn×N的方向会反转。例如，若将图29以及图31所示的状态的外积Vn×N的方向设为第1方向，则图30以及图32所示的状态的外积Vn×N的方向为与第1方向相差180度的方向，即第2方向。若将第1方向上的外积Vn×N的符号设为正(+)，则第2方向上的外积Vn×N的符号为负(－)。外积Vn×N的符号并不限定于本实施方式所示的定义。

在外积Vn×N的方向是被预先决定的方向、本实施方式中是第1方向的情况下，判定部51J将动作距离Da的符号维持为限制速度决定部51H所求出的值。在图29以及图31所示的示例的情况下，判定部51J从限制速度决定部51H接受动作距离Da，并以维持其符号的状态、即符号不反转的状态输出。在本实施方式中，判定部51J将动作距离Da输出到作业机控制部51G，但动作距离Da的输出目的地不受限定。

在该情况下，如果动作距离Da的符号为正，则如图29所示，铲斗8存在于空中侧AS，如果动作距离Da的符号为负，则如图31所示，铲斗8存在于地中侧SS。

判定部51J在外积Vn×N的方向不是预先决定的方向的情况下、本实施方式中是第2方向情况下，将动作距离Da的符号从限制速度决定部51H求出的值反转并输出。在图30以及图32所示的示例的情况下，判定部51J从限制速度决定部51H接受动作距离Da，将符号反转并输出。

在外积Vn×N的方向不是预先决定的方向的情况下，如果动作距离Da的符号为正，则如图32所示，铲斗8存在于地中侧SS，如果动作距离Da的符号为负，则如图30所示，铲斗8存在于空中侧AS。在该情况下，如果动作距离Da的符号被反转，则在动作距离Da的符号为正的情况下，铲斗8存在于空中侧AS，在动作距离Da的符号为负的情况下，铲斗8存在于地中侧SS。即，无论是倾斜动作平面TP与目标施工形状CS在铲斗8的齿尖9侧交叉的情况，还是倾斜动作平面TP与目标施工形状CS在铲斗8的倾斜销8T侧交叉的情况，都能判定出铲斗8存在于空中侧AS还是地中侧SS。

在本实施方式中，判定部51J在相对于目标施工形状CS铲斗8存在于存在液压挖掘机100的一侧即空中侧AS的情况下，输出第1信息，在铲斗8不存在于空中侧AS的情况下，输出第2信息。详细地说，如上述那样，判定部51J使用倾斜停止地形ST与规定点RP的之间距离即动作距离Da、在与目标施工形状CS正交的方向上延伸的第1矢量Vn、以及作为轴线的倾斜轴AX4延伸的方向上的第2矢量N，输出第1信息或者第2信息。作业机控制部51G在从判定部51J输出第1信息的情况下，允许铲斗8的旋转、即倾斜动作，在输出第2信息的情况下，不允许铲斗8的旋转。

通过这种处理，无论铲斗8与倾斜停止地形ST以及目标施工形状CS的位置关系如何，控制系统200以及控制装置50都能够正确地判定出铲斗8处于空中侧AS还是地中侧SS，即未在挖掘目标施工形状CS还是正在挖掘目标施工形状CS。其结果，对于存在于铲斗8的齿尖9侧的目标施工形状CS以及存在于铲斗8的倾斜销8T侧的目标施工形状CS双方，控制系统200以及控制装置50都能够执行倾斜停止控制而使铲斗8的倾斜动作停止。此外，对于存在于铲斗8的齿尖9侧的目标施工形状CS以及存在于铲斗8的倾斜销8T侧的目标施工形状CS双方，控制系统200以及控制装置50都能够在铲斗8挖掘目标施工形状CS的情况下使倾斜动作停止。这样，在控制铲斗8的动作以避免进入目标施工形状CS时，控制系统200以及控制装置50能够减少因液压挖掘机100所具有的铲斗8的姿势与目标施工形状CS的位置关系给控制带来的限制。

控制方法

图33是表示本实施方式所涉及的作业机械的控制方法的一个示例的流程图。目标施工形状生成部51D基于从目标施工数据生成装置70供给的目标施工数据即线LX以及线LY，生成目标施工形状CS(步骤S10)。

候选规定点位置数据运算部51Ca基于由作业机角度数据取得部51B取得的作业机角度数据、以及存储于存储部52的作业机械数据，求取设定于铲斗8的多个候选规定点RP各自的位置数据(步骤S20)。

动作平面运算部51E求取通过规定点RP并与倾斜轴AX4正交的倾斜动作平面TP(步骤S30)。停止地形运算部51F从多个候选规定点RPc中选出在倾斜铲斗的控制中最有利的规定点RP，求取目标施工形状CS与倾斜动作平面TP交叉的倾斜停止地形ST(步骤S40)。限制速度决定部51H求取规定点RP与倾斜停止地形ST的动作距离Da(步骤S50)。接着，对求取动作距离Da的处理进行说明。

图34是表示本实施方式所涉及的作业机械的控制方法中的、求取动作距离Da时的处理的流程图。在步骤S501中，限制速度决定部51H带符号地求取规定点RP与倾斜停止地形ST的距离即动作距离Da。在步骤S502中，判定部51J求取第1矢量Vn与第2矢量N的外积Vn×N。在步骤S503中，判定部51J根据外积Vn×N的朝向、即符号，使动作距离Da的符号反转，并输出到作业机控制部51G。

在步骤S60中，在动作距离Da的绝对值为直线距离H以下、并且动作距离Da的符号为正的情况下(步骤S60：Yes)，由限制速度决定部51H决定与动作距离Da的绝对值相应的限制速度U(步骤S70)。

作业机控制部51G基于根据倾斜操作杆30T的操作量能够求出的铲斗8的规定点RP的移动速度Vr、以及通过限制速度决定部51H决定的限制速度U，决定对于控制阀37的控制信号(步骤S80)。作业机控制部51G将控制信号输出到控制阀37。控制阀37基于从作业机控制部51G输出的控制信号控制先导压力。由此，倾斜缸14被控制(步骤S90)，因此铲斗8的规定点RP的移动速度Vr被限制。当进行倾斜动作的铲斗8接近目标施工形状CS，动作距离Da的绝对值为零时，铲斗8的倾斜动作停止。

在步骤S60中，在动作距离Da的绝对值比直线距离H大并且符号为负、动作距离Da的绝对值比直线距离H大并且符号为正、动作距离Da的绝对值为直线距离H以下并且符号为负中的任一种的情况下(步骤S60：No)，控制装置50不进行倾斜停止控制(步骤S65)。这种情况下，作业机控制部51G在步骤S80中生成使铲斗8的规定点RP的移动速度成为根据倾斜操作杆30T的操作量求出的移动速度Vr的控制信号，并输出到控制阀37。由此，倾斜缸14被控制成铲斗8的规定点RP变成移动速度Vr(步骤S90)。

通过这种处理，无论铲斗8与倾斜停止地形ST以及目标施工形状CS的位置关系如何，控制系统200以及控制装置50都能够正确地判定出铲斗8未在挖掘目标施工形状CS还是正在挖掘目标施工形状CS。因此，对于存在于铲斗8的齿尖9侧的目标施工形状CS以及存在于铲斗8的倾斜销8T侧的目标施工形状CS双方，控制系统200以及控制装置50都能够执行倾斜停止控制而使铲斗8的倾斜动作停止。

在存在多个目标施工形状CS的情况下

图35是表示在铲斗8的周围存在多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4的情况的一个示例的俯视图。图36是图35的A－A向视图。在通过铲斗8挖掘孔HL的情况下，控制装置50的目标施工形状生成部51D在铲斗8的周围生成多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4。在该情况下，在施工中的铲斗8的周围存在多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4。

限制速度决定部51H求取铲斗8的规定点RP与目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4的距离即动作距离Da。在该情况下，限制速度决定部51H根据目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4的位置选出适当的规定点RP，求出动作距离Da。例如，限制速度决定部51H对于目标施工形状CS1使用齿尖9侧的规定点RP，对于目标施工形状CS2使用倾斜销8T侧的规定点RP，对于目标施工形状CS3使用第1侧面8L侧的规定点RP，并对于目标施工形状CS4使用第2侧面8R侧的规定点RP。

限制速度决定部51H使用倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的部分即倾斜停止地形ST、以及第1侧面8L侧的规定点RP，求出对于目标施工形状CS3的动作距离Da。此外，限制速度决定部51H使用倾斜动作平面TP与目标施工形状CS交叉的部分即倾斜停止地形ST、以及第2侧面8R侧的规定点RP，求出对于目标施工形状CS4的动作距离Da。

判定部51J针对多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4输出第1信息或者第2信息，即带符号的动作距离Da。在该情况下，以目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4为基准，孔HL侧为空中侧AS，与孔HL相反的一侧为地中侧SS。

针对存在于铲斗8的周围的多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4，输出第1信息或者第2信息，控制系统200以及控制装置50能够与铲斗8与倾斜停止地形ST以及目标施工形状CS的位置关系无关地，正确地判定铲斗8处于空中侧AS还是地中侧SS，即未在挖掘目标施工形状CS还是正在挖掘目标施工形状CS。其结果，对于存在于铲斗8的周围的目标施工形状CS，控制系统200以及控制装置50能够执行倾斜停止控制而使铲斗8的倾斜动作停止。

以轴线为中心旋转的部件是铲斗8以外的示例

图37是用于说明以轴线为中心旋转的部件是铲斗8以外的示例的图。图38是图37的B－B向视图。图37以及图38示出液压挖掘机100在封闭的空间内施工的状况。在该情况下，在液压挖掘机100的周围存在多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6、CS7、CS8、CS9。在图37以及图38所示的示例中，以被多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6、CS7、CS8、CS9包围的部分为基准的内侧为空中侧AS，外侧为地中侧SS。

在上述示例中，以轴线为中心旋转的部件是铲斗8，轴线是倾斜轴AX4，但以轴线为中心旋转的部件并不限定于铲斗8。例如，既可以使轴线为动臂轴AX1，使以轴线为中心旋转的部件为动臂6，也可以使轴线为斗杆轴AX2，使以轴线为中心旋转的部件为斗杆7，还可以使轴线为回转轴RX，使以轴线为中心旋转的部件为上部回转体2。此外，在部件是铲斗8的情况下，也可以使轴线为铲斗轴AX3。这样，在本实施方式中，以轴线为中心旋转的部件为铲斗8、斗杆7、动臂6以及上部回转体2中的至少一个即可。

在使轴线为动臂轴AX1、使以轴线为中心旋转的部件为动臂6的情况下，与动臂轴AX1正交、并且通过动臂6的规定点RPb的平面成为动作平面TPb。动作平面TPb与多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6、CS7、CS8、CS9中的至少一个交叉的部分成为停止地形ST1b、ST5b等。判定部51J使用停止地形ST1b、ST5b等与规定点RPb之间的距离、与目标施工形状CS1、CS5等正交并在从地中侧SS朝向空中侧AS的方向上延伸的第1矢量、以及动臂轴AX1延伸的方向上的第2矢量，来输出第1信息或者第2信息，即带符号的动作距离Da。控制装置50基于带符号的动作距离Da，执行使动臂6停止的停止控制。

在使轴线为斗杆轴AX2、使以轴线为中心旋转的部件为斗杆7的情况下，与斗杆轴AX2正交、并且通过斗杆7的规定点RPa的平面成为动作平面TPa。动作平面TPa与多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6、CS7、CS8、CS9中的至少一个交叉的部分成为停止地形ST1a、ST5a等。判定部51J使用停止地形ST1a、ST5a等与规定点RPa之间的距离、与目标施工形状CS1、CS5等正交并在从地中侧SS朝向空中侧AS的方向上延伸的第1矢量、以及斗杆轴AX2延伸的方向上的第2矢量，来输出第1信息或者第2信息，即带符号的动作距离Da。控制装置50基于带符号的动作距离Da，执行使斗杆7停止的停止控制。

在使轴线为回转轴RX、使以轴线为中心旋转的部件为上部回转体2的情况下，与回转轴RX正交、并且通过上部回转体2的规定点RPr的平面成为动作平面TPr。动作平面TPr与多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6、CS7、CS8、CS9中的至少一个交叉的部分成为停止地形ST2、ST7、ST8、ST9等。判定部51J使用停止地形ST2、ST7、ST8、ST9等与规定点RPr之间的距离、与目标施工形状CS2、CS7、CS8、CS9等正交并在从地中侧SS朝向空中侧AS的方向上延伸的第1矢量、以及回转轴RX延伸的方向上的第2矢量，来输出第1信息或者第2信息，即带符号的动作距离Da。控制装置50基于带符号的动作距离Da，执行使上部回转体2停止的停止控制。

在使轴线为铲斗轴AX3、使部件为铲斗8的情况下，与铲斗轴AX3正交、并且通过铲斗8的规定点RPk的平面成为动作平面TPk。动作平面TPk与多个目标施工形状CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6、CS7、CS8、CS9中的至少一个交叉的部分成为停止地形ST1k、ST5k等。判定部51J使用停止地形ST1k、ST5k等与规定点RPk之间的距离、在与目标施工形状CS1、CS5等正交的方向上延伸的第1矢量、以及铲斗轴AX3延伸的方向上的第1矢量，来输出第1信息或者第2信息，即带符号的动作距离Da。控制装置50基于带符号的动作距离Da，执行使铲斗8停止的停止控制。

这样，在本实施方式中，针对铲斗8以外的部件控制系统200以及控制装置50也能够基于第1信息或者第2信息控制动作。因此，无论液压挖掘机100的部件与停止地形ST5b、ST5a、ST5k、ST2等的位置关系如何，控制系统200以及控制装置50都能够正确地判定部件未在挖掘目标施工形状CS还是正在挖掘目标施工形状CS。因此，对于存在于部件的周围的目标施工形状CS，控制系统200以及控制装置50能够执行停止控制而使铲斗8的倾斜动作停止。其结果，控制系统200以及控制装置50在控制液压挖掘机100所包括的部件的动作以避免进入目标施工形状CS时，能够减少因部件的姿势与目标施工形状CS的位置关系给控制带来的限制。

在本实施方式中，判定部51J使用停止地形与规定点的之间距离、在与目标施工形状CS正交的方向上延伸的第1矢量Vn、以及轴线延伸的方向上的第2矢量N，来判定液压挖掘机100的至少一部分的部件处于空中侧AS还是处于地中侧SS。判定部件处于空中侧AS还是处于地中侧SS的方法不被限定。例如，判定部51J也可以根据通过拍摄液压挖掘机100的至少一部分的部件获得的部件与施工对象的位置关系，判定部件处于空中侧AS还是处于地中侧SS。

图39是用于说明对部件处于空中侧AS还是地中侧SS进行判定的其它方法的图。在液压挖掘机100中，将得知是空中侧AS的已知的位置设为第1位置K1。第1位置K1例如设为驾驶室4的屋顶4TP。第1位置K1是在液压挖掘机100中与希望判定存在于空中侧AS还是存在于地中侧SS的部件位于不同部分的位置，并且是已知的基准点。

将希望判定存在于空中侧AS还是存在于地中侧SS的部件的位置设为第2位置K2。第2位置K2例如设为铲斗8的齿尖9的一部分。将连结第1位置K1与第2位置K2的线段设为判定线SL。第2位置K2是上述规定点RP中的一个。第2位置K2可通过上述规定点RP候选规定点位置数据运算部51Ca求取。

判定部51J根据第1位置K1与从作业机1的姿势获得的第2位置K2，求取判定线SL。判定线SL是将第1位置K1与第2位置K2连结的线段。判定部51J求出判定线SL与目标施工形状CS的交点XP的个数，根据获得的交点XP的个数，判定第2位置K2存在于空中侧AS还是存在于地中侧SS。详细地说，判定部51J在交点XP的个数是偶数的情况下，判定为第2位置K2存在于空中侧AS，在交点XP的个数是奇数的情况下，判定为第2位置K2存在于地中侧SS。具体而言，由于判定线SL1的交点XP的个数为两个，因此判定部51J判定为第2位置K2存在于空中侧AS，并输出第1信息。由于判定线SL2的交点XP的个数为三个，因此判定部51J判定为第2位置K2存在于地中侧SS，并输出第2信息。即，判定部51J使用交点XP的个数是偶数还是奇数来输出第1信息或者第2信息。

在本实施方式中，作业机械采用了液压挖掘机，但在实施方式中说明的构成要素除了液压挖掘机之外，也可以应用于具有作业机的作业机械。此外，在本实施方式中，基于通过判定部51J输出的第1信息以及第2信息，由作业机控制部51G控制作业机1，但并不限定于这种方式。也可以将通过判定部51J输出的第1信息及第2信息或者基于该第1信息及第2信息的信息显示于图1所示的驾驶室4内的显示器，或从扬声器进行报告。例如，第1信息是部件存在于空中侧AS的信息，因此将允许部件的动作的主旨的信息显示于显示器，或通过扬声器进行报告。此外，第2信息是部件存在于地中侧SS的信息，因此将不允许部件的动作的主旨的信息显示于显示器，或通过扬声器进行报告。

在本实施方式中，将从判定部51J输出的符号为正的动作距离Da、或者交点的个数为偶数的信息设为第1信息，将从判定部51J输出的负的动作距离Da、或者交点的个数为奇数的信息设为第2信息，但第1信息以及第2信息并不限定于此。例如，判定部51J也可以在动作距离Da的符号为正的情况下输出0或者Low信号，在动作距离Da的符号为负的情况下输出1或者High信号。在该情况下，0或者Low信号是第1信息，1或者High信号成为第2信息。此外，判定部51J也可以在动作距离Da的符号为正的情况下将判定标志Fj作为0而输出，在动作距离Da的符号为负的情况下将判定标志Fj作为1而输出。该情况下，成为判定标志Fj＝0是第1信息，判定标志Fj＝1是第2信息。

在本实施方式中，操作装置30的右操作杆30R以及左操作杆30L也可以是先导液压方式。此外，右操作杆30R以及左操作杆30L也可以是基于它们的操作量(倾动角)向控制装置50输出电信号、并基于控制装置50的控制信号直接控制流量控制阀25的电子杆方式。

以上，说明了本实施方式，但本实施方式不被上述内容限定。此外，上述构成要素包括本领域技术人员能够容易想到的、实质上相同的、所谓等同的范围。而且，也能够适当地组合上述构成要素。而且，能够在不脱离本实施方式的主旨的范围内，对构成要素进行各种省略、替换或者变更。