工程机械的制作方法

本发明涉及工程机械。

背景技术：

公知有具备由动臂、斗杆、铲斗等多个前部件构成的前作业装置的液压挖掘机等工程机械(参照专利文献1)。前作业装置通过与各前部件分别对应的操作部件被操作而被驱动。专利文献1所记载的工程机械的操作装置具备反作用力控制机构，该反作用力控制机构以将与基于各操作部件的操作实现的前作业装置向作业范围边界接近的程度相应的操作反作用力分别对各操作部件的操作施加的方式，对反作用力施加机构进行控制。

专利文献1所记载的反作用力控制机构基于前作业装置的姿势和各操作部件的操作分别运算基于各操作部件的操作实现的规定时间后的前作业装置与作业范围边界之间的距离。反作用力控制机构施加以仅对运算出的距离比前作业装置的当前位置与作业范围边界之间的距离短那样的操作部件的操作施加操作反作用力的方式，对反作用力施加机构进行控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-320846号公报

技术实现要素：

前作业装置由多个前部件构成，因此，在进行例如直线挖掘作业等使铲斗的爪尖沿着直线的目标轨迹运动的作业的情况下，需要使多个前部件复合地动作，操作需要熟练。另外，存在如下问题：即使是熟练的操作者，高精度且高速的作业也并不容易，若进行长期作业，则导致疲劳而作业效率降低。

在专利文献1中，虽然提出了利用操作反作用力来辅助操作者的方案，但无法解决上述问题点。

根据本发明的一形态，工程机械具备：前作业装置，其具有至少包括第1前部件和第2前部件的多个前部件；多个执行机构，其驱动多个前部件；以及操作部，其对多个执行机构进行操作，在该工程机械中，具备反作用力施加装置以及控制装置，该反作用力施加装置基于实际操作量对操作部施加操作反作用力，该控制装置具有：操作量检测部，其对操作部的实际操作量进行检测，以便生成针对该反作用力施加装置的控制信号；轨迹决定部，其决定前作业装置的预先设定的部位的目标轨迹；位置检测部，其对通过多个前部件驱动而移动的前作业装置的预先设定的部位的位置进行检测；目标速度决定部，其以沿着目标轨迹的方式决定前作业装置的预先设定的部位的目标速度；目标操作量决定部，其基于目标速度来决定至少第1前部件和第2前部件各自的目标操作量；以及反作用力修正控制部，其在前部件的目标操作量与实际操作量之差比预先设定的范围大的情况下，执行使通过反作用力施加装置向对驱动该前部件的执行机构进行操作的操作部施加的操作反作用力增加的修正，在前部件的目标操作量与实际操作量之差处于上述范围内的情况下，执行使通过反作用力施加装置向对驱动该前部件的执行机构进行操作的操作部施加的操作反作用力减少的修正。

发明效果

根据本发明，能够简单地进行沿着目标轨迹的作业，能够实现作业效率的提高。

附图说明

图1是适用本实施方式的工程机械的侧视图。

图2是表示本实施方式的控制器的概略构成的图。

图3是说明液压挖掘机的与左操作杆和右操作杆的操作方向相对应的动作的图。

图4是对目标轨迹tl的决定方法进行说明的图。

图5是表示斜面的平整作业的图。

图6中，(a)是表示爪尖pb的实际速度矢量vac的图，(b)是表示爪尖pb的目标速度矢量vtc的图。

图7是表示实际操作角θ与基准操作反作用力fb之间的关系的图。

图8是表示基于由控制器执行的操作反作用力控制程序的处理的一个例子的流程图。

图9是表示基于由控制器执行的操作反作用力控制程序的第1修正控制处理和第2修正控制处理的一个例子的流程图。

图10是表示根据实际操作角θ而由反作用力施加装置产生的操作反作用力f的特性的图。

图11是表示操作反作用力的修正方法的变形例(变形例1-1、1-2、1-3)的图。

图12是表示操作反作用力的修正方法的变形例(变形例1-4)的图。

具体实施方式

图1是作为适用本实施方式的工程机械的一个例子的液压挖掘机(反铲挖掘机)100的侧视图。此外，为了方便说明，如图1所示那样规定前后和上下方向。如图1所示，液压挖掘机100具备行驶体101和能够旋转地搭载于行驶体101上的旋转体102。行驶体101通过利用行驶马达驱动左右一对的履带来行驶。

在旋转体102的前部左侧设置有驾驶室107，在驾驶室107的后部设置有发动机室。在发动机室中收容有作为动力源的发动机、液压设备等。在发动机室的后部安装有用于取得作业时的机身的平衡的配重109。在旋转体102的前部右侧设置有前作业装置103。

前作业装置103具备多个前部件、即动臂104、斗杆105、以及铲斗106。动臂104的基端部能够转动地安装于旋转体102的前部。斗杆105的一端能够转动地安装于动臂104的前端。动臂104和斗杆105由动臂缸104a和斗杆缸105a分别驱动而起伏。铲斗106能够相对于斗杆105向上下方向转动地安装于斗杆105的前端，由铲斗缸106a驱动。

图2是表示本实施方式的控制器120的概略构成的图。液压挖掘机100具备控制器120。控制器120包括cpu、作为存储装置的rom和ram、具有其他周边电路等的运算处理装置而构成，进行液压挖掘机100的各部分的控制。

在控制器120上连接有输出与配设于驾驶室107内的电气式的左操作杆111的操作方向和实际操作角相当的信号的操作量传感器111d、以及输出与电气式的右操作杆112的操作方向和实际操作角相当的信号的操作量传感器112d。实际操作角(实际操作量)是操作杆111、112相对于中立位置np的倾斜角。与左操作杆111和右操作杆112的操作方向和实际操作角θ相当的信号输入至控制器120。控制器120功能性地具备操作量检测部120d。操作量检测部120d基于来自各操作量传感器111d、112d的信号对左操作杆111和右操作杆112的操作方向和实际操作角θ进行检测。图3是对液压挖掘机100的与左操作杆111和右操作杆112的操作方向相对应的动作进行说明的图。左操作杆111位于驾驶席的左侧，右操作杆112位于驾驶席的右侧。

左操作杆111是对斗杆105相对于动臂104的转动动作、以及旋转体102的旋转动作进行操作的操作部件。若使左操作杆111从中立位置np向前方倾斜，则进行斗杆推出动作。斗杆推出动作是指，斗杆缸105a收缩，斗杆105以与实际操作角相应的速度相对于动臂104向斗杆105的相对角度扩大的方向转动的(在图1中是顺时针转动的)动作。若使左操作杆111从中立位置np向后方倾斜，则进行斗杆拉回动作。斗杆拉回动作是指，斗杆缸105a伸长，以使斗杆105向动臂104侧折叠的方式，斗杆105以与实际操作角相应的速度转动的(在图1中是逆时针转动的)动作。

若使左操作杆111从中立位置np向左方倾斜，则旋转马达(未图示)被驱动，旋转体102以与实际操作角相应的速度向左旋转。若使左操作杆111从中立位置np向右方倾斜，则旋转马达(未图示)被驱动，旋转体102以与实际操作角相应的速度向右旋转。

右操作杆112是对动臂104相对于旋转体102的转动动作、以及铲斗106相对于斗杆105的转动动作进行操作的操作部件。若使右操作杆112从中立位置np向前方倾斜，则进行动臂下降动作。动臂下降动作是指，动臂缸104a收缩，动臂104以与实际操作角相应的速度向下方转动的动作。若使右操作杆112从中立位置np向后方倾斜，则进行动臂抬升动作。动臂抬升动作是指，动臂缸104a伸长，动臂104以与实际操作角相应的速度向上方转动的动作。

若使右操作杆112从中立位置np向左方倾斜，则进行铲斗挖掘动作。铲斗挖掘动作是指，铲斗缸106a伸长，以铲斗106的爪尖(前端)pb靠近斗杆105的腹面的方式，铲斗106以与实际操作角相应的速度转动的(在图1中是逆时针转动的)动作。若使右操作杆112从中立位置np向右方倾斜，则进行铲斗卸载动作。铲斗卸载动作是指，铲斗缸106a收缩，以铲斗106的爪尖pb从斗杆105的腹面远离的方式，铲斗106以与实际操作角相应的速度转动的(在图1中是顺时针转动的)动作。

若使左操作杆111从中立位置np向左斜前方等倾斜方向倾斜，则能够使斗杆105和旋转体102复合地动作。若使右操作杆112从中立位置np向左斜前方等倾斜方向倾斜，则能够使动臂104和铲斗106复合地动作。因此，在本实施方式的液压挖掘机100中，通过对左操作杆111和右操作杆112同时进行操作，能够最多使4个动作复合地进行。

如图2所示，在控制器120上连接有反作用力施加装置111r，该反作用力施加装置111r针对左操作杆111产生与操作者的操作方向为相反侧的力即操作反作用力。在控制器120上连接有反作用力施加装置112r，该反作用力施加装置112r针对右操作杆112产生与操作者的操作方向为相反侧的力即操作反作用力。

反作用力施加装置111r和反作用力施加装置112r是同样的构成，能够由多个电磁马达等电磁致动器构成。如随后论述那样，若表示控制器120所决定的操作反作用力的控制信号被输出至反作用力施加装置111r、112r，则通过反作用力施加装置111r、112r对左操作杆111和右操作杆112产生操作反作用力。

控制阀108与控制器120连接。控制器120基于上述的左操作杆111的操作方向和实际操作角以及右操作杆112的操作方向和实际操作角，输出对控制阀108进行控制的控制信号。控制阀108根据来自控制器120的控制信号而被切换。控制阀108对从未图示的液压泵向各前部件的执行机构(动臂缸104a、斗杆缸105a和铲斗缸106a)供给的压力油的流动进行控制。因此，各前部件的与左操作杆111和右操作杆112的操作方向相应的动作以与实际操作角相应的速度被驱动。

在控制器120上连接有用于求出前部件的位置的多个角度传感器，由各角度传感器检测到的信号输入至控制器120。多个角度传感器包括动臂角度传感器110a、斗杆角度传感器110b、以及铲斗角度传感器110c。动臂角度传感器110a设置于动臂104与旋转体102之间的连接部，对动臂104相对于旋转体102的转动角度进行检测。斗杆角度传感器110b设置于动臂104与斗杆105之间的连接部，对斗杆105相对于动臂104的转动角度进行检测。铲斗角度传感器110c设置于斗杆105与铲斗106之间的连接部，对铲斗106相对于斗杆105的转动角度进行检测。

控制器120具备姿势运算部121、目标轨迹决定部122、实际速度运算部123、目标速度运算部124、矢量分解部125、目标操作量运算部126、基准反作用力运算部127、判定部128、以及反作用力修正部129。

姿势运算部121对液压挖掘机100的姿势、即作为构成前作业装置103的各前部件的动臂104、斗杆105以及铲斗106的位置进行运算。在控制器120的存储装置中存储有各前部件和旋转体102、行驶体101的各部分尺寸的信息。

控制器120使用前部件的各部分的尺寸、和由动臂角度传感器110a、斗杆角度传感器110b及铲斗角度传感器110c检测到的信息，对包括铲斗106的爪尖pb在内的各前部件中的预先设定的部位的位置进行运算。作为前部件的各部分的尺寸，包括从动臂104的转动支点到斗杆105的转动支点的尺寸、从斗杆105的转动支点到铲斗106的转动支点的尺寸、以及从铲斗106的转动支点到铲斗106的爪尖pb的尺寸。姿势运算部121按每规定的控制周期对铲斗106的爪尖pb的位置进行运算。

也就是说，在本实施方式中，能够根据来自多个角度传感器110a、110b、110c的信息和多个前部件的尺寸的信息，对通过多个前部件驱动而移动的铲斗106的爪尖pb的位置进行检测。

目标轨迹决定部122决定铲斗106的爪尖pb的目标轨迹。参照图4对目标轨迹的决定方法的一个例子进行说明。图4是对目标轨迹tl的决定方法进行说明的图。如图4所示，操作者将铲斗106的爪尖pb配置于第1位置p1，对位置设定开关(未图示)进行操作，利用深度设定开关(未图示)输入挖掘深度h1的数值。由此，目标轨迹决定部122将从第1位置p1以挖掘深度h1向下方分开的位置作为第1设定点p1t而存储于存储装置。

操作者将铲斗106的爪尖pb配置于与第1位置p1不同的第2位置p2，对位置设定开关(未图示)进行操作，利用深度设定开关(未图示)输入挖掘深度h2的数值。由此，目标轨迹决定部122将从第2位置p2以挖掘深度h2向下方分开的位置作为第2设定点p2t而存储于存储装置。此外，第1设定点p1t和第2设定点p2t例如由与作为基准位置的旋转中心点bp相距的水平方向距离、以及与旋转中心点bp相距的铅垂方向距离来确定，并被存储于存储装置。

目标轨迹决定部122对相对于第1位置p1以深度h1位于下方的第1设定点p1t和相对于第2位置p2以深度h2位于下方的第2设定点p2t连结的直线的方程式进行计算，并将其设定为目标轨迹tl。

图5是表示作为直线挖掘作业的一个例子的斜面的平整作业的图。在图5所示的斜面的平整作业中，能够通过使斗杆拉回动作和动臂抬升动作复合来实现。在本实施方式中，在以手动进行操作的情况下，如图5所示，以铲斗106的爪尖pb沿着目标轨迹tl移动的方式，执行对作用于左操作杆111和右操作杆112的操作反作用力进行调整来促使操作者进行恰当操作的反作用力修正控制。此外，在本实施方式中，为了方便说明，对不执行使铲斗106和旋转体102动作的操作的情况下的操作反作用力的修正控制进行说明。

图2所示的实际速度运算部123运算爪尖pb的实际速度矢量vac。图6的(a)是表示爪尖pb的实际速度矢量vac的图。实际速度运算部123基于由姿势运算部121运算出的当前时刻的铲斗106的位置与在1控制周期前由姿势运算部121运算出的铲斗106的位置之差、以及1控制周期的时间，对铲斗106的爪尖pb的实际速度矢量vac进行运算。

图2所示的目标速度运算部124以沿着目标轨迹tl的方式决定爪尖pb的目标速度矢量vtc。图6的(b)是表示爪尖pb的目标速度矢量vtc的图。如图6的(b)所示，在爪尖pb位于目标轨迹tl上的情况下，爪尖pb的目标速度矢量vtc的方向成为与目标轨迹tl平行的方向。另外，在本实施方式中，爪尖pb的目标速度矢量vtc的范数被设定成与实际速度矢量vac的范数相同的值(||vtc||＝||vac||)。也就是说，将爪尖pb的实际速度的大小代用为目标速度的大小。

图2所示的矢量分解部125基于当前时刻的前作业装置103的姿势，如图6的(a)所示那样将实际速度矢量vac分解成斗杆速度矢量vaa和动臂速度矢量vab。矢量分解部125基于当前时刻的前作业装置103的姿势，如图6的(b)所示那样将目标速度矢量vtc分解成斗杆速度矢量vta和动臂速度矢量vtb。

斗杆速度矢量vaa、vta是由斗杆105相对于动臂104的转动动作引起的速度矢量，其方向是与将斗杆105的转动支点(斗杆105与动臂104连接的连接点)和爪尖pb连结的直线垂直的方向。动臂速度矢量vab、vtb是由动臂104相对于旋转体102的转动动作引起的速度矢量，其方向是与将动臂104的转动支点(动臂104与旋转体102连接的连接点)和爪尖pb连结的直线垂直的方向。

图2所示的目标操作量运算部126通过使作为目标值的斗杆速度矢量vta的范数除以作为实测值的斗杆速度矢量vaa的范数来运算修正系数ka(ka＝||vta||/||vaa||)。目标操作量运算部126通过使作为目标值的动臂速度矢量vtb的范数除以作为实测值的动臂速度矢量vab的范数来运算修正系数kb(kb＝||vtb||/||vab||)。

修正系数ka、kb成为与实际操作角与目标操作角之差相当的系数，通过对实际操作角θ乘以修正系数ka、kb，而获得目标操作角θt。也就是说，在修正系数是1的情况下，表示目标操作角θt与实际操作角θ一致。在修正系数比1大的情况下，表示实际操作角θ比目标操作角θt小，在修正系数比1小的情况下，表示实际操作角θ比目标操作角θt大。

目标操作量运算部126对左操作杆111的斗杆拉回动作方向的实际操作角θ(以下也记作实际操作角θa)乘以修正系数ka而求出使得产生成为目标的斗杆速度矢量vta的目标操作角θt(θt＝ka·θa)。目标操作量运算部126对右操作杆112的动臂抬升动作方向的实际操作角θ(以下也记作实际操作角θb)乘以修正系数kb而求出使得产生成为目标的动臂速度矢量vtb的目标操作角θt(θt＝kb·θb)。

基准反作用力运算部127基于实际操作角θ来决定由反作用力施加装置111r、112r产生的操作反作用力f。图7是表示实际操作角θ与基准操作反作用力fb之间的关系的图。在控制器120的存储装置中以查询表形式存储有随着左操作杆111和右操作杆112的实际操作角θa、θb的增加而变大的基准操作反作用力fb的特性na、nb。在不进行随后论述的操作反作用力的修正的情况下，按照该特性na、nb而通过反作用力施加装置111r、112r对操作杆111、112施加与实际操作角θa、θb相应的操作反作用力f。

基于实际操作角θa的特性na和基于实际操作角θb的特性nb既可以是相同的特性，也可以是不同的特性。在本实施方式中，设为特性na和特性nb相同，将特性na、nb统称而记作特性n、将实际操作角θa和实际操作角θb统称而记作实际操作角θ来进行说明。此外，对于左操作杆111和右操作杆11，也进行统称而简记为操作杆r。

特性n是随着实际操作角θ增加而基准操作反作用力fb线性增加的特性，其最大值是fmax。若操作杆r被向前后方向操作，则基准反作用力运算部127参照特性n，对与由操作量传感器111d、112d检测到的实际操作角θ相应的基准操作反作用力fb进行运算。

图2所示的判定部128对操作杆r的实际操作角θ是增加、还是减少、或者没有变更进行判定。判定部128对在当前时刻由操作量传感器111d、112d检测到的实际操作角θ与在1控制周期前由操作量传感器111d、112d检测到的实际操作角θ进行比较。判定部128在当前时刻的实际操作角θ比1控制周期前的实际操作角θ大的情况下，判定为操作杆r的实际操作角θ增加。判定部128在当前时刻的实际操作角θ比1控制周期前的实际操作角θ小的情况下，判定为操作杆r的实际操作角θ减小。判定部128在当前时刻的实际操作角θ与1控制周期前的实际操作角θ相同的情况下，判定为操作杆r的实际操作角θ没有变更。

反作用力修正部129基于修正系数ka、kb进行操作反作用力的修正。以下，说明由反作用力修正部129进行的操作反作用力的修正的控制内容。针对左操作杆111的操作反作用力f的修正的控制、和针对右操作杆112的操作反作用力f的修正的控制大致相同。因此，将左操作杆111和右操作杆112统称为操作杆r，说明针对操作杆r的操作反作用力f的修正的控制。此外，对于修正系数ka、kb，进行统称而记作修正系数k，对于实际操作角θa、θb，与上述同样地进行统称而记作实际操作角θ。

反作用力修正部129随着操作杆r的实际操作角θ的变化而执行第1修正控制和第2修正控制中的某一个。在由判定部128判定为操作杆r的实际操作角θ减小的情况下，执行第1修正控制。第1修正控制持续进行直到由判定部128判定为操作杆r的实际操作角θ增加为止。

反作用力修正部129在由判定部128判定为操作杆r的实际操作角θ增加的情况下，执行第2修正控制。第2修正控制持续进行直到由判定部128判定为操作杆r的实际操作角θ减小为止。

-第1修正控制(实际操作角减小时的反作用力的修正控制)-

说明由反作用力修正部129进行的第1修正控制。反作用力修正部129对修正系数k是否小于阈值β、以及修正系数k是否是阈值α以上进行判定。阈值α是比1大的值，预先存储于存储装置(α>1)。阈值β是比1小的值，预先存储于存储装置(β＜1)。

阈值α和阈值β根据目标轨迹tl的容许范围被设定。如图6所示，容许范围是从目标轨迹tl向上方偏移了规定量的目标轨迹上限tlu与从目标轨迹tl向下方偏移了规定量的目标轨迹下限tll之间的范围。容许范围根据所要求的斜面的精度而被设定。此外，容许范围也能够设为可由操作者任意地设定变更的构成。从目标轨迹tl到目标轨迹上限tlu的距离与从目标轨迹tl到目标轨迹下限tll的距离既可以设为不同的值，也可以设为相同的值。

在判定为实际操作角与目标操作角之差大、修正系数k小于阈值β的情况下，反作用力修正部129将修正量δf与基准操作反作用力fb相加而对操作反作用力f进行修正(f＝fb+δf)。在判定为与实际操作角与目标操作角之差相当的修正系数k是预先设定的阈值β以上、且小于阈值α的情况下，反作用力修正部129判定为实际操作角θ达到了目标操作角θt。若判定为实际操作角θ达到了目标操作角θt，则反作用力修正部129从基准操作反作用力fb减去修正量δf而对操作反作用力f进行修正(f＝fb-δf)。在判定为修正系数k是阈值α以上的情况下，反作用力修正部129不进行修正，将基准操作反作用力fb直接作为操作反作用力f输出(f＝fb)。

此外，图10所示的θ1是修正系数k成为阈值α的实际操作角θ，操作角θ2是修正系数k成为阈值β的实际操作角θ。也就是说，在修正系数k是β以上且小于α时，意味着实际操作角θ处于包括目标操作角θt在内的预先设定的操作范围内(图10的(a)的θ1～θ2)。

-第2修正控制(实际操作角增加时的反作用力的修正控制)-

说明由反作用力修正部129进行的第2修正控制。反作用力修正部129对修正系数k是否是阈值γ以上、以及修正系数k是否小于阈值β进行判定。阈值γ是比阈值α大的值，预先存储于存储装置(γ>α)。

阈值γ被设定成，执行了从由特性n决定的基准操作反作用力fb减少修正量δf的修正后的操作反作用力f的大小，成为至少在操作杆r的非操作时使操作杆r返回中立位置np的大小以上。在本实施方式中，执行操作反作用力f的修正控制的实际操作角θ的下限值是修正系数k成为阈值γ的操作角θ0(参照图10的(b))。换言之，在实际操作角θ比操作角θ0小时，不执行操作反作用力f的修正控制。实际操作角θ为操作角θ0时的操作反作用力f0是在操作者放开了操作杆r之后能够克服操作杆r的机械阻力(连结构造的摩擦等)而使操作杆r返回中立位置np的大小以上的操作反作用力。

在判定为修正系数k是阈值γ以上的情况下，反作用力修正部129不进行修正，将基准操作反作用力fb直接作为操作反作用力f输出(f＝fb)。

在判定为与实际操作角与目标操作角之差相当的修正系数k处于预先设定的阈值β以上、且小于阈值γ的范围内的情况下，反作用力修正部129判定为实际操作角θ处于包括目标操作角θt在内的预先设定的操作范围内(图10的(b)的θ0～θ2)。在判定为实际操作角θ处于上述操作范围内(图10的(b)的θ0～θ2)时，反作用力修正部129从基准操作反作用力fb减去修正量δf而对操作反作用力f进行修正(f＝fb-δf)。在判定为实际操作角与目标操作角之差大、修正系数k小于阈值β的情况下，反作用力修正部129将基准操作反作用力fb与修正量δf相加而对操作反作用力f进行修正(f＝fb+δf)。

修正量δf是正值，预先存储于存储装置(δf>0)。此外，针对左操作杆111的操作反作用力的修正量δf以及针对右操作杆112的操作反作用力的修正量δf既可以设为相同的值，也可以设为不同的值。

图2所示的判定部128决定是否执行对由基准反作用力运算部127基于特性n决定的基准操作反作用力fb进行修正的控制。判定部128从爪尖pb的位置向目标轨迹tl引垂线，对从爪尖pb到垂线的垂足的距离(以下成为垂线距离d)进行运算。垂线距离d是由目标轨迹决定部122决定的目标轨迹tl与由姿势运算部121运算出的爪尖pb的位置之差。

判定部128在垂线距离d小于阈值dt的情况下判定为修正执行条件成立。判定部128在垂线距离d是阈值dt以上的情况下判定为修正执行条件不成立。阈值dt由操作者任意地设定。例如在爪尖pb从目标轨迹tl分开1m以上的情况下，为了不执行修正控制，预先将1m设定作为阈值dt即可。

上述的由控制器120进行的修正操作反作用力的控制在修正执行条件成立的情况下执行，在修正执行条件不成立的情况下不执行。

图8和图9是表示基于由控制器120执行的操作反作用力控制程序的处理的一个例子的流程图。图9表示图8所示的第1修正控制处理和第2修正控制处理的内容。图8和图9的流程图所示的处理在基于操作者的操作设定了目标轨迹tl之后通过与控制器120连接的操作引导开关(未图示)的接通(on)而开始，按每规定的控制周期反复执行步骤s100以后的处理，通过操作引导开关(未图示)的断开(off)而结束。

如图8所示，在步骤s100中，控制器120取得各种信息，进入步骤s110。在步骤s100中所取得的各种信息包括由角度传感器110a、110b、110c检测到的各前部件的转动角度的信息、由操作量传感器111d、112d检测到的操作杆的实际操作角θ的信息。

在步骤s110中，控制器120参照存储于存储装置的特性n(图7)的表格，基于在步骤s110中所取得的实际操作角θ的信息对基准操作反作用力fb进行运算，进入步骤s115。

在步骤s115中，控制器120基于存储于存储装置的各前部件的各部分尺寸以及在步骤s100中所取得的各前部件的转动角度的信息，对液压挖掘机100的作业姿势进行运算，进入步骤s120。在步骤s115的姿势运算处理中，对以旋转体102的旋转中心点bp为基准的铲斗106的爪尖pb的位置、斗杆105的转动支点的位置、铲斗106的转动支点的位置进行运算。在步骤s115的姿势运算处理中，对从爪尖pb到目标轨迹tl的垂线距离d进行运算。

在步骤s120中，控制器120对修正执行条件是否成立进行判定。若在步骤s120中进行了肯定判定，即判定为垂线距离d小于阈值dt、修正执行条件成立，则进入步骤s125。若在步骤s120中进行否定判定，即判定为垂线距离d是阈值dt以上、修正执行条件不成立，则进入步骤s180。

在步骤s180中，控制器120将基准操作反作用力fb直接决定为要产生的操作反作用力f，进入步骤s190。即，不进行基准操作反作用力的修正。

在步骤s125中，控制器120基于在步骤s115中运算出的爪尖pb的位置(当前时刻的位置)与在1控制周期前的在步骤s115中运算出的爪尖pb的位置之差，来对爪尖pb的实际速度矢量vac进行运算，进入步骤s130。

在步骤s130中，控制器120基于在步骤s115中运算出的爪尖pb的位置、以及目标轨迹tl来对目标速度矢量vtc进行运算，进入步骤s135。

在步骤s135中，控制器120执行矢量分解处理，进入步骤s140。在矢量分解处理中，基于在步骤s125中运算出的实际速度矢量vac以及在步骤s115中运算出的各前部件的位置的信息，将实际速度矢量vac分解成斗杆速度矢量vaa和动臂速度矢量vab。在矢量分解处理中，基于在步骤s130中运算出的目标速度矢量vtc以及在步骤s115中运算出的各前部件的位置的信息，将目标速度矢量vtc分解成斗杆速度矢量vta和动臂速度矢量vtb。

在步骤s140中，控制器120基于在步骤s135中分解得到的斗杆速度矢量的目标值和实测值、以及动臂速度矢量的目标值和实测值，对修正系数k进行运算(修正系数运算处理)，进入步骤s145。在修正系数运算处理中，控制器120通过使在步骤s135中运算出的斗杆速度矢量vta(目标值)的范数除以在步骤s135中运算出的斗杆速度矢量vaa(实测值)的范数，来对修正系数ka进行运算。在修正系数运算处理中，控制器120通过使在步骤s135中运算出的动臂速度矢量vtb(目标值)的范数除以在步骤s135中运算出的动臂速度矢量vab(实测值)的范数，来对修正系数kb进行运算。

在步骤s145中，控制器120通过对在步骤s140中运算出的修正系数k(ka和kb)乘以在步骤s100中所取得的实际操作角θ(θa和θb)，来对目标操作角θt进行运算，进入步骤s150。

在步骤s150中，控制器120对实际操作角θ减小的杆操作是否被执行进行判定。在当前时刻的实际操作角θ比1控制周期前的步骤s100中所取得的实际操作角θ小的情况下，在步骤s150中进行肯定判定，将操作量减少标志设为on，进入步骤s160。

在当前时刻的实际操作角θ比1控制周期前的步骤s100中所取得的实际操作角θ大的情况下，在步骤s150中进行否定判定，将操作量减少标志设为off，进入步骤在s170。在步骤s150中，在当前时刻的实际操作角θ与1控制周期前的实际操作角θ没有差异的情况下，根据操作量减少标志的状态而转向步骤s160或步骤s170。即，若操作量减少标志是on，则转向步骤s160，若操作量减少标志是off，则转向步骤s170。

在步骤s160中，控制器120执行第1修正控制，进入步骤s190。在步骤s170中，控制器120执行第2修正控制，进入步骤s190。

图9的(a)是表示第1修正控制处理的流程的流程图。如图9的(a)所示，在第1修正控制处理中，基于在步骤s140中运算出的修正系数k以及存储于存储装置的阈值来决定操作反作用力f。

在步骤s161中，控制器120对修正系数k是否小于阈值β进行判定。若在步骤s161进行了肯定判定，则进入步骤s163，若在步骤s161中进行了否定判定，则进入步骤s165。

在步骤s165中，控制器120对修正系数k是否是阈值β以上且小于阈值α进行判定。若在步骤s165中进行了肯定判定，则进入步骤s167，若在步骤s165中进行了否定判定，则进入步骤s169。

在步骤s163中，控制器120将使存储于存储装置的修正量δf(恒定值)与基准操作反作用力fb相加而得到的值决定为修正后的操作反作用力f，进入步骤190。

在步骤s167中，控制器120将从基准操作反作用力fb减去存储于存储装置的修正量δf(恒定值)而得到的值决定为修正后的操作反作用力f，进入步骤s190。

在步骤s169中，控制器120将基准操作反作用力fb直接决定为要产生的操作反作用力f，进入步骤s190。即，不进行基准操作反作用力的修正。

图9的(b)是表示第2修正控制处理的流程的流程图。如图9的(b)所示，在第2修正控制处理中，基于在步骤s140中运算出的修正系数k以及存储于存储装置的阈值来决定操作反作用力f。

在步骤s171中，控制器120对修正系数k是否是阈值γ以上进行判定。若在步骤s171中进行了肯定判定，则进入步骤s173，若在步骤s171中进行了否定判定，则进入步骤s175。

在步骤s175中，控制器120对修正系数k是否是阈值β以上、且小于阈值γ进行判定。若在步骤s175中进行了肯定判定，则进入步骤s177，若在步骤s175中进行了否定判定，则进入步骤s179。

在步骤s173中，控制器120将基准操作反作用力fb直接决定为要产生的操作反作用力f，进入步骤s190。即，不进行基准操作反作用力的修正。

在步骤s177中，控制器120将从基准操作反作用力fb减去存储于存储装置的修正量δf(恒定值)而得到的值决定为修正后的操作反作用力f，进入步骤s190。

在步骤s179中，控制器120将使存储于存储装置的修正量δf(恒定值)与基准操作反作用力fb相加而得到的值决定为修正后的操作反作用力f，进入步骤190。

如图8所示，在步骤s190中，控制器120生成用于产生在步骤s160、s170、s180中决定的操作反作用力f的控制信号，并将所生成的控制信号向反作用力施加装置111r、112r输出。

参照图10，若以斜面的平整作业为例来总结本实施方式的液压挖掘机100的主要的动作，则如下所述。图10是表示根据实际操作角θ而由反作用力施加装置111r、112r产生的操作反作用力f的特性的图。图10的(a)表示在执行了实际操作角θ减小那样的杆操作时根据实际操作角θ而变化的操作反作用力f的特性。图10的(b)表示执行了实际操作角θ增加那样的杆操作时根据实际操作角θ而变化的操作反作用力f的特性。在图10的(a)、(b)中，横轴是实际操作角θ，纵轴是操作反作用力f。

操作者对各操作杆111、112进行操作，如图4所示，使铲斗106的爪尖pb依次配置于第1位置p1和第2位置p2，在各位置对位置设定开关(未图示)进行操作，通过深度设定开关(未图示)输入这些位置处的挖掘深度h1、h2的数值。由此，通过控制器120设定目标轨迹tl，并将其存储于存储装置。

操作者对各操作杆111、112进行操作而进行斜面的平整作业。在此，如图5所示，使铲斗106的爪尖pb的位置位于目标轨迹tl上，对操作引导开关(未图示)进行操作。由此，随着开关操作后的操作而执行操作反作用力的修正控制。

如图10的(a)所示，例如若以实际操作角θ从操作角θs1起减小的方式操作操作杆r，则执行第1修正控制(在步骤s150中为是，s160)。操作角θs1是实际操作角θ比目标操作角θt(θt＝k·θ)大的情况、且、实际操作角θ与目标操作角θt之差大的情况(在步骤s161中为是)。此外，若各操作杆111、112的实际操作角θ分别比目标操作角θt大，则如图6所示，成为||vaa||>||vta||、||vab||>||vtb||。

在该情况下，如图10的(a)所示，以操作反作用力f比由特性n决定的基准操作反作用力fb增加δf的方式进行修改(步骤s163)。因此，操作者感知到比通常大的操作反作用力。

操作者通过感知到大的操作反作用力，能够知晓实际操作角θ与目标操作角θt相比过大这一情况。由此，若操作者以使实际操作角θ减小的方式对操作杆111、112进行操作，则如图10的(a)所示，随着实际操作角θ的减小而操作反作用力f也逐渐变小。

若实际操作角θ越过接近目标操作角θt的操作角θ2而变小(在步骤s161中为否，在s165中为是)，则操作反作用力f以比由特性n决定的基准操作反作用力fb减少δf的方式被修正(步骤s167)。此外，操作角θ2是修正系数k成为阈值β的操作角。

操作者通过感知到操作反作用力f不连续地减少，能够知晓实际操作角θ接近了目标操作角θt这一情况。由此，操作者以使实际操作角θ不变的方式维持操作杆r。

此外，若以实际操作角θ与目标操作角θt相比变小的方式操作操作杆r、且实际操作角θ越过操作角θ1而变小(在步骤s161中为否，在s165中为否)，则操作反作用力f成为由特性n决定的基准操作反作用力fb(步骤s169)。此外，操作角θ1是修正系数k成为阈值α的操作角。

操作者通过感知到操作反作用力f不连续地增加，能够知晓实际操作角θ越过目标操作角θt而变得过小这一情况。由此，操作者进行使操作杆r返回的操作，以使实际操作角θ接近目标操作角θt。

另一方面，如图10的(b)所示，例如若以实际操作角θ从操作角θs2起增加的方式操作操作杆r，则执行第2修正控制(在步骤s150中为否、s170)。操作角θs2是实际操作角θ比目标操作角θt小的情况、且、实际操作角θ与目标操作角θt之差处于预先设定的范围内(β以上且小于γ)的情况(在步骤s171中为否，s175中为是)。此外，虽未图示，但若各操作杆111、112的实际操作角θ分别比目标操作角θt小，则成为||vaa||＜||vta||、||vab||＜||vtb||。

在该情况下，如图10的(b)所示，以操作反作用力f比由特性n决定的基准操作反作用力fb减少δf的方式进行修改在(步骤s177)。因此，操作者感知到比通常小的操作反作用力。

操作者通过感知到小的操作反作用力，能够知晓实际操作角θ与目标操作角θt相比过小这一情况。由此，若操作者以使实际操作角θ增加的方式对操作杆r进行操作，则如图10的(b)所示，随着实际操作角θ的增加而操作反作用力f也逐渐变大。

若实际操作角θ超过接近目标操作角θt的操作角θ2而变大(在步骤s171中为否，在步骤s175中为否)，则操作反作用力f以比由特性n决定的基准操作反作用力fb增加δf的方式被修正(步骤s179)。

操作者通过感知到操作反作用力f不连续地增加，能够知晓实际操作角θ超过目标操作角θt而变得过大这一情况。由此，操作者进行使操作杆r返回的操作，以使实际操作角θ接近目标操作角θt。

此外，在操作角θ0～θ1的操作范围中，若以实际操作角θ减小的方式操作操作杆r，即，若执行目标操作角θt与实际操作角θ之差变大的操作，则从第2修正控制切换成第1修正控制(在步骤s150中为是，s160)。由此，减少修正后的操作反作用力f不连续地增加，恢复成基准操作反作用力fb(步骤s169)。

操作者通过感知到操作反作用力f不连续地增加，能够知晓正在以实际操作角θ远离目标操作角θt的方式操作杆r、即正在执行与朝向目标的操作相反的操作这一情况。由此，操作者进行使操作杆r返回的操作，以使实际操作角θt接近目标操作角θt。

如此，根据本实施方式，通过对操作反作用力f进行调整，能够对操作者进行引导，以使其进行铲斗106的爪尖pb的位置沿着目标轨迹tl移动那样的操作。

根据以上说明的实施方式，能够起到以下作用效果。

(1)控制器120在前部件的目标操作角θt与实际操作角θ之差比预先设定的范围大的情况(即修正系数k小于β的情况)下，执行使通过反作用力施加装置111r、112r向对驱动该前部件的执行机构103a、104a进行操作的操作杆111、112施加的操作反作用力增加的修正。控制器120在前部件的目标操作角θt与实际操作角θ之差处于预先设定的范围内的情况(即修正系数k是β以上且小于α的情况下，或是β以上且小于γ的情况)下，执行使通过反作用力施加装置111r、112r向对驱动该前部件的执行机构103a、104a进行操作的操作杆111、112施加的操作反作用力减少的修正。

因此，在操作者对操作杆111、112进行复合操作之际，能够以进行用于使铲斗106的爪尖pb沿着目标轨迹tl移动的恰当操作的方式对操作进行引导。

(2)执行了使通过反作用力施加装置111r、112r施加的操作反作用力减少的修正后的操作反作用力的大小，是至少在操作杆111、112的非操作时使操作杆111、112返回中立位置np的大小以上。由此，若操作者从操作杆111、112放开手，则操作杆111、112自然地返回中立位置np，因此，操作性良好。另外，在紧急时通过从操作杆111、112放开手，能够防止作业继续。

(3)控制器120在执行了目标操作角θt与实际操作角θ之差变大的操作的情况下使操作反作用力增加。由此，操作者通过感知到操作反作用力f增加，能够知晓正在以实际操作角θ远离目标操作角θt的方式操作操作杆r这一情况。

(4)控制器120对实际操作角θ是否处于包括目标操作角θt在内的预先设定的操作范围内(θ1～θ2)进行判定。控制器120在判定为实际操作角θ处于包括目标操作角θt在内的预先设定的操作范围内(θ1～θ2)时，执行使通过反作用力施加装置111r、112r对操作杆111、112施加的操作反作用力减少的修正。

操作者通过感知到操作反作用力减少，能够知晓实际操作角θ接近了目标操作角θt这一情况。由此，操作者能够容易地进行沿着目标轨迹tl的恰当的作业。

(5)在目标轨迹tl与检测到的铲斗106的爪尖pb的位置之差(例如垂线距离)d比预先设定的阈值dt小的情况下，执行操作反作用力的修正，在目标轨迹tl与检测到的铲斗106的爪尖pb的位置之差d比预先设定的阈值dt大的情况下，不执行操作反作用力的修正。在想要有意地实施与沿着目标轨迹tl的动作不同的动作等的情况下，由于在爪尖pb从目标轨迹tl大幅度偏离时不执行操作反作用力的修正，因此，用于执行上述不同的动作的操作性良好。

(6)对铲斗106的爪尖pb的实际速度矢量vac进行运算，将目标速度矢量vtc的范数决定为与实际速度矢量vac的范数相同的值。也就是说，铲斗106的爪尖pb的目标速度被决定为与实际速度的大小相同的值。由此，能够使爪尖pb顺畅地动作。

(7)设为利用操作反作用力对操作者引导操作的构成，因此，与使用了显示装置的显示画面的图像引导、使用了扬声器的声音引导相比，能够使操作者更直观地理解恰当的操作。

此外，在本实施方式中，姿势运算部121相当于位置检测部，反作用力修正部129的一部分功能相当于目标到达判定部。

以下所述的变形也在本发明的范围内，也可将变形例的一个、或者多个与上述的实施方式组合。

(变形例1)

操作反作用力的修正的方法并不限定于上述的实施方式。

(变形例1-1)

图11的(a)是与图10的(a)同样的图，是表示操作反作用力的修正方法的变形例的图。在图11的(a)中，以双点划线表示上述的实施方式中的操作反作用力的特性。在上述的实施方式中是如下特性：在第1修正控制中，若实际操作角θ与目标操作角θt相比变小、并达到操作角θ1，则操作反作用力增加至基准操作反作用力fb。

与此相对，在本变形例中，若实际操作角θ与目标操作角θt相比变小、并达到操作角θ1，则产生从基准操作反作用力fb进一步增加修正量δf而得到的操作反作用力。达到了操作角θ1时的操作反作用力的增加量比上述的实施方式大，因此，操作者能够更清楚地识别实际操作角θ越过目标操作角θt而减小这一情况。

(变形例1-2)

图11的(b)是与图10的(b)同样的图，是表示操作反作用力的修正方法的变形例的图。在图11的(b)中，以双点划线表示上述的实施方式中的操作反作用力的特性。在上述的实施方式中是如下特性：在第2修正控制中，若实际操作角θ与目标操作角θt相比变大、并达到操作角θ2，则产生从基准操作反作用力fb进一步增加修正量δf而得到的操作反作用力。

与此相对，在本变形例中，若实际操作角θ与目标操作角θt相比变大、且达到操作角θ2，则使操作反作用力f增加至最大值fmax。由于达到了操作角θ2时的操作反作用力的增加量比上述的实施方式大，因此操作者能够更清楚地识别实际操作角θ超过目标操作角θt而增加这一情况。

(变形例1-3)

在上述的实施方式中是如下特性：在第2修正控制中，随着实际操作角θ从操作角θ0朝向目标操作角θt增加，操作反作用力f线性增加。与此相对，在本变形例中，如图11的(b)所示，设为如下特性：若实际操作角θ从操作角θ0增加、并超过操作角θ1而变大，则操作反作用力不连续地减少。在本变形例中，在操作角θ0～θ1处，产生从基准操作反作用力fb减少修正量δf/2而得到的操作反作用力f，在操作角θ1～θ2处，产生从基准操作反作用力fb减少修正量δf而得到的操作反作用力f。如此，根据本变形例，即使在使实际操作角θ增加的操作中，当接近目标操作角θt时也使操作反作用力不连续地减少。因此，操作者通过感知到操作反作用力f不连续地减少，能够知晓实际操作角θ接近了目标操作角θt这一情况。

(变形例1-4)

在上述的实施方式中，对使操作反作用力f不连续地变化的例子进行了说明，但本发明并不限定于此。例如，如图12的(a)和图12的(b)所示，也可以根据实际操作角θ的增加和减小而使操作反作用力f连续地变化。在图12所示的例子中，修正量δf根据实际操作角θ而变化。在该情况下，以操作者知晓操作反作用力f的变化的方式设定操作反作用力f的变化量相对于实际操作角θ的变化量的比例(斜率)即可。

(变形例2)

在上述的实施方式中，说明了为求出各前部件的位置而设置有检测各前部件的转动角度的角度传感器110a、110b、110c的例子，但本发明并不限定于此。也可以是，设置对液压缸的行程(stroke)进行检测的行程传感器来替代角度传感器110a、110b、110c，根据行程的信息求出各前部件的位置。

(变形例3)

在上述的实施方式中，说明了在当前时刻的爪尖pb处于目标轨迹tl上的情况下、目标速度运算部124对目标速度矢量vtc进行运算的例子，但本发明并不限定于此。也可以是，在当前时刻的爪尖pb处于离开了目标轨迹tl的位置的情况下，目标速度运算部124对爪尖pb顺畅地朝向目标轨迹tl移动那样的过渡用目标轨迹tlt进行运算，基于该转变用目标轨迹tlt运算目标速度矢量vtc。

(变形例4)

实际速度矢量vac、斗杆速度矢量vaa以及动臂速度矢量vab的运算方法并不限定于上述的实施方式。也可以是，例如基于左操作杆111的实际操作角θa来对斗杆速度矢量vaa进行运算，基于右操作杆112的实际操作角θb来对动臂速度矢量vab进行运算，将两者合成来对实际速度矢量vac进行运算。

(变形例5)

在上述的实施方式中，说明了反作用力施加装置111r、112r由多个电磁马达构成的例子，但本发明并不限定于此。也可以由螺旋弹簧和使螺旋弹簧的全长变更的活塞构成反作用力施加装置。也可以利用液压、空压等压力来产生反作用力。还可以由例如反作用力缸、对反作用力缸的驱动进行控制的电磁比例阀构成反作用力施加装置。

(变形例6)

在上述的实施方式中，说明了左操作杆111和右操作杆112是电气式的操作杆的例子，但本发明并不限定于此。也可以将本发明适用于液压先导式的操作杆。

(变形例7)

在上述的实施方式中，说明了通过动臂104和斗杆105的复合动作来进行斜面的平整作业的情况的例子，但本发明并不限定于此。也可以对水平牵引等作业适用本发明。也能够对在动臂104和斗杆105的基础上还增加铲斗106的动作而成的复合动作适用本发明。在该情况下，根据右操作杆112的左右方向的倾斜角来决定操作反作用力。

(变形例8)

并不限于成为||vaa||>||vta||、||vab||>||vtb||的情况(参照图6)、成为||vaa||＜||vta||、||vab||＜||vtb||的情况。本发明也可适用于成为||vaa||>||vta||、||vab||＜||vtb||的情况、成为||vaa||＜||vta||、||vab||>||vtb||的情况。

(变形例9)

在上述的实施方式中，以铲斗106的爪尖pb的位置沿着目标轨迹tl动作的作业为例进行了说明，但本发明并不限定于此。作为前作业装置的用于决定目标轨迹的预先设定的部位，也可以替代爪尖pb而采用例如铲斗106的转动中心的位置。在该情况下，针对铲斗106的转动中心的位置沿着目标轨迹tl动作的作业，也能够适用本发明。

(变形例10)

在上述的实施方式中，说明了前作业装置具备动臂104、斗杆105以及铲斗106的例子，但本发明并不限定于此。也可以将本发明适用于具备所谓的组合式前作业装置的工程机械，该工程机械具备：基端动臂，其能够转动地安装于旋转体102；前端动臂，其能够转动地安装于基端动臂；斗杆105，其能够转动地安装于前端动臂；以及铲斗106。能够将本发明适用于至少两个以上的前部件沿着目标轨迹tl复合地被操作的各种前作业装置。

(变形例11)

在上述的实施方式中，以履带式的反铲挖掘机为例进行了说明，但本发明并不限定于此。能够将本发明适用于例如装载挖掘机、轮式液压挖掘机等各种工程机械，这些工程机械具备前作业装置，该前作业装置具有包括沿着目标轨迹tl移动的至少两个以上的前部件在内的多个前部件，且至少两个以上的前部件复合地动作。

在上述内容中，对各种实施方式和变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术构思的范围内所能想到的其他形态也包含于本发明的范围内。

如下优先权基础申请的公开内容作为引用文被编入。

日本专利申请2015年第178516号(2015年9月10日申请)

附图标记说明

100液压挖掘机、101行驶体、102旋转体、103前作业装置、103a执行机构、104动臂、104a动臂缸、105斗杆、105a斗杆缸、106铲斗、106a铲斗缸、107驾驶室、108控制阀、109配重、110a动臂角度传感器、110b斗杆角度传感器、110c铲斗角度传感器、111左操作杆、111d操作量传感器、111r反作用力施加装置、112右操作杆、112d操作量传感器、112r反作用力施加装置、120控制器、120d操作量检测部、121姿势运算部、122目标轨迹决定部、123实际速度运算部、124目标速度运算部、125矢量分解部、126目标操作量运算部、127基准反作用力运算部、128判定部、129反作用力修正部

d垂线距离、f操作反作用力、bp旋转中心点、dt阈值、fb基准操作反作用力、ka修正系数、kb修正系数、np中立位置、pb爪尖、tl目标轨迹、tll目标轨迹下限、tlu目标轨迹上限、vaa斗杆速度矢量、vab动臂速度矢量、vac实际速度矢量、vta斗杆速度矢量、vtb动臂速度矢量、vtc目标速度矢量。