建筑机械的控制系统、建筑机械及建筑机械的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及建筑机械的控制系统、建筑机械及建筑机械的控制方法。
【背景技术】
[0002] 液压挖掘机那样的建筑机械具备包含动臂、斗杆、伊斗的工作装置。在建筑机械的 控制中，已知有专利文献1及专利文献2公开那样的、基于作为挖掘对象的目标形状的目标 挖掘地形而使伊斗移动的限制挖掘控制。
[0003] 在先技术文献
[0004] 专利文献 阳0化]专利文献1 :国际公开第2012/127913号
[0006] 专利文献2 :国际公开第2012/127914号
【发明内容】
[0007] 发明要解决的课题
[0008] 在建筑机械中，已知有能够倾转的倾转式伊斗。当因伊斗的倾转而伊斗的倾转角 度发生变动时，无法准确地掌握伊斗的伊尖的位置。其结果是，挖掘精度下降，存在无法执 行所期望的施工的可能性。
[0009] 本发明的方案的目的在于提供一种即使在使用倾转式伊斗的情况下也能够抑制 挖掘精度的下降的建筑机械的控制系统、建筑机械及建筑机械的控制方法。
[0010] 用于解决课题的方案
[0011] 本发明的第一方案提供一种建筑机械的控制系统，该建筑机械具备工作装置，该 工作装置包括能够W动臂轴为中屯、而相对于车辆主体旋转的动臂、能够W与所述动臂轴平 行的斗杆轴为中屯、而相对于所述动臂旋转的斗杆、能够分别W与所述斗杆轴平行的伊斗轴 及与所述伊斗轴正交的倾转轴为中屯、而相对于所述斗杆旋转的伊斗，所述建筑机械的控制 系统具备：第一获取部，其获取包含所述动臂的尺寸、所述斗杆的尺寸及所述伊斗的尺寸的 尺寸数据；第二获取部，其获取所述伊斗的外形数据；第=获取部，其获取表示与所述伊斗 轴正交的工作装置动作平面上的、作为挖掘对象的二维的目标形状的目标挖掘地形的目标 挖掘地形数据；第四获取部，其获取工作装置角度数据，该工作装置角度数据包含表示W所 述动臂轴为中屯、的所述动臂的旋转角度的动臂角度数据、表示W所述斗杆轴为中屯、的所述 斗杆的旋转角度的斗杆角度数据及表示W所述伊斗轴为中屯、的所述伊斗的旋转角度的伊 斗角度数据；第五获取部，其获取表示W所述倾转轴为中屯、的所述伊斗的旋转角度的倾转 角度数据；运算部，其基于所述尺寸数据、所述外形数据、所述工作装置角度数据及倾转角 度数据，求出表示所述工作装置动作平面上的所述伊斗的外形的二维伊斗数据。
[0012] W本发明的第一方案为基础，优选的是，所述伊斗的外形数据包含所述伊斗的宽 度方向上的一端部的所述伊斗的第一轮廓数据和另一端部的所述伊斗的第二轮廓数据，所 述运算部基于所述第一轮廓数据、所述工作装置动作平面的位置和伊斗伊尖的位置，求出 所述二维伊斗数据。
[0013] W本发明的第一方案为基础，优选的是，所述运算部基于所述二维伊斗数据、表示 所述车辆主体的当前位置的车辆主体位置数据及表示所述车辆主体的姿态的车辆主体姿 态数据，求出所述目标挖掘地形与所述伊斗的相对位置。
[0014] W本发明的第一方案为基础，优选的是，所述第=获取部获取目标施工信息，该目 标施工信息包含所述目标挖掘地形，表示作为挖掘对象的=维的目标形状的立体设计地 形，所述运算部基于所述工作装置角度数据、所述倾转角度数据、所述车辆主体位置数据、 所述车辆主体姿态数据及所述伊斗的外形数据，求出在所述伊斗的前端部及所述伊斗的外 表面上确定的多个计测点中的最接近所述立体设计地形的表面的最接近点，所述工作装置 动作平面通过所述最接近点。
[0015] W本发明的第一方案为基础，优选的是，所述建筑机械的控制系统具备工作装置 控制部，该工作装置控制部基于所述二维伊斗数据来控制所述工作装置。
[0016] W本发明的第一方案为基础，优选的是，所述二维伊斗数据包含表示所述工作装 置动作平面上的所述伊斗的当前位置的伊斗位置数据，所述工作装置控制部基于所述目标 挖掘地形数据和所述伊斗位置数据，根据所述目标挖掘地形与所述伊斗之间的距离来决定 限制速度，W使所述工作装置向所述目标挖掘地形接近的方向的速度成为所述限制速度W 下的方式限制所述动臂的速度。
[0017] W本发明的第一方案为基础，优选的是，所述二维伊斗数据包含表示所述工作装 置动作平面上的所述伊斗的当前位置的伊斗位置数据，所述建筑机械的控制系统具备显示 所述目标挖掘地形数据及所述伊斗位置数据的显示部。
[0018] 本发明的第二方案提供一种建筑机械，其具备：下部行驶体；上部回转体，其支承 于所述下部行驶体；工作装置，其包含动臂、斗杆和伊斗，支承于所述上部回转体；第一方 案的控制系统。
[0019] 本发明的第=方案提供一种建筑机械的控制方法，该建筑机械具备工作装置，该 工作装置包括能够W动臂轴为中屯、而相对于车辆主体旋转的动臂、能够W与所述动臂轴平 行的斗杆轴为中屯、而相对于所述动臂旋转的斗杆、能够分别W与所述斗杆轴平行的伊斗轴 及与所述伊斗轴正交的倾转轴为中屯、而相对于所述斗杆旋转的伊斗，所述建筑机械的控制 方法包括下述步骤：获取包含所述动臂的尺寸、所述斗杆的尺寸及所述伊斗的尺寸的尺寸 数据；获取所述伊斗的外形数据；获取工作装置角度数据，该工作装置角度数据包含表示 W所述动臂轴为中屯、的所述动臂的旋转角度的动臂角度数据、表示W所述斗杆轴为中屯、的 所述斗杆的旋转角度的斗杆角度数据及表示W所述伊斗轴为中屯、的所述伊斗的旋转角度 的伊斗角度数据；获取表示W所述倾转轴为中屯、的所述伊斗的旋转角度的倾转角度数据； 指定表示与所述伊斗轴正交的工作装置动作平面上的、作为挖掘对象的二维的目标形状的 目标挖掘地形的目标挖掘地形数据；基于所述尺寸数据、所述外形数据、所述工作装置角度 数据及倾转角度数据，求出表示所述工作装置动作平面上的所述伊斗的外形的二维伊斗数 据；基于所述二维伊斗数据，对所述工作装置进行控制。
[0020] 发明效果
[0021] 根据本发明的方案，能抑制挖掘精度的下降。
【附图说明】
[0022] 图1是表示建筑机械的一例的立体图。
[0023] 图2是表示伊斗的一例的侧剖视图。
[0024] 图3是表示伊斗的一例的主视图。
[0025] 图4是示意性地表示建筑机械的一例的侧视图。
[00%] 图5是示意性地表示建筑机械的一例的后视图。
[0027] 图6是示意性地表示建筑机械的一例的俯视图。
[0028] 图7是示意性地表示伊斗的一例的侧视图。
[0029] 图8是示意性地表示伊斗的一例的主视图。
[0030] 图9是表示控制系统的一例的框图。
[0031] 图10是表不液压缸的一例的图。
[0032] 图11是表示行程传感器的一例的图。
[0033] 图12是用于说明限制挖掘控制的一例的图。
[0034] 图13是表示液压系统的一例的图。
[0035] 图14是表不液压系统的一例的图。
[0036] 图15是表示液压系统的一例的图。
[0037] 图16是表示建筑机械的控制方法的一例的流程图。 阳03引图17A是表示控制系统的一例的功能框图。
[0039] 图17B是表示控制系统的一例的功能框图。
[0040] 图18是用于说明限制挖掘控制的一例的图。
[0041] 图19是示意性地表示伊斗的一例的图。
[0042] 图20是示意性地表示伊斗的一例的图。
[0043] 图21是示意性地表示伊斗的一例的图。
[0044] 图22是示意性地表示伊斗的一例的图。
[0045] 图23是示意性地表示工作装置的一例的图。
[0046] 图24是示意性地表示伊斗的一例的图。
[0047] 图25是用于说明建筑机械的控制方法的一例的示意图。
[0048] 图26是表不限制挖掘巧制的一例的流程图。 W例图27是用于说明限制挖掘控制的一例的图。
[0050] 图28是用于说明限制挖掘控制的一例的图。
[0051] 图29是用于说明限制挖掘控制的一例的图。
[0052] 图30是用于说明限制挖掘控制的一例的图。
[0053] 图31是用于说明限制挖掘控制的一例的图。
[0054] 图32是用于说明限制挖掘控制的一例的图。
[00W] 图33是用于说明限制挖掘控制的一例的图。
[0056] 图34是用于说明限制挖掘控制的一例的图。
[0057] 图35是用于说明建筑机械的控制方法的一例的示意图。
[0058] 图36是表示显示部的一例的图。
[0059] 图37是用于说明建筑机械的控制方法的一例的示意图。 W60] 图38是用于说明建筑机械的控制方法的一例的示意图。
[0061] 图39是用于说明建筑机械的控制方法的一例的示意图。
[0062] 图40是用于说明建筑机械的控制方法的一例的示意图。
【具体实施方式】
[0063] W下，参照附图，说明本发明的实施方式，但本发明并不限定于此。W下说明的各 实施方式的构成要素可W适当组合。而且，也有时不使用一部分的构成要素。
[0064] 在W下的说明中，分别设定全局坐标系及局部坐标系，参照运些坐标系，说明各部 的位置关系。全局坐标系是W固定于地球的原点PH参照图4)为基准的坐标系。局部坐 标系是W固定于建筑机械CM的车辆主体1上的原点PO (参照图4)为基准的坐标系。局部 坐标系也可W称为车辆主体坐标系。 阳0化]在W下的说明中，全局坐标系由X巧拉g正交坐标系表示。如后述那样，全局坐标 系的基准位置（原点）Pg位于作业区域。将水平面内的一方向设为Xg轴方向，将在水平面 内将与Xg轴方向正交的方向设为Yg轴方向，将与Xg轴方向及Yg轴方向分别正交的方向 设为Zg轴方向。而且，将绕Xg轴、Yg轴及Zg轴的旋转（倾斜）方向分别设为0Xg、0 Yg 及0 Zg方向。Xg轴与YgZg平面正交。Yg轴与XgZg平面正交。Zg轴与X^g平面正交。 X巧g平面与水平面平行。Zg轴方向为铅垂方向。
[0066] 在W下的说明中，局部坐标系由別Z正交坐标系表示。如后述那样，局部坐标系的 基准位置（原点）P〇位于回转体3的回转中屯、AX。将某一平面内的一方向设为X轴方向， 将在该平面内将与X轴方向正交的方向设为Y轴方向，将与X轴方向及Y轴方向分别正交 的方向设为Z轴方向。而且，将绕X轴、Y轴及Z轴的旋转（倾斜）方向分别设为0X、0 Y 及0 Z方向。X轴与YZ平面正交。Y轴与XZ平面正交。Z轴与XY平面正交。
[0067] [液压挖掘机的整体结构]
[0068] 图1是表示本实施方式的建筑机械CM的一例的立体图。在本实施方式中，说明建 筑机械CM是具备通过液压而工作的工作装置2的液压挖掘机CM的例子。
[0069] 如图1所示，液压挖掘机CM具备车辆主体1和工作装置2。如后述那样，在液压挖 掘机CM搭载有执行挖掘控制的控制系统200。
[0070] 车辆主体1具有回转体3、驾驶室4和行驶装置5。回转体3配置在行驶装置5之 上。行驶装置5对回转体3进行支承。也可W将回转体3称为上部回转体3。也可W将行 驶装置5称为下部行驶体5。回转体3能够W回转轴AX为中屯、回转。在驾驶室4设有供操 作员就座的驾驶席4S。操作员在驾驶室4中对液压挖掘机CM进行操作。行驶装置5具有 一对履带5化。通过履带5化的旋转，从而液压挖掘机CM行驶。需要说明的是，行驶装置5 也可W包含车轮（轮胎）。
[0071] 在本实施方式中，W驾驶席4S为基准来说明各部的位置关系。前后方向是指W驾 驶席4S为基准的前后方向。左右方向是指W驾驶席4S为基准的左右方向。左右方向与车 宽方向一致。驾驶席4S与正面正对的方向为前方，与前方相对的方向为后方。驾驶席4S 与正面正对时的侧方向的右侧、左侧分别设为右方、左方。在本实施方式中，前后方向为X 轴方向，左右方向为Y轴方向。驾驶席4S与正面正对的方向为前方（巧方向），前方的相反 方向为后方（-X方向）。驾驶席4S与正面正对时的车宽方向的一侧的方向为右方（巧方 向），车宽方向的另一侧的方向为左方（-Y方向）。
[0072] 回转体3具有收容发动机的发动机室9和在回转体3的后部设置的平衡重。在回 转体3中，在发动机室9的前方设有扶手19。在发动机室9配置有发动机及液压累等。
[0073] 工作装置2与回转体3连接。工作装置2具有：经由动臂销13而与回转体3连接 的动臂6 ;经由斗杆销14而与动臂6连接的斗杆7 ;经由伊斗销15及倾转销80而与斗杆 7连接的伊斗8 ;驱动动臂6的动臂油缸10 ;驱动斗杆7的斗杆油缸11 ;驱动伊斗8的伊斗 油缸12及倾转油缸30。动臂6的基端部（动臂底部）与回转体3连接。动臂6的前端部 (动臂顶部）与斗杆7的基端部（斗杆底部）连接。斗杆7的前端部（斗杆顶部）与伊斗 8的基端部连接。动臂油缸10、斗杆油缸11、伊斗油缸12及倾转油缸30分别是由工作油来 驱动的液压缸。
[0074] 工作装置2具有：配置于动臂油缸10、用于检测动臂油缸10的行程长度的第一行 程传感器16 ;配置于斗杆油缸11、用于检测斗杆油缸11的行程长度的第二行程传感器17 ; 配置于伊斗油缸12、用于检测伊斗油缸12的行程长度的第=行程传感器18。 阳075] 动臂6能够W作为旋转轴的动臂轴Jl为中屯、相对于回转体3旋转。斗杆7能够W 与动臂轴Jl平行的作为旋转轴的斗杆轴J2为中屯、相对于动臂6旋转。伊斗8能够W与动 臂轴Jl及斗杆轴J2平行的作为旋转轴的伊斗轴J3为中屯、相对于斗杆7旋转。伊斗8能 够W与伊斗轴J3正交的作为旋转轴的倾转轴J4为中屯、相对于斗杆7旋转。动臂销13包 含动臂轴Jl。斗杆销14包含斗杆轴J2。伊斗销15包含伊斗轴J3。倾转销80包含倾转轴 J4〇 阳076] 在本实施方式中，动臂轴J1、斗杆轴J2及伊斗轴J3分别与Y轴平行。动臂6、斗 杆7及伊斗8分别能够沿0 Y方向旋转。在本实施方式中，XZ平面包含所谓的动臂6及斗 杆7的垂直转动面。
[0077] 在W下的说明中，将动臂油缸10的行程长度适当称为动臂油缸长度或动臂行程， 将斗杆油缸11的行程长度适当称为斗杆油缸长度或斗杆行程，将伊斗油缸12的行程长度 适当称为伊斗油缸长度或伊斗行程，将倾转油缸30的行程长度适当称为倾转油缸长度。而 且，在W下的说明中，将动臂油缸长度、斗杆油缸长度、伊斗油缸长度及倾转油缸长度适当 总称为缸长度数据L。 阳07引[伊斗]
[0079] 接着，说明本实施方式的伊斗8。图2是表示本实施方式的伊斗8的一例的侧剖视 图。图3是表示本实施方式的伊斗8的一例的主视图。在本实施方式中，伊斗8是倾转式 伊斗。
[0080] 如图2及图3所示，工作装置2具有能够分别W伊斗轴J3及与伊斗轴J3正交的 倾转轴J4为中屯、而相对于斗杆7旋转的伊斗8。伊斗8 W伊斗销15 (伊斗轴J3)为中屯、 能够旋转地支承于斗杆7。伊斗8 W倾转销80 (倾转轴J4)为中屯、能够旋转地支承于斗杆 7。伊斗轴J3与倾转轴J4正交。伊斗8分别W伊斗轴J3及与该伊斗轴J3正交的倾转轴 J4为中屯、能够旋转地支承于斗杆7。
[0081] 伊斗8经由连接构件（台框）90而与斗杆7的前端部连接。伊斗销15将斗杆7 与连接构件90连结。倾转销80将连接构件90与伊斗8连结。伊斗8经由连接构件90能 够旋转地与斗杆7连接。
[0082] 伊斗8包括底板81、背板82、上板83、侧板84和侧板85。通过底板81、上板83、 侧板84和侧板85来规定伊斗8的开口部86。
[0083] 伊斗8具有设于上板83的上部的托架87。托架87设置在上板83的前后位置。 托架87与连接构件90及倾转销80连结。
[0084] 连接构件90具有：板构件91 ;设于板构件91的上表面的托架92 ;设于板构件91 的下表面的托架93。托架92与斗杆7及后述的第二连杆销95连结。托架93设置在托架 87的上部，并与倾转销80及托架87连结。
[00化]伊斗销15将连接构件90的托架92与斗杆7的前端部连结。倾转销80将连接构 件90的托架93与伊斗8的托架87连结。由此，连接构件90及伊斗8相对于斗杆7能够 W伊斗轴J3为中屯、旋转，伊斗8相对于连接构件90能够W倾转轴J4为中屯、旋转。
[0086] 工作装置2具有：经由第一连杆销94P能够旋转地与斗杆7连接的第一连杆构件 94 ;经由第二连杆销95P能够旋转地与托架92连接的第二连杆构件95。第一连杆构件94 的基端部经由第一连杆销94P而与斗杆7连接。第二连杆构件95的基端部经由第二连杆 销95P而与托架92连接。第一连杆构件94的前端部与第二连杆构件95的前端部经由伊 斗油缸顶部销96而连结。
[0087] 伊斗油缸12的前端部经由伊斗油缸顶部销96能够旋转地与第一连杆构件94的 前端部及第二连杆构件95的前端部连接。当伊斗油缸12 W伸缩的方式工作时，连接构件 90与伊斗8 -起W伊斗轴J3为中屯、旋转。
[0088] 倾转油缸30与设于连接构件90的托架97及设于伊斗8的托架88分别连接。倾 转油缸30的杆经由销而与托架97连接。倾转油缸3