作业机械的控制系统以及作业机械的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在具备工作装置的作业机械中使用的作业机械的控制系统以及作业 机械。
【背景技术】
[0002] 目前已知有如下的技术：利用GPS(GlobalPositioningSystem:全球定位系统） 等对作业机械的三维位置进行测位，并使用得到的作业机械的位置信息来管理作业机械、 管理基于作业机械的施工状态、控制作业机械等（例如专利文献1)。
[0003] 在先技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2007-147588号公报
【发明内容】
[0006] 发明要解决的技术问题
[0007] 作为具备对作业机械的位置进行测位的设备的作业机械，具有如下的作业机械： 利用该设备检测到的作业机械的位置信息，使设置在作业机械的驾驶室内的显示装置显示 作业的引导画面、控制工作装置的动作等。基于这种作业机械的施工被称为信息化施工。
[0008] 有时进行基于信息化施工的建设工程。为了进行信息化施工，利用搭载有GPS天 线等的液压挖掘机来进行法面成形这样的施工，期待工期缩短或消除熟练操作员不足的问 题。
[0009] 由于GPS的测位卫星的位置、电离层、对流层或者GPS天线周边的地形的影响，测 位结果有时产生偏差。在信息化施工中，基于测位结果求出铲斗的铲尖位置，进行工作装置 的控制以及引导画面的显示，但由于测位结果的偏差的影响，有可能产生施工面起伏、引导 画面所显示的铲斗的铲尖摇晃等。作为结果，有可能导致完成后的施工面不光滑、施工中的 引导画面的视觉确认性下降等。
[0010] 本发明的目的在于，在基于对作业机械的位置进行了测位的结果进行信息化施工 的作业机械中，降低测位结果的偏差对信息化施工造成的影响。
[0011] 用于解决技术问题的手段
[0012] 本发明提供一种作业机械的控制系统，其是对作业机械进行控制的系统，该作业 机械具备：行驶装置；具有作业用具的工作装置；以及供所述工作装置安装且被安装于所 述行驶装置而进行回转的回转体，所述作业机械的控制系统包括：位置检测装置，其检测作 为所述作业机械的一部分的位置的第一位置，并作为所述第一位置的信息而输出；状态检 测装置，其检测表示所述作业机械的动作的动作信息并将该动作信息输出；以及处理装置， 其使用所述第一位置的信息以及所述动作信息，求出与所述一部分的位置相当的第二位 置，并使用所述第二位置的信息，求出所述工作装置的至少一部分的位置。
[0013] 优选为，所述处理装置使用根据所述第一位置以及所述动作信息而得到的信息、 即作为所述回转体的旋转中心轴与和所述行驶装置接地的面对应的面的交点的特定点的 位置，求出所述第二位置。
[0014] 优选为，所述处理装置对所述特定点的位置实施平滑化处理，并使用所述平滑化 处理后的所述特定点的位置，求出所述第二位置的信息。
[0015] 优选为，所述处理装置使用所述动作信息对所述第一位置实施平滑化处理，求出 所述第二位置的信息。
[0016] 优选为，当由所述位置检测装置进行的所述作业机械的位置的检测正常、且所述 作业机械的行驶停止、且所述回转体不回转时，所述处理装置使用所述第二位置的信息，求 出所述工作装置的至少一部分的位置。
[0017] 优选为，当所述作业机械的行驶停止、且所述回转体正在回转时，所述处理装置将 求出所述第二位置的信息的处理中断。
[0018] 优选为，当所述回转体的回转停止时，所述处理装置使用在将求出所述第二位置 的处理中断前得到的所述第二位置的信息，求出所述工作装置的至少一部分的位置。
[0019] 优选为，当将求出所述第二位置的处理中断时，所述处理装置在所述作业机械开 始了行驶的情况下，停止求出所述第二位置的信息的处理。
[0020] 优选为，在所述位置检测装置对所述作业机械的位置的检测为正常、且所述作业 机械的行驶停止的情况下，所述处理装置停止求出所述第二位置的处理。
[0021] 优选为，所述处理装置具有：位置推定部，其使用所述动作信息来推定所述作业机 械的位置，并对通过推定得到的所述作业机械的推定位置进行修正而作为第二位置输出； 以及误差运算部，其使用所述第一位置的信息以及所述动作信息中的至少一方，求出所述 推定位置所包含的误差并向所述位置推定部推出，所述位置推定部使用所述误差运算部输 出的所述误差来修正所述推定位置。
[0022] 优选为，所述处理装置使用由所述位置检测装置进行的所述作业机械的位置的检 测的状态以及所述作业机械的动作状态，来选择向所述误差运算部输入的信息。
[0023] 本发明是具备上述的作业机械的控制系统的作业机械。
[0024] 本发明是一种作业机械的控制方法，所述作业机械具备：行驶装置；具有作业用 具的工作装置；以及供所述工作装置安装且被安装于所述行驶装置而进行回转的回转体， 在对所述作业机械进行控制时，使用所述作业机械所具备的位置检测装置检测到的作为所 述作业机械的一部分的位置的第一位置以及所述作业机械所具备的状态检测装置检测到 的所述作业机械的动作信息，求出与所述一部分的位置相当的所述作业机械的第二位置， 并使用所述第二位置，求出所述工作装置的至少一部分的位置。
[0025] 优选为，使用根据所述第一位置以及所述动作信息而得到的信息、即作为所述回 转体的旋转中心轴与和所述行驶装置接地的面对应的面的交点的特定点的位置，求出所述 第二位置。
[0026] 优选为，对所述特定点的位置实施平滑化处理，并使用所述平滑化处理后的所述 特定点的位置，求出所述第二位置。
[0027] 优选为，使用所述动作信息对所述第一位置实施平滑化处理，求出所述第二位置。
[0028] 优选为，在求出所述第二位置的情况下，使用所述动作信息来推定所述作业机械 的位置，由此求出推定位置，使用所述第一位置以及所述动作信息中的至少一方来计算所 述推定位置所包含的误差，并使用所述误差运算部输出的所述误差来修正所述推定位置。
[0029] 本发明在基于对作业机械的位置进行了测位的结果而进行信息化施工的作业机 械中，能够降低测位结果的偏差对信息化施工造成的影响。
【附图说明】
[0030] 图1是实施方式1所涉及的作业机械的立体图。
[0031] 图2是表示控制系统以及液压系统的结构的框图。
[0032] 图3是液压挖掘机的侧视图。
[0033] 图4是液压挖掘机的后视图。
[0034] 图5是实施方式1所涉及的控制系统的控制框图。
[0035] 图6是表不液压挖掘机的姿势的俯视图。
[0036] 图7是表示实施方式1所涉及的装置控制器所具有的位置信息运算部的图。
[0037] 图8是表示实施方式1所涉及的控制系统的处理的一例的流程图。
[0038] 图9是用于说明平滑化处理的状态的转变的图。
[0039] 图10是装置控制器使平滑化处理的状态转变的处理的流程图，尤其是表示与平 滑化处理的中断相关的处理。
[0040] 图11是装置控制器使平滑化处理的状态转变的处理的流程图，尤其是表示与平 滑化处理的复位相关的处理。
[0041] 图12是实施方式2所涉及的控制系统的控制框图。
[0042] 图13是表示实施方式2所涉及的装置控制器所具有的位置信息运算部的图。
[0043] 图14是表示实施方式2所涉及的控制系统的处理的一例的流程图。
[0044] 图15是实施方式3所涉及的控制系统的控制框图。
[0045] 图16是表示实施方式3所涉及的装置控制器所具有的位置/姿势信息运算部的 图。
[0046] 图17是实施方式3所涉及的装置控制器所具有的位置/姿势信息运算部的控制 框图。
[0047] 图18是表示记述有在选择供误差运算部使用的观测方程式时使用的信息的表的 一例的图。
[0048] 图19是表示实施方式3所涉及的控制系统的处理的一例的流程图。
【具体实施方式】
[0049] 参照附图，对用于实施本发明的方式（本实施方式）详细进行说明。
[0050] 实施方式1.
[0051] 〈作业机械的整体结构〉
[0052] 图1是实施方式1所涉及的作业机械的立体图。图2是表示控制系统200以及液 压系统300的结构的框图。作为作业机械的液压挖掘机100具有作为主体部的车辆主体1 和工作装置2。车辆主体1具有作为回转体的上部回转体3和作为行驶体的行驶装置5。上 部回转体3在机械室3EG的内部收容有作为动力产生装置的发动机以及液压栗等装置。
[0053] 在本实施方式中，液压挖掘机100的作为动力产生装置的发动机使用例如柴油发 动机等内燃机，但动力产生装置不限定于内燃机。液压挖掘机100的动力产生装置也可以 是例如组合内燃机、发电电动机以及蓄电装置而得到的所谓的混合动力方式的装置。另外， 液压挖掘机100的动力产生装置也可以不具有内燃机而是组合蓄电装置和发电电动机得 到的装置。
[0054] 上部回转体3具有驾驶室4。驾驶室4设置在上部回转体3的另一端侧。即，驾驶 室4设置在与配置有机械室3EG的一侧相反的一侧。在驾驶室4内配置有图2所示的显示 部29以及操作装置25。在上部回转体3的上方安装有扶手9。
[0055] 在行驶装置5的上方搭载有上部回转体3。行驶装置5具有履带5a、5b。行驶装 置5被设置在左右的液压马达5c的一方或两方驱动。通过行驶装置5的履带5a、5b旋转 而使液压挖掘机100行驶。工作装置2安装在上部回转体3的驾驶室4的侧方侧。
[0056] 液压挖掘机100也可以具备如下的行驶装置：该行驶装置代替履带5a、5b而具备 轮胎，并能够将发动机的驱动力经由传动装置传递给轮胎进行行驶。作为这种方式的液压 挖掘机100,例如具有轮式液压挖掘机。
[0057] 就上部回转体3而言，配置有工作装置2以及驾驶室4的一侧为前，配置有机械室 3EG的一侧为后。上部回转体3的前后方向为X方向。面朝前方的左侧为上部回转体3的 左侧，面朝前方的右侧为上部回转体3的右侧。上部回转体3的左右方向也可以称为宽度 方向或y方向。液压挖掘机100或车辆主体1在以上部回转体3作为基准时，行驶装置5 侧为下方，在以行驶装置5作为基准时，上部回转体3侧为上方。上部回转体3的上下方向 为z方向。在液压挖掘机100设置于水平面的情况下，下方为铅垂方向、即重力的作用方向 侦牝上方为与铅垂方向相反的一侧。
[0058] 工作装置2具有动臂6、斗杆7、作为作业用具的铲斗8、动臂缸10、斗杆缸11以及 铲斗缸12。动臂6的基端部经由动臂销13而以能够转动的方式安装于车辆主体1的前部。 斗杆7的基端部经由斗杆销14而以能够转动的方式安装于动臂6的前端部。在斗杆7的 前端部经由铲斗销15而安装有铲斗8。铲斗8以铲斗销15为中心进行转动。铲斗8在与 铲斗销15相反的一侧安装有多个斗齿8B。铲尖8T为斗齿8B的前端。
[0059] 铲斗8也可以不具有多个斗齿8B。即，也可以不具有图1所示那样的斗齿8B而是 铲尖通过钢板形成为直线形状那样的铲斗。工作装置2例如也可以具备具有单个斗齿的倾 转铲斗。倾转铲斗是指如下的铲斗：具备铲斗倾转缸，通过使铲斗向左右倾斜转动，即便液 压挖掘机100位于倾斜地，也能够将斜面、平地成形为自由的形状或者平整地面，并且还能 够利用底板进行碾压作业。此外，工作装置2也可以代替铲斗8而具备凿岩用的附件来作 为作业用具，其中，该凿岩用的附件具备法面铲斗或凿岩用的钎头。
[0060] 图1所示的动臂缸10、斗杆缸11以及铲斗缸12分别是指被工作油的压力驱动的 液压缸。以下，将工作油的压力称为适当液压。动臂缸10驱动动臂6使其进行升降。斗杆 缸11驱动斗杆7使其绕斗杆销14转动。铲斗缸12驱动铲斗8使其绕铲斗销15转动。
[0061] 在动臂缸10、斗杆缸11以及铲斗缸12等液压缸与图2所示的液压栗36、37之间 设置有图2所示的方向控制阀64。方向控制阀64对从液压栗36、37向动臂缸10、斗杆缸 11以及铲斗缸12等供给的工作油的流量进行控制，并且切换工作油流动的方向。方向控 制阀64包括：用于驱动液压马达5c的行驶用方向控制阀；以及用于控制动臂缸10、斗杆缸 11和铲斗缸12以及使上部回转体3回转的回转马达38的工作装置用方向控制阀。
[0062] 当从操作装置25供给的被调整为规定的先导压力的工作油使方向控制阀64的阀 柱动作时，从方向控制阀64流出的工作油的流量被调整，从而控制从液压栗36、37向动臂 缸10、斗杆缸11、铲斗缸12、回转马达38或液压马达5c供给的工作油的流量。其结果是， 能够对动臂缸10、斗杆缸11以及铲斗缸12等的动作进行控制。
[0063] 另外，通过图2所示的装置控制器39对图2所示的控制阀27进行控制，从而控制 从操作装置25向方向控制阀64供给的工作油的先导压，因此，能够控制从方向控制阀64 向动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12或者回转马达38供给的工作油的流量。其结果是，装置 控制器39能够对动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12以及上部回转体3的动作进行控制。
[0064] 在上部回转体3的上部安装有天线21、22。天线21、22用于检测液压挖掘机100的 当前位置。天线21、22与图2所示的全局坐标运算装置23电连接。全局坐标运算装置23 是检测液压挖掘机100的位置的位置检测装置。全局坐标运算装置23利用RTK-GNSS(Real TimeKinematic-GlobalNavigationSatelliteSystems，GNSS是指全球导航卫星系统） 来检测液压挖掘机100的当前位置，更具体而言检测液压挖掘机100的一部分的当前位置。 在以下的说明中，将天线21、22适当称为GNSS天线21、22。在本实施方式中，全局坐标运算 装置23检测GNSS天线21、22的至少一个的位置来作为液压挖掘机100的一部分的当前位 置。与GNSS天线21、22接收到的GNSS电波对应的信号输入到全局坐标运算装置23。全局 坐标运算装置23求出全局坐标系中的GNSS天线21、22的设置位置。作为全球导航卫星系 统的一例，举出GPS(GlobalPositioningSystem)，但全球导航卫星系统不限定于此。
[0065] 在RTK-GNSS中，由于测位卫星的配置、电离层、对流层或GNSS天线周边的地形的 影响，测位的状态会发生变化。在该测位的状态中，例如具有Fix(精度±lcm至2cm左右）、 Float(精度± 10cm至几m左右）、单独测位（精度土几m左右）、非测位（不能进行测位 计算）等。以下将测位的状态为Fix的情况称为正常，将为Fix以外的状态的情况称为异 常。
[0066] 如图1所示，GNSS天线21、22优选设置于上部回转体3之上且为液压挖掘机100 的在左右方向、即宽度方向上分离的两端位置处。在本实施方式中，GNSS天线21、22安装 于分别安装在上部回转体3的宽度方向两侧的扶手9。GNSS天线21、22安装于上部回转体 3的位置不限定于扶手9,但将GNSS天线21、22设置在尽可能远离的位置处能够提高液压 挖掘机100的当前位置的检测精度，因此是优选的。另外，GNSS天线21、22优选设置在尽 量不妨碍操作员的视野的位置处。例如，GNSS天线21、22也可以配置于在机械室3EG的后 方配置的配重之上。
[0067] 如图2所示，液压挖掘机100的液压系统300具备发动机35以及液压栗36、37。 液压栗36、37被发动机35驱动而排出工作油。从液压栗36、37排出的工作油供给至动臂 缸10、斗杆缸11以及铲斗缸12。另外，液压挖掘机100具备回转马达38。回转马达38为 液压马达，其被从液压栗36、37排出的工作油驱动。回转马达38使上部回转体3回转。在 图2中，图示出两个液压栗36、37,但液压栗也可以为一个。回转马达38不限定于液压马 达，也可以是电动马达。
[0068] 作业机械的控制系统即控制系统200包括：全局坐标运算装置23 ;作为用于检测 角速度及加速度的状态检测装置的頂U(InertialMeasurementUnit:惯性计测装置）24 ; 操作装置25 ;作为处理装置的装置控制器39 ;作为处理装置的显示控制器28 ;以及显示部 29。操作装置25是用于操作图1所示的工作装置2、上部回转体3以及行驶装置5中的至 少一个的装置。操作装置25为了驱动工作装置2等而是受理操作员进行的操作，并输出与 操作量相应的先导液压。
[0069] 操作装置25具有在操作员的左侧设置的左操作杆25L以及在操作员的右侧配置 的右操作杆25R。左操作杆25L以及右操作杆25R的前后左右的动作对应于两个轴的动作。 例如，右操作杆25R的前后方向上的操作对应于动臂6的操作。例如，右操作杆25R的左右 方向上的操作对应于铲斗8的操作。例如，左操作杆25L的前后方向上的操作对应于斗杆 7的操作。例如，左操作杆25L的左右方向上的操作对应于上部回转体3的回转。
[0070] 在本实施方式中，操作装置25使用先导液压方式。基于动臂操作、铲斗操作、斗杆 操作、回转操作以及行驶操作，而从液压栗36向操作装置25供给经由未图示的减压阀被减 压为规定的先导压力的工作油。
[0071] 根据右操作杆25R的前后方向上的操作，能够向先导油路450供给先导液压，从而 受理操作员对动臂6进行的操作。右操作杆25R所具备的阀装置根据右操作杆25R的操作 量而打开，从而向先导油路450供给工作油。另外，压力传感器66检测此时的先导油路450 内的工作油的压力作为先导压。压力传感器66将检测到的先导压作为动臂操作信号MB而 向装置控制器39发送。
[0072] 在操作装置25与动臂缸10之间的先导油路450中，