挖土机及其控制方法与流程

本发明涉及一种具备附件的挖土机及其控制方法。

背景技术：

已知有一种具有关闭斗杆时增减从斗杆缸的杆侧油室流出的工作油的流量的可变节流器的挖土机(参考专利文献1。)。该挖土机为了控制可变节流器而监控斗杆缸的底侧油室的压力。因为若缸底侧油室的压力小于规定值，则能够判断为铲斗没有与地面接触而在空中使挖掘附件工作，且能够判断为应该减少在可变节流器流动的工作油的流量以免斗杆因自重掉落。并且，因为若缸底侧油室的压力为规定值以上，则能够判断为铲斗与地面接触，且能够判断为应该增大在可变节流器流动的工作油的流量以免在可变节流器中产生不必要的压力损失。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－230061号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

然而，若不是在根据斗杆缸的缸底侧油室的压力检测到铲斗与地面的接触情况之后，则上述挖土机无法判断出应该减少还是增大在可变节流器流动的工作油的流量。其结果，无法在挖掘开始时增大其流量，而在可变节流器中产生不必要的压力损失，导致挖土机的作业效率下降。其原因在于，由于没有识别到挖掘对象地面的当前形状，使得无法事先判断铲斗与地面接触的时间。

鉴于上述情况，期待提供一种能够识别作业对象地面的当前形状的挖土机。

用于解决技术课题的手段

本发明的实施例所涉及的挖土机具备：下部行走体；上部回转体，搭载于所述下部行走体；附件，安装于所述上部回转体；姿势检测装置，检测所述附件的姿势；及控制装置，该挖土机中，所述控制装置根据由所述姿势检测装置检测的所述附件的姿势变化来获取与作业对象地面的当前形状有关的信息，根据所述获取的与作业对象地面的当前形状有关的信息控制所述附件。

发明效果

通过上述方法，可提供一种能够识别作业对象地面的当前形状的挖土机。

附图说明

图1为本发明的实施例所涉及的挖土机的侧视图。

图2为表示构成搭载于图1的挖土机的姿势检测装置的各种传感器的输出内容的一例的挖土机的侧视图。

图3为表示搭载于图1的挖土机的驱动系统的结构例的图。

图4为表示控制器的结构例的功能框图。

图5为与由地面形状信息获取部获取的挖掘对象地面的当前形状有关的信息的概念图。

图6A为表示再生油路及再生解除阀的结构例的图。

图6B为表示斗杆关闭操作时将再生解除阀的开口面积设为最小时的工作油的流动的图。

图6C为表示斗杆关闭操作时将再生解除阀的开口面积设为最大时的工作油的流动的图。

图7为表示开口面积调整处理的流程的流程图。

图8为表示由控制器调整再生解除阀的开口面积时各种参数的时间性变化的图。

图9为表示挖掘对象地面的深度与基准面的关系的图。

图10为表示铲斗角度、挖掘反作用力及挖掘对象地面的深度之间的关系的图。

图11为表示姿势自动调整处理的流程的流程图。

具体实施方式

首先，参考图1对本发明的实施例所涉及的作为工程机械的挖土机(挖掘机)进行说明。另外，图1为本发明的实施例所涉及的挖土机的侧视图。在图1所示的挖土机的下部行走体1经由回转机构2搭载有上部回转体3。在上部回转体3安装有动臂4。在动臂4的前端安装有斗杆5，在斗杆5的前端安装有铲斗6。作为作业要件的动臂4、斗杆5及铲斗6构成作为附件的一例的挖掘附件。另外，附件也可以是沟槽附件、平整附件、清淤附件等其他附件。并且，动臂4、斗杆5及铲斗6分别通过动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9被液压驱动。并且，在上部回转体3设置有驾驶室10，且搭载有发动机11等动力源。并且，在上部回转体3安装有通信装置M1、定位装置M2、姿势检测装置M3及摄像装置M4。

通信装置M1为控制挖土机与外部之间的通信的装置。本实施例中，通信装置M1控制GNSS(Global Navigation Satellite System)测量系统与挖土机之间的无线通信。具体而言，通信装置M1例如以每天1次的频率获取挖土机开始作业时作业现场的地形信息。GNSS测量系统例如采用网络型RTK-GNSS定位方式。

定位装置M2为测定挖土机的位置及朝向的装置。本实施例中，定位装置M2为组装有电子罗盘的GNSS接收机，其测定挖土机的存在位置的纬度、经度及高度，并且测定挖土机的朝向。挖土机的朝向例如与上部回转体3的朝向及附件的朝向相对应，与下部行走体1的朝向无关。另外，下部行走体1根据作为操作装置26(参考图3。)之一的行走操纵杆的倾倒方向进行前进或后退。而且，配置有行走用液压马达1A(左侧用)及行走用液压马达1B(右侧用，不可见)的一侧(图1中为右侧)相当于下部行走体1的后方。

姿势检测装置M3为检测附件的姿势的装置。本实施例中，姿势检测装置M3为检测挖掘附件的姿势的装置。

摄像装置M4为获取挖土机周边的图像的装置。本实施例中，摄像装置M4为安装于挖土机的上部回转体3的摄像机，其根据所拍摄的图像识别距挖土机周围的地面为止的距离以获取作业现场的地形信息。另外，摄像装置M4也可以是立体摄像机、距离图像摄像机、三维激光扫描仪等。

图2为表示构成搭载于图1的挖土机的姿势检测装置M3的各种传感器的输出内容的一例的挖土机的侧视图。具体而言，姿势检测装置M3包括动臂角度传感器M3a、斗杆角度传感器M3b、铲斗角度传感器M3c及车体倾斜传感器M3d。

动臂角度传感器M3a为获取动臂角度θ1的传感器，例如包括检测动臂脚销的旋转角度的旋转角度传感器、检测动臂缸7的行程量的行程传感器、检测动臂4的倾斜角度的倾斜(加速度)传感器等。动臂角度θ1为XZ平面内相对于连结动臂脚销位置P1与斗杆连结销位置P2的线段的水平线的角度。

斗杆角度传感器M3b为获取斗杆角度θ2的传感器，例如包括检测斗杆连结销的旋转角度的旋转角度传感器、检测斗杆缸8的行程量的行程传感器、检测斗杆5的倾斜角度的倾斜(加速度)传感器等。斗杆角度θ2为XZ平面内相对于连结斗杆连结销位置P2与铲斗连结销位置P3的线段的水平线的角度。

铲斗角度传感器M3c为获取铲斗角度θ3的传感器，例如包括检测铲斗连结销的旋转角度的旋转角度传感器、检测铲斗缸9的行程量的行程传感器、检测铲斗6的倾斜角度的倾斜(加速度)传感器等。铲斗角度θ3为在XZ平面内相对于连结铲斗连结销位置P3与铲斗铲尖位置P4的线段的水平线的角度。

车体倾斜传感器M3d为获取挖土机绕Y轴的倾斜角θ4及挖土机绕X轴的倾斜角θ5(未图示。)的传感器，例如包括2轴倾斜(加速度)传感器等。另外，图2中XY平面为水平面。

图3为表示搭载于图1的挖土机的驱动系统的结构例的图，分别用双重线、实线、虚线、点线及单点划线表示机械动力传递管路、高压液压管路、先导管路、电控制管路及电力管路。

挖土机的驱动系统主要包括发动机11、发电机12、主泵14L、14R、先导泵15、控制阀17、操作装置26、操作内容检测装置29、控制器30、电池70、电气安装件72、供电装置74及显示装置76。

发动机11例如为以维持规定的转速的方式工作的柴油发动机。并且，发动机11的输出轴与发电机12、主泵14L、14R及先导泵15的各个输入轴连接。

发电机12为利用发动机11的驱动力而进行旋转从而发电的装置，其向控制器30、电池70、电气安装件72、供电装置74、显示装置76等供给电能。

主泵14L、14R为用于经由高压液压管路将工作油供给到控制阀17的装置，例如为斜板式可变容量型液压泵。

先导泵15为用于经由先导管路25向操作装置26等各种液压控制设备供给工作油的装置，例如为固定容量型液压泵。

控制阀17为控制挖土机中的液压系统的液压控制装置。具体而言，控制阀17包括对主泵14L、14R吐出的工作油的流动进行控制的流量控制阀171～176。而且，控制阀17通过流量控制阀171～176向动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、行走用液压马达1A(左侧用)、行走用液压马达1B(右侧用)及回转用液压马达2A中的一个或多个马达选择性地供给主泵14L、14R吐出的工作油。另外，以下将动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、行走用液压马达1A(左侧用)、行走用液压马达1B(右侧用)及回转用液压马达2A统称为“液压制动器”。

操作装置26为供操作人员操作液压制动器而使用的装置。本实施例中，操作装置26通过先导管路25将由先导泵15吐出的工作油供给到与每个液压制动器相对应的流量控制阀的先导端口。另外，供给到每个先导端口的工作油的压力(先导压)为对应于与每个液压制动器相对应的操作装置26的操纵杆或踏板(未图示。)的操作方向及操作量的压力。

操作内容检测装置29为检测使用操作装置26的操作人员的操作内容的装置。本实施例中，操作内容检测装置29以压力形式检测与每个液压制动器相对应的操作装置26的操纵杆或踏板的操作方向及操作量，并将检测到的值输出给控制器30。另外，操作装置26的操作内容也可以使用电位计等、压力传感器以外的其他传感器的输出来导出。

控制器30为用于控制挖土机的控制装置，例如由具备CPU、RAM、非易失性存储器等的计算机构成。并且，控制器30从ROM读取与各种功能要件相对应的程序并载入到RAM，使CPU执行与各种功能要件相对应的处理。

电池70为蓄积电能的装置，例如通过由发电机12发电的电力进行充电。并且，电池70的电能供给到控制器30、电气安装件72、供电装置74、显示装置76等。

电气安装件72为搭载于挖土机的电负荷，例如包括语音输出装置、照明装置等。

供电装置74为用于向外部电气设备供给电能的装置，例如包括接收外部电气设备的插头的插座。外部电气设备包括空中摄影用多旋翼直升机(无人机)。例如操作人员通过将从空中摄影用多旋翼直升机的电池延伸的电源线的插头插入到供电装置74的插座，从而能够对空中摄影用多旋翼直升机的电池进行充电。

显示装置76为显示各种信息的装置，例如为设置于驾驶室10内的车载显示器。本实施例中，显示装置76与摄像装置M4连接，能够显示由摄像装置M4获取的挖土机周边的图像。

通过发动机11驱动的主泵14L、14R使工作油经过各个中路旁通管路40L、40R至工作油罐进行循环。

中路旁通管路40L为通过配置于控制阀17内的流量控制阀171、173及175的高压液压管路。并且，中路旁通管路40R为通过配置于控制阀17内的流量控制阀172、174及176的高压液压管路。

流量控制阀171、172、173为对流出和流入行走用液压马达1A(左侧用)、行走用液压马达1B(右侧用)、回转用液压马达2A的工作油的流量及流动方向进行控制的线轴阀。

并且，流量控制阀174、175、176为对流出和流入铲斗缸9、斗杆缸8、动臂缸7的工作油的流量及流动方向进行控制的线轴阀。另外，本实施例中，在流量控制阀175的内部形成有再生油路175a(参考图6A。)。并且，在流量控制阀175与工作油罐之间安装有再生解除阀50。

接着，参考图4对控制器30的功能进行说明。另外，图4为表示控制器30的结构例的功能框图。本实施例中，控制器30接受通信装置M1、定位装置M2、姿势检测装置M3及摄像装置M4的输出而执行各种运算，并将与该运算结果对应的控制指令输出到控制对象(例如发动机11、主泵14L、14R、控制阀17及再生解除阀50等。)。

具体而言，控制器30主要包括地形数据库更新部31、位置坐标更新部32、地面形状信息获取部33及挖掘控制部34。

地形数据库更新部31为对可参照地系统性地存储作业现场的地形信息的地形数据库进行更新的功能要件。本实施例中，地形数据库更新部31例如在挖土机启动时通过通信装置M1获取作业现场的地形信息以更新地形数据库。地形数据库存储于非易失性存储器等中。并且，作业现场的地形信息例如以基于世界定位系统的三维地形模型表述。

并且，地形数据库更新部31也可以利用摄像装置M4的输出更新地形数据库。该情况下，摄像装置M4也可以从挖土机独立。并且，控制器30也可以经由通信装置M1获取由摄像装置M4输出的地形信息。具体而言，摄像装置M4安装于空中摄影用多旋翼直升机、设置在作业现场的铁搭等，并基于从上方观察作业现场的图像来获取作业现场的地形信息。并且，摄像装置M4安装于空中摄影用多旋翼直升机的情况下，可以以大概每小时1次的频率或实时拍摄从上方观察作业现场的图像以获取作业现场的地形信息。

并且，地形数据库更新部31例如可以以每天1次的频率通过通信装置M1获取作业现场的地形信息，并且也可以以每小时1次的频率或实时通过摄像装置M4获取作业现场的地形信息，从而更新地形数据库。

并且，地形数据库更新部31在并用通过通信装置M1获取的地形信息和通过摄像装置M4获取的地形信息的情况下，为了对通过通信装置M1获取的地形信息进行校正，也可以使用通过摄像装置M4获取的地形信息。该情况下，地形数据库更新部31可以以比通信装置M1获取地形信息的周期(间隔)更长的周期(间隔)校正地形信息。

位置坐标更新部32为对表示挖土机当前位置的坐标及朝向进行更新的功能要件。本实施例中，位置坐标更新部32根据定位装置M2的输出获取挖土机在世界定位系统中的位置坐标及朝向，并更新与表示存储于非易失性存储器等中的挖土机当前位置的坐标及朝向有关的数据。

并且，位置坐标更新部32与地形数据库更新部31的情况相同，也可以利用摄像装置M4的输出更新表示挖土机当前位置的坐标及朝向。该情况下，位置坐标更新部32也可以并用定位装置M2的输出和摄像装置M4的输出实时更新与表示挖土机当前位置的坐标及朝向有关的数据。并且，位置坐标更新部32也可以仅根据摄像装置M4的输出实时更新与表示挖土机当前位置的坐标及朝向有关的数据。

地面形状信息获取部33为获取与作业对象地面的当前形状有关的信息的功能要件。本实施例中，地面形状信息获取部33根据由地形数据库更新部31更新的地形信息、由位置坐标更新部32更新的表示挖土机当前位置的坐标及朝向、由姿势检测装置M3检测的挖掘附件的姿势的过去的变化获取与挖掘对象地面的当前形状有关的信息。

图5为与由地面形状信息获取部33获取的挖掘对象地面的当前形状有关的信息的概念图。另外，图5中用虚线表示的多个铲斗形状表示铲斗6在上一次挖掘工作时的轨迹。铲斗6的轨迹从姿势检测装置M3过去所检测的挖掘附件的姿势变化导出。并且，图5的粗实线表示地面形状信息获取部33所掌握的挖掘对象地面的当前的截面形状，粗点线表示地面形状信息获取部33所掌握的上一次挖掘工作进行之前的挖掘对象地面的截面形状。即，地面形状信息获取部33从进行上一次挖掘工作之前的挖掘对象地面的形状除去与上一次挖掘工作时铲斗6所通过的空间相对应的部分，从而导出挖掘对象地面的当前形状。并且，图5中沿用单点划线表示的Z轴方向延伸的各框表示三维地形模型的各要件。各要件例如表现为具有与XY平面平行的单位面积的上表面及-Z方向的无限大的长度的模型。另外，三维地形模型也可以表现为三维网格模型。

挖掘控制部34为控制挖掘附件的功能要件。本实施例中，挖掘控制部34根据由地面形状信息获取部33获取的与挖掘对象地面的当前形状有关的信息控制挖掘附件。

具体而言，挖掘控制部34根据由姿势检测装置M3检测的挖掘附件的当前姿势、由地面形状信息获取部33获取的与挖掘对象地面的当前形状有关的信息(通过上一次挖掘工作时的姿势信息计算的信息)判断挖掘状态。例如，挖掘控制部34判定铲斗6的铲尖是否与挖掘对象地面接触。而且，判定为铲斗6的铲尖与挖掘对象地面接触的情况下，将控制模式从“地表面模式”切换为“地上模式”。尤其，在挖掘附件(铲斗6的铲尖)存在于高于地表面的上方的情况下，关闭斗杆5时，优选将斗杆缸8的杆侧油室的压力设定得高于缸底侧油室的压力而因自重掉落。并且，在接触地面之后的挖掘作业中，为了进行挖掘需要将斗杆缸8的缸底侧油室的压力设定得高于杆侧油室的压力。因此，为了顺利地开始挖掘，控制部34在准确地判定铲斗6是否与挖掘对象地面接触的基础上将由主泵14L、14R吐出的高压工作油供给至斗杆缸8的缸底侧油室。而且，控制对象例如为再生解除阀50的情况下，挖掘控制部34在铲斗6的铲尖与挖掘对象地面接触时向再生解除阀50输出控制指令而增大其开口面积。另外，“接触时”包括“将要接触之前”，挖掘控制部34优选在铲斗6的铲尖将要与挖掘对象地面接触之前向再生解除阀50输出控制指令以增大其开口面积。此外，也可以根据预先输入的砂土密度信息控制挖掘附件。例如也可以砂土密度越大，将开口面积设定得越大。

并且，挖掘控制部34也可以将发动机11、主泵14L、14R等作为控制对象。该情况下，判定为铲斗6与挖掘对象地面接触时，将控制模式从“地表面模式”切换为“地上模式”。而且，通过提升发动机11的转速或变更主泵14L、14R的斜板的偏转角等，增大挖掘附件的输出马力。其结果，能够增大在“地上模式”下作业时的挖掘附件的驱动力。并且，在“地表面模式”下能够通过减少其输出马力来提高耗油率。

挖掘控制部34可以单独执行上述各控制对象的控制，也可以组合执行。并且，该控制可以执行至挖掘对象地面的当前形状成为目标形状。例如也可以执行至挖掘对象地面的深度达到预先设定的目标面的深度。另外，若挖掘对象地面的深度达到目标面的深度，则可以限制比其更深的挖掘。

图6A～图6C为表示再生油路175a及再生解除阀50的结构例的图。具体而言，图6A为图3所示的包括控制阀17中流量控制阀175及再生解除阀50的部分的放大图。并且，图6B表示斗杆关闭操作时将再生解除阀50的开口面积设为最小时的工作油的流动，图6C表示斗杆关闭操作时将再生解除阀50的开口面积设为最大时的工作油的流动。

再生油路175a使斗杆关闭操作时从作为收缩侧油室的斗杆缸8的杆侧油室流出的工作油流入到(再生)作为扩张侧油室的缸底侧油室的油路。并且，再生油路175a包括防止工作油从缸底侧油室向杆侧油室流动的止回阀。另外，再生油路175a也可以形成于流量控制阀175的外部。

再生解除阀50为调整从斗杆缸8的杆侧油室流出之后流到工作油罐的工作油的流量的阀。本实施例中，再生解除阀50为根据来自控制器30的控制指令工作的电磁阀，通过增减流量控制阀175与工作油罐之间的油路50a的流路面积来调整分别在油路50a及再生油路175a流动的工作油的流量。

具体而言，再生解除阀50如图6B所示根据来自控制器30的控制指令减小其开口面积以减少在油路50a流动的工作油的流量，并且增大在再生油路175a流动的工作油的流量。通过该结构，再生解除阀50能够防止挖掘附件在空中工作的情况下斗杆5因其自重掉落。

并且，再生解除阀50如图6C所示根据来自控制器30的控制指令增大其开口面积以增大在油路50a流动的工作油的流量，并且减少或消除在再生油路175a流动的工作油的流量。通过该结构，再生解除阀50即使处于正在挖掘的状态，即尽管挖掘附件与地面接触，也能够防止在油路50a产生不必要的压力损失而使挖掘力降低。

另外，再生解除阀50也可以设置于斗杆缸8的杆侧油室与流量控制阀175之间。

接着，参考图7对由控制器30调整再生解除阀50的开口面积的处理(以下，称为“开口面积调整处理”。)进行说明。另外，图7为表示开口面积调整处理的流程的流程图。控制器30在挖土机运行过程中以规定的控制周期重复执行该开口面积调整处理。

首先，控制器30判定是否进行斗杆关闭操作(步骤S1)。本实施例中，控制器30根据操作内容检测装置29的输出判定斗杆操纵杆是否被向关闭方向操作。

在判定为没有进行斗杆关闭操作的情况下(步骤S1的否)，控制器30结束此次开口面积调整处理。

在判定为进行了斗杆关闭操作的情况下(步骤S1的是)，控制器30判定挖掘附件是否与地面接触(步骤S2)。本实施例中，控制器30根据从姿势检测装置M3的输出而导出的铲斗6的铲尖的当前位置及由地面形状信息获取部33获取的与挖掘对象地面的当前形状有关的信息判定铲斗6的铲尖是否与地面接触。

而且，在判定为挖掘附件与地面接触的情况下(步骤S2的是)，控制器30根据需要增大再生解除阀50的开口面积(步骤S3)。本实施例中，控制器30在判定为铲斗6的铲尖与地面接触的情况下，若再生解除阀50的开口面积小于规定值，则将其开口面积增大至规定值。

另一方面，在判定为挖掘附件没有与地面接触的情况下(步骤S2的否)，控制器30根据需要减小再生解除阀50的开口面积(步骤S4)。本实施例中，控制器30在判定为铲斗6的铲尖没有与地面接触的情况下，若再生解除阀50的开口面积大于规定值，则将再生解除阀50的开口面积减小至规定值。

接着，参考图8对由控制器30调整再生解除阀50的开口面积时的各种参数的时间性变化进行说明。另外，图8(A)表示斗杆缸8的杆侧油室的压力的时间性变化。并且，图8(B)表示地面接触标志的时间性变化，图8(C)表示再生解除阀50的开口面积的时间性变化。另外，图8(A)～图8(C)中各时间轴(横轴)相同。并且，地面接触标志表示通过控制器30判定的挖掘附件是否与地面接触的结果。具体而言，地面接触标志的值“OFF”表示通过控制器30判定为“没有接触”的状态，地面接触标志的值“ON”表示通过控制器30判定为“有接触”的状态。并且，图8中用实线表示的变化表示实际接触与“有接触”的判定同时进行的情况下的变化。另一方面，图8中用虚线表示的变化表示在实际接触之前进行“有接触”的判定的情况下的变化，图8中用单点划线表示的变化表示在实际接触之后进行“有接触”的判定的情况下的变化。

具体而言，在实际接触之前进行“有接触”的判定的情况下，地面接触标志如图8(B)中虚线所示，在时刻t1从值“OFF”切换为值“ON”。另外，本实施例中，实际接触在时刻t2发生。而且，若将地面接触标志切换为值“ON”，则控制器30增大再生解除阀50的开口面积。因此，再生解除阀50的开口面积如图8(C)中虚线所示，在时刻t1从值An调整为值Aw(＞An)。另外，值An为使斗杆5在空中工作时作为最佳值而被预先设定的开口面积，值Aw为进行挖掘的过程中使斗杆5工作时作为最佳值而被预先设定的开口面积。其结果，斗杆缸8的杆侧油室的压力如图8(A)中虚线所示，在时刻t1开始减少，至发生实际接触为止一直减少。其原因在于，斗杆5因自重而掉落。而且，在时刻t2发生实际接触之后(时刻t2与时刻t3之间)开始增加，之后增大至与作为作业反作用力的挖掘反作用力对应的值。

如此，若在实际接触之前进行“有接触”的判定，控制器30则会导致暂时使斗杆缸8的杆侧油室的压力骤减，因此可能会发生气蚀。

另一方面，在实际接触之后进行“有接触”的判定的情况下，在发生实际接触的时刻t2，再生解除阀50的开口面积保持较小状态，因此导致杆侧油室的压力上升。而且，如图8(B)中单点划线所示，地面接触标志在时刻t3从值“OFF”切换为值“ON”。因此，如图8(C)中单点划线所示，再生解除阀50的开口面积在时刻t3从值An被调整为值Aw。其结果，如图8(A)中单点划线所示，斗杆缸8的杆侧油室的压力在发生实际接触的时刻t2开始增加，且在时刻t3再生解除阀50的开口面积一直增加直至增大到值Aw为止。其原因在于，受到挖掘反作用力与由再生解除阀50引起的压力损失的影响。而且，若在时刻t3再生解除阀50的开口面积增大至值Aw，则转而减少，之后减少至与挖掘反作用力对应的值。

如此，若控制器30在实际接触之后进行“有接触”的判定，则导致暂时增加斗杆缸8的杆侧油室的压力，因此使得挖掘附件的动作不稳定，并且导致作业效率下降。

因此，控制器30根据由姿势检测装置M3检测的挖掘附件的当前的姿势及由地面形状信息获取部33获取的与挖掘对象地面的当前形状有关的信息判定挖掘附件是否与挖掘对象地面接触。为的是在实际接触的同时进行“有接触”的判定。

在实际接触的同时进行“有接触”的判定的情况下，如图8(B)中实线所示，地面接触标志在时刻t2从值“OFF”切换为值“ON”。因此，如图8(C)中实线所示，再生解除阀50的开口面积在时刻t2从值An被调整为值Aw。其结果，如图8(A)中实线所示，斗杆缸8的杆侧油室的压力在发生实际接触的时刻t2开始减少，之后减少至与挖掘反作用力对应的值。不会引起在发生实际接触之前的暂时骤减，在发生实际接触之后也不会因受到由再生解除阀50引起的压力损失的影响而增加。

通过以上结构，控制器30根据由姿势检测装置M3检测的附件的姿势变化获取与作业对象地面的当前形状有关的信息。而且，根据所获取的与作业对象地面的当前形状有关的信息控制附件。本实施例中，控制器30根据挖掘附件的当前姿势和挖掘对象地面的当前形状调整再生解除阀50的开口面积。具体而言，根据铲斗6的铲尖的当前位置和挖掘对象地面的当前形状调整再生解除阀50的开口面积。因此，能够在铲斗6的铲尖与挖掘对象地面接触同时减少或消除因再生解除阀50引起的从斗杆缸8的杆侧油室向工作油罐流出的工作油的压力损失。其结果，与根据斗杆缸压的变化等判定铲斗6的铲尖是否与挖掘对象地面接触的情况相比，控制器30能够更准确地判定接触的有无，且能够抑制错误判定。并且，通过抑制接触有无的错误判定能够提高操作性及作业效率。具体而言，由于在铲斗6的铲尖与地面接触的同时防止斗杆5的自重掉落，能够减少或消除因再生解除阀50而产生的压力损失，且能够防止相当于压力损失那部分的挖掘力的增大。并且，能够防止在与地面接触之前使斗杆5因自重掉落，且能够防止气蚀的发生。

另外，控制器30可以和调整与斗杆缸8有关的再生解除阀50的开口面积同样地调整与动臂缸7有关的再生解除阀(未图示。)的开口面积，且也可以调整与铲斗缸9有关的再生解除阀(未图示。)的开口面积。

接着，参考图9～图11对通过控制器30的挖掘控制部34实施的挖掘附件控制的另一例进行说明。另外，图9为表示挖掘对象地面的深度与基准面之间的关系的图。基准面为成为确定挖掘对象地面深度的基准的平面。本实施例中，基准面为挖土机的中心点R所在的水平面，中心点R为挖土机的回转轴与下部行走体1的接地面的交点。

具体而言，图9中用单点划线表示的挖掘附件表示挖掘与用单点划线表示的基准面相同深度的挖掘对象地面时的挖掘附件的姿势。该情况下，挖掘对象地面的深度D与基准面的深度D0(＝0)相等。另外，挖掘对象地面的深度D根据由地面形状信息获取部33获取的与挖掘对象地面的当前形状有关的信息(从上一次挖掘工作时的姿势信息计算的信息)而导出。并且，挖掘对象地面的深度D也可以根据由姿势检测装置M3检测的挖掘附件的当前姿势而导出。

并且，图9中用虚线表示的挖掘附件表示挖掘用虚线表示的挖掘对象地面时的挖掘附件的姿势。该情况下，挖掘对象地面的深度D表示为深度D1(＞D0)。

并且，图9中用实线表示的挖掘附件表示挖掘用实线表示的挖掘对象地面时的挖掘附件的姿势。该情况下，挖掘对象地面的深度D表示为深度D2(＞D1)。

另外，挖掘对象地面可以在高于基准面的位置。该情况下，挖掘对象地面的深度D可以表示为负值。

图10为表示铲斗角度θ3、挖掘反作用力F及挖掘对象地面的深度D之间的关系的图。具体而言，图10(A)表示将铲斗6从铲斗角度30°至铲斗角度180°关闭时的铲斗6的姿势的变化。另外，图10(A)中用虚线表示的铲斗6表示铲斗角度30°时的姿势，图10(A)中用实线表示的铲斗6表示铲斗角度180°时的姿势。

图10(B)表示预先存储挖掘对象地面的深度D与进行规定的铲斗关闭操作情况下的挖掘反作用力F的变化或峰值之间的对应关系的对应表内容的一例。具体而言，图10(B)表示从铲斗角度30°至铲斗角度180°关闭铲斗6时的挖掘反作用力F相对于铲斗角度θ3的变化。另外，对应表格为根据实测数据的分析生成的数据表格，例如预先记录于非易失性存储器。

并且，图10(C)表示铲斗角度θ3随时间的变化，图10(D)表示利用图10(B)的对应表格计算的挖掘反作用力F随时间的变化。另外，图10(C)及图10(D)中各时间轴(横轴)相同。

并且，图10(B)及图10(D)中用单点划线表示的变化表示挖掘对象地面的深度D为深度D0时的变化。并且，用虚线表示的变化表示挖掘对象地面的深度D为深度D1时的变化，用实线表示的变化表示挖掘对象地面的深度D为深度D2时的变化。

如图10(A)及图10(C)所示在已进行铲斗角度30°至180°的铲斗关闭操作的情况下，如图10(B)所示，挖掘反作用力F在铲斗角度θ3增大至一定角度(例如100°)之后开始减少，在铲斗角度θ3达到180°时成为零。该趋势无论挖掘对象地面的深度D如何均相同。但是，挖掘反作用力F的峰值根据挖掘对象地面的深度D的变化而变化。图10(B)及图10(D)作为一例示出挖掘对象地面的深度D越深挖掘反作用力F的峰值越变大的趋势。

因此，控制器30的挖掘控制部34根据由地面形状信息获取部33获取的与挖掘对象地面的当前形状有关的信息导出挖掘对象地面的当前深度D。而且，挖掘控制部34根据挖掘对象地面的当前深度D推定进行规定的铲斗关闭操作的情况下的挖掘反作用力F的峰值。之后，挖掘控制部34判定所推定的挖掘反作用力F的峰值是否超过规定值。而且，在判定为超过的情况下，控制挖掘附件的动作以免其峰值超过规定值。这是为了防止因挖掘反作用力F过大而致使挖掘附件的动作变得不稳定。例如，无论是否由操作人员进行的动臂提升操作，挖掘控制部34都会通过在铲斗关闭工作中自动提升动臂4，以防止挖掘反作用力F的峰值超过规定值。例如，挖掘控制部34以操作人员感觉不到的上升率(每单位时间的动臂4的转动角度)自动提升动臂4。因此，挖掘控制部34使操作人员意识不到动臂4的自动上升而能够使得挖掘附件的动作流畅，且能够提高操作感。另外，该情况下的挖掘控制部34的控制对象不是再生解除阀50而是流量控制阀176。例如，挖掘控制部34向增减流量控制阀176的先导压的电磁阀(未图示。)输出控制指令而自动地移动流量控制阀176。并且，该控制可以执行至挖掘对象地面的当前形状成为目标形状。例如，可以执行至挖掘对象地面的深度达到预先设定的目标面的深度。另外，若挖掘对象地面的深度达到目标面的深度，则可以限制挖掘得比其更深。

图11为表示控制器30自动调整挖掘附件的姿势以免挖掘反作用力F的峰值超过规定值的处理(以下，称为“姿势自动调整处理”。)的流程的流程图。控制器30在挖土机运行过程中以规定的控制周期重复执行该姿势自动调整处理。

首先，控制器30判定是否进行挖掘操作(步骤S11)。本实施例中，控制器30根据操作内容检测装置29的输出判定是否进行动臂操作、斗杆操作及铲斗操作中的至少一个。

而且，在判定为已进行挖掘操作的情况下(步骤S11的是)，控制器30判定挖掘附件是否与地面接触(步骤S12)。本实施例中，控制器30根据从姿势检测装置M3的输出而导出的铲斗6的铲尖的当前位置及由地面形状信息获取部33获取的与挖掘对象地面的当前形状有关的信息判定铲斗6的铲尖是否与地面接触。

而且，在判定为挖掘附件与地面接触的情况下(步骤S12的是)，控制器30推定挖掘反作用力F的峰值(步骤S13)。本实施例中，控制器30根据由地面形状信息获取部33获取的与挖掘对象地面的当前形状有关的信息导出挖掘对象地面的当前深度D。而且，控制器30根据挖掘对象地面的当前深度D推定进行规定的铲斗关闭操作情况下的挖掘反作用力F的峰值。具体而言，控制器30参考如图10(B)所示的对应表格导出与挖掘对象地面的当前深度D对应的挖掘反作用力F的峰值。并且，控制器30也可以根据挖掘对象地面的当前深度D实时计算进行规定的铲斗关闭操作的情况下的挖掘反作用力F的峰值。并且，控制器30可以在计算该峰值时考虑砂土密度等。砂土密度可以是通过车载输入装置(未图示。)由操作人员输入的值，也可以是根据缸压传感器等各种传感器的输出自动计算的值。

之后，控制器30判定所推定的挖掘反作用力F的峰值是否超过规定值Fth(步骤S14)。

而且，判定为峰值超过规定值Fth的情况下(步骤S14的是)，控制器30自动调整铲斗关闭工作中的挖掘附件的姿势(步骤S15)。本实施例中，无论是否由操作人员进行动臂提升操作，控制器30都会在铲斗关闭工作中自动提升动臂4。具体而言，以与铲斗角度θ3的变化对应的规定的工作模式自动提升动臂4。

另外，在判定为没有进行挖掘操作的情况下(步骤S11的否)、判定为挖掘附件不与地面接触的情况下(步骤S12的否)或判定为峰值为规定值Fth以下的情况下(步骤S14的否)，控制器30无需自动调整挖掘附件的姿势即可结束此次姿势自动调整处理。

通过以上结构，控制器30根据由姿势检测装置M3检测的附件的姿势变化获取与作业对象地面的当前形状有关的信息。而且，根据所获取的与作业对象地面的当前形状有关的信息控制附件。本实施例中，控制器30能够防止在铲斗关闭工作中使挖掘反作用力F的峰值超过规定值Fth。因此，防止因挖掘反作用力F过度增大而使挖掘附件的动作变得不稳定，且能够提高挖土机的操作性及作业效率。并且，控制器30通过采用设定得较低的规定值Fth，在沟槽作业、平整作业等挖掘作业以外的作业中也能够实现相同的效果。

以上，对本发明的优选实施例进行了详述，但本发明并不限定于上述实施例，只要不脱离本发明的范围，则能够在上述实施例上加以各种变形及替换。

例如，上述实施例中，控制器30根据由姿势检测装置M3检测的挖掘附件的当前姿势及由地面形状信息获取部33获取的与挖掘对象地面的当前形状有关的信息判定挖掘附件是否与挖掘对象地面接触。而且，在判定为接触的情况下，向再生解除阀50输出控制指令以增大其开口面积。或在判定为接触的情况下，推定进行规定的铲斗关闭工作时的挖掘反作用力F的峰值，并在该推定的峰值超过规定值Fth时，自动提升动臂4以免实际峰值成为规定值Fth以下。然而，本发明并不限定于这些结构。例如，控制器30在判定为接触的情况下，也可以增大附件的驱动力(例如基于挖掘附件的挖掘力)。具体而言，控制器30可以增大发动机11的转速，或增大主泵14L、14R的吐出量。另外，该情况下的挖掘控制部34的控制对象不是再生解除阀50，而是发动机11或主泵14L、14R的调节器。

并且，控制器30即使在挖土机远程操作或自动挖掘操作(无人操作)的情况下，也可以在判定为挖掘反作用力F的峰值超过规定值Fth时自动提升动臂4。因为通过减小挖掘反作用力F来继续顺利地进行挖掘作业。

并且，本申请主张基于2014年6月20日于日本申请的日本专利申请第2014-127672号的优先权，并通过参考将该日本专利申请的全部内容援用于本申请。

符号说明

1-下部行走体，1A-行走用液压马达(左侧用)，1B-行走用液压马达(右侧用)，2-回转机构，2A-回转用液压马达，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-驾驶室，11-发动机，12-发电机，14L、14R-主泵，15-先导泵，17-控制阀，25-先导管路，26-操作装置，29-操作内容检测装置，30-控制器，31-地形数据库更新部，32-位置坐标更新部，33-地面形状信息获取部，34-挖掘控制部，40L、40R-中路旁通管路，50-再生解除阀，50a-油路，70-电池，72-电气安装件，74-供电装置，76-显示装置，171～176-流量控制阀，175a-再生油路，M1-通信装置，M2-定位装置，M3-姿势检测装置，M3a-动臂角度传感器，M3b-斗杆角度传感器，M3c-铲斗角度传感器，M3d-车体倾斜传感器，M4-摄像装置。