工程机械的区域限制挖掘控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在挖掘作业中对工程机械的作业装置能够移动的区域进行限制的控制装置。
【背景技术】
[0002]工程机械的代表性例子有液压挖掘机。液压挖掘机包括:作业装置(前作业装置)，其是将分别能够以大致水平的旋转轴为中心旋转的动臂、斗杆及铲斗(多个被驱动部件)连结而构成的；旋转体，该作业装置的动臂后端安装于该旋转体;和行驶体，设于该旋转体的下方。在液压挖掘机中，动臂等被驱动部件通过控制各自的驱动方向、驱动速度的操作杆(操作装置)而被操作，当操作该操作杆时，被驱动部件就以旋转轴为中心进行旋转运动。由此，例如通过该操作杆操作I个被驱动部件时，铲斗前端的轨迹基本上是画圆弧，因此，例如要水平拖曳铲斗等而通过液压挖掘机形成平面的挖掘面时，操作杆的操作十分复杂，需要相当的熟练度。
[0003]因此，在日本专利第3056254号中公开了用于使这种作业变得容易的装置(区域限制挖掘控制装置)。在该文献中公开了如下内容:在液压挖掘机的区域限制挖掘控制装置中，预先设定前作业装置能够移动的区域，并通过控制单元基于来自角度检测器的信号运算前作业装置的位置与姿势，基于来自操作装置的信号运算作业装置的目标速度矢量，在前作业装置在设定区域内没有位于其边界附近的时候，维持目标速度矢量，在前作业装置在设定区域内位于其边界附近时，修正目标速度矢量以使得接近设定区域边界的方向上的矢量成分减小，在前作业装置超出了设定区域的边界而位于外边的时候，修正目标速度矢量以使得前作业装置返回到设定区域。由此，能够高效顺畅地进行限制了区域的挖掘。由此，由于预先设定的区域为铲斗的基本可动范围，所以能够不依赖于操作者的技术水平地容易地进行沿着该区域的边界的挖掘。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献I:日本专利第3056254号公报
[0006]但是，上述文献利用于铲斗前端的位置、前作业装置的姿势的运算中的检测器为:埋置于动臂等被驱动部件的旋转轴(销轴)中以检测该被驱动部件围绕该旋转轴的旋转角度(相对角度)的角度检测器(即旋转电位器)、对驱动该被驱动部件的液压缸的行程(位移)进行检测的位移检测器(即线性电位器)。
[0007]的确，这些电位器的响应性卓越，因此是非常适合用于前作业装置迅速动作情况下的位置及姿势的运算、以及前作业装置的动作速度的运算的传感器。但是，电位器输出的是动臂、斗杆以及铲斗这些各构成要素的相对角度，所以，若基于该输出来计算铲斗前端位置、前作业装置的姿势，则容易蓄积误差等，作为电位器长处的高响应性难以成为优势，在细微操作时等情况下，难以称为最适于位置、姿势计算的检测器。也就是说，在上述文献的技术中，还有在电位器的响应性的重要度相对低的情况下改善挖掘精度的余地。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种工程机械的区域限制挖掘控制装置，其能够在被驱动部件的动作速度相对慢的情况下提高挖掘精度。
[0009]为了实现上述目的，本发明提供一种工程机械的区域限制挖掘控制装置，包括:多关节型的作业装置，是将分别能够以设于关节的旋转轴为中心旋转的多个被驱动部件连结而构成的；多个液压执行机构，分别驱动上述多个被驱动部件使其以上述旋转轴为中心旋转；多个操作装置，用于根据操作量分别指示该多个液压执行机构的动作；多个流量控制阀，响应于根据上述多个操作装置的操作量所输出的操作信号而被驱动，并对向上述多个液压执行机构供给的液压的流量及方向进行控制;和控制装置，其执行区域限制控制，该区域限制控制为:基于上述多个操作装置各自的操作量及上述多个被驱动部件各自的姿势、位置，对上述多个液压执行机构中至少一个的驱动方向及驱动速度中的至少一个进行控制，以使得从上述作业装置的前端部能够移动的设定区域的边界到该前端部的距离越是接近于零、上述前端部的速度矢量中的相对于该边界的铅垂成分就越接近于零，其特征在于，上述工程机械的区域限制挖掘控制装置还包括:第一检测器组，其检测上述多个被驱动部件相对于旋转轴的各自的旋转角；和第二检测器组，其检测上述多个被驱动部件相对于基准面的各自的倾斜角，在上述区域限制控制中，上述控制装置根据上述多个被驱动部件中的至少一个被驱动部件的速度的大小，从上述第一检测器组和上述第二检测器组中选择用于上述多个被驱动部件各自的姿势、位置的运算的检测器。
[0010]发明效果
[0011]根据本发明，能够一边在作业装置的动作速度比较高的情况下确保高响应性，一边在该作业装置的动作速度比较低的情况下精度良好地检测出该作业装置的位置、姿势，从而提高区域限制挖掘控制的精度。
【附图说明】
[0012]图1是将本发明实施方式的工程机械的区域限制挖掘控制装置和其液压驱动装置一并示出的图。
[0013]图2是示出应用本发明的液压挖掘机的外观及其周围的设定区域的形状的图。
[0014]图3是示出液压先导方式的操作装置的详细情况的图。
[0015]图4是示出控制单元的控制功能的一部分的功能框图。
[0016]图5是示出控制单元的控制功能的一部分的功能框图。
[0017]图6是通过本发明第一实施方式的检测信号选择部及角度转换器执行的处理的流程图
[0018]图7是示出在区域限制挖掘控制中使用的坐标系和区域的设定方法的图。
[0019]图8是示出方向转换控制部的处理内容的流程图。
[0020]图9是示出铲斗的前端如运算那样被方向转换控制时的轨迹的一个例子的图。
[0021]图10是示出复原控制部的处理内容的流程图。
[0022]图11是示出铲斗的前端如运算那样被复原控制时的轨迹的一个例子的图。
[0023]图12是通过本发明第二实施方式的检测信号选择部及角度转换器执行的处理的流程图。
[0024]图13是在液压挖掘机中进行区域限制控制时的动作说明图。
[0025]图14是示出本发明第三实施方式的控制单元的控制功能的一部分的功能框图。
[0026]图15是通过本发明第三实施方式的工程机械的区域限制挖掘控制装置执行的处理的流程图。
[0027]图16是示出本发明第四实施方式的控制单元的控制功能的一部分的功能框图。
[0028]图17是将图16所示的内容作为一连串的处理归纳到流程图中的图。
【具体实施方式】
[0029]首先，对以下说明的本发明实施方式的工程机械的区域限制挖掘控制装置所包含的主要特征进行说明。
[0030](I)本发明实施方式的工程机械的区域限制挖掘控制装置包括:多关节型的作业装置，是将分别能够以设于关节的旋转轴为中心旋转的多个被驱动部件连结而构成的；多个液压执行机构，分别驱动上述多个被驱动部件使其以上述旋转轴为中心旋转；多个操作装置，用于根据操作量分别指示该多个液压执行机构的动作;多个流量控制阀，响应于根据上述多个操作装置的操作量所输出的操作信号而被驱动，并对向上述多个液压执行机构供给的液压的流量及方向进行控制；和控制装置，其执行区域限制控制，该区域限制控制为:基于上述多个操作装置各自的操作量及上述多个被驱动部件各自的姿势、位置，对上述多个液压执行机构中至少一个的驱动方向及驱动速度中的至少一个进行控制，以使得从上述作业装置的前端部能够移动的设定区域的边界到该前端部的距离越是接近于零、上述前端部的速度矢量中的相对于该边界的铅垂成分就越接近于零，其特征在于，上述工程机械的区域限制挖掘控制装置还包括:第一检测器组，其检测上述多个被驱动部件相对于旋转轴的各自的旋转角；和第二检测器组，其检测上述多个被驱动部件相对于基准面的各自的倾斜角，在上述区域限制控制中，上述控制装置根据上述多个被驱动部件中的至少一个的速度的大小，从上述第一检测器组和上述第二检测器组中选择用于上述多个被驱动部件各自的姿势、位置的运算的检测器。
[0031]在上述技术方案中，作为上述第一检测器组所包含的检测器的具体例子，例如有旋转电位器、直滑式电位器符合条件。这种检测器具有下述优点:响应性卓越，即使上述作业装置比较高速地动作也能够追随于该动作检测出各被驱动部件的姿势及位置。但是，另一方面，由于该种检测器检测的是上述被驱动部件的相对角度、相对位移，所以若基于其检测信号来计算上述作业装置的姿势、上述前端部的位置，则很有可能会蓄积误差。
[0032]此外，作为上述第二检测器组所包含的检测器的具体例子，对所安装的被驱动部件相对于某基准面的倾斜角(作为倾斜角，大多采用将基准面设定为水平面(地面)的“对地角”)进行检测的倾斜角检测器(例如充液型静电容式的倾斜角传感器)符合条件。这种检测器具有下述优点:与上述的电位器相比精度高，能够高精度地计算出上述作业装置的姿势及上述前端部的位置。但是，另一方面，这种检测器存在下述缺点:响应性差，在上述作业装置比较高速地动作的情况下无法追随于该动作，可利用的动作速度存在上限值。
[0033]因此，在本发明实施方式的区域限制挖掘控制装置中，在上述区域限制控制中，根据上述多个被驱动部件中的至少一个被驱动部件的速度的大小，从上述第一检测器组和上述第二检测器组中选择用于上述多个被驱动部件各自的姿势、位置的运算的检测器。由此，由于能够根据被驱动部件的速度来选择要利用的检测器，所以，例如，将上述第一检测器组能够响应的速度的最小值作为设定值，当上述多个被驱动部件中至少一个被驱动部件的速度的大小为上述设定值以上时，在该至少一个被驱动部件的姿势、位置的运算中利用上述第一检测器组，当该至少一个被驱动部件的速度的大小不足上述设定值时，在该至少一个被驱动部件的姿势、位置的运算中利用上述第二检测器组，由此，能够一边在上述作业装置的动作速度为比较高速的情况下确保高响应性，一边在该作业装置的动作速度为比较低速的情况下高精度地检测该作业装置的位置、姿势，从而提高区域限制挖掘控制的精度。
[0034](2)上述(I)优选特征在于，在上述区域限制控制中，上述控制装置在上述作业装置的前端部的速度的大小为设定值以上时，基于上述第一检测器组的检测信号来计算上述多个被驱动部件各自的姿势、位置，在上述作业装置的前端部的速度的大小不足上述设定值时，基于上述第二检测器组的检测信号来计算上述多个被驱动部件各自的姿势、位置。
[0035]这样计算姿势和位置的话，当上述作业装置的前端部高速动作而要求响应性时(上述设定值以上时)，利用上述第一检测器组的检测信号，当上述作业装置的前端部低速动作而要求精度时(不足上述设定值时)，利用上述第二检测器组的检测信号，因此，能够利用与动作速度相应的检测器组的检测信号来计算上述作业装置的姿势和上述前端部的位置。由此，能够一边在上述作业装置的动作速度为比较高速的情况下确保高响应性，一边在该作业装置的动作速度为比较低速的情况下高精度地检测该作业装置的位置、姿势，从而提高区域限制挖掘控制的精度。例如，在进行挖掘面的精细挖掘时，使作业装置慢慢地动作，由此能够与操作者的技术水平程度无关地、容易地将该挖掘面在短时间内精细挖掘成平坦面。
[0036]另外，上述设定值优选设定成上述第一检测器组和上述第二检测器组双方都能够响应的速度，更优选的是，设定成上述第一检测器组能够响应的速度的最小值或其附近的值、且设定成上述第二检测器组能够响应的速度的最大值或其附近的值。若搭载能够满足这样条件的上述第一检测器组和上述第二检测器组，并这样设定上述设定值，则能够防止出现上述第一检测器组和上述第二检测器组双方都无法覆盖的动作速度。
[0037](3)此外，在上述(I)或(2)中，优选特征在于，在上述区域限制控制中，上述控制装置针对上述多个被驱动部件中速度的大小为上述设定值以上的被驱动部件的姿势、位置的计算，利用上述第一检测器组的检测信号，针对上述多个被驱动部件中速度的大小不足上述设定值的被驱动部件的姿势、位置的计算，利用上述第二检测器组的检测信号。
[0038]在上述(2)中，是根据上述作业装置