专利名称：建筑机械中区域限制挖掘控制用的挖掘区域设定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑机械用的区域限制挖掘控制，具体涉及到在装配有多节型前部装置的油压挖掘机等的建筑机械中，对前部装置的活动区域进行限制的那种区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置。
建筑机械中有代表性的例子是油压铲。油压铲由包括可于垂向中转动的伸梁、臂与挖斗的前部装置和包括上部旋转体与下部行走体的车体构成，前部装置中伸梁的底端支承于上部旋转体的前部。这种油压铲是以前部装置的运动范围广为特征的建筑机械，此一特点从工作观点考虑是便利的，但当用于挖掘特定形状致前部装置较为突出等困难作业的情形，则要求操作者需慎重操作。为此，例如在特许(公开)平4-136324号公报所示，考虑了对前部装置的工作范围进行限制。在上述公报中，作为限制区域(禁入区域)的设定方法，是使前部装置的前端(挖斗的爪尖)于限制区域(禁入区域)活动，存储下其位置，或是由操作板以数值形式输入这一限制区域。
此外，在油压铲中，伸梁之类的前部部件都是由手动操作杆操作，但由于它们都是通过铰接部件连接进行转动，操作这类部件在所定的区域特别是在按直线设定的区域进行挖掘就成为非常困难的作业，故期望能使其自动化。当把上述作业设计成能进行自动化时，随着车体移动，由于作业现场的地形变化，油压铲本身的姿势与高度也将变化，因而必须在车体移动时，将相对于车体设定的区域再作设定。为此，特许(公开)平3-295933号公报中提出了便于进行这种作业的自动挖掘方法。在此方法中，由设于挖掘地表面上的激光振荡器发出激光，通过设于车体中的探测器探测出车体的高度，根据所探测出的车体高度确定挖掘深度(相当于前例中的限制区域)，在车体停动状态下按预定长度作直线式挖掘，然后使车体走过预定距离，在停止状态下再作直线挖掘时，则由前述激光探测出车体高度的变化量，通过此高度变化量来修正挖掘深度。
作为采用激光对直线状设定区域进行挖掘的其它自动挖掘方法，有美国专利4829418号中提出的方法。在这种自动挖掘方法中，以激光为基准设定所希望的挖掘深度(HTTRGT)，将激光接收器安装于臂上，挖掘中，在激光接收器探测到激光的瞬间，计算从激光到前部装置中挖斗齿尖的距离(HTACT)，比较HTTRGT与HTACT，然后控制相关的致动器，使挖斗的齿尖移至所需挖掘深度的附近。
但是上述各先有技术存在以下问题。
首先，在特许(公开)平4-136324号公报所描述的先有技术中是以车体为基准来设定限制区域(禁入区域)，于是当车体移动、作业现场的地形变化致油压铲本身的姿势与高度变化时，相应地，限制区域的设定深度也会变化。例如当地面倾斜时，随着车体的移动，设定深度也沿地表的倾斜面变化，因而限制区域的设定面也倾斜。
其次，在特许(公开)平3-295933号公报中所述的先有技术中，因车体移动致车体高度的变化可以补偿，但在由操作板设定挖掘深度时是以车体为基准设定挖掘深度的，当于挖掘控制中来计算挖斗前端位置时，车体的制造公差、或是在控制中用来测量前部装置的位置与姿势的角度探测器的精度与安装公差等，集合成为总体误差，致实际的挖掘深度与设定的挖掘深度不同，不能按照设定情形进行挖掘。
此外，当车体移动致车体高度变化时会使距车体的挖掘深度变化，导致挖掘深度的变化也会受到测量前部装置的位置与姿势的探测器误差的影响，使得挖掘深度在车身高度变化之前和之后也会有变化。
再有，为使激光束在车身高度变化时也能可靠地射到探测器上使其能探测出激光，就需在车体上沿高度方向并列设置一批探测器，致使探测器的装置大型化与复杂化。
另外，由于是用安装于车体上的探测器来补偿车身高度，所能修正的高度范围要受到探测器大小的限制。
美国专利4829418号中公开的技术在一定程度上解决了上述特许(公开)平4-136324号与平3-295933号中所述技术中存在的问题。但由于这项技术是以激光为基准设定目标挖掘深度，因而对于以车体为基准进行的用于控制计算的挖掘控制，例如本申请的发明人在PCT/JP95/00843号国际申请中提出的区域限制挖掘控制就不适用，存在不能确保控制的可靠性的问题。
具体地说，本项申请的发明人在PCT/JP95/00843号的国际申请中提出的区域限制挖掘控制装置，是以车体为基准计算了前部装置控制用目标速度向量，通过补偿此目标速度向量，当前部装置接近设定的挖掘区域的边界，就能限制前部装置在接近该边界方向中的移动速度，使其沿着该边界运动。由于在这种区域限制挖掘控制中，需要对有关目标速度向量的种种控制量以车体为基准进行计算，对于挖掘区域如美国专利4829418号所示以激光为基准设定时，就不能原样地使用这种设定数据。为此，要把激光基准的设定数据用于以车体为基准的计算中时，必须进行修正，但由于控制器的存储器容量有限，计算将复杂化导致计算时间也增多，特别是在挖掘控制中进行这种复杂的计算时会产生时延，使得挖斗的前端有可能走到设定区域的边界以外。
本发明的第一目的在于提供用于建筑机械中区域限制挖掘控制的这样的挖掘区域设定装置，其中即使由于车体的移动致使车体高度变化，也不会改变设定的挖掘区域。
本发明的第二目的在于提供用于建筑机械中区域限制挖掘控制的这样的挖掘区域设定装置，其中车体的制造公差和用来测量前部装置的位置与姿势的探测器的精度与安装公差等误差的影响少。
本发明的第三目的在于提供用于建筑机械中区域限制挖掘控制的这样的挖掘区域设定装置，其中即使当车体高度因车体运动有变化时，设定的挖掘区域也不会有变化，同时挖掘深度由于测量前部装置的位置与姿势受探测器误差影响而变化的程度也小。
本发明的第四目的在于提供用于建筑机械中区域限制挖掘控制的这样的挖掘区域设定装置，其中可以不需大型与复杂的探测器来补偿车体的移动。
本发明的第五目的在于提供用于建筑机械中区域限制挖掘控制的这样的挖掘区域设定装置，其中所在广范围内补偿车体的移动。
本发明的第六目的在于提供用于建筑机械中区域限制挖掘控制的这样的挖掘区域设定装置，其中能使挖掘区域的设定适合于以车体为基准进行计算的挖掘控制，并能确保挖掘控制的可靠性。
(1)，为了实现上述第一至第六目的，本发明的用于建筑机械中区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置采用了下述结构。在用于建筑机械中区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置中，此建筑机械包括构成多关节前部装置的许多可于垂向中转动的前部部件以及用于支承此前部装置的车体，以此车体为基准计算前部装置控制用的目标速度向量，通过对此目标速度向量进行修正，可在前部装置接近预定的挖掘区域的边界时，限制前部装置在接近该边界方向中的移动速度，这一挖掘区域设定装置则包括(a)外部基准件，它安装于所述建筑机械之外，提供用作挖掘区域基准位置的外部基准；(b)前部基准件，它设在前部装置上，提供起到目标作用的前部基准用来使前部装置与外部基准对准；(c)探测装置，它用于探测有关上述前部装置的位置与姿势的状态变量；(d)第一计算装置，它根据上述探测装置的信号，计算以上述车体为基准的前部装置的位置与姿势；(e)第一设定装置，它根据与外部基准的位置关系来设定所述挖掘区域；(f)第二计算装置，它在前部基准与外部基准对准时，根据第一计算装置算出的前部装置的位置与姿势的有关信息，计算出车体与外部基准间的位置关系，同时根据车体与外部基准间的位置关系以及外部基准与第一设定装置所设定的挖掘区域间的位置关系，计算出车体与挖掘区域间的位置关系；以及(g)第二设定装置，它根据上述第二计算装置算出的车体与挖掘区域间的位置关系来设定挖掘区域。
在具有上述结构的本发明中，当前部基准与外部基准相一致时，第二计算装置修正外部基准与由第一设定装置设定的挖掘区域间的位置关系，计算车体与挖掘区域间的位置关系，而第二设定装置则以车体为基准设定挖掘区域，由此就能在补偿车体移动造成的高度变化的同时进行挖掘作业。这样，即使车体移动造成高度变化，也能不改变挖掘区域的设定。而总能在以外部基准为基准的预定深度下进行挖掘。
此外，上述前部基准件是设置在实际上作用于地面的前部装置上，而以车体为基准的挖掘区域则是在前部基准与外部基准相一致时，根据前部装置的位置与姿势设定的，因此，车体的制造公差或是前部基准与探测装置等的精度与安装的公差等这样一类误差的影响，在设定挖掘区域时，可以通过设定挖掘区域的计算与挖掘控制的计算抵消。因此，当在挖掘控制中计算前部装置的位置时，与传统的由安装于车体内的传感器来探测基准光的方法相比，计算结果较少受到上述公差与精度的误差影响，从而可以在与所设定的挖掘区域作相差较少的设定下进行正确的挖掘。
再有，由于上述设定不易受到用来测量前部装置的位置与姿势的探测装置的误差影响，因而即使由于车体移动致车体高度改变使得相对于车体的挖掘深度变动时，探测装置的误差相对于挖掘深度变化量的影响也小，从而可以防止挖掘深度在车体高度变化之前与之后发生改变。
还由于在通过移动前部装置使前部基准与外部基准相一致时，用第二计算装置对位置关系进行了补偿，故只需在前部装置中设置小型的简单的前部基准部件就能补偿车体的位移。
同样，由于在通过移动前部装置使前部基准与外部基准相一致时，用第二计算装置对位置关系进行了补偿，而前部装置又可在很广的范围内活动，故可在宽广的范围内补偿车体的移动。
由于本发明的区域限制挖掘控制是以车体为基准计算前部装置控制用的目标速度向量，通过修正此目标速度向量来控制前部装置的运动，故需要在挖掘控制中，以车体为基准对有关目标速度向量的各种控制量进行计算。在本发明的设定装置中，除第一设定装置外还设有第二计算装置与第二设定装置，第二计算装置通过修正由第一设定装置所设定的外部基准与挖掘区域的位置关系，计算车体与挖掘区域的位置关系，由于第二设定装置与挖掘控制相同是以车体为基准设定挖掘区域，故可把第二设定装置的挖掘区域设定数据直接用于挖掘控制中的计算，简化了挖掘控制的计算。这样就能以有限的存储容量即时的进行必要的计算，实现无时延的可靠性高的区域控制挖掘。
(2)，在上述(1)之中，挖掘区域设定装置最好还包括当(f)中所述的前部基准与外部基准相一致时能揿动的外部基准设定开关，而前述第二计算装置则可在此外部基准设定开关工作时进行相应的计算。
这样，在挖掘控制作业中，可以先行移动前部装置，在前部基准与外部基准相一致时，通过揿动外部基准设定开关，预先由第二设定装置设定以车体为基准的挖掘区域。于是在挖掘控制中可不要挖掘区域的设定计算，能减少挖掘控制中的计算量，实现无时延的可靠性更高的区域限制挖掘控制。
(3)，在上述(1)或(2)之中，所述第一设定装置最好是用来设定从上述外部基准到挖掘区域与限制区域之间边界的深度的装置。这样，通过取这样结构的第一设定装置，就能设定在其和限制区域间的边界处具有水平面的挖掘区域。
(4)，在上述(1)或(2)之中，所述第一设定装置最好是能设定从前述外部基准到前述挖掘区域的深度、从前述车体到前述基准点的距离、以及前述挖掘区域的边界的倾角的装置。通过这样构成的第一设定装置，就能设定倾斜的挖掘区域。
(5)，在上述(1)或(2)之中，所述第一设定装置最好是能根据输入装置输入的数据来设定上述外部基准与设定区域的位置关系的装置。通过这样构成的第一装置，若在作业开始时由第一设定装置进行设定，则在开始工作后或在车体行进到不同位置的任何时候，不需用辅助人员将前部装置定位到挖掘区域的边界。此外，不需根据辅助人员的指令来设定而耗用的时间，故可以缩短作业时间。
(6)，在上述(1)或(2)之中，上述第一设定装置最好包括有能根据第一计算装置计算出的前部装置的位置与姿势的信息，当前部装置运动而其前端到达设定区域边界时来计算前部装置前端位置的计算装置；根据第一计算装置计算出的前部装置的位置与姿势的信息，当前部运动装置运动而前述前部基准与前述外部基准相一致时来计算上述前部基准位置的计算装置；根据前述前部装置的前端位置和前述前部基准位置，来计算前述外部基准与挖掘区域的位置关系并加以存储的装置。借助上述结构的第一设定装置，可根据前部装置的前端在到达设定区域边界时的这一前端的位置和前部基准与外部基准相一致时的前部基准的位置，来计算外部基准与设定区域的位置关系并加以存储，这样就能根据直接的指示来设定挖掘区域，同时能根据作业状况正确地设定所希望的挖掘区域。
图1是装备有依据本发明第一实施例的挖掘区域设定装置的建筑机械中区域限制挖掘控制装置以及油压驱动装置的示意图。
图2是本发明适用的油压铲的外观及其周围设定区域的形状的示意图。
图3是设定装置的外观示意图。
图4表明由第一实施例的挖掘区域设定装置设定挖掘区域时此挖掘区域与外部基准有关系。
图5示明第一实施例的挖掘区域设定装置的整体结构。
图6示明第一实施例的挖掘区域设定装置中第一设定装置的处理流程。
图7示明第一实施例的挖掘区域设定装置中的第二计算装置与第二设定装置的处理流程。
图8是示明控制系统的整体控制功能的功能框图。
图9例示区域限制挖掘控制中，挖斗前端根据计算进行方向变换控制时的轨迹。
图10例示区域限制挖掘控制中，挖斗前端根据计算进行复原控制时的轨迹。
图11示明当不存在与车体同高度的适当外部基准部件的设置场所时，将外部基准部件设于沟中的状态。
图12示明由本发明第二实施例的挖掘区域设定装置设定挖掘区域时，此挖掘区域与外部基准的关系。
图13示明第二实施例中所用设定装置的外观。
图14示明第二实施例的挖掘区域设定装置中第一计算装置的处理流程。
图15示明第二实施例的挖掘区域设定装置中第二计算装置与第二设定装置的处理流程。
图16示明本发明第三实施例的挖掘区域设定装置所设定的挖掘区域以及此挖掘区域与外部基准的关系。
图17示明第三实施例的挖掘区域设定装置中第一设定装置的处理流程。
图18示明第三实施例的挖掘区域设定装置在设定挖掘区域时，于最初设定时和其后移动时之间的关系。
下面据
本发明的最佳实施形式。
首先由图1至图11说明本发明的第一实施例。
在图1中，本发明所适用的油压铲包括油压泵2；由油压泵2的油压驱动的伸梁油缸3a、臂油缸3b、挖斗油缸3c、转动马达3d和左右移动马达3e、3f组成的油压致动器；与上述油压致动器3a～3f分别相对应设置的一批操纵杆装置4a～4f；连接在油压泵2与油压致动器3a～3f之间，用来控制供给油压致动器3a～3f的液压油流量的一批流量控制阀5a～5f；以及当油压泵2与流量控制阀5a～5f之间的压力超过预定值时打开的减压阀6，以上各部件在一起构成了驱动油压铲从动部件的油压驱动装置。
如图2所示，油压铲是由包括伸梁1a、臂1b与挖斗等可于垂向中转动的多节前部装置1A以及包括上部转动体1d与下部移动体1e的车体1B构成，前部装置1A的臂1a的底端支承于上部转动体1d的前部。伸梁1a、臂1b、挖斗1c、上部转动体1d与下部移动体1e构成了分别由伸梁油缸3a、臂油缸3b、挖斗油缸3c、转动马达3d与左右移动马达3e、3f驱动的从动部件，它们根据操纵杆装置4a～4f的指令工作。
回到图1，操纵杆装置4a～4f部是油压导向型，以先导压力驱动着相应的一个流量控制阀5a至5f。每个控制杆装置4a-4f包括由操作者控制的操纵杆40，以及产生出对应于操纵杆40的操作量与操作方向的先导压力的一对减压阀(图中未示明)，各减压阀的初级口连接先导泵43，次级口通过导引管线44a、44b；45a、45b；46a、46b；47a、47b；48a、48b；49a、49b连接相对应的流量控制阀的油压驱动部50a、50b；51a、51b；52a、52b；53a、53b；54a、54b；55a、55b。
在上述的油压铲中，装备有包括依据本实施例的挖掘区域设定装置的区域限制挖掘控制装置。此控制装置包括设定装置7，它根据预定的作业，对于将前部装置的预定部分例如挖斗的前端能够活动的挖掘区域的设定作出指示；角度计8a、8b、8c，它们分别设在伸梁1a、臂1b与挖斗1c的支点处，用来将它们各自的转动角度作为与前部装置1A的位置与姿势有关的状态变量进行探测；倾度计8d，用来探测车体1B于前后方向的倾角θ，压力探测器60a、60b与61a、61b，它们设在连接到伸梁与臂操纵杆装置4a、4b的导引管线44a、44b中，用来探测从操纵杆装置4a、4b输入的先导压力；外部基准件80(见图2，以后也简作“外部基准”)，安装于油压铲之外，用来提供指示相对于挖掘区域的基准位置的外部基准；前部基准件70(见图2，以后也简作“前部基准”)，装附于前部装置1A的臂1b的一侧，用来提供当作目标的前部基准，根据此目标，前部装置1A可相对外部基准校准；外部基准设定开关，它在通过操作前部装置1A使前部基准70与外部基准80相一致时即揿下；控制装置9，用来接收设定装置7的设定信号、角度计8a、8b、8c与倾度计8d的探测信号、压力探测计60a、60b与61a、61b的探测信号以及外部基准设定开关71的输入信号，而将挖掘区域设定于挖斗1c的前端可以活动的区域中，同时输出用于在限制区域内进行挖掘控制的电信号；由所述电信号驱动的比例电磁阀10a、10b、11a与11b；以及往复阀12。往复阀12设于导向管线44a内，从导向管线44a中的先导压力与比例电磁阀10a中输出的控制压力中选择较高的一个，然后把所选定的压力输送给流量控制阀5a的油压驱动部50a。比例电磁阀10b、11a、11b分别设在导引管线44b、45a、45b中，根据各相应的电信号，将导向管线内的光导压力减压后输出。
在以上结构中，本实施形式的挖掘区域设定装置是由设定装置7、外部基准件80、前部基准件70、外部基准设定开关71、角度计8a、8b、8c与倾度计8d以及控制装置9的下述功能构成。
设定装置7如图3所示，包括用来输入挖掘区域深度的上、下钮7a、7b；用于显示输入深度的显示装置7e；以及将上述输入深度作为设定信号输出给控制装置9来指示挖掘区域设定的区域设定开关7f。此设定装置7的上述钮等可以设在适当控制杆的手柄上。此外，可以用任何适当的方法例如用集成电路板、ts形码与无线电通信等方法来指示出挖掘区域。
外部基准件80例如是如图2所示的在两个柱80a之间水平拉伸的基线绳。这种基线绳在施工现场常用来表示基准线。外部基准件80可以是任何部件例如一根柱子，只要操作者能据它确认外部基准即可。
前部基准部件70如图4所示，标记在前部装置1A的操作者能够确认的位置处。作为这一标记70，例如可以是钢制的箭头件，将它焊接于前部装置所确定的位置上。
在上述情形下，外部基准设定开关71当前部装置1A运动到用作前部基准70的箭头与用作外部基准80的基线绳相对准的位置时即揿下。随着开关71的揿下，即可探测出外部基准80的位置，再通过计算(见后述)设定油压铲的车体1B与外部基准80间的位置关系(即外部基准80相对于车体的位置)。
作为上述的外部基准件80，或者也可以采用在现场通常用于观察或其它目的的激光基准光振荡器(激光灯塔)，而把用来探测此激光灯塔激光的激光探测器用作前部基准部件70。此时，当由激光探测器探测到激光灯塔的激光时可接通一照明灯，操作者在确认照明灯接通后即揿下外部基准设定开关71，这样可以实现相同的功能。
为使设定挖掘区域时的计算所受车体制造公差的影响最小，最好使前部基准件70尽可能靠近臂1b的前端至不使工作受到干扰的程度，并在挖斗1c已在实际上作用于土地时的附近处与外部基准80相一致。外部基准设定开关也可安装于设定装置7内。
控制装置9根据设定装置7的设定信号以及外部基准设定开关71、角度计8a、8b、8c与倾度计8d等的探测信号，设定挖掘区域。根据控制装置9所实行的挖掘区域的设定方法以及控制装置9的处理功能由图4与图5概要说明。挖掘区域是通过设定挖掘区域与限制区域的边界(以下简作挖掘区域的边界)来设定的，在本实施形式中，挖掘区域的边界设定为水平面。
在设定挖掘区域时，首先如图4所示，在油压铲之外例如将一伸张的基线绳用作外部基准件80。
然后，操作者用设定装置7输入从外部基准80到待设定的挖掘区域的边界的深度hr，根据此深度，设定外部基准80与挖掘区域间的位置关系。这就是说，挖掘区域是以外部基准80的位置为基准而设定的，这种设定是利用图5所示控制装置9的第一设定装置100的处理功能进行的。
再以现下油压铲的车体位置为基准设定挖掘区域。为此，操作者首先移动前部装置1A，在前部装置1A的臂1b中的前部基准70与外部基准80一致时，操作者即揿下外部基准设定开关。在此，于移动前部装置1A时，由图5所示的第一计算装置120的处理功能，根据角度计8a、8b、8c与倾度计8d的信号，在控制装置9内计算前部装置1A的位置与姿势，当设于前部装置1A的臂1b中的前部基准70与外部基准80一致，操作者即揿下外部基准设定开关71，此时根据第一计算装置120求得的现下的前部装置1A的位置与姿势的信息，利用图5所示第二计算装置140的处理功能，计算出作为车体1B与外部基准80间位置关系的从车体基准点0到外部基准80的高度hf，以此高度hf为修正值，根据先前设定的深度hr(外部基准80与挖掘区域的位置关系)，计算相对于车体基准点0的挖掘区域的界面深度hs。然后，借助图5所示的第二设定装置160的处理功能，将深度hs设定为以油压铲的车体1B为基准的挖掘区域。在设定了以油压铲的车体1B为基准的挖掘区域后，此流程即进到图5中框180所示的区域限制挖掘控制。
在此，车体基准点0与伸梁1a的支点重合，作为用于区域限制挖掘控制计算中的XY坐标系、XbYb坐标系与XcYc坐标系(见后述)的原点。
以油压铲车体1B为基准的挖掘区域的设定，都是通过揿下外部基准设定开关进行，这样，即使当油压铲行进到不同的位置时，可以在此位置上进行新的挖掘区域的设定。
上述第一设定装置100中外部基准80与挖掘区域的位置关系的设定功能详示于图6的处理流程中。
首先，操作者根据设计与施工图等确定从地表面到拟设定的挖掘区域边界的深度hd，利用设定装置的钮7a、7b将此数值输入，当由显示装置7e确认已输入这一数值后，即揿压区域设定开关7f。控制装置9在步骤101判定区域设定开关7f是否揿下，如未揿下则进行步骤101，如已揿下则移到步骤102。在步骤102，从外部基准80到拟设定的挖掘区域边界的深度hr依下面的式(1)计算hr＝hd+ho(1)在上式(1)中，ho为外部基准80的高度(从地表面到外部基准80的高度)，ho这个值是已知的，预先存储于控制装置9中。然后进到步骤103，存储深度hr。操作者也可自行记住此外部基准80的高度ho，而用设定装置7直接输入包含着此高度ho的高度hr。或者，可在设定装置7上设置用于输入外部基准80的高度ho的钮，而得以通过操作者的操作改变高度ho的设定。
第二计算装置140与第二设定装置160中车体与挖掘区域的位置关系的功能详示于图7的处理流程中。
首先如虚线围绕的部分所示，操作者控制操纵杆40(参看图1)移动前部装置1A，使前部基准70与外部基准80一致。随后在步骤141中判定操作者是否已揿下外部基准设定开关71。在未揿下时，则不改变挖掘区域的设定而终止此设定处理。当判定在步骤141中已揿下外部基准设定开关71时便进到步骤142。
在步骤142中，由前部装置1A中所设的角度计8a、8b与倾度计8d读入伸梁1a、臂1b的角度α、β以及车体1B的倾角θ。然后在步骤143中，应用伸梁、臂的角度α、β与倾角θ，计算外部基准设定开关71揿下时(即前部基准70与外部基准80一致时)，从车体基准点0到前部基准点70的高度hf。
计算时，首先由下述式(2)求出从车体基准点0到伸梁与臂的结合点(即臂的角度计8b的设置点)的高度hbhb＝L1×cos(α-θ) (2)式中(2)中，L1表示从伸梁1a与车体1B的结合点(即伸梁角度计8a的安装点)到伸梁与臂的结合点的距离，距离L1的值是已知的，预先存储于控制装置9中。
再由下式(3)确定从伸梁与臂的结合点到前部基准70的高度hf1＝Lf×cos[(α-θ)+(β-θf)](3)式(3)中，Lf表示从伸梁与臂间的结合点到前部基准70的距离，θf表示前部基准70相对于伸梁与臂间的结合点和臂与挖斗间的结合点(即挖斗角度计8c的安装点)连线的安装角，这些值也是已知的，预先存储于控制装置9中。
进而据高度hb与hf1由下式(4)来计算从车体基准点O到前部基准70的高度hfhf＝hb＋hf1 (4)然后进到步骤144，应用设定装置7读入由所设的外部基准80到挖掘区域边界的深度hr。
再在步骤145中，将上面算出的从车体基准点O到前部基准70的高度hf作为修正值，根据此值hf与设定装置所设的外部基准80到挖掘区域边界的深度hr，由式(5)计算出从车体基准点O到挖掘区域边界的深度hshs＝hr＋hf (5)最后，在步骤161中，存储步骤145中计算出挖掘区域边界的深度hs，设定以车体为基准的挖掘区域。
在上述流程中，步骤141～145相当于图5所示的第二计算装置的处理功能，步骤161相当于图5所示第二设定装置160的处理功能。
在以上各步骤完成之后而开始挖掘作业时，流程便进到区域限制挖掘控制的计算。
下面用图8说明具有上述挖掘区域设定功能的控制装置9的整体控制功能。在图8中，控制装置9包括以下各部所执行的功能第一挖掘区域设定部9a、前部姿势计算部9b、目标油缸速度计算部9c、目标前端速度向量计算部9d、方向变换控制部9e、修正后目标油缸速度计算部9f、复原控制计算部9g、修正后目标油缸速度计算部9h、目标油缸速度选择部9i、目标先导压力计算部9j、阀指令计算部9k、位置关系计算部9m以及第二挖掘区域设定部9n。
第一挖掘区域设定部9a相当于图5中第一设定装置100，借助图6所示处理流程中的步骤101～103，根据外部基准80到挖掘区域边界的深度hr，来设定外部基准80与挖掘区域的位置的关系。
前部姿势计算部9b相当于图5的第一计算装置120，利用存储于控制装置9中的前部装置1A与车体1B的各部分尺寸，角度计8a、8b、8c探测出的转动角α、β、γ以及倾度计探测的倾角θ，对设定与控制中所必须的前部装置1A的位置与姿势进行计算。
位置关系计算部9m相当于图5的第二计算装置140，根据图7所示的处理流程中步骤141～145，计算从车体基准点O到挖掘区域边界的深度hs。
第二挖掘区域设定部9n相当于图5的第二设定装置160，根据图7所示处理流程中的步骤161，根据上述深度hs设定以油压铲的车体1B为基准的挖掘区域。
在前部姿势计算部9b中，前部装置1A的位置与姿势，是以与挖掘区域的设定基准即车体基准点O相同的伸梁1a的转动支点为原点的XY坐标系计算。此XY坐标系是固定于车体1B内的直角坐标系且设定于垂直平面内。例如，前部装置1A的挖斗1c的前端位置，当记伸梁1a的转动支点与臂1b的转动支点的距离为L1、臂1b的转动支点与挖斗1c的转动支点的距离为L2、挖斗1c的转动支点与挖斗1c的前端距离为L3时，便可由XY坐标系从以下公式求出X＝L1sinα＋L2sin(α＋β)+L3sin(α＋β＋γ)Y＝L1cosα＋L2cos(α＋β)+L3cos(α＋β＋γ)但当车体1B如图4所示倾斜时，由于挖斗的前端与地面的相对位置关系变化，故不能正确地设定挖掘区域。于是在本实施形式中，由倾度计8d探测出车体1B的倾角θ，由前部姿势计算部9b输入此倾角θ的值，而据将XY坐标系转过角度θ后的XbYb坐标系来进行计算。这样，即使车体1B倾斜，也能进行正确的区域设定与挖掘控制。此外，当车体倾斜时在对车体的倾度进行修正之后来开始挖掘作业，或是在车体不倾斜的土地进行这项作业时，则不必使用倾度计。
在第一挖掘区域设定部9a、修正值计算部9m以及第二挖掘区域设定部9n之中，是把深度hr、hs与高度hf等变换为XbYb坐标系中的值后再进行处理。
在目标油缸速度计算部9c之中，是把从压力探测装置60a、60b；61a、61b的探测信号作为操作杆装置4a、4b的操作信号输入。根据这些操作信号(先导压力)，计算流量控制阀5a、5b的目标排出流量(伸梁油缸3a与臂油缸3b的目标速度)。
在目标前端速度向量计算部9d之中，根据前部姿势计算部9b求出的挖斗前端位置以及目标油缸速度计算部9c求得的目标油缸速度，再据事先存储于控制装置9中的L1、L2、L3等各部分的尺寸，求出挖斗1c的前端的目标速度Vc。此时的目标速度向量Vc先以图4所示xy坐标系计算，然后，当车体倾斜时则变换为图4所示的xbyb坐标系。当考虑到挖掘区域的边界有倾角θr的情形(参看后述的图12、16所示的实施形式)时，则最后可将xbyb坐标系转过θr角成为图4所示xcyc坐标系而于其中将值求出。这样，目标速度向量Vc即是以车体基准点O为基准而算出的。在此，xcyc坐标系中目标速度向量Vc的Xc坐标分量Vcx成为目标速度向量Vc在平行于设定区域边界方向中的向量分量，而yc坐标分量Vcy成为目标速度向量Vc在垂直于设定区域边界方向中的向量分量。
方向变换控制部9e，当挖斗1c的前端在设定区域内位于其边界附近而目标速度向量Vc具有在趋近设定区域边界的方向中的分量时，可以修正垂直向量分量使之能随挖斗前端接近设定区域边界而逐渐减小。换言之，给上述垂直方向的向量分量Vcy添加一个比它要小的在离开此设定区域方向上的向量(反向向量)。
在方向变换控制部9e中，需要知道挖斗1c的前端与设定区域边界的距离。为此，取定以原点在设定区域边界上并有一轴为此边界上一直线的XaYa直角坐标系，计算此XaYa坐标系中的挖斗前端的位置。此XaYa坐标系是相对于由第二挖掘区域设定部9n确定的车体基准点O使XcYc坐标系平移过挖掘区域边界面的深度hs所得到的坐标系，XaYa坐标系中的挖斗前端位置则可简单地求出。此XaYa坐标系中的Ya坐标值(以后简作Ya)即为挖斗1c的前端与设定区域的边界的距离。
从上述可知，通过方向变换控制部9e的修正，随着距离Ya的减小，垂直方向中的向量分量Vcy的减小量便加大而使向量分量Vcy减小，由此使目标速度向量Vc修正为目标速度向量Vca。此在将从设定区域边界起算的距离Ya1的范围称之为方向变换区域或减速区域。
图9例示了挖斗1c的前端在依上述修正后的目标速度向量Vca作方向变换控制时的轨迹。当目标速度向量斜向下方并为常量时，它的平行分量Vcy保持不变，同时它的垂直分量Vcy则随着挖斗1c的前端趋近设定区域的边界(即随着距离Ya的减小)。由于目标速度向量Vca经修正后是平行分量与垂直分量两者合成的结果，它的轨迹便如图所示，随着趋边于设定区域的边界而成为平行的曲线形状。
在修正后目标油缸速度计算部9f中，通过由方法变换控制部9e求得的修正后的目标速度向量，来计算伸梁油缸3a与臂油缸3b的目标油缸速度。这是目标前端速度向量计算部9d的运算的逆运算。
在进行方向变换控制时，选择此方向变换控制所必须的伸梁油缸与臂油缸的操作方向，计算此操作方向中的目标油缸速度。作为例子，现说明朝向车体来挖掘地面的使臂隆起的情形(臂隆起作业)以及由伸梁下降/臂倾翻的复合作业使挖斗前端在推前方向中操作的情形(臂倾翻作业)。
在臂隆起作业时，目标速度向量Vc的垂直分量能以下述三种方法减小(1)升高伸梁1a；(2)减慢臂1b的隆起作业；(3)结合方法(1)与(2)。
在以上的结合方法(3)中，这两种方法的比例取决于当时的前部装置的姿势以及水平方向的向量分量等。便无论如何，这种比例是根据控制软件决定的。由于本实施形式中还包括复原控制，故最好采用包括使伸梁1a隆起的方法(1)或(3)，但从操作均匀性考虑，则以采用方法(3)为最佳。
在臂倾翻的复合作业中，当臂从车体附近的位置(前方位置)进行倾翻操作时，就在越出设定区域的方向上形成了目标向量。为了减小此目标向量Vc的垂直分量Vcy，于是需要通过减慢伸梁的下降或变换为伸梁上伸来减慢臂的倾翻作业。这样的复合作业也由控制软件确定。
在复原控制部9g，当挖斗1c的前端越出设定区域，便根据离设定区域边界的距离来修正目标速度向量，使挖斗前端返回到设定区。换言之，给向量分量Vcy添加一个在垂直方向上的并指向设定区域的较它大的向量(反向向量)。此时也于XaYa坐标系中计算出挖斗的前端位置，以此Ya的坐标值为挖斗1c的前端与设定区域边界的距离。通过这样地修正目标速度向量Vc的垂直向量分量Vcy，目标速度向量Vc即修正成目标速度向量Vca，使得垂直向量分量Vcy随着距离Ya的减小而减小。
图10例示了挖斗1c的前端按照上述修正后的目标速度向量Vca在复原控制中运动的轨迹。当目标速度向量Ve斜向下方并为常量时，它的平行分量Vcx一定，而复原向量Kya由于与距离Ya成比例，使得垂直分量随着挖斗1c的前端接近设定区域的边界(即随着Ya的减小)而减小。修正后的目标速度向量Vc是平行与垂直两种分量合成的结果，相应的轨迹如图10所示在接近设定区域的边界时成为平行的曲线形式。
这样，在复原控制部9g，由于挖斗1c的前端受控制返回到设定区域，复原区域可确定于设定区域之外。在复原控制中，挖斗1c前端朝设定区域边界的运动也同样会减慢，结果就使挖斗1c前端的移动方向变换成沿着设定边界的方向，这意味着此种复原控制也能称作方向变换控制。
在修正后目标油缸计算部9h中，根据复原控制部9g求得的修正后的目标速度向量计算出伸梁油缸3a与臂油缸3b的目标油缸速度。这是目标前端速度向量计算部9d所作计算的逆运算。
在进行复原控制时，选择此复原控制所需的伸梁油缸与臂油缸的操作方向，计算在此操作方向中的目标油缸速度，在此复原控制中，由于是通过升高伸梁1a使挖斗前端返回到设定区域，还必须考虑伸梁1a的升高方向。伸梁的升高和其它任何方式的组合也是由控制软件确定。
在目标油缸速度选择部9i中，从目标油缸速度演算部9f求得的用于方向变换控制的目标油缸速度与目标油缸速度演算部9h求得的用于复原控制的目标油缸速度两者之中，选择数值较大的一方(最大值)作为输出用的目标油缸速度。
在目标先导压力计算部9j中，计算作为目标先导压力的导引管线44a、44b；45a，45b的目标先导压力。
在阀指令演算部9k中，计算与目标先导压力计算部9j算得的目标先导压力相对应的指令值，将相应的电信号输送给比例电磁阀10a、10b、11a、11b。
在上述实施形式中，由于能根据操作者的意志在使前部基准70与外部基准80相一致时，揿压外部基准设定开关71，修正外部基准80与车体1B的位置关系，同时算出车体与挖掘区域的位置关系，设定以车体为基准的挖掘区域，从而操作者能据自身意志在补偿因车体运动致车体高度变化的同时进行挖掘的作业。因此，即使车体移动致使车体高度变化时，也能保持挖掘区域的设定不变，总能依照外部基准80按预定的深度进行挖掘。
此外，前部基准70是设置在包括有实际作用在地面上的挖斗的前部装置1A的挖斗前端附近处的臂1b之上，而以车体1B为基准的挖掘区域则是根据前部基准70与外部基准80相一致时的前部装置1A的位置与姿势，同时揿压下外部基准设定开关71设定的，因此在设定此挖掘区域时，通过对挖掘区域设定的计算与挖掘控制的计算，可以消除车体1B的制造公差、前部基准部件70、角度计8a-8c等的精度与安装公差的误差等影响。因此，当于挖掘控制中计算出挖斗1c的前端位置时，与传统的由安装于车体上的探测器来探测出基准光的方法相比，就能使之较少受到上述公差与精度等的误差影响，可在所设挖掘区域相差较少的条件下进行正确的挖掘。
下面对此作较详细的说明。在前述特许(公开)平3-295933号公报中所公开的先有技术中，指出了可借助基准光对车体高度进行补偿。在此先有技术中进行的挖掘，对车体高度作了修正与控制，使挖斗前端相对于车体基准点O移动一个深度hs。此时，控制装置根据存储装置中所存储的伸梁、臂、挖斗的尺寸L1、L2、L3与角度计探测出的各个前部部件的角度α、β、γ，计算出挖斗前端到达hs的位置作控制计算。但是实际的前部部件中存在有制造误差，例如伸梁、臂与挖斗实际的尺寸分别为L1＋εL1、L2＋εL2与L3＋εL3。同时，为角度计探测出的角度α、β、γ，由于角度计的安装误差、角度计本身的探测误差等，相对于真实角度α′、β′、γ′而各自含有误差εα、εβ、εγ。因此，即使控制装置企图进行控制使挖斗前端移动至
hs(L1，L2，L3，α(hs)，β(hs)，γ(hs))，但实际上是移动到由下式给定的一个位置hs′(L1′，L2′L3′，α′(hs)，β′(hs)，γ′(hs))＝hs′(L1＋εL1，L2＋εL2，L3＋εL3，α(hs)＋εα，β(hs)＋εβ，γ(hs)＋εγ)(6)上式中，L1、L2与L3为设计值，α、β与γ为探测出的值，L1′、L2′。L3′、α′、β′与γ′为实际值，εL1、εL2、εL3、εα、εβ、εγ为误差，且有L1′＝L1＋εL1L2′＝L2＋εL2L3′＝L3＋εL3α＝α′＋εαβ＝β′＋εβγ＝γ′＋εγ且α(hs)、β(hs)、γ(hs)与α′(hs)、β′(hs)、γ′(hs)分别代表前部装置处于探测前述深度hs的姿势中时的探测值与实际值。
例如设目标的伸梁角为30°时，控制装置即控制前部装置使探测值α(hs)＝30°。此时，设探测值α与实际值α′间有误差εα＝0.5°，则前部装置实际上将被控制于α′＝30.5°的位置处。
另一方面，在本实施形式中，由于前部基准70是设在前部装置(臂)上，前部基准70在与外部基准80相一致时所取的位置hf即为控制装置9作为如下算出的位置而识别hf(L1，Lf，α(hf)，β(hf)，θf)此时，前部基准70实际上位于下述位置hf′(L1′，Lf′，α′(hf)，β′(hf)，θf′)＝hf′(L1＋εL1，Lf＋εLf，α(hf)＋εα，β(hf)＋εβ，θf＋εθf)挖斗前端此时的位置给定为(L1′，L2′，L3′，α′(hf)，β′(hf)，γ′(hf)＝(L1＋εL1，L2＋εL2，L3＋εL3，α(hf)＋εα(hf)，
β(hf)＋εβ(hf)，γ(hf)＋εγ(hf))(7)式中εθf为前部基准70的安装误差；α(hf)，β(hf)与γ(hf)为前部装置处于探测hf的姿势时的角度探测值；而α′(hf)，β′(hf)与γ′(hf)为前部装置处于探测hf的姿势中时的角度的实际值。
此时，由于前部基准70是处于实际外部基准80的位置，这就意味着控制装置9业已探测出包括有误差在内的实际外部基准80。如果将此hf用于区域限制控制，则控制装置9内探测出的位置hf与实际位置hf′间的误差与探测hf时所具有的误差相同，这两种误差实际上将相互抵消，从而使前部基准70的实际位置hf′与真空位置一致。
例如设在探测外部基准80时实际的伸梁角α′＝30°时，若探测器8a的探测值中有εα＝0.5°的误差时，则可探测出α＝29.5°。采用此探测值α＝29.5°时，由于在实际上与α′＝30°的位置即外部基准80的真空位置相一致，误差就相互抵消。
然后，在进行区域限制控制时，当采用根据hf修正了的hs来控制挖斗前端位置时，如上所述，从外部基准的实际位置考虑，至少是包括在hf内的误差得以抵消，而剩余的误差则是当挖斗前端从探测hf的姿势移动到探测hs的姿势时探测器所导致的误差。此时，挖斗的前端实际上是在下述位置hs′(L1′，L2′，L3′，α′(hs)，β′(hs)，γ′(hs))＝hs′(L1＋εL1，L2＋εL2，L3＋εL3，α(hs)＋εα(hs)，β(hs)＋εβ(hs)，γ(hs)＋εγ(hs))(8)式中α(hs)，β(hs)，γ(hs)是在前部装置控制到探测hs的姿势时的角度的探测值；α′(hs)，β′(hs)，γ′(hs)是在前部装置控制到探测hs的姿势时的角度的实际值。
此时，在本实施形式中，由于根据式(7)在探测hf时的位置是外部基准80的真实位置，因而与先有技术不同，在从探测hf时的姿势控制到探测hs时的姿势时所发生的与偏差α(hs)-α(hf)，β(hs)－β(hf)以及γ(hs)－γ(hf)有关的误差，即Δεα＝εα(hs)－εα(hf)(9)
Δεβ＝εβ(hs)－εβ(hf)(10)Δεγ＝εγ(hs)－εγ(hf)(11)乃是实际进行区域限制控制时的误差，是非常之小的。此外，在本实施形式中，于前部装置1A中设有前部基准70，可使外部基准位置设定时与挖掘时的姿势变化尽可能地小，此时，与式(9)～(11)有关的误差能进一步减小。
另外，在采用后述的直接指示方法的情形，由于设定hr时的误差在进行设定时已考虑到，同时能在控制时进行操作，从而能作到更正确的挖掘控制。
其次，在本实施形式中，由于不易受到探测前部装置1A的位置与姿势时的角度计8a～8c的误差影响，即使车体移动致车体高度变化而使距离车体的挖掘深度有了变化，但角度计8a～8c相对于此挖掘深度的变化量的误差影响小，可以防止挖掘深度在车体高度变化前后不同。
再有，在特许(公开)平3-295933号公报所述的先有技术中，设于车体内的基准光探测器需要能在广范围内探测基准光。在本实施例形式中，可通过操纵前部装置1A使前部基准70与外部基准80相一致，然后揿下外部基准设定开关71进行设定，因而设于前部装置1A中的前部基准部件70可以采用箭头标记的钢板等小型的简单部件，而不需用大型与复杂的探测器件就能修正车体的移动。
同样，由于能在操纵前部装置1A使前部基准70与外部基准相一致时通过揿下外部基准设定开关71进行设定，考虑到前部装置1A有很广的活动范围，故可以在广范围内修正车体的移动。
还由于在上述的区域限制挖掘控制中，是以车体基准点O为基准来计算挖斗1c前端的目标速度向量Vc以控制前部装置1A的运动，故在挖掘控制中，对于与目标速度向量Vc有关的种种控制量需按车体基准进行计算。在本实施形式的设定装置中，在第一设定装置100之外设有第二计算装置140与第二设定装置160，此第二计算装置140通过修正外部基准80与已由第一设定装置100设定的挖掘区域(即深度hs)间的位置关系，计算车体1B与挖掘区域(即深度hs)间的位置关系，此第二设定装置160采用与挖掘控制中相同的车体基准设定挖掘区域，因此可把第二设定装置160的挖掘区域的设定数据hs原样地用于挖掘控制的计算中，可以简化挖掘控制的计算，这样就能在控制装置9的有限存储容量中瞬时地完成必要的计算，能够进行无时延的可靠性高的区域限制挖掘控制。
再有，本实施形式中包括有在前部基准70与外部基准80相一致时加以揿压的外部基准设定开关，而操作者则是使前部装置1A移动并在前部基准与外部基准相一致作时揿压此外部基准设定开关，故第二计算装置140能在事先进行挖掘区域的设定计算。于是在挖掘控制中不需进行挖掘区域的设定计算，这样可以减少挖掘控制中的计算量，进行时延性更小的可靠性高的区域限制挖掘控制。
在特许(公开)平3-295933号公报所述的先有技术中，要求设于车体上的基准光探测器能在广范围内探测基准光，考虑到基准光探测器的大小，上述要求便受到很大的约束。在本实施形式中，前部基准部件70是设在前部装置1A特别是设在臂中，由于前部装置有很广的活动范围，外部基准件80的安装位置是不会受到很大约束的。它的优点例如图11中所示，当地面上没有合适的地方可把外部基准件80安装到与车体1B相同的高度处时，则可把此外部基准件设置于沟G之中。同时，考虑到前述的误差问题，还能将外部基准件80安装成，使得定位成与外部基准相一致时的姿势与挖掘时的姿势之间的变化减少，而得以提高挖掘精度。
还有，根据本发明的实施形式，当于作业开始时用设定装置7设置外部基准件80(基线绳、柱子、激光灯塔等)，则在作业开始时或是在油压铲车体行进到不同位置时，为使挖斗1c的前端定位到设定区域的边界，可不需用辅助人员。此外，由于不需有依据辅助人员的指示来进行设定而耗用的时间，也就可以缩短作业时间。
外部基准件80是设置在车体的外部，一旦设定好后就不需变动其位置，即使车体移动，也能继续用作挖掘区域的基准。
另外，在本实施形式中，是使外部基准件取水平设置的情形来描述的，但外部基准件并不一定要求水平设置，而是可以根据施工的需要使之倾斜安装进行步进式的挖掘而界定出大致的斜坡形式。
下面由图12～图15来说明本发明的第二实施形式。此第二实施形式是用来在区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置中，将一斜坡的挖掘区域设定为挖掘区域。
在图12中，在此第二实施形式的第一挖掘区域设定部9a(参看图8，相当于图5中的第一设定装置100)中，应用图13所示的设定装置7A，输入和设定从外部基准80至挖掘区域的基准点p的深度hr、从车体基准点O到基准点p的距离hrx、以及挖掘区域边界的倾角θr。为此，在此实施形式中，设定装置7A具有选择组7c、7g、7d，用来有选择地输入从地表面到挖掘区域基准点p的深度hd、从车体基准点O到基准点p的距离hrx、以及挖掘区域边界的倾角θr。
图14示明第一挖掘区域设定部9a的处理程序。当操作者输入深度hd、距离hrx、角度θr后，在步骤101确认是否已揿压与前一实施形式中相同的区域设定开关7f，并在步骤102由前述的式(1)来计算从外部基准80到设定区域的基准点p的深度hr，再在步骤103中存储深度hr/距离hrx与角度θr。
在第二挖掘区域设定部9n中(参看图8，相当于图5中的第二设定装置160)，于图1 5所示的挖掘区域设定的处理流程的步骤141～145中，与前一实施形式相同，使前部基准70与外部基准80的位置相一致，揿压下外部基准设定开关71，并计算从车体基准点O到挖掘区域的基准点p的深度hs，在步骤161A中读入距离hrx与角度θr，存储下深度hs与上述读入的值，进行如图12所示的以车体为基准的挖掘区域的设定。
在这一实施形式下，当沿着垂直于图面的方向一面移动油压铲一面进行区域限制挖掘控制时，可以取得与第一实施形式相同的效果。此外，通过设定呈斜坡的挖掘区域进行区域限制挖掘控制，能够容易地进行上下水管道埋设用沟的挖掘作业。
下面由图16至图18说明本发明的第三实施形式，这一实施形式的直接指示方法对第一与第二实施形式的第一设定装置100(参看图5)中的外部基准80与挖掘区域的位置关系进行设定。
具体地说，在第一与第二实施形式中，从外部基准80到挖掘区域边界的深度hr或是从车体基准点O到挖掘区域的基准点p的距离hrx，是在此第一设定装置100中通过应用设定装置7的上、下钮7a、7b(参看图3)来设定的。在此第三实施形式中，操作者操纵控制杆将挖斗1c的前端移动到所设的位置处，如图16中的双点-划线所示，并通过直接指明这一位置而设定出深度hr或距离hrx。
图17中示明挖掘区域的直接指示式设定方法的处理程序。图中以虚线围定的框(1)、(2)表示油压铲的操作者必须进行的作业。
首先操作者如图17中①所示，操作操纵杆，驱动前部装置1A使挖斗1c的前端到达挖掘区域的设定点p，当挖斗1c的前端到达基准点p，操作者即揿压设定装置7的区域设定开关7f(参看图3) 。
在控制装置9中(参看图1)，于步骤190判定是否揿压区域设定开关7f，在未揿压时继续步骤190。若已揿压区域设定开关，则进到步骤191。
在步骤191，根据此时前部装置1A的姿势，计算从车体基准点O到挖斗1c前端的深度hs与距离hrx。
其次，操作者如图17中②所示，再次操作操纵杆，移动前部装置1A使前部基准70与外部基准80一致。
此时，控制装置9于步骤192判定是否已揿压外部基准设定开关71。要是操作者在前部基准70与外部基准80相一致时已揿下外部基准设定开关，控制装置9即进行步骤193。
在步骤193中，控制装置9根据前部装置1A在此时的姿势，计算从车体基准点O到前部基准70的高度hfo。
然后在步骤194中，根据下式hr＝hs－hfo(12)来计算从外部基准80到挖掘区域边界的深度hr。
最后，于步骤195，存储如上确定的深度hr完成设定作业。而当如第二实施形式所示设定有斜坡的挖掘区域时，则再用设定装置7输入角度θr，存储深度hr、距离hrx与角度θr，设定如图16中以双点一划线所示的挖掘区域。
当如以上所述完成了以外部基准80为基准的挖掘区域的设定后，便开始挖掘控制。这一实施形式的结构除第一设定装置外都与第一实施形式相同，在挖掘作业中，通过图5所示的第一计算装置120、第二计算装置140与第三计算装置140，应用图18所示步骤194所确定的hr以及步骤191、194中所确定的角度θr，进行区域限定挖掘控制。当车体移动而操作者在前部基准70与外部基准80相一致揿压下外部基准设定开关71时，控制装置即确定一修正值hf并更新深度hs，在设定以车体为基准的挖掘区域的同时进行区域限制挖掘控制。
利用本实施形式，由于是通过直接指示来设定挖掘区域，故能根据作业现状精确地设定所需的挖掘区域。
(1)根据本发明，即使在车体移动时因作业现场的地形变化致使油压铲的高度变化时，也常能根据外部基准按预定的深度挖掘，例如当设定水平的挖掘面时，即使地面倾斜，也能在车体移动的同时沿水平面进行挖掘。
此外，与由安装于车体中的探测器来探测基准光的方法相比，本发明的挖掘区域设定装置较少受到车体的制造公差或探测器的精度与安装中的公差等误差的影响，而能以与设定的挖掘区域较小的差别进行挖掘。
还由于不易受到探测器误差的影响，因而即使因车体移动使距车体的挖掘深度有了变化，但通过在挖掘中的挖斗前端附近使外部基准与前部基准一致，重新作出设定，就能防止在车体高度变化前后的挖掘深度变化。
再有，前部基准部件可以由箭头标记之类的小型简单部件构成，故不需用大型复杂的光探测器就能补偿车体的移动。
由于设置有前部基准部件的前部装置有很广的活动范围，故可在广范围内补偿车体移动。
由于是与挖掘控制的目标速度向量的计算相同来以车体为基准设定挖掘区域，故能使设定的挖掘区域适应于以车体为基准进行计算的挖掘控制，从而可以简化挖掘控制中的计算，进行无时延的可靠性高的区域限制挖掘控制。
(2)根据本发明，由于是在前部基准与外部基准相一致时通过揿压外部基准设定开关来进行挖掘区域的设定计算，故不需挖掘控制中的挖掘区域的设定计算，从而可以减少挖掘控制中的计算量，能够进行延时更小的可靠性高的区域限制挖掘控制。
(3)根据本发明，可以设定与限制区域的边界为水平面的挖掘区域。
(4)根据本发明，由于能设定呈斜坡的挖掘区域进行区域限制挖掘控制，故可使埋设上下水管道的挖沟作业变得易于进行。
(5)根据本发明，在用设定装置于作业开始前由第一设定装置进行设定之中，当作业开始或车体移至不同位置时，不需辅助人员来将前部装置定位到挖掘区域的边界。此外，也不需耗用根据辅助人员的指令来进行设定的时间，因而可以缩短作业时间。
(6)再有，根据本发明，由于是通过直接指示的方法进行第一设定装置的设定作业，故能根据具体的工作环境正确地设定所希望的挖掘区域。
权利要求
1.用于建筑机械中区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置，此建筑机械包括，构成多关节前部装置(1A)的许多可于垂直方向中转动的前部部件(1a，1b，1c)以及用于支承此前部装置的车体(1B)，以此车体为基准计算前部装置控制用的目标速度向量(Vc)，通过修正此目标速度向量，可在前部装置接近预定的挖掘区域的边界时，限制前部装置在接近该边界方向中的移动速度，并使所述前部装置沿着该挖掘区域的边界移动，其特征在于该挖掘区域设定装置包括(a)外部基准件(80)，它安装于所述建筑机械之外，提供用作挖掘区域基准位置的外部基准；(b)前部基准件(70)，它设在前部装置(1A)上，提供起到目标作用的前部基准用来使此前部装置与外部基准(80)对准；(c)探测装置(8a，8b，8c)，用于探测有关上述前部装置(1A)的位置与姿势的状态变量；(d)第一计算装置(9b，120)，它根据上述探测装置的信号，计算以车体(1B)为基准的前部装置(1A)的位置与姿势；(e)第一设定装置(9a，100)，它根据与外部基准(80)的位置关系(hr)来设定所述挖掘区域；(f)第二计算装置(9m，140)，它在前部基准(70)与外部基准(80)相一致时，根据第一计算装置(9b，120)算出的前部装置(1A)的位置与姿势的有关信息，计算出车体(1B)与外部基准(80)之间的位置关系，同时根据此车体与外部基准间的位置关系(hf)以及此外部基准与第一设定装置(9a，100)所设定的挖掘区域间的位置关系(hr)，计算出车体(1B)与挖掘区域间的位置关系；以及(g)第二设定装置(9n，160)，它根据第二计算装置(9m，140)算出的车体(1B)与挖掘区域间的位置关系，来设定挖掘区域(hs)。
2.如权利要求1所述的用于建筑机械中区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置，其特征在于它还包括有当前部基准(70)与外部基准(80)相一致时揿压下的外部基准设定开关(71)，而第二计算装置(9m，140)则在外部基准设定开关(71)揿压下时进行前述的计算。
3.如权利要求1所述的用于建筑机械中区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置，其特征在于第一设定装置(9a，100)是用来设定从外部基准(80)到挖掘区域边界的深度(hr)的装置。
4.如权利要求1所述的用于建筑机械中区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置，其特征在于第一设定装置(9a，100)，是用来设定从外部基准(80)到挖掘区域的基准点p的深度(hr)、从车体(1B)到此基准点的距离(hrx)、以及此挖掘区域边界倾角(θr)的装置。
5.如权利要求1所述的用于建筑机械中区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置，其特征在于第一设定装置(9a，100)是用来根据设定装置(7；7A)输入的数据来设定外部基准(80)与设定区域的位置关系(hr)的装置。
6.如权利要求1所述的用于建筑机械中区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置，其特征在于，第一设定装置(9a，100)包括根据第一计算装置(9b，120)算出的有关前部装置(1A)的位置与姿势的信息，在所述前部装置移动且此前部装置的前端到达设定区域边界时，来计算此前部装置前端所取的位置(hs)的装置(190，191)；根据第一计算装置(9b，120)算出的有关前部装置(1A)的位置与姿势的信息，在所述前部装置移动且前部基准(70)与外部基准(80)一致时，来计算此前部基准所取的位置(hfo)的装置(192，193)；以及根据所述前部装置前端的位置(hs)与前部基准(70)的位置(hfo)，来计算和存储此外部基准与挖掘区域间的位置关系(hr)的装置(194，195)。
全文摘要
用于建筑机械中区域限制挖掘控制的挖掘区域设定装置，在进行此挖掘控制时，以车体1B为基准计算前部装置1A的控制用的目标速度向量Vc，通过修正此目标速度向量，当前部装置接近预定的挖掘区域的边界时限制此前部装置在朝向此边界方向中的运动速度，并使前部装置沿此挖掘区域的边界移动。为设定此挖掘区域，将一外部基准80沿水平方向设于油压铲本身之外，同时用设定装置7设定此外部基准至挖掘区域边界的深度hr。当前部装置移动而前部基准70与外部基准80相一致时，揿压下外部基准设定开关71，由控制装置9计算从车体基准点O至外部基准的高度hf，然后用此高度hf为修正值，根据深度hr计算挖掘区域边界相对车体基准点O的深度hs，并以车本1B为基准，与计算目标速度向量Vc相同，根据深度hs设定挖掘区域。由此能使挖掘区域的设定适合于以车体为基准进行计算的挖掘控制，实现可靠性高的控制。
文档编号E02F3/43GK1157020SQ96190690
公开日1997年8月13日 申请日期1996年8月8日 优先权日1995年8月14日
发明者渡边洋, 平田东一, 羽贺正和, 藤岛一雄 申请人:日立建机株式会社