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2012/127914号
[0006] 专利文献2 :国际公开第2012/127913号
【发明内容】
[0007] 发明要解决的课题
[000引在建筑机械中，已知有能够倾转的倾转式伊斗。倾转式伊斗利用使伊斗相对于斗 杆倾转的倾转用促动器进行倾斜。在倾转式伊斗中，使用倾转角度传感器来获取伊斗的倾 转角度数据。伊斗不仅受倾转用促动器的驱动，还由于动臂及斗杆的至少一方的上升动作 或下降动作而相对于水平面倾斜。因此，由于动臂及斗杆的至少一方的上升动作或下降动 作，倾转角度传感器可能难W获取基于倾转用促动器的驱动的倾转角度数据。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，该建筑机械具备包括动臂、斗 杆及伊斗的工作装置，所述动臂能够W动臂轴为中屯、而相对于车辆主体旋转，所述斗杆能 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，所述伊斗能够分别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，在所 述建筑机械的控制系统中，具备：倾转角度传感器，其设于所述伊斗上，能够检测相对于水 平面的倾斜角度，并且检测至少包括所述伊斗的W所述倾转轴为中屯、的旋转角度在内的倾 转角度数据；数据获取部，从所述倾转角度传感器向该数据获取部输出所述倾转角度数据； 数据固定部，其基于固定指令使输出至所述数据获取部的所述倾转角度数据成为固定数 据；工作装置控制部，其基于所述固定数据控制所述工作装置直到所述固定指令解除。
[0012] W本发明的第一方案为基础，优选的是，该建筑机械的控制系统具备：第一获取 部，其获取包括所述动臂的尺寸、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，其获取目标挖掘地形数据，该目标挖掘地形数据表示作为挖掘对象的目标形状的目标 挖掘地形；第=获取部，其获取工作装置角度数据，该工作装置角度数据包括表示所述动臂 的W所述动臂轴为中屯、的旋转角度的动臂角度数据、表示所述斗杆的W所述斗杆轴为中屯、 的旋转角度的斗杆角度数据及表示所述伊斗的W所述伊斗轴为中屯、的旋转角度的伊斗角 度数据；运算部，其基于所述工作装置角度数据、所述尺寸数据及所述固定数据来求出表示 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下的方式执行 限制挖掘控制，所述固定指令W下述方式向所述数据固定部输出：使得在进行所述限制挖 掘控制的期间的至少一部分期间基于所述固定数据来控制所述工作装置。
[0013]W本发明的第一方案为基础，优选的是，所述固定指令在所述限制挖掘控制的开 始时向所述数据固定部输出，在所述限制挖掘控制的结束时解除。
[0014]W本发明的第一方案为基础，优选的是，该建筑机械的控制系统具有驱动禁止部， 该驱动禁止部在所述限制挖掘控制中禁止所述伊斗的驱动。
[0015]W本发明的第一方案为基础，优选的是，该建筑机械的控制系统具备操作装置，该 操作装置输出用于操作能够驱动伊斗的液压缸的操作信号，所述驱动禁止部将从所述操作 装置输出的操作信号无效化。
[0016]W本发明的第一方案为基础，优选的是，该建筑机械的控制系统具备第四获取部， 该第四获取部获取所述伊斗的外形数据，所述目标挖掘地形数据是表示作为与所述伊斗轴 正交的工作装置动作平面上的挖掘对象的二维目标形状的设计地形的二维设计地形数据， 所述运算部基于所述工作装置角度数据、所述尺寸数据、所述外形数据及固定数据，求出包 括所述伊斗位置数据在内的、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，所述工作装置控制部基于所述二维伊斗数据控制所述工作装置。
[0017]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 态数据来求出所述目标挖掘地形与所述伊斗的相对位置。
[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，该建筑机械具备包括动臂、斗 杆及伊斗的工作装置，所述动臂能够W动臂轴为中屯、而相对于车辆主体旋转，所述斗杆能 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，所述伊斗能够分别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，在所 述建筑机械的控制方法中，包括下述步骤：利用配置于所述伊斗上且能够检测相对于水平 面的倾斜角度的倾转角度传感器检测表示所述伊斗的W所述倾转轴为中屯、的旋转角度的 倾转角度数据；获取从所述倾转角度传感器输出的所述倾转角度数据；基于固定指令将所 述倾转角度数据固定化而生成固定数据；基于所述固定数据控制所述工作装置直到所述固 定指令解除。
[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是表示倾转角度传感器的一例的示意图。
[0059] 图37是表不液压系统的一例的图。
[0060] 图38是表示显示部的一例的图。
【具体实施方式】
[0061] 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，也存在不使用一部分构成要素的情况。
[0062] 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 分的位置关系。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。
[0063] 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、0Yg及 0Zg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^g 平面与水平面平行。Zg轴方向为铅垂方向。 W64] 在W下的说明中，局部坐标系由XYZ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、0Y及 0Z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。 阳0化][液压挖掘机的整体结构]
[0066] 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。
[0067] 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上搭载有执行挖掘控制的控制系统200。
[0068] 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）。
[0069] 在本实施方式中，W驾驶席4S为基准来说明各部分的位置关系。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正对于正面的方向为前方，与前方相对的方向为后方。驾驶席4S 正对于正面时的侧方向的右侧、左侧分别为右方、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正对于正面的方向为前方（巧方向），前方的相反 方向为后方（-X方向）。驾驶席4S正对于正面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）。
[0070] 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。
[0071] 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。 阳0巧工作装置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（动臂油 缸长度）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（斗 杆油缸长度）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 (伊斗油缸长度）的第=行程传感器18。
[0073] 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
[0074] 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0Y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。
[0075] 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076][伊斗]
[0077] 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。
[0078] 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能够W伊斗销15 (伊斗轴J3)为中 屯、旋转地支承于斗杆7。伊斗8能够W倾转销80 (倾转轴J4)为中屯、旋转地支承于斗杆7。 伊斗轴J3与倾转轴J4正交。伊斗8能够分别W伊斗轴J3及与该伊斗轴J3正交的倾转轴 J4为中屯、旋转地支承于斗杆7。 阳079] 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。
[0080] 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。
[0081] 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。
[0082] 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。
[0083] 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。
[0084] 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。
[00化]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12W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。
[0086] 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30的主体部经由销而与托架88连接。 当伊斗油缸30W伸缩的方式工作时，伊斗8W倾转轴J4为中屯、旋转。
[0087] 运样，伊斗8借助伊斗油缸12的工作而W伊斗轴J3为中屯、旋转。伊斗8借助倾 转油缸30的工作而W倾转轴J4为中屯、旋转。在本实施方式中，通过W伊斗轴J3为中屯、的 伊斗8的旋转，从而倾转销80 (倾转轴J4)与伊斗8 -起旋转（倾斜）。
[0088] 在本实施方式中，工作装置2具有倾转角度传感器70,该倾转角度传感器70检测 表示W倾转轴J4为中屯、的伊斗8的旋转角度5的倾转角度数据。倾转角度传感器70检 测全局坐标系中的伊斗8相对于水平面的倾转角度（旋转角度）。倾转角度传感器70是 所谓两轴的角度传感器，检测与后述的0Xg方向及0Yg方向运两个方向相关的倾斜角度。 倾转角度传感器70设于伊斗8的至少一部分。全局坐标系中的倾转角度基于倾斜传感器 24的检测结果而被转换成局部坐标系中的倾转角度5。
[0089] 需要说明的是，伊斗8并不限定于本实施方式。可W是任意地设定伊斗8的倾斜 角度（倾转角度）的方法。倾斜角度的轴可W再增加1轴。
[0090] [液压挖掘机的结构] 阳0川图4是示意性地表示本实施方式的液压挖掘机CM的侧视图。图5是示意性地表 示本实施方式的液压挖掘机CM的后视图。图6是示意性地表示本实施方式的液压挖掘机 CM的俯视图。
[0092] 在本实施方式中，将动臂轴Jl与斗杆轴J2之间的距离Ll作为动臂长度Ll。将斗 杆轴J2与伊斗轴J3之间的距离L2作为斗杆长度L2。将伊斗轴J3与伊斗8的