作业机械的制作方法

1.本发明涉及具有作业装置的液压挖掘机等作业机械。


背景技术：

2.当使用作为代表性作业机械的液压挖掘机来进行设计面的施工时而已知如下的控制系统，其使用设计面的三维数据(三维设计数据)对操作员操作进行修正，由此使前作业装置半自动地动作，实施与设计面相应的挖掘成形作业。作为该控制系统的一例而具有进行如下控制的系统，该控制为，当基于操作员的斗杆操作使斗杆动作时，以使前作业装置上设定的作业点(例如铲斗爪尖)不侵入设计面的方式或者以使该作业点沿着设计面动作的方式例如自动增加动臂抬升动作来修正该作业点的动作方向(以下有时将这种控制称为“半自动挖掘控制”)。
3.然而，通常在地形的设计数据的截面中包含多个设计面。例如，在河岸堤防的截面图中至少包含河床(当涨水时淹没的平坦面(洪水河床))、堤防的上端面(顶端)、和将它们相连的斜面(法面)这三个设计面。在基于这样的由多个设计面构成的设计数据来进行的施工中，在铲斗从彼此相邻的倾斜不同的两个设计面的连结部通过的前后，需要以使铲斗不侵入任何设计面的方式进行成形作业。
4.关于这种要求，在专利文献1中公开了一种挖掘控制系统，其根据第1设计面与铲斗之间的距离取得第1候补速度，根据第2设计面与铲斗之间的距离取得第2候补速度，基于第1设计面和第2设计面的各自与铲斗之间的相对关系而选择第1候补速度和第2候补速度中的某一方作为限制速度，将铲斗相对于与该选择后的限制速度相关的设计面的相对速度限制为该选择后的限制速度。
5.而且在专利文献1中，作为上述限制速度的选择的具体例而公开了：(1)选择与两个设计面中离铲斗的距离近的设计面有关的限制速度；(2)选择与两个设计面中的相对于操作员的斗杆操作自动进行的动臂抬升的速度(与动臂液压缸的目标速度对应的调整速度)大的设计面有关的限制速度。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：国际公开第2012/127913号


技术实现要素：

9.但是，在专利文献1公开的挖掘控制系统中，当铲斗从两个设计面的连结部通过时会在动臂液压缸的目标速度中产生急剧的变化，由此担心会因操作员的操作量而导致铲斗侵入某个设计面。针对这一点，如图12所示地以挖掘倾斜不同的两个设计面的情况为例来说明。
10.首先，在根据上述(1)的方法而选择两个设计面中离铲斗的距离近的设计面的情况下，当将铲斗与一个设计面之间的距离保持为0，并同时进行成形作业时，在铲斗与另一
个设计面接触而距离成为0的时点上选择该另一个设计面。此时，图13的(a)表示对动臂要求的速度指令值(动臂液压缸的目标速度)的变化的一例。设计面的切换的瞬间相当于由虚线圆包围的部分，在设计面的切换的前后会在速度指令值(目标速度)中发生急剧的变化。
11.其次，在根据上述(2)的方法而选择两个设计面中的自动进行的动臂抬升的速度大的设计面的情况下，图13的(b)表示设计面切换时对动臂要求的速度指令值的变化的一例。与图13的(a)同样地，切换的瞬间相当于由虚线圆包围的部分。在该情况下，由于在与图13的(a)的情况相比更早的时点上切换设计面，所以与图13的(a)的情况相比抑制了速度指令值的变化，但仍然发生了急剧的速度变化。
12.另外，在采取上述(1)、(2)的任何方法的情况中，在对动臂要求的速度指令值的变化都急剧的情况下，动臂的实际动作无法追随该变化，具有铲斗侵入切换后的设计面的隐患。在这种情况下，若在设计面切换之前操作员柔和进行斗杆操作而降低斗杆速度，则提高了能够防止铲斗向设计面侵入的可能性。但是在该情况下，对操作员要求的操作变得烦杂，并且斗杆速度会变慢，由此具有作业量减少的可能性。
13.本发明是鉴于上述课题做出的，其目的为提供一种能够进行半自动挖掘控制的作业机械，其在作业点(例如铲斗爪尖)从倾斜不同的两个设计面的连结部通过时，能够不依赖操作员的操作量地防止作业点(铲斗爪尖)侵入该两个设计面的任何一个，且能够抑制此时作业量减少。
14.本技术包括解决上述课题的多个方式，若举出一例，则作业机械具有：作业装置；驱动所述作业装置的多个执行机构；用于操作多个所述执行机构的操作装置；和控制多个所述执行机构中的至少一个执行机构的驱动的控制器，所述作业机械的特征在于，所述控制器进行半自动挖掘控制，该半自动挖掘控制为：生成补充后设计面，该补充后设计面从在所述作业装置的动作平面上规定的多个设计面中的彼此相邻的第1设计面与第2设计面的连结部或该连结部的上方通过，一个端部位于所述第1设计面上，另一个端部位于所述第2设计面上；根据所述操作装置的操作量来设定所述补充后设计面的曲率；在所述补充后设计面上设定目标面；以使所述作业装置上设定的作业点保持于所述目标面上或所述目标面的上方的方式控制多个所述执行机构中的至少一个执行机构。
15.发明效果
16.根据本发明，在作业点从倾斜不同的两个设计面的连结部通过时，能够不依赖操作员的操作量地防止作业点侵入该两个设计面的任何一个，且能够抑制此时作业量减少
附图说明
17.图1是表示本发明的第1至第3实施方式的作业机械的立体图。
18.图2是表示图1所示的作业机械上搭载的液压驱动装置的构成图。
19.图3是表示图1所示的作业机械上搭载的控制装置的构成图。
20.图4是表示图3所示的信息处理部的第1实施方式中的详细构成的框图。
21.图5是表示第1实施方式中的设计面连结部的补充方法的图。
22.图6是表示沿着补充后的设计面挖掘的作业机械的图。
23.图7是表示在沿着补充后的设计面挖掘的作业机械的动臂液压缸上产生的速度的图。
24.图8是表示第1实施方式中的控制流程的流程图。
25.图9是表示图3所示的信息处理部的第2实施方式中的详细构成的框图。
26.图10是表示第2实施方式中的控制流程的流程图。
27.图11是表示第3实施方式中的设计面连结部的补充方法的图。
28.图12是表示现有技术中基于由多个设计面构成的设计数据来进行施工的作业机械的图。
29.图13是表示在现有技术中当图11所示的施工时作业机械的动臂液压缸所产生的速度的图。
30.图14是表示曲线长度与补充面的曲率的关系式的例子的图。
具体实施方式
31.以下使用附图来说明本发明的实施方式。
32.＜第1实施方式＞
33.图1是表示本发明的第1实施方式的作业机械的立体图。如图1所示，本实施方式的作业机械具有作为车身的下部行驶体9以及上部旋转体10、和由多个前方部件11、12、8构成的多关节型的作业装置(前作业装置)15。
34.下部行驶体9具有左右的履带式行驶装置，由左右的行驶液压马达3b、3a(仅图示左侧3b)驱动。
35.上部旋转体10能够旋转地搭载于下部行驶体9上，由旋转液压马达4旋转驱动。在上部旋转体10上，搭载有作为原动机的发动机14；由发动机14驱动的液压泵装置2(第1液压泵2a和第2液压泵2b(参照图2))；控制阀20；和负责液压挖掘机的各种控制的控制器500(参照图2、3等)。
36.作业装置15能够摆动地安装于上部旋转体10的前部。作业装置15具有多关节构造，该构造具有作为摆动自如的前方部件的动臂11、斗杆12、铲斗8。动臂11通过动臂液压缸5的伸缩而相对于上部旋转体10摆动，斗杆12通过斗杆液压缸6的伸缩而相对于动臂11摆动，铲斗8通过铲斗液压缸7的伸缩而相对于斗杆12摆动。也就是说,动臂液压缸5、斗杆液压缸6以及铲斗液压缸7对构成作业装置15的多个前方部件11、12、8进行驱动。
37.为了在控制器500中计算作业装置15上设定的任意点(作业点)的位置，液压挖掘机具有：例如设在上部旋转体10与动臂11之间的连结部附近并检测动臂11的相对于水平面的角度(动臂角度)的第1姿势传感器13a；例如设在动臂11与斗杆12之间的连结部附近并检测斗杆12的相对于水平面的角度(斗杆角度)的第2姿势传感器13b；例如设在将斗杆12与铲斗8连结的铲斗连杆8a并检测铲斗连杆8a的相对于水平面的角度(铲斗角度)的第3姿势传感器13c；和检测上部旋转体10相对于水平面的倾斜角度(横滚角、俯仰角)的车身姿势传感器13d。此外，作为姿势传感器13a
‑
13d，例如能够imu(inertial measurement unit：惯性计测装置)。另外，第1姿势传感器13a至第3姿势传感器13c也可以使检测相对角度的传感器(例如电位器)。
38.这些姿势传感器13a～13d检测到的角度分别作为由动臂角度数据、斗杆角度数据、铲斗角度数据、车身角度数据构成的姿势数据而输入至后述的控制器500内的信息处理部100。
39.在上部旋转体10具有驾驶室。在驾驶室内，作为用于操作作业装置15的(前方部件11、12、8)、上部旋转体10以及下部行驶体9的操作装置而配置有行驶用右操作杆装置1a，行驶用左操作杆装置1b、右操作杆装置1c以及左操作杆装置1d等。行驶用右操作杆装置1a用于进行右行驶液压马达3a的动作指示，行驶用左操作杆装置1b用于进行左行驶液压马达3b的动作指示，右操作杆装置1c用于进行动臂液压缸5的(动臂11)和铲斗液压缸7(铲斗8)的动作指示，左操作杆装置1d用于进行斗杆液压缸6(斗杆12)和旋转液压马达4(上部旋转体10)的动作指示。本实施方式的操作装置1a－1d为电子杆，生成与由操作员相对于操作装置1a－1d输入的操作量(操作装置1a－1d的操作量)相应的操作信号(电压信号)并将其向控制器500输出。此外，也可以将操作装置1a－1d设为液压先导式，由压力传感器检测操作量并向控制器500输入。
40.控制阀20是包括多个方向控制阀(例如后述的图2的方向控制阀21、22、23)的阀装置，这些方向控制阀控制从液压泵装置2向上述的旋转液压马达4、动臂液压缸5、斗杆液压缸6、铲斗液压缸7以及左右的行驶液压马达3b、3a等液压执行机构分别供给的液压油的流动(流量和方向)。控制阀20内的方向控制阀由电磁比例阀(例如后述的图2的电磁比例阀21a～23b)基于从控制器500输出的指令电流(控制阀驱动信号)所生成的信号压而驱动，控制向液压执行机构3－7各自供给的液压油的流动(流量和方向)。从控制器500输出的驱动信号是基于从操作杆装置1a－1d输出的操作信号(操作信息)而生成的。
41.图2是图1所示的液压挖掘机的液压驱动装置的构成图。此外，为了使说明简洁化，说明作为液压执行机构而仅具有动臂液压缸5、斗杆液压缸6和铲斗液压缸7的构成，省略了与本发明的实施方式没有直接关系的排放回路等的图示和说明。另外，省略了构成以及动作与以往的液压驱动装置同样的单向阀等的说明。
42.图2的液压驱动装置中，液压泵装置2具有第1液压泵2a和第2液压泵2b。第1液压泵2a和第2液压泵2b由发动机14驱动，分别向第1泵管线l1和第2泵管线l2供给液压油。在本实施方式中，作为固定容量型的液压泵来说明第1液压泵2a以及第2液压泵2b，本发明并不限于此，也可以使用可变容量型的液压泵。
43.在控制阀20设有由第1泵管线l1和第2泵管线l2构成的双系统的泵管线。在第1泵管线l1上，连接有控制向动臂液压缸5供给的液压油的流动(流量和方向)的动臂方向控制阀22、和控制向铲斗液压缸7供给的液压油的流动的铲斗方向控制阀21。由此第1液压泵2a排出的液压油向动臂液压缸5和铲斗液压缸7供给。同样地，在第2泵管线l2上，连接有控制向斗杆液压缸6供给的液压油的流动的斗杆方向控制阀23，第2液压泵2b排出的液压油向斗杆液压缸6供给。此外，动臂方向控制阀22和铲斗方向控制阀21由并联回路l1a能够分流地构成。
44.另外，在第1泵管线l1和第2泵管线l2上，分别个别地连接有溢流阀26、27。在各个泵管线l1、l2的压力达到预先设定的溢流压的情况下，各个溢流阀26、27开口而将液压油向油箱释放。
45.动臂方向控制阀22通过由电磁比例阀22a、22b生成的信号压而动作。同样地，斗杆方向控制阀23通过电磁比例阀23a、23b的信号压而动作，铲斗方向控制阀21通过电磁比例阀21a、21b的信号压而动作。
46.这些电磁比例阀21a～23b基于从主控制器500输出的指令电流(控制阀驱动信号)
而对从先导液压源29供给的先导液压油(一次压)进行减压，并将这样生成的信号压向各方向控制阀21～23输出。
47.右操作杆装置1c将与操作杆的操作量和操作方向相应的电压信号作为动臂操作量数据以及铲斗操作量数据而向主控制器500输出。同样地，左操作杆1d将与操作杆的操作量和操作方向相应的电压信号作为斗杆操作量数据而向主控制器500输出。
48.主控制器500基于从操作杆装置1c、1d输入的对各前方部件11、12、8的操作量数据、从设计面设定装置18输入的设计面的位置数据(设计面数据)、从角度检测器13a～13d输入的液压挖掘机的姿势数据、和与液压挖掘机的尺寸有关的且是从车身信息记忆装置19输入的尺寸数据，来运算控制各电磁比例阀21a～23b的指令信号(指令电流)，将运算出的指令信号向各电磁比例阀21a～23b输出。
49.(设计面设定装置18)
50.设计面设定装置18是利用于规定地形(作业对象物)的完成形状的设计面的设定、和设定后的设计面的位置数据(设计面数据)的记忆的装置，将设计面数据向主控制器500输出。设计面数据是规定设计面的三维形状的数据，本实施方式中包括设计面的位置信息和角度信息。本实施方式中，设计面的位置定义为与上部旋转体10(液压挖掘机1)之间的相对距离信息(也就是说，上部旋转体10(液压挖掘机1)上设定的坐标系(车身坐标系)中的设计面的位置数据)，设计面的角度定义为相对于重力方向的相对角度信息，但也包括将位置设为地球上的位置坐标(也就是说，地球坐标系中的位置坐标)并将角度设为与车身之间的相对角度等的情况，可以利用进行恰当转换后的数据。
51.此外，设计面设定装置18只要具有预先设定的设计面数据的记忆功能即可，例如也能够替代为半导体存储器等记忆装置。因此，在将设计面数据存储至例如控制器500内的记忆装置和液压挖掘机上搭载的记忆装置内的情况下可以省略。
52.(车身信息记忆装置19)
53.车身信息记忆装置19是利用于预先计测的构成液压挖掘机的各部分(例如构成下部行驶体9、上部旋转体10、前作业装置15的各前方部件11、12、8)的尺寸数据的记忆的装置，将尺寸数据向主控制器500输出。
54.(主控制器500)
55.主控制器500是负责有关液压挖掘机的各种控制的控制器。主控制器500构成为能够执行如下控制(在本说明书中有时称为“半自动挖掘控制”和“机械控制”)：将前作业装置15的动作平面上规定的多个设计面中的一个面设定为目标面，以使前作业装置15上设定的作业点(例如，铲斗8的爪尖)的移动范围保持于目标面上或目标面的上方的方式运算与各前方部件11、12、8有关的目标速度(例如液压液压缸5、6、7的目标速度(目标执行机构速度))，基于该目标速度来控制作业装置15的(也就是说液压液压缸5、6、7)。也就是说，在该半自动挖掘控制中，例如若作为作业点而选择铲斗8的爪尖而操作员输入斗杆收回操作，则即使不特别操作其他的前方部件，也会以使铲斗爪尖(铲斗顶端)沿着目标面移动的方式半自动地控制作业装置15，由此能够不依赖操作员的技术地进行沿着设计面的挖掘。以下，以将作业点设定在铲斗8的爪尖的情况为例来进行说明。
56.此外，前作业装置15的动作平面是指各前方部件11、12、8动作的平面，也就是说，与三个前方部件11、12、8全部正交的平面，在这样的平面中能够选择例如从前作业装置15
的宽度方向的中心(动臂销中的轴向中心)通过的平面。
57.图3是图1所示的液压挖掘机上搭载的主控制器500的构成图。主控制器500例如使用包括未图示的cpu(central processing unit)、存储用于执行基于cpu的处理的各种程序的rom(read only memory)和hdd(hard disc drive)等记忆装置、和成为当cpu执行程序时的作业区域的ram(random access memory)的硬件来构成。通过执行这样地存储于记忆装置的程序而作为信息处理部100和控制阀驱动部200来实现功能，该信息处理部100运算使铲斗8沿着目标面移动时的目标执行机构速度，该控制阀驱动部200根据运算出的目标执行机构速度来生成控制阀20的驱动信号。接着详细说明信息处理部100。
58.(信息处理部100)
59.信息处理部100基于来自操作杆装置1c、1d的操作量数据、来自姿势传感器13a
‑
13d的姿势数据、来自设计面设定装置18的设计面数据、和来自车身信息记忆装置19的尺寸数据，来运算各液压液压缸5、6、7的目标执行机构速度，并将这些目标执行速度向控制阀驱动部200输出。控制阀驱动部200根据目标执行机构速度而生成控制阀驱动信号，驱动控制阀20。
60.使用图4来详细说明信息处理部100。信息处理部100具有偏差运算部110、目标速度运算部120、执行机构速度运算部130、补充后设计面生成部140、和目标面设定部150。将执行机构速度运算部130的输出作为各液压液压缸5、6、7的目标执行机构速度(动臂速度、斗杆速度、铲斗速度)而从信息处理部100输出。以下，说明偏差运算部110、目标速度运算部120、执行机构速度运算部130、目标面设定部150的概要，详细说明补充后设计面生成部140。
61.(补充后设计面生成部140)
62.补充后设计面生成部140基于设计面数据和操作量数据，新生成从彼此相邻且倾斜角不同的两个设计面(第1设计面、第2设计面)的连结部通过或从该连结部的上方通过的面(以下称为“补充后设计面”)，将该数据(补充后设计面数据)输出。在此“连结部”表示彼此相邻的两个设计面连结的部分，三维中以线状表现的部分。
63.以下为了简洁，假设与补充后设计面的生成关联的设计面数据中所含的所有设计面都是相对于动臂11、斗杆12以及铲斗8的转动轴平行的。在该情况下，设计面数据中所含的“设计面”和“连结部”能够改称为与垂直于所述转动轴的面交叉的“线段”和其“交点”。然而，通常在试图提高施工精度的情况下，以使铲斗顶端边相对于各设计面成为平行的方式确保车身的位置和姿势，因此上述假设在多数情况下是成立的，能够将面作为线段等价处理。以该假设为前提，使用图5来具体说明基于补充后设计面生成部140进行的补充后设计面的生成。
64.如图5的(a)所示，在来自设计面设定装置18的设计面数据和与前作业装置15的动作平面交叉的面(截面)中包括由两个线段p1p2、p2p3构成的两个设计面p1p2、p2p3。两个设计面p1p2、p2p3是具有不同倾斜角的彼此相邻的面，由连结部p2连结。此时，补充后设计面生成部140生成补充后设计面s1，该补充后设计面s1从两个设计面p1p2、p2p3的连结部p2的上方通过(换言之，位于连结部p2的上方)，一个端部p2’位于一个设计面(第1设计面)p1p2上，另一个端部p2.1位于另一个设计面(第2设计面)p2p3上。在图5的(b)的例中，进行如求出使两个设计面p1p2、p2p3的连结部p2的角落圆润的面那样的处理，生成如图5的(b)所示
的、与两线段p1p2、p2p3相切且两端p2’、p2.1位于各线段p1p2、p2p3上的圆弧p2’p2.1来作为补充后设计面s1。
65.(补充后设计面s1的曲率1/r)
66.补充后设计面生成部140当生成补充后设计面s1时，根据来自操作杆装置1c、1d的操作量数据来设定补充后设计面s1(圆弧p2’p2.1)的曲率1/r。在本实施方式中，根据来自操作杆装置1d的斗杆操作量数据来设定补充后设计面s1的曲率1/r。图5的(b)的补充后设计面s1为圆弧p2’p2.1，其半径为r。此外，在补充后设计面s1为非圆弧的曲线的情况下，与该曲线的一部分近似的圆的半径、即曲率半径的倒数成为曲率。
67.补充后设计面s1的曲率1/r的最大值能够考虑例如液压挖掘机的施工精度的实质限界来设定铲斗爪尖的角落圆弧的曲率。该情况的曲率1/r(最大值)能够与当向操作杆装置1d输入斗杆操作时斗杆液压缸6开始动作的操作量(实质最小的斗杆操作量)建立关联。作为其他例，能够根据实际的施工现场所要求的精度来决定曲率1/r的最大值。作为与曲率1/r成为最大的操作量建立关联的操作量，可以作为通常的操作员进行最终整平的施工时的操作量(但比斗杆液压缸6开始动作的操作量大)。
68.补充后设计面s1的曲率1/r的最小值能够设定为例如从斗杆12的转动轴至铲斗8的爪尖为止的最大长度的倒数。通常，在前作业装置15的动作平面中，当铲斗爪尖位于从斗杆12的转动轴和铲斗8的转动轴通过的直线上时，从斗杆12的转动轴至铲斗8的爪尖为止的距离成为最大值。此时，补充后设计面s1的半径r与从斗杆12的转动轴至铲斗8的爪尖为止的最大长度一致，能够仅通过斗杆12的动作来描绘圆弧状的补充后设计面s1。因此，即使在动臂指令速度中发生变动，也能够防止铲斗8侵入至两个设计面的下方。该情况的曲率1/r(最小值)能够与当斗杆12操作时能够输入至操作杆装置1d的操作量的最大值(全操作)建立关联。
69.此外，在这样地决定曲率1/r的最小值的情况下，有时会因补充后设计面s1的大小而导致圆弧的端点没有位于相邻的两个设计面上。在该情况下，能够将如收在相邻的两个设计面上那样的圆弧的半径设为r的最大值。另外，如图5的(c)所示，也能够生成补充后设计面s1，以使得圆弧的端点(图的例子中为端点p2’)位于在相邻的两个设计面p1p2、p2p3中的某一个设计面(在图的例子中为设计面p1p2)的旁边就位的其他设计面(在图的例子中为设计面p0p1)上。
70.针对曲率1/r的最大值、最小值，除了上述例举的值之外，还可以构成为，操作员能够设定为任意的值。
71.基于上述说明的内容，补充后设计面s1的曲率1/r相对于输入至操作杆装置1d的斗杆操作量的关系成为单调减少的关系。也就是说，成为随着斗杆操作量增加，则补充后设计面s1的曲率1/r始终减少的关系。此外，若将曲率1/r替代为半径r，则成为随着斗杆操作量增加则补充后设计面s1的半径r始终增加的单调增加的关系。
72.此外，在相对于操作杆装置1d的斗杆操作量小至不会导致斗杆液压缸6的动作开始的情况(也就是说，相对于操作杆装置1d的操作量不足斗杆液压缸6开始动作的操作量的情况)下，补充后设计面生成部140也可以中断补充后设计面s1的生成。
73.(补充后设计面s1的基于多个平面(线段)的近似)
74.如上述说明那样，可以生成曲面状(曲线状(更具体地圆弧p2’p2.1))的补充后设
计面s1并结束补充后设计面生成部140的处理，但在本实施方式中，生成由多个平面(线段)对曲面状的补充后设计面s1进行近似的补充后设计面s2。
75.因此，如图5的(d)所示，补充后设计面生成部140将如下的面(近似补充面)作为补充后设计面s2，此面(近似补充面)是对图5的(b)的圆弧p2’p2.1近似并分割为n个面而成的面，补充后设计面生成部140运算由面p2’p2.1、面p2.1p2.2，
…
、面p2.n－1p2.n的n个设计面(平面)构成的补充后设计面数据。补充后设计面数据包括各平面的倾斜角度信息。圆弧的分割数量n能够根据测量精度、测量间隔等决定。作为一例，只要是如以10cm间隔取得测量点数据那样的环境，则能够设定如将圆弧由长度10cm程度的线段分割那样的n。
76.若这样地将曲面状的补充后设计面s1通过多个平面补充后的面设为新的补充后设计面s2，则例如由后述的偏差运算部110运算的铲斗爪尖(作业点)与各平面之间的距离(偏差数据)的运算变得单纯，能够减轻曲面状的补充后设计面s1的控制器500的运算负担。
77.(偏差运算部110)
78.偏差运算部110基于从姿势数据和尺寸数据运算的铲斗8的爪尖的位置、和来自补充后设计面生成部140的补充后设计面数据，分别运算铲斗8的爪尖与构成补充后设计面s2的各面之间的距离(偏差)，将这些距离作为偏差数据而输出。可以分别运算当生成补充后设计面s2时原本的两个设计面p1p2、p2p3与铲斗爪尖之间的距离(偏差)并使其包括在偏差数据中，也可以运算其他的设计面的偏差并使其包括在偏差数据中。
79.(目标面设定部150)
80.目标面设定部150也包括由补充后设计面生成部140生成的补充后设计面，在前作业装置15的动作平面上规定的多个设计面中的任意一个面上设定目标面(用于半自动挖掘控制的控制对象面)，将与该目标面有关的信息(例如目标面的位置数据)作为目标面数据而输出。本实施方式的目标面设定部150选择来自偏差运算部110的偏差数据中最小的距离(偏差)，将该选择后的偏差数据和与该选择后的偏差数据相关的面(目标面)的信息一起作为目标面数据而输出。更具体地，目标面设定部150基于从偏差运算部110输出的偏差数据，将构成补充后设计面s2的多个平面中的铲斗爪尖(作业点)之间的距离最小的平面设定为目标面，并将与该目标面相关的目标面数据输出。
81.此外，在本实施方式中，根据偏差数据(各平面与作业点之间的距离)的大小来设定目标面，但可以构成为，与专利文献1的一个实施方式同样地，根据通过半自动挖掘控制而应该在液压液压缸产生的目标速度的大小来设定目标面。在本实施方式的情况下，具体地可以将构成补充后设计面s2的多个平面中的基于半自动挖掘控制产生的动臂液压缸5的目标速度(动臂抬升方向的目标速度)最大的平面设定为目标面。
82.(目标速度运算部120)
83.目标速度运算部120基于姿势数据、尺寸数据、操作量数据和目标面数据(目标面的位置数据)，以使作业装置上设定的作业点(铲斗爪尖)的移动范围保持在目标面上或目标面的上方的方式运算作业点(铲斗爪尖)的目标速度，并将其作为目标速度数据输出。作为目标速度的运算方法的具体例，而具有如下方法：基于斗杆操作量来决定目标速度的沿着目标面的方向上的成分，基于铲斗爪尖与目标面之间的偏差(距离)来决定该目标速度的与目标面垂直的方向上的成分。作为与其不同的方法而具有如下方法：使斗杆12按照操作量动作，同时决定如使铲斗爪尖的与目标面垂直的方向上的速度成为基于铲斗爪尖与目标
面之间的偏差得到的值那样的目标速度。
84.(执行机构速度运算部130)
85.执行机构速度运算部130基于尺寸数据、姿势数据和目标速度数据，计算作为作业点(铲斗爪尖)的速度的目标速度，并通过运动学运算来计算为了在铲斗爪尖产生目标速度所必要的动臂液压缸5、斗杆液压缸6、铲斗液压缸7的目标速度(目标执行机构速度)。动臂液压缸5、斗杆液压缸6、铲斗液压缸7的目标速度分别也称为动臂速度、斗杆速度、铲斗速度(参照图4)。
86.(主控制器500的处理的流程图)
87.图8是表示上述运算流程的主控制器500所执行的处理的流程图。以下，有时以图4所示的主控制器500内的各部分为主语来说明各处理(步骤s1－s9)，但执行各处理的硬件是主控制器500。
88.首先，信息处理部100在基于操作量数据而检测到基于操作杆1d的斗杆操作(挖掘操作)的情况下向步骤s3转移(步骤s1、s2)。在步骤s2没有检测到斗杆操作的情况下，重复步骤s2直到检测到斗杆操作。
89.在步骤s3中，补充后设计面生成部140使用基于操作杆装置1d的相对于斗杆12的操作量的数据(操作量数据)、和来自设计面设定装置18的设计面数据，并基于上述的方法而在角度不同的两个设计面(图5的例中的设计面p1p2和设计面p2p3)的连结部的上方生成由多个平面构成的补充后设计面s2(参照图5的(d))，并将含有生成的补充后设计面s2中所含的各平面的位置信息和倾斜角度信息的补充后设计面数据向目标面设定部150输出。
90.在步骤s4中，偏差运算部110使用前作业装置15的尺寸数据、和各前方部件11、12、8的姿势数据来运算铲斗爪尖(作业点)的位置，分别运算补充后设计面s2中所含的各平面与铲斗爪尖之间的偏差(距离)。并且，将运算出的多个偏差作为偏差数据而向目标面设定部150输出。
91.在步骤s6中，目标面设定部150通过对在步骤s4运算出的多个偏差进行相互比较而选出其中值最小的偏差，将与该选出的偏差相关的平面设定为成为半自动挖掘控制的控制对象的目标面。并且，与设定好的目标面的位置信息、倾斜角度信息、以及与铲斗爪尖之间的偏差信息一同，作为目标面数据向目标速度运算部120输出。
92.在步骤s7中，目标速度运算部120根据来自目标面设定部150的目标面数据中所含的目标面与铲斗爪尖之间的偏差(距离)、和操作杆装置1c、1d的操作量，来运算为了使铲斗爪尖沿着目标面移动而应该在铲斗爪尖产生的目标速度，并将其作为目标速度数据而向执行机构速度运算部130输出。在此，(1)基于操作量数据中所含的斗杆操作量来计算目标速度中沿着目标面的方向上的速度成分(水平速度成分)，(2)基于目标面数据中所含的铲斗爪尖与目标面之间的偏差(距离)来计算该目标速度中与目标面垂直的方向上的速度成分(垂直速度成分)，(3)将由上述(1)以及(2)运算出的两个速度成分相加并设为目标速度。此外，偏差与垂直速度成分之间的关系预先设定为，当偏差为零时垂直速度成分也为零，偏差越增加则垂直速度成分(垂直速度成分具有向下朝向的方向)也增加。若这样地运算目标速度，则铲斗爪尖的移动范围保持在目标面上或目标面的上方。尤其在铲斗爪尖位于目标面上的情况(偏差为零的情况)下，垂直速度成分保持为零而仅成为水平速度成分，因此例如仅操作斗杆就能够使铲斗爪尖沿着目标面移动。
93.在步骤s8中，执行机构速度运算部130根据来自目标速度运算部120的目标速度、和尺寸数据以及姿势数据来计算为了使由步骤s7运算出的目标速度产生于铲斗爪尖所必要的动臂液压缸5、斗杆液压缸6、铲斗液压缸7各自的目标速度(目标执行机构速度)，并将这些目标速度向控制阀驱动部200输出(步骤s8)。若假设将斗杆液压缸6的目标速度正好规定为斗杆操作量，此时的铲斗动作为无(也就是说，铲斗液压缸7的目标速度为零)，则在半自动挖掘控制下，仅动臂液压缸5自动地动作。
94.控制阀驱动部200基于由步骤s8运算出的目标执行机构速度，来运算如实际中各液压缸5、6、7以目标执行机构速度动作那样的控制阀驱动信号并将其输出。这样地，通过控制阀驱动信号驱动控制阀20，车身动作。
95.(作用及效果)
96.在上述那样构成的本实施方式的液压挖掘机中，当前作业装置15的动作平面上规定的多个设计面的施工时，在铲斗8从两个设计面的连结部通过时，通过倾斜角度沿着该铲斗通过方向逐渐变化的n个平面，在这两个设计面的上方生成将这两个设计面平滑连接的补充后设计面s2。补充后设计面s2的曲率(换言之，n个平面的倾斜角度的变化的比例)由补充后设计面s2的生成时的操作员的斗杆操作量所规定。由此当铲斗8从两个设计面的连结部通过时，将倾斜角度沿着铲斗通过方向逐渐变化的n个平面中的任意一个平面作为目标面来进行半自动挖掘控制。由此，不涉及操作员的操作量的大小，铲斗8都不会侵入上述两个设计面的任何一个，且能够不损害作业性地进行挖掘成形作业。
97.例如，将图6的线段p1p2、线段p2p3作为两个设计面，一边沿着图中箭头的朝向使铲斗8移动一边对设计面进行施工的情况下，在这两个设计面上生成补充后设计面s2(也参照图5的(d))，该结果为，液压挖掘机将线段p1p2’、补充后设计面s2、线段p2.np3作为设计面而动作。此时，通过半自动挖掘控制而对动臂11产生的指令速度(动臂液压缸目标速度)伴随时间经过而如图7那样地变化。铲斗8从线段p1p2移动至线段p2p3的过程中的动臂指令速度的变化相当于图7中的虚线包围部a1。补充后设计面s2由倾斜角度沿着图中的箭头逐渐变化的多个平面构成，能够抑制目标面切换时的动臂指令速度的变化，与图13的(a)、(b)所示的现有技术中的动臂指令速度的变化相比成为极其平稳的变化。另外，由于补充后设计面s2的曲率根据斗杆操作量的增加而变小，所以例如即使斗杆操作量变大，也能够防止因动臂11的动作延迟而导致铲斗8侵入设计面。也就是说，根据本实施方式，能够同时实现施工精度和作业速度。
98.另外，在实际的施工中最终对设计面进行整平的情况下，通常，操作员将斗杆操作量设定的足够小，因此生成的补充后设计面的曲率足够大并接近原本的两个设计面(例如，接近铲斗爪尖的角落圆弧的曲率)，由此能够进行沿着这两个设计面的高精度的挖掘作业。此外，该情况下，斗杆操作量足够小，因此动臂指令速度的变化也小，不会因动臂11的动作延迟而导致铲斗8侵入设计面。
99.＜第2实施方式＞
100.接着说明第2实施方式。此外，恰当省略说明与第1实施方式相同的部分。
101.使用图9来说明第2实施方式的控制系统。
102.第2实施方式中，偏差运算部110根据设计面数据、姿势数据和尺寸数据，来运算设计面数据所含的多个设计面各自与铲斗爪尖(作业点)之间的偏差，并将其输出。此外，运算
偏差的设计面也可以限定在从铲斗爪尖(作业点)存在于规定范围内的设计面。
103.(补充后设计面生成部170)
104.补充后设计面生成部170根据设计面数据和操作量数据，与第1实施方式的补充后设计面生成部140同样地，生成圆弧状(曲面状)的补充后设计面s1(参照图5的(b))，将与其位置和形状有关的信息作为补充后设计面数据而输出。
105.(附近点信息运算部180)
106.附近点信息运算部180根据尺寸数据和姿势数据，运算铲斗爪尖(作业点)的位置，并使用补充后设计面数据，运算圆弧状的补充后设计面s1上离铲斗爪尖最近的点作为附近点。并且，将该附近点的位置和角度(该附近点处的切线的角度)作为第1附近点数据(包含位置、角度)而输出，将铲斗爪尖与该附近点之间的偏差作为第2附近点数据(包含偏差)而输出。此外，有时将其与第1附近点数据和第2附近点数据一起总称为附近点数据。
107.(目标面设定部150)
108.目标面设定部150在从偏差运算部110输入的偏差数据中的位于补充后设计面s1的两端的两个设计面的偏差和从附近点信息运算部180输入的第2附近点数据中所含的附近点的偏差之中，选出偏差最小的偏差，将与该选出的偏差相关的设计面或附近点的切线设定为目标面。另外，从设计面数据和第1附近点数据(位置、角度)之中，选择与目标面相关的数据作为目标面的位置以及角度。目标面设定部150将选择出的目标面的偏差与位置以及角度一起作为目标面数据而向目标速度运算部120输出。
109.其他部分与第1实施方式同样。
110.(主控制器500的处理的流程图)
111.图10是表示包括上述运算的主控制器500的处理流程的流程图。
112.信息处理部100当操作杆1c、1d被操作后，开始处理(步骤s1，s2)。
113.补充后设计面生成部170使用操作量数据和设计面数据来运算补充后设计面数据(步骤s3)。
114.附近点信息运算部180使用尺寸数据和姿势数据来运算铲斗爪尖位置，将运算补充后设计面数据中所含的曲面中离铲斗顶端最近的点、即附近点的位置、该附近点的角度(附近点处的切线的角度)、和该附近点与铲斗爪尖之间的偏差(距离)，将这些运算结果作为附近点数据(第1附近点数据以及第2附近点数据)而输出(步骤s4)。
115.偏差运算部110使用尺寸数据和姿势数据来运算铲斗爪尖位置，并运算设计面数据中所含的多个设计面与铲斗爪尖之间的各个偏差(距离)(步骤s5)。
116.目标面设定部150使从偏差运算部110输入的偏差中的补充后设计面s1的两端所处的两个设计面的偏差、从附近点信息运算部180输入的第2附近点数据(偏差)一起相互比较，将与其中值最小的偏差相关的设计面或附近点的切线设定为目标面(半自动挖掘控制的控制对象)。而且，根据设计面数据以及附近点数据(位置，角度)选择与目标面相关的数据，将其与目标面的偏差一起作为目标面数据而输出(步骤s6)。
117.目标速度运算部120根据目标面的位置和角度、偏差、操作量来运算铲斗爪尖的目标速度(步骤s7)。
118.执行机构速度运算部130根据由步骤s7运算出的目标速度、尺寸数据以及姿势数据来计算为了使由步骤s7运算出的目标速度产生于铲斗爪尖所必要的动臂液压缸5、斗杆
液压缸6、铲斗液压缸7各自的目标速度(目标执行机构速度)(步骤s8)。
119.控制阀驱动部200基于由步骤s8运算出的目标执行机构速度，输出如实际上各液压缸5、6、7以目标执行机构速度动作那样的控制阀驱动信号(步骤s9)。
120.(效果)
121.本实施方式中，由于需要求出与铲斗爪尖的移动一起时刻变化的圆弧(补充后设计面s1(参照图5的(b)))上的点(附近点)与铲斗爪尖的距离(偏差)，所以与第1实施方式相比运算复杂化，但并非由直线对圆弧状的补充后设计面s1进行近似，因此能够实现更平顺的铲斗动作。
122.＜第3实施方式＞
123.接着说明第3实施方式。此外，适当省略说明与第1实施方式相同的部分。
124.第1实施方式中，在图11的(a)所示的两个设计面p1p2、p2p3的连结部p2形成有向上为凸的形状的面(坡顶)的情况下，当补充后设计面生成部140在该两个设计面p1p2、p2p3的下方生成如图11的(b)所示的补充后设计面s3时，若沿着该补充后设计面s3进行挖掘作业，则铲斗8会在连结部p2的周边侵入两个设计面p1p2、p2p3的下方。
125.为了防止这一情况，相对于形成向上为凸的面的两个设计面p1p2、p2p3而考虑如下方法：包括补充后设计面s3并完全中断基于补充后设计面生成部140的补充后设计面的生成，相对于原来的两个设计面p1p2、p2p3进行挖掘。
126.本实施方式的补充后设计面生成部140作为上述以外的方法而生成如下那样的补充后设计面s4。
127.也就是说，如图11的(c)所示，在两个设计面p1p2、p2p3的连结部p2的形状向上为凸，且使铲斗爪尖(作业点)在前作业装置15的动作平面上的液压挖掘机的前后方向中如该图中的箭头所示地从一侧(图中的右侧(第1方向))向另一侧(图中的左侧(第2方向))移动的情况下，补充后设计面生成部140生成具有第1圆弧面s41和第2圆弧面s42的面来作为补充后设计面s4，该第1圆弧面s41的一端以与两个设计面p1p2、p2p3中的所述一侧的设计面p1p2相同的倾斜与所述一侧的设计面p1p2的端部连接，该第2圆弧面s42的一端与第1圆弧面s41的另一端侧连接，该第2圆弧面的另一端以与两个设计面p1p2、p2p3中的所述另一侧的设计面p2p3相同的倾斜与所述另一侧的设计面p2p3连接。该情况的补充后设计面s4的一侧的端部位于连结部p2。
128.图示的两个圆弧面s41、s42的半径r41、r42相同，其曲率(1/r41、1/r42)的大小能够与第1实施方式相同地决定。圆弧面s41是向上为凸的形状，圆弧面s42是向下为凸的形状。优选为，使两个圆弧面s41、s42的连结部、即点p2.1中的两个圆弧面s41、s42的倾斜一致。此外，两个圆弧面s41、s42的半径r(曲率1/r)也可以不必须是一致的。另外，也可以为，两个圆弧面s41、s42没有由一点连接，经由线段和曲线而连接。此时，优选为，各圆弧面s41、s42的连接部的倾斜与线段和曲线的倾斜全部一致。
129.其他部分是与第1实施方式同样的。或者也可以与第2实施方式同样地构成。
130.本实施方式那样地，两个设计面形成向上为凸的形状的情况(两个设计面形成有坡顶的情况)下，若在补充后设计面生成部140中生成如图11的(c)所示的补充后设计面p4，则当铲斗8从两个设计面的连结部通过时，不依靠操作员的操作量也不会导致铲斗8侵入两个设计面的任何一个，且能够不损害作业性地进行挖掘成形作业。
131.＜其他＞
132.此外，在第1以及第2实施方式中，补充后设计面r1、r2作为曲率1/r固定的圆弧而生成，但也可以根据补充后设计面上的位置来变更曲率1/r。图14表示该例子。
133.图14表示补充后设计面上的位置l与曲率c之间的关系式的例子，将全长为ltotal的补充后设计面中的位置l的基准(l＝0)设定在补充后设计面的一侧的端点(基准点)，将补充后设计面中的曲率c的最大值基于圆弧半径而设为1/r。
134.在图14的(a)的例子中，从补充后设计面的一侧的端点至中间点而使曲率c直线增加，然后，从中间点至另一侧的端点而使曲率c以相同比例减少。
135.在图14的(b)的例子中，根据补充后设计面上的位置而使曲率c如正弦波和余弦波那样地曲线增减。曲率在补充后设计面的两端变得最小，在中间点变得最大(1/r)。
136.另外，如图14的(c)所示，也可以为，从补充后设计面的一侧的端点(基准点)至第1距离(例如，l＝ltotal/4)而使曲率c变化(增加)，然后，从第1距离至第2距离(例如，l＝ltotal
×
3/4)而使曲率c保持固定(1/r)，最后从第2距离至另一侧的端点(l＝ltotal)而再次使曲率c变化(降低)。
137.若这样地针对补充后设计面上的各个位置设定曲率c，则补充后设计面生成部140、170中的补充后设计面的生成运算变得复杂，但半自动挖掘控制时的前作业装置15的动作更加平顺。此外，在第3实施方式中也可以同样地改变曲率。
138.此外，本发明并不限定于上述实施方式，包括不脱离其要旨范围内的各种变形例。例如，本发明不限定于必须具有上述实施方式所说明的所有构成，包括将其构成的一部分删除的方式。另外，也能够将某一实施方式的构成的一部分对其他的实施方式的构成追加或置换。
139.另外，上述控制器500的各构成和该各构成的功能以及执行处理等也可以使其一部分或全部由硬件(例如由集成电路设计执行各功能的逻辑等)实现。另外，控制器500的构成也可以作为程序(软件)，该程序通过由运算处理装置(例如cpu)读取并执行而实现控制器500的构成的各功能。该程序的信息例如能够存储于半导体存储器(闪存、ssd等)、磁性记忆装置(硬盘驱动器等)以及记录介质(磁盘、光盘等)等。
140.另外，上述各实施方式的说明中，控制线和信息线表示了为了该实施方式的说明所必要的部分，不限于必须表示产品的全部控制线和信息线。实际上可以认为所有构成是相互连接的。
141.附图标记说明
142.1a
…
行驶用右操作杆，1b
…
行驶用左操作杆，1c
…
右操作杆，1d
…
左操作杆，2
…
液压泵装置，2a
…
第1泵，2b
…
第2泵，3a
…
右行驶液压马达，3b
…
左行驶液压马达，4
…
旋转液压马达，5
…
动臂液压缸(液压执行机构)，6
…
斗杆液压缸(液压执行机构)，7
…
铲斗液压缸(液压执行机构)，8
…
铲斗(前方部件)，9
…
下部行驶体(车身)，10
…
上部旋转体(车身)，11
…
动臂(前方部件)，12
…
斗杆(前方部件)，13a
…
姿势传感器，13b
…
姿势传感器，13c
…
姿势传感器，13d
…
车身姿势传感器(姿势传感器)，14
…
发动机，15
…
前作业装置，18
…
设计面设定装置，19
…
车身信息记忆装置，20
…
控制阀，21
…
铲斗方向控制阀，21a
…
铲斗收回电磁阀，21b
…
铲斗卸载电磁阀，22
…
动臂方向控制阀，22a
…
动臂抬升电磁阀，22b
…
动臂降低电磁阀，23
…
斗杆方向控制阀，23a
…
斗杆收回电磁阀，23b
…
斗杆放出电磁阀，26
…
溢流阀，
27
…
溢流阀，100
…
信息处理部，110
…
偏差运算部，120
…
目标速度运算部，130
…
执行机构速度运算部，140
…
补充后设计面生成部，150
…
目标面设定部，170
…
补充后设计面生成部，180
…
附近点信息运算部，500
…
主控制器。