CN111032967B - 作业机械 - Google Patents

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Abstract

控制器在机械控制开/闭切换开关被切换为开位置时，输出操作杆所生成的第1控制信号、和使动臂液压缸依照预先规定的条件而动作的第2控制信号中的某一个，当切换开关被切换为闭位置时输出第1控制信号，当控制信号通过切换开关的操作而从第1控制信号和第2控制信号中的一个控制信号被切换为另一个控制信号时，相对于控制信号乘以限制比率，基于该限制后的控制信号来控制动臂液压缸。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及使作业装置依照预先规定的条件而动作的作业机械。
背景技术
作为提高如下作业机械(例如液压挖掘机)的作业效率的技术而具有机械控制(Machine Control：MC)，该作业机械具有由液压执行机构驱动的作业装置(例如前作业装置)。MC是在操作装置(操作杆)***作员操作后的情况下，通过执行使作业装置依照预先规定的条件而动作的半自动控制来进行操作员的操作辅助的技术。
近年来，以施工的精度、效率提高为目的，所谓的信息化施工设备的开发变得活跃，信息化施工设备使各车身持有目标施工面的信息，以不会由作业装置侵蚀目标施工面的方式半自动地控制作业装置的动作。信息化施工设备中，操作员在切换该半自动控制的开/闭的同时进行施工作业。
例如，在专利文献1中公开了一种作业车辆的控制***，其具有作业机的第1操作杆、设于第1操作杆的第1操作部件、和进行作业机的自动控制的控制器，控制器在包括第1操作杆处于中立位置在内的执行条件被满足时，根据第1操作部件的操作来执行被分配至第1操作部件的自动控制的功能。并且记载了：根据该作业车辆的控制***，“当包括第1操作杆处于中立位置在内的执行条件被满足时，根据第1操作部件的操作来执行被分配至第1操作部件的自动控制的功能。因此，在第1操作部件的操作中，即使移动了第1操作杆，也能够防止被分配至第1操作部件的自动控制的功能的执行、和基于第1操作杆导致的作业机的动作同时进行。由此，能够防止基于误操作导致的不希望的作业机的动作，能够进行基于自动控制的高品质施工。”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6072993号公报
发明内容
通常，习惯了作业机械操纵的操作员大多会始终操纵操作杆中的至少一个。因此，对于每当自动控制的开/闭的切换时必须将操作杆设为中立的专利文献1所述的技术，使操作员的自然的操纵中断，具有付与操作负担的可能性。
本发明的目的为，提供一种针对MC的开/闭的切换不会对操作员付与操作负担的作业机械。
本申请包括多个解决上述课题的方式，但若举出一个例子，则作业机械具有：作业装置；驱动所述作业装置的第1液压执行机构；根据操作员的操作而输出所述第1液压执行机构的第1控制信号的操作装置；控制装置，其在所述操作装置***作的过程中，运算使所述第1液压执行机构依照预先规定的条件而动作的第2控制信号，并基于所述第1控制信号以及所述第2控制信号中的某一个控制信号来控制所述第1液压执行机构；和切换装置，其能够选择将基于所述第2控制信号进行的所述第1液压执行机构的控制设为有效的开位置、以及将基于所述第2控制信号进行的所述第1液压执行机构的控制设为无效的闭位置中的某一个切换位置，其中，当所述切换装置被切换为所述开位置时，所述控制装置基于所述第1控制信号和所述第2控制信号中的某一个控制信号来控制所述第1液压执行机构，当所述切换装置被切换为所述闭位置时，所述控制装置基于所述第1控制信号来控制所述第1液压执行机构，当用于控制所述第1液压执行机构的控制信号通过针对所述切换装置的切换操作而从所述第1控制信号和所述第2控制信号中的一个控制信号被切换为另一个控制信号时，所述控制装置将当使所述一个控制信号变化为所述另一个控制信号时的控制信号的时间变化率限制为规定的变化率，并基于该限制后的控制信号控制所述第1液压执行机构。
发明效果
根据本发明，能够不对操作员付与操作负担地进行MC的开/闭的切换。
附图说明
图1是本发明的实施方式的液压挖掘机的概略构成图。
图2是图1的液压挖掘机的***构成图。
图3是控制器20的运算构成图。
图4是修正Pi压运算部的详细图。
图5是铲斗爪尖轨迹修正的说明图。
图6是目标速度垂直成分V1y’的运算表。
图7是Pi压修正率的运算表。
图8是动臂Pi压修正部的详细图。
图9是斗杆回收Pi压修正部的详细图。
图10是执行机构目标输出运算部3b的详细图。
图11是最大输出运算部10a的详细图。
图12是旋转基本输出运算部10b的详细图。
图13是动臂基本输出运算部10c的详细图。
图14是旋转动臂输出分配运算部10f的详细图。
图15是斗杆铲斗分配输出运算部10g的详细图。
图16是操作杆26的侧视图。
具体实施方式
以下使用附图来说明本发明的实施方式。
<1.液压挖掘机的硬件构成>
图1是本发明实施方式的液压挖掘机的概略构成图。图1中，液压挖掘机具有履带式的行驶体401、和能够旋转地安装于行驶体401的上部的旋转体402。行驶体401由行驶液压马达33驱动。旋转体402通过旋转液压马达28所产生的扭矩而驱动，向左右方向旋转。
在旋转体402上设置有驾驶席403，在旋转体402的前方，安装有能够进行目标施工面的形成作业的多关节型的前作业装置400。
前作业装置400具有由动臂液压缸(第1液压执行机构)32a驱动的动臂405、由斗杆液压缸(第2液压执行机构)32b驱动的斗杆406、和由铲斗液压缸32c驱动的铲斗407。
在驾驶席403设有：操作杆26，其用于与操作方向以及操作量相应地产生对于动臂液压缸32a、斗杆液压缸32b、铲斗液压缸32c、行驶液压马达33以及旋转液压马达28的控制信号(从齿轮泵24(参照图2)输出的先导压(以下也称为“Pi压”))，根据该控制信号使动臂405、斗杆406、铲斗407、旋转体402以及行驶体401动作；和发动机控制刻度盘51，其指令发动机21(参照图2)的目标转速(参照图2)。在本说明书中，有时将操作杆26产生的对于动臂液压缸32a的先导压称为第1控制信号，将对于斗杆液压缸32b的先导压称为第3控制信号。
图2是图1的液压挖掘机的***构成图。本实施方式的液压挖掘机具有：发动机21；用于控制发动机21的作为控制器的发动机控制单元(ECU)22；与发动机21的输出轴机械性连结并由发动机21驱动的液压泵23以及齿轮泵(先导泵)24；根据操作量将从齿轮泵24排出的液压油减压后的液压油作为各液压执行机构28、33、32a、32b、32c的控制信号并经由比例电磁阀27向控制阀25输出的操作杆26；基于从操作杆26或比例电磁阀27输出的控制信号(先导压(以下有时称为Pi压))来控制从液压泵23向各液压执行机构28、33、32a、32b、32c导入的工作油的流量以及方向的多个控制阀25；检测对各控制阀25作用的Pi压的压力值的多个压力传感器41；基于前作业装置400的位置、姿势以及其他车身信息来计算修正Pi压并将能够产生该修正Pi压的指令电压向比例电磁阀27输出的作为计算机的控制器(控制装置)20；和用于将作为前作业装置400的作业对象的目标形状的、目标施工面的信息向控制器20输入的目标施工面设定装置50。
液压泵23机械性地控制扭矩、流量，使得车身按照各液压执行机构28、33、32a、32b、32c的目标输出(后述)而动作。
控制阀25以与控制对象的液压执行机构28、33、32a、32b、32c相同的数量存在，但在图2中将其概括由一个表示。在各控制阀中，作用有使其内部的滑阀向轴向一侧移动或向轴向另一侧移动的两个Pi压。例如，在动臂液压缸32a用的控制阀25中作用有动臂上扬的Pi压和动臂下收的Pi压。
压力传感器41检测对各控制阀25作用的Pi压，以控制阀两倍的数量存在。压力传感器41设于紧连着控制阀25的下方，实时检测对控制阀25作用的Pi压。
比例电磁阀27存在有多个，但在图2中概括由一个模块表示。比例电磁阀27有两种类型。一种是将从操作杆26输入的Pi压直接输出、或减压直到由指令电压指定的希望的修正Pi压而输出的减压阀，另一种是在需要比操作杆26所输出的Pi压大的Pi压的情况下将从齿轮泵24输入的Pi压减压直到由指令电压指定的希望的修正Pi压而输出的增压阀。关于对于某一控制阀25的Pi压，当需要比从操作杆26输出的Pi压大的Pi压的情况下经由增压阀生成Pi压，当需要比从操作杆26输出的Pi压小的Pi压的情况下经由减压阀生成Pi压，在没有从操作杆26输出Pi压的情况下经由增压阀生成Pi压。即，能够通过减压阀和增压阀，使压力值与从操作杆26输入的Pi压(基于操作员操作的Pi压)不同的Pi压作用于控制阀25，能够使该控制阀25的控制对象的液压执行机构进行希望的动作。
针对每个控制阀25，减压阀和增压阀能够分别最多存在两个。在本实施方式中，设有动臂液压缸32a的控制阀25用的两个减压阀和两个增压阀，设有斗杆液压缸32b的控制阀25用的一个减压阀。具体地，液压挖掘机具有：设于将动臂上扬的Pi压从操作杆26向控制阀25引导的第1管路的第1减压阀；设于将动臂上扬的Pi压从齿轮泵24迂回操作杆26而向控制阀25引导的第2管路的第1增压阀；设于将动臂下收的Pi压从操作杆26向控制阀25引导的第3管路的第2减压阀；设有将动臂下收的Pi压从齿轮泵24迂回操作杆26而向控制阀25引导的第4管路的第2增压阀；和设于将斗杆回收的Pi压从操作杆26向控制阀25引导的第5管路的第3减压阀。
本实施方式的比例电磁阀27仅设为动臂液压缸32a和斗杆液压缸32b的控制阀25用，不存在其他执行机构28、33、32c的控制阀25用的比例电磁阀27。因此，铲斗液压缸32c、旋转液压马达28以及行驶液压马达33基于从操作杆26输出的Pi压而驱动。
此外，在本说明书中，向动臂液压缸32a和斗杆液压缸32b的控制阀25输入的Pi压(对于动臂以及斗杆的控制信号)全都称为“修正Pi压”(或修正控制信号)，不论有无基于比例电磁阀27进行的Pi压的修正。
另外，在本说明书中，有时将在操作杆26的操作中为了使前作业装置400依照预先规定的条件动作而基于由比例电磁阀27修正后的Pi压来控制动臂液压缸32a或斗杆液压缸32b的情况称为机械控制(Machine Control：MC)。例如在本实施方式中能够进行将铲斗407保持于任意设定的目标施工面60(参照图5)上或其上方的区域的MC。另外，在本说明书中，相对于在操作杆26的非操作时由控制器20控制前作业装置400的动作的“自动控制”，有时将MC称为仅在操作杆26的操作时由控制器20控制前作业装置400的动作的“半自动控制”。
操作杆26设为游戏杆形状，在其握持部的背面侧，如图16所示地设有机械控制开/闭切换开关(以下，有时仅称为“切换开关”)30。切换开关30例如能够由波动开关构成，能够选择针对比例电磁阀27将基于修正Pi压的MC设为有效的开位置、和针对比例电磁阀27将基于修正Pi压的MC设为无效的闭位置中的某一个切换位置。切换开关30例如由握着操作杆26的操作员的食指按下，而能够在操作杆26的操作中进行开关的切换位置的变更。切换开关30没有为波动开关的必要性，只要是能够切换上述两位置的开关，也可以为其他开关。切换开关30与控制器20连接，切换开关30的切换位置向控制器20输出。
控制器20具有输入部、作为处理器的中央处理装置(CPU)、作为存储装置的只读存储器(ROM)以及随机存储器(RAM)、和输出部。输入部将输入至控制器20的各种信息以能够供CPU运算的方式转换。ROM是存储有执行后述的运算处理的控制程序和为了该运算处理的执行所必要的各种信息等的记录介质，CPU依照ROM中所存储的控制程序相对于从输入部以及ROM、RAM取得的信号进行规定的运算处理。从输出部输出用于以目标转速驱动发动机21的指令、和为了向比例电磁阀27作用指令电压所必要的指令等。此外，存储装置不限于上述的ROM以及RAM的这些半导体存储器，能够替代为例如硬盘驱动器等的磁性存储装置。
在控制器20上，连接有ECU22、多个压力传感器41、两根GNSS天线40、铲斗角传感器38、斗杆角传感器37、动臂角传感器36、车身倾斜角传感器39、用于检测各液压执行机构28、33、32a、32b、32c的压力的多个压力传感器42、用于检测各液压执行机构28、33、32a、32b、32c的动作速度的多个速度传感器43、和目标施工面设定装置50。
控制器20基于来自GNSS天线40的输入信号来计算对于目标施工面60的车身位置，并基于来自铲斗角传感器38、斗杆角传感器37、动臂角传感器36以及车身倾斜角传感器39的输入信号来计算前作业装置400的姿势。即，在本实施方式中，GNSS天线40作为位置传感器而发挥作用，铲斗角传感器38、斗杆角传感器37、动臂角传感器36以及车身倾斜角传感器39作为姿势传感器而发挥作用。此外，车身倾斜角也可以根据来自两根GNSS天线40的输入信号计算。
在本实施方式中，作为液压缸32a、32b、32c的速度传感器43而利用行程传感器。另外，作为液压缸32a、32b、32c的压力传感器42，而在各液压缸32a、32b、32c具有缸底压检测传感器和杆压检测传感器。
此外，本说明书所说明的车身位置、前作业装置400的姿势、各执行机构的压力、各执行机构的速度的计算时所利用的方式、方法不过是一例，能够利用公知的计算方式、方法。
目标施工面设定装置50是能够输入关于目标施工面60(参照图5)的信息(包括各目标施工面的位置信息和倾斜角度信息)的接口。目标施工面设定装置50与存储有在世界坐标系(绝对坐标系)上规定的目标施工面的三维数据的外部终端(未图示)连接，从该外部端末输入的目标施工面的信息经由目标施工面设定装置50存储于控制器20内的存储装置。此外，经由目标施工面设定装置50的目标施工面的输入也可以由操作员手动进行。
<2.控制器20的运算构成>
图3是控制器20的运算构成图。控制器20具有：分别运算液压缸32a、32b、32c以及旋转液压马达28的目标输出的执行机构目标输出运算部3b；计算动臂液压缸32a(动臂405)和斗杆液压缸32b(斗杆406)的修正Pi压的修正Pi压运算部3a；基于修正Pi压来计算动臂液压缸32a用的四个比例电磁阀27(第1以及第2减压阀和第1以及第2增压阀)和斗杆液压缸32b用的一个比例电磁阀27(第3减压阀)的指令电压(比例电磁阀指令电压)的比例电磁阀指令电压运算部3d；和计算向ECU22输出的发动机输出指令的发动机输出指令运算部3c。
<2.1.修正Pi压运算部3a>
图4是修正Pi压运算部3a的详细图。修正Pi压运算部3a具有目标施工面距离运算部4a、动臂Pi压限制值运算部4b、Pi压修正率运算部4c、和Pi压修正部4d。以下，将指令动臂上扬、斗杆回收、铲斗铲装、右旋转的Pi压设为“正”，将指令动臂下收、斗杆放出、铲斗卸载、左旋转的Pi压设为“负”。
<2.1.1.目标施工面距离运算部4a>
目标施工面距离运算部4a输入：经由目标施工面设定装置50输入的目标施工面60的信息、基于来自GNSS天线40的输入而计算的车身的位置信息、和基于来自角度传感器36、37、38、39的输入而计算的前作业装置400的姿势信息以及位置信息。目标施工面距离运算部4a根据这些的输入信息来制作由与旋转轴平行且从铲斗407的重心通过的平面切割目标施工面60时所得到的目标施工面的剖视图，并计算该截面中铲斗407的爪尖位置与目标施工面60的距离D。距离D是从铲斗407的爪尖向目标施工面60垂下的垂线跟该截面之间的交点、与铲斗407的爪尖(前端)之间的距离。
<2.1.2.动臂Pi压限制值运算部4b>
动臂Pi压限制值运算部(第2控制信号运算部)4b基于由目标施工面距离运算部4a算出的目标施工面距离D，来计算MC时的动臂的Pi压限制值(有时称为“第2控制信号”)。但在操作杆26处于中立的情况下，不管距离D，动臂Pi压限制值运算部4b作为动臂Pi压限制值而输出零。在其他情况下，动臂Pi压限制值运算部4b如下所述地运算动臂Pi压限制值。
首先，动臂Pi压限制值运算部4b基于距离D和图6的表来计算铲斗407的爪尖的速度矢量的与目标施工面60垂直的成分(以下简称为“垂直成分”)的目标值(目标速度垂直成分)V1y’。目标速度垂直成分V1y’设定为，在距离D为0时为0，根据距离D的增加而单调减少，当距离D超过规定的值d1时设定为-∞。目标速度垂直成分V1y’的确定方法并不限于图6的表，至少在距离D从0直到规定的正值为止的范围内，只要目标速度垂直成分V1y’单调减少，就能够替代。
如图5所示，在本实施方式中，通过针对铲斗407的爪尖的速度矢量V1而加上由动臂上扬产生的速度矢量V2，而以使铲斗407的爪尖的速度矢量的垂直成分保持于目标速度垂直成分V1y’的方式将铲斗407的爪尖的速度矢量修正为V1’。动臂Pi压限制值运算部4b计算为了通过动臂上扬产生速度矢量V2所必要的动臂Pi压(动臂Pi压限制值)。另外，也可以通过预先测定动臂上扬特性来取得动臂Pi压限制值与V2的关系。此外，在本实施方式中，动臂Pi压限制值为0以上的值，即成为进行动臂上扬的Pi压。
例如，在图5的情况下，矢量V1是根据前作业装置400的姿势信息和各液压缸速度算出的修正前的铲斗爪尖速度矢量。该矢量V1的垂直成分的方向与目标速度垂直成分V1y’相同，但其大小超出限制值V1y’的大小，因此必须修正矢量V1，使得其加上由动臂上扬产生的速度矢量V2后，修正后的铲斗爪尖速度矢量的垂直成分成为V1y’。矢量V2的方向是以从动臂405的转动中心到铲斗爪尖407a为止的距离为半径的圆的切线方向，能够根据此时的前作业装置400的姿势来计算。并且，将具有该计算出的方向的矢量、且具有如下大小的矢量决定为V2，即矢量V2具有通过加上修正前的矢量V1而使修正后的矢量V1’的垂直成分成为V1y’的大小。因为该矢量V2是唯一性确定的，所以动臂Pi压限制值运算部4b能够计算为了矢量V2的产生所必要的动臂Pi压限制值。此外，V2的大小也可以使用V1和V1’的大小、和V1与V1’所成的角θ并适用余弦定理而求出。
如图6的表所示，当决定爪尖速度矢量的目标速度垂直成分V1y’时，随着铲斗爪尖407a向目标施工面60接近，爪尖速度矢量的垂直成分逐渐接近0，因此能够防止爪尖407a侵入至目标施工面60的下方。
<2.1.3.Pi压修正部4d>
Pi压修正部4d是基于切换开关30的切换位置、从操作杆26输出的Pi压、由动臂Pi压限制值运算部4b运算的动臂Pi压限制值、和由Pi压修正率运算部4c运算的Pi压修正率，来运算对各液压执行机构28、33、32a、32b、32c的控制阀25作用的Pi压(修正Pi压)的部分。Pi压修正部4d能够设于每个液压执行机构28、33、32a、32b、32c。在此使用图8以及图9来说明动臂上扬下收用和杆回收用的Pi压修正部4d的详细。
首先，使用图8来说明动臂405(动臂液压缸32a(第1液压执行机构))的修正Pi压的运算。在此，将操作杆26产生的动臂Pi压称为“第1控制信号”、将动臂Pi压限制值运算部4b运算出的动臂Pi压限制值称为“第2控制信号”。图8的动臂Pi压修正部4d具有切换检测部8a、减算部8b、绝对值运算部8c、比较部8d、触发器(Flip-Flop)部8e、最大值选择部8f、动臂上扬Pi压限制值存储部8g、最小值选择部8h、第1切换部8i(控制信号切换部)、比率限制部8j、和第2切换部8k。
在切换检测部8a中输入有切换开关30的切换位置，在检测到从一个切换位置向另一个切换位置的变更的情况下，向触发器部8e作为设置(SET)值而输出1。另一方面，在没有检测到切换位置的变更的情况下，向触发器部8e作为设置值而输出0。
减算部8b输出从动臂Pi压限制值运算部4b运算出的动臂Pi压限制值(第2控制信号)中减去操作杆26产生的动臂Pi压(第1控制信号)所得的值。绝对值运算部8c输出减算部8b的输出(动臂Pi压与动臂Pi压限制值之差)的绝对值。比较部8d进行绝对值运算部8c的输出值(动臂Pi压与动臂Pi压限制值之差的绝对值)与规定值Z的比较，在绝对值运算部8c的输出值为规定值Z以下的情况下向触发器部8e作为重设(RESET)值而输出1。另一方面，在绝对值运算部8c的输出值比规定值Z大的情况下，向触发器部8e作为重设值而输出0。例如优选为，规定值Z设定为0.5[MPa]以下的值。
触发器部8e在设置值与重设值的双方为1的情况下，输出FALSE(0)，在设置值为1且重设值为0的情况下输出TRUE(1)，在设置值为0且重设值为1的情况下输出FALSE(0)，在设置值与重设值的双方为0的情况下输出与之前相同的值。
最大值选择部8f输出动臂Pi压与动臂Pi压限制值中较大的值(MAX值)。
在动臂上扬Pi压限制值存储部8g中，存储有被设定为比操作杆26的操作量为最大时(所谓的全杆位时)的Pi压小的任意值的动臂上扬Pi压限制值。该限制值的设定的目的为，为了确保MC的精度而降低执行机构速度，通常设定为半杆位时的Pi压程度。但是例如在不要求精度的情况、和通过更高功能的***即使不降低速度也能够实现精度的情况等，也可以省略动臂上扬Pi压限制值的设定和最小值选择部8h。
最小值选择部8h输出最大值选择部8f的输出值与动臂上扬Pi压限制值中较小的值(MIN值)。
第1切换部8i在切换开关30处于开位置的情况下输出最小值选择部8h的输出，在切换开关30处于闭位置的情况下输出动臂Pi压。
比率限制部8j相对于第1切换部(控制信号切换部)8i的输出乘以由从Pi压修正率运算部4c输出的动臂Pi压修正率所规定的限制比率而输出。即，相对于从第1切换部8i输出的控制信号(动臂Pi压、动臂Pi压限制值以及动臂上扬Pi压限制值中的某一个)，将其控制信号的时间变化率限制为作为规定的变化率的动臂Pi压修正率，并输出该限制后的控制信号。作为具体的情况，当用于控制动臂液压缸32a的控制信号通过操作员相对于切换开关30的切换操作而从动臂Pi压(第1控制信号)和动臂Pi压限制值(第2控制信号)中的一个控制信号被切换为另一个控制信号时，比率限制部8j将使该一个控制信号(切换前的控制信号)变化为该另一个控制信号(切换后的控制信号)时的控制信号的时间变化率限制为动臂Pi压修正率，并输出该限制后的控制信号。
第2切换部8k在来自触发器部8e的输出为FALSE的情况下输出第1切换器8i的输出，在来自触发器部8e的输出为TRUE的情况下输出比率限制部8j的输出。第2切换部8k的输出作为修正Pi压(修正动臂Pi压)而从修正Pi压运算部3a向外部输出。
通过如图8那样构成的动臂Pi压修正部4d的逻辑，当切换开关30被切换为开位置时，控制器20基于第1控制信号和第2控制信号中的某一个控制信号来控制动臂液压缸32a，当切换开关30被切换为闭位置时，控制器20基于第1控制信号控制动臂液压缸32a，当用于控制动臂液压缸32a的控制信号通过对于切换开关30的切换操作而从第1控制信号和第2控制信号中的一个控制信号切换为另一个控制信号时，控制器20将使一个控制信号变化为另一个控制信号时的控制信号的时间变化率限制为动臂Pi压修正率，并基于该限制后的控制信号控制动臂液压缸32a。由此具体实现以下的功能。
(1-1)在切换开关30从闭位置被切换至开位置的情况下，第1切换部8i被切换至图8中的开位置并输出最小值选择部8h的输出(即，动臂Pi压、动臂Pi压限制值以及动臂上扬Pi压限制值中的某一个)。另外，此时，因为设置值为1且重设值为0，所以触发器部8e输出TRUE，由此第2切换部切换为图8中的TRUE位置，作为修正动臂Pi压而输出对来自最小值选择部8h的输出以动臂Pi压修正率施加限制的值。即，控制信号向着切换开关30的切换后的来自最小值选择部8h的输出值而逐渐变化。由此，即使在动臂操作中将切换开关30切换为开位置，修正动臂Pi压也不会急剧变动，由此，动臂液压缸32a的速度变化也不会急剧变动。
(1-2)在切换开关30从开位置切换至闭位置的情况下，第1切换部8i切换至图8中的闭位置并输出动臂Pi压。另外，此时，设置值为1且重设值为0，因此触发器部8e输出TRUE，由此第2切换部切换为图8中的TRUE位置，作为修正动臂Pi压而输出对动臂Pi压以动臂Pi压修正率施加限制的值。即，控制信号向着切换开关30的切换后的动臂Pi压逐渐变化。由此即使在动臂操作中将切换开关30切换为闭位置，修正动臂Pi压也不会急剧变动，由此动臂液压缸32a的速度变化也不会急剧变动。
(2)在切换开关30的切换后经过一段时间，动臂Pi压与动臂Pi压限制值之差成为固定值(＝Z)以下的情况下，修正动臂Pi压成为不乘以动臂Pi压修正率的值。由此，限制比率仅在切换开关30的切换紧后有效，能够防止动臂操作的响应不良的状态持续。
接下来，使用图9来说明斗杆406(斗杆液压缸32b(第2液压执行机构))的回收操作用的修正Pi压的运算。所要实现的与动臂几乎相同，但与动臂时同样地为了提高精度而设定了斗杆回收Pi压限制值。在此，有时将操作杆26产生的斗杆回收Pi压称为“第3控制信号”，将斗杆回收Pi压限制值存储部9g中存储的斗杆回收Pi压限制值称为“第4控制信号”。图9的斗杆回收Pi压修正部4d具有切换检测部9a、减算部9b、绝对值运算部9c、比较部9d、触发器部9e、斗杆回收Pi压限制值存储部9g、最小值选择部9h、第1切换部9i(控制信号切换部)、比率限制部9j、和第2切换部9k。
在切换检测部9a中输入有切换开关30的切换位置，在检测到从一个切换位置向另一个切换位置的变更的情况下，向触发器部9e作为设置值而输出1。另一方面，在没有检测到切换位置的变更的情况下，向触发器部9e作为设置值而输出0。
减算部9b输出从存储于斗杆回收Pi压限制值存储部9g的斗杆回收Pi压限制值(第4控制信号)中减去操作杆26产生的斗杆回收Pi压(第3控制信号)所得到的值。绝对值运算部9c输出减算部9b的输出(斗杆回收Pi压与斗杆回收Pi压限制值之差)的绝对值。比较部9d进行绝对值运算部9c的输出值(斗杆回收Pi压与斗杆回收Pi压限制值之差的绝对值)与规定值Z的比较，在绝对值运算部9c的输出值为规定值Z以下的情况下向触发器部9e作为重设值而输出1。另一方面，在绝对值运算部9c的输出值比规定值Z大的情况下，向触发器部9e作为重设值而输出0。例如，规定值Z优选设定为0.5[MPa]以下的值。
触发器部9e在设置值和重设值的双方为1的情况下输出FALSE(0)，在设置值为1且重设值为0的情况下输出TRUE(1)，在设置值为0且重设值为1的情况下输出FALSE(0)，在设置值与重设值的双方为0的情况下输出与之前相同的值。
在斗杆回收Pi压限制值存储部9g中，存储有设定为比操作杆26的操作量为最大时(所谓的全杆位时)的Pi压小的任意值的斗杆回收Pi压限制值。该限制值的设定的目的是，为了确保MC的精度而降低执行机构速度，通常设定为半杆位时的Pi压程度。但例如在不要求精度的情况、和通过更高功能的***即使不降低速度也能够实现精度的情况等，也可以省略限制值的设定和最小值选择部9h。即，能够省略斗杆回收Pi压修正部。
最小值选择部9h输出斗杆回收Pi压和斗杆回收Pi压限制值中较小的值(MIN值)。
第1切换部9i在切换开关30处于开位置的情况下输出最小值选择部9h的输出，在切换开关30处于闭位置的情况下输出斗杆回收Pi压。
比率限制部9j相对于第1切换部9i(控制信号切换部)的输出，施加由从Pi压修正率运算部4c输出的斗杆回收Pi压修正率所规定的限制比率而输出。即，相对于从第1切换部9i输出的控制信号(斗杆回收Pi压和斗杆回收Pi压限制值中的某一个)，将其控制信号的时间变化率限制为作为规定的变化率的斗杆回收Pi压修正率，并输出该限制后的控制信号。
第2切换部9k在来自触发器部9e的输出为FALSE的情况下输出第1切换器9i的输出，在来自触发器部9e的输出为TRUE的情况下输出比率限制部9j的输出。第2切换部9k的输出作为修正Pi压(修正斗杆回收Pi压)而从修正Pi压运算部3a向外部输出。
此外，虽省略说明，但对于上述以外的斗杆放出、铲斗铲装、铲斗卸载、左旋转、右旋转，也能够作为取正值的Pi压，以图9同样的逻辑进行修正。
<2.1.4.Pi压修正率运算部4c>
在Pi压修正率运算部4c中，基于由目标施工面距离运算部4a算出的目标施工面距离D和图7的表，来计算由Pi压修正部4d的比率限制部(例如，图8的“8j”和图9的“9j”)所利用的Pi压修正率[MPa/sec]。该Pi压修正率在切换开关30的切换时起作用，由此缓和执行机构速度的急剧变动。
Pi压修正率的计算基于铲斗前端的速度矢量中的与目标施工面60垂直的成分的方向和目标施工面距离D。具体地，在铲斗前端向目标施工面60接近的情况下，使用接近方向的Pi压修正率运算表7a(参照图7)，铲斗前端从目标施工面60远离的方向时，使用远离方向的Pi压修正率运算表7b(参照图7)。即，在本实施方式中，改变在铲斗前端向目标施工面60接近的情况和远离的情况下所使用的表而使Pi压修正率不同。这样地区分使用表的理由是由于，在铲斗前端向目标施工面60接近的方向上动作的情况下具有铲斗407侵入至目标施工面60的下方的隐患。
在远离方向的表7b中，Pi压修正率不管目标施工面距离D，被设定为不变值。另一方面，在接近方向的表7a中，对于目标施工面距离D超出x2的范围，Pi压修正率设定为与远离方向的表相同的值，该值成为全范围内的最小值。另外，对于目标施工面距离D为x1以上且x2以下的范围，Pi压修正率设定为随着目标施工面距离D减少而单调增加。而且，对于目标施工面距离D不足x1的范围，Pi压修正率再次设定为不变的值y1，该值成为全范围中的最大值。x2优选设定为图6的d1以下的值。
若在接近方向的情况下将Pi压修正率的变动设定的过于平稳，则铲斗407会侵入至目标施工面60的下方，由此通过基于接近方向的Pi压修正率运算表7a以随着目标施工面距离D从x2向x1减少而单调增加的方式设定Pi压修正率，防止铲斗407侵入至目标施工面60的下方。相反地，当远离的方向时没有这种担心，由此使用为了防止执行机构速度的急变而将修正率固定为较小的值的远离方向的Pi压修正率运算表7b。
顺便来说，接近方向的Pi压修正率运算表7a中的y1的值为了铲斗前端不侵入目标施工面60而设定充分的值。因此x1的值可以基于产品所要求的半自动控制的精度来决定(例如，若要求精度相对于目标面为±100[mm]，则x1＝100[mm])。此外，这两个Pi压修正率运算表7a、7b只要是进行各自同样举动的表，则也可以针对各执行机构进行不同的定义。
<2.2.执行机构目标输出运算部3b>
图10是执行机构目标输出运算部3b的详细图。执行机构目标输出运算部3b具有最大输出运算部10a、旋转基本输出运算部10b、动臂基本输出运算部10c、斗杆基本输出运算部10d、铲斗基本输出运算部10e、旋转动臂输出分配运算部10f和斗杆铲斗分配输出运算部10g，计算液压缸32a、32b、32c以及旋转液压马达28的目标输出。
图11是最大输出运算部10a的详细图。最大输出运算部10a从ECU22输入发动机目标转速。最大输出运算部10a使向输出维度转换的系数在增益(Gain)部11b中作用于将发动机目标转速输入至发动机转速最大扭矩表11a所得到的最大扭矩与发动机目标转速之积，并对减去辅机(搭载于液压挖掘机的空调、收音机等)的消耗输出所得的值进一步在效率(Eff)部11c中乘以效率，由此计算执行机构的最大输出。在效率部11c所利用的“效率”能够根据输入至液压泵23的输出转换为执行机构工作的效率的典型值来决定，但更详细地也能够由将发动机输出作为输入的效率表来决定。通过以上运算，算出执行机构的合计最大输出。
图12是旋转基本输出运算部10b的详细图。旋转基本输出运算部10b输入从压力传感器41取得的旋转体402的右旋转Pi压(右旋转操作量)以及左旋转Pi压(左旋转操作量)、和从速度传感器43取得的旋转体402的旋转速度，并算出旋转单独操作时的目标输出、即旋转基本输出。首先，将左右的旋转Pi压的最大值输入至旋转最大基本输出表12a来决定旋转最大基本输出。该表以相对于旋转Pi压的增加而使旋转最大基本输出单调增加的方式设定。接下来，将旋转速度输入至旋转输出减少增益表12b来决定输出减少增益，并算出其与旋转最大基本输出之积，由此决定旋转基本输出。旋转输出减少增益表12b虽然以相对于旋转速度的增加而使输出减少增益单调减少的方式设定，但这是因为旋转在运动开始时最需要输出，运动开始之后所需要的输出逐渐减少。因此优选为以使旋转操作感顺畅的方式进行协调。
图13是动臂基本输出运算部10c的详细图。动臂基本输出运算部10c输入动臂上扬Pi压(动臂上扬操作量)和动臂下收Pi压(动臂下收操作量)，计算动臂基本输出。动臂上扬Pi压和动臂下收Pi压分别输入至专用的动臂上扬基本输出表13a和动臂下收基本输出表13b并转换为动臂上扬基本输出和动臂下收基本输出，将两者中较大的值作为动臂基本输出。与旋转的情况同样地，以相对于Pi压(操作量)的增加而使基本输出单调增加的方式设定，各基本输出表示单独动作时所需要的输出。
斗杆基本输出运算部10d和铲斗基本输出运算部10e进行与动臂基本输出运算部10c同样的计算来决定各自的基本输出。两运算部10d、10e的运算相当于将图13中的“动臂”这一文字替换为“斗杆”或“铲斗”，由此省略说明。
图14是旋转动臂输出分配运算部10f的详细图。旋转动臂输出分配运算部10f将由最大输出运算部10a计算的最大输出、由四个基本输出运算部10b、10c、10d、10e计算的旋转基本输出、动臂基本输出、斗杆基本输出以及铲斗基本输出作为输入，而计算旋转目标输出和动臂目标输出。
首先，旋转动臂输出分配运算部10f将斗杆基本输出和铲斗基本输出的合计值输入至斗杆铲斗分配输出表14a，计算斗杆铲斗分配输出。斗杆铲斗分配输出表14a也以相对于作为输入的基本输出的增加而使输出单调增加的方式设定，但输出设为始终比输入小的值。这是基于如下意图：由于在本实施方式的***中使动臂和旋转的输出优先于斗杆和铲斗的输出，所以在同时操作这些部分的情况下，预先为了斗杆和铲斗而确保某种程度的输出。
接下来，旋转动臂输出分配运算部10f由旋转比率运算部14b计算旋转基本输出相对于旋转基本输出与动臂基本输出的合计之比，由动臂比率运算部14c计算动臂基本输出相对于旋转基本输出与动臂基本输出的合计之比。并且，从由最大输出运算部10a输入的最大输出中减去作为表14a的输出的斗杆铲斗分配输出。将该结果所得的值与旋转基本输出中较小的一个，基于由比率运算部14b、14c算出的比率而分配至旋转和动臂，决定旋转目标输出和动臂目标输出。
图15是斗杆铲斗分配输出运算部10g的详细图。斗杆铲斗分配输出运算部10g将由最大输出运算部10a计算的最大输出、由旋转动臂输出分配运算部10f计算的旋转目标输出以及动臂目标输出、由斗杆基本输出运算部10d计算的斗杆基本输出、和由铲斗基本输出运算部10e计算的铲斗基本输出作为输入，计算斗杆目标输出和铲斗目标输出。
斗杆铲斗分配输出运算部10g由斗杆比率运算部15b计算斗杆基本输出相对于斗杆基本输出与铲斗基本输出的合计之比，并由铲斗比率运算部15c计算铲斗基本输出相对于斗杆基本输出与铲斗基本输出的合计之比。并且，从最大输出中减去旋转目标输出与动臂目标输出的合计值，将该结果得到的值与斗杆基本输出中较小的一个，基于由比率运算部15b、15c算出的比率向斗杆和铲斗分配，决定斗杆目标输出和铲斗目标输出。
<2.3.发动机输出指令运算部3c>
在发动机输出指令运算部3c中，将由执行机构目标输出运算部3b计算的各执行机构的目标输出的合计值由典型的泵效率(例如，0.85)进行除法运算，并加上典型的辅机负荷(几kW)，由此计算为了目标动作所必要的发动机输出，并将其作为发动机输出指令。
<2.4.比例电磁阀指令电压运算部3d>
比例电磁阀指令电压运算部3d(参照图3)根据由修正Pi运算部3a计算的修正Pi压决定向比例电磁阀的指令值，将液压执行机构32a、32b、32c，33的Pi压增压并修正前作业装置400的动作。比例电磁阀指令电压运算部3d持有若与液压执行机构对应的比例电磁阀27以某种程度施加电压则成为能够得到设为目标的Pi压的开口的特性图，并基于该特性图来计算比例电磁阀27的指令值。
<3.动作>
接下来，说明对于上述构成的液压挖掘机在动臂操作中操作切换开关30而切换了MC的开/闭的情况下的动作。
3.1.以使铲斗前端从目标施工面60远离那样的动臂Pi压驱动的情况(典型地在动臂上扬的情况下动臂Pi压为正)的MC切换
(3.1.1)MC从闭切换至开的情况
该情况下，动臂动作不需要由MC修正，因此通过动臂Pi压限制值运算部4b，动臂Pi压限制值被计算为0[Mpa]。在该状态下通过切换开关30使MC从闭切换至开的情况下，在该瞬间，第1切换部8i切换至开侧，第2切换部8k切换至TRUE侧，因此，作为输出的修正动臂Pi压成为对动臂Pi压(第1控制信号)与动臂上扬Pi压限制值的MIN值乘以限制比率(动臂Pi压修正率)的值。然后，当中断杆操作而使动臂Pi压接近0[MPa]时，成为动臂Pi压≈动臂Pi压限制值，因此向触发器部8e作为重设值而输入1。由此，第2切换部8k成为FALSE侧而切换限制比率不起作用，随后实施通常的MC。
(3.1.2)MC从开切换至闭的情况
与上述(1)的情况同样地，动臂Pi压限制值计算为0[MPa]。在通过切换开关30而使MC从闭切换至开的情况下，在该瞬间，第1切换部8i成为闭侧，第2切换部8k成为TRUE侧，因此作为输出的修正动臂Pi压成为对动臂Pi压(第1控制信号)乘以限制比率(动臂Pi压修正率)的值。然后，当中断杆操作而动臂Pi压成为0[MPa]时，第2切换部8k成为FALSE侧而切换限制比率不起作用，随后通过通常控制(非MC)进行前作业动作。
3.2.由如使铲斗前端向目标施工面60接近那样的动臂Pi压驱动的情况(典型地在动臂下收的情况下动臂Pi压为负)的MC切换
(3.2.1)MC从闭切换至开的情况
该情况的MC为了降低铲斗前端的下降速度而输入动臂上扬，动臂Pi压限制值成为正值。因此，MC为开时，动臂Pi压限制值＞动臂Pi压。在通过切换开关30而使MC切换至开的瞬间，第1切换部8i切换至开侧，第2切换部8k切换至TRUE侧，因此作为输出的修正动臂Pi压成为对动臂Pi压限制值与动臂上扬Pi压限制值的MIN值乘以限制比率(动臂Pi压修正率)的值。当动臂Pi压的值与动臂Pi压限制值几乎相等时，向触发器部8e作为重设值而输入1。由此第2切换部8k切换至FALSE侧而限制比率不起作用，随后实施通常的MC。
(3.2.2)MC从开切换至闭的情况
在该情况下MC为开时，也成为动臂Pi压限制值＞动臂Pi压的状态。在通过切换开关30使MC切换至闭的瞬间，第1切换部8i成为闭侧，第2切换部8k成为TRUE侧，因此作为输出的修正动臂Pi压成为对动臂Pi压乘以限制比率(动臂Pi压修正率)的值。当中断杆操作而动臂Pi压成为0[MPa]时，第2切换部8k切换至FALSE侧限制比率不起作用，随后能够由通常控制(非MC)进行前作业动作。
<4.效果>
根据以上说明的本实施方式，能够得到以下的作用效果。
(1)在上述的实施方式中，通过设置比率限制部8j、9j，作为控制器20的控制而增加了在通过切换开关30切换MC的开/闭时限制切换前后的修正Pi压的时间变化量的控制。由此，即使在一边使作业装置400动作一边切换MC的开/闭的情况下，也不会使执行机构速度急变动，能够消除在以往技术中无法一边使作业装置400动作一边切换MC的开/闭的这种操作员的操作负担。
(2)在上述的实施方式中，通过在铲斗前端向目标施工面60接近的情况下使Pi压修正率运算部4c利用表7a(参照图7)来计算Pi压修正率，而能够在控制器20的控制中增加随着铲斗前端向目标施工面60接近而缓和MC的开/闭切换时的Pi压的时间变化量的限制的控制。由此，铲斗前端向目标施工面60接近的情况下，Pi压的时间变化量的限制被缓和，因此能够防止执行机构的MC对应延迟而导致铲斗前端侵入至目标施工面60。
(3)在上述的实施方式中，当操作杆26处于中立位置时，动臂Pi压和动臂Pi压限制值均为零，向触发器部8e作为重设值而输入1，由此在控制器20的控制中增加了当MC的开/闭切换时，在操作杆26处于中立时不进行Pi压的时间变化量的限制的控制。由此，当操作杆26处于中立时不进行Pi压的时间变化量的限制(即相对于Pi压的基于动臂Pi压修正率的限制)，成为与以往相同的动作，因此不会对操作员付与操作负担。
(4)在上述的实施方式中，设置最小值选择部8h、9h而以使设定于限制值存储部8g、9g的限制值以下的Pi压肯定向第1切换部8i、9i输出的方式构成，由此在控制器20的控制中增加了当MC为开时将液压缸32a、32b的速度限制得比MC为闭时的最大速度小的控制。由此能够通过MC更高精度地实现目标施工面60的挖掘。
<5.其他>
此外，本发明并不限定于上述实施方式，包括不脱离其要旨的范围内的各种变形例。例如，本发明不限于具有上述实施方式所说明的全部构成，包括将其构成的一部分削除的方案。另外，能够将某一实施方式的构成的一部分向其他的实施方式的构成追加或置换。
上述以液压控制信号(Pi压)的情况为例而说明了各执行机构的控制信号，但控制信号不限于液压信号，也可以为电信号。
另外，上述，在说明由动臂Pi压限制值运算部4b的限制值V1y’的计算的内容中，将从铲斗爪尖到目标施工面60为止的距离设为距离D，但前作业装置400侧的基准点(控制点)不限于铲斗爪尖，能够设定为前作业装置400上的任意的点。
另外，上述在搭载于液压挖掘机的多个液压执行机构28、33、32a、32b、32c中，说明了使动臂液压缸32a自动工作的情况，但也可以构成为使其他的液压执行机构自动工作。
附图标记说明
3a...修正Pi压运算部，3b...执行机构目标输出运算部，3c...发动机输出指令运算部，3d...比例电磁阀指令电压运算部，4a...目标施工面距离运算部，4b...动臂Pi压限制值运算部(第2控制信号运算部)，4c...Pi压修正率运算部，4d...Pi压修正部，8a...切换检测部，8b...减算部，8c...绝对值运算部，8d...比较部，8e...触发器部，8f...最大值选择部，8g...动臂上扬Pi压限制值存储部，8h...最小值选择部，8i...第1切换部(控制信号切换部)，8j...比率限制部，8k...第2切换部，9a...切换检测部，9b...减算部，9c...绝对值运算部，9d...比较部，9e...触发器部，9g...斗杆回收Pi压限制值存储部，9h...最小值选择部，9i...第1切换部(控制信号切换部)，9j...比率限制部，9k...第2切换部，20...控制器，21...发动机，22...发动机控制单元(ECU)，23...液压泵，24...齿轮泵，25...控制阀，26...操作杆，27...比例电磁阀，28...旋转液压马达，30...机械控制开/闭切换开关(切换装置)，33...行驶液压马达，32a...动臂液压缸(第1液压执行机构)，32b...斗杆液压缸(第2液压执行机构)，32c...铲斗液压缸，36...动臂角传感器，37...斗杆角传感器，38...铲斗角传感器，39...车身倾斜角传感器，40...GNNS天线，41...先导压的压力传感器，42...各执行机构的压力传感器，43...各执行机构的速度传感器，50...目标施工面设定装置，51...发动机控制刻度盘，400...前作业装置(作业装置)，401...行驶体，402...旋转体，403...驾驶席，405...动臂，406...斗杆，407...铲斗。

Claims (5)

1.一种作业机械，其具有：
具有铲斗的作业装置；
驱动所述作业装置的第1液压执行机构；
根据操作员的操作而输出所述第1液压执行机构的第1控制信号的操作装置；
控制装置，其记忆有作为所述作业装置的作业对象的目标形状的目标施工面的信息，并且运算使所述第1液压执行机构以使所述作业装置位于所述目标施工面的上方的方式动作的第2控制信号；和
切换装置，其能够选择开位置以及闭位置中的某一个切换位置，
所述控制装置在所述切换装置被切换为所述开位置的情况下，输出所述第1控制信号和所述第2控制信号中的某一个控制信号来控制所述第1液压执行机构的动作，并在所述切换装置被切换为所述闭位置的情况下，输出所述第1控制信号来控制所述第1液压执行机构的动作，
所述作业机械的特征在于，
在所述控制装置内存储有规定了如下关系的表，该关系是作为所述铲斗与所述目标施工面之间的距离的目标施工面距离、与在所述切换装置从所述闭位置向所述开位置切换或从所述开位置向所述闭位置切换时使所述第1液压执行机构动作的控制信号的切换的时间变化率的限制值之间的关系，
所述控制装置将所述切换装置从所述闭位置向所述开位置切换或从所述开位置向所述闭位置切换时的所述第1液压执行机构的控制信号的切换的时间变化率限制为由所述目标施工面距离和所述表所定的规定的时间变化率的限制值。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
在所述铲斗向所述目标施工面接近的情况下，所述规定的变化率以随着所述铲斗的前端与所述目标施工面的距离变小而变大的方式设定。
3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
当所述切换装置被切换为所述开位置时，所述控制装置将所述第1液压执行机构的动作速度控制为比最大速度小的值。
4.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述切换装置设于所述操作装置的握持部。
5.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
具有驱动所述作业装置的第2液压执行机构，
所述操作装置能够根据操作员的操作而输出所述第2液压执行机构的第3控制信号，
所述控制装置在所述操作装置***作的过程中，运算使所述第2液压执行机构依照预先规定的条件而动作的第4控制信号，当从所述操作装置输出了所述第3控制信号时，基于所述第3控制信号以及所述第4控制信号中的某一个控制信号来控制所述第2液压执行机构，
而且，所述控制装置在所述切换装置被切换为所述开位置时，基于所述第3控制信号和所述第4控制信号中的某一个控制信号来控制所述第2液压执行机构，并在所述切换装置被切换为所述闭位置时，基于所述第3控制信号来控制所述第2液压执行机构。
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