CN111492111B - 挖土机 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例涉及的一种挖土机，其具备：下部行走体(1)；上部回转体(3)，搭载于下部行走体(1)；附属装置，安装于上部回转体(3)；操作装置(26)，设置于上部回转体(3)上所安装的驾驶室(10)内；及控制器(30)，控制按照对操作装置(26)的复合操作而动作的附属装置的动作。控制器(30)导出规定期间内的操作人员的操作倾向，且以维持与该操作倾向相符的附属装置的动作的方式控制附属装置的动作。

Description

挖土机

技术领域

本公开涉及一种具备能够进行复合操作的多个液压驱动器的挖土机。

背景技术

已知有对多个液压缸进行复合操作来控制前端工作机的动作的挖土机(参考专利文献1。)。该挖土机具备命令选择区域限制挖掘控制模式的区域限制开关及在区域限制挖掘控制模式下命令设定挖掘区域(目标挖掘面)的设定开关。挖土机的操作人员通过设定开关设定目标挖掘面的边界且通过区域限制开关开始区域限制挖掘控制模式。在区域限制挖掘控制模式下，以挖土机以铲斗的前端沿挖掘区域的边界移动的方式控制前端工作机的动作。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-350537号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，专利文献1的挖土机为了开始区域限制挖掘控制模式而迫使挖土机的操作人员进行挖掘区域的设定及模式的切换等繁杂的操作，从而不便于使用。

因此，希望提供一种使辅助复合操作的功能更加便利的挖土机。

用于解决技术课题的手段

本发明的实施例涉及的一种挖土机，其具备：下部行走体；上部回转体，搭载于所述下部行走体；附属装置，安装于所述上部回转体；操作装置，设置于所述上部回转体上所安装的操纵室内；及控制装置，控制根据对所述操作装置的复合操作而动作的所述附属装置的动作，所述控制装置导出规定期间内的操作人员的操作倾向，且以维持与该操作倾向相符的所述附属装置的动作的方式控制所述附属装置的动作。

发明的效果

通过上述手段，能够提供一种使辅助复合操作的功能更加便利的挖土机。

附图说明

图1是本发明的实施例所涉及的挖土机的侧视图。

图2是表示图1的挖土机的驱动***的结构例的图。

图3是表示安装有调整机构的操作装置的结构例的图。

图4A是在三维正交坐标系的说明中使用的挖土机的侧视图。

图4B是在三维正交坐标系的说明中使用的挖土机的俯视图。

图5是对XZ平面中的附属装置的状态进行说明的图。

图6是附属装置动作控制处理的流程图。

图7是表示动臂提升操作量、斗杆闭合操作量、铲尖速度及铲尖角度随时间的变化的图。

图8是表示自动控制的流程的框图。

图9是表示自动控制的流程的框图。

图10是表示包含电气式操作装置的操作***的结构例的图。

图11是表示包含电气式操作装置的操作***的另一结构例的图。

具体实施方式

图1是表示作为适用本发明的施工机械的挖土机(挖掘机)的侧视图。在挖土机的下部行走体1上经由回转机构2搭载有上部回转体3。在上部回转体3上安装有动臂4。在动臂4的前端安装有斗杆5，在斗杆5的前端安装有作为端接附属装置的铲斗6。作为工作元件的动臂4、斗杆5及铲斗6构成附属装置的一例即挖掘附属装置。而且，动臂4、斗杆5及铲斗6分别通过动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9来液压驱动。在上部回转体3设置有作为操纵室的驾驶室10且搭载有发动机11等动力源。

图2是表示图1的挖土机的驱动***的结构例的框图，且分别以双重线、粗实线、虚线及点线来表示机械动力传递管路、工作油管路、先导管路及电气控制线。

挖土机的驱动***主要包含发动机11、调节器13、主泵14、先导泵15、控制阀17、操作装置26、压力传感器29、控制器30及姿势检测装置S1等。

发动机11为挖土机的驱动源。在本实施例中，发动机11例如是以维持规定转速的方式动作的作为内燃机的柴油引擎。并且，发动机11的输出轴与主泵14及先导泵15的输入轴连结。

主泵14为用于经由工作油管路将工作油供给至控制阀17的装置，例如为斜板式可变容量型液压泵。

调节器13为用于控制主泵14的排出量的装置。在本实施例中，调节器13例如通过按照主泵14的排出压、来自控制器30的命令电流等而调节主泵14的斜板偏转角，由此控制主泵14的排出量。

先导泵15为经由先导管路向包含操作装置26的各种液压控制设备供给工作油的装置，例如为固定容量型液压泵。

控制阀17为控制挖土机中的液压***的液压控制装置。具体而言，控制阀17包含控制主泵14排出的工作油的流动的多个控制阀。而且，控制阀17通过这些控制阀将主泵14排出的工作油选择性地供给至1个或多个液压驱动器。这些控制阀控制从主泵14通过中间旁通管路流向工作油罐的工作油的流量、从主泵14流向液压驱动器的工作油的流量及从液压驱动器流向工作油罐的工作油的流量。液压驱动器包含动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、左侧行走液压马达1L、右侧行走液压马达1R及回转液压马达2A。

操作装置26为操作人员为了操作液压驱动器而使用的装置。在本实施例中，操作装置26设置于驾驶室10内，并将先导泵15排出的工作油经由先导管路供给至与各液压驱动器对应的控制阀的先导端口。供给至各先导端口的工作油的压力(以下，称为“先导压”。)为与各液压驱动器所对应的操作装置26的操纵杆或踏板的操作方向及操作量相应的压力。

压力传感器29为用于检测对操作装置26的操作内容的传感器。在本实施例中，压力传感器29例如以压力的形式检测与各液压驱动器对应的操作装置26的操纵杆或踏板的操作方向及操作量，并将检测到的值对控制器30进行输出。操作装置26的操作内容也可以使用除了压力传感器以外的其他传感器来进行检测。

姿势检测装置S1检测挖掘附属装置的姿势。在本实施例中，姿势检测装置S1包含车身倾斜传感器、动臂角度传感器、斗杆角度传感器及铲斗角度传感器。动臂角度传感器为获取动臂角度的传感器，例如包含检测动臂4围绕动臂脚销的旋转角度的旋转角度传感器、检测动臂缸7的行程量的行程传感器及检测动臂4的倾斜角度的倾斜(加速度)传感器等。关于斗杆角度传感器及铲斗角度传感器也相同。并且，车身倾斜传感器、动臂角度传感器、斗杆角度传感器及铲斗角度传感器的各传感器也可以是加速度传感器与陀螺仪传感器的组合。在该情况下，根据加速度传感器及陀螺仪传感器各自的输出能够计算车身倾斜角、动臂角度、斗杆角度及铲斗角度等所期望的角度。

控制器30为用于控制挖土机的控制装置。在本实施例中，控制器30例如由具备CPU、RAM、NVRAM及ROM等的计算机构成。并且，控制器30从ROM读取与附属装置控制部31及操作倾向判定部32分别对应的程序而载入RAM，并且使CPU执行所对应的处理。

附属装置控制部31为控制附属装置的动作的功能要件。操作倾向判定部32为判定操作人员的操作倾向的功能要件。基本上，附属装置根据分别对多个操作装置26的操作而进行动作。在此基础上，例如，当规定期间内的多个操作装置26各自的操作内容满足规定的开始条件时，操作倾向判定部32导出规定期间内的操作人员的操作倾向。而且，附属装置控制部31以维持与该操作倾向相符的附属装置的动作的方式控制附属装置的动作，直至满足规定的解除条件。

开始条件例如包含“多个操作装置26各自的操作量经规定期间而得到保持”。具体而言，包含“多个操作装置26各自的各操作量经规定期间小于规定操作量”及“多个操作装置26各自的操作量经规定期间小于规定操作量且其变动幅度小于规定值”等。

操作倾向通过操作倾向判定部32例如根据规定期间内的端接附属装置的移动方向来导出且规定。移动方向例如以相对于水平面的角度来表示。操作倾向根据端接附属装置的移动速度及移动方向来导出且规定。

具体而言，操作倾向例如包含使铲斗6的铲尖直线靠近机身的操作倾向、使铲斗6的铲尖直线远离机身的操作倾向、使铲斗6的铲尖直线上升的操作倾向及使铲斗6的铲尖直线下降的操作倾向等。并且，直线动作还可以包含基于回转的动作。这是为了实现回转方向上的平整作业。

解除条件例如包含“多个操作装置26中的任一操作量成为规定操作量以上”、“多个操作装置26中的任一操作速度成为规定速度以上”、“操作中的操作装置26中的任一个返回到中立位置”及“操作中的操作装置26中的任一个超过中立位置而被向反方向操作”等。

基本上，挖掘附属装置按照分别对于作为操作装置26的动臂操纵杆、斗杆操纵杆及铲斗操纵杆的操作而动作。操作倾向判定部32例如根据动臂操纵杆及斗杆操纵杆分别生成的先导压来掌握各操作内容。而且，当规定期间内的动臂操纵杆及斗杆操纵杆各自的操作内容满足规定的开始条件时，从该操作内容导出规定期间内的操作人员的操作倾向。此时，操作倾向判定部32还可以考虑铲斗操纵杆及回转操纵杆等的操作内容。在本实施例中，以动臂操纵杆及铲斗操纵杆为分别独立的操纵杆来进行说明，但实际上为同1个操纵杆而仅倾倒方向不同。关于斗杆操纵杆与回转操纵杆的关系也相同。

在本实施例中，开始条件例如为动臂操纵杆及斗杆操纵杆各自的操作量经规定期间小于规定操作量(微操作)。

操作倾向例如作为使铲斗6的铲尖沿水平面直线靠近的操作倾向(挖地基作业中的水平拉伸)来导出。在该情况下，铲斗6的铲尖的移动方向作为相对于水平面的角度为零度的方向来导出。

然后，附属装置控制部31以维持与该操作倾向相符的挖掘附属装置的动作的方式自动控制挖掘附属装置的动作，直至满足规定的解除条件。

具体而言，附属装置控制部31以维持与操作倾向判定部32导出的操作倾向相符的铲斗6的铲尖的移动方向(目标移动方向)的方式使动臂缸7及斗杆缸8自动伸缩。可以使铲斗缸9自动伸缩，也可以使回转液压马达自动旋转。

例如，当根据操作人员对动臂操纵杆及斗杆操纵杆的实际操作量计算出的铲尖的移动方向(调整前移动方向)脱离了目标移动方向时，附属装置控制部31通过挖掘附属装置的调整动作来维持目标移动方向。在该情况下，附属装置控制部31通过与操作人员的实际操作量无关地使动臂缸7及斗杆缸8自动伸缩来维持目标移动方向。

在此，参考图3对实现挖掘附属装置的调整动作的调整机构的一例进行说明。图3是表示作为安装有调整机构50的操作装置26的斗杆操纵杆26A的结构例的图。以下的说明对安装有调整机构50的其他操纵杆也同样适用。例如，对用于使动臂用流量控制阀17B左右移动的安装有调整机构50的动臂操纵杆也同样适用。

调整机构50为将斗杆操纵杆26A生成的先导压调整为所期望的先导压的机构，主要包含电磁阀51、电磁阀52L及电磁阀52R等。所期望的先导压为将铲斗6的铲尖的调整前移动方向对齐到目标移动方向所需的先导压。附属装置控制部31根据姿势检测装置S1等的输出计算所期望的先导压。

电磁阀51为在连接先导泵15与斗杆操纵杆26A的管路中设置的电磁比例减压阀，根据来自控制器30的控制电流而增减其开口面积。

电磁阀52L为在连接斗杆操纵杆26A与设置于控制阀17内的斗杆用流量控制阀17A的左侧先导端口17L的管路C1中设置的电磁切换阀，根据来自控制器30的命令来切换其阀位置。电磁阀52L具有第1阀位置及第2阀位置。第1阀位置使管路C11与管路C12连通且切断管路C3与管路C12的连通。第2阀位置切断管路C11与管路C12的连通且使管路C3与管路C12连通。管路C11连接斗杆操纵杆26A与电磁阀52L。管路C12连接电磁阀52L与斗杆用流量控制阀17A的左侧先导端口17L。管路C3连接电磁阀51与电磁阀52L。

电磁阀52R为在连接斗杆操纵杆26A与斗杆用流量控制阀17A的右侧先导端口17R的管路C2中设置的电磁切换阀，根据来自控制器30的命令来切换该阀位置。电磁阀52R具有第1阀位置及第2阀位置。第1阀位置使管路C21与管路C22连通且切断管路C4与管路C22的连通。第2阀位置切断管路C21与管路C22的连通且使管路C4与管路C22连通。管路C21连接斗杆操纵杆26A与电磁阀52R。管路C22连接电磁阀52R与斗杆用流量控制阀17A的右侧先导端口17R。管路C4连接电磁阀51与电磁阀52R。

斗杆操纵杆26A为，若被向闭合方向倾斜，则增大管路C1内的工作油的压力，若被向张开方向倾斜，则增大管路C2内的工作油的压力。管路C1内的工作油的压力即斗杆闭合先导压，由压力传感器29的一例即斗杆闭合先导压传感器29L检测。管路C2内的工作油的压力即斗杆张开先导压，由压力传感器29的一例即斗杆张开先导压传感器29R检测。若斗杆闭合先导压增大，则作为滑阀的斗杆用流量控制阀17A向右方向移动而主泵14与斗杆缸8的底侧油室连通，从而斗杆缸8伸长。若斗杆张开先导压增大，则斗杆用流量控制阀17A向左方向移动而主泵14与斗杆缸8的杆侧油室连通，从而斗杆缸8收缩。

附属装置控制部31为，当使斗杆缸8自动伸长时，对电磁阀51输出命令电流，且对电磁阀52L输出开命令。接收了命令电流的电磁阀51实现与该命令电流相应的开口面积。接收了开命令的电磁阀52L切换为第2阀位置，并使先导泵15排出的工作油流入于管路C12。如此，附属装置控制部31生成所期望的斗杆闭合先导压。

同样地，附属装置控制部31为，当使斗杆缸8自动收缩时，对电磁阀51输出命令电流，并对电磁阀52R输出开命令。接收了命令电流的电磁阀51实现与该命令电流相应的开口面积。接收了开命令的电磁阀52R切换为第2阀位置，并使先导泵15排出的工作油流入于管路C22。如此，附属装置控制部31生成所期望的斗杆张开先导压。

如此，控制器30例如将规定期间内的铲斗6的移动速度及移动方向作为目标移动速度及目标移动方向来设定。而且，根据姿势检测装置S1的检测值，以铲斗6的移动速度及移动方向成为目标移动速度及目标移动方向的方式，对电磁阀51、电磁阀52L及电磁阀52R输出命令。

接着，参考图4A及图4B对本发明的实施例所涉及的控制方法中所使用的三维正交坐标系进行说明。另外，图4A是挖土机的侧视图，图4B是挖土机的俯视图。

如图4A及图4B所示，三维正交坐标系的Z轴相当于挖土机的回转轴PC，三维正交坐标系的原点O相当于回转轴PC与挖土机的设置面的交点。

与Z轴正交的X轴沿附属装置的延伸方向延伸，与Z轴正交的Y轴沿与附属装置的延伸方向垂直的方向延伸。而且，X轴及Y轴与挖土机的回转一同围绕Z轴旋转。另外，关于挖土机的回转角度θ，在如图4B所示的俯视观察下，将相对于Z轴的逆时针方向设为正方向。

并且，如图4A所示，动臂4相对于上部回转体3的安装位置，以作为动臂旋转轴的动臂销的位置即动臂销位置P1来表示。同样地，斗杆5相对于动臂4的安装位置，以作为斗杆旋转轴的斗杆销的位置即斗杆销位置P2来表示。并且，铲斗6相对于斗杆5的安装位置，以作为铲斗旋转轴的铲斗销的位置即铲斗销位置P3来表示。而且，铲斗6的前端位置(例如铲斗6的铲尖位置)以铲斗铲尖位置P4来表示。

连结动臂销位置P1与斗杆销位置P2的线段SG1的长度作为动臂长度而以规定值L₁来表示，连结斗杆销位置P2与铲斗销位置P3的线段SG2的长度作为斗杆长度而以规定值L₂来表示，连结铲斗销位置P3与铲斗铲尖位置P4的线段SG3的长度作为铲斗长度而以规定值L₃来表示。

形成于线段SG1与水平面之间的角度以作为地面角的动臂旋转角度β₁来表示，形成于线段SG2与水平面之间的角度以作为地面角的斗杆旋转角度β₂来表示，形成于线段SG3与水平面之间的角度以作为地面角的铲斗旋转角度β₃来表示。

在此，若将动臂销位置P1的三维坐标设为(X、Y、Z)＝(H_OX、O、H_OZ)，将铲斗铲尖位置P4的三维坐标设为(X、Y、Z)＝(Xe、Ye、Ze)，则Xe、Ze分别由式(1)及式(2)来表示。另外，Xe及Ye表示铲斗6的铲尖的平面位置，Ze表示铲斗6的铲尖的高度。

Xe＝H_OX+L₁cosβ₁+L₂cosβ₂+L₃cosβ₃……(1)

Ze＝H_Oz+L₁sinβ₁+L₂sinβ₂+L₃sinβ₃……(2)

另外，Ye成为0。这是因为铲斗铲尖位置P4存在于XZ平面上。

并且，动臂销位置P1的坐标值为固定值，因此只要确定动臂旋转角度β₁、斗杆旋转角度β₂及铲斗旋转角度β₃，则铲斗铲尖位置P4的坐标值被唯一地确定。同样地，只要确定动臂旋转角度β₁，则斗杆销位置P2的坐标值被唯一地确定，只要确定动臂旋转角度β₁及斗杆旋转角度β₂，则铲斗销位置P3的坐标值被唯一地确定。

接着，参考图4A对使作业部位即铲斗6的铲尖的位置在维持Y坐标及Z坐标的值的同时沿X轴移动的情况进行说明。当铲斗6的铲尖位置从点X0移动至点X1时，斗杆5以斗杆销位置P2为中心向闭合方向进行旋转。伴随于此，动臂4以动臂销位置P1为中心向提升方向进行旋转。然后，当在铲尖位置到达点X1之后从点X1移动至点X2时，斗杆5以斗杆销位置P2为中心向闭合方向进行旋转，但动臂4以动臂销位置P1为中心向下降方向进行旋转。如此，动臂4的旋转方向以点X1为边界进行反转。因此，即使在使作业部位沿同一方向直线移动的情况下，操作人员也需要复杂的操作。

接着，参考图5对动臂角度传感器、斗杆角度传感器及铲斗角度传感器各自的输出与动臂旋转角度β₁、斗杆旋转角度β₂及铲斗旋转角度β₃之间的关系进行说明。图5是对XZ平面中的附属装置的状态进行说明的图。

在图5的例子中，动臂角度传感器设置于动臂销位置P1，斗杆角度传感器设置于斗杆销位置P2，铲斗角度传感器设置于铲斗销位置P3。

动臂角度传感器检测并输出形成于线段SG1与铅垂线之间的角度α₁。斗杆角度传感器检测并输出形成于线段SG1的延长线与线段SG2之间的角度α₂。铲斗角度传感器检测并输出形成于线段SG2的延长线与线段SG3的角度α₃。在图5中，关于角度α₁，将相对于线段SG1的逆时针方向设为正方向。同样地，关于角度α₂，将相对于线段SG2的逆时针方向设为正方向，关于角度α₃，将相对于线段SG3的逆时针方向设为正方向。并且，在图5中，关于动臂旋转角度β₁、斗杆旋转角度β₂及铲斗旋转角度β₃，将相对于与X轴平行的线的逆时针方向设为正方向。

根据以上关系，动臂旋转角度β₁、斗杆旋转角度β₂及铲斗旋转角度β₃使用角度α₁、α₂、α₃而分别以式(3)、式(4)及式(5)来表示。

β₁＝90-α₁……(3)

β₂＝β₁-α₂＝90-α₁-α₂……(4)

β₃＝β₂-α₃＝90-α₁-α₂-α₃……(5)

而且，如上所述，β₁、β₂、β₃以动臂4、斗杆5及铲斗6相对于水平面的斜率来表示。

因此，若使用式(1)～式(5)，只要确定角度α₁、α₂、α₃，则动臂旋转角度β₁、斗杆旋转角度β₂及铲斗旋转角度β₃被唯一地确定，且铲斗铲尖位置P4的坐标值被唯一地确定。同样地，只要确定角度α₁，则动臂旋转角度β₁及斗杆销位置P2的坐标值被唯一地确定，只要确定角度α₁、α₂，则斗杆旋转角度β₂及铲斗销位置P3的坐标值被唯一地确定。

动臂角度传感器、斗杆角度传感器及铲斗角度传感器也可以直接检测动臂旋转角度β₁、斗杆旋转角度β₂及铲斗旋转角度β₃。在该情况下，能够省略式(3)～式(5)的运算。

接着，参考图6对控制器30控制附属装置的动作的处理(以下，称为“附属装置动作控制处理”。)进行说明。图6是附属装置动作控制处理的流程图。

最初，控制器30检测动臂操纵杆及斗杆操纵杆各自的操作量(步骤ST1)。例如，控制器30根据压力传感器29的输出而持续检测动臂操纵杆及斗杆操纵杆各自的操作量并存储于RAM。

然后，控制器30判定动臂操纵杆及斗杆操纵杆各自的操作量是否经规定期间而得到保持(步骤ST2)。例如，控制器30参考存储于RAM的动臂操纵杆及斗杆操纵杆各自的操作量随时间的变化，判定各操作量经规定期间是否小于规定操作量。或者，也可以判定各操作量经规定期间是否小于规定操作量且规定期间中的各操作量的变动幅度是否小于规定值。在此，判定所需的期间(规定期间)及变动幅度(规定值)等例如也可以按每个作业内容、每个机种、每个操作人员任意确定。并且，控制器30也可以根据作业部位即铲斗6的铲尖在规定期间内是否被直线操作来判定各操作量是否经规定期间而得到保持。即，控制器30也可以为了导出规定期间内的操作人员的操作倾向而判定作业部位即铲斗6的铲尖在规定期间内是否被直线操作。

当判定为经规定期间而各操作量得到保持时(步骤ST2的“是”)，控制器30确定铲斗6的铲尖的目标移动速度(步骤ST3)。例如，控制器30根据姿势检测装置S1的输出来导出规定期间内的铲斗6的铲尖的移动轨迹及移动距离。而且，控制器30计算铲尖的平均移动速度，并将该平均移动速度作为目标移动速度来设定。在此，当以维持与操作倾向相符的挖掘附属装置的动作的方式控制挖掘附属装置时，控制器30也可以对操作人员通知操作模式从常规的操作模式变更为辅助模式。具体而言，为了对操作人员传递操作模式从常规的操作模式变更为辅助模式，也可以将该情况显示于显示装置，或进行语音输出。并且，在以维持挖掘附属装置的动作的方式进行控制的期间，也可以持续通知该情况。

然后，控制器30开始控制铲斗6的铲尖的移动方向(步骤ST4)。例如，控制器30根据姿势检测装置S1的输出来导出规定期间内的铲斗6的铲尖的移动轨迹。而且，控制器30将表示各采样时刻的移动方向的角度(相对于水平面的角度)的平均值作为表示目标移动方向的角度来设定。也可以将规定期间内的铲斗6的铲尖的移动轨迹的近似直线相对于水平面的角度作为表示目标移动方向的角度来设定。而且，控制器30以铲斗6的铲尖以目标移动速度向目标移动方向移动的方式使动臂缸7及斗杆缸8伸缩。

如此，控制器30以能够与操纵杆的操作量无关地自动维持且控制作为作业部位的铲斗6的铲尖的移动方向及移动速度的方式，生成目标移动方向及目标移动速度，并控制附属装置的动作。

但是，控制器30也可以并不自动维持移动速度而根据与动臂4、斗杆5及铲斗6中的任一个相关的操纵杆的操作量生成目标移动速度。例如，当根据操作倾向而判定为使作为作业部位的铲斗6的铲尖沿斜坡方向(倾斜面方向)移动时、或判定为沿机身的前后方向(大致水平方向)移动时，也可以根据斗杆操纵杆的操作量生成目标移动速度。或者，当根据操作倾向而判定为使铲斗6的铲尖沿沟槽的壁面沿上下方向(大致铅垂方向)移动时，也可以根据动臂操纵杆的操作量生成目标移动速度。如此，控制器30(例如操作倾向判定部32)也可以根据操作倾向并根据任一操纵杆的操作量来确定是否生成目标移动速度。即，也可以根据操作倾向而从多个操纵杆中选择与导出作业部位的目标移动速度相关联的1个操纵杆。而且，也可以一边根据所确定(选择)的操纵杆的操作量生成目标移动速度，一边根据操作倾向所确定的移动方向移动操作部位。

当判定为经规定期间而各操作量未得到保持时(步骤ST2的“否”)，控制器30无需设定目标移动速度及目标移动方向而结束这次的附属装置动作控制处理。因此，动臂缸7及斗杆缸8并不通过控制器30自动伸缩，而根据操作人员对动臂操纵杆及斗杆操纵杆的实际操作而进行伸缩。

并且，作为判定方法，也可以参考铲斗6的位置随时间的变化，而不是操作量随时间的变化。在该情况下，判定是否经规定期间而铲斗6的移动方向的变动幅度小于规定值且移动速度小于规定值。或者，也可以判定是否经规定期间而铲斗6的移动速度小于规定值且规定期间中的铲斗6的移动速度的变动幅度小于规定值。

接着，参考图7对附属装置动作控制处理的效果进行说明。图7表示动臂操纵杆向提升方向的操作量(动臂提升操作量)、斗杆操纵杆向闭合方向的操作量(斗杆闭合操作量)、铲斗6的铲尖的移动速度(铲尖速度)及表示铲斗6的铲尖的移动方向的角度(铲尖角度)随时间的变化。在该例子中，挖土机的操作人员进行通过动臂操纵杆及斗杆操纵杆的复合操作使铲斗6沿水平面靠近机身侧的挖地基作业。

具体而言，如图7(A)所示，挖土机的操作人员在时刻t1开始动臂操纵杆向提升方向的操作，然后，以大致恒定的操作量B1持续进行向提升方向的操作。并且，如图7(B)所示，操作人员在时刻t1开始斗杆操纵杆向闭合方向的操作，然后，以大致恒定的操作量A1持续进行向闭合方向的操作。

如图7(C)所示，铲斗6的铲尖速度在时刻t1开始上升，然后，维持大致恒定的铲尖速度V1。如图7(D)所示，铲斗6的铲尖角度自时刻t1的时点起维持大致恒定的铲尖角度D1。其结果，铲斗6的铲尖以大致水平向机身方向移动。

当在时刻t2判定为经规定期间而动臂提升操作量及斗杆闭合操作量分别得到保持时，控制器30确定铲斗6的铲尖的目标移动速度。例如，当从时刻t11至时刻t2的期间内的动臂提升操作量始终小于规定操作量TH1且斗杆闭合操作量始终小于规定操作量TH2时，控制器30判定为经规定期间而动臂提升操作量及斗杆闭合操作量分别得到保持。而且，将从时刻t11至时刻t2的期间内的铲尖速度V1的平均值作为目标移动速度来设定。

并且，当在时刻t2判定为经规定期间而动臂提升操作量及斗杆闭合操作量分别得到保持时，控制器30确定铲斗6的铲尖的目标移动方向。例如，控制器30将从时刻t11至时刻t2的期间内的铲尖角度D1的平均值作为表示目标移动方向的角度来设定。

然后，控制器30以维持与该操作倾向(铲尖速度及铲尖角度)相符的挖掘附属装置的动作的方式控制挖掘附属装置的动作，直至满足解除条件。

其结果，如图7(A)的实线所示，在时刻t2以后，即使在实际的动臂提升操作量低于操作量B1且其背离幅度逐渐变大的情况下，动臂用流量控制阀17B也承受与如图7(A)的单点划线所示那样动臂提升操作量维持在操作量B1时大致相同的动臂提升先导压。这是因为，在本实施例中，控制器30根据命令自动控制铲斗6的铲尖速度及铲尖角度。图7(A)的斜线区域表示实际的动臂提升操作量与操作量B1的背离幅度。该背离幅度对应于与基于控制器30的动臂缸7的自动伸长相对应的动臂提升操作量。

用于维持所设定的铲斗6的铲尖的目标移动速度及表示目标移动方向的角度的动臂操纵杆的自动操作量(自动调整前后的先导压差)，根据作业环境而发生变化。即，在图7(A)中示出了承受与动臂提升操作量维持在操作量B1时大致相同的动臂提升先导压的例子，但本发明并不限定于该结构。例如，也可以以动臂提升操作量以规定的斜率增加方式，或者以动臂提升操作量以规定的斜率减少的方式，调整动臂提升先导压。在图4A所示例子中，动臂提升先导压在经过了点X1的时点低于零而成为负值。在该情况下，动臂4向下降方向移动。

并且，如图7(B)的实线所示，在时刻t2以后，即使在实际的斗杆闭合操作量在操作量A1附近上下变动的情况下，斗杆用流量控制阀17A也承受与如图7(B)的单点划线所示那样斗杆闭合操作量维持在操作量A1时大致相同的斗杆闭合先导压。这是因为，在本实施例中，控制器30根据命令自动控制铲斗6的铲尖速度及铲尖角度。图7(B)的斜线区域表示实际的斗杆闭合操作量与操作量A1的背离幅度。该背离幅度对应于与基于控制器30的斗杆缸8的自动伸缩相对应的斗杆操纵杆的操作量。

用于维持所设定的铲斗6的铲尖的目标移动速度及表示目标移动方向的角度的斗杆操纵杆的自动操作量(自动调整前后的先导压差)，根据作业环境而发生变化。即，在图7(B)中示出了承受与斗杆闭合操作量维持在操作量A1时大致相同的斗杆闭合先导压的例子，但本发明并不限定于该结构。例如，也可以以斗杆闭合操作量以规定的斜率增加的方式，或者以斗杆闭合操作量以规定的斜率减少的方式，调整斗杆闭合先导压。

如图7(C)所示，在时刻t2以后，铲尖速度以作为目标移动速度的铲尖速度V1维持为恒定。同样地，如图7(D)所示，在时刻t2以后，铲尖角度以表示目标移动方向的铲尖角度D1维持为恒定。图7(C)及图7(D)的单点划线表示不执行附属装置动作控制处理时的随时间的变化。

在该例子中，实际的动臂提升操作量从操作量B1向下方背离，因此当不执行附属装置动作控制处理时，如图7(D)的单点划线所示，铲尖角度从表示目标移动方向的铲尖角度D1逐渐背离。这表示铲斗6的铲尖位置逐渐变深且挖地基作业的负荷逐渐变大。而且，如图7(C)的单点划线所示，铲尖速度伴随挖地基作业负荷的递增而逐渐下降。控制器30通过执行附属装置动作控制处理，能够避免这种铲尖角度的背离及铲尖速度的下降。并且，能够防止加工面成为倾斜面而不是水平面。

通过以上结构，即使在实际的动臂提升操作量不足以使铲斗6沿水平面靠近的情况下，挖土机的操作人员也能够实现与以恰好适合于使铲斗6沿水平面靠近的动臂提升操作量进行了操作时相同的挖掘附属装置的动作。关于使铲斗6沿水平面远离，或者使铲斗6沿斜坡靠近或远离时也相同。

并且，操作人员在切换不需要基于控制器30的辅助的粗挖掘作业与需要基于控制器30的辅助的精挖掘作业时，不会被要求用于使该辅助有效或者无效的特别的操作或作业。因此，操作人员无需在意基于控制器30的辅助的有效化/无效化而自由切换粗挖掘作业与精加工作业，并且也能够以适当的时机接收基于控制器30的辅助。因此，本发明的实施例所涉及的挖土机能够提高工作效率。

并且，挖土机的操作人员无需留意动臂提升操作量不足及基于控制器30的自动控制已开始，因此能够获得舒适的操作感。但是，当使动臂缸7自动伸缩时，控制器30也可以将该情况传递给操作人员。例如，也可以使用车载显示器、车载扬声器及LED灯等来将该情况传递给操作人员。在该情况下，操作人员能够识别出动臂提升操作量不足，从而能够将该事实在今后的操作技术的改善中借鉴。关于使斗杆缸8等其他液压驱动器自动动作的情况也相同。

基于控制器30的自动控制，是按照操作人员进行的实际复合操作的内容来实现操作人员所希望的挖掘附属装置的动作的自动控制，而不是容许从操作人员进行的实际复合操作内容背离的动作的自动控制。例如，目标移动方向及目标移动速度根据操作人员进行的实际复合操作的内容来进行设定，因此通过控制器30实现的挖掘附属装置的动作不会较大地脱离操作人员所希望的动作。并且，即使在正在执行附属装置动作控制处理的情况下，挖土机的操作人员也能够由于满足解除条件，而在所期望的时机停止挖掘附属装置的动作或者使挖掘附属装置进行其他动作。因此，关于挖土机的操作，也不会带来不协调感。

接着，参考图8及图9对基于控制器30的自动控制的流程的一例进行说明。图8及图9是表示基于控制器30的自动控制的流程的框图。具体而言，图8及图9是控制器30(例如操作倾向判定部32)确定根据哪个操纵杆来生成目标移动速度，并一边根据所确定的操纵杆来生成目标移动速度，一边使作业部位向根据操作倾向确定的移动方向移动时的说明图。

若开始自动控制，则如图8所示，控制器30根据铲尖目标移动速度、铲尖目标移动方向及当前的铲斗6的铲尖位置的三维坐标(Xe、Ye、Ze)，计算单位时间经过后的铲尖位置的三维坐标(Xer、Yer、Zer)。

控制器30的操作倾向判定部32根据操纵杆操作量，判定各操作量是否经规定期间得到保持。操作倾向判定部32也可以接受作业部位即铲斗6的铲尖位置的输入，并判定铲斗6的铲尖位置的动作是否以经规定期间而成为恒定的动作的方式得到保持。而且，当判定为各操作量经规定期间而得到保持时，操作倾向判定部32生成铲尖目标移动速度。

铲尖目标移动速度例如根据操作倾向而生成。铲尖目标移动方向例如根据操纵杆操作而判定。操作倾向例如根据操纵杆操作量而判定。当前的铲尖位置例如根据动臂旋转角度β₁、斗杆旋转角度β₂及铲斗旋转角度β₃而计算。单位时间例如为相当于控制周期整数倍的时间。另外，在本实施例中，铲尖位置的Y坐标的值在移动前后不变。即，单位时间经过后的铲尖位置的Y坐标的值Yer与当前的铲尖位置的Y坐标的值Ye相同。在本实施例中，控制器30在开始控制的时点，确定之后的铲尖位置的移动路径。即，确定将来的每个单位时间的各时点的铲尖位置的坐标值。但是，控制器30也可以按每个单位时间重新计算将来的1个或多个时点的铲尖位置的坐标值。

并且，当与操纵杆的操作量无关地自动控制作为作业部位的铲斗6的铲尖的移动方向及移动速度时，控制器30也可以在操作倾向判定部32中生成目标移动方向及目标移动速度。

当操作倾向判定部32未判定为各操作量经规定期间而得到保持时，与各液压驱动器对应的控制阀17内的流量控制阀根据操纵杆操作量而进行动作。

然后，控制器30根据计算出的X坐标的值Xer及Z坐标的值Zer，生成与动臂4、斗杆5及铲斗6的旋转动作相关的命令值β_1r、β_2r、β_3r。命令值β_1r例如表示能够将铲尖位置对齐到三维坐标(Xer、Yer、Zer)时的动臂4的旋转角度。关于命令值β_2r及命令值β_3r也相同。

控制器30例如使用预先设定的计算式来生成命令值。在本实施例中，控制器30使用上述的式(1)及式(2)来计算能够将铲尖位置对齐到三维坐标(Xer、Yer、Zer)时的命令值β_1r、β_2r、β_3r。这基于X坐标的值xer及Z坐标的值Zer均为命令值β_1r、β_2r、β_3r的函数这一事实。在该情况下，控制器30例如在将铲斗旋转角度β₃设为不变且使动臂旋转角度β₁及斗杆旋转角度β₂这两者变化的前提下计算命令值β_1r、β_2r、β_3r。但是，控制器30也可以在其他前提下计算命令值β_1r、β_2r、β_3r。或者，控制器30也可以参考预先存储有铲尖位置、动臂旋转角度β₁、斗杆旋转角度β₂及铲斗旋转角度β₃之间的关系的表格生成命令值。

然后，如图9所示，控制器30以动臂旋转角度β₁、斗杆旋转角度β₂及铲斗旋转角度β₃各自的实测值成为所生成的命令值β_1r、β_2r、β_3r的方式使动臂4、斗杆5及铲斗6进行动作。在该情况下，控制器30也可以使用式(3)～式(5)，导出与命令值β_1r、β_2r、β_3r对应的命令值α_1r、α_2r、α_3r。而且，控制器30也可以以动臂角度传感器、斗杆角度传感器及铲斗角度传感器的输出即角度α₁、α₂、α₃成为所导出的命令值α_1r、α_2r、α_3r的方式使动臂4、斗杆5、及铲斗6进行动作。

具体而言，控制器30生成与动臂旋转角度β₁的当前值与命令值β_1r之差△β₁对应的动臂缸先导压命令。而且，将与动臂缸先导压命令对应的控制电流对作为电磁阀51的动臂电磁比例阀进行输出。动臂电磁比例阀使与动臂缸先导压命令所对应的控制电流相对应的先导压作用于动臂用流量控制阀17B。

然后，接收了动臂电磁比例阀生成的先导压的动臂用流量控制阀17B，以与先导压对应的流动方向及流量来将主泵14排出的工作油供给至动臂缸7。动臂缸7通过经由动臂用流量控制阀17B供给的工作油进行伸缩。动臂角度传感器检测通过伸缩的动臂缸7而动作的动臂4的角度α₁。

然后，控制器30将动臂角度传感器检测到的角度α₁代入式(3)并计算动臂旋转角度β₁。而且，作为生成动臂缸先导压命令时使用的动臂旋转角度β₁的当前值，将所计算出的值进行反馈。

另外，上述的说明为与基于命令值β_1r的动臂4的动作相关的说明，但在基于命令值β_2r的斗杆5的动作及基于命令值β_3r的铲斗6的动作中也同样能够适用。因此，关于基于命令值β_2r的斗杆5的动作及基于命令值β_3r的铲斗6的动作的流程，省略其说明。

如图8所示，控制器30也可以使用泵排出量导出部CP1、CP2、CP3而从命令值β_1r、β_2r、β_3r导出泵排出量。在本实施例中，泵排出量导出部CP1、CP2、CP3使用预先登录的表格等而从命令值β_1r、β_2r、β_3r导出泵排出量。合计泵排出量导出部CP1、CP2、CP3导出的泵排出量，并作为合计泵排出量而输入于泵流量运算部。泵流量运算部根据所输入的合计泵排出量控制主泵14的排出量。在本实施例中，泵流量运算部通过根据合计泵排出量变更主泵14的斜板偏转角而控制主泵14的排出量。

如此，控制器30能够同时执行动臂用流量控制阀17B、斗杆用流量控制阀17A及铲斗用流量控制阀的开口控制和主泵14的排出量的控制。因此，能够分别对动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9供给适当量的工作油。

如此，控制器30将三维坐标(Xer、Yer、Zer)的计算、命令值β_1r、β_2r、β_3r的生成及主泵14的排出量的确定设为1个控制循环，并通过重复该控制循环来执行自动控制。并且，控制器30通过根据姿势检测装置S1的输出反馈控制铲尖位置，能够提高自动控制的精度。具体而言，通过根据姿势检测装置S1的输出反馈控制分别流入于动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9的工作油的流量，能够提高自动控制的精度。

以上，对本发明的优选实施例进行了说明。然而，本发明并不受上述实施例的限制。上述实施例在不脱离本发明的范围内，能够适用各种变形、替换等。并且，分开说明的特征只要在技术上不发生矛盾，能够进行组合。

例如，在上述实施例中，作为操作装置26采用了液压式操作装置，但也可以采用电气式操作装置。图10表示包含电气式操作装置的操作***的结构例。具体而言，图10的操作***为动臂操作***的一例，主要由先导压工作型控制阀17、作为电气式操纵杆的动臂操纵杆26B、控制器30、动臂提升操作用电磁阀60及动臂下降操作用电磁阀62构成。图10的操作***在斗杆操作***及铲斗操作***等中也同样能够适用。

先导压工作型控制阀17包含斗杆用流量控制阀17A(参考图3。)、动臂用流量控制阀17B(参考图3。)及铲斗用流量控制阀等。电磁阀60构成为能够调整连接先导泵15与动臂用流量控制阀17B的左侧(提升侧)先导端口的油路的流路面积。电磁阀62构成为能够调整连接先导泵15与动臂用流量控制阀17B的右侧(下降侧)先导端口的油路的流路面积。

当进行手动操作时，控制器30根据动臂操纵杆26B的操作信号生成部输出的操作信号(电气信号)生成动臂提升操作信号(电气信号)或动臂下降操作信号(电气信号)。动臂操纵杆26B的操作信号生成部输出的操作信号为根据动臂操纵杆26B的操作量及操作方向而发生变化的电气信号。

具体而言，当向动臂提升方向操作了动臂操纵杆26B时，控制器30将与操纵杆操作量相应的动臂提升操作信号(电气信号)对电磁阀60进行输出。电磁阀60根据动臂提升操作信号(电气信号)调整流路面积，并控制作用于动臂用流量控制阀17B的左侧(提升侧)先导端口的先导压。同样地，当向动臂下降方向操作了动臂操纵杆26B时，控制器30将与操纵杆操作量相应的动臂下降操作信号(电气信号)对电磁阀62进行输出。电磁阀62根据动臂下降操作信号(电气信号)调整流路面积，并控制作用于动臂用流量控制阀17B的右侧(下降侧)先导端口的先导压。

当执行自动控制时，控制器30代替动臂操纵杆26B的操作信号生成部输出的操作信号，根据校正操作信号(电气信号)生成动臂提升操作信号(电气信号)或动臂下降操作信号(电气信号)。校正操作信号可以是控制器30生成的电气信号，也可以是除了控制器30以外的外部控制装置等生成的电气信号。

图11表示包含电气式操作装置的操作***的另一结构例。具体而言，图11的操作***为动臂操作***的另一例，主要由电磁工作型控制阀17、作为电气式操纵杆的动臂操纵杆26B及控制器30构成。图11的操作***在斗杆操作***及铲斗操作***等中也同样能够适用。

电磁工作型控制阀17包含由根据来自控制器30的命令而动作的电磁滑阀构成的动臂用流量控制阀、斗杆用流量控制阀及铲斗用流量控制阀等。

图11的动臂操作***在控制器30直接控制动臂用流量控制阀的点上，与图10的动臂操作***不同。在图10的动臂操作***中，控制器30构成为经由电磁阀60或电磁阀62间接控制动臂用流量控制阀17B(参考图3。)。

在图11的结构中，当进行手动操作时，控制器30根据动臂操纵杆26B的操作信号生成部输出的操作信号(电气信号)生成动臂操作信号(电气信号)。

具体而言，当向动臂提升方向操作了动臂操纵杆26B时，控制器30将与操纵杆操作量相应的动臂提升操作信号(电气信号)对动臂用流量控制阀进行输出。动臂用流量控制阀仅位移与动臂提升操作信号(电气信号)相应的滑阀行程量，并调整流入于动臂缸7的底侧油室的工作油的流量。同样地，当向动臂下降方向操作了动臂操纵杆26B时，控制器30将与操纵杆操作量相应的动臂下降操作信号(电气信号)对动臂用流量控制阀进行输出。动臂用流量控制阀仅位移与动臂下降操作信号(电气信号)相应的滑阀行程量，并调整流入于动臂缸7的杆侧油室的工作油的流量。

当执行自动控制时，控制器30代替动臂操纵杆26B的操作信号生成部输出的操作信号，根据校正操作信号(电气信号)生成动臂提升操作信号(电气信号)或动臂下降操作信号(电气信号)。校正操作信号可以是控制器30生成的电气信号，也可以是除了控制器30以外的外部控制装置等生成的电气信号。

如此，即使在采用电气式操作装置的情况下，本发明的实施例所涉及的挖土机也能够以与采用液压式操作装置时相同的方式进行动作。

符号说明

1-下部行走体，1L-左侧行走液压马达，1R-右侧走液压马达，2-回转机构，2A-回转液压马达，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-驾驶室，11-发动机，13-调节器，14-主泵，15-先导泵，17-控制阀，17A-斗杆用流量控制阀，17B-动臂用流量控制阀，17L-左侧先导端口，17R-右侧先导端口，26-操作装置，26A-斗杆操纵杆，26B-动臂操纵杆，29-压力传感器，29L、29R-先导压传感器，30-控制器，31-附属装置控制部，32-操作倾向判定部，50-调整机构，51、52L、52R-电磁阀，60、62-电磁阀，C1～C4、C11、C12、C21、C22-管路。

Claims (10)

1.一种挖土机，其具备：下部行走体；上部回转体，搭载于所述下部行走体；附属装置，安装于所述上部回转体；及控制装置，控制按照对操纵杆的复合操作而动作的所述附属装置的动作，所述控制装置根据规定期间内的操作人员进行的复合操作的内容导出操作倾向，决定与该操作倾向相符的所述附属装置的移动方向，且以自动地维持所决定的移动方向的方式控制所述附属装置的动作。

2.根据权利要求1所述的挖土机，其中，所述操作倾向根据通过姿势检测装置检测的所述规定期间内的端接附属装置的移动速度及移动方向而被导出。

3.根据权利要求1所述的挖土机，其中，所述控制装置根据所述操纵杆生成的先导压来掌握所述操纵杆的操作内容，当至少2个所述操纵杆各自的操作量经所述规定期间而得到保持时，以维持与所述操作倾向相符的所述附属装置的动作的方式控制所述附属装置的动作。

4.根据权利要求2所述的挖土机，其中，所述控制装置根据通过所述姿势检测装置检测的所述端接附属装置的移动速度及移动方向来掌握所述操纵杆的操作内容，当所述端接附属装置的移动速度及移动方向经所述规定期间而得到保持时，以维持与所述操作倾向相符的所述附属装置的动作的方式控制所述附属装置的动作。

5.根据权利要求1所述的挖土机，其中，所述控制装置对操作人员通知以维持与所述操作倾向相符的所述附属装置的动作的方式控制所述附属装置的动作的情况。

6.根据权利要求1所述的挖土机，其中，所述控制装置以与根据所述操作倾向导出的作业部位的移动速度及移动方向对应的方式控制所述附属装置的动作。

7.根据权利要求1所述的挖土机，其中，所述控制装置以与根据所述操作倾向导出的作业部位的移动方向及根据操纵杆的操作量导出的所述作业部位的移动速度对应的方式控制所述附属装置的动作。

8.根据权利要求7所述的挖土机，其中，所述控制装置根据所述操作倾向，从多个操纵杆中选择与导出所述作业部位的移动速度关联的1个操纵杆。

9.根据权利要求8所述的挖土机，其中，当判定为使所述作业部位沿铅垂方向移动时，所述控制装置选择动臂操纵杆。

10.根据权利要求8所述的挖土机，其中，当判定为使所述作业部位沿斜坡方向或沿水平方向移动时，所述控制装置选择斗杆操纵杆。

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