CN113073692A - 挖土机以及挖土机用控制装置 - Google Patents

Abstract

一种挖土机以及挖土机用控制装置，该挖土机具备：下部行走体(1)；上部回转体(3)，搭载于下部行走体(1)；挖掘附件，安装于上部回转体(3)；姿势检测装置(M3)，检测挖掘附件的姿势；及控制器(30)，根据与挖掘附件的姿势的推移及挖掘对象地面的当前形状有关的信息和与挖掘附件有关的操作装置(26)的操作内容控制铲斗铲尖角度(α)。

Description

挖土机以及挖土机用控制装置

本发明是本申请人于2016年9月15日提交的中国专利申请号为201680053888.2、发明名称为“挖土机”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种能够检测附件的姿势的挖土机。

背景技术

已知有如下挖土机，即，计算作用于铲斗的挖掘反作用力，当计算的挖掘反作用力大于预先设定的上限值的情况下，使动臂上升而降低铲斗的进入地面深度(参考专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利5519414号公报

专利文献2：日本专利2872456号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，上述挖土机未考虑挖掘对象地面，因此有时无法适当控制挖掘附件。

鉴于上述问题，期望提供一种能够考虑挖掘对象地面而适当地进行挖掘的挖土机。

用于解决课题的手段

本发明的实施例所涉及的挖土机具备：下部行走体；上部回转体，搭载于所述下部行走体；附件，安装于所述上部回转体；姿势检测装置，检测包括铲斗的所述附件的姿势；及控制装置，根据与所述附件的姿势的推移及挖掘对象地面的当前形状有关的信息和与所述附件有关的操作装置的操作内容，控制相对于所述挖掘对象地面的所述铲斗的铲尖角度。

发明效果

通过上述方案，提供一种能够考虑挖掘对象地面而适当地进行挖掘的挖土机。

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是表示构成搭载于图1的挖土机的姿势检测装置的各种传感器的输出内容的一例的挖土机的侧视图。

图3是表示搭载于图1的挖土机的基本***的结构例的图。

图4是表示搭载于图1的挖土机的驱动***的结构例的图。

图5是表示外部运算装置的结构例的功能框图。

图6是由地面形状信息获取部获取的与挖掘对象地面的当前形状有关的信息的示意图。

图7A是说明挖掘初始阶段的图。

图7B是说明挖掘中期阶段的图。

图7C是说明挖掘后期阶段的图。

图8是表示挖掘中期阶段中的铲斗铲尖角度与挖掘反作用力及挖掘量之间的关系的图。

图9是表示铲斗姿势调整处理的流程的流程图。

图10是本发明的实施例所涉及的挖土机的侧视图。

图11是表示与图10的挖土机的挖掘附件有关的各种物理量的挖土机的侧视图。

图12是表示搭载于图10的挖土机的基本***的结构例的图。

图13是表示搭载于图10的挖土机的挖掘控制***的结构例的图。

图14是姿势修正与否判定处理的流程图。

图15是表示净挖掘负载计算处理的流程的一例的流程图。

图16是表示净挖掘负载计算处理的流程的另一例的流程图。

图17是表示净挖掘负载计算处理的流程的又另一例的流程图。

具体实施方式

首先，参考图1对作为本发明的实施例所涉及的施工机械的挖土机(挖掘机)进行说明。图1是本发明的实施例所涉及的挖土机的侧视图。在图1所示的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的前端安装有铲斗6。作为工作要件的动臂4、斗杆5及铲斗6构成作为附件的一例的挖掘附件。附件也可以为挖地基附件、平整附件、疏浚附件等其他附件。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进行液压驱动。在上部回转体3上设置有驾驶室10，并搭载有引擎11等动力源。在上部回转体3上安装有通信装置M1、定位装置M2及姿势检测装置M3。

通信装置M1控制挖土机与外部之间的通信。本实施例中，通信装置M1控制GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星***)测量***与挖土机之间的无线通信。具体而言，通信装置M1以例如1日1次的频度获取开始挖土机的作业时作业现场的地形信息。GNSS测量***采用例如网络型RTK-GNSS定位方式。

定位装置M2测定挖土机的位置及方向。本实施例中，定位装置M2为组装有电子罗盘的GNSS接收器，测定挖土机存在位置的维度、经度、高度，并且测定挖土机的方向。

姿势检测装置M3检测附件的姿势。本实施例中，姿势检测装置M3检测挖掘附件的姿势。

图2是表示构成搭载于图1的挖土机的姿势检测装置M3的各种传感器的输出内容的一例的挖土机的侧视图。具体而言，姿势检测装置M3包括动臂角度传感器M3a、斗杆角度传感器M3b、铲斗角度传感器M3c及车体倾斜传感器M3d。

动臂角度传感器M3a为获取动臂角度的传感器，例如包括检测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、检测动臂4的倾斜角度的倾斜(加速度)传感器等。动臂角度传感器M3a例如获取动臂角度θ1。动臂角度θ1为在XZ平面上连结动臂脚销位置P1与斗杆连结销位置P2的线段P1-P2相对于水平线的角度。

斗杆角度传感器M3b为获取斗杆角度的传感器，例如包括检测斗杆连结销的旋转角度的旋转角度传感器、检测斗杆缸8的行程量的行程传感器、检测斗杆5的倾斜角度的倾斜(加速度)传感器等。斗杆角度传感器M3b例如获取斗杆角度θ2。斗杆角度θ2为在XZ平面上连结斗杆连结销位置P2与铲斗连结销位置P3的线段P2-P3相对于水平线的角度。

铲斗角度传感器M3c为获取铲斗角度的传感器，例如包括检测铲斗连结销的旋转角度的旋转角度传感器、检测铲斗缸9的行程量的行程传感器、检测铲斗6的倾斜角度的倾斜(加速度)传感器等。铲斗角度传感器M3c例如获取铲斗角度θ3。铲斗角度θ3为在XZ平面上连结铲斗连结销位置P3与铲斗铲尖位置P4的线段P3-P4相对于水平线的角度。

车体倾斜传感器M3d为获取挖土机围绕Y轴的倾斜角θ4及挖土机围绕X轴的倾斜角θ5(未图示。)的传感器，例如包括2轴倾斜(加速度)传感器等。图2的XY平面为水平面。

接着，参考图3对挖土机的基本***进行说明。挖土机的基本***主要包括引擎11、主泵14、先导泵15、控制阀17、操作装置26、控制器30及引擎控制装置(ECU)74等。

引擎11为挖土机的驱动源，例如为以维持规定的转速的方式进行动作的柴油引擎。引擎11的输出轴与主泵14及先导泵15的输入轴连接。

主泵14为经由高压液压管路16向控制阀17供给工作油的液压泵，例如为斜板式可变容量型液压泵。主泵14通过变更斜板的角度(偏转角)来调整活塞的行程长度，并能够使吐出流量即泵输出变化。主泵14的斜板通过调整器14a控制。调整器14a根据对电磁比例阀(未图示)的控制电流的变化使斜板的偏转角变化。例如，根据控制电流的增加，调整器14a使斜板的偏转角变大，以增加主泵14的吐出流量。并且，根据控制电流的减少，调整器14a使斜板的偏转角变小，以减少主泵14的吐出流量。

先导泵15为用于经由先导管路25向各种液压控制设备供给工作油的液压泵，例如为固定容量型液压泵。

控制阀17为控制液压***的液压控制阀。控制阀17根据与操纵杆或踏板26A～26C的操作方向及操作量对应的先导管路25a的工作油的压力变化进行动作。工作油从主泵14通过高压液压管路16供给于控制阀17。控制阀17例如选择性地对动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、左行走用液压马达1A、右行走用液压马达1B及回转用液压马达2A中的一个或多个供给工作油。以下的说明中，将动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、左行走用液压马达1A、右行走用液压马达1B及回转用液压马达2A统称为“液压致动器”。

操作装置26为操作人员用于操作液压致动器的装置。操作装置26经由先导管路25从先导泵15接收工作油的供给。而且，通过先导管路25a，向分别与液压致动器对应的流量控制阀的先导端口供给该工作油。将分别向先导端口供给的工作油的压力设为与分别与液压致动器对应的操纵杆或踏板26A～26C的操作方向及操作量对应的压力。

控制器30为用于控制挖土机的控制装置，例如由具备CPU、RAM、ROM等的计算机构成。控制器30的CPU从ROM读取与挖土机的动作或功能对应的程序，并加载到RAM来执行，由此执行分别与这些程序对应的处理。

具体而言，控制器30进行主泵14的吐出流量的控制。例如，根据负控压使上述控制电流变化，并经由调整器14a控制主泵14的吐出流量。

引擎控制装置(ECU)74控制引擎11。引擎控制装置(ECU)74例如根据来自控制器30的指令，向引擎11输出用于根据由操作人员通过引擎转速调整刻度表75设定的引擎转速(模式)来控制引擎11的转速的燃料喷射量等。

引擎转速调整刻度表75为设置于驾驶室10内的、用于调整引擎转速的刻度表，本实施例中，能够以Rmax、R4、R3、R2及R1的5个阶段切换引擎转速。图4表示在引擎转速调整刻度表75中选择R4的状态。

Rmax为引擎11的最高转速，欲以作业量为优先时选择。R4为第二高的引擎转速，欲兼顾作业量和燃料消耗时选择。R3及R2为第三及第四高的引擎转速，欲一边以燃料消耗为优先一边以低噪音运行挖土机时选择。R1为最低的引擎转速(怠速转速)，为欲将引擎11设为怠速状态时选择的怠速模式中的引擎转速。例如，可以将Rmax(最高转速)设为2000rpm，将R1(怠速转速)设为1000rpm，也可以以每250rpm间隔设定成R4(1750rpm)、R3(1500rpm)、R2(1250rpm)的多个阶段。而且，引擎11由在引擎转速调整刻度表75设定的引擎转速恒定地控制转速。在此，示出了通过引擎转速调整刻度表75以5个阶段调整引擎转速的示例，但是不限定于5个阶段，可以是任意个阶段。

在挖土机中，显示装置40配置于驾驶室10的驾驶座附近，以辅助操作人员进行操作。操作人员能够利用显示装置40的输入部42将信息及指令输入到控制器30。挖土机通过将挖土机的运行状况及控制信息显示于显示装置40的图像显示部41，能够向操作人员提供信息。

显示装置40包括图像显示部41及输入部42。显示装置40固定于驾驶室10内的控制台。通常，操作人员就座于驾驶座观察时，在右侧配置有动臂4，操作人员一边目视安装于动臂4的前端的斗杆5及安装于斗杆5的前端的铲斗6，一边操作挖土机的情况较多。驾驶室10的右侧前方的框架为妨碍操作人员的视线的部分。本实施例中，利用该部分设置有显示装置40。在原本妨碍视线的部分配置有显示装置40，因此显示装置40本身不会严重妨碍操作人员的视线。虽也取决于框架的宽度，但是显示装置40也可以构成为纵长地配置图像显示部41，以使整个显示装置40进入框架的宽度之内。

本实施例中，显示装置40经由CAN、LIN等通信网络与控制器30连接。显示装置40也可以经由专用线路与控制器30连接。

显示装置40包括生成显示于图像显示部41上的图像的变换处理部40a。本实施例中，变换处理部40a根据安装于挖土机的摄像装置M5的输出而生成显示于图像显示部41上的相机图像。因此，摄像装置M5例如经由专用线路与显示装置40连接。并且，变换处理部40a根据控制器30的输出而生成显示于图像显示部41上的图像。

变换处理部40a可以不作为显示装置40所具有的功能，而是作为控制器30所具有的功能来实现。这种情况下，摄像装置M5与控制器30连接，并非与显示装置40连接。

显示装置40包括作为输入部42的开关面板。开关面板为包括各种硬件开关的面板。本实施例中，开关面板包括作为硬件按钮的照明开关42a、刮水器开关42b及玻璃窗清洗器开关42c。照明开关42a为用于切换安装于驾驶室10的外部的照明的点灯/灭灯的开关。刮水器开关42b为用于切换刮水器的动作/停止的开关。玻璃窗清洗器开关42c为用于喷射玻璃窗清洗器液的开关。

显示装置40从蓄电池70接收电力的供给来进行动作。蓄电池70以在交流发电机11a(发电机)中发电的电力进行充电。蓄电池70的电力也供给到除了控制器30及显示装置40以外的挖土机的电气安装件72等。引擎11的启动装置11b以来自蓄电池70的电力驱动，并启动引擎11。

引擎11通过引擎控制装置(ECU)74来进行控制。从ECU74始终向控制器30发送表示引擎11的状态的各种数据(例如，表示由水温传感器11c检测的冷却水温(物理量)的数据)。控制器30在临时存储部(存储器)30a存储该数据，需要时能够发送到显示装置40。

并且，如下所示，各种数据供给到控制器30，并存储于临时存储部30a。

表示斜板的偏转角的数据从调整器14a供给到控制器30。并且，表示主泵14的吐出压力的数据从吐出压力传感器14b发送到控制器30。这些数据(表示物理量的数据)存储于临时存储部30a。在储存有由主泵14吸入的工作油的罐与主泵14之间的管路中设置有油温传感器14c。表示流经该管路的工作油的温度的数据从油温传感器14c供给到控制器30。

若操作操纵杆或踏板26A～26C，则通过先导管路25a输送到控制阀17的先导压由先导压传感器15a、15b进行检测。而且，表示先导压的数据供给到控制器30。

表示引擎转速的设定状态的数据从引擎转速调整刻度表75始终发送到控制器30。

外部运算装置30E为根据通信装置M1、定位装置M2、姿势检测装置M3、摄像装置M5等的输出进行各种运算，并且对控制器30输出运算结果的控制装置。本实施例中，外部运算装置30E从蓄电池70接收电力的供给来进行动作。

图4是表示搭载于图1的挖土机的驱动***的结构例的图，分别以双重线、实线、虚线及点线表示机械动力传递管路、高压液压管路、先导管路及电控管路。

挖土机的驱动***主要包括引擎11、主泵14L、14R、吐出流量调整装置14aL、14aR、先导泵15、控制阀17、操作装置26、操作内容检测装置29、控制器30、外部运算装置30E及先导压调整装置50。

控制阀17包括控制由主泵14L、14R吐出的工作油的流量的流量控制阀171～176。而且，控制阀17通过流量控制阀171～176，选择性地对动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、左行走用液压马达1A、右行走用液压马达1B及回转用液压马达2A中的一个或多个供给由主泵14L、14R吐出的工作油。

操作装置26为操作人员用于操作液压致动器的装置。本实施例中，操作装置26通过先导管路25，将由先导泵15吐出的工作油供给到分别与液压致动器对应的流量控制阀的先导端口。

操作内容检测装置29为检测使用操作装置26的操作人员的操作内容的装置。本实施例中，操作内容检测装置29以压力形式检测作为分别与液压致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，并将检测到的值输出到控制器30。操作装置26的操作内容可以使用除了电位器等压力传感器以外的其他传感器的输出而导出。

通过引擎11驱动的主泵14L、14R经过中心旁通管路40L、40R使工作油循环至工作油罐。

中心旁通管路40L为通过配置于控制阀17内的流量控制阀171、173及175的高压液压管路，中心旁通管路40R为通过配置于控制阀17内的流量控制阀172、174及176的高压液压管路。

流量控制阀171、172、173为控制流出/流入到左行走用液压马达1A、右行走用液压马达1B、回转用液压马达2A的工作油的流量及流动方向的滑阀。

流量控制阀174、175、176为控制流出/流入到铲斗缸9、斗杆缸8、动臂缸7的工作油的流量及流动方向的滑阀。

吐出流量调整装置14aL、14aR为调整主泵14L、14R的吐出流量的功能要件。本实施例中，吐出流量调整装置14aL为调整器，根据来自控制器30的控制指令增减主泵14L的斜板偏转角。而且，增减斜板偏转角来增减主泵14L的排量，由此调整主泵14L的吐出流量。具体而言，吐出流量调整装置14aL随着由控制器30输出的控制电流变大，增大斜板偏转角来增大排量，由此增大主泵14L的吐出流量。关于基于吐出流量调整装置14aR的主泵14R调整吐出流量的方法也相同。

先导压调整装置50为调整供给到流量控制阀的先导端口的先导压的功能要件。本实施例中，先导压调整装置50为根据由控制器30输出的控制电流使用由先导泵15吐出的工作油来增减先导压的减压阀。通过该结构，先导压调整装置50与由操作人员进行的铲斗操作操纵杆的操作无关，能够根据来自控制器30的控制电流来开闭铲斗6。并且，与由操作人员进行的动臂操作操纵杆的操作无关，能够根据来自控制器30的控制电流来上升动臂4。

接着，参考图5对外部运算装置30E的功能进行说明。图5是表示外部运算装置30E的结构例的功能框图。本实施例中，外部运算装置30E接收通信装置M1、定位装置M2、姿势检测装置M3的输出来执行各种运算，对控制器30输出该运算结果。控制器30例如对动作控制部E1输出根据该运算结果的控制指令。

动作控制部E1为用于控制附件的动作的功能要件，例如包括先导压调整装置50、流量控制阀171～176等。在流量控制阀171～176为根据电信号进行动作的结构的情况下，控制器30直接向流量控制阀171～176发送电信号。

动作控制部E1也可以包括向挖土机操作人员通知自动调整附件动作的旨意的信息通知装置。信息通知装置例如包括语音输出装置、LED灯等。

具体而言，外部运算装置30E主要包括地形数据库更新部31、位置坐标更新部32、地面形状信息获取部33及挖掘反作用力导出部34。

地形数据库更新部31为更新地形数据库的功能要件，该地形数据库能够参考作业现场的地形信息体系地进行存储。本实施例中，地形数据库更新部31在例如启动挖土机时通过通信装置M1获取作业现场的地形信息来更新地形数据库。地形数据库存储于非易失性存储器等。并且，对作业现场的地形信息，以基于例如世界定位***的三维地形模型来描述。地形数据库更新部31也可以根据由摄像装置M5拍摄的挖土机周边的图像获取作业现场的地形信息来更新地形数据库。

位置坐标更新部32为更新表示挖土机的当前位置的坐标及方向的功能要件。本实施例中，位置坐标更新部32根据定位装置M2的输出获取世界定位***中的挖土机的位置坐标及方向，更新存储于非易失性存储器等的与表示挖土机的当前位置的坐标及方向有关的数据。

地面形状信息获取部33为获取与作业对象的地面当前的形状有关的信息的功能要件。本实施例中，地面形状信息获取部33根据由地形数据库更新部31更新的地形信息、表示由位置坐标更新部32更新的挖土机的当前位置的坐标及方向、由姿势检测装置M3检测的挖掘附件的姿势的过去的推移，获取与挖掘对象地面当前的形状有关的信息。并且，地面形状信息获取部33也可以无需使用与基于姿势检测装置M3的挖掘附件的姿势的推移有关的信息，而是使用根据由摄像装置M5拍摄的挖土机周边的图像获取的作业现场的地形信息来获取与挖掘对象地面当前的形状有关的信息。另外，也可以组合使用与基于姿势检测装置M3的挖掘附件的姿势的推移有关的信息和与基于由摄像装置M5拍摄的图像的地面形状有关的信息。这种情况下，作业中使用与基于姿势检测装置M3的挖掘附件的姿势的推移有关的信息，使用与基于在规定的时刻由摄像装置M5拍摄的图像的地面形状有关的信息，由此也能够对来源于姿势检测装置M3的信息利用来源于摄像装置M5的信息进行校正。

其中，参考图6对地面形状信息获取部33获取与挖掘动作后的地面形状有关的信息的处理进行说明。图6是与挖掘动作后的地面形状有关的信息的示意图。在图6中以虚线表示的多个铲斗形状X0～X8表示进行上次挖掘动作时的铲斗6的轨迹。铲斗6的轨迹从由姿势检测装置M3在过去检测的挖掘附件的姿势的推移导出。并且，在图6中粗实线表示由地面形状信息获取部33掌握的挖掘对象地面当前的截面形状，粗点线表示由地面形状信息获取部33掌握的进行上次挖掘动作之前的挖掘对象地面的截面形状。即，地面形状信息获取部33从进行上次挖掘动作之前的挖掘对象地面的形状去除与进行上次挖掘动作时铲斗6所通过的空间对应的部分，由此导出挖掘对象地面当前的形状。如此，地面形状信息获取部33能够推算挖掘动作后的地面形状。在图6中以单点划线表示的向Z轴方向延伸的各块表示三维地形模型的各要件。各要件例如由在与XY平面平行的单位面积的上表面和在-Z方向具有无限大的长度的模型来表示。三维地形模型可以由三维网格模型来表示。

挖掘反作用力导出部34为导出挖掘反作用力的功能要件。挖掘反作用力导出部34例如根据与挖掘附件的姿势和与挖掘对象地面当前的形状有关的信息导出挖掘反作用力。挖掘附件的姿势通过姿势检测装置M3进行检测，与挖掘对象地面当前的形状有关的信息通过地面形状信息获取部33获来取。并且，如上所述，地面形状信息获取部33可以使用根据由摄像装置M5拍摄的挖土机周边的图像获取的作业现场的地形信息来获取与挖掘对象地面当前的形状有关的信息。另外，挖掘反作用力导出部34可以组合使用与基于姿势检测装置M3的挖掘附件的姿势的推移有关的信息和与基于由摄像装置M5拍摄的图像的地面形状有关的信息。

本实施例中，挖掘反作用力导出部34使用规定的计算式以规定的运算周期导出挖掘反作用力。例如，以挖掘深度越深即挖土机的接地面与铲斗铲尖位置P4(参考图2。)之间的铅垂距离越大则挖掘反作用力越大的方式导出挖掘反作用力。并且，挖掘反作用力导出部34例如以铲斗6的铲尖相对于挖掘对象地面的***地面深度越大则挖掘反作用力越大的方式导出挖掘反作用力。挖掘反作用力导出部34可以考虑沙土密度等沙土特性而导出挖掘反作用力。沙土特性可以是由操作人员通过车载输入装置(未图示。)输入的值，也可以是根据缸压传感器等各种传感器的输出而自动计算的值。

挖掘反作用力导出部34也可以根据挖掘附件的姿势和与挖掘对象地面当前的形状有关的信息来判定是否为正在挖掘当中，将该判定结果输出到控制器30。挖掘反作用力导出部34例如在铲斗铲尖位置P4(参考图2。)与挖掘对象地面之间的铅垂距离成为规定值以下时，判定为正在挖掘当中。挖掘反作用力导出部34也可以在铲斗6的铲尖与挖掘对象地面接触之前判定为正在挖掘当中。

若通过挖掘反作用力导出部34判定为正在挖掘当中，则控制器30根据操作人员的操作内容确定当前的挖掘阶段。控制器30本身也可以根据挖掘附件的姿势和与挖掘对象地面当前的形状有关的信息来判定是否为正在挖掘当中。本实施例中，控制器30根据由操作装置26输出的操作内容确定当前的挖掘阶段。

并且，控制器30根据姿势检测装置M3的输出和与挖掘对象地面当前的形状有关的信息计算铲斗铲尖角度α。铲斗铲尖角度α为铲斗6的铲尖相对于挖掘对象地面的角度。

其中，参考图7A～图7C，对包括挖掘初始阶段、挖掘中期阶段及挖掘后期阶段这3个阶段的挖掘阶段进行说明。图7A～图7C为说明挖掘阶段的图，图7A表示挖掘初始阶段中的铲斗6与挖掘对象地面之间的关系，图7B表示挖掘中期阶段中的铲斗6与挖掘对象地面之间的关系，图7C表示挖掘后期阶段中的铲斗6与挖掘对象地面之间的关系。

挖掘初始阶段是指如在图7A中以箭头表示那样使铲斗6向铅垂下方移动的阶段。因此，挖掘初始阶段中的挖掘反作用力主要由将铲斗6的铲尖***到挖掘对象地面时的***阻力构成，主要朝向铅垂上方。***阻力与铲斗6的铲尖的***地面深度成比例。并且，若铲斗6的铲尖的***地面深度相同，则***阻力在铲斗铲尖角度α为大致90度时最小。例如控制器30判定为正在挖掘当中进行动臂下降操作的情况下，采用挖掘初始阶段作为当前的挖掘阶段。

挖掘中期阶段是指如在图7B中以箭头表示那样使铲斗6向挖土机的机身侧靠近的阶段。因此，挖掘中期阶段中的挖掘反作用力主要由对挖掘对象地面的滑动断裂的剪切阻力构成，主要朝向远离机身的方向。例如控制器30判定为正在挖掘当中进行斗杆关闭操作的情况下，采用挖掘中期阶段作为当前的挖掘阶段。或者，控制器30判定为正在挖掘当中不进行动臂下降操作且进行斗杆关闭操作的情况下，也可以采用挖掘中期阶段作为当前的挖掘阶段。图6的X4a表示挖掘中期阶段中在铲斗铲尖角度α为50度的状态下向挖土机的机身侧靠近的铲斗6的形状。

铲斗铲尖角度α越小则越难产生挖掘对象地面的滑动断裂，因此挖掘中期阶段中的挖掘反作用力变大。相反地，铲斗铲尖角度α越大则越容易产生挖掘对象地面的滑动断裂，因此挖掘中期阶段中的挖掘反作用力变小。铲斗铲尖角度α大于90度的情况下，铲斗铲尖角度α越大，则挖掘量越小。

图8表示挖掘中期阶段中的铲斗铲尖角度α与挖掘反作用力及挖掘量之间的关系的一例。具体而言，横轴与铲斗铲尖角度α对应，左侧的第1纵轴与挖掘反作用力对应，右侧的第2纵轴与挖掘量对应。图8的挖掘量表示在以任意的角度维持铲斗铲尖角度α的状态下以规定的深度及规定的靠近距离进行挖掘时的挖掘量。挖掘反作用力的推移以实线表示，挖掘量的推移以虚线表示。图8的例中，铲斗铲尖角度α越小，挖掘中期阶段中的挖掘反作用力越大。挖掘量在铲斗铲尖角度α为100度附近时成为极大值，随着远离100度附近而减少。在图8中以点图案表示的铲斗铲尖角度α的角度范围(90度以上且180度以下的范围)是适于挖掘中期阶段的铲斗铲尖角度α的角度范围的一例，在挖掘中期阶段提供挖掘反作用力与挖掘量的适当平衡。从挖掘初始阶段过渡到挖掘中期阶段时也示出相同的倾向。

挖掘后期阶段是指如在图7C中以箭头表示那样使铲斗6向铅垂上方抬起的阶段。因此，挖掘后期阶段中的挖掘反作用力主要由取入到铲斗6内的沙土等的重量构成，主要朝向铅垂下方。例如控制器30判定为正在挖掘当中进行动臂上升操作的情况下，采用挖掘后期阶段作为当前的挖掘阶段。或者，判定为正在挖掘当中不进行斗杆关闭操作且进行动臂上升操作的情况下，控制器30也可以采用挖掘后期阶段作为当前的挖掘阶段。

并且，控制器30根据铲斗铲尖角度α及挖掘反作用力的至少一个与当前的挖掘阶段判定是否执行自动调整铲斗6的姿势的控制(以下，称为“铲斗姿势控制”。)。

并且，控制器30根据挖掘中期阶段中的挖掘反作用力判定是否执行自动上升动臂4的控制(以下，称为“动臂上升控制”。)。本实施例中，由挖掘反作用力导出部34导出的挖掘反作用力为规定值以上的情况下，控制器30执行动臂上升控制。

接着，参考图9对选择性地执行铲斗姿势控制的处理(以下，称为“铲斗姿势调整处理”。)的流程进行说明。图9是表示铲斗姿势调整处理的流程的流程图。若通过挖掘反作用力导出部34判定为正在挖掘当中，则控制器30以规定周期反复执行该铲斗姿势调整处理。

首先，控制器30确定挖掘阶段(步骤ST1)。本实施例中，控制器30根据由操作装置26输出的操作内容确定当前的挖掘阶段。

之后，控制器30判定当前的挖掘阶段是否为挖掘初始阶段(步骤ST2)。本实施例中，控制器30判定为正在进行动臂下降操作的情况下，判定当前的挖掘阶段为挖掘初始阶段。

判定为挖掘初始阶段的情况下(步骤ST2中的“是”)，控制器30判定当前的铲斗铲尖角度α与初始目标角度(例如90度)的角度差(绝对值)是否大于规定的阈值TH1(步骤ST3)。初始目标角度可以预先记录，也可以根据各种信息动态地计算。

判定角度差为阈值TH1以下的情况下(步骤ST3中的“否”)，控制器30不执行铲斗姿势的控制，结束此次的铲斗姿势调整处理，继续执行通常控制。即，继续根据各种操作操纵杆的操纵杆操作量的挖掘附件的驱动。

另一方面，判定角度差大于阈值TH1的情况下(步骤ST3中的“是”)，控制器30执行铲斗姿势的控制(步骤ST4)。在此，控制器30调整相对于作为动作控制部E1的先导压调整装置50的控制电流，并调整作用于与铲斗缸9相关的流量控制阀174的先导端口的先导压。而且，控制器30以铲斗铲尖角度α成为初始目标角度(例如90度)的方式使铲斗6自动开闭。

例如，如图7A所示，铲斗6的铲尖与挖掘对象地面即将接触之前的铲斗铲尖角度α为50度的情况下，控制器30判定与初始目标角度(90度)的角度差(40度)大于阈值TH1。而且，控制器30调整对先导压调整装置50的控制电流而使铲斗6自动关闭，以使铲斗铲尖角度α成为初始目标角度(90度)。

通过该铲斗姿势控制，控制器30能够将铲斗6与挖掘对象地面接触时的铲斗铲尖角度α调整为通常适于挖掘初始阶段的角度(大致90度)。其结果，能够使***阻力变小而降低挖掘反作用力。

步骤ST2中，判定为不是挖掘初始阶段的情况下(步骤ST2中的“否”)，控制器30判定当前的挖掘阶段是否为挖掘中期阶段(步骤ST5)。本实施例中，控制器30判定为进行斗杆关闭操作的情况下，判定当前的挖掘阶段为挖掘中期阶段。

判定为是挖掘中期阶段的情况下(步骤ST5中的“是”)，控制器30判定铲斗铲尖角度α是否小于允许最小角度(例如90度)(步骤ST6)。其中，允许最小角度可以预先记录，也可以根据各种信息动态地计算。

判定铲斗铲尖角度α小于允许最小角度(90度)的情况下(步骤ST6中的“是”)，控制器30判定为挖掘反作用力有可能过度变大，并执行铲斗姿势控制(步骤ST7)。在此，控制器30调整对先导压调整装置50的控制电流，并调整作用于流量控制阀174的先导端口的先导压。而且，控制器30以铲斗铲尖角度α成为适于挖掘中期阶段的角度(例如，90度以上且180度以下的角度)的方式自动关闭铲斗6。适于挖掘中期阶段的角度可以预先记录，也可以根据各种信息动态地计算。控制器30也可以使用作为适于挖掘中期阶段的角度的中期目标角度来代替允许最小角度。而且，也可以判定当前的铲斗铲尖角度α与中期目标角度的角度差(绝对值)是否大于规定的阈值来代替是否小于允许最小角度的判定。而且，判定为该角度差大于规定的阈值的情况下，以铲斗铲尖角度α成为中期目标角度的方式自动开闭铲斗6。中期目标角度可以预先记录，也可以根据各种信息动态地计算。

例如，如图7B所示，在使铲斗6即将靠近挖土机的机身侧之前的铲斗铲尖角度α为85度的情况下，控制器30判定为铲斗铲尖角度α小于允许最小角度(90度)。而且，控制器30调整对先导压调整装置50的控制电流使铲斗6自动关闭，以使铲斗铲尖角度α成为适于挖掘中期阶段的角度(例如100度)。

通过该铲斗姿势控制，控制器30能够将挖掘中期阶段的铲斗铲尖角度α调整为通常适于挖掘中期阶段的角度(90度以上且180度以下的角度)。其结果，能够一边降低挖掘反作用力，一边抑制挖掘量的降低。

另一方面，判定铲斗铲尖角度α为允许最小角度(90度)以上的情况下(步骤ST6中的“否”)，控制器30判定挖掘反作用力是否大于规定的阈值TH2(步骤ST8)。本实施例中，控制器30判定由挖掘反作用力导出部34导出的挖掘反作用力是否大于阈值TH2。控制器30也可以根据斗杆缸8的底侧油室中的工作油的压力(以下，称为“斗杆底压”。)、铲斗缸9的底侧油室中的工作油的压力(以下，称为“铲斗底压”。)等计算挖掘反作用力。

判定挖掘反作用力为阈值TH2以下的情况下(步骤ST8中的“否”)，控制器30不执行铲斗姿势的控制，结束此次的铲斗姿势调整处理，继续执行通常的控制。其原因在于能够判断以当前的铲斗铲尖角度α能够继续挖掘作业。

判定挖掘反作用力大于阈值TH2的情况下(步骤ST8中的“是”)，控制器30判定该挖掘反作用力是否为规定的阈值TH3(＞TH2)以下(步骤ST9)。

而且，判定挖掘反作用力为阈值TH3以下的情况下(步骤ST9中的“是”)，控制器30判断为以当前的铲斗铲尖角度α有可能无法继续挖掘作业，并执行铲斗姿势控制(步骤ST10)。在此，控制器30调整对先导压调整装置50的控制电流，并调整作用于流量控制阀174的先导端口的先导压。而且，控制器30以挖掘反作用力成为阈值TH2以下的方式自动关闭铲斗6，使铲斗铲尖角度α增大。其原因在于使其容易发生挖掘对象地面的滑动断裂来降低挖掘反作用力。

另一方面，判定挖掘反作用力大于阈值TH3的情况下(步骤ST9中的“否”)，控制器30判断为即使执行铲斗姿势的控制也有可能无法继续挖掘作业，并执行动臂上升的控制(步骤ST11)。在此，控制器30调整对先导压调整装置50的控制电流，并调整作用于与动臂缸7相关的流量控制阀176的先导端口的先导压。而且，控制器30以挖掘反作用力成为阈值TH3以下的方式自动上升动臂4。

步骤ST5中，判定为不是挖掘中期阶段的情况下(步骤ST5中的“否”)，控制器30判定当前的挖掘阶段为挖掘后期阶段。控制器30判定为正在进行动臂上升操作的情况下，也可以判定当前的挖掘阶段为挖掘后期阶段。

而且，控制器30判定挖掘反作用力是否大于规定的阈值TH4(步骤ST12)。

判定挖掘反作用力为阈值TH4以下的情况下(步骤ST12中的“否”)，控制器30不执行铲斗姿势的控制，结束此次的铲斗姿势的调整处理，并继续执行通常的控制。其原因在于能够判断以当前的铲斗铲尖角度α能够继续挖掘作业。

另一方面，判定挖掘反作用力大于阈值TH4的情况下(步骤ST12中的“是”)，控制器30判断为无法抬起铲斗6，执行铲斗姿势的控制(步骤ST13)。其中，控制器30调整对先导压调整装置50的控制电流，并调整作用于流量控制阀174的先导端口的先导压。而且，控制器30以挖掘反作用力成为阈值TH4以下的方式自动打开铲斗6来降低铲斗铲尖角度α。其原因在于降低取入于铲斗6的沙土等的重量。

例如，如图7C所示，向铅垂上方即将抬起铲斗6之前的铲斗铲尖角度α为180度的情况下，控制器30调整对先导压调整装置50的控制电流使铲斗6自动打开。其原因在于减小铲斗铲尖角度α而将挖掘反作用力设为阈值TH4以下。

通过这种处理的流程，控制器30以辅助操作人员的操纵杆操作的形式支持挖掘作业，并能够一边降低挖掘反作用力，一边抑制挖掘量的降低。

例如，控制器30能够防止在铲斗铲尖角度α显著偏离初始目标角度的状态下开始挖掘初始阶段，并能够防止在挖掘初始阶段中挖掘反作用力过度变大。

并且，控制器30能够防止在铲斗铲尖角度α显著偏离适于挖掘中期阶段的角度范围的状态下进行挖掘中期阶段，并能够防止在挖掘中期阶段中挖掘反作用力过度变大。并且，能够防止挖掘量过度减少。

并且，控制器30能够防止在铲斗6内的沙土等的重量过度大的状态下进行挖掘后期阶段，并能够防止在挖掘后期阶段中挖掘反作用力过度变大。

并且，控制器30在正在挖掘当中以规定周期反复执行该铲斗姿势调整处理，但是也可以仅限于包括开始挖掘初始阶段时、开始挖掘中期阶段时及开始挖掘后期阶段时的规定的时刻执行该铲斗姿势调整处理。

接着，参考图10～图17对能够更适当地控制挖掘附件的挖土机(挖掘机)进行说明。

已知有根据铲斗缸中的工作油的压力计算使铲斗旋转的作用力，并根据其作用力计算挖掘力矩的挖土机(参考专利文献2。)。

该挖土机通过根据计算的挖掘力矩的变化自动控制铲斗缸及动臂缸的伸缩，与手动操作的情况相比，抑制挖掘力矩。

但是，专利文献2的挖土机仅是根据铲斗缸中的工作油的压力计算挖掘力矩，并未考虑根据挖掘附件的姿势改变的挖掘附件的惯性力矩(挖掘力矩中并不有助于实际挖掘的力矩)。因此，专利文献1的挖土机中，所计算的挖掘力矩有可能背离实际的挖掘力矩，有可能无法适当地控制铲斗缸及动臂缸的伸缩。

鉴于上述问题，期望提供一种能够更适当地控制挖掘附件的挖土机。

图10是本发明的实施例所涉及的挖土机的侧视图。在图10所示的挖土机的下部行走体1上经由回转机构2可回转地搭载有上部回转体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的前端安装有铲斗6。作为工作要件的动臂4、斗杆5及铲斗6构成作为附件的一例的挖掘附件。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进行液压驱动。在上部回转体3上设置有驾驶室10，并搭载有引擎11等动力源。

在挖掘附件上安装有姿势检测装置M3。姿势检测装置M3检测挖掘附件的姿势。本实施例中，姿势检测装置M3包括动臂角度传感器M3a、斗杆角度传感器M3b及铲斗角度传感器M3c。

动臂角度传感器M3a为获取动臂角度的传感器，例如包括检测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、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M3b及铲斗角度传感器M3c也相同。

图11是表示与挖掘附件相关的各种物理量的挖土机的侧视图。动臂角度传感器M3a例如获取动臂角度(θ1)。动臂角度(θ1)为在XZ平面上连结动臂脚销位置P1与斗杆连结销位置P2的线段P1-P2相对于水平线的角度。斗杆角度传感器M3b例如获取斗杆角度(θ2)。斗杆角度(θ2)为在XZ平面上连结斗杆连结销位置P2与铲斗连结销位置P3的线段P2-P3相对于水平线的角度。铲斗角度传感器M3c例如获取铲斗角度(θ3)。铲斗角度(θ3)为在XZ平面上连结铲斗连结销位置P3与铲斗铲尖位置P4的线段P3-P4相对于水平线的角度。

接着，参考图12对挖土机的基本***进行说明。挖土机的基本***主要包括引擎11、主泵14、先导泵15、控制阀17、操作装置26、控制器30及引擎控制装置74等。

引擎11为挖土机的驱动源，例如为以维持规定的转速的方式进行动作的柴油引擎。引擎11的输出轴与主泵14及先导泵15的输入轴连接。

主泵14为经由高压液压管路16向控制阀17供给工作油的液压泵，例如为斜板式可变容量型液压泵。斜板式可变容量型液压泵中，根据斜板偏转角的变化改变确定排量的活塞的行程长度，由此改变每1旋转的吐出流量。斜板偏转角通过调整器14a控制。调整器14a根据来自控制器30的控制电流的变化而使斜板偏转角改变。例如，调整器14a根据控制电流的增加使斜板偏转角变大，从而增大主泵14的吐出流量。或者，调整器14a根据控制电流的减少使斜板偏转角减小，并降低主泵14的吐出流量。吐出压力传感器14b检测主泵14的吐出压力。油温传感器14c检测由主泵14吸入的工作油的温度。

先导泵15为用于经由先导管路25向操作装置26等各种液压控制设备供给工作油的液压泵，例如为固定容量型液压泵。

控制阀17为控制与液压致动器有关的工作油的流量的流量控制阀的套件。控制阀17根据与操作装置26的操作方向及操作量对应的先导管路25a的工作油的压力的变化来进行动作。控制阀17从主泵14选择性地向一个或多个液压致动器供给通过高压液压管路16接收的工作油。液压致动器例如包括动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、左行走用液压马达1A、右行走用液压马达1B及回转用液压马达2A等。

操作装置26为操作人员用于操作液压致动器的装置，包括操纵杆26A、操纵杆26B、踏板26C等。操作装置26经由先导管路25从先导泵15接收工作油的供给而生成先导压。而且，通过先导管路25a使该先导压作用于对应的流量控制阀的先导端口。先导压根据操作装置26的操作方向及操作量来改变。操作装置26可以远程操作。这种情况下，操作装置26根据与经由无线通信接收的操作方向及操作量有关的信息来生成先导压。

控制器30为用于控制挖土机的控制装置。本实施例中，控制器30由具备CPU、RAM、ROM等的计算机构成。控制器30的CPU从ROM读取与各种功能对应的程序，并加载到RAM来执行，由此实现分别与这些程序对应的功能。

例如，控制器30实现控制主泵14的吐出流量的功能。具体而言，控制器30根据负控压改变对调整器14a的控制电流，并经由调整器14a控制主泵14的吐出流量。

引擎控制装置74控制引擎11。引擎控制装置74例如控制燃料喷射量等，以便实现经由输入装置设定的引擎转速。

动作模式切换刻度表76为用于切换挖土机的动作模式的刻度表，并设置于驾驶室10内。本实施例中，操作人员能够切换M(手动)模式和SA(半自动)模式。控制器30例如根据动作模式切换刻度表76的输出切换挖土机的动作模式。图12表示在动作模式切换刻度表76中选择SA模式的状态。

M模式为根据操作人员对操作装置26操作输入的内容使挖土机动作的模式。例如是根据操作人员对操作装置26操作输入的内容使动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9动作的模式。SA是在模式满足规定的条件的情况下，不管对操作装置26的操作输入的内容如何都使挖土机自动动作的模式。例如，是在满足规定的条件的情况下，不管对操作装置26的操作输入的内容如何都使动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9自动动作的模式。动作模式切换刻度表76也可以构成为能够切换三个以上的动作模式。

显示装置40为显示各种信息的装置，并配置于驾驶室10内的驾驶座的附近。本实施例中，显示装置40具有图像显示部41及输入部42。操作人员利用输入部42能够将信息及指令输入到控制器30。并且，能够通过观察图像显示部41掌握挖土机的运行状况及控制信息。显示装置40经由CAN、LIN等通信网络与控制器30连接。显示装置40也可以经由专用线路与控制器30连接。

显示装置40从蓄电池70接收电力的供给来进行动作。蓄电池70以由交流发电机11a发电的电力进行充电。蓄电池70的电力可供给到挖土机的电气安装件72等控制器30及显示装置40以外的装置。引擎11的启动装置11b以来自蓄电池70的电力驱动并使引擎11启动。

通过引擎控制装置74控制引擎11。引擎控制装置74向控制器30发送表示引擎11的状态的各种数据(例如，表示由水温传感器11c检测的冷却水温(物理量)的数据)。控制器30将这些数据存储于临时存储部(存储器)30a，能够根据需要发送到显示装置40。关于表示由调整器14a输出的斜板偏转角的数据、表示由吐出压力传感器14b输出的主泵14的吐出压力的数据、表示由油温传感器14c输出的工作油温度的数据、表示由先导压传感器15a、15b输出的先导压的数据等也相同。

缸压传感器S1为检测与挖掘负载有关的信息的挖掘负载信息检测装置的一例，检测液压缸的缸压，并对控制器30输出检测数据。本实施例中，缸压传感器S1包括缸压传感器S11～S16。具体而言，缸压传感器S11检测动臂缸7的底侧油室中的工作油的压力即动臂底压。缸压传感器S12检测动臂缸7的杆侧油室中的工作油的压力即动臂杆压。相同地，缸压传感器S13检测斗杆底压，缸压传感器S14检测斗杆杆压，缸压传感器S15检测铲斗底压，缸压传感器S16检测铲斗杆压。

控制阀E2为根据来自控制器30的指令动作的阀。本实施例中，控制阀E2为了不管对操作装置26的操作输入的内容如何都强制性地使与规定的液压缸有关的流量控制阀进行动作而使用。

图13是表示搭载于图10的挖土机的挖掘控制***的结构例的图。挖掘控制***主要由姿势检测装置M3、缸压传感器S1、控制器30及控制阀E2构成。控制器30包括姿势修正与否判定部35。

姿势修正与否判定部35为判定是否应修正正在挖掘当中的挖掘附件的姿势的功能要件。例如，姿势修正与否判定部35在判定挖掘负载有可能过度变大的情况下，判定为应修正正在挖掘当中的挖掘附件的姿势。

本实施例中，姿势修正与否判定部35根据缸压传感器S1的输出导出挖掘负载，并进行记录。并且，导出与由姿势检测装置M3检测的挖掘附件的姿势对应的空挖掘负载(皮重挖掘负载)。而且，姿势修正与否判定部35从挖掘负载减去空挖掘负载计算净挖掘负载，并根据净挖掘负载判定是否应修正挖掘附件的姿势。

“挖掘”是指一边使挖掘附件与沙土等挖掘对象接触，一边移动挖掘附件，“空挖掘”是指不使挖掘附件与任何地上物接触而移动挖掘附件。

“挖掘负载”是指一边与挖掘对象接触，一边移动挖掘附件时的负载，“空挖掘负载”是指不与任何地上物接触而移动挖掘附件时的负载。

“挖掘负载”、“空挖掘负载”及“净挖掘负载”分别以缸压、缸推力、挖掘转矩(挖掘力的力矩)、挖掘反作用力等任意物理量表示。例如，将作为净挖掘负载的净缸压设为从作为挖掘负载的缸压减去作为空挖掘负载的空挖掘缸压而得到的值来表示。关于利用缸推力、挖掘转矩(挖掘力的力矩)、挖掘反作用力等的情况也相同。

作为缸压，例如，利用缸压传感器S1的检测值。缸压传感器S1的检测值例如为由缸压传感器S11～S16检测的动臂底压(P11)、动臂杆压(P12)、斗杆底压(P13)、斗杆杆压(P14)、铲斗底压(P15)、铲斗杆压(P16)。

缸推力例如根据缸压与在缸内滑动的活塞的受压面积计算。例如，如图11所示，动臂缸推力(f1)由动臂底压(P11)与动臂底侧油室中的活塞的受压面积(A11)的积(P11×A11)即缸拉伸力和动臂杆压(P12)与动臂杆侧油室中的活塞的受压面积(A12)的积(P12×A12)即缸收缩力的差(P11×A11-P12×A12)表示。关于斗杆缸推力(f2)及铲斗缸推力(f3)也相同。

挖掘转矩例如根据挖掘附件的姿势和缸推力来计算。例如，如图11所示，铲斗挖掘转矩(τ3)的大小以铲斗缸推力(f3)的大小乘以其铲斗缸推力(f3)的作用线与铲斗连结销位置P3的距离G3而得到的值表示。距离G3为铲斗角度(θ3)的函数，作为连杆增益的一例。关于动臂挖掘转矩(τ1)及斗杆挖掘转矩(τ2)也相同。

挖掘反作用力例如根据挖掘附件的姿势和挖掘负载来计算。例如，挖掘反作用力F根据将表示挖掘附件的姿势的物理量作为自变量的函数(机构函数)和将表示挖掘负载的物理量作为自变量的函数来计算。具体而言，如图11所示，挖掘反作用力F作为将动臂角度(θ1)、斗杆角度(θ2)及铲斗角度(θ3)作为自变量的机构函数和将动臂挖掘转矩(τ1)、斗杆挖掘转矩(τ2)及铲斗挖掘转矩(τ3)作为自变量的函数的积来计算。将动臂挖掘转矩(τ1)、斗杆挖掘转矩(τ2)及铲斗挖掘转矩(τ3)作为自变量的函数可以为将动臂缸推力(f1)、斗杆缸推力(f2)及铲斗缸推力(f3)作为自变量的函数。

将动臂角度(θ1)、斗杆角度(θ2)及铲斗角度(θ3)作为自变量的函数可以为基于力的平衡式的函数，也可以为基于雅可比式的函数，还可以为基于虚拟工作的原理的函数。

如此，根据各种传感器的当前时刻的检测值而导出挖掘负载。例如，缸压传感器S1的检测值也可以直接用作挖掘负载。或者，根据缸压传感器S1的检测值计算的缸推力也可以用作挖掘负载。或者，从根据缸压传感器S1的检测值计算的缸推力和根据姿势检测装置M3的检测值导出的挖掘附件的姿势计算的挖掘转矩也可以用作挖掘负载。针对挖掘反作用力也相同。

另一方面，空挖掘负载可以与挖掘附件的姿势建立对应地预先存储。例如，也可以利用以能够参考的方式将作为空挖掘负载的空挖掘缸压与动臂角度(θ1)、斗杆角度(θ2)及铲斗角度(θ3)的组合建立对应地存储的空挖掘缸压表。或者，也可以利用以能够参考的方式将作为空挖掘负载的空挖掘缸推力与动臂角度(θ1)、斗杆角度(θ2)及铲斗角度(θ3)的组合建立对应地存储的空挖掘缸推力表。关于空挖掘转矩表、空挖掘反作用力表也相同。空挖掘缸压表、空挖掘缸推力表、空挖掘转矩表、空挖掘反作用力表也可以例如根据由实际的挖土机进行空挖掘时获取的数据生成，并预先存储于控制器30的ROM等。或者，也可以根据由挖土机模拟器等模拟器装置导出的模拟结果生成。并且，也可以使用基于多元线性回归分析的多元线性回归式等计算式来代替参照表。使用多元线性回归式的情况下，空挖掘负载例如根据当前时刻的动臂角度(θ1)、斗杆角度(θ2)及铲斗角度(θ3)的组合实时计算。

并且，可以按每一个称为高速、中速、低速的挖掘附件的动作速度准备空挖掘缸压表、空挖掘缸推力表、空挖掘转矩表及空挖掘反作用力表。并且，也可以按每一个称为斗杆关闭时、斗杆打开时、动臂上升时、动臂下降时的挖掘附件的动作内容准备。

当前时刻的净挖掘负载成为规定值以上的情况下，姿势修正与否判定部35判定挖掘负载有可能变得过大。例如，作为净挖掘负载的净缸压成为规定的缸压以上的情况下，姿势修正与否判定部35判定作为挖掘负载的缸压有可能变得过大。规定的缸压可以为根据挖掘附件的姿势的变化而改变的变动值，也可以为不根据挖掘附件的姿势的变化而改变的固定值。

而且，动作模式以SA(半自动)模式驱动期间，在判定为挖掘负载有可能变得过大的情况下，姿势修正与否判定部35判定应修正正在挖掘当中的挖掘附件的姿势，对控制阀E2输出指令。

接收来自姿势修正与否判定部35的指令的控制阀E2，不管对操作装置26的操作输入的内容如何都强制性地使与规定的液压缸有关的流量控制阀进行动作来调整挖掘深度。本实施例中，即使在不操作动臂操作操纵杆的情况下，控制阀E2也强制性地移动与动臂缸7有关的流量控制阀，由此使动臂缸7强制性地拉伸。其结果，能够强制性地使动臂4上升，由此使挖掘深度较浅。或者，即使在不操作铲斗操作操纵杆的情况下，控制阀E2也可以强制性地移动与铲斗缸9有关的流量控制阀，由此使铲斗缸9强制性地伸缩。这种情况下，能够通过强制性地开闭铲斗6来调整铲斗铲尖角度，从而使挖掘深度较浅。铲斗铲尖角度例如为相对于水平面的铲斗6的铲尖的角度。如此，控制阀E2能够强制性地伸缩动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9中的至少一个，由此使挖掘深度较浅。

接着参考图14，对控制器30判定在基于斗杆关闭动作的挖掘中是否需要修正挖掘附件的姿势的处理(以下，称为“姿势修正与否判定处理”。)的流程进行说明。图14是姿势修正与否判定处理的流程图。动作模式设定成SA(半自动)模式的情况下，控制器30以规定的控制周期反复执行该姿势修正与否判定处理。

首先，控制器30的姿势修正与否判定部35获取与挖掘附件有关的数据(步骤ST21)。姿势修正与否判定部35例如获取动臂角度(θ1)、斗杆角度(θ2)、铲斗角度(θ3)、缸压(P11～P16)等。

之后，姿势修正与否判定部35执行净挖掘负载计算处理而计算净挖掘负载(步骤ST22)。对净挖掘负载计算处理的详细内容进行后述。

之后，姿势修正与否判定部35判定铲斗6是否与地面接触(步骤ST23)。姿势修正与否判定部35例如根据先导压传感器15a、15b、缸压传感器S11～S16等的输出判定铲斗6是否与地面接触。例如，斗杆关闭操作期间的膨胀侧油室中的工作油的压力即斗杆底压(P13)成为规定值以上的情况下，判定铲斗6与地面接触。是否进行了斗杆关闭操作可根据先导压传感器15a、15b的输出来判定。

判定铲斗6与地面接触的情况下(步骤ST23中的“是”)，姿势修正与否判定部35判定挖掘负载是否有可能变得过大(步骤ST24)。例如由净挖掘负载计算处理计算的净挖掘负载为规定值以上的情况下，姿势修正与否判定部35判定挖掘负载有可能变得过大。

判定挖掘负载有可能变得过大的情况下(步骤ST24中的“是”)，姿势修正与否判定部35认为需要修正挖掘附件的姿势而执行挖掘深度调整处理(步骤ST25)。例如姿势修正与否判定部35对控制阀E2输出指令，并强制性地移动与动臂缸7有关的流量控制阀，由此使动臂缸7强制性地拉伸。其结果，不管有无对动臂操作操纵杆的操作输入都强制性地使动臂4上升，由此能够使挖掘深度较浅。或者，姿势修正与否判定部35也可以强制性地移动与铲斗缸9有关的流量控制阀，由此使铲斗缸9强制性地伸缩。其结果，不管有无对铲斗操作操纵杆的操作输入都强制性地开闭铲斗6，由此能够使挖掘深度较浅。

判定铲斗6不与地面接触的情况下(步骤ST23中的“否”)，或者判定挖掘负载不可能变得过大的情况下(步骤ST24中的“否”)，姿势修正与否判定部35不执行挖掘深度调整处理，而结束这次的姿势修正与否判定处理。

上述实施例中，姿势修正与否判定部35判定挖掘负载是否有可能变得过大，但是也可以判定挖掘负载是否有可能变得过小。

而且，判定挖掘负载有可能变得过小的情况下，姿势修正与否判定部35也可以认为需要修正挖掘附件的姿势而执行挖掘深度调整处理。

这种情况下，姿势修正与否判定部35例如对控制阀E2输出指令，强制性地移动与动臂缸7有关的流量控制阀，由此使动臂缸7强制性地收缩。其结果，不管有无对动臂操作操纵杆的操作输入都能够强制性地使动臂4下降，由此能够使挖掘深度较深。或者，姿势修正与否判定部35也可以强制性地移动与铲斗缸9有关的流量控制阀，由此使铲斗缸9强制性地伸缩。其结果，不管有无对铲斗操作操纵杆的操作输入都能够强制性地开闭铲斗6，由此使挖掘深度较深。

并且，姿势修正与否判定部35不仅可以用于正在挖掘当中的附件的控制，也可以用于如图7、图8所示的铲斗的铲尖与地面接触的挖掘初始阶段中的铲斗铲尖角度的控制。

接着参考图15，对净挖掘负载计算处理的流程进行说明。图15是表示净挖掘负载计算处理的流程的一例的流程图。

首先，姿势修正与否判定部35获取作为当前时刻的挖掘负载的缸压(步骤ST31)。当前时刻的缸压例如包括由缸压传感器S11检测的动臂底压(P11)。关于动臂杆压(P12)、斗杆底压(P13)、斗杆杆压(P14)、铲斗底压(P15)及铲斗杆压(P16)也相同。

之后，姿势修正与否判定部35获取与当前时刻的挖掘附件的姿势对应的作为空挖掘负载的空挖掘缸压(步骤ST32)。例如，将当前时刻的动臂角度(θ1)、斗杆角度(θ2)及铲斗角度(θ3)作为检索键而参考空挖掘缸压表，由此导出预先存储的空挖掘缸压。空挖掘缸压例如包括空挖掘动臂底压、空挖掘动臂杆压、空挖掘斗杆底压、空挖掘斗杆杆压、空挖掘铲斗底压及空挖掘铲斗杆压中的至少一个。

之后，姿势修正与否判定部35从当前时刻的缸压减去与当前时刻的挖掘附件的姿势对应的空挖掘缸压来计算净缸压(步骤ST33)。净缸压例如包括从动臂底压(P11)减去空挖掘动臂底压而得到的净动臂底压。针对净动臂杆压、净斗杆底压、净斗杆杆压、净铲斗底压及净铲斗杆压也相同。

之后，姿势修正与否判定部35将计算的净缸压作为净挖掘负载而输出(步骤ST34)。

将六个净缸压作为净挖掘负载而导出的情况下，姿势修正与否判定部35根据六个净缸压中的至少一个判定挖掘负载是否有可能变得过大。六个净缸压为净动臂底压、净动臂杆压、净斗杆底压、净斗杆杆压、净铲斗底压及净铲斗杆压。例如，净斗杆底压为第1规定压力值以上，并且净动臂底压为第2规定压力值以上的情况下，姿势修正与否判定部35也可以判定挖掘负载有可能变得过大。或者，净斗杆底压为第1规定压力值以上的情况下，姿势修正与否判定部35也可以判定挖掘负载有可能变得过大。

接着参考图16，对净挖掘负载计算处理的另一例进行说明。图16是表示净挖掘负载计算处理的流程的另一例的流程图。从利用缸推力作为当前时刻的挖掘负载的观点考虑，图16的处理与利用缸压的图15的处理不同。

首先，姿势修正与否判定部35从当前时刻的缸压计算作为挖掘负载的缸推力(步骤ST41)。当前时刻的缸推力例如为动臂缸推力(f1)。动臂缸推力(f1)为动臂底压(P11)与动臂底侧油室中的活塞的受压面积(A11)的积(P11×A11)即缸拉伸力和动臂杆压(P12)与动臂杆侧油室中的活塞的受压面积(A12)的积(P12×A12)即缸收缩力的差(P11×A11-P12×A12)。关于斗杆缸推力(f2)及铲斗缸推力(f3)也相同。

之后，姿势修正与否判定部35获取与当前时刻的挖掘附件的姿势对应的作为空挖掘负载的空挖掘缸推力(步骤ST42)。例如，将当前时刻的动臂角度(θ1)、斗杆角度(θ2)及铲斗角度(θ3)作为检索键而参考空挖掘缸推力表，由此导出预先存储的空挖掘缸推力。空挖掘缸推力例如包括空挖掘动臂缸推力、空挖掘斗杆缸推力及空挖掘铲斗缸推力中的至少一个。

之后，姿势修正与否判定部35从当前时刻的缸推力减去空挖掘缸推力而计算净缸推力(步骤ST43)。净缸推力例如包括从当前时刻的动臂缸推力(f1)减去空挖掘动臂缸推力而得到的净动臂缸推力。针对净斗杆缸推力及净铲斗缸推力也相同。

之后，姿势修正与否判定部35将计算的净缸推力作为净挖掘负载而输出(步骤ST44)。

将3个净缸推力作为净挖掘负载而导出的情况下，姿势修正与否判定部35根据3个净缸推力中的至少一个判定挖掘负载是否有可能变得过大。3个净缸推力为净动臂缸推力、净斗杆缸推力及净铲斗缸推力。例如，净斗杆缸推力为第1规定推力值以上，并且净动臂缸推力为第2规定推力值以上的情况下，姿势修正与否判定部35也可以判定挖掘负载有可能变得过大。或者，净斗杆缸推力为第1规定推力值以上的情况下，姿势修正与否判定部35可以判定挖掘负载有可能变得过大。

或者，将3个净挖掘转矩作为净挖掘负载而导出的情况下，姿势修正与否判定部35也可以根据3个净挖掘转矩中的至少一个判定挖掘负载是否有可能变得过大。3个净挖掘转矩为净动臂挖掘转矩、净斗杆挖掘转矩及净铲斗挖掘转矩。例如，净斗杆挖掘转矩为第1规定转矩值以上，并且净动臂挖掘转矩为第2规定转矩值以上的情况下，姿势修正与否判定部35也可以判定挖掘负载有可能变得过大。或者，净斗杆挖掘转矩为第1规定转矩值以上的情况下，姿势修正与否判定部35也可以判定挖掘负载有可能变得过大。

接着参考图17，对净挖掘负载计算处理的又另一例进行说明。图17是表示净挖掘负载计算处理的流程的又另一例的流程图。在用滤波器从挖掘负载去除相当于空挖掘负载的部分而导出净挖掘负载这一点上，图17的处理与从挖掘负载减去使用参考表而导出的空挖掘负载而导出净挖掘负载的图15及图16的处理不同。

首先，姿势修正与否判定部35获取当前时刻的挖掘负载(步骤ST51)。当前的挖掘负载也可以为缸压、缸推力、挖掘转矩(挖掘力的力矩)及挖掘反作用力中的任一个。

之后，姿势修正与否判定部35用滤波器从当前时刻的挖掘负载去除相当于空挖掘负载的部分而输出净挖掘负载(步骤ST52)。姿势修正与否判定部35例如将由缸压传感器S1输出的电信号作为包括来源于空挖掘负载的频率成分和除此以外的频率成分的电信号而捕捉，并使用带阻滤波器从该电信号去除来源于该空挖掘负载的频率成分。

通过上述结构，控制器30高精度地导出当前的净挖掘负载，由此能够高精度地判定挖掘负载是否有可能变得过大。而且，判定挖掘负载有可能变得过大的情况下，能够自动修正挖掘附件的姿势，以使挖掘深度变浅。其结果，能够防止因挖掘动作期间的过负载而导致停止挖掘附件的动作，并能够实现效率高的挖掘动作。

并且，控制器30高精度地导出当前时刻的净挖掘负载，由此能够高精度地判定挖掘负载是否有可能变得过小。而且，判定挖掘负载有可能变得过小的情况下，能够自动修正挖掘附件的姿势，以使挖掘深度变深。其结果，能够防止基于一次的挖掘动作的挖掘量变得过小，并能够实现效率高的挖掘动作。

如此，控制器30能够在挖掘动作期间自动修正挖掘附件的姿势，以使挖掘反作用力成为适当的大小。因此，能够实现铲斗6的铲尖的正确的定位控制。

并且，控制器30不仅考虑铲斗挖掘转矩，还考虑动臂挖掘转矩及斗杆挖掘转矩，从而能够计算挖掘反作用力。因此，能够更高精度地导出挖掘反作用力。

并且，控制器30不仅可以用于正在挖掘当中的附件的控制，也可以用于如图7、图8所示的铲斗的铲尖与地面接触的挖掘初始阶段的铲斗铲尖角度的控制。

以上，对本发明的优选的实施例进行了详细说明，但是本发明并不限制于上述的实施例，在不脱离本发明的范围内能够对上述的实施例加入各种变形及置换。

例如，上述实施例中，外部运算装置30E作为处于控制器30的外部的其他运算装置而进行了说明，但是也可以一体地统合在控制器30中。并且，外部运算装置30E也可以代替控制器30而直接控制动作控制部E1。

并且，上述实施例中，地形数据库更新部31在启动挖土机时通过通信装置M1获取作业现场的地形信息来更新地形数据库。但是，本发明并不限定于该结构。例如，地形数据库更新部31可以不使用与附件的姿势的推移有关的信息，而是根据由摄像装置M5拍摄的挖土机周边的图像获取作业现场的地形信息来更新地形数据库。

并且，上述实施例中，作为挖掘负载信息检测装置的一例采用缸压传感器，但是也可以作为挖掘负载信息检测装置采用转矩传感器等其他传感器。

并且，本申请主张基于2015年9月16日申请的日本专利申请2015-183321号及2016年3月18日申请的日本专利申请2016-055365号的优先权，并将这些日本专利申请的全部内容通过参考援用于本申请中。

符号说明

1-下部行走体，1A-左行走用液压马达，1B-右行走用液压马达，2-回转机构，2A-回转用液压马达，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-引擎，11a-交流发电机，11b-启动装置，11c-水温传感器，14、14L、14R-主泵，14a-调整器，14aL、14aR-吐出流量调整装置，14b-吐出压力传感器，14c-油温传感器，15-先导泵，15a、15b-先导压传感器，16-高压液压管路，17-控制阀，25、25a-先导管路，26-操作装置，26A～26C-操纵杆或踏板，29-操作内容检测装置，30-控制器，30a-临时存储部，30E-外部运算装置，31-地形数据库更新部，32-位置坐标更新部，33-地面形状信息获取部，34-挖掘反作用力导出部，35-姿势修正与否判定部，40-显示装置，40a-变换处理部，40L、40R-中心旁通管路，41-图像显示部，42-输入部，42a-照明开关，42b-刮水器开关，42c-玻璃窗清洗器开关，50-先导压调整装置，70-蓄电池，72-电气安装件，74-引擎控制装置(ECU)，75-引擎转速调整刻度表，76-动作模式切换刻度表，171～176-流量控制阀，E1-动作控制部，E2-控制阀，M1-通信装置，M2-定位装置，M3-姿势检测装置，M3a-动臂角度传感器，M3b-斗杆角度传感器，M3c-铲斗角度传感器，M3d-车体倾斜传感器，M5-摄像装置，S1、S11～S16-缸压传感器。

Claims (15)

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；

附件，安装于所述上部回转体；

姿势检测装置，检测包括铲斗的所述附件的姿势；及

控制装置，使用来自所述姿势检测装置的输出，根据挖掘阶段以使得所述铲斗关闭的方式控制所述铲斗的铲尖角度。

2.根据权利要求1所述的挖土机，其中，

在使***到所述挖掘对象地面的所述铲斗靠近机身侧时，所述控制装置将所述铲尖角度设为规定角度范围内的角度。

3.根据权利要求1或2所述的挖土机，其中，

在所述上部回转体搭载有摄像装置。

4.根据权利要求3所述的挖土机，其中，

根据由所述摄像装置拍摄的图像获取作业现场的地形信息来更新地形数据库。

5.根据权利要求1或2所述的挖土机，其中，

在所述上部回转体搭载有定位装置。

6.根据权利要求1或2所述的挖土机，其中，

所述控制装置根据附件的缸压传感器来计算挖掘负载。

7.根据权利要求6所述的挖土机，其中，

在所述挖掘负载为阈值以上的情况下，所述控制装置以减小所述挖掘负载的方式修正所述附件的姿势。

8.根据权利要求1或2所述的挖土机，其中，

在所述铲斗的铲尖与所述挖掘对象地面接触时，所述控制装置将所述铲尖角度设为相对于所述挖掘对象地面为大致90度。

9.根据权利要求1或2所述的挖土机，其中，

在使***到所述挖掘对象地面的所述铲斗靠近机身侧时，在挖掘反作用力大于规定值的情况下，所述控制装置使所述铲尖角度变大。

10.根据权利要求1或2所述的挖土机，其中，

在抬起***到所述挖掘对象地面的所述铲斗时，在挖掘反作用力大于规定值的情况下，所述控制装置使所述铲尖角度变小。

11.根据权利要求1或2所述的挖土机，其中，

所述控制装置根据挖掘中的操作内容从多个挖掘阶段中确定当前的挖掘阶段。

12.一种挖土机用控制装置，在挖土机中使用，

该挖土机具备：

下部行走体；

上部回转体，搭载于所述下部行走体；

附件，安装于所述上部回转体；及

姿势检测装置，检测包括铲斗的所述附件的姿势，

在该挖土机用控制装置中，

使用来自所述姿势检测装置的输出，根据挖掘阶段以使得所述铲斗关闭的方式控制所述铲斗的铲尖角度。

13.根据权利要求12所述的挖土机用控制装置，其中，

在使***到挖掘对象地面的所述铲斗靠近机身侧时，控制所述铲尖角度。

14.一种挖土机用控制装置，在挖土机中使用，

该挖土机具备：

下部行走体；

上部回转体，搭载于所述下部行走体；

附件，安装于所述上部回转体；及

姿势检测装置，检测包括铲斗的所述附件的姿势，

在该挖土机用控制装置中，

在挖掘中期阶段，进行与挖掘初始阶段相比而使所述铲斗关闭的控制。

15.一种挖土机用控制装置，在挖土机中使用，

该挖土机具备：

下部行走体；

上部回转体，搭载于所述下部行走体；

附件，安装于所述上部回转体；及

姿势检测装置，检测包括铲斗的所述附件的姿势，

在该挖土机用控制装置中，

在挖掘后期阶段，进行与挖掘中期阶段相比而使所述铲斗关闭的控制。

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