CN117545896A - 工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制挖掘作业中的挖掘阻力增大且抑制挖掘作业的效率下降的工程机械。工程机械(10)的控制器(50)判定被容纳在铲斗(6)中的砂土的容纳状态，并根据容纳状态的判定结果，输出阻力减少指令信号，该阻力减少指令信号是用于以使铲斗(6)向阻力减少方向(D2、D3、D4)位移的方式使作业装置(3)进行动作的指令信号，该阻力减少方向(D2、D3、D4)是可使作用于铲斗(6)的挖掘阻力减少的方向。

Description

工程机械

技术领域

本发明涉及液压挖掘机等工程机械。

背景技术

专利文献1公开了一种液压挖掘机，在铲斗为了对地面进行挖掘而在地中前进时，即在挖掘时，测量铲斗从地面承受的挖掘反作用力的大小，并根据测量到的挖掘反作用力的大小，使动臂的回转位置变化，若测量到的挖掘力较大，则动臂使铲斗的前进方向偏向上方。

专利文献2公开了动力挖掘机的作业机控制装置。该作业机控制装置包括：第1检测单元，检测动力挖掘机的铲斗、斗杆及动臂的角度；存储单元，存储挖掘阻力小且接近于装满的挖掘状态的铲斗斗尖的移动轨迹；第1控制单元，基于由所述检测单元检测出的铲斗、斗杆及动臂的角度信息和从所述存储单元读取的铲斗斗尖的移动轨迹信息，控制铲斗的姿势；第2检测单元，检测铲斗的挖掘阻力达到设定值以上这一情况；以及根据该第2检测单元的输出，向挖掘阻力变小的方向修正从所述存储单元读取的铲斗斗尖的移动轨迹信息的单元。

专利文献1、2的工程机械在挖掘作业中检测铲斗从地面承受的挖掘反作用力(挖掘阻力)，并在检测出的挖掘反作用力(挖掘阻力)大时，向挖掘阻力变小的上方修正铲斗的前进方向。

专利文献1、2的工程机械中，如上所述，在挖掘作业中，仅基于挖掘反作用力来判定是否减小挖掘阻力，因此，挖掘作业的效率未必谈得上好。具体而言，例如在铲斗的斗齿进入地面时的阻力(贯穿阻力)较大的情况下，进行向上方修正铲斗的前进方向以减小挖掘阻力的控制。在此情况下，铲斗完成挖掘时的铲斗内的砂土量有时会相对于铲斗的容量大幅减少。另一方面，即使铲斗内的砂土量达到铲斗的容量，例如在因土质而导致铲斗的挖掘阻力未达到所述设定值的情况下，仍会继续维持铲斗的前进方向。在此情况下，尽管铲斗内的砂土量已足够，铲斗仍会继续对地中的深处进行挖掘，因此，会消耗多余的能量。因此，专利文献1、2的工程机械的挖掘作业的效率未必谈得上好。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开平8-81977号

专利文献2：日本专利公开公报特开昭62-160325号

发明内容

鉴于上述的问题，本发明的目的在于提供一种能够抑制挖掘作业中的挖掘阻力增大且抑制挖掘作业的效率下降的工程机械。

所提供的工程机械包括：机体；作业装置，包含可起伏地支撑于所述机体的动臂、可转动地支撑于所述动臂的斗杆、以及支撑于所述斗杆的铲斗，所述铲斗具有可转动地安装于所述斗杆的基端部即铲斗基端部、及处于所述铲斗基端部的相反侧的远端部即铲斗远端部，并且具有内表面，所述内表面划定可容纳砂土的空间即容纳空间；至少一个操作装置，用于使所述作业装置进行动作以进行挖掘作业，所述挖掘作业为如下作业：在挖掘姿势下，一边维持至少包含所述铲斗远端部的部分与土地接触的状态，一边使所述铲斗相对于所述土地位移，由此挖掘所述土地的砂土，所述挖掘姿势是所述铲斗基端部配置于比所述铲斗远端部高的位置且能够挖掘所述土地的砂土的所述铲斗的姿势；以及控制器，其中，所述控制器，判定被容纳在所述铲斗中的砂土的容纳状态，根据所述容纳状态的判定结果，输出阻力减少指令信号，所述阻力减少指令信号是用于以使所述铲斗向阻力减少方向位移的方式使所述作业装置进行动作的指令信号，所述阻力减少方向是可使作用于所述铲斗的挖掘阻力减少的方向。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的液压挖掘机的侧视图。

图2是表示所述液压挖掘机的控制器的功能结构及其输入输出信号的方框图。

图3是表示所述液压挖掘机的铲斗的剖视图，其表示了铲斗的阻力减少动作的一例。

图4是表示所述液压挖掘机的铲斗的剖视图，其表示了铲斗的阻力减少动作的另一例。

图5是表示所述液压挖掘机的铲斗的剖视图，其表示了铲斗的阻力减少动作的又一例。

图6是表示所述液压挖掘机的铲斗的剖视图。

图7是表示所述控制器的运算控制动作的流程图。

图8是表示所述控制器的运算控制动作的另一例的流程图。

图9是表示所述实施方式的变形例所涉及的液压挖掘机的控制器的功能结构及其输入输出信号的方框图。

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本实施方式所涉及的液压挖掘机10的侧视图。如图1所示，液压挖掘机10包括：下部行走体1，可在土地G上行走；上部回转体2，可围绕朝向上下方向的回转中心轴Z回转地支撑于下部行走体1；以及作业装置3，支撑于上部回转体2。下部行走体1及上部回转体2是机体的一例。此外，附图中的“前”及“后”是以上部回转体2的朝向为基准的方向。

下部行走体1包括一对履带行走装置、和连接这些行走装置的下部框架。上部回转体2包括可回转地支撑于下部框架的上部框架、支撑于上部框架的前部的驾驶舱、以及支撑于上部框架的后部的配重。在本实施方式中，作业装置3包括动臂4、斗杆5及铲斗6。

动臂4以可相对于上部回转体2的上部框架起伏的方式支撑于上部框架。具体而言，动臂4具有动臂基端部和动臂远端部，该动臂基端部是以能够以水平轴A1为中心分别向上方向及下方向转动的方式而安装于上部框架的基端部，该动臂远端部是处于该动臂基端部的相反侧的远端部。

斗杆5以可相对于动臂4转动的方式支撑于动臂4。具体而言，斗杆5具有斗杆基端部和斗杆远端部，该斗杆基端部是以能够以水平轴A2为中心分别向收斗杆方向及推斗杆方向转动的方式而安装于动臂远端部的基端部，该斗杆远端部是处于该斗杆基端部的相反侧的远端部。收斗杆方向是斗杆5的斗杆远端部靠近机体的转动方向，推斗杆方向是与收斗杆方向相反的转动方向。

铲斗6以可相对于斗杆5转动的方式支撑于斗杆5。具体而言，铲斗6具有铲斗基端部61和铲斗远端部62，该铲斗基端部61是以能够以水平轴A3为中心分别向收铲斗方向及推铲斗方向转动的方式而安装于斗杆远端部的基端部，该铲斗远端部62是处于该铲斗基端部61的相反侧的远端部。收铲斗方向例如是在如图1所示，铲斗6进行挖掘动作的情况下，铲斗远端部62靠近机体的转动方向，推铲斗方向是与收铲斗方向相反的转动方向。

铲斗6具有包含铲斗基端部61的铲斗主体6A、和多个斗齿6B(多个爪)。铲斗主体6A构成铲斗6的容器部分，具有可容纳砂土的空间即容纳空间。铲斗主体6A具有划定该容纳空间的内表面。多个斗齿6B构成铲斗6的铲斗远端部62，并以沿着铲斗主体6A的宽度方向排列的方式固定于铲斗主体6A的端部。铲斗主体6A的宽度方向是与水平轴A3平行的方向，且是左右方向。多个斗齿6B各自从铲斗主体6A的端部向与所述宽度方向正交的方向突出。

例如，能够使用铲斗6相对于斗杆5的角度，分别规定收铲斗方向及推铲斗方向。将直线L1与直线L2所成的角度设为铲斗角度θ，该直线L1通过斗杆基端部的转动中心即水平轴A2和铲斗基端部的转动中心即水平轴A3，该直线L2通过水平轴A3和铲斗6的远端(斗齿6B的远端)。在此情况下，收铲斗方向是铲斗角度θ变小的转动方向，推铲斗方向是铲斗角度θ变大的转动方向。

液压挖掘机10还具备用于通过液压使作业装置3移动的多个液压致动器。多个液压致动器包含动臂工作缸7、斗杆工作缸8、铲斗工作缸9及回转马达11。

工作缸7、8、9各自由液压工作缸构成，该液压工作缸因接受工作油的供应而进行伸缩动作。动臂工作缸7安装于上部回转体2和动臂4，以使动臂4随着该动臂工作缸7的伸缩而起伏，即，以使动臂4分别向升动臂方向及降动臂方向转动。斗杆工作缸8安装于动臂4和斗杆5，以使斗杆5随着该斗杆工作缸8的伸缩而分别向收斗杆方向及推斗杆方向转动。铲斗工作缸9安装于斗杆5和铲斗6，以使铲斗6随着该铲斗工作缸9的伸缩而分别向收铲斗方向及推铲斗方向转动。

回转马达11是用于通过液压使上部回转体2相对下部行走体1回转的液压马达。回转马达11具有输出轴，该输出轴经由未图示的减速机而连结于上部回转体2的上部框架。回转马达11通过接受工作油的供应，以使所述输出轴向与该工作油的供应方向对应的方向旋转的方式进行动作，由此，可使上部回转体2分别向左回转方向及右回转方向回转。

如图2所示，液压挖掘机10还包括多个操作装置、多个传感器及控制器50。

多个操作装置是能够使作业装置3进行动作以进行挖掘作业的装置，该挖掘作业是如下作业：在铲斗6的姿势处于挖掘姿势下，一边维持至少包含铲斗远端部62的部分与土地G接触的状态，一边使铲斗6相对于土地G位移，从而挖掘土地G的砂土。

多个操作装置包含动臂操作装置21、斗杆操作装置22及铲斗操作装置23。这些操作装置21、22、23各自由电气控制杆装置(electric lever device)构成，该电气控制杆装置具备操作杆，并由于对该操作杆施加用于使作业装置3进行动作的操作员的操作，将与该操作对应的电信号即杆信号输入至控制器50。具体而言，如下所述。

动臂操作装置21包括：动臂操作杆，由操作员施加用于使动臂4进行动作的操作即动臂操作；以及动臂操作信号生成部，生成与对动臂操作杆施加的动臂操作对应的杆信号即动臂操作信号，并将该动臂操作信号输入至控制器50。

斗杆操作装置22包括：斗杆操作杆，由操作员施加用于使斗杆5进行动作的操作即斗杆操作；以及斗杆操作信号生成部，生成与对斗杆操作杆施加的斗杆操作对应的杆信号即斗杆操作信号，并将该斗杆操作信号输入至控制器50。

铲斗操作装置23包括：铲斗操作杆，由操作员施加用于使铲斗6进行动作的操作即铲斗操作；以及铲斗操作信号生成部，生成与对铲斗操作杆施加的铲斗操作对应的杆信号即铲斗操作信号，并将该铲斗操作信号输入至控制器50。

多个传感器各自检测使得控制器50可对作业装置3的动作进行控制所需的信息，并将与该信息对应的电信号即检测信号输入至控制器50。多个传感器包含动臂角度传感器31、斗杆角度传感器32、铲斗角度传感器33、多个工作缸压力传感器35、图像取得传感器80(图像取得器)及机体倾斜角度传感器34。

动臂角度传感器31、斗杆角度传感器32及铲斗角度传感器33是取得与作业装置3的姿势相关的信息即作业装置姿势信息的作业装置姿势信息取得器的一例。图像取得传感器80是取得与被容纳在铲斗6的容纳空间中的砂土相关的信息即砂土信息的砂土信息取得器的一例。

动臂角度传感器31检测动臂4相对于上部回转体2的角度即动臂角度，并将与检测出的动臂角度对应的检测信号即动臂姿势检测信号输入至控制器50。例如，如图1所示，动臂角度传感器31配置于动臂4的动臂基端部。

斗杆角度传感器32检测斗杆5相对于动臂4的角度即斗杆角度，并将与检测出的斗杆角度对应的检测信号即斗杆姿势检测信号输入至控制器50。例如，如图1所示，斗杆角度传感器32配置于斗杆5的斗杆基端部。

铲斗角度传感器33检测铲斗6相对于斗杆5的角度即铲斗角度θ，并将与检测出的铲斗角度θ对应的检测信号即铲斗姿势检测信号输入至控制器50。例如，如图1所示，铲斗角度传感器33配置于铲斗6的铲斗基端部61。

动臂角度传感器31、斗杆角度传感器32及铲斗角度传感器33各自例如可以是解析器，可以是旋转编码器，可以是电位器，也可以是IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)，还可以是其他传感器。

机体倾斜角度传感器34是用于检测机体的倾斜角度的传感器。机体倾斜角度传感器34例如配置于上部回转体2，测量机体相对于水平面的倾斜角度，并将与检测出的倾斜角度对应的检测信号输入至控制器50。机体倾斜角度传感器34例如也可由IMU构成。

多个工作缸压力传感器35包含检测动臂工作缸7的压力的至少一个工作缸压力传感器、检测斗杆工作缸8的压力的至少一个工作缸压力传感器、以及检测铲斗工作缸9的压力的至少一个工作缸压力传感器。具体而言，在本实施方式中，多个工作缸压力传感器35包含检测动臂工作缸7的头侧室的压力的工作缸压力传感器、检测动臂工作缸7的杆侧室的压力的工作缸压力传感器、检测斗杆工作缸8的头侧室的压力的工作缸压力传感器、检测斗杆工作缸8的杆侧室的压力的工作缸压力传感器、检测铲斗工作缸9的头侧室的压力的工作缸压力传感器、以及检测铲斗工作缸9的杆侧室的压力的工作缸压力传感器。多个工作缸压力传感器35各自将与检测出的压力对应的检测信号即压力检测信号输入至控制器50。

图像取得传感器80取得与被容纳在铲斗6的所述容纳空间中的砂土相关的信息即砂土信息，并将该砂土信息输入至控制器50。图像取得传感器80可测量铲斗6的内表面及被容纳在铲斗6中的砂土的形状数据(例如，后述的初始图像信息、挖掘中图像信息等)。图像取得传感器80例如也可由测距传感器构成，该测距传感器测量表示物体的距离的测量数据。测距传感器例如也可以是LiDAR(Light Detection And Ranging，光探测和测距)。LiDAR可将近红外光、可见光、紫外线等光照射至对象物，并利用光传感器获取上述光的反射光，由此测量直到对象物为止的距离。测距传感器也可以是TOF(Time of Flight，飞行时间)传感器或立体相机等可利用多个像素单位来测量深度的传感器。

图像取得传感器80配置于可在挖掘作业中取得与被容纳在铲斗6的所述容纳空间中的砂土相关的砂土信息的位置。在挖掘作业中，例如，如图1所示，铲斗6按照挖掘作业开始前的位置即开始前位置P1、挖掘作业中的位置即作业中位置P2、以及挖掘作业末尾的位置即末尾位置P3的顺序位移。在本实施方式中，如图1所示，图像取得传感器80配置于上部回转体2的驾驶舱，且具有在铲斗6处于包含所述作业中位置P2及所述末尾位置P3的范围时，能够拍摄铲斗6的内表面及被容纳在铲斗6中的砂土的视野(例如图1中的由双点划线表示的范围的视野)。此外，图像取得传感器80可配置于动臂4的下表面，也可配置于斗杆5的内侧面。动臂4的下表面是动臂4的多个面中的在图1中朝向土地G的面，斗杆5的内侧面是斗杆5的多个面中的在图1中朝向后侧的面。

控制器50基于从多个操作装置输入的操作信号及从多个传感器输入的检测信号，控制作业装置3的动作。控制器50具备包含CPU(Central Processing Unit，中央处理器)及存储器的电脑。

控制器50包括铲斗姿势运算部51、砂土量运算部52、接触状态判定部53、挖掘反作用力运算部54、铲斗前进方向判定部55及铲斗前进方向控制部56。

铲斗姿势运算部51使用所述作业装置姿势信息，运算铲斗6的姿势即铲斗姿势。具体而言，铲斗姿势运算部51基于从动臂角度传感器31输入的动臂姿势检测信号、从斗杆角度传感器32输入的斗杆姿势检测信号、以及从铲斗角度传感器33输入的铲斗姿势检测信号，运算铲斗姿势。

砂土量运算部52使用所述铲斗姿势和所述砂土信息，运算铲斗6的容纳空间中的砂土的堆积状态。砂土量运算部52是堆积状态运算部的一例。

接触状态判定部53判定铲斗6的内表面的特定上部区域64与砂土之间的接触状态。在本实施方式中，接触状态判定部53基于由砂土量运算部52运算的所述堆积状态，判定所述接触状态。接触状态判定部53将表示所述接触状态的判定结果的数据被存储于存储器的规定的区域(FLAG，状态标志寄存器)。接触状态判定部53是容纳状态判定部的一例。

特定上部区域64是铲斗6的内表面中，在挖掘姿势下位于上部的部分。如图1所示，挖掘姿势是铲斗基端部61配置于比铲斗远端部62高的位置的铲斗6的姿势，在该姿势下，就如铲斗6被配置于作业中位置P2及末尾位置P3时那样，铲斗6的开口部朝向后侧，铲斗6能够挖掘土地G的砂土。

如图1所示，铲斗6包括：上板65，在挖掘姿势下位于上部；下板66，在挖掘姿势下位于下部；底板68，以连接上板65和下板66的方式弯曲；右板(图示省略)，连接于上板65的右缘、底板68的右缘及下板66的右缘；以及左板67，连接于上板65的左缘、底板68的左缘及下板66的左缘。铲斗6的内表面包含上板65的内侧面、底板68的内侧面及下板66的内侧面，而不包含右板的内侧面及左板的内侧面。例如，如图3的上图所示，特定上部区域64是铲斗6的内表面中，位于比铲斗6的边界部PS更靠上侧的部分。在本实施方式中，边界部PS是在挖掘姿势下，位于铲斗6的内表面的最前侧的部分。因此，边界部PS是根据铲斗6的姿势而改变的部位。接触状态判定部53能够基于由铲斗姿势运算部51运算的铲斗姿势，运算边界部PS的位置。此外，边界部PS也可以是预先决定的特定部位(固定部位)，而并非根据铲斗6的姿势而改变的部位。在边界部PS为固定部位的情况下，边界部PS例如也可以是在铲斗6的开口部被水平地配置于水平面时，位于最下方的部位(底部)。另外，边界部PS可在铲斗6的内表面的与铲斗6的宽度方向平行的水平直线上，从内表面的左端设定到右端为止，也可以达到按宽度方向的多个区域而不同的高度位置的方式，设定于每个区域。边界部PS并非一定要从内表面的左端设定到右端为止，也可仅设定于宽度方向的一部分的区域。

挖掘反作用力运算部54基于由机体倾斜角度传感器34检测的机体的倾斜角度(上部回转体2的姿势)、由动臂角度传感器31、斗杆角度传感器32及铲斗角度传感器33检测的作业装置3的姿势(动臂4的姿势、斗杆5的姿势及铲斗6的姿势)、由多个工作缸压力传感器35检测的动臂工作缸7的压力、斗杆工作缸8的压力及铲斗工作缸9的压力、以及与作业装置3中的连杆间的尺寸相关的尺寸信息，运算挖掘反作用力。所述连杆间的尺寸预先存储于控制器50的存储部，例如包含所述水平轴A1与所述水平轴A2之间的距离、所述水平轴A2与所述水平轴A3之间的距离。机体倾斜角度传感器34、动臂角度传感器31、斗杆角度传感器32、铲斗角度传感器33及多个工作缸压力传感器35是挖掘反作用力测量器的一例。

铲斗前进方向判定部55及铲斗前进方向控制部56是作业装置控制部的一例。作业装置控制部根据接触状态判定部53的判定结果，输出阻力减少指令信号，该阻力减少指令信号是用于以使铲斗6向阻力减少方向位移的方式使作业装置3进行动作的指令信号，该阻力减少方向是能够使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的方向。具体而言，如下所述。

铲斗前进方向判定部55判定是否需要控制铲斗6的前进方向而使作用于铲斗6的挖掘阻力减少。在本实施方式中，铲斗前进方向判定部55基于接触状态判定部53的判定结果(判定FLAG)、由铲斗姿势运算部51运算的铲斗姿势、以及由挖掘反作用力运算部54运算的挖掘反作用力，判定是否需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少。

铲斗前进方向控制部56基于分别从多个操作装置输入的杆信号、以及铲斗前进方向判定部55的判定结果，输出用于使作业装置3进行动作的指令信号。即，铲斗前进方向控制部56基于从动臂操作装置21输入的动臂操作信号、从斗杆操作装置22输入的斗杆操作信号、从铲斗操作装置23输入的铲斗操作信号、以及铲斗前进方向判定部55的判定结果，输出用于使作业装置3进行动作的指令信号。

在铲斗前进方向判定部55判定为无需使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的情况下，铲斗前进方向控制部56将与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号输出至作业装置驱动部。另一方面，在铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的情况下，铲斗前进方向控制部56将阻力减少指令信号输出至作业装置驱动部，该阻力减少指令信号是用于以使铲斗6向阻力减少方向位移的方式使作业装置3进行动作的指令信号，该阻力减少方向是可使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的方向。阻力减少指令信号包含修正指令信号，该修正指令信号修正了与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号中的至少一个指令信号。

作业装置驱动部包含多个比例阀和控制阀单元77。多个比例阀包含一对动臂比例阀71、72、一对斗杆比例阀73、74及一对铲斗比例阀75、76。比例阀71～76各自例如由电磁比例阀构成。控制阀单元77包含动臂控制阀、斗杆控制阀及铲斗控制阀。

控制阀单元77介于未图示的液压泵与多个液压致动器之间，调节分别对多个液压致动器供应的工作油的流量及工作油的供应方向。

具体而言，控制阀单元77包含：动臂控制阀，调节对动臂工作缸7供应的工作油的流量及工作油的供应方向；斗杆控制阀，调节对斗杆工作缸8供应的工作油的流量及工作油的供应方向；以及铲斗控制阀，调节对铲斗工作缸9供应的工作油的流量及工作油的供应方向。

在铲斗前进方向判定部55判定为无需使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的情况下，铲斗前进方向控制部56将与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号输出至作业装置驱动部的多个比例阀71～76。具体而言，如下所述。

若从动臂操作装置21输入所述动臂操作信号，则铲斗前进方向控制部56将与该动臂操作信号对应的指令信号即动臂指令信号，输入至一对动臂比例阀71、72中的与动臂操作的操作方向对应的动臂比例阀。由此，根据所述动臂指令信号而在动臂比例阀中经过减压后的先导压输入至动臂控制阀的一对先导端口中的一个先导端口。结果是所述液压泵的工作油以与所述动臂指令信号对应的流量，被供应至动臂工作缸7的头侧室及杆侧室中的与所述动臂指令信号对应的一个室，因此，动臂4以与所述动臂指令信号对应的速度，向与所述动臂指令信号对应的方向转动。

若从斗杆操作装置22输入所述斗杆操作信号，则铲斗前进方向控制部56将与该斗杆操作信号对应的指令信号即斗杆指令信号，输入至一对斗杆比例阀73、74中的与斗杆操作的操作方向对应的斗杆比例阀。由此，根据所述斗杆指令信号而在斗杆比例阀中经过减压后的先导压输入至斗杆控制阀的一对先导端口中的一个先导端口。结果是所述液压泵的工作油以与所述斗杆指令信号对应的流量，被供应至斗杆工作缸8的头侧室及杆侧室中的与所述斗杆指令信号对应的一个室，因此，斗杆5以与所述斗杆指令信号对应的速度，向与所述斗杆指令信号对应的方向转动。

若从铲斗操作装置23输入所述铲斗操作信号，则铲斗前进方向控制部56将与该铲斗操作信号对应的指令信号即铲斗指令信号，输入至一对铲斗比例阀75、76中的与铲斗操作的操作方向对应的铲斗比例阀。由此，根据所述铲斗指令信号而在铲斗比例阀中经过减压后的先导压输入至铲斗控制阀的一对先导端口中的一个先导端口。结果是所述液压泵的工作油以与所述铲斗指令信号对应的流量，被供应至铲斗工作缸9的头侧室及杆侧室中的与所述铲斗指令信号对应的一个室，因此，铲斗6以与所述铲斗指令信号对应的速度，向与所述铲斗指令信号对应的方向转动。

另一方面，在铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的情况下，铲斗前进方向控制部56将阻力减少指令信号输出至作业装置驱动部，该阻力减少指令信号是用于以使铲斗6向阻力减少方向位移的方式使作业装置3进行动作的指令信号，该阻力减少方向是可使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的方向。

图3表示铲斗6的阻力减少动作的一例，图4表示铲斗6的阻力减少动作的另一例，图5表示铲斗6的阻力减少动作的又一例。图3、图4及图5所示的阻力减少动作的共同点在于：铲斗6的前进方向被修正为上侧。此外，图3～图5中的铲斗6的剖面是与铅垂方向平行的剖面。

首先，对图3所示的阻力减少动作进行说明。图3的上图表示如下状态，即，在挖掘作业中，铲斗6例如向接近于水平方向的方向即第1方向D1进行动作。当在该状态下，铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的情况下，铲斗前进方向控制部56将阻力减少指令信号输出至作业装置驱动部，该阻力减少指令信号是用于以使铲斗6的前进方向从第1方向D1变成第2方向D2的方式使作业装置3进行动作的指令信号。第2方向D2是与第1方向D1相比，朝上的分量的比例增加后的斜上方向。

在如图3这样改变铲斗6的前进方向的情况下，在本实施方式中，铲斗前进方向控制部56直接输出(不进行修正地输出)与斗杆操作信号对应的斗杆指令信号，并输出分别修正了与动臂操作信号对应的动臂指令信号及与铲斗操作信号对应的铲斗指令信号后的阻力减少指令信号。即，在本实施方式中，当在图3的上图所示的状态下，铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的情况下，铲斗前进方向控制部56将指令信号输出至多个比例阀71～76，使得斗杆5进行与操作员的斗杆操作对应的动作，动臂4不进行与操作员的动臂操作对应的转动动作，而是相比于与动臂操作对应的动作，动臂4进一步向升动臂方向进行动作，铲斗6不进行与操作员的铲斗操作对应的动作，而是相比于与铲斗操作对应的动作，铲斗6进一步向收铲斗方向进行动作。由此，铲斗6的前进方向从第1方向D1变化成第2方向D2，因此，能够使作用于铲斗6的挖掘阻力减少。

接着，对图4所示的阻力减少动作进行说明。图4的左图表示如下状态，即，在挖掘作业中，铲斗6例如向接近于水平方向的方向即第1方向D1进行动作。当在该状态下，铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的情况下，铲斗前进方向控制部56将阻力减少指令信号输出至作业装置驱动部，该阻力减少指令信号是用于以使铲斗6的前进方向从第1方向D1变成第3方向D3的方式使作业装置3进行动作的指令信号。第3方向D3是与第1方向D1相比，朝上的分量的比例增加后的方向，在图4的中央图中，该第3方向D3是上方向。

在如图4的左图到中央图那样地改变铲斗6的前进方向的情况下，在本实施方式中，铲斗前进方向控制部56分别直接输出(不进行修正地输出)与斗杆操作信号对应的斗杆指令信号及与铲斗操作信号对应的铲斗指令信号，并输出修正了与动臂操作信号对应的动臂指令信号后的阻力减少指令信号。即，在本实施方式中，当在图4的左图所示的状态下，铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的情况下，铲斗前进方向控制部56将指令信号输出至多个比例阀71～76，使得斗杆5及铲斗6分别进行与操作员的斗杆操作及铲斗操作对应的动作，动臂4不进行与操作员的动臂操作对应的转动动作，而是相比于与动臂操作对应的动作，动臂4进一步向升动臂方向进行动作。由此，铲斗6的前进方向从第1方向D1变化成第3方向D3，因此，能够使作用于铲斗6的挖掘阻力减少。

铲斗前进方向控制部56若满足预先决定的条件，则铲斗前进方向控制部56分别直接输出与动臂操作信号对应的动臂指令信号、与斗杆操作信号对应的斗杆指令信号及与铲斗操作信号对应的铲斗指令信号。由此，动臂4、斗杆5及铲斗6分别进行与操作员的动臂操作、斗杆操作及铲斗操作对应的动作，因此，如图4的右图这样，铲斗6的前进方向从第3方向D3变成第1方向D1或接近于该第1方向D1的方向。所述预先决定的条件例如也可以是如下条件，即，从铲斗6的前进方向从第1方向D1变化成第3方向D3的时候算起的经过时间经过预先决定的时间。另外，所述预先决定的条件例如也可以是如下条件，即，从铲斗6的前进方向从第1方向D1变化成第3方向D3的时候算起的朝向第3方向D3的移动距离达到预先决定的距离。而且，所述预先决定的条件例如还可以是如下条件，即，从铲斗6的前进方向从第1方向D1变化成第3方向D3的时候算起的动臂4的转动角度达到预先决定的角度。

接着，对图5所示的阻力减少动作进行说明。图5的上图表示如下状态，即，在挖掘作业中，铲斗6例如向接近于水平方向的方向即第1方向D1进行动作。当在该状态下，铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的情况下，铲斗前进方向控制部56将阻力减少指令信号输出至作业装置驱动部，该阻力减少指令信号是用于以完成挖掘作业的方式使作业装置3进行动作的信号。具体而言，铲斗前进方向控制部56将阻力减少指令信号输出至作业装置驱动部，该阻力减少指令信号是用于以使铲斗6的前进方向从第1方向D1变成第4方向D4的方式使作业装置3进行动作的指令信号。第4方向D4是与第1方向D1相比，朝上的分量的比例增加后的方向，在图5的下图中，该第4方向D4是离开土地G的上方向或斜上方向。

在如图5的上图到下图这样改变铲斗6的前进方向的情况下，在本实施方式中，铲斗前进方向控制部56输出分别修正了与动臂操作信号对应的动臂指令信号、与斗杆操作信号对应的斗杆指令信号及与铲斗操作信号对应的铲斗指令信号后的阻力减少指令信号。即，在本实施方式中，当在图5的上图所示的状态下，铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的情况下，铲斗前进方向控制部56将指令信号输出至多个比例阀71～76，使得动臂4、斗杆5及铲斗6不进行与操作员的动臂操作、斗杆操作及铲斗操作对应的转动动作，而是铲斗6向离开土地G的方向进行动作。由此，铲斗6的前进方向从第1方向D1变化成第4方向D4，因此，能够使作用于铲斗6的挖掘阻力减少。

在本实施方式中，铲斗姿势运算部51包含倾斜度运算部。倾斜度运算部运算倾斜度指标值，该倾斜度指标值是如图6所示，与特定上部区域64相对于预先决定的基准面H的倾斜度对应的指标值。在本实施方式中，基准面H是水平面，倾斜度指标值是铲斗6的上板65相对于基准面H的角度θ1。在本实施方式中，上板65的一部分为平板状(在图6的剖面中为直线状)，因此，能够将上板65的平板状的部分与基准面H之间的角度设为θ1。但是，上板65也可整体弯曲。在上板65具有弯曲的形状的情况下，所述倾斜度指标值例如也可以是上板65的预先决定的部位处的切线与基准面H之间的角度。

在由所述倾斜度运算部运算出的上板65的角度θ1大于预先决定的阈值即倾斜度阈值的情况下，所述作业装置控制部不输出所述阻力减少指令信号。挖掘作业中的铲斗6的姿势与挖掘作业中的挖掘阻力的大小之间的相关性较高。具体而言，例如在特定上部区域64相对于水平面H的倾斜度较大的情况下，挖掘阻力有变小的倾向，在特定上部区域64相对于水平面H的倾斜度较小的情况下，挖掘阻力有变大的倾向。因此，在上板65的角度θ1大于倾斜度阈值的情况下，有较高的可能性不需要在挖掘作业中进行使挖掘阻力减少的控制，在此情况下，不输出阻力减少指令信号。由此，能够减小控制器50的处理负荷。

图7是表示控制器50的运算控制动作的流程图。控制器50分别接受来自多个操作装置21～23的杆信号的输入(步骤S11)。另外，控制器50分别接受来自图像取得传感器80的砂土信息、来自多个工作缸压力传感器35的压力检测信号、以及来自角度传感器31～34的姿势检测信号的输入。

接着，铲斗姿势运算部51基于动臂姿势检测信号、斗杆姿势检测信号及铲斗姿势检测信号，运算铲斗姿势(步骤S12)。另外，铲斗姿势运算部51的倾斜度运算部基于动臂姿势检测信号、斗杆姿势检测信号及铲斗姿势检测信号，运算铲斗6的上板65相对于基准面H的角度θ1(步骤S12)。

接着，砂土量运算部52使用所述铲斗姿势和所述砂土信息，运算铲斗6的容纳空间中的砂土的堆积状态(步骤S13)。

接着，铲斗前进方向判定部55判定铲斗6的上板65的角度θ1是否小于预先决定的阈值即倾斜度阈值(步骤S14)。

在上板65的角度θ1为倾斜度阈值以上的情况下(步骤S14为“否”)，铲斗前进方向判定部55判定为无需使作用于铲斗6的挖掘阻力减少，铲斗前进方向控制部56不修正与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号(步骤S19)。在此情况下，铲斗前进方向控制部56将与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号输出至作业装置驱动部(步骤S17)。

另一方面，在上板65的角度θ1小于倾斜度阈值的情况下(步骤S14为“是”)，接触状态判定部53基于由砂土量运算部52运算的所述堆积状态，判定所述接触状态(步骤S15)。

具体而言，砂土量运算部52(堆积状态运算部)能够在步骤S13中，使用例如所述铲斗姿势和所述砂土信息，例如以如下方式运算铲斗6的容纳空间中的砂十的堆积状态。即，砂土量运算部52能够通过比较关于初始图像的信息(初始图像信息)、和与在挖掘作业中由例如LiDAR等图像取得传感器80取得的铲斗6内的图像相关的信息(挖掘中图像信息)，运算例如如图3所示的铲斗6的内表面和砂土的上表面相交的部分PA(图3的剖视图中的交点PA)的位置，上述初始图像是铲斗6的容纳空间未容纳有砂土等任何物体的状态即非容纳状态的铲斗6内的图像。例如，砂土量运算部52能够与取得挖掘中图像信息的时候的铲斗姿势对应地转换初始图像信息，以便比较初始图像信息与挖掘中图像信息。接着，接触状态判定部53能够通过判定运算出的部分PA是否处于铲斗6的内表面中的特定上部区域64的范围内，判定所述接触状态。所述初始图像信息也可以是预先存储于控制器50的存储器的信息。另外，所述初始图像信息还可以是在挖掘作业开始前或在挖掘作业开始的时候由图像取得传感器80取得的信息。

此外，砂土量运算部52也可在例如如铲斗6的内表面的宽度方向的中央这样的预先设定的特定的宽度方向位置，运算铲斗6的内表面和砂土的上表面相交的部分PA的位置。另外，如LiDAR这样的测距传感器可在多个宽度方向位置，取得对应于铲斗6的内表面和砂土的上表面相交的部分PA的数据。在此情况下，接触状态判定部53也可运算所述多个宽度方向位置的铲斗6的内表面和砂土的上表面相交的部分PA的位置的平均值，并使用该平均值来判定所述接触状态。另外，接触状态判定部53还可运算所述多个宽度方向位置的铲斗6的内表面和砂土的上表面相交的部分PA的位置的最小值或最大值，并使用该最小值或最大值来判定所述接触状态。

在接触状态判定部53判定为砂土与铲斗6的特定上部区域64(铲斗6的上表面)接触的情况下(步骤S15为“是”)，铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少，铲斗前进方向控制部56修正与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号中的至少一个指令信号(步骤S16)。

也可根据与铲斗6所进行的阻力减少动作对应地预先设定的铲斗6的移动模式(目标路径)，修正指令信号。例如，液压挖掘机10也可具备输入器，该输入器供操作员在挖掘作业开始时，选择图3、图4及图5的阻力减少动作中的使铲斗6在挖掘作业中进行的阻力减少动作。在此情况下，铲斗前进方向控制部56在步骤S16中，以使铲斗6按照与由操作员选择的阻力减少动作对应地预先决定的移动模式位移的方式，修正与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号中的至少一个指令信号(步骤S16)，并将包含经过修正的指令信号即阻力减少指令信号的指令信号输出至多个比例阀71～76(步骤S17)。由此，铲斗6向可使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的方向即阻力减少方向位移。

另一方面，在接触状态判定部53判定为砂土未与铲斗6的特定上部区域64接触的情况下(步骤S15为“否”)，挖掘反作用力运算部54基于从机体倾斜角度传感器34输入的检测信号、从动臂角度传感器31、斗杆角度传感器32及铲斗角度传感器33输入的检测信号、从多个工作缸压力传感器35输入的压力检测信号、以及与作业装置3中的连杆间的尺寸相关的尺寸信息，运算挖掘反作用力，铲斗前进方向判定部55判定运算出的挖掘反作用力是否大于预先决定的阈值即反作用力阈值(步骤S18)。

在挖掘反作用力大于反作用力阈值的情况下(步骤S18为“是”)，铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少，铲斗前进方向控制部56修正与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号中的至少一个指令信号(步骤S16)，并将包含经过修正的指令信号即阻力减少指令信号的指令信号输出至多个比例阀71～76(步骤S17)。由此，铲斗6向可使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的方向即阻力减少方向位移。

另一方面，在挖掘反作用力为反作用力阈值以下的情况下(步骤S18为“否”)，铲斗前进方向判定部55判定为无需使作用于铲斗6的挖掘阻力减少，铲斗前进方向控制部56不修正与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号(步骤S19)。在此情况下，铲斗前进方向控制部56将与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号输出至作业装置驱动部(步骤S17)。

图8是表示控制器50的运算控制动作的另一例的流程图。图8中的步骤S31～S33的处理与图7中的步骤S11～S13的处理相同，另外，图8中的步骤S34～S36、S38的处理与图7中的步骤S15～S17、S19的处理相同，因此，省略与这些处理相关的详细说明。另外，在图8所示的运算控制动作中，具有步骤S37的处理，而省略了图7中的步骤S14、S18的处理。因此，以下，主要说明与步骤S37关联的内容。

在图8所示的运算控制动作中，在接触状态判定部53判定为砂土未与铲斗6的特定上部区域64(铲斗6的上表面)接触的情况下(步骤S34为“否”)，铲斗前进方向判定部55判定铲斗6内的砂土量是否大于预先决定的阈值即砂土量阈值(步骤S37)。铲斗前进方向判定部55例如可基于由砂土量运算部52运算的所述相交的部分PA(所述交点PA)，判定(运算)铲斗6内的砂土量。具体而言，例如控制器50预先存储表示所述相交的部分PA(所述交点PA)的位置与铲斗6内的砂土量之间的关系的映射(map)，铲斗前进方向判定部55能够基于由砂土量运算部52运算的所述相交的部分PA(所述交点PA)、和所述映射，运算铲斗6内的砂土量。砂土量阈值例如也可被设定为如下值，该值能够抑制挖掘完成时的铲斗内的砂土量相对于铲斗的容量大幅减少，并且能够抑制消耗多余的能量。

在砂土量大于砂土量阈值的情况下(步骤S37为“是”)，铲斗前进方向判定部55判定为需要使作用于铲斗6的挖掘阻力减少，铲斗前进方向控制部56修正与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号中的至少一个指令信号(步骤S35)，并将包含经过修正的指令信号即阻力减少指令信号的指令信号输出至多个比例阀71～76(步骤S36)。由此，铲斗6向可使作用于铲斗6的挖掘阻力减少的方向即阻力减少方向位移。

另一方面，在砂土量为砂土量阈值以下的情况下(步骤S37为“否”)，铲斗前进方向判定部55判定为无需使作用于铲斗6的挖掘阻力减少，铲斗前进方向控制部56不修正与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号(步骤S38)。在此情况下，铲斗前进方向控制部56将与动臂操作信号、斗杆操作信号及铲斗操作信号对应的指令信号输出至作业装置驱动部(步骤S36)。

图9是表示本实施方式的变形例所涉及的液压挖掘机10的控制器50的功能结构及其输入输出信号的方框图。该变形例所涉及的液压挖掘机10具备载荷检测器82代替图2所示的方框图的图像取得传感器80。该载荷检测器82是取得与被容纳在铲斗6的容纳空间中的砂土相关的信息即砂土信息的砂土信息取得器的另一例。

载荷检测器82被配置于铲斗6的内表面中的特定上部区域64，是能够检测从被容纳在铲斗6的容纳空间中的砂土承受的载荷即砂土载荷的传感器。具体而言，载荷检测器82安装于特定上部区域64的至少一部分。例如能够使用应变计(strainmeter，)、压敏传感器(pressure-sensitive sensor)、负荷传感器(load cell)等作为载荷检测器82。载荷检测器82将与检测出的砂土载荷对应的检测信号即载荷检测信号输入至控制器50。

接触状态判定部53基于由载荷检测器82检测出的所述砂土载荷，判定特定上部区域64与砂土之间的接触状态。具体而言，接触状态判定部53例如也可在由载荷检测器82检测出的砂土载荷为预先决定的阈值即载荷阈值以上的情况下，判定为砂土与特定上部区域接触。在该变形例中，基于由载荷检测器82检测出的砂土载荷，判定特定上部区域64与砂土之间的接触状态，因此，例如与如图2所示的方框图中的LiDAR等图像取得传感器80那样，基于图像处理数据(点阵数据)来判定接触状态的情况相比，能够抑制控制器50的处理负荷增大。

如以上的说明所述，本实施方式所涉及的液压挖掘机10根据铲斗6的内表面的特定上部区域64与砂土之间的接触状态，判定是否在挖掘作业中进行使挖掘阻力减少的控制，因此，能够抑制挖掘作业中的挖掘阻力增大，并且抑制挖掘作业的效率下降。

在砂土信息取得器为直接检测从与铲斗6的内表面接触的砂土承受的载荷的传感器(例如，如上述载荷检测器82那样的传感器)的情况下，接触状态判定部53能够基于从该传感器输入至控制器50的检测信号，直接判定特定上部区域64与砂土之间的接触状态。另外，在砂土信息取得器例如为如上述图像取得传感器80那样的传感器的情况下，接触状态判定部53能够基于从该传感器输入至控制器50的图像信息等砂土信息，间接地判定特定上部区域64与砂土之间的接触状态(估计接触状态)。

在本实施方式中，在接触状态判定部53判定为砂土与铲斗6的特定上部区域64接触的情况下，所述作业装置控制部输出所述阻力减少指令信号，使铲斗6向阻力减少方向位移以减少挖掘阻力，因此，能够在挖掘作业中充分地确保铲斗6内的砂土量。

在本实施方式中，在接触状态判定部53判定为砂十未与铲斗6的特定上部区域64接触，且被容纳在铲斗6的容纳空间中的砂土的量大于预先决定的阈值即砂土量阈值的情况下，所述作业装置控制部输出所述阻力减少指令信号。在挖掘作业中，即使铲斗6内的砂土未与特定上部区域64接触，若铲斗6内的砂土量变得大于砂土量阈值，则输出阻力减少指令信号，因此，能够在铲斗6内的砂土与特定上部区域64接触而导致挖掘阻力增大之前，使铲斗6向阻力减少方向位移以减少挖掘阻力。由此，能够抑制消耗多余的能量。

在本实施方式中，在接触状态判定部判定为砂土未与铲斗6的特定上部区域64接触，且所述挖掘反作用力大于反作用力阈值的情况下，所述作业装置控制部输出所述阻力减少指令信号。在本实施方式中，反作用力阈值被设定为如下值，该值可抑制挖掘反作用力增大，铲斗6进行动作的速度大幅下降这一情况。若铲斗6的动作速度大幅下降，则挖掘作业的效率会下降。本实施方式中，即便在铲斗6内的砂土未与特定上部区域64接触的情况下，若挖掘反作用力大于反作用力阈值，则使铲斗6向阻力减少方向位移以减少挖掘阻力，因此，能够进一步抑制挖掘作业的效率下降。

在本实施方式中，接触状态判定部53基于由作为堆积状态运算部的一例的砂土量运算部52运算的堆积状态，判定所述特定上部区域64与砂土之间的接触状态。即，在本实施方式中，能够基于铲斗6内的实际的砂土的堆积状态，判定特定上部区域64与砂土之间的接触状态。

在本实施方式的变形例中，接触状态判定部53基于由载荷检测器82检测出的砂土载荷，判定特定上部区域64与砂土之间的接触状态，因此，例如与基于图像处理数据来判定接触状态的情况相比，能够抑制控制器50的处理负荷增大。

在本实施方式中，在由铲斗姿势运算部51的倾斜度运算部运算出的所述倾斜度指标值大于倾斜度阈值的情况下，所述作业装置控制部不输出所述阻力减少指令信号。在倾斜度指标值大于倾斜度阈值的情况下，有较高的可能性不需要在挖掘作业中进行使挖掘阻力减少的控制，在此情况下，不输出阻力减少指令信号。由此，能够减小控制器50的处理负荷。

[变形例]

以上，虽然说明了本发明的实施方式所涉及的工程机械，但是本发明并不限定于所述实施方式，例如包含如下所述的变形例。

(A)关于操作装置

在所述实施方式中，虽然多个操作装置(操作装置21、22、23)各自由电气控制杆装置构成，但是不限于此种方式。多个操作装置各自也可以是包括操作杆和遥控阀的操作装置。在此情况下，多个操作装置各自的遥控阀介于未图示的先导泵、与对应于该遥控阀的控制阀的一对先导端口之间。该遥控阀以如下方式工作，即，将与操作杆的操作量对应的先导压供应至与操作杆的操作方向对应的先导端口。由此，调节对与该操作装置对应的工作缸供应的工作油的流量及工作油的供应方向。在此情况下，比例阀71～76各自也可以介于对应于该比例阀的遥控阀与控制阀的先导端口之间的方式配置。

(B)关于作业装置姿势信息取得器

所述作业装置姿势信息取得器例如也可以是多个行程传感器。多个行程传感器包含检测动臂工作缸7的工作缸长度的动臂工作缸行程传感器、检测斗杆工作缸8的工作缸长度的斗杆工作缸行程传感器、以及检测铲斗工作缸9的工作缸长度的铲斗工作缸行程传感器。多个行程传感器各自将与检测出的工作缸长度对应的检测信号输入至控制器50。控制器50预先存储有与作业装置3中的连杆间的尺寸相关的尺寸信息、与各工作缸的安装位置相关的尺寸信息等。连杆间的尺寸例如包含所述水平轴A1与所述水平轴A2之间的距离、所述水平轴A2与所述水平轴A3之间的距离。可根据多个行程传感器的工作缸长度和所述尺寸信息，以几何方式运算机体与动臂4的相对角度、动臂4与斗杆5的相对角度、斗杆5与铲斗6的相对角度、作业装置3的姿势等。因此，铲斗姿势运算部51能够基于从多个行程传感器输入的检测信号及所述尺寸信息，以几何方式运算铲斗6的姿势。

(C)本发明所涉及的工程机械例如也可应用于(1)在挖掘作业中进行帮助操作员的机器控制的情况、(2)由操作员对液压挖掘机10的挖掘作业进行远程操的情况、(3)自动驾驶(例如全自动驾驶)液压挖掘机10的情况等。

(1)关于机器控制

在进行机器控制的情况下，用于使作业装置进行动作以进行挖掘作业的至少一个操作装置可以是配置于驾驶舱内且可由操作员进行输入操作的操作开关等操作装置，也可以是所述多个操作装置中的任一个操作装置(例如斗杆操作装置)，该机器控制是指由控制器50以使铲斗6沿着控制器50的存储器所预先存储的挖掘作业中的铲斗6的目标挖掘面位移的方式自动地控制作业装置3的动作。在此情况下，若操作员的输入操作输入至所述操作装置，则控制器50执行如下机器控制，该机器控制使作业装置3进行动作，以进行按与目标挖掘面对应的形状对作业现场的土地进行挖掘的挖掘作业。在利用该机器控制的挖掘作业中，作业装置控制部根据所述接触状态判定部的判定结果，输出用于以使铲斗向所述阻力减少方向位移的方式使作业装置进行动作的阻力减少指令信号。

实际的现场状况包含作业相关人员无法在作业前掌握的各种状况，因此，在如上所述的机器控制中，若仅靠控制器50以使铲斗6沿着预先存储的目标挖掘面位移的方式自动地控制作业装置3的动作，未必能够进行高效的挖掘作业。即便在此种情况下，作业装置控制部进行如根据接触状态判定部的判定结果来输出阻力减少指令信号这样的控制，由此，能够与实际的现场状况匹配地使铲斗6进行动作，从而可进行高效的挖掘作业。

(2)关于远程操作

在由操作员对液压挖掘机10的挖掘作业进行远程操作的情况下，工程机械包含：工程机械主体，由液压挖掘机10构成；以及远程操作装置，配置于离开液压挖掘机10的远处。远程操作装置包括与液压挖掘机10的驾驶舱内的所述动臂操作装置21、所述斗杆操作装置22及所述铲斗操作装置23对应的未图示的动臂远程操作装置、斗杆远程操作装置及铲斗远程操作装置。若操作员对动臂远程操作装置、斗杆远程操作装置及铲斗远程操作装置各自的操作杆进行操作，则与该操作对应的操作信号会经由基于无线或有线的通信而输入至液压挖掘机10的控制器50，作业装置3进行与操作信号对应的动作。在此情况下，用于使作业装置进行动作以进行挖掘作业的至少一个操作装置包含所述动臂远程操作装置、所述斗杆远程操作装置及所述铲斗远程操作装置。即使在利用该远程操作的挖掘作业中，作业装置控制部也根据所述接触状态判定部的判定结果，输出用于以使铲斗向所述阻力减少方向位移的方式使作业装置进行动作的阻力减少指令信号。另外，在该远程操作中，也可进行如上所述的机器控制。在此情况下，用于使作业装置进行动作以进行挖掘作业的至少一个操作装置可以是配置于远处且可由操作员进行输入操作的操作开关等操作装置，也可以是配置于远处的所述动臂远程操作装置、所述斗杆远程操作装置及所述铲斗远程操作装置中的任一个操作装置。

在如上所述的远程操作中，操作员在远处一边观看监视器，一边操纵液压挖掘机10，因此，有时操作员难以详细地掌握实际的现场状况，因此未必能够进行高效的挖掘作业的情况。即便在此种情况下，作业装置控制部进行如根据接触状态判定部的判定结果来输出阻力减少指令信号这样的控制，由此，能够与实际的现场状况匹配地使铲斗6进行动作，从而可进行高效的挖掘作业。

(3)关于自动驾驶

在进行自动驾驶的情况下，用于使作业装置进行动作以进行挖掘作业的至少一个操作装置例如也可以是可由操作员进行输入操作的信息终端，该自动驾驶是指由控制器50以使铲斗6沿着控制器50的存储器所预先存储的挖掘作业中的铲斗6的目标路径位移的方式自动地控制作业装置3的动作。此种信息终端例如可以是个人电脑，也可以是平板电脑等移动信息终端，还可以是其他信息终端。若操作员对信息终端进行输入操作，则该信息终端会输出用于使控制器50开始液压挖掘机10的自动驾驶的指令即开始指令，所输出的开始指令经由无线通信或有线通信而输入至控制器50。操作员可在液压挖掘机10外，对所述信息终端进行输入操作，也可在液压挖掘机10的驾驶舱内，对所述信息终端进行输入操作。在利用该自动驾驶(例如全自动驾驶)的挖掘作业中，作业装置控制部也根据所述接触状态判定部的判定结果，输出用于以使铲斗向所述阻力减少方向位移的方式使作业装置进行动作的阻力减少指令信号。

以下，对自动驾驶进行更具体的说明。在该自动驾驶中，控制器50例如判定铲斗6的斗齿是否到达了挖掘开始位置。若检测出所述斗齿到达了挖掘开始位置，则控制器50开始挖掘作业。在该挖掘作业中，虽然作业装置控制部输出与所述目标路径对应的指令信号即目标对应指令信号，控制作业装置3的动作，但是例如在接触状态判定部53判定为砂土与铲斗6的特定上部区域64接触的情况下，作业装置控制部输出用于以使铲斗向所述阻力减少方向位移的方式使作业装置进行动作的阻力减少指令信号(对所述目标对应指令信号进行修正后的信号)。

实际的现场状况包含作业相关人员无法在作业前掌握的各种状况，因此，在所述自动驾驶中，若仅靠控制器50以使铲斗6沿着预先存储的挖掘作业中的铲斗6的目标路径位移的方式自动地控制作业装置3的动作，未必能够进行高效的挖掘作业的情况。即便在此种情况下，作业装置控制部进行如根据接触状态判定部的判定结果来输出阻力减少指令信号这样的控制，由此，能够与实际的现场状况匹配地使铲斗6进行动作，从而可进行高效的挖掘作业。

(D)关于容纳状态判定部

在所述实施方式中，容纳状态判定部是判定特定上部区域64与砂土之间的接触状态的接触状态判定部53，作业装置控制部根据接触状态判定部53的判定结果，输出所述阻力减少指令信号。但是，容纳状态判定部只要能够在挖掘作业中判定被容纳在铲斗中的砂土的容纳状态即可，并不一定必须如所述实施方式那样，判定特定上部区域64与砂土之间的接触状态。在此情况下，作业装置控制部根据容纳状态判定部的判定结果，输出所述阻力减少指令信号。

具体而言，容纳状态判定部例如也可以是在挖掘作业中判定铲斗内装有规定量的砂土的砂土量判定部，在此情况下，作业装置控制部根据砂土量判定部的判定结果，输出所述阻力减少指令信号。砂土量判定部例如也可基于从可检测铲斗内的砂土量(砂土的体积或砂土的重量)的传感器输入至控制器50的检测信号，判定铲斗内是否装有规定量的砂土。另外，在砂土量运算部52(堆积状态运算部)通过比较所述初始图像信息与所述挖掘中图像信息，运算铲斗内的砂土量(例如砂土的体积)的情况下，砂土量判定部也可基于由砂土量运算部52运算出的铲斗内的砂土量，判定铲斗内是否装有规定量的砂土。

如以上所述，根据本发明，提供如下工程机械，该工程机械能够抑制挖掘作业中的挖掘阻力增大，并且抑制挖掘作业的效率下降。

所提供的工程机械包括：机体；作业装置，包含可起伏地支撑于所述机体的动臂、可转动地支撑于所述动臂的斗杆、以及支撑于所述斗杆的铲斗，所述铲斗具有可转动地安装于所述斗杆的基端部即铲斗基端部、及处于所述铲斗基端部的相反侧的远端部即铲斗远端部，并且具有内表面，所述内表面划定可容纳砂土的空间即容纳空间；至少一个操作装置，用于使所述作业装置进行动作以进行挖掘作业，所述挖掘作业为如下作业：在挖掘姿势下，一边维持至少包含所述铲斗远端部的部分与土地接触的状态，一边使所述铲斗相对于所述土地位移，由此挖掘所述土地的砂土，所述挖掘姿势是所述铲斗基端部配置于比所述铲斗远端部高的位置且能够挖掘所述土地的砂土的所述铲斗的姿势；以及控制器，其中，所述控制器，判定被容纳在所述铲斗中的砂土的容纳状态，根据所述容纳状态的判定结果，输出阻力减少指令信号，所述阻力减少指令信号是用于以使所述铲斗向阻力减少方向位移的方式使所述作业装置进行动作的指令信号，所述阻力减少方向是可使作用于所述铲斗的挖掘阻力减少的方向。

该工程机械根据被容纳在铲斗中的砂土的容纳状态，判定是否在挖掘作业中进行使挖掘阻力减少的控制，因此，能够抑制挖掘作业中的挖掘阻力增大，并且抑制挖掘作业的效率下降。具体而言，若铲斗内的砂土量增加，则挖掘作业中的挖掘阻力也有变大的倾向。因此，被容纳在铲斗中的砂土的容纳状态与挖掘作业中的挖掘阻力的大小之间的相关性较高。由此，被容纳在铲斗中的砂土的容纳状态可以成为判定是否在挖掘作业中进行使挖掘阻力减少的控制的指标。该工程机械根据被容纳在铲斗中的砂土的容纳状态，判定是否在挖掘作业中进行使挖掘阻力减少的控制，因此，在铲斗内的砂土量变多，挖掘阻力增大时或挖掘阻力有增大的倾向时，能够使铲斗向阻力减少方向位移以减少挖掘阻力。另外，在挖掘作业中，即使挖掘阻力未增大，但若铲斗内的砂土量较多时，则使铲斗向阻力减少方向位移以进一步减少挖掘阻力，因此，能够抑制消耗多余的能量。由此，能够抑制挖掘作业中的挖掘阻力增大，并且抑制挖掘作业的效率下降。

较为理想的是，所述容纳状态判定部是判定特定上部区域与砂土之间的接触状态的接触状态判定部，所述特定上部区域是所述挖掘姿势下的所述铲斗的所述内表面中的位于上部的部分，所述作业装置控制部根据所述接触状态判定部的判定结果，输出所述阻力减少指令信号。在该结构中，使用铲斗的内表面的特定上部区域与砂土之间的接触状态的判定，来判定被容纳在铲斗中的砂土的容纳状态。即，在该结构中，根据特定上部区域与砂土之间的接触状态，来判定是否在挖掘作业中进行使挖掘阻力减少的控制。由此，能够抑制挖掘作业中的挖掘阻力增大，并且抑制挖掘作业的效率下降。具体而言，对于挖掘姿势下的铲斗的内表面中的位于上部的部分即特定上部区域，在挖掘作业中的铲斗内的砂土量少时，不与砂土接触，而在挖掘作业中的铲斗内的砂土量变多时，与砂土接触。另外，如上所述，若铲斗内的砂土量增加，则挖掘作业中的挖掘阻力也有变大的倾向。因此，特定上部区域与砂土之间的接触状态和挖掘作业中的挖掘阻力的大小之间的相关性较高。由此，特定上部区域与砂土之间的接触状态可以成为判定是否在挖掘作业中进行使挖掘阻力减少的控制的指标。该工程机械根据特定上部区域与砂土之间的接触状态，来判定是否在挖掘作业中进行使挖掘阻力减少的控制，因此，在铲斗内的砂土量变多，挖掘阻力增大时或挖掘阻力有增大的倾向时，能够使铲斗向阻力减少方向位移以减少挖掘阻力。另外，在挖掘作业中，即使挖掘阻力未增大，但若铲斗内的砂土量较多时，则使铲斗向阻力减少方向位移以进一步减少挖掘阻力，因此，能够抑制消耗多余的能量。由此，能够抑制挖掘作业中的挖掘阻力增大，并且抑制挖掘作业的效率下降。

较为理想的是，在所述接触状态判定部判定为砂土与所述铲斗的所述特定上部区域接触的情况下，所述作业装置控制部输出所述阻力减少指令信号。该结构中，在铲斗内的砂土与特定上部区域接触的情况下，使铲斗向阻力减少方向位移以减少挖掘阻力，因此，能够在挖掘作业中充分地确保铲斗内的砂土量。

较为理想的是，在所述接触状态判定部判定为砂土未与所述铲斗的所述特定上部区域接触，并且在被容纳在所述铲斗的所述容纳空间中的砂土的量大于预先决定的阈值即砂土量阈值的情况下，所述作业装置控制部输出所述阻力减少指令信号。该结构中，在挖掘作业中，即使铲斗内的砂土未与特定上部区域接触，若铲斗内的砂土量变得大于砂土量阈值，则输出阻力减少指令信号，因此，能够在铲斗内的砂土与特定上部区域接触而导致挖掘阻力增大之前，使铲斗向阻力减少方向位移以减少挖掘阻力。由此，能够进一步抑制消耗多余的能量。

对于所述工程机械而言，也可在所述接触状态判定部判定为砂土未与所述铲斗的所述特定上部区域接触，并且在所述挖掘作业中所述铲斗从所述土地承受的反作用力即挖掘反作用力大于预先决定的阈值即反作用力阈值的情况下，所述作业装置控制部输出所述阻力减少指令信号。在该结构中，较为理想的是，反作用力阈值例如被设定为可抑制因挖掘反作用力增大而铲斗进行动作的速度大幅下降的值。若铲斗的动作速度大幅下降，则挖掘作业的效率会下降。该结构中，即便在铲斗内的砂土未与特定上部区域接触的情况下，若挖掘反作用力大于反作用力阈值，则使铲斗向阻力减少方向位移以减少挖掘阻力，因此，能够进一步抑制挖掘作业的效率下降。

较为理想的是，所述工程机械还包括：作业装置姿势信息取得器，取得与所述作业装置的姿势相关的信息即作业装置姿势信息；以及砂土信息取得器，取得与被容纳在所述铲斗的所述容纳空间中的砂土相关的信息即砂土信息，所述控制器还具有：铲斗姿势运算部，使用所述作业装置姿势信息，来运算所述铲斗的姿势即铲斗姿势；以及堆积状态运算部，使用所述铲斗姿势和所述砂土信息，来运算所述铲斗的所述容纳空间中的砂土的堆积状态，所述接触状态判定部基于所述堆积状态，来判定所述特定上部区域与砂土之间的接触状态。在该结构中，能够基于铲斗内的实际的砂土的堆积状态，判定特定上部区域与砂土之间的接触状态。

所述工程机械也可还包括载荷检测器，配置于所述特定上部区域，能够检测从被容纳在所述铲斗的所述容纳空间中的砂土承受的载荷即砂土载荷，所述接触状态判定部基于由所述载荷检测器检测出的所述砂土载荷，来判定所述特定上部区域与砂土之间的接触状态。在该结构中，能够基于由载荷检测器检测出的砂土载荷，判定特定上部区域与砂土之间的接触状态，因此，例如与基于图像处理数据来判定接触状态的情况相比，能够抑制控制器的处理负荷增大。

较为理想的是，所述控制器还具有运算倾斜度指标值的倾斜度运算部，所述倾斜度指标值是与所述特定上部区域相对于预先决定的基准面的倾斜度对应的指标值，在由所述倾斜度运算部运算出的所述倾斜度指标值大于预先决定的阈值即倾斜度阈值的情况下，所述作业装置控制部不输出所述阻力减少指令信号。挖掘作业中的铲斗的姿势与挖掘作业中的挖掘阻力的大小之间的相关性较高。具体而言，例如在特定上部区域相对于水平面(基准面的一例)的倾斜度较大的情况下，挖掘阻力有变小的倾向，在特定上部区域相对于水平面的倾斜度较小的情况下，挖掘阻力有变大的倾向。因此，在倾斜度指标值大于倾斜度阈值的情况下，有较高的可能性不需要在挖掘作业中进行使挖掘阻力减少的控制，在此情况下，不输出阻力减少指令信号。由此，能够减小控制器的处理负荷。

Claims (8)

1.一种工程机械，其特征在于包括：

机体；

作业装置，包含可起伏地支撑于所述机体的动臂、可转动地支撑于所述动臂的斗杆、以及支撑于所述斗杆的铲斗，所述铲斗具有可转动地安装于所述斗杆的基端部即铲斗基端部、及处于所述铲斗基端部的相反侧的远端部即铲斗远端部，并且具有内表面，所述内表面划定可容纳砂土的空间即容纳空间；

至少一个操作装置，用于使所述作业装置进行动作以进行挖掘作业，所述挖掘作业为如下作业：在挖掘姿势下，一边维持至少包含所述铲斗远端部的部分与土地接触的状态，一边使所述铲斗相对于所述土地位移，由此挖掘所述土地的砂土，所述挖掘姿势是所述铲斗基端部配置于比所述铲斗远端部高的位置且能够挖掘所述土地的砂土的所述铲斗的姿势；以及

控制器，其中，

所述控制器，

判定被容纳在所述铲斗中的砂土的容纳状态，

根据所述容纳状态的判定结果，输出阻力减少指令信号，所述阻力减少指令信号是用于以使所述铲斗向阻力减少方向位移的方式使所述作业装置进行动作的指令信号，所述阻力减少方向是可使作用于所述铲斗的挖掘阻力减少的方向。

2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于：

所述控制器，判定特定上部区域与砂土之间的接触状态，所述特定上部区域是所述挖掘姿势下的所述铲斗的所述内表面中的位于上部的部分，

所述控制器，根据所述接触状态的判定结果，输出所述阻力减少指令信号。

3.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于：

所述控制器，在判定为砂土与所述铲斗的所述特定上部区域接触的情况下，输出所述阻力减少指令信号。

4.根据权利要求2或3所述的工程机械，其特征在于：

所述控制器，在判定为砂土未与所述铲斗的所述特定上部区域接触，并且被容纳在所述铲斗的所述容纳空间中的砂土的量大于预先决定的阈值即砂土量阈值的情况下，输出所述阻力减少指令信号。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述控制器，在判定为砂土未与所述铲斗的所述特定上部区域接触，并且在所述挖掘作业中所述铲斗从所述土地承受的反作用力即挖掘反作用力大于预先决定的阈值即反作用力阈值的情况下，输出所述阻力减少指令信号。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的工程机械，其特征在于还包括：

作业装置姿势信息取得器，取得与所述作业装置的姿势相关的信息即作业装置姿势信息；以及

砂土信息取得器，取得与被容纳在所述铲斗的所述容纳空间中的砂土相关的信息即砂土信息，

所述控制器，

使用所述作业装置姿势信息，来运算所述铲斗的姿势即铲斗姿势，

使用所述铲斗姿势和所述砂土信息，来运算所述铲斗的所述容纳空间中的砂土的堆积状态，

所述控制器，基于所述堆积状态，来判定所述特定上部区域与砂土之间的接触状态。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的工程机械，其特征在于还包括：

载荷检测器，配置于所述特定上部区域，能够检测从被容纳在所述铲斗的所述容纳空间中的砂土承受的载荷即砂土载荷，

所述控制器，基于由所述载荷检测器检测出的所述砂土载荷，来判定所述特定上部区域与砂土之间的接触状态。

8.根据权利要求2至5中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述控制器运算倾斜度指标值，所述倾斜度指标值是与所述特定上部区域相对于预先决定的基准面的倾斜度对应的指标值，

所述控制器，在所述倾斜度指标值大于预先决定的阈值即倾斜度阈值的情况下，不输出所述阻力减少指令信号。