作業(yè)機械的控制系統(tǒng)和作業(yè)機械的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及在具備作業(yè)機的作業(yè)機械中使用的作業(yè)機械的控制系統(tǒng)和作業(yè)機械。
【背景技術】
[0002] 已知有利用GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）等對作業(yè)機械的三 維位置進行定位并使用所得到的作業(yè)機械的位置信息來管理作業(yè)機械、管理作業(yè)機械的施 工狀態(tài)或者控制作業(yè)機械的技術。在專利文獻1中，記載了即使在作業(yè)機械的三維位置的 測算精度產生變化的情況下也能夠精確地測算監(jiān)測點的位置的技術。
[0003] 專利文獻1 :日本特愿2004-125580號公報
【發(fā)明內容】
[0004] 作為具有對作業(yè)機械位置進行定位的設備的作業(yè)機械，有使用由該設備檢測出的 作業(yè)機械的位置信息而使設置于作業(yè)機械的駕駛室內的顯示裝置中顯示作業(yè)的引導畫面、 或者控制作業(yè)機的動作這樣的作業(yè)機械。通過這種作業(yè)機械進行的施工被稱為信息化施 工，不過在作業(yè)機械因某種原因而無法對自身位置進行定位的情況下，優(yōu)選具有定位后援 功能，如果具有定位后援功能，則能夠持續(xù)精確地進行信息化施工。
[0005] 在記載于專利文獻1的技術中，在三維位置測算裝置的測算精度下降的情況下， 基于由橫擺角（yaw angle)測算裝置測算出的橫擺角，對監(jiān)測點的位置運算進行修正。然 而，在由于橫擺角測算裝置的動作不良或通信不良等而無法獲得正確的橫擺角的值或者作 業(yè)機械行走時，即使基于橫擺角測算裝置的測算值進行修正，也存在對計算結果進行修正 所得到的位置與實際位置不同的可能性。在對計算結果進行修正所得到的位置與實際位置 不同的情況下，如果基于修正后的位置來控制作業(yè)機械的動作，則存在無法精確地控制作 業(yè)機的可能性。
[0006] 在記載于專利文獻1的技術中，將液壓挖掘機的坐標系的原點設定為回轉中心與 回轉基座的框架的交點。而且，在記載于專利文獻1的技術中，在GPS不正常的情況下，相 對于側傾角（roll angle)和俯仰角（pitch angle)中的至少一個角度的變化，兩個GPS天 線的精度發(fā)生變動，但是在專利文獻1中沒有記載也沒有啟示對該變動的修正。因此，在記 載于專利文獻1的技術中，在GPS不正常的情況下，存在無法精確地控制作業(yè)機的可能性。
[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種作業(yè)機械的控制系統(tǒng)和作業(yè)機械，對于基于對作業(yè)機 械位置進行定位的結果來進行信息化施工的作業(yè)機械，使其能夠實現在進行信息化施工時 持續(xù)精確地控制作業(yè)機、以及在作業(yè)的引導畫面中顯示適當的信息這兩種情況中的至少一 種情況。
[0008] 本發(fā)明提供一種作業(yè)機械的控制系統(tǒng)，其用于控制包括行走裝置和具有作業(yè)部件 的作業(yè)機的作業(yè)機械，該作業(yè)機械的控制系統(tǒng)包括：位置檢測裝置，其檢測上述作業(yè)機械的 位置；狀態(tài)檢測裝置，其檢測表示上述作業(yè)機械的動作的動作信息；位置信息生成部，其以 第一模式、第二模式和第三模式中的某一模式動作，該第一模式是將由上述位置檢測裝置 檢測出的位置的信息作為與上述作業(yè)機械的位置相關的位置信息輸出，該第二模式是將使 用在通過上述位置檢測裝置的定位成為異常之前作為上述作業(yè)機械基準的特定點和由上 述狀態(tài)檢測裝置檢測出的上述動作信息這兩者而求出的位置信息作為上述位置信息輸出， 該第三模式是不輸出上述位置信息，其中，在通過上述位置檢測裝置的定位為正常的情況 下以上述第一模式動作，在通過上述位置檢測裝置的定位為異常并且上述作業(yè)機械處于靜 態(tài)狀態(tài)的情況下以上述第二模式動作，在通過上述位置檢測裝置的定位為異常并且上述作 業(yè)機械處于非靜態(tài)狀態(tài)的情況下以上述第三模式動作；以及目標值生成部，其基于從上述 位置信息生成部得到的上述位置信息，求取上述作業(yè)機的位置。
[0009] 優(yōu)選的是，上述位置信息生成部，在以上述第二模式動作中，在發(fā)生了與檢測上述 作業(yè)機械的動作的設備和求取上述作業(yè)機械的位置的設備中的至少一種設備相關的異常 的情況下，以上述第三模式動作。
[0010] 優(yōu)選的是，上述作業(yè)機械具有回轉體，該回轉體安裝有上述作業(yè)機，并且安裝于上 述行走裝置，搭載在上述行走裝置上進行回轉，上述特定點是在通過上述位置檢測裝置的 定位成為異常之前的、上述回轉體的旋轉中心軸和與上述行走裝置接觸的地面對應的面的 交點，位置信息生成部，還在以上述第二模式動作中，在通過上述位置檢測裝置的定位成為 正常的情況下，以上述第一模式動作，將在以上述第二模式動作中上述作業(yè)機械行走了這 一情況作為條件以上述第三模式動作。
[0011] 優(yōu)選的是，替代上述條件，上述位置信息生成部將發(fā)生了與檢測上述作業(yè)機械的 動作的設備和求取上述作業(yè)機械的位置的設備中的至少一種設備相關的異常這一情況作 為條件以上述第三模式動作。
[0012] 本發(fā)明提供一種作業(yè)機械的控制系統(tǒng)，其用于控制包括行走裝置、具有作業(yè)部件 的作業(yè)機、以及安裝有上述作業(yè)機并且搭載在上述行走裝置上進行回轉的回轉體的作業(yè)機 械，該作業(yè)機械的控制系統(tǒng)包括：位置檢測裝置，其檢測上述作業(yè)機械的位置；狀態(tài)檢測裝 置，其對上述作業(yè)機械的動作進行檢測，并對表示檢測到的動作的動作信息進行檢測；位置 信息生成部，其以第一模式、第二模式和第三模式中的某一模式動作，該第一模式是將由上 述位置檢測裝置檢測出的位置的信息作為與上述作業(yè)機械的位置相關的位置信息輸出，該 第二模式是將使用在通過上述位置檢測裝置的定位成為異常之前作為上述作業(yè)機械基準 的特定點和由上述狀態(tài)檢測裝置檢測出的上述動作信息這兩者而求出的位置信息作為上 述位置信息輸出，該第三模式是不輸出上述位置信息，其中，在以上述第二模式動作中在通 過上述位置檢測裝置的定位成為正常的情況下，以上述第一模式動作，將在以上述第二模 式動作中上述作業(yè)機械成為非靜態(tài)狀態(tài)這一情況作為條件以上述第三模式動作；以及目標 值生成部，其基于從上述位置信息生成部得到的上述位置信息，求取上述作業(yè)機的位置。
[0013] 優(yōu)選的是，上述位置信息生成部，在上述回轉體進行回轉時，在以上述第二模式動 作中，在通過上述位置檢測裝置的定位成為正常的情況下，持續(xù)以上述第二模式進行動作 直到至少上述回轉體的回轉結束為止。
[0014] 優(yōu)選的是，替代上述條件，上述位置信息生成部將在以上述第二模式動作中在發(fā) 生了與檢測上述作業(yè)機械的動作的設備和求取上述作業(yè)機械的位置的設備中的至少一種 設備相關的異常這一情況作為條件以上述第三模式動作。
[0015] 優(yōu)選的是，替代上述條件，上述位置信息生成部將以上述第二模式動作的時間超 過閾值這一情況作為條件以上述第三模式動作。
[0016] 優(yōu)選的是，替代上述條件，上述位置信息生成部將在以上述第二模式動作中上述 回轉體向同一方向超過特定角度地進行了旋轉這一情況作為條件不輸出上述作業(yè)機械的 位置。
[0017] 本發(fā)明提供一種作業(yè)機械的控制系統(tǒng)，其用于控制包括行走裝置、具有作業(yè)部件 的作業(yè)機、以及安裝有上述作業(yè)機并且搭載在上述行走裝置上進行回轉的回轉體的作業(yè)機 械，所述作業(yè)機械的控制系統(tǒng)包括：位置檢測裝置，其檢測上述作業(yè)機械的位置；狀態(tài)檢測 裝置，其對上述作業(yè)機械的動作進行檢測，并對表示檢測到的動作的動作信息進行檢測；位 置信息生成部，其使用通過上述位置檢測裝置的定位的狀態(tài)和上述作業(yè)機械的狀態(tài)而選擇 第一模式、第二模式和第三模式中的某一模式來動作，該第一模式是將由上述位置檢測裝 置檢測出的位置的信息作為與上述作業(yè)機械的位置相關的位置信息輸出，該第二模式是將 使用在通過上述位置檢測裝置的定位成為異常之前作為上述作業(yè)機械基準的位置即作為 上述回轉體的旋轉中心軸和與上述行走裝置接觸的地面相當的面的交點的特定點、以及由 上述狀態(tài)檢測裝置檢測出的上述動作信息這兩者而求出的位置信息作為上述位置信息輸 出，該第三模式是不輸出上述位置信息；以及目標值生成部，其基于從上述位置信息生成部 得到的上述位置信息，求取上述作業(yè)機的位置。
[0018] 優(yōu)選的是，上述位置信息生成部，在上述作業(yè)機械處于靜態(tài)狀態(tài)并且通過上述位 置檢測裝置的定位為正常的情況下以上述第一模式動作，并且求取上述特定點，在上述作 業(yè)機械處于非靜態(tài)狀態(tài)或者通過上述位置檢測裝置的定位成為異常的情況下，使用上述特 定點以上述第二模式動作。
[0019] 優(yōu)選的是，在用于操作上述回轉體的操作裝置處于操作狀態(tài)、用于操作上述行走 裝置的操作裝置處于操作狀態(tài)、或者上述回轉體進行回轉的速度為閾值以上的狀態(tài)持續(xù)第 一時間的情況下，上述位置信息生成部判斷為處于上述非靜態(tài)狀態(tài)，在用于操作上述回轉 體的操作裝置處于非操作狀態(tài)、用于操作上述行走裝置的操作裝置處于非操作狀態(tài)、并且 上述回轉體進行回轉的速度小于閾值的狀態(tài)持續(xù)第二時間的情況下，上述位置信息生成部 判斷為處于上述靜態(tài)狀態(tài)。
[0020] 本發(fā)明是具有上述作業(yè)機械的控制系統(tǒng)的作業(yè)機械。
[0021] 本發(fā)明能夠提供一種作業(yè)機械的控制系統(tǒng)和作業(yè)機械，對于基于對作業(yè)機械位置 進行定位的結果來進行信息化施工的作業(yè)機械，使其能夠實現在進行信息化施工時精確地 持續(xù)控制作業(yè)機、以及在作業(yè)的引導畫面中顯示適當的信息這兩項中的至少一項。
【附圖說明】
[0022] 圖1是實施方式涉及的作業(yè)機械的立體圖。
[0023] 圖2是表示液壓挖掘機的控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的結構的框圖。
[0024] 圖3是液壓挖掘機的側視圖。
[0025] 圖4是液壓挖掘機的后視圖。
[0026] 圖5是實施方式涉及的控制系統(tǒng)的控制框圖。
[0027] 圖6是表示液壓挖掘機的姿態(tài)的俯視圖。
[0028] 圖7是表示液壓挖掘機的姿態(tài)的俯視圖。
[0029] 圖8是表示實施方式涉及的控制系統(tǒng)的位置信息生成處理的一個示例的流程圖。
[0030] 圖9是表示傳感器控制器的動作模式的轉換的圖。
[0031] 圖10是用于說明轉換成第三模式的條件的圖。
[0032] 圖11是用于說明轉換成第三模式的條件的圖。
[0033] 圖12是在上部回轉體回轉時傳感器控制器執(zhí)行的處理的時序圖。
[0034] 符號說明
[0035] 1車輛主體
[0036] 2作業(yè)機
[0037] 3上部回轉體
[0038] 5行走裝置
[0039] 5a、5b 履帶
[0040] 5c液壓馬達
[0041] 6 動臂
[0042] 7 斗桿
[0043] 8 鏟斗
[0044] 8B 鏟齒
[0045] 8T 齒尖
[0046] 21、22 天線（GNSS 天線）
[0047] 23全局坐標運算裝置
[0048] 25操作裝置
[0049] 25R右操縱桿
[0050] 25L左操縱桿
[0051] 25FL、25FR 行走桿
[0052] 26作業(yè)機控制器
[0053] 27PC、66、68 壓力傳感器
[0054] 28顯示控制器
[0055] 28A齒尖位置計算部
[0056] 28B目標挖掘地形數據生成部
[0057] 28C目標施工信息存儲部
[0058] 29 顯示部
[0059] 39傳感器控制器
[0060] 39A姿態(tài)角運算部
[0061] 39B位置信息運算部
[0062] 100液壓挖掘機
[0063] 200控制系統(tǒng)
[0064] Clb坐標旋轉矩陣
[0065] IPL位置信息
[0066] MI動作信息
[0067] P、Pl、Plc、Pli、P2、P2c、P2i 基準位置數據
[0068] PUPLb原點位置
[0069] Θ 4側傾角
[0070] Θ 5俯仰角
[0071] Θ d、Θ da、Θ dc、Θ di、Θ dia、Θ dib 方位角
[0072] ω 回轉角速度
【具體實施方式】
[0073] 參照附圖來詳細說明用于實施本發(fā)明的方式（實施方式）。
[0074] 作業(yè)機械的整體結構
[0075] 圖1是實施方式涉及的作業(yè)機械的立體圖。圖2是表示液壓挖掘機100的控制系 統(tǒng)200和液壓系統(tǒng)300的結構的框圖。作為作業(yè)機械的液壓挖掘機100具有作為主體部的 車輛主體1和作業(yè)機2。車輛主體1具有作為回轉體的上部回轉體3和作為行走體的行走 裝置5。上部回轉體3的機械室3EG的內部收容有作為動力發(fā)生裝置的發(fā)動機和液壓栗等 裝置。
[0076] 在實施方式中，液壓挖掘機100的作為動力發(fā)生裝置的發(fā)動機例如使用柴油發(fā)動 機等內燃機，但是動力發(fā)生裝置不局限于內燃機。液壓挖掘機100的動力發(fā)生裝置例如也 可以是組合內燃機、發(fā)電電動機和蓄電裝置而成的、所謂混合動力方式的裝置。此外，液壓 挖掘機100的動力發(fā)生裝置也可以不具有內燃機，而是組合蓄電裝置和發(fā)電電動機而成的 裝置。
[0077] 上部回轉體3具有駕駛室4。駕駛室4設置在上部回轉體3的另一端側。即，駕駛 室4設置在與配置有機械室3EG的一側相反的一側。在駕駛室4內，配置有圖2所示的顯 示部29和操作裝置25。在上部回轉體3的上方設置有扶手9。
[0078] 在行走裝置5上搭載有上部回轉體3。行走裝置5具有履帶5a、5b。行走裝置5 由左右設置的液壓馬達5c中的一個或兩個驅動。通過行走裝置5的履帶5a、5b旋轉而使 液壓挖掘機100行走。作業(yè)機2安裝于上部回轉體3的駕駛室4的側面一側。
[0079] 液壓挖掘機100也可以具有行走裝置，其具備輪胎來取代履帶5a、5b，通過變速箱 將發(fā)動機的驅動力傳遞給輪胎而能夠行走。作為這種方式的液壓挖掘機1〇〇,例如有輪式液 壓挖掘機。
[0080] 在上部回轉體3中，配置有作業(yè)機2和駕駛室4的一側為前方，配置有機械室3EG 的一側為后方。上部回轉體3的前后方向是X方向。朝向前方時的左側是上部回轉體3的 左側，朝向前方時的右側是上部回轉體3的右側。上部回轉體3的左右方向也稱為寬度方 向或y方向。液壓挖掘機100或車輛主體1以上部回轉體3為基準時行走裝置5的一側為 下方，以行走裝置5為基準時上部回轉體3的一側為上方。上部回轉體3的上下方向是z 方向。在液壓挖掘機100設置在水平面上的情況下，下方是鉛垂方向即重力的作用方向側， 上方是與鉛垂方向相反的一側。
[0081] 作業(yè)機2具有動臂6、斗桿7、作為作業(yè)部件的鏟斗8、動臂缸10、斗桿缸11和鏟斗 缸12。動臂6的基端部通過動臂銷13能夠轉動地安裝于車輛主體1的前部。斗桿7的基 端部通過斗桿銷14能夠轉動地安裝于動臂6的前端部。在斗桿7的前端部，通過鏟斗銷15 安裝有鏟斗8。鏟斗8以鏟斗銷15為中心轉動。鏟斗8在與鏟斗銷15相反的一側安裝有 多個鏟齒8B。齒尖8T是鏟齒8B的前端。
[0082] 鏟斗8也可以不具有多個鏟齒8Β。也就是說，也可以不具有如圖1所示的鏟齒8Β， 而是用鋼板呈直線狀地形成有齒尖的鏟斗。作業(yè)機2例如也可以具備具有一個鏟齒的傾斜 斗。傾斜斗是指如下的鏟斗：具有鏟斗傾斜缸，可以使鏟斗向左右傾斜，所以即使液壓挖掘 機100位于傾斜地面，也能夠將斜坡面、平地成形或平整為任意的形狀，并且還能夠用鏟斗 底板進行碾壓作業(yè)。除此以外，作業(yè)機2也可以具備法面鏟斗或具有鑿巖用刀片的鑿巖用 附件等作為作業(yè)部件。
[0083] 圖1所示的動臂缸10、斗桿缸11和鏟斗缸12分別是通過液壓油的壓力