推土機及推土鏟控制方法
推土機及推土鏟控制方法
【專利摘要】推土機（100）具有推土鏟（40）、推土鏟操作桿（270）、推土鏟控制部（215）。推土鏟操作桿（270）輸出推土鏟（40）的下降指示信號、保持指示信號及上升指示信號。推土鏟控制部（215）在自動控制推土鏟（40）相對于設計面的高度并且被輸入下降指示信號和上升指示信號中的任一信號時，與之相應地控制推土鏟（40）的高度。推土鏟控制部（215）在變速箱（12b）從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到所述前進狀態(tài)之后被依次輸入下降指示信號和保持指示信號時，使推土鏟（40）下降到地面（GL）。
【專利說明】推土機及推土鏟控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及具有作為工作裝置的推土鏟的推土機及該推土機中的推土鏟控制方法。
【背景技術】
[0002]作為作業(yè)車輛之一的推土機是一種具有履帶式行駛裝置并且在車輛前側具有工作裝置即鏟斗(推土鏟)的牽引車。推土鏟使用于推鏟并搬運地表的砂土等的推土作業(yè)、使地面平整的整地作業(yè)等。
[0003]目前，提出有一種在自動操作下的推土作業(yè)中根據(jù)變速箱被切換為前進狀態(tài)的情況，自動地使推土鏟下降直至推土鏟的下端與地面接觸的方案(參照專利文獻1)，根據(jù)該方案，能夠簡便地開始需要反復進行前進后退的推土作業(yè)以輔助操作員。
[0004]需要說明的是，自動操作下的推土作業(yè)一般包括挖掘模式和整地模式。所謂挖掘模式，是指在監(jiān)視推土鏟使其不下降至設計面下方的同時，自動調節(jié)推土鏟相對于設計面的高度以使施加在推土鏟上的負荷落入規(guī)定范圍內的模式。所謂整地模式，是指自動調節(jié)推土鏟相對于設計面的高度以使推土鏟的刃尖沿著設計面移動的模式。
[0005]現(xiàn)有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:美國專利第5555942號說明書
【發(fā)明內容】
[0008](發(fā)明要解決的技術問題)
[0009]然而，根據(jù)專利文獻I的方案，在變速箱被切換為前進狀態(tài)時，無論操作員的意圖如何，推土鏟都會自動下降。因此，在希望推土機前進到所希望的地點后再使推土鏟下降的情況下，需要先結束自動操作，再將變速箱切換為前進狀態(tài)。
[0010]如上所述，在專利文獻I的方案中，存在不能向推土鏟控制合適地反映操作員意圖的問題。
[0011]本發(fā)明鑒于上述狀況而提出，目的在于提供一種能夠根據(jù)操作員的意圖執(zhí)行推土鏟控制的推土機及推土鏟控制方法。
[0012](用于解決技術問題的方案)
[0013]第一方式的推土機具有推土鏟、推土鏟操作桿、推土鏟控制部。推土鏟是以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置。推土鏟操作桿輸出推土鏟的下降指示信號、保持指示信號及上升指示信號。推土鏟控制部在被輸入下降指示信號或上升指示信號的情況下，根據(jù)下降指示信號或上升指示信號，控制推土鏟的高度。推土鏟控制部在變速箱從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到前進狀態(tài)之后被依次輸入下降指示信號和保持指示信號時，使推土鏟下降到規(guī)定位置。
[0014]根據(jù)第一方式的推土機，能夠減輕在前進后退反復作業(yè)中操作員因推土鏟操作而受到的負荷。同時，因為將來自操作員對推土鏟的下降指示信號作為觸發(fā)，執(zhí)行推土鏟的自動下降動作，因此能夠抑制執(zhí)行違反操作員意圖的推土鏟自動下降動作。因此，能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟控制。
[0015]第二方式的推土機在第一方式的推土機基礎上，推土鏟控制部以基于被輸入的下降指示信號所對應的推土鏟操作桿的操作量的下降速度，使推土鏟下降到規(guī)定位置。
[0016]根據(jù)第二方式的推土機，能夠以操作員所希望的下降速度執(zhí)行推土鏟的自動下降動作，因此能夠執(zhí)行更加反映操作員意圖的推土鏟控制。
[0017]第三方式的推土機在第二方式的推土機的基礎上，推土鏟控制部使用被輸入保持指示信號之前以規(guī)定時間保持的操作量作為推土鏟操作桿的所述操作量。
[0018]根據(jù)第三方式的推土機，因為能夠基于操作員最后輸入的操作量對推土鏟進行控制，因此更能使反映操作員的意圖反映在自動下降動作上。
[0019]第四方式的推土機在第二方式的推土機的基礎上，推土鏟控制部在推土鏟操作桿的操作量以第一值保持第一時間保持之后，以比第一值小的第二值保持第二時間后返回到O的情況下，基于第二值確定下降速度。
[0020]根據(jù)第四方式的推土機，能夠在自動下降動作中反映操作員對推土鏟操作桿的具體操作。
[0021]第五方式的推土機具有推土鏟、推土鏟操作桿、推土鏟控制部。推土鏟是以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置。推土鏟操作桿輸出推土鏟的下降指示信號、保持指示信號及上升指示信號。推土鏟控制部在被輸入下降指示信號和上升指示信號中任一信號的情況下，根據(jù)被輸入的任一信號，控制推土鏟的高度。推土鏟控制部在變速箱從不同于后退狀態(tài)的狀態(tài)切換到后退狀態(tài)后被依次輸入上升指示信號和保持指示信號時，使推土鏟上升到規(guī)定位置。
[0022]根據(jù)第五方式的推土機，能夠減輕在前進后退的反復作業(yè)中操作員因推土鏟操作而受到的負荷。同時，因為將來自操作員對推土鏟的上升指示信號作為觸發(fā)執(zhí)行推土鏟的自動上升動作，所以能夠抑制執(zhí)行違反操作員意圖的推土鏟自動上升動作。因此，能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟控制。
[0023]第六方式的推土機的推土鏟控制方法是具有以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置即推土鏟的推土機中的推土鏟控制方法。該推土鏟控制方法包括將變速箱從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到前進狀態(tài)的步驟；依次輸出推土鏟的下降指示信號和保持指示信號的步驟；使推土鏟下降到設計面的上方的規(guī)定位置的步驟，其中設計面是表示挖掘對象的目標形狀的三維設計地形。
[0024]根據(jù)第六方式的推土機的推土鏟控制方法，能夠減輕在前進后退的反復作業(yè)中操作員因推土鏟操作而受到的負荷，并且能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟控制。
[0025](發(fā)明效果)
[0026]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠反映操作員意圖并且推土鏟操作簡化的控制裝置、工作裝置及推土鏟控制方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是表示推土機的整體結構的側視圖。[0028]圖2是表示推土機的結構的示意圖。
[0029]圖3是表示推土機的內部結構的框圖。
[0030]圖4是表示推土鏟控制器的功能的框圖。
[0031]圖5是用于說明自動操作下的推土作業(yè)的視圖。
[0032]圖6是用于說明自動下降動作中的下降速度的確定方法的視圖。
[0033]圖7是用于說明推土鏟的自動下降動作的流程圖。
[0034]圖8是表示推土機的工作狀態(tài)的時間圖。
【具體實施方式】
[0035]以下參照【專利附圖】
【附圖說明】實施方式的推土機100的結構。在以下的說明中，“上” “下” “前” “后” “左” “右”是以就坐于駕駛座的操作員為基準的術語。
[0036]〈推土機100的外觀結構〉
[0037]圖1是表示推土機100的外觀結構的側視圖。
[0038]推土機100包括車體10、行駛裝置20、提升車架30、推土鏟40、提升液壓缸50、角度液壓缸60、傾斜液壓缸70、GPS接收器80、IMU (Inertial Measurement Unit,慣性測量單元)90、一對鏈輪95。
[0039]車體10具有駕駛室11和設備室12。在駕駛室11內配置有后述的自動操作開關260、推土鏟操作桿270、換擋桿280 (分別參照圖3)及駕駛座(未圖示)。在設備室12內收納有發(fā)動機12a及靜液壓傳動裝置12b。此外，在設備室12內配置有后述的推土鏟控制器210、比例控制閥220、液壓泵230、液壓傳感器240及設計面數(shù)據(jù)存儲部250 (參照圖3)。
[0040]行駛裝置20由一對履帶(在圖1中只表示左側的履帶)、鏈輪95及空轉輪構成。行駛裝置20安裝在車體10的下部。通過一對鏈輪95的驅動，使一對履帶旋轉，從而使推土機100行駛。
[0041]提升車架30在車寬方向(即左右方向)上配置在行駛裝置20的內側。提升車架30以平行于車寬方向的軸線X為中心能夠上下擺動地安裝在車體10上。提升車架30經(jīng)由球關節(jié)部31、斜撐桿32、支柱部33支承推土鏟40。
[0042]推土鏟40配置在車體10的前方。推土鏟40具有與球關節(jié)部31連結的萬向接頭41、與斜撐桿32連結的傾斜接頭42。推土鏟40隨著提升車架30的上下擺動而上下移動。在推土鏟40的下端部形成有在整地作業(yè)和挖掘作業(yè)中向地面GL插入的刃尖40P。
[0043]提升液壓缸50與車體10和提升車架30連結。通過提升液壓缸50伸縮使推土鏟40以軸線X中心為中心上下擺動。
[0044]在此，圖2是表示推土機100的結構的示意圖。在圖2中，用雙點劃線表示推土鏟40的原點位置。當推土鏟40位于原點位置時，推土鏟40的刃尖40P與地面GL接觸。如圖2所示，推土機100具有提升液壓缸傳感器50S。提升液壓缸傳感器50S由用于檢測桿的位置的旋轉輥和用于使桿的位置復原到原點的電磁傳感器構成。提升液壓缸傳感器50S檢測提升液壓缸50的行程長度(以下稱為“提升液壓缸長度L”)。如后文所述，推土鏟控制器210 (參照圖3)根據(jù)提升液壓缸長度L計算出推土鏟40的提升角Θ。提升角Θ與推土鏟40從原點位置下降的角度即與刃尖40P向地中插入的深度相對應。通過以使推土鏟40從原點位置下降的狀態(tài)前進，推土機100進行推土作業(yè)。[0045]角度液壓缸60與提升車架30和推土鏟40連結。通過角度液壓缸60伸縮，推土鏟40以通過萬向接頭41和傾斜接頭42各自的轉動中心的軸心Y為中心擺動。
[0046]傾斜液壓缸70與提升車架30的支柱部33和推土鏟40的右上端部連結。通過傾斜液壓缸70伸縮，推土鏟40以連結球關節(jié)部31與斜撐桿32的下端部的軸線Z為中心擺動。
[0047]GPS接收器80配置在駕駛室11上。GPS接收器80是GPS (Global PositioningSystem，全球定位系統(tǒng))用的天線。GPS接收器80接收用于計算本機自身位置的GPS數(shù)據(jù)。
[0048]IMU90是慣性測量裝置(Inertial Measurement Unit),取得車體傾斜角數(shù)據(jù)，該車體傾斜角數(shù)據(jù)表示相對于水平的前后左右的車體傾斜角。頂U90將車體傾斜角數(shù)據(jù)發(fā)送至推土鏟控制器210。
[0049]一對鏈輪95利用收納在設備室12內的發(fā)動機12a驅動。在變速箱12b處于前進狀態(tài)時，一對鏈輪95使行駛裝置20向前進方向驅動，在變速箱12b處于后退狀態(tài)時，一對鏈輪95使行駛裝置20向后退方向驅動。在變速箱12b處于空擋狀態(tài)時，行駛裝置不被驅動。
[0050]〈推土機100的內部結構〉
[0051]圖3是表示推土機100的內部結構的框圖。推土機100具有推土鏟控制器210、比例控制閥220、液壓泵230、液壓傳感器240、設計面數(shù)據(jù)存儲部250、自動操作開關260、推土鏟操作桿270及換擋桿280。
[0052]推土鏟控制器210在從自動操作開關260取得推土作業(yè)的自動操作開始指示信號時，基于提升液壓缸長度L、GPS數(shù)據(jù)、車體傾斜角數(shù)據(jù)、設計面數(shù)據(jù)及壓力數(shù)據(jù)，自動調節(jié)推土鏟40相對于設計面的高度并執(zhí)行推土作業(yè)。這樣的推土作業(yè)的自動操作包括挖掘模式和整地模式。在挖掘模式下，自動調節(jié)推土鏟40相對于設計面的高度，以便在監(jiān)視刃尖40P使其不下降到設計面下方的同時，使施加在推土鏟40上的負荷(以下稱為“推土鏟負荷”)落入目標范圍內。在整地模式下，自動調節(jié)推土鏟40相對于設計面的高度，使得推土鏟40的刃尖40P沿著設計面移動。
[0053]即使在推土作業(yè)的自動操作中，在操作員操作推土鏟操作桿270的情況下，推土鏟控制器210也會根據(jù)操作員的操作調節(jié)推土鏟40的高度。
[0054]在推土作業(yè)的自動操作中變速箱12b被切換到前進狀態(tài)的情況下，當確認到操作員通過手動操作使推土鏟40下降時，推土鏟控制器210使推土鏟40自動下降到規(guī)定位置。關于推土鏟40的自動下降，將于后文敘述。
[0055]推土鏟控制器210在使推土鏟40上升或下降的情況下，將控制信號(電流)輸出到比例控制閥220。
[0056]比例控制閥220配置在提升液壓缸50與液壓泵230之間。比例控制閥220的開口度根據(jù)來自推土鏟控制器210的控制信號(電流)來調整。
[0057]液壓泵230與發(fā)動機12a聯(lián)動，為了驅動一對鏈輪95而供給工作油。另外，液壓泵230經(jīng)由比例控制閥220向提升液壓缸50供給工作油。
[0058]液壓傳感器240檢測從液壓泵230向一對鏈輪95供給的工作油的壓力。由液壓傳感器240檢測的壓力與行駛裝置20的牽引力對應。因此，推土鏟負荷能夠根據(jù)液壓傳感器240所檢測到的壓力來測定。[0059]設計面數(shù)據(jù)存儲部250儲存表示作為三維設計地形的設計面的位置和形狀的設計面數(shù)據(jù)，其中三維設計地形表示工作區(qū)域內的掘削對象的目標形狀。
[0060]自動操作開關260根據(jù)操作員的操作，向推土鏟控制器210輸出自動操作的開始
/結束指示信號。
[0061]在自動操作開關260中設置有用于切換挖掘模式和整地模式的切換開關260a。自動操作開關260將表示是挖掘模式還是整地模式的自動操作的開始/結束指示信號輸出到推土鏟控制器210。
[0062]推土鏟操作桿270是用于供操作員手動操作推土鏟40的操作件。推土鏟操作桿270能夠從保持位置S向最大下降位置Dmax傾倒，并且能夠從保持位置S向最大上升位置U Mx傾倒。
[0063]在推土鏟操作桿270靜止在保持位置S時，將保持指示信號輸出到推土鏟控制器210。在推土鏟操作桿270從保持位置S向最大下降位置Dmax側傾倒時，將推土鏟40的下降指示信號輸出到推土鏟控制器210。在推土鏟操作桿270從保持位置S向最大上升位置U _側傾倒時，將推土鏟40的上升指示信號輸出到推土鏟控制器210。在下降指示信號和上升指示信號中包含有表示推土鏟操作桿270的操作量V的信息。在本實施方式中，輸出下降指示信號的操作量V為正值，輸出保持指示信號的操作量V為零(“0”)，輸出上升指示信號的操作量V為負值。操作量V與推土鏟40的下降速度和上升速度對應，操作量V的絕對值越大，推土鏟40的下降速度和上升速度越大。推土鏟操作桿270的操作量V例如能夠由從保持位置S傾倒的傾倒角表示。
[0064]換擋桿280是用于供操作員將變速箱12b設定為前進狀態(tài)、后退狀態(tài)及空擋狀態(tài)中的任一狀態(tài)的操作件。換擋桿280能夠從空擋位置N向前進位置F和后退位置R移動。換擋桿280將表示處于空擋位置N、前進位置F及后退位置R中的任一位置的擋位數(shù)據(jù)輸出到推土鏟控制器210。
[0065]〈推土鏟控制器210的功能〉
[0066]圖4是表示推土鏟控制器210的功能的框圖。圖5是用于說明自動操作中的推土作業(yè)的示意圖。
[0067]如圖4所示，推土鏟控制器210具有推土鏟負荷取得部211、推土鏟負荷判定部212、推土鏟坐標取得部213、距離取得部214及推土鏟控制部215。
[0068]推土鏟負荷取得部211從液壓傳感器240取得向一對鏈輪95供給的工作油的壓力數(shù)據(jù)。推土鏟負荷取得部211基于壓力數(shù)據(jù)計算出施加在推土鏟40上的推土鏟負荷。
[0069]推土鏟負荷判定部212判斷由推土鏟負荷取得部211取得的推土鏟負荷是否落入規(guī)定范圍內。推土鏟負荷判定部212將判斷結果通知到推土鏟控制部215。
[0070]推土鏟坐標取得部213取得提升液壓缸長度L、GPS數(shù)據(jù)及車體傾斜角數(shù)據(jù)。推土鏟坐標取得部213基于GPS數(shù)據(jù)計算GPS接收器80的整體坐標。推土鏟坐標取得部213基于提升液壓缸長度L計算出提升角Θ (參照圖2)。推土鏟坐標取得部213基于提升角Θ和車體尺寸數(shù)據(jù)計算出相對于GPS接收器80的推土鏟40 (具體而言，推土鏟刃尖40P)的局部坐標。推土鏟坐標取得部213基于GPS接收器80的整體坐標、推土鏟40的局部坐標及車體傾斜角數(shù)據(jù)，計算出推土伊40的整體坐標。
[0071]距離取得部214取得推土鏟40的整體坐標及設計面數(shù)據(jù)。距離取得部214基于推土鏟40的整體坐標及設計面數(shù)據(jù)，計算出垂直于設計面的方向上的設計面與推土鏟40的距離。
[0072]推土伊控制部215在從自動操作開關260取得自動操作開始指示時,開始挖掘模式或整地模式下的推土作業(yè)的自動操作。推土鏟控制部215在從自動操作開關260取得自動操作結束指示時，結束推土作業(yè)的自動操作。
[0073]推土鏟控制部215在以挖掘模式自動操作推土作業(yè)的情況下，參照推土鏟負荷判定部212的判斷結果，自動調節(jié)推土鏟40相對于設計面的高度以使推土鏟負荷落入目標范圍內。在這種情況下，推土鏟控制部215參照由距離取得部214計算出的相對于設計面的推土鏟40的距離，監(jiān)視推土鏟40使其不下降到設計面下方。另一方面，推土鏟控制部215在以整地模式自動操作推土作業(yè)的情況下，參照由距離取得部214計算出的相對于設計面的推土鏟40的距離，使推土鏟40保持在從設計面隔開規(guī)定間隔O O)的位置。
[0074]在通常的推土作業(yè)中，最初的工序通過挖掘模式進行作業(yè)，下一步工序通過整地模式進行作業(yè)。在該推土作業(yè)中，推土機在第一地點與第二地點之間反復行駛。
[0075]具體而言，在從第一地點到第二地點進行推土作業(yè)后操作員將換擋桿280切換到后退位置R時，換擋桿280向推土鏟控制部215輸出表示后退位置R的擋位數(shù)據(jù)。推土鏟控制部215在取得表示后退位置R的擋位數(shù)據(jù)時，如圖5 Ca)所示，使推土鏟40上升到比原點位置高的位置。
[0076]之后，在推土機100從第二地點后退到第一地點之后操作員將換擋桿280切換到前進位置F時，換擋桿280向推土鏟控制部215輸出表示前進位置F的擋位數(shù)據(jù)。在該時亥IJ，如圖5 (b)所示，推土鏟控制部215也將推土鏟40保持在比原點位置高的位置。
[0077]接著，操作員使推土鏟操作桿270從保持位置S向最大下降位置Dmax側傾倒時，推土鏟操作桿270向推土鏟控制部215輸出推土鏟40的下降指示信號。推土鏟控制部215將與下降指示信號所包含的推土鏟操作桿270的操作量V相對應的電流輸出到比例控制閥220。與此相對地，推土鏟40以與推土鏟操作桿270的操作量V對應的速度下降。由此，基于操作員的手動操作的推土鏟40的下降作業(yè)開始。
[0078]接著，操作員使推土鏟操作桿270返回到保持位置S時，推土鏟操作桿270向推土鏟控制部215輸出推土鏟40的保持指示信號。此時，推土鏟控制部215基于提升液壓缸長度L，判斷推土鏟40是否位于原點位置的下方，即判斷推土鏟40是否到達地面GL。
[0079]在推土鏟40到達地面GL時，推土鏟控制部215結束向比例控制閥220輸出電流，從而停止推土鏟40。另一方面，在推土鏟40未到達地面GL時，推土鏟控制部215基于之前的下降指示信號所包含的推土鏟操作桿270的操作量V，確定推土鏟40的下降速度。推土鏟控制部215將與確定的下降速度相對應的電流輸出到比例控制閥220直到推土鏟40下降到原點位置為止。
[0080]如圖5 (C)所示，在推土鏟40到達原點位置時，推土鏟控制部215結束向比例控制閥220輸出電流。由此，進行將操作員的下降操作作為觸發(fā)的推土鏟40的自動下降動作(刃尖對位)，從而結束下一次推土作業(yè)的準備。
[0081]在此，參照圖6說明自動下降動作中的下降速度的確定方法。
[0082]圖6所示的操作模式I的操作是:首先將推土鏟操作桿270從輸出保持指示信號的保持位置S操作到輸出下降指示信號的位置A，在位置A保持第一時間(例如，0.1秒左右)之后返回到保持位置S。在該操作中，將從保持位置S到位置A的操作量設為第一值VaJlJ操作模式I的操作量V從“O”迅速地增加到第一值Va，在第一值Va保持第一時間之后，從第一值Va迅速減少到“O”。
[0083]在這種情況下，推土鏟控制部215基于第一值Va確定下降速度。需要說明的是，第一值Va可以是比“O”大的值，但是如果推土鏟操作桿270在保持位置S上有停頓的情況下，第一置Va可以設定在規(guī)定閾值(例如，從保持位置S到最大下降位置Dmax為止的最大操作量的50%)以上的值。
[0084]另一方面，操作模式2的操作是:首先將推土鏟操作桿270從保持位置S操作到位置A，在位置A保持第一時間之后，返回到輸出下降指示信號的位置B，在位置B保持第二時間(例如0.5秒左右)之后，返回到保持位置S。需要說明的是，位置B比位置A位于靠前的位置。在該操作中，將從保持位置S到位置B的操作量設為第二值Vb，則操作模式2的操作量V從“O”迅速增加到第一值Va并保持第一時間之后，從第一值Va減少到第二值Vb并保持第二時間，接著從第二值Vb迅速減少到“O”。
[0085]在這種情況下，推土鏟控制部215基于第二值Vb確定下降速度。需要說明的是，第二值Vb可以是比“O”大并且不同于第一值Va的值，但是也可以是在上述規(guī)定閾值以上的值。
[0086]需要說明的是，自動下降動作中的下降速度可以設定為操作量V越大，下降速度越快。例如，推土鏟控制部215可以從多個速度水平(例如高速和低速)中選擇與第一值Va或第二值Vb對應的速度作為下降速度，或者將與操作量V成正比的速度設定為下降速度。無論哪種方法，在第二值Vb比第一值Va小的情況下、操作模式2的下降速度都比操作模式I的下降速度慢。
[0087]〈推土鏟40的自動下降動作〉
[0088]圖7是用于說明推土鏟40的自動下降動作的流程圖。圖8是表示推土機100的動作狀態(tài)的時間圖。圖8的時間圖與圖6所示的操作桿270的操作模式I的動作相對應。需要說明的是，在以下的說明中，如圖8所示，從自動操作開關260輸入推土作業(yè)的自動操作開始指示。
[0089]在步驟SI中，控制器210判斷變速箱12b是否從與前進狀態(tài)不同的狀態(tài)(即后退狀態(tài)或空擋狀態(tài))切換到前進狀態(tài)。當變速箱12b被切換到前進狀態(tài)時，處理進入步驟S2。如果變速箱12b沒有被切換到前進狀態(tài)，則重復步驟SI的處理。在圖8所示的例子中，在時刻Tl時，變速箱12b從空擋狀態(tài)被切換到前進狀態(tài)。
[0090]在步驟S2中，控制器210判斷是否輸入了推土鏟40的下降指示信號。在被輸入下降指示信號時，推土機100在步驟3中以與下降指示信號所包含的操作量V相對應的速度使推土鏟40下降。在沒有被輸入下降指示信號時，重復步驟S2的處理。在圖8所示的例子中，推土機100在前進中的時刻T2被輸入下降指示信號。
[0091]在步驟S4中，控制器210判斷推土鏟40是否在地面GL的上方。當推土鏟40到達地面GL的上方時，處理進入步驟S5。當推土鏟40到達地面GL或者在地面GL下方時，處理返回到步驟SI。
[0092]在步驟S5中，控制器210判斷推土鏟操作桿270的操作量V是否以輸出下降指示信號的任意操作量Vx保持在規(guī)定時間以上。一實施方式的規(guī)定時間為0.1秒。規(guī)定時間設定為0.1秒，則能夠判斷為使推土鏟操作桿270從推土鏟下降方向的操作立即切換到保持位置方向的操作的動作以操作量Vx保持在規(guī)定時間以上。
[0093]當以操作量Vx保持在規(guī)定時間以上時，進入處理步驟S6。當沒有以操作量Vx保持在規(guī)定時間以上時，繼續(xù)步驟S3的推土鏟的下降動作。在圖8所示的例子中，圖示了操作量以第一值Va從時刻T2到時刻T3保持了規(guī)定時間以上的情況。需要說明的是，雖然在圖7中沒有圖示，但是在步驟SI之后的流程中的任意時刻，如果推土鏟操作桿270的操作量V達到輸出推土鏟40的上升指示信號的量(負值)，則處理返回到步驟SI。
[0094]在步驟S6中，控制器210判斷推土鏟操作桿270的操作量V是否從輸出下降指示信號的操作量Vx直接變?yōu)檩敵霰３种甘拘盘柕牟僮髁俊癘”。
[0095]以圖6所示的操作模式2為例，推土鏟操作桿270保持在位置A (操作量=Va)之后，如果被操作到位置B (操作量=Vb)，因為操作量從Va變?yōu)椴皇恰癘”的Vb，所以處理從步驟S6返回到步驟S3。然后，被保持在位置B之后，如果被操作到保持位置S (操作量=“0”)，因為操作量V從Vb變?yōu)椤?”，所以處理從步驟S6進入步驟S7。
[0096]在從步驟S4進入步驟S7期間，因為推土鏟40持續(xù)下降，所以在步驟S7中，控制器210再次判斷推土鏟40是否位于地面GL上方。如果判斷為推土鏟40沒有位于地面GL的上方，而是到達了地面GL或者位于地面GL下方，則處理返回到步驟SI。如果判斷為推土鏟40位于地面GL的上方，則處理進入步驟S8。
[0097]在步驟S8中，控制器210以與推土鏟操作桿270的操作量變?yōu)椤癘”之前保持了規(guī)定時間的操作量Vx (在操作模式I中為操作量Va，在模式2中為操作量Vb)對應的下降速度使推土鏟40下降。
[0098]推土鏟40的下降持續(xù)到下一個步驟S9中判斷為推土鏟40到達地面GL為止。在步驟S9中，當判斷到推土鏟40到達地面GL時，處理進入下一個步驟S10。
[0099]在步驟SlO中，推土機100停止推土鏟40的下降，從而推土鏟40的自動下降動作結束，再次從步驟SI重復自動下降的動作。需要說明的是，在圖8所示的例子中，由于在推土鏟40的自動下降動作結束的同時推土作業(yè)開始，因此從時刻T4起又開始推土鏟40的下降。
[0100]〈作用及效果〉
[0101](I)推土鏟控制部215在變速箱12b從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到所述前進狀態(tài)之后被依次輸入下降指示信號與保持指示信號時，使推土鏟40下降到地面GL(規(guī)定位置的一例)。
[0102]因此，將來自操作員的推土鏟40的下降指示信號作為觸發(fā)，執(zhí)行推土鏟40的自動下降動作，所以能夠抑制違反操作員的意圖執(zhí)行使推土鏟40自動下降動作。因此，能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟40的控制。
[0103](2)推土鏟控制部215能夠以基于操作員對推土鏟操作桿270的操作量的下降速度使推土鏟40下降。
[0104]因此，以操作員所希望的下降速度執(zhí)行推土鏟40的自動下降動作，所以能夠執(zhí)行更加反映操作員意圖的推土鏟40的控制。
[0105](3)推土鏟控制部215在推土鏟操作桿270的操作量以第一值Va保持第一時間之后，以比第一值Va小的第二值Vb保持第二時間之后再返回到O的情況下，基于第二值Vb確定下降速度。
[0106]因此，能夠使操作員對推土鏟操作桿270的具體操作反映在自動下降動作上。
[0107]〈其他實施方式〉
[0108]以上說明了本發(fā)明的一實施方式，但是本發(fā)明不限于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內能夠進行各種變更。
[0109](A)在上述實施方式中，在推土機100的推土鏟40的自動下降動作中，推土鏟40的刃尖40P與地面GL接觸，但是不限于此。在自動下降動作中，推土鏟40可以下降到事前設定的規(guī)定位置。作為這樣的規(guī)定位置，例如可以舉出與設計面一致的位置或者與地面GL或設計面隔開規(guī)定間隔的位置等。
[0110](B)在上述實施方式中，推土機100根據(jù)操作量確定了自動下降動作中的下降速度，但是不限于此。自動下降動作中的下降速度可以預先設定為規(guī)定值。
[0111](C)在上述實施方式中，推土機100判斷操作量是否保持在第一值Va和第二值Vb，但是不限于此。推土機100可以只判斷操作量是否保持在第一值Va，還可以進一步判斷是否保持在比第二值Vb小的第三值Vc。
[0112](D)在上述實施方式中，推土機100計算出與設計面垂直的方向上的設計面與刃尖40P的距離，但是不限于此。推土機100可以計算出與垂直方向相交的方向上的距離。另夕卜，推土機100可以計算出設計面與推土鏟40中除刃尖40P以外的部分的距離。
[0113](E)在上述實施方式中，雖然沒有特別提及，但是如圖5 (a)所示，在將推土作業(yè)進行到第二地點時，可以執(zhí)行將推土鏟40自動上升到規(guī)定位置的控制。具體而言，在換擋桿280被切換到后退位置R的情況下，從推土鏟操作桿270依次輸出上升指示信號和保持指示信號時，以與操作量V對應的速度使推土鏟40自動上升到規(guī)定位置。根據(jù)該控制，由于將操作員操作的上升指示信號作為觸發(fā)，執(zhí)行推土鏟40的自動上升動作，因此能夠抑制違反操作員意圖執(zhí)行推土鏟40的自動上升動作。因此，能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟40的控制。
[0114]工業(yè)實用性
[0115]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟控制的推土機及推土鏟控制方法，所以在工作械領域是有用的。
[0116]符號說明
[0117]10 車體
[0118]12b變速箱
[0119]40 推土鏟
[0120]215推土鏟控制部
[0121]270推土鏟操作桿
【權利要求】
1.一種推土機，其特征在于，具有: 推土鏟，是以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置； 推土鏟操作桿，輸出所述推土鏟的下降指示信號、保持指示信號及上升指示信號；推土鏟控制部，在被輸入所述下降指示信號或所述上升指示信號的情況下，根據(jù)所述下降指示信號或所述上升指示信號，控制所述推土鏟的高度； 所述推土鏟控制部在變速箱從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到所述前進狀態(tài)之后被依次輸入所述下降指示信號和所述保持指示信號時，使所述推土鏟下降到規(guī)定位置。
2.如權利要求1所述的推土機，其特征在于， 所述推土鏟控制部使所述推土鏟以基于被輸入的所述下降指示信號所對應的所述推土鏟操作桿的操作量的下降速度下降到所述規(guī)定位置。
3.如權利要求2所述的推土機，其特征在于， 所述推土鏟控制部使用被輸入所述保持指示信號之前以規(guī)定時間保持的操作量作為所述推土鏟操作桿的所述操作量。
4.如權利要求2所述的推土機，其特征在于， 所述推土鏟控制部在所述推土鏟操作桿的所述操作量以第一值保持第一時間之后，以比第一值小的第二值保持第二時間后返回到O的情況下，基于所述第二值確定所述下降速度。
5.—種推土機，其特征在于，具有: 推土鏟，是以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置； 推土鏟操作桿，輸出所述推土鏟的下降指示信號、保持指示信號及上升指示信號；推土鏟控制部，在被輸入所述下降指示信號和所述上升指示信號中的任一信號時，根據(jù)被輸入的所述任一信號，控制所述推土鏟的高度； 所述推土鏟控制部在變速箱從不同于后退狀態(tài)的狀態(tài)切換到所述后退狀態(tài)之后被依次輸入所述上升指示信號和所述保持指示信號時，使所述推土鏟上升到規(guī)定位置。
6.一種推土鏟控制方法，是具有以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置即推土鏟的推土機中的推土鏟控制方法，其特征在于，包括: 將變速箱從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到前進狀態(tài)的步驟； 依次輸出所述推土鏟的下降指示信號和保持指示信號的步驟； 使所述推土鏟下降到設計面的上方的規(guī)定位置的步驟，所述設計面是表示掘削對象的目標形狀的三維設計地形。
【文檔編號】E02F3/84GK103874804SQ201380001621
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權日:2013年3月8日
【發(fā)明者】石橋永至, 橋本英博, 山本健治, 米澤保人, 今村文雄, 島田健二郎 申請人:株式會社小松制作所
【專利摘要】推土機（100）具有推土鏟（40）、推土鏟操作桿（270）、推土鏟控制部（215）。推土鏟操作桿（270）輸出推土鏟（40）的下降指示信號、保持指示信號及上升指示信號。推土鏟控制部（215）在自動控制推土鏟（40）相對于設計面的高度并且被輸入下降指示信號和上升指示信號中的任一信號時，與之相應地控制推土鏟（40）的高度。推土鏟控制部（215）在變速箱（12b）從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到所述前進狀態(tài)之后被依次輸入下降指示信號和保持指示信號時，使推土鏟（40）下降到地面（GL）。
【專利說明】推土機及推土鏟控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及具有作為工作裝置的推土鏟的推土機及該推土機中的推土鏟控制方法。
【背景技術】
[0002]作為作業(yè)車輛之一的推土機是一種具有履帶式行駛裝置并且在車輛前側具有工作裝置即鏟斗(推土鏟)的牽引車。推土鏟使用于推鏟并搬運地表的砂土等的推土作業(yè)、使地面平整的整地作業(yè)等。
[0003]目前，提出有一種在自動操作下的推土作業(yè)中根據(jù)變速箱被切換為前進狀態(tài)的情況，自動地使推土鏟下降直至推土鏟的下端與地面接觸的方案(參照專利文獻1)，根據(jù)該方案，能夠簡便地開始需要反復進行前進后退的推土作業(yè)以輔助操作員。
[0004]需要說明的是，自動操作下的推土作業(yè)一般包括挖掘模式和整地模式。所謂挖掘模式，是指在監(jiān)視推土鏟使其不下降至設計面下方的同時，自動調節(jié)推土鏟相對于設計面的高度以使施加在推土鏟上的負荷落入規(guī)定范圍內的模式。所謂整地模式，是指自動調節(jié)推土鏟相對于設計面的高度以使推土鏟的刃尖沿著設計面移動的模式。
[0005]現(xiàn)有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:美國專利第5555942號說明書
【發(fā)明內容】
[0008](發(fā)明要解決的技術問題)
[0009]然而，根據(jù)專利文獻I的方案，在變速箱被切換為前進狀態(tài)時，無論操作員的意圖如何，推土鏟都會自動下降。因此，在希望推土機前進到所希望的地點后再使推土鏟下降的情況下，需要先結束自動操作，再將變速箱切換為前進狀態(tài)。
[0010]如上所述，在專利文獻I的方案中，存在不能向推土鏟控制合適地反映操作員意圖的問題。
[0011]本發(fā)明鑒于上述狀況而提出，目的在于提供一種能夠根據(jù)操作員的意圖執(zhí)行推土鏟控制的推土機及推土鏟控制方法。
[0012](用于解決技術問題的方案)
[0013]第一方式的推土機具有推土鏟、推土鏟操作桿、推土鏟控制部。推土鏟是以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置。推土鏟操作桿輸出推土鏟的下降指示信號、保持指示信號及上升指示信號。推土鏟控制部在被輸入下降指示信號或上升指示信號的情況下，根據(jù)下降指示信號或上升指示信號，控制推土鏟的高度。推土鏟控制部在變速箱從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到前進狀態(tài)之后被依次輸入下降指示信號和保持指示信號時，使推土鏟下降到規(guī)定位置。
[0014]根據(jù)第一方式的推土機，能夠減輕在前進后退反復作業(yè)中操作員因推土鏟操作而受到的負荷。同時，因為將來自操作員對推土鏟的下降指示信號作為觸發(fā)，執(zhí)行推土鏟的自動下降動作，因此能夠抑制執(zhí)行違反操作員意圖的推土鏟自動下降動作。因此，能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟控制。
[0015]第二方式的推土機在第一方式的推土機基礎上，推土鏟控制部以基于被輸入的下降指示信號所對應的推土鏟操作桿的操作量的下降速度，使推土鏟下降到規(guī)定位置。
[0016]根據(jù)第二方式的推土機，能夠以操作員所希望的下降速度執(zhí)行推土鏟的自動下降動作，因此能夠執(zhí)行更加反映操作員意圖的推土鏟控制。
[0017]第三方式的推土機在第二方式的推土機的基礎上，推土鏟控制部使用被輸入保持指示信號之前以規(guī)定時間保持的操作量作為推土鏟操作桿的所述操作量。
[0018]根據(jù)第三方式的推土機，因為能夠基于操作員最后輸入的操作量對推土鏟進行控制，因此更能使反映操作員的意圖反映在自動下降動作上。
[0019]第四方式的推土機在第二方式的推土機的基礎上，推土鏟控制部在推土鏟操作桿的操作量以第一值保持第一時間保持之后，以比第一值小的第二值保持第二時間后返回到O的情況下，基于第二值確定下降速度。
[0020]根據(jù)第四方式的推土機，能夠在自動下降動作中反映操作員對推土鏟操作桿的具體操作。
[0021]第五方式的推土機具有推土鏟、推土鏟操作桿、推土鏟控制部。推土鏟是以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置。推土鏟操作桿輸出推土鏟的下降指示信號、保持指示信號及上升指示信號。推土鏟控制部在被輸入下降指示信號和上升指示信號中任一信號的情況下，根據(jù)被輸入的任一信號，控制推土鏟的高度。推土鏟控制部在變速箱從不同于后退狀態(tài)的狀態(tài)切換到后退狀態(tài)后被依次輸入上升指示信號和保持指示信號時，使推土鏟上升到規(guī)定位置。
[0022]根據(jù)第五方式的推土機，能夠減輕在前進后退的反復作業(yè)中操作員因推土鏟操作而受到的負荷。同時，因為將來自操作員對推土鏟的上升指示信號作為觸發(fā)執(zhí)行推土鏟的自動上升動作，所以能夠抑制執(zhí)行違反操作員意圖的推土鏟自動上升動作。因此，能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟控制。
[0023]第六方式的推土機的推土鏟控制方法是具有以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置即推土鏟的推土機中的推土鏟控制方法。該推土鏟控制方法包括將變速箱從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到前進狀態(tài)的步驟；依次輸出推土鏟的下降指示信號和保持指示信號的步驟；使推土鏟下降到設計面的上方的規(guī)定位置的步驟，其中設計面是表示挖掘對象的目標形狀的三維設計地形。
[0024]根據(jù)第六方式的推土機的推土鏟控制方法，能夠減輕在前進后退的反復作業(yè)中操作員因推土鏟操作而受到的負荷，并且能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟控制。
[0025](發(fā)明效果)
[0026]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠反映操作員意圖并且推土鏟操作簡化的控制裝置、工作裝置及推土鏟控制方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是表示推土機的整體結構的側視圖。[0028]圖2是表示推土機的結構的示意圖。
[0029]圖3是表示推土機的內部結構的框圖。
[0030]圖4是表示推土鏟控制器的功能的框圖。
[0031]圖5是用于說明自動操作下的推土作業(yè)的視圖。
[0032]圖6是用于說明自動下降動作中的下降速度的確定方法的視圖。
[0033]圖7是用于說明推土鏟的自動下降動作的流程圖。
[0034]圖8是表示推土機的工作狀態(tài)的時間圖。
【具體實施方式】
[0035]以下參照【專利附圖】
【附圖說明】實施方式的推土機100的結構。在以下的說明中，“上” “下” “前” “后” “左” “右”是以就坐于駕駛座的操作員為基準的術語。
[0036]〈推土機100的外觀結構〉
[0037]圖1是表示推土機100的外觀結構的側視圖。
[0038]推土機100包括車體10、行駛裝置20、提升車架30、推土鏟40、提升液壓缸50、角度液壓缸60、傾斜液壓缸70、GPS接收器80、IMU (Inertial Measurement Unit,慣性測量單元)90、一對鏈輪95。
[0039]車體10具有駕駛室11和設備室12。在駕駛室11內配置有后述的自動操作開關260、推土鏟操作桿270、換擋桿280 (分別參照圖3)及駕駛座(未圖示)。在設備室12內收納有發(fā)動機12a及靜液壓傳動裝置12b。此外，在設備室12內配置有后述的推土鏟控制器210、比例控制閥220、液壓泵230、液壓傳感器240及設計面數(shù)據(jù)存儲部250 (參照圖3)。
[0040]行駛裝置20由一對履帶(在圖1中只表示左側的履帶)、鏈輪95及空轉輪構成。行駛裝置20安裝在車體10的下部。通過一對鏈輪95的驅動，使一對履帶旋轉，從而使推土機100行駛。
[0041]提升車架30在車寬方向(即左右方向)上配置在行駛裝置20的內側。提升車架30以平行于車寬方向的軸線X為中心能夠上下擺動地安裝在車體10上。提升車架30經(jīng)由球關節(jié)部31、斜撐桿32、支柱部33支承推土鏟40。
[0042]推土鏟40配置在車體10的前方。推土鏟40具有與球關節(jié)部31連結的萬向接頭41、與斜撐桿32連結的傾斜接頭42。推土鏟40隨著提升車架30的上下擺動而上下移動。在推土鏟40的下端部形成有在整地作業(yè)和挖掘作業(yè)中向地面GL插入的刃尖40P。
[0043]提升液壓缸50與車體10和提升車架30連結。通過提升液壓缸50伸縮使推土鏟40以軸線X中心為中心上下擺動。
[0044]在此，圖2是表示推土機100的結構的示意圖。在圖2中，用雙點劃線表示推土鏟40的原點位置。當推土鏟40位于原點位置時，推土鏟40的刃尖40P與地面GL接觸。如圖2所示，推土機100具有提升液壓缸傳感器50S。提升液壓缸傳感器50S由用于檢測桿的位置的旋轉輥和用于使桿的位置復原到原點的電磁傳感器構成。提升液壓缸傳感器50S檢測提升液壓缸50的行程長度(以下稱為“提升液壓缸長度L”)。如后文所述，推土鏟控制器210 (參照圖3)根據(jù)提升液壓缸長度L計算出推土鏟40的提升角Θ。提升角Θ與推土鏟40從原點位置下降的角度即與刃尖40P向地中插入的深度相對應。通過以使推土鏟40從原點位置下降的狀態(tài)前進，推土機100進行推土作業(yè)。[0045]角度液壓缸60與提升車架30和推土鏟40連結。通過角度液壓缸60伸縮，推土鏟40以通過萬向接頭41和傾斜接頭42各自的轉動中心的軸心Y為中心擺動。
[0046]傾斜液壓缸70與提升車架30的支柱部33和推土鏟40的右上端部連結。通過傾斜液壓缸70伸縮，推土鏟40以連結球關節(jié)部31與斜撐桿32的下端部的軸線Z為中心擺動。
[0047]GPS接收器80配置在駕駛室11上。GPS接收器80是GPS (Global PositioningSystem，全球定位系統(tǒng))用的天線。GPS接收器80接收用于計算本機自身位置的GPS數(shù)據(jù)。
[0048]IMU90是慣性測量裝置(Inertial Measurement Unit),取得車體傾斜角數(shù)據(jù)，該車體傾斜角數(shù)據(jù)表示相對于水平的前后左右的車體傾斜角。頂U90將車體傾斜角數(shù)據(jù)發(fā)送至推土鏟控制器210。
[0049]一對鏈輪95利用收納在設備室12內的發(fā)動機12a驅動。在變速箱12b處于前進狀態(tài)時，一對鏈輪95使行駛裝置20向前進方向驅動，在變速箱12b處于后退狀態(tài)時，一對鏈輪95使行駛裝置20向后退方向驅動。在變速箱12b處于空擋狀態(tài)時，行駛裝置不被驅動。
[0050]〈推土機100的內部結構〉
[0051]圖3是表示推土機100的內部結構的框圖。推土機100具有推土鏟控制器210、比例控制閥220、液壓泵230、液壓傳感器240、設計面數(shù)據(jù)存儲部250、自動操作開關260、推土鏟操作桿270及換擋桿280。
[0052]推土鏟控制器210在從自動操作開關260取得推土作業(yè)的自動操作開始指示信號時，基于提升液壓缸長度L、GPS數(shù)據(jù)、車體傾斜角數(shù)據(jù)、設計面數(shù)據(jù)及壓力數(shù)據(jù)，自動調節(jié)推土鏟40相對于設計面的高度并執(zhí)行推土作業(yè)。這樣的推土作業(yè)的自動操作包括挖掘模式和整地模式。在挖掘模式下，自動調節(jié)推土鏟40相對于設計面的高度，以便在監(jiān)視刃尖40P使其不下降到設計面下方的同時，使施加在推土鏟40上的負荷(以下稱為“推土鏟負荷”)落入目標范圍內。在整地模式下，自動調節(jié)推土鏟40相對于設計面的高度，使得推土鏟40的刃尖40P沿著設計面移動。
[0053]即使在推土作業(yè)的自動操作中，在操作員操作推土鏟操作桿270的情況下，推土鏟控制器210也會根據(jù)操作員的操作調節(jié)推土鏟40的高度。
[0054]在推土作業(yè)的自動操作中變速箱12b被切換到前進狀態(tài)的情況下，當確認到操作員通過手動操作使推土鏟40下降時，推土鏟控制器210使推土鏟40自動下降到規(guī)定位置。關于推土鏟40的自動下降，將于后文敘述。
[0055]推土鏟控制器210在使推土鏟40上升或下降的情況下，將控制信號(電流)輸出到比例控制閥220。
[0056]比例控制閥220配置在提升液壓缸50與液壓泵230之間。比例控制閥220的開口度根據(jù)來自推土鏟控制器210的控制信號(電流)來調整。
[0057]液壓泵230與發(fā)動機12a聯(lián)動，為了驅動一對鏈輪95而供給工作油。另外，液壓泵230經(jīng)由比例控制閥220向提升液壓缸50供給工作油。
[0058]液壓傳感器240檢測從液壓泵230向一對鏈輪95供給的工作油的壓力。由液壓傳感器240檢測的壓力與行駛裝置20的牽引力對應。因此，推土鏟負荷能夠根據(jù)液壓傳感器240所檢測到的壓力來測定。[0059]設計面數(shù)據(jù)存儲部250儲存表示作為三維設計地形的設計面的位置和形狀的設計面數(shù)據(jù)，其中三維設計地形表示工作區(qū)域內的掘削對象的目標形狀。
[0060]自動操作開關260根據(jù)操作員的操作，向推土鏟控制器210輸出自動操作的開始
/結束指示信號。
[0061]在自動操作開關260中設置有用于切換挖掘模式和整地模式的切換開關260a。自動操作開關260將表示是挖掘模式還是整地模式的自動操作的開始/結束指示信號輸出到推土鏟控制器210。
[0062]推土鏟操作桿270是用于供操作員手動操作推土鏟40的操作件。推土鏟操作桿270能夠從保持位置S向最大下降位置Dmax傾倒，并且能夠從保持位置S向最大上升位置U Mx傾倒。
[0063]在推土鏟操作桿270靜止在保持位置S時，將保持指示信號輸出到推土鏟控制器210。在推土鏟操作桿270從保持位置S向最大下降位置Dmax側傾倒時，將推土鏟40的下降指示信號輸出到推土鏟控制器210。在推土鏟操作桿270從保持位置S向最大上升位置U _側傾倒時，將推土鏟40的上升指示信號輸出到推土鏟控制器210。在下降指示信號和上升指示信號中包含有表示推土鏟操作桿270的操作量V的信息。在本實施方式中，輸出下降指示信號的操作量V為正值，輸出保持指示信號的操作量V為零(“0”)，輸出上升指示信號的操作量V為負值。操作量V與推土鏟40的下降速度和上升速度對應，操作量V的絕對值越大，推土鏟40的下降速度和上升速度越大。推土鏟操作桿270的操作量V例如能夠由從保持位置S傾倒的傾倒角表示。
[0064]換擋桿280是用于供操作員將變速箱12b設定為前進狀態(tài)、后退狀態(tài)及空擋狀態(tài)中的任一狀態(tài)的操作件。換擋桿280能夠從空擋位置N向前進位置F和后退位置R移動。換擋桿280將表示處于空擋位置N、前進位置F及后退位置R中的任一位置的擋位數(shù)據(jù)輸出到推土鏟控制器210。
[0065]〈推土鏟控制器210的功能〉
[0066]圖4是表示推土鏟控制器210的功能的框圖。圖5是用于說明自動操作中的推土作業(yè)的示意圖。
[0067]如圖4所示，推土鏟控制器210具有推土鏟負荷取得部211、推土鏟負荷判定部212、推土鏟坐標取得部213、距離取得部214及推土鏟控制部215。
[0068]推土鏟負荷取得部211從液壓傳感器240取得向一對鏈輪95供給的工作油的壓力數(shù)據(jù)。推土鏟負荷取得部211基于壓力數(shù)據(jù)計算出施加在推土鏟40上的推土鏟負荷。
[0069]推土鏟負荷判定部212判斷由推土鏟負荷取得部211取得的推土鏟負荷是否落入規(guī)定范圍內。推土鏟負荷判定部212將判斷結果通知到推土鏟控制部215。
[0070]推土鏟坐標取得部213取得提升液壓缸長度L、GPS數(shù)據(jù)及車體傾斜角數(shù)據(jù)。推土鏟坐標取得部213基于GPS數(shù)據(jù)計算GPS接收器80的整體坐標。推土鏟坐標取得部213基于提升液壓缸長度L計算出提升角Θ (參照圖2)。推土鏟坐標取得部213基于提升角Θ和車體尺寸數(shù)據(jù)計算出相對于GPS接收器80的推土鏟40 (具體而言，推土鏟刃尖40P)的局部坐標。推土鏟坐標取得部213基于GPS接收器80的整體坐標、推土鏟40的局部坐標及車體傾斜角數(shù)據(jù)，計算出推土伊40的整體坐標。
[0071]距離取得部214取得推土鏟40的整體坐標及設計面數(shù)據(jù)。距離取得部214基于推土鏟40的整體坐標及設計面數(shù)據(jù)，計算出垂直于設計面的方向上的設計面與推土鏟40的距離。
[0072]推土伊控制部215在從自動操作開關260取得自動操作開始指示時,開始挖掘模式或整地模式下的推土作業(yè)的自動操作。推土鏟控制部215在從自動操作開關260取得自動操作結束指示時，結束推土作業(yè)的自動操作。
[0073]推土鏟控制部215在以挖掘模式自動操作推土作業(yè)的情況下，參照推土鏟負荷判定部212的判斷結果，自動調節(jié)推土鏟40相對于設計面的高度以使推土鏟負荷落入目標范圍內。在這種情況下，推土鏟控制部215參照由距離取得部214計算出的相對于設計面的推土鏟40的距離，監(jiān)視推土鏟40使其不下降到設計面下方。另一方面，推土鏟控制部215在以整地模式自動操作推土作業(yè)的情況下，參照由距離取得部214計算出的相對于設計面的推土鏟40的距離，使推土鏟40保持在從設計面隔開規(guī)定間隔O O)的位置。
[0074]在通常的推土作業(yè)中，最初的工序通過挖掘模式進行作業(yè)，下一步工序通過整地模式進行作業(yè)。在該推土作業(yè)中，推土機在第一地點與第二地點之間反復行駛。
[0075]具體而言，在從第一地點到第二地點進行推土作業(yè)后操作員將換擋桿280切換到后退位置R時，換擋桿280向推土鏟控制部215輸出表示后退位置R的擋位數(shù)據(jù)。推土鏟控制部215在取得表示后退位置R的擋位數(shù)據(jù)時，如圖5 Ca)所示，使推土鏟40上升到比原點位置高的位置。
[0076]之后，在推土機100從第二地點后退到第一地點之后操作員將換擋桿280切換到前進位置F時，換擋桿280向推土鏟控制部215輸出表示前進位置F的擋位數(shù)據(jù)。在該時亥IJ，如圖5 (b)所示，推土鏟控制部215也將推土鏟40保持在比原點位置高的位置。
[0077]接著，操作員使推土鏟操作桿270從保持位置S向最大下降位置Dmax側傾倒時，推土鏟操作桿270向推土鏟控制部215輸出推土鏟40的下降指示信號。推土鏟控制部215將與下降指示信號所包含的推土鏟操作桿270的操作量V相對應的電流輸出到比例控制閥220。與此相對地，推土鏟40以與推土鏟操作桿270的操作量V對應的速度下降。由此，基于操作員的手動操作的推土鏟40的下降作業(yè)開始。
[0078]接著，操作員使推土鏟操作桿270返回到保持位置S時，推土鏟操作桿270向推土鏟控制部215輸出推土鏟40的保持指示信號。此時，推土鏟控制部215基于提升液壓缸長度L，判斷推土鏟40是否位于原點位置的下方，即判斷推土鏟40是否到達地面GL。
[0079]在推土鏟40到達地面GL時，推土鏟控制部215結束向比例控制閥220輸出電流，從而停止推土鏟40。另一方面，在推土鏟40未到達地面GL時，推土鏟控制部215基于之前的下降指示信號所包含的推土鏟操作桿270的操作量V，確定推土鏟40的下降速度。推土鏟控制部215將與確定的下降速度相對應的電流輸出到比例控制閥220直到推土鏟40下降到原點位置為止。
[0080]如圖5 (C)所示，在推土鏟40到達原點位置時，推土鏟控制部215結束向比例控制閥220輸出電流。由此，進行將操作員的下降操作作為觸發(fā)的推土鏟40的自動下降動作(刃尖對位)，從而結束下一次推土作業(yè)的準備。
[0081]在此，參照圖6說明自動下降動作中的下降速度的確定方法。
[0082]圖6所示的操作模式I的操作是:首先將推土鏟操作桿270從輸出保持指示信號的保持位置S操作到輸出下降指示信號的位置A，在位置A保持第一時間(例如，0.1秒左右)之后返回到保持位置S。在該操作中，將從保持位置S到位置A的操作量設為第一值VaJlJ操作模式I的操作量V從“O”迅速地增加到第一值Va，在第一值Va保持第一時間之后，從第一值Va迅速減少到“O”。
[0083]在這種情況下，推土鏟控制部215基于第一值Va確定下降速度。需要說明的是，第一值Va可以是比“O”大的值，但是如果推土鏟操作桿270在保持位置S上有停頓的情況下，第一置Va可以設定在規(guī)定閾值(例如，從保持位置S到最大下降位置Dmax為止的最大操作量的50%)以上的值。
[0084]另一方面，操作模式2的操作是:首先將推土鏟操作桿270從保持位置S操作到位置A，在位置A保持第一時間之后，返回到輸出下降指示信號的位置B，在位置B保持第二時間(例如0.5秒左右)之后，返回到保持位置S。需要說明的是，位置B比位置A位于靠前的位置。在該操作中，將從保持位置S到位置B的操作量設為第二值Vb，則操作模式2的操作量V從“O”迅速增加到第一值Va并保持第一時間之后，從第一值Va減少到第二值Vb并保持第二時間，接著從第二值Vb迅速減少到“O”。
[0085]在這種情況下，推土鏟控制部215基于第二值Vb確定下降速度。需要說明的是，第二值Vb可以是比“O”大并且不同于第一值Va的值，但是也可以是在上述規(guī)定閾值以上的值。
[0086]需要說明的是，自動下降動作中的下降速度可以設定為操作量V越大，下降速度越快。例如，推土鏟控制部215可以從多個速度水平(例如高速和低速)中選擇與第一值Va或第二值Vb對應的速度作為下降速度，或者將與操作量V成正比的速度設定為下降速度。無論哪種方法，在第二值Vb比第一值Va小的情況下、操作模式2的下降速度都比操作模式I的下降速度慢。
[0087]〈推土鏟40的自動下降動作〉
[0088]圖7是用于說明推土鏟40的自動下降動作的流程圖。圖8是表示推土機100的動作狀態(tài)的時間圖。圖8的時間圖與圖6所示的操作桿270的操作模式I的動作相對應。需要說明的是，在以下的說明中，如圖8所示，從自動操作開關260輸入推土作業(yè)的自動操作開始指示。
[0089]在步驟SI中，控制器210判斷變速箱12b是否從與前進狀態(tài)不同的狀態(tài)(即后退狀態(tài)或空擋狀態(tài))切換到前進狀態(tài)。當變速箱12b被切換到前進狀態(tài)時，處理進入步驟S2。如果變速箱12b沒有被切換到前進狀態(tài)，則重復步驟SI的處理。在圖8所示的例子中，在時刻Tl時，變速箱12b從空擋狀態(tài)被切換到前進狀態(tài)。
[0090]在步驟S2中，控制器210判斷是否輸入了推土鏟40的下降指示信號。在被輸入下降指示信號時，推土機100在步驟3中以與下降指示信號所包含的操作量V相對應的速度使推土鏟40下降。在沒有被輸入下降指示信號時，重復步驟S2的處理。在圖8所示的例子中，推土機100在前進中的時刻T2被輸入下降指示信號。
[0091]在步驟S4中，控制器210判斷推土鏟40是否在地面GL的上方。當推土鏟40到達地面GL的上方時，處理進入步驟S5。當推土鏟40到達地面GL或者在地面GL下方時，處理返回到步驟SI。
[0092]在步驟S5中，控制器210判斷推土鏟操作桿270的操作量V是否以輸出下降指示信號的任意操作量Vx保持在規(guī)定時間以上。一實施方式的規(guī)定時間為0.1秒。規(guī)定時間設定為0.1秒，則能夠判斷為使推土鏟操作桿270從推土鏟下降方向的操作立即切換到保持位置方向的操作的動作以操作量Vx保持在規(guī)定時間以上。
[0093]當以操作量Vx保持在規(guī)定時間以上時，進入處理步驟S6。當沒有以操作量Vx保持在規(guī)定時間以上時，繼續(xù)步驟S3的推土鏟的下降動作。在圖8所示的例子中，圖示了操作量以第一值Va從時刻T2到時刻T3保持了規(guī)定時間以上的情況。需要說明的是，雖然在圖7中沒有圖示，但是在步驟SI之后的流程中的任意時刻，如果推土鏟操作桿270的操作量V達到輸出推土鏟40的上升指示信號的量(負值)，則處理返回到步驟SI。
[0094]在步驟S6中，控制器210判斷推土鏟操作桿270的操作量V是否從輸出下降指示信號的操作量Vx直接變?yōu)檩敵霰３种甘拘盘柕牟僮髁俊癘”。
[0095]以圖6所示的操作模式2為例，推土鏟操作桿270保持在位置A (操作量=Va)之后，如果被操作到位置B (操作量=Vb)，因為操作量從Va變?yōu)椴皇恰癘”的Vb，所以處理從步驟S6返回到步驟S3。然后，被保持在位置B之后，如果被操作到保持位置S (操作量=“0”)，因為操作量V從Vb變?yōu)椤?”，所以處理從步驟S6進入步驟S7。
[0096]在從步驟S4進入步驟S7期間，因為推土鏟40持續(xù)下降，所以在步驟S7中，控制器210再次判斷推土鏟40是否位于地面GL上方。如果判斷為推土鏟40沒有位于地面GL的上方，而是到達了地面GL或者位于地面GL下方，則處理返回到步驟SI。如果判斷為推土鏟40位于地面GL的上方，則處理進入步驟S8。
[0097]在步驟S8中，控制器210以與推土鏟操作桿270的操作量變?yōu)椤癘”之前保持了規(guī)定時間的操作量Vx (在操作模式I中為操作量Va，在模式2中為操作量Vb)對應的下降速度使推土鏟40下降。
[0098]推土鏟40的下降持續(xù)到下一個步驟S9中判斷為推土鏟40到達地面GL為止。在步驟S9中，當判斷到推土鏟40到達地面GL時，處理進入下一個步驟S10。
[0099]在步驟SlO中，推土機100停止推土鏟40的下降，從而推土鏟40的自動下降動作結束，再次從步驟SI重復自動下降的動作。需要說明的是，在圖8所示的例子中，由于在推土鏟40的自動下降動作結束的同時推土作業(yè)開始，因此從時刻T4起又開始推土鏟40的下降。
[0100]〈作用及效果〉
[0101](I)推土鏟控制部215在變速箱12b從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到所述前進狀態(tài)之后被依次輸入下降指示信號與保持指示信號時，使推土鏟40下降到地面GL(規(guī)定位置的一例)。
[0102]因此，將來自操作員的推土鏟40的下降指示信號作為觸發(fā)，執(zhí)行推土鏟40的自動下降動作，所以能夠抑制違反操作員的意圖執(zhí)行使推土鏟40自動下降動作。因此，能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟40的控制。
[0103](2)推土鏟控制部215能夠以基于操作員對推土鏟操作桿270的操作量的下降速度使推土鏟40下降。
[0104]因此，以操作員所希望的下降速度執(zhí)行推土鏟40的自動下降動作，所以能夠執(zhí)行更加反映操作員意圖的推土鏟40的控制。
[0105](3)推土鏟控制部215在推土鏟操作桿270的操作量以第一值Va保持第一時間之后，以比第一值Va小的第二值Vb保持第二時間之后再返回到O的情況下，基于第二值Vb確定下降速度。
[0106]因此，能夠使操作員對推土鏟操作桿270的具體操作反映在自動下降動作上。
[0107]〈其他實施方式〉
[0108]以上說明了本發(fā)明的一實施方式，但是本發(fā)明不限于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內能夠進行各種變更。
[0109](A)在上述實施方式中，在推土機100的推土鏟40的自動下降動作中，推土鏟40的刃尖40P與地面GL接觸，但是不限于此。在自動下降動作中，推土鏟40可以下降到事前設定的規(guī)定位置。作為這樣的規(guī)定位置，例如可以舉出與設計面一致的位置或者與地面GL或設計面隔開規(guī)定間隔的位置等。
[0110](B)在上述實施方式中，推土機100根據(jù)操作量確定了自動下降動作中的下降速度，但是不限于此。自動下降動作中的下降速度可以預先設定為規(guī)定值。
[0111](C)在上述實施方式中，推土機100判斷操作量是否保持在第一值Va和第二值Vb，但是不限于此。推土機100可以只判斷操作量是否保持在第一值Va，還可以進一步判斷是否保持在比第二值Vb小的第三值Vc。
[0112](D)在上述實施方式中，推土機100計算出與設計面垂直的方向上的設計面與刃尖40P的距離，但是不限于此。推土機100可以計算出與垂直方向相交的方向上的距離。另夕卜，推土機100可以計算出設計面與推土鏟40中除刃尖40P以外的部分的距離。
[0113](E)在上述實施方式中，雖然沒有特別提及，但是如圖5 (a)所示，在將推土作業(yè)進行到第二地點時，可以執(zhí)行將推土鏟40自動上升到規(guī)定位置的控制。具體而言，在換擋桿280被切換到后退位置R的情況下，從推土鏟操作桿270依次輸出上升指示信號和保持指示信號時，以與操作量V對應的速度使推土鏟40自動上升到規(guī)定位置。根據(jù)該控制，由于將操作員操作的上升指示信號作為觸發(fā)，執(zhí)行推土鏟40的自動上升動作，因此能夠抑制違反操作員意圖執(zhí)行推土鏟40的自動上升動作。因此，能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟40的控制。
[0114]工業(yè)實用性
[0115]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠執(zhí)行反映操作員意圖的推土鏟控制的推土機及推土鏟控制方法，所以在工作械領域是有用的。
[0116]符號說明
[0117]10 車體
[0118]12b變速箱
[0119]40 推土鏟
[0120]215推土鏟控制部
[0121]270推土鏟操作桿
【權利要求】
1.一種推土機，其特征在于，具有: 推土鏟，是以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置； 推土鏟操作桿，輸出所述推土鏟的下降指示信號、保持指示信號及上升指示信號；推土鏟控制部，在被輸入所述下降指示信號或所述上升指示信號的情況下，根據(jù)所述下降指示信號或所述上升指示信號，控制所述推土鏟的高度； 所述推土鏟控制部在變速箱從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到所述前進狀態(tài)之后被依次輸入所述下降指示信號和所述保持指示信號時，使所述推土鏟下降到規(guī)定位置。
2.如權利要求1所述的推土機，其特征在于， 所述推土鏟控制部使所述推土鏟以基于被輸入的所述下降指示信號所對應的所述推土鏟操作桿的操作量的下降速度下降到所述規(guī)定位置。
3.如權利要求2所述的推土機，其特征在于， 所述推土鏟控制部使用被輸入所述保持指示信號之前以規(guī)定時間保持的操作量作為所述推土鏟操作桿的所述操作量。
4.如權利要求2所述的推土機，其特征在于， 所述推土鏟控制部在所述推土鏟操作桿的所述操作量以第一值保持第一時間之后，以比第一值小的第二值保持第二時間后返回到O的情況下，基于所述第二值確定所述下降速度。
5.—種推土機，其特征在于，具有: 推土鏟，是以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置； 推土鏟操作桿，輸出所述推土鏟的下降指示信號、保持指示信號及上升指示信號；推土鏟控制部，在被輸入所述下降指示信號和所述上升指示信號中的任一信號時，根據(jù)被輸入的所述任一信號，控制所述推土鏟的高度； 所述推土鏟控制部在變速箱從不同于后退狀態(tài)的狀態(tài)切換到所述后退狀態(tài)之后被依次輸入所述上升指示信號和所述保持指示信號時，使所述推土鏟上升到規(guī)定位置。
6.一種推土鏟控制方法，是具有以能夠上下擺動的方式安裝在車體上的工作裝置即推土鏟的推土機中的推土鏟控制方法，其特征在于，包括: 將變速箱從不同于前進狀態(tài)的狀態(tài)切換到前進狀態(tài)的步驟； 依次輸出所述推土鏟的下降指示信號和保持指示信號的步驟； 使所述推土鏟下降到設計面的上方的規(guī)定位置的步驟，所述設計面是表示掘削對象的目標形狀的三維設計地形。
【文檔編號】E02F3/84GK103874804SQ201380001621
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權日:2013年3月8日
【發(fā)明者】石橋永至, 橋本英博, 山本健治, 米澤保人, 今村文雄, 島田健二郎 申請人:株式會社小松制作所
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