特許 6817457 作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6817457

(24)【登録日】2020年12月28日

(45)【発行日】2021年1月20日

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/02 20060101AFI20210107BHJP

【ＦＩ】

   F15B11/02 F

【請求項の数】5

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2019-546405(P2019-546405)

(86)(22)【出願日】2018年3月15日

(86)【国際出願番号】JP2018010351

(87)【国際公開番号】WO2019176075

(87)【国際公開日】20190919

【審査請求日】2019年8月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】千葉 孝昭

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏明

(72)【発明者】

【氏名】中野 寿身

(72)【発明者】

【氏名】坂本 博史

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 悠介

【審査官】 北村 一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０５３２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５２０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０４７６９５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １１／００−１１／２２；２１／１４

Ｅ０２Ｆ ３／４２− ３／４３； ３／８４− ３／８５； ９／２０− ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アーム及びブームを有する多関節型の作業装置と、
前記アームを駆動するアームシリンダと前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、
前記作業装置を操作するための操作装置と、
原動機によって駆動される第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、
前記第１油圧ポンプから前記アームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第１流量制御弁と、
前記第２油圧ポンプから前記ブームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第２流量制御弁と、
前記第２油圧ポンプから前記アームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第３流量制御弁と、
前記第１、第２及び第３流量制御弁を制御する制御装置とを備える作業機械において、
前記制御装置は、
前記作業装置の姿勢情報から前記作業装置における所定の制御点の位置情報を演算する制御点位置演算部と、
前記制御点の位置情報と所定の目標面の位置情報とに基づいて前記制御点と前記目標面との距離を演算する距離演算部と、
前記操作装置の操作時に、前記作業装置の動作範囲が前記目標面上及びその上方に制限されるように前記アームシリンダ及び前記ブームシリンダの目標速度を前記距離に応じて演算する目標速度演算部と、
前記作業機械の作業モードとして前記作業装置の操作性を優先する第１作業モードが選択されている場合、前記アームシリンダの目標速度に基づいて前記第１流量制御弁と前記第３流量制御弁を制御しつつ、前記ブームシリンダの目標速度に基づいて前記第２流量制御弁を制御し、前記作業機械の作業モードとして前記作業装置の制御性を優先する第２作業モードが選択されている場合、前記アームシリンダの目標速度に基づいて前記第１流量制御弁を制御しつつ、前記ブームシリンダの目標速度に基づいて前記第２流量制御弁を制御する流量制御弁制御部とを備え、
前記制御点が前記目標面の上方に位置している時の前記制御点と前記目標面との距離を正とし、
前記制御装置は、前記距離が所定の距離閾値以上のとき前記第１作業モードを選択し、前記距離が前記距離閾値未満のとき前記第２作業モードを選択する作業モード選択部をさらに備えることを特徴とする作業機械。

【請求項2】

アーム及びブームを有する多関節型の作業装置と、
前記アームを駆動するアームシリンダと前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、
前記作業装置を操作するための操作装置と、
原動機によって駆動される第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、
前記第１油圧ポンプから前記アームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第１流量制御弁と、
前記第２油圧ポンプから前記ブームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第２流量制御弁と、
前記第２油圧ポンプから前記アームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第３流量制御弁と、
前記第１、第２及び第３流量制御弁を制御する制御装置とを備える作業機械において、
前記制御装置は、
前記作業装置の姿勢情報から前記作業装置における所定の制御点の位置情報を演算する制御点位置演算部と、
前記制御点の位置情報と所定の目標面の位置情報とに基づいて前記制御点と前記目標面との距離を演算する距離演算部と、
前記操作装置の操作時に、前記作業装置の動作範囲が前記目標面上及びその上方に制限されるように前記アームシリンダ及び前記ブームシリンダの目標速度を前記距離に応じて演算する目標速度演算部と、
前記作業機械の作業モードとして前記作業装置の操作性を優先する第１作業モードが選択されている場合、前記アームシリンダの目標速度に基づいて前記第１流量制御弁と前記第３流量制御弁を制御しつつ、前記ブームシリンダの目標速度に基づいて前記第２流量制御弁を制御し、前記作業機械の作業モードとして前記作業装置の制御性を優先する第２作業モードが選択されている場合、前記アームシリンダの目標速度に基づいて前記第１流量制御弁を制御しつつ、前記ブームシリンダの目標速度に基づいて前記第２流量制御弁を制御する流量制御弁制御部とを備え、
前記制御点が前記目標面の上方に位置している時の前記制御点と前記目標面との距離を正とし、
前記制御装置は、前記アームシリンダの目標速度が所定の速度閾値より大きいとき及び前記距離が所定の距離閾値以上のとき前記第１作業モードを選択し、前記アームシリンダの目標速度が前記速度閾値未満かつ前記距離が前記距離閾値未満のとき前記第２作業モードを選択する作業モード選択部をさらに備えることを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項１の作業機械において、
前記距離閾値は０以上であることを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項２の作業機械において、
前記速度閾値は、前記第１油圧ポンプの供給可能な最大流量に相当する前記アームシリンダの速度であることを特徴とする作業機械。

【請求項5】

アーム及びブームを有する多関節型の作業装置と、
前記アームを駆動するアームシリンダと前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、
前記作業装置を操作するための操作装置と、
原動機によって駆動される第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、
前記第１油圧ポンプから前記アームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第１流量制御弁と、
前記第２油圧ポンプから前記ブームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第２流量制御弁と、
前記第２油圧ポンプから前記アームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第３流量制御弁と、
前記第１、第２及び第３流量制御弁を制御する制御装置とを備える作業機械において、
前記制御装置は、
前記作業装置の姿勢情報から前記作業装置における所定の制御点の位置情報を演算する制御点位置演算部と、
前記制御点の位置情報と所定の目標面の位置情報とに基づいて前記制御点と前記目標面との距離を演算する距離演算部と、
前記操作装置の操作時に、前記作業装置の動作範囲が前記目標面上及びその上方に制限されるように前記アームシリンダ及び前記ブームシリンダの目標速度を前記距離に応じて演算する目標速度演算部と、
前記作業機械の作業モードとして前記作業装置の操作性を優先する第１作業モードが選択されている場合、前記アームシリンダの目標速度に基づいて前記第１流量制御弁と前記第３流量制御弁を制御しつつ、前記ブームシリンダの目標速度に基づいて前記第２流量制御弁を制御し、前記作業機械の作業モードとして前記作業装置の制御性を優先する第２作業モードが選択されている場合、前記アームシリンダの目標速度に基づいて前記第１流量制御弁を制御しつつ、前記ブームシリンダの目標速度に基づいて前記第２流量制御弁を制御する流量制御弁制御部とを備え、
前記原動機によって駆動される第３油圧ポンプと、
前記第３油圧ポンプから前記ブームシリンダに供給される作動油の流量を制御する第４流量制御弁とをさらに備え、
前記流量制御弁制御部は、前記第１作業モードが選択されている場合、前記アームシリンダの目標速度に基づいて前記第１流量制御弁と前記第３流量制御弁を制御しつつ、前記ブームシリンダの目標速度に基づいて前記第２流量制御弁と前記第４流量制御弁を制御し、前記第２作業モードが選択されている場合、前記アームシリンダの目標速度に基づいて前記第１流量制御弁を制御しつつ、前記ブームシリンダの目標速度に基づいて前記第４流量制御弁を制御することを特徴とする作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に油圧を動力とする作業機械の油圧システムは、複数の油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、当該複数の油圧ポンプから当該複数の油圧アクチュエータに供給する作動油を制御するための複数の流量制御弁とから構成されている。この種の油圧システムとしては主に、センタバイパスラインからのブリードオフ流量が油圧アクチュエータの負荷に応じて変化し得る流量制御弁を備えるオープンセンタシステムと、圧力補償弁の機能により負荷に関係なく絞り開度に応じた流量を油圧アクチュエータに供給し得る流量制御弁を備えるクローズドセンタロードセンシングシステムとがある。オープンセンタシステムはフロント作業装置の操作性に優れており、クローズドセンタロードセンシングシステムは複合操作時におけるフロント作業装置の制御性に優れている。

【0003】

また、作業機械の一形態である油圧ショベルにおいて、フロント作業装置の制御点（例えばバケット爪先）が設計面へ侵入することを防止するようにフロント作業装置の制御を行う領域制限機能が知られている。

【0004】

一般的なオープンセンタシステムのように複数の油圧ポンプから供給される作動油を流量制御弁により合流および分流して油圧アクチュエータの速度を制御する油圧システムに領域制限機能を適用する場合、流量制御弁の絞り開度が同じでも油圧アクチュエータの複合操作の有無や油圧アクチュエータの負荷の大小に応じて油圧アクチュエータ間の分流量が変動し得る。そのため、各油圧アクチュエータの制御性が低下し、施工精度が悪化する可能性がある。

【0005】

特許文献１によれば、複数の油圧アクチュエータの複合操作時の目標面と制御点とのずれから各油圧アクチュエータの制御動作の誤差を演算し、その誤差に基づいて電流−制御量特性を補正することで、複合操作であっても各油圧アクチュエータを精度よく制御できるとある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開１１−３５０５３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、実際の施工においては掘削時のアクチュエータ負荷は時々刻々と変化している。そのため、特許文献１のように或る時の複合操作時の目標面と制御点とのずれに応じて電流−制御量特性を補正したとしても、アクチュエータ負荷が補正時と異なる場合はやはり各油圧アクチュエータ間の分流量が変動し、施工精度が悪化する可能性がある。

【0008】

本発明は、このような従来技術の実情からなされたものであり、その目的は、制御性が優先される時は負荷によらず各油圧アクチュエータを精度良く制御できるとともに、操作性が優先される時は良好な操作性が得られる作業機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記目的を達成するために、アーム及びブームを有する多関節型の作業装置と、前記アームを駆動するアームシリンダと前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、前記作業装置を操作するための操作装置と、原動機によって駆動される第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプから前記アームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第１流量制御弁と、前記第２油圧ポンプから前記ブームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第２流量制御弁と、前記第２油圧ポンプから前記アームシリンダに供給する作動油の流量を制御する第３流量制御弁と、前記第１、第２及び第３流量制御弁を制御する制御装置とを備える作業機械において、前記制御装置は、前記作業装置の姿勢情報から前記作業装置における所定の制御点の位置情報を演算する制御点位置演算部と、前記制御点の位置情報と所定の目標面の位置情報とに基づいて前記制御点と前記目標面との距離を演算する距離演算部と、前記操作装置の操作時に、前記作業装置の動作範囲が前記目標面上及びその上方に制限されるように前記アームシリンダ及び前記ブームシリンダの目標速度を前記距離に応じて演算する目標速度演算部と、前記作業機械の作業モードとして前記作業装置の操作性を優先する第１作業モードが選択されている場合、前記アームシリンダの目標速度に基づいて前記第１流量制御弁と前記第３流量制御弁を制御しつつ、前記ブームシリンダの目標速度に基づいて前記第２流量制御弁を制御し、前記作業機械の作業モードとして前記作業装置の制御性を優先する第２作業モードが選択されている場合、前記アームシリンダの目標速度に基づいて前記第１流量制御弁を制御しつつ、前記ブームシリンダの目標速度に基づいて前記第２流量制御弁を制御する流量制御弁制御部とを備え、前記制御点が前記目標面の上方に位置している時の前記制御点と前記目標面との距離を正とし、前記制御装置は、前記距離が所定の距離閾値以上のとき前記第１作業モードを選択し、前記距離が前記距離閾値未満のとき前記第２作業モードを選択する作業モード選択部をさらに備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、制御性が優先される時は油圧アクチュエータ間の分流が防止されるので負荷によらず精度よく各油圧アクチュエータを制御できる一方で、操作性が優先される時は油圧アクチュエータ間の合分流が許容されるので良好な操作性を得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る作業機械の一例である油圧ショベル１の側面図。

【図2】ブーム角度θ１、アーム角度θ２、バケット角度θ３、車体前後傾斜角θ４等の説明図。

【図3】油圧ショベル１の車体制御システム２３の構成図。

【図4】コントローラ２５のハードウェア構成の概略図。

【図5】油圧ショベル１の油圧回路２７の概略図。

【図6】第１実施形態に係るコントローラ２５の機能ブロック図。

【図7】バケット先端Ｐ４と目標面６０の距離Ｄと速度補正係数ｋとの関係を表すグラフ。

【図8】バケット先端Ｐ４における距離Ｄに応じた補正前後の速度ベクトルを表す模式図。

【図9】第１実施形態の流量制御弁制御部４０の機能ブロック図。

【図10】第１実施形態のコントローラ２５による制御フローを表すフローチャート。

【図11】本発明の第２実施形態に係る作業機械のコントローラ２５Ａの機能ブロック図。

【図12】第２実施形態のコントローラ２５Ａによる制御フローを表すフローチャート。

【図13】第３実施形態に係る油圧ショベル１の油圧回路の概略図。

【図14】第３実施形態の流量制御弁制御部４０Ａの機能ブロック図。

【図15】第３実施形態のコントローラによる制御フローを表すフローチャート。

【図16】第１実施形態のコントローラ２５による制御フローの変形例を表すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態に係る作業機械について図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る作業機械の一例である油圧ショベル１の側面図である。油圧ショベル１は、左右側部のそれぞれに設けられる履帯を油圧モータ（図示せず）により駆動させて走行する走行体（下部走行体）２と、走行体２上に旋回可能に設けられる旋回体（上部旋回体）３とを備えている。

【0013】

旋回体３は、運転室４、機械室５、カウンタウェイト６を有する。運転室４は、旋回体３の前部における左側部に設けられている。機械室５は、運転室４の後方に設けられている。カウンタウェイトは、機械室５の後方、すなわち旋回体３の後端に設けられている。

【0014】

また、旋回体３は、多関節型の作業装置７を装備している。作業装置７は、旋回体３の前部における運転室４の右側、すなわち旋回体３の前部における略中央部に設けられている。作業装置７は、ブーム８と、アーム９と、バケット（作業具）１０と、ブームシリンダ１１と、アームシリンダ１２と、バケットシリンダ１３とを有する。ブーム８の基端部は、ブームピンＰ１（図２参照）を介して、旋回体３の前部に回動可能に取り付けられている。アーム９の基端部は、アームピンＰ２（図２参照）を介して、ブーム８の先端部に回動可能に取り付けられている。バケット１０の基端部は、バケットピンＰ３（図２参照）を介して、アーム９の先端部に回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ１１と、アームシリンダ１２と、バケットシリンダ１３とはそれぞれ作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１１は伸縮してブーム８を駆動し、アームシリンダ１２は伸縮したアーム９を駆動し、バケットシリンダ１３は伸縮してバケット１０を駆動する。なお、以下では、ブーム８、アーム９及びバケット（作業具）１０をそれぞれフロント部材と称することがある。

【0015】

機械室５の内部には可変容量型の第１油圧ポンプ１４及び第２油圧ポンプ１５（図３参照）と、第１油圧ポンプ１４及び第２油圧ポンプ１５を駆動するエンジン（原動機）１６（図３参照）とが設置されている。

【0016】

運転室４の内部には車体傾斜センサ１７、ブーム８にはブーム傾斜センサ１８、アーム９にはアーム傾斜センサ１９、バケット１０にはバケット傾斜センサ２０が取り付けられている。例えば、車体傾斜センサ１７、ブーム傾斜センサ１８、アーム傾斜センサ１９、バケット傾斜センサ２０はＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ：慣性計測装置）である。車体傾斜センサ１７は水平面に対する上部旋回体（車体）３の角度（対地角度）を、ブーム傾斜センサ１８は、ブームの対地角度を、アーム傾斜センサ１９は、アーム９の対地角度を、バケット傾斜センサ２０は、バケット１０の対地角度を計測する。

【0017】

旋回体３の後部の左右に第１ＧＮＳＳアンテナ２１と第２ＧＮＳＳアンテナ２２が取り付けられている。第１ＧＮＳＳアンテナ２１と第２ＧＮＳＳアンテナ２２がそれぞれ複数の航法衛星（好ましくは４基以上の航法衛星）から受信した航法信号からグローバル座標系における所定の２点（例えば、アンテナ２１，２２の基端部の位置）の位置情報が算出できる。そして、算出した２点のグローバル座標系における位置情報（座標値）により、油圧ショベル１に設定したローカル座標系（車体基準座標系）の原点Ｐ０（図２参照）のグローバル座標系における座標値と、ローカル座標系を構成する３軸のグローバル座標系における姿勢（すなわち図２の例では走行体２及び旋回体３の姿勢・方位）を計算することが可能である。このような航法信号に基づく各種位置の演算処理は後述するコントローラ２５で行うことができる。

【0018】

図２は油圧ショベル１の側面図である。図２に示すように、ブーム８の長さ、つまり、ブームピンＰ１からアームピンＰ２までの長さをＬ１とする。また、アーム９の長さ、つまり、アームピンＰ２からバケットピンＰ３までの長さをＬ２とする。また、バケット１０の長さ、つまり、バケットピンＰ３からバケット先端（バケット１０の爪先）Ｐ４までの長さをＬ３とする。また、グローバル座標系に対する旋回体３の傾斜、つまり、水平面鉛直方向（水平面に垂直な方向）と車体鉛直方向（旋回体３の旋回中心軸方向）のなす角度をθ４とする。以下、車体前後傾斜角θ４という。ブームピンＰ１とアームピンＰ２を結んだ線分と車体鉛直方向のなす角度をθ１とし、以下、ブーム角度θ１という。アームピンＰ２とバケットピンＰ３を結んだ線分と、ブームピンＰ１とアームピンＰ２からなる直線とのなす角度をθ２とし、以下、アーム角度θ２という。バケットピンＰ３とバケット先端Ｐ４を結んだ線分と、アームピンＰ２とバケットピンＰ３からなる直線とのなす角度をθ３とし、以下、バケット角度θ３という。

【0019】

図３は油圧ショベル１の車体制御システム２３の構成である。車体制御システム２３は、作業装置７を操作するための操作装置２４と、第１，第２油圧ポンプ１４，１５を駆動するエンジン１６と、第１，第２油圧ポンプ１４，１５からブームシリンダ１１、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３に供給する作動油の流量と方向を制御する流量制御弁装置２６と、流量制御弁装置２６を制御する制御装置であるコントローラ２５とを備えている。

【0020】

操作装置２４は、ブーム８（ブームシリンダ１１）を操作するためのブーム操作レバー２４ａと、アーム９（アームシリンダ１２）を操作するためのアーム操作レバー２４ｂと、バケット１０（バケットシリンダ１３）を操作するためのバケット操作レバー２４ｃとを有する。例えば、各操作レバー２４ａ，２４ｂ，２４ｃは電気レバーであり、各レバーの傾倒量（操作量）に応じた電圧値をコントローラ２５に出力する。ブーム操作レバー２４ａはブームシリンダ１１の目標動作量をブーム操作レバー２４ａの操作量に応じた電圧値として出力する（以下、ブーム操作量とする）。アーム操作レバー２４ｂはアームシリンダ１２の目標動作量をアーム操作レバー２４ｂの操作量に応じた電圧値として出力する（以下、アーム操作量とする）。バケット操作レバー２４ｃはバケットシリンダ１３の目標動作量をバケット操作レバー２４ｃに応じた電圧値として出力する（以下、バケット操作量とする）。また、各操作レバー２４ａ，２４ｂ，２４ｃを油圧パイロットレバーとし、各レバー２４ａ，２４ｂ，２４ｃの傾倒量に応じて生成されるパイロット圧力を圧力センサ（図示せず）で電圧値に変換してコントローラ２５に出力することで各操作量を検出してもよい。

【0021】

コントローラ２５は、操作装置２４から出力された操作量と、作業装置７に予め設定した所定の制御点であるバケット先端Ｐ４の位置情報（制御点位置情報）と、コントローラ２５内に予め記憶された目標面６０（図２参照）の位置情報（目標面情報）とに基づいて制御指令を演算し、その制御指令を流量制御弁装置２６に出力する。本実施形態のコントローラ２５は、操作装置２４の操作時に、作業装置７の動作範囲が目標面６０上及びその上方に制限されるようにアームシリンダ１２及びブームシリンダ１１の目標速度をバケット先端Ｐ４（制御点）と目標面６０の距離（目標面距離）Ｄ（図２参照）に応じて演算する。なお、本実施形態では作業装置７の制御点としてバケット先端Ｐ４（バケット１０の爪先）を設定したが、作業装置７上の任意の点を制御点に設定でき、例えば作業装置７においてアーム９より先の部分で目標面６０に最も近い点を制御点に設定しても良い。

【0022】

図４はコントローラ２５のハードウェア構成の概略図である。図４においてコントローラ２５は，入力インターフェース９１と，プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）９２と，記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と，出力インターフェース９５とを有している。入力インターフェース９１には，作業装置７の姿勢を検出する作業装置姿勢検出装置５０である傾斜センサ１７，１８，１９，２０からの信号と，各操作レバー２４ａ，２４ｂ，２４ｃの操作量を示す操作装置２４からの電圧値（信号）と、作業装置７による掘削作業や盛土作業の基準となる目標面６０を設定するための装置である目標面設定装置５１からの信号が入力され，ＣＰＵ９２が演算可能なように変換する。ＲＯＭ９３は，後述するフローチャートに係る処理を含めコントローラ２５が各種制御処理を実行するための制御プログラムと，当該各種制御処理の実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体である。ＣＰＵ９２は，ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムに従って入力インターフェース９１及びＲＯＭ９３，ＲＡＭ９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力インターフェース９５は，ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成して出力する。出力インターフェース９５の出力用の信号としては電磁弁３２，３３，３４，３５（図５参照）の制御指令があり、電磁弁３２，３３，３４，３５はその制御指令に基づいて動作して油圧シリンダ１１，１２，１３を制御する。なお，図４のコントローラ２５は，記憶装置としてＲＯＭ９３及びＲＡＭ９４という半導体メモリを備えているが，記憶装置であれば特に代替可能であり，例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えても良い。

【0023】

流量制御弁装置２６は、電磁駆動可能な複数のスプールを備えており、コントローラ２５により出力された制御指令に基づいて各スプールの開口面積（絞り開度）を変化させることで、油圧シリンダ１１，１２，１３を含む油圧ショベル１に搭載された複数の油圧アクチュエータを駆動する。

【0024】

図５は油圧ショベル１の油圧回路２７の概略図である。油圧回路２７は、第１油圧ポンプ１４と、第２油圧ポンプ１５と、流量制御弁装置２６と、作動油タンク３６ａ、３６ｂを備えている。

【0025】

流量制御弁装置２６は、第１油圧ポンプ１４からアームシリンダ１２に供給する作動油の流量を制御する第１流量制御弁である第１アームスプール２８と、第２ポンプ１５からアームシリンダ１２に供給する作動油の流量を制御する第３流量制御弁である第２アームスプール２９と、第１油圧ポンプ１４からバケットシリンダ１３に供給する作動油の流量を制御するバケットスプール３０と、第２油圧ポンプ１５からブームシリンダ１１に供給する作動油の流量を制御する第２流量制御弁であるブームスプール（第１ブームスプール）３１と、第１アームスプール２８を駆動する第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ、３２ｂと、第２アームスプール２９を駆動する第２アームスプール駆動電磁弁３３ａ、３３ｂと、バケットスプール３０を駆動するバケットスプール駆動電磁弁３４ａ、３４ｂと、ブームスプール３１を駆動するブームスプール駆動電磁弁（第１ブームスプール駆動電磁弁）３５ａ、３５ｂとを備えている。

【0026】

第１アームスプール２８とバケットスプール３０は第１油圧ポンプ１４に並列接続されており、第２アームスプール２９とブームスプール３１は第２油圧ポンプ１５に並列接続されている。

【0027】

流量制御弁装置２６はいわゆるオープンセンタ式（センタバイパス式）である。各スプール２８，２９，３０，３１は、中立位置から所定のスプール位置に達するまで油圧ポンプ１４，１５から吐出された作動油を作動油タンク３６ａ，３６ｂへ導く流路であるセンタバイパス部２８ａ，２９ａ，３０ａ，３１ａを有している。本実施形態では、第１油圧ポンプ１４と、第１アームスプール２８のセンタバイパス部２８ａと、バケットスプール３０のセンタバイパス部３０ａと、タンク３６ａは、この順序で直列接続されており、センタバイパス部２８ａとセンタバイパス部３０ａは第１油圧ポンプ１４から吐出される作動油をタンク３６ａに導くセンタバイパス流路を構成している。また、第２油圧ポンプ１５と、第２アームスプール２９のセンタバイパス部２９ａと、ブームスプール３１のセンタバイパス部３１ａと、タンク３６ｂは、この順序で直列接続されており、センタバイパス部２９ａとセンタバイパス部３１ａは第２油圧ポンプ１５から吐出される作動油をタンク３６ｂに導くセンタバイパス流路を構成している。

【0028】

各電磁弁３２，３３，３４，３５には、エンジン１６によって駆動されるパイロットポンプ（図示せず）が吐出した圧油が導かれている。各電磁弁３２，３３，３４，３５は、コントローラ２５からの制御指令に基づいて適宜動作してパイロットポンプからの圧油を各スプール２８，２９，３０，３１の駆動部に作用させ、これにより各スプール２８，２９，３０，３１が駆動されて油圧シリンダ１１，１２，１３が動作する。

【0029】

例えば、コントローラ２５によりアームシリンダ１２の伸長方向に指令が出た場合は、第１アームスプール駆動電磁弁３２ａと、第２アームスプール駆動電磁弁３３ａとに指令が出力される。アームシリンダ１２の短縮方向に指令が出た場合は、第１アームスプール駆動電磁弁３２ｂと、第２アームスプール駆動電磁弁３３ｂとに指令が出力される。バケットシリンダ１３の伸長方向に指令が出た場合は、バケットスプール駆動電磁弁３４ａに指令が出力され、バケットシリンダ１３の短縮方向に指令が出た場合は、バケットスプール駆動電磁弁３４ｂに指令が出力される。ブームシリンダ１１の伸長方向に指令が出力された場合は、ブームスプール駆動電磁弁３５ａに指令が出力され、ブームシリンダ１１の短縮方向に指令が出力された場合は、ブームスプール駆動電磁弁３５ｂに指令が出力される。

【0030】

図６に本実施形態に係るコントローラ２５が実行する処理を機能的側面から複数のブロックに分類してまとめた機能ブロック図を示す。この図に示すようにコントローラ２５になされる処理は、制御点位置演算部５３と、目標面記憶部５４と、距離演算部３７と、目標速度演算部３８と、作業モード選択部３９と、流量制御弁制御部４０とに区分できる。

【0031】

制御点位置演算部５３は，グローバル座標系における本実施形態の制御点であるバケット先端Ｐ４の位置と、グローバル座標系における作業装置７の各フロント部材８，９，１０の姿勢を演算する。演算は公知の方法に基づけば良いが、例えば、まず、第１，第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信された航法信号から、ローカル座標系（車体基準座標系）の原点Ｐ０（図２参照）のグローバル座標系における座標値と、グローバル座標系における走行体２と旋回体３の姿勢情報・方位情報を計算する。そして、この演算結果と、作業装置姿勢検出装置５０からの傾斜角θ１，θ２，θ３，θ４の情報と、ローカル座標系におけるブームフートピンＰ１の座標値と、ブーム長さＬ１及びアーム長さＬ２及びバケット長さＬ３を利用して、グローバル座標系における本実施形態の制御点であるバケット先端Ｐ４の位置と、グローバル座標系における作業装置７の各フロント部材８，９，１０の姿勢を演算する。なお、作業装置７の制御点の座標値は、レーザー測量計などの外部計測機器により計測し、その外部計測機器との通信により取得されてもよい。

【0032】

目標面記憶部５４は，運転室４内にある目標面設定装置５１からの情報に基づき演算された目標面６０のグローバル座標系における位置情報（目標面データ）を記憶している。本実施形態では，図２に示すように，作業装置７の各フロント部材８，９，１０が動作する平面（作業機の動作平面）で目標面の３次元データを切断した断面形状を目標面６０（２次元の目標面）として利用する。なお，図２の例では目標面６０は１つだが，目標面が複数存在する場合もある。目標面が複数存在する場合には，例えば，作業装置７の制御点から距離の最も近いものを目標面と設定する方法や，バケット先端Ｐ４の鉛直下方に位置するものを目標面とする方法や，任意に選択したものを目標面とする方法等がある。また、目標面６０の位置情報は、グローバル座標系における作業装置７の制御点の位置情報に基づいて、油圧ショベル１の周辺の目標面６０の位置情報を外部サーバから通信により取得して目標面記憶部５４に記憶してもよい。

【0033】

距離演算部３７は、制御点位置演算部５３で演算された作業装置７の制御点の位置情報と、目標面記憶部５４から取得した目標面６０の位置情報とから作業装置７の制御点と目標面６０との距離Ｄ（図２参照）を演算する。

【0034】

目標速度演算部３８は、操作装置２４の操作時に、作業装置の動作範囲が目標面６０上及びその上方に制限されるように各油圧シリンダ１１，１２，１３の目標速度を距離Ｄに応じて演算する部分である。本実施の形態では下記の演算を行う。

【0035】

まず、目標速度演算部３８は、まず、操作レバー２４ａから入力される電圧値（ブーム操作量）からブームシリンダ１１への要求速度（ブームシリンダ要求速度）を計算し、操作レバー２４ｂから入力される電圧値（アーム操作量）からアームシリンダ１２への要求速度を計算し、操作レバー２４ｃから入力される電圧値（バケット操作量）からバケットシリンダ１３への要求速度を計算する。この３つの要求速度と制御点位置演算部５３で演算された作業装置７の各フロント部材８，９，１０の姿勢から、バケット先端Ｐ４における作業装置７の速度ベクトル（要求速度ベクトル）Ｖ０を計算する。そして、速度ベクトルＶ０の目標面鉛直方向の速度成分Ｖ０ｚと目標面水平方向の速度成分Ｖ０ｘも計算する。

【0036】

次に、目標速度演算部３８は、距離Ｄに応じて決定される補正係数ｋを演算する。図７はバケット先端Ｐ４と目標面６０の距離Ｄと速度補正係数ｋとの関係を表すグラフである。バケット爪先座標Ｐ４（作業装置７の制御点）が目標面６０の上方に位置している時の距離を正、目標面６０の下方に位置している時の距離を負として、距離Ｄが正の時は正の補正係数を、距離Ｄが負の時は負の補正係数を、１以下の値として出力する。なお、速度ベクトルは目標面６０の上方から目標面６０に近づく方向を正としている。

【0037】

次に、目標速度演算部３８は、距離Ｄに応じて決定される補正係数ｋを、速度ベクトルＶ０の目標面鉛直方向の速度成分Ｖ０ｚに乗ずることによって速度成分Ｖ１ｚを計算する。この速度成分Ｖ１ｚと、速度ベクトルＶ０の目標面水平方向の速度成分Ｖ０ｘとを合成することで合成速度ベクトル（目標速度ベクトル）Ｖ１を計算し、この合成速度ベクトルＶ１を発生可能なブームシリンダ速度と、アームシリンダ速度（Ｖａ１）と、バケットシリンダ速度をそれぞれ目標速度として演算する。この目標速度の演算の際には、制御点位置演算部５３で演算された作業装置７の各フロント部材８，９，１０の姿勢を利用しても良い。

【0038】

図８はバケット先端Ｐ４における距離Ｄに応じた補正前後の速度ベクトルを表す模式図である。要求速度ベクトルＶ０の目標面鉛直方向の成分Ｖ０ｚ（図８の左の図参照）に速度補正係数ｋを乗じることにより、Ｖ０ｚ以下の目標面鉛直方向の速度ベクトルＶ１ｚ（図８の右の図参照）が得られる。Ｖ１ｚと要求速度ベクトルＶ０の目標面水平方向の成分のＶ０ｘとの合成速度ベクトルＶ１を計算し、Ｖ１を出力可能なアームシリンダ目標速度Ｖａ１と、ブームシリンダ目標速度と、バケットシリンダ目標速度とが計算される。

【0039】

作業モード選択部３９は、アームシリンダ１２の目標速度Ｖａ１と距離Ｄに基づいて油圧ショベル１の作業モードを選択する。ここで選択される作業モードとしては、作業装置７の制御性よりも操作性（応答性）を優先する「第１作業モード（操作性優先モード）」と、作業装置７の操作性よりも制御性を優先する「第２作業モード（制御性優先モード）」がある。より具体的には、作業モード選択部３９は、バケット爪先座標Ｐ４（作業装置７の制御点）が目標面６０の上方に位置している時の距離Ｄを正とし、アームシリンダ１２の目標速度Ｖａ１が所定の速度閾値Ｖ０より大きいとき第１作業モードを選択し、距離Ｄが所定の距離閾値Ｄ０以上のとき第１作業モードを選択し、アームシリンダ１２の目標速度Ｖａ１が速度閾値Ｖ０未満かつ距離Ｄが距離閾値Ｄ０未満のとき第２作業モードを選択する。

【0040】

本実施形態の速度閾値Ｖ０は、第１油圧ポンプ１４の供給可能な最大流量に相当するアームシリンダ１１の最大速度Ｖａ１ｍａｘとする。距離閾値Ｄ０は０以上の値、すなわち正の値とする。

【0041】

流量制御弁制御部４０は、作業モード選択部３９で選択された作業モードと、目標速度演算部３８で演算された各油圧シリンダ１１，１２，１３の目標速度に基づいて、電磁弁３２，３３，３４，３５への制御指令を演算し、その制御指令を対応する電磁弁３２，３３，３４，３５に出力することで各流量制御弁（各スプール）２８，２９，３０，３１を制御する部分である。

【0042】

図９は流量制御弁制御部４０の機能ブロック図である。流量制御弁制御部４０は、アーム用流量制御弁制御部４０ａと、ブーム用流量制御弁制御部４０ｂと、バケット用流量制御弁４０ｃを有している。

【0043】

アーム用流量制御弁制御部４０ａは、油圧ショベル１の作業モードとして第１モードが選択されているときに利用される第１モード制御部４０ａ１と、油圧ショベル１の作業モードとして第２モードが選択されているときに利用される第２モード制御部４０ａ２を備えている。これにより、アーム用流量制御弁制御部４０ａは、油圧ショベル１の作業モードとして第１作業モードが選択されている場合には、第１モード制御部４０ａ１により、アームシリンダ１２の目標速度に基づいて第１流量制御弁（第１アームスプール）２８と第３流量制御弁（第２アームスプール）２９を制御する。一方、油圧ショベル１の作業モードとして第２作業モードが選択されている場合には、第２モード制御部４０ａ２により、アームシリンダ１２の目標速度に基づいて第１流量制御弁（第１アームスプール）２８のみを制御する。

【0044】

第１モード制御部４０ａ１は、目標速度演算部３８で演算されたアームシリンダ１２の目標速度を入力し、その目標速度に対応する第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ、３２ｂと第２アームスプール駆動電磁弁３３ａ，３３ｂの制御指令（具体的には第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ、３２ｂと第２アームスプール駆動電磁弁３３ａ，３３ｂの弁開度を規定する指令電流値）を演算して出力する。すなわち第１モードが選択されている場合には、アームシリンダ１２は２つのアームスプール２８，２９（つまり２つの油圧ポンプ１４，１５）から導入される作動油で駆動される。第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ、３２ｂと第２アームスプール駆動電磁弁３３ａ，３３ｂの制御指令の演算に際して、本実施形態の第１モード制御部４０ａ１は、アームシリンダ１２の目標速度と、第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ、３２ｂ及び第２アームスプール駆動電磁弁３３ａ，３３ｂの制御指令との相関関係が一対一で規定されたテーブルを利用する。このテーブルには、まず、アームシリンダ１２を伸長する場合に利用される２つのテーブルとして、第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ用のテーブルと、第２アームスプール駆動電磁弁３３ａ用のテーブルがある。また、アームシリンダ１２を縮短する場合に利用される２つのテーブルとして、第１アームスプール駆動電磁弁３２ｂ用のテーブルと、第２アームスプール駆動電磁弁３３ｂ用のテーブルがある。これらの４つのテーブルでは，あらかじめ実験やシミュレーションで求めた電磁弁３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂへの電流値とアームシリンダ１２の実速度の関係に基づいて，アームシリンダ目標速度の大きさの増加とともに電磁弁３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂへの電流値が単調に増加するように目標速度と電流値の相関関係が規定されている。

【0045】

第２モード制御部４０ａ２は、目標速度演算部３８で演算されたアームシリンダ１２の目標速度を入力し、その目標速度に対応する第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ、３２ｂの制御指令（具体的には第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ、３２ｂの弁開度を規定する指令電流値）を演算して出力する。すなわち第２モードが選択されている場合には、アームシリンダ１２は１つのアームスプール２８のみ（つまり１つの油圧ポンプ１４のみ）から導入される作動油で駆動される。第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ、３２ｂの制御指令の演算に際して、本実施形態の第２モード制御部４０ａ２は、アームシリンダ１２の目標速度と第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ、３２ｂの制御指令との相関関係が一対一で規定されたテーブルを利用する。このテーブルには、アームシリンダ１２を伸長する場合に利用される第１アームスプール駆動電磁弁３２ａ用のテーブルと、アームシリンダ１２を縮短する場合に利用される第１アームスプール駆動電磁弁３２ｂ用のテーブルがある。これらの２つのテーブルでは，あらかじめ実験やシミュレーションで求めた電磁弁３２ａ，３２ｂへの電流値とアームシリンダ１２の実速度の関係に基づいて，アームシリンダ目標速度の大きさの増加とともに電磁弁３２ａ，３２ｂへの電流値が単調に増加するように目標速度と電流値の相関関係が規定されている。

【0046】

ブーム用流量制御弁制御部４０ｂは、目標速度演算部３８で演算されたブームシリンダ１１の目標速度を入力し、その目標速度に対応するブームスプール駆動電磁弁３５ａ、３５ｂの制御指令（具体的にはブームスプール駆動電磁弁３５ａ、３５ｂの弁開度を規定する指令電流値）を演算して出力する。ブームスプール駆動電磁弁３５ａ、３５ｂの制御指令の演算に際して、本実施形態のブーム用流量制御弁制御部４０ｂは、ブームシリンダ１１の目標速度とブームスプール駆動電磁弁３５ａ、３５ｂの制御指令の相関関係が一対一で規定されたテーブルを利用する。テーブルは、ブームシリンダ１１を伸長する場合に利用されるブームスプール駆動電磁弁３５ａ用のテーブルと、ブームシリンダ１１を短縮する場合に利用されるブームスプール駆動電磁弁３５ｂ用のテーブルがある。これらの２つのテーブルでは，あらかじめ実験やシミュレーションで求めた電磁弁３５ａ，３５ｂへの電流値とブームシリンダ１１の実速度の関係に基づいて，ブームシリンダ目標速度の大きさの増加とともに電磁弁３５ａ，３５ｂへの電流値が単調に増加するように目標速度と電流値の相関関係が規定されている。ブーム用流量制御弁制御部４０ｂは、ブームスプール駆動電磁弁３５ａ、３５ｂの制御指令の演算に際して、作業モード選択部３９に選択されている作業モードに係わらず同じテーブルを利用する。

【0047】

バケット用流量制御弁制御部４０ｃは、目標速度演算部３８で演算されたバケットシリンダ１３の目標速度を入力し、その目標速度に対応するバケットスプール駆動電磁弁３４ａ、３４ｂの制御指令（具体的にはバケットスプール駆動電磁弁３４ａ、３４ｂの弁開度を規定する指令電流値）を演算して出力する。バケットスプール駆動電磁弁３４ａ、３４ｂの制御指令の演算に際して、本実施形態のバケット用流量制御弁制御部４０ｃは、バケットシリンダ１３の目標速度とバケットスプール駆動電磁弁３４ａ、３４ｂの制御指令の相関関係が一対一で規定されたテーブルを利用する。テーブルは、バケットシリンダ１３を伸長する場合に利用されるバケットスプール駆動電磁弁３４ａ用のテーブルと、バケットシリンダ１３を短縮する場合に利用されるバケットスプール駆動電磁弁３４ｂ用のテーブルがある。これらの２つのテーブルでは，あらかじめ実験やシミュレーションで求めた電磁弁３４ａ，３４ｂへの電流値とバケットシリンダ１３の実速度の関係に基づいて，バケットシリンダ目標速度の大きさの増加とともに電磁弁３４ａ，３４ｂへの電流値が単調に増加するように目標速度と電流値の相関関係が規定されている。バケット用流量制御弁制御部４０ｃは、バケットスプール駆動電磁弁３４ａ、３４ｂの制御指令の演算に際して、作業モード選択部３９に選択されている作業モードに係わらず同じテーブルを利用する。

【0048】

流量制御弁制御部４０は、例えば、第１作業モードが選択されている場合に、アームシリンダ目標速度とブームシリンダ目標速度の指令があるときは、電磁弁３２，３３，３５の制御指令を生成して、第１アームスプール２８と第２アームスプール２９とブームスプール３１とを駆動する。一方、第２作業モードが選択されている場合に、アームシリンダ目標速度とブームシリンダ目標速度の指令があるときは、電磁弁３２，３５の制御指令を生成して、第１アームスプール２８とブームスプール３１とを駆動する。

【0049】

図１０はコントローラ２５による制御フローを表すフローチャートである。コントローラ２５は操作装置２４がオペレータにより操作されると図１０の処理を開始し，制御点位置演算部５３は、作業装置姿勢検出装置５０から傾斜角θ１，θ２，θ３，θ４の情報や、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の航法信号から演算される油圧ショベル１の位置情報、姿勢情報（角度情報）及び方位情報や、予め記憶されている各フロント部材の寸法情報Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３等に基づきグローバル座標系におけるバケット先端Ｐ４（制御点）の位置情報を演算する（手順Ｓ１）。

【0050】

手順Ｓ２では、距離演算部３７が，制御点位置演算部５３で演算されたグローバル座標系におけるバケット先端Ｐ４の位置情報（油圧ショベル１の位置情報を利用しても良い）を基準として所定の範囲に含まれる目標面の位置情報（目標面データ）を目標面記憶部５４から抽出・取得する。そして、その中からバケット先端Ｐ４に最も近い位置に在る目標面を制御対象の目標面６０、すなわち距離Ｄを演算する目標面６０として設定する。

【0051】

手順Ｓ３では、距離演算部３７は、手順Ｓ１で演算したバケット先端Ｐ４の位置情報と手順Ｓ２で設定した目標面６０の位置情報に基づいて距離Ｄを演算する。

【0052】

手順Ｓ４では、目標速度演算部３８は、手順Ｓ３で演算した距離Ｄと、操作装置２４から入力される各操作レバーの操作量（電圧値）とに基づいて、作業装置７が動作してもバケット先端Ｐ４が目標面６０上またはその上方に保持されるように各油圧アクチュエータ１１，１２，１３の目標速度を演算する。

【0053】

手順Ｓ５では、作業モード選択部３９は、手順Ｓ３で演算した距離Ｄが距離閾値Ｄ０より小さいか否かを判定する。この判定で距離Ｄが距離閾値Ｄ０より小さいと判定された場合には手順Ｓ６に進み、そうでない場合（すなわち距離Ｄが距離閾値Ｄ０以上の場合）には手順Ｓ９に進む。

【0054】

手順Ｓ６では、作業モード選択部３９は、手順Ｓ４で演算したアームシリンダ１２の目標速度Ｖａ１の大きさが速度閾値Ｖａ１ｍａｘ（すなわちＶ０）以下か否かを判定する。この判定でアームシリンダ１２の目標速度Ｖａ１が速度閾値Ｖａ１ｍａｘ以下と判定された場合には手順Ｓ７に進み、そうでない場合（すなわち目標速度Ｖａ１が速度閾値Ｖａ１ｍａｘより大きい場合）には手順Ｓ９に進む。

【0055】

手順Ｓ７では、作業モード選択部３９は、油圧ショベル１の作業モードとして第２モード（制御性優先モード）を選択する。

【0056】

手順Ｓ８では、アーム用流量制御弁制御部４０ａにおける第２モード制御部４０ａ２が第１流量制御弁（第１アームスプール）２８を駆動する信号を演算し、その信号を電磁弁３２ａまたは電磁弁３２ｂに出力し、手順Ｓ１１に進む。

【0057】

手順Ｓ１１では、ブーム用流量制御弁制御部４０ｂが第２流量制御弁（ブームスプール）３１を駆動する信号を演算し、その信号を電磁弁３１ａまたは電磁弁３１ｂに出力し、手順Ｓ１２に進む。

【0058】

手順Ｓ１２では、バケット用流量制御弁制御部４０ｃが流量制御弁（バケットスプール）３０を駆動する信号を演算し、その信号を電磁弁３４ａまたは電磁弁３４ｂに出力する。手順Ｓ１２の処理が終了したら、操作装置２４の操作が継続していることを確認してはじめに戻り手順Ｓ１以降の処理を繰り返す。なお、図１０のフローの途中であっても操作装置２４の操作が終了した場合には処理を終了して次回の操作装置２４の操作が開始されるまで待機する。

【0059】

手順Ｓ９では、作業モード選択部３９は、油圧ショベル１の作業モードとして第１モード（操作性優先モード）を選択する。

【0060】

手順Ｓ１０では、アーム用流量制御弁制御部４０ａにおける第１モード制御部４０ａ１が第１流量制御弁（第１アームスプール）２８と第３流量制御弁（第２アームスプール）２９を駆動する信号を演算し、その信号を電磁弁３２ａ及び電磁弁３３ａまたは電磁弁３２ｂ及び電磁弁３３ｂに出力し、手順Ｓ１１に進む。以降の処理は既に説明したので省略する。

【0061】

＜動作・効果＞
上記のように構成された本実施形態の作業機械では、距離Ｄが距離閾値Ｄ０より小さく、かつ、アームシリンダ１２の目標速度Ｖａ１が第１油圧ポンプ１４から供給可能な最大の速度Ｖａ１ｍａｘ以下である場合には、コントローラ２５（作業モード選択部３９）により作業装置７の制御性を優先する第２制御モードが自動的に選択される。第２制御モードが選択される場面は、第１制御モードが選択される場合に比して作業装置７の制御点であるバケット先端Ｐ４が目標面６０に相対的に近く、目標面６０に沿ってバケット先端Ｐ４を移動させることで出来形を目標面６０に近づける仕上げ作業が行われることが多い。仕上げ作業はアーム操作量が比較的小さいことが多く、操作性よりも制御性が重要となる。

【0062】

第２制御モードが選択された場合、アームシリンダ１２の制御は第２モード制御部４０ａ２が行うが、この場合、第１流量制御弁（第１アームスプール）２８のみを駆動してアームシリンダ１２を制御し、ブームシリンダ１１の制御に利用される第２流量制御弁（ブームスプール）３１と並列接続された第３流量制御弁（第２アームスプール）２９は中立位置に保持されてアームシリンダ１２の制御に利用されない。すなわち、アームシリンダ１２とブームシリンダ１１は異なる油圧ポンプからの作動油で駆動され、アームシリンダ１２とブームシリンダ１１間で作動油の分流が発生することが防止される。これによりアームシリンダ１２とブームシリンダ１１の負荷の大小に応じてアームシリンダ１１に導入される作動油の流量が変動することがなくなるため、アームシリンダ１２とブームシリンダ１１は目標速度演算部３８で演算された目標速度に基づいて精度よく制御される。したがって、作業装置７により形成した出来形を目標面６０に近づけることができる。

【0063】

一方、距離Ｄが距離閾値Ｄ０よりも大きい場合、または、アームシリンダ１２の目標速度Ｖａ１が第１油圧ポンプ１４から供給可能な最大の速度Ｖａ１ｍａｘより大きい場合には、コントローラ２５（作業モード選択部３９）により作業装置７の応答性や操作性を優先する第１制御モードが自動的に選択される。第１制御モードが選択される場面は、第２制御モードが選択される場合に比してバケット先端Ｐ４が目標面６０から相対的に遠い位置にあり、目標面６０の下方に侵入しない範囲でできるだけ速くアーム９をクラウド動作して効率良く掘削作業を進める粗掘削作業が行われることが多い。粗掘削作業は時間あたりの作業効率が重要視されるためアーム操作量が比較的大きい場合が多く、制御性よりも応答性や操作性が重要となる。

【0064】

第１制御モードが選択された場合、アームシリンダ１２の制御は第１モード制御部４０ａ１が行うが、この場合、第１流量制御弁（第１アームスプール）２８と第３流量制御弁（第２アームスプール）２９の双方を利用してアームシリンダ１２を制御する。すなわち、アームシリンダ１２とブームシリンダ１１間での作動油の分流が許容されるものの、アームシリンダ１２は２つの油圧ポンプ１４，１５からの作動油で駆動される。これによりアーム操作量に即した流量の作動油をアームシリンダ１２に速やかに導入できるので、オペレータの操作に対してアームシリンダ１２は応答性良く動作して良好な操作性が得られる。

【0065】

すなわち、本実施形態によれば、制御性が優先される時は負荷によらず各油圧アクチュエータを精度良く制御できるとともに、操作性が優先される時は良好な操作性が得られる。

【0066】

特に上記の実施形態では、アームシリンダ１２の目標速度Ｖａ１が第１油圧ポンプ１４から供給可能な最大の速度Ｖａ１ｍａｘより大きくなった場合には距離Ｄに係わらず自動的に第１モードが選択されるように構成している。そのため、距離Ｄが距離閾値Ｄ０より小さい場面でもアームシリンダ１２に素早い動作が求められるときには、その動作が許容されるようになっている。すなわち、バケット先端Ｐ４が目標面６０の近傍にある場合にも、必要な場合にはアームシリンダ１２を素早く動作させることができ、操作性が著しく損なわれることを回避している。

【0067】

なお、上記の実施形態ではアームシリンダ１２の目標速度Ｖａ１が第１油圧ポンプ１４から供給可能な最大の速度Ｖａ１ｍａｘより大きくなった場合には距離Ｄに係わらず第１モードが選択されるように構成したが、この構成は省略可能である。すなわち、作業モード選択部３９を、距離Ｄが距離閾値Ｄ０以上のとき第１作業モードを選択し、距離Ｄが距離閾値Ｄ０未満のとき第２作業モードを選択するように構成しても良い。この場合のコントローラ２５のフローチャートを図１６に示す。図１６のフローチャートは、図１０のフローチャートから手順Ｓ６を省略して、手順Ｓ５でＹＥＳと判定された場合に手順Ｓ７に進むように構成したものである。この場合にも、制御性が優先される時は負荷によらず各油圧アクチュエータを精度良く制御できるとともに、操作性が優先される時は良好な操作性が得られる。

【0068】

＜第２実施形態＞
図１１は本発明の第２実施形態に係る作業機械のコントローラ２５Ａの機能ブロック図とコントローラ２５の周辺の構成図である。コントローラ２５Ａは作業モード選択部３９を備えておらず、コントローラ２５Ａ内の流量制御弁制御部４０は、作業モード選択スイッチ５５からの信号に基づいて電磁弁３２，３３，３４，３５の制御を実行している。その他のハードウェア構成は先の実施形態と同じなので説明は省略する。

【0069】

作業モード選択スイッチ５５は、油圧ショベル１の作業モードを前述の第１モードと第２モードのいずれか一方に選択するためのスイッチであり、例えば、運転室４内の操作装置２４またはその周辺に設けられている。作業モード選択スイッチ５５の切り替え位置には、前述の第１モードが選択される第１位置と、第２モードが選択される第２位置がある。第１位置に切り換えられている場合、作業モード選択スイッチ５５は、流量制御弁制御部４０のアーム用流量制御弁制御部４０ａに対して第１モードが選択されていることを示す信号（第１モード選択信号）を出力する。一方、第２位置に切り換えられている場合、作業モード選択スイッチ５５は、流量制御弁制御部４０のアーム用流量制御弁制御部４０ａに対して第２モードが選択されていることを示す信号（第２モード選択信号）を出力する。

【0070】

アーム用流量制御弁制御部４０ａは、作業モード選択スイッチ５５から第１モード選択信号が入力されている場合には第１モード制御部４０ａ１によりアームシリンダ１２を制御し、第２モード選択信号が入力されている場合には第２モード制御部４０ａ２によりアームシリンダ１２を制御する。

【0071】

図１２は本実施形態のコントローラ２５Ａによる制御フローを表すフローチャートである。図１０と同じ符号が付された処理は図１０と同じ処理であり説明は省略する。

【0072】

手順Ｓ１３で、流量制御弁制御部４０は、作業モード選択スイッチ５５から入力される信号が第２モード選択信号であるか否かに基づいて、モード選択スイッチ５５が第２モードの第２位置に切り換えられているか否かを判定する。作業モード選択スイッチ５５から入力される信号が第２モード選択信号の場合には、流量制御弁制御部４０は、第２モード制御部４０ａ２によりアームシリンダ１２を制御することを決定して手順Ｓ８に進む。一方、作業モード選択スイッチ５５から入力される信号が第１モード選択信号の場合には、流量制御弁制御部４０は、第１モード制御部４０ａ１によりアームシリンダ１２を制御することを決定して手順Ｓ１０に進む。

【0073】

以上のように構成した作業機械によれば、作業モード選択スイッチ５５を操作することでオペレータが所望のタイミングで油圧ショベル１の作業モードを切り換えられるので、オペレータの意思に即したアクチュエータ制御が可能になる。

【0074】

＜第３実施形態＞
第３実施形態として油圧ショベル１に油圧ポンプが３つ搭載されている場合について説明する。なお、先の各実施形態と共通する部分の説明は省略する。

【0075】

図１３は第３実施形態に係る油圧ショベル１の油圧回路の概略図である。この油圧回路は、図５に示した第１実施形態の油圧回路に加えて、エンジン１６によって駆動される第３油圧ポンプ４１と、第３油圧ポンプ４１からブームシリンダ１１に供給する作動油の流量を制御する第４の流量制御弁である第２ブームスプール４２と、第２ブームスプール４２を駆動する第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ、４３ｂと、作動油タンク４４を備えている。

【0076】

第２ブームスプール４２も、中立位置から所定のスプール位置に達するまで油圧ポンプ４１から吐出された作動油を作動油タンク４４へ導く流路であるセンタバイパス部４２ａを有している。本実施形態では、第３油圧ポンプ４１と、第２ブームスプール４２のセンタバイパス部４２ａと、タンク４４は、この順序で直列接続されており、センタバイパス部４２ａは第３油圧ポンプ４１から吐出される作動油をタンク４４に導くセンタバイパス流路を構成している。

【0077】

図１４は本実施形態に係る流量制御弁制御部４０Ａの機能ブロック図である。流量制御弁制御部４０Ａは、アーム用流量制御弁制御部４０ａと、ブーム用流量制御弁制御部４０ｂと、バケット用流量制御弁４０ｃを有している。

【0078】

ブーム用流量制御弁制御部４０ｂは、油圧ショベル１の作業モードとして第１モードが選択されているときに利用される第１モード制御部４０ｂ１と、油圧ショベル１の作業モードとして第２モードが選択されているときに利用される第２モード制御部４０ｂ２を備えている。これにより、ブーム用流量制御弁制御部４０ｂは、油圧ショベル１の作業モードとして第１作業モードが選択されている場合には、第１モード制御部４０ｂ１により、ブームシリンダ１１の目標速度に基づいて第２流量制御弁（第１ブームスプール）３１と第４流量制御弁（第２ブームスプール）４２を制御する。一方、油圧ショベル１の作業モードとして第２作業モードが選択されている場合には、第２モード制御部４０ｂ２により、ブームシリンダ１１の目標速度に基づいて第４流量制御弁（第２ブームスプール）４２のみを制御する。

【0079】

第１モード制御部４０ｂ１は、目標速度演算部３８で演算されたブームシリンダ１１の目標速度を入力し、その目標速度に対応する第１ブームスプール駆動電磁弁３５ａ、３５ｂと第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ，４３ｂの制御指令（具体的には第１ブームスプール駆動電磁弁３５ａ、３５ｂと第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ，４３ｂの弁開度を規定する指令電流値）を演算して出力する。すなわち第１モードが選択されている場合には、ブームシリンダ１１は２つのブームスプール３１，４２（つまり２つの油圧ポンプ１５,４１）から導入される作動油で駆動される。第１ブームスプール駆動電磁弁３５ａ、３５ｂと第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ，４３ｂの制御指令の演算に際して、本実施形態の第１モード制御部４０ｂ１は、ブームシリンダ１１の目標速度と、第１ブームスプール駆動電磁弁３５ａ、３５ｂ及び第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ，４３ｂの制御指令との相関関係が一対一で規定されたテーブルを利用する。このテーブルには、まず、ブームシリンダ１１を伸長する場合に利用される２つのテーブルとして、第１ブームスプール駆動電磁弁３５ａ用のテーブルと、第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ用のテーブルがある。また、ブームシリンダ１１を縮短する場合に利用される２つのテーブルとして、第１ブームスプール駆動電磁弁３５ｂ用のテーブルと、第２ブームスプール駆動電磁弁４３ｂ用のテーブルがある。これらの４つのテーブルでは，あらかじめ実験やシミュレーションで求めた電磁弁３５ａ、３５ｂ，４３ａ，４３ｂへの電流値とブームシリンダ１１の実速度の関係に基づいて，ブームシリンダ目標速度の大きさの増加とともに電磁弁３５ａ、３５ｂ，４３ａ，４３ｂへの電流値が単調に増加するように目標速度と電流値の相関関係が規定されている。

【0080】

第２モード制御部４０ｂ２は、目標速度演算部３８で演算されたブームシリンダ１１の目標速度を入力し、その目標速度に対応する第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ，４３ｂの制御指令（具体的には第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ，４３ｂの弁開度を規定する指令電流値）を演算して出力する。すなわち第２モードが選択されている場合には、ブームシリンダ１１は１つのブームスプール４２のみ（つまり１つの油圧ポンプ４１のみ）から導入される作動油で駆動される。第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ，４３ｂの制御指令の演算に際して、本実施形態の第２モード制御部４０ｂ２は、ブームシリンダ１１の目標速度と第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ，４３ｂの制御指令との相関関係が一対一で規定されたテーブルを利用する。このテーブルには、ブームシリンダ１１を伸長する場合に利用される第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ用のテーブルと、ブームシリンダ１１を縮短する場合に利用される第２ブームスプール駆動電磁弁４３用のテーブルがある。これらの２つのテーブルでは，あらかじめ実験やシミュレーションで求めた電磁弁４３ａ，４３ｂへの電流値とブームシリンダ１１の実速度の関係に基づいて，ブームシリンダ目標速度の大きさの増加とともに電磁弁４３ａ，４３ｂへの電流値が単調に増加するように目標速度と電流値の相関関係が規定されている。

【0081】

図１５は本実施形態に係る流量制御弁制御部４０Ａを有するコントローラ２５による制御フローを表すフローチャートである。コントローラ２５は操作装置２４がオペレータにより操作されると図１５の処理を開始する。図１０のフローチャートと同じ手順については同じ符号を付して説明を省略することがある。

【0082】

手順Ｓ７で油圧ショベル１の作業モードとして第２モード（制御性優先モード）が選択された場合、手順Ｓ８では、アーム用流量制御弁制御部４０ａにおける第２モード制御部４０ａ２が第１流量制御弁（第１アームスプール）２８を駆動する信号を演算し、その信号を電磁弁３２ａまたは電磁弁３２ｂに出力し、手順Ｓ１４に進む。

【0083】

手順Ｓ１４では、ブーム用流量制御弁制御部４０ｂにおける第２モード制御部４０ｂ２が第４流量制御弁（第２ブームスプール）４２を駆動する信号を演算し、その信号を電磁弁４３ａまたは電磁弁４３ｂに出力し、手順Ｓ１２に進む。

【0084】

一方、手順Ｓ９で油圧ショベル１の作業モードとして第１モード（操作性優先モード）が選択された場合、手順Ｓ１０では、アーム用流量制御弁制御部４０ａにおける第１モード制御部４０ａ１が第１流量制御弁（第１アームスプール）２８と第３流量制御弁（第２アームスプール）２９を駆動する信号を演算し、その信号を電磁弁３２ａ及び電磁弁３３ａまたは電磁弁３２ｂ及び電磁弁３３ｂに出力し、手順Ｓ１５に進む。

【0085】

手順Ｓ１５では、ブーム用流量制御弁制御部４０ｂにおける第１モード制御部４０ｂ１が第２流量制御弁（第１ブームスプール）３１と第４流量制御弁（第２ブームスプール）４２を駆動する信号を演算し、その信号を電磁弁３５ａ及び電磁弁４３ａまたは電磁弁３５ｂ及び電磁弁４３ｂに出力し、手順Ｓ１２に進む。

【0086】

手順Ｓ１２では、バケット用流量制御弁制御部４０ｃが流量制御弁（バケットスプール）３０を駆動する信号を演算し、その信号を電磁弁３４ａまたは電磁弁３４ｂに出力する。手順Ｓ１２の処理が終了したら、操作装置２４の操作が継続していることを確認してはじめに戻り手順Ｓ１以降の処理を繰り返す。なお、図１５のフローの途中であっても操作装置２４の操作が終了した場合には処理を終了して次回の操作装置２４の操作が開始されるまで待機する。

【0087】

上記のように構成された本実施形態の作業機械では、制御点と目標面６０との距離Ｄが距離閾値Ｄ０以上である時は、第１ブームスプール駆動電磁弁３５ａ、３５ｂと第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ、４３ｂとを制御してブームシリンダ１１を駆動し、距離Ｄが距離閾値Ｄ０より小さい時は第２ブームスプール駆動電磁弁４３ａ、４３ｂを制御してブームシリンダ１１を駆動する。このように距離Ｄに応じてブームシリンダ１１を駆動することにより、距離Ｄが距離閾値Ｄ０より小さい時はブームシリンダ１１とアームシリンダ１２に一つの油圧ポンプから分流して油を供給することを防ぐことが可能であり、アーム９に加えてブーム８の速度変動も抑えることが可能である。また、距離Ｄが距離閾値Ｄ０以上である時は第１ブームスプール３１と第２ブームスプール４２の両方から油を供給することでブームシリンダ１１の速度を向上させることも可能である。

【0088】

＜その他＞
本発明は，上記の実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

【0089】

例えば、補正係数ｋは図７に規定したものに限らず，距離Ｄが正の範囲でゼロに近づくほど速度ベクトルの鉛直成分Ｖ１ｚがゼロに近づくように補正する係数であればその他の値でも構わない。

【0090】

図１０の手順Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２では、説明の便宜上、アームシリンダ１２、ブームシリンダ１１、バケットシリンダ１３の順番で制御されるものとしたが、各シリンダ１１，１２，１３の制御は同時に並列して行っても良い。また、順番に行う場合には図１０に説明した順番以外でも任意の順番で制御することが可能である。また、その他の手順についても同じ結果が得られるものであれば、任意の順番に変更しても構わない。これらは図１２，１５のフローチャートにおいても同じである。

【符号の説明】

【0091】

１…油圧ショベル（作業機械）、２…走行体、３…旋回体、４…運転室、５…機械室、６…カウンタウェイト、７…作業装置、８…ブーム、９…アーム、１０…バケット、１１…ブームシリンダ、１２…アームシリンダ、１３…バケットシリンダ、１４…第１油圧ポンプ、１５…第２油圧ポンプ、１６…エンジン（原動機）、１７…車体傾斜センサ、１８…ブーム傾斜センサ、１９…アーム傾斜センサ、２０…バケット傾斜センサ、２１…第１ＧＮＳＳアンテナ、２２…第２ＧＮＳＳアンテナ、２３…車体制御システム、２４…操作装置、２５,２５Ａ…コントローラ、２６…流量制御弁装置、２７…油圧回路、２８…第１アームスプール（第１流量制御弁）、２９…第２アームスプール（第３流量制御弁）、３０…バケットスプール、３１…ブームスプール（第２流量制御弁）、３２ａ、３２ｂ…第１アームスプール駆動電磁弁、３３ａ、３３ｂ…第２アームスプール駆動電磁弁、３４ａ、３４ｂ…バケットスプール駆動電磁弁、３５ａ、３５ｂ…ブームスプール駆動電磁弁、３６ａ、３６ｂ…作動油タンク、３７…距離演算部、３８…目標速度演算部、３９…作業モード選択部、４０,４０Ａ…流量制御弁制御部、４０ａアーム用流量制御弁制御部、４０ａ１…アーム用第１モード制御部、４０ａ２…アーム用第２モード制御部、４０ｂ…ブーム用流量制御弁制御部、４０ｂ１…ブーム用第１モード制御部、４０ｂ２…ブーム用第２モード制御部、４０ｃ…バケット用流量制御弁制御部、４１…第３油圧ポンプ、４２…第２ブームスプール（第４流量制御弁）、４３ａ、４３ｂ…第２ブームスプール駆動電磁弁、４４…作動油タンク、５０…作業装置姿勢検出装置、５１…目標面設定装置、５３…制御点位置演算部、５４…目標面記憶部、５５…作業モード選択スイッチ、６０…目標面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】