特許 6872666 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】6872666

(24)【登録日】2021年4月21日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20210510BHJP

   E02F 9/24 20060101ALI20210510BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/20 B

   E02F9/24 B

   E02F9/26 B

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2020-509565(P2020-509565)

(86)(22)【出願日】2018年9月3日

(86)【国際出願番号】JP2018032671

(87)【国際公開番号】WO2020049623

(87)【国際公開日】20200312

【審査請求日】2020年2月18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】鈴木 悠介

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏明

(72)【発明者】

【氏名】中野 寿身

【審査官】 富士 春奈

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１９／１５５８４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１９−１８３９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３６６２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−２２３０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１２２５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０４９０７９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ３／４２−３／４３

３／８４−３／８５

９／００−９／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行体及び旋回体からなる車体と、
ブーム及びアームを有し、前記旋回体に取り付けられた作業装置と、
油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動され、前記作業装置を動作させる複数の油圧シリンダと、
オペレータの操作に応じて前記作業装置の動作を指示する操作装置と、
前記操作装置が操作されている間、任意に設定された目標面上またはその上方に前記作業装置が位置するように、前記複数の油圧シリンダのうち少なくとも１つの油圧シリンダを制御する領域制限制御を実行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、前記領域制限制御の実行中に、地面に対する前記車体の傾斜角度であるジャッキアップ角度が予め設定された目標値より大きい場合、前記ジャッキアップ角度が前記目標値に近づくように前記少なくとも１つの油圧シリンダの制御を補正し、
前記目標値は、前記アームの姿勢に応じて変化するように設定されていることを特徴とする作業機械。

【請求項2】

請求項１の作業機械において、
前記制御装置は、前記操作装置に前記アームの引き操作が入力されている場合、前記アームの姿勢が前記アームの先端部が前記車体に近い姿勢であるほど、前記目標値を小さく設定す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、
前記制御装置は、前記操作装置に前記アームの押し操作が入力されている場合、前記アームの姿勢が前記アームの先端部が前記車体に近い姿勢であるほど、前記目標値を大きく設定することを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項１の作業機械において、
前記制御装置は、前記操作装置に前記アームの引き操作が入力されている場合、前記複数の油圧シリンダのうち前記アームを駆動するアームシリンダの長さが伸びるほど前記目標値を小さく設定することを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項１の作業機械において、
前記制御装置は、前記操作装置に前記アームの押し操作が入力されている場合、前記複数の油圧シリンダのうち前記アームを駆動するアームシリンダの長さが伸びるほど前記目標値を大きく設定することを特徴とする作業機械。

【請求項6】

請求項１の作業機械において、
前記制御装置は、さらに、前記アームの角度が同じときには、前記作業装置と前記目標面の距離が近づくほど、前記目標値を小さく設定することを特徴とする作業機械。

【請求項7】

請求項１の作業機械において、
前記制御装置は、前記操作装置により前記ブームの下げ操作が開始されてから所定の時間が経過した後に、前記複数の油圧シリンダのうち前記ブームを駆動するブームシリンダのボトム圧とロッド圧の差が所定の圧力しきい値より小さいとき、前記車体がジャッキアップ状態であることを判定することを特徴とする作業機械。

【請求項8】

請求項７の作業機械において、
前記制御装置は、前記操作装置により前記ブームの下げ操作が開始されてから所定の時間が経過するまでの間に、前記車体の傾斜角の変化量が所定の変化量しきい値以上となり、かつ、前記複数の油圧シリンダのうち前記ブームを駆動するブームシリンダのボトム圧とロッド圧の差が所定の圧力しきい値より小さいとき、前記車体がジャッキアップ状態であることを判定することを特徴とする作業機械。

【請求項9】

請求項１の作業機械において、
前記車体の傾斜角を検出する傾斜角センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記車体とジャッキアップ状態であると判定された時刻の直前における前記傾斜角センサの検出値に基づいて前記ジャッキアップ角度を演算すること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、構造物解体工事、道路工事、建設工事、土木工事等に使用される作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

構造物解体工事、道路工事、建設工事、土木工事等に使用される作業機械として、複数のフロント部材からなる多関節型の作業装置を本体に取り付け、その各フロント部材を油圧シリンダにて駆動するものが知られている。その一例にブーム、アーム、バケット等から構成される作業装置を有する油圧ショベルがある。この種の油圧ショベルには作業装置の稼働可能な領域を設けてその範囲内で作業装置を半自動的に動作させる、いわゆるマシンコントロールを実行可能なものがある。例えば、この作業装置の稼働可能な領域と稼働不可能な領域の境界に施工目標面を設定してオペレータがアーム操作をすると、マシンコントロールによりその施工目標面に沿うように半自動的に作業装置を動作させることができる。

【0003】

油圧ショベルによるマシンコントロールを用いた掘削作業では、予め定められた条件に従ってブームやバケットが半自動的に動作する。そのため、スムーズな掘削が困難な硬い土壌を作業装置で掘削しようとした場合には、地面からバケットに作用する掘削反力が大きくなり、走行体（クローラ）において作業装置から遠い側の端部とバケットは地面に接触しているものの走行体において作業装置に近い側の端部が地面から浮上った状態、いわゆるジャッキアップ状態になり易い。

【0004】

ジャッキアップに関する技術として、特許文献１には、オペレータによるアーム閉じ操作とブーム下げ操作を含む複合操作を検知して、車体がジャッキアップしないようにブームシリンダ圧を制御する技術が開示されている。この技術では、作業機械がジャッキアップするときのブームシリンダ圧を超えないように、ブームシリンダへ供給される作動油の圧力が調整されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−１２２５１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

油圧ショベルがジャッキアップ状態にあるときに地面と走行体がなす角度はジャッキアップ角度と称されることがあるが、オペレータはこのジャッキアップ角度の大小により掘削力の大小を直感的に把握して掘削力を調整する場合がある。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、常に車体がジャッキアップしないようにブームシリンダ圧が制御される。すなわち、特許文献１の技術ではオペレータの意図にかかわらずコントローラによってジャッキアップ角度は常にほぼ零に保持される。そのため、オペレータはジャッキアップ角度の大小から掘削力の状態を直感的に把握することができず、自身の操作によって掘削力を調整することが難しくなる。その結果、オペレータによっては操作性が劣る機械と判断されるおそれがある。

【0007】

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、マシンコントロールが行われる作業機械において、いわゆるジャッキアップ状態時のオペレータの操作性が良好な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】

【0008】

本発明は、上記目的を達成するために、走行体及び旋回体からなる車体と、ブーム及びアーム及びブームを有し、前記旋回体に取り付けられた作業装置と、油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動され、前記作業装置を動作させる複数の油圧シリンダと、オペレータの操作に応じて前記作業装置の動作を指示する操作装置と、前記操作装置が操作されている間、任意に設定された目標面上またはその上方に前記作業装置が位置するように、前記複数の油圧シリンダのうち少なくとも１つの油圧シリンダを制御する領域制限制御を実行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、前記領域制限制御の実行中に、地面に対する前記車体の傾斜角度であるジャッキアップ角度が予め設定された目標値より大きい場合、前記ジャッキアップ角度が前記目標値に近づくように前記少なくとも１つの油圧シリンダの制御を補正し、前記目標値は、前記アームの姿勢に応じて変化するように設定するものとする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、マシンコントロールの掘削作業において、目標面を掘り過ぎることなく、操作性と作業効率を良好にできる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る油圧ショベルの側面図。

【図2】図１の油圧ショベルのシステム構成図。

【図3】油圧ショベルのジャッキアップ状態を示した側面図である。

【図4】コントローラの機能構成を示す図である。

【図5】バケット爪先の軌跡補正の説明図。

【図6】制限速度垂直成分Ｖ１ｙ’の演算テーブルを示す図。

【図7】熟練オペレータの掘削作業を分析して得られた車体ピッチ角度を示す図である。

【図8】実施形態に係る手順を示すフローチャートである。

【図9】アーム角度と目標ジャッキアップ角度φｔの相関関係を示す図。

【図10】アーム角度と目標ジャッキアップ角度φｔと目標面距離Ｄの相関関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
＜対象装置＞
図１は本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの概略構成図である。図１において，油圧ショベルは，クローラ式の走行体４０１と，走行体４０１の上部に旋回可能に取り付けられた旋回体４０２を備えている。走行体４０１は，走行油圧モータ３３によって駆動される。旋回体４０２は，旋回油圧モータ２８の発生するトルクによって駆動され，左右方向に旋回する。

【0012】

本稿では，走行体４０１と旋回体４０２を合わせて車体１Ａと称することがある。走行体４０１は、履帯を備えたものに限定されることなく、走行輪や脚を備えたものであってもよい。

【0013】

旋回体４０２上には運転席４０３が設置され，旋回体４０２の前方には目標面の形成作業を行うことの可能な多関節型のフロント作業装置（作業装置）４００が取り付けられている。

【0014】

フロント作業装置４００は，ブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）３２ａによって駆動されるブーム４０５と，アームシリンダ（第２油圧アクチュエータ）３２ｂによって駆動されるアーム４０６と，バケットシリンダ３２ｃによって駆動されるバケット４０７とを備える。ブームシリンダ３２ａ，アームシリンダ３２ｂ，バケットシリンダ３２ｃはそれぞれ油圧ポンプ２３から吐出される作動油によって駆動され，作業装置４００を動作させる。本稿では，ブーム４０５，アーム４０６，バケット４０７をそれぞれフロント部材と称することがある。

【0015】

またフロント作業装置４００は，バケット４０７とバケットシリンダ３２ｃの先端部を連結する第１リンク４０７Ｂと、アーム４０６とバケットシリンダ３２ｃの先端部を連結する第２リンク４０７Ｃとを備えている。バケットシリンダ（油圧シリンダ）３２ｃは、第２リンク４０７Ｃとアーム４０６に連結されている。

【0016】

なお、バケット４０７は、グラップル、ブレーカ、リッパ、マグネット等の図示しない作業具に任意に交換可能である。

【0017】

ブーム４０５とアーム４０６には、それぞれ、所定の面（例えば水平面）に対するブーム４０５とアーム４０６の姿勢（傾斜角）を検出するためのブームＩＭＵ（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit（慣性計測装置））３６とアームＩＭＵ３７が取り付けられている。第２リンク４０７Ｃには、同じく所定の面（例えば水平面）に対するバケット４０７の姿勢（傾斜角）を検出するためのバケットＩＭＵ３８が備えられている。これらＩＭＵ３６，３７，３８は、それぞれ角速度センサと加速度センサから構成されており，傾斜角の演算も可能である。

【0018】

運転席４０３には，オペレータの操作に応じてフロント作業装置４００，旋回体４０２及び走行体４０１の動作を指示する操作レバー（操作装置）２６と，エンジン２１（図２参照）の目標回転数を指令するエンジンコントロールダイヤル５１（図２参照）が設置されている。操作レバー２６は，ブームシリンダ３２ａ，アームシリンダ３２ｂ，バケットシリンダ３２ｃ，走行油圧モータ３３及び旋回油圧モータ２８に対する制御信号（ギヤポンプ２４（図２参照）から出力されるパイロット圧（以下では「Ｐｉ圧」とも称する））を操作方向及び操作量に応じて発生し，その制御信号によりブーム４０５，アーム４０６，バケット４０７，旋回体４０２及び走行体４０１を動作させる。

【0019】

操作レバー２６の出力するＰｉ圧は圧力センサ４４によって検出されており，圧力センサ４４はその検出値をコントローラ２０に出力している。圧力センサ４４の検出値はコントローラ２０において操作レバー２６の操作量，操作方向，操作対象の検出に利用されている。すなわち圧力センサ４４は操作レバー２６への操作入力量を検出する操作量センサとして機能している。圧力センサ４４は，コントロールバルブの２倍の数が存在している。なお，操作レバー２６は電気式によるものでもよい。この場合の操作レバー２６による操作量，操作方向，操作対象の検出は，操作レバー２６の傾倒量（操作量）を検出する操作量センサにより構成する。操作量センサは、オペレータが操作レバー２６を倒す量を検出することで、オペレータが作業装置４００に要求する動作速度をそれぞれ電気信号に変換することができる。

【0020】

図２は図１の油圧ショベルのシステム構成図である。本実施形態の油圧ショベルは，エンジン２１と，エンジン２１を制御するためのコントローラ（制御装置）であるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２２と，エンジン２１の出力軸に機械的に連結されエンジン２１によって駆動される油圧ポンプ２３及びギヤポンプ（パイロットポンプ）２４と，ギヤポンプ２４から吐出される圧油を操作量に応じて減圧したものを，各油圧アクチュエータ２８，３３，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの制御信号として比例電磁弁２７を介してコントロールバルブ２５に出力する操作レバー２６と，油圧ポンプ２３から各油圧アクチュエータ２８，３３，３２ａ，３２ｂ，３２ｃに導入される作動油の流量及び方向を，操作レバー２６又は比例電磁弁２７から出力される制御信号（パイロット圧（以下ではＰｉ圧と称することがある））に基づいて制御する複数のコントロールバルブ２５と，各コントロールバルブ２５に作用するＰｉ圧の圧力値を検出する複数の圧力センサ４１と，フロント作業装置４００の位置・姿勢及びその他の車体情報に基づいて補正Ｐｉ圧を算出し，その補正Ｐｉ圧が発生可能な指令電圧を比例電磁弁２７に出力するコントローラ（制御装置）２０と，フロント作業装置４００の作業対象の目標形状である目標面の情報をコントローラ２０に入力するための目標面設定装置５０を備えている。

【0021】

油圧ポンプ２３は，各油圧アクチュエータ２８，３３，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの目標出力（後述）の通りに車体が動作するよう，機械的にトルク・流量が制御されている。

【0022】

コントロールバルブ２５は，制御対象の油圧アクチュエータ２８，３３，３２ａ，３２ｂ，３２ｃと同数存在するが，図２ではそれらをまとめて１つで示している。各コントロールバルブには，その内部のスプールを軸方向の一方又は他方に移動させる２つのＰｉ圧が作用している。例えば，ブームシリンダ３２ａ用のコントロールバルブ２５には，ブーム上げのＰｉ圧と，ブーム下げのＰｉ圧が作用する。

【0023】

圧力センサ４１は，各コントロールバルブ２５に作用するＰｉ圧を検出するもので，コントロールバルブの２倍の数が存在している。圧力センサ４１は，コントロールバルブ２５の直下に設けられており，実際にコントロールバルブ２５に作用するＰｉ圧を検出している。

【0024】

比例電磁弁２７は複数存在するが，図２中ではまとめて１つのブロックで示している。比例電磁弁２７は２種類ある。１つは，操作レバー２６から入力されるＰｉ圧をそのまま出力又は指令電圧で指定される所望の補正Ｐｉ圧まで減圧して出力する減圧弁で，もう１つは，操作レバー２６の出力するＰｉ圧より大きなＰｉ圧が必要な場合にギヤポンプ２４から入力されるＰｉ圧を指令電圧で指定される所望の補正Ｐｉ圧まで減圧して出力する増圧弁である。或るコントロールバルブ２５に対するＰｉ圧に関して，操作レバー２６から出力されているＰｉ圧より大きなＰｉ圧が必要な場合には増圧弁を介してＰｉ圧を生成し，操作レバー２６から出力されているＰｉ圧より小さなＰｉ圧が必要な場合には減圧弁を介してＰｉ圧を生成し，操作レバー２６からＰｉ圧が出力されていない場合には増圧弁を介してＰｉ圧を生成する。つまり，減圧弁と増圧弁により，操作レバー２６から入力されるＰｉ圧（オペレータ操作に基づくＰｉ圧）と異なる圧力値のＰｉ圧をコントロールバルブ２５に作用させることができ，そのコントロールバルブ２５の制御対象の油圧アクチュエータに所望の動作をさせることができる。

【0025】

１つのコントロールバルブ２５につき，減圧弁と増圧弁はそれぞれ最大で２つ存在し得る。本実施形態では，ブームシリンダ３２ａのコントロールバルブ２５用に２つの減圧弁と２つの増圧弁が設けられており，アームシリンダ３２ｂのコントロールバルブ２５用に１つの減圧弁が設けられている。具体的には，ブーム上げのＰｉ圧を操作レバー２６からコントロールバルブ２５に導く第１管路に設けられた第１減圧弁と，ブーム上げのＰｉ圧をギヤポンプ２４から操作レバー２６を迂回してコントロールバルブ２５に導く第２管路に設けられた第１増圧弁と，ブーム下げのＰｉ圧を操作レバー２６からコントロールバルブ２５に導く第３管路に設けられた第２減圧弁と，ブーム下げのＰｉ圧をギヤポンプ２４から操作レバー２６を迂回してコントロールバルブ２５に導く第４管路に設けられた第２増圧弁と，アームクラウドのＰｉ圧を操作レバー２６からコントロールバルブ２５に導く第５管路に設けられた第３減圧弁とを油圧ショベルは備えている。

【0026】

本実施形態の比例電磁弁２７は，ブームシリンダ３２ａとアームシリンダ３２ｂのコントロールバルブ２５用に設けられているのみであり，他のアクチュエータ２８，３３，３２ｃのコントロールバルブ２５用の比例電磁弁２７は存在しない。したがって，バケットシリンダ３２ｃ，旋回油圧モータ２８及び走行油圧モータ３３は，操作レバー２６から出力されるＰｉ圧に基づいて駆動される。

【0027】

なお，本稿では，ブームシリンダ３２ａとアームシリンダ３２ｂのコントロールバルブ２５に入力されるＰｉ圧（ブーム及びアームに対する制御信号）は全て「補正Ｐｉ圧」（又は補正制御信号）と称し，比例電磁弁２７によるＰｉ圧の補正の有無は問わないものとする。

【0028】

また，本稿では，操作レバー２６の操作中にフロント作業装置４００を予め定められた条件に従って動作させるために，比例電磁弁２７によって補正されたＰｉ圧に基づいてブームシリンダ３２ａやアームシリンダ３２ｂを制御することをマシンコントロール（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＭＣ）と称することがある。例えば本実施形態ではＭＣとして，任意に設定された目標面６０（図５参照）上又はその上方の領域にフロント作業装置４００（本実施形態ではバケット４０７）が位置するように，複数の油圧シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃのうち少なくとも１つの油圧シリンダを制御する領域制限制御が可能である。また，本稿ではＭＣを，操作レバー２６の非操作時にフロント作業装置４００の動作をコントローラ２０により制御する「自動制御」に対して，操作レバー２６の操作時にのみフロント作業装置４００の動作をコントローラ２０により制御する「半自動制御」と称することがある。

【0029】

コントローラ（制御装置）２０は，入力部と，プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）と，記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と，出力部とを有している。入力部は，コントローラ２０に入力される各種情報を，ＣＰＵが演算可能なように変換する。ＲＯＭは，後述する演算処理を実行する制御プログラムと，当該演算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り，ＣＰＵは，ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って入力部及びＲＯＭ，ＲＡＭから取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力部からは，エンジン２１を目標回転数で駆動するための指令や，比例電磁弁２７に指令電圧を作用させるために必要な指令等が出力される。なお，記憶装置は上記のＲＯＭ及びＲＡＭという半導体メモリに限られず，例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置に代替可能である。

【0030】

コントローラ２０には，ＥＣＵ２２と，複数の圧力センサ４１と，２本のＧＮＳＳアンテナ４０と，バケットＩＭＵ３８と，アームＩＭＵ３７と，ブームＩＭＵ３６と，車体ＩＭＵ３９と，各油圧アクチュエータ２８，３３，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの圧力を検出するための複数の圧力センサ４２と，各油圧アクチュエータ２８，３３，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの動作速度を検出するための複数の速度センサ４３と，目標面設定装置５０が接続されている。

【0031】

コントローラ２０は，２本のＧＮＳＳアンテナ４０から入力信号に基づいてグローバル座標系（地理座標系）における旋回体４０２及びフロント作業装置４００の位置及び向き（方位）目標面６０を算出し，バケットＩＭＵ３８，アームＩＭＵ３７，ブームＩＭＵ３６および車体ＩＭＵ３９からの入力信号に基づいてフロント作業装置４００の姿勢を算出する。つまり，本実施形態では，ＧＮＳＳアンテナ４０は位置センサとして機能し，バケットＩＭＵ３８，アームＩＭＵ３７，ブームＩＭＵ３６および車体ＩＭＵ３９は姿勢センサとして機能している。

【0032】

本実施形態では，油圧シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの速度センサ４３として，ストロークセンサを利用している。また，油圧シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの圧力センサ４２として，各油圧シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃにボトム圧検出センサとロッド圧検出センサを備えている。ここでは，ブームシリンダ３２ａのボトム圧を検出する圧力センサ４２をブームボトム圧センサ４２ＢＢＰと，ブームシリンダ３２ａのロッド圧を検出する圧力センサ４２をブームロッド圧センサ４２ＢＲＰと称することがある。

【0033】

なお，本稿で説明する車体位置，フロント作業装置４００の姿勢，各アクチュエータの圧力，各アクチュエータの速度の算出に際して利用する手段・方法は一例に過ぎず，公知の算出手段・方法が利用可能である。

【0034】

目標面設定装置５０は，目標面６０（図３，５参照）に関する情報（各目標面の位置情報や傾斜角度情報を含む）を入力可能なインターフェースである。目標面設定装置５０は，グローバル座標系（地理座標系）上に規定された目標面の３次元データを格納した外部端末（図示せず）と接続され，その外部端末から入力される目標面の情報が目標面設定装置５０を介してコントローラ２０内の記憶装置に格納される。なお，目標面設定装置５０を介した目標面の入力は，オペレータが手動で行っても良い。

【0035】

＜ジャッキアップ＞
図３に示すように、車体１Ａのジャッキアップ（ジャッキアップ状態）とは，走行体４０１の後端（作業装置４００から遠い方の端部）とバケット４０７がそれぞれ地面に接地し、走行体４０１の前端（作業装置４００に近い方の端部）が空中に浮きがっている状態を示す。このとき、地面に対する走行体４０１（車体１Ａ）の傾斜角度をジャッキアップ角度φと言う。ジャッキアップ角度φが零の場合は、走行体４０１の底面が全域にわたって接地している状態である。

【0036】

なお，旋回体４０２は走行体４０１に対して旋回可能であるため、作業姿勢によっては旋回体４０２と走行体４０１の向きが図示と逆方向や横方向になることがある。この場合も地面に対する走行体４０１の傾斜角度をジャッキアップ角度φと定義する。本実施形態では演算を簡易にするため、走行体４０１のフロントアイドラとスプロケットの距離、および左右の履帯の距離は同一距離であるとして仮定して演算を行った。

【0037】

＜コントローラ＞
図４はコントローラ２０によって実行されるプログラムの内容をブロックで示した図（機能ブロック図）である。この図に示すように、コントローラ２０は、位置演算部７４０と、目標面距離演算部７００と、目標動作速度演算部７１０と、動作指令値生成部７２０と、駆動指令部７３０と、シリンダ圧検出部８１０と、車体ピッチ角度検出部８２０と、フロント姿勢検出部８３０と、ジャッキアップ判定部９１０と、ジャッキアップ角度演算部９２０と、目標ジャッキアップ角度決定部９３０と、指令値補正量演算部９４０として機能する。

【0038】

位置演算部７４０は，コントローラ２０は、２本のＧＮＳＳアンテナ４０が受信した信号（航法信号）からグローバル座標系における旋回体４０２及び作業装置４００の位置と方位を演算する。

【0039】

車体ピッチ角度検出部８２０は、旋回体４０２に取り付けられた車体ＩＭＵ３９から得られる加速度信号と角速度信号に基づいて旋回体４０２のピッチ角度（傾斜角）を検出・演算する。

【0040】

フロント姿勢検出部８３０は、ブームＩＭＵ３６、アームＩＭＵ３７及びバケットＩＭＵ３８から得られる加速度信号と角速度信号に基づいて、ブーム４０５、アーム４０６、バケット４０７の姿勢をそれぞれ推定する。

【0041】

目標面距離演算部７００は、位置演算部７４０で演算された旋回体４０２及び作業装置４００の位置及び方位と、車体ピッチ角度検出部８２０で演算された旋回体４０２のピッチ角度と、フロント姿勢検出部８３０で演算された各フロント部材４０５，４０６，４０７の姿勢と、目標面設定装置５０から入力される目標面６０の３次元形状とを入力する。目標面距離演算部７００は、これらの入力情報から旋回体４０２の旋回軸に平行でバケット４０７の重心を通る平面で３次元形状の目標面６０を切断したときに得られる目標面の断面図（２次元形状）を作成し，この断面においてバケット４０７の爪先位置と目標面６０の距離（目標面距離）Ｄを算出する。距離Ｄは，バケット４０７の爪先から目標面６０に下ろした垂線とこの断面の交点とバケット４０７の爪先（先端）との距離とする。

【0042】

目標動作速度演算部７１０は、目標面６０に沿ってバケット４０７の爪先４０７ａが移動するように作業装置４００を動作させるために必要な（すなわち領域制限制御を実行するために必要な）、複数の油圧シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃのうちの少なくとも１つの油圧シリンダの速度の目標値（目標動作速度）Ｖｔを演算する。本実施形態では説明を簡単にするために，作業装置４００の掘削作業に際してオペレータは操作レバー２６でアーム４０６を操作するのみとし（すなわち、オペレータはブーム４０５とバケット４０７の操作は行わないものとし）、そのアーム操作によりバケット爪先４０７ａに生じる速度ベクトルＶ１をＭＣによるブームシリンダ３２ａの動作のみで補正することでバケット爪先４０７ａを目標面６０に沿って移動させる場合を例に挙げて説明する。

【0043】

まず、目標動作速度演算部７１０は、目標面距離演算部７００で演算した距離Ｄと図６のテーブルを基にバケット爪先４０７ａの速度ベクトルの目標面６０に垂直な成分（以下，「垂直成分」と略する）の制限値（制限速度垂直成分）Ｖ１’ｙを算出する。ここにおける制限値とは下限値の意味であり，制限値より小さい値は制限値に設定される。制限速度垂直成分Ｖ１’ｙは，距離Ｄが０のとき０であり，距離Ｄの増加に応じて単調に減少するように設定されており，距離Ｄが所定の値ｄ１を越えると−∞に設定されて実質的に制限が掛からなくなる（すなわち任意の垂直成分の速度ベクトルを出力できる）。制限速度垂直成分Ｖ１’ｙの決め方は図６のテーブルに限らず，少なくとも距離Ｄが０から所定の正の値に至るまでの範囲で，制限速度垂直成分Ｖ１’ｙが単調減少するものであれば，代替可能である。

【0044】

次に目標動作速度演算部７１０は、圧力センサ４４から入力される操作信号（操作量）に基づいて各油圧シリンダ３２ａ，３２ｂ，３３ｃの速度（オペレータ操作に基づく各油圧シリンダ３２ａ，３２ｂ，３３ｃの速度）を演算する。この演算は例えば操作レバー２６の操作量をシリンダ速度に変換する相関テーブルを使うこと可能である。そして，この速度に，フロント姿勢検出部８３０から入力される作業装置４００の姿勢情報と、車体ピッチ角度検出部８２０から入力される車体１Ａのピッチ角度情報とを考慮して，各油圧シリンダ３２ａ，３２ｂ，３３ｃの速度がバケット爪先に発生させる速度ベクトルＶ１を演算する。本実施形態では、操作レバー２６によってアームシリンダ３２ｂだけが操作されているので、そのアームシリンダ３２ｂの動作だけでバケット爪先４０７ａに速度ベクトルＶ１が生じている。

【0045】

図５に示すように，本実施形態では，バケット爪先４０７ａにＭＣで速度ベクトルＶ２を発生させ、そのＶ２をバケット爪先４０７ａの速度ベクトルＶ１に加えることで，バケット４０７の爪先の速度ベクトルの垂直成分が目標速度垂直成分Ｖ１’ｙに保持されるようにバケット４０７の爪先の速度ベクトルを補正してＶ１’とする。本実施形態の目標動作速度演算部７１０は，この速度ベクトルＶ２をブームシリンダ３２ａの動作（ブーム上げ動作）だけで発生させる。そして、目標動作速度演算部７１０は、補正後の各シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの目標速度を目標動作速度Ｖｔとして算出する。本実施形態では，補正前の各シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの速度（Ｖｏａ，Ｖｏｂ，Ｖｏｃ）を（０，Ｖｂ１，０）とし、補正後のブームシリンダ３２ａの速度（目標動作速度Ｖｔａ）をＶａ１とすると、各シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの目標動作速度（Ｖｔａ，Ｖｔｂ，Ｖｔｃ）は（Ｖａ１，Ｖｂ１，０）となる。

【0046】

図５の場合において，ベクトルＶ１は，圧力センサ４４から入力される操作信号（操作量）から演算される各油圧シリンダ３２ａ，３２ｂ，３３ｃのシリンダ速度情報と，フロント姿勢検出部８３０から入力される姿勢情報と、車体ピッチ角度検出部８２０から入力される車体ピッチ角度情報とから算出される補正前のバケット爪先の速度ベクトルである。このベクトルＶ１の垂直成分は目標速度垂直成分Ｖ１’ｙと方向が同じで，その大きさが制限値Ｖ１’ｙの大きさを超えているので，ブーム上げで発生する速度ベクトルＶ２を加えて，補正後のバケット爪先速度ベクトルの垂直成分がＶ１’ｙとなるようにベクトルＶ１を補正しなければならない。ベクトルＶ２の方向は，ブーム４０５の回動中心からバケット爪先４０７ａまでの距離を半径とする円の接線方向であり，そのときのフロント作業装置４００の姿勢から算出できる。そして，この算出した方向を有するベクトルであって，補正前のベクトルＶ１に加えることで補正後のベクトルＶ１’の垂直成分がＶ１’ｙになるような大きさを有するベクトルをＶ２として決定する。なお，Ｖ２の大きさは，Ｖ１とＶ１’の大きさと，Ｖ１とＶ１’のなす角θを用いて余弦定理を適用することにより求めても良い。

【0047】

図６のテーブルのように爪先速度ベクトルの目標速度垂直成分Ｖ１’ｙを決定すると，バケット爪先４０７ａが目標面６０に近づくにつれて，爪先速度ベクトルの垂直成分が徐々に０に近づくので，目標面６０の下方に爪先４０７ａが侵入することを防止できる。

【0048】

動作指令値生成部７２０は、各シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを目標動作速度演算部７１０で演算した目標動作速度（Ｖｔａ，Ｖｔｂ，Ｖｔｃ）で動作させるために、各シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対応するコントロールバルブ２５に出力すべき補正Ｐｉ圧（動作指令値Ｐｉ）を演算する。ただし、指令値補正量演算部９４０が指令する補正量（補正動作速度）Ｖｃがある場合にはこれを目標動作速度Ｖｔに加算して補正Ｐｉ圧を算出する（後述の式（３）参照）。本実施形態ではブームシリンダ３２ａの目標動作速度Ｖｔａに対してのみ補正量Ｖｃが演算されることがあるが、残りのアームシリンダ３２ｂ，バケットシリンダ３２ｃの目標動作速度Ｖｔｂ，Ｖｔｃは補正されることはない。

【0049】

駆動指令部７３０は、動作指令値生成部７２０が生成した補正Ｐｉ圧に基づき、比例電磁弁２７の駆動に必要な制御電流を生成し、その制御電流を比例電磁弁２７に出力する。これによりコントロールバルブ２５に補正Ｐｉ圧が作用して各シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが目標動作速度Ｖｔ（Ｖｔａ，Ｖｔｂ，Ｖｔｃ）で動作して、補正量Ｖｃが零の場合（ジャッキアップ角度φが目標値φｔ以下の場合）にはバケット爪先４０７ａが目標面６０に沿って動作し，ブームシリンダ３２ａの目標動作速度Ｖｔａに補正量Ｖｃが存在する場合（ジャッキアップ角度φが目標値φｔより大きい場合）には補正量Ｖｃが零の場合よりもバケット爪先４０７ａが上方で軌跡を描くように動作する。そのためブームシリンダ３２ａの目標動作速度Ｖｔａに補正量Ｖｃが存在する場合にはジャッキアップ角度φが小さくなって目標値φｔに近づくような動作となる。

【0050】

シリンダ圧検出部８１０は、ブームシリンダ３２ａのボトム側の油圧室とロッド側の油圧室にそれぞれ取り付けられたボトム圧センサ４２ＢＢＰとロッド圧センサ４２ＢＲＰの圧力信号を入力して，ブームシリンダ３２ａのボトム圧Ｐｂｂとロッド圧Ｐｂｒを検出する。

【0051】

＜ジャッキアップの判定方法＞
ジャッキアップ判定部９１０は、目標動作速度演算部７１０から得られる目標動作速度Ｖｔと、シリンダ圧検出部８１０から得られるシリンダ圧情報（ブームシリンダ３２ａのロッド圧Ｐｂｒとボトム圧Ｐｂｂ）と、車体ピッチ角度検出部８２０から得られる車体ピッチ角度情報とに基づいて、油圧ショベル１がジャッキアップ状態にあるか否かを判定する。次にこの判定方法の詳細について説明する。

【0052】

油圧ショベル１がジャッキアップ状態であるか否かの判定は、目標動作速度Ｖｔと、ブームシリンダのロッド圧Ｐｂｒとボトム圧Ｐｂｂ、車体ピッチ角度情報を用いて行う。車体１Ａがジャッキアップしていないとき、作業装置４００の自重はブームシリンダ３２ａにより支えられている。そのため、ブームシリンダ３２ａの圧力はボトム圧Ｐｂｂの方がロッド圧Ｐｂｒよりも高くなっている（すなわち、Ｐｂｂ＞Ｐｂｒ）。ただし、厳密にはボトム側油圧室とロッド側油圧室の受圧面積に比例してシリンダ全体の推力が決定するが、ここではボトム側油圧室とロッド側油圧室の受圧面積は同じであると仮定して説明する。

【0053】

一方で車体１Ａがジャッキアップしているときは、旋回体４０２と走行体４０１の自重の一部を作業装置４００が支えるため、ブームシリンダ３２ａの圧力はボトム圧Ｐｂｂの方がロッド圧Ｐｂｒよりも低くなる（すなわち、Ｐｂｂ＜Ｐｂｒ）。そこで、ブームシリンダ３２ａにおけるボトム側とロッド側の差圧が所定のしきい値（圧力閾値）Ｐ１より小さければ（すなわち、Ｐｂｂ−Ｐｂｒ＜Ｐ１）、車体１Ａはジャッキアップ状態であると判断することができる。

【0054】

このときの差圧のしきい値Ｐ１は、油圧ショベル１を構成する各部分の質量を支える支持力と、ブームシリンダ３２ａのボトム圧Ｐｂｂとロッド圧Ｐｂｒから計算されるブームシリンダ３２ａの推力により求めることもできるし、実際に車体１Ａをジャッキアップさせたときのブームシリンダ３２ａのボトム圧Ｐｂｂとロッド圧Ｐｂｒを測定し、その差圧から求めても構わない。また、ジャッキアップするときのボトム圧を実験により予め計測しておき、その計測値よりもボトム圧が低下したことをもってジャッキアップと判定してもよい。なお，しきい値Ｐ１は零に設定することも可能である。

【0055】

ところで、上記方法は、静的状態であれば車体１Ａがジャッキアップしていることを正しく判定することができる。しかし、ブーム４０５を空中で静止させた状態から下方に急動作させると、油圧システムの構造上、ブームシリンダ３２ａのボトム圧Ｐｂｂのみがわずかな時間、急激に低下することがある。その結果、ブームシリンダ３２ａのボトム圧がロッド圧よりも小さくなり、車体１Ａがジャッキアップ状態であると誤判定することがある。

【0056】

そこで、本実施形態の実機への適用に際しては、誤判定を回避する観点から以下の２つの判断を追加することが好ましい。

【0057】

ひとつめの判断は、操作レバー２６にブーム下げ操作が入力されてブーム４０５の下げ動作が開始してから所定の時間Ｔ１が経過するまでの間はブームシリンダ３２ａのボトム側とロッド側の差圧がしきい値Ｐ１より小さくても車体１Ａがジャッキアップしていないと判断することである。時間Ｔ１は、ブーム下げ動作によりボトム圧Ｐｂｂが急減に低下して誤判定の可能性がある時間を予め計測しておき、その計測した時間を基に定めることができる。

【0058】

もうひとつの判断は、バケット４０７が地面に接地すると油圧ショベル１のピッチ角度が僅かに変化することを利用する。すなわち、ブーム４０５の下げ動作が開始してから所定の時間Ｔ１が経過するまでの間に、車体ピッチ角度の変化量が所定量（変化量しきい値）θ１以上あったか否かを判定し，所定量θ１以上の変化があった場合には、車体１Ａがジャッキアップしていると判断することである。

【0059】

以上の２つの判断を追加することにより、車体１Ａがジャッキアップ状態にあるか否かを正確に判断することができる。

【0060】

ジャッキアップ角度演算部９２０は、ジャッキアップ判定部９１０から得られる油圧ショベル１のジャッキアップ状態情報と、車体ピッチ角度検出部８２０から得られる車体ピッチ角度情報に基づき、油圧ショベル１のジャッキアップ角度φを演算する。ジャッキアップ角度φの演算方法としては，例えば，ジャッキアップ判定部９１０における判定がジャッキアップ状態でないという判定からジャッキアップ状態であるという判定に変わった時刻の直前における車体ＩＭＵ（傾斜角センサ）３９の検出値に基づいて演算された車体ピッチ角を地面の傾斜角とみなし，その傾斜角と現在の傾斜角との偏差をジャッキアップ角度φとする方法がある。また，ステレオカメラやレーザースキャナなどで地面の形状が計測でき地面の傾斜角を取得可能な場合には，その傾斜角と車体ピッチ角度の偏差をジャッキアップ角度φとすることができる。目標面設定装置５０に最新の地面の形状の３次元データが格納されている場合も同様にジャッキアップ角度φを演算できる。

【0061】

＜操作分析による目標ジャッキアップ角度の検討＞
目標ジャッキアップ角度決定部９３０では、目標動作速度演算部７１０から得られる目標動作速度Ｖｔと、フロント姿勢検出部８３０から得られる姿勢情報に基づいて油圧ショベル１の目標ジャッキアップ角度φｔを決定する。本実施形態では、アーム４０６の角度（姿勢）に応じて目標ジャッキアップ角度φｔを変化させる構成とした。

【0062】

図７は熟練オペレータが硬い土壌を掘削しているときの車体ピッチ角の変化を示す。この図に示すように、硬い土壌を掘削するときの熟練オペレータの掘削動作では、掘り始めのジャッキアップ角度φが大きく、掘り終わるときのジャッキアップ角度φが小さいことが分かっている。この理由として、掘り始めはジャッキアップを大きくさせてオペレータが土壌の状態を把握し、掘削力を感じられることが操作性に影響するためである。一方で掘り終わりでは、掘削動作に後続するブーム上げ操作による運搬動作に速やかに移行可能にして作業効率を良くするため、ジャッキアップしていない。これに倣い本実施形態の目標ジャッキアップ角度φｔは、掘削開始時に最大６度とし、掘削終了時は０度（ジャッキアップしていない状態）とした。

【0063】

また、掘削動作はアーム引きとアーム押しの２つの操作によって行われる。そこで、本実施形態では、アーム引き操作により掘削が行われる場合と、アーム押し操作により掘削が行われる場合の２つの場合に分けて、アーム角度と目標ジャッキアップ角度φｔの相関関係を規定した相関テーブルを記憶している。図９は本実施形態におけるアーム角度と目標ジャッキアップ角度φｔの相関関係を規定した相関テーブルを示す図である。図中左のテーブル１はアーム引き操作の場合の相関テーブルで、同右のテーブル２はアーム押し操作の場合の相関テーブルである。各テーブルの横軸が示す「アーム角度」とは、アーム４０６の先端をブーム４０５に最も近づけて折り畳んだとき（アームシリンダ３２ｂの長さが最大まで伸長したとき）のアーム４０６の角度を最小とし、アーム４０６の先端をブーム４０５から最も離して伸ばしたとき（アームシリンダ３２ｂの長さが最小まで短縮したとき）のアーム４０６の角度を最大としている。つまり、図９の左のテーブルは、操作レバー２６にアームの引き操作が入力されている場合の目標ジャッキアップ角度を規定するものであり、アーム４０６の姿勢がアーム４０６の先端部が車体１Ａに近い姿勢であるほど（すなわち、アームシリンダ３２ｂの長さが伸びるほど）、目標ジャッキアップ角度φｔが小さくなるように設定されている。一方、図９の右のテーブルは、操作レバー２６にアームの押し操作が入力されている場合の目標ジャッキアップ角度を規定するものであり、アーム４０６の姿勢がアーム４０６の先端部が車体１Ａに近い姿勢であるほど（すなわち、アームシリンダ３２ｂの長さが伸びるほど）、目標ジャッキアップ角度φｔが大きくなるように設定されている。なお、アーム角度はアームＩＭＵ３７の検出値から演算可能であり、アームシリンダ長さはストロークセンサ（速度センサ４３）の検出値から演算可能である。図９の２つのテーブルは、いずれも、アーム角度とアームシリンダ長さのいずれか一方を利用することで目標ジャッキアップ角度を演算できる。

【0064】

ところで、掘削の開始と終了の判定は、アーム操作量（圧力センサ４４の検出値）、ストロークセンサ（速度センサ４３）の検出値から得られるアームシリンダ３２ｂのストローク情報、ジャッキアップ判定部９１０によるジャッキアップ状態判定結果を用いることで判定できる。掘削動作の場合、アームシリンダ３２ｂが短縮した（作業装置４００を伸ばした）状態から掘削を開始し、アーム引き動作によってアームシリンダ３２ｂが伸長した（作業装置４００を畳んだ）状態で掘削を終了する。そこで、アーム引き操作があり、かつアームシリンダ３２ｂが短縮した状態でジャッキアップと判定された場合には、掘削開始状態（掘り始め）であると判定できる。また、アーム引き操作が継続し、アームシリンダ３２ｂが伸長すると掘削終了状態（掘り終わり）と判定できる。なお、図９における掘削開始と終了の中間領域では、アームシリンダ３２ｂのストロークに応じて掘削開始状態と掘削終了状態の目標角度（すなわち、６度と０度）を線形補間して目標ジャッキアップ角度φｔとした。

【0065】

＜補正量Ｖｃの求め方＞
指令値補正量演算部９４０では、ジャッキアップ角度決定部９３０から得られる目標ジャッキアップ角度情報と、ジャッキアップ角度演算部９２０から得られるジャッキアップ角度情報を比較し、目標ジャッキアップ角度φｔより油圧ショベル１の実際のジャッキアップ角度（実ジャッキアップ角度）φが大きい場合には、ジャッキアップ角度φが目標ジャッキアップ角度φｔに近づくように目標動作速度Ｖｔ（ブームシリンダ３２ａの目標動作速度Ｖｔａ）に応じた補正量Ｖｃを演算して動作指令値生成部７２０に出力する。反対に実際のジャッキアップ角度φが目標ジャッキアップ角度φｔ以下の場合には補正量Ｖｃを０としてＰｉ圧の補正は行わない。次に補正量Ｖｃの具体的な求め方について説明する。

【0066】

目標ジャッキアップ角度φｔより実際のジャッキアップ角度φが大きい場合、目標動作速度Ｖｔを補正する。このときの補正量Ｖｃの求め方を、オペレータ操作に基づくアーム引きとＭＣによるブーム上げの複合動作により行われる掘削動作を例にして説明する。

【0067】

掘削中のジャッキアップ角度φを小さくすることで目標ジャッキアップ角度φｔに近づけるためには、目標動作速度演算部７１０で演算されたブームシリンダ３２ａの目標動作速度Ｖｔａ（ブーム上げ方向のブームシリンダ速度）よりも速度を大きくしてバケット４０７を地面からより早く離すように動作させれば良い。そこで、目標ジャッキアップ角度φｔより実際のジャッキアップ角度φが大きい場合には、式（１）に示すようにブームシリンダ３２aの目標動作速度Ｖｔ（Ｖｔａ）をＫ（Ｖｔ）によって定数倍することで補正量Ｖｃを演算する。これにより、車体１Ａがジャッキアップし過ぎた場合はブーム上げ速度が速くなるため、ジャッキアップ角度φが小さくなる。

【0068】

一方、目標ジャッキアップ角度φｔがジャッキアップ角度φ以下の場合には、目標動作速度Ｖｔ（Ｖｔａ）を補正しないため、式（２）に示すようにＶｃ＝０とする。

【0069】

ブーム上げ速度を大きくするための定数値Ｋ（Ｖｔ）は、予め実験的に求めても良いし、アーム操作量や目標面との距離、目標動作速度Ｖｔなどに応じて可変的な値として決めても良い。本実施形態では、油圧システムの特性上、目標動作速度Ｖｔによる補正が必要だったため、目標動作速度Ｖｔに応じた関数Ｋ（Ｖｔ）を用いた。

【0070】

動作指令値生成部７２０において、式（３）に示すように、補正量Ｖｃは、目標動作速度演算部７１０で演算された目標動作速度Ｖｔに加算され、関数Ｆ（Ｖｔ）により補正Ｐｉ圧へ変換される。関数Ｆ（Ｖｔ）は目標動作速度Ｖｔによる関数である。
Ｖｃ＝ Ｖｔ × Ｋ（Ｖｔ） ［ジャッキアップ角度＞目標ジャッキアップ角度］
・・・式（１）
Ｖｃ＝ ０ ［ジャッキアップ角度≦目標ジャッキアップ角度］
・・・式（２）
Ｐｉ ＝（Ｖｔ＋Ｖｃ） × Ｆ（Ｖｔ）
・・・式（３）
＜制御手順＞
上記のように構成されるコントローラ２０によって実行される処理フローについて図８を用いて説明する。

【0071】

コントローラ２０は、アーム４０６の押し若しくは引きの操作信号またはブーム下げの操作信号が操作レバー２６を介して出力されたことが圧力センサ４４で確認された場合に図８の処理を開始してステップＳ１０に進む。

【0072】

ステップＳ１０では、ジャッキアップ判定部９１０は、時間ｔを零にリセットするとともに、時間ｔの計測を開始してステップＳ１１０に進む。

【0073】

ステップＳ１１０では、ジャッキアップ判定部９１０は、時間ｔ内において車体ピッチ角度の変化量が所定量θ１以上か否かを判定する。所定量θ１以上の車体ピッチ角度変化があった場合には、車体１Ａはブーム下げ操作によりジャッキアップ状態になった可能性があると判定してステップＳ１３０に進む。時間ｔ内で所定量θ１より小さい車体ピッチ角度変化しかなかった場合にはステップＳ１２０へ進む。

【0074】

ステップＳ１２０では、ジャッキアップ判定部９１０は、ステップＳ１０で時間ｔの計測を開始してから所定の時間Ｔ１が経過したか否かを判定する。ここで時間Ｔ１が経過したと判定された場合（ｔ＞Ｔ１）にはステップＳ１３０へ進む。一方、時間Ｔ１はまだ経過していないと判定された場合にはステップＳ１１０へ戻る。

【0075】

ステップＳ１３０では、ジャッキアップ判定部９１０は、ブームシリンダ３２ａのボトム圧Ｐｂｂとロッド圧Ｐｂｒの差（差圧）が所定のしきい値Ｐ１より小さいか否か（すなわち、Ｐｂｂ−Ｐｂｒ＜Ｐ１が成立するか否か）について判定する。この差圧がしきい値Ｐ１より差圧が小さい場合には、ステップＳ１５０へ進む。反対にこの差圧がしきい値Ｐ１以上の場合には、ジャッキアップは発生していないと判断してステップＳ３２０へ進む。

【0076】

なお、ステップＳ１２０を経由してきた場合におけるステップＳ１３０の判定は掘削動作の開始から終了まで行うことが好ましい。すなわち、ステップＳ１２０でＹＥＳと判定され、その後にステップＳ１３０でＮＯと判定された場合には、ジャッキアップ判定部９１０が圧力センサ４４の検出値に基づいてアーム操作の有無を判定し，アーム操作が継続している場合にはステップＳ１３０に戻り、アーム操作が終了している場合にはステップＳ３２０に進むように構成することが好ましい。

【0077】

ステップＳ１５０では、ジャッキアップ判定部９１０は、車体１Ａがジャッキアップ中であると判定し、ステップＳ１６０へ進む。

【0078】

ステップＳ１６０では、ジャッキアップ角度演算部９２０は、ステップＳ１５０でジャッキアップ中と判定される直前の車体ピッチ角度を記憶し、その記憶した車体ピッチ角度とその時点での車体ピッチ角度との差分から車体１Ａのジャッキアップ角度φを演算する。

【0079】

ステップＳ２１０では、目標ジャッキアップ角度決定部９３０は、圧力センサ４４が検出する操作信号に基づいてアーム操作が引き操作であるか否かを判定する。アーム操作が引き操作の場合にはステップＳ２２０へ進む。アーム操作が押し操作の場合には、ステップＳ２３０へ進む。なお、ブーム下げでジャッキアップが生じた場合（すなわちステップＳ１１０でＹＥＳと判定された後に、ステップＳ１３０でもＹＥＳと判定された場合）にも、ブーム下げの後にアーム引きまたはアーム押しの操作が入力されることが通常であるため特に支障は無い。

【0080】

ステップＳ２２０では、目標ジャッキアップ角度決定部９３０は、図９のテーブル１を参照し、そのときのアーム角度に応じて目標ジャッキアップ角度φｔを決定する。

【0081】

ステップＳ２３０では、目標ジャッキアップ角度決定部９３０は、図９のテーブル２を参照し、そのときのアーム角度に応じて目標ジャッキアップ角度φｔを決定する。

【0082】

ステップＳ２４０では、指令値補正量演算部９４０は、ステップＳ１６０で演算したジャッキアップ角度φが、ステップＳ２２０またはステップＳ２３０で決定した目標ジャッキアップ角度φｔより大きいか否かを判定する。目標ジャッキアップ角度φｔより大きい場合にはステップＳ３１０へ進む。一方、目標ジャッキアップ角度φｔ以下の場合にはステップＳ３２０へ進む。

【0083】

ステップＳ３１０では、指令値補正量演算部９４０は、式（１）に基づいてブームシリンダ３２ａの速度に関する補正量Ｖｃを演算し、その補正量Ｖｃと目標動作速度Ｖｔと式（３）を利用してブームシリンダ３２ａの補正Ｐｉ圧を演算し、ステップＳ３３０に進む。なお、アームシリンダ３２ｂ，バケットシリンダ３２ｃの速度は目標動作速度Ｖｔから補正Ｐｉ圧を演算する。

【0084】

ステップＳ３２０では、指令値補正量演算部９４０は、式（２）に基づいてブームシリンダ３２ａの速度に関する補正量Ｖｃを零とし、目標動作速度Ｖｔと式（３）を利用してブームシリンダ３２ａの補正Ｐｉ圧を演算し、ステップＳ３３０に進む。この場合、補正Ｐｉ圧は補正されない。なお、アームシリンダ３２ｂ，バケットシリンダ３２ｃの速度は目標動作速度Ｖｔから補正Ｐｉ圧を演算する。

【0085】

ステップＳ３３０では、駆動指令部７３０は、ステップＳ３１０またはＳ３２０で演算された補正Ｐｉ圧を比例電磁弁２７で出力するための制御電流を演算し、その制御電流を対応する比例電磁弁２７に出力することで対応する油圧シリンダ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを駆動する。

【0086】

なお、上記ではアーム操作かブーム下げ操作があったときに図８のフローを開始したが、ブーム下げ操作のみをトリガーにしてフローを開始しても良い。通常、掘削動作は、まずブーム下げによりバケットを掘削開始位置に移動させる動作が行われ、その後間もなくアームの引き操作または押し操作によって掘削動作が開始するため、ステップＳ２１０でアーム操作の判定処理が実行されるまでにはアーム操作が入力され、ステップＳ２１０の判定に支障は生じないと考えられるからである。

【0087】

＜動作・効果＞
以上のように構成した本実施形態の油圧ショベルにおいて、アーム４０５を引き操作して掘削動作を開始した場合に、土壌が硬く車体１Ａにジャッキアップが生じた場合には、そのジャッキアップ角度φが目標値（目標ジャッキアップ角度）φｔを超えるまではジャッキアップ角度を小さくするＭＣは実行されない。そのため、ジャッキアップ角度が目標値を超えるまでの間は、オペレータはジャッキアップ角度の大小から掘削力の状態（土壌の硬さの状態）を直感的に把握することができるとともに、自身の操作によって掘削力を調整することができる。そして、ジャッキアップ角度の目標値は、熟練オペレータが硬い土壌を掘削する場合のジャッキアップ角度の傾向に合わせてアームの角度が小さくなるほど（すなわち、掘削動作が終了に近づくほど）小さくなるように設定されており、掘削動作の進捗に合わせて実際のジャッキアップ角度がＭＣによって半自動的に目標値に近づくように構成されている。これにより掘削の開始時には掘削力を可能な範囲で最大化できるので、硬い土壌を効率良く掘削できる。また、オペレータの技量に関わらず熟練オペレータと同等のジャッキアップ角度で掘削できるようになるので、未熟なオペレータでも硬い土壌を効果的に掘削できるようになることが期待できる。また、熟練オペレータについては実際のジャッキアップ角度が目標値以下の範囲では自身の操作によって掘削力を調整できるので操作性が低下することもない。したがって、本実施形態によれば、領域制限制御（ＭＣ）が実行される油圧ショベルにおいてジャッキアップ状態時のオペレータの操作性を良好に保持できる。

【0088】

また、上記の油圧ショベルでは、掘削の開始時は目標ジャッキアップ角度を相対的に大きく、掘削の終了時には目標ジャッキアップ角度が零に近づくように設定されているので、掘削動作の終了後に行われる運搬動作を速やかに開始できるため、作業効率の低下を防止できる。

【0089】

また、ジャッキアップの発生の有無をブームシリンダ３２ａのボトム側油圧室とロッド側油圧室の差圧に基づいて判定する方法では、作業装置４００を静止させた状態から急にブーム下げを行った場合に、実際にはジャッキアップが未発生でもジャッキアップが発生したときと同じような差圧値をとるため、ジャッキアップを誤判定するおそれがあった。しかし、本実施形態では、ブーム下げ操作から所定時間Ｔ１が経過するまでの間に車体ピッチ角が所定量以上変化した場合にジャッキアップ角度が発生したと判定するように構成したので、そのような誤判定の発生を防止できる。

【0090】

＜変形例＞
ところで、目標ジャッキアップ角度φｔは、図１０に示すように目標面距離Ｄが小さくなるほど小さく設定することが好ましい。車体１Ａがジャッキアップし過ぎると土壌が急激に柔らかくなったときに目標面６０より掘り過ぎるおそれや、掘削が終了するときに運搬動作へすぐに移行できず、作業効率が低下するおそれがあるが、このように目標ジャッキアップ角度φｔを設定すると、目標面距離Ｄが小さく目標面６０とバケット爪先４０７ａの距離が近い場合には、目標ジャッキアップ角度φｔが小さく設定されて実施のジャッキアップ角度が抑えられるので、目標面６０を掘り過ぎてしまうという事態の発生を防止できる。また、目標面距離Ｄが大きく目標面６０とバケット爪先４０７ａの距離が離れている場合には、ジャッキアップにより掘削力を増大でき、作業効率の向上が見込める。

【0091】

＜その他＞
上記ではコントローラ２０が実行する領域制限制御の説明を簡単にするために掘削作業時にアーム操作のみをすることを前提とした箇所があるが、コントローラ２０が実行する処理やプログラム（図４のコントローラ２０内の各部）はブーム操作やバケット操作があっても領域制限制御が正常に機能するように構成されていることはいうまでもない。

【0092】

また上記では、ブームシリンダ３２ａ（ブーム４０５）のみがＭＣされたが、アームシリンダ３２ｂやバケットシリンダ３２ｃもＭＣされるように構成してもよい。この場合、指令値補正量演算部９４０ではＭＣされたシリンダの目標動作速度Ｖｔに対して補正量Ｖｃが演算されることになる。

【0093】

また、上記の図８のステップＳ１０，Ｓ１１０，Ｓ１２０の処理は省略可能である。

【0094】

なお，本発明は，上記の各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。

【0095】

また，上記の制御装置（コントローラ２０）に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，上記の制御装置に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該制御装置の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。

【0096】

また，上記の各実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

【符号の説明】

【0097】

１…油圧ショベル，２０…コントローラ（制御装置），２１…エンジン，２１ｃ…バケットシリンダ，２２…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ），２３…油圧ポンプ，２４…ギヤポンプ（パイロットポンプ），２５…コントロールバルブ，２６…操作レバー（操作装置），２７…比例電磁弁，２８…旋回油圧モータ，３２ａ…ブームシリンダ，３２ｂ…アームシリンダ，３２ｃ…バケットシリンダ，３３…走行油圧モータ，４０…アンテナ，４１…圧力センサ，４２…圧力センサ，４２ＢＢＰ…ブームボトム圧センサ，４２ＢＢＰ…ブームボトム圧センサ，４３…速度センサ，４４…圧力センサ，５０…目標面設定装置，５１…エンジンコントロールダイヤル，６０…目標面，４００…フロント作業装置（作業装置），４０１…走行体，４０２…旋回体，４０３…運転席，４０５…ブーム，４０６…アーム，４０７…バケット，４０７ａ…バケット爪先，７００…目標面距離演算部，７１０…目標動作速度演算部，７２０…動作指令値生成部，７３０…駆動指令部，７４０…位置演算部，８１０…シリンダ圧検出部，８２０…車体ピッチ角度検出部，８３０…フロント姿勢検出部，９１０…ジャッキアップ判定部，９２０…ジャッキアップ角度演算部，９３０…目標ジャッキアップ角度決定部，９４０…指令値補正量演算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】