特許 6894847 作業機械および作業機械の制御方法

(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】6894847

(24)【登録日】2021年6月8日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】作業機械および作業機械の制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20210621BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/22 Q

【請求項の数】5

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2017-560643(P2017-560643)

(86)(22)【出願日】2017年7月14日

(86)【国際出願番号】JP2017025780

(87)【国際公開番号】WO2019012701

(87)【国際公開日】20190117

【審査請求日】2020年3月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 健夫

(72)【発明者】

【氏名】大熊 歩

(72)【発明者】

【氏名】松山 徹

【審査官】 石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／０２５９８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／０５６６７８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２２

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アームと、
ブームと、
前記ブームを駆動するシリンダと、
前記アームを操作する操作装置と、
前記操作装置の操作量に基づき、前記アームの掘削移動量が大きい高速域と前記アームの掘削移動量が小さい低速域とに分類して設けた高速域用テーブルと低速域用テーブルとが格納された記憶部を含み、整地作業に対する前記操作装置の操作指令に従って前記ブームによる介入制御を実行するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記操作装置の操作指令が所定量以上であるか否かを判断し、
前記操作装置の操作指令が所定量以上である場合には、前記高速域用テーブルを用いて前記ブームの速度が高速となるように調整する前記シリンダの速度を補正し、
前記操作装置の操作量が所定量未満である場合には、前記低速域用テーブルを用いて前記ブームの速度が低速となるように調整する前記シリンダの速度を補正する、作業機械。

【請求項2】

前記シリンダに作動油を供給する方向制御弁のスプールの第１移動量を算出するための第１変換テーブルと、前記スプールの前記第１移動量と異なる第２移動量を算出するための第２変換テーブルとが格納されたメモリをさらに備え、
前記コントローラは、
前記ブームの目標速度に基づいて前記シリンダの目標速度を算出し、
前記操作装置の操作指令が所定量未満である場合には、算出された前記シリンダの目標速度から前記第１変換テーブルを用いて前記スプールの移動量を算出し、前記操作装置の操作指令が所定量以上である場合には、算出された前記シリンダの目標速度から前記第２変換テーブルを用いて前記スプールの移動量を算出する、請求項１記載の作業機械。

【請求項3】

前記シリンダに作動油を供給する方向制御弁のスプールの移動量に対応する前記方向制御弁に供給する第１パイロット油圧を算出するための第１変換テーブルと、前記方向制御弁に供給する前記第１パイロット油圧と異なる第２パイロット油圧を算出するための第２変換テーブルとが格納されたメモリをさらに備え、
前記コントローラは、
前記ブームの目標速度に基づいて前記シリンダの目標速度を算出し、
算出された前記シリンダの目標速度に基づいて前記スプールの移動量を算出し、
前記操作装置の操作指令が所定量未満である場合には、算出された前記スプールの移動量から前記第１変換テーブルを用いてパイロット油圧を算出し、
前記操作装置の操作指令が所定量以上である場合には、算出された前記スプールの移動量から前記第２変換テーブルを用いてパイロット油圧を算出する、請求項１記載の作業機械。

【請求項4】

前記シリンダに作動油を供給する方向制御弁に対して供給するパイロット油圧に対応するシャトル弁を駆動する第１指令電流を算出するための第１変換テーブルと、前記シャトル弁を駆動する前記第１指令電流と異なる第２指令電流を算出するための第２変換テーブルとが格納されたメモリをさらに備え、
前記コントローラは、
前記ブームの目標速度に基づいて前記シリンダの目標速度を算出し、
算出された前記シリンダの目標速度に基づいてスプールの移動量を算出し、
算出された前記スプールの移動量に基づいて前記方向制御弁に対して供給するパイロット油圧を算出し、
前記操作装置の操作指令が所定量未満である場合には、算出されたパイロット油圧から前記第１変換テーブルを用いて指令電流を算出し、
前記操作装置の操作指令が所定量以上である場合には、算出されたパイロット油圧から前記第２変換テーブルを用いて指令電流を算出する、請求項１記載の作業機械。

【請求項5】

アームと、ブームと、前記ブームを駆動するシリンダと、前記アームを操作する操作装置と、前記操作装置の操作量に基づき、前記アームの掘削移動量が大きい高速域と前記アームの掘削移動量が小さい低速域とに分類して設けた高速域用テーブルと低速域用テーブルとが格納された記憶部とを備える、作業機械の制御方法であって、
前記操作装置の操作指令が所定量以上であるか否かを判断するステップと、
前記操作装置の操作指令が所定量以上である場合には、前記高速域用テーブルを用いて前記ブームの速度が高速となるように前記シリンダの速度を補正するステップと、
前記操作装置の操作量が所定量未満である場合には、前記低速域用テーブルを用いて前記ブームの速度が低速となるように前記シリンダの速度を補正するステップとを備える、作業機械の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機を備えた作業機械および作業機械の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

バケットを含むフロント装置を備える作業機械において、施工対象の目標形状を示す境界面に沿ってバケットを移動させる制御が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような制御を介入制御と称する。

【0003】

この点で、作業機の操作速度によっては、施工対象の目標形状に対する介入制御が難しくなる状況がある。

【0004】

具体的には、整地作業を実行する場合、たとえば、アームを高速に動作させた場合に、介入制御によるブームの応答遅れにより精度の高い整地作業が難しくなる可能性があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１６／０３５８９８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、精度の高い整地作業が可能な作業機械および作業機械の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

ある局面に従う作業機械は、アームと、ブームと、ブームを駆動するシリンダと、アームを操作する操作装置と、整地作業に対する操作装置の操作指令に従ってブームによる介入制御を実行するコントローラとを備える。コントローラは、操作装置の操作指令が所定量以上であるか否かを判断し、操作装置の操作指令が所定量以上である場合には、シリンダの速度を補正する。

【0008】

好ましくは、シリンダに作動油を供給する方向制御弁のスプールの第１移動量を算出するための第１変換テーブルと、スプールの第１移動量と異なる第２移動量を算出するための第２変換テーブルとが格納されたメモリをさらに備える。コントローラは、ブームの目標速度に基づいてシリンダの目標速度を算出し、操作装置の操作指令が所定量未満である場合には、算出されたシリンダの目標速度から第１変換テーブルを用いてスプールの移動量を算出し、操作装置の操作指令が所定量以上である場合には、算出されたシリンダの目標速度から第２変換テーブルを用いてスプールの移動量を算出する。

【0009】

好ましくは、シリンダに作動油を供給する方向制御弁のスプールの移動量に対応する方向制御弁に供給する第１パイロット油圧を算出するための第１変換テーブルと、方向制御弁に供給する第１パイロット油圧と異なる第２パイロット油圧を算出するための第２変換テーブルとが格納されたメモリをさらに備える。コントローラは、ブームの目標速度に基づいてシリンダの目標速度を算出し、算出されたシリンダの目標速度に基づいてスプールの移動量を算出し、操作装置の操作指令が所定量未満である場合には、算出されたスプールの移動量から第１変換テーブルを用いてパイロット油圧を算出し、操作装置の操作指令が所定量以上である場合には、算出されたスプールの移動量から第２変換テーブルを用いてパイロット油圧を算出する。

【0010】

好ましくは、シリンダに作動油を供給する方向制御弁に対して供給するパイロット油圧に対応するシャトル弁を駆動する第１指令電流を算出するための第１変換テーブルと、シャトル弁を駆動する第１指令電流と異なる第２指令電流を算出するための第２変換テーブルとが格納されたメモリをさらに備える。コントローラは、ブームの目標速度に基づいてシリンダの目標速度を算出し、算出されたシリンダの目標速度に基づいてスプールの移動量を算出し、算出されたスプールの移動量に基づいて方向制御弁に対して供給するパイロット油圧を算出し、操作装置の操作指令が所定量未満である場合には、算出されたパイロット油圧から第１変換テーブルを用いて指令電流を算出し、操作装置の操作指令が所定量以上である場合には、算出されたパイロット油圧から第２変換テーブルを用いて指令電流を算出する。

【0011】

ある局面に従う作業機械の制御方法は、アームと、ブームと、ブームを駆動するシリンダと、アームを操作する操作装置とを備える、作業機械の制御方法であって、操作装置の操作指令が所定量以上であるか否かを判断するステップと、操作装置の操作指令が所定量以上である場合には、シリンダの速度を補正するステップとを備える。

【発明の効果】

【0012】

作業機械および作業機械の制御方法は、精度の高い整地作業が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に基づく作業機械の斜視図である。

【図2】実施形態に基づく油圧ショベル１００の制御システム２００及び油圧システム３００の構成を示すブロック図である。

【図3】実施形態に基づくブームシリンダ１０の油圧回路３０１の一例を示す図である。

【図4】実施形態に基づく作業機コントローラ２６のブロック図である。

【図5】実施形態に基づく目標掘削地形データＵ及びバケット８を示す図である。

【図6】実施形態に基づくブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを説明するための図である。

【図7】実施形態に基づく制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔを説明するための図である。

【図8】実施形態に基づくバケット８と目標掘削地形４３Ｉとの関係を示す一例図である。

【図9】実施形態に基づく介入指令算出部２６Ｅについて説明する図である。

【図10】実施形態に基づく高速域用および低速域用の変換テーブルを説明する図である。

【図11】実施形態に基づく作業機械の制御方法を示すフローを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じであるためそれらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」とは、運転席に着座したオペレータを基準とする用語である。

【0015】

＜作業機械の全体構成＞
図１は、実施形態に基づく作業機械の斜視図である。

【0016】

図２は、実施形態に基づく油圧ショベル１００の制御システム２００及び油圧システム３００の構成を示すブロック図である。

【0017】

図１に示されるように、作業機械である油圧ショベル１００は、車両本体１と作業機２とを有する。

【0018】

車両本体１は、旋回体である上部旋回体３と走行体としての走行装置５とを有する。上部旋回体３は、機関室３ＥＧの内部に、動力発生装置としての内燃機関及び油圧ポンプ等の装置を収容している。機関室３ＥＧは、上部旋回体３の一端側に配置されている。

【0019】

実施形態において、油圧ショベル１００は、動力発生装置としての内燃機関に、例えばディーゼルエンジン等が用いられるが、動力発生装置はこのようなものに限定されない。

【0020】

油圧ショベル１００の動力発生装置は、例えば、内燃機関と発電電動機と蓄電装置とを組み合わせたハイブリッド方式の装置であってもよい。

【0021】

油圧ショベル１００の動力発生装置は、内燃機関を有さず、蓄電装置と発電電動機とを組み合わせたものであってもよい。

【0022】

上部旋回体３は、運転室４を有する。運転室４は、上部旋回体３の他端側に設置されている。運転室４は、機関室３ＥＧが配置されている側とは反対側に設置されている。運転室４内には、図２に示される表示部２９及び操作装置２５が配置される。

【0023】

走行装置５は、上部旋回体３を支持する。走行装置５は、履帯５ａ、５ｂを有する。走行装置５は、左右に設けられた走行モータ５ｃの一方又は両方が履帯５ａ、５ｂを駆動して回転させることにより、油圧ショベル１００を走行させる。作業機２は、上部旋回体３の運転室４の側方に取り付けられている。

【0024】

油圧ショベル１００は、履帯５ａ、５ｂの代わりにタイヤを備え、エンジンの駆動力を、トランスミッションを介してタイヤへ伝達して走行が可能な走行装置を備えたものであってもよい。このような形態の油圧ショベル１００としては、例えば、ホイール式油圧ショベルがある。

【0025】

油圧ショベル１００は、例えばバックホウローダであってもよい。
上部旋回体３は、作業機２及び運転室４が配置されている側が前であり、機関室３ＥＧが配置されている側が後である。前に向かって左側が上部旋回体３の左であり、前に向かって右側が上部旋回体３の右である。上部旋回体３の左右方向は、幅方向とも言う。油圧ショベル１００又は車両本体１は、上部旋回体３を基準として走行装置５側が下であり、走行装置５を基準として上部旋回体３側が上である。油圧ショベル１００の前後方向がｘ方向、幅方向がｙ方向、上下方向がｚ方向である。油圧ショベル１００が水平面に設置されている場合、下は鉛直方向である重力の作用方向側であり、上は鉛直方向とは反対側である。

【0026】

作業機２は、ブーム６とアーム７と作業具であるバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が取り付けられている。バケット８は、バケットピン１５を中心として動く。バケット８は、バケットピン１５とは反対側に複数の刃８Ｂが取り付けられている。刃先８Ｔは、刃８Ｂの先端である。

【0027】

実施形態において、作業機２が上昇するとは、作業機２が油圧ショベル１００の接地面から上部旋回体３に向かう方向に移動する動作を言う。作業機２が下降するとは、作業機２が油圧ショベル１００の上部旋回体３から接地面に向かう方向に移動する動作を言う。油圧ショベル１００の接地面は、履帯５ａ，５ｂの接地する部分における少なくとも３点で定義される平面である。

【0028】

上部旋回体３を有さない作業機械である場合、作業機２が上昇するとは、作業機２が作業機械の接地面から離れる方向に移動する動作を言う。作業機２が下降するとは、作業機２が作業機械の接地面に接近する方向に移動する動作を言う。作業機械が履帯ではなく車輪を備える場合、接地面は、少なくとも３個の車輪が接地する部分で定義される平面である。

【0029】

バケット８は、複数の刃８Ｂを有していなくてもよい。図１に示すような刃８Ｂを有しておらず、刃先が鋼板によってストレート形状に形成されたようなバケットであってもよい。作業機２は、例えば、単数の刃を有するチルトバケットを備えていてもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダを備え、バケットが左右にチルト傾斜することで油圧ショベルが傾斜地にあっても、斜面、平地を自由な形に成形、整地をすることができ、底板プレートによる転圧作業もできるバケットである。この他にも、作業機２は、バケット８の代わりに、法面バケット又は削岩用のチップを備えた削岩用のアタッチメント等を作業具として備えてもよい。

【0030】

図１に示されるブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ作動油の圧力（以下、適宜、油圧という）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１０はブーム６を駆動して、これを昇降させる。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動して、アームピン１４の周りを動作させる。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動して、バケットピン１５の周りを動作させる。

【0031】

ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等の油圧シリンダと図２に示される油圧ポンプ３６，３７との間には、図２に示される方向制御弁６４が設けられている。方向制御弁６４は、油圧ポンプ３６，３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等に供給される作動油の流量を制御するとともに、作動油が流れる方向を切り替える。方向制御弁６４は、走行モータ５ｃを駆動するための走行用方向制御弁と、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び上部旋回体３を旋回させる旋回モータを制御するための作業機用方向制御弁とを含む。

【0032】

図２に示される作業機コントローラ２６が、図２に示される制御弁２７を制御することにより、操作装置２５から方向制御弁６４に供給される作動油のパイロット油圧が制御される。制御弁２７は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２の油圧系に設けられている。作業機コントローラ２６は、パイロット油路４５０に設けられた制御弁２７を制御することにより、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２の動作を制御することができる。

【0033】

実施形態においては、作業機コントローラ２６は、制御弁２７を閉じる制御により、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２を減速させる制御が可能である。

【0034】

上部旋回体３の上部には、アンテナ２１，２２が取り付けられている。アンテナ２１，２２は、油圧ショベル１００の現在位置を検出するために用いられる。アンテナ２１，２２は、図２に示される、油圧ショベル１００の現在位置を検出するための位置検出部である位置検出装置１９と電気的に接続されている。

【0035】

位置検出装置１９は、ＲＴＫ-ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムを言う）を利用して油圧ショベル１００の現在位置を検出する。以下の説明において、アンテナ２１，２２を、適宜、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２という。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号は、位置検出装置１９に入力される。位置検出装置１９は、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を検出する。位置検出装置１９は、例えば３次元位置センサを含む。

【0036】

＜油圧システム３００＞
図２に示されるように、油圧ショベル１００の油圧システム３００は、動力発生源としての内燃機関３５と油圧ポンプ３６，３７とを備える。油圧ポンプ３６，３７は、内燃機関３５によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ３６，３７から吐出された作動油は、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とに供給される。

【0037】

油圧ショベル１００は、旋回モータ３８を備える。旋回モータ３８は油圧モータであり、油圧ポンプ３６，３７から吐出された作動油によって駆動される。旋回モータ３８は、上部旋回体３を旋回させる。なお、図２では、２つの油圧ポンプ３６，３７が図示されているが、１つの油圧ポンプのみが設けられてもよい。旋回モータ３８は、油圧モータに限らず、電気モータであってもよい。

【0038】

＜制御システム２００＞
図２に示されるように、作業機械の制御システムである制御システム２００は、位置検出装置１９と、グローバル座標演算部２３と、操作装置２５と、実施形態に係る作業機械の制御装置である作業機コントローラ２６と、センサコントローラ３９と、表示コントローラ２８と、表示部２９とを含む。

【0039】

操作装置２５は、図１に示される作業機２及び上部旋回体３を操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２を操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２を駆動するためのオペレータによる操作を受け付けて、操作量に応じたパイロット油圧を出力する。

【0040】

操作量に応じたパイロット油圧は、操作指令である。操作指令は、作業機２を動作させるための指令である。

【0041】

操作指令は、操作装置２５によって生成される。操作装置２５は、オペレータによって操作させるので、操作指令は、マニュアル操作であるオペレータの操作によって作業機２を動作させるための指令である。

【0042】

実施形態において、操作装置２５は、オペレータの左側に設置される左操作レバー２５Ｌと、オペレータの右側に配置される右操作レバー２５Ｒとを有する。

【0043】

例えば、右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、ブーム６の操作に対応している。右操作レバー２５Ｒが前方へ操作されるとブーム６が下がり、後方へ操作されるとブーム６が上がる。前後方向の操作に応じてブーム６の下げ上げの動作が実行される。

【0044】

右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、バケット８の操作に対応している。右操作レバー２５Ｒが左側に操作されるとバケット８が掘削し、右側に操作されるとバケット８がダンプする。左右方向の操作に応じてバケット８の掘削又はダンプ動作が実行される。

【0045】

左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、アーム７の操作に対応している。左操作レバー２５Ｌが前方に操作されるとアーム７がダンプし、後方に操作されるとアーム７が掘削する。

【0046】

左操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、上部旋回体３の旋回に対応している。左操作レバー２５Ｌが左側に操作されると左旋回し、右側に操作されると右旋回する。

【0047】

実施形態において、操作装置２５は、パイロット油圧方式が用いられる。操作装置２５には、油圧ポンプ３６から、減圧弁２５Ｖによって所定のパイロット油圧力に減圧された作動油がブーム操作、バケット操作、アーム操作及び旋回操作に基づいて供給される。

【0048】

右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるブーム６の操作が受け付けられる。右操作レバー２５Ｒの操作量に応じて右操作レバー２５Ｒが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０へ作動油が供給される。

【0049】

圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット油圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット油圧を、ブーム操作量ＭＢとして作業機コントローラ２６へ送信する。右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作量を、以下、適宜、ブーム操作量ＭＢと称する。パイロット油路５０には、制御弁（以下、適宜、介入弁と称する）２７Ｃ及びシャトル弁５１が設けられる。介入弁２７Ｃ及びシャトル弁５１については後述する。

【0050】

右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるバケット８の操作が受け付けられる。右操作レバー２５Ｒの操作量に応じて右操作レバー２５Ｒが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０に作動油が供給される。

【0051】

圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット油圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット油圧を、バケット操作量ＭＴとして作業機コントローラ２６へ送信する。右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作量を、以下、適宜、バケット操作量ＭＴと称する。

【0052】

左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるアーム７の操作が受け付けられる。左操作レバー２５Ｌの操作量に応じて左操作レバー２５Ｌが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０へ作動油が供給される。

【0053】

圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット油圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット油圧を、アーム操作量ＭＡとして作業機コントローラ２６へ送信する。左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作量を、以下、適宜、アーム操作量ＭＡと称する。

【0054】

右操作レバー２５Ｒが操作されることにより、操作装置２５は、右操作レバー２５Ｒの操作量に応じた大きさのパイロット油圧を方向制御弁６４に供給する。

【0055】

左操作レバー２５Ｌが操作されることにより、操作装置２５は、左操作レバー２５Ｌの操作量に応じた大きさのパイロット油圧を方向制御弁６４に供給する。操作装置２５から方向制御弁６４に供給されるパイロット油圧によって、方向制御弁６４が動作する。

【0056】

制御システム２００は、第１ストロークセンサ１６と第２ストロークセンサ１７と第３ストロークセンサ１８とを有する。例えば、第１ストロークセンサ１６はブームシリンダ１０に、第２ストロークセンサ１７はアームシリンダ１１に、第３ストロークセンサ１８バケットシリンダ１２に、それぞれ設けられる。

【0057】

センサコントローラ３９は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部とを有する。

【0058】

センサコントローラ３９は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長ＬＳ１から、油圧ショベル１００のローカル座標系、詳細には車両本体１のローカル座標系における水平面（ｘｙ平面）と直交する方向（ｚ軸方向）に対するブーム６の傾斜角度θ１を算出して、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８に出力する。

【0059】

センサコントローラ３９は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長ＬＳ２から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角度θ２を算出して、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８に出力する。

【0060】

センサコントローラ３９は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ長ＬＳ３から、アーム７に対するバケット８が有するバケット８の刃先８Ｔの傾斜角度θ３を算出して、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８に出力する。

【0061】

傾斜角度θ１，θ２，θ３の検出は、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ１８以外であっても可能である。例えば、ポテンショメータ等の角度センサも、傾斜角度θ１，θ２，θ３を検出できる。

【0062】

センサコントローラ３９には、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）２４が接続されている。ＩＭＵ２４は、図１に示される油圧ショベル１００のｙ軸回りのピッチ、ｘ軸回りのロール等といった車体の傾斜情報を取得し、センサコントローラ３９に出力する。

【0063】

作業機コントローラ２６は、ＲＡＭ及びＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部２６Ｑと、ＣＰＵ等の処理部２６Ｐとを有する。作業機コントローラ２６は、図２に示されるブーム操作量ＭＢ、バケット操作量ＭＴ、アーム操作量ＭＡに基づいて、介入弁２７Ｃ及び制御弁２７を制御する。

【0064】

図２に示される方向制御弁６４は、例えば比例制御弁であり、操作装置２５から供給される作動油によって制御される。

【0065】

方向制御弁６４は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び旋回モータ３８等の油圧アクチュエータと、油圧ポンプ３６，３７との間に配置される。

【0066】

方向制御弁６４は、油圧ポンプ３６，３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び旋回モータ３８に供給される作動油の流量及び方向を制御する。

【0067】

制御システム２００が備える位置検出装置１９は、前述したＧＮＳＳアンテナ２１，２２を含む。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号が、グローバル座標演算部２３に入力される。

【0068】

ＧＮＳＳアンテナ２１は、自身の位置を示す基準位置データＰ１を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２２は、自身の位置を示す基準位置データＰ２を測位衛星から受信する。

【0069】

ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、所定の周期で基準位置データＰ１、Ｐ２を受信する。基準位置データＰ１，Ｐ２は、ＧＮＳＳアンテナが設置されている位置の情報である。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、基準位置データＰ１、Ｐ２を受信する毎に、グローバル座標演算部２３に出力する。

【0070】

グローバル座標演算部２３は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。グローバル座標演算部２３は、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２に基づいて、上部旋回体３の配置を示す旋回体配置データを生成する。

【0071】

実施形態において、旋回体配置データには、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２の一方の基準位置データＰと、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２に基づいて生成された旋回体方位データＱとが含まれる。旋回体方位データＱは、上部旋回体３である作業機２が向いている方位を示している。

【0072】

グローバル座標演算部２３は、所定の周期でＧＮＳＳアンテナ２１，２２から２つの基準位置データＰ１、Ｐ２を取得する毎に、旋回体配置データである基準位置データＰと旋回体方位データＱとを更新して、表示コントローラ２８に出力する。

【0073】

表示コントローラ２８は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。表示コントローラ２８は、グローバル座標演算部２３から旋回体配置データである基準位置データＰ及び旋回体方位データＱを取得する。

【0074】

実施形態において、表示コントローラ２８は、作業機位置データとして、バケット８の刃先８Ｔの３次元位置を示すバケット刃先位置データＳを生成する。そして、表示コントローラ２８は、バケット刃先位置データＳと目標施工情報Ｔとを用いて、目標掘削地形データＵを生成する。

【0075】

目標施工情報Ｔは、油圧ショベル１００が備える作業機２の作業対象、実施形態では掘削対象の仕上がりの目標となる情報である。目標施工情報Ｔは、例えば、油圧ショベル１００の施工対象の設計情報が挙げられる。作業機２の作業対象は、例えば、地面である。作業機２の作業としては、例えば、掘削作業及び地面の整地作業が挙げられるが、これらに限定されない。

【0076】

表示コントローラ２８は、目標掘削地形データＵに基づく表示用の目標掘削地形データＵａを導出し、表示用の目標掘削地形データＵａに基づいて、表示部２９に作業機２の作業対象の目標となる形状、例えば地形を表示させる。

【0077】

表示部２９は、例えば、タッチパネルによる入力を受け付ける液晶表示装置であるが、これに限定されるものではない。実施形態においては、表示部２９に隣接してスイッチ２９Ｓが設置されている。スイッチ２９Ｓは、後述する介入制御を実行させたり、実行中の介入制御を停止させたりするための入力装置である。

【0078】

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６からブーム操作量ＭＢ、バケット操作量ＭＴ及びアーム操作量ＭＡを取得する。作業機コントローラ２６は、センサコントローラ３９からブーム６の傾斜角度θ１、アーム７の傾斜角度θ２、バケット８の傾斜角度θ３を取得する。

【0079】

作業機コントローラ２６は、表示コントローラ２８から、目標掘削地形データＵを取得する。目標掘削地形データＵは、目標施工情報Ｔのうち、油圧ショベル１００がこれから作業する範囲の情報である。

【0080】

目標掘削地形データＵは、目標施工情報Ｔの一部である。目標掘削地形データＵは、目標施工情報Ｔと同様に作業機２の作業対象の仕上がりの目標となる形状を表す。この仕上がりの目標となる形状を、以下においては適宜、目標掘削地形と称する。

【0081】

作業機コントローラ２６は、センサコントローラ３９から取得した作業機２の角度からバケット８の刃先８Ｔの位置（以下、適宜、刃先位置と称する）を算出する。

【0082】

作業機コントローラ２６は、目標掘削地形データＵに沿ってバケット８の刃先８Ｔが移動するように、目標掘削地形データＵとバケット８の刃先８Ｔとの距離及び作業機２の速度に基づいて作業機２の動作を制御する。

【0083】

作業機コントローラ２６は、バケット８が目標掘削地形データＵである作業機２の作業対象の目標とする形状を侵食することを抑制するために、作業機２が施工対象に接近する方向の速度が制限速度以下になるように制御する。この制御を、適宜、介入制御と称する。

【0084】

介入制御は、例えば、油圧ショベル１００のオペレータが、図２に示されるスイッチ２９Ｓを用いて介入制御を実行することを選択した場合に実行される。後述する目標掘削地形とバケット８との距離を算出する場合、バケット８の基準となる位置は刃先８Ｔに限らず任意の場所でよい。

【0085】

介入制御において、作業機コントローラ２６は、目標掘削地形データＵに沿ってバケット８の刃先８Ｔが移動するように作業機２を制御するためにブーム指令信号ＣＢＩを生成して、図２に示される介入弁２７Ｃに出力する。

【0086】

ブーム６は、ブーム指令信号ＣＢＩに応じて動作する。ブーム指令信号ＣＢＩに応じたブーム６の動作により、作業機２、より詳細にはバケット８の速度が制御される。バケット８と目標掘削地形データＵとの距離に応じて、バケット８が目標掘削地形データＵに近づく速度が制限される。

【0087】

＜油圧回路３０１の構成＞
図３は、実施形態に基づくブームシリンダ１０の油圧回路３０１の一例を示す図である。

【0088】

図３に示されるように、油圧回路３０１は、操作装置２５と方向制御弁６４との間にパイロット油路４５０が設けられる。方向制御弁６４は、ブームシリンダ１０に供給される作動油が流れる方向を制御する弁である。

【0089】

実施形態において、方向制御弁６４は、ロッド状のスプール６４Ｓを移動させることにより、作動油が流れる方向を切り替えるスプール方式の弁である。

【0090】

スプール６４Ｓは、図２に示される操作装置２５から供給された作動油（以下、適宜、パイロット油と称する）により移動する。方向制御弁６４は、スプール６４Ｓの移動により、ブームシリンダ１０に作動油を供給して、ブームシリンダ１０を動作させる。

【0091】

パイロット油路５０及びパイロット油路４５０Ｂは、シャトル弁５１に接続している。
シャトル弁５１と方向制御弁６４の一方は、油路４５２Ｂによって接続される。方向制御弁６４の他方と操作装置２５とは、パイロット油路４５０Ａとパイロット油路４５２Ａによって接続される。パイロット油路５０には、介入弁２７Ｃが設けられる。介入弁２７Ｃは、パイロット油路５０のパイロット油圧を調整する。

【0092】

パイロット油路４５０Ｂには、圧力センサ６６Ｂ及び制御弁２７Ｂが設けられる。パイロット油路４５０Ａには、制御弁２７Ａと操作装置２５との間に圧力センサ６６Ａが設けられる。圧力センサ６６の検出値は、図２に示される作業機コントローラ２６に取得されて、ブームシリンダ１０の制御に用いられる。

【0093】

圧力センサ６６Ａおよび圧力センサ６６Ｂは、図２に示される圧力センサ６６に対応する。制御弁２７Ａおよび制御弁２７Ｂは、図２に示される制御弁２７に対応する。

【0094】

油圧ポンプ３６，３７から供給された作動油は、方向制御弁６４を介してブームシリンダ１０に供給される。スプール６４Ｓが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ１０のキャップ側油室４８Ｒに対する作動油の供給と、ロッド側油室４７Ｒに対する作動油の供給とが切り替わる。

【0095】

スプール６４Ｓが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ１０に対する作動油の単位時間当たりの供給量である流量が調整される。ブームシリンダ１０に対する作動油の流量が調整されることにより、ブームシリンダ１０の動作速度が調整される。

【0096】

方向制御弁６４のスプール６４Ｓが第１の方向に移動すると、方向制御弁６４からキャップ側油室４８Ｒに作動油が供給され、ロッド側油室４７Ｒから方向制御弁６４に作動油が戻されると、ブームシリンダ１０のピストン１０Ｐはキャップ側油室４８Ｒからロッド側油室４７Ｒに向かって移動する。その結果、ピストン１０Ｐに接続されたロッド１０Ｌがブームシリンダ１０から伸長する。

【0097】

方向制御弁６４のスプール６４Ｓが、操作装置２５からの指令に基づき第１の方向とは反対方向である第２の方向に移動すると、キャップ側油室４８Ｒから方向制御弁６４に作動油が戻され、方向制御弁６４からロッド側油室４７Ｒに作動油が供給されると、ブームシリンダ１０のピストン１０Ｐはロッド側油室４７Ｒからキャップ側油室４８Ｒに向かって移動する。その結果、ピストン１０Ｐに接続されたロッド１０Ｌがブームシリンダ１０に縮退する。このように、方向制御弁６４のスプール６４Ｓの移動方向が調整されることにより、ブームシリンダ１０の動作方向が変更される。

【0098】

方向制御弁６４のスプール６４Ｓの移動量が調整されることにより、ブームシリンダ１０に供給され、ブームシリンダ１０から方向制御弁６４に戻される作動油の流量が変更されるので、ブームシリンダ１０の動作速度であるピストン１０Ｐ及びロッド１０Ｌの移動速度が変更される。

【0099】

前述したように、方向制御弁６４の動作は、操作装置２５によって制御される。図２に示される油圧ポンプ３６から吐出され、減圧弁２５Ｖによって減圧された作動油がパイロット油として操作装置２５に供給される。

【0100】

操作装置２５は、各操作レバーの操作に基づいて、パイロット油圧を調整する。調整されたパイロット油圧によって、方向制御弁６４が駆動される。操作装置２５によりパイロット油圧の大きさ及びパイロット油圧の方向が調整されることによって、軸方向に関するスプール６４Ｓの移動量及び移動方向が調整される。その結果、ブームシリンダ１０の動作速度及び動作方向が変更される。

【0101】

作業機コントローラ２６は、介入制御において、前述したように、掘削対象の目標形状である設計地形を示す目標掘削地形（目標掘削地形データＵ）とバケット８の位置を求めるための傾斜角度θ１，θ２，θ３とに基づき、目標掘削地形４３Ｉとバケット８との距離に応じてバケット８が目標掘削地形４３Ｉに近づく速度が小さくなるように、ブーム６の速度を制限する。

【0102】

実施形態において、操作装置２５の操作に基づいて作業機２が動作する場合、バケット８の刃先８Ｔが目標掘削地形４３Ｉに侵入しないように、作業機コントローラ２６はブーム指令信号ＣＢＩを生成し、これを用いてブーム６の動作を制御する。

【0103】

詳細には、作業機コントローラ２６は、介入制御において刃先８Ｔが目標掘削地形４３Ｉに侵入しないように、ブーム６を上昇あるいは下降させる。介入制御において実行されるブーム６を上昇あるいは下降させる制御を、適宜、ブーム介入制御と称する。

【0104】

実施形態において、作業機コントローラ２６がブーム介入制御を実現するために、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御に関するブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃまたは制御弁２７Ａに出力する。

【0105】

介入弁２７Ｃは、パイロット油路５０のパイロット油圧を調整可能である。シャトル弁５１は、２つの入口５１Ｉａ，５１Ｉｂと、１つの出口５１Ｅとを有する。一方の入口５１Ｉａは、介入弁２７Ｃと接続される。他方の入口５１Ｉｂは、制御弁２７Ｂと接続される。出口５１ＩＥは、方向制御弁６４に接続される油路４５２Ｂと接続される。

【0106】

シャトル弁５１は、２つの入口５１Ｉａ，５１Ｉｂのうち、パイロット油圧が高い方と、油路４５２Ｂとを接続する。

【0107】

例えば、入口５１Ｉａのパイロット油圧が入口５１Ｉｂのパイロット油圧よりも高い場合、シャトル弁５１は、介入弁２７Ｃと油路４５２Ｂとを接続する。その結果、介入弁２７Ｃを通過したパイロット油がシャトル弁５１を介して油路４５２Ｂに供給される。入口５１Ｉｂのパイロット油圧が入口５１Ｉａのパイロット油圧よりも高い場合、シャトル弁５１は、制御弁２７Ｂと油路４５２Ｂとを接続する。その結果、制御弁２７Ｂを通過したパイロット油がシャトル弁５１を介して油路４５２Ｂに供給される。

【0108】

ブーム介入制御が実行されないとき、操作装置２５の操作によって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるようにする。例えば、作業機コントローラ２６は、操作装置２５の操作によって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるように、制御弁２７Ｂによりパイロット油路４５０Ｂを開ける（全開にする）とともに、介入弁２７Ｃを制御してパイロット油路５０を閉じる。

【0109】

ブーム介入制御が実行されるとき、作業機コントローラ２６は、介入弁２７Ｃによって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるように制御弁２７を制御する。例えば、ブーム介入制御であるバケット８の目標掘削地形４３Ｉへの移動を制限する制御を実行する場合、作業機コントローラ２６は、介入弁２７Ｃによって調整されたパイロット油路５０のパイロット油圧が、操作装置２５によって調整されるパイロット油路４５０Ｂのパイロット油圧よりも高くなるように、介入弁２７Ｃを制御する。このようにすることで、介入弁２７Ｃからのパイロット油がシャトル弁５１を介して方向制御弁６４に供給される。

【0110】

作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御を実行する場合、例えばブーム６を上昇あるいは下降させるための速度指令であるブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃまたは制御弁２７Ａを制御する。

【0111】

具体的には、介入弁２７Ｃを制御してブーム指令信号ＣＢＩに対応した速度でブーム６が上昇するように作動油をブームシリンダ１０に供給する。また、制御弁２７Ａを制御してブーム指令信号ＣＢＩに対応した速度でブーム６が下降するように作動油をブームシリンダ１０に供給する。このようにすることで、ブームシリンダ１０の方向制御弁６４は、ブーム指令信号ＣＢＩに対応した速度でブーム６が上昇あるいは下降するように作動油をブームシリンダ１０に供給するので、ブームシリンダ１０はブーム６を上昇あるいは下降させる。

【0112】

ブームシリンダ１０の油圧回路３０１を説明したが、アームシリンダ１１の油圧回路及びバケットシリンダ１２の油圧回路は、ブームシリンダ１０の油圧回路３０１から介入弁２７Ｃ、シャトル弁５１及びパイロット油路５０を除いた構成である。

【0113】

実施形態において、操作装置２５の操作に基づいて作業機２が動作する場合、作業機コントローラ２６が作業機２を構成するブーム６、アーム７及びバケット８の少なくとも１つを動作させる制御を介入制御と称する。

【0114】

介入制御は、操作装置２５の操作であるマニュアル操作に基づいて作業機２が動作する場合に、作業機コントローラ２６が作業機を動作させる制御である。前述したブーム介入制御は、介入制御の一態様である。

【0115】

図４は、実施形態に基づく作業機コントローラ２６のブロック図である。
図５は、実施形態に基づく目標掘削地形データＵ及びバケット８を示す図である。

【0116】

図６は、実施形態に基づくブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを説明するための図である。
図７は、実施形態に基づく制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔを説明するための図である。

【0117】

作業機コントローラ２６は、制御部２６ＣＮＴを含む。制御部２６ＣＮＴは、相対位置算出部２６Ａ、距離算出部２６Ｂ、目標速度算出部２６Ｃ、介入速度算出部２６Ｄ、介入指令算出部２６Ｅを含む。

【0118】

相対位置算出部２６Ａ、距離算出部２６Ｂ、目標速度算出部２６Ｃ、介入速度算出部２６Ｄ、介入指令算出部２６Ｅの機能は、図２に示される、作業機コントローラ２６の処理部２６Ｐが実現する。

【0119】

介入制御が実行されるにあたって、作業機コントローラ２６は、ブーム操作量ＭＢ、アーム操作量ＭＡ、バケット操作量ＭＴ、表示コントローラ２８から取得した目標掘削地形データＵ、バケット刃先位置データＳ及びセンサコントローラ３９から取得した傾斜角度θ１，θ２，θ３を用いて、介入制御に必要なブーム指令信号ＣＢＩを生成し、必要に応じてアーム指令信号及びバケット指令信号を生成し、制御弁２７及び介入弁２７Ｃを駆動して作業機２を制御する。

【0120】

相対位置算出部２６Ａは、表示コントローラ２８からバケット刃先位置データＳを取得し、センサコントローラ３９から傾斜角度θ１，θ２，θ３を取得する。相対位置算出部２６Ａは、取得した傾斜角度θ１，θ２，θ３からバケット８の刃先８Ｔの位置である刃先位置Ｐｂを求める。

【0121】

距離算出部２６Ｂは、相対位置算出部２６Ａによって求められた刃先位置Ｐｂと、表示コントローラ２８から取得した目標掘削地形データＵとから、バケット８の刃先８Ｔと、目標施工情報Ｔの一部である目標掘削地形データＵで表される目標掘削地形４３Ｉとの間の最短となる距離ｄを算出する。距離ｄは、刃先位置Ｐｂと、目標掘削地形４３Ｉに直交し、かつ刃先位置Ｐｂを通る直線と、目標掘削地形データＵとが交差する位置Ｐｕとの距離である。

【0122】

目標掘削地形４３Ｉは、上部旋回体３の前後方向で規定され、かつ掘削対象位置Ｐｄｇを通る作業機２の平面と、複数の目標施工面で表される目標施工情報Ｔとの交線から求められる。

【0123】

より詳細には、前述した交線のうち、目標施工情報Ｔの掘削対象位置Ｐｄｇの前後における単数又は複数の変曲点とその前後の線が目標掘削地形４３Ｉである。

【0124】

図５に示される例では、２個の変曲点Ｐｖ１、Ｐｖ２とその前後の線とが目標掘削地形４３Ｉである。掘削対象位置Ｐｄｇは、バケット８の刃先８Ｔの位置である刃先位置Ｐｂの直下の点である。このように、目標掘削地形４３Ｉは、目標施工情報Ｔの一部である。目標掘削地形４３Ｉは、図２に示される表示コントローラ２８が生成する。

【0125】

目標速度算出部２６Ｃは、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍと、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍと、バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔとを決定する。ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブームシリンダ１０が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍは、アームシリンダ１１が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケットシリンダ１２が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブーム操作量ＭＢに応じて算出される。アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍは、アーム操作量ＭＡに応じて算出される。バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケット操作量ＭＴに応じて算出される。

【0126】

介入速度算出部２６Ｄは、バケット８の刃先８Ｔと目標掘削地形４３Ｉとの間の距離ｄに基づいて、ブーム６の制限速度（ブーム制限速度）Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。

【0127】

図６に示されるように、介入速度算出部２６Ｄは、図１に示される作業機２全体の制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔから、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍ及びバケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔを減算することにより、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。

【0128】

制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、バケット８の刃先８Ｔが目標掘削地形４３Ｉに接近する方向において許容できる刃先８Ｔの移動速度である。

【0129】

制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、図７に示されるように、距離ｄが正の場合は作業機２が下降する場合の下降速度であり、距離ｄが負の場合は作業機２が上昇する場合の上昇速度である。

【0130】

距離ｄが負の場合とは、バケット８が目標掘削地形４３Ｉを侵食した状態である。制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、距離ｄの絶対値が小さくなるにしたがって速度の絶対値が小さくなり、距離ｄの絶対値が大きくなるにしたがって速度の絶対値が大きくなる。

【0131】

介入指令算出部２６Ｅは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍから、ブーム指令信号ＣＢＩを生成する。

【0132】

ブーム指令信号ＣＢＩは、介入弁２７Ｃが、ブーム６をブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍで動作するために必要なパイロット油圧を生成するための指令である。ブーム指令信号ＣＢＩは、実施形態において、ブーム指令速度に応じた電流値である。

【0133】

＜ブーム介入制御の態様＞
図８は、実施形態に基づくバケット８と目標掘削地形４３Ｉとの関係を示す一例図である。

【0134】

図８に示されるように、介入制御は、バケット８が目標掘削地形４３Ｉを侵食しないようにバケット８を移動させる制御である。

【0135】

本例においては、バケット８が矢印Ｙの方向に目標掘削地形４３Ｉに沿って移動することにより地面の整地作業を実行する場合が示されている。

【0136】

具体的には、操作装置２５によるオペレータの操作指令に従ってアーム７は掘削方向に移動する。

【0137】

作業機コントローラ２６は、アーム操作量ＭＡに基づくアーム７の掘削移動量を算出し、当該アーム７の掘削移動量に対してバケット８の背面が目標掘削地形４３Ｉに沿って移動するようにブーム６の上昇を制御する。これにより目標掘削地形４３Ｉに対してバケット８の背面で転圧することが可能となる。

【0138】

一方で、アーム操作量ＭＡに基づくアーム７の掘削移動量は、ブーム６の挙動に影響を与える。

【0139】

例えば、アーム７の掘削移動量が大きい場合には、それに追従してブーム６の上昇を制御する必要があるが応答遅れにより目標掘削地形４３Ｉに沿って移動させることが難しく、精度の高い整地作業が難しくなる可能性がある。

【0140】

実施形態においては、アーム７の掘削移動量が大きい高速域と、アーム７の掘削移動量が小さい低速域とに分類し、高速域と低速域とでブーム６の制御を変更する。

【0141】

具体的には、高速域用のテーブルと、低速域用のテーブルとを設け、アーム７の操作量が所定量以上である場合には、高速域用のテーブルを用いてブーム６の速度を規定するシリンダの速度を設定し、アーム７の操作量が所定量未満である場合には、低速域用のテーブルを用いてブーム６の速度を規定するシリンダの速度を設定する。

【0142】

アーム７の操作量が所定量以上である場合には、高速域用のテーブルを用いることによってブーム６の目標速度に対するシリンダの速度を補正する。

【0143】

図９は、実施形態に基づく介入指令算出部２６Ｅについて説明する図である。
図９に示されるように介入指令算出部２６Ｅは、ブームシリンダ速度指令計算部２６０と、スプールストローク変換部２６２と、パイロット油圧変換部２６４と、指令電流変換部２６６とを含む。

【0144】

ブームシリンダ速度指令計算部２６０は、介入速度算出部２６Ｄで算出されたブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍに基づいて目標とするブームシリンダ速度指令を算出する。

【0145】

スプールストローク変換部２６２は、ブームシリンダ速度指令計算部２６０で算出されたブームシリンダ速度指令に対応するブームシリンダ１０に作動油を供給する方向制御弁６４のスプール６４Ｓの移動量（スプールストローク）を算出する。

【0146】

具体的には、ブームシリンダ速度指令からスプール６４Ｓの移動量を算出するための変換テーブルを有している。

【0147】

パイロット油圧変換部２６４は、スプールストローク変換部２６２で算出された方向制御弁６４のスプール６４Ｓの移動量に対応する方向制御弁６４に供給するパイロット油圧を算出する。

【0148】

具体的には、スプール６４Ｓの移動量から方向制御弁６４に供給するパイロット油圧を算出するための変換テーブルを有している。

【0149】

指令電流変換部２６６は、パイロット油圧変換部２６４で算出された方向制御弁６４に供給するパイロット油圧に対応するシャトル弁５１を駆動する指令電流を算出する。当該指令電流は、ブーム指令信号ＣＢＩに対応する。

【0150】

具体的には、方向制御弁６４に供給するパイロット油圧からシャトル弁５１を駆動する指令電流を算出するための変換テーブルを有している。

【0151】

上記変換テーブルは、記憶部２６Ｑに予め格納されているものとする。
図１０は、実施形態に基づく高速域用および低速域用の変換テーブルを説明する図である。

【0152】

図１０には、スプールストローク変換部２６２で用いられる変換テーブルが示されている。

【0153】

具体的には、低速域用の変換テーブルＬ１と、高速域用の変換テーブルＬ２とが設けられている。

【0154】

低速域用の変換テーブルＬ１と、高速域用の変換テーブルＬ２とは、シリンダ速度に対するスプール移動量がそれぞれ異なる。

【0155】

一例として、所定のシリンダ速度に対するスプール移動量が高速域用の変換テーブルＬ２の方が低速域用の変換テーブルＬ１よりも大きい場合が示されている。

【0156】

一方で、所定のシリンダ速度に対するスプール移動量が低速域用の変換テーブルＬ１の方が高速域用の変換テーブルＬ２よりも大きい場合も示されている。

【0157】

変換テーブルＬ１，Ｌ２は、アーム７の操作指令量により切り替えられる。
具体的には、アーム操作量ＭＡが所定値Ｒ以上である場合には、高速域用の変換テーブルＬ２が用いられる。一方、アーム操作量ＭＡが所定値Ｒ未満である場合には、低速域用の変換テーブルＬ１が用いられる。

【0158】

当該変換テーブルを適用することにより高速域用の変換テーブルＬ２を用いた場合、低速域用の変換テーブルＬ１よりもスプール移動量が大きい値となる。

【0159】

したがって、整地作業を実行する場合、アームを高速に動作させた場合に、介入制御によるブームの応答遅れにより精度の高い整地作業が難しくなる可能性があったが、実施形態に基づく高速域用の変換テーブルを用いてブームの速度を調整することにより、精度の高い整地作業が可能となる。

【0160】

なお、変換テーブルは、一例であり、他の変換テーブルを利用することも可能である。
詳細には、図４に示される作業機コントローラの介入速度算出部２６Ｄは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。

【0161】

次に、図９に示される作業機コントローラ２６の介入指令算出部２６Ｅは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍから、ブーム指令信号ＣＢＩを生成する。

【0162】

この点で、ブームシリンダ速度指令計算部２６０は、介入速度算出部２６Ｄで算出されたブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍに基づいて目標とするブームシリンダ速度指令を算出する。そして、スプールストローク変換部２６２は、ブームシリンダ速度指令計算部２６０で算出されたブームシリンダ速度指令に対応するブームシリンダ１０に作動油を供給する方向制御弁６４のスプール６４Ｓの移動量（スプールストローク）を算出する。

【0163】

スプールストローク変換部２６２は、アーム操作量ＭＡが所定値Ｒ以上である場合には、高速域用の変換テーブルＬ２に基づいてスプールストロークを算出する。一方、アーム操作量ＭＡが所定値Ｒ未満である場合には、低速域用の変換テーブルＬ１に基づいてスプールストロークを算出する。

【0164】

パイロット油圧変換部２６４は、スプールストローク変換部２６２で算出された方向制御弁６４のスプール６４Ｓの移動量に対応する方向制御弁６４に供給するパイロット油圧を算出する。そして、指令電流変換部２６６は、パイロット油圧変換部２６４で算出された方向制御弁６４に供給するパイロット油圧に対応するシャトル弁５１を駆動する指令電流を算出する。当該指令電流に対応するブーム指令信号ＣＢＩを出力し、介入弁２７Ｃを制御する。

【0165】

なお、本例においては、スプールストローク変換部２６２において、アーム操作量ＭＡに従って低速域用の変換テーブルと、高速域用の変換テーブルとを切り替えて、スプールストロークを算出する方式について説明したが、特にこれに限られず、パイロット油圧変換部２６４においてアーム操作量ＭＡに従って低速域用の変換テーブルと、高速域用の変換テーブルとを切り替えるようにしても良い。あるいは、指令電流変換部２６６においてアーム操作量ＭＡに従って低速域用の変換テーブルと、高速域用の変換テーブルとを切り替えるようにしても良い。

【0166】

＜実施形態に基づく作業機械の制御方法＞
図１１は、実施形態に基づく作業機械の制御方法を示すフローを説明する図である。

【0167】

図１１に示されるように、実施形態に係る作業機械の制御方法は、作業機コントローラ２６によって実現される。

【0168】

ステップＳ２において、図４に示される作業機コントローラ２６の介入指令算出部２６Ｅは、アーム操作量ＭＡが所定値Ｒ以上か否かを判断する。

【0169】

ステップＳ２において、介入指令算出部２６Ｅは、アーム操作量ＭＡが所定値Ｒ以上であると判断した場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）には、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍに対して高速域用の変換テーブルを用いて生成したブーム指令信号ＣＢＩに基づいて介入弁２７Ｃまたは制御弁２７Ａを制御する（ステップＳ４）。

【0170】

そして、処理を終了する（エンド）。
一方、ステップＳ２において、介入指令算出部２６Ｅは、アーム操作量ＭＡが所定値Ｒ未満であると判断した場合（ステップＳ２においてＮＯ）には、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍに対して低速域用の変換テーブルを用いて生成したブーム指令信号ＣＢＩに基づいて介入弁２７Ｃまたは制御弁２７Ａを制御する（ステップＳ６）。

【0171】

そして、処理を終了する（エンド）。

【0172】

＜電気方式の操作レバー＞
実施形態において、操作装置２５はパイロット油圧方式の操作レバーを有するが、電気方式の左操作レバー２５Ｌａ及び右操作レバー２５Ｒａを有してもよい。

【0173】

左操作レバー２５Ｌａ及び右操作レバー２５Ｒａが電気方式である場合、それぞれの操作量は、それぞれポテンショメータによって検出される。ポテンショメータによって検出された左操作レバー２５Ｌａ及び右操作レバー２５Ｒａの操作量は、作業機コントローラ２６によって取得される。

【0174】

電気方式の操作レバーの操作信号を検出した作業機コントローラ２６は、パイロット油圧方式と同様の制御を実行する。

【0175】

以上、実施形態の作業機コントローラ２６は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長ＬＳ２に基づいて、アームシリンダ１１のストロークエンドから所定距離αの範囲内に入ったと判断した場合に、制限テーブルに基づいてブーム速度を制限する。

【0176】

作業機２は、ブーム６、アーム７、バケット８を有しているが、作業機２に装着されるアタッチメントはこれに限られず、バケット８には限定されない。作業機械は作業機を有していればよく、油圧ショベル１００に限定されない。

【0177】

今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに制限されるものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0178】

１ 車両本体、２ 作業機、３ 上部旋回体、４ 運転室、５ 走行装置、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、１０ ブームシリンダ、１１ アームシリンダ、１２ バケットシリンダ、１３ ブームピン、１４ アームピン、１５ バケットピン、１６ 第１ストロークセンサ、１７ 第２ストロークセンサ、１８ 第３ストロークセンサ、１９ 位置検出装置、２６ 作業機コントローラ、２６Ａ 相対位置算出部、２６Ｂ 距離算出部、２６Ｃ 目標速度算出部、２６ＣＮＴ 制御部、２６Ｄ 介入速度算出部、２６Ｅ 介入指令算出部、２６Ｐ 処理部、２６Ｑ 記憶部、２６０ ブームシリンダ速度指令計算部、２６２ スプールストローク変換部、２６４ パイロット油圧変換部、２６６ 指令電流変換部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】