特開 2024-143761 作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143761

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20241003BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 A

E02F9/20 N

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056622

(22)【出願日】2023-03-30

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-05-02

(71)【出願人】

【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】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 輝樹

(72)【発明者】

【氏名】福地 亮平

(72)【発明者】

【氏名】石田 翔太

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 涼介

(72)【発明者】

【氏名】楢▲崎▼ 昭広

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003BA02

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB04

(57)【要約】

【課題】作業装置の動作を所定の範囲に制限する制御の精度を向上することができる作業機械を提供する。
【解決手段】ショベルは、ブーム用油圧シリンダ１１に対する圧油の流れを制御する制御弁２５ａ～２５ｃと、制御弁２５ａ～２５ｃを操作するパイロット圧を生成して出力する複数のパイロット電磁弁２９ａ～２９ｄと、作業装置７の動作を所定の範囲に制限するように複数のパイロット電磁弁２９ａ～２９ｄを制御する制限機能を有するコントローラ３４と、ブーム８の落下を防止する落下防止機能を有する落下防止弁１５と、落下防止弁１５の落下防止機能を解除する信号を出力する電磁弁３２とを備える。コントローラ３４は、前記制限機能に関係する情報に基づいて、落下防止弁１５の解除圧を演算し、演算された解除圧を、落下防止機能を解除する信号として落下防止弁１５へ出力するように電磁弁３２を制御する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛直方向に回動可能な少なくとも１つの連結部材及びアタッチメントを有する多関節型の作業装置と、
前記連結部材を回動する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダに対する圧油の流れを制御する制御弁と、
前記制御弁を操作するパイロット圧を生成して前記制御弁へ出力する複数のパイロット電磁弁と、
前記作業装置の動作を所定の範囲に制限するように前記複数のパイロット電磁弁を制御する制限機能を有するコントローラと、を備えた作業機械において、
前記連結部材の落下を防止する落下防止機能を有する落下防止弁と、
前記落下防止弁へ前記落下防止機能を解除する信号を出力する電磁弁と、を備え、
前記コントローラは、
前記複数のパイロット電磁弁を制御する前記制限機能に関係する情報に基づいて、前記落下防止弁の解除圧を演算し、
演算された解除圧を、前記落下防止機能を解除する信号として前記落下防止弁へ出力するように前記電磁弁を制御することを特徴とする作業機械。

【請求項2】

請求項１に記載の作業機械において、
前記制限機能は、前記アタッチメントの基準点が所定の目標面に沿って移動するように前記複数のパイロット電磁弁を制御する機能であり、
前記コントローラは、前記制限機能に関係する情報として、前記アタッチメントの基準点と前記所定の目標面との距離を演算し、演算された前記アタッチメントの基準点と前記所定の目標面との距離に基づいて、前記解除圧を演算し、演算された前記解除圧を前記落下防止弁へ出力するように前記電磁弁を制御することを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項２に記載の作業機械において、
前記コントローラは、前記解除圧として、前記アタッチメントの基準点と前記所定の目標面との距離に応じて変化する解除圧と、前記連結部材を下方向に回動させるパイロット電磁弁のパイロット圧に相当する解除圧のいずれか大きい方を選択し、選択した前記解除圧を前記落下防止弁へ出力するように前記電磁弁を制御することを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項１に記載の作業機械において、
前記制限機能は、前記作業装置が所定の作業領域から逸脱しないように前記複数のパイロット電磁弁を制御する機能であり、
前記コントローラは、前記制限機能に関係する情報として、前記作業装置と前記所定の作業領域の境界との距離を演算し、演算された前記作業装置と前記所定の作業領域の境界との距離に基づいて、前記解除圧を演算し、演算された前記解除圧を前記落下防止弁へ出力するように前記電磁弁を制御することを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項４に記載の作業機械において、
前記コントローラは、前記解除圧として、前記作業装置と前記所定の作業領域の境界との距離に応じて変化する解除圧と、前記連結部材を下方向に回動させるパイロット電磁弁のパイロット圧に相当する解除圧のいずれか大きい方を選択し、選択した前記解除圧を前記落下防止弁へ出力するように前記電磁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、ショベル等の作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械の一つであるショベルにおいて、ブームの落下を防止する落下防止機能を有する落下防止弁を備えたものが知られている。例えば、特許文献１に示された落下防止弁は、ブーム用油圧シリンダのボトム側とブーム用制御弁との間の油路に設けられたポペット弁体と、ポペット弁体を移動させるスプール弁体とを有する。ポペット弁体が遮断位置にある場合にて、ブーム用制御弁側の圧力が高くなるとき、ポペット弁体が遮断位置から移動する。これにより、ブーム用油圧シリンダのボトム側への圧油の供給を許容し、ひいては、ブームの上げを許容する。ポペット弁体が遮断位置にある場合にて、配管の破断等の理由でブーム用制御弁側の圧力が低くなるとき、ポペット弁体が遮断位置から移動しない。これにより、ブーム用油圧シリンダのボトム側からの圧油の排出を阻止し、ひいては、ブームの落下を防止する。

【0003】

特許文献１の落下防止弁は、上述した落下防止機能を解除するために、操作装置のパイロット弁で生成されたパイロット圧が入力されるように構成されている。オペレータがブームの下げを意図して操作装置を操作した場合、操作装置のパイロット弁で生成されたパイロット圧に対応する移動量でスプール弁体が移動し、それに対応する移動量でポペット弁体が移動する。これにより、落下防止機能が解除される。すなわち、ブーム用油圧シリンダのボトム側からの圧油の排出を許容し、ひいては、ブームの下げを許容する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－０９７６０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、オペレータを補助又は支援するために作業装置の動作を所定の範囲に制限する制限機能を有するショベルが提唱されている。このショベルのコントローラは、制御弁を操作するパイロット圧を生成して出力するパイロット電磁弁を制御して、制御弁を制御する。これにより、例えば、バケットの爪先先端が所定の目標面に沿って移動するように、あるいは、作業装置が所定の作業領域から逸脱しないように、作業装置の動作を制御する。

【0006】

上述した制限機能を有するショベルに対し、特許文献１の落下防止弁と、その落下防止機能を解除するために、操作装置のパイロット弁で生成されたパイロット圧を落下防止弁へ出力する構成とを採用する場合を想定すれば、次のような課題が生じる。落下防止弁の落下防止機能を解除するパイロット圧の大きさは、落下防止弁の個体差によってバラツキが生じる。したがって、作業装置の動作を所定の範囲に制限する制御を実行する際、例えばブームの始動タイミングや停止タイミングが目標値とずれてしまい、制御の精度が低下する可能性がある。

【0007】

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業装置の動作を所定の範囲に制限する制御の精度を向上することができ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】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、鉛直方向に回動可能な少なくとも１つの連結部材及びアタッチメントを有する多関節型の作業装置と、前記連結部材を回動する油圧シリンダと、前記油圧シリンダに対する圧油の流れを制御する制御弁と、前記制御弁を操作するパイロット圧を生成して前記制御弁へ出力する複数のパイロット電磁弁と、前記作業装置の動作を所定の範囲に制限するように前記複数のパイロット電磁弁を制御する制限機能を有するコントローラと、を備えた作業機械において、前記連結部材の落下を防止する落下防止機能を有する落下防止弁と、前記落下防止弁へ前記落下防止機能を解除する信号を出力する電磁弁と、を備え、前記コントローラは、前記複数のパイロット電磁弁を制御する前記制限機能に関係する情報に基づいて、前記落下防止弁の解除圧を演算し、演算された解除圧を、前記落下防止機能を解除する信号として前記落下防止弁へ出力するように前記電磁弁を制御する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、作業装置の動作を所定の範囲に制限する制御の精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態におけるショベルの構造を表す側面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態における油圧システムの構成を表す図である。

【図3】本発明の第１の実施形態におけるコントローラの物理的構成を関連機器と共に表すブロック図である。

【図4】本発明の第１の実施形態におけるコントローラの機能的構成を関連機器と共に表すブロック図である。

【図5】本発明の第１の実施形態におけるショベル座標系を表す図である。

【図6】本発明の第１の実施形態における表示装置の画面を表す図である。

【図7】本発明の第１の実施形態における操作レバーの操作量とパイロット圧との相関テーブルを表す図である。

【図8】本発明の第１の実施形態における軌跡制御を説明するための図であり、目標面及びバケットの基準点の目標速度ベクトルを示す。

【図9】本発明の第１の実施形態におけるブーム用電磁弁の解除圧を設定する処理を表す図である。

【図10】本発明の第１の実施形態におけるアーム用電磁弁の解除圧を設定する処理を表す図である。

【図11】本発明の第１の実施形態における落下防止弁の解除圧と開口率の関係を表す図である。

【図12】本発明の第１の変形例におけるブーム用電磁弁の解除圧を設定する処理を表す図である。

【図13】本発明の第２の変形例における解除圧の演算テーブルを表す図である。

【図14】本発明の第３の変形例における解除圧の演算テーブルを表す図である。

【図15】本発明の第４の変形例におけるブーム用電磁弁の解除圧を設定する処理を表す図である。

【図16】本発明の第２の実施形態における逸脱防止制御を説明するための図であり、作業領域を示す。

【図17】本発明の第２の実施形態におけるコントローラの機能的構成を関連機器と共に表すブロック図である。

【図18】本発明の第２の実施形態におけるブーム用電磁弁の解除圧を設定する処理を表す図である。

【図19】本発明の第２の実施形態におけるアーム用電磁弁の解除圧を設定する処理を表す図である。

【図20】本発明の第５の変形例における解除圧の演算テーブルを表す図である。

【図21】本発明の第６の変形例における解除圧の演算テーブルを表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

【0012】

図１は、本実施形態におけるショベルの構造を表す側面図である。

【0013】

本実施形態では、ショベルは、走行可能な走行体１と、走行体１の上側に旋回可能に設けられた旋回体２とを備える。走行体１及び旋回体２は、車体を構成する。走行体１は、左右の走行用油圧モータ（図示せず）の回転によって走行し、旋回体２は、旋回用油圧モータ３（後述の図２参照）の回転によって旋回する。

【0014】

旋回体２は、水平面に対する車体の傾斜角θ（後述の図５参照）を検出する角度センサ４ａ（後述の図３及び図４参照）と、アンテナ５ａ，５ｂで受信された複数の衛星からの信号に基づいて、グローバル座標系における車体の位置及び方位を検出する車体位置検出装置６（後述の図３及び図４参照）とを備える。

【0015】

ショベルは、旋回体２の前側（図１の左側）に連結された作業装置７を備える。作業装置７は、旋回体２に鉛直方向に回動可能に連結されたブーム８（連結部材）と、ブーム８の先端部に鉛直方向に回動可能に連結されたアーム９（連結部材）と、アーム９の先端部に鉛直方向に回動可能に連結されたバケット１０（アタッチメント）とを備える。ブーム８は、ブーム用油圧シリンダ１１の伸縮によって回動し、アーム９は、アーム用油圧シリンダ１２の伸縮によって回動し、バケット１０は、バケット用油圧シリンダ１３の伸縮によって回動する。バケット１０は、他のアタッチメントに交換可能である。

【0016】

作業装置７は、旋回体２に対するブーム８の回動角α（後述の図５参照）を検出する角度センサ４ｂ（後述の図３及び図４参照）と、ブーム８に対するアーム９の回動角β（後述の図５参照）を検出する角度センサ４ｃ（後述の図３及び図４参照）と、アーム９に対するバケット１０の回動角γ（後述の図５参照）を検出する角度センサ４ｄ（後述の図３及び図４参照）とを備える。

【0017】

作業装置７は、ブーム用油圧シリンダ１１のボトム側圧力及びロッド側圧力を検出する圧力センサ１４ａ，１４ｂ（後述の図２等参照）と、アーム用油圧シリンダ１２のボトム側圧力及びロッド側圧力を検出する圧力センサ１４ｃ，１４ｄ（後述の図２等参照）と、バケット用油圧シリンダ１３のボトム側圧力及びロッド側圧力を検出する圧力センサ１４ｅ，１４ｆ（後述の図２等参照）とを備える。

【0018】

作業装置７は、ブーム８の落下を防止する落下防止機能を有するブーム用落下防止弁１５と、アーム９の落下を防止する落下防止機能を有するアーム用落下防止弁１６とを備える。

【0019】

ブーム用落下防止弁１５は、ブーム用油圧シリンダ１１のボトム側と後述のブーム用制御弁との間の油路に設けられたポペット弁体（図示せず）と、ポペット弁体を移動させるスプール弁体（図示せず）とを有する。ポペット弁体が遮断位置にある場合にて、ブーム用制御弁側の圧力が高くなるとき、ポペット弁体が遮断位置から移動する（言い換えれば、開口する）。これにより、ブーム用油圧シリンダ１１のボトム側への圧油の供給を許容し、ひいては、ブーム８の上げを許容する。ポペット弁体が遮断位置にある場合にて、配管の破断等の理由でブーム用制御弁側の圧力が低くなるとき、ポペット弁体が遮断位置から移動しない。これにより、ブーム用油圧シリンダ１１のボトム側からの圧油の排出を阻止し、ひいては、ブーム８の落下を防止する。

【0020】

ブーム用落下防止弁１５は、上述した落下防止機能を解除する信号（詳細は後述）が入力されるように構成されている。信号が入力されたとき、信号に対応する移動量でスプール弁体が移動し、それに対応する移動量でポペット弁体が移動する（言い換えれば、開口する）。これにより、落下防止機能が解除される。すなわち、ブーム用油圧シリンダ１１のボトム側からの圧油の排出を許容し、ひいては、ブーム８の下げを許容する。

【0021】

アーム用落下防止弁１６は、アーム用油圧シリンダ１２のロッド側と後述のアーム用制御弁との間の油路に設けられたポペット弁体（図示せず）と、ポペット弁体を移動させるスプール弁体（図示せず）とを有する。ポペット弁体が遮断位置にある場合にて、アーム用制御弁側の圧力が高くなるとき、ポペット弁体が遮断位置から移動する（言い換えれば、開口する）。これにより、アーム用油圧シリンダ１２のロッド側への圧油の供給を許容し、ひいては、アーム９のダンプを許容する。ポペット弁体が遮断位置にある場合にて、配管の破断等の理由でアーム用制御弁側の圧力が低くなるとき、ポペット弁体が遮断位置から移動しない。これにより、アーム用油圧シリンダ１２のロッド側からの圧油の排出を阻止し、ひいては、アーム９のクラウドを防止する。

【0022】

アーム用落下防止弁１６は、上述した落下防止機能を解除する信号（詳細は後述）が入力されるように構成されている。信号が入力されたとき、信号に対応する移動量でスプール弁体が移動し、それに対応する移動量でポペット弁体が移動する（言い換えれば、開口する）。これにより、落下防止機能が解除される。すなわち、アーム用油圧シリンダ１２のロッド側からの圧油の排出を許容し、ひいては、アーム９のクラウドを許容する。

【0023】

ショベルは、複数の油圧アクチュエータ（詳細には、左右の走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ３、ブーム用油圧シリンダ１１、アーム用油圧シリンダ１２、及びバケット用油圧シリンダ１３）を駆動する油圧システムを備える。図２は、本実施形態における油圧システムの構成のうち、旋回用油圧モータ３、ブーム用油圧シリンダ１１、アーム用油圧シリンダ１２、及びバケット用油圧シリンダ１３の駆動に係わる構成を表す図である。

【0024】

本実施形態では、油圧システムは、エンジン等の原動機２０と、原動機２０によって駆動されるメインポンプ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、メインポンプ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの吐出圧をそれぞれ検出する圧力センサ（吐出圧センサ）２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、メインポンプ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの吐出容量（例えばポンプの斜板の傾転角）をそれぞれ制御するレギュレータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、メインポンプ２１ｃから旋回用油圧モータ３への圧油の流れ（詳細には、方向及び流量。以降、同様）を制御する旋回用制御弁２４と、メインポンプ２１ａ，２１ｂ，２１ｃからブーム用油圧シリンダ１１への圧油の流れをそれぞれ制御するブーム用制御弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、メインポンプ２１ａ，２１ｂからアーム用油圧シリンダ１２への圧油の流れをそれぞれ制御するアーム用制御弁２６ａ，２６ｂと、メインポンプ２１ａからバケット用油圧シリンダ１３への圧油の流れを制御するバケット用制御弁２７とを備える。

【0025】

油圧システムは、旋回用制御弁２４を操作する右旋回用パイロット圧を生成して出力する旋回用パイロット電磁弁２８ａと、旋回用制御弁２４を操作する左旋回用パイロット圧を生成して出力する旋回用パイロット電磁弁２８ｂと、ブーム用制御弁２５ａ，２５ｂを操作するブーム下げ用パイロット圧を生成して出力するブーム用パイロット電磁弁２９ａと、ブーム用制御弁２５ａ，２５ｂを操作するブーム上げ用パイロット圧を生成して出力するブーム用パイロット電磁弁２９ｂと、ブーム用制御弁２５ｃを操作するブーム下げ用パイロット圧を生成して出力するブーム用パイロット電磁弁２９ｃと、ブーム用制御弁２５ｃを操作するブーム上げ用パイロット圧を生成して出力するブーム用パイロット電磁弁２９ｄとを備える。

【0026】

油圧システムは、アーム用制御弁２６ａを操作するアームダンプ用パイロット圧を生成して出力するアーム用パイロット電磁弁３０ａと、アーム用制御弁２６ａを操作するアームクラウド用パイロット圧を生成して出力するアーム用パイロット電磁弁３０ｂと、アーム用制御弁２６ｂを操作するアームダンプ用パイロット圧を生成して出力するアーム用パイロット電磁弁３０ｃと、アーム用制御弁２６ｂを操作するアームクラウド用パイロット圧を生成して出力するアーム用パイロット電磁弁３０ｄと、バケット用制御弁２７を操作するバケットクラウド用パイロット圧を生成して出力するバケット用パイロット電磁弁３１ａと、バケット用制御弁２７を操作するバケットダンプ用パイロット圧を生成して出力するバケット用パイロット電磁弁３１ｂとを備える。

【0027】

油圧システムは、ブーム用落下防止弁１５の落下防止機能を解除する信号を生成して出力するブーム用電磁弁３２と、アーム用落下防止弁１６の落下防止機能を解除する信号を生成して出力するアーム用電磁弁３３と、コントローラ３４と、操作装置３５ａ，３５ｂとを備える。

【0028】

パイロット電磁弁２８ａ，２８ｂ，２９ａ～２９ｄ，３０ａ～３０ｄ，３１ａ，３１ｂは、原動機２０によって駆動されるパイロットポンプ３６の吐出圧を元圧として、パイロット圧を生成する。パイロット電磁弁２８ａ，２８ｂ，２９ａ～２９ｄ，３０ａ～３０ｄ，３１ａ，３１ｂとパイロットポンプ３６の間の油路には、ロック弁３７が設けられている。ロック弁３７は、上述の図１で示す旋回体２の運転室１７内に配置されたロックレバー（図示せず）の操作に応じて、連通状態又は遮断状態に切換えられる。

【0029】

操作装置３５ａ，３５ｂは、旋回体２の運転室１７内に配置されている。操作装置３５ａは、オペレータが前後方向及び左右方向に操作可能な操作レバー３８ａと、操作レバー３８ａの前側操作量に対応する操作信号を出力する第１のポテンショメータ（図示せず）と、操作レバー３８ａの後側操作量に対応する操作信号を出力する第２のポテンショメータ（図示せず）と、操作レバー３８ａの左側操作量に対応する操作信号を出力する第３のポテンショメータ（図示せず）と、操作レバー３８ａの右側操作量に対応する操作信号を出力する第４のポテンショメータ（図示せず）とを有する。

【0030】

操作装置３５ｂは、オペレータが前後方向及び左右方向に操作可能な操作レバー３８ｂと、操作レバー３８ｂの前側操作量に対応する操作信号を出力する第５のポテンショメータ（図示せず）と、操作レバー３８ｂの後側操作量に対応する操作信号を出力する第６のポテンショメータ（図示せず）と、操作レバー３８ｂの左側操作量に対応する操作信号を出力する第７のポテンショメータ（図示せず）と、操作レバー３８ｂの右側操作量に対応する操作信号を出力する第８のポテンショメータ（図示せず）とを有する。

【0031】

コントローラ３４は、操作装置３５ａ，３５ｂからの操作信号に応じて、対応するパイロット電磁弁を作動させる。これにより、対応する制御弁を切換えて、対応する油圧アクチュエータを駆動する。その詳細を説明する。

【0032】

コントローラ３４は、第１のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ａの前側操作量）に応じて旋回用パイロット電磁弁２８ａを作動させ、第２のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ａの後側操作量）に応じて旋回用パイロット電磁弁２８ｂを作動させる。これにより、旋回用制御弁２４を切換え、旋回用制御弁２４を介しメインポンプ２１ｃから旋回用油圧モータ３の一方側又は他方側へ圧油を供給する。これにより、旋回用油圧モータ３が一方向又は反対方向に回転する。その結果、旋回体２が右旋回又は左旋回する。

【0033】

コントローラ３４は、第３のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ａの左側操作量）に応じてアーム用パイロット電磁弁３０ａ，３０ｃのうちの少なくとも一方を作動させ、第４のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ａの右側操作量）に応じてアーム用パイロット電磁弁３０ｂ，３０ｄのうちの少なくとも一方を作動させる。これにより、アーム用制御弁２６ａ，２６ｂのうちの少なくとも一方を切換え、アーム用制御弁を介しメインポンプ２１ａ，２１ｂのうちの少なくとも一方からアーム用油圧シリンダ１２のロッド側又はボトム側へ圧油を供給する。これにより、アーム用油圧シリンダ１２が縮短又は伸長する。その結果、アーム９がダンプ又はクラウドする。

【0034】

コントローラ３４は、第５のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ｂの前側操作量）に応じてブーム用パイロット電磁弁２９ａ，２９ｃのうちの少なくとも一方を作動させ、第６のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ｂの後側操作量）に応じてブーム用パイロット電磁弁２９ｂ，２９ｄのうちの少なくとも一方を作動させる。これにより、ブーム用制御弁２５ａ，２５ｂとブーム用制御弁２５ｃとのうちの少なくとも一方を切換え、ブーム用制御弁を介しメインポンプ２１ａ，２１ｂとメインポンプ２１ｃとのうちの少なくとも一方からブーム用油圧シリンダ１１のロッド側又はボトム側へ圧油を供給する。これにより、ブーム用油圧シリンダ１１が縮短又は伸長する。その結果、ブーム８が下がる又は上がる。

【0035】

コントローラ３４は、第７のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ｂの左側操作量）に応じてバケット用パイロット電磁弁３１ａを作動させ、第６のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ｂの右側操作量）に応じてバケット用パイロット電磁弁３１ｂを作動させる。これにより、バケット用制御弁２７を切換え、バケット用制御弁２７を介しメインポンプ２１ａからバケット用油圧シリンダ１３のボトム側又はロッド側へ圧油を供給する。これにより、バケット用油圧シリンダ１３が伸長又は縮短する。その結果、バケット１０がクラウド又はダンプする。

【0036】

コントローラ３４は、オペレータがブーム８の下げを意図して操作装置３５ｂを操作した場合（すなわち、第５のポテンショメータからの操作信号が入力された場合）、ブーム用電磁弁３２を制御し、解除圧を生成させてブーム用落下防止弁１５へ出力させる。これにより、ブーム用落下防止弁１５の落下防止機能を解除する。すなわち、ブーム用油圧シリンダ１１のボトム側からの圧油の排出を許容し、ひいては、ブーム８の下げを許容する。

【0037】

コントローラ３４は、オペレータがアーム９のクラウドを意図して操作装置３５ａを操作した場合（すなわち、第４のポテンショメータからの操作信号が入力された場合）、アーム用電磁弁３３を制御し、解除圧を生成させてアーム用落下防止弁１６へ出力させる。これにより、アーム用落下防止弁１６の落下防止機能を解除する。すなわち、アーム用油圧シリンダ１２のロッド側からの圧油の排出を許容し、ひいては、アーム９のクラウドを許容する。

【0038】

コントローラ３４は、作業装置７の動作を所定の範囲に制限する制限機能として、例えばオペレータがアーム９のダンプ又はクラウドを意図して操作装置３５ａを操作した場合に、バケット１０に設定された基準点（例えば、バケットの爪先先端）が所定の目標面に沿って移動するようにパイロット電磁弁を制御する機能（軌跡制御機能）を有する。

【0039】

本実施形態の最も大きな特徴として、コントローラ３４は、操作装置の操作状況だけによらず、上述した制限機能に関係する情報であるバケット１０の基準点と目標面との距離に基づいて電磁弁３２，３３を制御し、落下防止弁１５，１６の落下防止機能を解除する。詳細には、バケット１０の基準点と目標面との距離に基づいて落下防止弁１５，１６の解除圧を演算し、演算された解除圧を、落下防止機能を解除する信号として落下防止弁１５，１６へ出力するように電磁弁３２，３３を制御する。

【0040】

次に、本実施形態のコントローラ３４の詳細について説明する。図３は、本実施形態におけるコントローラの物理的構成を関連機器と共に表すブロック図である。図４は、本実施形態におけるコントローラの機能的構成を関連機器と共に表すブロック図である。

【0041】

コントローラ３４は、物理的構成として、不揮発性メモリ４０、揮発性メモリ４１、処理装置４２、入力インターフェース４３、出力インターフェース４４及び他の周辺回路を有する少なくとも１つのコンピュータで構成されている。

【0042】

不揮発性メモリ４０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、又はハードディスクドライブ等であり、各種演算が実行可能なプログラムや、閾値等の各種データを格納する。揮発性メモリ４１は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）であり、処理装置４２による演算結果及び入力インターフェース４３から入力された信号を一時的に記憶する。

【0043】

処理装置４２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等である。処理装置４２は、不揮発性メモリ４０に記憶されたプログラムを揮発性メモリ４１に展開して演算実行する装置であって、プログラムに従って入力インターフェース４３、不揮発性メモリ４０及び揮発性メモリ４１から取り入れたデータに対して所定の演算処理を行う。

【0044】

入力インターフェース４３は、各種装置（角度センサ４ａ～４ｄ、車体位置検出装置６、圧力センサ１４ａ～１４ｆ，２２ａ～２２ｃ、操作装置３５ａ，３５ｂ、及び目標面入力装置４５）から入力された信号を処理装置４２で演算可能なデータに変換する。出力インターフェース４４は、処理装置４２での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を各種装置（レギュレータ２３ａ～２３ｃ、パイロット電磁弁２８ａ，２８ｂ，２９ａ～２９ｄ，３０ａ～３０ｄ，３１ａ，３１ｂ、電磁弁３２，３３、及び表示装置４６）に出力する。

【0045】

目標面入力装置４５は、目標面（本実施形態では、掘削目標面）に関する情報を入力可能な装置である。例えばグローバル座標系における目標面の３次元データを、外部端末（図示せず）から入力可能とする。あるいは、例えば目標面の位置や水平面に対する目標面の傾斜角φを、オペレータの手動によって入力可能とする。表示装置４６は、例えばタッチパネル式の液晶モニタであり、旋回体２の運転室１７内に配置されている。

【0046】

コントローラ３４は、機能的構成として、目標面位置演算部５０、アタッチメント位置演算部５１、表示制御部５２、パイロット圧演算部５３、目標速度演算部５４、パイロット電磁弁制御部５５、レギュレータ制御部５６、及び電磁弁制御部５７を有する。

【0047】

コントローラ３４の目標面位置演算部５０は、目標面入力装置４５からの情報に基づいて、例えば図５で示すショベル座標系（ローカル座標系）における目標面Ｓｔの位置を演算する。ショベル座標系の原点は、ブーム８の回動中心軸上に設定されている。ショベル座標系のＺ軸は、旋回体２の旋回中心軸に対し平行となるように設定され、Ｘ軸は、旋回体２の前方向であって旋回体２の旋回中心軸に対し垂直となるように設定されている。目標面位置演算部５０は、例えば目標面入力装置４５から得られた目標面の３次元データを、車体位置検出装置６で検出された車体の位置及び方位に基づいて得られた鉛直面（詳細には、作業装置7の動作方向に延在する鉛直面）で切断し、その切断面における目標面Ｓｔの位置を演算する。

【0048】

コントローラ３４のアタッチメント位置演算部５１は、角度センサ４ａ～４ｄで検出された車体の傾斜角θ、ブーム８の回動角α、アーム９の回動角β、及びバケット１０の回動角γと、予め記憶された作業装置７の寸法情報（詳細には、ブーム８の長さＬ１、アーム９の長さＬ２、及びバケット１０の長さＬ２）とに基づいて、ショベル座標系におけるバケット１０の基準点Ｅの位置を演算する。そして、演算されたバケット１０の基準点Ｅの位置と、目標面位置演算部５０で演算された目標面Ｓｔの位置とに基づいて、バケット１０の基準点Ｅと目標面Ｓｔとの距離Ｈ（以降、目標面距離Ｈという）を演算する。

【0049】

コントローラ３４の表示制御部５２は、目標面位置演算部５０で演算された目標面Ｓｔの位置と、アタッチメント位置演算部５１で演算されたバケット１０の基準点Ｅの位置とに基づいて、それらの位置関係を表す画面５８（図６参照）を生成し、表示装置４６に表示させる。

【0050】

コントローラ３４のパイロット圧演算部５３は、例えば図７で示す相関テーブルを用い、第１又は第２のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ａの前側又は後側の操作量）に対応する右旋回用パイロット圧又は左旋回用パイロット圧を演算する。また、例えば図７で示す相関テーブルを用い、第３又は第４のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ａの左側又は右側の操作量）に対応するアームダンプ用パイロット圧又はアームクラウド用パイロット圧を演算する。また、例えば図７で示す相関テーブルを用い、第５又は第６のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ｂの前側又は後側の操作量）に対応するブーム下げ用パイロット圧又はブーム上げ用パイロット圧を演算する。また、例えば図７で示す相関テーブルを用い、第７又は第８のポテンショメータからの操作信号（すなわち、操作レバー３８ｂの左側又は右側の操作量）に対応するバケットクラウド用パイロット圧又はバケットダンプ用パイロット圧を演算する。

【0051】

コントローラ３４の目標速度演算部５４は、図８で示すようにバケット１０の基準点Ｅが目標面Ｓｔの上側に位置する場合、バケット１０の基準点Ｅが目標面Ｓｔを越えて目標面Ｓｔの下側に移動しないような油圧シリンダ１１，１２，１３の目標速度を演算する。図８で示すＸｔ軸は、目標面Ｓｔに平行な軸であり、図８で示すＹｔ軸は、目標面Ｓｔに垂直な軸である。

【0052】

詳しく説明すると、目標速度演算部５４は、パイロット圧演算部５３で演算されたブーム下げ用パイロット圧又はブーム上げ用パイロット圧（一次パイロット圧）に基づいて、ブーム用油圧シリンダ１１の一次目標速度を演算する。また、パイロット圧演算部５３で演算されたアームダンプ用パイロット圧又はアームクラウド用パイロット圧（一次パイロット圧）に基づいて、アーム用油圧シリンダ１２の一次目標速度を演算する。また、パイロット圧演算部５３で演算されたバケットクラウド用パイロット圧又はバケットダンプ用パイロット圧（一次パイロット圧）に基づいて、バケット用油圧シリンダ１３の一次目標速度を演算する。そして、演算された油圧シリンダ１１，１２，１３の一次目標速度と、アタッチメント位置演算部５１で演算されたバケット１０の基準点Ｅの位置と、作業装置７の寸法情報とに基づいて、バケット１０の基準点Ｅの一次目標速度ベクトルＶｃを演算する。そして、アタッチメント位置演算部５１で演算された目標面距離Ｈがゼロに近づくにつれて、一次目標速度ベクトルＶｃのＹｔ軸方向成分Ｖｃｙがゼロに近づくように、油圧シリンダ１１，１２，１３のうちの必要な油圧シリンダの一次目標速度を補正して、二次目標速度とする。これにより、一次目標速度ベクトルＶｃが、二次目標速度ベクトルＶｃａに変換される。

【0053】

コントローラ３４の目標速度演算部５４は、バケット１０の基準点Ｅが目標面Ｓｔに位置する場合、バケット１０の基準点Ｅが目標面Ｓｔに沿って移動するように、油圧シリンダ１１，１２，１３の目標速度を演算する。

【0054】

詳しく説明すると、目標速度演算部５４は、例えば、アーム９のダンプ又はクラウドに伴い、一次目標速度ベクトルＶｃが下向き成分（詳細には、バケット１０の基準点Ｅが目標面Ｓｔを越えて目標面Ｓｔの下側に移動する成分）を含む場合、その下向き成分を打ち消すブーム上げ方向のブーム用油圧シリンダ１１の二次目標速度を演算する。また、例えば、アーム９のダンプ又はクラウドに伴い、一次目標速度ベクトルＶｃが上向き成分（詳細には、バケット１０の基準点Ｅが目標面Ｓｔから離れるように移動する成分）を含む場合、その上向き成分を打ち消すブーム下げ方向のブーム用油圧シリンダ１１の二次目標速度を演算する。

【0055】

コントローラ３４のパイロット電磁弁制御部５５は、パイロット圧演算部５３で演算された右旋回用パイロット圧又は左旋回用パイロット圧を生成させるように、旋回用パイロット電磁弁を制御する。

【0056】

コントローラ３４のパイロット電磁弁制御部５５は、目標速度演算部５４で演算されたブーム用油圧シリンダ１１の目標速度に基づいて、ブーム用制御弁２５ａ～２５ｃをそれぞれ通過する圧油の目標流量を演算する。また、圧力センサ１４ａ，１４ｂ，２２ａ～２２ｃの検出結果に基づいて、ブーム用制御弁２５ａ～２５ｃのそれぞれの前後差圧を演算する。そして、ブーム用制御弁２５ａ～２５ｃの目標流量及び差圧に基づいて、ブーム用制御弁２５ａ～２５ｃを操作するブーム下げ用パイロット圧又はブーム上げ用パイロット圧（二次パイロット圧）を演算する。そして、演算されたブーム下げ用パイロット圧又はブーム上げ用パイロット圧を生成させるように、ブーム用パイロット電磁弁を制御する。

【0057】

コントローラ３４のパイロット電磁弁制御部５５は、目標速度演算部５４で演算されたアーム用油圧シリンダ１２の目標速度に基づいて、アーム用制御弁２６ａ，２６ｂをそれぞれ通過する圧油の目標流量を演算する。また、圧力センサ１４ｃ，１４ｄ，２２ａ，２２ｂの検出結果に基づいて、アーム用制御弁２６ａ，２６ｂのそれぞれの前後差圧を演算する。そして、アーム用制御弁２６ａ，２６ｂの目標流量及び差圧に基づいて、アーム用制御弁２６ａ，２６ｂを操作するアームダンプ用パイロット圧又はアームクラウド用パイロット圧（二次パイロット圧）を演算する。そして、演算されたアームダンプ用パイロット圧又はアームクラウド用パイロット圧を生成させるように、アーム用パイロット電磁弁を制御する。

【0058】

コントローラ３４のパイロット電磁弁制御部５５は、目標速度演算部５４で演算されたバケット用油圧シリンダ１３の目標速度に基づいて、バケット用制御弁２７を通過する圧油の目標流量を演算する。また、圧力センサ１４ｅ，１４ｆ，２２ａの検出結果に基づいて、バケット用制御弁２７の前後差圧を演算する。そして、バケット用制御弁２７の目標流量及び差圧に基づいて、バケット用制御弁２７を操作するバケットクラウド用パイロット圧又はバケットダンプ用パイロット圧（二次パイロット圧）を演算する。そして、演算されたバケットクラウド用パイロット圧又はバケットダンプ用パイロット圧を生成させるように、バケット用パイロット電磁弁を制御する。

【0059】

コントローラ３４のレギュレータ制御部５６は、パイロット圧演算部５３で演算された右旋回用パイロット圧又は左旋回用パイロット圧に基づいて、旋回用制御弁２４を通過する圧油の目標流量を演算する。そして、制御弁２４，２５ａ～２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２７をそれぞれ通過する圧油の目標流量に基づいて、メインポンプ２１ａ～２１ｃの目標流量を演算する。そして、演算されたメインポンプ２１ａ～２１ｃの目標流量を得るためのメインポンプ２１ａ～２１ｃの吐出容量となるように、レギュレータ２３ａ～２３ｃを制御する。

【0060】

コントローラ３４の電磁弁制御部５７は、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたブーム下げ用パイロット圧と、アタッチメント位置演算部５１で演算された目標面距離Ｈとに基づいて、ブーム用電磁弁３２の解除圧を設定する。その詳細を、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態におけるブーム用電磁弁の解除圧を設定する処理を表す図である。

【0061】

電磁弁制御部５７の解除圧設定部６０ａは、ブーム下げの自動制御を行う可能性がある条件の一つとして、例えば、パイロット圧演算部５３で演算されたアームダンプ用パイロット圧及びアームクラウド用パイロット圧（一次パイロット圧）のうちの一方がゼロより大きいかどうか（言い換えれば、操作レバー３８ａの左側操作量又は右側操作量が所定の閾値を超えるかどうか）を判定する。アームダンプ用パイロット圧及びアームクラウド用パイロット圧の両方がゼロである場合（すなわち、ブーム下げの自動制御を行わない場合）、解除圧設定部６０ａは、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたブーム下げ用パイロット圧（二次パイロット圧）に相当する解除圧を設定する。

【0062】

一方、パイロット圧演算部５３で演算されたアームダンプ用パイロット圧及びアームクラウド用パイロット圧のうちの一方がゼロより大きい場合（すなわち、ブーム下げの自動制御を行う可能性がある場合）、解除圧設定部６０ａは、解除圧演算部６１ａ及び選択部６２ａによって得られた解除圧を設定する。解除圧演算部６１ａは、目標面距離Ｈに応じて変化する第１の解除圧を演算する。詳細には、目標面距離Ｈが所定の閾値ｔｈ１以上であれば、第１の解除圧をゼロとし、目標面距離Ｈが所定の閾値ｔｈ２以下であれば、第１の解除圧を所定値Ｐａとする。選択部６２ａは、解除圧演算部６１ａで演算された第１の解除圧と、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたブーム下げ用パイロット圧に相当する第２の解除圧のいずれか大きい方を選択する。解除圧設定部６０ａは、選択部６２ａで選択された解除圧を設定する。したがって、目標面距離Ｈを含む条件を満たすとき、解除圧を所定値Ｐａ以上に設定する。

【0063】

コントローラ３４の電磁弁制御部５７は、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたアームクラウド用パイロット圧と、アタッチメント位置演算部５１で演算された目標面距離Ｈとに基づいて、アーム用電磁弁３３の解除圧を設定する。その詳細を、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態におけるアーム用電磁弁の解除圧を設定する処理を表す図である。

【0064】

電磁弁制御部５７の解除圧設定部６０ｂは、アームクラウドの自動制御を行う可能性がある条件の一つとして、例えば、パイロット圧演算部５３で演算されたアームクラウド用パイロット圧（一次パイロット圧）がゼロより大きいかどうか（言い換えれば、操作レバー３８ａの右側操作量が所定の閾値を超えるかどうか）を判定する。アームクラウド用パイロット圧（一次パイロット圧）がゼロである場合（すなわち、アームクラウドの自動制御を行わない場合）、解除圧設定部６０ｂは、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたアームクラウド用パイロット圧（二次パイロット圧）に相当する解除圧を設定する。

【0065】

一方、パイロット圧演算部５３で演算されたアームクラウド用パイロット圧がゼロより大きい場合（すなわち、アームクラウドの自動制御を行う可能性がある場合）、解除圧設定部６０ｂは、解除圧演算部６１ｂ及び選択部６２ｂによって得られた解除圧を設定する。解除圧演算部６１ｂは、目標面距離Ｈに応じて変化する第３の解除圧を演算する。詳細には、目標面距離Ｈが所定の閾値ｔｈ１以上であれば、第３の解除圧をゼロとし、目標面距離Ｈが所定の閾値ｔｈ２以下であれば、第３の解除圧を所定値Ｐｂとする。選択部６２ｂは、解除圧演算部６１ｂで演算された第３の解除圧と、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたアームクラウド用パイロット圧（二次パイロット圧）に相当する第４の解除圧のいずれか大きい方を選択する。解除圧設定部６０ｂは、選択部６２ｂで選択された解除圧を設定する。したがって、目標面距離Ｈを含む条件を満たすとき、解除圧を所定値Ｐｂ以上に設定する。

【0066】

コントローラ３４の電磁弁制御部５７は、上述のように設定された解除圧を生成させるように、電磁弁３２，３３を制御する。

【0067】

ここで、落下防止弁の解除圧の所定値Ｐａ，Ｐｂについて、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態における落下防止弁の解除圧と開口率の関係を表す図である。落下防止弁の解除圧の所定値Ｐａ，Ｐｂは、落下防止弁を開くための（言い換えれば、ポペット弁体を遮断位置から移動させるための）最小限の解除圧である。所定値Ｐａ，Ｐｂは、落下防止弁の固体差によって異なるため、コントローラ３４の学習機能等によって設定されることが好ましい。

【0068】

以上のように本実施形態においては、目標面距離Ｈが所定の閾値以下であるとき、落下防止弁１５，１６へ解除圧を出力するように電磁弁３２，３３を制御し、落下防止弁１５，１６の落下防止機能を解除する。これにより、落下防止弁１５，１６の固体差の影響を回避することができ、ブーム下げやバケットクラウドの始動タイミングが目標値より遅れないで、軌跡制御の精度を向上することができる。

【0069】

なお、第１の実施形態において、コントローラ３４の電磁弁制御部５７の解除圧設定部６０ａは、ブーム下げの自動制御を行う可能性がある条件の一つとして、パイロット圧演算部５３で演算されたアームダンプ用パイロット圧及びアームクラウド用パイロット圧のうちの一方がゼロより大きいかどうかを判定する場合を例にとって説明したが、これに限られない。

【0070】

図１２で示す変形例のように、電磁弁制御部５７の解除圧設定部６０ａは、ブーム下げの自動制御を行う可能性がある他の条件として、パイロット圧演算部５３で演算されたブーム下げ用パイロット圧（一次パイロット圧）がゼロより大きいかどうか（言い換えれば、操作レバー３８ｂの前側操作量が所定の閾値を超えるかどうか）を判定してもよい。ブーム下げ用パイロット圧（一次パイロット圧）がゼロである場合、解除圧設定部６０ａは、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたブーム下げ用パイロット圧（二次パイロット圧）に相当する解除圧を設定する。一方、ブーム下げ用パイロット圧（一次パイロット圧）がゼロより大きい場合、解除圧設定部６０ａは、解除圧演算部６１ａ及び選択部６２ａによって得られた解除圧を設定する。

【0071】

また、上記実施形態及び変形例において、コントローラ３４の電磁弁制御部５７の解除圧演算部６１ａ（又は６１ｂ）は、目標面距離Ｈが所定の閾値ｔｈ１以上であれば、解除圧をゼロとし、目標面距離Ｈが所定の閾値ｔｈ２以下であれば、解除圧を所定値Ｐａ（又はＰｂ）とする場合を例にとって説明したが、これに限られない。

【0072】

図１３で示す変形例のように、解除圧演算部６１ａ（又は６１ｂ）は、目標面距離Ｈが所定の閾値ｔｈ１以上であれば、解除圧をゼロとし、目標面距離Ｈが所定の閾値ｔｈ２以下であれば、解除圧を所定値Ｐａ’（又はＰｂ’）としてもよい。所定値Ｐａ’又はＰｂ’は、所定値Ｐａ又はＰｂ（落下防止弁を開くための最小限の解除圧）より、例えば０．０５～０．２ＭＰａ程度だけ大きい値である。

【0073】

また、図１４で示す変形例のように、解除圧演算部６１ａ（又は６１ｂ）は、目標面距離Ｈが所定の閾値ｔｈ１以上であれば、解除圧をゼロとし、目標面距離Ｈが所定の閾値ｔｈ２と所定の閾値ｔｈ３の間であれば、解除圧を所定値Ｐａ’（又はＰｂ’）とし、目標面距離Ｈがゼロであれば、解除圧を所定値Ｐａ（又はＰｂ）としてもよい。更に、目標面距離Ｈが負になれば（言い換えれば、バケット１０の基準点が目標面を越えて目標面の下側に移動すれば）、その負の値に応じて解除圧を所定値Ｐａ（又はＰｂ）より減少させてもよい。

【0074】

なお、第１の実施形態において、コントローラ３４の電磁弁制御部５７の解除圧演算部６１ａは、目標面距離Ｈに応じて変化する第１の解除圧を演算する場合を例にとって説明したが、これに限られない。

【0075】

図１５で示す変形例のように、電磁弁制御部５７の解除圧設定部６０ａは、ブーム下げの自動制御を行う可能性がある条件の一つとして、例えば、パイロット圧演算部５３で演算されたアームダンプ用パイロット圧及びアームクラウド用パイロット圧（一次パイロット圧）のうちの一方がゼロより大きいかどうか（言い換えれば、操作レバー３８ａの左側操作量又は右側操作量が所定の閾値を超えるかどうか）を判定する。ブーム下げの自動制御を行う可能性がある他の条件として、アタッチメント位置演算部５１で演算された目標面距離Ｈが所定の閾値以下であるかどうかを判定する。アームダンプ用パイロット圧及びアームクラウド用パイロット圧の両方がゼロであるか、若しくは、目標面距離Ｈが所定の閾値を超える場合（すなわち、ブーム下げの自動制御を行わない場合）、解除圧設定部６０ａは、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたブーム下げ用パイロット圧（二次パイロット圧）に相当する解除圧を設定する。

【0076】

一方、パイロット圧演算部５３で演算されたアームダンプ用パイロット圧及びアームクラウド用パイロット圧のうちの一方がゼロより大きく、且つ、目標面距離Ｈが所定の閾値以下である場合（すなわち、ブーム下げの自動制御を行う可能性がある場合）、解除圧設定部６０ａは、指標角演算部６３ａ、解除圧演算部６１ａ、及び選択部６２ａによって得られた解除圧を設定する。指標角演算部６３ａは、指標角（＝ブーム８の回動角α＋アーム９の回動角β＋車体の傾斜角θ－傾斜面の傾斜角φ）を演算する。解除圧演算部６１ａは、指標角に応じて変化する第１の解除圧を演算する。詳細には、指標角が閾値ｔｈ４と閾値ｔｈ５の間であれば（但し、閾値ｔｈ４,ｔｈ５は、９０度の前後に設定された値である）、第１の解除圧を所定値Ｐａとする。選択部６２ａは、解除圧演算部６１ａで演算された第１の解除圧と、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたブーム下げ用パイロット圧に相当する第２の解除圧のいずれか大きい方を選択する。解除圧設定部６０ａは、選択部６２ａで選択された解除圧を設定する。

【0077】

本変形例においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１の実施形態と比べ、ブーム用電磁弁３２の駆動頻度を低減することができる。

【0078】

本発明の第２の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は、同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

【0079】

本実施形態では、コントローラ３４は、作業装置７の動作を所定の範囲に制限する制限機能として、作業装置７が所定の作業領域から逸脱しないようにパイロット電磁弁を制御する機能（逸脱防止制御機能）を有する。

【0080】

詳しく説明すると、例えば図１６で示すように作業装置７の姿勢Ｓ１から姿勢Ｓ２への遷移を意図して、オペレータが操作装置３５ａ，３５ｂを操作する場合を想定する。このとき、ブーム８の上げの速度が過剰であれば、アーム９の上部が作業領域Ｗから逸脱する可能性がある。そこで、コントローラ３４は、アーム９と作業領域の境界Ｂとの距離に応じて、ブーム８の上げ（すなわち、ブーム用油圧シリンダ１１の伸長）を減速又は停止させるように、ブーム用パイロット電磁弁２９ｂを制御する。これにより、作業装置７が作業領域Ｗから逸脱するのを防止することが可能である。

【0081】

本実施形態の最も大きな特徴として、コントローラ３４は、操作装置の操作状況だけによらず、上述した制限機能に関係する情報である作業装置７と作業領域の境界Ｂとの距離に基づいて電磁弁３２，３３を制御し、落下防止弁１５，１６の落下防止機能を解除する。詳細には、作業装置７と作業領域の境界Ｂとの距離に基づいて落下防止弁１５，１６の解除圧を演算し、演算された解除圧を、落下防止機能を解除する信号として落下防止弁１５，１６へ出力するように電磁弁３２，３３を制御する。

【0082】

次に、本実施形態のコントローラ３４の詳細について説明する。図１７は、本実施形態におけるコントローラの機能的構成を関連機器と共に表すブロック図である。

【0083】

コントローラ３４は、機能的構成として、作業領域演算部７０、作業装置姿勢演算部７１、パイロット圧演算部５３、目標速度演算部５４、パイロット電磁弁制御部５５、レギュレータ制御部５６、電磁弁制御部５７、及び報知制御部７２を有する。

【0084】

コントローラ３４の作業領域演算部７０は、作業領域入力装置７３からの情報に基づいて、ショベル座標系における作業領域の境界Ｂの位置を演算する。作業領域演算部７０は、例えば作業領域入力装置７３から得られた作業領域の３次元データを、車体位置検出装置６で検出された車体の位置及び方位に基づいて得られた鉛直面（詳細には、作業装置7の動作方向に延在する鉛直面）で切断し、その切断面における作業領域の境界Ｂの位置を演算する。

【0085】

コントローラ３４の作業装置姿勢演算部７１は、角度センサ４ａ～４ｄで検出された車体の傾斜角θ、ブーム８の回動角α、アーム９の回動角β、及びバケット１０の回動角γと、予め記憶された作業装置７の寸法情報（詳細には、ブーム８の長さＬ１、アーム９の長さＬ２、及びバケット１０の長さＬ２）とに基づいて、ショベル座標系における作業装置７（詳細には、ブーム８、アーム９、及びバケット１０）の姿勢及び位置を演算する。

【0086】

コントローラ３４の目標速度演算部５４は、作業装置７が作業領域の境界Ｂを越えて作業領域Ｗから逸脱しないような油圧シリンダ１１，１２，１３の目標速度を演算する。

【0087】

詳しく説明すると、目標速度演算部５４は、パイロット圧演算部５３で演算されたブーム下げ用パイロット圧又はブーム上げ用パイロット圧（一次パイロット圧）に基づいて、ブーム用油圧シリンダ１１の一次目標速度を演算する。また、パイロット圧演算部５３で演算されたアームダンプ用パイロット圧又はアームクラウド用パイロット圧（一次パイロット圧）に基づいて、アーム用油圧シリンダ１２の一次目標速度を演算する。また、パイロット圧演算部５３で演算されたバケットクラウド用パイロット圧又はバケットダンプ用パイロット圧（一次パイロット圧）に基づいて、バケット用油圧シリンダ１３の一次目標速度を演算する。

【0088】

目標速度演算部５４は、作業装置姿勢演算部７１で演算された作業装置７の姿勢及び位置と、作業領域演算部７０で演算された作業領域の境界Ｂの位置とに基づいて、ブーム８の停止角度αｔ、アーム９の停止角度βｔ、及びバケット１０の停止角度γｔを演算する。ブーム８の停止角度αｔとは、現在の作業装置７の姿勢及び位置を基準とし、ブーム８のみを回動させて作業装置７が作業領域の境界Ｂに到達するときのブーム８の回動角である。アーム９の停止角度βｔとは、現在の作業装置７の姿勢及び位置を基準とし、アーム９のみを回動させて作業装置７が作業領域の境界Ｂに到達するときのアーム９の回動角である。バケット１０の停止角度γｔとは、現在の作業装置７の姿勢及び位置を基準とし、バケット１０のみを回動させて作業装置７が作業領域の境界Ｂに到達するときのバケット１０の回動角である。

【0089】

目標速度演算部５４は、角度センサ４ｂで検出されたブーム８の回動角αと停止角度αｔとの差分Δαを演算し、差分Δαに応じて、ブーム８の動作を減速又は停止させるようなブーム８の制限速度（角速度）を演算し、これをブーム用油圧シリンダ１１の制限速度に換算する。また、角度センサ４ｃで検出されたアーム９の回動角βと停止角度βｔとの差分Δβを演算し、差分Δβに応じて、アーム９の動作を減速又は停止させるようなアーム９の制限速度（角速度）を演算し、これをアーム用油圧シリンダ１２の制限速度に換算する。また、角度センサ４ｄで検出されたバケット１０の回動角γと停止角度γｔとの差分Δγを演算し、差分Δγに応じて、バケット１０の動作を減速又は停止させるようなバケット１０の制限速度（角速度）を演算し、これをバケット用油圧シリンダ１３の制限速度に換算する。

【0090】

目標速度演算部５４は、ブーム用油圧シリンダ１１の一次目標速度が制限速度未満である場合、一次目標速度を二次目標速度とし、一次目標速度が制限速度以上である場合、制限速度を二次目標速度とする。また、アーム用油圧シリンダ１２の一次目標速度が制限速度未満である場合、一次目標速度を二次目標速度とし、一次目標速度が制限速度以上である場合、制限速度を二次目標速度とする。また、バケット用油圧シリンダ１３の一次目標速度が制限速度未満である場合、一次目標速度を二次目標速度とし、一次目標速度が制限速度以上である場合、制限速度を二次目標速度とする。

【0091】

コントローラ３４の報知制御部７２は、作業支援情報を出力するように報知装置７４を制御する。報知装置７４は、例えばモニタ、スピーカ、及び警告灯のうちのいずれか１つであるか、若しくは、いずれかの組合せで構成されている。作業支援情報は，例えば、逸脱防止制御による減速の有無や、減速された部材の識別情報（例えば名称、画像）や、作業装置７と作業領域Ｗ又はその境界Ｂとの位置関係である。

【0092】

コントローラ３４のパイロット電磁弁制御部５５は、パイロット圧演算部５３で演算された右旋回用パイロット圧又は左旋回用パイロット圧を生成させるように、旋回用パイロット電磁弁を制御する。

【0093】

コントローラ３４のパイロット電磁弁制御部５５は、目標速度演算部５４で演算されたブーム用油圧シリンダ１１の二次目標速度に基づいて、ブーム用制御弁２５ａ～２５ｃをそれぞれ通過する圧油の目標流量を演算する。また、圧力センサ１４ａ，１４ｂ，２２ａ～２２ｃの検出結果に基づいて、ブーム用制御弁２５ａ～２５ｃのそれぞれの前後差圧を演算する。そして、ブーム用制御弁２５ａ～２５ｃの目標流量及び差圧に基づいて、ブーム用制御弁２５ａ～２５ｃを操作するブーム下げ用パイロット圧又はブーム上げ用パイロット圧（二次パイロット圧）を演算する。そして、演算されたブーム下げ用パイロット圧又はブーム上げ用パイロット圧を生成させるように、ブーム用パイロット電磁弁を制御する。

【0094】

コントローラ３４のパイロット電磁弁制御部５５は、目標速度演算部５４で演算されたアーム用油圧シリンダ１２の二次目標速度に基づいて、アーム用制御弁２６ａ，２６ｂをそれぞれ通過する圧油の目標流量を演算する。また、圧力センサ１４ｃ，１４ｄ，２２ａ，２２ｂの検出結果に基づいて、アーム用制御弁２６ａ，２６ｂのそれぞれの前後差圧を演算する。そして、アーム用制御弁２６ａ，２６ｂの目標流量及び差圧に基づいて、アーム用制御弁２６ａ，２６ｂを操作するアームダンプ用パイロット圧又はアームクラウド用パイロット圧（二次パイロット圧）を演算する。そして、演算されたアームダンプ用パイロット圧又はアームクラウド用パイロット圧を生成させるように、アーム用パイロット電磁弁を制御する。

【0095】

コントローラ３４のパイロット電磁弁制御部５５は、目標速度演算部５４で演算されたバケット用油圧シリンダ１３の二次目標速度に基づいて、バケット用制御弁２７を通過する圧油の目標流量を演算する。また、圧力センサ１４ｅ，１４ｆ，２２ａの検出結果に基づいて、バケット用制御弁２７の前後差圧を演算する。そして、バケット用制御弁２７の目標流量及び差圧に基づいて、バケット用制御弁２７を操作するバケットクラウド用パイロット圧又はバケットダンプ用パイロット圧（二次パイロット圧）を演算する。そして、演算されたバケットクラウド用パイロット圧又はバケットダンプ用パイロット圧を生成させるように、バケット用パイロット電磁弁を制御する。

【0096】

コントローラ３４の電磁弁制御部５７は、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたブーム下げ用パイロット圧と、目標速度演算部５４で演算されたブーム８の回動角αと停止角度αｔとの差分Δαに基づいて、ブーム用電磁弁３２の解除圧を設定する。その詳細を、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態におけるブーム用電磁弁の解除圧を設定する処理を表す図である。

【0097】

電磁弁制御部５７の解除圧設定部８０ａは、ブーム下げの速度制限制御を行う可能性がある条件の一つとして、例えば、パイロット圧演算部５３で演算されたブーム下げ用パイロット圧（一次パイロット圧）がゼロより大きいかどうか（言い換えれば、操作レバー３８ｂの前側操作量が所定の閾値を超えるかどうか）を判定する。ブーム下げ用パイロット圧（一次パイロット圧）がゼロである場合（すなわち、ブーム下げの速度制限制御を行わない場合）、解除圧設定部８０ａは、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたブーム下げ用パイロット圧（二次パイロット圧）に相当する解除圧を設定する。

【0098】

一方、パイロット圧演算部５３で演算されたブーム下げ用パイロット圧がゼロより大きい場合（すなわち、ブーム下げの速度制限制御を行う可能性がある場合）、解除圧設定部８０ａは、解除圧演算部８１ａ及び選択部８２ａによって得られた解除圧を設定する。解除圧演算部８１ａは、ブーム８の回動角αと停止角度αｔとの差分Δα（言い換えれば、作業装置７と作業領域の境界Ｂとの距離）に応じて変化する第３の解除圧を演算する。詳細には、差分Δαが所定の閾値ｔｈ６以上であれば、第３の解除圧をゼロとし、差分Δαが所定の閾値ｔｈ７以下であれば、第３の解除圧を所定値Ｐａとする。選択部８２ａは、解除圧演算部８１ａで演算された第３の解除圧と、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたブーム用パイロット圧（二次パイロット圧）に相当する第４の解除圧のいずれか大きい方を選択する。解除圧設定部８０ａは、選択部８２ａで選択された解除圧を設定する。したがって、アーム９の回動角βと停止角度βｔとの差分Δβ（言い換えれば、作業装置７と作業領域の境界Ｂとの距離）を含む条件を満たすとき、解除圧を所定値Ｐｂ以上に設定する。

【0099】

コントローラ３４の電磁弁制御部５７は、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたアームクラウド用パイロット圧と、目標速度演算部５４で演算されたアーム９の回動角βと停止角度βｔとの差分Δβに基づいて、アーム用電磁弁３３の解除圧を設定する。その詳細を、図１９を用いて説明する。図１９は、本実施形態におけるアーム用電磁弁の解除圧を設定する処理を表す図である。

【0100】

電磁弁制御部５７の解除圧設定部８０ｂは、アームクラウドの速度制限制御を行う可能性がある条件の一つとして、例えば、パイロット圧演算部５３で演算されたアームクラウド用パイロット圧（一次パイロット圧）がゼロより大きいかどうか（言い換えれば、操作レバー３８ａの右側操作量が所定の閾値を超えるかどうか）を判定する。アームクラウド用パイロット圧（一次パイロット圧）がゼロである場合（すなわち、アームクラウドの速度制限制御を行わない場合）、解除圧設定部８０ｂは、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたアームクラウド用パイロット圧（二次パイロット圧）に相当する解除圧を設定する。

【0101】

一方、パイロット圧演算部５３で演算されたアームクラウド用パイロット圧がゼロより大きい場合（すなわち、アームクラウドの速度制限制御を行う可能性がある場合）、解除圧設定部８０ｂは、解除圧演算部８１ｂ及び選択部８２ｂによって得られた解除圧を設定する。解除圧演算部８１ｂは、アーム９の回動角βと停止角度βｔとの差分Δβ（言い換えれば、作業装置７と作業領域の境界Ｂとの距離）に応じて変化する第３の解除圧を演算する。詳細には、差分Δβが所定の閾値ｔｈ６以上であれば、第３の解除圧をゼロとし、差分Δβが所定の閾値ｔｈ７以下であれば、第３の解除圧を所定値Ｐｂとする。選択部８２ｂは、解除圧演算部８１ｂで演算された第３の解除圧と、パイロット電磁弁制御部５５で演算されたアームクラウド用パイロット圧（二次パイロット圧）に相当する第４の解除圧のいずれか大きい方を選択する。解除圧設定部８０ｂは、選択部８２ｂで選択された解除圧を設定する。したがって、アーム９の回動角βと停止角度βｔとの差分Δβ（言い換えれば、作業装置７と作業領域の境界Ｂとの距離）を含む条件を満たすとき、解除圧を所定値Ｐｂ以上に設定する。

【0102】

コントローラ３４の電磁弁制御部５７は、上述のように設定された解除圧を生成させるように、電磁弁３２，３３を制御する。

【0103】

以上のように本実施形態においては、作業装置７と作業領域の境界Ｂとの距離が所定の閾値以下であるとき、落下防止弁１５，１６へ解除圧を出力するように電磁弁３２，３３を制御し、落下防止弁１５，１６の落下防止機能を解除する。これにより、落下防止弁１５，１６の固体差の影響を回避することができ、ブーム下げやバケットクラウドの停止タイミングが目標値より早まらず、逸脱防止制御の精度を向上することができる。

【0104】

なお、第１の実施形態において、コントローラ３４の電磁弁制御部５７の解除圧演算部８１ａ（又は８１ｂ）は、差分Δα（又はΔβ）が所定の閾値ｔｈ６以上であれば、解除圧をゼロとし、差分Δα（又はΔβ）が所定の閾値ｔｈ７以下であれば、解除圧を所定値Ｐａ（又はＰｂ）とする場合を例にとって説明したが、これに限られない。

【0105】

図２０で示す変形例のように、解除圧演算部８１ａ（又は８１ｂ）は、差分Δα（又はΔβ）が所定の閾値ｔｈ６以上であれば、解除圧をゼロとし、差分Δα（又はΔβ）が所定の閾値ｔｈ７以下であれば、解除圧を所定値Ｐａ’（又はＰｂ’）としてもよい。

【0106】

また、図２１で示す変形例のように、解除圧演算部８１ａ（又は８１ｂ）は、差分Δα（又はΔβ）が所定の閾値ｔｈ６以上であれば、解除圧をゼロとし、差分Δα（又はΔβ）が所定の閾値ｔｈ７と所定の閾値ｔｈ８の間であれば、解除圧を所定値Ｐａ’（又はＰｂ’）とし、差分Δα（又はΔβ）がゼロであれば、解除圧を所定値Ｐａ（又はＰｂ）としてもよい。更に、差分Δα（又はΔβ）が負になれば（言い換えれば、作業装置７の一部が境界Ｂを越えて作業領域Ｗの外側に移動すれば）、その負の値に応じて解除圧を所定値Ｐａ（又はＰｂ）より減少させてもよい。

【0107】

なお、以上においては、本発明の適用対象としてショベルを例にとって説明したが、これに限られず、他の作業機械であってもよい。

【符号の説明】

【0108】

７ 作業装置
８ ブーム（連結部材）
９ アーム（連結部材）
１０ バケット（アタッチメント）
１１ ブーム用油圧シリンダ
１２ アーム用油圧シリンダ
１５ ブーム用落下防止弁
１６ アーム用落下防止弁
２５ａ～２５ｃ ブーム用制御弁
２６ａ，２６ｂ アーム用制御弁
２９ａ～２９ｄ ブーム用パイロット電磁弁
３０ａ～３０ｄ アーム用パイロット電磁弁
３２ ブーム用電磁弁
３３ アーム用電磁弁
３４ コントローラ

【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】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【手続補正書】

【提出日】2024-02-01

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0004】

【特許文献1】特開２００４－０６０８３４号公報