特開 2024-155512 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】P2024155512

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20241024BHJP

   E02F 9/24 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 Q

E02F9/24 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070289

(22)【出願日】2023-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】小野寺 将

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB04

2D003BA07

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB03

2D003DB04

2D015GA03

2D015GB04

2D015GB07

(57)【要約】

【課題】安全性を向上させることを目的とする。
【解決手段】上部旋回体に設けられたアタッチメントと、前記アタッチメントに含まれるエンドアタッチメントの開き動作中における前記エンドアタッチメントの開き角度に応じて、前記エンドアタッチメントが回動する速度を制御する制御装置と、を有する作業機械である。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部旋回体に設けられたアタッチメントと、
前記アタッチメントに含まれるエンドアタッチメントの開き動作中における前記エンドアタッチメントの開き角度に応じて、前記エンドアタッチメントが回動する速度を制御する制御装置と、を有する作業機械。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記開き角度が大きくなるにしたがって、前記エンドアタッチメントが回動する速度を遅くするように制御する、請求項１記載の作業機械。

【請求項3】

前記制御装置は、
前記開き角度が所定の角度以上となった後に、前記エンドアタッチメントが回動する速度を段階的に遅くする、請求項２記載の作業機械。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記開き角度に応じた前記エンドアタッチメントに対する負荷の予測値を算出し、前記予測値を用いて前記エンドアタッチメントが回動する速度を制御する、請求項１記載の作業機械。

【請求項5】

前記エンドアタッチメントに対する負荷の予測値は、
前記エンドアタッチメントの形状と、前記開き角度とを用いて算出される、前記エンドアタッチメントの内部の被積載物の重量の予測値である、請求項４記載の作業機械。

【請求項6】

前記エンドアタッチメントは、バケットであり、
前記制御装置は、
前記エンドアタッチメントの内部の被積載物の重量の予測値と、前記バケットの爪先の目標軌道とを入力として、前記爪先の速度指令値を出力とするモデルを有し、
前記モデルから出力された前記爪先の速度指令値に基づき、前記エンドアタッチメントが回動する速度を制御する、請求項５記載の作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来では、自動排土制御において、バケットの傾きが所定の排土完了角度になるまでバケットを排土方向に回転させる作業機械が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１７２９７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

作業機械が排土する際、バケット内の土砂はバケットが開くにつれて落下するため、バケットに対する負荷は徐々に減少する。しかしながら、上述した従来の技術では、負荷の変化が考慮されていないため、バケットが過度に開き、土砂が積み込まれるダンプトラック等に接触するリスクが増大する可能性がある。

【0005】

本開示は、安全性を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態に係る作業機械は、上部旋回体に設けられたアタッチメントと、前記アタッチメントに含まれるエンドアタッチメントの開き動作中における前記エンドアタッチメントの開き角度に応じて、前記エンドアタッチメントが回動する速度を制御する制御装置と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

安全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。

【図1B】本発明の実施形態に係るショベルの上面図である。

【図2】図１Ａのショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す概略図である。

【図3A】アームシリンダの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。

【図3B】旋回用油圧モータの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。

【図3C】ブームシリンダの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。

【図3D】バケットシリンダの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。

【図4】コントローラの機能ブロック図である。

【図5】自律制御機能の構成例を示すブロック図である。

【図6】バケットの動作の制御について説明する図である。

【図7】バケット内に残存している土砂の重量の予測について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

最初に、図１Ａ及び図１Ｂを参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００について説明する。図１Ａはショベル１００の側面図であり、図１Ｂはショベル１００の上面図である。

【0010】

本実施形態では、ショベル１００の下部走行体１はクローラ１Ｃを含む。クローラ１Ｃは、下部走行体１に搭載されている走行用油圧モータ２Ｍによって駆動される。具体的には、クローラ１Ｃは左クローラ１ＣＬ及び右クローラ１ＣＲを含む。左クローラ１ＣＬは左走行用油圧モータ２ＭＬによって駆動され、右クローラ１ＣＲは右走行用油圧モータ２ＭＲによって駆動される。

【0011】

下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。旋回機構２は、上部旋回体３に搭載されている旋回用油圧モータ２Ａによって駆動される。但し、旋回用油圧モータ２Ａは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機であってもよい。

【0012】

上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントＡＴを構成する。ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、バケット６はバケットシリンダ９で駆動される。

【0013】

ブーム４は、上部旋回体３によって回動可能に支持されている。そして、ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられている。ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度であるブーム角度β_１を検出できる。ブーム角度β_１は、例えば、ブーム４を最も下降させた状態からの上昇角度である。そのため、ブーム角度β_１は、ブーム４を最も上昇させたときに最大となる。

【0014】

アーム５は、ブーム４に関して回動可能に支持されている。そして、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられている。アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度であるアーム角度β_２を検出できる。アーム角度β_２は、例えば、アーム５を最も閉じた状態からの開き角度である。そのため、アーム角度β_２は、アーム５を最も開いたときに最大となる。

【0015】

バケット６は、バケットリンク機構６ａにより、アーム５に関して回動可能に支持されている。そして、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度であるバケット角度β_３を検出できる。バケット角度β_３は、バケット６を最も閉じた状態からの開き角度である。そのため、バケット角度β_３は、バケット６を最も開いたときに最大となる。

【0016】

図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態では、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３のそれぞれは、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成されている。但し、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３の少なくとも１つは、加速度センサのみで構成されていてもよい。また、ブーム角度センサＳ１は、ブームシリンダ７に取り付けられたストロークセンサであってもよく、ロータリエンコーダ、ポテンショメータ、又は慣性計測装置等であってもよい。アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３についても同様である。

【0017】

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ、且つ、エンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、物体検知装置７０、撮像装置８０、機体傾斜センサＳ４、及び旋回角速度センサＳ５等が取り付けられている。キャビン１０の内部には、操作装置２６、コントローラ３０、表示装置Ｄ１、及び音出力装置Ｄ２等が設けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体３における、掘削アタッチメントＡＴが取り付けられている側を前方とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後方とする。

【0018】

物体検知装置７０は、周囲監視装置の一例であり、ショベル１００の周囲に存在する物体を検知するように構成されている。物体は、例えば、人、動物、車両、建設機械、建造物、壁、柵、又は穴等である。物体検知装置７０は、例えば、カメラ、超音波センサ、ミリ波レーダ、ステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ、距離画像センサ、又は赤外線センサ等である。本実施形態では、物体検知装置７０は、キャビン１０の上面前端に取り付けられた前センサ７０Ｆ、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後センサ７０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左センサ７０Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右センサ７０Ｒを含む。

【0019】

物体検知装置７０は、ショベル１００の周囲に設定された所定領域内の所定物体を検知するように構成されていてもよい。物体検知装置７０は、人と人以外の物体とを区別できるように構成されていてもよい。物体検知装置７０は、物体検知装置７０又はショベル１００から認識された物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。

【0020】

撮像装置８０は、周囲監視装置の別の一例であり、ショベル１００の周囲を撮像する。本実施形態では、撮像装置８０は、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後カメラ８０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左カメラ８０Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右カメラ８０Ｒを含む。撮像装置８０は、前カメラを含んでいてもよい。

【0021】

後カメラ８０Ｂは後センサ７０Ｂに隣接して配置され、左カメラ８０Ｌは左センサ７０Ｌに隣接して配置され、且つ、右カメラ８０Ｒは右センサ７０Ｒに隣接して配置されている。撮像装置８０が前カメラを含む場合、前カメラは、前センサ７０Ｆに隣接して配置されていてもよい。

【0022】

撮像装置８０が撮像した画像は表示装置Ｄ１に表示される。撮像装置８０は、俯瞰画像等の視点変換画像を表示装置Ｄ１に表示できるように構成されていてもよい。俯瞰画像は、例えば、後カメラ８０Ｂ、左カメラ８０Ｌ及び右カメラ８０Ｒのそれぞれが出力する画像を合成して生成される。

【0023】

機体傾斜センサＳ４は、所定の平面に対する上部旋回体３の傾斜を検出するように構成されている。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は、水平面に関する上部旋回体３の前後軸回りの傾斜角（ロール角）及び左右軸回りの傾斜角（ピッチ角）を検出する加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、互いに直交してショベル１００の旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。機体傾斜センサＳ４は、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成されていてもよい。

【0024】

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出するように構成されている。本実施形態では、旋回角速度センサＳ５は、ジャイロセンサである。旋回角速度センサＳ５は、レゾルバ又はロータリエンコーダ等であってもよい。旋回角速度センサＳ５は、旋回速度を検出してもよい。旋回速度は、旋回角速度から算出されてもよい。

【0025】

以下では、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、及び旋回角速度センサＳ５のそれぞれは、姿勢検出装置とも称される。

【0026】

表示装置Ｄ１は、様々な情報を表示するように構成されている。音出力装置Ｄ２は、音を出力するように構成されている。操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。

【0027】

コントローラ３０は、ショベル１００を制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、揮発性記憶装置、及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ３０は、各機能に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出して実行する。各機能は、例えば、操作者によるショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル１００の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能等を含む。

【0028】

具体的には、コントローラ３０は、積み込み作業が自動的に行われるように、ショベル１００を制御する。積み込み作業とは、バケット６に土砂を積載し、ダンプトラックの荷台等へ排土することで、ダンプトラックの荷台等に土砂を積み込む作業である。土砂は、被積載物の一例である。積み込み作業において、バケット６に積載された土砂を、ダンプトラックの荷台等に排土する動作を排土動作と呼ぶ。

【0029】

排土動作では、バケット角度β_３が大きくなるにつれて、バケット６内に積載された土砂が排土されていき、バケット６に積載された土砂の重量が減少していく。言い換えれば、排土動作では、バケット角度β_３が大きくなるにつれて、バケット６に対する負荷が減少していく。

【0030】

本実施形態では、この点に着目し、バケット角度β_３に応じて、バケット６が開く方向に回動する速度（開き速度）を制御することで、排土動作の完了時に、バケット６がダンプトラック等に接触するリスクを低減させる。

【0031】

より具体的には、本実施形態では、バケット角度β_３が大きくなるにつれて、バケット６が開く方向に回動する速度（開き速度）が遅くなるように、バケット６の動作を制御する。これにより、バケット６の動作に、バケット６に対する負荷の変化が反映されることになり、バケット６を適切に動作させることができ、作業における安全性が向上する。

【0032】

なお、上述したバケット６の動作の制御は、排土動作以外であっても、バケット６を開く開き動作を行う際に適用されてよい。つまり、本実施形態のコントローラ３０は、バケット６の開き動作中のバケット６の開き角度に応じて、バケット６（エンドアタッチメント）の開き動作を遅くさせる。

【0033】

コントローラ３０によるバケット６の動作の制御の仕方の詳細は、後述する。

【0034】

次に、図２を参照し、ショベル１００に搭載される油圧システムの別の構成例について説明する。図２は、ショベル１００に搭載される油圧システムの別の構成例を示す図である。図２は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系を、それぞれ二重線、実線、破線及び点線で示している。

【0035】

図２の油圧システムは、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９及びコントローラ３０等を含む。

【0036】

図２において、油圧システムは、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４から、センターバイパス管路４０又はパラレル管路４２を経て作動油タンクまで作動油を循環させている。

【0037】

エンジン１１は、ショベル１００の駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に連結されている。

【0038】

メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

【0039】

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。

【0040】

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６を含む油圧制御機器に作動油を供給するように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。この場合、パイロットポンプ１５が担っていた機能は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に作動油を供給する機能とは別に、絞り等により作動油の圧力を低下させた後で操作装置２６等に作動油を供給する機能を備えていてもよい。

【0041】

コントロールバルブ１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を含む。制御弁１７５は制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒを含み、制御弁１７６は制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒを含む。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁１７１～１７６は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左走行用油圧モータ２ＭＬ、右走行用油圧モータ２ＭＲ及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。

【0042】

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。本実施形態では、操作装置２６は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量に応じた圧力である。但し、操作装置２６は、上述のようなパイロット圧式ではなく、電気制御式であってもよい。この場合、コントロールバルブ１７内の制御弁は、電磁ソレノイド式スプール弁であってもよい。

【0043】

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出する。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

【0044】

操作圧センサ２９は、操作者による操作装置２６の操作の内容を検出する。本実施形態では、操作圧センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力（操作圧）の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作の内容は、操作圧センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。

【0045】

メインポンプ１４は、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒを含む。そして、左メインポンプ１４Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌ又は左パラレル管路４２Ｌを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ１４Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒ又は右パラレル管路４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。

【0046】

左センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒを通る作動油ラインである。

【0047】

制御弁１７１は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左走行用油圧モータ２ＭＬへ供給し、且つ、左走行用油圧モータ２ＭＬが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

【0048】

制御弁１７２は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右走行用油圧モータ２ＭＲへ供給し、且つ、右走行用油圧モータ２ＭＲが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

【0049】

制御弁１７３は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

【0050】

制御弁１７４は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

【0051】

制御弁１７５Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７５Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

【0052】

制御弁１７６Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

【0053】

制御弁１７６Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

【0054】

左パラレル管路４２Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。左パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３、１７５Ｌの何れかによって左センターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路４２Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。右パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４、１７５Ｒの何れかによって右センターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

【0055】

レギュレータ１３は、左レギュレータ１３Ｌ及び右レギュレータ１３Ｒを含む。左レギュレータ１３Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。具体的には、左レギュレータ１３Ｌは、例えば、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。右レギュレータ１３Ｒについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収馬力がエンジン１１の出力馬力を超えないようにするためである。

【0056】

操作装置２６は、左操作レバー２６Ｌ、右操作レバー２６Ｒ及び走行レバー２６Ｄを含む。走行レバー２６Ｄは、左走行レバー２６ＤＬ及び右走行レバー２６ＤＲを含む。

【0057】

左操作レバー２６Ｌは、旋回操作とアーム５の操作に用いられる。左操作レバー２６Ｌは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７６のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７３のパイロットポートに導入させる。

【0058】

具体的には、左操作レバー２６Ｌは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の左側パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の右側パイロットポートに作動油を導入させる。

【0059】

右操作レバー２６Ｒは、ブーム４の操作とバケット６の操作に用いられる。右操作レバー２６Ｒは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７５のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７４のパイロットポートに導入させる。

【0060】

具体的には、右操作レバー２６Ｒは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７４の右側パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁１７４の左側パイロットポートに作動油を導入させる。

【0061】

走行レバー２６Ｄは、クローラ１Ｃの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー２６ＤＬは、左クローラ１ＣＬの操作に用いられる。左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー２６ＤＬは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７１のパイロットポートに導入させる。右走行レバー２６ＤＲは、右クローラ１ＣＲの操作に用いられる。右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー２６ＤＲは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７２のパイロットポートに導入させる。

【0062】

吐出圧センサ２８は、吐出圧センサ２８Ｌ及び吐出圧センサ２８Ｒを含む。吐出圧センサ２８Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。

【0063】

操作圧センサ２９は、操作圧センサ２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ、２９ＤＬ、２９ＤＲを含む。操作圧センサ２９ＬＡは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作の内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量（レバー操作角度）等である。

【0064】

同様に、操作圧センサ２９ＬＢは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＲＡは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＲＢは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＤＬは、操作者による左走行レバー２６ＤＬに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＤＲは、操作者による右走行レバー２６ＤＲに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

【0065】

コントローラ３０は、操作圧センサ２９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。また、コントローラ３０は、絞り１８の上流に設けられた制御圧センサ１９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。絞り１８は左絞り１８Ｌ及び右絞り１８Ｒを含み、制御圧センサ１９は左制御圧センサ１９Ｌ及び右制御圧センサ１９Ｒを含む。

【0066】

左センターバイパス管路４０Ｌには、最も下流にある制御弁１７６Ｌと作動油タンクとの間に左絞り１８Ｌが配置されている。そのため、左メインポンプ１４Ｌが吐出した作動油の流れは、左絞り１８Ｌで制限される。そして、左絞り１８Ｌは、左レギュレータ１３Ｌを制御するための制御圧を発生させる。左制御圧センサ１９Ｌは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、この制御圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。コントローラ３０は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御される。

【0067】

具体的には、図２で示されるようにショベル１００における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、左センターバイパス管路４０Ｌを通って左絞り１８Ｌに至る。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路４０Ｌを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌに至る量を減少或いは消失させ、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、コントローラ３０は、右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御する。

【0068】

上述のような構成により、図２の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ１４における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ１４が吐出する作動油がセンターバイパス管路４０で発生させるポンピングロスを含む。また、図２の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。

【0069】

次に、図３Ａ～図３Ｄを参照し、コントローラ３０がマシンコントロール機能によってアクチュエータを自動的に動作させるための構成について説明する。図３Ａ～図３Ｄは、油圧システムの一部を抜き出した図である。具体的には、図３Ａは、アームシリンダ８の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図３Ｂは、旋回用油圧モータ２Ａの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。また、図３Ｃは、ブームシリンダ７の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図３Ｄは、バケットシリンダ９の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。

【0070】

図３Ａ～図３Ｄに示すように、油圧システムは、比例弁３１及びシャトル弁３２を含む。比例弁３１は、比例弁３１ＡＬ～３１ＤＬ及び３１ＡＲ～３１ＤＲを含み、シャトル弁３２は、シャトル弁３２ＡＬ～３２ＤＬ及び３２ＡＲ～３２ＤＲを含む。

【0071】

比例弁３１は、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁３１は、パイロットポンプ１５とシャトル弁３２とを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３１は、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１及びシャトル弁３２を介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。

【0072】

シャトル弁３２は、２つの入口ポートと１つの出口ポートを有する。２つの入口ポートのうちの一方は操作装置２６に接続され、他方は比例弁３１に接続されている。出口ポートは、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに接続されている。そのため、シャトル弁３２は、操作装置２６が生成するパイロット圧と比例弁３１が生成するパイロット圧のうちの高い方を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。

【0073】

この構成により、コントローラ３０は、特定の操作装置２６に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。

【0074】

例えば、図３Ａに示すように、左操作レバー２６Ｌは、アーム５を操作するために用いられる。具体的には、左操作レバー２６Ｌは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７６のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー２６Ｌは、アーム閉じ方向（後方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートと制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー２６Ｌは、アーム開き方向（前方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートと制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作用させる。

【0075】

左操作レバー２６ＬにはスイッチＮＳが設けられている。本実施形態では、スイッチＮＳは、押しボタンスイッチである。操作者は、スイッチＮＳを押しながら左操作レバー２６Ｌを操作できる。スイッチＮＳは、右操作レバー２６Ｒに設けられていてもよく、キャビン１０内の他の位置に設けられていてもよい。

【0076】

操作圧センサ２９ＬＡは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

【0077】

比例弁３１ＡＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＬ及びシャトル弁３２ＡＬを介して制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＡＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＲ及びシャトル弁３２ＡＲを介して制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＡＬ、３１ＡＲは、制御弁１７６Ｌ、１７６Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

【0078】

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＬ及びシャトル弁３２ＡＬを介し、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、アーム５を自動的に閉じることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＲ及びシャトル弁３２ＡＲを介し、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、アーム５を自動的に開くことができる。

【0079】

また、図３Ｂに示すように、左操作レバー２６Ｌは、旋回機構２を操作するためにも用いられる。具体的には、左操作レバー２６Ｌは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７３のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向（左方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７３の左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー２６Ｌは、右旋回方向（右方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７３の右側パイロットポートに作用させる。

【0080】

操作圧センサ２９ＬＢは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

【0081】

比例弁３１ＢＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＬ及びシャトル弁３２ＢＬを介して制御弁１７３の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＢＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＲ及びシャトル弁３２ＢＲを介して制御弁１７３の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＢＬ、３１ＢＲは、制御弁１７３を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

【0082】

この構成により、コントローラ３０は、操作者による左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＬ及びシャトル弁３２ＢＬを介し、制御弁１７３の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、旋回機構２を自動的に左旋回させることができる。また、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＲ及びシャトル弁３２ＢＲを介し、制御弁１７３の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、旋回機構２を自動的に右旋回させることができる。

【0083】

また、図３Ｃに示すように、右操作レバー２６Ｒは、ブーム４を操作するために用いられる。具体的には、右操作レバー２６Ｒは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７５のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー２６Ｒは、ブーム上げ方向（後方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートと制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー２６Ｒは、ブーム下げ方向（前方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに作用させる。

【0084】

操作圧センサ２９ＲＡは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

【0085】

比例弁３１ＣＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＣＬ及びシャトル弁３２ＣＬを介して制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＣＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＣＲ及びシャトル弁３２ＣＲを介して制御弁１７５Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＣＬ、３１ＣＲは、制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

【0086】

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＬ及びシャトル弁３２ＣＬを介し、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、ブーム４を自動的に上げることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＲ及びシャトル弁３２ＣＲを介し、制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、ブーム４を自動的に下げることができる。

【0087】

また、図３Ｄに示すように、右操作レバー２６Ｒは、バケット６を操作するためにも用いられる。具体的には、右操作レバー２６Ｒは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー２６Ｒは、バケット閉じ方向（左方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４の左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー２６Ｒは、バケット開き方向（右方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４の右側パイロットポートに作用させる。

【0088】

操作圧センサ２９ＲＢは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

【0089】

比例弁３１ＤＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＤＬ及びシャトル弁３２ＤＬを介して制御弁１７４の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＤＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＤＲ及びシャトル弁３２ＤＲを介して制御弁１７４の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＤＬ、３１ＤＲは、制御弁１７４を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

【0090】

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＤＬ及びシャトル弁３２ＤＬを介し、制御弁１７４の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、バケット６を自動的に閉じることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＤＲ及びシャトル弁３２ＤＲを介し、制御弁１７４の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、バケット６を自動的に開くことができる。

【0091】

ショベル１００は、下部走行体１を自動的に前進・後進させる構成を備えていてもよい。この場合、左走行用油圧モータ２ＭＬの操作に関する油圧システム部分、及び、右走行用油圧モータ２ＭＲの操作に関する油圧システム部分は、ブームシリンダ７の操作に関する油圧システム部分等と同じように構成されてもよい。

【0092】

また、図２及び図３Ａ～図３Ｄでは油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーを記載したが、油圧式操作レバーではなく電気式パイロット回路を備えた電気式操作レバーが採用されてもよい。この場合、電気式操作レバーのレバー操作量は、電気信号としてコントローラ３０へ入力される。また、パイロットポンプ１５と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置される。電磁弁は、コントローラ３０からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、電気式操作レバーを用いた手動操作が行われると、コントローラ３０は、レバー操作量に対応する電気信号によって電磁弁を制御してパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。なお、各制御弁は電磁スプール弁で構成されていてもよい。この場合、電磁スプール弁は、電気式操作レバーのレバー操作量に対応するコントローラ３０からの電気信号に応じて動作する。

【0093】

次に、図４を参照し、コントローラ３０の機能について説明する。図４は、コントローラ３０の機能ブロック図である。

【0094】

図４の例では、コントローラ３０は、姿勢検出装置、操作装置２６、物体検知装置７０、撮像装置８０、及びスイッチＮＳ等が出力する信号を受け、様々な演算を実行し、比例弁３１、表示装置Ｄ１、及び音出力装置Ｄ２等に制御指令を出力できるように構成されている。姿勢検出装置は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４及び旋回角速度センサＳ５を含む。コントローラ３０は、姿勢記録部３０Ａ、軌道算出部３０Ｂ及び自律制御部３０Ｃを機能要素として有する。各機能要素は、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアで構成されていてもよい。

【0095】

姿勢記録部３０Ａは、ショベル１００の姿勢に関する情報を記録するように構成されている。本実施形態では、姿勢記録部３０Ａは、スイッチＮＳが押されたときのショベル１００の姿勢に関する情報をＲＡＭに記録する。具体的には、姿勢記録部３０Ａは、スイッチＮＳが押される度に姿勢検出装置の出力を記録する。姿勢記録部３０Ａは、第１時点でスイッチＮＳが押されたときに記録を開始し、第２時点でスイッチＮＳが押されたときにその記録を終了するように構成されていてもよい。この場合、姿勢記録部３０Ａは、第１時点から第２時点まで、ショベル１００の姿勢に関する情報を所定の制御周期で繰り返し記録してもよい。

【0096】

軌道算出部３０Ｂは、ショベル１００を自律的に動作させるときにショベル１００の所定部位が描く軌道である目標軌道を算出するように構成されている。所定部位は、例えば、バケット６の背面にある所定点である。本実施形態では、軌道算出部３０Ｂは、自律制御部３０Ｃがショベル１００を自律的に動作させるときに利用する目標軌道を算出する。具体的には、軌道算出部３０Ｂは、姿勢記録部３０Ａが記録したショベル１００の姿勢に関する情報に基づいて目標軌道を算出する。

【0097】

軌道算出部３０Ｂは、周囲監視装置の一例である物体検知装置７０としてのＬＩＤＡＲの出力に基づいて目標軌道を算出してもよい。或いは、軌道算出部３０Ｂは、周囲監視装置の別の一例である撮像装置８０の出力に基づいて目標軌道を算出してもよい。或いは、軌道算出部３０Ｂは、姿勢記録部３０Ａが記録したショベル１００の姿勢に関する情報と周囲監視装置の出力とに基づいて目標軌道を算出してもよい。

【0098】

自律制御部３０Ｃは、ショベル１００を自律的に動作させるように構成されている。本実施形態では、所定の開始条件が満たされた場合に、軌道算出部３０Ｂが算出した目標軌道に沿ってショベル１００の所定部位を移動させるように構成されている。具体的には、スイッチＮＳが押されている状態で操作装置２６が操作されたときに、ショベル１００の所定部位が目標軌道に沿って移動するように、ショベル１００を自律的に動作させる。

【0099】

例えば、スイッチＮＳが押されている状態で、左操作レバー２６Ｌが右旋回方向に操作され、且つ、右操作レバー２６Ｒがブーム上げ方向に操作されたときに、バケット６の下端が目標軌道に沿って移動するように、ショベル１００を自律的に動作させてもよい。この場合、左操作レバー２６Ｌ及び右操作レバー２６Ｒのそれぞれは、任意のレバー操作量で操作されてもよい。したがって、操作者は、レバー操作量を気にすることなく、所定の移動速度でバケット６の下端を目標軌道に沿って移動させることができる。或いは、バケット６の移動速度は、左操作レバー２６Ｌ又は右操作レバー２６Ｒの操作量の変化に応じて変化するように構成されていてもよい。

【0100】

自律制御部３０Ｃは、例えば、バケット６の下端が目標軌道に沿うようにブームシリンダ７及び旋回用油圧モータ２Ａの少なくとも１つを制御するように構成されていてもよい。例えば、自律制御部３０Ｃは、ブーム４の上昇速度に応じて上部旋回体３の旋回速度を半自動的に制御してもよい。例えば、ブーム４の上昇速度が大きいほど上部旋回体３の旋回速度を大きくしてもよい。この場合、ブーム４は右操作レバー２６Ｒのブーム上げ方向へのレバー操作量に応じた速度で上昇するが、上部旋回体３は左操作レバー２６Ｌの右旋回方向へのレバー操作量に応じた速度とは異なる速度で旋回してもよい。

【0101】

或いは、自律制御部３０Ｃは、上部旋回体３の旋回速度に応じてブーム４の上昇速度を半自動的に制御してもよい。例えば、上部旋回体３の旋回速度が大きいほどブーム４の上昇速度を大きくしてもよい。この場合、上部旋回体３は左操作レバー２６Ｌの右旋回方向へのレバー操作量に応じた速度で旋回するが、ブーム４は右操作レバー２６Ｒのブーム上げ方向へのレバー操作量に応じた速度とは異なる速度で上昇してもよい。

【0102】

或いは、自律制御部３０Ｃは、上部旋回体３の旋回速度、及び、ブーム４の上昇速度の双方を半自動的に制御してもよい。この場合、上部旋回体３は左操作レバー２６Ｌの右旋回方向へのレバー操作量に応じた速度とは異なる速度で旋回してもよい。同様に、ブーム４は右操作レバー２６Ｒのブーム上げ方向へのレバー操作量に応じた速度とは異なる速度で上昇してもよい。

【0103】

また、自律制御部３０Ｃは、ショベル１００が排土動作中に、バケット角度β_３）に応じて、バケット６の開き速度が遅くなるように、バケット６の動作を制御する。

【0104】

次に、図５を参照して、コントローラ３０がアタッチメントの動きを自律的に制御する機能（以下、「自律制御機能」とする。）の一例について説明する。図５は、自律制御機能の構成例を示すブロック図である。

【0105】

図５の例では、コントローラ３０は、自律制御の実行に関する機能要素Ｆａ～Ｆｆ及びＦ１～Ｆ６を有する。機能要素は、ソフトウェアで構成されていてもよく、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで構成されていてもよい。また、図５では、ショベル１００が積み込み作業における排土動作を行う際の自律制御機能について示す。

【0106】

機能要素Ｆａは、排土開始位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆａは、物体検知装置７０が出力する物体データに基づき、排土動作が実際に開始される前に、排土動作を開始させるときのバケット６の位置を排土開始位置として算出する。なお、排土開始位置は、基本的には、土砂が排土されるダンプトラックの荷台の上にある空間内にある位置として算出される

【0107】

具体的には、機能要素Ｆａは、物体検知装置７０が出力する物体データに基づき、ダンプトラックの荷台に既に積み込まれている土砂の状態を検出する。機能要素Ｆａは、撮像装置８０が撮像した画像に基づき、ダンプトラックの荷台に既に積み込まれている土砂の状態を検出してもよい。土砂の状態は、例えば、ダンプトラックの荷台のどの部分に土砂がどの程度積み込まれているか等である。そして、機能要素Ｆａは、検出した土砂の状態に基づいて排土開始位置を算出する。但し、機能要素Ｆａは、過去の排土動作が行われたときに姿勢記録部３０Ａが記録したショベル１００の姿勢（姿勢検出装置の検出値）に基づいて排土開始位置を算出してもよい。

【0108】

機能要素Ｆａは、ブーム上げ旋回動作の際に、ダンプトラックの荷台に既に積載されている土砂の状態、又は、ダンプトラックの状態等に基づき、算出した排土開始位置を補正するように構成されていてもよい。例えば、物体検知装置７０及び撮像装置８０の少なくとも一方の出力に基づいてダンプトラックの荷台の縁から土砂がこぼれ落ちたことを検知した場合、機能要素Ｆａは、排土開始位置を荷台の縁から離れる方向に所定距離だけ移動させてもよい。その後の排土動作の際にダンプトラックの荷台の縁から土砂がこぼれ落ちるのを防止するためである。

【0109】

或いは、物体検知装置７０及び撮像装置８０の少なくとも一方の出力に基づき、誤操作等に起因してダンプトラックが僅かに（許容可能な所定距離未満の距離だけ）移動したことを検知した場合、機能要素Ｆａは、ダンプトラックの移動方向及び移動量に応じて排土開始位置を補正してもよい。ダンプトラックの移動による排土開始位置のズレを相殺するためである。この構成により、ショベル１００は、ダンプトラックが移動しなかった場合と同じ荷台上の位置に土砂を排土させることができる。この場合、後述の機能要素Ｆ１は、補正後の排土開始位置に応じて目標軌道を算出し直すように構成される。

【0110】

機能要素Ｆｂは、ダンプトラックの状態及びダンプトラックを構成する各部の位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆｂは、物体検知装置７０が出力する物体データに基づき、ダンプトラックの荷台を構成する各部の位置を算出する。また、機能要素Ｆｂは、物体検知装置７０が出力する物体データに基づき、ダンプトラックの傾斜角等をダンプトラックの状態として算出する。

【0111】

機能要素Ｆｃは、掘削終了位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆｃは、直近の掘削動作を終了させたときのバケット６の爪先位置に基づき、掘削動作を終了させたときのバケット６の位置を掘削終了位置として算出する。具体的には、機能要素Ｆｃは、後述の機能要素Ｆ２によって算出される現在のバケット６の爪先位置に基づいて掘削終了位置を算出する。なお、機能要素Ｆｃは、姿勢検出装置、物体検知装置７０、及び撮像装置８０の少なくとも１つの出力に基づいて掘削終了位置を算出するように構成されていてもよい。

【0112】

機能要素Ｆｄは、所定動作の開始を判定するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆｄは、操作圧センサ２９が出力する操作データと、後述の機能要素Ｆ２によって算出される現在のバケット６の爪先位置とに基づき、ブーム上げ旋回動作を開始させることができるか否かを判定する。具体的には、機能要素Ｆｄは、現在の爪先位置に基づき、ブーム４が上昇しているか否か、及び、バケット６が地表面（例えば、ショベル１００の接地面を含む仮想水平面）よりも所定の鉛直距離だけ上方に位置するか否か等を判定する。そして、機能要素Ｆｄは、ブーム４が上昇しており、且つ、バケット６が地表面よりも所定の鉛直距離だけ上方に位置すると判定した場合、ブーム上げ旋回動作を開始させることができると判定する。そして、機能要素Ｆｄは、ブーム上げ旋回動作を開始させることができると判定した場合、操作圧センサ２９が出力する操作データが後述の機能要素Ｆ３に入力されるようにする。

【0113】

機能要素Ｆｅは、排土動作の開始時における被積載物の重量を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆｅは、シリンダ圧センサ２７の出力と、後述の機能要素Ｆ２によって算出される掘削アタッチメントＡＴの現在の姿勢とに基づき、バケット６内に取り込まれた土砂等の重量を被積載物の重量として算出する。シリンダ圧センサ２７は、例えば、ブームシリンダ７のボトム側油室における作動油の圧力を検出するセンサを含む。そして、機能要素Ｆｅは、算出した被積載物の重量を後述の機能要素Ｆ４に対して出力する。

【0114】

また、機能要素Ｆｅは、排土動作が開始されると、排土動作中におけるバケット６内の被積載物の重量の変化を予測する。より具体的には、機能要素Ｆｅは、目標軌道上の爪先の位置毎に、バケット６内の土砂の重量を予測した予測値を算出し、機能要素Ｆ４に対して出力する。被積載物の重量を予測の詳細は後述する。

【0115】

機能要素Ｆｆは、各種の異常の有無を判定するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆｆは、物体検知装置７０の出力に基づいて物体検知装置７０の異常の有無を判定するように構成されている。また、機能要素Ｆｆは、機能要素Ｆｂの出力に基づいてダンプトラックの異常の有無を判定するように構成されている。具体的には、機能要素Ｆｆは、例えば、誤操作等に起因してダンプトラックが許容可能な所定距離を超えて移動した場合に、ダンプトラックの状態が異常であると判定する。そして、機能要素Ｆｆは、物体検知装置７０の状態が異常であると判定した場合、又は、ダンプトラックの状態が異常であると判定した場合、後述の機能要素Ｆ４に対して指令を出力し、ショベル１００の動きを減速させ或いは停止させる。

【0116】

機能要素Ｆ１は、目標軌道を生成するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１は、物体検知装置７０が出力する物体データと、機能要素Ｆｃが算出した掘削終了位置とに基づいてバケット６の爪先が辿るべき軌道を目標軌道として生成する。物体データは、例えば、ダンプトラックの位置及び形状等、ショベル１００の周囲に存在する物体に関する情報である。具体的には、機能要素Ｆ１は、機能要素Ｆａが算出した排土開始位置と、機能要素Ｆｂが算出したダンプトラック位置と、機能要素Ｆｃが算出した掘削終了位置とに基づいて目標軌道を算出する。機能要素Ｆ１は、典型的には、ブーム上げ掘削動作が開始される度に、目標軌道を算出するように構成されている。すなわち、目標軌道は、典型的には、ブーム上げ掘削動作が開始される度に更新される。掘削終了位置及び排土開始位置も同様に、ブーム上げ掘削動作が開始される度に更新される。

【0117】

機能要素Ｆ２は、現在の爪先位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ２は、ブーム角度センサＳ１が検出したブーム角度β_１と、アーム角度センサＳ２が検出したアーム角度β_２と、バケット角度センサＳ３が検出したバケット角度β_３と、旋回角速度センサＳ５が検出した旋回角度α_１とに基づき、バケット６の爪先の座標点を現在の爪先位置として算出する。機能要素Ｆ２は、現在の爪先位置を算出する際に、機体傾斜センサＳ４の出力を利用してもよい。

【0118】

機能要素Ｆ３は、次の爪先位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ３は、操作圧センサ２９が出力する操作データと、機能要素Ｆ１が生成した目標軌道と、機能要素Ｆ２が算出した現在の爪先位置とに基づき、所定時間後の爪先位置を目標爪先位置として算出する。

【0119】

機能要素Ｆ３は、現在の爪先位置と目標軌道との間の乖離が許容範囲内に収まっているか否かを判定してもよい。本実施形態では、機能要素Ｆ３は、現在の爪先位置と目標軌道との間の距離が所定値以下であるか否かを判定する。そして、機能要素Ｆ３は、その距離が所定値以下である場合、乖離が許容範囲内に収まっていると判定し、目標爪先位置を算出する。一方で、機能要素Ｆ３は、その距離が所定値を上回っている場合、乖離が許容範囲内に収まっていないと判定し、レバー操作量とは無関係に、アクチュエータの動きを減速させ或いは停止させる。

【0120】

機能要素Ｆ４は、爪先の速度に関する指令値を生成するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ４には、機能要素Ｆ２が算出した現在の爪先位置と、機能要素Ｆ３が算出した次の爪先位置と、機能要素Ｆｅからの出力と、が入力され、所定時間で現在の爪先位置を次の爪先位置に移動させるために必要な爪先の速度を爪先の速度に関する指令値（速度指令値）として算出する。

【0121】

このとき、本実施形態の機能要素Ｆ４は、バケット６に対する負荷の変化がバケット６の動作に反映されるように、バケット６の爪先の速度指令値を生成する。

【0122】

また、本実施形態の機能要素Ｆ４は、現在のバケット角度β_３（開き角度）に応じて、爪先の速度指令値を算出してよい。

【0123】

具体的には、機能要素Ｆ４は、機能要素Ｆｅから出力される、排土動作中の被積載物の重量の予測値を用いずに、爪先の速度指令値を算出してもよいし、機能要素Ｆｅから出力される、排土動作中の被積載物の重量の予測値を用いて爪先の速度指令値を算出してもよい。

【0124】

以下の説明では、排土動作中の被積載物の重量の予測値を用いずに、爪先の速度指令値を算出する方法を第１の方法とし、排土動作中の被積載物の重量の予測値を用いて爪先の速度指令値を算出する方法を第２の方法と呼ぶ。第１の方法と第２の方法のそれぞれの詳細は後述する。

【0125】

機能要素Ｆ５は、アクチュエータを動作させるための指令値を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ５は、現在の爪先位置を目標爪先位置に移動させるために、機能要素Ｆ３が算出した目標爪先位置と、機能要素Ｆ４が算出した速度指令値とに基づき、ブーム角度β_１に関する指令値β_１ｒ、アーム角度β_２に関する指令値β_２ｒ、バケット角度β_３に関する指令値β_３ｒ、及び旋回角度α_１に関する指令値α_１ｒを算出する。
機能要素Ｆ５は、ブーム４が操作されていないときであっても、必要に応じて指令値β_１ｒを算出する。これは、ブーム４を自動的に動作させるためである。アーム５、バケット６、及び旋回機構２についても同様である。

【0126】

次に、図６を参照して、コントローラ３０によるバケット６の動作の制御について説明する。図６は、バケット６の動作の制御について説明する図である。

【0127】

図６（Ａ）～（Ｃ）は、バケット６に搭載された土砂Ｄをダンプトラックの荷台６０に排土する排土動作におけるショベル１００の状態を示す。具体的には、図６（Ａ）は、排土動作を開始するときのショベル１００の状態を示し、図６（Ｂ）は、排土動作中のショベル１００の状態を示し、図６（Ｃ）は、排土動作が完了したショベル１００の状態を示す。

【0128】

はじめに、第１の方法について説明する。第１の方法では、コントローラ３０は、バケット角度β_３が所定の角度となると、バケット６の開き速度が、それまでの開き速度よりも遅くなるように、爪先の速度指令値を生成する。

【0129】

本実施形態のコントローラ３０では、例えば、現在のバケット角度β_３が所定の角度θ１以上であった場合に、バケット６の開き速度が、それまでの開き速度よりも遅くなるように、爪先の速度指令値を生成してよい。この場合、機能要素Ｆ５は、バケット６の開き速度が、それまでの開き速度よりも遅くなるように、バケット角度β_３に関する指令値β_３ｒを生成する。

【0130】

より具体的には、機能要素Ｆ５は、バケットシリンダ９に供給される作動油の流量が、それまでバケットシリンダ９に供給されていた作動油の流量よりも少なくなるように、バケット角度β_３に関する指令値β_３ｒを生成する。ここで、バケットシリンダ９に供給される作動油の流量とは、単位時間当たりの右メインポンプ１４Ｒの吐出量である。

【0131】

所定の角度θ１は、予め決められた角度であってよい。所定の角度θ１は、例えば、安息角であってもよい。安息角とは、バケット６に積載された土砂Ｄが滑り出さない限界の角度である。

【0132】

また、コントローラ３０は、例えば、バケット角度β_３が所定の角度θ１以上となった後は、排土動作が完了するまでの間に、段階的にバケット６の開き速度が遅くなるように、バケット角度β_３に関する指令値β_３ｒを生成してよい。

【0133】

具体的には、コントローラ３０は、バケット角度β_３に対し、排土動作が完了したときのバケット角度β_３である角度θ２となるまでの間に、複数の閾値を設け、バケット角度β_３が各閾値以上となる度に、バケット６の開き速度が遅くなるように、バケット角度β_３に関する指令値β_３ｒを生成してよい。

【0134】

本実施形態では、このように、バケット６の開き速度を制御することで、バケット６の爪先にダンプトラックの荷台６０に近づく速度が遅くなるため、バケット６とダンプトラックの荷台６０との接触を回避できる可能性が高まり、安全性を向上させることができる。

【0135】

次に、第２の方法について説明する。第２の方法では、コントローラ３０は、被積載物の重量の予測値を用いて爪先の速度指令値を算出する方法について説明する図である。

【0136】

バケット６に積載された土砂Ｄは、図６（Ａ）～（Ｃ）に示すように、排土動作が開始されると、重量が徐々に減少していく。そこで、第２の方法では、機能要素Ｆ４において、バケット６の内に残存している土砂Ｄの重量を予測し、予測した土砂Ｄの重量を用いて、爪先の速度指令値を算出する。

【0137】

言い換えれば、第２の方法では、バケット角度β_３に応じたバケット６に対する負荷の予測値を算出し、予測値を用いてバケット６の開き速度を制御する。このように、バケット６の開き速度を制御することで、排土動作中におけるバケット６に対する負荷の変化が反映された開き速度でバケット６を開くことができる。

【0138】

以下に、図７を参照して、バケット６内に残存している土砂Ｄの重量の予測について説明する。本実施形態では、土砂Ｄの重量の予測に、バケット６の形状と、安息角θｓを用いる。図７は、バケット内に残存している土砂の重量の予測について説明する図である。

【0139】

図７（Ａ）は、バケット６の形状を説明する図である。図６（Ａ）に示すように、本実施形態では、バケット６の形状を、極座標形式ｌ＝ｆ（θ）と表現する。ｌは、バケット６の爪先からバケットリンク機構６ａまでの直線距離である。θは、水平面とバケット６の背面との角度であり、バケット角度β_３から導出される。

【0140】

このとき、バケット６内の土砂Ｄが安息角θｓで安定すると仮定すると、バケット６内の土砂Ｄの体積は、以下の式１で算出される。なお、式１において、角度θｇは、安息角θｓと、角度θとが求められる。

【0141】

【数1】

本実施形態では、コントローラ３０は、機能要素Ｆｅにより、現在のバケット角度β_３と安息角θｓとから角度θｇを求め、式１により算出される土砂の体積に密度を掛けた値を、バケット６内に残存している土砂Ｄの重量の予測値とする。

【0142】

本実施形態では、このように、バケット６の形状と、排土動作中におけるバケット６のバケット角度β_３と、を用いてバケット６に対する負荷の予測値を算出する。言い換えれば、本実施形態の第２の方法では、エンドアタッチメントの形状と、エンドアタッチメントの開き角度とに基づき、エンドアタッチメントに対する負荷の予測値を求める。

【0143】

また、第２の方法では、コントローラ３０は、機能要素Ｆｅにより算出されたバケット６内の土砂Ｄの重量の予測値を機能要素Ｆ４へ入力し、機能要素Ｆ４において、予測値と目標軌道とに基づき、爪先の速度指令値を求める。

【0144】

土砂Ｄの体積は、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、バケット６が開くにつれて、減少していく。したがって、土砂Ｄの重量（バケット６に対する負荷）の予測値は、バケット６が開くにつれて、減少していく。このため、本実施形態では、バケット６に対する負荷の予測値を用いて爪先の速度指令値を求めることで、排土動作のバケット６に対する負荷の減少が反映された速度指令値を生成できる。

【0145】

なお、本実施形態の機能要素Ｆ４は、ショベル１００の質量、慣性モーメント、運動方程式に関するパラメータを有するモデルにより実現されてもよい。モデルは、目標軌道と、バケット６内の土砂Ｄの重量の予測値とを入力とし、爪先の速度指令値を出力とするモデルであってよい。

【0146】

本実施形態のコントローラ３０は、機能要素Ｆ５により、モデルから出力される爪先の速度指令値にしたがって、バケット角度β_３に関する指令値β_３ｒを生成する。

【0147】

言い換えれば、コントローラ３０は、モデルから出力された爪先の速度指令値にしたがって、バケットシリンダ９に供給される作動油の流量を制御する。

【0148】

本実施形態では、このように、バケット６の動作を制御することで、排土動作中の被積載物の重量の変化をバケット６のバケット角度β_３に関する指令値β_３ｒに反映させることができ、バケット６が過度に開きすぎることを抑止できる。さらに、本実施形態によればバケット６の開きすぎにより、バケット６がダンプトラックの荷台６０に接触するリスクを低減させることができ、バケット６の動作を適切に制御することができる。したがって、本実施形態によれば、作業の安全性を向上させることができる。

【0149】

なお、本実施形態では、排土動作において、バケット６の動作を制御する形態を説明したが、本実施形態は、排土動作以外において適用されてもよい。特に、上述した第１の方法は、バケット６内の被積載物の有無に関わらず、バケット６の開き動作を行う場合に適用されてよい。

【0150】

また、上本実施形態のコントローラ３０は、例えば、ショベル１００の外部の装置に設けられた制御部であってもよい。

【0151】

具体的には、コントローラ３０は、ショベル１００を遠隔制御するための支援装置や、ショベル１００を管理する管理装置の制御部によって実現されてもよい。

【0152】

その場合、ショベル１００は、例えば、無線通信ネットワーク等の通信ネットワークを通じ、コントローラ３０を有する管理装置に接続されてよい。

【0153】

また、本実施形態では、ショベル１００を作業機械の一例としたが、作業機械はショベル１００に限定されない。本実施形態は、排土動作を行う作業機械であれば、どのような作業機械にも適用することができる。

【0154】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。

【符号の説明】

【0155】

１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
３０ コントローラ
１００ ショベル

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】