特開 2024-159066 ショベル

(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】P2024159066

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】ショベル

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20241031BHJP

   E02F 3/43 20060101ALI20241031BHJP

   E02F 3/84 20060101ALI20241031BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 E

E02F3/43

E02F3/84

E02F9/20 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023074814

(22)【出願日】2023-04-28

(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】本田 圭二

(72)【発明者】

【氏名】佐野 裕介

(72)【発明者】

【氏名】小野寺 将

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA01

2D003BA03

2D003BA04

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB03

2D003DB04

(57)【要約】

【課題】アームの動作が停止しないようにすることを目的とする。
【解決手段】下部走行体と、前記下部走行体に対して、旋回自在に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム、及びバケットを含むアタッチメントと、前記アームを駆動するアームシリンダと、前記アームシリンダのロッド側の圧力が所定値より大きく、且つ、前記アームの速度が閾値以下である場合に、前記ブームを上げるためのブーム指令値を生成する制御装置と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部走行体と、
前記下部走行体に対して、旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム、及びバケットを含むアタッチメントと、
前記アームを駆動するアームシリンダと、
前記アームシリンダのロッド側の圧力が所定値より大きく、且つ、前記アームの速度が閾値以下である場合に、前記ブームを上げるためのブーム指令値を生成する制御装置と、を備える、ショベル。

【請求項2】

前記制御装置による前記ブームの制御は、リリーフ弁から油が排出される直前に行われる、請求項１記載のショベル。

【請求項3】

前記下部走行体、前記上部旋回体、前記アタッチメントの動作要素の少なくとも一部を自動で動作させるマシンコントロール機能を有し、
前記制御装置による前記ブームの制御は、前記マシンコントロール機能の実行中に行われる、請求項１又は２記載のショベル。

【請求項4】

前記バケットを駆動するバケットシリンダを有し、
前記制御装置は、
前記アームシリンダの動作に合わせて、前記バケットの所定の作業部位に設定される制御基準の設計面に対する鉛直方向の位置を調整するように、前記バケットシリンダの動作を制御する、請求項１記載のショベル。

【請求項5】

前記ブームを駆動するブームシリンダを有し、
前記制御装置は、
前記アームシリンダの動作に合わせて、前記バケットの所定の作業部位に設定される制御基準の設計面に対する鉛直方向の位置を調整するように、前記ブームシリンダの動作を制御する、請求項１記載のショベル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ショベルに関する。

【背景技術】

【0002】

従来のショベルでは、アームシリンダの動作に合わせて、バケットの所定の作業部位に設定された目標施工面に対する鉛直方向の位置を調整するように、バケットシリンダやブームシリンダの動作を制御する技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２０／０９５９３５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した従来の技術では、アームシリンダトップピンの位置、ブームシリンダトップピンの位置、バケットが地面に接する位置の位置関係と、各位置における力の向きによっては、アームを開く操作が行われているにも関わらず、アームが開かなくなる場合がある。

【0005】

そこで、上記事情に鑑み、アームの動作が停止しないようにす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ショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に対して、旋回自在に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム、及びバケットを含むアタッチメントと、前記アームを駆動するアームシリンダと、前記アームシリンダのロッド側の圧力が所定値より大きく、且つ、前記アームの速度が閾値以下の場合に、前記ブームを上げるためのブーム指令値を生成する制御装置と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

アームの動作が停止しないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係るショベルの上面図である。

【図2】本実施形態に係るショベルの側面図である。

【図3】ショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。

【図4】コントローラの構成例を示す図である。

【図5】ショベルのマシンコントロール機能に関する詳細な構成の一例を示す第一の機能ブロック図である。

【図6】ショベルのマシンコントロール機能に関する詳細な構成の一例を示す第二の機能ブロック図である。

【図7】ショベルの状況を説明する図である。

【図8】ショベルのコントローラの動作を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

【0010】

最初に、図１、図２を参照して、本実施形態に係るショベル１００の概要について説明する。

【0011】

図１、図２は、それぞれ、本実施形態に係るショベル１００の上面図及び側面図である。

【0012】

本実施形態に係るショベル１００は、下部走行体１と、旋回機構２を介して旋回自在に下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、アタッチメントＡＴを構成するブーム４、アーム５、及び、エンドアタッチメントの一例としてのバケット６と、キャビン１０とを備える。

【0013】

下部走行体１は、左右一対のクローラ１Ｃ、具体的には、左クローラ１ＣＬ及び右クローラ１ＣＲを含む。下部走行体１は、左クローラ１ＣＬ及び右クローラ１ＣＲが走行油圧モータ２Ｍ（走行油圧モータ２ＭＬ，２ＭＲ）でそれぞれ油圧駆動されることにより、ショベル１００を走行させる。

【0014】

上部旋回体３は、旋回油圧モータ２Ａで駆動されることにより、下部走行体１に対して旋回する。

【0015】

ブーム４は、上部旋回体３の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム４の先端には、アーム５が上下回動可能に枢着され、アーム５の先端には、バケット６が上下回動可能に枢着される。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。

【0016】

キャビン１０は、操作者が搭乗する運転室であり、上部旋回体３の前部左側に搭載される。

【0017】

ショベル１００は、キャビン１０に搭乗する操作者の操作に応じて、アクチュエータ（例えば、油圧アクチュエータ）を動作させ、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の動作要素（被駆動要素）を駆動する。

【0018】

また、ショベル１００は、キャビン１０の操作者により操作されるのに代えて、或いは、加えて、所定の外部装置の操作者によって遠隔操作されてもよい。所定の外部装置には、例えば、ショベル１００の稼働状況等を管理する管理装置や作業現場の監督者、作業者等が利用する携帯端末等を含まれてよい。

【0019】

管理装置は、例えば、ショベル１００の作業現場の外部に設置されるクラウドサーバであってもよいし、ショベル１００の作業現場に設置されるエッジサーバやコンピュータ端末であってもよい。この場合、ショベル１００は、例えば、後述の空間認識装置７０に含まれる撮像装置が出力する画像情報（撮像画像）を外部装置に送信する。

【0020】

また、後述するショベル１００の表示装置Ｄ１に表示される各種の情報画像（例えば、各種設定画面等）は、同様に、外部装置に設けられる表示装置にも表示されてよい。これにより、操作者は、例えば、外部装置に設けられる表示装置に表示される内容を確認しながら、ショベル１００を遠隔操作することができる。

【0021】

そして、ショベル１００は、外部装置から受信される、遠隔操作の内容を表す遠隔操作信号に応じて、アクチュエータを動作させ、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の動作要素を駆動してよい。

【0022】

ショベル１００が遠隔操作される場合、キャビン１０の内部は、無人状態であってもよい。以下、操作者の操作には、キャビン１０の操作者の操作装置２６に対する操作、及び外部装置の操作者の遠隔操作の少なくとも一方が含まれる前提で説明を進める。

【0023】

また、ショベル１００は、操作者の操作の内容に依らず、自動でアクチュエータを動作させてもよい。これにより、ショベル１００は、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の動作要素の少なくとも一部を自動で動作させる機能（以下、「自動運転機能」或いは「マシンコントロール機能」）を実現する。

【0024】

自動運転機能には、操作者の操作装置２６に対する操作や遠隔操作に応じて、操作対象の動作要素（アクチュエータ）以外の動作要素（アクチュエータ）を自動で動作させる機能（いわゆる「半自動運転機能」）が含まれてよい。また、自動運転機能には、操作者の操作装置２６に対する操作や遠隔操作がない前提で、複数の動作要素（アクチュエータ）の少なくとも一部を自動で動作させる機能（いわゆる「完全自動運転機能」）が含まれてよい。

【0025】

また、マシンコントロール機能には、アームシリンダ８の動作に合わせて、バケット６の所定の作業部位に設定された設計面に対する鉛直方向の位置を調整するように、バケットシリンダやブームシリンダの動作を制御する機能が含まれてよい。

【0026】

また、本実施形態では、アームシリンダトップピン８ａの位置と、ブームシリンダトップピン７ａの位置と、バケット６が地面に接する位置との関係や、各位置における力の向きに関わらず、アーム５に対して操作に応じた動作をさせるように、ブーム４の動作を制御する。

【0027】

具体的には、本実施形態では、アーム５の状態が、所定の条件を満たす状態となった場合に、自動的にブーム４を上げるためのブーム指令値を生成する。本実施形態のブーム４の動作の制御の詳細は後述する。

【0028】

ショベル１００において、完全自動運転機能が有効な場合、キャビン１０の内部は無人状態であってよい。また、自動運転機能には、ショベル１００の周囲の作業者等の人のジェスチャをショベル１００が認識し、認識されるジェスチャの内容に応じて、複数の動作要素（油圧アクチュエータ）の少なくとも一部を自動で動作させる機能（「ジェスチャ操作機能」）が含まれてよい。

【0029】

また、半自動運転機能や完全自動運転機能やジェスチャ操作機能には、自動運転の対象の動作要素（油圧アクチュエータ）の動作内容が予め規定されるルールに従って自動的に決定される態様が含まれてよい。また、半自動運転機能や完全自動運転機能やジェスチャ操作機能には、ショベル１００が自律的に各種の判断を行い、その判断結果に沿って、自律的に自動運転の対象の動作要素（油圧アクチュエータ）の動作内容が決定される態様（いわゆる「自律運転機能」）が含まれてもよい。

【0030】

ショベル１００の制御システムは、コントローラ３０と、空間認識装置７０と、向き検出装置７１と、情報入力装置７２と、測位装置７３と、表示装置Ｄ１と、音声出力装置Ｄ２と、ブーム角度センサＳ１と、アーム角度センサＳ２と、バケット角度センサＳ３と、機体傾斜センサＳ４と、旋回角速度センサＳ５とを含む。

【0031】

空間認識装置７０は、ショベル１００の周囲の三次元空間に存在する物体を認識し、空間認識装置７０或いはショベル１００から認識された物体までの距離等の位置関係を測定（演算）するように構成される。空間認識装置７０は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、単眼カメラ、ステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ（Light Detecting and Ranging）、距離画像センサ、赤外線センサ等を含みうる。

【0032】

本実施形態では、空間認識装置７０は、キャビン１０の上面前端に取り付けられた前方認識センサ７０Ｆ、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後方認識センサ７０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左方認識センサ７０Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右方認識センサ７０Ｒを含む。また、上部旋回体３の上方の空間に存在する物体を認識する上方認識センサがショベル１００に取り付けられていてもよい。

【0033】

向き検出装置７１は、上部旋回体３の向きと下部走行体１の向きとの相対的な関係に関する情報（例えば、下部走行体１に対する上部旋回体３の旋回角度）を検出する。

【0034】

向き検出装置７１は、例えば、下部走行体１に取り付けられた地磁気センサと上部旋回体３に取り付けられた地磁気センサの組み合わせを含んでよい。また、向き検出装置７１は、下部走行体１に取り付けられたＧＮＳＳ受信機と上部旋回体３に取り付けられたＧＮＳＳ受信機の組み合わせを含んでもよい。

【0035】

また、向き検出装置７１は、上部旋回体３の下部走行体１に対する相対的な旋回角度を検出可能なロータリエンコーダ、ロータリポジションセンサ等、つまり、上述の旋回角速度センサＳ５を含んでもよく、例えば、下部走行体１と上部旋回体３との間の相対回転を実現する旋回機構２に関連して設けられるセンタージョイントに取り付けられていてもよい。

【0036】

また、向き検出装置７１は、上部旋回体３に取り付けられたカメラを含んでもよい。この場合、向き検出装置７１は、上部旋回体３に取り付けられているカメラが撮像した画像（入力画像）に既知の画像処理を施すことにより、入力画像に含まれる下部走行体１の画像を検出する。

【0037】

そして、向き検出装置７１は、既知の画像認識技術を用いて、下部走行体１の画像を検出することで、下部走行体１の長手方向を特定し、上部旋回体３の前後軸の方向と下部走行体１の長手方向との間に形成される角度を導出してよい。このとき、上部旋回体３の前後軸の方向は、カメラの取り付け位置から導出されうる。特に、クローラ１Ｃは上部旋回体３から突出しているため、向き検出装置７１は、クローラ１Ｃの画像を検出することにより、下部走行体１の長手方向を特定することができる。

【0038】

尚、上部旋回体３が旋回油圧モータ２Ａに代えて、電動機で旋回駆動される構成の場合、向き検出装置７１は、レゾルバであってよい。

【0039】

情報入力装置７２は、キャビン１０内の着座したオペレータから手が届く範囲に設けられ、オペレータによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた信号をコントローラ３０に出力する。例えば、情報入力装置７２は、各種情報画像を表示する表示装置のディスプレイに実装されるタッチパネルを含みうる。また、例えば、情報入力装置７２は、表示装置Ｄ１の周囲に設置されるボタンスイッチ、レバー、トグル等を含みうる。また、情報入力装置７２は、操作装置２６に設けられるノブスイッチ（例えば、左操作レバー２６Ｌに設けられるスイッチＮＳ等）を含みうる。情報入力装置７２に対する操作内容に対応する信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

【0040】

スイッチＮＳは、例えば、左操作レバー２６Ｌの先端に設けられた押しボタンスイッチである。オペレータは、スイッチＮＳを押しながら左操作レバー２６Ｌを操作できる。また、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。

【0041】

測位装置７３は、上部旋回体３の位置及び向きを測定する。測位装置７３は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）コンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを検出し、上部旋回体３の位置及び向きに対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。また、測位装置７３の機能のうちの上部旋回体３の向きを検出する機能は、上部旋回体３に取り付けられた方位センサにより代替されてもよい。

【0042】

表示装置Ｄ１は、キャビン１０内の着座したオペレータから視認し易い場所に設けられ、コントローラ３０による制御下で、各種情報画像を表示する。表示装置Ｄ１は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続されていてもよいし、一対一の専用線を介してコントローラ３０に接続されていてもよい。

【0043】

音声出力装置Ｄ２は、例えば、キャビン１０内に設けられ、コントローラ３０と接続され、コントローラ３０による制御下で、音声を出力する。音声出力装置Ｄ２は、例えば、スピーカやブザー等である。音声出力装置Ｄ２は、コントローラ３０からの音声出力指令に応じて各種情報を音声出力する。

【0044】

ブーム角度センサＳ１は、ブーム４に取り付けられ、ブーム４の上部旋回体３に対する俯仰角度（以下、「ブーム角度」）、例えば、側面視において、上部旋回体３の旋回平面に対してブーム４の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。ブーム角度センサＳ１は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、６軸センサ、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）等を含んでよく、以下、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についても同様である。ブーム角度センサＳ１によるブーム角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

【0045】

アーム角度センサＳ２は、アーム５に取り付けられ、アーム５のブーム４に対する回動角度（以下、「アーム角度」）、例えば、側面視において、ブーム４の両端の支点を結ぶ直線に対してアーム５の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。アーム角度センサＳ２によるアーム角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

【0046】

バケット角度センサＳ３は、バケット６に取り付けられ、バケット６のアーム５に対する回動角度（以下、「バケット角度」）、例えば、側面視において、アーム５の両端の支点を結ぶ直線に対してバケット６の支点と先端（刃先）とを結ぶ直線が成す角度を検出する。バケット角度センサＳ３によるバケット角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

【0047】

機体傾斜センサＳ４は、水平面に対する機体（例えば、上部旋回体３）の傾斜状態を検出する。機体傾斜センサＳ４は、例えば、上部旋回体３に取り付けられ、ショベル１００（即ち、上部旋回体３）の前後方向及び左右方向の２軸回りの傾斜角度（以下、「前後傾斜角」及び「左右傾斜角」）を検出する。機体傾斜センサＳ４は、例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ（角速度センサ）、６軸センサ、ＩＭＵ等を含んでよい。機体傾斜センサＳ４による傾斜角度（前後傾斜角及び左右傾斜角）に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

【0048】

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３に取り付けられ、上部旋回体３の旋回状態に関する検出情報を出力する。旋回角速度センサＳ５は、例えば、上部旋回体３の旋回角速度や旋回角度を検出する。旋回角速度センサＳ５は、例えば、ジャイロセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ等を含む。

【0049】

なお、機体傾斜センサＳ４に３軸回りの角速度を検出可能なジャイロセンサ、６軸センサ、ＩＭＵ等が含まれる場合、機体傾斜センサＳ４の検出信号に基づき上部旋回体３の旋回状態（例えば、旋回角速度）が検出されてもよい。この場合、旋回角速度センサＳ５は、省略されうる。

【0050】

次に図３を参照し、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図３は、ショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。図３は、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御ラインを、それぞれ二重線、実線、破線及び点線で示している。

【0051】

油圧システムは、エンジン１１によって駆動される左メインポンプ１４Ｌから、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、且つ、エンジン１１によって駆動される右メインポンプ１４Ｒから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ている。

【0052】

左センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブユニット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ユニット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。

【0053】

制御弁１７１は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左側走行油圧モータ１Ｌへ供給し、且つ、左側走行油圧モータ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。

【0054】

制御弁１７２は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右側走行油圧モータ２ＭＲへ供給し、且つ、右側走行油圧モータ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。

【0055】

制御弁１７３は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回油圧モータ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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

左レギュレータ１３Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御できるように構成されている。本実施形態では、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。

【0064】

右レギュレータ１３Ｒは、右メインポンプ１４Ｒの吐出量を制御できるように構成されている。本実施形態では、右レギュレータ１３Ｒは、例えば、右メインポンプ１４Ｒの吐出圧に応じて右メインポンプ１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、右メインポンプ１４Ｒの吐出量を制御する。

【0065】

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ポンプ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。なお、ポンプ吸収馬力は、左メインポンプ１４Ｌの吸収馬力と右メインポンプ１４Ｒの吸収馬力との合計である。

【0066】

左吐出圧センサ２８Ｌは、吐出圧センサ２８の一例であり、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。右吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。

【0067】

圧力センサＳ１０は、アームシリンダ８のロッド側の圧力を検出するための圧力センサである。圧力センサＳ１０によって検出される圧力は、後述する処理に利用される。

【0068】

ここで、図３の油圧システムで採用されるネガティブコントロール制御について説明する。

【0069】

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。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、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。

【0070】

右センターバイパス管路４０Ｒには、最も下流にある制御弁１７６Ｒと作動油タンクとの間に右絞り１８Ｒが配置されている。右メインポンプ１４Ｒが吐出した作動油の流れは、右絞り１８Ｒで制限される。そして、右絞り１８Ｒは、右レギュレータ１３Ｒを制御するための制御圧を発生させる。右制御圧センサ１９Ｒは、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。

【0071】

コントローラ３０は、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、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、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。

【0072】

具体的には、図３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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油についても同様である。

【0076】

上述のような構成により、図３の油圧システムは、待機状態においては、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒのそれぞれ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、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油が左センターバイパス管路４０Ｌで発生させるポンピングロス、及び、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油が右センターバイパス管路４０Ｒで発生させるポンピングロスを含む。

【0077】

また、図３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、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒのそれぞれ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供給できる。

【0078】

次に、アクチュエータを自動的に動作させる構成について説明する。ブーム操作レバー２６Ａは、操作装置２６としての電気式操作レバーの一例であり、ブーム４を操作するために用いられる。

【0079】

ブーム操作レバー２６Ａは、操作方向及び操作量を検出し、検出した操作方向及び操作量を操作データ（電気信号）としてコントローラ３０に対して出力する。手動制御時において、ブーム上げ方向にブーム操作レバー２６Ａが操作された場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作量に応じて比例弁３１ＡＬの開度を制御する。

【0080】

これにより、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、ブーム操作レバー２６Ａの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。

【0081】

また、手動制御時において、ブーム下げ方向にブーム操作レバー２６Ａが操作された場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作量に応じて比例弁３１ＡＲの開度を制御する。これにより、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、ブーム操作レバー２６Ａの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。

【0082】

比例弁３１ＡＬ、３１ＡＲは、電磁弁としての比例弁３１の一例であるブーム比例弁３１Ａを構成する。比例弁３１ＡＬは、コントローラ３０が調節する電流指令に応じて動作する。

【0083】

コントローラ３０は、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＬ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節する。

【0084】

比例弁３１ＡＲは、コントローラ３０が調節する電流指令に応じて動作する。コントローラ３０は、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＲを介して制御弁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節する。比例弁３１ＡＬ、３１ＡＲ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節可能である。

【0085】

この構成により、コントローラ３０は、自動掘削制御の際には、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３１ＡＬ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、コントローラ３０は、ブーム４を自動的に上げることができる。

【0086】

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３１ＡＲ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、コントローラ３０は、ブーム４を自動的に下げることができる。

【0087】

アーム操作レバー２６Ｂは、操作装置２６としての電気式操作レバーの別の一例であり、アーム５を操作するために用いられる。アーム操作レバー２６Ｂは、操作方向及び操作量を検出し、検出した操作方向及び操作量を操作データ（電気信号）としてコントローラ３０に対して出力する。

【0088】

手動制御時において、アーム開き方向にアーム操作レバー２６Ｂが操作された場合、コントローラ３０は、アーム操作レバー２６Ｂの操作量に応じて比例弁３１ＢＲの開度を制御する。これにより、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、アーム操作レバー２６Ｂの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。

【0089】

また、手動制御時において、アーム閉じ方向にアーム操作レバー２６Ｂが操作された場合、コントローラ３０は、アーム操作レバー２６Ｂの操作量に応じて比例弁３１ＢＬの開度を制御する。これにより、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、アーム操作レバー２６Ｂの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とに作用させる。

【0090】

比例弁３１ＢＬ、３１ＢＲは、比例弁３１の一例であるアーム比例弁３１Ｂを構成する。比例弁３１ＢＬは、コントローラ３０が調節する電流指令に応じて動作する。コントローラ３０は、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＬ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節する。

【0091】

比例弁３１ＢＲは、コントローラ３０が調節する電流指令に応じて動作する。コントローラ３０は、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＲ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節する。比例弁３１ＢＬ、３１ＢＲ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節可能である。

【0092】

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３１ＢＬ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、コントローラ３０は、アーム５を自動的に閉じることができる。

【0093】

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３１ＢＲ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、コントローラ３０は、アーム５を自動的に開くことができる。

【0094】

これにより、自動掘削制御においては、アーム操作レバー２６Ｂの操作量に応じて、アームシリンダ８及びブームシリンダ７が自動で動作することにより、作業部位の速度制御、若しくは、位置制御が実行される。

【0095】

ショベル１００は、上部旋回体３を自動的に左旋回・右旋回させるための構成、バケット６を自動的に開閉させるための構成、及び、下部走行体１を自動的に前進・後進させるための構成を備えていてもよい。

【0096】

この場合、旋回油圧モータ２Ａに関する油圧システム部分、バケットシリンダ９の操作に関する油圧システム部分、左側走行油圧モータ１Ｌの操作に関する油圧システム部分、及び、右側走行油圧モータ１Ｒ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。

【0097】

次に、図４を参照し、コントローラ３０の構成例について説明する。図４は、コントローラの構成例を示す図である。

【0098】

図４では、コントローラ３０は、姿勢検出装置、操作装置２６、空間認識装置７０、向き検出装置７１、情報入力装置７２、測位装置７３及びスイッチＮＳ等の少なくとも１つ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、及び音声出力装置Ｄ２等の少なくとも１つに制御指令を出力できるように構成されている。

【0099】

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。

【0100】

コントローラ３０は、位置算出部３０Ａ、軌道取得部３０Ｂ、及び自動制御部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。位置算出部３０Ａ、軌道取得部３０Ｂ、及び自動制御部３０Ｃは、説明の便宜のために区別されて示されているが、物理的に区別されている必要はなく、全体的に或いは部分的に共通のソフトウェアコンポーネント若しくはハードウェアコンポーネントで構成されていてもよい。

【0101】

位置算出部３０Ａは、測位対象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、位置算出部３０Ａは、アタッチメントの所定部位の基準座標系における座標点を算出する。所定部位は、例えば、バケット６の爪先である。

【0102】

具体的には、バケット６の爪先は、バケット６の先端に取り付けられた複数の爪のうちの中央にある爪の先端である。但し、バケット６の爪先は、バケット６の先端に取り付けられた複数の爪のうちの左端にある爪の先端であってもよく、バケット６の先端に取り付けられた複数の爪のうちの右端にある爪の先端であってもよい。

【0103】

基準座標系の原点は、例えば、旋回軸とショベル１００の接地面との交点である。基準座標系は、例えば、ＸＹＺ直交座標系であり、ショベル１００の前後軸に平行なＸ軸と、ショベル１００の左右軸に平行なＹ軸と、ショベル１００の旋回軸に平行なＺ軸とを有する。位置算出部３０Ａは、例えば、ブーム４、アーム５及びバケット６のそれぞれの回動角度からバケット６の爪先の座標点を算出する。

【0104】

位置算出部３０Ａは、中央にある爪の先端の座標点だけでなく、左端にある爪の先端の座標点、及び、右端にある爪の先端の座標点を算出してもよい。この場合、位置算出部３０Ａは、機体傾斜センサＳ４の出力を利用してもよい。

【0105】

軌道取得部３０Ｂは、ショベル１００を自律的に動作させるときにアタッチメントの所定部位が辿る軌道である目標軌道を取得するように構成されている。本実施形態では、軌道取得部３０Ｂは、自動制御部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取得する。

【0106】

具体的には、軌道取得部３０Ｂは、不揮発性記憶装置に記憶されている設計面に関するデータに基づいて目標軌道を導き出す。軌道取得部３０Ｂは、空間認識装置７０が認識したショベル１００の周囲の地形に関する情報に基づいて目標軌道を導き出してもよい。或いは、軌道取得部３０Ｂは、揮発性記憶装置に記憶されている姿勢検出装置の過去の出力からバケット６の爪先の過去の軌跡に関する情報を導き出し、その情報に基づいて目標軌道を導き出してもよい。或いは、軌道取得部３０Ｂは、アタッチメントの所定部位の現在位置と設計面に関するデータとに基づいて目標軌道を導き出してもよい。

【0107】

自動制御部３０Ｃは、ショベル１００を自律的に動作させることができ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、軌道取得部３０Ｂが取得した目標軌道に沿ってアタッチメント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、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。

【0108】

本実施形態では、自動制御部３０Ｃは、アクチュエータを自律的に動作させることで操作者によるショベルの手動操作を支援するように構成されている。

【0109】

例えば、自動制御部３０Ｃは、操作者がスイッチＮＳを押しながら手動でアーム閉じ操作やアーム開き操作を行っている場合に、目標軌道とバケット６の爪先の位置とが一致するようにブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを自律的に伸縮させてもよい。この場合、操作者は、例えば、左操作レバー２６Ｌをアーム閉じ方向又はアーム開き方向に操作するだけで、バケット６の爪先を目標軌道に一致させながら、アーム５を閉じたり、アームを開いたりすることができる。

【0110】

本実施形態では、自動制御部３０Ｃは、比例弁３１に制御指令（電流指令）を与えて各アクチュエータに対応する制御弁に作用するパイロット圧を個別に調整することで各アクチュエータを自律的に動作させることができる。例えば、右操作レバー２６Ｒが傾倒されたか否かにかかわらず、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを動作させることができる。

【0111】

次に、図５、図６を参照して、ショベル１００のマシンコントロール機能について説明する。図５は、ショベルのマシンコントロール機能に関する詳細な構成の一例を示す第一の機能ブロック図である。図６は、ショベルのマシンコントロール機能に関する詳細な構成の一例を示す第二の機能ブロック図である。

【0112】

コントローラ３０は、マシンコントロール機能に関する機能部として、操作内容取得部３００１と、目標施工面取得部３００２と、目標軌道設定部３００３と、現在位置算出部３００４と、目標位置算出部３００５と、動作指令生成部３００６と、パイロット指令生成部３００７と、姿勢角算出部３００８と、アーム状態判定部３００９と、を含む。これらの機能部は、例えば、スイッチＮＳが押し操作されている場合、所定の制御周期ごとに、後述する動作を繰り返し実行する。

【0113】

操作内容取得部３００１は、アーム操作レバー２６Ｂから取り込まれる電気信号に基づき、左操作レバー２６Ｌにおけるアーム５の操作（つまり、前後方向の傾倒操作）に関する操作内容を取得する。例えば、操作内容取得部３００１は、操作内容として、操作方向（アーム開き操作であるか、アーム閉じ操作であるかの別）と、操作量を取得（算出）する。

【0114】

目標施工面取得部３００２は、例えば、内部メモリや所定の外部記憶装置等から設計面（目標施工面）に関するデータを取得する。

【0115】

目標軌道設定部３００３は、設計面に関するデータに基づき、アタッチメントＡＴの先端部、つまり、バケット６の制御基準を設計面に沿って移動させるためのバケット６の制御基準の目標軌道に関する情報を設定する。例えば、目標軌道設定部３００３は、目標軌道に関する情報として、ショベル１００の機体（上部旋回体３）を基準とする、設計面の前後方向への傾斜角度を設定してよい。

【0116】

現在位置算出部３００４は、バケット６の制御基準の位置（現在位置）を算出する。具体的には、後述する姿勢角算出部３００８により算出されるブーム角度β_１、アーム角度β_２、及びバケット角度β_３に基づき、バケット６の制御基準の位置を算出してよい。

【0117】

目標位置算出部３００５は、左操作レバー２６Ｌにおけるアーム５の操作に関する操作内容（操作方向及び操作量）と、設定された目標軌道に関する情報と、バケット６の制御基準の現在位置とに基づき、バケット６の制御基準の目標位置を算出する。当該目標位置は、アーム５が左操作レバー２６Ｌにおけるアーム５の操作方向及び操作量に応じて動作すると仮定したときに、今回の制御周期中で到達目標とすべき設計面（換言すれば、目標軌道）上の位置である。目標位置算出部３００５は、例えば、不揮発性の内部メモリ等に予め格納されるマップや演算式等を用いて、バケット６の制御基準の目標位置を算出してよい。

【0118】

動作指令生成部３００６は、バケット６の制御基準の目標位置に基づき、ブーム４の動作に関する指令値（以下、「ブーム指令値」）β_１ｒ、アーム５の動作に関する指令値（以下、「アーム指令値」）β_２ｒ、及びバケット６の動作に関する指令値（「バケット指令値」）β_３ｒを生成する。

【0119】

例えば、ブーム指令値β_１ｒ、アーム指令値β_２ｒ、及びバケット指令値β_３ｒは、それぞれ、バケット６の制御基準が目標位置を実現できたときのブーム角度、アーム角度、及びバケット角度である。動作指令生成部３００６は、マスタ指令値生成部３００６Ａと、スレーブ指令値生成部３００６Ｂを含む。

【0120】

なお、ブーム指令値、アーム指令値、バケット指令値は、バケット６の制御基準が目標位置を実現するために必要なブーム４、アーム５、及びバケット６の角速度や角加速度であってもよい。

【0121】

マスタ指令値生成部３００６Ａは、アタッチメントＡＴを構成する動作要素（ブーム４、アーム５、及びバケット６）のうち、左操作レバー２６Ｌの前後方向の操作入力に対応して動作する動作要素（以下、「マスタ要素」）の動作に関する指令値（以下、「マスタ指令値」）を生成する。

【0122】

本実施形態では、マスタ要素は、アーム５であり、マスタ指令値生成部３００６Ａは、アーム指令値β_２ｒを生成し、後述するアームパイロット指令生成部３００７Ｂに向けて出力する。

【0123】

具体的には、マスタ指令値生成部３００６Ａは、左操作レバー２６Ｌの操作内容（操作方向及び操作量）に対応するアーム指令値β_２ｒを生成する。例えば、マスタ指令値生成部３００６Ａは、左操作レバー２６Ｌの操作内容と、アーム指令値β_２ｒとの関係を規定する所定のマップや変換式等に基づき、アーム指令値β_２ｒを生成し、出力してよい。

【0124】

なお、マスタ指令値生成部３００６Ａにより出力されるアーム指令値β_２ｒが"０"である場合、アーム５は、コントローラ３０の制御に依らず、操作装置２６に対する操作者のアーム５に関する操作に従い動作する。

【0125】

また、マスタ指令値生成部３００６Ａは、省略されてもよい。上述の如く、左操作レバー２６Ｌの前後操作の内容に対応するパイロット圧は、シャトル弁３２ＡＬ，３２ＡＲを介して、アーム５を駆動するアームシリンダ８に対応する制御弁１７６Ｌ，１７６Ｒのパイロットポートに作用するからである。

【0126】

スレーブ指令値生成部３００６Ｂは、アタッチメントＡＴを構成する動作要素のうち、マスタ要素（アーム５）の動作に合わせて（同期して）、バケット６の制御基準が設計面に沿って移動するように動作する、スレーブ要素の動作に関する指令値（以下、「スレーブ指令値」）を生成する。

【0127】

本実施形態では、スレーブ要素は、ブーム４及びバケット６であり、スレーブ指令値生成部３００６Ｂは、ブーム指令値β_１ｒ及びバケット指令値β_３ｒを生成し、それぞれ、後述するブームパイロット指令生成部３００７Ａ及びバケットパイロット指令生成部３００７Ｃに向けて出力する。

【0128】

具体的には、スレーブ指令値生成部３００６Ｂは、アーム指令値β_２ｒに対応するアーム５の動作に合わせて（同期して）、ブーム４及びバケット６の少なくとも一方が動作し、バケット６の制御基準が目標位置を実現できるように（つまり、設計面に沿って移動するように）、ブーム指令値β_１ｒ及びバケット指令値β_３ｒを生成する。

【0129】

これにより、コントローラ３０は、左操作レバー２６Ｌにおけるアーム５に関する操作に対応するアーム５の動作に合わせて（つまり、同期させて）、アタッチメントＡＴのブーム４及びバケット６を動作させることで、バケット６の制御基準を設計面に沿って移動させることができる。

【0130】

つまり、アーム５（アームシリンダ８）は、左操作レバー２６Ｌに対する操作入力に対応して動作し、ブーム４（ブームシリンダ７）、バケット６（バケットシリンダ９）は、バケット６の爪先等のアタッチメントＡＴの先端部が設計面に沿って移動するように、アーム５（アームシリンダ８）の動作に合わせて、その動作が制御される。

【0131】

パイロット指令生成部３００７は、ブーム指令値β_１ｒ、アーム指令値β_２ｒ、及びバケット指令値β_３ｒに対応するブーム角度、アーム角度、及びバケット角度を実現するための制御弁１７４～１７６に作用させるパイロット圧の指令値（以下、「パイロット圧指令値」）を生成する。パイロット指令生成部３００７は、ブームパイロット指令生成部３００７Ａと、アームパイロット指令生成部３００７Ｂと、バケットパイロット指令生成部３００７Ｃを含む。

【0132】

ブームパイロット指令生成部３００７Ａは、ブーム指令値β_１ｒと、後述するブーム角度算出部３００８Ａによる現在のブーム角度の算出値（測定値）との間の偏差に基づき、ブーム４を駆動するブームシリンダ７に対応する制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒに作用させるパイロット圧指令値を生成する。そして、ブームパイロット指令生成部３００７Ａは、生成したパイロット圧指令値に対応する制御電流を比例弁３１ＢＬ，３１ＢＲに出力する。

【0133】

これにより、上述の如く、比例弁３１ＢＬ，３１ＢＲから出力されるパイロット圧指令値に対応するパイロット圧がシャトル弁３２ＢＬ，３２ＢＲを介して、制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒの対応するパイロットポートに作用する。そして、制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒの作用により、ブームシリンダ７が動作し、ブーム指令値β_１ｒに対応するブーム角度を実現するように、ブーム４が動作する。

【0134】

アームパイロット指令生成部３００７Ｂは、アーム指令値β_２ｒと、後述するアーム角度算出部３００８Ｂによる現在のアーム角度の算出値（測定値）との間の偏差に基づき、アーム５を駆動するアームシリンダ８に対応する制御弁１７６Ｌ，１７６Ｒに作用させるパイロット圧指令値を生成する。

【0135】

そして、アームパイロット指令生成部３００７Ｂは、生成したパイロット圧指令値に対応する制御電流を比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲに出力する。これにより、上述の如く、比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲから出力されるパイロット圧指令値に対応するパイロット圧がシャトル弁３２ＡＬ，３２ＡＲを介して、制御弁１７６Ｌ，１７６Ｒの対応するパイロットポートに作用する。そして、制御弁１７６Ｌ，１７６Ｒの作用により、アームシリンダ８が動作し、アーム指令値β_２ｒに対応するアーム角度を実現するように、アーム５が動作する。

【0136】

バケットパイロット指令生成部３００７Ｃは、バケット指令値β_３ｒと、後述するバケット角度算出部３００８Ｃによる現在のバケット角度の算出値（測定値）との間の偏差に基づき、バケット６を駆動するバケットシリンダ９に対応する制御弁１７４に作用させるパイロット圧指令値を生成する。

【0137】

そして、バケットパイロット指令生成部３００７Ｃは、生成したパイロット圧指令値に対応する制御電流を比例弁に出力する。これにより、上述の如く、比例弁から出力されるパイロット圧指令値に対応するパイロット圧がシャトル弁を介して、制御弁１７４の対応するパイロットポートに作用する。そして、制御弁１７４の作用により、バケットシリンダ９が動作し、バケット指令値β_３ｒに対応するバケット角度を実現するように、バケット６が動作する。

【0138】

姿勢角算出部３００８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の検出信号に基づき、（現在の）ブーム角度β_１、アーム角度β_２、バケット角度β_３を算出（測定）する。姿勢角算出部３００８は、ブーム角度算出部３００８Ａと、アーム角度算出部３００８Ｂと、バケット角度算出部３００８Ｃを含む。

【0139】

ブーム角度算出部３００８Ａは、ブーム角度センサＳ１から取り込まれる検出信号に基づき、ブーム角度β_１を算出（測定）する。

【0140】

アーム角度算出部３００８Ｂは、アーム角度センサＳ２から取り込まれる検出信号に基づき、アーム角度β_２を算出（測定）する。

【0141】

バケット角度算出部３００８Ｃは、バケット角度センサＳ３から取り込まれる検出信号に基づき、バケット角度β_３を算出（測定）する。

【0142】

アーム状態判定部３００９は、圧力センサＳ１０により検出されたアームシリンダ８のロッド側の圧力β_４を示す検出信号が入力される。本実施形態のアーム状態判定部３００９は、アーム５の状態が所定の条件を満たすか否かを判定する。

【0143】

そして、アーム状態判定部３００９は、アーム５の状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、スレーブ指令値生成部３００６Ｂに対して、ブーム４を上げるためのブーム指令値を生成させる。

【0144】

本実施形態の所定の条件とは、アームシリンダ８のロッド側の圧力β_４が所定値より大きく、且つ、アーム５の動作が停止していること（アーム５の速度が閾値以下であること）である。

【0145】

本実施形態では、このように、アーム５の状態が所定の条件を満たした場合に、ブーム４を上げるブーム指令値を生成し、コントローラ３０により、ブーム４を自動的に上げることで、アーム５の動作が停止しないようにすることができる。

【0146】

以下に、図７を参照して、マシンコントロール機能の実行中において、アーム５の動作が停止する場合について説明する。図７は、ショベルの状況を説明する図である。

【0147】

図７（Ａ）～図７（Ｃ）は、設計面Ｇ１が、地面Ｇ２よりも下方に設定された場合を示している。

【0148】

図７（Ａ）の例は、操作者によりアーム５を開く操作が行われたときに、バケット６の背面が地面に当接しない場合を示している。この場合、アーム５を開く操作が行われると、コントローラ３０は、アーム５の動作に応じて、スレーブ要素であるブーム４の動作に関するブーム指令値を生成する。

【0149】

具体的には、コントローラ３０は、バケット６の爪先が設計面Ｇ１に到達するまでは、アーム５を開く操作に応じて、バケット６の爪先を設計面Ｇ１に近づけるために、ブーム４を下げるブーム指令値（ブーム下げ指令）を生成する。そして、コントローラ３０は、バケット６の爪先が設計面Ｇ１に到達すると、バケット６の爪先を設計面Ｇ１に沿って移動させるために、ブーム４を上げるブーム指令値（ブーム上げ指令）を生成する。

【0150】

この制御により、ショベル１００は、アーム５を開き、バケット６の爪先を設計面Ｇ１に沿って移動させることができる。

【0151】

図７（Ｂ）の例は、操作者によりアーム５を開く操作が行われたときに、バケット６の背面が地面Ｇ２に当接する場合を示している。

【0152】

この場合も、コントローラ３０は、アーム５を開く操作に応じて、ブーム４を下げるブーム指令値（ブーム下げ指令）を生成する。

【0153】

ここで、アーム５が地面Ｇ２に当接すると、図７（Ｂ）に示すように、バケット６の背面が設計面Ｇ１に到達しない状態で地面Ｇ２に押し付けられ、アームシリンダ８のロッド側の圧力が上昇する。

【0154】

そして、アームシリンダ８のロッド側の圧力が、許容される所定の圧力（リリーフ圧）を超えると、ショベル１００は、リリーフ弁から油が排出されて、アーム５を開くことができなくなる。なお、リリーフ弁は、不図示であるが、例えば、右メインポンプ１４Ｒの下流に設けられていてよい。

【0155】

そこで、本実施形態では、アーム５が、図７（Ｂ）に示す状態となる前に、自動的にブーム４を上げるブーム指令値を生成し、ブーム４を上げることで、アーム５を開くことができるようにする。

【0156】

具体的には、コントローラ３０は、アーム５の状態が、所定の条件を満たすが否かを判定する。所定の条件とは、アームシリンダ８のロッド側の圧力が所定値より大きく、且つ、アーム５が動作していないことである。また、所定値は、リリーフ圧よりも低い圧力を示す値である。そして、コントローラ３０は、アーム５の状態が、所定の条件を満たすと判定された場合に、自動的にブーム４を上げるためのブーム指令値を生成し、ブーム４を制御する。

【0157】

本実施形態では、このようにブーム４の動作を制御することで、設計面Ｇ１が地面Ｇ２の下に設定されていた場合であっても、アームシリンダ８のロッド側の圧力がリリーフ圧に達する前に、自動的にブーム４を上げることができ、アーム５を開くことができるようになる。言い換えれば、本実施形態のコントローラ３０は、リリーフ弁から油が排出される直前に、自動的にブーム４を上げることができ、アーム５を開くことができるようになる。

【0158】

図７（Ｃ）は、バケット６の背面が地面Ｇ２に接地した状態から、ブーム４が上がり、アーム５を開くことができるようになった状態を示す。

【0159】

図７（Ｃ）の例では、バケット６の背面が地面Ｇ２に当接している状態において、ブーム上げ指令が生成されるため、ブーム４が上昇する。また、このとき、アームシリンダ８のロッド側の圧力は、リリーフ圧に達していないため、アーム５を開くことができる。

【0160】

図８は、ショベルのコントローラの動作を説明するフローチャートである。本実施形態のショベル１００は、コントローラ３０により、アーム５の速度が閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ８０１）。言い換えれば、コントローラ３０は、アーム５の動作が停止しているか否かを判定している。なお、アーム５の動作が停止しているか否かは、アーム角度センサＳ２から取り込まれる検出信号等に基づき判定される。

【0161】

ステップＳ８０１において、アーム５の動作が停止していない場合、ショベル１００は、待機する。

【0162】

ステップＳ８０１において、アーム５の動作が停止している場合、ショベル１００は、コントローラ３０により、アームシリンダ８のロッド側の圧力が、所定値を超えたか否かを判定する（ステップＳ８０２）。

【0163】

アームシリンダ８のロッド側の圧力は、圧力センサＳ１０によって検出される。また、所定値は、リリーフ圧よりも低い値である。

【0164】

ステップＳ８０２において、アームシリンダ８のロッド側の圧力が、所定値以下である場合、コントローラ３０は、ステップＳ８０１へ戻る。

【0165】

ステップＳ８０２において、アームシリンダ８のロッド側の圧力が、所定値を超えた場合、コントローラ３０は、ブーム４を上げるためのブーム指令値を生成し、ブーム４を上昇させる（ステップＳ８０３）。

【0166】

なお、図８では、アーム５の動作が停止しているか否かを判定した後に、アームシリンダ８のロッド側の圧力が所定値を超えたか否か判定するものとしたが、判定の順序はこれに限定されない。コントローラ３０は、アームシリンダ８のロッド側の圧力が所定値を超えたか否かを判定し、所定値を超えていた場合にアーム５の動作が停止しているか否かを判定してもよいし、コントローラ３０は、この２つの判定を並列に行ってもよい。

【0167】

また、本実施形態では、設計面が地面よりも下方に設定された場合について説明したが、設計面の位置は、地面の下方に限定されない。本実施形態では、アーム５を開く動作において、バケット６の爪先が設計面に到達する前にバケット６の背面が当接する面が存在する場合に適用されてよい。

【0168】

なお、本実施形態では、アームシリンダ８のボトム側の圧力に、別の所定値を設定し、アームシリンダ８のボトム側の圧力が別の所定値より大きく、且つ、アーム５が動作していない状態である場合に、アーム５を閉じることができない状態として、図８に示す制御と同様の制御を行ってもよい。

【0169】

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0170】

２６ 操作装置
３０ コントローラ
７０ 空間認識装置
１００ ショベル
３００１ 操作内容取得部
３００６ 動作指令生成部
３００９ アーム状態判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】