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(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】P2024001736
(43)【公開日】2024-01-10
(54)【発明の名称】ショベル
(51)【国際特許分類】
E02F 9/22 20060101AFI20231227BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20231227BHJP
E02F 3/43 20060101ALI20231227BHJP
E02F 9/26 20060101ALI20231227BHJP
【ＦＩ】
E02F9/22 K
E02F9/20 H
E02F3/43 C
E02F9/26 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022100591
(22)【出願日】2022-06-22
(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】佐野 裕介
(72)【発明者】
【氏名】本田 圭二
(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
2D003AB02
2D003AB03
2D003AB04
2D003AC07
2D003AC09
2D003BA01
2D003BB04
2D003CA02
2D003DA02
2D003DA04
2D003DB02
2D003DB04
2D003DB05
2D003EA02
2D003EA04
2D003FA02
2D015HA03
2D015HB02
2D015HB04
2D015HB05
(57)【要約】
【課題】掘削作業に関する操作者の負担を低減させること。
【解決手段】ショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回機構を介して搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられるアタッチメントＡＴと、アタッチメントＡＴを駆動するブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９と、上部旋回体３を旋回させる旋回油圧モータ２Ａと、前後方向及び左右方向に傾倒可能な左操作レバー２６Ｌと、コントローラ３０と、を備えている。コントローラ３０は、左操作レバー２６Ｌが前後方向に傾倒されたときにブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のうちの少なくとも一つを動作させてアタッチメントＡＴによる掘削動作を実行させ、左操作レバー２６Ｌが左右方向に傾倒されたときに旋回油圧モータ２Ａを動作させて旋回動作を実行させる。
【選択図】図１
【解決手段】ショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回機構を介して搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられるアタッチメントＡＴと、アタッチメントＡＴを駆動するブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９と、上部旋回体３を旋回させる旋回油圧モータ２Ａと、前後方向及び左右方向に傾倒可能な左操作レバー２６Ｌと、コントローラ３０と、を備えている。コントローラ３０は、左操作レバー２６Ｌが前後方向に傾倒されたときにブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のうちの少なくとも一つを動作させてアタッチメントＡＴによる掘削動作を実行させ、左操作レバー２６Ｌが左右方向に傾倒されたときに旋回油圧モータ２Ａを動作させて旋回動作を実行させる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回機構を介して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るアタッチメントと、
前記アタッチメントを駆動する複数のアタッチメントアクチュエータと、
前記上部旋回体を旋回させる旋回アクチュエータと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、第１操作レバーが第１操作方向に傾倒されたときの前記第１操作レバーからの出力に応じて複数の前記アタッチメントアクチュエータを動作させて前記アタッチメントによる掘削動作を実行させ、前記第１操作レバーが第２操作方向に傾倒されたときの前記第１操作レバーからの出力に応じて前記旋回アクチュエータを動作させて旋回動作を実行させる、
ショベル。
前記下部走行体に旋回機構を介して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るアタッチメントと、
前記アタッチメントを駆動する複数のアタッチメントアクチュエータと、
前記上部旋回体を旋回させる旋回アクチュエータと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、第１操作レバーが第１操作方向に傾倒されたときの前記第１操作レバーからの出力に応じて複数の前記アタッチメントアクチュエータを動作させて前記アタッチメントによる掘削動作を実行させ、前記第１操作レバーが第２操作方向に傾倒されたときの前記第１操作レバーからの出力に応じて前記旋回アクチュエータを動作させて旋回動作を実行させる、
ショベル。
【請求項2】
前記アタッチメントは、ブーム、アーム、及びバケットを含み、
前記掘削動作は、前記ブームの動作、前記アームの動作、及び前記バケットの動作のうちの少なくとも二つによって実現される複合動作を含む、
請求項１に記載のショベル。
前記掘削動作は、前記ブームの動作、前記アームの動作、及び前記バケットの動作のうちの少なくとも二つによって実現される複合動作を含む、
請求項１に記載のショベル。
【請求項3】
第１操作モードと第２操作モードとの間で操作モードを切り換えるスイッチを備え、
前記制御装置は、前記第１操作モードでは、前記第１操作レバーが前記第１操作方向に傾倒されたときに複数の前記アタッチメントアクチュエータを同時に動作させ、前記第２操作モードでは、前記第１操作レバーが前記第１操作方向に傾倒されたときに複数の前記アタッチメントアクチュエータのうちの一つを動作させる、
請求項１に記載のショベル。
前記制御装置は、前記第１操作モードでは、前記第１操作レバーが前記第１操作方向に傾倒されたときに複数の前記アタッチメントアクチュエータを同時に動作させ、前記第２操作モードでは、前記第１操作レバーが前記第１操作方向に傾倒されたときに複数の前記アタッチメントアクチュエータのうちの一つを動作させる、
請求項１に記載のショベル。
【請求項4】
前記制御装置は、前記アタッチメントの所定点を目標軌道に沿って移動させることによって前記アタッチメントによる前記掘削動作を実行させる、
請求項１に記載のショベル。
請求項１に記載のショベル。
【請求項5】
空間認識装置を備え、
前記制御装置は、前記空間認識装置の出力に基づいて前記目標軌道を生成する、
請求項４に記載のショベル。
前記制御装置は、前記空間認識装置の出力に基づいて前記目標軌道を生成する、
請求項４に記載のショベル。
【請求項6】
前記制御装置は、前記第１操作レバーが前記第１操作方向における第１の向きに傾倒されたときに複数の前記アタッチメントアクチュエータを動作させて前記アタッチメントによる前記掘削動作を実行させ、前記第１操作レバーが前記第１操作方向における第２の向きに傾倒されたときに複数の前記アタッチメントアクチュエータを動作させて前記アタッチメントによる排土動作を実行させる、
請求項１乃至請求項５の何れかに記載のショベル。
請求項１乃至請求項５の何れかに記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ショベルに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットの刃先を移動させるならい掘削制御モードを実行するショベルが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－２１７１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述のショベルは、アーム操作レバーが操作されたときにならい掘削性制御モードを実行するように構成されている。
【0005】
しかしながら、上述のショベルは、アーム操作レバーを操作するだけで、バケット内へ土砂を取り込む動作、及び、バケット内に取り込まれた土砂を持ち上げる動作を含む掘削作業を実行できるようには構成されていない。そのため、掘削作業に関する操作者の負担を十分に低減させることができない。
【0006】
そこで、掘削作業に関する操作者の負担を低減させることができるショベルを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回機構を介して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るアタッチメントと、前記アタッチメントを駆動する複数のアタッチメントアクチュエータと、前記上部旋回体を旋回させる旋回アクチュエータと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、第１操作レバーが第１操作方向に傾倒されたときの前記第１操作レバーからの出力に応じて複数の前記アタッチメントアクチュエータを動作させて前記アタッチメントによる掘削動作を実行させ、前記第１操作レバーが第２操作方向に傾倒されたときの前記第１操作レバーからの出力に応じて前記旋回アクチュエータを動作させて旋回動作を実行させる。
【発明の効果】
【0008】
上述のショベルは、掘削作業に関する操作者の負担を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。
【図4A】油圧アクチュエータの操作に関する油圧システムの一部の図である。
【図4B】油圧アクチュエータの操作に関する油圧システムの一部の図である。
【図4C】油圧アクチュエータの操作に関する油圧システムの一部の図である。
【図4D】油圧アクチュエータの操作に関する油圧システムの一部の図である。
【図5A】油圧アクチュエータの操作に関する油圧システムの一部の図である。
【図5B】油圧アクチュエータの操作に関する油圧システムの一部の図である。
【図7】ショベルのマシンコントロール機能の他の例が対象とする一連の作業手順を説明する図である。
【図8A】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機能ブロック図である。
【図8B】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機能ブロック図である。
【図9A】作業現場の様子を示す図である。
【図9B】作業現場の様子を示す図である。
【図9C】作業現場の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図１は本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００の側面図である。ショベル１００の下部走行体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。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。バケット６は、法面バケットであってもよい。
【0011】
ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントＡＴの一例としての掘削アタッチメントを構成している。そして、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。以下では、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のそれぞれはアタッチメントアクチュエータとも称される。ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、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。
【0012】
ブーム角度センサＳ１はブーム４の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は加速度センサであり、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度（以下、「ブーム角度」とする。）を検出できる。ブーム角度は、例えば、ブーム４を最も下げたときに最小角度となり、ブーム４を上げるにつれて大きくなる。
【0013】
アーム角度センサＳ２はアーム５の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は加速度センサであり、ブーム４に対するアーム５の回動角度（以下、「アーム角度」とする。）を検出できる。アーム角度は、例えば、アーム５を最も閉じたときに最小角度となり、アーム５を開くにつれて大きくなる。
【0014】
バケット角度センサＳ３はバケット６の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は加速度センサであり、アーム５に対するバケット６の回動角度（以下、「バケット角度」とする。）を検出できる。バケット角度は、例えば、バケット６を最も閉じたときに最小角度となり、バケット６を開くにつれて大きくなる。
【0015】
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はそれぞれ、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ、ジャイロセンサ、又は、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせ等であってもよい。
【0016】
上部旋回体３には運転室であるキャビン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、コントローラ３０、音声出力装置４３、表示装置４５、入力装置４６、記憶装置４７、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、カメラＳ６、通信装置Ｔ１及び測位装置Ｐ１等が取り付けられている。
【0017】
コントローラ３０は、ショベル１００の駆動制御を行う主制御部として機能するように構成されている。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含むコンピュータで構成されている。コントローラ３０の各種機能は、例えば、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。各種機能は、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を含む。コントローラ３０に含まれる機械制御装置５０は、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能を実行するように構成されている。
【0018】
表示装置４５は、各種情報を表示するように構成されている。表示装置４５は、ＣＡＮ等の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く、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。
【0019】
入力装置４６は、操作者が各種情報をコントローラ３０に入力できるように構成されている。入力装置４６は、キャビン１０内に設置されたタッチパネル、ノブスイッチ、及びメンブレンスイッチ等を含む。
【0020】
音声出力装置４３は、音声を出力するように構成されている。音声出力装置４３は、例えば、コントローラ３０に接続される車載スピーカであってもよく、ブザー等の警報器であってもよい。本実施形態では、音声出力装置４３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ように構成されている。
【0021】
記憶装置４７は、各種情報を記憶するように構成されている。記憶装置４７は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置４７は、ショベル１００の動作中に各種機器が出力する情報を記憶してもよく、ショベル１００の動作が開始される前に各種機器を介して取得する情報を記憶してもよい。記憶装置４７は、例えば、通信装置Ｔ１等を介して取得される目標施工面（設計面）に関する情報を記憶していてもよい。目標施工面は、ショベル１００の操作者が設定したものであってもよく、施工管理者等が設定したものであってもよい。
【0022】
機体傾斜センサＳ４は仮想水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は上部旋回体３の前後軸回りの傾斜角及び左右軸回りの傾斜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、ショベル１００の旋回軸上の一点であるショベル中心点で互いに直交する。
【0023】
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。旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角度を検出或いは算出するように構成されていてもよい。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、ロータリエンコーダ等であってもよい。
【0024】
カメラＳ６は、空間認識装置の一例であり、ショベル１００の周辺の画像を取得するように構成されている。本実施形態では、カメラＳ６は、ショベル１００の前方の空間を撮像する前カメラＳ６Ｆ、ショベル１００の左方の空間を撮像する左カメラＳ６Ｌ、ショベル１００の右方の空間を撮像する右カメラＳ６Ｒ、及び、ショベル１００の後方の空間を撮像する後カメラＳ６Ｂを含む。
【0025】
カメラＳ６は、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮影した画像を表示装置４５に出力する。カメラＳ６は、ステレオカメラ、距離画像カメラ等であってもよい。また、カメラＳ６は、超音波センサ、ミリ波レーダ、ＬＩＤＡＲ又は赤外線センサ等の他の空間認識装置で置き換えられてもよく、他の空間認識装置とカメラとの組み合わせで置き換えられてもよい。
【0026】
前カメラＳ６Ｆは、例えば、キャビン１０の天井、すなわちキャビン１０の内部に取り付けられている。但し、前カメラＳ６Ｆは、キャビン１０の屋根、すなわちキャビン１０の外部に取り付けられていてもよい。左カメラＳ６Ｌは、上部旋回体３の上面左端に取り付けられ、右カメラＳ６Ｒは、上部旋回体３の上面右端に取り付けられ、後カメラＳ６Ｂは、上部旋回体３の上面後端に取り付けられている。
【0027】
空間認識装置はショベル１００の周囲の空間にある物体の位置又は大きさ等を認識するように構成されている。空間認識装置は、認識された物体と空間認識装置又はショベル１００との間の距離を算出するように構成されていてもよく、その物体が存在する方向を特定するように構成されていてもよい。空間認識装置としてミリ波レーダ、超音波センサ、又はレーザレーダ等が利用される場合には、空間認識装置は、多数の信号（レーザ光等）を物体に向けて発信し、その反射信号を受信することで、反射信号から距離を算出し或いは方向を特定してもよい。
【0028】
空間認識装置は、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てもよい。物体は、例えば、ダンプトラック、地形（傾斜、穴等）、電線、電柱、人、動物、車両、建設機械、建造物、壁、ヘルメット、安全ベスト、作業服、又は、ヘルメットにおける所定のマーク等である。空間認識装置は、物体の種類、位置、及び形状等の少なくとも１つを識別できるように構成されていてもよい。例えば、空間認識装置は、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。
【0029】
コントローラ３０は、アクチュエータが動作する前に、空間認識装置によって人が検知されている場合には、その後に操作装置２６が操作された場合であっても、アクチュエータを動作させないように構成されていてもよい。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。また、コントローラ３０は、アクチュエータが動作しているときに、空間認識装置によって人が検知された場合には、アクチュエータの動作を停止させるように構成されていてもよい。
【0030】
通信装置Ｔ１は、ショベル１００の外部にある外部機器との通信を制御する。本実施形態では、通信装置Ｔ１は、衛星通信網、携帯電話通信網、又はインターネット網等を介した外部機器との通信を制御する。外部機器は、例えば、外部施設に設置されたサーバ等の管理装置であってもよく、ショベル１００の周囲の作業者が携帯しているスマートフォン等の支援装置であってもよい。外部機器は、例えば、１又は複数のショベル１００に関する施工情報を管理できるように構成されている。施工情報は、例えば、ショベル１００の稼動時間、燃費及び作業量等の少なくとも一つに関する情報を含む。作業量は、例えば、掘削した土砂の量、及び、ダンプトラックの荷台に積み込んだ土砂の量等である。ショベル１００は、通信装置Ｔ１を介し、所定の時間間隔でショベル１００に関する施工情報を外部機器に送信するように構成されている。
【0031】
測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の位置を測定するように構成されている。測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の向きを測定できるように構成されていてもよい。本実施形態では、測位装置Ｐ１は、例えばＧＮＳＳコンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを検出し、検出値をコントローラ３０に対して出力する。そのため、測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の向きを検出する向き検出装置として機能し得る。向き検出装置は、上部旋回体３に取り付けられた方位センサであってもよい。
【0032】
図２は、ショベル１００の駆動系の構成例を示すブロック図であり、機械的動力系、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。
【0033】
ショベル１００の駆動系は、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ユニット１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作センサ２９、コントローラ３０、及び比例弁３１等を含む。
【0034】
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。また、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のそれぞれの入力軸に連結されている。
【0035】
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ユニット１７に供給するように構成されている。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。
【0036】
レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御するように構成されている。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。例えば、コントローラ３０は、操作センサ２９等の出力を受信し、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。
【0037】
パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して比例弁３１を含む各種油圧制御機器に作動油を供給する。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ユニット１７に作動油を供給する機能とは別に回路を設け、絞り等により作動油の供給圧力を低下させた後で、比例弁３１等に作動油を供給する機能を備えていてもよい。
【0038】
コントロールバルブユニット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ユニット１７は、制御弁１７１～１７６を含む。コントロールバルブユニット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ように構成されている。油圧アクチュエータは、アタッチメント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と、走行アクチュエータとしての走行油圧モータ２Ｍと、旋回アクチュエータとしての旋回油圧モータ２Ａと、を含む。走行油圧モータ２Ｍは、左走行油圧モータ２ＭＬ及び右走行油圧モータ２ＭＲを含む。旋回油圧モータ２Ａは、電動アクチュエータとしての旋回電動発電機であってもよい。
【0039】
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。
【0040】
吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出するように構成されている。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。
【0041】
操作センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出するように構成されている。本実施形態では、操作センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。本実施形態では、コントローラ３０は、操作センサ２９の出力に応じて比例弁３１の開口面積を制御する。そして、コントローラ３０は、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ユニット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、原則として、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。このように、操作装置２６は、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ユニット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ように構成されている。
【0042】
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とコントロールバルブユニット１７内の制御弁のパイロットポート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を介し、コントロールバルブユニット１７内の制御弁のパイロットポートに供給できる。
【0043】
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。
【0044】
次に、コントローラ３０に含まれている機械制御装置５０について説明する。機械制御装置５０は、例えば、マシンガイダンス機能を実行するように構成されている。本実施形態では、機械制御装置５０は、例えば、目標施工面とアタッチメントＡＴの作業部位との距離等の作業情報を操作者に伝える。目標施工面に関する情報は、例えば、記憶装置４７に予め記憶されている。機械制御装置５０は、通信装置Ｔ１を介し、目標施工面に関する情報を外部機器から取得してもよい。目標施工面に関する情報は、例えば、基準座標系で表現されている。基準座標系は、例えば、世界測地系である。世界測地系は、地球の重心に原点をおき、Ｘ軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Ｙ軸を東経９０度の方向に、そしてＺ軸を北極の方向にとる三次元直交ＸＹＺ座標系である。目標施工面は、基準点との相対的な位置関係に基づいて設定されてもよい。この場合、操作者は、施工現場の任意の点を基準点と定めてもよい。アタッチメントＡＴの作業部位は、例えば、バケット６の先端（爪先６Ｔ（図１参照））又はバケット６の背面等である。機械制御装置５０は、表示装置４５又は音声出力装置４３等を介して作業情報を操作者に伝えることでショベル１００の操作をガイドするように構成されていてもよい。
【0045】
機械制御装置５０は、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を実行してもよい。例えば、機械制御装置５０は、操作者が手動で掘削操作を行っているときに、目標施工面とバケット６の先端位置とが一致するようにブーム４、アーム５、及びバケット６の少なくとも一つを自動的に動作させてもよい。
【0046】
本実施形態では、機械制御装置５０は、コントローラ３０に組み込まれているが、コントローラ３０とは別に設けられた制御装置であってもよい。この場合、機械制御装置５０は、例えば、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ及び内部メモリを含むコンピュータで構成される。そして、機械制御装置５０の各種機能は、ＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。また、機械制御装置５０とコントローラ３０とはＣＡＮ等の通信ネットワークを通じて互いに通信可能に接続される。
【0047】
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１００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。
【0048】
ショベル１００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ユニット１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作センサ２９、及びコントローラ３０等を含む。
【0049】
図３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ることができるように構成されている。
【0050】
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のそれぞれの入力軸に連結されている。
【0051】
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ユニット１７に供給できるように構成されている。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。
【0052】
レギュレータ１３は、メインポンプ１４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、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。
【0053】
パイロットポンプ１５は、パイロット圧生成装置の一例であり、パイロットラインを介して油圧制御機器に作動油を供給でき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、パイロット圧生成装置は、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、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット１７に供給する機能に加え、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給する機能を備えていてもよい。この場合、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。
【0054】
コントロールバルブユニット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ユニット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ユニット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ように構成されている。制御弁１７１～１７６は、例えば、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、走行油圧モータ２Ｍ、及び旋回油圧モータ２Ａを含む。走行油圧モータ２Ｍは、左走行油圧モータ２ＭＬ及び右走行油圧モータ２ＭＲを含む。
【0055】
操作装置２６は、操作者がアクチュエータを操作できるように構成されている。本実施形態では、操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータを操作できるように構成された油圧アクチュエータ操作装置を含む。具体的には、油圧アクチュエータ操作装置は、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ユニット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ように構成されている。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。
【0056】
吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出できるように構成されている。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。
【0057】
操作センサ２９は、操作者による操作装置２６の操作の内容を検出できるように構成されている。本実施形態では、操作センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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油圧モータ２ＭＬへ供給し、且つ、左走行油圧モータ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。
【0061】
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油圧モータ２ＭＲへ供給し、且つ、右走行油圧モータ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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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、及び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、及び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。
【0068】
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の吸収パワー（吸収馬力）がエンジン１１の出力パワー（出力馬力）を超えないようにするためである。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
以下では、左右方向に操作される左操作レバー２６Ｌは、「旋回操作レバー」と称され、前後方向に操作される左操作レバー２６Ｌは、「アーム操作レバー」と称される場合がある。また、左右方向に操作される右操作レバー２６Ｒは、「バケット操作レバー」と称され、前後方向に操作される右操作レバー２６Ｒは、「ブーム操作レバー」と称される場合がある。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
操作センサ２９は、操作センサ２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ、２９ＤＬ、２９ＤＲを含む。操作センサ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。
【0078】
同様に、操作センサ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検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【0079】
コントローラ３０は、操作センサ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。
【0080】
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。
【0081】
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。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。
【0082】
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、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、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。
【0083】
次に、図４Ａ～図４Ｄ、図５Ａ、及び図５Ｂ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動作させるための構成について説明する。図４Ａ～図４Ｄ、図５Ａ、及び図５Ｂ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４Ａ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４Ｂ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る。図４Ｃ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り、図４Ｄは、旋回油圧モータ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５Ａは、左走行油圧モータ２ＭＬ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５Ｂは、右走行油圧モータ２ＭＲ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。
【0084】
【0085】
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とコントロールバルブユニット１７内の対応する制御弁のパイロットポート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を介し、コントロールバルブユニット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。そして、コントローラ３０は、比例弁３１が生成するパイロット圧を、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。
【0086】
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。また、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る場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に停止させることができる。
【0087】
例えば、図４Ａ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。
【0088】
操作装置２６にはスイッチＳＷが設けられている。本実施形態では、スイッチＳＷは、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を含む。スイッチＳＷ１は、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。操作者は、スイッチＳＷ１を押しながら左操作レバー２６Ｌを操作できる。スイッチＳＷ１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。スイッチＳＷ２は、左走行レバー２６ＤＬの先端に設けられた押しボタンスイッチである。操作者は、スイッチＳＷ２を押しながら左走行レバー２６ＤＬを操作できる。スイッチＳＷ２は、右走行レバー２６ＤＲ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。
【0089】
操作センサ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検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【0090】
比例弁３１ＡＬは、コントローラ３０が出力する制御指令（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が出力する制御指令（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は、制御弁１７６Ｌ及び制御弁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。同様に、比例弁３１ＡＲは、制御弁１７６Ｌ及び制御弁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。
【0091】
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に応じ、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。また、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、操作者によるアーム閉じ操作に応じ、或いは、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、アーム５を閉じることができる。
【0092】
また、コントローラ３０は、操作者によるアーム開き操作に応じ、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。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、操作者によるアーム開き操作に応じ、或いは、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、アーム５を開くことができる。
【0093】
また、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が行われている場合であっても、必要に応じて、制御弁１７６の閉じ側のパイロットポート（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）に作用するパイロット圧を減圧し、アーム５の閉じ動作を強制的に停止させることができる。操作者によるアーム開き操作が行われているときにアーム５の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
【0094】
或いは、コントローラ３０は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、比例弁３１ＡＲを制御し、制御弁１７６の閉じ側のパイロットポートの反対側にある、制御弁１７６の開き側のパイロットポート（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）に作用するパイロット圧を増大させ、制御弁１７６を強制的に中立位置に戻すことで、アーム５の閉じ動作を強制的に停止させてもよい。操作者によるアーム開き操作が行われている場合にアーム５の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
【0095】
また、以下の図４Ｂ～図４Ｄ、図５Ａ、及び図５Ｂを参照しながらの説明を省略するが、操作者によるブーム上げ操作又はブーム下げ操作が行われている場合にブーム４の動作を強制的に停止させる場合、操作者によるバケット閉じ操作又はバケット開き操作が行われている場合にバケット６の動作を強制的に停止させる場合、及び、操作者による旋回操作が行われている場合に上部旋回体３の旋回動作を強制的に停止させる場合についても同様である。また、操作者による走行操作が行われている場合に下部走行体１の走行動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
【0096】
また、図４Ｂ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。
【0097】
操作センサ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検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【0098】
比例弁３１ＢＬは、コントローラ３０が出力する制御指令（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３１ＢＲは、コントローラ３０が出力する制御指令（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整する。比例弁３１ＢＬは、制御弁１７５Ｌ及び制御弁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。また、比例弁３１ＢＲは、制御弁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。
【0099】
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に応じ、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。また、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３１ＢＬ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、操作者によるブーム上げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、ブーム４を上げることができる。
【0100】
また、コントローラ３０は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、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１７５Ｒの右側パイロットポートに供給できる。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３１ＢＲ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、操作者によるブーム下げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、ブーム４を下げることができる。
【0101】
また、図４Ｃ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。
【0102】
操作センサ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検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【0103】
比例弁３１ＣＬは、コントローラ３０が出力する制御指令（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３１ＣＲは、コントローラ３０が出力する制御指令（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３１ＣＬ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。同様に、比例弁３１ＣＲ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。
【0104】
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に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＬを介し、制御弁１７４の左側パイロットポートに供給できる。また、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３１ＣＬ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、コントローラ３０は、操作者によるバケット閉じ操作に応じ、或いは、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、バケット６を閉じることができる。
【0105】
また、コントローラ３０は、操作者によるバケット開き操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＲを介し、制御弁１７４の右側パイロットポートに供給できる。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３１ＣＲ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、コントローラ３０は、操作者によるバケット開き操作に応じ、或いは、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、バケット６を開くことができる。
【0106】
また、図４Ｄ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。
【0107】
操作センサ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検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【0108】
比例弁３１ＤＬは、コントローラ３０が出力する制御指令（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３１ＤＲは、コントローラ３０が出力する制御指令（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３１ＤＬ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。同様に、比例弁３１ＤＲ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。
【0109】
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に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＤＬを介し、制御弁１７３の左側パイロットポートに供給できる。また、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３１ＤＬ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、コントローラ３０は、操作者による左旋回操作に応じ、或いは、操作者による左旋回操作とは無関係に、旋回機構２を左旋回させることができる。
【0110】
また、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＤＲを介し、制御弁１７３の右側パイロットポートに供給できる。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３１ＤＲ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、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作に応じ、或いは、操作者による右旋回操作とは無関係に、旋回機構２を右旋回させることができる。
【0111】
また、図５Ａに示すように、左走行レバー２６ＤＬは、左クローラ１ＣＬを操作するために用いられる。具体的には、左走行レバー２６ＤＬ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１７１のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左走行レバー２６ＤＬは、前進方向（前方向）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１７１の左側パイロットポートに作用させる。また、左走行レバー２６ＤＬは、後進方向（後方向）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１７１の右側パイロットポートに作用させる。
【0112】
操作センサ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電気的に検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【0113】
比例弁３１ＥＬ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、比例弁３１ＥＬは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＥＬを介して制御弁１７１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３１ＥＲ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、比例弁３１ＥＲは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＥＲを介して制御弁１７１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３１ＥＬ、３１ＥＲは、制御弁１７１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。
【0114】
この構成により、コントローラ３０は、操作者による左前進操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＥＬを介し、制御弁１７１の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、左クローラ１ＣＬを前進させることができる。また、コントローラ３０は、操作者による左後進操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＥＲを介し、制御弁１７１の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、左クローラ１ＣＬを後進させることができる。
【0115】
また、図５Ｂに示すように、右走行レバー２６ＤＲは、右クローラ１ＣＲを操作するために用いられる。具体的には、右走行レバー２６ＤＲ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１７２のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右走行レバー２６ＤＲは、前進方向（前方向）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１７２の右側パイロットポートに作用させる。また、右走行レバー２６ＤＲは、後進方向（後方向）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１７２の左側パイロットポートに作用させる。
【0116】
操作センサ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電気的に検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【0117】
比例弁３１ＦＬ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、比例弁３１ＦＬは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＦＬを介して制御弁１７２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３１ＦＲ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、比例弁３１ＦＲは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＦＲを介して制御弁１７２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３１ＦＬ、３１ＦＲは、制御弁１７２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。
【0118】
この構成により、コントローラ３０は、操作者による右前進操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＦＬを介し、制御弁１７２の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、右クローラ１ＣＲを前進させることができる。また、コントローラ３０は、操作者による右後進操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＦＲを介し、制御弁１７２の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、右クローラ１ＣＲを後進させることができる。
【0119】
また、ショベル１００は、バケットチルト機構を自動的に動作させる構成を備えていてもよい。この場合、バケットチルト機構を構成するバケットチルトシリンダ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。
【0120】
また、操作装置２６の形態として電気式操作レバーに関する説明を記載したが、電気式操作レバーではなく油圧式操作レバーが採用されてもよい。この場合、油圧式操作レバーのレバー操作量は、圧力センサによって圧力の形で検出されてコントローラ３０へ入力されてもよい。また、油圧式操作レバーとしての操作装置２６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てもよい。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、油圧式操作レバーとしての操作装置２６を用いた手動操作が行われると、操作装置２６は、レバー操作量に応じ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。また、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。
【0121】
次に、図６を参照し、機械制御装置５０の構成例について説明する。図６は、機械制御装置５０の構成例を示すブロック図である。具体的には、機械制御装置５０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、旋回角速度センサＳ５、カメラＳ６、測位装置Ｐ１、通信装置Ｔ１、及び入力装置４６等の少なくとも一つから情報を取得する。そして、機械制御装置５０は、例えば、取得した情報に基づいてバケット６と目標施工面との間の距離を算出し、音声及び画像表示の少なくとも一つにより、バケット６と目標施工面との間の距離の大きさをショベル１００の操作者に伝えるようにする。また、機械制御装置５０は、位置算出部５１、距離算出部５２、情報伝達部５３及び自動制御部５４を有する。
【0122】
位置算出部５１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５１は、アタッチメントＡＴの作業部位の基準座標系における座標点を算出する。具体的には、位置算出部５１は、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の先端（爪先６Ｔ）の座標点を算出する。位置算出部５１は、バケット６の爪先６Ｔの中央の座標点だけでなく、バケット６の爪先６Ｔの左端の座標点、及び、バケット６の爪先６Ｔの右端の座標点を算出してもよい。
【0123】
距離算出部５２は、２つの測位対象間の距離を算出するように構成されている。本実施形態では、距離算出部５２は、バケット６の爪先６Ｔと目標施工面との間の鉛直距離を算出する。距離算出部５２は、ショベル１００が目標施工面に正対しているか否かを機械制御装置５０が判断できるよう、バケット６の爪先６Ｔの左端及び右端のそれぞれの座標点とそれらに対応する目標施工面との距離（例えば鉛直距離）を算出してもよい。
【0124】
情報伝達部５３は、各種情報をショベル１００の操作者に伝えるように構成されている。本実施形態では、情報伝達部５３は、距離算出部５２が算出した各種距離の大きさをショベル１００の操作者に伝える。具体的には、視覚情報及び聴覚情報の少なくとも一つを用いて、バケット６の爪先６Ｔと目標施工面との間の鉛直距離の大きさをショベル１００の操作者に伝える。
【0125】
例えば、情報伝達部５３は、音声出力装置４３による断続音を用いて、バケット６の爪先６Ｔと目標施工面との間の鉛直距離の大きさを操作者に伝えてもよい。この場合、情報伝達部５３は、鉛直距離が小さくなるほど、断続音の間隔を短くしてもよい。情報伝達部５３は、連続音を用いてもよく、音の高低及び強弱等の少なくとも一つを変化させて鉛直距離の大きさの違いを表すようにしてもよい。また、情報伝達部５３は、バケット６の爪先６Ｔが目標施工面よりも低い位置になった場合には警報を発してもよい。警報は、例えば、断続音より顕著に大きい連続音である。
【0126】
また、情報伝達部５３は、バケット６の爪先６Ｔと目標施工面との間の鉛直距離の大きさを作業情報として表示装置４５に表示させてもよい。表示装置４５は、例えば、カメラＳ６から受信した画像データと共に、情報伝達部５３から受信した作業情報を画面に表示する。情報伝達部５３は、例えば、アナログメータの画像又はバーグラフインジケータの画像等を用いて鉛直距離の大きさを操作者に伝えるようにしてもよい。
【0127】
自動制御部５４は、アクチュエータを自動的に動作させることで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。例えば、自動制御部５４は、操作者が手動でアーム閉じ操作を行っている場合に、目標施工面とバケット６の爪先６Ｔ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の少なくとも一つを自動的に伸縮させてもよい。この場合、操作者は、例えば、アーム操作レバーを閉じ方向に操作するだけで、バケット６の爪先６Ｔを目標施工面に一致させながら、アーム５を閉じることができる。この自動制御は、入力装置４６の一つである所定のスイッチが押されたときに実行されるように構成されていてもよい。所定のスイッチは、例えば、マシンコントロールスイッチ（以下、「ＭＣスイッチ」とする。）であり、スイッチＳＷのようなノブスイッチとして操作装置２６の先端に配置されていてもよい。
【0128】
自動制御部５４は、ＭＣスイッチ等の所定のスイッチが押されたときに、上部旋回体３を目標施工面に正対させるために旋回速度を減速させ、上部旋回体３を目標施工面に正対させるように、目標施工面に正対する位置で上部旋回体３を停止させてもよい。但し、自動制御部５４は、旋回油圧モータ２Ａを自動的に回転させてもよい。この場合、操作者は、所定のスイッチを押すだけで、若しくは、所定のスイッチを押した状態で旋回操作レバーを操作するだけで、上部旋回体３を目標施工面に正対させることができる。或いは、操作者は、所定のスイッチを押すだけで、上部旋回体３を目標施工面に正対させ且つマシンコントロール機能を開始させることができる。以下では、上部旋回体３を目標施工面に正対させる制御を「正対制御」と称する。正対制御では、機械制御装置５０は、バケット６の爪先６Ｔの左端の座標点と目標施工面との間の鉛直距離である左端鉛直距離と、バケット６の爪先６Ｔの右端の座標点と目標施工面との間の鉛直距離である右端鉛直距離とが等しくなった場合に、ショベル１００が目標施工面に正対していると判断する。但し、左端鉛直距離と右端鉛直距離とが等しくなった場合ではなく、すなわち左端鉛直距離と右端鉛直距離との差がゼロになった場合ではなく、その差が所定値以下になった場合に、ショベル１００が目標施工面に正対していると判断してもよい。機械制御装置５０は、ショベル１００が目標施工面に正対していると判断した場合、視覚情報及び聴覚情報の少なくとも一つを用い、正対制御が完了したことを操作者に知らせてもよい。すなわち、機械制御装置５０は、上部旋回体３を目標施工面に正対させたことを操作者に知らせてもよい。
【0129】
本実施形態では、自動制御部５４は、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且つ自動的に調整することで各アクチュエータを自動的に動作させることができる。例えば、正対制御では、自動制御部５４は、左端鉛直距離と右端鉛直距離との差に基づいて旋回油圧モータ２Ａを動作させてもよい。具体的には、自動制御部５４は、所定のスイッチが押された状態で旋回操作レバーが操作されると、上部旋回体３を目標施工面に正対させる方向に旋回操作レバーが操作されたか否かを判断する。例えば、バケット６の爪先６Ｔと目標施工面（上り法面）との間の鉛直距離が大きくなる方向に旋回操作レバーが操作された場合、自動制御部５４は、正対制御を実行しない。一方で、バケット６の爪先６Ｔと目標施工面（上り法面）との間の鉛直距離が小さくなる方向に旋回操作レバーが操作された場合、自動制御部５４は、正対制御を実行する。その結果、自動制御部５４は、左端鉛直距離と右端鉛直距離との差が小さくなるように旋回油圧モータ２Ａを動作させることができる。その後、自動制御部５４は、その差が所定値以下或いはゼロになると、旋回油圧モータ２Ａを停止させる。或いは、自動制御部５４は、その差が所定値以下或いはゼロとなる旋回角度を目標角度として設定し、その目標角度と現在の旋回角度（検出値）との角度差がゼロになるように旋回角度制御を行ってもよい。この場合、旋回角度は、例えば、基準方向に関する上部旋回体３の前後軸の角度である。
【0130】
また、自動制御部５４は、掘削操作又は法面仕上げ操作等の目標施工面に関する操作が行われているときに、上部旋回体３が目標施工面に正対している状態が維持されるようにアクチュエータを自動的に動作させてもよい。例えば、自動制御部５４は、掘削反力等により上部旋回体３の向きが変わり、上部旋回体３が目標施工面に正対しなくなった場合、上部旋回体３を速やかに目標施工面に正対させるために、旋回油圧モータ２Ａを自動的に動作させてもよい。或いは、自動制御部５４は、目標施工面に関する操作が行われているときに、掘削反力等によって上部旋回体３の向きが変化しないように、アクチュエータを予防的に動作させてもよい。
【0131】
また、機械制御装置５０は、更に、旋回角度算出部５５及び相対角度算出部５６を有する。
【0132】
旋回角度算出部５５は、上部旋回体３の旋回角度を算出する。上部旋回体３の現在の向きを特定するためである。本実施形態では、旋回角度算出部５５は、測位装置Ｐ１としてのＧＮＳＳコンパスの出力に基づき、基準方向に関する上部旋回体３の前後軸の角度を旋回角度として算出する。旋回角度算出部５５は、旋回角速度センサＳ５の出力に基づいて旋回角度を算出してもよい。また、旋回角度算出部５５は、施工現場に基準点が設定されている場合には、旋回軸から基準点を見た方向を基準方向としてもよい。
【0133】
旋回角度は、アタッチメント稼動面が延びる方向を示す。アタッチメント稼動面は、例えば、アタッチメントＡＴを縦断する仮想平面であり、旋回平面に垂直となるように配置される。旋回平面は、例えば、旋回軸に垂直な旋回フレームの底面を含む仮想平面である。機械制御装置５０は、例えば、アタッチメント稼動面ＡＦ（図９（Ａ）参照）が目標施工面の法線を含んでいると判断した場合に、上部旋回体３が目標施工面に正対していると判断する。
【0134】
相対角度算出部５６は、上部旋回体３を目標施工面に正対させるために必要な旋回角度としての相対角度を算出する。相対角度は、例えば、上部旋回体３を目標施工面に正対させたときの上部旋回体３の前後軸の方向と、上部旋回体３の前後軸の現在の方向との間に形成されている相対的な角度である。本実施形態では、相対角度算出部５６は、記憶装置４７に記憶されている目標施工面に関する情報と、旋回角度算出部５５が算出した旋回角度とに基づいて相対角度を算出する。
【0135】
自動制御部５４は、所定のスイッチが押された状態で旋回操作レバーが操作されると、上部旋回体３を目標施工面に正対させる方向に旋回操作レバーが操作されたか否かを判断する。そして、上部旋回体３を目標施工面に正対させる方向に旋回操作レバーが操作されたと判断した場合、自動制御部５４は、相対角度算出部５６が算出した相対角度を目標角度として設定する。そして、旋回操作レバーが操作された後の旋回角度の変化が目標角度に達した場合に、上部旋回体３が目標施工面に正対したと判定し、旋回油圧モータ２Ａの動きを停止させる。
【0136】
このようにして、機械制御装置５０は、上部旋回体３を目標施工面に正対させることができる。
【0137】
次に、図７を参照して、本実施形態に係るショベル１００のマシンコントロール機能の概要について説明する。
【0138】
図７は、本実施形態に係るショベル１００のマシンコントロール機能の一例の概要を説明する図である。具体的には、図７は、本実施形態に係るショベル１００のマシンコントロール機能の一例が対象とする掘削作業の一連の動作（作業工程）を示す図である。
【0139】
図７に示す例では、ショベル１００は、最初に掘削動作を行い、掘削動作でバケット６内に土砂等を収容した後、ブーム上げ旋回動作を行う。そして、ショベル１００は、ブーム上げ旋回動作を行った後、ダンプトラックの荷台の上にバケット６内の土砂等を排土する排土動作を行う。そして、ショベル１００は、排土動作でバケット６内の土砂等をダンプトラックの荷台の上に排土した後、ブーム下げ旋回動作を行う。このように、ショベル１００は、掘削動作、ブーム上げ旋回動作、排土動作、及びブーム下げ旋回動作を経て、再度、掘削動作に戻る一連の動作を繰り返す。このとき、コントローラ３０は、例えば、マシンコントロール機能におけるマスタ要素、つまり、操作者等による操作入力に応じて動作する動作要素を切り替えながら、当該一連の動作を対象としてマシンコントロール機能を実現する。
【0140】
例えば、コントローラ３０は、掘削動作において、アーム５をマスタ要素に設定してもよい。そして、コントローラ３０は、アーム５に関する操作者の操作入力に関する操作指令に対応するアーム５の動作に合わせて、所定の目標軌道に沿ってアタッチメントＡＴの所定部位が移動するように、ブーム４及びバケット６の動作を制御してもよい。これにより、コントローラ３０は、掘削動作に関するマシンコントロール機能を実現することができる。
【0141】
また、コントローラ３０は、排土動作において、アーム５をマスタ要素に設定してもよい。そして、コントローラ３０は、アーム５に関する操作者の操作入力に関する操作指令に対応するアーム５の動作に合わせて、所定の目標軌道に沿ってアタッチメントＡＴの所定部位が移動するように、ブーム４及びバケット６の動作を制御してもよい。これにより、コントローラ３０は、掘削動作に関するマシンコントロール機能を実現することができる。このとき、目標軌道は、ダンプトラックの荷台における所定の目標位置に土砂等が排土されるように予め規定される。これにより、コントローラ３０は、排土動作に関するマシンコントロール機能を実現することができる。
【0142】
【0143】
図８Ａ及び図８Ｂは、本実施形態に係るショベル１００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機能ブロック図である。具体的には、図８Ａ及び図８Ｂは、ショベル１００の半自動運転機能に関する詳細な構成を示す機能ブロック図である。
【0144】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ショベル１００の半自動運転機能を実現するコントローラ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、バケット形状取得部３００６と、マスタ要素設定部３００７と、制御基準設定部３００８と、動作指令生成部３００９と、パイロット指令生成部３０１０と、姿勢角算出部３０１１とを含む。これらの機能部は、例えば、スイッチＳＷ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。
【0145】
操作内容取得部３００１は、操作センサ２９ＬＡから取り込まれる検出信号に基づき、左操作レバー２６Ｌにおける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（前方向であるか後方向であるか）と、操作量を取得（算出）する。また、ショベル１００が遠隔操作される場合、外部装置から受信される遠隔操作信号の内容に基づき、ショベル１００の半自動運転機能が実現されてもよい。この場合、操作内容取得部３００１は、外部装置から受信される遠隔操作信号に基づき、遠隔操作に関する操作内容を取得する。
【0146】
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目標施工面に関するデータを取得する。
【0147】
目標軌道設定部３００３は、アタッチメントＡＴの先端部、具体的には、アタッチメントＡＴの制御基準となる所定部位（例えば、アームトップピン５Ｔ（図１参照）、バケット６の爪先６Ｔ、バケット６の背面等）を目標軌道に沿って移動させるための情報（目標軌道に関する情報）を設定する。目標軌道に関する情報は、例えば、目標軌道を構成する多くの目標点の座標に関する情報である。目標軌道設定部３００３は、例えば、ショベル１００の状態に関するデータ（ショベル１００の位置及び上部旋回体３の向き等）と目標施工面取得部３００２が取得した目標施工面に関するデータとカメラＳ６が撮像した画像とに基づいて目標軌道に関する情報を設定する。また、目標軌道には、許容可能な誤差の範囲（以下、「許容誤差範囲」）が設定されていてもよい。この場合、目標軌道に関する情報には、許容誤差範囲に関する情報が含まれてもよい。
【0148】
現在位置算出部３００４は、アタッチメントＡＴにおける制御基準（例えば、バケット６の作業部位としての爪先６Ｔや背面等）の位置（現在位置）を算出する。具体的には、現在位置算出部３００４は、後述する姿勢角算出部３０１１により算出されるブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３に基づき、アタッチメントＡＴの制御基準の（現在）位置を算出してよい。
【0149】
目標位置算出部３００５は、操作者の操作入力（例えば、左操作レバー２６Ｌにおける前後方向の操作）の内容と、設定された目標軌道に関する情報と、アタッチメントＡＴにおける制御基準（作業部位）の現在位置とに基づき、制御基準（作業部位）の目標位置を算出する。操作内容には、例えば、操作方向及び操作量が含まれる。当該目標位置は、アーム５が操作者による操作入力における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、アタッチメントＡＴの先端部の目標位置を算出してよい。
【0150】
バケット形状取得部３００６は、例えば、内部メモリや所定の外部記憶装置等から予め登録されているバケット６の形状に関するデータを取得する。このとき、バケット形状取得部３００６は、予め登録される複数の種類のバケット６の形状に関するデータのうち、入力装置４６を通じた設定操作により設定されている種類のバケット６の形状に関するデータを取得してよい。
【0151】
マスタ要素設定部３００７は、アタッチメントＡＴを構成する動作要素（これらの動作要素を駆動するアクチュエータ）のうち、操作者の操作入力或いは操作指令に応じて動作する動作要素（アクチュエータ）（以下、「マスタ要素」）を設定する。以下、操作者の操作入力に関する操作指令に合わせて動作する動作要素、及びその動作要素を駆動するアクチュエータを包括的に或いはそれぞれを個別にマスタ要素と称する場合があり、後述のスレーブ要素についても同様である。
【0152】
制御基準設定部３００８は、アタッチメントＡＴにおける制御基準を設定する。例えば、制御基準設定部３００８は、入力装置４６を通じた操作者等による操作に応じて、アタッチメントＡＴの制御基準を設定してよい。また、例えば、制御基準設定部３００８は、所定の条件の成立に応じて、自動的に、アタッチメントＡＴの制御基準を設定変更してもよい。
【0153】
動作指令生成部３００９は、アタッチメントＡＴにおける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」）β１ｒ、アーム５の動作に関する指令値（以下、「アーム指令値」）β２ｒ、及びバケット６の動作に関する指令値（「バケット指令値」）β３ｒを生成する。例えば、ブーム指令値β１ｒ、アーム指令値β２ｒ、及びバケット指令値β３ｒは、それぞれ、アタッチメントＡＴにおける制御基準が目標位置を実現するために必要なブーム４の角速度（以下、ブーム角速度）、アーム５の角速度（以下、「ブーム角速度」）、及びバケット６の角速度（以下、「バケット角速度」）である。動作指令生成部３００９は、マスタ指令値生成部３００９Ａと、スレーブ指令値生成部３００９Ｂを含む。
【0154】
尚、ブーム指令値、アーム指令値、及びバケット指令値は、アタッチメントＡＴにおける制御基準が目標位置を実現したときのブーム角度、アーム角度、及びバケット角度であってもよい。また、ブーム指令値、アーム指令値、及びバケット指令値は、アタッチメントＡＴにおける制御基準が目標位置を実現するために必要な角加速度等であってもよい。
【0155】
マスタ指令値生成部３００９Ａ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、マスタ要素の動作に関する指令値（以下、「マスタ指令値」）βｍを生成する。マスタ指令値生成部３００９Ａは、例えば、マスタ要素設定部３００７により設定されているマスタ要素がブーム４（ブームシリンダ７）の場合、マスタ指令値βｍとして、ブーム指令値β１ｒを生成し、後述するブームパイロット指令生成部３０１０Ａに向けて出力する。また、マスタ指令値生成部３００９Ａは、例えば、マスタ要素設定部３００７により設定されているマスタ要素がアーム５（アームシリンダ８）の場合、アーム指令値β２ｒを生成し、アームパイロット指令生成部３０１０Ｂに向けて出力する。また、マスタ指令値生成部３００９Ａは、例えば、マスタ要素設定部３００７により設定されているマスタ要素がバケット６（バケットシリンダ９）である場合、マスタ指令値βｍとして、バケット指令値β３ｒを生成し、バケットパイロット指令生成部３０１０Ｃに向けて出力する。具体的には、マスタ指令値生成部３００９Ａは、操作者の操作或いは操作指令の内容（操作方向及び操作量）に対応するマスタ指令値βｍを生成する。例えば、マスタ指令値生成部３００９Ａは、操作者の操作或いは操作指令の内容と、ブーム指令値β１ｒ、アーム指令値β２ｒ、及びバケット指令値β３ｒのそれぞれとの関係を規定する所定のマップや変換式等に基づき、マスタ指令値としてのブーム指令値β１ｒ、アーム指令値β２ｒ、バケット指令値β３ｒを生成してよい。
【0156】
スレーブ指令値生成部３００９Ｂは、アタッチメントＡＴを構成する動作要素のうち、マスタ要素の動作に合わせて（同期して）、アタッチメントＡＴの制御基準が目標軌道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」）βｓ１、βｓ２を生成する。スレーブ指令値生成部３００９Ｂは、例えば、マスタ要素設定部３００７によりブーム４がマスタ要素に設定されている場合、スレーブ指令値βｓ１、βｓ２として、アーム指令値β２ｒ及びバケット指令値β３ｒを生成し、それぞれ、アームパイロット指令生成部３０１０Ｂ及びバケットパイロット指令生成部３０１０Ｃに向けて出力する。また、スレーブ指令値生成部３００９Ｂは、例えば、マスタ要素設定部３００７によりアーム５がマスタ要素に設定されている場合、スレーブ指令値βｓ１、βｓ２として、ブーム指令値β１ｒ及びバケット指令値β３ｒを生成し、それぞれ、ブームパイロット指令生成部３０１０Ａ及びバケットパイロット指令生成部３０１０Ｃに向けて出力する。また、スレーブ指令値生成部３００９Ｂは、マスタ要素設定部３００７によりバケット６がマスタ要素に設定されている場合、スレーブ指令値βｓ１、βｓ２として、ブーム指令値β１ｒ及びアーム指令値β２ｒを生成し、それぞれ、ブームパイロット指令生成部３０１０Ａ及びアームパイロット指令生成部３０１０Ｂに向けて出力する。具体的には、スレーブ指令値生成部３００９Ｂは、マスタ指令値βｍに対応するマスタ要素の動作に合わせて（同期して）スレーブ要素が動作し、アタッチメントＡＴの制御基準が目標位置を実現できるように（つまり、目標軌道に沿って移動するように）、スレーブ指令値βｓ１、βｓ２を生成する。これにより、コントローラ３０は、操作者の操作入力に対応するアタッチメントＡＴのマスタ要素の動作に合わせ（つまり、同期させ）、必要時応じてアタッチメントＡＴの二つのスレーブ要素の少なくとも一つを動作させることで、アタッチメントＡＴの制御基準を目標軌道に沿って移動させることができる。つまり、マスタ要素（の油圧アクチュエータ）は、操作者の操作入力に応じて動作し、スレーブ要素（の油圧アクチュエータ）は、例えば、バケット６の爪先６Ｔ等のアタッチメントＡＴの先端部（制御基準）が目標軌道に沿って移動するように、マスタ要素（の油圧アクチュエータ）の動作に合わせて、その動作が制御される。
【0157】
パイロット指令生成部３０１０は、ブーム指令値β１ｒ、アーム指令値β２ｒ、及びバケット指令値β３ｒに対応するブーム角速度、アーム角速度、及びバケット角速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３０１０は、ブームパイロット指令生成部３０１０Ａと、アームパイロット指令生成部３０１０Ｂと、バケットパイロット指令生成部３０１０Ｃを含む。
【0158】
ブームパイロット指令生成部３０１０Ａは、ブーム指令値β１ｒと、後述するブーム角度算出部３０１１Ａによる現在のブーム角速度の算出値（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３０１０Ａ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。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β１ｒに対応するブーム角速度を実現するように、ブーム４が動作する。
【0159】
アームパイロット指令生成部３０１０Ｂは、アーム指令値β２ｒと、後述するアーム角度算出部３０１１Ｂによる現在のアーム角速度の算出値（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。そして、アームパイロット指令生成部３０１０Ｂ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β２ｒに対応するアーム角速度を実現するように、アーム５が動作する。
【0160】
バケットパイロット指令生成部３０１０Ｃは、バケット指令値β３ｒと、後述するバケット角度算出部３０１１Ｃによる現在のバケット角速度の算出値（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。そして、バケットパイロット指令生成部３０１０Ｃ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３１ＣＬ、３１ＣＲに出力する。これにより、上述の如く、比例弁３１ＣＬ、３１ＣＲ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β３ｒに対応するバケット角速度を実現するように、バケット６が動作する。
【0161】
姿勢角算出部３０１１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、アーム角度、及びバケット角度、並びに、ブーム角速度、アーム角速度、及びバケット角速度を算出（測定）する。姿勢角算出部３０１１は、ブーム角度算出部３０１１Ａと、アーム角度算出部３０１１Ｂと、バケット角度算出部３０１１Ｃを含む。
【0162】
ブーム角度算出部３０１１Ａ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、ブーム角度及びブーム角速度等を算出（測定）する。これにより、ブームパイロット指令生成部３０１０Ａは、ブーム角度算出部３０１１Ａの測定結果に基づき、ブームシリンダ７の動作に関するフィードバック制御を行うことができる。
【0163】
アーム角度算出部３０１１Ｂ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、アーム角度及びアーム角速度等を算出（測定）する。これにより、アームパイロット指令生成部３０１０Ｂは、アーム角度算出部３０１１Ｂの測定結果に基づき、アームシリンダ８の動作に関するフィードバック制御を行うことができる。
【0164】
バケット角度算出部３０１１Ｃ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、バケット角度及びバケット角速度等を算出（測定）する。これにより、バケットパイロット指令生成部３０１０Ｃは、バケット角度算出部３０１１Ｃの測定結果に基づき、バケットシリンダ９の動作に関するフィードバック制御を行うことができる。
【0165】
次に、図９Ａ～図９Ｃを参照し、ショベル１００のマシンコントロール機能の別の一例によって実行される掘削作業の一連の動作（作業工程）について説明する。図９Ａ～図９Ｃは、ショベル１００によるダンプトラックＤＴへの土砂の積み込みが行われる作業現場の様子を示す。具体的には、図９Ａは、ダンプトラックＤＴの後方から作業現場を見たときの作業現場の様子を示す図である。図９Ｂは、真上から作業現場を見たときの作業現場の様子を示す図である。図９Ｃは、ダンプトラックＤＴの左側方から作業現場を見たときの作業現場の様子を示す図である。図９Ａ及び図９Ｃでは、明瞭化のため、ショベル１００（バケット６を除く。）の図示が省略されている。また、図９Ａにおいて、バケット位置６Ａ～バケット位置６Ｇは掘削動作が行われているときのバケット６の動きを表す。具体的には、バケット位置６Ａ～バケット位置６Ｅは、バケット６が地面から離れる前のバケット６の状態を表し、バケット位置６Ｆ～バケット位置６Ｇは、バケット６が地面から離れた後のバケット６の状態を表す。また、図９Ｃにおいて、バケット位置６Ｈ～バケット位置６Ｍは排土動作が行われているときのバケット６の動きを表す。
【0166】
図９Ａに示すように、コントローラ３０の目標軌道設定部３００３は、ショベル１００の状態に関するデータ（ショベル１００の位置及び上部旋回体３の向き等）と目標施工面取得部３００２が取得した目標施工面に関するデータとカメラＳ６が撮像した画像とに基づいて掘削動作に関する目標軌道ＴＬを設定する。
【0167】
掘削動作に関する目標軌道ＴＬの一例として図９Ａに示される目標軌道ＴＬ１は、アタッチメントＡＴの制御基準となる所定部位としてのアームトップピン５Ｔが辿る目標軌道である。掘削動作に関する目標軌道ＴＬの別の一例として図９Ａに示される目標軌道ＴＬ２は、アタッチメントＡＴの制御基準となる所定部位としてのバケット６の爪先６Ｔが辿る目標軌道である。
【0168】
図９Ａに示す例では、目標軌道ＴＬ１は、ＭＣスイッチが押されたときに動的に算出される目標軌道ＴＬであり、始点ＳＰ１及び終点ＥＰ１を有する。始点ＳＰ１は、例えば、ＭＣスイッチが押されたときのアームトップピン５Ｔの位置に基づいて設定され、終点ＥＰ１は、ダンプトラックＤＴの荷台の高さＨｄよりも高い位置に設定される。目標軌道ＴＬ２についても同様である。
【0169】
点ＰＴ１は、バケット６がバケット位置６Ａに示す位置にあるときのアームトップピン５Ｔの位置を表す点であり、目標軌道ＴＬ１上に位置する。点ＰＴ２～点ＰＴ７についても同様である。点ＥＤ１は、バケット６がバケット位置６Ａに示す位置にあるときの爪先６Ｔの位置を表す点であり、目標軌道ＴＬ２上に位置する。点ＥＤ２～点ＥＤ７についても同様である。
【0170】
また、図９Ａに示す例では、目標軌道ＴＬ１及び目標軌道ＴＬ２は何れも、上部旋回体３の前後軸と旋回軸とを含む仮想平面上に設定される。
【0171】
操作者は、ＭＣスイッチとしてのスイッチＳＷを押してマシンコントロール機能を開始させる。マシンコントロール機能は、スイッチＳＷが押された状態で左操作レバー２６Ｌが操作されたときに実行される。但し、マシンコントロール機能は、スイッチＳＷが押されてその実行が開始された後は、スイッチＳＷが再度押されるまでその実行が継続されてもよい。すなわち、コントローラ３０は、スイッチＳＷの操作に応じてマシンコントロール機能の状態をオン状態とオフ状態との間で切り換えるように構成されていてもよい。この場合、操作者は、マシンコントロール機能の実行を継続させるためにスイッチＳＷを押し続ける必要は無い。
【0172】
スイッチＳＷが押された状態で左操作レバー２６Ｌが手前側（後方）に倒されると、アタッチメントＡＴは、バケット位置６Ａで示す位置にあるバケット６がバケット位置６Ｂで示す位置に移動するように動かされる。具体的には、コントローラ３０は、ブームシリンダ７を収縮させてブーム４を下げ、アームシリンダ８を伸張させてアーム５を閉じ、且つ、バケットシリンダ９を伸張させてバケット６を閉じる。
【0173】
その後、アタッチメントＡＴは、バケット位置６Ｂで示す位置にあるバケット６がバケット位置６Ｃで示す位置に移動するように動かされる。具体的には、コントローラ３０は、ブームシリンダ７を伸張させてブーム４を僅かに上げ、且つ、アームシリンダ８を伸張させてアーム５を閉じる。
【0174】
その後も同様に、スイッチＳＷが押された状態で左操作レバー２６Ｌが手前側（後方）に倒されている限り、アタッチメントＡＴは、アームトップピン５Ｔが目標軌道ＴＬ１に沿って移動し、且つ、バケット６の爪先６Ｔが目標軌道ＴＬ２に沿って移動するように動かされる。
【0175】
このように、左操作レバー２６Ｌの手前側（後方）への傾倒に応じて実現されるアタッチメントアクチュエータの動きは、アタッチメントＡＴの制御基準となる所定部位が掘削動作に関する目標軌道ＴＬ上のどこに位置しているかによって異なる。具体的には、ブームシリンダ７は、掘削動作の前半では左操作レバー２６Ｌが手前側（後方）に倒されるとブーム４を下降させるように収縮するが、掘削動作の後半では左操作レバー２６Ｌが手前側（後方）に倒されるとブーム４を上昇させるように伸張する。
【0176】
アームトップピン５Ｔの位置が目標軌道ＴＬ１の終点ＥＰ１に達し、且つ、バケット６の爪先６Ｔの位置が目標軌道ＴＬ２の終点ＥＰ２に達すると、アタッチメントＡＴは、スイッチＳＷが押された状態で左操作レバー２６Ｌが手前側（後方）に倒されている場合であっても、その動きを停止させる。
【0177】
このように、操作者は、左操作レバー２６Ｌを手前側（後方）に倒すだけで、バケット位置６Ａ～バケット位置６Ｇの順でバケット６が動くようにアタッチメントＡＴを動作させることができる。そのため、操作者は、左操作レバー２６Ｌを手前側（後方）に倒すだけでショベル１００に掘削動作を実行させることができる。
【0178】
その後、左操作レバー２６Ｌが右方に倒されると、上部旋回体３は、右方に旋回するように動かされる。図９Ｂにおいて、点線で表される軌跡ＴＲ１は、バケット位置６Ｇ（図９Ａ参照）に示す位置にバケット６が達した時点で左操作レバー２６Ｌが右方に倒されたときにアームトップピン５Ｔが辿る軌跡を示す。
【0179】
このように、操作者は、アームトップピン５Ｔの位置が目標軌道ＴＬ１の終点ＥＰ１（図９Ａ参照）に達する前であっても、左操作レバー２６Ｌを右方に倒すことによって上部旋回体３を右方に旋回させることができる。
【0180】
操作者は、スイッチＳＷを押しながら左操作レバー２６Ｌを手前側（後方）に倒した状態で左操作レバー２６Ｌを右方に倒すことによって、目標軌道ＴＬ１に沿ったアームトップピン５Ｔの移動を継続させながら上部旋回体３を右方に旋回させてもよい。
【0181】
その後、操作者は、上部旋回体３の向きが所望の向きとなったところで、左操作レバー２６Ｌを中立位置に戻し、上部旋回体３の旋回を停止させることができる。図９Ｂに示す例では、操作者は、バケット位置６Ｈに示す位置にバケット６が達した時点で左操作レバー２６Ｌを中立位置に戻し、上部旋回体３の右方への旋回を停止させている。
【0182】
なお、コントローラ３０は、マシンコントロール機能により、上部旋回体３の旋回を自動的に停止させることができるように構成されていてもよい。例えば、コントローラ３０は、旋回開始後の上部旋回体３の旋回角度が目標角度になった場合には、左操作レバー２６Ｌが右方向に倒されているときであっても、上部旋回体３の旋回を停止させてもよい。
【0183】
その後、図９Ｃに示すように、コントローラ３０の目標軌道設定部３００３は、カメラＳ６が撮像した画像に基づいて排土動作に関する目標軌道ＴＬを設定する。
【0184】
排土動作に関する目標軌道ＴＬの一例として図９Ｃに示される目標軌道ＴＬ３は、アタッチメントＡＴの制御基準となる所定部位としてのアームトップピン５Ｔが辿る目標軌道である。排土動作に関する目標軌道ＴＬの別の一例として図９Ｃに示される目標軌道ＴＬ４は、アタッチメントＡＴの制御基準となる所定部位としてのバケット６の爪先６Ｔが辿る目標軌道である。
【0185】
図９Ｃに示す例では、目標軌道ＴＬ３は、排土動作の開始時に動的に算出される目標軌道ＴＬであり、始点ＳＰ３及び終点ＥＰ３を有する。始点ＳＰ３は、例えば、排土動作が開始されるときのアームトップピン５Ｔの位置に基づいて設定され、終点ＥＰ３は、ダンプトラックＤＴの荷台の形状に基づいて設定される。目標軌道ＴＬ４についても同様である。
【0186】
点ＰＴ８は、バケット６がバケット位置６Ｈに示す位置にあるときのアームトップピン５Ｔの位置を表す点であり、目標軌道ＴＬ３上に位置する。点ＰＴ９～点ＰＴ１３についても同様である。点ＥＤ８は、バケット６がバケット位置６Ｈに示す位置にあるときの爪先６Ｔの位置を表す点であり、目標軌道ＴＬ４上に位置する。点ＥＤ９～点ＥＤ１３についても同様である。
【0187】
また、図９Ｃに示す例では、目標軌道ＴＬ３及び目標軌道ＴＬ４は何れも、上部旋回体３の前後軸と旋回軸とを含む仮想平面上に設定される。
【0188】
具体的には、スイッチＳＷが押された状態で左操作レバー２６Ｌが奥側（前方）に倒されると、アタッチメントＡＴは、図９Ｃに示すように、バケット位置６Ｈで示す位置にあるバケット６がバケット位置６Ｉで示す位置に移動するように動かされる。具体的には、コントローラ３０は、ブームシリンダ７を伸張させてブーム４を上げ、アームシリンダ８を収縮させてアーム５を開き、且つ、バケットシリンダ９を収縮させてバケット６を開く。
【0189】
その後、アタッチメントＡＴは、バケット位置６Ｉで示す位置にあるバケット６がバケット位置６Ｊで示す位置に移動するように動かされる。具体的には、コントローラ３０は、ブームシリンダ７を収縮させてブーム４を下げ、アームシリンダ８を収縮させてアーム５を開き、且つ、バケットシリンダ９を収縮させてバケット６を開く。
【0190】
その後も同様に、スイッチＳＷが押された状態で左操作レバー２６Ｌが奥側（前方）に倒されている限り、アタッチメントＡＴは、アームトップピン５Ｔが目標軌道ＴＬ３に沿って移動し、且つ、バケット６の爪先６Ｔが目標軌道ＴＬ４に沿って移動するように動かされる。
【0191】
アームトップピン５Ｔの位置が目標軌道ＴＬ３の終点ＥＰ３に達し、且つ、バケット６の爪先６Ｔの位置が目標軌道ＴＬ４の終点ＥＰ４に達すると、アタッチメントＡＴは、スイッチＳＷが押された状態で左操作レバー２６Ｌが奥側（前方）に倒されている場合であっても、その動きを停止させる。
【0192】
このように、操作者は、左操作レバー２６Ｌを奥側（前方）に倒すだけで、バケット位置６Ｈ～バケット位置６Ｍの順でバケット６が動くようにアタッチメントＡＴを動作させることができる。そのため、操作者は、左操作レバー２６Ｌを奥側（前方）に倒すだけでショベル１００に排土動作を実行させることができる。
【0193】
その後、左操作レバー２６Ｌが左方に倒されると、上部旋回体３は、左方に旋回するように動かされる。図９Ｂにおいて、点線で表される軌跡ＴＲ２は、バケット位置６Ｍ（図９Ｃ参照）に示す位置にバケット６が達した時点で左操作レバー２６Ｌが左方に倒されたときにアームトップピン５Ｔが辿る軌跡を示す。
【0194】
このように、操作者は、アームトップピン５Ｔの位置が目標軌道ＴＬ３の終点ＥＰ３（図９Ｃ参照）に達する前であっても、左操作レバー２６Ｌを左方に倒すことによって上部旋回体３を左方に旋回させることができる。
【0195】
操作者は、スイッチＳＷを押しながら左操作レバー２６Ｌを奥側（前方）に倒した状態で左操作レバー２６Ｌを左方に倒すことによって、目標軌道ＴＬ３に沿ったアームトップピン５Ｔの移動を継続させながら上部旋回体３を左方に旋回させてもよい。
【0196】
或いは、スイッチＳＷを押しながら左操作レバー２６Ｌを奥側（前方）に倒した状態で左操作レバー２６Ｌを左方に倒すことによって、次の掘削動作に関する目標軌道ＴＬの始点へ向けてアームトップピン５Ｔ及びバケット６の爪先６Ｔを移動させながら上部旋回体３を左方に旋回させてもよい。この場合、コントローラ３０は、ブーム下げ動作、アーム開き動作、及びバケット開き動作の少なくとも一つと左旋回動作とを同時に実行することにより、上部旋回体３を左方に旋回させながら、アタッチメントＡＴの姿勢を次の掘削動作の開始に適した姿勢に変化させることができる。
【0197】
その後、操作者は、上部旋回体３の向きが所望の向きとなったところで、左操作レバー２６Ｌを中立位置に戻し、上部旋回体３の旋回を停止させることができる。図９Ｂに示す例では、操作者は、バケット位置６Ｎに示す位置にバケット６が達した時点で左操作レバー２６Ｌを中立位置に戻し、上部旋回体３の左方への旋回を停止させている。
【0198】
なお、コントローラ３０は、マシンコントロール機能により、上部旋回体３の旋回を自動的に停止させることができるように構成されていてもよい。例えば、コントローラ３０は、旋回開始後の上部旋回体３の旋回角度が目標角度になった場合には、左操作レバー２６Ｌが左方向に倒されているときであっても、上部旋回体３の旋回を停止させてもよい。
【0199】
その後、操作者は、スイッチＳＷを押しながら左操作レバー２６Ｌを手前側（後方）に倒すことで次の掘削動作を開始させることができる。すなわち、操作者は、左操作レバー２６Ｌを操作するだけで、掘削動作、ブーム上げ旋回動作、排土動作、及びブーム下げ旋回動作によって構成される一連の動作（作業工程）をショベル１００に実行させることができる。
【0200】
コントローラ３０は、図９Ａに示すように、二つの目標軌道ＴＬ（目標軌道ＴＬ１及び目標軌道ＴＬ２）を設定することにより、左操作レバー２６Ｌの操作内容に応じた掘削動作が実行されるように構成されている。しかしながら、コントローラ３０は、目標軌道ＴＬ１のみを設定することにより、左操作レバー２６Ｌの操作内容に応じた掘削動作が実行されるように構成されていてもよい。この場合、コントローラ３０は、例えば、目標軌道ＴＬ１上の各点に対応付けられた目標バケット角度を実現することにより所望の掘削動作が実行されるように構成されていてもよい。具体的には、コントローラ３０は、アームトップピン５Ｔの位置が目標軌道ＴＬ１に沿って移動するようにブームシリンダ７及びアームシリンダ８の少なくとも一つを伸縮させ、且つ、目標軌道ＴＬ１上の各点に対応付けられた目標バケット角度を実現するようにバケットシリンダ９を伸縮させるように構成されていてもよい。
【0201】
同様に、コントローラ３０は、図９Ｃに示すように、二つの目標軌道ＴＬ（目標軌道ＴＬ３及び目標軌道ＴＬ４）を設定することにより、左操作レバー２６Ｌの操作内容に応じた排土動作が実行されるように構成されている。しかしながら、コントローラ３０は、目標軌道ＴＬ３のみを設定することにより、左操作レバー２６Ｌの操作内容に応じた排土動作が実行されるように構成されていてもよい。この場合、コントローラ３０は、例えば、目標軌道ＴＬ３上の各点に対応付けられた目標バケット角度を実現することにより所望の排土動作が実行されるように構成されていてもよい。具体的には、コントローラ３０は、アームトップピン５Ｔの位置が目標軌道ＴＬ３に沿って移動するようにブームシリンダ７及びアームシリンダ８の少なくとも一つを伸縮させ、且つ、目標軌道ＴＬ３上の各点に対応付けられた目標バケット角度を実現するようにバケットシリンダ９を伸縮させるように構成されていてもよい。
【0202】
また、右操作レバー２６Ｒは、マシンコントロール機能が実行されているときであっても、通常通り、ブーム４及びバケット６のそれぞれを動作させることができるように構成されていてもよい。「マシンコントロール機能が実行されているとき」は、例えば、「スイッチＳＷが押されてマシンコントロール機能の状態がオン状態となっているとき」又は「スイッチＳＷが押されているとき」等である。但し、右操作レバー２６Ｒは、マシンコントロール機能が実行されているときに無効となるように構成されていてもよい。すなわち、右操作レバー２６Ｒは、マシンコントロール機能が実行されているときに操作されたとしても、ブーム４及びバケット６を動作させないように構成されていてもよい。具体的には、コントローラ３０は、スイッチＳＷが押された状態で左操作レバー２６Ｌが操作されてマシンコントロール機能を実行している場合には、右操作レバー２６Ｒが操作されたとしても、比例弁３１ＢＬ、３１ＢＲ、３１ＣＬ、及び３１ＣＲのそれぞれに対して制御指令を出力しないように構成されていてもよい。
【0203】
或いは、右操作レバー２６Ｒは、目標軌道ＴＬの調整に利用されてもよい。例えば、コントローラ３０は、操作者が右操作レバー２６Ｒを奥側（前方）に傾倒させたときに目標軌道ＴＬを全体的に上方に移動させ、操作者が右操作レバー２６Ｒを手前側（後方）に傾倒させたときに目標軌道ＴＬを全体的に下方に移動させるように構成されていてもよい。この構成により、コントローラ３０は、当初の目標軌道ＴＬでは掘削負荷が過度に大きくなってしまい、円滑な掘削動作が妨げられてしまうのを抑制或いは防止できる。
【0204】
また、図９Ａ～図９Ｃに示す例では、掘削動作後の旋回動作が右旋回動作によって実現され、排土動作後の旋回動作が左旋回動作によって実現されているが、掘削動作後の旋回動作が左旋回動作によって実現されてもよく、排土動作後の旋回動作が右旋回動作によって実現されてもよい。
【0205】
上述のように、本発明の実施形態に係るショベル１００は、図１～図３に示すように、下部走行体１と、下部走行体１に旋回機構を介して搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられるアタッチメントＡＴと、アタッチメントＡＴを駆動する複数のアタッチメントアクチュエータ（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）と、上部旋回体３を旋回させる旋回アクチュエータ（旋回油圧モータ２Ａ）と、制御装置（コントローラ３０）と、を備えている。そして、コントローラ３０は、例えば、第１操作レバー（左操作レバー２６Ｌ）が第１操作方向（前後方向）に傾倒されたときの第１操作レバー（左操作レバー２６Ｌ）の出力に応じてブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の少なくとも一つを動作させてアタッチメントＡＴによる掘削動作を実行させ、第１操作レバー（左操作レバー２６Ｌ）が第２操作方向（左右方向）に傾倒されたときの第１操作レバー（左操作レバー２６Ｌ）の出力に応じて旋回油圧モータ２Ａを動作させて旋回動作を実行させるように構成されている。
【0206】
この構成は、掘削作業に関する操作者の負担を低減させることができる。操作者は、左操作レバー２６Ｌを手前側（後方）に操作するだけでアタッチメントＡＴによる掘削動作を実行できるためである。
【0207】
上述の実施形態では、アタッチメントＡＴは、ブーム４、アーム５、及びバケット６を含む。そして、掘削動作は、ブーム４の動作、アーム５の動作、及びバケット６の動作のうちの少なくとも二つによって実現される複合動作を含む。例えば、図９Ａに示すように、掘削動作の前半は、典型的には、アーム５の閉じ動作及びバケット６の閉じ動作を含み、掘削動作の後半は、典型的には、アーム５の閉じ動作及びブーム４の上げ動作を含む。
【0208】
この構成は、掘削作業に関する操作者の負担を更に低減させることができる。操作者は、左操作レバー２６Ｌを手前側（後方）に操作するだけで、ブーム上げ、ブーム下げ、アーム開き、アーム閉じ、バケット開き、及びバケット閉じの少なくとも一つを含むアタッチメントＡＴによる掘削動作を実行できるためである。
【0209】
ショベル１００は、第１操作モードと第２操作モードとの間で操作モードを切り換えるスイッチＳＷを備えていてもよい。そして、コントローラ３０は、例えば、第１操作モードでは、左操作レバー２６Ｌが前後方向に傾倒されたときにブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のうちの少なくとも二つを同時に動作させ、第２操作モードでは、左操作レバー２６Ｌが前後方向に傾倒されたときにアームシリンダ８を動作させるように構成されていてもよい。
【0210】
上述の実施形態では、第１操作モードは、マシンコントロール機能が実行されているときの操作モードであり、第２操作モードは、マシンコントロール機能が実行されていないときの通常の操作モードである。
【0211】
この構成は、掘削作業に関する操作者の負担を更に低減させることができる。操作者は、必要に応じて第１操作モードを選択することができるためである。
【0212】
コントローラ３０は、アタッチメントＡＴの所定点を目標軌道ＴＬに沿って移動させることによってアタッチメントＡＴによる掘削動作を実行させるように構成されていてもよい。
【0213】
例えば、コントローラ３０は、図９Ａに示すように、アタッチメントＡＴの所定点であるアームトップピン５Ｔを目標軌道ＴＬ１に沿って移動させ、且つ、アタッチメントＡＴの別の所定点であるバケット６の爪先６Ｔを目標軌道ＴＬ２に沿って移動させることによってアタッチメントＡＴによる掘削動作を実行させるように構成されている。
【0214】
この構成は、掘削作業に関する操作者の負担を更に低減させることができる。操作者は、どの程度深くまで掘削するか、或いは、どの程度近くまでバケット６を引き寄せるかといったことを意識することなく掘削動作を実行できるためである。
【0215】
ショベル１００は、空間認識装置を備えていてもよい。この場合、コントローラ３０は、空間認識装置の出力に基づいて目標軌道ＴＬを生成してもよい。図９Ａに示す例では、コントローラ３０は、空間認識装置としてのカメラＳ６が撮像した画像に基づいて掘削動作に関する目標軌道ＴＬ１及び目標軌道ＴＬ２を生成している。
【0216】
この構成は、掘削作業に関する操作者の負担を更に低減させることができる。コントローラ３０は、現在の地面の形状等に基づいた適切な目標軌道ＴＬを設定できるためである。そして、操作者は、どの程度深くまで掘削するか、或いは、どの程度近くまでバケット６を引き寄せるかといったことを意識することなく掘削動作を実行できるためである。
【0217】
コントローラ３０は、左操作レバー２６Ｌが前後方向における第１の向き（手前側又は後方）に傾倒されたときにブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のうちの少なくとも一つを動作させてアタッチメントＡＴによる掘削動作を実行させ、左操作レバー２６Ｌが前後方向における第２の向き（奥側又は前方）に傾倒されたときにブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のうちの少なくとも一つを動作させてアタッチメントＡＴによる排土動作を実行させるように構成されていてもよい。
【0218】
この構成は、掘削作業に関する操作者の負担を更に低減させることができる。操作者は、左操作レバーを操作するだけで、掘削動作、旋回動作、及び排土動作を含む、掘削作業を構成する一連の動作を実行できるためである。
【0219】
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、種々の変形又は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】
【0220】
１・・・下部走行体 ２・・・旋回機構 ２Ａ・・・旋回油圧モータ ２Ｍ・・・走行油圧モータ ２ＭＬ・・・左走行油圧モータ ２ＭＲ・・・右走行油圧モータ ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １３・・・レギュレータ １３Ｌ・・・左レギュレータ １３Ｒ・・・右レギュレータ １４・・・メインポンプ １４Ｌ・・・左メインポンプ １４Ｒ・・・右メインポンプ １５・・・パイロットポンプ １７・・・コントロールバルブユニット １８・・・絞り １８Ｌ・・・左絞り １８Ｒ・・・右絞り １９・・・制御圧センサ １９Ｌ・・・左制御圧センサ １９Ｒ・・・右制御圧センサ ２６・・・操作装置 ２６Ｄ・・・走行レバー ２６ＤＬ・・・左走行レバー ２６ＤＲ・・・右走行レバー ２６Ｌ・・・左操作レバー ２６Ｒ・・・右操作レバー ２８、２８Ｌ、２８Ｒ・・・吐出圧センサ ２９、２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ、２９ＤＬ、２９ＤＲ・・・操作センサ ３０・・・コントローラ ３１、３１ＡＬ、３１ＡＲ、３１ＢＬ、３１ＢＲ、３１ＣＬ、３１ＣＲ、・・・比例弁 ４３・・・音声出力装置 ４５・・・表示装置 ４６・・・入力装置 ４７・・・記憶装置 ５０・・・機械制御装置 ５１・・・位置算出部 ５２・・・距離算出部 ５３・・・情報伝達部 ５４・・・自動制御部 ５５・・・旋回角度算出部 ５６・・・相対角度算出部 １００・・・ショベル １７１～１７４、１７５Ｌ、１７５Ｒ、１７６Ｌ、１７６Ｒ・・・制御弁 ３００１・・・操作内容取得部 ３００２・・・目標施工面取得部 ３００３・・・目標軌道設定部 ３００４・・・現在位置算出部 ３００５・・・目標位置算出部 ３００６・・・バケット形状取得部 ３００７・・・マスタ要素設定部 ３００８・・・制御基準設定部 ３００９・・・動作指令生成部 ３００９Ａ・・・マスタ指令値生成部 ３００９Ｂ・・・スレーブ指令値生成部 ３０１０・・・パイロット指令生成部 ３０１０Ａ・・・ブームパイロット指令生成部 ３０１０Ｂ・・・アームパイロット指令生成部 ３０１０Ｃ・・・バケットパイロット指令生成部 ３０１１・・・姿勢角算出部 ３０１１Ａ・・・ブーム角度算出部 ３０１１Ｂ・・・アーム角度算出部 ３０１１Ｃ・・・バケット角度算出部 Ｓ１・・・ブーム角度センサ Ｓ２・・・アーム角度センサ Ｓ３・・・バケット角度センサ Ｓ４・・・機体傾斜センサ Ｓ５・・・旋回角速度センサ Ｓ６・・・カメラ Ｓ６Ｂ・・・後カメラ Ｓ６Ｆ・・・前カメラ Ｓ６Ｌ・・・左カメラ Ｓ６Ｒ・・・右カメラ Ｐ１・・・測位装置 Ｔ１・・・通信装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】