特開 2024-52330 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】P2024052330

(43)【公開日】2024-04-11

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20240404BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20240404BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20240404BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 C

E02F9/22 E

E02F9/26 B

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022158978

(22)【出願日】2022-09-30

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-11-14

(71)【出願人】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】阿部 広太

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 輝樹

(72)【発明者】

【氏名】楢▲崎▼ 昭広

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA01

2D003BA02

2D003BB02

2D003BB03

2D003BB04

2D003DA03

2D003DB02

2D003DB04

2D003DB06

2D015HA03

2D015HB02

2D015HB03

2D015HB04

2D015HB07

(57)【要約】

【課題】作業装置を駆動する油圧シリンダの速度応答性の悪化、および当該油圧シリンダの波打ちや逸走を防ぐことにより、高い精度で作業を行うことが可能な作業機械を提供する。
【解決手段】コントローラ４０は、油圧シリンダ５を駆動して作業装置１Ａに所定の動作を行わせている間に測定された油圧シリンダ５のメータアウト圧力を所定の第１下限値Ｐｍ１から所定の第１上限値Ｐｍ２までの範囲内に収めるための流量制御弁Ｄ３の目標操作圧の補正値Ｐｉｃを算出し、補正値Ｐｉｃに応じて前記目標操作圧を補正する。
【選択図】 図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体と、
前記車体に回動可能に取り付けられた作業装置と、
前記作業装置を駆動する油圧シリンダと、
前記作業装置を操作するための操作装置と、
油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから前記油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御する流量制御弁と、
前記流量制御弁の操作圧を生成する電磁弁と、
前記操作装置の操作量に基づいて、前記作業装置の動作範囲が目標面及びその上方に制限されるように前記油圧シリンダの目標速度を算出し、前記目標速度に基づいて前記流量制御弁の目標操作圧を算出し、前記目標操作圧に応じて前記電磁弁を制御するコントローラとを備えた作業機械において、
前記油圧シリンダのメータアウト圧力を測定するための圧力センサを備え、
前記コントローラは、前記油圧シリンダを駆動して前記作業装置に所定の動作を行わせている間に測定された前記メータアウト圧力を所定の第１下限値から所定の第１上限値までの範囲内に収めるための前記目標操作圧の補正値を算出し、前記補正値に応じて前記目標操作圧を補正する
ことを特徴とする作業機械。

【請求項2】

請求項１に記載の作業機械において、
前記コントローラは、
前記作業装置に前記所定の動作を行わせている間に測定された前記メータアウト圧力の最小値が前記第１下限値を下回る場合は、前記目標操作圧が減少するように前記補正値を算出し、
前記作業装置に前記所定の動作を行わせている間に測定された前記メータアウト圧力の最大値が前記第１上限値を上回る場合は、前記目標操作圧が増加するように前記補正値を算出し、前記目標操作圧を前記補正値に応じて増減させることにより前記目標操作圧を補正する
ことを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項１に記載の作業機械において、
前記コントローラは、
前記作業装置に前記所定の動作を行わせている間に測定された前記メータアウト圧力の平均値を算出し、
前記平均値が所定の第２下限値を下回る場合は、前記目標操作圧が減少するように前記補正値を算出し、
前記平均値が所定の第２上限値を上回る場合は、前記目標操作圧が増加するように前記補正値を算出する
ことを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項１に記載の作業機械において、
前記圧力センサは、前記油圧シリンダのメータイン圧力を検出し、
前記コントローラは、前記圧力センサで検出された前記メータイン圧力と前記油圧シリンダの受圧面積比とを乗算することにより、前記メータアウト圧力の測定値を算出する
ことを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項１に記載の作業機械において、
前記作動油の温度を検出する温度センサを備え、
前記コントローラは、前記温度センサで検出された前記作動油の温度が所定の閾値以上の場合に前記補正値を算出する
ことを特徴とする作業機械。

【請求項6】

請求項１に記載の作業機械において、
前記作業装置は、前記車体に回動可能に取り付けられたブームと、前記ブームの先端に回動可能に取り付けられたアームと、前記アームの先端に回動可能に取り付けられたバケットとを有し、
前記油圧シリンダは、前記ブームを駆動するブームシリンダ、または前記アームを駆動するアームシリンダであり、
前記所定の動作は、前記バケットの爪先が地面に対して平行に設定された前記目標面に沿って移動するように前記バケットを引き寄せる水平引き動作である
ことを特徴とする作業機械。

【請求項7】

請求項１に記載の作業機械において、
前記作業装置は、前記車体に回動可能に取り付けられたブームと、前記ブームの先端に回動可能に取り付けられたアームと、前記アームの先端に回動可能に取り付けられたバケットとを有し、
前記油圧シリンダは、前記ブームを駆動するブームシリンダであり、
前記所定の動作は、前記アームまたは前記バケットを動作させず、前記ブームを上昇させるブーム上げ単独動作である
ことを特徴とする作業機械。

【請求項8】

請求項１に記載の作業機械において、
前記作業装置は、前記車体に回動可能に取り付けられたブームと、前記ブームの先端に回動可能に取り付けられたアームとを有し、
前記油圧シリンダは、前記ブームを駆動するブームシリンダと前記アームを駆動するアームシリンダとを含み、
前記油圧ポンプは、前記ブームシリンダに優先的に作動油を供給する可変容量型の第１油圧ポンプと、前記アームシリンダに優先的に作動油を供給する可変容量型の第２油圧ポンプとを含み、
前記流量制御弁は、前記第１油圧ポンプから前記ブームシリンダに供給される作動油の流量を制御する第１流量制御弁と、前記第２油圧ポンプから前記アームシリンダに供給される作動油の流量を制御する第２流量制御弁とを含み、
前記電磁弁は、前記第１流量制御弁の操作圧を生成する第１電磁弁と、前記第２流量制御弁の操作圧を生成する第２電磁弁とを含み、
前記コントローラは、
前記所定の動作が前記第１流量制御弁のみを駆動する動作である場合に、前記第１電磁弁の目標操作圧の補正値を算出し、
前記所定の動作が前記第２流量制御弁のみを駆動する動作である場合に、前記第２電磁弁の目標操作圧の補正値を算出する
ことを特徴とする作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マシンコントロールが実行可能な作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、油圧ショベル等の作業機械に対して半自動運転、自動運転、遠隔操縦等の要望が高まっており、作業機械の電子制御化が進んでいる。作業機械の電子制御化の手法としては、電磁弁を用いて油圧アクチュエータを制御するものがある。例えば、油圧シリンダ、油圧モータ等の油圧アクチュエータを制御するための制御弁を、電磁弁により生成されたパイロット圧（操作圧）で操作する方法が知られている。

【0003】

半自動運転や自動運転において、バケットの爪先を所定の目標面に沿うように動作させる領域制限制御には、複数の油圧アクチュエータを如何なる負荷条件や速度においても、各アクチュエータの目標速度で精度良く制御することが重要となる。ここで、作業機械の電子制御において、作業機械の個体差を考慮し、制御に用いるデータを較正し、掘削精度を向上させる技術が知られている（特許文献１参照）。

【0004】

特許文献１には、半自動運転における掘削精度の向上を目的とした発明が開示されている。特許文献１に記載の作業装置は、操作圧と油圧シリンダの動作速度との関係を規定したデータを記憶したコントローラを備えている。コントローラは、操作圧を生成する電磁弁（電磁比例制御弁）に出力している電流の電流値を、段階的に上昇させる。コントローラは油圧シリンダが動作を開始する電流値と、ある予め定められた電流値の電流が電磁弁に出力したときの油圧シリンダの動作速度に基づいて、上記データにおける操作圧と油圧シリンダの動作速度との関係を較正する。なお、油圧シリンダの動作速度は、油圧シリンダの入り口側に流れる作動油の流量であるメータイン流量と、メータイン流量を制御するための制御弁の開口であるメータイン開口を因子としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１５／１３７５２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１のメータイン開口とメータイン流量を因子とする油圧シリンダの動作速度に基づいた操作圧と油圧シリンダの動作速度との関係を規定したデータの較正では、メータアウト開口の絞りによる圧損（ブレーキ圧）が考慮されておらず、所望の動作速度で油圧シリンダを駆動した場合であっても、メータアウト開口のばらつきによって掘削精度が悪化するおそれがある。

【0007】

具体的には、メータアウト開口の絞りによる圧損が大き過ぎると、ブレーキが利きすぎる状態で油圧シリンダを駆動することになるため、燃費や油圧シリンダの速度応答性の悪化に繋がる。一方、メータアウト開口の絞りによる圧損が小さ過ぎると、ブレーキが利かない状態で油圧シリンダを駆動することになるため、油圧シリンダの動作安定性が失われ、油圧シリンダの波打ちや逸走が発生する。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業装置を駆動する油圧シリンダの速度応答性の悪化、および当該油圧シリンダの波打ちや逸走を防ぐことにより、高い精度で作業を行うことが可能な作業機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明は、車体と、前記車体に回動可能に取り付けられた作業装置と、前記作業装置を駆動する油圧シリンダと、前記作業装置を操作するための操作装置と、油圧ポンプと、前記油圧ポンプから前記油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御する流量制御弁と、前記流量制御弁の操作圧を生成する電磁弁と、前記操作装置の操作量に基づいて、前記作業装置の動作範囲が目標面及びその上方に制限されるように前記油圧シリンダの目標速度を算出し、前記目標速度に基づいて前記流量制御弁の目標操作圧を算出し、前記目標操作圧に応じて前記電磁弁を制御するコントローラとを備えた作業機械において、前記油圧シリンダのメータアウト圧力を測定するための圧力センサを備え、前記コントローラは、前記油圧シリンダを駆動して前記作業装置に所定の動作を行わせている間に測定された前記メータアウト圧力を所定の第１下限値から所定の第１上限値までの範囲内に収めるための前記目標操作圧の補正値を算出し、前記補正値に応じて前記目標操作圧を補正するものとする。

【0010】

以上のように構成した本発明によれば、作業装置を駆動する油圧シリンダのメータアウト圧が所定の範囲内に収まるように流量制御弁の目標操作圧が補正することにより、作業装置を駆動する油圧シリンダの速度応答性の悪化、および当該油圧シリンダの波打ちや逸走を防ぐことができるため、高い精度で作業を行うことが可能となる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、作業装置を駆動する油圧シリンダの速度応答性の悪化、および当該油圧シリンダの波打ちや逸走を防ぐことにより、高い精度で作業を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施例に係る油圧ショベルの構成図

【図2】本発明の第１実施例に係る油圧ショベルに搭載された油圧システムの構成図

【図3】本発明の第１実施例に係る油圧ショベルの基準座標系を示す図

【図4】本発明の第１実施例に係る油圧ショベルに搭載された制御システムのハードウェア構成図

【図5】本発明の第１実施例に係る表示装置の表示画面の一例を示す図

【図6】本発明の第１実施例に係るコントローラの機能ブロック図

【図7】バケットの先端が補正後の目標速度ベクトルの通りにＭＣされたときの軌跡の一例を示す図

【図8】流量制御弁のメータアウト通路部の開口線図

【図9】本発明の第１実施例に係る学習部により実行される学習処理を示すフローチャート

【図10】本発明の第１実施例に係る学習開始姿勢と学習開始目標面を示す図

【図11】本発明の第１実施例に係る学習開始姿勢画面の一例を示す図

【図12】本発明の第１実施例に係る学習処理において記憶されたシリンダ圧の時系列変化を示す図

【図13】本発明の第１実施例に係る補正処理を示す図

【図14】オープンセンタシステムを採用した場合の油圧システムの構成図

【図15】本発明の第２実施例に係る学習部により実行される学習処理を示すフローチャート

【図16】本発明の第２実施例に係る学習開始姿勢を示す図

【図17】本発明の第３実施例に係る学習部により実行される学習処理を示すフローチャート

【図18】本発明の第３実施例に係る補正処理を示す図

【図19】本発明の第４実施例に係る学習部により実行される学習処理を示すフローチャート

【図20】本発明の第６実施例に係る学習部により実行される学習処理を示すフローチャート

【図21】本発明の第７実施例に係る補正処理を示す図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る作業機械の実施形態について、油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

【実施例0014】

図１は、本発明の第１実施例に係る油圧ショベルの側面図である。なお、本実施例では作業装置の先端にアタッチメント（作業具）としてバケットを装着した油圧ショベルを例示して説明するが、バケット以外のアタッチメントを装着した油圧ショベルにも本発明は適用され得る。

【0015】

図１に示すように、油圧ショベル１は、車体１Ｂと、車体１Ｂに取り付けられる多関節型の作業装置（フロント作業機）１Ａとを含んで構成されている。車体１Ｂは、左右の走行モータ（油圧モータ）により走行する走行体１１と、走行体１１の上に取り付けられた旋回体１２とを有する。旋回体１２は、旋回モータ（油圧モータ）により走行体１１に対して旋回する。旋回体１２の旋回中心軸は油圧ショベル１が水平地に停車した状態で鉛直である。旋回体１２には運転室１６が設けられている。

【0016】

作業装置１Ａは、鉛直面内でそれぞれ回動する複数の駆動対象部材（ブーム８、アーム９及びバケット１０）が連結された構成である。ブーム８の基端はブームピン９１を介して旋回体１２の前部に回動可能に連結されている。このブーム８の先端にはアームピン９２を介してアーム９が回動可能に連結されており、アーム９の先端にはバケットピン９３を介してバケット１０が回動可能に連結されている。ブーム８は油圧シリンダであるブームシリンダ５によって駆動され、アーム９は油圧シリンダであるアームシリンダ６によって駆動され、バケット１０は油圧シリンダであるバケットシリンダ７によって駆動される。油圧シリンダ５，６，７は、一端が閉塞された有底筒状のシリンダチューブと、シリンダチューブの他端の開口を塞ぐヘッドカバーと、ヘッドカバーを貫通し、シリンダチューブに挿入されるシリンダロッドと、シリンダロッドの先端に設けられ、シリンダチューブ内をロッド室とボトム室とに区画するピストンと、を備える。

【0017】

ブームピン９１にはブーム角度センサ３０、アームピン９２にはアーム角度センサ３１、バケットリンク１３にはバケット角度センサ３２、旋回体１２には車体傾斜角度センサ３３が取り付けられている。角度センサ３０，３１，３２は、それぞれブーム８、アーム９、バケット１０の回動角度α，β，γ（図３）を検出し、検出結果を表す信号をコントローラ４０（後述）に出力する。車体傾斜角度センサ３３は、基準面（例えば水平面）に対する旋回体１２（車体１Ｂ）の車体傾斜角θ（図３）を検出し、検出結果を表す信号をコントローラ４０（後述）に出力する。

【0018】

旋回体１２には一対のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球衛星測位システム）用のアンテナ（以下、ＧＮＳＳアンテナと記す）１４ａ，１４ｂが設けられている。コントローラ４０は、ＧＮＳＳアンテナ１４ａ，１４ｂで受信された複数の測位衛星からの衛星信号（ＧＮＳＳ電波）に基づいて、グローバル座標系における旋回体１２の位置及び方位を算出する。

【0019】

図２は、油圧ショベル１に搭載された油圧システムの構成図である。図２では、ブームシリンダ５、アームシリンダ６及びバケットシリンダ７に関わる油圧回路について示し、走行モータ及び旋回モータに関わる油圧回路については図示を省略している。

【0020】

運転室１６内には、電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３が設置されている。電気操作レバー装置Ａ１，Ａ３は、運転席（不図示）の左右の一方側に配置された操作レバーＢ１を共有している。操作レバーＢ１によって電気操作レバー装置Ａ１が操作されると、コントローラ４０が電磁弁５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂを作動させる。これにより、ブームシリンダ５（ブーム８）が駆動される。操作レバーＢ１によって電気操作レバー装置Ａ３が操作されると、コントローラ４０が電磁弁５９ａ，５９ｂを作動させる。これにより、バケットシリンダ７（バケット１０）が駆動される。電気操作レバー装置Ａ２は、運転席の左右の他方側に配置された操作レバーＢ２を有している。操作レバーＢ２によって電気操作レバー装置Ａ２が操作されると、コントローラ４０が電磁弁５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂを作動させる。これにより、アームシリンダ６（アーム９）が駆動される。

【0021】

ブームシリンダ５のロッド側の入出力口には圧力センサ５ａが取り付けられ、ブームシリンダ５のボトム側の入出力口には圧力センサ５ｂが取り付けられている。アームシリンダ６のロッド側の入出力口には圧力センサ６ａが取り付けられ、アームシリンダ６のボトム側の入出力口には圧力センサ６ｂが取り付けられている。バケットシリンダ７のロッド側の入出力口には圧力センサ７ａが取り付けられ、バケットシリンダ７のボトム側の入出力口には圧力センサ７ｂが取り付けられている。

【0022】

旋回体１２には、原動機であるエンジン１８、第１メインポンプ２０１、第２メインポンプ２０２、第３メインポンプ２０３及びパイロットポンプ４８が搭載されている。メインポンプ２０１，２０２，２０３及びパイロットポンプ４８は、エンジン１８によって駆動され、タンクから吸引した作動油を吐出する。第１メインポンプ２０１の吐出口には圧力センサ２０１ｂが取り付けられ、第２メインポンプ２０２の吐出口には圧力センサ２０２ｂが取り付けられ、第３メインポンプ２０３の吐出口には圧力センサ２０３ｂが取り付けられている。

【0023】

第１メインポンプ２０１はレギュレータ２０１ａを有し、第２メインポンプ２０２はレギュレータ２０２ａを有し、第３メインポンプ２０３はレギュレータ２０１ａを有する。メインポンプ２０１，２０２，２０３は、レギュレータ２０１ａ，２０２ａ，２０３ａによって１回転当たりの吐出容量（押しのけ容積）が制御される可変容量型の油圧ポンプである。本実施例におけるメインポンプ２０１，２０２，２０３は、斜板の傾転角によって吐出容量が制御される斜板式の油圧ポンプである。メインポンプ２０１，２０２，２０３は、複数の油圧アクチュエータ（ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７等）を駆動する圧油を吐出する。パイロットポンプ４８は、１回転当たりの吐出容量が一定の固定容量型の油圧ポンプである。

【0024】

レギュレータ２０１ａ，２０２ａ，２０３ａは、電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３の操作量に基づきコントローラ４０で演算されたレギュレータ圧の目標値（以下、目標レギュレータ圧とも記す）ＰＰｃ２０１，ＰＰｃ２０２，ＰＰｃ２０３に応じた油圧信号によって駆動され、メインポンプ２０１，２０２，２０３の吐出容量を制御する。

【0025】

具体的には、レギュレータ２０１ａ，２０２ａ，２０３ａは、それぞれレギュレータ電磁弁（不図示）を備えている。コントローラ４０は、目標レギュレータ圧に応じた電気信号（励磁電流）をレギュレータ電磁弁に出力する。これにより、レギュレータ電磁弁が駆動され、レギュレータ電磁弁によって、斜板を操作するレギュレータ圧が生成される。レギュレータ電磁弁は、パイロットポンプ４８の吐出圧（パイロット１次圧）を減圧することにより、コントローラ４０からの指令に応じたレギュレータ圧（パイロット２次圧）を生成する電磁比例減圧弁である。

【0026】

レギュレータ電磁弁により生成されるレギュレータ圧によって斜板の傾転角（すなわち吐出容量）が変化することにより、メインポンプ２０１，２０２，２０３の吐出流量が変化する。したがって、メインポンプ２０１，２０２，２０３の吐出流量は、コントローラ４０によって演算される目標レギュレータ圧に応じて変化する。

【0027】

油圧システムは、複数の電磁弁５５ａ～５９ｂを有する。複数の電磁弁５５ａ～５９ｂは、コントローラ４０からの指令（電気信号）に応じて、後述する流量制御弁Ｄ１～Ｄ６を操作する操作圧を生成する。複数の電磁弁５５ａ～５９ｂは、パイロットポンプ４８の吐出圧（パイロット１次圧）を減圧することにより、電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３の操作方向及び操作量に応じた操作圧（パイロット２次圧）を生成する電磁比例減圧弁である。

【0028】

パイロットポンプ４８の吐出配管１７０にはロック弁３９が設けられる。吐出配管１７０におけるロック弁３９の下流側は、複数に分岐され電磁弁５５ａ～５９ｂに接続されている。本実施例のロック弁３９は電磁切換弁であり、そのソレノイドは旋回体１２の運転室１６に配置されたゲートロックレバー（不図示）の位置センサと電気的に接続されている。ゲートロックレバーのポジションは位置センサで検出され、その位置センサからゲートロックレバーのポジションに応じた信号がロック弁３９に入力される。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁３９が閉じて吐出配管１７０が遮断され、パイロットポンプ４８から電磁弁５５ａ～５９ｂへのパイロット圧の供給が遮断される。ゲートロックレバーのポジションがロック解除位置にあればロック弁３９が開いて吐出配管１７０が開通し、パイロットポンプ４８から電磁弁５５ａ～５９ｂへパイロット圧が供給される。吐出配管１７０が遮断された状態では電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３による操作が無効化され、掘削等の動作が禁止される。

【0029】

コントローラ４０は、電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３の操作レバーＢ１～Ｂ２の操作量と操作方向に応じて電磁弁５５ａ～５９ｂを駆動する電気信号（励磁電流）を生成し、操作レバーＢ１，Ｂ２の操作方向に対応する電磁弁５５ａ～５９ｂに出力する。油圧システムは、メインポンプ２０１，２０２，２０３から吐出され油圧シリンダ５～７へ供給される作動油の流れを制御する制御弁ユニット１５を備えている。制御弁ユニット１５は、複数の流量制御弁Ｄ１～Ｄ６を含んで構成されている。

【0030】

流量制御弁Ｄ１（第１流量制御弁）は、電気操作レバー装置Ａ１の操作に応じて、第１メインポンプ２０１からブームシリンダ５に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ４０の指令によって駆動される電磁弁５５ａ，５５ｂによって生成された操作圧は、パイロットラインＣ１，Ｃ２を介して流量制御弁Ｄ１の受圧室Ｅ１，Ｅ２に入力される。流量制御弁Ｄ１のスプールは、受圧室Ｅ１，Ｅ２に入力される操作圧に応じて駆動される。流量制御弁Ｄ１のスプールが駆動されることにより、第１メインポンプ２０１からブームシリンダ５への圧油の供給方向及び流量が制御され、ブームシリンダ５が駆動される。

【0031】

流量制御弁Ｄ２（第２流量制御弁）は、電気操作レバー装置Ａ１の操作に応じて、第２メインポンプ２０２からブームシリンダ５に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ４０の指令によって駆動される電磁弁５５ａ，５５ｂによって生成された操作圧は、パイロットラインＣ３，Ｃ４を介して流量制御弁Ｄ２の受圧室Ｅ３，Ｅ４に入力される。流量制御弁Ｄ２のスプールは、受圧室Ｅ３，Ｅ４に入力される操作圧に応じて駆動される。流量制御弁Ｄ２のスプールが駆動されることにより、第２メインポンプ２０２からブームシリンダ５への圧油の供給方向及び流量が制御され、ブームシリンダ５が駆動される。

【0032】

流量制御弁Ｄ３（第３流量制御弁）は、電気操作レバー装置Ａ１の操作に応じて、第３メインポンプ２０３からブームシリンダ５に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ４０の指令によって駆動される電磁弁５６ａ，５６ｂによって生成された操作圧は、パイロットラインＣ５，Ｃ６を介して流量制御弁Ｄ３の受圧室Ｅ５，Ｅ６に入力される。流量制御弁Ｄ３のスプールは、受圧室Ｅ５，Ｅ６に入力される操作圧に応じて駆動される。流量制御弁Ｄ３のスプールが駆動されることにより、第３メインポンプ２０３からブームシリンダ５への圧油の供給方向及び流量が制御され、ブームシリンダ５が駆動される。

【0033】

このように、ブームシリンダ５は、３つのメインポンプ２０１，２０２，２０３から吐出される作動油の流量が３つの流量制御弁Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３によって制御されることで駆動される。なお、コントローラ４０が、電磁弁５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂのうち、電磁弁５６ａ，５６ｂにのみ指令を与えた場合、ブームシリンダ５は第３メインポンプ２０３から吐出される作動油のみによって駆動される。

【0034】

流量制御弁Ｄ４（第４流量制御弁）は、電気操作レバー装置Ａ２の操作に応じて、第２メインポンプ２０２からアームシリンダ６に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ４０の指令によって駆動される電磁弁５７ａ，５７ｂによって生成された操作圧は、パイロットラインＣ７，Ｃ８を介して流量制御弁Ｄ４の受圧室Ｅ７，Ｅ８に入力される。流量制御弁Ｄ４のスプールは、受圧室Ｅ７，Ｅ８に入力される操作圧に応じて駆動される。流量制御弁Ｄ４のスプールが駆動されることにより、第２メインポンプ２０２からアームシリンダ６への圧油の供給方向及び流量が制御され、アームシリンダ６が駆動される。

【0035】

流量制御弁Ｄ５（第５流量制御弁）は、電気操作レバー装置Ａ２の操作に応じて、第１メインポンプ２０１からアームシリンダ６に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ４０の指令によって駆動される電磁弁５８ａ，５８ｂによって生成された操作圧は、パイロットラインＣ９，Ｃ１０を介して流量制御弁Ｄ５の受圧室Ｅ９，Ｅ１０に入力される。流量制御弁Ｄ５のスプールは、受圧室Ｅ９，Ｅ１０に入力される操作圧に応じて駆動される。流量制御弁Ｄ５のスプールが駆動されることにより、第１メインポンプ２０１からアームシリンダ６への圧油の供給方向及び流量が制御され、アームシリンダ６が駆動される。

【0036】

このように、アームシリンダ６は、２つのメインポンプ２０１，２０２から供給される作動油の流量が２つの流量制御弁Ｄ４，Ｄ５によって制御されることで駆動される。なお、コントローラ４０が、電磁弁５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂのうち、電磁弁５７ａ，５７ｂにのみ指令を与えた場合、アームシリンダ６は第２メインポンプ２０２から吐出される作動油のみによって駆動される。

【0037】

流量制御弁Ｄ６（第６流量制御弁）は、電気操作レバー装置Ａ３の操作に応じて、第１メインポンプ２０１からバケットシリンダ７に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ４０の指令によって駆動される電磁弁５９ａ，５９ｂによって生成された操作圧は、パイロットラインＣ１１，Ｃ１２を介して流量制御弁Ｄ６の受圧室Ｅ１１，Ｅ１２に入力される。流量制御弁Ｄ６のスプールは、受圧室Ｅ１１，Ｅ１２に入力される操作圧に応じて駆動される。流量制御弁Ｄ６のスプールが駆動されることにより、第１メインポンプ２０１からバケットシリンダ７への圧油の供給方向及び流量が制御され、バケットシリンダ７が駆動される。このように、バケットシリンダ７は、第１メインポンプ２０１から吐出される作動油の流量が流量制御弁Ｄ６によって制御されることで駆動される。

【0038】

図３は、バケット先端位置の演算方法の説明図である。作業装置１Ａの姿勢は、図３に示すショベル基準座標系に基づいて定義できる。図３のショベル基準座標系は、旋回体１２を基準に設定された座標系である。ショベル基準座標系では、ブームピン９１の中心軸に原点が設定され、旋回体１２の旋回中心軸と平行に（旋回体１２の真上方向に）Ｚ軸が設定され、Ｚ軸と直交する方向（旋回体１２の前方）にＸ軸が設定される。以下では、Ｘ軸に対するブーム８の傾斜角をブーム角α、ブーム８に対するアーム９の傾斜角をアーム角β、アーム９に対するバケット１０の傾斜角をバケット角γと記す。また、水平面（基準面）に対する車体１Ｂ（旋回体１２）の傾斜角、すなわち水平面（基準面）とＸ軸とのなす角を車体傾斜角θと記す。

【0039】

ブーム角αはブーム角度センサ３０により、アーム角βはアーム角度センサ３１により、バケット角γはバケット角度センサ３２により、車体傾斜角θは車体傾斜角度センサ３３により検出される。ブーム角αは、ブーム８を上限まで上げた状態（ブームシリンダ５が最伸長状態）で最小となり、ブーム８を下限まで下げた状態（ブームシリンダ５が最収縮状態）で最大となる。アーム角βは、アームシリンダ６が最収縮状態で最小となり、アームシリンダ６が最伸長状態で最大となる。バケット角γは、バケットシリンダ７が最収縮状態（図３の状態）で最小となり、バケットシリンダ７が最伸長状態で最大となる。

【0040】

ショベル基準座標系におけるバケット１０の先端部の位置（以下、先端位置Ｐｂと記す）は、ＸｂｋをＸ方向位置、ＺｂｋをＺ方向位置として、以下の（式１），（式２）で表される。
Ｘｂｋ＝Ｌ１ｃｏｓ（α）＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ（α＋β＋γ）…（式１）
Ｚｂｋ＝Ｌ１ｓｉｎ（α）＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）…（式２）
ここで、Ｌ１は、旋回体１２とブーム８とを連結するブームピン９１の中心軸からブーム８とアーム９とを連結するアームピン９２の中心軸までの長さである。Ｌ２は、アームピン９２の中心軸からアーム９とバケット１０とを連結するバケットピン９３の中心軸までの長さである。Ｌ３は、バケットピン９３の中心軸からバケット１０の先端位置（例えば、バケット１０の爪先）Ｐｂまでの長さである。

【0041】

図４を参照して、マシンコントロール（Machine Control：ＭＣ）及びマシンガイダンス（Machine Guidance：ＭＧ）を行う制御システム２１について説明する。図４は、油圧ショベル１に搭載された制御システム２１のハードウェア構成図である。

【0042】

コントローラ４０は、電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３の少なくとも１つが操作された場合に、一定条件下でオペレータの操作に介入して作業装置１Ａの動作を制限するＭＣ機能を備えている。ＭＣには、電気操作レバー装置Ａ２によるアーム操作、もしくは電気操作レバー装置Ａ１によるブーム操作をする際に実行される「領域制限制御」、及び、電気操作レバー装置Ａ１によるブーム下げ操作や電気操作レバー装置Ａ３によるバケット操作をする際に実行される「停止制御」が含まれる。

【0043】

領域制限制御は「整地制御」とも呼ばれる。領域制限制御が実行されている間、掘削目標面Ｓｔ（図３参照）から下側の領域を作業装置１Ａが掘削しないように、ブームシリンダ５、アームシリンダ６及びバケットシリンダ７の少なくとも１つが制御される。領域制限制御では、アーム操作やブーム操作によって、バケット１０の先端部が掘削目標面Ｓｔに沿って移動するように、作業装置１Ａの動作が制御される。例えば、コントローラ４０は、アーム操作がなされた場合に、掘削目標面Ｓｔに垂直な方向のバケット１０の先端部の速度ベクトルがゼロになるように、ブーム上げ又はブーム下げの指令を行う。また、コントローラ４０は、ブーム操作がなされた場合に、掘削目標面Ｓｔに垂直な方向のバケット１０の先端部の速度ベクトルがゼロになるように、アーム引き又はアーム押しの指令を行う。これにより、回動運動であるアーム動作やブーム動作によるバケット１０の先端部の軌跡が、掘削目標面Ｓｔに沿う直線軌道に補正される。

【0044】

停止制御は、掘削目標面Ｓｔよりも下方の領域にバケット１０の先端部が侵入しないように、ブーム下げ動作やバケット動作を停止する制御である。停止制御では、コントローラ４０は、バケット１０の先端部が掘削目標面Ｓｔに接近するにつれブーム下げ動作やバケット動作を減速させる。

【0045】

なお、本実施例では、ＭＣ時の作業装置１Ａの制御点を、油圧ショベル１のバケット１０の爪先に設定しているが、制御点は作業装置１Ａの先端部分の点であればバケット１０の爪先以外にも変更可能である。例えば、バケット１０の底面やバケットリンク１３の最外部に制御点を設定してもよい。また、掘削目標面Ｓｔから最も距離の近いバケット１０上の点を制御点に設定してもよい。つまり、状況に応じて制御点は変化してもよい。

【0046】

ＭＣでは、電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３の非操作時に作業装置１Ａの動作をコントローラ４０により制御する「自動制御」と、電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３の操作時にのみ作業装置１Ａの動作をコントローラ４０により制御する「半自動制御」と、がある。なお、ＭＣは、オペレータ操作にコントローラ４０による制御が介入するため「介入制御」とも呼ばれる。

【0047】

また、制御システム２１は、ＭＧとして、例えば、図５に示すように、掘削目標面Ｓｔと作業装置１Ａ（例えば、バケット１０）との位置関係を表示装置５３に表示する処理を実行する。

【0048】

図４に示すように、制御システム２１は、コントローラ４０と、コントローラ４０に接続されコントローラ４０に信号を出力する姿勢検出装置５０、目標面設定装置５１、車体位置検出装置１４、電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３、外部入力装置９６、圧力センサ５ａ～７ｂ、及び温度センサ１９を有する。また、制御システム２１は、コントローラ４０に接続されコントローラ４０からの信号に基づいて制御される表示装置５３、レギュレータ２０１ａ，２０２ａ，２０３ａ、及び電磁弁５５ａ～５９ｂを有する。

【0049】

姿勢検出装置５０は、ブーム角度センサ３０、アーム角度センサ３１、バケット角度センサ３２及び車体傾斜角度センサ３３を有する。これらの角度センサ３０，３１，３２，３３は、油圧ショベル１の姿勢に関する情報を取得し、その情報に応じた信号を出力する。すなわち、角度センサ３０，３１，３２，３３は、作業装置１Ａの姿勢、すなわち作業装置１Ａを構成する複数の駆動対象部材（ブーム８、アーム９、及びバケット１０）の姿勢を検出する姿勢センサとして機能している。なお、角度センサ３０，３１，３２には、例えば、姿勢に関する情報としてのブーム角α、アーム角β及びバケット角γを取得し、取得した角度に応じた信号（電圧）を出力するポテンショメータを採用することができる。また、車体傾斜角度センサ３３には、旋回体１２の姿勢に関する情報として直交３軸の角速度及び加速度を取得し、この情報に基づき車体傾斜角θを演算し、車体傾斜角θを表す信号をコントローラ４０に出力するＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）を採用することができる。

【0050】

なお、車体傾斜角θの演算は、ＩＭＵの出力信号に基づき、コントローラ４０が行うようにしてもよい。また、角度センサ３０～３２はそれぞれ基準面に対する傾斜角を測定するセンサ（ＩＭＵ等）や油圧シリンダ５～７のストロークを検出するセンサで代替することもできる。

【0051】

目標面設定装置５１は、掘削目標面の位置情報、掘削目標面の基準面（水平面）に対する傾斜角度情報等の掘削目標面に関する情報を、コントローラ４０に指令信号として出力可能なＭＣ用のコントローラを含む入力デバイスである。例えば、目標面設定装置５１は、グローバル座標系（絶対座標系）で規定された掘削目標面の３次元データを格納した外部端末（不図示）に接続され、外部端末から掘削目標面の３次元データがＭＣ用のコントローラを含む入力デバイスであるタッチパネルを介して入力される。なお、目標面設定装置５１を介したコントローラ４０への掘削目標面の入力は、オペレータが手動で行ってもよい。

【0052】

車体位置検出装置１４は、一対のＧＮＳＳアンテナ１４ａ，１４ｂを含み、車体１Ｂ（旋回体１２）の位置及び車体１Ｂ（旋回体１２）の方位を演算し、演算結果をコントローラ４０に出力する。

【0053】

外部入力装置９６は、オペレータによって操作され、操作に応じた入力信号をコントローラ４０に出力する入力装置である。外部入力装置９６は、例えば、表示装置５３の表示画面に設けられる静電容量式のタッチセンサである。また、外部入力装置９６は、複数のスイッチ、レバーを備えたものであってもよい。

【0054】

図５は、表示装置５３の表示画面の一例を示す図である。図５に示すように、表示装置５３は、コントローラ４０からの表示制御信号に基づいて、様々な表示画像を表示画面に表示する。表示装置５３は、例えば、タッチパネル式の液晶モニタであり、運転室１６内に設置されている。コントローラ４０は、ＭＧ機能として、表示装置５３の表示画面に掘削目標面Ｓｔと作業装置１Ａ（例えば、バケット１０）の位置関係を表す表示画像を表示させる。図に示す例では、掘削目標面Ｓｔ及びバケット１０を表す画像と、掘削目標面Ｓｔからバケット１０の先端部までの距離が目標面距離Ｈ１として表示されている。目標面距離Ｈ１は掘削目標面Ｓｔを基準に上方向に正の値、下方向に負の値をとる。なお、図５に示す表示画像は、オペレータに操作されるモード切り替えスイッチ（不図示）によりＭＣを実行するモードが設定されているか否かに関わらず、表示装置５３に表示させることができる。オペレータはこの表示画像を参考に、作業装置１Ａを操作することができる。

【0055】

コントローラ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の処理装置４１、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性メモリ４２、所謂ＲＡＭ（Random Access Memory）と呼ばれる揮発性メモリ４３、入力インターフェース４４、出力インターフェース４５、及び、その他の周辺回路を備えたコンピュータで構成される。これらのハードウェアは、協働してソフトウェアを動作させ、複数の機能を実現する。なお、コントローラ４０は、１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。また、処理装置４１としては、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを用いることができる。

【0056】

不揮発性メモリ４２には、各種演算が実行可能なプログラム及び閾値などの各種データが格納されている。すなわち、不揮発性メモリ４２は、本実施例の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体（記憶装置）である。揮発性メモリ４３は、処理装置４１による演算結果及び入力インターフェース４４から入力された信号を一時的に記憶する記憶媒体（記憶装置）である。処理装置４１は、不揮発性メモリ４２に記憶されたプログラムを揮発性メモリ４３に展開して演算実行する装置であって、プログラムに従って入力インターフェース４４、不揮発性メモリ４２及び揮発性メモリ４３から取り入れたデータに対して所定の演算処理を行う。

【0057】

入力インターフェース４４は、各種装置（姿勢検出装置５０、目標面設定装置５１、車体位置検出装置１４、電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３、外部入力装置９６、圧力センサ５ａ～７ｂ，２０１ｂ，２０２ｂ，２０３ｂ、及び温度センサ１９）から入力された信号を処理装置４１で演算可能なデータに変換する。また、出力インターフェース４５は、処理装置４１での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を各種装置（レギュレータ２０１ａ，２０２ａ，２０３ａ、電磁弁５５ａ～５９ｂ、及び表示装置５３）に出力する。

【0058】

コントローラ４０がレギュレータ２０１ａ～２０３ａを制御することによりメインポンプ２０１～２０３の吐出容量が変化する。コントローラ４０が電磁弁５５ａ～５９ｂを制御することにより、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６のスプールが作動し、油圧シリンダ５～７が作動する。コントローラ４０が表示装置５３を制御することにより表示装置５３の表示画面に所定の画像が表示される。

【0059】

－コントローラの機能－
図６を参照して、コントローラ４０の機能の詳細について説明する。図６は、コントローラ４０の機能ブロック図である。コントローラ４０は、不揮発性メモリ４２に記憶されているプログラムを実行することにより、操作量演算部１４１、姿勢演算部１４２、目標面演算部１４３、目標速度演算部１４４、目標圧演算部１４５、補正目標圧演算部１４６、バルブ指令演算部１４７、学習部１４９、および表示制御部１５０として機能する。目標圧演算部１４５、補正目標圧演算部１４６及びバルブ指令演算部１４７は、電磁弁５５ａ～５９ｂを制御することにより、油圧アクチュエータである油圧シリンダ５，６，７を制御する電磁弁制御部１４８として機能する。

【0060】

操作量演算部１４１は、電気操作レバー装置Ａ１，Ａ２，Ａ３の操作信号（操作量及び操作方向）に基づいて、電磁弁５５ａ～５９ｂにより生成する操作圧の目標値（以下、操作量操作圧とも記す）Ｐｉ０（ＰｉＢＭ１２Ｕ０，ＰｉＢＭ３Ｕ０，ＰｉＢＭ１２Ｄ０，ＰｉＢＭ３Ｄ０，ＰｉＡＭ１Ｃ０，ＰｉＡＭ２Ｃ０，ＰｉＡＭ１Ｄ０，ＰｉＡＭ２Ｄ０，ＰｉＢＫＣ０，ＰｉＢＫＤ０）を演算する。操作量演算部１４１は、電気操作レバー装置Ａ１によってブーム上げ操作が行われた場合、電磁弁５５ａにより生成する操作圧の目標値ＰｉＢＭ１２Ｕ０及び電磁弁５６ａにより生成する操作圧の目標値ＰｉＢＭ３Ｕ０を演算する。操作量演算部１４１は、電気操作レバー装置Ａ１によってブーム下げ操作が行われた場合、電磁弁５５ｂにより生成する操作圧の目標値ＰｉＢＭ１２Ｄ０及び電磁弁５６ｂにより生成する操作圧の目標値ＰｉＢＭ３Ｄ０を演算する。

【0061】

操作量演算部１４１は、電気操作レバー装置Ａ２によってアーム引き（アームクラウド）操作が行われた場合、電磁弁５７ａにより生成する操作圧の目標値ＰｉＡＭ１Ｃ０及び電磁弁５８ａにより生成する操作圧の目標値ＰｉＡＭ２Ｃ０を演算する。操作量演算部１４１は、電気操作レバー装置Ａ２によってアーム押し（アームダンプ）操作が行われた場合、電磁弁５７ｂにより生成する操作圧の目標値ＰｉＡＭ１Ｄ０及び電磁弁５８ｂにより生成する操作圧の目標値ＰｉＡＭ２Ｄ０を演算する。

【0062】

操作量演算部１４１は、電気操作レバー装置Ａ３によってバケット引き（バケットクラウド）操作が行われた場合、電磁弁５９ａにより生成する操作圧の目標値ＰｉＢＫＣ０を演算する。操作量演算部１４１は、電気操作レバー装置Ａ３によってバケット押し（バケットダンプ）操作が行われた場合、電磁弁５９ｂにより生成する操作圧の目標値ＰｉＢＫＤ０を演算する。

【0063】

姿勢演算部１４２は、姿勢検出装置５０により検出された姿勢情報（角度情報）、及び、不揮発性メモリ４２に記憶されている作業装置１Ａの寸法情報（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）に基づき、ショベル基準座標系（ローカル座標系）における作業装置１Ａの姿勢と、バケット１０の先端位置Ｐｂを演算する。バケット１０の先端位置Ｐｂ（Ｘｂｋ，Ｚｂｋ）は、既述のとおり、（式１）及び（式２）により演算できる。なお、グローバル座標系における作業装置１Ａの姿勢と、バケット１０の先端位置が必要な場合には、姿勢演算部１４２は、車体位置検出装置１４により検出された旋回体１２のグローバル座標系における位置と方位に基づいて、ショベル基準座標系の座標をグローバル座標系の座標に変換する。

【0064】

目標面演算部１４３は、目標面設定装置５１からの情報に基づき掘削目標面Ｓｔを設定する。具体的には、目標面演算部１４３は、目標面設定装置５１からの情報に基づき掘削目標面Ｓｔの位置情報を演算し、その演算結果を揮発性メモリ４３に記憶する。目標面演算部１４３は、目標面設定装置５１を介して３次元データで提供される掘削目標面を作業装置１Ａが移動する平面（作業装置の動作平面）で切断した断面形状（図３参照）を２次元の掘削目標面Ｓｔとして演算する。

【0065】

なお、図３では掘削目標面Ｓｔが１つであるが、掘削目標面Ｓｔが複数存在する場合もある。掘削目標面Ｓｔが複数存在する場合、目標面演算部１４３は、バケット１０の先端部に最も近いもの、バケット１０の先端部の鉛直下方に位置するもの、あるいは、任意に選択したものを演算対象の掘削目標面Ｓｔとして設定する。

【0066】

目標速度演算部１４４は、領域制限制御（整地制御）において、作業装置１Ａによって掘削目標面Ｓｔを超えて掘削目標面Ｓｔよりも下側を掘削してしまわないように、各油圧シリンダ５，６，７の目標速度を演算する。目標速度演算部１４４は、姿勢演算部１４２での演算結果及び操作量演算部１４１での演算結果に基づいて、各油圧シリンダ５，６，７の目標速度を演算する。

【0067】

図７を参照して、領域制限制御中の目標速度の演算方法について詳しく説明する。図７は、バケット１０の先端が補正後の目標速度ベクトルＶｃａの通りに制御されたときの、バケット１０の先端の軌跡の一例を示す図である。ここでの説明では、図７に示すように、Ｘｔ軸及びＹｔ軸を設定する。Ｘｔ軸は、掘削目標面Ｓｔに平行な軸であり、Ｙｔ軸は、掘削目標面Ｓｔに直交する軸である。

【0068】

目標速度演算部１４４は、操作量演算部１４１によって演算された電磁弁５５ａ～５９ｂの操作量操作圧Ｐｉ０（ＰｉＢＭ１２Ｕ０，ＰｉＢＭ３Ｕ０，ＰｉＢＭ１２Ｄ０，ＰｉＢＭ３Ｄ０，ＰｉＡＭ１Ｃ０，ＰｉＡＭ２Ｃ０，ＰｉＡＭ１Ｄ０，ＰｉＡＭ２Ｄ０，ＰｉＢＫＣ０，ＰｉＢＫＤ０）に基づいて、各油圧シリンダ５，６，７の一次目標速度を演算する。

【0069】

目標速度演算部１４４は、各油圧シリンダ５，６，７の一次目標速度と、姿勢演算部１４２によって演算されたバケット１０の先端位置Ｐｂと、不揮発性メモリ４２に記憶してある作業装置１Ａの寸法情報（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３等）とに基づいて、図７に示すバケット１０の先端部の目標速度ベクトルＶｃを演算する。

【0070】

目標速度演算部１４４は、バケット１０の先端部と掘削目標面Ｓｔとの距離である目標面距離Ｈ１が０（ゼロ）に近づくにつれて、バケット１０の先端部の目標速度ベクトルＶｃにおける掘削目標面Ｓｔに垂直な成分Ｖｃｙ（Ｙｔ軸方向の速度成分）が０（ゼロ）に近づくように油圧シリンダ５，６，７のうち必要な油圧シリンダの一次目標速度を補正して、二次目標速度を演算する。これにより、バケット１０の先端部の目標速度ベクトルＶｃが、補正後目標速度ベクトルＶｃａに変換される。目標面距離Ｈ１が０（ゼロ）のときの目標速度ベクトルＶｃａは掘削目標面Ｓｔに平行な成分Ｖｃｘ（Ｘｔ軸方向の速度成分）のみになる。このため、領域制限制御では、掘削目標面Ｓｔよりも下側の領域にバケット１０の先端部が侵入しないように、掘削目標面Ｓｔ上又はその上方にバケット１０の先端部（制御点）が保持される。以下、このように、バケット１０の先端部の速度ベクトルを変換（補正）する制御のことを方向変換制御とも記す。

【0071】

方向変換制御は、ブーム上げ又はブーム下げとアームクラウドとの組み合わせにより実行される場合と、ブーム上げ又はブーム下げとアームダンプとの組み合わせにより実行される場合とがある。いずれの場合においても、目標速度ベクトルＶｃが掘削目標面Ｓｔに接近する下向き成分（Ｖｃｙ＜０）を含むとき、目標速度演算部１４４は、その下向き成分を打ち消すブーム上げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。反対に目標速度ベクトルＶｃが掘削目標面Ｓｔから離れる上向き成分（Ｖｃｙ＞０）を含むとき、目標速度演算部１４４は、その上向き成分を打ち消すブーム下げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。

【0072】

なお、モード切り替えスイッチ（不図示）により、領域制限制御（整地制御）が行われないモードが設定されている場合、目標速度演算部１４４は、電気操作レバー装置Ａ１～Ａ３の操作に応じた各油圧シリンダ５～７の一次目標速度に対する補正は行わない。

【0073】

このように、目標速度演算部１４４は、操作量演算部１４１及び姿勢演算部１４２の演算結果に基づいて、油圧シリンダ５，６，７の伸長速度／収縮速度の目標値である目標速度を演算する。

【0074】

目標圧演算部１４５は、圧力センサ５ａ～７ｂ、２０１ｂ～２０３ｂの検出結果と目標速度演算部により演算された各油圧シリンダ５，６，７の目標速度とに基づいて、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６の目標スプール開口を演算し、この目標スプール開口をスプール開口テーブルに基づいて目標操作圧Ｐｉ１（ＰｉＢＭ１２Ｕ１，ＰｉＢＭ３Ｕ１，ＰｉＢＭ１２Ｄ１，ＰｉＢＭ３Ｄ１，ＰｉＡＭ１Ｃ１，ＰｉＡＭ２Ｃ１，ＰｉＡＭ１Ｄ１，ＰｉＡＭ２Ｄ１，ＰｉＢＫＣ１，ＰｉＢＫＤ１）に変換し出力する。

【0075】

本実施例において、目標圧演算部１４５は、圧力センサ５ａ～７ｂ、２０１ｂ～２０３ｂの検出結果と目標速度演算部により演算された各油圧シリンダ５，６，７の目標速度とに基づいて、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６のメータアウト側の目標スプール開口を演算し、このメータアウト側の目標スプール開口を流量制御弁Ｄ１～Ｄ６のメータアウト側の目標開口テーブルに基づいて目標操作圧Ｐｉ１（ＰｉＢＭ１２Ｕ１，ＰｉＢＭ３Ｕ１，ＰｉＢＭ１２Ｄ１，ＰｉＢＭ３Ｄ１，ＰｉＡＭ１Ｃ１，ＰｉＡＭ２Ｃ１，ＰｉＡＭ１Ｄ１，ＰｉＡＭ２Ｄ１，ＰｉＢＫＣ１，ＰｉＢＫＤ１）に変換し出力する。

【0076】

図８を参照して、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６のメータアウト通路部の開口特性の一例について説明する。図８は、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６のメータアウト通路部の開口線図であり、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６の受圧室Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ７、Ｅ９、Ｅ１１に入力される操作圧と、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６のメータアウト通路部の開口面積との関係を示す。図８に示すように、電磁弁５５ａ～５９ａにより生成される操作圧が増加するほど、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６のメータアウト通路部の開口面積は大きくなる。コントローラ４０の不揮発性メモリ４２には、操作圧と流量制御弁Ｄ１～Ｄ６の開口面積との関係を規定する開口特性テーブルＴｏが記憶されている。

【0077】

目標圧演算部１４５は、開口特性テーブルＴｏを参照し、メータアウト目標開口面積Ａｏｕｔ（Ａｏｕｔ＿Ｂｍ１Ｕ，Ａｏｕｔ＿Ｂｍ３Ｕ，Ａｏｕｔ＿Ｂｍ１Ｄ，Ａｏｕｔ＿Ｂｍ３Ｄ，Ａｏｕｔ＿Ａｍ１Ｃ，Ａｏｕｔ＿Ａｍ２Ｃ，Ａｏｕｔ＿Ａｍ１Ｄ，Ａｏｕｔ＿Ａｍ２Ｄ，Ａｏｕｔ＿ＢｋＣ，Ａｏｕｔ＿ＢｋＤ）に基づき、操作圧の目標値である目標操作圧Ｐｉ１（ＰｉＢＭ１２Ｕ１，ＰｉＢＭ３Ｕ１，ＰｉＢＭ１２Ｄ１，ＰｉＢＭ３Ｄ１，ＰｉＡＭ１Ｃ１，ＰｉＡＭ２Ｃ１，ＰｉＡＭ１Ｄ１，ＰｉＡＭ２Ｄ１，ＰｉＢＫＣ１，ＰｉＢＫＤ１）を演算する。

【0078】

目標圧演算部１４５は、各メインポンプ２０１，２０２，２０３に割り当てられる各油圧シリンダ５～７のメータイン側の目標流量の総和から、各メインポンプ２０１，２０２，２０３の目標流量Ｑ２０１，Ｑ２０２，Ｑ２０３を演算する。

【0079】

不揮発性メモリ４２には、メインポンプ２０１，２０２，２０３の目標流量Ｑ２０１，Ｑ２０２，Ｑ２０３と、レギュレータ２０１ａ，２０２ａ，２０３ａの目標レギュレータ圧との関係を規定するレギュレータ圧テーブルが予め記憶されている。レギュレータ圧テーブルは、メインポンプ２０１，２０２，２０３ごとに定められる。

【0080】

目標圧演算部１４５は、レギュレータ圧テーブルを参照し、演算したメインポンプ２０１，２０２，２０３の目標流量Ｑ２０１，Ｑ２０２，Ｑ２０３に基づき、目標レギュレータ圧ＰＰｃ２０１，ＰＰｃ２０２，ＰＰｃ２０３を演算する。

【0081】

補正目標圧演算部１４６は、後述する学習部１４９の学習処理によって取得した補正値を読み出す。読み出した補正値と目標圧演算部１４５で演算された目標操作圧Ｐｉ１に基づいて補正目標圧Ｐｉ２を演算し、出力する。補正目標圧演算部１４６での補正処理の詳細については後述する。

【0082】

流量制御弁Ｄ１～Ｄ６の開口面積と電磁弁５５ａ～５９ｂにより生成する操作圧との関係は、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６の製造誤差によって開口特性テーブルＴｏに対してバラつきが発生する。流量制御弁Ｄ１～Ｄ６の製造誤差には、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６のスプールの加工誤差、スプールを中立位置に保持するためのバネ（センタリングスプリング）のバネ係数のバラつき、スプールを摺動可能に保持するバルブケーシングの加工誤差等がある。なお、領域制限制御おける方向変換制御では、ブーム上げ又はブーム下げとアームクラウドとの組み合わせにより実行される場合と、ブーム上げ又はブーム下げとアームダンプとの組み合わせにより実行される場合があり、ブームまたはアームに対応する流量制御弁の製造誤差による、開口特性テーブルＴｏに対するバラつき（個体差）によって、領域制限制御の精度がとくに悪化する。

【0083】

本実施例では、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６のうち、ブーム上げ動作にあたる流量制御弁Ｄ３の製造誤差による、開口特性テーブルＴｏに対するバラつき（個体差）による領域制限制御の精度悪化を抑えるため、学習部１４９は、流量制御弁Ｄ３のメータアウト通路部の開口面積と電磁弁５６ａにより生成する操作圧との関係を学習する。学習部１４９は、その学習結果に基づいて、開口特性テーブルＴｏを参照し、目標スプール開口に基づいて演算した目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ１を補正することにより、製造誤差のばらつきによる領域制限制御の精度悪化を抑える。

【0084】

流量制御弁Ｄ３のメータアウト通路部の開口面積と電磁弁５６ａにより生成する操作圧との関係を学習するには、油圧シリンダ５のメータアウト側の負荷圧の測定を行う。

【0085】

本実施例における油圧シリンダ５のメータアウト側の負荷圧は流量制御弁Ｄ３のメータアウト通路部の開口面積と電磁弁５６ａにより生成される操作圧が関係している。流量制御弁Ｄ３は、電磁弁５６ａにより生成される操作圧が増加するほど、流量制御弁Ｄ３のメータアウト通路部の開口面積は大きくなる。

【0086】

流量制御弁Ｄ３のメータアウト通路部の開口面積は大きくなると、メータアウト開口の絞りによる圧損（ブレーキ圧）が小さくなり、油圧シリンダ５のメータアウト側の負荷圧は小さくなる。

【0087】

反対に流量制御弁Ｄ３は、電磁弁５６ａにより生成される操作圧が減少するほど、流量制御弁Ｄ３のメータアウト通路部の開口面積は小さくなる。流量制御弁Ｄ３のメータアウト通路部の開口面積は小さくなると、メータアウト開口の絞りによる圧損（ブレーキ圧）が大きくなり、油圧シリンダ５のメータアウト側の負荷圧は大きくなる。

【0088】

そのため、油圧シリンダ５のメータアウト側の負荷圧の測定を行うことで、絞りによる圧損（ブレーキ圧）を測定することができ、流量制御弁Ｄ３のメータアウト通路部の開口面積と電磁弁５６ａにより生成する操作圧との関係を学習することができる。なお、絞りによる圧損（ブレーキ圧）を測定する方法としては、油圧シリンダ５のメータアウト側の負荷圧を直接検出する方法の他、油圧シリンダ５のメータイン側の負荷圧に油圧シリンダ５の受圧面積比を乗算する方法がある。

【0089】

図９を参照して、学習部１４９により実行される流量制御弁Ｄ３の学習処理の流れについて説明する。図９は、学習部１４９により実行される流量制御弁Ｄ３の学習処理を示すフローチャートである。オペレータによって外部入力装置９６が操作され、外部入力装置９６から学習処理の実行指令が入力されると、学習部１４９は学習処理を開始する（ステップＳ１０１）。

【0090】

ステップＳ１０１において、学習部１４９は、流量制御弁Ｄ３の学習に紐付けられた学習開始姿勢データと学習開始目標面データを不揮発性メモリ４２から読み出す。

【0091】

図１０は、流量制御弁Ｄ３に対応する学習開始姿勢と学習開始目標面を示す図である。不揮発性メモリ４２には、図１０に示す学習開始姿勢を規定する学習開始姿勢データと、学習開始目標面データが記憶されている。

【0092】

学習開始姿勢データは、ブーム角αの目標角度を満たす目標範囲（下限値及び上限値）、アーム角βの目標角度を満たす目標範囲（下限値及び上限値）及びバケット角γの目標角度を満たす目標範囲（下限値及び上限値）を含み、学習開始目標面データは、掘削目標面Ｓｔの作業装置１Ａのショベル基準座標系Ｚ軸方向の目標範囲（下限値及び上限値）と掘削目標面Ｓｔと作業装置１Ａのショベル基準座標系のＸ軸との目標角度（下限値及び上限値）とを含む。

【0093】

本実施例では、図１０に示すように、水平引きの開始姿勢と目標面を設定するため、学習開始姿勢データのアーム角βはアームシリンダ６が最収縮となる角度、バケット角γは０度が目標角度となるように範囲を設定し、学習開始目標面データは作業装置１Ａのショベル基準座標系Ｘ軸と平行であり、Ｚ軸方向の目標範囲はバケット１０の爪先が空中動作となるように設定する。なおブーム角αの目標角度は、アーム角βとバケット角γが上記目標範囲を満たし、バケット１０の爪先が目標面と一致した際のブーム角αの角度となり、ブーム角αの目標角度より目標範囲を設定する。

【0094】

ステップＳ１０１において、学習開始姿勢データと学習開始目標面データの読み出しが完了したら、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２において、図９に示すように、表示制御部１５０は、表示装置５３に学習開始姿勢画面５３ａ（図１１参照）を表示させる。図１１に示すように、学習開始姿勢画面５３ａには、作業装置１Ａの姿勢を学習開始姿勢とするための操作をオペレータに促すメッセージ「作業装置の姿勢を目標範囲に合わせてください。」が表示される。

【0095】

図９のステップＳ１０２において、学習開始姿勢画面５３ａが表示装置５３に表示されると、処理がステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３において、学習開始条件（学習開始姿勢、学習開始目標面、ＭＣ実行モードの設定）が満たされているかの判定を行う。

【0096】

学習開始姿勢の判定は、作業装置１Ａの姿勢が学習開始姿勢であるか否かの判定である。現在のブーム角α、アーム角β及びバケット角γのそれぞれが目標範囲の内にある場合、学習部１４９は、作業装置１Ａの姿勢は学習開始姿勢であると判定し、現在のブーム角α、アーム角β及びバケット角γのいずれかが目標範囲の外である場合、学習部１４９は、作業装置１Ａの姿勢は学習開始姿勢でないと判定する。

【0097】

学習開始目標面の判定は、掘削目標面Ｓｔが学習開始目標面であるか否かの判定である。掘削目標面Ｓｔが学習開始目標面データで規定される目標範囲の内にある場合、学習部１４９は、掘削目標面Ｓｔは学習開始目標面であると判定し、掘削目標面Ｓｔが学習開始目標面データで規定される目標範囲の外にある場合、学習部１４９は、掘削目標面Ｓｔは学習開始目標面でないと判定する。

【0098】

ＭＣ実行モードの設定の判定は、ＭＣを実行するモードに設定されているか否かの判定である。オペレータに操作されるモード切り替えスイッチによりＭＣを実行するモードに設定されている場合、学習部１４９は、ＭＣを実行するモードに設定されていると判定し、オペレータに操作されるモード切り替えスイッチによりＭＣを実行するモードに設定されていない場合、学習部１４９は、ＭＣを実行するモードに設定されていないと判定する。

【0099】

ステップＳ１０３において、学習開始条件（学習開始姿勢、学習開始目標面、ＭＣ実行モードの設定）が全て肯定判定された場合、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０３の学習開始条件（学習開始姿勢、学習開始目標面、ＭＣ実行モードの設定）の判定は、肯定判定されるまで所定の制御周期で繰り返し実行される。

【0100】

ステップＳ１０３において、学習開始条件の判定処理が、肯定判定された場合、表示制御部１５０は、表示装置５３に操作指示画面を表示させる。操作指示画面には、「アーム操作レバーを引き側に操作してください」といった操作指示が表示される。ステップＳ１０３において、操作指示画面が表示されると、処理がステップＳ１０４に進む。

【0101】

ステップＳ１０４において、オペレータにより電気操作レバー装置Ａ２がアーム引き側に操作されると、学習処理が開始され、電気操作レバー装置Ａ２が操作されている間、領域制限制御が実行され、バケット１０の先端部が掘削目標面Ｓｔに沿って移動するように、作業装置１Ａの動作が制御される。

【0102】

学習部１４９は、領域制限制御を実行され、ブーム８が上げ方向に駆動しているときの油圧シリンダ５のメータアウト側の負荷圧の測定を行う。なお以下では、油圧シリンダ５のメータアウト側の負荷圧をシリンダ圧とも記す。学習部１４９は測定したシリンダ圧と時刻を記憶する。ここで、記憶されるシリンダ圧は、圧力センサ５ａにより検出される。

【0103】

図１２は、シリンダ圧の測定時に記憶した時刻とシリンダ圧の関係を示した図である。ステップＳ１０４において、学習部１４９は、記憶された時刻と、圧力センサ５ａを用いて測定されるシリンダ圧に基づいて、シリンダ圧の最小値Ｐｍｉｎ（以下、最小シリンダ圧とも記す）と最大値Ｐｍａｘ（以下、最大シリンダ圧とも記す）を演算し、処理をステップＳ１０５に進める。

【0104】

ステップＳ１０５において、学習部１４９は、ステップＳ１０４で演算された最小シリンダ圧Ｐｍｉｎが予め定められたシリンダ圧の最小閾値Ｐｍ１以上であるか否かを判定する。なお、シリンダ圧の最小閾値Ｐｍ１は、事前に記憶された開口特性と、領域制限制御中の流量制御弁Ｄ３を通過する流量をもとに机上計算あるいは試作機を用いた実験などに基づいて定められるシリンダ圧を目標値とし、目標値を満たす目標範囲（下限値及び上限値）を設定した場合の下限値である。

【0105】

ステップＳ１０５において、最小シリンダ圧Ｐｍｉｎがシリンダ圧の最小閾値Ｐｍ１よりも小さいと判定されると、学習部１４９は、処理をステップＳ１０７に進める。

【0106】

ステップＳ１０７において、学習部１４９は、操作圧の補正値Ｐｉｃを減算し、操作圧を低くするような補正値Ｐｉｃを取得する。例えば、補正値Ｐｉｃの初期値を１．００に設定した場合、操作圧が低くなるようにするには、初期値から０．０１を減算して補正値Ｐｉｃを０．９９にする。

【0107】

学習部１４９は、取得した補正値Ｐｉｃを補正目標圧演算部に出力し、処理をステップＳ１０２に戻す。つまり、次のシリンダ圧の測定時は目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ１が補正目標圧演算部１４６で補正され、補正目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ２がバルブ指令演算部１４７に出力される。なお、補正目標圧演算部１４６での補正方法については後述する。

【0108】

ステップＳ１０５において、最小シリンダ圧Ｐｍｉｎがシリンダ圧の最小閾値Ｐｍ１よりも大きいと判定されると、学習部１４９は、処理をステップＳ１０６に進める。

【0109】

ステップＳ１０６において、学習部１４９は、ステップＳ１０４で演算された最大シリンダ圧Ｐｍａｘが予め定められたシリンダ圧の最大閾値Ｐｍ２以下であるか否かを判定する。なお、シリンダ圧の最大閾値Ｐｍ２は、事前に記憶された開口特性と、領域制限制御中の流量制御弁Ｄ３を通過する流量をもとに机上計算あるいは試作機を用いた実験などに基づいて定められるシリンダ圧を目標値とし、目標地を満たす目標範囲（下限値及び上限値）を設定した場合の上限値である。

【0110】

ステップＳ１０６において、最大シリンダ圧Ｐｍａｘがシリンダ圧の最大閾値Ｐｍ２よりも大きいと判定されると、学習部１４９は、処理をステップＳ１０８に進める。

【0111】

ステップＳ１０８において、学習部１４９は、操作圧の補正値Ｐｉｃを加算し、操作圧を高くするような補正値Ｐｉｃを取得する。例えば、補正値Ｐｉｃの初期値を１．００に設定した場合、操作圧が高くなるようにするには、初期値から０．０１を加算して補正値Ｐｉｃを１．０１にする。

【0112】

学習部１４９は、取得した補正値Ｐｉｃを補正目標圧演算部に出力し、処理をステップＳ１０２に戻す。つまり、次のシリンダ圧の測定時は目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ１が補正目標圧演算部１４６で補正され、補正目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ２がバルブ指令演算部１４７に出力される。なお、補正目標圧演算部１４６での補正方法については後述する。

【0113】

ステップＳ１０６において、最大シリンダ圧Ｐｍａｘがシリンダ圧の最大閾値Ｐｍ２よりも小さいと判定されると、学習部１４９は、処理をステップＳ１０９に進める。ステップＳ１０９において、学習部１４９は、操作圧の補正値Ｐｉｃを記憶し、図９のフローチャートに示す処理を終了する。なお、表示制御部１５０は、学習処理が終了したことを表示装置５３に表示させる。

【0114】

このように、学習部１４９は、学習処理において、領域制限制御が実行されている間の、シリンダ圧の測定を行い、圧力閾値Ｐｔａ（シリンダ圧の最小閾値Ｐｍ１、シリンダ圧の最大閾値Ｐｍ２）の範囲に収まったときの操作圧の補正値Ｐｉｃを取得する。取得した補正値Ｐｉｃは、補正処理で用いられる。

【0115】

なお、本実施例において、図１２に示すように、測定したシリンダ圧は、オペレータにより電気操作レバー装置Ａ２がアーム引き側に操作され、領域制限制御が実行された直後とブーム上げ動作が終了する付近ではシリンダ圧がシリンダ圧の最小閾値Ｐｍ１よりも小さくなる。測定したシリンダ圧がシリンダ圧の最小閾値Ｐｍ１よりも小さい場合、図９においてステップＳ１０５からステップＳ１０７へ進むフローを繰り返してしまう。

【0116】

そのため、本実施例では、目標速度演算部１４４によって演算される二次目標速度に対して閾値Ｖｔａを設定し、油圧シリンダ５の二次目標速度が閾値Ｖｔａ以上であるときにシリンダ圧の測定を行う。つまり、領域制限制御が実行された直後とブーム上げ動作が終了する付近でのシリンダ圧を除いてシリンダ圧の測定をすることで、誤ったステップＳ１０５からステップＳ１０７へ進むフローの繰り返しを防ぐ。また、シリンダ圧の測定を開始する条件は二次目標速度に対する閾値でなくてもよく、領域制限制御が実行された直後とブーム上げ動作が終了する付近でのシリンダ圧を除いて測定することができればよい。

【0117】

バルブ指令演算部１４７は、目標圧演算部１４５により演算された目標操作圧Ｐｉ１（ＰｉＢＭ１２Ｕ１，ＰｉＢＭ３Ｕ１，ＰｉＢＭ１２Ｄ１，ＰｉＢＭ３Ｄ１，ＰｉＡＭ１Ｃ１，ＰｉＡＭ２Ｃ１，ＰｉＡＭ１Ｄ１，ＰｉＡＭ２Ｄ１，ＰｉＢＫＣ１，ＰｉＢＫＤ１）および補正目標圧Ｐｉ２に基づく電気信号を演算し、演算した電気信号を対応する電磁弁５５ａ～５９ｂに出力する。また、バルブ指令演算部１４７は、目標圧演算部１４５により演算された目標レギュレータ圧ＰＰｃ（ＰＰｃ２０１，ＰＰｃ２０２，ＰＰｃ２０３）に基づく電気信号を演算し、演算した電気信号を対応するレギュレータ２０１ａ～２０３ａのレギュレータ電磁弁に出力する。

【0118】

バルブ指令演算部１４７から出力された電気信号（励磁電流）によって、電磁弁５５ａ～５９ｂのソレノイドが励磁されることにより、電磁弁５５ａ～５９ｂが作動し、流量制御弁Ｄ１～Ｄ６に作用する操作圧（パイロット圧）が、目標圧演算部１４５で演算された目標操作圧Ｐｉ１に制御される。これにより、油圧シリンダ５～７の動作速度が目標速度に制御される。また、バルブ指令演算部１４７から出力された電気信号（励磁電流）によって、レギュレータ２０１ａ～２０３ａのレギュレータ電磁弁のソレノイドが励磁されることにより、レギュレータ電磁弁が作動し、レギュレータ２０１ａ～２０３ａの受圧部に作用するレギュレータ圧（パイロット圧）が、目標圧演算部１４５で演算された目標レギュレータ圧ＰＰｃに制御される。これにより、メインポンプ２０１～２０３の吐出流量が目標流量Ｑ２０１，Ｑ２０２，Ｑ２０３に制御される。

【0119】

図１３を参照して補正処理について説明する。図１３に示されているのは補正目標圧演算部１４６によっておこなう補正処理である。ここで、目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ１は目標圧演算部１４５で演算され、補正値Ｐｉｃは学習部１４９より取得される。補正目標圧演算部１４６は目標圧演算部１４５で演算された目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ１を受け取り、学習部１４９より取得した補正値Ｐｉｃを読み出す。本実施例では、流量制御弁Ｄ３についての学習処理を行うため、補正処理において、目標圧演算部１４５は補正目標圧演算部１４６へ流量制御弁Ｄ３に対応する目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ１を出力する。なお、目標圧演算部１４５からバルブ指令演算部１４７へ出力する目標操作圧は目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ１を除いた目標操作圧Ｐｉ１（ＰｉＢＭ１２Ｕ１，ＰｉＢＭ１２Ｄ１，ＰｉＢＭ３Ｄ１，ＰｉＡＭ１Ｃ１，ＰｉＡＭ２Ｃ１，ＰｉＡＭ１Ｄ１，ＰｉＡＭ２Ｄ１，ＰｉＢＫＣ１，ＰｉＢＫＤ１）となる。

【0120】

補正目標圧演算部１４６は目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ１と補正値Ｐｉｃとを乗算することで補正目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ２を演算し、バルブ指令演算部１４７に出力する。

【0121】

以上のように、本実施例に係るコントローラ４０は、油圧シリンダ５～７の目標速度と圧力センサ５ａ～７ｂ、２０１ｂ～２０３ｂの検出結果に基づいて流量制御弁Ｄ１～Ｄ６のメータアウト側の目標スプール開口を演算する。そして、コントローラ４０は、開口特性テーブルＴｏを参照し、目標スプール開口に基づいて、目標操作圧を演算する。

【0122】

さらに学習部１４９において、流量制御弁Ｄ３についての学習処理を行い、学習処理において取得した補正値を用いて目標操作圧の補正処理を行い、補正目標操作圧を演算する。

【0123】

コントローラ４０は、電磁弁５５ａ～５９ｂにより生成される操作圧が目標操作圧および補正目標操作圧になるように、電磁弁５５ａ～５９ｂを制御する。

【0124】

このように、目標操作圧および補正目標操作圧を演算することにより、油圧シリンダの負荷圧（油圧負荷条件）が変化したとしても、その負荷圧に応じた目標開口面積を求めることができる。また、学習処理および補正処理を行うことで流量制御弁Ｄ３の製造誤差のばらつきに応じた目標操作圧を求めることができる。このため、油圧システムにオープンセンタシステムを採用した場合であっても、演算した目標流量（目標速度）で精度よく油圧シリンダ５～７を動作させることができ、流量制御弁Ｄ３の製造誤差のばらつきによる領域制限制御の精度悪化を抑えることができる。その結果、領域制限制御などのＭＣによる作業を精度よく行うことができる。

【0125】

なお、上記学習処理は、工場出荷時、流量制御弁Ｄ３のスプールの交換時、流量制御弁Ｄ３の経年劣化に起因してスプールストロークが工場出荷時の特性からある程度変化したときなどに行うことが好ましい。これにより、長期に亘って、ＭＣを精度よく行うことができる。

【0126】

上述した第１実施例によれば、次の作用効果を奏する。

【0127】

（１）目標圧演算部１４５は、開口特性テーブルＴｏと、目標スプール開口（本実施例ではＡｏｕｔ）と、操作圧Ｐｉ０に基づいて、電磁弁５５ａ～５９ｂにより生成する操作圧の目標値（目標操作圧）Ｐｉ１を演算する。本実施例に係る目標圧演算部１４５は、目標操作圧Ｐｉ１のうち、ＰｉＢＭ３Ｕ１を補正目標圧演算部１４６に出力する。

【0128】

補正目標圧演算部１４６は、目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ１と学習部１４９の学習処理によって取得された補正値Ｐｉｃに基づいて、補正目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ２を演算する。バルブ指令演算部１４７は、補正目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ２と目標操作圧ＰｉＢＭ３Ｕ１を除いた目標操作圧Ｐｉ１に基づいて、電磁弁５５ａ～５９ｂを制御する。

【0129】

学習部１４９は、領域制限制御が実行されている間の、流量制御弁Ｄ３のシリンダ圧を測定し、測定したシリンダ圧（最小シリンダ圧Ｐｍｉｎ、最大シリンダ圧Ｐｍａｘ）が予め定められた圧力閾値Ｐｔａの範囲内に収まったときの操作圧の補正値Ｐｉｃを取得する学習処理を実行する。

【0130】

学習処理において、シリンダ圧（最小シリンダ圧Ｐｍｉｎ、最大シリンダ圧Ｐｍａｘ）を測定し、予め定められた圧力閾値Ｐｔａの範囲内に収まるように、操作圧の補正値Ｐｉｃを取得することで、メータアウト開口の絞りによる圧損（ブレーキ圧）を狙いの範囲に収めることができる。

【0131】

この構成によれば、学習及び補正により、流量制御弁Ｄ３の製造誤差の影響を低減し、事前に試作機で使用していた流量制御弁の開口特性を再現して、流量制御弁を制御することができる。その結果、領域制限制御などにおいて、バケット１０の爪先（制御点）を精度よく動かすことができる。

【0132】

なお、油圧システムは、クローズドセンタシステムとしてもよいし、図１４に示すように、オープンセンタシステムとしてもよい。本実施例に係るコントローラ４０は、所定の目標流量（目標速度）によって油圧シリンダ５～７を動作させたい場合に、目標流量（目標速度）と油圧シリンダ５～７の負荷圧を考慮したオリフィスの式を用いて目標開口面積を演算する。このため、油圧システムにオープンセンタシステムを採用した場合であっても、軽負荷、重負荷など問わずに目標流量（目標速度）通りに油圧シリンダ５～７を動作させることができる。

【0133】

このように、本実施例によれば、油圧システムの構成に関わらず、作業機械の個体差に起因した油圧シリンダの動作のバラつきが抑制され、高い精度で作業が可能な作業機械を提供することができる。

【0134】

（２）学習部１４９は、少なくとも、作業装置１Ａの姿勢が学習開始姿勢であることと、掘削目標面Ｓｔが学習開始目標面であることを、学習処理を開始する条件の一つとしている。これにより、学習部１４９は、補正値Ｐｉｃを適切に取得することができ、補正目標圧演算部１４６は目標操作圧Ｐｉ１を精度よく補正することができる。

【0135】

第１実施例では、車体１Ｂと、車体１Ｂに回動可能に取り付けられた作業装置１Ａと、作業装置１Ａを駆動する油圧シリンダ５と、作業装置１Ａを操作するための操作装置Ａ１と、油圧ポンプ２０３と、油圧ポンプ２０３から油圧シリンダ５に供給される作動油の流量を制御する流量制御弁Ｄ３と、流量制御弁Ｄ３の操作圧を生成する電磁弁５６ａ，５６ｂと、操作装置Ａ１の操作量に基づいて、作業装置１Ａの動作範囲が目標面Ｓｔ上及びその上方に制限されるように油圧シリンダ５の目標速度を算出し、前記目標速度に基づいて流量制御弁Ｄ３の目標操作圧を算出し、前記目標操作圧に応じて電磁弁５６ａ，５６ｂを制御するコントローラ４０とを備えた作業機械１において、油圧シリンダ５のメータアウト圧力を測定するための圧力センサ５ａ，５ｂを備え、コントローラ４０は、油圧シリンダ５を駆動して作業装置１Ａに所定の動作を行わせている間に測定された前記メータアウト圧力を所定の第１下限値Ｐｍ１から所定の第１上限値Ｐｍ２までの範囲内に収めるための前記目標操作圧の補正値Ｐｉｃを算出し、補正値Ｐｉｃに応じて前記目標操作圧を補正する。

【0136】

また、第１実施例におけるコントローラ４０は、作業装置１Ａに前記所定の動作を行わせている間に測定された前記メータアウト圧力の最小値Ｐｍｉｎが第１下限値Ｐｍ１を下回る場合は、前記目標操作圧が減少するように補正値Ｐｉｃを算出し、作業装置１Ａに前記所定の動作を行わせている間に測定された前記メータアウト圧力の最大値Ｐｍａｘが第１上限値Ｐｍ２を上回る場合は、前記目標操作圧が増加するように補正値Ｐｉｃを算出し、前記目標操作圧を補正値Ｐｉｃに応じて増減させることにより前記目標操作圧を補正する。

【0137】

以上のように構成した第１実施例によれば、作業装置１Ａを駆動する油圧シリンダ５のメータアウト圧が所定の範囲内（Ｐｍ１～Ｐｍ２）に収まるように流量制御弁Ｄ３の目標操作圧が補正することにより、作業装置１Ａを駆動する油圧シリンダ５の速度応答性の悪化、および油圧シリンダ５の波打ちや逸走を防ぐことができるため、高い精度で作業を行うことが可能となる。

【0138】

また、第１実施例における圧力センサ５ｂは、油圧シリンダ５のメータイン圧力を検出し、コントローラ４０は、圧力センサ５ｂで検出された前記メータイン圧力と油圧シリンダ５の受圧面積比とを乗算することにより、前記メータアウト圧力の測定値を算出する。これにより、油圧シリンダ５のメータアウト圧力を検出する圧力センサ５ａが設けられていない場合であっても、油圧シリンダ５のメータアウト圧力を測定することが可能となる。

【実施例0139】

本発明の第２実施例について、第１実施例との相違点を中心に説明する。第１実施例では、水平引き動作に対して学習処理を実行するが、本実施例では、ブーム上げ単独動作に対して学習処理を実行する。

【0140】

図１５は、本実施例に係る学習部１４９により実行される学習処理を示すフローチャートであり、図１６は、本実施例の係る学習開始姿勢を示している。

【0141】

本実施例では、図１６に示すような、アームシリンダ６およびバケットシリンダ７が最伸長であり、作業装置１Ａが地面に接地しないブーム角度をブーム上げ単独学習開始姿勢として記憶し、ブーム上げ単独動作している間のシリンダ圧を測定し、測定したシリンダ圧を閾値と比較することで補正値を取得する。
図１５を参照して、ブーム上げ単独動作による流量制御弁Ｄ３についての学習処理について説明する。オペレータによって外部入力装置９６が操作され、外部入力装置９６から学習処理の実行指令が入力されると、学習部１４９は学習処理を開始する（ステップＳ２０１）。

【0142】

ステップＳ２０１において、ブーム上げ単独学習開始姿勢データの読み出しが完了したら、ステップＳ２０２に進む。

【0143】

ステップＳ２０２において、表示制御部１５０は、表示装置５３に図１６に示すようなブーム上げ単独学習開始姿勢を表示させ、処理をステップＳ２０３に進める。

【0144】

ステップＳ２０３において、学習部１４９は、作業装置１Ａの姿勢が学習開始姿勢であるか否かを判定する。現在のブーム角α、アーム角β及びバケット角γのそれぞれが、ブーム上げ単独学習開始姿勢データで規定される目標範囲の内にある場合、学習部１４９は、作業装置１Ａの姿勢は学習開始姿勢であると判定し、処理をステップＳ２０４に進める。

【0145】

現在のブーム角α、アーム角β及びバケット角γのうちの少なくとも一つが、ブーム上げ単独学習開始姿勢データで規定される目標範囲の外である場合は、学習部１４９は、作業装置１Ａの姿勢が学習開始姿勢でないと判定する。ステップＳ２０３の学習開始条件判定処理は、肯定判定されるまで所定の制御周期で繰り返し実行される。

【0146】

ステップＳ２０３において、学習開始条件判定処理が、肯定判定された場合、表示制御部１５０は、表示装置５３に操作指示画面を表示させる。操作指示画面には、「ブーム操作レバーを上げ側に操作してください」といった操作指示が表示される。ステップＳ２０３において、操作指示画面が表示されると、処理がステップＳ２０４に進む。

【0147】

ステップＳ２０４において、オペレータにより電気操作レバー装置Ａ１がブーム上げ側に操作されると、学習処理が開始され、電気操作レバー装置Ａ１が操作されている間、ブーム８が上げ側に動作する。なお、通常の場合電気操作レバー装置Ａ１が操作されると、３つのメインポンプ２０１，２０２，２０３から吐出される作動油の流量を３つの流量制御弁Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３によって制御されることでブームシリンダ５は駆動される。しかしながら、本実施例は流量制御弁Ｄ３に着目した学習であるため、学習処理において、電気操作レバー装置Ａ１が操作されると、電磁弁５６ａにのみに指令が与えられ、第３メインポンプ２０３から吐出される作動油の流量を流量制御弁Ｄ３によって制御されることでブームシリンダ５は駆動される。

【0148】

学習部１４９は、ブーム８が上げ方向に駆動しているときのシリンダ圧の測定を行う。学習部１４９は測定したシリンダ圧と時刻を記憶する。ここで、記憶されるシリンダ圧は、圧力センサ５ａにより検出される。

【0149】

ステップＳ２０４において、学習部１４９は、記憶された時刻と、圧力センサ５ａを用いて測定されたシリンダ圧に基づいて、測定開始から測定終了までのシリンダ圧の最小値Ｐｍｉｎ（以下、最小シリンダ圧とも記す）と最大値Ｐｍａｘ（以下、最大シリンダ圧とも記す）を抽出し、処理をステップＳ２０５に進める。

【0150】

このように、本実施例では、ブーム上げ単独動作をしている間のシリンダ圧の測定を行い、測定したシリンダ圧を予め定めておいたブーム単独操作におけるシリンダ圧の圧力閾値Ｐｔａｂ（ブーム単独操作におけるシリンダ圧の最小閾値と最大閾値）の範囲内にあるかどうかを判定し、補正値を取得する。なお、ブーム上げ単独動作による学習におけるブーム単独操作におけるシリンダ圧の圧力閾値Ｐｔａｂの範囲は、事前に記憶された開口特性と、領域制限制御中の流量制御弁Ｄ３を通過する流量をもとに机上計算あるいは試作機を用いた実験などに基づいて定められるシリンダ圧を目標とし、目標を満たす目標範囲（下限値及び上限値）として設定される。

【0151】

第２実施例における作業装置１Ａは、車体１Ｂに回動可能に取り付けられたブーム８と、ブーム８の先端に回動可能に取り付けられたアーム９と、アーム９の先端に回動可能に取り付けられたバケット１０とを有し、作業装置１Ａを駆動する油圧シリンダ５は、ブーム８を駆動するブームシリンダ５であり、流量制御弁Ｄ３の目標操作圧の補正値を算出するために作業装置１Ａに行わせる所定の動作は、アーム９またはバケット１０を動作させず、ブーム８を上昇させるブーム上げ単独動作である。

【0152】

以上のように構成した第２実施例によれば、ブーム上げ単独動作をしている間のシリンダ圧の測定を行うことにより、学習処理の開始条件を減らし、効率が向上するとともに、アームシリンダ６を最収縮できない環境でも学習処理を実行することが可能となる。