特許 6991331 建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-09

(45)【発行日】2022-01-12

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20220104BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20220104BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 C

E02F9/20 Q

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020527972

(86)(22)【出願日】2018-09-14

(86)【国際出願番号】 JP2018034309

(87)【国際公開番号】W WO2020054078

(87)【国際公開日】2020-03-19

【審査請求日】2020-05-19

(73)【特許権者】

【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】110000442

【氏名又は名称】特許業務法人 武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】除村 直樹

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 智之

(72)【発明者】

【氏名】坂本 博史

(72)【発明者】

【氏名】森木 秀一

【審査官】小倉 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０９６００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８７５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１３９７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－０９０３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２１２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７６３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６３４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０５２３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３０２７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０３８１３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２２

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行体と、前記走行体の上方に旋回可能に取り付けられた旋回体と、前記旋回体の前部に取り付けられたフロント作業機と、前記旋回体を旋回させるための操作装置と、前記旋回体を駆動する旋回モータと、前記旋回モータに供給される作動油の流れを制御する方向制御弁と、前記方向制御弁に作用されるパイロット圧を生成するパイロット弁と、を備えた建設機械において、
前記旋回体の向いている方向及び位置を含む位置情報を測定するためのアンテナと、
前記旋回体の旋回角速度を検出する角速度センサと、
車体の傾斜角度を検出する傾斜角センサと、
前記旋回モータに供給される作動油の温度を検出する温度センサと、
前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で開始及び停止させるコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
作業対象のうち前記旋回体を正対させる目標作業面の位置である目標位置、前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作を自動で開始させる旋回角度である第１閾値、前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作を自動で開始させる前記車体の傾斜角度である第２閾値、及び前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作を自動で開始させる作動油の温度である第３閾値のそれぞれを記憶し、
前記位置情報から前記目標位置までの目標旋回角度を演算すると共に、前記角速度センサで検出された角速度に基づいて前記旋回体の慣性によって生じる旋回流れ角度を演算し、
前記目標旋回角度が前記第１閾値以上である第１条件、前記傾斜角センサで検出された傾斜角度が前記第２閾値以下である第２条件、及び前記温度センサで検出された温度が前記第３閾値以上である第３条件のそれぞれを満たすか否かを判定し、
前記目標旋回角度及び前記旋回流れ角度に基づいて、前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置であるか否かを判定し、
前記第１条件、前記第２条件、及び前記第３条件の全てを満たし、かつ前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置でないと判定された場合に前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で開始させると共に、前記第１条件、前記第２条件、及び前記第３条件の全てを満たし、かつ前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置であると判定された場合に前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で停止させる
ことを特徴とする建設機械。

【請求項2】

請求項１に記載の建設機械において、
前記旋回体の旋回動作を自動で行わない旨を報知する報知装置を有し、
前記操作装置は、前記操作装置による操作を無効とし、前記コントローラによる前記旋回体の旋回動作を自動で開始及び停止させるスイッチを有し、
前記コントローラは、前記スイッチが有効であって、かつ少なくとも前記第１条件、前記第２条件、及び前記第３条件のうちのいずれかを満たさないと判定された場合に、前記旋回体の旋回動作を自動で行わない旨を報知させるための信号を前記報知装置に対して出力する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項3】

走行体と、前記走行体の上方に旋回可能に取り付けられた旋回体と、前記旋回体の前部に取り付けられたフロント作業機と、前記旋回体を旋回させるための操作装置と、前記旋回体を駆動する旋回モータと、前記旋回モータに供給される作動油の流れを制御する方向制御弁と、前記方向制御弁に作用されるパイロット圧を生成するパイロット弁と、を備えた建設機械において、
前記旋回体の向いている方向及び位置を含む位置情報を測定するためのアンテナと、
前記旋回体の旋回角速度を検出する角速度センサと、
車体の傾斜角度を検出する傾斜角センサと、
前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で開始及び停止させるコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
作業対象のうち前記旋回体を正対させる目標作業面の位置である目標位置、前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作を自動で開始させる旋回角度である第１閾値、及び前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作を自動で開始させる前記車体の傾斜角度である第２閾値のそれぞれを記憶し、
前記位置情報から前記目標位置までの目標旋回角度を演算すると共に、前記角速度センサで検出された角速度に基づいて前記旋回体の慣性によって生じる旋回流れ角度を演算し、
前記目標旋回角度が前記第１閾値以上である第１条件、及び前記傾斜角センサで検出された傾斜角度が前記第２閾値以下である第２条件のそれぞれを満たすか否かを判定し、
前記目標旋回角度及び前記旋回流れ角度に基づいて、前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置であるか否かを判定し、
前記第１条件及び前記第２条件を満たし、かつ前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置でないと判定された場合に前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で開始させると共に、前記第１条件及び前記第２条件を満たし、かつ前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置であると判定された場合に前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で停止させる
ことを特徴とする建設機械。

【請求項4】

走行体と、前記走行体の上方に旋回可能に取り付けられた旋回体と、前記旋回体の前部に取り付けられたフロント作業機と、前記旋回体を旋回させるための操作装置と、前記旋回体を駆動する旋回モータと、前記旋回モータに供給される作動油の流れを制御する方向制御弁と、前記方向制御弁に作用されるパイロット圧を生成するパイロット弁と、を備えた建設機械において、
前記旋回体の向いている方向及び位置を含む位置情報を測定するためのアンテナと、
前記旋回体の旋回角速度を検出する角速度センサと、
前記旋回モータに供給される作動油の温度を検出する温度センサと、
前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で開始及び停止させるコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
作業対象のうち前記旋回体を正対させる目標作業面の位置である目標位置、前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作を自動で開始させる旋回角度である第１閾値、及び前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作を自動で開始させる作動油の温度である第３閾値のそれぞれを記憶し、
前記位置情報から前記目標位置までの目標旋回角度を演算すると共に、前記角速度センサで検出された角速度に基づいて前記旋回体の慣性によって生じる旋回流れ角度を演算し、
前記目標旋回角度が前記第１閾値以上である第１条件、及び前記温度センサで検出された温度が前記第３閾値以上である第３条件のそれぞれを満たすか否かを判定し、
前記目標旋回角度及び前記旋回流れ角度に基づいて、前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置であるか否かを判定し、
前記第１条件及び前記第３条件を満たし、かつ前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置でないと判定された場合に前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で開始させると共に、前記第１条件及び前記第３条件を満たし、かつ前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置であると判定された場合に前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で停止させる
ことを特徴とする建設機械。

【請求項5】

請求項１、３、４の何れか１項に記載の建設機械において、
前記フロント作業機の姿勢を検出する姿勢センサを有し、
前記コントローラは、
前記姿勢センサで検出された前記フロント作業機の姿勢に応じて変化する比例定数を用いて、前記旋回流れ角度を演算する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項6】

請求項１、３、４の何れか１項に記載の建設機械において、
前記操作装置は、前記操作装置による操作を無効とし、前記コントローラによる前記旋回体の旋回動作を自動で開始及び停止させるスイッチを有する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項7】

請求項１、３、４の何れか１項に記載の建設機械において、
前記コントローラの制御により前記旋回体が前記目標位置で停止した旨を報知する報知装置を有し、
前記コントローラは、前記位置情報が前記目標位置であると判定された場合に、前記旋回体が前記目標位置で停止した旨を報知させるための信号を前記報知装置に対して出力する
ことを特徴とする建設機械。

【請求項8】

請求項１、３、４の何れか１項に記載の建設機械において、
前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作が自動で行われている旨を報知する報知装置を有し、
前記コントローラは、前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で開始させた場合に、前記旋回体の旋回動作が自動で行われている旨を報知させるための信号を前記報知装置に対して出力する
ことを特徴とする建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、旋回式の建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベル等の建設機械では、掘削対象の目標面までの旋回操作や、目標面に対するフロント作業機の操作を自動制御することにより、掘削作業の効率化を図っている。例えば、特許文献１には、作業機コントローラにて、掘削対象の目標形状を示す設計面を更新し、更新された設計面に対してバケットの刃先の位置を自動調整することで、自動でフロント作業機を設計面に正対させる油圧ショベルの掘削制御システムが開示されている。

【0003】

一方、特許文献１の技術では、設計面を含む掘削領域までの旋回操作はオペレータが行うため、オペレータの熟練度が作業効率に影響してしまう。そこで、特許文献２に開示された制御システムでは、車体の位置情報とオペレータが指示した位置とに基づいて演算された車体の移動方向及び移動量に従って旋回操作を制御し、オペレータの熟練度にかかわらず精密な掘削作業を容易に行うことを可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－２１７１３７号公報

【文献】特開２０１４－５５４０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、旋回動作中の旋回体は、コントローラから旋回停止の指令信号が出力された後も慣性によりしばらく旋回し続けるため、特許文献２に記載の技術のように、車体の移動量を演算し、演算された移動量に基づいて旋回停止位置の位置合わせをしたのでは旋回体は目標位置からずれた位置で停止することとなる。目標位置に対して旋回体の位置合わせを正確に行うためには、複数回に亘り位置合わせを行って少しずつ目標位置に近づけたり、位置合わせ中における旋回速度を遅くして慣性の影響を小さくしたりといった対策を講じる必要があるが、このような対策では作業効率が低下してしまう。

【0006】

そこで、本発明の目的は、オペレータの熟練度や慣性の影響に依らず、旋回体を精度よく目標位置に正対させることが可能な建設機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明は、走行体と、前記走行体の上方に旋回可能に取り付けられた旋回体と、前記旋回体の前部に取り付けられたフロント作業機と、前記旋回体を旋回させるための操作装置と、前記旋回体を駆動する旋回モータと、前記旋回モータに供給される作動油の流れを制御する方向制御弁と、前記方向制御弁に作用されるパイロット圧を生成するパイロット弁と、を備えた建設機械において、前記旋回体の向いている方向及び位置を含む位置情報を測定するためのアンテナと、前記旋回体の旋回角速度を検出する角速度センサと、車体の傾斜角度を検出する傾斜角センサと、前記旋回モータに供給される作動油の温度を検出する温度センサと、前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で開始及び停止させるコントローラと、を有し、前記コントローラは、作業対象のうち前記旋回体を正対させる目標作業面の位置である目標位置、前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作を自動で開始させる旋回角度である第１閾値、前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作を自動で開始させる前記車体の傾斜角度である第２閾値、及び前記コントローラの制御により前記旋回体の旋回動作を自動で開始させる作動油の温度である第３閾値のそれぞれを記憶し、前記位置情報から前記目標位置までの目標旋回角度を演算すると共に、前記角速度センサで検出された角速度に基づいて前記旋回体の慣性によって生じる旋回流れ角度を演算し、前記目標旋回角度が前記第１閾値以上である第１条件、前記傾斜角センサで検出された傾斜角度が前記第２閾値以下である第２条件、及び前記温度センサで検出された温度が前記第３閾値以上である第３条件のそれぞれを満たすか否かを判定し、前記目標旋回角度及び前記旋回流れ角度に基づいて、前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置であるか否かを判定し、前記第１条件、前記第２条件、及び前記第３条件の全てを満たし、かつ前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置でないと判定された場合に前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で開始させると共に、前記第１条件、前記第２条件、及び前記第３条件の全てを満たし、かつ前記位置情報が前記旋回体の減速開始位置であると判定された場合に前記パイロット弁を制御して前記旋回体の旋回動作を自動で停止させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、オペレータの熟練度や慣性の影響に依らず、旋回体を精度よく目標位置に正対させることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る油圧ショベルの一構成例を示す外観斜視図である。

【図2】油圧ショベルにおける旋回体の旋回動作に係る油圧回路及び電気回路の構成を示す図である。

【図3】コントローラが有する機能の構成を示す機能ブロック図である。

【図4】コントローラ内で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態に係る建設機械の一態様として、油圧ショベルについて説明する。

【0011】

（油圧ショベル１の構成）
まず、油圧ショベル１の構成について、図１を参照して説明する。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る油圧ショベル１の一構成例を示す外観斜視図である。

【0013】

油圧ショベル１は、路面を走行するための走行体１０１と、走行体１０１の上方に旋回装置（不図示）を介して旋回可能に取り付けられた旋回体１０２と、旋回体１０２の前部に俯仰動可能に取り付けられて掘削等の作業を行うフロント作業機１０３と、を備えている。

【0014】

走行体１０１は、その左右方向の両端部にクローラ１１がそれぞれ配置されている。左右一対のクローラ１１はそれぞれ、走行体１０１の左右それぞれに設けられた走行モータ（不図示）の駆動力によって独立して回転駆動する。これにより、油圧ショベル１は、左右それぞれのクローラ１１を地面に接触させた状態で前後方向に走行する。

【0015】

旋回体１０２は、オペレータが搭乗する運転室２１と、フロント作業機１０３とのバランスを保つためのカウンタウェイト２２と、エンジン２３１や油圧ポンプ２３２，２３３等（図２参照）の機器類を内部に収容する機械室２３と、を備えている。旋回体１０２において、運転室２１は前部に、カウンタウェイト２２は後部に、機械室２３は運転室２１とカウンタウェイト２２との間に、それぞれ配置されている。

【0016】

旋回体１０２は、旋回装置内に設けられた旋回モータ２４（図２参照）の駆動力によって走行体１０１に対して旋回する。運転室２１内には、旋回体１０２を旋回させるための操作装置としての操作レバー２１１（図２参照）が設けられている。なお、旋回体１０２の具体的な旋回動作については後述する。

【0017】

フロント作業機１０３は、基端部が旋回体１０２に回動可能に取り付けられて、旋回体１０２に対して上下方向に回動（俯仰）するブーム３１と、ブーム３１の先端部に回動可能に取り付けられてブーム３１に対して前後方向に回動するアーム３２と、アーム３２の先端部に回動可能に取り付けられてアーム３２に対して前後方向に回動するバケット３３と、を備えている。

【0018】

バケット３３は、例えば土砂等を掘削したり、均したり、あるいは地面を締め固めたりするものである。このバケット３３は、例えば、木材や岩石、廃棄物等を掴むグラップルや、岩盤を掘削するブレーカ等のアタッチメントに変更することが可能である。これにより、油圧ショベル１は、作業内容に適したアタッチメントを用いて、掘削や破砕等を含む様々な作業を行うことができる。

【0019】

また、フロント作業機１０３は、旋回体１０２とブーム３１とを連結するブームシリンダ３１０と、ブーム３１とアーム３２とを連結するアームシリンダ３２０と、アーム３２とバケット３３とを連結するバケットシリンダ３３０と、これらの各油圧シリンダ３１０，３２０，３３０へ作動油を導くための複数の配管（不図示）と、を有している。

【0020】

ブームシリンダ３１０は、ロッドが伸縮することによってブーム３１を旋回体１０２に対して回動させる。アームシリンダ３２０は、ロッドが伸縮することによってアーム３２をブーム３１に対して回動させる。バケットシリンダ３３０は、ロッドが伸縮することによってバケット３３をアーム３２に対して回動させる。

【0021】

また、油圧ショベル１は、ＧＮＳＳアンテナ４１と、車体ＩＭＵ４２と、ブームＩＭＵ４３Ａと、アームＩＭＵ４３Ｂと、バケットＩＭＵ４３Ｃと、を備えている。

【0022】

ＧＮＳＳアンテナ４１は、複数個の測位衛星から送信される信号に基づいて油圧ショベル１の３次元位置（緯度、経度、及び高度）を測定する全地球航法衛星システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＮＳＳ）を採用したアンテナであり、旋回体１０２の上部に対をなして立設されている。このＧＮＳＳアンテナ４１は、旋回体１０２の向いている方向及び位置を含む位置情報を測定するためのアンテナである。

【0023】

車体ＩＭＵ４２は、車体の３次元の角速度及び加速度を検出する慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ；ＩＭＵ）であり、例えば運転室２１の前部に取り付けられている。この車体ＩＭＵ４２は、旋回体１０２の旋回角速度ωを検出する角速度センサの一態様であると共に、車体の傾斜角度（姿勢）を検出する傾斜角センサの一態様でもある。

【0024】

ブームＩＭＵ４３Ａは、ブーム３１の３次元の角速度及び加速度を検出する慣性計測装置であり、ブーム３１の側部に取り付けられている。アームＩＭＵ４３Ｂは、アーム３２の３次元の角速度及び加速度を検出する慣性計測装置であり、アーム３２の側部に取り付けられている。バケットＩＭＵ４３Ｃは、バケット３３の３次元の角速度及び加速度を検出する慣性計測装置であり、バケットシリンダ３３０のロッド側の先端部に取り付けられている。

【0025】

これらブームＩＭＵ４３Ａ、アームＩＭＵ４３Ｂ、及びバケットＩＭＵ４３Ｃは、フロント作業機１０３の姿勢を検出する姿勢センサの一態様である。なお、以下の説明において、「ブームＩＭＵ４３Ａ、アームＩＭＵ４３Ｂ、及びバケットＩＭＵ４３Ｃ」をまとめて「フロントＩＭＵ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ」とする。

【0026】

（旋回体１０２の旋回動作について）
次に、旋回体１０２の旋回動作について、図２を参照して説明する。

【0027】

図２は、油圧ショベル１における旋回体１０２の旋回動作に係る油圧回路及び電気回路の構成を示す図である。

【0028】

旋回体１０２の旋回動作に係る油圧回路は、エンジン２３１により駆動されるメインポンプ２３２及びパイロットポンプ２３３と、作動油を貯蔵する作動油タンク２３４と、旋回体１０２を駆動する旋回モータ２４と、旋回モータ２４に供給される作動油の流れ（方向及び流量）を制御する方向制御弁２４１と、方向制御弁２４１に作用されるパイロット圧を生成する一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂと、を含んで構成されている。

【0029】

メインポンプ２３２は、可変容量型の油圧ポンプであり、作動油タンク２３４から作動油を吸入して旋回モータ２４に供給する。本実施形態では、旋回モータ２４に供給される作動油の温度を検出する温度センサ４５が、メインポンプ２３２の吐出側に設けられており、温度センサ４５で検出された検出値がコントローラ５に入力される。

【0030】

パイロットポンプ２３３は、固定容量型の油圧ポンプであり、作動油タンク２３４から作動油を吸入して方向制御弁２４１の一対の受圧室２４１Ｘ，２４１Ｙにそれぞれ供給する。本実施形態では、パイロットポンプ２３３の吐出側にリリーフ弁２３５が設けられており、パイロットポンプ２３３の吐出圧が所定の設定圧を超えた場合に過剰圧を作動油タンク２３４にリリーフさせている。

【0031】

方向制御弁２４１は、メインポンプ２３２と旋回モータ２４との間に設けられたタンデムセンタ型のスプール弁であり、旋回モータ２４を一方向に回転させる第１切換位置２４１Ａと、メインポンプ２３２と作動油タンク２３４とを連通させてメインポンプ２３２から吐出された作動油を作動油タンク２３４へ戻す中立位置２４１Ｎと、旋回モータ２４を他方向に回転させる第２切換位置２４１Ｂと、を有している。

【0032】

第１切換位置２４１Ａと、中立位置２４１Ｎと、第２切換位置２４１Ｂとは、一対の受圧室２４１Ｘ，２４１Ｙのそれぞれに作用するパイロット圧の大きさに応じて内部スプールがストロークすることにより切り換わる。これにより、メインポンプ２３２から旋回モータ２４へ供給される作動油の流れが制御される。

【0033】

一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂはいずれも、電磁比例弁であり、方向制御弁２４１の各受圧室２４１Ｘ，２４１Ｙと作動油タンク２３４とを連通させる閉位置２４２Ｘと、パイロットポンプ２３３と方向制御弁２４１の各受圧室２４１Ｘ，２４１Ｙとを連通させる開位置２４２Ｙと、を有している。

【0034】

オペレータが操作レバー２１１を操作すると、その操作方向及び操作量に基づいた電気信号である操作信号がコントローラ５を介して一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂに対してそれぞれ出力される。一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂはそれぞれ、コントローラ５から出力された電流値に比例した開度で開弁、すなわち閉位置２４２Ｘから開位置２４２Ｙへ切り換わり、当該開度に応じた大きさのパイロット圧が生成されて方向制御弁２４１の一対の受圧室２４１Ｘ，２４１Ｙのそれぞれに作用される。生成されたパイロット圧はそれぞれ、各一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂと各受圧室２４１Ｘ，２４１Ｙとの間に設けられた圧力センサ４４Ａ，４４Ｂで検出される。

【0035】

一方のパイロット弁２４２Ａで生成されて方向制御弁２４１の一方の受圧室２４１Ｘに作用されたパイロット圧が、他方のパイロット弁２４２Ｂで生成されて方向制御弁２４１の他方の受圧室２４１Ｙに作用されたパイロット圧よりも大きい場合には、方向制御弁２４１は第１切換位置２４１Ａに切り換わり、旋回モータ２４は一方向に回転する。これにより、旋回体１０２は一方向に旋回する。

【0036】

反対に、他方のパイロット弁２４２Ｂで生成されて方向制御弁２４１の他方の受圧室２４１Ｙに作用されたパイロット圧が、一方のパイロット弁２４２Ａで生成されて方向制御弁２４１の一方の受圧室２４１Ｘに作用されたパイロット圧よりも大きい場合には、方向制御弁２４１は第２切換位置２４１Ｂに切り換わり、旋回モータ２４は他方向に回転する。これにより、旋回体１０２は他方向に旋回する。

【0037】

また、一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂで生成されるパイロット圧が、いずれも０ＭＰａとなった場合には、方向制御弁２４１は中立位置２４１Ｎに切り換わり、メインポンプ２３２からの作動油が旋回モータ２４へ供給されなくなるため、旋回モータ２４は停止する。これにより、旋回体１０２は旋回動作を停止する。

【0038】

ここで、油圧ショベル１において、旋回している旋回体１０２を作業対象（掘削対象）に正対させる場合、旋回体１０２は、コントローラ５から旋回動作を停止させるための指令信号が出力された後も慣性によりしばらく旋回し続ける。したがって、コントローラ５は、旋回体１０２の慣性によって生じる旋回角度θ（以下、「旋回流れ角度θ」とする）を加味した上で、旋回動作を停止させるための指令信号を出力する必要がある。

【0039】

そこで、コントローラ５は、車体ＩＭＵ４２からの検出データに基づいて旋回流れ角度θを演算し、目標とする停止位置に精度よく停止するための減速開始タイミング（旋回動作を停止させるための指令信号を出力するタイミング）を推定している。なお、「目標とする停止位置」とは、油圧ショベル１の作業対象のうち旋回体１０２を正対させる目標作業面の位置であり、以下では単に「目標位置」とする。旋回流れ角度θは、次の演算方法により演算される。

【0040】

旋回体１０２の旋回角速度をω［ｄｅｇ／ｓ］とし、慣性モーメントをＪ［ｋｇ・ｍ^２］とすると、旋回体１０２の運動エネルギーはＪω^２／２［Ｊ］で表される。一方、旋回体１０２が旋回モータ２４から受けるトルクをＴｑ［Ｎ・ｍ］とし、トルクＴｑ［Ｎ・ｍ］を受けて旋回体１０２が完全に停止するまでに旋回した旋回量、すなわち旋回流れ量をθ［ｄｅｇ］とすると、旋回モータ２４が行った仕事はＴｑ・θ［Ｊ］で表される。

【0041】

ここで、旋回体１０２の減速中において、旋回体１０２の運動エネルギーが熱等のエネルギーに変換される量が無視できるほど微小であると仮定すると、旋回体１０２の運動エネルギーは旋回モータ２４が行った仕事と等しくなり、以下の数式（１）が得られる。

【数1】

【0042】

なお、旋回モータ２４の吐出圧をΔＰ（＝吐出側の圧力Ｐ２－吸込側の圧力Ｐ１）［ＭＰａ］とし、旋回モータ２４の容量をＱ_ＳＷ［ｃｍ^３／ｒｅｖ］とすると、旋回モータ２４からのトルクＴｑ［Ｎ・ｍ］は、以下の数式（２）で表される。

【数2】

【0043】

旋回体１０２を停止させる場合には、旋回モータ２４の吸込側の圧力Ｐ１が０となって吐出側の圧力Ｐ２が高くなるため、旋回モータ２４の吐出圧ΔＰをリリーフ圧（一定値）として仮定することができる。したがって、数式（２）に示す旋回モータ２４からのトルクＴｑは一定値Ｔｃとなり、旋回流れ角度θは、以下の数式（３）で表されるように、旋回角速度ωの２乗に比例し、かつ旋回体１０２の慣性モーメントＪに比例する。

【数3】

【0044】

また、旋回体１０２の慣性モーメントＪは、フロント作業機１０３の姿勢によって変動するが、代表とする基本的なフロント作業機１０３の姿勢を予め定めることにより、数式（３）における慣性モーメントＪに所定のフロント作業機１０３の姿勢における慣性モーメントＪｃ（一定値）を用いることができる。これにより、旋回流れ角度θの演算式は、以下の数式（４）で表されるように単純化される。

【数4】

【0045】

そして、コントローラ５は、ＧＮＳＳアンテナ４１で測定された位置情報から目標位置までの目標旋回角度α（以下、単に「目標旋回角度α」とする）が、数式（４）により演算された旋回流れ角度θとなった場合に、パイロット圧が０ＭＰａとなるように一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂに対してそれぞれ制御信号（旋回動作を停止させるための制御信号）を出力する。これにより、油圧ショベル１では、オペレータの熟練度や慣性の影響に依らず、旋回体１０２を精度よく目標位置に正対させることが可能となっている。

【0046】

なお、数式（３）における慣性モーメントＪをフロント作業機１０３の姿勢に応じて変化させてもよく、この場合には、数式（４）における比例定数Ｃの値がフロントＩＭＵ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃで検出されたフロント作業機１０３の姿勢に応じて変化する。これにより、実際のフロント作業機１０３の姿勢を考慮した旋回流れ角度θを演算することができ、旋回体１０２をより精度よく目標位置に正対させることができる。

【0047】

（コントローラ５の構成）
次に、コントローラ５の構成について、図３及び図４を参照して説明する。

【0048】

図３は、コントローラ５が有する機能の構成を示す機能ブロック図である。図４は、コントローラ５内で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【0049】

コントローラ５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力Ｉ／Ｆ、及び出力Ｉ／Ｆがバスを介して互いに接続されて構成されており、一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂをそれぞれ制御して旋回体１０２（図１参照）の旋回動作を自動で開始及び停止させる。図３に示すように、ＧＮＳＳアンテナ４１や車体ＩＭＵ４２及びフロントＩＭＵ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃといった各種センサ等が入力Ｉ／Ｆに接続され、操作レバー２１１や一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂ等が出力Ｉ／Ｆに接続されている。

【0050】

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭや光学ディスク等の記録媒体に格納された制御プログラム（ソフトウェア）をＣＰＵが読み出してＲＡＭ上に展開し、展開された制御プログラムを実行することにより、制御プログラムとハードウェアとが協働して、コントローラ５の機能を実現する。

【0051】

なお、本実施形態では、コントローラ５をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成されるコンピュータとして説明しているが、これに限らず、他のコンピュータの構成の一例として、油圧ショベル１の側で実行される制御プログラムの機能を実現する集積回路を用いてもよい。

【0052】

コントローラ５は、データ取得部５１と、記憶部５２と、演算部５３と、判定部５４と、制御部５５と、を含む。

【0053】

データ取得部５１は、ＧＮＳＳアンテナ４１により測定された油圧ショベル１（旋回体１０２）の位置情報、車体ＩＭＵ４２で検出された旋回体１０２の旋回角速度ω及び車体の傾斜角度β、フロントＩＭＵ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃで検出されたフロント作業機１０３の姿勢、圧力センサ４４Ａ，４４Ｂで検出された圧力値、ならびに温度センサ４５で検出された温度に関するデータをそれぞれ取得する。

【0054】

本実施形態では、操作レバー２１１は、操作レバー２１１による操作を無効とし、コントローラ５による旋回体１０２の旋回動作を自動で開始及び停止させるスイッチ２１１Ａを有しており、データ取得部５１は、このスイッチ２１１Ａからの操作信号を取得する。スイッチ２１１Ａが操作レバー２１１に設けられていることにより、オペレータによる手動での旋回操作からコントローラ５による自動旋回制御への切換作業がしやすくなっている。

【0055】

また、本実施形態では、油圧ショベル１は、一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂで生成されるパイロット圧を検出する圧力センサ４４と、旋回モータ２４に供給される作動油の温度を検出する温度センサ４５と、を有しており、データ取得部５１は、圧力センサ４４で検出された圧力値、及び温度センサ４５で検出された温度に関するデータを取得する。

【0056】

記憶部５２は、目標位置記憶部５２Ａと、閾値記憶部５２Ｂと、を含む。目標位置記憶部５２Ａは、オペレータにより予め設定された目標位置を記憶する。例えば、運転室２１内にはモニタ２１２が設けられており、そのモニタ２１２には油圧ショベル１の作業対象の形状を示す設計面の情報（地図情報等）が表示される。オペレータは、モニタ２１２に表示された設計面の中から目標形状とする施工設計面を選択する。これにより、目標位置が設定されて目標位置記憶部５２Ａに記憶される。

【0057】

閾値記憶部５２Ｂは、コントローラ５の制御により旋回体１０２の旋回動作を自動で開始させる旋回角度である第１閾値αｔｈ、コントローラ５の制御により旋回体１０２の旋回動作を自動で開始させる車体の傾斜角度である第２閾値βｔｈ、及びコントローラ５の制御により旋回体１０２の旋回動作を自動で開始させる作動油の温度である第３閾値Ｔｔｈのそれぞれを記憶する。

【0058】

演算部５３は、ＧＮＳＳアンテナ４１により測定された旋回体１０２の位置情報及び目標位置記憶部５２Ａに記憶された目標位置に基づいて目標旋回角度αを演算する。また、演算部５３は、車体ＩＭＵ４２で検出された旋回体１０２の角速度ωに基づいて旋回流れ角度θを演算する。

【0059】

判定部５４は、減速開始位置判定部５４Ａと、条件判定部５４Ｂと、を含む。減速開始位置判定部５４Ａは、演算部５３で演算された目標旋回角度α及び旋回流れ角度θに基づいて、位置情報が旋回体１０２の減速開始位置であるか否かを判定する。具体的には、減速開始位置判定部５４Ａは、目標旋回角度α－旋回流れ角度θ＝０であるか否かを判定する。なお、コントローラ５の制御プログラム上の誤差を考慮すると、実際には、減速開始位置判定部５４Ａは、目標旋回角度α－旋回流れ角度θ≦０であるか否かを判定すればよい。

【0060】

条件判定部５４Ｂは、予め定められた第１条件、第２条件、及び第３条件のそれぞれを満たすか否かを判定する。ここで、「第１条件」とは、演算部５３で演算された目標旋回角度αが、閾値記憶部５２Ｂに記憶された第１閾値αｔｈ以上となる条件（α≧αｔｈ）である。「第２条件」とは、車体ＩＭＵ４２で検出された車体の傾斜角度βが、閾値記憶部５２Ｂに記憶された第２閾値βｔｈ以下となる条件（β≦βｔｈ）である。「第３条件」とは、温度センサ４５で検出された温度Ｔが、閾値記憶部５２Ｂに記憶された第３閾値Ｔｔｈ以上となる条件（Ｔ≧Ｔｔｈ）である。

【0061】

制御部５５は、レバー制御部５５Ａと、パイロット圧制御部５５Ｂと、表示制御部５５Ｃと、を含む。レバー制御部５５Ａは、操作レバー２１１からの入力量を後述するパイロット圧制御部５５Ｂに出力する。また、レバー制御部５５Ａは、データ取得部５１にてスイッチ２１１Ａからの操作信号（ＯＮ信号）を取得した場合、操作レバー２１１の操作を無効とするための制御信号を後述するパイロット圧制御部５５Ｂに対して出力し、操作レバー２１１からの入力量を無効とする。

【0062】

パイロット圧制御部５５Ｂは、減速開始位置判定部５４Ａにて位置情報が旋回体１０２の減速開始位置でないと判定された場合に、旋回動作に必要なパイロット圧に制御するための制御信号を一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂのそれぞれに対して出力する。これにより、旋回体１０２は、パイロット圧制御部５５Ｂから出力された制御信号に基づいた旋回動作を開始する。

【0063】

一方、減速開始位置判定部５４Ａにて位置情報が旋回体１０２の減速開始位置であると判定された場合には、パイロット圧制御部５５Ｂは、パイロット圧を０ＭＰａに制御するための制御信号を一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂのそれぞれに対して出力する。これにより、旋回体１０２は、パイロット圧制御部５５Ｂから出力された制御信号に基づいて減速し始め、慣性による旋回後に停止する。

【0064】

表示制御部５５Ｃは、ＧＮＳＳアンテナ４１により測定された位置情報が目標位置であると判定された場合に、旋回体１０２が目標位置で停止した旨を表示させるための信号をモニタ２１２に対して出力する。

【0065】

また、表示制御部５５Ｃは、条件判定部５４Ｂにて、スイッチ２１１Ａが有効（ＯＮ状態）であって、かつ少なくとも第１条件、第２条件、及び第３条件のうちいずれかを満たさないと判定された場合に、旋回体１０２の旋回動作を自動で行わない旨を表示させるための信号をモニタ２１２に対して出力する。

【0066】

また、表示制御部５５Ｃは、パイロット圧制御部５５Ｂが一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂをそれぞれ制御して旋回体１０２の旋回動作を自動で開始させた場合に、旋回体１０２の旋回動作が自動で行われている旨を表示させるための信号をモニタ２１２に対して出力する。

【0067】

すなわち、モニタ２１２は、コントローラ５（表示制御部５５Ｃ）の制御によって、旋回体１０２が目標位置で停止した旨、旋回体１０２の旋回動作を自動で行わない旨、及び旋回体１０２の旋回動作が自動で行われている旨をそれぞれ報知する報知装置の一態様である。なお、オペレータへの報知方法は、必ずしもモニタ２１２における表示である必要はなく、例えばアラーム等であってもよい。

【0068】

図４に示すように、コントローラ５は、まず、スイッチ２１１ＡがＯＮ状態、すなわち有効になったか否かを判定する（ステップＳ５０１）。ステップＳ５０１においてスイッチ２１１ＡがＯＮ状態になった場合（ステップＳ５０１／ＹＥＳ）、すなわち、データ取得部５１がスイッチ２１１Ａから操作信号を取得した場合、レバー制御部５５Ａは、操作レバー２１１からの入力量を無効とする（ステップＳ５０２）。

【0069】

一方、ステップＳ５０１においてスイッチ２１１ＡがＯＮ状態にならなかった場合（ステップＳ５０１／ＮＯ）、すなわちスイッチ２１１ＡがＯＦＦ状態（無効）のままであり、データ取得部５１がスイッチ２１１Ａからの操作信号を取得していない場合、コントローラ５による旋回体１０２の自動旋回に係る制御は行われずに処理が終了する。

【0070】

ステップＳ５０２にて操作レバー２１１の操作が無効になると、データ取得部５１は、車体の現在の状態、すなわちコントローラ５の制御による旋回体１０２の自動旋回を開始する前の車体の初期状態を取得する（ステップＳ５０３）。具体的には、ステップＳ５０３において、データ取得部５１は、ＧＮＳＳアンテナ４１により測定された初期の油圧ショベル１の位置情報（以下、「初期位置情報」とする）、車体ＩＭＵ４２で検出された車体全体の傾斜角度β及び旋回角速度ω、ならびに温度センサ４５で検出された旋回モータ２４に供給される作動油の温度Ｔを、それぞれ取得する。

【0071】

次に、演算部５３は、ステップＳ５０３において取得された初期位置情報、及び目標位置記憶部５２Ａに記憶された目標位置に基づいて、初期目標旋回角度α０を演算する（ステップＳ５０４）。そして、条件判定部５４Ｂは、ステップＳ５０４において演算された初期目標旋回角度α０が第１閾値αｔｈ以上である第１条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ５０５）。

【0072】

ステップＳ５０５において第１条件を満たす（α０≧αｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０５／ＹＥＳ）、条件判定部５４Ｂは、ステップＳ５０３において取得された車体全体の傾斜角度βが第２閾値βｔｈ以下である第２条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ５０６）。

【0073】

ステップＳ５０６において第２条件を満たす（β≦βｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０６／ＹＥＳ）、条件判定部５４Ｂは、ステップＳ５０３において取得された作動油の温度Ｔが第３閾値Ｔｔｈ以上である第３条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ５０７）。

【0074】

ステップＳ５０７において第３条件を満たす（Ｔ≧Ｔｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０７／ＹＥＳ）、演算部５３は、ステップＳ５０３において取得された旋回角速度ωに基づいて旋回流れ角度θ（＝Ｃω^２）を演算する（ステップＳ５０８）。

【0075】

次に、減速開始位置判定部５４Ａは、ステップＳ５０４において演算された初期目標旋回角度α０、及びステップＳ５０８において演算された旋回流れ角度θに基づいて、初期位置情報が旋回体１０２の減速開始位置であるか否かを判定する（ステップＳ５０９）。

【0076】

ここで、油圧ショベル１の初期状態では、油圧ショベル１の位置（初期位置）は当然に旋回体１０２の減速開始位置とはならないため、ステップＳ５０９において減速開始位置ではないと判定され（ステップＳ５０９／ＮＯ）、データ取得部５１が、圧力センサ４４Ａ，４４Ｂで検出されたパイロット圧を取得する（ステップＳ５１０）。

【0077】

次に、パイロット圧制御部５５Ｂは、ステップＳ５１０で取得されたパイロット圧に基づいて、一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂをそれぞれ制御して旋回体１０２の旋回動作を自動で開始させる（ステップＳ５１１）。これにより、旋回体１０２は、目標位置に向けて自動で旋回する。

【0078】

本実施形態では、パイロット圧制御部５５Ｂが一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂをそれぞれ制御して旋回体１０２の旋回動作を自動で開始させると、表示制御部５５Ｃは、モニタ２１２を制御して旋回体１０２の旋回動作が自動で行われている旨を表示させる（ステップＳ５１２）。

【0079】

次に、データ取得部５１は、車体の現在の状態を取得する（ステップＳ５１３）。なお、ステップＳ５１３では、データ取得部５１は、少なくともＧＮＳＳアンテナ４１により測定された油圧ショベル１の現在の位置情報を取得すればよい。

【0080】

次に、演算部５３は、ステップＳ５１４において取得された車体の現在の状態に基づいて、現在目標旋回角度α１を演算し（ステップＳ５１４）、ステップＳ５０８へ進む。このように、コントローラ５は、ステップＳ５０９において油圧ショベル１の位置情報が減速開始位置であると判定される（ステップＳ５０９／ＹＥＳ）まで、旋回体１０２を自動で旋回させる。

【0081】

ステップＳ５０９において油圧ショベル１の位置情報が減速開始位置であると判定された場合（ステップＳ５０９／ＹＥＳ）、パイロット圧制御部５５Ｂは、一対のパイロット弁２４２Ａ，２４２Ｂをそれぞれ制御してパイロット圧を０ＭＰａにさせる（ステップＳ５１５）。

【0082】

そして、表示制御部５５Ｃは、モニタ２１２を制御して旋回体１０２が目標位置で停止した旨を表示させて（ステップＳ５１６）、コントローラ５における処理を終了する。

【0083】

このように、コントローラ５では、旋回流れ角度θを演算し、演算された旋回流れ角度θを加味した位置（旋回角度）で旋回体１０２の減速を開始させる制御を行っているため、オペレータの熟練度や慣性の影響に依らず、旋回体１０２を精度よく目標位置に正対させることができる。

【0084】

ここで、ステップＳ５０５において第１条件を満たさない（α０＜αｔｈ）場合（ステップＳ５０５／ＮＯ）、ステップＳ５０６において第２条件を満たさない（β＞βｔｈ）場合（ステップＳ５０５／ＮＯ）、及びステップＳ５０７において第３条件を満たさない（Ｔ＜Ｔｔｈ）場合（ステップＳ５０７／ＮＯ）、表示制御部５５Ｃは、ステップＳ５０１においてスイッチ２１１ＡがＯＮ状態であっても、モニタ２１２を制御して旋回体１０２の旋回動作を自動で行わない旨を表示させて（ステップＳ５１７）、コントローラ５における処理を終了する。

【0085】

このように、油圧ショベル１の初期状態において、コントローラ５の制御による旋回体１０２の旋回動作が自動で行われる前の初期位置が目標位置に近い場合、車体の傾きが大きい場合、及び旋回モータ２４に供給される作動油の温度が低温である場合のうち少なくともいずれかに該当した場合、スイッチ２１１Ａが有効であっても、コントローラ５の制御により旋回体１０２の旋回動作が自動で行われないことにより、コントローラ５による旋回体１０２の自動旋回を必要最低限で実行することができ、作業の効率化が図れる。

【0086】

本実施形態では、旋回体１０２が目標位置で停止した旨、スイッチ２１１Ａが有効であってもコントローラ５による旋回体１０２の自動旋回を実行しない旨、及び旋回体１０２が自動旋回中である旨をそれぞれモニタ２１２に表示させることにより、オペレータは随時、旋回体１０２の旋回状況を把握することができる。

【0087】

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、本実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0088】

例えば、上記実施形態では、条件判定部５４Ｂは、第１条件、第２条件、及び第３条件の３つの条件全てについて判定しているが、これに限らず、いずれか１つの条件を判定してもよいし、いずれか２つの条件を判定してもよい。

【0089】

また、上記実施形態では、ＧＮＳＳアンテナ４１を用いて旋回体１０２の向いている方向及び位置を検出していたが、必ずしもＧＮＳＳアンテナ４１を用いる必要はなく、他の検出機器や検出方法を用いてもよい。

【0090】

また、上記実施形態では、ＩＭＵ（車体ＩＭＵ４２及びフロントＩＭＵ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ）を用いて油圧ショベル１の角速度や傾き（姿勢）を検出していたが、必ずしもＩＭＵを用いる必要はなく、他の検出機器や検出方法を用いてもよい。

【0091】

また、上記実施形態では、モニタ２１２に表示された目標設計面の情報（地図情報）に基づいて目標位置を設定していたが、これに限らず、他の方法により目標位置を設定してもよい。

【符号の説明】

【0092】

１：油圧ショベル（建設機械）
５：コントローラ
２４：旋回モータ
４１：ＧＮＳＳアンテナ（アンテナ）
４２：車体ＩＭＵ（角速度センサ、傾斜角センサ）
４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ：フロントＩＭＵ（姿勢センサ）
４５：温度センサ
１０１：走行体
１０２：旋回体
１０３：フロント作業機
２１１：操作レバー（操作装置）
２１１Ａ：スイッチ
２１２：モニタ（報知装置）
２４１：パイロット弁
２４２：方向制御弁
αｔｈ：第１閾値
βｔｈ：第２閾値
Ｔｔｈ：第３閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】