特許 7025366 作業機械

(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】2022-02-15

(45)【発行日】2022-02-24

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20220216BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20220216BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20220216BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 C

E02F9/20 N

E02F9/26 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019059444

(22)【出願日】2019-03-26

(65)【公開番号】P2020159056

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-02-15

(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】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】廻谷 修一

(72)【発明者】

【氏名】泉 枝穂

【審査官】彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－３５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－３３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－３３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９０１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－６８６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ３／４３

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バケットで目標面の形成作業を行う多関節型の作業機と，
前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと，
前記バケットの動作軌跡が前記目標面の上方に保持されるように，前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの油圧アクチュエータの制御指令を前記作業機から前記目標面までの距離に基づいて算出し，前記少なくとも１つの油圧アクチュエータを前記制御指令に基づいて制御するコントローラと，
管理サーバと双方向通信するための通信装置とを備えた作業機械において，
前記コントローラは，
前記作業機械の作業状況パラメータを前記管理サーバに送信し，
前記作業状況パラメータに基づいて前記管理サーバで演算される前記制御指令を補正するための補正値である制御指令補正値を前記管理サーバから受信し，
前記制御指令補正値に基づいて前記制御指令を補正した補正後の制御指令である補正後制御指令によって前記少なくとも１つの油圧アクチュエータを制御することを特徴とする作業機械。

【請求項2】

請求項１の作業機械において，
前記作業状況パラメータには，前記作業機械の位置情報と，前記作業機械の作動油の温度情報と，前記目標面の勾配情報と，前記バケットの重量情報とが含まれていることを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項１の作業機械において，
前記制御指令補正値は，前記管理サーバに送信した前記作業状況パラメータに基づいて分類される作業状況パターンごとに設定されている値であり，他の作業機械と共有される値であることを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項１の作業機械において，
前記コントローラは，前記補正後制御指令に基づいて前記少なくとも１つの油圧アクチュエータを制御したときの前記目標面と前記バケットの爪先の動作軌跡との差の平均値である爪先誤差平均値を演算して前記管理サーバに送信し，
前記制御指令補正値は，過去に前記管理サーバに送信された前記爪先誤差平均値に基づいて調整されていることを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項１の作業機械と，前記管理サーバとを備えた作業機械の制御システムであって，
前記管理サーバは，
複数の作業状況パターンと，前記複数の作業状況パターンに対応する複数の制御指令補正値とが記憶されたデータベースを備え，
前記作業機械から送信される前記作業状況パラメータに基づいて前記複数の作業状況パターンの中から該当する作業状況パターンを演算し，その該当する作業状況パターンに対応する制御指令補正値を前記コントローラに送信することを特徴とする作業機械の制御システム。

【請求項6】

請求項５の作業機械の制御システムにおいて，
前記コントローラは，前記補正後制御指令に基づいて前記少なくとも１つの油圧アクチュエータを制御したときの前記目標面と前記バケットの爪先の動作軌跡との差の平均値である爪先誤差平均値を演算して前記管理サーバに送信し，
前記管理サーバは，前記コントローラから送信された前記爪先誤差平均値に基づいて，前記爪先誤差平均値がゼロに近づくように前記制御指令補正値を調整した値である調整後制御指令補正値を演算し，
前記データベースには，前記複数の作業状況パターンのそれぞれに対応する前記調整後制御指令補正値の履歴が記憶されており，
前記データベースに記憶された前記制御指令補正値は，前記複数の作業状況パターンのそれぞれに対応する前記調整後制御指令補正値の履歴の平均値であることを特徴とする作業機械の制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は制御パラメータを補正するコントローラを備える作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

垂直方向にそれぞれ回動可能な複数のフロント部材（具体的には，ブーム，アーム，及び作業具（例えばバケット））からなるフロント作業機（作業機とも称する）を備える作業機械として油圧ショベルがある。油圧ショベルは，フロント作業機と，上部旋回体及び下部走行体からなる車体とで構成される。ブームの基端部は，上部旋回体に回動可能に支持されている。

【0003】

フロント作業機における各フロント部材は，ブーム用，アーム用，及びバケット用の各油圧シリンダに対して，油圧ポンプで発生した圧油を供給することで駆動される。オペレータが操作レバーを操作することによって，対象とするフロント部材を駆動させ，所望の動きを実現できる。ここで，ブームシリンダの伸長によりブームを上げる動作をブーム上げ動作，ブームシリンダの収縮によりブームを下げる動作をブーム下げ動作，アームシリンダの伸長によりアームを回動させてアーム先端を車体側に近づける動作をアームクラウド動作，アームシリンダの収縮によりアームを回動させてアーム先端を車体から離す動作をアームダンプ動作，バケットシリンダの伸長によりバケットを回動させる動作をバケットクラウド動作，バケットシリンダの収縮によりバケットを回動させる動作をバケットダンプ動作と称する。なお，以下ではクラウド動作を掘削動作，ダンプ動作を放土動作とも称する。

【0004】

このような油圧ショベルにおいて，掘削対象の目標形状を示す目標面にフロント作業機（バケット先端）が沿うよう各油圧シリンダの動作を制御する機能がある。また，主にアームクラウド動作によって行われる掘削時のみならず，バケットを掘削開始位置に移動するためにブームやバケットを動作させる位置合わせ作業時にも目標面上でバケットを停止させる機能がある。このように自動または半自動でフロント作業機の動作を制御する機能をマシンコントロールと呼称する。

【0005】

このようなマシンコントロールによりフロント作業機を制御する場合，油圧シリンダの動作特性が十分に把握されていないとフロント作業機による掘削精度が低下し得る。油圧シリンダの動作特性はフロント作業機の個体差（すなわち油圧ショベルの個体差）に起因するバラつきがある。そこで特許文献１には，車体ごとの油圧シリンダの動作特性のバラつきを較正する較正モードに関する発明が提案されており，油圧シリンダの動作特性の較正により掘削精度の低下の抑制を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】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】

【0007】

マシンコントロールによる掘削精度は作業状況（作業環境）にも左右され得る。例えば，掘削対象の土の硬さ，フロント作業機を駆動する作動油の温度（油温），バケットの重量，目標面の勾配等の影響を受ける。すなわち，マシンコントロールを用いて精度よく掘削するためには，マシンコントロールに利用する制御パラメータを作業状況に応じて補正する必要があり，作業状況毎に制御ロジックを切り替えたり，車体調整用のツールを使用して都度車体の動作を調整したりすることが必要となる。

【0008】

特許文献１の技術は，油圧ショベルの出荷時や作業現場搬入前に実施され，車体ごとの油圧シリンダ動作特性のバラつきに起因した精度低下を抑制している。従って，車体に起因した精度低下は抑制できても，作業状況（土質，油温，バケット重量，目標面勾配等）が変化すると想定した精度が出ない可能性がある。すなわち，作業状況の変化に合わせて都度調整が必要となり，実作業に入るまで時間を要してしまう。

【0009】

本発明の目的は，作業機械の作業状況に適した制御パラメータ（補正値）を速やかに反映できる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】

【0010】

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが，その一例を挙げるならば，バケットで目標面の形成作業を行う多関節型の作業機と，前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと，前記バケットの動作軌跡が前記目標面の上方に保持されるように，前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの油圧アクチュエータの制御指令を前記作業機から前記目標面までの距離に基づいて算出し，前記少なくとも１つの油圧アクチュエータを前記制御指令に基づいて制御するコントローラと，管理サーバと双方向通信するための通信装置とを備えた作業機械において，前記コントローラは，前記作業機械の作業状況パラメータを前記管理サーバに送信し，前記作業状況パラメータに基づいて前記管理サーバで演算される前記制御指令を補正するための補正値である制御指令補正値を前記管理サーバから受信し，前記制御指令補正値に基づいて前記制御指令を補正した補正後の制御指令である補正後制御指令によって前記少なくとも１つの油圧アクチュエータを制御するものとする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば，油圧ショベルの作業状況（作業環境）に即した制御パラメータでマシンコントロールが実行されることになるため，従前よりも施工精度を容易に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る作業機械の制御システムの構成図である。

【図2】図１中の油圧ショベル１のコントローラ２０と管理サーバ７１とで実行される処理の機能ブロック図である。

【図3】本発明の実施形態に係る油圧ショベル１の構成図である。

【図4】本発明の実施形態に係る油圧ショベルのコントローラ２０を油圧駆動装置と共に示す図である。

【図5】図４中の油圧制御用ユニット６０の詳細図である。

【図6】コントローラ２０の作業機制御部４０で実行される処理をさらに複数のブロックに分類した機能ブロック図である。

【図7】バケット先端ＣＰ１と目標面７５の距離Ｄと速度補正係数ｋとの関係を表すグラフである。

【図8】バケット先端ＣＰ１における距離Ｄに応じた補正前後の速度ベクトルを表す模式図である。

【図9】管理サーバ７１の土質ステータス判定部８０で実行される処理の説明図である。

【図10】管理サーバ７１の油温ステータス判定部８１で実行される処理の説明図である。

【図11】管理サーバ７１のバケットステータス判定部８２で実行される処理の説明図である。

【図12】管理サーバ７１の勾配ステータス判定部８３で実行される処理の説明図である。

【図13】管理サーバ７１の補正値演算部８４で実行される処理をさらに複数のブロックに分類した機能ブロック図である。

【図14】土質，油温，バケット及び勾配のステータスと作業状況パターンの対応図である。

【図15】管理サーバ７１の制御指令補正値データベース８５に格納されているテーブルの一例を示す図である。

【図16】本実施形態に係る爪先誤差最大領域Ａｍａｘの説明図である。

【図17】複数の爪先誤差領域Ａ１－Ａ５及びその説明と，複数の爪先誤差領域Ａ１－Ａ５と複数の調整値１－５の対応関係を示す図である。

【図18】本実施形態に係る油圧ショベル１のコントローラ２０及び管理サーバ７１によって実行される処理のフローチャートである。

【図19】図１８中のステップ１０７で実行される処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下，本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお，以下では，作業具としてバケットを備える油圧ショベルを例示するが，バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルであっても，また油圧ショベル以外の作業機械であっても構わない。また，同一の構成要素が複数存在する場合，符号（数字）の末尾にアルファベットを伏すことがあるが，当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば，３つのポンプ３００ａ，３００ｂ，３００ｃが存在するとき，これらをまとめてポンプ３００と表記することがある。

【0014】

＜全体システム構成＞
図１は本発明の実施の形態に係る作業機械の制御システムの構成図である。図１に示す作業機械の制御システムは，複数の油圧ショベル１と，複数の油圧ショベル１と通信回線７０を介して双方向通信可能な管理サーバ７１とを備えている。なお，図１には代表して１台の油圧ショベル１のみ表記している。ただし，各油圧ショベル１は同じ構成であり，以下では主に１台の油圧ショベル１の構成について説明する。

【0015】

油圧ショベル１は，油圧ショベル１の製造業者（メーカー）の工場から出荷され，土木作業，建設作業，解体作業，浚渫作業等の作業現場（工事現場）で稼働している。油圧ショベル１は，設計図面作成管理ツール７３で作成された設計図面で定義される目標面の上方にバケット１０（図３参照）の動作軌跡が保持されるように少なくとも１つの油圧アクチュエータ（例えばブームシリンダ５（図３参照））の制御指令を算出し，その制御指令に基づいて当該少なくとも１つの油圧アクチュエータを制御するマシンコントロールを実行可能なコントローラ２０を備えている。また，油圧ショベル１は，通信回線７０を介して管理サーバ７１と双方向通信するために，コントローラ２０が管理サーバ７１を含む外部端末と通信アンテナ２６を使用して双方向通信するための無線通信装置２５（図３参照）を備えている。

【0016】

管理サーバ７１は，油圧ショベル１のコントローラ２０で演算される制御指令を補正するための補正値である制御指令補正値をその油圧ショベル１の作業状況パラメータに基づいて演算し，その油圧ショベル１に送信する。詳細は後述するが，管理サーバ７１が演算する制御指令補正値は，油圧ショベル１から送信される作業状況パラメータ（例えば後述する車体位置データ，油温データ，バケットの重量データ，及び目標面の勾配データ）に基づいて決定される作業状況パターン毎に決まっており，各油圧ショベル１の作業状況パターンを特定できれば，１台の油圧ショベル１の制御指令の補正（変更）だけでなく，複数の油圧ショベル１の制御指令の補正（変更）を並行して行うことが可能である。管理サーバ７１の記憶装置（図示せず。例えば磁気ディスク記憶装置）には，油圧ショベル１の制御指令補正値の演算に用いる制御指令補正値データベース８５（詳細は後述）が格納されている。管理サーバ７１は，油圧ショベル１から離れた位置，例えは，油圧ショベル１の製造業者の本社，支社，工場等に設置されている。なお，管理サーバ７１は，製造業者の施設に限らず，例えば，サーバの運営を専門的に行うデータセンタ等に設置してもよい。管理サーバ７１は，専用回線，公衆回線，インターネット回線，光回線，電話回線，有線回線，無線回線，衛星回線，移動回線等の通信回線７０を介して，例えば，油圧ショベル１や設計図面作成管理ツール７３に接続されている。

【0017】

設計図面作成管理ツール７３は，目標目が定義された設計図面の作成及び管理をするためのツールであり，例えば，施工業者の社内に設置されたコンピュータである。設計図面作成管理ツール７３は，例えば，油圧ショベル１のオペレータ，所有者（所有会社），管理者（管理会社）等，油圧ショベル１の使用者（ユーザ）が使用するツールである。使用者は，設計図面作成管理ツール７３を利用して設計図面データを作成し，通信回線７０を介して油圧ショベル１のコントローラ２０に送信する。なお，本実施形態では設計図面データを設計図面作成管理ツール７３からコントローラ２０に対して送信する場合を例に挙げたが，コントローラ２０に設計図面データを格納できればその手段は問わない。すなわち，設計図面データをネットワーク上の記憶装置や外部記憶装置（例えば，半導体メモリ等）からコントローラ２０にダウンロードしても良い。

【0018】

図２は図１中の油圧ショベル１のコントローラ２０と管理サーバ７１とで実行される処理を機能的側面から複数のブロックに分類してまとめた機能ブロック図である。

【0019】

コントローラ２０と管理サーバ７１は，それぞれ，演算処理装置（例えばＣＰＵ），記憶装置（例えば，ＲＯＭ，ＲＡＭ等の半導体メモリ），インタフェース（入出力装置）を備えており（いずれも図示せず），記憶装置内に予め保存されているプログラム（ソフトウェア）を演算処理装置で実行し，プログラム内で規定されているデータとインタフェースから入力されたデータに基づいて演算処理装置が演算処理を行い，インタフェースから外部に信号（演算結果）を出力する。

【0020】

コントローラ２０は，記憶装置内に格納されたプログラムを実行することで作業状況パラメータ送信部４１と作業機制御部４０として機能する。

【0021】

作業状況パラメータ送信部４１は，油圧ショベル１の作業状況（作業環境）を示すパラメータ（作業状況パラメータ）を取得し，管理サーバ７１に送信する処理を実行する部分である。本実施形態では，作業状況パラメータとして，油圧ショベル１の位置情報（土質情報の取得時に利用される），作動油の温度情報，バケット１０（図３参照）の重量情報，目標面の勾配情報を利用する。ただし作業状況パラメータはこれらに限られず必要に応じて適宜追加が可能である。作業状況パラメータはコントローラ２０内の記憶装置に記憶された後，通信装置２５を介して管理サーバ７１に送信される。

【0022】

油圧ショベル１の位置情報（車体位置データ）は全球測位衛星システムアンテナ受信機（ＧＮＳＳ受信機）２９から取得する。ＧＮＳＳ受信機２９は，上部旋回体１２の上面に取り付けられた２本のＧＮＳＳアンテナ２８と接続されており，その２本のＧＮＳＳアンテナ２８が複数の測位衛星７２から受信した衛星信号に基づいてＧＮＳＳ受信機２９が油圧ショベル１（車体）の位置情報（車体位置データ）を演算してコントローラ２０に送信する。コントローラ２０は取得した位置情報を管理サーバ７１に通信回線７０（無線通信装置２５）を介して送信する。なお，作業機制御部４０によるマシンコントロールに油圧ショベル１の方位角が不要な場合にはＧＮＳＳアンテナ２８は１つでも良い。

【0023】

作動油の温度情報（油温データ）は，作動油タンク５０（図６参照）とパイロット配管５６０（図６参照）に取り付けられコントローラ２０に接続された油温センサ５９０から取得する。コントローラ２０は取得した作動油の温度情報を管理サーバ７１に通信回線７０（無線通信装置２５）を介して送信する。

【0024】

バケット１０の重量情報（重量データ）は，予め計測しておきコントローラ２０内の記憶装置に格納されている。コントローラ２０はバケット１０の重量情報を管理サーバ７１に通信回線７０（無線通信装置２５）を介して送信する。

【0025】

目標面の勾配情報（勾配データ）は，設計図面作成管理ツール７３で作成されコントローラ２０の記憶装置に格納された設計図データから目標面の勾配情報を抽出することで取得できる。コントローラ２０は目標面の勾配情報を管理サーバ７１に通信回線７０（無線通信装置２５）を介して送信する。

【0026】

作業機制御部４０は，管理サーバ７１から送信される制御指令補正値を利用して，目標面の上方にバケット１０（図３参照）の動作軌跡が保持されるように少なくとも１つの油圧アクチュエータ（例えばブームシリンダ５（図３参照））を制御する（マシンコントロールを実行する）部分である。詳細は後述するが，作業機制御部４０（コントローラ２０）から管理サーバ７１の補正値演算部８４に対しては爪先誤差平均値が送信されることがある。

【0027】

図２において，管理サーバ７１は，記憶装置内に格納されたプログラムを実行することでステータス判定部９０と補正値演算部８４として機能する。

【0028】

ステータス判定部９０は，コントローラ２０（作業状況パラメータ送信部４１）から送信される車体位置データからその位置における土質データを特定し，その土質のステータス（区分）を判定する土質ステータス判定部８０と，コントローラ２０（作業状況パラメータ送信部４１）から送信される油温データに基づいて油温のステータス（区分）を判定する油温ステータス判定部８１と，コントローラ２０（作業状況パラメータ送信部４１）から送信される重量データに基づいてバケット１０の重量のステータス（区分）を判定するバケットステータス判定部８２と，コントローラ２０（作業状況パラメータ送信部４１）から送信される勾配データに基づいて目標面の勾配のステータス（区分）を判定する勾配ステータス判定部８３とを備える。

【0029】

補正値演算部８４は，ステータス判定部９０で判定された各作業状況パラメータのステータスの組合せに基づいて作業状況パターンを特定し，その作業状況パターンに対応する制御指令補正値を演算する。制御指令補正値の演算には制御指令補正値データベース７４が利用される。補正値演算部８４で演算された制御指令補正値は通信回線７０を介して油圧ショベル１のコントローラ２０（作業機制御部４０）に送信される。

【0030】

＜油圧ショベル１＞
図３は本発明の実施形態に係る油圧ショベル１の構成図であり，図４は本発明の実施形態に係る油圧ショベルのコントローラ２０を油圧駆動装置と共に示す図である。図３において，油圧ショベル１は，バケット１０で目標面の形成作業を行う多関節型のフロント作業機１Ａと，車体１Ｂとで構成されている。車体１Ｂは，下部走行体１１と，下部走行体１１の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体１２とからなる。フロント作業機１Ａは，垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材（ブーム８，アーム９及びバケット１０）を連結して構成されており，フロント作業機１Ａのブーム８の基端は上部旋回体１２（車体１Ｂ）の前部に支持されている。

【0031】

ブーム８，アーム９，バケット１０，上部旋回体１２及び下部走行体１１はそれぞれブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７，旋回油圧モータ４及び左右の走行モータ３ａ（図示しない），３ｂによりそれぞれ駆動される被駆動部材を構成する。これら被駆動部材８，９，１０，１２，１１への動作指示は，上部旋回体１２上の運転室内に搭載された走行右レバー１３ａ，走行左レバー１３ｂ，操作右レバー１４ａおよび操作左レバー１４ｂのオペレータによる操作に応じて出力される。走行右レバー１３ａは右走行モータ３ａ，走行左レバー１３ｂは左走行モータ３ｂ，操作右レバー１４ａはブームシリンダ５及びバケットシリンダ７，操作左レバー１４ｂはアームシリンダ６及び旋回油圧モータ４の動作を指示する。これら走行レバー１３ａ，１３ｂ及び操作レバー１４ａ，１４ｂを操作装置１５と総称することがある。図４には，操作右レバー１４ａのうちブームシリンダ５を操作するための操作装置１５ａと，同じくアームシリンダ６を操作するための操作装置１５ｂと，操作左レバー１４ｂのうちバケットシリンダ７を操作するための操作装置１５ｃと，同じく旋回油圧モータ４を操作するための操作装置１５ｄとを示している。

【0032】

運転室内に設置される操作装置１５は油圧パイロット方式であり，それらの操作量（例えば，レバーストローク）と操作方向に応じたパイロット圧（操作圧と称することがある）が，操作装置１５に対応する流量制御弁１６ａ～１６ｄ（図４参照）に供給され，これら流量制御弁１６ａ～１６ｄを駆動する。なお，図４には走行用の操作装置及び流量制御弁は図示していない。

【0033】

油圧ポンプ２から吐出された圧油が流量制御弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，（図４参照）を介して旋回油圧モータ４，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といった油圧アクチュエータに供給される。供給された圧油によってブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７が伸縮することで，ブーム８，アーム９，バケット１０がそれぞれ回動し，バケット１０の位置及び姿勢が変化する。また，供給された圧油によって旋回油圧モータ４が回転することで，下部走行体１１に対して上部旋回体１２が左右に旋回する。さらに，供給された圧油によって走行右油圧モータ３ａ，走行左油圧モータ３ｂが回転することで，下部走行体１１が走行する。

【0034】

一方，ブーム８，アーム９，バケット１０の回動角度を測定可能なように，上部旋回体１２とブーム８とを連結するピン（以下「ブームピン」と称す）にブーム角度センサ２１，ブーム８とアーム９を連結するピン（以下「アームピン」と称す）にアーム角度センサ２２，アーム９とバケット１０を連結するピン（以下「バケットピン」と称す）にバケット角度センサ２３が取付けられ，上部旋回体１２には基準面（例えば水平面）に対する上部旋回体１２（車体１Ｂ）の傾斜角を検出する車体傾斜角センサ２４が取付けられている。

【0035】

＜油圧駆動装置＞
図４において油圧ポンプ２とパイロットポンプ４８が，原動機（エンジン）４９によって駆動される。油圧ポンプ２から供給される圧油は，ブームシリンダ５や旋回モータ４などの油圧アクチュエータを駆動する。パイロットポンプ４８から供給される圧油は，流量制御弁１６を駆動する。

【0036】

油圧ポンプ２から吐出された圧油は，流量制御弁１６ａ～１６ｄを経て，それぞれブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７などの油圧アクチュエータに供給される。油圧アクチュエータに供給された圧油は，流量制御弁１６ａ～１６ｄを経て，タンク５０に排出される。タンク５０には作動油の温度を検出するための油温センサ５９０が設置されている。

【0037】

パイロットポンプ４８は，ロック弁５１と接続している。ロック弁５１はオペレータによる，図示しないゲートロックレバーの操作によって解除され，ロック弁５１の下流にパイロットポンプ４８からの圧油が流れるようになる。ロック弁５１の下流側は，ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２，ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３，アームクラウド用パイロット圧制御弁５４，アームダンプ用パイロット圧制御弁５５，バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６，バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７，右旋回用パイロット圧制御弁５８，左旋回用パイロット圧制御弁５９などに接続されている。

【0038】

ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２，ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３は，ブーム用操作装置１５ａにより操作が可能である。アームクラウド用パイロット圧制御弁５４，アームダンプ用パイロット圧制御弁５５は，アーム用操作装置１５ｂにより操作が可能である。バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６，バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７は，バケット用操作装置１５ｃにより操作が可能である。右旋回用パイロット圧制御弁５８，左旋回用パイロット圧制御弁５９は，旋回用操作装置１５ｄにより操作が可能である。

【0039】

ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２，ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３，アームクラウド用パイロット圧制御弁５４，アームダンプ用パイロット圧制御弁５５，バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６，バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７の下流には，マシンコントロールを実行するための油圧制御用ユニット６０が備えられている。油圧制御用ユニット６０には各種制御弁が備えられており，その各種制御弁によってパイロット圧をコントローラ２０から出力される制御指令（補正後制御指令）に応じて制御することにより，マシンコントロールを実行可能としている。

【0040】

油圧制御用ユニット６０の下流にはシャトルブロック４６があり，シャトルブロック４６の下流には，ブーム上げ用パイロット配管５２９，ブーム下げ用パイロット配管５３９，アームクラウド用パイロット配管５４９，アームダンプ用パイロット配管５５９，バケットクラウド用パイロット配管５６９，バケットダンプ用パイロット配管５７９，右旋回用パイロット配管５８９，左旋回用パイロット配管５９９が接続されている。ブーム上げ用パイロット配管５２９及びブーム下げ用パイロット配管５３９の下流には，ブーム用流量制御弁１６ａが接続されている。アームクラウド用パイロット配管５４９及びアームダンプ用パイロット配管５５９の下流には，アーム用流量制御弁１６ｂが接続されている。バケットクラウド用パイロット配管５６９及びバケットダンプ用パイロット配管５７９の下流には，バケット用流量制御弁１６ｃが接続されている。右旋回用パイロット配管５８９及び左旋回用パイロット配管５９９の下流には，旋回用流量制御弁１６ｄが接続されている。流量制御弁１６ａ～１６ｄは，操作装置１５ａ～１５ｄの操作量に応じて，流量を制御できるように構成されている。

【0041】

シャトルブロック４６の下流には，油圧ポンプ２に取り付けられるレギュレータ４７が接続されている。レギュレータ４７は，操作装置１５の操作量に応じて油圧ポンプ２の吐出流量を変化させている。

【0042】

また，タンク５０と，ロック弁５１と油圧制御用ユニット６０を接続するパイロット配管５６０に，それぞれの作動油の温度を検出する油温センサ５９０が設けられている。また，原動機４９には，原動機４９の回転数を検出する回転数センサ４９０が設けられている。油温センサ５９０と回転数センサ４９０の検出値はコントローラ２０に出力されている。

【0043】

＜油圧制御用ユニット６０＞
図５は図４中の油圧制御用ユニット６０の詳細図である。油圧制御用ユニット６０の内部には，電磁遮断弁６１が備えられている。電磁遮断弁６１は非通電時には開度をゼロ，通電時には開度を全開にする。マシンコントロールを実行するときには，コントローラ２０からの指令により電磁遮断弁６１は通電し，マシンコントロールを実行しないときには，コントローラ２０からの指令により電磁遮断弁６１は非通電となる。

【0044】

ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２の下流には，上流側から，パイロット配管５２１，シャトル弁５２２，パイロット配管５２３が接続されている。シャトル弁５２２は２つの入口ポートと１つの出口ポートを有しており，２つの入口ポートのうち圧力の高い方を出口ポートに出力する。入口ポートの一方はパイロット配管５２１に接続され，出口ポートはパイロット配管５２３に接続される。シャトル弁５２２のもう一方の入口ポートには，パイロット配管５２４が接続される。パイロット配管５２４は，上流から電磁遮断弁６１，電磁比例弁５２５が接続されている。パイロット配管５２４に圧油が供給されることで，ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２の状態にかかわらず，パイロット配管５２３に圧油を供給可能になる。電磁比例弁５２５は，非通電時には開度をゼロ，通電時に開度を有し，電流を増大させるほど開度は大きくなる。電磁比例弁５２５の開度はコントローラ２０からの制御指令に応じたものとなる。また，シャトル弁５２２の手前には，オペレータによるブーム上げパイロット圧を検出する圧力センサ５２６が配置されている。

【0045】

ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３の下流側には，上流側からパイロット配管５３１，
電磁比例弁５３２，パイロット配管５３３が接続されている。電磁比例弁５３２は，非通電時には開度を全開，通電時には開度を絞り，電流を増大させるほど開度は小さくなる。電磁比例弁５３２の開度はコントローラ２０からの制御指令に応じたものとなる。電磁比例弁５３２によって，オペレータによるブーム下げ操作があっても，ブーム下げ操作量を減少させたり，ゼロとしたりすることが可能となる。また，パイロット配管５３１と電磁比例弁５３２の間に，オペレータ操作によるブーム下げパイロット圧を検出する圧力センサ５３４が配置されている。

【0046】

アームクラウド用パイロット圧制御弁５４の下流側には，上流側からパイロット配管５４１，電磁比例弁５４２，パイロット配管５４３が接続されている。電磁比例弁５４２は，非通電時には開度を全開，通電時には開度を絞り，電流を増大させるほど開度は小さくなる。電磁比例弁５４２の開度はコントローラ２０からの制御指令に応じたものとなる。電磁比例弁５４２によって，オペレータによるアームクラウド操作があっても，アームクラウド操作量を減少させたり，ゼロとしたりすることが可能となる。また，パイロット配管５４１と電磁比例弁５４２の間に，オペレータ操作によるアームクラウドパイロット圧を検出する圧力センサ５４４が配置されている。

【0047】

アームダンプ用パイロット圧制御弁５５の下流側には，上流側からパイロット配管５５１，電磁比例弁５５２，パイロット配管５５３が接続されている。電磁比例弁５５２は，非通電時には開度を全開，通電時には開度を絞り，電流を増大させるほど開度は小さくなる。電磁比例弁５５２の開度はコントローラ２０からの制御指令に応じたものとなる。電磁比例弁５５２によって，オペレータによるアームダンプ操作があっても，アームダンプ操作量を減少させたり，ゼロとしたりすることが可能となる。また，パイロット配管５５１と電磁比例弁５５２の間に，オペレータ操作によるアームダンプパイロット圧を検出する圧力センサ５５４が配置されている。

【0048】

バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６の下流には，上流側から，パイロット配管５６１，電磁比例弁５６２，パイロット配管５６３，シャトル弁５６４，パイロット配管５６５が接続されている。電磁比例弁５６２は非通電時には開度を全開，通電時には開度を絞り，電流を増大させるほど開度は小さくなる。電磁比例弁５６２の開度はコントローラ２０からの制御指令に応じたものとなる。電磁比例弁５６２によって，オペレータによるバケットクラウド操作があっても，バケットクラウド操作量を減少させたり，ゼロとしたりすることが可能となる。また，パイロット配管５６１と電磁比例弁５６２の間に，オペレータ操作によるバケットクラウドパイロット圧を検出する圧力センサ５６８が配置されている。

【0049】

シャトル弁５６４は２つの入口ポートと１つの出口ポートを有しており，２つの入口ポートのうち圧力の高い方を出口ポートに出力する。入り口ポートの一方はパイロット配管５６３に接続され，出口ポートはパイロット配管５６５に接続される。シャトル弁５６４のもう一方の入口ポートには，パイロット配管５６６が接続される。パイロット配管５６６は，上流から電磁遮断弁６１，電磁比例弁５６７が接続されている。パイロット配管５６６に圧油が供給されることで，バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６の状態にかかわらず，パイロット配管５６５に圧油を供給可能になる。電磁比例弁５６７は，非通電時には開度をゼロ，通電時に開度を有し，電流を増大させるほど開度は大きくなる。電磁比例弁５６７の開度はコントローラ２０からの制御指令により応じたものとなる。

【0050】

バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７の下流には，上流側から，パイロット配管５７１，電磁比例弁５７２，パイロット配管５７３，シャトル弁５７４，パイロット配管５７５が接続されている。電磁比例弁５７２は非通電時には開度を全開，通電時には開度を絞り，電流を増大させるほど開度は小さくなる。電磁比例弁５７２の開度はコントローラ２０からの制御指令に応じたものとなる。電磁比例弁５７２によって，オペレータによるバケットダンプ操作があっても，バケットダンプ操作量を減少させたり，ゼロとしたりすることが可能となる。また，パイロット配管５７１と電磁比例弁５７２の間に，オペレータ操作によるバケットダンプパイロット圧を検出する圧力センサ５７８が配置されている。

【0051】

シャトル弁５７４は２つの入口ポートと１つの出口ポートを有しており，２つの入口ポートのうち圧力の高い方を出口ポートに出力する。入り口ポートの一方はパイロット配管５７３に接続され，出口ポートはパイロット配管５７５に接続される。シャトル弁５７４のもう一方の入口ポートには，パイロット配管５７６が接続される。パイロット配管５７６は，上流から電磁遮断弁６１，電磁比例弁５７７が接続されている。パイロット配管５７６に圧油が供給されることで，バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７の状態にかかわらず，パイロット配管５７５に圧油を供給可能になる。電磁比例弁５７７は，非通電時には開度をゼロ，通電時に開度を有し，電流を増大させるほど開度は大きくなる。電磁比例弁５７７の開度はコントローラ２０からの制御指令により応じたものとなる。

【0052】

＜コントローラ２０の作業機制御部４０＞
図６にコントローラ２０の作業機制御部４０で実行される処理をさらに複数のブロックに分類した機能ブロック図を示す。この図に示すように作業機制御部４０によって実行される処理は，作業機姿勢演算部３０と，目標面記憶部３１と，目標速度演算部３２と，電磁弁制御部３３と，爪先誤差演算部３７と，補正値判定部３８と，指令値補正部３９とに区分できる。また，コントローラ２０には，作業機姿勢検出装置３４，目標面設定装置３５，オペレータ操作検出装置３６，電磁遮断弁６１，電磁比例弁５７２，５７７，５６７，５６２，５２５，５３２，５５２，５４２が接続されている。また，これら電磁比例弁をまとめて，電磁比例弁５００とも称する。

【0053】

作業機姿勢検出装置３４は，ブーム角度センサ２１，アーム角度センサ２２，バケット角度センサ２３，車体傾斜角センサ２４，とから構成される。目標面設定装置３５は，目標面７５に関する情報を入力可能なインタフェースであり，例えば前述の設計図面作成管理ツール７３が該当する。なお，目標面設定装置３５への入力は，オペレータが手動で入力しても良い。また，目標面設定装置３５にＧＮＳＳ受信機２９が演算したグローバル座標系における油圧ショベル１の座標を入力し，その周囲の目標面データを抽出してコントローラ２０に出力しても良い。オペレータ操作検出装置３６は，オペレータによる操作装置１５の操作によって生じるパイロット圧を取得する圧力センサ５７８，５６８，５３４，５５４，５４４により構成される。

【0054】

作業機姿勢演算部３０は，グローバル座標系における本実施形態の制御点であるバケット先端（バケット爪先）ＣＰ１（図８参照）の位置と，グローバル座標系におけるフロント作業機１Ａの各フロント部材８，９，１０の姿勢を演算する。演算は公知の方法に基づけば良いが，例えば，まず，２つのＧＮＳＳアンテナ２８で受信された複数の衛星信号から，ローカル座標系（例えば上部旋回体１２の旋回中心上に設定した座標系）の原点Ｐ０のグローバル座標系における座標値と，グローバル座標系における走行体１１と旋回体１２の姿勢情報・方位情報を計算する。そして，この演算結果と，作業機姿勢検出装置３４からの角度の情報と，ローカル座標系におけるブームピンの座標値と，ブーム長さ及びアーム長さ及びバケット長さを利用して，グローバル座標系における本実施形態の制御点であるバケット先端ＣＰ１の位置と，グローバル座標系におけるフロント作業機１Ａの各フロント部材８，９，１０の姿勢を演算する。なお，フロント作業機１Ａの制御点の座標値は，レーザー測量計などの外部計測機器により計測し，その外部計測機器との通信により取得されてもよい。

【0055】

目標面記憶部３１は，目標面設定装置３５からの情報に基づき演算された目標面７５のグローバル座標系における位置情報（目標面データ）を記憶している。本実施形態では，フロント作業機１Ａの各フロント部材８，９，１０が動作する平面（作業機の動作平面）で目標面の３次元データを切断した断面形状を目標面７５（２次元の目標面）として利用する。また，目標面７５の位置情報は，グローバル座標系におけるフロント作業機１Ａの制御点の位置情報に基づいて，油圧ショベル１の周辺の目標面７５の位置情報を設計図面作成管理ツール７３から通信により取得して目標面記憶部３１に記憶してもよい。

【0056】

目標速度演算部３２は，操作装置１５の操作時に，フロント作業機１Ａの動作範囲が目標面７５上及びその上方に制限されるように各油圧シリンダ５，６，７の目標速度を距離Ｄに応じて演算する部分である。本実施の形態では下記の演算を行う。

【0057】

目標動作演算部３２は，まず，作業機姿勢演算部３０で演算されたフロント作業機１Ａの制御点の位置情報と，目標面記憶部３１から取得した目標面７５の位置情報とからフロント作業機１Ａの制御点と目標面７５との距離Ｄ（図８参照）を演算する。

【0058】

次に，目標速度演算部３２は，操作装置１５ａから入力される電圧値（ブーム操作量）からブームシリンダ５への要求速度（ブームシリンダ要求速度）を計算し，操作装置１５ｂから入力される電圧値（アーム操作量）からアームシリンダ６への要求速度を計算し，操作装置１５ｃから入力される電圧値（バケット操作量）からバケットシリンダ７への要求速度を計算する。この３つの要求速度と作業機姿勢演算部３０で演算されたフロント作業機１Ａの各フロント部材８，９，１０の姿勢から，バケット先端ＣＰ１におけるフロント作業機１Ａの速度ベクトル（要求速度ベクトル）Ｖ０を計算する。そして，速度ベクトルＶ０の目標面鉛直方向の速度成分Ｖ０ｚと目標面水平方向の速度成分Ｖ０ｘも計算する。

【0059】

次に，目標速度演算部３２は，距離Ｄに応じて決定される補正係数ｋを演算する。図７はバケット先端ＣＰ１と目標面７５の距離Ｄと速度補正係数ｋとの関係を表すグラフである。バケット爪先座標ＣＰ１（フロント作業機１Ａの制御点）が目標面７５の上方に位置している時の距離を正，目標面７５の下方に位置している時の距離を負として，距離Ｄが正の時は正の補正係数を，距離Ｄが負の時は負の補正係数を，１以下の値として出力する。なお，速度ベクトルは目標面７５の上方から目標面７５に近づく方向を正としている。

【0060】

次に，目標速度演算部３２は，距離Ｄに応じて決定される補正係数ｋを，速度ベクトルＶ０の目標面鉛直方向の速度成分Ｖ０ｚに乗ずることによって速度成分Ｖ１ｚを計算する。この速度成分Ｖ１ｚと，速度ベクトルＶ０の目標面水平方向の速度成分Ｖ０ｘとを合成することで合成速度ベクトル（目標速度ベクトル）Ｖ１を計算し，この合成速度ベクトルＶ１を発生可能なブームシリンダ速度と，アームシリンダ速度と，バケットシリンダ速度をそれぞれ目標速度として演算する。この目標速度の演算の際には，作業機姿勢演算部３０で演算されたフロント作業機１Ａの各フロント部材８，９，１０の姿勢を利用しても良い。

【0061】

図８はバケット先端ＣＰ１における距離Ｄに応じた補正前後の速度ベクトルを表す模式図である。要求速度ベクトルＶ０の目標面鉛直方向の成分Ｖ０ｚ（図８の（ｃ）の図参照）に速度補正係数ｋを乗じることにより，Ｖ０ｚ以下の目標面鉛直方向の速度ベクトルＶ１ｚ（図８の（ｂ）の図参照）が得られる。Ｖ１ｚと要求速度ベクトルＶ０の目標面水平方向の成分のＶ０ｘとの合成速度ベクトルＶ１を計算し，Ｖ１を出力可能なアームシリンダ目標速度と，ブームシリンダ目標速度と，バケットシリンダ目標速度とが計算される。

【0062】

指令値補正部３９は，目標速度演算部３２で演算されたアームシリンダ目標速度，ブームシリンダ目標速度，及びバケットシリンダ目標速度を管理サーバ７１から送信される制御指令補正値ｋｓを利用して補正する処理を行う部分である。本実施形態では，制御指令補正値ｋｓを，速度ベクトルＶ１の目標面鉛直方向の速度成分Ｖ１ｚ（図８の（ｂ）の図参照）に乗ずることによって速度成分Ｖ２ｚ（図８の（ｃ）の図参照）を計算する。この速度成分Ｖ２ｚと，速度ベクトルＶ０の目標面水平方向の速度成分Ｖ０ｘとを合成することで合成速度ベクトル（目標速度ベクトル）Ｖ２を計算し，この合成速度ベクトルＶ２を発生可能なブームシリンダ速度と，アームシリンダ速度と，バケットシリンダ速度をそれぞれ補正後の目標速度として演算する。

【0063】

電磁弁制御部３３は，指令値補正部３９で演算された各油圧シリンダ５，６，７の目標速度に基づいて，電磁比例弁５００への制御指令（補正後制御指令）を演算し，その制御指令を対応する電磁比例弁５００に出力する。これにより各流量制御弁（各スプール）１６ａ，１６ｂ，１６ｃが制御されて，各油圧シリンダ５，６，７を指令値補正部３９で演算した速度で動作することができ，バケット１０の動作軌跡が目標面上に保持され得る。

【0064】

マシンコントロール状態が無効となった場合，電磁弁制御部３３は，電磁遮断弁６１及び電磁比例弁５００に制御介入を行わないよう指令を出す。具体的には，電磁遮断弁６１の開度をゼロにして，パイロットポンプ４８からロック弁５１を経由して油圧制御用ユニット６０に流入する圧油を遮断する。また，非通電時に開度を全開とする電磁比例弁５３２，５４２，５５２，５６２，５７２には，開度を全開としオペレータ操作によるパイロット圧への介入を禁止する。また，非通電時に開度をゼロとする電磁比例弁５２５，５６７，５７７には，開度をゼロとしオペレータ操作なしにフロント作業機１Ａが動作することを禁止する。

【0065】

＜管理サーバ７１＞
管理サーバ７１で実行される処理の詳細について説明する。
図９は土質ステータス判定部８０で実行される処理の説明図である。土質ステータス判定部８０では，コントローラ２０から送信された車体位置データと，あらかじめ管理サーバ７１に登録された作業現場の土質マップ８０ａとを照合し，油圧ショベル１の現在地における土質を演算する。そして，土質と土質ステータスとの対応テーブル８０ｂを利用して，土質マップ８０ａで演算された土質に対応する土質ステータスを算出し，補正値演算部８４に送信する。本実施形態の土質ステータスは，図１４に示すように，柔（柔らかい），中，硬（硬い）の３つの区分がある。

【0066】

図１０は油温ステータス判定部８１で実行される処理の説明図である。油温ステータス判定部８１では，コントローラ２０から送信された油温データと，油温と油温ステータスとの対応テーブル８１ａとを利用して，コントローラ２０から送信された油温データに対応する油温ステータスを算出し，補正値演算部８４に送信する。本実施形態の油温ステータスは，図１４に示すように，低（低温），常低（常温と低温の間），常（常温）の３つの区分がある。

【0067】

図１１はバケットステータス判定部８２で実行される処理の説明図である。バケットステータス判定部８２では，コントローラ２０から送信されたバケット１０の重量データと，その重量とバケットステータスとの対応テーブル８２ａとを利用して，コントローラ２０から送信されたバケット１０の重量データに対応するバケットステータスを算出し，補正値演算部８４に送信する。本実施形態のバケットステータスは，図１４に示すように，軽（軽い），中，重いの３つの区分がある。

【0068】

図１２は勾配ステータス判定部８３で実行される処理の説明図である。勾配ステータス判定部８３では，コントローラ２０から送信された目標面の勾配データと，その勾配と勾配ステータスとの対応テーブル８３ａとを利用して，コントローラ２０から送信された目標面の勾配データに対応する勾配ステータスを算出し，補正値演算部８４に送信する。本実施形態の勾配ステータスは，図１４に示すように，下げ（下がり勾配），水平（略水平），上げ（上がり勾配）の３つの区分がある。

【0069】

図１３に管理サーバ７１の補正値演算部８４で実行される処理をさらに複数のブロックに分類した機能ブロック図を示す。この図に示すように補正値演算部８４によって実行される処理は，作業状況パターン決定部８７と，制御指令補正値データベース８５と，制御指令補正値演算部８８と，制御指令値調整部８６とに区分できる。

【0070】

作業状況パターン決定部８７は，ステータス判定部９０で判定された土質，油温，バケット及び勾配のステータスに基づいて作業状況パターンを決定（分類）する処理を実行する部分である。図１４は土質，油温，バケット及び勾配のステータスと作業状況パターンの対応図であり，作業状況パターン決定部８７は図１４の対応図とステータス判定部９０から送信される土質，油温，バケット及び勾配のステータスとに基づいて作業状況パターンを決定する。本実施形態では各ステータスは３区分に分けられているため作業状況パターンＰｎは８１パターン存在する。具体的には，土質ステータスは土の硬さに応じて３つの区分ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３に分けられ，油温ステータスは油温に応じて３つの区分ＳＯ１，ＳＯ２，ＳＯ３に分けられ，バケットステータスは重量に応じて３つの区分ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３に分けられ，勾配ステータスは勾配に応じて３つの区分ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３に分けられている。作業状況パターン決定部８７で決定された作業状況パターンは制御指令補正値演算部８８と制御指令値調整部８６に出力される。

【0071】

制御指令補正値演算部８８は，作業状況パターン決定部８７で決定された作業状況パターンを制御指令補正値データベース８５内で探索し，その結果発見された作業状況パターンに対応する制御指令補正値をコントローラ２０に送信する制御指令補正値として選択し，コントローラ２０に送信する処理を実行する部分である。

【0072】

図１５は制御指令補正値データベース８５に格納されているテーブルの一例を示す図である。この図に示すように制御指令補正値データベース８５には，複数の作業状況パターン（Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎ）のそれぞれに対して制御指令補正値（ｋｓ１，ｋｓ２，…，ｋｓｎ）が設定されている。また複数の作業状況パターンのそれぞれには，過去に制御指令値調整部８６で調整された制御指令補正値（「調整後制御指令補正値」と称する）の履歴が関連付けられている。例えば図１４の作業状況パターンＰ１には，過去に制御指令値調整部８６で調整された調整後制御指令補正値の履歴として，ｋｓ１１，ｋｓ１２，ｋｓ１３，…が格納されている。後述するように，複数の作業状況パターンのそれぞれに関連付けられた制御指令補正値は，該当する作業状況パターンの「履歴」の平均値である。すなわち，作業状況パターンＰ１に関する調整後制御指令補正値の履歴がｍ個存在する場合，制御指令補正値ｋｓ１＝（ｋｓ１１＋ｋｓ１２＋…＋ｋｓ１ｍ）／ｍが成立する。制御指令補正値の更新（すなわち調整後制御指令補正値の平均値の演算）は，制御指令値調整部８６によって調整後制御指令補正値が演算されたタイミングで行われる。次に，この「更新」の詳細について，コントローラ２０の爪先誤差演算部３７及び補正値判定部３８（図６）と，管理サーバ７１の制御指令値調整部８６（図１３）とで行われる処理に触れながら説明する。

【0073】

＜制御指令補正値データベース８５の更新＞
図６に戻り，コントローラ２０の爪先誤差演算部３７は，マシンコントロールによる掘削動作中における爪先誤差を演算する部分である。本実施形態における「爪先誤差」とは，マシンコントロールによる掘削動作中（例えば操作装置１５ｂによるアームクラウド操作中）において作業機姿勢演算部３０で演算されるバケット爪先ＣＰ１の動作軌跡と，目標面記憶部３１に記憶された目標面の形状（位置）との差（偏差）である。爪先誤差演算部３７で演算された爪先誤差は補正値判定部３８に出力される。

【0074】

補正値判定部３８は，爪先誤差演算部３７で演算された爪先誤差のうち直近の掘削動作の開始から終了までの間における爪先誤差の平均値（爪先誤差平均値）を演算し，その爪先誤差の平均値が目標面７５に対してあらかじめ設定した爪先誤差最大領域Ａｍａｘ以内に入っている場合に当該爪先誤差の平均値を管理サーバ７１（より具体的には補正値演算部８４における制御指令値調整部８６）に送信する。図１６は本実施形態に係る爪先誤差最大領域Ａｍａｘの説明図である。この図に示すように爪先誤差最大領域Ａｍａｘは目標面７５の上下に設定した境界面７６ａ，７６ｂの間に設定した領域である。２つの境界面７６ａ，７６ｂの目標面７５からの距離は等しくすることが好ましく，例えば目標面７５からそれぞれ３０－５０［ｍｍ］の距離に設定できる。すなわち爪先誤差最大領域Ａｍａｘは目標面７５から±３０－５０［ｍｍ］の範囲に設定され得る。なお，爪先誤差平均値が爪先誤差最大領域Ａｍａｘから外れている場合には，精度が不要な作業（例えば目標面７５と現況地形の距離が充分離れた状態において作業速度重視で行われる粗掘削作業）が行われるとみなして，爪先誤差平均値の管理サーバ７１への送信は行われない。また，掘削動作の開始と終了を判別する方法としては上記の操作装置１５ｂによるアームクラウド操作を検出する方法の他に例えばアームシリンダ６の負荷を検出する方法（例えば圧力センサでボトム圧を検出する方法）がある。

【0075】

図１３に戻り，管理サーバ７１の補正値演算部８４における制御指令値調整部８６は，コントローラ２０から送信された爪先誤差平均値に基づいて爪先誤差領域を判別し，その爪先誤差領域に予め設定されている調整値を用いてコントローラ２０に送信した制御指令補正値を調整し，その調整後制御指令補正値を制御指令補正値データベース８５において対応する作業状況パターンの履歴に格納する処理を実行する部分である。

【0076】

爪先誤差領域は爪先誤差最大領域Ａｍａｘ内に設定された複数の領域であり，本実施形態の爪先誤差領域としては図１６に示すように目標面７５を基準としてＡ１－Ａ５の５つの領域が予め設定されている。爪先誤差領域Ａ１は目標面７５を含むように設定された目標面７５に最も近い領域であり，境界７６ｅと境界７６ｆとによって定義される領域である。精度保持の観点から爪先誤差領域Ａ１の範囲は施工上許容されている誤差の範囲またはそれよりも狭い範囲とすることが好ましい。爪先誤差領域Ａ１の下方には境界７６ｆと境界７６ｄとによって定義される爪先誤差領域Ａ２が設定されており，爪先誤差領域Ａ２の下方には境界７６ｄと境界７６ｂとによって定義される爪先誤差領域Ａ３が設定されている。爪先誤差領域Ａ１の上方には境界７６ｃと境界７６ｅとによって定義される爪先誤差領域Ａ４が設定されており，爪先誤差領域Ａ４の上方には境界７６ａと境界７６ｃとによって定義される爪先誤差領域Ａ５が設定されている。

【0077】

図１７は複数の爪先誤差領域Ａ１－Ａ５及びその説明と，複数の爪先誤差領域Ａ１－Ａ５と複数の調整値１－５の対応関係を示す図である。調整値２－５は調整後制御指令補正値によってフロント作業機１Ａを制御したときに爪先誤差又は爪先誤差平均値がゼロに近づくよう（すなわち目標面７５に近づくように）に設定されている。（１）コントローラ２０（補正値判定部３８）から送信された爪先誤差平均値が爪先誤差領域Ａ１に属する場合には，制御指令補正値の調整は不要であると判断して調整値１＝０とする。（２）爪先誤差平均値が沈み込み小の爪先誤差領域Ａ２である場合は，調整値２を用いて制御指令補正値を調整する。この場合の調整後制御指令補正値は１より小さい値となる。（３）爪先誤差平均値が沈み込み大の爪先誤差領域Ａ３である場合は，調整値３を用いて制御指令補正値を調整する。この場合の調整後制御指令補正値は１より小さく，調整値２で調整した場合よりも小さい値となる。（４）爪先誤差平均値が浮き上がり小の爪先誤差領域Ａ４である場合は，調整値４を用いて制御指令補正値を調整する。この場合の調整後制御指令補正値は１より大きい値となる。（５）爪先誤差平均値が浮き上がり大の爪先誤差領域Ａ５である場合は，調整値５を用いて制御指令補正値を調整する。この場合の調整後制御指令補正値は１より大きく，調整値４で調整した場合よりも大きい値となる。

【0078】

上記（１）－（５）の場合に演算された調整後制御指令補正値は，図１５に示した制御指令補正値データベース８５において，同一の油圧ショベル１ついて直近に決定された作業状況パターンＰｎ（すなわち制御指令補正値を演算した際に決定した作業状況パターンＰｎ）に対応した履歴に格納される。制御指令補正値データベース８５は，新たな調整後制御指令補正値が履歴に格納される度に，該当する作業状況パターンＰｎの履歴の平均値を演算して制御指令補正値を更新する。なお，爪先誤差平均値が爪先誤差最大領域Ａｍａｘより大きい場合は，管理サーバ７１に爪先誤差平均値が送信されないため，制御指令補正値データベース８５の更新は実施しない。

【0079】

＜処理フローの説明＞
図１８は本実施形態に係る油圧ショベル１のコントローラ２０及び管理サーバ７１によって実行される処理のフローチャートであり，図１９は図１８中のステップ１０７で実行される処理のフローチャートである。

【0080】

油圧ショベル１の電源をＯＮにすると図１８のフローチャートが開始される。ただし，管理サーバ７１は常時稼働しているものとする。

【0081】

ステップ１００では，コントローラ２０がＧＮＳＳ受信機２９で演算される車体位置データに基づいて，その油圧ショベル１にあらかじめ登録されている作業現場に到着したか否かを判断する。到着した場合はステップ１０１に進み，未着の場合にはステップ１００の処理を繰り返す。なお，ステップ１００の処理は省略可能であり，次のステップ１０１からフローチャートを開始しても構わない。

【0082】

ステップ１０１では，コントローラ２０（作業状況パラメータ送信部４１）が作業状況パラメータとして車体位置データ，油温データ，重量データ，及び勾配データを管理サーバ７１に送信する。

【0083】

ステップ１０２では，管理サーバ７１（ステータス判定部９０及び作業状況パターン決定部８７）は，ステップ１０１で送信された作業状況パラメータに基づいてその送信元の油圧ショベル１の作業状況パターンを演算する。

【0084】

ステップ１０３では，管理サーバ７１（制御指令補正値演算部８８）は，制御指令補正値データベース８５に格納されているデータの中からステップ１０２で演算した作業状況パターンに対応する制御指令補正値を演算（選択）する。

【0085】

ステップ１０４では，管理サーバ７１（制御指令補正値演算部８８）は，ステップ１０３で演算した制御指令補正値をステップ１０１で作業状況パラメータを送信した油圧ショベル１へ送信する。

【0086】

ステップ１０５では，コントローラ２０（作業機制御部４０。ただし制御指令補正値を直接的に利用するのは指令値補正部３９）がステップ１０４で管理サーバ７１から送信された制御指令補正値を反映させてマシンコントロールを実行する。これにより油圧ショベル１の作業状況に適した補正が行われるため，マシンコントロールの精度，すなわち施工精度が向上する。

【0087】

ステップ１０６では，コントローラ２０（爪先誤差演算部３７）は，ステップ１０５の制御指令補正値の反映後に行われる掘削作業中に作業機姿勢演算部３０で演算されるバケット爪先の動作軌跡と，目標面７５の位置関係とに基づいて爪先誤差を演算する。

【0088】

ステップ１０７では，図１９に示すように，制御指令補正値データベース８５に格納された制御補正指令値の更新処理が実行される。具体的には図１９に示したステップ２００－２０８の処理が実行され得る。

【0089】

まず，ステップ２００では，コントローラ２０（補正値判定部３８）は，ステップ１０６で演算した爪先誤差の平均値を演算する。

【0090】

ステップ２０１では，コントローラ２０（補正値判定部３８）は，ステップ２００で演算した爪先誤差平均値が爪先誤差最大領域Ａｍａｘに含まれるか否かを判定する。爪先誤差最大領域Ａｍａｘに含まれる場合には，コントローラ２０（補正値判定部３８）は爪先誤差平均値を管理サーバ７１に送信してステップ２０２に進み，含まれない場合には爪先誤差平均値を管理サーバ７１に送信することなくステップ１０７の処理を終了する。

【0091】

ステップ２０２では，管理サーバ７１（制御指令値調整部８６）は，コントローラ２０から受信した爪先誤差平均値が５つの爪先誤差領域Ａ１－Ａ５（図１６，図１７）のいずれに含まれるかを算出する。

【0092】

ステップ２０３では，管理サーバ７１（制御指令値調整部８６）は，ステップ２０２で算出した爪先誤差領域に対応する調整値を選択する。これにより５つの調整値１－５のいずれかが選択される。

【0093】

ステップ２０４では，管理サーバ７１（制御指令値調整部８６）は，ステップ２０３で選択された調整値を利用してステップ１０３（図１８）で演算した制御指令補正値を調整することで調整後制御指令補正値を演算する。

【0094】

ステップ２０５では，管理サーバ７１（制御指令値調整部８６）は，ステップ１０２（図１８）で演算した作業状況パターンを参照して一時的に記憶する。

【0095】

ステップ２０６では，管理サーバ７１（制御指令値調整部８６）は，ステップ２０４で演算した調整後制御指令補正値を，制御指令補正値データベース８５中のステップ２０５で記憶した作業状況パターンの履歴に追加する。

【0096】

ステップ２０６では，管理サーバ７１（制御指令補正値データベース８５）は，ステップ２０６で調整後制御指令補正値が追加された作業状況パターンの履歴の平均値を算出する。

【0097】

ステップ２０７では，管理サーバ７１（制御指令補正値データベース８５）は，ステップ２０６で調整後制御指令補正値が追加された作業状況パターンの制御指令補正値をステップ２０６で演算された平均値で更新し，処理を終了する。

【0098】

＜効果＞
以上のように構成した作業機械の制御システムにおいては，油圧ショベル１が管理サーバ７１に送信した作業状況パラメータ（車体位置データ（土質データ），油温データ，バケット重量データ，勾配データ）に基づいてその油圧ショベル１の作業状況に最適化された制御指令補正値が管理サーバ７１からその油圧ショベル１に対して送信される。この油圧ショベル１では，管理サーバ７１から受信した制御指令補正値に基づいて補正した制御指令（補正後制御指令）によって油圧アクチュエータ５，６，７（電磁弁５００）が制御される。これにより油圧ショベル１の作業状況（作業環境）に即した制御パラメータでマシンコントロールが実行されることになるため従前よりも施工精度を向上できる。特に本実施形態は油圧ショベル１の電源を入れるだけで制御パラメータの補正が開始される。すなわち，作業の開始前や初期段階での制御パラメータの最適化が可能であり，作業の進捗を停滞させることがないため施工計画を遵守できる。また，油圧ショベル１から自動的に送信される作業状況パラメータに応じて制御指令補正値が決定するので作業状況ごとに複数の制御ロジックを予め設定しておく手間も無くなり，制御パラメータの低減や演算負荷の軽減ができる。さらに油圧ショベルの車格が同じであれば他の油圧ショベルとも制御指令補正値を共用でき汎用性に優れている点も当システムのメリットである。

【0099】

また，管理サーバ７１は，制御指令補正値を送信した油圧ショベル１から爪先誤差平均値を受信し，その爪先誤差平均値がゼロに近づくように該当する作業状況パターンの制御指令補正値を更新する。具体的には，油圧ショベル１から受信した爪先誤差平均値がゼロに近づくように制御指令補正値を調整した値である調整後制御指令補正値を演算し，制御指令補正値データベース８５に格納されている同じ作業状況パターンに係る過去の調整後制御指令補正値の履歴と合わせて平均値を算出し，その平均値を新たな制御指令補正値とする。これにより制御指令補正値データベース８５に格納されている制御指令補正値が度重なる更新を経て最適化されるため，制御指令補正値の信頼性が向上し各油圧ショベルの制御パラメータを速やかに最適化できる。

【0100】

＜その他＞
なお，本発明は，上記の実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

【0101】

上記の実施形態では作業状況パラメータとして４つ（土質，作動油温，バケット重量，目標面勾配）を挙げたが，車格，外気温，気圧，天気等の他の作業状況パラメータを考慮して作業状況パターンを決定しても良い。

【0102】

上記では主に１台の油圧ショベル１の制御指令を補正することについて説明したが，管理サーバ７１の制御指令補正値データベース８５に格納された制御指令補正値はその他の複数の油圧ショベル１と共有可能（共用可能）な値であることは言うまでも無い。

【0103】

図１８のフローチャートに関して，管理サーバ７１の制御指令補正値データベース８５に格納されている制御指令補正値の精度が良い場合にはステップ１０５までの処理でフローチャートを終了しても構わない。これはステップ１０６以降の処理が制御指令補正値データベース８５に格納されている制御指令補正値の更新処理フローであるためである。また同様の理由で，図１８のステップ１０６では，例えば，後述のステップ２００に先立って補正値判定部３８で爪先誤差の平均値を演算し，その値が図１６，図１７の爪先誤差領域Ａ１に含まれる場合には精度が確保されるため，ステップ１０７に進むことなくフローチャートを終了しても良い。

【0104】

図１８において，ステップ１０１を実行するタイミングは，油圧ショベル１が作業現場に到着したときと説明したが（ステップ１００参照），ステップ１００の代わりに，走行レバー１３ａ，１３ｂの操作後に走行が停止したタイミングでステップ１０１を実行してもよい。また，定期的な時間間隔でステップ１０１を実行してもよい。また，マシンコントロールを有効にしたタイミングでステップ１０１を実行してもよい。さらに，ステップ１０１を開始する専用のスイッチを設けてもよい。そして，上記した複数の処理開始条件を適宜複合してもよい。

【0105】

上記では，各油圧シリンダ５，６，７の目標速度から算出される速度ベクトルＶ１の垂直成分に制御指令補正値ｋｓｎを乗じたが，各油圧シリンダ５，６，７に関する制御指令や目標速度に適当な補正値を掛けても良い。その際，３つの油圧シリンダ５，６，７の少なくとも１つに適当な補正値を掛ける構成を採用しても良い。

【0106】

また，上記のコントローラ２０及び管理サーバ７１に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，上記のコントローラ２０及び管理サーバ７１に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることでコントローラ２０及び管理サーバ７１の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。

【0107】

また，上記の各実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

【符号の説明】

【0108】

１…油圧ショベル，１Ａ…フロント作業機，１Ｂ…車体，２…油圧ポンプ，３ａ…走行右油圧モータ，３ｂ…走行左油圧モータ，４…旋回油圧モータ，５…ブームシリンダ，６…アームシリンダ，７…バケットシリンダ，８…ブーム，９…アーム，１０…バケット，１１…走行体，１２…旋回体，１３ａ…走行右レバー，１３ｂ…走行左レバー，１４ａ…操作右レバー，１４ｂ…操作左レバー，１５ａ…操作装置，１５ａ…ブーム用操作装置，１５ｂ…アーム用操作装置，１５ｃ…バケット用操作装置，１５ｄ…旋回用操作装置，１６…流量制御弁，２０…コントローラ，２１…ブーム角度センサ，２２…アーム角度センサ，２３…バケット角度センサ，２４…車体傾斜角センサ，２５…通信装置，２６…通信アンテナ，２８…ＧＮＳＳアンテナ，２９…ＧＮＳＳ受信機，３０…作業機姿勢演算部，３１…目標面記憶部，３２…目標速度演算部，３３…電磁弁制御部，３４…作業機姿勢検出装置，３５…目標面設定装置，３６…オペレータ操作検出装置，３７…爪先誤差演算部，３８…補正値判定部，３９…指令値補正部，４０…作業機制御部，４１…作業状況パラメータ送信部，４９…原動機（エンジン），５０…作動油タンク，７１…管理サーバ，７２…測位衛星，７３…設計図面作成管理ツール，７４…制御指令補正値データベース，７５…目標面，８０…土質ステータス判定部，８１…油温ステータス判定部，８２…バケットステータス判定部，８３…勾配ステータス判定部，８４…補正値演算部，８５…制御指令補正値データベース，８６…制御指令値調整部，８７…作業状況パターン決定部，８８…制御指令補正値演算部，９０…ステータス判定部，５００…電磁比例弁，５９０…油温センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】