特許 7295759 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】2023-06-13

(45)【発行日】2023-06-21

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20230614BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20230614BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 D

E02F9/22 K

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019173087

(22)【出願日】2019-09-24

(65)【公開番号】P2021050494

(43)【公開日】2021-04-01

【審査請求日】2022-06-22

(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】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】中野 寿身

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏明

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 悠介

【審査官】荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０８６４８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭５９－０４８５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８０５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４１２０７４５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ３／４３

Ｅ０２Ｆ ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブーム、アーム及びバケットを有する作業装置と、
前記作業装置を操作するための操作装置と、
前記バケットの爪先が所定の目標面に沿って移動するように前記作業装置を制御する掘削作業制御、及び、前記目標面に対する前記バケットの姿勢を保持しながら前記バケットが前記目標面に沿って移動するように前記作業装置を制御する均し作業制御を利用して前記作業装置を制御可能なコントローラとを備えた作業機械において、
前記コントローラは、
前記作業装置の姿勢データ、及び寸法データと前記目標面の位置データとに基づいて前記アームの先端から前記目標面までの距離であるアーム先端偏差を演算し、
演算した前記アーム先端偏差が所定の閾値ｄｖ１以下のとき、かつ、前記操作装置に対するバケット操作の入力が無いとき、かつ、前記操作装置に対するアーム操作の入力が有るときには、前記均し作業制御を実行し、
それ以外のときには、前記掘削作業制御を実行し、
前記所定の閾値ｄｖ１は、前記アームの先端から前記バケットの爪先までの距離である
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、
前記コントローラは、
前記目標面に対して垂直な方向における前記バケットの寸法であって、前記目標面に対する前記バケットの姿勢の変化に応じて変化し得るバケット高さを前記均し作業制御の開始時点において演算し、
演算した前記バケット高さを前記アーム先端偏差から減じて得られるオフセット偏差と、前記作業装置の姿勢データ及び寸法データと、前記操作装置の操作量データとに基づいて前記均し作業制御における前記作業装置に関する目標速度を演算する
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、
前記均し作業制御時に保持される前記目標面に対する前記バケットの姿勢は、演算した前記アーム先端偏差が前記所定の閾値ｄｖ１以下のとき、かつ、前記操作装置に対するバケット操作の入力が無いときに、前記操作装置に対するアーム操作が入力されたときにおける前記バケットの姿勢である
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、
前記コントローラによる前記均し作業制御の実行を許可する許可位置と前記均し作業制御の実行を禁止する禁止位置とのいずれかの位置に切り換えられるスイッチをさらに備え、
前記コントローラは、
前記スイッチが前記許可位置に切り換えられているとき、かつ、演算した前記アーム先端偏差が前記所定の閾値ｄｖ１以下のとき、かつ、前記操作装置に対するバケット操作の入力が無いとき、かつ、前記操作装置に対するアーム操作の入力が有るときには、前記均し作業制御を実行し、
それ以外のときには前記掘削作業制御を実行する
ことを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項１の作業機械において、
前記コントローラは、前記アームに関する目標速度が所定の閾値ｖａ１より大きいか否かに基づいて、前記操作装置に対する前記アーム操作の入力の有無を判定する
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】

本発明は油圧ショベルなどの作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

ブーム、アーム及びバケットを含むフロント作業装置を備えた油圧ショベル（作業機械）を用いて施工を行う際、設計図に規定された目標面（設計面）に沿ってバケットが移動するように、予め用意した目標面の三次元設計データを用いてオペレータ操作を補正してフロント作業装置を動作させ、半自動で掘削成形作業を行う制御システムが知られている。

【0003】

掘削成形作業には、（１）ブーム及びアームの各シリンダを、自動で協調動作させることによってバケット爪先を目標面に沿って移動させ、地形を削り取る「掘削作業」と、（２）バケット底面が目標面に対しておおよそ平行になる状態を保ちつつ、バケット底面を目標面に沿って移動させるように、バケット、ブーム及びアームの各シリンダを、自動で協調動作させ地形を成形する「均し作業」とが存在する。

【0004】

また、１回の掘削成形作業が完了した後には、目標面に沿ってバケットを移動させることなく、オペレータの操作に従って、次回の掘削成形作業の開始姿勢をとる「戻し作業」も存在する。

【0005】

例として、特許文献１をあげる。

【0006】

特許文献１に記載の作業機械（建設機械）では、バケットから目標面までの最短距離と、アーム操作と、バケット操作に基づいて、バケットの目標面に対する姿勢が一定となるように、アームとブームを自動で協調動作させ、バケット底面を目標面に沿って移動させる均し作業を行っている。

【0007】

具体的には、オペレータによってアーム操作が為された場合に、オペレータが均し作業を意図しているとみなして、バケットシリンダと、ブームシリンダと、アームシリンダとを自動で協調動作させ、バケット底面が目標面に対して平行な状態を自動的に保つバケット自動動作を行いつつ、バケットを目標面に沿って移動させ、均し作業を実行する。これによりオペレータはアーム操作のみによって簡単に均し作業を行うことが出来る。

【0008】

ただし、オペレータによってバケット操作が為されている場合、または、バケットから目標面までの最短距離が所定の閾値（Ｄ１）より大きい場合には、均し作業のためのバケット姿勢を自動保持するバケット自動動作は行わない。すなわち、オペレータが自らの操作でバケット姿勢を調整したい場合や、バケットを目標面から離して戻し作業を行う場合にはバケットが自動動作しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】国際公開第２０１７／０８６４８８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献１に記載の作業機械では、戻し作業完了時のバケットの姿勢によっては、その後の均し作業への移行に際して、作業効率あるいは操作性を損なう可能性がある。

【0011】

均し作業を行う場合、一般的にはバケットの姿勢は図１２（ａ）に示すようにバケット底面が目標面に対して平行に近い姿勢となる。一方、戻し作業時にはバケットの姿勢にはあまり注意が払われない。そのため、戻し作業終了時には、例えば図１２（ｂ）に示すようにバケット回動軸とバケット爪先とを結ぶ線が目標面に対して垂直となる姿勢を取る場合がある。

【0012】

図１２（ｂ）のような姿勢で戻し作業を終えた場合、オペレータは図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、戻し作業後にバケット姿勢を調整し、バケット底面を目標面に対して平行に近づけてから均し作業に移る。この時、バケット姿勢が変わることで、バケットと目標面の最短距離の偏差として、ｄ１ｔｈｒが生じる。

【0013】

バケット自動動作が可能なバケットと目標面の最短距離の閾値Ｄ１をｄ１ｔｈｒより小さくした場合（例えば、Ｄ１＝０）、図１３（ｂ）の状態ではアーム操作を入力してもバケット自動動作は発動しない。そのため、均し作業に移る前にブーム下げ操作を行い、爪先を再度目標面に近づけることでバケットと目標面の最短距離をＤ１未満にする必要がある。つまり、バケット底面を目標面に平行にした後に行われる無駄なブーム下げ操作が作業効率を損なう。

【0014】

したがって、戻し作業後、均し作業に移る際の作業効率の低下を防ぐには、バケット自動動作が可能なバケットと目標面の最短距離の閾値Ｄ１をｄ１ｔｈｒより大きく設定しておくことが考えられる。その場合、戻し作業後に図１３（ｂ）のようにバケット姿勢を調整しても、バケットと目標面の距離ｄ１ｔｈｒは閾値Ｄ１より小さいため、アーム操作を入力すればオペレータはそのまま均し作業に移ることが出来る。

【0015】

しかし、バケット自動動作が可能なバケットと目標面の最短距離の閾値Ｄ１を大きく設定すると、戻し作業中（例えばアームダンプ動作中）にバケットと目標面の最短距離が閾値Ｄ１未満になる可能性が高まる。アームダンプ動作中にバケットと目標面の最短距離が閾値Ｄ１未満になった場合、オペレータの意図に反してバケット自動動作が発動してしまいオペレータに違和感を与える可能性がある。

【0016】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、戻し作業から均し作業に移る際の作業効率と、戻し作業時の操作性とを共に損なうことなく、均し作業を行うことが出来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】

【0017】

上記目的を達成するため、本発明は、ブーム、アーム及びバケットを有する作業装置と、前記作業装置を操作するための操作装置と、前記バケットの爪先が所定の目標面に沿って移動するように前記作業装置を制御する掘削作業制御、及び、前記目標面に対する前記バケットの姿勢を保持しながら前記バケットが前記目標面に沿って移動するように前記作業装置を制御する均し作業制御を利用して前記作業装置を制御可能なコントローラとを備えた作業機械において、前記コントローラは、前記作業装置の姿勢データ、及び寸法データと前記目標面の位置データとに基づいて前記アームの先端から前記目標面までの距離であるアーム先端偏差を演算し、演算した前記アーム先端偏差が所定の閾値ｄｖ１以下のとき、かつ、前記操作装置に対するバケット操作の入力が無いとき、かつ、前記操作装置に対するアーム操作の入力が有るときには、前記均し作業制御を実行し、それ以外のときには、前記掘削作業制御を実行し、前記所定の閾値ｄｖ１は、前記アームの先端から前記バケットの爪先までの距離であるものとする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、戻し作業から均し作業に移る際の作業効率と、戻し作業時の操作性とを共に損なうことなく、均し作業を行うことが出来る。なお、上記に記した以外の課題、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】

【0019】

【図1】本発明の第１および第２の実施形態における作業機械を示す斜視図である。

【図2】図１に示す作業機械に搭載された油圧駆動装置を示す構成図である。

【図3】図１に示す作業機械に搭載された制御装置を示す構成図である。

【図4】図３に示す情報処理部の詳細構成を示すブロック図である。

【図5】図４に示す掘削作業目標速度演算部の詳細構成を示すブロック図である。

【図6】図４に示すオフセット偏差演算部の詳細構成を示すブロック図である。

【図7】図４に示す均し作業目標速度演算部の詳細構成を示すブロック図である。

【図8】図４に示す目標速度選択部の詳細構成を示すブロック図である。

【図9】本発明の第１の実施形態における制御の流れを示したフローチャートである。

【図10】本発明の第２の実施形態における情報処理部の詳細構成を示すブロック図である。

【図11】本発明の第２の実施形態における制御の流れを示したフローチャートである。

【図12】作業機械の作業時の姿勢の例を示した図である。

【図13】作業機械における戻し作業から均し作業への移行の際の様子を示した図である。

【図14】本発明の第１の実施形態における戻し作業から均し作業への移行の際の様子を示した図である。

【図15】作業機械の掘削作業時の動作の例を示した図である。

【図16】作業機械の均し作業時の動作の例を示した図である。

【図17】爪先偏差Ｄｖｔ、アーム先端偏差Ｄｖａ、バケット高さＨｂｋ及びオフセット偏差Ｄｖｏの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に関する実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル（作業機械）を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る油圧ショベルは、車体本体である下部走行体９および上部旋回体１０と、上部旋回体１０の前方に揺動可能に取り付けられた多関節型の作業装置（フロント作業装置）１５とを備えている。

【0021】

下部走行体９は、左右にクローラ式走行装置を有し、左右の走行油圧モータ３ｂ、３ａ（左側３ｂのみ図示）により駆動される。

【0022】

上部旋回体１０は、下部走行体９上に左右に旋回可能に搭載され、旋回油圧モータ４により旋回駆動される。上部旋回体１０には、原動機としてのエンジン１４と、エンジン１４により駆動される油圧ポンプ装置２（第１油圧ポンプ２ａと第２油圧ポンプ２ｂ（図２参照））と、コントロールバルブ２０と、油圧ショベルの各種制御を司るコントローラ５００（図２，３等参照）が搭載されている。

【0023】

作業装置１５は，揺動自在な複数のフロント部材であるブーム１１，アーム１２，バケット８を有する多関節構造を有する。ブーム１１はブームシリンダ５の伸縮により上部旋回体１０に対して揺動し，アーム１２はアームシリンダ６の伸縮によりブーム１１に対して揺動し，バケット８はバケットシリンダ７の伸縮によりアーム１２に対して揺動する。

【0024】

コントローラ５００において作業装置１５の任意の点の位置を算出するために，油圧ショベルは，上部旋回体１０とブーム１１との連結部近傍に設けられ，ブーム１１の水平面に対する角度（ブーム角度）を検出する第１姿勢センサ１３ａと，ブーム１１とアーム１２との連結部近傍に設けられ，アーム１２の水平面に対する角度（アーム角度）を検出する第２姿勢センサ１３ｂと，アーム１２とバケット８とを連結するバケットリンク８ａに設けられ，バケットリンク８ａの水平面に対する角度（バケット角度）を検出する第３姿勢センサ１３ｃと，水平面に対する上部旋回体１０の傾斜角度（ロール角，ピッチ角）を検出する車体姿勢センサ１３ｄとを備えている。なお，姿勢センサ１３ａ－１３ｄとしては例えばＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）が使用可能である。また，第１姿勢センサ１３ａから第３姿勢センサ１３ｃは相対角度を検出するセンサであってもよい。

【0025】

これらの姿勢センサ１３ａ～１３ｄが検出した角度はそれぞれ、ブーム角度データ、アーム角度データ、バケット角度データ、車体角度データからなる姿勢データとして、後述するコントローラ５００内の情報処理部１００に入力されている。

【0026】

上部旋回体１０には運転室が備えられている。運転室内には作業装置１５（フロント部材１１，１２，８）、上部旋回体１０及び下部走行体９を操作するための操作装置として、走行用右操作レバー装置１ａ，走行用左操作レバー装置１ｂ，右操作レバー装置１ｃ及び左操作レバー装置１ｄ等が配置されている。走行用右操作レバー装置１ａは右走行油圧モータ３ａの動作指示を，走行用左操作レバー装置１ｂは左走行油圧モータ３ｂの動作指示を，右操作レバー装置１ｃはブームシリンダ５（ブーム１１）とバケットシリンダ７（バケット８）の動作指示を，左操作レバー装置１ｄはアームシリンダ６（アーム１２）と旋回油圧モータ４（上部旋回体１０）の動作指示をするためのものである。本実施形態の操作装置１ａ－１ｄは電気レバーであり、オペレータにより入力される操作量に応じた操作信号（電気信号）を生成してコントローラ５００に出力している。なお，操作装置１ａ－１ｄを油圧パイロット式とし，圧力センサで操作量を検出してコントローラ５００に入力しても良い。

【0027】

コントロールバルブ２０は、上述した旋回油圧モータ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，及び左右の走行油圧モータ３ｂ，３ａ等の油圧アクチュエータのそれぞれに油圧ポンプ装置２から供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御する複数の方向制御弁（例えば後述する図２の方向制御弁２１，２２，２３）を含む弁装置である。コントロールバルブ２０内の方向制御弁は，コントローラ５００から出力される指令電流（制御弁駆動信号）に基づいて電磁比例弁（例えば後述する図２の電磁比例弁２１ａ～２３ｂ）が生成する信号圧によって駆動され，油圧アクチュエータ３－７のそれぞれに供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御している。コントローラ５００から出力される駆動信号は，操作レバー装置１ａ－１ｄから出力される操作信号（操作情報）を基に生成される。

【0028】

図２は図１に示した油圧ショベルの油圧駆動装置の構成図である。なお、説明の簡略化のため、油圧アクチュエータとしてブームシリンダ５とアームシリンダ６、バケットシリンダ７のみを備えた構成として説明し、本発明の実施形態と直接的に関係しないドレン回路等の図示と説明は省略する。また、従来の油圧駆動装置と構成および動作が同様のロードチェック弁などの説明は省略する。

【0029】

図２の油圧駆動装置において、油圧ポンプ装置２は、第１油圧ポンプ２ａと第２油圧ポンプ２ｂとを備えている。第１油圧ポンプ２ａと第２油圧ポンプ２ｂは、エンジン１４によって駆動され、それぞれ第１ポンプラインＬ１と第２ポンプラインＬ２に圧油を供給する。本実施形態では、第１油圧ポンプ２ａおよび第２油圧ポンプ２ｂは固定容量型の油圧ポンプとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変容量型の油圧ポンプを用いて構成しても良い。

【0030】

コントロールバルブ２０には、第１ポンプラインＬ１と第２ポンプラインＬ２からなる２系統のポンプラインが設けられている。第１ポンプラインＬ１には、ブームシリンダ５に供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御するブーム方向制御弁２２と、バケットシリンダ７に供給される圧油の流れを制御するバケット方向制御弁２１とが接続されている。これにより第１油圧ポンプ２ａが吐出する圧油はブームシリンダ５とバケットシリンダ７に供給される。同様に、第２ポンプラインＬ２には、アームシリンダ６に供給される圧油の流れを制御するアーム方向制御弁２３が接続されており、第２油圧ポンプ２ｂが吐出する圧油はアームシリンダ６に供給される。なお、ブーム方向制御弁２２とバケット方向制御弁２１はパラレル回路Ｌ１ａによって、分流可能に構成されている

【0031】

また、第１ポンプラインＬ１と第２ポンプラインＬ２とには、それぞれ個別にリリーフ弁２６、２７が接続されている。それぞれのポンプラインＬ１，Ｌ２の圧力があらかじめ設定されたリリーフ圧に達した場合、それぞれのリリーフ弁２６、２７が開口して圧油をタンクへ逃がす。

【0032】

ブーム方向制御弁２２は、電磁比例弁２２ａ、２２ｂによって生成される信号圧によって動作する。同様に、アーム方向制御弁２３は電磁比例弁２３ａ、２３ｂの信号圧によって、バケット方向制御弁２１は電磁比例弁２１ａ、２１ｂの信号圧によって動作する。

【0033】

これらの電磁比例弁２１ａ～２３ｂは、パイロット油圧源２９から供給されるパイロット圧油（一次圧）をメインコントローラ５００から出力される指令電流（制御弁駆動信号）に基づいて減圧しており、そのようにして生成した信号圧を各方向制御弁２１～２３に出力する。

【0034】

右操作レバー装置１ｃは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号を、ブーム操作量データおよびバケット操作量データとしてメインコントローラ５００に出力する。同様に、左操作レバー１ｄは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号を、アーム操作量データとしてメインコントローラ５００に出力する。

【0035】

メインコントローラ５００は、操作レバー装置１ｃ、１ｄから入力される各フロント部材１１，１２，８への操作量データと、均し作業制御設定スイッチ（均し作業制御設定装置）１７から入力される設定データと、目標面設定装置１８から入力される目標面の位置データ（目標面データ）と、角度検出器１３ａ～１３ｄから入力される油圧ショベルの姿勢データと、油圧ショベルの寸法に関するデータであって車体情報記憶装置１９から入力される寸法データとに基づいて、各電磁比例弁２１ａ～２３ｂを制御する指令信号（指令電流）を演算し、演算した指令信号を各電磁比例弁２１ａ～２３ｂに出力する。

【0036】

（均し作業制御設定スイッチ１７）
均し作業制御設定スイッチ１７は油圧ショベルの運転室内に設置されており、オペレータ操作によって許可位置と禁止位置のいずれか一方の切り換え位置に変更される。均し作業制御設定スイッチ１７が、メインコントローラ５００による均し作業制御の実行を許可する許可位置に切り換えられている場合には、均し作業制御設定スイッチ１７は設定データとして「真」を出力する。反対に、メインコントローラ５００による均し作業制御の実行を禁止する禁止位置に切り換えられている場合には、均し作業制御設定スイッチ１７は設定データとして「偽」を出力する。なお、本実施形態では、均し作業制御設定スイッチ１７の切替位置によって設定データの内容を決定するが、コントローラ５００内の他の演算によって設定データの内容を定めても良く、例えば、前記姿勢データに基づいて、目標面に対するバケット８の角度を演算し、その値が所定の範囲に収まる場合は設定データを真とし、収まらない場合は偽とするように構成しても良い。

【0037】

（目標面設定装置１８）
目標面設定装置１８は、作業対象となる目標面の設定や、設定された目標面の位置データ（目標面データ）の記憶に利用される装置であり、目標面データをメインコントローラ５００に出力する。目標面データは目標面の３次元形状を規定するデータであり、本実施形態では目標面の位置情報や角度情報が含まれている。本実施形態においては、目標面の位置は上部旋回体１０（油圧ショベル）との相対距離情報（すなわち油圧ショベル１に対する目標面の位置データ）、目標面の角度は重力方向に対する相対角度情報として定義されているものとするが、位置を地球上での位置座標、角度を車体との相対角度などとし、適当な変換を行ったデータを利用しても良い。

【0038】

なお、目標面設定装置１８は、予め設定した目標面データの記憶機能を具備していれば良く、例えば半導体メモリ等の記憶装置にも代替可能である。そのため目標面データを例えばコントローラ５００内の記憶装置や油圧ショベルに搭載された記憶装置に記憶した場合には省略可能である。

【0039】

（車体情報記憶装置１９）
車体情報記憶装置１９は、予め計測された油圧ショベルを構成する各部（例えば、下部走行体９、上部旋回体１０、フロント作業装置１５を構成する各フロント部材１１，１２，８）の寸法データの記憶に利用される装置であり、寸法データをメインコントローラ５００に出力する。

【0040】

（メインコントローラ５００）
メインコントローラ５００は、油圧ショベルに関する各種制御を司るコントローラであるが、特に、バケット８の爪先が目標面に沿って移動するように各フロント部材１１，１２，８に関する目標速度(例えば、油圧シリンダ５，６，７の目標速度（目標アクチュエータ速度）)を演算し、その目標速度に基づいて作業装置１５を制御する掘削作業制御と、目標面に対するバケット８の姿勢（例えば目標面に対するバケット底面の角度がゼロに近い値）を保持しながらバケット８が目標面に沿って移動するように各フロント部材１１，１２，８に関する目標速度を演算し、その目標速度に基づいて作業装置１５を制御する均し作業制御とを実行可能に構成されている点に特徴がある。

【0041】

図３は図１に示す油圧ショベルに搭載されたメインコントローラ５００の構成図である。メインコントローラ５００は、例えば図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と，ＣＰＵによる処理を実行するための各種プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）などの記憶装置と，ＣＰＵがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とを含むハードウェアを用いて構成されている。このように記憶装置に格納されたプログラムを実行することで，バケット８を目標面に沿って移動させる際の目標アクチュエータ速度を演算する情報処理部１００と、演算した目標アクチュエータ速度に応じてコントロールバルブ２０の駆動信号を生成する制御弁駆動部２００として機能する。次に情報処理部１００の詳細について説明する。

【0042】

（情報処理部１００）
情報処理部１００は、操作レバー装置１ｃ，１ｄからの操作量データと、姿勢センサ１３ａ―１３ｄからの姿勢データと、均し作業制御設定スイッチ１７からの設定データと、目標面設定装置１８からの目標面データと、車体情報記憶装置１９からの寸法データとに基づいて、各油圧シリンダ５，６，７の目標アクチュエータ速度を演算し、それらを制御弁駆動部２００に出力する。制御弁駆動部２００は、目標アクチュエータ速度に応じて、制御弁駆動信号を生成し、コントロールバルブ２０を駆動する。

【0043】

情報処理部１００の詳細について、図４を用いて説明する。情報処理部１００は、爪先偏差演算部１１０と、掘削作業目標速度演算部１２０と、アーム先端偏差演算部１４０と、バケットモード判断部１５０と、オフセット偏差演算部１６０と、均し作業目標速度演算部１７０と、目標速度選択部１８０として機能する。情報処理部１００は、目標速度選択部１８０で演算した目標アクチュエータ速度を制御弁駆動部２００に出力する。以下、爪先偏差演算部１１０と、アーム先端偏差演算部１４０とについては演算内容を把握し易いため概要を述べるにとどめ、掘削作業目標速度演算部１２０と、バケットモード判断部１５０と、オフセット偏差演算部１６０と、均し作業目標速度演算部１７０と、目標速度選択部１８０とについては詳細を述べる。

【0044】

（爪先偏差演算部１１０）
爪先偏差演算部１１０は、姿勢データ及び寸法データから演算するバケット８の爪先の位置と、目標面データとから、バケット８の爪先と目標面との距離（爪先偏差Ｄｖｔ）を演算し、その演算結果を爪先偏差データとして出力する。

【0045】

ここでは油圧ショベルに設定した座標系（車体座標系）として、油圧ショベル（上部旋回体１０）の旋回中心軸において下部走行体９が地面と接する点を原点とし、車体の前後方向にＸ軸、車体の幅方向にＹ軸、車体の上下方向にＺ軸を設定した座標系（車体座標系）を利用する。この場合、寸法データとして、上部旋回体１０の旋回中心とブームピンのＸ軸方向の長さＬｓｂ、ブームピンからアームピンまでの長さＬｂｍ、アームピンからバケットピンまでの長さＬａｍ、バケットピンからバケット爪先までの長さＬｂｋを予め記憶しておく。この場合、爪先偏差Ｄｖｔは、各フロント部材１１，１２，８の姿勢データ及び寸法データＬｓｂ，Ｌｂｍ，Ｌａｍ，Ｌｂｋに基づいて車体座標系におけるバケット爪先の座標を算出し、その座標と車体座標系における目標面の位置データとに基づいて演算できる。

【0046】

（アーム先端偏差演算部１４０）
アーム先端偏差演算部１４０は、アーム１２の先端ピン（バケットピン）について、爪先偏差演算部１１０と同様の演算を行う。つまり、姿勢データ及び寸法データから演算するアーム１２の先端ピンの中心（本稿では「アーム先端」や「バケット回動中心」と称することがある）の位置と、目標面データとから、アーム先端と目標面との距離（アーム先端偏差）Ｄｖａ（図１７参照）を演算し、その演算結果をアーム先端偏差データとして出力する。アーム先端偏差Ｄｖａは、例えば、各フロント部材１１，１２の姿勢データ及び寸法データＬｓｂ，Ｌｂｍ，Ｌａｍに基づいて車体座標系におけるアーム先端の座標を算出し、その座標と、車体座標系における目標面の位置データとに基づいて演算できる。

【0047】

（掘削作業目標速度演算部１２０）
掘削作業目標速度演算部１２０は、操作量データ、姿勢データ及び寸法データと、爪先偏差データとから、掘削作業制御時の油圧シリンダ５，６，７の目標速度（目標アクチュエータ速度）である掘削作業目標速度を演算し、出力する。

【0048】

掘削作業目標速度演算部１２０の詳細について、図５を用いて説明する。掘削作業目標速度演算部１２０は、掘削作業目標爪先速度演算部１２１と、爪先速度演算部１２２と、減算部１２３と、角速度逆演算部１２４と、シリンダ速度逆演算部１２５として機能し得る。

【0049】

掘削作業目標爪先速度演算部１２１は、爪先偏差データに基づいて爪先偏差Ｄｖｔの大きさに比例した掘削作業目標爪先速度Ｖｔ（＝－ｋ×Ｄｖｔ）を演算して出力する。掘削作業目標爪先速度Ｖｔは、掘削作業時のバケット爪先に生じる速度ベクトルのうち目標面に垂直な成分の目標速度であり、爪先偏差が０に近づくほど（爪先が目標面に近づくほど）小さくなるように演算される。

【0050】

爪先速度演算部１２２は、操作量データのうちアーム操作量データ及びバケット操作量データと、姿勢データと、寸法データとから、オペレータ操作に従ってバケット８およびアーム１２が動作した際の、爪先（バケット爪先）の目標面に垂直な方向の速度として、アームバケット合成爪先速度を幾何学的な計算により演算する。

【0051】

減算部１２３は、掘削作業目標爪先速度Ｖｔから、アームバケット合成爪先速度を差し引くことにより、ブーム目標爪先速度を求める。ブーム目標爪先速度は、バケット８およびアーム１２をオペレータ操作に従って動作させた際に、爪先を掘削作業目標爪先速度Ｖｔで動作させるのに必要なブームによる爪先速度である。

【0052】

角速度逆演算部１２４は、減算部１２３で演算されたブーム目標爪先速度と、姿勢データと、寸法データとに基づいて、幾何学的な計算により、ブーム１１の目標角速度であるブーム目標角速度を演算する。

【0053】

シリンダ速度逆演算部は、角速度逆演算部１２４で演算されたブーム目標角速度と、姿勢データと、寸法データとから、幾何学的な計算により、ブーム目標角速度（ブーム１１の目標角速度）をブームシリンダ５の目標速度に変換した掘削作業ブーム目標シリンダ速度を演算する。

【0054】

また、掘削作業目標速度演算部１２０に入力されたアーム操作量データ及びバケット操作量データは、それぞれ、アームシリンダ６の目標速度である掘削作業アーム目標シリンダ速度と、バケットシリンダ７の目標速度である掘削作業バケット目標シリンダ速度とに変換され、シリンダ速度逆演算部１２５で演算された掘削作業ブーム目標シリンダ速度とともに掘削作業目標速度として目標速度選択部１８０に出力される。

【0055】

なお、本実施形態においては、掘削作業目標爪先速度演算部１２１にて、掘削作業目標爪先速度Ｖｔを爪先偏差データに応じて変化させたが、爪先偏差Ｄｖｔの大きさによって異なる複数の比例係数を設定したり、異なる関数を用いたりしても良い。また、本実施形態では、バケット８とアーム１２についてはオペレータの操作に従って動作させ、爪先を目標面に沿って動作させるための調整をブーム１１によって行っているが、バケット８やアーム１２の動作についても爪先偏差Ｄｖｔに応じて補正を行い、バケット８あるいはアーム１２、もしくはその両方と、ブーム１１によって爪先を目標面に沿って動作させるための調整を行う構成としても良い。

【0056】

（バケットモード判断部１５０）
図４に戻り、バケットモード判断部１５０は、アーム先端偏差演算部１４０の出力するアーム先端偏差データと、均し作業制御設定スイッチ１７の出力する設定データと、操作レバー装置１ｃ，１ｄの出力する操作量データとに基づいて、後述する設定条件の成立の真偽を判断し、その判断結果をバケットモードフラグとして出力する。ここでいう設定条件とは、オペレータが均し作業制御の実行を希望しているとメインコントローラ５００が判断するための条件であり、設定データが真（設定スイッチ１７が均し作業制御の実行を許可する許可位置にある）であり、かつアーム先端偏差Ｄｖａが所定の閾値ｄｖ１（後述）以下であり、かつ操作量データから判断されるバケット操作量の大きさが所定の閾値ｏｐ１（後述）より小さく、かつ同アーム操作量の大きさが所定の閾値ｏｐ２（後述）より大きいことである。この設定条件の全てが「充足された場合」には、目標面に対するバケット８の姿勢を保持するバケット自動動作を有効にすると判断し、バケットモードフラグを「真」として出力する。前記の、設定データ、アーム先端偏差Ｄｖａ、バケット操作量、アーム操作量に係る条件のいずれかが「満たされない場合」は、バケット自動動作を無効にすると判断し、バケットモードフラグを「偽」として出力する。

【0057】

アーム先端偏差Ｄｖａに係る所定の閾値ｄｖ１としては、アームの先端（バケットの回動中心）からバケット爪先までの距離（寸法Ｌｂｋ）が一例として考えられる。また、バケット操作量に係る所定の閾値ｏｐ１としては、バケット操作の有無（バケットシリンダ７の動作の有無）を判定可能なゼロに近い値が考えられる。バケット操作量が閾値ｏｐ１より小さければバケット操作は無しと判断される。同様に、アーム操作量に係る所定の閾値ｏｐ２としては、アーム操作の有無（アームシリンダ６の動作の有無）を判定可能なゼロに近い値が考えられる。アーム操作量が閾値ｏｐ２より大きければアーム操作は有りと判断される。

【0058】

（オフセット偏差演算部１６０）
オフセット偏差演算部１６０は、寸法データと、姿勢データと、アーム先端偏差データと、バケットモードフラグとに基づいて、オフセット偏差Ｄｖｏ（図１７参照）の演算を行い、その演算結果を出力する。

【0059】

オフセット偏差演算部１６０の詳細について、図６を用いて説明する。オフセット偏差演算部１６０は、バケット高さ演算部１６１と、減算部１６２として機能する。バケットモードフラグが偽である場合、バケット高さ演算部１６１は、姿勢データから求める目標面に対するバケットの角度（姿勢）と、寸法データに含まれるバケット寸法とから、目標面に対して垂直な方向におけるバケット８の寸法であって、目標面に対するバケット８の姿勢に応じて変化し得る寸法であるバケット高さＨｂｋ（図１７参照）をリアルタイムに演算する。バケットモードフラグが真である場合は、バケット高さ演算部１６１は、バケットモードフラグが偽から真と変化した時点におけるバケット高さＨｂｋを減算部１６２に出力し続ける。バケット高さＨｂｋは、バケット８上で目標面に最も近い点とバケット回動中心との目標面に対して垂直な方向における距離である、と言い換えられる。バケット８が図１７のような姿勢の場合、バケット高さＨｂｋは図示の高さとなる。

【0060】

さらに、オフセット偏差演算部１６０は、減算部１６２において、アーム先端偏差Ｄｖａからバケット高さＨｂｋを減じて得られるオフセット偏差Ｄｖｏ（図１７参照）を演算する。均し作業制御中のオフセット偏差Ｄｖｏは、バケット自動動作により姿勢が正確に保持された場合におけるバケット８上で目標面に最も近い点と目標面の仮想的な距離を示す。

【0061】

バケットモードフラグが偽である場合、オフセット偏差Ｄｖｏは爪先偏差Ｄｖｔと一致する。しかし、バケットモードフラグが真である場合のオフセット偏差Ｄｖｏは、目標面に対するバケットの姿勢（例えば目標面に対するバケット底面の角度）を、バケットモードフラグが偽から真に変化した時点の姿勢で一定に保ち続けた場合のバケット８と目標面との仮想的な距離である。そのため、図１７に示すように、バケットモードフラグが偽から真へ変化した時点より後に、制御誤差などによって目標面に対するバケット８の角度が変化した場合（例えば、図１７において実線で示すバケット８から破線で示すバケットのような姿勢となった場合）には、一般的には爪先偏差Ｄｖｔとオフセット偏差Ｄｖｏは一致しない。

【0062】

（均し作業目標速度演算部１７０）
均し作業目標速度演算部１７０は、オフセット偏差データと、姿勢データと、寸法データと、操作量データとに基づいて、均し作業制御における作業装置１５に関する目標速度（均し作業目標速度）を演算して出力する。

【0063】

均し作業目標速度演算部１７０について、図７を用いて詳細を説明する。均し作業目標速度演算部１７０は、目標アーム先端速度演算部１７１と、アーム先端速度演算部１７２と、減算部１７３と、角速度逆演算部１７４と、シリンダ速度逆演算部１７５と、角速度演算部１７６と、バケット目標角速度演算部１７７として機能する。

【0064】

目標アーム先端速度演算部１７１は、掘削作業目標爪先速度演算部１２１は、オフセット偏差演算部１６０から入力されたオフセット偏差データ（オフセット偏差Ｄｖｏ）に基づいてオフセット偏差Ｄｖｏの大きさに比例した均し作業目標アーム先端速度Ｖａ（＝－ｋ×Ｄｖｏ）を演算して出力する。均し作業目標アーム先端速度Ｖａは、均し作業時のアーム先端に生じる速度ベクトルのうち目標面に垂直な成分の目標速度であり、オフセット偏差Ｄｖｏが０に近づくほど小さくなるよう（ゼロに近づくように）に演算される。なお比例係数ｋは掘削作業目標爪先速度Ｖｔの演算に利用した数値と異ならせても良い。

【0065】

アーム先端速度演算部１７２は、操作量データのうちアーム操作量と、姿勢データと、寸法データとに基づいて、オペレータ操作に従ってアーム１２が動作した際の、アーム先端の目標面に垂直な方向の速度として、アームによるアーム先端速度を幾何学的な計算により演算する。

【0066】

減算部１７３は、均し作業目標アーム先端速度Ｖａから、アームによるアーム先端速度を差し引くことにより、ブームによる目標アーム先端速度を求める。ブームによる目標アーム先端速度は、アーム１２をオペレータ操作に従って動作させた際に、ブームによりアーム先端を均し作業目標アーム先端速度Ｖａで動作させるのに必要な速度である。

【0067】

角速度逆演算部１７４は、ブームによる目標アーム先端速度と、姿勢データと、寸法データとに基づいて、掘削作業目標速度演算部１２０の角速度逆演算部１２４と同様の演算により、ブーム１１の目標角速度であるブーム目標角速度を演算する。

【0068】

角速度演算部１７６は、操作量データのうちアーム操作量データと、姿勢データと、寸法データとに応じて、アーム１２の角速度であるアーム角速度を幾何学的計算により演算する。

【0069】

バケット目標角速度演算部１７７は、角速度演算部１７６から入力されるアーム角速度をｗ１とし、角速度逆演算部１７４から入力されるブーム目標角速度をｗ２として、－（ｗ１＋ｗ２）なる演算（両者を加算して符号を判定させる演算）により、バケット８の目標角速度であるバケット目標角速度Ｗを演算する。演算プロセスから明らかなように、バケット目標角速度Ｗは、アーム１２とブーム１１の動作による作業装置１５の姿勢の変化を相殺し、バケット８の目標面に対する姿勢を一定に保つような角速度である。

【0070】

シリンダ速度逆演算部１７５は、バケット目標角速度演算部１７７が演算したバケット目標角速度と、角速度逆演算部１７４が演算したブーム目標角速度と、姿勢データと、寸法データとに基づいて、バケットシリンダ７の目標速度である均し作業バケット目標シリンダ速度と、ブームシリンダ５の目標速度である均し作業ブーム目標シリンダ速度とを幾何学的な計算により演算する。

【0071】

上記の結果、均し作業目標速度演算部１７０は、アーム操作量から演算したアームシリンダ６の目標速度である均し作業アーム目標シリンダ速度と、シリンダ速度逆演算部１７５で演算した均し作業バケット目標シリンダ速度と、同じくシリンダ速度逆演算部１７５で演算した均し作業ブーム目標シリンダ速度とを併せて、均し作業目標速度として出力する。

【0072】

なお、本実施形態においては、目標アーム先端速度演算部１７１が演算する均し作業目標アーム先端速度Ｖａはオフセット偏差Ｄｖｏに応じて変化すると説明したが、オフセット偏差Ｄｖｏの大きさによって異なる比例係数を設定したり、異なる関数を用いたりしても良い。また、本実施形態では、アーム１２はオペレータの操作に従って動作させ、バケット８を目標面に沿って動作させるための調整をブーム１１によって行っているが、アーム１２の動作についてもアーム先端偏差Ｄｖａの大きさに基づいて補正を行い、アーム１２とブーム１１によって爪先を目標面に沿って動作させる調整を行う構成を採用しても良い。

【0073】

また、本実施形態における均し作業においては、オペレータによるバケット操作は無いものと想定しているため、均し作業目標速度演算部１７０の演算においてバケット操作量は演算に用いていない。

【0074】

（目標速度選択部１８０）
再び図４に戻り、目標速度選択部１８０は、均し作業目標速度と、掘削作業目標速度と、バケットモードフラグとに基づいて、作業装置１５に関する３つの油圧シリンダ５，６，７の目標速度である目標アクチュエータ速度を演算して制御弁駆動部２００に出力する。

【0075】

目標速度選択部１８０の詳細について図８を用いて説明する。目標速度選択部１８０は切替部１８１として機能する。切替部１８１は、バケットモードフラグが偽（ｆａｌｓｅ）の場合は、入力される均し作業目標速度および掘削作業目標速度のうち、掘削作業目標速度を目標アクチュエータ速度として選択して出力する。反対にバケットモードフラグが真（ｔｒｕｅ）の場合は、入力される均し作業目標速度および掘削作業目標速度のうち、均し作業目標速度を目標アクチュエータ速度として選択して出力する。

【0076】

目標速度選択部１８０から出力された目標アクチュエータ速度は、情報処理部１００の出力となり、制御弁駆動部２００を介して、制御弁駆動信号としてコントロールバルブ２０を駆動し、各アクチュエータ５，６，７を目標アクチュエータ速度で動作させる。

【0077】

図９は、上述の演算の流れを示したメインコントローラ５００が実行する処理のフローチャートである。以下では、図３－８に示したメインコントローラ５００内の各部を主語として各処理（手順Ｓ１－Ｓ１１）を説明する場合があるが、各処理を実行するハードウェアはメインコントローラ５００である。

【0078】

情報処理部１００は、エンジンが作動中で、操作レバーによるアクチュエータ操作の許可と禁止を切り換えるロックレバーが許可位置にあるときに処理を開始し、操作レバー１ｃ、１ｄの操作が検出された場合に手順Ｓ３に移行する（手順Ｓ１、Ｓ２）。

【0079】

手順Ｓ３では、アーム先端偏差演算部１４０が、姿勢センサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから得られる姿勢データと、車体情報記憶装置１９から得られる寸法データと、目標面設定装置１８から得られる目標面データとに基づいて、アーム先端と目標面との偏差情報であるアーム先端偏差Ｄｖａを演算する。

【0080】

手順Ｓ４では、爪先偏差演算部１１０が、姿勢データと、寸法データと、目標面データとに基づいて、バケット爪先と目標面との偏差情報である爪先偏差Ｄｖｔを演算する。

【0081】

手順Ｓ５では、掘削作業目標速度演算部１２０が、姿勢データと、寸法データと、爪先偏差Ｄｖｔと、操作量データとに基づいて、掘削作業目標速度を演算する。 既述のとおり、掘削作業目標速度は、バケットの爪先を目標面に沿って動作させる掘削作業制御時の各油圧シリンダ５，６，７の目標速度（目標アクチュエータ速度）である。

【0082】

手順Ｓ６では、バケットモード判断部１５０は、均し作業制御設定スイッチ１７から入力される設定データが真か（つまり、均し作業制御設定スイッチ１７は均し作業制御の実行を許可する許可位置か）、アーム先端偏差Ｄｖａが所定の閾値ｄｖ１以下か、操作量データのうちバケット操作量が所定の閾値ｏｐ１より小さいか（換言すると、操作レバー１ｃに対するオペレータのバケット操作の入力が無いか）、操作量データのうちアーム操作量が所定の値ｏｐ２より大きいか（換言すると、操作レバー１ｄに対するオペレータのアーム操作の入力が有るか）、について判定する。これら３つの条件のうち、いずれかが偽で有った場合、バケットモード判断部１５０は、実施されている作業が掘削作業であると判断して、バケットモードフラグとして偽（ｆａｌｓｅ）を出力して手順Ｓ９ｂに処理を進める。一方、これら３つの条件のすべてが真であった場合は、実施されている作業が均し作業であると判断して、バケットモードフラグとして真（ｔｒｕｅ）を出力して手順Ｓ７ａに処理を進める。

【0083】

次に、手順Ｓ６で、バケットモード判断部１５０の出力が真（ｔｒｕｅ）であり、手順Ｓ７ａに進んだ場合について述べる。

【0084】

手順Ｓ７ａでは、オフセット偏差演算部１６０において、寸法データと、姿勢データと、アーム先端偏差Ｄｖａとに基づいて、オフセット偏差Ｄｖｏを演算する。オフセット偏差Ｄｖｏは、手順Ｓ６でバケットモード判断部１５０が出力するバケットモードフラグが偽から真に変化した時点（すなわち、均し作業制御の開始時点）におけるバケット高さＨｂｋをアーム先端偏差Ｄｖａから減じて演算される距離である。均し作業制御が実行されている間における目標面に対するバケット底面の姿勢（角度）は、バケット目標角速度演算部１７７の演算処理により、バケットモードフラグが偽から真に変化した時点での姿勢（角度）に保持される。すなわち、均し作業制御時に保持される目標面に対するバケット８の姿勢は、均し作業制御設定スイッチ１７が許可位置にあるとき、かつ、アーム先端偏差Ｄｖａが閾値ｄｖ１以下のとき、かつ、操作レバー１ｃに対するバケット操作の入力がないとき、かつ、操作レバー１ｄに対するアーム操作の入力がされたときにおけるバケット８の姿勢である。このときのバケット８は、図１２（ａ）に示すように、目標面に対するバケット底面の角度がゼロ（換言すると、目標面とバケット底面が平行）になる姿勢またはそれに近い姿勢に保持することが好ましい。

【0085】

手順Ｓ８ａでは、均し作業目標速度演算部１７０において、寸法データと、姿勢データと、オフセット偏差Ｄｖｏと、操作量データとに基づいて、均し作業目標速度を演算する。既述の通り、均し作業目標速度は、目標面に対するバケット８の姿勢をバケットモードフラグが偽から真となった時点の姿勢に保持しながら、バケット８が目標面に沿って移動するように各フロント部材１１，１２，８に関する目標速度であり、本実施形態では油圧シリンダ５，６，７の目標速度である。

【0086】

手順Ｓ９ａでは、目標速度選択部１８０は、手順Ｓ８ａで演算された均し作業目標速度を目標アクチュエータ速度として選択し、手順Ｓ１０に進む。

【0087】

続いて、手順Ｓ６で、バケットモード判断部１５０の出力が偽（ｆａｌｓｅ）であり、手順Ｓ９ｂに進んだ場合について述べる。

【0088】

手順Ｓ９ｂでは、目標速度選択部１８０は、手順Ｓ５で演算された掘削作業目標速度を目標アクチュエータ速度として選択し、手順Ｓ１０に進む。

【0089】

手順Ｓ１０では、情報処理部１００は、手順Ｓ９ａ又は手順Ｓ９ｂで選択された目標アクチュエータ速度を制御弁駆動部２００に出力する。

【0090】

そして、手順Ｓ１１において、制御弁駆動部２００は、各アクチュエータ５，６，７が目標アクチュエータ速度で動作するような制御弁駆動信号をコントロールバルブ２０に対して出力する。この制御弁駆動信号によりコントロールバルブ２０が駆動されて各アクチュエータ５，６，７が目標アクチュエータ速度で動作し、掘削作業制御または均し作業性が作業装置１５によって行われる。

【0091】

このように構成された本実施形態によれば、戻し作業時の操作性と、戻し作業から均し作業に移る際の作業効率とを共に損なうことなく、オペレータの操作に応じて、バケット８の目標面に対する姿勢が一定となるように、アーム１２とブーム１１に対してバケット８を自動で協調動作させ、均し作業を行うことが出来る。

【0092】

バケットモードフラグが継続して真（ｔｒｕｅ）の場合（つまり、均し作業制御が実行されている場合）に、アーム操作によりアーム先端が目標面に近づいてアーム先端偏差Ｄｖａが減少すると、オフセット偏差Ｄｖｏがゼロに向かって減少して目標アーム先端速度演算部１７１が演算する均し作業目標アーム先端速度Ｖａもゼロに近づく。そして、アーム先端偏差Ｄｖａがバケット高さＨｂｋ（バケットモードフラグが偽から真に変化した時点でのバケット高さであり一定の値である）に一致した時点でオフセット偏差Ｄｖｏがゼロになり、バケット８上で目標面に最も近い点が目標面上に位置した状態を保持してバケット８が目標面に沿って移動する。すなわちこの作業装置１５の動作により、実際の地形を目標面に近づける均し作業が行われる。

【0093】

（作用・効果）
以下、本実施形態の作用及び効果を具体的に説明する。以下では、図１４（ａ）に示すように、アーム先端偏差Ｄｖａの閾値ｄｖ１が、アームの先端（バケットの回動中心）からバケット爪先までの寸法（Ｌｂｋ）に設定されているものとする。

【0094】

上記のように構成された油圧ショベルに搭乗したオペレータは、均し作業制御の実行を希望する場合、所望のタイミングで均し作業制御設定スイッチ１７を禁止位置から許可位置に切り換える。これにより均し作業制御設定スイッチ１７は設定データとして「真」をメインコントローラ５００に出力し続ける。次にオペレータは、アーム操作とブーム操作により戻し作業を行ってバケット８を均し作業の開始位置まで移動させ、例えば図１４（ａ）に示すようにバケット８を目標面に接触させた状態で戻し作業を終了する。次に、オペレータは、この状態から均し作業に移行するために操作レバー１ｃにバケット操作（図１４（a）の場合にはバケットクラウド操作）を入力することで図１４（ｂ）のようにバケットの底面を目標面に略平行にする。このときアーム先端偏差Ｄｖａは閾値ｄｖ１以下である。その状態でバケット操作を入力することなくアーム操作を入力すると図９における手順Ｓ６の条件が全て充足され、バケットモード判断部１５０の出力するバケットモードフラグが偽から真に変化する。このタイミングで、バケット高さ演算部１６１はバケット高さＨｂｋを一定値に固定し、目標速度選択部１８０が目標アクチュエータ速度として均し作業目標速度を選択して、均し作業制御が開始される。均し作業目標速度に含まれるブーム目標シリンダ速度は、目標面に対するバケット８の姿勢を一定に保持するバケット目標角度（バケット目標角速度演算部１７７で演算される）に基づいて演算されているため、均し作業制御中のバケット８の姿勢は一定に保持される。

【0095】

均し作業制御の実行中（バケットモードフラグが継続して真のとき）、オペレータのアーム操作によりアーム先端が目標面に近づいてアーム先端偏差Ｄｖａは徐々に減少していく。既述の通り、このときのバケット高さＨｂｋはバケットモードフラグが偽から真に変化したタイミングの値（一定値）に保持されているので、オフセット偏差Ｄｖｏはアーム先端偏差ＤＶａの減少に伴いゼロに向かって減少し、目標アーム先端速度演算部１７１の演算する均し作業目標アーム先端速度Ｖａもアーム先端偏差ＤＶａの減少とともにゼロに近づく。そして、アーム先端偏差Ｄｖａがバケット高さＨｂｋ（一定の値）に一致した時点でオフセット偏差Ｄｖｏがゼロになり、バケット８上で目標面に最も近い点（例えばバケット底面）が目標面上に位置した状態を保持してバケット８が目標面に沿って移動する。すなわちこの作業装置１５の動作により、実際の地形を目標面に近づける均し作業が自動的に行われる。

【0096】

ところで前述のとおり、特許文献１では「爪先と目標面の偏差（距離）」が所定の閾値Ｄ１以下であることがバケット自動動作（均し作業制御）を開始する条件の１つとなっている。そのため、オペレータが戻し作業を行った後にバケット姿勢を図１３（ｂ）のように調整した状態（目標面から爪先が離れた状態）からそのまま均し作業制御に遷移可能にするためには、閾値Ｄ１を図１３のｄ１ｔｈｒより大きくしておく必要がある。そのように閾値Ｄ１を設定した場合、閾値Ｄ１がゼロまたはそれに極めて近い場合と比較して、戻し作業時にバケット爪先と目標面の距離が閾値Ｄ１以下となり易くなるため、アーム操作により戻し作業を行っている間に均し作業制御が発動してバケット８が自動動作してしまう可能性が高くなる。

【0097】

そこで、本実施形態においては「アーム先端と目標面の偏差（距離）Ｄｖａ」が閾値ｄｖ１以下であることをバケット自動動作の開始条件の１つとした。例えば図１４（ａ）に示したバケット８の姿勢を基準にして閾値ｄｖ１をアームの先端（バケットの回動中心）からバケット爪先までの寸法（Ｌｂｋ）に設定した場合には、図１４（ｂ）のようにバケット姿勢を調整した後にアーム操作を入力すれば手順Ｓ６の条件が全て充足されて、速やかに均し作業制御を発動できる。すなわち戻し作業から均し作業への移行をスムーズにできる。また、図１３（ｃ）と図１４（ｃ）を比較すると、閾値ｄｖ１の大きさは、ｈ２ｂｋとｄ１ｔｈｒの和より小さいので、本実施形態の場合は、特許文献１と比較してバケット８が自動動作する範囲を狭めることが出来る。つまり、バケット８が自動動作する範囲が狭い為、オペレータの意図に反してバケット８が自動動作することを防止でき、操作性を改善できる。

【0098】

特許文献１においても、閾値Ｄ１を例えばｄ１ｔｈｒ（図１３参照）よりも小さくすれば、バケット８が自動動作する範囲を狭めることは可能であるが、戻し作業後にバケット姿勢を調整した後に爪先を目標面に再度近づける動作が必要となり、作業効率を損なう。

【0099】

なお、バケットモードフラグが偽となる条件下においては、上記のような問題は生じない。また、図１６に示すように、均し作業においては、バケットの目標面に対する姿勢を一定に保つことから、アーム先端は目標面からバケット高さＨｂｋオフセットした平面（図１６中の一点鎖線）に沿って動作すれば良い。一方、図１５に示すように、バケット８の目標面に対する姿勢を一定に保たない掘削作業においては、アーム先端は図１５の一点鎖線で示したような曲面を通る。このような場合、アーム先端について制御を行い、爪先を目標面にそって動作させるのは困難である。このため、本実施形態では、バケットモードフラグが偽であり、均し作業ではなく掘削作業を実施する意図がオペレータにあるとみなせる場合には、爪先偏差Ｄｖｔに応じて、爪先を目標面に沿わせるように動作させる。

【0100】

（第２実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。本実施形態は図９の手順Ｓ６の条件に関する「アーム１２の動作が有ること」をアーム操作ではなくアームシリンダ６の目標速度（アーム目標シリンダ速度）から判断するものである。以下、本実施形態の構成について説明するが、第１の実施形態と共通する部分については適宜省略する。

【0101】

第２の実施形態に係る油圧ショベルが備える情報処理部１００について図１０を用いて説明する。

【0102】

図１０のバケットモード判断部１５０は、設定データが真であり、かつアーム先端偏差Ｄｖａが所定の閾値ｄｖ１以下であり、かつ操作量データから判断されるバケット操作量の大きさが所定の閾値ｏｐ１より小さく、かつ目標速度選択部１８０から入力されるアーム目標シリンダ速度（目標アクチュエータ速度）の大きさが所定の閾値ｖａ１より大きい場合に、目標面に対するバケット８の姿勢を保持するバケット自動動作を有効にすると判断し、バケットモードフラグを「真」として出力する。前記の、設定データ、アーム先端偏差Ｄｖａ、バケット操作量、アーム目標シリンダ速度に係る条件のいずれかが満たされない場合は、バケット自動動作を無効にすると判断し、バケットモードフラグを偽として出力する。なお、アーム目標シリンダ速度は、バケットモードフラグの真偽に応じて決定される値である。そこで、本実施形態では循環参照を避けるために、コントローラ５００が過去に演算した値（例えば１制御周期前の値）を用いている。

【0103】

上記以外の部分は第１実施形態と同様である。

【0104】

図１１を用いて、第２実施形態の制御の流れについて説明する。手順Ｓ１～Ｓ５までの流れは第１実施形態と共通である。本実施形態の手順Ｓ６では、第１実施形態のアーム操作が有るかどうかの判定条件に代えて、目標速度選択部１８０から出力されるアーム目標シリンダ速度の大きさが所定の閾値ｖａ１より大きいかどうかの判定を行う。以降の動作も第１実施形態と共通であるので説明を省略する。

【0105】

このように構成された本実施形態の油圧ショベルによれば、第１実施形態の効果に加えて、掘削作業目標速度演算部１２０および均し作業目標速度演算部１７０、あるいはその他の追加の演算ブロックにおいて、アームシリンダ６がストロークエンドに達したことに伴うシリンダ動作の停止や、その他の付加的な機能に伴ってオペレータの操作に反してアームシリンダ６が動作しない場合に、バケット自動動作（均し作業制御）が発動してオペレータに違和感を与えること防止できる。

【0106】

なお、上記ではアーム目標シリンダ速度（アームシリンダ６の目標速度）の大きさが閾値Ｖａ１より大きい場合に操作レバー１に対するアーム操作の入力があると判断したが、その他のアーム１２に関する目標速度として、アーム１２の目標角速度の大きさが所定の閾値より大きい場合にアーム操作の入力があると判断しても良い。

【0107】

（その他）
上記の油圧ショベルは均し作業制御設定スイッチ１７を備え、図９及び図１１の手順Ｓ６で判断される条件に「設定データが真であること」を含めたが、均し作業制御設定スイッチ１７の設置は必須ではないため、この条件は省略可能である。

【0108】

なお、本発明は、上記の各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、上記の各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。

【0109】

また、上記のコントローラ５００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、コントローラ５００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５００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。

【0110】

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】

【0111】

１…油圧ショベル，１ａ…走行用右操作レバー，１ｂ…走行用左操作レバー，１ｃ…右操作レバー，１ｄ…左操作レバー，２…油圧ポンプ装置，２ａ…第１油圧ポンプ，２ｂ…第２油圧ポンプ，３ａ…右走行油圧モータ，３ｂ…左走行油圧モータ，４…旋回油圧モータ，５…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ），６…アームシリンダ（油圧アクチュエータ），７…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ），８…バケット（フロント部材），９…下部走行体（車体），１０…上部旋回体（車体），１１…ブーム（フロント部材），１２…アーム（フロント部材），１３ａ…第１姿勢センサ（姿勢センサ），１３ｂ…第２姿勢センサ（姿勢センサ），１３ｃ…第３姿勢センサ（姿勢センサ），１３ｄ…車体姿勢センサ（姿勢センサ），１４…エンジン，１５…作業装置，１７…均し作業制御設定スイッチ，１８…目標面設定装置，１９…車体情報記憶装置，２０…コントロールバルブ，２１…バケット方向制御弁，２１ａ…バケットクラウド電磁弁，２１ｂ…バケットダンプ電磁弁，２２…ブーム方向制御弁，２２ａ…ブーム上げ電磁弁，２２ｂ…ブーム下げ電磁弁，２３…アーム方向制御弁，２３ａ…アームクラウド電磁弁，２３ｂ…アームダンプ電磁弁，２６…ポンプ１ラインリリーフ弁，２７…ポンプ２ラインリリーフ弁，１００…情報処理部，１１０…爪先偏差演算部，１２０…目標爪先速度演算部，１２１…掘削作業目標爪先速度演算部，１２２…爪先速度演算部，１２３…減算部，１２４…角速度逆演算部，１２５…シリンダ速度逆演算部，１４０…アーム先端偏差演算部，１５０…バケットモード判断部，１６０…オフセット偏差演算部，１６１…バケット高さ演算部，１６２…減算部，１７０…均し作業目標速度演算部，１７１…目標アーム先端速度演算部，１７２…アーム先端速度演算部，１７３…減算部，１７４…角速度逆演算部，１７５…シリンダ速度逆演算部，１７６…角速度演算部，１７７…バケット目標角速度演算部，１８０…目標速度選択部，１８１…切替部，５００…メインコントローラ

【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】