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(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】2023-12-11
(45)【発行日】2023-12-19
(54)【発明の名称】作業機械
(51)【国際特許分類】
E02F 9/22 20060101AFI20231212BHJP
E02F 9/26 20060101ALI20231212BHJP
【ＦＩ】
E02F9/22 E
E02F9/26 A
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2023508744
(86)(22)【出願日】2022-02-04
(86)【国際出願番号】 JP2022004510
(87)【国際公開番号】W WO2022201905
(87)【国際公開日】2022-09-29
【審査請求日】2023-03-15
(31)【優先権主張番号】P 2021053390
(32)【優先日】2021-03-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】石井 宏紀
(72)【発明者】
【氏名】山本 慎二郎
【審査官】小倉 宏之
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２０／１０１００４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－０６０１３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１９５５４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／１６９５３１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１７９９２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－１８９２２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ９／２２
Ｅ０２Ｆ ９／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
作業を行う作業装置と、前記作業装置を駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータの各々に対して供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の制御弁と、
前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出装置と、
前記複数のアクチュエータの各々の速度指令を演算周期毎に演算し、演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令に基づき前記複数の油圧アクチュエータの各々を制御するための制御信号を出力するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記複数の油圧アクチュエータのうち、第２の油圧アクチュエータの動作に応じて第１の油圧アクチュエータの動作を予め定めた条件の下で制御する場合、
前記姿勢検出装置の検出信号を基に現演算周期における前記複数の油圧アクチュエータの各々の実速度を演算し、
演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの各々の実速度を基準とし、現演算周期よりも過去の演算周期にて演算した前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令の過去の履歴を前記基準へ移行させることで得られる現演算周期から所定時間後までの前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度の予測値を用いて、前記条件を満たす現演算周期の前記第１の油圧アクチュエータの速度指令を演算し、
演算結果の前記第１の油圧アクチュエータの現演算周期の速度指令に基づいて前記第１の油圧アクチュエータを制御するための制御信号を出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項2】
作業を行う作業装置と、
前記作業装置を駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータの各々に対して供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の制御弁と、
前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出装置と、
前記複数のアクチュエータの各々の速度指令を演算周期毎に演算し、演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令に基づき前記複数の油圧アクチュエータの各々を制御するための制御信号を出力するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記複数の油圧アクチュエータのうち、第２の油圧アクチュエータの動作に応じて第１の油圧アクチュエータの動作を予め定めた条件の下で制御する場合、
前記姿勢検出装置の検出信号を基に現演算周期における前記複数の油圧アクチュエータの各々の実速度を演算し、
演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの各々の実速度および現演算周期よりも過去の演算周期にて演算した前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令の過去の履歴を用いて、前記条件を満たす現演算周期の前記第１の油圧アクチュエータの速度指令を演算し、
演算結果の前記第１の油圧アクチュエータの現演算周期の速度指令に基づいて前記第１の油圧アクチュエータを制御するための制御信号を出力し、
前記条件は、前記作業装置の予め定めた制御点を予め定めた目標面上に位置させることであり、
前記コントローラは、
前記姿勢検出装置の検出信号に基づく前記複数の油圧アクチュエータの各々の現演算周期の実速度および現演算周期よりも所定の第１時間だけ過去の演算周期から現演算周期に至るまでの間に演算した前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令の過去の履歴を用いて、現演算周期から前記第１時間の経過後における前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度の予測値、前記作業装置の姿勢の予測値、前記作業装置の前記制御点の前記目標面に対する位置の予測値を演算し、
演算結果の速度の予測値、姿勢の予測値、位置の予測値を基に、現演算周期から前記第１時間の経過後に前記作業装置の前記制御点を前記目標面上に位置させるような前記第１の油圧アクチュエータの目標速度を前記第１の油圧アクチュエータの現演算周期の速度指令として演算し、
演算結果の前記第１の油圧アクチュエータの現演算周期の速度指令に基づいて前記第１の油圧アクチュエータを制御するための制御信号を出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項3】
作業を行う作業装置と、
前記作業装置を駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータの各々に対して供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の制御弁と、
前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出装置と、
前記複数のアクチュエータの各々の速度指令を演算周期毎に演算し、演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令に基づき前記複数の油圧アクチュエータの各々を制御するための制御信号を出力するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記複数の油圧アクチュエータのうち、第２の油圧アクチュエータの動作に応じて第１の油圧アクチュエータの動作を予め定めた条件の下で制御する場合、
前記姿勢検出装置の検出信号を基に現演算周期における前記複数の油圧アクチュエータの各々の実速度を演算し、
演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの各々の実速度および現演算周期よりも過去の演算周期にて演算した前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令の過去の履歴を用いて、前記条件を満たす現演算周期の前記第１の油圧アクチュエータの速度指令を演算し、
演算結果の前記第１の油圧アクチュエータの現演算周期の速度指令に基づいて前記第１の油圧アクチュエータを制御するための制御信号を出力し、
前記条件は、前記作業装置の予め定めた制御点を予め定めた目標面上に位置させることであり、
前記コントローラは、
前記姿勢検出装置の検出信号に基づく前記複数の油圧アクチュエータの各々の現演算周期の実速度、現演算周期よりも所定の第２時間だけ過去の演算周期から現演算周期に至るまでの間に演算した前記第１の油圧アクチュエータの速度指令の過去の履歴、及び、前記第２時間よりも長い時間である所定の第３時間だけ現演算周期よりも過去の演算周期から前記第２時間の経過後の過去の演算周期に至るまでの間に演算した前記第１の油圧アクチュエータ以外の油圧アクチュエータの各々の速度指令の過去の履歴を用いて、現演算周期から前記第２時間の経過後における前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度の予測値、前記作業装置の姿勢の予測値、前記作業装置の前記制御点の前記目標面に対する位置の予測値を演算し、
演算結果の速度の予測値、姿勢の予測値、位置の予測値を基に、現演算周期から前記第２時間の経過後に前記作業装置の前記制御点を前記目標面上に位置させるような前記第１の油圧アクチュエータの目標速度を前記第１の油圧アクチュエータの現演算周期の速度指令として演算し、
演算結果の前記第１の油圧アクチュエータの現演算周期の速度指令に基づいて前記第１の油圧アクチュエータを制御するための制御信号を出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項4】
請求項２に記載の作業機械において、前記複数の制御弁はそれぞれ、パイロット圧の作用により駆動する油圧パイロット式であり、
前記コントローラは、
演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令に応じて、前記複数の油圧アクチュエータの各々に対応する制御弁を駆動させるための目標パイロット圧を演算し、
演算結果の目標パイロット圧を、前記第１時間以下である所定の第４時間を前記第１時間から減じた時間分だけ現演算周期から遅延させてパイロット圧指令として出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項5】
請求項３に記載の作業機械において、前記複数の制御弁はそれぞれ、パイロット圧の作用により駆動する油圧パイロット式であり、
前記コントローラは、
演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令に応じて、前記複数の油圧アクチュエータの各々に対応する制御弁を駆動させるための目標パイロット圧を演算し、
演算結果の目標パイロット圧を、前記第３時間以下である所定の第４時間を前記第３時間から減じた時間分だけ現演算周期から遅延させてパイロット圧指令として出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項6】
請求項２に記載の作業機械において、前記油圧ポンプは、ポンプ容積を変更可能なレギュレータを有し、
前記コントローラは、
演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの速度指令に応じて、前記油圧ポンプの目標ポンプ容積を演算し、
演算結果の目標ポンプ容積を、前記第１時間以下である所定の第５時間を前記第１時間から減じた時間分だけ現演算周期から遅延させてポンプ容積指令として前記レギュレータへ出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項7】
請求項３に記載の作業機械において、前記油圧ポンプは、ポンプ容積を変更可能なレギュレータを有し、
前記コントローラは、
演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの速度指令に応じて、前記油圧ポンプの目標ポンプ容積を演算し、
演算結果の目標ポンプ容積を、前記第３時間以下である所定の第５時間を前記第３時間から減じた時間分だけ現演算周期から遅延させてポンプ容積指令として前記レギュレータへ出力する
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、ブーム及びアームを含むフロント作業装置であり、
前記第１の油圧アクチュエータは、前記ブームを駆動するブームシリンダであり、
前記第２の油圧アクチュエータは、前記アームを駆動するアームシリンダである
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、作業装置を備える作業機械に係り、更に詳しくは、作業装置の動作を所定条件の下で制御する作業機械に関する。
【背景技術】
【0002】
作業機械は、油圧アクチュエータにより駆動される作業装置を備えている。作業機械の作業効率を向上させる技術として、マシンコントロール（Machine Control：ＭＣ）と称するものがある。ＭＣは、操作装置がオペレータにより操作された場合に予め定められた条件に従って作業装置を動作させる半自動制御を実行することで、オペレータの操作支援を行う技術である。ＭＣでは、例えば、予め定めた基準面に沿って作業装置を動作させる制御を実行する。この場合、油圧アクチュエータを安定して目標速度通りの速度で動作させることが求められる。例えば、ブームやアームなどを連結した多関節型のフロント作業装置を備えた油圧ショベルにおいてＭＣにより水平掘削を行う場合、通常、アームクラウドとブーム上げの複合動作によって水平掘削を行うので、フロント作業装置を掘削目標面（基準面）に沿って動かすためには、アームやブームを駆動する各油圧アクチュエータの速度を高精度に制御する必要がある。
【0003】
例えば、特許文献１には、作業装置を駆動する油圧アクチュエータ（例えば、アームシリンダ）の実際の動き始めに対するＭＣの応答（例えば、ブーム上げの指令）の遅れを防止してＭＣにおける作業装置の挙動の安定化を目的とした技術が開示されている。特許文献１に記載の油圧ショベルでは、アームに対する操作が開始されてから所定時間以上経過した場合には、姿勢検出装置の検出値から算出されるアームシリンダ速度を基に制御装置がＭＣを実行する一方、アームに対する操作が開始直後（アームの動き出し）の場合には、操作装置の操作量から算出されるアームシリンダ速度を基に制御装置がＭＣを実行する。姿勢検出装置の検出値から算出される速度は、通常、操作装置の操作量から算出される速度よりも実際の速度に近いものとなる。しかし、姿勢検出装置は作業装置が実際に動作しないと姿勢変化を検出することができないので、姿勢検出装置の検出値を基にＭＣを実行すると、アームの動き始めに対してはＭＣの応答が遅れてしまう。そこで、アームの動き出しに限って、操作装置の操作量から算出されるアームシリンダ速度を基にＭＣを実行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１９／０５３８１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したように、ＭＣでは、油圧アクチュエータの速度を高精度に制御する必要がある。しかし、油圧アクチュエータの実際の速度は、当該油圧アクチュエータを駆動させるための制御装置の速度指令に対して応答が遅れるという問題がある。なぜなら、制御装置の制御信号が出力されてから油圧アクチュエータが制御装置の速度指令に応じた速度で実際に駆動するまでには、幾つもの過程が存在する。例えば、油圧アクチュエータに対する速度指令に応じて油圧ポンプのポンプ容積が変更されると共に、当該油圧アクチュエータに対応する流量制御弁が速度指令に応じて駆動される。さらに、ポンプ容積が変更された油圧ポンプから吐出された圧油が駆動された流量制御弁を介して油圧アクチュエータに供給され、油圧アクチュエータ内の圧力が上昇することで当該油圧アクチュエータの速度が変化する。
【0006】
特許文献１に記載の技術では、油圧アクチュエータの実際の速度が速度指令に対して応答が遅れるという問題に対する方策が油圧アクチュエータの動き出し以外の状況に対して行われていない。すなわち、姿勢検出装置の検出値から算出される或る油圧アクチュエータの速度を基に制御対象の別の油圧アクチュエータの速度指令を演算する（ＭＣを行う）と、制御対象の別の油圧アクチュエータの実速度が速度指令になる時点では、或る油圧アクチュエータの速度は既に当該速度指令の算出の基になった速度とは異なる値に変化している。ＭＣでは、油圧アクチュエータを常に目標速度通りの速度で動作させることが求められているので、油圧アクチュエータの動作開始から動作終了までの全域に亘って油圧アクチュエータの速度指令に対する実速度の応答遅れに対応していることが望ましい。
【0007】
また、特許文献１に記載の技術では、油圧アクチュエータの動き出しのとき、操作装置の操作量から算出される速度を基にＭＣを実行している。しかし、操作装置の操作量から算出される速度は、油圧アクチュエータの実速度から大きく乖離している可能性がある。このような速度を基にＭＣを実行すると、フロント作業装置の動作精度が悪化する可能性がある。
【0008】
本発明は、上記の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、油圧アクチュエータの速度指令に対する実速度の応答遅れの影響を低減してＭＣにおける作業装置の動作精度を向上させることができる作業機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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、作業を行う作業装置と、前記作業装置を駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから前記複数の油圧アクチュエータの各々に対して供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の制御弁と、前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出装置と、前記複数のアクチュエータの各々の速度指令を演算周期毎に演算し、演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令に基づき前記複数の油圧アクチュエータの各々を制御するための制御信号を出力するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記複数の油圧アクチュエータのうち、第２の油圧アクチュエータの動作に応じて第１の油圧アクチュエータの動作を予め定めた条件の下で制御する場合、前記姿勢検出装置の検出信号を基に現演算周期における前記複数の油圧アクチュエータの各々の実速度を演算し、演算結果の前記複数の油圧アクチュエータの各々の実速度を基準とし、現演算周期よりも過去の演算周期にて演算した前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度指令の過去の履歴を前記基準へ移行させることで得られる現演算周期から所定時間後までの前記複数の油圧アクチュエータの各々の速度の予測値を用いて、前記条件を満たす現演算周期の前記第１の油圧アクチュエータの速度指令を演算し、演算結果の前記第１の油圧アクチュエータの現演算周期の速度指令に基づいて前記第１の油圧アクチュエータを制御するための制御信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、姿勢検出装置の検出信号を基に算出した各油圧アクチュエータの現演算周期の実速度、および、現演算周期よりも過去の演算周期にて演算した各油圧アクチュエータの速度指令の過去の履歴を用いて、所定の条件を満たす現演算周期の第１の油圧アクチュエータの速度指令を演算するので、速度指令に対する実速度の応答遅れを考慮した第１の油圧アクチュエータの速度指令を演算することができる。したがって、油圧アクチュエータの速度指令に対する実速度の応答遅れの影響を低減してＭＣにおける作業装置の動作精度を向上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。
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】
【0011】
【図1】本発明の作業機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す斜視図である。
【図2】本発明の作業機械の第１の実施の形態に搭載される油圧システムを示す油圧回路図である。
【図3】本発明の作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するコントローラのハード及び機能を示すブロック図である。
【図7】本発明の作業機械の第１の実施の形態におけるアームクラウド操作に対するＭＣ実行時の各油圧アクチュエータの目標速度、速度指令、実速度の関係を示す説明図である。
【図8】本発明の作業機械の第２の実施の形態の一部を構成するコントローラのＭＣ演算部の機能を示すブロック図である。
【図11】本発明の作業機械の第２の実施の形態におけるアームクラウド操作に対するＭＣ実行時の各油圧アクチュエータの目標速度、速度指令、実速度の関係を示す説明図である。
【図12】本発明の作業機械の第３の実施の形態の一部を構成するコントローラのＭＣ演算部の機能を示すブロック図である。
【図15】本発明の作業機械の第３の実施の形態におけるＭＣ実行時の油圧アクチュエータの速度情報に対する制御弁のパイロット圧情報及び油圧ポンプのポンプ容積情報の関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の作業機械の実施の形態について図面を用いて説明する。本実施の形態においては、作業機械の一例として油圧ショベルを例に挙げて説明する。また、本稿では、或る形状を示す用語（例えば、掘削目標面など）と共に用いられる「上」、「上方」又は「下方」という語の意味に関し、「上」は当該或る形状の「表面」を、「上方」は当該或る形状の「表面より高い位置」を、「下方」は当該或る形状の「表面より低い位置」を意味することとする。
【0013】
［第１の実施の形態］
まず、本発明の作業機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルの構成について図１を用いて説明する。図１は本発明の作業機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す斜視図である。ここでは、運転席に着座したオペレータから見た方向を用いて説明する。
まず、本発明の作業機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルの構成について図１を用いて説明する。図１は本発明の作業機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す斜視図である。ここでは、運転席に着座したオペレータから見た方向を用いて説明する。
【0014】
図１において、作業機械としての油圧ショベルは、掘削等の作業を行うためのフロント作業装置１と、フロント作業装置１が回動可能に取り付けられた機体２とを備えている。機体２は、自走可能な下部走行体３と、下部走行体３上に旋回可能に搭載された上部旋回体４とで構成されている。
【0015】
フロント作業装置１は、複数の被駆動部材を垂直方向に回動可能に連結することで構成された多関節型の作業装置である。複数の被駆動部材は、例えば、ブーム１１、アーム１２、作業具としてのバケット１３とで構成されている。ブーム１１の基端部は、上部旋回体４の前部にブームピン（図示せず）を介して回動可能に支持されている。ブーム１１の先端部には、アーム１２の基端部がアームピン（図示せず）を介して回動可能に支持されている。アーム１２の先端部には、バケット１３がバケットピン１３ａを介して回動可能に支持されている。ブーム１１、アーム１２、バケット１３はそれぞれ、油圧アクチュエータであるブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７によって駆動される。バケット１３は、バケット１３と連動して回動するリンク部材１８を介して駆動される。
【0016】
下部走行体３は、例えば、左右にクローラ式の走行装置２１（左側のみ図示）を備えている。走行装置２１は、油圧アクチュエータである走行油圧モータ２１ａによって駆動する。
【0017】
上部旋回体４は、例えば、油圧アクチュエータである旋回油圧モータ６によって下部走行体３に対して旋回駆動されるように構成されている。上部旋回体４は、オペレータが搭乗する運転室２３と、各種機器を収容する機械室２４とを含んでいる。
【0018】
運転室２３には、各油圧アクチュエータ６、１５～１７、２１ａを操作するための操作装置２５、２６（後述の図２も参照）が配置されている。操作装置２５は、前後左右に傾倒可能な操作レバー２５ａ、２５ｂを有している。操作レバー２５ａ、２５ｂの前後方向の操作および左右方向の操作はそれぞれ別の油圧アクチュエータの操作として割り当てられている。例えば、操作レバー２５ａ、２５ｂの各操作は、フロント作業装置１（ブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７）の操作や上部旋回体４（旋回油圧モータ６）の旋回操作などとして割り当てられている。操作装置２６は、左右の走行ペダル２６ａ、２６ｂ及び前後に傾倒可能で走行ペダル２６ａ、２６ｂの操作に連動する左右の走行レバー２６ｃ、２６ｄを有している。左右の走行ペダル２６ａ、２６ｂ及び走行レバー２６ｃ、２６ｄは、左右の走行装置２１（走行油圧モータ２１ａ）の走行操作として割り当てられている。操作装置の詳細は後述する。また、運転室２３には、油圧ショベルに関する種々の情報や設定画面等を表示する表示装置２７（後述の図３参照）が配置されている。
【0019】
機械室２４には、原動機４１、油圧ポンプ４２やパイロットポンプ４３（後述の図２参照）などが配置されている。また、後述の流量制御弁（後述の図２参照）を含む複数の制御弁の集合体である制御弁ユニット４４が配置されている。
【0020】
ブーム１１には、ブーム１１の姿勢に関する物理量（姿勢情報）を検出するブーム角度センサ３１が設置されている。ブーム角度センサ３１は、例えば、ブーム１１と上部旋回体４との連結部分であるブームピンに取り付けたロータリポテンショメータであり、上部旋回体４に対するブーム１１の相対的な回動角度（ブーム角度）を検出する。
【0021】
アーム１２には、アーム１２の姿勢に関する物理量（姿勢情報）を検出するアーム角度センサ３２が設置されている。アーム角度センサ３２は、例えば、ブーム１１とアーム１２の連結部分であるアームピンに取り付けたロータリポテンショメータであり、ブーム１１に対するアーム１２の相対的な回動角度（アーム角度）を検出する。
【0022】
バケット１３には、バケット１３の姿勢に関する物理量（姿勢情報）を検出するバケット角度センサ３３が設置されている。バケット角度センサ３３は、例えば、リンク部材１８に取り付けたロータリポテンショメータであり、アーム１２に対するバケット１３の相対的な回動角度（バケット角度）を検出する。
【0023】
上部旋回体４には、機体２の姿勢に関する物理量（姿勢情報）を検出する機体傾斜角センサ３４が設置されている。機体傾斜角センサ３４は、基準面（例えば、水平面）に対する上部旋回体４（機体２）の傾斜角（機体角度）を検出するものである。
【0024】
ブーム角度センサ３１、アーム角度センサ３２、バケット角度センサ３３、及び機体傾斜角センサ３４の４つのセンサは、フロント作業装置１の姿勢に関する物理量（姿勢情報）を検出する姿勢検出装置３０を構成する。姿勢検出装置３０としての各センサ３１～３４は、フロント作業装置１の姿勢情報（ブーム角度、アーム角度、バケット角度、機体角度）の検出値（検出信号）を後述のコントローラ８０（後述の図３参照）へ出力する。なお、各角度センサ３１～３３は、傾斜角センサや慣性計測装置（ＩＭＵ）又は各油圧シリンダ１５～１７に設置可能なストロークセンサなどに代替可能である。
【0025】
【0026】
図２において、油圧ショベルは、フロント作業装置１、下部走行体３、上部旋回体４（共に図１を参照）を油圧によって駆動させる油圧システム４０を備えている。なお、図２では、フロント作業装置１を駆動する油圧アクチュエータであるブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７に関する油圧回路のみが示されており、走行装置２１を駆動する走行油圧モータ２１ａや上部旋回体４を駆動する旋回油圧モータ６に関する油圧回路は省略されている。
【0027】
油圧システム４０は、原動機４１により駆動される油圧ポンプ４２と、油圧ポンプ４２から吐出される圧油によって駆動する複数の油圧アクチュエータ（図２中、ブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７）とを備えている。油圧ポンプ４２は、例えば、可変容量型のポンプであり、ポンプ容積を制御するレギュレータ４２ａを有している。レギュレータ４２ａは、例えば、コントローラ８０からの制御信号によりポンプ容積を調整する。油圧ポンプ４２により吐出された圧油は各油圧アクチュエータ１５～１７に対応する流量制御弁４５～４７を介して供給される。
【0028】
第１の流量制御弁４５は、油圧ポンプ４２からブームシリンダ１５に供給される圧油の方向及び流量を制御するものである。第１の流量制御弁４５は、油圧パイロット式であり、パイロット圧が作用する受圧部４５ａ、４５ｂを両側に有している。第２の流量制御弁４６は、油圧ポンプ４２からアームシリンダ１６に供給される圧油の方向及び流量を制御するものである。第２の流量制御弁４６は、油圧パイロット式であり、パイロット圧が作用する受圧部４６ａ、４６ｂを両側に有している。第３の流量制御弁４７は、油圧ポンプ４２からバケットシリンダ１７に供給される圧油の方向及び流量を制御するものである。第３の流量制御弁４７は、油圧パイロット式であり、パイロット圧が作用する受圧部４７ａ、４７ｂを両側に有している。
【0029】
油圧システム４０は、基本的に、第１の操作装置５１の操作によりブームシリンダ１５が駆動され、第２の操作装置５２の操作によりアームシリンダ１６が駆動され、第３の操作装置５３の操作によりバケットシリンダ１７が駆動されるように構成される。第１の操作装置５１と第３の操作装置５３は、例えば、図１に示す操作レバー２５ｂを共有しており、前後方向への傾倒操作によりブームシリンダ１５及びバケットシリンダ１７のうちいずれか一方の動作を指示すると共に左右方向への傾倒操作によりブームシリンダ１５及びバケットシリンダ１７のうち他方の動作を指示する十字操作式のレバー装置２５として構成されている。また、第２の操作装置５２と図示しない旋回操作用の操作装置は、例えば、図１に示す操作レバー２５ａを共有しており、前後方向への傾倒操作でアームシリンダ１６及び旋回油圧モータ６のうちいずれか一方の動作を指示すると共に左右方向への傾倒操作でアームシリンダ１６及び旋回油圧モータ６のうち他方の動作を指示する十字操作式のレバー装置２５として構成されている。
【0030】
各操作装置５１～５３は、例えば、油圧パイロット式であり、一対の減圧弁を含んで構成されている。各操作装置５１～５３は、パイロットポンプ４３の吐出圧を元圧として、操作レバー２５ａ、２５ｂの操作量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）を生成する。なお、図２においては、パイロットポンプ４３と各操作装置５１～５３とを接続するパイロット吐出ラインを省略している。
【0031】
第１の操作装置５１には、第１の流量制御弁４５の一方の受圧部４５ａが一方の第１パイロットライン５５ａを介して接続されていると共に、第１の流量制御弁４５の他方の受圧部４５ｂが他方の第１パイロットライン５５ｂを介して接続されている。第１の操作装置５１から出力された操作圧（パイロット圧）は、第１の流量制御弁４５を駆動する操作信号（第１操作信号と称することがある）として利用される。
【0032】
一方の第１パイロットライン５５ａ上には、第１の電磁比例弁６１（ブーム下げ減速弁）が設けられている。第１の電磁比例弁６１は、第１の操作装置５１から出力されたパイロット圧（操作圧）をコントローラ８０からの制御信号に基づき減圧して操作信号（第２操作信号と称することがある）として第１の流量制御弁４５の一方の受圧部４５ａへ出力するものである。第１の流量制御弁４５の一方の受圧部４５ａにパイロット圧（第１操作信号または第２操作信号）が印加されると、油圧ポンプ４２からの圧油がブームシリンダ１５のロッド側に供給されてブームシリンダ１５が縮退駆動される方向に第１の流量制御弁４５が駆動され、ブーム下げ動作が行われる。
【0033】
他方の第１パイロットライン５５ｂには、パイロットポンプ４３の吐出ライン５８が第１のシャトル弁７１を介して接続されている。第１のシャトル弁７１に接続されている吐出ライン５８上には、第２の電磁比例弁６２（ブーム上げ増速弁）が設けられている。第２の電磁比例弁６２は、パイロットポンプ４３の吐出圧をコントローラ８０からの制御信号に基づき減圧生成したパイロット圧を操作信号（第２操作信号と称することがある）として第１のシャトル弁７１へ出力するものである。第１のシャトル弁７１は、一次側ポートが他方の第１パイロットライン５５ｂを介して第１の操作装置５１に接続されると共に吐出ライン５８を介して第２の電磁比例弁６２の二次ポート側に接続され、二次ポート側が他方の第１パイロットライン５５ｂを介して第１の流量制御弁４５の他方の受圧部４５ｂに接続されている。すなわち、第１のシャトル弁７１は、第１の操作装置５１から出力されたパイロット圧（第１操作信号）と第２の電磁比例弁６２から出力されたパイロット圧（第２操作信号）のうち高圧側のパイロット圧を選択して第１の流量制御弁４５の他方の受圧部４５ｂへ出力するものである。第１の流量制御弁４５の他方の受圧部４５ｂにパイロット圧（第１操作信号又は第２操作信号）が印加されると、油圧ポンプ４２からの圧油がブームシリンダ１５のボトム側に供給されてブームシリンダ１５が伸長駆動される方向に第１の流量制御弁４５が駆動され、ブーム上げ動作が行われる。
【0034】
第２の操作装置５２には、第２の流量制御弁４６の一方の受圧部４６ａが一方の第２パイロットライン５６ａを介して接続されていると共に、第２の流量制御弁４６の他方の受圧部４６ｂが他方の第２パイロットライン５６ｂを介して接続されている。第２の操作装置５２から出力された操作圧（パイロット圧）は、第２の流量制御弁４６を駆動する操作信号（第１操作信号と称することがある）として利用される。
【0035】
一方の第２パイロットライン５６ａ上には、第３の電磁比例弁６３（アームダンプ減速弁）が設けられている。第３の電磁比例弁６３は、第２の操作装置５２から出力されたパイロット圧（操作圧）をコントローラ８０からの制御信号に基づき減圧して操作信号（第２操作信号と称することがある）として第２の流量制御弁４６の一方の受圧部４６ａへ出力するものである。第２の流量制御弁４６の一方の受圧部４６ａにパイロット圧（第１操作信号又は第２操作信号）が印加されると、油圧ポンプ４２からの圧油がアームシリンダ１６のロッド側に供給されてアームシリンダ１６が縮退駆動される方向に第２の流量制御弁４６が駆動され、アームダンプ動作が行われる。
【0036】
他方の第２パイロットライン５６ｂ上には、第４の電磁比例弁６４（アームクラウド減速弁）が設けられている。第４の電磁比例弁６４は、第２の操作装置５２から出力されたパイロット圧（操作圧）をコントローラ８０からの制御信号に基づき減圧して操作信号（第２操作信号）として第２の流量制御弁４６の他方の受圧部４６ｂへ出力するものである。第２の流量制御弁４６の他方の受圧部４６ｂにパイロット圧（第１操作信号又は第２操作信号）が印加されると、油圧ポンプ４２からの圧油がアームシリンダ１６のボトム側に供給されてアームシリンダ１６が伸長駆動される方向に第２の流量制御弁４６が駆動され、アームクラウド動作が行われる。
【0037】
第３の操作装置５３には、第３の流量制御弁４７の一方の受圧部４７ａが一方の第３パイロットライン５７ａを介して接続されていると共に、第３の流量制御弁４７の他方の受圧部４７ｂが他方の第３パイロットライン５７ｂを介して接続されている。第３の操作装置５３にから出力された操作圧（パイロット圧）は、第３の流量制御弁４７を駆動する操作信号（第１操作信号と称することがある）として利用される。
【0038】
一方の第３パイロットライン５７ａ上には、第５の電磁比例弁６５（バケットダンプ減速弁）が設けられている。一方の第３パイロットライン５７ａにおける第５の電磁比例弁６５よりも下流側の部分には、パイロットポンプ４３の吐出ライン５８が第２のシャトル弁７２を介して接続されている。第２のシャトル弁７２に接続された吐出ライン５８上には、第６の電磁比例弁６６（バケットダンプ増速弁）が設けられている。第５の電磁比例弁６５は、第３の操作装置５３から出力されたパイロット圧（操作圧）をコントローラ８０からの制御信号に基づき減圧して操作信号（第２操作信号）として第２のシャトル弁７２へ出力するものである。第６の電磁比例弁６６は、パイロットポンプ４３の吐出圧をコントローラ８０からの制御信号に基づき減圧生成したパイロット圧を操作信号（第２操作信号）として第２のシャトル弁７２へ出力するものである。第２のシャトル弁７２は、一次側ポートが一方の第３パイロットライン５７ａを介して第５の電磁比例弁６５の二次ポート側に接続されると共に吐出ライン５８を介して第６の電磁比例弁６６の二次ポート側に接続され、二次ポート側が一方の第３パイロットライン５７ａを介して第３の流量制御弁４７の一方の受圧部４７ａに接続されている。すなわち、第２のシャトル弁７２は、第５の電磁比例弁６５から出力されたパイロット圧（第１操作信号又は第２操作信号）と第６の電磁比例弁６６から出力されたパイロット圧（第２操作信号）のうち高圧側のパイロット圧を選択して第３の流量制御弁４７の一方の受圧部４７ａへ出力するものである。第３の流量制御弁４７の一方の受圧部４７ａにパイロット圧（第１操作信号又は第２操作信号）が印加されると、油圧ポンプ４２からの圧油がバケットシリンダ１７のロッド側に供給されてバケットシリンダ１７が縮退駆動される方向に第３の流量制御弁４７が駆動され、バケットダンプ動作が行われる。
【0039】
他方の第３パイロットライン５７ｂ上には、第７の電磁比例弁６７（バケットクラウド減速弁）が設けられている。他方の第３パイロットライン５７ｂにおける第７の電磁比例弁６７よりも下流側の部分には、パイロットポンプ４３の吐出ライン５８が第３のシャトル弁７３を介して接続されている。第３のシャトル弁７３に接続されている吐出ライン５８上には、第８の電磁比例弁６８（バケットクラウド増速弁）が設けられている。第７の電磁比例弁６７は、第３の操作装置５３から出力されたパイロット圧（操作圧）をコントローラ８０からの制御信号に基づき減圧して操作信号（第２操作信号）として第３のシャトル弁７３へ出力するものである。第８の電磁比例弁６８は、パイロットポンプ４３の吐出圧をコントローラ８０からの制御信号に基づき減圧生成したパイロット圧を操作信号（第２操作信号）として第３のシャトル弁７３へ出力するものである。第３のシャトル弁７３は、一次側ポートが他方の第３パイロットライン５７ｂを介して第７の電磁比例弁６７の二次ポート側に接続されると共に吐出ライン５８を介して第８の電磁比例６８弁の二次ポート側に接続され、二次ポート側が他方の第３パイロットライン５７ｂを介して第３の流量制御弁４７の他方の受圧部４７ｂに接続されている。すなわち、第３のシャトル弁７３は、第７の電磁比例弁６７から出力されたパイロット圧（第１操作信号又は第２操作信号）と第８の電磁比例弁６８から出力されたパイロット圧（第２操作信号）のうち高圧側のパイロット圧を選択して第３の流量制御弁４７の他方の受圧部４７ｂへ出力するものである。第３の流量制御弁４７の他方の受圧部４７ｂにパイロット圧（第１操作信号又は第２操作信号）が印加されると、油圧ポンプ４２からの圧油がバケットシリンダ１７のボトム側に供給されてバケットシリンダ１７が伸長駆動される方向に第３の流量制御弁４７が駆動され、バケットクラウド動作が行われる。
【0040】
各電磁比例弁６１～６８は、コントローラ８０に電気的に接続されており、コントローラ８０からの励磁電流（制御信号）により開度が制御される。第１、第３、第４、第５、第７の電磁比例弁６１、６３、６４、６５、６７は、例えば、非通電時に開度が最大となる常開型の電磁弁であり、コントローラ８０からの励磁電流（制御信号）の増加に比例して開度が最小開度（例えば、開度０）まで減少する。一方、第２、第６、第８の電磁比例弁６２、６６、６８は、非通電時に最小開度（例えば、開度０）である常閉型の電磁弁であり、コントローラ８０からの励磁電流（制御信号）の増加に比例して最大開度まで開度が増加する。
【0041】
このような構成においては、第２、第６、第８の電磁比例弁６２、６６、６８がコントローラ８０から制御信号により駆動されると、対応する操作装置５１、５３が操作されていない場合であっても、パイロットポンプ４３の吐出圧を元圧として操作装置５１、５３の操作を介さずに第２操作信号としてのパイロット圧が生成され、第１の流量制御弁４５の他方の受圧部４５ｂや第３の流量制御弁４７の一方又は他方の受圧部４７ａ、４７ｂに第２操作信号を印加することができる。このため、ブーム上げ動作、バケットクラウド／ダンプ動作を強制的に実行することができる。また、電磁比例弁６１、６３、６４、６５、６７がコントローラ８０により駆動されると、操作装置５１～５３の操作により生成された操作圧を減じたパイロット（第２操作信号）を生成して第１の流量制御弁４５の一方の受圧部４５ａ、第２の流量制御弁４６の一方又は他方の受圧部４６ａ、４６ｂ、第３の流量制御弁４７の一方又は他方の受圧部４７ａ、４７ｂに印加することができる。このため、ブーム下げ動作、アームクラウド／ダンプ動作、バケットクラウド／ダンプ動作の速度を操作装置５１～５３の操作量に基づく速度から強制的に減速することができる。
【0042】
一方及び他方の第１パイロットライン５５ａ、５５ｂにはそれぞれ、第１の操作装置５１が生成したパイロット圧（第１操作信号）を検出する第１及び第２の圧力センサ７５ａ、７５ｂが設けられている。第１及び第２の圧力センサ７５ａ、７５ｂは、第１の操作装置５１が生成したパイロット圧を第１の操作装置５１の操作量として検出するものである。第１の圧力センサ７５ａはブーム下げ操作の操作量を検出し、第２の圧力センサ７５ｂはブーム上げ操作の操作量を検出する。
【0043】
一方及び他方の第２パイロットライン５６ａ、５６ｂにはそれぞれ、第２の操作装置５２が生成したパイロット圧（第１操作信号）を検出する第３及び第４の圧力センサ７６ａ、７６ｂが設けられている。第３及び第４の圧力センサ７６ａ、７６ｂは、第２の操作装置５２が生成したパイロット圧を第２の操作装置５２の操作量として検出するものである。第３の圧力センサ７６ａはアームダンプ操作の操作量を検出し、第４の圧力センサ７６ｂはアームクラウド操作の操作量を検出する。
【0044】
一方及び他方の第３パイロットライン５７ａ、５７ｂにはそれぞれ、第３の操作装置５３が生成したパイロット圧（第１操作信号）を検出する第５及び第６の圧力センサ７７ａ、７７ｂが設けられている。第５及び第６の圧力センサ７７ａ、７７ｂは、第３の操作装置５３が生成したパイロット圧を第３の操作装置５３の操作量として検出するものである。第５の圧力センサ７７ａはバケットダンプ操作の操作量を検出し、第６の圧力センサ７７ｂはバケットクラウド操作の操作量を検出する。
【0045】
圧力センサ７５ａ、７５ｂ、７６ａ、７６ｂ、７７ａ、７７ｂは、操作装置５１～５３の操作量を検出する操作量検出装置７８として機能するものである。操作量検出装置７８として各圧力センサ７５ａ、７５ｂ，７６ａ、７６ｂ，７７ａ、７７ｂは、コントローラ８０に電気的に接続されており、操作装置５１～５３のパイロット圧（第１操作信号）の検出値（検出信号）をコントローラ８０へ出力する。なお、各圧力センサ７５ａ、７５ｂ，７６ａ、７６ｂ，７７ａ、７７ｂとコントローラ８０との信号ラインは省略してある。また、圧力センサ７５ａ、７５ｂ，７６ａ、７６ｂ，７７ａ、７７ｂによる操作量の算出は一例に過ぎず、例えば各操作装置５１～５３の操作レバー２５ａ、２５ｂの回転変位を検出する位置センサ（例えば、ロータリーエンコーダ）を用いて操作量を検出する構成とすることも可能である。
【0046】
コントローラ８０は、フロント作業装置１を操作するための第１～第３の操作装置５１～５３の少なくとも１つが操作された場合に、予め定めた所定の条件下で当該操作に介入してフロント作業装置１の動作を制限するマシンコントロール（以下、ＭＣと称する）の機能を備えている。ＭＣは、フロント作業装置１の制御点（例えば、バケット１３の爪先）の位置や操作装置５１～５３の操作状況に応じて第１～第８の電磁比例弁６１～６８を制御することで実行される。コントローラ８０によるＭＣの詳細は後述する。
【0047】
コントローラ８０には、ＭＣ切換装置２８が電気的に接続されている。ＭＣ切換装置２８は、オペレータがＭＣの有効又は無効を択一的に選択するためのスイッチであり、運転室２３（図１参照）内に配置されている。ＭＣ切換装置２８は、選択された有効又は無効を指示する指示信号（例えば、オン信号又オフ信号）をコントローラ８０へ出力する。
【0048】
上述の説明では、各流量制御弁４５、４６、４７の受圧部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂに入力されるパイロット圧（操作信号）のうち、各操作装置５１～５３の操作により生成されたパイロット圧を「第１操作信号」、各電磁比例弁６１～６８が駆動することで生成されたパイロット圧を「第２操作信号」と称している。第２操作信号には、各操作装置５１～５３から出力されたパイロット圧（第１操作信号）を電磁比例弁６１、６３、６４、６５、６７により減圧補正して生成したパイロット圧、及び、パイロットポンプ４３の吐出圧を操作装置５１～５３を介さずに電磁比例弁６２、６６、６８により減圧することで第１操作信号を利用せずに新たに生成したパイロット圧が含まれている。
【0049】
第２操作信号は、第１操作信号に応じて定まるフロント作業装置１の制御点（例えば、バケットの爪先）の速度ベクトルが予め定められた所定の条件に反するときに生成されるものであり、当該所定の条件を満たすフロント作業装置１の制御点の速度ベクトルが生じるような操作信号として生成される。なお、同一の流量制御弁４５、４６、４７の一方の受圧部に対して第１操作信号が、もう一方の受圧部に対して第２操作信号が生成される場合には、第２操作信号を優先的に受圧部に作用させるものとする。これは、第１操作信号を電磁比例弁で遮断すると共に第２操作信号を受圧部に入力することで可能である。流量制御弁４５～４７のうち第２操作信号が演算されたものについては第２操作信号を基に制御され、第２操作信号が演算されなかったものについては第１操作信号を基に制御され、第１操作信号及び第２操作信号の双方が発生しなかったものについては制御（駆動）されないことになる。上述のように第１操作信号と第２操作信号を定義すると、ＭＣは第２操作信号に基づく流量制御弁４５～４７の制御ということができる。
【0050】
次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態におけるコントローラの機能について図３を用いて説明する。図３は本発明の作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するコントローラのハード及び機能を示すブロック図である。
【0051】
コントローラ８０は、ＭＣ切換装置２８からＭＣの有効の指示（オン信号）が入力された場合に、フロント作業装置１のＭＣを実行するものである。フロント作業装置１のＭＣは、例えば、第２又は第３の操作装置５２、５３を介して掘削操作（具体的には、アームクラウド、バケットクラウド及びバケットダンプのうち少なくとも１つの操作）が入力された場合に、フロント作業装置１の制御点（例えば、バケット１３の爪先）と掘削目標面（図示せず）との位置関係に基づきフロント作業装置１の制御点が目標面上又はその上方の領域内に保持されるようにブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７のうち少なくとも１つを強制的に動作させる制御信号（例えば、ブームシリンダ１５を伸長させて強制的にブーム上げ動作を行う制御信号）を該当する流量制御弁４５、４６、４７に出力することで、フロント作業装置１の動作を制御するものである。このＭＣにより、フロント作業装置１の制御点が掘削目標面の下方に侵入することを防止し、オペレータの技量の程度に関わらず掘削目標面に沿った掘削が可能となっている。なお、ＭＣにおけるフロント作業装置１の制御点は、フロント作業装置１の先端部分であればよく、バケット１３の爪先や底面又はバケット１３のリンク部材１８の最外部などを選択することが可能である。
【0052】
コントローラ８０は、図３に示すように、ハード構成として例えば、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶装置８１と、ＣＰＵやＭＰＵ等からなる処理装置８２とを備えている。記憶装置８１には、フロント作業装置１のＭＣの実行に必要なプログラムや各種情報が予め記憶されている。処理装置８２は、記憶装置８１からプログラムや各種情報を適宜読み込み、当該プログラムに従って処理を実行することで以下の機能を含む各種機能を実現する。
【0053】
コントローラ８０は、処理装置８２により実行される機能として、ＭＣ演算部９１、表示制御部９２、電磁比例弁制御部９３、レギュレータ制御部９４を有している。
【0054】
ＭＣ演算部９１には、姿勢検出装置３０により検出されたフロント作業装置１の姿勢情報（具体的には、ブーム角度、アーム角度、バケット角度、機体角度）の検出信号が入力されている。また、操作量検出装置７８により検出された各操作装置５１～５３の操作量（具体的には、各操作装置５１～５３から出力されたパイロット圧）の検出信号が入力されている。さらに、ＭＣ切換装置２８からの指示信号（具体的には、ＭＣの有効を指示するオン信号又はＭＣの無効を指示するオフ信号）が入力されている。加えて、目標面設定装置１０１から目標面の情報が入力されている。目標面設定装置１０１は、目標面の情報（具体的には、目標面の位置情報や傾斜角度など）を入力するインターフェースである。目標面設定装置１０１は、例えば、グローバル座標系（絶対座標系）で規定された目標面の３次元データを格納した外部端末（図示せず）と接続可能となっており、当該外部端末から目標面の３次元データが入力される。ただし、目標面設定装置１０１を介したコントローラ８０への目標面の入力は、オペレータによる手動入力も可能である。
【0055】
ＭＣ演算部９１は、オペレータによる操作装置５１～５３の操作に対してフロント作業装置１が予め定めた所定の条件に従って動作するように、ブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７の少なくとも１つを強制的に動作させる、或いは、それらの少なくとも１つの動作を制限するＭＣを実行するための演算を行う部分である。ＭＣ演算部９１は、ＭＣ切換装置２８からＭＣの有効を指示する指示信号（オン信号）が入力された場合には操作装置５１～５３の操作に対してＭＣを実行するための演算を行う一方、ＭＣ切換装置２８からＭＣの無効を指示する指示信号（オフ信号）が入力された場合には操作装置５１～５３の操作に応じた制御を実行するための演算を行う。ＭＣ演算部９１は、姿勢検出装置３０からの検出信号、操作量検出装置７８からの検出信号、目標面設定装置１０１からの情報を基に、最終的に、フロント作業装置１の姿勢及び制御点の位置（例えば、バケット１３の爪先位置）、目標面の位置、各油圧アクチュエータ１５、１６、１７に対応する流量制御弁４５、４６、４７を駆動する目標パイロット圧、油圧ポンプ４２の目標ポンプ容積を演算する。ＭＣ演算部９１の機能の詳細は後述する。
【0056】
表示制御部９２は、表示装置２７の表示を制御するものである。表示制御部９２は、ＭＣ演算部９１からの入力情報に含まれるフラグに基づいて記憶装置８１から所定のプログラムを読み出して表示装置２７の表示を制御する。具体的には、表示制御部９２は、ＭＣ演算部９１の演算結果としてのフロント作業装置１の姿勢やバケット１３の爪先位置及び目標面の位置を基に、フロント作業装置１と目標面との位置関係を表示装置２７の表示画面に表示させる。記憶装置８１はフロント作業装置１の画像及びアイコンを含む表示関連データを多数格納した表示ＲＯＭを有しており、表示制御部９２は表示ＲＯＭに格納されている各種の画像データなどを利用する。
【0057】
電磁比例弁制御部９３は、油圧システム４０の第１～第８の電磁比例弁６１～６８を介して、フロント作業装置１を駆動する油圧アクチュエータ１５～１７の動作（方向及び速度）を制御するものである。具体的には、電磁比例弁制御部９３は、ＭＣ演算部９１の演算結果としての各油圧アクチュエータ１５～１７に対応する各流量制御弁４５～４７のパイロット圧指令（目標パイロット圧）を基に、各流量制御弁４５～４７に対応する電磁比例弁６１～６８の開度指令を演算し、演算結果に応じた制御信号（励磁電流）を各電磁比例弁６１～６８へ出力するものである。
【0058】
レギュレータ制御部９４は、油圧ポンプ４２のレギュレータ４２ａを介して油圧ポンプ４２のポンプ容積を制御するものである。具体的には、レギュレータ制御部９４は、ＭＣ演算部９１の演算結果としての油圧ポンプ４２の目標ポンプ容積を基に油圧ポンプ４２のレギュレータ４２ａに対する容積指令を演算し、演算結果に応じた制御信号をレギュレータ４２ａへ出力するものである。
【0059】
次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態におけるコントローラのＭＣ演算部の機能構成の詳細を図４及び図５を用いて説明する。図４は図３に示すコントローラのＭＣ演算部の機能を示すブロック図である。図５は図４に示すコントローラの速度・姿勢予測部及び速度指令演算部の演算方法を示す説明図である。
【0060】
図４において、コントローラ８０のＭＣ演算部９１は、その機能を細分化すると、ＭＣ判定部９１１、姿勢演算部９１２、目標面演算部９１３、操作量演算部９１４、速度・姿勢予測部９１５、速度指令演算部９１６、アクチュエータ制御部９１７、油圧ポンプ制御部９１８を有している。ＭＣ演算部９１の各機能部は、次に示す各種演算を演算周期毎に繰り返し実行する。
【0061】
ＭＣ判定部９１１は、ＭＣ切換装置２８からの指示信号を基に、ＭＣの有効又は無効を判定する。ＭＣ切換装置２８は、ＭＣの有効又は無効の判定結果を速度・姿勢予測部９１５へ出力する。
【0062】
姿勢演算部９１２は、姿勢検出装置３０からの検出信号を基に、フロント作業装置１の姿勢及び制御点の位置を演算するものである。例えば、ローカル座標系におけるフロント作業装置１の姿勢やバケット１３の爪先位置の３次元座標を演算する。この演算は、一般的な幾何学的な関係に従うものなので、詳細な説明は省略する。姿勢演算部９１２の演算結果であるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の位置は、表示制御部９２及び速度・姿勢予測部９１５へ出力される。
【0063】
目標面演算部９１３は、目標面設定装置１０１からの情報を基に目標面の位置情報を演算する。演算結果である目標面の位置情報は、表示制御部９２及び速度・姿勢予測部９１５へ出力される。なお、目標面の位置情報は、記憶装置８１に記憶させてもよい。
【0064】
操作量演算部９１４は、操作量検出装置７８からの検出信号を基に、各操作装置５１～５３の操作量を演算するものである。第１の圧力センサ７５ａの検出値からはブーム下げの操作量が、第２の圧力センサ７５ｂの検出値からはブーム上げの操作量が演算される。第３の圧力センサ７６ａの検出値からはアームダンプの操作量が、第４の圧力センサ７６ｂの検出値からはアームクラウドの操作量が算出される。第５の圧力センサ７７ａの検出値からはバケットダンプの操作量が、第６の圧力センサ７７ｂの検出値からはバケットクラウドの操作量が算出される。操作量演算部９１４の演算結果である各操作装置５１～５３の操作量は、速度指令演算部９１６へ出力される。
【0065】
速度・姿勢予測部９１５は、演算時点の現時刻（現演算周期）から予め定めた設定時間経過した後の未来の時刻における、フロント作業装置１の各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値、並びに、フロント作業装置１の姿勢の予測値及び制御点の目標面に対する位置の予測値を演算するものである。具体的には、例えば、姿勢演算部９１２の演算結果である現時刻（現演算周期）におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の位置、目標面演算部９１３の演算結果である目標面の位置情報、並びに、現時刻（現演算周期）よりも設定時間前の過去の時刻（過去の演算周期）から現時刻に至るまでに速度指令演算部９１６から演算出力された後述の各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令の過去の履歴に基づき、現時刻から所定時間の経過後の未来の時刻における上記の各予測値を演算する。上記の設定時間として、例えば、各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令に対する実速度の応答遅れの時間に概ね一致する第１時間Ｔ１が設定される。速度・姿勢予測部９１５の演算結果（予測値）は、速度指令演算部９１６へ出力される。ただし、速度・姿勢予測部９１５は、ＭＣ判定部９１１からＭＣの有効の判定結果が入力された場合に上記の予測値の演算を実行する一方、ＭＣ判定部９１１からＭＣの無効の判定結果が入力された場合には上記の予測値の演算を実行しないように構成されている。速度・姿勢予測部９１５の詳細な演算方法は後述する。
【0066】
速度指令演算部９１６は、ＭＣ判定部９１１の判定結果がＭＣの有効である場合には、現時刻（現演算周期）から設定時間経過した後の未来の時刻においてフロント作業装置１の制御点が目標面上に位置するように、現時刻（現演算周期）よりも設定時間経過後の未来の時刻に要求されるブームシリンダ１５（ブーム１１）、アームシリンダ１６（アーム１２）、バケットシリンダ１７（バケット１３）の速度を各油圧アクチュエータの目標速度として演算するものである。本演算は、フロント作業装置１の制御点（例えば、バケット１３の爪先）が既に目標面の近傍に位置していることを前提として、フロント作業装置１の制御点が目標面の下方に侵入することなく目標面に沿って移動するようにフロント作業装置１の動作を制御するためのものである。また、本演算は、上記の条件の下で、アームシリンダ１６及びバケットシリンダ１７の少なくとも一方の動作に応じてブームシリンダ１５の動作を制御するためのものである。すなわち、本実施の形態においては、ブームシリンダ１５をＭＣによる強制動作又は制限動作の対象としている。
【0067】
具体的には、速度指令演算部９１６は、操作量検出装置７８の検出結果である操作装置５２、５３の操作量に基づき、現時刻（現演算周期）よりも第１時間Ｔ１経過後の未来の時刻におけるアームシリンダ１６及びバケットシリンダ１７の目標速度を演算する。また、速度指令演算部９１６は、速度・姿勢予測部９１５の演算結果である各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値並びにフロント作業装置１の姿勢の予測値及び制御点の目標面に対する位置の予測値に基づき、現時刻（現演算周期）よりも第１時間Ｔ１経過後の未来の時刻において上記条件を満たすブームシリンダ１５の目標速度を演算する。速度指令演算部９１６は、演算結果である各油圧アクチュエータ１５～１７の目標速度を現時刻（現演算周期）の速度指令としてアクチュエータ制御部９１７及び油圧ポンプ制御部９１８へ出力する。速度指令演算部９１６のこの演算方法の詳細は後述する。
【0068】
また、速度指令演算部９１６は、ＭＣ判定部９１１の判定結果がＭＣの無効である場合には、操作量検出装置７８の検出結果である操作装置５１～５３の操作量に基づき、各油圧アクチュエータ１５～１７の目標速度を演算する。すなわち、各油圧アクチュエータ１５～１７の動作はオペレータによる操作装置５１～５３の操作に応じて制御され、オペレータの操作装置５１の操作によらないブームシリンダ１５の強制動作や制限動作は実行されない。
【0069】
アクチュエータ制御部９１７は、各油圧アクチュエータ１５～１７を制御するための演算を行うものである。具体的には、速度指令演算部９１６の演算結果である各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令に基づき、各油圧アクチュエータ１５～１７に対応する流量制御弁４５～４７の目標パイロット圧を演算する。アクチュエータ制御部９１７は、ブームシリンダ１５に対応する第１の流量制御弁４５を制御するブーム制御部９１７ａと、アームシリンダ１６に対応する第２の流量制御弁４６を制御するアーム制御部９１７ｂと、バケットシリンダ１７に対応する第３の流量制御弁４７を制御するバケット制御部９１７ｃとで構成されている。
【0070】
ブーム制御部９１７ａは、速度指令演算部９１６の演算結果であるブームシリンダ１５の速度指令に基づき第１の流量制御弁４５の目標パイロット圧を演算し、演算結果の目標パイロット圧を第１の流量制御弁４５のパイロット圧指令として電磁比例弁制御部９３へ出力する。アーム制御部９１７ｂは、速度指令演算部９１６の演算結果であるアームシリンダ１６の速度指令に基づき第２の流量制御弁４６の目標パイロット圧を演算し、演算結果の目標パイロット圧を第２の流量制御弁４６のパイロット圧指令として電磁比例弁制御部９３へ出力する。バケット制御部９１７ｃは、速度指令演算部９１６の演算結果であるバケットシリンダ１７の速度指令に基づき第３の流量制御弁４７の目標パイロット圧を演算し、演算結果の目標パイロット圧を第３の流量制御弁４７のパイロット圧指令として電磁比例弁制御部９３へ出力する。
【0071】
油圧ポンプ制御部９１８は、油圧ポンプ４２のポンプ容積を制御するための演算を行うものである。具体的には、速度指令演算部９１６の演算結果である複数の油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令に基づき、油圧ポンプ４２の目標ポンプ容積を演算するものである。演算結果の油圧ポンプ４２の目標ポンプ容積をポンプ容積指令としてレギュレータ制御部９４へ出力する。
【0072】
次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するコントローラにおけるＭＣ演算部の速度・姿勢予測部及び速度指令演算部の演算方法の一例について図４～図６を用いて説明する。図５は図４に示すコントローラの速度・姿勢予測部及び速度指令演算部における演算の処理手順の一例を示すフローチャートである。図６は図４に示すコントローラの速度・姿勢予測部及び速度指令演算部の演算方法を示す説明図である。なお、図５に示すフローチャートは、１演算周期分の演算処理を示している。図６中、上図はアームシリンダの速度に関する情報を、下図はブームシリンダの速度に関する情報を示している。また、実線は油圧アクチュエータの実速度を、破線は油圧アクチュエータの速度指令を、一点鎖線は油圧アクチュエータの予測速度を示している。
【0073】
図４に示すＭＣ演算部９１における速度・姿勢予測部９１５は、まず、ＭＣ判定部９１１の判定結果を取り込み（図５に示すフローチャートのステップＳ１０）、取り込んだＭＣ判定部９１１の判定結果（有効又は無効）に基づきＭＣを実行するか否かを判定する（図５に示すステップＳ２０）。ＭＣ判定部９１１の判定結果が有効（オン）の場合には、ＭＣの実行（ＹＥＳ）と判定する一方、ＭＣ判定部９１１の判定結果が無効（オフ）の場合には、ＭＣの不実行（ＮＯ）と判定する。ステップＳ２０において、ＹＥＳと判定した場合にはステップＳ３０に進む一方、ＮＯと判定した場合にはステップＳ２００に進む。
【0074】
ステップＳ２０においてＹＥＳと判定した場合、速度・姿勢予測部９１５は、目標面設定装置１０１からの情報を基に目標面演算部９１３によって演算された目標面の位置情報を取り込む（図５に示すステップＳ３０）。
【0075】
さらに、姿勢演算部９１２によって姿勢検出装置３０の検出信号を基に演算されたフロント作業装置１の姿勢及び制御点（例えば、バケット１３の爪先）の位置の情報を取り込む（図５に示すステップＳ４０）。この取り込んだ情報を基に各油圧アクチュエータ１５～１７の現時刻（現演算周期）の実速度を演算する（図５に示すステップＳ５０）。具体的には、現演算周期で取り込んだ各油圧アクチュエータ（ブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７）の姿勢と現演算周期よりも一周期前の演算周期で取り込んだ各油圧アクチュエータ１５～１７の姿勢との差分から各油圧アクチュエータ１５～１７の現時刻の速度（実速度）を演算する。この演算は、図６の上図おける現時刻（現演算周期）の黒点に相当する。ただし、図６ではアームシリンダ１６の場合のみを示している。
【0076】
次に、速度・姿勢予測部９１５は、現時刻（現演算周期）から第１時間Ｔ１の経過後の未来の時刻（以下において第１未来時刻と称することがある）に至るまでの各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値の履歴を演算する（図５に示すステップＳ６０）。具体的には、現時刻（現演算周期）よりも第１時間Ｔ１前の過去の時刻（以下、第１過去時刻と称することがある）から現時刻（現演算周期）に至るまでの間に速度指令演算部９１６が演算して出力した各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令の過去の履歴を、ステップＳ５０にて演算した各油圧アクチュエータ１５～１７の現時刻の速度（実速度）に対して移行させ、第１過去時刻において速度指令演算部９１６が出力した各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令をステップＳ５０にて演算した各油圧アクチュエータ１５～１７の現時刻の速度（実速度）に一致させる。この移行させた過去の演算周期における各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令の履歴を現時刻から第１未来時刻に至るまでの各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値の履歴と見なす。すなわち、各油圧アクチュエータ１５～１７の現時刻の速度（実速度）を基準として、第１過去時刻から現時刻に至るまでの間に速度指令演算部９１６から出力された各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令の過去の履歴を基に、現時刻から第１未来時刻に至るまでの時間区間の各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の未来の履歴を予測するものである。これは、各油圧アクチュエータ１５～１７に対する速度指令が第１時間Ｔ１の応答遅れをもって各油圧アクチュエータ１５～１７の実速度として達成されることを考慮したものである。
【0077】
この演算は、図６に示すＩ（移行）に相当する部分である。すなわち、図６の上図おいて、第１過去時刻（ｔ０－Ｔ１）から現時刻（ｔ０）に至るまでの破線（各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令）を、第１過去時刻（ｔ０－Ｔ１）の速度指令の黒点を現時刻（ｔ０）の実速度の黒点に一致させるように移行することで、現時刻（ｔ０）から第１未来時刻（ｔ０＋Ｔ１）に至るまでの一点鎖線（各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値）を生成することに相当する。ただし、図６ではアームシリンダ１６の場合のみを示している。つまり、ブームシリンダ１５及びバケットシリンダ１７の速度予測値の履歴についても、図６に示すＩ（移行）に相当する演算を行う。
【0078】
次いで、速度・姿勢予測部９１５は、現時刻から第１未来時刻に至るまでの間に生じる各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長を予測する（図５に示すステップＳ７０）。具体的には、ステップＳ６０にて演算した現時刻から第１未来時刻に至るまで間における各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値の履歴を現時刻から第１未来時刻に至るまでの時間区間にて積分することで、現時刻から第１未来時刻に至るまでの間に生じる各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長の予測を演算する。
【0079】
この演算は、図６に示すII（積分＝伸縮長）に相当する部分である。すなわち、図６の上図おいて、現時刻（ｔ０）から第１未来時刻（ｔ０＋Ｔ１）までの時間区間と一点鎖線（各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値の履歴）とで囲まれた斜線部分の面積が各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長の予測値に相当する。ただし、図６ではアームシリンダ１６の場合のみを示している。つまり、ブームシリンダ１５及びバケットシリンダ１７の伸縮長の予測値ついても、図６に示すII（積分＝伸縮長）に相当する演算を行う。
【0080】
さらに、速度・姿勢予測部９１５は、第１未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置を予測する（図５に示すステップＳ８０）。具体的には、ステップＳ４０にて取り込んだフロント作業装置１の現時刻の姿勢（ブーム１１、アーム１２、バケット１３の姿勢）及び制御点（例えば、バケット１３の爪先）の位置、ステップＳ７０にて演算した第１未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長の予測値、及び、ステップＳ３０にて取り込んだ目標面の位置情報を基に、第１未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置（例えば、制御点から目標面までの距離）を演算する。速度・姿勢予測部９１５は、ステップＳ８０の演算結果である第１未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置、並びに、ステップＳ６０の演算結果である第１未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値を速度指令演算部９１６に出力する。
【0081】
次に、速度指令演算部９１６は、第１未来時刻において上述の条件を満たすために必要なブームシリンダ１５の目標速度を演算する（図５に示すステップＳ９０）。具体的には、ステップＳ８０にて演算した第１未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢の予測値及び制御点の目標面に対する位置の予測値、並びに、ステップＳ６０にて演算した第１未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値を基に、フロント作業装置１の制御点が第１未来時刻において目標面上に位置することが可能となるブームシリンダ１５の速度を第１未来時刻の目標速度として演算する。
【0082】
図５に示すステップＳ６０～Ｓ８０演算は、図６に示すＩ（移行）からII（積分＝伸縮長）を経て矢印を介して得られるIII（未来時刻の目標速度）に相当する部分である。この演算は、上述の条件の下で、操作装置５２、５３の操作によるアームシリンダ１６及びバケットシリンダ１７の少なくとも一方の動作に応じて、操作装置５１の操作によらないＭＣの発動によるブームシリンダ１５の強制動作の指令を演算する部分である。
【0083】
さらに、速度指令演算部９１６は、操作量演算部９１４の演算結果であるアームシリンダ１６用の第２の操作装置５２の操作量としてのパイロット圧（第１操作信号）を取り込み（図５に示すステップＳ１００）、取り込んだパイロット圧を基に第１未来時刻におけるアームシリンダ１６の目標速度を演算する（図５に示すステップＳ１１０）。アームシリンダ１６の目標速度は、例えば、予め設定された図５に示す特性図９１６ａを参照して演算される。図５に示す特性図９１６ａでは、アームシリンダ１６の目標速度は、第２の操作装置５２のパイロット圧（第１操作信号）が０を含む或る範囲内（不感帯）では０であり、パイロット圧が不感帯を超えるとパイロット圧の増加に比例して増加し、その後パイロット圧が或る値を超えると、一定値となるように設定されている。
【0084】
本説明では、アームシリンダ１６用の第２の操作装置５２がオペレータにより操作された場合にＭＣによりブームシリンダ１５の動作を制御することを想定している。このため、バケットシリンダ１７用の第３の操作装置５３の操作量は０となるので、バケットシリンダ１７の目標速度の演算についての説明は省略している。しかし、バケットシリンダ１７用の第３の操作装置５３も操作されている場合には、アームシリンダ１６の場合と同様に、第３の操作装置５３の操作量としてのパイロット圧（第１操作信号）を取り込み（図５に示すステップＳ１００）、取り込んだパイロット圧を基に第１未来時刻におけるバケットシリンダ１７の目標速度を演算する（図５に示すステップＳ１１０）。
【0085】
最終的に、速度指令演算部９１６は、ステップＳ９０にて演算したブームシリンダ１５の第１未来時刻の目標速度をブームシリンダ１５の現時刻（現演算周期）の速度指令として出力すると共に、ステップＳ１１０にて演算したアームシリンダ１６の第１未来時刻の目標速度をアームシリンダ１６の現時刻（現演算周期）の速度指令として出力する（図５に示すステップＳ１２０）。本ステップＳ１２０におけるブームシリンダ１５の目標速度と速度指令の関係は、図６に示すIII（未来時刻の目標速度）の黒点からIV（現時刻の速度指令として出力）の黒点への白抜き矢印の部分に相当する。これは、ブームシリンダ１５の速度指令が出力されてから第１時間Ｔ１の応答遅れをもってブームシリンダ１５の実速度として達成されることを考慮したものである。バケットシリンダ１７用の第３の操作装置５３も操作されている場合には、アームシリンダ１６の場合と同様に、バケットシリンダ１７の第１未来時刻の目標速度をバケットシリンダ１７の現時刻（現演算周期）の速度指令として出力する（図５に示すステップＳ１２０）。各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令は、アクチュエータ制御部９１７及び油圧ポンプ制御部９１８へ出力される。ステップＳ１２０の終了により本演算周期が終了し、スタートに戻って次の演算周期を開始する。
【0086】
一方、ステップＳ２０においてＮＯと判定した場合、速度指令演算部９１６が操作量演算部９１４の演算結果である各油圧アクチュエータ１５～１７に対応する各操作装置５１～５３の操作量としての各パイロット圧を取り込み（図５に示すステップＳ２００）、取り込んだ各操作装置５１～５３のパイロット圧を基に第１未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の目標速度を演算する（図５に示すステップＳ２１０）。各油圧アクチュエータ１５～１７の目標速度は、例えば、予め設定された図５に示す特性図９１６ｂを参照して演算される。図５に示す特性図９１６ｂは、特性図９１６ａと同様に設定されている。この場合、速度・姿勢予測部９１５は、フロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置並びにフロント作業装置１の各油圧アクチュエータ１５～１７の速度を予測することはない。すなわち、速度指令演算部９１６は、ブーム上げパイロット圧又はブーム下げパイロット圧に対応するブームシリンダ１５の目標速度を演算し、アームクラウドパイロット圧又はアームダンプパイロット圧に対応するアームシリンダ１６の目標速度を演算し、バケットクラウドパイロット圧又はバケットダンプパイロット圧に対応するバケットシリンダ１７の目標速度を演算する。
【0087】
速度指令演算部９１６は、最終的に、ステップＳ２１０にて演算した各油圧アクチュエータ１５～１７の第１未来時刻の目標速度を各油圧アクチュエータ１５～１７の現時刻（現演算周期）の速度指令としてアクチュエータ制御部９１７及び油圧ポンプ制御部９１８へ出力する（図５に示すステップＳ２２０）。すなわち、ＭＣ演算部９１は、操作装置５１～５３の操作に応じて各油圧アクチュエータ１５～１７の動作を指令する速度指令を演算する。ステップＳ２２０の終了により本演算周期が終了し、スタートに戻って次の演算周期を開始する。
【0088】
次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態の動作及び効果について図５及び図７を用いて説明する。図７は本発明の作業機械の第１の実施の形態におけるアームクラウド操作に対するＭＣ実行時の各油圧アクチュエータの目標速度、速度指令、実速度の関係を示す説明図である。図７中、上段図はアーム操作用の第２の操作装置の操作量の時間履歴を、中段図はアームシリンダの目標速度、速度指令、実速度の時間履歴を、下段図はブームシリンダの目標速度、速度指令、実速度の時間履歴を示している。
【0089】
ここでは、アーム操作用の第２の操作装置５２のアームクラウド操作がオペレータによって入力されることで、ＭＣによる水平掘削動作が行われる場合について説明する。この場合、ＭＣ切換装置２８は有効の位置に切り換えられている。
【0090】
図７において、第１期間Ｓ１は、オペレータによる第２の操作装置５２の操作が行われていない期間である。第２期間Ｓ２は、第２の操作装置５２の操作が行われているが、第２の操作装置５２の操作に対して応答遅れの影響によりアームシリンダの動作が行われていない期間である。第３期間Ｓ３は、第２の操作装置５２の操作によってアームシリンダが動作している期間である。
【0091】
コントローラ８０は、図５に示すフローチャートのステップＳ２０でＹＥＳと判定し、ステップＳ３０～Ｓ１２０の処理を実行する。
【0092】
第１期間Ｓ１では、第１期間Ｓ１中に第２の操作装置５２の操作が行われていない。このため、速度・姿勢予測部９１５の演算結果である現時刻の各油圧アクチュエータ１５～１７の速度（実速度）は０であり（図５に示すステップＳ５０）、第１未来時刻（現時刻から第１時間Ｔ１の経過後の未来の時刻）における各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値の履歴も０である（図５に示すステップＳ６０）。これらの速度・姿勢予測部９１５の演算結果から、第１未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長の予測値（演算結果）が０となり（図５に示すステップＳ７０）、第１未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置の予測値（演算結果）は現時刻（現演算周期）におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置から変化せずに同じ値となる（図５に示すステップＳ８０）。そのため、速度指令演算部９１６の演算結果であるアームシリンダ１６及びブームシリンダ１５の目標速度は０となる（図５に示すステップＳ９０～Ｓ１１０）。したがって、第１期間Ｓ１では、速度指令演算部９１６は、目標速度０を現時刻の速度指令として出力する。
【0093】
第２期間Ｓ２では、第２の操作装置５２のアームクラウド操作が入力されているので、速度指令演算部９１６は、操作量検出装置７８（図２に示す第４の圧力センサ７６ｂ）の検出信号に応じたアームクラウドパイロット圧を基にアームシリンダ１６の第１未来時刻の目標速度を演算し（図５に示すステップＳ１００～Ｓ１１０）、当該演算結果の目標速度を現時刻（現演算周期）におけるアームシリンダ１６の速度指令として出力する（図５に示すステップＳ１２０）。すなわち、第２期間Ｓ２では、第２の操作装置５２のアームクラウド操作に応じたアームシリンダ１６の速度指令が出力される。ただし、アームシリンダ１６の速度指令に対する実速度の応答遅れの影響により、アームシリンダ１６の動作は開始されていない。なお、本説明では、バケット操作用の第３の操作装置５３は操作されないので、バケットシリンダ１７の第１未来時刻の目標速度及び速度指令は常に０となる。
【0094】
また、アームシリンダ１６の動作が開始されていないので、速度・姿勢予測部９１５の演算結果である現時刻の各油圧アクチュエータ１５～１７の速度（実速度）は０である（図５に示すステップＳ５０）。一方、速度指令演算部９１６が第１過去時刻（現時刻よりも第１時間Ｔ１前の過去の時刻）から現時刻に至るまでの間に出力したアームシリンダ１６の速度指令の過去の履歴は、上述したように、第２期間Ｓ２では０ではないので、当該アームシリンダ１６の速度指令の過去の履歴を基に、現時刻から第１未来時刻に至るまでのアームシリンダ１６の速度の予測値の履歴を演算する（図５に示すステップＳ６０）。これらの速度・姿勢予測部９１５の演算結果から、第１未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長の予測値を演算し（図５に示すステップＳ７０）、第１未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置の予測値を演算する（図５に示すステップＳ８０）。
【0095】
これらの予測値を基に、速度指令演算部９１６は所定の条件を満たすブームシリンダ１５の第１未来時刻の目標速度を演算する（図５に示すステップＳ９０）。演算結果のブームシリンダ１５の第１未来時刻の目標速度を現時刻（現演算周期）の速度指令として出力する（図５に示すステップＳ１２０）。すなわち、ブーム操作用の第１の操作装置５１が操作されなくとも、所定の条件を満たすブームシリンダ１５の強制動作の指令が生成されている。なお、第２期間Ｓ２中に速度指令演算部９１６から出力されたブームシリンダ１５の速度指令の履歴は、第１未来時刻におけるブームシリンダ１５の速度の予測値、ブームシリンダ１５の伸縮長の予測値、フロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置の予測値を演算するために用いられる。
【0096】
このように、第２期間Ｓ２においては、第２の操作装置５２のアームクラウド操作に対して応答遅れの影響によってアームシリンダ１６は動作を開始していない。しかし、本実施の形態においては、第２期間Ｓ２中に演算出力された各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令の過去の履歴を基に当該演算周期から第１時間Ｔ１経過後の第１未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の動作を予測することで、各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令に対する実速度の応答遅れを考慮した現時刻（現演算周期）のブームシリンダ１５の速度指令を出力することが可能となっている。すなわち、第２の操作装置５２が操作された場合には、アームシリンダ１６が実動作を開始する前であっても、アームシリンダ１６の予測動作に対応したブームシリンダ１５の速度指令を前もって出力することで、各油圧アクチュエータ１５～１７の応答遅れを考慮したＭＣの実行を実現することができる。
【0097】
また、第３期間Ｓ３では、第２の操作装置５２のアームクラウド操作が継続されていると共に、アームクラウド操作の開始から応答遅れの時間（ほぼ第１時間Ｔ１）を経過している。このため、アームシリンダ１６が応答遅れの時間をもってアームクラウド操作に応じて動作している。
【0098】
この場合、速度指令演算部９１６は、第２期間Ｓ２の場合と同様に、アームクラウド操作に応じたアームシリンダ１６の第１未来時刻の目標速度を演算し、当該演算結果の目標速度を現時刻（現演算周期）におけるアームシリンダ１６の速度指令として出力する（図５に示すステップＳ１００～１２０）。
【0099】
また、第２期間Ｓ２の場合と異なり、アームシリンダ１６及びブームシリンダ１５が動作しているので、速度・姿勢予測部９１５は、現時刻の各油圧アクチュエータ１５～１７の速度（０ではない）を演算する（図５に示すステップＳ５０）。さらに、当該演算結果の現時刻の各油圧アクチュエータ１５～１７の速度及び速度指令演算部９１６により出力された各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令の過去の履歴を基に、各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値の履歴を演算する（図５に示すステップＳ６０）。これらの速度・姿勢予測部９１５の演算結果から、第１未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長の予測値を演算し（図５に示すステップＳ７０）、第１未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置の予測値を演算する（図５に示すステップＳ８０）。すなわち、速度・姿勢予測部９１５の予測演算は、第２期間Ｓ２の場合と異なり、油圧アクチュエータ１５～１７の実動作（実速度）の影響も含むものとなっている。
【0100】
速度指令演算部９１６は、第２期間Ｓ２の場合と同様に、速度・姿勢予測部９１５の各予測値（演算結果）を基に所定の条件を満たすブームシリンダ１５の第１未来時刻の目標速度を演算し（図５に示すステップＳ９０）、演算結果のブームシリンダ１５の第１未来時刻の目標速度を現時刻（現演算周期）の速度指令として出力する（図５に示すステップＳ１２０）。この場合は、油圧アクチュエータ１５～１７の実動作（実速度）の影響を含むブームシリンダ１５の強制動作の指令が生成されている。
【0101】
このように、第３期間Ｓ３においては、各油圧アクチュエータ１５～１７の現時刻（現演算周期）の速度（実速度）およびアームシリンダ１６の速度指令の過去の履歴を基に、第１未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の動作を予測することで、各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令に対する実速度の応答遅れを考慮した現時刻（現演算周期）のブームシリンダ１５の速度指令を出力することが可能となっている。すなわち、第２の操作装置５２が操作されてアームシリンダ１６が実動作中である場合に、アームシリンダ１６の予測動作に対応したブームシリンダ１５の速度指令を前もって出力することで、各油圧アクチュエータ１５～１７の応答遅れを考慮したＭＣの実行を実現することができる。
【0102】
このように、本実施の形態においては、第２の操作装置５２が操作されている第２期間Ｓ２及び第３期間Ｓ３の間、第１未来時刻における各油圧シリンダ１５～１７の動作を予測することで、各油圧シリンダ１５～１７の応答遅れを考慮したブームシリンダ１５の速度指令を演算出力することができる。したがって、所定の条件の下でアームシリンダ１６の動作に応じてブームシリンダ１５の動作を制御するＭＣの実行の際に、油圧シリンダの速度指令に対する実速度の応答遅れの影響を低減することができる。
【0103】
上述したように、本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、作業を行うフロント作業装置１（作業装置）と、フロント作業装置１（作業装置）を駆動するブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７（複数の油圧アクチュエータ）と、ブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７（複数の油圧アクチュエータ）に圧油を供給する油圧ポンプ４２と、油圧ポンプ４２からブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７（複数の油圧アクチュエータ）の各々に対して供給される圧油の流れをそれぞれ制御する第１の流量制御弁４５、第２の流量制御弁４６、第３の流量制御弁４７（複数の制御弁）と、フロント作業装置１（作業装置）の姿勢を検出する姿勢検出装置３０と、ブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７（複数の油圧アクチュエータ）の各々の速度指令を演算周期毎に演算し、演算結果のブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７（複数の油圧アクチュエータ）の各々の速度指令に基づきブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７（複数の油圧アクチュエータ）の各々を制御するための制御信号を出力するコントローラ８０とを備える。コントローラ８０は、複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７のうち、アームシリンダ１６（第２の油圧アクチュエータ）の動作に応じてブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の動作を予め定めた条件の下で制御する場合、姿勢検出装置３０の検出信号を基に現演算周期における複数の油圧アクチュエータの各々の実速度を演算し、演算結果の複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７の各々の実速度および現演算周期よりも過去の演算周期にて演算した複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７の各々の速度指令の過去の履歴を用いて前記条件を満たす現演算周期のブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の速度指令を演算し、演算結果のブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の現演算周期の速度指令に基づいてブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）を制御するための制御信号を出力する。
【0104】
この構成よれば、姿勢検出装置３０の検出信号を基に算出した各油圧アクチュエータ１５、１６、１７の現演算周期の実速度、および、現演算周期よりも過去の演算周期にて演算した各油圧アクチュエータ１５、１６、１７の速度指令の過去の履歴を用いて、所定の条件を満たす現演算周期のブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の速度指令を演算するので、速度指令に対する実速度の応答遅れを考慮したブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の速度指令を演算することができる。したがって、油圧アクチュエータ１５、１６、１７の速度指令に対する実速度の応答遅れの影響を低減してＭＣにおけるフロント作業装置１（作業装置）の動作精度を向上させることができる。
【0105】
また、本実施の形態に係るコントローラ８０は、姿勢検出装置３０の検出信号に基づく複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７の各々の現演算周期の実速度および現演算周期よりも所定の第１時間Ｔ１だけ過去の演算周期から現演算周期に至るまでの間に演算した複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７の各々の速度指令の過去の履歴を用いて、現演算周期から第１時間Ｔ１の経過後における複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７の各々の速度の予測値、フロント作業装置１（作業装置）の姿勢の予測値、フロント作業装置１（作業装置）の制御点の目標面に対する位置の予測値を演算し、演算結果の速度の予測値、姿勢の予測値、位置の予測値を基に、現演算周期から第１時間Ｔ１の経過後にフロント作業装置１（作業装置）の制御点を目標面上に位置させるような第１の油圧アクチュエータの目標速度をブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の現演算周期の速度指令として演算し、演算結果のブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の現演算周期の速度指令に基づいてブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）を制御するための制御信号を出力するように構成されている。
【0106】
この構成によれば、現演算周期よりも第１時間Ｔ１だけ過去の演算周期から現演算周期に至るまでの間に演算した各油圧アクチュエータ１５、１６、１７の速度指令の過去の履歴を用いて現演算周期から第１時間Ｔ１の経過後の各種の予測値を算出しているので、第１時間Ｔ１を各油圧アクチュエータ１５、１６、１７の速度指令に対する実速度の応答遅れの時間に概ね一致するように設定することで、当該速度指令に対する実速度の応答遅れを考慮した各種の予測値を得ることができる。さらに、当該速度指令に対する実速度の応答遅れを考慮した各種の予測値を基に、現演算周期から第１時間Ｔ１の経過後にフロント作業装置１（作業装置）の制御点が目標面上に位置するようなブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の目標速度を現演算周期の速度指令として演算するので、当該速度指令に対する実速度の応答遅れを考慮しつつ所定の条件を満たすブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の速度指令を得ることができる。これらのことから、ＭＣにおける各油圧アクチュエータ１５、１６、１７の速度指令に対する実速度の応答遅れの影響を低減することができるので、フロント作業装置１（作業装置）の動作精度が向上し、フロント作業装置１（作業装置）の制御点を目標面上に沿って移動させることが可能となる。
【0107】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の作業機械の第２の実施の形態について図８～図１１を用いて説明する。図８は本発明の作業機械の第２の実施の形態の一部を構成するコントローラのＭＣ演算部の機能を示すブロック図である。図９は図８に示すコントローラの速度・姿勢予測部及び速度指令演算部における演算の処理手順の一例を示すフローチャートである。図１０は図８に示すコントローラの速度・姿勢予測部及び速度指令演算部の演算方法を示す説明図である。図１１は本発明の作業機械の第２の実施の形態におけるアームクラウド操作に対するＭＣ実行時の各油圧アクチュエータの目標速度、速度指令、実速度の関係を示す説明図である。なお、図８～図１１において、図１～図７に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
次に、本発明の作業機械の第２の実施の形態について図８～図１１を用いて説明する。図８は本発明の作業機械の第２の実施の形態の一部を構成するコントローラのＭＣ演算部の機能を示すブロック図である。図９は図８に示すコントローラの速度・姿勢予測部及び速度指令演算部における演算の処理手順の一例を示すフローチャートである。図１０は図８に示すコントローラの速度・姿勢予測部及び速度指令演算部の演算方法を示す説明図である。図１１は本発明の作業機械の第２の実施の形態におけるアームクラウド操作に対するＭＣ実行時の各油圧アクチュエータの目標速度、速度指令、実速度の関係を示す説明図である。なお、図８～図１１において、図１～図７に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【0108】
図８に示す本発明の作業機械の第２の実施の形態が第１の実施の形態に対して相違する点は、コントローラ８０ＡのＭＣ演算部９１Ａにおける速度・姿勢予測部９１５Ａ及び速度指令演算部９１６Ａの演算方法が異なっていることである。第１の実施の形態に係るコントローラ８０のＭＣ演算部９１における速度・姿勢予測部９１５及び速度指令演算部９１６は、各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令に対する実速度の応答遅れの時間が概ね第１時間Ｔ１であることを前提として演算を行うものである。それに対して、本実施の形態に係る速度・姿勢予測部９１５Ａ及び速度指令演算部９１６Ａは、ブームシリンダ１５の速度指令に対する実速度の応答遅れの時間が概ね第２時間Ｔ２であると共にアームシリンダ１６の速度指令に対する実速度の応答遅れの時間が概ね第３時間Ｔ３であることを前提として演算を行うものである。ただし、第３時間Ｔ３が第２時間Ｔ２よりも長い場合に限って本実施の形態が適用される。
【0109】
本実施の形態の速度・姿勢予測部９１５Ａは、現時刻（現演算周期）から第２時間Ｔ２経過した後の未来の時刻（以下、第２未来時刻と称することがある）における、フロント作業装置１の各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値、並びに、フロント作業装置１の姿勢の予測値及び制御点の目標面に対する位置の予測値を演算するものである。具体的には、姿勢演算部９１２の演算結果である現時刻（現演算周期）におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の位置、目標面演算部９１３の演算結果である目標面の位置情報、並びに、現時刻（現演算周期）よりも第２時間Ｔ２前の過去の時刻（以下、第２過去時刻と称することがある）から現時刻（現演算周期）に至るまでの間に速度指令演算部９１６Ａから演算出力されたブームシリンダ１５の速度指令の過去の履歴、及び、現時刻（現演算周期）よりも第３時間Ｔ３前の過去の時刻（以下、第３過去時刻と称することがある）から当該第３過去時刻よりも第２時間Ｔ２経過した後の過去の時刻に至るまでの間に速度指令演算部９１６Ａから演算出力されたアームシリンダ１６及びバケットシリンダ１７（ブームシリンダ１５以外のフロント作業装置１の油圧アクチュエータ）の速度指令の過去の履歴に基づき、第２未来時刻における上記の各予測値を演算する。速度・姿勢予測部９１５Ａの詳細な演算方法は後述する。
【0110】
速度指令演算部９１６Ａは、ＭＣ判定部９１１の判定結果がＭＣの有効である場合に、現時刻（現演算周期）よりも第２時間Ｔ２経過後の第２未来時刻においてフロント作業装置１の制御点（例えば、バケット１３の爪先）が目標面上に位置するように、当該第２未来時刻に要求されるブームシリンダ１５（ブーム１１）の速度を目標速度として演算するものである。また、現時刻（現演算周期）よりも第３時間Ｔ３経過した後の未来の時刻（以下、第３未来時刻と称することがある）におけるアームシリンダ１６（アーム１２）及びバケットシリンダ１７（バケット１３）の目標速度を演算するものである。具体的には、速度指令演算部９１６Ａは、速度・姿勢予測部９１５Ａの演算結果である各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値並びにフロント作業装置１の姿勢の予測値及び制御点の目標面に対する位置の予測値に基づき、第２未来時刻において上記条件を満たすブームシリンダ１５の目標速度を演算する。また、操作量検出装置７８の検出結果である操作装置５２、５３の操作量に基づき、第３未来時刻におけるアームシリンダ１６及びバケットシリンダ１７の目標速度を演算する。速度指令演算部９１６Ａは、演算結果である各油圧アクチュエータ１５～１７の目標速度を現時刻（現演算周期）の速度指令として出力する。
【0111】
次に、本発明の作業機械の第２の実施の形態におけるコントローラの速度・姿勢予測部及び速度指令演算部の演算方法の詳細の一例について図９及び図１０を用いて説明する。図９に示すフローチャートは１演算周期分である。図１０中、上図はアームシリンダの速度に関する情報を、下図はブームシリンダの速度に関する情報を示している。また、実線は油圧アクチュエータの実速度を、破線は油圧アクチュエータの速度指令を、一点鎖線は油圧アクチュエータの予測速度を示している。
【0112】
図８に示す速度・姿勢予測部９１５Ａは、先ず、第１の実施の形態の場合と同様に、ＭＣ判定部９１１の判定結果（有効又は無効）に基づきＭＣの実行を判定する（図９に示すフローチャートのステップＳ１０～Ｓ２０）。ステップＳ２０の判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ６０Ａ～Ｓ９０Ａを含むステップＳ３０～ステップＳ１２０の処理を実行する一方、ステップＳ２０の判定がＮＯの場合には、第１の実施の形態と同様なステップＳ２００～ステップＳ２２０の処理を実行する。
【0113】
ステップＳ２０においてＹＥＳと判定した場合、第１の実施の形態の場合と同様に、速度・姿勢予測部９１５Ａは、目標面演算部９１３から目標面の位置情報を取り込む（図９に示すステップＳ３０）。さらに、姿勢演算部９１２から現時刻のフロント作業装置１の姿勢及び制御点の位置を取り込み、取り込んだ情報を基に各油圧アクチュエータ１５～１７の現時刻（現演算周期）の実速度を演算する（図９に示すステップＳ４０～Ｓ５０）。当該実速度の演算は、図１０の上図おける現時刻（現演算周期）の黒点に相当する。ただし、図１０ではアームシリンダ１６の場合のみを示している。
【0114】
次に、速度・姿勢予測部９１５Ａは、現時刻（現演算周期）から第２時間Ｔ２の経過後の未来の時刻（第２未来時刻）に至るまでの各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値の履歴を演算する（図９に示すステップＳ６０Ａ）。具体的には、現時刻（現演算周期）よりも第３時間Ｔ３分の過去の時刻（第３過去時刻）から第２時間Ｔ２分だけ経過した過去の現時刻（過去の演算周期）に至るまでの間に速度指令演算部９１６Ａにより演算及び出力されたアームシリンダ１６の速度指令の過去の履歴を、ステップＳ５０にて演算したアームシリンダ１６の現時刻の速度（実速度）に対して移行させ、第３過去時刻において速度指令演算部９１６Ａが出力したアームシリンダ１６の速度指令をステップＳ５０にて演算したアームシリンダ１６の現時刻の速度（実速度）に一致させる。この移行させたアームシリンダ１６の速度指令の過去の履歴を現時刻から第２未来時刻に至るまでのアームシリンダ１６の速度の予測値の履歴と見なす。すなわち、アームシリンダ１６の現時刻の速度（実速度）を基準として、第３過去時刻から第２時間Ｔ２分だけ経過した過去の時刻に至るまでの間に速度指令演算部９１６Ａから出力されたアームシリンダ１６の速度指令の過去の履歴を基に、現時刻から第２未来時刻に至るまでの時間区間のアームシリンダ１６の速度の未来の履歴を予測するものである。
【0115】
この演算は、図１０に示すＩ（移行）に相当する部分である。すなわち、図１０の上図おいて、第３過去時刻（ｔ０－Ｔ３）から第２時間Ｔ２分だけ経過した過去の時刻（ｔ０－Ｔ３＋Ｔ２）に至るまでの破線（各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令）を、第３過去時刻（ｔ０－Ｔ３）の速度指令の黒点を現時刻（ｔ０）の実速度の黒点に一致させるように移行することで、現時刻（ｔ０）から第２未来時刻（ｔ０＋Ｔ２）に至るまでの一点鎖線（各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値）を生成することに相当する。
【0116】
なお、ブームシリンダ１５の速度の予測値の履歴の演算は、第１の実施の形態の場合の演算方法と類似するものであり、設定時間を第１時間Ｔ１から第２時間Ｔ２に変更したものである。すなわち、ブームシリンダ１５の現時刻の速度（実速度）を基準として、現時刻（現演算周期）よりも第２時間Ｔ２前の過去の時刻（第２過去時刻）から現時刻（現演算周期）に至るまでの間に速度指令演算部９１６Ａから出力されたブームシリンダ１５の速度指令の過去の履歴を基に、現時刻から第２未来時刻に至るまでの時間区間のブームシリンダ１５の速度の未来の履歴を予測するものである。第１の実施の形態の説明で用いた図６を参照すると、図６における第１時間Ｔ１を第２時間Ｔ２に変更したものになる。すなわち、現時刻（現演算周期）ｔ０を基準として、第１未来時刻（ｔ０＋Ｔ１）を第２未来時刻（ｔ０＋Ｔ２）に変更すると共に、第１過去時刻（ｔ０－Ｔ１）を第２過去時刻（ｔ０－Ｔ２）に変更したものになる。これは、ブームシリンダ１５の速度指令が概ね第２時間Ｔ２の応答遅れをもって実速度として達成される一方、アームシリンダ１６の速度指令が概ね第３時間Ｔ３の応答遅れをもって実速度として達成されることを考慮したものである。
【0117】
次いで、速度・姿勢予測部９１５Ａは、現時刻から第２未来時刻に至るまでの間に生じる各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長を予測する（図９に示すステップＳ７０Ａ）。具体的には、ステップＳ６０Ａにて演算した現時刻から第２未来時刻に至るまで間における各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値の履歴を現時刻から第２未来時刻に至るまでの時間区間にて積分することで、現時刻から第２未来時刻に至るまでの間に生じる各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長を予測する。
【0118】
この予測演算は、図１０に示すII（積分＝伸縮長）に相当する部分である。すなわち、図１０の上図おいて、現時刻（ｔ０）から第２未来時刻（ｔ０＋Ｔ２）までの時間区間と一点鎖線（各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値の履歴）とで囲まれた斜線部分の面積が各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長の予測値に相当する。ただし、図１０ではアームシリンダ１６の場合のみを示している。。つまり、ブームシリンダ１５及びバケットシリンダ１７の伸縮長の予測値ついても、図１０に示すII（積分＝伸縮長）に相当する演算を行う。
【0119】
さらに、速度・姿勢予測部９１５Ａは、第２未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置を予測する（図９に示すステップＳ８０Ａ）。具体的には、ステップＳ４０にて取り込んだフロント作業装置１の現時刻の姿勢（ブーム１１、アーム１２、バケット１３の姿勢）及び制御点の位置、ステップＳ７０Ａにて演算した第２未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の伸縮長の予測値、及び、ステップＳ３０にて取り込んだ目標面の位置情報を基に、第２未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置（例えば、制御点から目標面までの距離）を演算する。速度・姿勢予測部９１５Ａは、ステップＳ８０Ａの演算結果である第２未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置、並びに、ステップＳ６０Ａの演算結果である第２未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値を速度指令演算部９１６Ａに出力する。
【0120】
次に、速度指令演算部９１６Ａは、第２未来時刻において所定の条件を満たすために必要なブームシリンダ１５の目標速度を演算する（図９に示すステップＳ９０Ａ）。具体的には、ステップＳ８０Ａにて演算した第２未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢の予測値及び制御点の目標面に対する位置の予測値、並びに、ステップＳ６０Ａにて演算した第２未来時刻における各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値を基に、フロント作業装置１の制御点が第２未来時刻において目標面上に位置することが可能となるブームシリンダ１５の速度を第２未来時刻の目標速度として演算する。
【0121】
図９に示すステップＳ６０Ａ～Ｓ９０Ａの演算は、図１０に示すＩ（移行）からII（積分＝伸縮長）を経て矢印を介して得られるIII（未来時刻の目標速度）に相当する部分である。この演算は、上述の条件の下で、操作装置５２、５３の操作によるアームシリンダ１６及びバケットシリンダ１７の少なくとも一方の動作に応じて、操作装置５１の操作によらないＭＣの発動によるブームシリンダ１５の強制動作の指令を演算する部分である。
【0122】
さらに、速度指令演算部９１６Ａは、第１の実施の形態の場合と同様に、操作量演算部９１４から第２の操作装置５２の操作量としてのパイロット圧を取り込み（図９に示すステップＳ１００）、取り込んだパイロット圧を基に第３未来時刻におけるアームシリンダ１６の目標速度を演算する（図９に示すステップＳ１１０）。第３の操作装置５３も操作されている場合には、第３未来時刻におけるバケットシリンダ１７の目標速度も演算する。
【0123】
最終的に、速度指令演算部９１６Ａは、ステップＳ９０Ａにて演算したブームシリンダ１５の第２未来時刻の目標速度をブームシリンダ１５の現時刻（現演算周期）の速度指令として出力すると共に、ステップＳ１１０にて演算したアームシリンダ１６の目標速度をアームシリンダ１６の現時刻の速度指令として出力する（図９に示すステップＳ１２０）。本ステップＳ１２０におけるブームシリンダ１５の目標速度と速度指令の関係は、図１０に示すIII（未来時刻の目標速度）の黒点からIV（現時刻の速度指令として出力）の黒点への白抜き矢印の部分に相当する。これは、ブームシリンダ１５の速度指令が出力されてから第２時間Ｔ２の応答遅れをもってブームシリンダ１５の実速度として達成されることを考慮したものである。ステップＳ１２０の終了により本演算周期が終了し、スタートに戻って次の演算周期を開始する。
【0124】
次に、本発明の作業機械の第２の実施の形態の動作及び効果について図１１を用いて説明する。図１１中、上段図はアーム操作用の第２の操作装置の操作量の時間履歴を、中段図はアームシリンダの目標速度、速度指令、実速度の時間履歴を、下段図はブームシリンダの目標速度、速度指令、実速度の時間履歴を示している。ここでは、第１の実施の形態の場合と同様に、アーム操作用の第２の操作装置５２のアームクラウド操作がオペレータによって入力されることで、ＭＣによる水平掘削動作が行われる場合について説明する。
【0125】
図１１において、第１期間Ｓ１は、オペレータによる第２の操作装置５２の操作が行われていない期間である。第２期間Ｓ２は、第２の操作装置５２の操作が行われているが、第２の操作装置５２の操作に対して応答遅れの影響によりアームシリンダの動作が行われていない期間である。なお、第２期間Ｓ２のうちの期間Ｓ２（ａ）は、ブームシリンダ１５の応答遅れ時間（概ね第２時間Ｔ２）とアームシリンダ１６の応答遅れ時間（概ね第３時間Ｔ３）の相違により、アームシリンダ１６の速度指令（０でない値）が出力されてもブームシリンダ１５の速度指令が０である期間である。一方、第２期間Ｓ２のうちの期間Ｓ２（ｂ）は、アームシリンダ１６の速度指令の出力に応じてブームシリンダ１５の速度指令（０でない値）が出力されている期間である。第３期間Ｓ３は、第２の操作装置５２の操作によってアームシリンダ１６が動作している期間である。第１期間Ｓ１については、第１の実施の形態の場合と同様なので、その説明を省略する。
【0126】
第２期間Ｓ２では、第２の操作装置５２のアームクラウド操作が入力されている。これにより、速度指令演算部９１６Ａは、操作量検出装置７８の検出信号に応じたアームクラウドパイロット圧を基にアームシリンダ１６の第３時間Ｔ３経過後の目標速度を演算する（図９に示すステップＳ１００～Ｓ１１０）。また、速度・姿勢予測部９１５Ａは、過去に出力された各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令の過去の履歴を基に、第２未来時刻におけるフロント作業装置１の姿勢及び制御点の目標面に対する位置の予測値並びに各油圧アクチュエータ１５～１７の速度の予測値を演算する（図９に示すステップＳ６０Ａ～Ｓ８０Ａ）。この速度・姿勢予測部９１５Ａの演算結果である各予測値を基に、速度指令演算部９１６Ａが所定の条件を満たすブームシリンダ１５の第２未来時刻の目標速度を演算する（図９に示すステップＳ９０Ａ）。
【0127】
本実施の形態においては、ブームシリンダ１５の応答遅れの時間に概ね一致する第２時間Ｔ２の方がアームシリンダ１６の応答遅れの時間に概ね一致する第３時間Ｔ３よりも短いので、第２期間Ｓ２のうち当該第３時間Ｔ３と第２時間Ｔ２との差分に応じた期間Ｓ２（ａ）では、ブームシリンダ１５の第２時間Ｔ２経過後の第２未来時刻の目標速度の演算結果が０となる。速度指令演算部９１６Ａは、ブームシリンダ１５の第２時間Ｔ２経過後（第２未来時刻）の目標速度（０の値）を現時刻において出力すべきブームシリンダ１５の速度指令として、アームシリンダ１６の第３時間Ｔ３経過後の目標速度（操作装置５２の操作量に応じた値）をブームシリンダ１５の速度指令としてアクチュエータ制御部９１７へ出力する。したがって、図１１に示すように、期間Ｓ２（ａ）では、アームシリンダ１６の速度指令が操作装置５２の操作に応じて出力される一方、ブームシリンダ１５の速度指令は０となっている。
【0128】
第２期間のうち期間Ｓ２（ｂ）では、期間Ｓ２（ａ）と同様に、速度指令演算部９１６Ａは、速度・姿勢予測部９１５Ａの演算結果である第２時間Ｔ２経過後の第２未来時刻の各予測値を基に、所定の条件を満たすブームシリンダ１５の第２時間Ｔ２経過後の第２未来時刻の目標速度を演算する（図９に示すステップＳ９０Ａ）。期間Ｓ２（ｂ）では、操作装置５２の操作に応じたアームシリンダ１６の速度指令が出力されてから時間が経過しているので、ブームシリンダ１５の第２時間Ｔ２経過後の第２未来時刻の目標速度として０でない値が演算される。速度指令演算部９１６Ａは、ブームシリンダ１５の第２時間Ｔ２経過後（第２未来時刻）の目標速度（０でない値）を現時刻において出力すべきブームシリンダ１５の速度指令として、アームシリンダ１６の第３時間Ｔ３経過後の目標速度（操作装置５２の操作量に応じた値）をブームシリンダ１５の速度指令として出力する。したがって、図１１に示すように、期間Ｓ２（ｂ）では、アームシリンダ１６の速度指令は操作装置５２の操作に応じて出力されると共に、ブームシリンダ１５の速度指令は、自身の応答遅れ時間（第２時間Ｔ２）を考慮しつつアームシリンダ１６の速度指令に対する応答遅れ時間（第３時間Ｔ３）を考慮した予測動作に対応したものとなる。
【0129】
第３期間Ｓ３では、アームシリンダ１６及びブームシリンダ１５が速度指令の出力に応じて動作している。この場合、速度指令演算部９１６Ａは、現時刻の各油圧アクチュエータ１５～１７の速度も考慮した速度・姿勢予測部９１５Ａの演算結果である第２時間Ｔ２経過後の第２未来時刻の各予測値を基に、所定の条件を満たすブームシリンダ１５の第２時間Ｔ２経過後の第２未来時刻の目標速度を演算する（図９に示すステップＳ９０Ａ）。したがって、第３期間Ｓ３では、図１１に示すように期間Ｓ２（ｂ）の場合と同様に、アームシリンダ１６の速度指令が操作装置５２の操作に応じて出力されると共に、ブームシリンダ１５の速度指令が自身の応答遅れ時間（第２時間Ｔ２）を考慮しつつアームシリンダ１６の速度指令に対する応答遅れ時間（第３時間Ｔ３）を考慮した予測動作に対応したものとなる。
【0130】
このように、本実施の形態においては、ブームシリンダ１５の応答遅れ時間とアームシリンダ１６の応答遅れ時間とが異なる場合であっても、ブームシリンダ１５の応答遅れ時間に対応する第２時間Ｔ２がアームシリンダ１６の応答遅れ時間に対応する第３時間Ｔ３よりも短かい関係（第２時間Ｔ２＜第３時間Ｔ３）であれば、応答遅れ時間を考慮した油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令を出力することが可能である。このため、油圧アクチュエータ１５～１７の目標速度に対する実速度の応答遅れの影響を低減することができる。
【0131】
上述した本発明の作業機械の第２の実施の形態に係るコントローラ８０Ａは、姿勢検出装置３０の検出信号に基づく複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７の各々の現演算周期の実速度、現演算周期よりも所定の第２時間Ｔ２だけ過去の演算周期から現演算周期に至るまでの間に演算したブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の速度指令の過去の履歴、及び、第２時間Ｔ２よりも長い時間である所定の第３時間Ｔ３だけ現演算周期よりも過去の演算周期から第２時間Ｔ２の経過後の過去の演算周期に至るまでの間に演算したブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）以外の油圧アクチュエータ１６、１７の各々の速度指令の過去の履歴を用いて、現演算周期から第２時間Ｔ２の経過後における複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７の各々の速度の予測値、作業装置の姿勢の予測値、フロント作業装置１（作業装置）の制御点の目標面に対する位置の予測値を演算し、演算結果の速度の予測値、姿勢の予測値、位置の予測値を基に、現演算周期から第２時間Ｔ２の経過後にフロント作業装置１（作業装置）の制御点を目標面上に位置させるようなブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の目標速度をブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の現演算周期の速度指令として演算し、演算結果のブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の現演算周期の速度指令に基づいてブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）を制御するための制御信号を出力するように構成されている。
【0132】
この構成によれば、現演算周期よりも第２時間Ｔ２だけ過去の演算周期から現演算周期に至るまでの間に演算したブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の速度指令の過去の履歴、及び、現演算周期よりも第３時間Ｔ３だけ過去の演算周期から第２時間Ｔ２の経過後の過去の演算周期に至るまでの間に演算したアームシリンダ１６及びバケットシリンダ１７（ブームシリンダ１５以外）の速度指令の過去の履歴を用いて、現演算周期から第２時間Ｔ２の経過後における各種の予測値を算出しているので、ブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）とアームシリンダ１６（第２の油圧アクチュエータ）の速度指令に対する実速度の応答遅れの時間が異なる場合であっても、第２時間Ｔ２をブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の当該応答遅れ時間に概ね一致するように設定すると共に、第３時間Ｔ３をアームシリンダ１６（第２の油圧アクチュエータ）の当該応答遅れ時間に概ね一致するように設定することで、各油圧アクチュエータ１５、１６、１７の異なる応答遅れを考慮した各種の予測値を得ることができる。さらに、各油圧アクチュエータ１５、１６、１７の異なる応答遅れを考慮した各種の予測値を基に、現演算周期から第２時間Ｔ２の経過後にフロント作業装置１（作業装置）の制御点が目標面上に位置するようなブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の目標速度を現演算周期の速度指令として演算するので、ブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の応答遅れを考慮しつつ所定の条件を満たすブームシリンダ１５（第１の油圧アクチュエータ）の速度指令を得ることができる。これらのことから、ＭＣにおける各油圧アクチュエータ１５、１６、１７の異なる応答遅れの影響を低減することができるので、フロント作業装置１（作業装置）の動作精度が向上し、フロント作業装置１（作業装置）の制御点を目標面上に沿って移動させることが可能となる。
【0133】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の作業機械の第３の実施の形態について図１２～図１５を用いて説明する。まず、本発明の作業機械の第３の実施の形態におけるコントローラのＭＣ演算部の機能構成について図１２を用いて説明する。図１２は本発明の作業機械の第３の実施の形態の一部を構成するコントローラのＭＣ演算部の機能を示すブロック図である。なお、図１２において、図１～図１１に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
次に、本発明の作業機械の第３の実施の形態について図１２～図１５を用いて説明する。まず、本発明の作業機械の第３の実施の形態におけるコントローラのＭＣ演算部の機能構成について図１２を用いて説明する。図１２は本発明の作業機械の第３の実施の形態の一部を構成するコントローラのＭＣ演算部の機能を示すブロック図である。なお、図１２において、図１～図１１に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【0134】
図１２に示す本発明の作業機械の第３の実施の形態が第２の実施の形態に対して相違する点は、コントローラ８０Ｂのアクチュエータ制御部９１７Ｂ及び油圧ポンプ制御部９１８Ｂの演算結果に対応する指令の出力時期が異なることである。第１の実施の形態に係るコントローラ８０のアクチュエータ制御部９１７及び油圧ポンプ制御部９１８はそれぞれ、各演算周期における各流量制御弁４５～４７の演算結果である目標パイロット圧及び油圧ポンプ４２の目標ポンプ容積を当該演算周期（現時刻）における流量制御弁４５～４７のパイロット圧指令及び油圧ポンプ４２の容積指令として出力するものである。それに対して、本実施の形態に係るコントローラ８０Ｂのアクチュエータ制御部９１７Ｂ及び油圧ポンプ制御部９１８Ｂはそれぞれ、各流量制御弁４５～４７のパイロット圧指令に対する実パイロット圧の応答遅れの時間及び油圧ポンプ４２のポンプ容積指令に対する実容積の応答遅れの時間を考慮して、各演算周期における各流量制御弁４５～４７の演算結果である目標パイロット圧及び油圧ポンプ４２の目標ポンプ容積を遅延させて各流量制御弁４５～４７のパイロット圧指令及び油圧ポンプ４２のポンプ容積指令として出力するものである。
【0135】
具体的には、アクチュエータ制御部９１７Ｂは、各流量制御弁４５～４７のパイロット圧指令に対する実パイロット圧の応答遅れ時間に概ね一致する第４時間Ｔ４に基づき遅延時間を設定し、各演算周期の演算結果である各流量制御弁４５～４７の目標パイロット圧を当該遅延時間後にパイロット圧指令として電磁比例弁制御部９３へ出力する。すなわち、現演算周期よりも遅延時間分過去の演算周期において演算した各流量制御弁４５～４７の目標パイロット圧を現時刻（現演算周期）のパイロット圧指令として出力する。当該遅延時間は、例えば、アームシリンダ１６の速度指令に対する実速度の応答遅れ時間に概ね一致する第３時間Ｔ３から上記第４時間Ｔ４を差し引いた時間（Ｔ３－Ｔ４）である。ただし、第４時間Ｔ４が第３時間Ｔ３よりも短い場合に限って本実施の形態の適用が可能である。
【0136】
また、油圧ポンプ制御部９１８Ｂは、油圧ポンプ４２のポンプ容積指令に対する実容積の応答遅れ時間に概ね一致する第５時間Ｔ５に基づき遅延時間を設定し、各演算周期の演算結果である油圧ポンプ４２の目標ポンプ容積を当該遅延時間後にポンプ容積指令としてレギュレータ制御部９４へ出力する。すなわち、現演算周期よりも遅延時間分過去の演算周期において演算した油圧ポンプ４２の目標ポンプ容積を現時刻（現演算周期）のポンプ容積指令として出力する。当該遅延時間は、例えば、上記第３時間Ｔ３から上記第５時間Ｔ５を差し引いた時間（Ｔ３－Ｔ５）である。ただし、第５時間Ｔ５が第３時間Ｔ３よりも短い場合に限って本実施の形態の適用が可能である。
【0137】
次に、第３実施の形態に係るコントローラのアクチュエータ制御部における演算の処理手順の一例について図１３を用いて説明する。図１３は図１２に示すコントローラのアクチュエータ制御部における演算の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【0138】
アクチュエータ制御部９１７Ｂは、先ず、パイロット圧指令の出力の遅延時間を設定する（ステップＳ３１０）。具体的には、遅延時間は、上述したように、第３時間Ｔ３から第４時間Ｔ４を差し引いた時間（Ｔ３－Ｔ４）である。次いで、速度指令演算部９１６Ａの演算結果である各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令を取り込み（ステップＳ３２０）、取り込んだ各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令に基づき各油圧アクチュエータ１５～１７に対応する流量制御弁４５～４７の目標パイロット圧を演算する（ステップＳ３３０）。その後、ステップＳ３１０にて設定した遅延時間（Ｔ３－Ｔ４）分だけ過去の演算周期において演算した目標パイロット圧を現時刻のパイロット圧指令として電磁比例弁制御部９３へ出力する（ステップＳ３４０）。ステップＳ３４０の処理を終了すると、再びステップＳ３２０～Ｓ３４０の処理（次の演算周期）を行う。
【0139】
次に、第３実施の形態に係るコントローラの油圧ポンプ制御部における演算の処理手順の一例について図１４を用いて説明する。図１４は図１２に示すコントローラの油圧ポンプ制御部における演算の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【0140】
油圧ポンプ制御部９１８Ｂは、先ず、ポンプ容積指令の出力の遅延時間を設定する（ステップＳ４１０）。具体的には、遅延時間は、上述したように、第３時間Ｔ３から第５時間Ｔ５を差し引いた時間（Ｔ３－Ｔ５）である。次いで、速度指令演算部９１６Ａの演算結果である各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令を取り込み（ステップＳ４２０）、取り込んだ各油圧アクチュエータ１５～１７の速度指令に基づき油圧ポンプ４２の目標ポンプ容積を演算する（ステップＳ４３０）。その後、ステップＳ４１０にて設定した遅延時間（Ｔ３－Ｔ５）分だけ過去の演算周期において演算した目標ポンプ容積を現時刻のポンプ容積指令としてレギュレータ制御部９４へ出力する（ステップＳ４４０）。ステップＳ４４０の処理を終了すると、再びステップＳ４２０～Ｓ４４０の処理（次の演算サイクル）を行う。
【0141】
次に、本発明の作業機械の第３の実施の形態の動作及び効果について図１５を用いて説明する。図１５は本発明の作業機械の第３の実施の形態におけるＭＣ実行時の油圧アクチュエータの速度情報に対する制御弁のパイロット圧情報及び油圧ポンプのポンプ容積情報の関係を示す説明図である。図１５中、上段図は油圧アクチュエータの目標速度、速度指令、実速度の時間履歴を、中段図は流量制御弁の目標パイロット圧及びパイロット圧指令の時間履歴を、下段図は油圧ポンプの目標ポンプ容積及びポンプ容積指令の時間履歴を示している。ここでは、第２の実施の形態の場合と同様に、アーム操作用の第２の操作装置５２のアームクラウド操作がオペレータによって入力されることで、ＭＣによる水平掘削動作が行われる場合について説明する。
【0142】
図１５において、アームクラウド操作が入力されると、速度指令演算部９１６Ａは当該操作を基にアームシリンダ１６の第３時間Ｔ３経過後の目標速度を演算し、当該目標速度を現時刻（現演算周期）の速度指令として出力する。
【0143】
アクチュエータ制御部９１７Ｂは、速度指令演算部９１６Ａの出力である現時刻（現演算周期）の速度指令を基に目標パイロット圧を演算し、演算結果の目標パイロット圧をパイロット圧指令として現時刻（現演算周期）からＳ３１０にて設定した遅延時間（第３時間Ｔ３－第４時間Ｔ４）だけ遅延させてから出力する。すなわち、アクチュエータ制御部９１７Ｂのパイロット圧指令は、図１５に示すように、当該パイロット圧指令の演算の基になった速度指令演算部９１６Ａの速度指令の出力に対して遅延時間（第３時間Ｔ３－第４時間Ｔ４）だけ遅れて出力される。このとき、各流量制御弁４５～４７に実際に入力されるパイロット圧は、パイロット圧指令に応じて変化するが、当該パイロット圧指令の出力に対して第４時間Ｔ４の遅れ時間をもって略一致するようになる。
【0144】
また、油圧ポンプ制御部９１８Ｂは、速度指令演算部９１６Ａの出力である現時刻（現演算周期）の速度指令を基に目標ポンプ容積を演算し、演算結果の目標ポンプ容積をポンプ容積指令として現時刻（現演算周期）からＳ４１０にて設定した遅延時間（第３時間Ｔ３－第５時間Ｔ５）だけ遅延させてから出力する。すなわち、油圧ポンプ制御部９１８Ｂのポンプ容積指令は、図１５に示すように、当該ポンプ容積指令の演算の基になった速度指令演算部９１６Ａの速度指令の出力に対して遅延時間（第３時間Ｔ３－第５時間Ｔ５）だけ遅れて出力される。このとき、油圧ポンプ４２の実ポンプ容積は、ポンプ容積指令に応じて変化するが、当該ポンプ容積指令の出力に対して第５時間Ｔ５の遅れ時間をもって略一致するようになる。
【0145】
このように、本実施の形態においては、流量制御弁４５～４７のパイロット圧指令に対する実パイロット圧の応答遅れ時間と油圧ポンプ４２のポンプ容積指令に対する実ポンプ容積の応答遅れ時間とが異なる場合であっても、流量制御弁４５～４７の応答遅れ時間に対応する第４時間Ｔ４がアームシリンダ１６の応答遅れ時間に対応する第３時間Ｔ３よりも短かく、かつ、油圧ポンプ４２の応答遅れ時間に対応する第５時間Ｔ５がアームシリンダ１６の応答遅れ時間に対応する第３時間Ｔ３よりも短かい関係（第４時間Ｔ４＜第３時間Ｔ３かつ第５時間Ｔ５＜第３時間Ｔ３）であれば、当該応答遅れを考慮した流量制御弁４５～４７のパイロット圧指令及び油圧ポンプ４２のポンプ容積指令を出力することが可能である。このため、図１５の上段図に示すように、アームシリンダ１６の速度指令に対する実速度の応答遅れの影響を低減することができる。
【0146】
上述した本発明の作業機械の第３の実施の形態においては、複数の流量制御弁４５、４６、４７（制御弁）がそれぞれパイロット圧の作用により駆動する油圧パイロット式である。また、コントローラ８０Ｂは、演算結果の複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７の各々の速度指令に応じて、複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７の各々に対応する流量制御弁４５、４６、４７（制御弁）を駆動させるための目標パイロット圧を演算し、演算結果の目標パイロット圧を、第３時間Ｔ３以下である所定の第４時間Ｔ４を第３時間Ｔ３から減じた時間分だけ現演算周期から遅延させてパイロット圧指令として出力するように構成されている。
【0147】
この構成によれば、第４時間Ｔ４を流量制御弁４５、４６、４７（制御弁）のパイロット圧指令に対する実パイロット圧の応答遅れ時間に概ね一致するように設定することで、流量制御弁４５～４７の当該応答遅れ及び流量制御弁４５～４７の当該応答遅れとアームシリンダ１６の応答遅れとの関係を考慮して各流量制御弁４５～４７のパイロット圧指令を出力することが可能となるので、各油圧アクチュエータ１５、１６、１７の速度指令に対する実速度の応答遅れの影響を低減することができる。
【0148】
また、本実施の形態においては、油圧ポンプ４２がポンプ容積を変更可能なレギュレータ４２ａを有する。コントローラ８０Ｂは、演算結果の複数の油圧アクチュエータ１５、１６、１７の速度指令に応じて油圧ポンプ４２の目標ポンプ容積を演算し、演算結果の目標ポンプ容積を、第３時間Ｔ３以下である所定の第５時間Ｔ５を第３時間Ｔ３から減じた時間分だけ現演算周期から遅延させてポンプ容積指令としてレギュレータ４２ａへ出力するように構成されている。
【0149】
この構成によれば、第５時間Ｔ５を油圧ポンプ４２のポンプ容積指令に対する実ポンプ容積の応答遅れ時間に概ね一致するように設定することで、油圧ポンプ４２の当該応答遅れ及び油圧ポンプ４２の当該応答遅れとアームシリンダ１６の応答遅れとの関係を考慮して油圧ポンプ４２のポンプ容積指令を出力することが可能となるので、各油圧アクチュエータ１５、１６、１７の速度指令に対する実速度の応答遅れの影響を低減することができる。
【0150】
［その他の実施の形態］
なお、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施形態は本発明をわかり易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。ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
なお、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施形態は本発明をわかり易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。ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【0151】
例えば、上述した第１～第３の実施の形態においては、フロント作業装置１（作業装置）の先端の作業具（アタッチメント）としてバケット１３を備える油圧ショベルを例示した。しかし、ブレーカやマグネットなどのバケット１３以外のアタッチメントを備える油圧ショベルに対しても本発明を適用することが可能である。また、複数の被駆動部材（ブーム１１、アーム１２、アタッチメント等）を連結して構成された多関節型の作業装置を有するものであれば、油圧ショベル以外の各種の作業機械に対しても本発明を適用することも可能である。
【0152】
また、上述した実施の形態においては、オペレータにより第２の操作装置５２のアームクラウド操作が入力された場合においてブームシリンダ１５を強制的に動作させる制御について説明した。しかし、オペレータの操作によらずにフロント作業装置１が作業を行う無人の作業機械に対しても本発明を適用することが可能である。すなわち、所定の条件下において、操作装置５１～５３の操作によらないブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７のいずれかの動作に応じて、残りの少なくとも１つの油圧シリンダを強制的に動作させる制御に対して本発明を適用することが可能である。
【0153】
また、上述した第３の実施の形態においては、ブームシリンダ１５の速度指令に対する実速度の応答遅れの時間が概ね第２時間Ｔ２である一方、アームシリンダ１６の速度指令に対する実速度の応答遅れの時間が概ね第３時間Ｔ３である場合（第２の実施の形態の場合）を前提として、コントローラ８０Ｂのアクチュエータ制御部９１７Ｂ及び油圧ポンプ制御部９１８Ｂが指令出力の遅延時間を設定する例を示した。それに対して、ブームシリンダ１５及びアームシリンダ１６の速度指令に対する実速度の応答遅れの時間が共通で概ね第１時間Ｔ１である場合（第１の実施の形態の場合）を前提として、コントローラ８０Ｂのアクチュエータ制御部９１７Ｂ及び油圧ポンプ制御部９１８Ｂの指令出力の遅延時間を設定することも可能である。この場合、アクチュエータ制御部９１７Ｂが設定する遅延時間は、アームシリンダ１６の速度指令に対する実速度の応答遅れ時間に概ね一致する上述の第１時間Ｔ１から各流量制御弁４５～４７のパイロット圧指令に対する実パイロット圧の応答遅れ時間に概ね一致する上述の第４時間Ｔ４を差し引いた時間（Ｔ１－Ｔ４）となる。また、油圧ポンプ制御部９１８Ｂが設定する遅延時間は、上述の第１時間Ｔ１から油圧ポンプ４２のポンプ容積指令に対する実容積の応答遅れ時間に概ね一致する上述の第５時間Ｔ５を差し引いた時間（Ｔ１－Ｔ５）となる。この場合においても、第３の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0154】
１…フロント作業装置（作業装置）、 １１…ブーム、 １２…アーム、 １５…ブームシリンダ（第１の油圧アクチュエータ）、 １６…アームシリンダ（第２の油圧アクチュエータ）、 １７…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）、 ３０…姿勢検出装置、 ４２…油圧ポンプ、 ４２ａ…レギュレータ、 ４５…第１の流量制御弁（制御弁）、 ４６…第２の流量制御弁（制御弁）、 ４７…第３の流量制御弁（制御弁）、 ８０、８０Ａ、８０Ｂ…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】