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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】2024-10-15
(45)【発行日】2024-10-23
(54)【発明の名称】作業機械
(51)【国際特許分類】
E02F 3/43 20060101AFI20241016BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20241016BHJP
【ＦＩ】
E02F3/43 C
E02F9/20 Q
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021016619
(22)【出願日】2021-02-04
(65)【公開番号】P2022119470
(43)【公開日】2022-08-17
【審査請求日】2023-12-06
(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】亀岡 遼太
(72)【発明者】
【氏名】廻谷 修一
(72)【発明者】
【氏名】楢▲崎▼ 昭広
【審査官】荒井 良子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－００２７５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１６６５０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－００７３７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０９０１８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１１７３４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第１００６６３６７（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ３／４３
Ｅ０２Ｆ ３／８４－３／８５
Ｅ０２Ｆ ９／２０－９／２２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
機体と、前記機体に取り付けられ、ブーム、アーム及び作業具を有する多関節型の作業装置と、前記機体の位置を検出する位置センサと、前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサと、前記機体の傾斜状態を検出する傾斜センサと、目標面を設定し、前記作業具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制御装置と、を備えた作業機械において、前記制御装置は、
前記位置センサの検出結果、前記姿勢センサの検出結果及び前記傾斜センサの検出結果に基づいて、前記目標面を基準とした前記作業具の位置及び速度を演算し、
前記作業具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しているときに、前記傾斜センサの検出結果に基づいて、前記機体が揺れているか否かを判定し、
前記機体が揺れていると判定された場合には、前記作業具の揺れを減衰させるように、前記作業装置の減衰制御を実行し、
前記制御装置は、前記減衰制御において、
前記作業具を仮想ばね及び仮想ダンパで支持する力学モデルに基づいて、前記作業具の前記速度を減衰させるための作業具目標速度を演算し、
前記作業具の前記速度が前記作業具目標速度に近づくように、前記ブームを駆動させる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に記載の作業機械において、前記制御装置は、
前記傾斜センサの検出結果に基づいて、前記機体の傾斜角速度を演算し、
前記機体の傾斜角速度が所定値よりも大きい場合、前記機体が揺れていると判定して前記減衰制御を実行し、
前記減衰制御を実行した後、前記機体の傾斜角速度が前記所定値よりも小さい場合であっても、前記作業具と前記目標面との距離が所定距離以上である場合には、前記減衰制御を継続する、
ことを特徴とする作業機械。
【請求項3】
請求項１に記載の作業機械において、前記制御装置は、
前記傾斜センサの検出結果に基づいて、前記機体の傾斜角速度を演算し、
前記機体の傾斜角速度が所定値よりも大きい場合、前記機体が揺れていると判定して前記減衰制御を実行し、
前記減衰制御を実行した後、前記機体の傾斜角速度が前記所定値よりも小さい場合であっても、前記作業具の前記速度が所定速度以上である場合には、前記減衰制御を継続する、
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、作業機械に関する。
【背景技術】
【0002】
下部走行体及び上部旋回体からなる車体と、上部旋回体に伏仰可能に設けられ、ブーム、アーム、バケットを有する多関節型のフロント作業装置と、を備えた油圧ショベル等の作業機械が知られている。特許文献１には、目標掘削面に沿って掘削が行われるように、オペレータによるフロント作業装置の操作を補助する機能を備えた作業機械が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００３－１０５７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
作業現場の地面に凹凸、段差などがあると、作業中に作業機械が揺れてしまい、安定した作業が行えないという問題がある。なお、特許文献１には、油圧ショベルの車体が一方側に浮き上がった状態になった場合に、フロント作業装置を上方側へ予めずらす技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、浮き上がった状態から車体が急激に落下するように復帰したときに、バケットが目標掘削面よりも下方へずれて食い込んでしまうことを防止するためのものであり、上記問題を解決できる技術ではなく、状況によっては揺れをさらに大きくしてしまうおそれもある。
【0005】
本発明は、作業現場の地面に凹凸、段差などがあることに起因して、作業機械が揺れてしまった場合であっても安定した作業が可能な作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様による作業機械は、機体と、前記機体に取り付けられ、ブーム、アーム及び作業具を有する多関節型の作業装置と、前記機体の位置を検出する位置センサと、前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサと、前記機体の傾斜状態を検出する傾斜センサと、目標面を設定し、前記作業具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制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記位置センサの検出結果、前記姿勢センサの検出結果及び前記傾斜センサの検出結果に基づいて、前記目標面を基準とした前記作業具の位置及び速度を演算し、前記作業具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しているときに、前記傾斜センサの検出結果に基づいて、前記機体が揺れているか否かを判定し、前記機体が揺れていると判定された場合には、前記作業具の揺れを減衰させるように、前記作業装置の減衰制御を実行する。前記制御装置は、前記減衰制御において、前記作業具を仮想ばね及び仮想ダンパで支持する力学モデルに基づいて、前記作業具の前記速度を減衰させるための作業具目標速度を演算し、前記作業具の前記速度が前記作業具目標速度に近づくように、前記ブームを駆動させるアクチュエータを制御する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、作業機械が揺れてしまった場合であっても安定した作業が可能な作業機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の実施形態に係る油圧ショベルの斜視図。
【図2】油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置の概略構成図。
【図3】油圧制御ユニットの構成図。
【図4】コントローラの機能ブロック図。
【図5】油圧ショベルにおける座標系（ショベル基準座標系）を示す図。
【図6】バケットの爪先が補正後の目標速度ベクトルＶｃａの通りに制御されたときの、バケットの爪先の軌跡の一例を示す図。
【図7】マシンコントロールによる水平掘削動作の例を示す図。
【図8】コントローラにより実行される減衰制御フラグの設定処理の内容について示すフローチャート。
【図9】仮想ばね、仮想ダンパ及び仮想質点を組み合わせた力学モデルを示す図。
【図10】本実施形態の変形例に係るコントローラによって設定される目標面距離について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態に係る作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
【0010】
図１は、本実施の形態に係る油圧ショベルの斜視図である。
【0011】
図１に示すように、油圧ショベル（作業機械）１は、車体（機体）１Ａと、車体１Ａに取り付けられる多関節型のフロント作業装置（以下、単に作業装置と記す）１Ｂと、を備える。車体１Ａ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、を備える。下部走行体１１は、走行右モータ（不図示）及び走行左モータ３ｂによって走行駆動される。上部旋回体１２は、旋回油圧モータ４によって旋回駆動される。
【0012】
作業装置１Ｂは、回動可能に連結される複数の被駆動部材（８，９，１０）及び被駆動部材を駆動する複数の油圧シリンダ（５，６，７）を有する。本実施形態では、３つの被駆動部材としてのブーム８、アーム９及びバケット１０が、直列的に連結される。ブーム８は、その基端部が上部旋回体１２の前部においてブームピン９１（図５参照）によって回動可能に連結される。アーム９は、その基端部がブーム８の先端部においてアームピン９２（図５参照）によって回動可能に連結される。作業具であるバケット１０は、アーム９の先端部においてバケットピン９３（図５参照）によって回動可能に連結される。ブームピン９１、アームピン９２、バケットピン９３は、互いに平行に配置され、各被駆動部材（８，９，１０）は同一面内で相対回転可能とされている。
【0013】
ブーム８は、ブームシリンダ５の伸縮動作によって上下方向に回動する。アーム９は、アームシリンダ６の伸縮動作によって回動する。バケット１０は、バケットシリンダ７の伸縮動作によって回動する。ブームシリンダ５は、その一端側がブーム８に接続され他端側が上部旋回体１２のフレームに接続されている。アームシリンダ６は、その一端側がアーム９に接続され他端側がブーム８に接続されている。バケットシリンダ７は、その一端側がバケットリンク（リンク部材）を介してバケット１０に接続され他端側がアーム９に接続されている。
【0014】
上部旋回体１２の前部左側には、オペレータが搭乗する運転室１Ｃが設けられている。運転室１Ｃには、下部走行体１１への動作指示を行うための走行右レバー１３ａ及び走行左レバー１３ｂと、ブーム８、アーム９、バケット１０及び上部旋回体１２への動作指示を行うための操作右レバー１４ａ及び操作左レバー１４ｂとが配置されている。
【0015】
ブーム８を上部旋回体１２に連結するブームピン９１には、ブーム８の回動角度を検出するブーム角度センサ２１が取り付けられている。アーム９をブーム８に連結するアームピン９２には、アーム９の回動角度を検出するアーム角度センサ２２が取り付けられている。バケット１０をアーム９に連結するバケットピン９３には、バケット１０の回動角度を検出するバケット角度センサ２３が取り付けられている。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１Ａ）の前後方向の傾斜角を検出する車体傾斜角度センサ２４が取り付けられている。角度センサ２１～２３及び車体傾斜角度センサ２４から出力される角度信号は、後述のコントローラ２０（図２参照）に入力される。
【0016】
図２は、図１に示す油圧ショベル１に搭載された油圧駆動装置１００の概略構成図である。なお、説明の簡略化のため、図２では、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及び旋回油圧モータ４の駆動に関わる部分のみを示し、その他の油圧アクチュエータの駆動に関わる部分は省略している。
【0017】
図２に示すように、油圧駆動装置１００は、油圧アクチュエータ（４～７）と、原動機４９と、原動機４９によって駆動される油圧ポンプ２及びパイロットポンプ４８と、油圧ポンプ２から油圧アクチュエータ４～７に供給される作動油（作動流体）の方向及び流量を制御する流量制御弁１６ａ～１６ｄと、流量制御弁１６ａ～１６ｄを操作するための油圧パイロット方式の操作装置１５Ａ～１５Ｄと、油圧制御ユニット６０と、シャトルブロック４６と、油圧ショベル１の各部を制御する制御装置としてのコントローラ２０と、を備えている。
【0018】
原動機４９は、油圧ショベル１の動力源であり、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。油圧ポンプ２は、一対の入出力ポートを有する傾転斜板機構（不図示）と、斜板の傾斜角を調整して吐出容量（押しのけ容積）を調整するレギュレータ４７と、を備えている。レギュレータ４７は、後述のシャトルブロック４６から供給されるパイロット圧によって操作される。
【0019】
パイロットポンプ４８は、ロック弁５１を介して後述のパイロット圧制御弁５２～５９及び油圧制御ユニット６０に接続されている。ロック弁５１は、運転室１Ｃの入口付近に設けられたゲートロックレバー（不図示）の操作に応じて開閉する。ゲートロックレバーが運転室１Ｃの入口を制限する位置（押し下げ位置）に操作されたときは、コントローラ２０からの指令によってロック弁５１が開く。これにより、パイロットポンプ４８の吐出圧（以下、パイロット一次圧）がパイロット圧制御弁５２～５９及び油圧制御ユニット６０に供給され、操作装置１５Ａ～１５Ｄによる流量制御弁１６ａ～１６ｄの操作が可能となる。一方、ゲートロックレバーが運転室１Ｃの入口を開放する位置（押し上げ位置）に操作されたときは、コントローラ２０からの指令によってロック弁５１が閉じる。これにより、パイロットポンプ４８からパイロット圧制御弁５２～５９及び油圧制御ユニット６０へのパイロット一次圧の供給が停止し、操作装置１５Ａ～１５Ｄによる流量制御弁１６ａ～１６ｄの操作が不能となる。
【0020】
操作装置１５Ａは、ブーム８（ブームシリンダ５）を操作する操作装置であって、ブーム用操作レバー１５ａと、ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２と、ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３とを有する。ここで、ブーム用操作レバー１５ａは、例えば前後方向に操作されるときの操作右レバー１４ａ（図１参照）に相当する。
【0021】
ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、ブーム用操作レバー１５ａのブーム上げ方向のレバーストローク（以下、操作量）に応じたパイロット圧（以下、ブーム上げ用パイロット圧）を生成する。ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２から出力されたブーム上げ用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック４６及びパイロット配管５２９を介してブーム用流量制御弁１６ａの一方（図示左側）のパイロット受圧部に導かれ、ブーム用流量制御弁１６ａを図示右方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がブームシリンダ５のボトム側に供給されると共にロッド側の作動油がタンク５０に排出され、ブームシリンダ５が伸長する。
【0022】
ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、ブーム用操作レバー１５ａのブーム下げ方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、ブーム下げ用パイロット圧）を生成する。ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３から出力されたブーム下げ用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック４６及びパイロット配管５３９を介してブーム用流量制御弁１６ａの他方（図示右側）のパイロット受圧部に導かれ、ブーム用流量制御弁１６ａを図示左方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がブームシリンダ５のロッド側に供給されると共にボトム側の作動油がタンク５０に排出され、ブームシリンダ５が収縮する。
【0023】
操作装置１５Ｂは、アーム９（アームシリンダ６）を操作する操作装置であって、アーム用操作レバー１５ｂと、アームクラウド用パイロット圧制御弁５４と、アームダンプ用パイロット圧制御弁５５とを有する。ここで、アーム用操作レバー１５ｂは、例えば左右方向に操作されるときの操作左レバー１４ｂ（図１参照）に相当する。
【0024】
アームクラウド用パイロット圧制御弁５４は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、アーム用操作レバー１５ｂのアームクラウド方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、アームクラウド用パイロット圧）を生成する。アームクラウド用パイロット圧制御弁５４から出力されたアームクラウド用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック４６及びパイロット配管５４９を介してアーム用流量制御弁１６ｂの一方（図示左側）のパイロット受圧部に導かれ、アーム用流量制御弁１６ｂを図示右方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がアームシリンダ６のボトム側に供給されると共にロッド側の作動油がタンク５０に排出され、アームシリンダ６が伸長する。
【0025】
アームダンプ用パイロット圧制御弁５５は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、アーム用操作レバー１５ｂのアームダンプ方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、アームダンプ用パイロット圧）を生成する。アームダンプ用パイロット圧制御弁５５から出力されたアームダンプ用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック４６及びパイロット配管５５９を介してアーム用流量制御弁１６ｂの他方（図示右側）のパイロット受圧部に導かれ、アーム用流量制御弁１６ｂを図示左方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がアームシリンダ６のロッド側に供給されると共にボトム側の作動油がタンク５０に排出され、アームシリンダ６が収縮する。
【0026】
操作装置１５Ｃは、バケット１０（バケットシリンダ７）を操作する操作装置であって、バケット用操作レバー１５ｃと、バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６と、バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７とを有する。ここで、バケット用操作レバー１５ｃは、例えば左右方向に操作されるときの操作右レバー１４ａ（図１参照）に相当する。
【0027】
バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、バケット用操作レバー１５ｃのバケットクラウド方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、バケットクラウド用パイロット圧）を生成する。バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６から出力されたバケットクラウド用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック４６及びパイロット配管５６９を介してバケット用流量制御弁１６ｃの一方（図示左側）のパイロット受圧部に導かれ、バケット用流量制御弁１６ｃを図示右方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がバケットシリンダ７のボトム側に供給されると共にロッド側の作動油がタンク５０に排出され、バケットシリンダ７が伸長する。
【0028】
バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、バケット用操作レバー１５ｃのバケットダンプ方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、バケットダンプ用パイロット圧）を生成する。バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７から出力されたバケットダンプ用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック４６及びパイロット配管５７９を介してバケット用流量制御弁１６ｃの他方（図示右側）のパイロット受圧部に導かれ、バケット用流量制御弁１６ｃを図示左方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がバケットシリンダ７のロッド側に供給されると共にボトム側の作動油がタンク５０に排出され、バケットシリンダ７が収縮する。
【0029】
操作装置１５Ｄは、旋回用操作レバー１５ｄと、右旋回用パイロット圧制御弁５８と、左旋回用パイロット圧制御弁５９とを有する。ここで、旋回用操作レバー１５ｄは、例えば前後方向に操作されるときの操作左レバー１４ｂ（図１参照）に相当する。
【0030】
右旋回用パイロット圧制御弁５８は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、旋回用操作レバー１５ｄの右旋回方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、右旋回用パイロット圧）を生成する。右旋回用パイロット圧制御弁５８から出力された右旋回用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック４６及びパイロット配管５８９を介して旋回用流量制御弁１６ｄの一方（図示右側）のパイロット受圧部に導かれ、旋回用流量制御弁１６ｄを図示左方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油が旋回油圧モータ４の一方（図示右側）の出入口ポートに流入すると共に他方（図示左側）の出入口ポートから流出した作動油がタンク５０に排出され、旋回油圧モータ４が一方向（上部旋回体１２を右旋回させる方向）に回転する。
【0031】
左旋回用パイロット圧制御弁５９は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、旋回用操作レバー１５ｄの左旋回方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、左旋回用パイロット圧）を生成する。左旋回用パイロット圧制御弁５９から出力された左旋回用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック４６及びパイロット配管５９９を介して旋回用流量制御弁１６ｄの他方（図示左側）のパイロット受圧部に導かれ、旋回用流量制御弁１６ｄを図示右方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油が旋回油圧モータ４の他方（図示左側）の出入口ポートに流入すると共に一方（図示右側）の出入口ポートから流出した作動油がタンク５０に排出され、旋回油圧モータ４が他方向（上部旋回体１２を左旋回させる方向）に回転する。
【0032】
油圧制御ユニット６０は、マシンコントロール（ＭＣ）を実行するための装置であり、パイロット圧制御弁５２～５７から入力されたパイロット圧をコントローラ２０からの指令に応じて補正し、シャトルブロック４６に出力する。これにより、オペレータのレバー操作に関わらず、作業装置１Ｂに所望の動作をさせることが可能となる。
【0033】
シャトルブロック４６は、油圧制御ユニット６０から入力されたパイロット圧をパイロット配管５２９，５３９，５４９，５５９，５６９，５７９に出力する。また、シャトルブロック４６は、入力されたパイロット圧のうちの最大のパイロット圧を選択し、油圧ポンプ２のレギュレータ４７に出力する。これにより、操作レバー１５ａ～１５ｄの操作量に応じて油圧ポンプ２の吐出流量を制御することが可能となる。
【0034】
【0035】
図３に示すように、油圧制御ユニット６０は、電磁遮断弁６１と、シャトル弁５２２，５３４，５６４，５７４と、電磁比例弁５２５，５３２，５３７，５４２，５５２，５６２，５６７，５７２，５７７と、を備えている。
【0036】
電磁遮断弁６１の入口ポートは、ロック弁５１（図２参照）の出口ポートに接続されている。電磁遮断弁６１の出口ポートは、電磁比例弁５２５，５３７，５６７，５７７の入口ポートに接続されている。電磁遮断弁６１は、非通電時は開度をゼロとし、コントローラ２０からの電流供給により開度を最大とする。マシンコントロールを有効にする場合は、電磁遮断弁６１の開度を最大とし、電磁比例弁５２５，５３７，５６７，５７７へのパイロット一次圧の供給を開始する。一方、マシンコントロールを無効にする場合は、電磁遮断弁６１の開度をゼロとし、電磁比例弁５２５，５３７，５６７，５７７へのパイロット一次圧の供給を停止する。
【0037】
マシンコントロールの有効と無効の切り替えは、運転室１Ｃ内に設けられるＭＣスイッチ２６（図２参照）からの操作信号に基づいて行われる。ＭＣスイッチ２６は、例えば、操作右レバー１４ａあるいは操作左レバー１４ｂに設けられるオルタネイト動作型のスイッチである。コントローラ２０は、ＭＣスイッチ２６からマシンコントロールを有効とする操作信号が入力されると、電磁遮断弁６１のソレノイドへ制御電流を供給し、電磁遮断弁６１の開度を最大にする。コントローラ２０は、ＭＣスイッチ２６からマシンコントロールを無効とする操作信号が入力されると、電磁遮断弁６１のソレノイドへの制御電流の供給を停止し、電磁遮断弁６１の開度をゼロにする。
【0038】
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つの入口ポートから入力された圧力のうち高圧側を出口ポートから出力する。シャトル弁５２２の一方の入口ポートは、パイロット配管５２１を介してブーム上げ用パイロット圧制御弁５２に接続されている。シャトル弁５２２の他方の入口ポートは、パイロット配管５２４を介して電磁比例弁５２５の出口ポートに接続されている。シャトル弁５２２の出口ポートは、パイロット配管５２３を介してシャトルブロック４６に接続されている。
【0039】
電磁比例弁５２５の入口ポートは、電磁遮断弁６１の出口ポートに接続されている。電磁比例弁５２５の出口ポートは、パイロット配管５２４を介してシャトル弁５２２の他方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５２５は、非通電時は開度をゼロとし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を増大させる。電磁比例弁５２５は、電磁遮断弁６１を介して供給されたパイロット一次圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５２４に出力する。これにより、ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２からパイロット配管５２１にブーム上げパイロット圧が供給されていない場合でも、パイロット配管５２３にブーム上げパイロット圧を供給することが可能となる。なお、ブーム上げ動作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５２５は非通電状態とされ、電磁比例弁５２５の開度はゼロとなる。このとき、ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２から供給されたブーム上げ用パイロット圧がブーム用流量制御弁１６ａの一方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたブーム上げ動作が可能となる。
【0040】
シャトル弁５３４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つの入口ポートから入力された圧力のうち高圧側を出口ポートから出力する。シャトル弁５３４の一方の入口ポートは、パイロット配管５３３を介して電磁比例弁５３２の出口ポートに接続されている。シャトル弁５３４の他方の入口ポートはパイロット配管５３６を介して電磁比例弁５３７の出口ポートに接続されている。シャトル弁５３４の出口ポートは、パイロット配管５３５を介してシャトルブロック４６に接続されている。
【0041】
電磁比例弁５３２の入口ポートは、パイロット配管５３１を介してブーム下げ用パイロット圧制御弁５３に接続されている。電磁比例弁５３２の出口ポートは、パイロット配管５３３を介してシャトル弁５３４の一方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５３２は、非通電時は開度を最大とし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を最大からゼロまで減少させる。電磁比例弁５３２は、パイロット配管５３１を介して入力されたブーム下げ用パイロット圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５３３に出力する。これにより、オペレータのレバー操作によるブーム下げ用パイロット圧を減圧したり、ゼロにしたりすることが可能となる。
【0042】
電磁比例弁５３７の入口ポートは、電磁遮断弁６１の出口ポートに接続されており、電磁比例弁５３７の出口ポートは、パイロット配管５３６を介してシャトル弁５３４の他方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５３７は、非通電時は開度をゼロとし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を増大させる。電磁比例弁５３７は、電磁遮断弁６１を介して供給されたパイロット一次圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５３６に出力する。これにより、ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３からパイロット配管５３１にブーム下げ用パイロット圧が供給されていない場合でも、パイロット配管５３５にブーム下げ用パイロット圧を供給することが可能となる。なお、ブーム下げ動作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５３２，５３７は非通電状態とされ、電磁比例弁５３２の開度は全開となり、電磁比例弁５３７の開度はゼロとなる。このとき、ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３から供給されたブーム下げ用パイロット圧がブーム用流量制御弁１６ａの他方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたブーム下げ動作が可能となる。
【0043】
電磁比例弁５４２の入口ポートは、パイロット配管５４１を介してアームクラウド用パイロット圧制御弁５４に接続されている。電磁比例弁５４２の出口ポートは、パイロット配管５４３を介してシャトルブロック４６に接続されている。電磁比例弁５４２は、非通電時は開度を最大とし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を最大からゼロまで減少させる。電磁比例弁５４２は、パイロット配管５４１を介して入力されたアームクラウド用パイロット圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５４３に出力する。これにより、オペレータのレバー操作によるアームクラウド用パイロット圧を減圧したり、ゼロにしたりすることが可能となる。なお、アームクラウド動作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５４２は非通電状態とされ、電磁比例弁５４２の開度は全開となる。このとき、アームクラウド用パイロット圧制御弁５４から供給されたアームクラウド用パイロット圧がアーム用流量制御弁１６ｂの一方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたアームクラウド動作が可能となる。
【0044】
電磁比例弁５５２の入口ポートは、パイロット配管５５１を介してアームダンプ用パイロット圧制御弁５５に接続されている。電磁比例弁５５２の出口ポートは、パイロット配管５５３を介してシャトルブロック４６に接続されている。電磁比例弁５５２は、非通電時は開度を最大とし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を最大からゼロまで減少させる。電磁比例弁５５２は、パイロット配管５５１を介して入力されたアームダンプ用パイロット圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５５３に出力する。これにより、オペレータのレバー操作によるアームダンプ用パイロット圧を減圧したり、ゼロにしたりすることが可能となる。なお、アームダンプ動作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５５２は非通電状態とされ、電磁比例弁５５２の開度は全開となる。このとき、アームダンプ用パイロット圧制御弁５５から供給されたアームダンプ用パイロット圧がアーム用流量制御弁１６ｂの他方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたアームダンプ動作が可能となる。
【0045】
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つの入口ポートから入力された圧力のうち高圧側を出口ポートから出力する。シャトル弁５６４の一方の入口ポートは、パイロット配管５６３を介して電磁比例弁５６２の出口ポートに接続されている。シャトル弁５６４の他方の入口ポートはパイロット配管５６６を介して電磁比例弁５６７の出口ポートに接続されている。シャトル弁５６４の出口ポートは、パイロット配管５６５を介してシャトルブロック４６に接続されている。
【0046】
電磁比例弁５６２の入口ポートは、パイロット配管５６１を介してバケットクラウド用パイロット圧制御弁５６に接続されている。電磁比例弁５６２の出口ポートは、パイロット配管５６３を介してシャトル弁５６４の一方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５６２は、非通電時は開度を最大とし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を最大からゼロまで減少させる。電磁比例弁５６２は、パイロット配管５６１を介して入力されたバケットクラウド用パイロット圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５６３に出力する。これにより、オペレータのレバー操作によるバケットクラウド用パイロット圧を減圧したり、ゼロにしたりすることが可能となる。
【0047】
電磁比例弁５６７の入口ポートは、電磁遮断弁６１の出口ポートに接続されており、電磁比例弁５６７の出口ポートは、パイロット配管５６６を介してシャトル弁５６４の他方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５６７は、非通電時は開度をゼロとし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を増大させる。電磁比例弁５６７は、電磁遮断弁６１を介して供給されたパイロット一次圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５６６に出力する。これにより、バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６からパイロット配管５６１にバケットクラウド用パイロット圧が供給されていない場合でも、パイロット配管５６５にバケットクラウド用パイロット圧を供給することが可能となる。なお、バケットクラウド動作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５６２，５６７は非通電状態とされ、電磁比例弁５６２の開度は全開となり、電磁比例弁５６７の開度はゼロとなる。このとき、バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６から供給されたバケットクラウド用パイロット圧がバケット用流量制御弁１６ｃの一方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたバケットクラウド動作が可能となる。
【0048】
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つの入口ポートから入力された圧力のうち高圧側を出口ポートから出力する。シャトル弁５７４の一方の入口ポートはパイロット配管５７３を介して電磁比例弁５７２の出口ポートに接続されている。シャトル弁５７４の他方の入口ポートは、パイロット配管５７６を介して電磁比例弁５７７の出口ポートに接続されている。シャトル弁５７４の出口ポートは、パイロット配管５７５を介してシャトルブロック４６に接続されている。
【0049】
電磁比例弁５７２の入口ポートは、パイロット配管５７１を介してバケットダンプ用パイロット圧制御弁５７に接続されている。電磁比例弁５７２の出口ポートは、パイロット配管５７３を介してシャトル弁５７４の一方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５７２は、非通電時は開度を最大とし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を最大からゼロまで減少させる。電磁比例弁５７２は、パイロット配管５７１を介して入力されたバケットダンプ用パイロット圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５７３に供給する。これにより、オペレータのレバー操作によるバケットダンプ用パイロット圧を減圧したり、ゼロにしたりすることが可能となる。
【0050】
電磁比例弁５７７の入口ポートは、電磁遮断弁６１の出口ポートに接続されている。電磁比例弁５７７の出口ポートは、パイロット配管５７６を介してシャトル弁５７４の他方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５７７は、非通電時は開度をゼロとし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を増大させる。電磁比例弁５７７は、電磁遮断弁６１を介して供給されたパイロット一次圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５７６に供給する。これにより、バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７からパイロット配管５７１にバケットダンプ用パイロット圧が供給されていない場合でも、パイロット配管５７５にバケットダンプ用パイロット圧を供給することが可能となる。なお、バケットダンプ操作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５７２，５７７は非通電状態とされ、電磁比例弁５７２の開度は全開となり、電磁比例弁５７７の開度はゼロとなる。このとき、バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７から供給されたバケットダンプ用パイロット圧がバケット用流量制御弁１６ｃの他方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたバケットダンプ動作が可能となる。
【0051】
パイロット配管５２１には、ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２から供給されたブーム上げ用パイロット圧を検出する圧力センサ５２６が設けられている。パイロット配管５３１には、ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３から供給されたブーム下げパイロット圧を検出する圧力センサ５３８が設けられている。パイロット配管５４１には、アームクラウド用パイロット圧制御弁５４から供給されたアームクラウド用パイロット圧を検出する圧力センサ５４４が設けられている。パイロット配管５５１には、アームダンプ用パイロット圧制御弁５５から供給されたアームダンプ用パイロット圧を検出する圧力センサ５５４が設けられている。パイロット配管５６１には、バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６から供給された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が設けられている。パイロット配管５７１には、バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７から供給されたバケットダンプ用パイロット圧を検出する圧力センサ５７８が設けられている。圧力センサ５２６，５３８，５４４，５５４，５６８，５７８で検出されたパイロット圧は、操作装置１５Ａ～１５Ｃの操作方向及び操作量を表す操作信号としてコントローラ２０に入力される。
【0052】
図２に示すように、コントローラ２０は、動作回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）２０ａ、記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）２０ｂ、記憶装置としてのＲＡＭ（Random Access Memory）２０ｃ、入力インタフェース２０ｄ及び出力インタフェース２０ｅ、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ２０は、１つのマイクロコンピュータで構成してもよいし、複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。
【0053】
ＲＯＭ２０ｂは、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリであり、各種演算が実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、ＲＯＭ２０ｂは、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。ＲＡＭ２０ｃは揮発性メモリであり、ＣＰＵ２０ａとの間で直接的にデータの入出力を行うワークメモリである。ＲＡＭ２０ｃは、ＣＰＵ２０ａがプログラムを演算実行している間、必要なデータを一時的に記憶する。なお、コントローラ２０は、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の記憶装置をさらに備えていてもよい。
【0054】
ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２０ｂに記憶されたプログラムをＲＡＭ２０ｃに展開して演算実行する処理装置であって、プログラムに従って入力インタフェース２０ｄ及びＲＯＭ２０ｂ，ＲＡＭ２０ｃから取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。入力インタフェース２０ｄには、ＭＣスイッチ２６、姿勢検出装置３４、目標面設定装置３５、操作検出装置３６、ＧＮＳＳアンテナ２７等からの信号が入力される。
【0055】
なお、姿勢検出装置３４は、作業装置１Ｂの姿勢を検出する姿勢センサとしてのブーム角度センサ２１（図１参照）、アーム角度センサ２２（図１参照）及びバケット角度センサ２３（図１参照）と、車体１Ａの傾斜状態を検出する傾斜センサとしての車体傾斜角度センサ２４（図１参照）と、を有する。操作検出装置３６は、圧力センサ５２６，５３８，５４４，５５４，５６８，５７８（図３参照）を有する。
【0056】
入力インタフェース２０ｄは、入力された信号をＣＰＵ２０ａで演算可能なように変換する。また、出力インタフェース２０ｅは、ＣＰＵ２０ａでの演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を電磁比例弁５２５，５３２，５３７，５４２，５５２，５６２，５６７，５７２，５７７及び電磁遮断弁６１等に出力する。
【0057】
コントローラ２０は、操作装置１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのいずれかが操作されたときに（例えば、アーム操作がなされたときに）、予め定めた条件が満たされるとマシンコントロールを実行する。マシンコントロールでは、コントローラ２０が該当する流量制御弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃを駆動させるための制御信号を油圧制御ユニット６０に出力する。例えば、コントローラ２０は、流量制御弁１６ａを動作させるための制御信号を電磁比例弁５２５（図３参照）に出力することにより、ブームシリンダ５を伸ばして、強制的にブーム上げ動作を行わせる。マシンコントロールとしては、例えば、操作装置１５Ｂによってアーム操作がなされた場合に実行される領域制限制御（整地制御）と、アーム操作がなされずに操作装置１５Ａによってブーム下げ操作がなされた場合に実行される停止制御と、が含まれる。
【0058】
コントローラ２０は、図７に示すように、所定の目標面Ｓｔまたはその上方にバケット１０の先端部（例えば爪先）が位置するように油圧アクチュエータ（５，６，７）のうち少なくとも１つを制御する。領域制限制御では、アーム操作によってバケット１０の先端部が目標面Ｓｔに沿って移動するように、作業装置１Ｂの動作が制御される。具体的には、コントローラ２０は、アーム操作がなされているときに、目標面Ｓｔに垂直な方向のバケット１０の爪先の速度ベクトルがゼロになるようにブーム上げまたはブーム下げの指令を行う。領域制限制御は、ＭＣスイッチ２６によってマシンコントロールが有効とされている状態で、バケット１０の爪先と目標面Ｓｔとの間の距離が予め定められた所定の距離Ｙａ１（図６参照）よりも小さくなったときに行われる。
【0059】
なお、本実施形態では、マシンコントロールで用いられる作業装置１Ｂの制御点を、油圧ショベル１のバケット１０の爪先に設定しているが、制御点は作業装置１Ｂの先端部分の点であればバケット１０の爪先以外にも変更可能である。例えば、バケット１０の底面、またはバケットリンクの最外部を制御点として設定してもよい。目標面Ｓｔから最も距離の近いバケット１０の外表面の点を適宜制御点とする構成を採用してもよい。マシンコントロールでは、操作装置１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの非操作時に作業装置１Ｂの動作をコントローラ２０により制御する「自動制御」と、操作装置１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの操作時にのみ作業装置１Ｂの動作をコントローラ２０により制御する「半自動制御」と、がある。なお、半自動制御は、オペレータによる操作にコントローラ２０による制御が介入するため「介入制御」とも呼ばれる。
【0060】
【0061】
図４に示すように、コントローラ２０は、ＲＯＭ２０ｂに記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢演算部３０、目標面設定部３１、目標動作演算部３２、電磁弁制御部３３、減衰制御フラグ設定部７１、及び減衰用目標速度演算部７２として機能する。図４に示す電磁比例弁５００は、電磁比例弁５２５，５３２，５３７，５４２，５５２，５６２，５６７，５７２，５７７（図３参照）を代表したものである。
【0062】
姿勢演算部３０は、姿勢検出装置３４からの姿勢情報に基づき、作業装置１Ｂの姿勢を演算する。姿勢演算部３０は、姿勢検出装置３４からの姿勢情報及びＲＯＭ２０ｂに記憶されている作業装置１Ｂの幾何学情報（例えば、図５に示す被駆動部材の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３）に基づき、ローカル座標系（ショベル基準座標）におけるバケット１０の爪先の位置（以下、爪先位置とも記す）Ｐｂを演算する。
【0063】
作業装置１Ｂの姿勢は、図５のショベル基準座標系に基づいて定義できる。図５は、油圧ショベル１における座標系（ショベル基準座標系）を示す図である。図５のショベル基準座標系は、上部旋回体１２に対して設定される座標系であり、ブームピン９１の中心軸を原点とし、上部旋回体１２の旋回中心軸に平行な軸がＹ軸として設定され、Ｙ軸及びブームピン９１に直交する軸がＸ軸として設定される。Ｘ軸に対するブーム８の傾斜角をブーム角α、ブーム８に対するアーム９の傾斜角をアーム角β、アーム９に対するバケット１０の傾斜角をバケット角γとする。水平面（基準面）に対する車体１Ａ（上部旋回体１２）の傾斜角、すなわち水平面（基準面）とＸ軸とのなす角を車体傾斜角θとする。ブーム角αはブーム角度センサ２１により、アーム角βはアーム角度センサ２２により、バケット角γはバケット角度センサ２３により、車体傾斜角θは車体傾斜角度センサ２４により検出される。
【0064】
ブームピン９１の中心位置からアームピン９２の中心位置までの長さをＬ１、アームピン９２の中心位置からバケットピン９３の中心位置までの長さをＬ２、バケットピン９３の中心位置からバケット１０の爪先（先端部）までの長さをＬ３とすると、ショベル基準座標におけるバケット１０の爪先位置Ｐｂは、ＸｂｋをＸ方向位置、ＹｂｋをＹ方向位置として、以下の式（１），（２）で表すことができる。
【0065】
【数1】
【0066】
【数2】
【0067】
油圧ショベル１は、上部旋回体１２に一対のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ２７（２７Ａ，２７Ｂ）を備えている。ＧＮＳＳアンテナ２７は、車体１Ａの位置を検出する位置センサとして機能する。コントローラ２０は、ＧＮＳＳアンテナ２７からの情報に基づき、グローバル座標系における上部旋回体１２の位置及び方位を演算する。コントローラ２０は、車体傾斜角度センサ２４で検出された車体傾斜角θ、グローバル座標系における上部旋回体１２の位置及び方位、並びに、ローカル座標系におけるバケット１０の爪先位置Ｐｂに基づいて、グローバル座標系におけるバケット１０の爪先位置Ｐｂを算出する。
【0068】
また、姿勢演算部３０は、爪先位置Ｐｂの他、作業装置１Ｂの姿勢を表すブームピン９１、アームピン９２及びバケットピン９３のグローバル座標系における位置等についても算出し、これらの情報を油圧ショベル１の姿勢情報として、各部（３１，３２，７１，７２）へ出力する。なお、姿勢演算部３０は、演算結果の他、姿勢検出装置３４で検出された角度（α，β，γ，θ）を姿勢情報として、各部（３１，３２，７１，７２）へ出力する。
【0069】
目標面設定部３１は、目標面設定装置３５からの情報（３次元データ）及び姿勢演算部３０からの姿勢情報に基づき、目標面Ｓｔを設定する。ここで、目標面設定装置３５は、グローバル座標系（絶対座標系）上に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）と接続されている。なお、目標面設定装置３５を介した目標面の入力は、オペレータが手動で行ってもよい。目標面設定部３１は、姿勢演算部３０からの姿勢情報（グローバル座標系における作業装置１Ｂの姿勢）に基づいて、３次元の目標面を作業装置１Ｂが移動する平面（作業装置の動作平面（Ｘ－Ｙ平面））で切断した断面形状を目標面Ｓｔ（２次元の目標面）として設定する。
【0070】
目標動作演算部３２は、姿勢演算部３０、目標面設定部３１及び操作検出装置３６からの情報に基づき、バケット１０が目標面Ｓｔに侵入することなく移動するよう作業装置１Ｂの目標動作を演算する。
【0071】
具体的には、目標動作演算部３２は、目標面設定部３１で設定された目標面Ｓｔ、姿勢演算部３０の演算結果（姿勢情報）及び操作検出装置３６の検出結果（操作情報）に基づいて、各油圧シリンダ（５，６，７）の目標速度を演算する。目標動作演算部３２は、領域制限制御において、作業装置１Ｂによって目標面Ｓｔの下側を掘削してしまわないように、各油圧シリンダ（５，６，７）の目標速度を演算する。以下、図６を参照して、詳しく説明する。図６は、バケット１０の爪先が補正後の目標速度ベクトルＶｃａの通りに制御されたときの、バケット１０の爪先の軌跡の一例を示す図である。ここでの説明では、図６に示すように、Ｘｔ軸及びＹｔ軸を設定する。Ｘｔ軸は、目標面Ｓｔに平行な軸であり、Ｙｔ軸は、目標面Ｓｔに直交する軸である。
【0072】
目標動作演算部３２は、操作装置１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの操作量に基づいて、各油圧シリンダ（５，６，７）の目標速度（一次目標速度）を演算する。次に、目標動作演算部３２は、各油圧シリンダ（５，６，７）の目標速度（一次目標速度）と、姿勢演算部３０で演算されたバケット１０の爪先位置Ｐｂと、作業装置１Ｂの姿勢情報（α，β，γ）と、ＲＯＭ２０ｂに記憶してある作業装置１Ｂの各部寸法（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３等）とに基づいて、バケット１０の爪先（先端部）の目標速度ベクトルＶｃａ０を演算する。また、目標動作演算部３２は、姿勢演算部３０で演算されたバケット１０の爪先位置Ｐｂと目標面設定部３１で設定された目標面Ｓｔとの間のＹｔ軸方向の距離（目標面距離とも記す）を演算する。
【0073】
目標動作演算部３２は、目標面距離が０（ゼロ）に近づくにつれて、バケット１０の先端部の目標速度ベクトルＶｃａ０における目標面Ｓｔに垂直な成分Ｖｃａｙ（Ｙｔ軸方向の速度成分）が０（ゼロ）に近づくように油圧シリンダ（５，６，７）のうち必要な油圧シリンダの一次目標速度を補正して、二次目標速度を演算することにより、バケット１０の爪先の速度ベクトルをＶｃａに変換する制御（方向変換制御）を行う。目標面距離が０（ゼロ）のときの目標速度ベクトルＶｃａは目標面Ｓｔに平行な成分Ｖｃａｘ（Ｘｔ軸方向の速度成分）のみになる。これにより目標面Ｓｔまたはその上方にバケット１０の先端部（制御点）が位置するように保持される。
【0074】
目標動作演算部３２は、例えば、アームクラウドの操作が単独で行われ、目標面距離が所定の距離Ｙａ１以下になると（すなわち、目標面Ｓｔと目標面ＳｔからＹｔ軸方向にＹａ１だけ離れた面によって形成される設定領域にバケット１０の爪先が侵入すると）、アームシリンダ６を伸長させるとともに、ブームシリンダ５を伸長させることにより、速度ベクトルＶｃａ０をＶｃａに変換する方向変換制御を実行する。
【0075】
なお、方向変換制御は、ブーム上げまたはブーム下げとアームクラウドとの組み合わせにより実行される場合、及び、ブーム上げまたはブーム下げとアームダンプとの組み合わせにより実行される場合もある。いずれの場合においても、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔの上方に位置している状態において、目標速度ベクトルＶｃａが目標面Ｓｔに接近する下向き成分（Ｖｃａｙ＜０）を含むとき、目標動作演算部３２は、その下向き成分を打ち消すブーム上げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。反対に目標速度ベクトルＶｃａが目標面Ｓｔから離れる上向き成分（Ｖｃａｙ＞０）を含むとき、目標動作演算部３２は、その上向き成分を打ち消すブーム下げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。また、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔの下方に位置している状態において、目標速度ベクトルＶｃａが目標面Ｓｔに接近する上向き成分（Ｖｃａｙ＞０）を含むとき、目標動作演算部３２は、その上向き成分を打ち消すブーム下げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。反対に目標速度ベクトルＶｃａが目標面Ｓｔから離れる上向き成分（Ｖｃａｙ＜０）を含むとき、目標動作演算部３２は、その下向き成分を打ち消すブーム上げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。
【0076】
電磁弁制御部３３は、目標動作演算部３２の演算結果（各油圧シリンダの目標速度）に基づき、電磁遮断弁６１及び電磁比例弁５００に対して指令を出力する。
【0077】
【0078】
掘削作業開始時、バケット１０を所定位置（掘削開始地点）に配置させるために、オペレータが操作装置１５Ａによるブーム下げ単独操作を行うと、コントローラ２０によって停止制御が実行される。コントローラ２０は、バケット１０が目標面Ｓｔに近づくと、バケット１０が目標面Ｓｔよりも下方に侵入しないように、電磁比例弁５３２（図３参照）を制御して、ブーム８の速度を減速させる。コントローラ２０は、バケット１０が目標面Ｓｔに到達した状態では、ブーム８の速度がゼロとなるように電磁比例弁５３２（図３参照）を制御する。
【0079】
オペレータが操作装置１５Ｂを操作して、アーム９の矢印Ａ方向への引き動作（クラウド動作）によって水平掘削を行うと、コントローラ２０は、領域制限制御を実行する。コントローラ２０は、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔよりも下方に侵入しないように、電磁比例弁５２５(図３参照)を制御して、ブーム８の上げ動作を自動的に行う。このとき、掘削精度向上のため、電磁比例弁５４２（図３参照）を制御して、アーム９の速度を必要に応じて減速させてもよい。なお、バケット１０の目標面Ｓｔに対する角度Ｂが一定値となり、均し作業が容易となるように、コントローラ２０は、電磁比例弁５７７（図３参照）を制御してバケット１０が自動で矢印Ｃ方向に回動するようにしてもよい。
【0080】
アーム９の矢印Ａ方向への引き動作によって水平掘削を行う際に、バケット１０が目標面Ｓｔよりも下方に侵入した場合には、コントローラ２０は、バケット１０が目標面Ｓｔ上に復帰するように、電磁比例弁５２５（図３参照）を制御して、ブーム８の上げ動作を自動的に行う。
【0081】
このように、コントローラ２０は、バケット１０の爪先（先端部）が目標面Ｓｔに沿って移動するように、作業装置１Ｂを制御する。
【0082】
ところで、油圧ショベル１の車体１Ａの接地面に凹凸、段差などがあると、作業中に車体１Ａが前後に繰り返し揺れてしまうことがある。例えば、水平掘削動作を行っているときに、車体１Ａが前後に繰り返し揺れると、バケット１０の爪先（先端部）が波打つように動作してしまうおそれがある。このため、本実施形態に係るコントローラ２０は、バケット１０が目標面Ｓｔに沿って移動するように作業装置１Ｂを制御しているときに、車体１Ａが揺れているか否かを判定し、車体１Ａが揺れていると判定された場合には、バケット１０の揺れを減衰させるように、作業装置１Ｂの減衰制御を実行する。
【0083】
以下、図４、図８及び図９を参照して、減衰制御の内容について詳しく説明する。図４に示す減衰制御フラグ設定部７１は、車体傾斜角度センサ２４で検出された車体傾斜角θ、目標面設定部３１で設定された目標面Ｓｔ及び姿勢演算部３０で演算されたバケット１０の爪先位置Ｐｂに基づいて、減衰制御フラグの設定を行う。減衰制御フラグは、減衰制御を実行するか否かを決定するためのフラグであり、オンに設定されている場合には減衰制御が実行され、オフに設定されている場合には減衰制御は実行されない。
【0084】
図８のフローチャート及び図９のモデル図を参照して、減衰制御フラグ設定部７１によって行われる減衰制御フラグの設定処理の内容について説明する。なお、図９に示すように、目標面Ｓｔと垂直な方向をｚ方向として説明する。図８は、コントローラ２０により実行される減衰制御フラグの設定処理の内容について示すフローチャートである。図８に示すフローチャートの処理は、ＭＣスイッチ２６により、マシンコントロールが有効に設定されることにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、所定の制御周期で繰り返し実行される。なお、初期設定では、減衰制御フラグはオフに設定される。
【0085】
図８に示すように、ステップＳ１１０において、減衰制御フラグ設定部７１は、車体傾斜角度センサ２４で検出された車体傾斜角θ、姿勢演算部３０で演算されたバケット１０の爪先位置Ｐｂ及び目標面設定部３１で設定された目標面Ｓｔを取得し、ステップＳ１２０へ進む。
【0086】
ステップＳ１２０において、減衰制御フラグ設定部７１は、ステップＳ１１０で取得した情報（θ，Ｐｂ，Ｓｔ，）に基づいて、バケット１０の爪先位置Ｐｂと目標面Ｓｔとの間のｚ方向の距離（目標面距離）Ｚを演算し、ステップＳ１２５へ進む。図９に示すように、目標面距離Ｚは、目標面Ｓｔを基準としたバケット１０の爪先（先端部）の相対的な距離である。減衰制御フラグ設定部７１は、バケット１０の爪先位置Ｐｂのｚ方向座標から、爪先位置Ｐｂにｚ方向で対向する目標面Ｓｔのｚ方向座標を減算することにより算出される。このため、目標面距離Ｚは、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔよりも上方に位置しているときには正の値となり、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔよりも下方に位置しているときには負の値となる。
【0087】
図８に示すように、ステップＳ１２５において、減衰制御フラグ設定部７１は、ステップＳ１２０で演算した目標面距離Ｚに基づいて、目標面Ｓｔを基準としたバケット１０の爪先（先端部）のｚ方向の相対速度（以下、爪先速度とも記す）Ｖｚを演算し、ステップＳ１３０へ進む。減衰制御フラグ設定部７１は、所定の制御周期で繰り返し演算される目標面距離Ｚの前回値（例えば、一つ前の演算サイクルのステップＳ１２０で演算された値）Ｚａと今回値Ｚｂとの差（Ｚｂ－Ｚａ）を前回値Ｚａを取得した時刻ｔａから今回値Ｚｂを取得した時刻ｔｂまでの時間Δｔ（＝ｔｂ－ｔａ）で除することにより、目標面距離Ｚの時間変化率である爪先速度Ｖｚ（＝（Ｚｂ－Ｚａ）／（ｔｂ－ｔａ））を算出する。なお、時間は、コントローラ２０のタイマ機能により計測される。
【0088】
ステップＳ１３０において、減衰制御フラグ設定部７１は、傾斜角速度ωを演算し、ステップＳ１４０へ進む。減衰制御フラグ設定部７１は、所定の制御周期で繰り返し取得される車体傾斜角θの前回値（例えば、一つ前の演算サイクルのステップＳ１１０で取得した値）θａと今回値θｂとの差（θｂ－θａ）を前回値θａを取得した時刻ｔａから今回値θｂを取得した時刻ｔｂまでの時間Δｔ（＝ｔｂ－ｔａ）で除することにより、車体傾斜角θの時間変化率である傾斜角速度ω（＝（θｂ－θａ）／（ｔｂ－ｔａ））を算出する。
【0089】
ステップＳ１４０において、減衰制御フラグ設定部７１は、ステップＳ１３０で演算した傾斜角速度ωの大きさ（すなわち絶対値|ω|）が所定値ω０以上であるか否かを判定する。ステップＳ１４０において、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０以上であると判定されると、ステップＳ１５０へ進む。ステップＳ１４０において、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０未満であると判定されると、ステップＳ１６０へ進む。
【0090】
所定値ω０（＞０）は、車体１Ａに揺れが発生したか否かを判定するための閾値であり、予めＲＯＭ１０２に記憶されている。つまり、ステップＳ１４０の処理は、車体傾斜角度センサ２４の検出結果から演算される傾斜角速度ωに基づいて、車体１Ａが揺れているか否かが判定される判定処理といえる。ステップＳ１４０において、減衰制御フラグ設定部７１は、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０以上である場合には、車体１Ａが揺れていると判定し、ステップＳ１５０へ進む。ステップＳ１４０において、減衰制御フラグ設定部７１は、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０未満である場合には、車体１Ａは揺れていないと判定し、ステップＳ１６０へ進む。
【0091】
ステップＳ１５０において、減衰制御フラグ設定部７１は、減衰制御フラグをオンに設定し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
【0092】
ステップＳ１６０において、減衰制御フラグ設定部７１は、ステップＳ１２０で演算した目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が、所定距離Ｚ０未満であるか否かを判定する。ステップＳ１６０において、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０未満であると判定されると、ステップＳ１７０へ進む。ステップＳ１６０において、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０以上であると判定されると、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
【0093】
所定距離Ｚ０（＞０）は、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまっているか否かを判定するための閾値である。所定距離Ｚ０は、例えば、領域制限制御が実行される設定領域における目標面Ｓｔを基準とした幅Ｙａ１（図６参照）と同じ値が予め設定される。つまり、ステップＳ１６０の処理は、目標面Ｓｔに対するバケット１０の爪先の相対位置（相対距離）に基づいて、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまっているか否かが判定される判定処理といえる。
【0094】
ステップＳ１６０において、減衰制御フラグ設定部７１は、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０以上である場合には、バケット１０の爪先が設定領域から逸脱してしまっていると判定し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。ステップＳ１６０において、減衰制御フラグ設定部７１は、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０未満である場合には、バケット１０の爪先は設定領域から逸脱していないと判定し、ステップＳ１７０へ進む。
【0095】
ステップＳ１７０において、減衰制御フラグ設定部７１は、ステップＳ１２５で演算された爪先速度Ｖｚの大きさ（すなわち絶対値|Ｖｚ|）が所定速度Ｖ０未満であるか否かを判定する。ステップＳ１７０において、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０未満であると判定されると、ステップＳ１８０へ進む。ステップＳ１７０において、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０以上であると判定されると、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
【0096】
所定速度Ｖ０（＞０）は、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまうおそれがあるか否かを判定するための閾値として設定される。所定速度Ｖ０は、実験等により予め定められ、ＲＯＭ１０２に記憶される。
【0097】
つまり、ステップＳ１７０の処理は、目標面Ｓｔに対するバケット１０の相対速度に基づいて、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱するおそれがあるか否かが判定される判定処理といえる。
【0098】
ステップＳ１７０において、減衰制御フラグ設定部７１は、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０以上である場合には、バケット１０の爪先が設定領域から逸脱してしまうおそれがあると判定し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。ステップＳ１７０において、減衰制御フラグ設定部７１は、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０未満である場合には、バケット１０の爪先は設定領域から逸脱するおそれはないと判定し、ステップＳ１８０へ進む。
【0099】
ステップＳ１８０において、減衰制御フラグ設定部７１は、減衰制御フラグをオフに設定し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
【0100】
次に、図９を参照して、減衰用目標速度演算部７２（図４参照）によって行われるバケット目標速度の演算処理の内容について説明する。図９は、仮想ばね８１、仮想ダンパ８２及び仮想質点８３を組み合わせた力学モデルを示す図である。減衰用目標速度演算部７２は、仮想ばね８１、仮想ダンパ８２及び仮想質点８３を組み合わせた力学モデル（仮想モデル）により、バケット１０のｚ方向（図示上下方向）の速度である爪先速度Ｖｚを減衰させるためのバケット目標速度（作業具目標速度）を演算し、バケット目標速度に基づいてブーム目標速度を演算する。以下、詳しく説明する。
【0101】
図９に示すように、本実施形態に係る仮想モデルでは、バケット１０の爪先に仮想的な質点である仮想質点８３が設けられ、ｚ方向に沿って設けられる仮想的なばねである仮想ばね８１及び仮想的なダンパである仮想ダンパ８２によって仮想質点８３が支持される力学モデルである。
【0102】
このような力学モデルの運動方程式は、仮想質点８３の質量をＭ、仮想ダンパ８２の減衰係数をＤ、仮想ばね８２のばね定数をＫとすると、以下の式（３）で表される。
【0103】
【数3】
【0104】
式（３）を変形し、積分することにより、仮想質点８３のｚ方向の速度Ｚ′は、次式（４）で表される。
【0105】
【数4】
【0106】
仮想質点８３の質量Ｍ、仮想ばね８１のばね定数Ｋ及び仮想ダンパ８２の減衰係数Ｄは、予め実験等により定められ、ＲＯＭ１０２に記憶されている。質量Ｍ、ばね定数Ｋ、減衰係数Ｄは、減衰比ζが１以上となるようを設定されることが好ましい。なお、減衰比ζは、次式（５）で表される。
【0107】
【数5】
【0108】
これにより、後述するブーム８の減衰動作によって、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔに近づく際に、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔに対してオーバーシュートすることを防止できる。その結果、ブーム８の減衰動作の反動によって、揺れが誘発されることを防止することができ、バケット１０の爪先を目標面Ｓｔに収束させることができる。
【0109】
減衰用目標速度演算部７２は、図８のステップＳ１２０で演算された目標面距離Ｚを式（４）の右辺においてばね定数Ｋに乗算されるＺとして取得し、図８のステップＳ１２５で演算された爪先速度Ｖｚを式（４）の右辺において減衰係数Ｄが乗算されるＺ′として取得する。減衰用目標速度演算部７２は、取得したＺ，Ｚ′及びＲＯＭ１０２に記憶されている定数（質量Ｍ、ばね定数Ｋ及び減衰係数Ｄ）に基づき、式（４）の左辺を構成する仮想質点８３のｚ方向の速度Ｚ′をバケット目標速度Ｖｚｔとして演算する。つまり、本実施形態に係るコントローラ２０は、バケット１０を仮想ばね８１及び仮想ダンパ８２で支持する力学モデルに基づいて、バケット１０の爪先速度Ｖｚを減衰させるためのバケット目標速度Ｖｚｔを演算する。
【0110】
具体的には、減衰用目標速度演算部７２は、減衰制御フラグがオフからオンに切り替えられたときの演算サイクルにおけるステップＳ１２０で演算された目標面距離Ｚ（ｔ）を初期値Ｚ（０）として取得する。減衰用目標速度演算部７２は、減衰制御フラグがオフからオンに切り替えられたときの演算サイクルにおけるステップＳ１２５で演算された爪先速度Ｖｚ（＝Ｚ（ｔ）′）を初期値Ｚ（０）′として取得する。減衰用目標速度演算部７２は、初期値Ｚ（０）及び初期値Ｚ（０）′に基づいて、式（３）を用いて、加速度Ｚ（ｔ）″の初期値Ｚ″（０）を演算する。
【0111】
減衰用目標速度演算部７２は、式（３）を用いて、所定の制御周期で加速度Ｚ（ｔ）″を繰り返し演算し、今回値に前回値（一つ前の演算サイクルにおいて演算された加速度Ｚ（ｔ）″）を加算することにより、速度Ｚ（ｔ）′を演算する。例えば、加速度Ｚ″の初期値を演算した後、次の演算サイクルにおいて演算された加速度Ｚ″に前回値としての初期値を加算することにより、その演算サイクルにおける速度Ｚ′が演算される。
【0112】
減衰用目標速度演算部７２は、減衰制御フラグがオフに設定されるまで、仮想質点８３のｚ方向の速度Ｚ′を演算し、減衰制御フラグがオフに設定されると速度Ｚ′を０（ゼロ）とする初期化処理を行う。減衰用目標速度演算部７２は、演算された速度Ｚ′をバケット１０のｚ方向のバケット目標速度Ｖｚｔとする。
【0113】
減衰用目標速度演算部７２は、バケット１０の爪先速度Ｖｚがバケット目標速度Ｖｚｔに近づくように、ブーム８の目標速度（目標角速度）を演算する。ブーム８の目標角速度は、バケット目標速度Ｖｚｔ、作業装置１Ｂの姿勢情報及び作業装置１Ｂの寸法データに基づき、逆運動学を用いて算出することができる。
【0114】
減衰用目標速度演算部７２は、ブーム８の目標角速度、姿勢検出装置３４で検出されるブーム角α及びＲＯＭ１０２に記憶されているブーム８とブームシリンダ５との関係を表す寸法データに基づいて、ブームシリンダ５の目標速度を演算する。
【0115】
目標動作演算部３２は、減衰制御フラグ設定部７１で減衰制御フラグがオンに設定されると、上述したブームシリンダ５の二次目標速度に減衰用目標速度演算部７２で演算されたブームシリンダ５の目標速度を加算することにより、ブームシリンダ５の二次目標速度を補正する。目標動作演算部３２は、補正後の二次目標速度を電磁弁制御部３３に出力する。電磁弁制御部３３は、補正後の二次目標速度でブームシリンダ５が動作するように、電磁比例弁５２５または電磁比例弁５３７を制御する。これにより、バケット１０の爪先速度Ｖｚがバケット目標速度Ｖｚｔに近づくようにブームシリンダ５が制御され、バケット１０の揺れを減衰させるためのブーム８の減衰動作が行われることになる。
【0116】
目標動作演算部３２は、減衰制御フラグがオンからオフに切り替えられると、ブームシリンダ５の二次目標速度の補正を行わない。減衰制御フラグがオンからオフに切り替えられたときに、目標面距離が所定の距離Ｙａ１以下である場合には、通常の領域制限制御を実行する。
【0117】
上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。
【0118】
（１）油圧ショベル（作業機械）１は、車体（機体）１Ａと、車体１Ａに取り付けられ、ブーム８、アーム９及びバケット（作業具）１０を有する多関節型の作業装置１Ｂと、車体１Ａの位置を検出するＧＮＳＳアンテナ（位置センサ）２７と、作業装置１Ｂの姿勢を検出する姿勢センサ（ブーム角度センサ２１、アーム角度センサ２２及びバケット角度センサ２３）と、車体１Ａの傾斜状態を表す車体傾斜角θを検出する車体傾斜角度センサ（傾斜センサ）２４と、目標面Ｓｔを設定し、バケット１０が目標面Ｓｔに沿って移動するように、作業装置１Ｂを制御するコントローラ（制御装置）２０と、を備えている。コントローラ２０は、バケット１０が目標面Ｓｔに沿って移動するように作業装置１Ｂを制御しているときに、車体傾斜角度センサ２４の検出結果に基づいて、車体１Ａが揺れているか否かを判定し、車体１Ａが揺れていると判定された場合には、バケット１０の揺れを減衰させるように、作業装置１Ｂの減衰制御を実行する。
【0119】
これにより、バケット１０が目標面Ｓｔに沿って移動しているときに（マシンコントロールが実行されているときに）、車体１Ａの接地面に凹凸、段差等があることに起因して、車体１Ａに揺れが発生した場合であっても、バケット１０の爪先（先端部）の揺れを抑制することができる。つまり、本実施形態によれば、油圧ショベル１が揺れてしまった場合であっても安定した作業が可能な油圧ショベル１を提供することができる。また、車体１Ａに揺れが発生した場合に、自動でバケット１０の爪先の揺れが抑制されるので、高度の操作技術も不要である。このため、経験の浅いオペレータであっても容易に精度の高い作業を行うことができる。
【0120】
（２）コントローラ２０は、ＧＮＳＳアンテナ２７の検出結果、姿勢センサ（角度センサ２１～２３）の検出結果及び車体傾斜角度センサ２４の検出結果に基づいて、目標面Ｓｔを基準としたバケット１０の爪先位置Ｐｂ及び爪先速度Ｖｚを演算する。コントローラ２０は、バケット１０の爪先速度Ｖｚを減衰させるためのバケット目標速度Ｖｚｔを演算する。コントローラ２０は、バケット１０の爪先速度Ｖｚがバケット目標速度Ｖｚｔに近づくように、ブーム８を駆動させるブームシリンダ（アクチュエータ）５を制御する。
【0121】
本実施形態によれば、ブーム８を駆動させてバケット１０の揺れを減衰させることができる。したがって、本実施形態によれば、アーム９を駆動させてバケット１０の揺れを減衰させる場合に対して、被駆動部材の減衰動作に起因するバケット１０の角度の変化を小さくできるので、より安定した作業が可能となる。
【0122】
（３）コントローラ２０は、バケット（作業具）１０を仮想ばね８１及び仮想ダンパ８２で支持する力学モデルに基づいて、バケット目標速度（作業具目標速度）Ｖｚｔを演算する。これにより、バケット１０の揺れを適切に抑えることができる。また、仮想質点８１の質量Ｍ、仮想ばね８１のばね定数Ｋ及び仮想ダンパ８２の減衰係数Ｄを調整することにより、減衰度合いを調整することができる。
【0123】
（４）コントローラ２０は、車体傾斜角度センサ２４の検出結果に基づいて、車体１Ａの傾斜角速度ωを演算し（図８のステップＳ１３０）、車体１Ａの傾斜角速度ωが所定値ω０よりも大きい場合（ステップＳ１４０でＹ）、車体１Ａが揺れていると判定して減衰制御を実行する（ステップＳ１５０）。コントローラ２０は、減衰制御を実行した後、車体１Ａの傾斜角速度ωが所定値ω０よりも小さい場合（ステップＳ１４０でＮ）であっても、バケット１０と目標面Ｓｔとの距離（目標面距離）Ｚが所定距離Ｚ０以上である場合には（ステップＳ１６０でＮ）、減衰制御を継続する。
【0124】
これにより、車体１Ａの揺れがおさまっている場合であっても、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔから離れている場合には、減衰制御を継続したまま、バケット１０の爪先を目標面Ｓｔに近づけることができる。したがって、例えば、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔから上方に所定距離Ｚ０以上離れている場合、ブーム８の減衰動作を継続してバケット１０の爪先を設定領域内に移動させることにより、通常の領域制限制御にスムーズに復帰させることができる。
【0125】
（５）また、コントローラ２０は、減衰制御を実行した後、車体１Ａの傾斜角速度ωが所定値ω０よりも小さい場合（ステップＳ１４０でＮ）であっても、バケット１０の爪先速度Ｖｚが所定速度Ｖ０以上である場合には（ステップＳ１７０でＮ）、減衰制御を継続する。
【0126】
これにより、車体１Ａの揺れがおさまっている場合であっても、バケット１０の爪先速度Ｖｚが大きい場合に、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔから所定距離Ｚ０以上離れてしまうことを抑制することができる。その結果、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔから大きく離れてしまったり、目標面Ｓｔに大きく食い込んでしまったりすること防止できる。
【0127】
次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。
【0128】
＜変形例１＞
上記実施形態では、車体１Ａの傾斜状態を検出する傾斜センサとして車体傾斜角度センサ２４を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。車体傾斜角度センサ２４に代えて、車体１Ａの傾斜状態として傾斜角速度ω、傾斜角加速度ω′を検出するセンサを設けてもよい。例えば、傾斜センサとして、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）を採用することができる。ＩＭＵは、取り付けられる部材の直交３軸の角速度及び加速度を検出し、検出結果をコントローラに出力する。この場合、コントローラは、ＩＭＵの検出結果に基づいて、車体傾斜角θを演算する。
上記実施形態では、車体１Ａの傾斜状態を検出する傾斜センサとして車体傾斜角度センサ２４を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。車体傾斜角度センサ２４に代えて、車体１Ａの傾斜状態として傾斜角速度ω、傾斜角加速度ω′を検出するセンサを設けてもよい。例えば、傾斜センサとして、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）を採用することができる。ＩＭＵは、取り付けられる部材の直交３軸の角速度及び加速度を検出し、検出結果をコントローラに出力する。この場合、コントローラは、ＩＭＵの検出結果に基づいて、車体傾斜角θを演算する。
【0129】
＜変形例２＞
上記実施形態では、作業装置１Ｂの姿勢を検出する姿勢センサとして、ブーム角度センサ２１、アーム角度センサ２２及びバケット角度センサ２３を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。姿勢センサとして、変形例１と同様にＩＭＵを設け、コントローラが、ＩＭＵの検出結果に基づいて、ブーム角α、アーム角β及びバケット角γを演算するようにしてもよい。
上記実施形態では、作業装置１Ｂの姿勢を検出する姿勢センサとして、ブーム角度センサ２１、アーム角度センサ２２及びバケット角度センサ２３を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。姿勢センサとして、変形例１と同様にＩＭＵを設け、コントローラが、ＩＭＵの検出結果に基づいて、ブーム角α、アーム角β及びバケット角γを演算するようにしてもよい。
【0130】
＜変形例３＞
上記実施形態では、所定距離Ｚ０が、設定領域の幅Ｙａ１と同じ値である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、所定距離Ｚ０は、設定領域の幅Ｙａ１未満の値としてもよい。この場合、所定距離Ｚ０は、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまうおそれがあるか否かを判定するための閾値として設定される。所定距離Ｚ０は、実験等により予め定められ、ＲＯＭ１０２に記憶される。
上記実施形態では、所定距離Ｚ０が、設定領域の幅Ｙａ１と同じ値である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、所定距離Ｚ０は、設定領域の幅Ｙａ１未満の値としてもよい。この場合、所定距離Ｚ０は、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまうおそれがあるか否かを判定するための閾値として設定される。所定距離Ｚ０は、実験等により予め定められ、ＲＯＭ１０２に記憶される。
【0131】
つまり、本変形例において、図８のステップＳ１６０の処理は、目標面Ｓｔに対するバケット１０の爪先の位置に基づいて、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱するおそれがあるか否かが判定される判定処理といえる。
【0132】
ステップＳ１６０において、減衰制御フラグ設定部７１は、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０以上である場合には、バケット１０の爪先が設定領域から逸脱してしまうおそれがあると判定し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。ステップＳ１６０において、減衰制御フラグ設定部７１は、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０未満である場合には、バケット１０の爪先は設定領域から逸脱するおそれはないと判定し、ステップＳ１７０へ進む。
【0133】
＜変形例４＞
上記実施形態では、目標面Ｓｔから上方の設定領域の高さ（幅）Ｙａ１と、目標面Ｓｔから下方の設定領域の深さ（幅）Ｙａ１とが同じ値である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。目標面Ｓｔから上方の設定領域の高さと、目標面Ｓｔから下方の設定領域の深さとは、異なる値としてもよい。この場合、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまっているか否かを判定するための閾値Ｚ０としては、上側閾値Ｚ０ａと下側閾値Ｚ０ｂとを、その絶対値が異なるように個別に設定することが好ましい。上側閾値Ｚ０ａ（＞０）は、バケット１０の爪先位置Ｐｂが目標面Ｓｔよりも上方に位置する場合に用いられる閾値であり、下側閾値Ｚ０ｂは、バケット１０の爪先位置Ｐｂが目標面Ｓｔよりも下方に位置する場合に用いられる閾値である。
上記実施形態では、目標面Ｓｔから上方の設定領域の高さ（幅）Ｙａ１と、目標面Ｓｔから下方の設定領域の深さ（幅）Ｙａ１とが同じ値である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。目標面Ｓｔから上方の設定領域の高さと、目標面Ｓｔから下方の設定領域の深さとは、異なる値としてもよい。この場合、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまっているか否かを判定するための閾値Ｚ０としては、上側閾値Ｚ０ａと下側閾値Ｚ０ｂとを、その絶対値が異なるように個別に設定することが好ましい。上側閾値Ｚ０ａ（＞０）は、バケット１０の爪先位置Ｐｂが目標面Ｓｔよりも上方に位置する場合に用いられる閾値であり、下側閾値Ｚ０ｂは、バケット１０の爪先位置Ｐｂが目標面Ｓｔよりも下方に位置する場合に用いられる閾値である。
【0134】
この場合、図８のステップＳ１６０において、コントローラ２０は、目標面距離Ｚが下側閾値Ｚ０ｂよりも大きく、かつ、上側閾値Ｚ０ａ未満であるか否かを判定する。ステップＳ１６０において目標面距離Ｚが下側閾値Ｚ０ｂよりも大きく、かつ、上側閾値Ｚ０ａ未満であると判定された場合には、ステップＳ１７０へ進む。ステップＳ１６０において、目標面距離Ｚが下側閾値Ｚ０ｂ以下であると判定された場合、あるいは、目標面距離Ｚが上側閾値Ｚ０ａ以上であると判定された場合には、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
【0135】
＜変形例５＞
上記実施形態では、図８のステップＳ１７０において、コントローラ２０が、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０未満であるか否かを判定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。爪先速度Ｖｚのベクトルの向きが上方の場合に用いられる第１速度閾値Ｖ０ａ（＞０）と、爪先速度Ｖｚのベクトルの向きが下方の場合に用いられる第２速度閾値Ｖ０ｂ（＜０）とを異なる値としてもよい。
上記実施形態では、図８のステップＳ１７０において、コントローラ２０が、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０未満であるか否かを判定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。爪先速度Ｖｚのベクトルの向きが上方の場合に用いられる第１速度閾値Ｖ０ａ（＞０）と、爪先速度Ｖｚのベクトルの向きが下方の場合に用いられる第２速度閾値Ｖ０ｂ（＜０）とを異なる値としてもよい。
【0136】
この場合、ステップＳ１７０において、コントローラ２０は、爪先速度Ｖｚが第２速度閾値Ｖ０ｂよりも大きく、かつ、第１速度閾値Ｖ０ａ未満であるか否かを判定する。ステップＳ１７０において、爪先速度Ｖｚが第２速度閾値Ｖ０ｂよりも大きく、かつ、第１速度閾値Ｖ０ａ未満であると判定された場合には、ステップＳ１８０へ進む。ステップＳ１７０において、爪先速度Ｖｚが第２速度閾値Ｖ０ｂ以下であると判定された場合は、あるいは、爪先速度Ｖｚが第１速度閾値Ｖ０ａ以上であると判定された場合には、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
【0137】
＜変形例６＞
上記実施形態で説明した図８のステップＳ１６０及びステップＳ１７０の処理は省略してもよい。この場合、ステップＳ１４０において、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０未満であると判定されると、ステップＳ１８０へ進んで減衰制御フラグがオフに設定され、減衰制御が終了する。
上記実施形態で説明した図８のステップＳ１６０及びステップＳ１７０の処理は省略してもよい。この場合、ステップＳ１４０において、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０未満であると判定されると、ステップＳ１８０へ進んで減衰制御フラグがオフに設定され、減衰制御が終了する。
【0138】
＜変形例７＞
上記実施形態では、仮想質点８１の質量Ｍ、仮想ばね８１のばね定数Ｋ及び仮想ダンパ８２の減衰係数Ｄが予めＲＯＭ１０２に記憶されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。質量Ｍ、ばね定数Ｋ及び減衰係数Ｄは、オペレータがコントローラ２０に接続される入力装置（タッチパネル等）を操作することにより、任意の値に変更できるようにしてもよい。
上記実施形態では、仮想質点８１の質量Ｍ、仮想ばね８１のばね定数Ｋ及び仮想ダンパ８２の減衰係数Ｄが予めＲＯＭ１０２に記憶されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。質量Ｍ、ばね定数Ｋ及び減衰係数Ｄは、オペレータがコントローラ２０に接続される入力装置（タッチパネル等）を操作することにより、任意の値に変更できるようにしてもよい。
【0139】
＜変形例８＞
上記実施形態では、目標面Ｓｔに垂直な方向をｚ方向として、バケット１０の爪先位置Ｐｂと目標面Ｓｔとの間のｚ方向距離を目標面距離Ｚとする例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、目標面Ｓｔが基準面（水平面）に対して傾斜している場合において、鉛直方向（重力の方向）をｚ方向として、バケット１０の爪先位置Ｐｂと目標面Ｓｔとの間のｚ方向距離を目標面距離Ｚとして、バケット目標速度Ｖｚｔを演算するようにしてもよい。
上記実施形態では、目標面Ｓｔに垂直な方向をｚ方向として、バケット１０の爪先位置Ｐｂと目標面Ｓｔとの間のｚ方向距離を目標面距離Ｚとする例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、目標面Ｓｔが基準面（水平面）に対して傾斜している場合において、鉛直方向（重力の方向）をｚ方向として、バケット１０の爪先位置Ｐｂと目標面Ｓｔとの間のｚ方向距離を目標面距離Ｚとして、バケット目標速度Ｖｚｔを演算するようにしてもよい。
【0140】
＜変形例９＞
上記実施形態では、コントローラ２０は、車体１Ａが揺れていると判定された場合に、バケット１０の揺れを減衰させるように、ブーム８を動作させる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。コントローラ２０は、車体１Ａが揺れていると判定された場合に、バケット１０の揺れを減衰させるように、アーム９を動作させるようにしてもよい。
上記実施形態では、コントローラ２０は、車体１Ａが揺れていると判定された場合に、バケット１０の揺れを減衰させるように、ブーム８を動作させる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。コントローラ２０は、車体１Ａが揺れていると判定された場合に、バケット１０の揺れを減衰させるように、アーム９を動作させるようにしてもよい。
【0141】
＜変形例１０＞
上記実施形態では、作業機械がクローラ式の油圧ショベル１である場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。ホイール式の油圧ショベル、バックホウ船等、複数の被駆動部材をアクチュエータで駆動する種々の作業機械に本発明を適用することができる。
上記実施形態では、作業機械がクローラ式の油圧ショベル１である場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。ホイール式の油圧ショベル、バックホウ船等、複数の被駆動部材をアクチュエータで駆動する種々の作業機械に本発明を適用することができる。
【0142】
＜変形例１１＞
上記実施形態では、操作装置１５Ａ～１５Ｄが油圧パイロット式の操作装置である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。電気式の操作装置を備え、操作装置からの電気信号に基づいて、コントローラが電磁比例弁を制御することにより、流量制御弁１６ａ～１６ｄを駆動させるようにしてもよい。
上記実施形態では、操作装置１５Ａ～１５Ｄが油圧パイロット式の操作装置である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。電気式の操作装置を備え、操作装置からの電気信号に基づいて、コントローラが電磁比例弁を制御することにより、流量制御弁１６ａ～１６ｄを駆動させるようにしてもよい。
【0143】
＜変形例１２＞
上記実施形態では、ブーム８、アーム９及びバケット１０を駆動するアクチュエータが油圧シリンダである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ブーム８、アーム９及びバケット１０を駆動するアクチュエータは、電動シリンダであってもよい。
上記実施形態では、ブーム８、アーム９及びバケット１０を駆動するアクチュエータが油圧シリンダである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ブーム８、アーム９及びバケット１０を駆動するアクチュエータは、電動シリンダであってもよい。
【0144】
＜変形例１３＞
上記実施形態で説明した制御装置（コントローラ２０）の機能は、それらの一部また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）で実現してもよい。
上記実施形態で説明した制御装置（コントローラ２０）の機能は、それらの一部また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）で実現してもよい。
【0145】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【0146】
１…油圧ショベル（作業機械）、１Ａ…車体（機体）、１Ｂ…作業装置、５…ブームシリンダ（アクチュエータ）、８…ブーム、９…アーム、１０…バケット（作業具）、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ…操作装置、２０…コントローラ（制御装置）、２４…車体傾斜角度センサ（傾斜センサ）、２７…ＧＮＳＳアンテナ（位置センサ）、８１…仮想質点、８２…仮想ダンパ、８３…仮想質点、Ｄ…減衰係数、Ｋ…ばね定数、Ｍ…質量、Ｐｂ…爪先位置、Ｓｔ…目標面、Ｖ０…所定速度、Ｖｚ…爪先速度（相対速度）、Ｖｚｔ…バケット目標速度（作業具目標速度）、Ｚ…目標面距離（距離）、Ｚ０…所定距離、θ…車体傾斜角（傾斜状態）、ω…傾斜角速度（傾斜状態）、ω′…傾斜角加速度（傾斜状態）、ω０…所定値
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】