(57)【要約】【課題】左右の作業領域からの逸脱を防止しつつ，旋回停止制御中のフロント作業機の操作を許容すること。【解決手段】予め設定された作業領域６０の位置と上部旋回体１２及び作業機１Ａの姿勢とに基づいて，上部旋回体及び作業機が作業領域から逸脱する前に上部旋回体の旋回を停止させるための目標旋回停止角度θｓｔｏｐを演算し，旋回中の上部旋回体を目標旋回停止角度で停止させるための旋回停止指令を出力する制御コントローラ４０を油圧ショベル１に備える。制御コントローラは,制動期間中の上部旋回体及び作業機の動作を上部旋回体の旋回角速度と作業機の姿勢とから予測することで，制動期間中に上部旋回体が旋回する角度である予測旋回制動角度θｐｒｅを演算し，制動期間中の作業機の動作の予測結果から目標旋回停止角度θｓｔｏｐを修正し，予測旋回制動角度と修正された目標旋回停止角度とに基づいて決定したタイミングで旋回停止指令を出力する。【選択図】  図８
2020143449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と，
前記下部走行体に対して旋回可能に取り付けられた上部旋回体と，
前記上部旋回体に取り付けられた作業機と，
予め設定された作業領域の位置と前記上部旋回体及び前記作業機の姿勢とに基づいて，前記上部旋回体及び前記作業機が前記作業領域から逸脱する前に前記上部旋回体の旋回を停止させるための旋回角度の目標値である目標旋回停止角度を演算し，旋回中の前記上部旋回体を前記目標旋回停止角度で停止させるための旋回停止指令を出力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，
前記旋回停止指令が出力されたときから前記上部旋回体が停止するときまでの期間である制動期間中の前記上部旋回体及び前記作業機の動作を前記上部旋回体の旋回角速度と前記作業機の姿勢とから予測することで，前記制動期間中に前記上部旋回体が旋回する角度である予測旋回制動角度を演算し，
前記制動期間中の前記作業機の動作の予測結果から前記目標旋回停止角度を修正し，
前記予測旋回制動角度と前記修正された目標旋回停止角度とに基づいて決定したタイミングで前記旋回停止指令を出力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，前記作業機を駆動するアクチュエータの速度特性に基づいて，前記制動期間中の前記作業機の動作を予測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，前記作業機と前記上部旋回体のうちいずれが前記作業領域を逸脱する可能性が高いかを判断し，前記作業機と前記上部旋回体のうち前記作業領域を逸脱する可能性が高いものを対象として，前記旋回停止指令を出力するタイミングを決定することを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項３に記載の作業機械において，
前記制御装置は，前記作業機が前記作業領域を逸脱する可能性が高いと判断されたとき，前記制動期間中に前記作業機のリーチ長さが増加することを仮定して前記予測旋回制動角度を演算し，前記制動期間中に前記作業機のリーチ長さが増加することを仮定して前記目標旋回停止角度を修正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，
前記制御装置は，前記上部旋回体が前記作業領域を逸脱する可能性が高いと判断されたとき，前記制動期間中に慣性モーメントが増加するように前記作業機の姿勢を変化することを仮定して前記予測旋回制動角度を演算し，前記作業機の姿勢の変化による前記目標旋回停止角度の修正は行わないことを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項４に記載の作業機械において，
前記制御装置は，前記作業機のリーチ長さが縮む方向に前記作業機が操作されているとき，前記作業機のリーチ長さが伸びる方向に前記作業機が動くまでの遅れ時間を考慮して前記予測旋回制動角度を演算することを特徴とする作業機械。
【請求項７】
請求項４に記載の作業機械において，
前記作業機は，ブーム，アーム及びアタッチメントの３つの部材を連結した多関節型の作業機であり，
前記３つの部材のうち２つの部材を操作可能な第１操作レバーと，
前記３つの部材から前記２つの部材を除いた残りの１つの部材と前記上部旋回体とを操作可能な第２操作レバーと，
前記第１操作レバーにオペレータが触れているか否かを検出するセンサとを備え，
前記制御装置は，前記センサによって前記第１操作レバーにオペレータが触れていないと検出されたとき，前記制動期間中に前記２つの部材は動作せず前記残りの１つの部材によって前記作業機のリーチ長さが増加することを仮定して，前記予測旋回制動角度を演算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，
前記作業機はバケットを含み，
前記制御装置は，前記バケット内の積荷の荷重に基づいて前記上部旋回体の慣性モーメントを演算し，その慣性モーメントを用いて，前記制動期間中の前記上部旋回体及び前記作業機の動作を予測することを特徴とする作業機械。
【請求項９】
請求項１に記載の作業機械において，
前記制御装置は，前記上部旋回体の車体傾斜角に基づいて車体傾斜による重力の影響項を含めて，前記制動期間中の前記上部旋回体及び前記作業機の動作を予測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】
油圧アクチュエータで駆動される作業機（例えば，ブーム，アーム及びアタッチメントからなる多関節型のフロント作業機）を備える作業機械（例えば油圧ショベル）を用いて掘削や積み込み等の作業を行う場合，作業機械の側面に障害物（例えば建物等の構造物）が存在する場合がある。また，一般道路のように作業機が侵入すべきではない領域（以下，侵入禁止領域と称す）と近接した作業現場もある。作業機械のオペレータは，これらの構造物との接触や，侵入禁止領域への侵入を避けるよう，作業機械を操作する必要がある。
【０００３】
このような環境においてオペレータの操作を支援する技術として，侵入禁止領域の外側に作業領域を設定し，そこから作業機械の逸脱を防止することで侵入禁止領域への侵入を避ける技術がある。特許文献１には，固定子に対し回転子を回転させて上部旋回体を旋回駆動する電動モータと，回転子の角速度をモータ角速度として検出する角速度検出手段と，該モータ角速度が旋回操作レバーで設定された該旋回速度に対応する大きさとなるように，電動モータの回転速度を制御する電動モータ制御手段と，モータ角速度の時間積分値に基づき上部旋回体の旋回角度を算出する旋回角度算出手段と，上部旋回体の旋回範囲（作業領域）を設定する旋回範囲設定手段と，旋回角度が該旋回範囲を超えないように電動モータの作動を停止させる停止制御手段と，を備える作業機械の旋回制御装置が開示されている。
【０００４】
また特許文献２には，コントローラは所定の旋回減速度で旋回停止角度位置に旋回体を停止させるための旋回制動開始時期およびその後の目標旋回角速度を旋回体の旋回残り角度に基づいて決定する旋回角速度制御を実行し，この制御にかかわらず外乱（すなわち，旋回の抵抗となり得る外力（例えば，傾斜姿勢の上部旋回体に作用する重力や風））に起因して旋回停止角度位置よりも手前の位置で旋回体が停止してしまった場合に目標旋回角速度を増大させる補正をして再始動可能な旋回トルクを発生させる，旋回式作業機械の旋回停止制御装置及び方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５２３８３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４７９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの先行技術文献では，旋回動作中の作業機械（旋回体）に対して制動力（制動トルク）を加えて所定の旋回角度で停止させる制御（旋回制動制御）が開示されている。しかし，制動力により旋回体が停止するまでの間にフロント作業機が操作されてフロント作業機の長さや慣性モーメントが変化することまでは考慮されておらず，不具合が生じ得る。
【０００７】
まず，前者のフロント作業機（腕部）の長さに関して，例えばフロント作業機の側面側に直線状の作業領域を規定した場合，同じ旋回角度で同じ制動トルクをかけても，フロント作業機（腕部）の長さによって作業領域を逸脱する場合と逸脱しない場合が生じ得る。しかし，上記の先行技術文献ではそのような状況が考慮されていなため，フロント作業機の長さによっては，所定の旋回角度で停止させてもフロント作業機が作業領域から逸脱する（すなわち侵入禁止領域に侵入する）恐れがある。
【０００８】
また，後者の慣性モーメントは，フロント作業機の姿勢によって変動して旋回動作に影響を与えるため，旋回制動時に考慮する必要がある。作業領域からの逸脱を防ぐための旋回制動が行われ，旋回動作が減速している最中にフロント作業機が操作されると，フロント作業機の姿勢変化に応じて慣性モーメントが変動する。仮に慣性モーメントが増大する方向へフロント作業機が操作されると，旋回制動が実行されてから停止するまでの旋回角度である旋回制動角度が増大し，作業領域から逸脱する可能性がある。このような事態を回避するために，例えば慣性モーメントが常に大きい状況を元に逸脱を防止する保守的な制御を実施すると，フロント作業機が作業領域の境界から大きく離れて停止することになり，オペレータ操作と作業機械の実際の動作が大きく乖離してオペレータに違和感を与える。また，逸脱を防止するための旋回制動が行われている最中はフロント作業機の操作を無効又は禁止することにすると，慣性モーメントの変動は生じないが，旋回制動中にフロント作業機の操作を所望するオペレータに違和感を与える。
【０００９】
本発明の目的は，旋回動作中の旋回体に制動力を加えて所定の旋回角度で停止させる旋回制動制御の実行に，フロント作業機が操作されることによる不具合の発生を防止できる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが，その一例を挙げるならば，下部走行体と，前記下部走行体に対して旋回可能に取り付けられた上部旋回体と，前記上部旋回体に取り付けられた作業機と，予め設定された作業領域の位置と前記上部旋回体及び前記作業機の姿勢とに基づいて，前記上部旋回体及び前記作業機が前記作業領域から逸脱する前に前記上部旋回体の旋回を停止させるための旋回角度の目標値である目標旋回停止角度を演算し，旋回中の前記上部旋回体を前記目標旋回停止角度で停止させるための旋回停止指令を出力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，前記旋回停止指令が出力されたときから前記上部旋回体が停止するときまでの制動期間中の前記上部旋回体及び前記作業機の動作を前記上部旋回体の旋回角速度と前記作業機の姿勢とから予測することで，前記制動期間中に前記上部旋回体が旋回する角度である予測旋回制動角度を演算し，前記制動期間中の前記作業機の動作の予測結果から前記目標旋回停止角度を修正し，前記予測旋回制動角度と前記修正された目標旋回停止角度とに基づいて決定したタイミングで前記旋回停止指令を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば，旋回制動制御中にフロント作業機が操作されることによる不具合の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る油圧ショベルの構成図。
【図２】図１の油圧ショベルの制御コントローラを油圧駆動装置とともに示す図。
【図３】図２中の制御用油圧ユニットの詳細図。
【図４】図１の油圧ショベルの制御コントローラのハードウェア構成図。
【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】本発明の第1実施形態に係る制御コントローラの機能ブロック図。
【図７】本発明の実施形態に係る作業領域とショベルの位置関係を示す図。
【図８】本発明の第1実施形態に係る逸脱防止制御のフローチャートを示す図。
【図９】本発明の第２実施形態に係る逸脱防止制御のフローチャートを示す図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る制御コントローラの機能ブロック図。
【図１１】パイロット圧とアクチュエータ速度の相関テーブルを示す図。
【図１２】本発明の第1実施形態の変形例に係る逸脱防止制御のフローチャートの一部を示す図。
【図１３】本発明の実施形態に係る作業領域とショベルの位置関係を示す図。
【図１４】本発明の第1実施形態の変形例に係る制御コントローラの機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下，本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお，以下では，作業機械として，作業機の先端の作業具（アタッチメント）としてバケットを備える油圧ショベルを例示するが，バケット以外のアタッチメントを備える作業機械に本発明を適用してもよい。また，旋回可能な構造物の上に，複数のリンク部材（アタッチメント，ブーム，アーム等）を連結して構成される多関節型の作業機を有するものであれば，油圧ショベル以外の作業機械への適用も可能である。
【００１４】
また，以下の説明では，同一の構成要素が複数存在する場合，符号の末尾にアルファベットの小文字を付すことがあるが，当該アルファベットの大文字を省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば，同一の３つのポンプ１９０ａ，１９０ｂ，１９０ｃが存在するとき，これらをまとめてポンプ１９０と表記することがある。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの構成図であり，図２は本発明の実施形態に係る油圧ショベルの制御コントローラ（制御装置）４０を油圧駆動装置と共に示す図であり，図３は図２中のフロント制御用油圧ユニット１６０の詳細図である。
【００１６】
図１において，油圧ショベル１は，多関節型のフロント作業機１Ａと，車体（機械本体）１Ｂで構成されている。車体（機械本体）１Ｂは，左右の走行油圧モータ３ａ，３ｂにより走行する下部走行体１１と，下部走行体１１の上に取り付けられ，旋回油圧モータ４によって駆動され左右方向に旋回可能な上部旋回体１２とからなる。
【００１７】
フロント作業機１Ａは，垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材（ブーム８，アーム９及びバケット１０）を連結して構成されており，上部旋回体１２に取り付けられている。ブーム８の基端は上部旋回体１２の前部においてブームピンを介して回動可能に支持されている。ブーム８の先端にはアームピンを介してアーム９が回動可能に連結されており，アーム９の先端にはバケットピンを介してバケット１０が回動可能に連結されている。ブーム８はブームシリンダ５によって駆動され，アーム９はアームシリンダ６によって駆動され，バケット１０はバケットシリンダ７によって駆動される。
【００１８】
ブーム８，アーム９，バケット１０の回動角度α，β，γ（図５参照）を測定可能なように，ブームピンにブーム角度センサ３０，アームピンにアーム角度センサ３１，バケットリンク１４にバケット角度センサ３２が取付けられ，上部旋回体１２には基準面（例えば水平面）に対する上部旋回体１２（車体１Ｂ）の傾斜角θ（図５参照）を検出する車体傾斜角センサ３３が取付けられている。なお，角度センサ３０，３１，３２はそれぞれ基準面（例えば水平面）に対する角度を検出する角度センサ（例えば，慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ））に代替可能である。または各油圧シリンダ５，６，７のストロークを検出するシリンダストロークセンサに代替し，得られたシリンダストロークを角度に換算しても良い。
【００１９】
また，上部旋回体１２と下部走行体１１の回転中心近傍に，上部旋回体１２と下部走行体１１の相対角度（旋回角度θｓｗ）を検出可能な旋回角度センサ１９が取り付けられている。また，旋回の角速度を検出可能な旋回角速度センサ１７が上部旋回体１２に取り付けられている。
【００２０】
上部旋回体１２に設けられた運転室内には，走行右レバー２３ａ（図１）を有し走行右油圧モータ３ａ（下部走行体１１）を操作するための操作装置４７ａ（図２）と，走行左レバー２３ｂ（図１）を有し走行左油圧モータ３ｂ（下部走行体１１）を操作するための操作装置４７ｂ（図２）と，操作右レバー２２ａ（図１）を共有しブームシリンダ５（ブーム８）及びバケットシリンダ７（バケット１０）を操作するための操作装置４５ａ，４６ａ（図２）と，操作左レバー２２ｂ（図１）を共有しアームシリンダ６（アーム９）及び旋回油圧モータ４（上部旋回体１２）を操作するための操作装置４５ｂ，４６ｂ（図２）が設置されている。以下では，操作右レバー２２ａ，操作左レバー２２ｂ，走行右レバー２３ａおよび走行左レバー２３ｂを操作レバー２２，２３と総称することがある。
【００２１】
上部旋回体１２に搭載された原動機であるエンジン１８は，油圧ポンプ２とパイロットポンプ４８を駆動する。油圧ポンプ２はレギュレータ２ａによって容量が制御される可変容量型ポンプであり，パイロットポンプ４８は固定容量型ポンプである。本実施形態においては，図２に示すように，パイロットライン１４４，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９の途中にシャトルブロック１６２が設けられている。操作装置４５，４６，４７から出力された油圧信号が，このシャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａにも入力される。シャトルブロック１６２の詳細構成は省略するが，油圧信号がシャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａに入力されており，油圧ポンプ２の吐出流量が当該油圧信号に応じて制御される。
【００２２】
操作装置４５，４６，４７は，油圧パイロット方式であり，パイロットポンプ４８から吐出される圧油をもとに，それぞれオペレータにより操作される操作レバー２２，２３の操作量（例えば，レバーストローク）と操作方向に応じたパイロット圧（操作圧と称することもある）を発生する。このように発生したパイロット圧は，コントロールバルブユニット２０内の対応する流量制御弁１５ａ〜１５ｆ（図２参照）の油圧駆動部１５０ａ〜１５５ｂにパイロットライン１４４ａ〜１４９ｂ（図２参照）を介して供給され，これら流量制御弁１５ａ〜１５ｆを駆動する制御信号として利用される。
【００２３】
油圧ポンプ２から吐出された圧油は，流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ（図２参照）を介して走行右油圧モータ３ａ，走行左油圧モータ３ｂ，旋回油圧モータ４，ブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７に供給される。供給された圧油によってブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７が伸縮することで，ブーム８，アーム９，バケット１０がそれぞれ回動し，バケット１０の位置及び姿勢が変化する。また，供給された圧油によって旋回油圧モータ４が回転することで，下部走行体１１に対して上部旋回体１２が旋回する。そして，供給された圧油によって走行右油圧モータ３ａ，走行左油圧モータ３ｂが回転することで，下部走行体１１が走行する。以下では，走行油圧モータ３，旋回油圧モータ４，ブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７を総称して，油圧アクチュエータ３−７と総称することがある。
【００２４】
図４は本実施形態に係る油圧ショベルが備える逸脱防止制御システム（旋回制動制御システム）の構成図である。図４のシステムは，操作レバー２２ｂに対してオペレータから旋回操作が入力されて上部旋回体１２が旋回したときに，ショベル１の移動が許可される予め設定された作業領域からショベル１（より具体的にはフロント作業機１Ａ及び上部旋回体１２）が逸脱することを防止するために（すなわち侵入禁止領域への侵入防止のために），旋回油圧モータ４を強制的に減速または停止する逸脱防止制御を実行するものである。特に，本実施形態では旋回動作を制御することで作業領域からの逸脱防止を実現するため，この制御のことを「旋回制動制御」と称する。
【００２５】
旋回制動制御では，操作レバー２２ｂの操作によって旋回油圧モータ４の動作が指示された場合，作業領域６０の境界（作業領域境界）６１（図７参照）と油圧ショベル１との位置関係に基づいて，作業領域境界６１に近づこうとする旋回油圧モータ４の動作を制限するような制御信号を流量制御弁１５ｄに出力し，それにより油圧ショベル１の作業領域からの逸脱を防止している。
【００２６】
逸脱防止制御システムによれば，油圧ショベル１の各部の作業領域６０（図７参照）からの逸脱を防止できるため，オペレータは，侵入禁止領域を意識することなく，掘削作業のような油圧ショベル１の本来の作業に専念することが可能となる。なお，図７の例ではショベル１の側面（下部走行体１１の側面）に沿って設定される作業領域６０を示している。
【００２７】
図４のシステムは，作業機姿勢検出装置５１と，作業領域設定装置５２と，オペレータ操作検出装置５３と，旋回角度検出装置５４と，旋回角速度検出装置５５，逸脱防止制御をつかさどる制御コントローラ（制御装置）４０と，作業領域６０と油圧ショベル１の位置関係を表示可能な表示装置８３と，電磁比例弁８７（８７ａ，８７ｂ）とを備えている。
【００２８】
作業機姿勢検出装置５１は，上部旋回体１２（車体１Ｂ）とフロント作業機１Ａの姿勢情報を検出するセンサであり，フロント作業機１Ａに取り付けられたブーム角度センサ３０，アーム角度センサ３１及びバケット角度センサ３２と，上部旋回体１２に取り付けられたＩＭＵである車体傾斜センサ３３とから構成される。
【００２９】
旋回角度検出装置５４は，上部旋回体１２と下部走行体１１の相対角度（旋回角度θｓｗ）を検出する旋回角度センサ１９から構成される。
【００３０】
旋回角速度検出装置５５は，上部旋回体１２の旋回角速度を検出する旋回角速度センサ１７から構成される。なお，旋回角速度は，旋回角度検出装置５４（旋回角度センサ１９）で検出した旋回角度θｓｗの差分（時間変化）から取得することもでき，この場合は旋回角速度センサ１７の省略が可能である。
【００３１】
作業領域設定装置５２は，図７に示すような油圧ショベル１の作業領域６０を設定可能なインターフェースであり，具体的には，作業領域境界６１を設定することで作業領域６０を設定する。作業領域設定装置５２を介した作業領域６０の設定は，オペレータが手動で行っても良いし，作業領域設定装置５２を外部端末と接続し，その外部端末によって設定された作業領域６０を旋回制動制御に利用しても良い。また，作業領域６０は，例えば，油圧ショベル１（例えば下部走行体１１）に設定されたローカル座標系（ショベル基準座標系）上に設定できる。その他にも，グローバル座標系（地理座標系）や現場に設定された現場座標系等，所望の座標系上に設定することも可能である。グローバル座標系上に作業領域６０を設定した場合には，油圧ショベル１に２本のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ５６を取り付け，ＧＮＳＳアンテナ５６で受信した衛星信号に基づいて油圧ショベル１のグローバル座標を演算し，その座標から所定の範囲に存在する作業領域６０を制御コントローラ４０に読み込むことで旋回制動制御を実行しても良い。
【００３２】
オペレータ操作検出装置５３は，オペレータによる操作レバー２２，２３の操作によって図２に示したパイロットライン１４４〜１４９に生じる操作圧を検出する圧力センサ７０ａ〜７５ａ及び圧力センサ７０ｂ〜７５ｂ（図２参照）から構成される。つまり，オペレータ操作検出装置５３（圧力センサ７０〜７５）は，油圧アクチュエータ３−７に関するオペレータの操作を検出している。
【００３３】
制御コントローラ４０は，作業領域６０の位置と，上部旋回体１２及びフロント作業機１Ａの姿勢とに基づいて，上部旋回体１２及びフロント作業機１Ａが作業領域６０から逸脱する前に上部旋回体１２の旋回を停止させるための旋回角度の目標値である目標旋回停止角度θｓｔｏｐ（後述）を演算し，旋回中の上部旋回体１２を目標旋回停止角度で停止させる旋回制動制御を行うための旋回停止指令を出力する。制御コントローラ４０は，オペレータによる操作レバー２２ｂの操作によりパイロットライン１４７ａ，１４７ｂに発生する操作圧を制御用油圧ユニット１６０（図２参照）で適宜変更することで旋回制動制御を実行する。図３に制御用油圧ユニット１６０の詳細を示す。この図に示すように，制御用油圧ユニット１６０は，２本のパイロットライン１４７ａ，１４７ｂにそれぞれ設置された減圧弁である電磁比例弁８７ａ，８７ｂを備えている。電磁比例弁８７ａ，８７ｂは，制御コントローラ４０に電気的に接続されており，制御コントローラ４０から出力される制御信号に基づいて弁開度が制御され，それによりパイロットライン１４７ａ，１４７ｂの操作圧（パイロット圧）を低減できる。電磁比例弁８７ａ，８７ｂは，非通電時には開度が最大であり，制御コントローラ４０からの制御信号である電流を増大させるほど開度は小さくなる。つまり，電磁比例弁８７ａ，８７ｂは，オペレータが操作レバー２２ｂを操作したことによって生じたパイロット圧を強制的に低減したパイロット圧を発生できる。
【００３４】
本稿では，旋回中の上部旋回体１２を目標旋回停止角度θｓｔｏｐ（後述）で強制的に停止する旋回制動制御を実行するために制御コントローラ４０から電磁比例弁８７a，８７ｂに対して出力される制御信号を「旋回停止指令」と称することがある。なお，本実施形態の旋回停止指令はパイロットライン１４７ａ，１４７ｂの操作圧（パイロット圧）を低減するものであるが，上部旋回体１２の旋回を制動するものであれば他の操作圧を生成しても良い。他の操作圧としては，例えば，オペレータ操作が規定する旋回方向と逆方向に上部旋回体１２を旋回させるものがある。また，旋回停止指令は時間経過や旋回速度変化に応じてパイロット圧を変化させるものでも構わない。
【００３５】
制御コントローラ４０のハードウェア構成について図４を用いて説明する。図４において制御コントローラ４０は，入力インターフェース９１と，プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）９２と，記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と，出力インターフェース９５とを有している。
【００３６】
入力インターフェース９１は，作業機姿勢検出装置５１である角度センサ３０，３１，３２，３４及び傾斜角センサ３３からの信号と，作業領域６０を設定するための装置である作業領域設定装置５２からの信号と，操作装置４５〜４７からの操作量を検出する圧力センサ（圧力センサ７０〜７５を含む）であるオペレータ操作検出装置５３からの信号と，旋回角度検出装置５４である旋回角度センサ１９からの信号と，旋回角速度検出装置５５である旋回角速度センサ１７からの信号を入力し，ＣＰＵ９２が演算可能なように変換する。
【００３７】
ＲＯＭ９３は，後述するフローチャートに係る処理を含め逸脱防止制御（旋回制動制御）を実行するための制御プログラムと，当該フローチャートの実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり，ＣＰＵ９２は，ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムに従って入力インターフェース９１及びメモリ９３，９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。
【００３８】
出力インターフェース９５は，ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し，その信号を電磁比例弁８７（８７ａ，８７ｂ）または表示装置５５に出力することで，旋回油圧モータ４を制御したり，フロント作業機１Ａ，車体１Ｂ，バケット１０及び作業領域６０等の画像を表示装置８３の画面上に表示させたりする。
【００３９】
なお，図４の制御コントローラ４０は，記憶装置としてＲＯＭ９３及びＲＡＭ９４という半導体メモリを備えているが，記憶装置であれば代替可能であり，例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えても良い。
【００４０】
図６は，制御コントローラ４０の機能ブロック図である。制御コントローラ４０は，ＲＯＭ９３に記憶されたプログラムをＣＰＵ９２によって実行することによって，旋回角度演算部７０と，作業領域演算部７１と，作業機姿勢演算部７２と，旋回角速度演算部７３と，オペレータ操作速度推定部７４と，表示制御部７５と，電磁比例弁制御７６と，目標停止角度演算部１０１と，旋回制動挙動予測部１０２と，目標停止角度修正部１０３と，旋回指令演算部１０４として機能する。以下，各部における処理を説明する。
【００４１】
旋回角度演算部７０は，旋回角度検出装置５４（旋回角度センサ１９）からの情報に基づき，ショベル基準座標系（ローカル座標系）における上部旋回体１２の旋回角度θｓｗを演算する。
【００４２】
作業機姿勢演算部７２は，ショベル基準座標系におけるフロント作業機１Ａの姿勢を演算する。油圧ショベル１の姿勢は，図５のショベル基準座標系上に定義できる。図５のショベル基準座標系は，旋回中心軸のうち，下部走行体１１が地面と接する点を原点としている。下部走行体１１が直進する際の進行方向と，フロント作業機１Ａの動作平面が平行となり，かつフロント作業機１Ａの伸ばし方向の動作方向と，下部走行体１１を前進させたときの動作方向が一致する向きをＸ軸，上部旋回体１２における旋回中心をＺ軸，前述したＸ軸及びＺ軸と右手座標系を構成するようにＹ軸を定めた。また，旋回角度θｓｗについては，フロント作業機１ＡがＸ軸と平行になる状態を０度とした。Ｘ軸に対するブーム８の回転角をブーム角α，ブーム８に対するアーム９の回転角をアーム角β，アーム９に対するバケット１０爪先の回転角をバケット角γ，下部旋回体１１に対する上部旋回体１２の旋回角を旋回角θｓｗとした。ブーム角αはブーム角度センサ３０により，アーム角βはアーム角度センサ３１により，バケット角γはバケット角度センサ３２により，旋回角θｓｗは旋回角度センサ１９により検出される。これらの角度情報と，予めＲＯＭ９３に記憶されている油圧ショベル１の各部の寸法情報を用いることで，ショベル基準座標系における油圧ショベル１の各部の姿勢及び位置を演算できる。また，重力方向に対して直角な水平面（基準面）に対する車体１Ｂの傾斜角θは，車体傾斜角センサ３３で検出可能である。
【００４３】
作業領域演算部７１は，作業領域設定装置５２からの情報に基づき，作業領域６０の位置情報を図５に示すショベル基準座標系に変換する演算を実行する。本実施形態では，図７に示すような単一の作業領域境界６１により規定される作業領域６０を示しているが，複数の作業領域境界６１によって定義される作業領域６０であっても良い。作業領域境界６１は図７に示した直線に限らず曲線であっても良いし，図７に示すようなＸ軸と略平行な直線に限らない。
【００４４】
オペレータ操作速度推定部７４は，オペレータ操作検出装置５３（圧力センサ７０〜７５）で検出したパイロット圧（操作圧）と，制御コントローラ４０内のＲＯＭ９３に予め保持してあるパイロット圧とアクチュエータ速度の相関テーブル（例えば図１１参照）とに基づいて，オペレータ操作による油圧アクチュエータ３−７の速度を推定する。なお，圧力センサ７０−７５による操作量の検出は一例に過ぎず，例えば各操作レバー２２，２３の回転変位（傾倒量）を検出する位置センサ（例えば，ロータリーエンコーダ）で当該操作レバー２２，２３の操作量を検出し，その検出したレバー操作量と，レバー操作量とパイロット圧の相関テーブルとに基づいてレバー操作量からパイロット圧を算出し，さらに図１１に例示した壮観テーブルを利用して油圧アクチュエータ３−７の速度を推定しても良い。また，オペレータの操作量から各油圧アクチュエータ３−７の動作速度を推定する構成に代えて，角度センサ３０〜３２や車体傾斜角センサ３３の検出値から油圧シリンダ３−７の変位を算出し，当該変位の時間変化を基に動作速度を算出しても良い。
【００４５】
旋回角速度演算部７３は，旋回角速度検出装置５５（旋回角速度センサ１７）の検出値に基づき，上部旋回体１２の旋回角速度を演算する。
【００４６】
目標停止角度演算部１０１は，作業領域演算部７１で演算された作業領域６０（作業領域境界６１）の位置と，作業機姿勢演算部７２で演算されたフロント作業機１Ａ及び上部旋回体１２の姿勢とに基づいて，フロント作業機１Ａ及び上部旋回体１２が作業領域６０から逸脱する前に上部旋回体１２の旋回を停止させるための旋回角度の目標値である目標旋回停止角度θｓｔｏｐを演算する。本実施形態の目標停止角度演算部１０１は，ショベル基準座標系において，フロント作業機１Ａのリーチ長さ（単に「リーチ」と称することもある）Ｒｂｋ（図５）と，本体１Ｂから作業領域境界６１までの距離とから，目標の旋回停止角度θｓｔｏｐを演算する。例えば，図７の作業領域境界６１に対して，バケット１０の左端部１０Ｌが接近するときの，目標旋回停止角度θｓｔｏｐの算出について説明する。作業領域境界６１とショベル基準座標系の原点（上部旋回体１２の旋回中心１２０）との距離ｄ（図７），上部旋回体１２の旋回中心１２０とブームピン８ａのＸ軸方向の長さをＬｓｂ（図５），ブームピン８ａからアームピン９ａまでの長さをＬｂｍ（図５），アーピン９ａからバケットピン１０ａまでの長さをＬａｍ（図５），バケットピン１０ａからバケット先端１０ｂまでの長さをＬｂｋ（図５），バケット先端の幅方向の長さをＷｂｋ（図７），ブーム８，アーム９，バケット１０の回動角度をα，β，γ（図５）とする。なお，旋回中心１２０と，ブームピン８に，Ｚ軸方向やＹ軸方向のオフセットは無いものとする。このとき，フロント作業機１ＡのリーチＲｂｋは下記の式（１）で表される。
【００４７】
【数１】
2020143449.tif 000003
【００４８】
ここで旋回角度をθｓｗとすると，バケット先端１０ｂの左端の１０Ｌの位置Ｙｂｋは，下記の式（２）として表される。
【００４９】
【数２】
2020143449.tif 000004
【００５０】
上記の式（２）において，三角関数の合成による係数をａ，ｂ，δ，ショベル基準座標系の原点と作業領域境界６１との距離をｄとすると，目標旋回停止角度θｓｔｏｐは下記の式（３）として表される。このときの目標旋回停止角度θｓｔｏｐは，図１３に示すように，バケット先端の左端１０Ｌが作業領域境界６１上に位置するときの旋回角度θｓｗである。この場合，バケット先端の左端１０Ｌが，上部旋回体１２の旋回動作により油圧ショベル１上の点で最も早く作業領域境界６１上に到達する点である。但し，上部旋回体１２の旋回方向と作業領域境界６１の位置に応じて，上部旋回体１２の旋回動作により油圧ショベル１上の点で最も早く作業領域境界６１上に到達する点はその都度変わり得る。
【００５１】
【数３】
2020143449.tif 000005
【００５２】
旋回制動挙動予測部１０２は，制御コントローラ４０から旋回停止指令が出力されたとき（旋回制動の開始）から上部旋回体１２が停止するときまで期間（本稿では「制動期間」と称することがある）中の上部旋回体１２及びフロント作業機１Ａの動作を上部旋回体１２の旋回角速度とフロント作業機１Ａの姿勢とから予測することで，制動期間中に上部旋回体１２が旋回する角度である予測旋回制動角度θｐｒｅを演算する。旋回制動挙動予測部１０２は，例えば制御周期で決められた所定のタイミングにおいて，その瞬間のフロント作業機１Ａの姿勢，フロント作業機１Ａの速度，上部旋回体１２の角速度を初期条件として，制動期間中の上部旋回体１２とフロント作業機１Ａの挙動を予測する。より具体的には，旋回制動挙動予測部１０２は，旋回制動制御による制動期間において，ブーム８，アーム９，バケット１０の回動角度であるα，β，γが変化することによるフロント作業機１Ａのリーチの予測値（「予測作業機リーチ」とも称する）Ｒｐｒｅの変化と，同じく制動期間中に上部旋回体１２が旋回する角度（すなわち，旋回制動の開始から旋回が停止するまでに要する角度）である旋回制動角度の予測値（「予測旋回制動角度」とも称する）θｐｒｅとを算出する。このフロント作業機１ＡのリーチＲｐｒｅの変化と，旋回制動角度θｐｒｅは，例えば下記式（４）の運動方程式に基づいて算出できる。τを旋回の制動トルク，ωを旋回角速度，Ｊをフロント作業機１Ａの姿勢（作業機姿勢）に依存する上部旋回体１２の慣性モーメント，Ｂを粘性減衰係数，Ｃを作業機姿勢に依存する遠心力に関する項とすると，上部旋回体１２の運動方程式は下記の式（４）のようになる。作業機姿勢に依存する項である慣性モーメントの項Ｊと遠心力の項Ｃとを変化させ，各時刻において下記の式（４）を解くことで，フロント作業機１Ａの姿勢が変化する場合の，旋回制動角度と，フロント作業機１Ａのリーチの変化を演算することができる。
【００５３】
【数４】
2020143449.tif 000006
【００５４】
制動期間中のフロント作業機１ＡのリーチＲｐｒｅの変化は，制動期間中の油圧アクチュエータ５−７の速度の変化を油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）５−７の速度特性に基づいて規定し，その速度変化を回動角度α，β，γの変化に幾何学的に変化することで算出可能である。本実形態では油圧アクチュエータ５−７の速度特性として，オペレータ操作速度推定部７４が利用する図１１に示したパイロット圧と油圧アクチュエータ５−７の相関テーブルを利用している。また，本実施形態では，制動期間中の油圧アクチュエータ５−７の速度の変化のさせ方として，式（２）に示したフロント作業機１ＡのリーチＲｂｋを演算時（現時点）の姿勢から最大値に向かって制動期間中に増加し続けるように変化させている。作業範囲６０からの逸脱を確実に防止する観点からは，リーチＲｂｋの時間あたりの増加量はショベル１の仕様から規定される理論上の最大値とすることが好ましい。なお，制動期間中にリーチＲｂｋが最大値に達すれば，それ以降は最大値を維持するものとする。このようなアクチュエータ速度の変化を想定することで，現在のフロント作業機１Ａの姿勢および速度から，フロント作業機１Ａのリーチが最大値に向かって増加するようにオペレータが操作した場合の旋回制動制御時の挙動を予測することができ，その挙動に基づいて予測旋回制動角度θｐｒｅも算出できる。以上を換言すると，本実施形態の旋回制動挙動予測部１０２は，制動期間中にフロント作業機１ＡのリーチＲｂｋが増加し続けることを仮定して予測制動角度θｐｒｅを演算しているといえる。
【００５５】
なお，仮に現時刻においてフロント作業機１ＡのリーチＲｂｋが最大となっている場合は，旋回制動挙動予測部１０２は，制動期間中のフロント作業機１Ａの姿勢の変化を想定せず，現時点の姿勢（すなわちリーチＲｂｋが最大値）のまま旋回制動角度θｐｒｅを算出する。
【００５６】
目標停止角度修正部１０３は，旋回制動挙動予測部１０２によるフロント作業機１Ａの動作の予測結果（具体的にはフロント作業機１ＡのリーチＲｐｒｅ）から目標旋回停止角度θｓｔｏｐを修正する。ここでは目標旋回停止角度θｓｔｏｐの修正値を修正旋回停止角度θｒｓと称することがある。本実施形態の修正旋回停止角度θｒｓは，フロント作業機１Ａのリーチを現在値から所定のルールに従って最大値に向かって伸ばしながら作業領域境界６１に向かって旋回したときに，ショベル１上の点で最も早く作業領域境界６１に到達する点（図１３の場合はバケット先端の左端１０Ｌ）が作業領域境界６１上に位置するときの旋回角度θｓｗとなる。修正旋回停止角度θｒｓは，現時刻でリーチが最大でない場合にはリーチが増加することでθｓｔｏｐより小さくなることが通常である。なお，現時刻において作業機姿勢がフルリーチ（最大値）に到達している場合は，θｒｓとθｓｔｏｐは等しい値となる。以上を換言すると，本実施形態の目標停止角度修正部１０３は，制動期間中にフロント作業機１ＡのリーチＲｂｋが増加し続けることを仮定して目標旋回停止角度θｓｔｏｐを修正することで修正旋回停止角度θｒｓを演算しているといえる。
【００５７】
旋回指令演算部１０４では，修正旋回停止角度θｒｓと，現在の旋回角度θｃ（旋回角度センサ１９により検出される旋回角）と，予測旋回制動角度θｐｒｅとに基づいて決定したタイミングで旋回停止指令（上部旋回体１２の旋回を減速して停止する指令）を電磁比例弁８７に出力する。本実施形態では，下記式（５）の条件を満たすと，旋回の制動トルクτ（式（４）参照）にて減速させる旋回停止指令を出力し，旋回制動制御を実行する。ただし，後述する図８，９のフローチャートでは，予測旋回制動角度θｐｒｅと現在の旋回角度θｃの和が修正旋回停止角度θｒｓ（作業機リーチが既に最大のときはθｓｔｏｐ）に達した時，制動トルクτを加える旋回制動を行うことと説明している。
【００５８】
【数５】
2020143449.tif 000007
【００５９】
上記式（５）を満たすタイミングで旋回停止指令を出力することで，仮に現在の姿勢から作業機１Ａのリーチが最大に向かうような操作が制動期間中にオペレータによって行われた場合であっても，作業領域６０を逸脱することなく，またフロント作業機１Ａの動作を制限することなく，ショベル１の旋回動作を停止させることができる。
【００６０】
−フローチャート（図８）−
次に，図８に基づいて，上記の構成を備えた油圧ショベル１による制御処理手順を説明する。図８は本実施形態の制御コントローラ４０が実行する逸脱防止制御のフローチャートを示しており，各ステップ番号にＳを付して表す。制御コントローラ４０はオペレータの操作レバー２２ｂによる旋回操作が実行されると図８のフローを開始する。但し，旋回中は所定の周期で図８のフローが繰り替えし実行される。
【００６１】
まず，制御コントローラ４０は，ステップＳ１００で，作業領域演算部７１で演算された作業領域６０の位置に基づいて，油圧ショベル１（自機）の現在の位置に作業領域６０の設定がされているか否かを判断する。例えば，自機の位置を中心にして所定の範囲内に作業領域境界６１が存在するか否かを判定し，当該所定の範囲内に作業領域境界６１が存在する場合には作業領域６０の設定がされていると判断する。また，逸脱防止制御の実行のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチを備え，そのスイッチを介してＯＮとされた場合には作業領域６０の設定があり，ＯＦＦの場合には作業領域６０の設定はないと判断するものもある。Ｓ１００で作業領域６０の設定がされていると判断された場合にはＳ１０１に進み，設定がないと判断された場合にはステップＳ１１０へ進む。
【００６２】
ステップＳ１０１では，制御コントローラ４０（作業機姿勢演算部７２）は，作業機姿勢検出装置５１からのデータ入力（フロント作業機１の姿勢情報の入力）を受けて，現時点（ステップＳ１０１の実行時）においてフロント作業機１Ａがフルリーチ（最大）に達しているか否かを判断する。フロント作業機１Ａのリーチが最大と判断された場合ステップＳ１０２へ進み，フルリーチに達していない場合ステップＳ１０５へ進む。
【００６３】
ステップＳ１０２では，制御コントローラ４０（目標停止角度演算部１０１）は，フロント作業機１Ａがフルリーチ姿勢において，旋回動作によって作業領域６０から逸脱するか否かを判定する。すなわち，フルリーチで旋回したとき油圧ショベル１が作業領域６０の外に出るか否かを判定することで，作業領域６０からの逸脱の有無を判定する。逸脱すると判定した場合はステップＳ１０３へ進み，逸脱しないと判定した場合はステップＳ１１０へ進む。
【００６４】
ステップＳ１０３では，制御コントローラ４０（目標停止角度演算部１０１）は，現時点の作業機姿勢（フルリーチ）で，作業領域６０を逸脱しないための目標停止角度θｓｔｏｐを算出する。具体的には，目標停止角度演算部１０１は，ブーム８，アーム９，バケット１０の回動角度α，β，γと，ショベル基準座標系の原点と作業領域境界６１との距離ｄと，式（１）−（３）とに基づいてフルリーチ時の目標停止角度θｓｔｏｐを算出し，それを旋回指令演算部１０４に出力する。ステップＳ１０４が終了したら，その後ステップＳ１０４へ処理を進める。
【００６５】
ステップＳ１０４では，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，現時点の作業機姿勢（フルリーチ）において，旋回制動を開始してから上部旋回体１２が停止するまでに要する角度である予測旋回制動角度θｐｒｅを算出し，それを旋回指令演算部１０４に出力する。その後ステップ１０８へ進む。
【００６６】
ステップＳ１０８では，制御コントローラ４０（旋回指令演算部１０４）は，ステップＳ１０４で演算した予測旋回制動角度θｐｒｅと，旋回角度演算部７０から入力される現在角度θｃの和が，ステップ１０３で演算した目標旋回停止角度θｓｔｏｐに達したか否かを判定する。これらの和が目標旋回停止角度θｓｔｏｐに達した場合にはステップＳ１０９へ処理を進め，達していない場合にはステップＳ１１０へ処理を進める。
【００６７】
ステップＳ１０９では，制御コントローラ４０（旋回指令演算部１０４）は，旋回制動制御，すなわち旋回制動を実行し，それにより上部旋回体１２の旋回動作が減速され，作業領域６０からの逸脱が防止される。
【００６８】
ステップＳ１１０では，制御コントローラ４０による旋回制動制御は実行されず，ショベル１の旋回動作はオペレータの操作通りに行われる。ステップＳ１１０の処理は，ステップＳ１００，ステップＳ１０２，ステップＳ１０６，ステップＳ１０８で否と判定された場合に行われる。
【００６９】
一方，ステップＳ１０５では（すなわち，ステップＳ１０１でフロント作業機１Ａがフルリーチに達していないと判定された場合には），制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，旋回制動制御により旋回制動を開始してから上部旋回体１２が停止するまでの間にフロント作業機１ＡのリーチＲｐｒｅの変化（予測作業機リーチ）と，同じく旋回制動を開始してから上部旋回体１２が停止するまでに要する角度である予測旋回制動角度θｐｒｅとを算出する。具体的には，現時点（ステップＳ１０５の実行時）のフロント作業機１Ａの姿勢・速度および上部旋回体１２の角速度の状態で，所定の制動トルクτによる旋回制動と作業機リーチの最大化とを開始したと想定し，上部旋回体１２が停止するまでに要する角度（予測旋回制動角度）θｐｒｅと，上部旋回体１２が停止するまでのフロント作業機１ＡのリーチＲｐｒｅの変化（予測作業機リーチ）とを上記の式（４）の運動方程式に基づいて算出する。なお，本実施の形態における作業機リーチの最大化は，既述の通り，式（２）に示したフロント作業機１ＡのリーチＲｂｋを演算時（現時点）の姿勢から最大化するように回動角度α，β，γ（各シリンダ５−７の速度）を予め定めたルールに従って変化させる。予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅの演算が完了したら，それらを目標停止角度修正部１０３及び旋回指令演算部１０４に出力して，ステップＳ１０６に進む。
【００７０】
ステップＳ１０６では，制御コントローラ４０（目標停止角度修正部１０３）は，ステップＳ１０５で演算した予測作業機リーチで（即ち，作業機リーチを最大に向かって増加しながら）油圧ショベル１を旋回した際に，油圧ショベル１の一部が作業領域６０から逸脱するか否かを判定する。判定はステップＳ１０２と同様に行うことができる。ここで逸脱すると判定された場合はステップＳ１０７へ進み，逸脱しないと判定された場合はステップＳ１１０へ進む。
【００７１】
ステップＳ１０７では，制御コントローラ４０（目標停止角度修正部１０３）は，ステップＳ１０５で演算した予測作業機リーチ（回動角α，β，γの変化）と，距離ｄと，上記式（１）−（３）とから，作業領域６０を逸脱しないための目標旋回停止角度（修正旋回停止角度θｒｓ）を算出する。その後ステップＳ１０８へ進む。
【００７２】
ステップＳ１０７を経由してステップＳ１０８に来た場合，制御コントローラ４０（旋回指令演算部１０４）は，ステップＳ１０５で演算した予測旋回制動角度θｐｒｅと，旋回角度演算部７０から入力される現在角度θｃの和が，ステップ１０７で演算した目標旋回停止角度（修正旋回停止角度θｒｓ）に達したか否かを判定する。これらの和が目標旋回停止角度（修正旋回停止角度θｒｓ）に達した場合にはステップＳ１０９へ処理を進め（すなわち旋回制動を実行し），達していない場合にはステップＳ１１０へ処理を進める。
【００７３】
−効果−
上記のように構成された油圧ショベル１では以下のような効果が発揮される。
【００７４】
（１）旋回中にフロント作業機１Ａが操作されても作業領域６０を逸脱する可能性がないとき
上部旋回体１２の旋回中にフロント作業機１Ａがオペレータに操作されても油圧ショベル１が作業領域６０から逸脱する可能性がないとき，つまり，ステップＳ１００，Ｓ１０２，Ｓ１０６のいずれかでＮＯと判定されてステップＳ１１０に到達するときは，旋回制動制御は実行されないため，不要な旋回制動制御（旋回制動）の実行が回避されて作業効率が低下することを防止できる。
【００７５】
（２）旋回中にフロント作業機１Ａが操作されて作業領域６０を逸脱するとき
一方，上部旋回体１２の旋回により油圧ショベル１が作業領域６０から逸脱する可能性があるときは，旋回中にフロント作業機１Ａのリーチ長さを最大値に向かって増加した場合の目標旋回停止角度（修正旋回停止角度θｒｓ）が演算されるとともに，旋回制動（旋回制動制御）を開始してから上部旋回体１２が停止するまでに要する角度である予測旋回制動角度θｐｒｅの演算にフロント作業機１Ａのリーチ長さと慣性モーメントが考慮されることとなる。このように構成することで，旋回制動制御中にオペレータによるフロント作業機１Ａの操作を許容しつつ，作業領域６０からの逸脱を防止することができる。仮に，常にフロント作業機１Ａがフルリーチであると仮定して，予測旋回制動角度θｐｒｅと予測作業機リーチを演算した場合には，本実施形態でＳ１０５，１０６，１０７を通過した際に演算されるθｐｒｅと予測作業機リーチに比して大きな値をとるため，制御結果としては保守的になる。しかしながら，本実施形態では，現時刻のフロント作業機１Ａの姿勢を基準に予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを逐次算出するため，実際に起こり得る妥当な条件のもとで，旋回制動制御を実行することができる。
【００７６】
したがって，本実施形態によれば，旋回制動制御中にオペレータによるフロント作業機１Ａの操作を許容しても，それによる不具合の発生（例えば，作業領域６０からの逸脱や，オペレータの操作フィーリングの低下等）を防止できる。
【００７７】
なお，図８のステップＳ１０２は，ステップＳ１００でＹＥＳと判定された後に実行し，そこでＹＥＳと判定された後にステップＳ１０１を実行するようにフローチャートを構成しても良い。すなわち，図８においてステップＳ１０１とＳ１０２の順番の前後は交換可能である。ステップＳ１０１とＳ１０２の前後を入れ替えた場合，ステップＳ１０６は省略可能である。
【００７８】
なお，図５に示すように油圧ショベル１が傾斜地にある場合，旋回動作は斜面の傾斜による重力の影響を受ける。この場合，図６に示す旋回制動挙動予測部１０２は，車体傾斜角センサ３３（作業機姿勢演算部７２）で検出される車体１Ｂ（上部旋回体１２）の傾斜角θに基づいて，重力の影響を考慮して旋回制動制御時の予測される作業機のリーチであるＲｐｒｅ，予測される旋回制動角度であるθｐｒｅを算出し得る。具体的には，重力の影響の項（重力の影響項）をＧとして，下記の運動方程式（式（６））を利用する。
【００７９】
【数６】
2020143449.tif 000008
【００８０】
これにより，重力の影響を受ける場合であっても，精度よく旋回制動制御時の挙動を予測することが可能となる。
【００８１】
＜変形例＞
上記の第１実施形態では，上部旋回体１２の旋回中にオペレータがフロント作業機１Ａの操作を実際に行うか否かに関わらず，オペレータの操作によってフロント作業機１Ａのリーチが最大値に向かって増大する場面を想定した旋回制動について説明したが，以下に示すような方法でオペレータの操作を考慮しても良い。
【００８２】
（１）オペレータが操作右レバー２２ａに触れていない場合
第１実施形態に係る油圧ショベル１は，図２に示すように，フロント作業機１Ａを構成する３つのフロント部材（ブーム８，アーム９，バケット１０）のうち２つのフロント部材であるブーム８及びバケット１０を操作可能な操作右レバー２２ａと，３つのフロント部材から前記２つのフロント部材を除いた残りの１つのフロント部材であるアーム９と上部旋回体１２とを操作可能な操作左レバー２２ｂとを備えている。上部旋回体１２の旋回時には，オペレータは，通常，操作左レバー２２ｂを介して左手で旋回操作を入力し，フロント作業機１Ａの操作が必要な場合は，この旋回操作に加えて他の操作を入力する。そのため，操作左レバー２２ｂによる旋回操作中にオペレータが操作右レバー２２ａに触れていない場合には，ブーム８およびバケット１０は動作しない。そこで，オペレータが操作右レバー２２ａに触れているか否かを検出可能な接触検知センサを操作右レバー２２ａに取り付け，そのセンサの出力信号に応じて図８のＳ１０５の予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅの演算内容を変更しても良い。具体的には，オペレータが操作右レバー２２ａに触れていると判定された場合には，図８のステップＳ１０５で既に説明した処理に基づいて予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを演算し（すなわち，作業機リーチが最大化することを想定して演算する），反対に，オペレータが操作右レバー２２ａに触れていないと判定された場合には，その時のフロント作業機１Ａの姿勢からブーム８およびバケット１０は動作しないものとし，アーム９の押し動作のみで作業機リーチが増加すると仮定して予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを演算するようにフローチャートを変更しても良い（すなわち，作業機リーチはアームダンプ動作だけで増加するものとして演算する）。
【００８３】
（２）作業機リーチが小さくなる方向に操作レバー２２ａ，２２ｂが操作されている場合
オペレータの操作レバー２２ａ，２２ｂの操作によって作業機リーチが縮む方向へフロント作業機１Ａが操作されている場合，オペレータが操作方向を作業機リーチが伸びる方向へ逆転させ，実際にアクチュエータが逆方向に動くまでに生じる遅れ時間を考慮して，図８のステップＳ１０５に示す旋回制動を開始し停止するまでの予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを算出するステップを演算してもよい。例えば操作左レバー２２ｂが，オペレータによってアーム９の巻き込み方向（アームシリンダ６が伸長する方向）に操作されている場合，アクチュエータが逆方向に動く，つまりアーム９が伸長する方向（アームシリンダ６が収縮する方向）に動くまでに要する遅れを考慮して，ステップＳ１０５の演算を実施しても良い。
【００８４】
（３）まとめ（図１２，図１４）
ここで上記（１）及び（２）の内容を反映させた第１実施形態の変形例に係る油圧ショベルについて説明する。図１４は，本変形例に係る油圧ショベルの制御コントローラ４０の機能ブロック図である。図１４に示した接触検知センサ５８は，オペレータが操作右レバー２２ａに触れているか否かを検出するためのセンサであり，操作右レバー２２ａに取り付けられている。接触検知センサ５８は制御コントローラ４０と電機的に接続されており，接触検知センサ５８の検出信号は制御コントローラ４０内の旋回制動挙動予測部１０２に出力されている。
【００８５】
図１２は，図１４に示した制御コントローラ４０が実行する処理のフローチャートの一部を示しており，図８のステップＳ１０５に対して，上記（１）及び（２）の内容を反映させたものとなっている。図１２におけるステップＳ１０５１−Ｓ１０５７までの処理は図８のステップＳ１０５に代替する処理であり，ステップＳ１０５１の処理は図８のステップＳ１０１でＮＯと判定されたときに実行され，Ｓ１０５３−Ｓ１０５７のいずれかの処理が終了したら図８のステップＳ１０６に復帰するものとし，その他の処理は図８と同じであるとする。
【００８６】
まず，ステップＳ１０５１において，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，接触検知センサ５８からの信号に基づいて操作右レバー２２ａにオペレータが触れているか否かを判定する。操作右レバー２２ａにオペレータが触れていると判定された場合，ステップＳ１０５２へ進む。
【００８７】
ステップＳ１０５２では，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，オペレータ操作検出装置５３からの信号に基づいて，操作右レバー２２ａと操作左レバー２２ｂの操作によりフロント作業機１Ａのリーチが縮む方向に操作されているか否かを判定する。操作右レバー２２ａと操作左レバー２２ｂによりフロント作業機１Ａが縮む方向に操作されていると判定された場合，ステップＳ１０５３へ進む。
【００８８】
ステップＳ１０５３では，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，縮み方向に操作されているアクチュエータが逆方向（伸び方向）に動くまでの遅れ時間を考慮した上で，旋回制動を開始し停止するまでの予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを算出する。すなわち，その遅れ時間の経過後に作業機リーチが最大値に向かって増加すると仮定して予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを算出する。
【００８９】
ステップＳ１０５２で縮み方向に操作されていないと判定された場合，ステップＳ１０５４へ進み，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，図８のステップＳ１０５と同じ処理，すなわち，旋回制動を開始し停止するまでの予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを算出する。
【００９０】
一方，ステップＳ１０５１で操作右レバー２２ａに触れていないと判定された場合，ステップＳ１０５５へ進む。
【００９１】
ステップＳ１０５５では，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，オペレータ操作検出装置５３からの信号に基づいて，操作左レバー２２ｂがアーム９の縮む方向に操作されているか否かを判定する。縮む方向に操作されていると判定された場合，ステップＳ１０５６へ進む。
【００９２】
ステップＳ１０５６では，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，ブーム８とバケット１０は動かないとして，縮み方向に操作されているアーム９が逆方向（伸び方向）に動くまでの遅れを考慮して，旋回制動を開始し停止するまでの予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを算出する。すなわち，その遅れ時間の経過後に作業機リーチがアーム９のみの動作によって最大値（ただし，ブーム８とバケット１０は同じ姿勢に保持したままでアーム操作のみによる最大値）に向かって増加する場合を想定して予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを算出する。
【００９３】
ステップ１０５５で縮み方向に操作されていないと判定された場合，ステップＳ１０５７へ進む。
【００９４】
ステップＳ１０５７では，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，ブーム８とバケット１０は動かないとして，旋回制動を開始し停止するまでの予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを算出する。すなわち，作業機リーチがアーム９のみの動作によって最大値（ただし，ブーム８とバケット１０は同じ姿勢に保持したままでアーム操作のみによる最大値）に向かって増加する場合を想定して予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを算出する。
【００９５】
このように図８のフローチャートのステップＳ１０５を図１２に示したＳ１０５１−１０５７に代替すると，予測作業機リーチと予測旋回制動角度θｐｒｅを過大に予測することを防ぐことができるので，第１実施形態と比較して，作業効率とオペレータの操作フィーリングが向上し得る。
【００９６】
＜第２実施形態＞
本実施形態では，旋回動作によって，フロント作業機１Ａではなく，上部旋回体１２が作業領域６０から逸脱し得る場面での旋回制動制御について説明する。ここでは，図７に示すように，旋回動作（右旋回）によって上部旋回体１２の左側後端部１２ＢＬが作業領域６０を逸脱するおそれがある場合の旋回制動制御についての例を示す。なお，第１実施形態と共通する部分は説明を省略することがある。
【００９７】
図７において，旋回中心１２０から左側後端部１２ＢＬまでの長さをＬｕｓ，フロント作業機長手方向（旋回角度がゼロの時はＸ軸と一致）から左側後端部１２ＢＬまでの角度をαｕｓとすると，旋回中心１２０に対する上部旋回体１２の左側後端部１２ＢＬのＹ軸方向の位置Ｙｕｓは下記の式（７）のように表される。
【００９８】
【数７】
2020143449.tif 000009
【００９９】
このとき，旋回中心１２０と作業領域境界６１との距離をｄとすると，目標旋回停止角度θｕｓｓｔｏｐは，下記の式（８）で表される。
【０１００】
【数８】
2020143449.tif 000010
【０１０１】
本実施形態において旋回制動挙動予測部１０２は，式（４）（または式（６））において，慣性モーメントの項Ｊが現時点から最大値に向かって増加しつづけるようにフロント作業機１Ａの姿勢を現時点から変化させることを仮定して旋回制動角度θｐｒｅを算出する。これは，式（４）（または式（６））から明らかなように，上部旋回体１２の後端部と作業領域境界６１の位置関係は，フロント作業機１Ａの姿勢の影響を受けない。一方で，旋回制動角度θｐｒｅは，フロント作業機１Ａの姿勢に依存する慣性モーメントの項Ｊの影響を受ける。そのため，本実施形態のような旋回動作による上部旋回体１２の作業領域６０からの逸脱を防止するためには，慣性モーメントの項Ｊの影響を考慮すればよい。この場合のフローチャートは図９に示すようになる。なお,本実施形態のフロント作業機１Ａの姿勢の変化の算出にも,第１実施形態と同様に図１１に示した相関図を利用することができる。
【０１０２】
図９は本実施形態の制御コントローラ４０が実行する逸脱防止制御のフローチャートを示している。制御コントローラ４０はオペレータの操作レバー２２ｂによる旋回操作が実行されると図９のフローを開始する。但し，旋回中は所定の周期で図９のフローが繰り替えし実行される。なお，図８と同じ処理（ステップ）には同じ符号を付して説明を省略することがある。
【０１０３】
ステップＳ２００において，制御コントローラ４０（目標停止角度演算部１０１）は，旋回動作で上部旋回体１２の後端部が作業領域６０から逸脱するか否かを判定する。逸脱すると判定された場合にはステップＳ２０１へ進み，逸脱しないと判定された場合にはステップＳ１１０へ進む。
【０１０４】
ステップＳ２０１では，制御コントローラ４０（目標停止角度演算部１０１）は，上記の式（７）を用いて目標旋回停止角度θｕｓｓｔｏｐを算出する。その後，ステップＳ２０２へ進む。
【０１０５】
ステップＳ２０２では，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，現時点（ステップＳ２０２の演算時）において，フロント作業機１Ａの姿勢によって定まる慣性モーメントＪが最大となっているか否かを判定する。慣性モーメントＪの最大値は予め演算されており，ここでは現時点での慣性モーメントＪが当該最大値に達しているか否かが判定される。現時点でＪが最大である場合にはステップＳ１０４へ進み，最大ではない場合にはステップＳ２０３へ進む。
【０１０６】
ステップＳ１０４では，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，現時点の作業機姿勢のまま（すなわち，慣性モーメントＪを最大としたまま），旋回制動を開始してから上部旋回体１２が停止するまでに要する角度である予測旋回制動角度θｐｒｅを算出し，それを旋回指令演算部１０４に出力する。その後ステップ１０８へ進む。
【０１０７】
ステップＳ２０３では，制御コントローラ４０（旋回制動挙動予測部１０２）は，制動期間中に慣性モーメントＪが最大値に向かって増加しつづけるようにフロント作業機１Ａの姿勢を変化することを仮定して予測旋回制動角度θｐｒｅを演算し,その後ステップＳ１０８へ進む。
【０１０８】
ステップＳ１００，Ｓ１０８，Ｓ１０９，Ｓ１１０の処理は第１実施形態と同一であるため説明は省略する。
【０１０９】
本実施形態では，第１実施形態とは異なり上部旋回体１２の後端部の作業領域６０が逸脱防止制御の対象であるため，フロント作業機１Ａの姿勢によって目標旋回停止角度θｕｓｓｔｏｐが変化しない。そのため，旋回制動制御時の挙動を予測して目標旋回停止角度θｕｓｓｔｏｐを変更するステップ（図８のステップＳ１０７）は不要であり行われない。
【０１１０】
また，本実施形態と，第１実施形態とを組み合わせて，フロント作業機１Ａと上部旋回体１２のうちいずれが作業領域６０を逸脱する可能性が高いかを判断し，フロント作業機１Ａと上部旋回体１２のうち作業領域６０を逸脱する可能性が高いものを優先して旋回制動制御を実行する構成としても良い。すなわち,フロント作業機１Ａの方が逸脱可能性が高い場合は図８のフローチャートを実行して旋回停止指令を出力するタイミングを決定し,上部旋回体１２の方が逸脱可能性が高い場合は図９のフローチャートを実行して旋回停止指令を出力するタイミングを決定することとなる。なお,逸脱可能性の高さの判定は，例えば,ステップＳ１０８で先に目標旋回停止角度に達する方を逸脱可能性が高いと判断することができる。
【０１１１】
＜第３実施形態＞
ところで，バケット１０内の積荷の重量は慣性モーメントJに影響を与える。そこで，本実施形態では，バケット１０内の積荷の重量（荷重）を演算し,その荷重値に基づいて演算した慣性モーメントＪを用いて制動期間中の上部旋回体１２とフロント作業機１Ａの動作を予測する場合について説明する。第１実施形態と共通する部分は説明を省略する。
【０１１２】
図１０は，本実施形態に係る油圧ショベルの制御コントローラ４０の機能ブロック図である。図６に示した第１実施形態の機能ブロック図に荷重算出部１０５が追加されている。
【０１１３】
荷重算出部１０５は，シリンダ圧力検出装置５７と接続されている。シリンダ圧力検出装置５７は，ブームシリンダ５のロッド部とボトム部に備えられた圧力センサから構成される。荷重算出部１０５は，フロント作業機１Ａの姿勢と，シリンダ圧力検出装置５７からのブームシリンダ５のロッド部とボトム部の差圧から，バケット１０の積載物（積荷）の荷重を算出する。
【０１１４】
旋回制動挙動予測部１０２は，荷重算出部１０５の荷重算出結果に基づき，上記式（４）（または式（６））に示す慣性モーメントの項Ｊを算出する。さらにそれに基づき，第１実施形態と同様に，旋回制動制御時の予測される作業機のリーチであるＲｐｒｅ，予測される旋回制動角度であるθｐｒｅを算出する。
【０１１５】
例えば，バケット１０に積載物がある場合，同じ姿勢で積載物がない場合と比較して，積載物の荷重の分，慣性モーメントが大きくなり，制動距離は長くなる。バケットの荷重を考慮することで，予測旋回制動角度θｐｒｅを精度良く推定することが可能となり，作業領域６０からの逸脱をより確実に防止できる。
【０１１６】
なお，これまでに示した各実施形態において，オペレータによる操作レバー２２の操作に応じてパイロット圧を出力する油圧レバーを備えた作業機械（油圧ショベル）を例として構成を説明してきたが，同様のレバー操作に応じて電気信号を出力する電気レバーを備えた作業機械にも，本発明は適用可能である。また，リーチとしてバケット１０の先端を例として説明したが，バケット１０の先端以外の部位（例えばバケット１０の後端や，バケットシリンダ７のロッド側先端など）がリーチとして最大の値となる場合は，そのバケット１０の先端以外の部位から目標旋回停止角度θｓｔｏｐを算出する構成としてもよい。
【０１１７】
また，上記では詳細な説明は省略したが，旋回制動制御が実行されていることを表示装置８３の画面に表示してオペレータに通達する構成としても良い。
【０１１８】
なお，本発明は，上記の各実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
【０１１９】
また，上記の制御装置（制御コントローラ４０）に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，上記の制御装置に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該制御装置の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。
【０１２０】
また，上記の各実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
【符号の説明】
【０１２１】
１Ａ…フロント作業機（作業機），１Ｂ…車体，８…ブーム，９…アーム，１０…バケット（アタッチメント），１２…上部旋回体，３３…車体傾斜角センサ，４０…制御コントローラ（制御装置），６０…作業領域，θｓｔｏｐ，θｕｓｓｔｏｐ…目標旋回停止角度，θｐｒｅ…予測旋回制動角度，θｒｓ…修正旋回停止角度，Ｒｐｒｅ…フロント作業機のリーチ（作業機のリーチ長さ），２２ａ…操作右レバー（第１操作レバー），２２ｂ…操作左レバー（第２操作レバー），５８…接触検知センサ（センサ）
【図１】
2020143449.tif 000011
【図２】
2020143449.tif 000012
【図３】
2020143449.tif 000013
【図４】
2020143449.tif 000014
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020143449.tif 000021
【図１２】
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【図１３】
2020143449.tif 000023
【図１４】
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