(57)【要約】【課題】作業具の角度を維持する制御を適切に開始することができる作業機械を提供すること。【解決手段】バケット１０が土砂に接地している場合には、バケット１０と目標面６０との距離Ｄが予め定めた第一閾値Ｄ１以下である場合に目標面に対するバケット１０の相対角度が維持されるように操作信号を出力または補正し、バケット１０が土砂に接地していない場合には、バケット１０と目標面６０との距離が第一閾値Ｄ１よりも小さくなるよう予め定めた第二閾値Ｄ２以下である場合に目標面６０に対するバケット１０の相対角度が維持されるように操作信号を出力または補正する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に設けられた作業具を含む複数の被駆動部材を互いに回動可能に連結して構成された多関節型のフロント作業装置と、
操作信号に基づいて前記複数の被駆動部材をそれぞれ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のうちオペレータの所望する油圧アクチュエータに前記操作信号を出力する操作装置と、
前記フロント作業装置の複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢を検出する姿勢検出装置と、
前記フロント作業装置による作業対象について設定された目標面上およびその上方の領域内で前記フロント作業装置が動くように、前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つの油圧アクチュエータに前記操作信号を出力するか、又は、前記操作信号を補正する領域制限制御を実行するコントローラとを備えた作業機械において、
前記作業具の土砂への接地状態を検出する接地状態検出装置をさらに備え、
前記コントローラは、
前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していると判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が予め定めた第一閾値以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正し、
前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していないと判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が前記第一閾値よりも小さくなるよう予め定めた第二閾値以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正することを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械において、
前記フロント作業装置は、前記複数の被駆動部材として、前記作業機械の本体に基端を回動可能に連結されたブームと、前記ブームの先端に一端を回動可能に連結されたアームと、前記アームの他端に回動可能に連結された作業具とを備え、
前記接地状態検出装置は、前記ブームを駆動する油圧アクチュエータであるブームシリンダのシリンダ圧を検出する圧力センサであることを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１記載の作業機械において、
前記接地状態検出装置は、前記フロント作業装置を撮影するカメラ装置であることを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の作業機械において、
前記コントローラによる前記領域制限制御の有効と無効とを択一的に選択する制御選択装置をさらに備えた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装置（例えば、フロント作業装置）を備える、作業機械（例えば油圧ショベル）の作業効率を向上する技術としてマシンコントロール（ＭＣ：Machine Control）がある。マシンコントロール（以降、単にＭＣと称する）とは、操作装置がオペレータに操作された場合に、予め定め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。
【０００３】
このようなＭＣに係る技術として、例えば、特許文献１には、少なくともバケットを含む作業機を備える建設機械の制御装置であって、前記作業機の操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得部と、前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定する操作判定部と、前記非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定するバケット制御判定部と、前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、を備える建設機械の制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０８６４８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術においては、フロント作業装置のバケット（作業具）を基準面に沿って移動させるようなＭＣを行う場合に、バケットと目標掘削地形（以下、目標面と称する）との距離が予め設定された閾値以下であり且つアームが駆動状態のときに、目標面に対するバケットの角度を一定角度に維持するよう制御することで、例えば、掘削対象の仕上げ作業を支援している。
【０００６】
しかしながら、上記従来技術においては、バケットの角度を一定角度に維持する制御を開始する条件としてバケットと目標面との距離について設定される閾値は予め定められているため、この閾値の設定の仕方によっては、角度の維持が求められる場合に制御が開始されなかったり、或いは、角度の維持が邪魔になる場合に制御が開始されてしまったりすることが考えられる。例えば、掘削面に土を盛ってバケットにより押し固めるような仕上げ作業においては、閾値が大きいとバケットの角度が維持されてしまう範囲が高くなるため、バケットを掘削面から大きく離した状態で土を下ろし、かつ、バケットの姿勢を押し固めの姿勢にしてから下げる必要があり、オペレータにとって違和感のある操作を行わなければならず、作業効率も低下してしまう。また、閾値が小さいとバケットの角度を維持する条件から外れ易くなるため、角度を維持する制御が開始されなかったり、或いは、意図せずに角度を維持する制御の有無が切り換わったりすることが考えられる。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、作業具の角度を維持する制御を適切に開始することができる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】
【０００８】
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、先端に設けられた作業具を含む複数の被駆動部材を互いに回動可能に連結して構成された多関節型のフロント作業装置と、操作信号に基づいて前記複数の被駆動部材をそれぞれ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のうちオペレータの所望する油圧アクチュエータに前記操作信号を出力する操作装置と、前記フロント作業装置の複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢を検出する姿勢検出装置と、前記フロント作業装置による作業対象について設定された目標面上およびその上方の領域内で前記フロント作業装置が動くように、前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つの油圧アクチュエータに前記操作信号を出力するか、又は、前記操作信号を補正する領域制限制御を実行するコントローラとを備えた作業機械において、前記作業具の土砂への接地状態を検出する接地状態検出装置をさらに備え、前記コントローラは、前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していると判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が予め定めた第一閾値以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正し、前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していないと判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が前記第一閾値よりも小さくなるよう予め定めた第二閾値以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正するものとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作業具の角度を維持する制御を適切に開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。
【図２】油圧ショベルの油圧回路システムをコントローラ（制御装置）を含む周辺構成とともに抜き出して示す図である。
【図３】図２中のフロント制御用油圧ユニットの詳細を示す図である。
【図４】コントローラのハードウェア構成図である。
【図５】コントローラの処理機能を示す機能ブロック図である。
【図６】図５におけるＭＣ制御部の処理機能の詳細を示す機能ブロック図である。
【図７】コントローラによるＭＣのブームについての処理内容を示すフローチャートである。
【図８】油圧ショベルについて設定するショベル座標系について説明する図である。
【図９】操作量に対するシリンダ速度の設定テーブルの一例を示す図である。
【図１０】バケット爪先速度の垂直成分の制限値と距離との関係を示す図である。
【図１１】バケットにおける速度成分の一例を示す図である。
【図１２】コントローラによるＭＣのバケットについての処理内容を示すフローチャートである。
【図１３】バケット押し付け作業の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、以下の説明においては、作業機械の一例として、フロント作業装置の先端に作業具（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して説明するが、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することが可能である。また、複数の被駆動部材（アタッチメント、アーム、ブーム等）を連結して構成される多関節型のフロント作業装置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。
【００１２】
また、以下の説明においては、ある形状を示す用語（例えば、目標面、設計面等）とともに用いられる「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」を意味し、「上方」は当該或る形状の「表面より高い位置」を意味し、「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】
また、以下の説明においては、同一の構成要素が複数存在する場合、符号（数字）の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。すなわち、例えば、２つのポンプ２ａ，２ｂが存在するとき、これらをまとめてポンプ２と表記することがある。
【００１４】
＜基本構成＞
図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。また、図２は、油圧ショベルの油圧回路システムをコントローラ（制御装置）を含む周辺構成とともに抜き出して示す図であり、図３は、図２中のフロント制御用油圧ユニットの詳細を示す図である。
【００１５】
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装置１Ａと、本体１Ｂで構成されている。油圧ショベル１の本体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により旋回する上部旋回体１２とからなる。
【００１６】
フロント作業装置１Ａは、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（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。なお、以降の説明において、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、及び、バケットシリンダ７をまとめて油圧シリンダ５，６，７や油圧アクチュエータ５，６，７と称することがある。
【００１７】
図８は、油圧ショベルについて設定するショベル座標系について説明する図である。
【００１８】
図８に示すように、本実施の形態においては、油圧ショベル１に対して、ショベル座標系（ローカル座標系）を定義する。ショベル座標系は、上部旋回体１２に対して相対的に固定で定義されるＸＹ座標系であり、上部旋回体１２に回動支持されているブーム８の基端を原点とし、上部旋回体１２の旋回軸に沿う方向に原点を通って上方を正とするＺ軸を、フロント作業装置１Ａの稼動する平面に沿う方向であってＺ軸に垂直にブームの基端を通って前方を正とするＸ軸を有する車体座標系を設定する。
【００１９】
また、ブーム８の長さ（両端の連結部の間の直線距離）をＬ１、アーム９の長さ（両端の連結部の間の直線距離）をＬ２、バケット１０の長さ（アームとの連結部と爪先の間の直線距離）をＬ３とし、ブーム８とＸ軸との成す角（長さ方向の直線とＸ軸との相対角度）を回動角度α、アーム９とブーム８との成す角（長さ方向の直線の相対角度）を回動角度β、バケット１０とアーム９との成す角（長さ方向の直線の相対角度）を回動角度γと定義する。これにより、ショベル座標系におけるバケット爪先位置の座標およびフロント作業装置１Ａの姿勢はＬ１，Ｌ２，Ｌ３，α，β，γで表現することができる。
【００２０】
さらに、油圧ショベル１の本体１Ｂの水平面に対する前後方向の傾きを角度θ、フロント作業装置１Ａのバケット１０の爪先と目標面６０との距離をＤとする。なお、目標面６０とは、掘削作業の目標として施工現場の設計情報などに基づいて設定される目標掘削面である。
【００２１】
フロント作業装置１Ａには、ブーム８、アーム９、バケット１０の回動角度α，β，γを測定する姿勢検出装置として、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１３にバケット角度センサ３２がそれぞれ取付けられ、また、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（油圧ショベル１の本体１Ｂ）の傾斜角θ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、複数の被駆動部材８，９，１０の連結部における相対角度を検出するものを例示して説明するが、複数の被駆動部材８，９，１０の基準面（例えば水平面）に対する相対角度をそれぞれ検出する慣性計測装置（IMU: Inertial Measurement Unit）に代替可能である。
【００２２】
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１ａ（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１ｂ（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）とが設置されている。以下では，走行右レバー２３ａ、走行左レバー２３ｂ、操作右レバー１ａ、及び、操作左レバー１ｂを操作レバー１，２３と総称することがある。
【００２３】
また、運転室内には、目標面６０とフロント作業装置１Ａの位置関係が表示可能な表示装置（例えば液晶ディスプレイ）５３と、マシンコントロール（以下、ＭＣと称する）によるバケット角度制御（作業具角度制御とも称する）の許可・禁止（ＯＮ・ＯＦＦ）を択一的に選択するための制御選択装置９７と、目標面６０に関する情報（各目標面の位置情報や傾斜角度情報を含む）を入力可能なインタフェースである目標面設定装置５１とが配置されている。
【００２４】
制御選択装置９７は、例えば、ジョイスティック形状の操作レバー１ａにおける前面の上端部に設けられており、操作レバー１ａを握るオペレータの親指により押下操作される。また、制御選択装置９７は、例えば、モーメンタリスイッチであり、押下される度にバケット角度制御（作業具角度制御）の有効（ＯＮ）と無効（ＯＦＦ）が切り替えられる。なお、制御選択装置９７の設置箇所は操作レバー１ａ（１ｂ）に限られず、その他の場所に設けても良い。また、制御選択装置９７は、ハードウェアで構成する必要は無く、例えば表示装置５３をタッチパネル化し、その表示画面上に表示されるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）で構成しても良い。
【００２５】
目標面設定装置５１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）と接続されており、この外部端末からの情報に基づいて目標面６０の設定を行う。なお、目標面設定装置５１を介した目標面６０の入力は、オペレータが手動で行っても良い。
【００２６】
図２に示すように、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２ａ，２ｂとパイロットポンプ４８を駆動する。油圧ポンプ２ａ，２ｂはレギュレータ２ａａ，２ｂａ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。油圧ポンプ２およびパイロットポンプ４８は作動油タンク２００より作動油を吸引する。
【００２７】
操作装置４５，４６，４７から操作信号として出力される油圧信号を伝達するパイロットライン１４４，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９の途中にはシャトルブロック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シャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａａ，２ｂａにも入力される。シャトルブロック１６２は、パイロットライン１４４，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９の油圧信号を選択的に抽出するための複数のシャトル弁等により構成されるものであるが、詳細構成の説明は省略する。操作装置４５，４６，４７からの油圧信号がシャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａａ，２ｂａに入力されており、油圧ポンプ２ａ，２ｂの吐出流量が当該油圧信号に応じて制御される。
【００２８】
パイロットポンプ４８の吐出配管であるポンプライン４８ａは、ロック弁３９を通った後、複数に分岐して操作装置４５，４６，４７、及び、フロント制御用油圧ユニット１６０内の各弁に接続されている。ロック弁３９は、例えば、電磁切換弁であり、その電磁駆動部は運転室（図１）に配置された図示しないゲートロックレバーの位置検出器と電気的に接続されている。ゲートロックレバーのポジションは位置検出器で検出され、その位置検出器からロック弁３９に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁３９が閉じてポンプライン４８ａが遮断され、ロック解除位置にあればロック弁３９が開いてポンプライン４８ａが開通する。つまり、ゲートロックレバーがロック位置に操作されてポンプライン４８ａが遮断された状態では、操作装置４５，４６，４７による操作が無効化されて、旋回および掘削等の動作が禁止される。
【００２９】
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、オペレータにより操作される操作レバー１，２３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がある）を油圧信号として生成する。このようにして生成されたパイロット圧（油圧信号）は、対応する流量制御弁１５ａ〜１５ｆ（図２，図３参照）の油圧駆動部１５０ａ〜１５５ｂにパイロットライン１４４ａ〜１４９ｂ（図３参照）を介して供給され、これら流量制御弁１５ａ〜１５ｆを駆動する操作信号として利用される。
【００３０】
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、及び、バケットシリンダ７に供給される。油圧ポンプ２から流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃを介して供給される圧油によってブームシリンダ５、アームシリンダ６、及び、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、及び、バケット１０がそれぞれ回動されてバケット１０の位置及び姿勢が変化する。また、油圧ポンプ２から流量制御弁１５ｄを介して供給される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。また、油圧ポンプ２から流量制御弁１５ｅ，１５ｆを介して供給される圧油によって走行右油圧モータ３ａ及び走行左油圧モータ３ｂが回転することで、下部走行体１１が走行する。ブームシリンダ５には、バケット１０が土砂に接地されているかどうかを検出するためのバケット接地状態検出装置として、ブームシリンダ５のボトム側の圧力を検出する圧力センサ５７が設けられている。なお、接地状態検出装置は、作業具であるバケット１０が土砂に接地されているかどうかを検出できればよく、例えば、ステレオカメラを有するカメラ装置を用いて取得した映像からバケット１０が土砂に接地しているかどうかを判定するように構成しても良い。
【００３１】
＜フロント制御用油圧ユニット１６０＞
図３に示すように、フロント制御用油圧ユニット１６０は、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ａ，１４４ｂに設けられ、操作レバー１ａの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）を検出するオペレータ操作検出装置としての圧力センサ７０ａ，７０ｂと、一次ポート側がポンプライン４８ａを介してパイロットポンプ４８に接続されパイロットポンプ４８からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５４ａと、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ａと電磁比例弁５４ａの二次ポート側に接続され、パイロットライン１４４ａ内のパイロット圧と電磁比例弁５４ａから出力される制御圧（第２制御信号）の高圧側を選択し、流量制御弁１５ａの油圧駆動部１５０ａに導くシャトル弁８２ａと、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ｂに設置され、コントローラ４０からの制御信号を基にパイロットライン１４４ｂ内のパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５４ｂとを備えている。
【００３２】
また、フロント制御用油圧ユニット１６０は、アーム９用のパイロットライン１４５ａ，１４５ｂに設置され、操作レバー１ｂの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）を検出してコントローラ４０に出力するオペレータ操作検出装置としての圧力センサ７１ａ，７１ｂと、パイロットライン１４５ｂに設置され、コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５５ｂと、パイロットライン１４５ａに設置され、コントローラ４０からの制御信号を基にパイロットライン１４５ａ内のパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５５ａとを備えている。
【００３３】
また、フロント制御用油圧ユニット１６０は、バケット１０用のパイロットライン１４６ａ，１４６ｂに設置され、操作レバー１ａの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）を検出してコントローラ４０に出力するオペレータ操作検出装置としての圧力センサ７２ａ，７２ｂと、コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５６ａ，５６ｂと、一次ポート側がパイロットポンプ４８に接続されパイロットポンプ４８からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５６ｃ，５６ｄと、パイロットライン１４６ａ，１４６ｂ内のパイロット圧と電磁比例弁５６ｃ，５６ｄから出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁１５ｃの油圧駆動部１５２ａ，１５２ｂに導くシャトル弁８３ａ，８３ｂとを備えている。なお、図３においては、圧力センサ７０，７１，７２とコントローラ４０との接続線は紙面の都合上省略している。
【００３４】
電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂは、非通電時には開度が最大で、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。一方、電磁比例弁５４ａ，５６ｃ，５６ｄは、非通電時には開度をゼロ，通電時に開度を有し，コントローラ４０からの電流（制御信号）を増大させるほど開度は大きくなる。このように各電磁比例弁５４，５５，５６の開度はコントローラ４０からの制御信号に応じたものとなる。
【００３５】
以降、本実施の形態においては、流量制御弁１５ａ〜１５ｃに対する制御信号のうち、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作によって発生したパイロット圧を「第１制御信号」と称する。また、流量制御弁１５ａ〜１５ｃに対する制御信号のうち、コントローラ４０で電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂを駆動して第１制御信号を補正（低減）して生成したパイロット圧と、コントローラ４０で電磁比例弁５４ａ，５６ｃ，５６ｄを駆動して第１制御信号とは別に新たに生成したパイロット圧を「第２制御信号」と称する。
【００３６】
＜コントローラ４０＞
図４は、コントローラのハードウェア構成図である。
【００３７】
図４において、コントローラ４０は、入力インタフェース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、出力インタフェース９５とを有している。入力インタフェース９１は、姿勢検出装置（ブーム角度センサ３０、アーム角度センサ３１、バケット角度センサ３２、車体傾斜角センサ３３）からの信号、目標面設定装置５１からの信号、オペレータ操作検出装置（圧力センサ７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ）、制御選択装置９７からの信号、及び、バケット接地状態検出装置（圧力センサ５７）からの信号を入力し、Ａ／Ｄ変換を行う。ＲＯＭ９３は、後述するフローチャート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。出力インタフェース９５は、ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を表示装置５３や電磁比例弁５４，５５，５６に出力することで、油圧アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃを駆動・制御したり、油圧ショベル１の本体１Ｂ、バケット１０及び目標面６０等の画像を表示装置５３の表示画面上に表示させたりする。なお、図４のコントローラ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場合を例示しているが、記憶機能を有する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る構成としても良い。
【００３８】
本実施の形態におけるコントローラ４０は、マシンコントロール（ＭＣ）として、操作装置４５，４６がオペレータに操作されたとき、フロント作業装置１Ａを予め定められた条件に基づいて制御する処理を実行する。本実施の形態におけるＭＣは、操作装置４５，４６の非操作時にフロント作業装置１Ａの動作をコンピュータにより制御する「自動制御」に対して、操作装置４５，４６の操作時にのみフロント作業装置１Ａの動作をコンピュータにより制御する「半自動制御」と称することがある。
【００３９】
フロント作業装置１ＡのＭＣとしては、操作装置４５ｂ，４６ａ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つの指示）が入力された場合、目標面６０とフロント作業装置１Ａの先端（本実施形態ではバケット１０の爪先とする）の位置関係に基づいて、フロント作業装置１Ａの先端の位置が目標面６０上及びその上方の領域内に保持され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つを強制的に動作させる制御信号（例えば、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う）を該当する流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃに出力する、所謂、領域制限制御を行う。
【００４０】
このようなＭＣによりバケット１０の爪先が目標面６０の下方に侵入することが防止されるので、オペレータの技量の程度に関わらず目標面６０に沿った掘削が可能となる。なお、本実施の形態では、ＭＣ時のフロント作業装置１Ａの制御点を、油圧ショベルのバケット１０の爪先（フロント作業装置１Ａの先端）に設定しているが、制御点はフロント作業装置１Ａの先端部分の点であればバケット爪先以外にも変更可能である。すなわち、例えば、バケット１０の底面や、バケットリンク１３の最外部に制御点を設定しても良い。
【００４１】
フロント制御用油圧ユニット１６０において、コントローラ４０から制御信号を出力して電磁比例弁５４ａ，５６ｃ，５６ｄを駆動すると、対応する操作装置４５ａ，４６ａのオペレータ操作が無い場合にもパイロット圧（第２制御信号）を発生できるので、ブーム上げ動作、バケットクラウド動作、バケットダンプ動作を強制的に発生できる。また、これと同様にコントローラ４０により電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂを駆動すると、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａのオペレータ操作により発生したパイロット圧（第１制御信号）を減じたパイロット圧（第２制御信号）を発生することができ、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オペレータ操作の値から強制的に低減できる。
【００４２】
第２制御信号は、第１制御信号によって発生されるフロント作業装置１Ａの制御点の速度ベクトルが所定の条件に反するときに生成され、当該所定の条件に反しないフロント作業装置１Ａの制御点の速度ベクトルを発生させる制御信号として生成される。なお、同一の流量制御弁１５ａ〜１５ｃにおける一方の油圧駆動部に対して第１制御信号が、他方の油圧駆動部に対して第２制御信号が生成される場合は、第２制御信号を優先的に油圧駆動部に作用させるものとし、第１制御信号を電磁比例弁で遮断し、第２制御信号を当該他方の油圧駆動部に入力する。したがって、流量制御弁１５ａ〜１５ｃのうち第２制御信号が演算されたものについては第２制御信号を基に制御され、第２制御信号が演算されなかったものについては第１制御信号を基に制御され、第１及び第２制御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。上記のように第１制御信号と第２制御信号を定義すると、ＭＣは、第２制御信号に基づく流量制御弁１５ａ〜１５ｃの制御ということもできる。
【００４３】
図５は、コントローラの処理機能を示す機能ブロック図である。また、図６は、図５におけるＭＣ制御部の処理機能の詳細を示す機能ブロック図である。
【００４４】
図５に示すように、コントローラ４０は、ＭＣ制御部４３と、電磁比例弁制御部４４と、表示制御部３７４とを備えている。
【００４５】
表示制御部３７４は、ＭＣ制御部４３から出力される作業装置姿勢及び目標面を基に表示装置５３を制御する部分である。表示制御部３７４には、フロント作業装置１Ａの画像及びアイコンを含む表示関連データが多数格納されている表示ＲＯＭが備えられており、表示制御部３７４が、入力情報に含まれるフラグに基づいて所定のプログラムを読み出すとともに、表示装置５３における表示制御をする。
【００４６】
図６に示すように、ＭＣ制御部４３は、操作量演算部４３ａと、姿勢演算部４３ｂと、目標面演算部４３ｃと、ブーム制御部８１ａと、バケット制御部８１ｂとを備えている。
【００４７】
操作量演算部４３ａは、オペレータ操作検出装置（圧力センサ７０，７１，７２）からの入力を基に操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ（操作レバー１ａ，１ｂ）の操作量を算出する。操作量演算部４３ａでは、圧力センサ７０，７１，７２の検出値から操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作量を算出する。なお、本実施の形態で示す圧力センサ７０，７１，７２による操作量の算出は一例に過ぎず、例えば、各操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作レバー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）で当該操作レバーの操作量を検出しても良い。
【００４８】
姿勢演算部４３ｂは作業装置姿勢検出装置５０からの情報に基づき、ローカル座標系におけるフロント作業装置１Ａの姿勢と、バケット１０の爪先の位置を演算する。
【００４９】
目標面演算部４３ｃは、目標面設定装置５１からの情報に基づき目標面６０の位置情報を演算し、これをＲＯＭ９３内に記憶する。本実施の形態では、図８に示すように、３次元の目標面をフロント作業装置１Ａが移動する平面（作業機の動作平面）で切断した断面形状を目標面６０（２次元の目標面）として利用する。
【００５０】
なお、図８では、目標面６０が１つである場合を例示しているが、目標面が複数存在する場合もある。目標面が複数存在する場合には、例えば、フロント作業装置１Ａから最も近いものを目標面と設定する方法や、バケット爪先の下方に位置するものを目標面とする方法、或いは、任意に選択したものを目標面とする方法等がある。
【００５１】
距離演算部４３ｄは、バケット１０の爪先の位置（座標）と、ＲＯＭ９３に記憶された目標面６０を含む直線の距離とに基づいて、バケット先端から制御対象の目標面６０までの距離Ｄ（図８参照）を算出する。
【００５２】
目標角度演算部９６は、目標面６０に対するバケット爪先の傾斜角バケット角γの目標角度（以下では「目標バケット角度γＴＧＴ」とも称する）を演算する。目標バケット角度γＴＧＴの設定には、バケット制御判定部８１ｃでバケット制御が開始されるときのバケット角度γが設定される。
【００５３】
ブーム制御部８１ａ及びバケット制御部８１ｂは、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作時に、予め定めた条件に従って複数の油圧アクチュエータ５，６，７のうち少なくとも１つを制御するアクチュエータ制御部８１を構成する。アクチュエータ制御部８１は、各油圧シリンダ５，６，７の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃの目標パイロット圧を演算し、その演算した目標パイロット圧を電磁比例弁制御部４４に出力する。
【００５４】
ブーム制御部８１ａは、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作時に、目標面６０の位置と、フロント作業装置１Ａの姿勢及びバケット１０の爪先の位置と、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作量とに基づいて、目標面６０上またはその上方にバケット１０の爪先（制御点）が位置するようにブームシリンダ５（ブーム８）の動作を制御するＭＣを実行するための部分である。ブーム制御部８１ａでは、ブームシリンダ５の流量制御弁１５ａの目標パイロット圧が演算される。
【００５５】
バケット制御部８１ｂは、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作時に、ＭＣによるバケット角度制御を実行するための部分である。バケット制御部８１ｂの詳細な制御内容は後述するが、バケット制御判定部８１ｃでバケットを自動で制御するように判定したとき、アームに対するバケット爪先の傾斜角度γが目標角度演算部９６で設定した目標バケット角度γＴＧＴとなるようにバケットシリンダ７（バケット１０）の動作を制御するＭＣ（バケット角度制御）が実行される。バケット制御部８１ｂでは、バケットシリンダ７の流量制御弁１５ｃの目標パイロット圧が演算される。
【００５６】
電磁比例弁制御部４４は、アクチュエータ制御部８１から出力される各流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃへの目標パイロット圧を基に、各電磁比例弁５４〜５６への指令を演算する。なお、オペレータ操作に基づくパイロット圧（第１制御信号）と、アクチュエータ制御部８１で算出された目標パイロット圧が一致する場合には，該当する電磁比例弁５４〜５６への電流値（指令値）はゼロとなり、該当する電磁比例弁５４〜５６の動作は行われない。
【００５７】
＜ＭＣに係るブーム制御（ブーム制御部８１ａ）＞
ここで、ＭＣに係るブーム制御の詳細を説明する。
【００５８】
図７は、コントローラによるＭＣのブームについての処理内容を示すフローチャートである。また、図９は操作量に対するシリンダ速度の設定テーブルの一例を、図１０はバケット爪先速度の垂直成分の制限値と距離との関係を、図１１は、バケットにおける速度成分の一例をそれぞれ示す図である。
【００５９】
コントローラ４０は、ＭＣにおけるブーム制御として、ブーム制御部８１ａによるブーム上げ制御を実行する。ブーム制御部８１ａによる処理は、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａがオペレータにより操作されると開始される。
【００６０】
図７において、ブーム制御部８１ａは、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａがオペレータにより操作されると、まず、操作量演算部４３ａで演算された操作量を基に各油圧シリンダ５，６，７の動作速度（シリンダ速度）を演算する（ステップＳ４１０）。具体的には、図９で示すように、あらかじめ実験やシミュレーションで求めた操作量に対するシリンダ速度をテーブルとして設定し、これに従って各油圧シリンダ５，６，７についてシリンダ速度を算出する。
【００６１】
続いて、ブーム制御部８１ａは、ステップＳ４１０で演算された各油圧シリンダ５，６，７の動作速度と、姿勢演算部４３ｂで演算されたフロント作業装置１Ａの姿勢とに基づいて、オペレータ操作によるバケット先端（爪先）の速度ベクトルＢを演算する（ステップＳ４２０）。
【００６２】
続いて、ブーム制御部８１ａは、距離Ｄと図１０に示す関係に基づいて、バケット先端の速度ベクトルの目標面６０に垂直な成分の制限値ａｙを算出する（ステップＳ４３０）。
【００６３】
続いて、ブーム制御部８１ａは、ステップＳ４２０で算出したオペレータ操作によるバケット先端の速度ベクトルＢについて、目標面６０に垂直な成分ｂｙを取得する（ステップＳ４４０）。
【００６４】
続いて、ブーム制御部８１ａは、ステップＳ４３０で算出した制限値ａｙが０以上か否かを判定する（ステップＳ４５０）。なお、図１１に示したように、バケット１０に対してｘｙ座標を設定する。図１１のｘｙ座標では、ｘ軸は目標面６０と平行で図中右方向を正とし、ｙ軸は目標面６０に垂直で図中上方向を正とする。図１１では、垂直成分ｂｙ及び制限値ａｙは負であり、水平成分ｂｘ及び水平成分ｃｘ及び垂直成分ｃｙは正である。そして、図１０から明らかであるが、制限値ａｙが０のときは距離Ｄが０、すなわち爪先が目標面６０上に位置する場合であり、制限値ａｙが正のときは距離Ｄが負、すなわち爪先が目標面６０より下方に位置する場合であり、制限値ａｙが負のときは距離Ｄが正、すなわち爪先が目標面６０より上方に位置する場合である。
【００６５】
ステップＳ４５０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、制限値ａｙが０以上と判定された場合であって、爪先が目標面６０上またはその下方に位置する場合には、ブーム制御部８１ａは、オペレータ操作による爪先の速度ベクトルＢの垂直成分ｂｙが０以上か否かを判定する（ステップＳ４６０）。垂直成分ｂｙが正の場合は速度ベクトルＢの垂直成分ｂｙが上向きであることを示し、垂直成分ｂｙが負の場合は速度ベクトルＢの垂直成分ｂｙが下向きであることを示す。
【００６６】
ステップＳ４６０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、垂直成分ｂｙが０以上と判定された場合であって、垂直成分ｂｙが上向きの場合には、ブーム制御部８１ａは、制限値ａｙの絶対値が垂直成分ｂｙの絶対値以上か否かを判定し、（ステップＳ４７０）、判定結果がＹＥＳの場合には、ブーム制御部８１ａは、マシンコントロールによるブーム８の動作で発生すべきバケット先端の速度ベクトルＣの目標面６０に垂直な成分ｃｙを算出する式として「ｃｙ＝ａｙ−ｂｙ」を選択し、その式とステップＳ４３０で算出した制限値ａｙとステップＳ４４０で算出した垂直成分ｂｙを基に垂直成分ｃｙを算出する（ステップＳ５００）。
【００６７】
続いて、ブーム制御部８１ａは、ステップＳ５００で算出した垂直成分ｃｙを出力可能な速度ベクトルＣを算出し、その水平成分をｃｘとする（ステップＳ５１０）。
【００６８】
続いて、ブーム制御部８１ａは、目標速度ベクトルＴを算出し（ステップＳ５２０）、ステップＳ５５０に進む。目標速度ベクトルＴの目標面６０に垂直な成分をｔｙ，水平な成分ｔｘとすると、それぞれ「ｔｙ＝ｂｙ＋ｃｙ，ｔｘ＝ｂｘ＋ｃｘ」と表すことができる。これに、ステップＳ５００で算出したｃｙ＝ａｙ−ｂｙを代入すると目標速度ベクトルＴは「ｔｙ＝ａｙ，ｔｘ＝ｂｘ＋ｃｘ」となる。つまり、ステップＳ５２０の処理に至った場合の目標速度ベクトルの垂直成分ｔｙは制限値ａｙに制限され、マシンコントロールによる強制ブーム上げの制御が発動される。
【００６９】
ステップＳ４５０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、制限値ａｙが０未満の場合には、ブーム制御部８１ａは、オペレータ操作による爪先の速度ベクトルＢの垂直成分ｂｙが０以上か否かを判定する（ステップＳ４８０）。ステップＳ４８０での判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ５３０に進み、判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ４９０に進む。
【００７０】
ステップＳ４８０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、垂直成分ｂｙが０未満の場合には、ブーム制御部８１ａは、制限値ａｙの絶対値がと垂直成分ｂｙの絶対値以上か否かを判定し（ステップＳ４９０）、判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ５３０に進み、判定結果がＮＯの場合にはステップＳ５００に進む。
【００７１】
ステップＳ４８０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、垂直成分ｂｙが０以上と判定された場合（垂直成分ｂｙが上向きの場合）、又は、ステップＳ４９０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、制限値ａｙの絶対値が垂直成分ｂｙの絶対値未満の場合には、ブーム制御部８１ａは、マシンコントロールでブーム８を動作させる必要が無いとし、速度ベクトルＣをゼロとする（ステップＳ５３０）。
【００７２】
続いて、ブーム制御部８１ａは、目標速度ベクトルＴをステップＳ５２０で利用した式（ｔｙ＝ｂｙ＋ｃｙ，ｔｘ＝ｂｘ＋ｃｘ）に基づいて「ｔｙ＝ｂｙ，ｔｘ＝ｂｘ」とする（ステップＳ５４０）。これは、オペレータ操作による速度ベクトルＢと一致する。
【００７３】
ステップＳ５２０、又は、ステップＳ５４０の処理が終了すると、続いて、ブーム制御部８１ａは、ステップＳ５２０又はステップＳ５４０で決定した目標速度ベクトルＴ（ｔｙ，ｔｘ）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（ステップＳ５５０）。なお、上記説明から明らかであるが、目標速度ベクトルＴが速度ベクトルＢに一致しないときには、マシンコントロールによるブーム８の動作で発生する速度ベクトルＣを速度ベクトルＢに加えることで目標速度ベクトルＴを実現する。
【００７４】
続いて、ブーム制御部８１ａは、ステップＳ５５０で算出された各シリンダ５，６，７の目標速度を基に各油圧シリンダ５，６，７の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃへの目標パイロット圧を演算する（ステップＳ５６０）。
【００７５】
続いて、ブーム制御部８１ａは、各油圧シリンダ５，６，７の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃへの目標パイロット圧を電磁比例弁制御部４４に出力し（ステップＳ５７０）、処理を終了する。
【００７６】
このように、図７に示したフローチャートの処理を行うことにより、電磁比例弁制御部４４は、各油圧シリンダ５，６，７の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃに目標パイロット圧が作用するように電磁比例弁５４，５５，５６を制御し、フロント作業装置１Ａによる掘削が行われる。例えば、オペレータが操作装置４５ｂを操作してアームクラウド動作によって水平掘削を行う場合には、バケット１０の先端が目標面６０に侵入しないように電磁比例弁５５ｃが制御され、ブーム８の上げ動作が自動的に行われる。
【００７７】
＜ＭＣに係るバケット制御（バケット制御部８１ｂ、バケット制御判定部８１ｃ）＞
続いて、ＭＣに係るバケット制御の詳細を説明する。
【００７８】
図１２は、コントローラによるＭＣのバケットについての処理内容を示すフローチャートである。
【００７９】
コントローラ４０は、ＭＣにおけるバケット制御として、バケット制御部８１ｂおよびバケット制御判定部８１ｃによるバケット回動制御を実行する。バケット回動制御は、バケット１０の目標面６０に対する相対角度を制御するバケット角度制御である。
【００８０】
図１２において、まず、バケット制御判定部８１ｃは、制御選択装置９７がＯＮ（すなわちバケット角度制御は有効）に切り替えられているか否かを判定し（ステップＳ１００）、判定結果がＮＯの場合には、バケット１０の角度を制御するバケット回動制御を実行せず（ステップＳ１０８）、処理を終了する。この場合、４つの電磁比例弁５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄのいずれにも指令は送られない。
【００８１】
また、ステップＳ１００での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、制御選択装置９７がＯＮ（バケット角度制御が有効）である場合には、続いて、バケット制御判定部８１ｃは、バケット１０が土砂に接地されているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。バケット１０が土砂に接地されているか否かの判定は、バケット接地状態検出装置（圧力センサ５７）で検出されたブームシリンダ５のボトム圧Ｐｂｍｂと予め定めた閾値Ｐｔｈとを比較することによって行い、ボトム圧Ｐｂｍｂが閾値Ｐｔｈよりも小さい場合には、バケット１０が接地状態であると判定する。
【００８２】
ステップＳ１０１での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、バケット１０が接地状態であると判定した場合には、続いて、バケット制御判定部８１ｃは、バケット１０の爪先と目標面６０の距離Ｄが所定値Ｄ１以下か否かを判定し（ステップＳ１０２）、判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ１０４に進む。
【００８３】
また、ステップＳ１０１での判定結果がＮＯの場合、すなわち、バケット１０が接地状態ではないと判定した場合には、バケット制御判定部８１ｃは、バケット１０の爪先と目標面６０の距離Ｄが所定値Ｄ２以下か否かを判定し（ステップＳ１０３）、判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ１０４に進む。
【００８４】
バケット１０と目標面６０の距離の所定値Ｄ１，Ｄ２は、ＭＣのバケット角度制御（バケット回動制御）の開始タイミングを決定する値であるといえる。所定値Ｄ２は、バケット角度制御の発動がオペレータに与える違和感を低減する観点からはできるだけ小さい値に設定することが好ましい。また所定値Ｄ１は、目標面よりも土が盛られていることを想定し、所定値Ｄ２よりも大きい値に設定することが好ましい。また、ステップＳ１０２，Ｓ１０３で利用するバケット１０の爪先から目標面６０までの距離Ｄは、姿勢演算部４３ｂで演算したバケット１０の爪先の位置（座標）と、ＲＯＭ９３に記憶された目標面６０を含む直線の距離から算出できる。なお、距離Ｄを算出する際のバケット１０の基準点はバケット爪先（バケット１０の前端）である必要は無く、バケット１０のうち目標面６０との距離が最小となる点であってもよく、バケット１０の後端であっても良い。
【００８５】
ステップＳ１０２での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、距離Ｄが所定値Ｄ１以下である場合、又は、ステップＳ１０３での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、距離Ｄが所定値Ｄ２以下である場合には、バケット制御判定部８１ｃは、操作量演算部４３ａからの信号に基づいて、オペレータによるアーム９の操作信号があるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。
【００８６】
ステップＳ１０４での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、アーム９の操作信号がある場合には、バケット制御判定部８１ｃは、操作量演算部４３ａからの信号基づいて、オペレータによるバケット１０の操作信号があるか否かを判定し（ステップＳ１０５）、判定結果がＮＯの場合には、バケット制御部８１ｂは、バケット１０のパイロットライン１４６ａ，１４６ｂにある電磁比例弁（バケット減圧弁）５６ａ，５６ｂを閉じるように指令を出力する（ステップＳ１０６）。これにより操作装置４６ａを介したオペレータ操作によってバケット１０が回動することが防止される。
【００８７】
また、ステップＳ１０５での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、バケット１０の操作信号が無い場合、又は、ステップＳ１０６の処理が終了した場合には、続いて、バケット制御部８１ｂは、バケット１０のパイロットライン１４８ａにある電磁比例弁（バケット増圧弁）５６ｃ，５６ｄを開くよう指令を出し、目標バケット角度が設定値γＴＧＴとなるようバケットシリンダ７を回動制御し（ステップＳ１０７）、処理を終了する。
【００８８】
また、ステップＳ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４のいずれかの判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ１０８に進む。
【００８９】
なお、本実施の形態においては、ＭＣとして、ブーム制御部８１ａによるブーム制御（強制ブーム上げ制御）と、バケット制御部８１ｂ及びバケット制御判定部８１ｃによるバケット制御（バケット角度制御）を実行する場合を例示したが、ＭＣとしてバケット１０と目標面６０の距離Ｄに応じたブーム制御を実行するように構成しても良い。
【００９０】
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。
【００９１】
図１３は、本実施の形態の効果を説明する図であり、バケット押し付け作業の様子を示す図である。
【００９２】
図１３に示すように、掘削面を押し固めるために、目標面６０よりも上方で土を盛り、その上からバケット角度を一定に保ち、バケットを押し付けながら掘削面を仕上げる作業を行う場合、従来技術においては、バケット角度を保持する制御が開始されるバケットと目標面との距離の閾値をＤ１のように大きくとると、例えば、バケットを掘削開始位置に戻すために目標面の上方の空中でフロントを操作し、この閾値Ｄ１以下の領域にバケットが進入した場合、バケット角度が保持されるように駆動され，掘削動作ではない動作で制御されるのでオペレータに違和感を与えてしまう場合がある。また、これを避けるために、図１３のように閾値Ｄ１よりも小さなＤ２を閾値とした場合、前述したような押し固め作業のため、目標面６０上に土を盛った際にバケットと目標面との距離が閾値Ｄ２以下にならず、バケット角度を保持する制御が開始されなくなる場合がある。
【００９３】
これに対して、本実施の形態においては、先端に設けられた作業具（例えば、バケット１０）を含む複数の被駆動部材（ブーム８、アーム９、バケット１０）を互いに回動可能に連結して構成された多関節型のフロント作業装置１Ａと、操作信号に基づいて複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ（ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７）と、複数の油圧アクチュエータのうちオペレータの所望する油圧アクチュエータに操作信号を出力する操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａと、フロント作業装置の複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢を検出する姿勢検出装置（ブーム角度センサ３０、アーム角度センサ３１、バケット角度センサ３２、車体傾斜角センサ３３）と、フロント作業装置による作業対象について設定された目標面６０上およびその上方の領域内でフロント作業装置が動くように、複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つの油圧アクチュエータに操作信号を出力するか、又は、操作信号を補正する領域制限制御を実行するコントローラ４０とを備えた作業機械（油圧ショベル１）において、作業具の土砂への接地状態を検出する接地状態検出装置（圧力センサ５７）をさらに備え、コントローラは、接地状態検出装置の検出結果から作業具が土砂に接地していると判定した場合には、作業具と目標面との距離が予め定めた第一閾値Ｄ１以下である場合に目標面に対する作業具の相対角度が維持されるように操作信号を出力または補正し、接地状態検出装置の検出結果から作業具が土砂に接地していないと判定した場合には、作業具と目標面との距離が第一閾値Ｄ１よりも小さくなるよう予め定めた第二閾値Ｄ２以下である場合に目標面に対する作業具の相対角度が維持されるように操作信号を出力または補正するように構成したので、作業具の角度を維持する制御を適切に開始することができる。
【００９４】
すなわち、図１３のように目標面よりも上方に土を盛った状態でバケット角度を保持する作業を実施する際に、バケット１０を土に押し付けることでフロントの荷重が地面に支えられ、ブームシリンダ５のボトム圧が閾値Ｐｔｈを下回るので、バケット角度を維持する制御を開始するためのバケットと目標面との距離の閾値ＤがＤ１となり、閾値Ｄ１は目標面上に盛った土の厚みよりも十分大きいため、バケット角度を維持するように制御が開始される。また、作業開始位置にバケットを空中で移動する際に、フロントの荷重をブームシリンダ５で保持することになり，ブームシリンダ５のボトム圧が閾値Ｐｔｈよりも大きくなる。このため，バケット角度を維持する制御を開始するためのバケットと目標面との距離の閾値ＤがＤ２となり、閾値Ｄ２はできるだけ小さい値に設定されているため、バケット角度を維持する制御が開始されず、オペレータの操作に違和感を与えないように制御することができる。
【００９５】
次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。
【００９６】
（１）上記の実施の形態では、先端に設けられた作業具（例えば、バケット１０）を含む複数の被駆動部材（例えば、ブーム８、アーム９、バケット１０）を互いに回動可能に連結して構成された多関節型のフロント作業装置１Ａと、操作信号に基づいて前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７）と、前記複数の油圧アクチュエータのうちオペレータの所望する油圧アクチュエータに前記操作信号を出力する操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａと、前記フロント作業装置の複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢を検出する姿勢検出装置（例えば、ブーム角度センサ３０、アーム角度センサ３１、バケット角度センサ３２、車体傾斜角センサ３３）と、前記フロント作業装置による作業対象について設定された目標面上およびその上方の領域内で前記フロント作業装置が動くように、前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つの油圧アクチュエータに前記操作信号を出力するか、又は、前記操作信号を補正する領域制限制御を実行するコントローラ４０とを備えた作業機械（例えば、油圧ショベル１）において、前記作業具土砂へのの接地状態を検出する接地状態検出装置（例えば、圧力センサ５７）をさらに備え、前記コントローラは、前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していると判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が予め定めた第一閾値（例えば、所定値Ｄ１）以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正し、前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していないと判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が前記第一閾値よりも小さくなるよう予め定めた第二閾値（例えば、所定値Ｄ２）以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正するものとした。
【００９７】
これにより、作業具の角度を維持する制御を適切に開始することができる。
【００９８】
（２）また、上記の実施の形態では、（１）の作業機械（例えば、油圧ショベル１）において、前記フロント作業装置１Ａは、前記複数の被駆動部材として、前記作業機械の本体に基端を回動可能に連結されたブーム８と、前記ブームの先端に一端を回動可能に連結されたアーム９と、前記アームの他端に回動可能に連結された作業具（例えば、バケット１０）とを備え、前記接地状態検出装置は、前記ブームを駆動する油圧アクチュエータであるブームシリンダ５のシリンダ圧を検出する圧力センサ５７であるものとした。
【００９９】
（３）また、上記の実施の形態では、（１）の作業機械（例えば、油圧ショベル１）において、前記接地状態検出装置は、前記フロント作業装置を撮影するカメラ装置であるものとした。
【０１００】
（４）また、上記の実施の形態では、（１）〜（３）の何れか１つの作業機械（例えば、油圧ショベル１）において、前記コントローラ４０による前記領域制限制御の有効と無効とを択一的に選択する制御選択装置９７をさらに備えたものとした。
【０１０１】
＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、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、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１…油圧ショベル、１…操作レバー、１Ａ…フロント作業装置、１Ｂ…本体、２…油圧ポンプ、２ａａ，２ｂａ…レギュレータ、３ａ，３ｂ…走行油圧モータ、４…旋回油圧モータ、５…ブームシリンダ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、８…ブーム、９…アーム、１０…バケット、１１…下部走行体、１２…上部旋回体、１３…バケットリンク、１５ａ〜１５ｆ…流量制御弁、１８…エンジン、２３…操作レバー、３０…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…車体傾斜角センサ、３９…ロック弁、４０…コントローラ、４３…ＭＣ制御部、４３ａ…操作量演算部、４３ｂ…姿勢演算部、４３ｃ…目標面演算部、４３ｄ…距離演算部、４４…電磁比例弁制御部、４５〜４７、４８…パイロットポンプ、５０…作業装置姿勢検出装置、５１…目標面設定装置、５３…表示装置、５４〜５６…電磁比例弁、５７…圧力センサ、６０…目標面、７０〜７２…圧力センサ、８１…アクチュエータ制御部、８１ａ…ブーム制御部、８１ｂ…バケット制御部、８１ｃ…バケット制御判定部、８２ａ，８３ａ，８３ｂ…シャトル弁、９１…入力インタフェース、９２…中央処理装置（ＣＰＵ）、９３…リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、９４…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、９５…出力インタフェース、９６…目標角度演算部、９７…制御選択装置、１４４〜１４９…パイロットライン、１５０ａ，１５２ａ，１５２ｂ，１５５ｂ…油圧駆動部、１６０…フロント制御用油圧ユニット、１６２…シャトルブロック、２００…作動油タンク、３７４…表示制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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】
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【図１２】
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【図１３】
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