(57)【要約】  作業機械の制御システムは、油圧ポンプから吐出される作動油の最大流量を算出するポンプ最大流量算出部と、油圧ポンプから吐出された作動油が供給されバケットを含む作業機を駆動させる複数の油圧アクチュエータを駆動するために操作される操作装置の操作量及びバケットと目標掘削地形との距離に基づいて、前記作業機の第１目標速度を算出する第１目標速度算出部と、最大流量と、操作装置の操作量及びバケットと目標掘削地形との距離に基づいて、作業機の第２目標速度を算出する第２目標速度算出部と、第１目標速度及び第２目標速度のうち小さい方の目標速度に基づいて、油圧アクチュエータ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。
2019043898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケットとアームとブームとを有する作業機を備える作業機械の制御システムであって、
油圧ポンプから吐出される作動油の最大流量を算出するポンプ最大流量算出部と、
前記油圧ポンプから吐出された前記作動油が供給され前記作業機を駆動させる複数の油圧アクチュエータを駆動するために操作される操作装置の操作量及び前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて、前記作業機の第１目標速度を算出する第１目標速度算出部と、
前記最大流量と、前記操作装置の操作量及び前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて、前記作業機の第２目標速度を算出する第２目標速度算出部と、
前記第１目標速度及び前記第２目標速度のうち小さい方の目標速度に基づいて、前記油圧アクチュエータを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、
を備える作業機械の制御システム。
【請求項２】
前記第２目標速度算出部は、複数の前記油圧アクチュエータの前記要求流量の和を示す合計流量が前記最大流量以下になるように、前記第２目標速度を算出する、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項３】
前記油圧アクチュエータは、前記アームを駆動するアームシリンダと前記ブームを駆動するブームシリンダとを含み、
前記合計流量は、前記アームシリンダの前記要求流量と前記ブームシリンダの前記要求流量との和を示す、
請求項２に記載の作業機械の制御システム。
【請求項４】
前記第１目標速度算出部は、前記距離が閾値よりも大きいときに前記操作量に基づいて前記第１目標速度を算出し、前記距離が閾値以下のときに前記距離に基づいて前記第１目標速度を算出し、
前記最大流量は、前記距離が前記閾値よりも大きい状態から前記閾値になった第１時点において第１流量になり、前記第１時点から所定時間経過後の第２時点において前記第１流量よりも大きい第２流量になるように、前記第１時点と前記第２時点との規定期間において増加する、
請求項２又は請求項３に記載の作業機械の制御システム。
【請求項５】
前記油圧ポンプの容量及び前記油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数の少なくとも一方に基づいて前記最大流量が算出され、
前記第２流量は、前記容量及び前記回転数のそれぞれが最大値を示すときの前記最大流量である、
請求項４に記載の作業機械の制御システム。
【請求項６】
バケットとアームとブームとを有する作業機を備える作業機械の制御方法であって、
油圧ポンプから吐出される作動油の最大流量を算出することと、
前記油圧ポンプから吐出された前記作動油が供給され前記作業機を駆動させる複数の油圧アクチュエータを駆動するために操作される操作装置の操作量及び前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて、前記作業機の第１目標速度を算出することと、
前記最大流量と、前記操作装置の操作量及び前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて、前記作業機の第２目標速度を算出することと、
前記第１目標速度及び前記第２目標速度のうち小さい方の目標速度に基づいて、前記油圧アクチュエータを制御する制御信号を出力することと、
を含む作業機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械の制御システム及び作業機械の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルのような作業機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形に沿って作業機が移動するように作業機を制御する作業機械が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１３７５２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
作業機を用いる掘削作業において、掘削初期（掘削開始時）に作業機の先端部が落ち込む現象が発生する可能性がある。作業機の先端部が落ち込む原因として、掘削初期に作業機が高速で移動するように操作されることが挙げられる。作業機の先端部が落ち込むと、作業機の先端部が目標掘削地形を超えてしまい、掘削精度が低下する可能性がある。【０００５】
本発明の態様は、掘削精度の低下を抑制できる技術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】
本発明の態様に従えば、バケットとアームとブームとを有する作業機を備える作業機械の制御システムであって、油圧ポンプから吐出される作動油の最大流量を算出するポンプ最大流量算出部と、前記油圧ポンプから吐出された前記作動油が供給され前記作業機を駆動させる複数の油圧アクチュエータを駆動するために操作される操作装置の操作量及び前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて、前記作業機の第１目標速度を算出する第１目標速度算出部と、前記最大流量と、前記操作装置の操作量及び前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて、前記作業機の第２目標速度を算出する第２目標速度算出部と、前記第１目標速度及び前記第２目標速度のうち小さい方の目標速度に基づいて、前記油圧アクチュエータを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、を備える作業機械の制御システムが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の態様によれば、掘削精度の低下を抑制できる技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を模式的に示す側面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る作業機制御に基づいて駆動される作業機の動作の一例を説明するための模式図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る油圧システムの一例を示す模式図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る油圧システムの一例を示す模式図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る作業機の目標速度の決定方法を説明するための図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る整地アシスト制御を説明するための模式図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る閾値と距離とバケットの目標速度との関係の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る最大流量と要求流量との関係の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る油圧ショベルの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００１０】
［作業機械］
図１は、本実施形態に係る作業機械１００の一例を示す斜視図である。本実施形態においては、作業機械１００が油圧ショベルである例について説明する。以下の説明においては、作業機械１００を適宜、油圧ショベル１００、と称する。
【００１１】
図１に示すように、油圧ショベル１００は、油圧により作動する作業機１と、作業機１を支持する上部旋回体２と、上部旋回体２を支持する下部走行体３と、作業機１を操作するための操作装置４０と、作業機１を制御する制御装置５０とを備える。上部旋回体２は、下部走行体３に支持された状態で旋回軸ＲＸを中心に旋回可能である。
【００１２】
上部旋回体２は、オペレータが搭乗する運転室４と、エンジン１７及び油圧ポンプ４２が収容される機械室５と、手すり６とを有する。運転室４は、オペレータが着座する運転席４Ｓを有する。機械室５は、運転室４の後方に配置される。手すり６は、機械室５の前方に配置される。
【００１３】
下部走行体３は、一対の履帯７を有する。履帯７の回転により、油圧ショベル１００が走行する。なお、下部走行体３が車輪（タイヤ）でもよい。
【００１４】
作業機１は、上部旋回体２に支持される。作業機１は、刃先１０を有するバケット１１と、バケット１１に連結されるアーム１２と、アーム１２に連結されるブーム１３とを有する。バケット１１の刃先１０は、バケット１１に設けられた凸形状の刃の先端部でもよいし、バケット１１に設けられたストレート形状の刃の先端部でもよい。
【００１５】
バケット１１は、アーム１２の先端部と連結される。アーム１２の基端部は、ブーム１３の先端部と連結される。ブーム１３の基端部は、上部旋回体２と連結される。
【００１６】
バケット１１とアーム１２とはバケットピンを介して連結される。バケット１１は、回転軸ＡＸ１を中心に回転可能にアーム１２に支持される。アーム１２とブーム１３とはアームピンを介して連結される。アーム１２は、回転軸ＡＸ２を中心に回転可能にブーム１３に支持される。ブーム１３と上部旋回体２とはブームピンを介して連結される。ブーム１３は、回転軸ＡＸ３を中心に回転可能に上部旋回体２に支持される。
【００１７】
なお、バケット１１は、チルトバケットでもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダの作動により、車幅方向にチルト傾斜可能なバケットである。傾斜地において油圧ショベル１００が稼働する場合、バケット１１が車幅方向にチルト傾斜することにより、斜面又は平地を円滑に成形又は整地することができる。
【００１８】
操作装置４０は、運転室４に配置される。操作装置４０は、油圧ショベル１００のオペレータに操作される操作部材を含む。操作部材は、操作レバー又はジョイスティックを含む。操作部材が操作されることにより、作業機１が操作される。
【００１９】
制御装置５０は、コンピュータシステムを含む。制御装置５０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなプロセッサを含む演算処理装置と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）又はＲＡＭ（Random  Access  Memory）のような記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す側面図である。図１及び図２に示すように、油圧ショベル１００は、作業機１を駆動する油圧シリンダ２０を有する。油圧シリンダ２０は、作業機１を駆動させる油圧アクチュエータであり、複数設けられる。油圧ポンプ４２から吐出された作動油が油圧シリンダ２０に供給される。油圧シリンダ２０は、作動油によって駆動される。油圧シリンダ２０は、バケット１１を駆動するバケットシリンダ２１と、アーム１２を駆動するアームシリンダ２２と、ブーム１３を駆動するブームシリンダ２３とを含む。
【００２１】
図２に示すように、油圧ショベル１００は、バケットシリンダ２１に配置されたバケットシリンダストロークセンサ１４と、アームシリンダ２２に配置されたアームシリンダストロークセンサ１５と、ブームシリンダ２３に配置されたブームシリンダストロークセンサ１６とを有する。バケットシリンダストロークセンサ１４は、バケットシリンダ２１の作動量を示すブームストロークを検出する。アームシリンダストロークセンサ１５は、アームシリンダ２２の作動量を示すアームストロークを検出する。ブームシリンダストロークセンサ１６は、ブームシリンダ２３の作動量を示すブームストロークを検出する。
【００２２】
油圧ショベル１００は、上部旋回体２の位置を検出する位置検出装置３０を備える。位置検出装置３０は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の位置を検出する車体位置検出器３１と、上部旋回体２の姿勢を検出する姿勢検出器３２と、上部旋回体２の方位を検出する方位検出器３３とを含む。
【００２３】
グローバル座標系（ＸｇＹｇＺｇ座標系）とは、全地球測位システム（Global  Positioning  System：ＧＰＳ）により規定される絶対位置を示す座標系である。ローカル座標系（ＸｍＹｍＺｍ座標系）とは、油圧ショベル１００の上部旋回体２の基準位置Ｐｓとした相対位置を示す座標系である。上部旋回体２の基準位置Ｐｓは、例えば、上部旋回体２の旋回軸ＲＸに設定される。なお、上部旋回体２の基準位置Ｐｓは、回転軸ＡＸ３に設定されてもよい。位置検出装置３０によって、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の３次元位置、水平面に対する上部旋回体２の姿勢角、及び基準方位に対する上部旋回体２の方位が検出される。
【００２４】
車体位置検出器３１は、ＧＰＳ受信機を含む。車体位置検出器３１は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の３次元位置を検出する。車体位置検出器３１は、上部旋回体２のＸｇ方向の位置、Ｙｇ方向の位置、及びＺｇ方向の位置を検出する。
【００２５】
上部旋回体２に複数のＧＰＳアンテナ３１Ａが設けられる。ＧＰＳアンテナ３１Ａは、ＧＰＳ衛星から電波を受信して、受信した電波に基づく信号を車体位置検出器３１に出力する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１Ａから供給された信号に基づいて、グローバル座標系で規定されるＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１を検出する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１に基づいて、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。
【００２６】
車体位置検出器３１は、２つのＧＰＳアンテナ３１Ａのうち一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ａ及び他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ｂのそれぞれを検出する。車体位置検出器３１Ａは、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとに基づいて演算処理を実施して、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇ及び方位を検出する。本実施形態において、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、設置位置Ｐ１ａである。なお、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、設置位置Ｐ１ｂでもよい。
【００２７】
姿勢検出器３２は、慣性計測装置（Inertial  Measurement  Unit：ＩＭＵ）を含む。姿勢検出器３２は、上部旋回体２に設けられる。姿勢検出器３２は、運転室４の下部に配置される。姿勢検出器３２は、水平面（ＸｇＹｇ平面）に対する上部旋回体２の姿勢角を検出する。水平面に対する上部旋回体２の姿勢角は、車幅方向における上部旋回体２の姿勢角θａと、前後方向における上部旋回体２の姿勢角θｂと、を含む。
【００２８】
方位検出器３３は、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ａと他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ｂとに基づいて、グローバル座標系で規定される基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する機能を有する。基準方位は、例えば北である。方位検出器３３は、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとに基づいて演算処理を実施して、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。方位検出器３３は、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとを結ぶ直線を算出し、算出した直線と基準方位とがなす姿勢角θｃに基づいて、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。
【００２９】
なお、方位検出器３３は、位置検出装置３０とは別体でもよい。方位検出器３３は、磁気センサを用いて上部旋回体２の方位を検出してもよい。
【００３０】
油圧ショベル１００は、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を検出する刃先位置検出器３４を備える。
【００３１】
本実施形態において、刃先位置検出器３４は、バケットシリンダストロークセンサ１４の検出結果と、アームシリンダストロークセンサ１５の検出結果と、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果と、バケット１１の長さＬ１１と、アーム１２の長さＬ１２と、ブーム１３の長さＬ１３とに基づいて、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を算出する。
【００３２】
刃先位置検出器３４は、バケットシリンダストロークセンサ１４の検出データに基づいて、アーム１２に対するバケット１１の刃先１０の姿勢角θ１１を算出する。刃先位置検出器３４は、アームシリンダストロークセンサ１５の検出データに基づいて、ブーム１３に対するアーム１２の姿勢角θ１２を算出する。刃先位置検出器３４は、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出データに基づいて、上部旋回体２のＺ軸に対するブーム１３の姿勢角θ１３を算出する。
【００３３】
バケット１１の長さＬ１１は、バケット１１の刃先１０と回転軸ＡＸ１（バケットピン）との距離である。アーム１２の長さＬ１２は、回転軸ＡＸ１（バケットピン）と回転軸ＡＸ２（アームピン）との距離である。ブーム１３の長さＬ１３は、回転軸ＡＸ２（アームピン）と回転軸ＡＸ３（ブームピン）との距離である。
【００３４】
刃先位置検出器３４は、姿勢角θ１１、姿勢角θ１２、姿勢角θ１３、長さＬ１１、長さＬ１２、及び長さＬ１３に基づいて、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を算出する。
【００３５】
また、刃先位置検出器３４は、位置検出装置３０で検出された上部旋回体２の絶対位置Ｐｇと、上部旋回体２の基準位置Ｐｓと刃先１０との相対位置とに基づいて、刃先１０の絶対位置Ｐｂを算出する。絶対位置Ｐｇと基準位置Ｐｓとの相対位置は、油圧ショベル１００の設計データ又は諸元データから導出される既知データである。したがって、刃先位置検出器３４は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇと、上部旋回体２の基準位置Ｐｓと刃先１０との相対位置と、油圧ショベル１００の設計データ又は諸元データとに基づいて、刃先１０の絶対位置Ｐｂを算出可能である。
【００３６】
なお、本実施形態においては、姿勢角θ１１，θ１２，θ１３の検出にシリンダストロークセンサ１４，１５，１６が使用されるが、シリンダストロークセンサ１４，１５，１６が使用されなくてもよい。例えば、刃先位置検出器３４は、ポテンショメータ等の角度センサ又は水準器等を使って、バケット１１の姿勢角θ１１、アーム１２の姿勢角θ１２、及びブーム１３の姿勢角θ１３を検出してもよい。
【００３７】
［作業機の動作］
操作装置４０は、作業機１を駆動させる複数の油圧アクチュエータ２０を駆動するために操作される。操作装置４０が操作されることにより、バケット１１のダンプ動作、バケット１１の掘削動作、アーム１２のダンプ動作、アーム１２の掘削動作、ブーム１３の上げ動作、及びブーム１３の下げ動作が実行される。
【００３８】
バケットシリンダ２１が伸びることによりバケット１１が掘削動作し、バケットシリンダ２１が縮むことによりバケット１１がダンプ動作する。アームシリンダ２２が伸びることによりアーム１２が掘削動作し、アームシリンダ２２が縮むことによりアーム１２がダンプ動作する。ブームシリンダ２３が伸びることによりブーム１３が上げ動作し、ブームシリンダ２３が縮むことによりブーム１３が下げ動作する。
【００３９】
本実施形態において、操作装置４０は、運転席４Ｓに着座したオペレータの右側に配置される右操作レバーと、左側に配置される左操作レバーとを含む。
【００４０】
［整地アシスト制御］
図３は、本実施形態に係る整地アシスト制御に基づいて駆動される作業機２の動作の一例を説明するための模式図である。
【００４１】
整地アシスト制御とは、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形に沿ってバケット１１が移動するように作業機１を制御することをいう。整地アシスト制御においては、バケット１１が目標掘削地形を超えないように、ブーム１３が上げ動作するようにブームシリンダ２３が制御される。
【００４２】
整地アシスト制御においては、バケット１１及びアーム１２は、オペレータによる操作装置４０の操作に基づいて駆動される。ブーム１３は、制御装置５０による制御に基づいて駆動される。
【００４３】
図３に示すように、本実施形態においては、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形に沿って移動するように、整地アシスト制御が実施される。
【００４４】
［油圧システム］
次に、本実施形態に係る油圧システム３００の一例について説明する。バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームシリンダ２３を含む油圧シリンダ２０は、油圧システム３００により作動する。油圧シリンダ２０は、操作装置４０及び制御装置５０の少なくとも一方により操作される。
【００４５】
図４は、アームシリンダ２２を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。操作装置４０の操作により、アーム１２は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。アームシリンダ２２を作動する油圧システム３００は、方向制御弁４１を介してアームシリンダ２２に作動油を供給する油圧ポンプ４２と、パイロット油を供給する油圧ポンプ４３と、方向制御弁４１に接続されパイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂと、操作装置４０に接続されパイロット油が流れる油路４７Ａ，４７Ｂと、油路４４Ａ，４４Ｂ及び油路４７Ａ，４７Ｂのそれぞれに接続され方向制御弁４１に作用するパイロット圧を調整する制御弁４５Ａ，４５Ｂと、油路４７Ａ，４７Ｂに配置された圧力センサ４９Ａ，４９Ｂと、制御弁４５Ａ，４５Ｂを制御する制御装置５０と、を備える。
【００４６】
油圧ポンプ４２は、エンジン１７によって駆動される。エンジン１７は、油圧ショベル１の動力源である。エンジン１７は、例えばディーゼルエンジンである。油圧ポンプ４２は、エンジン１７の出力シャフトと連結され、エンジン１７が駆動することにより作動油を吐出する。油圧シリンダ２０は、油圧ポンプ４２から吐出された作動油に基づいて作動する。
【００４７】
油圧ポンプ４２は、可変容量型油圧ポンプである。本実施形態において、油圧ポンプ４２は、斜板式油圧ポンプである。油圧ポンプ４２の斜板は、サーボ機構１８によって駆動される。サーボ機構１８により斜板の角度が調整されることによって、油圧ポンプ４２の容量［ｃｃ／ｒｅｖ］が調整される。油圧ポンプ４２の容量とは、油圧ポンプ４２と連結されたエンジン１７の出力シャフトが１回転したときに油圧ポンプ４２から吐出される作動油の吐出量［ｃｃ／ｒｅｖ］をいう。
【００４８】
制御弁４５Ａ，４５Ｂは、電磁比例制御弁である。油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油は、操作装置４０及び油路４７Ａ，４７Ｂを介して、制御弁４５Ａ，４５Ｂに供給される。なお、油圧ポンプ４２から送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が制御弁４５Ａ，４５Ｂに供給されてもよい。制御弁４５Ａ，４５Ｂは、制御装置５０からの制御信号に基づいて、方向制御弁４１に作用するパイロット圧を調整する。制御弁４５Ａは、油路４４Ａのパイロット圧を調整する。制御弁４５Ｂは、油路４４Ｂのパイロット圧を調整する。
【００４９】
方向制御弁４１は、作動油の流量及び作動油が流れる方向を制御する。油圧ポンプ４２から供給された作動油は、方向制御弁４１を介してアームシリンダ２２に供給される。方向制御弁４１は、アームシリンダ２２のキャップ側油室２０Ａに対する作動油の供給とロッド側油室２０Ｂに対する作動油の供給とを切り換える。キャップ側油室２０Ａは、シリンダヘッドカバーとピストンとの間の空間である。ロッド側油室２０Ｂは、ピストンロッドが配置される空間である。
【００５０】
操作装置４０は、油圧ポンプ４３と接続される。油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が操作装置４０に供給される。なお、油圧ポンプ４２から送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置４０に供給されてもよい。
【００５１】
図５は、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。操作装置４０の操作により、ブーム１３は、上げ動作及び下げ動作の２種類の動作を実行する。ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００は、油圧ポンプ４２と、油圧ポンプ４３と、方向制御弁４１と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、油路４４Ｃに配置された制御弁４５Ｃと、油路４４Ａ，４４Ｂに配置された圧力センサ４６Ａ，４６Ｂと、制御弁４５Ｃを制御する制御装置５０と、を備える。
【００５２】
制御弁４５Ｃは、電磁比例制御弁である。制御弁４５Ｃは、制御装置５０からの指令信号に基づいて、パイロット圧を調整する。制御弁４５Ｃは、油路４４Ｃのパイロット圧を調整する。
【００５３】
操作装置４０が操作されることにより、操作装置４０の操作量に応じたパイロット圧が方向制御弁４１に作用する。方向制御弁４１のスプールは、パイロット圧に応じて移動する。スプールの移動量に基づいて、油圧ポンプ４２から方向制御弁４１を介してブームシリンダ２３に供給される単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。
【００５４】
本実施形態においては、整地アシスト制御のために、制御装置５０から出力された整地アシスト制御に関する制御信号に基づいて作動する制御弁４５Ｃが油路４４Ｃに設けられる。油路４４Ｃに、油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が流れる。油路４４Ｂ及び油路４４Ｃは、シャトル弁４８と接続される。シャトル弁４８は、油路４４Ｂ及び油路４４Ｃのうち、パイロット圧が高い方の油路のパイロット油を、方向制御弁４１に供給する。制御弁４５Ｃは、整地アシスト制御を実行するために制御装置５０から出力された制御信号に基づいて制御される。
【００５５】
整地アシスト制御を実行しないとき、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御装置５０は、制御弁４５Ｃに制御信号を出力しない。例えば、制御装置５０は、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ｃで油路４４Ｃを閉じる。
【００５６】
整地アシスト制御を実行するとき、制御装置５０は、制御弁４５Ｃによって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ｃを制御する。例えば、ブーム１３の移動を制限する整地アシスト制御を実行する場合、制御装置５０は、ブーム目標速度に応じたパイロット圧となるように、制御弁４５Ｃを全開状態とする。油路４４Ｃのパイロット圧が油路４４Ｂのパイロット圧より大きくなると、制御弁４５Ｃからのパイロット油がシャトル弁４８を介して方向制御弁４１に供給される。これにより、ブームシリンダ２３が伸び、ブーム１３が上げ動作する。
【００５７】
バケットシリンダ２１は、操作装置４０の操作量に基づいて作動する。バケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００についての説明は省略する。
【００５８】
なお、操作装置４０は、電気方式の操作装置でもよい。例えば、操作装置４０が、電気レバーのような操作部材と、操作部材の傾倒量を電気的に検出するポテンショメータのような作動量センサとを有してもよい。作動量センサの検出データは、制御装置５０に出力される。制御装置５０は、操作装置４０の操作量として、作動量センサの検出データを取得する。制御装置５０は、作動量センサの検出データに基づいて、方向制御弁４１を駆動するための制御信号を出力してもよい。また、方向制御弁４１がソレノイドのような電力で作動するアクチュエータによって駆動されてもよい。
【００５９】
［制御システム］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御システム２００について説明する。図６は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す機能ブロック図である。
【００６０】
図６に示すように、制御システム２００は、作業機１を制御する制御装置５０と、位置検出装置３０と、刃先位置検出器３４と、制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ）と、圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）と、圧力センサ４９（４９Ａ，４９Ｂ）と、目標掘削地形データ生成装置７０とを備える。
【００６１】
上述したように、車体位置検出器３１、姿勢検出器３２、及び方位検出器３３を含む位置検出装置３０は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。以下の説明においては、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを適宜、車体位置Ｐｇ、と称する。
【００６２】
制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ）は、油圧シリンダ２０に供給される作動油の流量を調整する。制御弁４５は、制御装置５０からの制御信号に基づいて作動する。圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）は、油路４４（４４Ａ，４４Ｂ）のパイロット圧を検出する。圧力センサ４９（４９Ａ，４９Ｂ）は、油路４７（４７Ａ，４７Ｂ）のパイロット圧を検出する。圧力センサ４６の検出データ及び圧力センサ４９の検出データは、制御装置５０に出力される。
【００６３】
目標掘削地形データ生成装置７０は、コンピュータシステムを含む。目標掘削地形データ生成装置７０は、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形を生成する。目標掘削地形は、作業機１による施工後に得られる３次元の目標形状を示す。
【００６４】
なお、目標掘削地形データ生成装置７０と制御装置５０とが有線で接続され、目標掘削地形データ生成装置７０から制御装置５０に目標掘削地形が送信されてもよい。なお、目標掘削地形データ生成装置７０が目標掘削地形を記憶した記憶媒体を含み、制御装置５０が、その記憶媒体から目標掘削地形を示すデータを読み込み可能な装置を有してもよい。
【００６５】
制御装置５０は、コンピュータシステムを含む。制御装置５０は、演算処理装置５０Ａと、記憶装置５０Ｂと、入出力インターフェース装置５０Ｃとを有する。
【００６６】
演算処理装置５０Ａは、車体位置データ取得部５１と、バケット位置データ取得部５２と、目標掘削地形データ取得部５３と、距離データ取得部５４と、操作量データ取得部５６と、ポンプ最大流量算出部５７と、第１目標速度算出部５８と、第２目標速度算出部６０と、作業機制御部６１とを有する。
【００６７】
車体位置データ取得部５１は、位置検出装置３０から、入出力インターフェース装置５０Ｃを介して、車体位置Ｐｇを示す車体位置データを取得する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１の設置位置Ｐ１ａ及び設置位置Ｐ１ｂの少なくとも一方に基づいて、車体位置Ｐｇを検出する。車体位置データ取得部５１は、車体位置検出器３１から、車体位置Ｐｇを示す車体位置データを取得する。
【００６８】
バケット位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４から、入出力インターフェース装置５０Ｃを介して、バケット１１の位置を含むバケット位置データを取得する。バケット位置データは、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を含む。
【００６９】
目標掘削地形データ取得部５３は、目標掘削地形データ生成装置７０から供給される目標掘削地形を示すデータとバケット１１の位置とを用いて、バケット１１の位置に対応する目標掘削地形データを生成する。
【００７０】
距離データ取得部５４は、バケット位置データ取得部５２で取得されたバケット１１の位置と、目標掘削地形データ取得部５３で生成された目標掘削地形とに基づいて、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄを算出する。
【００７１】
なお、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄは、バケット１１の刃先１０と目標掘削地形との距離でもよいし、バケット１１の底面を含むバケット１１の任意の位置と目標掘削地形との距離でもよい。
【００７２】
操作量データ取得部５６は、作業機１を操作する操作装置４０の操作量を示す操作量データを取得する。バケット１１の操作量、アーム１２の操作量、及びブーム１３の操作量は、圧力センサ４６の検出データ又は圧力センサ４９の検出データと相関する。操作装置４０の操作量と圧力センサ４６の検出データ又は圧力センサ４９の検出データとの相関を示す相関データは、予備実験又はシミュレーションにより事前に求められ、記憶装置５０Ｂに記憶されている。操作量データ取得部５６は、圧力センサ４６の検出データ又は圧力センサ４９の検出データと、記憶装置５０Ｂに記憶されている相関データとに基づいて、操作装置４０の操作量を算出することができる。
【００７３】
例えば、操作量データ取得部５６は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データと、記憶装置５０Ｂに記憶されている相関データとに基づいて、アーム１２を操作する操作装置４０（左操作レバー）の操作量を示すデータを取得することができる。同様に、操作量データ取得部５６は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出データと、記憶装置５０Ｂに記憶されている相関データとに基づいて、ブーム１３を操作する操作装置４０（右操作レバー）の操作量を示すデータを取得することができる。
【００７４】
ポンプ最大流量算出部５７は、油圧ポンプ４２から吐出される作動油の最大流量Ｑｍａｘを算出する。最大流量Ｑｍａｘとは、ある時点において油圧ポンプ４２が吐出可能な作動油の流量Ｑ［ｌ／ｍｉｎ］の上限値をいう。操作装置４０が操作されていない状態においては、油圧ポンプ４２からはゼロを含む少量の流量Ｑｍｉｎで作動油が吐出される。操作装置４０の操作が開始された操作開始時点から徐々に増加して油圧ポンプ４２が吐出可能な最大流量Ｑｍａｘに到達するように、最大流量Ｑｍａｘの特性が定められる。
【００７５】
最大流量Ｑｍａｘは、例えば、油圧ポンプ４２の容量［ｃｃ／ｒｅｖ］及び油圧ポンプ４２を駆動するエンジン１７の回転数［ｒｐｍ］の少なくとも一方に基づいて算出される。ポンプ最大流量算出部５７は、例えば、油圧ポンプ４２の容量の上限値及びエンジン１７の回転数の上限値に基づいて、最大流量Ｑｍａｘを算出することができる。なお、油圧ショベル１の運転室４にスロットルダイヤルが設けられている場合、オペレータは、スロットルダイヤルを操作して、エンジン１７の回転数の上限値を設定することができる。ポンプ最大流量算出部５７は、スロットルダイヤルの操作量に基づいて、最大流量Ｑｍａｘを算出することができる。つまり、操作開始時点から徐々に増加した最大流量Ｑｍａｘは、スロットルダイヤルの操作量に基づいた、最大流量Ｑｍａｘに到達すると一定値となる。スロットルダイヤルの操作量に基づき、一定値は変動する。
【００７６】
第１目標速度算出部５８は、操作装置４０の操作量及びバケット１１と目標掘削地形との距離Ｄに基づいて、作業機１の第１目標速度を算出する。すなわち、第１目標速度算出部５８は、操作装置４０の操作量と距離Ｄとに基づいて、第１目標速度を算出する。
【００７７】
第１目標速度は、バケットシリンダ２１のバケットシリンダ目標速度Ｖｂｋ、アームシリンダ２２のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ、及びブームシリンダ２３のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍを含む。
【００７８】
図３を参照して説明したように、整地アシスト制御は、バケット１１の少なくとも一部が整地アシスト制御範囲に存在するときに実施される。バケット１１が整地アシスト制御範囲に存在しない場合、操作装置４０の操作量に基づいて、作業機２は駆動される。
【００７９】
一方、バケット１１が整地アシスト範囲に存在する場合、第１目標速度算出部５８は、操作装置４０の操作量及びバケット１１と目標掘削地形との距離Ｄに基づいて、第１目標速度を算出する。
【００８０】
すなわち、目標掘削地形とバケット１１との距離Ｄが閾値Ｈ以下であり、整地アシスト制御が実施されるとき、第１目標速度算出部５８は、操作装置４０の操作量及び距離Ｄに基づいて、作業機制限速度Ｖｔを算出する。作業機制限速度Ｖｔは、操作装置４０の操作量及び距離Ｄに基づいて算出された整地アシスト制御のための作業機１全体の制限速度を示す。距離Ｄが小さくなるほど、作業機制限速度Ｖｔは小さくなり、距離Ｄがゼロになると、作業機制限速度Ｖｔもゼロになる。
【００８１】
作業機制限速度Ｖｔは、作業機１全体の制限速度を示す。作業機１全体の速度とは、バケット１１、アーム１２、及びブーム１３が駆動したときのバケット１１の実際の動作速度をいう。また、第１目標速度算出部５８は、作業機制限速度Ｖｔに基づいて、ブームシリンダ目標速度Ｖｂｍを算出する。第１目標速度算出部５８は、オペレータによる操作装置４０の操作量に基づいて、アームシリンダ目標速度Ｖａｍとバケットシリンダ目標速度Ｖｂｋを算出する。すなわち、本実施形態において、第１目標速度算出部５８は、作業機制限速度Ｖｔと、操作量データ取得部５６で取得された少なくともアーム操作量及びバケット操作量による作業機１全体の速度と作業機制限速度Ｖｔとの偏差が相殺されるように、ブームシリンダ目標速度Ｖｂｍとを算出する。第１目標速度算出部５８においては、バケット１１の動き及びアーム１２の動きは、オペレータによる操作装置４０の操作に基づく。整地アシスト制御において、操作装置４０によりバケット１１及びアーム１２が操作されている状態で、目標掘削地形に沿ってバケット１１の刃先１０が移動するように、第１目標速度算出部５８は、上げ動作するブーム１０のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍを算出する。
【００８２】
第２目標速度算出部６０は、ポンプ最大流量算出部５７で算出された最大流量Ｑｍａｘと、操作装置４０の操作量及び距離Ｄに基づいて、作業機１の第２目標速度を算出する。すなわち、第２目標速度算出部６０は、最大流量Ｑｍａｘと操作装置４０の操作量と距離Ｄとに基づいて、第２目標速度を算出する。
【００８３】
第２目標速度算出部６０は、ブーム１３をブームシリンダ目標速度Ｖｂｍで作動させるためにブームシリンダ２３が要求する作動油の要求流量Ｑｄｂｍを算出する。第２目標速度算出部６０は、アーム１２をアームシリンダ目標速度Ｖａｒで作動させるためにアームシリンダ２２が要求する作動油の要求流量Ｑｄａｒを算出する。
【００８４】
以下の説明においては、複数の油圧シリンダ２０の要求流量Ｑｄの和を適宜、合計流量Ｑｄａｌ、と称する。なお、バケットシリンダ２１の要求流量Ｑｄｂｋは、アームシリンダ２２の要求流量Ｑｄａｒ及びブームシリンダ２３の要求流量Ｑｄｂｍに比べて少ない場合が多い。そのため、本実施形態においては、説明を簡単にするため、合計流量Ｑｄａｌが、アームシリンダ２２の要求流量Ｑｄａｒとブームシリンダ２３の要求流量Ｑｄｂｍとの和であることとする。
【００８５】
作業機１の第２目標速度とは、ポンプ最大流量算出部５７で算出された最大流量Ｑｍａｘと操作装置４０の操作量及び距離Ｄに基づいて算出された作業機制限速度Ｖｔとに基づいて目標速度を再演算することによって算出されたバケットシリンダ目標速度Ｖｂｋ、アームシリンダ目標速度Ｖａｒ、及びブームシリンダ目標速度Ｖｂｍをいう。上述のように、第１目標速度算出部５８は、操作装置４０の操作量及び距離Ｄに基づいて、第１目標速度を算出する。第２目標速度算出部６０は、最大流量Ｑｍａｘと、操作装置４０の操作量及び距離Ｄに基づいて、第２目標速度を算出する。
【００８６】
本実施形態において、第２目標速度算出部６０は、アームシリンダ２２の要求流量Ｑｄａｒとブームシリンダ２３の要求流量Ｑｄｂｍとの和を示す合計流量Ｑｄａｌがポンプ最大流量算出部５７で算出された最大流量Ｑｍａｘになるように、整地アシスト制御における作業機１の第２目標速度を算出する。
【００８７】
すなわち、本実施形態において、第２目標速度算出部６０は、ポンプ最大流量算出部５７で算出された最大流量Ｑｍａｘと操作装置４０の操作量及び距離Ｄに基づいて算出された作業機制限速度Ｖｔを拘束条件として、第１目標速度算出部５８で算出されるバケットシリンダ目標速度Ｖｂｋ、アームシリンダ目標速度Ｖａｒ、及びブームシリンダ目標速度Ｖｂｍのそれぞれを再演算して、アームシリンダ目標速度Ｖａｒ及びブームシリンダ目標速度Ｖｂｍの再演算値を算出する。
【００８８】
ポンプ最大流量算出部５７で算出された最大流量をＱｍａｘ、操作装置４０の操作量及び距離Ｄに基づいて算出された作業機制限速度Ｖｔになるように作業機１を作動したときのアームシリンダ２２の作動によるバケット１１の速度をＶｓ、作業機制限速度Ｖｔになるように作業機１を作動したときのアームシリンダ２２の要求流量をＱｄａｒ、作業機制限速度Ｖｔになるように作業機１を作動したときのブームシリンダ２３の作動によるバケット１１の速度をＶｂ、作業機制限速度Ｖｔになるように作業機１を作動したときのブームシリンダ２３の要求流量をＱｄｂｍとしたとき、第２目標速度算出部６０は、以下の連立方程式を演算処理して、アームシリンダ目標速度Ｖａｒ及びブームシリンダ目標速度Ｖｂｍの再演算値を算出する。つまり、第２目標速度算出部６０は、アームシリンダ２２の要求流量Ｑｄａｒとブームシリンダ２３の要求流量Ｑｄｂｍの和が最大流量Ｑｍａｘを満足し、かつ作業機制限速度Ｖｔになるように、アームシリンダ２２の作動によるバケット１１の速度Ｖｓとブームシリンダ２３の作動によるバケット１１の速度Ｖｂを求めることで、各シリンダの要求流量の再演算値を算出する。
【００８９】
【数１】
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【００９０】
以下の説明においては、第１目標速度算出部５８で算出されたアームシリンダ目標速度Ｖａｒを適宜、再演算前のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ｂ、と称し、第２目標速度算出部６０で再演算により算出されたアームシリンダ目標速度Ｖａｒを適宜、再演算後のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ａ、と称する。また、第１目標速度算出部５８で算出されたブームシリンダ目標速度Ｖｂｍを適宜、再演算前のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ｂ、と称し、第２目標速度算出部６０で再演算により算出されたブームシリンダ目標速度Ｖｂｍを適宜、再演算後のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ａ、と称する。すなわち、本実施形態において、第１目標速度は、再演算前の作業機１の目標速度であり、第２目標速度は、再演算後の作業機１の目標速度である。
【００９１】
作業機制御部６１は、目標速度で作業機１が作動するように、油圧シリンダ２０を制御する制御信号を制御弁４５に出力する。本実施形態において、作業機制御部６１は、第１目標速度及び第２目標速度のうち小さい方の目標速度に基づいて、油圧シリンダ２０を制御する制御信号を出力する。
【００９２】
図７は、本実施形態に係る作業機１の目標速度の決定方法を説明するための図である。図７に示すグラフにおいて、横軸は、整地アシスト制御が開始された時点からの経過時間を示し、縦軸は、アーム１２及びブーム１３の目標速度を示す。
【００９３】
整地アシスト制御が開始された時点とは、距離Ｄが閾値Ｈよりも大きい状態から閾値Ｄになった時点をいう。
【００９４】
例えば、作業機制御部６１は、再演算前のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ｂと再演算後のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ａとを比較し、再演算前のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ｂが再演算後のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ａよりも小さいと判定したとき、アームシリンダ目標速度Ｖａｒを、再演算前のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ｂに決定する。作業機制御部６１は、アームシリンダ２２が再演算前のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ｂで作動するように、制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ）に制御信号を出力する。
【００９５】
また、作業機制御部６１は、再演算前のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ｂと再演算後のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ａとを比較し、再演算後のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ａが再演算前のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ｂよりも小さいと判定したとき、アームシリンダ目標速度Ｖａｒを、再演算後のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ａに決定する。作業機制御部６１は、アームシリンダ２２が再演算後のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ａで作動するように、制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ）に制御信号を出力する。
【００９６】
図７において、ラインＶａｒ＿ｆは、決定されたアームシリンダ目標速度Ｖａｒを示す。
【００９７】
同様に、作業機制御部６１は、再演算前のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ｂと再演算後のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ａとを比較し、再演算前のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ｂが再演算後のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ａよりも小さいと判定したとき、ブームシリンダ目標速度Ｖｂｍを、再演算前のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ｂに決定する。作業機制御部６１は、ブームシリンダ２３が再演算前のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ｂで作動するように、制御弁４５（４５Ｃ）に制御信号を出力する。
【００９８】
また、作業機制御部６１は、再演算前のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ｂと再演算後のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ａとを比較し、再演算後のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ａが再演算前のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ｂよりも小さいと判定したとき、ブームシリンダ目標速度Ｖｂｍを、再演算後のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ａに決定する。作業機制御部６１は、ブームシリンダ２３が再演算後のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ａで作動するように、制御弁４５（４５Ｃ）に制御信号を出力する。
【００９９】
図７において、ラインＶｂｍ＿ｆは、決定されたブームシリンダ目標速度Ｖｂｍを示す。
【０１００】
制御弁４５に出力する制御信号と油圧シリンダ２０の作動速度と作業機１の作動速度との相関データは予め求められており、記憶装置５０Ｂに記憶されている。作業機制御部６１は、シリンダ目標速度Ｖａｒ，Ｖｂｍで作動するように制御信号を決定し、制御弁４５に出力することができる。
【０１０１】
図８は、本実施形態に係る整地アシスト制御を説明するための模式図である。図８に示すように、速度制限介入ラインＳＨが規定される。速度制限ラインＳＨは、目標掘削地形と平行であり、目標掘削地形から距離Ｈだけ離れた位置に規定される。距離Ｈは、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄについて定められた閾値である。距離Ｈは、オペレータの操作感が損なわれないように設定されることが望ましい。
【０１０２】
距離データ取得部５４は、目標掘削地形の法線方向におけるバケット１１と目標掘削地形との最短距離である距離Ｄを取得する。図８に示す例では、バケット１１の刃先１０と目標掘削地形との間において距離Ｄが規定される。また、第２目標速度算出部６０は、距離Ｄが閾値Ｈ以下のとき、上述の連立方程式に従って、バケットシリンダ目標速度Ｖｂｋ、アームシリンダ目標速度Ｖａｒ、及びブームシリンダ目標速度Ｖｂｍを決定する。
【０１０３】
図９は、本実施形態における閾値Ｈと距離Ｄとバケット１１の作業機制限速度Ｖｔとの関係の一例を示す図である。作業機制限速度Ｖｔは、距離Ｄが閾値Ｈよりも大きいときには設定されず、距離Ｄが閾値Ｈ以下のときに設定される。距離Ｄが小さくなるほど、作業機制限速度は小さくなり、距離Ｄがゼロになると、作業機制限速度Ｖｔもゼロになる。本実施形態においては、バケット１１が目標掘削地形の下側から上側に向かうときの速度を正の値とし、バケット１１が目標掘削地形の上側から下側に向かうときの速度を負の値とする。第２目標速度算出部６０は、距離Ｄが大きいほど作業機制限速度Ｖｔの絶対値が大きくなり、距離Ｄが小さいほど作業機制限速度Ｖｔの絶対値が小さくなるように、作業機制限速度Ｖｔを決定する。
【０１０４】
［最大流量と要求流量との関係］
図１０は、本実施形態に係る最大流量Ｑｍａｘと要求流量Ｑｄとの関係の一例を示す図である。
【０１０５】
図１０に示すグラフにおいて、横軸は、整地アシスト制御が開始された時点ｔ１（第１時点）からの経過時間を示し、縦軸は、作動油の流量［ｌ／ｍｉｎ］を示す。
【０１０６】
整地アシスト制御が開始された時点ｔ１とは、距離Ｄが閾値Ｈよりも大きい状態から閾値Ｄになった時点をいう。図１０に示す例では、時点ｔ１において、最大流量Ｑｍａｘはゼロを示しているが、正の値でもよい。
【０１０７】
図１０において、ラインＱｍａｘは、ポンプ最大流量算出部５７で算出された最大流量である。ラインＱｄａｒは、アームシリンダ２２の要求流量である。ラインＱｄｂｒは、ブームシリンダ２３の要求流量である。
【０１０８】
図１０に示すように、最大流量Ｑは、整地アシスト制御が開始された時点ｔ１において第１流量Ｑ１になり、時点ｔ１から所定時間経過後の時点ｔ２（第２時点）において第１流量Ｑ１よりも大きい第２流量Ｑ２になるように、時点ｔ１と時点ｔ２との規定期間において徐々に増加する。本実施形態においては、時点ｔ１と時点ｔ２との間において、時間に比例するように、最大流量Ｑｍａｘが増加する。なお、最大流量Ｑｍａｘの増加率（傾き）は、操作装置４０の操作量の大小に関わらず常に一定である。
【０１０９】
時点ｔ２が経過した後の期間においては、最大流量Ｑｍａｘは、第２流量Ｑ２に維持される。本実施形態において、第２流量Ｑ２は、例えば、油圧ポンプ４２の容量及びエンジン１７の回転数のそれぞれが最大値を示すときの最大流量Ｑｍａｘである。すなわち、時点ｔ２が経過した後の期間においては、最大流量Ｑは、斜板が最大角度に制御されて油圧ポンプ４２が最大容量となりエンジン１７が最高回転数で駆動したときの条件に基づいて決定される。
【０１１０】
本実施形態においては、掘削初期において整地アシスト制御が開始されてから規定期間においては、最大流量Ｑｍａｘの値が小さい。最大流量Ｑｍａｘは、要求流量Ｑｄａｒと要求流量Ｑｄｂｍとの和を示す合計流量Ｑｄａｌの制限値を示す。すなわち、最大流量Ｑｍａｘが小さい値に制限されることにより、要求流量Ｑｄａｒ及び要求流量Ｑｄｂｍも小さい値に制限されることとなる。
【０１１１】
なお、上述のように、ポンプ最大流量算出部５７が、油圧ポンプ４２が吐出可能なポンプ最大流量を超えない範囲においてポンプ最大流量Ｑｍａｘを設定してもよい。また、所定時間内で第１流量Ｑ１から第２流量Ｑ２まで流量Ｑが増加するように、流量Ｑの増加率が調整されてもよい。
【０１１２】
［制御方法］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法について、図１１を参照して説明する。図１１は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法を示すフローチャートである。
【０１１３】
目標掘削地形データ生成装置７０から制御装置５０に目標掘削地形が供給される。目標掘削地形データ取得部５３は、目標掘削地形データ生成装置７０から供給される目標掘削地形を取得する（ステップＳＰ１０）。
【０１１４】
刃先位置検出器３４から制御装置５０にバケット１１の位置を示すデータが供給される。バケット位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４からバケット１１の位置を取得する（ステップＳＰ２０）。
【０１１５】
距離データ取得部５４は、バケット位置データ取得部５２で取得されたバケット１１の位置と、目標掘削地形データ取得部５３で生成された目標掘削地形とに基づいて、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄを算出する（ステップＳＰ３０）。
【０１１６】
操作量データ取得部５６は、作業機１を駆動する油圧シリンダ２０を操作する操作装置４０の操作量を示すデータを取得する（ステップＳＰ４０）。
【０１１７】
操作量データ取得部５６は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、アーム１２を操作する操作装置４０の操作量を取得することができる。また、操作量データ取得部５６は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出データに基づいて、ブーム１３を操作する操作装置４０の操作量を取得することができる。
【０１１８】
第１目標速度算出部５８は、操作装置４０の操作量と、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄとに基づいて、作業機１の第１目標速度を算出する（ステップＳＰ５０）。
【０１１９】
第１目標速度は、再演算前のバケットシリンダ目標速度Ｖｂｋ＿ｂ、再演算前のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ｂ、及び再演算前のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ｂを含む。
【０１２０】
ポンプ最大流量算出部５７は、油圧ポンプ４２から吐出される作動油の最大流量Ｑｍａｘを算出する（ステップＳＰ６０）。図１０を参照して説明したように、最大流量Ｑｍａｘは、整地アシスト制御が開始された時点ｔ１において第１流量Ｑ１になり、時点ｔ１から所定時間経過後の時点ｔ２において第１流量Ｑ１よりも大きい第２流量Ｑ２になり、時点ｔ１と時点ｔ２との規定期間において徐々に増加する。
【０１２１】
第２目標速度算出部６０は、ポンプ最大流量算出部５７で算出された最大流量Ｑｍａｘと、操作装置４０の操作量と、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄとに基づいて、作業機１の第２目標速度を算出する（ステップＳＰ７０）。
【０１２２】
第２目標速度は、再演算後のバケットシリンダ目標速度Ｖｂｋ＿ａ、再演算後のアームシリンダ目標速度Ｖａｒ＿ａ、及び再演算後のブームシリンダ目標速度Ｖｂｍ＿ａを含む。第２目標速度算出部６０は、上述の連立方程式に基づいて演算処理を実施して、第２目標速度を算出する。
【０１２３】
作業機制御部６１は、第１目標速度算出部５８において距離Ｄに基づいて算出された第１目標速度と、第２目標速度算出部５８で算出された第２目標速度とを比較する（ステップＳＰ８０）。
【０１２４】
作業機制御部６１は、第１目標速度及び第２目標速度のうち小さい方を、整地アシスト制御における作業機１の目標速度として決定する。作業機制御部６１は、決定した目標速度に基づいて、油圧シリンダ２０を制御する制御信号を出力する（ステップＳＰ９０）。
【０１２５】
作業機制御部６１は、作業機１が目標速度で作動するように、油圧シリンダ２０の制御弁４５を制御する制御信号を出力する。
【０１２６】
［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、整地アシスト制御において、油圧ポンプ４２の最大流量Ｑｍａｘが設定された状態において、第１目標速度と第２目標速度とが算出される。油圧シリンダ２０は、第１目標速度及び第２目標速度のうち小さい方の目標速度に基づいて制御される。これにより、油圧ポンプ４２の吐出能力を超えない範囲において、複数の油圧シリンダ２０に適正な流量で作動油が供給される。したがって、作業機１の落ち込みが抑制され、掘削精度の低下が抑制される。
【０１２７】
また、本実施形態においては、複数の油圧シリンダ２０の要求流量Ｑｄの和を示す合計流量Ｑｄａｌが最大流量Ｑｍａｘ以下になるように、第２目標速度が算出される。これにより、整地アシスト制御において、アーム１２の作動速度とブーム１３の作動速度とのバランスが取れ、作業機１の落ち込みが抑制される。
【０１２８】
また、本実施形態においては、掘削初期である時点ｔ１と時点ｔ２との規定期間において、最大流量Ｑｍａｘが制限される。これにより、整地アシスト制御において、アーム１２が高速で作動することが抑制される。したがって、掘削初期において、作業機１が落ち込む現象の発生が抑制される。また、最大流量Ｑｍａｘは、時点ｔ１と時点ｔ２との規定期間において徐々に増加する。これにより、アーム１２の作動速度を徐々に高めることができるので、作業機１の落ち込みを抑制しつつ、作業性の低下を抑制することができる。
【０１２９】
また、本実施形態においては、時点ｔ２の経過後においては、例えば、最大流量Ｑｍａｘは、油圧ポンプ４２が最大容量となりエンジン１７が最高回転数で駆動したときの条件に基づいて決定される。これにより、掘削初期の経過後においては、作業機１を高速で作動させることができる。したがって、作業機１の落ち込みを抑制しつつ、作業性の低下を抑制することができる。
【０１３０】
なお、上述の実施形態においては、操作装置４０が油圧ショベル１００に設けられることとした。操作装置４０が油圧ショベル１００から離れた遠隔地に設けられ、油圧ショベル１００が遠隔操作されてもよい。作業機１が遠隔操作される場合、遠隔地に設けられた操作装置４０から作業機１の操作量を示す制御信号が油圧ショベル１００に無線送信される。制御装置５０の操作量データ取得部５６は、無線送信された操作量を示す制御信号を取得する。
【０１３１】
なお、上述の実施形態においては、作業機械１００が油圧ショベル１００であることとした。上述の実施形態で説明した制御装置５０及び制御方法は、油圧ショベル１００以外にも、作業機を有する作業機械全般に適用可能である。
【符号の説明】
【０１３２】
１…作業機、２…上部旋回体、３…下部走行体、４…運転室、４Ｓ…運転席、５…機械室、６…手すり、７…履帯、１０…刃先、１１…バケット、１２…アーム、１３…ブーム、１４…バケットシリンダストロークセンサ、１５…アームシリンダストロークセンサ、１６…ブームシリンダストロークセンサ、１７…エンジン、１８…サーボ機構、２０…油圧シリンダ、２０Ａ…キャップ側油室、２０Ｂ…ロッド側油室、２１…バケットシリンダ、２２…アームシリンダ、２３…ブームシリンダ、３０…位置検出装置、３１…車体位置検出器、３１Ａ…ＧＰＳアンテナ、３２…姿勢検出器、３３…方位検出器、３４…刃先位置検出器、４０…操作装置、４１…方向制御弁、４２…油圧ポンプ、４３…油圧ポンプ、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ…油路、４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ…制御弁、４６Ａ，４６Ｂ…圧力センサ、４７Ａ，４７Ｂ…油路、４８…シャトル弁、４９Ａ，４９Ｂ…圧力センサ、５０…制御装置、５０Ａ…演算処理装置、５０Ｂ…記憶装置、５０Ｃ…入出力インターフェース装置、５１…車体位置データ取得部、５２…バケット位置データ取得部、５３…目標掘削地形データ取得部、５４…距離データ取得部、５６…操作量データ取得部、５７…ポンプ最大流量算出部、５８…第１目標速度算出部、６０…第２目標速度算出部、６１…作業機制御部、７０…目標掘削地形データ生成装置、１００…油圧ショベル（作業機械）、２００…制御システム、３００…油圧システム、ＡＸ１…回転軸、ＡＸ２…回転軸、ＡＸ３…回転軸、Ｌ１１…長さ、Ｌ１２…長さ、Ｌ１３…長さ、Ｐｂ…刃先の絶対位置、Ｐｇ…上部旋回体の絶対位置、ＲＸ…旋回軸、θ１１…姿勢角、θ１２…姿勢角、θ１３…姿勢角。
【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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【国際調査報告】
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