(57)【要約】  ショベル（１００）は、下部走行体（１）と、下部走行体（１）に旋回可能に搭載された上部旋回体（３）と、上部旋回体（３）に搭載されたキャビン（１０）と、上部旋回体（３）に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントに関する所定の操作入力に応じ、バケット（６）の背面（６ｂ）によって地面が所定の力で押し付けられた状態で、バケット（６）を目標施工面（ＴＰ）に関して移動させるコントローラ（３０）と、目標施工面（ＴＰ）に沿ったバケット（６）の移動によってもたらされる地面の凹凸に関する情報を表示する表示装置（４０）と、を備える。
2019131980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体に搭載された運転室と、
前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
前記アタッチメントに関する所定の操作入力に応じ、前記アタッチメントを構成するエンドアタッチメントの作業部位によって地面が所定の力で押し付けられた状態で、前記エンドアタッチメントを目標施工面に関して移動させる制御装置と、
前記地面の凹凸に関する情報を表示する表示装置と、を備える、
ショベル。
【請求項２】
前記地面の凹凸に関する情報は、前記エンドアタッチメントを前記目標施工面に関して移動させたときの前記アタッチメントの姿勢の変化から導き出される、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記地面の凹部を埋めるのに必要な土の量を算出するように構成されている、
請求項１に記載のショベル。
【請求項４】
前記地面の凹凸に関する情報は、施工図情報と関連付けて表示装置に表示される、
請求項１に記載のショベル。
【請求項５】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
前記アタッチメントに関する所定の操作入力に応じ、前記アタッチメントを構成するエンドアタッチメントの作業部位によって地面が所定の力で押し付けられた状態で、前記エンドアタッチメントを目標施工面に関して移動させる制御装置と、を備える、
ショベル。
【請求項６】
前記制御装置は、前記地面の凹凸に関する情報を取得する、
請求項５に記載のショベル。
【請求項７】
前記制御装置は、前記作業部位を目標施工面と同じ方向に位置制御或いは速度制御する、
請求項５に記載のショベル。
【請求項８】
前記制御装置は、前記作業部位を目標施工面の垂直方向に前記所定の力で押し付ける、
請求項５に記載のショベル。
【請求項９】
前記制御装置は、押し付け力のフィードバック制御、又は、ブームロッド圧とブームボトム圧との差圧であるブーム差圧のフィードバック制御を実行する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項１０】
前記所定の力は、ブームロッド圧とブームボトム圧との差圧であるブーム差圧が目標差圧に達するときの力であり、
前記目標差圧は、前記アタッチメントの姿勢の変化に応じて変化する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項１１】
前記所定の力は、アームロッド圧とアームボトム圧との差圧であるアーム差圧が目標差圧に達するときの力であり、
前記目標差圧は、前記アタッチメントの姿勢の変化に応じて変化する、
請求項１に記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バケットの刃先を斜面の下端から上端まで設計面に沿って移動させることによって法面を形成する作業において、バケットの刃先の位置を自動的に調整する作業機制御システムが知られている（特許文献１参照。）。このシステムは、バケットの刃先の位置を自動的に調整することで、形成される法面を設計面に合わせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１７１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のシステムは、設計面に沿うようにバケットの刃先の位置を自動的に調整するのみである。そのため、仕上がり面として形成される法面は、軟らかい部分と硬い部分とが混在しているおそれがある。すなわち、硬さが不均一な仕上がり面が形成されてしまうおそれがある。【０００５】
そこで、より均質な仕上がり面の形成を支援するショベルを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載された運転室と、前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、前記アタッチメントに関する所定の操作入力に応じ、前記アタッチメントを構成するエンドアタッチメントの作業部位によって地面が所定の力で押し付けられた状態で、前記エンドアタッチメントを目標施工面に関して移動させる制御装置と、前記地面の凹凸に関する情報を表示する表示装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上述の手段により、より均質な仕上がり面の形成を支援するショベルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。
【図２】図１のショベルの駆動系の構成例を示す図である。
【図３】図１のショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す概略図である。
【図４Ａ】図１のショベルに搭載される油圧システムの一部を抜き出した図である。
【図４Ｂ】図１のショベルに搭載される油圧システムの一部を抜き出した図である。
【図４Ｃ】図１のショベルに搭載される油圧システムの一部を抜き出した図である。
【図５】マシンガイダンス部の構成例を示す図である。
【図６】ショベルに作用する力の関係を示す概略図である。
【図７】法面仕上げ作業の際のアタッチメントの側面図である。
【図８】目標差圧と法肩距離との関係の一例を示す図である。
【図９】法面仕上げ作業におけるバケットの動きを示す図である。
【図１０】法面仕上げ支援制御によって形成された法面を示す図である。
【図１１】施工支援画面の表示例である。
【図１２】空間認識装置を備えたショベルの上面図である。
【図１３】ショベルの管理システムの構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００の側面図である。ショベル１００の下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。バケット６は、法面バケットであってもよい。
【００１０】
ブーム４、アーム５、バケット６は、アタッチメントの一例としての掘削アタッチメントを構成している。そして、ブーム４は、ブームシリンダ７により駆動され、アーム５は、アームシリンダ８により駆動され、バケット６は、バケットシリンダ９により駆動される。ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。
【００１１】
ブーム角度センサＳ１はブーム４の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は加速度センサであり、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度（以下、「ブーム角度」とする。）を検出できる。ブーム角度は、例えば、ブーム４を最も下げたときに最小角度となり、ブーム４を上げるにつれて大きくなる。
【００１２】
アーム角度センサＳ２はアーム５の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は加速度センサであり、ブーム４に対するアーム５の回動角度（以下、「アーム角度」とする。）を検出できる。アーム角度は、例えば、アーム５を最も閉じたときに最小角度となり、アーム５を開くにつれて大きくなる。
【００１３】
バケット角度センサＳ３はバケット６の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は加速度センサであり、アーム５に対するバケット６の回動角度（以下、「バケット角度」とする。）を検出できる。バケット角度は、例えば、バケット６を最も閉じたときに最小角度となり、バケット６を開くにつれて大きくなる。
【００１４】
ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及び、バケット角度センサＳ３はそれぞれ、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ、ジャイロセンサ、又は、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせである慣性計測装置（Inertial Measurement Unit）等であってもよい。
【００１５】
本実施形態では、ブームシリンダ７にはブームロッド圧センサＳ７Ｒ及びブームボトム圧センサＳ７Ｂが取り付けられている。アームシリンダ８にはアームロッド圧センサＳ８Ｒ及びアームボトム圧センサＳ８Ｂが取り付けられている。バケットシリンダ９にはバケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂが取り付けられている。
【００１６】
ブームロッド圧センサＳ７Ｒはブームシリンダ７のロッド側油室の圧力（以下、「ブームロッド圧」とする。）を検出し、ブームボトム圧センサＳ７Ｂはブームシリンダ７のボトム側油室の圧力（以下、「ブームボトム圧」とする。）を検出する。アームロッド圧センサＳ８Ｒはアームシリンダ８のロッド側油室の圧力（以下、「アームロッド圧」とする。）を検出し、アームボトム圧センサＳ８Ｂはアームシリンダ８のボトム側油室の圧力（以下、「アームボトム圧」とする。）を検出する。バケットロッド圧センサＳ９Ｒはバケットシリンダ９のロッド側油室の圧力（以下、「バケットロッド圧」とする。）を検出し、バケットボトム圧センサＳ９Ｂはバケットシリンダ９のボトム側油室の圧力（以下、「バケットボトム圧」とする。）を検出する。
【００１７】
上部旋回体３には運転室であるキャビン１０が設けられ且つエンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、コントローラ３０、表示装置４０、入力装置４２、音出力装置４３、記憶装置４７、測位装置Ｖ１、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、撮像装置Ｓ６及び通信装置Ｔ１等が取り付けられている。
【００１８】
コントローラ３０は、ショベル１００の駆動制御を行う主制御部として機能するように構成されている。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を含むコンピュータで構成されている。コントローラ３０の各種機能は、例えば、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。各種機能は、例えば、操作者によるショベル１００の手動直接操作又は手動遠隔操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能、操作者によるショベル１００の手動直接操作又は手動遠隔操作を自動的に支援するマシンコントロール機能、及び、ショベル１００を無人で動作させる自動制御機能等を含む。コントローラ３０に含まれるマシンガイダンス部５０は、マシンガイダンス機能、マシンコントロール機能及び自動制御機能を実行できるように構成されている。
【００１９】
表示装置４０は、各種情報を表示するように構成されている。表示装置４０は、ＣＡＮ等の通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続されていてもよく、専用線を介してコントローラ３０に接続されていてもよい。
【００２０】
入力装置４２は、操作者が各種情報をコントローラ３０に入力できるように構成されている。入力装置４２は、例えば、キャビン１０内に設置されたタッチパネル、操作レバー等の先端に設置されたノブスイッチ、及び、表示装置４０の周囲に設置された押しボタンスイッチ等の少なくとも１つである。
【００２１】
音出力装置４３は、音又は音声を出力するように構成されている。音出力装置４３は、例えば、コントローラ３０に接続されるスピーカであってもよく、ブザー等の警報器であってもよい。本実施形態では、音出力装置４３は、コントローラ３０からの音出力指令に応じて各種の音又は音声を出力する。
【００２２】
記憶装置４７は、各種情報を記憶するように構成されている。記憶装置４７は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置４７は、ショベル１００の動作中に各種機器が出力する情報を記憶してもよく、ショベル１００の動作が開始される前に各種機器を介して取得する情報を記憶してもよい。記憶装置４７は、例えば、通信装置Ｔ１等を介して取得される目標施工面に関するデータを記憶していてもよい。目標施工面は、ショベル１００の操作者が設定したものであってもよく、施工管理者等が設定したものであってもよい。
【００２３】
測位装置Ｖ１は、上部旋回体３の位置を測定するように構成されている。測位装置Ｖ１は、上部旋回体３の向きを測定できるように構成されていてもよい。測位装置Ｖ１は、例えばＧＮＳＳコンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを検出し、検出値をコントローラ３０に対して出力する。そのため、測位装置Ｖ１は、上部旋回体３の向きを検出する向き検出装置として機能し得る。向き検出装置は、上部旋回体３に取り付けられた方位センサ等であってもよい。
【００２４】
機体傾斜センサＳ４は上部旋回体３の傾斜を検出するように構成されている。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は、仮想水平面に対する上部旋回体３の前後軸回りの前後傾斜角及び左右軸回りの左右傾斜角を検出する加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、ショベル１００の旋回軸上の一点であるショベル中心点で互いに直交する。機体傾斜センサＳ４は、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせであってもよく、慣性計測装置であってもよい。
【００２５】
旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出するように構成されている。旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角度を検出或いは算出できるように構成されていてもよい。本実施形態では、旋回角速度センサＳ５は、ジャイロセンサである。旋回角速度センサＳ５は、レゾルバ又はロータリエンコーダ等であってもよい。
【００２６】
撮像装置Ｓ６はショベル１００の周辺の画像を取得するように構成されている。本実施形態では、撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の前方の空間を撮像する前カメラＳ６Ｆ、ショベル１００の左方の空間を撮像する左カメラＳ６Ｌ、ショベル１００の右方の空間を撮像する右カメラＳ６Ｒ、及び、ショベル１００の後方の空間を撮像する後カメラＳ６Ｂを含む。
【００２７】
撮像装置Ｓ６は、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮像した画像を表示装置４０に出力する。撮像装置Ｓ６は、ステレオカメラ又は距離画像カメラ等であってもよい。
【００２８】
前カメラＳ６Ｆは、例えば、キャビン１０の天井、すなわちキャビン１０の内部に取り付けられている。但し、前カメラＳ６Ｆは、キャビン１０の屋根、又は、ブーム４の側面等、キャビン１０の外部に取り付けられていてもよい。左カメラＳ６Ｌは、上部旋回体３の上面左端に取り付けられ、右カメラＳ６Ｒは、上部旋回体３の上面右端に取り付けられ、後カメラＳ６Ｂは、上部旋回体３の上面後端に取り付けられている。
【００２９】
通信装置Ｔ１は、ショベル１００の外部にある外部機器との通信を制御するように構成されている。本実施形態では、通信装置Ｔ１は、衛星通信網、携帯電話通信網及びインターネット網等の少なくとも１つを介した外部機器との通信を制御する。
【００３０】
図２は、ショベル１００の駆動系の構成例を示すブロック図であり、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御ラインをそれぞれ二重線、実線、破線及び点線で示している。
【００３１】
ショベル１００の駆動系は、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９、コントローラ３０、比例弁３１及びシャトル弁３２等を含む。
【００３２】
エンジン１１は、ショベル１００の駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に連結されている。
【００３３】
メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給するように構成されている。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
【００３４】
レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御するように構成されている。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。例えば、コントローラ３０は、操作圧センサ２９等の出力に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力することで、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。
【００３５】
パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６及び比例弁３１等を含む各種油圧制御機器に作動油を供給するように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。この場合、パイロットポンプ１５が担っていた機能は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に作動油を供給する機能とは別に、絞り等により作動油の圧力を低下させた後で操作装置２６及び比例弁３１等に作動油を供給する機能を備えていてもよい。
【００３６】
コントロールバルブ１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブ１７は、制御弁１７１〜１７６を含む。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１〜１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁１７１〜１７６は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左側走行用油圧モータ１Ｌ、右側走行用油圧モータ１Ｒ、及び、旋回用油圧モータ２Ａを含む。旋回用油圧モータ２Ａは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機であってもよい。
【００３７】
操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。本実施形態では、操作装置２６は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、原則として、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量に応じた圧力である。操作装置２６のうちの少なくとも１つは、パイロットライン及びシャトル弁３２を介し、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できるように構成されている。但し、操作装置２６は、電気信号を用いて制御弁１７１〜１７６を動作させるように構成されていてもよい。この場合、制御弁１７１〜１７６は電磁スプール弁で構成されていてもよい。
【００３８】
吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出するように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【００３９】
操作圧センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出するように構成されている。本実施形態では、操作圧センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作内容は、操作圧センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。
【００４０】
比例弁３１は、パイロットポンプ１５とシャトル弁３２とを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３１は、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１及びシャトル弁３２を介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。
【００４１】
シャトル弁３２は、２つの入口ポートと１つの出口ポートを有する。２つの入口ポートのうちの一方は操作装置２６に接続され、他方は比例弁３１に接続されている。出口ポートは、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに接続されている。そのため、シャトル弁３２は、操作装置２６が生成するパイロット圧と比例弁３１が生成するパイロット圧のうちの高い方を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。
【００４２】
この構成により、コントローラ３０は、特定の操作装置２６に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。
【００４３】
次に図３を参照し、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図３は、図１のショベル１００に搭載される油圧システムの構成例を示す概略図である。図３は、図２と同様に、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御ラインをそれぞれ、二重線、実線、破線及び点線で示している。
【００４４】
油圧システムは、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒから、センターバイパス管路Ｃ１Ｌ、Ｃ１Ｒ、パラレル管路Ｃ２Ｌ、Ｃ２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させている。メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、図２のメインポンプ１４に対応する。
【００４５】
センターバイパス管路Ｃ１Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌを通る作動油ラインである。センターバイパス管路Ｃ１Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒを通る作動油ラインである。制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒは、図２の制御弁１７５に対応する。制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒは、図２の制御弁１７６に対応する。
【００４６】
制御弁１７１は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左側走行用油圧モータ１Ｌへ供給し、且つ、左側走行用油圧モータ１Ｌが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００４７】
制御弁１７２は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右側走行用油圧モータ１Ｒへ供給し、且つ、右側走行用油圧モータ１Ｒが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００４８】
制御弁１７３は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００４９】
制御弁１７４は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するためのスプール弁である。
【００５０】
制御弁１７５Ｌは、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７５Ｒは、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００５１】
制御弁１７６Ｌは、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７６Ｒは、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００５２】
パラレル管路Ｃ２Ｌは、センターバイパス管路Ｃ１Ｌに並行する作動油ラインである。パラレル管路Ｃ２Ｌは、制御弁１７１、１７３及び１７５Ｌの少なくとも１つによってセンターバイパス管路Ｃ１Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。パラレル管路Ｃ２Ｒは、センターバイパス管路Ｃ１Ｒに並行する作動油ラインである。パラレル管路Ｃ２Ｒは、制御弁１７２、１７４及び１７５Ｒの少なくとも１つによってセンターバイパス管路Ｃ１Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
【００５３】
レギュレータ１３Ｌは、メインポンプ１４Ｌの吐出圧等に応じてメインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。レギュレータ１３Ｒは、メインポンプ１４Ｒの吐出圧等に応じてメインポンプ１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｒの吐出量を制御する。レギュレータ１３Ｌ及びレギュレータ１３Ｒは、図２のレギュレータ１３に対応する。レギュレータ１３Ｌは、例えば、メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増大に応じてメインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。レギュレータ１３Ｒについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収パワー（吸収馬力）がエンジン１１の出力パワー（出力馬力）を超えないようにするためである。
【００５４】
吐出圧センサ２８Ｌは、吐出圧センサ２８の一例であり、メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。
【００５５】
ここで、図３の油圧システムで採用されるネガティブコントロール制御について説明する。
【００５６】
センターバイパス管路Ｃ１Ｌには、最も下流にある制御弁１７６Ｌと作動油タンクとの間に絞り１８Ｌが配置されている。メインポンプ１４Ｌが吐出した作動油の流れは、絞り１８Ｌで制限される。そして、絞り１８Ｌは、レギュレータ１３Ｌを制御するための制御圧を発生させる。制御圧センサ１９Ｌは、その制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【００５７】
センターバイパス管路Ｃ１Ｒには、最も下流にある制御弁１７６Ｒと作動油タンクとの間に絞り１８Ｒが配置されている。メインポンプ１４Ｒが吐出した作動油の流れは、絞り１８Ｒで制限される。そして、絞り１８Ｒは、レギュレータ１３Ｒを制御するための制御圧を発生させる。制御圧センサ１９Ｒは、その制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【００５８】
コントローラ３０は、制御圧センサ１９Ｌが検出した制御圧等に応じてメインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。コントローラ３０は、制御圧が大きいほどメインポンプ１４Ｌの吐出量を減少させ、制御圧が小さいほどメインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。同様に、コントローラ３０は、制御圧センサ１９Ｒが検出した制御圧等に応じてメインポンプ１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｒの吐出量を制御する。コントローラ３０は、制御圧が大きいほどメインポンプ１４Ｒの吐出量を減少させ、制御圧が小さいほどメインポンプ１４Ｒの吐出量を増大させる。
【００５９】
具体的には、図３で示されるように、ショベル１００における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、センターバイパス管路Ｃ１Ｌを通って絞り１８Ｌに至る。そして、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、メインポンプ１４Ｌの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油がセンターバイパス管路Ｃ１Ｌを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。同様に、待機状態の場合、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油は、センターバイパス管路Ｃ１Ｒを通って絞り１８Ｒに至る。そして、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油の流れは、絞り１８Ｒの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、メインポンプ１４Ｒの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油がセンターバイパス管路Ｃ１Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。
【００６０】
一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、絞り１８Ｌに至る量を減少或いは消失させ、絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。同様に、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油の流れは、絞り１８Ｒに至る量を減少或いは消失させ、絞り１８Ｒの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、メインポンプ１４Ｒの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。
【００６１】
上述のような構成により、図３の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ１４Ｌ及びメインポンプ１４Ｒにおける無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油がセンターバイパス管路Ｃ１Ｌで発生させるポンピングロス、及び、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油がセンターバイパス管路Ｃ１Ｒで発生させるポンピングロスを含む。また、図３の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４Ｌ及びメインポンプ１４Ｒから必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに供給できる。
【００６２】
次に、図４Ａ〜図４Ｃを参照し、アクチュエータを自動的に動作させる構成について説明する。図４Ａ〜図４Ｃは、油圧システムの一部を抜き出した図である。具体的には、図４Ａは、ブームシリンダ７の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図４Ｂは、アームシリンダ８の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図４Ｃは、バケットシリンダ９の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。
【００６３】
図４Ａにおけるブーム操作レバー２６Ａは、操作装置２６の一例であり、ブーム４を操作するために用いられる。ブーム操作レバー２６Ａは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、操作内容に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒのそれぞれのパイロットポートに作用させる。具体的には、ブーム操作レバー２６Ａは、ブーム上げ方向に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートと制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作用させる。また、ブーム操作レバー２６Ａは、ブーム下げ方向に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作用させる。
【００６４】
操作圧センサ２９Ａは、操作圧センサ２９の一例であり、ブーム操作レバー２６Ａに対する操作者の操作内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作内容は、例えば、操作方向及び操作量（操作角度）等である。
【００６５】
比例弁３１ＡＬ及び比例弁３１ＡＲは、比例弁３１の一例であり、シャトル弁３２ＡＬ及びシャトル弁３２ＡＲは、シャトル弁３２の一例である。比例弁３１ＡＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＡＬは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＬ及びシャトル弁３２ＡＬを介して制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＡＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＡＲは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＲ及びシャトル弁３２ＡＲを介して制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＡＬは、制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。比例弁３１ＡＲは、制御弁１７５Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
【００６６】
この構成により、コントローラ３０は、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＬ及びシャトル弁３２ＡＬを介し、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、ブーム４を自動的に上げることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＲ及びシャトル弁３２ＡＲを介し、制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、ブーム４を自動的に下げることができる。
【００６７】
図４Ｂにおけるアーム操作レバー２６Ｂは、操作装置２６の別の一例であり、アーム５を操作するために用いられる。アーム操作レバー２６Ｂは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、操作内容に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒのそれぞれのパイロットポートに作用させる。具体的には、アーム操作レバー２６Ｂは、アーム閉じ方向に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートと制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートとに作用させる。また、アーム操作レバー２６Ｂは、アーム開き方向に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートと制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートとに作用させる。
【００６８】
操作圧センサ２９Ｂは、操作圧センサ２９の別の一例であり、アーム操作レバー２６Ｂに対する操作者の操作内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作内容は、例えば、操作方向及び操作量（操作角度）等である。
【００６９】
比例弁３１ＢＬ及び比例弁３１ＢＲは、比例弁３１の別の一例であり、シャトル弁３２ＢＬ及びシャトル弁３２ＢＲは、シャトル弁３２の別の一例である。比例弁３１ＢＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＢＬは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＬ及びシャトル弁３２ＢＬを介して制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＢＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＢＲは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＲ及びシャトル弁３２ＢＲを介して制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＢＬ及び比例弁３１ＢＲのそれぞれは、制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
【００７０】
この構成により、コントローラ３０は、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＬ及びシャトル弁３２ＢＬを介し、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、アーム５を自動的に閉じることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＲ及びシャトル弁３２ＢＲを介し、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、アーム５を自動的に開くことができる。
【００７１】
図４Ｃにおけるバケット操作レバー２６Ｃは、操作装置２６の更に別の一例であり、バケット６を操作するために用いられる。バケット操作レバー２６Ｃは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、操作内容に応じたパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに作用させる。具体的には、バケット操作レバー２６Ｃは、バケット開き方向に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４の右側パイロットポートに作用させる。また、バケット閉じ方向に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４の左側パイロットポートに作用させる。
【００７２】
操作圧センサ２９Ｃは、操作圧センサ２９の更に別の一例であり、バケット操作レバー２６Ｃに対する操作者の操作内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【００７３】
比例弁３１ＣＬ及び比例弁３１ＣＲは、比例弁３１の更に別の一例であり、シャトル弁３２ＣＬ及びシャトル弁３２ＣＲは、シャトル弁３２の更に別の一例である。比例弁３１ＣＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＣＬは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＣＬ及びシャトル弁３２ＣＬを介して制御弁１７４の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＣＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＣＲは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＣＲ及びシャトル弁３２ＣＲを介して制御弁１７４の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＣＬ及び比例弁３１ＣＲのそれぞれは、制御弁１７４を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
【００７４】
この構成により、コントローラ３０は、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＬ及びシャトル弁３２ＣＬを介し、制御弁１７４の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、バケット６を自動的に閉じることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＲ及びシャトル弁３２ＣＲを介し、制御弁１７４の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、バケット６を自動的に開くことができる。
【００７５】
ショベル１００は、上部旋回体３を自動的に旋回させる構成、及び、下部走行体１を自動的に前進・後進させる構成を備えていてもよい。この場合、旋回用油圧モータ２Ａの操作に関する油圧システム部分、左側走行用油圧モータ１Ｌの操作に関する油圧システム部分、及び、右側走行用油圧モータ１Ｒの操作に関する油圧システム部分は、ブームシリンダ７の操作に関する油圧システム部分等と同じように構成されてもよい。
【００７６】
次に、図５を参照し、コントローラ３０に含まれているマシンガイダンス部５０について説明する。マシンガイダンス部５０は、例えば、マシンガイダンス機能を実行するように構成されている。本実施形態では、マシンガイダンス部５０は、例えば、目標施工面とアタッチメントの作業部位との距離等の作業情報を操作者に伝える。目標施工面に関するデータは、例えば、施工が完了したときの施工面に関するデータであり、記憶装置４７に予め記憶されている。目標施工面に関するデータは、例えば、基準座標系で表現されている。基準座標系は、例えば、世界測地系である。世界測地系は、地球の重心に原点をおき、Ｘ軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Ｙ軸を東経９０度の方向に、そしてＺ軸を北極の方向にとる三次元直交ＸＹＺ座標系である。操作者は、施工現場の任意の点を基準点と定め、目標施工面を構成する各点と基準点との相対的な位置関係により目標施工面を設定してもよい。アタッチメントの作業部位は、例えば、バケット６の爪先又はバケット６の背面等である。マシンガイダンス部５０は、表示装置４０及び音出力装置４３等の少なくとも１つを介して作業情報を操作者に伝えることでショベル１００の操作をガイドする。
【００７７】
マシンガイダンス部５０は、操作者によるショベル１００の手動直接操作及び手動遠隔操作を自動的に支援するマシンコントロール機能を実行してもよい。例えば、マシンガイダンス部５０は、操作者が手動で掘削操作を行っているときに、目標施工面とバケット６の先端位置とが一致するようにブーム４、アーム５及びバケット６の少なくとも１つを自動的に動作させてもよい。或いは、マシンガイダンス部５０は、ショベル１００を無人で動作させる自動制御機能を実行してもよい。
【００７８】
本実施形態では、マシンガイダンス部５０は、コントローラ３０に組み込まれているが、コントローラ３０とは別に設けられた制御装置であってもよい。この場合、マシンガイダンス部５０は、例えば、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ及び内部メモリを含むコンピュータで構成される。そして、マシンガイダンス部５０の各種機能は、内部メモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。また、マシンガイダンス部５０とコントローラ３０とはＣＡＮ等の通信ネットワークを通じて互いに通信可能に接続される。
【００７９】
具体的には、マシンガイダンス部５０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、撮像装置Ｓ６、測位装置Ｖ１、通信装置Ｔ１及び入力装置４２等から情報を取得する。そして、マシンガイダンス部５０は、例えば、取得した情報に基づいてバケット６と目標施工面との間の距離を算出し、音及び画像表示により、バケット６と目標施工面との間の距離の大きさをショベル１００の操作者に伝えるようにする。そのため、マシンガイダンス部５０は、位置算出部５１、距離算出部５２、情報伝達部５３及び自動制御部５４を有する。
【００８０】
位置算出部５１は、測位対象の位置を算出するように構成されている。本実施形態では、位置算出部５１は、アタッチメントの作業部位の基準座標系における座標点を算出する。具体的には、位置算出部５１は、ブーム４、アーム５及びバケット６のそれぞれの回動角度からバケット６の爪先の座標点を算出する。
【００８１】
距離算出部５２は、２つの測位対象間の距離を算出するように構成されている。本実施形態では、距離算出部５２は、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離を算出する。
【００８２】
情報伝達部５３は、各種情報をショベル１００の操作者に伝えるように構成されている。本実施形態では、情報伝達部５３は、距離算出部５２が算出した各種距離の大きさをショベル１００の操作者に伝える。具体的には、情報伝達部５３は、視覚情報及び聴覚情報を用いて、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離の大きさをショベル１００の操作者に伝える。
【００８３】
例えば、情報伝達部５３は、音出力装置４３による断続音を用いて、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離の大きさを操作者に伝えてもよい。この場合、情報伝達部５３は、鉛直距離が小さくなるほど、断続音の間隔を短くしてもよい。情報伝達部５３は、連続音を用いてもよく、音の高低及び強弱等の少なくとも１つを変化させて鉛直距離の大きさの違いを表すようにしてもよい。また、情報伝達部５３は、バケット６の爪先が目標施工面よりも低い位置になった場合には警報を発してもよい。警報は、例えば、断続音より顕著に大きい連続音である。
【００８４】
情報伝達部５３は、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離の大きさを作業情報として表示装置４０に表示させてもよい。表示装置４０は、例えば、撮像装置Ｓ６から受信した画像データと共に、情報伝達部５３から受信した作業情報を画面に表示する。情報伝達部５３は、例えば、アナログメータの画像、又は、バーグラフインジケータの画像等を用いて鉛直距離の大きさを操作者に伝えるようにしてもよい。
【００８５】
自動制御部５４は、アクチュエータを自動的に動作させることで操作者によるショベル１００の手動直接操作及び手動遠隔操作を支援するように構成されている。例えば、自動制御部５４は、操作者が手動でアーム閉じ操作を行っている場合に、目標施工面とバケット６の爪先の位置とが一致するようにブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを自動的に伸縮させてもよい。この場合、操作者は、例えば、アーム操作レバーを閉じ方向に操作するだけで、バケット６の爪先を目標施工面に一致させながら、アーム５を閉じることができる。この自動制御は、入力装置４２の１つである所定のスイッチが押下されたときに実行されるように構成されていてもよい。所定のスイッチは、例えば、マシンコントロールスイッチであり、ノブスイッチとして操作装置２６の先端に配置されていてもよい。
【００８６】
自動制御部５４は、上部旋回体３を目標施工面に正対させるために旋回用油圧モータ２Ａを自動的に回転させてもよい。この場合、操作者は、所定のスイッチを押下するだけで、上部旋回体３を目標施工面に正対させることができる。或いは、操作者は、所定のスイッチを押下するだけで、上部旋回体３を目標施工面に正対させ且つマシンコントロール機能を開始させることができる。
【００８７】
本実施形態では、自動制御部５４は、各アクチュエータに対応する制御弁に作用するパイロット圧を個別に且つ自動的に調整することで各アクチュエータを自動的に動作させることができる。
【００８８】
自動制御部５４は、法面仕上げ作業を支援するためにブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを自動的に伸縮させてもよい。法面仕上げ作業は、バケット６の背面を地面に押さえ付けながら目標施工面に沿ってバケット６を手前に引く作業である。自動制御部５４は、例えば、操作者が手動でアーム閉じ操作を行っている場合に、ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを自動的に伸縮させる。所定の押し付け力でバケット６の背面を完成前の法面である斜面に押し付けながら、完成後の法面である目標施工面に沿ってバケット６を移動させるためである。この法面仕上げに関する自動制御（以下、「法面仕上げ支援制御」とする。）は、法面仕上げスイッチ等の所定のスイッチが押下されたときに実行されるように構成されていてもよい。この法面仕上げ支援制御により、操作者は、アーム操作レバー２６Ｂを閉じ方向に操作するだけで、法面仕上げ作業を実行できる。
【００８９】
法面仕上げ作業では、押し付け力が強いとショベル１００の機体が浮き上がってしまい、場合によっては、ショベル１００の位置がずれてその後のマシンコントロール機能等に悪影響を及ぼしてしまう。反対に、押し付け力が弱いと軟らかい法面が形成されてしまう。また、バケット６の背面が地面に及ぼす力は、アタッチメントの姿勢に応じて変化する。そのため、手動直接操作及び手動遠隔操作による法面仕上げ作業の際に適切な押し付け力を維持することは困難である。自動制御部５４は、法面仕上げ支援制御により、これらの問題を解決できる。
【００９０】
次に、図６を参照し、コントローラ３０による作業反力の算出について説明する。なお、図６は、ショベル１００に作用する力の関係を示す概略図である。図６の例では、ショベル１００は、地形が目標施工面（図６では水平面）の形状と同じになるように作業部位を目標施工面に沿って移動させる際、アーム５の閉じ動作に対応してブーム４を上下動させる。この際、アーム５の閉じ動作のときに生じるアーム推力がブームシリンダ７へ伝達される。そこで、アーム推力がブームシリンダ７へ伝達されるときの力の関係を以下に説明する。
【００９１】
図６において、点Ｐ１は、上部旋回体３とブーム４との連結点を示し、点Ｐ２は、上部旋回体３とブームシリンダ７のシリンダとの連結点を示す。また、点Ｐ３は、ブームシリンダ７のロッド７Ｃとブーム４との連結点を示し、点Ｐ４は、ブーム４とアームシリンダ８のシリンダとの連結点を示す。また、点Ｐ５は、アームシリンダ８のロッド８Ｃとアーム５との連結点を示し、点Ｐ６は、ブーム４とアーム５との連結点を示す。また、点Ｐ７は、アーム５とバケット６との連結点を示し、点Ｐ８は、バケット６の先端を示し、点Ｐ９は、バケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａを示す。なお、図６は、明瞭化のため、バケットシリンダ９の図示を省略している。
【００９２】
また、図６は、点Ｐ１及び点Ｐ３を結ぶ直線と水平線との間の角度をブーム角度θ１とし、点Ｐ３及び点Ｐ６を結ぶ直線と点Ｐ６及び点Ｐ７を結ぶ直線との間の角度をアーム角度θ２とし、点Ｐ６及び点Ｐ７を結ぶ直線と点Ｐ７及び点Ｐ８を結ぶ直線との間の角度をバケット角度θ３として示す。
【００９３】
更に、図６において、距離Ｄ１は、機体の浮き上がりが発生するときの回転中心ＲＣとショベル１００の重心ＧＣとの間の水平距離、すなわち、ショベル１００の質量Ｍ及び重力加速度ｇの積である重力Ｍ・ｇの作用線を含む直線と回転中心ＲＣとの間の距離を示す。そして、距離Ｄ１と重力Ｍ・ｇの大きさとの積は、回転中心ＲＣ周りの第１の力のモーメントの大きさを表す。なお、記号「・」は「×」（乗算記号）を表す。
【００９４】
回転中心ＲＣの位置は、例えば、旋回角速度センサＳ５の出力に基づいて決定される。例えば、下部走行体１の前後軸と上部旋回体３の前後軸との間の角度である旋回角度が０度の場合には、下部走行体１が接地面と接触する部分のうちの後端が回転中心ＲＣとなり、旋回角度が１８０度の場合には、下部走行体１が接地面と接触する部分のうちの前端が回転中心ＲＣとなる。また、旋回角度が９０度又は２７０度の場合には、下部走行体１が接地面と接触する部分のうちの側端が回転中心ＲＣとなる。
【００９５】
また、図６において、距離Ｄ２は、回転中心ＲＣと点Ｐ９との間の水平距離、すなわち、作業反力ＦＲのうちの地面（図６では水平面）に垂直な成分ＦＲ１の作用線を含む直線と回転中心ＲＣとの間の距離を示す。成分ＦＲ２は、作業反力ＦＲのうちの地面に平行な成分である。そして、距離Ｄ２と成分ＦＲ１の大きさとの積は、回転中心ＲＣ周りの第２の力のモーメントの大きさを表す。なお、図６の例では、作業反力ＦＲは、鉛直軸に対して作業角度θを形成し、作業反力ＦＲの成分ＦＲ１は、ＦＲ１＝ＦＲ・ｃｏｓθで表される。また、作業角度θは、ブーム角度θ１、アーム角度θ２及びバケット角度θ３に基づいて算出される。この作業反力ＦＲのうちの地面（図６では水平面）に垂直な成分ＦＲ１は、目標施工面に対して垂直方向に地面が押しつけられることを示している。
【００９６】
また、図６において、距離Ｄ３は、点Ｐ２及び点Ｐ３を結ぶ直線と回転中心ＲＣとの間の距離、すなわち、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力ＦＢの作用線を含む直線と回転中心ＲＣとの間の距離を示す。そして、距離Ｄ３と力ＦＢの大きさとの積は、回転中心ＲＣ周りの第３の力のモーメントの大きさを表す。図６の例では、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力ＦＢは、バケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａである点Ｐ９に作用する作業反力によってもたらされる。
【００９７】
また、図６において、距離Ｄ４は、作業反力ＦＲの作用線を含む直線と点Ｐ６との間の距離を示す。そして、距離Ｄ４と作業反力ＦＲの大きさとの積は、点Ｐ６周りの第１の力のモーメントの大きさを表す。
【００９８】
また、図６において、距離Ｄ５は、点Ｐ４及び点Ｐ５を結ぶ直線と点Ｐ６との間の距離、すなわち、アーム５を閉じるアーム推力ＦＡの作用線を含む直線と点Ｐ６との間の距離を示す。そして、距離Ｄ５とアーム推力ＦＡの大きさとの積は、点Ｐ６周りの第２の力のモーメントの大きさを表す。
【００９９】
ここで、作業反力ＦＲの成分ＦＲ１が回転中心ＲＣ周りにショベル１００を浮き上がらせようとする力のモーメントの大きさは、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力ＦＢが回転中心ＲＣ周りにショベル１００を浮き上がらせようとする力のモーメントの大きさで置き換え可能であると仮定する。この場合、回転中心ＲＣ周りの第２の力のモーメントの大きさと回転中心ＲＣ周りの第３の力のモーメントの大きさとの関係は以下の（１）式で表される。
ＦＲ１・Ｄ２＝ＦＲ・ｃｏｓθ・Ｄ２＝ＦＢ・Ｄ３・・・（１）
また、アーム推力ＦＡが点Ｐ６周りにアーム５を閉じようとする力のモーメントの大きさと、作業反力ＦＲが点Ｐ６周りにアーム５を開こうとする力のモーメントの大きさとはつり合うものと考えられる。この場合、点Ｐ６周りの第１の力のモーメントの大きさと点Ｐ６周りの第２の力のモーメントの大きさとの関係は以下の（２）式及び（２）'式で表される。なお、記号「／」は「÷」（除算記号）を表す。
ＦＡ・Ｄ５＝ＦＲ・Ｄ４・・・（２）
ＦＲ＝ＦＡ・Ｄ５／Ｄ４・・・（２）'
また、（１）式及び（２）式より、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力ＦＢは、以下の（３）式で表される。
ＦＢ＝ＦＡ・Ｄ２・Ｄ５・ｃｏｓθ／（Ｄ３・Ｄ４）・・・（３）
更に、図６のＸ−Ｘ断面図で示すように、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒに面するピストンの環状受圧面の面積を面積ＡＢとし、ロッド側油室７Ｒにおける作動油の圧力をブームロッド圧ＰＢとすると、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力ＦＢは、ＦＢ＝ＰＢ・ＡＢで表される。したがって、（３）式は、以下の（４）式及び（４）'式で表される。なお、ブームロッド圧ＰＢは、ブームロッド圧センサＳ７Ｒの出力に基づく。
ＰＢ＝ＦＡ・Ｄ２・Ｄ５・ｃｏｓθ／（ＡＢ・Ｄ３・Ｄ４）・・・（４）
ＦＡ＝ＰＢ・ＡＢ・Ｄ３・Ｄ４／（Ｄ２・Ｄ５・ｃｏｓθ）・・・（４）'
また、距離Ｄ１は定数であり、距離Ｄ２〜Ｄ５は、作業角度θと同様、掘削アタッチメントの姿勢、すなわち、ブーム角度θ１、アーム角度θ２及びバケット角度θ３に応じて決まる値である。具体的には、距離Ｄ２は、ブーム角度θ１、アーム角度θ２及びバケット角度θ３に応じて決まり、距離Ｄ３は、ブーム角度θ１に応じて決まり、距離Ｄ４は、バケット角度θ３に応じて決まり、距離Ｄ５は、アーム角度θ２に応じて決まる。
【０１００】
コントローラ３０は、上述の計算式を用いて作業反力ＦＲを算出することができる。また、コントローラ３０は、法面仕上げ作業中に作業反力ＦＲを算出することで、作業反力ＦＲのうちの法面に垂直な成分の大きさを押し付け力の大きさとして算出できる。なお、アーム推力ＦＡ（図６参照。）によってもたらされる作業反力ＦＲは、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力となる。
【０１０１】
次に、図７を参照し、法面仕上げ支援制御の詳細について説明する。図７は、法面仕上げ作業の際のアタッチメントの側面図であり、法面の鉛直断面を含む。
【０１０２】
ショベル１００の操作者は、法面の荒仕上げが終わった段階で、目標施工面ＴＰのうちの法尻に対応する位置Ｐｂにバケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａを目標施工面ＴＰに一致させる。「法面の荒仕上げが終わった段階」では、法面は、図７に示すように、目標施工面ＴＰの上にある程度の厚みＷの土が残っている状態にある。操作者は、位置Ｐｂで所定点Ｐａを目標施工面ＴＰに一致させ、或いは、近傍まで移動させた状態で法面仕上げスイッチを押下し、アーム操作レバー２６Ｂをアーム閉じ方向に操作する。なお、図７は、アーム操作レバー２６Ｂがアーム閉じ方向に操作された後の状態を示している。
【０１０３】
マシンガイダンス部５０の自動制御部５４は、法面仕上げスイッチの押下に応じて法面仕上げ支援制御を開始する。そして、自動制御部５４は、操作者のアーム閉じ操作に応じてブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを自動的に伸縮させる。バケット６の背面６ｂを所定の押し付け力で法面に押し付けながら、バケット６を矢印ＡＲ１で示す方向に移動させるためである。すなわち、バケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａを目標施工面ＴＰに沿って移動させるためである。このように、自動制御部５４は、レバー操作量に応じた位置制御若しくは速度制御により、バケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａを目標施工面ＴＰに沿った方向に移動させる。位置制御の場合には、自動制御部５４は、レバー操作量が大きい程、現在の所定点Ｐａから目標施工面ＴＰ上の離れた位置を目標位置として所定点Ｐａを移動させる。速度制御の場合には、自動制御部５４は、レバー操作量が大きい程、目標施工面ＴＰに沿って所定点Ｐａが速く移動するよう、速度指令値を生成して所定点Ｐａを移動させる。目標施工面ＴＰの垂直方向に対しては、自動制御部５４は、バケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａを地面に対して押し付ける押し付け力が所定値Ｆ１となるよう制御を行う。
【０１０４】
自動制御部５４は、例えば、水平面に対して角度αを形成している目標施工面ＴＰに沿って所定点Ｐａが移動するように、アーム閉じ操作によるアーム角度θ２（図６参照。）の減少に応じてブーム角度θ１（図６参照。）を自動的に増大させる。すなわち、自動制御部５４は、ブームシリンダ７を自動的に伸張させる。このとき、自動制御部５４は、バケット６の背面６ｂと目標施工面ＴＰとの間で角度βが維持されるようにバケット角度θ３（図６参照。）を自動的に増大させてもよい。すなわち、自動制御部５４は、バケットシリンダ９を自動的に収縮させてもよい。
【０１０５】
このように、自動制御部５４は、バケット６の背面６ｂにより、地面が押し付けられて目標施工面ＴＰとなるように、地面とバケット６の背面６ｂとの間にある土を圧縮しながらバケット６を引き上げることで、法面を垂直に押し付ける力を発生させながらバケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａを目標施工面ＴＰに沿って移動させることができる。
【０１０６】
具体的には、自動制御部５４は、バケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａが法面に押し付けられるように、アタッチメントを動作させるようにする。例えば、目標施工面ＴＰとしての法面に垂直に所定点Ｐａを押し付ける押し付け力が所定値Ｆ１で維持されるようにアタッチメントを動作させるようにする。所定値Ｆ１は、予め登録されている値であってもよく、入力装置４２等を通じて入力された値であってもよい。
【０１０７】
このように、自動制御部５４は、目標施工面ＴＰの垂直方向への押し付け力を所定値Ｆ１で維持しながら、バケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａを、目標施工面ＴＰに沿って移動させる際に、アタッチメントの姿勢の変化を検出することで地面の凹凸に関する情報を取得することができる。
【０１０８】
図６に示すように、アーム推力ＦＡによってもたらされる作業反力ＦＲはブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力となる。そのため、本実施形態では、自動制御部５４は、ブームロッド圧とブームボトム圧との差圧（以下、「ブーム差圧」とする。）が所定の目標差圧ＤＰとなるように所定点Ｐａの移動方向を制御する。その結果、押し付け力は、所定値Ｆ１で維持される。目標差圧ＤＰは、目標施工面の角度α、及び、アタッチメントの姿勢等に応じて変化する。図８は、角度αの目標施工面に関する目標差圧ＤＰと法肩距離Ｌとの関係の一例を示す図である。法肩距離Ｌは、法肩と所定点Ｐａとの距離である。法肩に対応する位置Ｐｔ（図７参照。）は、例えば、基準座標系における座標点として事前に設定されている。図８は、法肩距離Ｌが減少するにつれて、すなわち、バケット６がショベル１００の機体に接近するにつれて目標差圧ＤＰが小さくなる関係を示している。なお、目標差圧ＤＰと法肩距離Ｌとの関係は、非線形な関係であってもよい。このように、目標施工面の角度α、及び、アタッチメントの姿勢等に応じて目標差圧ＤＰを変化させることで、自動制御部５４は、押し付け力を所定値Ｆ１で維持できる。
【０１０９】
自動制御部５４は、例えば、所定の制御周期毎に、位置算出部５１が算出した所定点Ｐａの現在位置から法肩距離Ｌを算出する。そして、自動制御部５４は、図８に示すような関係を記憶したルックアップテーブルを参照し、法肩距離Ｌに対応する目標差圧ＤＰを導き出す。また、自動制御部５４は、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ及びブームロッド圧センサＳ７Ｒのそれぞれの検出値からブーム差圧を導き出す。そして、自動制御部５４は、そのブーム差圧と目標差圧ＤＰとの差からバケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａの移動方向を決定する。
【０１１０】
自動制御部５４は、例えば、現在のブーム差圧が目標差圧ＤＰより小さい場合、図７に示すように、所定点Ｐａの移動方向と目標施工面ＴＰとの間に角度γが形成されるように、所定点Ｐａの移動方向を決定する。また、現在のブーム差圧が目標差圧ＤＰより小さいほど角度γが大きくなるように、所定点Ｐａの移動方向を決定する。自動制御部５４は、この所定点Ｐａの移動方向にバケット６が移動するように位置制御、若しくは、速度制御を行う。バケット６の背面６ｂが目標施工面ＴＰに与える目標施工面ＴＰに垂直な方向の押し付け力が所定値Ｆ１となるようにするためである。この場合、目標施工面ＴＰに平行な方向に作用する力はＦ２である。また、合力Ｆは、目標施工面ＴＰに平行な成分であるＦ２と目標施工面ＴＰに垂直な方向への押しつけ力（所定値Ｆ１）の合力である。すなわち、自動制御部５４は、現在のブーム差圧が目標差圧ＤＰよりも小さい場合には、水平面に対して角度αよりも小さい角度（α−γ）の方向に所定点Ｐａを移動させる。
【０１１１】
自動制御部５４は、現在のブーム差圧が目標差圧ＤＰよりも大きい場合には、角度γが負値となるように、すなわち、目標施工面ＴＰよりも上を向くように、所定点Ｐａの移動方向を決定する。また、現在のブーム差圧が目標差圧ＤＰに等しい場合には、角度γがゼロとなるように、すなわち、所定点Ｐａが目標施工面ＴＰを辿るように、所定点Ｐａの移動方向を決定する。
【０１１２】
自動制御部５４は、ブーム差圧の代わりに、アーム推力ＦＡを直接検出すべくアームロッド圧とアームボトム圧との差圧（以下、「アーム差圧」とする。）が所定の目標差圧となるようにアタッチメントを制御することで、押し付け力が所定値Ｆ１で維持されるようにしてもよい。また、自動制御部５４は、ブーム差圧の代わりに、バケットロッド圧とバケットボトム圧との差圧が所定の目標差圧となるようにアタッチメントを制御することで、押し付け力が所定値Ｆ１で維持されるようにしてもよい。なお、所定の目標差圧は、掘削アタッチメントの姿勢の違いにかかわらず押し付け力が所定値Ｆ１で維持されるよう、掘削アタッチメントの姿勢の変化に応じて変化するように設定される。或いは、自動制御部５４は、掘削反力等の作業反力のうちの法面に垂直な成分が所定の目標値となるようにアタッチメントを制御することで、押し付け力が所定値Ｆ１で維持されるようにしてもよい。なお、作業反力は、ブーム角度、アーム角度、バケット角度、ブームロッド圧、及び、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒに面するピストンの環状受圧面の面積等に基づいて算出される。また、所定の目標値は、目標施工面の角度α、及び、アタッチメントの姿勢等に応じて変化する。
【０１１３】
また、自動制御部５４は、法面仕上げ作業中に算出する作業反力ＦＲのうちの法面に垂直な成分ＦＲ１が所定の目標値となるようにアタッチメントを制御することで、図７に示すように、押し付け力が所定値Ｆ１で維持されるようにしてもよい。
【０１１４】
押し付け力を所定値Ｆ１に維持する上述の制御により、バケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａは、法面が軟らかい場合には、目標施工面ＴＰよりも深い部分を移動し、法面が硬い場合には、目標施工面ＴＰよりも浅い部分を移動する。図９は、法面仕上げ作業におけるバケット６の動きを示す図であり、図７に対応する。図９の実線で描かれたアタッチメントは、現在のアタッチメントの姿勢を表す。図９の破線は、標準的な硬さの法面に対して法面仕上げ支援制御が実行されたときの所定時間経過後のバケット６の背面６ｂを表す。「標準的な硬さの法面」は、バケット６の背面６ｂを所定値Ｆ１の押し付け力で法面に押し付ける法面仕上げ支援制御が実行されたときに自動制御部５４が所定点Ｐａを目標施工面ＴＰに沿って移動させることができる程度の硬さを有する法面を意味する。そして、一点鎖線は、比較的軟らかい法面に対して法面仕上げ支援制御が実行されたときの所定時間経過後のバケット６の背面６ｂを表す。二点鎖線は、比較的硬い法面に対して法面仕上げ支援制御が実行されたときの所定時間経過後のバケット６の背面６ｂを表す。このように、バケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａは、法面が軟らかい場合には、一点鎖線で示すように目標施工面ＴＰよりも深い部分を移動し、法面が硬い場合には、二点鎖線で示すように目標施工面ＴＰよりも浅い部分を移動する。
【０１１５】
自動制御部５４は、例えば、目標施工面ＴＰのうちの法肩に対応する位置Ｐｔにバケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａが達するまで、或いは、法面仕上げスイッチが再び押下されるまで、上述の法面仕上げ支援制御を継続的に実行する。自動制御部５４は、所定点Ｐａが位置Ｐｔに達した場合、表示装置４０及び音出力装置４３等の少なくとも１つを通じ、その旨を操作者に知らせるように構成されていてもよい。
【０１１６】
図１０は、法面仕上げ支援制御によって形成された法面の断面図であり、図７及び図９に対応する。図１０に示すように、マシンガイダンス部５０は、荒仕上げが終わった段階の法面の比較的軟らかい部分に目標施工面ＴＰよりも深い部分である凹部Ｒ１を形成し、比較的硬い部分には目標施工面ＴＰよりも浅い部分である凸部Ｒ２を形成することができる。
【０１１７】
マシンガイダンス部５０は、目標施工面ＴＰに対する凹部Ｒ１の深さが所定の深さを超えた場合、警報を出力させてもよい。マシンガイダンス部５０は、例えば、法面が軟らかい旨を表すテキストメッセージを表示装置４０に表示させてもよく、その旨を表す音声メッセージを音出力装置４３から出力させてもよい。この場合、マシンガイダンス部５０は、アタッチメントの動きを停止させてもよい。目標施工面ＴＰに対する凸部Ｒ２の高さが所定の高さを超えた場合についても同様である。
【０１１８】
具体的には、マシンガイダンス部５０は、例えば、１ストロークの法面仕上げ作業の際に法尻から法肩までバケット６を動かした後で、その１ストロークの法面仕上げ作業によって形成された法面と目標施工面ＴＰとの間の高低差（鉛直距離）の分布を導き出す。鉛直距離の分布は、例えば、法尻と法肩とを結ぶ線分上で所定間隔に配置された各点における鉛直距離で表される。マシンガイダンス部５０は、例えば、１ストロークの法面仕上げ作業を実行したときのバケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａの軌跡に基づき、各点における鉛直距離を導き出す。或いは、マシンガイダンス部５０は、１ストロークの法面仕上げ作業を実行した後で、超音波センサ、ミリ波レーダ、単眼カメラ、ステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ、距離画像センサ又は赤外線センサ等の出力に基づき、各点における鉛直距離を導き出してもよい。
【０１１９】
そして、マシンガイダンス部５０は、各点における鉛直距離のそれぞれと基準距離とを比較する。基準距離は、例えば、予め登録されている値であってもよく、作業現場毎に設定される値であってもよい。
【０１２０】
マシンガイダンス部５０は、例えば、全ての鉛直距離が基準距離Ｘ（典型的には数十ｍｍ）以下の場合、すなわち、形成された法面における各点の高さが目標施工面ＴＰ±Ｘの範囲内にある場合、法面が目標施工面ＴＰの通りに形成されたと判定する。一方、マシンガイダンス部５０は、少なくとも１つの点における鉛直距離が基準距離を上回る場合には、法面が目標施工面ＴＰの通りに形成されていないと判定する。このとき、マシンガイダンス部５０は、絶対座標系又は相対座標系においてどの位置（座標）が目標施工面ＴＰの通りに形成されていないのかを認識する。そして、マシンガイダンス部５０は、この位置（座標）に関する情報に基づき、画面表示による埋め戻し作業若しくは削り取り作業への操作者の誘導、及び、アタッチメントの制御等を行うことができる。
【０１２１】
法面が目標施工面ＴＰの通りに形成されていないと判定した場合、マシンガイダンス部５０は、警報を出力させてもよい。
【０１２２】
マシンガイダンス部５０は、凹部Ｒ１及び凸部Ｒ２に関する情報を表示装置４０に表示できるように構成されていてもよい。例えば、マシンガイダンス部５０は、法面仕上げ支援制御を実行したときのバケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａの軌跡を、法面仕上げ支援制御によって形成された法面の現在の形状に関する情報として記録する。そして、目標施工面ＴＰに関する情報と、法面の現在の形状に関する情報とを比較し、目標施工面ＴＰよりも深い部分である凹部Ｒ１の範囲を特定する。そして、表示装置４０に表示されている法面に関する画像の上に、凹部Ｒ１の範囲に関する画像を重畳表示する。目標施工面ＴＰよりも浅い部分である凸部Ｒ２についても同様である。
【０１２３】
図１１は、施工領域における法面に関する画像を含む施工支援画面Ｖ４０の表示例を示す。施工支援画面Ｖ４０は、ショベル１００から見て下り勾配の法面を真上から見た状態を表す図形を含む。図形の一部は、撮像装置Ｓ６が撮像した画像であってもよい。
【０１２４】
図１１の例では、施工支援画面Ｖ４０は、法面仕上げ（最終仕上げ）が終わった状態を表す画像Ｇ１、荒仕上げが終わった状態を表す画像Ｇ２、凹部Ｒ１を表す画像Ｇ３、凸部Ｒ２を表す画像Ｇ４、法尻を表す画像Ｇ５、法肩を表す画像Ｇ６、及び、ショベル１００を表す画像Ｇ１０を含む。
【０１２５】
画像Ｇ１は、最終仕上げが終わった法面、すなわち、法面仕上げ支援制御によって形成された法面の範囲を表す。画像Ｇ２は、荒仕上げが終わった法面、すなわち、これから最終仕上げが施される法面の範囲を表す。画像Ｇ１０は、ショベル１００の実際の動きに応じて変化するように表示されてもよい。但し、画像Ｇ１０は省略されてもよい。
【０１２６】
ショベル１００の操作者は、施工支援画面Ｖ４０を見ることで、凹部Ｒ１及び凸部Ｒ２の位置及び範囲を直感的に把握できる。そのため、操作者は、例えば、凹部Ｒ１に土を盛り且つ転圧することで法面を整形し且つ補強できる。また、バケット６の爪先を用いた掘削により凸部Ｒ２を削り取ることで法面を整形できる。
【０１２７】
ショベル１００の操作者は、土が盛られ且つ転圧された整形部分に対して再び法面仕上げを施す際に法面仕上げ支援制御を利用してもよい。操作者は、例えば、その整形部分のうちの法尻に最も近い位置でバケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａを目標施工面ＴＰに一致させた状態で法面仕上げスイッチを押下する。自動制御部５４は、その整形部分のうちの法尻に最も近い位置で所定点Ｐａが目標施工面ＴＰに一致するように、アタッチメントを自動的に動かしてもよい。このとき、自動制御部５４は、法面仕上げ支援制御の対象範囲を修正してもよい。例えば、自動制御部５４は、法肩に対応する位置Ｐｔではなく、整形部分のうちの法肩に最も近い位置に所定点Ｐａが達したときに今回の法面仕上げ支援制御の実行を終了させてもよい。既に法面仕上げ作業が施された法面のうちの整形部分以外の部分は、再度の押しつけが不要なためである。なお、自動制御部５４は、所定点Ｐａがその整形部分の上端に達した場合、表示装置４０及び音出力装置４３等の少なくとも１つを通じ、その旨を操作者に知らせるように構成されていてもよい。
【０１２８】
図１１の例では、施工支援画面Ｖ４０は、法面を真上から見た状態を表す図形を含むが、法面の鉛直断面を表す図形を含むように構成されていてもよい。また、施工支援画面Ｖ４０は、凹部Ｒ１を表す画像Ｇ３と区別可能に、凹部Ｒ１が整形された状態を表す画像を含むように構成されていてもよい。同様に、施工支援画面Ｖ４０は、凸部Ｒ２を表す画像Ｇ４と区別可能に、凸部Ｒ２が整形された状態を表す画像を含むように構成されていてもよい。
【０１２９】
また、マシンガイダンス部５０は、凹部Ｒ１を埋めるのに必要な土の量（以下、「追加土量」とする。）を算出するように構成されていてもよい。例えば、マシンガイダンス部５０は、法面仕上げ支援制御の実行によって法面が形成された後で、目標施工面ＴＰに関する情報と法面の現在の形状に関する情報とを比較して凹部Ｒ１の体積を算出し、その体積に基づいて追加土量を算出するように構成されていてもよい。この場合、マシンガイダンス部５０は、追加土量に関する情報を施工支援画面Ｖ４０に表示させるようにしてもよい。ショベル１００の操作者は、施工支援画面Ｖ４０を見ることで、凹部Ｒ１の位置及び範囲を直感的に把握し、且つ、どの程度の土を追加することで凹部Ｒ１を埋めることができるかを容易に把握できる。
【０１３０】
マシンガイダンス部５０は、整形等に関する情報を記憶しておいてもよい。凹部Ｒ１を埋める作業、及び、凸部Ｒ２を削る作業等の計画外の作業の内容を施工管理者等が把握できるようにするためである。整形に関する情報は、例えば、整形が行われた範囲、整形に要した時間、及び、凹部Ｒ１を埋めるために用いられた土の量等の少なくとも１つを含む。この構成により、施工管理者等は、法面等の施工対象の出来形管理に加え、詳細な現場管理、詳細な進捗管理、及び、作業工程の適切な修正等が可能になる。
【０１３１】
マシンガイダンス部５０は、図１２に示すような空間認識装置７０の出力に基づき、凹部Ｒ１及び凸部Ｒ２のそれぞれに関する情報を取得できるように構成されていてもよい。図１２は、空間認識装置７０を備えたショベルの上面図である。
【０１３２】
空間認識装置７０は、ショベル１００の周囲の三次元空間に存在する物体を認識できるように構成されている。具体的には、空間認識装置７０は、空間認識装置７０又はショベル１００と、空間認識装置７０が認識した物体との間の距離を算出できるように構成されている。より具体的には、空間認識装置７０は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、単眼カメラ、ステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ、距離画像センサ又は赤外線センサ等である。図１２に示す例では、空間認識装置７０は、上部旋回体３に取り付けられた４つのＬＩＤＡＲで構成されている。具体的には、空間認識装置７０は、キャビン１０の上面前端に取り付けられた前センサ７０Ｆ、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後センサ７０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左センサ７０Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右センサ７０Ｒで構成されている。
【０１３３】
後センサ７０Ｂは、後カメラＳ６Ｂに隣接して配置され、左センサ７０Ｌは、左カメラＳ６Ｌに隣接して配置され、且つ、右センサ７０Ｒは右カメラＳ６Ｒに隣接して配置されている。前センサ７０Ｆは、キャビン１０の天板を挟んで前カメラＳ６Ｆに隣接して配置されている。但し、前センサ７０Ｆは、キャビン１０の天井に、前カメラＳ６Ｆに隣接して配置されていてもよい。
【０１３４】
マシンガイダンス部５０は、例えば、前センサ７０Ｆが認識した凹部Ｒ１に関する情報に基づき、施工支援画面Ｖ４０における凹部Ｒ１を表す画像Ｇ３を生成してもよい。凹部Ｒ１に関する情報は、例えば、凹部Ｒ１の深さ及び範囲等の少なくとも１つである。凸部Ｒ２を表す画像Ｇ４についても同様である。
【０１３５】
例えば、マシンガイダンス部５０は、凹部Ｒ１の深さに応じて画像Ｇ３を構成する画素の色及び輝度等の少なくとも１つを変化させてもよい。同様に、マシンガイダンス部５０は、凸部Ｒ２の高さに応じて画像Ｇ４を構成する画素の色及び輝度等の少なくとも１つを変化させてもよい。この構成により、マシンガイダンス部５０は、法面の凹凸に関する情報をより分かり易くショベル１００の操作者に認識させることができる。
【０１３６】
また、マシンガイダンス部５０は、法面仕上げ支援制御を実行したときのバケット６の背面６ｂにおける所定点Ｐａの軌跡と、前センサ７０Ｆが認識した法面の凹凸に関する情報とに基づき、施工支援画面Ｖ４０における凹部Ｒ１を表す画像Ｇ３及び凸部Ｒ２を表す画像Ｇ４を生成してもよい。この構成により、マシンガイダンス部５０は、法面の凹凸に関する情報の確度を更に向上させることができる。このとき、マシンガイダンス部５０は、絶対座標系又は相対座標系においてどの位置（座標）が目標施工面ＴＰの通りに形成されていないのかを認識する。そして、マシンガイダンス部５０は、この位置（座標）に関する情報に基づき、画面表示による埋め戻し作業若しくは削り取り作業への操作者の誘導、及び、アタッチメントの制御等を行うことができる。つまり、凹部Ｒ１及び凸部Ｒ２の位置が認識されるため、凹部Ｒ１及び凸部Ｒ２は目標位置として設定され得る。これにより、マシンガイダンス部５０は、バケット６が自動で目標位置まで到達するように、凹部Ｒ１若しくは凸部Ｒ２を目標位置としたバケット位置制御を行うことができる。
【０１３７】
上述のように、本発明の実施形態に係るショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、上部旋回体３に搭載された運転室としてのキャビン１０と、上部旋回体３に取り付けられたアタッチメントと、制御装置としてのコントローラ３０と、表示装置４０と、を備えている。コントローラ３０は、アタッチメントに関する所定の操作入力に応じ、アタッチメントを構成するエンドアタッチメントの作業部位によって地面が所定の力で押し付けられた状態で、エンドアタッチメントを目標施工面ＴＰに関して移動させるように構成されている。上述の実施形態では、コントローラ３０に含まれるマシンガイダンス部５０における自動制御部５４は、アーム操作レバー２６Ｂに対するアーム閉じ操作に応じ、バケット６の背面６ｂによって地面が所定の押し付け力で押し付けられた状態で、バケット６を目標施工面ＴＰに沿って移動させるように構成されている。また、表示装置４０は、目標施工面ＴＰに沿ったバケット６の移動によってもたらされる地面の凹凸に関する情報を表示するように構成されている。
【０１３８】
この構成により、ショベル１００は、より均質な仕上がり面の形成を支援することができる。ショベル１００は、例えば、法面仕上げ支援制御によって形成された法面における凹部Ｒ１の位置及び範囲を直感的に操作者に伝えることができるためである。そして、凹部Ｒ１の位置及び範囲を把握した操作者は、ショベル１００で凹部Ｒ１に土を盛り且つ転圧することで法面を整形できるためである。
【０１３９】
また、ショベル１００は、適切な押し付け力を維持しながら法面を形成できるため、過度の押し付け力に起因してジャッキアップが引き起こされてしまうのを防止できる。そのため、ショベル１００は、ショベル１００の位置ズレ等によって作業が中断されてしまうのを防止でき、作業効率を高めることができる。また、ショベル１００は、軟らかい仕上がり面が形成されてしまうのを防止できる。
【０１４０】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。
【０１４１】
例えば、上述の実施形態では、コントローラ３０は、アタッチメントに関する所定の操作入力に応じ、アタッチメントを構成するエンドアタッチメントの作業部位によって地面が所定の力で押し付けられた状態で、エンドアタッチメントを目標施工面ＴＰに沿って移動させるように構成されている。具体的には、コントローラ３０に含まれるマシンガイダンス部５０における自動制御部５４は、アーム操作レバー２６Ｂに対するアーム閉じ操作に応じ、バケット６の背面６ｂによって地面が所定の押し付け力で押し付けられた状態で、バケット６を目標施工面ＴＰに沿って移動させるように構成されている。しかしながら、本発明は、この構成に限定されない。自動制御部５４は、例えば、土羽打ち作業を支援できるように構成されていてもよい。
【０１４２】
具体的には、自動制御部５４は、ブーム操作レバー２６Ａに対するブーム下げ操作に応じ、目標施工面ＴＰに対して垂直にバケット６を接触させるように構成されていてもよい。
【０１４３】
より具体的には、ショベル１００の操作者は、法面の上空の所望の位置にバケット６を移動させ、所定のスイッチを押しながらブーム操作レバー２６Ａをブーム下げ方向に操作する。
【０１４４】
このとき、自動制御部５４は、バケット６の背面６ｂと目標施工面ＴＰとが平行になるように、ブームシリンダ７の収縮に応じてアームシリンダ８及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを自動的に伸縮させる。バケット６の背面６ｂが接触した斜面が目標施工面ＴＰと平行になるようにするためである。
【０１４５】
そして、自動制御部５４は、ブームロッド圧とブームボトム圧とを監視しながら、ブーム差圧が所定の目標差圧となるように、ブームシリンダ７の収縮に応じてアームシリンダ８及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを自動的に伸縮させる。なお、目標差圧は、掘削アタッチメントの姿勢の違いにかかわらずバケット６の背面６ｂが均一な力で法面を押すことができるよう、法面仕上げ支援制御の場合と同様に、掘削アタッチメントの姿勢の変化に応じて変化するように設定される。
【０１４６】
そして、自動制御部５４は、ブーム差圧が所定の目標差圧に達すると、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、バケット６の背面６ｂを斜面に押し込もうとするアタッチメントの動きを停止させる。
【０１４７】
このように、自動制御部５４は、ブーム差圧のフィードバック制御を実行することで、バケット６の背面６ｂによって地面が所定の押し付け力で押し付けられるようにしている。なお、自動制御部５４は、ブーム差圧以外の他の物理量のフィードバック制御を実行することで、バケット６の背面６ｂによって地面が所定の押し付け力で押し付けられるようにしてもよい。更に、自動制御部５４は、押し付け力を検出するセンサの出力に基づき、押し付け力のフィードバック制御を実行することで、バケット６の背面６ｂによって地面が所定の押し付け力で押し付けられるようにしてもよい。
【０１４８】
その後、ショベル１００の操作者は、ブーム操作レバー２６Ａをブーム上げ方向に操作してバケット６を空中に持ち上げ、法面の上空の所望の位置にバケット６を移動させる。
【０１４９】
ショベル１００の操作者は、上述の操作を繰り返し実行することで、土羽打ちにより法面の全域を締め固めることができる。
【０１５０】
情報伝達部５３は、ブーム差圧が所定の目標差圧に達したときの掘削アタッチメントの姿勢から、形成された法面の凹凸の位置及び範囲を認識し、法面の凹凸に関する画像を表示装置４０に表示するように構成されていてもよい。
【０１５１】
また、上述の実施形態では、法面仕上げ支援制御は、ショベル１００から見て下り勾配の法面を形成する際に実行されたが、ショベル１００から見て上り勾配の法面を形成する際に実行されてもよい。また、水平な仕上がり面を形成する際に実行されてもよい。
【０１５２】
また、上述の実施形態では、マシンガイダンス部５０は、地面の凹凸に関する情報を、目標施工面ＴＰ、法肩に対応する位置Ｐｔ、法肩を表す画像Ｇ６、法肩距離Ｌ、法尻に対応する位置Ｐｂ、及び、法尻を表す画像Ｇ５等の施工図情報と関連付けて表示装置４０に表示するように構成されている。ここで、施工図情報は、丁張りに関する情報、及び、二次元又は三次元の施工図面データ等を含んでいてもよい。
【０１５３】
また、ショベル１００は、図１３に示すようなショベルの管理システムＳＹＳを構成してもよい。図１３は、ショベルの管理システムＳＹＳの構成例を示す概略図である。管理システムＳＹＳは、ショベル１００を管理するシステムである。本実施形態では、管理システムＳＹＳは、主に、ショベル１００、支援装置２００及び管理装置３００で構成される。管理システムＳＹＳを構成するショベル１００、支援装置２００及び管理装置３００はそれぞれ１台であってもよく、複数台であってもよい。本実施形態では、管理システムＳＹＳは、１台のショベル１００と、１台の支援装置２００と、１台の管理装置３００とを含む。
【０１５４】
支援装置２００は、携帯端末装置であり、例えば、作業現場にいる作業者等が携帯するノートＰＣ、タブレットＰＣ又はスマートフォン等のコンピュータである。支援装置２００は、ショベル１００の操作者が携帯するコンピュータであってもよい。
【０１５５】
管理装置３００は、固定端末装置であり、例えば、作業現場外の管理センタ等に設置されるサーバコンピュータである。管理装置３００は、可搬性のコンピュータ（例えば、ノートＰＣ、タブレットＰＣ又はスマートフォン等の携帯端末装置）であってもよい。
【０１５６】
そして、施工支援画面Ｖ４０は、支援装置２００の表示装置に表示されてもよく、管理装置３００の表示装置に表示されてもよい。
【０１５７】
本願は、２０１７年１２月２７日に出願した日本国特許出願２０１７−２５２６０８号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
【符号の説明】
【０１５８】
１・・・下部走行体  １Ｌ・・・左側走行用油圧モータ  １Ｒ・・・右側走行用油圧モータ  ２・・・旋回機構  ２Ａ・・・旋回用油圧モータ  ３・・・上部旋回体  ４・・・ブーム  ５・・・アーム  ６・・・バケット  背面・・・６ｂ  ７・・・ブームシリンダ  ８・・・アームシリンダ  ９・・・バケットシリンダ  １０・・・キャビン  １１・・・エンジン  １３、１３Ｌ、１３Ｒ・・・レギュレータ  １４、１４Ｌ、１４Ｒ・・・メインポンプ  １５・・・パイロットポンプ  １７・・・コントロールバルブ  １８Ｌ、１８Ｒ・・・絞り  １９Ｌ、１９Ｒ・・・制御圧センサ  ２６・・・操作装置  ２６Ａ・・・ブーム操作レバー  ２６Ｂ・・・アーム操作レバー  ２６Ｃ・・・バケット操作レバー  ２８、２８Ｌ、２８Ｒ・・・吐出圧センサ  ２９、２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ・・・操作圧センサ  ３０・・・コントローラ  ３１、３１ＡＬ、３１ＡＲ、３１ＢＬ、３１ＢＲ、３１ＣＬ、３１ＣＲ・・・比例弁  ３２、３２ＡＬ、３２ＡＲ、３２ＢＬ、３２ＢＲ、３２ＣＬ、３２ＣＲ・・・シャトル弁  ４０・・・表示装置  ４２・・・入力装置  ４３・・・音出力装置  ４７・・・記憶装置  ５０・・・マシンガイダンス部  ５１・・・位置算出部  ５２・・・距離算出部  ５３・・・情報伝達部  ５４・・・自動制御部  ７０・・・空間認識装置  ７０Ｂ・・・後センサ  ７０Ｆ・・・前センサ  ７０Ｌ・・・左センサ  ７０Ｒ・・・右センサ  １００・・・ショベル  １７１〜１７６、１７５Ｌ、１７５Ｒ、１７６Ｌ、１７６Ｒ・・・制御弁  Ｃ１Ｌ、Ｃ１Ｒ・・・センターバイパス管路  Ｃ２Ｌ、Ｃ２Ｒ・・・パラレル管路  Ｓ１・・・ブーム角度センサ  Ｓ２・・・アーム角度センサ  Ｓ３・・・バケット角度センサ  Ｓ４・・・機体傾斜センサ  Ｓ５・・・旋回角速度センサ  Ｓ６・・・撮像装置  Ｓ６Ｂ・・・後カメラ  Ｓ６Ｆ・・・前カメラ  Ｓ６Ｌ・・・左カメラ  Ｓ６Ｒ・・・右カメラ  Ｓ７Ｂ・・・ブームボトム圧センサ  Ｓ７Ｒ・・・ブームロッド圧センサ  Ｓ８Ｂ・・・アームボトム圧センサ  Ｓ８Ｒ・・・アームロッド圧センサ  Ｓ９Ｂ・・・バケットボトム圧センサ  Ｓ９Ｒ・・・バケットロッド圧センサ  Ｔ１・・・通信装置  ＴＰ・・・目標施工面  Ｖ１・・・測位装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月22日(2019.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体に搭載された運転室と、
前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
前記アタッチメントに関する所定の操作入力に応じ、前記アタッチメントを構成するエンドアタッチメントの作業部位によって地面が所定の力で押し付けられた状態で、前記エンドアタッチメントを目標施工面に関して移動させる制御装置と、
前記地面の凹凸に関する情報を表示する表示装置と、を備える、
ショベル。
【請求項２】
前記地面の凹凸に関する情報は、前記エンドアタッチメントを前記目標施工面に関して移動させたときの前記アタッチメントの姿勢の変化から導き出される、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記地面の凹部を埋めるのに必要な土の量を算出するように構成されている、
請求項１に記載のショベル。
【請求項４】
前記地面の凹凸に関する情報は、施工図情報と関連付けて表示装置に表示される、
請求項１に記載のショベル。
【請求項５】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
前記アタッチメントに関する所定の操作入力に応じ、前記アタッチメントを構成するエンドアタッチメントの作業部位によって地面が所定の力で押し付けられた状態で、前記エンドアタッチメントを目標施工面に関して移動させる制御装置と、を備える、
ショベル。
【請求項６】
前記制御装置は、前記地面の凹凸に関する情報を取得する、
請求項５に記載のショベル。
【請求項７】
前記制御装置は、前記作業部位を目標施工面と同じ方向に位置制御或いは速度制御する、
請求項５に記載のショベル。
【請求項８】
前記制御装置は、前記作業部位を目標施工面の垂直方向に前記所定の力で押し付ける、
請求項５に記載のショベル。
【請求項９】
前記制御装置は、押し付け力のフィードバック制御、又は、ブームロッド圧とブームボトム圧との差圧であるブーム差圧のフィードバック制御を実行する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項１０】
前記所定の力は、ブームロッド圧とブームボトム圧との差圧であるブーム差圧が目標差圧に達するときの力であり、
前記目標差圧は、前記アタッチメントの姿勢の変化に応じて変化する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項１１】
前記所定の力は、アームロッド圧とアームボトム圧との差圧であるアーム差圧が目標差圧に達するときの力であり、
前記目標差圧は、前記アタッチメントの姿勢の変化に応じて変化する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項１２】
前記制御装置は、バケットの背面によって前記地面が前記所定の力で押し付けられた状態で、前記バケットを前記目標施工面に関して移動させる、
請求項５に記載のショベル。
【請求項１３】
前記制御装置は、バケットの背面によって地面が所定の力で押し付けられた状態で、且つ、前記バケットの背面と前記目標施工面との間で所定の角度が維持された状態で、前記バケットを前記目標施工面に関して移動させる、
請求項５に記載のショベル。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記アタッチメントに関する所定の操作入力に応じ、前記作業部位によって前記地面が前記所定の力で押し付けられた状態を維持したまま、前記エンドアタッチメントを前記目標施工面に関して移動させる、
請求項５に記載のショベル。
【請求項１５】
前記地面の凹凸に関する情報は、前記作業部位によって所定の力で押し付けられた際に形成される面に関する情報である、
請求項１に記載のショベル。
【国際調査報告】
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