(57)【要約】  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る上部旋回体（３）と、目標施工面としての上り法面（ＢＳ）に関する情報と上部旋回体（３）の向きに関する情報とに基づいて上部旋回体（３）を上り法面（ＢＳ）に正対させるようにアクチュエータを動作させる正対制御を実行可能なコントローラ（３０）と、を備える。コントローラ（３０）は、例えば、所定のスイッチが操作された場合に、正対制御を実行する。
2019112059.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る上部旋回体と、
目標施工面に関する情報と前記上部旋回体の向きに関する情報とに基づいて前記上部旋回体を前記目標施工面に正対させるようにアクチュエータを動作させる正対制御を実行可能な制御装置と、を備える、
ショベル。
【請求項２】
前記制御装置は、所定のスイッチが操作された場合に、前記正対制御を実行する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記制御装置は、前記正対制御を実行しているときに旋回操作レバーが操作された場合に、前記正対制御の実行を中止する、
請求項２に記載のショベル。
【請求項４】
前記制御装置は、前記目標施工面の向きと前記上部旋回体の向きの間の角度が所定の角度範囲内にある場合に、前記正対制御を実行可能にする、
請求項１に記載のショベル。
【請求項５】
前記制御装置は、前記上部旋回体の周囲に障害物が存在しないことを確認した場合に、前記正対制御を実行可能にする、
請求項１に記載のショベル。
【請求項６】
前記制御装置は、前記上部旋回体を前記目標施工面に正対させたことを操作者に知らせる、
請求項１に記載のショベル。
【請求項７】
前記制御装置は、前記上部旋回体が前記目標施工面に正対している状態が維持されるように前記アクチュエータを動作させる、
請求項１に記載のショベル。
【請求項８】
外部機器に施工情報を送信する通信装置を備える、
請求項１に記載のショベル。
【請求項９】
障害物に関する情報を送受信可能な通信装置を備える、
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、ショベルが法面等の目標施工面に対して正対しているか否かを操作者に認識させることができるショベルが知られている（特許文献１参照）。このショベルは、目標施工面の延長方向又はその延長方向に垂直な方向を表す画像をカメラ画像に重畳表示することで、ショベルが目標施工面に正対しているか否かを操作者に認識させるようにしている。カメラ画像は、ショベルに取り付けられている複数のカメラが取得した画像を合成して生成される俯瞰画像である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０２６４６９号
【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、上述のショベルは、ショベルが目標施工面に正対しているか否かを操作者に認識させることができるのみである。そのため、ショベルが目標施工面に正対していない場合、ショベルをその目標施工面に正対させたい操作者は、旋回操作を行う必要がある。この点において、上述のショベルは、操作者に煩わしさを感じさせてしまうおそれがある。【０００５】
そこで、ショベルを目標施工面に正対させる際の煩わしさを低減でき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る上部旋回体と、目標施工面に関する情報と前記上部旋回体の向きに関する情報とに基づいて前記上部旋回体を前記目標施工面に正対させるようにアクチュエータを動作させる正対制御を実行可能な制御装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上述の手段により、ショベルを目標施工面に正対させる際の煩わしさを低減でき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ブロック図である。
【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】図１のショベルの駆動系の別の構成例を示すブロック図である。
【図６】正対処理のフローチャートである。
【図７Ａ】正対処理が実行される際のショベルの上面図である。
【図７Ｂ】正対処理が実行される際のショベルの上面図である。
【図８Ａ】正対処理が実行される際のショベルの斜視図である。
【図８Ｂ】正対処理が実行される際のショベルの斜視図である。
【図９Ａ】正対処理が実行される際のショベルの上面図である。
【図９Ｂ】正対処理が実行される際のショベルの上面図である。
【図１０】電気式操作装置を含む操作システムの構成例を示す図である。
【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。
【００１０】
ブーム４、アーム５及びバケット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で駆動され、アーム５は、アームシリンダ８で駆動され、バケット６は、バケットシリンダ９で駆動される。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等であってもよい。
【００１５】
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、音声出力装置４３、記憶装置４７、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、カメラＳ６、通信装置Ｔ１及び測位装置Ｐ１等が取り付けられている。
【００１６】
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、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の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル１００の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能を含む。コントローラ３０に含まれるマシンガイダンス装置５０は、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能を実行するように構成されている。
【００１７】
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。
【００１８】
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、キャビン１０内に設置されたタッチパネル、ノブスイッチ及びメンブレンスイッチ等を含む。
【００１９】
音声出力装置４３は、音声を出力するように構成されている。音声出力装置４３は、例えば、コントローラ３０に接続される車載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、音声出力装置４３は、コントローラ３０からの音声出力指令に応じて各種情報を音声出力するように構成されている。
【００２０】
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情報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。
【００２１】
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は上部旋回体３の前後軸回りの傾斜角及び左右軸回りの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。
【００２２】
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す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、ロータリエンコーダ等であってもよい。
【００２３】
カメラＳ６は、空間認識装置の一例であり、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、カメラ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。
【００２４】
カメラ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、撮影した画像を表示装置４０に出力する。カメラＳ６は、ステレオカメラ、距離画像カメラ等であってもよい。また、カメラＳ６は、超音波センサ、ミリ波レーダ、ＬＩＤＡＲ又は赤外線センサ等の他の空間認識装置で置き換えられてもよく、他の空間認識装置とカメラとの組み合わせで置き換えられてもよい。
【００２５】
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６Ｆは、キャビン１０の屋根、すなわちキャビン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。
【００２６】
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。本実施形態では、通信装置Ｔ１は、衛星通信網、携帯電話通信網又はインターネット網等を介した外部機器との通信を制御する。外部機器は、例えば、外部施設に設置されたサーバ等の管理装置であってもよく、ショベル１００の周囲の作業者が携帯しているスマートフォン等の支援装置であってもよい。外部機器は、例えば、１又は複数のショベル１００に関する施工情報を管理できるように構成されている。施工情報は、例えば、ショベル１００の稼動時間、燃費及び作業量等の少なくとも１つに関する情報を含む。作業量は、例えば、掘削した土砂の量、及び、ダンプトラックの荷台に積み込んだ土砂の量等である。ショベル１００は、通信装置Ｔ１を介し、所定の時間間隔でショベル１００に関する施工情報を外部機器に送信するように構成されている。
【００２７】
測位装置Ｐ１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Ｐ１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。本実施形態では、測位装置Ｐ１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Ｐ１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であってもよい。
【００２８】
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、機械的動力系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系をそれぞれ二重線、実線、破線及び点線で示している。
【００２９】
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及び比例弁３１等を含む。
【００３０】
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。また、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のそれぞれの入力軸に連結されている。
【００３１】
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。
【００３２】
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等の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。
【００３３】
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を含む各種油圧制御機器に作動油を供給する。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回路を設け、絞り等により作動油の供給圧力を低下させた後で、操作装置２６等に作動油を供給する機能を備えていてもよい。
【００３４】
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ように構成されている。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。
【００３５】
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できるように構成されている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
マシンコントロール用制御弁として機能する比例弁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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、コントローラ３０に含まれているマシンガイダンス装置５０について説明する。マシンガイダンス装置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、マシンガイダンス装置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情報は、例えば、記憶装置４７に予め記憶されている。マシンガイダンス装置５０は、通信装置Ｔ１を介し、目標施工面に関する情報を外部機器から取得してもよい。目標施工面に関する情報は、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。目標施工面は、基準点との相対的な位置関係に基づいて設定されてもよい。この場合、操作者は、施工現場の任意の点を基準点と定めてもよい。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。マシンガイダンス装置５０は、表示装置４０又は音声出力装置４３等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ように構成されていてもよい。
【００４２】
マシンガイダンス装置５０は、操作者によるショベル１００の手動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、マシンガイダンス装置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。
【００４３】
本実施形態では、マシンガイダンス装置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、マシンガイダンス装置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、マシンガイダンス装置５０の各種機能は、ＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。また、マシンガイダンス装置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。
【００４４】
具体的には、マシンガイダンス装置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、カメラＳ６、測位装置Ｐ１、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、マシンガイダンス装置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、音声及び画像表示の少なくとも１つにより、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。
【００４５】
そのため、マシンガイダンス装置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。
【００４６】
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。位置算出部５１は、バケット６の爪先の中央の座標点だけでなく、バケット６の爪先の左端の座標点、及び、バケット６の爪先の右端の座標点を算出してもよい。
【００４７】
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。距離算出部５２は、ショベル１００が目標施工面に正対しているか否かをマシンガイダンス装置５０が判断できるよう、バケット６の爪先の左端及び右端のそれぞれの座標点とそれらに対応する目標施工面との距離（例えば鉛直距離）を算出してもよい。
【００４８】
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、視覚情報及び聴覚情報の少なくとも１つを用いて、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。
【００４９】
例えば、情報伝達部５３は、音声出力装置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。
【００５０】
また、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、カメラ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。
【００５１】
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の手動操作を自動的に支援する。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（以下、「ＭＣスイッチ」とする。）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。
【００５２】
自動制御部５４は、ＭＣスイッチ等の所定のスイッチが押下されたときに、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、若しくは、所定のスイッチを押下した状態で旋回操作レバーを操作するだけで、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。以下では、上部旋回体３を目標施工面に正対させる制御を「正対制御」と称する。正対制御では、マシンガイダンス装置５０は、バケット６の爪先の左端の座標点と目標施工面との間の鉛直距離である左端鉛直距離と、バケット６の爪先の右端の座標点と目標施工面との間の鉛直距離である右端鉛直距離とが等しくなった場合に、ショベル１００が目標施工面に正対していると判断する。但し、左端鉛直距離と右端鉛直距離とが等しくなった場合ではなく、すなわち左端鉛直距離と右端鉛直距離との差がゼロになった場合ではなく、その差が所定値以下になった場合に、ショベル１００が目標施工面に正対していると判断してもよい。マシンガイダンス装置５０は、旋回用油圧モータ２Ａを自動的に回転させた後で、ショベル１００が目標施工面に正対していると判断した場合、視覚情報及び聴覚情報の少なくとも１つを用い、正対制御が完了したことを操作者に知らせてもよい。すなわち、マシンガイダンス装置５０は、上部旋回体３を目標施工面に正対させたことを操作者に知らせてもよい。
【００５３】
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。例えば、正対制御では、自動制御部５４は、左端鉛直距離と右端鉛直距離との差に基づいて旋回用油圧モータ２Ａを動作させてもよい。具体的には、自動制御部５４は、所定のスイッチが押下された状態で旋回操作レバーが操作されると、上部旋回体３を目標施工面に正対させる方向に旋回操作レバーが操作されたか否かを判断する。例えば、バケット６の爪先と目標施工面（上り法面）との間の鉛直距離が大きくなる方向に旋回操作レバーが操作された場合、自動制御部５４は、正対制御を実行しない。一方で、バケット６の爪先と目標施工面（上り法面）との間の鉛直距離が小さくなる方向に旋回操作レバーが操作された場合、自動制御部５４は、正対制御を実行する。その結果、自動制御部５４は、左端鉛直距離と右端鉛直距離との差が小さくなるように旋回用油圧モータ２Ａを動作させることができる。その後、自動制御部５４は、その差が所定値以下或いはゼロになると、旋回用油圧モータ２Ａを停止させる。或いは、自動制御部５４は、その差が所定値以下或いはゼロとなる旋回角度を目標角度として設定し、その目標角度と現在の旋回角度（検出値）との角度差がゼロになるように旋回角度制御を行ってもよい。この場合、旋回角度は、例えば、基準方向に関する上部旋回体３の前後軸の角度である。
【００５４】
また、自動制御部５４は、掘削操作又は法面仕上げ操作等の目標施工面に関する操作が行われているときに、上部旋回体３が目標施工面に正対している状態が維持されるようにアクチュエータを自動的に動作させてもよい。例えば、自動制御部５４は、掘削反力等により上部旋回体３の向きが変わり、上部旋回体３が目標施工面に正対しなくなった場合、上部旋回体３を速やかに目標施工面に正対させるために、旋回用油圧モータ２Ａを自動的に動作させてもよい。或いは、自動制御部５４は、目標施工面に関する操作が行われているときに、掘削反力等によって上部旋回体３の向きが変化しないように、アクチュエータを予防的に動作させてもよい。
【００５５】
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、機械的動力系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系を、それぞれ二重線、実線、破線及び点線で示している。
【００５６】
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４０Ｌ、４０Ｒ及びパラレル管路４２Ｌ、４２Ｒの少なくとも１つ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。
【００５７】
センターバイパス管路４０Ｌ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４０Ｒ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、１７５Ｒは、図２の制御弁１７５に対応する。制御弁１７６Ｌ、１７６Ｒは、図２の制御弁１７６に対応する。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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に作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
【００６２】
制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、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。
【００６３】
制御弁１７６Ｌ、１７６Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、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。
【００６４】
パラレル管路４２Ｌは、センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３、１７５Ｌの何れかによってセンターバイパス管路４０Ｌ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ように構成されている。パラレル管路４２Ｒは、センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４、１７５Ｒの何れかによってセンターバイパス管路４０Ｒ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ように構成されている。
【００６５】
レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出圧に応じてメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する。レギュレータ１３Ｌ、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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
センターバイパス管路４０Ｌ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、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。同様に、センターバイパス管路４０Ｒ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、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。
【００６９】
コントローラ３０は、制御圧センサ１９Ｌが検出した制御圧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。
【００７０】
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４０Ｌ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４０Ｌを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。
【００７１】
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。なお、上述のメインポンプ１４Ｌに関する説明は、メインポンプ１４Ｒにも同様に適用される。
【００７２】
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、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、１４Ｒが吐出する作動油がセンターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒ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、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。
【００７３】
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、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り、図４Ｃは、旋回用油圧モータ２Ａ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。
【００７４】
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、１７５Ｒ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。
【００７５】
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。
【００７６】
比例弁３１ＡＬ、３１ＡＲは、比例弁３１の一例であり、シャトル弁３２ＡＬ、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、３１ＡＲは、制御弁１７５Ｌ、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。
【００７７】
この構成により、コントローラ３０は、例えば、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。
【００７８】
図４Ｂにおけるバケット操作レバー２６Ｂは、操作装置２６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２６Ｂ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、バケット操作レバー２６Ｂは、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。
【００７９】
操作圧センサ２９Ｂは、操作圧センサ２９の一例であり、バケット操作レバー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。
【００８０】
比例弁３１ＢＬ、３１ＢＲは、比例弁３１の一例であり、シャトル弁３２ＢＬ、３２ＢＲは、シャトル弁３２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３１ＢＬ、３１ＢＲ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。
【００８１】
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３１ＢＬ及びシャトル弁３２ＢＬ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３１ＢＲ及びシャトル弁３２ＢＲ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。
【００８２】
図４Ｃにおける旋回操作レバー２６Ｃは、操作装置２６の一例であり、上部旋回体３を旋回させるために用いられる。旋回操作レバー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１７３のパイロットポートに作用させる。具体的には、旋回操作レバー２６Ｃは、左旋回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１７３の左側パイロットポートに作用させる。また、旋回操作レバー２６Ｃは、右旋回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１７３の右側パイロットポートに作用させる。
【００８３】
操作圧センサ２９Ｃは、操作圧センサ２９の一例であり、旋回操作レバー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。
【００８４】
比例弁３１ＣＬ、３１ＣＲは、比例弁３１の一例であり、シャトル弁３２ＣＬ、３２ＣＲは、シャトル弁３２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１７３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１７３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、３１ＣＲは、制御弁１７３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。
【００８５】
この構成により、コントローラ３０は、操作者による左旋回操作とは無関係に、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１７３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、上部旋回体３を自動的に左旋回させることができる。また、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作とは無関係に、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１７３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、上部旋回体３を自動的に右旋回させることができる。
【００８６】
ショベル１００は、アーム５を自動的に開閉させる構成、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、アームシリンダ８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。
【００８７】
次に、図５を参照し、マシンガイダンス装置５０の別の構成例について説明する。図５は、ショベル１００の駆動系の別の構成例を示すブロック図であり、図２に対応する。図５の駆動系は、マシンガイダンス装置５０が旋回角度算出部５５及び相対角度算出部５６を含む点で、図２の駆動系と相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。
【００８８】
旋回角度算出部５５は、上部旋回体３の旋回角度を算出する。上部旋回体３の現在の向きを特定するためである。本実施形態では、旋回角度算出部５５は、測位装置Ｐ１としてのＧＮＳＳコンパスの出力に基づき、基準方向に関する上部旋回体３の前後軸の角度を旋回角度として算出する。旋回角度算出部５５は、旋回角速度センサＳ５の出力に基づいて旋回角度を算出してもよい。また、旋回角度算出部５５は、施工現場に基準点が設定されている場合には、旋回軸から基準点を見た方向を基準方向としてもよい。
【００８９】
旋回角度は、アタッチメント稼動面が延びる方向を示す。アタッチメント稼動面は、例えば、アタッチメントを縦断する仮想平面であり、旋回平面に垂直となるように配置される。旋回平面は、例えば、旋回軸に垂直な旋回フレームの底面を含む仮想平面である。マシンガイダンス装置５０は、例えば、アタッチメント稼動面ＡＦ（図８Ａ参照。）が目標施工面の法線を含んでいると判断した場合に、上部旋回体３が目標施工面に正対していると判断する。
【００９０】
相対角度算出部５６は、上部旋回体３を目標施工面に正対させるために必要な旋回角度としての相対角度を算出する。相対角度は、例えば、上部旋回体３を目標施工面に正対させたときの上部旋回体３の前後軸の方向と、上部旋回体３の前後軸の現在の方向との間に形成されている相対的な角度である。本実施形態では、相対角度算出部５６は、記憶装置４７に記憶されている目標施工面に関する情報と、旋回角度算出部５５が算出した旋回角度とに基づいて相対角度を算出する。
【００９１】
自動制御部５４は、所定のスイッチが押下された状態で旋回操作レバーが操作されると、上部旋回体３を目標施工面に正対させる方向に旋回操作レバーが操作されたか否かを判断する。そして、上部旋回体３を目標施工面に正対させる方向に旋回操作レバーが操作されたと判断した場合、自動制御部５４は、相対角度算出部５６が算出した相対角度を目標角度として設定する。そして、旋回操作レバーが操作された後の旋回角度の変化が目標角度に達した場合に、上部旋回体３が目標施工面に正対したと判定し、旋回用油圧モータ２Ａの動きを停止させる。
【００９２】
このようにして、図５のマシンガイダンス装置５０は、図２のマシンガイダンス装置５０と同様に、上部旋回体３を目標施工面に正対させることができる。
【００９３】
次に、図６、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂを参照し、コントローラ３０が上部旋回体３を目標施工面に正対させる処理（以下、「正対処理」とする。）の一例について説明する。図６は、正対処理のフローチャートである。コントローラ３０は、ＭＣスイッチが押下されたときにこの正対処理を実行する。図７Ａ及び図７Ｂは、正対処理が実行される際のショベル１００の上面図であり、図８Ａ及び図８Ｂは、正対処理が実行される際のショベル１００を左後方から見たときのショベル１００の斜視図である。具体的には、図７Ａ及び図８Ａは、上部旋回体３が目標施工面に正対していない状態を示し、図７Ｂ及び図８Ｂは、上部旋回体３が目標施工面に正対している状態を示す。図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂにおける目標施工面は、例えば図１に示すような上り法面ＢＳである。そして、領域ＮＳは、上り法面ＢＳが完成していない状態、すなわち、図１に示すように地表面ＥＳが上り法面ＢＳと一致していない状態を表し、領域ＣＳは、上り法面ＢＳが完成した状態、すなわち、地表面ＥＳが上り法面ＢＳと一致している状態を表す。
【００９４】
上部旋回体３が目標施工面に正対している状態は、例えば、図７Ｂに示すように、仮想水平面上で、目標施工面の向き（延長方向）を表す線分Ｌ１と、上部旋回体３の前後軸を表す線分Ｌ２との間に形成される角度αが９０度になっている状態を含む。線分Ｌ１で表される目標施工面の向きとしての法面の延長方向は、例えば、斜面長方向に垂直な方向である。斜面長方向は、例えば、法面の上端（法肩）と下端（法尻）とを最短距離で結ぶ仮想線分に沿った方向である。上部旋回体３が目標施工面に正対している状態は、仮想水平面上で、上部旋回体３の前後軸を表す線分Ｌ２と、目標施工面の向き（延長方向）に垂直な線分Ｌ３との間に形成される角度β（図９Ａ参照。）が０度になっている状態として定義されてもよい。なお、線分Ｌ３で表される方向は、目標施工面に下ろした垂線の水平成分の方向に対応している。
【００９５】
図８Ａ及び図８Ｂの仮想円筒体ＣＢは目標施工面（上り法面ＢＳ）の法線の一部を表し、一点鎖線は仮想的な旋回平面ＳＦの一部を表し、破線は仮想的なアタッチメント稼動面ＡＦの一部を表す。アタッチメント稼動面ＡＦは、旋回平面ＳＦに垂直となるように配置されている。そして、図８Ｂに示すように、上部旋回体３が目標施工面に正対している状態では、アタッチメント稼動面ＡＦは、仮想円筒体ＣＢで表されるような法線の一部を含むように、すなわち、アタッチメント稼動面ＡＦが法線の一部に沿って延びるように配置されている。
【００９６】
自動制御部５４は、例えば、アタッチメント稼動面ＡＦと目標施工面（上り法面ＢＳ）とが垂直になるときの旋回角度を目標角度として設定する。そして、自動制御部５４は、測位装置Ｐ１等の出力に基づいて現在の旋回角度を検出し、目標角度と現在の旋回角度（検出値）との差を算出する。そして、自動制御部５４は、その差が所定値以下又はゼロとなるように旋回用油圧モータ２Ａを動作させる。具体的には、自動制御部５４は、目標角度と現在の旋回角度との差が所定値以下又はゼロとなったときに、上部旋回体３が目標施工面に正対したと判定する。また、自動制御部５４は、所定のスイッチが押下された状態で旋回操作レバーが操作されると、上部旋回体３を目標施工面に正対させる方向に旋回操作レバーが操作されたか否かを判断する。例えば、目標角度と現在の旋回角度との差が大きくなる方向に旋回操作レバーが操作された場合、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方向に旋回操作レバーが操作されていないと判断し、正対制御を実行しない。一方で、目標角度と現在の旋回角度との差が小さくなる方向に旋回操作レバーが操作された場合、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方向に旋回操作レバーが操作されたと判断し、正対制御を実行する。その結果、目標角度と現在の旋回角度との差が小さくなるように旋回用油圧モータ２Ａを動作させることができる。その後、自動制御部５４は、目標角度と現在の旋回角度との差が所定値以下或いはゼロになると、旋回用油圧モータ２Ａを停止させる。
【００９７】
図７Ｂで示す事例は、アタッチメント稼動面ＡＦが法線（仮想円筒体ＣＢ）を含んだ状態を示す一つの事例であり、目標施工面の向きを示す線分Ｌ１と上部旋回体３の前後軸を示す線分Ｌ２との間に形成される角度αは９０°となっている。但し、アタッチメント稼動面ＡＦが法線（仮想円筒体ＣＢ）を含んだ状態であれば、角度αは、必ずしも９０度になる必要はない。例えば、ショベル１００が設置される地面は起伏が大きい地面である場合が多いため、アタッチメント稼動面ＡＦが法線（仮想円筒体ＣＢ）を含んだ状態であっても、角度αが９０度になるとは限らないためである。
【００９８】
上述の図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂに関する説明を踏まえ、改めて図６を参照し、正対処理の流れについて説明する。最初に、コントローラ３０に含まれるマシンガイダンス装置５０は、正対ずれが生じているか否かを判定する（ステップＳＴ１）。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、記憶装置４７に予め記憶されている目標施工面に関する情報と、向き検出装置としての測位装置Ｐ１の出力とに基づいて正対ずれが生じているか否かを判定する。目標施工面に関する情報は、目標施工面の向きに関する情報を含む。測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の向きに関する情報を出力する。マシンガイダンス装置５０は、例えば、図８Ａに示すように、アタッチメント稼動面ＡＦが目標施工面の法線を含んでいない状態では、目標施工面とショベル１００との正対ずれが生じていると判定する。このような状態では、図７Ａに示すように、目標施工面の向きを表す線分Ｌ１と上部旋回体３の向きを表す線分Ｌ２との間に形成される角度αは９０度以外の角度となる。
【００９９】
なお、マシンガイダンス装置５０は、カメラＳ６が撮像した画像に基づいて正対ずれが生じているか否かを判定してもよい。例えば、マシンガイダンス装置５０は、カメラＳ６が撮像した画像に各種画像処理を施すことで、作業対象である法面の形状に関する情報を導き出し、導き出した情報に基づいて正対ずれが生じているか否かを判定してもよい。或いは、マシンガイダンス装置５０は、超音波センサ、ミリ波レーダ、距離画像センサ、ＬＩＤＡＲ又は赤外線センサ等のカメラＳ６以外の他の空間認識装置の出力に基づき、正対ずれが生じているか否かを判定してもよい。
【０１００】
正対ずれが生じていないと判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、マシンガイダンス装置５０は、正対制御を実行することなく、今回の正対処理を終了させる。
【０１０１】
正対ずれが生じていると判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、マシンガイダンス装置５０は、ショベル１００の周囲に障害物が存在しないか否かを判定する（ステップＳＴ２）。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、カメラＳ６が撮像した画像に画像認識処理を施すことで、撮像した画像内に所定の障害物に関する画像が存在するか否かを判定する。所定の障害物は、例えば、人、動物、機械及び建造物等の少なくとも１つである。そして、ショベル１００の周囲に設定される所定範囲に関する画像内に所定の障害物に関する画像が存在しないと判定した場合にショベル１００の周囲に障害物が存在しないと判定する。所定範囲は、例えば、上部旋回体３を目標施工面に正対させるためにショベル１００を動かした場合にショベル１００に接触してしまう物体が存在し得る範囲を含む。図７Ａにおけるクロスハッチングパターンで表される範囲ＲＡは所定範囲の一例である。但し、所定範囲は、例えば旋回軸２Ｘから所定距離の範囲内等、より広い範囲として設定されていてもよい。
【０１０２】
マシンガイダンス装置５０は、超音波センサ、ミリ波レーダ、距離画像センサ、ＬＩＤＡＲ又は赤外線センサ等のカメラＳ６以外の他の空間認識装置の出力に基づき、ショベル１００の周囲に障害物が存在しないか否かを判定してもよい。
【０１０３】
ショベル１００の周囲に障害物が存在すると判定した場合（ステップＳＴ２のＮＯ）、マシンガイダンス装置５０は、正対制御を実行することなく、今回の正対処理を終了させる。正対制御の実行によってショベル１００と障害物とが接触してしまうのを防止するためである。この場合、マシンガイダンス装置５０は、警報を出力させてもよい。また、マシンガイダンス装置５０は、通信装置Ｔ１を介し、障害物の存否、障害物の位置及び障害物の種類等の障害物に関する情報を外部機器に送信してもよい。また、マシンガイダンス装置５０は、通信装置Ｔ１を介し、他のショベルが取得した障害物に関する情報を受信してもよい。
【０１０４】
ショベル１００の周囲に障害物が存在しないと判定した場合（ステップＳＴ２のＹＥＳ）、マシンガイダンス装置５０は、正対制御を実行する（ステップＳＴ３）。図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂの例では、マシンガイダンス装置５０の自動制御部５４は、比例弁３１ＣＬ（図４Ｃ参照。）に対して電流指令を出力する。そして、パイロットポンプ１５から出て比例弁３１ＣＬ及びシャトル弁ＣＬを通る作動油によって生成されるパイロット圧を制御弁１７３の左側パイロットポートに作用させる。左側パイロットポートでパイロット圧を受けた制御弁１７３は、右方向に変位し、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の第１ポート２Ａ１に流入させる。また、制御弁１７３は、旋回用油圧モータ２Ａの第２ポート２Ａ２から流出する作動油を作動油タンクに流出させる。その結果、旋回用油圧モータ２Ａは、順方向に回転し、図７Ａの矢印で示すように旋回軸２Ｘ回りに上部旋回体３を左方向に旋回させる。その後、自動制御部５４は、図７Ｂに示すように角度αが９０度になるところで、或いは、角度βが０度になるところで、比例弁３１ＣＬに対する電流指令の出力を中止し、制御弁１７３の左側パイロットポートに作用しているパイロット圧を低減させる。制御弁１７３は、左方向に変位して中立位置に戻り、メインポンプ１４Ｌから旋回用油圧モータ２Ａの第１ポート２Ａ１に向かう作動油の流れを遮断する。また、制御弁１７３は、旋回用油圧モータ２Ａの第２ポート２Ａ２から作動油タンクに向かう作動油の流れを遮断する。その結果、旋回用油圧モータ２Ａは、順方向への回転を停止し、上部旋回体３の左方向への旋回を停止させる。
【０１０５】
このように、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る上部旋回体３と、目標施工面に関する情報と上部旋回体３の向きに関する情報とに基づいて上部旋回体３を目標施工面に正対させるようにアクチュエータを動作させる正対制御を実行可能な制御装置としてのコントローラ３０と、を備える。目標施工面は、例えば、下り法面、上り法面、水平面及び鉛直面等の少なくとも１つを含む。目標施工面に関する情報は、例えば、目標施工面の向きに関する情報を含む。目標施工面の向きは、例えば、目標施工面の延長方向、及び、目標施工面に下ろした垂線の水平成分の方向等の少なくとも１つに基づいて決定される。この構成により、ショベル１００は、ショベル１００を目標施工面に正対させる際にショベル１００の操作者が感じる煩わしさを低減できる。ショベル１００の操作者は、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等のアクチュエータを手動で動作させる必要がないためである。また、ショベル１００の操作者は、表示装置４０に表示された正対コンパス等の画像を見て上部旋回体３が目標施工面に正対しているか否かを確認する必要がないためである。
【０１０６】
コントローラ３０は、所定のスイッチが操作された場合に、正対制御を実行するように構成されていてもよい。例えば、ＭＣスイッチが操作された場合に正対制御を実行するように構成されていてもよい。この場合、コントローラ３０は、マシンコントロール機能を開始させるためのＭＣスイッチが押下されたときに上部旋回体３を目標施工面に自動的に正対させることができる。すなわち、コントローラ３０は、マシンコントロール機能の一環として正対制御を実行できる。そのため、コントローラ３０は、マシンコントロール機能を実行する場合において、ショベル１００を目標施工面に正対させる際にショベル１００の操作者が感じる煩わしさを低減できる。その結果、コントローラ３０は、ショベル１００の作業効率を向上させることができる。
【０１０７】
コントローラ３０は、正対制御を実行しているときに旋回操作レバー２６Ｃが操作された場合には、正対制御の実行を中止してもよい。操作者による手動操作を優先させるためである。この構成により、操作者は、正対制御が実行されている場合であっても、すなわち、アクチュエータが自動的に動作させられている場合であっても、操作装置２６を介してアクチュエータを手動で動作させることができる。
【０１０８】
コントローラ３０は、ステップＳＴ１において正対ずれが生じていると判定した場合であっても、その正対ずれが大きい場合には、正対制御を実行しないようにしてもよい。具体的には、自動制御部５４は、正対ずれが生じていると判定した時点における角度αが第１閾値よりも小さい場合、すなわち、角度βが第２閾値（９０度から第１閾値を差し引いた値）よりも大きい場合には、正対制御を実行しないように構成されていてもよい。操作装置２６が操作されていない状態での自動制御によるショベル１００の動作量が大きくなり過ぎて操作者に不安感を抱かせてしまうのを防止するためである。
【０１０９】
言い換えれば、コントローラ３０は、目標施工面の向きと上部旋回体３の向きの間の角度が所定の角度範囲内にある場合に限り、正対制御を実行できるように構成されていてもよい。例えば、コントローラ３０は、図７Ａに示すように角度αが第１閾値以上で且つ９０度以下の場合、或いは、角度βが０度以上で且つ第２閾値以下の場合に限り、正対制御を実行できるように構成されていてもよい。
【０１１０】
コントローラ３０は、上部旋回体３の周囲に障害物が存在しないことを確認した場合に正対制御を実行できるように構成されていてもよい。正対制御を実行しているときの上部旋回体３と障害物との接触を防止するためである。
【０１１１】
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。
【０１１２】
例えば、上述の実施形態では、コントローラ３０は、旋回用油圧モータ２Ａを自動的に動作させることで上部旋回体３を目標施工面に正対させるようにしている。但し、コントローラ３０は、旋回用電動発電機を自動的に動作させることで上部旋回体３を目標施工面に正対させるようにしてもよい。
【０１１３】
また、コントローラ３０は、他のアクチュエータを動作させることで上部旋回体３を目標施工面に正対させるようにしてもよい。例えば図９Ａ及び図９Ｂに示すように、コントローラ３０は、左側走行用油圧モータ１Ｌ及び右側走行用油圧モータ１Ｒを自動的に動作させることで上部旋回体３を目標施工面に正対させるようにしてもよい。
【０１１４】
図９Ａ及び図９Ｂは、正対処理が実行される際のショベル１００の上面図であり、図７Ａ及び図７Ｂに対応する。すなわち、図９Ａは、上部旋回体３が目標施工面に正対していない状態を示し、図９Ｂは、上部旋回体３が目標施工面に正対している状態を示す。
【０１１５】
図９Ａ及び図９Ｂの例では、コントローラ３０は、右側走行用油圧モータ１Ｒを順回転させ且つ左側走行用油圧モータ１Ｌを逆回転させて超信地旋回を実行することで、上部旋回体３を目標施工面に正対させるようにしている。
【０１１６】
また、上述の実施形態では、操作装置２６として油圧式操作装置が採用されているが、電気式操作装置が採用されてもよい。図１０は、電気式操作装置を含む操作システムの構成例を示す。具体的には、図１０の操作システムは、ブーム操作システムの一例であり、主に、パイロット圧作動型のコントロールバルブ１７と、電気式操作レバーとしてのブーム操作レバー２６Ａと、コントローラ３０と、ブーム上げ操作用の電磁弁６０と、ブーム下げ操作用の電磁弁６２とで構成されている。図１０の操作システムは、アーム操作システム及びバケット操作システム等にも同様に適用され得る。
【０１１７】
パイロット圧作動型のコントロールバルブ１７は、図３に示すように、ブームシリンダ７に関する制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒを含む。電磁弁６０は、パイロットポンプ１５と制御弁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のそれぞれとを繋ぐ油路の流路面積を調整できるように構成されている。電磁弁６２は、パイロットポンプ１５と制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートとを繋ぐ油路の流路面積を調整できるように構成されている。
【０１１８】
手動操作が行われる場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号生成部が出力する操作信号（電気信号）に応じてブーム上げ操作信号（電気信号）又はブーム下げ操作信号（電気信号）を生成する。ブーム操作レバー２６Ａの操作信号生成部が出力する操作信号は、ブーム操作レバー２６Ａの操作量及び操作方向に応じて変化する電気信号である。
【０１１９】
具体的には、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａがブーム上げ方向に操作された場合、レバー操作量に応じたブーム上げ操作信号（電気信号）を電磁弁６０に対して出力する。電磁弁６０は、ブーム上げ操作信号（電気信号）に応じて流路面積を調整し、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とに作用するパイロット圧を制御する。同様に、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａがブーム下げ方向に操作された場合、レバー操作量に応じたブーム下げ操作信号（電気信号）を電磁弁６２に対して出力する。電磁弁６２は、ブーム下げ操作信号（電気信号）に応じて流路面積を調整し、制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに作用するパイロット圧を制御する。
【０１２０】
自動制御を実行する場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号生成部が出力する操作信号の代わりに、補正操作信号（電気信号）に応じてブーム上げ操作信号（電気信号）又はブーム下げ操作信号（電気信号）を生成する。補正操作信号は、マシンガイダンス装置５０が生成する電気信号であってもよく、マシンガイダンス装置５０以外の制御装置が生成する電気信号であってもよい。
【０１２１】
本願は、２０１７年１２月７日に出願した日本国特許出願２０１７−２３５５５６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】
【０１２２】
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  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・・・バケット操作レバー  ２６Ｃ・・・旋回操作レバー  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・・・音声出力装置  ４７・・・記憶装置  ５０・・・マシンガイダンス装置  ５１・・・位置算出部  ５２・・・距離算出部  ５３・・・情報伝達部  ５４・・・自動制御部  ６０、６２・・・電磁弁  １７１〜１７４、１７５Ｌ、１７５Ｒ、１７６Ｌ、１７６Ｒ・・・制御弁  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・・・カメラ  Ｓ６Ｂ・・・後カメラ  Ｓ６Ｆ・・・前カメラ  Ｓ６Ｌ・・・左カメラ  Ｓ６Ｒ・・・右カメラ  Ｐ１・・・測位装置  Ｔ１・・・通信装置
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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