(57)【要約】  本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体（１）と、下部走行体（１）に搭載される上部旋回体（３）と、上部旋回体（３）に取り付けられたアタッチメントと、上部旋回体（３）に取り付けられたキャビン（１０）内に設置された操作装置（２６）と、操作装置（２６）に対する複合操作に応じて動くアタッチメントの動きを制御するコントローラ（３０）と、を備える。コントローラ（３０）は、所定期間における操作者の操作傾向を導き出し、その操作傾向に合ったアタッチメントの動きを維持するようにアタッチメントの動きを制御する。
2019123511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
前記上部旋回体に取り付けられた運転室内に設置された操作装置と、
前記操作装置に対する複合操作に応じて動く前記アタッチメントの動きを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、所定期間における操作者の操作傾向を導き出し、該操作傾向に合った前記アタッチメントの動きを維持するように前記アタッチメントの動きを制御する、
ショベル。
【請求項２】
前記操作傾向は、姿勢検出装置によって検出される前記所定期間におけるエンドアタッチメントの移動速度及び移動方向に基づいて導き出される、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記制御装置は、前記操作装置が生成するパイロット圧に基づいて前記操作装置の操作内容を把握し、少なくとも２つの前記操作装置のそれぞれの操作量が前記所定期間にわたって保持されていた場合に、前記操作傾向に合った前記アタッチメントの動きを維持するように前記アタッチメントの動きを制御する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項４】
前記制御装置は、前記姿勢検出装置によって検出される前記エンドアタッチメントの移動速度及び移動方向に基づいて前記操作装置の操作内容を把握し、前記エンドアタッチメントの移動速度及び移動方向が前記所定期間にわたって保持されていた場合に、前記操作傾向に合った前記アタッチメントの動きを維持するように前記アタッチメントの動きを制御する、
請求項２に記載のショベル。
【請求項５】
前記制御装置は、前記操作傾向に合った前記アタッチメントの動きを維持するように前記アタッチメントの動きを制御することを操作者に報知する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項６】
前記制御装置は、前記操作傾向に基づいて導き出された作業部位の移動速度及び移動方向に対応するように前記アタッチメントの動きを制御する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項７】
前記制御装置は、前記操作傾向に基づいて導き出された作業部位の移動方向と、操作レバーの操作量に基づいて導き出された前記作業部位の移動速度とに対応するように前記アタッチメントの動きを制御する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項８】
前記制御装置は、前記操作傾向に基づき、複数の操作レバーから、前記作業部位の移動速度の導出に関連する１つの操作レバーを選択する、
請求項７に記載のショベル。
【請求項９】
前記制御装置は、前記作業部位を略鉛直方向に移動させていると判定した場合には、ブーム操作レバーを選択する、
請求項８に記載のショベル。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記作業部位を法面方向若しくは略水平方向に移動させていると判定した場合には、アーム操作レバーを選択する、
請求項８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、複合操作が可能な複数の油圧アクチュエータを備えたショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の油圧シリンダを複合操作してフロント作業機の動作を制御す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、領域制限掘削制御モードの選択を指示する領域制限スイッチと、領域制限掘削制御モードで掘削領域（目標掘削面）の設定を指示する設定スイッチとを備える。ショベルの操作者は、設定スイッチで目標掘削面の境界を設定し且つ領域制限スイッチで領域制限掘削制御モードを開始させる。領域制限掘削制御モードでは、ショベルは、バケットの先端が掘削領域の境界に沿って動くようにフロント作業機の動作を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３５０５３７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、特許文献１のショベルは、領域制限掘削制御モードを開始するために、掘削領域の設定、モードの切り替えといった煩雑な操作をショベルの操作者に強いることとなり使い勝手が悪い。【０００５】
そのため、複合操作を支援する機能をより使い易くした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】
本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、前記上部旋回体に取り付けられた運転室内に設置された操作装置と、前記操作装置に対する複合操作に応じて動く前記アタッチメントの動きを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、所定期間における操作者の操作傾向を導き出し、該操作傾向に合った前記アタッチメントの動きを維持するように前記アタッチメントの動きを制御する。
【発明の効果】
【０００７】
上述の手段により、複合操作を支援する機能をより使い易くしたショベルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例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】調整機構が取り付けられた操作装置の構成例を示す図である。
【図４Ａ】三次元直交座標系の説明に用いられるショベルの側面図である。
【図４Ｂ】三次元直交座標系の説明に用いられるショベルの上面図である。
【図５】ＸＺ平面におけるアタッチメントの状態を説明する図である。
【図６】アタッチメント動作制御処理のフローチャートである。
【図７】ブーム上げ操作量、アーム閉じ操作量、爪先速度、及び爪先角度の時間的推移を示す図である。
【図８】自動制御の流れを示すブロック図である。
【図９】自動制御の流れを示すブロック図である。
【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。
【図１１】電気式操作装置を含む操作システムの別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、本発明が適用される建設機械としてのショベル（掘削機）を示す側面図である。ショベルの下部走行体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。作業要素としてのブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成している。そして、ブーム４、アーム５、バケット６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によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、運転室としてのキャビン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。
【００１０】
図２は、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、電気制御ラインをそれぞれ二重線、太実線、破線、点線で示す。
【００１１】
ショベルの駆動系は、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、圧力センサ２９、コントローラ３０、姿勢検出装置Ｓ１等を含む。
【００１２】
エンジン１１は、ショベルの駆動源である。本実施例では、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内燃機関としての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の入力軸に連結されている。
【００１３】
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に供給するための装置であり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
【００１４】
レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御するための装置である。本実施例では、レギュレータ１３は、例えば、メインポンプ１４の吐出圧、コントローラ３０からの指令電流等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。
【００１５】
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を含む各種油圧制御機器に作動油を供給する装置であり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
【００１６】
コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧システムを制御する油圧制御装置である。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４が吐出する作動油の流れを制御する複数の制御弁を含む。そして、コントロールバルブ１７は、それら制御弁を通じ、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する。それら制御弁は、メインポンプ１４からセンターバイパス管路を通って作動油タンクに流れる作動油の流量、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、左側走行油圧モータ１Ｌ、右側走行油圧モータ１Ｒ及び旋回油圧モータ２Ａを含む。
【００１７】
操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施例では、操作装置２６は、キャビン１０内に設置され、パイロットポンプ１５が吐出する作動油をパイロットライン経由で油圧アクチュエータのそれぞれに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（以下、「パイロット圧」とする。）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量に応じた圧力である。
【００１８】
圧力センサ２９は、操作装置２６に対する操作内容を検出するためのセンサである。本実施例では、圧力センサ２９は、例えば、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダル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、圧力センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。
【００１９】
姿勢検出装置Ｓ１は掘削アタッチメントの姿勢を検出する。本実施例では、姿勢検出装置Ｓ１は、車体傾斜センサ、ブーム角度センサ、アーム角度センサ及びバケット角度センサを含む。ブーム角度センサは、ブーム角度を取得するセンサであり、例えば、ブームフートピン回りのブーム４の回転角度を検出する回転角度センサ、ブームシリンダ７のストローク量を検出するストロークセンサ、ブーム４の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。アーム角度センサ及びバケット角度センサについても同様である。また、車体傾斜センサ、ブーム角度センサ、アーム角度センサ及びバケット角度センサの各センサは、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い。この場合、加速度センサ及びジャイロセンサのそれぞれの出力から、車体傾斜角、ブーム角度、アーム角度、バケット角度といった所望の角度を算出できる。
【００２０】
コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成される。また、コントローラ３０は、アタッチメント制御部３１及び操作傾向判定部３２のそれぞれに対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭにロードし、対応する処理をＣＰＵに実行させる。
【００２１】
アタッチメント制御部３１は、アタッチメントの動きを制御する機能要素である。操作傾向判定部３２は、操作者の操作傾向を判定する機能要素である。基本的に、アタッチメントは、複数の操作装置２６のそれぞれに対する操作に応じて動く。その上で、操作傾向判定部３２は、例えば、所定期間における複数の操作装置２６のそれぞれの操作内容が所定の開始条件を満たす場合、所定期間における操作者の操作傾向を導き出す。そして、アタッチメント制御部３１は、所定の解除条件が満たされるまでは、その操作傾向に合ったアタッチメントの動きを維持するようにアタッチメントの動きを制御する。
【００２２】
開始条件は、例えば、「複数の操作装置２６のそれぞれの操作量が所定期間にわたって保持されていたこと」を含む。具体的には、「複数の操作装置２６のそれぞれの操作量が所定期間にわたって所定操作量未満であったこと」、「複数の操作装置２６のそれぞれの操作量が所定期間にわたって所定操作量未満で且つその変動幅が所定値未満であったこと」等を含む。
【００２３】
操作傾向は、操作傾向判定部３２により、例えば、所定期間におけるエンドアタッチメントの移動方向に基づいて導き出され且つ定められる。移動方向は、例えば、水平面に対する角度で表される。操作傾向は、エンドアタッチメントの移動速度及び移動方向に基づいて導き出され且つ定められてもよい。
【００２４】
具体的には、操作傾向は、例えば、バケット６の爪先を直線的に機体に近づける操作傾向、バケット６の爪先を直線的に機体から遠ざける操作傾向、バケット６の爪先を直線的に上昇させる操作傾向、バケット６の爪先を直線的に下降させる操作傾向等を含む。また、直線的な動きは旋回による動きを含んでいてもよい。旋回方向における均し作業を実現するためである。
【００２５】
解除条件は、例えば、「複数の操作装置２６の何れかの操作量が所定操作量以上となったこと」、「複数の操作装置２６の何れかの操作速度が所定速度以上となったこと」、「操作中の操作装置２６の何れかが中立位置に戻されたこと」、「操作中の操作装置２６の何れかが中立位置を超えて逆方向に操作されたこと」等を含む。
【００２６】
基本的に、掘削アタッチメントは、操作装置２６としてのブーム操作レバー、アーム操作レバー及びバケット操作レバーのそれぞれに対する操作に応じて動く。操作傾向判定部３２は、例えば、ブーム操作レバー及びアーム操作レバーのそれぞれが生成するパイロット圧に基づいてそれぞれの操作内容を把握する。そして、所定期間におけるブーム操作レバー及びアーム操作レバーのそれぞれの操作内容が所定の開始条件を満たす場合、所定期間における操作者の操作傾向をその操作内容から導き出す。このとき、操作傾向判定部３２は、バケット操作レバー、旋回操作レバー等の操作内容を考慮してもよい。本実施例では、ブーム操作レバーとバケット操作レバーは別個独立の操作レバーとして説明されるが、実際には同じ１つの操作レバーであり傾倒方向のみが異なる。アーム操作レバーと旋回操作レバーの関係についても同様である。
【００２７】
本実施例では、開始条件は、例えば、ブーム操作レバー及びアーム操作レバーのそれぞれの操作量が所定期間にわたって所定操作量未満（微操作）であったことである。
【００２８】
操作傾向は、例えば、水平面に沿ってバケット６の爪先を直線的に近づける操作傾向（床掘り作業での水平引き）として導き出される。この場合、バケット６の爪先の移動方向は、水平面に対する角度がゼロ度の方向として導き出される。
【００２９】
その後、アタッチメント制御部３１は、所定の解除条件が満たされるまでは、その操作傾向に合った掘削アタッチメントの動きを維持するように掘削アタッチメントの動きを自動的に制御する。
【００３０】
具体的には、アタッチメント制御部３１は、操作傾向判定部３２が導き出した操作傾向に合ったバケット６の爪先の移動方向（目標移動方向）を維持するようにブームシリンダ７及びアームシリンダ８を自動的に伸縮させる。バケットシリンダ９を自動的に伸縮させてもよく、旋回油圧モータを自動的に回転させてもよい。
【００３１】
例えば、アタッチメント制御部３１は、操作者によるブーム操作レバー及びアーム操作レバーの実際の操作量に基づいて算出される爪先の移動方向（調整前移動方向）が目標移動方向から逸脱している場合、掘削アタッチメントの調整動作によって目標移動方向が維持されるようにする。この場合、アタッチメント制御部３１は、操作者による実際の操作量とは無関係にブームシリンダ７及びアームシリンダ８を自動的に伸縮させることで目標移動方向が維持されるようにする。
【００３２】
ここで図３を参照し、掘削アタッチメントの調整動作を実現する調整機構の一例について説明する。図３は、調整機構５０が取り付けられた操作装置２６としてのアーム操作レバー２６Ａの構成例を示す図である。以下の説明は、調整機構５０が取り付けられた他の操作レバーについても同様に適用される。例えば、ブーム用流量制御弁１７Ｂを左右に移動させるための、調整機構５０が取り付けられたブーム操作レバーについても同様に適用される。
【００３３】
調整機構５０は、アーム操作レバー２６Ａが生成するパイロット圧を所望のパイロット圧に調整する機構であり、主に電磁弁５１、電磁弁５２Ｌ、電磁弁５２Ｒ等を含む。所望のパイロット圧は、バケット６の爪先の調整前移動方向を目標移動方向に合わせるために必要なパイロット圧である。アタッチメント制御部３１は、姿勢検出装置Ｓ１等の出力に基づいて所望のパイロット圧を算出する。
【００３４】
電磁弁５１は、パイロットポンプ１５とアーム操作レバー２６Ａとを繋ぐ管路に置かれる電磁比例減圧弁であり、コントローラ３０からの制御電流に応じてその開口面積を増減させる。
【００３５】
電磁弁５２Ｌは、アーム操作レバー２６Ａとコントロールバルブ１７内に設置されるアーム用流量制御弁１７Ａの左側パイロットポート１７Ｌとを接続する管路Ｃ１に置かれる電磁切替弁であり、コントローラ３０からの指令に応じてその弁位置を切り替える。電磁弁５２Ｌは第１弁位置と第２弁位置とを有する。第１弁位置は、管路Ｃ１１と管路Ｃ１２とを連通させ、且つ、管路Ｃ３と管路Ｃ１２との連通を遮断する。第２弁位置は、管路Ｃ１１と管路Ｃ１２との連通を遮断し、且つ、管路Ｃ３と管路Ｃ１２とを連通させる。管路Ｃ１１はアーム操作レバー２６Ａと電磁弁５２Ｌとを接続する。管路Ｃ１２は電磁弁５２Ｌとアーム用流量制御弁１７Ａの左側パイロットポート１７Ｌとを接続する。管路Ｃ３は電磁弁５１と電磁弁５２Ｌとを接続する。
【００３６】
電磁弁５２Ｒは、アーム操作レバー２６Ａとアーム用流量制御弁１７Ａの右側パイロットポート１７Ｒとを接続する管路Ｃ２に置かれる電磁切替弁であり、コントローラ３０からの指令に応じてその弁位置を切り替える。電磁弁５２Ｒは第１弁位置と第２弁位置とを有する。第１弁位置は、管路Ｃ２１と管路Ｃ２２とを連通させ、且つ、管路Ｃ４と管路Ｃ２２との連通を遮断する。第２弁位置は、管路Ｃ２１と管路Ｃ２２との連通を遮断し、且つ、管路Ｃ４と管路Ｃ２２とを連通させる。管路Ｃ２１はアーム操作レバー２６Ａと電磁弁５２Ｒとを接続する。管路Ｃ２２は電磁弁５２Ｒとアーム用流量制御弁１７Ａの右側パイロットポート１７Ｒとを接続する。管路Ｃ４は電磁弁５１と電磁弁５２Ｒとを接続する。
【００３７】
アーム操作レバー２６Ａは、閉じ方向に傾けられると管路Ｃ１内の作動油の圧力を増大させ、開き方向に傾けられると管路Ｃ２内の作動油の圧力を増大させる。管路Ｃ１内の作動油の圧力であるアーム閉じパイロット圧は、圧力センサ２９の一例であるアーム閉じパイロット圧センサ２９Ｌによって検出される。管路Ｃ２内の作動油の圧力であるアーム開きパイロット圧は、圧力センサ２９の一例であるアーム開きパイロット圧センサ２９Ｒによって検出される。アーム閉じパイロット圧が増大するとスプール弁としてのアーム用流量制御弁１７Ａが右方向に移動してメインポンプ１４とアームシリンダ８のボトム側油室とが連通してアームシリンダ８が伸張する。アーム開きパイロット圧が増大するとアーム用流量制御弁１７Ａが左方向に移動してメインポンプ１４とアームシリンダ８のロッド側油室とが連通してアームシリンダ８が収縮する。
【００３８】
アタッチメント制御部３１は、アームシリンダ８を自動的に伸張させる場合、電磁弁５１に対して指令電流を出力し、且つ、電磁弁５２Ｌに対して開指令を出力する。指令電流を受けた電磁弁５１は、その指令電流に応じた開口面積を実現する。開指令を受けた電磁弁５２Ｌは第２弁位置に切り替わり、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を管路Ｃ１２に流入させる。このようにして、アタッチメント制御部３１は所望のアーム閉じパイロット圧を生成する。
【００３９】
同様に、アタッチメント制御部３１は、アームシリンダ８を自動的に収縮させる場合、電磁弁５１に対して指令電流を出力し、且つ、電磁弁５２Ｒに対して開指令を出力する。指令電流を受けた電磁弁５１は、その指令電流に応じた開口面積を実現する。開指令を受けた電磁弁５２Ｒは第２弁位置に切り替わり、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を管路Ｃ２２に流入させる。このようにして、アタッチメント制御部３１は所望のアーム開きパイロット圧を生成する。
【００４０】
このように、コントローラ３０は、例えば、所定期間におけるバケット６の移動速度、移動方向を目標移動速度、目標移動方向として設定する。そして、姿勢検出装置Ｓ１の検出値に基づき、バケット６の移動速度、移動方向が目標移動速度、目標移動方向となるように、電磁弁５１、電磁弁５２Ｌ、電磁弁５２Ｒに対して指令を出力する。
【００４１】
次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら、本発明の実施例に係る制御方法で用いられる三次元直交座標系について説明する。なお、図４Ａは、ショベルの側面図であり、図４Ｂは、ショベルの上面図である。
【００４２】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、三次元直交座標系のＺ軸は、ショベルの旋回軸ＰＣに相当し、三次元直交座標系の原点Ｏは、旋回軸ＰＣとショベルの設置面との交点に相当する。
【００４３】
Ｚ軸と直交するＸ軸は、アタッチメントの延在方向に伸び、Ｚ軸と直交するＹ軸は、アタッチメントの延在方向に垂直な方向に伸びる。そして、Ｘ軸及びＹ軸は、ショベルの旋回とともにＺ軸回りを回転する。なお、ショベルの旋回角度θは、図４Ｂに示すような上面視で、Ｚ軸に関し反時計回り方向をプラス方向とする。
【００４４】
また、図４Ａに示すように、上部旋回体３に対するブーム４の取り付け位置は、ブーム回転軸としてのブームピンの位置であるブームピン位置Ｐ１で表される。同様に、ブーム４に対するアーム５の取り付け位置は、アーム回転軸としてのアームピンの位置であるアームピン位置Ｐ２で表される。また、アーム５に対するバケット６の取り付け位置は、バケット回転軸としてのバケットピンの位置であるバケットピン位置Ｐ３で表される。更に、バケット６の先端位置（例えばバケット６の爪先位置）はバケット爪先位置Ｐ４で表される。
【００４５】
ブームピン位置Ｐ１とアームピン位置Ｐ２とを結ぶ線分ＳＧ１の長さはブーム長さとして所定値Ｌ１で表され、アームピン位置Ｐ２とバケットピン位置Ｐ３とを結ぶ線分ＳＧ２の長さはアーム長さとして所定値Ｌ２で表され、バケットピン位置Ｐ３とバケット爪先位置Ｐ４とを結ぶ線分ＳＧ３の長さはバケット長さとして所定値Ｌ３で表される。
【００４６】
線分ＳＧ１と水平面との間に形成される角度は対地角としてのブーム回転角度β１で表され、線分ＳＧ２と水平面との間に形成される角度は対地角としてのアーム回転角度β２で表され、線分ＳＧ３と水平面との間に形成される角度は対地角としてのバケット回転角度β３で表される。
【００４７】
ここで、ブームピン位置Ｐ１の三次元座標を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（Ｈ０Ｘ、０、Ｈ０Ｚ）とし、バケット爪先位置Ｐ４の三次元座標を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）とすると、Ｘｅ、Ｚｅはそれぞれ式（１）及び式（２）で表される。なお、Ｘｅ及びＹｅはバケット６の爪先の平面位置を表し、Ｚｅはバケット６の爪先の高さを表す。
Ｘｅ＝Ｈ０Ｘ＋Ｌ１ｃｏｓβ１＋Ｌ２ｃｏｓβ２＋Ｌ３ｃｏｓβ３・・・（１）
Ｚｅ＝Ｈ０ｚ＋Ｌ１ｓｉｎβ１＋Ｌ２ｓｉｎβ２＋Ｌ３ｓｉｎβ３・・・（２）
なお、Ｙｅは０となる。バケット爪先位置Ｐ４は、ＸＺ平面上に存在するためである。
【００４８】
また、ブームピン位置Ｐ１の座標値が固定値であるため、ブーム回転角度β１、アーム回転角度β２、バケット回転角度β３が決まれば、バケット爪先位置Ｐ４の座標値は一意に決定される。同様に、ブーム回転角度β１が決まれば、アームピン位置Ｐ２の座標値は一意に決定され、ブーム回転角度β１及びアーム回転角度β２が決まれば、バケットピン位置Ｐ３の座標値は一意に決定される。
【００４９】
次に、図４Ａを参照し、作業部位であるバケット６の爪先の位置を、Ｙ座標及びＺ座標の値を維持しつつＸ軸に沿って移動させる場合について説明する。バケット６の爪先位置が点Ｘ０から点Ｘ１まで移動する際、アーム５は、アームピン位置Ｐ２を中心に閉じ方向に回転する。それに伴い、ブーム４は、ブームピン位置Ｐ１を中心に上げ方向に回転する。その後、爪先位置が点Ｘ１に到達した後で点Ｘ１から点Ｘ２まで移動する際には、アーム５は、アームピン位置Ｐ２を中心に閉じ方向に回転するが、ブーム４は、ブームピン位置Ｐ１を中心に下げ方向に回転する。このように、ブーム４の回転方向は、点Ｘ１を境界として反転する。したがって、作業部位を同一方向に直線的に移動させる場合であっても、操作者は複雑な操作が必要となる。
【００５０】
次に、図５を参照しながら、ブーム角度センサ、アーム角度センサ及びバケット角度センサのそれぞれの出力とブーム回転角度β１、アーム回転角度β２及びバケット回転角度β３との関係について説明する。図５は、ＸＺ平面におけるアタッチメントの状態を説明する図である。
【００５１】
図５の例では、ブーム角度センサはブームピン位置Ｐ１に設置され、アーム角度センサはアームピン位置Ｐ２に設置され、バケット角度センサはバケットピン位置Ｐ３に設置されている。
【００５２】
ブーム角度センサは、線分ＳＧ１と鉛直線との間に形成される角度α１を検出して出力する。アーム角度センサは、線分ＳＧ１の延長線と線分ＳＧ２との間に形成される角度α２を検出して出力する。バケット角度センサは、線分ＳＧ２の延長線と線分ＳＧ３との間に形成される角度α３を検出して出力する。図５において、角度α１は、線分ＳＧ１に関し反時計回り方向をプラス方向とする。同様に、角度α２は、線分ＳＧ２に関し反時計回り方向をプラス方向とし、角度α３は、線分ＳＧ３に関し反時計回り方向をプラス方向とする。また、図５では、ブーム回転角度β１、アーム回転角度β２、バケット回転角度β３は、Ｘ軸に平行な線に関し反時計回り方向をプラス方向とする。
【００５３】
以上の関係から、ブーム回転角度β１、アーム回転角度β２、バケット回転角度β３は、角度α１、α２、α３を用いてそれぞれ式（３）、式（４）、式（５）で表される。
β１＝９０−α１・・・（３）
β２＝β１−α２＝９０−α１−α２・・・（４）
β３＝β２−α３＝９０−α１−α２−α３・・・（５）
そして、上述の通り、β１、β２、β３は、水平面に対するブーム４、アーム５、バケット６の傾きとして表される。
【００５４】
したがって、式（１）〜式（５）を用いると、角度α１、α２、α３が決まれば、ブーム回転角度β１、アーム回転角度β２、バケット回転角度β３は一意に決定され、且つ、バケット爪先位置Ｐ４の座標値は一意に決定される。同様に、角度α１が決まれば、ブーム回転角度β１及びアームピン位置Ｐ２の座標値は一意に決定され、角度α１、α２が決まれば、アーム回転角度β２及びバケットピン位置Ｐ３の座標値は一意に決定される。
【００５５】
ブーム角度センサ、アーム角度センサ、バケット角度センサは、ブーム回転角度β１、アーム回転角度β２、バケット回転角度β３を直接的に検出してもよい。この場合、式（３）〜式（５）の演算を省略できる。
【００５６】
次に図６を参照し、コントローラ３０がアタッチメントの動きを制御する処理（以下、「アタッチメント動作制御処理」とする。）について説明する。図６は、アタッチメント動作制御処理のフローチャートである。
【００５７】
最初に、コントローラ３０は、ブーム操作レバー及びアーム操作レバーのそれぞれの操作量を検出する（ステップＳＴ１）。例えば、コントローラ３０は、圧力センサ２９の出力に基づいてブーム操作レバー及びアーム操作レバーのそれぞれの操作量を継続的に検出してＲＡＭに記憶する。
【００５８】
その後、コントローラ３０は、所定期間にわたってブーム操作レバー及びアーム操作レバーのそれぞれの操作量が保持されていたか否かを判定する（ステップＳＴ２）。例えば、コントローラ３０は、ＲＡＭに記憶されたブーム操作レバー及びアーム操作レバーのそれぞれの操作量の時間的推移を参照し、所定期間にわたって各操作量が所定操作量未満であったか否かを判定する。或いは、所定期間にわたって各操作量が所定操作量未満で且つ所定期間にわたる各操作量の変動幅が所定値未満であったか否かを判定してもよい。ここで、判定に必要な期間（所定期間）、変動幅（所定値）等は、例えば、作業内容毎、機種毎、操作者毎に任意に決定されてもよい。また、コントローラ３０は、作業部位であるバケット６の爪先が、所定期間内で直線的に操作されたか否かに基づき、各操作量が所定期間にわたって保持されたか否かを判定してもよい。つまり、コントローラ３０は、所定期間における操作者の操作傾向を導出するために、作業部位であるバケット６の爪先が所定期間内で直線的に操作されたか否かを判定してもよい。
【００５９】
所定期間にわたって各操作量が保持されていたと判定した場合（ステップＳＴ２のＹＥＳ）、コントローラ３０は、バケット６の爪先の目標移動速度を決定する（ステップＳＴ３）。例えば、コントローラ３０は、姿勢検出装置Ｓ１の出力に基づいて所定期間におけるバケット６の爪先の移動軌跡及び移動距離を導き出す。そして、コントローラ３０は、爪先の平均移動速度を算出し、その平均移動速度を目標移動速度として設定する。ここで、操作傾向に合った掘削アタッチメントの動きを維持するように掘削アタッチメントを制御する場合、コントローラ３０は、操作モードが通常の操作モードから支援モードに変更されたことを操作者に報知してもよい。具体的には、操作モードが通常の操作モードから支援モードに変更されたことを操作者に伝えるため、その旨を表示装置に表示したり、音声出力したりしてもよい。また、掘削アタッチメントの動きを維持するように制御が行われている間、その旨が継続して報知されてもよい。
【００６０】
その後、コントローラ３０は、バケット６の爪先の移動方向の制御を開始する（ステップＳＴ４）。例えば、コントローラ３０は、姿勢検出装置Ｓ１の出力に基づいて所定期間におけるバケット６の爪先の移動軌跡を導き出す。そして、コントローラ３０は、各サンプリング時刻の移動方向を示す角度（水平面に対する角度）の平均値を、目標移動方向を示す角度として設定する。所定期間におけるバケット６の爪先の移動軌跡の近似直線の水平面に対する角度を、目標移動方向を示す角度として設定してもよい。そして、コントローラ３０は、バケット６の爪先が目標移動速度で目標移動方向に移動するようにブームシリンダ７及びアームシリンダ８を伸縮させる。
【００６１】
このようにして、コントローラ３０は、操作レバーの操作量とは無関係に、作業部位としてのバケット６の爪先の移動方向と移動速度とを自動で維持し且つ制御できるように、目標移動方向と目標移動速度とを生成し、アタッチメントの動きを制御する。
【００６２】
但し、コントローラ３０は、移動速度を自動で維持せずに、ブーム４、アーム５及びバケット６の何れかに関する操作レバーの操作量に基づいて目標移動速度を生成してもよい。例えば、操作傾向に基づき、作業部位としてのバケット６の爪先を法面方向（傾斜面方向）に沿って移動させていると判定した場合、又は、機体の前後方向（略水平方向）に移動させていると判定した場合には、アーム操作レバーの操作量に基づいて目標移動速度を生成してもよい。或いは、操作傾向に基づき、溝の壁面に沿って上下方向（略鉛直方向）にバケット６の爪先を移動させていると判定した場合には、ブーム操作レバーの操作量に基づいて目標移動速度を生成してもよい。このように、コントローラ３０（例えば操作傾向判定部３２）は、操作傾向に基づき、何れの操作レバーの操作量に基づいて目標移動速度を生成するかを決定してもよい。すなわち、操作傾向に基づき、複数の操作レバーから、作業部位の目標移動速度の導出に関連する１つの操作レバーを選択してもよい。そして、決定（選択）した操作レバーの操作量に基づいて目標移動速度を生成しながら、操作傾向に基づいて決定した移動方向へ操作部位を移動させてもよい。
【００６３】
所定期間にわたって各操作量が保持されていなかったと判定した場合（ステップＳＴ２のＮＯ）、コントローラ３０は、目標移動速度及び目標移動方向を設定することなく、今回のアタッチメント動作制御処理を終了させる。そのため、ブームシリンダ７及びアームシリンダ８は、コントローラ３０によって自動的に伸縮させられることなく、操作者によるブーム操作レバー及びアーム操作レバーに対する実際の操作に応じて伸縮する。
【００６４】
また、判定手法として、操作量の時間的推移ではなく、バケット６の位置の時間的推移を参照してもよい。この場合、所定期間にわたってバケット６の移動方向の変動幅が所定値未満で且つ移動速度が所定値未満であったか否かを判定する。或いは、所定期間にわたってバケット６の移動速度が所定値未満で且つ所定期間にわたるバケット６の移動速度の変動幅が所定値未満であったか否かを判定してもよい。
【００６５】
次に図７を参照し、アタッチメント動作制御処理の効果について説明する。図７は、ブーム操作レバーの上げ方向への操作量（ブーム上げ操作量）、アーム操作レバーの閉じ方向への操作量（アーム閉じ操作量）、バケット６の爪先の移動速度（爪先速度）、及び、バケット６の爪先の移動方向を示す角度（爪先角度）の時間的推移を示す。この例では、ショベルの操作者は、ブーム操作レバー及びアーム操作レバーの複合操作により、水平面に沿ってバケット６を機体側に引き寄せる床掘り作業を行っている。
【００６６】
具体的には、ショベルの操作者は、図７（Ａ）に示すように時刻ｔ１においてブーム操作レバーの上げ方向への操作を開始し、その後、ほぼ一定の操作量Ｂ１で上げ方向への操作を継続する。また、操作者は、図７（Ｂ）に示すように時刻ｔ１においてアーム操作レバーの閉じ方向への操作を開始し、その後、ほぼ一定の操作量Ａ１で閉じ方向への操作を継続する。
【００６７】
バケット６の爪先速度は、図７（Ｃ）に示すように時刻ｔ１において上昇し始め、その後、ほぼ一定の爪先速度Ｖ１を維持する。バケット６の爪先角度は、図７（Ｄ）に示すように時刻ｔ１の時点からほぼ一定の爪先角度Ｄ１を維持する。その結果、バケット６の爪先はほぼ水平に機体方向に移動する。
【００６８】
時刻ｔ２において、所定期間にわたってブーム上げ操作量及びアーム閉じ操作量のそれぞれが保持されていたと判定した場合、コントローラ３０は、バケット６の爪先の目標移動速度を決定する。例えば、コントローラ３０は、時刻ｔ１１から時刻ｔ２までの期間におけるブーム上げ操作量が常に所定操作量ＴＨ１未満で且つアーム閉じ操作量が常に所定操作量ＴＨ２未満であった場合、所定期間にわたってブーム上げ操作量及びアーム閉じ操作量のそれぞれが保持されていたと判定する。そして、時刻ｔ１１から時刻ｔ２までの期間における爪先速度Ｖ１の平均値を目標移動速度として設定する。
【００６９】
また、時刻ｔ２において、所定期間にわたってブーム上げ操作量及びアーム閉じ操作量のそれぞれが保持されていたと判定した場合、コントローラ３０は、バケット６の爪先の目標移動方向を決定する。例えば、コントローラ３０は、時刻ｔ１１から時刻ｔ２までの期間における爪先角度Ｄ１の平均値を、目標移動方向を示す角度として設定する。
【００７０】
その後、コントローラ３０は、解除条件が満たされるまでは、その操作傾向（爪先速度及び爪先角度）に合った掘削アタッチメントの動きを維持するように掘削アタッチメントの動きを制御する。
【００７１】
その結果、図７（Ａ）の実線で示すように時刻ｔ２以降に実際のブーム上げ操作量が操作量Ｂ１を下回りその乖離幅が大きくなっていく場合であっても、ブーム用流量制御弁１７Ｂは、図７（Ａ）の一点鎖線で示すようにブーム上げ操作量が操作量Ｂ１で維持されているときとほぼ同じブーム上げパイロット圧を受ける。本実施例では、コントローラ３０は、指令に基づいてバケット６の爪先速度と爪先角度を自動制御するためである。図７（Ａ）の斜線領域は、実際のブーム上げ操作量と操作量Ｂ１との乖離幅を表す。この乖離幅は、コントローラ３０によるブームシリンダ７の自動的な伸張に対応するブーム上げ操作量に対応する。
【００７２】
設定されたバケット６の爪先の目標移動速度と目標移動方向を示す角度とを維持するためのブーム操作レバーの自動操作量（パイロット圧の自動調整前後の差）は作業環境によって変化する。つまり、図７（Ａ）ではブーム上げ操作量が操作量Ｂ１で維持されているときとほぼ同じブーム上げパイロット圧を受ける例を示したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、ブーム上げ操作量が所定の傾きで増加するように、或いは、ブーム上げ操作量が所定の傾きで減少するように、ブーム上げパイロット圧が調整されてもよい。図４Ａで示す例では、ブーム上げパイロット圧は、点Ｘ１を過ぎた時点でゼロを下回り負値となる。この場合、ブーム４は下げ方向に動かされる。
【００７３】
また、図７（Ｂ）の実線で示すように時刻ｔ２以降に実際のアーム閉じ操作量が操作量Ａ１の近くで上下に変動する場合であっても、アーム用流量制御弁１７Ａは、図７（Ｂ）の一点鎖線で示すようにアーム閉じ操作量が操作量Ａ１で維持されているときとほぼ同じアーム閉じパイロット圧を受ける。本実施例では、コントローラ３０は、指令に基づいてバケット６の爪先速度と爪先角度を自動制御するためである。図７（Ｂ）の斜線領域は、実際のアーム閉じ操作量と操作量Ａ１との乖離幅を表す。この乖離幅は、コントローラ３０によるアームシリンダ８の自動的な伸縮に対応するアーム操作レバーの操作量に対応する。
【００７４】
設定されたバケット６の爪先の目標移動速度と目標移動方向を示す角度とを維持するためのアーム操作レバーの自動操作量（パイロット圧の自動調整前後の差）は作業環境によって変化する。つまり、図７（Ｂ）ではアーム閉じ操作量が操作量Ａ１で維持されているときとほぼ同じアーム閉じパイロット圧を受ける例を示したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、アーム閉じ操作量が所定の傾きで増加するように、或いは、アーム閉じ操作量が所定の傾きで減少するように、アーム閉じパイロット圧が調整されてもよい。
【００７５】
爪先速度は、時刻ｔ２以降は図７（Ｃ）に示すように目標移動速度としての爪先速度Ｖ１で一定に維持される。同様に、爪先角度は、時刻ｔ２以降は図７（Ｄ）に示すように目標移動方向を示す爪先角度Ｄ１で一定に維持される。図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）の一点鎖線は、アタッチメント動作制御処理が実行されない場合の時間的推移を示す。
【００７６】
この例では、実際のブーム上げ操作量が操作量Ｂ１から下方に乖離しているため、アタッチメント動作制御処理が実行されない場合には、爪先角度は、図７（Ｄ）の一点鎖線で示すように目標移動方向を示す爪先角度Ｄ１から徐々に乖離していく。これは、バケット６の爪先位置が徐々に深くなり、床掘り作業の負荷が徐々に大きくなることを意味する。そして、爪先速度は、床掘り作業の負荷の逓増に伴い、図７（Ｃ）の一点鎖線で示すように徐々に低下していく。コントローラ３０は、アタッチメント動作制御処理を実行することでこのような爪先角度の乖離及び爪先速度の低下を回避できる。また、仕上がり面が水平面ではなく傾斜面になってしまうのを防止できる。
【００７７】
以上の構成により、ショベルの操作者は、バケット６を水平面に沿って引き寄せるには実際のブーム上げ操作量が不足している場合であっても、あたかもバケット６を水平面に沿って引き寄せるのに適したブーム上げ操作量で操作したときと同じ掘削アタッチメントの動きを実現できる。バケット６を水平面に沿って遠ざけたり、或いは、バケット６を法面に沿って近づけたり若しくは遠ざけたりする場合についても同様である。
【００７８】
また、操作者は、コントローラ３０による支援を必要としない粗掘削作業と、コントローラ３０による支援を必要とする仕上げ掘削作業との切り替わりの際にその支援を有効或いは無効にするための特別な操作又は作業を要求されることもない。そのため、操作者は、コントローラ３０による支援の有効化・無効化を意識することなく粗掘削作業と仕上げ作業とを自由に切り替えながらも適切なタイミングでコントローラ３０による支援を受けることができる。したがって、本発明の実施例に係るショベルは作業効率を向上できる。
【００７９】
また、ショベルの操作者は、ブーム上げ操作量が不足していること、及び、コントローラ３０による自動制御が開始されたことに気付くこともないため、快適な操作感を得ることができる。但し、コントローラ３０は、ブームシリンダ７を自動的に伸縮させている場合にはその旨を操作者に伝えるようにしてもよい。例えば、車載ディスプレイ、車載スピーカ、ＬＥＤランプ等を用いてその旨を操作者に伝えてもよい。この場合、操作者は、ブーム上げ操作量が不足していることを認識でき、その事実を今後の操作技術の改善に役立てることができる。アームシリンダ８等の他の油圧アクチュエータを自動的に動作させている場合についても同様である。
【００８０】
コントローラ３０による自動制御は、操作者が望む掘削アタッチメントの動きを、操作者による実際の複合操作の内容に沿って実現するものであり、操作者による実際の複合操作の内容からかけ離れた動きを許容するものではない。例えば、目標移動方向及び目標移動速度は、操作者による実際の複合操作の内容に基づいて設定されるため、コントローラ３０によって実現される掘削アタッチメントの動きが操作者の望む動きから大きく逸脱することはない。また、ショベルの操作者は、アタッチメント動作制御処理が実行されている場合であっても、解除条件を満たすことによって所望のタイミングで掘削アタッチメントの動きを停止させ或いは掘削アタッチメントに別の動きを行わせることができる。そのため、ショベルの操作に関して違和感を抱くこともない。
【００８１】
次に、図８及び図９を参照しながら、コントローラ３０による自動制御の流れの一例について説明する。図８及び図９は、コントローラ３０による自動制御の流れを示すブロック図である。具体的には、図８及び図９は、コントローラ３０（例えば操作傾向判定部３２）が何れの操作レバーに基づいて目標移動速度を生成するかを決定し、決定した操作レバーに基づいて目標移動速度を生成しながら、操作傾向に基づいて決定した移動方向へ作業部位を移動させる場合の説明図である。
【００８２】
自動制御を開始すると、コントローラ３０は、図８に示すように、爪先目標移動速度、爪先目標移動方向及び現在のバケット６の爪先位置の三次元座標（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）に基づき、単位時間経過後の爪先位置の三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）を算出する。
【００８３】
コントローラ３０の操作傾向判定部３２は、レバー操作量に基づいて、各操作量が所定期間にわたって保持されたか否かを判定する。操作傾向判定部３２は、作業部位であるバケット６の爪先の位置の入力を受け、バケット６の爪先位置の動きが所定期間にわたって一定の動きとなるように保持されたか否かを判定してもよい。そして、各操作量が所定期間にわたって保持されたと判定した場合、操作傾向判定部３２は、爪先目標移動速度を生成する。
【００８４】
爪先目標移動速度は、例えば、操作傾向に基づいて生成される。爪先目標移動方向は、例えば、レバー操作に基づいて判定される。操作傾向は、例えば、レバー操作量に基づいて判定される。現在の爪先位置は、例えば、ブーム回転角度β１、アーム回転角度β２、及び、バケット回転角度β３に基づいて算出される。単位時間は、例えば、制御周期の整数倍に相当する時間である。なお、本実施例では、爪先位置のＹ座標の値は移動の前後で不変である。すなわち、単位時間経過後の爪先位置のＹ座標の値Ｙｅｒは、現在の爪先位置のＹ座標の値Ｙｅと同じである。本実施例では、コントローラ３０は、制御を開始する時点で、その後の爪先位置の移動経路を決定する。すなわち、将来の単位時間毎の各時点における爪先位置の座標値を決定する。但し、コントローラ３０は、単位時間毎に、将来の１又は複数の時点における爪先位置の座標値を算出し直してもよい。
【００８５】
また、コントローラ３０は、操作レバーの操作量とは無関係に、作業部位としてのバケット６の爪先の移動方向と移動速度とを自動制御する場合には、操作傾向判定部３２において目標移動方向と目標移動速度とを生成してもよい。
【００８６】
各操作量が所定期間にわたって保持されたと操作傾向判定部３２が判定しない場合、各油圧アクチュエータに対応するコントロールバルブ１７内の流量制御弁は、レバー操作量に応じて動かされる。
【００８７】
その後、コントローラ３０は、算出したＸ座標の値ＸｅｒとＺ座標の値Ｚｅｒに基づき、ブーム４、アーム５及びバケット６の回転動作に関する指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒを生成する。指令値β１ｒは、例えば、爪先位置を三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）に合わせることができたときのブーム４の回転角度を表す。指令値β２ｒ及び指令値β３ｒについても同様である。
【００８８】
コントローラ３０は、例えば、予め設定された計算式を用いて指令値を生成する。本実施例では、コントローラ３０は、上述の式（１）及び式（２）を用い、爪先位置を三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）に合わせることができたときの指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒを算出する。これは、Ｘ座標の値Ｘｅｒ及びＺ座標の値Ｚｅｒが何れも、指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒの関数であるという事実に基づく。この場合、コントローラ３０は、例えば、バケット回転角度β３を不変とし、且つ、ブーム回転角度β１及びアーム回転角度β２の双方を変化させるという前提の下で指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒを算出する。但し、コントローラ３０は、他の前提の下で指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒを算出してもよい。或いは、コントローラ３０は、爪先位置と、ブーム回転角度β１、アーム回転角度β２及びバケット回転角度β３との関係を予め記憶しているテーブルを参照して指令値を生成してもよい。
【００８９】
その後、コントローラ３０は、図９に示すように、ブーム回転角度β１、アーム回転角度β２及びバケット回転角度β３のそれぞれの実測値が、生成された指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒとなるようにブーム４、アーム５及びバケット６を動作させる。この場合、コントローラ３０は、式（３）〜式（５）を用いて、指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒに対応する指令値α１ｒ、α２ｒ、α３ｒを導き出してもよい。そして、コントローラ３０は、ブーム角度センサ、アーム角度センサ、バケット角度センサの出力である角度α１、α２、α３が、導出された指令値α１ｒ、α２ｒ、α３ｒとなるようにブーム４、アーム５、及びバケット６を動作させてもよい。
【００９０】
具体的には、コントローラ３０は、ブーム回転角度β１の現在値と指令値β１ｒとの差Δβ１に対応するブームシリンダパイロット圧指令を生成する。そして、ブームシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流を電磁弁５１としてのブーム電磁比例弁に対して出力する。ブーム電磁比例弁は、ブームシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧をブーム用流量制御弁１７Ｂに対して作用させる。
【００９１】
その後、ブーム電磁比例弁が生成したパイロット圧を受けたブーム用流量制御弁１７Ｂは、メインポンプ１４が吐出する作動油を、パイロット圧に対応する流れ方向及び流量でブームシリンダ７に供給する。ブームシリンダ７は、ブーム用流量制御弁１７Ｂを介して供給される作動油により伸縮する。ブーム角度センサは、伸縮するブームシリンダ７によって動かされるブーム４の角度α１を検出する。
【００９２】
その後、コントローラ３０は、ブーム角度センサが検出した角度α１を式（３）に代入してブーム回転角度β１を算出する。そして、ブームシリンダパイロット圧指令を生成する際に用いるブーム回転角度β１の現在値として、算出した値をフィードバックする。
【００９３】
なお、上述の説明は、指令値β１ｒに基づくブーム４の動作に関するものであるが、指令値β２ｒに基づくアーム５の動作、及び、指令値β３ｒに基づくバケット６の動作にも同様に適用可能である。そのため、指令値β２ｒに基づくアーム５の動作、及び、指令値β３ｒに基づくバケット６の動作の流れについてはその説明を省略する。
【００９４】
コントローラ３０は、図８に示すように、ポンプ吐出量導出部ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３を用いて、指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒからポンプ吐出量を導出してもよい。本実施例では、ポンプ吐出量導出部ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３は、予め登録されたテーブル等を用いて指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒからポンプ吐出量を導出する。ポンプ吐出量導出部ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３が導出したポンプ吐出量は合計され、合計ポンプ吐出量としてポンプ流量演算部に入力される。ポンプ流量演算部は、入力された合計ポンプ吐出量に基づいてメインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施例では、ポンプ流量演算部は、合計ポンプ吐出量に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を変更することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。
【００９５】
このように、コントローラ３０は、ブーム用流量制御弁１７Ｂ、アーム用流量制御弁１７Ａ及びバケット用流量制御弁の開口制御とメインポンプ１４の吐出量の制御とを同時に実行できる。そのため、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のそれぞれに適切な量の作動油を供給できる。
【００９６】
このように、コントローラ３０は、三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）の算出、指令値β１ｒ、β２ｒ、及びβ３ｒの生成、及び、メインポンプ１４の吐出量の決定を１制御サイクルとし、この制御サイクルを繰り返すことで自動制御を実行する。また、コントローラ３０は、姿勢検出装置Ｓ１の出力に基づいて爪先位置をフィードバック制御することで自動制御の精度を向上させることができる。具体的には、姿勢検出装置Ｓ１の出力に基づいてブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のそれぞれに流入する作動油の流量をフィードバック制御することで自動制御の精度を向上させることができる。
【００９７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施例に制限されることはない。上述した実施例は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、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。
【００９８】
例えば、上述の実施例では、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２６Ｂ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、バケット操作システム等にも同様に適用され得る。
【００９９】
パイロット圧作動型のコントロールバルブ１７は、アーム用流量制御弁１７Ａ（図３参照。）、ブーム用流量制御弁１７Ｂ（図３参照。）、バケット用流量制御弁等を含む。電磁弁６０は、パイロットポンプ１５とブーム用流量制御弁１７Ｂの左側（上げ側）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。電磁弁６２は、パイロットポンプ１５とブーム用流量制御弁１７Ｂの右側（下げ側）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。
【０１００】
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２６Ｂ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２６Ｂ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２６Ｂ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。
【０１０１】
具体的には、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ｂ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、ブーム用流量制御弁１７Ｂの左側（上げ側）パイロットポートに作用するパイロット圧を制御する。同様に、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ｂ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、ブーム用流量制御弁１７Ｂの右側（下げ側）パイロットポートに作用するパイロット圧を制御する。
【０１０２】
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２６Ｂ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、コントローラ３０が生成する電気信号であってもよく、コントローラ３０以外の外部の制御装置等が生成する電気信号であってもよい。
【０１０３】
図１１は、電気式操作装置を含む操作システムの別の構成例を示す。具体的には、図１１の操作システムは、ブーム操作システムの別の一例であり、主に、電磁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２６Ｂと、コントローラ３０とで構成されている。図１１の操作システムは、アーム操作システム、バケット操作システム等にも同様に適用され得る。
【０１０４】
電磁作動型のコントロールバルブ１７は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する電磁スプール弁で構成されたブーム用流量制御弁、アーム用流量制御弁、バケット用流量制御弁等を含む。
【０１０５】
図１１のブーム操作システムは、コントローラ３０がブーム用流量制御弁を直接的に制御する点で、図１０のブーム操作システムと異なる。図１０のブーム操作システムでは、コントローラ３０は、電磁弁６０又は電磁弁６２を介してブーム用流量制御弁１７Ｂ（図３参照。）を間接的に制御するように構成されている。
【０１０６】
図１１の構成では、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２６Ｂの操作信号生成部が出力する操作信号（電気信号）に応じてブーム操作信号（電気信号）を生成する。
【０１０７】
具体的には、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ｂ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）をブーム用流量制御弁に対して出力する。ブーム用流量制御弁は、ブーム上げ操作信号（電気信号）に応じたスプールストローク量だけ変位し、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油の流量を調整する。同様に、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ｂ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）をブーム用流量制御弁に対して出力する。ブーム用流量制御弁は、ブーム下げ操作信号（電気信号）に応じたスプールストローク量だけ変位し、ブームシリンダ７のロッド側油室に流入する作動油の流量を調整する。
【０１０８】
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２６Ｂ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、コントローラ３０が生成する電気信号であってもよく、コントローラ３０以外の外部の制御装置等が生成する電気信号であってもよい。
【０１０９】
このように、本発明の実施例に係るショベルは、電気式操作装置が採用される場合にも、油圧式操作装置が採用される場合と同様に動作可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１・・・下部走行体  １Ｌ・・・左側走行油圧モータ  １Ｒ・・・右側走行油圧モータ  ２・・・旋回機構  ２Ａ・・・旋回油圧モータ  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・・・レギュレータ  １４・・・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  １７Ａ・・・アーム用流量制御弁  １７Ｂ・・・ブーム用流量制御弁  １７Ｌ・・・左側パイロットポート  １７Ｒ・・・右側パイロットポート  ２６・・・操作装置  ２６Ａ・・・アーム操作レバー  ２６Ｂ・・・ブーム操作レバー  ２９・・・圧力センサ  ２９Ｌ、２９Ｒ・・・パイロット圧センサ  ３０・・・コントローラ  ３１・・・アタッチメント制御部  ３２・・・操作傾向判定部  ５０・・・調整機構  ５１、５２Ｌ、５２Ｒ・・・電磁弁  ６０、６２・・・電磁弁  Ｃ１〜Ｃ４、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、Ｃ２２・・・管路
【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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