(57)【要約】  ある局面に従う作業機械は、作業機と、作業機を操作する操作装置と、作業機を制御するコントローラとを備える。コントローラは、操作装置からの操作指令に基づいて作業機を上昇させる介入制御を実行し、介入制御から操作装置の操作指令に従う作業機の制御への切替を判定し、判定結果に基づく切替において操作装置の操作指令が作業機の上昇、もしくは中立指令であるか否かを判断し、判断結果に基づいて操作装置の操作指令が作業機の上昇、もしくは中立指令である場合には、介入制御による作業機の上昇目標速度と、操作装置の操作指令に従う目標速度との速度差を判断し、速度差が所定値以上である場合には、作業機の上昇目標速度が操作装置の操作指令に従う目標速度に徐々に変化するように調整する。
2019012699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機と、
前記作業機を操作する操作装置と、
前記作業機を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記操作装置からの操作指令に基づいて前記作業機を上昇させる介入制御を実行し、
前記介入制御から前記操作装置の操作指令に従う前記作業機の制御への切替を判定し、
判定結果に基づく前記切替において前記操作装置の操作指令が前記作業機の上昇、もしくは中立指令であるか否かを判断し、
判断結果に基づいて前記操作装置の操作指令が前記作業機の上昇、もしくは中立指令である場合には、前記介入制御による前記作業機の上昇目標速度と、前記操作装置の操作指令に従う目標速度との速度差を判断し、
前記速度差が所定値以上である場合には、前記作業機の上昇目標速度が前記操作装置の操作指令に従う目標速度に徐々に変化するように調整する、作業機械。
【請求項２】
前記コントローラは、
前記操作装置からの操作指令に基づいて前記作業機を上昇させる介入制御を実行する介入制御部と、
前記介入制御から前記操作装置の操作指令に従う前記作業機の制御への切替を判定する切替判定部と、
前記切替判定部の判定結果に基づく前記切替において前記操作装置の操作指令が前記作業機の上昇、もしくは中立指令であるか否かを判断する操作指令判断部と、
前記操作指令判断部の判断結果に基づいて前記操作装置の操作指令が前記作業機の上昇、もしくは中立指令である場合には、前記介入制御による前記作業機の上昇目標速度と、前記操作装置の操作指令に従う目標速度との速度差を判断する速度差判断部と、
前記速度差判断部の判断結果に基づいて前記速度差が所定値以上である場合には、前記作業機の上昇目標速度が前記操作装置の操作指令に従う目標速度に徐々に変化するように調整する速度調整部とを含む、請求項１記載の作業機械。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記速度差が前記所定値未満である場合には、前記作業機の上昇目標速度を前記操作装置の操作指令に従う目標速度に切り替える、請求項１記載の作業機械。
【請求項４】
作業機と、前記作業機を操作する操作装置とを備える、作業機械の制御方法であって、
前記操作装置からの操作指令に基づいて前記作業機を上昇させる介入制御を実行するステップと、
前記介入制御から前記操作装置の操作指令に従う前記作業機の制御への切替を判定するステップと、
判定結果に基づく前記切替において前記操作装置の操作指令が前記作業機の上昇、もしくは中立指令であるか否かを判断するステップと、
判断結果に基づいて前記操作装置の操作指令が前記作業機の上昇、もしくは中立指令である場合には、前記介入制御による前記作業機の上昇目標速度と、前記操作装置の操作指令に従う目標速度との速度差を判断するステップと、
前記速度差が所定値以上である場合には、前記作業機の上昇目標速度が前記操作装置の操作指令に従う目標速度に徐々に変化するように調整するステップとを備える、作業機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機を備えた作業機械および作業機械の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バケットを含むフロント装置を備える作業機械において、施工対象の目標形状を示す境界面に沿ってバケットを移動させる制御が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような制御を介入制御と称する。【０００３】
介入制御において、例えば施工対象の目標形状がなくなった場合や、オペレータの操作により作業機が目標形状を侵食しなくなった場合等には、介入制御を実行する必要がなくなる。作業機が目標形状を侵食しないように、作業機を上昇させる制御を実行する必要がなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１１１３８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
介入制御の実行が無くなった際、操作装置の操作指令に従う作業機の制御に切り替わる。【０００６】
介入制御による作業機を上昇させる速度と、操作装置の操作指令に従う作業機の上昇の速度との差によっては、制御の切り替わりの際に急激な速度変化が生じる可能性があり、オペレータに違和感を生じさせる可能性がある。【０００７】
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、オペレータの操作装置の操作の違和感を抑制することが可能な作業機械および作業機械の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある局面に従う作業機械は、作業機と、作業機を操作する操作装置と、作業機を制御するコントローラとを備える。コントローラは、操作装置からの操作指令に基づいて作業機を上昇させる介入制御を実行し、介入制御から操作装置の操作指令に従う作業機の制御への切替を判定し、判定結果に基づく切替において操作装置の操作指令が作業機の上昇、もしくは中立指令であるか否かを判断し、判断結果に基づいて操作装置の操作指令が作業機の上昇、もしくは中立指令である場合には、介入制御による作業機の上昇目標速度と、操作装置の操作指令に従う目標速度との速度差を判断し、速度差が所定値以上である場合には、作業機の上昇目標速度が操作装置の操作指令に従う目標速度に徐々に変化するように調整する。【０００９】
好ましくは、コントローラは、操作装置からの操作指令に基づいて作業機を上昇させる介入制御を実行する介入制御部と、介入制御から操作装置の操作指令に従う作業機の制御への切替を判定する切替判定部と、切替判定部の判定結果に基づく切替において操作装置の操作指令が作業機の上昇、もしくは中立指令であるか否かを判断する操作指令判断部と、操作指令判断部の判断結果に基づいて操作装置の操作指令が作業機の上昇、もしくは中立指令である場合には、介入制御による作業機の上昇目標速度と、操作装置の操作指令に従う目標速度との速度差を判断する速度差判断部と、速度差判断部の判断結果に基づいて速度差が所定値以上である場合には、作業機の上昇目標速度が操作装置の操作指令に従う目標速度に徐々に変化するように調整する速度調整部とを含む。【００１０】
好ましくは、コントローラは、速度差が所定値未満である場合には、作業機の上昇目標速度を操作装置の操作指令に従う目標速度に切り替える。【００１１】
ある局面に従う作業機械の制御方法は、作業機と、作業機を操作する操作装置とを備える、作業機械の制御方法であって、操作装置からの操作指令に基づいて作業機を上昇させる介入制御を実行するステップと、介入制御から操作装置の操作指令に従う作業機の制御への切替を判定するステップと、判定結果に基づく切替において操作装置の操作指令が作業機の上昇、もしくは中立指令であるか否かを判断するステップと、判断結果に基づいて操作装置の操作指令が作業機の上昇、もしくは中立指令である場合には、介入制御による作業機の上昇目標速度と、操作装置の操作指令に従う目標速度との速度差を判断するステップと、速度差が所定値以上である場合には、作業機の上昇目標速度が操作装置の操作指令に従う目標速度に徐々に変化するように調整するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１２】
作業機械および作業機械の制御方法は、オペレータの操作装置の操作の違和感を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に基づく作業機械の斜視図である。
【図２】実施形態に基づく油圧ショベル１００の制御システム２００および油圧システム３００の構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に基づくブームシリンダ１０の油圧回路３０１の一例を示す図である。
【図４】実施形態に基づく作業機コントローラ２６のブロック図である。
【図５】実施形態に基づく目標掘削地形データＵおよびバケット８を示す図である。
【図６】実施形態に基づくブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを説明するための図である。
【図７】実施形態に基づく制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔを説明するための図である。
【図８】実施形態に基づくバケット８と目標掘削地形４３Ｉとの関係を示す図である。
【図９】実施形態に基づくブーム６が動作する速度であるブーム目標速度Ｖｂｍと、時間ｔとの関係を示す図である。
【図１０】実施形態に基づく作業機械の制御方法を示すフローを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じであるためそれらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」とは、運転席に着座したオペレータを基準とする用語である。
【００１５】
＜作業機械の全体構成＞
図１は、実施形態に基づく作業機械の斜視図である。
【００１６】
図２は、実施形態に基づく油圧ショベル１００の制御システム２００および油圧システム３００の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示されるように、作業機械である油圧ショベル１００は、車両本体１と作業機２とを有する。
【００１８】
車両本体１は、旋回体である上部旋回体３と走行体としての走行装置５とを有する。上部旋回体３は、機関室３ＥＧの内部に、動力発生装置としての内燃機関および油圧ポンプ等の装置を収容している。機関室３ＥＧは、上部旋回体３の一端側に配置されている。
【００１９】
油圧ショベル１００は、動力発生装置としての内燃機関に、例えばディーゼルエンジン等が用いられるが、動力発生装置はこれに限定されない。
【００２０】
油圧ショベル１００の動力発生装置は、例えば、内燃機関と発電電動機と蓄電装置とを組み合わせたハイブリッド方式の装置でもよい。
【００２１】
油圧ショベル１００の動力発生装置は、内燃機関を有さず、蓄電装置と発電電動機とを組み合わせてもよい。
【００２２】
上部旋回体３は、運転室４を有する。運転室４は、上部旋回体３の他端側に設置されている。運転室４は、機関室３ＥＧが配置されている側とは反対側に設置されている。運転室４内には、図２に示される表示部２９および操作装置２５が配置される。
【００２３】
走行装置５は、上部旋回体３を支持する。走行装置５は、履帯５ａ、５ｂを有する。走行装置５は、左右に設けられた走行モータ５ｃの一方又は両方が履帯５ａ、５ｂを駆動して回転させることにより、油圧ショベル１００を走行させる。作業機２は、上部旋回体３の運転室４の側方に取り付けられる。
【００２４】
油圧ショベル１００は、履帯５ａ、５ｂの代わりにタイヤを備え、エンジンの駆動力を、トランスミッションを介してタイヤへ伝達して走行が可能な走行装置を備えてもよい。このような形態の油圧ショベル１００としては、例えば、ホイール式油圧ショベルがある。
【００２５】
油圧ショベル１００は、例えばバックホウローダでもよい。
上部旋回体３は、作業機２および運転室４が配置されている側が前であり、機関室３ＥＧが配置されている側が後である。前に向かって左側が上部旋回体３の左であり、前に向かって右側が上部旋回体３の右である。上部旋回体３の左右方向は、幅方向とも言う。油圧ショベル１００又は車両本体１は、上部旋回体３を基準として走行装置５側が下であり、走行装置５を基準として上部旋回体３側が上である。油圧ショベル１００の前後方向がｘ方向、幅方向がｙ方向、上下方向がｚ方向である。油圧ショベル１００が水平面に設置されている場合、下は鉛直方向である重力の作用方向側であり、上は鉛直方向とは反対側である。
【００２６】
作業機２は、ブーム６とアーム７と作業具であるバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に取り付けられる。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に取り付けられる。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が取り付けられる。バケット８は、バケットピン１５を中心として動く。バケット８は、バケットピン１５とは反対側に複数の刃８Ｂが取り付けられる。刃先８Ｔは、刃８Ｂの先端である。
【００２７】
実施形態において、作業機２が上昇するとは、作業機２が油圧ショベル１００の接地面から上部旋回体３に向かう方向に移動する動作を言う。作業機２が下降するとは、作業機２が油圧ショベル１００の上部旋回体３から接地面に向かう方向に移動する動作を言う。油圧ショベル１００の接地面は、履帯５ａ，５ｂの接地する部分における少なくとも３点で定義される平面である。
【００２８】
上部旋回体３を有さない作業機械である場合、作業機２が上昇するとは、作業機２が作業機械の接地面から離れる方向に移動する動作を言う。作業機２が下降するとは、作業機２が作業機械の接地面に接近する方向に移動する動作を言う。作業機械が履帯ではなく車輪を備える場合、接地面は、少なくとも３個の車輪が接地する部分で定義される平面である。
【００２９】
バケット８は、複数の刃８Ｂを有さなくてもよい。図１に示すような刃８Ｂを有しておらず、刃先が鋼板によってストレート形状に形成されたようなバケットでもよい。作業機２は、例えば、単数の刃を有するチルトバケットを備えてもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダを備え、バケットが左右にチルト傾斜することで油圧ショベルが傾斜地にあっても、斜面、平地を自由な形に成形、整地をすることができ、底板プレートによる転圧作業もできるバケットである。この他にも、作業機２は、バケット８の代わりに、法面バケット又は削岩用のチップを備えた削岩用のアタッチメント等を作業具として備えてもよい。
【００３０】
図１に示されるブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ作動油の圧力（以下、適宜、油圧という）によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０は、ブーム６を駆動して、これを昇降させる。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動して、アームピン１４の周りを動作させる。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動して、バケットピン１５の周りを動作させる。
【００３１】
ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２等の油圧シリンダと図２に示される油圧ポンプ３６，３７との間には、図２に示される方向制御弁６４が設けられる。方向制御弁６４は、油圧ポンプ３６，３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２等に供給される作動油の流量を制御するとともに、作動油が流れる方向を切り替える。方向制御弁６４は、走行モータ５ｃを駆動するための走行用方向制御弁と、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２および上部旋回体３を旋回させる旋回モータを制御するための作業機用方向制御弁とを含む。
【００３２】
図２に示される作業機コントローラ２６が、図２に示される制御弁２７を制御することにより、操作装置２５から方向制御弁６４に供給される作動油のパイロット圧が制御される。制御弁２７は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２の油圧系に設けられる。作業機コントローラ２６は、パイロット油路４５０に設けられた制御弁２７を制御することにより、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２の動作を制御することができる。実施形態においては、作業機コントローラ２６は、制御弁２７を閉じる制御により、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２を減速させる制御が可能である。
【００３３】
上部旋回体３の上部には、アンテナ２１，２２が取り付けられる。アンテナ２１，２２は、油圧ショベル１００の現在位置を検出するために用いられる。アンテナ２１，２２は、図２に示される、油圧ショベル１００の現在位置を検出するための位置検出部である位置検出装置１９と電気的に接続されている。
【００３４】
位置検出装置１９は、ＲＴＫ-ＧＮＳＳ（Real  Time  Kinematic-Global  Navigation  Satellite  Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムを言う）を利用して油圧ショベル１００の現在位置を検出する。以下の説明において、アンテナ２１，２２を、適宜、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２という。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号は、位置検出装置１９に入力される。位置検出装置１９は、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を検出する。位置検出装置１９は、例えば３次元位置センサを含む。
【００３５】
＜油圧システム３００＞
図２に示されるように、油圧ショベル１００の油圧システム３００は、動力発生源としての内燃機関３５と油圧ポンプ３６，３７とを備える。油圧ポンプ３６，３７は、内燃機関３５によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ３６，３７から吐出された作動油は、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とに供給される。
【００３６】
油圧ショベル１００は、旋回モータ３８を備える。旋回モータ３８は油圧モータであり、油圧ポンプ３６，３７から吐出された作動油によって駆動される。旋回モータ３８は、上部旋回体３を旋回させる。なお、図２では、２つの油圧ポンプ３６，３７が図示されているが、１つの油圧ポンプのみが設けられてもよい。旋回モータ３８は、油圧モータに限らず、電気モータでもよい。
【００３７】
＜制御システム２００＞
図２に示されるように、作業機械の制御システムである制御システム２００は、位置検出装置１９と、グローバル座標演算部２３と、操作装置２５と、実施形態に係る作業機械の制御装置である作業機コントローラ２６と、センサコントローラ３９と、表示コントローラ２８と、表示部２９とを含む。
【００３８】
操作装置２５は、図１に示される作業機２および上部旋回体３を操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２を操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２を駆動するためのオペレータによる操作を受け付けて、操作量に応じたパイロット油圧を出力する。
【００３９】
操作量に応じたパイロット油圧は、操作指令である。操作指令は、作業機２を動作させるための指令である。
【００４０】
操作指令は、操作装置２５によって生成される。操作装置２５は、オペレータによって操作させるので、操作指令は、マニュアル操作であるオペレータの操作によって作業機２を動作させるための指令である。
【００４１】
マニュアル操作による作業機２の制御は、操作装置２５からの操作指令に従う作業機２の制御である。作業機２の操作装置２５を操作することによる作業機２の制御である。
【００４２】
実施形態において、操作装置２５は、オペレータの左側に設置される左操作レバー２５Ｌと、オペレータの右側に配置される右操作レバー２５Ｒとを有する。左操作レバー２５Ｌおよび右操作レバー２５Ｒは、前後左右の動作がアーム７および旋回の２軸の動作に対応している。
【００４３】
例えば、右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、ブーム６の操作に対応している。右操作レバー２５Ｒが前方へ操作されるとブーム６が下がり、後方へ操作されるとブーム６が上がる。右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作に応じてブーム６の下げ上げの動作が実行される。
【００４４】
右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、バケット８の操作に対応している。右操作レバー２５Ｒが左側に操作されるとバケット８が掘削し、右側に操作されるとバケット８がダンプする。右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作に応じてバケット８の掘削又はダンプ動作が実行される。
【００４５】
左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、アーム７の操作に対応している。左操作レバー２５Ｌが前方に操作されるとアーム７がダンプし、後方に操作されるとアーム７が掘削する。
【００４６】
左操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、上部旋回体３の旋回の操作に対応している。左操作レバー２５Ｌが左側に操作されると左旋回し、右側に操作されると右旋回する。
【００４７】
実施形態において、操作装置２５は、パイロット油圧方式が用いられる。操作装置２５には、油圧ポンプ３６から減圧弁２５Ｖによって所定のパイロット圧力に減圧された作動油がブーム操作、バケット操作、アーム操作および旋回操作に基づいて供給される。
【００４８】
右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるブーム６の操作が受け付けられる。右操作レバー２５Ｒの操作量に応じて右操作レバー２５Ｒが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０に作動油が供給される。
【００４９】
圧力センサ６６は、パイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。
【００５０】
圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、ブーム操作量ＭＢとして作業機コントローラ２６へ送信する。右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作量を、以下、適宜、ブーム操作量ＭＢと称する。パイロット油路５０には、制御弁（以下、適宜、介入弁と称する）２７Ｃおよびシャトル弁５１が設けられる。介入弁２７Ｃおよびシャトル弁５１については後述する。
【００５１】
右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるバケット８の操作が受け付けられる。右操作レバー２５Ｒの操作量に応じて右操作レバー２５Ｒが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０に作動油が供給される。
【００５２】
圧力センサ６６は、パイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。
【００５３】
圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、バケット操作量ＭＴとして作業機コントローラ２６へ送信する。右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作量を、以下、適宜、バケット操作量ＭＴと称する。
【００５４】
左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるアーム７の操作が受け付けられる。左操作レバー２５Ｌの操作量に応じて左操作レバー２５Ｌが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０に作動油が供給される。
【００５５】
圧力センサ６６は、パイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。
【００５６】
圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、アーム操作量ＭＡとして作業機コントローラ２６へ送信する。左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作量を、以下、適宜、アーム操作量ＭＡと称する。
【００５７】
操作装置２５は、右操作レバー２５Ｒが操作されることにより、右操作レバー２５Ｒの操作量に応じた大きさのパイロット油圧を方向制御弁６４に供給する。
【００５８】
操作装置２５は、左操作レバー２５Ｌが操作されることにより、左操作レバー２５Ｌの操作量に応じた大きさのパイロット油圧を方向制御弁６４に供給する。操作装置２５から方向制御弁６４に供給されるパイロット油圧によって、方向制御弁６４が動作する。
【００５９】
制御システム２００は、第１ストロークセンサ１６と第２ストロークセンサ１７と第３ストロークセンサ１８とを有する。例えば、第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０に、第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１に、第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２にそれぞれ設けられる。
【００６０】
センサコントローラ３９は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）およびＲＯＭ（Read  Only  Memory）等の記憶部と、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等の処理部とを有する。
【００６１】
センサコントローラ３９は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長ＬＳ１から、油圧ショベル１００のローカル座標系、詳細には車両本体１のローカル座標系における水平面（ｘｙ平面）と直交する方向（ｚ軸方向）に対するブーム６の傾斜角度θ１を算出して、作業機コントローラ２６および表示コントローラ２８に出力する。
【００６２】
センサコントローラ３９は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長ＬＳ２から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角度θ２を算出して、作業機コントローラ２６および表示コントローラ２８に出力する。
【００６３】
センサコントローラ３９は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ長ＬＳ３から、アーム７に対するバケット８が有するバケット８の刃先８Ｔの傾斜角度θ３を算出して、作業機コントローラ２６および表示コントローラ２８に出力する。
【００６４】
傾斜角度θ１，θ２，θ３の検出は、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７および第３ストロークセンサ１８以外でも可能である。例えば、ポテンショメータ等の角度センサも、傾斜角度θ１，θ２，θ３を検出できる。
【００６５】
センサコントローラ３９には、ＩＭＵ（Inertial  Measurement  Unit：慣性計測装置）２４が接続されている。ＩＭＵ２４は、図１に示される油圧ショベル１００のｙ軸回りのピッチ、ｘ軸回りのロール等といった車体の傾斜情報を取得し、センサコントローラ３９に出力する。
【００６６】
作業機コントローラ２６は、ＲＡＭおよびＲＯＭ（Read  Only  Memory）等の記憶部２６Ｑと、ＣＰＵ等の処理部２６Ｐとを有する。
【００６７】
作業機コントローラ２６は、図２に示されるブーム操作量ＭＢ、バケット操作量ＭＴ、アーム操作量ＭＡに基づいて、介入弁２７Ｃおよび制御弁２７を制御する。
【００６８】
図２に示される方向制御弁６４は、例えば比例制御弁であり、操作装置２５から供給される作動油によって制御される。
【００６９】
方向制御弁６４は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２および旋回モータ３８等の油圧アクチュエータと、油圧ポンプ３６，３７との間に配置される。
【００７０】
方向制御弁６４は、油圧ポンプ３６，３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２および旋回モータ３８に供給される作動油の流量および方向を制御する。
【００７１】
制御システム２００が備える位置検出装置１９は、前述したＧＮＳＳアンテナ２１，２２を含む。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号がグローバル座標演算部２３に入力される。
【００７２】
ＧＮＳＳアンテナ２１は、自身の位置を示す基準位置データＰ１を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２２は、自身の位置を示す基準位置データＰ２を測位衛星から受信する。
【００７３】
ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、所定の周期で基準位置データＰ１、Ｐ２を受信する。基準位置データＰ１，Ｐ２は、ＧＮＳＳアンテナが設置されている位置の情報である。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、基準位置データＰ１、Ｐ２を受信する毎に、グローバル座標演算部２３に出力する。
【００７４】
グローバル座標演算部２３は、ＲＡＭおよびＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。グローバル座標演算部２３は、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２に基づいて、上部旋回体３の配置を示す旋回体配置データを生成する。
【００７５】
実施形態において、旋回体配置データには、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２の一方の基準位置データＰと、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２に基づいて生成された旋回体方位データＱとが含まれる。旋回体方位データＱは、上部旋回体３である作業機２が向いている方位を示している。
【００７６】
グローバル座標演算部２３は、所定の周期でＧＮＳＳアンテナ２１，２２から２つの基準位置データＰ１、Ｐ２を取得する毎に、旋回体配置データである基準位置データＰと旋回体方位データＱとを更新して、表示コントローラ２８に出力する。
【００７７】
表示コントローラ２８は、ＲＡＭおよびＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。表示コントローラ２８は、グローバル座標演算部２３から旋回体配置データである基準位置データＰおよび旋回体方位データＱを取得する。
【００７８】
実施形態において、表示コントローラ２８は、作業機位置データとして、バケット８の刃先８Ｔの３次元位置を示すバケット刃先位置データＳを生成する。表示コントローラ２８は、バケット刃先位置データＳと目標施工情報Ｔとを用いて、目標掘削地形データＵを生成する。
【００７９】
目標施工情報Ｔは、油圧ショベル１００が備える作業機２の作業対象、実施形態では掘削対象の仕上がりの目標となる情報である。目標施工情報Ｔは、例えば、油圧ショベル１００の施工対象の設計情報が挙げられる。作業機２の作業対象は、例えば、地面である。作業機２の作業としては、例えば、掘削作業および地面の均し作業が挙げられるが、これらに限定されない。
【００８０】
表示コントローラ２８は、目標掘削地形データＵに基づく表示用の目標掘削地形データＵａを導出し、表示用の目標掘削地形データＵａに基づいて、表示部２９に作業機２の作業対象の目標となる形状、例えば地形を表示させる。
【００８１】
表示部２９は、例えば、タッチパネルによる入力を受け付ける液晶表示装置であるが、これに限定されない。実施形態においては、表示部２９に隣接してスイッチ２９Ｓが設置されている。スイッチ２９Ｓは、後述する介入制御を実行したり、実行中の介入制御を停止するための入力装置である。
【００８２】
作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６からブーム操作量ＭＢ、バケット操作量ＭＴおよびアーム操作量ＭＡを取得する。作業機コントローラ２６は、センサコントローラ３９からブーム６の傾斜角度θ１、アーム７の傾斜角度θ２、バケット８の傾斜角度θ３を取得する。
【００８３】
作業機コントローラ２６は、表示コントローラ２８から、目標掘削地形データＵを取得する。目標掘削地形データＵは、目標施工情報Ｔのうち、油圧ショベル１００がこれから作業する範囲の情報である。
【００８４】
目標掘削地形データＵは、目標施工情報Ｔの一部である。目標掘削地形データＵは、目標施工情報Ｔと同様に作業機２の作業対象の仕上がりの目標となる形状を表す。この仕上がりの目標となる形状を、以下においては適宜、目標掘削地形と称する。
【００８５】
作業機コントローラ２６は、センサコントローラ３９から取得した作業機２の角度からバケット８の刃先８Ｔの位置（以下、適宜、刃先位置と称する）を算出する。
【００８６】
作業機コントローラ２６は、目標掘削地形データＵに沿ってバケット８の刃先８Ｔが移動するように、目標掘削地形データＵとバケット８の刃先８Ｔとの距離および作業機２の速度に基づいて作業機２の動作を制御する。
【００８７】
作業機コントローラ２６は、バケット８が目標掘削地形データＵである作業機２の作業対象の目標とする形状を侵食することを抑制するために、作業機２が施工対象に接近する方向の速度が制限速度以下になるように制御する。この制御を、適宜、介入制御と称する。
【００８８】
介入制御は、例えば、油圧ショベル１００のオペレータが、図２に示されるスイッチ２９Ｓを用いて介入制御を実行することを選択した場合に実行される。後述する目標掘削地形とバケット８との距離を算出する場合、バケット８の基準となる位置は刃先８Ｔに限らず任意の場所でよい。
【００８９】
介入制御において、作業機コントローラ２６は、目標掘削地形データＵに沿ってバケット８の刃先８Ｔが移動するように作業機２を制御するためにブーム指令信号ＣＢＩを生成して、図２に示される介入弁２７Ｃに出力する。
【００９０】
ブーム６は、ブーム指令信号ＣＢＩに応じて動作する。ブーム指令信号ＣＢＩに応じたブーム６の動作により、作業機２、より詳細にはバケット８の速度が制御される。バケット８と目標掘削地形データＵとの距離に応じて、バケット８が目標掘削地形データＵに近づく速度が制限される。
【００９１】
＜油圧回路３０１の構成＞
図３は、実施形態に基づくブームシリンダ１０の油圧回路３０１の一例を示す図である。
【００９２】
図３に示されるように、油圧回路３０１は、操作装置２５と方向制御弁６４との間にパイロット油路４５０が設けられる。方向制御弁６４は、ブームシリンダ１０に供給される作動油が流れる方向を制御する弁である。
【００９３】
実施形態において、方向制御弁６４は、ロッド状のスプール６４Ｓを移動させることにより、作動油が流れる方向を切り替えるスプール方式の弁である。
【００９４】
スプール６４Ｓは、図２に示される操作装置２５から供給された作動油（以下、適宜、パイロット油と称する）により移動する。方向制御弁６４は、スプール６４Ｓの移動により、ブームシリンダ１０に作動油を供給して、ブームシリンダ１０を動作させる。
【００９５】
パイロット油路５０およびパイロット油路４５０Ｂは、シャトル弁５１に接続している。
【００９６】
シャトル弁５１と方向制御弁６４の一方は、油路４５２Ｂによって接続される。方向制御弁６４の他方と操作装置２５とは、パイロット油路４５０Ａとパイロット油路４５２Ａによって接続される。パイロット油路５０には、介入弁２７Ｃが設けられる。介入弁２７Ｃは、パイロット油路５０のパイロット圧を調整する。
【００９７】
パイロット油路４５０Ｂには、圧力センサ６６Ｂおよび制御弁２７Ｂが設けられる。パイロット油路４５０Ａには、制御弁２７Ａと操作装置２５との間に圧力センサ６６Ａが設けられる。圧力センサ６６の検出値は、図２に示される作業機コントローラ２６に取得されて、ブームシリンダ１０の制御に用いられる。
【００９８】
圧力センサ６６Ａおよび圧力センサ６６Ｂは、図２に示される圧力センサ６６に対応する。制御弁２７Ａおよび制御弁２７Ｂは、図２に示される制御弁２７に対応する。
【００９９】
油圧ポンプ３６，３７から供給された作動油は、方向制御弁６４を介してブームシリンダ１０に供給される。スプール６４Ｓが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ１０のキャップ側油室４８Ｒに対する作動油の供給と、ロッド側油室４７Ｒに対する作動油の供給とが切り替わる。
【０１００】
スプール６４Ｓが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ１０に対する作動油の単位時間当たりの供給量である流量が調整される。ブームシリンダ１０に対する作動油の流量が調整されることにより、ブームシリンダ１０の動作速度が調整される。
【０１０１】
方向制御弁６４のスプール６４Ｓが第１の方向に移動すると、方向制御弁６４からキャップ側油室４８Ｒに作動油が供給され、ロッド側油室４７Ｒから方向制御弁６４に作動油が戻されると、ブームシリンダ１０のピストン１０Ｐはキャップ側油室４８Ｒからロッド側油室４７Ｒに向かって移動する。その結果、ピストン１０Ｐに接続されたロッド１０Ｌがブームシリンダ１０から伸長する。
【０１０２】
方向制御弁６４のスプール６４Ｓが、操作装置２５からの指令に基づき第１の方向とは反対方向である第２の方向に移動すると、キャップ側油室４８Ｒから方向制御弁６４に作動油が戻される。方向制御弁６４からロッド側油室４７Ｒに作動油が供給されると、ブームシリンダ１０のピストン１０Ｐは、ロッド側油室４７Ｒからキャップ側油室４８Ｒに向かって移動する。その結果、ピストン１０Ｐに接続されたロッド１０Ｌがブームシリンダ１０に縮退する。このように、方向制御弁６４のスプール６４Ｓの移動方向が調整されることにより、ブームシリンダ１０の動作方向が変更される。
【０１０３】
方向制御弁６４のスプール６４Ｓの移動量が調整されることにより、ブームシリンダ１０に供給され、ブームシリンダ１０から方向制御弁６４に戻される作動油の流量が変更されるので、ブームシリンダ１０の動作速度であるピストン１０Ｐおよびロッド１０Ｌの移動速度が変更される。
【０１０４】
前述したように、方向制御弁６４の動作は、操作装置２５によって制御される。図２に示される油圧ポンプ３６から吐出され、減圧弁２５Ｖによって減圧された作動油がパイロット油として操作装置２５に供給される。
【０１０５】
操作装置２５は、各操作レバーの操作に基づいて、パイロット油圧を調整する。調整されたパイロット油圧によって、方向制御弁６４が駆動される。操作装置２５によりパイロット油圧の大きさおよびパイロット油圧の方向が調整されることによって、軸方向に関するスプール６４Ｓの移動量および移動方向が調整される。その結果、ブームシリンダ１０の動作速度および動作方向が変更される。
【０１０６】
作業機コントローラ２６は、介入制御において、前述したように、掘削対象の目標形状である設計地形を示す目標掘削地形（目標掘削地形データＵ）とバケット８の位置を求めるための傾斜角度θ１，θ２，θ３とに基づき、目標掘削地形４３Ｉとバケット８との距離に応じてバケット８が目標掘削地形４３Ｉに近づく速度が小さくなるように、ブーム６の速度を制限する。
【０１０７】
実施形態において、操作装置２５の操作に基づいて作業機２が動作する場合、バケット８の刃先８Ｔが目標掘削地形４３Ｉに侵入しないように、作業機コントローラ２６はブーム指令信号ＣＢＩを生成し、これを用いてブーム６の動作を制御する。
【０１０８】
詳細には、作業機コントローラ２６は、介入制御において刃先８Ｔが目標掘削地形４３Ｉに侵入しないように、ブーム６を上昇させる。介入制御において実行されるブーム６を上昇させる制御を、適宜、ブーム介入制御と称する。
【０１０９】
実施形態において、作業機コントローラ２６がブーム介入制御を実現するために、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御に関するブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃに出力する。
【０１１０】
介入弁２７Ｃは、パイロット油路５０のパイロット油圧を調整可能である。シャトル弁５１は、２つの入口５１Ｉａ，５１Ｉｂと、１つの出口５１Ｅとを有する。一方の入口５１Ｉａは、介入弁２７Ｃと接続される。他方の入口５１Ｉｂは、制御弁２７Ｂと接続される。出口５１Ｅは、方向制御弁６４に接続される油路４５２Ｂと接続される。
【０１１１】
シャトル弁５１は、２つの入口５１Ｉａ，５１Ｉｂのうち、パイロット油圧が高い方と、油路４５２Ｂとを接続する。
【０１１２】
例えば、入口５１Ｉａのパイロット油圧が入口５１Ｉｂのパイロット油圧よりも高い場合、シャトル弁５１は、介入弁２７Ｃと油路４５２Ｂとを接続する。その結果、介入弁２７Ｃを通過したパイロット油がシャトル弁５１を介して油路４５２Ｂに供給される。入口５１Ｉｂのパイロット油圧が入口５１Ｉａのパイロット油圧よりも高い場合、シャトル弁５１は、制御弁２７Ｂと油路４５２Ｂとを接続する。その結果、制御弁２７Ｂを通過したパイロット油がシャトル弁５１を介して油路４５２Ｂに供給される。
【０１１３】
ブーム介入制御が実行されないとき、操作装置２５の操作によって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるようにする。例えば、作業機コントローラ２６は、操作装置２５の操作によって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるように、制御弁２７Ｂによりパイロット油路４５０Ｂを開ける（全開にする）とともに、介入弁２７Ｃを制御してパイロット油路５０を閉じる。
【０１１４】
ブーム介入制御が実行されるとき、作業機コントローラ２６は、介入弁２７Ｃによって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるように制御弁２７を制御する。例えば、ブーム介入制御であるバケット８の目標掘削地形４３Ｉへの移動を制限する制御を実行する場合、作業機コントローラ２６は、介入弁２７Ｃによって調整されたパイロット油路５０のパイロット油圧が、操作装置２５によって調整されるパイロット油路４５０Ｂのパイロット油圧よりも高くなるように、介入弁２７Ｃを制御する。このようにすることで、介入弁２７Ｃからのパイロット油がシャトル弁５１を介して方向制御弁６４に供給される。
【０１１５】
作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御を実行する場合、例えばブーム６を上昇させるための速度指令であるブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃを制御する。このようにすることで、ブームシリンダ１０の方向制御弁６４は、ブーム指令信号ＣＢＩに対応した速度でブーム６が上昇するように作動油をブームシリンダ１０に供給するので、ブームシリンダ１０はブーム６を上昇させる。
【０１１６】
ブームシリンダ１０の油圧回路３０１を説明したが、アームシリンダ１１の油圧回路およびバケットシリンダ１２の油圧回路は、ブームシリンダ１０の油圧回路３０１から介入弁２７Ｃ、シャトル弁５１およびパイロット油路５０を除いた構成である。
【０１１７】
ブーム介入制御は、介入制御において実行されるブーム６を上昇させる制御であるが、介入制御において、作業機コントローラ２６は、ブーム６の上昇に加えて又はブーム６の上昇の代わりに、アーム７およびバケット８の少なくとも一方を上昇させてもよい。
【０１１８】
介入制御において、作業機コントローラ２６は、作業機２を構成するブーム６、アーム７およびバケット８の少なくとも１つを上昇させることにより、作業機２の作業対象の目標形状、実施形態では目標掘削地形４３Ｉから離れる方向に作業機２を移動させる。
【０１１９】
実施形態において、操作装置２５の操作に基づいて作業機２が動作する場合、作業機コントローラ２６が作業機２を構成するブーム６、アーム７およびバケット８の少なくとも１つを動作させる制御を介入制御と称する。
【０１２０】
介入制御は、操作装置２５の操作であるマニュアル操作に基づいて作業機２が動作する場合に、作業機コントローラ２６が作業機を動作させる制御である。前述したブーム介入制御は、介入制御の一態様である。
【０１２１】
図４は、実施形態に基づく作業機コントローラ２６のブロック図である。
図５は、実施形態に基づく目標掘削地形データＵおよびバケット８を示す図である。
【０１２２】
図６は、実施形態に基づくブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを説明するための図である。
図７は、実施形態に基づく制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔを説明するための図である。
【０１２３】
作業機コントローラ２６は、判定部２６Ｊと制御部２６ＣＮＴとを含む。制御部２６ＣＮＴは、相対位置算出部２６Ａ、距離算出部２６Ｂ、目標速度算出部２６Ｃ、介入速度算出部２６Ｄ、介入指令算出部２６Ｅ、介入速度修正部２６Ｆを含む。
【０１２４】
判定部２６Ｊ、相対位置算出部２６Ａ、距離算出部２６Ｂ、目標速度算出部２６Ｃ、介入速度算出部２６Ｄ、介入指令算出部２６Ｅ、介入速度修正部２６Ｆの機能は、図２に示される、作業機コントローラ２６の処理部２６Ｐが実現する。
【０１２５】
介入制御が実行されるにあたって、作業機コントローラ２６は、ブーム操作量ＭＢ、アーム操作量ＭＡ、バケット操作量ＭＴ、表示コントローラ２８から取得した目標掘削地形データＵ、バケット刃先位置データＳおよびセンサコントローラ３９から取得した傾斜角度θ１，θ２，θ３を用いて、介入制御に必要なブーム指令信号ＣＢＩを生成し、必要に応じてアーム指令信号およびバケット指令信号を生成し、制御弁２７および介入弁２７Ｃを駆動して作業機２を制御する。
【０１２６】
相対位置算出部２６Ａは、表示コントローラ２８からバケット刃先位置データＳを取得し、センサコントローラ３９から傾斜角度θ１，θ２，θ３を取得する。相対位置算出部２６Ａは、取得した傾斜角度θ１，θ２，θ３からバケット８の刃先８Ｔの位置である刃先位置Ｐｂを求める。
【０１２７】
距離算出部２６Ｂは、相対位置算出部２６Ａによって求められた刃先位置Ｐｂと、表示コントローラ２８から取得した目標掘削地形データＵとから、バケット８の刃先８Ｔと、目標施工情報Ｔの一部である目標掘削地形データＵで表される目標掘削地形４３Ｉとの間の最短となる距離ｄを算出する。距離ｄは、刃先位置Ｐｂと、目標掘削地形４３Ｉに直交し、かつ刃先位置Ｐｂを通る直線と、目標掘削地形データＵとが交差する位置Ｐｕとの距離である。
【０１２８】
目標掘削地形４３Ｉは、上部旋回体３の前後方向で規定され、かつ掘削対象位置Ｐｄｇを通る作業機２の平面と、複数の目標施工面で表される目標施工情報Ｔとの交線から求められる。
【０１２９】
より詳細には、前述した交線のうち、目標施工情報Ｔの掘削対象位置Ｐｄｇの前後における単数又は複数の変曲点とその前後の線が目標掘削地形４３Ｉである。
【０１３０】
図５に示される例では、２個の変曲点Ｐｖ１、Ｐｖ２とその前後の線とが目標掘削地形４３Ｉである。掘削対象位置Ｐｄｇは、バケット８の刃先８Ｔの位置である刃先位置Ｐｂの直下の点である。このように、目標掘削地形４３Ｉは、目標施工情報Ｔの一部である。目標掘削地形４３Ｉは、図２に示される表示コントローラ２８が生成する。
【０１３１】
目標速度算出部２６Ｃは、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍと、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍと、バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔとを決定する。ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブームシリンダ１０が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍは、アームシリンダ１１が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケットシリンダ１２が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブーム操作量ＭＢに応じて算出される。アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍは、アーム操作量ＭＡに応じて算出される。バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケット操作量ＭＴに応じて算出される。
【０１３２】
介入速度算出部２６Ｄは、バケット８の刃先８Ｔと目標掘削地形４３Ｉとの間の距離ｄに基づいて、ブーム６の制限速度（ブーム制限速度）Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。
【０１３３】
図６に示されるように、介入速度算出部２６Ｄは、図１に示される作業機２全体の制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔから、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍおよびバケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔを減算することにより、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。
【０１３４】
制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、バケット８の刃先８Ｔが目標掘削地形４３Ｉに接近する方向において許容できる刃先８Ｔの移動速度である。
【０１３５】
制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、図７に示されるように、距離ｄが正の場合は負の値である作業機２が下降する場合の下降速度であり、距離ｄが負の場合は正の値である作業機２が上昇する場合の上昇速度である。
【０１３６】
距離ｄが負の値とは、バケット８が目標掘削地形４３Ｉを侵食した状態である。制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、距離ｄが小さくなるにしたがって、速度の絶対値が小さくなり、距離ｄが負の値になると、距離ｄの絶対値が大きくなるにしたがって速度の絶対値が大きくなる。
【０１３７】
判定部２６Ｊは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正するか否かを判定する。
判定部２６Ｊがブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正すると判定した場合、介入速度修正部２６Ｆはブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正して出力する。補正後のブーム制限速度は、Ｖｃｙ＿ｂｍ’で表される。
【０１３８】
判定部２６Ｊがブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正しないと判定した場合、介入速度修正部２６Ｆはブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正しないで出力する。介入指令算出部２６Ｅは、介入速度修正部２６Ｆによって求められたブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍから、ブーム指令信号ＣＢＩを生成する。
【０１３９】
ブーム指令信号ＣＢＩは、介入弁２７Ｃの開度を、ブーム６がブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍで上昇するために必要なパイロット圧力をシャトル弁５１に作用させるために必要な大きさとするための指令である。ブーム指令信号ＣＢＩは、実施形態において、ブーム指令速度に応じた電流値である。
【０１４０】
判定部２６Ｊは、切替判定部２６Ｋと、操作指令判断部２６Ｌと、速度差判断部２６Ｍとを含む。
【０１４１】
切替判定部２６Ｋは、介入制御が不要となるか否かを判定する。
操作指令判断部２６Ｌは、オペレータが右操作レバー２５Ｒに対してブーム６を上昇させる操作あるいは中立操作をしているか否かを判断する。中立操作は、上昇あるいは下降させる操作をしていない状態である。右操作レバー２５Ｒが中間位置にある状態である。
【０１４２】
速度差判断部２６Ｍは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍと、オペレータによる右操作レバー２５Ｒに対するブーム６を上昇させる操作に従うブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍとの速度差を判断する。あるいは、速度差判断部２６Ｍは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍと、オペレータによる右操作レバー２５Ｒに対する中立操作に従うブーム目標速度０との速度差を判断する。具体的には、当該速度差が閾値Ｄｒ以上か否かを判断する。
【０１４３】
実施例において、判定部２６Ｊは、介入制御が不要となる場合において、オペレータが右操作レバー２５Ｒに対するブーム６を上昇させる操作をしている場合に、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍと、オペレータによる右操作レバー２５Ｒに対するブーム６を上昇させる操作に従うブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍとの速度差が閾値Ｄｒ以上である場合には、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正する。また、判定部２６Ｊは、介入制御が不要となる場合において、オペレータが右操作レバー２５Ｒに対する中立操作をしている場合に、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍと、オペレータによる右操作レバー２５Ｒに対する中立操作に従うブーム目標速度０との速度差が閾値Ｄｒ以上である場合には、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正する。
【０１４４】
＜ブーム介入制御の態様＞
図８は、実施形態に基づくバケット８と目標掘削地形４３Ｉとの関係を示す図である。
【０１４５】
図８に示されるように、介入制御は、バケット８が目標掘削地形４３Ｉを侵食しないようにバケット８を移動させる制御である。作業機コントローラ２６が介入制御を実行している場合、バケット８が目標掘削地形４３Ｉを侵食しようとすると、作業機コントローラ２６はブーム介入制御を実行する。
【０１４６】
介入制御は、図８に示されるように、オペレータ操作により作業機が目標掘削地形４３Ｉを侵食しようとする場合に実行される。
【０１４７】
介入制御は、バケット８が、図８に示される矢印Ｙの方向に移動することによってオペレータ操作により作業機が目標掘削地形４３Ｉを侵食しない状況になると実行されない。
【０１４８】
オペレータ操作により作業機が目標掘削地形４３Ｉを侵食しない状況になると介入制御は不要になる。
【０１４９】
作業機コントローラ２６が介入制御を実行している場合に、油圧ショベル１００のオペレータが作業機２およびバケット８を上向きに移動させる操作を実行していることがある。
【０１５０】
図８に示されるように目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が外れた場合に介入制御が解除されると、介入制御からマニュアル操作による作業機２の制御に切り替わる。
【０１５１】
介入制御からマニュアル操作による作業機２の制御への切り替わりの際、急激な速度変化は結果として、オペレータに違和感を生じさせる。
【０１５２】
図９は、実施形態に基づくブーム６が動作する速度であるブーム目標速度Ｖｂｍと、時間ｔとの関係を示す図である。
【０１５３】
図９に示されるように、縦軸がブーム目標速度Ｖｂｍであり、横軸が時間ｔである。ブーム目標速度Ｖｂｍは、正の値をとる場合にブーム６が上昇する速度である上昇速度を表し、負の値をとる場合にブーム６が下降する速度である下降速度を表す。
【０１５４】
ブーム６は作業機２の一部であるため、ブーム目標速度Ｖｂｍは、作業機２の速度である。ブーム６の上昇速度は作業機２の上昇速度に対応し、ブーム６の下降速度は作業機２の下降速度に対応する。
【０１５５】
実施形態において、作業機２の上昇速度および下降速度を、作業機２の移動速度と称する。作業機２の移動速度は、作業機２が上昇するときは正の値をとり、下降するときは負の値をとる。
【０１５６】
作業機コントローラ２６は、目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が外れた場合、ブーム介入制御が不要となる場合には、ブーム目標速度Ｖｂｍを油圧ショベル１００のオペレータの操作によって決定されるブーム目標速度Ｖｂｏｐに設定する。
【０１５７】
作業機コントローラ２６は、所定条件の場合にブーム目標速度Ｖｂｍを、ブーム介入制御が不要となる前のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ１から一定の変化率ＶＲＣで減少させて、ブーム目標速度Ｖｂｏｐに設定する。
【０１５８】
ブーム介入制御が不要となる場合には、作業機２に対する介入制御から操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御に切り替える。
【０１５９】
実施形態において、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御が不要になった場合に、操作装置２５からの操作指令がブーム６の上昇指令あるいは中立指令である場合には、ブーム介入制御に従うブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ１と、オペレータの操作によって決定されるブーム目標速度Ｖｂｏｐあるいは０とを比較する。そして、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ１と、ブーム目標速度Ｖｂｏｐあるいは０との差分Ｄを算出する。ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ１とブーム目標速度Ｖｂｏｐあるいは０との差分Ｄが大きいほど速度変化が大きいことを意味する。
【０１６０】
実施形態においては、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ１とブーム目標速度Ｖｂｏｐあるいは０との差分Ｄが閾値Ｄｒ以上であるか否かを判断する。
【０１６１】
作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御が不要になった場合に、操作装置２５からの操作指令がブーム６の上昇指令あるいは中立指令である場合に、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ１とブーム目標速度Ｖｂｏｐあるいは０との差分Ｄが閾値Ｄｒ以上である場合には、ブーム介入制御が不要となる前のブーム目標速度Ｖｂｍを一定の変化率ＶＲＣで減少させてオペレータが指示するブーム目標速度Ｖｂｏｐに変化させる。
【０１６２】
ブーム６が上昇する場合であるブーム目標速度Ｖｂｍが正の場合、変化率ＶＲＣでブーム目標速度Ｖｂｍを変化させると上昇速度は減少するので、変化率ＶＲＣは上昇速度の減少率を表す。
【０１６３】
操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御に切り替わる結果、速度変化が大きい場合にはブーム６が急激に速度を減速するので、オペレータは違和感を覚える。
【０１６４】
ブーム介入制御の実行中、かつオペレータがブーム６を上昇させる操作あるいは中立操作をしている場合に、目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が外れてブーム介入制御が不要になると、ブーム目標速度Ｖｂｍは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ１から徐々にオペレータが指示するブーム目標速度Ｖｂｏｐあるいは０まで変化する。その結果、ブーム６の急激な減速が緩和されるので、オペレータの違和感が低減される。
【０１６５】
また、ブーム６の急激な減速による衝撃も低減することが可能となり、バケット８に積載されている土砂への影響も緩和できる。
【０１６６】
詳細には、図４に示される作業機コントローラの介入速度算出部２６Ｄは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。
【０１６７】
次に、図４に示される作業機コントローラ２６の判定部２６Ｊにおいて、切替判定部２６Ｋは、ブーム介入制御が不要となるか否かを判定する。操作指令判断部２６Ｌは、ブーム介入制御が不要となる場合においてオペレータが右操作レバー２５Ｒに対してブーム６を上昇させる操作あるいは中立操作をしているか否かを判断する。速度差判断部２６Ｍは、ブーム介入制御が不要となる場合においてオペレータが右操作レバー２５Ｒに対してブーム６を上昇させる操作あるいは中立操作をしている場合に、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍと、オペレータによるブーム６を上昇させる操作に従うブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍあるいは中立操作に従うブーム目標速度０との速度差を判断する。
【０１６８】
速度差判断部２６Ｍは、速度差が閾値Ｄｒ以上であると判断した場合に、判定部２６Ｊは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正すると判定して介入速度修正部２６Ｆにブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正するように指示する。
【０１６９】
制御部２６ＣＮＴの介入速度修正部２６Ｆは、補正後のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ’を求め、制御部２６ＣＮＴの介入指令算出部２６Ｅに出力する。
【０１７０】
制御部２６ＣＮＴの介入指令算出部２６Ｅは、補正後のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ’を用いてブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃを制御する。このような処理により、作業機コントローラ２６は、ブーム６の上昇速度を変化させる。
【０１７１】
具体的には、介入速度修正部２６Ｆは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍから変化率ＶＲＣに従ってブーム目標速度Ｖｂｏｐに変化するように制御する。
【０１７２】
変化率ＶＲＣが大きいと、ブーム介入制御が不要になった場合においてブーム６の上昇は速やかに停止するがブーム目標速度Ｖｂｏｐの変化が急になるため、衝撃が発生したり、オペレータが違和感を覚えたりする。
【０１７３】
このため、変化率ＶＲＣは、ブーム目標速度Ｖｂｏｐへの変化が急になり過ぎない範囲に設定される。実施形態において、変化率ＶＲＣは、例えばオペレータの官能評価によって決定されるが、変化率ＶＲＣを決定する方法はこのような方法に限定されない。
【０１７４】
＜実施形態に基づく作業機械の制御方法＞
図１０は、実施形態に基づく作業機械の制御方法を示すフローを説明する図である。
【０１７５】
図１０に示されるように、実施形態に係る作業機械の制御方法は、作業機コントローラ２６によって実現される。
【０１７６】
ステップＳ２において、図４に示される作業機コントローラ２６の切替判定部２６Ｋは、ブーム介入制御が不要であるか否かを判定する。切替判定部２６Ｋが、ブーム介入制御が不要であると判定した場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）には、ステップＳ４において、操作指令判断部２６Ｌは、オペレータがブーム６を上昇させる操作あるいは中立操作をしているか否かを判断する（ステップＳ４）。
【０１７７】
ステップＳ４において、操作指令判断部２６Ｌは、オペレータがブーム６を上昇させる操作あるいは中立操作をしていると判断した場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）には、速度差判断部２６Ｍは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍと、オペレータによるブーム６を上昇させる操作に従うブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍあるいはブーム目標速度０との速度差を判断する（ステップＳ５）。
【０１７８】
速度差判断部２６Ｍは、当該速度差が閾値Ｄｒ以上か否かを判断する（ステップＳ６）。
【０１７９】
ステップＳ６において、速度差判断部２６Ｍは、速度差が閾値Ｄｒ以上であると判断した場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）には、ステップＳ８において、作業機コントローラ２６の介入指令算出部２６Ｅは、介入速度修正部２６Ｆによって求められた補正後のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ’からブーム指令信号ＣＢＩを生成し、ブーム指令信号に基づき介入弁２７Ｃを制御する。
【０１８０】
そして、処理を終了する（エンド）。
一方、ステップＳ２において、切替判定部２６Ｋが、ブーム介入制御が不要でないと判定した場合（ステップＳ２においてＹＮＯ）には、ステップＳ１６において、作業機コントローラ２６の介入指令算出部２６Ｅは、補正しないブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを用いてブーム指令信号ＣＢＩに基づき介入弁２７Ｃを制御する。
【０１８１】
一方、ステップＳ４において、オペレータがブーム６を上昇させる操作あるいは中立操作をしていないと判断した場合（ステップＳ４においてＮＯ）、あるいは、ステップＳ６において、速度差が閾値Ｄｒ未満であると判断した場合（ステップＳ６においてＮＯ）には、作業機コントローラ２６は、操作レバーの指令に従う目標速度を用いて、ブーム指令信号ＣＢＩを生成し、ブーム指令信号に基づき介入弁２７Ｃを制御する（ステップＳ１２）。
【０１８２】
そして、処理を終了する（エンド）。
【０１８３】
＜電気方式の操作レバー＞
実施形態において、操作装置２５はパイロット油圧方式の操作レバーを有するが、電気方式の左操作レバー２５Ｌａおよび右操作レバー２５Ｒａを有してもよい。
【０１８４】
左操作レバー２５Ｌａおよび右操作レバー２５Ｒａが電気方式である場合、それぞれの操作量は、それぞれポテンショメータによって検出される。ポテンショメータによって検出された左操作レバー２５Ｌａおよび右操作レバー２５Ｒａの操作量は、作業機コントローラ２６によって取得される。
【０１８５】
電気方式の操作レバーの操作信号を検出した作業機コントローラ２６は、パイロット油圧方式と同様の制御を実行する。
【０１８６】
以上、実施形態は、介入制御が不要となる場合において、オペレータが右操作レバー２５Ｒに対してブーム６を上昇させる操作あるいは中立操作をしている場合に、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍと、ブーム６を上昇させる操作に従うブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍあるいは中立操作に従うブーム目標速度０との速度差が閾値Ｄｒ以上である場合には、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正する。ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを一定の変化率ＶＲＣで減少させてオペレータが指示するブーム目標速度Ｖｂｏｐあるいは０に変化させる。
【０１８７】
作業機２は、ブーム６、アーム７、バケット８を有しているが、作業機２に装着されるアタッチメントはこれに限られず、バケット８には限定されない。作業機械は作業機を有していればよく、油圧ショベル１００に限定されない。
【０１８８】
今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに制限されるものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１８９】
１  車両本体、２  作業機、３  上部旋回体、４  運転室、５  走行装置、６  ブーム、７  アーム、８  バケット、１０  ブームシリンダ、１１  アームシリンダ、１２  バケットシリンダ、１３  ブームピン、１４  アームピン、１５  バケットピン、１６  第１ストロークセンサ、１７  第２ストロークセンサ、１８  第３ストロークセンサ、１９  位置検出装置、２６  作業機コントローラ、２６Ａ  相対位置算出部、２６Ｂ  距離算出部、２６Ｃ  目標速度算出部、２６ＣＮＴ  制御部、２６Ｄ  介入速度算出部、２６Ｅ  介入指令算出部、２６Ｆ  介入速度修正部、２６Ｊ  判定部、２６Ｋ  切替判定部、２６Ｌ  操作指令判断部、２６Ｍ  速度差判断部、２６Ｐ  処理部、２６Ｑ  記憶部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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