(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブームとアームとバケットとを有する作業機を備える作業機械の制御装置であって、
前記バケットと目標掘削地形との距離データを取得する距離取得部と、
前記距離データに基づいて前記バケットの刃先目標速度を決定する刃先目標速度決定部と、
前記作業機を操作するための操作量を取得する操作量取得部と、
前記刃先目標速度と前記操作量取得部で取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいてブーム目標速度を算出するブーム目標速度演算部と、
前記バケットと目標掘削地形との距離の時間積分に基づいて前記ブーム目標速度の補正量を算出する補正量演算部と、
前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて前記補正量を制限する補正量制限部と、
前記補正量で補正された前記ブーム目標速度に基づいて前記ブームを駆動するブームシリンダを駆動する指令を出力する作業機制御部と、
を備える作業機械の制御装置。
【請求項２】
前記作業機制御部は、前記バケットの刃先が前記目標掘削地形を掘り込んでいる状態から前記バケットの刃先が目標掘削地形に戻るように前記ブームシリンダを駆動する指令を出力して前記ブームを上げ動作させ、
前記補正量制限部は、前記ブームの上げ動作において前記補正量を制限する、
請求項１に記載の作業機械の制御装置。
【請求項３】
前記補正量制限部は、前記距離に基づいて前記補正量の上限値を算出し、
前記作業機制御部は、前記補正量演算部で算出された前記補正量が前記補正量制限部で算出された前記上限値を超えるときに前記上限値に基づいて前記ブームシリンダを駆動する指令を出力し、前記補正量が前記上限値以下であるときに前記補正量に基づいて前記ブームシリンダを駆動する指令を出力する、
請求項１又は請求項２に記載の作業機械の制御装置。
【請求項４】
前記補正量制限部は、前記距離が小さいほど前記補正量の上限値を小さくする、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項５】
前記補正量制限部は、アーム操作量又はアーム速度に基づいて前記補正量の上限値を変更する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項６】
前記補正量制限部は、前記バケットの重量に基づいて前記補正量の上限値を変更する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項７】
前記補正量制限部は、前記刃先目標速度に基づいて前記補正量の上限値を算出し、
前記刃先目標速度が小さいほど前記上限値を小さくする、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項８】
ブームとアームとバケットとを有する作業機と、
前記ブームを駆動するブームシリンダと、
前記アームを駆動するアームシリンダと、
前記バケットを駆動するバケットシリンダと、
前記作業機を支持する上部旋回体と、
前記上部旋回体を支持する下部走行体と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記バケットと目標掘削地形との距離データを取得する距離取得部と、
前記距離データに基づいて前記バケットの刃先目標速度を決定する刃先目標速度決定部と、
前記作業機を操作するための操作量を取得する操作量取得部と、
前記刃先目標速度と前記操作量取得部で取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいてブーム目標速度を算出するブーム目標速度演算部と、
前記バケットと目標掘削地形との距離の時間積分に基づいて前記ブーム目標速度の補正量を算出する補正量演算部と、
前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて前記補正量を制限する補正量制限部と、
前記補正量で補正された前記ブーム目標速度に基づいて前記ブームシリンダを駆動する指令を出力する作業機制御部と、
を備える作業機械。
【請求項９】
ブームとアームとバケットとを有する作業機を備える作業機械の制御方法であって、
前記バケットと目標掘削地形との距離データを取得することと、
前記距離データに基づいて前記バケットの刃先目標速度を決定することと、
前記刃先目標速度と取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方基づいてブーム目標速度を算出することと、
前記バケットと目標掘削地形との距離の時間積分に基づいて前記ブーム目標速度の補正量を算出することと、
前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて前記補正量を制限することと、
前記補正量で補正された前記ブーム目標速度に基づいて前記ブームを駆動するブームシリンダを駆動する指令を出力することと、
を含む作業機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械の制御装置、作業機械、及び作業機械の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルのような作業機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形（設計面）に沿ってバケットの刃先が移動するように作業機を制御する作業機械が知られている。【０００３】
本明細書においては、目標掘削地形に沿ってバケットの刃先が移動するように作業機を制御することを、整地アシスト制御、と呼ぶこととする。整地アシスト制御においては、現在のバケットの刃先位置と目標掘削地形との距離からバケットの刃先目標速度が決定され、決定された刃先目標速度とオペレータによるアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方に応じたバケットの刃先速度に対抗する刃先速度とが加算され、その加算値からブーム目標速度が算出される。更に、過去のバケットの刃先位置と目標掘削地形との距離の時間積分による補正量を使ってブーム目標速度を補正（積分補償）し、積分補償されたブーム目標速度に基づいてブームシリンダが制御される。積分補償を使った整地アシスト制御においては、バケットの刃先が目標掘削地形を掘り込んだ場合、ブームが上げ動作するようにブームシリンダが制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１６７７１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
油圧ショベルにおいては、油圧の応答遅れ又は油圧機器の駆動時のヒステリシス等に起因して、油圧シリンダを制御する制御信号に対する油圧シリンダの応答遅れが存在する。特に、油圧シリンダを加速状態から減速状態にする動作をする場合の油圧シリンダの応答遅れが顕著である。そのため、積分補償による補正量の割合が多い場合、過補償となり、バケットの刃先が目標掘削地形から離れ過ぎてしまう現象が発生する場合がある。【０００６】
例えば、バケットの刃先が目標掘削地形を掘り込んでいる状態からバケットの刃先が目標掘削地形に戻るように整地アシスト制御によりブームが上げ動作される場合、バケットの刃先が目標掘削地形を超えている時間が長いと、バケットの刃先が目標掘削地形に戻ったときに補正量が過大となり、ブームを加速状態から減速状態にした場合に、ブーム目標速度が減らずにブームが上げ過ぎとなってしまい、バケットの刃先が目標掘削地形から過度に浮き上がってしまう現象が発生する。その結果、作業機によって掘削されない部分が発生し、目標掘削地形とは異なる状態で整地されてしまうこととなる。【０００７】
本発明の態様は、整地アシスト制御において、バケットの刃先が掘り込んだ状態から目標掘削地形に戻るときの刃先の浮き上がりを防止して、掘削精度の低下を抑制できる作業機械の制御装置、作業機械、及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】
本発明の第１の態様に従えば、ブームとアームとバケットとを有する作業機を備える作業機械の制御装置であって、前記バケットと目標掘削地形との距離データを取得する距離取得部と、前記距離データに基づいて前記バケットの刃先目標速度を決定する刃先目標速度決定部と、前記作業機を操作するための操作量を取得する操作量取得部と、前記刃先目標速度と前記操作量取得部で取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいてブーム目標速度を算出するブーム目標速度演算部と、前記バケットと目標掘削地形との距離の時間積分に基づいて前記ブーム目標速度の補正量を算出する補正量演算部と、前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて前記補正量を制限する補正量制限部と、前記補正量で補正された前記ブーム目標速度に基づいて前記ブームを駆動するブームシリンダを駆動する指令を出力する作業機制御部と、を備える作業機械の制御装置が提供される。【０００９】
本発明の第２の態様に従えば、ブームとアームとバケットとを有する作業機と、前記ブームを駆動するブームシリンダと、前記アームを駆動するアームシリンダと、前記バケットを駆動するバケットシリンダと、前記作業機を支持する上部旋回体と、前記上部旋回体を支持する下部走行体と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記バケットと目標掘削地形との距離データを取得する距離取得部と、前記距離データに基づいて前記バケットの刃先目標速度を決定する刃先目標速度決定部と、前記作業機を操作するための操作量を取得する操作量取得部と、前記刃先目標速度と前記操作量取得部で取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいてブーム目標速度を算出するブーム目標速度演算部と、前記バケットと目標掘削地形との距離の時間積分に基づいて前記ブーム目標速度の補正量を算出する補正量演算部と、前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて前記補正量を制限する補正量制限部と、前記補正量で補正された前記ブーム目標速度に基づいて前記ブームを駆動するブームシリンダを駆動する指令を出力する作業機制御部と、を備える作業機械が提供される。【００１０】
本発明の第３の態様に従えば、ブームとアームとバケットとを有する作業機を備える作業機械の制御方法であって、前記バケットと目標掘削地形との距離データを取得することと、前記距離データに基づいて前記バケットの刃先目標速度を決定することと、前記刃先目標速度と取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方基づいてブーム目標速度を算出することと、前記バケットと目標掘削地形との距離の時間積分に基づいて前記ブーム目標速度の補正量を算出することと、前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて前記補正量を制限することと、前記補正量で補正された前記ブーム目標速度に基づいて前記ブームを駆動するブームシリンダを駆動する指令を出力することと、を含む作業機械の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の態様によれば、整地アシスト制御において、バケットの刃先が掘り込んだ状態から目標掘削地形に戻るときの刃先の浮き上がりを防止して、掘削精度の低下を抑制できる作業機械の制御装置、作業機械、及び作業機械の制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を模式的に示す側面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を模式的に示す背面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る整地アシスト制御を説明するための模式図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る油圧システムの一例を示す模式図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る油圧システムの一例を示す模式図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る制御システムの一例を示す機能ブロック図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る目標掘削地形データ生成部の処理を説明するための模式図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る距離と刃先目標速度との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る油圧ショベルの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る制御システムの一例を示す制御ブロック図である。
【図１２】図１２は、比較例に係る距離及び補正量の変化の様子を示す図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る距離及び補正量の変化の様子を示す図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係るオフセット量と圧力センサの検出値との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る操作装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００１４】
［作業機械］
図１は、本実施形態に係る作業機械１００の一例を示す斜視図である。本実施形態においては、作業機械１００が油圧ショベルである例について説明する。以下の説明においては、作業機械１００を適宜、油圧ショベル１００、と称する。
【００１５】
図１に示すように、油圧ショベル１００は、油圧により作動する作業機１と、作業機１を支持する車体２と、車体２を支持する走行装置３と、作業機１を操作するための操作装置４０と、作業機１を制御する制御装置５０とを備える。車体２は、走行装置３に支持された状態で旋回軸ＲＸを中心に旋回可能である。車体２は、走行装置３の上に配置される。以下の説明においては、車体２を適宜、上部旋回体２、と称し、走行装置３を適宜、下部走行体３、と称する。
【００１６】
上部旋回体２は、オペレータが搭乗する運転室４と、エンジン及び油圧ポンプ等が収容される機械室５と、手すり６とを有する。運転室４は、オペレータが着座する運転席４Ｓを有する。機械室５は、運転室４の後方に配置される。手すり６は、機械室５の前方に配置される。
【００１７】
下部走行体３は、一対のクローラ７を有する。クローラ７の回転により、油圧ショベル１００が走行する。なお、下部走行体３が車輪（タイヤ）でもよい。
【００１８】
作業機１は、上部旋回体２に支持される。作業機１は、刃先１０を有するバケット１１と、バケット１１に連結されるアーム１２と、アーム１２に連結されるブーム１３とを有する。バケット１１の刃先１０は、バケット１１に設けられた凸形状の刃の先端部でもよい。バケット１１の刃先１０は、バケット１１に設けられたストレート形状の刃の先端部でもよい。
【００１９】
バケット１１とアーム１２とはバケットピンを介して連結される。バケット１１は、回転軸ＡＸ１を中心に回転可能にアーム１２に支持される。アーム１２とブーム１３とはアームピンを介して連結される。アーム１２は、回転軸ＡＸ２を中心に回転可能にブーム１３に支持される。ブーム１３と上部旋回体２とはブームピンを介して連結される。ブーム１３は、回転軸ＡＸ３を中心に回転可能に車体２に支持される。
【００２０】
回転軸ＡＸ１と、回転軸ＡＸ２と、回転軸ＡＸ３とは、平行である。回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３と、旋回軸ＲＸと平行な軸とは、直交する。以下の説明においては、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の軸方向を適宜、上部旋回体２の車幅方向、と称し、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３及び旋回軸ＲＸの両方と直交する方向を適宜、上部旋回体２の前後方向、と称する。運転席４Ｓに着座したオペレータを基準として作業機１が存在する方向が前方向である。
【００２１】
なお、バケット１１は、チルトバケットでもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダの作動により、車幅方向にチルト傾斜可能なバケットである。傾斜地において油圧ショベル１００が稼働する場合、バケット１１が車幅方向にチルト傾斜することにより、斜面又は平地を自由に成形又は整地することができる。
【００２２】
操作装置４０は、運転室４に配置される。操作装置４０は、油圧ショベル１００のオペレータに操作される操作部材を含む。操作部材は、操作レバー又はジョイスティックを含む。操作部材が操作されることにより、作業機１が操作される。
【００２３】
制御装置５０は、コンピュータシステムを含む。制御装置５０は、ＣＰＵ（central  processing  unit）のようなプロセッサと、ＲＯＭ（read  only  memory）又はＲＡＭ（random  access  memory）のような記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す側面図である。図３は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す背面図である。
【００２５】
図１及び図２に示すように、油圧ショベル１００は、作業機１を駆動する油圧シリンダ２０を有する。油圧シリンダ２０は、作動油によって駆動される。油圧シリンダ２０は、バケット１１を駆動するバケットシリンダ２１と、アーム１２を駆動するアームシリンダ２２と、ブーム１３を駆動するブームシリンダ２３とを含む。
【００２６】
図２に示すように、油圧ショベル１００は、バケットシリンダ２１に配置されたバケットシリンダストロークセンサ１４と、アームシリンダ２２に配置されたアームシリンダストロークセンサ１５と、ブームシリンダ２３に配置されたブームシリンダストロークセンサ１６とを有する。バケットシリンダストロークセンサ１４は、バケットシリンダ２１のストローク長であるバケットシリンダ長を検出する。アームシリンダストロークセンサ１５は、アームシリンダ２２のストローク長であるアームシリンダ長を検出する。ブームシリンダストロークセンサ１６は、ブームシリンダ２３のストローク長であるブームシリンダ長を検出する。
【００２７】
図２及び図３に示すように、油圧ショベル１００は、上部旋回体２の位置を検出する位置検出装置３０を備える。位置検出装置３０は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の位置を検出する車体位置検出器３１と、上部旋回体２の姿勢を検出する姿勢検出器３２と、上部旋回体２の方位を検出する方位検出器３３とを含む。
【００２８】
グローバル座標系（ＸｇＹｇＺｇ座標系）とは、ＧＰＳ（Global  Positioning  System：全地球測位システム）により規定される絶対位置を示す座標系である。ローカル座標系（ＸＹＺ座標系）とは、油圧ショベル１００の上部旋回体２の基準位置Ｐｓとした相対位置を示す座標系である。上部旋回体２の基準位置Ｐｓは、例えば、上部旋回体２の旋回軸ＲＸに設定される。なお、上部旋回体２の基準位置Ｐｓは、回転軸ＡＸ３に設定されてもよい。位置検出装置３０によって、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の３次元位置、水平面に対する上部旋回体２の傾斜角度、及び基準方位に対する上部旋回体２の方位が検出される。
【００２９】
車体位置検出器３１は、ＧＰＳ受信機を含む。車体位置検出器３１は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の３次元位置を検出する。車体位置検出器３１は、上部旋回体２のＸｇ方向の位置、Ｙｇ方向の位置、及びＺｇ方向の位置を検出する。
【００３０】
上部旋回体２に複数のＧＰＳアンテナ３１Ａが設けられる。ＧＰＳアンテナ３１Ａは、上部旋回体２の手すり６に設けられる。なお、ＧＰＳアンテナ３１Ａは、機械室５の後方に配置されたカウンタウェイトの上に配置されてもよい。ＧＰＳアンテナ３１Ａは、ＧＰＳ衛星から電波を受信して、受信した電波に基づく信号を車体位置検出器３１に出力する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１Ａから供給された信号に基づいて、グローバル座標系で規定されるＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１を検出する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１に基づいて、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。
【００３１】
ＧＰＳアンテナ３１Ａは、車幅方向に２つ設けられる。車体位置検出器３１は、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ａ及び他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ｂのそれぞれを検出する。車体位置検出器３１Ａは、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとに基づいて演算処理を実施して、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇ及び方位を検出する。本実施形態において、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、設置位置Ｐ１ａである。なお、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、設置位置Ｐ１ｂでもよい。
【００３２】
姿勢検出器３２は、ＩＭＵ（Inertial  Measurement  Unit）を含む。姿勢検出器３２は、上部旋回体２に設けられる。姿勢検出器３２は、運転室４の下部に配置される。姿勢検出器３２は、水平面（ＸｇＹｇ平面）に対する上部旋回体２の傾斜角度を検出する。水平面に対する上部旋回体２の傾斜角度は、車幅方向における上部旋回体２の傾斜角度θａと、前後方向における上部旋回体２の傾斜角度θｂと、を含む。
【００３３】
方位検出器３３は、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ａと他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ｂとに基づいて、グローバル座標系で規定される基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する機能を有する。基準方位は、例えば北である。方位検出器３３は、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとに基づいて演算処理を実施して、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。方位検出器３３は、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとを結ぶ直線を算出し、算出した直線と基準方位とがなす角度に基づいて、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。
【００３４】
なお、方位検出器３３は、位置検出装置３０とは別体でもよい。方位検出器３３は、磁気センサを用いて上部旋回体２の方位を検出してもよい。
【００３５】
油圧ショベル１００は、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を検出する刃先位置検出器３４を備える。
【００３６】
本実施形態において、刃先位置検出器３４は、バケットシリンダストロークセンサ１４の検出結果と、アームシリンダストロークセンサ１５の検出結果と、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果と、バケット１１の長さＬ１１と、アーム１２の長さＬ１２と、ブーム１３の長さＬ１３とに基づいて、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を算出する。
【００３７】
刃先位置検出器３４は、バケットシリンダストロークセンサ１４で検出されたバケットシリンダ長に基づいて、アーム１２に対するバケット１１の刃先１０の傾斜角θ１１を算出する。刃先位置検出器３４は、アームシリンダストロークセンサ１５で検出されたアームシリンダ長に基づいて、ブーム１３に対するアーム１２の傾斜角θ１２を算出する。刃先位置検出器３４は、ブームシリンダストロークセンサ１６で検出されたブームシリンダ長に基づいて、上部旋回体２のＺ軸に対するブーム１３の傾斜角θ１３を算出する。
【００３８】
バケット１１の長さＬ１１は、バケット１１の刃先１０と回転軸ＡＸ１（バケットピン）との距離である。アーム１２の長さＬ１２は、回転軸ＡＸ１（バケットピン）と回転軸ＡＸ２（アームピン）との距離である。ブーム１３の長さＬ１３は、回転軸ＡＸ２（アームピン）と回転軸ＡＸ３（ブームピン）との距離である。
【００３９】
刃先位置検出器３４は、傾斜角θ１１、傾斜角θ１２、傾斜角θ１３、長さＬ１１、長さＬ１２、及び長さＬ１３に基づいて、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を算出する。
【００４０】
また、刃先位置検出器３４は、位置検出装置３０で検出された上部旋回体２の絶対位置Ｐｇと、上部旋回体２の基準位置Ｐｓと刃先１０との相対位置とに基づいて、刃先１０の絶対位置Ｐｂを算出する。絶対位置Ｐｇと基準位置Ｐｓとの相対位置は、油圧ショベル１００の諸元データから導出される既知データである。したがって、刃先位置検出器３４は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇと、上部旋回体２の基準位置Ｐｓと刃先１０との相対位置と、油圧ショベル１００の諸元データとに基づいて、刃先１０の絶対位置Ｐｂを算出可能である。
【００４１】
なお、刃先位置検出器３４は、ポテンショメータ傾斜計等の角度センサを含んでもよい。その角度センサが、バケット１１の傾斜角θ１１、アーム１２の傾斜角θ１２、及びブーム１３の傾斜角θ１３を検出してもよい。
【００４２】
［整地アシスト制御］
図４は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の動作を示す模式図である。本実施形態において、制御装置５０は、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形（設計面）に沿ってバケット１１の刃先１０が移動するように作業機１を整地アシスト制御する。制御装置５０は、例えばＰＩ制御（proportional-integral  control）によって、作業機１を整地アシスト制御する。
【００４３】
操作装置４０が操作されることにより、バケット１１のダンプ動作、バケット１１の掘削動作、アーム１２のダンプ動作、アーム１２の掘削動作、ブーム１３の上げ動作、及びブーム１３の下げ動作が実行される。
【００４４】
本実施形態において、操作装置４０は、運転席４Ｓに着座したオペレータの右側に配置される右操作レバーと、左側に配置される左操作レバーとを含む。右操作レバーが前後方向に動かされると、ブーム１３は下げ動作及び上げ動作を行う。右操作レバーが左右方向（車幅方向）に動かされると、バケット１１は掘削動作及びダンプ動作を行う。左操作レバーが前後方向に動かされると、アーム１２はダンプ動作及び掘削動作を行う。左操作レバーが左右方向に動かされると、上部旋回体２は左旋回及び右旋回する。なお、左操作レバーが前後方向に動かされた場合に上部旋回体２が右旋回及び左旋回し、左操作レバーが左右方向に動かされた場合にアーム１２がダンプ動作及び掘削動作を行ってもよい。
【００４５】
整地アシスト制御においては、バケット１１及びアーム１２は、オペレータによる操作装置４０の操作に基づいて駆動される。ブーム１３は、オペレータによる操作装置４０の操作及び制御装置５０による制御の少なくとも一方に基づいて駆動される。
【００４６】
図４に示すように、掘削対象を掘削する場合、バケット１１及びアーム１２は掘削動作される。制御装置５０は、操作装置４０の操作によりバケット１１及びアーム１２が掘削動作されている状態で、目標掘削地形に沿ってバケット１１の刃先１０が移動するように、ブーム１０の動きに介入する制御を行う。図４に示す例では、制御装置５０は、バケット１１及びアーム１２が掘削動作されている状態で、ブーム１３が上げ動作するように、ブームシリンダ２３を制御する。
【００４７】
［油圧システム］
次に、本実施形態に係る油圧システム３００の一例について説明する。バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームシリンダ２３を含む油圧シリンダ２０は、油圧システム３００により作動する。油圧シリンダ２０は、操作装置４０により操作される。
【００４８】
本実施形態において、操作装置４０は、パイロット油圧方式の操作装置である。以下の説明においては、油圧シリンダ２０（バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームムシリンダ２３）を作動するためにその油圧シリンダ２０に供給される油を適宜、作動油、と称する。方向制御弁４１により、油圧シリンダ２０に対する作動油の供給量が調整される。方向制御弁４１は、供給される油によって作動する。以下の説明においては、方向制御弁４１を作動するためにその方向制御弁４１に供給される油を適宜、パイロット油、と称する。また、パイロット油の圧力を適宜、パイロット油圧、と称する。
【００４９】
図５は、アームシリンダ２２を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。操作装置４０の操作により、アーム１２は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。アームシリンダ２２が伸びることにより、アーム１２が掘削動作し、アームシリンダ２２が縮むことにより、アーム１２がダンプ動作する。
【００５０】
油圧システム３００は、方向制御弁４１を介してアームシリンダ２２に作動油を供給する可変容量型のメイン油圧ポンプ４２と、パイロット油を供給するパイロット油圧ポンプ４３と、方向制御弁４１に対するパイロット油圧を調整する操作装置４０と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂと、油路４４Ａ，４４Ｂに配置された圧力センサ４６Ａ，４６Ｂと、制御装置５０とを備える。メイン油圧ポンプ４２は、図示しないエンジン等の原動機により駆動する。
【００５１】
方向制御弁４１は、作動油が流れる方向を制御する。メイン油圧ポンプ４２から供給された作動油は、方向制御弁４１を介して、アームシリンダ２２に供給される。方向制御弁４１は、ロッド状のスプールを動かして作動油が流れる方向を切り替えるスプール方式である。スプールが軸方向に移動することにより、アームシリンダ２２のキャップ側油室２０Ａ（油路４７Ａ）に対する作動油の供給と、ロッド側油室２０Ｂ（油路４７Ｂ）に対する作動油の供給とが切り替わる。なお、キャップ側油室２０Ａとは、シリンダヘッドカバーとピストンとの間の空間である。ロッド側油室２０Ｂとは、ピストンロッドが配置される空間である。また、スプールが軸方向に移動することにより、アームシリンダ２２に対する作動油の供給量（単位時間当たりの供給量）が調整される。アームシリンダ２２に対する作動油の供給量が調整されることにより、シリンダ速度が調整される。
【００５２】
方向制御弁４１は、操作装置４０によって操作される。パイロット油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が操作装置４０に供給される。なお、メイン油圧ポンプ４２から送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置４０に供給されてもよい。操作装置４０は、パイロット油圧調整弁を含む。操作装置４０の操作量に基づいて、パイロット油圧が調整される。そのパイロット油圧によって、方向制御弁４１が駆動される。操作装置４０によりパイロット油圧が調整されることによって、軸方向に関するスプールの移動量及び移動速度が調整される。
【００５３】
方向制御弁４１は、第１受圧室及び第２受圧室を有する。油路４４Ａのパイロット油圧によってスプールが駆動し、第１受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第１受圧室に作動油が供給される。油路４４Ｂのパイロット油圧によってスプールが駆動し、第２受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第２受圧室に作動油が供給される。
【００５４】
圧力センサ４６Ａは、油路４４Ａのパイロット油圧を検出する。圧力センサ４６Ｂは、油路４４Ｂのパイロット油圧を検出する。圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号は、制御装置５０に出力される。
【００５５】
操作装置４０の操作レバーが中立位置より一方側に動かされると、その操作レバーの操作量に応じたパイロット油圧が方向制御弁４１のスプールの第１受圧室に作用する。操作装置４０の操作レバーが中立位置より他方側に動かされると、その操作レバーの操作量に応じたパイロット油圧が方向制御弁４１のスプールの第２受圧室に作用する。
【００５６】
方向制御弁４１のスプールは、操作装置４０によって調整されたパイロット油圧に応じた距離だけ動く。例えば、第１受圧室にパイロット油圧が作用することにより、アームシリンダ２２のキャップ側油室２０Ａにメイン油圧ポンプ４２からの作動油が供給され、アームシリンダ２２が伸びる。アームシリンダ２２が伸びると、アーム１２は掘削動作する。第２受圧室にパイロット油圧が作用することにより、アームシリンダ２２のロッド側油室２０Ｂに、メイン油圧ポンプ４２からの作動油が供給され、アームシリンダ２２が縮む。アームシリンダ２２が縮むと、アーム１２はダンプ動作する。方向制御弁４１のスプールの移動量に基づいて、メイン油圧ポンプ４２から方向制御弁４１を介してアームシリンダ２２に供給される単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。単位時間当たりの作動油の供給量が調整されることによって、シリンダ速度が調整される。
【００５７】
バケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００は、アームシリンダ２２を作動する油圧システム３００と同様の構成である。操作装置４０の操作により、バケット１１は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。バケットシリンダ２１が伸びることにより、バケット１１が掘削動作し、バケットシリンダ２１が縮むことにより、バケット１１がダンプ動作する。バケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００についての詳細な説明は省略する。
【００５８】
図６は、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。操作装置４０の操作により、ブーム１３は、上げ動作及び下げ動作の２種類の動作を実行する。方向制御弁４１は、第１受圧室及び第２受圧室を有する。油路４４Ａのパイロット油圧によってスプールが駆動し、第１受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第１受圧室に作動油が供給される。油路４４Ｂのパイロット油圧によってスプールが駆動し、第２受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第２受圧室に作動油が供給される。メイン油圧ポンプ４２から供給された作動油は、方向制御弁４１を介して、ブームシリンダ２３に供給される。方向制御弁４１のスプールが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ２３のキャップ側油室２０Ａ（油路４７Ｂ）に対する作動油の供給と、ロッド側油室２０Ｂ（油路４７Ａ）に対する作動油の供給とが切り替わる。第１受圧室に作動油が供給された場合、油路４７Ａを介してロッド側油室２０Ｂに作動油が供給されてブームシリンダ１３が縮むことにより、ブーム１３が下げ動作する。第２受圧室に作動油が供給された場合、油路４７Ｂを介してキャップ側油室２０Ａに作動油が供給されてブームシリンダ１３が伸びることにより、ブーム１３が上げ動作する。
【００５９】
図６に示すように、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００は、メイン油圧ポンプ４２と、パイロット油圧ポンプ４３と、方向制御弁４１と、方向制御弁４１に対するパイロット油圧を調整する操作装置４０と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃに配置された制御弁４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃと、油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃに配置された圧力センサ４６Ａ，４６Ｂと、制御弁４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃを制御する制御装置５０とを備える。
【００６０】
制御弁４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃは、電磁比例制御弁である。制御弁４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃは、制御装置５０からの指令信号に基づいて、パイロット油圧を調整する。制御弁４５Ａは、油路４４Ａのパイロット油圧を調整する。制御弁４５Ｂは、油路４４Ｂのパイロット油圧を調整する。制御弁４５Ｃは、油路４４Ｃのパイロット油圧を調整する。
【００６１】
図５を参照して説明したように、操作装置４０が操作されることにより、操作装置４０の操作量に応じたパイロット油圧が方向制御弁４１に作用する。方向制御弁４１のスプールは、パイロット油圧に応じて移動する。スプールの移動量に基づいて、メイン油圧ポンプ４２から方向制御弁４１を介してブームシリンダ２３に供給される単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。
【００６２】
制御装置５０は、制御弁４５Ａを制御して、第１受圧室に作用するパイロット油圧を減圧調整可能である。制御装置５０は、制御弁４５Ｂを制御して、第２受圧室に作用するパイロット油圧を減圧調整可能である。図６に示す例では、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧が制御弁４５Ａによって減圧されることによって、方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット油圧が制御弁４５Ａによって減圧されることによって、ブーム１３の下げ動作が制限される。同様に、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット油圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、ブーム１３の上げ動作が制限される。制御装置５０は、圧力センサ４６Ａの検出信号に基づいて、制御弁４５Ａを制御する。制御装置５０は、圧力センサ４６Ｂの検出信号に基づいて、制御弁４５Ｂを制御する。
【００６３】
本実施形態においては、整地アシスト制御のために、制御装置５０から出力された、整地アシスト制御に関する指令信号に基づいて作動する制御弁４５Ｃが油路４４Ｃに設けられる。油路４４Ｃに、パイロット油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が流れる。油路４４Ｃ及び油路４４Ｂは、シャトル弁４８と接続される。シャトル弁４８は、油路４４Ｂ及び油路４４Ｃのうち、パイロット油圧が高い方の油路のパイロット油を、方向制御弁４１に供給する。
【００６４】
制御弁４５Ｃは、整地アシスト制御を実行するために制御装置５０から出力された指令信号に基づいて制御される。
【００６５】
整地アシスト制御を実行しないとき、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御装置５０は、制御弁４５Ｃに指令信号を出力しない。例えば、制御装置５０は、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ｂを全開にするとともに、制御弁４５Ｃで油路４４Ｃを閉じる。
【００６６】
整地アシスト制御を実行するとき、制御装置５０は、制御弁４５Ｃによって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ｂ，４５Ｃを制御する。例えば、ブーム１３の移動を制限する整地アシスト制御を実行する場合、制御装置５０は、ブーム目標速度に応じたパイロット油圧となるように、制御弁４５Ｃを制御する。例えば、制御装置５０は、制御弁４５Ｃによって調整されたパイロット油圧が、操作装置４０によって調整されるパイロット油圧よりも高くなるように、制御弁４５Ｃを制御する。油路４４Ｃのパイロット油圧が油路４４Ｂのパイロット油圧より大きくなると、制御弁４５Ｃからのパイロット油がシャトル弁４８を介して方向制御弁４１に供給される。
【００６７】
油路４４Ｂ及び油路４４Ｃの少なくとも一方を介して方向制御弁４１にパイロット油が供給されることにより、作動油が油路４７Ｂを介してキャップ側油室２０Ａに供給される。これにより、ブームシリンダ２３が伸び、ブーム１３が上げ動作する。
【００６８】
バケット１１の刃先１０が目標掘削地形を掘り込まないように操作装置４０によるブーム１３の上げ操作量が大きい場合、整地アシスト制御は実行されない。ブーム１３がブーム目標速度よりも速い速度で上げ動作されるように操作装置４０が操作され、その操作量に基づいてパイロット油圧が調整されることにより、操作装置４０の操作によって調整されるパイロット油圧は、制御弁４５Ｃによって調整されるパイロット油圧よりも高くなる。これにより、制御装置５０の制御弁４５Ｃの操作によって調整されたパイロット油圧のパイロット油がシャトル弁４８で選択され、方向制御弁４１に供給される。また、後述する制御装置５０から制御弁４５Ｃへの指令に基づくパイロット油圧が、ブーム操作量に基づくパイロット油圧より小さい場合、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油がシャトル弁４８で選択され、ブーム１３が操作される。
【００６９】
［制御システム］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御システム２００について説明する。図７は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す機能ブロック図である。
【００７０】
図７に示すように、制御システム２００は、作業機１を制御する制御装置５０と、位置検出装置３０と、刃先位置検出器３４と、操作装置４０と、制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ）と、圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）と、目標施工データ生成装置７０とを備える。
【００７１】
上述したように、車体位置検出器３１、姿勢検出器３２、及び方位検出器３３を含む位置検出装置３０は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。以下の説明においては、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを適宜、車体位置Ｐｇ、と称する。
【００７２】
制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ）は、油圧シリンダ２０に対する作動油の供給量を調整する。制御弁４５は、制御装置５０からの指令信号に基づいて作動する。圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）は、油路４４（４４Ａ，４４Ｂ）のパイロット油圧を検出する。圧力センサ４６の検出信号は、制御装置５０に出力される。
【００７３】
目標施工データ生成装置７０は、コンピュータシステムを含む。目標施工データ生成装置７０は、施工エリアの目標形状である立体設計地形を示す目標施工データを生成する。目標施工データは、作業機１による施工後に得られる３次元の目標形状を示す。目標施工データは、目標掘削地形データの生成に必要な座標データ及び角度データを含む。
【００７４】
目標施工データ生成装置７０は、例えば、油圧ショベル１００の遠隔地に設けられる。目標施工データ生成装置７０は、例えば施工管理側の設備に設置される。目標施工データ生成装置７０と制御装置５０とは無線通信可能である。目標施工データ生成装置７０で生成された目標施工データは、無線で制御装置５０に送信される。
【００７５】
なお、目標施工データ生成装置７０と制御装置５０とが有線で接続され、目標施工データ生成装置７０から制御装置５０に目標施工データが送信されてもよい。なお、目標施工データ生成装置７０が目標施工データを記憶した記憶媒体を含み、制御装置５０が、その記憶媒体から目標施工データを読み込み可能な装置を有してもよい。
【００７６】
制御装置５０は、作業機１を支持する上部旋回体２の車体位置Ｐｇを示す車体位置データを取得する車体位置データ取得部５１と、ローカル座標系における上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対するバケット１１の刃先１０の相対位置を示す刃先位置データを取得する刃先位置データ取得部５２と、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形データを生成する目標掘削地形データ生成部５３と、バケット１１の刃先位置と目標掘削地形との距離を示す距離データを取得する距離取得部５４と、距離データに基づいてバケット１１の刃先目標速度を決定する刃先目標速度決定部５５と、作業機１を操作するための操作量を取得する操作量取得部５６と、刃先目標速度と操作量取得部５６で取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいてブーム目標速度を算出するブーム目標速度演算部５７と、刃先位置と目標掘削地形との距離の時間積分に基づいてブーム目標速度の補正量を算出する補正量演算部５８と、刃先位置と目標掘削地形との距離に基づいて補正量を制限する補正量制限部５９と、補正量で補正されたブーム目標速度に基づいてブーム１３を駆動するブームシリンダ２３を制御する作業機制御部６０と、油圧ショベル１００の諸元データを記憶する記憶部６１と、入出力部６２と、を有する。
【００７７】
制御装置５０のプロセッサは、車体位置データ取得部５１、刃先位置データ取得部５２、目標掘削地形データ生成部５３、距離取得部５４、刃先目標速度決定部５５、操作量取得部５６、ブーム目標速度演算部５７、補正量演算部５８、補正量制限部５９、及び作業機制御部６０を含む。制御装置５０の記憶装置は、記憶部６１を含む。制御装置５０の入出力インターフェース装置は、入出力部６２を含む。
【００７８】
車体位置データ取得部５１は、位置検出装置３０から、入出力部６２を介して、車体位置Ｐｇを示す車体位置データを取得する。車体位置Ｐｇは、グローバル座標系で規定される現在の絶対位置である。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１の設置位置Ｐ１ａ及び設置位置Ｐ１ｂの少なくとも一方に基づいて、車体位置Ｐｇを検出する。車体位置データ取得部５１は、車体位置検出器３１から、車体位置Ｐｇを示す車体位置データを取得する。
【００７９】
刃先位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４から、入出力部５６を介して、刃先位置を示す刃先位置データを取得する。刃先位置は、ローカル座標系で規定される現在の相対位置である。刃先位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４から、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置である刃先位置を示す刃先位置データを取得する。なお、刃先位置検出器３４は、上部旋回体２の車体位置Ｐｇと、上部旋回体２の基準位置Ｐｓと刃先１０との相対位置と、油圧ショベル１００の諸元データとに基づいて、現在の刃先１０の絶対位置Ｐｂを算出可能である。刃先位置データ取得部５２が刃先位置検出器３２から取得する刃先位置データが、現在の刃先１０の絶対位置Ｐｂを含んでもよい。
【００８０】
目標掘削地形データ生成部５３は、目標施工データ生成装置７０から供給される目標施工データと刃先位置データとを用いて、刃先位置に対応する、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形データを生成する。目標掘削地形データ生成部５３は、ローカル座標系における目標掘削地形データを生成する。
【００８１】
図８は、立体設計地形を示す目標施工データと目標掘削地形データとの関係を示す図である。図８に示すように、目標掘削地形データ生成部５３は、目標施工データと刃先位置データとに基づいて、上部旋回体２の前後方向で規定される作業機１の作業機動作平面ＭＰと立体設計地形との交線Ｅを目標掘削地形の候補線として取得する。目標掘削地形データ生成部５３は、目標掘削地形の候補線において刃先１０の直下点を目標掘削地形の基準点ＡＰとする。制御装置５０は、目標掘削地形の基準点ＡＰの前後の単数又は複数の変曲点とその前後の線を掘削対象となる目標掘削地形として決定する。目標掘削地形データ生成部５３は、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データを生成する。
【００８２】
図７において、距離取得部５４は、刃先位置データ取得部５２で取得された刃先位置と、目標掘削地形データ生成部５３で生成された目標掘削地形とに基づいて、刃先位置Ｐｂと目標掘削地形との距離ｄを算出する。
【００８３】
なお、本実施形態においては、制御対象として刃先位置Ｐｂを用いているが、バケット１１の外形寸法などを用いて、バケット１１の外周を含むバケット１１の任意の点と目標掘削地形との距離をバケット１１と目標掘削地形との距離ｄとしてもよい。
【００８４】
刃先目標速度決定部５５は、刃先位置Ｐｂと目標掘削地形との距離ｄに基づいて、バケット１１の刃先目標速度を決定する。
【００８５】
図９は、距離ｄと刃先目標速度との関係の一例を示す図である。図９に示すグラフにおいて、横軸は距離ｄであり、縦軸は刃先目標速度である。図９において、刃先１０が目標掘削地形の表面を侵食していないときの距離ｄは、正の値である。刃先１０が目標掘削地形の表面を侵食しているときの距離ｄは、負の値である。刃先が１０が目標掘削地形の表面を侵食していない非侵食状態とは、刃先１０が目標掘削地形の表面の外側（上側）に存在する状態、換言すれば、目標掘削地形を超えない位置に存在する状態をいう。刃先が１０が目標掘削地形の表面を侵食している侵食状態とは、刃先１０が目標掘削地形の表面の内側（下側）に存在する状態、換言すれば、目標掘削地形を超える位置に存在する状態をいう。非侵食状態においては、刃先１０は目標掘削地形から浮き上がっている状態であり、侵食状態においては、刃先１０は目標掘削地形を掘り込んでいる状態である。刃先１０が目標掘削地形の表面に一致するときの距離ｄは、零である。
【００８６】
本実施形態においては、刃先１０が目標掘削地形の内側から外側に向かうときの速度を正の値とし、刃先１０が目標掘削地形の外側から内側に向かうときの速度を負の値とする。すなわち、刃先１０が目標掘削地形の上方に向かうときの速度を正の値とし、刃先１０が目標掘削地形の下方に向かうときの速度を負の値とする。
【００８７】
図９に示すように、刃先目標速度決定部５５は、刃先１０と目標掘削地形とが一致するように、刃先目標速度の正負を決定する。また、刃先目標速度決定部５５は、距離ｄが大きいほど刃先目標速度の絶対値が大きくなり、距離ｄが小さいほど刃先目標速度の絶対値が小さくなるように、刃先目標速度を決定する。
【００８８】
図７において、操作量取得部５６は、操作装置４０の操作量を取得する。操作装置４０の操作量は、油路４４Ａ，４４Ｂのパイロット油圧と相関する。油路４４Ａ，４４Ｂのパイロット油圧は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂによって検出される。操作装置４０の操作量と油路４４Ａ，４４Ｂのパイロット油圧との相関を示す相関データは、予備実験又はシミュレーションにより事前に求められ、記憶部６１に記憶されている。操作量取得部５６は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号と、記憶部６１に記憶されている相関データとに基づいて、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号（ＰＰＣ圧）から、操作装置４０の操作量を示す操作量データを取得する。操作量取得部５６は、バケット１１を操作するための操作装置４０のバケット操作量、アーム１２を操作するための操作装置４０のアーム操作量、及びブーム１３を操作するための操作装置４０のブーム操作量を取得する。
【００８９】
ブーム目標速度演算部５７は、刃先目標速度決定部５５で決定された刃先目標速度と、操作量取得部５６で取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいて、ブーム目標速度を算出する。整地アシスト制御においては、バケット１１の動き及びアーム１２の動きは、オペレータによる操作装置４０の操作に基づく。整地アシスト制御においては、操作装置４０を介してバケット１１及びアーム１２が操作されている状態で、目標掘削地形に沿ってバケット１１の刃先１０が移動するように、制御装置５０によってブーム１０の動きが制御される。ブーム目標速度演算部５５は、操作装置４０によるバケット１１を操作するためのバケット操作量から、バケット１１が動かされたときの刃先速度を算出し、バケット１１が動かされたときの目標掘削地形と刃先１０との偏差が相殺されるように、バケット１１の動きに基づく刃先速度に対抗するブーム目標速度を算出する。同様に、ブーム目標速度演算部５５は、操作装置４０によるアーム１２を操作するためのアーム操作量から、アーム１２が動かされたときの刃先速度を算出し、アーム１２が動かされたときの目標掘削地形と刃先１０との偏差が相殺されるように、アーム１２の動きに基づく刃先速度に対抗するブーム目標速度を算出する。刃先目標速度と操作装置４０のアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいてブーム目標速度が算出され、そのブーム目標速度になるようにブーム１３の動きが制御されることにより、刃先１０と目標掘削地形とを近付けることができる。
【００９０】
補正量演算部５８は、刃先位置Ｐｂと目標掘削地形との距離ｄの時間積分に基づいて、ブーム目標速度の補正量を算出する。補正量演算部５８は、過去の所定時点から現時点までの距離ｄの時間積分に基づいて補正量を算出し、ブーム目標速度を積分補償する。
【００９１】
補正量は、刃先１０が目標掘削地形から離れているときの距離ｄの時間積分に基づいて算出される。目標掘削地形が刃先１０に掘り込まれているときの距離ｄに基づいてブーム目標速度が積分補償されることにより、目標設計地形が掘り込まれている状態から距離ｄが零になる状態に変化するように、ブーム１３を駆動することができる。
【００９２】
補正量制限部５９は、刃先位置Ｐｂと目標掘削地形との距離ｄに基づいて、過補償にならないように、補正量演算部５８で算出された補正量を制限する。補正量制限部５９は、距離ｄに基づいて、補正量の上限値を算出する。本実施形態において、補正量制限部５９は、距離ｄから決定される刃先目標速度に基づいて、補正量の上限値を算出する。
【００９３】
作業機制御部６０は、補正量で補正されたブーム目標速度に基づいてブーム１３が駆動するように、ブームシリンダ２３を制御する。作業機制御部６０は、補正量演算部５８で算出された補正量と補正量制限部５９で算出された上限値とを比較し、補正量演算部５８で算出された補正量が補正量制限部５９で算出された上限値を超えるときに上限値に基づいて制御弁４５Ｃに出力する指令信号を決定する。作業機制御部６０は、制御弁４５Ｃに指令信号を出力してブームシリンダ２３を制御し、補正量が上限値以下であるときに補正量に基づいてブームシリンダ２３を制御する。
【００９４】
［油圧ショベルの制御方法］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法を示すフローチャートである。図１１は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御ブロック図である。
【００９５】
目標施工データ生成装置７０から制御装置５０に目標施工データが供給される。目標掘削地形データ生成部５３は、目標施工データ生成装置７０から供給される目標施工データを用いて、目標掘削地形データを生成する（ステップＳＰ１）。
【００９６】
刃先位置検出器３４から制御装置５０に刃先位置データが供給される。刃先位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４から刃先位置データを取得する（ステップＳＰ２）。
【００９７】
距離取得部５４は、目標掘削地形データ生成部５３で生成された目標掘削地形と、刃先位置データ取得部５２で取得された刃先位置データとに基づいて、刃先位置と目標掘削地形との距離ｄを算出する（ステップＳＰ３）。これにより、バケット１１の刃先位置と目標掘削地形との距離データが取得される。
【００９８】
刃先目標速度決定部５５は、距離データに基づいて、バケット１１の刃先目標速度Ｖｒを決定する（ステップＳＰ４）。図９を参照して説明したような、距離ｄと刃先目標速度Ｖｒとの関係を示すマップデータが記憶部６１に記憶されている。刃先目標速度決定部５５は、距離取得部５４で取得された距離データと、記憶部６１に記憶されているマップデータとに基づいて、距離ｄに応じた刃先目標速度Ｖｒを決定する。
【００９９】
ブーム目標速度演算部５７は、刃先目標速度決定部５５で決定された刃先目標速度Ｖｒと、操作量取得部５６で取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいて、整地アシスト制御するためのブーム目標速度Ｖｂを算出する（ステップＳＰ５）。
【０１００】
図１１に示すように、決定された刃先目標速度Ｖｒと、操作装置４０のアーム操作量及びバケット操作量に応じた刃先速度Ｖｓに対抗する対抗刃先速度Ｖａとが加算される。具体的には、刃先目標速度Ｖｒと、操作装置４０によるバケット操作量に応じた刃先速度Ｖｓ１に対抗する第１対抗刃先速度Ｖａ１と、操作装置４０によるアーム操作量に応じた刃先速度Ｖｓ２に対抗する第２対抗刃先速度Ｖａ２とが加算される。第１対抗刃先速度Ｖａ１及び第２対抗刃先速度Ｖａ２は、負の値である。刃先目標速度Ｖｒと第１対抗刃先速度Ｖａ１と第２対抗刃先速度Ｖａ２との加算値から、ブーム目標速度Ｖｂが算出される。
【０１０１】
ブーム目標速度演算部５７は、操作装置４０によるバケット１１を操作するためのバケット操作量から、そのバケット操作量でバケット１１が動かされたときの刃先速度Ｖｓ１を算出する。上述のように、メイン油圧ポンプ４２から方向制御弁４１を介してバケットシリンダ２１に供給される単位時間当たりの作動油の供給量が調整されることによって、バケットシリンダ速度が調整される。バケットシリンダ速度と、方向制御弁４１のスプールの移動量とは相関する。方向制御弁４１のスプールの移動量は、油路４４Ａ，４４Ｂのパイロット油圧と相関する。油路４４Ａ，４４Ｂのパイロット油圧は、操作装置４０によるバケット操作量と相関する。また、油路４４Ａ，４４Ｂのパイロット油圧は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂによって検出される。これらの相関を示す相関データは、予備実験又はシミュレーションにより事前に求められ、記憶部６１に記憶されている。したがって、ブーム目標速度演算部５７は、バケットシリンダ２１についての圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号と、記憶部６１に記憶されている相関データとに基づいて、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号（ＰＰＣ圧）から、バケットシリンダ速度を算出することができ、そのバケットシリンダ速度に基づいて、そのバケットシリンダ速度でバケットシリンダ２１が駆動されたときのバケット１１の刃先速度Ｖｓ１を算出することができる。同様に、ブーム目標速度演算部５７は、アームシリンダ２２についての圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号と、記憶部６１に記憶されている相関データとに基づいて、アームシリンダ速度を算出し、そのアームシリンダ速度に基づいて、そのアームシリンダ速度でアームシリンダ２２が駆動されたときのバケット１１の刃先速度Ｖｓ２を算出することができる。
【０１０２】
ブーム目標速度演算部５７は、所定のバケットシリンダ速度でバケットシリンダ２１が駆動されたときのバケット１１の刃先速度Ｖｓ１に対抗する第１対抗刃先速度Ｖａ１と、所定のアームシリンダ速度でアームシリンダ２２が駆動されたときのバケット１１の刃先速度Ｖｓ２に対抗する第２対抗刃先速度Ｖａ２とを算出する。第１対抗刃先速度Ｖａ１は、バケットシリンダ２１が駆動されたことによるバケット１１の刃先速度Ｖｓ１をブームシリンダ２３が駆動されたことによるバケット１１の刃先速度Ｖｓ３によって相殺するための値である。第２対抗刃先速度Ｖａ２は、アームシリンダ２２が駆動されたことによるバケット１１の刃先速度Ｖｓ２をブームシリンダ２３が駆動されたことによるバケット１１の刃先速度Ｖｓ３によって相殺するための値である。ブーム目標速度演算部５５は、刃先目標速度Ｖｒと第１対抗刃先速度Ｖａ１と第２刃先対抗速度Ｖａ２とに基づいて、整地アシスト制御するためのブーム目標速度Ｖｂを算出する。
【０１０３】
補正量演算部５８は、距離ｄの時間積分に基づいて、ブーム目標速度Ｖｂの補正量Ｒを算出する（ステップＳＰ６）。
【０１０４】
補正量演算部５８は、整地アシスト制御が開始された時点（過去の時点）から現時点までの距離ｄの時間積分に基づいて補正量Ｒを算出し、ブーム目標速度Ｖｂを積分補償する。
【０１０５】
整地アシスト制御が開始された時点とは、オペレータが掘削作業を開始するために制御モードに移行する指令をモード移行指令手段（不図示）を介して制御装置５０に送信し、制御装置５０から制御弁４５Ｃに制御信号の出力が開始された時点である。整地アシスト制御においては、刃先１０が目標掘削地形を掘り込んでいる状態から目標掘削地形と同じ位置に配置される状態に変化するように、ブーム１３が上げ動作される。補正量演算部５８は、整地アシスト制御が開始された過去の時点から、刃先１０が目標掘削地形に配置される現時点までの期間における距離ｄの時間積分に基づいて補正量Ｒを算出する。
【０１０６】
補正量制限部５９は、現時点における距離ｄに基づいて、補正量Ｒの上限値Ａを算出する（ステップＳＰ７）。本実施形態においては、補正量制限部５９は、現時点における距離ｄから決定される刃先目標速度Ｖｒに基づいて、補正量Ｒの上限値Ａを算出する。
【０１０７】
本実施形態においては、上限値Ａは、以下の（１）式に基づいて決定される。
【０１０８】
Ａ＝ａ×Ｖｒ＋Ｓ      …（１）
【０１０９】
（１）式において、Ａは補正量Ｒの上限値であり、Ｖｒは刃先目標速度であり、ａは係数であり、Ｓはオフセット量である。オフセット量Ｓは任意に決定される。（１）式に示すように、上限値Ａと刃先目標速度Ｖｒとは比例関係である。刃先目標速度Ｖｒが小さいほど上限値Ａは小さくなる。また、オフセット量Ｓが変更されることにより、補正量Ｒの上限値Ａが変更される。オフセット量Ｓが小さいほど上限値Ａは小さくなり、補正量Ｒに対する制限は厳しくなる。オフセット量Ｓが大きいほど上限値Ａは大きくなり、補正量Ｒに対する制限は緩やかになる。
【０１１０】
補正量制限部５９は、算出した上限値Ａを使って、補正量演算部５８で算出された補正量Ｒを制限する補正制限処理を実施する（ステップＳＰ８）。
【０１１１】
補正量制限部５９は、補正量演算部５８で算出された補正量Ｒと補正量制限部５９で算出された上限値Ａとを比較し、補正量演算部５８で算出された補正量Ｒが補正量制限部５９で算出された上限値Ａを超えるときに、ブーム目標速度Ｖｂを補正する補正量Ｒｓとして、補正量制限部５９で算出された上限値Ａを作業機制御部６０に出力し、補正量演算部５８で算出された補正量Ｒが補正量制限部５９で算出された上限値Ａ以下であるときに、ブーム目標速度Ｖｂを補正する補正量Ｒｓとして、補正量演算部５８で算出された補正量Ｒを作業機制御部６０に出力する。
【０１１２】
作業機制御部６０は、ステップＳＰ８の補正量制限処理で処理された補正量Ｒｓを使って、ステップＳＰ５で算出されたブーム目標速度Ｖｒを補正（積分補償）する補正処理を実施する（ステップＳＰ９）。
【０１１３】
作業機制御部６０は、補正処理されたブーム目標速度Ｖｂに基づいて、ブームシリンダ２３を整地アシスト制御するための指令信号を制御弁４５Ｃに出力する（ステップＳＰ１０）。作業機制御部６０は、補正量演算部５８で算出された補正量Ｒが補正量制限部５９で算出された上限値Ａを超えるときに、補正量制限部５９で算出された上限値Ａに基づいてブームシリンダ２３を制御するための指令信号を出力する。作業機制御部６０は、補正量演算部５８で算出された補正量Ｒが補正量制限部５９で算出された上限値Ａ以下であるときに、補正量演算部５８で算出された補正量Ｒに基づいてブームシリンダ２３を制御するための指令信号を出力する。
【０１１４】
［比較例］
比較例について説明する。比較例に係る制御装置においては、補正量制限処理が実施されない。比較例においては、補正量Ｒがそのまま出力され、ブーム目標速度Ｖｂと加算される。
【０１１５】
図１２は、比較例に係る制御方法で油圧ショベル１００を制御したときの動作を示すグラフである。図１２（Ａ）は、整地アシスト制御が開始された時点からの経過時間ｔと距離ｄとの関係を示す。図１２（Ａ）において、横軸は経過時間ｔであり、縦軸は距離ｄである。図１２（Ｂ）は、整地アシスト制御が開始された時点からの経過時間ｔと、刃先目標速度Ｖｒ及び補正量Ｒとの関係を示す。図１２（Ｂ）において、横軸は経過時間ｔであり、縦軸は速度である。
【０１１６】
図１２（Ａ）において、距離ｄが「０」のとき、刃先位置Ｐｂと目標掘削地形とが一致する。距離ｄが正の値のとき、刃先１０は目標掘削地形から浮き上がっている。距離ｄが負の値のとき、刃先１０は目標掘削地形を掘り込んでいる。整地アシスト制御においては、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形を掘り込んでいる状態からバケット１１の刃先１０が目標掘削地形に戻るように、ブームシリンダ２３が制御され、ブーム１３が上げ動作される。
【０１１７】
比較例に係る制御システムにおいては、現在のバケット１１の刃先位置と目標掘削地形との距離ｄからバケット１１の刃先目標速度Ｖｒが決定され、決定された刃先目標速度Ｖｒとオペレータによるアーム操作量及びバケット操作量に応じたバケット１１の刃先速度に対抗する対抗刃先速度Ｖａ（第１対抗刃先速度Ｖａ１及び第２対抗刃先速度Ｖａ２）とが減算され、ブーム目標速度Ｖｒが算出される。補正量Ｒは、整地アシスト制御が開始され刃先１０が目標掘削地形に掘り込まれた時点から目標掘削地形に戻る時点までの距離ｄの時間積分（図１２（Ａ）の斜線Ｍ部分に相当）に基づいて算出される。算出された補正量Ｒを使ってブーム目標速度Ｖｒが補正（積分補償）され、積分補償されたブーム目標速度Ｖｒに基づいてブームシリンダ２３を制御するための制御信号が出力される。
【０１１８】
図１２（Ａ）に示すように、比較例に係る積分補償を使った整地アシスト制御においても、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形を掘り込んだ場合、ブーム１３が上げ動作するようにブームシリンダ２３が制御される。
【０１１９】
油圧ショベル１００においては、作業機１の重量の増加、油圧の応答遅れ、又は油圧機器の駆動時のヒステリシス等に起因して、ブームシリンダ２３を制御する指令信号に対するブームシリンダ２３の応答の時間遅れが存在する。そのため、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形を掘り込んでいる状態から目標掘削地形に戻るように整地アシスト制御によりブーム１３が上げ動作される場合、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形を掘り込んでいる時間Ｔ（図１２（Ａ）参照）が長いと、図１２（Ｂ）に示すように、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形に戻ったときに補正量Ｒが過大となり（過補償となり）、刃先１０が浮き上がり状態になっても、ブーム１３の上げ動作が継続されてしまう。その結果、図１２（Ａ）に示すように、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形から過度に離れてしまう（浮き上がってしまう）現象が発生する。その結果、作業機１によって掘削されない部分が発生し、目標掘削地形とは異なる状態で整地されてしまうこととなる。
【０１２０】
［作用及び効果］
図１３は、本実施形態に係る制御方法で油圧ショベル１００を制御したときの動作を示すグラフである。図１３（Ａ）は、整地アシスト制御が開始された時点からの経過時間ｔと距離ｄとの関係を示す。図１３（Ａ）において、横軸は経過時間ｔであり、縦軸は距離ｄである。図１３（Ｂ）は、整地アシスト制御が開始された時点からの経過時間ｔと、刃先目標速度Ｖｒ及び補正量Ｒｓとの関係を示す。図１３（Ｂ）において、横軸は経過時間ｔであり、縦軸は速度である。
【０１２１】
整地アシスト制御において、作業機制御部６０は、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形を掘り込んでいる状態からバケット１１の刃先１０が目標掘削地形に戻るように、ブームシリンダ２３を制御して、ブーム１３を上げ動作させる。
【０１２２】
補正量演算部５８は、整地アシスト制御が開始され刃先１０が目標掘削地形に掘り込まれた時点から、ブーム１３の上げ動作により刃先１０が目標掘削地形に戻る時点までの期間における距離ｄの時間積分（図１３（Ａ）の斜線Ｍ部分に相当）に基づいて、補正量Ｒを算出する。補正量制限部５９は、ブーム１３の上げ動作において、補正量Ｒを制限する。
【０１２３】
ブーム１３の上げ動作において補正量Ｒが制限されることにより、バケット１１の刃先１０が目標地形を掘り込んでいる状態から目標掘削地形と同じ位置に配置される状態に変化しても、図１３（Ｂ）に示すように、補正量Ｒの増大が抑制され、過補償となることが防止される。過補償が防止された補正量Ｒｓでブーム目標速度Ｖｂが補正されることにより、図１３（Ａ）に示すように、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形から過度に浮き上がってしまうことが抑制され、浮き上がり量を小さくすることができる。
【０１２４】
このように、本実施形態によれば、補正量Ｒを制限するようにしたので、整地アシスト制御において、バケット１１の刃先１０が掘り込んだ状態から目標掘削地形に戻るときの刃先１０の浮き上がりが防止され、掘削精度の低下が抑制される。
【０１２５】
また、本実施形態においては、（１）式で示したように、補正量Ｒの上限値Ａが算出され、その上限値Ａを超えないように、補正量Ｒの補正量制限処理が実施され、補正量Ｒｓが算出される。したがって、上限値Ａを変更するだけで、補正量Ｒの制限を厳しくしたり緩めたりすることを円滑に実施することができる。
【０１２６】
また、（１）式で示したように、上限値Ａと刃先目標速度Ｖｒとは比例関係である。また、図９を参照して説明したように、刃先目標速度Ｖｒと距離ｄとは比例関係である。したがって、上限値Ａと距離ｄとも比例関係である。本実施形態においては、補正量制限部５９は、現時点における距離ｄ（刃先目標速度Ｖｒ）が小さいほど補正量Ｒの上限値Ａを小さくする。これにより、過補償が抑制され、現時点における距離ｄ（刃先目標速度Ｖｒ）がゼロになったときには補正量Ｒもゼロにすることができる。
【０１２７】
また、（１）式で示したように、上限値Ａについてのオフセット量Ｓを変更するだけで、補正量Ｒの制限を厳しくしたり緩めたりすることを円滑に実施することができる。
【０１２８】
［その他の実施形態］
補正量制限部５９は、アーム操作量又はアーム速度（アームシリンダ速度）に基づいて、補正量Ｒの上限値Ａを変更することができる。補正量制限部５９は、例えば、アーム操作量又はアーム速度が低速であるほど上限値Ａを大きくし（制限を緩やかにし）、アーム操作量又はアーム速度が高速であるほど上限値Ａを小さくする（制限を厳しくする）。アーム１２が低速で動いている場合には、補正量Ｒを制限しなくても、整地アシスト制御において刃先１０の浮き上がりは抑制される。アーム１２が高速で動いている場合には、補正量Ｒを制限することにより、整地アシスト制御において刃先１０の浮き上がりを抑制することができる。
【０１２９】
補正量制限部５９は、アーム操作量又はアーム速度（アームシリンダ速度）に基づいて、（１）式で示したオフセット量Ｓを変更することによって、上限値Ａを変更することができる。
【０１３０】
上述したように、アームシリンダ速度と、油路４４Ａ，４４Ｂのパイロット油圧とは相関する。油路４４Ａ，４４Ｂのパイロット油圧は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂによって検出される。相関データは、記憶部６１に記憶されている。圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号は、制御装置５０に出力される。補正量制限部５９は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号に基づいて、アーム操作量又はアーム速度（アームシリンダ速度）を取得することができる。補正量制限部５９は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出値に基づいて、オフセット量Ｓを変更することができる。
【０１３１】
図１４は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出値とオフセット量Ｓとの関係を示す図である。図１４に示すように、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出値が小さいほど（アームシリンダ速度が低速であるほど）、大きいオフセット量Ｓが設定され制限が緩和される。圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出値が大きいほど（アームシリンダ速度が高速であるほど）、小さいオフセット量Ｓが設定され制限が厳格になる。図１４に示すマップデータは、記憶部６１に記憶される。補正量制限部５９は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出値と、記憶部６１のマップデータとに基づいて、アームシリンダ速度に応じたオフセット量Ｓを決定する。
【０１３２】
なお、アーム１２に連結されるバケット１１が交換可能である場合、補正量制限部５９は、バケット１１の重量に基づいて、補正量Ｒの上限値Ａを変更してもよい。補正量制限部５９は、例えば、バケット１１の重量が小さいほど上限値Ａを大きくし（制限を緩やかにし）、バケット１１の重量が大きいほど上限値Ａを小さくする（制限を厳しくする）。バケット１１の重量が小さい場合には、補正量Ｒを制限しなくても、整地アシスト制御において刃先１０の浮き上がりは抑制される。バケット１１の重量が大きい場合には、補正量Ｒを制限することにより、整地アシスト制御において刃先１０の浮き上がりを抑制することができる。
【０１３３】
なお、上述の実施形態においては、操作装置４０がパイロット油圧方式の操作装置であることとした。操作装置４０は、電気方式でもよい。図１５は、電気方式の操作装置４０Ｂの一例を示す図である。図１５に示すように、操作装置４０Ｂは、電気レバーのような操作部材４００と、操作部材４００の作動量を電気的に検出する作動量センサ４９とを有する。作動量センサ４９は、ポテンショメータ傾斜計を含み、傾動された操作部材４００の傾斜角度を検出する。作動量センサ４９の検出信号は、制御装置５０に出力される。制御装置５０の操作量取得部５６は、操作量として、作動量センサ４９の検出信号を取得する。制御装置５０は、作動量センサ４９の検出信号に基づいて、方向制御弁４１を駆動するための指令信号（電気信号）を出力する。方向制御弁４１は、ソレノイドのような電力で作動するアクチュエータによって作動する。制御装置５０から方向制御弁４１のアクチュエータに指令信号が出力される。方向制御弁４１のアクチュエータは、制御装置５０から出力された指令信号に基づいて、方向制御弁４１のスプールを動かす。
【０１３４】
なお、上述の実施形態で説明した操作装置４０と同様、操作装置４０Ｂも、右操作レバーと左操作レバーとを含む。右操作レバーが前後方向に動かされると、ブーム１３は下げ動作及び上げ動作を行う。右操作レバーが左右方向（車幅方向）に動かされると、バケット１１は掘削動作及びダンプ動作を行う。左操作レバーが前後方向に動かされると、アーム１２はダンプ動作及び掘削動作を行う。左操作レバーが左右方向に動かされると、上部旋回体２は左旋回及び右旋回する。なお、左操作レバーが前後方向に動かされた場合に上部旋回体２が右旋回及び左旋回し、左操作レバーが左右方向に動かされた場合にアーム１２がダンプ動作及び掘削動作を行ってもよい。
【０１３５】
なお、図１５は、アームシリンダ２２が操作装置４０Ｂに操作される例を示す。アームシリンダ２２のキャップ側油室２０Ａに油路４７Ａを介して作動油が供給され、ロッド側油室２０Ｂに油路４７Ｂを介して作動油が供給される。バケットシリンダ２１はアームシリンダ２２と同様の構成である。ブームシリンダ２３においては、ブームシリンダ２３のキャップ側油室２０Ａに油路４７Ｂを介して作動油が供給され、ロッド側油室２０Ｂに油路４７Ｂを介して作動油が供給されることとなる。
【０１３６】
なお、上述の実施形態においては、ローカル座標系に基づいて整地アシスト制御が実施されることとした。グローバル座標系に基づいて整地アシスト制御が実施されてもよい。
【０１３７】
なお、上述の実施形態においては、操作装置４０が油圧ショベル１００に設けられることとした。操作装置４０が油圧ショベル１００から離れた遠隔地に設けられ、油圧ショベル１００が遠隔操作されてもよい。作業機１が遠隔操作される場合、遠隔地に設けられた操作装置４０から作業機１の操作量を示す指令信号が油圧ショベル１００に無線送信される。制御装置５０の操作量取得部５６は、無線送信された操作量を示す指令信号を取得する。
【０１３８】
なお、上述の実施形態においては、油圧ショベル１００がオペレータによる操作装置４０の操作に基づいて作動することとした。油圧ショベル１００の制御装置５０は、オペレータの操作によらずに、目標掘削地形データに基づいて、作業機１を自律制御してもよい。作業機１が自律制御される場合、例えば、遠隔地に設けられたコンピュータシステムから作業機１を自律制御するための操作量データが無線送信される。制御装置５０の操作量取得部５６は、無線送信された操作量データを取得する。
【０１３９】
なお、上述の実施形態においては、作業機械１００が油圧ショベル１００であることとした。上述の実施形態で説明した制御装置５０及び制御方法は、油圧ショベル１００以外にも、作業機を有する作業機械全般に適用可能である。
【符号の説明】
【０１４０】
１  作業機
２  車体（上部旋回体）
３  走行装置（下部走行体）
４  運転室
４Ｓ  運転席
５  機械室
６  手すり
７  クローラ
１０  刃先
１１  バケット
１２  アーム
１３  ブーム
１４  バケットシリンダストロークセンサ
１５  アームシリンダストロークセンサ
１６  ブームシリンダストロークセンサ
２０  油圧シリンダ
２０Ａ  キャップ側油室
２０Ｂ  ロッド側油室
２１  バケットシリンダ
２２  アームシリンダ
２３  ブームシリンダ
３０  位置検出装置
３１  車体位置検出器
３１Ａ  ＧＰＳアンテナ
３２  姿勢検出器
３３  方位検出器
３４  刃先位置検出器
４０  操作装置
４１  方向制御弁
４２  メイン油圧ポンプ
４３  パイロット油圧ポンプ
４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ  油路
４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ  制御弁
４６Ａ，４６Ｂ  圧力センサ
４７Ａ，４７Ｂ  油路
４８  シャトル弁
４９  作動量センサ
５０  制御装置
５１  車体位置データ取得部
５２  刃先位置データ取得部
５３  目標掘削地形データ生成部
５４  距離取得部
５５  刃先目標速度決定部
５６  操作量取得部
５７  ブーム目標速度演算部
５８  補正量演算部
５９  補正量制限部
６０  作業機制御部
６１  記憶部
６２  入出力部
７０  目標施工データ生成装置
１００  油圧ショベル
２００  制御システム
３００  油圧システム
ＡＸ１  回転軸
ＡＸ２  回転軸
ＡＸ３  回転軸
Ｌ１１  長さ
Ｌ１２  長さ
Ｌ１３  長さ
Ｐｂ  刃先の絶対位置
Ｐｇ  車体の絶対位置
ＲＸ  旋回軸
θ１１  傾斜角
θ１２  傾斜角
θ１３  傾斜角
【要約】
作業機械の制御装置は、バケットと目標掘削地形との距離データを取得する距離取得部と、距離データに基づいてバケットの刃先目標速度を決定する刃先目標速度決定部と、作業機を操作するための操作量を取得する操作量取得部と、刃先目標速度と操作量取得部で取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいてブーム目標速度を算出するブーム目標速度演算部と、バケットと目標掘削地形との距離の時間積分に基づいてブーム目標速度の補正量を算出する補正量演算部と、バケットと目標掘削地形との距離に基づいて前記補正量を制限する補正量制限部と、補正量で補正されたブーム目標速度に基づいてブームを駆動するブームシリンダを駆動する指令を出力する作業機制御部と、を備える。【図１】
0005947477.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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