(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心にしてそれぞれ回転可能なアーム、ブーム及びバケットを連結した構成のフロント作業装置と、前記アーム、前記ブーム及び前記バケットをそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータの速度演算部と、前記複数の油圧アクチュエータの動作をそれぞれ指示するための複数の操作装置と、前記フロント作業装置の姿勢・位置を検出する検出器と、前記操作装置の操作量と前記検出器で検出された姿勢・位置に基づき前記フロント作業装置の領域制限制御を行う領域制限掘削制御装置とを備えた油圧ショベルにおいて、前記検出器は、前記アーム、前記ブーム及び前記バケットのそれぞれに設けられた回転軸に対する回転角を検出する複数の角度検出器と、前記アーム、前記ブーム及び前記バケットのそれぞれに設けられ、基準面に対するそれぞれの傾斜角を検出する複数の傾斜角検出器からなり、前記領域制限掘削制御装置は、前記速度演算部によって求められた速度が所定値以上の場合には前記角度検出器からの検出信号を用いて前記フロント作業装置の駆動方向及び駆動速度を制御し、前記速度演算部によって求められた速度が所定値未満の場合には前記傾斜角検出器からの検出信号を用いて前記フロント作業装置の駆動方向及び駆動速度を制御することを特徴とする油圧ショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は掘削作業中に建設機械の作業装置の動き得る領域を制限する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械の代表例として油圧ショベルがある。油圧ショベルは、略水平な回転軸を中心にしてそれぞれ回転可能なブーム、アーム及びバケット（複数の被駆動部材）を連結した構成した作業装置（フロント作業装置）と、当該作業装置のブーム基端が取り付けられた旋回体と、当該旋回体の下方に設けられた走行体を備えている。油圧ショベルではブームなどの被駆動部材はそれぞれの駆動方向・駆動速度を制御する操作レバー（操作装置）によって操作され、当該操作レバーを操作すると被駆動部材は回転軸を中心に回転運動を行う。これにより、例えば当該操作レバーにより１つの被駆動部材を操作するとバケット先端の軌跡は基本的に円弧を描くため、例えばバケットを水平引きする等して平面的な掘削面を油圧ショベルで形成するには操作レバー操作が複雑となり相当の熟練が必要となる。
【０００３】
そこで、このような作業を容易にするための装置（領域制限掘削制御装置）が特許第３０５６２５４号等に開示されている。当該文献では、油圧ショベルの領域制限掘削制御装置において、フロント作業装置が動き得る領域を予め設定しておき、制御ユニットで角度検出器からの信号に基づきフロント作業装置の位置と姿勢を演算し、操作装置からの信号に基づき作業装置の目標速度ベクトルを演算し、フロント作業装置が設定領域内でその境界近傍にないときには目標速度ベクトルを維持し、フロント作業装置が設定領域内でその境界近傍にあるときは設定領域の境界に接近する方向のベクトル成分を減じるように目標速度ベクトルを補正し、フロント作業装置が設定領域の境界を超えて外にあるときにはフロント作業装置が設定領域に戻るように目標速度ベクトルを補正することが開示されている。これにより、領域を制限した掘削を能率良く円滑に行える。これにより、予め設定された領域がバケットの基本的な可動範囲となるため、オペレータの技量に依らず当該領域の境界に沿った掘削が容易になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０５６２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記文献がバケット先端の位置やフロント作業装置の姿勢の演算に利用している検出器は、ブーム等の被駆動部材の回転軸（ピン）に埋め込まれ当該回転軸回りの当該被駆動部材の回転角度（相対角度）を検出する角度検出器（つまり、ロータリーポテンショメータ）や、当該被駆動部材を駆動する油圧シリンダのストローク（変位）を検出する変位検出器（つまり、リニアポテンショメータ）である。
【０００６】
たしかに、これらのポテンショメータは応答性に優れているため、フロント作業装置が素早く動作する場合の位置および姿勢の演算や、フロント作業装置の動作速度の演算に利用する際には適したセンサである。しかし、ポテンショメータは、ブーム、アームおよびバケットといった各構成要素の相対角度を出力するものであるため、当該出力に基づいてバケット先端位置やフロント作業装置の姿勢を算出すると誤差などが蓄積しやすく、ポテンショメータの長所である高応答性がメリットとなりにくい微操作時などの場面では位置・姿勢算出に最適な検出器とは言い難い。つまり、上記文献の技術には、ポテンショメータの応答性の重要性が相対的に低い場面で掘削精度を改善する余地がある。
【０００７】
本発明の目的は、フロント作業装置の動作速度が相対的に遅い場合の掘削精度を向上できる領域制限掘削制御を行う油圧ショベルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、回転軸を中心にしてそれぞれ回転可能なアーム、ブーム及びバケットを連結した構成のフロント作業装置と、前記アーム、前記ブーム及び前記バケットをそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータの速度演算部と、前記複数の油圧アクチュエータの動作をそれぞれ指示するための複数の操作装置と、前記フロント作業装置の姿勢・位置を検出する検出器と、前記操作装置の操作量と前記検出器で検出された姿勢・位置に基づき前記フロント作業装置の領域制限制御を行う領域制限掘削制御装置とを備えた油圧ショベルにおいて、前記検出器は、前記アーム、前記ブーム及び前記バケットのそれぞれに設けられた回転軸に対する回転角を検出する複数の角度検出器と、前記アーム、前記ブーム及び前記バケットのそれぞれに設けられ、基準面に対するそれぞれの傾斜角を検出する複数の傾斜角検出器からなり、前記領域制限掘削制御装置は、前記速度演算部によって求められた速度が所定値以上の場合には前記角度検出器からの検出信号を用いて前記フロント作業装置の駆動方向及び駆動速度を制御し、前記速度演算部によって求められた速度が所定値未満の場合には前記傾斜角検出器からの検出信号を用いて前記フロント作業装置の駆動方向及び駆動速度を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作業装置の動作速度が比較的高速の場合の高応答性を担保しながら、当該作業装置の動作速度が比較的低速の場合に当該作業装置の位置・姿勢が精度良く検出され領域制限掘削制御の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る建設機械の領域制限掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図である。
【図２】本発明が適用される油圧ショベルの外観とその周囲の設定領域の形状を示す図。
【図３】油圧パイロット方式の操作装置の詳細を示す図。
【図４】制御ユニットの制御機能の一部を示す機能ブロック図。
【図５】制御ユニットの制御機能の一部を示す機能ブロック図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る検出信号選択部および角度変換器で実行される処理のフローチャート
【図７】領域制限掘削制御で用いる座標系と領域の設定方法を示す図。
【図８】方向変換制御部における処理内容を示すフローチャート。
【図９】バケットの先端が演算通りに方向変換制御されたときの軌跡の一例を示す図。
【図１０】復元制御部における処理内容を示すフローチャート。
【図１１】バケットの先端が演算通りに復元制御されたときの軌跡の一例を示す図。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る検出信号選択部および角度変換器で実行される処理のフローチャート。
【図１３】油圧ショベルで領域制限制御が行われる場合の動作説明図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る制御ユニットの制御機能の一部を示す機能ブロック図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る建設機械の領域制限掘削制御装置で実行される処理のフローチャート。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る制御ユニットの制御機能の一部を示す機能ブロック図。
【図１７】図１６に示した内容を一連の処理としてフローチャートにまとめた図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、本発明の実施の形態を説明する前に、本発明に係る建設機械の領域制限掘削制御装置に含まれる主な特徴について説明する。
【００１２】
（１）本発明に係る建設機械の領域制限掘削制御装置は、関節に設けられた回転軸を中心にそれぞれ回転可能な複数の被駆動部材を連結して構成された多関節型の作業装置と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ前記回転軸を中心に回転駆動する複数の油圧アクチュエータと、当該複数の油圧アクチュエータの動作を操作量に応じてそれぞれ指示するための複数の操作装置と、前記複数の操作装置の操作量に応じて出力される操作信号に応じて駆動され、前記複数の油圧アクチュエータに供給される油圧の流量及び方向を制御する複数の流量制御弁と、前記作業装置の先端部が移動可能な設定領域の境界から当該先端部までの距離がゼロに近づくほど前記先端部の速度ベクトルにおける当該境界に対する鉛直成分がゼロに近づくように、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの駆動方向および駆動速度の少なくとも１つを、前記複数の操作装置のそれぞれの操作量および前記複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢・位置に基づいて制御する領域制限制御を実行する制御装置とを備える建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記複数の被駆動部材の回転軸に対するそれぞれの回転角を検出する第１検出器群と、前記複数の被駆動部材の基準面に対するそれぞれの傾斜角を検出する第２検出器群とをさらに備え、前記制御装置は、前記領域制限制御において、前記複数の被駆動部材のうちの少なくとも１つの速度の大きさに応じて前記複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢・位置の演算に利用する検出器を前記第１検出器群と前記第２検出器群の中から選択することを特徴とする。
【００１３】
上記において、前記第１検出器群に含まれる検出器の具体例としては、例えば、ロータリーポテンショメータやストロークポテンショメータが該当する。この種の検出器は、応答性に優れており、前記作業装置が比較的高速に動作しても当該動作に追従して各被駆動部材の姿勢および位置を検出できるというメリットを備える。しかし、その一方で、この種の検出器は前記被駆動部材の相対角度や相対変位を検出するものであるため、その検出信号に基づいて前記作業装置の姿勢や前記先端部の位置を算出すると誤差が蓄積される可能性が高い。
【００１４】
また、前記第２検出器群に含まれる検出器の具体例としては、取り付けられた被駆動部材の或る基準面に対する傾斜角（傾斜角としては、基準面を水平面（地面）に設定した「対地角」が利用されることが多い）を検出する傾斜角センサ（例えば、液封入静電容量方式の傾斜角センサ）が該当する。この種の検出器は、上記のポテンショメータと比較して高精度であり、前記作業装置の姿勢および前記先端部の位置を高精度に算出できるというメリットを備える。しかし、その一方で、この種の検出器は応答性に劣り、前記作業装置が比較的高速に動作した場合には当該動作に追従することができず利用可能な動作速度に上限値が存在するというデメリットが存在する。
【００１５】
そこで、本発明に係る領域制限掘削制御装置では、前記領域制限制御において、前記複数の被駆動部材のうち少なくとも１つの被駆動部材の速度の大きさに応じて前記複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢・位置の演算に利用する検出器を前記第１検出器群と前記第２検出器群の中から選択することとした。これにより被駆動部材の速度に応じて利用する検出器を選択できるので、例えば、前記第１検出器群が応答可能な速度の最小値を設定値とし、前記複数の被駆動部材のうち少なくとも１つの被駆動部材の速度の大きさが前記設定値以上のときは当該少なくとも１つの被駆動部材の姿勢・位置の演算には前記第１検出器群を利用し、当該少なくとも１つの被駆動部材の速度の大きさが前記設定値未満のときは当該少なくとも１つの被駆動部材の姿勢・位置の演算には前記第２検出器群を利用するようにすれば、前記作業装置の動作速度が比較的高速の場合の高応答性を確保しながら、当該作業装置の動作速度が比較的低速の場合に当該作業装置の位置・姿勢が精度良く検出され領域制限掘削制御の精度が向上する。
【００１６】
（２）上記（１）は、好ましくは、前記制御装置は、前記領域制限制御において、前記作業装置の先端部の速度の大きさが設定値以上のときは、前記第１検出器群の検出信号に基づいて前記複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢・位置を算出し、前記作業装置の先端部の速度の大きさが前記設定値未満のときは、前記第２検出器群の検出信号に基づいて前記複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢・位置を算出することを特徴とする。
【００１７】
このように姿勢と位置を算出すれば、前記作業装置の先端部が高速動作して応答性が要求されるとき（前記設定値以上のとき）には前記第１検出器群の検出信号が利用され、前記作業装置の先端部が低速動作して精度が要求されるとき（前記設定値未満のとき）には前記第３検出器群の検出信号が利用されることになるので、動作速度に応じた検出器群の検出信号を利用して前記作業装置の姿勢と前記先端部の位置を算出することができる。これにより、前記作業装置の動作速度が比較的高速の場合の高応答性を確保しながら、当該作業装置の動作速度が比較的低速の場合に当該作業装置の位置・姿勢が精度良く検出され領域制限掘削制御の精度が向上する。例えば、掘削面の仕上げ時に作業装置をゆっくり動作させることで、オペレータの技量の程度に関わらず当該掘削面を短時間で平坦に仕上げ易くなる。
【００１８】
なお、前記設定値は、前記第１検出器群と前記第２検出器群の双方が応答可能な速度に設定することが好ましく、さらに好ましくは、前記第１検出器群の応答可能速度の最小値またはその近傍、かつ、前記第２検出器群の応答可能速度の最大値またはその近傍に設定することが好ましい。このような条件を満たす前記第１検出器群と前記第２検出器群を搭載しつつ、このように前記設定値を設定すれば、前記第１検出器群と前記第２検出器群の双方がともにカバーできない動作速度が発生することを防止できる。
【００１９】
（３）また、上記（１）または（２）において、好ましくは、前記制御装置は、前記領域制限制御において、前記複数の被駆動部材のうち速度の大きさが前記設定値以上のものの姿勢・位置の算出については前記第１検出器群の検出信号を利用し、前記複数の被駆動部材のうち速度の大きさが前記設定値未満のものの姿勢・位置の算出については前記第２検出器群の検出信号を利用することを特徴とする。
【００２０】
上記（２）では前記作業装置の先端の目標速度に応じて利用する検出器を選択したが、上記（３）のように前記各被駆動部材の速度に応じて利用する検出器を選択すると、前記各被駆動部材の実際の動作速度に応じて利用する検出器が選択される。したがって、（２）の場合よりも前記各被駆動部材の動作速度に適した検出器の検出信号に基づいて前記作業装置の姿勢および前記作業装置の先端部の位置を算出でき、領域制限掘削制御の精度が更に向上する可能性が高くなる。
【００２１】
（４）また、上記（１）から（３）のいずれかにおいて、好ましくは、前記複数の被駆動部材は、前記建設機械の本体を基点として直列的に連結されており、前記制御装置は、前記領域制限制御において、前記複数の被駆動部材のうち速度の大きさが前記設定値以上の高速部材と、前記複数の被駆動部材のうち当該高速部材よりも前記建設機械本体からリンク的に離れた位置で連結された全てのものの姿勢・位置の算出については前記第１検出器群の検出信号を利用し、前記複数の被駆動部材のうち残りのものの姿勢・位置の算出については前記第２検出器群の検出信号を利用することを特徴とする。
【００２２】
このように、前記複数の被駆動部材が前記建設機本体側を一端として他端に向かって直列的に連結されており、その連結途中に目標速度が前記設定値以上の被駆動部材（ここでは「高速部材」と称する）が存在する場合には、当該高速部材を基準として前記建設機本体からリンク的に離れる側に位置する他の被駆動部材の動作速度も速くなる。そのため、当該他の被駆動部の当該高速部材に対する相対速度が前記設定値未満で、上記（３）の考え方に基づけば前記第２検出器群の検出器を利用する場面であっても、地面を基準とした当該他の被駆動部材の速度は前記設定値を超えるため、応答性に劣る前記第２検出器群の検出器を利用すると誤検出により精度が悪化するおそれがある。しかし、上記（４）のように構成すれば、直列リンク上で前記高速部材が存在した場合には当該リンク上で当該高速部材から離れる側にある全ての被駆動部材の姿勢・位置算出に前記第１検出器群の検出器を利用することになるので誤検出が回避でき精度悪化を防止できる。
【００２３】
なお、典型的な油圧ショベルに上記（４）を適用すると、ブームの速度が前記設定値を超えた場合には、アームおよびバケット（アタッチメント）の速度に関わらず、ブーム、アームおよびバケットはすべて前記第１検出器群の検出信号に基づいて角度を算出することになる。同様に、ブームの速度が前記設定値未満で、アームの速度が前記設定値以上の場合には、アームとバケットについては前記第１検出器群により算出し、ブームについては前記第２検出器群により算出することになる。
【００２４】
（５）また、本発明に係る建設機械の領域制限掘削制御装置は、関節に設けられた回転軸を中心にそれぞれ回転可能な複数の被駆動部材を連結して構成された多関節型の作業装置と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ前記回転軸を中心に回転駆動する複数の油圧アクチュエータと、当該複数の油圧アクチュエータの動作を操作量に応じてそれぞれ指示するための複数の操作装置と、前記複数の操作装置の操作量に応じて出力される操作信号に応じて駆動され、前記複数の油圧アクチュエータに供給される油圧の流量及び方向を制御する複数の流量制御弁と、前記複数の被駆動部材の回転軸に対するそれぞれの回転角を検出する第１検出器群と、前記複数の被駆動部材の基準面に対するそれぞれの傾斜角を検出する第２検出器群と、前記第１検出器群の検出信号から設定周波数より高い周波数を抽出するハイパスフィルタ部と、前記第２検出器群の検出信号から前記設定周波数より低い周波数を抽出するローパスフィルタ部と、前記ハイパスフィルタ部と前記ローパスフィルタ部を通過した信号の合成信号から算出される前記複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢・位置、および前記複数の操作装置のそれぞれの操作量に基づいて、前記作業装置の先端部が移動可能な設定領域の境界から当該先端部までの距離がゼロに近づくほど前記先端部の速度ベクトルにおける当該境界に対する鉛直成分がゼロに近づくように、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つの駆動方向および駆動速度の少なくとも１つを制御する領域制限制御を実行する制御装置とを備えることを特徴とする。
【００２５】
上記（５）のように構成した領域制限掘削制御装置において、前記ハイパスフィルタ部を通過する信号（高周波成分の多い信号）は、前記被駆動部材が比較的高速動作したときに前記第１検出器群が検出した信号となり、また、前記ローパスフィルタ部を通過する信号（低周波成分の多い信号）は、前記被駆動部材が比較的低速動作または停止したときに前記第２検出器群が検出した信号となる。そのため、上記のように前記ハイパスフィル部及び前記ローパスフィルタ部を通過した信号の合成信号を姿勢・位置の算出に利用すれば、前記被駆動部材の高速動作中は応答性に優れた前記第１検出器群の検出信号を利用できるとともに、前記被駆動部材の低速動作中、一定速度動作中、および停止中のいずれかのときに精度に優れた前記第２検出器群の検出信号を利用できる。これにより、（１）〜（４）の構成による効果と同様に、前記作業装置の動作速度が比較的高速の場合の高応答性を担保しながら、前記作業装置の動作速度が比較的低速の場合の領域制限掘削制御の精度を向上できる。
【００２６】
以下、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、以下では、作業装置の先端のアタッチメントとしてバケット（１ｃ）を備える油圧ショベルを例示するが、バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルで本発明を適用しても構わない。また、以下の説明では、同一の構成要素が複数存在する場合、符号（数字）の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば、同一の３つのポンプ１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃが存在するとき、これらをまとめてポンプ１０００と表記することがある。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態に係る建設機械の領域制限掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図である。この図に示した油圧ショベルは、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２からの圧油により駆動されるブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ，３ｆを含む複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆのそれぞれに対応して設けられた複数の操作装置４ａ〜４ｆと、油圧ポンプ２と複数の油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆ間に接続され、操作装置４ａ〜４ｆの操作信号によって制御され、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁５ａ〜５ｆと、油圧ポンプ２と流量制御弁５ａ〜５ｆの間の圧力が設定値以上になった場合に開くリリーフ弁６とを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を駆動する油圧駆動装置を構成している。
【００２８】
図２は本発明が適用される油圧ショベルの外観とその周囲の設定領域の形状を示す図である。この図に示すように、油圧ショベルは、略水平な回転軸を中心にして上下方向（垂直方向）にそれぞれ回動するアーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃからなる多関節型の作業装置（フロント作業装置）１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅからなる建設機械本体１Ｂとで構成され、作業装置１Ａのブーム１ａの基端は上部旋回体１ｄの前部に支持されている。ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅはそれぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ，３ｆによりそれぞれ駆動される被駆動部材を構成し、それらの動作は上記操作装置４ａ〜４ｆにより指示される。
【００２９】
図３は油圧パイロット方式の操作装置４ａ〜４ｆの詳細を示す図である。操作装置４ａ〜４ｆはパイロット圧により対応する流量制御弁５ａ〜５ｆを駆動する油圧パイロット方式であり、それぞれ、図３に示すように、オペレータにより操作される操作レバー４０と、操作レバー４０の操作量と操作方向に応じたパイロット圧を生成する１対の減圧弁４１，４２とより構成され、減圧弁４１，４２の一次ポート側はパイロットポンプ４３に接続され、二次ポート側はパイロットライン４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４８ｂ，４９ａ，４９ｂを介して対応する流量制御弁の油圧制御部５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂに接続されている。
【００３０】
以上のような油圧ショベルに本実施の形態による領域制限掘削制御装置が設けられている。この制御装置は、予め作業に応じて作業装置の所定部位、例えばバケット１ｃの先端が動き得る設定領域の境界を設定する設定器７（図１参照）と、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃのそれぞれの回動支点かつ連結部材となるピンに設けられ、作業装置１Ａの位置と姿勢に関する状態量としてそれぞれの相対回転角を検出する角度検出器（ロータリーポテンショメータ）８ａ，８ｂ，８ｃと、上部旋回体１ｄに取り付けられ建設機械本体１Ｂの基準面（例えば、水平面）に対する傾斜角θを検出する傾斜角検出器８ｄと、ブーム１ａ、アーム１ｂおよびバケット１ｃにそれぞれ取り付けられ、水平面に対する傾斜角（対地角）を検出する傾斜角検出器（例えば、液封入静電容量方式の傾斜角センサ）８１ａ，８１ｂ，８１ｃと、ブーム１ａ、アーム１ｂおよびバケット１ｃ用の操作装置４ａ，４ｂ，４ｃのパイロットライン４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂに設けられ、操作装置４ａ，４ｂ，４ｃの操作量としてそれぞれのパイロット圧を検出する圧力検出器６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂと、設定器７の設定信号、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃ又は傾斜角検出器８ｄの検出信号及び圧力検出器６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂの検出信号を入力し、バケット１ｃの先端が動き得る設定領域を設定すると共に、領域を制限した掘削制御を行うための電気信号を出力する制御ユニット（制御装置）９と、前記電気信号により駆動される比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂと、比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂを通過し最終的に流量制御弁５ａ〜５ｆに作用するパイロット圧を検出する圧力検出器７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂと、シャトル弁１２とで構成されている。
【００３１】
上記において、圧力検出器６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂは、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃを駆動するための複数の操作装置４ａ，４ｂ，４ｃの操作量（レバー操作量）に関する状態量として、パイロット圧を検出するための検出器群を構成している。なお、パイロット圧は一例に過ぎず、例えば、各操作装置４ａ，４ｂ，４ｃの操作レバーの回転変位を検出する位置センサ（例えば、ロータリーエンコーダ）で当該操作レバーの操作量を検出しても良い。
【００３２】
また、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃは、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃの回転軸（ピン）に対するそれぞれの回転角に関する状態量を検出する検出器群（第１検出器群）を構成している。なお、角度検出器８による直接的な回転角の検出の代わりに、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ及びバケットシリンダ３ｃの変位を変位検出器（例えば、リニアポテンショメータ）で検出し、当該変位を上記のブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃの回転角に変換して利用しても良い。
【００３３】
そして、傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃは、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃの水平面に対するそれぞれの傾斜角（対地角）に関する状態量を検出する検出器群（第２検出器群）を構成している。なお、ここでは、傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃで水平面に対する傾斜角を検出する例について説明するが、水平面でなくても或る面（基準面）を基準とした傾斜角であれば良い。
【００３４】
図１に戻り、比例電磁弁１０ａの一次ポート側はパイロットポンプ４３に接続され、二次ポート側はシャトル弁１２に接続されている。シャトル弁１２はパイロットライン４４ａに設置され、パイロットライン４４ａ内のパイロット圧と比例電磁弁１０ａから出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａに導く。比例電磁弁１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂはそれぞれパイロットライン４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂに設置され、それぞれの電気信号に応じてパイロットライン内のパイロット圧を減圧して出力する。
【００３５】
なお、紙面の都合上、図１は比例電磁弁１３ａ，１３ｂ、圧力検出器６２ａ，６２ｂ、および圧力検出器７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂと、制御ユニット９とは信号の送受信が可能なように通信線で接続されていない図示となっているが、他の比例電磁弁１０，１１同様に電気信号が入力可能に構成されているものとする。
【００３６】
設定器７は、上部旋回体１ｄの運転室内の操作パネルあるいは操作装置４のグリップ上に設けられたスイッチ等の操作手段により設定信号を制御ユニット９に出力し設定領域の境界の設定を指示するもので、操作パネル上には表示装置等、他の補助手段があってもよい。また、ＩＣカードによる方法、バーコードによる方法、レーザによる方法、無線通信による方法等、他の方法を用いてもよい。
【００３７】
本発明の第１の実施の形態に係る制御ユニット９の制御機能を図４及び図５に示す。これらの図に示すように、制御ユニット９は、シリンダ速度演算部９ｍ、検出信号選択部９１ａ、角度変換器９２ａ、フロント姿勢演算部９ｂ、領域設定演算部９ａ、目標シリンダ速度演算部９ｃ、目標先端速度ベクトル演算部９ｄ、方向変換制御部９ｅ、補正後目標シリンダ速度演算部９ｆ、復元制御演算部９ｇ、補正後目標シリンダ速度演算部９ｈ、目標シリンダ速度選択部９ｉ、目標パイロット圧演算部９ｊ、バルブ指令演算部９ｋの各機能を有している。
【００３８】
なお、図示して説明しないが、制御ユニット９は、図４，５などに示した各種機能を発揮するための各種プログラムを実行するための演算手段としての演算処理装置（例えば、ＣＰＵ）と、当該プログラムをはじめ各種データを記憶するための記憶手段としての記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびフラッシュメモリ等の半導体メモリや、ハードディスクドライブ等の磁気記憶装置）と、これら演算処理装置および記憶装置へのデータ及び指示等の入出力制御を行うための入出力演算処理装置を備えているものとする。
【００３９】
図４において、シリンダ速度演算部９ｍでは圧力検出器７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂで検出したパイロット圧の値を入力し、流量制御弁５ａ，５ｂ，５ｃの吐出流量を求め、更にこの吐出流量からブームシリンダ３ａ及びアームシリンダ３ｂ及びバケットシリンダ３ｃの現在の速度を計算する。制御ユニット９の記憶装置には、圧力検出器７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂで検出されるパイロット圧と、流量制御弁５ａ，５ｂ，５ｃの吐出流量との関係が記憶されており、シリンダ速度演算部９ｍはこの関係を用いて流量制御弁５ａ，５ｂ，５ｃの吐出流量を求める。なお、制御ユニット９の記憶装置に事前に計算したパイロット圧とシリンダ速度との関係を記憶しておき、パイロット圧から直接シリンダ速度を求めてもよい。
【００４０】
検出信号選択部９１ａは、シリンダ速度演算部９ｍで算出された各シリンダ速度に応じて、フロント姿勢演算部９ｂに入力する検出信号を選択する部分である。角度変換器９２ａは、検出信号選択部９１ａによって傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの検出信号が少なくとも１つ選択された場合には、これを回転角α，β，γの少なくとも１つに変換して角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの情報と統一する。一方、検出信号選択部９１ａによって角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの検出信号が少なくとも１つ選択された場合には、回転角α，β，γの少なくとも１つがそのままフロント姿勢演算部９ｂに入力される。次に図６のフローチャートを用いて検出信号選択部９１ａおよび角度変換器９２ａで実行される処理の詳細について説明する。
【００４１】
図６は本発明の第１の実施の形態に係る検出信号選択部９１ａおよび角度変換器９２ａで実行される処理のフローチャートである。図６の処理が開始されたら、まず、検出信号選択部９１ａは、シリンダ速度演算部９ｍからブームシリンダ速度を入力し、当該ブームシリンダ速度が設定値（設定速度）Ｖ１以上かどうかを判定する（ステップ４０２ｂ−１）。設定値Ｖ１は、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの応答可能速度に基づいて決定する。一般的に角度検出器（ポテンショメータ）８ａ，８ｂ，８ｃは、傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃよりも応答性に優れており応答可能速度が高い。そこで、設定値Ｖ１は、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの双方が応答可能な速度に設定することが好ましく、さらに好ましくは、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの応答可能速度の最小値またはその近傍、かつ、傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの応答可能速度の最大値またはその近傍に設定することが好ましい。このように設定値Ｖ１を設定すれば、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの双方がともにカバーできない動作速度が発生することを防止できる。
【００４２】
ステップ４０２ｂ−１でブームシリンダ速度が設定値Ｖ１以上の場合には、検出信号選択部９１ａは角度検出器８ａで検出された回転角をブーム角αとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力する（ステップ４０２ｂ−２）。一方、ステップ４０２ｂ−１でブームシリンダ速度が設定値Ｖ１未満の場合には、検出信号選択部９１ａは傾斜角検出器８１ａで検出された対地角を選択し、これを角度変換器９２ａに出力する（ステップ４０２ｂ−３）。対地角の入力を受けた角度変換器９２ａは、これを回転角に変換したものをブーム角αとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力する（ステップ４０２ｂ−４）。
【００４３】
次に、検出信号選択部９１ａは、シリンダ速度演算部９ｍからアームシリンダ速度を入力し、当該アームシリンダ速度が設定値Ｖ１以上かどうかを判定する（ステップ４０２ｂ−５）。ここでアームシリンダ速度が設定値Ｖ１以上の場合には、検出信号選択部９１ａは角度検出器８ｂで検出された回転角をアーム角βとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力する（ステップ４０２ｂ−６）。一方、ステップ４０２ｂ−５でアームシリンダ速度が設定値Ｖ１未満の場合には、検出信号選択部９１ａは傾斜角検出器８１ｂで検出された対地角を選択し、これを角度変換器９２ａに出力する（ステップ４０２ｂ−７）。対地角の入力を受けた角度変換器９２ａは、これを回転角に変換したものをアーム角βとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力する（ステップ４０２ｂ−８）。
【００４４】
そして、検出信号選択部９１ａは、シリンダ速度演算部９ｍからバケットシリンダ速度を入力し、当該バケットシリンダ速度が設定値Ｖ１以上かどうかを判定する（ステップ４０２ｂ−９）。ここでバケットシリンダ速度が設定値Ｖ１以上の場合には、検出信号選択部９１ａは角度検出器８ｂで検出された回転角をバケット角γとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力する（ステップ４０２ｂ−１０）。一方、ステップ４０２ｂ−９でバケットシリンダ速度が設定値Ｖ１未満の場合には、検出信号選択部９１ａは傾斜角検出器８１ｃで検出された対地角を選択し、これを角度変換器９２ａに出力する（ステップ４０２ｂ−１１）。対地角の入力を受けた角度変換器９２ａは、これを回転角に変換したものをバケット角γとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力する（ステップ４０２ｂ−１２）。なお、図６の例では、ブーム角α、アーム角β、バケット角γの順番で回転角を求めたが、他の順番で回転角を求めても良い。
【００４５】
フロント姿勢演算部９ｂでは、制御ユニット９の記憶装置に記憶された作業装置１Ａ及び建設機械本体１Ｂの各部寸法と、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃ又は傾斜角センサ８１ａ，８１ｂ，８１ｃで検出された回転角α，β，γの値を用いて、例えばブーム１ａの回動支点を原点とするＸＹ座標系の値として作業装置１Ａの姿勢や所定部位の位置を演算する。
【００４６】
図５に戻り、領域設定演算部９ａでは、設定器７からの指示でバケット１ｃの先端が動き得る設定領域の境界の設定演算を行う。その一例について図７を用いて説明する。なお、本実施の形態は垂直面内に設定領域の境界を線で設定するものであるが、面で境界を設定しても良い。また、本実施の形態では、フロント姿勢演算部９ｂで演算されるバケット１ｃの先端位置を基準として境界を設定し、オペレータがその都度境界を設定する方式を採用しているが、外部参照データとして設定領域の境界を示す線データ、面データまたは３Ｄデータを入力して利用しても良い。
【００４７】
図７において、オペレータの操作でバケット１ｃの先端を点Ｐ１の位置に動かした後、設定器７からの指示でそのときのバケット１ｃの先端位置を計算し、次に設定器７を操作してその位置からの深さｈ１を入力して深さにより設定すべき設定領域の境界上の点Ｐ１＊を指定する。次に、点Ｐ１よりも建設機本体１Ｂ側に位置する点Ｐ２の位置にバケット１ｃの先端を動かした後、設定器７からの指示でそのときのバケット１ｃの先端位置を計算し、同様に設定器７を操作してその位置からの深さｈ２を入力して深さにより設定すべき境界上の点Ｐ２＊を指定する。そして、Ｐ１＊，Ｐ２＊の２点を結んだ線分の直線式を計算して設定領域の境界（境界線）とする。
【００４８】
ここで、２点Ｐ１，Ｐ２の位置はフロント姿勢演算部９ｂにて計算し、領域設定演算部９ａはその位置情報を用いて上記直線式を計算する。
【００４９】
制御ユニット９には作業装置１Ａ及び建設機械本体１Ｂの各部寸法が記憶されており、フロント姿勢演算部９ｂはこれらのデータと、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃまたは傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの検出信号から得た回転角α，β，γの値を用いて２点Ｐ１，Ｐ２の位置を計算する。このとき、２点Ｐ１，Ｐ２の位置は例えばブーム１ａの回動支点を原点としたＸＹ座標系の座標値（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）として求める。ＸＹ座標系は本体１Ｂに固定した直交座標系であり、垂直面内にあるとする。回転角α、β、γからＸＹ座標系の座標値（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）は、ブーム１ａの回動支点とアーム１ｂの回動支点との距離をＬ１、アーム１ｂの回動支点とバケット１ｃの回動支点との距離をＬ２、バケット１ｃの回動支点とバケット１ｃの先端との距離をＬ３とすれば、下記の式より求まる。
【００５０】
Ｘ＝Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）
Ｙ＝Ｌ１ｃｏｓα＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ（α＋β＋γ）
領域設定演算部９ａでは、設定領域の境界上の２点Ｐ１＊，Ｐ２＊の座標値を、それぞれ、Ｙ座標の下記の計算、Ｙ１＊＝Ｙ１−ｈ１Ｙ２＊＝Ｙ２−ｈ２を行うことにより求める。また、Ｐ１＊，Ｐ２＊の２点を結んだ線分の直線式は下記の式により計算する。
【００５１】
Ｙ＝（Ｙ２＊−Ｙ１＊）Ｘ／（Ｘ２−Ｘ１）＋（Ｘ２Ｙ１＊−Ｘ１Ｙ２＊）／（Ｘ２−Ｘ１）
そして、上記直線上に原点を持ち当該直線を一軸とする直交座標系、例えば点Ｐ２＊を原点とするＸａＹａ座標系を設定し、ＸＹ座標系からＸａＹａ座標系への座標変換データを求める。
【００５２】
また、傾斜地上での作業などで建設機械本体１Ｂが水平面に対して傾いたときは、バケットと先端と地面との相対位置関係が変化するので、設定領域の設定が正しく行えなくなる。そこで本実施の形態では、建設機械本体１Ｂの傾斜角θを傾斜角検出器８ｄで検出し、フロント姿勢演算部９ｂでその傾斜角θの値を入力し、ＸＹ座標系を角度θ回転させたＸｂＹｂ座標系でバケット先端の位置を計算する。これにより、建設機械本体１Ｂが傾いていても正しい領域設定が行える。なお、車体が傾いたときには車体の傾きを修正してから作業するとか、車体が傾斜しないような作業現場で用いる場合には、必ずしも傾斜角検出器は必要としない。
【００５３】
なお、上記の例では本体１Ｂからの距離の異なる２点Ｐ１，Ｐ２からの深さで設定領域の境界を設定したため、当該境界は２点Ｐ１＊，Ｐ２＊を通過する１本の直線で定義されたが、本体１Ｂからの距離の異なる３点以上の点からの深さで境界を設定すれば、垂直面内で任意の形状の境界を設定できる。例えば、３点によって境界を設定した場合には、略Ｖ字状の境界を設定できるし、４点であれば略Ｕ字状の境界を設定できる。また、本実施の形態は垂直面内に境界を線で設定したが、面で境界を設定しても良い。さらに、本実施の形態では、フロント姿勢演算部９ｂで演算されるバケット１ｃの先端位置を基準として境界を設定し、オペレータがその都度境界を設定する方式を採用しているが、外部参照データとして境界を示す線データ、面データまたは３Ｄデータを入力して利用しても良い。
【００５４】
図５に戻り、目標シリンダ速度演算部９ｃでは圧力検出器６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂで検出したパイロット圧の値を入力し、流量制御弁５ａ，５ｂ，５ｃの吐出流量を求め、更にこの吐出流量からブームシリンダ３ａ及びアームシリンダ３ｂ及びバケットシリンダ３ｃの目標速度を計算する。制御ユニット９の記憶装置には、圧力検出器６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂで検出されるパイロット圧と、流量制御弁５ａ，５ｂ，５ｃの吐出流量との関係が記憶されており、目標シリンダ速度演算部９ｃはこの関係を用いて流量制御弁５ａ，５ｂ，５ｃの吐出流量を求める。なお、制御ユニット９の記憶装置に事前に計算したパイロット圧と目標シリンダ速度との関係を記憶しておき、パイロット圧から直接目標シリンダ速度を求めてもよい。
【００５５】
目標先端速度ベクトル演算部９ｄでは、フロント姿勢演算部９ｂで求めたバケットの先端位置及び目標シリンダ速度演算部９ｃで求めた目標シリンダ速度と、制御ユニット９の記憶装置に記憶してある先のＬ１，Ｌ２，Ｌ３等の各部寸法とからバケット１ｃの先端の目標速度ベクトルＶｃを求める。このとき、目標速度ベクトルＶｃは、まず図７に示すＸＹ座標系の値として求め、次にこの値を用いて領域設定演算部９ａで先に求めたＸＹ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを用いてＸａＹａ座標系に変換することにより、ＸａＹａ座標系の値として求める。ここで、ＸａＹａ座標系での目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘは目標速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に平行な方向のベクトル成分となり、Ｙａ座標値Ｖｃｙは目標速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に垂直な方向のベクトル成分となる。
【００５６】
方向変換制御部９ｅでは、バケット１ｃの先端が設定領域内でその境界近傍にあり、目標速度ベクトルＶｃが設定領域の境界に接近する方向の成分を持つ場合、垂直なベクトル成分を設定領域の境界に近づくにつれて減じるように補正する。換言すれば、垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙにそれよりも小さい設定領域から離れる方向のベクトル（逆方向ベクトル）を加える。
【００５７】
図８に方向変換制御部９ｅでの制御内容をフローチャートで示す。まず、手順１００において、目標速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に対して垂直な成分、すなわちＸａＹａ座標系でのＹａ座標値Ｖｃｙの正負を判定し、正の場合はバケット先端が設定領域の境界から離れる方向の速度ベクトルであるので、手順１０１に進み、目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘ及びＹａ座標値Ｖｃｙをそのまま補正後のベクトル成分Ｖｃｘａ，Ｖｃｙａとする。負の場合はバケット先端が設定領域の境界に接近する方向の速度ベクトルであるので、手順１０２に進み、方向変換制御のため目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘはそのまま補正後のベクトル成分Ｖｃｘａとし、Ｙａ座標値Ｖｃｙはこれに係数ｈ（０≦ｈ≦１）を乗じた値を補正後のベクトル成分Ｖｃｙａとする。
【００５８】
ここで、係数ｈは、バケット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａに応じて０から１の間で変化する変数である。具体的には、係数ｈは、バケット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａが設定値Ｙａ１より大きいときは１であり、距離Ｙａが設定値Ｙａ１より小さくなると、距離Ｙａが小さくなるにしたがって１より小さくなり、距離Ｙａが０になると、すなわちバケット先端が設定領域の境界上に達すると０となる値であり、制御ユニット９の記憶装置にはこのようなｈとＹａの関係が記憶されている。
【００５９】
方向変換制御部９ｅでは、領域設定演算部９ａで先に演算で求めたＸＹ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを用いて、フロント変換演算部９ｂで求めたバケットｃの先端位置をＸａＹａ座標系に変換し、そのＹａ座標値からバケット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａを求め、この距離Ｙａと上記のＹａ１の関係を用いて係数ｈを求める。
【００６０】
以上のように目標速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙを補正することにより、距離Ｙａが小さくなるにしたがって垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙの減少量が大きくなるようベクトル成分Ｖｃｙが減じられ、目標速度ベクトルＶｃは目標速度ベクトルＶｃａに補正される。設定領域の境界から距離Ｙａ１の範囲を、方向変換領域又は減速領域（図９参照）と称することがある。
【００６１】
バケット１ｃの先端が上記のような補正後の目標速度ベクトルＶｃａの通りに方向変換制御されたときの軌跡の一例を図９に示す。目標速度ベクトルＶｃが斜め下方に一定であるとすると、その平行成分Ｖｃｘは一定となり、垂直成分Ｖｃｙはバケット１ｃの先端が設定領域の境界に近づくにしたがって（距離Ｙａが小さくなるにしたがって）小さくなる。補正後の目標速度ベクトルＶｃａはその合成であるので、軌跡は図９のように設定領域の境界に近づくにつれて平行となる曲線状となる。また、Ｙａ＝０でｈ＝０とすれば、設定領域の境界上での補正後の目標速度ベクトルＶｃａは平行成分Ｖｃｘに一致する。
【００６２】
なお、上記のようにバケット先端の目標速度ベクトルの垂直成分を減じても、流量制御弁、その他油圧機器の製作公差によるバラツキ等により垂直ベクトル成分を垂直方向距離Ｙａ＝０で０にするのは極めて難しく、バケット先端が設定領域外に侵入することがある。しかし、本実施の形態では後述する復元制御を併用するので、バケット先端はほぼ設定領域の境界上で動作することになる。また、上記の制御では、目標速度ベクトルの水平成分（Ｘａ座標値）はそのまま維持したが、必ずしも維持しなくてもよく、水主成分を増やし増速してもよいし、水平成分を減らし減速してもよい。
【００６３】
補正後目標シリンダ速度演算部９ｆでは、方向変換制御部９ｅで求めた補正後の目標先端速度ベクトルからブームシリンダ３ａ及びアームシリンダ３ｂの補正後の目標シリンダ速度を演算する。これは目標先端速度ベクトル演算部９ｄでの演算の逆演算である。
【００６４】
ここで、図８のフローチャートで手順１０２の方向変換制御（減速制御）を行う場合は、その方向変換制御に必要なブームシリンダ及びアームシリンダの動作方向を選択し、その動作方向における目標シリンダ速度を演算する。一例として、手前方向に掘削しようとしてアームクラウドをする場合（アームクラウド操作）と、ブーム下げ・アームダンプの複合操作でバケット先端を押し方向に操作した場合（アームダンプ複合操作）について説明する。
【００６５】
アームクラウド操作の場合は、目標速度ベクトルＶｃの垂直成分Ｖｃｙの減じ方に、（１）ブーム１ａを上げることで減じる方法、（２）アーム１ｂのクラウド動作を減速して減じる方法、（３）両者を組み合わせることにより減じる方法、の３通りがあり、（３）の場合、その組み合わせの割合はそのときの作業装置の姿勢、水平方向のベクトル成分等に応じて異なる。いずれにしてもこれらは制御ソフトで決まる。本実施の形態では復元制御と併用するので、ブーム１ａを上げることで減じる方法を含む（１）又は（３）が好ましく、動作の滑らかさという点で（３）が最も好ましいと考えられる。
【００６６】
アームダンプ複合操作では、アームを車体側の位置（手前の位置）からダンプ操作する場合に設定領域の外に出る方向の目標ベクトルを与えることになる。したがって、目標速度ベクトルＶｃの垂直成分Ｖｃｙを減じるためには、ブーム下げをブーム上げに切換え、アームダンプを減速する必要がある。その組み合わせも制御ソフトで決まる。
【００６７】
復元制御部９ｇでは、バケット１ｃの先端が設定領域の外に出たとき、設定領域の境界からの距離に関係して、バケット先端が設定領域に戻るように目標速度ベクトルを補正する。換言すれば、垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙにそれよりも大きな設定領域に接近する方向のベクトル（逆方向ベクトル）を加える。
【００６８】
図１０に復元制御部９ｇでの制御内容をフローチャートで示す。まず、手順１１０において、バケット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａの正負を判定する。ここで、距離Ｙａは前述したようにＸＹ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを用いて、フロント姿勢演算部９ｂで求めたフロント先端の位置をＸａＹａ座標系に変換し、そのＹａ座標値から求める。距離Ｙａが正の場合、バケット先端がまだ設定領域内にあるので手順１１１に進み、先に説明した方向変換制御を優先するため目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘ及びＹａ座標値Ｖｃｙをそれぞれ０とする。負の場合はバケット先端が設定領域の境界の外（境界の下方）に出たので、手順１１２に進み、復元制御のため目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘはそのまま補正後のベクトル成分Ｖｃｘａとし、Ｙａ座標値Ｖｃｙは設定領域の境界との距離Ｙａに係数−Ｋを乗じた値を補正後のベクトル成分Ｖｃｙａとする。ここで、係数Ｋは制御上の特性から決められる任意の値であり、−ＫＹａは距離Ｙａが小さくなるにしたがって小さくなる逆方向の速度ベクトルとなる。なお、Ｋは距離Ｙａが小さくなると小さくなる関数であっても良く、この場合、−ＫＶｃｙは距離Ｙａが小さくなるにしたがって小さくなる度合いが大きくなる。
【００６９】
以上のように目標速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙを補正することにより、目標Ｙａが小さくなるにしたがって垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙが小さくなるよう、目標速度ベクトルＶｃは目標速度ベクトルＶｃａに補正される。
【００７０】
バケット１ｃの先端が上記のような補正後の目標速度ベクトルＶｃａの通りに復元制御されたときの軌跡の一例を図１１に示す。目標速度ベクトルＶｃが斜め下方に一定であるとすると、その平行成分Ｖｃｘは一定となり、また復元ベクトルＶｃｙａ（＝−ＫＹａ）は距離Ｙａに比例するので垂直成分はバケット１ｃの先端が設定領域の境界に近づくにしたがって（距離Ｙａが小さくなるにしたがって）小さくなる。補正後の目標速度ベクトルＶｃａはその合成であるので、軌跡は図１１のように設定領域の境界に近づくにつれて平行となる曲線状となる。
【００７１】
このように、復元制御部９ｇではバケット１ｃの先端が設定領域に戻るように制御されるため、設定領域外に復元領域が得られることになる。また、この復元制御でも、バケット１ｃの先端の設定領域の境界に接近する方向の動きが減速されることにより、結果としてバケット１ｃの先端の移動方向が設定領域の境界に沿った方向に変換され、この意味でこの復元制御も方向変換制御ということができる。
【００７２】
補正後目標シリンダ速度演算部９ｈでは、復元制御部９ｇで求めた補正後の目標先端速度ベクトルからブームシリンダ３ａ及びアームシリンダ３ｂの補正後の目標シリンダ速度を演算する。これは目標先端速度ベクトル演算部９ｄでの演算の逆演算である。
【００７３】
ここで、図１０のフローチャートで手順１１２の復元制御を行う場合は、その復元制御に必要なブームシリンダ及びアームシリンダの動作方向を選択し、その動作方向における目標シリンダ速度を演算する。ただし、復元制御ではブーム１ａを上げることでバケット先端を設定領域に戻すため、ブーム１の上げ方向が必ず含まれる。その組み合わせも制御ソフトで決まる。
【００７４】
目標シリンダ速度選択部９ｉでは目標シリンダ速度演算部９ｆで得た方向変換制御による目標シリンダ速度と目標シリンダ速度演算部９ｈで得た復元制御による目標シリンダ速度の値の大きい方（最大値）を選択し、出力用の目標シリンダ速度とする。
【００７５】
ここで、バケット先端と設定領域の境界との距離Ｙａが正の場合は、図１０の手順１１１で目標速度ベクトル成分はともに０とされ、図８の手順１０１又は１０２における速度ベクトル成分の値の方が常に大となるので、目標シリンダ速度演算部９ｆで得た方向変換制御による目標シリンダ速度が選択され、距離Ｙａが負で目標速度ベクトルの垂直成分Ｖｃｙが負の場合は、図８の手順１０２においてｈ＝０で補正後の垂直成分Ｖｃｙａは０となり、図１０の手順１１２における垂直成分の値の方が常に大となるので、目標シリンダ速度演算部９ｈで得た復元制御による目標シリンダ速度が選択され、距離Ｙａが負で目標速度ベクトルの垂直成分Ｖｃｙが正の場合は、図８の手順１０１における目標速度ベクトルＶｃの垂直成分Ｖｃｙと図１０の手順１１２における垂直成分ＫＹａの値の大小に応じて、目標シリンダ速度演算部９ｆ又は９ｈで得た目標シリンダ速度が選択される。なお、選択部９ｉでは最大値を選択する代わりに両者の和をとるなど、別の方法であってもよい。
【００７６】
目標パイロット圧演算部９ｊでは、目標シリンダ速度選択部９ｉで得た出力用の目標シリンダ速度からパイロットライン４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂの目標パイロット圧を演算する。これは目標シリンダ速度演算部９ｃでの演算の逆演算である。
【００７７】
バルブ指令演算部９ｋでは、目標パイロット圧演算部９ｊで計算した目標パイロット圧からそのパイロット圧を得るための比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂの指令値を演算する。この指令値は増幅器で増幅され、電気信号として比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂに出力される。これにより図９に示した方向変換制御または図１１に示した復元制御が実行されて、設定領域の境界に沿った掘削面が形成される領域制限制御が実行される。
【００７８】
上記のように構成した建設機械では、作業装置１Ａの姿勢や所定部位の位置（例えばバケット先端位置）をフロント姿勢演算部９ｂで演算する際にブーム１ａ、アーム１ｂおよびバケット１ｃの回転角α，β，γを利用しているが、その回転角α，β，γの出力元となる検出器をブームシリンダ３ａ，アームシリンダ３ｂ，バケットシリンダ３ｃの速度に応じて選択している。具体的には、シリンダ速度が設定値Ｖ１以上であれば、応答性に優れた角度検出器８の検出信号を利用し、シリンダ速度が設定値Ｖ１未満であれば、精度に優れた傾斜角検出器８１の検出信号を利用している。このようにシリンダ速度に応じて回転角α，β，γの算出に利用する検出器を選択すると、シリンダ速度に設定値Ｖ１未満のものが含まれている場合に作業装置１Ａの姿勢や所定部位の位置の算出精度が向上する。図５をみれば明らかであるが、本実施の形態に係る領域制限掘削制御では、フロント姿勢演算部９ｂの出力は、領域設定演算部９ａ、目標先端速度ベクトル演算部９ｄ、方向変換制御部９ｅ、復元制御部９ｇおよび補正後目標シリンダ速度演算部９ｆ，９ｈと多くの部分で利用されているので、本実施の形態によれば領域制限掘削制御の精度が顕著に向上する。これにより、例えば、掘削面の仕上げ時に作業装置をゆっくり動作させることで、オペレータの技量の程度に関わらず当該掘削面を短時間で平坦に仕上げ易くなるというメリットが得られる。
【００７９】
上記の実施の形態では、ブームシリンダ３ａ，アームシリンダ３ｂ，バケットシリンダ３ｃのそれぞれの速度に応じて利用する検出器を選択したが、ピンを介して本体１Ｂに直線的に連結されたブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ（被駆動部材）にシリンダ速度が設定値Ｖ１以上のもの（高速部材）が存在する場合には、当該高速部材と、当該高速部材より本体１Ｂから離れる位置で連結された全ての被駆動部材（連動高速部材）との回転角については角度検出器８の検出信号を利用し、残りの被駆動部材の回転角については傾斜角検出器８１の検出信号を利用するようにしても良い。次に、この場合を第２の実施の形態として説明する。なお、第２の実施の形態は、検出信号選択部９１ａおよび角度変換器９２ａで実行される処理が第１の実施の形態と異なるのみであり、各部の構成については第１の実施の形態と同じなので説明は省略する。
【００８０】
図１２は本発明の第２の実施の形態に係る検出信号選択部９１ａおよび角度変換器９２ａで実行される処理のフローチャートである。図１２の処理が開始されたら、まず、検出信号選択部９１ａは、シリンダ速度演算部９ｍからブームシリンダ速度を入力し、当該ブームシリンダ速度が設定値Ｖ１以上かどうかを判定する（ステップ４０２ｃ−１）。ここでブームシリンダ速度が設定値Ｖ１以上の場合には、検出信号選択部９１ａは、ブーム１ａだけでなく、ブーム１ａを基点として本体１Ｂからリンク機構的に離れた位置で連結されたアーム１ｂ及びバケット１ｃについても、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃで検出された回転角を各被駆動部材の角度α，β，γとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力し（ステップ４０２ｃ−２）、処理を終了する。
【００８１】
ステップ４０２ｃ−１でブームシリンダ速度が設定値Ｖ１未満の場合には、検出信号選択部９１ａは、ブーム角として傾斜角検出器８１ａで検出された対地角を選択し（ステップ４０２ｃ−４）、これを角度変換器９２ａで回転角に変換したものをブーム角αとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力する（ステップ４０２ｃ−５）。そして、検出信号選択部９１ａは、シリンダ速度演算部９ｍからアームシリンダ速度を入力し、当該アームシリンダ速度が設定値Ｖ１以上かどうかを判定する（ステップ４０２ｃ−６）。ここでアームシリンダ速度が設定値Ｖ１以上の場合には、検出信号選択部９１ａは、アーム１ｂだけでなく、アーム１ｂを基点として本体１Ｂからリンク機構的に離れた位置で連結されたバケット１ｃについても、角度検出器８ｂ，８ｃで検出された回転角を各被駆動部材の角度β，γとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力し（ステップ４０２ｃ−７）、処理を終了する。
【００８２】
ステップ４０２ｃ−６でアームシリンダ速度が設定値Ｖ１未満の場合には、検出信号選択部９１ａは、アーム角として傾斜角検出器８１ｂで検出された対地角を選択し（ステップ４０２ｃ−９）、これを角度変換器９２ａで回転角に変換したものをアーム角βとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力する（ステップ４０２ｃ−１０）。そして、検出信号選択部９１ａは、シリンダ速度演算部９ｍからバケットシリンダ速度を入力し、当該バケットシリンダ速度が設定値Ｖ１以上かどうかを判定する（ステップ４０２ｃ−１１）。ここでバケットシリンダ速度が設定値Ｖ１以上の場合には、検出信号選択部９１ａは、角度検出器８ｃで検出された回転角をバケット角γとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力し（ステップ４０２ｃ−１２）、処理を終了する。
【００８３】
一方、ステップ４０２ｃ−１１でバケットシリンダ速度が設定値Ｖ１未満の場合には、検出信号選択部９１ａは、バケット角として傾斜角検出器８１ｃで検出された対地角を選択し（ステップ４０２ｃ−１３）、これを角度変換器９２ａで回転角に変換したものをバケット角γとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力し（ステップ４０２ｃ−１４）、処理を終了する。
【００８４】
油圧ショベルのように本体１Ｂを基端としてブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ（被駆動部材）がリンク機構上直線的に連結されている建設機械の場合には、当該直線の途中に速度が設定値Ｖ１以上の被駆動部材（高速部材）が存在すると、当該高速部材を基準として当該直線において本体１Ｂからリンク機構的に離れる側に位置する他の被駆動部材の動作速度も速くなる。そのため、当該他の被駆動部の当該高速部材に対する相対速度が設定値Ｖ１未満で、第１の実施の形態の図６のフローチャートに基づけば傾斜角検出器８１の検出信号を利用する場面であっても、当該他の被駆動部材の絶対速度が設定値Ｖ１を超えるため、応答性に劣る傾斜角検出器８１を利用すると誤検出により精度が悪化するおそれがある。しかし、本実施の形態のように構成すれば、前記直線上で前記高速部材が存在した場合には当該直線において当該高速部材から離れる側にある全ての被駆動部材の角度算出に角度検出器８の検出信号を利用することになるので誤検出が回避でき精度悪化を防止できる。
【００８５】
油圧ショベルで領域制限制御が利用される場合には、図１３に示す（１）戻り、（２）掘削、（３）水平引き、という動作を含む一連の動作が繰り返し行われるが、この中の（１）戻り動作と（３）水平引き動作で本実施の形態が利用されることになり、本実施の形態は油圧ショベルでの適用に特に効果を発揮する。具体的には、（１）戻り動作では、ブーム１ａの下げ速度は設定値Ｖ１以上となるが、アーム１ｂおよびバケット１ｃの速度は設定値Ｖ１を超えないため、図６のフローチャートであればブーム１ａについては角度検出器８ａが、アーム１ｂとバケット１ｃについては傾斜角検出器８１ｂ，８１ｃが利用されることになるが、本実施の形態によれば、図１２のステップ４０２ｃ−２を通過することになるので、すべて角度検出器８を利用することになるため、高速で移動するブーム１ａの影響によりアーム１ｂ及びバケット１ｃの角度検出時に誤検出が発生することを回避できる。また、（３）水平引き動作では、ブーム１ａとバケット１ｃの速度は設定値Ｖ１未満で、アーム１ｂの速度が設定値Ｖ１以上となるため、図６のフローチャートであればアーム１ｂについては角度検出器８ｂが、ブーム１ａとバケット１ｃについては傾斜角検出器８１ａ，８１ｃが利用されることになるが、本実施の形態によれば、図１２のステップ４０２ｃ−７を通過することになるので、ブーム１ａのみ傾斜角検出器８１ａで、アーム１ｂとバケット１ｃについては角度検出器８ｂ，８ｃが利用されることになり、高速で移動するアーム１ｂの影響によりバケット１ｃの角度検出時に誤検出が発生することを回避できる。
【００８６】
ところで、上記の２つの実施の形態では、ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃの速度に応じて角度検出器８と傾斜角検出器８１のどちらの検出信号を利用するかを決定していたが、バケット先端速度に応じて利用する検出器を選択しても良い。以下ではこの場合を第３の実施の形態として説明する。
【００８７】
図１４は本発明の第３の実施の形態に係る制御ユニット９の制御機能の一部を示す機能ブロック図である。この図に示した制御ユニット９は、バケット先端速度推定値演算部９ｎを備えている。バケット先端速度推定値演算部９ｎには、フロント姿勢演算部９ｂから１サイクル前（後述する図１５のフローチャートにおける「START」から「RETURN」までを１サイクル（１制御周期）とする）の姿勢が入力されており、さらに、シリンダ速度演算部９ｍからはバケットシリンダ速度、アームシリンダ速度、バケットシリンダ速度が入力されている。バケット先端速度推定値演算部９ｎは、これらの情報に基づいて、方向変換制御部９ｅおよび復元制御部９ｇに先だって、バケット先端速度の推定値を算出する。１サイクルの周期は、１サイクル前の姿勢に基づくバケット先端速度推定値の演算に影響が出ないようにできるだけ短く設定することが好ましい。
【００８８】
なお、図１４における制御ユニット９の上記以外の部分については、図４に示したものと同じである。そして、本実施の形態に係る制御ユニット９は、図１４に示した機能以外に、図５に示したものと同じ機能も有しているものとする。
【００８９】
図１５は本発明の第３の実施の形態に係る建設機械の領域制限掘削制御装置で実行される処理のフローチャートである。制御ユニット９は、エンジンキーオンをきっかけに図１５の処理を開始し、１サイクル前の作業装置１Ａの姿勢が記憶されているか否かを示すフラグをチェックする（ステップ６０１）。フラグは０か１に選択的に設定される。フラグが１の場合は、１サイクル前の作業装置１Ａの姿勢が記憶されていることを示し、フラグが０の場合は、油圧ショベルの起動開始直後につき、１サイクル前の作業装置１Ａの姿勢が記憶されていないことを示す。
【００９０】
ステップ６０１でフラグが０の場合（つまり、１サイクル目）は、まず、ステップ６０２でフラグに１を入力する。このとき、油圧ショベルはキーオン直後で、操作装置４ａ，４ｂ，４ｃは未操作の状態であり、これにより圧力検出器７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂの値はゼロである。つまり、バケット先端速度はゼロとなるので、ステップ６０７に進む。
【００９１】
ステップ６０７では、検出信号選択部９１ａは、傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃから出力される対地角を選択し、これを角度変換器９２ａに出力する。対地角の入力を受けた角度変換器９２ａは、これを回転角に変換したものをブーム角α、アーム角β、バケット角γとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力し（ステップ６０８）、ステップ６０９に進む。
【００９２】
ステップ６０１でフラグが１の場合（つまり、２サイクル目以降）は、シリンダ速度演算部９ｍは、圧力検出器７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂで検出したパイロット圧の値を入力し、流量制御弁５ａ，５ｂ，５ｃの吐出流量を求め、更にこの吐出流量からブームシリンダ３ａ及びアームシリンダ３ｂ及びバケットシリンダ３ｃの速度を計算し、これらをバケット先端速度推定値演算部９ｎに出力する（ステップ６０３）。
【００９３】
ステップ６０４では、バケット先端速度推定値演算部９ｎが、フロント姿勢演算部９ｂから入力される１サイクル前の姿勢と、ステップ６０３の各シリンダ３ａ，３ｂ，３ｃの速度に基づいてバケット先端速度推定値を算出し、当該バケット先端速度推定値を検出信号選択部９１ａに出力する。
【００９４】
バケット先端速度推定値の入力を受けた検出信号選択部９１ａは、当該バケット先端速度推定値が設定値Ｖ１以上かどうかを判定する（ステップ６０５）。ここでバケット先端速度推定値が設定値Ｖ１以上の場合には、検出信号選択部９１ａは角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃで検出された回転角をブーム角α、アーム角βおよびバケット角γとしてフロント姿勢演算部９ｂに出力し（ステップ６０６）、ステップ６０９に進む。一方、ステップ６０５でバケット先端速度推定値が設定値Ｖ１未満の場合には、先述のステップ６０７，６０８に進み、傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃで検出された対地角が回転角に変換されたものがフロント姿勢演算部９ｂに出力される。
【００９５】
以降のステップ６０９からステップ６１６までの処理は、既に説明した、フロント姿勢演算部９ｂ、目標シリンダ速度演算部９ｃ、目標先端速度ベクトル演算部９ｄ、方向変換制御部９ｅ、補正後目標シリンダ速度演算部９ｆ、復元制御演算部９ｇ、補正後目標シリンダ速度演算部９ｈ、目標シリンダ速度選択部９ｉ、目標パイロット圧演算部９ｊおよびバルブ指令演算部９ｋによる処理と同じであるが、簡単に説明する。なお、領域設定演算部９ａによる設定領域の境界設定処理は事前に実行済みであるものとし、ここでは説明しない。
【００９６】
ステップ６０９において、フロント姿勢演算部９ｂは、ステップ６０６または６０８で入力した回転角α，β，γに基づいて作業装置１Ａの姿勢やバケット先端位置を算出する。ステップ６１０では、目標先端速度ベクトル演算部９ｄが、フロント姿勢演算部９ｂで求めたバケットの先端位置及び目標シリンダ速度演算部９ｃで求めた目標シリンダ速度と、制御ユニット９の記憶装置に記憶してある先のＬ１，Ｌ２，Ｌ３等の各部寸法とからバケット１ｃの先端の目標速度ベクトル（目標先端速度ベクトル）Ｖｃを求める。
【００９７】
ステップ６１１では、フロント姿勢演算部９ｂで求めたバケット１ｃの先端位置が減速領域（図９参照）内に有るか否かの判定が行われる。ここで、バケット１ｃの先端位置が減速領域内に有るのであれば、バケット１ｃの先端位置から設定領域の境界までの距離に応じて方向変換制御部９ｅが目標速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙを減じ、目標速度ベクトルＶｃを目標速度ベクトルＶｃａに補正する減速制御が行われる（ステップ６１２）。
【００９８】
ステップ６１３では、フロント姿勢演算部９ｂで求めたバケット１ｃの先端位置が設定領域の外（すなわち、設定領域の境界の下方）に有るか否かの判定が行われる。ここで、バケット１ｃの先端位置が設定領域の外に有ると判定されれば、バケット１ｃの先端位置から設定領域の境界までの距離が小さくなるにしたがって復元制御部９ｇが目標速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙが小さくなるように、目標速度ベクトルＶｃを目標速度ベクトルＶｃａに補正する復元制御が行われる（ステップ６１４）。
【００９９】
ステップ６１５では、補正後目標シリンダ速度演算部９ｆまたは補正後目標シリンダ速度演算部９ｈが、方向変換制御部９ｅ若しくは復元制御部９ｇで求めた補正後の目標先端速度ベクトル、または、減速制御や復元制御が行われない場合にはステップ６１０で求めた目標先端速度ベクトルに基づいて、ブームシリンダ３ａ及びアームシリンダ３ｂの補正後の目標シリンダ速度を演算する。そして、目標パイロット圧演算部９ｊが、補正後目標シリンダ速度演算部９ｆまたは補正後目標シリンダ速度演算部９ｈで算出された出力用の目標シリンダ速度からパイロットライン４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂの目標パイロット圧を演算する。
【０１００】
ステップ６１６では、バルブ指令演算部９ｋが、目標パイロット圧演算部９ｊで計算した目標パイロット圧からそのパイロット圧を得るための比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂの指令値を演算する。これにより減速制御（方向変換制御）または復元制御が実行されて、設定領域の境界に沿った掘削面が形成される領域制限制御が実行される。
【０１０１】
ステップ６１７では、制御ユニット９は、エンジンキーオンか否かを判定し、キーオンのままであればＳＴＡＲＴに戻り、キーオフであればフラグにゼロを入力し一連の処理を終了する。
【０１０２】
上記のように構成した本実施の形態では、バケット先端速度推定値の大きさが設定値Ｖ１以上のときは、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの出力値に基づいて作業装置１Ａの姿勢およびバケット先端位置を算出し、一方、バケット先端速度推定値の大きさが設定値Ｖ１未満のときは、傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの検出信号に基づいて作業装置１Ａの姿勢およびバケット先端位置を算出することとした。このように姿勢と位置を算出すれば、応答性が要求される高速動作のとき（設定値Ｖ１以上のとき）には角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの検出信号が利用され、精度が要求される低速動作のとき（設定値Ｖ１未満のとき）には傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの検出信号が利用されることになるので、バケット先端の動作速度に応じた検出器群の検出信号を利用して作業装置１Ａの姿勢とバケット先端位置を算出することができる。これにより、バケット先端の動作速度が比較的高速の場合の高応答性を担保しながら、バケット先端の動作速度が比較的低速の場合に作業装置１Ａの姿勢・位置が精度良く検出され領域制限掘削制御の精度が向上する。
【０１０３】
上記の第１から第３の実施の形態では、作業装置１Ａを構成する被駆動部材の少なくとも１つの動作速度に基づいて作業装置１Ａの姿勢および各部の位置を算出する際に利用する検出器を角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの２種類の角度検出器の中から選択したが、次のように２種の検出器の検出信号を合成しても作業装置１Ａの姿勢および各部の位置の算出精度を向上できる。以下ではこの場合を第４の実施の形態として説明する。
【０１０４】
図１６は本発明の第４の実施の形態に係る制御ユニットの制御機能の一部を示す機能ブロック図であり、その他の部分については図５と同じである。この図に示すように、本実施の形態に係る制御ユニット９は、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの検出信号（回転角ｄ１）から設定周波数（遮断周波数）ｆ１より高い周波数成分ｄ１ｈを抽出するハイパスフィルタ部９３ａと、傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの検出信号（対地角）を角度変換部９２ａで回転角に変換したもの（回転角ｄ２）から設定周波数ｆ１より低い周波数成分ｄ２ｌを抽出するローパスフィルタ部９４ａと、ハイパスフィルタ部９３ａとローパスフィルタ部９４ａで抽出された高周波成分ｄ１ｈと低周波成分ｄ２ｌを和算して得られる合成信号（回転角ｄ３）をフロント姿勢演算部９ｂに出力する合成演算部９５ａを備えている。フロント姿勢演算部９ｂは、合成演算部９５ａから入力される合成信号に基づいて作業装置１Ａの姿勢および各部の位置を算出する。
【０１０５】
また、図１６中には、合成信号に対する理解を促進するために、作業装置１Ａの或る被駆動部材を或る目標角度まで駆動した場合の各信号（回転角ｄ１、回転角ｄ１ｈ、回転角ｄ２、回転角ｄ２ｌ、回転角ｄ３）の時間変化を模式的に示したものを付している。
【０１０６】
図１７は図１６に示した内容を一連の処理としてフローチャートにまとめたものである。図１７の処理が開始されたら、制御ユニット９は、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの信号（回転角ｄ１）を入力し（ステップ５０１）、傾斜角センサ８１ａ，８１ｂ，８１ｃの信号（対地角）を入力する（ステップ５０３）。そして、角度変換部９２ａは、ステップ５０４で入力した信号（対地角）を回転角のもの（回転角ｄ２）に変換し、変換後の信号をローパスフィルタ部９４ａに出力する（ステップ５０５）。
【０１０７】
ステップ５０７では、ハイパスフィルタ部９３ａがステップ５０３で入力した信号（回転角ｄ１）に対してハイパスフィルタをかけ、その高周波成分ｄ１ｈを求める。ステップ５０９では、ローパスフィルタ部９４ａがステップ５０５で変換された信号（回転角ｄ２）に対してローパスフィルタをかけ、その低周波成分ｄ２ｌを求める。そして、合成演算部９５ａが、ハイパスフィルタ部９３ａを通過した高周波成分ｄ１ｈと、ローパスフィルタ部９４ａを通過した低周波成分ｄ１ｌを合成し、これにより得られた合成信号（回転角ｄ３）をフロント姿勢演算部９ｂに出力し（ステップ５１１）、一連の処理を終了する。
【０１０８】
上記のように構成した本実施の形態によれば、ハイパスフィルタ部９３ａを通過した高周波成分ｄ１ｈは、被駆動部材が比較的高速動作したときに角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃが検出した信号となり、また、ローパスフィルタ部９４ａを通過した低周波成分ｄ２ｌは、被駆動部材が比較的低速動作または停止したときに傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃが検出した信号となる。そのため、合成演算部９５ａによる合成信号（ｄ３）を姿勢・位置の算出に利用すれば、被駆動部材の高速動作中は応答性に優れた角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの検出信号を利用できるとともに、被駆動部材の低速動作中または停止中は精度に優れた傾斜角検出器８１ａ，８１ｂ，８１ｃの検出信号を利用できる。これにより、先の各実施の形態による効果と同様に、作業装置１Ａの動作速度が比較的高速の場合の高応答性を担保しながら、作業装置１Ａの動作速度が比較的低速の場合の領域制限掘削制御の精度を向上できる。なお、本実施の形態によれば、一定速度動作中ではハイパスフィルタ部９３ａを通過した高周波成分ｄ１ｈが０となるので、合成信号ｄ３はローパスフィルタ部９４ａからの低周波成分ｄ２ｌのみとなることから、被駆動部材の速度に関わらず精度に優れた傾斜角検出器８１ａ、８１ｂ、８１ｃの検出信号を利用することとなる。
【０１０９】
なお、上記の各実施の形態は、ハードウェア的な構成は共通化することが可能であるため、制御ユニット９をはじめとするコンピュータやオペレータ等の要求に応じて任意に選択可能に構成しても良い。
【０１１０】
また、本発明は、上記で説明した領域制限制御のみに適用が限られるものではなく、作業装置の姿勢検出に基づいて行われるあらゆる領域制限制御に適用可能であり、設定領域の境界設定の方法も上記で説明したものに限られない。また、上記では作業装置１Ａ（ブーム１ａ、アーム１ｂおよびバケット１ｃ）を駆動する油圧アクチュエータとして油圧シリンダを利用する例を挙げたが、例えば油圧モータでこれらを駆動しても良い。さらに、本発明が適用可能な建設機械は、エンジンにより油圧ポンプが駆動されるものだけでなく、電動機により油圧ポンプが駆動されるものにも適用可能である。
【０１１１】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
【０１１２】
また、上記の制御装置に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また、上記の制御装置に係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該制御装置の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１ａ…ブーム、１ｂ…アーム、１ｃ…バケット、２…油圧ポンプ、３ａ…ブームシリンダ、３ｂ…アームシリンダ、３ｃ…バケットシリンダ、４ａ，４ｂ，４ｃ…操作装置、５ａ，５ｂ，５ｃ…流量制御弁、７…設定器、８ａ，８ｂ，８ｃ…角度検出器、９…制御ユニット、９ｍ…シリンダ速度演算部、９１ａ…検出信号選択部、９２ａ…角度変換器、９ｂ…フロント姿勢演算部、９ａ…領域設定演算部、９ｃ…目標シリンダ速度演算部、９ｄ…目標先端速度ベクトル演算部、９ｅ…方向変換制御部、９ｆ…補正後目標シリンダ速度演算部、９ｇ…復元制御演算部、９ｈ…補正後目標シリンダ速度演算部、９ｉ…目標シリンダ速度選択部、９ｊ…目標パイロット圧演算部、９ｋ…バルブ指令演算部、９ｎ…バケット先端速度推定値演算部、９３ａ…ハイパスフィルタ部、９４ａ…ローパスフィルタ部、９５ａ…合成演算部、１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂ…比例電磁弁、４３…パイロットポンプ、６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ…圧力検出器、７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ…圧力検出器、８１ａ，８１ｂ，８１ｃ…傾斜角検出器
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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