(57)【要約】【課題】作業効率を著しく低下させることなく自動制御を高い精度で行うことが可能な作業機械の自動制御装置を提供する。【解決手段】自動制御装置は、作業機械の作業装置１４の対象部位２５が予め決められた目標軌跡に沿って動くように第１要素２２の第１動作及び第２要素２０の第２動作を制御する。当該自動制御装置は、作業装置の姿勢情報に基づき、指定速度での第１動作によって所定時間経過後の対象部位の位置の目標軌跡８０からの偏差である予測偏差δｐが許容範囲内にあるか否かを判定し、予測偏差δｐが許容範囲内にあるときは指定速度での第１動作を許容し、予測偏差δｐが許容範囲を逸脱するときは所定時間経過後の偏差が許容範囲内に収まるように第１動作の速度を制限し、第１動作に伴って対象部位２５が目標軌跡８０に沿って移動するように第２動作の速度を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と、当該機体に支持される作業装置であって、第１動作を行うことが可能な第１要素及び当該第１要素に対する相対的な第２動作を行うことが可能な第２要素を含む作業装置と、前記第１要素及び前記第２要素を動かす作業駆動装置と、を備える作業機械に設けられ、前記作業装置において選ばれた対象部位が予め決められた目標軌跡に沿って動くように前記第１動作及び前記第２動作を制御する自動制御装置であって、
前記第１要素に前記第１動作を行わせる指令を行うとともに当該第１動作の速度を指定するための操作である指令操作を受ける操作装置と、
前記作業装置の姿勢に関する情報であって前記対象部位の位置についての情報を含む姿勢情報を提供する姿勢情報提供部と、
前記姿勢情報提供部により提供される前記姿勢情報に基づき、前記指令操作によって指定された指定速度で前記第１要素が前記第１動作を行った場合に予測される偏差であって所定時間経過後の前記対象部位の位置の前記目標軌跡からの偏差である予測偏差が許容範囲内にあるか否かを判定し、当該予測偏差が当該許容範囲内にあるときは前記第１要素が前記指定速度で前記第１動作を行うように駆動されることを許容し、当該予測偏差が当該許容範囲を逸脱するときは前記指定速度にかかわらず前記所定時間経過後の前記偏差が当該許容範囲内に収まるように前記第１動作の速度を前記逸脱の度合いに応じて制限する第１動作速度制限部と、
前記第１動作に伴って前記対象部位が前記目標軌跡に沿って移動するように前記第２動作の速度を制御する第２動作速度制御部と、を備える、作業機械の自動制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械の自動制御装置であって、前記第１動作速度制限部は、制限指令の入力を受けたときに前記指令操作にかかわらず前記第１動作の速度を前記制限指令に対応した度合いで強制的に低減させるように前記作業駆動装置による前記第１要素の駆動を制限する駆動制限部と、前記予測偏差が前記許容範囲内にあるときは前記駆動制限部に対する前記制限指令の入力を停止し、前記予測偏差が前記許容範囲を逸脱するときは前記所定時間経過後の前記偏差を前記許容範囲内に収めるように前記逸脱の度合いに応じて前記第１動作の速度を制限する前記制限指令を演算して前記駆動制限部に入力する制限指令演算部と、を含む、作業機械の自動制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の作業機械の自動制御装置であって、前記第１動作速度制限部は、前記姿勢情報と前記指定速度とに基いて前記予測偏差を演算する予測偏差演算部をさらに含み、前記制限指令演算部は、前記予測偏差演算部により演算される予測偏差が前記許容範囲から逸脱するときはその逸脱の度合いに応じた前記制限指令を演算して前記駆動制限部に入力する一方、前記予測偏差が前記許容範囲内にあるときは前記制限指令の入力を停止する、作業機械の自動制御装置。
【請求項４】
作業機械であって、
機体と、
当該機体に支持される作業装置であって、第１動作を行うことが可能な第１要素及び当該第１要素に対する相対的な第２動作を行うことが可能な第２要素を含む作業装置と、
前記第１要素及び前記第２要素を動かす作業駆動装置と、
請求項１〜３のいずれかに記載の自動制御装置と、を備え、当該自動制御装置は、前記作業装置において選ばれた対象部位が予め決められた目標軌跡に沿って動くように前記第１動作及び前記第２動作を制御する、作業機械。
【請求項５】
請求項４記載の作業機械であって、前記作業装置は、前記第２要素として前記機体に起伏可能に支持されるブームと、前記第１要素として当該ブームの先端に回動可能に連結されるアームと、当該アームの先端に回動可能に連結される先端アタッチメントと、を含み、前記作業駆動装置は、前記第２動作として前記アーム及び前記先端アタッチメントとともに前記ブームに上げ方向の動作であるブーム上げ動作を行わせるブームアクチュエータと、前記第１動作として前記ブームに近づく向きの当該ブームに対する相対的な回動であるアーム引き動作を前記アームに行わせるアームアクチュエータと、を含む、作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に設けられて当該作業機械における作業装置に所定の動作を自動的に行わせる制御を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械は、一般に、機体と、当該機体に支持される作業装置と、を備える。当該作業装置は、オペレータにより操作レバーに与えられる操作に応じて作動し、これにより所定の作業動作を行う。例えば油圧ショベルの場合、前記作業装置は、機体に起伏可能に支持されるブームと、当該ブームの先端に回動可能に連結されるアームと、当該アームの先端に回動可能に連結されるバケットと、を含み、当該バケットの先端が所定の軌跡に沿って動くように前記ブーム、アーム及びバケットの操作が行われる。
【０００３】
さらに近年は、オペレータの負担を軽減すべく、オペレータが簡単な操作を行うだけで前記作業装置が特定の動作を自動的に行うように当該作業装置の駆動を制御する自動制御装置の開発が進められている。
【０００４】
例えば特許文献１は、油圧ショベルに設けられる自動軌跡自動制御装置を開示する。この装置は、アーム用操作桿に与えられる操作が所定の標準的な移動軌跡を描かせるための初期操作であると判定した場合に、当該油圧ショベルのバケットの刃先が水平面に沿ってアーム引き方向に移動するように、つまり水平均し作業を行うように、前記アームの引き方向の動きに対応してブームを上げ方向に動かす自動制御を行う。
【０００５】
さらに、当該特許文献１に記載される装置は、前記アームの引き方向の動きに前記ブームの上げ方向の動きを確実に追従させる（つまり前記バケットの刃先の動きを確実に目標軌跡に沿わせる）ために前記アームの引き方向の速度であるアーム引き速度を制限する機能を有する。具体的に、当該装置は、前記自動制御が開始された直後は前記アーム引き速度を前記アーム用操作桿に与えられた操作に対応する目標速度よりも十分小さくし、その後当該アーム引き速度を前記目標速度まで徐々に移行させる制御動作を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３２８７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に記載された装置は、作業状況にかかわらず自動制御開始時点からしばらくは操作桿への操作にかかわらず作業装置の作動速度を一律に制限するので、作業効率を必要以上に著しく低下させてしまうおそれがある。例えば、油圧ショベルのバケットの先端を水平面に沿って移動させる制御において、ブームの起立角が十分大きな状況ではアーム引き速度が大きくてもこれに伴うバケットの上下方向の変位は小さいためにブーム上げ動作の追従が可能であり、熟練オペレータはこのような状況を見越して操作レバーを大きく操作する可能性がある。しかし、前記装置は、当該オペレータの操作にかかわらずアーム引き速度を初期段階において一律に制限してしまい、これにより作業効率を著しく低下させるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、作業機械における作業装置の特定部位が所定の軌跡に沿って移動するように当該作業装置の動作の制御を行う装置であって、作業効率を著しく低下させることなく前記制御を高い精度で行うことが可能な自動制御装置、及びこれを備えた作業機械、を提供することを目的とする。
【０００９】
提供される自動制御装置は、機体と、当該機体に支持される作業装置であって、第１動作を行うことが可能な第１要素及び当該第１要素に対する相対的な第２動作を行うことが可能な第２要素を含む作業装置と、前記第１要素及び前記第２要素を動かす作業駆動装置と、を備える作業機械に設けられ、前記作業装置において選ばれた対象部位が予め決められた目標軌跡に沿って動くように前記第１動作及び前記第２動作を制御する。当該自動制御装置は、前記第１要素に前記第１動作を行わせる指令を行うとともに当該第１動作の速度を指定するための操作である指令操作を受ける操作装置と、前記作業装置の姿勢に関する情報であって前記対象部位の位置についての情報を含む姿勢情報を提供する姿勢情報提供部と、当該姿勢情報提供部により提供される前記姿勢情報に基づき、前記指令操作によって指定された指定速度で前記第１要素が前記第１動作を行った場合に予測される偏差であって所定時間経過後の前記対象部位の位置の前記目標軌跡からの偏差である予測偏差が許容範囲内にあるか否かを判定し、当該予測偏差が当該許容範囲内にあるときは前記第１要素が前記指定速度で前記第１動作を行うように駆動されることを許容し、当該予測偏差が当該許容範囲を逸脱するときは前記指定速度にかかわらず前記所定時間経過後の前記偏差が当該許容範囲内に収まるように前記第１動作の速度を前記逸脱の度合いに応じて制限する第１動作速度制限部と、前記第１動作に伴って前記対象部位が前記目標軌跡に沿って移動するように前記第２動作の速度を制御する第２動作速度制御部と、を備える。
【００１０】
この自動制御装置は、前記作業装置の対象部位を目標軌跡に沿って移動させるために必要な場合にのみ当該作業装置における第１要素の第１動作の速度をその必要の度合いに応じて制限することにより、作業効率の著しい低下を回避しながら前記対象部位を高い精度で前記目標軌跡に沿って移動させることを可能にする。具体的に、当該自動制御装置は、当該作業装置についての姿勢情報に基づき、指定速度での第１要素の第１動作が所定時間経過後の対象部位の位置の目標軌跡に対する偏差（予測偏差）を許容範囲から逸脱させるか否かを判定し、当該予測偏差が当該許容範囲から逸脱する場合にその逸脱の度合いに応じて前記第１動作の速度を制限することにより、当該制限をなるべく抑えながら当該第１動作に第２要素の第２動作が高い精度で追従すること、つまり高い精度で自動制御を行うこと、を可能にする。一方、前記予測偏差が前記許容範囲内にあるときは前記第１動作の速度の制限をしない（つまり第１要素が指定速度で第１動作を行うことを許容する）ことにより、オペレータから操作装置に与えられる指令操作によって指定された指定速度を尊重した作業装置の駆動を可能にする。このようにして、高い精度での自動制御を実現しながら作業効率の低下が有効に抑止される。
【００１１】
前記第１動作速度制限部は、例えば、制限指令の入力を受けたときに前記指令操作にかかわらず前記第１動作の速度を前記制限指令に対応した度合いで強制的に低減させるように前記作業駆動装置による前記第１要素の駆動を制限する駆動制限部と、前記予測偏差が前記許容範囲内にあるときは前記駆動制限部に対する前記制限指令の入力を停止し、前記予測偏差が前記許容範囲を逸脱するときは前記所定時間経過後の前記偏差を前記許容範囲内に収めるように前記逸脱の度合いに応じて前記第１動作の速度を制限する前記制限指令を演算して前記駆動制限部に入力する制限指令演算部と、を含むものが好適である。当該駆動制限部と当該制限指令演算部との組み合わせは、前記操作装置に与えられる指令操作にかかわらず、前記第１動作の速度を制限するように前記作業駆動装置による前記第１要素の駆動を制限することを可能にする。
【００１２】
この場合、前記第１動作速度制限部は、前記姿勢情報と前記指定速度とに基いて前記予測偏差を演算する予測偏差演算部をさらに含み、前記制限指令演算部は、前記予測偏差演算部により演算される予測偏差が前記許容範囲から逸脱するときはその逸脱の度合いに応じた前記制限指令を演算して前記駆動制限部に入力する一方、前記予測偏差が前記許容範囲内にあるときは前記制限指令の入力を停止することが、好ましい。前記予測偏差演算部は、前記予測偏差を実際に演算することにより、当該予測偏差が前記許容範囲内にあるか当該許容範囲から逸脱するかの判定を容易にする。
【００１３】
また本発明によれば、前記自動制御装置を備えた作業機械が提供される。当該作業機械は、機体と、当該機体に支持される作業装置であって、第１動作を行うことが可能な第１要素及び当該第１要素に対する相対的な第２動作を行うことが可能な第２要素を含む作業装置と、前記第１要素及び前記第２要素を動かす作業駆動装置と、前記自動制御装置と、を備え、当該自動制御装置は、前記作業装置において選ばれた対象部位が予め決められた目標軌跡に沿って動くように前記第１動作及び前記第２動作を制御する。
【００１４】
前記自動制御装置は、前記作業装置が、前記第２要素として前記機体に起伏可能に支持されるブームと、前記第１要素として当該ブームの先端に回動可能に連結されるアームと、当該アームの先端に回動可能に連結される先端アタッチメントと、を含み、前記作業駆動装置は、前記第２動作として前記アーム及び前記先端アタッチメントとともに前記ブームに上げ方向の動作であるブーム上げ動作を行わせるブームアクチュエータと、前記第１動作として前記ブームに近づく向きの当該ブームに対する相対的な回動であるアーム引き動作を前記アームに行わせるアームアクチュエータと、を含む場合に、特に有効である。この場合、前記第２動作である前記ブーム上げ動作は、当該ブームだけでなくこれに連結される前記アーム及び前記先端アタッチメントの上昇を伴うため、当該ブーム上げ動作を前記第１動作である前記アーム引き動作のように高い速度で行うことは困難である。従って、当該アーム引き動作（第１動作）の速度に制限がなければこれに前記ブーム上げ動作（第２動作）を追従させることが不可能となるおそれ、つまり前記先端アタッチメントの対象部位が目標軌跡から大きく逸脱するおそれ、があるが、前記自動制御装置による前記アーム引き動作の速度の制限は、前記ブーム上げ動作の速度の上限が低い場合にも、作業効率の著しい低減を招くことなく前記先端アタッチメントの対象部位を高い精度で前記目標軌跡に沿って移動させることを可能にする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、作業機械における作業装置の特定部位が所定の軌跡に沿って移動するように当該作業装置の動作の制御を行う装置であって、作業効率を著しく低下させることなく前記制御を高い精度で行うことが可能な自動制御装置、及びこれを備えた作業機械、が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る油圧式作業機械である油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】前記油圧ショベルに搭載される油圧回路とその制御を行うコントローラとを示す図である。
【図３】前記コントローラによって行われる自動制御動作を示すフローチャートである。
【図４】前記コントローラによって演算される、バケット先端の予測変位量Δδ及び予測偏差δｐを示す側面図である。
【図５】前記油圧ショベルの作業装置の姿勢と予測変位との関係を示す側面図である。
【図６】従来の制御によるアーム引き速度の時間変化を示すグラフである。
【図７】前記コントローラにより制御されるアーム引き速度Ｖａ及びブーム上げ速度Ｖｂの時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、前記実施の形態に係る油圧ショベルを示す。なお、本発明が適用される作業機械は前記油圧ショベルに限らない。本発明は、第１及び第２要素を含む作業装置を備え、当該作業装置において設定される対象部位を目標軌跡に沿って移動させる自動制御の要請がある作業機械に広く適用され得るものである。
【００１９】
前記油圧ショベルは、地盤Ｇの上を走行可能な下部走行体１０と、前記下部走行体１０に搭載される上部旋回体１２と、上部旋回体１２に搭載される作業装置１４と、当該作業装置１４を駆動する作業駆動装置と、を備える。
【００２０】
前記下部走行体１０及び前記上部旋回体１２は、前記作業装置１４を支持する機体を構成する。前記上部旋回体１２は、旋回フレーム１６と、その上に搭載される複数の要素と、を有する。当該複数の要素は、エンジンを収容するエンジンルーム１７や運転室であるキャブ１８を含む。
【００２１】
前記作業装置１４は、掘削作業その他の必要な作業のための動作を行うことが可能であり、ブーム２０、アーム２２及びバケット２４を含む。前記ブーム２０は、前記旋回フレーム１６の前端に起伏可能すなわち水平軸回りに回動可能に支持される基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記アーム２２は、前記ブーム２０の先端部に水平軸回りに回動可能に取付けられる基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記バケット２４は、先端アタッチメントに相当するものであり、前記アーム２２の先端部に回動可能に取付けられる。
【００２２】
前記作業駆動装置は、前記ブーム２０、前記アーム２２及び前記バケット２４のそれぞれについて設けられる複数の伸縮可能な油圧シリンダ、すなわちブームシリンダ２６、アームシリンダ２７及びバケットシリンダ２８と、図２に示される油圧回路を構成する第１メインポンプ３１及び第２メインポンプ３２と、を含む。
【００２３】
前記ブームシリンダ２６は、前記上部旋回体１２と前記ブーム２０との間に介在し、当該ブーム２０に起伏動作を行わせるように伸縮するブームアクチュエータである。当該ブームシリンダ２６は、図２に示されるへッド側室２６ｈ及びロッド側室２６ｒを有し、当該へッド側室２６ｈに作動油が供給されることにより伸長して前記ブーム２０を上げ方向に動かすとともに前記ロッド側室２６ｒ内の作動油を排出する一方、前記ロッド側室２６ｒに作動油が供給されることにより収縮して前記ブーム２０を下げ方向に動かすとともに前記へッド側室２６ｈ内の作動油を排出する。
【００２４】
前記アームシリンダ２７は、前記ブーム２０と前記アーム２２との間に介在し、当該アーム２２に回動動作を行わせるように伸縮するアームアクチュエータである。具体的に、当該アームシリンダ２７は、図２に示されるへッド側室２７ｈ及びロッド側室２７ｒを有し、当該へッド側室２７ｈに作動油が供給されることにより伸長して前記アーム２２を引き方向（当該アーム２２の先端がブーム２０に近づく方向）に動かすとともに前記ロッド側室２７ｒ内の作動油を排出する一方、前記ロッド側室２７ｒに作動油が供給されることにより収縮して前記アーム２２を押し方向（当該アーム２２の先端がブーム２０から離れる方向）に動かすとともに前記へッド側室２７ｈ内の作動油を排出する。
【００２５】
前記バケットシリンダ２８は、前記アーム２２と前記バケット２４との間に介在し、当該バケット２４に回動動作を行わせるように伸縮する。具体的に、当該バケットシリンダ２８は、伸長することにより前記バケット２４を掬い方向（当該バケット２４の先端２５がアーム２２に近づく方向）に回動させる一方、収縮することにより前記バケット２４を開き方向（当該バケット２４の先端２５がアーム２２から離れる方向）に回動させる。
【００２６】
前記第１及び第２メインポンプ３１，３２のそれぞれは油圧ポンプからなり、前記エンジンにより駆動されることにより作動油を吐出する。前記第１メインポンプ３１は、前記ブームシリンダ２６を含む少なくとも一つの油圧アクチュエータに作動油を供給するように当該油圧アクチュエータに接続される。同様に、前記第２メインポンプ３２は、前記アームシリンダ２７を含む少なくとも一つの油圧アクチュエータに作動油を供給するように当該油圧アクチュエータに接続される。
【００２７】
前記油圧回路は、さらに、パイロットポンプ３４と、ブームコントロールバルブ４１と、アームコントロールバルブ４２と、ブーム操作装置５１と、アーム操作装置５２と、を含む。
【００２８】
前記ブームコントロールバルブ４１は、前記第１メインポンプ３１と前記ブームシリンダ２６との間に介在し、当該第１メインポンプ３１から当該ブームシリンダ２６に供給される作動油の方向及び流量を変化させるように開閉動作する。図２に示されるブームコントロールバルブ４１は、ブーム上げパイロットポート４１ａ及びブーム下げパイロットポート４１ｂを有する３位置のパイロット操作切換弁により構成される。当該ブームコントロールバルブ４１は、前記両パイロットポート４１ａ，４１ｂのいずれにもパイロット圧が供給されないときは図２における中段の位置である中立位置を保って第１メインポンプ３１からブームシリンダ２６への作動油の供給を遮断し、前記ブーム上げパイロットポート４１ａにパイロット圧が供給されたときはそのパイロット圧の大きさに応じたストロークで前記中立位置から図２における上段の位置であるブーム上げ位置に切換わって当該ストロークに対応した流量で前記第１メインポンプ３１から前記ブームシリンダ２６のへッド側室２６ｈに作動油が供給されることを許容するとともに当該ブームシリンダ２６のロッド側室２６ｒからタンクに作動油が戻ることを許容し、前記ブーム下げパイロットポート４１ｂにパイロット圧が供給されたときはそのパイロット圧の大きさに応じたストロークで前記中立位置から図２における下段の位置であるブーム下げ位置に切換わって当該ストロークに対応した流量で前記第１メインポンプ３１から前記ブームシリンダ２６のロッド側室２６ｒに作動油が供給されることを許容するとともに当該ブームシリンダ２６のへッド側室２６ｈからタンクに作動油が戻ることを許容する。
【００２９】
前記アームコントロールバルブ４２は、前記第２メインポンプ３２と前記アームシリンダ２７との間に介在し、当該第２メインポンプ３２から当該アームシリンダ２７への作動油の供給の形態を変化させるように開閉動作する。図２に示されるアームコントロールバルブ４２は、アーム引きパイロットポート４２ａ及びアーム押しパイロットポート４２ｂを有する３位置のパイロット操作切換弁により構成される。当該アームコントロールバルブ４２は、前記両パイロットポート４２ａ，４２ｂのいずれにもパイロット圧が供給されないときは図２における中段の位置である中立位置を保って第２メインポンプ３２からアームシリンダ２７への作動油の供給を遮断し、前記アーム引きパイロットポート４２ａにパイロット圧が供給されたときはそのパイロット圧の大きさに応じたストロークで前記中立位置から図２における上段の位置であるアーム引き位置に切換わって当該ストロークに対応した流量で前記第２メインポンプ３２から前記アームシリンダ２７のへッド側室２７ｈに作動油が供給されることを許容するとともに当該アームシリンダ２７のロッド側室２７ｒからタンクに作動油が戻ることを許容し、前記アーム押しパイロットポート４２ｂにパイロット圧が供給されたときはそのパイロット圧の大きさに応じたストロークで前記中立位置から図２における下段の位置であるアーム押し位置に切換わって当該ストロークに対応した流量で前記第２メインポンプ３２から前記アームシリンダ２７のロッド側室２７ｒに作動油が供給されることを許容するとともに当該アームシリンダ２７のへッド側室２７ｈからタンクに作動油が戻ることを許容する。
【００３０】
図示はされないが、前記第１及び第２メインポンプ３１，３２を含む複数のメインポンプのいずれかと前記バケットシリンダ２８との間にも、前記コントロールバルブ２６，２７と同様に前記バケットシリンダ２８に対する作動油の供給の方向及び流量を変化させるバケットコントロールバルブが設けられる。
【００３１】
前記パイロットポンプ３４は、油圧ポンプからなり、エンジンにより駆動されることにより、前記各コントロールバルブのパイロットポートに供給されるべきパイロット用油を吐出する。
【００３２】
前記ブーム操作装置５１は、前記ブーム２０に起伏動作（ブーム上げ動作及びブーム下げ動作）を行わせる指令のための操作であってかつ当該起伏動作の速度を指定するための操作であるブーム指令操作を受けるとともに、当該ブーム指令操作に対応した方向及び速度で前記ブームシリンダ２６を作動させるように、前記ブームコントロールバルブ４１のパイロットポート４１ａ，４１ｂに供給されるパイロット圧を変化させる。
【００３３】
具体的に、当該ブーム操作装置５１は、前記ブーム指令操作を受けるブーム操作レバー５１ａと、当該ブーム操作レバー５１ａに連結されるブームパイロット弁５１ｂと、を有する。当該ブームパイロット弁５１ｂは、前記パイロットポンプ３４と前記パイロットポート４１ａ，４１ｂとの間に介在し、前記ブーム操作レバー５１ａに前記ブーム指令操作が与えられたときに前記パイロットポート４１ａ，４１ｂのうち前記ブーム指令操作の方向に対応するパイロットポートに対して当該ブーム指令操作の大きさに対応する大きさのパイロット圧が供給されることを許容するように、当該ブーム操作レバー５１ａに連動して開弁する。
【００３４】
前記アーム操作装置５２は、前記アーム２２に回動動作（アーム引き動作及びアーム押し動作）を行わせる指令のための操作であってかつ当該回動動作の速度を指定するための操作であるアーム指令操作を受けるとともに、当該アーム指令操作に対応した方向及び速度で前記アームシリンダ２７を作動させるように、前記アームコントロールバルブ４２のパイロットポート４２ａ，４２ｂに供給されるパイロット圧を変化させる。
【００３５】
具体的に、当該アーム操作装置５２は、前記アーム指令操作を受けるアーム操作レバー５２ａと、当該アーム操作レバー５２ａに連結されるアームパイロット弁５２ｂと、を有する。当該アームパイロット弁５２ｂは、前記パイロットポンプ３４と前記パイロットポート４２ａ，４２ｂとの間に介在し、前記アーム操作レバー５２ａに前記アーム指令操作が与えられたときに前記パイロットポート４２ａ，４２ｂのうち前記アーム指令操作の方向に対応するパイロットポートに対して当該アーム指令操作の大きさに対応する大きさのパイロット圧が供給されることを許容するように、当該アーム操作レバー５２ａに連動して開弁する。
【００３６】
この実施の形態に係る油圧ショベルは、さらに、自動制御装置を備える。当該自動制御装置は、オペレータの特定の操作に基いて、前記作業装置１４によって行われることが可能な作業のうちの特定の作業に対応する動作を当該作業装置１４に自動的に行わせる自動制御を行う。この実施の形態に係る前記特定の操作は、前記アーム引き動作の指令のために前記アーム操作レバー５２ａに与えられる操作であるアーム引き操作であり、前記特定の作業は、前記アーム２２の引き方向の動作を伴う水平均し作業、つまり、バケット２４の先端２５を地盤Ｇの表面近傍の高さ位置で水平方向に移動させる作業である。
【００３７】
前記自動制御装置は、オペレータの意志により自動制御モードが選択された場合に、前記アーム操作レバー５２ａに与えられる前記アーム引き操作のみに基づき、次の内容を含む制御動作を行う。
（ａ）原則として、前記アーム引き操作により指定された指定速度（当該アーム引き操作の大きさに対応する速度）で前記アーム２２を引き方向に動かすように、つまり前記アーム２２にアーム引き動作を行わせるように、アームシリンダ２７を伸長させる。
（ｂ）前記アーム２２の引き方向の動作に伴って前記バケット２４の先端２５が図４に示されるような目標軌跡８０（この実施の形態では下部走行体１０の下面を含む水平面）に沿って自動的に移動するように、つまり当該引き方向の動作に追従するように、前記ブーム２０を上げ方向に動かす。つまりブーム２０にブーム上げ動作を行わせる。
（ｃ）前記指定速度が過大であって前記引き方向の動作への前記ブーム２０の上げ方向の動作の追従が困難である場合には、当該追従が可能となる程度まで前記アーム２２のアーム引き動作の速度であるアーム引き速度Ｖａを前記指定速度よりも低い速度に制限する。
【００３８】
従って、この実施の形態では、前記アーム２２及び前記ブーム２０がそれぞれ本発明に係る第１要素及び第２要素に相当し、当該アーム２２の引き方向の動作であるアーム引き動作及び当該ブーム２０の上げ方向の動作であるブーム上げ動作がそれぞれ本発明に係る第１動作及び第２動作に相当し、先端アタッチメントである前記バケット２４の先端２５が本発明に係る対象部位に相当する。
【００３９】
前記自動制御装置は、前記自動制御を行うための具体的手段として、前記アーム操作装置５２に加え、図２に示される油圧回路に含まれるブーム上げ操作弁４４と、シャトル弁４５と、アーム引き速度制限弁４６と、複数のセンサと、モード切換スイッチ６８と、コントローラ７０と、を備える。
【００４０】
前記ブーム上げ操作弁４４及び前記シャトル弁４５は、前記ブーム操作装置５１のブーム操作レバー５１ａが操作されていない状態であっても、前記アーム引き動作に伴って前記バケット２４の先端２５を前記目標軌跡８０に沿って移動させるような速度で前記ブーム２０に前記ブーム上げ動作を行わせるようにブームシリンダ２６を作動させるための手段である。
【００４１】
図２に示されるブーム上げ操作弁４４は、前記パイロットポンプ３４と前記ブーム上げパイロットポート４１ａとの間で前記ブームパイロット弁５１ｂと並列に配置される。詳しくは、前記パイロットポンプ３４から前記ブーム上げパイロットポート４１ａに至るラインがその途中で手動操作用ライン５３と自動制御用ライン５４とに分岐し、当該手動操作用ライン５３及び当該自動制御用ライン５４にそれぞれ前記ブームパイロット弁５１ｂ及び前記ブーム上げ操作弁４４が設けられている。
【００４２】
前記ブーム上げ操作弁４４は、いわゆる電磁比例減圧弁であり、ソレノイド４４ａを有し、当該ソレノイド４４ａにブーム上げ指令に相当する励磁電流が与えられる。ブーム上げ操作弁４４は、当該ブーム上げ指令の大きさに対応したストロークで開弁し、これにより、当該ストロークに対応した二次圧（ブーム上げ操作弁４４の下流側の圧力）を発生させる。
【００４３】
前記シャトル弁４５は、前記ブームパイロット弁５１ｂの二次圧及び前記ブーム上げ操作弁４４の二次圧のうち高い方の圧力を選択してこれをブーム上げパイロット圧として前記ブーム上げパイロットポート４１ａに導く。具体的に、当該シャトル弁５５は一対の入口ポートと単一の出口ポートとを有し、前記一対の入口ポートが前記手動操作用ライン５３の下流端及び前記自動制御用ライン５４の下流端にそれぞれ接続され、前記出口ポートが前記ブーム上げパイロットポート４１ａにつながる共通ライン５５の上流端に接続される。
【００４４】
前記アーム引き速度制限弁４６は、アーム２２の引き方向の速度を前記アーム操作レバー５２ａに与えられるアーム引き操作の大きさに対応する指定速度よりも低い速度に制限するための手段である。具体的に、当該アーム引き速度制限弁４６は、前記アームパイロット弁５２ｂの二次圧をさらに減圧してからアーム引きパイロットポート４２に導く機能、換言すれば、当該アームパイロット弁５２ｂからアーム引きパイロットポート４２ａに入力されるパイロット圧を減じる機能、を有する。
【００４５】
図２に示されるアーム引き速度制限弁４６は、前記アームパイロット弁５２ｂから前記アーム引きパイロットポート４２ａに至るアーム引きパイロットライン５６において前記ブームパイロット弁５１ｂの下流側に当該ブームパイロット弁５１ｂと直列に配置される。当該アーム引き速度制限弁４６は、いわゆる電磁逆比例減圧弁であり、ソレノイド４６ａを有し、当該ソレノイド４４ａにはアーム引き速度制限指令に相当する励磁電流が与えられる。当該アーム引き速度制限弁４６は、当該アーム引き速度制限指令の大きさに対応したストロークで全開状態から閉弁動作を行い、これにより、当該ストロークに対応した度合いで二次圧（アーム引き速度制限弁４６の下流側の圧力）を減少させる。つまり、前記アーム引き速度制限指令が大きいほど前記アーム引きパイロットポート４２ａに入力されるパイロット圧の大きさを減少させる。
【００４６】
前記アーム引き速度制限弁４６は、従って、前記アーム引き制限指令の入力を受けたときに前記アーム引き操作にかかわらず前記アーム２２の引き動作の速度を前記アーム引き制限指令に対応した度合いで強制的に低減させるように前記第２メインポンプ３２及び前記アームシリンダ２７による前記アーム２２の引き方向の駆動を制限する、駆動制限部を構成する。
【００４７】
前記複数のセンサは、ブーム角度センサ６０と、アーム角度センサ６２と、バケット角度センサ６４と、アーム引きパイロット圧センサ６６と、を含む。前記ブーム角度センサ６０は、前記上部旋回体１２に対する前記ブーム２０の相対角度（起伏角度）に対応するブーム角度検出信号を生成する。前記アーム角度センサ６２は、前記ブーム２０に対する前記アーム２２の相対角度（回動角度）に対応するアーム角度検出信号を生成する。前記バケット角度センサ６４は、前記アーム２２に対する前記バケット２４の相対角度（回動角度）に対応するバケット角度検出信号を生成する。前記アーム引きパイロット圧センサ６６は、前記アーム引き動作についての前記アームパイロット弁５２ｂの二次圧、つまり前記アーム引きパイロットライン５６における前記アームパイロット弁５２ｂと前記アーム引き速度制限弁４６との間の領域におけるパイロット用油の圧力、に対応するアーム引きパイロット圧検出信号を生成する。
【００４８】
前記モード切換スイッチ６８は、例えば前記キャブ１８内に設けられ、オペレータが手動モードと自動制御モードのうちの所望のモードを選択するための操作を受ける。当該モード切換スイッチ６８は、前記自動制御モードを選択するための操作を受けたときに自動制御指令を生成する。このモード切換スイッチ６８は、本発明において必須のものではない。例えば、前記作業装置１４を動かすための操作部材（前記ブーム操作レバー５１ａ、前記アーム操作レバー５２ａ等）に対して予め設定された特定の操作が与えられることによって自動制御モードが選択されてもよい。
【００４９】
前記複数のセンサのそれぞれが生成する検出信号及び前記自動制御指令は前記コントローラ７０に入力される。当該コントローラ７０は、コンピュータからなり、前記自動制御を実行するための演算制御動作を行う。そのための機能として、当該コントローラ７０は、図２に示されるように、姿勢演算部７２と、予測偏差演算部７４と、アーム引き速度制限指令演算部７６と、ブーム上げ指令演算部７８と、を有する。
【００５０】
前記姿勢演算部７２は、前記ブーム角度センサ６０、前記アーム角度センサ６２及び前記バケット角度センサ６４から入力される検出信号に基づき、前記作業装置１４の姿勢に関する情報であって前記対象部位である前記バケット２４の先端２５の位置についての情報を含む姿勢情報を演算する。従って、当該姿勢演算部７２は、前記各センサ６０，６２，６４とともに、前記姿勢情報を提供する姿勢情報提供部を構成する。
【００５１】
前記予測偏差演算部７４は、前記自動制御モードが選択されている場合に予測偏差δｐを演算する。当該予測偏差δｐは、前記目標軌跡８０に対する前記特定部位すなわち前記バケット２４の先端２５の位置の偏差であって、前記アーム引き操作によって指定された指定速度で前記アーム２２が前記アーム引き動作を行った場合に所定時間Δｔの経過後に生じるであろうと予測される偏差である。当該予測偏差δｐの具体的な演算例については後に詳述する。
【００５２】
前記アーム引き速度制限指令演算部７６は、前記自動選択モードが選択されている場合に、前記予測偏差演算部７４により演算される前記予測偏差δｐが予め設定された許容範囲内にあるか否かを判定し、その判定結果に基いて前記アーム引き速度制限指令を演算して前記アーム引き速度制限弁４６のソレノイド４６ａに入力する。具体的に、当該アーム引き速度制限指令演算部７６は、前記予測偏差δｐが前記許容範囲内にあるときは、前記アーム引き速度制限弁４６に対する前記アーム引き速度制限指令の入力を停止し、前記予測偏差δｐが前記許容範囲を逸脱するときは、その逸脱の度合いに応じた、前記所定時間ΔＴの経過後の前記偏差を前記許容範囲内に収めるようなアーム引き速度制限指令を演算して前記アーム引き速度制限弁４６に入力する。
【００５３】
つまり、前記アーム引き速度制限弁４６、前記予測偏差演算部７４及び前記アーム引き速度制限指令演算部７６は、前記予測偏差δｐが予め決められた許容範囲内にあるときは前記アーム２２が前記指定速度で前記第１動作である前記引き方向の動作、つまりアーム引き動作、を行うように駆動されることを許容し、当該予測偏差δｐが当該許容範囲を逸脱するときは前記指定速度にかかわらず前記所定時間ΔＴの経過後の前記偏差が当該許容範囲内に収まるように前記逸脱の度合いに応じて前記アーム引き動作の速度を制限するアーム引き速度制限部を構成する。当該アーム引き速度制限部は、本発明に係る第１動作速度制限部に相当する。
【００５４】
前記ブーム上げ指令演算部７８は、前記自動選択モードが選択されている場合に、前記ブーム上げ指令を演算して前記ブーム上げ操作弁４４のソレノイド４４ａに入力する。当該ブーム上げ指令は、前記自動制御を実現するためのブーム上げ速度Ｖｂ、すなわち、前記アーム２２の引き方向の動作に伴って前記対象部位である前記バケット２４の先端２５が前記目標軌跡８０に沿って移動することを可能にするような速度、でブーム２０が上げ方向に動作するようにブームシリンダ２６を作動させるための指令信号である。従って、当該ブーム上げ指令演算部７８は、当該ブーム上げ操作弁４４とともに、前記第１動作である前記アーム引き動作に伴って前記バケット先端２５が前記目標軌跡８０に沿って移動するように前記第２動作の速度である前記ブーム上げ速度Ｖｂを制御するブーム上げ速度制御部を構成する。当該ブーム上げ速度制御部は、本発明にいう第２動作速度制御部に相当する。
【００５５】
次に、このコントローラ７０により行われる演算制御動作を、図３のフローチャート及び図４，図５を併せて参照しながら説明する。
【００５６】
当該コントローラ７０は、各センサ６０，６２，６４，６６により生成される検出信号及び前記モード切換スイッチ６８により生成される自動制御指令を取込む（ステップＳ１）。そして、当該自動制御指令の入力の有無に基づき、自動制御モードが選択されているか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００５７】
前記自動制御モードが選択されていない場合（ステップＳ２でＮＯ）、当該コントローラ７０のアーム引き速度制限指令演算部７６はアーム引き速度制限指令の生成及び出力を停止し、ブーム上げ指令演算部７８はブーム上げ指令の生成及び出力を停止する（ステップＳ３）。これにより、アーム引き速度制限弁４６は全開状態を保ち、ブーム上げ操作弁４４は全閉状態を保つ。従って、油圧ショベルのモードは、ブーム２０の上げ方向の動作及びアーム２２の引き方向の動作が他の動作と同様に専らブーム操作レバー５１ａ及びアーム操作レバー５２ａに与えられるブーム上げ操作及びアーム引き操作に支配されるモード、つまり前記手動モード、となる。
【００５８】
前記自動制御モードが選択されている場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、コントローラ７０の姿勢演算部７２が、ブーム角度センサ６０、アーム角度センサ６２及びバケット角度センサ６４から入力される各検出信号に基づき、作業装置１４の姿勢に関する姿勢情報を演算する（ステップＳ４）。当該姿勢情報には、この実施の形態に係る対象部位であるバケット先端２５の位置についての情報が含まれる。
【００５９】
次に、前記コントローラ７０の予測偏差演算部７４は、前記姿勢情報と、前記アーム引きパイロット圧センサ６６から入力される検出信号、つまりアームパイロット弁５２ｂの二次圧についての信号、とに基づき、予測偏差δｐを演算する（ステップＳ５）。当該予測偏差δｐは、上述したように、目標軌跡８０（この実施の形態では特定高さの水平面）に対する前記バケット２４の先端２５の位置の偏差であって、前記アーム操作レバー５２ａに与えられているアーム引き操作によって指定された指定速度で前記アーム２２がアーム引き動作を行った場合に所定時間Δｔの経過後に生じるであろうと予測される偏差である。当該偏差は、一般には、目標軌跡に対して直交する方向についての当該目標軌跡と対象部位の位置との距離に相当する。この実施の形態では、前記目標軌跡８０が水平面であるため、前記偏差は当該水平面からの前記バケット２４の先端２５の上下方向の距離となる。
【００６０】
前記予測偏差δｐは、この実施の形態では次のようにして演算される。
【００６１】
前記予測偏差演算部７４は、まず、前記姿勢情報に基いて現在の偏差である現在偏差δを演算する（ステップＳ５１）。この現在偏差δは、図４に示されるように、前記目標軌跡８０を構成する水平面と、現在における前記バケット２４の先端２５を含む水平面８２と、の上下方向の距離に相当する。この実施の形態では、前記偏差の正負について、前記目標軌跡８０よりもバケット２４の先端２５の位置が下側にある場合が正、上側にある場合が負とされる。従って、図４に示される状況での現在偏差δは負の値となる。
【００６２】
前記予測偏差演算部７４は、次に、予測変位量Δδを演算する（ステップＳ５２）。この予測変位量Δδは、前記アーム引き操作の大きさに対応する指定速度でアーム２２が引き方向に所定時間Δｔだけ駆動されたときに生じるであろうと予測される前記バケット２４の先端２５の変位の上下方向の成分（すなわち昇降量）である。前記指定速度は、前記アーム引きパイロット圧センサ６６から入力される検出信号、つまりアームパイロット弁５２ｂの二次圧に対応する信号、から求めることが可能である。前記バケット２４の先端２５はアーム２２よりも下にあるので、この実施の形態では前記予測変位量Δδは必ず正の値となる。
【００６３】
そして、前記予測偏差演算部４７は、前記現在偏差δと前記予測変位量Δδの和を前記予測偏差δｐ（＝δ＋Δδ）として演算する（ステップＳ５３）。例えば図４に示されるように前記現在偏差δが負の値であってかつその絶対値を前記予測変位量Δδが上回る場合、前記予測偏差δｐは正となる。そして、当該予測偏差δｐは、前記予測変位量Δδが大きいほど、すなわち前記指定速度が大きいほど、大きくなる。
【００６４】
次に、前記コントローラ７０のアーム引き速度制限指令演算部７６は、前記予測偏差δｐが予め設定された許容偏差δａ（＞０）以下であるか否か、換言すれば、当該予測偏差δｐが予め設定された許容範囲内にあるか否か、を判定する（ステップＳ６）。当該許容範囲は、前記ブームシリンダ２６の伸長によるブーム上げ動作の速度の上限（つまりブーム上げ速度Ｖｂの最大値）に基いて設定される。前記予測偏差δｐが大きい場合、最大速度でブーム上げ動作を行っても当該予測偏差δｐを相殺することができない。このような観点から、前記許容偏差δａが定められる。前記ブーム上げ速度Ｖｂの上限は、実際には作業装置１４の姿勢、特に前記ブーム２０の起伏角度、によって異なるが、その影響は小さいことから、前記許容偏差δａには常に一定の値が設定されてもよい。あるいは、当該ブーム２０の起伏角度に応じて異なる許容偏差δａが設定されてもよい。
【００６５】
前記予測偏差δｐが前記許容偏差δａ以下である場合（ステップＳ６でＮＯ）、つまり当該予測偏差δｐが許容範囲内にある場合、アーム引き速度制限指令演算部７６はアーム引き速度制限指令を０に設定する（ステップＳ７）。つまり、事実上当該アーム引き速度制限指令の出力を停止し、アーム引き速度制限弁４６を全開状態に保つ。換言すれば、アーム２２が前記アーム操作レバー５２ａに与えられるアーム引き操作に対応する指定速度で引き方向に駆動されることを許容する。このことは、オペレータの意志を尊重した速度での作業を可能にする。
【００６６】
一方、前記予測偏差δｐが前記許容偏差δａを上回る場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、つまり許容範囲を逸脱する場合、アーム引き速度制限指令演算部７６は、前記所定時間Δｔの経過後の偏差が前記許容範囲内に収まるように前記逸脱の度合いに応じて前記アーム引き速度Ｖａを制限するためのアーム引き速度制限指令を演算し、出力する（ステップＳ８）。当該アーム引き速度制限指令は、アーム引き速度制限弁４６のソレノイド４６ａに入力され、これにより、アーム引きパイロットポート４２ａに入力されるアーム引きパイロット圧が低減されて、実際のアーム２２の引き動作の速度が前記指定速度よりも小さい速度に制限される。
【００６７】
前記アーム引き速度制限指令の演算は、例えば、前記現在偏差δと前記許容偏差δａとの和であるバケット先端２５の許容変位量Δδａを演算することと、当該許容変位量Δδａを前記所定時間Δｔで除することにより許容速度（＝Δδａ／Δｔ）を演算することと、当該許容速度を得るための前記アーム引き速度Ｖａの（前記指定速度からの）制限度合いを算定することと、により遂行されることが可能である。このようにして、実際の偏差を前記許容偏差δａ以下に収めるために必要な最小限のアーム引き速度Ｖａの制限を実現することが可能である。
【００６８】
前記ブーム上げ指令演算部７８は、前記予測偏差δｐに基づき、前記所定時間Δｔの経過後に前記偏差を解消するための（つまりバケット先端２５の位置を前記目標軌跡８０に沿って移動させるための）ブーム上げ速度Ｖｂを実現するブーム上げ指令を演算し、出力する（ステップＳ９）。当該ブーム上げ指令は、ブーム上げ操作弁４４のソレノイド４７ａに入力される。従って、ブーム操作装置５１のブーム操作レバー５１ａが操作されていない場合、前記ブーム上げ操作弁４４の二次圧がシャトル弁４５により選択されてブーム上げパイロットポート４１ａにブーム上げパイロット圧が入力され、前記ブーム上げ指令に対応した速度でブーム２０が上げ方向に駆動される。
【００６９】
なお、この実施の形態では、前記ブーム操作レバー５１ａに対してブーム上げの指令のための操作が与えられ、かつ、その操作の大きさに対応するブーム上げ速度が前記ブーム上げ指令に係るブーム上げ速度Ｖｂよりも大きい場合、つまり、前記ブームパイロット弁５１ｂの二次圧が前記ブーム上げ操作弁４４の二次圧を上回る場合は、前記シャトル弁４５が前記ブームパイロット弁５１ｂの二次圧を選択してこれをブーム上げパイロット圧として前記ブーム上げパイロットポート４１ａに導入する。従って、この場合には前記自動制御が自動的に解除され、オペレータからブーム操作レバー５１ａに与えられるブーム上げ操作を優先した速度でのブーム上げ駆動が行われる。
【００７０】
以上示した装置では、前記ブーム上げ指令に係るブーム上げ速度Ｖｂに上限があってそれを上回る速度でブーム２０を上げ方向に動かすことができなくても、前記アーム引き速度制限部が適正なアーム引き速度Ｖａの制限を行うことにより、前記ブーム上げ動作が確実に前記アーム引き動作に追従することを可能にする。例えば、前記指定速度に基いて演算された予測偏差δｐが過度に大きい場合、仮に当該指定速度のままアーム引き動作が行われるとすると、これにブーム上げ動作が追従しきれず、バケット先端２５を目標軌跡８０に沿って正確に移動させることが困難となる。しかしながら、前記のように予測偏差δｐが過大であって許容偏差δａを超過する場合、前記アーム引き速度制限指令演算部７６は実際の偏差が当該許容偏差δａ以下となるように（つまり許容範囲に収まるように）前記超過の分だけ前記アーム引き速度Ｖａを前記指定速度よりも小さい速度に制限することにより、前記ブーム上げ速度Ｖｂの上限の存在にかかわらずブーム上げ指令演算部７８が当該実際の偏差を解消するためのブーム上げ指令を決定することを可能にする。その一方、前記予測偏差δｐが前記許容偏差δａ以下であって前記指定速度がそのまま採用されても前記アーム引き動作への前記ブーム上げ動作の追従が可能である場合、前記アーム引き速度制限部が前記アーム引き速度Ｖａの制限を行わないことにより、オペレータの意志に即した迅速なアーム引き駆動を許容して、作業効率の著しい低下を防ぐことができる。
【００７１】
この効果を、図５〜図７を参照しながらさらに詳述する。
【００７２】
図５は、アーム操作レバー５２ａに最大のアーム引き操作（フル操作）が与えられることにより最大のアーム引き速度Ｖａが指定された場合の作業装置１４の姿勢に対応したバケット先端２５の予測変位を示す。具体的に、図５の矢印８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃは、３通りの姿勢でのバケット先端２５の予測変位（前記最大指定速度でアーム引き動作が行われた場合に生じるであろうと予測されるバケット先端２５の変位）を示す。
【００７３】
前記矢印８４Ａに対応する姿勢のように、ブーム２０の起立角度が比較的小さくて作業装置１４のリーチ（ブーム２０の回動支点からバケット先端２５までの水平距離）が大きい姿勢では、バケット先端２５の予測変位に対応するベクトルの上下方向の成分が大きいため、アーム引き速度Ｖａを十分に制限しなければ、最大速度でブーム上げ動作を行ってもアーム引き動作に起因するバケット先端２５の下向きの変位を当該ブーム上げ動作によって相殺することができない。つまり、バケット先端２５を目標軌跡８０に沿って正確に移動させることができない。しかし、このような姿勢では、予測偏差演算部７４により演算される予測偏差δｐが大きいため、これに基いてアーム引き速度制限指令演算部７６が大きなアーム引き速度制限指令を演算してアーム引き速度制限弁４６に入力することにより、前記アーム引き動作の速度を適正に制限して当該アーム引き動作にブーム上げ動作が確実に追従することを可能にする。
【００７４】
一方、矢印８４Ｃに対応する姿勢のように、ブーム２０の起立角度が比較的小さくて前記リーチが小さい姿勢では、バケット先端２５の予測変位に相当するベクトルの上下方向の成分が小さいため、アーム引き速度Ｖａを制限しなくても（あるいは僅かなアーム引き速度の制限のみで）アーム引き動作に起因するバケット先端２５の下向きの変位をブーム上げ動作によって相殺することが可能である。つまり、前記アーム引き速度Ｖａを制限することなく、あるいは小さな制限のみで、バケット２４の先端２５を目標軌跡８０に沿って正確に移動させることが可能である。そして、このようにアーム引き速度の制限を要しない姿勢では、予測偏差演算部７４により演算される予測偏差δｐが小さいため、アーム引き速度制限指令演算部７６はアーム引き速度制限弁４６へのアーム引き速度制限指令を停止する（あるいはアーム引き速度制限指令を小さく抑える）ことにより、オペレータの意志を尊重した効率の高い作業を実現することを可能にする。
【００７５】
このように、アーム引き動作について同じ速度が指定されても、作業装置１４の姿勢（特に前記リーチの大小）によってアーム引き速度Ｖａの制限の必要性の有無及び当該制限の度合いが異なるにもかかわらず、従来の装置では、当該姿勢等にかかわらず常に、図６の線９０に示されるように自動制御開始時点Ｔｏからアーム引き速度Ｖａを徐々に上昇させるように、所定時間が経過するまでアーム引き速度Ｖａが一様に制限される。従って、実際にはアーム引き速度Ｖａの制限を要しない場合（あるいはアーム引き速度Ｖａの制限が小さくてよい場合）であってもアーム引き速度Ｖａが必要以上に著しく制限されてしまう可能性がある。このことは作業効率の著しい低下を招く。
【００７６】
これに対して前記実施の形態に係る装置では、図７に示されるように、アーム引き速度Ｖａの上下方向の成分の大きさに影響を与える作業装置１４の姿勢によってアーム引き速度Ｖａの制限を変えることが可能であり、このことが、高い精度での自動制御の実現と作業効率の低下の抑制との両立を可能にする。具体的に、前記リーチが大きい場合、つまり指定速度（前記の例では最大速度Ｖａｍａｘ）に対応する予測変位量Δδ及び予測偏差δｐが大きい場合には、線９２Ａに示されるようにアーム引き速度制限部が自動制御開始時点Ｔｏからアーム引き速度制限終了時点（つまり前記最大速度Ｖａｍａｘを採用する時点）ＴＬに至るまで比較的長い期間ΔＴＬに亘ってアーム引き速度Ｖａを制限することにより、線９４Ａに示されるようにブーム上げ速度Ｖｂの上限である最大ブーム上げ速度Ｖｂｍａｘが小さくても、当該最大ブーム上げ速度Ｖｂｍａｘでもってブーム上げ動作をアーム引き動作に追従させることを可能にする。一方、前記リーチが小さい場合、つまり前記指定速度に対応する予測変位量Δδ及び予測偏差δｐが小さくて、線９４Ｂに示されるように大きなブーム上げ速度Ｖａを要しない場合には、線９２Ｂに示されるようにアーム引き速度制限部が自動制御開始時点Ｔｏからアーム引き速度制限終了時点ＴＳに至るまでの比較的短い期間ΔＴＳでアーム引き速度Ｖａの制限を終了することにより、アーム引き速度Ｖａを指定速度に相当する最大アーム引き速度Ｖａｍａｘまで迅速に立ち上げる。このことは、アーム操作レバー５２ａを操作するオペレータを意志を実際のアーム引き速度に早期に反映させて作業効率の低下を有効に抑止することを可能にする。
【００７７】
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような態様を含むことが可能である。
【００７８】
１）第１動作速度制限部について
第１動作速度制限部は、必ずしも予測偏差δｐを実際に演算するものに限られない。当該第１動作速度制限部は、予測偏差δｐを演算しなくても、指定速度での第１動作が予測偏差δｐを許容範囲から逸脱させるか否かを実質的に判定して当該判定に基いて当該逸脱の度合いに応じて第１動作の速度を制限するものであればよい。例えば、第１動作速度制限部は、現在偏差と許容偏差とに基いて特定部位の所定時間経過後の許容変位量を演算する機能と、当該許容変位量と当該所定時間とに基いて許容速度を演算する機能と、指定速度が許容速度以下である場合には当該指定速度での第１要素の第１動作を許容し、指定速度が許容速度を超える場合には当該第１動作の速度を当該許容速度まで制限する機能と、を備えるものでもよい。
【００７９】
２）目標軌跡について
本発明に係る目標軌跡は、図４に示される目標軌跡８０のような水平面に限られない。当該目標軌跡は、法面作業等を考慮して傾斜面または曲面に設定されてもよい。また、当該目標軌跡は二次元的なものに限らず、対象部位の進行方向に延びる直線あるいは曲線といった一次元的なものでもよい。後者の場合、目標軌跡からの対象部位の位置の偏差の方向は、作業内容を考慮して設定されればよい。例えば、当該目標軌跡が延びる方向に対して直交する方向のうちの特定の方向（例えば上下方向や左右方向）についての偏差のみが考慮されてもよいし、あるいは、３６０°にわたる全方向についての偏差が考慮されてもよい。
【００８０】
３）対象部位の選定について
作業装置の中から選ばれる対象部位は、先端アタッチメント（前記の実施の形態ではバケット２４）に含まれる部位に限られない。当該部位は、自動制御の対象となる作業に応じて設定されればよい。例えば、自動制御の対象が、前記アーム２２の中間部位から荷が吊り下げられるクレーン作業である場合、当該アーム２２の中間部位が対象部位に選ばれてもよい。
【００８１】
４）作業駆動装置について
作業駆動装置は前記実施の形態に係る装置のようなパイロット弁５１ｂ，５２ｂを含むものに限られない。当該作業駆動装置は、操作装置を構成する電気レバーであって指令操作に対応する信号をコントローラに入力するものと、パイロットラインの途中に設けられる電磁弁と、の組み合わせにより、自動制御であるか手動操作であるかを問わず前記コントローラから前記電磁弁に入力される信号によってコントロールバルブのパイロット圧を制御するものであってもよい。
【００８２】
さらに、前記作業駆動装置は油圧式のものに限られない。当該作業駆動装置は電動式のもの、例えば電動モータによって第１要素及び第２要素を動かすものでもよい。この場合、前記第１動作速度制限指令や第２動作指令は前記電動モータの動作を制御するインバータ等に入力されてもよい。
【００８３】
５）自動制御モードについて
本発明に係る自動制御装置は、必ずしも自動制御モードが選択された場合にのみ自動制御を実行するものに限られない。すなわち、当該自動制御装置は手動運転が行われずに自動制御のみが実行される作業機械にも適用されることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
Ｇ      地盤
１０    下部走行体（機体）
１２    上部旋回体（機体）
１４    作業装置
２０    ブーム（第２要素）
２２    アーム（第１要素）
２４    バケット（先端アタッチメント）
２６    ブームシリンダ（ブームアクチュエータ）
２７    アームシリンダ（アームアクチュエータ）
３１，３２  メインポンプ（作業駆動装置を構成）
４４  ブーム上げ操作弁
４４ａ  ソレノイド
４５  シャトル弁
４６  アーム引き速度制限弁
５２    アーム操作装置
５２ａ  アーム操作レバー
５２ｂ  アームパイロット弁
６０    ブーム角度センサ（姿勢情報提供部）
６２    アーム角度センサ（姿勢情報提供部）
６４    バケット角度センサ（姿勢情報提供部）
７０    コントローラ
７２    姿勢演算部（姿勢情報提供部）
７４    予測偏差演算部
７６    アーム引き速度制限指令演算部
７８    ブーム上げ指令演算部
８０    目標軌跡
【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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