(57)【要約】【課題】バケット種類の変更やバケット内の土砂の量等によってバケット部分の重量が変化しても、空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりすることを抑制することができる油圧式作業機械を提供すること。【解決手段】作業装置１５が有する力学的エネルギーである残存エネルギーに基づいて、作業装置１５が目標面位置までに消費すべき目標消費パワーを算出し、目標消費パワーとブームシリンダ５の負荷とに基づいて、ブーム１１の制限速度を算出し、操作レバー装置１ｃ、１ｄからの操作信号に基づくブーム１１の操作速度と制限速度とに基づいて、ブーム１１を駆動するブームシリンダ５に対応する流量制御弁の動作を制御する。【選択図】  図３
2019173504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブーム、アーム、及び作業具を垂直方向に回動可能に連結して構成され、作業機械の車体に垂直方向に回動可能に支持された多関節型の作業装置と、
前記ブーム、アーム、及び作業具をそれぞれ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をそれぞれ操作するための操作信号を出力する複数の操作装置と、
前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量および方向をそれぞれ制御する複数の流量制御弁と、
前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つの特定のアクチュエータの負荷を検出する油圧センサと、
前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の流量制御弁の動作を制御する制御信号を出力するコントローラと
を備えた油圧式作業機械において、
前記コントローラは、
前記作業装置が有する力学的エネルギーを前記作業装置の動作開始時からの残存エネルギーとして算出し、その残存エネルギーに基づいて、前記作業装置の動作に際して前記特定のアクチュエータが消費すべき目標消費パワーを算出し、前記目標消費パワーと前記油圧センサによって検出された前記特定の油圧アクチュエータの負荷とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータの制限速度を算出する制限速度算出部と、
前記特定の油圧アクチュエータに対応する特定の操作装置からの操作信号に基づいて算出された前記特定の油圧アクチュエータの操作速度と前記制限速度算出部で算出された前記制限速度とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータに対応する前記流量制御弁の動作を制御する制御信号を算出するアクチュエータ制御部と
を備えたことを特徴とする油圧式作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の油圧式作業機械において、
前記制限速度算出部は、
前記特定の操作装置から操作信号の出力が開始された時の前記作業装置の姿勢である初期姿勢において、前記作業装置が目標面位置に対して保持する初期位置エネルギーを算出する位置エネルギー算出部と、
前記油圧センサによって検出された前記特定の油圧アクチュエータの負荷と前記特定の油圧アクチュエータの実速度とに基づいて、前記特定の操作装置の操作に応じた前記特定の油圧アクチュエータの動作による消費エネルギーを積算する消費パワー積算部と、
前記位置エネルギー算出部で算出された前記初期位置エネルギーと前記消費パワー積算部で積算された前記消費エネルギーの差分である前記残存エネルギーに基づいて、前記作業装置の動作に際して前記特定の油圧アクチュエータが消費すべき前記目標消費パワーを算出する目標消費パワー算出部と、
前記目標消費パワーと前記特定の油圧アクチュエータの負荷とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータの制限速度を算出する目標速度算出部と
を備えたことを特徴とする油圧式作業機械。
【請求項３】
請求項１記載の油圧式作業機械において、
前記制限速度算出部は、
前記作業装置が目標面位置に対して保持する位置エネルギーを算出する残存位置エネルギー算出部と、
前記作業装置の質量と前記特定の油圧アクチュエータの実速度とに基づいて、前記作業装置の運動エネルギーを算出する運動エネルギー算出部と、
前記残存位置エネルギー算出部で算出された前記位置エネルギーと前記運動エネルギー算出部で算出された前記運動エネルギーの和である前記残存エネルギーに基づいて、前記作業装置の動作に際して前記特定の油圧アクチュエータが消費すべき前記目標消費パワーを算出する目標消費パワー算出部と、
前記目標消費パワーと前記特定の油圧アクチュエータの負荷とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータの制限速度を算出する目標速度算出部と
を備えたことを特徴とする油圧式作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧式作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧式作業機械では、制御バルブによって油圧アクチュエータに供給される圧油を制御することより作業装置を動作させる。制御バルブは、制御装置が定める操作圧によって動作しており、油圧ポンプ等から油圧アクチュエータに供給される圧油の流量と方向を制御することによって作業装置の動作速度や動作方向を制御している。
【０００３】
このような油圧式作業機械においては、掘削作業などにおけるオペレータの操作を支援する技術が知られており、例えば、特許文献１には、作業装置を構成するバケットの先端と目標面との距離に応じて作業装置の動作速度を制限し、また、オペレータによる入力、或いは油圧シリンダに設けられた圧力センサの値からバケットの種別を選択することによって、バケット種別に応じて異なる速度制限で作業装置を動作させ、作業装置のバケットの先端の目標面への侵入を抑制する作業車両が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８６４７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術においては、バケットの種別について、予め設けられた選択肢からバケット種別が選ばれ、選ばれたバケット種別に応じて速度制限を変化させている。したがって、予め設けられた選択肢にないバケットを装着したり、バケット内の土砂等によってバケット部分の重量が連続的に変化したりする場合、すなわち、想定外の状態となった場合には、バケット先端の速度が適切な値から外れてしまい、空中でブームを下げる動作の際などに、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりするおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、バケット種類の変更やバケット内の土砂の量等によってバケット部分の重量が変化しても、空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりすることを抑制することができる油圧式作業機械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】
【０００７】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ブーム、アーム、及び作業具を垂直方向に回動可能に連結して構成され、作業機械の車体に垂直方向に回動可能に支持された多関節型の作業装置と、前記ブーム、アーム、及び作業具をそれぞれ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をそれぞれ操作するための操作信号を出力する複数の操作装置と、前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量および方向をそれぞれ制御する複数の流量制御弁と、前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つの特定のアクチュエータの負荷を検出する油圧センサと、前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の流量制御弁の動作を制御する制御信号を出力するコントローラと
を備えた油圧式作業機械において、前記コントローラは、前記作業装置が有する力学的エネルギーを前記作業装置の動作開始時からの残存エネルギーとして算出し、その残存エネルギーに基づいて、前記作業装置の動作に際して前記特定のアクチュエータが消費すべき目標消費パワーを算出し、前記目標消費パワーと前記油圧センサによって検出された前記特定の油圧アクチュエータの負荷とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータの制限速度を算出する制限速度算出部と、前記特定の油圧アクチュエータに対応する特定の操作装置からの操作信号に基づいて算出された前記特定の油圧アクチュエータの操作速度と前記制限速度算出部で算出された前記制限速度とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータに対応する前記流量制御弁の動作を制御する制御信号を算出するアクチュエータ制御部とを備えたものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バケット種類の変更やバケット内の土砂の量等によってバケット部分の重量が変化しても、空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりすることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。
【図２】油圧ショベルにおける油圧駆動装置の要部を関連構成とともに抜き出して示す図である。
【図３】メインコントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
【図４】アクチュエータ制御部の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図５】第１の実施の形態に係る制限速度算出部の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図６】目標消費パワー算出部での目標消費パワーの算出に用いられるルックアップテーブルの一例を示す図である。
【図７】第１の実施の形態に係る制限速度算出部の処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】第２の実施の形態に係る制限速度算出部の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図９】第２の実施の形態に係る制限速度算出部の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、油圧式作業機械の一例として、作業装置（フロント作業機）の先端に作業具としてバケットを備える油圧ショベルを例示して説明するが、バケット以外の作業具を備える油圧式作業機械にも本発明を適用することが可能である。
【００１１】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１〜図７参照しつつ説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。
【００１３】
図１において、油圧ショベル６００は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム１１、アーム１２、バケット（作業具）８）を連結して構成された多関節型の作業装置（フロント作業機）１５と、車体を構成する上部旋回体１０及び下部走行体９とを備え、上部旋回体１０は下部走行体９に対して旋回可能に設けられている。また、作業装置１５のブーム１１の基端は上部旋回体１０の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の一端はブーム１１の基端とは異なる端部（先端）に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の他端にはバケットリンク８ａを介してバケット８が垂直方向に回動可能に支持されている。
【００１４】
ブーム１１、アーム１２、バケット８、上部旋回体１０、及び下部走行体９は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、及び左右の走行油圧モータ３ｂ（ただし、一方の走行油圧モータのみ図示）によりそれぞれ駆動される。
【００１５】
ブーム１１、アーム１２、及びバケット８は、作業装置１５を含む平面上で動作し、以下ではこの平面を動作平面と称することがある。つまり動作平面とは、ブーム１１、アーム１２、及びバケット８の回動軸に直交する平面であり、ブーム１１、アーム１２、及びバケット８の幅方向の中心に設定することができる。
【００１６】
オペレータが搭乗する運転室１６には、作業装置１５の油圧アクチュエータ５〜７、及び上部旋回体１０の旋回油圧モータ４を操作するための操作信号を出力する操作レバー装置（操作装置）である右操作レバー装置１ｃ及び左操作レバー装置１ｄと、下部走行体９の左右の走行油圧モータ３ｂを操作するための操作信号を出力する走行用右操作レバー装置１ａ及び走行用左操作レバー装置１ｂとが設けられている。
【００１７】
操作レバー装置１ｃ，１ｄはそれぞれ前後左右に傾倒可能であり、レバーのそれぞれの方向への傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する図示しない検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量を操作信号として情報コントローラ２００（図２参照）に電気配線を介して出力する。つまり、操作レバー装置１ｃ，１ｄの前後方向または左右方向に、油圧アクチュエータ４〜７の操作がそれぞれ割り当てられている。
【００１８】
ブーム１１の上部旋回体１０との連結部近傍と、アーム１２のブーム１１との連結部近傍と、バケットリンク８ａとには、それぞれ、角度検出器１３ａ〜１３ｃが配置されている。角度検出器１３ａ〜１３ｃは、例えば、慣性計測装置（IMU: Inertial Measurement Unit）である。角度検出器１３ａは水平面に対するブーム１１の角度（ブーム角度）を検出するブーム姿勢センサであり、角度検出器１３ｂは水平面に対するアーム１２の角度（アーム角度）を検出するアーム姿勢センサであり、角度検出器１３ｃは水平面に対するバケットリンク８ａの角度を検出するバケット姿勢センサである。
【００１９】
慣性計測装置は、角速度及び加速度を計測するものである。角度検出器１３ａ〜１３ｃが配置された各被駆動部材８，１１，１２が静止している場合を考えると、角度検出器１３ａ〜１３ｃに設定されたＩＭＵ座標系における重力加速度の方向（つまり、鉛直下向き方向）と、各角度検出器１３ａ〜１３ｃの取り付け状態（つまり、各角度検出器１３ａ〜１３ｃと各被駆動部材８，１１，１２との相対的な位置関係）とに基づいて、各被駆動部材８，１１，１２の水平面に対する角度を検出することができる。
【００２０】
なお、角度検出器は慣性計測装置に限られるものではなく、例えば、傾斜角センサを用いても良い。また、各被駆動部材８，１１，１２の連結部分にポテンショメータを配置し、上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２の相対角度を検出したり、相対角度から各被駆動部材８，１１，１２の水平面に対する角度を求めたりしても良い。
【００２１】
図２は、油圧ショベルにおける油圧駆動装置の要部を関連構成とともに抜き出して示す図である。なお、図２においては、図示および説明の簡単のため、複数の油圧アクチュエータのうち本願発明に関連の深いブームシリンダ５とアームシリンダ６に関する構成のみを代表して示しており、本願発明に関連の薄いドレン回路やロードチェック弁などについては図示および説明を省略する。
【００２２】
ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、及び左右の走行油圧モータ３ｂの動作制御は、エンジンや電動モータなどの原動機（本実施の形態では、エンジン１４）によって駆動される油圧ポンプ装置２から各油圧アクチュエータ３ｂ，４〜７に供給される作動油の方向及び流量をコントロールバルブ２０で制御することにより行う。コントロールバルブ２０は、パイロットポンプ２９（パイロット油圧源）から電磁比例弁２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａを介して出力される駆動信号（パイロット圧）により行われる。操作レバー装置１ｃ，１ｄから情報コントローラ２００に入力される操作信号に基づいてメインコントローラ１００で電磁比例弁の制御信号を生成することにより、各油圧アクチュエータ３ｂ，４〜７の動作が制御される。ブーム１１はブームシリンダ５の伸縮により上部旋回体１０に対して上下方向に回動され、アーム１２はアームシリンダ６の伸縮によりブーム１１に対して上下及び前後方向に回動され、バケット８はバケットシリンダ７の伸縮によりアーム１２に対して上下及び前後方向に回動される。
【００２３】
図２において、油圧駆動装置は、エンジン１４によって駆動される固定容量型の第１油圧ポンプ２ａ及び第２油圧ポンプ２ｂからなる油圧ポンプ装置２と、エンジン１４によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ２９（パイロット油圧源）と、油圧ショベル６００全体の動作を制御するメインコントローラ１００と、油圧ポンプ装置２から各油圧アクチュエータ（ここでは、ブームシリンダ５及びアームシリンダ６のみを代表して示す）に供給される圧油の方向及び流量を制御するコントロールバルブ２０と、油圧ショベル６００の動作に係る種々の情報を演算する情報コントローラ２００とから概略構成されている。
【００２４】
コントロールバルブ２０は、第１油圧ポンプ２ａからの圧油が供給される第１ポンプラインＬ１と第２油圧ポンプ２ｂからの圧油が供給される第２ポンプラインＬ２とからなる２系統のポンプラインから構成されている。第１ポンプラインＬ１には、ブームシリンダ５に関するブーム１方向制御弁２１とアームシリンダ６に関するアーム２方向制御弁２２とが接続されており、第１油圧ポンプ２ａから吐出された圧油がブーム１方向制御弁２１及びアーム２方向制御弁２２を介してそれぞれブームシリンダ５及びアームシリンダ６に供給される。また、第２ポンプラインＬ２には、アームシリンダ６に関するアーム１方向制御弁２３とブームシリンダ５に関するブーム２方向制御弁２４とが接続されており、第２油圧ポンプ２ｂから吐出された圧油がアーム１方向制御弁２３及びブーム２方向制御弁２４を介してそれぞれアームシリンダ６及びブームシリンダ５に供給される。なお、ブーム１方向制御弁２１とアーム２方向制御弁２２はパラレル回路Ｌ１ａによって分流可能に接続されている。同様に、アーム１方向制御弁２３とブーム２方向制御弁２４はパラレル回路Ｌ２ａによって分流可能に接続されている。
【００２５】
第１ポンプラインＬ１と第２ポンプラインＬ２とには、それぞれ個別にリリーフ弁２６、２７が接続されている。第１ポンプラインＬ１及び第２ポンプラインＬ２の圧力が、それぞれ、予めリリーフ弁２６、２７に設定されたリリーフ圧に達した場合には、リリーフ弁２６、２７が開口して第１ポンプラインＬ１又は第２ポンプラインＬ２の圧油をタンクへ逃がすよう動作する。
【００２６】
ブーム１方向制御弁２１は、メインコントローラ１００からの指令信号（制御信号）に基づいて制御される電磁比例弁２１ａ、２１ｂによって生成される駆動信号（信号圧）によって動作する。ブーム２方向制御弁２４は、電磁比例弁２１ａ，２４ａによって生成される駆動信号（信号圧）によって動作する。なお、電磁比例弁２１ａは、ブーム１方向制御弁２１とブーム２方向制御弁２４とで共用である。また、アーム２方向制御弁２２とアーム１方向制御弁２３は、電磁比例弁２３ａ、２３ｂによって生成される駆動信号（信号圧）によって動作する。電磁比例弁２１ａ〜２４ａは、パイロットポンプ２９から供給されるパイロット圧油を一次圧として、メインコントローラ１００からの指令電流（制御信号）に応じて減圧して生成した信号圧を各方向制御弁２１〜２４に出力する。
【００２７】
ブームシリンダ５のボトム側の管路には、ブームシリンダ５のボトム側圧力を検出するブームボトム圧力センサ５ｂが備えられている。なお、本実施の形態では、コントロールバルブ２０とブームシリンダ５のボトム側とを繋ぐ配管に圧力センサを設ける場合を例示しているが、例えば、ブームシリンダ５のボトム側、或いは、コントロールバルブ２０に直接ブームボトム圧力センサ５ｂを設けるように構成しても良い。
【００２８】
操作レバー装置１ｃは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号をブーム操作信号（操作信号）として情報コントローラ２００に出力する。同様に、操作レバー装置１ｄは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号をアーム操作信号（操作信号）として情報コントローラ２００に出力する。メインコントローラ１００は、情報コントローラ２００において左右の操作レバー装置１ｃ，１ｄから送信される操作信号であるブーム操作信号及びアーム操作信号に基づいて算出されるブーム１１及びアーム１２の目標操作速度を示す情報（ブーム操作速度及びアーム操作速度）と、運転室１６に配置されたモード設定スイッチ３２から情報コントローラ２００に送信される半自動制御有効フラグと、情報コントローラ２００から送信される掘削作業における目標面位置及びブーム実速度と、情報コントローラ２００において角度検出器１３ａ、１３ｂからそれぞれ送信されるブーム角度信号及びアーム角度信号に基づいて算出されるブーム角度及びアーム角度と、情報コントローラ２００においてブームボトム圧力センサ５ｂから送信されるブームボトム圧の検出値が変換されたブームボトム圧とを入力し、これら入力情報に応じて、各電磁比例弁２１ａ〜２４ａを駆動する信号を生成してそれぞれへ出力する。
【００２９】
なお、モード設定スイッチ３２は運転室内に配置されており、油圧作業機械の作業において、半自動制御を有効にするかを選択可能とするものであって、真：半自動制御有効、偽：半自動制御無効を選択する。また、本実施形態では、第１油圧ポンプ２ａおよび第２油圧ポンプ２ｂとして固定容量型の油圧ポンプを用いる場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変容量型の油圧ポンプを用いた構成としても良い。
【００３０】
図３は、メインコントローラ及び情報コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
【００３１】
図３において、メインコントローラ１００は、アクチュエータ制御部１１０と、制限速度算出部１２０とを有している。また、情報コントローラ２００は、操作レバー装置１ｃ，１ｄからの操作信号に基づいてアーム１２の目標操作速度に係る情報（アーム操作速度）及びブーム１１の目標操作速度に係る情報（ブーム操作速度）を算出する操作速度情報算出部２１０と、ブームボトム圧力センサ５ｂからの検出信号をブームボトム圧に変換する検出信号変換部２２０と、油圧ショベル６００の掘削作業における目標面位置が記憶された目標面位置記憶部２３０と、角度検出器１３ａ，１３ｂの検出信号からブーム１１及びアーム１２の角度情報（ブーム角度及びアーム角度）を算出する作業装置角度算出部２４０と、角度検出器１３ａの検出値などからブーム１１の実速度を算出するブーム実速度算出部２５０と、ブーム１１及びアーム１２の設計質量（ブーム設計質量及びアーム設計質量）が記憶されている作業装置質量記憶部２６０とを有している。
【００３２】
情報コントローラ２００の操作速度情報算出部２１０は、操作レバー装置１ｃ，１ｄでのアーム引きの操作に基づく操作信号が出力された場合には、その操作信号に応じた正のアーム操作速度を出力し、アーム押しの操作に基づく操作信号が出力された場合には、その操作信号に応じた負のアーム操作速度を出力する。同様に、操作速度情報算出部２１０は、操作レバー装置１ｃ，１ｄでのブーム上げの操作に基づく操作信号が出力された場合には、その操作信号に応じた正のブーム操作速度を出力し、ブーム下げの操作に基づく操作信号が出力された場合には、その操作信号に応じた負のブーム操作速度を出力する。なお、ブーム実速度算出部２５０においても、ブーム上げ方向の速度を正、ブーム下げ方向の速度を負として、ブーム実速度を算出する。操作速度情報算出部２１０で算出したアーム操作速度及びブーム操作速度はメインコントローラ１００のアクチュエータ制御部１１０に出力されるとともに、ブーム操作速度は制限速度算出部１２０に出力される。
【００３３】
検出信号変換部２２０は、ブームボトム圧力センサ５ｂからの検出信号をブームシリンダ５のボトム側の圧力であるブームボトム圧を示す情報（ブームボトム圧）に変換し、メインコントローラ１００のアクチュエータ制御部１１０及び制限速度算出部１２０に出力する。
【００３４】
目標面位置記憶部２３０には、油圧ショベル６００の作業装置１５によって行う掘削作業における目標面の位置（目標面位置）が予め設定されて記憶されている。目標面とは、油圧ショベル６００の稼動する施工現場において最終的に目標とする地形を示す目標地形データ（施工計画に係るデータの一部を抽出した地形データ）に応じて設定されるものであり、例えば、目標地形データのうち油圧ショベル６００の周囲の一定の範囲を抽出し、油圧ショベル６００の車体座標系（例えば、上部旋回体１０の旋回中心上向きにｚ軸を、ｚ軸と地面との交点に原点を、上部旋回体１０の前方方向にｘ軸を、左方向にｙ軸を、それぞれ設定した直交座標系）において設定したものである。なお、目標面の位置は、目標地形データに一致する必要はなく、目標地形データの上方に仮の施工目標の面位置として目標面位置を設定しても良い。
【００３５】
作業装置角度算出部２４０は、角度検出器１３ａ，１３ｂの検出信号からブーム１１及びアーム１２の角度情報（ブーム角度及びアーム角度）を算出し、メインコントローラ１００の制限速度算出部１２０に出力する。作業装置角度算出部２４０は、角度検出器１３ａ，１３ｂからの検出信号（角速度信号や加速度信号）を用い、予め保持している機械的なリンク関係の情報に基づいてブーム１１及びアーム１２のそれぞれのブーム角度及びアーム角度（ブーム１１及びアーム１２のそれぞれの両端の回動部を結ぶ基準線と水平面との相対角度、或いは、車体座標系におけるｘｙ平面に対する角度）を算出する。
【００３６】
ブーム実速度算出部２５０は、角度検出器１３ａの検出信号（角速度信号や加速度信号）を用い、予め保持している機械的なリンク関係の情報に基づいてブーム１１の実速度（ブーム実速度）を算出し、メインコントローラ１００の制限速度算出部１２０に出力する。
【００３７】
作業装置質量記憶部２６０には、ブーム１１及びアーム１２の設計質量（ブーム設計質量及びアーム設計質量）がそれぞれ記憶されている。
【００３８】
メインコントローラ１００の制限速度算出部１２０は、情報コントローラ２００からのブーム操作速度、目標面位置、ブーム実速度、ブーム角度、アーム角度、及びブームボトム圧と、予め記憶しているブーム１１およびアーム１２の設計質量（ブーム設計質量及びアーム設計質量）とに応じて、ブーム下げ制限速度を算出し、アクチュエータ制御部１１０に出力する。
【００３９】
アクチュエータ制御部１１０は、情報コントローラ２００からのブーム操作速度、アーム操作速度、ブームボトム圧、及び制限速度算出部１２０で演算されたブーム下げ制限速度に基づいて、電磁比例弁２３ａのアーム引き駆動信号、電磁比例弁２３ｂのアーム押し駆動信号、電磁比例弁２１ａのブーム上げ駆動信号、電磁比例弁２１ｂのブーム１下げ駆動信号、及び電磁比例弁２４ｂのブーム２下げ駆動信号をそれぞれ算出して出力する。
【００４０】
図４は、アクチュエータ制御部の処理内容を示す機能ブロック図である。
【００４１】
図４において、アクチュエータ制御部１１０は、アーム駆動部１１０ａ、最大値選択部１１０ｂ、及びブーム駆動部１１０ｃを有している。
【００４２】
アーム駆動部１１０ａは、アーム操作速度が正であれば、その大きさに応じた電流をアーム引き駆動信号として出力し、アーム操作速度が負であれば、その大きさに応じた電流をアーム押し駆動信号として出力する。
【００４３】
最大値選択部１１０ｂは、ブーム操作速度と、制限速度算出部１２０からのブーム下げ制限速度とを比較し、値が大きい方の速度、つまり、ブーム下げ速度として大きさが小さい方の速度信号をブーム制御速度としてブーム駆動部１１０ｃに出力する。
【００４４】
ブーム駆動部１１０ｃは、最大値選択部１１０ｂからのブーム制御速度が正であれば、その大きさに応じた電流をブーム上げ駆動信号として出力する。また、ブーム下げ制御速度が負の場合であって、ブームボトム圧が予め定めた値を下回るときは、ブーム下げ制御速度の大きさに応じた電流をブーム１下げ駆動信号として出力する。また、ブーム下げ制御速度が負の場合であって、ブームボトム圧が予め定めた値を上回るときは、ブーム下げ制御速度の大きさと、ブームボトム圧に応じた電流をブーム２下げ駆動信号として出力する。この時、ブーム２下げ駆動信号の大きさは、油圧バルブの通過流量が油圧バルブの前後差圧の１／２乗に比例し油圧バルブの開口面積に比例することを示す関係式であるオリフィスの式を利用して算出する。具体的には、ブーム下げ制御速度をβ´、ブームシリンダボトム面積をＳ、ブームボトム圧をＰとして、バルブの開口面積Ａ＝ｋ３×Ｓ×β´／√Ｐを満たすように決定する。なお、ブームボトム圧の予め定めた値との大小関係によって駆動信号を出力する電磁比例弁を切り替えるのは、ブームボトム圧が大きいときには作業装置１５に下方からの応力が働いていない場合（例えば、作業装置１５のバケット８が接地していない場合）であると判断して、ポンプからの圧油を用いずに自重でブーム下げを行うことを意図した制御である。
【００４５】
図５は、制限速度算出部の処理内容を示す機能ブロック図である。
【００４６】
図５において、制限速度算出部１２０は、位置エネルギー算出部１２０ａ、消費パワー積算部１２０ｂ、目標消費パワー算出部１２０ｃ、目標速度算出部１２０ｄ、及びバケット質量推定部１２０ｅを有している。
【００４７】
バケット質量推定部１２０ｅは、ブーム操作速度が負の値をとる場合、すなわち、操作レバー装置１ｃ，１ｄでブーム下げの操作が行われた場合に、ブーム角度、アーム角度、及びブームボトム圧と、ブーム１１およびアーム１２の設計質量（ブーム設計質量及びアーム設計質量）から、バケット８に相当する部分の質量（バケット推定質量）を推定する。
【００４８】
位置エネルギー算出部１２０ａは、ブーム操作速度が負の値をとる場合に、目標面位置、ブーム角度、及びアーム角度と、ブーム１１およびアーム１２の設計質量（ブーム設計質量及びアーム設計質量）と、バケット８の推定質量（バケット推定質量）とから、作業装置１５がブーム下げ動作を開始した時点において、作業装置１５が目標面に対して保持している位置エネルギーＵを算出し、ブーム操作速度がゼロになるまで算出値を保持しつつ出力する。
【００４９】
消費パワー積算部１２０ｂは、ブーム実速度をβ´、ブームシリンダボトム面積をＳ、ブームボトム圧をＰ、ブーム下げ動作において圧油がコントロールバルブ２０を通過する際の消費パワーをＷとした時に、Ｗ＝Ｐ×β´×Ｓの演算を行い、このＷを時系列的に積算して消費エネルギーＣとして出力する。
【００５０】
目標消費パワー算出部１２０ｃは、作業装置１５の有する力学的エネルギーとして、位置エネルギー算出部１２０ａから出力された位置エネルギーＵと、消費パワー積算部１２０ｂから出力された消費エネルギーＣの差（すなわち、Ｕ−Ｃ）である残存エネルギーを入力とし、その値に応じた目標消費パワーＷｔを演算して目標速度算出部１２０ｄに出力する。
【００５１】
図６は、目標消費パワー算出部での目標消費パワーの算出に用いられるルックアップテーブルの一例を示す図であり、横軸に入力値である残存エネルギー（Ｕ−Ｃ）を、横軸に出力値である目標消費パワーＷｔをそれぞれ示している。
【００５２】
図６に示すように、残存エネルギー（Ｕ−Ｃ）が０となるときは目標消費パワーＷｔを０とし、残存エネルギー（すなわち、位置エネルギーＵと消費エネルギーＣの差：Ｕ−Ｃ）が大きいほど目標消費パワーＷｔを大きくする。なお、残存エネルギー（Ｕ−Ｃ）と目標消費パワーＷｔの関係を示すテーブルの形状は直線でなくとも良い。また、適切な定数ｋ２，ｋ３などを用いて、ｋ２×（Ｕ−Ｃ）や、ｋ３×（Ｕ−Ｃ）＾２といった関係式によって目標消費パワーＷｔを算出しても良い。
【００５３】
目標速度算出部１２０ｄは、目標消費パワー算出部１２０ｃが出力した目標消費パワーＷｔとブームボトム圧Ｐとから、Ｗｔ÷Ｐの演算を行い、その結果として目標流量Ｑｔを算出する。さらに目標流量Ｑｔと、ブームシリンダのボトム側面積Ａｂｍとから、Ｑｔ÷Ａｂｍの演算を行い、その結果として、ブーム下げ制限速度、すなわち、ブーム下げ目標速度を算出する。なお、ブーム操作速度はブーム上げ操作時を正としており、目標速度算出部１２０ｄで算出されるブーム下げ制限速度は、（ブーム下げ制限速度）＝−（Ｗｔ÷Ｐ÷Ａｂｍ）となる。
【００５４】
図７は、制限速度算出部の処理の流れを示すフローチャートである。
【００５５】
図７において、制限速度算出部１２０は、まず、位置エネルギー算出部１２０ａにおいて、操作速度情報算出部２１０から入力されるブーム操作速度が負の値であるかどうか、すなわち、ブーム下げ操作が開始されたかどうかを判定し（ステップＳ１００）、ステップＳ１００での判定結果がＮＯの場合には、判定結果がＹＥＳとなるまで、すなわち、ブーム下げ操作が開始されるまでステップＳ１００の判定を繰り返す。すなわち、制限速度算出部１２０では、例えば、ブーム上げ動作及びブーム下げ動作によって目標面に対するバケット８の先端の位置を変化させる掘削作業を行う場合であって、オペレータによる操作レバー装置１ｃ、１ｄの操作によってバケット８が目標面の方向に移動するブーム下げ動作が行われた場合に本実施の形態に係るブーム停止制御の処理を行う。
【００５６】
ステップＳ１００での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、ブーム下げ操作が開始されたと判定した場合には、バケット質量推定部１２０ｅにおいて、ブーム角度、アーム角度、ブーム設計質量、アーム設計質量、及びブームボトム圧を用いて、ブーム下げ開始の瞬間におけるバケットの質量を推定（算出）する（ステップＳ１１０）。バケット質量推定部１２０ｅでは、検出信号変換部２２０で得られたブームシリンダ５のブームボトム圧からブーム１１の基端側（上部旋回体１０側）の回動中心に働くモーメントを算出し、算出したモーメントとブーム角度及びアーム角度（作業装置１５の姿勢とも言える）と予め保持している機械的なリンク関係の情報とを用いて作業装置１５の推定質量（作業装置推定質量Ｍｆｉ）を算出し、作業装置１５の推定質量からブーム質量及びアーム質量の設計値（ブーム設計質量Ｍｂｍ及びアーム設計質量Ｍａｍ）を減ずることによって、バケット８の推定質量（バケット推定質量Ｍｂｃ＝Ｍｆｉ−Ｍｂｍ−Ｍａｍ）を算出する（質量を推定する）。
【００５７】
次に、位置エネルギー算出部１２０ａにおいて、目標面位置、ブーム角度、アーム角度、ブーム設計質量、アーム設計質量、及びバケット推定質量を用いて、位置エネルギーＵを算出する（ステップＳ１２０）。位置エネルギー算出部１２０ａでは、ブーム角度及びアーム角度（作業装置１５の姿勢）から作業装置１５に予め設定した基準点（例えば、バケット８の爪先）の目標面からの高さｈを算出し、基準点の目標面からの高さｈと作業装置１５を構成する各フロント部材の質量（ブーム設計質量Ｍｂｍ、アーム設計質量Ｍａｍ、バケット推定質量Ｍｂｃ）と重力加速度Ｇとを掛け合わせることにより、オペレータによるブーム下げ操作の開始時において作業装置１５が目標面位置に対して保持している位置エネルギーＵ（（Ｍｂｍ＋Ｍａｍ＋Ｍｂｃ）×Ｇ×ｈ）を算出する。
【００５８】
次に、消費パワー積算部１２０ｂにおいて、ブーム実速度およびブームボトム圧を用いて、消費パワーＷを求め、これを積算して消費エネルギーＣを求める（ステップＳ１３０）。消費パワー積算部１２０ｂでは、ブーム実速度とブームボトム圧とを用いて、オペレータによる連続するブーム下げ操作によって圧油がコントロールバルブ２０を通過する際の消費パワーＷを算出し、この消費パワーＷをブーム下げ操作の開始時から順次積算することによって、連続するブーム下げ操作において作業装置１５の動作で消費されるエネルギーＣ（つまり、ブーム下げ操作が連続して行われた場合のブーム下げ操作開始時からの作業装置１５における消費エネルギーＣ）を算出する。
【００５９】
次に、目標消費パワー算出部１２０ｃにおいて、位置エネルギーＵと消費エネルギーＣの差（残存エネルギー：Ｕ−Ｃ）を算出して入力し（ステップＳ１４０）、その算出結果から目標消費パワーＷｔを算出する（ステップＳ１５０）。目標消費パワー算出部１２０ｃでは、位置エネルギーＵと消費エネルギーＣの差（すなわち、その時点で作業装置１５が保持している位置エネルギーに相当する残存エネルギー：Ｕ−Ｃ）を入力し、残存エネルギー（Ｕ−Ｃ）と目標消費パワーＷｔとの関係を予め定めたルックアップテーブル（図６参照）を用いて、目標消費パワーＷｔを算出する。目標消費パワーＷｔは、オペレータによるブーム下げ操作によって残存エネルギー（Ｕ−Ｃ）が０（ゼロ）となる、すなわち、作業装置１５の基準点（例えば、バケット８の先端）の目標面位置に対する高さが０（ゼロ）となり目標面位置に対して作業装置１５が保持する位置エネルギー（Ｕ−Ｃ）が０（ゼロ）となるのに要する消費エネルギーに関係するものである。
【００６０】
次に、目標速度算出部１２０ｄにおいて、目標消費パワーＷｔと、ブームボトム圧Ｐと、ブームシリンダのボトム側面積Ａｂｍとを用いて、ブーム下げ制限速度（目標速度）を算出し、出力する（ステップＳ１６０）。目標速度算出部１２０ｄでは、目標消費パワーＷｔをブームボトム圧Ｐで除し、その結果として目標流量Ｑｔを得る。さらに、目標流量Ｑｔをブームシリンダのボトム側面積Ａｂｍで除し、その結果として、ブーム下げ制限速度（目標速度）を得る。なお、ブーム操作速度はブーム上げ操作時を正としており、目標速度算出部１２０ｄで算出されるブーム下げ制限速度は、（ブーム下げ制限速度）＝−（Ｗｔ÷Ｐ÷Ａｂｍ）となる。
【００６１】
次に、ブーム下げ操作が継続されているかどうか、すなわち、ブーム下げ操作速度が０（ゼロ）となっていないかどうかを判定し（ステップＳ１７０）、判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、ブーム下げ操作速度が０（ゼロ）ではなく、ブーム下げ操作が継続されていると判定した場合には、判定結果がＮＯになるまでステップＳ１３０〜Ｓ１６０の処理を繰り返す。すなわち、制限速度算出部１２０では、オペレータにより連続でブーム下げ操作が行われている間は、作業装置１５のブーム下げ動作で消費される（つまり、コントロールバルブ２０での圧油の通過で消費される）消費パワーＷの積算による消費エネルギーＣの演算（ステップＳ１３０）、消費エネルギーＣを用いて得られる残存エネルギー（Ｕ−Ｃ）の演算（ステップＳ１４０）、残存エネルギー（Ｕ−Ｃ）を用いて得られる目標消費パワーＷｔの演算（ステップＳ１５０）、及び、目標消費パワーＷｔを用いて得られるブーム下げ制限速度（目標速度）の演算・出力（ステップＳ１６０）の処理を繰り返すことにより、オペレータによるブーム下げ操作によるブーム下げ速度（言い換えると、バケット８の目標面に向かう速度）を制限する。これにより、ブーム下げ速度は、作業装置１５がブーム下げ操作の開始時に有する位置エネルギーＵと、ブーム下げ操作の開始時からある時点までに消費される消費エネルギーＣとの差（残存エネルギー（Ｕ−Ｃ））に応じて制限される。
【００６２】
また、ステップＳ１７０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、ブーム下げ操作速度が０（ゼロ）となり、オペレータによるブーム下げ操作が終了したと判定した場合には、それまでに算出した、バケット推定質量、位置エネルギー、消費エネルギー、目標消費パワー、ブーム下げ制限速度などの算出値を０（ゼロ）にリセットし（ステップＳ１８０）、ステップＳ１００に戻って、オペレータによるブーム下げ操作を待つ待機状態となる。すなわち、制限速度算出部１２０では、オペレータがブーム下げ操作をやめ、ブーム下げ動作が一旦停止した場合には処理をリセットし、再度ブーム下げが入力された際のブーム下げ制限速度（目標速度）の算出精度の低下や、ブーム下げ操作以外の操作が入力された際の、目標速度の算出精度の低下を抑制する。
【００６３】
本実施の形態においては、作業装置１５が空中でブーム下げ動作を行う際、作業装置１５は自重によって動作している。つまり、作業装置１５が空中でブーム下げ動作を行う際、作業装置１５は位置エネルギーを消費して動作している。ブーム下げ動作で失われた位置エネルギーは、ブーム２方向制御弁２４を通過する圧油の圧力損失と流量の積として消費される。消費エネルギーの総和が、作業装置１５が動作開始時に目標面に対して保持している位置エネルギーと一致するように、作業装置１５を動作させると、バケット先端を目標面で停止させることが出来る。メインコントローラ１００では、制限速度算出部１２０において、位置エネルギーを位置エネルギー算出部１２０ａで演算し、消費エネルギーを消費パワー積算部１２０ｂで演算し、これらの差分に応じて、消費エネルギーの総和が位置エネルギーと一致するような消費パワーを目標消費パワー算出部１２０ｃで演算し、消費パワーが消費されるようなシリンダ速度を目標速度算出部１２０ｄにおいて演算し、アクチュエータ制御部１１０を通じて、コントロールバルブ２０への指令値として出力する。そのため、作業装置１５が空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端を目標面で停止させることができる。また、作業装置１５の重量が増加した際には、ブームボトム圧が増大し、目標速度算出部１２０ｄから得られる目標シリンダ速度の絶対値（すなわち、ブーム下げ方向の速さ）は小さくなる。作業装置１５の重量に応じて、ブーム下げ動作速度が変化することで、作業装置１５の重量が変化したときも、バケット先端を目標面で停止させつつ、車体安定性を確保することが出来る。
【００６４】
以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。
【００６５】
油圧式作業機械においては、掘削作業などにおけるオペレータの操作を支援するものとして、作業装置を構成するバケットの先端と目標面との距離に応じて作業装置の動作速度を制限し、また、オペレータによる入力、或いは油圧シリンダに設けられた圧力センサの値からバケットの種別を選択することによって、バケット種別に応じて異なる速度制限で作業装置を動作させ、作業装置のバケットの先端の目標面への侵入を抑制する従来技術が知られている。
【００６６】
しかしながら、バケットの種別について、予め設けられた選択肢からバケット種別が選ばれ、選ばれたバケット種別に応じて速度制限を変化させるような上記従来技術においては、予め設けられた選択肢にないバケットを装着したり、バケット内の土砂等によってバケット部分の重量が連続的に変化したりする場合、すなわち、想定外の状態となった場合には、バケット先端の速度が適切な値から外れてしまい、空中でブームを下げる動作の際などに、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりするおそれがあった。
【００６７】
これに対して本実施の形態においては、操作レバー装置１ｃ，１ｄから情報コントローラ２００に入力される操作信号に応じて流量制御弁の動作を制御する制御信号を出力するメインコントローラ１００において、操作レバー装置１ｃ、１ｄから操作信号の出力が開始された時の作業装置１５の姿勢である初期姿勢において、作業装置１５が目標面位置に対して保持する初期位置エネルギーを算出し、ブームシリンダ５の負荷とブームシリンダ５の操作速度から算出される消費パワーとに基づいて、操作レバー装置１ｃ、１ｄからの操作信号に応じたブームシリンダ５の動作による消費エネルギーを積算し、初期位置エネルギーと消費エネルギーの差分に基づいて、作業装置１５の動作に際する目標消費パワーを算出し、目標消費パワーとブームシリンダ５の負荷とに基づいて、ブームシリンダ５の制限速度を算出し、操作レバー装置１ｃ、１ｄからの操作信号に基づくブーム１１の操作速度と制限速度とに基づいて、ブームシリンダ５に関わる流量制御弁の動作を制御する制御信号を算出するように構成したので、バケット種類の変更やバケット内の土砂の量等によってバケット部分の重量が変化しても、空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりすることを抑制することができる。
【００６８】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図８及び図９を参照しつつ説明する。本実施の形態では第１の実施の形態との相違点についてのみ説明するものとし、図面において第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００６９】
本実施の形態は、第１の実施の形態における初期位置エネルギーＵと消費エネルギーＣの差分（Ｕ−Ｃ）を、動作途中の位置エネルギーＵ１と作業装置の運動エネルギーＴを用いて数式（Ｕ−Ｃ＝Ｕ１＋Ｔ）と表せることに基づき、この数式を制限速度算出部１２０の機能に実現させたものである。
【００７０】
図８は、本実施の形態に係る制限速度算出部の処理内容を示す機能ブロック図である。
【００７１】
図８において、制限速度算出部１２０Ａは、目標消費パワー算出部１２０ｃ、目標速度算出部１２０ｄ、バケット質量推定部１２０ｅ、残存位置エネルギー算出部１２０ｆ、及び運動エネルギー算出部１２０ｇを有している。
【００７２】
バケット質量推定部１２０ｅは、ブーム操作速度が負の値をとる場合に、ブーム角度、アーム角度、及びブームボトム圧と、ブーム１１およびアーム１２の設計質量（ブーム設計質量及びアーム設計質量）から、バケット８に相当する部分の質量（バケット推定質量）を推定する。
【００７３】
残存位置エネルギー算出部１２０ｆは、ブーム操作速度が負の値をとる場合に、目標面位置、ブーム角度、及びアーム角度と、ブーム１１およびアーム１２の設計質量（ブーム設計質量及びアーム設計質量）と、バケット８の推定質量（バケット推定質量）とから、作業装置１５がブーム下げ動作中に目標面に対して保持している位置エネルギーを残存位置エネルギーＵ１として算出し、ブーム操作速度がゼロになるまで算出値を保持しつつ出力する。
【００７４】
運動エネルギー算出部１２０ｇは、ブーム１１およびアーム１２の設計質量（ブーム設計質量及びアーム設計質量）と、バケット８の推定質量（バケット推定質量）と、ブーム実速度とから、作業装置１５のブーム下げ動作中の運動エネルギーＴを算出して出力する。
【００７５】
目標消費パワー算出部１２０ｃは、作業装置１５の有する力学的エネルギーとして、残存位置エネルギー算出部１２０ｆから出力された残存位置エネルギーＵ１と、運動エネルギー算出部１２０ｇから出力された運動エネルギーＴの和（すなわち、Ｕ１＋Ｔ）である残存エネルギーを入力とし、その残存エネルギー（Ｕ１＋Ｔ）の値に応じた目標消費パワーＷｔを演算して目標速度算出部１２０ｄに出力する。
【００７６】
目標速度算出部１２０ｄは、目標消費パワー算出部１２０ｃが出力した目標消費パワーＷｔとブームボトム圧Ｐとから、Ｗｔ÷Ｐの演算を行い、その結果として目標流量Ｑｔを算出する。さらに目標流量Ｑｔと、ブームシリンダのボトム側面積Ａｂｍとから、Ｑｔ÷Ａｂｍの演算を行い、その結果として、ブーム下げ制限速度、すなわち、ブーム下げ目標速度を算出する。なお、ブーム操作速度はブーム上げ操作時を正としており、目標速度算出部１２０ｄで算出されるブーム下げ制限速度は、（ブーム下げ制限速度）＝−（Ｗｔ÷Ｐ÷Ａｂｍ）となる。
【００７７】
図９は、本実施の形態に係る制限速度算出部の処理の流れを示すフローチャートである。
【００７８】
図９において、制限速度算出部１２０は、まず、位置エネルギー算出部１２０ａにおいて、操作速度情報算出部２１０から入力されるブーム操作速度が負の値であるかどうか、すなわち、ブーム下げ操作が開始されたかどうかを判定し（ステップＳ１００）、ステップＳ１００での判定結果がＮＯの場合には、判定結果がＹＥＳとなるまで、すなわち、ブーム下げ操作が開始されるまでステップＳ１００の判定を繰り返す。すなわち、制限速度算出部１２０では、例えば、ブーム上げ動作及びブーム下げ動作によって目標面に対するバケット８の先端の位置を変化させる掘削作業を行う場合であって、オペレータによる操作レバー装置１ｃ、１ｄの操作によってバケット８が目標面の方向に移動するブーム下げ動作が行われた場合に本実施の形態に係るブーム停止制御の処理を行う。
【００７９】
ステップＳ１００での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、ブーム下げ操作が開始されたと判定した場合には、バケット質量推定部１２０ｅにおいて、ブーム角度、アーム角度、ブーム設計質量、アーム設計質量、及びブームボトム圧を用いて、ブーム下げ開始の瞬間におけるバケットの質量を推定（算出）する（ステップＳ１１０）。バケット質量推定部１２０ｅでは、ブームシリンダ５のブームボトム圧からブーム１１の基端側（上部旋回体１０側）の回動中心に働くモーメントを算出し、算出したモーメントとブーム角度及びアーム角度（作業装置１５の姿勢とも言える）と予め保持している機械的なリンク関係の情報とに基づいて作業装置１５の推定質量（作業装置推定質量Ｍｆｉ）を算出し、作業装置１５の推定質量からブーム質量及びアーム質量の設計値（ブーム設計質量Ｍｂｍ及びアーム設計質量Ｍａｍ）を減ずることによって、バケット８の推定質量（バケット推定質量Ｍｂｃ＝Ｍｆｉ−Ｍｂｍ−Ｍａｍ）を算出する（質量を推定する）。
【００８０】
次に、残存位置エネルギー算出部１２０ｆにおいて、目標面位置、ブーム角度、アーム角度、ブーム設計質量、アーム設計質量、及びバケット推定質量を用いて、その時点での残存位置エネルギーＵ１を算出する（ステップＳ１２１）。残存位置エネルギー算出部１２０ｆでは、ブーム角度及びアーム角度（作業装置１５の姿勢）から作業装置１５に予め設定した基準点（例えば、バケット８の爪先）の目標面からの高さｈを算出し、基準点の目標面からの高さｈと作業装置１５を構成する各フロント部材の質量（ブーム設計質量Ｍｂｍ、アーム設計質量Ｍａｍ、バケット推定質量Ｍｂｃ）と重力加速度Ｇとを掛け合わせることにより、オペレータによるブーム下げ操作中において作業装置１５がその時点で目標面位置に対して保持している位置エネルギーを残存位置エネルギーＵ１＝（（Ｍｂｍ＋Ｍａｍ＋Ｍｂｃ）×Ｇ×ｈ）として算出する。
【００８１】
次に、運動エネルギー算出部１２０ｇにおいて、ブーム設計質量、アーム設計質量、バケット推定質量、及びブーム実速度を用いて、運動エネルギーＴを求める（ステップＳ１３１）。運動エネルギー算出部１２０ｇでは、ブーム実速度Ｖｒｂｍの２乗と各フロント部材の質量（ブーム設計質量Ｍｂｍ、アーム設計質量Ｍａｍ、バケット推定質量Ｍｂｃ）とを掛け合わせることにより、オペレータによる連続するブーム下げ操作によって作業装置１５がその時点で有している運動エネルギーＴ（＝（（（Ｍｂｍ＋Ｍａｍ＋Ｍｂｃ）×Ｖｒｂｍ＾２））÷２）を算出する。
【００８２】
次に、目標消費パワー算出部１２０ｃにおいて、残存位置エネルギーＵ１と運動エネルギーＴの和（残存エネルギー：Ｕ１＋Ｔ）を算出して入力し（ステップＳ１４１）、その算出結果から目標消費パワーＷｔを算出する（ステップＳ１５０）。目標消費パワー算出部１２０ｃでは、残存位置エネルギーＵ１と運動エネルギーＴの和（すなわち、作業装置１５が保持しているエネルギーに相当する残存エネルギー：Ｕ１＋Ｔ）を入力し、残存エネルギー（Ｕ１＋Ｔ）と目標消費パワーＷｔとの関係を予め定めたルックアップテーブル（図６において、残存エネルギー（Ｕ−Ｃ）を残存エネルギー（Ｕ１＋Ｔ）と読み替える）を用いて、目標消費パワーＷｔを算出する。目標消費パワーＷｔは、オペレータによるブーム下げ操作によって残存エネルギー（Ｕ１＋Ｔ）が０（ゼロ）となる、すなわち、作業装置１５の基準点（例えば、バケット８の先端）の目標面位置に対する高さが０（ゼロ）となることで目標面位置に対する作業装置１５が保持する位置エネルギーＵ１が０（ゼロ）になるとともに、作業装置１５のブーム下げの速度（ブーム実速度）が０（ゼロ）となることで作業装置１５の運動エネルギーＴが０（ゼロ）となり、その結果として残存エネルギー（Ｕ１＋Ｔ）が０（ゼロ）となるのに要する消費エネルギーに関係するものである。
【００８３】
次に、目標速度算出部１２０ｄにおいて、目標消費パワーＷｔと、ブームボトム圧Ｐと、ブームシリンダのボトム側面積Ａｂｍとを用いて、ブーム下げ制限速度（目標速度）を算出し、出力する（ステップＳ１６０）。目標速度算出部１２０ｄでは、目標消費パワーＷｔをブームボトム圧Ｐで除し、その結果として目標流量Ｑｔを得る。さらに、目標流量Ｑｔをブームシリンダのボトム側面積Ａｂｍで除し、その結果として、ブーム下げ制限速度（目標速度）を得る。なお、ブーム操作速度はブーム上げ操作時を正としており、目標速度算出部１２０ｄで算出されるブーム下げ制限速度は、（ブーム下げ制限速度）＝−（Ｗｔ÷Ｐ÷Ａｂｍ）となる。
【００８４】
次に、ブーム下げ操作が継続されているかどうか、すなわち、ブーム下げ操作速度が０（ゼロ）となっていないかどうかを判定し（ステップＳ１７０）、判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、ブーム下げ操作速度が０（ゼロ）ではなく、ブーム下げ操作が継続されていると判定した場合には、判定結果がＮＯになるまでステップＳ１２１〜Ｓ１６０の処理を繰り返す。すなわち、制限速度算出部１２０では、オペレータにより連続でブーム下げ操作が行われている間は、作業装置１５がその時点で有している残存位置エネルギーＵ１の演算（ステップＳ１２１）、作業装置１５がその時点で有している運動エネルギーＴの演算（ステップＳ１３１）、残存エネルギー（Ｕ１＋Ｔ）の演算（ステップＳ１４１）、残存エネルギー（Ｕ１＋Ｔ）を用いて得られる目標消費パワーＷｔの演算（ステップＳ１５０）、及び、目標消費パワーＷｔを用いて得られるブーム下げ制限速度（目標速度）の演算・出力（ステップＳ１６０）の処理を繰り返すことにより、オペレータによるブーム下げ操作によるブーム下げ速度（言い換えると、バケット８の目標面に向かう速度）を制限する。これにより、ブーム下げ速度は、作業装置１５がある時点で有する位置エネルギーＵ１と運動エネルギーとの和（残存エネルギー（Ｕ１＋Ｔ））に応じて制限される。
【００８５】
また、ステップＳ１７０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、ブーム下げ操作速度が０（ゼロ）となり、ブーム下げ操作が終了したと判定した場合には、それまでに算出した、バケット推定質量、位置エネルギー、消費エネルギー、目標消費パワー、ブーム下げ制限速度などの算出値を０（ゼロ）にリセットし（ステップＳ１８０）、ステップＳ１００に戻って、オペレータによるブーム下げ操作を待つ待機状態となる。すなわち、制限速度算出部１２０では、オペレータがブーム下げ操作をやめ、ブーム下げ動作が一旦停止した場合には処理をリセットし、再度ブーム下げが入力された際のブーム下げ制限速度（目標速度）の算出精度の低下や、ブーム下げ操作以外の操作が入力された際の、目標速度の算出精度の低下を抑制する。
【００８６】
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００８７】
以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。
【００８９】
（１）上記の実施の形態では、ブーム１１、アーム１２、及び作業具（例えば、バケット８）を垂直方向に回動可能に連結して構成され、作業機械（例えば、油圧ショベル６００）の車体に垂直方向に回動可能に支持された多関節型の作業装置１５と、前記ブーム、アーム、及び作業具をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７）と、前記複数の油圧アクチュエータをそれぞれ操作するための操作信号を出力する複数の操作装置（例えば、操作レバー装置１ｃ、１ｄ）と、前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量および方向をそれぞれ制御する複数の流量制御弁（例えば、コントロールバルブ２０）と、前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つの特定のアクチュエータの負荷を検出する油圧センサ（例えば、ブームボトム圧力センサ５ｂ）と、前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の流量制御弁の動作を制御する制御信号を出力するコントローラ（例えば、メインコントローラ１００）とを備えた油圧式作業機械において、前記コントローラは、前記作業装置が有する力学的エネルギーを前記作業装置の動作開始時からの残存エネルギーとして算出し、その残存エネルギーに基づいて、前記作業装置の動作に際して前記特定のアクチュエータが消費すべき目標消費パワーを算出し、前記目標消費パワーと前記油圧センサによって検出された前記特定の油圧アクチュエータの負荷とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータの制限速度を算出する制限速度算出部１２０と、前記特定の油圧アクチュエータに対応する特定の操作装置からの操作信号に基づいて算出された前記特定の油圧アクチュエータの操作速度と前記制限速度算出部で算出された前記制限速度とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータに対応する前記流量制御弁の動作を制御する制御信号を算出するアクチュエータ制御部１１０とを備えるものとした。
【００９０】
これにより、バケット種類の変更やバケット内の土砂の量等によってバケット部分の重量が変化しても、空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりすることを抑制することができる。
【００９１】
（２）また、上記の実施の形態では、（１）の油圧式作業機械において、前記制限速度算出部１２０は、前記特定の操作装置から操作信号の出力が開始された時の前記作業装置の姿勢である初期姿勢において、前記作業装置が目標面位置に対して保持する初期位置エネルギーＵを算出する位置エネルギー算出部１２０ａと、前記油圧センサによって検出された前記特定の油圧アクチュエータの負荷と前記特定の油圧アクチュエータの実速度とに基づいて、前記特定の操作装置の操作に応じた前記特定の油圧アクチュエータの動作による消費エネルギーＣを積算する消費パワー積算部１２０ｂと、前記位置エネルギー算出部で算出された前記初期位置エネルギーと前記消費パワー積算部で積算された前記消費エネルギーの差分（Ｕ−Ｃ）である前記残存エネルギーに基づいて、前記作業装置の動作に際して前記特定の油圧アクチュエータが消費すべき前記目標消費パワーを算出する目標消費パワー算出部１２０ｃと、前記目標消費パワーと前記特定の油圧アクチュエータの負荷とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータの制限速度を算出する目標速度算出部１２０ｄとを備えるものとした。
【００９２】
（３）また、上記の実施の形態では、（１）の油圧式作業機械において、前記制限速度算出部１２０Ａは、前記作業装置が目標面位置に対して保持する位置エネルギーＵ１を算出する残存位置エネルギー算出部１２０ｆと、前記作業装置の質量と前記特定の油圧アクチュエータの実速度とに基づいて、前記作業装置の運動エネルギーＴを算出する運動エネルギー算出部１２０ｇと、前記残存位置エネルギー算出部で算出された前記位置エネルギーと前記運動エネルギー算出部で算出された前記運動エネルギーの和（Ｕ１＋Ｔ）である前記残存エネルギーに基づいて、前記作業装置の動作に際して前記特定の油圧アクチュエータが消費すべき前記目標消費パワーを算出する目標消費パワー算出部１２０ｃと、前記目標消費パワーと前記特定の油圧アクチュエータの負荷とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータの制限速度を算出する目標速度算出部とを備えるものとした。
【００９３】
＜付記＞
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や組み合わせが含まれる。また、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、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１ａ…走行用右操作レバー装置、１ｂ…走行用左操作レバー装置、１ｃ…右操作レバー装置（操作レバー装置）、１ｄ…左操作レバー装置（操作レバー装置）、２…油圧ポンプ装置、２ａ…第１油圧ポンプ、２ｂ…第２油圧ポンプ、３ｂ…走行油圧モータ、４…旋回油圧モータ、５…ブームシリンダ、５ｂ…ブームボトム圧力センサ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、８…バケット、８ａ…バケットリンク、９…下部走行体、１０…上部旋回体、１１…ブーム、１２…アーム、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…角度検出器、１４…エンジン、１５…作業装置（フロント作業機）、１６…運転室、２０…コントロールバルブ、２１…方向制御弁、２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ…電磁比例弁、２２，２３，２４…方向制御弁、２６，２７…リリーフ弁、２９…パイロットポンプ、３２…モード設定スイッチ、１００…メインコントローラ、１１０…アクチュエータ制御部、１１０ａ…アーム駆動部、１１０ｂ…最大値選択部、１１０ｃ…ブーム駆動部、１２０，１２０Ａ…制限速度算出部、１２０ａ…位置エネルギー算出部、１２０ｂ…消費パワー積算部、１２０ｃ…目標消費パワー算出部、１２０ｄ…目標速度算出部、１２０ｅ…バケット質量推定部、１２０ｆ…残存位置エネルギー算出部、１２０ｇ…運動エネルギー算出部、２００…情報コントローラ、２１０…操作速度情報算出部、２２０…検出信号変換部、２３０…目標面位置記憶部、２４０…作業装置角度算出部、２５０…ブーム実速度算出部、２６０…作業装置質量記憶部、６００…油圧ショベル
【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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