(57)【要約】  建設機械の制御システムは、掘削対象の目標形状を示す目標施工地形を生成する目標施工地形生成部と、前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方の動作状態とに基づいて、前記ブーム軸、前記アーム軸、及び前記バケット軸の少なくとも一つと直交する作業機動作平面において前記作業機を駆動するための指令を出力する作業機制御指令決定部と、前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記バケットのチルト回転状態とに基づいて、前記チルト軸を中心に前記バケットをチルト制御するための指令を出力するチルト制御指令決定部と、を備える。
2016186219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブーム軸を中心に車体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを含む作業機を備える建設機械の制御システムであって、
掘削対象の目標形状を示す目標施工地形を生成する目標施工地形生成部と、
前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方の動作状態とに基づいて、前記ブーム軸、前記アーム軸、及び前記バケット軸の少なくとも一つと直交する作業機動作平面において前記作業機を駆動するための指令を出力する作業機制御指令決定部と、
前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記バケットのチルト回転状態とに基づいて、前記チルト軸を中心に前記バケットをチルト制御するための指令を出力するチルト制御指令決定部と、
を備える建設機械の制御システム。
【請求項２】
前記バケットを通り前記チルト軸と直交するチルト動作平面を算出するチルト動作平面算出部と、
前記目標施工地形と前記チルト動作平面とが交差するチルト目標地形を算出するチルト目標地形算出部と、
前記バケットと前記チルト目標地形との距離に基づいて、前記チルト動作平面における前記バケットのチルト目標速度を決定するチルト目標速度決定部と、を備え、
前記チルト制御指令決定部は、前記チルト目標速度に基づいて前記指令を出力する、
請求項１に記載の建設機械の制御システム。
【請求項３】
前記チルト制御指令決定部は、前記チルト目標速度決定部で決定された前記チルト目標速度に基づいて、前記バケットをチルト回転させるチルトシリンダを駆動する指令を出力する、
請求項２に記載の建設機械の制御システム。
【請求項４】
前記チルト目標速度決定部は、前記目標施工地形の法線方向における前記バケットの前記チルト目標速度を算出する、
請求項２又は請求項３に記載の建設機械の制御システム。
【請求項５】
前記目標施工地形の法線方向における前記バケットと前記目標施工地形との最短距離である垂直距離に基づいて、前記作業機動作平面における前記作業機の作業機目標速度を決定する作業機目標速度決定部を備え、
前記作業機制御指令決定部は、前記作業機目標速度に基づいて前記ブームおよび及び前記アームの少なくとも一方を制御するための指令を出力する、
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の建設機械の制御システム。
【請求項６】
前記作業機制御指令決定部は、前記作業機目標速度に基づいて、前記作業機動作平面において前記ブーム及び前記アームの少なくとも一方を駆動する油圧シリンダを駆動する指令を出力する、
請求項５に記載の建設機械の制御システム。
【請求項７】
前記作業機制御指令決定部は、前記チルト目標速度と、前記作業機目標速度とに基づいて、前記指令を出力する、
請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の建設機械の制御システム。
【請求項８】
上部旋回体と、
前記上部旋回体を支持する下部走行体と、
前記ブームと前記アームと前記バケットとを含み、前記上部旋回体に支持される作業機と、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の建設機械の制御システムと、
を備える建設機械。
【請求項９】
ブーム軸を中心に車体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを含む作業機を備える建設機械の制御方法であって、
前記バケットと掘削対象の目標形状を示す目標施工地形との距離と、前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方の動作状態とに基づいて、前記ブーム軸、前記アーム軸、及び前記バケット軸の少なくとも一つと直交する作業機動作平面において前記作業機を駆動するための指令を出力することと、
前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記バケットのチルト回転状態とに基づいて、前記チルト軸を中心に前記バケットをチルト制御するための指令を出力することと、
を含む建設機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械の制御システム、建設機械、及び建設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建設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施工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建設機械が知られている。【０００３】
本明細書においては、目標施工地形に沿ってバケットが移動するように作業機のブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダの少なくとも一つを制御することを、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、バケットと目標施工地形との距離からバケットの目標速度が決定され、決定されたバケットの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基づいて導出されるバケットの移動速度とに基づいて、ブームの目標速度が算出され、算出されたブームの目標速度に基づいて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】
チルト軸を中心にバケットが回転するチルト式バケットを有する建設機械が知られている。傾斜した目標施工地形をチルト式バケットで施工する場合においても、傾斜した目標施工地形に沿ってチルト式バケットを移動できる技術が要望される。しかし、従来の整地アシスト制御をチルト式バケットに単に適用した場合、オペレータによるチルト操作量に基づいて導出されるバケットの移動速度に基づいてブームの目標速度が算出されると、チルト式バケットを目標施工地形に沿って移動させることが困難となる可能性がある。【０００６】
本発明の態様は、チルト式バケットを使って傾斜した目標施工地形を精度良く施工できる建設機械の制御システム、建設機械、及び建設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】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、ブーム軸を中心に車体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを含む作業機を備える建設機械の制御システムであって、掘削対象の目標形状を示す目標施工地形を生成する目標施工地形生成部と、前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方の動作状態とに基づいて、前記ブーム軸、前記アーム軸、及び前記バケット軸の少なくとも一つと直交する作業機動作平面において前記作業機を駆動するための指令を出力する作業機制御指令決定部と、前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記バケットのチルト回転状態とに基づいて、前記チルト軸を中心に前記バケットをチルト制御するための指令を出力するチルト制御指令決定部と、を備える建設機械の制御システムが提供される。【０００８】
本発明の第２の態様に従えば、上部旋回体と、前記上部旋回体を支持する下部走行体と、前記ブームと前記アームと前記バケットとを含み、前記上部旋回体に支持される作業機と、第１の態様の建設機械の制御システムと、を備える建設機械が提供される。【０００９】
本発明の第３の態様に従えば、ブーム軸を中心に車体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを含む作業機を備える建設機械の制御方法であって、前記バケットと掘削対象の目標形状を示す目標施工地形との距離と、前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方の動作状態とに基づいて、前記ブーム軸、前記アーム軸、及び前記バケット軸の少なくとも一つと直交する作業機動作平面において前記作業機を駆動するための指令を出力することと、前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記バケットのチルト回転状態とに基づいて、前記チルト軸を中心に前記バケットをチルト制御するための指令を出力することと、を含む建設機械の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の態様によれば、チルト式バケットを使って傾斜した目標施工地形を精度良く施工できる建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態に係る建設機械の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るバケットの一例を示す側断面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るバケットの一例を示す正面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る油圧ショベルを模式的に示す側面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る油圧ショベルを模式的に示す背面図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る油圧ショベルを模式的に示す平面図である。
【図７】図７は、本実施形態に係るバケットを模式的に示す側面図である。
【図８】図８は、本実施形態に係るバケットを模式的に示す正面図である。
【図９】図９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１０】図１０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１１】図１１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１２】図１２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１３】図１３は、本実施形態に係るバケットに設定される規定点の一例を模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る目標施工データの一例を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る目標施工地形の一例を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本実施形態に係るチルト動作平面の一例を示す模式図である。
【図１７】図１７は、本実施形態に係る油圧ショベルの制御方法の一例を説明するための模式図である。
【図１８】図１８は、本実施形態に係る垂直距離と目標速度との関係の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、本実施形態に係る動作距離と制限速度との関係の一例を示す図である。
【図２０】図２０は、本実施形態に係る動作距離と制限速度との関係の一例を示す図である。
【図２１】図２１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２２】図２２は、本実施形態に係るバケットの作用を説明するための模式図である。
【図２３】図２３は、本実施形態に係るバケットの作用を説明するための模式図である。
【図２４】図２４は、本実施形態に係る油圧ショベルの制御方法の一例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
以下の説明においては、グローバル座標系（ＸｇＹｇＺｇ座標系）及びローカル座標系（ＸＹＺ座標系）を設定して各部の位置関係について説明する。グローバル座標系とは、全地球測位システム（Global  Positioning  System：ＧＰＳ）のような全地球航法衛星システム（Global  Navigation  Satellite  System：ＧＮＳＳ）により規定される絶対位置を示す座標系である。ローカル座標系とは、建設機械の基準位置に対する相対位置を示す座標系である。
【００１４】
［建設機械］
図１は、本実施形態に係る建設機械１００の一例を示す斜視図である。本実施形態においては、建設機械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、建設機械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を支持する車体である上部旋回体２と、上部旋回体２を支持する走行装置である下部走行体３と、作業機１を操作するための操作装置３０と、作業機１を制御する制御装置５０とを備える。上部旋回体２は、下部走行体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。
【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が収容される機械室５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。
【００１７】
下部走行体３は、一対の履帯３Ｃを有する。履帯３Ｃ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がタイヤを有してもよい。
【００１８】
作業機１は、上部旋回体２に支持される。作業機１は、ブームピンを介して上部旋回体２に連結されるブーム６と、アームピンを介してブーム６に連結されるアーム７と、バケットピン及びチルトピンを介してアーム７に連結されるバケット８とを有する。バケット８は、刃先９を有する。本実施形態において、バケット８の刃先９は、バケット８に設けられたストレート形状の刃の先端部である。なお、バケット８の刃先９は、バケット８に設けられた凸形状の刃の先端部でもよい。
【００１９】
ブーム６は、回転軸であるブーム軸ＡＸ１を中心に上部旋回体２に対して回転可能である。アーム７は、回転軸であるアーム軸ＡＸ２を中心にブーム６に対して回転可能である。バケット８は、回転軸であるバケット軸ＡＸ３及びバケット軸ＡＸ３と直交する回転軸であるチルト軸ＡＸ４のそれぞれを中心にアーム７に対して回転可能である。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。回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３は、ローカル座標系のＹ軸と平行である。旋回軸ＲＸは、ローカル座標系のＺ軸と平行である。回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３と平行な方向は、上部旋回体２の車幅方向を示す。旋回軸ＲＸと平行な方向は、上部旋回体２の上下方向を示す。回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３及び旋回軸ＲＸの両方と直交する方向は、上部旋回体２の前後方向を示す。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である。
【００２０】
作業機１は、油圧シリンダ１０が発生する動力により作動する。油圧シリンダ１０は、ブーム６を作動させるブームシリンダ１１と、アーム７を作動させるアームシリンダ１２と、バケット８を作動させるバケットシリンダ１３及びチルトシリンダ１４とを含む。
【００２１】
また、作業機１は、ブームシリンダ１１の駆動量を示すブームストロークを検出するブームストロークセンサ１６と、アームシリンダ１２の駆動量を示すアームストロークを検出するアームストロークセンサ１７と、バケットシリンダ１３の駆動量を示すバケットストロークを検出するバケットストロークセンサ１８と、チルトシリンダ１４の駆動量を示すチルトストロークを検出するチルトストロークセンサ１９とを有する。ブームストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１１に配置される。アームストロークセンサ１７は、アームシリンダ１２に配置される。バケットストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１３に配置される。チルトストロークセンサ１９は、チルトシリンダ１４に配置される。
【００２２】
操作装置３０は、運転室４に配置される。操作装置３０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。オペレータは、操作装置３０を操作して、作業機１を作動させる。本実施形態において、操作装置３０は、右作業機操作レバー３０Ｒと、左作業機操作レバー３０Ｌと、チルト操作レバー３０Ｔと、操作ペダル３０Ｆとを含む。
【００２３】
中立位置にある右作業機操作レバー３０Ｒが前方に操作されると、ブーム６が下げ動作し、後方に操作れると、ブーム６が上げ動作する。中立位置にある右作業機操作レバー３０Ｒが右方に操作されると、バケット８がダンプし、左方に操作されると、バケット８が掘削する。
【００２４】
中立位置にある左作業機操作レバー３０Ｌが前方に操作されると、アーム７がダンプし、後方に操作されると、アーム７が掘削する。中立位置にある左作業機操作レバー３０Ｌが右方に操作されると、上部旋回体２が右旋回し、左方に操作されると、上部旋回体２が左旋回する。
【００２５】
なお、右作業機操作レバー３０Ｒ及び左作業機操作レバー３０Ｌの操作方向と、作業機１の動作方向及び上部旋回体２の旋回方向との関係は、上述の関係でなくてもよい。
【００２６】
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）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）のような揮発性メモリを含む記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。
【００２７】
［バケット］
次に、本実施形態に係るバケット８について説明する。図２は、本実施形態に係るバケット８の一例を示す側断面図である。図３は、本実施形態に係るバケット８の一例を示す正面図である。本実施形態において、バケット８は、チルト式バケットである。
【００２８】
図２及び図３に示すように、作業機１は、バケット軸ＡＸ３及びバケット軸ＡＸ３と直交するチルト軸ＡＸ４のそれぞれを中心にアーム７に対して回転可能なバケット８を有する。バケット８は、バケットピン８Ｂを介してアーム７に回転可能に連結される。また、バケット８は、チルトピン８Ｔを介してアーム７に回転可能に支持される。
【００２９】
バケット８は、接続部材９０を介して、アーム７の先端部に接続される。バケットピン８Ｂは、アーム７と接続部材９０とを連結する。チルトピン８Ｔは、接続部材９０とバケット８とを連結する。バケット８は、接続部材９０を介して、アーム７に回転可能に接続される。
【００３０】
バケット８は、底板８１と、背板８２と、上板８３と、側板８４と、側板８５とを含む。バケット８は、上板８３の上部に設けられたブラケット８７を有する。ブラケット８７は、上板８３の前後位置に設置される。ブラケット８７は、接続部材９０及びチルトピン８Ｔと連結される。
【００３１】
接続部材９０は、プレート部材９１と、プレート部材９１の上面に設けられたブラケット９２と、プレート部材９１の下面に設けられたブラケット９３とを有する。ブラケット９２は、アーム７及び第２リンクピン９５Ｐと連結される。ブラケット９３はブラケット８７の上部に設置され、チルトピン８Ｔ及びブラケット８７と連結される。
【００３２】
バケットピン８Ｂは、接続部材９０のブラケット９２とアーム７の先端部とを連結する。チルトピン８Ｔは、接続部材９０のブラケット９３とバケット８のブラケット８７とを連結する。接続部材９０及びバケット８は、アーム７に対してバケット軸ＡＸ３を中心に回転可能である。バケット８は、接続部材９０に対してチルト軸ＡＸ４を中心に回転可能である。
【００３３】
作業機１は、第１リンクピン９４Ｐを介してアーム７に回転可能に接続される第１リンク部材９４と、第２リンクピン９５Ｐを介してブラケット９２に回転可能に接続される第２リンク部材９５とを有する。第１リンク部材９４の基端部が第１リンクピン９４Ｐを介してアーム７に接続される。第２リンク部材９５の基端部が第２リンクピン９５Ｐを介してブラケット９２に接続される。第１リンク部材９４の先端部と第２リンク部材９５の先端部とが、バケットシリンダトップピン９６を介して連結される。
【００３４】
バケットシリンダ１３の先端部は、バケットシリンダトップピン９６を介して、第１リンク部材９４の先端部及び第２リンク部材９５の先端部と回転可能に接続される。バケットシリンダ１３が伸縮するように作動すると、接続部材９０はバケット８と一緒にバケット軸ＡＸ３を中心に回転する。
【００３５】
チルトシリンダ１４は、接続部材９０に設けられたブラケット９７及びバケット８に設けられたブラケット８８のそれぞれに接続される。チルトシリンダ１４のロッドがピンを介してブラケット９７に接続される。チルトシリンダ１４の本体部がピンを介してブラケット８８に接続される。チルトシリンダ１４が伸縮するように作動すると、バケット８はチルト軸ＡＸ４を中心に回転する。なお、本実施形態に係るチルトシリンダ１４の接続構造は一例でありこれに限定されない。
【００３６】
このように、バケット８は、バケットシリンダ１３の作動により、バケット軸ＡＸ３を中心に回転する。バケット８は、チルトシリンダ１４の作動により、チルト軸ＡＸ４を中心に回転する。バケット８がバケット軸ＡＸ３を中心に回転すると、チルトピン８Ｔはバケット８と一緒に回転する。
【００３７】
［検出システム］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の検出システム４００について説明する。図４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５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。図６は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す平面図である。図７は、本実施形態に係るバケット８を模式的に示す側面図である。図８は、本実施形態に係るバケット８を模式的に示す正面図である。
【００３８】
図４、図５、及び図６に示すように、検出システム４００は、上部旋回体２の位置を算出する位置演算装置２０と、作業機１の角度を算出する作業機角度演算装置２４とを有する。
【００３９】
位置演算装置２０は、上部旋回体２の位置を検出する車体位置演算器２１と、上部旋回体２の姿勢を検出する姿勢演算器２２と、上部旋回体２の方位を検出する方位演算器２３とを含む。
【００４０】
車体位置演算器２１は、ＧＰＳ受信機を含む。車体位置演算器２１は、上部旋回体２に設けられる。車体位置演算器２１は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、Ｘｇ軸方向の座標データ、Ｙｇ軸方向の座標データ、及びＺｇ軸方向の座標データを含む。
【００４１】
上部旋回体２に複数のＧＰＳアンテナ２１Ａが設けられる。ＧＰＳアンテナ２１Ａは、ＧＰＳ衛星から電波を受信して、受信した電波に基づいて生成した信号を車体位置演算器２１に出力する。車体位置演算器２１は、ＧＰＳアンテナ２１Ａ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２１Ａが設置されている位置Ｐｒを検出する。車体位置演算器２１は、ＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒに基づいて、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。
【００４２】
ＧＰＳアンテナ２１Ａは、車幅方向に２つ設けられる。車体位置演算器２１は、一方のＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒａ及び他方のＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒｂのそれぞれを検出する。車体位置演算器２１Ａは、位置Ｐｒａ及び位置Ｐｒｂの少なくとも一方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を算出する。本実施形態において、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、位置Ｐｒａである。なお、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、位置Ｐｒｂでもよいし、位置Ｐｒａと位置Ｐｒｂとの間の位置でもよい。
【００４３】
姿勢演算器２２は、慣性計測装置（Inertial  Measurement  Unit：ＩＭＵ）を含む。姿勢演算器２２は、上部旋回体２に設けられる。姿勢演算器２２は、グローバル座標系で規定される水平面（ＸｇＹｇ平面）に対する上部旋回体２の傾斜角度を算出する。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の傾斜角度を示すロール角度θ１と、前後方向における上部旋回体２の傾斜角度を示すピッチ角度θ２とを含む。
【００４４】
方位演算器２３は、一方のＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒａと他方のＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒｂ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の方位を算出する。基準方位は、例えば北である。方位演算器２３は、位置Ｐｒａと位置Ｐｒｂ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の方位を算出する。方位演算器２３は、位置Ｐｒａと位置Ｐｒｂ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の方位を算出する。基準方位に対する上部旋回体２の方位は、基準方位と上部旋回体２の方位とがなす角度を示すヨー角度θ３を含む。
【００４５】
図４、図７、及び図８に示すように、作業機角度演算装置２４は、ブームストロークセンサ１６で検出されたブームストロークに基づいて、ローカル座標系のＺ軸に対するブーム６の傾斜角度を示すブーム角度αを算出する。作業機角度演算装置２４は、アームストロークセンサ１７で検出されたアームストロークに基づいて、ブーム６に対するアーム７の傾斜角度を示すアーム角度βを算出する。作業機角度演算装置２４は、バケットストロークセンサ１８で検出されたバケットストロークに基づいて、アーム７に対するバケット８の刃先９の傾斜角度を示すバケット角度γを算出する。作業機角度演算装置２４は、チルトストロークセンサ１９で検出されたチルトストロークに基づいて、ＸＹ平面に対するバケット８の傾斜角度を示すチルト角度δを算出する。作業機角度演算装置２４は、ブームストロークセンサ１６で検出されたブームストローク、アームストロークセンサ１７で検出されたアームストローク、及びバケットストロークセンサ１８で検出されたチルトストロークに基づいて、ＸＹ平面に対するチルト軸ＡＸ４の傾斜角度を示すチルト軸角度εを算出する。
【００４６】
なお、ブーム角度α、アーム角度β、バケット角度γ、チルト角度δ、及びチルト軸角度εは、ストロークセンサを用いずに、例えば、作業機１０に設けられた角度センサにより検出されてもよい。また、ステレオカメラ又はレーザスキャナで作業機１０の角度が光学的に検出され、その検出結果を使って、ブーム角度α、アーム角度β、バケット角度γ、チルト角度δ、及びチルト軸角度εが算出されてもよい。
【００４７】
［油圧システム］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の油圧システム３００の一例について説明する。図９、図１０、及び図１１は、本実施形態に係る油圧システム３００の一例を示す模式図である。ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、バケットシリンダ１３、及びチルトシリンダ１４を含む油圧シリンダ１０は、油圧システム３００により駆動する。油圧システム３００は、油圧シリンダ１０に作動油を供給して、油圧シリンダ１０を駆動する。油圧システム３００は、流量制御弁２５を有する。流量制御弁２５は、油圧シリンダ１０に対する作動油の供給量及び作動油が流れる方向を制御する。油圧シリンダ１０は、キャップ側油室１０Ａ及びロッド側油室１０Ｂを有する。キャップ側油室１０Ａ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１０Ｂは、ピストンロッドが配置される空間である。油路３５Ａを介してキャップ側油室１０Ａに作動油が供給されることにより、油圧シリンダ１０が伸びる。油路３５Ｂを介してロッド側油室１０Ｂに作動油が供給されることにより、油圧シリンダ１０が縮む。
【００４８】
図９は、アームシリンダ１２を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。油圧システム３００は、作動油を供給する可変容量型のメイン油圧ポンプ３１と、パイロット油を供給するパイロット圧ポンプ３２と、パイロット油が流れる油路３３Ａ，３３Ｂと、油路３３Ａ，３３Ｂに配置された圧力センサ３４Ａ，３４Ｂと、流量制御弁２５に作用するパイロット圧を調整する制御弁３７Ａ，３７Ｂと、流量制御弁２５に対するパイロット圧を調整する右作業機操作レバー３０Ｒ及び左作業機操作レバー３０Ｌを含む操作装置３０と、制御装置５０とを備える。操作装置３０の右作業機操作レバー３０Ｒ及び左作業機操作レバー３０Ｌは、パイロット油圧方式の操作装置である。
【００４９】
メイン油圧ポンプ３１から供給された作動油は、方向制御弁２５を介して、アームシリンダ１２に供給される。流量制御弁２５は、ロッド状のスプールを軸方向に移動して作動油が流れる方向を切り替えるスライドスプール方式の流量制御弁である。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１２のキャップ側油室１０Ａに対する作動油の供給と、ロッド側油室１０Ｂに対する作動油の供給とが切り替わる。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１２に対する単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。アームシリンダ１２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。
【００５０】
流量制御弁２５は、操作装置３０によって操作される。パイロット圧ポンプ３２から送出されたパイロット油が操作装置３０に供給される。なお、メイン油圧ポンプ３１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３０に供給されてもよい。操作装置３０は、パイロット圧調整弁を含む。操作装置３０の操作量に基づいて制御弁３７Ａ，３７Ｂが作動され、流量制御弁２５のスプールに作用するパイロット圧が調整される。パイロット圧によって、流量制御弁２５が駆動される。操作装置３０によりパイロット圧が調整されることによって、軸方向におけるスプールの移動量、移動速度、及び移動方向が調整される。
【００５１】
流量制御弁２５は、第１受圧室及び第２受圧室を有する。左作業機操作レバー３０Ｌが中立位置より一方側に傾動するように操作され、油路３３Ａのパイロット圧によってスプールが移動すると、メイン油圧ポンプ３１からの作動油が第１受圧室に供給され、油路３５Ａを介してキャップ側油室１０Ａに作動油が供給される。左作業機操作レバー３０Ｌが中立位置より他方側に傾動するように操作され、油路３３Ｂのパイロット圧によってスプールが移動すると、メイン油圧ポンプ３１からの作動油が第２受圧室に供給され、油路３５Ｂを介してロッド側油室１０Ｂに作動油が供給される。
【００５２】
圧力センサ３４Ａは、油路３３Ａのパイロット圧を検出する。圧力センサ３４Ｂは、油路３３Ｂのパイロット圧を検出する。圧力センサ３３Ａ，３３Ｂの検出信号は、制御装置５０に出力される。制御装置５０は、制御弁３７Ａ，３７Ｂに制御信号を出力して、パイロット圧を調整する。
【００５３】
アームシリンダ１２のキャップ側油室１０Ａに作動油が供給されると、アームシリンダ１２が伸び、アーム７が掘削動作する。アームシリンダ１２のロッド側油室１０Ｂに作動油が供給されると、アームシリンダ１２が縮み、アーム７がダンプ動作する。
【００５４】
バケットシリンダ１３を作動させる油圧システム３００は、アームシリンダ１２を作動させる油圧システム３００と同様の構成である。バケットシリンダ１３のキャップ側油室１０Ａに作動油が供給されると、バケットシリンダ１３が伸び、バケット８が掘削動作する。バケットシリンダ１３のロッド側油室１０Ｂに作動油が供給されると、バケットシリンダ１３が縮み、バケット８がダンプ動作する。
【００５５】
なお、操作装置３０の右作業機操作レバー３０Ｒ及び左作業機操作レバー３０Ｌは、パイロット油圧方式でなくてもよい。右作業機操作レバー３０Ｒ及び左作業機操作レバー３０Ｌは、右作業機操作レバー３０Ｒ及び左作業機操作レバー３０Ｌの操作量（傾動角）に基づいて電気信号を制御装置５０に出力して、制御装置５０の制御信号に基づいて流量制御弁２５を直接的に制御する電子レバー方式でもよい。
【００５６】
図１０は、ブームシリンダ１１を作動する油圧システム３００の一例を模式的に示す図である。油圧システム３００は、ブームシリンダ１１に対する作動油の供給量を調整する流量制御弁２５と、パイロット油が流れる油路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと、油路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに配置された制御弁３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃと、油路３３Ａ，３３Ｂに配置された圧力センサ３４Ａ，３４Ｂと、制御弁３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃを制御する制御装置５０とを備える。
【００５７】
制御弁３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃは、電磁比例制御弁である。制御弁３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃは、制御装置５０からの制御信号に基づいて、パイロット圧を調整する。制御弁３９Ａは、油路３３Ａのパイロット圧を調整する。制御弁３９Ｂは、油路３３Ｂのパイロット圧を調整する。制御弁３９Ｃは、油路３３Ｃのパイロット圧を調整する。
【００５８】
制御装置５０は、制御弁３９Ｂを制御して、流量制御弁２５の第１受圧室に作用するパイロット圧を減圧調整可能である。制御装置５０は、制御弁３９Ａを制御して、流量制御弁２５の第２受圧室に作用するパイロット圧を減圧調整可能である。制御装置５０は、圧力センサ３４Ａの検出信号に基づいて、制御弁３９Ａを制御する。制御装置５０は、圧力センサ３４Ｂの検出信号に基づいて、制御弁３９Ｂを制御する。制御装置５０は、制御弁３９Ａ，３９Ｂに制御信号を出力して、パイロット圧を調整する。パイロット圧が調整されることにより、ブームシリンダ１１が制御される。
【００５９】
本実施形態においては、制御弁３９Ｃは、整地アシスト制御のために制御装置５０から出力された制御信号に基づいて作動する。制御弁３９Ｃが設けられた油路３３Ｃに、パイロット圧ポンプ３２から送出されたパイロット油が流れる。油路３３Ｃ及び油路３３Ａは、シャトル弁４０と接続される。シャトル弁４０は、油路３３Ａ及び油路３３Ｃのうち、パイロット圧が高い方の油路のパイロット油を、流量制御弁２５に供給する。
【００６０】
ブームシリンダ１１のキャップ側油室１０Ａに作動油が供給されると、ブームシリンダ１１が伸び、ブーム６が上げ動作する。ブームシリンダ１２のロッド側油室１０Ｂに作動油が供給されると、ブームシリンダ１１が縮み、ブーム６が下げ動作する。
【００６１】
整地アシスト制御が実行されないとき、左作業機操作レバー３０Ｌの操作によって調整されたパイロット圧に基づいて流量制御弁２５が駆動される。整地アシスト制御を実行するとき、制御装置５０は、制御弁３９Ｃによって調整されたパイロット圧に基づいて流量制御弁２５が駆動されるように、制御弁３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃを制御する。
【００６２】
図１１は、チルトシリンダ１４を作動する油圧システム３００の一例を模式的に示す図である。油圧システム３００は、チルトシリンダ１４に対する作動油の供給量を調整する流量制御弁２５と、流量制御弁２５に作用するパイロット圧を調整する制御弁３７Ａ，３７Ｂと、パイロット圧ポンプ３２と操作ペダル３０Ｆとの間に配置される制御弁３９と、操作装置３０のチルト操作レバー３０Ｔ及び操作ペダル３０Ｆと、制御装置５０とを備える。本実施形態において、操作装置３０の操作ペダル３０Ｆは、パイロット油圧方式の操作装置である。操作装置３０のチルト操作レバー３０Ｔは、電子レバー方式の操作装置である。チルト操作レバー３０Ｔは、右作業機操作レバー３０Ｒ及び左作業機操作レバー３０Ｌに設けられた操作ボタンを含む。
【００６３】
操作装置３０の操作ペダル３０Ｆは、パイロット圧ポンプ３２に接続される。また、操作ペダル３０Ｆは、制御弁３７Ａから送出されるパイロット油が流れる油路３８Ａにシャトル弁３６Ａを介して接続される。また、操作ペダル３０Ｆは、制御弁３７Ｂから送出されるパイロット油が流れる油路３８Ｂにシャトル弁３６Ｂを介して接続される。操作ペダル３０Ｆが操作されることにより、操作ペダル３０Ｆとシャトル弁３６Ａとの間の油路３３Ａの圧力、及び操作ペダル３０Ｆとシャトル弁３６Ｂとの間の油路３３Ｂの圧力が調整される。
【００６４】
チルト操作レバー３０Ｔが操作されることにより、チルト操作レバー３０Ｔの操作により生成された操作信号が制御装置５０に出力される。制御装置５０は、チルト操作レバー３０Ｔから出力された操作信号に基づいて制御信号を生成し、制御弁３７Ａ，３７Ｂを制御する。制御弁３７Ａ，３７Ｂは、電磁比例制御弁である。制御弁３７Ａは、制御信号に基づいて、油路３８Ａを開閉する。制御弁３７Ｂは、制御信号に基づいて、油路３８Ｂを開閉する。
【００６５】
チルト制御を実施しないとき、操作装置３０の操作量に基づいて、パイロット圧が調整される。チルト制御を実施するとき、制御装置５０は、制御弁３７Ａ，３７Ｂに制御信号を出力して、パイロット圧を調整する。
【００６６】
［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１２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。
【００６７】
図１２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、位置演算装置２０と、作業機角度演算装置２４と、制御弁３７（３７Ａ，３７Ｂ）と、制御弁３９（３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ）と、目標施工データ生成装置７０とを備える。
【００６８】
位置演算装置２０は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇ、ロール角度θ１及びピッチ角度θ２を含む上部旋回体２の姿勢、及びヨー角度θ３を含む上部旋回体２の方位を検出する。
【００６９】
位置演算装置２０は、車体位置演算器２１と、姿勢演算器２２と、方位演算器２３とを有する。位置演算装置２０は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇ、ロール角度θ１及びピッチ角度θ２を含む上部旋回体２の姿勢、及びヨー角度θ３を含む上部旋回体２の方位を検出する。
【００７０】
作業機角度演算装置２４は、ブーム角度α、アーム角度β、バケット角度γ、チルト角度δ、及びチルト軸角度εを含む作業機１の角度を検出する。
【００７１】
制御弁３７（３７Ａ，３７Ｂ）は、チルトシリンダ１４に対する作動油の供給量を調整する。制御弁３７は、制御装置５０からの制御信号に基づいて作動する。
【００７２】
制御弁３９（３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ）は、ブームシリンダ１１に対する作動油の供給量を調整する。制御弁３９は、制御装置５０からの制御信号に基づいて作動する。
【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目標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。
【００７４】
目標施工データ生成装置７０は、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、例えば施工管理会社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録媒体を含み、制御装置５０が、記録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】
なお、目標施工データ生成装置７０は、油圧ショベル１００に設けられてもよい。施工を管理する外部の管理装置から目標施工データが有線又は無線で油圧ショベル１００の目標施工データ生成装置７０に供給され、目標施工データ生成装置７０が供給された目標施工データを記憶してもよい。
【００７７】
制御装置５０は、車体位置データ取得部５１と、作業機角度データ取得部５２と、規定点位置データ算出部５３Ａと、候補規定点データ算出部５３Ｂと、目標施工地形生成部５４と、作業機動作平面算出部５５と、チルト動作平面算出部５６と、チルト目標地形算出部５７と、作業機目標速度決定部５８と、チルト目標速度決定部５９と、作業機制御指令決定部６０と、チルト制御指令決定部６１と、記憶部６２と、入出力部６３とを有する。
【００７８】
車体位置データ取得部５１、作業機角度データ取得部５２、規定点位置データ算出部５３Ａ、候補規定点データ算出部５３Ｂ、目標施工地形生成部５４、作業機動作平面算出部５５、チルト動作平面算出部５６、チルト目標地形算出部５７、作業機目標速度決定部５８、チルト目標速度決定部５９、作業機制御指令決定部６０、及びチルト制御指令決定部６１のそれぞれの機能は、制御装置５０のプロセッサによって発揮される。記憶部６２の機能は、制御装置５０の記憶装置によって発揮される。入出力部６３の機能は、制御装置５０の入出力インターフェース装置によって発揮される。入出力部６３は、位置演算装置２０、作業機角度演算装置２４、制御弁３７、制御弁３９、及び目標施工データ生成装置７０と接続され、車体位置データ取得部５１、作業機角度データ取得部５２、規定点位置データ算出部５３Ａ、候補規定点データ算出部５３Ｂ、目標施工地形生成部５４、作業機動作平面算出部５５、チルト動作平面算出部５６、チルト目標地形算出部５７、作業機目標速度決定部５８、チルト目標速度決定部５９、作業機制御指令決定部６０、チルト制御指令決定部６１、及び記憶部６２との間でデータ通信する。
【００７９】
記憶部６２は、作業機データを含む油圧ショベル１００の諸元データを記憶する。
【００８０】
車体位置データ取得部５１は、位置演算装置２０から入出力部６３を介して車体位置データを取得する。車体位置データは、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の絶対位置Ｐｇ、ロール角度θ１及びピッチ角度θ２を含む上部旋回体２の姿勢、及びヨー角度θ３を含む上部旋回体２の方位を含む。
【００８１】
作業機角度データ取得部５２は、作業機角度演算装置２４から入出力部６３を介して作業機角度データを取得する。作業機角度データは、ブーム角度α、アーム角度β、バケット角度γ、チルト角度δ、及びチルト軸角度εを含む作業機１の角度を検出する。
【００８２】
規定点位置データ算出部５３Ａは、目標施工地形とバケット８の幅データとバケット８の外面データとに基づいて、バケット８に設定される規定点ＲＰの位置データを算出する。規定点位置データ算出部５３は、車体位置データ取得部５１で取得された車体位置データと、作業機角度データ取得部５２で取得された作業機角度データと、記憶部５９に記憶されている作業機データとに基づいて、バケット８に設定される規定点ＲＰの位置データを算出する。
【００８３】
図４に示すように、作業機データは、ブーム長さＬ１、アーム長さＬ２、バケット長さＬ３、チルト長さＬ４、及びバケット幅Ｌ５を含む。ブーム長さＬ１は、ブーム軸ＡＸ１とアーム軸ＡＸ２との距離である。アーム長さＬ２は、アーム軸ＡＸ２とバケット軸ＡＸ３との距離である。バケット長さＬ３は、バケット軸ＡＸ３とバケット８の刃先９との距離である。チルト長さＬ４は、バケット軸ＡＸ３とチルト軸ＡＸ４との距離である。バケット幅Ｌ５は、側板８４と側板８５との距離である。
【００８４】
図１３は、本実施形態に係るバケット８に設定される規定点ＲＰの一例を模式的に示す図である。図１３に示すように、バケット８には、チルト制御に使用される規定点ＲＰの候補となる候補規定点ＲＰｃが複数設定される。候補規定点ＲＰｃは、バケット８の刃先９及びバケット８の外面に設定される。候補規定点ＲＰｃは、刃先９においてバケット幅方向に複数設定される。また、候補規定点ＲＰｃは、バケット８の外面において複数設定される。
【００８５】
また、作業機データは、バケット８の形状及び寸法を示すバケット外形データを含む。バケット外形データは、バケット幅Ｌ５を示すバケット８の幅データを含む。また、バケット外形データは、バケット８の外面の輪郭データを含むバケット８の外面データを含む。また、バケット外形データは、バケット８の刃先９を基準としたバケット８の複数の候補規定点ＲＰｃの座標データを含む。
【００８６】
候補規定点データ算出部５３Ｂは、規定点ＲＰの候補となる複数の候補規定点ＲＰｃの位置データを算出する。候補規定点データ算出部５３Ｂは、上部旋回体２の基準位置Ｐ０に対する複数の候補規定点ＲＰｃそれぞれの相対位置を算出する。また、規定点位置データ算出部５３は、複数の候補規定点ＲＰｃそれぞれの絶対位置を算出する。
【００８７】
候補規定点データ算出部５３Ｂは、ブーム長さＬ１、アーム長さＬ２、バケット長さＬ３、チルト長さＬ４、及びバケット外形データを含む作業機データと、ブーム角度α、アーム角度β、バケット角度γ、チルト角度δ、及びチルト軸角度εを含む作業機角度データに基づいて、上部旋回体２の基準位置Ｐ０に対するバケット８の複数の候補規定点ＲＰｃそれぞれの相対位置を算出することができる。図４に示すように、上部旋回体２の基準位置Ｐ０は、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Ｐ０は、ブーム軸ＡＸ１に設定されてもよい。
【００８８】
また、候補規定点データ算出部５３Ｂは、位置演算装置２０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Ｐ０とバケット８との相対位置とに基づいて、バケット８の絶対位置Ｐａを算出可能である。絶対位置Ｐｇと基準位置Ｐ０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。候補規定点データ算出部５３Ｂは、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを含む車体位置データと、上部旋回体２の基準位置Ｐ０とバケット８との相対位置と、作業機データと、作業機角度データとに基づいて、バケット８の複数の候補規定点ＲＰｃそれぞれの絶対位置を算出することができる。
【００８９】
なお、候補規定点ＲＰｃは、バケット８の幅データとバケット８の外面データとを含めば、点に限定されない。
【００９０】
目標施工地形生成部５４は、目標施工データ生成装置７０から供給され記憶部６２に記憶された目標施工データに基づいて、掘削対象の目標形状を示す目標施工地形ＣＳを生成する。目標施工データ生成装置７０は、目標施工データとして、３次元目標地形データを目標施工地形生成部５４に供給してもよいし、目標形状の一部を示す複数のラインデータ又は複数のポイントデータを目標施工地形生成部５４に供給してもよい。本実施形態においては、目標施工データ生成装置７０は、目標施工データとして、目標形状の一部を示すラインデータを目標施工地形生成部５４に供給することとする。
【００９１】
図１４は、本実施形態に係る目標施工データＣＤの一例を示す模式図である。図１４に示すように、目標施工データＣＤは、施工エリアの目標地形を示す。目標地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の目標施工地形ＣＳを含む。複数の目標施工地形ＣＳのそれぞれは、作業機１による掘削対象の目標形状を示す。目標施工データＣＤにおいて、目標施工地形ＣＳのうちバケット８との垂直距離が最も近い点ＡＰが規定される。また、目標施工データＣＤにおいて、点ＡＰ及びバケット８を通りバケット軸ＡＸ３と直交する作業機動作平面ＷＰが規定される。作業機動作平面ＷＰは、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、及びバケットシリンダ１３の少なくとも一つの作動によりバケット８の刃先９が移動する動作平面であり、ＸＺ平面と平行である。規定点位置データ算出部５３Ａは、目標施工地形ＣＳ及びバケット８の外形データに基づいて、目標施工地形ＣＳの点ＡＰに対して垂直距離が最も近くに規定される規定点ＲＰの位置データを算出する。
【００９２】
目標施工地形生成部５４は、作業機動作平面ＷＰと目標施工地形ＣＳとの交線であるラインＬＸを取得する。また、目標施工地形生成部５４は、点ＡＰを通り目標施工地形ＣＳにおいてラインＬＸと交差するラインＬＹを取得する。ラインＬＹは、横動作平面と目標施工地形ＣＳとの交線を示す。横動作平面とは、作業機動作平面ＷＰと直交し、点ＡＰを通過する面である。ラインＬＹは、目標施工地形ＣＳにおいてバケット８の側方方向に延在する。
【００９３】
図１５は、本実施形態に係る目標施工地形ＣＳの一例を示す模式図である。目標施工地形生成部５４は、ラインＬＸ及びラインＬＹを取得して、ラインＬＸ及びＬＹに基づいて、掘削対象の目標形状を示す目標施工地形ＣＳを生成する。目標施工地形ＣＳをバケット８で掘削する場合、制御装置５０は、バケット８を通る作業機動作平面ＷＰと目標施工地形ＣＳとの交線であるラインＬＸに沿ってバケット８を移動させる。
【００９４】
作業機動作平面算出部５５は、車体位置データ及び作業機角度データに基づいて、図１４及び図１５を参照して説明したような、バケット８を通り、ブーム軸ＡＸ１、アーム軸ＡＸ２、及びバケットＡＸ３の少なくとも一つと直交する作業機動作平面ＷＰを算出する。
【００９５】
チルト動作平面算出部５６は、バケット８を通りチルト軸ＡＸ４と直交するチルト動作平面ＴＰを算出する。
【００９６】
図１６は、本実施形態に係るチルト動作平面ＴＰの一例を示す模式図である。図１６は、チルト軸ＡＸ４が目標施工地形ＣＳと非平行であるときのチルト動作平面ＴＰを示す。
【００９７】
図１６に示すように、チルト動作平面ＴＰとは、バケット８に設定された規定点ＲＰを通りチルト軸ＡＸ４と直交する動作平面をいう。図１６は、刃先９に設定された規定点ＲＰを通るチルト動作平面ＴＰを示す。チルト動作平面ＴＰは、チルトシリンダ１４の作動によりバケット８の規定点ＲＰ（刃先９）が移動する動作平面である。ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、及びバケットシリンダ１３の少なくとも一つが作動し、チルト軸ＡＸ４の向きを示すチルト軸角度εが変化すると、チルト動作平面ＴＰの傾きも変化する。
【００９８】
上述のように、作業機角度演算装置２４は、ＸＹ平面に対するチルト軸ＡＸ４の傾斜角度を示すチルト軸角度εを算出可能である。チルト軸角度εは、作業機角度データ取得部５２に取得される。また、規定点ＲＰの位置データは、規定点位置データ算出部５３Ａによって算出される。チルト動作平面算出部５６は、作業機角度データ取得部５２で取得されたチルト軸ＡＸ４のチルト軸角度εと、規定点位置データ算出部５３Ａによって算出された規定点ＲＰの位置とに基づいて、チルト動作平面ＴＰを算出することができる。
【００９９】
チルト動作平面ＴＰが算出されることにより、バケット８の規定点ＲＰとチルト目標地形ＳＴとの距離を示す動作距離Ｄａが算出される。詳細は後述する。
【０１００】
チルト目標地形算出部５７は、目標施工地形ＣＳとチルト動作平面ＴＰとが交差するチルト目標地形ＳＴを算出する。図１６に示すように、チルト目標地形ＳＴは、目標施工地形ＣＳとチルト動作平面Ｔとの交線によって表される。チルト軸ＡＸ４の向きであるチルト軸角度εが変化すると、チルト目標地形ＳＴの位置が変化する。
【０１０１】
作業機目標速度決定部５８は、バケット８と目標施工地形ＣＳとの距離に基づいて、整地アシスト制御するときのブーム６の目標速度Ｖｂを決定する。本実施形態において、作業機目標速度決定部５８は、ラインＬＸの法線方向におけるバケット８とラインＬＸとの最短距離である垂直距離Ｄｂに基づいて、作業機動作平面ＷＰ（ＹＺ平面）におけるブーム６の目標速度Ｖｂを決定する。
【０１０２】
図１７は、本実施形態に係る整地アシスト制御及びチルト制御の一例であるチルト停止制御を説明するための模式図である。図１７の説明においては整地アシストに関して規定点ＲＰｂに基づく制御を行い、チルト停止制御を行う場合の規定点を規定点ＲＰaとして便宜上区別しているが、規定点ＲＰｂと規定点ＲＰaは同じ規定点ＲＰとして扱ってよい。最初に、整地アシスト制御について説明を行う。図１７に示すように、ラインＬＸが規定されるとともに、速度制限介入ラインＩＬｂが規定される。速度制限ラインＩＬｂは、ラインＬＸと平行であり、ラインＬＸからライン距離Ｈｂだけ離れた位置に規定される。ライン距離Ｈｂは、オペレータの操作感が損なわれないように設定されることが望ましい。
【０１０３】
作業機目標速度決定部５８は、目標施工地形ＣＳの法線方向におけるバケット８とラインＬＸとの最短距離である垂直距離Ｄｂを取得する。図１７に示す例では、バケット８の外面の規定点ＲＰｂとラインＬＸとの間において垂直距離Ｄｂが規定される。また、作業機目標速度決定部５８は、垂直距離Ｄｂに応じたバケット８の規定点ＲＰｂにおけるバケット８が出すべき作業機１の速度を作業機目標速度Ｖｔとして取得する。
【０１０４】
図１８は、本実施形態に係る垂直距離Ｄｂとバケット８の規定点ＲＰｂの作業機目標速度Ｖｔとの関係の一例を示す図である。図１８に示すように、作業機目標速度Ｖｔは、垂直距離Ｄｂに応じて画一的に決められている速度である。作業機目標速度Ｖｔは、垂直距離Ｄｂがライン距離Ｈｂよりも大きいときには設定されず、垂直距離Ｄｂがライン距離Ｈｂ以下のときに設定される。垂直距離Ｄｂが小さくなるほど、作業機目標速度Ｖｔは小さくなり、垂直距離Ｄｂが零になると、作業機目標速度Ｖｔも零になる。バケット８が目標施工地形ＣＳを侵食していないときの垂直距離Ｄｂは、正の値である。バケット８が目標施工地形ＣＳを侵食しているときの垂直距離Ｄｂは、負の値である。バケット８が目標施工地形ＣＳを侵食していない非侵食状態とは、バケット８が目標施工地形ＣＳの上側に存在する状態、換言すれば、目標施工地形ＣＳを超えない位置に存在する状態をいう。バケット８が目標施工地形ＣＳを侵食している侵食状態とは、バケット８が目標施工地形ＣＳの下側に存在する状態、換言すれば、目標施工地形ＣＳ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、バケット８は目標施工地形ＣＳから浮き上がっている状態であり、侵食状態においては、バケット８は目標施工地形ＣＳを掘り込んでいる状態である。バケット８の規定点ＲＰｂが目標施工地形ＣＳに一致するときの垂直距離Ｄｂは、零である。
【０１０５】
本実施形態においては、バケット８が目標施工地形ＣＳの下側から上側に向かうときの速度を正の値とし、バケット８が目標施工地形ＣＳの上側から下側に向かうときの速度を負の値とする。すなわち、バケット８が目標施工地形ＣＳの上方に向かうときの速度を正の値とし、バケット８が目標施工地形ＣＳの下方に向かうときの速度を負の値とする。
【０１０６】
作業機目標速度決定部５８は、バケット８の規定点ＲＰｂが目標施工地形ＣＳを侵食しないように、バケット８の作業機目標速度Ｖｔの正負を決定する。また、作業機目標速度決定部５８は、垂直距離Ｄｂが大きいほどバケット８の作業機目標速度Ｖｔの絶対値が大きくなり、垂直距離Ｄｂが小さいほどバケット８の作業機目標速度Ｖｔの絶対値が小さくなるように、バケット８の作業機目標速度Ｖｔを決定する。
【０１０７】
作業機目標速度決定部５８は、操作装置３０の操作量に基づいて、バケット８の規定点ＲＰｂの移動速度Ｖａを算出する。本実施形態においては、操作装置３０が操作された場合、圧力センサ３４Ａ，３４Ｂの検出値に基づいて、操作装置３０の操作に基づくバケット８の移動速度Ｖａが算出される。図９を参照して説明したように、操作装置３０が操作されると、左作業機操作レバー３０Ｌの操作量に応じて油路３３Ａ，３３Ｂのパイロット圧が変化する。記憶部６２には、レバー操作に対応するパイロット圧とスプール・シリンダの移動量を示す相関データが記憶されている。相関データは、テーブルや関係式で定義される既知データである。作業機目標速度決定部５８は、レバー操作に対するアームシリンダの速度も同様の手法で算出する。アームシリンダ１２のシリンダ速度及びバケットシリンダ１３のシリンダ速度が算出された後、作業機目標速度決定部５８は、アームシリンダ１２のシリンダ速度及びバケットシリンダ１３のシリンダ速度を、規定点ＲＰにおける移動速度Ｖａに変換する。
【０１０８】
作業機目標速度決定部５８は、算出したバケット８の規定点ＲＰｂの移動速度Ｖａから、規定点ＲＰｂの目標施工地形ＣＳに対する相対速度Ｖｓを算出する。相対速度Ｖｓは、目標施工地形ＣＳの法線方向におけるバケット８と目標施工地形ＣＳとの相対速度である。換言すれば、相対速度Ｖｓは、規定点ＲＰｂが目標施工地形ＣＳに向かって移動するときの移動速度である。
【０１０９】
作業機目標速度決定部５８は、作業機操作レバー３０Ｌの操作量に応じて変化するパイロット圧から算出した相対速度Ｖｓと、垂直距離Ｄｂに基づいて決定されたバケット８の作業機目標速度Ｖｔとに基づいて、目標施工地形ＣＳに対するバケット８の実際の相対速度が作業機目標速度Ｖｔになるように、作業機動作平面ＷＰにおけるブーム６の回動による規定点Ｒｂの目標速度Ｖｂを決定する。すなわち、作業機操作レバー３０Ｌの操作によりアームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３の少なくとも一方が作動された場合において、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３の少なくとも一方の作動に基づくバケット８の相対速度Ｖｓがブーム６の移動により相殺され、バケット８が作業機目標速度Ｖｔで移動するように、ブーム６の目標速度Ｖｂを決定する。本実施形態においては、ブーム６の目標速度Ｖｂを変更する実施形態で説明しているが、アーム７等の他の作業機の目標速度を変更する実施形態でもよい。
【０１１０】
作業機制御指令決定部６０は、バケット８と目標施工地形ＣＳとの距離と、アーム７及びバケット８の少なくとも一方の動作状態とに基づいて、ブーム軸ＡＸ１、アーム軸ＡＸ２、及びバケット軸ＡＸ３と直交する作業機動作平面ＷＰにおいて作業機１を駆動するための指令を出力する。作業機制御指令決定部６０は、作業機目標速度決定部５８で決定された、作業機動作平面ＷＰにおけるブーム６の目標速度Ｖｂに基づいて、作業機動作平面ＷＰにおいてブーム６を駆動するための指令を出力する。すなわち、作業機制御指令決定部６０は、作業機目標速度決定部５８で決定されたブーム６の目標速度Ｖｂに基づいて、作業機動作平面ＷＰにおいてブーム６を駆動するブームシリンダ１１を駆動する指令を出力する。本実施形態においては、図１０を参照して説明したように、作業機制御指令決定部６０は、制御弁３９Ｃに制御信号を出力する。制御弁３９Ｃが制御され、油路３３Ｃのパイロット圧が制御されることにより、流量制御弁２５のスプールの移動が調整される。スプールの移動が調整されることにより、ブーム６を駆動するブームシリンダ１１のシリンダ速度が調整される。ブーム１１のシリンダ速度が調整されることにより、ブーム６の移動速度が調整される。作業機制御指令決定部６０は、ブーム６の移動速度が目標速度Ｖｂになるように、制御弁３９Ｃに制御信号を出力する。
【０１１１】
次にチルト停止制御について説明する。チルト目標速度決定部５９は、バケット８と目標施工地形ＣＳとの距離に基づいて、チルト停止制御するときのバケット８の目標とするチルト速度をチルト目標速度（チルト制限速度）Ｕとして決定する。本実施形態において、チルト目標速度決定部５９は、バケット８とチルト目標地形ＳＴとの距離である動作距離Ｄａに基づいて、チルト動作平面ＴＰにおけるバケット８の目標速度Ｕを決定する。本実施形態においては動作距離Ｄａに基づく制御として説明するが、垂直距離Ｄｂに基づく制御としてもよい。
【０１１２】
チルト目標速度決定部５９は、動作距離Ｄａに基づいて、バケット８のチルト回転速度についての目標速度Ｕを決定する。チルト目標速度決定部５９は、動作距離Ｄａが閾値であるライン距離Ｈａ以下のときに、チルト回転速度を制限する。以下の説明においては、バケット８のチルト回転速度についての目標速度Ｕを適宜、制限速度Ｕ、と称する。
【０１１３】
図１７は、本実施形態に係るチルト停止制御を説明するための模式図である。図１７に示すように、チルト目標地形ＳＴが規定されるとともに、速度制限介入ラインＩＬａが規定される。速度制限ラインＩＬａは、チルト目標地形ＳＴと平行であり、チルト目標地形ＳＴからライン距離Ｈａだけ離れた位置に規定される。ライン距離Ｈａは、オペレータの操作感が損なわれないように設定されることが望ましい。チルト制御指令決定部６１は、チルト回転するバケット８の少なくとも一部が速度制限介入ラインＩＬａを超え、動作距離Ｄａがライン距離Ｈａ以下になったとき、バケット８のチルト回転速度を制限する。チルト目標速度決定部５９は、速度制限介入ラインＩＬａを超えたバケット８のチルト回転速度についての制限速度Ｕを決定する。図１７に示す例では、バケット８の一部が速度制限介入ラインＩＬａを超え、動作距離Ｄａがライン距離Ｈａよりも小さいため、チルト回転速度が制限される。
【０１１４】
チルト目標速度決定部５９は、チルト動作平面ＴＰと平行な方向における規定点ＲＰとチルト目標地形ＳＴとの動作距離Ｄａを取得する。また、チルト目標速度決定部５９は、動作距離Ｄａに応じた制限速度Ｕを取得する。チルト制御指令決定部６１は、動作距離Ｄａがライン距離Ｈａ以下であると判定された場合、チルト回転速度を制限する。本実施形態において、動作距離Ｄａは、刃先９とチルト目標地形ＳＴとの距離である。
【０１１５】
図１９は、本実施形態に係る動作距離Ｄａと制限速度Ｕとの関係の一例を示す図である。図１９に示すように、制限速度Ｕは、動作距離Ｄａに応じて画一的に決められている速度である。制限速度Ｕは、動作距離Ｄａがライン距離Ｈａよりも大きいときには設定されず、動作距離Ｄａがライン距離Ｈａ以下のときに設定される。動作距離Ｄａが小さくなるほど、制限速度Ｕは小さくなり、動作距離Ｄａが零になると、制限速度Ｕも零になる。なお、図１９では、目標施工地形ＣＳに近付く方向を負の方向として表している。
【０１１６】
図２０は、本実施形態に係るバケット８の動作の一例を示す模式図である。チルト目標速度決定部５９は、操作装置３０のチルト操作レバー３０Ｔの操作量に基づいて、規定点ＲＰａである刃先９がチルト回転に伴って目標施工地形ＣＳ（チルト目標地形ＳＴ）に向かって移動する方向の移動速度Ｖｒを算出する。移動速度Ｖｒは、チルト動作平面ＴＰと平行な面内における規定点ＲＰａの移動速度である。移動速度Ｖｒは、チルト目標地形ＳＴの垂直方向の速度成分である。移動速度Ｖｒは、刃先９（規定点ＲＰａ）を含む複数の規定点ＲＰのそれぞれについて算出される。
【０１１７】
本実施形態においては、チルト操作レバー３０Ｔが操作された場合、チルト操作レバー３０Ｔから出力された電圧等の信号に基づいて、移動速度Ｖｒが算出される。チルト操作レバー３０Ｔが操作されると、チルト操作レバー３０Ｔの操作量に応じた電圧等の信号がチルト操作レバー３０Ｔから出力される。チルトシリンダ１４のシリンダ速度が算出された後、チルト目標速度決定部５９は、操作レバーの操作量に対応するバケット８の規定点ＲＰａの移動速度Ｖｒに変換する。
【０１１８】
チルト制御指令決定部６１は、バケット８と目標施工地形ＣＳとの距離と、バケット８のチルト回転状態とに基づいて、チルト軸ＡＸ４を中心にバケット８をチルト制御するための指令を出力する。チルト制御指令決定部６１は、動作距離Ｄａがライン距離Ｈａ以下であると判定された場合、目標施工地形ＣＳに対する規定点ＲＰの移動速度Ｖｒを制限速度Ｕに制限する速度制限を実施する。チルト制御指令決定部６１は、バケット８の刃先９の移動速度Ｖｒを抑えるために、制御弁３７に制御信号を出力する。チルト制御指令決定部６１は、バケット８の刃先９の移動速度Ｖｒが動作距離Ｄａに応じた制限速度Ｕになるように、制御弁３７に制御信号を出力する。これにより、チルト回転するバケット８の刃先９の移動速度は、刃先９が目標施工地形ＣＳ（チルト目標地形ＳＴ）に近付くほど遅くなり、刃先９が目標施工地形ＣＳに到達したときに零になる。
【０１１９】
［制御方法］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法の一例について説明する。図２１は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態においては、傾斜した目標施工地形ＣＳをチルト回転可能なバケット８を用いて施工する例について説明する。
【０１２０】
目標施工地形生成部５４は、目標施工データ生成装置７０から供給され記憶部６２に記憶されている目標施工データであるラインＬＸ及びラインＬＹに基づいて、目標施工地形ＣＳを生成する（ステップＳ１０）。
【０１２１】
規定点位置データ算出部５３Ａは、作業機角度データ取得部５２で取得された作業機角度データと、記憶部６２に記憶されている作業機データと目標施工地形ＣＳとに基づいて、バケット８に設定された規定点ＲＰそれぞれの位置データを算出する（ステップＳ２０）。
【０１２２】
作業機動作平面算出部５５は、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、及びバケットシリンダ１３の少なくとも一つの作動によりバケット１３が移動する動作平面である作業機動作平面ＷＰを算出する（ステップＳ３０）。
【０１２３】
作業機目標速度決定部５８は、規定点ＲＰ（ＲＰｂ）と目標施工地形ＣＳとの垂直距離Ｄｂを算出する（ステップＳ４０）。
【０１２４】
垂直距離Ｄｂに基づいて目標速度Ｖｂが決定される。垂直距離Ｄｂがライン距離Ｈｂ以下である場合、作業機目標速度決定部５８は、バケット８の移動速度を作業機目標速度Ｖｔにするためのブーム６の目標速度Ｖｂを決定する（ステップＳ５０）。
【０１２５】
作業機制御指令決定部６０は、ブーム６を目標速度Ｖｂで作動させるために、制御弁３９Ｃに制御信号を出力して、ブームシリンダ１１のシリンダ速度を制御する（ステップＳ６０）。これにより、整地アシスト制御が実施される。
【０１２６】
チルト動作平面算出部５６は、規定点ＲＰａである刃先９を通りチルト軸ＡＸ４と直交するチルト動作平面ＴＰを算出する（ステップＳ７０）。
【０１２７】
チルト目標地形算出部５７は、目標施工地形ＣＳとチルト動作平面ＴＰとが交差するチルト目標地形ＳＴを算出する（ステップＳ８０）。
【０１２８】
チルト目標速度決定部５９は、刃先９とチルト目標地形ＳＴとの動作距離Ｄａを算出する（ステップＳ９０）。
【０１２９】
動作距離Ｄａに基づいて制限速度Ｕが決定される。動作距離Ｄａがライン距離Ｈａ以下である場合、チルト目標速度決定部５９は、動作距離Ｄａに応じた制限速度Ｕを決定する（ステップＳ１００）。
【０１３０】
チルト制御指令決定部６１は、チルト操作レバー３０Ｔの操作量から算出されるバケット８の刃先９の移動速度Ｖｒと、チルト目標速度決定部５９により決定された制限速度Ｕとに基づいて、制御弁３７に対する制御信号を算出する。チルト制御指令決定部６１は、移動速度Ｖｒを制限速度Ｕにするための制御信号を算出し、制御弁３７に出力する。制御弁３７は、チルト制御指令決定部６１から出力された制御信号に基づいて、パイロット圧を制御する。これにより、バケット８の刃先９の移動速度Ｖｒが制限される（ステップＳ１１０）。
【０１３１】
［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、ブーム軸ＡＸ１、アーム軸ＡＸ２、及びバケット軸ＡＸ３の少なくとも一つと直交する作業機動作平面ＷＰにおいて作業機１を駆動するための指令が出力されることによって実施される整地アシスト制御と、チルト軸ＡＸ４を中心にバケット８をチルト回転させるための指令が出力されることによって実施されるチルト停止制御とが併用して行われる。オペレータがチルト停止制御と整地アシストを用いて傾斜面を施工した場合で図２２を参照して説明する。
【０１３２】
オペレータはチルト回転させバケット掘削面を目標施工地形ＣＳに押し付けるようにチルト回転操作を行いながら、アーム、バケットを掘削操作しながら下記の手順で作業を行う。図２２（Ａ）に示すように、バケット８が目標施工地形ＣＳに近づくと、アーム７及びバケット８の操作に基づいて整地アシスト制御に基づくブーム６の介入制御が行われ、また図２２（Ｂ）に示すようにバケット８の操作に基づくチルト停止制御が緩やかに始まる。
【０１３３】
チルト操作とアーム７及びバケット８の各操作が続けられることにより、図２２（Ｃ）に示すように、バケット８は目標施工地形ＣＳに到達する。バケット８の掘削時に目標施工地形ＣＳに接するバケット８の刃先９（線分）や、バケット８の背面等の掘削領域が、目標施工地形ＣＳ（チルト停止制御ではチルト目標地形ＳＴ）に略平行な状態となった時点でチルト速度が零になる。これ以降、チルト停止制御により目標施工地形ＣＳと掘削領域の平行な状態が維持される。このとき、整地アシスト制御ではチルト操作を考慮しないブーム介入制御が行われ、目標施工地形ＣＳ（整地アシスト制御ではラインＬＸ）に沿った掘削を行うことができる。
【０１３４】
これより、目標施工地形ＣＳと掘削領域との平行を維持しながらバケット掘削領域が目標施工地形ＣＳにから浮き上がりを起こさない。
【０１３５】
オペレータが操作装置３０を操作してバケット８をチルト回転させながらバケット８の掘削領域で目標施工地形ＣＳを押し付ける動作を含む掘削作業を実施する場合、目標施工地形ＣＳを侵食しないようにだけではなく掘削漏れをなくすことが要望される。単に、バケット８の一部分がラインＬＸに沿って移動するだけでは、目標施工地形ＣＳに対するバケット８のチルト角度の最適値を決定することができず、刃先の一部のみが目標施工地形ＣＳに接する状況もしくは目標施工地形ＣＳより浮き上がった状況となり、掘削漏れ（掘り残し）が発生してしまう。
【０１３６】
本実施形態によれば、ブームシリンダ１１を制御する整地アシスト制御をチルト式のバケット８に単に適用しただけでなく、バケット８とチルト目標地形ＳＴとの距離に基づいてチルトシリンダ１４を制御するチルト停止制御が整地アシスト制御と併用される。これにより、チルト式のバケット８のチルト角度を最適値にして、バケット８の刃先９と目標施工地形ＣＳとを平行にすることができ、目標設計地形ＣＳ（チルト目標地形ＳＴ）がバケット８で侵食されることなく、バケット８の刃先９を目標施工地形ＣＳ（ラインＬＸ）に沿って移動させることできる。
【０１３７】
図２３は、本実施形態に係るバケット８の作用を説明するための模式図である。図２３は、整地アシスト制御が実施され、チルト停止制御は実施されない例を示す。チルト停止制御が実施されない場合、制限速度Ｕは算出されない。オペレータによるチルト操作レバー３０Ｔの操作に基づくバケット８の移動速度がＶｒであり、目標施工地形ＣＳの法線方向の移動速度Ｖｒの速度成分をＶｒａとした場合、目標施工地形ＣＳに対するバケット８の相対速度は、オペレータによる作業機操作レバー３０Ｌの操作に基づくバケット８の移動速度Ｖｓと、オペレータによるチルト操作レバー３０Ｔの操作に基づくバケット８の移動速度Ｖｒａとの和となる。その結果、作業機目標速度決定部５８は、移動速度Ｖｓと移動速度Ｖｒａとの和が相殺されるようにブーム６の目標速度Ｖｂを算出することとなる。すなわち、バケット８がチルト回転しても、チルトシリンダ１４は制御されずに、ブームシリンダ１１のみが制御されることとなり、ブーム６が過度に上げ動作することとなる。その結果、バケット８の刃先９を傾斜する目標施工地形ＣＳに沿って移動させることが困難となる。
【０１３８】
本実施形態によれば、チルト回転するバケット８の移動速度Ｖｒに基づいて、チルトシリンダ１４が制御される。したがって、ブーム６が過度に上げ動作することが抑制され、目標施工地形ＣＳが精度良く施工される。
【０１３９】
また、本実施形態においては、チルト動作平面ＴＰ及びチルト目標地形ＳＴが規定され、チルト目標速度決定部５９は、バケット８とチルト目標地形ＳＴとの動作距離Ｄａに基づいて、チルト動作平面ＳＴにおけるバケット８の目標速度Ｕを決定する。チルト制御指令決定部６１は、チルト目標速度決定部５９で決定された目標速度Ｕに基づいて、チルトシリンダ１４を制御する。したがって、チルト回転するバケット８の刃先９を目標施工地形ＣＳに精度良く沿わせながら施工することができる。
【０１４０】
また、本実施形態においては、作業機動作平面ＷＰにおける作業機１の移動を制御する整地アシスト制御と、チルト動作平面ＴＰにおけるバケット３のチルト回転を制御するチルト停止制御とは、独立して実施される。すなわち、整地アシスト制御では、作業機動作平面ＷＰにおける垂直距離Ｄｂに基づいて、作業機動作平面ＷＰにおけるブーム６の目標速度Ｖｂが決定され、ブーム６が目標速度Ｖｂで移動するようにブームシリンダ１１が制御される。すなわち、バケット８のチルト回転に基づくバケット８と目標施工地形ＣＳとの相対速度は、整地アシスト制御には反映されない。一方、チルト停止制御では、チルト動作平面ＴＰにおける動作距離Ｄａに基づいて、チルト動作平面ＴＰにおけるバケット８の目標速度Ｕが決定され、バケット８が目標速度Ｕでチルト回転するようにチルトシリンダ１４が制御される。すなわち、ブーム６の移動に基づくバケット８と目標施工地形ＣＳとの相対速度は、チルト停止制御には反映されない。これにより、チルト回転するバケット８の刃先９を目標施工地形ＣＳに精度良く沿わせながら施工することができる。
【０１４１】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。図２４は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法の一例を示す模式図である。上述の実施形態と同様、チルト目標速度決定部５９は、チルト動作平面ＴＰにおけるバケット８の目標速度Ｕを算出する。
【０１４２】
本実施形態においては、チルト目標速度決定部５９は、算出した目標速度Ｕから、ラインＬＸの法線方向におけるバケット８の目標速度Ｕａを算出する。すなわち、チルト目標速度決定部５９は、ラインＬＸの法線方向における目標速度Ｕの速度成分Ｕａを算出する。
【０１４３】
作業機制御指令決定部６０は、チルト目標速度決定部５９で算出された、ラインＬＸの法線方向におけるバケット８の目標速度Ｕａと、作業機目標速度決定部５８で算出された、ラインＬＸの法線方向におけるバケット８の目標速度Ｖｓとに基づいて、指令を出力する。本実施形態においては、目標速度Ｕａと目標速度Ｖｓとの和が相殺されるように、すなわち、［Ｖｓ＋Ｖａ＝Ｖｔ＋Ｖｂ］となるように、ブーム６の目標速度Ｖｂが算出され、その目標速度Ｖｂでブーム６が移動するように、作業機制御指令決定部６０は、制御弁３９Ｃに制御信号を出力して、ブームシリンダ１１のシリンダ速度を制御する。
【０１４４】
本実施形態によれば、バケット８のチルト回転についての目標速度Ｕａが整地アシスト制御に反映される。チルト回転に基づいてバケット８が目標施工地形ＣＳに接近する速度が整地アシスト制御に全く反映されない場合、バケット８が目標施工地形ＣＳを僅かに掘り込んでしまう可能性がある。本実施形態によれば、より高精度にバケット８の刃先９を目標施工地形ＣＳに沿わせながら移動させることができる。
【０１４５】
なお、上述の実施形態においては、整地アシスト制御において、ブームシリンダ１１が制御されることとした。整地アシスト制御においては、作業機動作平面ＷＰで作業機１を動作させるアームシリンダ１２が制御されてもよいし、ブームシリンダ１３が制御されてもよい。
【０１４６】
なお、上述の実施形態においては、バケット８をチルト回転させるチルトシリンダ１４の制御が、動作距離Ｄａに基づいて実施されることとした。バケット８をチルト回転させるチルトシリンダ１４の制御が、垂直距離Ｄｂに基づいて実施されてもよい。
【０１４７】
なお、上述の実施形態においては、バケット８のチルト回転を目標施工地形ＣＳで停止させるバケット停止制御が実施されることとした。ブームシリンダ１１による整地アシスト制御と同様、バケット８の刃先９が目標施工地形ＣＳに追従するようにチルトバケット１４が制御されるチルト整地アシスト制御が実施されてもよい。
【０１４８】
なお、上述の実施形態においては、チルト回転するバケット８がチルト目標地形ＳＴで停止することとした。チルト目標地形ＳＴに対して規定の位置関係にある、チルト目標地形ＳＴとは異なる規定位置でバケット８のチルト回転が停止するように、チルト停止制御が実施されてもよい。
【０１４９】
なお、上述の実施形態においては、建設機械１００が油圧ショベルであることとした。上述の実施形態で説明した構成要素は、油圧ショベルとは別の、作業機を有する建設機械に適用可能である。
【０１５０】
なお、上述の実施形態において、バケット軸ＡＸ３及びチルト軸ＡＸ４に加えて、バケット８を回転可能に支持する回転軸が作業機１に設けられてもよい。
【０１５１】
なお、上述の実施形態において、上部旋回体２は、油圧により旋回してもよいし、電動アクチュエータが発生する動力により旋回してもよい。また、作業機１は、油圧シリンダ１０ではなく、電動アクチュエータが発生する動力により作動してもよい。
【符号の説明】
【０１５２】
１  作業機
２  上部旋回体
３  下部走行体
３Ｃ  履帯
４  運転室
５  機械室
６  ブーム
７  アーム
８  バケット
８Ｂ  バケットピン
８Ｔ  チルトピン
９  刃先
１０  油圧シリンダ
１０Ａ  キャップ側油室
１０Ｂ  ロッド側油室
１１  ブームシリンダ
１２  アームシリンダ
１３  バケットシリンダ
１４  チルトシリンダ
１６  ブームストロークセンサ
１７  アームストロークセンサ
１８  バケットストロークセンサ
１９  チルトストロークセンサ
２０  位置演算装置
２１  車体位置演算器
２２  姿勢演算器
２３  方位演算器
２４  バケット位置演算装置
２５  流量制御弁
３０  操作装置
３０Ｆ  操作ペダル
３０Ｌ  操作レバー
３０Ｔ  チルト操作レバー
３１  メイン油圧ポンプ
３２  パイロット油圧ポンプ
３３Ａ，３３Ｂ  油路
３４Ａ，３４Ｂ  圧力センサ
３５Ａ，３５Ｂ  油路
３６Ａ，３６Ｂ  シャトル弁
３７Ａ，３７Ｂ  制御弁
３８Ａ，３８Ｂ  油路
３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ  制御弁
４０  シャトル弁
５０  制御装置
５１  車体位置データ取得部
５２  バケット位置データ取得部
５３Ａ  規定点位置データ算出部
５３Ｂ  候補規定点データ算出部
５４  目標施工地形生成部
５５  作業機動作平面算出部
５６  チルト動作平面算出部
５７  チルト目標地形算出部
５８  作業機目標速度決定部
５９  チルト目標速度決定部
６０  作業機制御指令決定部
６１  チルト制御指令決定部
６２  記憶部
６３  入出力部
７０  目標施工データ生成装置
８１  底板
８２  背板
８３  上板
８４  側板
８５  側板
８６  開口部
８７  ブラケット
８８  ブラケット
９０  接続部材
９１  プレート部材
９２  ブラケット
９３  ブラケット
９４  第１リンク部材
９４Ｐ  第１リンクピン
９５  第２リンク部材
９５Ｐ  第２リンクピン
９６  バケットシリンダトップピン
９７  ブラケット
１００  油圧ショベル（建設機械）
２００  制御システム
３００  油圧システム
ＡＰ  点
ＡＸ１  ブーム軸
ＡＸ２  アーム軸
ＡＸ３  バケット軸
ＡＸ４  チルト軸
ＣＤ  目標施工データ
ＣＳ  目標施工地形
Ｌ１  ブーム長さ
Ｌ２  アーム長さ
Ｌ３  バケット長さ
Ｌ４  チルト長さ
Ｌ５  バケット幅
ＬＸ  ライン
ＬＹ  ライン
ＲＰ  基準点
ＲＸ  旋回軸
ＳＴ  チルト目標地形
ＴＰ  チルト動作平面
α  ブーム角度
β  アーム角度
γ  バケット角度
δ  チルト角度
ε  チルト軸角度
θ１  ロール角度
θ２  ピッチ角度
θ３  ヨー角度
【図１】
2016186219.tif 000003
【図２】
2016186219.tif 000004
【図３】
2016186219.tif 000005
【図４】
2016186219.tif 000006
【図５】
2016186219.tif 000007
【図６】
2016186219.tif 000008
【図７】
2016186219.tif 000009
【図８】
2016186219.tif 000010
【図９】
2016186219.tif 000011
【図１０】
2016186219.tif 000012
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月14日(2016.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブーム軸を中心に車体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを含む作業機を備える建設機械の制御システムであって、
掘削対象の目標形状を示す目標施工地形を生成する目標施工地形生成部と、
前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方の動作状態とに基づいて、前記ブーム軸、前記アーム軸、及び前記バケット軸の少なくとも一つと直交する作業機動作平面において前記作業機を駆動するための指令を出力する作業機制御指令決定部と、
前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記バケットのチルト回転状態とに基づいて、前記チルト軸を中心に前記バケットをチルト制御するための指令を出力するチルト制御指令決定部と、
を備える建設機械の制御システム。
【請求項２】
前記バケットを通り前記チルト軸と直交するチルト動作平面を算出するチルト動作平面算出部と、
前記目標施工地形と前記チルト動作平面とが交差するチルト目標地形を算出するチルト目標地形算出部と、
前記バケットと前記チルト目標地形との距離に基づいて、前記チルト動作平面における前記バケットのチルト目標速度を決定するチルト目標速度決定部と、を備え、
前記チルト制御指令決定部は、前記チルト目標速度に基づいて前記指令を出力する、
請求項１に記載の建設機械の制御システム。
【請求項３】
前記チルト制御指令決定部は、前記チルト目標速度決定部で決定された前記チルト目標速度に基づいて、前記バケットをチルト回転させるチルトシリンダを駆動する指令を出力する、
請求項２に記載の建設機械の制御システム。
【請求項４】
前記チルト目標速度決定部は、前記目標施工地形の法線方向における前記バケットの前記チルト目標速度を算出する、
請求項２又は請求項３に記載の建設機械の制御システム。
【請求項５】
前記目標施工地形の法線方向における前記バケットと前記目標施工地形との最短距離である垂直距離に基づいて、前記作業機動作平面における前記作業機の作業機目標速度を決定する作業機目標速度決定部を備え、
前記作業機制御指令決定部は、前記作業機目標速度に基づいて前記ブームおよび及び前記アームの少なくとも一方を制御するための指令を出力する、
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の建設機械の制御システム。
【請求項６】
前記作業機制御指令決定部は、前記作業機目標速度に基づいて、前記作業機動作平面において前記ブーム及び前記アームの少なくとも一方を駆動する油圧シリンダを駆動する指令を出力する、
請求項５に記載の建設機械の制御システム。
【請求項７】
前記作業機制御指令決定部は、前記チルト目標速度と、前記作業機目標速度とに基づいて、前記指令を出力する、
請求項５又は請求項６に記載の建設機械の制御システム。
【請求項８】
上部旋回体と、
前記上部旋回体を支持する下部走行体と、
前記ブームと前記アームと前記バケットとを含み、前記上部旋回体に支持される作業機と、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の建設機械の制御システムと、
を備える建設機械。
【請求項９】
ブーム軸を中心に車体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを含む作業機を備える建設機械の制御方法であって、
前記バケットと掘削対象の目標形状を示す目標施工地形との距離と、前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方の動作状態とに基づいて、前記ブーム軸、前記アーム軸、及び前記バケット軸の少なくとも一つと直交する作業機動作平面において前記作業機を駆動するための指令を出力することと、
前記バケットと前記目標施工地形との距離と、前記バケットのチルト回転状態とに基づいて、前記チルト軸を中心に前記バケットをチルト制御するための指令を出力することと、
を含む建設機械の制御方法。
【国際調査報告】
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