(57)【要約】  制御装置は、作業機械の作業機に対する介入制御と、操作装置からの操作指令に基づく前記作業機の制御とを切り替えるタイミングにおける前記作業機の移動速度に応じて、前記作業機の移動速度の変化率を変化させる制御部を含む。
2016111384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の作業機に対する介入制御と、操作装置からの操作指令に基づく前記作業機の制御との切り替えのタイミングにおける前記作業機の移動速度に応じて、前記作業機の移動速度の変化率を変化させる制御部を含む、作業機械の制御装置。
【請求項２】
前記介入制御は前記作業機を上昇させる制御であり、前記作業機の移動速度は前記作業機の上昇速度であり、前記切り替えのタイミングは前記介入制御が不要となるタイミングであり、
前記切り替えのタイミングにおいて、前記上昇速度が閾値以上であるか否かを判定する判定部を有し、
前記制御部は、前記上昇速度が前記閾値以上である場合、前記上昇速度の減少率を、前記切り替えのタイミングにおける前記上昇速度が前記閾値である場合の値以上として前記上昇速度を変化させる、
請求項１に記載の作業機械の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記切り替えのタイミングにおける前記上昇速度が大きくなると、前記減少率を大きくする、請求項２に記載の作業機械の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記切り替えのタイミングにおける前記上昇速度が前記閾値よりも小さい場合、前記基準時間における前記上昇速度の大きさに関わらず前記減少率を一定値とする、請求項３に記載の作業機械の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、
操作指令により前記作業機が下降する場合、前記作業機が下降する速度の変化率を一定値とする、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項６】
前記作業機械は、
前記作業機を備えた旋回体を有する、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の作業機械の制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の作業機械の制御装置を備える、作業機械。
【請求項８】
作業機械の作業機に対する介入制御と、操作装置からの操作指令に基づく前記作業機の制御とを切り替えるタイミングにおける前記作業機の移動速度に応じて、前記作業機の移動速度の変化率を変化させる、作業機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機を備えた作業機械を制御する作業機械の制御装置、作業機械及び作業機械の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バケットを含むフロント装置を備える建設機械において、施工対象の目標形状を示す境界面に沿ってバケットを移動させる制御が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような制御を介入制御と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開９５／３００５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
介入制御において、例えば施工対象の目標形状がなくなった場合等には、介入制御を実行する必要がなくなる。すなわち、作業機が目標形状を侵食しないように、作業機を上昇させる制御を実行する必要がなくなる。作業機を上昇させる制御の実行中にこの制御が必要なくなった場合、作業機が急に下降する可能性があるので、作業機を上昇させる制御を徐々に解除することが考えられる。しかし、作業機を上昇させる制御を徐々に解除した場合、この制御を実行する必要がなくなったときにおける作業機が上昇する速度によっては、作業機が上昇することがあり、オペレータは違和感を覚える可能性がある。【０００５】
作業機械のオペレータが作業機の操作装置を操作して施工対象の目標形状が存在しない場所を施工している場合に、施工対象の目標形状が存在する場所へ作業機が移動すると、作業機を上昇させる制御が実行される。オペレータが作業機を下降させる操作を実行しているときに作業機を上昇させる制御が必要になると、作業機が急に上昇する可能性があるので、作業機を上昇させる制御を徐々に実行することが考えられる。しかし、作業機を上昇させる制御を徐々に実行した場合、この制御が必要になったときにおける作業機が下降する速度によっては、作業機が下降から上昇に転ずるまでに時間を要することがあり、オペレータは違和感を覚える可能性がある。【０００６】
本発明の態様は、介入制御と作業機の操作装置を操作することによる作業機の制御とを切り替える際のオペレータの違和感を抑制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の態様によれば、作業機械の作業機に対する介入制御と、操作装置からの操作指令に基づく前記作業機の制御との切り替えのタイミングにおける前記作業機の移動速度に応じて、前記作業機の移動速度の変化率を変化させる制御部を含む、作業機械の制御装置が提供される。【０００８】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記介入制御は前記作業機を上昇させる制御であり、前記作業機の移動速度は前記作業機の上昇速度であり、前記切り替えのタイミングは前記介入制御が不要となるタイミングであり、前記切り替えのタイミングにおいて、前記上昇速度が閾値以上であるか否かを判定する判定部を有し、前記制御部は、前記上昇速度が前記閾値以上である場合、前記上昇速度の減少率を、前記切り替えのタイミングにおける前記上昇速度が前記閾値である場合の値以上として前記上昇速度を変化させる作業機械の制御装置が提供される。【０００９】
本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、前記制御部は、前記切り替えのタイミングにおける前記上昇速度が大きくなると、前記減少率を大きくする作業機械の制御装置が提供される。【００１０】
本発明の第４の態様によれば、第３の態様において、前記制御部は、前記切り替えのタイミングにおける前記上昇速度が前記閾値よりも小さい場合、前記基準時間における前記上昇速度の大きさに関わらず前記減少率を一定値とする作業機械の制御装置が提供される。【００１１】
本発明の第５の態様によれば、第２の態様から第４の態様のいずれか１つにおいて、前記制御部は、操作指令により前記作業機が下降する場合、前記作業機が下降する速度の変化率を一定値とする作業機械の制御装置が提供される。【００１２】
本発明の第６の態様によれば、第２の態様から第５の態様のいずれか１つにおいて、前記作業機械は、前記作業機を備えた旋回体を有する作業機械の制御装置が提供される。【００１３】
本発明の第７の態様によれば、第２の態様から第６の態様のいずれか１つに係る作業機械の制御装置を備える作業機械が提供される。【００１４】
本発明の第７の態様によれば、作業機械の作業機に対する介入制御と、操作装置からの操作指令に基づく前記作業機の制御とを切り替えるタイミングにおける前記作業機の移動速度に応じて、前記作業機の移動速度の変化率を変化させる、作業機械の制御方法が提供される。【００１５】
本発明の態様は、介入制御と作業機の操作装置を操作することによる作業機の制御とを切り替える際のオペレータの違和感を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る作業機械の斜視図である。
【図２】油圧ショベルの制御システム及び油圧システムの構成を示すブロック図である。
【図３】ブームシリンダの油圧回路の一例を示す図である。
【図４】作業機コントローラのブロック図である。
【図５】目標掘削地形データ及びバケットを示す図である。
【図６】ブーム制限速度を説明するための図である。
【図７】制限速度を説明するための図である。
【図８】バケットと目標掘削地形との関係を示す図である。
【図９】バケットと目標掘削地形との関係を示す図である。
【図１０】ブームが動作する速度であるブーム速度と、時間との関係を示す図である。
【図１１】バケットと目標掘削地形との関係を示す図である。
【図１２】バケットと目標掘削地形との関係を示す図である。
【図１３】実施形態に係る作業機械の制御方法を示すフローチャートである。
【図１４】マニュアル操作から介入制御へ切り替わる場合の一例を説明するための図である。
【図１５】ブームが動作する速度であるブーム速度と、時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
＜作業機械の全体構成＞
図１は、実施形態に係る作業機械の斜視図である。図２は、油圧ショベル１００の制御システム２００及び油圧システム３００の構成を示すブロック図である。作業機械である油圧ショベル１００は、車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、旋回体である上部旋回体３と走行体としての走行装置５とを有する。上部旋回体３は、機関室３ＥＧの内部に、動力発生装置としての内燃機関及び油圧ポンプ等の装置を収容している。機関室３ＥＧは、上部旋回体３の一端側に配置されている。
【００１９】
実施形態において、油圧ショベル１００は、動力発生装置としての内燃機関に、例えばディーゼルエンジン等が用いられるが、動力発生装置はこのようなものに限定されない。油圧ショベル１００の動力発生装置は、例えば、内燃機関と発電電動機と蓄電装置とを組み合わせたハイブリッド方式の装置であってもよい。また、油圧ショベル１００の動力発生装置は、内燃機関を有さず、蓄電装置と発電電動機とを組み合わせたものであってもよい。
【００２０】
上部旋回体３は、運転室４を有する。運転室４は、上部旋回体３の他端側に設置されている。すなわち、運転室４は、機関室３ＥＧが配置されている側とは反対側に設置されている。運転室４内には、図２に示される表示部２９及び操作装置２５が配置される。上部旋回体３の上方には、手すり９が取り付けられている。
【００２１】
走行装置５は、上部旋回体３を有する。走行装置５は、履帯５ａ、５ｂを有する。走行装置５は、左右に設けられた走行モータ５ｃの一方又は両方が履帯５ａ、５ｂを駆動して回転させることにより、油圧ショベル１００を走行させる。作業機２は、上部旋回体３の運転室４の側方に取り付けられている。
【００２２】
油圧ショベル１００は、履帯５ａ、５ｂの代わりにタイヤを備え、エンジンの駆動力を、トランスミッションを介してタイヤへ伝達して走行が可能な走行装置を備えたものであってもよい。このような形態の油圧ショベル１００としては、例えば、ホイール式油圧ショベルがある。また、油圧ショベル１００は、例えばバックホウローダであってもよい。
【００２３】
上部旋回体３は、作業機２及び運転室４が配置されている側が前であり、機関室３ＥＧが配置されている側が後である。前に向かって左側が上部旋回体３の左であり、前に向かって右側が上部旋回体３の右である。上部旋回体３の左右方向は、幅方向とも言う。油圧ショベル１００又は車両本体１は、上部旋回体３を基準として走行装置５側が下であり、走行装置５を基準として上部旋回体３側が上である。油圧ショベル１００の前後方向がｘ方向、幅方向がｙ方向、上下方向がｚ方向である。油圧ショベル１００が水平面に設置されている場合、下は鉛直方向、すなわち重力の作用方向側であり、上は鉛直方向とは反対側である。
【００２４】
作業機２は、ブーム６とアーム７と作業具であるバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が取り付けられている。バケット８は、バケットピン１５を中心として動く。バケット８は、バケットピン１５とは反対側に複数の刃８Ｂが取り付けられている。刃先８Ｔは、刃８Ｂの先端である。
【００２５】
実施形態において、作業機２が上昇するとは、作業機２が油圧ショベル１００の接地面から上部旋回体３に向かう方向に移動する動作を言う。作業機２が下降するとは、作業機２が油圧ショベル１００の上部旋回体３から接地面に向かう方向に移動する動作を言う。油圧ショベル１００の接地面は、履帯５ａ，５ｂの接地する部分における少なくとも３点で定義される平面である。接地面の定義に用いられる少なくとも３点は、２個の履帯５ａ，５ｂのうち一方に存在してもよいし、両方に存在してもよい。
【００２６】
上部旋回体３を有さない作業機械である場合、作業機２が上昇するとは、作業機２が作業機械の接地面から離れる方向に移動する動作を言う。作業機２が下降するとは、作業機２が作業機械の接地面に接近する方向に移動する動作を言う。作業機械が履帯ではなく車輪を備える場合、接地面は、少なくとも３個の車輪が接地する部分で定義される平面である。
【００２７】
バケット８は、複数の刃８Ｂを有していなくてもよい。つまり、図１に示すような刃８Ｂを有しておらず、刃先が鋼板によってストレート形状に形成されたようなバケットであってもよい。作業機２は、例えば、単数の刃を有するチルトバケットを備えていてもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダを備え、バケットが左右にチルト傾斜することで油圧ショベルが傾斜地にあっても、斜面、平地を自由な形に成形、整地をすることができ、底板プレートによる転圧作業もできるバケットである。この他にも、作業機２は、バケット８の代わりに、法面バケット又は削岩用のチップを備えた削岩用のアタッチメント等を作業具として備えてもよい。
【００２８】
図１に示されるブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ作動油の圧力（以下、適宜油圧という）によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動して、これを昇降させる。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動して、アームピン１４の周りを動作させる。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動して、バケットピン１５の周りを動作させる。
【００２９】
ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等の油圧シリンダと図２に示される油圧ポンプ３６，３７との間には、図２に示される方向制御弁６４が設けられている。方向制御弁６４は、油圧ポンプ３６，３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等に供給される作動油の流量を制御するとともに、作動油が流れる方向を切り替える。方向制御弁６４は、走行モータ５ｃを駆動するための走行用方向制御弁と、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び上部旋回体３を旋回させる旋回モータを制御するための作業機用方向制御弁とを含む。
【００３０】
図２に示される作業機コントローラ２６が、図２に示される制御弁２７を制御することにより、操作装置２５から方向制御弁６４に供給される作動油のパイロット圧が制御される。制御弁２７は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１１の油圧系に設けられている。作業機コントローラ２６は、パイロット油路４５０に設けられた制御弁２７を制御することにより、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２の動作を制御することができる。実施形態においては、作業機コントローラ２６は、制御弁２７を閉じる制御により、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２を減速させる制御が可能である。
【００３１】
上部旋回体３の上部には、アンテナ２１，２２が取り付けられている。アンテナ２１，２２は、油圧ショベル１００の現在位置を検出するために用いられる。アンテナ２１，２２は、図２に示される、油圧ショベル１００の現在位置を検出するための位置検出部である位置検出装置１９と電気的に接続されている。
【００３２】
位置検出装置１９は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real  Time  Kinematic  -  Global  Navigation  Satellite  Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムを言う）を利用して油圧ショベル１００の現在位置を検出する。以下の説明において、アンテナ２１，２２を、適宜ＧＮＳＳアンテナ２１，２２という。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号は、位置検出装置１９に入力される。位置検出装置１９は、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を検出する。位置検出装置１９は、例えば３次元位置センサを含む。
【００３３】
＜油圧システム３００＞
図２に示されるように、油圧ショベル１００の油圧システム３００は、動力発生源としての内燃機関３５と油圧ポンプ３６，３７とを備える。油圧ポンプ３６，３７は、内燃機関３５によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ３６，３７から吐出された作動油は、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とに供給される。
【００３４】
油圧ショベル１００は、旋回モータ３８を備える。旋回モータ３８は油圧モータであり、油圧ポンプ３６，３７から吐出された作動油によって駆動される。旋回モータ３８は、上部旋回体３を旋回させる。なお、図２では、２つの油圧ポンプ３６，３７が図示されているが、１つの油圧ポンプのみが設けられてもよい。旋回モータ３８は、油圧モータに限らず、電気モータであってもよい。
【００３５】
＜制御システム２００＞
作業機械の制御システムである制御システム２００は、位置検出装置１９と、グローバル座標演算部２３と、操作装置２５と、実施形態に係る作業機械の制御装置である作業機コントローラ２６と、センサコントローラ３９と、表示コントローラ２８と、表示部２９とを含む。操作装置２５は、図１に示される作業機２及び上部旋回体３を操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２を操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２を駆動するためのオペレータによる操作を受け付けて、操作量に応じたパイロット油圧を出力する。
【００３６】
操作量に応じたパイロット油圧は、操作指令である。操作指令は、作業機２を動作させるための指令である。操作指令は、操作装置２５によって生成される。操作装置２５は、オペレータによって操作させるので、操作指令は、マニュアル操作、すなわちオペレータの操作によって作業機２を動作させるための指令である。マニュアル操作による作業機２の制御は、操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御、つまり作業機２の操作装置２５を操作することによる作業機２の制御である。
【００３７】
実施形態において、操作装置２５は、オペレータの左側に設置される左操作レバー２５Ｌと、オペレータの右側に配置される右操作レバー２５Ｒと、を有する。左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒは、前後左右の動作がアーム７及び旋回の２軸の動作に対応されている。例えば、右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、ブーム６の操作に対応されている。右操作レバー２５Ｒが前方へ操作されるとブーム６が下がり、後方へ操作されるとブーム６が上がる。前後方向の操作に応じてブーム６の下げ上げの動作が実行される。右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、バケット８の操作に対応されている。右操作レバー２５Ｒが左側に操作されるとバケット８が掘削し、右側に操作されるとバケット８がダンプする。左右方向の操作に応じてバケット８の掘削又は開放動作が実行される。左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、アーム７の旋回に対応されている。左操作レバー２５Ｌ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。左操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、上部旋回体３の旋回に対応されている。左操作レバー２５Ｌが左側に操作されると左旋回し、右側に操作されると右旋回する。
【００３８】
実施形態において、操作装置２５は、パイロット油圧方式が用いられる。操作装置２５には、油圧ポンプ３６から、減圧弁２５Ｖによって所定のパイロット圧力に減圧された作動油がブーム操作、バケット操作、アーム操作及び旋回操作に基づいて供給される。
【００３９】
右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるブーム６の操作が受け付けられる。右操作レバー２５Ｒの操作量に応じて右操作レバー２５Ｒが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０へ作動油が供給される。また、圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、ブーム操作量ＭＢとして作業機コントローラ２６へ送信する。右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作量を、以下、適宜ブーム操作量ＭＢと称する。パイロット油路５０には、制御弁（以下、適宜介入弁と称する）２７Ｃ及びシャトル弁５１が設けられる。介入弁２７Ｃ及びシャトル弁５１については後述する。
【００４０】
右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるバケット８の操作が受け付けられる。右操作レバー２５Ｒの操作量に応じて右操作レバー２５Ｒが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０に作動油が供給される。圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、バケット操作量ＭＴとして作業機コントローラ２６へ送信する。右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作量を、以下、適宜バケット操作量ＭＴと称する。
【００４１】
左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるアーム７の操作が受け付けられる。左操作レバー２５Ｌの操作量に応じて左操作レバー２５Ｌが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０へ作動油が供給される。圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、アーム操作量ＭＡとして作業機コントローラ２６へ送信する。左操作レバー２５Ｌの左右方向の操作量を、以下、適宜アーム操作量ＭＡと称する。
【００４２】
右操作レバー２５Ｒが操作されることにより、操作装置２５は、右操作レバー２５Ｒの操作量に応じた大きさのパイロット油圧を方向制御弁６４に供給する。左操作レバー２５Ｌが操作されることにより、操作装置２５は、左操作レバー２５Ｌの操作量に応じた大きさのパイロット油圧を方向制御弁６４に供給する。操作装置２５から方向制御弁６４に供給されるパイロット油圧によって、方向制御弁６４が動作する。
【００４３】
制御システム２００は、第１ストロークセンサ１６と第２ストロークセンサ１７と第３ストロークセンサ１８とを有する。例えば、第１ストロークセンサ１６はブームシリンダ１０に、第２ストロークセンサ１７はアームシリンダ１１に、第３ストロークセンサ１８バケットシリンダ１２に、それぞれ設けられる。
【００４４】
センサコントローラ３９は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）及びＲＯＭ（Read  Only  Memory）等の記憶部と、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等の処理部とを有する。センサコントローラ３９は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長ＬＳ１から、油圧ショベル１００のローカル座標系、詳細には車両本体１のローカル座標系における水平面（ｘｙ平面）と直交する方向（ｚ軸方向）に対するブーム６の傾斜角度θ１を算出して、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８に出力する。センサコントローラ３９は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長ＬＳ２から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角度θ２を算出して、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８に出力する。センサコントローラ３９は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ長ＬＳ３から、アーム７に対するバケット８が有するバケット８の刃先８Ｔの傾斜角度θ３を算出して、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８に出力する。傾斜角度θ１，θ２，θ３の検出は、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ１８以外であっても可能である。例えば、ポテンショメータ等の角度センサも、傾斜角度θ１，θ２，θ３を検出できる。
【００４５】
センサコントローラ３９には、ＩＭＵ（Inertial  Measurement  Unit：慣性計測装置）２４が接続されている。ＩＭＵ２４は、図１に示される油圧ショベル１００のｙ軸回りのピッチ、ｘ軸回りのロール等といった車体の傾斜情報を取得し、センサコントローラ３９に出力する。
【００４６】
作業機コントローラ２６は、ＲＡＭ及びＲＯＭ（Read  Only  Memory）等の記憶部２６Ｍと、ＣＰＵ等の処理部２６Ｐとを有する。作業機コントローラ２６は、図２に示されるブーム操作量ＭＢ、バケット操作量ＭＴ、アーム操作量ＭＡに基づいて、介入弁２７Ｃ及び制御弁２７を制御する。
【００４７】
図２に示される方向制御弁６４は、例えば比例制御弁であり、操作装置２５から供給される作動油によって制御される。方向制御弁６４は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び旋回モータ３８等の油圧アクチュエータと、油圧ポンプ３６，３７との間に配置される。方向制御弁６４は、油圧ポンプ３６，３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び旋回モータ３８に供給される作動油の流量及び方向を制御する。
【００４８】
制御システム２００が備える位置検出装置１９は、前述したＧＮＳＳアンテナ２１，２２を含む。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号が、グローバル座標演算部２３に入力される。ＧＮＳＳアンテナ２１は、自身の位置を示す基準位置データＰ１を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２２は、自身の位置を示す基準位置データＰ２を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、所定の周期で基準位置データＰ１、Ｐ２を受信する。基準位置データＰ１，Ｐ２は、ＧＮＳＳアンテナが設置されている位置の情報である。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、基準位置データＰ１、Ｐ２を受信する毎に、グローバル座標演算部２３に出力する。
【００４９】
グローバル座標演算部２３は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。グローバル座標演算部２３は、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２に基づいて、上部旋回体３の配置を示す旋回体配置データを生成する。本実施形態において、旋回体配置データには、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２の一方の基準位置データＰと、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２に基づいて生成された旋回体方位データＱとが含まれる。旋回体方位データＱは、上部旋回体３、すなわち作業機２が向いている方位を示している。グローバル座標演算部２３は、所定の周期でＧＮＳＳアンテナ２１，２２から２つの基準位置データＰ１、Ｐ２を取得する毎に、旋回体配置データ、すなわち基準位置データＰと旋回体方位データＱとを更新して、表示コントローラ２８に出力する。
【００５０】
表示コントローラ２８は、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部と、ＣＰＵ等の処理部とを有する。表示コントローラ２８は、グローバル座標演算部２３から旋回体配置データである基準位置データＰ及び旋回体方位データＱを取得する。実施形態において、表示コントローラ２８は、作業機位置データとして、バケット８の刃先８Ｔの３次元位置を示すバケット刃先位置データＳを生成する。そして、表示コントローラ２８は、バケット刃先位置データＳと目標施工情報Ｔとを用いて、目標掘削地形データＵを生成する。
【００５１】
目標施工情報Ｔは、油圧ショベル１００が備える作業機２の作業対象、実施形態では掘削対象の仕上がりの目標となる情報である。目標施工情報Ｔは、例えば、油圧ショベル１００の施工対象の設計情報が挙げられる。作業機２の作業対象は、例えば、地面である。作業機２の作業としては、例えば、掘削作業及び地面の均し作業が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５２】
表示コントローラ２８は、目標掘削地形データＵに基づく表示用の目標掘削地形データＵａを導出し、表示用の目標掘削地形データＵａに基づいて、表示部２９に作業機２の作業対象の目標となる形状、例えば地形を表示させる。
【００５３】
表示部２９は、例えば、タッチパネルによる入力を受け付ける液晶表示装置であるが、これに限定されるものではない。実施形態においては、表示部２９に隣接してスイッチ２９Ｓが設置されている。スイッチ２９Ｓは、後述する介入制御を実行させたり、実行中の介入制御を停止させたりするための入力装置である。
【００５４】
作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６からブーム操作量ＭＢ、バケット操作量ＭＴ及びアーム操作量ＭＡを取得する。作業機コントローラ２６は、センサコントローラ３９からブーム６の傾斜角度θ１、アーム７の傾斜角度θ２、バケット８の傾斜角度θ３を取得する。
【００５５】
作業機コントローラ２６は、表示コントローラ２８から、目標掘削地形データＵを取得する。目標掘削地形データＵは、目標施工情報Ｔのうち、油圧ショベル１００がこれから作業する範囲の情報である。すなわち、目標掘削地形データＵは、目標施工情報Ｔの一部である。したがって、目標掘削地形データＵは、目標施工情報Ｔと同様に作業機２の作業対象の仕上がりの目標となる形状を表す。この仕上がりの目標となる形状を、以下においては適宜、目標掘削地形と称する。
【００５６】
作業機コントローラ２６は、センサコントローラ３９から取得した作業機２の角度からバケット８の刃先８Ｔの位置（以下、適宜刃先位置と称する）を算出する。作業機コントローラ２６は、目標掘削地形データＵに沿ってバケット８の刃先８Ｔが移動するように、目標掘削地形データＵとバケット８の刃先８Ｔとの距離及び作業機２の速度に基づいて作業機２の動作を制御する。この場合、作業機コントローラ２６は、バケット８が目標掘削地形データＵ、すなわち作業機２の作業対象の目標とする形状を侵食することを抑制するために、作業機２が施工対象に接近する方向の速度が制限速度以下になるように制御する。この制御を、適宜介入制御と称する。介入制御は、例えば、油圧ショベル１００のオペレータが、図２に示されるスイッチ２９Ｓを用いて介入制御を実行することを選択した場合に実行される。後述する目標掘削地形とバケット８との距離を算出する場合、バケット８の基準となる位置は刃先８Ｔに限らず任意の場所でよい。
【００５７】
介入制御において、作業機コントローラ２６は、目標掘削地形データＵに沿ってバケット８の刃先８Ｔが移動するように作業機２を制御するためにブーム指令信号ＣＢＩを生成して、図２に示される介入弁２７Ｃに出力する。ブーム６は、ブーム指令信号ＣＢＩに応じて動作することにより、作業機２、より詳細にはバケット８が目標掘削地形データＵに近づく速度が、バケット８と目標掘削地形データＵとの距離に応じて制限される。
【００５８】
図３は、ブームシリンダ１０の油圧回路３０１の一例を示す図である。油圧回路３０１は、操作装置２５と方向制御弁６４との間にパイロット油路４５０が設けられる。方向制御弁６４は、ブームシリンダ１０に供給される作動油が流れる方向を制御する弁である。実施形態において、方向制御弁６４は、ロッド状のスプール６４Ｓを移動させることにより、作動油が流れる方向を切り替えるスプール方式の弁である。スプール６４Ｓは、図２に示される操作装置２５から供給された作動油により移動する。方向制御弁６４は、スプール６４Ｓの移動により、ブームシリンダ１０に作動油（以下、適宜パイロット油と称する）を供給して、ブームシリンダ１０を動作させる。
【００５９】
パイロット油路５０及びパイロット油路４５０Ｂは、シャトル弁５１に接続している。シャトル弁５１と方向制御弁６４との一方は、油路４５２Ｂによって接続される。方向制御弁６４の他方と操作装置２５とは、パイロット油路４５０Ａによって接続される。パイロット油路５０には、介入弁２７Ｃが設けられる。介入弁２７Ｃは、パイロット油路５０のパイロット圧を調整する。
【００６０】
パイロット油路４５０Ｂには、圧力センサ６６Ｂ及び制御弁２７Ｂが設けられる。パイロット油路４５０Ａには、制御弁２７Ａと操作装置２５との間に圧力センサ６６Ａが設けられる。圧力センサ６６の検出値は、図２に示される作業機コントローラ２６に取得されて、ブームシリンダ１０の制御に用いられる。圧力センサ６６Ｂは、図２に示される圧力センサ６６に対応する。圧力センサ６６Ａに対応する圧力センサは、図２では省略されている。制御弁２７Ｂは、図２に示される制御弁２７に対応する。制御弁２７Ａに対応する制御弁は、図２では省略されている。
【００６１】
油圧ポンプ３６，３７から供給された作動油は、方向制御弁６４を介してブームシリンダ１０に供給される。スプール６４Ｓが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ１０のキャップ側油室４８Ｒに対する作動油の供給と、ロッド側油室４７Ｒに対する作動油の供給とが切り替わる。また、スプール６４Ｓが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ１０に対する作動油の単位時間当たりの供給量、すなわち流量が調整される。ブームシリンダ１０に対する作動油の流量が調整されることにより、ブームシリンダ１０の動作速度が調整される。
【００６２】
方向制御弁６４のスプール６４Ｓが第１の方向に移動すると、方向制御弁６４からキャップ側油室４８Ｒに作動油が供給され、ロッド側油室４７Ｒから方向制御弁６４に作動油が戻されると、ブームシリンダ１０のピストン１０Ｐはキャップ側油室４８Ｒからロッド側油室４７Ｒに向かって移動する。その結果、ピストン１０Ｐに接続されたロッド１０Ｌがブームシリンダ１０から伸長する。
【００６３】
方向制御弁６４のスプール６４Ｓが、操作装置２５からの指令に基づき第１の方向とは反対方向である第２の方向に移動すると、キャップ側油室４８Ｒから方向制御弁６４に作動油が戻され、方向制御弁６４からロッド側油室４７Ｒに作動油が供給されると、ブームシリンダ１０のピストン１０Ｐはロッド側油室４７Ｒからキャップ側油室４８Ｒに向かって移動する。その結果、ピストン１０Ｐに接続されたロッド１０Ｌがブームシリンダ１０に縮退する。このように、方向制御弁６４のスプール６４Ｓの移動方向が調整されることにより、ブームシリンダ１０の動作方向が変更される。また、方向制御弁６４のスプール６４Ｓの移動量が調整されることにより、ブームシリンダ１０に供給され、ブームシリンダ１０から方向制御弁６４に戻される作動油の流量が変更されるので、ブームシリンダ１０の動作速度、すなわちピストン１０Ｐ及びロッド１０Ｌの移動速度が変更される。
【００６４】
前述したように、方向制御弁６４の動作は、操作装置２５によって制御される。図２に示される油圧ポンプ３６から吐出され、減圧弁２５Ｖによって減圧された作動油がパイロット油として操作装置２５に供給される。操作装置２５は、各操作レバーの操作に基づいて、パイロット油圧を調整する。調整されたパイロット油圧によって、方向制御弁６４が駆動される。操作装置２５によりパイロット油圧の大きさ及びパイロット油圧の方向が調整されることによって、軸方向に関するスプール６４Ｓの移動量及び移動方向が調整される。その結果、ブームシリンダ１０の動作速度及び動作方向が変更される。
【００６５】
作業機コントローラ２６は、介入制御において、前述したように、掘削対象の目標形状である設計地形を示す目標掘削地形（目標掘削地形データＵ）とバケット８の位置を求めるための傾斜角度θ１，θ２，θ３とに基づき、目標掘削地形４３Ｉとバケット８との距離に応じてバケット８が目標掘削地形４３Ｉに近づく速度が小さくなるように、ブーム６の速度を制限する。
【００６６】
実施形態において、操作装置２５の操作に基づいて作業機２が動作する場合、バケット８の刃先８Ｔが目標掘削地形４３Ｉに侵入しないように、作業機コントローラ２６はブーム指令信号ＣＢＩを生成し、これを用いてブーム６の動作を制御する。詳細には、作業機コントローラ２６は、介入制御において刃先８Ｔが目標掘削地形４３Ｉに侵入しないように、ブーム６を上昇させる。介入制御において実行されるブーム６を上昇させる制御を、適宜、ブーム介入制御と称する。
【００６７】
本実施形態において、作業機コントローラ２６がブーム介入制御を実現するために、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御に関するブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃに出力する。介入弁２７Ｃは、パイロット油路５０のパイロット油圧を調整可能である。シャトル弁５１は、２つの入口５１Ｉａ，５１Ｉｂと、１つの出口５１Ｅとを有する。一方の入口５１Ｉａは、介入弁２７Ｃと接続される。他方の入口５１Ｉｂは、制御弁２７Ｂと接続される。出口５１ＩＥは、方向制御弁６４に接続される油路４５２Ｂと接続される。
【００６８】
シャトル弁５１は、２つの入口５１Ｉａ，５１Ｉｂのうち、パイロット油圧が高い方と、油路４５２Ｂとを接続する。例えば、入口５１Ｉａのパイロット油圧が入口５１Ｉｂのパイロット油圧よりも高い場合、シャトル弁５１は、介入弁２７Ｃと油路４５２Ｂとを接続する。その結果、介入弁２７Ｃを通過したパイロット油がシャトル弁５１を介して油路４５２Ｂに供給される。入口５１Ｉｂのパイロット油圧が入口５１Ｉａのパイロット油圧よりも高い場合、シャトル弁５１は、制御弁２７Ｂと油路４５２Ｂとを接続する。その結果、制御弁２７Ｂを通過したパイロット油がシャトル弁５１を介して油路４５２Ｂに供給される。
【００６９】
ブーム介入制御が実行されないとき、操作装置２５の操作によって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるようにする。例えば、作業機コントローラ２６は、操作装置２５の操作によって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるように、制御弁２７Ｂによりパイロット油路４５１Ｂを開ける（全開にする）とともに、介入弁２７Ｃを制御してパイロット油路５０を閉じる。
【００７０】
ブーム介入制御が実行されるとき、作業機コントローラ２６は、介入弁２７Ｃによって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるように制御弁２７を制御する。例えば、介入制御、すなわちバケット８の目標掘削地形４３Ｉへの移動を制限する制御を実行する場合、作業機コントローラ２６は、介入弁２７Ｃによって調整されたパイロット油路５０のパイロット油圧が、操作装置２５によって調整されるパイロット油路４５１Ｂのパイロット油圧よりも高くなるように、介入弁２７Ｃを制御する。このようにすることで、介入弁２７Ｃからのパイロット油がシャトル弁５１を介して方向制御弁６４に供給される。
【００７１】
作業機コントローラ２６は、介入制御を実行する場合、例えばブーム６を上昇させるための速度指令であるブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃを制御する。このようにすることで、ブームシリンダ１０の方向制御弁６４は、ブーム指令信号ＣＢＩに対応した速度でブーム６が上昇するように作動油をブームシリンダ１０に供給するので、ブームシリンダ１０はブーム６を上昇させる。
【００７２】
ブームシリンダ１０の油圧回路３０１を説明したが、アームシリンダ１１の油圧回路及びバケットシリンダ１２の油圧回路は、ブームシリンダ１０の油圧回路３０１から介入弁２７Ｃ、シャトル弁５１及びパイロット油路５０を除いた構成である。
【００７３】
ブーム介入制御は、介入制御において実行されるブーム６を上昇させる制御であるが、介入制御において、作業機コントローラ２６は、ブーム６の上昇に加えて又はブーム６の上昇の代わりに、アーム７及びバケット８の少なくとも一方を上昇させてもよい。すなわち介入制御において、作業機コントローラ２６は、作業機２を構成するブーム６、アーム７及びバケット８の少なくとも１つを上昇させることにより、作業機２の作業対象の目標形状、実施形態では目標掘削地形４３Ｉから離れる方向に作業機２を移動させる。
【００７４】
実施形態において、操作装置２５の操作に基づいて作業機２が動作する場合、作業機コントローラ２６が作業機２を構成するブーム６、アーム７及びバケット８の少なくとも１つを動作させる制御を介入制御と称する。すなわち、介入制御は、操作装置２５の操作に基づいて、すなわちマニュアル操作に基づいて作業機２が動作する場合に、作業機コントローラ２６が作業機を動作させる制御である。前述したブーム介入制御は、介入制御の一態様である。
【００７５】
図４は、作業機コントローラ２６のブロック図である。図５は、目標掘削地形データＵ及びバケット８を示す図である。図６は、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを説明するための図である。図７は、制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔを説明するための図である。作業機コントローラ２６は、判定部２６Ｊと制御部２６ＣＮＴとを含む。制御部２６ＣＮＴは、相対位置算出部２６Ａ、距離算出部２６Ｂ、目標速度算出部２６Ｃ、介入速度算出部２６Ｄ、介入指令算出部２６Ｅ及び介入速度修正部２６Ｆを含む。判定部２６Ｊ、相対位置算出部２６Ａ、距離算出部２６Ｂ、目標速度算出部２６Ｃ、介入速度算出部２６Ｄ及び介入指令算出部２６Ｅの機能は、図２に示される、作業機コントローラ２６の処理部２６Ｐが実現する。
【００７６】
介入制御が実行されるにあたって、作業機コントローラ２６は、ブーム操作量ＭＢ、アーム操作量ＭＡ、バケット操作量ＭＴ、表示コントローラ２８から取得した目標掘削地形データＵ、バケット刃先位置データＳ及びセンサコントローラ３９から取得した傾斜角度θ１，θ２，θ３を用いて、介入制御に必要なブーム指令信号ＣＢＩを生成し、また必要に応じてアーム指令信号及びバケット指令信号を生成し、制御弁２７及び介入弁２７Ｃを駆動して作業機２を制御する。
【００７７】
相対位置算出部２６Ａは、表示コントローラ２８からバケット刃先位置データＳを取得し、センサコントローラ３９から傾斜角度θ１，θ２，θ３を取得する。相対位置算出部２６Ａは、取得した傾斜角度θ１，θ２，θ３からバケット８の刃先８Ｔの位置である刃先位置Ｐｂを求める。
【００７８】
距離算出部２６Ｂは、相対位置算出部２６Ａによって求められた刃先位置Ｐｂと、表示コントローラ２８から取得した目標掘削地形データＵとから、バケット８の刃先８Ｔと、目標施工情報Ｔの一部である目標掘削地形データＵで表される目標掘削地形４３Ｉとの間の最短となる距離ｄを算出する。距離ｄは、刃先位置Ｐｂと、目標掘削地形４３Ｉに直交し、かつ刃先位置Ｐｂを通る直線と、目標掘削地形データＵとが交差する位置Ｐｕとの距離である。
【００７９】
目標掘削地形４３Ｉは、上部旋回体３の前後方向で規定され、かつ掘削対象位置Ｐｄｇを通る作業機２の平面と、複数の目標施工面で表される目標施工情報Ｔとの交線から求められる。より詳細には、前述した交線のうち、目標施工情報Ｔの掘削対象位置Ｐｄｇの前後における単数又は複数の変曲点とその前後の線が目標掘削地形４３Ｉである。図５に示される例では、２個の変曲点Ｐｖ１、Ｐｖ２とその前後の線とが目標掘削地形４３Ｉである。掘削対象位置Ｐｄｇは、バケット８の刃先８Ｔの位置、すなわち刃先位置Ｐｂの直下の点である。このように、目標掘削地形４３Ｉは、目標施工情報Ｔの一部である。目標掘削地形４３Ｉは、図２に示される表示コントローラ２８が生成する。
【００８０】
目標速度算出部２６Ｃは、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍと、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍと、バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔとを決定する。ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブームシリンダ１０が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍは、アームシリンダ１１が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケットシリンダ１２が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブーム操作量ＭＢに応じて算出される。アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍは、アーム操作量ＭＡに応じて算出される。バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケット操作量ＭＴに応じて算出される。
【００８１】
介入速度算出部２６Ｄは、バケット８の刃先８Ｔと目標掘削地形４３Ｉとの間の距離ｄに基づいて、ブーム６の制限速度（ブーム制限速度）Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。図６に示されるように、介入速度算出部２６Ｄは、図１に示される作業機２全体の制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔから、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍ及びバケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔを減算することにより、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、バケット８の刃先８Ｔが目標掘削地形４３Ｉに接近する方向において許容できる刃先８Ｔの移動速度である。
【００８２】
制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、図７に示されるように、距離ｄが正の場合は負の値、すなわち作業機２が下降する場合の下降速度であり、距離ｄが負の場合は正の値、すなわち作業機２が上昇する場合の上昇速度である。距離ｄが負の値とは、バケット８が目標掘削地形４３Ｉを侵食した状態である。制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、距離ｄが小さくなるにしたがって、速度の絶対値が小さくなり、距離ｄが負の値になると、距離ｄの絶対値が大きくなるにしたがって速度の絶対値が大きくなる。
【００８３】
判定部２６Ｊは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正するか否かを判定する。判定部２６Ｊがブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正すると判定した場合、介入速度修正部２６Ｆはブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正して出力する。補正後のブーム制限速度は、Ｖｃｙ＿ｂｍ’で表される。判定部２６Ｊがブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正しないと判定した場合、介入速度修正部２６Ｆはブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを補正しないで出力する。介入指令算出部２６Ｅは、介入速度修正部２６Ｆによって求められたブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍから、ブーム指令信号ＣＢＩを生成する。ブーム指令信号ＣＢＩは、介入弁２７Ｃの開度を、ブーム６がブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍで上昇するために必要なパイロット圧力をシャトル弁５１に作用させるために必要な大きさとするための指令である。ブーム指令信号ＣＢＩは、実施形態において、ブーム指令速度に応じた電流値である。
【００８４】
図８及び図９は、バケット８と目標掘削地形４３Ｉとの関係を示す図である。前述した通り、介入制御は、バケット８が目標掘削地形４３Ｉを侵食しないようにバケット８を移動させる制御である。作業機コントローラ２６が介入制御を実行している場合、バケット８が目標掘削地形４３Ｉを侵食しようとすると、作業機コントローラ２６はブーム介入制御を実行する。
【００８５】
介入制御は、図８に示されるように、目標掘削地形４３Ｉの上方にバケット８が存在する場合に実行される。介入制御は、図９に示されるように、バケット８が、図８に示される矢印Ｙの方向に移動することによって目標掘削地形４３Ｉが存在している領域から外れて、目標掘削地形４３Ｉが存在しない領域に入ると実行されない。つまり、目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が外れると、介入制御は不要になる。目標掘削地形４３Ｉは、目標施工情報Ｔの一部であり、目標施工情報Ｔが存在しない場合に、目標掘削地形４３Ｉが存在しない領域が存在する。
【００８６】
作業機コントローラ２６が介入制御を実行している場合に、油圧ショベル１００のオペレータが作業機２及びバケット８を下向きに移動させる操作を実行していることがある。この場合、図９に示されるように目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が外れたタイミングで介入制御が解除されると、図９の矢印Ｄで示される方向にバケット８が急激に動くことがある。その結果として、オペレータは違和感を覚える。
【００８７】
図１０は、ブーム６が動作する速度であるブーム速度Ｖｂｍと、時間ｔとの関係を示す図である。図１０の縦軸がブーム速度Ｖｂｍであり、横軸が時間ｔである。ブーム速度Ｖｂｍは、正の値をとる場合にブーム６が上昇する速度である上昇速度を表し、負の値をとる場合にブーム６が下降する速度である下降速度を表す。ブーム６は作業機２の一部であるため、ブーム速度Ｖｂｍは、作業機２の速度である。すなわち、ブーム６の上昇速度は作業機２の上昇速度に対応し、ブーム６の下降速度は作業機２の下降速度に対応する。実施形態において、作業機２の上昇速度及び下降速度を、作業機２の移動速度と称する。作業機２の移動速度は、作業機２が上昇するときは正の値をとり、下降するときは負の値をとる。
【００８８】
実施形態において、目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が外れた場合、すなわちブーム介入制御が不要となる場合には、作業機コントローラ２６は、作業機２が速度、より詳細にはブーム６のブーム速度Ｖｂｍを時間ｔの経過とともに減少させて、油圧ショベル１００のオペレータの操作によって決定されるブーム速度Ｖｂｏｐとする。図１０に示される例では、作業機コントローラ２６は、ブーム速度Ｖｂｍを、ブーム介入制御が不要となるタイミングから、破線Ａで示される一定の変化率ＶＲＣで減少させて、ブーム速度Ｖｂｏｐとする。ブーム介入制御が不要となるタイミングは、作業機２に対する介入制御と、操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御とを切り替えるタイミングである。
【００８９】
変化率ＶＲＣは、介入制御、この例ではブーム介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム速度Ｖｂｍが０になるまでの変化量を、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム速度Ｖｂｍが０になるまでの時間で除した値である。ブーム介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム速度Ｖｂｍをブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ２、ブーム速度Ｖｂｍが０になるまでの時間をｔ＝ｔｔとした場合、変化率は式（１）で求めることができる。ブーム介入制御が不要となるタイミングは、図１０に示される例ではｔ＝０のときである。ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ２は正の値なので、式（１）から得られる変化率ＶＲＣは、負の値となる。
ＶＲＣ＝（０−Ｖｃｙ＿ｂｍ２）／（ｔｔ−０）・・（１）
【００９０】
ブーム６が上昇する場合、すなわちブーム速度Ｖｂｍが正の場合、変化率ＶＲＣでブーム速度Ｖｂｍを変化させると上昇速度は減少するので、変化率ＶＲＣは上昇速度の減少率を表す。ブーム６が下降する場合、すなわちブーム速度Ｖｂｍが負の場合、変化率ＶＲＣでブーム速度Ｖｂｍを変化させると下降速度を増加させるので、変化率ＶＲＣは下降速度の増加率を表す。
【００９１】
ブーム介入制御の実行中、かつオペレータがブーム６を下降させる操作をしている場合に、目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が外れると、そのタイミングでブーム６はオペレータが指示するブーム速度Ｖｂｏｐになる。ブーム介入制御の実行中に、目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が外れると、ブーム介入制御から操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御に切り替わる。
【００９２】
操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御に切り替わる結果、ブーム６が急に下降するので、オペレータは違和感を覚える。実施形態において、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御が不要になった場合に、ブーム速度Ｖｂｍを、ブーム介入制御が不要となるタイミングから一定の変化率ＶＲＣで減少させてオペレータが指示するブーム速度Ｖｂｏｐとする。このような処理により、ブーム介入制御の実行中、かつオペレータがブーム６を下降させる操作をしている場合に、目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が外れてブーム介入制御が不要になると、ブーム速度Ｖｂｍは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ２から徐々にオペレータが指示するブーム速度Ｖｂｏｐまで変化する。その結果、ブーム６の急激な下降が緩和されるので、オペレータの違和感が低減される。
【００９３】
図１１及び図１２は、バケット８と目標掘削地形４３Ｉとの関係を示す図である。作業機コントローラ２６が介入制御を実行している場合に、油圧ショベル１００のオペレータがバケット８を急に操作する、又は上部旋回体３を旋回させる等によってブーム介入制御が間に合わないことがある。この場合、図１１に示されるように、バケット８が目標掘削地形４３Ｉを大きく侵食することがある。実施形態において、バケット８が目標掘削地形４３Ｉを侵食する大きさが増加すると、ブーム介入制御において作業機コントローラ２６がブーム６を上昇させる速度も増加する。この場合、ブーム６の昇降を制御する右操作レバー２５Ｒは、下降又は中立の状態である。
【００９４】
バケット８が目標掘削地形４３Ｉを大きく侵食したときにおけるブーム介入制御において、ブーム６の上昇速度は相対的に大きくなる。図１２に示されるように、目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が大きく外れると、介入制御は解除される。前述したように、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御が不要になった場合に、ブーム介入制御が不要となるタイミング、すなわち介入制御が解除されたタイミングから一定の変化率ＶＲＣでブーム速度Ｖｂｍを減少させる。この場合、ブーム６の上昇操作又は中立操作に対して、ブーム速度Ｖｂｍが０になるまでブーム６及びバケット８は上昇を続けるため（図１２中の矢印ＵＰで示される方向への移動）、オペレータは違和感を覚える。
【００９５】
図８及び図９に示される目標掘削地形４３Ｉが、油圧ショベル１００側に向かって作業機２を操作する場合に目標掘削地形４３Ｉから作業機２が外れる場合を考える。このような作業では、オペレータが作業機２を動作させ、かつ作業機コントローラ２６がブーム介入制御を実行している場合に、目標掘削地形４３Ｉが存在している領域からバケット８が外れると、介入制御が解除される。このような状況において、オペレータは、通常、ブーム６を下降側に向けて操作する。この操作に対してブーム介入制御により、ブーム速度Ｖｂｍが０になるまでブーム６及びバケット８は上昇を続けるため、オペレータは違和感を覚える。
【００９６】
作業機コントローラ２６は、前述したように、ブーム介入制御が不要になった場合に、ブーム速度Ｖｂｍを、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおいて、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍから一定の変化率ＶＲＣで減少させるが、ブーム６の上昇速度が大きい場合は前述したようなブーム６及びバケット８は上昇し続ける現象が発生する。このため、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける作業機２、より詳細にはブーム６の上昇速度の減少率を変更する。
【００９７】
詳細には、図４に示される作業機コントローラの介入速度算出部２６Ｄは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。次に、図４に示される作業機コントローラ２６の判定部２６Ｊは、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおいて、作業機２の上昇速度、この例では介入速度算出部２６Ｄによって求められたブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍと閾値Ｖｂｍｃとを比較する。ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍが閾値Ｖｂｍｃ以上であると判定部２６Ｊが判定した場合、制御部２６ＣＮＴの介入速度修正部２６Ｆは、上昇速度の減少率を、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が閾値Ｖｂｍｃである場合の値以上として、補正後のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ’を求め、制御部２６ＣＮＴの介入指令算出部２６Ｅに出力する。ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍが閾値Ｖｂｍｃ以上とは、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍの絶対値が閾値Ｖｂｍｃの絶対値以上であることを意味する。
【００９８】
制御部２６ＣＮＴの介入指令算出部２６Ｅは、補正後のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ’を用いてブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃを制御する。このような処理により、作業機コントローラ２６は、ブーム６の上昇速度を変化させる。ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍが閾値Ｖｂｍｃ未満であると判定部２６Ｊが判定した場合、介入指令算出部２６Ｅは、介入速度算出部２６Ｄによって求められたブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを用いてブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃを制御する。
【００９９】
上昇速度の減少率は、ブーム６が上昇するときにおけるブーム速度Ｖｂｍの変化率である。実施形態において、図１０のｔ＝０における上昇速度が閾値Ｖｂｍｃである場合における上昇速度の減少率はＶＲＣである。ブーム介入制御が不要となるタイミングはｔ＝０である。ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が閾値Ｖｂｍｃ以上である場合は、ブーム速度Ｖｂｍがブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ１，Ｖｃｙ＿ｂｍ１である場合である。ブーム速度Ｖｂｍがブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ１である場合の変化率はＶＲ１であり、ブーム速度Ｖｂｍがブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ２であるときの変化率はＶＲ２であり、いずれも変化率ＶＲＣ以上である。この場合、変化率ＶＲ１，ＶＲ２の絶対値は、変化率ＶＲＣの絶対値以上になる。
【０１００】
ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が閾値Ｖｂｍｃ以上である場合の変化率は、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度、すなわち正の値である閾値Ｖｂｍｃを、ブーム速度Ｖｂｍが０になるまでに要する時間ｔｃで除した値である。変化率が大きいと、ブーム介入制御が不要になった場合においてブーム６の上昇は速やかに停止するがブーム速度Ｖｂｍの変化が急になるため、衝撃が発生したり、オペレータが違和感を覚えたりする。このため、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が閾値Ｖｂｍｃ以上である場合の変化率を求めるための時間ｔｃは、ブーム６及びバケット８の上昇の継続を抑制でき、かつブーム速度Ｖｂｍの変化が急になり過ぎない範囲に設定される。実施形態において、時間ｔｃは、例えばオペレータの官能評価によって決定されるが、時間ｔｃを決定する方法はこのような方法に限定されない。オペレータの官能評価において、オペレータが操作をすることによって決定される水準から時間ｔｃが定められる。また、オペレータの官能評価によらず、作業機２の質量から時間ｔｃが決定されてもよい。
【０１０１】
時間ｔｃは、図２に示される作業機コントローラ２６の記憶部２６Ｍに記憶されている。実施形態において、時間ｔｃは一定値であるので、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度に応じて変化率は異なる値をとることになる。より詳細には、制御部２６ＣＮＴの介入速度算出部２６Ｄは、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が大きくなると、変化率、すなわち上昇速度の減少率を大きくする。ブーム介入制御が不要となった場合における上昇速度が大きいほど、ブーム介入制御が不要となった後にブーム６が上昇し続ける時間が長くなる。ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が大きくなるにしたがって上昇速度の減少率を大きくすることで、ブーム介入制御が不要となった後におけるブーム６の上昇を速やかに停止させることができる。
【０１０２】
実施形態において、時間ｔｃは一定値で固定であるが、変更できるようにしてもよい。例えば、図２に示される表示部２９に時間ｔｃの設定画面を表示させ、オペレータが設定画面から時間ｔｃを変更するようにしてもよい。また、介入速度算出部２６Ｄは、作業環境に応じて時間ｔｃを変更してもよい。例えば、作業機２の上方に構造物がある環境で油圧ショベル１００が作業する場合、その情報をオペレータが作業機コントローラ２６に入力する。介入速度算出部２６Ｄは、上方に構造物があるという情報を取得したら、時間ｔｃを現時点よりも短い時間に設定する。このような処理により、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御が不要となった後におけるブーム６の上昇を、より速やかに停止させることができるので、作業機２の上方の構造物と作業機２との干渉を抑制できる。
【０１０３】
制御部２６ＣＮＴの介入速度算出部２６Ｄは、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が閾値Ｖｂｍｃよりも小さい場合、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度の大きさに関わらず、変化率、すなわち上昇速度の減少率を一定値ＶＲＣとする。ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が閾値Ｖｂｍｃよりも小さい場合、ブーム介入制御が不要となった後にブーム６が上昇し続ける時間は短いため、許容できる。このため、上昇速度の減少率を一定値ＶＲＣとして、急激なブーム速度Ｖｂｍの変化を抑制する。
【０１０４】
制御部２６ＣＮＴの介入速度算出部２６Ｄは、例えば操作装置２５からの操作指令によりブーム６が下降する場合、ブーム６が下降する際の速度、すなわち負のブーム速度Ｖｂｍの変化率（増加率）は一定値とする。操作装置２５が電気方式の操作レバーを備える場合、ブーム６を下降させるための操作指令は、図２に示される作業機コントローラ２６が生成する。
【０１０５】
実施形態において、負のブーム速度Ｖｂｍの変化率（増加率）は、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が閾値Ｖｂｍｃである場合における値、すなわちＶＲＣである。ブーム６が下降する際の速度の変化率を一定値とすることにより、オペレータがブーム６を下降させる操作をしているときに介入制御が解除されたときのブーム６の急激な下降が抑制される。ブーム６が下降する際の速度の変化率は、例えば、オペレータが、最大のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ（図８に示される例ではブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ１）でブーム６が下降する操作を行った場合に、ブーム６の急激な下降が許容範囲に抑制できる大きさが好ましい。
【０１０６】
ブーム介入制御を含む介入制御が不要となるタイミングは、介入制御が不要になった時刻であってもよいし、介入制御が不要になった時刻よりも、作業機コントローラ２６の制御の数周期だけ前又は後における時刻であってもよい。また、判定部２６Ｊは、目標掘削地形４３Ｉが存在しなくなる領域にバケット８が位置するタイミング、すなわち介入制御が不要となるタイミングを予め求めておく。介入速度修正部２６Ｆは、判定部２６Ｊによって求められた、介入制御が不要となるタイミングになったら、ブーム６の上昇速度を徐々に低下させる制御を実行してもよい。
【０１０７】
介入制御が不要となるタイミングを予め求める方法は、次の通りである。判定部２６Ｊは、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２の動作速度をから作業機２のバケット８の速度を求める。判定部２６Ｊは、求めたバケット８の速度、表示コントローラ２８から取得した目標掘削地形データＵ及びバケット刃先位置データＳを用いて、目標掘削地形４３Ｉが存在しなくなる領域にバケット８が位置するタイミングを求める。
【０１０８】
＜実施形態に係る作業機械の制御方法＞
図１３は、実施形態に係る作業機械の制御方法を示すフローチャートである。実施形態に係る作業機械の制御方法は、作業機コントローラ２６によって実現される。ステップＳ１０１において、図４に示される作業機コントローラ２６の判定部２６Ｊは、ブーム介入制御が不要であるか否かを判定する。判定部２６Ｊが、ブーム介入制御が不要であると判定した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２において、介入速度修正部２６Ｆは、ステップＳ１０１の判定のタイミング、すなわち介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍと閾値Ｖｂｍｃとを比較する。
【０１０９】
ステップＳ１０２において、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍが閾値Ｖｂｍｃ以上であると判定された場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３において、作業機コントローラ２６の制御部２６ＣＮＴの介入速度修正部２６Ｆは、ブーム６の上昇速度の減少率である変化率ＶＲを閾値Ｖｂｍｃである場合の変化率ＶＲＣに設定する。そして、介入速度修正部２６Ｆは、設定した変化率ＶＲに基づいて補正後のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ’を求め、制御部２６ＣＮＴの介入指令算出部２６Ｅに出力する。変化率ＶＲが設定される場合、介入速度修正部２６Ｆは、介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを介入速度算出部２６Ｄから取得するとともに、記憶部２６Ｍから時間ｔｃを取得して、変化率ＶＲを求める。変化率ＶＲは、介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍが０になるまでの変化量を時間ｔｃで除した値、すなわち−Ｖｃｙ＿ｂｍ／ｔｃである。介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍは、介入速度算出部２６Ｄによって求められる。
【０１１０】
ステップＳ１０４において、作業機コントローラ２６の介入指令算出部２６Ｅは、介入速度修正部２６Ｆによって求められた補正後のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ’からブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃに出力することで、これを制御する。
【０１１１】
ステップＳ１０１に戻り、ブーム介入制御が必要であると判定部２６Ｊが判定した場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０５において、制御部２６ＣＮＴは、介入制御のブーム指令信号ＣＢＩに基づき、介入弁２７Ｃを制御する。ステップＳ１０２に戻り、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍが閾値Ｖｂｍｃ未満であると判定された場合、ステップＳ１０６において、制御部２６ＣＮＴは、補正しないブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを用いてブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃを制御する。
【０１１２】
介入指令算出部２６Ｅは、ステップＳ１０３において、介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍの代わりに、介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム速度Ｖｂｍを用いて変化率ＶＲを求めてもよい。このブーム速度Ｖｂｍは、例えば、ブームシリンダ１０が伸びる速度から求められる。ブームシリンダ１０が伸びる速度は、第１ストロークセンサ１６の検出値から求められる。
【０１１３】
＜マニュアル操作から介入制御へ切り替わる場合＞
作業機コントローラ２６は、介入制御からマニュアル制御へ切り替わるタイミングで作業機２の移動速度の変化率を変化させた。このような制御に限定されず、作業機コントローラ２６は、マニュアル制御から介入制御へ切り替わるタイミングで作業機２の移動速度の変化率を変化させてもよい。
【０１１４】
図１４は、マニュアル操作から介入制御へ切り替わる場合の一例を説明するための図である。図１５は、ブームが動作する速度であるブーム速度と、時間との関係を示す図である。油圧ショベル１００のオペレータがマニュアル操作によってバケット８を下降させるとともに上部旋回体３を旋回させているときに、傾斜面の目標掘削地形４３Ｉｓの上方にバケット８が位置することがある。この場合、作業機コントローラ２６は介入制御を実行してバケット８を上昇させる。このような場合が、マニュアル操作から介入制御へ切り替わる例である。
【０１１５】
図１４に示される例では、目標施工情報Ｔが存在しない領域の上方において、バケット８は下降のマニュアル操作によって矢印Ｄ方向に移動し、かつバケット８は旋回のマニュアル操作によって矢印Ｒ方向に移動する。旋回操作によって、バケット８が、目標施工情報Ｔが存在しない領域の上方の位置Ｐ１から目標施工情報Ｔの上方である位置Ｐ２に移動すると、目標施工情報Ｔ及びバケット８の刃先８Ｔの位置により決定される目標掘削地形情報４３Ｉｓに基づいて作業機コントローラ２６が実行する介入制御によって、バケット８は図１４の矢印Ｕ方向に移動する。図１５に示される例において、マニュアル操作による制御、すなわち操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御と作業機２に対する介入制御とを切り替えるタイミングは、ブーム介入制御が必要になるタイミングである。このタイミングは、時間ｔ＝０である。
【０１１６】
変化率ＶＲＣ’は、介入制御、この例ではブーム介入制御が必要となるタイミングにおけるブーム速度Ｖｂｍが０になるまでの変化量を、ブーム介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム速度Ｖｂｍが０になるまでの時間で除した値である。ブーム介入制御が不要となるタイミングにおけるブーム速度Ｖｂｍをマニュアル操作時速度Ｖｂｏｐｃ、ブーム速度Ｖｂｍが０になるまでの時間をｔ＝ｔｃとした場合、変化率は式（２）で求めることができる。ブーム介入制御が不要となるタイミングは、図１０に示される例ではｔ＝０のときである。マニュアル操作時速度Ｖｂｏｐｃは負の値なので、式（２）から得られる変化率ＶＲＣ’は、正の値となる。
ＶＲＣ’＝（０−Ｖｂｏｐｃ）／（ｔｃ−０）・・（２）
【０１１７】
ブーム６が下降する場合、すなわちブーム速度Ｖｂｍが負の場合、変化率ＶＲＣ’でブーム速度Ｖｂｍを変化させると下降速度は減少するので、変化率ＶＲＣ’は下降速度の減少率を表す。ブーム６が上昇する場合、すなわちブーム速度Ｖｂｍが正の場合、変化率ＶＲＣ’でブーム速度Ｖｂｍを変化させると上昇速度を増加させるので、変化率ＶＲＣ’は上昇速度の増加率を表す。
【０１１８】
オペレータによる下降かつ旋回のマニュアル操作中、目標掘削地形４３Ｉｓが存在している領域の上にバケット８が位置すると、そのタイミングでブーム介入制御が必要になる。このため、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御を実行する。この場合、作業機コントローラ２６は、ブーム速度Ｖｂｍをブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ２とする。
【０１１９】
マニュアル操作による制御、すなわち操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御からブーム介入制御に切り替わる結果、ブーム６は急に上昇するので、衝撃が発生したり、オペレータは違和感を覚えたりする。実施形態において、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御が必要になった場合に、ブーム速度Ｖｂｍ、この場合は下降速度を、ブーム介入制御が必要となるタイミングから一定の変化率ＶＲＣ’で減少させて０にする。その後、作業機コントローラ２６は、ブーム速度Ｖｂｍ、この場合は上昇速度を一定の割合で増加させてブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ２とする。
【０１２０】
このような処理により、マニュアル操作による制御の実行中、目標掘削地形４３Ｉｓが存在している領域にバケット８が進入してブーム介入制御が必要になると、ブーム速度Ｖｂｍは、進入時の下降速度からブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ２まで変化する。その結果、ブーム６の急激な上昇が緩和されるので、衝撃及びオペレータの違和感が低減される。
【０１２１】
作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御が必要になった場合に、ブーム速度Ｖｂｍを、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度から一定の変化率ＶＲＣ’で減少させる。この場合において、ブーム６の下降速度が大きいと、ブーム介入制御が実行されているにも関わらずブーム６及びバケット８が下降し続ける現象が発生する。その結果、オペレータが違和感を覚えたり、バケット８が目標掘削地形４３Ｉｓを侵食したりする可能性がある。このため、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける作業機２、より詳細にはブーム６の下降速度の減少率を変更する。
【０１２２】
詳細には、図４に示される作業機コントローラの介入速度算出部２６Ｄは、ブーム介入制御が必要になったタイミングにおけるブーム６の下降速度を求める。次に、図４に示される作業機コントローラ２６の判定部２６Ｊは、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおいて、作業機２の下降速度、この例では介入速度算出部２６Ｄによって求められたブーム６の下降速度と閾値Ｖｂｏｐｃとを比較する。
【０１２３】
ブーム６の下降速度が閾値Ｖｂｏｐｃ以下であると判定部２６Ｊが判定した場合、制御部２６ＣＮＴの介入速度修正部２６Ｆは、ブーム６の下降速度の減少率を、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度が閾値Ｖｂｏｐｃである場合の値以下として補正後のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ’を求め、制御部２６ＣＮＴの介入指令算出部２６Ｅに出力する。ブーム６の下降速度が閾値Ｖｂｏｐｃ以下とは、ブーム６の下降速度の絶対値が閾値Ｖｂｏｐｃの絶対値以上であることを意味する。
【０１２４】
制御部２６ＣＮＴの介入指令算出部２６Ｅは、補正後のブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍ’を用いてブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃを制御する。この処理により、作業機コントローラ２６は、ブーム６の下降速度を変化させる。ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍが閾値Ｖｂｏｐｃよりも大きいと判定部２６Ｊが判定した場合、介入指令算出部２６Ｅは、介入速度算出部２６Ｄによって求められたブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを用いてブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃを制御する。
【０１２５】
下降速度の減少率は、ブーム６が下降するときにおけるブーム速度Ｖｂｍの変化率である。実施形態において、図１５に示される時間ｔ＝０でのブーム６の下降速度が閾値Ｖｂｏｐｃである場合において、下降速度の減少率はＶＲＣ’である。ブーム介入制御が必要となるタイミングはｔ＝０である。ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度が閾値Ｖｂｏｐｃ以下である場合は、ブーム速度Ｖｂｍが下降速度Ｖｂｏｐ１である場合である。ブーム速度Ｖｂｍが下降速度Ｖｃｏｐ１である場合の変化率はＶＲ１’であり、変化率ＶＲＣ以下である。この場合、下降速度Ｖｂｏｐ１の絶対値は閾値Ｖｂｏｐｃの絶対値以上である。変化率はＶＲ１’の絶対値は、変化率ＶＲＣの絶対値以上である。
【０１２６】
ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度が閾値Ｖｂｏｐｃ未満である場合の変化率は、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度、すなわち負の値である閾値Ｖｂｏｐｃを、ブーム速度Ｖｂｍが０になるまでに要する時間ｔｃで除した値である。
【０１２７】
変化率が大きいと、ブーム介入制御が必要になった場合においてブーム６の下降は速やかに停止するがブーム速度Ｖｂｍの変化が急になるため、衝撃が発生したり、オペレータが違和感を覚えたりする。このため、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度が閾値Ｖｂｏｐｃ以下である場合の変化率を求めるための時間ｔｃは、ブーム６及びバケット８の下降の継続を抑制でき、かつブーム速度Ｖｂｍの変化が急になり過ぎない範囲に設定される。時間ｔｃを決定する方法は、前述した通りである。
【０１２８】
時間ｔｃは、図２に示される作業機コントローラ２６の記憶部２６Ｍに記憶されている。実施形態において、時間ｔｃは一定値であるので、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける上昇速度に応じて変化率は異なる値をとることになる。より詳細には、制御部２６ＣＮＴの介入速度算出部２６Ｄは、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度が大きくなると、変化率、すなわち下降速度の減少率を大きくする。ブーム介入制御が必要となった場合における下降速度が大きいほど、ブーム介入制御が必要となった後にブーム６が下降し続ける時間が長くなる。ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度が大きくなるにしたがって下降速度の減少率を大きくすることで、ブーム介入制御が必要となった後におけるブーム６の下降を速やかに停止させることができる。その結果、オペレータが違和感を覚えたり、バケット８が目標掘削地形４３Ｉｓを侵食したりする可能性を低減できる。
【０１２９】
制御部２６ＣＮＴの介入速度算出部２６Ｄは、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度が閾値Ｖｂｏｐｃよりも大きい場合、例えば図１５の下降速度Ｖｂｏｐ２である場合、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度の大きさに関わらず、変化率、すなわち下降速度の減少率を一定値ＶＲＣ’とする。ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度が閾値Ｖｂｏｐｃよりも大きい場合、ブーム介入制御が必要となった後にブーム６が下降し続ける時間は短いため、許容できる。このため、下降速度の減少率を一定値ＶＲＣ’として、急激なブーム速度Ｖｂｍの変化を抑制する。
【０１３０】
作業機２を下降させるマニュアル操作からブーム介入制御に切り替わる場合、ブーム６の上昇速度、すなわち正のブーム速度Ｖｂｍの変化率（増加率）は、ブーム介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度が閾値Ｖｂｏｐｃである場合における値、すなわちＶＲＣである。作業機２を下降させるマニュアル操作からブーム介入制御に切り替わる場合において、ブーム６が上昇する際の速度の変化率を一定値とすることにより、ブーム介入制御の実行中に、オペレータによるブーム６を下降させる操作が解除されたときのブーム６の急激な上昇が抑制される。
【０１３１】
＜電気方式の操作レバー＞
実施形態において、操作装置２５はパイロット油圧方式の操作レバーを有するが、電気方式の左操作レバー２５Ｌａ及び右操作レバー２５Ｒａを有してもよい。左操作レバー２５Ｌａ及び右操作レバー２５Ｒａが電気方式である場合、それぞれの操作量は、それぞれポテンショメータによって検出される。ポテンショメータによって検出された左操作レバー２５Ｌａ及び右操作レバー２５Ｒａの操作量は、作業機コントローラ２６によって取得される。電気方式の操作レバーの操作信号を検出した作業機コントローラ２６は、パイロット油圧方式と同様の制御を実行する。
【０１３２】
以上、実施形態は、介入制御が不要となるタイミングにおいて、作業機２の上昇速度が閾値以上である場合には、作業機の上昇速度の減少率を、介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が閾値である場合の値以上として作業機２の上昇速度を変化させる。このような処理により、実施形態は、介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が相対的に高い場合には、上昇速度の減少率を相対的に大きくすることができるので、作業機２の上昇を速やかに抑制できる。このように、実施形態は、介入制御の必要がなくなった後の作業機２の上昇を抑制することができる。このため、作業機２の上昇が停止しないことによるオペレータの違和感が抑制され、かつ作業機２の上方に物体があるような環境で油圧ショベル１００が作業する場合、物体と作業機２とが干渉する可能性が低減される。
【０１３３】
また、操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御から介入制御に切り替わる場合、介入制御が必要となるタイミングにおいて、作業機２の下降速度が閾値以下である場合には、作業機の下降速度の減少率を、介入制御が不要となるタイミングにおける上昇速度が閾値である場合の値以下として作業機２の下降速度を変化させる。このような処理により、実施形態は、介入制御が必要となるタイミングにおける下降速度が相対的に高い場合には、下降速度の減少率を相対的に大きくすることができるので、作業機２の下降を速やかに抑制できる。このように、実施形態は、介入制御が必要になった後の作業機２の下降を抑制することができる。このため、作業機２の上昇が停止しないことによるオペレータの違和感が抑制され、かつ作業機２が目標掘削地形４３Ｉｓを侵食する可能性が低減される。
【０１３４】
このように、実施形態は、作業機２に対する介入制御と、操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御とを切り替えるタイミングにおける作業機２の移動速度に応じて、作業機２の移動速度の変化率を変化させる。このため、実施形態は、介入制御と操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御との切り替え時において、切り替わった制御によって作業機２が動作すべき方向に作業機２が動作しないことによるオペレータの違和感を抑制できる。
【０１３５】
以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。例えば、作業機２は、ブーム６、アーム７、バケット８を有しているが、作業機２に装着されるアタッチメントはこれに限られず、バケット８には限定されない。作業機械は作業機を有していればよく、油圧ショベル１００に限定されない。
【符号の説明】
【０１３６】
１  車両本体
２  作業機
３  上部旋回体
５  走行装置
６  ブーム
７  アーム
８  バケット
１０  ブームシリンダ
１１  アームシリンダ
１２  バケットシリンダ
１９  位置検出装置
２３  グローバル座標演算部
２５，２５ａ  操作装置
２６  作業機コントローラ
２６Ａ  相対位置算出部
２６Ｂ  距離算出部
２６ＣＮＴ  制御部
２６Ｃ  目標速度算出部
２６Ｄ  介入速度算出部
２６Ｅ  介入指令算出部
２６Ｊ  判定部
２６Ｍ  記憶部
２６Ｐ  処理部
２７Ｃ  介入弁
２７  制御弁
２８  表示コントローラ
３９  センサコントローラ
４３Ｉ  目標掘削地形
５１  シャトル弁
６４，６４Ａ，６４Ｂ，６４ＢＫ  方向制御弁
１００  油圧ショベル
２００  制御システム
３００  油圧システム
３０１，３０２  油圧回路
【図１】
2016111384.tif 000003
【図２】
2016111384.tif 000004
【図３】
2016111384.tif 000005
【図４】
2016111384.tif 000006
【図５】
2016111384.tif 000007
【図６】
2016111384.tif 000008
【図７】
2016111384.tif 000009
【図８】
2016111384.tif 000010
【図９】
2016111384.tif 000011
【図１０】
2016111384.tif 000012
【図１１】
2016111384.tif 000013
【図１２】
2016111384.tif 000014
【図１３】
2016111384.tif 000015
【図１４】
2016111384.tif 000016
【図１５】
2016111384.tif 000017
【国際調査報告】
2016111384.tif 000018
2016111384.tif 000019