(57)【要約】  建設機械の制御装置は、作業機の操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得部と、操作量データに基づいてバケットの非操作状態を判定する操作判定部と、非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定するバケット制御判定部と、バケット制御条件が満たされていると判定された場合作業機の状態が維持されるようにバケットを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、を備える。
2017086488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともバケットを含む作業機を備える建設機械の制御装置であって、
前記作業機の操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得部と、
前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定する操作判定部と、
前記非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定するバケット制御判定部と、
前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、
を備える建設機械の制御装置。
【請求項２】
前記作業機は、ブーム及びアームを更に含み、
前記バケット制御条件が満たされている状態において維持される前記作業機の状態は、前記作業機の姿勢である、
請求項１に記載の建設機械の制御装置。
【請求項３】
前記バケット制御条件が満たされたと判定されたときの前記作業機の姿勢を示すバケット制御開始角度データを取得する制御開始角度データ取得部を備え、
前記作業機制御部は、前記バケット制御条件が満たされている状態において前記作業機の姿勢が前記バケット制御開始角度に維持されるように前記バケットの角度を制御する制御信号を出力する、
請求項２に記載の建設機械の制御装置。
【請求項４】
前記バケットと目標掘削地形との距離を示す距離データを取得する距離データ取得部を備え、
前記バケット制御条件は、前記距離が第１閾値以下であり且つ前記アームが駆動状態であることを含む、
請求項３に記載の建設機械の制御装置。
【請求項５】
前記距離に基づいて前記作業機の制限速度を決定する作業機目標速度決定部を備え、
前記作業機制御部は、前記距離が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以下であると判定されたとき、前記作業機が前記制限速度に基づいて移動するように前記ブームを制御する制御信号を出力する、
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装置。
【請求項６】
前記バケット制御条件が満たされていないと判定されたとき、前記作業機は、前記操作装置の操作に基づいて駆動される、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の建設機械の制御装置。
【請求項７】
少なくともバケットを含む作業機を備える建設機械の制御方法であって、
前記作業機の操作量を示す操作量データを取得することと、
前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定することと、
前記非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定することと、
前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力することと、
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、建設機械の制御装置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掘削地形に沿ってバケット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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
例えば掘削対象を仕上げ掘削する場合、目標掘削地形に対するバケットの角度を一定角度に維持して作業機を駆動することが要望される。一方、バケットの角度が常に一定角度に制御されてしまうと、オペレータによる操作装置の操作がバケットの駆動に反映されず、オペレータに違和感をもたらす。【０００５】
本発明の態様は、バケットの角度の制御を適切なタイミングで開始できる建設機械の制御装置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】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、少なくともバケットを含む作業機を備える建設機械の制御装置であって、前記作業機の操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得部と、前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定する操作判定部と、前記非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定するバケット制御判定部と、前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、を備える建設機械の制御装置が提供される。【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、少なくともバケットを含む作業機を備える建設機械の制御方法であって、前記作業機の操作量を示す操作量データを取得することと、前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定することと、前記非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定することと、前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力することと、を含む建設機械の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様によれば、バケットの角度の制御を適切なタイミングで開始できる建設機械の制御装置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】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を模式的に示す側面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る作業機制御に基づいて駆動される作業機の動作の一例を説明するための模式図である。
【図４】図４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５】図５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６】図６は、本実施形態に係る制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る整地アシスト制御及びバケット制御を説明するための模式図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る距離と作業機制限速度との関係の一例を示す図である。
【図９】図９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１０】図１０は、本実施形態に係る制御装置の効果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】
【００１０】
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。
【００１１】
［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。
【００１２】
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２と、車体２を支持する走行装置３と、作業機１を操作するための操作装置４０と、作業機１を制御する制御装置５０とを備える。車体２は、走行装置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。車体２は、走行装置３の上に配置される。以下の説明においては、車体２を適宜、上部旋回体２、と称し、走行装置３を適宜、下部走行体３、と称する。
【００１３】
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等が収容される機械室５と、手すり６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。手すり６は、機械室５の前方に配置される。
【００１４】
下部走行体３は、一対の履帯７を有する。履帯７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が車輪（タイヤ）でもよい。
【００１５】
作業機１は、上部旋回体２に支持される。作業機１は、刃先１０を有するバケット１１と、バケット１１に連結されるアーム１２と、アーム１２に連結されるブーム１３とを有する。バケット１１の刃先１０は、バケット１１に設けられた凸形状の刃の先端部でもよい。バケット１１の刃先１０は、バケット１１に設けられたストレート形状の刃の先端部でもよい。
【００１６】
バケット１１は、アーム１２の先端部と連結される。アーム１２の基端部は、ブーム１３の先端部と連結される。ブーム１３の基端部は、上部旋回体２と連結される。
【００１７】
バケット１１とアーム１２とはバケットピンを介して連結される。バケット１１は、回転軸ＡＸ１を中心に回転可能にアーム１２に支持される。アーム１２とブーム１３とはアームピンを介して連結される。アーム１２は、回転軸ＡＸ２を中心に回転可能にブーム１３に支持される。ブーム１３と上部旋回体２とはブームピンを介して連結される。ブーム１３は、回転軸ＡＸ３を中心に回転可能に車体２に支持される。
【００１８】
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。以下の説明においては、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の軸方向を適宜、上部旋回体２の車幅方向、と称し、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３及び旋回軸ＲＸの両方と直交する方向を適宜、上部旋回体２の前後方向、と称する。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向である。
【００１９】
なお、バケット１１は、チルトバケットでもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダの作動により、車幅方向にチルト傾斜可能なバケットである。傾斜地において油圧ショベル１００が稼働する場合、バケット１１が車幅方向にチルト傾斜することにより、斜面又は平地を自由に成形又は整地することができる。
【００２０】
操作装置４０は、運転室４に配置される。操作装置４０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。操作部材は、操作レバー又はジョイスティックを含む。操作部材が操作されることにより、作業機１が操作される。
【００２１】
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）又はＲＡＭ（Random  Access  Memory）のような記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。
【００２２】
図２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１及び図２に示すように、油圧ショベル１００は、作業機１を駆動する油圧シリンダ２０を有する。油圧シリンダ２０は、作動油によって駆動される。油圧シリンダ２０は、バケット１１を駆動するバケットシリンダ２１と、アーム１２を駆動するアームシリンダ２２と、ブーム１３を駆動するブームシリンダ２３とを含む。
【００２３】
図２に示すように、油圧ショベル１００は、バケットシリンダ２１に配置されたバケットシリンダストロークセンサ１４と、アームシリンダ２２に配置されたアームシリンダストロークセンサ１５と、ブームシリンダ２３に配置されたブームシリンダストロークセンサ１６とを有する。バケットシリンダストロークセンサ１４は、バケットシリンダ２１のストローク長であるバケットシリンダ長を検出する。アームシリンダストロークセンサ１５は、アームシリンダ２２のストローク長であるアームシリンダ長を検出する。ブームシリンダストロークセンサ１６は、ブームシリンダ２３のストローク長であるブームシリンダ長を検出する。
【００２４】
油圧ショベル１００は、上部旋回体２の位置を検出する位置検出装置３０を備える。位置検出装置３０は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の位置を検出する車体位置検出器３１と、上部旋回体２の姿勢を検出する姿勢検出器３２と、上部旋回体２の方位を検出する方位検出器３３とを含む。
【００２５】
グローバル座標系（ＸｇＹｇＺｇ座標系）とは、ＧＰＳ（Global  Positioning  System：全地球測位システム）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（ＸＹＺ座標系）とは、油圧ショベル１００の上部旋回体２の基準位置Ｐｓとした相対位置を示す座標系である。上部旋回体２の基準位置Ｐｓは、例えば、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Ｐｓは、回転軸ＡＸ３に設定されてもよい。位置検出装置３０によって、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の３次元位置、水平面に対する上部旋回体２の姿勢角、及び基準方位に対する上部旋回体２の方位が検出される。
【００２６】
車体位置検出器３１は、ＧＰＳ受信機を含む。車体位置検出器３１は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の３次元位置を検出する。車体位置検出器３１は、上部旋回体２のＸｇ方向の位置、Ｙｇ方向の位置、及びＺｇ方向の位置を検出する。
【００２７】
上部旋回体２に複数のＧＰＳアンテナ３１Ａが設けられる。ＧＰＳアンテナ３１Ａは、ＧＰＳ衛星から電波を受信して、受信した電波に基づく信号を車体位置検出器３１に出力する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１Ａ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３１Ａの設置位置Ｐ１を検出する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１に基づいて、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。
【００２８】
車体位置検出器３１は、２つのＧＰＳアンテナ３１Ａのうち一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ａ及び他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ｂのそれぞれを検出する。車体位置検出器３１Ａは、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂと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及び方位を検出する。本実施形態において、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、設置位置Ｐ１ａである。なお、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、設置位置Ｐ１ｂでもよい。
【００２９】
姿勢検出器３２は、ＩＭＵ（Inertial  Measurement  Unit）を含む。姿勢検出器３２は、上部旋回体２に設けられる。姿勢検出器３２は、運転室４の下部に配置される。姿勢検出器３２は、水平面（ＸｇＹｇ平面）に対する上部旋回体２の姿勢角を検出する。水平面に対する上部旋回体２の姿勢角は、車幅方向における上部旋回体２の姿勢角θａと、前後方向における上部旋回体２の姿勢角θｂと、を含む。
【００３０】
方位検出器３３は、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ａと他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ｂ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の方位を検出する機能を有する。基準方位は、例えば北である。方位検出器３３は、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂ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の方位を検出する。方位検出器３３は、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂ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姿勢角θｃに基づいて、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。
【００３１】
なお、方位検出器３３は、位置検出装置３０とは別体でもよい。方位検出器３３は、磁気センサを用いて上部旋回体２の方位を検出してもよい。
【００３２】
油圧ショベル１００は、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を検出する刃先位置検出器３４を備える。
【００３３】
本実施形態において、刃先位置検出器３４は、バケットシリンダストロークセンサ１４の検出結果と、アームシリンダストロークセンサ１５の検出結果と、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果と、バケット１１の長さＬ１１と、アーム１２の長さＬ１２と、ブーム１３の長さＬ１３とに基づいて、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を算出する。
【００３４】
刃先位置検出器３４は、バケットシリンダストロークセンサ１４で検出されたバケットシリンダ長に基づいて、アーム１２に対するバケット１１の刃先１０の姿勢角θ１１を算出する。刃先位置検出器３４は、アームシリンダストロークセンサ１５で検出されたアームシリンダ長に基づいて、ブーム１３に対するアーム１２の姿勢角θ１２を算出する。刃先位置検出器３４は、ブームシリンダストロークセンサ１６で検出されたブームシリンダ長に基づいて、上部旋回体２のＺ軸に対するブーム１３の姿勢角θ１３を算出する。
【００３５】
バケット１１の長さＬ１１は、バケット１１の刃先１０と回転軸ＡＸ１（バケットピン）との距離である。アーム１２の長さＬ１２は、回転軸ＡＸ１（バケットピン）と回転軸ＡＸ２（アームピン）との距離である。ブーム１３の長さＬ１３は、回転軸ＡＸ２（アームピン）と回転軸ＡＸ３（ブームピン）との距離である。
【００３６】
刃先位置検出器３４は、姿勢角θ１１、姿勢角θ１２、姿勢角θ１３、長さＬ１１、長さＬ１２、及び長さＬ１３に基づいて、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を算出する。
【００３７】
また、刃先位置検出器３４は、位置検出装置３０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Ｐｓと刃先１０との相対位置とに基づいて、刃先１０の絶対位置Ｐｂを算出する。絶対位置Ｐｇと基準位置Ｐｓ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。したがって、刃先位置検出器３４は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇと、上部旋回体２の基準位置Ｐｓと刃先１０との相対位置と、油圧ショベル１００の諸元データとに基づいて、刃先１０の絶対位置Ｐｂを算出可能である。
【００３８】
なお、本実施形態においては、姿勢角θ１１，θ１２，θ１３の検出にシリンダストロークセンサ１４，１５，１６が使用されるが、シリンダストロークセンサ１４，１５，１６が使用されなくてもよい。例えば、刃先位置検出器３４は、ポテンショメータ等の角度センサ又は水準器等を使って、バケット１１の姿勢角θ１１、アーム１２の姿勢角θ１２、及びブーム１３の姿勢角θ１３を検出してもよい。
【００３９】
［作業機の動作］
操作装置４０が操作されることにより、バケット１１のダンプ動作、バケット１１の掘削動作、アーム１２のダンプ動作、アーム１２の掘削動作、ブーム１３の上げ動作、及びブーム１３の下げ動作が実行される。
【００４０】
本実施形態において、操作装置４０は、運転席４Ｓに着座したオペレータの右側に配置される右操作レバーと、左側に配置される左操作レバーとを含む。右操作レバーが前後方向に動かされると、ブーム１３は下げ動作及び上げ動作を行う。右操作レバーが左右方向（車幅方向）に動かされると、バケット１１は掘削動作及びダンプ動作を行う。左操作レバーが前後方向に動かされると、アーム１２はダンプ動作及び掘削動作を行う。左操作レバーが左右方向に動かされると、上部旋回体２は左旋回及び右旋回する。なお、左操作レバーが前後方向に動かされた場合に上部旋回体２が右旋回及び左旋回し、左操作レバーが左右方向に動かされた場合にアーム１２がダンプ動作及び掘削動作を行ってもよい。
【００４１】
［作業機制御］
図３は、本実施形態に係る作業機制御に基づいて駆動される作業機２の動作の一例を説明するための模式図である。本実施形態において、作業機制御は、整地アシスト制御及びバケット制御を含む。
【００４２】
図３に示すように、整地アシスト制御とは、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形に沿ってバケット１１が移動するように作業機１を制御することをいう。目標掘削地形は、面で規定されてもよいし、線で規定されてもよい。整地アシスト制御においては、バケット１１が目標掘削地形を超えないように、ブーム１３が上げ動作するようにブームシリンダ２３が制御される。
【００４３】
整地アシスト制御においては、バケット１１及びアーム１２は、オペレータによる操作装置４０の操作に基づいて駆動される。ブーム１３は、制御装置５０による制御に基づいて駆動される。
【００４４】
バケット制御とは、作業機１の状態が一定状態に維持されるように作業機１を制御することをいう。本実施形態において、作業機１の状態は、作業機１の姿勢を含む。作業機１の姿勢は、バケット１１の姿勢角θ１１とアーム１２の姿勢角θ１２とブーム１３の姿勢角θ１３との総和を含む。すなわち、本実施形態において、バケット制御とは、姿勢角θ１１と姿勢角θ１２と姿勢角θ１３との総和を示す作業機１の姿勢が一定角度に維持されるように作業機１を制御することをいう。図３に示すように、バケット制御においては、目標掘削地形に対するバケット１１の角度が一定角度に維持されるように、油圧シリンダ２０が制御される。
【００４５】
バケット制御においては、アーム１２は、オペレータによる操作装置４０の操作に基づいて駆動される。バケット１１は、制御装置５０による制御に基づいて駆動される。
【００４６】
図３に示すように、本実施形態においては、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形に沿って移動し、且つ、バケット１１の底面１７が目標掘削地形から離れるように、整地アシスト制御及びバケット制御が実施される。
【００４７】
掘削対象を掘削するときにバケット制御が実施される場合、アーム１２は掘削動作され、バケット１１はダンプ動作される。制御装置５０は、操作装置４０の操作によりアーム１２が掘削動作されている状態で、目標掘削地形に沿ってバケット１１が移動するように、バケット１１をダンプ動作させるとともに、ブーム１３を上げ動作させる。
【００４８】
本実施形態において、バケット制御は、バケット１１の少なくとも一部がバケット制御範囲に存在するときに実施される。バケット制御範囲とは、目標掘削地形を基準とする、目標掘削地形から所定距離の範囲である。本実施形態においては、目標掘削地形とバケット１１との距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下のときに、バケット制御が実施される。
【００４９】
［油圧システム］
次に、本実施形態に係る油圧システム３００の一例について説明する。バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームシリンダ２３を含む油圧シリンダ２０は、油圧システム３００により作動する。油圧シリンダ２０は、操作装置４０及び制御装置５０の少なくとも一方により操作される。
【００５０】
図４は、バケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。バケット１１は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。バケットシリンダ２１が伸びることにより、バケット１１が掘削動作し、バケットシリンダ２１が縮むことにより、バケット１１がダンプ動作する。
【００５１】
油圧システム３００は、方向制御弁４１を介してバケットシリンダ２１に作動油を供給する可変容量型のメイン油圧ポンプ４２と、パイロット油を供給するサブ油圧ポンプ４３と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、油路４４Ａ，４４Ｂに配置され、方向制御弁４１に対するパイロット圧を調整する制御弁４５Ａ，４５Ｂと、操作装置４０に接続される油路４７Ａ，４７Ｂと、油路４７Ａ，４７Ｂに配置された圧力センサ４９Ａ，４９Ｂと、油路４７Ａ，４７Ｂに配置された絞りと、制御弁４５Ａ，４５Ｂを制御する制御装置５０とを備える。
【００５２】
制御弁４５Ａ，４５Ｂは、電磁比例制御弁である。制御弁４５Ａ，４５Ｂは、油路４４Ｃを介してサブ油圧ポンプ４３と接続される。サブ油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油は、制御弁４５Ａ，４５Ｂに供給される。なお、メイン油圧ポンプ４２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制御弁４５Ａ，４５Ｂに供給されてもよい。制御弁４５Ａ，４５Ｂは、制御装置５０からの制御信号に基づいて、方向制御弁４１に対するパイロット圧を調整する。制御弁４５Ａは、油路４４Ａのパイロット圧を調整する。制御弁４５Ｂは、油路４４Ｂのパイロット圧を調整する。本実施形態においては、サブ油圧ポンプ４３は、常時、制御弁４５Ａ，４５Ｂにパイロット油を供給する。したがって、操作装置４０の操作レバーが中立位置に存在していても、制御弁４５Ａ，４５Ｂには、常時、パイロット圧が作用する。
【００５３】
方向制御弁４１は、作動油が流れる方向及び作動油の供給量を制御する。メイン油圧ポンプ４２から供給された作動油は、方向制御弁４１を介して、バケットシリンダ２１に供給される。方向制御弁４１は、バケットシリンダ２１のキャップ側油室２０Ａに対する作動油の供給とロッド側油室２０Ｂに対する作動油の供給とを切り替える。また、方向制御弁４１は、作動油の供給量を調整する。キャップ側油室２０Ａ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２０Ｂは、ピストンロッドが配置される空間である。
【００５４】
操作装置４０は、サブ油圧ポンプ４３と接続される。サブ油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が操作装置４０に供給される。なお、メイン油圧ポンプ４２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４０に供給されてもよい。
【００５５】
操作装置４０が操作されると、操作装置４０の操作量に基づいて、油路４７Ａの圧力及び油路４７Ｂの圧力が変化する。油路４７Ａの圧力は、圧力センサ４９Ａによって検出される。油路４７Ｂの圧力は、圧力センサ４９Ｂによって検出される。
【００５６】
圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データは、制御装置５０に出力される。制御装置５０は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、操作装置４０の操作量及び操作量を検出する。制御装置５０は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、制御弁４５Ａ，４５Ｂに制御信号を出力する。
【００５７】
制御装置５０は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、操作装置４０の操作量及び操作方向に応じたパイロット圧が方向制御弁４１に作用するように、制御弁４５Ａ，４５Ｂを制御する。これにより、制御装置５０は、操作装置４０の操作量及び操作方向に基づいてパイロット圧を調整して、軸方向に関するスプールの移動量及び移動速度を調整することができる。
【００５８】
例えば、操作装置４０の操作レバーが中立位置より一方側に動かされると、圧力センサ４９Ａは、その操作レバーの操作量に応じた圧力を検出する。制御装置５０は、その圧力センサ４９Ａの検出データに応じたパイロット圧が方向制御弁４１に作用するように、制御弁４５Ａを制御する。操作装置４０の操作レバーが中立位置より他方側に動かされると、圧力センサ４９Ｂは、その操作レバーの操作量に応じた圧力を検出する。制御装置５０は、その圧力センサ４９Ｂの検出データに応じたパイロット圧が方向制御弁４１に作用するように、制御弁４５Ｂを制御する。
【００５９】
また、制御装置５０は、操作装置４０の操作によらずに、制御弁４５Ａ，４５Ｂに制御信号を出力して、方向制御弁４１に作用するパイロット圧を調整することができる。例えば、バケット制御においては、制御装置５０から出力された、バケット制御に関する制御信号に基づいて制御弁４５Ａ及び制御弁４５Ｂが制御される。制御弁４５Ａ及び制御弁４５Ｂは、バケット制御を実行するために制御装置５０から出力された制御信号に基づいて制御される。一方、バケット制御を実行しないとき、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ａ及び制御弁４５Ｂが制御される。
【００６０】
なお、操作装置４０は、電気方式の操作装置でもよい。例えば、操作装置４０が、電気レバーのような操作部材と、操作部材の傾倒量を電気的に検出するポテンショメータ傾斜計のような作動量センサとを有してもよい。作動量センサの検出データは、制御装置５０に出力される。制御装置５０は、操作装置４０の操作量として、作動量センサの検出データを取得する。制御装置５０は、作動量センサの検出データに基づいて、方向制御弁４１を駆動するための制御信号を出力してもよい。また、方向制御弁４１がソレノイドのような電力で作動するアクチュエータによって駆動されてもよい。
【００６１】
図５は、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。操作装置４０の操作により、ブーム１３は、上げ動作及び下げ動作の２種類の動作を実行する。ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００は、メイン油圧ポンプ４２と、パイロット圧ポンプ４３と、方向制御弁４１と、方向制御弁４１に対するパイロット圧を調整する操作装置４０と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、油路４４Ｃに配置された制御弁４５Ｃと、油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃに配置された圧力センサ４６Ａ，４６Ｂと、制御弁４５Ｃを制御する制御装置５０とを備える。
【００６２】
制御弁４５Ｃは、電磁比例制御弁である。制御弁４５Ｃは、制御装置５０からの指令信号に基づいて、パイロット圧を調整する。制御弁４５Ｃは、油路４４Ｃのパイロット圧を調整する。
【００６３】
操作装置４０が操作されることにより、操作装置４０の操作量に応じたパイロット圧が方向制御弁４１に作用する。方向制御弁４１のスプールは、パイロット圧に応じて移動する。スプールの移動量に基づいて、メイン油圧ポンプ４２から方向制御弁４１を介してブームシリンダ２３に供給される単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。
【００６４】
本実施形態においては、整地アシスト制御のために、制御装置５０から出力された、整地アシスト制御に関する制御信号に基づいて作動する制御弁４５Ｃが油路４４Ｃに設けられる。油路４４Ｃに、パイロット圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が流れる。油路４４Ｃ及び油路４４Ｂは、シャトル弁４８と接続される。シャトル弁４８は、油路４４Ｂ及び油路４４Ｃのうち、パイロット圧が高い方の油路のパイロット油を、方向制御弁４１に供給する。制御弁４５Ｃは、整地アシスト制御を実行するために制御装置５０から出力された制御信号に基づいて制御される。
【００６５】
整地アシスト制御を実行しないとき、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御装置５０は、制御弁４５Ｃに制御信号を出力しない。例えば、制御装置５０は、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ｃで油路４４Ｃを閉じる。
【００６６】
整地アシスト制御を実行するとき、制御装置５０は、制御弁４５Ｃによって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ｃを制御する。例えば、ブーム１３の移動を制限する整地アシスト制御を実行する場合、制御装置５０は、ブーム目標速度に応じたパイロット圧となるように、制御弁４５Ｃを全開状態とする。油路４４Ｃのパイロット圧が油路４４Ｂのパイロット圧より大きくなると、制御弁４５Ｃからのパイロット油がシャトル弁４８を介して方向制御弁４１に供給される。これにより、ブームシリンダ２３が伸び、ブーム１３が上げ動作する。
【００６７】
アーム１２は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。アームシリンダ２２が伸びることにより、アーム１２が掘削動作し、アームシリンダ２２が縮むことにより、アーム１２がダンプ動作する。アームシリンダ２２を作動する油圧システム３００についての説明は省略する。
【００６８】
［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６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。
【００６９】
図６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、位置検出装置３０と、刃先位置検出器３４と、操作装置４０と、制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ）と、圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）と、圧力センサ４９（４９Ａ，４９Ｂ）と、目標施工データ生成装置７０とを備える。
【００７０】
上述したように、車体位置検出器３１、姿勢検出器３２、及び方位検出器３３を含む位置検出装置３０は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。以下の説明においては、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを適宜、車体位置Ｐｇ、と称する。
【００７１】
制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ）は、油圧シリンダ２０に対する作動油の供給量を調整する。制御弁４５は、制御装置５０からの制御信号に基づいて作動する。圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）は、油路４４（４４Ａ，４４Ｂ）のパイロット圧を検出する。圧力センサ４９（４９Ａ，４９Ｂ）は、油路４７（４７Ａ，４７Ｂ）のパイロット圧を検出する。圧力センサ４６の検出データ及び圧力センサ４９の検出データは、制御装置５０に出力される。
【００７２】
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立体設計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。
【００７３】
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憶媒体を含み、制御装置５０が、その記憶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。
【００７４】
制御装置５０は、プロセッサで実行される車体位置データ取得部５１と、バケット位置データ取得部５２と、目標掘削地形データ取得部５３と、距離データ取得部５４と、操作量データ取得部５６と、作業機目標速度決定部５７と、操作判定部５８と、バケット制御判定部５９と、制御開始角度データ取得部６０と、を有する。制御装置５０は、記憶装置で実現される、油圧ショベル１００の諸元データを記憶する記憶部６２を含む。制御装置５０は、入出力インターフェース装置を構成する入出力部６３を含む。
【００７５】
車体位置データ取得部５１は、位置検出装置３０から、入出力部６３を介して、車体位置Ｐｇを示す車体位置データを取得する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１の設置位置Ｐ１ａ及び設置位置Ｐ１ｂの少なくとも一方に基づいて、車体位置Ｐｇを検出する。車体位置データ取得部５１は、車体位置検出器３１から、車体位置Ｐｇを示す車体位置データを取得する。
【００７６】
バケット位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４から、入出力部５６を介して、バケット１１の刃先位置を含むバケット位置データを取得する。バケット位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４から、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置である刃先位置を含むバケット位置データを取得する。目標掘削地形データ取得部５３は、目標施工データ生成装置７０から供給される目標施工データとバケット位置データとを用いて、バケット１１の位置に対応する、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形データを生成する。
【００７７】
距離データ取得部５４は、バケット位置データ取得部５２で取得されたバケット１１の位置と、目標掘削地形データ取得部５３で生成された目標掘削地形とに基づいて、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄを算出して、距離Ｄを示す距離データを取得する。
【００７８】
なお、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄは、バケット１１の刃先１０と目標掘削地形との距離でもよいし、バケット１１の外形寸法データを用いて算出された、バケット１１の外周面を含むバケット１１の任意の位置と目標掘削地形との距離でもよい。例えば、バケット１１の底面１７と目標掘削地形との距離が、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄでもよい。
【００７９】
操作量データ取得部５６は、作業機１を操作する操作装置４０の操作量を示す操作量データを取得する。バケット１１の操作量、アーム１２の操作量、及びブーム１３の操作量は、圧力センサ４６の検出データと相関する。作業機１の操作量と圧力センサ４６の検出データとの相関を示す相関データは、予備実験又はシミュレーションにより事前に求められ、記憶部６２に記憶されている。なお、操作量の取得は、レバーに設置されるポテンショ等の角度センサの検出値でもよい。
【００８０】
操作量データ取得部５６は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データと、記憶部６２に記憶されている相関データとに基づいて、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データから、バケット１１を操作する操作装置４０の操作量を示す操作量データを取得する。同様に、操作量データ取得部５６は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号と、記憶部６２に記憶されている相関データとに基づいて、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号（ＰＰＣ圧）から、アーム１２及びブーム１３の少なくとも一方を操作するための操作装置４０の操作量を示す操作量データを取得する。
【００８１】
作業機目標速度決定部５７は、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄに基づいて、作業機１全体の制限速度を示す作業機制限速度を決定する。作業機１全体の速度とは、バケット１１、アーム１２、及びブーム１３が駆動したときの、バケット１１の実際の動作速度をいう。また、作業機目標速度決定部５７は、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄに基づいて、ブーム目標速度を決定する。本実施形態において、作業機目標速度決定部５７は、作業機制限速度と、操作量データ取得部５６で取得された少なくともアーム操作量及びバケット操作量に基づいて、バケット１１及びアーム１２の操作に基づく作業機１全体の速度と作業機制限速度との偏差が相殺されるように、ブーム目標速度を算出する。整地アシスト制御においては、バケット１１の動き及びアーム１２の動きは、オペレータによる操作装置４０の操作に基づく。整地アシスト制御において、操作装置４０によりバケット１１及びアーム１２が操作されている状態で、目標掘削地形に沿ってバケット１１の刃先１０が移動するように、作業機目標速度決定部５７は、上げ動作するブーム１０のブーム目標速度を決定する。
【００８２】
操作判定部５８は、バケット１１を操作する操作装置４０の操作量を示すバケット操作量データに基づいて、バケット１１を操作する操作装置４０が非操作であることを判定する。バケット１１を操作する操作装置４０の非操作は、バケット１１が掘削動作及びダンプ動作の両方を実施しない中立操作を含む。操作判定部５８は、バケット操作レバーが中立位置に存在するか否かを、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、判定する。
【００８３】
バケット制御判定部５９は、操作判定部５８の判定に基づいて、バケット制御を実施するためのバケット制御条件が満たされているか否かを判定する。本実施形態において、バケット制御判定部５９は、距離データ取得部５４で取得された距離データ及び操作判定部５８の判定データに基づいて、バケット制御条件が満たされているか否かを判定する。本実施形態において、バケット制御条件は、バケット１１を操作するための操作装置４０が非操作であり、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つアーム１２が駆動状態であることを含む。
【００８４】
制御開始角度データ取得部６０は、バケット制御条件が満たされたと判定されたときの作業機１の姿勢を示すバケット制御開始角度データを取得する。すなわち、制御開始角度データ取得部６０は、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つバケット１１を操作するためのバケット操作レバーが中立位置にあると判定された時点における作業機１の姿勢データを取得する。
【００８５】
作業機制御部６１は、バケット制御条件が満たされている状態において作業機１の状態が維持されるようにバケット１１を制御する制御信号を出力する。作業機制御部６１は、整地アシスト制御及びバケット制御を含む作業機制御を実施するための制御信号を制御弁４５Ａ，４５Ｂに出力する。本実施形態において、作業機制御部６１は、バケット制御条件が満たされている状態において、作業機１の姿勢が一定角度に維持されるように、バケットシリンダ２１を制御するための制御信号を出力して、バケット制御を実施する。
【００８６】
本実施形態において、作業機制御部６１は、バケット制御条件が満たされている状態において、作業機１の姿勢であるブーム１３の姿勢角θ１３とアーム１２の姿勢角θ１２とバケット１１の姿勢角θ１１との総和が維持されるように、ブーム１３の姿勢角θ１３とアーム１２の姿勢角θ１２との和の変化分をバケット１１の姿勢角θ１１で相殺するように、バケット１１の目標角度を決定して、制御信号を出力する。
【００８７】
一方、バケット制御条件が満たされていないと判定されたとき、バケット１１は、操作装置４０の操作に基づいて駆動される。
【００８８】
また、作業機制御部６１は、距離Ｄが第１閾値Ｈ１よりも大きい第２閾値Ｈ２以下であると判定されたとき、作業機１が作業機制限速度に基づいて移動するように、ブーム１３を駆動するブームシリンダ２３を制御するための制御信号を出力して、整地アシスト制御を実施する。
【００８９】
図７は、本実施形態に係る整地アシスト制御及びバケット制御を説明するための模式図である。はじめに、整地アシスト制御について説明を行う。図７に示すように、速度制限介入ラインＳＨ２が規定される。速度制限ラインＳＨ２は、目標掘削地形と平行であり、目標掘削地形から距離Ｈ２だけ離れた位置に規定される。距離Ｈ２は、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄについての第２閾値である。距離Ｈ２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。
【００９０】
距離データ取得部５４は、目標掘削地形の法線方向におけるバケット１１と目標掘削地形との最短距離である距離Ｄを取得する。図７に示す例では、バケット１１の底面の目標掘削地形との間において距離Ｄが規定される。また、作業機目標速度決定部５７は、距離Ｄに応じて作業機１全体の整地アシストのための制限速度である作業機制限速度Ｖｔを決定する。
【００９１】
図８は、本実施形態における第２閾値Ｈ２と距離Ｄの関係と、距離Ｄと作業機制限速度Ｖｔとの関係の一例を示す図である。作業機制限速度Ｖｔは、距離Ｄが第２閾値Ｈ２よりも大きいときには設定されず、距離Ｄが第２閾値Ｈ２以下のときに設定される。距離Ｄが小さくなるほど、作業機制限速度Ｖｔは小さくなり、距離Ｄが零になると、作業機制限速度Ｖｔも零になる。本実施形態においては、バケット１１が目標掘削地形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１１が目標掘削地形の上側から下側に向かうときの速度を負の値とする。作業機目標速度決定部５７は、距離Ｄが大きいほど作業機制限速度Ｖｔの絶対値が大きくなり、距離Ｄが小さいほど作業機制限速度Ｖｔの絶対値が小さくなるように、作業機制限速度Ｖｔを決定する。
【００９２】
次に、バケット制御について説明する。バケット制御判定部５９は、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つバケット操作レバーが中立操作されているか否かを判定する。図７に示すように、バケット制御のための第１閾値Ｈ１は、整地アシスト制御のための第２閾値Ｈ２よりも小さい。
【００９３】
例えば、操作装置４０の操作によりバケット１１が目標掘削地形に徐々に接近し、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下となり、且つ、オペレータがバケット操作レバーの操作を辞めてバケット操作レバーが中立操作された時点において、バケット制御判定部５９は、バケット制御条件が満たされたと判定する。作業機制御部６１は、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下となり、且つ、オペレータがバケット操作レバーの操作をやめてバケット操作レバーが中立操作された時点において、バケット制御を開始する。
【００９４】
制御装置５０において上述のような整地アシスト制御及びバケット制御が実施されることにより、例えば、バケット操作レバーが中立位置に配置されている状態で、アーム１２及びブーム１３の少なくとも一方の駆動によりバケット１１が目標掘削地形に徐々に接近し、距離Ｄが第１閾値Ｈ１よりも大きい状態から第１閾値Ｈ１以下になったとき、距離Ｄ１が第１閾値Ｈ１以下になった時点における目標掘削地形に対するバケット１１の角度が維持される。
【００９５】
また、例えば、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下の状態で、バケット操作レバーが操作されている状態から中立位置に配置されたとき、バケット操作レバーが中立位置に配置された時点における目標掘削地形に対するバケット１１の角度が維持されるように、バケット制御及び整地アシスト制御を含む作業機制御が実施される。
【００９６】
本実施形態においては、作業機１の状態を維持するために、作業機１の姿勢に基づいてバケット制御が実施される。なお、作業機１の状態を維持するために、バケット１１と目標掘削地形との相対角度が維持されるようにバケット制御が実施されてもよい。この場合、バケット１１の形状に基づいてベクトルを規定したり、目標掘削地形に対する法線ベクトルを規定したりすることにより、相対角度が維持されるようにバケット制御が実施されてもよい。
【００９７】
［油圧ショベルの制御方法］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法について、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法を示すフローチャートである。
【００９８】
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供給される。目標掘削地形データ取得部５３は、目標施工データ生成装置７０から供給される目標施工データを取得する（ステップＳ１０）。
【００９９】
刃先位置検出器３４から制御装置５０にバケット位置データが供給される。バケット位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４からバケット位置データを取得する（ステップＳ２０）。
【０１００】
距離データ取得部５４は、目標掘削地形データ取得部５３で取得された目標掘削地形と、バケット位置データ取得部５２で取得されたバケット位置データとに基づいて、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄを示す距離データを算出する（ステップＳ３０）。これにより、バケット１１と目標掘削地形との距離データが取得される。
【０１０１】
作業機目標速度決定部５７は、距離データに基づいて、作業機制限速度Ｖｒを決定する。図８を参照して説明したような、距離Ｄと作業機制限速度Ｖｒとの関係を示すマップデータが記憶部６２に記憶されている。作業機目標速度決定部５７は、距離データ取得部５４で取得された距離データと、記憶部６２に記憶されているマップデータとに基づいて、距離Ｄに応じた作業機制限速度Ｖｒを決定する。
【０１０２】
作業機目標速度決定部５７は、決定された作業機制限速度Ｖｒと、操作量データ取得部５６で取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいて、整地アシスト制御するためのブーム目標速度Ｖｂを算出する。
【０１０３】
距離Ｄが第２閾値Ｈ２以下であるとき、作業機制御部６１は、ブーム１３がブーム目標速度Ｖｂに基づいて移動するように、ブームシリンダ２３を制御するための制御信号を制御弁４５Ｃに出力する（ステップＳ５０）。これにより、整地アシスト制御が開始される。
【０１０４】
操作量データ取得部５６は、作業機１を駆動する油圧シリンダ２０を操作する操作装置４０の操作量を示す操作量データを取得する（ステップＳ６０）。本実施形態において、操作量データ取得部５６は、操作装置４０のうち少なくともバケット操作レバーの操作量を示すバケット操作量データを取得する。操作量データ取得部５６は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、バケット操作レバーのバケット操作量データを取得することができる。
【０１０５】
操作判定部５８は、操作量データ取得部５６で取得された操作量データに基づいて、操作装置４０が所定操作されているか否かを判定する。本実施形態において、操作判定部５８は、操作装置４０のうち少なくともバケット１１を操作する操作装置４０であるバケット操作レバーが非操作であるか否かを判定する。
【０１０６】
バケット制御判定部５９は、ステップＳ３０で取得された距離データと、バケット操作レバーが非操作であるか否かについての判定データとに基づいて、操作装置４０のバケット操作レバーが非操作であり距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つアーム１２が駆動状態であるバケット制御条件が満たされているか否かを判定する（ステップＳ７０）。
【０１０７】
ステップＳ７０において、バケット制御条件が満たされていると判定されたとき（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、制御開始角度データ取得部６０は、バケット制御条件が満たされたと判定された時点における作業機１の姿勢を示すバケット制御開始角度データを取得する。作業機制御部６１は、制御開始角度データ取得部６０で取得されたバケット制御開始角度データに基づいて、バケット制御におけるバケット制御開始角度を決定する（ステップＳ８０）。
【０１０８】
作業機制御部６１は、バケット制御条件が満たされている状態において、作業機１の姿勢が一定角度に維持されるように、油圧シリンダ２０のうち少なくともバケット１１を駆動するバケットシリンダ２１を制御するための制御信号を出力する（ステップＳ９０）。本実施形態においては、作業機制御部６１は、バケットシリンダ２１を制御するための制御弁４５Ａ，４５Ｂに制御信号を出力して、バケット制御を実施する。
【０１０９】
なお、ステップＳ７０において、バケット制御条件が満たされていないと判定されたとき（ステップＳ７０：Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻る。油圧シリンダ２０は、オペレータによる操作装置４０の操作に基づいて駆動される。
【０１１０】
［作用及び効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、操作装置４０が所定操作されているバケット制御条件が満たされているとき、作業機１の姿勢を一定角度に維持するバケット制御が自動的に開始される。これにより、オペレータが特別な操作を実施しなくても、目標掘削地形に対するバケット１１の角度が一定角度に維持されるバケット制御が自動的に開始される。
【０１１１】
図１０は、本実施形態に係る制御システム２００の効果を説明するための模式図である。図１０に示すように、バケット制御の開始直後においては、矢印ｙ１で示すように、バケット制御に基づいて、バケット１１の高さ及びバケット１１の姿勢角θ１１の制御が行われ、掘削が開始される。次に、オペレータが必要に応じてバケット操作することにより、バケット制御が解除され、矢印ｙ２で示すように、バケット角度が調整される。例えば、オペレータが目標掘削地形とバケット１１の底面１７とを正対したい場合、オペレータによるバケット操作が実施される。次に、オペレータによるバケット操作が解除されることにより、矢印ｙ３で示すように、バケット制御に基づいて掘削が実施される。最後に、オペレータがバケット操作することにより、バケット制御が解除され、矢印ｙ４で示すように、バケット角度が調整される。例えば、オペレータがバケット１１による掬い込みを実施したい場合、オペレータによるバケット操作が実施される。このように、オペレータは、掘削の初期期間又は掘削の終期期間だけ、バケット１１の操作を行えばよい。掘削精度が必要な期間においては、オペレータによるバケット１１の操作が実施されなくても、バケット制御が実施されることにより、バケット１１は目標掘削地形との相対角度を維持することができる。これにより、操作性及び施工精度が向上する。
【０１１２】
また、本実施形態によれば、バケット１１を操作するための操作装置４０が非操作であり、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つアーム１２が駆動状態であるバケット制御条件が満たされているとき、バケット制御が自動的に開始される。これにより、オペレータが特別な操作を実施しなくても、目標掘削地形に対するバケット１１の角度が一定角度に維持されるバケット制御が自動的に開始される。
【０１１３】
操作装置４０のバケット操作レバーが非操作であり、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つアーム１２が駆動状態であるバケット制御条件が満たされているときにバケット制御が自動的に開始されるため、バケット制御は、仕上げ掘削するために適切なタイミングで開始される。
【０１１４】
また、バケット制御条件が満たされないと判定されたとき、バケット制御は実施されず、油圧シリンダ２０は、操作装置４０の操作に基づいて駆動される。したがって、オペレータによる操作装置４０の操作をバケット１１の駆動に反映させることができる。
【０１１５】
また、バケット制御条件が満たされたと判定された時点におけるバケット１１の角度が維持された状態で、バケット制御が実施される。したがって、オペレータは、例えばバケット操作レバーを中立位置に戻すだけで、バケット制御におけるバケット１１の角度を設定することができる。
【０１１６】
なお、上述の実施形態においては、操作装置４０が油圧ショベル１００に設けられることとした。操作装置４０が油圧ショベル１００から離れた遠隔地に設けられ、油圧ショベル１００が遠隔操作されてもよい。作業機１が遠隔操作される場合、遠隔地に設けられた操作装置４０から作業機１の操作量を示す指令信号が油圧ショベル１００に無線送信される。制御装置５０の操作量データ取得部５６は、無線送信された操作量を示す指令信号を取得する。
【０１１７】
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１００であることとした。上述の実施形態で説明した制御装置５０及び制御方法は、油圧ショベル１００以外にも、作業機を有する建設機械全般に適用可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
１…作業機、２…車体（上部旋回体）、３…走行装置（下部走行体）、４…運転室、４Ｓ…運転席、５…機械室、６…手すり、７…履帯、１０…刃先、１１…バケット、１２…アーム、１３…ブーム、１４…バケットシリンダストロークセンサ、１５…アームシリンダストロークセンサ、１６…ブームシリンダストロークセンサ、１７…底面、２０…油圧シリンダ、２０Ａ…キャップ側油室、２０Ｂ…ロッド側油室、２１…バケットシリンダ、２２…アームシリンダ、２３…ブームシリンダ、３０…位置検出装置、３１…車体位置検出器、３１Ａ…ＧＰＳアンテナ、３２…姿勢検出器、３３…方位検出器、３４…刃先位置検出器、４０…操作装置、４１…方向制御弁、４２…メイン油圧ポンプ、４３…サブ油圧ポンプ、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ…油路、４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ…制御弁、４６Ａ，４６Ｂ…圧力センサ、４７Ａ，４７Ｂ…油路、４８…シャトル弁、４９Ａ，４９Ｂ…圧力センサ、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、５３…目標掘削地形データ取得部、５４…距離データ取得部、５６…操作量データ取得部、５７…作業機目標速度決定部、５８…操作判定部、５９…バケット制御判定部、６０…制御開始角度データ取得部、６１…作業機制御部、６２…記憶部、６３…入出力部、７０…目標施工データ生成装置、１００…油圧ショベル（建設機械）、２００…制御装置、３００…油圧システム、ＡＸ１…回転軸、ＡＸ２…回転軸、ＡＸ３…回転軸、Ｌ１１…長さ、Ｌ１２…長さ、Ｌ１３…長さ、Ｐｂ…刃先の絶対位置、Ｐｇ…車体の絶対位置、ＲＸ…旋回軸、θ１１…姿勢角、θ１２…姿勢角、θ１３…姿勢角。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年9月11日(2017.9.11)
【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】
少なくともバケット及びアームを含む作業機を備える建設機械の制御装置であって、
前記作業機の操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得部と、
前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定する操作判定部と、
前記バケットと目標掘削地形との距離を示す距離データを取得する距離データ取得部と、
前記非操作状態の判定に基づいて、前記バケットを操作するための操作装置が非操作であり、前記距離が第１閾値以下であり且つ前記アームが駆動状態であるバケット制御条件が満たされているか否かを判定するバケット制御判定部と、
前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、
を備える建設機械の制御装置。
【請求項２】
前記作業機は、ブームを更に含み、
前記バケット制御条件が満たされている状態において維持される前記作業機の状態は、前記作業機の姿勢である、
請求項１に記載の建設機械の制御装置。
【請求項３】
前記バケット制御条件が満たされたと判定されたときの前記作業機の姿勢を示すバケット制御開始角度データを取得する制御開始角度データ取得部を備え、
前記作業機制御部は、前記バケット制御条件が満たされている状態において前記作業機の姿勢が前記バケット制御開始角度に維持されるように前記バケットの角度を制御する制御信号を出力する、
請求項２に記載の建設機械の制御装置。
【請求項４】
前記距離に基づいて前記作業機の制限速度を決定する作業機目標速度決定部を備え、
前記作業機制御部は、前記距離が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以下であると判定されたとき、前記作業機が前記制限速度に基づいて移動するように前記ブームを制御する制御信号を出力する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の建設機械の制御装置。
【請求項５】
前記バケット制御条件が満たされていないと判定されたとき、前記作業機は、前記操作装置の操作に基づいて駆動される、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の建設機械の制御装置。
【請求項６】
少なくともバケット及びアームを含む作業機を備える建設機械の制御方法であって、
前記作業機の操作量を示す操作量データを取得することと、
前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定することと、
前記バケットと目標掘削地形との距離を示す距離データを取得することと、
前記非操作状態の判定に基づいて、前記バケットを操作するための操作装置が非操作であり、前記距離が第１閾値以下であり且つ前記アームが駆動状態であるバケット制御条件が満たされているか否かを判定することと、
前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力することと、
を含む建設機械の制御方法。
【国際調査報告】
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