JP2016084663A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】マシンガイダンス中の意図しない動作を防止するショベルを提供すること。【解決手段】本発明の実施例に係るショベルは、バケット６と、アーム５と、ブーム４と、上部旋回体３と、旋回機構２を介して上部旋回体３を旋回可能に支持する下部走行体１とを有する。また、バケット６の現在の先端位置と目標位置との偏差の大きさを視覚的に或いは聴覚的に知らせるマシンガイダンスを実行するマシンガイダンス装置５０と、マシンガイダンス中に旋回機構２をロックするコントローラ３０とを有する。【選択図】図４

Description

本発明はマシンガイダンス機能が搭載されるショベルに関する。

ショベルの操作を案内する案内画面を表示する表示システムを搭載したショベルが知られている（特許文献１参照。）。案内画面はバケットの刃先と目標施工面との位置関係を示す画像を含む。

特開２０１２−１７２４２５号公報

しかしながら、上述のような表示システムを利用するショベルの運転者は、案内画面を必要以上に注視してしまい、周囲の状況に対する意識が低下した結果、アーム操作の際に意図しない旋回操作を行ってしまうおそれがある。アーム操作と旋回操作は同じ１つの操作レバーを用いて行われるためである。

上述に鑑み、マシンガイダンス中の意図しない動作を防止するショベルの提供が望まれる。

本発明の一実施形態に係るショベルは、エンドアタッチメントと、前記エンドアタッチメントを支持するアームと、前記アームを支持するブームと、前記ブームを支持する上部旋回体と、旋回機構を介して前記上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体とを有するショベルであって、前記エンドアタッチメントの現在位置と目標位置との偏差の大きさを視覚的に或いは聴覚的に知らせるマシンガイダンス機能を実行するマシンガイダンス装置と、前記マシンガイダンス中に前記旋回機構をロックする制御装置と、を有する。

上述の手段により、マシンガイダンス中の意図しない動作を防止するショベルが提供される。

本発明の実施例に係るショベルの側面図である。 図１のショベルの駆動系の構成例を示す図である。 図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例を示す図である。 コントローラ及びマシンガイダンス装置の構成例を示す図である。 表示装置の構成例を示す図である。 旋回ロック処理の流れを示すフローチャートである。 マシンガイダンス中の表示装置の状態とショベルの状態とを示す図である。 マシンガイダンス中の表示装置の状態とショベルの状態とを示す図である。 旋回ロック解除処理の流れを示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施例に係る建設機械の一例であるショベルを示す側面図である。ショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられる。なお、エンドアタッチメントは、法面バケット、チルトバケット、浚渫用バケット等であってもよい。

ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケットリンクにはバケット角度センサＳ３が取り付けられる。なお、掘削アタッチメントは、バケットチルト機構を備えていてもよい。

ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度を検出するセンサである。本実施例では、水平面に対する傾斜を検出して上部旋回体３とブーム４とを連結するブームフートピン回りのブーム４の回動角度を検出する加速度センサである。

アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度を検出するセンサである。本実施例では、水平面に対する傾斜を検出してブーム４とアーム５とを連結する連結ピン回りのアーム５の回動角度を検出する加速度センサである。

バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度を検出するセンサである。本実施例では、水平面に対する傾斜を検出してアーム５とバケット６を連結する連結ピン回りのバケット６の回動角度を検出する加速度センサである。また、掘削アタッチメントがバケットチルト機構を備える場合、バケット角度センサＳ３は、チルト軸回りのバケット６の回動角度を追加的に検出する。

なお、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３の少なくとも１つは、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ等であってもよい。

上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ且つエンジン１１等の動力源が搭載される。また、上部旋回体３には機体傾斜センサＳ４が取り付けられる。また、キャビン１０内には、入力装置Ｄ１、音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、コントローラ３０、及びマシンガイダンス装置５０が搭載される。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び記憶装置を含む演算処理装置で構成される。そして、コントローラ３０の各種機能は、ＣＰＵが記憶装置に格納されたプログラムを実行することで実現される。

マシンガイダンス装置５０は、ショベルの操作をガイドするマシンガイダンス機能を実行する。本実施例では、マシンガイダンス装置５０は、例えば、目標施工面とバケット６の先端（爪先）位置との鉛直方向における距離を視覚的に且つ聴覚的に運転者に知らせることで運転者によるショベルの操作をガイドする。なお、マシンガイダンス装置５０は、その距離を視覚的に運転者に知らせるのみであってもよく、聴覚的に運転者に知らせるのみであってもよい。具体的には、マシンガイダンス装置５０は、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ及び記憶装置を含む演算処理装置で構成される。そして、マシンガイダンス装置５０の各種機能はＣＰＵが記憶装置に格納されたプログラムを実行することで実現される。また、マシンガイダンス装置５０はコントローラ３０に統合されていてもよい。

機体傾斜センサＳ４は、水平面に対する上部旋回体３の傾斜を検出するセンサである。本実施例では、上部旋回体３の前後軸及び左右軸の水平面に対する傾斜角度を検出する２軸加速度センサである。

入力装置Ｄ１は、ショベルの運転者が各種情報を入力するための装置である。本実施例では、入力装置Ｄ１は表示装置Ｄ３の表示画面の周辺に取り付けられるボタンスイッチであり、コントローラ３０に各種情報を入力する。また、入力装置Ｄ１はコントローラ３０を介してマシンガイダンス装置５０に各種情報を入力してもよい。なお、入力装置Ｄ１はマシンガイダンス装置５０に直接的に各種情報を入力してもよい。また、入力装置Ｄ１はタッチパネルであってもよい。

音声出力装置Ｄ２は、音声出力指令に応じて各種情報を音声出力する装置である。本実施例では、音声出力装置Ｄ２はキャビン１０内に設置された車載スピーカであり、コントローラ３０からの音声出力指令に応じて各種情報を音声出力する。また、音声出力装置Ｄ２はコントローラ３０を介して受けるマシンガイダンス装置５０からの音声出力指令に応じて各種情報を音声出力してもよい。なお、音声出力装置Ｄ２はマシンガイダンス装置５０からの音声出力指令を直接的に受けて各種情報を音声出力してもよい。また、音声出力装置Ｄ２はブザーであってもよい。

表示装置Ｄ３は各種画像情報を出力する装置である。本実施例では、表示装置Ｄ３はキャビン１０内に設置された車載液晶ディスプレイであり、コントローラ３０からの表示指令に応じて各種情報を表示する。また、表示装置Ｄ３はコントローラ３０を介して受けるマシンガイダンス装置５０からの表示指令に応じて各種情報を表示してもよい。なお、表示装置Ｄ３はマシンガイダンス装置５０からの表示指令を直接的に受けて各種情報を表示してもよい。

図２は、図１のショベルの駆動系の構成例を示す図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気制御系は一点鎖線でそれぞれ示される。

エンジン１１はショベルの動力源である。本実施例では、エンジン１１はエンジン負荷の増減にかかわらずエンジン回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を採用するディーゼルエンジンである。

エンジン１１には油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びコントロールポンプ１５が接続される。メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続される。また、メインポンプ１４の吐出量はレギュレータ１３によって増減される。

コントロールバルブ１７はショベルの油圧系の制御を行う油圧制御装置である。左側走行用油圧モータ１Ａ、右側走行用油圧モータ１Ｂ、旋回用油圧モータ２Ａ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。

コントロールポンプ１５にはパイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。操作装置２６は、油圧アクチュエータの操作に用いられる装置であり、左側走行体操作ペダル、右側走行体操作ペダル、旋回操作レバー、ブーム操作レバー、アーム操作レバー、バケット操作レバー等を含む。本実施例では、操作装置２６は、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７に接続され、且つ、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９に接続される。圧力センサ２９は、操作装置２６の操作内容を圧力の形で検出するセンサであり、検出値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は圧力センサ２９の出力を含む各種情報に応じてレギュレータ１３に制御指令を出力してメインポンプ１４の吐出量を制御する。

次に、図３を参照し、図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例について説明する。なお、図３は、図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例を示す図である。また、図３は、図２と同様、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御系をそれぞれ実線、破線、及び一点鎖線で示す。

メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、エンジン１１によって駆動される可変容量型油圧ポンプであり、図２のメインポンプ１４に対応する。本実施例では、メインポンプ１４Ｌは、コントロールバルブ１７を構成する制御弁１７１Ｌ〜１７５Ｌのそれぞれを通るセンターバイパス油路２１Ｌを通じて作動油タンクＴまで作動油を循環させる。また、メインポンプ１４Ｌは、センターバイパス油路２１Ｌに平行に伸びるパラレル油路２２Ｌを通じて制御弁１７２Ｌ〜１７５Ｌのそれぞれに作動油を供給可能である。同様に、メインポンプ１４Ｒは、コントロールバルブ１７を構成する制御弁１７１Ｒ〜１７５Ｒのそれぞれを通るセンターバイパス油路２１Ｒを通じて作動油タンクＴまで作動油を循環させる。また、メインポンプ１４Ｒは、センターバイパス油路２１Ｒに平行に伸びるパラレル油路２２Ｒを通じて制御弁１７２Ｒ〜１７５Ｒのそれぞれに作動油を供給可能である。なお、以下では、メインポンプ１４Ｌ及びメインポンプ１４Ｒは、集合的に「メインポンプ１４」として参照される場合もある。左右一対で構成される他の構成要素についても同様である。

レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する装置であり、図２のレギュレータ１３に対応する。本実施例では、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒはコントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増減させる。

制御弁１７１Ｌは、左側走行体操作ペダル（図示せず。）が操作された場合に、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左側走行用油圧モータ１Ａに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

制御弁１７１Ｒは、走行直進弁としてのスプール弁である。本実施例では、走行直進弁１７１Ｒは、４ポート２位置のスプール弁であり、第１弁位置及び第２弁位置を有する。具体的には、第１弁位置は、メインポンプ１４Ｌとパラレル油路２２Ｌとを連通する油路と、メインポンプ１４Ｒと制御弁１７２Ｒとを連通する油路と有する。また、第２弁位置は、メインポンプ１４Ｒとパラレル油路２２Ｌとを連通する油路と、メインポンプ１４Ｌと制御弁１７２Ｒとを連通する油路とを有する。

制御弁１７２Ｌは、バケットチルトシリンダ等のオプション用油圧アクチュエータ（図示せず。）を操作するための操作装置２６が操作された場合に、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をそのオプション用油圧アクチュエータに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

制御弁１７２Ｒは、右側走行体操作ペダル（図示せず。）が操作された場合に、メインポンプ１４が吐出する作動油を右側走行用油圧モータ１Ｂに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

制御弁１７３Ｌは、旋回操作レバー（図示せず。）が操作された場合に、メインポンプ１４が吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

制御弁１７３Ｒは、バケット操作レバー（図示せず。）が操作された場合に、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

制御弁１７４Ｌ、１７４Ｒは、ブーム操作レバー（図示せず。）が操作された場合に、メインポンプ１４が吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。なお、制御弁１７４Ｌは、ブーム操作レバーが所定のレバー操作量以上でブーム上げ方向に操作された場合に、作動油を追加的にブームシリンダ７に供給する。

制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒは、アーム操作レバー（図示せず。）が操作された場合に、メインポンプ１４が吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。なお、制御弁１７５Ｒは、アーム操作レバーが所定のレバー操作量以上で操作された場合に、作動油を追加的にアームシリンダ８に供給する。

なお、左側走行用油圧モータ１Ａ、オプション用油圧アクチュエータ、旋回用油圧モータ２Ａ、アームシリンダ８のそれぞれから流出する作動油は、戻り油路２３Ｌを通じて作動油タンクＴに排出される。同様に、右側走行用油圧モータ１Ｂ、バケットシリンダ９、ブームシリンダ７のそれぞれから流出する作動油は、戻り油路２３Ｒを通じて作動油タンクＴに排出される。また、アームシリンダ８から流出する作動油の一部は戻り油路２３Ｒを通じて作動油タンクＴに排出される場合もある。

センターバイパス油路２１Ｌ、２１Ｒはそれぞれ最も下流にある制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒと作動油タンクＴとの間にネガティブコントロール絞り２０Ｌ、２０Ｒを備える。なお、以下では、ネガティブコントロールを「ネガコン」と略称する。ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れを制限してネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流でネガコン圧を発生させる。コントローラ３０は、このネガコン圧を利用してネガコン制御を実行する。具体的には、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒで発生させたネガコン圧が低いほどメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増大させる。また、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒで発生させたネガコン圧が所定圧力を上回った場合にメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を所定の下限値まで低減させる。

旋回油圧回路４０は、旋回機構２を駆動するための油圧回路であり、旋回用油圧モータ２Ａ、旋回リリーフ弁４１Ｌ、４１Ｒ、チェック弁４２Ｌ、４２Ｒ、旋回ブレーキ４３を含む。

旋回リリーフ弁４１Ｌは、旋回用油圧モータ２Ａの左ポート２ＡＬ側の作動油の圧力を所定の旋回リリーフ圧以下に制御する弁である。また、旋回リリーフ弁４１Ｒは、旋回用油圧モータ２Ａの右ポート２ＡＲ側の作動油の圧力を所定の旋回リリーフ圧以下に制御する弁である。

チェック弁４２Ｌは、旋回用油圧モータ２Ａの左ポート２ＡＬ側の作動油の圧力を作動油タンクＴにある作動油の圧力以上に維持する弁である。また、チェック弁４２Ｒは、旋回用油圧モータ２Ａの右ポート２ＡＲ側の作動油の圧力を作動油タンクＴにある作動油の圧力以上に維持する弁である。

旋回ブレーキ４３は、旋回用油圧モータ２Ａの回転を機械的に制動するメカニカルブレーキである。本実施例では、旋回ブレーキ４３はバネ力を利用してブレーキパッド（図示せず。）をブレーキディスク（図示せず。）に押し付け、ブレーキディスクと一体的に回転する旋回機構２を制動する。

切替弁４４は、旋回ブレーキ４３の作動状態を切り替える弁である。本実施例では、切替弁４４はコントローラ３０からの制御指令に応じて切り替わる電磁弁である。具体的には、切替弁４４は、コントローラ３０から制動指令を受けた場合に第２位置に切り替わり、制動指令を受けていない場合に第１位置に切り替わる。なお、図３は、切替弁４４が第１位置にある状態を示す。第１位置にある切替弁４４は、コントロールポンプ１５と旋回ブレーキ４３との間を連通させて旋回ブレーキ４３内に作動油を流入させる。そして、バネ力に反する力を作用させて旋回ブレーキ４３による制動力を消失させる。一方、第２位置にある切替弁４４は、コントロールポンプ１５と旋回ブレーキ４３との間を遮断して旋回ブレーキ４３内の作動油を作動油タンクＴに排出する。そして、バネ力に反する力を消失させて旋回ブレーキ４３による制動力を発生させる。

圧力センサＰ１Ｌ、Ｐ１Ｒは、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流で発生したネガコン圧を検出し、検出した値を電気的なネガコン圧信号としてコントローラ３０に対して出力する。

圧力センサＰ２Ｌ、Ｐ２Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出圧を検出し、検出した値を電気的な吐出圧信号としてコントローラ３０に対して出力する。

コントローラ３０は、圧力センサ２９、Ｐ１Ｌ、Ｐ１Ｒ、Ｐ２Ｌ、Ｐ２Ｒ等の出力に応じて各種演算を実行し、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒ、切替弁４４等に対して制御指令を出力する。そして、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒのそれぞれの吐出量を調整する機能、旋回機構２をロックする機能等を実現する。

次に、図４を参照し、コントローラ３０及びマシンガイダンス装置５０が有する各種機能要素について説明する。なお、図４は、コントローラ３０及びマシンガイダンス装置５０の構成例を示す図である。

本実施例では、マシンガイダンス装置５０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、及び機体傾斜センサＳ４の出力を受信する。また、マシンガイダンス装置５０は、コントローラ３０を介して入力装置Ｄ１の出力を受信し、且つ、コントローラ３０を介して音声出力装置Ｄ２及び表示装置Ｄ３のそれぞれに各種指令を出力する。また、マシンガイダンス装置５０は、姿勢検出部５１、偏差計算部５２、音声出力制御部５３、及び表示制御部５４を有する。なお、コントローラ３０及びマシンガイダンス装置５０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）を通じて互いに接続される。また、マシンガイダンス装置５０はコントローラ３０に統合されてもよい。

姿勢検出部５１は、アタッチメントの姿勢を検出する機能要素である。本実施例では、姿勢検出部５１は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、及び機体傾斜センサＳ４のそれぞれの検出値に基づいて掘削アタッチメントの姿勢を検出する。具体的には、姿勢検出部５１は、掘削アタッチメント上の各点に対応する基準座標系上の座標を導き出す。なお、基準座標系は、上部旋回体３上の１点を原点とする座標系であり、例えば、水平面上の掘削アタッチメントの延在方向をＸ軸とし鉛直線をＺ軸とする３次元直交座標系である。また、掘削アタッチメント上の各点は、バケット６の先端（爪先）位置に対応する点を含む。

偏差計算部５２は、バケット６の現在位置と目標位置との偏差を導き出す。本実施例では、偏差計算部５２は、姿勢検出部５１が検出した掘削アタッチメントの姿勢と後述の目標地形情報とに基づいてバケット６の現在位置と目標位置との偏差を導き出す。具体的には、偏差計算部５２は、バケット６の先端位置と目標施工面との鉛直方向における距離を偏差として導き出す。なお、偏差は、バケット６の先端位置と目標施工面との水平方向における距離、最短距離等であってもよい。

音声出力制御部５３は音声出力装置Ｄ２から出力させる音声情報の内容を制御する。本実施例では、音声出力制御部５３は、偏差計算部５２が導き出した偏差が所定値以下となった場合に音声出力装置Ｄ２からガイダンス音としての断続音を出力させる。また、音声出力制御部５３は、その偏差が小さくなるほど断続音の出力間隔（無音部分の長さ）を短くする。なお、音声出力制御部５３は、その偏差がゼロの場合、すなわち、バケット６の先端位置と目標施工面とが一致する場合、音声出力装置Ｄ２から連続音（出力間隔がゼロの断続音）を出力させてもよい。また、音声出力制御部５３は、その偏差の正負が反転した場合、断続音の高さ（周波数）を変化させてもよい。なお、偏差は、例えば、バケット６の先端位置が目標施工面より鉛直上方にある場合に正値となる。

目標地形情報は、施工完了時の地形に関する情報であり、入力装置Ｄ１を通じて入力され、マシンガイダンス装置５０の記憶装置等に記憶される。具体的には、運転者は、目標施工面の深さ（高さ）、及び、基準座標系のＸ軸に対する目標施工面の勾配を目標地形情報として入力する。

目標施工面の深さ（高さ）及び勾配を入力した後、運転者はショベルを実際に操作してバケット６の先端位置を基準点に移動させる。基準点は、例えば、測量用回転レーザによって定められる点である。そして、運転者は、バケット６の先端位置を基準点に移動させた状態で入力装置Ｄ１を操作し、バケット６の先端位置が基準点に一致したことをマシンガイダンス装置５０に通知する。この時点でマシンガイダンス装置５０は目標施工面に対するバケット６の先端位置を正確に把握でき、運転者による床掘施工、法面施工等を支援できる。なお、床掘施工の場合には運転者は勾配の値を０度に設定すればよい。或いは、法面施工の場合には、運転者は目標施工面としての法面の勾配のみを入力し、法面の最上端である法肩を基準点としてバケット６の先端位置をその基準点に移動させた上でバケット６の先端位置が基準点に一致したことをマシンガイダンス装置５０に通知してもよい。この場合、目標施工面の深さ（高さ）の入力は省略されてもよい。以下では、運転者によるこのような目標地形情報の入力を目標設定処理と称する。

マシンガイダンス装置５０は目標設定処理が行われたか否かを管理する。本実施例では、マシンガイダンス装置５０は自身の記憶装置に記憶される目標設定済みフラグを用いて目標設定処理が行われたか否かを管理する。目標設定済みフラグは、初期値である値「０」によって目標設定処理が未実施である状態を示し、値「１」によって目標設定処理が実施済みである状態を示す。そして、マシンガイダンス装置５０は、目標設定処理が実施された場合に目標設定済みフラグの値を「１」に設定し、コントローラ３０からリセット指令を受信した場合に目標設定済みフラグの値を「０」に設定する。なお、コントローラ３０は、走行操作が行われた場合、旋回操作が行われた場合、イグニッションスイッチがオフされた場合等に、マシンガイダンス装置５０に対してリセット指令を出力する。また、マシンガイダンス装置５０は、目標設定済みフラグが値「０」の場合、すなわち、目標設定処理が実施されていない状態ではマシンガイダンス機能を実行させないようにしてもよい。

図５は入力装置Ｄ１及び表示装置Ｄ３の構成例を示す概略図である。図５に示すように、入力装置Ｄ１及び表示装置Ｄ３は一体的に形成され、表示装置Ｄ３のディスプレイ７０に隣接するように入力装置Ｄ１の操作パネルが配置される。

操作パネルは、主に、方向ボタン７１、決定ボタン７２、及び取消ボタン７３を含む。方向ボタン７１は、左ボタン７１Ｌ、右ボタン７１Ｒ、上ボタン７１Ｕ、及び下ボタン７１Ｄで構成される。入力装置Ｄ１は、例えば方向ボタン７１のうちの何れかが押下されると、マシンガイダンス設定画面を表示装置Ｄ３のディスプレイ７０上に表示させる。マシンガイダンス設定画面はマシンガイダンス機能を実行する際に必要となる各種パラメータを運転者が設定できるようにする画面である。

左ボタン７１Ｌ及び右ボタン７１Ｒはマシンガイダンス設定画面において項目を選択する際に用いられる。項目は「深さ設定」及び「勾配設定」を含む。また、上ボタン７１Ｕは項目値（例えば深さ又は勾配の値である。）を増大させる際に用いられ、下ボタン７１Ｄは項目値を低減させる際に用いられる。

また、決定ボタン７２は、バケット６の先端位置が基準点に一致したことをマシンガイダンス装置５０に通知する際に用いられる。また、取消ボタン７３はマシンガイダンス装置５０に対してリセット指令を出力する際に用いられる。マシンガイダンス装置５０は、決定ボタン７２が押下された場合に、目標施工面の深さ及び勾配の現在値に基づいてマシンガイダンスを開始させる。また、マシンガイダンス装置５０は、取消ボタン７３が押下された場合にマシンガイダンスを停止させる。

表示制御部５４は表示装置Ｄ３に表示させる各種情報の内容を制御する。本実施例では、表示制御部５４はマシンガイダンスに関する情報を表示装置Ｄ３に表示させる。

次に、コントローラ３０の詳細について説明する。本実施例では、コントローラ３０は動作ロック部３１及びパラメータ設定部３２を有する。また、コントローラ３０は、入力装置Ｄ１及びマシンガイダンス装置５０の出力を受信し、音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、及び切替弁４４に対して各種指令を出力する。

動作ロック部３１はショベルを構成する１又は複数の要素の動きをロックする。本実施例では、動作ロック部３１はマシンガイダンス中に旋回機構２をロックする。以下ではこの機能を「旋回ロック」と称する。具体的には、動作ロック部３１は決定ボタン７２が押下された場合に切替弁４４に対して制動指令を出力し、切替弁４４を第２位置に切り替えて旋回ブレーキ４３による制動力を発生させる。その後、切替弁４４は、取消ボタン７３が押下されるまで第２位置のまま維持され、マシンガイダンスが停止されるまで旋回ブレーキ４３による制動力が維持されるようにする。

また、動作ロック部３１は、決定ボタン７２が押下された場合に表示装置Ｄ３に対して旋回ロック画像表示指令を出力し、旋回機構２がロックされた旨を表す旋回ロック画像をディスプレイ７０上に表示させる。その後、表示装置Ｄ３は、取消ボタン７３が押下されてマシンガイダンスが停止されるまで旋回ロック画像の表示が維持されるようにする。

また、動作ロック部３１は、決定ボタン７２が押下された場合に旋回操作レバーを介した旋回操作入力を無効にしてもよい。具体的には、動作ロック部３１は図示しない電磁弁を制御して旋回操作レバーと制御弁１７３Ｌのパイロットポートとの間を遮断し、旋回操作レバーが発生させるパイロット圧を制御弁１７３Ｌのパイロットポートに作用させないようにしてもよい。

このようにして、動作ロック部３１は、マシンガイダンス中に旋回機構２をロックしてマシンガイダンス中の意図しない旋回動作を防止する。目標設定処理が実施された後で旋回動作により上部旋回体３の旋回位置に変化が生じた場合、マシンガイダンス装置５０による正確なガイダンスを継続できないおそれがあるためである。具体的には、上部旋回体３の旋回位置に変化が生じた場合、目標設定処理においてバケット６の先端位置を基準点に合わせたときのショベルが取り得る姿勢（以下、「基準姿勢」とする。）と現在のショベルが取り得る姿勢との間にずれが生じる（ショベルをどのように操作したとしても基準姿勢と同じ姿勢を実現できない）ためである。

なお、動作ロック部３１は、旋回機構２をロックするのと同様に、下部走行体１をロックしてマシンガイダンス中の意図しない走行動作を防止してもよい。以下ではこの機能を「走行ロック」と称する。目標設定処理が実施された後で走行動作により下部走行体１の位置又は姿勢に変化が生じた場合、マシンガイダンス装置５０による正確なガイダンスを継続できないおそれがあるためである。

具体的には、動作ロック部３１は決定ボタン７２が押下された場合に切替弁４４に対して制動指令を出力し、切替弁４４を第２位置に切り替えて旋回ブレーキ４３、左側走行ブレーキ（図示せず。）、及び右側走行ブレーキ（図示せず。）のそれぞれによる制動力を発生させてもよい。この場合、左側走行ブレーキ及び右側走行ブレーキは旋回ブレーキ４３と同様の構成を有するメカニカルブレーキであり、左側走行ブレーキが左側走行用油圧モータ１Ａの回転を機械的に制動し、右側走行ブレーキが右側走行用油圧モータ１Ｂの回転を機械的に制動する。その後、切替弁４４は取消ボタン７３が押下されるまで第２位置のまま維持され、マシンガイダンスが停止されるまで旋回ブレーキ４３、左側走行ブレーキ、及び右側走行ブレーキのそれぞれによる制動力が維持されるようにする。また、左側走行ブレーキ及び右側走行ブレーキの作動状態を切り替える切替弁が切替弁４４とは別に用意されてもよい。

また、動作ロック部３１は、決定ボタン７２が押下された場合に表示装置Ｄ３に対してロック画像表示指令を出力し、旋回ロック画像に加え、下部走行体１がロックされた旨を表す走行ロック画像をディスプレイ７０上に表示させてもよい。この場合、表示装置Ｄ３は、取消ボタン７３が押下されてマシンガイダンスが停止されるまで旋回ロック画像及び走行ロック画像の表示が維持されるようにする。

また、動作ロック部３１は、決定ボタン７２が押下された場合、旋回操作レバーを介した旋回操作入力を無効にするのと同様、左右の走行体操作ペダルを介した走行操作入力を無効にしてもよい。具体的には、動作ロック部３１は図示しない電磁弁を制御して左側走行体操作ペダルと制御弁１７１Ｌのパイロットポートとの間を遮断し、左側走行体操作ペダルが発生させるパイロット圧を制御弁１７１Ｌのパイロットポートに作用させないようにしてもよい。また、動作ロック部３１は図示しない電磁弁を制御して右側走行体操作ペダルと制御弁１７２Ｒのパイロットポートとの間を遮断し、右側走行体操作ペダルが発生させるパイロット圧を制御弁１７２Ｒのパイロットポートに作用させないようにしてもよい。

パラメータ設定部３２はマシンガイダンス中の動作ロックに関するパラメータを運転者が設定できるようにする。本実施例では、パラメータ設定部３２はマシンガイダンス中の旋回ロックの採否に関する旋回ロック採否パラメータを運転者が設定できるようにする。具体的には、パラメータ設定部３２は所定の入力操作が行われた場合に表示装置Ｄ３のディスプレイ７０上にパラメータ設定画面を表示させる。パラメータ設定画面は旋回ロック採否パラメータの現在値を変更可能に表示する。運転者はこの現在値を見ながら入力装置Ｄ１を用いて旋回ロック採否パラメータを所望の値に設定する。なお、旋回ロック採否パラメータは旋回ロックの採用を意味する値「１」、又は、旋回ロックの非採用を意味する値「０」に設定され得る。

旋回ロック採否パラメータが値「１」に設定されている場合、動作ロック部３１はマシンガイダンス中に旋回機構２をロックする。一方で、旋回ロック採否パラメータが値「０」に設定されている場合、動作ロック部３１はマシンガイダンス中であっても旋回機構２をロックしない。

なお、パラメータ設定部３２は、マシンガイダンス中の走行ロックの採否に関する走行ロック採否パラメータを運転者が設定できるようにしてもよい。

次に、図６を参照し、マシンガイダンス開始時にコントローラ３０が旋回機構２をロックする処理（以下、「旋回ロック処理」とする。）について説明する。なお、図６は旋回ロック処理の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、マシンガイダンスが実行されていないときに所定の制御周期で繰り返しこの旋回ロック処理を実行する。

最初に、コントローラ３０はマシンガイダンスが開始されたかを判定する（ステップＳＴ１）。本実施例では、コントローラ３０は決定ボタン７２が押下された場合に記憶装置に記憶された目標設定済みフラグの値を参照する。そして、目標設定済みフラグの値が「１」である場合、すなわち目標設定処理を通じて目標施工面の深さ及び勾配が既に入力されていることが確認できた場合にマシンガイダンスが開始されたと判定する。また、目標設定済みフラグの値が「０」である場合、すなわち目標施工面の深さ及び勾配が未だ入力されていない場合にマシンガイダンスが開始されていないと判定する。

マシンガイダンスが未だ開始されていないと判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、コントローラ３０はマシンガイダンスが開始されるまでこの判定を繰り返す。

マシンガイダンスが開始されたと判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は旋回ロックが有効であるかを判定する（ステップＳＴ２）。本実施例では、コントローラ３０は記憶装置に記憶された旋回ロック採否パラメータの値を参照する。旋回ロック採否パラメータはマシンガイダンス中の旋回ロックを有効とするか否かをショベルの運転者が選択できるようにするパラメータである。そして、旋回ロック採否パラメータの値が「１」である場合に旋回ロックが有効であると判定し、旋回ロック採否パラメータの値が「０」である場合に旋回ロックが有効でないと判定する。

旋回ロックが有効であると判定した場合（ステップＳＴ２のＹＥＳ）、コントローラ３０はショベルの状態を旋回ロックＯＮモードに切り替える。旋回ロックＯＮモードはショベルの動作モードの１つであり、旋回機構２がロックされ且つ旋回ロック画像がディスプレイ７０に表示された状態で掘削アタッチメントの動きを許容する動作モードである。

具体的には、コントローラ３０の動作ロック部３１は切替弁４４に対して制動指令を出力し、切替弁４４を第２位置に切り替えて旋回ブレーキ４３による制動力を発生させる。また、動作ロック部３１は表示装置Ｄ３に対して旋回ロック画像表示指令を出力し、旋回ロック画像をディスプレイ７０上に表示させる。また、動作ロック部３１は、図示しない電磁弁を制御して旋回操作レバーと制御弁１７３Ｌのパイロットポートとの間の遮断し、旋回操作レバーが発生させるパイロット圧を制御弁１７３Ｌのパイロットポートに作用させないようにする。

一方、旋回ロックが有効でないと判定した場合（ステップＳＴ２のＮＯ）、コントローラ３０はショベルの状態を旋回ロックＯＦＦモードに切り替える。旋回ロックＯＦＦモードはショベルの動作モードの１つであり、旋回機構２がロックされず且つ旋回ロック画像がディスプレイ７０に表示されない状態で掘削アタッチメントの動きを許容する動作モードである。

次に、図７を参照し、マシンガイダンス中に表示装置Ｄ３のディスプレイ７０上に表示される表示画面の１例について説明する。図７はマシンガイダンス中の表示画面の状態とショベルの動作状態とを示す図である。具体的には、図７はバケット６の先端位置を目標施工面にほぼ一致させながら法面を形成しているときの状態を示す。また、図７（Ａ）はマシンガイダンス中に表示される表示画面を示し、図７（Ｂ）はマシンガイダンス中のショベルの動きを示す。

図７（Ａ）に示すように、マシンガイダンス装置５０の表示制御部５４は、マシンガイダンス中、コントローラ３０がディスプレイ７０上に表示する画像上に旋回ロック画像Ｇ１、偏差バーグラフＧ２、及び数値情報表示Ｇ３を重畳表示する。なお、コントローラ３０はディスプレイ７０上に任意の画像を表示可能であり、例えばバックモニタカメラ（図示せず。）が撮像した画像を表示する。また、表示制御部５４は、バケット６及び目標地形の断面を側方（Ｙ軸方向）から見たＣＧ画像をディスプレイ７０上に表示させてもよく、バケット６及び目標地形の断面を後方（Ｘ軸方向）から見たＣＧ画像をディスプレイ７０上に表示させてもよい。

旋回ロック画像Ｇ１は旋回機構２がロックされている状態を表すアイコンである。本実施例では、旋回ロック画像Ｇ１は旋回機構２がロックされている場合にディスプレイ７０の左上隅領域に重畳表示される。なお、旋回ロック画像Ｇ１はテキストメッセージであってもよい。また、旋回ロック画像Ｇ１は旋回機構２がロックされていない場合には非表示とされる。

偏差バーグラフＧ２は偏差計算部５２が算出するバケット６の現在位置と目標位置との偏差を表すバーグラフである。本実施例では、偏差バーグラフＧ２は１１個のセグメントＧ２−１〜Ｇ２−１１で構成され、ディスプレイ７０の左端領域に重畳表示される。また、中央のセグメントＧ６を偏差ゼロの状態に対応させる。また、マシンガイダンス装置５０は、各セグメントを点灯状態及び消灯状態の何れかで表示する。具体的には、マシンガイダンス装置５０は、各セグメントを点灯色（例えば黄色又は赤色）にすることで点灯状態を表現する。また、マシンガイダンス装置５０は、各セグメントを消灯色（例えば灰色又は黒色）にすることで消灯状態を表現する。なお、１つのセグメントが表す偏差の大きさは任意に設定可能であり、例えば５ｃｍである。

数値情報表示Ｇ３は、マシンガイダンスに関する数値情報を表す画像である。本実施例では、数値情報表示Ｇ３はディスプレイ７０上の右下隅領域に重畳表示され、目標設定処理で設定された目標施工面の勾配、及び、現在の偏差（バケット６の先端位置と目標施工面との間の鉛直方向における距離）の大きさを表示する。

また、図７（Ａ）の表示画面の状態は図７（Ｂ）に示すショベルの動きに対応する。具体的には、図７（Ｂ）はバケット６を位置Ｂ１から位置Ｂ２を経て位置Ｂ３に移動させて法面を形成する際の掘削アタッチメントの動きを示す。また、図７（Ｂ）の線分ＡＬは実際に形成された施工面（法面）を表し、線分ＴＬは目標施工面を表す。

また、図７（Ｂ）は、現に形成された法面の高さが目標施工面の高さにほぼ一致している状態を示す。そのため、偏差バーグラフＧ２は、中央の３つのセグメントＧ２−５〜Ｇ２−７のみを点灯状態（黄色表示）にしてバケット６の先端位置が目標施工面の位置にほぼ一致していることを表す。また、数値情報表示Ｇ３は、目標施工面の勾配が３０°であり、且つ、偏差が「±０．００」、すなわちバケット６の先端位置が目標施工面の位置と一致していることを表す。

次に、図８を参照し、マシンガイダンス中に表示装置Ｄ３のディスプレイ７０上に表示される表示画面の別の１例について説明する。図８はマシンガイダンス中の表示画面の状態とショベルの動作状態とを示す図であり図７に対応する。具体的には、図８は実際に形成された法面の勾配と目標施工面の勾配との間にずれが生じているときの状態を示す。また、図８（Ａ）はマシンガイダンス中に表示される表示画面を示し、図８（Ｂ）はマシンガイダンス中のショベルの動きを示す。

具体的には、図８（Ｂ）は、現に形成された法面の高さが目標施工面の高さよりも僅かに高い位置にずれている状態を示す。そのため、偏差バーグラフＧ２は、上端寄りの２つのセグメントＧ２−３及びＧ２−４のみを点灯状態（赤色表示）にしてバケット６の先端位置が目標施工面の位置よりも高い位置にあることを表す。また、数値情報表示Ｇ３は、目標施工面の勾配が３０°であり、且つ、偏差が［＋０．１０］、すなわちバケット６の先端位置が目標施工面の上方０．１０［ｍ］の位置にあることを表す。

次に、図９を参照し、マシンガイダンス終了時にコントローラ３０が旋回機構２のロックを解除する処理（以下、「旋回ロック解除処理」とする。）について説明する。なお、図９は旋回ロック解除処理の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、マシンガイダンス中に所定の制御周期で繰り返しこの旋回ロック解除処理を実行する。

最初に、コントローラ３０はマシンガイダンスが終了したかを判定する（ステップＳＴ１１）。本実施例では、コントローラ３０は取消ボタン７３が押下された場合にマシンガイダンスが終了したと判定する。

マシンガイダンスが未だ終了していないと判定した場合（ステップＳＴ１１のＮＯ）、コントローラ３０はマシンガイダンスが終了するまでこの判定を繰り返す。

マシンガイダンスが終了したと判定した場合（ステップＳＴ１１のＹＥＳ）、コントローラ３０はショベルの動作モードが旋回ロックＯＮモードにあるかを判定する（ステップＳＴ１２）。本実施例では、コントローラ３０は記憶装置に記憶された旋回ロック採否パラメータの値を参照する。そして、旋回ロック採否パラメータの値が「１」である場合に旋回ロックＯＮモードであると判定し、旋回ロック採否パラメータの値が「０」である場合に旋回ロックＯＮモードにないと判定する。

旋回ロックＯＮモードにあると判定した場合（ステップＳＴ１２のＹＥＳ）、コントローラ３０は旋回ロックを解除する（ステップＳＴ１３）。本実施例ではコントローラ３０はショベルの状態を旋回ロックＯＦＦモードに切り替える。旋回機構２のロックを解除し且つディスプレイ７０に表示されている旋回ロック画像を消去するためである。

具体的には、コントローラ３０の動作ロック部３１は切替弁４４に対する制動指令の出力を中止し、切替弁４４を第１位置に切り替えて旋回ブレーキ４３による制動力を消失させる。また、動作ロック部３１は表示装置Ｄ３に対して旋回ロック画像消去指令を出力し、ディスプレイ７０に表示されている旋回ロック画像を消去させる。また、動作ロック部３１は、図示しない電磁弁を制御して旋回操作レバーと制御弁１７３Ｌのパイロットポートとの間の遮断していた場合にはその間を連通させて旋回操作レバーが発生させるパイロット圧を制御弁１７３Ｌのパイロットポートに作用させる。

一方、旋回ロックＯＮモードにないと判定した場合（ステップＳＴ１２のＮＯ）、コントローラ３０はショベルの状態を旋回ロックＯＦＦモードに切り替えることなく旋回ロック解除処理を終了させる。旋回機構２は既にロックが解除された状態にあり、旋回ロック画像Ｇ１も表示されていないためである。

以上の構成により、コントローラ３０は、床掘施工、法面施工等の旋回を必要としない作業のためのマシンガイダンスが開始されたときに旋回機構２を自動的にロックできる。そのため、マシンガイダンス中の意図しない旋回動作を防止できる。例えば、コントローラ３０は、ディスプレイ７０を注視する運転者の不注意による誤った旋回操作による意図しない旋回動作の発生を防止できる。また、コントローラ３０は、ショベルの操作が未熟な運転者がマシンガイダンス中にアーム５を操作しようとして誤って旋回操作を行ってしまい上部旋回体３を旋回させてしまうといった意図しない旋回動作の発生を防止できる。その結果、運転者はマシンガイダンスにしたがって目標施工面通りの作業を容易に実行できる。また、コントローラ３０は床掘施工、法面施工等の作業の施工制御を向上させることができる。また、コントローラ３０は床掘施工、法面施工等の作業に伴う安全性を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、コントローラ３０は目標施工面の深さ及び勾配が設定された後で決定ボタン７２が押下された場合に旋回機構２をロックする。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、コントローラ３０は目標施工面の深さ及び勾配が設定された時点で旋回機構２をロックしてもよい。

また、上述の実施例では、入力装置Ｄ１は表示装置Ｄ３と一体的に構成される。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、入力装置Ｄ１は、アーム操作レバー、ブーム操作レバー等の操作レバーの先端に配置される１又は複数の押しボタンで構成されてもよい。

１・・・下部走行体 １Ａ、１Ｂ・・・走行用油圧モータ ２・・・旋回機構 ２Ａ・・・旋回用油圧モータ ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １３、１３Ｌ、１３Ｒ・・・レギュレータ １４、１４Ｌ、１４Ｒ・・・メインポンプ １５・・・コントロールポンプ １６・・・高圧油圧ライン １７・・・コントロールバルブ ２０Ｌ、２０Ｒ・・・ネガティブコントロール絞り ２１Ｌ、２１Ｒ・・・センターバイパス油路 ２２Ｌ、２２Ｒ・・・パラレル油路 ２３Ｌ、２３Ｒ・・・戻り油路 ２５・・・パイロットライン ２６・・・操作装置 ２７、２８・・・油圧ライン ２９・・・圧力センサ ３０・・・コントローラ ３１・・・動作ロック部 ３２・・・パラメータ設定部 ４０・・・旋回油圧回路 ４１Ｌ、４１Ｒ・・・旋回リリーフ弁 ４２Ｌ、４２Ｒ・・・チェック弁 ４３・・・旋回ブレーキ ４４・・・切替弁 ５０・・・マシンガイダンス装置 ５１・・・姿勢検出部 ５２・・・偏差計算部 ５３・・・音声出力制御部 ５４・・・表示制御部 ７０・・・ディスプレイ ７１・・・方向ボタン ７１Ｄ・・・下ボタン ７１Ｌ・・・左ボタン ７１Ｒ・・・右ボタン ７１Ｕ・・・上ボタン ７２・・・決定ボタン ７３・・・取消ボタン １７１Ｌ〜１７５Ｌ、１７１Ｒ〜１７５Ｒ・・・制御弁 Ｄ１・・・入力装置 Ｄ２・・・音声出力装置 Ｄ３・・・表示装置 Ｇ１・・・旋回ロック画像 Ｇ２・・・偏差バーグラフ Ｇ２−１〜Ｇ２−１１・・・セグメント Ｇ３・・・数値情報表示部 Ｐ１Ｌ、Ｐ１Ｒ、Ｐ２Ｌ、Ｐ２Ｒ・・・圧力センサ Ｓ１・・・ブーム角度センサ Ｓ２・・・アーム角度センサ Ｓ３・・・バケット角度センサ Ｓ４・・・機体傾斜センサ Ｔ・・・作動油タンク

Claims (7)

1. エンドアタッチメントと、前記エンドアタッチメントを支持するアームと、前記アームを支持するブームと、前記ブームを支持する上部旋回体と、旋回機構を介して前記上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体とを有するショベルであって、
   前記エンドアタッチメントの現在位置と目標位置との偏差の大きさを視覚的に或いは聴覚的に知らせるマシンガイダンスを実行するマシンガイダンス装置と、
   前記マシンガイダンス中に前記旋回機構をロックする制御装置と、を有する、
   ショベル。
2. 前記制御装置は、前記マシンガイダンス中に前記旋回機構がロック中であることを表す画像を表示装置に表示する、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記制御装置は、前記マシンガイダンス中に前記旋回機構をロックするか否かを設定するパラメータ設定部を有する、
   請求項１又は２に記載のショベル。
4. 前記制御装置は、前記マシンガイダンスを開始させたときに前記旋回機構をロックし、前記マシンガイダンスを終了させたときに前記旋回機構のロックを解除する、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載のショベル。
5. 前記制御装置は、旋回ブレーキにより前記旋回機構をロックする、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載のショベル。
6. 前記制御装置は、前記旋回機構のロック中に旋回操作レバーを無効にする、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載のショベル。
7. 前記制御装置は、前記マシンガイダンス中に前記下部走行体をロックする、
   請求項１乃至６の何れか一項に記載のショベル。