JP2019060109A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】設計面通りに地面を掘削する作業で操縦者の操作を補助する半自動制御を搭載した作業機械において、設計面通りに地面を押し固める転圧作業で操縦者の操作を補助することができる作業機械を提供する。
【解決手段】操作装置１５Ｌ，１５Ｒによって指示された操作量を補正する半自動制御部３１を有する制御装置２５を備えた作業機械１００において、前記制御装置は、作業具７が地面に押し付けられているか否かを判定する転圧判定部５２と、前記作業具が地面に押し付けられていると前記転圧判定部が判定したときに、前記作業具が地面に加える力が大きくなるように、前記半自動制御部によって補正された操作量を更に補正するアクチュエータ制御補正部５４とを有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関する。

油圧ショベル等の作業機械は、バケット等の作業具を有する作業機を備えている。作業機は油圧アクチュエータによって駆動される。油圧アクチュエータは油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される。油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給される圧油は方向制御弁によって制御される。方向制御弁は、例えば油圧パイロット式の操作装置で生成したパイロット圧によって操作される。操作装置は操作レバーを有し、当該操作レバーの操作方向および操作量に応じたパイロット圧を生成する。操縦者は、操作レバーを操作することにより、油圧アクチュエータの動作方向および動作速度を作業機械に指示することができる。

ところで、油圧ショベルには、設計面通りに地面を掘削する作業で操縦者の操作を補助する半自動制御が搭載されたものがある。このような半自動制御が搭載された油圧ショベルを開示するものとして、例えば特許文献１がある。

特許文献１には、施工対象を施工するために作業機械が有する作業機を制御する装置において、前記作業機が有する作業具が予め定められた目標の形状に侵入しないように前記作業機を制御する制御部と、前記施工対象の仕上がりの目標となる形状である目標施工地形に対する前記作業具の姿勢に基づいて、前記目標の形状を、前記目標施工地形から予め定められた距離だけ離れたオフセット地形又は前記目標施工地形とする切替部と、を含む、作業機械の制御装置（請求項１）が開示されている。

Ｗ０２０１６／１２９７０８号公報

油圧ショベルによって行われる作業の一つとして法面形成作業がある。法面形成作業は、押し付け代（転圧代）を残して地面を掘削する作業と、掘削した表面を押し固める作業（転圧作業）とに分けられる。転圧作業には、バケット底面を地面に押し付けながらバケットを地面に沿って動かす床付け作業と、バケット底面を地面に打ち付ける土羽打ち作業とがある。

特許文献１に記載の作業機械によれば、目標施工地形（設計面）を目標の形状とすることにより、設計面通りに地面を掘削する作業で操縦者の操作を補助することができる。また、目標施工地形（設計面）から予め定められた距離だけ離れたオフセット地形を目標の形状とすることにより、押し付け代（転圧代）を残して地面を掘削する作業で操縦者の操作を補助することができる。

しかしながら、特許文献１に記載の作業機械では、目標施工地形（設計面）を目標の形状とした場合、バケットが設計面に接近するほどバケットを地面に押し付ける力が低下するため、設計面通りに地面を押し固めることはできない。また、設計面よりも下方に一定の距離だけ離れたマイナスのオフセット地形を目標の形状とした場合は、設計面の位置でバケットを地面に押し付ける力を確保できるものの、設計面よりも下方にバケットが侵入するおそれがある。このように、特許文献１に記載の作業機械では、設計面通りに地面を押し固める転圧作業で操縦者の操作を補助することはできない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、設計面通りに地面を掘削する作業で操縦者の操作を補助する半自動制御を搭載した作業機械において、設計面通りに地面を押し固める転圧作業で操縦者の操作を補助することができる作業機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、作業具を有する作業機と、前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータの操作量を指示する操作装置と、前記作業具が所定の設計面より下方に移動しないように、前記操作装置によって指示された操作量を補正する半自動制御部を有する制御装置とを備えた作業機械において、前記制御装置は、前記作業具が地面に押し付けられているか否かを判定する転圧判定部と、前記作業具が地面に押し付けられていると前記転圧判定部が判定したときに、前記作業具が地面に加える力が大きくなるように、前記半自動制御部によって補正された操作量を更に補正するアクチュエータ制御補正部とを有するものとする。

以上のように構成した本発明によれば、バケット底面が地面に押し付けられていないときは、半自動制御部によってバケットが所定の設計面よりも下方に侵入しないように操作装置によって指示された操作量が補正される。一方、バケット底面が地面に押し付けられているときは、地面に押し付ける力が増加するように、半自動制御部によって補正された操作量が更に補正される。これにより、設計面通りに地面を掘削する作業で操縦者の操作を補助すると共に、設計面通りに地面を押し固める転圧作業で操縦者の操作を補助することが可能となる。

本発明によれば、設計面通りに地面を掘削する作業で操縦者の操作を補助する半自動制御を搭載した作業機械において、設計面通りに地面を押し固める転圧作業で操縦者の操作を補助することが可能となる。

本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。 本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルに搭載される油圧制御システムの概略構成図である。 本発明の第１の実施例に係る制御装置の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施例に係る転圧制御部の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施例に係るブーム動作指令補正部によって参照されるブーム動作指令変換テーブルを示す図である。 本発明の第１の実施例に係る転圧作業時のフロント作業機の動作を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る転圧制御部の機能ブロック図である。 本発明の第２の実施例に係るバケット動作指令補正部によって参照されるバケット動作指令変換テーブルを示す図である。 本発明の第２の実施例に係る転圧作業時のフロント作業機の動作を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る転圧制御部の機能ブロック図である。 本発明の第４の実施例に係る転圧制御部の機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に係る作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。図１に示すように、油圧ショベル１００は、走行体１と、この走行体１上に旋回装置８を介して旋回可能に搭載された旋回体２と、この旋回体２の前側に上下方向に回動可能に連結されたフロント作業機１１０とを備えている。

旋回体２は、基礎下部構造をなす旋回フレーム２ａを有する。旋回フレーム２ａの前側には、フロント作業機１１０が上下方向に回動可能に連結されている。旋回フレーム２ａの後側には、フロント作業機１１０との重量バランスを取るためのカウンタウェイト３が取り付けられている。旋回フレーム２ａの左側前部には、運転室４が設けられている。運転室４内には、フロント作業機１１０および旋回体２を操作するための操作装置としての左右の操作レバー装置１５Ｌ，１５Ｒ（図２に示す）等が配置されている。旋回フレーム２ａ上には、原動機としてのエンジン（図示せず）、エンジンによって駆動される１つまたは複数の油圧ポンプからなるポンプ装置９、走行体１に対して旋回体２（旋回フレーム２ａ）を旋回駆動する旋回モータ８ａ、ポンプ装置９から旋回モータ８ａおよび後述するブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａを含む複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する複数の方向制御弁からなるコントロールバルブユニット１０等が搭載されている。

フロント作業機１１０は、基端部が旋回フレーム２ａの右側前部に上下方向に回動可能に連結されたブーム５と、このブーム５の先端部に上下、前後方向に回動可能に連結され、ブーム５によって昇降されるアーム６と、このアーム６の先端部に上下、前後方向に回動可能に連結され、ブーム５またはアーム６によって昇降される作業具としてのバケット７と、ブーム５を駆動するブームシリンダ５ａと、アーム６を駆動するアームシリンダ６ａと、バケット７を駆動するバケットシリンダ７ａとを備えている。バケット７には、バケット位置測定システム１１が備えられている。なお、図１では、バケット位置測定システム１１を直接バケット爪先位置を測るようなものとして図示しているが、旋回体２、ブーム５、アーム６およびバケット７のそれぞれの位置関係からバケット位置を演算するようなものでもよい。

図２は、油圧ショベル１００に搭載される油圧制御システムの概略構成図である。図２に示すように、油圧制御システム２００は、制御装置２０と、予め設定された設計面情報を制御装置２０に入力するための設計面入力装置２１と、制御装置２０から出力される情報を表示するための表示装置２２と、油圧ショベル１００の動作を制御装置２０に指示する左右の操作レバー装置１５Ｌ，１５Ｒと、バケット位置測定システム１１と、圧力センサ２４と、油圧装置２３とを備えている。

左右の操作レバー装置１５Ｌ，１５Ｒは、操縦者によるレバー操作に応じた操作信号を出力する。圧力センサ２４は、ブームシリンダ５ａの負荷圧、すなわち、ポンプ装置９（図１に示す）からブームシリンダ５ａのボトム側油室またはロッド側油室に供給される作動油の圧力（ブーム圧力）を圧力信号に変換して出力する。

制御装置２０は、左右の操作レバー装置１５Ｌ，１５Ｒからの操作信号と、設計面入力装置２１からの設計面情報と、バケット位置測定システム１１からのバケット爪先位置情報と、圧力センサ２４からの圧力信号（ブーム圧力情報）とに応じて、油圧装置２３に動作指令を出力する。

油圧装置２３は、制御装置２０からの動作指令に応じて、ブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａ等に圧油を供給し、ブーム５、アーム６、バケット７等を駆動する。

図３は、制御装置２０の機能ブロック図である。図３に示すように、制御装置２０は、操縦者指令部３０と、半自動制御部３１と、転圧制御部３２とを備えている。

操縦者指令部３０は、左右の操作レバー装置１５Ｌ，１５Ｒからの操作信号（左右のレバー操作量）に基づいてアクチュエータの目標動作速度を決定し、その目標動作速度に応じた動作指令を出力する。半自動制御部３１は、バケット７による掘り過ぎを防止するため、設計面とバケット爪先位置との偏差が小さいほどアクチュエータの目標動作速度が制限されるように、操縦者指令部３０から出力された動作指令を補正する。転圧制御部３２は、設計面情報とバケット爪先位置情報とブーム圧力情報とに基づいて、半自動制御部３１から出力された動作指令を補正する。このように構成された制御装置２０は、設計面通りに地面を掘削する作業で操縦者の操作を補助する半自動制御を実行すると共に、設計面通りに地面を押し固める転圧作業で操縦者の操作を補助する転圧制御を実行することができる。

図４は、転圧制御部３２の機能ブロック図である。図４に示すように、転圧制御部３２は、加減演算器５０と、転圧距離判定部５１と、転圧判定部５２と、転圧状態判定部５３と、アクチュエータ制御補正部５４と、制御補正保持判定部５５と、ブーム動作指令補正部５６とを備えている。

加減演算器５０は、設計面とバケット爪先位置との偏差を算出し、転圧距離判定部５１に出力する。

転圧距離判定部５１は、加減演算器５０からの偏差に基づいて転圧距離を判定し、その判定結果を距離情報として転圧状態判定部５３に出力する。具体的には、加減演算器５０から入力された偏差が所定の高さ閾値よりも小さい場合は距離情報として１を出力し、そうでなければ距離情報として０を出力する。

転圧判定部５２は、ブーム圧力Ｐｂｍとブーム動作指令Ｓｐｂｍとに基づいて、バケット底面が地面に押し付けられているか否かの判定（バケット押付判定）を行い、その判定結果を転圧情報として転圧状態判定部５３に出力する。具体的には、ブーム動作指令Ｓｐｂｍが正（ブーム上げ動作）の場合でブーム圧力Ｐｂｍが圧力閾値Ｐｂｍｓｅｔ１よりも低いとき（バケット７を介して作用する地面の反力によってブーム上げ負荷が掘削時よりも低下したとき）は、バケット底面が地面に押し付けられていると判定し、転圧情報として１を出力する。一方、ブーム動作指令Ｓｐｂｍが正（ブーム上げ動作）の場合でブーム圧力Ｐｂｍが圧力閾値Ｐｂｍｓｅｔ１よりも高いときは、バケット底面が地面に押し付けられていないと判定し、転圧情報として０を出力する。また、ブーム動作指令が負（ブーム下げ動作）の場合でブーム圧力Ｐｂｍが圧力閾値Ｐｂｍｓｅｔ２より高いとき（バケット７を介して作用する地面の反力によってブーム下げ負荷が掘削時よりも上昇したとき）は、バケット底面が地面に押し付けられていると判定し、転圧情報として１を出力する。一方、ブーム動作指令Ｓｐｂｍが負（ブーム下げ動作）の場合でブーム圧力Ｐｂｍが圧力閾値Ｐｂｍｓｅｔ２よりも低いときは、バケット底面が地面に押し付けられていないと判定し、転圧情報として０を出力する。ブーム動作指令Ｓｐｂｍの正負によって圧力閾値と判定の仕方を分けているのは、ブーム動作方向によってブームシリンダ５ａの大径側（ボトム側油室）と小径側（ロッド側油室）のどちらに作動油が供給されるかが変わり、ブーム圧力Ｐｂｍにおける地面の反力の影響の現れ方が異なるためである。なお、本実施例に係る転圧判定部５２は、バケット７が地面に押し付けられているか否かをブーム圧力Ｐｂｍのみに基づいて判定しているが、アーム圧力やバケット圧力を加味して判定してもよい。

転圧状態判定部５３は、転圧距離判定部５１からの距離情報と転圧判定部５２からの転圧情報とに基づいて転圧状態を判定し、その判定結果をアクチュエータ制御補正部５４にする。具体的には、転圧情報が１でかつ距離情報が１の場合（バケット爪先位置が設計面に近い状態でバケット底面が地面に押し付けられている場合）は転圧できている（“ａ．転圧成功”）と判定し、転圧情報が１でかつ距離情報が０の場合（バケット爪先位置が設計面から離れており、かつ、バケット底面が地面に押し付けられている場合）は土砂が多いために設計面付近で転圧できない（“ｂ．土砂多い”）と判定し、転圧情報が０でかつ距離情報が１の場合（バケット爪先位置が設計面に近く、かつ、バケットが地面に押し付けられていない場合）は土砂が不足しているために設計面付近で転圧できない（“ｃ．土砂不足”）と判定し、転圧情報が０でかつ距離情報が０の場合（バケット爪先位置が設計面から離れており、かつ、バケット底面が地面に押し付けられていない場合）は単純にバケット７が浮き上がっている（“ｄ．浮き上がり”）と判定する。

アクチュエータ制御補正部５４は、転圧状態判定部５３からの転圧状態に基づいて制御補正内容を決定し、制御補正保持判定部５５に出力する。具体的には、転圧状態が“ａ．転圧成功”の場合は、設計面付近で転圧できているものの地面の反力によってバケット７が押し上げられるため、バケット７を確実に地面に押し付けるためにブーム５の上昇度合いを少し弱めるまたは下降度合いを少し強める補正を行うのが望ましい。そのため、ブーム動作指令をブーム下げ側に小さく補正すること（ブーム下げ側補正小）を制御補正内容として出力する。転圧状態が“ｂ．土砂多い”の場合は、バケット爪先位置が設計面から離れた状態でバケット底面が地面に押し付けられているため、バケット７をより強く地面に押し付けるためにブーム５の上昇度合いを弱めるまたは下降度合いを強める補正を行うのが望ましい。そのため、ブーム動作指令をブーム下げ側に大きく補正すること（ブーム下げ側補正大）を制御補正内容として出力する。転圧状態が“ｃ．土砂不足”の場合は、地面に土砂が不足しているために転圧できないため、制御補正は行わず、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止制御を優先させる。転圧状態が“ｄ．浮き上がり”の場合も、制御補正は行わず、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止制御を優先させる。

制御補正保持判定部５５は、アーム動作指令Ｓｐａｍに応じて、アクチュエータ制御補正部５４からの制御補正内容を保持または更新し、ブーム動作指令補正部５６に出力する。具体的には、アーム動作指令Ｓｐａｍが０の場合（アーム６が動作せずバケット７が地面に接触する位置が変わらないと予想される場合）は、アクチュエータ制御補正部５４からの制御補正内容を保持したまま出力する。一方、アーム動作指令Ｓｐａｍが０でない場合（アーム６が動作してバケット７が地面に接触する位置が変わると予想される場合）は、アクチュエータ制御補正部５４からの制御補正内容を更新しながら出力する。そうすることで、同じ個所をバケット７で叩いて転圧を行う土羽打ち作業において、バケット７が地面から離れたときもブーム下げ側補正が有効に保たれるため、２回目以降の土羽打ち作業が容易になる。また、ブーム５とアーム６でバケット７の位置を調整しバケット７を地面に押し付けながら移動させる床付け作業では、制御補正内容が転圧状態に応じて逐次更新されるため、地面の状況に応じた制御が可能となり転圧作業が容易になる。

ブーム動作指令補正部５６は、図５に拡大して示すブーム動作指令変換テーブル５６ａを参照し、制御補正保持判定部５５からの制御補正内容に応じて、半自動制御部３１からのブーム動作指令を補正する。具体的には、制御補正なしの場合は、図５中実線で示すように、ブーム動作指令と補正後ブーム動作指令とを１対１の比率で対応させる。ブーム下げ側補正小の場合は、図５中点線で示すように、ブーム上げ側のブーム動作指令に対する補正後ブーム動作指令の比率が１よりも僅かに小さくなるように、また、ブーム下げ側のブーム動作指令に対する補正後ブーム動作指令の比率が１よりも僅かに大きくなるようにブーム動作指令を補正する。ブーム下げ側補正大の場合は、図５中一点鎖線で示すように、ブーム上げ側のブーム動作指令に対する補正後ブーム動作指令の比率が１よりも小さくなるように、また、ブーム下げ側のブーム動作指令に対する補正後ブーム動作指令の比率が１よりも大きくなるようにブーム動作指令を補正する。そうすることで、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作をベースとしつつ、転圧状態に応じてバケット７を地面に押し付けることが可能となる。なお、半自動制御部３１から入力されたアーム動作指令Ｓｐａｍは、転圧制御部３２によって補正されることなく、そのまま油圧装置２３（図２に示す）に出力される。

図６は、本実施例に係る転圧作業時のフロント作業機１１０の動作を示す図である。

図６（１）に示すように、バケット爪先位置と設計面との偏差が高さ閾値よりも小さく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられた状態でアーム引き動作が行われているときは、転圧状態が“ａ．転圧成功”と判定され、ブーム動作指令がブーム下げ側に小さく補正されるため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作をベースとしつつ、アーム引き動作による床付け作業においてバケット底面を地面に押し付ける力が小さく増加する。

図６（２）に示すように、バケット爪先位置と設計面との偏差が高さ閾値よりも大きく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられた状態でアーム引き動作が行われているときは、転圧状態が“ｂ．土砂多い”と判定され、ブーム動作指令がブーム下げ側に大きく補正されるため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作をベースとしつつ、バケット底面を地面に押し付ける力が大きく増加する。

図６（３）に示すように、バケット爪先位置と設計面との偏差が高さ閾値よりも小さく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられていないときは、転圧状態が“ｃ．土砂不足”と判定され、ブーム動作指令はブーム下げ側に補正されないため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作が優先される。

図６（４）に示すように、バケット爪先位置と設計面との偏差が高さ閾値よりも大きく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられていないときは、転圧状態が“ｄ．浮き上がり”と判定され、ブーム動作指令はブーム下げ側に補正されないため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作が優先される。

図６（５）に示すように、バケット爪先位置と設計面との偏差が高さ閾値よりも小さく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられた状態でアーム押し動作が行われているときは、転圧状態が“ａ．転圧成功”と判定され、ブーム動作指令がブーム下げ側に小さく補正されるため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作をベースとしつつ、バケット底面を地面に押し付ける力が小さく増加する。

図６（６）に示すように、バケット爪先と地面との偏差が高さ閾値よりも大きく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられた状態でアーム押し動作が行われているときは、転圧状態が“ｂ．土砂多い”と判定され、ブーム動作指令がブーム下げ側に大きく補正されるため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作をベースとしつつ、バケット底面を地面に押し付ける力が大きく増加する。

以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル１００によれば、バケット底面が地面に押し付けられていないときは、半自動制御部３１によってバケット７が設計面よりも下方に侵入しないようにレバー操作量が補正される。一方、バケット先端が設計面に近い状態でバケット底面が地面に押し付けられているときは、地面に押し付ける力が小さく増加するように、半自動制御部３１によって補正されたブーム動作指令がブーム下げ側に小さく補正される。また、バケット先端が設計面から離れている状態でバケット底面が地面に押し付けられているときは、地面に押し付ける力が大きく増加するように、半自動制御部３１によって補正されたブーム動作指令がブーム下げ側に大きく補正される。これにより、設計面通りに地面を掘削する作業で操縦者の操作を補助すると共に、設計面通りに地面を押し固める転圧作業で操縦者の操作を補助することが可能となる。

また、アーム６が動作せずバケット７の地面と接触する位置が変わらないと予想される場合は、バケット７が地面から離れても転圧状態に基づく制御補正内容が保持されるため、同じ個所をバケット７で叩いて転圧を行う土羽打ち作業において操縦者の操作を効率的に補助することができる。

本発明の第２の実施例に係る油圧ショベルについて、第１の実施例との相違点を中心に説明する。

図７は、本実施例に係る転圧制御部の機能ブロック図である。本実施例に係る転圧制御部３２Ａは、第１の実施例に係る転圧判定部５２（図４に示す）に代えて転圧判定部６０を備え、第１の実施例に係る転圧状態判定部５３（図４に示す）に代えて転圧状態判定部６１を備え、第１の実施例に係るアクチュエータ制御補正部５４（図４に示す）に代えてアクチュエータ制御補正部６２を備え、かつ、バケット動作指令補正部６３を更に備えている。

転圧判定部６０は、まず、第１の実施例に係る転圧判定部５２（図４に示す）と同様に、ブーム圧力Ｐｂｍとブーム動作指令Ｓｐｂｍの正負とアーム動作指令Ｓｐａｍとに基づいてバケット押付判定を行う。続いて、アーム動作指令Ｓｐａｍに応じてバケット押付判定の結果を変更し、その結果を転圧情報として転圧状態判定部６１に出力する。具体的には、アーム動作指令Ｓｐａｍが０の場合はバケット押付判定の結果をそのまま転圧情報として出力し、アーム動作指令Ｓｐａｍが０でなくかつバケット押付判定の結果が１の場合は転圧情報として２を出力し、アーム動作指令Ｓｐａｍが０でなくかつバケット押付判定の結果が０の場合は転圧情報として０を出力する。

転圧状態判定部６１は、転圧距離判定部５１からの距離情報と転圧判定部６０からの転圧情報とに基づいて転圧状態を判定し、アクチュエータ制御補正部６２に出力する。具体的には、転圧情報が１または２でかつ距離情報が１の場合（バケット爪先位置が設計面に近い状態でバケット底面が地面に押し付けられている場合）は“ａ．転圧成功”と判定し、転圧情報が１でかつ距離情報が０の場合（バケット爪先位置が設計面から離れている状態でバケット底面が地面に押し付けられ、かつ、アーム６の動作が予想されない場合）は土砂が多いために土羽打ちによる転圧ができていない（“ｂ１．土砂多い”）と判定し、転圧情報が０でかつ距離情報が１の場合（バケット爪先位置が設計面に近い状態でバケット底面が地面に押し付けられていない場合）は“ｃ．土砂不足”と判定し、転圧情報が０でかつ距離情報が０の場合（バケット爪先位置が設計面から離れている状態でバケット底面が地面に押し付けられていない場合）は“ｄ．浮き上がり”と判定し、転圧情報が２でかつ距離情報が０の場合（バケット爪先位置が設計面から離れた状態でバケット底面が地面に押し付けられ、かつ、アーム動作が予想される場合）は“ｂ２．土砂多い”と判定する。

アクチュエータ制御補正部６２は、転圧状態判定部６１からの転圧状態に基づいて制御補正内容を決定し、制御補正保持判定部５５に出力する。ここで、転圧状態が“ａ．転圧成功”、“ｃ．土砂不足”または“ｄ．浮き上がり”の場合の処理は、第１の実施例に係るアクチュエータ制御補正部５４（図４に示す）と同じであるため、説明を省略する。転圧状態が“ｂ１．土砂多い”の場合は、バケット底面が地面に押し付けられているもののバケット７が設計面から離れているため、バケット７を大きく下げるためにブーム５の上昇度合いを弱めるまたは下降度合いを強める補正を行うのが望ましい。そのため、ブーム動作指令をブーム下げ側に大きく補正すること（ブーム下げ補正大）を制御補正内容として出力する。転圧状態が“ｂ２．土砂多い”の場合は、バケット底面が地面に押し付けられているもののバケット７が設計面から離れているため、バケット７をより強く地面に押し付けるためにブーム５の上昇度合いを弱めるまたは下降度合いを強める補正を行うのが望ましい。さらに、アーム６を動かしながら転圧を行っているため、バケット７を開側に動かして過剰な土砂を掘削することも設計面通りに地面を仕上げるために有効である。そのため、ブーム動作指令をブーム下げ側に大きく補正し、かつ、バケットを開側に補正すること（バケット開側補正）を制御補正内容として出力する。

バケット動作指令補正部６３は、図８に拡大して示すバケット動作指令変換テーブル６３ａを参照し、制御補正保持判定部５５からの制御補正内容に応じて、半自動制御部３１からのバケット動作指令を補正する。具体的には、バケット開側補正なしの場合は、図８中実線で示すように、バケット動作指令と補正後バケット動作指令とを１対１の比率で対応させる。バケット開側補正ありの場合は、図８中点線で示すように、補正後バケット動作指令がバケット動作指令よりも小さくなるように補正する。そうすることで、バケット７を開側に動かして土砂を掘削することができる。また、バケット動作指令の補正はアーム動作指令Ｓｐａｍが０でない場合のみ実行されるため、バケット７で法面等を均す転圧作業を行っていなければ、バケット７が開側に動かされることはない。

図９は、本実施例に係る転圧作業時のフロント作業機１１０の動作を示す図である。

図９（１）に示すように、バケット爪先位置と設計面との偏差が高さ閾値よりも小さく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられた状態でアーム引き動作が行われているときは、第１の実施例（図６（１）に示す）と同様に、転圧状態が“ａ．転圧成功”と判定され、ブーム動作指令がブーム下げ側に小さく補正されるため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作をベースとしつつ、バケット底面を地面に押し付ける力が小さく増加する。

図９（２）に示すように、バケット爪先位置と設計面との偏差が高さ閾値よりも大きく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられた状態でアーム動作が行われていないときは、転圧状態が“ｂ１．土砂多い”と判定され、ブーム動作指令がブーム下げ側に大きく補正されるため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作をベースとしつつ、バケット底面を地面に押し付ける力が大きく増加する。

図９（３）に示すように、バケット爪先位置と設計面との偏差が高さ閾値よりも小さく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられた状態でアーム引き動作が行われているときは、転圧状態が“ｂ２．土砂多い”と判定され、ブーム動作指令がブーム下げ側に大きく補正されると共にバケット動作指令がバケット開側に補正されるため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作をベースとしつつ、バケット底面を地面に押し付ける力が大きく増加すると共に地面が掘削される。

図９（４）に示すように、バケット爪先位置と設計面との偏差が高さ閾値よりも小さく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられていないときは、第１の実施例（図６（３）に示す）と同様に、転圧状態が“ｃ．土砂不足”と判定され、ブーム動作指令はブーム下げ側に補正されないため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作が優先される。

図９（５）に示すように、バケット爪先と地面との偏差が高さ閾値よりも大きく、かつ、バケット底面が地面に押し当てられていないときは、第１の実施例（図６（４）に示す）と同様に、転圧状態が“ｄ．浮き上がり”と判定され、ブーム動作指令はブーム下げ側に補正されないため、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止動作が優先される。

以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル１００においても、第１の実施例と同様の効果が得られる。

また、土砂が多いために設計面付近で転圧できない場合でアーム６が動作しているときに、ブーム動作指令をブーム下げ側に大きく補正すると共にバケット動作指令をバケット開側に補正することにより、バケット７を地面に押し付けつつ過剰な土砂を掘削することができるため、床付け作業をより効率的に行うことが可能となる。

本発明の第３の実施例に係る油圧ショベルについて、第２の実施例との相違点を中心に説明する。

図１０は、本実施例に係る転圧制御部の機能ブロック図である。図１０において、本実施例に係る転圧制御部３２Ｂは、転圧状態表示部７０を更に備えている。

転圧状態表示部７０は、転圧状態判定部６１からの転圧状態に基づいて表示装置２２に表示させる内容（表示内容）を決定する。具体的には、転圧状態が“ａ．転圧成功”の場合は“転圧成功”を、“ｂ１．土砂多い”または“ｂ２．土砂多い”の場合は“土砂多い”を、“ｃ．土砂不足”の場合は“土砂不足”を、“ｄ．浮き上がり”の場合は“浮き上がり”を表示内容とする。

以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル１００においても、第２の実施例と同様の効果が得られる。

また、表示装置２２に転圧状態を表示することにより、操縦者は転圧状態に応じた適切な作業を行うことができる。例えば、表示装置２２に“土砂不足”と表示された場合は、操縦者は転圧作業を一旦中止し、必要な箇所に土砂を追加する等の措置を速やかに講じることができる。

本発明の第４の実施例に係る油圧ショベルについて、第１の実施例との相違点を中心に説明する。

図１１は、本実施例に係る転圧制御部の機能ブロック図である。本実施例に係る転圧制御部３２Ｃは、第１の実施例に係る転圧距離判定部５１（図４に示す）を省略し、第１の実施例に係る転圧状態判定部５３に代えて転圧状態判定部８０を備え、第１の実施例に係るアクチュエータ制御補正部５４（図４に示す）に代えてアクチュエータ制御補正部８１を備えている。

転圧状態判定部８０は、転圧判定部５２からの転圧情報のみに基づいて転圧状態を判定する。具体的には、転圧情報が１の場合（バケット底面が地面に押し付けられている場合）は転圧できている（“ａ．転圧成功”）と判定し、転圧情報が０の場合（バケット底面が地面に押し付けられていない場合）は転圧できていない（“ｄ．浮き上がり”）と判定する。

アクチュエータ制御補正部８１は、転圧状態判定部８０からの転圧状態に基づいて制御補正内容を決定する。具体的には、転圧状態が“ａ．転圧成功”の場合は、バケット７を確実に地面に押し付けるため、ブーム５の上昇度合いを弱めるまたは下降度合いを強める補正を行うのが望ましい。そのため、ブーム動作指令をブーム下げ側に補正すること（ブーム下げ補正）を制御補正内容として出力する。転圧状態が“ｄ．浮き上がり”の場合は、制御補正は行わず、半自動制御部３１による掘り過ぎ防止制御を優先させる。

以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル１００によれば、バケット底面が地面に押し付けられていないときは、半自動制御部３１によってバケット７が設計面よりも下方に侵入しないようにレバー操作量が補正される。一方、バケット底面が地面に押し付けられているときは、地面に押し付ける力が増加するように、半自動制御部３１によって補正されたブーム動作指令がブーム下げ側に補正される。これにより、設計面通りに地面を掘削する作業で操縦者の操作を補助すると共に、設計面通りに地面を押し固める転圧作業で操縦者の操作を補助することが可能となる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

１…走行体、２…旋回体、３…カウンタウェイト、４…運転室、５…ブーム、５ａ…ブームシリンダ、６…アーム、６ａ…アームシリンダ、７…バケット（作業具）、７ａ…バケットシリンダ、８…旋回装置、８ａ…旋回モータ、９…ポンプ装置、１０…コントロールバルブユニット、１１…バケット位置測定システム、１５Ｌ…左操作レバー装置、１５Ｒ…右操作レバー装置、２０…制御装置、２１…設計面入力装置、２２…表示装置、２３…油圧装置、２４…圧力センサ、３０…操縦者指令部、３１…半自動制御部、３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…転圧制御部、５０…加減演算器、５１…転圧距離判定部、５２…転圧判定部、５３，８０…転圧状態判定部、５４，８１…アクチュエータ制御補正部、５５…制御補正保持判定部、５６…ブーム動作指令補正部、５６ａ…ブーム動作指令変換テーブル、６０…転圧判定部、６１…転圧状態判定部、６２…アクチュエータ制御補正部、６３…バケット動作指令補正部、６３ａ…バケット動作指令変換テーブル、７０…転圧状態表示部、１００…油圧ショベル（作業機械）、１１０…フロント作業機、２００…油圧制御システム。

Claims (5)

1. 作業具を有する作業機と、
   前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと、
   前記複数の油圧アクチュエータの操作量を指示する操作装置と、
   前記作業具が所定の設計面より下方に移動しないように、前記操作装置によって指示された操作量を補正する半自動制御部を有する制御装置とを備えた作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記作業具が地面に押し付けられているか否かを判定する転圧判定部と、
   前記作業具が地面に押し付けられていると前記転圧判定部が判定したときに、前記作業具が地面に加える力が大きくなるように、前記半自動制御部によって補正された操作量を更に補正するアクチュエータ制御補正部とを有する
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記作業機は、前記作業具を昇降させるブームを有し、
   前記複数の油圧アクチュエータは、前記ブームを駆動するブームシリンダを含み、
   前記転圧判定部は、前記ブームシリンダの負荷圧に基づいて、前記前記作業具が地面に押し付けられているか否かを判定する
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記作業具と前記所定の設計面との距離が所定の閾値よりも小さいか否かを判定する転圧距離判定部を更に有し、
   前記アクチュエータ制御補正部は、前記作業具と前記所定の設計面との距離が所定の閾値よりも大きいと判定したときに、前記作業具と前記所定の設計面との距離が所定の閾値よりも小さいと判定したときよりも前記作業具が地面に加える力が大きくなるように、前記半自動制御部によって補正された操作量を更に補正する
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記作業具が地面と接触する位置が変わると予想されるときに、前記アクチュエータ制御補正部による補正内容を更新し、前記作業具が地面と接触する位置が変わらないと予想されるときに、前記アクチュエータ制御補正部による補正内容を保持する制御補正保持判定部を更に備えた
   ことを特徴とする作業機械。
5. 請求項３に記載の作業機械において、
   表示装置を更に備え、
   前記制御装置は、前記転圧判定部および前記転圧距離判定部の判定結果を前記表示装置に出力する転圧状態表示部を更に備えた
   ことを特徴とする作業機械。

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