JP2019127796A - 作業機械および作業機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空打ちの発生を抑制でき、ブレーカの負荷を軽減できる作業機械および作業機械の制御方法を提供する。【解決手段】作業機２は、ブレーカ８を含む。センサ１６〜１８は、作業機２の姿勢を検知する。制御弁３５は、ブレーカ８の動作を制御する。コントローラ４０は、制御弁３５を制御する。コントローラ４０は、センサ１６〜１８により得られた作業機２の姿勢からブレーカ８の先端８ａａと打撃限界との距離を検知し、ブレーカ８の先端８ａａが打撃限界に到達したことを判定すると制御弁３５を制御してブレーカ８の動作を停止する。【選択図】図５

Description

本発明は、作業機械および作業機械の制御方法に関し、特に、ブレーカを有する作業機械および作業機械の制御方法に関するものである。

ブレーカを有する作業機械は、例えば特開２００３−４９４５３号公報（特許文献１）に開示されている。ブレーカは、工具として先端に配置されたチゼルと、そのチゼルを打撃するピストンとを有している。

ブレーカにより破砕対象物を砕く際には、チゼルの先端が破砕対象物に押付けられた状態で、ピストンによりチゼルが打撃される。このピストンからチゼルに加えられた打撃力により、破砕対象物が破砕される。

特開２００３−４９４５３号公報

チゼルの先端に負荷がかかっていない状態でピストンによるチゼルの打撃が行われると、いわゆる空打ちが生じる。この空打ちによるブレーカ自体の負荷を低減するため、空打ちが禁止されている。

ブレーカによる破砕作業時に上記空打ちが生じないように、破砕対象物が破砕されるとオペレータの判断で打撃が止められている。しかし熟練オペレータでも、破砕対象物が砕けてから実際に破砕操作をオフにするまでタイムラグが生じ、空打ちが生じる。

本開示の目的は、空打ちの発生を抑制でき、ブレーカの負荷を軽減できる作業機械および作業機械の制御方法を提供することである。

本開示の作業機械は、作業機と、センサと、制御弁と、コントローラとを備えている。作業機は、ブレーカを含む。センサは、作業機の姿勢を検知する。制御弁は、ブレーカの動作を制御する。コントローラは、制御弁を制御する。コントローラは、センサにより得られた作業機の姿勢からブレーカの先端と打撃限界との距離を検知し、ブレーカの先端が打撃限界に到達したと判定すると制御弁を制御してブレーカの動作を停止する。

本開示の作業機械の制御方法は、ブレーカを含む作業機と、そのブレーカの動作を制御する制御弁と、を備えた作業機械の制御方法であって、以下の工程を備える。

まず作業機の姿勢からブレーカの先端と打撃限界との距離が検知される。ブレーカの先端が打撃限界に到達したと判定されると制御弁が制御されてブレーカの動作が停止される。

本開示によれば、空打ちの発生を抑制でき、ブレーカの負荷を軽減することができる作業機械を実現することができる。

実施形態に基づく作業機械１００の外観図である。 実施形態に基づく作業機械を模式的に説明するための作業機械の側面図（Ａ）および背面図（Ｂ）である。 実施形態に基づく作業機の制御システムの構成を示す機能ブロック図である。 実施形態に基づくブレーカの構成を示す模式図である。 実施形態に基づくブレーカの油圧システムおよびブレーカの制御システムの一の例の構成を説明する図である。 実施形態に基づくブレーカの油圧システムおよびブレーカの制御システムの他の例の構成を説明する図である。 実施形態に基づく停止制御が行われている際の作業機の動作の一例を模式的に示す図である。 実施形態に基づく停止制御を実行する制御システム２００に含まれるコントローラ２６および表示コントローラ２８の機能ブロック図である。 本実施形態に基づく上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ｂｒｋの算出方式を説明する図（Ａ）〜（Ｃ）である。 実施形態に基づくブレーカの先端と目標破砕地形Ｕとの間の距離ｄを取得することを説明する図である。 実施形態に基づく作業機の自動停止制御の一例を示すフローチャートである。 実施形態に基づくブレーカの打撃自動停止制御の一例を示すフローチャートである。 実施形態に基づくブレーカの打撃自動停止制御の変形例を示すフローチャートである。 ブレーカの打撃自動停止制御の変形例における距離ｄとブレーカの打撃速度との関係を示す図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本開示はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることが可能である。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

＜作業機械の全体構成＞
図１は、実施形態に基づく作業機械１００の外観図である。

図１に示されるように、作業機械１００として、本例においては、おもに油圧ショベルを例に挙げて説明する。

作業機械１００は、車両本体１と、油圧により作動する作業機２とを有している。なお、後述するように、作業機械１００には制御を実行する制御システム２００（図３）が搭載されている。

車両本体１は、旋回体３と、走行装置５とを有している。走行装置５は、一対の履帯５Ｃｒを有している。履帯５Ｃｒの回転により、作業機械１００が走行可能である。なお、走行装置５が車輪（タイヤ）を含んでもよい。

旋回体３は、走行装置５の上に配置され、かつ走行装置５により支持されている。旋回体３は、旋回軸ＡＸを中心として走行装置５に対して旋回可能である。

旋回体３は運転室４を有している。この運転室４には、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられている。オペレータは、運転室４において作業機械１００を操作可能である。

本例においては、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準として各部の位置関係について説明する。前後方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータの前後方向をいう。左右方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータの左右方向をいう。運転席４Ｓに着座したオペレータに正対する方向を前方向とし、前方向に対向する方向を後方向とする。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対したときの右側、左側をそれぞれ右方向、左方向とする。

旋回体３は、エンジンが収容されるエンジンルーム９と、旋回体３の後部に設けられるカウンタウェイトとを有している。旋回体３において、エンジンルーム９の前方に手すり１９が設けられている。エンジンルーム９には、図示しないエンジンおよび油圧ポンプなどが配置されている。

作業機２は、旋回体３に支持されている。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、ブレーカ８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、ブレーカシリンダ１２とを主に有している。ブーム６は旋回体３に接続されている。アーム７はブーム６に接続されている。ブレーカ８はアーム７に接続されている。

ブームシリンダ１０はブーム６を駆動するためのものである。アームシリンダ１１はアーム７を駆動するためのものである。ブレーカシリンダ１２はブレーカ８を駆動するためのものである。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、およびブレーカシリンダ１２のそれぞれは、作動油によって駆動される油圧シリンダである。

ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して旋回体３に接続されている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に接続されている。ブレーカ８は、ブレーカピン１５を介してアーム７の先端部に接続されている。

ブーム６は、ブームピン１３を中心に回転可能である。アーム７は、アームピン１４を中心に回転可能である。ブレーカ８は、ブレーカピン１５を中心に回転可能である。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、実施形態に基づく作業機械１００を模式的に説明する図である。図２（Ａ）には、作業機械１００の側面図が示されている。図２（Ｂ）には、作業機械１００の背面図が示されている。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示されるように、ブーム６の長さＬ１は、ブームピン１３とアームピン１４との距離である。アーム７の長さＬ２は、アームピン１４とブレーカピン１５との距離である。ブレーカ８の長さＬ３は、ブレーカピン１５とブレーカ８の先端８ａａ（工具８ａの先端８ａａ）との距離である。ブレーカ８の工具８ａは例えばチゼルであり、工具８ａの先端８ａａは尖っている。また、長さＬ３は、ブレーカ８の先端８ａａが後述する伸長側ストロークエンド（図４）にあるときの長さとする。

作業機械１００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、ブレーカシリンダストロークセンサ１８とを有している。ブームシリンダストロークセンサ１６はブームシリンダ１０に配置されている。アームシリンダストロークセンサ１７はアームシリンダ１１に配置されている。ブレーカシリンダストロークセンサ１８はブレーカシリンダ１２に配置されている。なお、ブームシリンダストロークセンサ１６、アームシリンダストロークセンサ１７およびブレーカシリンダストロークセンサ１８は総称してシリンダストロークセンサとも称される。

ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ１０のストローク長さが求められる。アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて、アームシリンダ１１のストローク長さが求められる。ブレーカシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、ブレーカシリンダ１２のストローク長さが求められる。

なお、本例においては、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびブレーカシリンダ１２のストローク長さはそれぞれブームシリンダ長、アームシリンダ長およびブレーカシリンダ長とも称される。また、本例においては、ブームシリンダ長、アームシリンダ長、およびブレーカシリンダ長は総称してシリンダ長データＬとも称される。なお、ポテンショメータまたは傾斜センサを用いて、ストローク長さを検出する方式を採用することも可能である。

作業機械１００は、作業機械１００の位置を検出可能な位置検出装置２０を備えている。

位置検出装置２０は、アンテナ２１と、グローバル座標演算部２３と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２４とを有している。

アンテナ２１は、例えばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）用のアンテナである。アンテナ２１は、例えばＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems）用アンテナである。

アンテナ２１は、旋回体３に設けられている。本例においては、アンテナ２１は、旋回体３の手すり１９に設けられている。なお、アンテナ２１は、エンジンルーム９の後方向に設けられてもよい。例えば、旋回体３のカウンタウェイトにアンテナ２１が設けられてもよい。アンテナ２１は、受信した電波（ＧＮＳＳ電波）に応じた信号をグローバル座標演算部２３に出力する。

グローバル座標演算部２３は、グローバル座標系におけるアンテナ２１の設置位置Ｐ１を検出する。グローバル座標系は、作業エリアに設置した基準位置Ｐｒを元にした３次元座標系（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）である。本例においては、基準位置Ｐｒは、作業エリアに設定された基準杭の先端の位置である。また、ローカル座標系とは、作業機械１００を基準とした、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で示される３次元座標系である。ローカル座標系の基準位置は、旋回体３の旋回軸（旋回中心）ＡＸに位置する基準位置Ｐ２を示すデータである。

本例においては、アンテナ２１は、車幅方向に互いに離れるように旋回体３に設けられた第１アンテナ２１Ａおよび第２アンテナ２１Ｂを含んでいる。

グローバル座標演算部２３は、第１アンテナ２１Ａの設置位置Ｐ１ａおよび第２アンテナ２１Ｂの設置位置Ｐ１ｂを検出する。グローバル座標演算部２３は、グローバル座標で表される基準位置データＰを取得する。本例においては、基準位置データＰは、旋回体３の旋回軸（旋回中心）ＡＸに位置する基準位置Ｐ２を示すデータである。なお、基準位置データＰは、設置位置Ｐ１を示すデータでもよい。

本例においては、グローバル座標演算部２３は、２つの設置位置Ｐ１ａおよび設置位置Ｐ１ｂに基づいて旋回体方位データＱを生成する。旋回体方位データＱは、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとで決定される直線がグローバル座標の基準方位（例えば北）に対してなす角に基づいて決定される。旋回体方位データＱは、旋回体３（作業機２）が向いている方位を示す。グローバル座標演算部２３は、後述する表示コントローラ２８（図３）に基準位置データＰおよび旋回体方位データＱを出力する。

ＩＭＵ２４は、旋回体３に設けられている。本例においては、ＩＭＵ２４は、運転室４の下部に配置されている。旋回体３において、運転室４の下部に高剛性のフレームが配置されている。ＩＭＵ２４は、そのフレーム上に配置されている。なお、ＩＭＵ２４は、旋回体３の旋回軸ＡＸ（基準位置Ｐ２）の側方（右側または左側）に配置されてもよい。ＩＭＵ２４は、車両本体１の左右方向に傾斜する傾斜角θ４と、車両本体１の前後方向に傾斜する傾斜角θ５とを検出する。

＜作業機の制御システムの構成＞
次に、実施形態に基づく作業機２の制御システム２００の概要について説明する。

図３は、実施形態に基づく作業機２の制御システム２００の構成を示す機能ブロック図である。

図３に示される制御システム２００は、作業機２を用いた破砕処理を制御する。本例においては、破砕処理の制御は、作業機２の停止制御と、ブレーカ８の破砕制御とを含む。

作業機２の停止制御は、図１に示されるブレーカ８の先端８ａａが目標破砕地形Ｕ（図７）に食い込まないように、目標破砕地形Ｕ手前で作業機２が自動停止するように制御することを意味する。停止制御は、オペレータによるアーム７の操作がなく、ブーム６またはブレーカ８の操作があり、かつブレーカ８の先端８ａａおよび目標破砕地形Ｕ間の距離ｄとブレーカ８の先端８ａａの速度とが所定条件を満たす場合に実行される。目標破砕地形Ｕとは、破砕対象の目標形状である設計地形を意味する。

図３に示されるように、制御システム２００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、ブレーカシリンダストロークセンサ１８と、アンテナ２１と、グローバル座標演算部２３と、ＩＭＵ２４と、操作装置２５と、コントローラ２６と、パイロット弁２７と、表示コントローラ２８と、表示部２９と、センサコントローラ３０と、マンマシンインターフェース部３２と、メインポンプ３７と、油圧シリンダ６０と、方向制御弁６４と、圧力センサ６６、６７とを含んでいる。

操作装置２５は、運転室４（図１）に配置されている。オペレータにより操作装置２５が操作される。操作装置２５は、作業機２を駆動するオペレータ操作を受け付ける。本例においては、操作装置２５は、パイロット油圧方式の操作装置である。

方向制御弁６４により、メインポンプ３７から供給された作動油の油圧シリンダ６０への供給量（圧力）が調整される。方向制御弁６４は、第１油圧室および第２油圧室に供給される油によって作動する。なお、本例においては、油圧シリンダ６０（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、およびブレーカシリンダ１２）を作動するために、メインポンプ３７から油圧シリンダに供給される油は作動油とも称される。また、方向制御弁６４を作動するためにその方向制御弁６４に供給される油はパイロット油と称される。また、パイロット油の圧力はパイロット油圧（ＰＰＣ圧力）とも称される。

作動油およびパイロット油は、同一の油圧ポンプ（メインポンプ３７）から送出されてもよい。例えば、油圧ポンプから送出された作動油の一部が減圧弁で減圧され、その減圧された作動油がパイロット油として使用されてもよい。また、作動油を送出する油圧ポンプ（メイン油圧ポンプ）と、パイロット油を送出する油圧ポンプ（パイロット油圧ポンプ）とが別の油圧ポンプでもよい。

操作装置２５は、第１操作レバー２５Ｒと、第２操作レバー２５Ｌとを有している。第１操作レバー２５Ｒは、例えば運転席４Ｓ（図１）の右側に配置されている。第２操作レバー２５Ｌは、例えば運転席４Ｓの左側に配置されている。第１操作レバー２５Ｒおよび第２操作レバー２５Ｌでは、前後左右の動作が２軸の動作に対応している。

第１操作レバー２５Ｒにより、例えばブーム６およびブレーカ８が操作される。
第１操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、ブーム６の操作に対応し、前後方向の操作に応じてブーム６の下げ動作および上げ動作が実行される。ブーム６を操作するために第１操作レバー２５Ｒが操作され、パイロット油路４５０にパイロット油が供給された時、圧力センサ６６に発生する検出圧力をＭＢとする。

第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、ブレーカ８の操作に対応し、左右方向の操作に応じてブレーカ８のアーム７に対する回動動作が実行される。ブレーカ８を操作するために第１操作レバー２５Ｒが操作され、パイロット油路４５０にパイロット油が供給された時、圧力センサ６６に発生する検出圧力をＭＴとする。

第２操作レバー２５Ｌにより、例えばアーム７および旋回体３が操作される。
第２操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、アーム７の操作に対応し、前後方向の操作に応じてアーム７の上げ動作および下げ動作が実行される。

第２操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、旋回体３の旋回に対応し、左右方向の操作に応じて旋回体３の右旋回動作および左旋回動作が実行される。

メインポンプ３７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２５に供給される。操作装置２５の操作量に基づいてパイロット油圧が調整される。

パイロット油路４５０には、圧力センサ６６および圧力センサ６７が配置されている。圧力センサ６６および圧力センサ６７は、パイロット油圧を検出する。圧力センサ６６および圧力センサ６７の検出結果は、コントローラ２６に出力される。

第１操作レバー２５Ｒの前後方向の操作量（ブーム操作量）に応じて、ブーム６を駆動するためのブームシリンダ１０に供給される作動油の流れ方向および流量が方向制御弁６４によって調整される。

第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作量（ブレーカ操作量）に応じて、ブレーカ８を駆動するためのブレーカシリンダ１２に供給される作動油が流れる方向制御弁６４が駆動される。

第２操作レバー２５Ｌの前後方向の操作量（アーム操作量）に応じて、アーム７を駆動するためのアームシリンダ１１に供給される作動油が流れる方向制御弁６４が駆動される。

第２操作レバー２５Ｌの左右方向の操作量に応じて、旋回体３を駆動するための油圧アクチュエータに供給される作動油が流れる方向制御弁６４が駆動される。

なお、第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作がブーム６の操作に対応し、前後方向の操作がブレーカ８の操作に対応してもよい。また、第２操作レバー２５Ｌの左右方向がアーム７の操作に対応し、前後方向の操作が旋回体３の操作に対応してもよい。

パイロット弁２７は、油圧シリンダ６０（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、およびブレーカシリンダ１２）に対する作動油の供給量を調整する。パイロット弁２７は、コントローラ２６からの制御信号に基づいて作動する。

マンマシンインターフェース部３２は、入力部３２１と表示部（モニタ）３２２とを有する。

本例においては、入力部３２１は、表示部３２２の周囲に配置される操作ボタンを含む。なお、入力部３２１がタッチパネルを含んでもよい。マンマシンインターフェース部３２を、マルチモニタとも称する。

表示部３２２は、基本情報として燃料残量、冷却水温度などを表示する。この表示部３２２は、画面上の表示を押すことで機器を操作可能なタッチパネル（入力装置）であってもよい。

入力部３２１は、オペレータによって操作される。入力部３２１の操作により生成された指令信号は、コントローラ２６に出力される。

センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ長を算出する。ブームシリンダストロークセンサ１６は、周回動作に伴うパルスをセンサコントローラ３０に出力する。センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６から出力されたパルスに基づいて、ブームシリンダ長を算出する。

同様に、センサコントローラ３０は、アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて、アームシリンダ長を算出する。センサコントローラ３０は、ブレーカシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、ブレーカシリンダ長を算出する。

センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて取得されたブームシリンダ長から、旋回体３の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１（図２（Ａ））を算出する。

センサコントローラ３０は、アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて取得されたアームシリンダ長から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２（図２（Ａ））を算出する。

センサコントローラ３０は、ブレーカシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて取得されたブレーカシリンダ長から、アーム７に対するブレーカ８の先端８ａａの傾斜角θ３（図２（Ａ））を算出する。

上記算出結果である傾斜角θ１、θ２、θ３と、基準位置データＰ、旋回体方位データＱ、およびシリンダ長データＬに基づいて、作業機械１００のブーム６、アーム７およびブレーカ８の位置を特定することが可能となり、ブレーカ８の３次元位置を示すブレーカ位置データを生成することが可能である。

なお、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、およびブレーカ８の傾斜角θ３は、シリンダストロークセンサ１６、１７、１８ではなく、ロータリーエンコーダのような角度検出器で検出されてもよい。ブーム６の傾斜角θ１はブームに取り付けた角度検出器で検出されてもよい。同様に、アーム７の傾斜角θ２がアーム７に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。ブレーカ８の傾斜角θ３がブレーカ８に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。

＜ブレーカの構成＞
次に、ブレーカ８の構成について説明する。

図４は、実施形態に基づくブレーカの構成を示す模式図である。図４に示されるように、ブレーカ８は、工具８ａと、本体８ｂと、ピストン８ｃと、コントロールバルブ８ｄとを主に有している。工具８ａは、例えばチゼルである。工具８ａは、棒状に延びており、一方端に尖った先端８ａａを有している。工具８ａは本体８ｂに対して軸方向に移動可能である。工具８ａの先端８ａａは本体８ｂから突き出しており、工具８ａの他方端８ａｂは本体８ｂ内に挿入されている。

本体８ｂ内には、ピストン８ｃが収納されている。ピストン８ｃは、本体８ｂ内で移動可能である。ピストン８ｃの移動により、ピストン８ｃは工具８ａの他方端８ａｂを打撃可能である。工具８ａは、ピストン８ｃに打撃されることにより、他方端８ａｂから先端８ａａに向かう方向に打撃力を付与される。この打撃力により、工具８ａの先端８ａａに押付けられた破砕対象物を破砕することが可能である。

コントロールバルブ８ｄは、外部から油の供給を受けることにより本体８ｂ内におけるピストン８ｃの移動を制御するためのものである。

工具８ａの上記軸方向の移動により、工具８ａの先端８ａａは伸長側ストロークエンドと収縮側ストロークエンドとの間で移動可能である。伸長側ストロークエンドと収縮側ストロークエンドとの中間の位置がストローク中間位置である。

上述した作業機２の自動停止制御においては、ブレーカ８の先端８ａａが目標破砕地形Ｕに食い込まないように、目標破砕地形Ｕ手前で作業機２が自動停止するように制御される。

また後述するブレーカ８の打撃自動停止制御においては、設定された打撃限界に工具８の先端８ａａが食い込まないように、打撃限界で、または打撃限界の手前で打撃が自動停止するように制御される。この打撃限界は、例えば目標破砕地形Ｕ（設計地形）に設定される。また打撃限界は、目標破砕地形Ｕ（設計地形）に限定されず、目標破砕地形Ｕ以外の位置に設定されてもよく、例えば目標破砕地形Ｕ（設計地形）よりも上方の位置に設定されてもよい。打撃限界は地形であってもよいし、岩などの塊に対して予め定められた仮想点であってもよい。

＜ブレーカによる破砕のための油圧回路の構成＞
次に、ブレーカ８による破砕のための油圧回路の構成について説明する。

図５は、実施形態に基づく一の例のブレーカの油圧システムおよびブレーカの制御システムの構成を説明する図である。

図５に示されるように、ブレーカ８の油圧回路は、上記ブレーカ８と、操作部３４と、パイロット弁３５（制御弁）と、方向制御弁３６と、メインポンプ３７と、ストップバルブ３８ａ、３８ｂと、アキュムレータ３９と、フィルタ７１、７３と、オイルクーラー７２とを主に有している。

メインポンプ３７は、オイルタンク７５内に貯められた油を上記油圧回路に供給するためのものである。メインポンプ３７は、方向制御弁３６およびストップバルブ３８ａを介在してブレーカ８のコントロールバルブ８ｄに接続されている。これによりメインポンプ３７は、方向制御弁３６およびストップバルブ３８ａを通じて、オイルタンク７５内に貯められた油を作動油としてコントロールバルブ８ｄに供給可能である。

方向制御弁３６内には、スプール（図示せず）が配置されている。このスプールが方向制御弁３６内で移動することにより、メインポンプ３７からブレーカ８のコントロールバルブ８ｄへ供給される作動油の油量（圧力）が制御される。コントロールバルブ８ｄに供給される油量（圧力）を制御することにより、ブレーカ８のピストン８ｃの本体８ｂ内での移動を制御することができ、工具８ａに上記打撃力を付与することができる。

操作部３４からパイロット弁３５を介在してパイロット油路が方向制御弁３６に接続されている。これにより、操作部３４およびパイロット弁３５を通じて油がパイロット油として方向制御弁３６に供給可能である。パイロット油として方向制御弁３６に供給された油は方向制御弁３６内のスプールを作動させる。

操作部３４は、操作レバーまたはペダルである。この操作レバーまたはペダルをオペレータが操作することにより、操作部３４からパイロット弁３５へ供給されるパイロット油の油量が制御される。このように操作部３４がパイロット油を直接制御するため、この操作部３４はパイロット油圧方式の操作部である。

パイロット弁３５は、コントローラ２６からの電気的な制御信号（ＥＰＣ（Electric Pressure Control）電流）に基づいてパイロット油の流れを制御する弁である。このパイロット弁３５がコントローラ２６で制御されることにより、方向制御弁３６に供給されるパイロット油の油量（圧力）が制御される。

ブレーカ８に供給された後の作動油は、ストップバルブ３８ｂ、アキュムレータ３９、フィルタ７１を通じて方向制御弁３６に戻る。またはブレーカ８に供給された後の作動油は、ストップバルブ３８ｂ、アキュムレータ３９、フィルタ７１、オイルクーラー７２、フィルタ７３などを通じてオイルタンク７５に戻る。

＜ブレーカの破砕制御システムの構成＞
次に、ブレーカ８の破砕制御システムの構成について説明する。

図５に示されるように、コントローラ２６は、上記のとおり、パイロット弁３５に電気的な制御信号（ＥＰＣ電流）を与える機能を有する。このコントローラ２６は、作業機姿勢検知部４１と、距離ｄ算出部４２と、距離ｄ判定部４３と、パイロット弁制御部４４と、入力制御部４５と、記憶部４６と、通信制御部４７とを主に有している。

コントローラ２６は、作業機姿勢検知用センサ１６〜１８により得られた作業機２の姿勢からブレーカ８の先端８ａａと打撃限界との距離ｄ（図４）を検知する機能を有する。またコントローラ２６は、上記距離ｄの検知によりブレーカ８の先端８ａａが打撃限界に到達したと判定するとパイロット弁３５（制御弁）を制御してブレーカ８の動作を停止させる機能を有する。

上記において打撃限界は、例えば目標破砕地形Ｕ（図４）である。
コントローラ２６の作業機姿勢検知部４１は、作業機姿勢検知用センサ１６〜１８が検知した情報に基づいて作業機２の姿勢を検知する。作業機姿勢検知用センサ１６〜１８は、例えば上述したストロークセンサであるが、ポテンショメータまたは傾斜センサであってもよい。作業機姿勢検知部４１により作業機２の姿勢を検知することができるため、ブレーカ８の先端８ａａの位置を知ることができる。

距離ｄ算出部４２は、作業機姿勢検知部４１により検知されたブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）の位置と打撃限界の位置とから、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と打撃限界との間の距離ｄ（図４）を算出する。

上記打撃限界の位置は、例えば入力制御部４５、記憶部４６および通信制御部４７の少なくとも１つから得られる。上記打撃限界の位置は、例えばマンマシンインターフェース部３２の入力部３２１または表示部（モニタ）３２２を通じてオペレータにより入力制御部４５に入力されてもよい。また上記打撃限界の位置は、本作業機械１００の出荷時から記憶部４６に入力されていてもよい。また上記打撃限界の位置は、例えば通信装置３３を通じて本作業機械１００の外部から通信制御部４７に入力されてもよい。

距離ｄ判定部４３は、上記距離ｄ算出部４２により得られた距離ｄが所定の値となっているか否かを判定する。距離ｄ判定部４３は、例えば上記距離ｄが０になっているかを判定する。具体的には、距離ｄ判定部４３は、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が打撃限界に達しているかを判定する。

パイロット弁制御部４４は、上記距離ｄ判定部４３により判定された結果に基づいてパイロット弁３５に電気的な制御信号（ＥＰＣ電流）を与える。例えば上記距離ｄが０である（ブレーカ８の先端８ａａが打撃限界に達している）と距離ｄ判定部４３が判定した場合には、ブレーカ８の動作を停止するようパイロット弁３５に電気的な制御信号を与える。

コントローラ２６は、例えばメインポンプ３７の動作を制御するためのポンプコントローラであってもよく、また作業機２の動作を制御する作業機コントローラであってもよい。

なお図５の油圧回路においては、操作部３４がパイロット油を直接制御するパイロット油圧方式について説明したが、図６に示されるように操作部３４が電気信号をコントローラ２６に与えるＥＰＣ制御方式が採用されてもよい。図６は、本実施形態に基づくブレーカの油圧システムおよびブレーカの制御システムの他の例の構成を説明する図である。

図６に示されるように、このＥＰＣ制御方式においては、操作部３４はコントローラ２６に電気的に接続されている。これにより、操作部３４からの電気信号がコントローラ２６に入力可能である。操作部３４からの電気信号は、例えば作業機姿勢検知部４１に入力される。

またパイロット油は操作部３４を通ることなくパイロット弁３５を通じて方向制御弁３６に供給される。

これ以外の図６に示された油圧回路の構成および制御システムの構成は、図５に示す構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

＜通常制御と自動制御（停止制御）と油圧システムの動作について＞
［通常制御］
通常制御の場合、作業機２は操作装置２５の操作量に従って動作する。

具体的には、図３に示されるように、コントローラ２６はパイロット弁２７を開放する。パイロット弁２７が開放された状態で、パイロット油圧（ＰＰＣ圧力）は、操作装置２５の操作量に基づいて調整される。これにより、方向制御弁６４が調整されて、ブーム６、アーム７およびブレーカ８の各々の上げ下げ動作を実行することが可能である。

［自動制御（停止制御）］
自動制御（停止制御）の場合、作業機２は、操作装置２５の操作に基づいてコントローラ２６によって制御される。

具体的には、図３に示されるように、コントローラ２６は、パイロット弁２７に制御信号を出力する。パイロット弁２７は、コントローラ２６の制御信号に基づいて作動する。これにより油圧シリンダ６０に接続された方向制御弁６４（ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４およびブレーカシリンダ１２に接続された方向制御弁６４の各々）に作用するパイロット油圧が制御される。

方向制御弁６４はパイロット弁２７で制御されたパイロット油圧に基づいて作動する。この方向制御弁６４の作動により、油圧シリンダ６０（ブームシリンダ１０およびブレーカシリンダ１２）に供給される作動油の圧力が制御される。これによりコントローラ２６は、ブレーカ８の先端８ａａが目標破砕地形Ｕ（図７）に侵入しないように、ブーム６の動きを制御（停止制御）する。

本例において、目標破砕地形Ｕに対する先端８ａａの侵入が抑制されるように、ブームシリンダ１０に接続されたパイロット弁２７にコントローラ２６が制御信号を出力して、ブーム６の位置を制御することを停止制御と称する。

また自動制御（停止制御）におけるブレーカ８の先端８ａａの位置は、図４に示される工具８ａの伸長側ストロークエンドの位置とされる。

図７は、実施形態に基づく停止制御が行われている際の作業機の動作の一例を模式的に示す図である。

図７に示されるように、停止制御において、ブレーカ８が目標破砕地形Ｕに侵入しないように、ブーム６を制御する停止制御が実行される。具体的には、制御システム２００（図３）はブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が目標破砕地形Ｕに近づいたときにブレーカ８が目標破砕地形Ｕに近づく速度が小さくなるようにブーム６の速度を制御する。

そしてブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）の位置が目標破砕地形Ｕまたはその直前に達したときに作業機２が停止される。これにより作業機２が停止した状態においては、工具８ａの伸長側ストロークエンドの位置が目標破砕地形Ｕまたはその直前の位置となっている。

ただし作業機２が停止した状態においては、実際の工具８ａの先端８ａａは、破砕すべき地形表面に接しているため、伸長側ストロークエンドよりも収縮側ストロークエンド側に位置している。この状態においては、実際の工具８ａの先端８ａａは、例えば収縮側ストロークエンドに位置している。

図８は、実施形態に基づく停止制御を実行する制御システム２００に含まれるコントローラ２６および表示コントローラ２８の機能ブロック図である。

図８に示されるように、制御システム２００に含まれるコントローラ２６および表示コントローラ２８の機能ブロックが示されている。

ここでは、ブーム６の停止制御について説明する。上記で説明したように停止制御は、オペレータによるブーム下げ操作によりブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が目標破砕地形Ｕの上方から目標破砕地形Ｕに近づく際に、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が目標破砕地形Ｕに侵入しないように、ブーム６の動きを制御するものである。

具体的には、コントローラ２６は、破砕対象の目標形状である目標破砕地形Ｕとブレーカ８の先端８ａａの位置を示すブレーカ位置データＳとに基づいて、目標破砕地形Ｕとブレーカ８との距離ｄを算出する。そして、距離ｄに応じてブレーカ８が目標破砕地形Ｕに近づく速度が小さくなるように、ブーム６の停止制御によるパイロット弁２７への制御信号ＣＢＩを出力する。

まず、コントローラ２６は、操作装置２５（図３）の操作による操作指令に基づくブーム６、ブレーカ８の動作によるブレーカ８の先端８ａａの速度を算出する。そして、算出結果に基づいてブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が目標破砕地形Ｕに侵入しないように、ブーム６の速度を制御するブーム制限速度（目標速度）を算出する。そして、ブーム制限速度でブーム６が動作するようにパイロット弁２７への制御信号ＣＢＩを出力する。

以下、機能ブロックについて図８を用いて具体的に説明する。
図８に示されるように、表示コントローラ２８は、目標施工情報格納部２８Ａと、ブレーカ位置データ生成部２８Ｂと、目標破砕地形データ生成部２８Ｃとを有している。表示コントローラ２８は、位置検出装置２０（図３）による検出結果に基づいて、グローバル座標系で見たときのローカル座標の位置を算出可能である。

表示コントローラ２８は、センサコントローラ３０からの入力を受ける。
センサコントローラ３０は、各シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果から各シリンダ長データＬおよび傾斜角θ１、θ２、θ３を取得する。また、センサコントローラ３０は、ＩＭＵ２４から出力される傾斜角θ４のデータおよび傾斜角θ５のデータを取得する。センサコントローラ３０は、シリンダ長データＬ、傾斜角θ１、θ２、θ３のデータと、傾斜角θ４のデータ、および傾斜角θ５のデータを、表示コントローラ２８に出力する。

上述のように、本例においては、シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果、およびＩＭＵ２４の検出結果がセンサコントローラ３０に出力され、センサコントローラ３０が所定の演算処理を行う。

本例においては、センサコントローラ３０の機能が、コントローラ２６で代用されてもよい。例えば、シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果がコントローラ２６に出力され、コントローラ２６が、シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果に基づいて、シリンダ長（ブームシリンダ長、アームシリンダ長、およびブレーカシリンダ長）を算出してもよい。ＩＭＵ２４の検出結果が、コントローラ２６に出力されてもよい。

グローバル座標演算部２３は、基準位置データＰおよび旋回体方位データＱを取得し、表示コントローラ２８に出力する。

目標施工情報格納部２８Ａは、作業エリアの目標形状である立体設計地形を示す目標施工情報（立体設計地形データ）Ｔを格納している。目標施工情報Ｔは、破砕対象の目標形状である設計地形を示す目標破砕地形（設計地形データ）Ｕを生成するために必要とされる座標データおよび角度データを含む。目標施工情報Ｔは、例えば無線通信装置を介して表示コントローラ２８に供給されてもよい。

ブレーカ位置データ生成部２８Ｂは、傾斜角θ１、θ２、θ３、θ４、θ５と、基準位置データＰ、旋回体方位データＱ、およびシリンダ長データＬに基づいて、ブレーカ８の３次元位置を示すブレーカ位置データＳを生成する。なお、先端８ａａの位置情報は、メモリなどの接続式記録装置から転送されてもよい。

本例においては、ブレーカ位置データＳは、先端８ａａの３次元位置を示すデータである。

目標破砕地形データ生成部２８Ｃは、ブレーカ位置データ生成部２８Ｂより取得するブレーカ位置データＳと目標施工情報格納部２８Ａに格納された後述する目標施工情報Ｔを用いて、破砕対象の目標形状を示す目標破砕地形Ｕを生成する。

また、目標破砕地形データ生成部２８Ｃは、生成した目標破砕地形Ｕに関するデータを表示部２９に出力する。これにより、表示部２９は、目標破砕地形Ｕを表示する。

表示部２９は、例えばモニタであり、作業機械１００の各種の情報を表示する。本例においては、表示部２９は、情報化施工用のガイダンスモニタとしてのＨＭＩ（Human Machine Interface）モニタを含んでいる。

目標破砕地形データ生成部２８Ｃは、コントローラ２６に対して目標破砕地形Ｕに関するデータを出力する。また、ブレーカ位置データ生成部２８Ｂは、生成したブレーカ位置データＳをコントローラ２６に出力する。

コントローラ２６は、推定速度決定部５２と、距離取得部５３と、停止制御部５４と、作業機制御部５７と、記憶部５８とを有している。

コントローラ２６は、操作装置２５（図３）からの操作指令（圧力ＭＢ、ＭＴ）と、表示コントローラ２８からのブレーカ位置データＳおよび目標破砕地形Ｕとを取得し、パイロット弁２７へ制御信号ＣＢＩを出力する。またコントローラ２６は、必要に応じてセンサコントローラ３０およびグローバル座標演算部２３から演算処理に必要な各種パラメータを取得する。

推定速度決定部５２は、ブーム６、ブレーカ８の駆動のための操作装置２５（図３）のレバー操作に対応したブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍ、ブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋを算出する。

ここで、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブームシリンダ１０のみが駆動される場合のブレーカ８の先端８ａａの速度である。ブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋは、ブレーカシリンダ１２のみが駆動される場合のブレーカ８の先端８ａａの速度である。

推定速度決定部５２は、ブーム操作指令（圧力ＭＢ）に対応するブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを算出する。また、同様に推定速度決定部５２は、ブレーカ操作指令（圧力ＭＴ）に対応するブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋを算出する。これにより各操作指令に対応するブレーカ８の先端８ａａの速度を算出することが可能である。

記憶部５８は、推定速度決定部５２が演算処理するための各種テーブルなどのデータを格納する。

距離取得部５３は、目標破砕地形データ生成部２８Ｃから目標破砕地形Ｕのデータを取得する。距離取得部５３は、ブレーカ位置データ生成部２８Ｂから、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）の位置を示すブレーカ位置データＳを取得する。距離取得部５３は、ブレーカ位置データＳおよび目標破砕地形Ｕに基づいて、目標破砕地形Ｕに垂直な方向におけるブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と目標破砕地形Ｕとの距離ｄを算出する。

停止制御部５４は、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が目標破砕地形Ｕに接近するときブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が目標破砕地形Ｕに到達する手前で作業機２の動作を停止する停止制御を実行する。

停止制御部５４は、推定速度決定部５２から取得した推定速度Ｖｃ＿ｂｍ、Ｖｃ＿ｂｒｋからブーム６の制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを決定する。停止制御部５４は、その制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを作業機制御部５７へ出力する。

作業機制御部５７は、ブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを取得し、そのブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに基づいて制御信号ＣＢＩを生成する。作業機制御部５７はその制御信号ＣＢＩをパイロット弁２７へ出力する。

これにより、ブームシリンダ１０に接続されたパイロット弁２７が制御され、ブーム６の停止制御が実行される。

＜推定速度の決定＞
図８における推定速度決定部５２は、ブーム操作指令（圧力ＭＢ）に対応するブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍおよびブレーカ操作指令（圧力ＭＴ）に対応するブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋを算出する。

推定速度決定部５２は、スプールストローク演算部と、シリンダ速度演算部と、推定速度演算部とを含む。

スプールストローク演算部は、記憶部５８に格納されている操作指令（圧力）に従うスプールストロークテーブルに基づいて油圧シリンダ６０のスプール（図示せず）のスプールストローク量を算出する。なお、スプールは方向制御弁６４（図３）に含まれている。

スプールの移動量は、操作装置２５またはパイロット弁２７によって制御される油路の圧力（パイロット油圧）によって調整される。その油路のパイロット油圧は、スプールを移動するための油路のパイロット油の圧力であり、操作装置２５またはパイロット弁２７によって調整される。したがって、スプールの移動量（スプールストローク）とＰＰＣ圧力とは相関する。

シリンダ速度演算部は、算出されたスプールストローク量に従うシリンダ速度テーブルに基づいて油圧シリンダ６０のシリンダ速度を算出する。

油圧シリンダ６０のシリンダ速度は、図３に示されるメインポンプ３７から方向制御弁６４を介して供給される単位時間当たりの作動油の供給量に基づいて調整される。スプールの移動量に基づいて、油圧シリンダ６０に対する単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。したがって、シリンダ速度とスプールの移動量（スプールストローク）とは相関する。

推定速度演算部は、算出された油圧シリンダ６０のシリンダ速度に従う推定速度テーブルに基づいて推定速度を算出する。

油圧シリンダ６０のシリンダ速度に従って作業機２（ブーム６、アーム７、ブレーカ８）が動作するためシリンダ速度と推定速度とは相関する。

上記処理により、推定速度決定部５２は、ブーム操作指令（圧力ＭＢ）に対応するブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍおよびブレーカ操作指令（圧力ＭＴ）に対応するブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋを算出する。なお、スプールストロークテーブル、シリンダ速度テーブル、推定速度テーブルは、ブーム６、ブレーカ８に対してそれぞれ設けられており、実験またはシミュレーションに基づいて求められ、記憶部５８に予め記憶されている。

これにより各操作指令に対応するブレーカ８の先端８ａａの目標速度（推定速度）を算出することが可能である。

＜推定速度の垂直速度成分への変換＞
ブーム制限速度を算出するにあたり、ブーム６およびブレーカ８の各々の推定速度Ｖｃ＿ｂｍ、Ｖｃ＿ｂｒｋの目標破砕地形Ｕの表面に垂直な方向の速度成分（垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ｂｒｋを算出する必要がある。このため、まずは上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ｂｒｋを算出する方式について説明する。

図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、本実施形態に基づく上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ｂｒｋの算出方式を説明する図である。

図９（Ａ）に示されるように、停止制御部５４（図８）は、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを、目標破砕地形Ｕの表面に垂直な方向の速度成分（垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ｂｍと、目標破砕地形Ｕの表面に平行な方向の速度成分（水平速度成分と）Ｖｃｘ＿ｂｍとに変換する。

この点で、停止制御部５４は、センサコントローラ３０（図３）から取得した傾斜角および目標破砕地形Ｕなどから、グローバル座標系の垂直軸に対するローカル座標系の垂直軸（旋回体３の旋回軸ＡＸ：図１）の傾きと、グローバル座標系の垂直軸に対する目標破砕地形Ｕの表面の垂直方向における傾きとを求める。停止制御部５４は、これらの傾きからローカル座標系の垂直軸と目標破砕地形Ｕの表面の垂直方向との傾きを表す角度β１を求める。

そして、図９（Ｂ）に示されるように、停止制御部５４は、ローカル座標系の垂直軸の方向とブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍの方向とのなす角度β２とから、三角関数により、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを、ローカル座標系の垂直軸方向の速度成分ＶＬ１＿ｂｍと、水平軸方向の速度成分ＶＬ２＿ｂｍとに変換する。

そして、図９（Ｃ）に示されるように、停止制御部５４は、ローカル座標系の垂直軸と目標破砕地形Ｕの表面の垂直方向との傾きβ１とから、三角関数により、ローカル座標系の垂直軸方向における速度成分ＶＬ１＿ｂｍと、水平軸方向における速度成分ＶＬ２＿ｂｍとを、目標破砕地形Ｕに対する垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍおよび水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｍに変換する。同様にして、停止制御部５４は、ブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋを、ローカル座標系の垂直軸方向における垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｒｋおよび水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｒｋに変換する。

このようにして、上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ｂｒｋが算出される。
＜ブレーカの先端と目標破砕地形Ｕとの間の距離ｄの算出＞
図１０は、実施形態に基づくブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と目標破砕地形Ｕとの間の距離ｄを取得することを説明する図である。

図１０に示されるように、距離取得部５３（図８）は、ブレーカ８の先端８ａａの位置情報（ブレーカ位置データＳ）に基づいてブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と目標破砕地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄを算出する。

本例においては、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と目標破砕地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄに基づいて停止制御が実行される。

＜停止制御のフローチャート＞
次に、本実施形態に係る作業機の停止制御のフローの一例について図８〜図１１を用いて説明する。

図１１は、実施形態に基づく作業機の停止制御の一例を示すフローチャートである。
図１１に示されるように、まず目標破砕地形Ｕが設定される（ステップＳＡ１：図１１）。

目標破砕地形Ｕが設定された後、図８に示されるように、コントローラ２６は、作業機２の推定速度Ｖｃを決定する（ステップＳＡ２：図１１）。作業機２の推定速度Ｖｃは、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍおよびブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋを含む。ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブーム操作量に基づいて算出される。ブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋは、ブレーカ操作量に基づいて算出される。

コントローラ２６の記憶部５８に、ブーム操作量とブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍとの関係を規定する推定速度情報が記憶されている。コントローラ２６は、推定速度情報に基づいて、ブーム操作量に対応するブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを決定する。推定速度情報は、例えば、ブーム操作量に対するブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍの大きさが記述されたマップである。推定速度情報は、テーブルまたは数式等の形態でもよい。

また推定速度情報は、ブレーカ操作量とブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋとの関係を規定する情報を含む。コントローラ２６は、推定速度情報に基づいて、ブレーカ操作量に対応するブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋを決定する。

図９（Ａ）に示されるように、コントローラ２６は、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを、目標破砕地形Ｕの表面に垂直な方向の速度成分（垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ｂｍと、目標破砕地形Ｕの表面に平行な方向の速度成分（水平速度成分と）Ｖｃｘ＿ｂｍとに変換する（ステップＳＡ３：図１１）。

コントローラ２６は、基準位置データＰおよび目標破砕地形Ｕなどから、グローバル座標系の垂直軸に対するローカル座標系の垂直軸（旋回体３の旋回軸ＡＸ）の傾きと、グローバル座標系の垂直軸に対する目標破砕地形Ｕの表面の垂直方向における傾きとを求める。コントローラ２６は、これらの傾きからローカル座標系の垂直軸と目標破砕地形Ｕの表面の垂直方向との傾きを表す角度β１（図９（Ａ））を求める。

図９（Ｂ）に示されるように、コントローラ２６は、ローカル座標系の垂直軸とブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍの方向とのなす角度β２とから、三角関数により、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを、ローカル座標系の垂直軸方向の速度成分ＶＬ１＿ｂｍと、水平軸方向の速度成分ＶＬ２＿ｂｍとに変換する。

図９（Ｃ）に示されるように、コントローラ２６は、ローカル座標系の垂直軸と目標破砕地形Ｕの表面の垂直方向との傾きβ１から、三角関数により、ローカル座標系の垂直軸方向における速度成分ＶＬ１＿ｂｍと、水平軸方向における速度成分ＶＬ２＿ｂｍとを、目標破砕地形Ｕに対する垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍおよび水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｍに変換する。コントローラ２６は、同様に、ブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋを、ローカル座標系の垂直軸方向における垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｒｋおよび水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｒｋに変換する。

図１０に示されるように、コントローラ２６は、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と目標破砕地形Ｕとの間の距離ｄを取得する（ステップＳＡ４：図１１）。コントローラ２６は、先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）の位置情報、目標破砕地形Ｕなどから、ブレーカ８の先端８ａａと目標破砕地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄを算出する。本実施形態においては、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と目標破砕地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄに基づいて、停止制御が実行される。

コントローラ２６は、上記距離ｄに基づいて、作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔを算出する（ステップＳＡ５：図１１）。作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が目標破砕地形Ｕに接近する方向において許容できる先端８ａａの移動速度（許容速度または先端制限速度とも称される）である。コントローラ２６の記憶部５４ａ（図８）には、距離ｄと制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔとの関係を規定する制限速度情報が記憶されている。この制限速度情報と、上記で算出された距離ｄとから作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔが算出される。

制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔを取得した後、コントローラ２６は、作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔとブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍとブレーカ推定速度Ｖｃ＿ｂｒｋとからブーム６の制限速度（目標速度）の垂直速度成分（制限垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを算出する（ステップＳＡ６：図１１）。

コントローラ２６は、ブーム６の回転角度α、アーム７の回転角度β、ブレーカ８の回転角度、基準位置データＰ、および目標破砕地形Ｕなどから、目標破砕地形Ｕの表面に垂直な方向とブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔの方向との間の関係を求め、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを、ブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに変換する（ステップＳＡ７：図１１）。この場合の演算は、前述したブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍから目標破砕地形Ｕの表面に垂直な方向の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍを求めた演算と逆の手順により行われる。

この後、コントローラ２６により停止制御の条件が満たされているか否かが判定される（ステップＳＡ８：図１１）。例えばブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と目標破砕地形Ｕの間の距離ｄが所定の範囲となったか否かがコントローラ２６により判定される。

停止制御条件が満たされていない場合には停止制御は実行されない（ステップＳＡ９：図１１）。一方、停止制御条件が満たされている場合には停止制御は実行される（ステップＳＡ１０：図１１）。

図８に示されるように、停止制御においては、停止制御部５４の上記制限速度取得部が、取得したブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを作業機制御部５７に出力する。作業機制御部５７は、ブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに対応するシリンダ速度を決定し、シリンダ速度に対応した指令電流（制御信号）をパイロット弁２７に出力する。これにより、スプールの移動量を含む作業機２の制御が行われる。

先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が目標破砕地形Ｕより上方に位置している場合には、先端８ａａが目標破砕地形Ｕに近づくほど、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔの絶対値が小さくなるとともに、目標破砕地形Ｕの表面に平行な方向へのブーム６の制限速度の速度成分（制限水平速度成分）Ｖｃｘ＿ｂｍ＿ｌｍｔの絶対値も小さくなる。したがって、先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が目標破砕地形Ｕより上方に位置している場合には、先端８ａａが目標破砕地形Ｕに近づくほど、ブーム６の目標破砕地形Ｕの表面に垂直な方向への速度と、ブーム６の目標破砕地形Ｕの表面に平行な方向への速度とがともに減速される。そして上記距離ｄが所定の値となった時点でブーム６は停止される。

＜ブレーカの打撃自動停止制御のフローチャート＞
次に、本実施形態に係るブレーカの打撃自動停止制御のフローの一例について図５、図１１および図１２を用いて説明する。

図１２は、実施形態に基づくブレーカの打撃自動停止制御の一例を示すフローチャートである。

図１２に示されるように、目標破砕地形（打撃限界）が設定される（ステップＳ１：図１２）。本実施形態においては目標破砕地形が打撃限界に設定される。このため目標破砕地形（打撃限界）設定のステップＳ１は、図１１における目標破砕地形Ｕの設定のステップＳＡ１と同じである。

また打撃限界は目標破砕地形Ｕに限定されない。このため打撃限界が目標破砕地形Ｕと異なる位置に設定される場合には、打撃限界の設定のステップＳ１は、図１１における目標破砕地形Ｕの設定のステップＳＡ１とは別に行われる。

打撃限界の設定は、図５に示されるように、例えばマンマシンインターフェース部３２の入力部３２１または表示部（モニタ）３２２を通じてオペレータが打撃限界を入力制御部４５に入力することにより行われてもよい。また上記打撃限界の設定は、本作業機械１００の出荷前に記憶部４６に入力されることにより行われてもよい。また上記打撃限界の設定は、例えば通信装置３３を通じて本作業機械１００の外部から通信制御部４７に入力されることにより行われてもよい。

この後、オペレータによりブレーカ８の破砕操作が開始される（ステップＳ２：図１２）。このオペレータによる破砕操作は、例えば上記自動制御（停止制御）により、図７に示されるようにブレーカ８の先端８ａａが破砕すべき地形表面に接した状態から開始される。この時点では、伸長側ストロークエンドは目標破砕地形Ｕに達していない。このため、この時点では上記自動制御（停止制御）はまだ終了していない。

ブレーカ８による破砕操作の開始は、ブレーカ８の実際の先端８ａａを破砕対象物に押し付けてブレーカ８に適正な推力が与えられた状態で行われる。オペレータによる破砕操作は、オペレータが操作部（操作レバーまたはペダル）３４の操作を行なうことにより開始される。オペレータによりブレーカ８の破砕操作が開始されることでブレーカ８による破砕動作が開始される。具体的には、図４に示されるブレーカ８のピストン８ｃが工具８ａを打撃することにより工具８ａに打撃力が付与され、その打撃力により破砕対象物が破砕される。

オペレータによりブレーカ８の破砕操作が開始されると、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）は徐々に目標破砕地形Ｕに近づいていく。またオペレータによりブレーカ８の破砕操作が開始されると、その破砕操作開始の信号を受けてコントローラ２６はブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）の位置の検知を行なう（ステップＳ３：図１２）。この先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）の位置の検知については、図５に示されるように、コントローラ２６の作業機姿勢検知部４１が作業機姿勢検知用センサ１６〜１８が検知した情報に基づいて行なう。またブレーカ８の打撃自動停止制御においても、上記の自動制御（停止制御）と同様、ブレーカ８の先端８ａａの位置は、図４に示される工具８ａの伸長側ストロークエンドの位置とされる。

コントローラ２６の距離ｄ算出部４２により、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と打撃限界との間の距離ｄが算出される（ステップＳ４：図１２）。距離ｄ算出部４２は、作業機姿勢検知部４１により検知されたブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）の位置と、入力制御部４５、記憶部４６および通信制御部４７の少なくとも１つから取得した打撃限界の位置とに基づいて上記距離ｄを算出する。上記距離ｄの算出の方法は、上記自動制御（停止制御）で述べた方法と同じである。

コントローラ２６の距離ｄ判定部４３により、算出された上記距離ｄが０か否かが判定される（ステップＳ５：図１２）。具体的には、コントローラ２６の距離ｄ判定部４３により、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が打撃限界に達しているか否かが判定される。

距離ｄ判定部４３により上記距離ｄが０ではないと判定された場合、距離ｄが０になるまで、ブレーカ８による破砕動作と、距離ｄ判定部４３による距離ｄの算出とが行われる。

一方、距離ｄ判定部４３により上記距離ｄが０と判定された場合、ブレーカ８の破砕動作が停止される（ステップＳ６：図１２）。ブレーカ８の破砕動作を停止する際には、パイロット弁制御部４４が、上記距離ｄ判定部４３による距離ｄが０との判定結果に基づいてパイロット弁３５に電気的な制御信号（ＥＰＣ電流）を与える。これにより、ブレーカ８の動作が停止するようにパイロット弁３５が制御される。

また距離ｄ判定部４３により上記距離ｄが０と判定された場合、自動制御（停止制御）も停止される。

＜変形例＞
次に、ブレーカの打撃自動停止制御の変形例について説明する。

図１３は、実施形態に基づくブレーカの打撃自動停止制御の変形例を示すフローチャートである。図１４は、ブレーカの打撃自動停止制御の変形例における距離ｄとブレーカの打撃速度との関係を示す図である。

図１３に示されるように、本変形例に示すフローチャートは、図１２に示すフローチャートと比較して、距離ｄが制限距離以下か否かを判定するステップＳ７と、距離ｄが制限距離以下である場合にブレーカ８の単位時間当たりの打撃回数を減少させるステップＳ８とが追加されている点において主に異なっている。

本変形例のフローチャートでは、距離ｄを算出するステップＳ４の後に、距離ｄが制限距離以下か否かが判定される（ステップＳ７：図１３）。この判定は、図５に示されるコントローラ２６の距離ｄ判定部４３により行われる。距離ｄ判定部４３は、距離ｄ算出部４２から取得した距離ｄが制限距離以下か否かを判定する。

距離ｄ判定部４３は、打撃限界と同様、入力制御部４５、記憶部４６および通信制御部４７の少なくとも１つから制限距離を取得する。

この制限距離は、図４に示されるように、目標破砕地形Ｕ（打撃限界）から上方側への距離である。この制限距離は、図７に示されるように、自動制御（停止制御）時にブレーカ８の先端８ａａが破砕すべき地形表面に当った際に、ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と打撃限界（目標破砕地形Ｕ）との間に位置するように設定される。

制限距離は、図５に示されるように、例えばマンマシンインターフェース部３２の入力部３２１または表示部（モニタ）３２２を通じてオペレータにより入力制御部４５に入力されてもよい。また上記制限距離は、本作業機械１００の出荷前に記憶部４６に入力されてもよい。また上記制限距離は、例えば通信装置３３を通じて本作業機械１００の外部から通信制御部４７に入力されてもよい。

距離ｄ判定部４３による判定の結果、距離ｄが制限距離より大きいと判定された場合には、再度、距離ｄが算出される（ステップＳ４：図１３）。

一方、距離ｄ判定部４３による判定の結果、距離ｄが制限距離以下であると判定された場合には、ブレーカ８の単位時間当たりの打撃回数が減少される（ステップＳ８：図１３）。ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）と打撃限界との距離ｄが制限距離以下である状態では、その距離ｄが上記制限距離より大きい状態よりも、ブレーカ８の単位時間当たりの打撃回数が少なくなるようにコントローラ２６（図６）はパイロット弁３５を制御する。ブレーカ８の単位時間当たりの打撃回数の減少は、図５に示されるコントローラ２６のパイロット弁制御部４４により行われる。

ブレーカ８の単位時間当たりの打撃回数の減少は、図１４に示されるように、単位時間当たりの打撃回数が多い状態ＶＨから、単位時間当たりの打撃回数が少ない状態ＶＬへ移行することにより行なわれる。

なお図１４のグラフにおける縦軸であるブレーカの打撃速度は、単位時間当たりの打撃回数を示している。

打撃速度の減少後には、再度、距離ｄが算出される（ステップＳ９：図１３）。この後、図１２に示すフローチャートと同様、算出された上記距離ｄが０か否か（ブレーカ８の先端８ａａ（伸長側ストロークエンド）が打撃限界に達しているか否か）が判定される（ステップＳ５：図１３）。

距離ｄ判定部４３により上記距離ｄが０ではないと判定された場合、距離ｄが０になるまで破砕作業と距離ｄ判定部４３による距離ｄの算出とが行われる。

一方、距離ｄ判定部４３により上記距離ｄが０と判定された場合、ブレーカ８の動作が停止される（ステップＳ６：図１３）。ブレーカ８の動作を停止する際には、パイロット弁制御部４４が、上記距離ｄ判定部４３による距離ｄが０との判定結果に基づいてパイロット弁３５に電気的な制御信号（ＥＰＣ電流）を与える。これにより、ブレーカ８の動作が停止するようにパイロット弁３５が制御される。

上記以外の本変形例のフローチャートは、図１２に示すフローチャートとほぼ同じであるため、その説明を繰り返さない。

＜その他＞
上記実施形態および変形例においては、図４に示されるように、ブレーカ８の先端８ａａが伸長側ストロークエンドに位置しているとみなして、自動制御（停止制御）と、ブレーカ８の打撃自動停止制御とにおいて上記距離ｄが算出される。しかしブレーカ８の先端８ａａが伸長側ストロークエンドよりも収縮側ストロークエンド側に位置しているとみなして、自動制御（停止制御）と、ブレーカの打撃自動停止制御とにおける上記距離ｄが算出されてもよい。

例えばブレーカ８の先端８ａａが伸長側ストロークエンドと収縮側ストロークエンドとの間の任意の位置に位置しているとみなして、自動制御（停止制御）と、ブレーカ８の打撃自動停止制御とにおける上記距離ｄが算出されてもよい。また例えばブレーカ８の先端８ａａが伸長側ストロークエンドとストローク中間位置との間のいずれかの位置に位置しているとみなして、自動制御（停止制御）と、ブレーカの打撃自動停止制御とにおける上記距離ｄが算出されてもよい。

また上記距離ｄの算出に際して、自動制御（停止制御）とブレーカ８の打撃自動停止制御とにおいて互いに異なる位置がブレーカ８の先端８ａａとみなされてもよい。例えば自動制御（停止制御）においては伸長側ストロークエンドがブレーカ８の先端８ａａとみなされ、かつブレーカ８の打撃自動停止制御においては伸長側ストロークエンドよりも収縮側ストロークエンド側の位置がブレーカ８の先端８ａａとみなされてもよい。

＜効果＞
上記実施形態および変形例においては、図５に示されるように、コントローラ２６は、作業機姿勢検知用センサ１６、１７、１８により得られた作業機２の姿勢からブレーカ８の先端８ａａと打撃限界との距離を検知し、先端８ａａが打撃限界に到達したと判定するとパイロット弁３５を制御してブレーカ８の動作を停止する。これにより破砕作業時におけるブレーカ８による空打ちを防止することができる。このため、空打ちによって生じるブレーカの負荷を軽減することができる。

また上記実施形態および変形例においては、図４に示されるように、ブレーカ８の先端８ａａがストローク中間位置から伸長側ストロークエンドまでの任意の位置に位置しているとみなして、自動制御（停止制御）と、ブレーカの打撃自動停止制御とにおける上記距離ｄが算出されてもよい。これにより、破砕作業時におけるブレーカ８による空打ちを効率的に防止することができる。

また上記実施形態および変形例においては、図５に示される作業機姿勢検知用センサ１６、１７、１８はストロークセンサである。これにより、作業機シリンダ１０、１１、１２の各々のストローク量から作業機２の姿勢を検知することが可能となる。

またブレーカ８による破砕作業は、作業機械１００の車重をかけてブレーカ８を破砕対象物に押し付けながら行われる。このため、破砕対象物が割れた瞬間にブレーカ８の先端８ａａが打撃限界を超えてしまい、空打ちまたはブレーカ８の本体８ｂの衝突が発生してしまう。

上記変形例においては、図１３および図１４に示されるように、上記距離ｄが制限距離以下である状態では、上記距離ｄが制限距離より大きい状態よりも、ブレーカ８の単位時間当たりの打撃回数が少なくなるようにコントローラ２６（図５）はパイロット弁３５を制御する。これにより破砕対象物が割れた瞬間にブレーカ８の先端８ａａが打撃限界を超えることを抑制でき、空打ちまたはブレーカ８の本体８ｂの衝突の発生を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 車両本体、２ 作業機、３ 旋回体、４ 運転室、４Ｓ 運転席、５ 走行装置、５Ｃｒ 履帯、６ ブーム、７ アーム、８ ブレーカ、８ａ 工具（チゼル）、８ａａ 先端（一方端）、８ａｂ 他方端、８ｂ 本体、８ｃ ピストン、８ｄ コントロールバルブ、９ エンジンルーム、１０ ブームシリンダ、１１ アームシリンダ、１２ ブレーカシリンダ、１３ ブームピン、１４ アームピン、１５ ブレーカピン、１６ ブームシリンダストロークセンサ、１７ アームシリンダストロークセンサ、１８ ブレーカシリンダストロークセンサ、１９ 手すり、２０ 位置検出装置、２１ アンテナ、２１Ａ 第１アンテナ、２１Ｂ 第２アンテナ、２３ グローバル座標演算部、２５ 操作装置、２５Ｌ 第２操作レバー、２５Ｒ 第１操作レバー、２６ コントローラ、２７，３５ パイロット弁、２８ 表示コントローラ、２８Ａ 目標施工情報格納部、２８Ｂ ブレーカ位置データ生成部、２８Ｃ 目標破砕地形データ生成部、２９，３２２ 表示部、３０ センサコントローラ、３２ マンマシンインターフェース部、３３ 通信装置、３４ 操作部、３６，６４ 方向制御弁、３７ メインポンプ、３８ａ，３８ｂ ストップバルブ、３９ アキュムレータ、４１ 作業機姿勢検知部、４２ 算出部、４３ 判定部、４４ パイロット弁制御部、４５ 入力制御部、４７ 通信制御部、５２ 推定速度決定部、５３ 距離取得部、５４ 停止制御部、４６，５４ａ，５８ 記憶部、５７ 作業機制御部、６０ 油圧シリンダ、６６，６７ 圧力センサ、７１，７３ フィルタ、７２ オイルクーラー、７５ オイルタンク、１００ 作業機械、２００ 制御システム、３００ 油圧システム、３２１ 入力部、４５０ パイロット油路、ＡＸ 旋回軸、Ｕ 目標破砕地形、距離ｄ。

Claims (6)

1. ブレーカを含む作業機と、
   前記作業機の姿勢を検知するセンサと、
   前記ブレーカの動作を制御する制御弁と、
   前記制御弁を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記センサにより得られた前記作業機の姿勢から前記ブレーカの先端と打撃限界との距離を検知し、前記ブレーカの前記先端が前記打撃限界に到達したと判定すると前記制御弁を制御して前記ブレーカの動作を停止する、作業機械。
2. 前記ブレーカは、本体と、前記本体に対して移動可能に取り付けられた工具とを有し、
   前記工具の先端は、伸長側ストロークエンドと収縮側ストロークエンドとの間で移動可能であり、
   前記コントローラは、前記ブレーカの前記先端が前記伸長側ストロークエンドと前記収縮側ストロークエンドとの中間位置であるストローク中間位置から前記伸長側ストロークエンドまでの任意の位置に位置するとみなして、前記ブレーカの前記先端と前記打撃限界との間の前記距離を検知する、請求項１に記載の作業機械。
3. 前記作業機は、作業機シリンダを含み、
   前記センサは、前記作業機シリンダに設けられたストロークセンサである、請求項１または請求項２に記載の作業機械。
4. 前記ブレーカの前記先端と前記打撃限界との前記距離が制限距離以下である状態では、前記距離が前記制限距離より大きい状態よりも、前記ブレーカの単位時間当たりの打撃回数が少なくなるように、前記コントローラは前記制御弁を制御する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械。
5. ブレーカを含む作業機と、前記ブレーカの動作を制御する制御弁と、を備えた作業機械の制御方法であって、
   前記作業機の姿勢から前記ブレーカの先端と打撃限界との距離を検知する工程と、
   前記ブレーカの前記先端が前記打撃限界に到達したと判定すると前記制御弁を制御して前記ブレーカの動作を停止する工程とを備えた、作業機械の制御方法。
6. 前記ブレーカの前記先端と前記打撃限界との前記距離が制限距離以下である状態では、前記距離が前記制限距離より大きい状態よりも、前記ブレーカの単位時間当たりの打撃回数が少なくなるように前記制御弁を制御する工程をさらに備える、請求項５に記載の作業機械の制御方法。

Images