JP2021156078A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】アタッチメントの寿命が向上するショベルを提供する。【解決手段】上部旋回体に取り付けられ、バケット有するアタッチメントと、前記アタッチメントを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、ダンプトラックの最大積載重量と前記バケットのバケット容量とに基づいて、１回の掘削重量が均等となるように、掘削回数と掘削重量の配分を決定する、ショベル。【選択図】図７

Description

本開示は、ショベルに関する。

例えば、ブームアップ時にバケットにより運ばれるペイロードを求める掘削機械が開示されている（特許文献１参照）。

特開平７−２５９１３７号公報

ところで、ショベルのアタッチメントの寿命の向上が求められている。

そこで、上記課題に鑑み、アタッチメントの寿命が向上するショベルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、上部旋回体に取り付けられ、バケットを有するアタッチメントと、前記アタッチメントを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、ダンプトラックの最大積載重量と前記バケットのバケット容量とに基づいて、１回の掘削重量が均等となるように、掘削回数と掘削重量の配分を決定する、ショベルである。

上述の実施形態によれば、アタッチメントの寿命が向上するショベルを提供することができる。

本実施形態に係る掘削機としてのショベルの側面図である。 本実施形態に係るショベルの構成の一例を概略的に示す図である。 本実施形態に係るショベルの油圧システムの構成の一例を概略的に示す図である。 本実施形態に係るショベルの油圧システムのうちの操作系に関する構成部分の一例を概略的に示す図である。 本実施形態に係るショベルのうちの土砂荷重検出機能に関する構成部分の一例を概略的に示す図である。 ショベルのアタッチメントにおける土砂重量の算出に関するパラメータを説明する模式図。 自律制御機能の構成例を示すブロック図である。 目標軌道に関する画像の表示例を示す図である。 自律制御機能の構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

［ショベルの概要］
最初に、図１を参照して、本実施形態に係るショベル１００の概要について説明する。

図１は、本実施形態に係る掘削機としてのショベル１００の側面図である。

尚、図１では、ショベル１００は、施工対象の上り傾斜面ＥＳに面する水平面に位置すると共に、後述する目標施工面の一例である上り法面ＢＳ（つまり、上り傾斜面ＥＳに対する施工後の法面形状）が併せて記載されている。なお、施工対象の上り傾斜面ＥＳには、目標施工面である上り法面ＢＳの法線方向を示す円筒体（図示せず）が設けられている。

本実施形態に係るショベル１００は、下部走行体１と、旋回機構２を介して旋回自在に下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、アタッチメント（作業機）を構成するブーム４、アーム５、及び、バケット６と、キャビン１０を備える。

下部走行体１は、左右一対のクローラが走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ（後述する図２参照）でそれぞれ油圧駆動されることにより、ショベル１００を走行させる。つまり、一対の走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ（走行モータの一例）は、被駆動部としての下部走行体１（クローラ）を駆動する。

上部旋回体３は、旋回油圧モータ２Ａ（後述する図２参照）で駆動されることにより、下部走行体１に対して旋回する。つまり、旋回油圧モータ２Ａは、被駆動部としての上部旋回体３を駆動する旋回駆動部であり、上部旋回体３の向きを変化させることができる。

尚、上部旋回体３は、旋回油圧モータ２Ａの代わりに、電動機（以下、「旋回用電動機」）により電気駆動されてもよい。つまり、旋回用電動機は、旋回油圧モータ２Ａと同様、被駆動部としての上部旋回体３を駆動する旋回駆動部であり、上部旋回体３の向きを変化させることができる。

ブーム４は、上部旋回体３の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム４の先端には、アーム５が上下回動可能に枢着され、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が上下回動可能に枢着される。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ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。

尚、バケット６は、エンドアタッチメントの一例であり、アーム５の先端には、作業内容等に応じて、バケット６の代わりに、他のエンドアタッチメント、例えば、法面用バケット、浚渫用バケット、ブレーカ等が取り付けられてもよい。

キャビン１０は、オペレータが搭乗する運転室であり、上部旋回体３の前部左側に搭載される。

［ショベルの構成］
次に、図１に加えて、図２を参照して、本実施形態に係るショベル１００の具体的な構成について説明する。

図２は、本実施形態に係るショベル１００の構成の一例を概略的に示す図である。

尚、図２において、機械的動力系、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御系は、それぞれ、二重線、実線、破線、及び点線で示されている。

本実施形態に係るショベル１００の駆動系は、エンジン１１と、レギュレータ１３と、メインポンプ１４と、コントロールバルブ１７を含む。また、本実施形態に係るショベル１００の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ、旋回油圧モータ２Ａ、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等の油圧アクチュエータを含む。

エンジン１１は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体３の後部に搭載される。具体的には、エンジン１１は、後述するコントローラ３０による直接或いは間接的な制御下で、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。例えば、レギュレータ１３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１４の斜板の角度（傾転角）を調節する。レギュレータ１３は、例えば、後述の如く、レギュレータ１３Ｌ，１３Ｒを含む。

メインポンプ１４は、例えば、エンジン１１と同様、上部旋回体３の後部に搭載され、高圧油圧ラインを通じてコントロールバルブ１７に作動油を供給する。メインポンプ１４は、上述の如く、エンジン１１により駆動される。メインポンプ１４は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、コントローラ３０による制御下で、レギュレータ１３により斜板の傾転角が調節されることでピストンのストローク長が調整され、吐出流量（吐出圧）が制御される。メインポンプ１４は、例えば、後述の如く、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒを含む。

コントロールバルブ１７は、例えば、上部旋回体３の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置２６に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、上述の如く、高圧油圧ラインを介してメインポンプ１４と接続され、メインポンプ１４から供給される作動油を、操作装置２６の操作状態に応じて、油圧アクチュエータ（走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ、旋回油圧モータ２Ａ、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）に選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する制御弁１７１〜１７６を含む。より具体的には、制御弁１７１は、走行油圧モータ１Ｌに対応し、制御弁１７２は、走行油圧モータ１Ｒに対応し、制御弁１７３は、旋回油圧モータ２Ａに対応する。また、制御弁１７４は、バケットシリンダ９に対応し、制御弁１７５は、ブームシリンダ７に対応し、制御弁１７６は、アームシリンダ８に対応する。また、制御弁１７５は、例えば、後述の如く、制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒを含み、制御弁１７６は、例えば、後述の如く、制御弁１７６Ｌ，１７６Ｒを含む。制御弁１７１〜１７６の詳細は、後述する。

本実施形態に係るショベル１００の操作系は、パイロットポンプ１５と、操作装置２６を含む。また、ショベル１００の操作系は、後述するコントローラ３０によるマシンコントロール機能に関する構成として、シャトル弁３２を含む。

パイロットポンプ１５は、例えば、上部旋回体３の後部に搭載され、パイロットラインを介して操作装置２６にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ１５は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、上述の如く、エンジン１１により駆動される。

操作装置２６は、キャビン１０の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種動作要素（下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、バケット６等）の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置２６は、オペレータがそれぞれの動作要素を駆動する油圧アクチュエータ（即ち、走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ、旋回油圧モータ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）の操作を行うための操作入力手段である。操作装置２６は、その二次側のパイロットラインを通じて直接的に、或いは、二次側のパイロットラインに設けられる後述のシャトル弁３２を介して間接的に、コントロールバルブ１７にそれぞれ接続される。これにより、コントロールバルブ１７には、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じたパイロット圧が入力されうる。そのため、コントロールバルブ１７は、操作装置２６における操作状態に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動することができる。操作装置２６は、例えば、アーム５（アームシリンダ８）を操作するレバー装置を含む。また、操作装置２６は、例えば、ブーム４（ブームシリンダ７）、バケット６（バケットシリンダ９）、上部旋回体３（旋回油圧モータ２Ａ）のそれぞれを操作するレバー装置２６Ａ〜２６Ｃを含む（図４参照）。また、操作装置２６は、例えば、下部走行体１の左右一対のクローラ（走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ）のそれぞれを操作するレバー装置やペダル装置を含む。

シャトル弁３２は、２つの入口ポートと１つの出口ポートを有し、２つの入口ポートに入力されたパイロット圧のうちの高い方のパイロット圧を有する作動油を出口ポートに出力させる。シャトル弁３２は、２つの入口ポートのうちの一方が操作装置２６に接続され、他方が比例弁３１に接続される。シャトル弁３２の出口ポートは、パイロットラインを通じて、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに接続されている（詳細は、図４参照）。そのため、シャトル弁３２は、操作装置２６が生成するパイロット圧と比例弁３１が生成するパイロット圧のうちの高い方を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。つまり、後述するコントローラ３０は、操作装置２６から出力される二次側のパイロット圧よりも高いパイロット圧を比例弁３１から出力させることにより、オペレータによる操作装置２６の操作に依らず、対応する制御弁を制御し、各種動作要素の動作を制御することができる。シャトル弁３２は、例えば、後述の如く、シャトル弁３２ＡＬ，３２ＡＲ，３２ＢＬ，３２ＢＲ，３２ＣＬ，３２ＣＲを含む。

尚、操作装置２６（左操作レバー、右操作レバー、左走行レバー、及び右走行レバー）は、パイロット圧を出力する油圧パイロット式ではなく、電気信号を出力する電気式であってもよい。この場合、操作装置２６からの電気信号は、コントローラ３０に入力され、コントローラ３０は、入力される電気信号に応じて、コントロールバルブ１７内の各制御弁１７１〜１７６を制御することにより、操作装置２６に対する操作内容に応じた、各種油圧アクチュエータの動作を実現する。例えば、コントロールバルブ１７内の制御弁１７１〜１７６は、コントローラ３０からの指令により駆動する電磁ソレノイド式スプール弁であってよい。また、例えば、パイロットポンプ１５と各制御弁１７１〜１７６のパイロットポートとの間には、コントローラ３０からの電気信号に応じて動作する電磁弁が配置されてもよい。この場合、電気式の操作装置２６を用いた手動操作が行われると、コントローラ３０は、その操作量（例えば、レバー操作量）に対応する電気信号によって、当該電磁弁を制御しパイロット圧を増減させることで、操作装置２６に対する操作内容に合わせて、各制御弁１７１〜１７６を動作させることができる。

本実施形態に係るショベル１００の制御系は、コントローラ３０と、吐出圧センサ２８と、操作圧センサ２９と、比例弁３１と、表示装置４０と、入力装置４２と、音声出力装置４３と、記憶装置４７と、ブーム角度センサＳ１と、アーム角度センサＳ２と、バケット角度センサＳ３と、機体傾斜センサＳ４と、旋回状態センサＳ５と、撮像装置Ｓ６と、測位装置Ｐ１と、通信装置Ｔ１を含む。

コントローラ３０（制御装置の一例）は、例えば、キャビン１０内に設けられ、ショベル１００の駆動制御を行う。コントローラ３０は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。例えば、コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性の補助記憶装置と、各種入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。コントローラ３０は、例えば、ＲＯＭや不揮発性の補助記憶装置に格納される各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種機能を実現する。

例えば、コントローラ３０は、オペレータ等の所定操作により予め設定される作業モード等に基づき、目標回転数を設定し、エンジン１１を一定回転させる駆動制御を行う。

また、例えば、コントローラ３０は、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。

また、例えば、コントローラ３０は、例えば、オペレータによる操作装置２６を通じたショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能に関する制御を行う。また、コントローラ３０は、例えば、オペレータによる操作装置２６を通じたショベル１００の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能に関する制御を行う。つまり、コントローラ３０は、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能に関する機能部として、マシンガイダンス部５０を含む。また、コントローラ３０は、後述する土砂荷重処理部６０を含む。

尚、コントローラ３０の機能の一部は、他のコントローラ（制御装置）により実現されてもよい。即ち、コントローラ３０の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。例えば、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能は、専用のコントローラ（制御装置）により実現されてもよい。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出する。吐出圧センサ２８により検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。吐出圧センサ２８は、例えば、後述の如く、吐出圧センサ２８Ｌ，２８Ｒを含む。

操作圧センサ２９は、上述の如く、操作装置２６の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置２６におけるそれぞれの動作要素（即ち、油圧アクチュエータ）に関する操作状態（例えば、操作方向や操作量等の操作内容）に対応するパイロット圧を検出する。操作圧センサ２９による操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に対応するパイロット圧の検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。操作圧センサ２９は、例えば、後述の如く、操作圧センサ２９Ａ〜２９Ｃを含む。

尚、操作圧センサ２９の代わりに、操作装置２６におけるそれぞれの動作要素に関する操作状態を検出可能な他のセンサ、例えば、レバー装置２６Ａ〜２６Ｃ等の操作量（傾倒量）や傾倒方向を検出可能なエンコーダやポテンショメータ等が設けられてもよい。

比例弁３１は、パイロットポンプ１５とシャトル弁３２とを接続するパイロットラインに設けられ、その流路面積（作動油が通流可能な断面積）を変更できるように構成される。比例弁３１は、コントローラ３０から入力される制御指令に応じて動作する。これにより、コントローラ３０は、オペレータにより操作装置２６（具体的には、レバー装置２６Ａ〜２６Ｃ）が操作されていない場合であっても、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を、比例弁３１及びシャトル弁３２を介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。比例弁３１は、例えば、後述の如く、比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲ，３１ＢＬ，３１ＢＲ，３１ＣＬ，３１ＣＲを含む。

表示装置４０は、キャビン１０内の着座したオペレータから視認し易い場所に設けられ、コントローラ３０による制御下で、各種情報画像を表示する。表示装置４０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続されていてもよいし、一対一の専用線を介してコントローラ３０に接続されていてもよい。

入力装置４２は、キャビン１０内の着座したオペレータから手が届く範囲に設けられ、オペレータによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた信号をコントローラ３０に出力する。入力装置４２は、各種情報画像を表示する表示装置のディスプレイに実装されるタッチパネル、レバー装置２６Ａ〜２６Ｃのレバー部の先端に設けられるノブスイッチ、表示装置４０の周囲に設置されるボタンスイッチ、レバー、トグル、回転ダイヤル等を含む。入力装置４２に対する操作内容に対応する信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

音声出力装置４３は、例えば、キャビン１０内に設けられ、コントローラ３０と接続され、コントローラ３０による制御下で、音声を出力する。音声出力装置４３は、例えば、スピーカやブザー等である。音声出力装置４３は、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。

記憶装置４７は、例えば、キャビン１０内に設けられ、コントローラ３０による制御下で、各種情報を記憶する。記憶装置４７は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置４７は、ショベル１００の動作中に各種機器が出力する情報を記憶してもよく、ショベル１００の動作が開始される前に各種機器を介して取得する情報を記憶してもよい。記憶装置４７は、例えば、通信装置Ｔ１等を介して取得される、或いは、入力装置４２等を通じて設定される目標施工面に関するデータを記憶していてもよい。当該目標施工面は、ショベル１００のオペレータにより設定（保存）されてもよいし、施工管理者等により設定されてもよい。

ブーム角度センサＳ１は、ブーム４に取り付けられ、ブーム４の上部旋回体３に対する俯仰角度（以下、「ブーム角度」）、例えば、側面視において、上部旋回体３の旋回平面に対してブーム４の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。ブーム角度センサＳ１は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、６軸センサ、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）等を含んでよい。また、ブーム角度センサＳ１は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、ブーム角度に対応する油圧シリンダ（ブームシリンダ７）のストローク量を検出するシリンダセンサ等を含んでもよい。以下、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３についても同様である。ブーム角度センサＳ１によるブーム角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

アーム角度センサＳ２は、アーム５に取り付けられ、アーム５のブーム４に対する回動角度（以下、「アーム角度」）、例えば、側面視において、ブーム４の両端の支点を結ぶ直線に対してアーム５の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。アーム角度センサＳ２によるアーム角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

バケット角度センサＳ３は、バケット６に取り付けられ、バケット６のアーム５に対する回動角度（以下、「バケット角度」）、例えば、側面視において、アーム５の両端の支点を結ぶ直線に対してバケット６の支点と先端（刃先）とを結ぶ直線が成す角度を検出する。バケット角度センサＳ３によるバケット角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

機体傾斜センサＳ４は、水平面に対する機体（上部旋回体３或いは下部走行体１）の傾斜状態を検出する。機体傾斜センサＳ４は、例えば、上部旋回体３に取り付けられ、ショベル１００（即ち、上部旋回体３）の前後方向及び左右方向の２軸回りの傾斜角度（以下、「前後傾斜角」及び「左右傾斜角」）を検出する。機体傾斜センサＳ４は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、６軸センサ、ＩＭＵ等を含んでよい。機体傾斜センサＳ４による傾斜角度（前後傾斜角及び左右傾斜角）に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

旋回状態センサＳ５は、上部旋回体３の旋回状態に関する検出情報を出力する。旋回状態センサＳ５は、例えば、上部旋回体３の旋回角速度及び旋回角度を検出する。旋回状態センサＳ５は、例えば、ジャイロセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ等を含んでよい。旋回状態センサＳ５による上部旋回体３の旋回角度や旋回角速度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

空間認識装置としての撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の周辺を撮像する。撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の前方を撮像するカメラＳ６Ｆ、ショベル１００の左方を撮像するカメラＳ６Ｌ、ショベル１００の右方を撮像するカメラＳ６Ｒ、及び、ショベル１００の後方を撮像するカメラＳ６Ｂを含む。

カメラＳ６Ｆは、例えば、キャビン１０の天井、即ち、キャビン１０の内部に取り付けられている。また、カメラＳ６Ｆは、キャビン１０の屋根、ブーム４の側面等、キャビン１０の外部に取り付けられていてもよい。カメラＳ６Ｌは、上部旋回体３の上面左端に取り付けられ、カメラＳ６Ｒは、上部旋回体３の上面右端に取り付けられ、カメラＳ６Ｂは、上部旋回体３の上面後端に取り付けられている。

撮像装置Ｓ６（カメラＳ６Ｆ，Ｓ６Ｂ，Ｓ６Ｌ，Ｓ６Ｒ）は、それぞれ、例えば、非常に広い画角を有する単眼の広角カメラである。また、撮像装置Ｓ６は、ステレオカメラや距離画像カメラ等であってもよい。撮像装置Ｓ６による撮像画像は、表示装置４０を介してコントローラ３０に取り込まれる。

空間認識装置としての撮像装置Ｓ６は、物体検知装置として機能してもよい。この場合、撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の周囲に存在する物体を検知してよい。検知対象の物体には、例えば、人、動物、車両、建設機械、建造物、穴等が含まれうる。また、撮像装置Ｓ６は、撮像装置Ｓ６又はショベル１００から認識された物体までの距離を算出してもよい。物体検知装置としての撮像装置Ｓ６には、例えば、ステレオカメラ、距離画像センサ等が含まれうる。そして、空間認識装置は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮像した画像を表示装置４０に出力する。また、空間認識装置は、空間認識装置又はショベル１００から認識された物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。また、撮像装置Ｓ６に加えて、空間認識装置として、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、ＬＩＤＡＲ、赤外線センサ等の他の物体検知装置が設けられてもよい。空間認識装置８０としてミリ波レーダ、超音波センサ、又はレーザレーダ等を利用する場合には、多数の信号（レーザ光等）を物体に発信し、その反射信号を受信することで、反射信号から物体の距離及び方向を検出してもよい。

尚、撮像装置Ｓ６は、直接、コントローラ３０と通信可能に接続されてもよい。

ブームシリンダ７にはブームロッド圧センサＳ７Ｒ及びブームボトム圧センサＳ７Ｂが取り付けられている。アームシリンダ８にはアームロッド圧センサＳ８Ｒ及びアームボトム圧センサＳ８Ｂが取り付けられている。バケットシリンダ９にはバケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂが取り付けられている。ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、アームロッド圧センサＳ８Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、バケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂは、集合的に「シリンダ圧センサ」とも称される。

ブームロッド圧センサＳ７Ｒはブームシリンダ７のロッド側油室の圧力（以下、「ブームロッド圧」とする。）を検出し、ブームボトム圧センサＳ７Ｂはブームシリンダ７のボトム側油室の圧力（以下、「ブームボトム圧」とする。）を検出する。アームロッド圧センサＳ８Ｒはアームシリンダ８のロッド側油室の圧力（以下、「アームロッド圧」とする。）を検出し、アームボトム圧センサＳ８Ｂはアームシリンダ８のボトム側油室の圧力（以下、「アームボトム圧」とする。）を検出する。バケットロッド圧センサＳ９Ｒはバケットシリンダ９のロッド側油室の圧力（以下、「バケットロッド圧」とする。）を検出し、バケットボトム圧センサＳ９Ｂはバケットシリンダ９のボトム側油室の圧力（以下、「バケットボトム圧」とする。）を検出する。

測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の位置及び向きを測定する。測位装置Ｐ１は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）コンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを検出し、上部旋回体３の位置及び向きに対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。また、測位装置Ｐ１の機能のうちの上部旋回体３の向きを検出する機能は、上部旋回体３に取り付けられた方位センサにより代替されてもよい。

通信装置Ｔ１は、基地局を末端とする移動体通信網、衛星通信網、インターネット網等を含む所定のネットワークを通じて外部機器と通信を行う。通信装置Ｔ１は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、４Ｇ（4th Generation）、５Ｇ（5th Generation）等の移動体通信規格に対応する移動体通信モジュールや、衛星通信網に接続するための衛星通信モジュール等である。

マシンガイダンス部５０は、例えば、マシンガイダンス機能に関するショベル１００の制御を実行する。マシンガイダンス部５０は、例えば、目標施工面とアタッチメントの先端部、具体的には、エンドアタッチメントの作業部位との距離等の作業情報を、表示装置４０や音声出力装置４３等を通じて、オペレータに伝える。目標施工面に関するデータは、例えば、上述の如く、記憶装置４７に予め記憶されている。目標施工面に関するデータは、例えば、基準座標系で表現されている。基準座標系は、例えば、世界測地系である。世界測地系は、地球の重心に原点をおき、Ｘ軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Ｙ軸を東経９０度の方向に、そして、Ｚ軸を北極の方向にとる三次元直交ＸＹＺ座標系である。オペレータは、施工現場の任意の点を基準点と定め、入力装置４２を通じて、基準点との相対的な位置関係により目標施工面を設定してよい。バケット６の作業部位は、例えば、バケット６の爪先、バケット６の背面等である。また、エンドアタッチメントとして、バケット６の代わりに、例えば、ブレーカが採用される場合、ブレーカの先端部が作業部位に相当する。マシンガイダンス部５０は、表示装置４０、音声出力装置４３等を通じて、作業情報をオペレータに通知し、オペレータによる操作装置２６を通じたショベル１００の操作をガイドする。

また、マシンガイダンス部５０は、例えば、マシンコントロール機能に関するショベル１００の制御を実行する。マシンガイダンス部５０は、例えば、オペレータが手動で掘削操作を行っているときに、目標施工面とバケット６の先端位置とが一致するように、ブーム４、アーム５、及び、バケット６の少なくとも一つを自動的に動作させてもよい。

マシンガイダンス部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、機体傾斜センサＳ４、旋回状態センサＳ５、撮像装置Ｓ６、測位装置Ｐ１、通信装置Ｔ１及び入力装置４２等から情報を取得する。そして、マシンガイダンス部５０は、例えば、取得した情報に基づき、バケット６と目標施工面との間の距離を算出し、音声出力装置４３からの音声及び表示装置４０に表示される画像により、バケット６と目標施工面との間の距離の程度をオペレータに通知したり、アタッチメントの先端部（具体的には、バケット６の爪先や背面等の作業部位）が目標施工面に一致するように、アタッチメントの動作を自動的に制御したりする。マシンガイダンス部５０は、当該マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能に関する詳細な機能構成として、位置算出部５１と、距離算出部５２と、情報伝達部５３と、自動制御部５４と、旋回角度算出部５５と、相対角度算出部５６と、を含む。

位置算出部５１は、所定の測位対象の位置を算出する。例えば、位置算出部５１は、アタッチメントの先端部、具体的には、バケット６の爪先や背面等の作業部位の基準座標系における座標点を算出する。具体的には、位置算出部５１は、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれの俯仰角度（ブーム角度、アーム角度、及びバケット角度）からバケット６の作業部位の座標点を算出する。

距離算出部５２は、２つの測位対象間の距離を算出する。例えば、距離算出部５２は、アタッチメントの先端部、具体的には、バケット６爪先や背面等の作業部位と目標施工面との間の距離を算出する。また、距離算出部５２は、バケット６の作業部位としての背面と目標施工面との間の角度（相対角度）を算出してもよい。

情報伝達部５３は、表示装置４０や音声出力装置４３等の所定の通知手段を通じて、各種情報をショベル１００のオペレータに伝達（通知）する。情報伝達部５３は、距離算出部５２により算出された各種距離等の大きさ（程度）をショベル１００のオペレータに通知する。例えば、表示装置４０による視覚情報及び音声出力装置４３による聴覚情報の少なくとも一方を用いて、バケット６の先端部と目標施工面との間の距離（の大きさ）をオペレータに伝える。また、情報伝達部５３は、表示装置４０による視覚情報及び音声出力装置４３による聴覚情報の少なくとも一方を用いて、バケット６の作業部位としての背面と目標施工面との間の相対角度（の大きさ）をオペレータに伝えてもよい。

具体的には、情報伝達部５３は、音声出力装置４３による断続音を用いて、バケット６の作業部位と目標施工面との間の距離（例えば、鉛直距離）の大きさをオペレータに伝える。この場合、情報伝達部５３は、鉛直距離が小さくなるほど、断続音の間隔を短くし、鉛直距離が大きくなるほど、断続音の感覚を長くしてよい。また、情報伝達部５３は、連続音を用いてもよく、音の高低、強弱等を変化させながら、鉛直距離の大きさの違いを表すようにしてもよい。また、情報伝達部５３は、バケット６の先端部が目標施工面よりも低い位置になった、つまり、目標施工面を超えてしまった場合、音声出力装置４３を通じて警報を発してもよい。当該警報は、例えば、断続音より顕著に大きい連続音である。

また、情報伝達部５３は、アタッチメントの先端部、具体的には、バケット６の作業部位と目標施工面との間の距離の大きさやバケット６の背面と目標施工面との間の相対角度の大きさ等を作業情報として表示装置４０に表示させてもよい。表示装置４０は、コントローラ３０による制御下で、例えば、撮像装置Ｓ６から受信した画像データと共に、情報伝達部５３から受信した作業情報を表示する。情報伝達部５３は、例えば、アナログメータの画像やバーグラフインジケータの画像等を用いて、鉛直距離の大きさをオペレータに伝えるようにしてもよい。

自動制御部５４は、アクチュエータを自動的に動作させることでオペレータによる操作装置２６を通じたショベル１００の手動操作を自動的に支援する。具体的には、自動制御部５４は、後述の如く、複数の油圧アクチュエータ（具体的には、旋回油圧モータ２Ａ、ブームシリンダ７、及びバケットシリンダ９）に対応する制御弁（具体的には、制御弁１７３、制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒ、及び制御弁１７４）に作用するパイロット圧を個別に且つ自動的に調整することができる。これにより、自動制御部５４は、それぞれの油圧アクチュエータを自動的に動作させることができる。自動制御部５４によるマシンコントロール機能に関する制御は、例えば、入力装置４２に含まれる所定のスイッチが押下された場合に実行されてよい。当該所定のスイッチは、例えば、マシンコントロールスイッチ（以下、「ＭＣ（Machine Control）スイッチ」）であり、ノブスイッチとして操作装置２６（例えば、アーム５の操作に対応するレバー装置）のオペレータによる把持部の先端に配置されていてもよい。以下、ＭＣスイッチが押下されている場合に、マシンコントロール機能が有効である前提で説明を進める。

例えば、自動制御部５４は、ＭＣスイッチ等が押下されている場合、掘削作業や整形作業を支援するために、アームシリンダ８の動作に合わせて、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９の少なくとも一方を自動的に伸縮させる。具体的には、自動制御部５４は、オペレータが手動でアーム５の閉じ操作（以下、「アーム閉じ操作」）を行っている場合に、目標施工面とバケット６の爪先や背面等の作業部位の位置とが一致するようにブームシリンダ７及びバケットシリンダ９の少なくとも一方を自動的に伸縮させる。この場合、オペレータは、例えば、アーム５の操作に対応するレバー装置をアーム閉じ操作するだけで、バケット６の爪先等を目標施工面に一致させながら、アーム５を閉じることができる。

また、自動制御部５４は、ＭＣスイッチ等が押下されている場合、上部旋回体３を目標施工面に正対させるために旋回油圧モータ２Ａ（アクチュエータの一例）を自動的に回転させてもよい。以下、コントローラ３０（自動制御部５４）による上部旋回体３を目標施工面に正対させる制御を「正対制御」と称する。これにより、オペレータ等は、所定のスイッチを押下するだけで、或いは、当該スイッチが押下された状態で、旋回操作に対応する後述のレバー装置２６Ｃを操作するだけで、上部旋回体３を目標施工面に正対させることができる。また、オペレータは、ＭＣスイッチを押下するだけで、上部旋回体３を目標施工面に正対させ且つ上述の目標施工面の掘削作業等に関するマシンコントロール機能を開始させることができる。

例えば、ショベル１００の上部旋回体３が目標施工面に正対している状態は、アタッチメントの動作に従い、アタッチメントの先端部（例えば、バケット６の作業部位としての爪先や背面等）を目標施工面（上り法面ＢＳ）の傾斜方向に沿って移動させることが可能な状態である。具体的には、ショベル１００の上部旋回体３が目標施工面に正対している状態は、ショベル１００の旋回平面に鉛直なアタッチメントの稼動面（アタッチメント稼動面）が、円筒体に対応する目標施工面の法線を含む状態（換言すれば、当該法線に沿う状態）である。

ショベル１００のアタッチメント稼動面が円筒体に対応する目標施工面の法線を含む状態にない場合、アタッチメントの先端部は、目標施工面を傾斜方向に移動させることができない。そのため、結果として、ショベル１００は、目標施工面を適切に施工できない。これに対して、自動制御部５４は、自動的に旋回油圧モータ２Ａを回転させることで、上部旋回体３を正対させることができる。これにより、ショベル１００は、目標施工面を適切に施工することができる。

自動制御部５４は、正対制御において、例えば、バケット６の爪先の左端の座標点と目標施工面との間の左端鉛直距離（以下、単に「左端鉛直距離」）と、バケット６の爪先の右端の座標点と目標施工面との間の右端鉛直距離（以下、単に「右端鉛直距離」）とが等しくなった場合に、ショベルが目標施工面に正対していると判断する。また、自動制御部５４は、左端鉛直距離と右端鉛直距離とが等しくなった場合（即ち、左端鉛直距離と右端鉛直距離との差がゼロになった場合）ではなく、その差が所定値以下になった場合に、ショベル１００が目標施工面に正対していると判断してもよい。

また、自動制御部５４は、正対制御において、例えば、左端鉛直距離と右端鉛直距離との差に基づき、旋回油圧モータ２Ａを動作させてもよい。具体的には、ＭＣスイッチ等の所定のスイッチが押下された状態で旋回操作に対応するレバー装置２６Ｃが操作されると、上部旋回体３を目標施工面に正対させる方向にレバー装置２６Ｃが操作されたか否かを判断する。例えば、バケット６の爪先と目標施工面（上り法面ＢＳ）との間の鉛直距離が大きくなる方向にレバー装置２６Ｃが操作された場合、自動制御部５４は、正対制御を実行しない。一方で、バケット６の爪先と目標施工面（上り法面ＢＳ）との間の鉛直距離が小さくなる方向に旋回操作レバーが操作された場合、自動制御部５４は、正対制御を実行する。その結果、自動制御部５４は、左端鉛直距離と右端鉛直距離との差が小さくなるように旋回油圧モータ２Ａを動作させることができる。その後、自動制御部５４は、その差が所定値以下或いはゼロになると、旋回油圧モータ２Ａを停止させる。また、自動制御部５４は、その差が所定値以下或いはゼロとなる旋回角度を目標角度として設定し、その目標角度と現在の旋回角度（具体的には、旋回状態センサＳ５の検出信号に基づく検出値）との角度差がゼロになるように、旋回油圧モータ２Ａの動作制御を行ってもよい。この場合、旋回角度は、例えば、基準方向に対する上部旋回体３の前後軸の角度である。

尚、上述の如く、旋回油圧モータ２Ａの代わりに、旋回用電動機がショベル１００に搭載される場合、自動制御部５４は、旋回用電動機（アクチュエータの一例）を制御対象として、正対制御を行う。

旋回角度算出部５５は、上部旋回体３の旋回角度を算出する。これにより、コントローラ３０は、上部旋回体３の現在の向きを特定することができる。旋回角度算出部５５は、例えば、測位装置Ｐ１に含まれるＧＮＳＳコンパスの出力信号に基づき、基準方向に対する上部旋回体３の前後軸の角度を旋回角度として算出する。また、旋回角度算出部５５は、旋回状態センサＳ５の検出信号に基づき、旋回角度を算出してもよい。また、施工現場に基準点が設定されている場合、旋回角度算出部５５は、旋回軸から基準点を見た方向を基準方向としてもよい。

旋回角度は、基準方向に対するアタッチメント稼動面が延びる方向を示す。アタッチメント稼動面は、例えば、アタッチメントを縦断する仮想平面であり、旋回平面に垂直となるように配置される。旋回平面は、例えば、旋回軸に垂直な旋回フレームの底面を含む仮想平面である。コントローラ３０（マシンガイダンス部５０）は、例えば、アタッチメント稼動面が目標施工面の法線を含んでいると判断した場合に、上部旋回体３が目標施工面に正対していると判断する。

相対角度算出部５６は、上部旋回体３を目標施工面に正対させるために必要な旋回角度（相対角度）を算出する。相対角度は、例えば、上部旋回体３を目標施工面に正対させたときの上部旋回体３の前後軸の方向と、上部旋回体３の前後軸の現在の方向との間に形成される相対的な角度である。相対角度算出部５６は、例えば、記憶装置４７に記憶されている目標施工面に関するデータと、旋回角度算出部５５により算出された旋回角度とに基づき、相対角度を算出する。

自動制御部５４は、ＭＣスイッチ等の所定のスイッチが押下された状態で旋回操作に対応するレバー装置２６Ｃが操作されると、上部旋回体３を目標施工面に正対させる方向に旋回操作されたか否かを判断する。自動制御部５４は、上部旋回体３を目標施工面に正対させる方向に旋回操作されたと判断した場合、相対角度算出部５６により算出された相対角度を目標角度として設定する。そして、自動制御部５４は、レバー装置２６Ｃが操作された後の旋回角度の変化が目標角度に達した場合、上部旋回体３が目標施工面に正対したと判断し、旋回油圧モータ２Ａの動きを停止させてよい。これにより、自動制御部５４は、図２に示す構成を前提として、上部旋回体３を目標施工面に正対させることができる。上記正対制御の実施例では目標施工面に対する正対制御の事例を示したが、これに限られることはない。例えば、仮置きの土砂をダンプトラックに積み込む際の掬い取り動作においても、目標体積に相当する目標掘削軌道を生成し、目標掘削軌道に対してアタッチメントが向かい合うように旋回動作の正対制御をおこなってもよい。この場合、掬い取り動作の都度、目標掘削軌道は変更される。このため、ダンプトラックへの排土後は、新たに変更された目標掘削軌道に対して正対制御される。

また、旋回油圧モータ２Ａは、第１ポート２Ａ１及び第２ポート２Ａ２を有している。油圧センサ２１は、旋回油圧モータ２Ａの第１ポート２Ａ１の作動油の圧力を検出する。油圧センサ２２は、旋回油圧モータ２Ａの第２ポート２Ａ２の作動油の圧力を検出する。油圧センサ２１，２２により検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

また、第１ポート２Ａ１は、リリーフ弁２３を介して作動油タンクと接続される。リリーフ弁２３は、第１ポート２Ａ１側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、第１ポート２Ａ１側の作動油を作動油タンクに排出する。同様に、第２ポート２Ａ２は、リリーフ弁２４を介して作動油タンクと接続される。リリーフ弁２４は、第２ポート２Ａ２側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、第２ポート２Ａ２側の作動油を作動油タンクに排出する。

［ショベルの油圧システム］
次に、図３を参照して、本実施形態に係るショベル１００の油圧システムについて説明する。

図３は、本実施形態に係るショベル１００の油圧システムの構成の一例を概略的に示す図である。

尚、図３において、機械的動力系、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御系は、図２等の場合と同様、それぞれ、二重線、実線、破線、及び点線で示されている。

当該油圧回路により実現される油圧システムは、エンジン１１により駆動されるメインポンプ１４Ｌ，１４Ｒのそれぞれから、センタバイパス油路Ｃ１Ｌ，Ｃ１Ｒ、パラレル油路Ｃ２Ｌ，Ｃ２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。

センタバイパス油路Ｃ１Ｌは、メインポンプ１４Ｌを起点として、コントロールバルブ１７内に配置される制御弁１７１，１７３，１７５Ｌ，１７６Ｌを順に通過し、作動油タンクに至る。

センタバイパス油路Ｃ１Ｒは、メインポンプ１４Ｒを起点として、コントロールバルブ１７内に配置される制御弁１７２，１７４，１７５Ｒ，１７６Ｒを順に通過し、作動油タンクに至る。

制御弁１７１は、メインポンプ１４Ｌから吐出される作動油を走行油圧モータ１Ｌへ供給し、且つ、走行油圧モータ１Ｌが吐出する作動油を作動油タンクに排出させるスプール弁である。

制御弁１７２は、メインポンプ１４Ｒから吐出される作動油を走行油圧モータ１Ｒへ供給し、且つ、走行油圧モータ１Ｒが吐出する作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。

制御弁１７３は、メインポンプ１４Ｌから吐出される作動油を旋回油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。

制御弁１７４は、メインポンプ１４Ｒから吐出される作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。

制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒは、それぞれ、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。

制御弁１７６Ｌ，１７６Ｒは、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出させる。

制御弁１７１，１７２，１７３，１７４，１７５Ｌ，１７５Ｒ，１７６Ｌ，１７６Ｒは、それぞれ、パイロットポートに作用するパイロット圧に応じて、油圧アクチュエータに給排される作動油の流量を調整したり、流れる方向を切り換えたりする。

パラレル油路Ｃ２Ｌは、センタバイパス油路Ｃ１Ｌと並列的に、制御弁１７１，１７３，１７５Ｌ，１７６Ｌにメインポンプ１４Ｌの作動油を供給する。具体的には、パラレル油路Ｃ２Ｌは、制御弁１７１の上流側でセンタバイパス油路Ｃ１Ｌから分岐し、制御弁１７１，１７３，１７５Ｌ，１７６Ｒのそれぞれに並列してメインポンプ１４Ｌの作動油を供給可能に構成される。これにより、パラレル油路Ｃ２Ｌは、制御弁１７１，１７３，１７５Ｌの何れかによってセンタバイパス油路Ｃ１Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

パラレル油路Ｃ２Ｒは、センタバイパス油路Ｃ１Ｒと並列的に、制御弁１７２，１７４，１７５Ｒ，１７６Ｒにメインポンプ１４Ｒの作動油を供給する。具体的には、パラレル油路Ｃ２Ｒは、制御弁１７２の上流側でセンタバイパス油路Ｃ１Ｒから分岐し、制御弁１７２，１７４，１７５Ｒ，１７６Ｒのそれぞれに並列してメインポンプ１４Ｒの作動油を供給可能に構成される。パラレル油路Ｃ２Ｒは、制御弁１７２，１７４，１７５Ｒの何れかによってセンタバイパス油路Ｃ１Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

レギュレータ１３Ｌ，１３Ｒは、それぞれ、コントローラ３０による制御下で、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの斜板の傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの吐出量を調節する。

吐出圧センサ２８Ｌは、メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。これにより、コントローラ３０は、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの吐出圧に応じて、レギュレータ１３Ｌ，１３Ｒを制御することができる。

センタバイパス油路Ｃ１Ｌ，Ｃ１Ｒには、最も下流にある制御弁１７６Ｌ，１７６Ｒのそれぞれと作動油タンクとの間には、ネガティブコントロール絞り（以下、「ネガコン絞り」）１８Ｌ，１８Ｒが設けられる。これにより、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒにより吐出された作動油の流れは、ネガコン絞り１８Ｌ，１８Ｒで制限される。そして、ネガコン絞り１８Ｌ，１８Ｒは、レギュレータ１３Ｌ，１３Ｒを制御するための制御圧（以下、「ネガコン圧」）を発生させる。

ネガコン圧センサ１９Ｌ，１９Ｒは、ネガコン圧を検出し、検出されたネガコン圧に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

コントローラ３０は、吐出圧センサ２８Ｌ，２８Ｒにより検出されるメインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの吐出圧に応じて、レギュレータ１３Ｌ，１３Ｒを制御し、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの吐出量を調節してよい。例えば、コントローラ３０は、メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増大に応じて、レギュレータ１３Ｌを制御し、メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することにより、吐出量を減少させてよい。レギュレータ１３Ｒについても同様である。これにより、コントローラ３０は、吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの吸収馬力がエンジン１１の出力馬力を超えないように、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの全馬力制御を行うことができる。

また、コントローラ３０は、ネガコン圧センサ１９Ｌ，１９Ｒにより検出されるネガコン圧に応じて、レギュレータ１３Ｌ，１３Ｒを制御することにより、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの吐出量を調節してよい。例えば、コントローラ３０は、ネガコン圧が大きいほどメインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの吐出量を減少させ、ネガコン圧が小さいほどメインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの吐出量を増大させる。

具体的には、ショベル１００における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態（図３に示す状態）の場合、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒから吐出される作動油は、センタバイパス油路Ｃ１Ｌ，Ｃ１Ｒを通ってネガコン絞り１８Ｌ，１８Ｒに至る。そして、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒから吐出される作動油の流れは、ネガコン絞り１８Ｌ，１８Ｒの上流で発生するネガコン圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油がセンタバイパス油路Ｃ１Ｌ，Ｃ１Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。

一方、何れかの油圧アクチュエータが操作装置２６を通じて操作された場合、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒから吐出される作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒから吐出される作動油の流れは、ネガコン絞り１８Ｌ，１８Ｒに至る量を減少或いは消失させ、ネガコン絞り１８Ｌ，１８Ｒの上流で発生するネガコン圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータを確実に駆動させることができる。

［ショベルのマシンコントロール機能に関する構成の詳細］
次に、図４を参照して、ショベル１００のマシンコントロール機能に関する構成の詳細について説明する。

図４は、本実施形態に係るショベル１００の油圧システムのうちの操作系に関する構成部分の一例を概略的に示す図である。具体的には、図４（Ａ）は、ブームシリンダ７を油圧制御する制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒにパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。また、図４（Ｂ）は、バケットシリンダ９を油圧制御する制御弁１７４にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。また、図４（Ｃ）は、旋回油圧モータ２Ａを油圧制御する制御弁１７３にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。

また、例えば、図４（Ａ）に示すように、レバー装置２６Ａは、オペレータ等がブーム４に対応するブームシリンダ７を操作するために用いられる。レバー装置２６Ａは、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を利用して、その操作内容に応じたパイロット圧を二次側に出力する。

シャトル弁３２ＡＬは、二つの入口ポートが、それぞれ、ブーム４の上げ方向の操作（以下、「ブーム上げ操作」）に対応するレバー装置２６Ａの二次側のパイロットラインと、比例弁３１ＡＬの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁１７５Ｌの右側のパイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側のパイロットポートに接続される。

シャトル弁３２ＡＲは、二つの入口ポートが、それぞれ、ブーム４の下げ方向の操作（以下、「ブーム下げ操作」）に対応するレバー装置２６Ａの二次側のパイロットラインと、比例弁３１ＡＲの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁１７５Ｒの右側のパイロットポートに接続される。

つまり、レバー装置２６Ａは、シャトル弁３２ＡＬ，３２ＡＲを介して、操作内容（例えば、操作方向及び操作量）に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒのパイロットポートに作用させる。具体的には、レバー装置２６Ａは、ブーム上げ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＡＬの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁３２ＡＬを介して、制御弁１７５Ｌの右側のパイロットポートと制御弁１７５Ｒの左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置２６Ａは、ブーム下げ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＡＲの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁３２ＡＲを介して、制御弁１７５Ｒの右側のパイロットポートに作用させる。

比例弁３１ＡＬは、コントローラ３０から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁３１ＡＬは、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を利用して、コントローラ３０から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＡＬの他方の入口ポートに出力する。これにより、比例弁３１ＡＬは、シャトル弁３２ＡＬを介して、制御弁１７５Ｌの右側のパイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。

比例弁３１ＡＲは、コントローラ３０から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁３１ＡＲは、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を利用して、コントローラ３０から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＡＲの他方の入口ポートに出力する。これにより、比例弁３１ＡＲは、シャトル弁３２ＡＲを介して、制御弁１７５Ｒの右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。

つまり、比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲは、レバー装置２６Ａの操作状態に依らず、制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒを任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整することができる。

比例弁３３ＡＬは、比例弁３１ＡＬと同様に、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁３３ＡＬは、操作装置２６とシャトル弁３２ＡＬとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３３ＡＬは、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、操作装置２６が吐出する作動油の圧力を減圧した上で、シャトル弁３２ＡＬを介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。

同様に、比例弁３３ＡＲは、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁３３ＡＲは、操作装置２６とシャトル弁３２ＡＲとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３３ＡＲは、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、操作装置２６が吐出する作動油の圧力を減圧した上で、シャトル弁３２ＡＲを介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。

操作圧センサ２９Ａは、オペレータによるレバー装置２６Ａに対する操作内容を圧力（操作圧）の形で検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。これにより、コントローラ３０は、レバー装置２６Ａに対する操作内容を把握できる。

コントローラ３０は、オペレータによるレバー装置２６Ａに対するブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を、比例弁３１ＡＬ及びシャトル弁３２ＡＬを介して、制御弁１７５Ｌの右側のパイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側のパイロットポートに供給させることができる。また、コントローラ３０は、オペレータによるレバー装置２６Ａに対するブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を、比例弁３１ＡＲ及びシャトル弁３２ＡＲを介して、制御弁１７５Ｒの右側のパイロットポートに供給できる。即ち、コントローラ３０は、ブーム４の上げ下げの動作を自動制御することができる。また、コントローラ３０は、特定の操作装置２６に対する操作が行われている場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に停止させることができる。

比例弁３３ＡＬは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５からレバー装置２６Ａ、比例弁３３ＡＬ、及びシャトル弁３２ＡＬを介して制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を減圧する。比例弁３３ＡＲは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５からレバー装置２６Ａ、比例弁３３ＡＲ、及びシャトル弁３２ＡＲを介して制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を減圧する。比例弁３３ＡＬ、３３ＡＲは、制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるブーム上げ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、制御弁１７５の上げ側のパイロットポート（制御弁１７５Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの右側パイロットポート）に作用するパイロット圧を減圧し、ブーム４の閉じ動作を強制的に停止させることができる。操作者によるブーム下げ操作が行われているときにブーム４の下げ動作を強制的に停止させる場合についても同様である。

或いは、コントローラ３０は、操作者によるブーム上げ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、比例弁３１ＡＲを制御し、制御弁１７５の上げ側のパイロットポートの反対側にある、制御弁１７５の下げ側のパイロットポート（制御弁１７５Ｒの右側パイロットポート）に作用するパイロット圧を増大させ、制御弁１７５を強制的に中立位置に戻すことで、ブーム４の上げ動作を強制的に停止させてもよい。この場合、比例弁３３ＡＬは省略されてもよい。操作者によるブーム下げ操作が行われている場合にブーム４の下げ動作を強制的に停止させる場合についても同様である。

図４（Ｂ）に示すように、レバー装置２６Ｂは、オペレータ等がバケット６に対応するバケットシリンダ９を操作するために用いられる。レバー装置２６Ｂは、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を利用して、その操作内容に応じたパイロット圧を二次側に出力する。

シャトル弁３２ＢＬは、二つの入口ポートが、それぞれ、バケット６の閉じ方向の操作（以下、「バケット閉じ操作」）に対応するレバー装置２６Ｂの二次側のパイロットラインと、比例弁３１ＢＬの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁１７４の左側のパイロットポートに接続される。

シャトル弁３２ＢＲは、二つの入口ポートが、それぞれ、バケット６の開き方向の操作（以下、「バケット開き操作」）に対応するレバー装置２６Ｂの二次側のパイロットラインと、比例弁３１ＢＲの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁１７４の右側のパイロットポートに接続される。

つまり、レバー装置２６Ｂは、シャトル弁３２ＢＬ，３２ＢＲを介して、操作内容に応じたパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに作用させる。具体的には、レバー装置２６Ｂは、バケット閉じ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＢＬの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁３２ＢＬを介して、制御弁１７４の左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置２６Ｂは、バケット開き操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＢＲの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁３２ＢＲを介して、制御弁１７４の右側のパイロットポートに作用させる。

比例弁３１ＢＬは、コントローラ３０から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁３１ＢＬは、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を利用して、コントローラ３０から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＢＬの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁３１ＢＬは、シャトル弁３２ＢＬを介して、制御弁１７４の左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。

比例弁３１ＢＲは、コントローラ３０が出力する制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁３１ＢＲは、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を利用して、コントローラ３０から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＢＲの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁３１ＢＲは、シャトル弁３２ＢＲを介して、制御弁１７４の右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。

つまり、比例弁３１ＢＬ，３１ＢＲは、レバー装置２６Ｂの操作状態に依らず、制御弁１７４を任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整することができる。

比例弁３３ＢＬは、比例弁３１ＢＬと同様に、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁３３ＢＬは、操作装置２６とシャトル弁３２ＢＬとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３３ＢＬは、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、操作装置２６が吐出する作動油の圧力を減圧した上で、シャトル弁３２ＢＬを介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。

同様に、比例弁３３ＢＲは、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁３３ＢＲは、操作装置２６とシャトル弁３２ＢＲとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３３ＢＲは、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、操作装置２６が吐出する作動油の圧力を減圧した上で、シャトル弁３２ＢＲを介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。

操作圧センサ２９Ｂは、オペレータによるレバー装置２６Ｂに対する操作内容を圧力（操作圧）の形で検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。これにより、コントローラ３０は、レバー装置２６Ｂの操作内容を把握できる。

コントローラ３０は、オペレータによるレバー装置２６Ｂに対するバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を、比例弁３１ＢＬ及びシャトル弁３２ＢＬを介して、制御弁１７４の左側のパイロットポートに供給させることができる。また、コントローラ３０は、オペレータによるレバー装置２６Ｂに対するバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を、比例弁３１ＢＲ及びシャトル弁３２ＢＲを介して、制御弁１７４の右側のパイロットポートに供給させることができる。即ち、コントローラ３０は、バケット６の開閉動作を自動制御することができる。また、コントローラ３０は、特定の操作装置２６に対する操作が行われている場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に停止させることができる。

なお、操作者によるバケット閉じ操作又はバケット開き操作が行われている場合にバケット６の動作を強制的に停止させる比例弁３３ＢＬ，３３ＢＲの操作は、操作者によるブーム上げ操作又はブーム下げ操作が行われている場合にブーム４の動作を強制的に停止させる比例弁３３ＡＬ，３３ＡＲの操作と同様であり、重複する説明を省略する。

また、例えば、図４（Ｃ）に示すように、レバー装置２６Ｃは、オペレータ等が上部旋回体３（旋回機構２）に対応する旋回油圧モータ２Ａを操作するために用いられる。レバー装置２６Ｃは、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を利用して、その操作内容に応じたパイロット圧を二次側に出力する。

シャトル弁３２ＣＬは、二つの入口ポートが、それぞれ、上部旋回体３の左方向の旋回操作（以下、「左旋回操作」）に対応するレバー装置２６Ｃの二次側のパイロットラインと、比例弁３１ＣＬの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁１７３の左側のパイロットポートに接続される。

シャトル弁３２ＣＲは、二つの入口ポートが、それぞれ、上部旋回体３の右方向の旋回操作（以下、「右旋回操作」）に対応するレバー装置２６Ｃの二次側のパイロットラインと、比例弁３１ＣＲの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁１７３の右側のパイロットポートに接続される。

つまり、レバー装置２６Ｃは、シャトル弁３２ＣＬ，３２ＣＲを介して、左右方向への操作内容に応じたパイロット圧を制御弁１７３のパイロットポートに作用させる。具体的には、レバー装置２６Ｃは、左旋回操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＣＬの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁３２ＣＬを介して、制御弁１７３の左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置２６Ｃは、右旋回操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＣＲの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁３２ＣＲを介して、制御弁１７３の右側のパイロットポートに作用させる。

比例弁３１ＣＬは、コントローラ３０から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁３１ＣＬは、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を利用して、コントローラ３０から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＣＬの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁３１ＣＬは、シャトル弁３２ＣＬを介して、制御弁１７３の左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。

比例弁３１ＣＲは、コントローラ３０が出力する制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁３１ＣＲは、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を利用して、コントローラ３０から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁３２ＣＲの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁３１ＣＲは、シャトル弁３２ＣＲを介して、制御弁１７３の右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。

つまり、比例弁３１ＣＬ，３１ＣＲは、レバー装置２６Ｃの操作状態に依らず、制御弁１７３を任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整することができる。

比例弁３３ＣＬは、比例弁３１ＣＬと同様に、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁３３ＣＬは、操作装置２６とシャトル弁３２ＣＬとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３３ＣＬは、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、操作装置２６が吐出する作動油の圧力を減圧した上で、シャトル弁３２ＣＬを介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。

同様に、比例弁３３ＣＲは、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁３３ＣＲは、操作装置２６とシャトル弁３２ＣＲとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３３ＣＲは、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、操作装置２６が吐出する作動油の圧力を減圧した上で、シャトル弁３２ＣＲを介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。

操作圧センサ２９Ｃは、オペレータによるレバー装置２６Ｃに対する操作状態を圧力として検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。これにより、コントローラ３０は、レバー装置２６Ｃに対する左右方向への操作内容を把握できる。

コントローラ３０は、オペレータによるレバー装置２６Ｃに対する左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を、比例弁３１ＣＬ及びシャトル弁３２ＣＬを介して、制御弁１７３の左側のパイロットポートに供給させることができる。また、コントローラ３０は、オペレータによるレバー装置２６Ｃに対する右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を、比例弁３１ＣＲ及びシャトル弁３２ＣＲを介して、制御弁１７３の右側のパイロットポートに供給させることができる。即ち、コントローラ３０は、上部旋回体３の左右方向への旋回動作を自動制御することができる。また、コントローラ３０は、特定の操作装置２６に対する操作が行われている場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に停止させることができる。

なお、操作者による旋回操作が行われている場合に上部旋回体３の動作を強制的に停止させる比例弁３３ＣＬ，３３ＣＲの操作は、操作者によるブーム上げ操作又はブーム下げ操作が行われている場合にブーム４の動作を強制的に停止させる比例弁３３ＡＬ，３３ＡＲの操作と同様であり、重複する説明を省略する。

尚、ショベル１００は、更に、アーム５を自動的に開閉させる構成、及び、下部走行体１を自動的に前進・後進させる構成を備えていてもよい。この場合、油圧システムのうち、アームシリンダ８の操作系に関する構成部分、走行油圧モータ１Ｌの操作系に関する構成部分、及び、走行油圧モータ１Ｒの操作に関する構成部分は、ブームシリンダ７の操作系に関する構成部分等（図４（Ａ）〜（Ｃ））と同様に構成されてよい。

［ショベルの土砂荷重検出機能に関する構成の詳細］
次に、図５を参照して、本実施形態に係るショベル１００の土砂荷重検出機能に関する構成の詳細について説明する。図５は、本実施形態に係るショベル１００のうちの土砂荷重検出機能に関する構成部分の一例を概略的に示す図である。

図３で前述したように、コントローラ３０は、バケット６で掘削した土砂の荷重を検出する機能に関する機能部として、土砂荷重処理部６０を含む。

土砂荷重処理部６０は、積載物重量算出部６１と、最大積載量検出部６２と、加算積載量算出部６３と、残積載量算出部６４と、積載物重心算出部６５と、を有する。

ここで、本実施形態に係るショベル１００によるダンプトラックへの土砂（積載物）の積み込み作業の動作の一例について説明する。

まず、ショベル１００は、掘削位置において、アタッチメントを制御してバケット６により土砂を掘削する（掘削動作）。次に、ショベル１００は、上部旋回体３を旋回させ、バケット６を掘削位置から放土位置へと移動する（旋回動作）。放土位置の下方には、ダンプトラックの荷台が配置されている。次に、ショベル１００は、放土位置において、アタッチメントを制御してバケット６内の土砂を放土することにより、バケット６内の土砂をダンプトラックの荷台へと積み込む（放土動作）。次に、ショベル１００は、上部旋回体３を旋回させ、バケット６を放土位置から掘削位置へと移動する（旋回動作）。これらの動作を繰り返すことにより、ショベル１００は、掘削した土砂をダンプトラックの荷台へと積み込む。

積載物重量算出部６１は、バケット６内の土砂（積載物）の重量を算出する。積載物重量算出部６１は、ブームシリンダ７の推力に基づいて、土砂重量を算出する。なお、積載物重量算出部６１における土砂重量の算出方法は、後述する。

最大積載量検出部６２は、土砂を積載する対象のダンプトラックの最大積載量を検出する。例えば、最大積載量検出部６２は、撮像装置Ｓ６で撮像された画像に基づいて、土砂を積載する対象のダンプトラックを特定する。次に、最大積載量検出部６２は、特定されたダンプトラックの画像に基づいて、ダンプトラックの最大積載量を検出する。例えば、最大積載量検出部６２は、特定されたダンプトラックの画像に基づいて、ダンプトラックの車種（サイズ等）を判定する。最大積載量検出部６２は、車種と最大積載量とを対応付けしたテーブルを有しており、画像から判定した車種及びテーブルに基づいて、ダンプトラックの最大積載量を求める。なお、入力装置４２によってダンプトラックの最大積載量、車種等が入力され、最大積載量検出部６２は、入力装置４２の入力情報に基づいて、ダンプトラックの最大積載量を求めてもよい。

加算積載量算出部６３は、ダンプトラックに積載された土砂重量を算出する。即ち、バケット６内の土砂がダンプトラックの荷台に放土されるごとに、加算積載量算出部６３は、積載物重量算出部６１で算出されたバケット６内の土砂重量を加算して、ダンプトラックの荷台に積載された土砂重量の合計である加算積載量（合計重量）を算出する。なお、土砂を積載する対象のダンプトラックが新しいダンプトラックとなった場合には、加算積載量はリセットされる。

残積載量算出部６４は、最大積載量検出部６２で検出したダンプトラックの最大積載量と、加算積載量算出部６３で算出した現在の加算積載量との差を残積載量として算出する。残積載量とは、ダンプトラックに積載可能な土砂の残りの重量である。

積載物重心算出部６５は、バケット６内の土砂（積載物）の重心を算出する。例えば、積載物重心算出部６５は、バケット６の爪先位置と土砂重心との位置関係を既知のものとして、ブーム角度センサＳ１と、アーム角度センサＳ２と、バケット角度センサＳ３等の値に基づいて、土砂重心を算出してもよい。なお、算出方法はこれに限られるものではなく、種々の方法を用いることができる。

表示装置４０には、積載物重量算出部６１で算出されたバケット６内の土砂重量、最大積載量検出部６２で検出されたダンプトラックの最大積載量、加算積載量算出部６３で算出されたダンプトラックの加算積載量（荷台に積載された土砂重量の合計）、残積載量算出部６４で算出されたダンプトラックの残積載量（積載可能な土砂の残りの重量）が表示されてもよい。

なお、加算積載量が最大積載量を超えた場合、表示装置４０に警告が出るように構成されていてもよい。また、算出されたバケット６内の土砂重量が残積載量を超える場合、表示装置４０に警告が出るように構成されていてもよい。なお、警告は、表示装置４０に表示される場合に限られず、音声出力装置４３による音声出力であってもよい。これにより、ダンプトラックの最大積載量を超えて土砂が積載されることを防止することができる。

［積載物重量算出部６１における土砂重量算出方法］
次に、図５を参照しつつ、図６を用いて、本実施形態に係るショベル１００の積載物重量算出部６１におけるバケット６内の土砂（積載物）の重量を算出する方法について説明する。

図６は、ショベル１００のアタッチメントにおける土砂重量の算出に関するパラメータを説明する模式図である。図６（ａ）はショベル１００を示し、図６（ｂ）はバケット６付近を示す。なお、以下の説明において、後述するピンＰ１とバケット重心Ｇ３及び土砂重心Ｇｓが水平線Ｌ１上に配置されているものとして説明する。

ここで、上部旋回体３とブーム４を連結するピンをＰ１とする。上部旋回体３とブームシリンダ７を連結するピンをＰ２とする。ブーム４とブームシリンダ７を連結するピンをＰ３とする。ブーム４とアームシリンダ８を連結するピンをＰ４とする。アーム５とアームシリンダ８を連結するピンをＰ５とする。ブーム４とアーム５を連結するピンをＰ６とする。アーム５とバケット６を連結するピンをＰ７とする。また、ブーム４の重心をＧ１とする。アーム５の重心をＧ２とする。バケット６の重心をＧ３とする。バケット６に積載された土砂（積載物）の重心をＧｓとする。基準線Ｌ２は、ピンＰ７を通りバケット６の開口面と平行な線とする。また、ピンＰ１とブーム４の重心Ｇ４との距離をＤ１とする。ピンＰ１とアーム５の重心Ｇ５との距離をＤ２とする。ピンＰ１とバケット６の重心Ｇ６との距離をＤ３とする。ピンＰ１と土砂の重心Ｇｓとの距離をＤｓとする。ピンＰ２とピンＰ３を結ぶ直線と、ピンＰ１との距離をＤｃとする。また、ブームシリンダ７のシリンダ圧の検出値をＦｂとする。また、ブーム重量のうち、ピンＰ１とブーム重心Ｇ１を結ぶ直線に対して垂直方向の垂直成分をＷ１ａとする。アーム重量のうち、ピンＰ１とアーム重心Ｇ２を結ぶ直線に対して垂直方向の垂直成分をＷ２ａとする。バケット６の重量をＷ６とし、バケット６に積載された土砂（積載物）の重量をＷｓとする。

図６（ａ）に示すように、ピンＰ７の位置は、ブーム角度及びアーム角度により算出される。即ち、ピンＰ７の位置は、ブーム角度センサＳ１及びアーム角度センサＳ２の検出値に基づいて算出することができる。

また、図６（ｂ）に示すように、ピンＰ７とバケット重心Ｇ３との位置関係（バケット６の基準線Ｌ２と、ピンＰ７とバケット重心Ｇ３を結ぶ直線との角度θ４。ピンＰ７とバケット重心Ｇ３との距離Ｄ４。）は、規定値である。また、ピンＰ７と土砂重心Ｇｓとの位置関係（バケット６の基準線Ｌ２と、ピンＰ７と土砂重心Ｇｓを結ぶ直線との角度θ５。ピンＰ７と土砂重心Ｇｓとの距離Ｄ５。）は、例えば、実験的に予め求めてコントローラ３０に記憶させておく。即ち、バケット角度センサＳ３に基づいて、土砂重心Ｇｓとバケット重心Ｇ３を推定することができる。

即ち、積載物重心算出部６５は、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の検出値に基づいて、土砂重心Ｇｓを推定することができる。

次に、ピンＰ１回りの各モーメントとブームシリンダ７との釣り合いの式は、以下の式（１）で表すことができる。

ＷｓＤｓ＋Ｗ１ａＤ１＋Ｗ２ａＤ２＋Ｗ３Ｄ３＝ＦｂＤｃ ・・・（１）

式（１）を土砂重量Ｗｓについて展開すると、以下の式（２）で表すことができる。

Ｗｓ＝（ＦｂＤｃ−（Ｗ１ａＤ１＋Ｗ２ａＤ２＋Ｗ３Ｄ３））／Ｄｓ ・・・（２）

ここで、ブームシリンダ７のシリンダ圧の検出値Ｆｂは、ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂにより算出される。距離Ｄｃ、垂直成分の重量Ｗ１ａは、ブーム角度センサＳ１により算出される。垂直成分の重量Ｗ２ａ、距離Ｄ２は、ブーム角度センサＳ１及びアーム角度センサＳ２により算出される。距離Ｄ１、重量Ｗ３は既知の値である。また、土砂重心Ｇｓとバケット重心Ｇ３を推定したことにより、距離Ｄｓ、距離Ｄ３も推定される。

よって、土砂重量Ｗｓは、ブームシリンダ７のシリンダ圧の検出値（ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂの検出値）、ブーム角度（ブーム角度センサＳ１の検出値）及びアーム角度（アーム角度センサＳ２の検出値）に基づいて算出することができる。これにより、積載物重量算出部６１は、積載物重心算出部６５で推定した土砂重心Ｇｓに基づいて土砂重量Ｗｓを算出することができる。

なお、ショベル１００が規定動作時であるか否かは、バケットシリンダ９のパイロットの検出値に基づいて、アタッチメントの姿勢を推定し、判定することができる。

なお、規定動作時におけるバケット６の姿勢は水平であるものとみなして、土砂重心を推定し、土砂重量を算出するものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、前方を撮像するカメラＳ６Ｆでバケット６を撮像し、その画像に基づいて、バケット６の姿勢を推定してもよい。また、カメラＳ６Ｆでバケット６を撮像し、その画像に基づいて、バケット６の姿勢が水平であると判定した場合に土砂重心の推定、土砂荷重の算出を行ってもよい。

また、積載物重量算出部６１は、ブームシリンダ７のシリンダ圧に基づいて土砂（積載物）の重量を算出するものとして説明したが、これに限られるものではなく、例えば、ブーム４に設けられた歪ゲージの検出値に基づいて、土砂（積載物）の重量を算出する構成であってもよい。

［自立制御機能］
例えば、ショベル１００は、以下に示すような自律制御機能を実行して掘削動作等の複合操作を自律的に実行してもよい。図７は、自律制御機能の構成例を示すブロック図である。図７の例では、コントローラ３０は、自律制御の実行に関する機能要素ＦＡ，ＦＣ〜〜ＦＫ及びＦ１〜Ｆ６を有する。機能要素は、ソフトウェアで構成されていてもよく、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで構成されていてもよい。

機能要素ＦＡは、地形を計測するように構成されている。図７の例では、機能要素ＦＡは、周囲監視装置としての撮像装置Ｓ６が撮像した画像に基づき、ショベル１００の周囲にある地形の最新の状態を計測する。

周囲監視装置は、ショベル１００の周囲に存在する物体を検知するように構成されている。物体は、例えば、人、動物、車両、建設機械、建造物、壁、柵、穴、ヘルメット、安全ベスト、作業服、又は、ヘルメットにおける所定のマーク等である。周囲監視装置は、ミリ波レーダ、超音波センサ、又はレーザレーダ等であってもよい。

周囲監視装置は、ショベル１００の周囲に設定された所定領域内の所定物体を検知するように構成されていてもよい。すなわち、周囲監視装置は、物体の種類、位置、及び形状等の少なくとも１つを識別できるように構成されていてもよい。例えば、周囲監視装置は、人と人以外の物体とを区別できるように構成されていてもよい。また、周囲監視装置は、周囲監視装置又はショベル１００から認識された物体までの距離を算出するように構成されてもよい。

機能要素ＦＣは、各種の異常の有無を判定するように構成されている。図７の例では、機能要素ＦＣは、撮像装置Ｓ６が撮像した画像に基づいて撮像装置Ｓ６の異常の有無を判定するように構成されている。そして、機能要素ＦＣは、撮像装置Ｓ６の状態が異常であると判定した場合、後述の機能要素Ｆ４に対して指令を出力し、ショベル１００の動きを減速させ或いは停止させる。

機能要素ＦＤは、ダンプトラックを検知するように構成されている。図７の例では、機能要素ＦＤは、撮像装置Ｓ６が撮像した画像に基づいてダンプトラックを検知する。

機能要素ＦＥは、機能要素ＦＤが検知したダンプトラックの最大積載量を導き出すように構成されている。図７の例では、機能要素ＦＥは、撮像装置Ｓ６が撮像した画像に基づいてダンプトラックの最大積載量を導き出す。機能要素ＦＥは、例えば、ダンプトラックが１０トントラックであるか否かを識別することで、ダンプトラックの最大積載量を導き出す。

機能要素ＦＦは、ブーム４の状態を判定するように構成されている。図７の例では、機能要素ＦＦは、被掘削物を取り込んだバケット６が地面から離れる高さまでブーム４が上昇したか否かを判定する。掘削動作が終了したことを検知するためである。

具体的には、機能要素ＦＦは、後述の機能要素Ｆ２によって算出されるバケット６の現在の爪先位置に基づき、被掘削物を取り込んだバケット６が地面から離れる高さまでブーム４が上昇したか否かを判定する。機能要素ＦＦは、撮像装置Ｓ６が撮像した画像に基づき、被掘削物を取り込んだバケット６が地面から離れる高さまでブーム４が上昇したか否かを判定してもよい。

機能要素ＦＧは、バケット６に取り込まれた被掘削物の重量を算出するように構成されている。図７の例では、機能要素ＦＧは、被掘削物を取り込んだバケット６が地面から離れる高さまでブーム４が上昇したと機能要素ＦＦが判定した場合、シリンダ圧センサの出力に基づき、バケット６に取り込まれた被掘削物の重量を算出する。機能要素ＦＧは、後述の機能要素Ｆ２によって算出される掘削アタッチメントの姿勢と、シリンダ圧センサの出力とに基づき、バケット６に取り込まれた被掘削物の重量を算出してもよい。

機能要素ＦＨは、ダンプトラックに積み込まれた被掘削物の総重量を算出するように構成されている。図７の例では、機能要素ＦＨは、機能要素ＦＧによって算出された、各回の掘削動作によって掘削された被掘削物の重量を積算することで、ダンプトラックの荷台に既に積み込まれている被掘削物の総重量を算出する。

機能要素ＦＩ１は、バケット６が１回に掬える被掘削物（土砂）の最大重量を算出するように構成されている。図７の例では、機能要素ＦＩ１は、記憶装置４７に記憶されている土質情報４７ａのうちの被掘削物の密度と、記憶装置４７に記憶されているバケット情報４７ｂのうちのバケット６の容積と、に基づいて、バケット６が１回に掬える被掘削物の最大重量（＝土砂密度×バケット容積）を算出する。

なお、土質情報４７ａには、被掘削物（土砂）の特性の情報として、例えば、被掘削物の密度、硬さ等の情報が含まれる。例えば、記憶装置４７には、土質情報４７ａとして、被掘削物の種類と、被掘削物の密度、硬さ等の情報と、を対応付けしたテーブルが記憶されている。土質情報としては、その他、伝播速度、吸水率等の岩質情報や水脈等の地質情報を含んでもよい。例えば、オペレータが入力装置４２を介して被掘削物の種類を入力することにより、コントローラ３０は、入力された被掘削物の種類とテーブルに基づいて、被掘削物の密度等の情報を得る。また、コントローラ３０は、撮像装置Ｓ６が撮像した画像に基づいて被掘削物の種類を判定し、判定した被掘削物の種類とテーブルに基づいて、被掘削物の密度等の情報を得てもよい。また、オペレータが入力装置４２を介して土質情報４７ａとして被掘削物の密度、硬さ等の情報を直接入力してもよい。

また、バケット情報４７ｂには、バケット６の容積等の情報が含まれる。例えば、記憶装置４７には、バケット情報４７ｂとして、バケット６の種類と、容積等の情報と、を対応付けしたテーブルが記憶されている。例えば、オペレータが入力装置４２を介してバケット６の種類を入力することにより、コントローラ３０は、入力されたバケット６の種類とテーブルに基づいて、バケット６の容積等の情報を得る。また、コントローラ３０は、撮像装置Ｓ６が撮像した画像に基づいてバケット６の種類を判定し、判定したバケット６の種類とテーブルに基づいて、バケット６の容積等の情報を得てもよい。また、オペレータが入力装置４２を介してバケット情報４７ｂとしてバケット６の容積等の情報を直接入力してもよい。

機能要素ＦＩ２は、被掘削物（土砂）をダンプトラックの最大積載量まで積載するまでの掘削回数を算出する。図７の例では、機能要素ＦＩ２は、機能要素ＦＥで導出された最大積載量と、機能要素ＦＩ１で算出されたバケット６が１回に掬える被掘削物の最大重量と、に基づいて、最小の掘削回数を算出する。例えば、ダンプトラックの最大積載量が１０トンで、バケット６が１回に掬える被掘削物の最大重量が３トンである場合、機能要素ＦＪは、掘削回数として４回を算出する。

機能要素ＦＩ３は、掘削重量の配分を決定する。図７の例では、機能要素ＦＩ３は、機能要素ＦＥで導出された最大積載量と、機能要素ＦＩ２で算出された掘削回数と、に基づいて、配分を決定する。例えば、ダンプトラックの最大積載量が１０トンで、掘削回数４回である場合、機能要素ＦＩ３は、「２．５トン×４回」に配分する。ここで、掘削重量は均等に配分される。換言すれば、１回あたりの掘重量の最大値が小さくなるように、掘削重量の配分が決定される。また、配分される掘削回数は機能要素ＦＩ２で算出された掘削回数以上であってもよい。例えば、機能要素ＦＩ３は、「２トン×５回」、「１トン×１０回」のように配分してもよい。

機能要素ＦＪは、次の掘削動作でバケット６に取り込むべき被掘削物の重量である目標掘削重量を取得する。図７の例では、機能要素ＦＪは、機能要素ＦＩ３が決定した配分の掘削重量を目標掘削重量として取得する。

機能要素ＦＫは、目標掘削体積を算出するように構成されている。図７の例では、機能要素ＦＫは、機能要素ＦＪが出力する目標掘削重量と、土質情報４７ａとに基づき、目標掘削体積を算出する。機能要素ＦＫは、例えば、目標掘削重量と被掘削物の密度とに基づいて目標掘削体積を算出する。機能要素ＦＫは、例えば、目標掘削重量である２．５トンに対応する目標掘削体積を算出する。基本的には、目標掘削重量が２．５トンであっても、被掘削物の密度が小さいほど、目標掘削体積は大きくなる。

機能要素Ｆ１は、目標軌道を生成するように構成されている。図７の例では、機能要素Ｆ１は、土質情報４７ａと、機能要素ＦＡが計測した現在の地形と、機能要素ＦＫが出力する目標掘削体積とに基づいてバケット６の爪先が辿るべき軌道を目標軌道として生成する。掘削に関する情報は、例えば、予め設定されている掘削条件に関する情報である。掘削条件は、例えば、深め又は浅め等である。

機能要素Ｆ１は、典型的には、各回の掘削動作が開始される前に、目標軌道を算出するように構成されている。すなわち、目標軌道は、典型的には、各回の掘削動作が開始される前に更新される。具体的には、目標軌道の始点である掘削開始位置の座標、及び、目標軌道の終点である掘削終了位置の座標は、各回の掘削動作が開始される前に更新される。

機能要素Ｆ１は、生成した目標軌道に関する画像を表示装置４０に表示させるように構成されていてもよい。図８は、機能要素Ｆ１によって表示装置４０に表示される目標軌道に関する画像Ｇｘの表示例を示す。画像Ｇｘは、掘削動作の際に表示される画像であり、図形Ｇ１１〜Ｇ２３を含む。図形Ｇ１１は、掘削動作が開始される前の現在の掘削アタッチメントの状態を表す。図形Ｇ１２は、掘削動作が終了した後の将来の掘削アタッチメントの状態を表す。図形Ｇ１３は、目標軌道を表す線分であり、図形Ｇ１３Ａ及び図形Ｇ１３Ｂを含む。図形Ｇ１３Ａは、目標軌道の始点である掘削開始位置を表す。図形Ｇ１３Ｂは、目標軌道の終点である掘削終了位置を表す。図８の例では、掘削終了位置は、バケット６が地面から離れた後の爪先の位置である。図形Ｇ１４は、目標軌道に沿って動くバケット６を表す。図８の例では、図形Ｇ１４は、２つの図形Ｇ１４Ａ及び図形Ｇ１４Ｂを含む。図形Ｇ１４としてのバケット６を表す図形の数は、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。図形Ｇ１５は、今回の掘削動作によって掘削される穴の長さを表す両矢印である。図形Ｇ１６は、今回の掘削動作によって掘削される穴の深さを表す両矢印である。図８の例では、画像Ｇｘは、長さＸＸメートル、深さＹＹメートルの穴が形成されることを表している。ショベル１００の操作者は、画像Ｇｘを見ることで、掘削動作がどのように実行されるのかを容易に把握できる。

図形Ｇ１７は、現在実行中の掘削動作でバケット６内に取り込まれている被掘削物の現在の重量（現重量）を表す。図８の例では、図形Ｇ１７は、現重量が「＊＊＊ｋｇ」であることを表している。図形Ｇ１８は、ダンプトラックの荷台に積み込まれた被掘削物の累積重量を表す。図８の例では、図形Ｇ１８は、累積重量が「○○○○ｋｇ」であることを表している。図形Ｇ１９は、積み込み残重量を表す。図８の例では、図形Ｇ１９は、積み込み残重量（残重量）が「×××ｋｇ」であることを表している。図形Ｇ２０は、今回の掘削動作でバケット６内に取り込むべき被掘削物の重量である目標掘削重量を表す。図８の例では、図形Ｇ２０は、目標掘削重量（目標重量）が「□□□ｋｇ」であることを表している。即ち、図形Ｇ２０には、機能要素ＦＩ３で配分された掘削重量（例えば、２５００ｋｇ）が表示される。図形Ｇ２１は、今回の掘削動作でバケット６内に取り込むべき被掘削物の体積である目標掘削体積を表す。図８の例では、図形Ｇ２１は、目標掘削体積（目標体積）が「△△△ｍ^３」であることを表している。図形Ｇ２２は、被掘削物の性質に関する情報である土質情報を表す。図８の例では、図形Ｇ２２は、被掘削物の密度が「○○ｋｇ／ｍ^３」であること、被掘削物の硬さが「＊＊＊＊」であること、及び、被掘削物の種類が「＊＊」であることを表している。図形Ｇ２３は、ソフトウェアボタンとしての累積Ｒｅｓｅｔボタンを表している。累積リセットボタンは、操作されたときに累積重量をリセットするように構成されている。累積重量は、通常、被掘削物の積み込み対象であるダンプトラックが別のダンプトラックに入れ替わったことが検知されたときに自動的にリセットされる。しかしながら、操作者は、累積Ｒｅｓｅｔボタンを操作することにより、任意のタイミングで累積重量をリセットできる。

機能要素Ｆ１は、後方監視画像及び周囲監視画像の少なくとも一方とともに目標軌道に関する画像を表示装置４０に表示させてもよい。後方監視画像は、ショベル１００の後方を操作者が監視できるようにするための画像であり、例えば、後カメラＳ６Ｂが撮像した画像に基づいて生成される。周囲監視画像は、ショベル１００の周囲を操作者が監視できるようにするための画像であり、例えば、後カメラＳ６Ｂ、左カメラＳ６Ｌ、及び右カメラＳ６Ｒのそれぞれが撮像した画像を合成して生成される視点変換画像としての俯瞰画像である。俯瞰画像は、典型的には、ショベル１００の周囲を真上の仮想視点から見たときの様子を示す画像である。機能要素Ｆ１は、例えば、後方監視画像及び周囲監視画像の少なくとも一方に隣接するように目標軌道に関する画像を表示装置４０に表示させてもよい。

或いは、機能要素Ｆ１は、エンジン回転数モード、走行モード、アタッチメントの種類、及びエンジン制御状態等の少なくとも１つに関する情報であるショベル１００の設定状態に関する情報とともに、目標軌道に関する画像を表示装置４０に表示させてもよい。或いは、機能要素Ｆ１は、尿素水残量、燃料残量、冷却水温、エンジン稼働時間、及び累積稼動時間等の少なくとも１つに関する情報であるショベルの運転状態に関する情報とともに、目標軌道に関する画像を表示装置４０に表示させてもよい。

機能要素Ｆ２は、現在の爪先位置を算出するように構成されている。図７の例では、機能要素Ｆ２は、ブーム角度センサＳ１が検出したブーム角度β_１と、アーム角度センサＳ２が検出したアーム角度β_２と、バケット角度センサＳ３が検出したバケット角度β_３と、旋回角速度センサＳ５が検出した旋回角度α_１とに基づき、バケット６の爪先の座標点を現在の爪先位置として算出する。機能要素Ｆ２は、現在の爪先位置を算出する際に、機体傾斜センサＳ４の出力を利用してもよい。

機能要素Ｆ３は、次の爪先位置を算出するように構成されている。図７の例では、機能要素Ｆ３は、操作圧センサ２９が出力する操作データと、機能要素Ｆ１が生成した目標軌道と、機能要素Ｆ２が算出した現在の爪先位置とに基づき、所定時間後の爪先位置を目標爪先位置として算出する。

機能要素Ｆ３は、現在の爪先位置と目標軌道との間の乖離が許容範囲内に収まっているか否かを判定してもよい。図７の例では、機能要素Ｆ３は、現在の爪先位置と目標軌道との間の距離が所定値以下であるか否かを判定する。そして、機能要素Ｆ３は、その距離が所定値以下である場合、乖離が許容範囲内に収まっていると判定し、目標爪先位置を算出する。一方で、機能要素Ｆ３は、その距離が所定値を上回っている場合、乖離が許容範囲内に収まっていないと判定し、レバー操作量とは無関係に、アクチュエータの動きを減速させ或いは停止させる。

機能要素Ｆ４は、爪先の速度に関する指令値を生成するように構成されている。図７の例では、機能要素Ｆ４は、機能要素Ｆ２が算出した現在の爪先位置と、機能要素Ｆ３が算出した次の爪先位置とに基づき、所定時間で現在の爪先位置を次の爪先位置に移動させるために必要な爪先の速度を爪先の速度に関する指令値として算出する。

機能要素Ｆ５は、爪先の速度に関する指令値を制限するように構成されている。図７の例では、機能要素Ｆ５は、機能要素Ｆ２が算出した現在の爪先位置と、周囲監視装置としての撮像装置Ｓ６が撮像した画像とに基づき、爪先とダンプトラック等の所定物体との間の距離が所定値未満であると判定した場合、爪先の速度に関する指令値を所定の上限値で制限する。このようにして、コントローラ３０は、爪先が所定物体に接近したときに爪先の速度を減速させる。機能要素Ｆ５は、バケット６内に取り込まれた被掘削物の重量に基づいて上限値を変更するように構成されていてもよい。或いは、機能要素Ｆ５は、掘削アタッチメントの旋回半径に基づいて上限値を変更するように構成されていてもよい。掘削アタッチメントの旋回半径は、機能要素Ｆ２で算出されてもよく、機能要素Ｆ２の出力に基づいて機能要素Ｆ５で算出されてもよい。

機能要素Ｆ６は、アクチュエータを動作させるための指令値を算出するように構成されている。図７の例では、機能要素Ｆ６は、現在の爪先位置を目標爪先位置に移動させるために、機能要素Ｆ３が算出した目標爪先位置に基づき、ブーム角度β_１に関する指令値β_１ｒ、アーム角度β_２に関する指令値β_２ｒ、バケット角度β_３に関する指令値β_３ｒ、及び旋回角度α_１に関する指令値α_１ｒを算出する。機能要素Ｆ６は、ブーム４が操作されていないときであっても、必要に応じて指令値β_１ｒを算出する。これは、ブーム４を自動的に動作させるためである。アーム５、バケット６、及び旋回機構２についても同様である。

次に、図９を参照し、機能要素Ｆ６の詳細について説明する。図９は、各種指令値を算出する機能要素Ｆ６の構成例を示すブロック図である。

コントローラ３０は、図９に示すように、指令値の生成に関する機能要素Ｆ１１〜Ｆ１３、Ｆ２１〜Ｆ２３、Ｆ３１〜Ｆ３３、及びＦ５０を更に有する。機能要素は、ソフトウェアで構成されていてもよく、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで構成されていてもよい。

機能要素Ｆ１１〜Ｆ１３は、指令値β_１ｒに関する機能要素であり、機能要素Ｆ２１〜Ｆ２３は、指令値β_２ｒに関する機能要素であり、機能要素Ｆ３１〜Ｆ３３は、指令値β_３ｒに関する機能要素であり、機能要素Ｆ４１〜Ｆ４３は、指令値α_１ｒに関する機能要素である。

機能要素Ｆ１１、Ｆ２１、Ｆ３１、及びＦ４１は、アクチュエータ制御機構に対して出力される電流指令を生成するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１１は、ブーム制御機構３１Ｃに対してブーム電流指令を出力し、機能要素Ｆ２１は、アーム制御機構３１Ａに対してアーム電流指令を出力し、機能要素Ｆ３１は、バケット制御機構３１Ｄに対してバケット電流指令を出力し、機能要素Ｆ４１は、旋回制御機構３１Ｂに対して旋回電流指令を出力する。

ブーム制御機構３１Ｃは、ブームシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧をブーム制御弁としての制御弁１７５に対して作用させることができるように構成されている。

アーム制御機構３１Ａは、アームシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧をアーム制御弁としての制御弁１７６に対して作用させることができるように構成されている。

バケット制御機構３１Ｄは、バケットシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧をバケット制御弁としての制御弁１７４に対して作用させることができるように構成されている。

旋回制御機構３１Ｂは、旋回用油圧モータパイロット圧指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧を旋回制御弁としての制御弁１７３に対して作用させることができるように構成されている。

機能要素Ｆ１２、Ｆ２２、Ｆ３２、及びＦ４２は、スプール弁を構成するスプールの変位量を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１２は、ブームスプール変位センサＳ７の出力に基づき、ブームシリンダ７に関する制御弁１７５を構成するブームスプールの変位量を算出する。機能要素Ｆ２２は、アームスプール変位センサＳ８の出力に基づき、アームシリンダ８に関する制御弁１７６を構成するアームスプールの変位量を算出する。機能要素Ｆ３２は、バケットスプール変位センサＳ９の出力に基づき、バケットシリンダ９に関する制御弁１７４を構成するバケットスプールの変位量を算出する。機能要素Ｆ４２は、旋回スプール変位センサＳ２Ａの出力に基づき、旋回油圧モータ２Ａに関する制御弁１７３を構成する旋回スプールの変位量を算出する。なお、ブームスプール変位センサＳ７は、制御弁１７５を構成するスプールの変位量を検出するセンサである。アームスプール変位センサＳ８は、制御弁１７６を構成するスプールの変位量を検出するセンサである。バケットスプール変位センサＳ９は、制御弁１７４を構成するスプールの変位量を検出するセンサである。そして、旋回スプール変位センサＳ２Ａは、制御弁１７３を構成するスプールの変位量を検出するセンサである。

機能要素Ｆ１３、Ｆ２３、Ｆ３３、及びＦ４３は、作業体の回動角度を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１３は、ブーム角度センサＳ１の出力に基づき、ブーム角度β１を算出する。機能要素Ｆ２３は、アーム角度センサＳ２の出力に基づき、アーム角度β２を算出する。機能要素Ｆ３３は、バケット角度センサＳ３の出力に基づき、バケット角度β３を算出する。機能要素Ｆ４３は、旋回角速度センサＳ５の出力に基づき、旋回角度α１を算出する。

具体的には、機能要素Ｆ１１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成した指令値β１ｒと機能要素Ｆ１３が算出したブーム角度β１との差がゼロになるように、ブーム制御機構３１Ｃに対するブーム電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ１１は、ブーム電流指令から導き出される目標ブームスプール変位量と機能要素Ｆ１２が算出したブームスプール変位量との差がゼロになるように、ブーム電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ１１は、その調節後のブーム電流指令をブーム制御機構３１Ｃに対して出力する。

ブーム制御機構３１Ｃは、ブーム電流指令に応じて開口面積を変化させ、その開口面積の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７５のパイロットポートに作用させる。制御弁１７５は、パイロット圧に応じてブームスプールを移動させ、ブームシリンダ７に作動油を流入させる。ブームスプール変位センサＳ７は、ブームスプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ１２にフィードバックする。ブームシリンダ７は、作動油の流入に応じて伸縮し、ブーム４を上下動させる。ブーム角度センサＳ１は、上下動するブーム４の回動角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ１３にフィードバックする。機能要素Ｆ１３は、算出したブーム角度β１を機能要素Ｆ４にフィードバックする。

機能要素Ｆ２１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成した指令値β２ｒと機能要素Ｆ２３が算出したアーム角度β２との差がゼロになるように、アーム制御機構３１Ａに対するアーム電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ２１は、アーム電流指令から導き出される目標アームスプール変位量と機能要素Ｆ２２が算出したアームスプール変位量との差がゼロになるように、アーム電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ２１は、その調節後のアーム電流指令をアーム制御機構３１Ａに対して出力する。

アーム制御機構３１Ａは、アーム電流指令に応じて開口面積を変化させ、その開口面積の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７６のパイロットポートに作用させる。制御弁１７６は、パイロット圧に応じてアームスプールを移動させ、アームシリンダ８に作動油を流入させる。アームスプール変位センサＳ８は、アームスプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ２２にフィードバックする。アームシリンダ８は、作動油の流入に応じて伸縮し、アーム５を開閉させる。アーム角度センサＳ２は、開閉するアーム５の回動角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ２３にフィードバックする。機能要素Ｆ２３は、算出したアーム角度β２を機能要素Ｆ４にフィードバックする。

機能要素Ｆ３１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成した指令値β３ｒと機能要素Ｆ３３が算出したバケット角度β３との差がゼロになるように、バケット制御機構３１Ｄに対するバケット電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ３１は、バケット電流指令から導き出される目標バケットスプール変位量と機能要素Ｆ３２が算出したバケットスプール変位量との差がゼロになるように、バケット電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ３１は、その調節後のバケット電流指令をバケット制御機構３１Ｄに対して出力する。

バケット制御機構３１Ｄは、バケット電流指令に応じて開口面積を変化させ、その開口面積の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに作用させる。制御弁１７４は、パイロット圧に応じてバケットスプールを移動させ、バケットシリンダ９に作動油を流入させる。バケットスプール変位センサＳ９は、バケットスプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ３２にフィードバックする。バケットシリンダ９は、作動油の流入に応じて伸縮し、バケット６を開閉させる。バケット角度センサＳ３は、開閉するバケット６の回動角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ３３にフィードバックする。機能要素Ｆ３３は、算出したバケット角度β３を機能要素Ｆ４にフィードバックする。

機能要素Ｆ４１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成した指令値α１ｒと機能要素Ｆ４３が算出した旋回角度α１との差がゼロになるように、旋回制御機構３１Ｂに対する旋回電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ４１は、旋回電流指令から導き出される目標旋回スプール変位量と機能要素Ｆ４２が算出した旋回スプール変位量との差がゼロになるように、旋回電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ４１は、その調節後の旋回電流指令を旋回制御機構３１Ｂに対して出力する。なお、機能要素Ｆ６が生成した指令値α１ｒと機能要素Ｆ４３が算出した旋回角度α１との差は、機能要素Ｆ４１に入力される前に、制限部Ｆ５０によって制限される場合がある。

制限部Ｆ５０は、機能要素Ｆ１３が算出したブーム角度β１に基づき、ブーム４が所定の高さ（角度）まで上昇しているか否かを判定するように構成されている。そして、制限部Ｆ５０は、ブーム４が所定の高さ（角度）まで上昇していないと判定した場合、機能要素Ｆ４１に対して出力される差である指令値α１ｒと旋回角度α１との差を所定値以下に制限するように構成されている。ブーム４が十分に上昇していない段階で上部旋回体３が急旋回されてしまうのを防止するためである。

旋回制御機構３１Ｂは、旋回電流指令に応じて開口面積を変化させ、その開口面積の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７３のパイロットポートに作用させる。制御弁１７３は、パイロット圧に応じて旋回スプールを移動させ、旋回油圧モータ２Ａに作動油を流入させる。旋回スプール変位センサＳ２Ａは、旋回スプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ４２にフィードバックする。旋回油圧モータ２Ａは、作動油の流入に応じて回転し、上部旋回体３を旋回させる。旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ４３にフィードバックする。機能要素Ｆ４３は、算出した旋回角度α１を機能要素Ｆ４にフィードバックする。

上述のように、コントローラ３０は、作業体毎に、３段のフィードバックループを構成している。すなわち、コントローラ３０は、スプール変位量に関するフィードバックループ、作業体の回動角度に関するフィードバックループ、及び、爪先位置に関するフィードバックループを構成している。そのため、コントローラ３０は、自律制御の際に、バケット６の爪先の動きを高精度に制御できる。

以上、本実施形態に係るショベル１００によれば、ダンプトラックに積載された土砂重量を算出することができる。これにより、ダンプトラックの過積載を防止することができる。例えば、作業現場から公道へ出る前にトラックスケール等によりダンプトラックの積載量がチェックされる。積載量が最大積載量を超えている場合、ダンプトラックはショベル１００の位置まで戻り、積載している土砂を減らす作業が必要である。このため、ダンプトラックの運用効率が低下する。また、ダンプトラックの積載不足は、土砂を運搬するダンプトラックの延べ台数を増加させ、ダンプトラックの運用効率が低下する。これに対し、本実施形態に係るショベル１００によれば、過積載を防止しつつ、土砂をダンプトラックに積載することができるので、ダンプトラックの運用効率を向上させることができる。

ここで、参考例に係るショベルの制御動作について説明する。参考例に係るショベルは、１回に掬える被掘削物（土砂）の最大重量が３トンのバケットを備えており、最大積載量が１０トンのダンプトラックに被掘削物を積み込むものとする。この例において、参考例に係るショベルは、「３トン×３回」でダンプトラックに被掘削物を積み込み、最後の１回はダンプトラックの最大積載量を超えないように被掘削物の重量を調整して「１トン×１回」でダンプトラックに被掘削物を積み込む。これにより、最小の掘削回数でダンプトラックへの積み込み作業を行う。

これに対し、本実施形態に係るショベル１００は、参考例と同様に、１回に掬える被掘削物（土砂）の最大重量が３トンのバケットを備えており、最大積載量が１０トンのダンプトラックに被掘削物を積み込むものとした場合、図７を用いて説明したように、例えば「２．５トン×４回」でダンプトラックに被掘削物を積み込む。

本実施形態に係るショベル１００における掘削回数（４回）は、参考例に係るショベルにおける掘削回数（３＋１回）と同じであり、ダンプトラックに被掘削物を積み込むのに要する時間に大きな相違は生じない。このため、本実施形態に係るショベル１００は、参考例に係るショベルと同等の運用効率が得られる。

ところで、ショベル１００のアタッチメント（ブーム４、アーム５、バケット６）は、被掘削物をダンプトラックに積み込む際、被積載物の重量により疲労ダメージが蓄積する。ここで、アタッチメントの寿命は、アタッチメントに作用する応力の逆数に対する指数関数となっている。例えば、３．０乗に比例すると考えた場合、アタッチメントに作用する応力が１／２となると、アタッチメントの寿命は８倍となる。また、アタッチメントに作用する応力は、被積載物の重量に比例する。このため、１回に掬える被掘削物の重量を３トンから２．５トンにすることにより、応力は０．８３倍に低減し、アタッチメントの寿命は１．７倍に増加する。換言すれば、被掘削物３トンをダンプトラックに積み込む作業を３回行った際のアタッチメントの疲労ダメージは、被掘削物２．５トンをダンプトラックに積み込む作業を５回行った際のアタッチメントの疲労ダメージに相当する。よって、「２．５トン×４回」で積み込む際の疲労ダメージは、「３トン×３回」で積み込む際の疲労ダメージよりも小さくなる。なお、アタッチメントに作用する応力の逆数に対する指数関数は、必ずしも３．０乗でなくともよく、３．５乗を寿命計算の指針として判断してもよい。したがって、本実施形態に係るショベル１００は、参考例に係るショベルと比較して、アタッチメントの寿命を延ばすことができる。

また、本実施形態に係るショベル１００は、例えば「２トン×５回」、「１トン×１０回」の様に配分してもよい。この場合、参考例に係るショベルと比較して、作業時間は伸びるものの、疲労ダメージを大幅に低減して、アタッチメントの寿命を更に延ばすことができる。

１００ ショベル
１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム（アタッチメント）
５ アーム（アタッチメント）
６ バケット（アタッチメント）
７ ブームシリンダ（アクチュエータ）
８ アームシリンダ（アクチュエータ）
９ バケットシリンダ（アクチュエータ）
２１，２２ 油圧センサ
３０ コントローラ（制御部）
４０ 表示装置
４２ 入力装置
４３ 音声出力装置
４７ 記憶装置
６０ 土砂荷重処理部
６１ 積載物重量算出部
ＦＥ 機能要素（最大積載重量取得部）
Ｓ６ 撮像装置（空間認識装置）

Claims (5)

1. 上部旋回体に取り付けられ、バケットを有するアタッチメントと、
   前記アタッチメントを駆動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   ダンプトラックの最大積載重量と前記バケットのバケット容量とに基づいて、１回の掘削重量が均等となるように、掘削回数と掘削重量の配分を決定する、ショベル。
2. 前記制御部は、
   前記掘削回数のうち、最も少ない回数を選択する、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記制御部は、
   前記掘削重量と被掘削物の特性に基づいて、掘削軌道を生成する、
   請求項２に記載のショベル。
4. 前記制御部は、
   前記バケット容量と被掘削物の特性に基づいて、前記バケットの１回の掘削における最大掘削重量を算出し、
   前記最も少ない回数は、前記最大積載重量を前記最大掘削重量で除算した値以上の最小の整数値である、
   請求項３に記載のショベル。
5. 空間認識装置を更に備え、
   前記制御部は、
   前記空間認識装置の結果に基づいて、前記ダンプトラックの前記最大積載重量を取得する、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のショベル。

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