JP2023138083A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】チルトバケットを備えた作業機に対してマシンコントロール制御を行う際に、掘削動作中においてチルトシリンダがストロークエンド付近に達した状態でも目標面への干渉を回避することができる作業機械を提供すること。【解決手段】作業機の先端に設けられた被駆動部材であって、作業機に対する左右方向に回動駆動するための油圧アクチュエータであるチルトシリンダを備えたバケットと、バケットの予め定めた目標面と対向する部位の左右角度が目標面に一致するように、かつ、バケットが目標面上または目標面の上方の領域内に位置するように操作信号を出力するか補正する領域制限制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、領域制限制御を行う際に、チルトシリンダがストロークエンドに達した状態でのバケットの傾斜角よりも目標面の傾斜角が大きくなると、バケットを目標面から遠ざけるように制御する。【選択図】 図１０

Description

本発明は、作業機械に関する。

作業機械の１つである油圧ショベルには、オペレータの掘削操作を補助する制御システムが備えられることがある。具体的には、操作装置を介して掘削操作（例えば、アームクラウドの指示）が入力された場合に、目標面と作業機の先端（例えば、バケットの先端）との位置関係に基づいて、作業機（フロント作業機とも言う）の先端の位置が目標面上及びその上方の領域内に保持されるように、作業機を駆動するブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダのうち少なくともブームシリンダを強制的に動作させる制御（例えば、ブームシリンダを伸ばして強制的にブーム上げ動作を行う制御）や、目標面上で作業機の先端が停止するように、ブームシリンダやバケットシリンダ、バケットがチルト方式の場合チルトシリンダを停止させる停止制御などを行う制御システムがある。

このような作業機の先端が動き得る領域を制限する制御システムの利用により、掘削面の仕上げ作業や法面の成形作業が容易になる。以下では、この種の制御を「領域制限制御」または「整地制御」と称することがある。そして、操作装置が操作されている間に、所定のアクチュエータを予め定めた条件に従って動作させる制御信号を演算し、その制御信号に基づいてそのアクチュエータを制御する制御一般のことを「マシンコントロール（ＭＣ：Machine Control）」または「（オペレータ操作に対する）介入制御」と称することがある。

チルトバケットのマシンコントロール（ＭＣ）システムに関する従来技術としては、目標面とバケットが平行となるようにバケットの目標チルト角や目標バケット角を決定し、チルトシリンダやバケットシリンダを制御するものが知られている。

このようなマシンコントロールシステムとして、例えば、特許文献１には、アームと、バケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを含む作業機を備える建設機械の制御システムであって、掘削対象の目標形状を示す目標施工地形と前記バケットの特定部位とが平行となるように、前記チルト軸を中心とする前記バケットの前記特定部位の角度を示すチルト角度を決定する角度決定部と、前記角度決定部で決定された前記チルト角度に基づいて、前記チルト軸を中心に前記バケットを回転されるチルトシリンダを制御する作業機制御部と、を備える建設機械の制御システムが開示されている。

国際公開第２０１８／０３０２２０号

しかしながら、上記従来技術においては、チルトシリンダがストロークエンドに達し、更にバケット付近の目標面の傾斜が更に大きい場合、次のような問題点がある。すなわち、上記のような場合においては、目標チルト角としてストロークエンドに達した傾斜角よりも大きいチルト角を算出してチルトシリンダを制御しようとするが、ストロークエンドに達していることでチルト角はそれ以上に回転することができない。そして、この状態において、目標面を掘り過ぎないようにブーム上げ補正でバケット位置を上昇して回避しようとした場合、バケット刃先位置情報を取得してからの補正では間に合わず、そのチルト角より傾斜のある目標面に対してバケットが干渉する恐れがある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、チルトバケットを備えた作業機に対してマシンコントロール制御を行う際に、掘削動作中においてチルトシリンダがストロークエンド付近に達した状態でも目標面への干渉を回避することができる作業機械を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられ、回動可能に連結された複数の被駆動部材からなる多関節型の作業機と、操作信号に基づいて前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記作業機の先端に設けられた被駆動部材であって、前記作業機に対する回動軸に垂直なチルト回動軸を中心に左右方向に回動駆動するための油圧アクチュエータであるチルトシリンダを備えたバケットと、前記作業機の姿勢に関する情報である姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置と、前記姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報に基づいて、前記バケットの予め定めた目標面と対向する部位の左右角度が前記目標面に一致するように、かつ、前記バケットが前記目標面上または前記目標面の上方の領域内に位置するように、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに前記操作信号を出力するか、又は前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに出力された前記操作信号を補正する領域制限制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記バケットが前記目標面上を移動するように前記領域制限制御を行う際に、前記チルトシリンダがストロークエンドに達した状態での前記バケットの前記目標面と対向する一辺の左右方向の傾斜角よりも前記目標面の傾斜角が大きくなると、前記バケットを前記目標面から遠ざけるように制御するものとする。

本発明によれば、チルトバケットを備えた作業機に対してマシンコントロール制御を行う際に、掘削動作中においてチルトシリンダがストロークエンド付近に達した状態でも目標面への干渉を回避することができる。

作業機械の一例である油圧ショベルの外観を概略的に示す側面図である。 油圧駆動装置をコントローラとともに抜き出して示す図である。 フロント制御用油圧ユニットの詳細を関連構成とともに示す図である。 油圧ショベルにおける基準座標系を示す図であり、ＸＹ座標系を示す側面図である。 油圧ショベルにおける基準座標系を示す図であり、ＹＺ座標系を示す背面図である。 油圧ショベルのマシンガイダンス及びマシンコントロールを行う制御システムを構成するコントローラのハードウェア構成図であり、コントローラを関連構成とともに抜き出して概略的に示す図である。 表示装置の表示画面の一例を示す図である。 コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。 目標速度演算部の処理機能の詳細を関連機能とともに抜き出して示す図である。 掘削回避動作判定処理の処理内容を示すフローチャートである。 現在姿勢におけるバケット位置と一定距離だけ掘削方向に進んだ場合の予測姿勢におけるバケット位置の一例を目標面とともに示す図である。 図１１におけるＡ矢視とＢ矢視とを比較して示す図である。 掘削方向に進むにつれて、運転室内から見た目標面の断面方向の傾斜が大きくなる場合の一例を示す図である。 常掘削動作モードの各状態におけるバケット先端の速度ベクトルを示す図である。 目標面に対するバケットのチルト動作の例を示す図である。 目標面に対するバケットのチルト動作の例を示す図である。 チルト角偏差とチルト目標速度との関係を示す図である。 現在姿勢におけるバケット位置と一定距離だけ掘削方向に進んだ場合の予測姿勢におけるバケット位置の一例を目標面とともに示す図である。 図１８におけるＢ矢視を示す図である。 目標軌跡補正の様子を示す図である。 現在姿勢におけるバケット位置から予測姿勢におけるバケット位置まで掘削方向に進む場合の補正目標軌跡を示す図である。 図２１におけるＢ矢視を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態においては、作業機械として、チルト機構を有するバケットを設置した作業機を備える油圧ショベルを示して説明するが、チルトバケットを有する作業機を備えた他の作業機械においても本発明を適用することが可能である。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を概略的に示す側面図である。また、図２は、油圧駆動装置をコントローラとともに抜き出して示す図であり、図３は、フロント制御用油圧ユニットの詳細を関連構成とともに示す図である。

図１において、油圧ショベル１００は、多関節型の作業機１Ａ（フロント作業機と称することがある）と、車体１Ｂとで構成されている。車体１Ｂは、左右の走行油圧モータ３ａ，３ｂ（図１では、油圧モータ３ａのみを図示）により走行する下部走行体１１と、下部走行体１１の上に取り付けられ、旋回油圧モータ４により下部走行体１１に対して旋回する上部旋回体１２とからなる。

作業機１Ａは、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム８，アーム９、バケット１０及びチルト機構１７）を連結して構成されている。

ブーム８の基端は上部旋回体１２の前部においてブームピンを介して回動可能に支持されている。ブーム８の先端にはアームピンを介してアーム９が回動可能に連結されており、アーム９の先端にはバケットピンを介してチルト機構１７およびバケット１０が回動可能に連結されている。バケット（チルトバケット）１０は、アーム９に対するチルト機構１７の回動軸に垂直なチルト回動軸を中心に左右方向に回動可能に連結されている。

ブーム８はブームシリンダ５によって駆動され、アーム９はアームシリンダ６によって駆動され、バケット１０はバケットシリンダ７によって駆動され、チルト機構１７はチルトシリンダ１４によって駆動される。

ブーム８、アーム９、バケット１０、チルト機構１７の回動角度α，β，γ，Ψ（後の図４、図５を参照）を測定可能なように，ブームピンにブーム角度センサ３０、アームピンにアーム角度センサ３１、バケットリンク１３にバケット角度センサ３２、チルト機構にチルト角度センサ３４が取付けられ、上部旋回体１２には基準面（例えば、水平面）に対する上部旋回体１２（車体１Ｂ）の傾斜角θ，Φ（後の図４、図５を参照）を検出する車体傾斜角センサ３３が取付けられている。なお、角度センサ３０，３１，３２，３４はそれぞれ基準面に対する角度センサ（例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ： Inertial Measurement Unit）など）に代替可能である。

図２及び図３に示すように、上部旋回体１２に設けられた運転室１２ａ内には、走行右レバー２３ａを有し走行右油圧モータ３ａ（下部走行体１１）を操作するための操作装置４７ａと、走行左レバー２３ｂを有し走行左油圧モータ３ｂ（下部走行体１１）を操作するための操作装置４７ｂと、操作右レバー１ａを共有しブームシリンダ５（ブーム８）及びバケットシリンダ７（バケット１０）を操作するための操作装置４５ａ，４６ａと、操作左レバー１ｂを共有しアームシリンダ６（アーム９）及び旋回油圧モータ４（上部旋回体１２）を操作するための操作装置４５ｂ，４６ｂとチルト機構１７操作するための操作ペダル１ｃが設置されている。以下では、走行右レバー２３ａ、走行左レバー２３ｂ、操作右レバー１ａ、操作左レバー１ｂ、及び、操作ペダル１ｃをまとめて操作レバー１，２３と称することがある。

上部旋回体１２に搭載された原動機であるエンジン１８は、油圧ポンプ２とパイロットポンプ４９とを駆動する。油圧ポンプ２は、レギュレータ２ａによって容量が制御される可変容量型ポンプであり、パイロットポンプ４９は、固定容量型ポンプである。本実施の形態においては、パイロットライン１４３，１４４，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９の途中にシャトルブロック１６２が設けられている。操作装置４５，４６，４７，４８から出力された油圧信号がシャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａにも入力される。シャトルブロック１６２の詳細構成は省略するが、シャトルブロック１６２では入力された油圧信号の最大値が選択されてレギュレータ２ａに入力されており、油圧ポンプ２の吐出流量が当該油圧信号に応じて制御される。

パイロットポンプ４９の吐出配管であるポンプライン１７０は、ロック弁３９を通った後、複数に分岐して操作装置４５，４６，４７，４８，フロント制御用油圧ユニット１６０内の各弁に接続している。ロック弁３９は、本実施の形態では電磁切換弁を例示しており、その電磁駆動部は上部旋回体１２の運転室に配置されたゲートロックレバー（不図示）の位置検出器と電気的に接続している。ゲートロックレバーのポジションは位置検出器で検出され、その位置検出器からロック弁３９に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁３９が閉じてポンプライン１７０が遮断され、ロック解除位置にあればロック弁３９が開いてポンプライン１７０が開通する。つまり，ポンプライン１７０が遮断された状態では操作装置４５，４６，４７，４８による操作が無効化され、旋回、掘削等の動作が禁止される。

操作装置４５，４６，４７，４８は、油圧パイロット方式であり、パイロットポンプ４９から吐出される圧油をもとに、それぞれオペレータにより操作される操作レバー１，２３の操作量（例えば、レバーストローク）と操作方向に応じたパイロット圧（操作圧と称することがある）を発生する。このように発生したパイロット圧は、コントロールバルブユニット内の対応する流量制御弁１５ａ～１５ｇの油圧駆動部１５０ａ～１５６ｂにパイロットライン１４３ａ～１４９ｂを介して供給され、これら流量制御弁１５ａ～１５ｇを駆動する制御信号として利用される。

油圧ポンプ２から吐出された圧油は、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇを介して走行右油圧モータ３ａ、走行左油圧モータ３ｂ、旋回油圧モータ４、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、チルトシリンダ１４に供給される。供給された圧油によってブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、チルトシリンダ１４が伸縮することで、ブーム８、アーム９、バケット１０がそれぞれ回動し、バケット１０の位置及び姿勢が変化する。また、供給された圧油によって旋回油圧モータ４が回転することで、下部走行体１１に対して上部旋回体１２が旋回する。そして、供給された圧油によって走行右油圧モータ３ａ、走行左油圧モータ３ｂが回転することで、下部走行体１１が走行する。

図４及び図５は、油圧ショベルにおける基準座標系を示す図であり、図４はＸＹ座標系を示す側面図、図５はＹＺ座標系を示す背面図である。

図４及び図５に示すように、作業機１Ａの姿勢は油圧ショベル１００の基準座標系（以降、ショベル基準座標系と称する）に基づいて定義できる。ショベル基準座標系は、上部旋回体１２に設定された座標であり、ブーム８の基底部を原点とし、上部旋回体１２における鉛直方向にＺ軸、水平方向にＸ軸、Ｙ軸が設定されている。Ｘ軸に対するブーム８の傾斜角をブーム角α、ブームに対するアーム９の傾斜角をアーム角β、アームに対するバケット先端の傾斜角をバケット角γとし、Ｙ軸に対するバケットの傾斜角をチルト角ψとした。水平面（基準面）に対する車体１Ｂ（上部旋回体１２）の前後傾斜角を傾斜角θとし左右傾斜角をΦとした。

ブーム角αはブーム角度センサ３０により、アーム角βはアーム角度センサ３１により、バケット角γはバケット角度センサ３２により、チルト角ψはチルト角度センサ３４により、傾斜角θ，Φは車体傾斜角センサ３３により検出される。ブーム角αは、ブーム８を最大（最高）まで上げたとき（ブームシリンダ５が上げ方向のストロークエンドのとき、つまりブームシリンダ長が最長のとき）に最大となり、ブーム８を最小（最低）まで下げたとき（ブームシリンダ５が下げ方向のストロークエンドのとき、つまりブームシリンダ長が最短のとき）に最小となる。アーム角βは、アームシリンダ長が最短のときに最小となり、アームシリンダ長が最長のときに最大となる。バケット角γは、バケットシリンダ長が最短のときに最小となり、バケットシリンダ長が最長のときに最大となる。このとき、ブーム８、アーム９、バケット１０、チルト機構１７各部寸法と、各角度センサの出力によりバケット先端、および後端の中央、および左右端の(Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標を演算する事ができる。

また、油圧ショベル１００は、図４にも示すように、上部旋回体１２に一対のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）アンテナ１６Ａ，１６Ｂを備えている。ＧＮＳＳアンテナ１６からの情報に基づき、グローバル座標系における油圧ショベル１００の位置、バケット１０の先端位置および後端位置を算出することができる。

図６は、油圧ショベルのマシンガイダンス（ＭＧ：Machine Guidance）及びマシンコントロール（ＭＣ：Machine Control）を行う制御システムを構成するコントローラのハードウェア構成図であり、コントローラを関連構成とともに抜き出して概略的に示す図である。

本実施の形態に係る制御システムでは、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４８の少なくとも１つが操作されたときに予め定めた条件に従って作業機１Ａを動作させるＭＣが実行される。ＭＣにおける油圧アクチュエータ５，６，７，１４の制御は、該当する流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｇに制御信号（例えば、ブームシリンダ５を伸ばして強制的にブーム上げ動作を行う）を強制的に出力することで行われる。マシンコントロールシステムで実行されるＭＣとしては、フロント操作をする際に実行される「整地制御（領域制限制御）」と、ブーム下げやチルト停止をする際に実行される「停止制御」とが含まれる。

整地制御（領域制限制御）は、所定の目標面７００（後の図７参照）上またはその上方に作業機１Ａが位置するように油圧アクチュエータ５，６，７，１４のうち少なくとも１つを制御するＭＣである。例えば、アーム操作によってバケット先端部が目標面７００に沿って移動するように、目標面７００に垂直な方向のバケット先端（作業機１Ａの先端）の速度ベクトルがゼロになるようにブーム上げ速度又はブーム下げ速度を出力する。他には、アーム操作中にバケットのチルト角度が目標面７００の左右角度に一致するように、チルト回転速度の増減を行う。

停止制御は、目標面７００よりも下方にバケット先端部（例えば、バケット先端）が侵入しないようブーム下げ動作やチルト動作を停止するＭＣであり、目標面７００とバケット先端部との距離が近づくにつれブーム下げ速度、チルト回転速度を減速する。

また、本システムでの作業機１ＡのＭＧとしては、例えば、後の図７に示すように、目標面７００と作業機１Ａ（例えば、バケット１０）の位置関係を表示装置５７に表示する処理が行われる。

なお、本実施の形態では、ＭＣ時の作業機１Ａの制御点を油圧ショベル１００のバケット１０の先端（作業機１Ａの先端）に設定しているが、制御点は作業機１Ａの先端部分の点であればバケット先端以外にも変更可能である。例えば、バケット１０の底面やバケットリンク１３の最外部を制御点として選択可能であり、目標面７００から最も距離の近いバケット１０上の点を適宜制御点として採用しても良い。

姿勢情報検出装置５０は、ブーム角度センサ３０、アーム角度センサ３１、バケット角度センサ３２、車体傾斜角センサ３３、チルト角度センサ３４から構成される。これらの角度センサ３０，３１，３２，３３，３４は、作業機１Ａおよび、上部旋回体１２の姿勢センサとして機能している。

目標面設定装置５１は、目標面７００に関する情報（複数もしくは単数の目標面の位置情報や傾斜角度情報を含む）を入力可能なインターフェースである。目標面設定装置５１は、グローバル座標系（絶対座標系）上に規定された目標面の３次元データを格納した外部端末（図示せず）と接続されている。なお、目標面設定装置５１を介した目標面の入力は、オペレータが手動で行っても良い。

オペレータ操作検出装置５２ａは、オペレータによる操作レバー１ａ，１ｂ，１ｃ（操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ、４８）の操作によってパイロットライン１４３，１４４，１４５，１４６に生じる操作圧（第１制御信号）を取得する圧力センサ７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂから構成される。すなわち、作業機１Ａに係る油圧シリンダ５，６，７，１４に対する操作を検出している。

図７は、表示装置の表示画面の一例を示す図である。

図７に示すように、表示装置５７は、目標面７００と作業機１Ａ（例えば、バケット１０）の位置関係を表示するためのタッチパネル式の液晶モニタであり、運転室内に設置されている。表示装置５７の表示画面には、目標面７００とバケット１０の位置関係が車体をＹ軸方向と、Ｘ軸方向から見た方向から表示されており、目標面７００とバケット１０の先端までの距離が目標面距離として表示されている。

図３に示すように、フロント制御用油圧ユニット１６０は、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ａ，１４４ｂに設けられ、操作レバー１ａの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）を検出する圧力センサ７０ａ，７０ｂと、一次ポート側がポンプライン１７０を介してパイロットポンプ４９に接続されパイロットポンプ４９からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５４ａと、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ａと電磁比例弁５４ａの二次ポート側に接続され、パイロットライン１４４ａ内のパイロット圧と電磁比例弁５４ａから出力される制御圧（第２制御信号）の高圧側を選択し、流量制御弁１５ａの油圧駆動部１５０ａに導くシャトル弁８２ａと、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ｂに設置され、コントローラ４０からの制御信号を基にパイロットライン１４４ｂ内のパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５４ｂとを備えている。

また、フロント制御用油圧ユニット１６０は、アーム９用のパイロットライン１４５ａ，１４５ｂに設けられ、操作レバー１ｂの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）を検出してコントローラ４０に出力する圧力センサ７１ａ，７１ｂと、パイロットライン１４５ｂに設置され、コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５５ｂと、パイロットライン１４５ａに設置され、コントローラ４０からの制御信号を基にパイロットライン１４５ａ内のパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５５ａとを備えている。

また、フロント制御用油圧ユニット１６０は、バケット１０用のパイロットライン１４６ａ，１４６ｂに設けられ、操作レバー１ａの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）を検出してコントローラ４０に出力する圧力センサ７２ａ，７２ｂと、コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５６ａ，５６ｂと、一次ポート側がパイロットポンプ４９に接続されパイロットポンプ４９からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５６ｃ，５６ｄと、パイロットライン１４６ａ，１４６ｂ内のパイロット圧と電磁比例弁５６ｃ，５６ｄから出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁１５ｃの油圧駆動部１５２ａ，１５２ｂに導くシャトル弁８３ａ，８３ｂとを備えている。

また、フロント制御用油圧ユニット１６０は、チルト機構１７用のパイロットライン１４３ａ，１４３ｂに設けられ、操作ペダル１ｃの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）を検出してコントローラ４０に出力する圧力センサ７３ａ，７３ｂと、コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５３ａ，５３ｂと、一次ポート側がパイロットポンプ４９に接続されパイロットポンプ４９からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５３ｃ，５３ｄと、パイロットライン１４３ａ，１４３ｂ内のパイロット圧と電磁比例弁５６ｃ，５６ｄから出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁１５ｇの油圧駆動部１５６ａ，１５６ｂに導くシャトル弁８４ａ，８４ｂとを備えている。なお、図３においては、圧力センサ７０，７１，７２，７３とコントローラ４０との接続線を紙面の都合上省略している。

電磁比例弁５３ａ，５３ｂ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂは、非通電時には開度が最大であり、コントローラ４０からの制御信号である電流を増大させるほど開度は小さくなる。一方、電磁比例弁５３ｃ，５３ｄ，５４ａ，５６ｃ，５６ｄは、非通電時には開度が０（ゼロ）であり、通電時には開度を有し、コントローラ４０からの電流（制御信号）を増大させるほど開度は大きくなる。このように各電磁比例弁５３，５４，５５，５６の開度はコントローラ４０からの制御信号に応じたものとなる。

以上のように構成されたフロント制御用油圧ユニット１６０において、コントローラ４０から制御信号を出力して電磁比例弁５３ｃ，５３ｄ，５４ａ，５６ｃ，５６ｄを駆動すると、対応する操作装置４５ａ，４６ａ，４８のオペレータ操作が無い場合にもパイロット圧（第２制御信号）を発生できるので、ブーム上げ動作、バケットクラウド動作、バケットダンプ動作、チルト右回転動作、チルト左回転動作を強制的に発生することができる。また、これと同様にコントローラ４０により電磁比例弁５３ａ，５３ｂ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂを駆動すると、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４８のオペレータ操作により発生したパイロット圧（第１制御信号）を減じたパイロット圧（第２制御信号）を発生することができ、ブーム下げ動作、アームクラウド／ダンプ動作、バケットクラウド／ダンプ動作、チルト右回転／左回転の速度をオペレータ操作の値から強制的に低減することができる。

本実施の形態においては、流量制御弁１５ａ～１５ｃ，１５ｇに対する制御信号のうち、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４８の操作によって発生したパイロット圧を「第１制御信号」と称する。また、流量制御弁１５ａ～１５ｃ，１５ｇに対する制御信号のうち、コントローラ４０で電磁比例弁５３ａ，５３ｂ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂを駆動して第１制御信号を補正（低減）して生成したパイロット圧と、コントローラ４０で電磁比例弁５３ｃ，５３ｄ，５４ａ，５６ｃ，５６ｄを駆動して第１制御信号とは別に新たに生成したパイロット圧を「第２制御信号」と称する。

第２制御信号は、第１制御信号によって発生される作業機１Ａの制御点の速度が所定の条件に反するときに生成され、当該所定の条件に反しない作業機１Ａの制御点の速度を発生させる制御信号として生成される。なお、同一の流量制御弁１５ａ～１５ｃ，１５ｇにおける一方の油圧駆動部に対して第１制御信号が生成され、他方の油圧駆動部に対して第２制御信号が生成される場合は、第２制御信号を優先的に油圧駆動部に作用させるものとし、第１制御信号を電磁比例弁で遮断することで第２制御信号を当該他方の油圧駆動部に入力する。したがって、流量制御弁１５ａ～１５ｃ，１５ｇのうち第２制御信号が演算されたものについては第２制御信号を基に制御され、第２制御信号が演算されなかったものについては第１制御信号を基に制御され、第１及び第２制御信号の双方が発生しなかったものについては制御（駆動）されないことになる。以上のように第１制御信号と第２制御信号を定義すると、ＭＣは、第２制御信号に基づく流量制御弁１５ａ～１５ｃ，１５ｇの制御ということもできる。

図６において、コントローラ４０は、入力インターフェース９１と、プロセッサである中央演算装置（ＣＰＵ）９２と、記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と、出力インターフェース９５とを有している。

入力インターフェース９１には、姿勢情報検出装置５０である角度センサ３０～３２，３４及び車体傾斜角センサ３３からの信号と、目標面７００を設定するための装置である目標面設定装置５１からの信号と、ＧＮＳＳアンテナ１６からの信号と、オペレータ操作検出装置５２ａである圧力センサ７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂからの信号が入力されており、ＣＰＵ９２が演算可能な形式に変換する。

ＲＯＭ９３は、後述する処理を含めＭＣ及びＭＧを実行するための制御プログラムと、当該処理の実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり、ＣＰＵ９２は、ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムに従って入力インターフェース９１及びＲＯＭ９３、ＲＡＭ９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力インターフェース９５は、ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を表示装置５７や電磁比例弁５４，５５，５６に出力することで、表示装置５７の表示や作業機１Ａの動作を制御することができる。

なお、図６のコントローラ４０は、記憶装置としてＲＯＭ９３及びＲＡＭ９４という半導体メモリを備えているが、記憶装置であれば特に代替可能であり、例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えても良い。

図８は、コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。

図８に示すように、コントローラ４０は、操作量演算部４３ａと、姿勢演算部４３ｂと、目標面演算部４３ｃと、目標速度演算部４３ｄと、掘削回避判定部４３ｅと、フロントＭＣ速度演算部４３ｆと、チルトＭＣ速度演算部４３ｇと、目標パイロット圧演算部４３ｈと、バルブ指令演算部４３ｉと、表示制御部３７４ａとを有している。なお、目標パイロット圧演算部４３ｈとバルブ指令演算部４３ｉとをまとめてアクチュエータ制御部８１と称する。

操作量演算部４３ａは、オペレータ操作検出装置５２ａからの入力に基づいて、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４８（操作レバー１ａ，１ｂ，１ｃ）の操作量を算出する。圧力センサ７０，７１，７２，７３の検出値から操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４８の操作量が算出できる。図８中に示した圧力センサ７０ａの検出値からはブーム上げの操作量、圧力センサ７０ｂの検出値からはブーム下げの操作量、圧力センサ７１ａの検出値からはアームクラウド（アーム引き）の操作量、圧力センサ７１ｂの検出値からはアームダンプ（アーム押し）の操作量、圧力センサ７２ａの検出値からはバケットクラウド（バケット引き）の操作量、圧力センサ７２ｂの検出値からはバケットダンプ（バケット押し）の操作量、圧力センサ７３ａの検出値からはチルト左回転の操作量、圧力センサ７３ｂの検出値からはチルト右回転の操作量が算出される。このように圧力センサ７０，７１，７２，７３の検出値から変換された操作量は目標速度演算部４３ｄに出力される。

なお、圧力センサ７０，７１，７２，７３による操作量の算出方法は一例であり、例えば、各操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４８の操作レバーの回転変位を検出する位置センサ（例えば、ロータリーエンコーダ）で当該操作レバーの操作量を検出するように構成しても良い。また、操作量から動作速度を算出する構成に代えて、各油圧シリンダ５，６，７，１４の伸縮量を検出するストロークセンサを取り付け、検出した伸縮量の時間変化を基に各シリンダの動作速度を算出するように構成しても良い。

姿勢演算部４３ｂは、姿勢情報検出装置５０からの情報に基づいて、ローカル座標系（ショベル基準座標）における作業機１Ａの姿勢と、バケット１０の先端の位置を演算する。姿勢演算部４３ｂでは、バケット１０の先端中央位置（Ｘｔｃ，Ｙｔｃ，Ｚｔｃ）、先端右端位置（ＸｔＲ，ＹｔＲ，ＺｔＲ）、先端左端位置（ＸｔＬ，ＹｔＬ，ＺｔＬ）、後端中央位置（Ｘｂｃ，Ｙｂｃ，Ｚｂｃ）、後端右端位置（ＸｂＲ，ＹｂＲ，ＺｂＲ）、後端左端位置（ＸｂＬ，ＹｂＬ，ＺｂＬ）を演算する。

また、姿勢演算部４３ｂは、グローバル座標系における作業機１Ａの姿勢と、バケット１０の先端の位置とが必要な場合には、ＧＮＳＳアンテナ１６の信号から上部旋回体１２のグローバル座標系における位置と姿勢を算出してローカル座標系における座標をグローバル座標に変換する。

目標面演算部４３ｃは、目標面設定装置５１からの情報に基づいて、目標面７００の位置情報を演算し、ＲＡＭ９４内に記憶する。本実施の形態では、図７に示すように、３次元の目標面を作業機１Ａが移動する平面（作業機の動作平面）で切断した断面形状を目標面７００（２次元の目標面）として利用する。

目標速度演算部４３ｄは、掘削動作か回避動作か判定し、フロントＭＣ速度を決定する整地制御（領域制限制御）、停止制御、チルトＭＣ制御時の各油圧シリンダ５，６，７，１４の目標速度（制限速度）を演算する。

図９は、目標速度演算部の処理機能の詳細を関連機能とともに抜き出して示す図である。

掘削回避判定部４３ｅは、操作量演算部４３ａ、姿勢演算部４３ｂ、目標面演算部４３ｃから取得した操作量情報、姿勢情報、目標面情報を基に通常の掘削動作を行うか、目標面に干渉しないように回避動作を行うかを判定する演算部である。ここで、通常の掘削動作とは、チルトシリンダ１４が可動な状態でバケット線が目標面に追従して目標面通りに掘削を行える動作を意味する。

図１０は、掘削回避動作判定処理の処理内容を示すフローチャートである。

図１０において、掘削回避判定部４３ｅはまず、フロント操作圧Ｐｉ（すなわち、ブーム８、アーム９、バケット１０に係る操作圧）が０．７ＭＰａよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１００）。

ステップＳ１００での判定結果がＮＯの場合、すなわち、フロント操作圧Ｐｉが０．７ＭＰａ以下である場合には、掘削動作を行っておらず、バケット１０が目標面に干渉しないと見なし、フロントＭＣ速度演算部４３ｆとチルトＭＣ速度演算部４３ｇに、通常掘削動作モード（後述）の指令を出力し（ステップＳ１０１）、掘削回避動作判定処理を繰り返す。

また、ステップＳ１００での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、フロント操作圧Ｐｉが０．７ＭＰａよりも大きい場合には、掘削動作を行っていると見なし、フロントが掘削している方向の距離Ｌだけ先の区間までの予測地点での目標面の傾斜が、チルトシリンダ１４がストロークエンド時のバケットチルト角よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０の処理では、予めストロークエンド時に測定したチルト角の値を設定値とし、この設定値と目標面の傾斜とを比較することで判定を行っている。また、距離Ｌだけ先までの区間の予測位置ｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎ（ｎは正の整数）の姿勢の演算は、例えば、バケット１０の刃先が現在の位置から間隔ｌで距離Ｌまでのそれぞれの位置にあると仮定し、仮定した位置情報から姿勢を逆算することでブーム８、アーム９、バケット１０の姿勢（チルト姿勢を含む）が算出される。チルト姿勢については、チルトシリンダ１４のストロークエンド時に測定した設定値を上限値として演算する。

ステップＳ１１０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、掘削方向の距離Ｌ先区間までの予測地点ｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎ（ｎは正の整数）で目標面の傾斜がバケットチルト角以下であれば、バケット１０が目標面に干渉しないと見なし、フロントＭＣ速度演算部４３ｆとチルトＭＣ速度演算部４３ｇに、通常掘削動作モード（後述）の指令を出力し（ステップＳ１０１）、掘削回避動作判定処理を繰り返す。

また、ステップＳ１１０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、掘削方向の距離Ｌ先区間までの予測地点ｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎ（ｎは正の整数）で目標面の傾斜がバケットチルト角よりも大きければバケットが目標面に干渉すると見なし、フロントＭＣ速度演算部４３ｆとチルトＭＣ速度演算部４３ｇに、回避動作モード（後述）の指令を出力し（ステップＳ１２０）、掘削回避動作判定処理を繰り返す。

ここで、掘削回避動作判定処理における動作例について説明する。

図１１は、現在姿勢におけるバケット位置と一定距離だけ掘削方向に進んだ場合の予測姿勢におけるバケット位置の一例を目標面とともに示す図である。また、図１２は、図１１におけるＡ矢視とＢ矢視とを比較して示す図である。

図１１においては、左側から右側に向かう方向を掘削方向とし、奥側に向かって目標面が立ち上がり、また、右側に行くにしたがって目標面の傾斜（立ち上がり角度）が大きくなる様子を示している。すなわち、図１２に示すように、図１１におけるＡ矢視よりもＢ矢視の方が目標面の傾斜が大きくなっている。

図１１に示す掘削回避動作判定処理では、地点ａ（現在位置）と、地点ａから掘削方向に距離Ｌだけ先に進んだ場合を仮定する地点ｂ（ｐｎ：予測位置）でのフロントを定義して、間隔ｌでの各地点ｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎ（ｎは正の整数）の爪先位置およびフロント姿勢を演算する場合を例示する。

図１２に示す図１１のＡ矢視、すなわち、運転室１２ａ内から見た地点ａ（現在位置）では、ストロークエンドのチルト角よりも目標面の傾斜は大きくなってはいない様子を示しており、バケット１０の爪先（爪先を形成する一辺）は目標面と一致するようにＭＣ制御が可能である。

一方、図１２に示す図１１のＢ矢視、すなわち、運転室１２ａ内から見た地点ｂ（予測位置）では、ストロークエンドのチルト角よりも目標面の傾斜が大きくなっており、回避動作を行わない場合には、バケット１０の一部が目標面に干渉する（目標面よりも下方に侵入する）ことが予測される。これは、掘削回避動作判定処理（図１０）のステップＳ１１０において、掘削方向の距離Ｌまでの位置にチルトシリンダ１４のストロークエンドの角度よりも大きい傾斜がある場合に相当する。すなわち、この場合には、図１０の掘削回避判定処理では回避動作モードの指令を出力する。ここで、距離Ｌとしては、ストロークエンド時のチルト角より大きい傾斜角がある目標面の地点を検知して回避動作する時に徐々に回避できるような長さ（例えば、１ｍ）を設定する。また間隔ｌは、より細かくフロント姿勢と目標面の傾斜の情報を取得できるような間隔（例えば、０．１ｍ）を設定する。

図１３は、掘削方向に進むにつれて、運転室内から見た目標面の断面方向の傾斜が大きくなる場合の一例を示す図である。

図１３においては、法面Ｓ（目標面）に正対して作業機１Ａを伸ばしている位置（現在位置）から、左旋回しながらアーム引き操作を行って左斜め手前方向（掘削方向）への切り下げを行う場合を例示している。この場合、法面Ｓに対して旋回することで、バケット１０に対する目標面（法面Ｓ）の傾斜が大きくなるように変化し、さらに引き操作を行うことで法面Ｓの傾斜次第ではバケット１０が目標面に干渉することが考えられる。

本実施の形態における掘削回避判定処理（図１０）では、掘削動作に際してバケット１０が目標面と干渉することが予測される場合に回避動作モードに遷移して（図１０のステップＳ１２０）、バケット１０が目標面に干渉しない方向、すなわち、バケット１０を目標面から遠ざける方向に作業機１Ａを制御する。ただし、回避動作モードでもフロント操作が０．７ＭＰａ未満の場合、操作が入力されないため、目標面から遠ざける制御は停止される。また、回避動作モードに遷移してバケット１０を目標面から遠ざける方向に作業機１Ａを制御する際、バケット１０を目標面から遠ざけるように制御する旨を、例えば、表示装置５７への表示や図示しないブザーの鳴動によってオペレータに報知する。

ここで、通常掘削動作モード（図１０のステップＳ１０１参照）におけるＭＣ制御と、回避動作モード（図１０のステップＳ１２０参照）におけるＭＣ処理とについてそれぞれ詳述する。

（通常掘削動作モードでのＭＣ制御）
通常掘削動作モードでのフロントＭＣ速度演算部４３ｆとチルトＭＣ速度演算部４３ｇの演算処理について説明する。

図１４は、常掘削動作モードの各状態におけるバケット先端の速度ベクトルを示す図である。

通常掘削動作モードでは、フロントＭＣ速度演算部４３ｆは、操作量演算部４３ａから操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作量を入力して各油圧シリンダ５，６，７の目標速度を計算する。また、各油圧シリンダ５，６，７の目標速度と、姿勢演算部４３ｂで求めたバケットの先端および後端位置と、ＲＯＭ９３に記憶されている作業機１Ａの各部寸法とからバケット先端および後端の目標速度ベクトルＶｃを求める。

図１４に示すように、バケット先端と目標面７００との距離（目標面距離）Ｈ１がゼロに近づくにつれて、バケット先端の目標速度ベクトルＶｃにおける目標面７００に垂直な成分Ｖｃｙがゼロになるように油圧シリンダ５，６，７のうち必要な油圧シリンダの目標速度を補正してバケット先端の速度ベクトルをＶｃａに変換する制御（方向変換制御）を行う。目標面距離Ｈ１がゼロのときの速度ベクトルＶｃａは目標面７００に平行な成分Ｖｃｘのみになる。これにより、目標面７００上またはその上方にバケット１０の先端（制御点）が位置するように保持される。

ブーム上げ／下げとアームクラウドの組み合わせで方向変換制御を行うようにＭＣ制御が設計されている場合には、速度ベクトルＶｃが目標面７００へ接近する方向の成分を含むとき（すなわち、目標面７００に対する垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙが負のとき）は、フロントＭＣ速度演算部４３ｆは、その成分を打ち消すようなブーム上げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。また、速度ベクトルＶｃが目標面７００から離れる方向の成分を含むとき（すなわち目標面７００に対する垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙが正のとき）は、その成分を打ち消すようブーム下げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。また、ブーム上げ、ブーム下げの電磁弁や構造体の応答遅れを加味して、アームクラウド操作直後はアームクラウドの目標速度の増加率を制限して出力するようにする。

また、ブーム上げ／下げとアームダンプの組合せで方向変換制御を行うようにＭＣ制御が設計されている場合には、速度ベクトルＶｃが目標面７００へ接近する方向の成分を含むときは、フロントＭＣ速度演算部４３ｆはその成分を打ち消すようなブーム上げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。また、速度ベクトルＶｃが目標面７００から離れる方向の成分を含むときは、その成分を打ち消すようブーム下げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。また、ブーム上げ、ブーム下げの電磁弁や構造体の応答遅れを加味して、アームダンプ操作直後はアームクラウドの目標速度の増加率を制限して出力するようにする。また、掘削開始時のバケット姿勢を一定に保持するためにバケットシリンダ７の目標速度を演算する。以降では、バケット姿勢を一定に保持しながらＭＣ制御を行うものとする。

続いて、チルトＭＣ速度演算部４３ｇの演算について説明する。

チルトＭＣ速度演算部４３ｇの目標チルト角演算部４３ｇ－１では、バケット１０のチルト角を目標面のロール角度に一致させるためのチルト目標速度を演算する。

図１５及び図１６は、目標面に対するバケットのチルト動作の例を示す図である。また、図１７は、チルト角偏差とチルト目標速度との関係を示す図である。

図１５及び図１６においては、運転席側から見て時計回り方向を正方向、反時計回り方向を負方向としてバケット１０のチルト動作を説明する。

図１５及び図１６に示すように、バケット刃先の線分からチルト角目標地形（目標面）までの角度偏差となるチルト角度偏差ΔＴｉｌｔに応じてチルト角の目標速度を演算する。図１７に示すように、チルト角度偏差ΔＴｉｌｔが負の方向（反時計回り方向）に大きい程、バケット１０の左方向のチルト回転速度が大きくなるように目標速度が大きくなる（図１５参照）。また、チルト角度偏差ΔＴｉｌｔが正の方向に大きい程、バケット１０の右方向の回転速度が大きくなるように目標速度が大きくなる（図１６参照）。

このようにして、バケットのチルト角度が目標面の角度に一致するようになり、手動でのチルト角の調整が不要となるため、作業効率が向上する。

また、この目標速度は、チルト角目標面に対するバケットの距離が大きいほど、大きいゲインを乗算するようししてもよいし、目標地形に対するバケットの距離がある閾値以下とならないと、常に大きい速度が出力されるようにしてもよい。この目標面に対するバケットの距離によってチルト目標速度を補正する事で、バケットのチルト角度を目標面の角度に一致させる制御をどの程度目標面の近くから有効とするのかを調整することができる。

図９に示したチルトＭＣ速度演算部４３ｇでは、目標チルト角演算部４３ｇ－１から算出したチルト目標速度から実際にチルトＰｉ圧増圧弁を指令するには、フロント操作が入力されている事を条件としている。これは、空中で非操作しているときにチルトバケットが勝手に動作しないようにするためで、アーム引き/押し、旋回操作などで均し操作を行っているときや、ブーム上げ、下げ、バケット引き/押し操作で位置合わせを行っているときに自動でバケットがチルト停止角地形に合わせてチルト動作することを想定しているためである。

なお、図９においては、チルトＭＣ速度演算部４３ｇ－４において、フロント操作による指令速度０ｍｍ／ｓでチルト目標速度への切替を行っているが、フロント操作の最大値に応じて指令速度が０ｍｍ／ｓから増加するのにしたがって徐々にチルト目標速度へ滑らかに移行するようにしてもよい。

以上のような構成により、フロント操作時に目標面の角度にチルト角を一致させることできる。

（回避動作モードでのＭＣ制御）
掘削回避判定部４３ｅから回避動作モードの指令が出力された場合の、フロントＭＣ速度演算部４３ｆとチルトＭＣ速度演算部４３ｇの演算処理について説明する。ここでは、現在の地点ａ（現在姿勢）から掘削方向に距離Ｌだけ先の地点ｂ（予測姿勢）の目標面の傾斜がチルトシリンダ１４のストロークエンド時のチルト角より大きいとする。

図１８は、現在姿勢におけるバケット位置と一定距離だけ掘削方向に進んだ場合の予測姿勢におけるバケット位置の一例を目標面とともに示す図であり、図１９は図１８におけるＢ矢視を示す図である。また、図２０は、目標軌跡補正の様子を示す図である。

図１８においては、左側から右側に向かう方向を掘削方向とし、奥側に向かって目標面が立ち上がり、また、右側に行くにしたがって目標面の傾斜（立ち上がり角度）が大きくなる様子を示している。

図１８及び図１９に示すように、フロントＭＣ速度演算部４３ｆでは、掘削回避判定部４３ｅで演算された地点ｂでの予測姿勢によるチルト角と目標面角の比較し、目標面角がチルトシリンダ１４のストロークエンドでの角度より大きく、バケットが目標面に干渉する時のバケット潜り量ｄを算出する。

続いて、図２０に示すように、潜り量ｄの分だけバケット刃先位置を上昇させ、地点ｂでの目標バケット位置を決定する。

図２１は、現在姿勢におけるバケット位置から予測姿勢におけるバケット位置まで掘削方向に進む場合の補正目標軌跡を示す図である。また、図２２は、図２１におけるＢ矢視を示す図である。

図２１及び図２２に示すように、では地点ｂでバケットの一端が目標面に接するように地点ａから地点ｂまでの補正目標軌跡を算出し、目標の軌跡を補正する。図２１では、地点ａから地点ｂまでの最短距離となる直線を補正目標軌跡として算出する場合を例示している。演算した補正目標軌跡に追従するように、フロントの各シリンダの補正目標速度を通常掘削動作モードと同様に演算する。

チルトＭＣ速度演算部４３ｇでは、回避動作中において、チルトシリンダ１４がストロークエンドに達するまでは、バケット１０の爪先辺の角度が目標面の角度に一致するようにチルト角の調整を行い、それ以上チルト角を大きくすることができないストロークエンドに達すると、チルト角がストロークエンド時の角度に固定となるように目標チルト角速度を０（ゼロ）とするように指令を出す。

以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。

従来技術においては、チルトシリンダがストロークエンドに達し、更にバケット付近の目標面の傾斜が更に大きい場合、次のような問題点がある。すなわち、上記のような場合においては、目標チルト角としてストロークエンドに達した傾斜角よりも大きいチルト角を算出してチルトシリンダを制御しようとするが、ストロークエンドに達していることでチルト角はそれ以上に回転することができない。そして、この状態において、目標面を掘り過ぎないようにブーム上げ補正でバケット位置を上昇して回避しようとした場合、バケット刃先位置情報を取得してからの補正では間に合わず、そのチルト角より傾斜のある目標面に対してバケットが干渉する恐れがある。

これに対して本実施の形態においては、下部走行体と、下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、上部旋回体に取り付けられ、回動可能に連結された複数の被駆動部材からなる多関節型の作業機と、操作信号に基づいて複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータと、作業機の先端に設けられた被駆動部材であって、作業機に対する回動軸に垂直なチルト回動軸を中心に左右方向に回動駆動するための油圧アクチュエータであるチルトシリンダを備えたバケットと、作業機の姿勢に関する情報である姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置と、姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報に基づいて、バケットの予め定めた目標面と対向する部位の左右角度が目標面に一致するように、かつ、バケットが目標面上または目標面の上方の領域内に位置するように、複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに操作信号を出力するか、又は複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに出力された操作信号を補正する領域制限制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、バケットの制御点が目標面上を移動するように領域制限制御を行う際に、チルトシリンダがストロークエンドに達した状態でのバケットの目標面と対向する一辺の左右方向の傾斜角よりも目標面の傾斜角が大きくなると、バケットを目標面から遠ざけるように制御するように構成したので、掘削動作中においてチルトシリンダがストロークエンド付近に達した状態でも目標面への干渉を回避することができる。

＜第１の実施の形態の変形例＞
本発明の第１の実施の形態における変形例について説明する。

第１の実施の形態においては、目標面へのバケット１０の接触（侵入）を回避する回避動作において、ブーム上げによる回避動作を例示して説明したが、本変形例では、旋回による回避動作を行う場合を示すものである。

本変形例では、第１の実施の形態における油圧駆動装置において（図２参照）、旋回油圧モータ４を操作するための操作装置４６ｂとシャトル弁の間に旋回制御用油圧ユニットを接続し、電磁比例弁で制御を行うように構成することにより、旋回による回避動作が可能である。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１の実施の形態のようなブーム上げによる回避動作と本変形例のような旋回による回避動作との両方の機能を有し、回避に必要なバケット１０の補正量をブーム上げによる回避動作と旋回による回避動作とで比較して、移動量（補正量）が少ない方を回避動作として選択するように構成してもよい。

＜第１の実施の形態の他の変形例＞
第１の実施の形態およびその変形例においては、油圧による操作Ｐｉ圧の増圧や減圧によってチルト動作の制御を行っているが、電気レバーの操作に伴う電気信号の増減によってチルト動作の制御を行うように構成してもよい。

＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１…操作レバー、１Ａ…作業機、１Ｂ…車体、１ｃ…操作ペダル、２…油圧ポンプ、２ａ…レギュレータ、３…走行油圧モータ、４…旋回油圧モータ、５…ブームシリンダ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、８…ブーム、９…アーム、１０…バケット（チルトバケット）、１１…下部走行体、１２…上部旋回体、１２ａ…運転室、１３…バケットリンク、１４…チルトシリンダ、１５…流量制御弁、１６…ＧＮＳＳアンテナ、１７…チルト機構、１８…エンジン、２３…操作レバー、３０…ブーム角度センサ、３１…アーム角度センサ、３２…バケット角度センサ、３３…車体傾斜角センサ、３４…チルト角度センサ、３９…ロック弁、４０…コントローラ（制御装置）、４３ａ…操作量演算部、４３ｂ…姿勢演算部、４３ｃ…目標面演算部、４３ｄ…目標速度演算部、４３ｅ…掘削回避判定部、４３ｆ…フロントＭＣ速度演算部、４３ｇ…チルトＭＣ速度演算部、４３ｇ－１…目標チルト角演算部、４３ｇ－４…チルトＭＣ速度演算部、４３ｈ…目標パイロット圧演算部、４３ｉ…バルブ指令演算部、４５，４６，４７，４８…操作装置、４９…パイロットポンプ、５０…姿勢情報検出装置、５１…目標面設定装置、５２ａ…オペレータ操作検出装置、５３，５４，５５，５６…電磁比例弁、５７…表示装置、７０，７１，７２，７３…圧力センサ、８１…アクチュエータ制御部、８２ａ…シャトル弁、８３…シャトル弁、９１…入力インターフェース、９２…中央演算装置（ＣＰＵ）、９３…リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、９４…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、９５…出力インターフェース、１００…油圧ショベル、１４３，１４４，１４５，１４６，１４７，１４８…パイロットライン、１４９ｂ…パイロットライン、１５０ａ…油圧駆動部、１５２ａ，１５２ｂ…油圧駆動部、１５６ａ，１５６ｂ…油圧駆動部、１５９…パイロットライン、１６０…フロント制御用油圧ユニット、１６２…シャトルブロック、１７０…ポンプライン、３７４ａ…表示制御部、７００…目標面

Claims (5)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、
   前記上部旋回体に取り付けられ、回動可能に連結された複数の被駆動部材からなる多関節型の作業機と、
   操作信号に基づいて前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータと、
   前記作業機の先端に設けられた被駆動部材であって、前記作業機に対する回動軸に垂直なチルト回動軸を中心に左右方向に回動駆動するための油圧アクチュエータであるチルトシリンダを備えたバケットと、
   前記作業機の姿勢に関する情報である姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置と、
   前記姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報に基づいて、前記バケットの予め定めた目標面と対向する部位の左右角度が前記目標面に一致するように、かつ、前記バケットが前記目標面上または前記目標面の上方の領域内に位置するように、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに前記操作信号を出力するか、又は前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに出力された前記操作信号を補正する領域制限制御を行う制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記バケットの制御が前記目標面上を移動するように前記領域制限制御を行う際に、前記チルトシリンダがストロークエンドに達した状態での前記バケットの前記目標面と対向する一辺の左右方向の傾斜角よりも前記目標面の傾斜角が大きくなると、前記バケットを前記目標面から遠ざけるように制御することを特徴とする作業機械。
2. 請求項１記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記バケットの制御点が前記目標面上を移動するように前記領域制限制御を行う際に、前記チルトシリンダがストロークエンドに達した状態での前記バケットの前記目標面と対向する一辺の左右方向の傾斜角よりも前記目標面の傾斜角が大きくなると、前記バケットの制御点が前記目標面上に位置する際の前記バケットの前記目標面への潜り量の分だけ前記バケットを前記目標面から遠ざけることを特徴とする作業機械。
3. 請求項２記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記バケットの制御点が前記目標面上を移動するように前記領域制限制御を行う際に、前記チルトシリンダがストロークエンドに達した状態での前記バケットの前記目標面と対向する一辺の左右方向の傾斜角よりも前記目標面の傾斜角が大きくなると、前記バケットの制御点が前記目標面上に位置する際の前記バケットの前記目標面への潜り量の分だけ前記バケットの目標軌跡を補正することを特徴とする作業機械。
4. 請求項１記載の作業機械において、
   前記制御装置は、オペレータによる操作装置の操作で生成される前記操作信号が入力され、前記バケットの制御点が前記目標面上を移動するように前記領域制限制御を行う際に、前記チルトシリンダがストロークエンドに達した状態での前記バケットの前記目標面と対向する一辺の左右方向の傾斜角よりも前記目標面の傾斜角が大きくなると、前記バケットを前記目標面から遠ざけるように制御し、前記操作信号が入力されない場合には前記バケットを前記目標面から遠ざける制御を停止することを特徴とする作業機械。
5. 請求項１記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記バケットを前記目標面から遠ざけるように制御する際に、その旨をオペレータに報知することを特徴とする作業機械。

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