JP6001808B2 - 作業機械及び作業機械の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械及び作業機械の制御方法に関する。

作業機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているようなバックホウが知られている。特許文献１に開示されているバックホウは、ブームを立ち上げ姿勢での立ち上げ終端停止位置近くで予め設定してある所定の減速特性で漸次減速して、ブームを操作する操作レバーによるブームの上昇操作にも係わらず立ち上げ終端停止位置に自動停止させるクッション制御装置を備えている。

特開２０００−１９９２４３号公報

特許文献１に開示されているバックホウは、クッション制御装置による減速特性で減速している減速範囲の途中において操作レバーを中立に操作してブーム停止させた後、操作レバーによるブームの上昇操作によりブームを起動して立ち上げ終端停止位置に向けて移動させる際には、ブームを減速特性に基づく速度まで緩慢に増速させるとともに、ブーム上昇速度が減速特性に基づく速度に達するとその減速特性に従って漸次減速してブームの立ち上げ終端停止位置で自動停止させるように構成してある。しかし、従来技術のように、ブームを減速特性に基づく速度まで緩慢に増速させる方法では、ブームの動きが過度に遅くなり、ブームを起動してから立ち上げ終端停止位置まで移動するのに時間がかかる。その結果、作業機械の作業効率が低下する。

本発明の態様は、作業効率の低下を抑制できる作業機械及び作業機械の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、作業機を可動範囲で駆動する油圧シリンダと、前記作業機の姿勢を検出する検出装置と、前記作業機の操作が行われた時の操作信号を検出する操作信号検出部と、前記油圧シリンダに対する作動油の供給量を調整可能な制御弁と、前記操作信号検出部が検出した操作信号に基づいて前記可動範囲の停止位置において前記作業機が動き出しているか否かを判定する演算部と、前記停止位置において停止状態の前記作業機の姿勢と予め決められている閾値とに基づいて、前記可動範囲の端部位置を含む減速区間及び前記減速区間における前記作業機の減速率を設定する設定部と、前記減速区間及び前記減速率に基づいて前記作業機が前記停止位置から前記端部位置に移動するように前記制御弁に指令信号を出力する制御部と、を備える作業機械が提供される。

本発明の第２態様に従えば、油圧シリンダにより可動範囲で駆動される作業機の姿勢を検出することと、前記作業機の操作に基づいて前記可動範囲の停止位置において前記作業機が動き出しているか否かを判定することと、前記停止位置において停止状態の前記作業機の姿勢と予め決められている閾値とに基づいて、前記可動範囲の端部位置を含む減速区間及び前記減速区間における前記作業機の減速率を設定することと、前記減速区間及び前記減速率に基づいて前記作業機が前記停止位置から前記端部位置に移動するように前記油圧シリンダに対する作動油の供給量を調整可能な制御弁に指令信号を出力することと、を含む作業機械の制御方法が提供される。

本発明の態様によれば、作業効率の低下を抑制できる作業機械及び作業機械の制御方法が提供される。

図１は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を示す斜視図である。 図２は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を示す側面図である。 図３は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を模式的に示す側面図である。 図４は、本実施形態に係る油圧システムの一例を示す模式図である。 図５は、本実施形態に係る制御システムの一例を示す機能ブロック図である。 図６は、本実施形態に係る作業機械の動作の一例を説明するための図である。 図７は、本実施形態に係る作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、本実施形態に係るシリンダストロークとゲインとの関係を示す図である。 図９は、本実施形態に係るシリンダストロークとオフセット量との関係を示す図である。 図１０は、本実施形態に係る作業機械の動作の一例を説明するための図である。 図１１は、本実施形態に係る作業機械の動作の一例を説明するための図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［作業機械］
図１は、本実施形態に係る作業機械１００の一例を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る作業機械１００の一例を示す側面図である。本実施形態においては、作業機械１００が油圧ショベル（バックホウ）である例について説明する。以下の説明においては、作業機械１００を適宜、油圧ショベル１００、と称する。

図１に示すように、油圧ショベル１００は、油圧により作動する作業機１と、作業機１を駆動する油圧シリンダ２０と、作業機１を支持する上部旋回体２と、上部旋回体２を支持する下部走行体３とを備える。上部旋回体２は、下部走行体３に支持された状態で、旋回軸ＲＸを中心に旋回可能である。

作業機１は、上部旋回体２に支持される。作業機１は、バケット１１と、バケット１１に連結されるアーム１２と、アーム１２に連結されるブーム１３とを有する。

バケット１１とアーム１２とはバケットピンを介して連結される。バケット１１は、回転軸ＡＸ１を中心に回転可能にアーム１２に支持される。アーム１２とブーム１３とはアームピンを介して連結される。アーム１２は、回転軸ＡＸ２を中心に回転可能にブーム１３に支持される。ブーム１３と上部旋回体２とはブームピンを介して連結される。ブーム１３は、回転軸ＡＸ３を中心に回転可能に上部旋回体２に支持される。

回転軸ＡＸ１と、回転軸ＡＸ２と、回転軸ＡＸ３とは、平行である。回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３と、旋回軸ＲＸと平行な軸とは、直交する。以下の説明においては、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の軸方向を適宜、上部旋回体２の車幅方向、と称し、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３及び旋回軸ＲＸの両方と直交する方向を適宜、上部旋回体２の前後方向、と称する。

油圧シリンダ２０は、作業機１の可動範囲でその作業機１を駆動する。油圧シリンダ２０は、供給される作動油によって駆動する。油圧シリンダ２０は、バケット１１を駆動するバケットシリンダ２１と、アーム１２を駆動するアームシリンダ２２と、ブーム１３を駆動するブームシリンダ２３とを含む。バケット１１は、バケット１１の可動範囲において、回転軸ＡＸ１を中心に回転可能である。アーム１２は、アーム１２の可動範囲において、回転軸ＡＸ２を中心に回転可能である。ブーム１３は、ブーム１３の可動範囲において、回転軸ＡＸ３を中心に回転可能である。

上部旋回体２は、旋回台４と、カウンタウェイト５と、機器室６と、エンジン室７と、オペレータが搭乗するキャブ８とを有する。

旋回台４は、下部走行体３に旋回可能に支持される。旋回台４は、油圧ショベル１００の車体フレームを構成する。旋回台４上に、カウンタウェイト５、機器室６、エンジン室７、及びキャブ８が配置される。作業機１は、機器室６の前方において、旋回台４に取り付けられる。

カウンタウェイト５は、エンジン室７の後方に配置される。カウンタウェイト５は、例えば鋼板によって組み立てられた箱の中に鉄やコンクリート等を入れることによって形成される。カウンタウェイト５は、上部旋回体２の後部に設けられ、掘削作業等における車体バランスの保持に利用される。

機器室６は、エンジン室７の前方に配置される。機器室６は、作動油タンクや燃料タンクなどを収容する。

エンジン室７は、機器室６の後方に配置される。エンジン室７は、エンジンや排気ガス処理装置などを収容する。

キャブ８は、油圧ショベル１００のオペレータが搭乗する運転室である。キャブ８は、オペレータが作業機１の動きを見渡せるように、エンジン室７の前方、かつ、作業機１の側方に設けられる。

下部走行体３は、互いに独立して回転可能な一対のクローラ９を有する。クローラ９の回転により、油圧ショベル１００が走行する。なお、下部走行体３が車輪（タイヤ）でもよい。

本実施形態に係る油圧ショベル１００は、所謂「後方小旋回型油圧ショベル（日本工業規格による定義（ＪＩＳ Ａ ８３４０−４）」であり、以下の（１）式及び（２）式が成立する。

（後端旋回半径×２）×１００／（下部走行体の全幅）≦１２０ …（１）
（フロント最小旋回半径又は機体前部の旋回中心からの最大距離×２）×１００／（下部走行体の全幅）≧１２０ …（２）

したがって、後方小旋回型油圧ショベルでは、旋回時にカウンタウェイト５の端部が下部走行体３からはみ出す量は、下部走行体３の幅に対して所定の割合以下とされている。

なお、「後端旋回半径」とは、作業機１を含む上部旋回体２の後端部の旋回半径である。「フロント最小旋回半径」とは、上部旋回体２の前方における最小旋回半径である。「下部走行体の全幅」とは、下部走行体３の車幅方向における下部走行体３の全幅である。カウンタウェイト５は、上部旋回体２の旋回半径に対して所定関係の寸法に規定されている。

図２に示すように、油圧ショベル１００は、バケット１１で土砂をすくい、ブーム１３の可動範囲の上端部位置までブーム１３を上げ動作させて起立姿勢にした状態で、上部旋回体２を旋回させる場合がある。上部旋回体２を旋回させた後、バケット１１の土砂が例えばダンプトラックの荷台に排出される。ブーム１３を起立姿勢にすることにより、油圧ショベル１００は、小さいスペースで上部旋回体２を旋回させることができる。また、キャブ８のオペレータとバケット１１との距離が小さくなるので、オペレータはバケット１１の状態を確認し易くなる。

以下の説明においては、図２に示したような、ブーム１３を可動範囲の上端部位置まで移動するとともに、アーム１２をブーム１３に近付けた作業機１の姿勢を適宜、小旋回姿勢、と称する。

図３は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す側面図である。図３に示すように、油圧ショベル１００は、作業機１の姿勢を検出する検出装置１０と、作業機１を操作するための操作装置４０と、作業機１を制御する制御装置５０とを備えている。本実施形態において、作業機１の姿勢は、作業機１の角度を含む。検出装置１０は、作業機１の角度を検出する。

制御装置５０は、コンピュータシステムを含む。制御装置５０は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなプロセッサと、ＲＯＭ（read only memory）又はＲＡＭ（random access memory）のような記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。

検出装置１０は、中心軸ＡＸ１を中心とするバケット１１の角度θ１１を検出するバケット姿勢検出器１４と、中心軸ＡＸ２を中心とするアーム１２の角度θ１２を検出するアーム姿勢検出器１５と、中心軸ＡＸ３を中心とするブーム１３の角度θ１３を検出するブーム姿勢検出器１６とを含む。

本実施形態において、バケット姿勢検出器１４は、バケットシリンダ２１に配置されたバケットシリンダストロークセンサである。バケットシリンダストロークセンサは、バケットシリンダ２１のストローク長であるバケットシリンダ長を検出する。バケット姿勢検出器１４の検出信号は、制御装置５０に出力される。本実施形態において、制御装置５０は、バケット姿勢検出器１４で検出されたバケットシリンダ長に基づいて、アーム１２に対するバケット１１の角度θ１１を算出する。バケット１１の角度θ１１とバケットシリンダ２１のバケットシリンダ長とは相関する。バケット１１の角度θ１１とバケットシリンダ長との相関データは既知データである。制御装置５０は、バケット姿勢検出器１４で検出されたバケットシリンダ２１のバケットシリンダ長と相関データとに基づいて、バケット１１の角度θ１１を算出する。

アーム姿勢検出器１５は、アームシリンダ２２に配置されたアームシリンダストロークセンサである。アーム１２の角度θ１２は、バケット１１の角度θ１１の算出手順と同様の算出手順で算出される。

ブーム姿勢検出器１６は、ブームシリンダ２３に配置されたブームシリンダストロークセンサである。ブーム１３の角度θ１３は、バケット１１の角度θ１１の算出手順と同様の算出手順で算出される。

また、制御装置５０は、検出装置１０の検出信号に基づいて、油圧シリンダ２０のシリンダ速度を算出する。制御装置５０は、バケット姿勢検出器１４の検出信号に基づいて演算処理を実施して、バケットシリンダ２１のシリンダ速度を算出する。制御装置５０は、アーム姿勢検出器１５の検出信号に基づいて演算処理を実施して、アームシリンダ２２のシリンダ速度を算出する。制御装置５０は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号に基づいて演算処理を実施して、ブームシリンダ２３のシリンダ速度を算出する。

このように、本実施形態において、シリンダストロークセンサを含む各姿勢検出器１４，１５，１６は、角度センサ、ストロークセンサ、及びシリンダ速度センサとして機能する。

なお、検出装置１０は、ポテンショメータ等の角度センサを含んでもよい。その角度センサにより、バケット１１の角度θ１１、アーム１２の角度θ１２、及びブーム１３の角度θ１３が検出されてもよいし、バケット１１の角速度、アーム１２の角速度、及びブーム１３の角速度が検出されてもよい。

なお、油圧ショベル１００に、上部旋回体２の位置を取得するＧＰＳアンテナが設けられてもよいし、上部旋回体２の傾斜を検出するＩＭＵが設けられてもよい。ＧＰＳ（Global Positioning System）とは、全地球測位システムをいう。ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）とは、慣性計測装置をいう。

操作装置４０は、キャブ８に配置される。操作装置４０は、油圧ショベル１００のオペレータに操作される左右の操作部材を含む。操作部材は、操作レバー又はジョイスティックを含む。操作部材が操作されることにより、作業機１が操作される。

操作装置４０は、油圧シリンダ２０を操作する。操作装置４０により油圧シリンダ２０が操作されることにより、作業機１が操作される。操作装置４０が操作されることにより、バケット１１のダンプ動作、バケット１１の掘削動作、アーム１２のダンプ動作、アーム１２の掘削動作、ブーム１３の上げ動作、及びブーム１３の下げ動作が実行される。

本実施形態において、操作装置４０は、キャブ８の運転席に着座したオペレータの右側に配置される右操作レバーと、左側に配置される左操作レバーとを含む。右操作レバーが前後方向に動かされると、ブーム１３は下げ動作及び上げ動作を行う。右操作レバーが左右方向（車幅方向）に動かされると、バケット１１は掘削動作及びダンプ動作を行う。左操作レバーが前後方向に動かされると、アーム１２はダンプ動作及び掘削動作を行う。左操作レバーが左右方向に動かされると、上部旋回体２は左旋回及び右旋回する。なお、左操作レバーが前後方向に動かされた場合に上部旋回体２が右旋回及び左旋回し、左操作レバーが左右方向に動かされた場合にアーム１２がダンプ動作及び掘削動作を行ってもよい。

本実施形態において、バケット１１及びアーム１２は、オペレータによる操作装置４０の操作に基づいて駆動される。ブーム１３は、オペレータによる操作装置４０の操作及び制御装置５０による制御の少なくとも一方に基づいて駆動される。

［油圧システム］
次に、本実施形態に係る油圧システム３００の一例について説明する。バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームシリンダ２３を含む油圧シリンダ２０は、油圧システム３００により作動する。油圧シリンダ２０は、操作装置４０により操作される。

本実施形態において、操作装置４０は、パイロット油圧方式の操作装置である。以下の説明においては、油圧シリンダ２０（バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームムシリンダ２３）を作動するためにその油圧シリンダ２０に供給される油を適宜、作動油、と称する。方向制御弁４１により、油圧シリンダ２０に対する作動油の供給量が調整される。方向制御弁４１は、供給される油によって作動する。以下の説明においては、方向制御弁４１を作動するためにその方向制御弁４１に供給される油を適宜、パイロット油、と称する。また、パイロット油の圧力を適宜、パイロット油圧、と称する。

図４は、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。操作装置４０の操作により、ブーム１３は、上げ動作及び下げ動作の２種類の動作を実行する。ブームシリンダ２３が伸びることにより、ブーム１３が上げ動作し、ブームシリンダ２３が縮むことにより、ブーム１３が下げ動作する。

図４に示すように、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００は、方向制御弁４１と、方向制御弁４１を介してブームシリンダ２３に作動油を供給する可変容量型のメイン油圧ポンプ４２と、パイロット油を供給するパイロット油圧ポンプ４３と、方向制御弁４１に対するパイロット油圧を調整する操作装置４０と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂと、油路４４Ａ，４４Ｂに配置された制御弁４５Ａ，４５Ｂと、油路４４Ａ，４４Ｂに配置された圧力センサ４６Ａ，４６Ｂと、制御弁４５Ａ，４５Ｂを制御する制御装置５０とを備える。メイン油圧ポンプ４２は、図示しないエンジン等の原動機により駆動する。

方向制御弁４１は、図示しない第１受圧室及び第２受圧室を有する。油路４４Ａのパイロット油圧によってスプールが駆動し、第１受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第１受圧室に作動油が供給される。油路４４Ｂのパイロット油圧によってスプールが駆動し、第２受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第２受圧室に作動油が供給される。

方向制御弁４１は、作動油が流れる方向を制御する。メイン油圧ポンプ４２から供給された作動油は、方向制御弁４１を介して、ブームシリンダ２３に供給される。方向制御弁４１は、ロッド状のスプールを動かして作動油が流れる方向を切り替えるスプール方式である。スプールが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ２３のキャップ側油室２０Ａ（油路４７Ｂ）に対する作動油の供給と、ロッド側油室２０Ｂ（油路４７Ａ）に対する作動油の供給とが切り替わる。第１受圧室に作動油が供給された場合、油路４７Ａを介してロッド側油室２０Ｂに作動油が供給されてブームシリンダ２３が縮むことにより、ブーム１３が下げ動作する。第２受圧室に作動油が供給された場合、油路４７Ｂを介してキャップ側油室２０Ａに作動油が供給されてブームシリンダ２３が伸びることにより、ブーム１３が上げ動作する。

なお、キャップ側油室２０Ａとは、シリンダヘッドカバーとピストンとの間の空間である。ロッド側油室２０Ｂとは、ピストンロッドが配置される空間である。また、スプールが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ２３に対する作動油の供給量（単位時間当たりの供給量）が調整される。ブームシリンダ２３に対する作動油の供給量が調整されることにより、シリンダ速度が調整される。

方向制御弁４１は、操作装置４０によって操作される。パイロット油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が操作装置４０に供給される。なお、メイン油圧ポンプ４２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４０に供給されてもよい。操作装置４０は、パイロット油圧調整弁を含む。操作装置４０の操作量に基づいて、パイロット油圧が調整される。操作装置４０が操作されることにより、操作装置４０の操作量に応じたパイロット油圧が方向制御弁４１に作用する。そのパイロット油圧によって、方向制御弁４１が駆動される。方向制御弁４１のスプールは、パイロット油圧に応じて移動する。スプールの移動量に基づいて、メイン油圧ポンプ４２から方向制御弁４１を介してブームシリンダ２３に供給される単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。操作装置４０によりパイロット油圧が調整されることによって、軸方向に関するスプールの移動量及び移動速度が調整される。

操作装置４０の操作レバーが中立位置より油路４４Ａ側に動かされると、その操作レバーの操作量に応じたパイロット油圧が方向制御弁４１のスプールの第１受圧室に作用する。操作装置４０の操作レバーが中立位置より油路４４Ｂ側に動かされると、その操作レバーの操作量に応じたパイロット油圧が方向制御弁４１のスプールの第２受圧室に作用する。

圧力センサ４６Ａは、油路４４Ａのパイロット油圧を検出する。圧力センサ４６Ｂは、油路４４Ｂのパイロット油圧を検出する。圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号は、制御装置５０に出力される。

制御弁４５Ａ，４５Ｂは、電磁比例制御弁である。制御弁４５Ａ，４５Ｂは、制御装置５０からの指令信号に基づいて、パイロット油圧を調整する。制御弁４５Ａは、油路４４Ａのパイロット油圧を調整する。制御弁４５Ｂは、油路４４Ｂのパイロット油圧を調整する。

制御装置５０は、制御弁４５Ａを制御して、第１受圧室に作用するパイロット油圧を減圧調整可能である。制御装置５０は、制御弁４５Ｂを制御して、第２受圧室に作用するパイロット油圧を減圧調整可能である。図４に示す例では、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧が制御弁４５Ａによって減圧されることによって、方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット油圧が制御弁４５Ａによって減圧されることによって、ブーム１３の下げ動作が制限される。同様に、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット油圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、ブーム１３の上げ動作が制限される。制御装置５０は、圧力センサ４６Ａの検出信号に基づいて、制御弁４５Ａを制御する。制御装置５０は、圧力センサ４６Ｂの検出信号に基づいて、制御弁４５Ｂを制御する。

アームシリンダ２２及びバケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００は、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００と同様の構成である。操作装置４０の操作により、アーム１２は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。アームシリンダ２２が伸びることにより、アーム１２が掘削動作し、アームシリンダ２２が縮むことにより、アーム１２がダンプ動作する。操作装置４０の操作により、バケット１１は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。バケットシリンダ２１が伸びることにより、バケット１１が掘削動作し、バケットシリンダ２１が縮むことにより、バケット１１がダンプ動作する。アームシリンダ２２及びバケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００についての詳細な説明は省略する。

［制御システム］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御システム２００について説明する。図５は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す機能ブロック図である。

図５に示すように、制御システム２００は、作業機１を制御する制御装置５０と、油圧シリンダ２０のストローク長を検出して作業機１の角度及び油圧シリンダ２０のシリンダストロークを検出する検出装置１０と、油路４４（４４Ａ，４４Ｂ）のパイロット油圧を検出する圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）と、油圧シリンダ２０に対する作動油の供給量を調整可能な制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ）とを備える。

制御装置５０は、操作装置４０が操作されたときに圧力センサ４６から出力される操作信号を取得する操作信号取得部５１と、検出装置１０の検出信号に基づいて作業機１の可動範囲の停止位置において作業機１が停止しているか否かを判定する演算部５２と、作業機１の可動範囲の停止位置において停止状態の作業機１の角度と予め決められている閾値とに基づいて、可動範囲の端部位置を含む減速区間及び減速区間における作業機１の減速率を設定する設定部５３と、減速区間及び減速率に基づいて作業機１が停止位置から端部位置に移動するように制御弁４５に指令信号を出力する制御部５４と、各種のデータを記憶する記憶部６１と、入出力部６２と、を有する。

操作信号取得部５１は、操作装置４０が操作されたときに圧力センサ４６から出力される操作信号を取得する。操作信号取得部５１は、操作信号を取得することにより、操作装置４０の操作レバーが中立位置からブーム１３が上げ動作するように操作されたときのタイミングを認識することができる。圧力センサ４６の検出がほぼゼロの所定値より小さい操作装置４０の操作レバーが中立位置にあることは、ブーム１３（ブームシリンダ２３）が停止状態であることを意味する。したがって、操作信号取得部５１は、操作信号を取得することにより、ブーム１３が停止状態から上げ動作を開始するときのタイミングを認識することができる。操作装置４０が電気信号を出力する電気レバーにおいては操作レバーにポテンショ等の角度検出センサが設けられ、操作信号取得部５１は検出値を操作信号として取得する。

演算部５２は、検出装置１０の検出信号に基づいて演算処理を実施する。演算部５２は、検出装置１０の各姿勢検出器１４，１５，１６の検出信号に基づいて、角度θ１１，θ１２，θ１３を算出したり、バケットシリンダ２１のシリンダ速度、アームシリンダ２２のシリンダ速度、及びブームシリンダ２３のシリンダ速度を算出したりする。油圧シリンダ２０のシリンダ速度が算出されることにより、演算部５２は、作業機１の可動範囲において作業機１が停止しているか否かを判定することができる。

設定部５３は、作業機１の減速率を設定する。本実施形態において、設定部５３は、ブーム１３の減速率を設定する。減速率とは、ブーム１３が移動可能な最高速度を１００［％］としたときの、ブーム１３の減速速度の割合をいう。換言すれば、ブーム１３の減速率とは、ブーム１３の可能最高速度を基準としたブーム１３の減速速度である。ブーム１３の移動速度とブームシリンダ２３のシリンダ速度とは比例する。ブームシリンダ２３の減速率が設定されることにより、ブーム１３の減速率が設定される。ブームシリンダ２３の減速率とは、ブームシリンダ２３のシリンダ速度の最高値（以下、最大シリンダ速度という）を１００［％］としたときの、ブームシリンダ２３のシリンダ速度の割合をいう。換言すれば、ブームシリンダ２３の減速率とは、ブームシリンダ２３の最大シリンダ速度を基準としたブームシリンダ２３のシリンダ速度である。

設定部５３は、ブーム１３の可動範囲のうちブーム１３の減速区間と、その減速区間におけるブーム１３の減速率とを設定する。ブーム１３の減速区間とは、ブーム１３の可動範囲の上端部位置を含む区間である。図２を参照して説明したように、ブーム１３の可動範囲の上端部位置までブーム１３を上げ動作させて小旋回姿勢にする場合がある。設定部５３は、ブーム１３が上げ動作して可動範囲の上端部位置に移動するとき、上端部位置の直前においてブーム１３を減速させる減速区間を設定する。また、設定部５３は、減速区間におけるブーム１３の減速率を設定する。減速区間におけるブーム１３の減速率とは、減速区間におけるブーム１３の移動速度条件（移動速度分布、移動速度プロファイル）を含む。

ブーム１３の可動範囲は、ブームシリンダ２３の可動範囲と等価であり、１対１で対応する。本実施形態においては、ブームシリンダ２３が最も伸びたとき、ブーム１３が可動範囲の上端部位置に配置される。以下の説明においては、ブームシリンダ２３が最も伸びてブーム１３が可動範囲の上端部位置に配置されるときのブームシリンダ２３の端部位置を適宜、シリンダストロークエンド、と称する。また、シリンダストロークエンドからのブームシリンダ２３の位置（ストローク長）を適宜、シリンダストローク、と称する。シリンダストロークは、上述したブームシリンダ長を意味し、検出装置１０のブーム姿勢検出器１６によって検出される。

本実施形態において、設定部５３は、ブームシリンダ２３の可動範囲のうちブームシリンダ２３の減速区間と、その減速区間におけるブームシリンダ２３の減速率とを設定する。ブームシリンダ２３の減速区間とは、ブームシリンダ２３の可動範囲のシリンダストロークエンドを含む区間である。設定部５３は、ブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドに移動するときの、シリンダストロークエンドの直前においてブームシリンダ２３を減速させるための減速区間を設定する。また、設定部５３は、減速区間におけるブームシリンダ２３の減速率を設定する。減速区間におけるブームシリンダ２３の減速率とは、減速区間におけるブームシリンダ２３のシリンダ速度条件（シリンダ速度分布、シリンダ速度プロファイル）を含む。

以下の説明においては、ブーム姿勢検出器１０によりブームシリンダ２３のシリンダストローク（ストローク長）が検出されることによって、ブーム１３の角度θ１３が検出され、ブームシリンダ２３の減速率を含むシリンダ速度、及びブームシリンダ２３の減速区間を含む可動範囲が設定されることによって、ブーム１３の減速率を含む移動速度、及びブーム１３の減速区間を含む可動範囲が設定されることとする。換言すれば、ブームシリンダ２３のシリンダストローク、減速率、シリンダ速度、減速区間、及び可動範囲等は、ブーム１３の角度θ１３、減速率、角速度、減速区間、及び可動範囲等と読み替えることができる。

図６は、設定部５３によって設定される減速区間及び減速率の一例を示す図である。図６に示すように、設定部５３は、シリンダストロークエンドからのシリンダストロークとブームシリンダ２３の減速率との関係を示すテーブルデータを設定する。図６において、横軸はシリンダストロークエンドからのシリンダストロークを示し、縦軸はブームシリンダ２３の減速率を示す。

シリンダストロークが０［ｍｍ］の場合、ブームシリンダ２３が最も伸びてシリンダストロークエンドに位置している（ブーム１３が上端部位置に位置している）ことを意味する。シリンダストロークの値が大きいほど、ブームシリンダ２３が縮んでおりシリンダストロークエンドから離れた位置に位置している（ブーム１３が下げ方向の位置に位置している）ことを意味する。

減速率が１００［％］の場合、ブームシリンダ２３が最大シリンダ速度で移動することを意味する。減速率が０［％］の場合、ブームシリンダ２３が停止することを意味する。

図６に示す例において、減速区間は、シリンダストロークエンドを含み、シリンダストロークが０［ｍｍ］から第１減速距離までの区間に設定される。また、減速区間は、予め設定された減速度（負の加速度）でブームシリンダ２３のシリンダ速度を減速させる第１減速区間と、一定の最低減速率（最低シリンダ速度）でシリンダストロークエンドまでブームシリンダ２３を移動させる第２減速区間とを含む。第１減速区間は、シリンダストロークが第２減速距離から第１減速距離までの区間に設定される。第１減速区間は複数の減速率を設定してもよい。第２減速区間は、シリンダストロークが０［ｍｍ］から第２減速距離までの区間に設定される。第１減速距離は、第２減速距離よりも大きい値のシリンダストロークである。

図６を参照して説明したような、設定部５３によって設定された、シリンダストロークエンドからのシリンダストロークと減速率との関係を示すデータは、記憶部６１に記憶される。以下の説明においては、図６を参照して説明したシリンダ速度の減速条件を示すデータを適宜、制限速度データ、と称する。図６において、ラインＬｒは制限速度データを示す。なお、図６に示す制限速度データＬｒは一例である。

制御部５４は、設定部５３で設定された減速区間及び減速率に基づいてブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドに移動するように、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。制御部５４は、操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度が、減速区間において制限速度データの減速率（制限速度）に基づいて、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。

図６に示すように、制限速度データＬｒは、第１減速距離以下においてブームシリンダ２３のシリンダ速度を制限するように生成される。図６において、ラインＬｄ１，Ｌｄ２は、操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度を示す。ラインＬｄ１は、操作装置４０が操作されたときに圧力センサ４６から出力される操作信号が最大値を示すときのシリンダ速度を示し、ラインＬｄ２は、操作装置４０が操作されたときに圧力センサ４６から出力される操作信号が最大値と最小値との間の中間値を示すときのシリンダ速度を示す。すなわち、ラインＬｄ１は、操作装置４０が所謂フルレバー操作されたときのシリンダ速度を示し、ラインＬｄ２は、操作装置４０がハーフレバー操作されたときのシリンダ速度を示す。

操作装置４０がフルレバー操作されたとき、制御部５４から制御弁４５Ｂに指令信号Ｙａ１が出力される。シリンダストロークが第１減速距離になるまでは、指令信号Ｙａ１は、操作装置４０の操作に基づいて出力される。シリンダストロークが第１減速距離よりもストロークエンド側では、指令信号Ｙａ１は、制限速度データＬｒに基づいて出力される。このように、第１減速距離よりもシリンダストローク側において制御部５４から制御弁４５Ｂに指令信号Ｙａ１が出力されると、制御弁４５Ｂは、制御部５４からの指令信号Ｙａ１に基づいて、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧を減圧する。これにより、ブームシリンダ２３の方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット油圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、ブーム１３の上げ動作におけるブームシリンダ２３のシリンダ速度が制限される。制御部５２は、ブームシリンダ２３が制限速度データの減速率（制限速度）に従って移動するように、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。これにより、ブームシリンダ２３は、ラインＬｄ１で示すシリンダ速度プロファイルで移動し、シリンダストロークエンドに到達したときのショックが緩和される。

操作装置４０がハーフレバー操作されたとき、制御部５４から制御弁４５Ｂに指令信号Ｙａ２が出力される。シリンダストロークが第１減速距離になるまでは、指令信号Ｙａ２は、操作装置４０の操作に基づいて出力される。シリンダストロークが第１減速距離よりもストロークエンド側では、指令信号Ｙａ２は、制限速度データＬｒに基づいて出力される。このように、第１減速距離よりもシリンダストローク側において制御部５４から制御弁４５Ｂに指令信号Ｙａ２が出力されると、制御弁４５Ｂは、制御部５４からの指令信号Ｙａ２に基づいて、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧を減圧する。これにより、ブームシリンダ２３の方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット油圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、ブーム１３の上げ動作におけるブームシリンダ２３のシリンダ速度が制限される。制御部５２は、ブームシリンダ２３が制限速度データの減速率（制限速度）に従って移動するように、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。これにより、ブームシリンダ２３は、ラインＬｄ１で示すシリンダ速度プロファイルで移動し、シリンダストロークエンドに到達したときのショックが緩和される。

ところで、ブーム１３が上げ動作するように操作装置４０が操作され、ブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドの近くまで移動したときに、操作装置４０の操作レバーが中立位置に戻されてブームシリンダ２３（ブーム１３）が停止された後、ブーム１３が上げ動作するように操作装置４０の操作が再開されるケースが想定される。

例えば、作業機１を図２に示したような小旋回姿勢にするとき、オペレータは、シリンダストロークエンドから第１減速距離の手前付近の位置までブームシリンダ２３が移動するように操作装置４０を操作した後、一旦、操作装置４０の操作レバーを中立位置に戻してブームシリンダ２３の移動を停止させ、その後、ブームシリンダ２３がシリンダストロークエンド付近まで移動するように操作装置４０の操作を再開する場合がある。操作装置４０を操作して、シリンダストロークエンドから第１減速距離の位置で停止状態であったブームシリンダ２３の移動を開始した場合、ブームシリンダ２３は操作装置４０の操作に基づいてシリンダストロークエンドに向かって加速し、シリンダストロークエンドから近い位置（例えば第１減速距離近傍）において、設定された減速率に基づいて、制御弁４５に指令信号を出力する。しかし、指令信号が出力されるときのシリンダストロークエンドからのブームシリンダ２３の距離は短く、また、ブームシリンダ２３は加速中のため、制御弁４５Ｂによる、操作装置４０の操作に基づくパイロット油圧の減圧が間に合わず、ブームシリンダ２３のシリンダ速度が十分に減速されない可能性が高くなる。その結果、ブームシリンダ２３は高速なシリンダ速度でシリンダストロークエンドに到達してしまうこととなる。その結果、シリンダストロークエンドに到達したときのショックが大きくなってしまう。

また、オペレータが上げ動作するブーム１３の動きを一旦停止させるとき、シリンダストロークエンドからの距離が短い位置（例えばシリンダストロークエンドから第２減速距離付近）でブームシリンダ２３を一旦停止させるケースも想定される。すなわち、オペレータは、シリンダストロークエンドから第２減速距離付近までブームシリンダ２３が移動するように操作装置４０を操作した後、一旦、操作装置４０の操作レバーを中立位置に戻してブームシリンダ２３の移動を停止させ、その後、ブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドまで移動するように操作装置４０の操作を再開する場合がある。操作装置４０を操作して、シリンダストロークエンドから第２減速距離付近で停止状態であったブームシリンダ２３の移動を開始した場合、シリンダストロークエンドから第２減速距離にある停止位置において停止状態のブームシリンダ２３が操作装置４０の操作に基づいてシリンダストロークエンドに向かって加速しようとするが、第2減速区間では制御部５０は最低減速率の指令に基づく制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。そのため、停止位置からブームシリンダ２３が加速しても、シリンダ速度は十分に低速となる。仮に、制御弁４５Ｂによるパイロット油圧の減圧がなくても、シリンダストロークエンドに到達するときのブームシリンダ２３のシリンダ速度は低速である。すなわち、制御弁４５Ｂによるパイロット油圧の減圧がなくても、シリンダストロークエンドに到達したときのショックは小さいにもかかわらず、制御弁４５Ｂによる、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧の減圧が行われると、ブームシリンダ２３は不必要にゆっくりと動くこととなる。

そこで、本実施形態においては、設定部５３は、ブーム１３の可動範囲の停止位置において停止状態のブーム１３の角度θ１３と予め決められている閾値とに基づいて、減速区間及び減速区間におけるブーム１３の減速率を設定する。本実施形態において、設定部５３は、ブームシリンダ２３が停止したときのシリンダストロークエンドからのシリンダストロークと、予め決められている閾値とに基づいて、図６を参照して説明したような、制限速度データＬｒの少なくとも一部を変更する。

本実施形態において、制限速度データの変更は、減速区間を拡大すること、及び最低減速率を大きくすることの一方又は両方を含む。

［油圧ショベルの制御方法］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法について、図７から図１１を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法を示すフローチャートである。図８及び図９は、本実施形態に係るシリンダストロークに係る閾値を示す図である。図１０及び図１１は、変更された制限速度データの一例を示す図である。

以下の説明においては、ブーム１３が上げ動作するようにオペレータが操作装置４０の操作レバーを倒すことを、操作装置４０が操作される、といい、オペレータが操作装置４０の操作レバーを中立位置に戻すことを、操作装置４０の操作が停止される、という。操作装置４０が操作されるとき、ブームシリンダ２３が駆動し、ブーム１３が上げ動作する。操作装置４０の操作が停止されるとき、ブームシリンダ２３の駆動が停止し、ブーム１３の上げ動作が停止する。また、停止状態のブームシリンダ２３の駆動が開始されることを、ブームシリンダ２３が動き出す、という。

ブーム姿勢検出器１６は、ブームシリンダ２３のシリンダストロークを検出する。演算部５２は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号を取得する（ステップＳ１０）。

演算部５２は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号に基づいて、シリンダストロークエンドからのブームシリンダ２３のシリンダストロークを算出する。ブームシリンダ２３の最大ストロークは既知であるため、演算部５２は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号から導出されたシリンダストロークと最大ストロークとに基づいて、シリンダストロークエンドからのシリンダストロークを算出する（ステップＳ２０）。

演算部５２は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号に基づいて、ブーム１３の角度及びブームシリンダ２３のシリンダ速度を算出する。演算部５２は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号に基づいて、ブーム１３及びブームシリンダ２３が停止しているか否かを判定可能である。

オペレータが操作装置４０の操作を停止した場合、ブーム１３及びブームシリンダ２３は可動範囲の停止位置で停止する。ブームシリンダ２３が停止した状態において、オペレータが操作装置４０を操作すると、圧力センサ４６は操作信号を検出する。圧力センサ４６で検出された操作信号は、操作信号取得部５１に取得される（ステップＳ３０）。

演算部５２は、圧力センサ４６で検出された操作信号に基づいて、ブームシリンダ２３が動き出しているか否かを判定する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、ブームシリンダ２３が動き出していると判定された場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、演算部５２は、圧力センサ４６で操作信号が検出され、操作信号取得部５１が操作信号を取得した時点を、停止状態のブームシリンダ２３が動き出した時点として決定する。また、演算部５２は、圧力センサ４６から操作信号が出力され、操作信号取得部５１が操作信号を取得したときのブームシリンダ２３の位置を、ブームシリンダ２３の駆動が開始された位置、すなわち動き出し位置として決定する。換言すれば、演算部５２は、ブームシリンダ２３の駆動が開始されたときの、すなわちブームシリンダ２３が動き出したときの、シリンダストロークエンドからのシリンダストロークを決定する。ブームシリンダ２３が動き出した時点におけるシリンダストロークが、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークとして演算部５２によって算出され、記憶部６１に記憶される（ステップＳ４０）。ステップＳ３５において、ブームシリンダ２３が動き出していないと判定された場合（ステップＳ３５：Ｎｏ）、ステップＳ５０の処理に進む。

動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークによって示される動き出し位置は、可動範囲において停止状態にあったブームシリンダ２３の停止位置と等価である。また、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークは、可動範囲の停止位置において停止状態のブーム１３の角度θ１３と１対１の対応関係にある。

設定部５３は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークと、予め決められている閾値とを比較する。閾値は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークについての閾値を示す。閾値を示す閾値データは記憶部６１に記憶されている。本実施形態において、閾値は、第１閾値と、第１閾値よりも小さい第２閾値とを含む。第１閾値は、減速区間の拡大についての閾値である。シリンダストロークが第１閾値以下であるとき、減速区間が拡大される。第２閾値は、最低減速率を大きくすることについての閾値である。シリンダストロークが第２閾値以下である場合、最低減速率が増大される。

図８は、第１閾値を含む第１閾値データを示す図である。図８において、横軸は動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークを示し、縦軸はゲインを示す。図８に示すように、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークについての第１閾値がテーブルデータとして設定されている。ゲインは、減速区間を拡大させるときの倍率である。シリンダストロークが第１閾値よりも大きい場合、ゲインは１である。すなわち、シリンダストロークが第１閾値よりも大きい場合、減速区間は拡大も縮小もされず、制限速度データの減速区間が維持される。一方、シリンダストロークが第１閾値以下である場合、ゲインは１よりも大きくなる。本実施形態においては、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第１閾値を含み第１閾値よりも小さい第１所定範囲においては、ゲインは１からに徐々に増加し、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが０［ｍｍ］を含み０［ｍｍ］よりも大きい第２所定範囲においては、ゲインは任意の値に設定可能である。なお、ゲインが与えられずにオフセットが与えられてもよい。シリンダストロークが第１閾値以下である場合、制限速度データの減速区間はゲインに従って拡大される。

図９は、第２閾値を含む第２閾値データを示す図である。図９において、横軸は動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークを示し、縦軸は最低減速率のオフセット量を示す。図９に示すように、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークについての第２閾値がテーブルデータとして設定されている。オフセット量は、最低減速率を増大させるときの増加量である。シリンダストロークが第２閾値よりも大きい場合、オフセット量は０である。すなわち、シリンダストロークが第２閾値よりも大きい場合、最低減速率は増大も減少もされず、制限速度データの最低減速率が維持される。一方、シリンダストロークが第２閾値以下である場合、オフセット量は０よりも大きくなる。本実施形態においては、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値を含み第２閾値よりも小さい第３所定範囲においては、オフセット量は０から徐々に増加し、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが０［ｍｍ］を含み０［ｍｍ］よりも大きい第４所定範囲においては、オフセット量は任意の値に設定可能である。シリンダストロークが第２閾値以下である場合、制限速度データの最低減速率はオフセット量に従って増大される。

図７に戻り、設定部５３は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第１閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０）。

ステップＳ５０において、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第１閾値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ５０：Ｎｏ）、制限速度データは変更されない（ステップＳ７０）。

制御部５４は、ブームシリンダ２３が制限速度データに従って、制限がかからないように、制御弁４５Ｂに制御信号を出力する（ステップＳ１００）。例えば、図６の矢印Ｙａ２で示したように、ブームシリンダ２３が移動する。

ステップＳ５０において、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第１閾値以下であると判定された場合（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）、設定部５３は、制限速度データの減速区間を拡大する（ステップＳ５５）。設定部５３は、制限速度データの減速区間を、図８を参照して説明したゲインに従って拡大する。

設定部５３は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ６０）。

ステップＳ３０において、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ６０：Ｎｏ）、すなわち、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値よりも大きく第１閾値以下であると判定された場合、制御部５４は、制御弁４５Ｂに制御信号を出力する（ステップＳ１００）。

図１０（Ａ）は、減速区間が拡大された制限速度データを示し、図１０（Ｂ）は、減速区間が拡大されるときのタイムチャートである。図１０（Ａ）は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストローク（動き出し位置）が第１減速距離よりも大きい例を示す。動き出し位置は、停止位置と等価である。図１０（Ａ）に示すように、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第１閾値以下である場合、制限速度データＬｒの減速区間に対して、拡大された減速区間を有する制限速度データＬｒ１が設定される。

上述のように、制限速度データＬｒの減速区間は、予め設定された減速度で減速させる第１減速区間と、一定の最低減速率でブームシリンダ２３をシリンダストロークエンドまで移動させる第２減速区間と、を含む。設定部５３は、第１減速区間及び第２減速区間を拡大して、減速区間を拡大する。

本実施形態においては、制限速度データＬｒは、変曲点Ｐ１及び終点Ｐ２と、それら変曲点Ｐ１及び終点Ｐ２を結ぶ直線と、を含む。設定部５３は、変曲点Ｐ１及び終点Ｐ２のシリンダストロークの値をそれぞれゲイン倍して変曲点Ｐ１ａ及び終点Ｐ２ａとし、それら変曲点Ｐ１ａ及び終点Ｐ２ａを直線で結ぶことによって、制限速度データＬｒ１を設定する。

制御部５４は、減速区間が拡大された制限速度データＬｒ１に従ってブームシリンダ２３が移動するように、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する（ステップＳ１００）。

図１０（Ａ）において、ラインＬｄ３は、操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度を示す。図１０（Ａ）に示す例では、制御部５４は、制限速度データの減速率に従って、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。制御弁４５Ｂは、制御部５４からの指令信号に基づいて、ブーム１３の上げ動作におけるブームシリンダ２３のシリンダ速度を制限するように作動する。本実施形態においては、第１減速区間がシリンダストロークエンドから離れるようにシフトし、制御部５４の指令信号に基づいてブームシリンダ２３が減速を開始するタイミングは早まっている。そのため、ブームシリンダ２３のシリンダ速度を十分に減速させることができる。これにより、ブームシリンダ２３は、図１０（Ａ）のラインＬｄ３で示すシリンダ速度プロファイルで移動し、図１０（Ｂ）に示す時点Ｔ４においてストロークエンドに到達する。シリンダストロークエンドに到達したときのショックが緩和される。

図１０（Ａ）の点線Ｌｄ３’は比較例に係るシリンダ速度プロファイルを示し、図１０（Ｂ）の点線は比較例に係るタイミングチャートを示す。比較例においては、減速区間が拡大されず、時点Ｔ４においてブームシリンダ２３は停止せず、ストロークエンドに到達したときのショックは緩和されない。

図７に戻り、ステップＳ６０において、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値以下であると判定された場合（ステップＳ６０：Ｙｅｓ）、設定部５３は、最低減速率を増大する（ステップＳ９０）。設定部５３は、制限速度データの最低減速率を、図９を参照して説明したオフセット量に従って増大する。

図１１（Ａ）は、最低減速率が増大された制限速度データを示し、図１１（Ｂ）は、最低減速率が拡大されたときのタイムチャートである。図１１（Ａ）は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストローク（動き出し位置）がほぼ第２減速距離である例を示す。図１１（Ａ）に示すように、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値以下である場合、制限速度データＬｒの最低減速率に対して、所定量だけプラスにオフセットされた最低減速率を有する制限速度データＬｒ２が設定される。

制御部５４は、最低減速率が増大された制限速度データＬｒ２に従ってブームシリンダ２３が移動するように、制御弁５４に指令信号を出力する（ステップＳ１００）。

図１１（Ａ）において、ラインＬｄ４は、操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度を示す。図１１（Ａ）に示す例では、操作装置４０の操作に基づいて、シリンダストロークが動き出し位置からブームシリンダ２３の移動が開始される。操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度は、例えば図１１（Ａ）のラインＬｄ４に示すように変化する。シリンダストロークエンドから所定距離の停止位置において停止状態のブームシリンダ２３が操作装置４０の操作に基づいてシリンダストロークエンドに向かって加速し、シリンダストロークエンドから極短い位置である位置Ｐｄ４において、操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度は、第２減速区間の減速率から増大し、操作装置４０の操作によりシリンダストローク２３が加速される。ブームシリンダ２３は、図１１（Ａ）のラインＬｄ４で示すシリンダ速度プロファイルで移動する。ブームシリンダ２３のシリンダ速度が過度に制限されず、ブームシリンダ２３は不必要にゆっくりと動くことがなくなる。

図１１（Ａ）の点線Ｌｄ４’は比較例に係るシリンダ速度プロファイルを示し、図１１（Ｂ）の点線は比較例に係るタイミングチャートを示す。比較例においては、最低減速率が増大されず、ブームシリンダ２３は不必要にゆっくりと動く。

なお、本実施形態において、制御部５４は、制御弁４５Ｂに制御信号を出力する場合、最大シリンダ速度と、制限速度データから求められる減速率とに基づいて、シリンダ速度の制限値を決定する。記憶部６１には、方向制御弁４１のスプールストロークとシリンダ速度との関係を示すテーブルデータが記憶されており、制御部５４は、そのテーブルデータと決定したシリンダ速度とに基づいて、スプールストロークの制限値を算出する。また、記憶部６１には、スプールストロークとパイロット油が流れる油路４４の圧力（ＰＰＣ圧）との関係を示すテーブルデータが記憶されており、制御部５４は、そのテーブルデータと算出したスプールストロークとに基づいて、ＰＰＣ圧の制限値を算出する。また、記憶部６１には、ＰＰＣ圧とそのＰＰＣ圧にするために制御弁４５に供給するべき電流との関係を示すテーブルデータが記憶されており、制御部５４は、そのテーブルデータと算出したＰＰＣ圧とに基づいて、電流の制限値を算出する。なお、これらテーブルデータは予め行われる実験又はシミュレーションにより導出される既知データである。制御部５４は、指令信号として電流を制御弁４５に出力する。これにより、ブームシリンダ２３が決定されたシリンダ速度で移動するように、方向制御弁４１が駆動される。

これらのタイミングチャートにおいて、レバーフラグとは、圧力センサ４６の検出に基づき、操作信号取得部５１において操作装置４０が操作されたタイミングを示す。操作装置４０が操作されたとき、操作信号出力部４９から操作信号（フラグ信号）が出力される。一方、操作装置４０の操作が停止されたとき、レバーフラグが出力されない。シリンダ速度とは、ブーム姿勢検出器１６によって検出されるブームシリンダ２３のシリンダ速度である。シリンダストロークとは、シリンダストロークエンドからのブームシリンダ２３の距離である。減速率とは、最大シリンダ速度を基準としたブームシリンダ２３のシリンダ速度の制限速度（目標速度）である。動き出し時シリンダストロークとは、停止状態のブームシリンダ２３が動き出すときのシリンダストロークエンドからのブームシリンダ２３の距離である。ゲインとは、減速区間を拡大させるための倍率である。オフセット量は最低減速率の増加量である。

時点Ｔ１において操作装置４０が操作され、時点Ｔ２において操作装置４０の操作が停止され、時点Ｔ３において操作装置４０の操作が再開される。時点Ｔ１において操作装置４０が操作された場合、シリンダ速度が０［ｍｍ／ｓ］のとき、ブームシリンダ２３は停止する。

操作装置４０が操作され、ブームシリンダ２３が駆動されることにより、シリンダストロークエンドからのシリンダストロークは徐々に小さくなる。

操作信号出力部４９から操作信号が出力された時点Ｔ１が、ブームシリンダ２３の動き出し時である。時点Ｔ１におけるシリンダストロークが、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークとして決定され、記憶部６１に記憶される。図１０に示す例では、動き出し時（時点Ｔ３）のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークは第１閾値に近い値であり、図１１に示す例では、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークは第２閾値に近い値である。

図１０に示す例では、動き出し時（時点Ｔ３）のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークである動き出し位置と第１閾値及び第２閾値とが比較される。図１０に示す例では、動き出し位置は第１閾値よりも小さい。そのため、ゲインが１よりも大きい値に設定される。なお、動き出し位置は第２閾値よりも大きい。そのため、オフセット量は設定されない。

図１０において、点線Ｄａで示す減速率は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークにかかわらず、減速区間及び最低減速率を変更しない（減速テーブルＬｒに基づく）ときの減速率を示す。実線Ｓａで示す減速率は、減速区間を拡大したときの減速率を示す。実線Ｓａで示す（減速テーブルＬｒ１に基づく）ように、減速区間が拡大されることにより、減速区間を変更しない減速率に対して減速のタイミングが早まり、時点Ｔ４でシリンダ速度がＰｄとなり減速テーブルＬｒ１による減速が開始される。

図１１は、第１閾値及び第２閾値が設定され、動き出し時（時点Ｔ３）のシリンダストロークエンドからのシリンダストローク（動き出し位置）と第１閾値及び第２閾値とが比較される。図１１に示す例では、動き出し位置は第１閾値よりも小さく第２閾値よりも小さい。そのため、可変ゲインが１よりも大きい値に設定され、時点Ｔ３において第２閾値より小さくなるためオフセットが所定量に設定される。

図１１において、点線Ｄａで示す減速率は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークにかかわらず、減速区間及び最低減速率を変更しないときの減速率を示す。実線Ｓａで示す減速率は、減速区間を拡大し最低減速率を増大したときの減速率を示す。実線Ｓａで示すように、減速区間が拡大され最低減速率が増大されることにより、減速のタイミングが早まるとともに、再度動き出し時（時点Ｔ３）減速率が過度に低減することが抑制される。

［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、ブーム１３（ブームシリンダ２３）の可動範囲の停止位置において停止状態の角度θ１３（シリンダストローク）と予め決められている閾値とに基づいて、可動範囲の上端部位置（シリンダストロークエンド）を含む減速区間及び減速区間におけるブーム１３の減速率が設定され、その設定された減速区間及び減速率に基づいてブーム１３（ブームシリンダ２３）が停止位置から上端部位置（シリンダストロークエンド）に移動するように制御弁４５Ｂに指令信号が出力される。これにより、ブーム１３が上端部位置に到達したときのショックが緩和されるとともに、ブーム１３の動きが過度に遅くなることが抑制されるので、油圧ショベル１００の作業効率の低下が抑制される。

また、本実施形態においては、図１０のラインＬｄ３及び図１１のラインＬｄ４で示したように、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストローク（停止位置）とシリンダストロークエンド（端部位置）との間のブームシリンダ２３の可動範囲は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークを含み操作装置４０の操作に基づいて少なくとも一部において加速しながら移動する加速区間と、シリンダストロークエンドを含み制御部５４から出力される指令信号に基づいて減速しながら移動する減速区間と、を含む。加速区間においては、操作装置４０の操作に基づいてブームシリンダ２３（ブーム１３）が動作するので、ブームシリンダ２３のシリンダ速度（ブーム１３の移動速度）が不必要に遅くなることが抑制される。そのため、作業効率の低下が抑制される。また、減速区間においては、制御部５４の制御に基づいてブームシリンダ２３（ブーム１３）が減速するので、ブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドに到達しブーム１３が上端部位置に到達したときのショックが緩和される。

また、本実施形態においては、停止状態のブームシリンダ２３のシリンダストローク（ブーム１３の角度θ１３）が第１閾値以下であるとき、減速区間が拡大される。そのため、停止状態から再び動き出した場合でもブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドに到達しブーム１３が上端部位置に到達したときのショックが緩和される。

また、本実施形態においては、減速区間は、予め設定された減速度で減速させる第１減速区間と、一定の最低減速率でシリンダストロークエンド（上端部位置）まで移動させる第２減速区間と、を含み、設定部５３は、第１減速区間を変更せずに第２減速区間を拡大して、減速区間を拡大する。これにより、ブームシリンダ２３（ブーム１３）が減速するときの減速度を常に一定にして、ショックを緩和することができる。

また、本実施形態においては、停止状態のブームシリンダ２３のシリンダストローク（ブーム１３の角度θ１３）が第１閾値よりも小さい第２閾値以下であるとき、最低減速率が増大される。そのため、シリンダストロークエンド（上端部位置）の近傍において、ブームシリンダ２３（ブーム１３）が不必要に低速で動くことが抑制され、作業効率の低下が抑制される。

なお、上述の実施形態においては、作業機械１００が油圧ショベル１００であることとした。上述の実施形態で説明した制御装置５０及び制御方法は、油圧ショベル１００以外にも、作業機を有する作業機械全般に適用可能である。

なお、上述の実施形態においては、ブーム１３が上げ動作したときの上端部位置の近傍でブーム１３の移動速度を制限することとした。ブーム１３が下げ動作したときの下端部位置の近傍でブーム１３の移動速度が制限されてもアームのストロークエンド付近での移動速度の制限に用いてもよい。

なお、上述の実施形態において説明した油圧ショベル１００は、後方小旋回ショベルに限定されない。

１ 作業機
２ 上部旋回体
３ 下部走行体
４ 旋回台
５ カウンタウェイト
６ 機器室
７ エンジン室
８ キャブ
９ クローラ
１０ 検出装置
１１ バケット
１２ アーム
１３ ブーム
１４ バケット姿勢検出器
１５ アーム姿勢検出器
１６ ブーム姿勢検出器
２０ 油圧シリンダ
２０Ａ キャップ側油室
２０Ｂ ロッド側油室
２１ バケットシリンダ
２２ アームシリンダ
２３ ブームシリンダ
４０ 操作装置
４１ 方向制御弁
４２ メイン油圧ポンプ
４３ パイロット油圧ポンプ
４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ 油路
４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ 制御弁
４６Ａ，４６Ｂ 圧力センサ
４７Ａ，４７Ｂ 油路
４８ シャトル弁
５０ 制御装置
５１ 操作信号取得部
５２ 演算部
５３ 設定部
５４ 制御部
６１ 記憶部
６２ 入出力部
１００ 油圧ショベル（作業機械）
２００ 制御システム
３００ 油圧システム
ＡＸ１ 回転軸
ＡＸ２ 回転軸
ＡＸ３ 回転軸
ＲＸ 旋回軸
θ１１ 角度
θ１２ 角度
θ１３ 角度

Claims (8)

1. 作業機を可動範囲で駆動する油圧シリンダと、
   前記作業機の姿勢を検出する検出装置と、
   前記作業機の操作が行われた時の操作信号を検出する操作信号検出部と、
   前記油圧シリンダに対する作動油の供給量を調整可能な制御弁と、
   前記操作信号検出部が検出した操作信号に基づいて前記可動範囲の停止位置において前記作業機が動き出しているか否かを判定する演算部と、
   前記停止位置において停止状態の前記作業機の姿勢と前記停止位置における前記作業機の姿勢に応じて予め決められている閾値とに基づいて、前記可動範囲の端部位置を含む減速区間及び前記減速区間における前記作業機の減速率を設定する設定部と、
   前記減速区間及び前記減速率に基づいて前記作業機が前記停止位置から前記端部位置に移動するように前記制御弁に指令信号を出力する制御部と、
   を備える作業機械。
2. 前記油圧シリンダを操作する操作装置を備え、
   前記停止位置と前記端部位置との間の前記可動範囲は、前記停止位置を含み前記操作装置の操作に基づいて移動する区間と、前記端部位置を含み前記制御部から出力される前記指令信号に基づいて移動する前記減速区間と、を含む、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 前記作業機の姿勢は、前記作業機の角度を含み、
   前記閾値は、第１閾値と前記第１閾値よりも小さい第２閾値とを含み、
   前記設定部は、前記停止状態の前記作業機の角度が前記第１閾値以下であるとき、前記減速区間を拡大する、
   請求項１又は請求項２に記載の作業機械。
4. 前記減速区間は、所定の減速度で減速させる第１減速区間と、一定の最低減速率で前記端部位置まで移動させる第２減速区間と、を含み、
   前記設定部は、前記第１減速区間を変更せずに前記第２減速区間を拡大して、前記減速区間を拡大する、
   請求項３に記載の作業機械。
5. 前記設定部は、前記停止状態の前記作業機の角度が前記第２閾値以下であるとき、前記最低減速率を大きくする、
   請求項３又は請求項４に記載の作業機械。
6. 前記端部位置は、前記作業機が上げ動作したときの上端部位置である、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械。
7. 下部走行体と上部旋回体とを含む後方小旋回型油圧ショベルであり、
   前記上部旋回体の後部のカウンタウェイトは前記上部旋回体の旋回半径に対して所定関係の寸法で規定されている、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械。
8. 油圧シリンダにより可動範囲で駆動される作業機の姿勢を検出することと、
   前記作業機の操作に基づいて前記可動範囲の停止位置において前記作業機が動き出しているか否かを判定することと、
   前記停止位置において停止状態の前記作業機の姿勢と前記停止位置における前記作業機の姿勢に応じて予め決められている閾値とに基づいて、前記可動範囲の端部位置を含む減速区間及び前記減速区間における前記作業機の減速率を設定することと、
   前記減速区間及び前記減速率に基づいて前記作業機が前記停止位置から前記端部位置に移動するように前記油圧シリンダに対する作動油の供給量を調整可能な制御弁に指令信号を出力することと、
   を含む作業機械の制御方法。
   

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