JP6957081B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明はマシンコントロールが実行可能な作業機械に関する。

作業機械の１つである油圧ショベルには，オペレータ（操作者とも称する）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，目標面と作業機の先端（例えばバケットの爪先）の位置関係を基に，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）を実行する制御システムがある。このような作業機先端の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，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。

マシンコントロール（ＭＣ）に関して特許文献１（特許第６０６２１１５号公報）には，作業対象の目標形状を表す設計地形と作業機との間の距離を取得する距離取得部と、作業機による作業が整地作業であることを示す整地判定条件が満たされているか否か、及び、作業機による作業が転圧作業であることを示す転圧判定条件が満たされているか否かを判定する作業局面判定部と、整地判定条件が満たされているときには、作業機が設計地形に沿って移動するように作業機を制御する整地制御の実行を決定し、転圧判定条件が満たされているときには、作業機と設計地形との間の距離に応じて設計地形に向かう作業機の速度を制限する転圧制御の実行を決定する制御決定部とを備え、制御決定部は、転圧制御の実行中に整地判定条件が満たされたときには転圧制御を維持する作業車両の制御システムが開示されている。

特許第６０６２１１５号公報

特許文献１では，操作条件が転圧判定条件を満たすか否かで、ブーム下げ速度の制限方法の切替えを行っている。すなわち，急なブーム下げ操作が行われた場合には転圧判定条件が満たされると判定し、ブーム下げの速度制限制御を，整地制御で利用される第２制限速度情報Ｉ２に基づく速度制限制御から，転圧制御で利用される第１制限速度情報Ｉ１に基づく速度制限制御に切り替えている。第１制限速度情報Ｉ１と第２制限速度情報Ｉ２は作業機と設計面の距離に応じてブーム下げの制限速度をそれぞれ規定しているが，第１制限速度情報Ｉ１と第２制限速度情報Ｉ２が規定する制限速度の差は殆どの距離範囲で大きい。そのため，速度制限制御が切替わる前後の速度差は大きい傾向にあり，車体にショックが生じたり操作に違和感が生じたりし易い。

特に，ブーム下げ操作で作業機先端を地表面上に停止させる停止作業と，ブーム下げ操作で作業機先端を地表面に押し付ける転圧作業の操作方法はブーム下げ操作のみを行う点で酷似しているため，操作方法でどちらの作業を行なおうとしているのか判定するのは難しい。例えば，転圧判定条件を緩くする（特許文献１ではｒ１を大きくする）と，操縦者が意図しない場面で整地制御用の第２制限速度から転圧制御用の第１制限速度へ切替わることになるため，速度の急変による車体のショックや操作の違和感の問題が依然として生じる。一方，転圧判定条件を厳しくする（特許文献１ではｒ１を小さくする）と，操縦者が転圧を行いたい場面で転圧判定条件が満たされず，整地制御で利用される第２制限速度情報Ｉ２に基づく速度制限制御が行われやすくなるため，作業の非効率化を招くとともに，操縦者の心理的疲労が大きくなる。

本発明の目的は，操縦者に車体のショックや操作の違和感を与えることなく，操縦者の意図通りに転圧作業を行うことができる作業機械を提供することにある。

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，ブーム及びアームを有する多関節型の作業機と，前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータであって前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと，前記作業機の動作を指示する操作装置と，所定の目標面上またはその上方に前記作業機が位置するように，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づいて前記ブームシリンダの速度を制御する制御装置とを備える作業機械において，前記制御装置は，前記目標面と前記作業機との距離である目標面距離と前記ブームシリンダの下げ方向の制限速度である第一制限速度との関係が定められた第一速度制限テーブルと，前記目標面距離と前記ブームシリンダの下げ方向の制限速度である第二制限速度との関係が定められた第二速度制限テーブルとを有し，前記第一速度制限テーブルは，前記目標面距離が減少するに応じて低減するように前記第一制限速度が設定されており，前記第二速度制限テーブルは，前記目標面距離が減少するに応じて低減すると共に，前記第一制限速度より大きくなるように前記第二制限速度が設定されており，前記制御装置は，前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされているときは，前記作業機が前記目標面上またはその上方に位置するように制御するための前記ブームシリンダの目標速度を演算し，前記目標速度に基づいて前記ブームシリンダを制御し，前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされていないとき，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が第１操作量未満のときは，前記目標面距離と前記第一速度制限テーブルとから前記第一制限速度を第１速度として算出して，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第１速度を超えるときに前記ブームシリンダの速度を前記第１速度に制限し，前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされていないとき，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量以上のときは，前記目標面距離と前記第一速度制限テーブルと前記第二速度制限テーブルとから前記第一制限速度と前記第二制限速度とを算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量と前記第一制限速度と前記第二制限速度とに基づいた加重平均により，前記操作装置のブーム下げ操作量が増加するに応じて前記第一制限速度の重みが低減するとともに前記第二制限速度の重みが増加する第２速度を算出して，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第２速度を超えるときに前記ブームシリンダの速度を前記第２速度に制限するものとする。

本発明によれば，操縦者に車体のショックや操作の違和感を与えることなく，操縦者の意図通りに転圧作業を行うことができる。

油圧ショベルの構成図。 油圧ショベルの制御コントローラを油圧駆動装置と共に示す図。 図２中のフロント制御用油圧ユニット１６０の詳細図。 図１の油圧ショベルにおける座標系および目標面を示す図。 油圧ショベルの制御コントローラ４０のハードウェア構成図。 表示装置５３ａの表示画面の一例の図。 作業選択モードのアイコンの一例を示す図。 油圧ショベルの制御コントローラ４０の機能ブロック図。 バケット１０の先端が補正後の目標速度ベクトルＶｃａの通りにＭＣされたときの軌跡の一例を示す図。 ブーム下げ制限速度演算部４３ｄの制御ブロック線図。 ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで利用される第一速度制限テーブルと第二速度制限テーブルの一例を示す図。 ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで利用される速度比率テーブルの一例を示す図。 第１実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャート。 第２実施形態のブーム下げ制限速度演算部４３ｄで利用される速度比率テーブル。 第２実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャート。 第３実施形態におけるブーム下げ制限速度演算部４３ｄの制御ブロック線図。 要求ブーム下げ速度テーブルの一例を示す図。 第３実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャート。 第４実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャート。 第５実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャート

以下，本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお，以下では，作業機の先端の作業具（アタッチメント）としてバケット１０を備える油圧ショベルを例示するが，バケット以外のアタッチメントを備える作業機械で本発明を適用しても構わない。さらに，複数のリンク部材（アタッチメント，アーム，ブーム等）を連結して構成される多関節型の作業機を有するものであれば油圧ショベル以外の作業機械への適用も可能である。

また，本稿では，或る形状を示す用語（例えば，目標面，設計面等）とともに用いられる「上」，「上方」又は「下方」という語の意味に関し，「上」は当該或る形状の「表面」を意味し，「上方」は当該或る形状の「表面より高い位置」を意味し，「下方」は当該或る形状の「表面より低い位置」を意味することとする。また，以下の説明では，同一の構成要素が複数存在する場合，符号（数字）の末尾にアルファベットを付すことがあるが，当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば，３つのポンプ３００ａ，３００ｂ，３００ｃが存在するとき，これらをまとめてポンプ３００と表記することがある。

＜第１実施形態＞
−油圧ショベルの全体構成−
図１は本発明の実施形態に係る油圧ショベルの構成図であり，図２は本発明の実施形態に係る油圧ショベルの制御コントローラを油圧駆動装置と共に示す図であり，図３は図２中のフロント制御用油圧ユニット１６０及びその周辺設備の詳細図である。

図１において，油圧ショベル１は，多関節型のフロント作業機１Ａと，車体１Ｂで構成されている。車体１Ｂは，左右の走行油圧モータ３ａ，３ｂ（油圧モータ３ａは図２を参照）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により旋回する上部旋回体１２とからなる。

フロント作業機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及びバケット１０）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バケット１０が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によって駆動される。

ブーム８，アーム９，バケット１０の回動角度α，β，γ（図４参照）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（図５参照）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はそれぞれ基準面に対する角度センサに代替可能である。

上部旋回体１２に設けられた運転室内には，走行右レバー２３ａ（図２）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（図２）と，走行左レバー２３ｂ（図２）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（図２）と，操作右レバー１ａ（図２）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（図２）と，操作左レバー１ｂ（図２）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（図２）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および操作左レバー１ｂを操作レバー１，２３と総称することがある。

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４８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４８は固定容量型ポンプである。本実施形態においては，図２に示すように，パイロットライン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から出力された油圧信号が，このシャトルブロック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，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４８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，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は本例では電磁切換弁であり，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は，油圧パイロット方式であり，パイロットポンプ４８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２０内の対応する流量制御弁１５ａ〜１５ｆ（図２または図３参照）の油圧駆動部１５０ａ〜１５５ｂにパイロットライン１４４ａ〜１４９ｂ（図３参照）を介して供給され，これら流量制御弁１５ａ〜１５ｆ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（図３参照）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，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。

作業機１Ａの姿勢は図４のショベル基準座標に基づいて定義できる。図４のショベル基準座標は，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軸を設定した。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爪先の傾斜角をバケット角γとした。水平面（基準面）に対する車体１Ｂ（上部旋回体１２）の傾斜角を傾斜角θ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，傾斜角θ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）に最少となり，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）に最大となる。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（図４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の基底部からアーム９との接続部までの長さをＬ１，アーム９とブーム８の接続部からアーム９とバケット１０の接続部までの長さをＬ２，アーム９とバケット１０の接続部からバケット１０の先端部までの長さをＬ３とすると，ショベル基準座標におけるバケット１０の先端位置は，Ｘ_ｂｋをＸ方向位置，Ｚ_ｂｋをＺ方向位置として，以下の式（１）（２）で表すことができる。

Ｘ_ｂｋ＝Ｌ_１ｃｏｓ（α）＋Ｌ_２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ_３ｃｏｓ（α＋β＋γ）…式（１）
Ｚ_ｂｋ＝Ｌ１ｓｉｎ（α）＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）…式（２）
また，油圧ショベル１は，図４に示すように，上部旋回体１２に一対のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｔｅｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ１４Ａ，１４Ｂを備えている。ＧＮＳＳアンテナ１４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１の位置，またバケット１０の位置を算出することができる。

図５は本実施形態に係る油圧ショベルが備えるマシンガイダンス（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｇｕｉｄａｎｃｅ：ＭＧ）ならびにマシンコントロール（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＭＣ）システムの構成図である。

本システムでは，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ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フロント作業機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の制御は，該当する流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ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。本システムで実行されるＭＣとしては，操作装置４５ｂでアーム操作をする際に実行される「整地制御（領域制限制御）」と，アーム操作を行わずにブーム下げ操作をする際に実行される「停止制御」と，同じくアーム操作を行わずにブーム下げ操作をする際に実行される「転圧制御」が含まれる。

整地制御（領域制限制御）は，所定の目標面７００（図４参照）上またはその上方にフロント作業機１Ａが位置するように油圧アクチュエータ５，６，７のうち少なくとも１つを制御するＭＣであり，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爪先（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。

停止制御は，目標面７００よりも下方にバケット先端部（例えばバケット爪先）が侵入しないようブーム下げ動作を停止する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を徐々に減速する。

転圧制御は，目標面７００にバケット１０の底面を勢いよく押し当てることで目標面７００通りに成形された掘削面を押し固める転圧作業をするために，目標面７００とバケット１０の距離が近くてもブーム下げ速度をなるべく減速させないＭＣである。

なお，本実施形態では，ＭＣ時のフロント作業機１Ａの制御点を，油圧ショベルのバケット１０の爪先（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爪先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の最外部も選択可能であり，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する構成を採用しても良い。また，本稿ではＭＣを，操作装置４５，４６の非操作時に作業機１Ａの動作をコントローラにより制御する「自動制御」に対して，操作装置４５，４６の操作時にのみ作業機１Ａの動作をコントローラにより制御する「半自動制御」と称することがある。

また，本システムでのフロント作業機１ＡのＭＧとしては，例えば図６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５３ａに表示する処理が行われる。

図５のシステムは，作業機姿勢検出装置５０と，目標面設定装置５１と，ＧＮＳＳアンテナ１４と，オペレータ操作検出装置５２ａと，表示装置５３ａと，作業モード選択スイッチ９６と，ＭＧ及びＭＣを司る制御コントローラ（制御装置）４０と，表示装置５３ａを備えている。

作業機姿勢検出装置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から構成される。これらの角度センサ３０，３１，３２，３３は作業機１Ａ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（各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（操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ）の操作によってパイロットライン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に対する操作を検出している。

表示装置５３ａは，図６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。図６に示すように表示装置５３ａの表示画面には，目標面７００とバケット１０の位置関係が表示されており，目標面７００とバケット１０の爪先までの距離が目標面距離として表示されている。

作業モード選択スイッチ９６は，作業機１Ａによる作業モードとして整地モード（第１モード）と転圧許可モード（第２モード）のいずれか一方を選択するためのスイッチである。本実施形態の作業モード選択スイッチ９６は表示装置５３ａの画面上に表示されたアイコンで構成されており，図７に整地モードと転圧許可モードのアイコンをそれぞれ示す。選択中のモードがアイコンで画面上に表示され，その画面上のアイコンに操作者が触れることで作業モード（すなわちスイッチの切り替え位置）を切り替えることができる。

−フロント制御用油圧ユニット１６０−
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４８に接続されパイロットポンプ４８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，制御コントローラ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に設置され，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）を検出して制御コントローラ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，制御コントローラ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，制御コントローラ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が設けられている。

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には，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）を検出して制御コントローラ４０に出力する圧力センサ７２ａ，７２ｂと，制御コントローラ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４８に接続されパイロットポンプ４８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とがそれぞれ設けられている。なお，図３では，圧力センサ７０，７１，７２と制御コントローラ４０との接続線は紙面の都合上省略している。

電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂは，非通電時には開度が最大で，制御コントローラ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５４ａ，５６ｃ，５６ｄは，非通電時には開度をゼロ，通電時に開度を有し，制御コントローラ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の開度５４，５５，５６は制御コントローラ４０からの制御信号に応じたものとなる。

上記のように構成される制御用油圧ユニット１６０において，制御コントローラ４０から制御信号を出力して電磁比例弁５４ａ，５６ｃ，５６ｄを駆動すると，対応する操作装置４５ａ，４６ａ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を強制的に発生できる。また，これと同様に制御コントローラ４０により電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂを駆動すると，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ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／ダンプ動作の速度をオペレータ操作の値から強制的に低減できる。

本稿では，流量制御弁１５ａ〜１５ｃに対する制御信号のうち，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ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。そして，流量制御弁１５ａ〜１５ｃに対する制御信号のうち，制御コントローラ４０で電磁比例弁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，制御コントローラ４０で電磁比例弁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における一方の油圧駆動部に対して第１制御信号が，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し，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。上記のように第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の制御ということもできる。

−制御コントローラ−
図５において制御コントローラ４０は，入力インターフェース９１と，プロセッサである中央処理装置（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，作業機姿勢検出装置５０である角度センサ３０〜３２及び傾斜角センサ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１４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からの信号と，作業モード選択スイッチ９６からの信号が入力され，ＣＰＵ９２が演算可能なように変換する。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，その信号を通達装置５３に出力することで通達装置５３を作動させられることができる。

なお，図５の制御コントローラ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は制御コントローラ４０の機能ブロック図である。制御コントローラ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，整地用目標速度演算部４３ｅと，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄと，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆと，目標パイロット圧演算部４３ｇと，バルブ指令演算部４３ｈと，表示制御部３７４ａとして機能する。なお，以下では，目標パイロット圧演算部４３ｇとバルブ指令演算部４３ｈをアクチュエータ制御部８１と総称することがある。

操作量演算部４３ａは，オペレータ操作検出装置５２ａからの入力を基に操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ（操作レバー１ａ，１ｂ）の操作量を算出する。圧力センサ７０，７１，７２の検出値から操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作量が算出できる。図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）の操作量が算出される。このように圧力センサ７０，７１，７２の検出値から変換された操作量は整地用目標速度演算部４３ｅやブーム下げ制限速度演算部４３ｄやブーム下げ制限速度選択部４３ｆに出力される。なお，操作量演算部４３ａは圧力センサ７２の検出値からバケットダンプ／クラウドの操作量も演算しており，その演算結果は整地用目標速度演算部４３ｅに出力されている。

なお，圧力センサ７０，７１，７２による操作量の算出は一例に過ぎず，例えば各操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ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構成も適用可能である。

姿勢演算部４３ｂは作業機姿勢検出装置５０からの情報に基づき，ローカル座標系（ショベル基準座標）におけるフロント作業機１Ａの姿勢と，バケット１０の爪先の位置を演算する。既述のとおり，バケット１０の爪先位置（Ｘｂｋ，Ｚｂｋ）は，式（１）及び式（２）により演算できる。また，グローバル座標系におけるフロント作業機１Ａの姿勢と，バケット１０の爪先の位置が必要な場合には，姿勢演算部４３ｂは，ＧＮＳＳアンテナ１４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からの情報に基づき目標面７００の位置情報を演算し，これをＲＡＭ９４内に記憶する。本実施形態では，図４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。

なお，図４の例では目標面７００は１つだが，目標面が複数存在する場合もある。目標面が複数存在する場合には，例えば，作業機１Ａから最も近いものを目標面と設定する方法や，バケット爪先の下方に位置するものを目標面とする方法や，任意に選択したものを目標面とする方法等がある。

整地用目標速度演算部４３ｅは，整地制御（領域制限制御）時の各油圧シリンダ５，６，７の目標速度を演算する。整地用目標速度演算部４３ｅでは，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。さらに，この各油圧シリンダ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位置（爪先位置）と、ＲＯＭ９３に記憶してある先のＬ１，Ｌ２，Ｌ３等の作業機１Ａの各部寸法とからバケット先端の目標速度ベクトルＶｃ（図９参照）を求める。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（図９参照）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の爪先（制御点）が位置するように保持される。

このとき、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ソフトが設計されている場合、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，整地用目標速度演算部４３ｅ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。反対に速度ベクトル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。

さらにブーム上げ／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ソフトが設計されている場合、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，整地用目標速度演算部４３ｅ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。反対に速度ベクトル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。

整地用目標速度演算部９ｃでブーム下げ方向のブームシリンダ５の目標速度が演算された場合，その目標速度はブーム下げ制限速度選択部４３ｆに出力され，その他の目標速度は目標パイロット圧演算部４３ｇに出力される。

なお，整地制御が行われない場合，整地用目標速度演算部４３ｅからは操作装置の操作量に基づく各油圧シリンダ目標速度（操作者の操作による操作量に基づく各油圧シリンダの目標速度）が出力される。

ブーム下げ制限速度演算部４３ｄは，ブーム下げ操作量を示す圧力センサ７０ｂの検出値と目標面距離Ｈ１に基づいて第１ブーム下げ速度と第２ブーム下げ速度を演算する。

―第１ブーム下げ速度―
図１０はブーム下げ制限速度演算部４３ｄの制御ブロック線図である。まず第１ブーム下げ速度について説明する。ブーム下げ制限速度演算部４３ｄは，姿勢演算部４３ｂで演算されたバケット先端から目標面７００までの目標面距離Ｈ１（Ｓ１）を図１１に破線で示す第一制限速度テーブルＳ２に入力し，第１ブーム下げ速度としてブームシリンダ５の下げ方向の第一制限速度ＶＤ１（停止用ブーム下げ速度（第１速度））を出力（算出）する（Ｓ９）。図１１の第一制限速度テーブルは，目標面７００上でバケット先端を停止させるために目標面距離Ｈ１が小さくなるほどブームシリンダ５の下げ方向の制限速度がゼロに近づくように，目標面距離Ｈ１が減少するに応じて徐々にブームシリンダ５の制限速度が低減するように設定されている。図１１の例ではブームシリンダ５の制限速度が目標面距離Ｈ１の減少とともに一次関数的に低減している。

―第２ブーム下げ速度―
次に第２ブーム下げ速度について説明する。ブーム下げ制限速度演算部４３ｄは，姿勢演算部４３ｂで演算された目標面距離Ｈ１（Ｓ１）を図１１に示す第二速度制限テーブルＳ３に入力して第二制限速度ＶＤ２（転圧用ブーム下げ速度（第３速度））を出力（算出）する（Ｓ３）。目標面距離Ｈ１について，０に近い値をｈ１（第１距離）と設定し，このｈ１より大きい値をｈ２（第２距離）とすると（つまり，０＜ｈ１＜ｈ２），図１１の第二速度制限テーブルでは，第二制限速度は，目標面距離Ｈ１がマシンコントロールの実行されるゼロから設定値ｈ２までの範囲内では第一制限速度より大きくなるように設定されている。ただし，目標面７００を転圧するために，設定値ｈ１を境に，目標面距離Ｈ１に対するブームシリンダ５の下げ方向の速度の傾きが急になるよう（すなわち，制限速度が急減するように）に設定されている。

また，圧力センタ７０ｂで検出したパイロット圧つまりブーム下げの操作量の値（Ｓ４）を図１２に示す速度比率テーブル（Ｓ５）に入力してブーム下げ操作量（ｘ）の関数である速度比率α（α＝ｆ（ｘ））を演算する。ここで，ブーム下げ操作量にゼロより大きい第１操作量と，この第１操作量より大きい第２操作量を設定すると，ブーム下げの操作量が第１操作量未満の場合は，関数αは０．０を出力する。ブーム下げの操作量が第１操作量以上かつ第２操作量未満の場合は，ブーム下げ操作量と第１操作量の偏差の増加とともに単調に増加する数値（最大値１．０）を関数αは出力する。ブーム下げの操作量が第二操作量以上の場合は，関数αは１．０を出力する。なお，関数αは，単調増加関数であって第１操作量から第２操作量の範囲でゼロから１に向かって単調増加する関数であれば図１１に示した以外の関数も利用可能である。

ここで更に別の関数（１−α）を定義する。関数（１−α）はブーム下げの操作量が第１操作量以上かつ第２操作量未満の場合は，ブーム下げ操作量と第１操作量の偏差の増加とともに単調に減少する関数となる。本稿では，関数（１−α）を第１関数、関数αを第２関数と称することがある。

そして第２ブーム下げ速度（第２速度）としては，第一制限速度ＶＤ１に第１関数（１−α）を乗じた値（Ｓ６）と，第二制限速度ＶＤ２に第２関数αを乗じた値（Ｓ７）の和（（１−α）ＶＤ１＋αＶＤ２）が出力される（Ｓ８，Ｓ１０）。すなわち，第２ブーム下げ速度（第２速度）は，第一制限速度ＶＤ１と第二制限速度ＶＤ２の加重平均で規定され，ブーム下げ操作量が増加するに応じて第一制限速度ＶＤ１の重み（１−α）が低減するとともに第二制限速度ＶＤ２の重み（α）が増加するように設定される。

第１ブーム下げ速度には，常に停止用ブーム下げ制限速度ＶＤ１が出力される。一方、第２ブーム下げ速度には，ブーム下げ操作量が第１操作量未満の場合，停止用ブーム下げ制限速度ＶＤ１が出力され，ブーム下げ操作量が第１操作量以上かつ第２操作量未満の場合は，ブーム下げ操作量の増加に比例してブーム下げ操作量が大きいほど速いブーム下げ制限速度（比例ブーム下げ速度）が出力され，ブーム下げ操作量が第２操作量以上の場合は転圧用ブーム下げ制限速度ＶＤ２が出力される。

作業モード選択スイッチ９６は，作業モードとして整地モードが選択されている場合，整地モードフラグとして１をブーム下げ制限速度選択部４３ｆに出力する。反対に転圧許可モードが選択されている場合，整地モードフラグとして０をブーム下げ制限速度選択部４３ｆに出力する。

―ブーム下げ制限速度選択部４３ｆ―
ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，アーム操作の有無，作業モード選択スイッチ９６の切り替え位置及びブーム下げ操作量の少なくとも１つに基づいて，目標パイロット圧演算部４３ｇに出力するブームシリンダ５のブーム下げ方向の制限速度を選択する処理を実行する部分である。

図１３は本実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャートである。ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは所定の制御周期で図１３の処理を繰り返し実行する。処理を開始すると，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ステップＳ３０１において，操作量演算部４３ａから入力されるアーム操作量に基づいて操作装置４５ｂにアーム操作が入力されているか否かを判定する。ここでアーム操作が入力されていると判定したときはステップＳ３０２に進み，アーム操作の入力が無いと判定したときはステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０２では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，整地用目標速度演算部４３ｅから入力されたブームシリンダの下げ方向の目標速度を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。なお，整地用目標速度演算部４３ｅがブームシリンダの上げ方向の目標速度を演算した際には，そのブームシリンダ目標速度はブーム下げ制限速度選択部４３ｆを介すことなく目標パイロット圧演算部４３ｇに出力しても良い。

ステップＳ３０３では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，作業モード選択スイッチ９６から入力される整地モードフラグに基づいて，作業モードとして整地モードが選択されているか否かを判定する。ここで整地モードフラグが１で整地モードが選択されていると判定した場合はステップＳ３０４に進む。一方、整地モードフラグが０で転圧許可モードが選択されていると判定した場合はステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０４では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第１ブーム下げ速度ＶＤ１を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。

ステップＳ３０５では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，操作量演算部４３ａから入力されるブーム下げ操作量に基づいて操作装置４５ａに入力されたブーム下げ操作が第１操作量未満か否かを判定する。ここでブーム下げ操作量が第１操作量未満であると判定した場合にはステップＳ３０６に進み，第１操作量以上であると判定した場合にはステップＳ３０７に進む。

ステップＳ３０６では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第２ブーム下げ速度（第１速度）を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。この場合，ブーム下げ操作量は第１操作量未満なので第２ブーム下げ速度としてはＶＤ１（停止用ブーム下げ速度）が出力される。

ステップＳ３０７では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，操作量演算部４３ａから入力されるブーム下げ操作量に基づいて操作装置４５ａに入力されたブーム下げ操作が第２操作量未満か否かを判定する。ここでブーム下げ操作量が第２操作量未満であると判定した場合にはステップＳ３０８に進み，第２操作量以上であると判定した場合にはステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０８では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第２ブーム下げ速度（第２速度）を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。この場合，ブーム下げ操作量は第１操作量以上かつ第２操作量未満なので第２ブーム下げ速度としては（１−α）ＶＤ１＋αＶＤ２（比例ブーム下げ速度）が出力される。

ステップＳ３０９では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第２ブーム下げ速度（第３速度）を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。この場合，ブーム下げ操作量は第２操作量以上なので第２ブーム下げ速度としてはＶＤ２（転圧用ブーム下げ速度）が出力される。

すなわち，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，作業モード選択スイッチ９６から出力される整地モードフラグによらず，圧力センサ７１ａ，７１ｂで検出されるアーム操作のパイロット圧が立っている場合，アーム動作とブーム動作を複合した整地作業を行なおうとしていると判定し，ブーム下げ方向のブームシリンダ目標速度として，整地用目標速度演算部９ｃで演算された整地用目標シリンダ速度を出力する。
圧力検出器６１ａ，６１ｂで検出したパイロット圧が立っておらず，掘削モード演算部９ｅから出力される整地モードフラグが１の場合は，整地作業を行なおうとしていると判定し，ブーム下げシリンダ速度としてブーム下げ制限シリンダ速度演算部９ｄで演算された第一ブーム下げ速度を出力する。
圧力検出器６１ａ，６１ｂで検出したパイロット圧が立っておらず，掘削モード演算部９ｅから出力される整地モードフラグが０の場合は，ブーム下げシリンダ速度としてブーム下げ制限シリンダ速度演算部９ｄで演算された第二ブーム下げ速度を出力する。

目標パイロット圧演算部４３ｇは，整地用目標速度演算部４３ｅで算出された各シリンダ５，６，７の目標速度を基に各油圧シリンダ５，６，７の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃへの目標パイロット圧を演算する。ただし，油圧シリンダの目標速度からの目標パイロット圧の演算に際し，ブーム下げについては，整地用目標速度演算部４３ｅで算出されたブームシリンダ５の目標速度がブーム下げ制限速度選択部４３ｆから出力される制限速度を超えるか否かを判定する。そして，この判定でブームシリンダ５の目標速度が制限速度を超えると判定されたときは，ブームシリンダ５の目標速度をブーム下げ制限速度選択部４３ｆから出力される制限速度に制限する。この場合，目標パイロット圧演算部４３ｇは，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆから出力される制限速度に基づいてブームシリンダ５の流量制御弁１５ａへの目標パイロット圧を演算する。目標パイロット圧演算部４３ｇで演算された目標パイロット圧は，バルブ指令演算部４３ｈに出力される。

バルブ指令演算部４３ｈは，目標パイロット圧演算部４３ｇで演算した目標パイロット圧を各油圧シリンダ５，６，７の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃに作用させるために電磁比例弁５４，５５，５６に出力する電気信号を演算し，電磁比例弁５４，５５，５６に出力する部分である。バルブ指令演算部４３ｈから出力された電気信号は，各油圧シリンダ５，６，７の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃに目標パイロット圧が作用するように電磁比例弁５４，５５，５６を制御し，これにより作業機１Ａによる作業が行われる。例えば，オペレータが操作装置４５ｂを操作して，アームクラウド動作によって水平掘削を行う場合には，バケット１０の先端が目標面７００に侵入しないように電磁比例弁５５ｃが制御され，ブーム８の上げ動作やアームクラウドの減速動作が自動的に行われる。

表示制御部３７４ａは，姿勢演算部４３ｂから入力されるフロント作業機１Ａの姿勢情報，バケット１０の爪先の位置情報，目標面７００の位置情報に基づいて，目標面７００と，作業機１Ａ（バケット１０の爪先）との位置関係を表示装置５３ａに表示する処理を実行する。

―動作・効果―
以上の構成によると，圧力センサ７１ａ，７１ｂで検出したアーム操作のパイロット圧が立っている場合，つまりアーム９に対する操作指示がなされている場合（すなわち，図１３のステップＳ３０２の場合）は，スイッチ９６で選択された作業モードやブーム下げ制限速度選択部４３ｆから出力される制限速度の大小に依らず，整地用目標速度演算部４３ｅが出力する目標速度に従った比例電磁弁５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂの動作により、目標面７００に対して垂直方向の作業機１Ａの動きが減速制御される。しかしこの際、目標面７００に沿った方向の速度成分は減じられず、図９に示すように目標面７００に沿ってバケット１０の先端を動かすことができる。このため、バケット１０の先端の動き得る領域を目標面７００上又はその上方に制限した掘削を能率良く行うことができる。

次に，圧力センサ７１ａ，７１ｂで検出したアーム操作のパイロット圧が立っていない，つまりアーム操作がなされておらず，かつ，作業モードとして整地モードが選択されている場合（つまり，図１３のステップＳ３０４の場合）は，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げシリンダ速度の制限速度としてブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第１ブーム下げ速度（停止用ブーム下げ速度ＶＤ１）を出力する。よって，作業モードに整地モードを選択しておけば，ブーム下げ速度に転圧用ブーム下げ制限速度が出力されることはないため，ブーム下げ操作量によらず転圧制御へ移行することはなくなる。すなわち，例え誤ってブーム下げ操作を入力しても必ず整地制御及び停止制御の一方が実行され，転圧制御が実行されることはないため，操作者は整地制御及び停止制御に基づく目標面７００の形成に専念できる。

次に，アーム操作がなされておらず，かつ，掘削モードとして転圧許可モードが選択されている場合（つまり，図１３のステップＳ３０５に進む場合）は，ブーム下げ操作量に応じて次のような速度が出力される。ブーム下げ操作量が第１操作量未満の場合（すなわち，図１３のステップＳ３０６の場合）は，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１が出力される。これによりブーム下げ操作をすると図９に示すようにブーム下げシリンダ速度が目標面７００に近づくにつれ徐々に減速され，目標面距離Ｈ１が０のときに０に達するため，バケット先端を目標面７００上で滑らかに停止できる。

一方、ブーム下げ操作量が第２操作量以上の場合（すなわち，図１３のステップＳ３０９の場合）は，転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２が出力される。この場合，目標面距離Ｈ１が小さくなったとき（ｄ１未満になったとき）にブーム下げシリンダ速度が急減速されるが，バケット先端が目標面７００に到達するまでの短い時間では速度ベクトルはゼロにならないので目標面７００をバケット１０の底面で転圧することができる。

また，ブーム下げ操作量が第１操作量以上かつ第２操作量未満の場合は，ブーム下げ操作量に比例して，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１（第１速度）から転圧用ブーム下げ制限速度ＶＤ２（第３速度）の範囲でブーム下げ操作量が大きいほど速いブーム下げ制限速度（比例ブーム下げ速度：（１−α）ＶＤ１＋αＶＤ２）が出力される。停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２の範囲で，ブーム下げ操作量に応じて滑らかにブーム下げ制限速度が遷移するため，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２の切替わりによるショックが発生せず，操作者の操作に違和感も発生しない。したがって操作者の意図通りの転圧作業を行うことができる。

また、ブーム下げ操作量が第２操作量以上の場合は、常にブーム下げシリンダ制限速度として転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２が出力される。そのため，転圧以外の作業でブーム下げ速度を速くしたい場合，例えばブーム下げ単独による掘削力を大きくしたい場面で，第２操作量以上のブーム下げ操作を行えば，他の場合に比してブーム下げ制限速度が大きくなり，ブーム下げ単独操作による掘削力を大きくできる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態の速度比率テーブル（図１２参照）は変更が可能である。図１４は第２実施形態における速度比率テーブルである。図１４のテーブルでは，第２操作量を設定しておらず，ブーム下げ操作量が最大のときに速度比率αが１．０に達するように設定されている。そのため，ブーム下げ操作量が第１操作量未満の場合，停止用ブーム下げ速度が出力され，ブーム下げ操作量が第１操作量以上の場合は，ブーム下げ操作量に比例して，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２の範囲でブーム下げ操作量が大きいほど大きなブーム下げ制限速度（比例ブーム下げ速度）が出力される。このように速度比率テーブルを構成すると，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理は図１５のようになる。

図１５はブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャートである。図１３のフローチャートと同じ処理には同じ符号を付し説明は省略する。図１５のようにブーム下げ制限速度選択部４３ｆを構成すると，ブーム下げ操作量を最大にしないと転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２が設定されない。しかし，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２の範囲で，ブーム下げ操作量に応じて滑らかにブーム下げ制限速度が遷移することは変わらないため，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２の切替わりによるショックが発生せず，操作者の操作に違和感も発生しない。したがって本実施形態によっても操作者の意図通りの転圧作業を行うことができる。

＜第３実施形態＞
第１実施形態のブーム下げ制限速度演算部４３ｄでの第２ブーム下げ速度の算出に際して利用した第二制限速度テーブル（第３速度）は他のテーブルに変更可能である。例えば，操作装置のブーム下げ操作量に基づいてブーム下げ時のブームシリンダの速度を規定する、操作量とシリンダ速度の相関関係を規定した通常の目標速度テーブルに第二制限速度テーブルを一致させることが可能である。その場合の一例を図１６，１７，１８で説明する。

図１６は第３実施形態におけるブーム下げ制限速度演算部４３ｄの制御ブロック線図である。図１０と同じ部分には同じ符号を付している。本実施形態では，第二制限速度テーブルの代わりに，操作者が操作装置４５ｂに入力しているブーム下げ操作量（圧力センサ７０ｂの検出値（Ｓ３））を操作者が要求するブームシリンダ速度（要求ブーム下げ速度ＶＤＯ）に変換する要求ブーム下げ速度テーブル（Ｓ４）を利用する。図１７は要求ブーム下げ速度テーブルの一例を示す図である。この図の要求ブーム下げ速度テーブルは，ブーム下げ操作量の増加に応じてブームシリンダ５の下げ方向の速度が最大値に向かって単調に増加するように設定されている，換言すると，ブーム下げ操作量の減少に応じてブームシリンダ５の下げ方向の速度がゼロに向かって単調に減少するように設定されている。なお，図１７の例では参考のため，横軸を目標面距離Ｈ１に変更して，目標面距離Ｈ１とブームシリンダ制限速度の関係を規定した第一制限速度テーブルも記載してある。

ブーム下げ制限速度演算部４３ｄは，圧力センサ７０ｂの検出値を速度比率テーブル（Ｓ５）に入力し速度比率αを演算する。そして，第一制限速度テーブル（Ｓ２）から出力される停止用ブーム下げ速度ＶＤ１に第１関数（１―α）を乗算した値と，要求ブーム下げ速度テーブル（Ｓ４）から出力される要求ブーム下げ速度ＶＤＯに第２関数αを乗算した値を，それぞれ加算し第二ブーム下げ速度として出力する（Ｓ１０）。この場合，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から速度制限のないブーム下げ速度ＶＤＯまでの範囲で，ブーム下げ操作量が大きい程速いブームシリンダ速度を第二ブーム下げ速度として出力することになる。このようにブーム下げ制限速度演算部４３ｄを構成すると，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理は図１８のようになる。

図１８はブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャートである。図１３のフローチャートと同じ処理には同じ符号を付し説明は省略する。

ステップＳ３１０では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第２ブーム下げ速度（第２速度）を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。この場合，ブーム下げ操作量は第１操作量以上かつ第２操作量未満なので第２ブーム下げ速度としては（１−α）ＶＤ１＋αＶＤＯ（比例ブーム下げ速度）が出力される。

ステップＳ３１１では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第２ブーム下げ速度（第３速度）を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。この場合，ブーム下げ操作量は第２操作量以上なので第２ブーム下げ速度としてはＶＤＯ（要求ブーム下げ速度）が出力される。

このように構成しても，第１実施形態と同様の効果を得られる。例えば，ブーム下げ操作量が第１操作量以上かつ第２操作量未満の場合は，ブーム下げ操作量に比例して，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１（第１速度）から要求ブーム下げ速度ＶＤＯ（第３速度）の範囲でブーム下げ操作量が大きいほど速いブーム下げ制限速度（比例ブーム下げ速度：（１−α）ＶＤ１＋αＶＤＯ）が出力される。停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から要求ブーム下げ速度ＶＤＯの範囲で，ブーム下げ操作量に応じて滑らかにブーム下げ速度が遷移するため，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から要求ブーム下げ速度ＶＤＯの切替わりによるショックが発生せず，操作者の操作に違和感も発生しない。したがって操作者の意図通りの転圧作業を行うことができる。なお，本実施形態はブーム下げ操作量が第２操作量以上の場合は要求ブーム下げ速度になるため第１実施形態のような速度制限が掛からない点が特徴となる。

＜第４実施形態＞
第１実施形態から作業モード選択スイッチ９６を省略し作業モードを切り替える機能をなくし，常に転圧許可モードが選択される構成としてもよい。この場合，表示装置５３ａに作業モード選択スイッチ９６のアイコンは表示しない。常に整地モードフラグに０が出力された状態と同等となるため，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理は図１９のようになる。

＜第５実施形態＞
第４実施形態からアーム操作の有無の判定処理及びその関連処理を省略した構成としてもよい。この場合のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理は図２０のようになる。なお，図２０のステップＳ３０８，Ｓ３０９は図１８のステップＳ３１０，Ｓ３１１に変更可能である。

＜その他＞
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が含まれる。例えば，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，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

上記の各実施形態では，第３速度は，目標面距離Ｈ１が減少するに応じて減少するように設定された第二制限速度ＶＤ２（転圧用ブーム下げ速度）と，操作装置のブーム下げ操作量が減少するに応じて低減するように設定された要求ブーム下げ速度ＶＤＯであったが，第３速度は，目標面距離及び操作装置のブーム下げ操作量のいずれか一方に応じて変化するように設定された値であれば他の値も利用可能である。

また，上記の制御コントローラ４０に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，上記の制御コントローラ４０に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該制御装置の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。

また，上記の各実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１Ａ…フロント作業機，８…ブーム，９…アーム，１０…バケット，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，４０…制御コントローラ（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…ブーム下げ制限速度演算部，４３ｅ…整地用目標速度演算部，４３ｆ…ブーム下げ制限速度選択部，４３ｇ…目標パイロット圧演算部，４３ｈ…バルブ指令演算部，４５…操作装置（ブーム，アーム），４６…操作装置（バケット，旋回），５０…作業装置姿勢検出装置，５１…目標面設定装置，５２ａ…オペレータ操作検出装置，５３ａ…表示装置，５４，５５，５６…電磁比例弁，８１…アクチュエータ制御部，３７４ａ…表示制御部，７００…目標面

Claims (5)

1. ブーム及びアームを有する多関節型の作業機と，
   前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータであって前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと，
   前記作業機の動作を指示する操作装置と，
   所定の目標面上またはその上方に前記作業機が位置するように，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づいて前記ブームシリンダの速度を制御する制御装置とを備える作業機械において，
   前記制御装置は，
   前記目標面と前記作業機との距離である目標面距離と前記ブームシリンダの下げ方向の制限速度である第一制限速度との関係が定められた第一速度制限テーブルと，
   前記目標面距離と前記ブームシリンダの下げ方向の制限速度である第二制限速度との関係が定められた第二速度制限テーブルとを有し，
   前記第一速度制限テーブルは，前記目標面距離が減少するに応じて低減するように前記第一制限速度が設定されており，
   前記第二速度制限テーブルは，前記目標面距離が減少するに応じて低減すると共に，前記第一制限速度より大きくなるように前記第二制限速度が設定されており，
   前記制御装置は，
   前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされているときは，前記作業機が前記目標面上またはその上方に位置するように制御するための前記ブームシリンダの目標速度を演算し，前記目標速度に基づいて前記ブームシリンダを制御し，
   前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされていないとき，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が第１操作量未満のときは，前記目標面距離と前記第一速度制限テーブルとから前記第一制限速度を第１速度として算出して，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第１速度を超えるときに前記ブームシリンダの速度を前記第１速度に制限し，
   前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされていないとき，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量以上のときは，前記目標面距離と前記第一速度制限テーブルと前記第二速度制限テーブルとから前記第一制限速度と前記第二制限速度とを算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量と前記第一制限速度と前記第二制限速度とに基づいた加重平均により，前記操作装置のブーム下げ操作量が増加するに応じて前記第一制限速度の重みが低減するとともに前記第二制限速度の重みが増加する第２速度を算出して，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第２速度を超えるときに前記ブームシリンダの速度を前記第２速度に制限する
   ことを特徴とする作業機械。
2. ブーム及びアームを有する多関節型の作業機と，
   前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータであって前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと，
   前記作業機の動作を指示する操作装置と，
   所定の目標面上またはその上方に前記作業機が位置するように，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づいて前記ブームシリンダの速度を制御する制御装置とを備える作業機械において，
   前記制御装置は，
   前記目標面と前記作業機との距離である目標面距離と前記ブームシリンダの下げ方向の制限速度である第一制限速度との関係が定められた第一速度制限テーブルと，
   前記操作装置のブーム下げ操作量と前記ブームシリンダの下げ方向のブーム下げ要求速度である要求ブーム下げ速度との関係が定められた要求ブーム下げ速度制御テーブルとを有し，
   前記第一速度制限テーブルは，前記目標面距離が減少するに応じて前記第一制限速度が低減するように設定されており，
   前記要求ブーム下げ速度制御テーブルは，前記操作装置のブーム下げ操作量が減少するに応じて前記要求ブーム下げ速度が低減するように設定されており，
   前記制御装置は，
   前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされているときは，前記作業機が前記目標面上またはその上方に位置するように制御するための前記ブームシリンダの目標速度を演算し，前記目標速度に基づいて前記ブームシリンダを制御し，
   前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされていないとき，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が第１操作量未満のときは，前記目標面距離と前記第一速度制限テーブルとから前記第一制限速度を第１速度として算出して，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第１速度を超えるときに前記ブームシリンダの速度を前記第１速度に制限し，
   前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされていないとき，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量以上のときは，前記操作装置のブーム下げ操作量と前記第一速度制限テーブルと前記要求ブーム下げ速度制御テーブルとから前記第一制限速度と前記要求ブーム下げ速度とを算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量と前記第一制限速度と前記要求ブーム下げ速度とに基づいた加重平均により，前記操作装置のブーム下げ操作量が増加するに応じて前記第一制限速度の重みが低減するとともに前記要求ブーム下げ速度の重みが増加する第２速度を算出して，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第２速度を超えるとき，前記ブームシリンダの速度を前記第２速度に制限する
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１の作業機械において，
   前記第二制限速度は，前記目標面と前記作業機の距離がマシンコントロールの実行される所定の範囲内では前記第一制限速度より大きくなるように設定されている
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１の作業機械において，
   前記制御装置は，，
   前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされていないとき，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量以上，かつ，前記第１操作量より大きい第２操作量未満のときは，前記目標面距離と前記第一速度制限テーブルと前記第二速度制限テーブルとから前記第一制限速度と前記第二制限速度とを算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量と前記第一制限速度と前記第二制限速度とに基づいた加重平均により，前記操作装置のブーム下げ操作量が増加するに応じて前記第一制限速度の重みが低減するとともに前記第二制限速度の重みが増加する前記第２速度を算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第２速度を超えるとき，前記ブームシリンダの速度を前記第２速度に制限しし，
   前記操作装置により前記アームに対する動作指示がされていないとき，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第２操作量以上のときは，前記目標面距離と前記第二速度制限テーブルとから前記第二制限速度を第３速度として算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第３速度を超えるときに前記ブームシリンダの速度を前記第３速度に制限する
   ことを特徴とする作業機械。
5. ブーム及びアームを有する多関節型の作業機と，
   前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータであって前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと，
   前記作業機の動作を指示する操作装置と，
   所定の目標面上またはその上方に前記作業機が位置するように，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づいて前記ブームシリンダの速度を制御する制御装置とを備える作業機械において，
   前記作業機による作業モードとして第１モードと第２モードのいずれか一方を選択するためのスイッチを備え，
   前記制御装置は，
   前記目標面と前記作業機との距離である目標面距離と前記ブームシリンダの下げ方向の制限速度である第一制限速度との関係が定められた第一速度制限テーブルと，
   前記目標面距離と前記ブームシリンダの下げ方向の制限速度である第二制限速度との関係が定められた第二速度制限テーブルとを有し，
   前記第一速度制限テーブルは，前記目標面距離が減少するに応じて低減するように前記第一制限速度が設定されており，
   前記第二速度制限テーブルは，前記目標面距離が減少するに応じて低減すると共に，前記第一制限速度より大きくなるように前記第二制限速度が設定されており，
   前記制御装置は，
   前記スイッチにより前記第１モードが選択されている場合，前記操作装置のブーム下げ操作量の大きさに係わらず，前記目標面距離と前記第一速度制限テーブルとから前記第一制限速度を前記第１速度として算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第１速度を超えるときに前記ブームシリンダの速度を前記第１速度に制限し，
   前記スイッチにより前記第２モードが選択されている場合，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が第１操作量未満のときは，前記目標面距離と前記第一速度制限テーブルとから前記第一制限速度を前記第１速度として算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第１速度を超えるときに前記ブームシリンダの速度を前記第１速度に制限し，
   前記スイッチにより前記第２モードが選択されている場合，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量以上，かつ，前記第２操作量未満のときは，前記目標面距離と前記第一速度制限テーブルと前記第二速度制限テーブルとから前記第一制限速度と前記第二制限速度とを算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量と前記第一制限速度と前記第二制限速度とに基づいた加重平均により，前記操作装置のブーム下げ操作量が増加するに応じて前記第一制限速度の重みが低減するとともに前記第二制限速度の重みが増加する第２速度を算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第２速度を超えるとき，前記ブームシリンダの速度を前記第２速度に制限し，
   前記スイッチにより前記第２モードが選択されている場合，かつ，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第２操作量以上のときは，前記目標面距離と前記第二速度制限テーブルとから前記第二制限速度を第３速度として算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記第３速度を超えるときに前記ブームシリンダの速度を前記第３速度に制限する
   ことを特徴とする作業機械。

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