JP7043470B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本開示は、作業機械に関する。

従来から作業機械の制御装置、作業機械、および作業機械の制御方法に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。この従来の発明は、整地アシスト制御において、バケットの刃先が掘り込んだ状態から目標掘削地形に戻るときの刃先の浮き上がりを防止して、掘削精度の低下を抑制できる作業機械の制御装置、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している。

この従来の作業機械の制御装置は、ブームとアームとバケットとを有する作業機と、距離取得部と、刃先目標速度決定部と、操作量取得部と、ブーム目標速度演算部と、補正量演算部と、補正量制限部と、作業機制御部と、を備える（同文献、請求項１および第０００８段落等を参照）。

前記距離取得部は、前記バケットと目標掘削地形との距離データを取得する。前記刃先目標速度決定部は、前記距離データに基づいて前記バケットの刃先目標速度を決定する。前記操作量取得部は、前記作業機を操作するための操作量を取得する。前記ブーム目標速度演算部は、前記刃先目標速度と前記操作量取得部で取得されたアーム操作量およびバケット操作量の少なくとも一方とに基づいてブーム目標速度を算出する。

前記補正量演算部は、前記バケットと目標掘削地形との距離の時間積分に基づいて前記ブーム目標速度の補正量を算出する。前記補正量制限部は、前記バケットと目標掘削地形との距離に基づいて前記補正量を制限する。前記作業機制御部は、前記補正量で補正された前記ブーム目標速度に基づいて前記ブームを駆動するブームシリンダを駆動する指令を出力する。

国際公開第２０１６／０３５８９８号

前記従来の技術では、たとえば旋回動作にともなって、目標掘削地形の傾斜や高さが変化すると、たとえばブームシリンダの動作の応答遅れにより、オペレータの意図に反してバケットの刃先による掘り込み量が大きくなり、施工精度が低下するおそれがある。

本開示は、作業装置を駆動する駆動装置の応答遅れによる施工精度の低下を防止して、従来よりも施工精度を向上させることが可能な作業機械を提供する。

本開示の一態様は、作業を行う作業装置と、前記作業装置が取り付けられた旋回体と、前記旋回体を旋回させる旋回装置と、前記旋回装置を介して前記旋回体を支持して走行させる走行装置と、前記作業装置、前記旋回装置および前記走行装置を駆動する駆動装置と、前記作業装置の位置および姿勢を検出する位置・姿勢検出装置と、前記作業装置、前記旋回装置および前記走行装置の操作を指示する操作装置と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、前記操作量と前記作業装置の位置および姿勢に基づいて前記駆動装置を制御する制御装置と、を備えた作業機械であって、前記制御装置は、記憶装置と中央処理装置とを含み、前記記憶装置は、前記作業装置による施工目標情報が記憶され、前記中央処理装置は、前記位置・姿勢検出装置によって検出された前記作業装置の位置および姿勢と、前記操作量検出装置によって検出された前記操作量と、前記施工目標情報とに基づいて、前記作業装置の高さ変位を予測し、該高さ変位に基づいて前記駆動装置の応答遅れを算出し、該応答遅れに基づいて前記作業装置の前記操作量の補正値を算出し、前記作業装置の前記操作量と前記補正値とに基づいて前記駆動装置を制御してオペレータの操作を補助することを特徴とする作業機械である。

本開示の上記一態様によれば、作業装置を駆動する駆動装置の応答遅れによる施工精度の低下を防止して、従来よりも施工精度を向上させることが可能な作業機械を提供することができる。

本開示の作業機械の実施形態１を示す概略図。 図１に示す作業機械の機能ブロック図。 図１に示す作業機械の制御装置の機能ブロック図。 図３の遅れ演算機能の詳細を示す機能ブロック図。 図４の旋回速度演算機能の詳細を示す機能ブロック図。 図４の予測位置演算機能の詳細を示す機能ブロック図。 図４の駆動装置遅れ演算機能の詳細を示す機能ブロック図。 図４の駆動装置遅れ演算機能の詳細を示す機能ブロック図。 図３の補正値演算機能の詳細を示す機能ブロック図。 本開示の作業機械の実施形態２に係る補正値演算機能の機能ブロック図。 本開示の作業機械の実施形態３に係る補正値演算機能の機能ブロック図。 本開示の作業機械の実施形態４に係る補正値演算機能の機能ブロック図。

以下、図面を参照して本開示の作業機械の実施形態を説明する。

［実施形態１］
図１は、本開示の作業機械の実施形態１を示す概略図である。図２は、図１に示す作業機械１の機能ブロック図である。本実施形態の作業機械１は、たとえば、情報化施工を補助するシステムを備えた半自動制御の油圧ショベルである。情報化施工は、たとえば資源採掘や建設工事の現場などでの施工において、情報通信技術を活用し、各プロセスから得られる電子情報をやり取りして、高効率、高精度の施工を実現する。詳細については後述するが、本実施形態の作業機械１は、主に、次のような構成を特徴としている。

作業機械１は、作業を行う作業装置１０と、その作業装置１０が取り付けられた旋回体２０と、その旋回体２０を旋回させる旋回装置３０と、その旋回装置３０を介して旋回体２０を支持して走行させる走行装置４０と、を備えている。また、作業機械１は、作業装置１０、旋回装置３０および走行装置４０を駆動する駆動装置５０と、作業装置１０の位置および姿勢を検出する位置・姿勢検出装置としてのセンサ６０と、作業装置１０、旋回装置３０および走行装置４０の操作を指示する操作装置７０と、その操作装置７０の操作量を検出する操作量検出装置と、を備えている。さらに、作業機械１は、作業装置１０、旋回装置３０および走行装置４０の操作量と作業装置１０の位置および姿勢に基づいて駆動装置５０を制御する制御装置８０を備えている。

制御装置８０は、記憶装置８１と中央処理装置８２とを含む。記憶装置８１は、作業装置１０による施工目標情報が記憶されている。中央処理装置８２は、センサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢と、操作量検出装置によって検出された操作量と、施工目標情報とに基づいて、作業装置１０の高さ変位を予測する。また、中央処理装置８２は、予測した作業装置１０の高さ変位に基づいて、駆動装置５０の応答遅れを算出し、その応答遅れに基づいて作業装置１０の操作量の補正値を算出し、作業装置１０の操作量と補正値とに基づいて駆動装置５０を制御してオペレータの操作を補助する。

以下、本実施形態の作業機械１の各部の構成を詳細に説明する。作業装置１０は、たとえば、作業機械１が掘削作業やならし作業などの作業を行うための作業機である。作業装置１０は、たとえば、ブーム１１と、アーム１２と、バケット１３とを備えている。

ブーム１１の基端部は、たとえば、作業機械１の幅方向に平行な、図示を省略する回転軸を介して旋回体２０に連結されている。ブーム１１は、たとえば、駆動装置５０を構成するブームシリンダ５１によって駆動され、旋回体２０に取り付けられた図示を省略する回転軸を中心に所定の角度範囲で上下に回動する。

アーム１２の基端部は、たとえば、作業機械１の幅方向に平行な回転軸１２ａを介してブーム１１の先端部に連結されている。アーム１２は、たとえば、駆動装置５０を構成するアームシリンダ５２によって駆動され、ブーム１１に取り付けられた回転軸１２ａを中心に所定の角度範囲で回動する。

バケット１３の基端部は、たとえば作業機械１の幅方向に平行な回転軸１３ａ、およびリンク機構１３ｌを介して、アーム１２の先端部に連結されている。バケット１３は、たとえば、駆動装置５０を構成するバケットシリンダ５３によって駆動され、アーム１２に取り付けられた回転軸１３ａを中心に所定の角度範囲で回動する。

旋回体２０は、前部に作業装置１０が取り付けられ、後部にカウンターウェイト２１が設けられている。また、旋回体２０の前部には、作業機械１の幅方向において作業装置１０に隣接して運転室２２が設けられている。旋回体２０は、旋回装置３０を介して走行装置４０に接続され、旋回装置３０を介して走行装置４０の上に支持されることで、作業機械１の上下方向に平行な回転軸を中心に走行装置４０に対して旋回可能に設けられている。旋回体２０は、たとえば、図示を省略する原動機、駆動装置５０を構成する油圧装置および旋回モータ５４、操作装置７０、操作量検出装置、制御装置８０、ならびに図２に示す入力装置９０および表示装置１００などを収容している。

旋回装置３０は、走行装置４０の上に取り付けられ、駆動装置５０によって駆動されることで、旋回体２０を走行装置４０に対して旋回させる。より具体的には、旋回装置３０は、駆動装置５０を構成する旋回モータ５４によって駆動され、作業機械１の上下方向に平行な回転軸を中心として、作業装置１０および旋回体２０を走行装置４０に対して旋回させる。

走行装置４０は、たとえば、無限軌道履帯を有する左右のクローラ４１と、図示を省略する左右の走行モータとを備えている。走行装置４０は、左右の走行モータによって左右のクローラ４１をそれぞれ駆動することで、作業機械１を走行させる。左右の走行モータは、たとえば、駆動装置５０を構成する油圧モータである。

駆動装置５０は、たとえば、ブームシリンダ５１、アームシリンダ５２、バケットシリンダ５３、旋回モータ５４、および前述の走行モータを含み、作業装置１０、旋回装置３０、および走行装置４０を駆動する。駆動装置５０は、たとえば油圧装置であり、原動機によって駆動される複数の油圧ポンプや、油圧ポンプに接続されて作動油の方向を切り替える複数の方向制御弁を備えている。また、駆動装置５０は、たとえば、図示を省略する圧力センサを備え、駆動装置５０を構成する各部の作動油の圧力情報を制御装置８０に出力する。

センサ６０は、作業装置１０の位置および姿勢を検出する。図１に示す例において、センサ６０は、作業機である作業装置１０の作業具であるバケット１３に取り付けられて、バケット１３の位置および姿勢を検出する。センサ６０としては、たとえば、ＧＰＳ（Global Positioning System）やＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）などの衛星測位システムを例示することができる。

なお、センサ６０は、バケット１３に取り付けられていなくてもよく、作業装置１０の位置および姿勢を検出できるものであれば特に限定されない。センサ６０は、たとえば、ブームシリンダ５１、アームシリンダ５２、およびバケットシリンダ５３のストロークを検出することで作業装置１０の位置および姿勢を算出可能な位置センサであってもよい。また、センサ６０は、たとえば、ブーム１１、アーム１２、およびバケット１３の回転角度を検出することで、作業装置１０の位置および姿勢を算出可能な角度センサであってもよい。

操作装置７０は、たとえば、旋回体２０の運転室２２に収容された操作レバーや操作ペダルを含んでいる。操作量検出装置は、操作レバーの操作量や操作ペダルの操作量を含む操作装置７０の操作量を検出する。操作装置７０は、オペレータによって操作され、操作量検出装置は、オペレータの操作に基づいて、作業装置１０、旋回装置３０、および走行装置４０の操作量を検出する。

制御装置８０は、操作量検出装置によって検出された操作装置７０の操作量と、センサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢に基づいて、駆動装置５０を制御する。制御装置８０は、記憶装置８１と、中央処理装置８２と、を含んでいる。また、制御装置８０は、たとえば、入出力部を備え、駆動装置５０、センサ６０、操作装置７０、操作量検出装置、入力装置９０、および表示装置１００などに、情報通信可能に接続されている。

記憶装置８１は、たとえば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などによって構成され、種々の情報やコンピュータープログラムなどが記憶される。より具体的には、記憶装置８１は、作業装置１０による施工目標情報が記憶されている。また、本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、たとえば、角速度情報Ｄ１（図５参照）、作業機速度情報Ｄ２（図６参照）、応答遅れ情報Ｄ３，Ｄ３’（図７Ａ、図７Ｂ参照）、位置補正情報Ｄ４および速度補正情報Ｄ５（図８参照）などが記憶されている。これらの各情報については後述する。

中央処理装置８２は、たとえば、記憶装置８１に記憶された種々の情報やコンピュータープログラムを読み込んで様々な処理を実行する。具体的には、中央処理装置８２は、たとえば、操作量検出装置によって検出された操作装置７０の操作量に応じた操作信号と、記憶装置８１に記憶された施工目標情報と、センサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢に基づいて、駆動装置５０に動作指令を出力する。

また、中央処理装置８２は、センサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢と、操作量検出装置によって検出された操作装置７０の操作量と、記憶装置８１に記憶された施工目標情報とに基づいて、作業装置１０の高さ変位を予測する。さらに、中央処理装置８２は、予測した作業装置１０の高さ変位に基づいて駆動装置５０の応答遅れを算出し、算出した応答遅れに基づいて作業装置１０の操作量の補正値を算出し、作業装置１０の操作量と補正値とに基づいて駆動装置５０を制御してオペレータの操作を補助する。

入力装置９０は、たとえば旋回体２０の運転室２２内に設けられ、オペレータが情報を入力可能な構成を備えている。具体的には、入力装置９０は、たとえば、キーボード、ボタン、タッチパネルなどの入力装置を備え、オペレータが入力した情報を制御装置８０へ出力する。

表示装置１００は、たとえば、旋回体２０の運転室２２内に設けられ、オペレータが視認可能な位置に配置されている。表示装置１００は、たとえば、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置によって構成され、制御装置８０の制御の下、施工目標情報や、作業機の位置および姿勢などの情報を含む画像を表示する。

図３は、図１に示す作業機械１の制御装置８０の機能ブロック図である。制御装置８０は、たとえば、操作量演算機能Ｆ１と、遅れ演算機能Ｆ２と、補正値演算機能Ｆ３と、操作補助機能Ｆ４とを備えている。これらの機能は、たとえば、制御装置８０に入力される情報、ならびに、記憶装置８１に記憶された情報、およびコンピュータープログラムを用い、中央処理装置８２によって実現することができる。

操作量演算機能Ｆ１において、中央処理装置８２は、たとえば、操作量検出装置によって検出したオペレータによる操作装置７０の操作量に基づいて、作業装置１０、旋回装置３０、および走行装置４０の操作量を演算する。操作量検出装置によって検出したオペレータによる操作装置７０の操作量は、たとえば、右レバー操作量と、左レバー操作量とを含む。操作量演算機能Ｆ１において算出される作業装置１０、旋回装置３０、および走行装置４０の操作量は、たとえばオペレータが要求する速度など、駆動装置５０の動作目標値である。すなわち、操作量演算機能Ｆ１において、中央処理装置８２は、操作量検出装置によって検出された操作装置７０の操作量に基づいて、駆動装置５０の動作目標値を算出する。

図４は、図３の遅れ演算機能Ｆ２の詳細を示す機能ブロック図の一例である。遅れ演算機能Ｆ２において、中央処理装置８２は、センサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢と、操作量検出装置によって検出された操作装置７０の操作量と、記憶装置８１に記憶された施工目標情報とに基づいて、作業装置１０の高さ変位を予測し、その高さ変位に基づいて駆動装置５０の応答遅れを算出する。より詳細には、遅れ演算機能Ｆ２は、たとえば、旋回速度演算機能Ｆ２１と、予測位置演算機能Ｆ２２と、高さ変位判定機能Ｆ２３と、駆動装置遅れ演算機能Ｆ２４とを含む。

図５は、図４の旋回速度演算機能Ｆ２１の詳細を示す機能ブロック図の一例である。本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、旋回装置３０の操作量と作業装置１０の角速度との関係である角速度情報Ｄ１が記憶されている。角速度情報Ｄ１は、たとえば、旋回装置３０の操作量と、作業装置１０および旋回体２０の角速度との関係を示すグラフである。旋回速度演算機能Ｆ２１において、中央処理装置８２は、操作量検出装置によって検出された旋回装置３０の操作量と、記憶装置８１に記憶された角速度情報Ｄ１とに基づいて、作業装置１０の旋回速度を算出する。

より詳細には、旋回速度演算機能Ｆ２１は、たとえば、角速度演算機能Ｆ２１１と、旋回速度推定機能Ｆ２１２とを含む。角速度演算機能Ｆ２１１において、中央処理装置８２は、たとえば、センサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢と、操作量検出装置によって検出された旋回装置３０の操作量と、記憶装置８１に記憶された角速度情報Ｄ１とに基づいて、作業装置１０の角速度を算出する。

図５に示す角速度演算機能Ｆ２１１の一例において、中央処理装置８２は、作業装置１０の位置および姿勢に基づいて作業装置１０の旋回半径を算出し、記憶装置８１に記憶された旋回半径のしきい値に基づいて、旋回半径を大、中、小に分類する。また、図５に示す例において、記憶装置８１は、大、中、小のそれぞれの旋回半径に応じた角速度情報Ｄ１として、横軸を旋回装置３０の操作量、縦軸を作業装置１０の角速度とする、異なる傾きの直線のグラフが記憶されている。

より詳細には、記憶装置８１は、たとえば、作業装置１０の旋回半径が「小」である場合の角速度情報Ｄ１として、図５において点線で示す最も傾きの大きい直線のグラフが記憶されている。また、記憶装置８１は、たとえば、作業装置１０の旋回半径が「大」である場合の角速度情報Ｄ１として、図５において破線で示す最も傾きの小さい直線のグラフが記憶されている。さらに、記憶装置８１は、たとえば、作業装置１０の旋回半径が「中」である場合の角速度情報Ｄ１として、図５において実線で示す中間の傾きの直線のグラフが記憶されている。

これにより、角速度演算機能Ｆ２１１において、中央処理装置８２は、旋回装置３０の任意の操作量に対し、作業装置１０の旋回半径が小さいほど、より大きい角速度を算出するようになっている。また、角速度演算機能Ｆ２１１において、中央処理装置８２は、任意の旋回半径に対し、旋回装置３０の操作量が大きいほど、より大きい角速度を算出するようになっている。

次に、旋回速度推定機能Ｆ２１２において、中央処理装置８２は、角速度演算機能Ｆ２１１で算出した作業装置１０の角速度と、センサ６０で取得した作業装置１０の位置および姿勢とに基づいて、作業装置１０の旋回速度を推定する。より具体的には、中央処理装置８２は、たとえば、作業装置１０の角速度と、作業装置１０の位置および姿勢を乗算して、作業装置１０の先端部に取り付けられたバケット１３の爪先の旋回速度を算出する。

図４に示す予測位置演算機能Ｆ２２において、中央処理装置８２は、旋回速度演算機能Ｆ２１で算出した作業装置１０の旋回速度と、センサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢と、操作量検出装置によって検出された操作装置７０の操作量とに基づいて、作業装置１０の予測位置および予測姿勢を算出する。

図６は、図４の予測位置演算機能Ｆ２２の詳細の一例を示す機能ブロック図である。予測位置演算機能Ｆ２２は、たとえば、作業機速度演算機能Ｆ２２１と、前後速度演算機能Ｆ２２２と、合成速度演算機能Ｆ２２３と、予測位置演算機能Ｆ２２４と、を含んでいる。本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、たとえば、作業装置１０の操作量と、作業装置１０の速度との関係を示す作業機速度情報Ｄ２が記憶されている。

図６に示す例において、作業機速度情報Ｄ２は、作業装置１０の操作量を横軸とし、作業装置１０の速度を縦軸とするグラフである。図６に示す例において、作業機速度情報Ｄ２は、作業装置１０の操作量が所定の値「－ａ」以下である場合、作業装置１０の速度が負の一定の値であり、作業装置１０の操作量が所定の値「ａ」以上である場合、作業装置１０の速度が正の一定の値であることを示している。また、図６に示す例において、作業機速度情報Ｄ２は、作業装置１０の操作量が「－ａ」より大かつ「ａ」より小である場合、作業装置１０の速度が作業装置１０の操作量に比例することを示している。

作業機速度演算機能Ｆ２２１において、中央処理装置８２は、操作量検出装置で検出した作業装置１０の操作量と、中央処理装置８２に記憶された作業機速度情報Ｄ２とに基づいて、作業装置１０の速度を算出する。より具体的には、中央処理装置８２は、作業機速度演算機能Ｆ２２１において、たとえば、操作量検出装置で検出したアーム１２の操作量と、作業機速度情報Ｄ２とに基づいて、アーム１２の速度を算出する。

次に、前後速度演算機能Ｆ２２２において、中央処理装置８２は、作業機速度演算機能Ｆ２２１で算出された作業装置１０の速度と、センサ６０で検出した作業装置１０の位置および姿勢に基づいて、作業機械１の前後方向における作業装置１０の速度を算出する。より具体的には、前後速度演算機能Ｆ２２２において、中央処理装置８２は、作業機速度演算機能Ｆ２２１で算出されたアーム１２の速度と、センサ６０で検出されたアーム１２の角度と、アーム１２およびバケット１３の長さと、に基づいて、作業機械１の前後方向におけるバケット１３の爪先速度を算出する。

本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、たとえば、以下の式（１）が記憶され、前後速度演算機能Ｆ２２２において、中央処理装置８２は、式（１）に基づいて作業装置１０の速度を算出する。式（１）において、「XSpdAm」は、作業機械１の前後方向における作業装置１０（たとえばアーム１２）の速度、「LAm+LBk」は、アーム１２の動作時のアーム１２およびバケット１３の長さ、「AngSpdAm」は、作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の速度、「AngAm」は、作業機の位置および姿勢（たとえばアーム１２の角度）である。

XSpdAm=(LAm+LBk)*(AngSpdAm*Sin(AngAm)) …（１）

次に、合成速度演算機能Ｆ２２３において、中央処理装置８２は、前後速度演算機能Ｆ２２２で算出した作業装置１０の速度と、旋回速度演算機能Ｆ２１で算出した作業装置１０の旋回速度とに基づいて、作業装置１０の合成速度を算出する。より具体的には、合成速度演算機能Ｆ２２３において、中央処理装置８２は、バケット１３の爪先の旋回速度と、アーム１２の動作による作業機械１の前後方向のバケット１３の爪先の速度に基づいて、バケット１３の爪先の合成速度を算出する。

なお、合成速度演算機能Ｆ２２３において、中央処理装置８２は、作業機械１の前後方向と幅方向におけるバケット１３の爪先の速度をそれぞれ算出することで、バケット１３の爪先の合成速度を算出してもよい。作業機械１の前後方向と幅方向のバケット１３の爪先の速度は、たとえば記憶装置８１に記憶された下記の式（２）、式（３）に基づいて、それぞれ算出することができる。式（２）、式（３）において、「XSpd」は、作業機械１の前後方向におけるバケット１３の爪先の速度、「XSpdAm」は、作業機械１の前後方向におけるアーム１２の速度、「YSpd」は、作業機械１の幅方向におけるバケット１３の爪先の速度、「SpdSw」は、バケット１３の爪先の旋回速度である。

XSpd=XSpdAm …（２）
YSpd=SpdSw …（３）

次に、予測位置演算機能Ｆ２２４において、中央処理装置８２は、合成速度演算機能Ｆ２２３で算出した作業装置１０の速度と、センサ６０で検出した作業装置１０の位置および姿勢に基づいて、作業装置１０の予測位置および姿勢を算出する。具体的には、中央処理装置８２は、たとえば、合成速度演算機能Ｆ２２３で算出したバケット１３の爪先の速度とセンサ６０で検出したバケット１３の爪先の位置とに基づいて、バケット１３の爪先の予測位置を算出する。

本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、たとえば下記の式（４）、式（５）が記憶されている。式（４）、式（５）において、「X2」は、作業機械１の前後方向における作業装置１０、たとえばバケット１３の爪先の予測位置であり、「Y2」は、作業機械１の幅方向における作業装置１０、たとえばバケット１３の爪先の予測位置である。「X1」、「Y1」は、それぞれ、センサ６０によって検出した作業装置１０の位置および姿勢に含まれる、作業機械１の前後方向、幅方向における作業装置１０の位置、たとえばバケット１３の爪先の位置である。「XSpd」、「YSpd」は、それぞれ、上記の式（２）、（３）に基づいて算出した、作業機械１の前後方向、幅方向における作業装置１０の速度、たとえばバケット１３の爪先の速度である。

X2=X1+XSpd*dt …（４）
Y2=Y1+YSpd*dt …（５）

このように、予測位置演算機能Ｆ２２４において、中央処理装置８２は、たとえば、合成速度演算機能Ｆ２２３で算出した作業装置１０（バケット１３）の速度と、センサ６０で検出した作業装置１０（バケット１３）の位置および姿勢と、上記の式（４）、式（５）とに基づいて、所定時間「dt」が経過した後の作業装置１０（バケット１３）の予測位置を算出する。

なお、所定時間「dt」としては、たとえば、センサ６０のサンプリング周期や、中央処理装置８２の演算周期などを例示することができる。また、予測位置演算機能Ｆ２２では、たとえば、アーム１２の操作量に加えて、バケット１３の操作量や、ブーム１１の操作量も考慮して、作業機械１の前後方向におけるバケット１３の爪先の速度を算出するようにしてもよい。

次に、図４に示す高さ変位判定機能Ｆ２３において、中央処理装置８２は、予測位置演算機能Ｆ２２で算出した作業装置１０の予測位置および予測姿勢に基づいて、作業装置１０の高さ変位を予測する。本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、たとえば、以下の式（６）が記憶されている。式（６）において、「Z1」は、作業機械１の高さ方向または鉛直方向における作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の位置と施工目標との間の距離である。「Z2」は、作業機械１の高さ方向または鉛直方向における作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の予測位置と施工目標との間の距離である。「dZ」は、「Z1」と「Z2」の偏差である。

dZ=Z1-Z2 …（６）

本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、たとえば次のような条件式１、２が記憶されている。条件式１：「dZ=0」を満たす場合、「高さ変位なし」と判定する。条件式２：「dZ=0」を満たさない場合、「高さ変位あり」と判定する。なお、条件式１、２は、たとえば、偏差「dZ」が所定値未満の場合に「高さ変位なし」と判定し、偏差「dZ」が所定値以上の場合に「高さ変位あり」と判定する条件式であってもよい。これにより、ノイズの影響を除去することができる。

以上のように、高さ変位判定機能Ｆ２３において、中央処理装置８２は、たとえば、センサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢（たとえばバケット１３の爪先の位置）と、予測位置演算機能Ｆ２２で算出した作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の予測位置および予測姿勢と、記憶装置８１に記憶された施工目標情報および上記条件式１、２に基づいて、作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の高さ変位の有無を判定する。

次に、図４に示す駆動装置遅れ演算機能Ｆ２４において、中央処理装置８２は、高さ変位判定機能Ｆ２３で予測または判定した作業装置１０の高さ変位に基づいて、駆動装置５０の応答遅れを算出する。

図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ、図４の駆動装置遅れ演算機能Ｆ２４の詳細の一例を示す機能ブロック図である。本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、たとえば、作業装置１０の速度と、作業装置１０の高さ変位と、駆動装置５０の応答遅れとの関係を示す応答遅れ情報Ｄ３、Ｄ３’が記憶されている。

図７Ａに示す例において、応答遅れ情報Ｄ３は、作業装置１０の速度と、作業装置１０の高さ変位の有無に応じて駆動装置５０の応答遅れの大小が規定されたテーブルである。より具体的には、記憶装置８１は、たとえば、応答遅れ情報Ｄ３に加えて、作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の旋回速度を、低速、中速、高速の三段階に分類するためのしきい値が記憶されている。

駆動装置遅れ演算機能Ｆ２４において、中央処理装置８２は、たとえば、旋回速度演算機能Ｆ２１で算出された作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の旋回速度と、高さ変位判定機能Ｆ２３で判定された高さ変位の有無の判定と、応答遅れ情報Ｄ３のテーブルに基づいて、駆動装置５０の応答遅れの大きさを算出する。

より具体的には、中央処理装置８２は、まず中央処理装置８２に記憶されたしきい値に基づいて、作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の旋回速度を、「低速」、「中速」、「高速」のいずれかに分類する。さらに、中央処理装置８２は、作業装置１０の旋回速度が「低速」の場合、応答遅れ情報Ｄ３に基づいて、作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の高さ変位の有無によらず、駆動装置５０の応答遅れを「小」と判定する。

また、中央処理装置８２は、作業装置１０の旋回速度が「中速」で、かつ、作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の高さ変位が「あり」の場合、応答遅れ情報Ｄ３に基づいて、駆動装置５０の応答遅れを「中」と判定する。また、中央処理装置８２は、作業装置１０の旋回速度が「中速」で、かつ、作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の高さ変位が「なし」の場合、応答遅れ情報Ｄ３に基づいて、駆動装置５０の応答遅れを「小」と判定する。

また、中央処理装置８２は、作業装置１０の旋回速度が「高速」で、かつ、作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の高さ変位が「あり」の場合、応答遅れ情報Ｄ３に基づいて、駆動装置５０の応答遅れを「大」と判定する。また、中央処理装置８２は、作業装置１０の旋回速度が「高速」で、かつ、作業装置１０（たとえばバケット１３の爪先）の高さ変位が「なし」の場合、応答遅れ情報Ｄ３に基づいて、駆動装置５０の応答遅れを「中」と判定する。

図７Ｂに示す例において、応答遅れ情報Ｄ３’は、作業装置１０の速度を横軸とし、駆動装置５０の応答遅れを縦軸とするグラフである。応答遅れ情報Ｄ３’は、たとえば、作業装置１０の高さ変化が「あり」の場合のグラフと、作業装置１０の高さ変化が「なし」の場合のグラフを含んでいる。応答遅れ情報Ｄ３’において、作業装置１０の高さ変化が「あり」の場合のグラフは、作業装置１０の速度と駆動装置５０の応答遅れが比例していることを示している。また、応答遅れ情報Ｄ３’において、作業装置１０の高さ変化が「なし」の場合のグラフは、作業装置１０の速度が「中速」以下であれば、駆動装置５０の応答遅れは「小」であり、作業装置１０の速度が「中速」以上になると、作業装置１０の速度と駆動装置５０の応答遅れが比例していることを示している。

駆動装置遅れ演算機能Ｆ２４において、中央処理装置８２は、作業装置１０の高さ変化が「なし」で、かつ、作業装置１０の速度が「低速」から「中速」まで場合に、応答遅れ情報Ｄ３’に基づいて、駆動装置５０の応答遅れを「小」と判定する。また、中央処理装置８２は、作業装置１０の高さ変化が「なし」で、かつ、作業装置１０の速度が「中速」よりも高い場合に、応答遅れ情報Ｄ３’に基づいて、「中速」から「高速」までの作業装置１０の速度に比例して連続的に変化する駆動装置５０の応答遅れ「小」から「中」までを算出する。また、中央処理装置８２は、作業装置１０の高さ変化が「あり」の場合に、応答遅れ情報Ｄ３’に基づいて、「低速」から「高速」までの作業装置１０の速度に比例して連続的に変化する駆動装置５０の応答遅れ「小」から「大」までを算出する。

なお、図７Ａおよび図７Ｂに示す例において、応答遅れ情報Ｄ３および応答遅れ情報Ｄ３’は、たとえば、作業装置１０の旋回速度と、駆動装置５０のブームシリンダ５１の応答遅れとの関係を示すテーブルおよびグラフである。以上のように、図３および図４に示す遅れ演算機能Ｆ２により、駆動装置５０の応答遅れ、たとえばブームシリンダ５１の応答遅れを算出することができる。

次に、図３に示す補正値演算機能Ｆ３において、中央処理装置８２は、遅れ演算機能Ｆ２で算出した駆動装置５０の応答遅れに基づいて、操作量検出装置で検出した作業装置１０の操作量すなわち動作目標値の補正値を算出する。

図８は、図３の補正値演算機能Ｆ３の詳細の一例を示す機能ブロック図である。補正値演算機能Ｆ３は、たとえば、位置係数算出機能Ｆ３１と、位置補正値算出機能Ｆ３２と、速度係数算出機能Ｆ３３と、速度補正値算出機能Ｆ３４と、補正値算出機能Ｆ３５と、を含む。

本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、たとえば、駆動装置５０の応答遅れと、作業装置１０の位置補正係数との関係を示す位置補正情報Ｄ４が記憶されている。また、本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、たとえば、駆動装置５０の応答遅れと、作業装置１０の速度補正係数との関係を示す速度補正情報Ｄ５が記憶されている。すなわち、記憶装置８１は、補正値を算出するための補正係数と駆動装置５０の応答遅れとの関係である補正情報として、たとえば位置補正情報Ｄ４と速度補正情報Ｄ５が記憶されている。

図８に示す例において、位置補正情報Ｄ４は、横軸を駆動装置５０の応答遅れとし、縦軸を位置補正係数とするグラフである。図８に示す例において、位置補正情報Ｄ４は、駆動装置５０の応答遅れと作業装置１０の位置補正係数が、それぞれ「小」から「大」までの範囲で比例していることを示している。すなわち、位置補正情報Ｄ４は、駆動装置５０の応答遅れが大きいほど、位置補正係数が大きいことを示している。

また、図８に示す例において、速度補正情報Ｄ５は、横軸を駆動装置５０の応答遅れとし、縦軸を速度補正係数とするグラフである。図８に示す例において、速度補正情報Ｄ５は、駆動装置５０の応答遅れが「小」から「中」までの範囲で、作業装置１０の速度補正係数が「小」であることを示している。また、速度補正情報Ｄ５は、駆動装置５０の応答遅れが「中」から「大」までの範囲で、作業装置１０の速度補正係数が「小」から「中」まで増加するように、駆動装置５０の応答遅れと作業装置１０の速度補正係数が比例していることを示している。すなわち、速度補正情報Ｄ５は、駆動装置５０の応答遅れが「小」から「中」までの範囲で、作業装置１０の速度補正係数が「小」であり、駆動装置５０の応答遅れが「中」から「大」までの範囲で、駆動装置５０の応答遅れが大きいほど、速度補正係数が大きいことを示している。

位置係数算出機能Ｆ３１において、中央処理装置８２は、遅れ演算機能Ｆ２で算出された駆動装置５０の応答遅れと、記憶装置８１に記憶された位置補正情報Ｄ４とに基づいて、作業装置１０の位置補正係数を算出する。位置補正値算出機能Ｆ３２において、中央処理装置８２は、センサ６０で検出した作業装置１０の位置および姿勢（たとえばバケット１３の爪先位置）と施工目標情報との間の位置の偏差と、位置係数算出機能Ｆ３１で算出した位置補正係数とを乗算する。これにより、位置補正値算出機能Ｆ３２において、中央処理装置８２は、駆動装置５０（たとえばブームシリンダ５１）の操作量すなわち動作目標値の補正値を算出する。

速度係数算出機能Ｆ３３において、中央処理装置８２は、遅れ演算機能Ｆ２で算出された駆動装置５０の応答遅れと、記憶装置８１に記憶された速度補正情報Ｄ５とに基づいて、作業装置１０の速度補正係数を算出する。速度補正値算出機能Ｆ３４において、中央処理装置８２は、操作量演算機能Ｆ１で算出された動作目標値（たとえばブーム１１の目標速度）と、センサ６０で検出された作業装置１０（たとえばブーム１１）の実速度との間の速度の偏差と、速度係数算出機能Ｆ３３で算出した速度補正係数とを乗算する。これにより、速度補正値算出機能Ｆ３４において、中央処理装置８２は、駆動装置５０（たとえばブームシリンダ５１）の操作量すなわち動作目標値の補正値を算出する。

補正値算出機能Ｆ３５において、中央処理装置８２は、位置補正値算出機能Ｆ３２で算出された補正値と、速度補正値算出機能Ｆ３４で算出された補正値とを加算し、駆動装置５０（たとえばブームシリンダ５１）の動作目標値の最終的な補正値を算出する。なお、位置補正情報Ｄ４および速度補正情報Ｄ５は、適宜、変更、または、調整することが可能である。

これにより、たとえばブームシリンダ５１の応答遅れが小さい場合に、バケット１３の爪先位置と施工目標との間の位置の偏差に基づいて、ブームシリンダ５１の動作目標値を補正することができる。また、たとえばブームシリンダ５１の応答遅れが大きい場合に、上記位置の偏差に加えてブーム１１の目標速度と実速度との間の速度の偏差に基づいてブームシリンダ５１の動作目標値を補正するなど、適切な補正を行うことが可能になる。以上のように、補正値演算機能Ｆ３において、中央処理装置８２は、駆動装置５０の動作目標値の補正値を算出することができる。

次に、図３に示す操作補助機能Ｆ４において、中央処理装置８２は、操作量検出装置によって検出した作業装置１０の操作量と、補正値演算機能Ｆ３で算出した補正値とに基づいて、駆動装置５０を制御してオペレータの操作を補助する。より詳細には、操作補助機能Ｆ４において、中央処理装置８２は、操作量演算機能Ｆ１で算出した駆動装置５０の動作目標値と、補正値演算機能Ｆ３で算出した補正値と、センサ６０で検出した作業装置１０の位置および姿勢と、記憶装置８１に記憶された施工目標情報とに基づいて、駆動装置５０に対する動作指令値を出力する。以上のように、作業機械１は、制御装置８０による駆動装置５０の半自動制御を行って、オペレータの操作を補助する。

以下、本実施形態の作業機械１の作用を説明する。

作業機械１の運転室２２に搭乗したオペレータは、たとえば、運転室２２内に配置された入力装置９０に必要な情報を入力して、記憶装置８１に施工目標情報を記憶させる。なお、記憶装置８１にあらかじめ複数の施工目標情報を記憶させておき、入力装置９０に必要な情報を入力して記憶装置８１に記憶された任意の施工目標情報を選択するようにしてもよい。また、無線通信や有線通信などの情報通信によって、記憶装置８１に施工目標情報を記憶させてもよい。施工目標情報は、たとえば地表や表土などの施工対象の三次元形状や位置情報などを含む。

オペレータは、たとえば、運転室２２内の操作装置７０の操作レバーや操作ペダルを操作し、その操作方向や操作量によって、作業機械１の作業装置１０、旋回装置３０、および走行装置４０の動作方向および動作速度を決定する。操作量検出装置は、オペレータによる操作装置７０の操作に基づく操作量を検出して制御装置８０へ出力する。制御装置８０は、入力された操作量に基づき、中央処理装置８２により動作指令を算出して駆動装置５０へ出力する。

駆動装置５０は、入力された動作指令に応じて、ブームシリンダ５１、アームシリンダ５２、バケットシリンダ５３を伸縮させて、作業装置１０を駆動する。また、駆動装置５０は、入力された動作指令に応じて旋回モータ５４を回転させ、旋回装置３０を駆動して作業装置１０および旋回体２０を旋回させる。また、駆動装置５０は、入力された動作指令に応じて走行モータを回転させ、走行装置４０を駆動させて作業機械１を走行させる。

作業機械１による作業には、旋回装置３０によって作業装置１０および旋回体２０を旋回させる旋回動作をともなう作業がある。具体的には、たとえば、作業装置１０および旋回体２０の旋回動作をともなう掘削作業やならし作業である。たとえば、施工目標情報に含まれる施工目標が、おおむね水平な平坦面と水平に対して傾斜した法面を含み、作業装置１０を旋回させながら作業装置１０の先端部の作業具であるバケット１３を施工対象に沿って変位させ、施工目標に合わせて施工対象を掘削する場合を想定する。

この場合、平坦面と法面との間で施工目標の高さが変化するため、施工目標が平坦面のみである場合と比較して、作業装置１０の高さ変位、たとえば、作業機械１の高さ方向または鉛直方向におけるバケット１３の変位が大きくなる。このように作業装置１０の高さ変位が大きくなると、たとえばブーム１１を上下方向に大きく変位させる必要が生じる。操作補助機能を有しない作業機械では、オペレータは、操作レバーの入力と作業機械の動作とに基づいてバケットの高さ変位を予測し、ブームの上下方向の動作を調節して施工対象の過剰な掘削を防止している。

しかし、作業機械１の作業装置１０を構成するブーム１１は、バケット１３などの作業装置１０の他の部分と比較して重量が大きいため、ブーム１１の動作には応答遅れが生じやすい。そのため、操作補助機能を有しない作業機械では、オペレータはブームの動作の応答遅れを考慮して操作装置７０の操作レバーを操作しなければ意図した動作を行うことはできず、作業装置１０の高さ変位をともなう作業には熟練を要する。このような作業装置１０の高さ変位をともなう作業は、作業装置１０の旋回をともなわない場合でも、たとえば法面の近傍などで生じ得る。

また、作業装置１０の旋回をともなう作業では、作業装置１０の高さ変位をともなう作業が特に生じやすい。しかし、前記特許文献１に記載された従来の作業機械では、たとえば旋回動作をともなう作業において目標掘削地形の高さが変化する場合に、作業機をどのように動作させるかが考慮されていない。そのため、この従来の作業機械では、たとえば作業機の旋回動作にともなって標掘削地形の高さが変化する場合に、オペレータの意図に反してバケットの刃先による掘り込み量が大きくなり、施工精度が低下するおそれがある。

これに対し、本実施形態の作業機械１は、前述のように、作業を行う作業装置１０と、その作業装置１０が取り付けられた旋回体２０と、その旋回体２０を旋回させる旋回装置３０と、その旋回装置３０を介して旋回体２０を支持して走行させる走行装置４０と、作業装置１０、旋回装置３０および走行装置４０を駆動する駆動装置５０と、作業装置１０の位置および姿勢を検出する位置・姿勢検出装置としてのセンサ６０と、作業装置１０、旋回装置３０および走行装置４０の操作を指示する操作装置７０と、その操作装置７０の操作量を検出する操作量検出装置と、その操作量と作業装置１０の位置および姿勢に基づいて駆動装置５０を制御する制御装置８０と、を備えている。この制御装置８０は、記憶装置８１と中央処理装置８２とを含んでいる。記憶装置８１は、作業装置１０による施工目標情報が記憶されている。中央処理装置８２は、センサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢と、操作量検出装置によって検出された操作装置７０の操作量と、施工目標情報とに基づいて、作業装置１０の高さ変位を予測し、その高さ変位に基づいて駆動装置５０の応答遅れを算出し、その応答遅れに基づいて作業装置１０の操作量の補正値を算出し、作業装置１０の操作量と補正値とに基づいて駆動装置５０を制御してオペレータの操作を補助する。

このような構成により、本実施形態の作業機械１は、オペレータの操作と、施工目標情報と、作業装置１０の位置および姿勢との関係に基づいて、施工目標の過剰な掘削を防止しながら作業装置１０のバケット１３を施工目標に沿って移動させ、施工対象の掘削作業やならし作業などの作業を行うことができる。すなわち、制御装置８０による駆動装置５０の半自動制御により、オペレータの操作を補助し、施工対象の施工精度を向上させることができる。より具体的には、本実施形態の作業機械１は、施工目標の高さの変化にともなう作業装置１０の高さ変位を予測し、駆動装置５０の応答遅れを予測することができる。また、作業機械１は、操作量検出装置によってオペレータによる操作装置７０の操作に基づく操作量を検出し、その操作量に基づく駆動装置５０の動作目標値を、予測した応答遅れに応じた補正値によって補正することができる。したがって、本実施形態の作業機械１によれば、ブームシリンダ５１を含む駆動装置５０の応答遅れを補償して、作業装置１０のバケット１３の爪先が施工目標を越えて施工対象に食い込むことを防止し、オペレータの意図に沿った操作補助を行うことができる。

また、本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、旋回装置３０の操作量と作業装置１０の角速度との関係である角速度情報Ｄ１が記憶されている。また、中央処理装置８２は、操作量検出装置によって検出された旋回装置３０の操作量と、角速度情報Ｄ１とに基づいて、作業装置１０の旋回速度を算出し、その旋回速度と、位置・姿勢検出装置であるセンサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢と、操作量検出装置によって検出された操作装置７０の操作量とに基づいて、作業装置１０の予測位置および予測姿勢を算出し、その予測位置および予測姿勢に基づいて、作業装置１０の高さ変位を予測する。

このような構成により、本実施形態の作業機械１は、たとえば、旋回装置３０による作業装置１０および旋回体２０の旋回動作をともなう作業においても、施工目標の高さの変化による作業装置１０の高さ変位をより正確かつ確実に予測することができる。これにより、施工目標の高さの変化が生じやすい旋回動作をともなう作業においても、より正確かつ確実に駆動装置５０の応答遅れを予測して、駆動装置５０の動作目標値を補正することができる。しがたって、作業装置１０を駆動する駆動装置５０の応答遅れによる施工精度の低下をより確実に防止して、施工精度をさらに向上させることができる。

また、本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、補正値を算出するための補正係数と駆動装置の応答遅れとの関係である補正情報として、位置補正情報Ｄ４と速度補正情報Ｄ５が記憶されている。また、中央処理装置８２は、駆動装置５０の応答遅れと上記補正情報に基づいて補正係数を算出し、位置・姿勢検出装置であるセンサ６０によって検出された作業装置１０の先端部の作業具であるバケット１３の位置と、施工目標情報との位置偏差を算出し、操作量検出装置によって検出した作業装置１０の操作量に基づいて作業装置１０の目標速度を算出し、その目標速度とセンサ６０によって検出された作業装置１０の実速度との速度偏差を算出し、算出した位置偏差と速度偏差にそれぞれ補正係数を乗じて上記補正値を算出する。

このような構成により、本実施形態の作業機械１は、作業装置１０の位置と施工目標との間の位置偏差に基づいて、作業装置１０の動作目標値を補正することができる。また、上記位置偏差に加えて作業装置１０の目標速度と実速度との間の速度偏差に基づいて駆動装置５０の動作目標値を補正することができる。これにより、前述のように、たとえば駆動装置５０の応答遅れが小さい場合に位置偏差に基づく補正を行い、たとえば駆動装置５０の応答遅れが大きい場合に位置偏差と速度偏差に基づく補正を行うなど、適切な補正を行うことが可能になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、作業装置１０を駆動する駆動装置５０の応答遅れによる施工精度の低下を防止して、従来よりも施工精度を向上させることが可能な作業機械１を提供することができる。

［実施形態２］
次に、図１から図７Ｂまでを援用し、図９を参照して、本開示に係る作業機械の実施形態２を説明する。図９は、本開示の作業機械の実施形態２に係る補正値演算機能Ｆ３の機能ブロック図である。

本実施形態の作業機械１は、実施形態１に係る作業機械１と同様に、作業装置１０が、旋回体２０に取り付けられたブーム１１と、そのブーム１１の先端部に取り付けられたアーム１２と、そのアーム１２の先端部に取り付けられた作業具であるバケット１３と、を備えている。また、駆動装置５０は、ブーム１１を駆動するブームシリンダ５１と、アーム１２を駆動するアームシリンダ５２と、バケット１３を駆動するバケットシリンダ５３とを備えている。本実施形態に係る作業機械１は、以下の構成が前述の実施形態１に係る作業機械１と異なっている。記憶装置８１は、ブームシリンダ５１とアームシリンダ５２のそれぞれの補正情報が記憶され、中央処理装置８２は、ブームシリンダ５１とアームシリンダ５２のそれぞれの補正係数を算出し、ブームシリンダ５１とアームシリンダ５２のそれぞれの補正値を算出する。本実施形態の作業機械１のその他の構成は、前述の実施形態１に係る作業機械１と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図９に示す例において、記憶装置８１は、ブームシリンダ５１の補正情報として、位置補正情報Ｄ４と速度補正情報Ｄ５とが記憶されている。また、記憶装置８１は、アームシリンダ５２の補正情報として、位置補正情報Ｄ４’と速度補正情報Ｄ５’とが記憶されている。本実施形態の制御装置８０は、ブームシリンダ５１の応答遅れを補償するために、前述の位置係数算出機能Ｆ３１、位置補正値算出機能Ｆ３２、速度係数算出機能Ｆ３３、速度補正値算出機能Ｆ３４、および補正値算出機能Ｆ３５を有している。

また、本実施形態の制御装置８０は、アームシリンダ５２の応答遅れを補償するために、位置係数算出機能Ｆ３１’、位置補正値算出機能Ｆ３２’、速度係数算出機能Ｆ３３’、速度補正値算出機能Ｆ３４’、および補正値算出機能Ｆ３５’を含んでいる。これらの各機能は、それぞれ、前述の実施形態１に係る位置係数算出機能Ｆ３１、位置補正値算出機能Ｆ３２、速度係数算出機能Ｆ３３、速度補正値算出機能Ｆ３４、および補正値算出機能Ｆ３５と同様である。

なお、位置補正情報Ｄ４’と前述の位置補正情報Ｄ４とは、異なっている。具体的には、位置補正情報Ｄ４’は、アームシリンダ５２の応答遅れが「小」から「中」までの範囲で、位置補正係数が「小」であり、アームシリンダ５２の応答遅れが「中」よりも大きくなると、位置補正係数がアームシリンダ５２の応答遅れに比例することを示している。一方、速度補正情報Ｄ５’と前述の速度補正情報Ｄ５とは、同様である。

位置係数算出機能Ｆ３１’において、中央処理装置８２は、アームシリンダ５２の応答遅れと、位置補正情報Ｄ４’とに基づいて位置補正係数を算出する。位置補正値算出機能Ｆ３２’において、中央処理装置８２は、位置・姿勢検出装置であるセンサ６０によって検出された作業装置１０の位置および姿勢に含まれるバケット１３の爪先位置と、施工目標情報に含まれる施工目標との間の位置偏差と、位置係数算出機能Ｆ３１’で算出した位置補正係数とを乗算して、位置偏差に基づく補正値を算出する。

速度係数算出機能Ｆ３３’において、中央処理装置８２は、アームシリンダ５２の応答遅れと、速度補正情報Ｄ５’とに基づいて速度補正係数を算出する。速度補正値算出機能Ｆ３４’において、中央処理装置８２は、操作量演算機能Ｆ１で算出されたアームシリンダ５２の動作目標値であるアーム１２の速度目標値と、位置・姿勢検出装置であるセンサ６０によって作業装置１０の位置および姿勢に基づくアーム１２の実速度との間の速度偏差と、速度係数算出機能Ｆ３３’で算出した速度補正係数とを乗算して、速度偏差に基づく補正値を算出する。

補正値算出機能Ｆ３５’において、中央処理装置８２は、位置補正値算出機能Ｆ３２’で算出した位置偏差に基づく補正値と、速度補正値算出機能Ｆ３４’で算出した速度偏差に基づく補正値とを加算する。これにより、補正値算出機能Ｆ３５’において、中央処理装置８２は、アームシリンダ５２の動作目標値を補正するための最終的な補正値を算出する。

ここで、記憶装置８１に記憶された位置補正情報Ｄ４と位置補正情報Ｄ４’とを変更することで、ブームシリンダ５１の応答遅れの補正条件と、アームシリンダ５２の応答遅れの補正条件とを、それぞれ調整することができる。これにより、ブームシリンダ５１の応答遅れが小さい場合には、ブームシリンダ５１の応答遅れの補償のみで対応し、ブームシリンダ５１の応答遅れが大きい場合には、さらにアームシリンダ５２の応答遅れも補償することができる。また、記憶装置８１に記憶された速度補正情報Ｄ５および速度補正情報Ｄ５’を変更してもよい。また、ブームシリンダ５１およびアームシリンダ５２と同様に、バケットシリンダ５３や旋回モータ５４の応答遅れの補償を行ってもよい。

本実施形態の作業機械１によれば、前述の実施形態１の作業機械１と同様に、作業装置１０を駆動する駆動装置５０の応答遅れによる施工精度の低下を防止して、従来よりも施工精度を向上させることが可能な作業機械１を提供することができる。さらに、本実施形態の作業機械１によれば、駆動装置５０を構成する複数のアクチュエータの応答遅れを補償することができ、駆動装置５０の応答遅れによる施工精度の低下をより確実に防止して、施工精度をより向上させることができる。

［実施形態３］
次に、図１から図７Ｂまでを援用し、図１０を参照して、本開示に係る作業機械の実施形態３を説明する。図１０は、本開示の作業機械の実施形態３に係る補正値演算機能Ｆ３の機能ブロック図である。

本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、駆動装置５０の動作速度のしきい値が記憶されている。また、中央処理装置８２は、操作量検出装置によって検出された操作装置７０の操作量に基づく駆動装置５０の目標速度が、記憶装置８１に記憶された動作速度のしきい値よりも大きい場合に、補正値を制限する。本実施形態の作業機械１のその他の構成は、前述の実施形態１に係る作業機械１と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図１０に示すように、制御装置８０の補正値演算機能Ｆ３は、たとえば、前述の位置係数算出機能Ｆ３１、位置補正値算出機能Ｆ３２、速度係数算出機能Ｆ３３、速度補正値算出機能Ｆ３４、および、補正値算出機能Ｆ３５に加えて、補正値制限機能Ｆ３６を含んでいる。補正値制限機能Ｆ３６において、中央処理装置８２は、たとえば、操作量演算機能Ｆ１において算出された駆動装置５０の動作目標値に含まれるアーム１２の目標速度と、記憶装置８１に記憶された動作速度のしきい値とを比較する。

その結果、アーム１２の目標速度が動作速度のしきい値を超えている場合、補正値制限機能Ｆ３６において、中央処理装置８２は、補正値算出機能Ｆ３５で算出された補正値を、記憶装置８１に記憶された補正値の上限値に制限する。一方、アーム１２の目標速度が動作速度のしきい値を超えていない場合、中央処理装置８２は、補正値制限機能Ｆ３６において、補正値算出機能Ｆ３５で算出された補正値を制限せずに出力する。

作業装置１０による掘削作業では、施工目標とバケット１３の爪先との間の上下方向または鉛直方向の距離が近い場合、施工目標とバケット１３の爪先位置との間の位置偏差の符号の正負が頻繁に入れ替わる傾向がある。このような場合でも、アーム１２の目標速度のしきい値に基づいて補正値を制限することで、掘削作業などによるアーム１２の動作中に位置偏差の符号の正負が頻繁に入れ替わっても、バケット１３が上下に波打つように振動することが防止される。

これにより、施工対象の過剰な掘削が防止され、施工精度を向上させることができる。なお、アーム１２の目標速度だけでなく、ブーム１１の目標速度やバケット１３の目標速度のしきい値を用い、ブームシリンダ５１やバケットシリンダ５３の動作目標値の補正値の制限を行うようにしてもよい。

本実施形態の作業機械１によれば、前述の実施形態１に係る作業機械１と同様に、作業装置１０を駆動する駆動装置５０の応答遅れによる施工精度の低下を防止して、従来よりも施工精度を向上させることが可能な作業機械１を提供することができる。さらに、本実施形態の作業機械１によれば、作業装置１０の振動を防止して、施工精度をより向上させることができる。

［実施形態４］
次に、図１から図７Ｂまでを援用し、図１１を参照して、本開示に係る作業機械の実施形態４を説明する。図１１は、本開示の作業機械の実施形態４に係る補正値演算機能Ｆ３の機能ブロック図である。

本実施形態の作業機械１において、記憶装置８１は、作業装置１０の重量と重量補正係数との関係である重量係数情報Ｄ６が記憶されている。また、中央処理装置８２は、重量補正係数に基づいて補正値を変更する。本実施形態の作業機械１のその他の構成は、前述の実施形態１に係る作業機械１と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図１１に示すように、制御装置８０の補正値演算機能Ｆ３は、前述の位置係数算出機能Ｆ３１、位置補正値算出機能Ｆ３２、速度係数算出機能Ｆ３３、速度補正値算出機能Ｆ３４、および補正値算出機能Ｆ３５に加えて、重量係数算出機能Ｆ３７と補正値変更機能Ｆ３８とを含んでいる。また、図１１に示す例において、重量係数情報Ｄ６は、たとえば、作業装置１０の作業具であるバケット１３の重量を横軸とし、重量補正係数を縦軸とするグラフである。

重量係数情報Ｄ６は、バケット１３の重量と重量補正係数とが比例し、バケット１３の重量が「小」から「大」まで増加すると、重量補正係数が「小」から「大」まで連続的に増加することを示している。すなわち、重量係数情報Ｄ６は、バケット１３の重量が大きくなるほど、重量補正係数が大きくなることを示している。バケット１３の重量は、たとえば、入力装置９０によって入力され、または、駆動装置５０に作用する負荷に基づいて算出される。

重量係数算出機能Ｆ３７において、中央処理装置８２は、作業装置１０の重量、たとえばバケット１３の重量と、重量係数情報Ｄ６とに基づいて、重量補正係数を算出する。さらに、補正値変更機能Ｆ３８において、中央処理装置８２は、補正値算出機能Ｆ３５で算出された補正値と、重量係数算出機能Ｆ３７で算出された重量補正係数とを乗算して、駆動装置５０の動作目標値、たとえばブームシリンダ５１の動作目標値の最終的な補正値を算出する。

このように、たとえばバケット１３の重量など、作業装置１０の重量に基づいて補正値を変更することで、作業装置１０の重量に応じて、駆動装置５０の動作指令値を補償することができる。すなわち、バケット１３の重量が小さい場合と大きい場合とでは、駆動装置５０の応答遅れが異なるが、その異なる応答遅れに応じた応答補償を行うことができる。

本実施形態の作業機械１によれば、前述の実施形態１に係る作業機械１と同様に、作業装置１０を駆動する駆動装置５０の応答遅れによる施工精度の低下を防止して、従来よりも施工精度を向上させることが可能な作業機械１を提供することができる。さらに、本実施形態の作業機械１によれば、作業装置１０の重量に応じて駆動装置５０の応答遅れを補償して、施工精度をより向上させることができる。

以上、図面を用いて本開示に係る作業機械の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１ 作業機械
１０ 作業装置
１１ ブーム
１２ アーム
１３ バケット（作業具）
２０ 旋回体
３０ 旋回装置
４０ 走行装置
５０ 駆動装置
５１ ブームシリンダ
５２ アームシリンダ
５３ バケットシリンダ
６０ センサ（位置・姿勢検出装置）
７０ 操作装置
８０ 制御装置
８１ 記憶装置
８２ 中央処理装置
Ｄ１ 角速度情報
Ｄ４ 位置補正情報（補正情報）
Ｄ４’ 位置補正情報（補正情報）
Ｄ５ 速度補正情報（補正情報）
Ｄ５’ 速度補正情報（補正情報）
Ｄ６ 重量係数情報

Claims (6)

1. 作業を行う作業装置と、前記作業装置が取り付けられた旋回体と、前記旋回体を旋回させる旋回装置と、前記旋回装置を介して前記旋回体を支持して走行させる走行装置と、前記作業装置、前記旋回装置および前記走行装置を駆動する駆動装置と、前記作業装置の位置および姿勢を検出する位置・姿勢検出装置と、前記作業装置、前記旋回装置および前記走行装置の操作を指示する操作装置と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、前記操作量と前記作業装置の位置および姿勢に基づいて前記駆動装置を制御する制御装置と、を備えた作業機械であって、
   前記制御装置は、記憶装置と中央処理装置とを含み、
   前記記憶装置は、前記作業装置による施工目標情報が記憶され、
   前記中央処理装置は、前記位置・姿勢検出装置によって検出された前記作業装置の位置および姿勢と、前記操作量検出装置によって検出された前記操作量と、前記施工目標情報とに基づいて、前記作業装置の高さ変位を予測し、該高さ変位に基づいて前記駆動装置の応答遅れを算出し、該応答遅れに基づいて前記作業装置の前記操作量の補正値を算出し、前記作業装置の前記操作量と前記補正値とに基づいて前記駆動装置を制御してオペレータの操作を補助することを特徴とする作業機械。
2. 前記記憶装置は、前記旋回装置の前記操作量と前記作業装置の角速度との関係である角速度情報が記憶され、
   前記中央処理装置は、前記操作量検出装置によって検出された前記旋回装置の前記操作量と、前記角速度情報とに基づいて、前記作業装置の旋回速度を算出し、該旋回速度と、前記位置・姿勢検出装置によって検出された前記作業装置の位置および姿勢と、前記操作量検出装置によって検出された前記操作量とに基づいて、前記作業装置の予測位置および予測姿勢を算出し、該予測位置および該予測姿勢に基づいて、前記高さ変位を予測することを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
3. 前記記憶装置は、前記補正値を算出するための補正係数と前記駆動装置の応答遅れとの関係である補正情報が記憶され、
   前記中央処理装置は、前記応答遅れと前記補正情報に基づいて前記補正係数を算出し、前記位置・姿勢検出装置によって検出された前記作業装置の先端部の作業具の位置と、前記施工目標情報との位置偏差を算出し、前記操作量検出装置によって検出した前記作業装置の操作量に基づいて前記作業具の目標速度を算出し、該目標速度と前記位置・姿勢検出装置によって検出された前記作業具の実速度との速度偏差を算出し、前記位置偏差と前記速度偏差にそれぞれ前記補正係数を乗じて前記補正値を算出することを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
4. 前記作業装置は、前記旋回体に取り付けられたブームと、該ブームの先端部に取り付けられたアームと、該アームの先端部に取り付けられた前記作業具であるバケットと、を備え、
   前記駆動装置は、前記ブームを駆動するブームシリンダと、前記アームを駆動するアームシリンダと、前記バケットを駆動するバケットシリンダとを備え、
   前記記憶装置は、前記ブームシリンダと前記アームシリンダのそれぞれの前記補正情報が記憶され、
   前記中央処理装置は、前記ブームシリンダと前記アームシリンダのそれぞれの前記補正係数を算出し、前記ブームシリンダと前記アームシリンダのそれぞれの前記補正値を算出することを特徴とする請求項３に記載の作業機械。
5. 前記記憶装置は、前記駆動装置の動作速度のしきい値が記憶され、
   前記中央処理装置は、前記操作量検出装置によって検出された前記操作量に基づく前記駆動装置の目標速度が、前記動作速度のしきい値よりも大きい場合に、前記補正値を制限することを特徴とする請求項３に記載の作業機械。
6. 前記記憶装置は、前記作業装置の重量と重量補正係数との関係である重量係数情報が記憶され、
   前記中央処理装置は、前記重量補正係数に基づいて前記補正値を変更することを特徴とする請求項３に記載の作業機械。

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