JP7082011B2 - 掘削作業機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブーム、アーム及びバケットを有する掘削装置を備えた掘削作業機械に設けられ、当該掘削装置を油圧によって駆動するための装置に関する。

油圧ショベル等の掘削作業機械は、一般に、起伏可能なブームと、その先端に回動可能に連結されるアームと、このアームの先端に装着されるバケットと、を含む掘削装置を有する。このような掘削装置を油圧で駆動するための装置は、一般に、油圧ポンプと、当該油圧ポンプに接続される複数の油圧シリンダと、複数のコントロールバルブと、を備える。前記複数の油圧シリンダは、ブーム駆動用のブームシリンダ、アーム駆動用のアームシリンダ及びバケット駆動用のバケットシリンダを含む。前記複数のコントロールバルブは、前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ及び前記バケットシリンダにそれぞれ接続される。各コントロールバルブは、例えばパイロット操作式の切換弁により構成され、入力されるパイロット圧に応じて当該コントロールバルブに対応する油圧アクチュエータへの作動油の供給の方向及び流量を変化させるように開弁作動する。

さらに近年は、オペレータの負担を軽減すべく、オペレータが簡単な操作を行うだけで前記バケットが予め設定された目標軌跡に沿って動くように前記ブーム及び前記アームの作業装置の駆動を制御する自動制御機能を備えた油圧駆動装置の開発が進められている。

例えば特許文献１は、ブーム、アーム（特許文献１では「スティック」）及びバケットを備えた油圧ショベルに設けられる油圧駆動装置であって、アーム操作レバー（特許文献１ではスティック操作レバー）の操作に応じて前記バケットの刃先が目標の軌跡に沿って動くように各油圧シリンダの目標位置及び目標速度を演算して当該速度を制御するものが開示されている。

さらに、当該特許文献１には、ブームシリンダの負荷圧にシリンダ内の実質的な受圧面積を乗ずることにより転圧力を演算し、この転圧力を予め設定された目標転圧力に近づけるように前記バケットの高さ位置を自動調整すること（具体的にはバケットの位置を上げることにより掘削面の転圧力を下げ、またはバケット位置を下げることにより転圧力を上げること）により、実際の転圧力を目標転圧力に近づける制御を行うことが記載されている。

特開平９－２２８４０４号公報

前記特許文献１に記載される装置によれば、ブームシリンダの負荷に相当するシリンダ推力が転圧力すなわちバケットを施工面に押付ける押付け力に相当するものとして制御が行われているが、当該押付け力は作業装置の姿勢によっても変化するものであり、必ずしも当該シリンダ推力と完全に対応するものではない。従って、前記装置によれば、実際にバケットが施工面に押付けられる押付け力を正確に把握することができず、当該押付け力の制御を高い精度で行うことは困難である。

本発明は、ブーム、アーム及びバケットを含む作業装置を備えた作業機械に設けられる油圧駆動装置であって、前記バケットによる施工面を目標施工面に近づけ、かつ、バケットが施工面に押付けられる押付け力を目標押付け力に近づける制御を高精度で行うことが可能な油圧駆動装置を提供することを目的とする。

提供されるのは、機体及びこれに取付けられる作業装置を備えた作業機械であって前記作業装置が当該機体に起伏可能に支持されるブームと当該ブームの先端部に回動可能に連結されるアームと当該アームの先端部に取付けられて施工面に押付けられるバケットとを含む作業機械に設けられ、前記ブーム、前記アーム及び前記バケットを油圧により駆動するための油圧駆動装置であって、駆動源により駆動されることにより作動油を吐出する少なくとも一つの油圧ポンプを含む作動油供給装置と、前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記ブームを起伏させる少なくとも一つのブームシリンダと、前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記アームを回動させるアームシリンダと、前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記バケットを回動させるバケットシリンダと、前記作動油供給装置と前記少なくとも１つのブームシリンダとの間に介在し、当該作動油供給装置から前記少なくとも一つのブームシリンダに供給される作動油の流量であるブームシリンダ供給流量及び当該ブームシリンダから排出される作動油の流量であるブームシリンダ排出流量を変化させるように開閉動作することが可能なブーム流量制御弁と、前記バケットによる施工対象の目標形状を特定する目標施工面を設定する目標施工面設定部と、前記作業装置の姿勢を特定するための情報である姿勢情報を検出する作業姿勢検出部と、前記少なくとも一つのブームシリンダのヘッド側室及びロッド側室のそれぞれの圧力であるヘッド圧及びロッド圧を検出するブームシリンダ圧検出器と、前記作業姿勢検出部により検出される前記姿勢情報に基づいて前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ及び前記バケットシリンダのそれぞれの作動速度であるシリンダ速度を演算するシリンダ速度算定部と、前記シリンダ速度算定部により算定されるそれぞれのシリンダ速度に基づいて、前記アームシリンダの伸縮による前記アームの動きに伴って前記バケットにより施工される面を前記目標施工面に近づけるための前記ブームシリンダの作動速度の目標値である目標ブームシリンダ速度を算定する目標ブームシリンダ速度算定部と、前記目標ブームシリンダ速度が得られるように前記ブーム流量制御弁を作動させるブーム流量操作部と、前記バケットを施工面に対して押付けるための押付け力の目標値である目標押付け力を設定する目標押付け力設定部と、前記作業姿勢検出部により検出される前記姿勢情報に基づいて前記作業装置の重心位置についての情報を算定する重心位置情報算定部と、前記重心位置情報により特定される前記作業装置の自重による荷重と前記ブームシリンダ圧検出器が検出する前記へッド圧及び前記ロッド圧により特定される前記ブームシリンダのシリンダ推力とに基づいて前記バケットが前記施工面に押付けられる押付け力を算定する押付け力算定部と、前記目標ブームシリンダ速度算定部により算定されるべき前記目標ブームシリンダ速度を前記目標押付け力と算定された前記押付け力との偏差を０に近づける方向に補正する補正部と、を備え、前記ブーム流量操作部は、前記補正部により補正された前記目標ブームシリンダ速度が得られるように前記ブーム流量制御弁を作動させる。

この装置では、作業装置姿勢検出部が検出する作業姿勢情報に基づいて重心位置情報算定部が重心位置情報を算定し、押付け力算定部は、前記ブームシリンダのへッド圧及びロッド圧により特定されるシリンダ推力に加え、前記重心位置上記法線により特定される前記作業装置の自重による荷重を考慮して前記押付け力の算定を行うので、当該押付け力の前記目標押付け力に対する偏差に基づいて、算定されるべき前記目標ブームシリンダ速度の補正が行われることにより、前記バケットによる施工面を前記目標施工面に近づけ、かつ、前記押付け力を前記目標押付け力に近づけるための制御を高精度で行うことが可能である。

ここにおいて、「前記目標ブームシリンダ速度算定部により算定されるべき前記目標ブームシリンダ速度を前記目標押付け力と算定された前記押付け力との偏差を０に近づける方向に補正する」補正部は、当該目標ブームシリンダ速度算定部により前記目標ブームシリンダ速度が算定された後にその算定された目標ブームシリンダ速度を補正するものでもいし、当該目標ブームシリンダ速度算定部による前記目標ブームシリンダ速度の算定の完了の前の当該目標ブームシリンダ速度の算定に用いられるパラメータを補正することにより、最終的に算定される前記目標ブームシリンダ速度を補正するものであってもよい。例えば、前記目標ブームシリンダ速度算定部が、前記目標施工面に沿って前記バケットの特定部位を動かすべき目標方向を特定する目標方向ベクトルを演算する目標方向ベクトル演算部と、当該目標方向ベクトルと前記ブームシリンダの前記シリンダ速度とに基づいて前記目標ブームシリンダ速度を演算する目標ブームシリンダ速度演算部と、を有する場合、前記補正部は、前記目標方向ベクトル演算部により演算された前記目標方向ベクトルを前記偏差を０に近づける方向に補正するものでもよい。

前記ブーム流量制御弁が、ブーム上げパイロットポート及びブーム下げパイロットポートを有するパイロット操作式の方向切換弁であって、前記ブーム上げパイロットポートにブーム上げパイロット圧が入力されるときには前記ブームシリンダが前記ブームを起立させる方向に作動するように前記ブーム上げパイロット圧の大きさに対応した開度で開く一方、前記ブーム下げパイロットポートにブーム下げパイロット圧が入力されるときには前記ブームシリンダが前記ブームを倒伏させる方向に作動するように前記ブーム下げパイロット圧の大きさに対応した開度で開くものである場合、前記ブーム流量操作部は、パイロット油圧源と前記ブーム上げパイロットポートとの間に介在し、かつ、ブーム上げ流量指令信号の入力を受けることにより前記ブーム上げパイロットポートに入力される前記ブーム上げパイロット圧を前記ブーム上げ流量指令信号に対応した大きさのパイロット圧にするように開閉作動するブーム上げ流量操作弁と、前記パイロット油圧源と前記ブーム下げパイロットポートとの間に介在し、かつ、ブーム下げ流量指令信号の入力を受けることにより前記ブーム下げパイロットポートに入力される前記ブーム下げパイロット圧を前記ブーム下げ流量指令信号に対応した大きさのパイロット圧にするように開閉作動するブーム下げ流量操作弁と、前記補正部により補正された前記目標ブームシリンダ速度が得られるように前記ブーム上げ流量操作弁または前記ブーム下げ流量操作弁に流量指令信号を入力するブーム流量指令部と、を有するものが、好適である。

前記目標押付け力設定部は、予めプログラムに組込まれた目標押付け力の値を記憶してこれを設定するものでもよいし、作業者の入力操作によって入力された値を目標押付け力の値として記憶してこれを設定するものでもよいが、作業者による前記作業装置の手動操作によって前記バケットが施工面に押付けられたときに前記押付け力算定部が算定した前記押付け力を前記目標押付け力として記憶し設定するものが、好ましい。このような態様の目標押付け力設定部は、作業者が実際に作業装置を操作して好ましいと判断した押付け力を目標押付け力として設定することを可能にする。

以上のように、本発明によれば、ブーム、アーム及びバケットを含む作業装置を備えた作業機械に設けられて当該作業装置を油圧により動かす油圧駆動装置であって、前記バケットによる施工面を目標施工面に近づけ、かつ、バケットが施工面に押付けられる押付け力を目標押付け力に近づける制御を高精度で行うことが可能な油圧駆動装置が、提供される。

本発明の実施の形態に係る油圧駆動装置が搭載される作業装置の例である油圧ショベルを示す側面図である。 前記油圧ショベルに搭載される油圧駆動装置の構成要素を含む油圧回路及びコントローラを示す図である。 前記油圧駆動装置に含まれるコントローラの主要な機能を示すブロック図である。 前記コントローラがブームシリンダの駆動について実行する演算制御動作を示すフローチャートである。 前記コントローラにおける目標ブームシリンダ速度の補正機能についての変形例を示すブロック図である。 前記実施の形態に係る油圧駆動装置により制御される押付け力の例を示すグラフである。

本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る油圧駆動装置が搭載される作業装置の例である油圧ショベルを示す。この油圧ショベルは、地面Ｇの上を走行可能な下部走行体１０と、前記下部走行体１０に搭載される上部旋回体１２と、上部旋回体１２に搭載される作業装置１４と、を備える。

前記下部走行体１０及び前記上部旋回体１２は、前記作業装置１４を支持する機体を構成する。前記上部旋回体１２は、旋回フレーム１６と、その上に搭載される複数の要素と、を有する。当該複数の要素は、エンジンを収容するエンジンルーム１７や運転室であるキャブ１８を含む。

前記作業装置１４は、掘削作業その他の必要な作業のための動作を行うことが可能であり、ブーム２１、アーム２２及びバケット２４を含む。前記ブーム２１は、前記旋回フレーム１６の前端に起伏可能すなわち水平軸回りに回動可能に支持される基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記アーム２２は、前記ブーム２１の先端部に水平軸回りに回動可能に取付けられる基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記バケット２４は、前記アーム２２の先端部に回動可能に取付けられる。

前記油圧駆動装置は、前記作業装置１４を油圧により駆動するための装置である。当該油圧駆動装置は、前記ブーム２１、前記アーム２２及び前記バケット２４のそれぞれについて設けられる複数の伸縮可能な油圧シリンダ、具体的には、少なくとも一つのブームシリンダ２６、アームシリンダ２７及びバケットシリンダ２８を含む。

前記少なくとも一つのブームシリンダ２６は、前記上部旋回体１２と前記ブーム２１との間に介在し、当該ブーム２１に起伏動作を行わせるように伸縮する。当該ブームシリンダ２６は、図２に示されるヘッド側室２６ｈ及びロッド側室２６ｒを有し、当該ヘッド側室２６ｈに作動油が供給されることにより伸長して前記ブーム２１をブーム上げ方向に動かすとともに前記ロッド側室２６ｒ内の作動油を排出する一方、前記ロッド側室２６ｒに作動油が供給されることにより収縮して前記ブーム２１をブーム下げ方向に動かすとともに前記ヘッド側室２６ｈ内の作動油を排出する。

前記少なくとも一つのブームシリンダ２６は、単一のブームシリンダのみを含むものでもよいが、この実施の形態では互いに左右方向に並列に配置された一対のブームシリンダ２６を含む。

前記アームシリンダ２７は、前記ブーム２１と前記アーム２２との間に介在し、当該アーム２２に回動動作を行わせるように伸縮するアームアクチュエータである。具体的に、当該アームシリンダ２７は、図２に示されるヘッド側室２７ｈ及びロッド側室２７ｒを有し、当該ヘッド側室２７ｈに作動油が供給されることにより伸長して前記アーム２２をアーム引き方向（当該アーム２２の先端がブーム２１に近づく方向）に動かすとともに前記ロッド側室２７ｒ内の作動油を排出する一方、前記ロッド側室２７ｒに作動油が供給されることにより収縮して前記アーム２２をアーム押し方向（当該アーム２２の先端がブーム２１から離れる方向）に動かすとともに前記ヘッド側室２７ｈ内の作動油を排出する。

前記バケットシリンダ２８は、前記アーム２２と前記バケット２４との間に介在し、当該バケット２４に回動動作を行わせるように伸縮する。具体的に、当該バケットシリンダ２８は、伸長することにより前記バケット２４を掬い方向（当該バケット２４の先端２５がアーム２２に近づく方向）に回動させる一方、収縮することにより前記バケット２４を開き方向（当該バケット２４の先端２５がアーム２２から離れる方向）に回動させる。

図２は、前記油圧ショベルに搭載される油圧回路及びこれに電気的に接続されるコントローラ１００を示す図であって、前記油圧駆動装置を構成する要素を含む。前記コントローラ１００は、例えばマイクロコンピュータからなり、前記油圧回路に含まれる各要素の作動を制御する。

前記油圧回路は、前記シリンダ２６～２８に加え、第１油圧ポンプ３１及び第２油圧ポンプ３２を含む作動油供給装置と、ブーム流量制御弁３６と、アーム流量制御弁３７と、バケット流量制御弁３８と、パイロット油圧源４０と、ブーム操作器４６と、アーム操作器４７と、バケット操作器４８と、を含む。

前記第１油圧ポンプ３１及び第２油圧ポンプ３２は、駆動源である図略のエンジンに接続され、当該エンジンが出力する動力により駆動されて作動油を吐出する。第１及び第２油圧ポンプ３１，３２のそれぞれは可変容量型ポンプである。具体的に、当該第１及び第２油圧ポンプ３１，３２はそれぞれ容量操作弁３１ａ，３２ａを有し、前記コントローラ１００から前記容量操作弁３１ａ，３２ａに入力されるポンプ容量指令によって前記第１及び第２油圧ポンプ３１，３２の容量が操作される。

前記ブーム流量制御弁３６は、前記第２油圧ポンプ３２と前記ブームシリンダ２６との間に介在し、ブーム流量、すなわち、当該第２油圧ポンプ３２から当該ブームシリンダ２６に供給される作動油の流量及び当該ブームシリンダ２６からタンクに排出される作動油の流量、を変化させるように開閉動作する。具体的に、当該ブーム流量制御弁３６は、ブーム上げパイロットポート３６ａ及びブーム下げパイロットポート３６ｂを有するパイロット操作式の３位置方向切換弁からなり、前記第２油圧ポンプ３２に接続された第２センターバイパスラインＣＬ２の途中に配置される。

前記ブーム流量制御弁３６は、図略のスリーブとこれにストローク可能に装填されるスプールとを有する。当該スプールは、前記ブーム上げ及びブーム下げパイロットポート３６ａ，３６ｂのいずれにもパイロット圧が入力されないときは中立位置に保持され、前記第２センターバイパスラインＣＬ２を開通して前記第２油圧ポンプ３２と前記ブームシリンダ２６との間を遮断することにより、前記ブームシリンダ２６を停止状態に保持する。

前記ブーム上げパイロットポート３６ａにブーム上げパイロット圧が入力されると、前記ブーム流量制御弁３６の前記スプールは、そのブーム上げパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からブーム上げ位置にシフトされる。これにより、当該ブーム流量制御弁３６は、前記第２センターバイパスラインＣＬ２から分岐する第２供給ラインＳＬ２を通じて前記第２油圧ポンプ３２から前記ブームシリンダ２６のヘッド側室２６ｈに前記ストロークに応じた流量（ブーム上げ流量）で作動油が供給されることを許容する開口を形成するとともに、当該ブームシリンダ２６のロッド側室２６ｒからタンクに作動油が戻ることを許容する開口を形成するように、開弁する。これにより、前記ブームシリンダ２６は前記ブーム上げ方向（この実施の形態では伸長方向）に駆動される。

前記ブーム流量制御弁３６は、逆に、前記ブーム下げパイロットポート３６ｂにブーム下げパイロット圧が入力されるとそのブーム下げパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からブーム下げ位置に切換えられ、前記第２供給ラインＳＬ２を通じて前記第２油圧ポンプ３２から前記ブームシリンダ２６のロッド側室２６ｒに前記ストロークに応じた流量（ブーム下げ流量）で作動油が供給されることを許容する開口を形成するとともに、当該ブームシリンダ２６のヘッド側室２６ｈからタンクに作動油が戻ることを許容する開口を形成するように、開弁する。これにより、前記ブームシリンダ２６は前記ブーム下げ方向（この実施の形態では収縮方向）に駆動される。

換言すれば、前記ブーム流量制御弁３６は、前記ブーム上げ位置及び前記ブーム下げ位置において前記一対のブームシリンダ２６のそれぞれのヘッド側室２６ｈ及びロッド側室２６ｒにそれぞれ通ずるヘッド側開口３６ｈ及びロッド側開口３６ｒを同時に形成し、かつ、これらの開口（絞り開口）３６ｈ，３６ｒの面積である絞り開口面積（絞り開度）を前記ブーム上げ及びブーム下げパイロット圧に対応する前記スプールのストロークによって変化させる。

前記アーム流量制御弁３７は、前記第１油圧ポンプ３１と前記アームシリンダ２７との間に介在し、当該第１油圧ポンプ３１から当該アームシリンダ２７に供給される作動油の流量であるアーム流量を変化させるように開閉動作する。具体的に、当該アーム流量制御弁３７は、アーム引きパイロットポート３７ａ及びアーム押しパイロットポート３７ｂを有するパイロット操作式の３位置方向切換弁からなり、前記第１油圧ポンプ３１に接続された第１センターバイパスラインＣＬ１の途中に配置される。

前記アーム流量制御弁３７は、図略のスリーブ及びこれにストローク可能に装填されるスプールを有する。当該スプールは、前記アーム引き及びアーム押しパイロットポート３７ａ，３７ｂのいずれにもパイロット圧が入力されないときは中立位置に切換えられ、前記第１センターバイパスラインＣＬ１を開通して前記第１油圧ポンプ３１と前記アームシリンダ２７との間を遮断する。これにより、前記アームシリンダ２７は停止状態に保持される。

前記アーム引きパイロットポート３７ａにアーム引きパイロット圧が入力されると、前記アーム流量制御弁３７の前記スプールは、そのアーム引きパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からアーム引き位置にシフトされる。これにより、当該アーム流量制御弁３７は、前記第１センターバイパスラインＣＬ１から分岐する第１供給ラインＳＬ１を通じて前記第１油圧ポンプ３１から前記アームシリンダ２７のヘッド側室２７ｈに前記ストロークに応じた流量（アーム引き流量）で作動油が供給されることを許容するとともに、当該アームシリンダ２７のロッド側室２７ｒからタンクに作動油が戻ることを許容するように、開弁する。この開弁に伴い、前記アームシリンダ２７は前記アーム引きパイロット圧に対応した速度で前記アーム引き方向に駆動される。

前記アーム流量制御弁３７は、逆に、前記アーム押しパイロットポート３７ｂにアーム押しパイロット圧が入力されるとそのアーム押しパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からアーム押し位置に切換えられ、前記第１供給ラインＳＬ１を通じて前記第１油圧ポンプ３１から前記アームシリンダ２７のロッド側室２７ｒに前記ストロークに応じた流量（アーム押し流量）で作動油が供給されることを許容するとともに、当該アームシリンダ２７のヘッド側室２７ｈからタンクに作動油が戻ることを許容するように、開弁する。これにより、前記アームシリンダ２７は前記アーム押しパイロット圧に対応した速度で前記アーム押し方向に駆動される。

前記バケット流量制御弁３８は、前記ブーム流量制御弁３６とパラレルに配置されて前記第２油圧ポンプ３２と前記バケットシリンダ２８との間に介在し、当該第２油圧ポンプ３２から当該バケットシリンダ２８に供給される作動油の流量であるバケット流量を変化させるように開閉動作する。具体的に、当該バケット流量制御弁３８は、バケット掬いパイロットポート３８ａ及びバケット開きパイロットポート３８ｂを有するパイロット操作式の３位置方向切換弁からなり、前記第２油圧ポンプ３２に接続された第２センターバイパスラインＣＬ２の途中に配置される。

前記バケット流量制御弁３８は、図略のスリーブ及びこれにストローク可能に装填されるスプールを有する。当該スプールは、前記バケット掬い及びバケット開きパイロットポート３８ａ，３８ｂのいずれにもパイロット圧が入力されないときは中立位置に切換えられ、前記第２センターバイパスラインＣＬ２を開通して前記第２油圧ポンプ３２と前記バケットシリンダ２８との間を遮断する。これにより、前記バケットシリンダ２８は停止状態に保持される。

前記バケット掬いパイロットポート３８ａにバケット掬いパイロット圧が入力されると、前記バケット流量制御弁３８の前記スプールは、そのバケット掬いパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からバケット掬い位置にシフトされる。これにより、当該バケット流量制御弁３８は、前記第２供給ラインＳＬ２を通じて前記第２油圧ポンプ３２から前記バケットシリンダ２８のヘッド側室２８ｈに前記ストロークに応じた流量（バケット掬い流量）で作動油が供給されることを許容するとともに、当該バケットシリンダ２８のロッド側室２８ｒからタンクに作動油が戻ることを許容するように、開弁する。この開弁に伴い、前記バケットシリンダ２８は前記バケット掬いパイロット圧に対応した速度で前記バケット掬い方向に駆動される。

前記バケット流量制御弁３８は、逆に、前記バケット開きパイロットポート３８ｂにバケット開きパイロット圧が入力されるとそのバケット開きパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からバケット開き位置に切換えられ、前記第２供給ラインＳＬ２を通じて前記第２油圧ポンプ３２から前記バケットシリンダ２８のロッド側室２８ｒに前記ストロークに応じた流量（バケット開き流量）で作動油が供給されることを許容するとともに、当該バケットシリンダ２８のヘッド側室２８ｈからタンクに作動油が戻ることを許容するように、開弁する。これにより、前記バケットシリンダ２８は前記バケット開きパイロット圧に対応した速度で前記バケット開き方向に駆動される。

前記ブーム操作器４６は、前記ブーム２１を動かすためのブーム操作を受け、当該ブーム操作に対応したブーム上げパイロット圧またはブーム下げパイロット圧が前記ブーム流量制御弁３６に入力されることを許容する。具体的に、当該ブーム操作器４６は、前記運転室内において前記ブーム操作に相当する回動操作を受けることが可能なブームレバー４６ａと、当該ブームレバー４６ａに連結されたブームパイロット弁４６ｂと、を有する。

前記ブームパイロット弁４６ｂは、前記パイロット油圧源４０と前記ブーム流量制御弁３６の両パイロットポート３６ａ，３６ｂとの間に介在する。当該ブームパイロット弁４６ｂは、前記ブームレバー４６ａに与えられる前記ブーム操作に連動して開弁し、前記両パイロットポートのうち前記ブーム操作の方向に対応するパイロットポートに対して当該ブーム操作の大きさに対応した大きさのブーム上げパイロット圧またはブーム下げパイロット圧が前記パイロット油圧源４０から入力されることを許容するように開弁する。例えば、当該ブームパイロット弁４６ｂは、前記ブームレバー４６ａにブーム上げ動作に対応した方向のブーム操作が与えられると、前記ブーム上げパイロットポート３６ａに対して前記ブーム操作の大きさに対応したブーム上げパイロット圧が供給されるのを許容するように開弁する。

前記アーム操作器４７は、前記アーム２２を動かすためのアーム操作を受け、当該アーム操作に対応したアーム引きパイロット圧またはアーム押しパイロット圧が前記アーム流量制御弁３７に入力されることを許容する。具体的に、当該アーム操作器４７は、前記運転室内において前記アーム操作に相当する回動操作を受けることが可能なアームレバー４７ａと、当該アームレバー４７ａに連結されたアームパイロット弁４７ｂと、を有する。

前記アームパイロット弁４７ｂは、前記パイロット油圧源４０と前記アーム流量制御弁３７の両パイロットポート３７ａ，３７ｂとの間に介在する。当該アームパイロット弁４７ｂは、前記アームレバー４７ａに与えられる前記アーム操作に連動して開弁し、前記両パイロットポートのうち前記アーム操作の方向に対応するパイロットポートに対して当該アーム操作の大きさに対応した大きさのアーム引きパイロット圧またはアーム押しパイロット圧が前記パイロット油圧源４０から入力されることを許容するように開弁する。例えば、当該アームパイロット弁４７ｂは、前記アームレバー４７ａにアーム引き動作に対応した方向のアーム操作が与えられると、前記アーム引きパイロットポート３７ａに対して前記アーム操作の大きさに対応したアーム引きパイロット圧が供給されるのを許容するように開弁する。

前記バケット操作器４８は、前記バケット２４を動かすためのバケット操作を受け、当該バケット操作に対応したバケット掬いパイロット圧またはバケット開きパイロット圧が前記バケット流量制御弁３８に入力されることを許容する。具体的に、当該バケット操作器４８は、前記運転室内において前記バケット操作に相当する回動操作を受けることが可能なバケットレバー４８ａと、当該バケットレバー４８ａに連結されたバケットパイロット弁４８ｂと、を有する。

前記バケットパイロット弁４８ｂは、前記パイロット油圧源４０と前記バケット流量制御弁３８の両パイロットポート３８ａ，３８ｂとの間に介在する。当該バケットパイロット弁４８ｂは、前記バケットレバー４８ａに与えられる前記バケット操作に連動して開弁し、前記両パイロットポートのうち前記バケット操作の方向に対応するパイロットポートに対して当該バケット操作の大きさに対応した大きさのバケット掬いパイロット圧またはバケット開きパイロット圧が前記パイロット油圧源４０から入力されることを許容するように開弁する。例えば、当該バケットパイロット弁４８ｂは、前記バケットレバー４８ａにバケット掬い動作に対応した方向のバケット操作が与えられると、前記バケット掬いパイロットポート３８ａに対して前記バケット操作の大きさに対応したバケット掬いパイロット圧が供給されるのを許容するように開弁する。

前記油圧駆動装置は、さらに、ブームシリンダヘッド圧センサ５６Ｈ、ブームシリンダロッド圧センサ５６Ｒ、作業装置姿勢検出部６０、及びモード切換スイッチ１２０を備える。

前記ブームシリンダへッド圧センサ５６Ｈ及び前記ブームシリンダロッド圧センサ５６Ｒは、ブームシリンダ圧検出器を構成する。具体的に、前記ブームシリンダヘッド圧センサ５６Ｈは、前記ブームシリンダ２６のヘッド側室２６ｈにおける作動油の圧力であるブームシリンダヘッド圧Ｐｈを検出し、前記ブームシリンダロッド圧センサ５６Ｒは、前記ブームシリンダ２６のロッド側室２６ｒにおける作動油の圧力であるブームシリンダロッド圧Ｐｒを検出する。前記センサ５６Ｈ及び５６Ｒのそれぞれは、その検出した物理量をこれに対応する電気信号である検出信号に変換して前記コントローラ１００に入力する。

前記作業装置姿勢検出部６０は、前記作業装置１４の姿勢を特定するための情報である姿勢情報を検出する。具体的に、当該作業装置姿勢検出部６０は、図１に示すようなブーム角度センサ６１、アーム角度センサ６２及びバケット角度センサ６４を含む。前記ブーム角度センサ６１は、前記機体に対する前記ブーム２１の起伏角度であるブーム角度を検出し、前記アーム角度センサ６２は、前記ブーム２１に対する前記アーム２２の回動角度であるアーム角度を検出し、前記バケット角度センサ６４は前記アーム２２に対する前記バケット２４の回動角度であるバケット角度を検出する。これらのセンサ６１，６２，６４により生成される電気信号である角度検出信号も、前記コントローラ１００に入力される。

前記モード切換スイッチ１２０は、運転室内に配置されるとともに、前記コントローラ１００に電気的に接続される。当該モード切換スイッチ１２０は、前記コントローラ１００の制御モードを手動操作モードと自動制御モードとに切換えるための操作を受けて当該操作に対応するモード指令信号を前記コントローラ１００に入力する。

前記コントローラ１００は、前記モード切換スイッチ１２０から入力されるモード指令信号に応じて前記手動操作モードと前記自動制御モードとに切換えられる。当該コントローラ１００は、前記手動操作モードでは、作業者によって前記ブーム操作器４６、前記アーム操作器４７及び前記バケット操作器４８にそれぞれ与えられる前記ブーム操作、前記アーム操作及び前記バケット操作に対応して前記ブーム流量、前記アーム流量及び前記バケット流量がそれぞれ変化するように前記ブーム流量制御弁３６、前記アーム流量制御弁３７及び前記バケット流量制御弁３８が作動するのを許容する。一方、当該コントローラ１００は、前記自動制御モードでは、前記アーム操作に対応した前記アーム２２の動きに伴って前記バケット２４により施工される施工面が予め設定された目標施工面に近づくように前記アームシリンダ２７の伸縮に応じて前記ブームシリンダ２６（この実施の形態ではブームシリンダ２６及びバケットシリンダ２８）の作動を自動制御するように構成されている。

具体的に、前記油圧駆動装置は、前記コントローラ１００による前記ブームシリンダ２６及び前記バケットシリンダ２８の自動制御を可能にするための手段として、図２に示すようなブーム上げ流量操作弁７６Ａ、ブーム下げ流量操作弁７６Ｂ、バケット開き流量操作弁７８、シャトル弁７１Ａ，７１Ｂ及びシャトル弁７２をさらに備える。

前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａは、前記ブーム操作器４６とはパラレルに配置されながら前記パイロット油圧源４０と前記ブーム上げパイロットポート３６ａとの間に介在し、前記パイロット油圧源４０から前記ブーム上げパイロットポート３６ａに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００から入力されるブーム流量指令信号に応じて（前記ブーム操作器４６とは独立して）減圧することにより、前記ブーム上げパイロットポート３６ａに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００が当該ブーム上げ流量操作弁７６Ａを通じて自動操作することを可能にする。前記シャトル弁７１Ａは、前記ブーム操作器４６及び前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａと前記ブーム上げパイロットポート３６ａとの間に介在し、前記ブーム操作器４６の二次圧及び前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａの二次圧のうち高い方の二次圧が最終的に前記ブーム上げパイロット圧として前記ブーム上げパイロットポート３６ａに入力されることを許容するように開弁する。

同様に、前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂは、前記ブーム操作器４６とはパラレルに配置されながら前記パイロット油圧源４０と前記ブーム下げパイロットポート３６ｂとの間に介在し、前記パイロット油圧源４０から前記ブーム下げパイロットポート３６ｂに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００から入力されるブーム流量指令信号に応じて（前記ブーム操作器４６とは独立して）減圧することにより、前記ブーム下げパイロットポート３６ｂに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００が当該ブーム下げ流量操作弁７６Ｂを通じて自動操作することを可能にする。前記シャトル弁７１Ｂは、前記ブーム操作器４６及び前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂと前記ブーム下げパイロットポート３６ｂとの間に介在し、前記ブーム操作器４６の二次圧及び前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂの二次圧のうち高い方の二次圧が最終的に前記ブーム下げパイロット圧として前記ブーム下げパイロットポート３６ｂに入力されることを許容するように開弁する。

また、前記バケット開き流量操作弁７８は、前記バケット操作器４８とはパラレルに配置されながら前記パイロット油圧源４０と前記バケット開きパイロットポート３８ｂとの間に介在し、前記パイロット油圧源４０から前記バケット開きパイロットポート３８ｂに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００から入力されるバケット開き流量指令信号に応じて（前記バケット操作器４８とは独立して）減圧することにより、前記バケット開きパイロットポート３８ｂに入力されるパイロット圧を前記コントローラ１００が当該バケット開き流量操作弁７８を通じて自動操作することを可能にする。前記シャトル弁７２は、前記バケット操作器４８及び前記バケット開き流量操作弁７８と前記バケット開きパイロットポート３８ｂとの間に介在し、前記バケット操作器４８の二次圧及び前記バケット開き流量操作弁７８の二次圧のうち高い方の二次圧が最終的に前記バケット開きパイロット圧として前記バケット開きパイロットポート３８ｂに入力されることを許容するように開弁する。

前記流量操作弁７６Ａ，７６Ｂ及び７８のそれぞれは、電磁弁（例えば電磁比例減圧弁や電磁逆比例減圧弁）からなり、前記コントローラ１００から入力される流量指令信号に対応して開度が変化するように開閉動作することにより、当該流量指令に対応した大きさのパイロット圧を生成する。

前記コントローラ１００は、前記手動操作モードでは、前記流量操作弁７６Ａ，７６Ｂ，７８のそれぞれを実質上全閉の状態にすることにより前記ブーム、アーム及びバケット流量制御弁３６，３７，３８がそれぞれ前記ブーム、アーム及びバケット操作器４６，４７，４８に与えられる操作に連動して開閉することを許容する。一方、前記コントローラ１００は、前記自動制御モードでは、前記流量操作弁７６Ａ，７６Ｂ，７８のそれぞれに流量指令信号を入力することにより、アームシリンダ２７の収縮動作によるアーム２２のアーム引き動作に前記ブームシリンダ２６及び前記バケットシリンダ２８の動作を追従させる自動制御を実行する。

具体的に、前記コントローラ１００は、前記自動制御を実行するための機能として、図３に示すような目標施工面設定部１０１、目標方向ベクトル演算部１０２、シリンダ長さ演算部１０３、シリンダ速度演算部１０４、目標バケットシリンダ速度演算部１０５、バケット開き流量指令部１０６、目標ブームシリンダ速度演算部１０７、重心位置演算部１０８、シリンダ推力演算部１０９、押付け力演算部１１０、目標押付け力設定部１１１、目標速度補正部１１２、及びブーム流量指令部１１３を有する。

前記目標施工面設定部１０１は、前記キャブ１８内に設けられた目標施工面入力部１２２により入力された施工面を記憶し、これを目標施工面として目標方向ベクトル演算部１０２に入力する。この目標施工面は、掘削対象である地盤の目標形状であって３次元の設計地形を特定する面である。当該目標施工面は、ＣＩＭなどの外部データによって特定されてもよいし、機体位置を基準にして設定されたものでもよい。

前記目標方向ベクトル演算部１０２は、前記目標施工面に沿ってバケット２４の先端２５を動かすために当該バケットの特定部位を動かす方向を特定する目標方向ベクトルを演算する。前記特定部位は、例えば、前記先端２５であってもよいし、前記アーム２２の先端部に連結される部位であってもよい。

前記シリンダ長さ演算部１０３は、前記作業装置姿勢検出部６０により検出される前記姿勢情報に基づいて、前記ブームシリンダ２６、前記アームシリンダ２７及び前記バケットシリンダ２８のシリンダ長さをそれぞれ演算する。前記シリンダ速度演算部１０４は、各シリンダ長さの時間微分によって前記ブームシリンダ２６、前記アームシリンダ２７及び前記バケットシリンダ２８の伸縮速度であるシリンダ速度を演算する。つまり、この実施の形態に係る前記シリンダ長さ演算部１０３及び前記シリンダ速度演算部１０４は、前記姿勢情報に基づいて各シリンダ速度を算定するシリンダ速度算定部を構成する。

前記目標バケットシリンダ速度演算部１０５は、前記目標方向ベクトルと、前記シリンダ速度演算部１０４により演算される前記シリンダ速度のそれぞれと、に基づき、目標バケットシリンダ速度Ｖｋｏを演算する。前記目標バケットシリンダ速度Ｖｋｏは、前記アーム２２の引き方向の動作にかかわらず前記バケット２４の姿勢を一定に保つ（つまり目標施工面に沿ってバケット２４を平行移動させる）ための前記バケットシリンダ２８のバケット開き方向のシリンダ速度（この実施の形態では収縮方向の速度）の目標値である。

前記バケット開き流量指令部１０６は、前記目標バケットシリンダ速度Ｖｋｏを得るための目標バケット開き流量、つまり前記バケットシリンダ２８のロッド側室２８ｒに供給されるべき作動油の流量、を演算し、当該目標バケット開き流量を実現するためのバケット開き流量指令信号を生成して前記バケット開き流量操作弁７８に入力する。当該バケット開き流量操作弁７８は、当該バケット開き流量指令信号に対応した開度で開弁することにより、前記バケット流量制御弁３８のバケット開きパイロットポート３８ｂに入力されるパイロット圧を前記目標バケット開き流量を実現するようなパイロット圧に調節する。

前記目標ブームシリンダ速度演算部１０７は、前記目標方向ベクトルと、前記シリンダ速度演算部１０４により演算される前記シリンダ速度のそれぞれと、に基づき、目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを演算する。前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏは、前記アームシリンダ２７の伸長による前記アーム２２の引き方向の動作に伴って前記バケット２４が施工する面である施工面を前記目標施工面に近づけるための前記ブームシリンダ２６のブーム上げ方向のシリンダ速度（この実施の形態では伸長方向の速度）の目標値であり、前記アームシリンダ２７のシリンダ速度（伸長速度）に対応する速度値である。

従って、前記目標方向ベクトル演算部１０２及び前記目標ブームシリンダ速度演算部１０７は、本発明に係る目標ブームシリンダ速度算定部を構成する。一方、前記目標バケットシリンダ速度Ｖｋｏの算定は必ずしも要しない。例えば、バケットシリンダ２８が静止していること、すなわちアーム２２に対するバケット２４の角度が固定されていること、を前提に前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが算定されてもよい。このように前記目標バケットシリンダ速度Ｖｋｏが演算されない形態、つまりバケットシリンダ２８の自動制御が省略される形態、においては、前記バケット開き流量指令部１０６及び前記バケット開き流量操作弁７８は不要である。

前記重心位置演算部１０８は、前記シリンダ長さ演算部１０３とともに、前記作業装置１４の重心位置についての情報である重心位置情報を算定する重心位置情報算定部を構成する。具体的に、前記重心位置演算部１０８は、前記シリンダ長さ演算部１０３により演算される前記シリンダ長さのそれぞれに基づき、前記ブーム２１、前記アーム２２及び前記バケット２４のそれぞれの重心位置、より詳しくは、前記作業装置１４全体の回動支点であるブーム２１の回動中心、すなわちブームフット、を基準とした重心位置、を演算する。

前記シリンダ推力演算部１０９及び前記押付け力演算部１１０は、前記バケット２４を施工面に対して押付ける力である押付け力Ｆｐを算定する押付け力算定部を構成する。

前記シリンダ推力演算部１０９は、前記ブームシリンダヘッド圧センサ５６Ｈ及び前記アームシリンダロッド圧センサ５６Ｒによりそれぞれ検出される前記ヘッド圧Ｐｈ及び前記ロッド圧Ｐｒに基づき、前記ブームシリンダ２６のシリンダ推力Ｆｃｔを演算する。当該シリンダ推力Ｆｃｔは、ブームシリンダ２６の伸長方向の推力を正とすると次式（１）で表される。

Ｆｃｔ＝Ｐｈ＊Ａｈ－Ｐｒ＊Ａｒ …（１）
ここにおいて、Ａｈはブームシリンダ２６のヘッド側室２６ｈの断面積、Ａｒはロッド側室２６ｒの断面積であり、当該ロッド側室２６ｒの断面積Ａｒは、一般には、シリンダロッドの断面積の分だけヘッド側室２６ｈの断面積Ａｈよりも小さい。

前記押付け力演算部１１０は、前記重心位置演算部１０８により演算される前記ブーム２１、前記アーム２２及び前記バケット２４のそれぞれの重心位置に基づき、当該作業装置１４の回動支点であるブーム２１のブームフットを中心とする前記作業装置１４の自重による下向き荷重のモーメントＭｗを演算するとともに、前記シリンダ推力Ｆｃｔによるモーメント（シリンダ推力Ｆｃｔが正の場合は上向きのモーメント）Ｍｃｔと、を演算し、両モーメントＭｗ，Ｍｃｔに基づいて、前記バケット２４の先端２５を前記施工面に押付ける力である前記押付け力Ｆｐを演算する。

前記目標押付け力設定部１１１は、前記キャブ１８内に設けられた目標押付け力入力部１２４により入力された押付け力を記憶してこれを目標押付け力Ｆｐｏとして目標速度補正部１１２に入力する。当該目標押付け力Ｆｐｏの値は、例えば、予めプログラムにおいて組込まれた値であってもよいし、作業者の前記目標押付け力入力部１２４におけるテンキー等の操作によって入力された値でもよい。

あるいは、前記目標押付け力設定部１１１は、作業者が実際に作業装置１４を操作してバケット２４を地面に押付けた状態で前記目標押付け力入力部１２４に含まれる設定スイッチを操作した時点で前記押付け力演算部１１０により演算される押付け力Ｆｐを前記目標押付け力Ｆｐｏとして記憶し設定してもよい。

前記目標速度補正部１１２は、前記目標押付け力Ｆｐｏと前記押付け力演算部１１０により演算された前記押付け力Ｆｐとの偏差ΔＦｐ（＝Ｆｐｏ－Ｆｐ）を演算し、当該偏差ΔＦｐを０に近づける方向に、前記目標ブームシリンダ速度演算部によって１０７によって演算された前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを補正する。つまり、前記押付け力Ｆｐを前記目標押付け力Ｆｐｏに近づけるような前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの補正を行う。

前記ブーム流量指令部１１３は、前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａ及び前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂとともに、前記目標速度補正部１１２により補正された後の目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが得られるように前記ブーム流量制御弁３６を作動させるブーム流量操作部を構成する。具体的に、当該ブーム流量指令部１１３は、前記補正後の目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを得るための目標ブーム上げ流量または目標ブーム下げ流量を演算し、当該目標ブーム上げ流量を実現するためのブーム上げ流量指令信号を生成して前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａに入力するか、あるいは、当該目標ブーム下げ流量を実現するためのブーム下げ流量指令信号を生成して前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂに入力する。

次に、前記自動制御モードにおいて前記コントローラ１００が前記ブームシリンダ２６の駆動について行う演算制御動作及びこれに伴う油圧駆動装置の作用を、図４のフローチャートを併せて参照しながら説明する。

コントローラ１００は、当該コントローラ１００に入力される信号、具体的には各センサの検出信号や指定信号を取り込む（図４のステップＳ０）。指定信号には、オペレータによる目標施工面入力部１２２の操作により指定される目標施工面についての信号や、目標押付け力入力部１２４の操作により指定される目標押付け力Ｆｐｏについての信号が含まれる。これらの指定信号に基づき、前記コントローラ１００の目標施工面設定部１０１及び目標押付け力設定部１１１はそれぞれ目標施工面及び目標押付け力Ｆｐｏの設定を行う（ステップＳ１）。

次に、前記コントローラ１００の目標ブームシリンダ速度演算部１０７は、前記目標施工面と、シリンダ長さ演算部１０３及びシリンダ速度演算部１０４により算出される実際のシリンダ速度と、に基づき、アームシリンダ２７のシリンダ速度に対応する目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを算定する（ステップＳ２）。前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏは、上述のように、バケット２４による施工面を前記目標施工面に近づけるように前記アーム２２の引き方向の動作にブーム２１の上げ方向の動作を連動させるために必要なブームシリンダ２６の上げ方向の速度である。換言すれば、作業者によるアームレバー４７の引き方向の操作に伴ってバケット２４の特定部位（例えば当該バケット２４の先端２５、あるいは、アーム２２の先端部に支持される基端部）が前記目標施工面に沿って移動するようにブームシリンダ２６を作動させるべき速度である。

一方、前記コントローラ１００の重心位置情報算定部は、作業装置１４の重心位置情報を算定し、押付け力算定部は、前記バケット２４の先端２５を施工面に対して押付ける押付け力Ｆｐを算定する（ステップＳ３）。具体的には、前記シリンダ長さ演算部１０３により演算された各シリンダ長さに基づいて前記重心位置演算部１０８がブーム２１、アーム２２及びバケット２４のそれぞれの重心位置を演算する。一方、前記ブームシリンダヘッド圧センサ５６Ｈ及びロッド圧センサ５６Ｒがそれぞれ検出するブームシリンダ２６のヘッド圧Ｐｈ及びロッド圧Ｐｒに基づいてシリンダ推力演算部１０９が当該ブームシリンダ２６のシリンダ推力Ｆｃｔ（＝Ｐｈ＊Ａｈ－Ｐｒ＊Ａｒ）を演算する。そして、前記押付け力演算部１１０は、前記各重心位置に基づいて前記作業装置１４全体の自重による前記ブームフット回りの下向きのモーメントＭｗと、前記シリンダ推力Ｆｃｔによる前記ブームフット回りの上向きのモーメントＭｃｔと、を演算し、両モーメントＭｗ，Ｍｃｔの差に基づいて前記押付け力Ｆｐを算定する。

なお、前記ショベル２４が施工面（法面を含む）から受ける反力であって前記押付け力Ｆｐに相当する反力は、当該施工面の法線方向のベクトルによって与えられる。このときの押付け力Ｆｐは、前記ブームフット回りのモーメントに対応して前記ショベル２４から前記施工面に与えられる力（当該モーメントの半径方向に対して直交する方向の力）をＦｍ、当該力Ｆｍの方向と前記法線方向とのなす角度をθとすると、次式（２）で表される。

Ｆｐ＝Ｆｍ＊ｃｏｓθ …（２）
前記コントローラ１００の目標速度補正部１１２は、さらに、前記目標押付け力Ｆｐｏと前記押付け力Ｆｐとの偏差ΔＦｐ（＝Ｆｐｏ－Ｆｐ）を演算し、当該偏差ΔＦｐを０に近づけるような前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの補正を行う（ステップＳ４）。この補正は、例えば、前記偏差ΔＦｐに特定のゲインを乗じた補正量を前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏから差し引くことにより、行われる。

次に、前記コントローラ１００のブーム流量指令部１１３は、前記のように補正された目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを得るようなブーム上げ流量指令信号またはブーム下げ指令信号を生成してブーム上げ流量操作弁７６Ａまたはブーム下げ流量操作弁７６Ｂに入力し（ステップＳ５、これにより、前記ブーム流量制御弁３６の特定の絞り開口の制御を行う。

具体的に、前記ブーム流量指令部１１３は、前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａ及び前記ブーム下げ流量操作弁７６Ｂのうち前記ブームシリンダ２６に供給される作動油の流量を操作する流量操作弁に対して流量指令信号を入力し、これによりブームシリンダ２６の速度を制御する。例えば、前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向が伸長方向（ブーム上げ方向）である場合、前記ブーム流量指令部１１３は当該目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏに相当するブーム上げ流量指令信号を生成して前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａに入力する。逆に、前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向が収縮方向（ブーム下げ方向）である場合、前記ブーム流量指令部１１３は当該目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏに相当するブーム下げ流量指令信号を生成して前記ブーム上げ流量操作弁７６Ａに入力する。

前記ブーム流量指令部１１３は、あるいは、前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向と前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向との関係によってはブームシリンダ２６から排出される作動油の流量を操作する流量操作弁に流量指令信号を入力してもよい。具体的には、前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向と前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向とが逆である場合、つまり、目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向が伸長方向で前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向が収縮方向である場合や、目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの方向が収縮方向で前記シリンダ推力Ｆｃｔの方向が伸長方向である場合には、ブームシリンダ２６に作用している荷重の向きと同じ向きに、前記シリンダ推力Ｆｃｔに抗して、ブームシリンダ２６を伸長または収縮させるため、ブームシリンダ２６の排出側の圧力が保持圧となるので、当該排出側の流量を制御するように、ブーム上げ流量操作弁７６Ａ及びブーム下げ流量操作弁７６Ｂのうち操作すべき流量操作弁を選定してもよい。より具体的に、前記ブーム流量指令部１１３は、前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが伸長方向で前記シリンダ推力Ｆｃｔが収縮方向である場合にはブーム下げ流量操作弁７６Ｂにブーム下げ流量指令信号を入力し、逆に前記目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏが収縮方向で前記シリンダ推力Ｆｃｔが伸長方向である場合にはブーム上げ流量操作弁７６Ａにブーム上げ流量指令信号を入力するような演算制御動作を行ってもよい。

以上説明した装置によれば、ブームシリンダ２６のシリンダ推力Ｆｃｔに加え、作業装置姿勢検出部６０が検出する作業姿勢情報さらには重心位置情報算定部が算定する重心位置情報により基づいて作業装置１４の自重による荷重を考慮した押付け力Ｆｐの算定が行われるので、当該押付け力Ｆｐの目標押付け力Ｆｐｏに対する偏差ΔＦｐに基づいて算定されるべき目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏの補正を行うことにより、バケット２４による施工面を目標施工面に近づけ、かつ、前記押付け力Ｆｐを前記目標押付け力Ｆｐｏに近づけるための制御を高精度で行うことが可能である。

なお、本発明は以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような態様を包含する。

（１）算定されるべき目標ブームシリンダ速度の補正について
本発明において「目標ブームシリンダ速度算定部により算定されるべき目標ブームシリンダ速度を目標押付け力と算定された押付け力との偏差を０に近づける方向に補正する」補正部は、前記目標速度補正部１１２のように目標ブームシリンダ速度算定部により既に算定された目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを補正するものに限らず、当該目標ブームシリンダ速度算定部による前記目標ブームシリンダ速度の算定の完了の前の当該目標ブームシリンダ速度の算定に用いられるパラメータを補正することにより、最終的に算定される前記目標ブームシリンダ速度を補正するものであってもよい。

このような補正部を備えたコントローラ１００の変形例を図５に示す。このコントローラ１００は、図３に示される目標速度補正部１１２に代えて目標ベクトル補正部１１４を有する。当該目標ベクトル補正部１１４は、目標方向ベクトル演算部１０２により演算された目標方向ベクトルを、目標押付け力Ｆｐｏと算定された押付け力Ｆｐとの偏差ΔＦｐを０に近づける方向に補正する。目標ブームシリンダ速度演算部１０７は、その補正された後の目標ベクトルとシリンダ速度演算部１０４が演算したシリンダ速度とに基づいて最終の目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを演算する。この変形例に係る前記目標ベクトル補正部１１４も、最終的に算定される目標ブームシリンダ速度Ｖｂｏを補正することが可能である。

（２）ブーム流量制御弁について
本発明に係るブーム流量制御弁の具体的な構成は限定されない。前記実施の形態に係るブーム流量制御弁３６は、単一のスプールのストロークによってヘッド側開口３６ｈ及びロッド側開口３６ｒの双方の開口面積を変化させるパイロット操作式の３位置方向切換弁により構成されるが、本発明に係るブーム流量制御弁は、例えば、ブームシリンダのヘッド側室及びロッド側室にそれぞれ個別に接続されるヘッド側流量制御弁及びロッド側流量制御弁の組合せであってもよい。

（３）目標ブームシリンダ速度の算定について
目標ブームシリンダ速度の算定手法は、前記実施の形態における算定手法に限定されない。当該目標ブームシリンダ速度は、例えば、作業装置の姿勢を特定する姿勢情報と目標ブームシリンダ速度との関係について予め用意されたマップに基づき、実際の姿勢情報に対応して特定されてもよい。

（４）アームの作動方向について
前記実施の形態は、アーム２２のアーム引き方向の動きに対応してブームシリンダ２６のシリンダ速度を制御するものであるが、本発明は、アームのアーム押し方向の動きやアーム引き方向及びアーム押し方向の往復動作に追従したブームシリンダの制御にも適用されることが可能である。例えば、アームの押し方向の動きに伴ってブームシリンダの収縮方向のシリンダ速度の制御が行われる場合でも、その目標ブームシリンダ速度の方向とシリンダ推力の方向とに基づいてブーム上げ流量及びブーム下げ流量のうち制御すべき流量（供給側流量または排出側流量）を選定することにより、前記と同様の効果を得ることが可能である。

前記実施の形態に係る装置を作動させたときに実際に生じる押付け力（ｋＮ）の時間変化を計測する実験が行われた。その結果を図６に示す。まず、作業者の手動操作により、ショベル２４の背面を施工面に押付ける作業が行われ、そのときに押付け力算定部が算定する押付け力Ｆｐが目標押付け力Ｆｐｏとして設定される。その後、当該目標押付け力Ｆｐｏと算定される押付け力Ｆｐとの偏差ΔＦｐを０に近づける補正を含むブームシリンダ２６の速度制御が実行されることにより、前記押付け力Ｆｐの値を前記目標押付け力Ｆｐｏに近い値に保ちながら前記ショベル２４による施工面を目標施工面に近づける自動制御が実現された。

１０ 下部走行体（機体）
１２ 上部旋回体（機体）
１４ 作業装置
２１ ブーム
２２ アーム
２４ バケット
２６ ブームシリンダ
２６ｈ ヘッド側室
２６ｒ ロッド側室
２７ アームシリンダ
２８ バケットシリンダ
３６ ブーム流量制御弁
４０ パイロット油圧源
４６ ブーム操作器
４７ アーム操作器
４８ バケット操作器
５６Ｈ ブームシリンダヘッド圧センサ（ブームシリンダ圧検出器）
５６Ｒ ブームシリンダロッド圧センサ（ブームシリンダ圧検出器）
６０ 作業装置姿勢検出部
７６Ａ ブーム上げ流量操作弁（ブーム流量操作部）
７６Ｂ ブーム下げ流量操作弁（ブーム流量操作部）
１００ コントローラ
１０１ 目標施工面設定部
１０３ シリンダ長さ演算部（目標シリンダ速度算定部及び押付け力算定部）
１０４ シリンダ速度演算部（目標シリンダ速度算定部）
１０７ 目標ブームシリンダ速度演算部（目標シリンダ速度算定部）
１０８ 重心位置演算部（重心位置情報算定部）
１０９ シリンダ推力演算部（押付け力算定部）
１１０ 押付け力演算部（押付け力算定部）
１１１ 目標押付け力設定部
１１２ 目標速度補正部（補正部）
１１３ ブーム流量指令部（ブーム流量操作部）
１１４ 目標ベクトル補正部（補正部）

Claims (5)

1. 機体及びこれに取付けられる作業装置を備えた作業機械であって前記作業装置が当該機体に起伏可能に支持されるブームと当該ブームの先端部に回動可能に連結されるアームと当該アームの先端部に取付けられて施工面に押付けられるバケットとを含む作業機械に設けられ、前記ブーム、前記アーム及び前記バケットを油圧により駆動するための油圧駆動装置であって、
   駆動源により駆動されることにより作動油を吐出する少なくとも一つの油圧ポンプを含む作動油供給装置と、
   前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記ブームを起伏させる少なくとも一つのブームシリンダと、
   前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記アームを回動させるアームシリンダと、
   前記作動油供給装置からの作動油の供給を受けることにより伸縮して前記バケットを回動させるバケットシリンダと、
   前記作動油供給装置と前記少なくとも１つのブームシリンダとの間に介在し、当該作動油供給装置から前記少なくとも一つのブームシリンダに供給される作動油の流量であるブームシリンダ供給流量及び当該ブームシリンダから排出される作動油の流量であるブームシリンダ排出流量を変化させるように開閉動作することが可能なブーム流量制御弁と、
   前記バケットによる施工対象の目標形状を特定する目標施工面を設定する目標施工面設定部と、
   前記作業装置の姿勢を特定するための情報である姿勢情報を検出する作業姿勢検出部と、
   前記少なくとも一つのブームシリンダのヘッド側室及びロッド側室のそれぞれの圧力であるヘッド圧及びロッド圧を検出するブームシリンダ圧検出器と、
   前記作業姿勢検出部により検出される前記姿勢情報に基づいて前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ及び前記バケットシリンダのそれぞれの作動速度であるシリンダ速度を演算するシリンダ速度算定部と、
   前記シリンダ速度算定部により算定されるそれぞれのシリンダ速度に基づいて、前記アームシリンダの伸縮による前記アームの動きに伴って前記バケットにより施工される面を前記目標施工面に近づけるための前記ブームシリンダの作動速度の目標値である目標ブームシリンダ速度を算定する目標ブームシリンダ速度算定部と、
   前記目標ブームシリンダ速度が得られるように前記ブーム流量制御弁を作動させるブーム流量操作部と、
   前記バケットを施工面に対して押付けるための押付け力の目標値である目標押付け力を設定する目標押付け力設定部と、
   前記作業姿勢検出部により検出される前記姿勢情報に基づいて前記作業装置の重心位置についての情報を算定する重心位置情報算定部と、
   前記重心位置情報により特定される前記作業装置の自重による荷重と前記ブームシリンダ圧検出器が検出する前記へッド圧及び前記ロッド圧により特定される前記ブームシリンダのシリンダ推力とに基づいて前記バケットが前記施工面に押付けられる押付け力を算定する押付け力算定部と、
   前記目標ブームシリンダ速度算定部により算定されるべき前記目標ブームシリンダ速度を前記目標押付け力と算定された前記押付け力との偏差を０に近づける方向に補正する補正部と、を備え、
   前記ブーム流量操作部は、前記補正部により補正された前記目標ブームシリンダ速度が得られるように前記ブーム流量制御弁を作動させる、油圧駆動装置。
2. 請求項１記載の油圧駆動装置であって、前記補正部は、前記目標ブームシリンダ速度算定部により前記目標ブームシリンダ速度が算定された後にその算定された目標ブームシリンダ速度を補正する目標速度補正部である、油圧駆動装置。
3. 請求項１記載の油圧駆動装置であって、前記目標ブームシリンダ速度算定部は、前記目標施工面に沿って前記バケットの特定部位を動かすべき目標方向を特定する目標方向ベクトルを演算する目標方向ベクトル演算部と、当該目標方向ベクトルと前記ブームシリンダの前記シリンダ速度とに基づいて前記目標ブームシリンダ速度を演算する目標ブームシリンダ速度演算部と、を有し、前記補正部は、前記目標方向ベクトル演算部により演算された前記目標方向ベクトルを前記偏差を０に近づける方向に補正する目標ベクトル補正部である、油圧駆動装置。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の油圧駆動装置であって、前記ブーム流量制御弁は、ブーム上げパイロットポート及びブーム下げパイロットポートを有するパイロット操作式の方向切換弁であって、前記ブーム上げパイロットポートにブーム上げパイロット圧が入力されるときには前記ブームシリンダが前記ブームを起立させる方向に作動するように前記ブーム上げパイロット圧の大きさに対応した開度で開く一方、前記ブーム下げパイロットポートにブーム下げパイロット圧が入力されるときには前記ブームシリンダが前記ブームを倒伏させる方向に作動するように前記ブーム下げパイロット圧の大きさに対応した開度で開くものである場合、前記ブーム流量操作部は、パイロット油圧源と前記ブーム上げパイロットポートとの間に介在し、かつ、ブーム上げ流量指令信号の入力を受けることにより前記ブーム上げパイロットポートに入力される前記ブーム上げパイロット圧を前記ブーム上げ流量指令信号に対応した大きさのパイロット圧にするように開閉作動するブーム上げ流量操作弁と、前記パイロット油圧源と前記ブーム下げパイロットポートとの間に介在し、かつ、ブーム下げ流量指令信号の入力を受けることにより前記ブーム下げパイロットポートに入力される前記ブーム下げパイロット圧を前記ブーム下げ流量指令信号に対応した大きさのパイロット圧にするように開閉作動するブーム下げ流量操作弁と、前記補正部により補正された前記目標ブームシリンダ速度が得られるように前記ブーム上げ流量操作弁または前記ブーム下げ流量操作弁に流量指令信号を入力するブーム流量指令部と、を有する、油圧駆動装置。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の油圧駆動装置であって、前記目標押付け力設定部は、作業者による前記作業装置の手動操作によって前記バケットが施工面に押付けられたときに前記押付け力算定部が算定した前記押付け力を前記目標押付け力として記憶し設定する、油圧駆動装置。

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