JP7379156B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、ショベルに関する。

例えば、ショベルを利用して、掘削や整地等の施工が行われる（例えば、特許文献１）。

特開２０１２－１０３２６２号公報

しかしながら、バケット等のエンドアタッチメントによって、掘削したり、均したり等の施工を行う場合、施工方向（掘削方向や均し方向）に、ブーム及びアーム等を含むアタッチメントの延在方向を合わせる必要がある。つまり、施工する場所ごとに走行体でショベルの位置合わせを行うか、旋回体の操作により補正を行う必要があるため、施工における作業効率等の観点から改善の余地がある。

そこで、上記課題に鑑み、アタッチメントによる施工時の作業効率をより向上させることが可能なショベルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、
走行体と、
旋回自在に前記走行体に搭載される旋回体と、
前記旋回体に取り付けられるブームと、前記ブームの先端に取り付けられるアームと、
前記アームの先端に取り付けられるエンドアタッチメントと、を含む作業アタッチメントと、
前記エンドアタッチメントが平面視で所定の動作を行うように、前記作業アタッチメントの動作に合わせて、前記旋回体の旋回動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンドアタッチメントが平面視で予め設定される設定軸の上にある場合、前記エンドアタッチメントが前記設定軸の上を移動するように、前記旋回体の旋回動作を制御し、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸の上にない場合、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸と平行な軸の上を移動するように、前記旋回体の旋回動作を制御する、
ショベルが提供される。
また、本発明の他の実施形態では、
走行体と、
前記走行体に搭載される旋回体と、
前記旋回体に取り付けられるブームと、前記ブームの先端に取り付けられるアームと、前記アームの先端に取り付けられるエンドアタッチメントと、を含む作業アタッチメントと、
前記エンドアタッチメントが平面視で所定の動作を行うように、前記作業アタッチメントの動作に合わせて、前記旋回体の旋回動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、平面視で予め設定される設定軸の設定を維持した状態で、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸に平行な第１の軸の上を移動するように、前記旋回体の旋回動作を制御し、続いて、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸に平行で且つ前記第１の軸とは異なる第２の軸の上を移動するように、前記旋回体の旋回動作を制御する、
ショベルが提供される。

上述の実施形態によれば、アタッチメントによる施工時の作業効率をより向上させることが可能なショベルを提供することができる。

ショベルの側面図である。 ショベルの構成の一例を示すブロック図である。 ショベルの機能的な構成の一例を示す機能ブロック図である。 ショベルによる施工作業の一例を説明する図である。 教示モードにおける教示データ（教示軸）の設定方法の一例を説明する図である。 自動モードにおけるショベルの動作の第１例を説明する図である。 自動モードにおける旋回制御方法の一例を説明する図である。 コントローラによる教示データ設定処理の一例を概略的に示すフローチャートである。 コントローラによる旋回自動制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。 自動モードにおけるショベルの動作の第２例を説明する図である。 自動モードにおけるショベルの動作の第３例を説明する図である。 ショベルの構成の他の例を示すブロック図である。 自動モードにおけるショベルの動作の第４例を説明する図である。 自動モードにおけるショベルの動作の第４例を説明する図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

［ショベルの概要］

まず、図１を参照して、本実施形態に係るショベル５００の構成について説明をする。

図１は、本実施形態に係るショベル５００の側面図である。

本実施形態に係るショベル５００は、下部走行体１と、旋回機構２を介して旋回自在に下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、アタッチメント（作業アタッチメントの一例）としてのブーム４、アーム５、及びバケット６と、オペレータが搭乗するキャビン１０を備える。

下部走行体１（走行体の一例）は、例えば、左右一対のクローラを含み、それぞれのクローラが走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ（図２参照）で油圧駆動されることにより、ショベル５００を走行させる。

上部旋回体３（旋回体の一例）は、後述する旋回用電動機２１（図２参照）で駆動されることにより、下部走行体１に対して旋回する。

ブーム４は、上部旋回体３の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム４の先端には、アーム５が上下回動可能に枢着され、アーム５の先端には、バケット６（エンドアタッチメントの一例）が上下回動可能に枢着される。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。

キャビン１０は、オペレータが搭乗する操縦室であり、上部旋回体３の前部左側に搭載される。

［ショベルの基本構成］
次に、図２を参照して、ショベル５００の基本構成について説明する。

図２は、本実施形態に係るショベル５００の構成の一例を示すブロック図である。

尚、図中、機械的動力ラインは二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御ラインは細い実線でそれぞれ示される。

本実施形態に係るショベル５００の油圧アクチュエータを油圧駆動する油圧駆動系は、エンジン１１と、電動発電機１２と、減速機１３と、メインポンプ１４と、コントロールバルブ１７を含む。また、本実施形態に係るショベル５００の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９等の油圧アクチュエータを含む。

エンジン１１は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体３の後部に搭載される。具体的には、エンジン１１は、後述するエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ：Engine Control Module）７５による制御の下、予め設定される目標回転数で一定回転し、減速機１３を介してメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。また、エンジン１１は、減速機１３を介して電動発電機１２を駆動し、電動発電機１２に発電させることができる。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。

電動発電機１２は、エンジン１１をアシストしてメインポンプ１４を駆動する、油圧駆動系におけるアシスト動力源であり、例えば、エンジン１１及び減速機１３と共に一体として上部旋回体３の後部に搭載される。電動発電機１２は、インバータ１８Ａを介してキャパシタ１９を含む蓄電系１２０と接続され、インバータ１８Ａを介してキャパシタ１９や旋回用電動機２１から供給される電力で力行運転し、減速機１３を介してメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。また、電動発電機１２は、エンジン１１により駆動されることにより発電運転を行い、発電電力をキャパシタ１９や旋回用電動機２１に供給することができる。電動発電機１２の力行運転と発電運転との切替制御は、後述するコントローラ３０によってインバータ１８Ａが駆動制御されることにより実現される。

減速機１３は、例えば、エンジン１１と同様、上部旋回体３の後部に搭載され、エンジン１１及び電動発電機１２が接続される２つの入力軸と、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が直列に同軸接続される１つの出力軸を有する。減速機１３は、エンジン１１及び電動発電機１２の動力を所定の減速比でメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５に伝達することができる。また、減速機１３は、エンジン１１の動力を所定の減速比で、電動発電機１２とメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５とに分配して伝達することができる。

メインポンプ１４は、例えば、エンジン１１と同様、上部旋回体３の後部に搭載され、高圧油圧ライン１６を通じてコントロールバルブ１７に作動油を供給する。メインポンプ１４は、エンジン１１、或いは、エンジン１１及び電動発電機１２により駆動される。メインポンプ１４は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、後述するコントローラ３０による制御の下、レギュレータ（不図示）が斜板の角度（傾転角）を制御することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量（吐出圧）を制御することができる。

コントロールバルブ１７は、例えば、上部旋回体３の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置２６に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、上述の如く、高圧油圧ライン１６を介してメインポンプ１４と接続され、メインポンプ１４から供給される作動油を、操作装置２６の操作状態に応じて、油圧アクチュエータである走行油圧モータ１Ａ（右用），１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の油圧制御弁（方向切換弁）を含むバルブユニットである。

本実施形態に係るショベル５００の電動アクチュエータを駆動する電気駆動系は、旋回用電動機２１と、メカニカルブレーキ２３と、旋回減速機２４を含む。

旋回用電動機２１（電動機の一例）は、下部走行体１に対して上部旋回体３を旋回自在に接続する旋回機構２を駆動する、即ち、上部旋回体３を下部走行体１に対して旋回自在に駆動する電動アクチュエータである。旋回用電動機２１は、コントローラ３０による制御の下、上部旋回体３を旋回駆動する力行運転、及び、回生電力を発生させて上部旋回体３を旋回制動する回生運転を行う。旋回用電動機２１は、インバータ１８Ｂを介して蓄電系１２０に接続され、インバータ１８Ｂを介してキャパシタ１９や電動発電機１２から供給される電力により駆動される。また、旋回用電動機２１は、インバータ１８Ｂを介して、回生電力をキャパシタ１９や電動発電機１２に供給する。これにより、回生電力で、キャパシタ１９を充電したり、電動発電機１２を駆動したりすることができる。旋回用電動機２１の力行運転と回生運転との切替制御は、コントローラ３０によってインバータ１８Ｂが駆動制御されることにより実現される。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。

メカニカルブレーキ２３は、コントローラ３０による制御の下、上部旋回体３（具体的には、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａ）に対して、機械的に制動力を発生させ、上部旋回体３の停止状態を維持させる。また、メカニカルブレーキ２３は、例えば、上部旋回体３を緊急停止させる必要がある場合等において、上部旋回体３を旋回制動させてもよい。

尚、図２中において、旋回減速機２４とメカニカルブレーキ２３とは、簡単のため、別のブロック要素として記載されるが、メカニカルブレーキ２３は、例えば、旋回減速機２４に含まれる複数の減速機の間に組み込まれる態様の油圧式のディスクブレーキであってもよいし、旋回減速機２４と別体に設けられる態様の電磁式ブレーキであってもよい。

旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａと接続され、旋回用電動機２１の出力（トルク）を所定の減速比で減速させることにより、トルクを増大させて、上部旋回体３を旋回駆動する。即ち、力行運転の際、旋回用電動機２１は、旋回減速機２４を介して、上部旋回体３を旋回駆動する。また、旋回減速機２４は、上部旋回体３の慣性回転力を増速させて旋回用電動機２１に伝達し、回生電力を発生させる。即ち、回生運転の際、旋回用電動機２１は、旋回減速機２４を介して伝達される上部旋回体３の慣性回転力により回生発電を行い、上部旋回体３を旋回制動する。

本実施形態に係るショベル５００の電動発電機１２及び旋回用電動機２１を駆動する電源である蓄電系１２０は、キャパシタ１９と、ＤＣバス１００と、昇降圧コンバータ１１０を含む。蓄電系１２０は、例えば、インバータ１８Ａ，１８Ｂと共に、上部旋回体３の右側前部に搭載される。

キャパシタ１９は、電動発電機１２、旋回用電動機２１に電力を供給すると共に、ＤＣバス１００及び昇降圧コンバータ１１０を介して供給される電動発電機１２、旋回用電動機２１の発電電力を充電する。

ＤＣバス１００は、インバータ１８Ａ，１８Ｂと昇降圧コンバータ１１０との間に配設され、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。

昇降圧コンバータ１１０は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態等に応じて、ＤＣバス１００の電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える。これにより、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受が実現される。昇降圧コンバータ１１０の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス１００の電圧検出値、キャパシタ１９の電圧検出値、及び、キャパシタ１９の電流検出値に基づき、コントローラ３０により実現される。

本実施形態に係るショベル５００の操作系は、パイロットポンプ１５と、操作装置２６と、圧力センサ２９を含む。

パイロットポンプ１５は、上部旋回体３の後部に搭載され、パイロットライン２５を介して操作装置２６にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ１５は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、エンジン１１、或いは、エンジン１１及び電動発電機１２により駆動される。

操作装置２６は、レバー２６Ａ，２６Ｂと、ペダル２６Ｃを含む。操作装置２６は、キャビン１０の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種動作要素（下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、バケット６等）の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置２６は、それぞれの動作要素を駆動する油圧アクチュエータ（走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等）や電動アクチュエータ（旋回用電動機２１等）の操作を行うための操作入力手段である。以下、レバー２６Ａ，２６Ｂによりブーム４、アーム５、バケット６を含むアタッチメント、及び、上部旋回体３の操作が行われる前提で説明を進める。操作装置２６（即ち、レバー２６Ａ，２６Ｂ、及びペダル２６Ｃ）は、油圧ライン２７を介して、コントロールバルブ１７にそれぞれ接続される。これにより、コントロールバルブ１７には、操作装置２６における下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じたパイロット信号（パイロット圧）が入力される。そのため、コントロールバルブ１７は、操作装置２６における操作状態に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動することができる。また、操作装置２６は、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９に接続される。

圧力センサ２９は、上述の如く、油圧ライン２８を介して操作装置２６と接続され、操作装置２６の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置２６におけるそれぞれの動作要素（油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータ）の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。圧力センサ２９は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じてコントローラ３０と通信可能に接続され、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じた圧力信号（パイロット圧の検出値）は、コントローラ３０に入力される。

本実施形態に係るショベル５００の制御系は、コントローラ３０と、ＥＣＭ７５と、エンジン回転数センサ１１ａと、インバータ１８Ａと、インバータ１８Ｂと、電流センサ２１ｓと、レゾルバ２２を含む。また、本実施形態に係るショベル５００の制御系は、後述する旋回自動制御に関する構成として、ブーム角度センサ４０と、アーム角度センサ４２と、教示モードスイッチ４４と、教示データ設定スイッチ４６と、自動モードスイッチ４８を含む。

コントローラ３０は、ショベル５００の駆動制御を行う制御装置である。例えば、コントローラ３０は、オペレータ等の所定操作により予め設定される作業モード等に基づき、ＥＣＭ７５を介して、エンジン１１の駆動制御を行う。また、コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される、操作装置２６における各種動作要素（即ち、各種油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータ）の操作状態に対応するパイロット圧の検出値等に基づき、インバータ１８Ａ，１８Ｂを介して、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の駆動制御を行う。また、コントローラ３０は、上述の如く、ＤＣバス１００の電圧検出値、キャパシタ１９の電圧検出値、及び、キャパシタ１９の電流検出値等に基づき、昇降圧コンバータ１１０の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行う。また、コントローラ３０は、操作装置２６を用いたオペレータによるブーム４及びアーム５を含むアタッチメントの操作に応じて、或いは、オペレータによる操作に依らず、自動で、バケット６が所定の教示データに従う動作をするように、上部旋回体３の旋回動作を自動的に制御する。以下、コントローラ３０による上部旋回体３の当該制御態様を「旋回自動制御」と称する。コントローラ３０による旋回自動制御の詳細は、後述する。

コントローラ３０は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。例えば、コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、補助記憶装置、Ｉ／Ｏ（Input-Output interface）等を含むマイクロコンピュータで構成され、ＲＯＭや補助記憶装置に格納される各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種機能が実現される。

尚、コントローラ３０の機能の一部は、他のコントローラにより実現されてもよい。即ち、コントローラ３０の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。

ＥＣＭ７５は、コントローラ３０から制御指令に基づき、エンジン１１を駆動制御する。例えば、ＥＣＭ７５は、エンジン回転数センサ１１ａから入力される検出信号に対応するエンジン１１の回転数（回転速度）の測定値に基づき、コントローラ３０からの制御指令に対応する目標回転数でエンジン１１が一定回転するように、エンジン１１のトルク指令を生成する。そして、ＥＣＭ７５は、生成したトルク指令に応じたトルクがエンジン１１に発生するような駆動指令を、エンジン１１の燃料噴射装置等の各種アクチュエータに出力する。

エンジン回転数センサ１１ａは、エンジン１１の回転数を検出する既知の検出手段である。エンジン回転数センサ１１ａは、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じてＥＣＭ７５と通信可能に接続され、エンジン１１の回転数に対応する検出信号は、ＥＣＭ７５に入力される。

インバータ１８Ａは、蓄電系１２０を電源として、電動発電機１２を駆動する三相交流電力を出力したり、電動発電機１２の発電電力を蓄電系１２０に供給したりする。具体的には、インバータ１８Ａは、内蔵される駆動回路（不図示）が、コントローラ３０から入力される制御指令（具体的には、所定の回転速度で一定回転させる速度指令）に基づき、駆動指令、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）指令を生成する。そして、インバータ１８Ａは、該駆動指令に基づき、内蔵されるインバータ回路（不図示）が、蓄電系１２０から供給される電力を、電動発電機１２を駆動する三相交流電力に変換したり、電動発電機１２からの発電電力を直流電力に変換し蓄電系１２０に供給したりする。

尚、インバータ１８Ａのインバータ回路を駆動する駆動回路は、インバータ１８Ａの外部、例えば、コントローラ３０に内蔵される態様であってもよい。

インバータ１８Ｂは、蓄電系１２０を電源として、旋回用電動機２１を駆動する三相交流電力を出力したり、旋回用電動機２１の発電電力を蓄電系１２０に供給したりする。具体的には、インバータ１８Ｂは、内蔵される駆動回路（不図示）が、コントローラ３０から入力される制御指令に基づき、駆動指令、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）指令を生成する。より具体的には、当該駆動回路は、レゾルバ２２及び電流センサ２１ｓから入力される、旋回用電動機２１の回転速度或いは回転位置（回転角）及び出力トルクの測定値に基づき、速度・トルクフィードバック制御或いは位置・トルクフィードバック制御を行うことにより、駆動指令を生成してよい。そして、インバータ１８Ｂは、該駆動指令に基づき、内蔵されるインバータ回路（不図示）が、蓄電系１２０から供給される電力を、旋回用電動機２１を駆動する三相交流電力に変換したり、旋回用電動機２１からの回生電力を直流電力に変換し蓄電系１２０に供給したりする。

尚、インバータ１８Ｂのインバータ回路を駆動する駆動回路は、インバータ１８Ｂの外部、例えば、コントローラ３０に内蔵される態様であってもよい。

電流センサ２１ｓは、旋回用電動機２１の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のそれぞれの電流を検出する。電流センサ２１ｓは、例えば、旋回用電動機２１とインバータ１８Ｂとの間の電力経路に設けられる。電流センサ２１ｓは、例えば、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じてインバータ１８Ｂと通信可能に接続され、電流センサ２１ｓによる旋回用電動機２１の三相それぞれの電流に対応する検出信号は、インバータ１８Ｂに取り込まれる。

尚、電流センサ２１ｓは、インバータ１８Ｂに内蔵され、インバータ１８Ｂから出力される電流を検出する態様であってもよい。また、電流センサ２１ｓは、三相のうちの二相の電流を検出し、検出された二相の電流値から残り一相の電流値を算出する態様であってもよく、残り一相の電流値は、インバータ１８Ｂに取り込まれる二相分の電流値に対応する検出信号に基づき、インバータ１８Ｂ（具体的には、上述の駆動回路）で算出される態様であってもよい。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転位置、即ち、回転方向の所定の基準位置に対する回転角等を検出する。換言すれば、レゾルバ２２は、上部旋回体３の旋回方向の所定の基準位置（例えば、ブーム４等の延出方向と下部走行体１の走行方向が同じであるときの上部旋回体３の旋回位置）のに対する旋回角度（以下、単に「旋回角度」と称する）を検出する。レゾルバ２２は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じてインバータ１８Ｂと通信可能に接続され、検出された回転角（旋回角度）に対応する検出信号は、インバータ１８Ｂに取り込まれる。

ブーム角度センサ４０は、ブーム４の上部旋回体３に対する俯仰角、例えば、上部旋回体３の旋回平面に対してブーム４が成す角度（以下、「ブーム角度」と称する）を検出する。ブーム角度センサ４０は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、角加速度センサ、六軸センサ、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）等を含んでよく、以下、アーム角度センサ４２や後述するバケット角度センサについても同様である。ブーム角度センサ４０は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じてコントローラ３０と通信可能に接続され、ブーム角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

アーム角度センサ４２は、アーム５のブーム４に対する姿勢角度、例えば、ブーム４に対してアーム５が成す角度（以下、「アーム角度」と称する）を検出する。アーム角度センサ４２は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じてコントローラ３０と通信可能に接続され、アーム角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

尚、ブーム角度センサ４０、アーム角度センサ４２に加えて、更に、アーム５に対するバケット６の姿勢角度、例えば、アーム５に対して、バケット６が成す角度（以下、「バケット角度」と称する）を検出するバケット角度センサが設けられてもよい。

教示モードスイッチ４４（教示モード設定操作部の一例）は、キャビン１０の内部に設けられ、オペレータ等によるＯＮ／ＯＦＦ操作により、ショベル５００の動作モードを"教示モード"に設定するための操作部である。"教示モード"は、上述の旋回自動制御で利用される教示データを設定するためのショベル５００の動作モードであり、"教示モード"では、旋回自動制御が無効とされる。つまり、"教示モード"では、通常通り、オペレータの操作装置２６に対する操作に応じて、コントローラ３０により上部旋回体３の旋回動作が制御される。教示モードスイッチ４４は、押しボタン等のハードウェアによる操作部であってもよいし、所定の表示装置（例えば、キャビン１０内に搭載されるタッチパネルディスプレイ等）に表示されるボタンアイコン等のソフトウェアによる操作部であってもよい。以下、教示データ設定スイッチ４６、自動モードスイッチ４８についても同様である。教示モードスイッチ４４は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じてコントローラ３０と通信可能に接続され、その操作状態に対応する信号（ＯＮ信号或いはＯＦＦ信号）は、コントローラ３０に取り込まれる。

尚、教示データは、ショベル５００に搭載される通信機器を通じて、外部装置（例えば、作業現場の作業状況や作業現場のショベルの稼働状況等を管理する管理サーバ等）から対応するデータを受信したり、オペレータ等からの操作入力を受け付けたりすることで、設定されてもよい。つまり、教示データは、オペレータ等がショベル５００のアタッチメント等を動作させることなく設定される態様であってもよい。

教示データ設定スイッチ４６は、キャビン１０の内部に設けられ、"教示モード"において、教示データを設定するためのオペレータ等による操作を受け付ける操作部である。教示データ設定スイッチ４６は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じてコントローラ３０と通信可能に接続され、教示データ設定スイッチ４６の操作状態に対応する操作信号は、コントローラ３０に取り込まれる。教示データ設定スイッチ４６の具体的な操作方法等については、後述する。

自動モードスイッチ４８（自動モード設定操作部の一例）は、キャビン１０の内部に設けられ、オペレータ等によるＯＮ／ＯＦＦ操作により、ショベル５００の動作モードを"自動モード"に設定するための操作部である。"自動モード"は、上述した旋回自動制御が有効な動作モードである。以下、"自動モード"と関連して、"教示モード"の場合を除き、旋回自動制御が有効でない動作モード、つまり、通常通り、オペレータの操作装置２６に対する操作に応じて、コントローラ３０により上部旋回体３の旋回動作が制御される動作モードを"通常モード"と称する。また、"教示モード"は、"通常モード"に含まれる前提で説明を進める。自動モードスイッチ４８は、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じてコントローラ３０と通信可能に接続され、その操作状態に対応する信号（ＯＮ信号或いはＯＦＦ信号）は、コントローラ３０に取り込まれる。

［旋回制御装置の構成の詳細］
次に、図３を参照して、ショベル５００に搭載される、上部旋回体３の旋回動作を制御する旋回制御装置２００の詳細な構成について説明する。

旋回制御装置２００は、コントローラ３０と、インバータ１８Ｂと、旋回用電動機２１と、レゾルバ２２と、圧力センサ２９と、ブーム角度センサ４０と、アーム角度センサ４２と、教示モードスイッチ４４と、教示データ設定スイッチ４６と、自動モードスイッチ４８を含む。

コントローラ３０は、上部旋回体３の旋回動作の制御に関連する機能部として、通常指令生成部３０１と、バケット位置情報取得部３０２と、教示データ設定部３０３と、教示指令生成部３０４と、制御指令出力判定部３０５を含む。

通常指令生成部３０１は、圧力センサ２９から入力される、レバー２６Ａにおける上部旋回体３の操作状態、つまり、レバー２６Ａの操作方向及び操作量に基づき、上部旋回体３を制御する通常の制御指令（以下、「通常指令」と称する）としての速度指令を生成する。

バケット位置情報取得部３０２は、ショベル５００を上部旋回体３の旋回中心軸に沿って真上から見た平面視（以下、単に「平面視」と称する）における下部走行体１を基準とするバケット６の位置（以下、単に「バケット位置」と称する）に関する情報（バケット位置情報）を取得する。例えば、バケット位置情報取得部３０２は、平面視で見たときの上部旋回体３の旋回中心軸を原点とする平面極座標系において、バケット位置情報として、バケット位置に対応する径方向の座標（動径座標）及び周方向の座標（角度座標）を取得する。具体的には、バケット位置情報取得部３０２は、何れも既知である、平面視で見たときの上部旋回体３の旋回中心軸からブーム４の枢着位置までの距離（以下、平面視で見たときの距離を「水平距離」と称する）、並びに、ブーム４及びアーム５のリンク長（両端の枢着位置の間の長さ）と、ブーム角度センサ４０及びアーム角度センサ４２から入力されるブーム角度及びアーム角度とに基づき、バケット位置に対応する動径座標として、上部旋回体３の旋回中心軸からバケット６までの水平距離（以下、単に「バケット６の水平距離」と称する）を算出する。また、バケット位置情報取得部３０２は、バケット位置に対応する角度座標として、レゾルバ２２から入力される上部旋回体３の旋回角度を取得する。バケット位置情報取得部３０２は、取得したバケット位置に関する情報、即ち、バケット位置に対応するバケット６の水平距離及び上部旋回体３の旋回角度を教示データ設定部３０３及び教示指令生成部３０４に向けて出力する。

教示データ設定部３０３は、"教示モード"が設定されている場合に、オペレータによる教示データ設定スイッチ４６の操作に応じて、教示データを設定する。具体的には、教示データ設定部３０３は、後述の如く、オペレータによる教示データ設定スイッチ４６の操作に応じて、バケット６を移動させる方向を規定する教示データ、即ち、教示軸を設定する。教示データ設定部３０３の動作の詳細は、後述する（図５及び図８参照）。

教示指令生成部３０４（制御部の一例）は、操作装置２６によるオペレータのブーム４及びアーム５を含むアタッチメントの操作に応じて、平面視で、バケット６が設定された教示軸に沿って移動するように、上部旋回体３を自動的に旋回させるための制御指令（以下、「教示指令」と称する）を生成する。例えば、教示指令生成部３０４は、バケット位置情報取得部３０２から入力されるバケット位置の変化に合わせて、バケット６が平面視で教示軸に沿って移動するための旋回動作を特定する。具体的には、教示指令生成部３０４は、特定される旋回動作に対応する旋回位置（旋回角度）の目標値（目標旋回角度）を算出し、教示指令として、目標旋回角度に対応する位置指令を生成する。教示指令生成部３０４の動作の詳細は、後述する（図６、図７、及び図９参照）。

制御指令出力判定部３０５は、通常指令生成部３０１及び教示指令生成部３０４によりそれぞれ生成される通常指令及び教示指令のうちの何れか一方を制御指令として、インバータ１８Ｂに出力する。具体的には、制御指令出力判定部３０５は、自動モードスイッチ４８がＯＦＦされている場合、つまり、ショベル５００の動作モードが"自動モード"以外、例えば、"通常モード"や"教示モード"である場合、通常指令をインバータ１８Ｂに出力する。一方、制御指令出力判定部３０５は、自動モードスイッチ４８がＯＮされている場合、つまり、ショベル５００の動作モードが"自動モード"である場合、教示指令をインバータ１８Ｂに出力する。これにより、インバータ１８Ｂを介して、上部旋回体３の旋回自動制御が実現される。

［自動モードにおけるショベルの動作の第１例］
次に、図４～図９を参照して、自動モードにおけるショベルの動作の第１例について説明する。

＜教示データ設定方法＞
まず、図４及び図５を参照して、教示データ設定部３０３による教示データの設定方法について説明する。

図４は、ショベル５００による施工作業の一例を説明する図である。図５は、教示モードにおける教示データ（教示軸）の設定方法の一例を説明する図である。

図４に示すように、本例では、掘削作業や均し作業等の施工作業の施工対象である、平面視で略矩形状の施工対象面４０１において、ショベル５００は、施工対象面４０１の前後方向の一辺と平行な線分４０２～４０４の上を掘削したり、均したり等の施工を行う。施工対象面４０１は、略水平面であってもよいし、法面を施工するための傾斜地（例えば、図１３Ａ参照）であってもよい。後述する施工対象面１００１，１１０１等についても同様である。

この場合、図５に示すように、オペレータは、操作装置２６によりショベル５００のブーム４、アーム５、バケット６を含むアタッチメントを操作し、施工対象面４０１の上下方向の一辺と平行な教示軸５０１を設定する。

例えば、まず、オペレータは、上部旋回体３に対するブーム４、アーム５、及びバケット６（アタッチメント）の延在方向を施工対象面４０１の上下方向の一辺と略平行になるように、ショベル５００を移動させる。

続いて、オペレータは、平面視で、バケット６が上部旋回体３から比較的離れた位置（例えば、図５中の位置５０２）になるように、操作装置２６に対して、ブーム４を下げつつ、アーム５を開く操作を行う。そして、オペレータは、バケット６が位置５０２にある状態（図５中の点線の状態）で、教示データ設定スイッチ４６を操作する。これにより、教示データ設定部３０３は、バケット位置情報取得部３０２から入力されるバケット位置情報（即ち、バケット６の水平距離及び上部旋回体３の旋回角度）に基づき、平面視におけるバケット６の位置５０２を、教示軸５０１を規定する線分の第１の端点（始点）として設定する。

続いて、オペレータは、平面視で、バケット６が上部旋回体３から比較的近い位置（例えば、図５中の位置５０３になるように、操作装置２６に対して、ブーム４を上げつつ、アーム５を閉じる操作を行う。そして、オペレータは、バケット６が位置５０３にある状態（図５中の一点鎖線の状態）で、教示データ設定スイッチ４６を操作する。

これにより、教示データ設定部３０３は、バケット位置情報取得部３０２から入力されるバケット位置情報に基づき、平面視におけるバケット６の位置５０３を、教示軸５０１を規定する線分の第２の端点（終点）として設定する。そして、教示データ設定部３０３は、設定された始点及び終点から教示軸５０１を設定することができる。例えば、教示データ設定部３０３は、設定された始点から終点に向かうベクトル（教示ベクトル）を教示軸５０１として設定してよい。

＜自動モードにおけるショベルの動作の詳細＞
続いて、図６及び図７を参照して、具体的に、自動モードにおけるショベル５００の動作の第１例、即ち、当該動作に対応する上部旋回体３の旋回自動制御について説明する。以下、本例では、上述した図４のショベル５００の施工作業及び上述した図５のショベル５００の位置及び設定された教示軸５０１を前提として説明を行う。

図６は、自動モードにおけるショベル５００の動作の第１例を説明する図である。具体的には、図６は、図４の施工対象面４０１における左端部の線分４０２を掘削或いは均す作業を行う場合のショベル５００の動作を示す図である。また、図７は、自動モードにおける旋回制御方法の一例を説明する図である。具体的には、図７は、オペレータによるブーム４、アーム５を含むアタッチメントの操作に応じて、制御周期Ｔの間で、位置Ｐｔ１にあるバケット６を教示軸５０１に沿って位置Ｐｔ２まで移動させる制御方法を説明する図である。

尚、図７中において、位置Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｔ２＿ｃのＸ座標及びＹ座標は、上部旋回体３の旋回中心軸Ｃｔｒを原点とする直交座標系を前提とする。

図６に示すように、ショベル５００は、教示軸５０１が設定されたときの状態、つまり、図５の状態のままで、施工対象面４０１後方における左右方向の中央付近に配置されている。図４の施工対象面４０１の左右に亘る線分４０２～４０４に対する施工作業を行い易くするためである。

オペレータは、バケット６の位置が線分４０２の前方の端点、つまり、施工作業の始点位置６０１に合わせるように、操作装置２６に対して、上部旋回体３を左方向に旋回させつつ、ブーム４を下げ、且つ、アーム５を開く操作を行う。

続いて、オペレータは、バケット６が始点位置６０１にある状態から、バケット６をショベル５００側、つまり、後方に移動させて、掘削作業或いは均し作業等を行うため、操作装置２６に対して、ブーム４を上げつつ、アーム５を閉じる操作を行う。本例では、自動モードが設定されているため、上述の如く、インバータ１８Ｂには、制御指令出力判定部３０５から教示指令が出力される。そのため、上部旋回体３は、平面視で、バケット６が教示軸５０１に沿って移動するように、つまり、線分４０２上を移動するように、オペレータによる操作装置２６に対するブーム４及びアーム５を含むアタッチメントの操作に合わせて、自動的に、左方向に旋回する。これにより、オペレータは、ブーム４、アーム５を含むアタッチメントの操作だけで、ショベル５００から見た平面視のバケット６の移動方向とは異なる方向に沿った線分４０２上を始点位置６０１から終点位置６０２まで掘削したり、均したりすることができる。

ここで、図７に示すように、バケット６が位置Ｐｔ１にある状態において、通常、ブーム４、アーム５、及びバケット６だけが操作されると、制御周期Ｔの間で、上部旋回体３に対するブーム４等のアタッチメントの延在方向の位置Ｐｔ２＿ｃに移動してしまう。そのため、教示指令生成部３０４は、直近のバケット位置及び旋回角度の変化等に基づき、制御周期Ｔの間における旋回角度の補正量Δθを算出し、現在の旋回角度に対して補正量Δθを考慮した目標旋回角度を設定する。これにより、教示指令生成部３０４は、オペレータによるブーム４、アーム５を含むアタッチメントの操作だけで、教示軸５０１に沿って、位置Ｐｔ１から位置Ｐｔ２に移動させることができる。

尚、教示指令生成部３０４は、バケット位置及び旋回角度の変化の他、圧力センサ２９から入力される、ブーム４、アーム５、及びバケット６の操作状態に基づき、補正量Δθを算出してもよい。これにより、オペレータの操作装置２６に対する操作によるブーム４、アーム５、及びバケット６の動作の予測精度を向上させることができるため、より精度よく補正量Δθを算出し、教示軸５０１に対するバケット６の動作の追従性を向上させることができる。また、ショベル５００の作業面、つまり、施工対象面４０１は、傾斜している場合も有り得る。そのため、教示指令生成部３０４は、例えば、下部走行体１や上部旋回体３に搭載される、図示しない傾斜センサ（傾斜検出部の一例）により検出されるショベル５００の作業面の傾斜に基づき、補正量Δθを算出してもよい。作業面の傾斜状態に応じて、ブーム４、アーム５等の動作速度等が変化しうるからである。

このように、オペレータは、ショベル５００から見たブーム４等のアタッチメントの延在方向、即ち、平面視のバケット６の移動方向と、掘削作業や均し作業等の直線的な施工作業の方向とが一致しない場合であっても、ブーム４、アーム５を含むアタッチメントに対応するレバー２６Ａ，２６Ｂの操作を行うだけで、直線的な施工作業を行うことができる。よって、施工作業の作業効率を向上させることができる。

尚、オペレータは、線分４０２の作業が終わり、線分４０３，４０４の作業に移行する場合、自動モードスイッチ４８をＯＦＦ操作することにより、自動モードを解除することができる。そのため、オペレータは、自らの操作により、上部旋回体３を旋回させながら、線分４０３，４０４の施工作業の始点位置にバケット６の位置を合わせることができる。

＜教示データ設定処理の詳細＞
続いて、図８を参照して、コントローラ３０の教示データ設定部３０３による教示データの設定に関する処理フローについて具体的に説明する。

図８は、コントローラ３０の教示データ設定部３０３による教示データ設定処理の一例を概略的に示すフローチャートである。本フローチャートによる処理は、教示モードスイッチ４４がＯＮ操作された場合、即ち、教示モードスイッチ４４から入力される操作信号がＯＦＦ信号からＯＮ信号に切替わった場合に、実行される。

ステップＳ８０２にて、教示データ設定部３０３は、第１の端点の設定を促す通知をオペレータ等に対して行う。例えば、教示データ設定部３０３は、キャビン１０内に設けられる表示装置（不図示）に通知内容を表示させてもよいし、キャビン内に設けられる音声出力装置（不図示）を通じて通知内容の音声を出力させてもよい。ステップＳ８０６の処理についても同様である。

ステップＳ８０４にて、教示データ設定部３０３は、所定時間内で、教示データ設定スイッチ４６に対して、オペレータ等による第１の端点を設定する操作が行われたか否かを判定する。教示データ設定部３０３は、オペレータ等による第１の端点を設定する操作が行われた場合、ステップＳ８０６に進み、行われなかった場合、ステップＳ８１２に進む。

尚、教示データ設定部３０３は、所定時間内で、教示データ設定スイッチ４６に対して、オペレータ等による第１の端点を設定する操作が行われなかった場合に、再度、ステップＳ８０２に戻り、ステップＳ８０２，Ｓ８０４を繰り返すリトライ処理を実行してもよい。この場合、リトライ処理には、回数制限が設けられる。以下、ステップＳ８０６，Ｓ８０８の処理に対しても、同様のリトライ処理が行われてよい。

ステップＳ８０６にて、教示データ設定部３０３は、第２の端点の設定を促す通知をオペレータ等に対して行う。

ステップＳ８０８にて、教示データ設定部３０３は、所定時間内で、教示データ設定スイッチ４６に対して、オペレータ等による第２の端点を設定する操作が行われたか否かを判定する。教示データ設定部３０３は、オペレータ等による第２の端点を設定する操作が行われた場合、ステップＳ８１０に進み、行われなかった場合、ステップＳ８１２に進む。

ステップＳ８１０にて、教示データ設定部３０３は、設定された第１の端点及び第２の端点から教示軸を算出（設定）し、コントローラ３０内の補助記憶装置等の内部メモリに保存する。

ステップＳ８１２にて、教示データ設定部３０３は、教示モードスイッチ４４をＯＦＦする、つまり、"教示モード"を解除し、ショベル５００の動作モードを"通常モード"に戻し、今回の処理を終了する。

尚、一度、設定された教示軸は、再度、本フローチャートによる処理が行われない限り、ショベルの運転中、その設定状態が維持される。これにより、"教示モード"による作業の度に、教示軸を設定する作業を行う必要が無くなるため、オペレータ等の利便性を向上させることができる。

＜旋回自動制御処理の詳細＞
続いて、図９を参照して、コントローラ３０による旋回自動制御に関する処理フローについて具体的に説明する。

図９は、コントローラ３０による旋回自動制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。本フローチャートによる処理は、例えば、ショベル５００の運転中、所定時間ごと、つまり、所定の制御周期Ｔごとに、繰り返し実行される。

ステップＳ９０２にて、バケット位置情報取得部３０２は、ブーム角度センサ４０、アーム角度センサ４２、及びレゾルバ２２から入力されるブーム角度、アーム角度、及び旋回角度の測定値を取得する。

ステップＳ９０４にて、バケット位置情報取得部３０２は、ブーム角度、バケット角度、及び旋回角度の測定値に基づき、バケット位置を取得（算出）する。

ステップＳ９０６にて、教示指令生成部３０４は、直近のバケット位置の変化及び旋回角度の変化等に基づき、教示軸に沿ってバケット６が移動するように、目標旋回角度θｔを算出する。

ステップＳ９０８にて、教示指令生成部３０４は、目標旋回角度θｔに対応する教示指令（位置指令）を生成し、制御指令出力判定部３０５に向けて出力し、今回の処理を終了する。これにより、ショベル５００の動作モードとして、"自動モード"が設定されている場合に、制御指令出力判定部３０５からインバータ１８Ｂに教示指令が出力される。

尚、本例（図４～図９）では、オペレータのアタッチメントの操作に応じて、バケット６が平面視で所定軸に沿って移動するように、上部旋回体３の旋回動作が制御されるが、アタッチメントの操作についても自動化されてよい。つまり、上部旋回体３の旋回動作だけでなく、アタッチメントの動作も自動化されてよい。

具体的には、コントローラ３０は、バケット６の高さ方向の位置を略一定に保ちながら、バケット６を上部旋回体３側に引き寄せるための、掘削動作或いは均し動作に対応するレバー２６Ａ，２６Ｂへの操作入力を自動的に生成する。これにより、コントローラ３０は、アタッチメントの動作を自動制御することができる。そして、コントローラ３０は、アタッチメントの自動制御に対応するバケット６の位置やレバー２６Ａ，２６Ｂへの操作入力に応じて、バケット６が平面視で所定軸に沿って移動するように、上部旋回体３の旋回動作を制御してよい。これにより、ショベル５００は、オペレータの操作入力に依らず、自動的に、直線的な施工作業を行うことができる。また、上述の図４に示すような直線的な施工作業をショベル５００に繰り返し行わせる場合、例えば、上部旋回体３の旋回中心軸を原点とする平面極座標系における始点位置及び終点位置の座標が、コントローラ３０の内部メモリ等に予め設定されていればよい。これにより、コントローラ３０は、上述の図４に示すような繰り返しの直線的な施工作業をショベル５００に全自動で行わせることができる。

また、本例では、バケット６が、平面視で、予め設定される所定の軸（教示軸）に沿って移動するように制御されるが、予め設定される所定の曲線や折れ線（以下、「教示曲線等」）に沿って移動するように制御されてもよい。この場合、上述の如く、ショベル５００のアタッチメント等の動作によって、教示曲線等に対応する教示データが設定されてよい。また、ショベル５００のアタッチメント等の動作に依らず、外部装置から対応するデータを受信したり、オペレータ等からの操作入力を受け付けたりすることで、教示曲線等に対応する教示データが設定されてもよい。

［自動モードにおけるショベルの動作の第２例］
次に、図１０を参照して、自動モードにおけるショベル５００の動作の第２例について説明する。本例では、コントローラ３０（教示指令生成部３０４）は、上述の第１例と同様、操作装置２６を通じたアタッチメントの操作に応じて、平面視で、所定の教示軸に沿ってバケット６が移動するように、上部旋回体３を自動的に旋回させる。

図１０は、自動モードにおけるショベル５００の動作の第２例を説明する図である。

図１０に示すように、本例では、ショベル５００は、平面視で略矩形状の施工対象面１００１において、掘削作業を行う。

ここで、本例では、図中の施工対象面の一部（領域１００２）は、掘削作業によって、図中の左から右に向けて傾斜する傾斜面として施工される必要がある。そのため、傾斜面の傾斜方向である図中の左右方向にバケット６が移動する態様で、掘削作業が進められることが望ましい。一方、作業現場の環境条件等によっては、施工対象面１００１の図中における左右には、ショベル５００を配置させるスペースが存在しない、或いは、配置させると安全面で問題がある等の状況が発生する場合もありうる。よって、本例では、ショベル５００は、施工対象面１００１の図中における下側に配置され、コントローラ３０（教示指令生成部３０４）による制御下で、オペレータによるアタッチメントの操作に応じて、バケット６が左右方向の軸（以下、「左右軸」）に沿って、左から右に移動するように、上部旋回体３を自動で旋回させる。これにより、ショベル５００は、工事現場の環境条件に依らず、より適切な施工作業を実現することができる。

この場合、教示データは、例えば、アタッチメントの向きが施工対象面１００１の図中における左右方向になるように上部旋回体３の旋回位置が合わせられた状態で、図５の場合と同様の方法を用いて、ショベル５００を動作させることにより設定されてよい。また、教示データは、上述の如く、ショベル５００のアタッチメント等の動作に依らず、外部装置から対応するデータを受信したり、オペレータ等からの操作入力を受け付けたりすることで設定されてもよい。

尚、同様の旋回自動制御、つまり、平面視で、アタッチメントの向きと大きく異なる教示軸方向に沿って、バケット６を移動させる旋回自動制御は、当然の如く、掘削作業だけでなく、掘削作業以外の作業、例えば、均し作業や転圧作業等にも適用されうる。

また、図１０に示すように、本例では、バケット６は、アーム５に対して、上下方向に回動するための回動軸だけでなく、左右方向に回動するための回動軸を有し、バケット６を掘削方向（左右方向）に合わせることができる。これにより、アタッチメントの向きと掘削方向との差異が相対的に大きくなってしまうような場合でも、バケット６は、前後方向の回動動作の場合と同様、メインポンプ１４から供給される作動油で駆動される油圧アクチュエータ（例えば、油圧モータ）で左右方向に回動し、オペレータ等は、所定の操作手段を通じて、バケット６の向きを適切に合わせることができる。また、バケット６は、例えば、コントローラ３０を通じて、油圧アクチュエータに給排される作動油の向きや流量が自動的に調整されることにより、自動で、その平面視での向きが掘削方向に合わせられる態様であってもよい。

尚、当然の如く、左右方向に回動可能な回動軸を有さない通常のバケット６によって、上述のような施工作業が行われてもよい。

また、本例では、平面視でのバケット６の位置（移動方向）だけでなく、上下方向の位置も自動で制御されてもよい。例えば、バケット６の左右方向の移動に合わせて、バケット６の刃先位置が施工後の傾斜面に相当する目標施工面に沿って、或いは、目標施工面に干渉しない範囲で移動するように、バケット６の上下位置が自動制御されてもよい。これにより、平面視で、アタッチメントの向きとバケット６の移動方向とが大きく異なるような場合であっても、オペレータは、傾斜面が適切に施工可能な態様で、バケット６を移動させることができる。そのため、施工品質を更に向上させることができる。このとき、例えば、後述する図１２と同様の構成（比例弁３１及びシャトル弁３２）が採用され、ブーム４、アーム５、及びバケット６の少なくとも一つが自動制御されることにより、コントローラ３０は、バケット６の上下位置を制御できる。また、コントローラ３０は、バケット６の上下位置を制御する際、ブーム角度センサ４０、アーム角度センサ４２、及びバケット角度センサの検出信号に基づき、バケット６の位置を把握することができる。

［自動モードにおけるショベルの動作の第３例］
次に、図１１を参照して、自動モードにおけるショベル５００の動作の第３例について説明する。

図１１は、自動モードにおけるショベル５００の動作の第３例を説明する図である。

図１１に示すように、本例では、ショベル５００は、平面視で略矩形状の施工対象面１１０１において、バケット６の背面を地面に押し付けながら転圧作業を行う。

具体的には、ショベル５００は、オペレータの操作に応じて、バケット６を地面に押し付けつけ、且つ、バケット６を手前側（上部旋回体３側）に移動させるように、アタッチメントを動作させる。併せて、ショベル５００は、コントローラ３０（教示指令生成部３０４）の制御下で、アタッチメントの手前方向への動作に合わせて、自動で、上部旋回体３が左右方向に往復運動を繰り返すことにより、バケット６の幅よりも広い一定幅を有する施工対象面１１０１内の領域１１０２を転圧する。つまり、コントローラ３０は、オペレータの操作に応じたアタッチメントの手前方向への移動に合わせて、自動で、バケット６が左右方向で往復運動を繰り返すように、上部旋回体３の旋回動作を制御する。これにより、バケット６の幅より広い幅の領域を効率的に転圧することができる。

この場合、教示データは、例えば、領域１１０２の幅に相当するデータと、左右方向への移動速度に相当するデータ等を含む態様であってよい。また、教示データは、平面視で、バケット６の移動軌跡に相当するデータ（例えば、図中のジグザグ形状の太線の矢印に相当する軌跡データ）であってもよい。当該教示データは、例えば、上述の如く、ショベル５００のアタッチメント等の動作に依らず、外部装置から対応するデータを受信したり、オペレータ等からの操作入力を受け付けたりすることで設定されてもよい。また、後者の場合、当該教示データは、例えば、オペレータの操作に応じて、バケット６が移動した軌跡が記録されることにより設定されてもよい。

また、同様の旋回自動制御は、転圧作業以外に適用されてもよい。例えば、アタッチメントの前後方向への移動に合わせて、上部旋回体３が左右方向に往復運動を繰り返すことによって、地面の細かな突起等を左右に払いのける態様で、ショベル５００の均し作業が行われてもよい。この場合、アタッチメントの移動方向は、バケット６が上部旋回体３に近づく方向、つまり、上部旋回体３の前方から手前（上部旋回体３）側に向かう方向ではなく、バケット６が上部旋回体３から離れる方向、つまり、手前側から上部旋回体３の前方に向かう方向であってもよい。

［自動モードにおけるショベルの動作の第４例］
次に、図１２、図１３（図１３Ａ、図１３Ｂ）を参照して、自動モードにおけるショベル５００の動作の第４例について説明する。

＜ショベルの基本構成＞
まず、図１２を参照して、本例に係るショベル５００の動作の前提となるショベル５００の基本構成について説明する。

図１２は、ショベル５００の構成の他の例を示すブロック図である。以下、図２の一例と異なる部分を中心に説明する。

本例に係るショベル５００の操作系は、パイロットポンプ１５と、操作装置２６と、圧力センサ２９と、シャトル弁３２を含む。また、本例に係るショベル５００の制御系は、コントローラ３０と、ＥＣＭ７５と、エンジン回転数センサ１１ａと、インバータ１８Ａと、インバータ１８Ｂと、電流センサ２１ｓと、レゾルバ２２と、ブーム角度センサ４０と、アーム角度センサ４２と、教示モードスイッチ４４と、教示データ設定スイッチ４６と、自動モードスイッチ４８と、比例弁３１を含む。

操作装置２６は、その二次側のパイロットラインに設けられる後述のシャトル弁３２を介して、コントロールバルブ１７に接続される。これにより、コントロールバルブ１７には、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じたパイロット圧が入力されうる。そのため、コントロールバルブ１７は、操作装置２６における操作状態に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動することができる。

比例弁３１は、パイロットポンプ１５とシャトル弁３２とを接続するパイロットラインに設けられ、その流路面積（具体的には、作動油が通流可能な断面積）を変更可能に構成される。比例弁３１は、コントローラ３０から入力される制御指令に応じて動作する。これにより、コントローラ３０は、オペレータにより操作装置２６が操作されていない場合であっても、パイロットポンプ１５から吐出される作動油を、比例弁３１及びシャトル弁３２を介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。

シャトル弁３２は、２つの入口ポートと１つの出口ポートを有し、２つの入口ポートに入力されたパイロット圧のうちの高い方のパイロット圧を有する作動油を出口ポートに出力させる。シャトル弁３２は、２つの入口ポートのうちの一方が操作装置２６に接続され、他方が比例弁３１に接続される。シャトル弁３２の出口ポートは、パイロットラインを通じて、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに接続される。そのため、シャトル弁３２は、操作装置２６が生成するパイロット圧と比例弁３１が生成するパイロット圧のうちの高い方を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。つまり、コントローラ３０は、操作装置２６から出力される二次側のパイロット圧よりも高いパイロット圧を比例弁３１から出力させることにより、オペレータによる操作装置２６の操作に依らず、対応する制御弁を制御し、下部走行体１やアタッチメントＡＴの動作を自動制御することができる。

＜自動モードにおけるショベルの動作の詳細＞
続いて、図１３Ａ、図１３Ｂを参照して、具体的に、自動モードにおけるショベル５００の動作の第４例、即ち、当該動作に対応する上部旋回体３の旋回自動制御について説明する。

図１３Ａ、図１３Ｂは、自動モードにおけるショベル５００の動作の第４例を説明する図である。具体的には、図１３Ａは、ショベル５００による施工対象の傾斜地１３０１と目標施工面としての法面ＢＳを示す側面図であり、図１３Ｂは、ショベル５００による法面ＢＳを施工する動作の具体例を示す図である。

図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、本例では、ショベル５００は、傾斜地１３０１のうちの予め設定された作業範囲１３０２に、バケット６が法面ＢＳを形成させるように、自動で、アタッチメント及び上部旋回体３を動作させ、切土作業や転圧作業を行う。

具体的には、ショベル５００は、例えば、作業範囲１３０２に正対する位置に配置され、その状態で、作業範囲１３０２が設定される。すると、コントローラ３０（教示指令生成部３０４）は、作業範囲１３０２で傾斜方向に規定される複数のレーンごと（例えば、図中の５本の太線矢印）に、傾斜方向に設定される教示軸に沿ってバケット６が奥側から手前（上部旋回体３）側に移動し、且つ、バケット６の刃先（切土時）或いは背面（転圧時）が法面ＢＳに沿って移動するように、アタッチメント（ブーム４、アーム５、及びバケット６）及び上部旋回体３を自動制御する。より具体的には、コントローラ３０は、ブーム角度センサ４０、アーム角度センサ４２、及びバケット角度センサの検出信号に基づき、バケット６の刃先や背面の位置を把握しながら、アタッチメント及び上部旋回体３の動作を自動制御する。これにより、作業範囲１３０２が設定されるだけで、ショベル５００に、作業範囲１３０２に対する法面ＢＳの施工作業を全自動で行わせることができる。このとき、作業範囲１３０２は、例えば、オペレータ等による操作入力を受け付けることにより設定されてもよいし、例えば、作業範囲１３０２に対応するデータが、通信装置を通じて所定の外部装置から受信されることにより設定されてもよい。また、バケット６が平面視で教示軸に沿って移動するレーンは、例えば、作業範囲１３０２の設定と併せて予め設定されていてもよいし、上部旋回体３から見た作業範囲１３０２の左右幅等に応じて、コントローラ３０が自動的に導出する態様であってもよい。

また、コントローラ３０は、例えば、ショベル５００に搭載される上部旋回体３の前方の空間を認識可能な空間認識装置による認識結果に基づき、法面ＢＳの施工状況を把握し、所定の品質での法面ＢＳの施工が完了するまで、法面ＢＳの施工作業を継続させる。これにより、作業範囲１３０２が設定されるだけで、作業範囲１３０２における法面ＢＳの施工作業を、所定の品質に到達するまで、換言すれば、施工完了まで、ショベル５００に全自動で行わせることができる。このとき、空間認識装置には、例えば、単眼カメラ、ＬＩＤＡＲ（Light Detecting and Ranging ）、ミリ波レーダ、ステレオカメラ、距離画像カメラ、超音波センサ、赤外線センサ等が含まれうる。

尚、同様の全自動制御は、当然の如く、法面の施工作業だけでなく、掘削作業や均し作業等（例えば、図４参照）の任意の作業に適用されうる。

［作用］
このように、本実施形態では、コントローラ３０（教示指令生成部３０４）は、バケット６が平面視で所定の動作を行うように、上部旋回体３の旋回動作を制御する。

これにより、コントローラ３０は、アタッチメントによる作業時において、バケット６の位置を上部旋回体３から見て、前後方向だけでなく、左右方向にも移動させるような所定の動作を行わせることができる。よって、ショベル５００の作業の幅を広げることができ、ショベル５００の作業効率を向上させることができる。

尚、本実施形態では、バケット６がエンドアタッチメントとして用いられるが、バケット６以外のエンドアタッチメントが採用されてもよい。

また、本実施形態では、コントローラ３０（教示指令生成部３０４）は、オペレータの操作、具体的には、オペレータによるブーム４及びアーム５を含むアタッチメントの操作に応じて、バケット６が平面視で所定の動作（以下、便宜的に「教示動作」）を行うように、アタッチメントの動作に合わせて、上部旋回体３の旋回動作を制御してよい。

これにより、コントローラ３０は、オペレータの操作に応じたアタッチメントの動作に合わせて、上部旋回体３を動作させて、具体的に、所定の教示動作を行わせることができる。

また、本実施形態では、コントローラ３０（教示指令生成部３０４）は、所定の作業範囲（例えば、作業範囲１３０２）が設定された場合、バケット６が作業範囲に所定の加工（例えば、法面ＢＳの成形）を施すように、アタッチメント及び上部旋回体３の動作を自動的に制御してよい。

これにより、ショベル５００において、作業範囲が予め設定されるだけで、ショベル５００に、自動的に、且つ、効率的に、当該作業範囲に所定の加工を施させることができる。

また、本実施形態では、コントローラ３０（教示指令生成部３０４）は、オペレータの操作に応じたアタッチメントの前後方向への移動に合わせて、バケット６が平面視で左右方向への移動を繰り返すように、上部旋回体３の旋回動作を制御してよい。

これにより、ショベル５００は、アタッチメントの動作に合わせて、バケット６の幅よりも広い範囲を対象として、施工作業を行うことができるため、作業効率を更に向上させることができる。

また、本実施形態では、コントローラ３０（教示指令生成部３０４）は、施工対象が法面である場合に、バケット６が平面視で所定の教示動作を行うように、上部旋回体３の旋回動作を制御してよい。

これにより、施工対象が法面である場合のショベル５００の作業効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、コントローラ３０（教示指令生成部３０４）は、オペレータの操作、具体的には、オペレータによるブーム４及びアーム５を含むアタッチメントの操作に応じて、バケット６が平面視で所定軸（教示軸）に沿って移動するように、上部旋回体３の旋回動作を制御してよい。

これにより、オペレータは、レバー２６Ａ，２６Ｂによりブーム４及びアーム５等のアタッチメントを操作するだけで、バケット６を教示軸に沿って移動させることができる。特に、オペレータは、ショベル５００から見た平面視のバケット６の移動方向と、所定軸に沿う方向、即ち、施工方向とが一致しないような場合であっても、アタッチメントに対応するレバー２６Ａ，２６Ｂの操作だけで、所定の施工方向に沿ってバケット６を移動させることができる。従って、例えば、比較的広い施工面において、所定軸に沿って直線的な掘削作業や均し作業等を繰り返し行う場合に、平面視で見たときのショベル５００の配置に依らず、アタッチメントの操作のみで、直線的な施工を行うことができるため、オペレータの作業性が向上し、施工作業の作業効率を向上させることができる。また、下部走行体１を自走させることにより、ショベル５００を移動させながら、直線的な施工を繰り返すような場合に比して、下部走行体１を自走させる必要がないため、ショベル５００のエネルギ効率、つまり、燃料消費率を向上させることができる。また、オペレータは、ブーム４、アーム５等のアタッチメントの操作、具体的には、アタッチメントの高さ方向の操作だけに集中することができるため、施工作業の精度向上を図ることができる。また、所定軸に沿って直線的な施工作業が繰り返されることにより、施工面の仕上がりをよりきれいにすることができるため、施工品質の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、バケット位置情報取得部３０２は、下部走行体１を基準とするバケット６の位置に関するバケット位置情報を取得する。そして、教示指令生成部３０４は、バケット位置情報取得部３０２により取得されるバケット位置情報に基づき、バケット６が平面視で所定軸（教示軸）に沿って移動するように、上部旋回体３の旋回動作を制御してよい。

これにより、教示指令生成部３０４は、バケット位置情報の変化をモニタリングしながら、バケット６が平面視で教示軸に沿って移動するように、上部旋回体３の旋回動作を制御することができる。

また、本実施形態では、ブーム角度センサ４０は、上部旋回体３に対するブーム４の角度を検出し、アーム角度センサ４２は、ブーム４に対するアーム５の角度と検出する。そして、バケット位置情報取得部３０２は、ブーム角度センサ４０及びアーム角度センサ４２の検出結果に基づき、バケット位置情報を取得してよい。

これにより、バケット位置情報取得部３０２は、既知のブーム４及びアーム５のリンク長と、ブーム角度及びアーム角度に基づき、下部走行体１に対する相対的なバケット位置情報を取得することができる。

尚、例えば、下部走行体１或いは上部旋回体３にミリ波レーダ、ＬＩＤＡＲ等の距離センサや画像センサ（カメラ）を含む他のセンサを搭載し、他のセンサの検出結果からバケット位置情報を取得してもよい。

また、本実施形態では、バケット位置情報取得部３０２は、バケット位置情報として、下部走行体１に対する上部旋回体３の旋回中心軸からの距離の測定値と、上部旋回体３の旋回角度の測定値とを取得してよい。

これにより、バケット位置情報取得部３０２は、具体的に、バケット位置情報として、平面視で見たときの上部旋回体３の下部走行体１に対する旋回中心軸を原点とする平面極座標系における動径座標（旋回中心軸からの距離）及び角度座標（旋回角度）を取得できる。

また、本実施形態では、教示指令生成部３０４は、バケット位置情報取得部３０２により取得される旋回中心軸からの距離、及び旋回角度の測定値に基づき、バケット６が平面視で所定軸（教示軸）に沿って移動するように、旋回角度の目標値を算出すると共に、上部旋回体３の旋回角度が算出した目標値になるように、上部旋回体３の旋回動作を制御してよい。

これにより、教示指令生成部３０４は、具体的に、旋回角度の目標値（目標旋回角度）を算出し、バケット６が平面視で教示軸に沿って移動するように、上部旋回体３の位置制御を行うことができる。

また、本実施形態では、ショベル５００の動作モードを、教示指令生成部３０４により自動的に上部旋回体３を旋回させる"自動モード"に移行させる自動モードスイッチ４８が設けられる。そして、教示指令生成部３０４は、自動モードスイッチ４８に対する操作入力に基づき、"自動モード"が設定されている場合に、オペレータによるブーム４及びアーム５を含むアタッチメントの操作に応じて、バケット６が平面視で所定軸（教示軸）に沿って移動するように、上部旋回体３の旋回動作を制御してよい。

これにより、オペレータは、自動モードスイッチ４８に対する自らの操作によって、自動モードの設定及び解除を行うことができる。従って、所定軸に沿って直線的な施工作業を繰り返し行う場合に、次の施工作業に移行する際、自動モードスイッチ４８を操作し、自動モードを解除することにより、上部旋回体３を自ら操作し、次の施工作業の開始位置にバケット６を移動させることができる。

また、本実施形態では、ショベル５００の動作モードを、所定軸（教示軸）を設定可能な"教示モード"に移行させる教示モードスイッチ４４が設けられる。そして、教示データ設定部３０３は、教示モードスイッチ４４に対する操作入力に基づき、教示モードが設定されている場合に、オペレータによるブーム４及びアーム５を含むアタッチメントの操作に応じて、所定軸（教示軸）を設定してよい。

これにより、オペレータは、自らの操作により、教示軸を設定することができる。

また、本実施形態では、教示データ設定部３０３は、教示モードスイッチ４４に対する操作入力に基づき、"教示モード"が設定されている場合に、オペレータによるブーム４及びアーム５の操作に応じて、バケット６の第１の位置（第１の端点）関する位置情報と、第１の位置と異なるバケット６の第２の位置（第２の端点）に関する位置情報を取得する。そして、教示データ設定部３０３は、第１の位置及び第２の位置に関する位置情報に基づき、所定軸（教示軸）を設定してよい。

これにより、教示データ設定部３０３は、例えば、オペレータがブーム４及びアーム５を含むアタッチメントを操作し、バケット６を移動させたときの異なる二点の位置情報を取得し、二点を結ぶ線分やベクトルとして、教示軸を設定することができる。

また、本実施形態では、ショベル５００が位置する作業面の傾斜を検出する傾斜センサが設けられる。そして、教示指令生成部３０４は、傾斜センサに基づき、バケット６が平面視で所定軸（教示軸）に沿って移動するように、上部旋回体３の旋回動作を制御してよい。

これにより、教示指令生成部３０４は、作業面の傾斜により、オペレータの操作によるブーム４及びアーム５等のアタッチメントの動作速度等が変化しうるところ、作業面の傾斜の測定値を考慮して、上部旋回体３の旋回動作を制御することができる。従って、教示指令生成部３０４は、ショベル５００の作業面の傾斜に依らず、適切に、バケット６が平面視で所定軸（教示軸）に沿って移動するように、上部旋回体３の旋回動作を制御することができる。

また、本実施形態では、上部旋回体３を駆動する旋回用電動機２１を更に備え、教示指令生成部３０４は、旋回用電動機２１を制御することにより、上部旋回体３の旋回動作を制御してよい。

これにより、旋回用電動機２１の電気的な位置制御により、比較的簡単に、上部旋回体３の旋回自動制御を実現することができる。また、旋回用電動機２１は、駆動指令に対するレスポンスが比較的高いため、バケット６の平面視での教示軸への追従性を向上させることができる。

尚、本実施形態において、旋回用電動機２１の代わりに、上部旋回体３を油圧駆動する旋回油圧モータが採用されてもよい。この場合、コントロールバルブ１７には、該旋回油圧モータにメインポンプ１４からの作動油を供給する方向制御弁（以下、「旋回用方向制御弁」と称する）が追加される。また、通常指令生成部３０１及び教示指令生成部３０４は、それぞれ、通常指令及び教示指令として、当該旋回油圧モータを駆動する制御指令、具体的には、旋回用方向制御弁を制御するための制御指令を生成する。そして、制御指令出力判定部３０５は、上述した実施形態と同様、通常指令及び教示指令の何れか一方を、旋回用方向制御弁（電気駆動の場合）或いは旋回用方向制御弁のパイロット圧を制御する減圧弁（パイロット圧駆動の場合）に出力するようにすればよい。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

最後に、本願は、２０１７年９月８日に出願した日本国特許出願２０１７－１７２８３０号に基づく優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

１ 下部走行体（走行体）
１Ａ 走行油圧モータ
１Ｂ 走行油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体（旋回体）
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１１ａ エンジン回転数センサ
１２ 電動発電機
１３ 減速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ インバータ
１８Ｂ インバータ
１９ キャパシタ
２１ 旋回用電動機
２１ｓ 電流センサ
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ レバー
２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
４０ ブーム角度センサ
４２ アーム角度センサ
４４ 教示モードスイッチ
４６ 教示データ設定スイッチ
４８ 自動モードスイッチ
７５ エンジンコントロールモジュール
１００ ＤＣバス
１１０ 昇降圧コンバータ
１２０ 蓄電系
２００ 旋回制御装置
３０１ 通常指令生成部
３０２ バケット位置情報取得部
３０３ 教示データ設定部
３０４ 教示指令生成部（制御部）
３０５ 制御指令出力判定部
５００ ショベル

Claims (4)

1. 走行体と、
   前記走行体に搭載される旋回体と、
   前記旋回体に取り付けられるブームと、前記ブームの先端に取り付けられるアームと、前記アームの先端に取り付けられるエンドアタッチメントと、を含む作業アタッチメントと、
   前記エンドアタッチメントが平面視で所定の動作を行うように、前記作業アタッチメントの動作に合わせて、前記旋回体の旋回動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記エンドアタッチメントが平面視で予め設定される設定軸の上にある場合、前記エンドアタッチメントが前記設定軸の上を移動するように、前記旋回体の旋回動作を制御し、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸の上にない場合、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸と平行な軸の上を移動するように、前記旋回体の旋回動作を制御する、
   ショベル。
2. 走行体と、
   前記走行体に搭載される旋回体と、
   前記旋回体に取り付けられるブームと、前記ブームの先端に取り付けられるアームと、前記アームの先端に取り付けられるエンドアタッチメントと、を含む作業アタッチメントと、
   前記エンドアタッチメントが平面視で所定の動作を行うように、前記作業アタッチメントの動作に合わせて、前記旋回体の旋回動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、平面視で予め設定される設定軸の設定を維持した状態で、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸に平行な第１の軸の上を移動するように、前記旋回体の旋回動作を制御し、続いて、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸に平行で且つ前記第１の軸とは異なる第２の軸の上を移動するように、前記旋回体の旋回動作を制御する、
   ショベル。
3. 前記制御部は、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸の上にある場合、前記エンドアタッチメントが前記設定軸の上を移動するように、前記旋回体の旋回動作を制御し、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸の上にない場合、前記エンドアタッチメントが平面視で前記設定軸と平行な軸の上を移動するように、前記旋回体の旋回動作を制御する、
   請求項２に記載のショベル。
4. 当該ショベルの動作モードを、前記設定軸を設定可能な教示モードに移行させる教示モード設定操作部と、
   前記教示モード設定操作部に対する操作入力に基づき、前記教示モードが設定されている場合に、オペレータの操作に応じて、前記設定軸を設定する教示データ設定部と、を更に備える、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載のショベル。

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