JP7498679B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に関する。

ブームと、ブームに回転可能に接続されたアームと、アームに回転可能に接続されたバケットとを有する作業装置と、作業装置が取り付けられる旋回体とを備えた作業機械が知られている。このような作業機械では、作業（例えば、掘削作業、整地作業）を行う際に、作業装置と旋回体を複合的に動作させることにより、旋回体を動作（旋回）させない場合に比べて、多様な軌跡での作業が可能となり、作業効率の向上を図ることができる。

また、バケットが、多軸回転機構を有する器具連結部によりアームに連結された作業機械が知られている。このような作業機械では、作業装置と旋回体を複合的に動作させるための操作が複雑になるため、動作の一部を自動で制御する（半自動制御）。

特許文献１には、回転掘削具の先端部が器具先頭方向（Ｉ＾）を画定するように、回転軸（Ｒ）を中心に回転する回転掘削具を備えた作業機械が開示されている。また、特許文献１には、掘削連動アセンブリの揺動軸（Ｓ）を中心とした揺動速度（ωｓ）、及び、掘削機スティックのカール軸（Ｃ）を中心としたカール速度（ωｃ）を表す信号を生成し、連動アセンブリ先頭方向（Ｎ＾）、掘削連動アセンブリの揺動速度（ωｓ）、及び、掘削機スティックのカール速度（ωｃ）に基づいて、掘削機スティックの末端部（Ｇ）の進行方向である先頭方向（Ｇ＾）を表す信号を生成し、更に、器具先頭方向（Ｉ＾）が、進行方向である先頭方向（Ｇ＾）に近似するように、回転掘削具を、回転軸（Ｒ）を中心に回転させることが記載されている。

ＷＯ２０１７／１３６３０１

特許文献１に記載の作業機械では、器具先頭方向と進行方向との間に差が生じてから、器具先頭方向を補正する制御を行っているため、十分な作業精度を確保できないおそれがある。また、特許文献１に記載の作業機械では、常に、器具先頭方向が進行方向に近似するように回転掘削具を制御するため、回転掘削具をオペレータが意図する方向に向けて作業を行うことができないという問題もある。

本発明は、オペレータが意図する方向に向けたバケットの向きと、バケットの移動方向との関係を維持しつつ、高い精度で作業を行うことが可能な作業機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様による作業機械は、旋回体と、ブーム、アーム及びバケットを有し、前記旋回体に取り付けられる多関節型の作業装置と、前記旋回体及び前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、前記旋回体及び前記作業装置を動作させるための操作装置と、前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサと、前記操作装置に対する操作に基づいて前記複数のアクチュエータの目標動作速度を演算し、前記目標動作速度に基づいて前記複数のアクチュエータの動作を制御する制御装置と、を備える。前記アームは、アームピンを介して前記ブームに回動可能に連結される。前記バケットは、前記アームピンと平行な第１軸及び前記アームピンに対してねじれの位置にある第２軸を中心に回転可能に前記アームに連結される。前記複数のアクチュエータには、前記バケットを前記第２軸周りに回転させる回転アクチュエータが含まれる。前記制御装置は、前記旋回体の動作速度に基づいて、前記旋回体の旋回動作により前記第２軸周りに生じる前記バケットの角速度を演算し、前記旋回体の旋回動作により前記第２軸周りに生じる前記バケットの角速度を打ち消すための前記第２軸周りの相殺用速度を演算し、前記相殺用速度に基づいて、前記回転アクチュエータの動作を制御する。

本発明によれば、オペレータが意図する方向に向けたバケットの向きと、バケットの移動方向との関係を維持しつつ、高い精度で作業を行うことが可能な作業機械を提供することができる。

油圧ショベルの斜視図。 作業具の側面図。 右操作レバー装置の斜視図。 第１実施形態に係る油圧ショベルの油圧駆動装置の構成を示す図。 油圧ショベルの制御装置のハードウェア構成図。 第１実施形態に係る油圧ショベルの情報処理装置の機能ブロック図。 ロータリー軸Ａ２と旋回中心軸Ｚとが平行であるときの油圧ショベルの姿勢について示す図。 ロータリー軸Ａ２と旋回中心軸Ｚとが平行でないときの油圧ショベルの姿勢について示す図。 第１実施形態に係る情報処理装置により実行されるアクチュエータ制御処理の内容について示す図。 水平引き作業において、作業装置と旋回体が複合的に動作した場合に、バケットが移動する様子を示す模式図であり、上方から見てバケットが直線状に移動する様子を示す。 第２実施形態に係る油圧ショベルの情報処理装置の機能ブロック図。 第２実施形態に係る情報処理装置により実行されるアクチュエータ制御処理の内容について示す図。 水平引き作業において、作業装置と旋回体が複合的に動作した場合に、バケットが移動する様子を示す模式図であり、上方から見てバケットが曲線状に移動する様子を示す。 第３実施形態に係る油圧ショベルの油圧駆動装置の構成を示す図。 第３実施形態に係る油圧ショベルの作業具の構成を示す図。 第３実施形態に係る油圧ショベル１のバケットの回転方向について示す図。 第３実施形態に係る油圧ショベルの情報処理装置の機能ブロック図。

図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下では、クローラ式の油圧ショベルを作業機械の一例として説明する。

＜第１実施形態＞
図１は油圧ショベル１の斜視図である。図１に示すように、油圧ショベル１は、機体（車体）１６と、機体１６に取り付けられる作業装置１５と、を備える。機体１６は、左右の走行油圧モータ３（３ａ，３ｂ）により走行する走行体９と、走行体９上に旋回可能に取り付けられる旋回体１０と、を備える。旋回体１０は、アクチュエータである旋回油圧モータ４によって、走行体９に対して旋回駆動される。

作業装置１５は、複数のアクチュエータによって駆動される複数の被駆動部材（フロント部材）を有する多関節型の作業装置である。作業装置１５は、３つの被駆動部材（ブーム１１、アーム１２及び作業具８）が直列的に連結された構成である。ブーム１１は、その基端部が旋回体１０の前部に、ブームピンを介して回動可能に連結される。アーム１２は、その基端部がブーム１１の先端部に、アームピン１２ａを介して回動可能に連結される。作業具８は、後述するように、バケット８ｄを有する。作業具８は、アーム１２の先端部に、バケットピン８ａを介して回動可能に連結される。ブームピン、アームピン１２ａ、バケットピン８ａは、互いに平行に配置され、各被駆動部材（ブーム１１、アーム１２及び作業具８）は同一面内で相対回転可能とされている。

ブーム１１はアクチュエータであるブームシリンダ５によって駆動され、アーム１２はアクチュエータであるアームシリンダ６によって駆動され、作業具８はアクチュエータであるバケットシリンダ７によって駆動される。なお、バケットシリンダ７は、一端がアーム１２に連結され、他端がリンク１７を介して、作業具８の連結部８ｂに連結される。

図２は、作業具８の側面図である。図２に示すように、作業具８は、アーム１２の先端部にバケットピン８ａを介して回転可能に連結される連結部８ｂと、連結部８ｂに対して回転可能に設けられる回転部８ｃと、回転部８ｃに固定されるバケット８ｄと、を有する。連結部８ｂには、バケット８ｄを回転させる回転アクチュエータとしてのロータリー油圧モータ８０のハウジングが固定されている。回転部８ｃには、ロータリー油圧モータ８０の回転軸８０ａが固定されている。

ロータリー油圧モータ８０は、その回転中心軸であるロータリー軸（第２軸）Ａ２の方向が、バケットピン８ａの中心軸であるフロント連結軸（第１軸）Ａ１（図１参照）の方向と直交するように配設される。したがって、ロータリー油圧モータ８０の回転軸８０ａが回転すると、連結部８ｂに対して回転部８ｃ及びバケット８ｄが、ロータリー軸（第２軸）Ａ２を中心に回転する。このように、本実施形態では、バケット８ｄが、アームピン１２ａと平行なフロント連結軸（第１軸）Ａ１及びアームピン１２ａに対してねじれの位置にあるロータリー軸（第２軸）Ａ２を中心に回転可能にアーム１２に連結される。

図１に示すように、旋回体１０の前部左側には、オペレータが搭乗する運転室１８が設けられている。運転室１８には、走行体９への動作指示を行うための右走行レバー装置１ａ及び左走行レバー装置１ｂが設けられている。また、運転室１８には、ブーム１１、アーム１２、作業具８及び旋回体１０への動作指示を行うための右操作レバー装置１ｃ及び左操作レバー装置１ｄが設けられている。さらに、右操作レバー装置１ｃには、バケット８ｄをロータリー軸（第２軸）Ａ２周りに回転させる動作指示を行うためのロータリー操作装置１ｅ（図３参照）が設けられている。このように、本実施形態に係る油圧ショベル１は、旋回体１０及び作業装置１５を動作させるための操作装置（１ａ～１ｅ）を備えている。

図３は、右操作レバー装置１ｃの斜視図である。図３に示すように、右操作レバー装置１ｃは、オペレータによって把持され左右及び前後に傾動可能な操作レバーを有する。なお、図示しないが、左操作レバー装置１ｄは、右操作レバー装置１ｃと同様の構成であり、オペレータによって把持され左右及び前後に傾動可能な操作レバーを有する。図３に示すように、ロータリー操作装置１ｅは、右操作レバー装置１ｃの操作レバーの頂部に設けられ、オペレータの手指によって左右に傾動可能なレバースイッチを有する。

図１に示すように、ブームピンには、旋回体１０に対するブーム１１の回動角度（以下、ブーム角度と記す）を検出する角度センサ１３ａが取り付けられている。アームピン１２ａには、ブーム１１に対するアーム１２の回動角度（以下、アーム角度と記す）を検出する角度センサ１３ｂが取り付けられている。リンク１７と作業具８とを連結するピンには、アーム１２に対する作業具８のバケットピン８ａ周りの回動角度（以下、バケット角度）を検出する角度センサ１３ｃが取り付けられている。

旋回体１０には、基準面（例えば水平面）に対する旋回体１０の前後方向の傾斜角（以下、ピッチ角度と記す）及び左右方向の傾斜角（以下、ロール角度と記す）、並びに、旋回中心軸に直交する平面内における走行体９に対する旋回体１０の相対角度（以下、旋回角度と記す）を検出する角度センサ１３ｄが取り付けられている。なお、角度センサ１３ａ～１３ｃは、水平面に対する角度を検出するセンサであってもよい。角度センサ１３ａ～１３ｄから出力される角度信号は、後述の制御装置１００（図４参照）に入力される。

角度センサ１３ａ～１３ｄで検出される角度は、制御装置１００（図４参照）での油圧ショベル１の姿勢（作業装置１５の姿勢、及び、旋回体１０の姿勢）の演算に用いられる。つまり、角度センサ１３ａ～１３ｄは、油圧ショベル１の姿勢（作業装置１５の姿勢及び旋回体１０の姿勢）を検出する姿勢センサとして機能している。角度センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃには、例えば、作業装置１５の姿勢に関する情報としてブーム角度、アーム角度及びバケット角度を取得し、取得した角度に応じた信号（電圧）を出力するポテンショメータを採用することができる。

角度センサ１３ｄには、例えば、旋回体１０の姿勢に関する情報として、直交３軸の角速度及び加速度を取得し、この情報に基づき、旋回体１０のロール角度、ピッチ角度及び旋回角度を演算し、演算結果を制御装置１００に出力するＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）を採用することができる。なお、旋回体１０の姿勢を表す角度（ロール角度、ピッチ角度及び旋回角度）の演算は、ＩＭＵの出力信号に基づき、制御装置１００が行うようにしてもよい。また、角度センサ１３ｄとして、３つのセンサ、すなわちロール角度を検出するセンサ、ピッチ角度を検出するセンサ、及び、旋回角度を検出するセンサを個別に設けるようにしてもよい。

旋回体１０には、原動機としてのエンジン１４、エンジン１４により駆動されるポンプ２、及び、コントロールバルブユニット２０が搭載されている。コントロールバルブユニット２０は、複数の方向制御弁を有し、ポンプ２からアクチュエータ（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、旋回油圧モータ４、走行油圧モータ３、及び、ロータリー油圧モータ８０）に供給される作動流体としての作動油の流れ（流量及び方向）を制御する。

図４は、油圧ショベル１の油圧駆動装置の構成を示す図である。なお、説明の簡略化のため、図４では、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、旋回油圧モータ４及びロータリー油圧モータ８０を駆動させるための構成について記し、本実施形態と直接的に関係しない回路、弁等の図示は省略する。

ポンプ２は、エンジン１４により駆動され、タンクから作動油を吸い込み、コントロールバルブユニット２０とポンプ２の吐出口とを接続するポンプラインＬ１に吐出する。なお、図４では、ポンプ２が固定容量型の油圧ポンプである例について示しているが、可変容量型の油圧ポンプを採用してもよい。また、コントロールバルブユニット２０に作動油を供給するポンプ２は、一つであってもよいし、複数であってもよい。

コントロールバルブユニット２０は、複数の電磁比例弁２１ａ～２５ｂを有する電磁弁ユニット３０によって制御されることにより、ポンプ２からアクチュエータに供給される作動油（圧油）の流れを制御する。コントロールバルブユニット２０は、電磁比例弁２２ａ，２２ｂによって生成される信号圧に応じて、ポンプ２からブームシリンダ５に供給される作動油（圧油）の流れを制御する。コントロールバルブユニット２０は、電磁比例弁２３ａ，２３ｂによって生成される信号圧に応じて、ポンプ２からアームシリンダ６に供給される作動油（圧油）の流れを制御する。コントロールバルブユニット２０は、電磁比例弁２１ａ，２１ｂによって生成される信号圧に応じて、ポンプ２からバケットシリンダ７に供給される作動油（圧油）の流れを制御する。コントロールバルブユニット２０は、電磁比例弁２４ａ，２４ｂによって生成される信号圧に応じて、ポンプ２から旋回油圧モータ４に供給される作動油（圧油）の流れを制御する。コントロールバルブユニット２０は、電磁比例弁２５ａ，２５ｂによって生成される信号圧に応じて、ポンプ２からロータリー油圧モータ８０に供給される作動油（圧油）の流れを制御する。

電磁比例弁２１ａ～２５ｂは、パイロット油圧源２９から供給されるパイロット圧油を一次圧（元圧）として、制御装置１００からの指令電流に応じて減圧して生成した二次圧を信号圧としてコントロールバルブユニット２０に出力する。なお、パイロット油圧源２９は、例えば、エンジン１４により駆動される油圧ポンプ（パイロットポンプ）である。

右操作レバー装置１ｃは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号（操作信号）を、ブーム操作情報及びバケット操作情報として制御装置１００に出力する。左操作レバー装置１ｄは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号（操作信号）を、アーム操作情報及び旋回操作情報として制御装置１００に出力する。ロータリー操作装置１ｅは、レバースイッチの操作量と操作方向に応じた電圧信号（操作信号）を、ロータリー操作情報として制御装置１００に出力する。

なお、操作装置とアクチュエータの対応関係、及び、ロータリー操作装置の取り付け位置は、これに限定されない。例えば、左操作レバー装置１ｄが、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号を、ブーム操作情報及びバケット操作情報として制御装置１００に出力するようにしてもよい。また、ロータリー操作装置１ｅは、右操作レバー装置１ｃの操作レバーの頂部に設けられるレバースイッチに代えて、オペレータの足で踏み込み操作が可能なペダルを設けるようにしてもよい。

図５は、油圧ショベル１の制御装置１００のハードウェア構成図である。制御装置１００は、操作装置（１ａ～１ｅ）に対する操作に基づいてアクチュエータ（３～７，８０）の目標動作速度を演算し、目標動作速度に基づいてアクチュエータ（３～７，８０）の動作を制御する。

本実施形態に係る制御装置１００は、操作装置（１ａ～１ｅ）からの操作情報、角度センサ１３ａ～１３ｄからの姿勢情報、及び、記憶装置１９に記憶されている油圧ショベル１の各部の寸法情報に基づいて目標アクチュエータ動作速度を演算する情報処理装置１１０と、情報処理装置１１０で演算された目標アクチュエータ動作速度に応じた指令電流（弁駆動信号）を電磁弁ユニット３０に出力する弁駆動装置１９０と、油圧ショベル１の各部の寸法情報等が予め記憶されている記憶装置１９と、を備える。

情報処理装置１１０は、動作回路であるＣＰＵ（Central Processing Unit）１１０ａ、記憶装置であるＲＯＭ（Read Only Memory）１１０ｂ及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１０ｃ、入力インタフェース１１０ｄ及び出力インタフェース１１０ｅ、並びに、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。情報処理装置１１０は、１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。

記憶装置１９は、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性メモリである。記憶装置１９には、油圧ショベル１の基準点（旋回中心軸上の任意の点）からブームピンまでの長さ、ブームピンからアームピン１２ａまでの長さ、アームピン１２ａからバケットピン８ａまでの長さ、及び、バケットピン８ａからバケット８ｄの先端部（例えば、バケット８ｄの爪先）までの長さが、油圧ショベル１の寸法情報として記憶されている。また、記憶装置１９には、油圧シリンダ（５～７）の取付位置に関する情報（例えば、ブームピンからブームシリンダ５のロッド側接続部までの距離、ブームピンからブームシリンダ５のボトム側接続部までの距離等）が、油圧ショベル１の寸法情報として記憶されている。

入力インタフェース１１０ｄは、角度センサ１３ａ～１３ｄからの姿勢情報（角度信号）、操作装置（１ａ～１ｅ）からの操作情報（操作信号）、及び、記憶装置１９からの寸法情報を、ＣＰＵ１１０ａが演算可能なように変換する。

ＲＯＭ１１０ｂはＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。ＲＯＭ１１０ｂには、後述するフローチャートに示すような各種演算をＣＰＵ１１０ａによって実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、ＲＯＭ１１０ｂは、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。

ＲＡＭ１１０ｃは揮発性メモリであり、ＣＰＵ１１０ａとの間で直接的にデータの入出力を行うワークメモリである。ＲＡＭ１１０ｃは、ＣＰＵ１１０ａがプログラムを演算実行している間、必要なデータを一時的に記憶する。

ＣＰＵ１１０ａは、ＲＯＭ１１０ｂに記憶されたプログラムをＲＡＭ１１０ｃに展開して演算実行する処理装置であって、プログラムに従って入力インタフェース１１０ｄ及びＲＯＭ１１０ｂ，ＲＡＭ１１０ｃから取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。

出力インタフェース１１０ｅは、ＣＰＵ１１０ａでの演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を弁駆動装置１９０に出力する。弁駆動装置１９０は、情報処理装置１１０から出力された信号に基づいて、電磁弁ユニット３０の電磁比例弁２１ａ～２５ｂのソレノイドに供給する指令電流を制御する。

図６は、情報処理装置１１０の機能ブロック図である。情報処理装置１１０は、ＲＯＭ１１０ｂに記憶されているプログラムを実行することにより、アクチュエータ速度演算部１１１、角速度演算部１１２、ロータリー速度演算部１１４、及び、指令電流値演算部１１５として機能する。

アクチュエータ速度演算部１１１は、操作装置（１ｃ～１ｅ）に対する操作情報（操作方向及び操作量）に基づいて、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、旋回油圧モータ４、バケットシリンダ７、及び、ロータリー油圧モータ８０の目標動作速度を演算する。

角速度演算部１１２は、操作装置（１ｃ，１ｄ）からの操作情報、姿勢センサ（１３ａ～１３ｄ）での検出結果（姿勢情報）及び記憶装置１９に記憶されている油圧ショベル１の寸法情報に基づいて、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がそれぞれ操作量に応じた速度で動作した場合の旋回体１０、ブーム１１、アーム１２及びバケット８ｄの動作速度（角速度ωｓ，ωｂｍ，ωａｍ，ωｂｋ）を演算する。

角速度演算部１１２は、操作装置１ｄからの操作情報に基づいて、旋回体１０の動作速度（旋回中心軸Ｚ周りの角速度）ωｓ及びアーム１２の動作速度（アームピン１２ａ周りの角速度）ωａｍを演算する。また、角速度演算部１１２は、操作装置１ｃからの操作情報に基づいて、ブーム１１の動作速度（ブームピン周りの角速度）ωｂｍ及び作業具８の動作速度（バケットピン８ａ周りの角速度）ωｂｋを演算する。

また、角速度演算部１１２は、操作装置（１ｃ，１ｄ）からの操作情報、姿勢センサ（１３ａ～１３ｄ）での検出結果（姿勢情報）及び記憶装置１９に記憶されている油圧ショベル１の寸法情報に基づいて、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がそれぞれ操作量に応じた速度で動作した場合に、バケット８ｄに生じるロータリー軸Ａ２周りの角速度ωｆを演算する。

本実施形態では、ブームピン、アームピン１２ａ及びバケットピン８ａは、それぞれロータリー油圧モータ８０の回転軸８０ａの方向と直交している。このため、ブームピンを回動支点としたブーム１１の回動動作、アームピン１２ａを回動支点としたアーム１２の回動動作、及び、バケットピン８ａを回動支点とした作業具８の回動動作が行われた場合に、バケット８ｄに生じるロータリー軸Ａ２周りの角速度ωｆは０（ゼロ）となる。

したがって、角速度演算部１１２で演算される角速度ωｆは、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度となる。角速度ωｆは、次式（１）により算出される。
ωｆ＝ωｓ×ｃｏｓθ …（１）
ここで、ωｓは旋回体１０の動作速度（旋回中心軸Ｚ周りの角速度）であり、θはロータリー軸Ａ２と旋回中心軸Ｚとのなす角度（ロータリー軸Ａ２と旋回中心軸Ｚに平行な軸Ｚ′とのなす角度）である（図７Ｂ参照）。

図７Ａはロータリー軸Ａ２と旋回中心軸Ｚとが平行であるときの油圧ショベル１の姿勢について示す図であり、図７Ｂはロータリー軸Ａ２と旋回中心軸Ｚとが平行でないときの油圧ショベル１の姿勢について示す図である。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、バケット８ｄは、ロータリー軸Ａ２が旋回体１０の旋回中心軸Ｚと平行となる位置を基準として、フロント連結軸Ａ１を中心に回転可能である。角速度演算部１１２は、姿勢センサ（１３ａ～１３ｃ）での検出結果である姿勢情報（ブーム角度、アーム角度及びバケット角度）及び記憶装置１９に記憶されている油圧ショベル１の寸法情報に基づいて、ロータリー軸Ａ２と旋回中心軸Ｚとのなす角度θを演算する。

角速度演算部１１２は、旋回体１０の動作速度（旋回速度）ωｓと、ロータリー軸Ａ２と旋回中心軸Ｚとのなす角度θに基づいて、式（１）により、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆを演算する。

したがって、図７Ａに示すように、ロータリー軸Ａ２と旋回中心軸Ｚとが平行なとき（θ＝０）には旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆは、旋回速度ωｓと一致する（ωｆ＝ωｓ）。また、図７Ｂに示すように、ロータリー軸Ａ２が旋回中心軸Ｚと平行でないときには、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆは、旋回中心軸Ｚからの傾斜分（角度θ分）だけ補正される（ωｆ＝ωｓ×ｃｏｓθ）。

図６に示すように、ロータリー速度演算部１１４は、角速度演算部１１２で演算された角速度ωｆに基づいて、ロータリー油圧モータ８０の目標角速度ωａを演算する。ロータリー速度演算部１１４は、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆを相殺するためのロータリー軸Ａ２周りの相殺用速度（－ωｆ）を目標動作速度（目標角速度）ωａとして演算する（ωａ＝－ωｆ）。ここで、相殺とは、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆと、ロータリー油圧モータ８０の動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度（－ωｆ）とが、互いに打ち消しあうことを意味する。つまり、相殺用速度（－ωｆ）は、旋回動作中における地面に対するバケット８ｄの姿勢が一定に保たれるように、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆを打ち消す速度ともいえる。

指令電流値演算部１１５は、アクチュエータ速度演算部１１１で演算された各アクチュエータ（４～７，８０）の目標動作速度に基づいて、各アクチュエータ（４～７，８０）を目標動作速度で動作させるための指令電流値を演算する。また、指令電流値演算部１１５は、ロータリー速度演算部１１４で演算されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度ωａに基づいて、ロータリー油圧モータ８０を目標動作速度ωａで動作させるための指令電流値を演算する。指令電流値演算部１１５は、アクチュエータ速度演算部１１１で演算されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度が、ロータリー操作装置１ｅが操作されていることを判定するための操作判定閾値以上である場合、ロータリー速度演算部１１４で演算されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度ωａを無効とする。すなわち、ロータリー操作装置１ｅが操作されている場合には、ロータリー操作装置１ｅからの操作情報に応じた目標動作速度でロータリー油圧モータ８０の動作を制御する（手動優先制御）。なお、ロータリー操作装置１ｅが操作されているか否かの判定は、ロータリー操作装置１ｅの操作量に基づいて行うようにしてもよい。

図８を参照して、情報処理装置１１０により実行されるアクチュエータ制御処理の内容について説明する。図８に示すフローチャートの処理は、イグニッションスイッチ（不図示）がオンされることにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、所定の演算周期で繰り返し実行される。

図８に示すように、ステップＳ１００において、情報処理装置１１０は、操作装置（１ｃ～１ｅ）からの操作情報（操作方向及び操作量）、角度センサ（１３ａ～１３ｄ）で検出される姿勢情報（角度情報）を取得し、ステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０において、情報処理装置１１０は、ステップＳ１００で取得した操作情報に基づいて、掘削操作が行われているか否かを判定する。ステップＳ１１０において、情報処理装置１１０は、操作装置（１ｃ～１ｅ）の各操作方向に対する操作量のいずれかが操作判定閾値を超えた場合には、掘削操作が行われたと判定し、ステップ１２０へ進む。ステップＳ１１０において、情報処理装置１１０は、操作装置（１ｃ～１ｅ）の各操作方向に対する操作量のいずれもが操作判定閾値を超えていない場合には、掘削操作は行われていないと判定し、本演算サイクルにおける図８のフローチャートに示す処理を終了し、次の演算サイクルでの情報取得処理（ステップＳ１００）に進む。操作判定閾値は、予め記憶装置１９に記憶されている。

ステップＳ１２０において、情報処理装置１１０は、ステップＳ１００で取得した操作装置（１ｃ～１ｅ）の操作量に基づいて、操作装置（１ｃ～１ｅ）の操作方向に対応するアクチュエータ（４～７，８０）の目標動作速度を算出し、ステップＳ１３０へ進む。

ステップＳ１３０において、情報処理装置１１０は、ステップＳ１００で取得した操作装置（１ｃ，１ｄ）からの操作情報、角度センサ（１３ａ～１３ｄ）で検出される姿勢情報（角度情報）、及び、記憶装置１９に記憶されている油圧ショベル１の寸法情報に基づいて、各アクチュエータ（４～７）の動作によって、バケット８ｄに生じるロータリー軸Ａ２周りの角速度ωｆを算出し、ステップＳ１５０へ進む。

ステップＳ１５０において、情報処理装置１１０は、ステップＳ１３０で算出された角速度ωｆに基づいて、ロータリー油圧モータ８０の目標角速度ωａを算出し、ステップＳ１６０へ進む。

ステップＳ１６０において、情報処理装置１１０は、指令電流値算出処理を実行し、本演算サイクルにおける図８のフローチャートに示す処理を終了する。ステップＳ１６０において、情報処理装置１１０は、ステップＳ１２０で算出された各アクチュエータ（４～７）の目標動作速度に基づいて、各アクチュエータ（４～７）に対応する電磁比例弁への指令電流値を算出する。

また、ステップＳ１２０で算出されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度が、操作判定閾値以上である場合には、情報処理装置１１０は、ステップＳ１２０で算出されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度に基づいて、ロータリー油圧モータ８０に対応する電磁比例弁への指令電流値を演算する。一方、ステップＳ１２０で算出されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度が、操作判定閾値未満である場合には、情報処理装置１１０は、ステップＳ１５０で算出されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度ωａに基づいて、ロータリー油圧モータ８０に対応する電磁比例弁への指令電流値を演算する。

ステップＳ１６０において指令電流値が算出されると、算出された指令電流値に基づいて、弁駆動装置１９０が電磁弁ユニット３０の電磁比例弁に供給する指令電流を制御する。その結果、コントロールバルブユニット２０の方向制御弁が駆動され、ポンプ２から供給される作動油（圧油）によってアクチュエータが動作する。

相殺用速度（－ωｆ）がロータリー油圧モータ８０の目標動作速度（目標角速度）ωａとして設定された場合、弁駆動装置１９０は、電磁比例弁２５ａ，２５ｂへの指令電流を制御することにより、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆを相殺するようにロータリー油圧モータ８０の動作を制御する。つまり、弁駆動装置１９０は、地面に対するバケット８ｄの姿勢が一定に保たれるように、ロータリー油圧モータ８０の動作を制御する。

図９を参照して本実施形態の油圧ショベル１の動作の一例について説明する。図９は、水平引き作業において、作業装置１５と旋回体１０が複合的に動作した場合に、バケット８ｄが移動する様子を示す模式図であり、上方から見てバケット８ｄが直線状に移動する様子を示す。

作業開始時、オペレータは、操作装置（１ｃ，１ｄ）を操作して、バケット８ｄを作業開始地点（旋回体の右前方）に配置させる。次に、オペレータは、ロータリー操作装置１ｅを操作して、バケット８ｄの向きを調整する。その後、オペレータは、バケット８ｄが旋回体１０に近づくに従って左方向に直線状に移動するように、操作装置（１ｃ，１ｄ）を操作する。本実施形態では、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆを打ち消すようにロータリー油圧モータ８０の動作が自動で制御される。これにより、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度が、ロータリー油圧モータ８０の動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度で相殺される。このため、図示するように、バケット８ｄが直線状に移動する場合、バケット８ｄの向きが、バケット８ｄの移動方向（黒い太線で示された矢印）を向いた状態で維持される。

本実施形態に係る制御装置１００は、バケット８ｄの向きとバケット８ｄの移動方向にずれが生じてからバケット８ｄの向きを補正するのではなく、旋回体１０の動作によってロータリー軸（第２軸）Ａ２周りに生じる角速度を相殺するようにロータリー油圧モータ８０を制御する。このため、ロータリー油圧モータ８０に対する制御の応答性に優れている。また、バケット８ｄの絶対的な方向を参照してバケット８ｄの移動方向と向きを合わせるのではなく、動作開始時からの姿勢の変化を相殺するように動作するので、作業開始前にオペレータが望んで調整したバケット８ｄの向き（姿勢）を維持しつつ作業を行うことができる。つまり、本実施形態によれば、オペレータは、ロータリー操作装置１ｅを操作してバケット８ｄを望む方向に向けた後、操作装置（１ｃ，１ｄ）を操作することにより、バケット８ｄの向きと、バケット８ｄの移動方向との関係を維持した状態で精度よく掘削成形作業を行うことができる。

第１実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）油圧ショベル（作業機械）１は、旋回体１０と、ブーム１１、アーム１２及びバケット８ｄを有し、旋回体１０に取り付けられる多関節型の作業装置１５と、旋回体１０及び作業装置１５を駆動する複数のアクチュエータ（４～７，８０）と、旋回体１０及び作業装置１５を動作させるための操作装置（１ｃ～１ｅ）と、作業装置１５の姿勢を検出する姿勢センサ（１３ａ～１３ｃ）と、操作装置（１ｃ～１ｅ）に対する操作に基づいて複数のアクチュエータ（４～７，８０）の目標動作速度を演算し、目標動作速度に基づいて複数のアクチュエータ（４～７，８０）の動作を制御する制御装置１００と、を備える。アーム１２は、アームピン１２ａを介してブーム１１に回動可能に連結される。バケット８ｄは、アームピン１２ａと平行なフロント連結軸（第１軸）Ａ１及びアームピン１２ａに対してねじれの位置にあるロータリー軸（第２軸）Ａ２を中心に回転可能にアーム１２に連結される。複数のアクチュエータには、バケット８ｄをロータリー軸（第２軸）Ａ２周りに回転させるロータリー油圧モータ（回転アクチュエータ）８０が含まれる。制御装置１００は、旋回体１０の動作速度ωｓに基づいて、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸（第２軸）Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆを演算する。制御装置１００は、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸（第２軸）Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆを打ち消すためのロータリー軸（第２軸）Ａ２周りの相殺用速度（－ωｆ）を演算する。制御装置１００は、相殺用速度（－ωｆ）に基づいて、ロータリー油圧モータ８０の動作を制御する。これにより、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸（第２軸）Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度が、ロータリー油圧モータ８０の動作によりロータリー軸（第２軸）Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度で打ち消される。

本実施形態では、旋回体１０の動作に応じてロータリー油圧モータ８０が自動的に動作する複合動作がなされるため、作業効率の向上を図ることができる。また、本実施形態によれば、オペレータが予め調整したバケット８ｄの向きと、バケット８ｄの移動方向との関係を維持しつつ掘削成形作業を行うことができる。さらに、バケット８ｄの向きとバケット８ｄの移動方向との間に差が生じてからロータリー油圧モータ８０の目標動作速度を演算する場合に比べて、ロータリー油圧モータ８０の動作の応答性が高く、高い精度で作業を行うことができる。つまり、本実施形態によれば、オペレータが意図する方向に向けたバケット８ｄの向きと、バケット８ｄの移動方向との関係を維持しつつ、高い精度で作業を行うことが可能な油圧ショベル１を提供することができる。

（２）バケット８ｄは、ロータリー軸（第２軸）Ａ２が旋回体１０の旋回中心軸Ｚと平行となる位置を基準として、フロント連結軸（第１軸）Ａ１を中心に回転可能である。制御装置１００は、姿勢センサ（１３ａ～１３ｃ）での検出結果に基づいて、ロータリー軸（第２軸）Ａ２と旋回中心軸Ｚとのなす角度θを演算し、旋回体１０の動作速度ωｓと、ロータリー軸（第２軸）Ａ２と旋回中心軸Ｚとのなす角度θに基づいて、旋回体１０の旋回動作によりロータリー軸（第２軸）Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆを演算する。これにより、平地において、旋回体１０に対して斜め方向に直線状で掘削成形作業を行う際、ロータリー軸Ａ２が旋回中心軸Ｚから平行でない状態でもバケット８ｄの向きを維持しつつ精度よく作業を行うことができる。

＜第２実施形態＞
図１０～図１２を参照して、第２実施形態に係る油圧ショベル１について説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。

上記第１実施形態では、例えば、図１２（ｂ）に示すように、水平引き作業において、旋回操作を行っていない状態から旋回操作を行っている状態に移行し、その後、旋回操作を行っていない状態に移行するように操作装置（１ｃ，１ｄ）が操作された場合、バケット８ｄの向きＤ１が作業開始地点のときの向きに維持される。このため、第１実施形態では、図１２（ｂ）に示すように、水平引きの軌跡が上方から見たときに曲線状になる場合、バケット８ｄの移動方向Ｄ２とバケット８ｄの向きＤ１との間にズレが生じることになる。

そこで、第２実施形態では、水平引きの軌跡が曲線状になる場合であっても、バケット８ｄの移動方向Ｄ２とバケット８ｄの向きＤ１とが一致するようにロータリー油圧モータ８０の動作を制御する。

図１０は、図６と同様の図であり、第２実施形態に係る油圧ショベル１の情報処理装置２１０の機能ブロック図である。情報処理装置２１０は、ＲＯＭ１１０ｂに記憶されているプログラムを実行することにより、アクチュエータ速度演算部１１１、角速度演算部１１２、移動方向回転速度演算部２１３、ロータリー速度演算部２１４、及び、指令電流値演算部１１５として機能する。

図１０に示すように、移動方向回転速度演算部２１３は、角速度演算部１１２で演算された作業装置１５の動作速度（角速度ωｂｍ，ωａｍ，ωｂｋ）と、角速度演算部１１２で演算された旋回体１０の動作速度（角速度ωｓ）と、姿勢センサ（１３ａ～１３ｃ）での検出結果（姿勢情報）と、記憶装置１９に記憶されている油圧ショベル１の寸法情報に基づいて、バケット８ｄの移動方向（進行方向）のロータリー軸Ａ２周りの回転速度を演算する。以下、具体的に説明する。

移動方向回転速度演算部２１３は、角速度演算部１１２で演算された旋回体１０の角速度ωｓ、作業装置１５を構成する被駆動部材（ブーム１１、アーム１２及びバケット８ｄ）の角速度ωｂｍ，ωａｍ，ωｂｋ、姿勢センサ（１３ａ～１３ｃ）での検出結果（姿勢情報）及び記憶装置１９に記憶されている油圧ショベル１の寸法情報に基づいて、旋回体１０の動作及び作業装置１５の動作によるバケット８ｄの移動速度ｖｘ，ｖｙを演算する。移動速度ｖｘは、走行体基準座標系でのｘ軸方向の速度であり、移動速度ｖｙは、走行体基準座標系でのｙ軸方向の速度である。なお、走行体基準座標系のｘ軸とは、旋回体１０の旋回中心軸Ｚに直交し、走行体９の前後方向に延在する軸である。また、走行体基準座標系のｙ軸とは、旋回体１０の旋回中心軸Ｚ及びｘ軸に直交し、走行体９の左右方向に延在する軸である。つまり、ｘ軸、ｙ軸および旋回中心軸Ｚは、互いに直交する。

移動方向回転速度演算部２１３は、ｘ軸方向（第１の方向）のバケット８ｄの移動速度ｖｘと、ｙ軸方向（第１の方向に直交する第２の方向）のバケット８ｄの移動速度ｖｙとの比（ｖｙ/ｖｘ）に基づいて、バケット８ｄの移動方向角度ψを演算する。バケット８ｄの移動方向角度ψは、図１２（ａ）に示すように、バケット８ｄの移動方向の基準軸（ｘ軸）からの角度であり、次式（２）で表される。なお、基準軸（ｘ軸）は、ｙ軸及び旋回中心軸Ｚに直交する軸である。
ψ＝ａｒｃｔａｎ（ｖｙ／ｖｘ） …（２）
移動方向回転速度演算部２１３は、式（２）により演算された移動方向角度ψの時間変化率（単位時間当たりの移動方向の回転角度）をバケット８ｄの移動方向の回転速度（以下、移動方向回転速度とも記す）ψ´として演算する。

さらに、移動方向回転速度演算部２１３は、姿勢センサ（１３ａ～１３ｃ）での検出結果（姿勢情報）を用いて、バケット８ｄの移動方向が回転する速度ψ´のうち、ロータリー軸Ａ２周りの成分ωｅを演算する。式（２）により演算される移動方向回転速度ψ´は、ロータリー軸Ａ２が旋回中心軸Ｚと平行であるときの速度に相当する。このため、移動方向回転速度演算部２１３は、ロータリー軸Ａ２と旋回中心軸Ｚとのなす角度θを考慮して、移動方向回転速度（移動方向回転角度ψの時間変化率）ψ´の補正を行う。本実施形態では、移動方向回転速度演算部２１３は、次式（３）によりバケット８ｄの移動方向が回転する速度のロータリー軸Ａ２周りの成分（以下、補正後の移動方向回転速度とも記す）ωｅを算出する。
ωｅ＝ψ´×ｃｏｓθ …（３）
なお、θは、第１実施形態と同様、角速度演算部１１２によって演算される。

ロータリー速度演算部２１４は、移動方向回転速度演算部２１３で演算された補正後の移動方向回転速度（ωｅ）と、相殺用速度（－ωｆ）とに基づいて、バケット８ｄの移動方向とバケット８ｄの向きとが一定の角度関係（角度差）を保持するように、ロータリー油圧モータ８０の目標動作速度（目標角速度）ωａを演算する。ロータリー速度演算部２１４は、次式（４）により、ロータリー油圧モータ８０の目標角速度ωａを演算する。
ωａ＝ωｅ－ωｆ …（４）
なお、ωｆは、第１実施形態で説明したように、式（１）により演算される。

指令電流値演算部１１５は、第１実施形態と同様、アクチュエータ速度演算部１１１で演算されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度が操作判定閾値未満である場合、ロータリー速度演算部２１４で演算されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度ωａに基づいて、ロータリー油圧モータ８０を目標動作速度ωａで動作させるための指令電流値を演算する。指令電流値演算部１１５は、アクチュエータ速度演算部１１１で演算されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度が操作判定閾値以上である場合、アクチュエータ速度演算部１１１で演算されたロータリー油圧モータ８０の目標動作速度に基づいて、ロータリー油圧モータ８０を目標動作速度で動作させるための指令電流値を演算する。

図１１を参照して、情報処理装置２１０により実行されるアクチュエータ制御処理の内容について説明する。図１１に示すフローチャートのアクチュエータ制御処理では、第１実施形態で説明した図８のステップＳ１５０に代えてステップＳ２４０及びステップＳ２５０の処理が実行される。

図１１に示すように、ステップＳ１３０において、情報処理装置２１０が角速度ωｆ，ωｓ，ωｂｍ，ωａｍ，ωｂｋを算出するとステップＳ２４０へ進む。ステップＳ２４０において、情報処理装置２１０は、ステップＳ１３０で算出された角速度ωｓ，ωｂｍ，ωａｍ，ωｂｋ及び旋回中心軸Ｚとロータリー軸Ａ２とのなす角度θ、ステップＳ１００で取得した姿勢情報、並びに、記憶装置１９に記憶されている油圧ショベル１の寸法情報に基づいて、各アクチュエータ（４～７）の動作によって生じるバケット８ｄの移動方向のロータリー軸Ａ２周りの回転速度ωｅを算出し、ステップＳ２５０へ進む。

ステップＳ２５０において、情報処理装置２１０は、ステップＳ１３０で算出された角速度ωｆ、及び、ステップＳ２４０で算出されたバケット８ｄの移動方向のロータリー軸Ａ２周りの回転速度ωｅに基づいて、ロータリー油圧モータ８０の目標動作速度ωａを算出し、ステップＳ１６０へ進む。

図１２を参照して本第２実施形態の油圧ショベル１の動作の一例について説明する。図１２は、水平引き作業において、作業装置１５と旋回体１０が複合的に動作した場合に、バケット８ｄが移動する様子を示す模式図であり、上方から見てバケット８ｄが曲線状に移動する様子を示す。図１２（ａ）は、本第２実施形態に係る油圧ショベル１のバケット８ｄが移動する様子を示し、図１２（ｂ）は、上記第１実施形態に係る油圧ショベル１のバケット８ｄが移動する様子を示す。

作業開始時、オペレータは、操作装置（１ｃ，１ｄ）を操作して、バケット８ｄを作業開始地点（旋回体の右前方）に配置させる。次に、オペレータは、ロータリー操作装置１ｅを操作して、バケット８ｄの向きを調整する。その後、オペレータは、バケット８ｄが旋回体１０に近づくに従って左方向に曲線状に移動するように、操作装置（１ｃ，１ｄ）を操作する。上述したように、作業具８が曲線状に移動する場合、第１実施形態の油圧ショベル１では、バケット８ｄの向きＤ１が作業開始地点のときの向きに維持されるため、図１２（ｂ）に示すように、バケット８ｄの移動方向Ｄ２とバケット８ｄの向きＤ１との間にズレが生じることになる。

これに対して、本第２実施形態に係る制御装置１００は、図１２（ａ）に示すように、バケット８ｄの移動方向Ｄ２とバケット８ｄの向きＤ１とが一定の関係を保持するようにロータリー油圧モータ８０を制御する。図１２（ａ）は、作業装置１５の動作によるバケット８ｄの移動速度ｖｘをおおよそ一定に保ちつつ、旋回速度（旋回体１０の動作速度）を徐々に増加させた後、減少させた場合のバケット８ｄの移動軌跡について示している。この場合、旋回速度の増加に伴い時計回りの移動方向回転速度が生じ、その後、旋回速度の減少に伴い反時計回りの移動方向回転速度が生じる。

図１２（ａ）に示す例では、移動方向角度ψは、０（ゼロ）から増加し、その後、減少して０（ゼロ）に戻る。つまり、移動方向回転速度ωｅは、作業を開始してから作業が終了するまでの間で、前半は正の値となり、後半は負の値となる。本第２実施形態では、第１実施形態で説明した相殺用速度（－ωｆ）に、移動方向回転速度ωｅが加味されて目標角速度ωａが演算される。このため、旋回体１０と作業装置１５を複合動作している間、バケット８ｄの向きＤ１とバケット８ｄの移動方向Ｄ２が一致するように、ロータリー油圧モータ８０が自動で制御される。

以上のように、第２実施形態に係る制御装置１００は、ロータリー軸（第２軸）Ａ２周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆを相殺する（打ち消す）ための相殺用速度（－ωｆ）を演算し、作業装置１５の動作速度と、旋回体１０の動作速度と、姿勢センサ（１３ａ～１３ｃ）での検出結果に基づいて、バケット８ｄの移動方向のロータリー軸（第２軸）Ａ２周りの回転速度ωｅを演算する。制御装置１００は、相殺用速度（－ωｆ）及びバケット８ｄの移動方向の回転速度ωｅに基づいて、バケット８ｄの移動方向Ｄ２とバケット８ｄの向きＤ１とが一定の関係を保持するように（本実施形態では、バケット８ｄの移動方向Ｄ２とバケット８ｄの向きＤ１とが一致するように）、ロータリー油圧モータ８０の目標動作速度ωａを演算する。制御装置１００は、ロータリー油圧モータ８０の目標動作速度ωａに基づいて、ロータリー油圧モータ８０の動作を制御する。

このような第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様、ロータリー油圧モータ８０に対する制御の応答性に優れる。また、本第２実施形態によれば、旋回体１０と作業装置１５を複合的に動作させたときにおいて、作業具８が曲線状に移動する場合でも、オペレータが予め調整したバケット８ｄの向きＤ１と、バケット８ｄの移動方向Ｄ２との関係を維持しつつ掘削成形作業を行うことができるため、作業精度の向上を図ることができる。

なお、図９に示すように、ｘ軸方向のバケット８ｄの移動速度ｖｘと、ｙ軸方向のバケット８ｄの移動速度ｖｙとの比が一定となるようにバランスが保たれている場合には、バケット８ｄが直線状に移動するため、移動方向回転速度は０（ゼロ）となる。このため、第１実施形態では、移動方向回転速度を考慮した演算処理を行うことなく、バケット８ｄの向きＤ１とバケット８ｄの移動方向Ｄ２とを一致させた状態での作業が可能となる。第１実施形態では、第２実施形態に比べて制御プログラムを簡略化し、制御装置１００の負荷及び開発コストを軽減することができる。

＜第３実施形態＞
図１３～図１６を参照して、第３実施形態に係る油圧ショベル１について説明する。なお、図中、第１実施形態及び第２実施形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図１３は、図４と同様の図であり、第３実施形態に係る油圧ショベル１の油圧駆動装置の構成を示す図である。図１４は、本第３実施形態に係る油圧ショベル１の作業具３０８の構成を示す図である。

図１４に示すように、本第３実施形態に係る油圧ショベル１は、バケット３０８ｄがフロント連結軸Ａ１の方向及びロータリー軸Ａ２の方向のそれぞれに直交するチルト軸（第３軸）Ａ３を中心に回転可能にアーム１２に連結され、チルト軸Ａ３を中心にバケット３０８ｄを回転（回動）させる一対のチルトシリンダ９０を備えている。

図１３に示すように、電磁弁ユニット３３０は、電磁比例弁２６ａ，２６ｂを有している。電磁比例弁２６ａ，２６ｂは、パイロット油圧源２９から供給されるパイロット圧油を一次圧（元圧）として、制御装置３００からの指令電流に応じて減圧して生成した二次圧を信号圧としてコントロールバルブユニット３２０に出力する。コントロールバルブユニット３２０は、電磁比例弁２６ａ，２６ｂによって生成される信号圧に応じて、ポンプ２からチルトシリンダ９０に供給される作動油（圧油）の流れを制御する。

左操作レバー装置１ｄの操作レバーの頂部には、チルト操作装置１ｆが設けられている。チルト操作装置１ｆは、オペレータの手指によって左右に傾動可能なレバースイッチを有する。チルト操作装置１ｆは、レバースイッチの操作量と操作方向に応じた電圧信号（操作信号）を、チルト操作情報として制御装置３００に出力する。

図１４に示すように、作業具３０８は、第１連結部３８１と、第２連結部３８２と、回転部３８３と、バケット３０８ｄと、一対のチルトシリンダ９０とを有する。第１連結部３８１は、アーム１２の先端部において、バケットピン８ａによって回転可能に連結されている。第２連結部３８２は、回転軸９１によって、第１連結部３８１に回転可能に連結されている。第２連結部３８３には、ロータリー油圧モータ８０のハウジングが固定され、回転部３８３には、ロータリー油圧モータ８０の回転軸が固定される。バケット３０８ｄは、回転部３８３に固定されている。回転軸９１は、フロント連結軸（第１軸）Ａ１の方向及びロータリー軸（第２軸）Ａ２の方向それぞれと直交するように設けられる。チルトシリンダ９０は、油圧シリンダであり、シリンダチューブが第１連結部３８１に回動可能に取り付けられ、シリンダロッドが第２連結部３８２に回動可能に取り付けられている。

図１５は、本第３実施形態に係る油圧ショベル１のバケット３０８ｄの回転方向について示す図である。図１５に示すように、バケット３０８ｄは、第１実施形態と同様、ロータリー油圧モータ８０によって、ロータリー軸Ａ２を中心に回転する。また、バケット３０８ｄは、チルトシリンダ９０によって、回転軸９１の中心軸であるチルト軸（第３軸）Ａ３を中心に回転する。図１４に示すように、作業具３０８には、チルト軸Ａ３を中心とするバケット３０８ｄの回転角度（チルト回転角）を検出するチルトセンサ９２が取り付けられている。

図１６は、図１０と同様の図であり、第３実施形態に係る油圧ショベル１の情報処理装置３１０の機能ブロック図である。情報処理装置３１０は、ＲＯＭ１１０ｂに記憶されているプログラムを実行することにより、アクチュエータ速度演算部３１１、角速度演算部３１２、移動方向回転速度演算部３１３、ロータリー速度演算部２１４、チルト速度演算部３１６、及び、指令電流値演算部３１５として機能する。

図１６に示すように、アクチュエータ速度演算部３１１は、操作装置（１ｃ～１ｆ）に対する操作情報（操作方向及び操作量）に基づいて、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、旋回油圧モータ４、バケットシリンダ７、ロータリー油圧モータ８０、及び、チルトシリンダ９０の目標動作速度を演算する。

角速度演算部３１２は、上記第２実施形態と同様、角速度ωｂｍ，ωａｍ，ωｂｋを演算する。角速度演算部３１２は、さらに、チルト軸Ａ３周りの角速度ωｆｔを演算する。具体的には、角速度演算部３１２は、チルトセンサ９２での検出結果に基づいて、チルト回転角φ（図１４参照）を演算する。チルトセンサ９２は、角度センサ１３ａ～１３ｃと同様、作業装置１５のバケット３０８ｄの姿勢を検出する姿勢センサとして機能する。

角速度演算部３１２は、次式（５）により、旋回体１０の動作によりチルト軸Ａ３周りに生じる角速度ωｆｔを算出する。
ωｆｔ＝ωｓ×ｃｏｓθｔ …（５）
ここで、θｔは、チルト軸Ａ３と旋回中心軸Ｚとのなす角度である。

角速度演算部３１２は、姿勢センサ（１３ａ～１３ｃ）での検出結果である姿勢情報（ブーム角度、アーム角度及びバケット角度）及び記憶装置１９に記憶されている油圧ショベル１の寸法情報に基づいて、チルト軸Ａ３と旋回中心軸Ｚとのなす角度θｔを演算する。

また、角速度演算部３１２は、次式（６）により、旋回体１０の動作によりロータリー軸Ａ２周りに生じる角速度ωｆを算出する。
ωｆ＝ωｓ×ｃｏｓθ＋ωｂａｂ×ｃｏｓφ …（６）
ここで、ωｂａｂは、作業装置１５のアクチュエータ（５～７）の角速度の合計値である（ωｂａｂ＝ωｂｍ＋ωａｍ＋ωｂｋ）。

移動方向回転速度演算部３１３は、ロータリー軸Ａ２周りの移動方向回転速度ωｅを式（３）により演算する。移動方向回転速度演算部３１３は、さらに、チルト軸Ａ３周りの移動方向回転速度ωｅｔを次式（７）により演算する。
ωｅｔ＝ψ´×ｃｏｓθｔ …（７）
チルト速度演算部３１６は、次式（８）により、チルト軸Ａ３周りの目標角速度ωａｔを演算する。
ωａｔ＝ωｅｔ－ωｆｔ …（８）
チルト速度演算部３１６は、チルト軸Ａ３周りの目標角速度ωａｔと、姿勢情報（チルトセンサ９２で検出されたチルト回転角φ）と、記憶装置１９に記憶されている油圧ショベル１の寸法情報（チルトシリンダ９０とバケット３０８ｄの取付位置に関する寸法情報）とに基づいて、チルトシリンダ９０の目標動作速度を演算する。

なお、本第３実施形態では、ロータリー軸Ａ２とチルト軸Ａ３とが直交するように構成されているため、ロータリー軸Ａ２周りの角速度及び移動方向回転速度と、チルト軸Ａ３周りの角速度及び移動方向回転速度との組は一意に定まる。

指令電流値演算部３１５は、上記第１実施形態で説明した機能に加え、チルトシリンダ９０の目標動作速度に基づいて、チルトシリンダ９０を目標動作速度で動作させるための指令電流値を演算する。なお、指令電流値演算部３１５は、アクチュエータ速度演算部３１１で演算されたチルトシリンダ９０の目標動作速度が操作判定閾値未満である場合、チルト速度演算部３１６で演算されたチルトシリンダ９０の目標動作速度ωａｔに基づいて、チルトシリンダ９０を目標動作速度ωａで動作させるための指令電流値を演算する。指令電流値演算部３１５は、アクチュエータ速度演算部３１１で演算されたチルトシリンダ９０の目標動作速度が操作判定閾値以上である場合、アクチュエータ速度演算部３１１で演算されたチルトシリンダ９０の目標動作速度に基づいて、チルトシリンダ９０を目標動作速度で動作させるための指令電流値を演算する。

弁駆動装置１９０は、上記第１実施形態で説明した機能に加え、情報処理装置１１０で演算された指令電流値に基づいて、チルトシリンダ駆動用の電磁比例弁２６ａ，２６ｂのソレノイドに供給する指令電流を制御する。

このように、第３実施形態では、バケット３０８ｄが、フロント連結軸（第１軸）Ａ１の方向及びロータリー軸（第２軸）Ａ２の方向と交差するチルト軸（第３軸）Ａ３を中心に回転可能にアーム１２に連結される。また、制御装置１００は、チルトセンサ（姿勢センサ）９２での検出結果に基づいて、チルト軸（第３軸）Ａ３を中心とするバケット３０８ｄの回転角度（チルト回転角）φを演算する。さらに、制御装置１００は、作業装置１５の動作速度（被駆動部材の動作速度ωｂｍ，ωａｍ，ωｂｋ）と、旋回体１０の動作速度ωｓと、ロータリー軸（第２軸）Ａ２と旋回中心軸Ｚとのなす角度θと、チルト軸（第３軸）Ａ３を中心とするバケット３０８ｄの回転角度（チルト回転角）φに基づいて、旋回体１０の動作と作業装置１５の動作とによりロータリー軸（第２軸）Ａ２周りに生じるバケット３０８ｄの角速度ωｆを演算する。

このような第３実施形態によれば、バケット３０８ｄの姿勢の自由度が増すため、より精度よくバケット３０８ｄの移動方向にバケット３０８ｄの向きを追従させることができる。例えば、斜面において、旋回体１０の前後方向に対して斜め方向の掘削成形作業を精度よく行うことができる。また、複雑な地形に対してバケット３０８ｄを精度よく追従させることができる。

なお、本第３実施形態では、第２実施形態の構成に、チルトシリンダ９０を追加する構成について説明したが、第１実施形態の構成に、チルトシリンダ９０を追加し、チルト軸Ａ３周りの角速度及び移動方向回転速度、並びに、チルトシリンダ９０の目標動作速度を演算するようにしてもよい。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成同士を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせることも可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態では、操作装置（１ｃ，１ｄ）の操作情報から旋回体１０の動作速度及び作業装置１５の動作速度を演算し、この演算結果を用いてロータリー油圧モータ８０の目標動作速度ωａを演算する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、姿勢センサ（１３ａ～１３ｄ）での検出結果（姿勢情報）から旋回体１０の動作速度及び作業装置１５の動作速度を演算し、この演算結果を用いてロータリー油圧モータ８０の目標動作速度ωａを演算してもよい。

＜変形例２＞
作業機械の急動作を防止するために、ロータリー軸Ａ２の動作目標とするアクチュエータ速度について、所定の値を超えないように飽和処理を行ってもよい。

＜変形例３＞
第３実施形態に係る情報処理装置３１０は、バケット３０８ｄのチルト回転角φが動作範囲の限界に達したか否かを判定し、バケット３０８ｄのチルト回転角φが動作範囲の限界に達したと判定した場合、チルトシリンダ９０の目標動作速度ωａｔの演算を停止させてもよい。

＜変形例４＞
作業具８，３０８とアーム１２との連結機構の構成は、上記実施形態に限定されない。作業具８，３０８は、アームピン１２ａと平行なフロント連結軸（第１軸）Ａ１及びアームピン１２ａに対してねじれの位置にあるロータリー軸（第２軸）Ａ２を中心に回転可能にアーム１２に連結されていればよい。

＜変形例５＞
第１実施形態で説明したアクチュエータ制御処理（図８参照）と、第２実施形態で説明したアクチュエータ制御処理（図１１参照）とを、オペレータが切り換え操作可能な切換操作部を設けるようにしてもよい。切換操作部が第１操作位置に切り換えられると、制御装置１００は、図８に示すアクチュエータ制御処理を実行し、切換操作部が第２操作位置に切り換えられると、制御装置１００は、図１１に示すアクチュエータ制御処理を実行する。これにより、作業内容に応じて、オペレータの好みに応じたロータリー油圧モータ８０の制御を実行させることができる。また、制御装置１００は、直線状にバケット８ｄが移動しているか否か、及び、曲線状にバケット８ｄが移動しているか否かを判定し、その判定結果に基づいて、アクチュエータ制御処理のモードを設定するようにしてもよい。直線状にバケット８ｄが移動している判定されると、制御装置１００は、第１実施形態で説明したアクチュエータ制御処理（図８参照）を実行するモードを設定する。また、曲線状にバケット８ｄが移動していると判定されると、制御装置１００は、第２実施形態で説明したアクチュエータ制御処理（図１１参照）を実行するモードを設定する。アクチュエータ制御処理のモードを自動で切り替える構成とした場合、オペレータの操作負担を軽減することができる。

＜変形例６＞
第１実施形態及び第２実施形態では、ロータリー油圧モータ８０を備えた油圧ショベル１に本発明を適用する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。第１実施形態及び第２実施形態において、ロータリー油圧モータ８０に代えて、第３実施形態で説明したチルトシリンダ９０を備えた油圧ショベル１に本発明を適用してもよい。この場合、回転軸９１の中心軸（チルト軸）が第２軸として設定される。制御装置１００は、旋回体１０の動作速度と、チルト軸（第２軸）と旋回中心軸Ｚとのなす角度θｔに基づいて、旋回体１０の旋回動作によりチルト軸（第２軸）周りに生じるバケット８ｄの角速度ωｆｔを式（５）により演算する。制御装置１００は、角速度ωｆｔに基づいて、チルト軸（第２軸）周りにバケット８ｄを回転させる回転アクチュエータであるチルトシリンダ９０の目標動作速度ωａｔを演算する。また、制御装置１００は、移動方向回転速度ωｅｔを演算し、角速度ωｆｔ及び移動方向回転速度ωｅｔに基づいてチルトシリンダ９０の目標動作速度ωａｔを演算してもよい。

＜変形例７＞
第１実施形態及び第２実施形態では、ロータリー軸Ａ２の方向とフロント連結軸Ａ１の方向とが直交する場合について説明したが、ロータリー軸Ａ２の方向とフロント連結軸Ａ１の方向とは直交する場合に限らず、交差していればよい（平行でなければよい）。第３実施形態では、チルト軸Ａ３の方向とフロント連結軸Ａ１の方向とが直交する場合について説明したが、チルト軸Ａ３の方向とフロント連結軸Ａ１の方向とは直交する場合に限らず、交差していればよい（平行でなければよい）。また、第３実施形態では、チルト軸Ａ３の方向とロータリー軸Ａ２の方向とが直交する場合について説明したが、ロータリー軸Ａ２の方向とチルト軸Ａ３の方向とは直交する場合に限らず、交差していればよい（平行でなければよい）。なお、ロータリー軸Ａ２の方向とチルト軸Ａ３の方向とが直交しない構成である場合には、例えば、ロータリー軸Ａ２の移動方向回転速度を優先的に定め、補正用にチルト軸Ａ３の移動方向回転速度を定めるなど、拘束条件を加える必要がある。

＜変形例８＞
上記実施形態では、作業機械がクローラ式の油圧ショベルである場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。ホイール式の油圧ショベル、固定式の油圧ショベル等、旋回体１０及び旋回体１０に取り付けられる複数の被駆動部材を有する多関節型の作業装置１５を備える種々の作業機械に本発明を適用することができる。

＜変形例９＞
上記実施形態では、アクチュエータとして、油圧モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータを備える例に説明したが、アクチュエータとして、電動モータ、電動シリンダ等の電動アクチュエータを備える作業機械に本発明を適用してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１…油圧ショベル（作業機械）、１ｃ…右操作レバー装置（操作装置）、１ｄ…左操作レバー装置（操作装置）、１ｅ…ロータリー操作装置（操作装置）、１ｆ…チルト操作装置（操作装置）、２…ポンプ、４…旋回油圧モータ（アクチュエータ）、５…ブームシリンダ（アクチュエータ）、６…アームシリンダ（アクチュエータ）、７…バケットシリンダ（アクチュエータ）、８，３０８…作業具、８ａ…バケットピン、８ｂ…連結部、８ｃ…回転部、８ｄ，３０８ｄ…バケット、１０…旋回体、１１…ブーム、１２…アーム、１２ａ…アームピン、１３ａ～１３ｄ…角度センサ（姿勢センサ）、１４…エンジン、１５…作業装置、１６…機体、１９…記憶装置、２０，３２０…コントロールバルブユニット、３０，３３０…電磁弁ユニット、８０…ロータリー油圧モータ（回転アクチュエータ、アクチュエータ）、８０ａ…回転軸、９０…チルトシリンダ（回転アクチュエータ、アクチュエータ）、９１…回転軸、９２…チルトセンサ（姿勢センサ）、１００，３００…制御装置、１１０，２１０，３１０…情報処理装置、１１１，３１１…アクチュエータ速度演算部、１１２，３１２…角速度演算部、１１４，２１４…ロータリー速度演算部、１１５，３１５…指令電流値演算部、１９０…弁駆動装置、２１３，３１３…移動方向回転速度演算部、３１６…チルト速度演算部、３８１…第１連結部、３８２…第２連結部、３８３…回転部、Ａ１…フロント連結軸（第１軸）、Ａ２…ロータリー軸（第２軸）、Ａ３…チルト軸（第３軸）、Ｚ…旋回中心軸、θ，θｔ…なす角度、φ…チルト回転角（第３軸を中心とする作業具の回転角度）

Claims (5)

1. 旋回体と、ブーム、アーム及びバケットを有し、前記旋回体に取り付けられる多関節型の作業装置と、前記旋回体及び前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、前記旋回体及び前記作業装置を動作させるための操作装置と、前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサと、前記操作装置に対する操作に基づいて前記複数のアクチュエータの目標動作速度を演算し、前記目標動作速度に基づいて前記複数のアクチュエータの動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記アームは、アームピンを介して前記ブームに回動可能に連結され、
   前記バケットは、前記アームピンと平行な第１軸及び前記アームピンに対してねじれの位置にある第２軸を中心に回転可能に前記アームに連結され、
   前記複数のアクチュエータには、前記バケットを前記第２軸周りに回転させる回転アクチュエータが含まれる作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記旋回体の動作速度に基づいて、前記旋回体の旋回動作により前記第２軸周りに生じる前記バケットの角速度を演算し、
   前記旋回体の旋回動作により前記第２軸周りに生じる前記バケットの角速度を打ち消すための前記第２軸周りの相殺用速度を演算し、
   前記相殺用速度に基づいて、前記回転アクチュエータの動作を制御する
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記作業装置の動作速度と、前記旋回体の動作速度と、前記姿勢センサでの検出結果に基づいて、前記バケットの移動方向の前記第２軸周りの回転速度を演算し、
   前記相殺用速度及び前記バケットの移動方向の回転速度に基づいて、前記バケットの移動方向と前記バケットの向きとが一定の関係を保持するように前記回転アクチュエータの目標動作速度を演算し、
   前記回転アクチュエータの目標動作速度に基づいて、前記回転アクチュエータの動作を制御する
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項２に記載の作業機械において、
   前記制御装置は、
   第１の方向の前記バケットの移動速度と、前記第１の方向に直交する第２の方向の前記バケットの移動速度との比に基づいて、前記バケットの移動方向の回転速度を演算する
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１または請求項２に記載の作業機械において、
   前記バケットは、前記第２軸が前記旋回体の旋回中心軸と平行となる位置を基準として、前記第１軸を中心に回転可能であり、
   前記制御装置は、
   前記姿勢センサでの検出結果に基づいて、前記第２軸と前記旋回中心軸とのなす角度を演算し、
   前記旋回体の動作速度と、前記第２軸と前記旋回中心軸とのなす角度に基づいて、前記旋回体の旋回動作により前記第２軸周りに生じる前記バケットの角速度を演算する
   ことを特徴とする作業機械。
5. 請求項４に記載の作業機械において、
   前記バケットは、前記第１軸の方向及び前記第２軸の方向と交差する第３軸を中心に回転可能に前記アームに連結され、
   前記制御装置は、
   前記姿勢センサでの検出結果に基づいて、前記第３軸を中心とする前記バケットの回転角度を演算し、
   前記作業装置の動作速度と、前記旋回体の動作速度と、前記第２軸と前記旋回中心軸とのなす角度と、前記第３軸を中心とする前記バケットの回転角度に基づいて、前記旋回体の動作と前記作業装置の動作とにより前記第２軸周りに生じる前記バケットの角速度を演算する
   ことを特徴とする作業機械。

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