JPWO2015025989A1 - 作業車両 - Google Patents

Abstract

停止制御部（５４）は、バケット重量特定部（５９）によりバケット（８）の重量が大きい重量であると特定された第１特定状態とバケット（８）の重量が小さい重量であると特定された第２特定状態との双方においてバケット（８）の目標設計地形へ向かう方向の移動速度が同じであるとき、上記第１特定状態においては上記第２特定状態よりも目標設計地形から離れた位置からバケット（８）の目標設計地形へ向かう方向の移動速度が減速されるよう制御する。

Description

本発明は、作業車両に関する。

油圧ショベルのような作業車両は、ブームとアームとバケットとを含む作業機を備える。作業車両の制御において、掘削対象の目標形状である目標設計地形（設計地形）に基づいてバケットを移動させる自動制御が知られている。

特許文献１には、バケットの刃先が基準面に沿って移動することによりバケットに当接する土砂を掻き均し、平らな基準面に対応した平行な面を作るならい作業を自動制御する方式が提案されている。

また上記自動制御には、上記ならい制御以外に、作業機の動作を自動停止させる制御（停止制御）も存在する。この停止制御は、バケットの刃先が目標設計地形に食い込まないように目標設計地形手前で作業機の動作を自動停止させるものである。このような停止制御は例えば特許文献２に開示されている。

特開平９−３２８７７４号公報 特許第５５４８３０６号

バケットが交換される場合、重量が異なるバケットがアームに接続されると、作業機を駆動する油圧シリンダに作用する負荷が変わる可能性がある。油圧シリンダに作用する負荷が変わると、上記停止制御時において油圧シリンダが想定された動作を実行できない可能性がある。その結果、掘削精度が低下する可能性がある。

例えば重量の大きいバケットに交換された場合には、バケットの慣性が大きくなるため、作業機の動作が停止しにくくなる。このため、停止制御による停止の精度が悪化する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、掘削精度が高い作業車両を提供することを目的とする。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本発明の作業車両は、作業機と、重量特定部と、距離取得部と、停止制御部とを備えている。作業機は、ブームと、アームと、バケットとを含んでいる。重量特定部は、アームに装着されたバケットの重量を特定するためのものである。距離取得部は、バケットの刃先と目標設計地形との距離を取得するものである。停止制御部は、バケットの刃先が目標設計地形に接近するときバケットの刃先が目標設計地形に到達する手前で作業機の動作を停止する停止制御を実行するものである。停止制御部は、重量特定部によりバケットの重量が第１の重量であると特定される第１特定状態とバケットの重量が第１の重量よりも小さい第２の重量であると特定される第２特定状態との双方においてバケットの目標設計地形へ向かう方向の移動速度が同じであるとき、第１特定状態においては第２特定状態よりも目標設計地形から離れた位置からバケットの目標設計地形へ向かう方向の移動速度が減速されるよう制御する。

本発明の作業車両によれば、重量の小さいバケットから重量の大きいバケットに交換された場合でも、そのバケットの重量が大きいことが特定される。そしてバケットの重量が大きい第１特定状態においては、バケットの重量が小さい第２特定状態よりも目標設計地形から離れた位置からバケットの移動速度を減速することができる。このため、重量の大きいバケットに交換した場合でもバケットの刃先が目標設計地形を侵食することが抑制される。これにより停止制御において想定された動作が実行でき、掘削精度を高めることが可能となる。

上記の作業車両において、前記停止制御部は、記憶部と、選択部と、制限速度取得部とを有している。記憶部は、バケットの刃先と目標設計地形との距離と、バケットの刃先の制限速度との関係を規定する関係データを、バケットの重量に応じて複数記憶している。選択部は、重量特定部で特定されたバケットの重量に基づき、記憶部に記憶された複数の関係データの中から、１つの関係データを選択する。制限速度取得部は、選択部により選択された１つの関係データを用いて、距離取得部で得られた距離に基づいてバケットの刃先の制限速度を取得する。停止制御部は、バケットの刃先の制限速度に基づいて停止制御を実行する。

このように複数の関係データを記憶部に記憶させることにより、重量の大きいバケットを用いた場合と、重量の小さいバケットを用いた場合とでバケットの制御を変更することが容易となる。

上記の作業車両において、複数の関係データは、第１関係データと、第２関係データとを含んでいる。第１関係データが選択されるときのバケットの重量は、第２関係データが選択されるときのバケットの重量よりも大きい。第１関係データにおいてバケットの刃先の制限速度の減速が開始される上記距離は、第２関係データにおいてバケットの刃先の制限速度の減速が開始される上記距離よりも大きい。

このように第１の関係データと第２の関係データとを規定することにより、バケットの重量が大きい第１特定状態においては、バケットの重量が小さい第２特定状態よりも目標設計地形から離れた位置からバケットの移動速度を減速することが可能となる。

上記の作業車両において、第１関係データは、第１減速区間と、第２減速区間とを有している。第１減速区間は第２減速区間よりも目標設計地形に近い位置に設定され、かつ第２減速区間におけるバケットの刃先と目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いは、第１減速区間におけるバケットの刃先と目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いよりも大きい。

これにより重量の大きいバケットを目標設計地形に向けて移動させる際に、目標設計地形から離れた位置では、バケットの刃先と目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いを大きくしてバケットの速度を急激に小さくできる。また目標設計地形に近い位置では、バケットの刃先と目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いを小さくして、バケットの刃先を目標設計地形に正確に合わせることが可能となる。

上記の作業車両において、第２関係データは、第３減速区間と、第４減速区間とを有している。第３減速区間は第４減速区間よりも目標設計地形に近い位置に設定され、かつ第４減速区間におけるバケットの刃先と目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いは、第３減速区間におけるバケットの刃先と目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いよりも大きい。第４減速区間は第２減速区間よりも目標設計地形に近い位置に設定される。

これにより重量の小さいバケットを目標設計地形に向けて移動させる際に、目標設計地形から離れた位置では、バケットの刃先と目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いを大きくしてバケットの速度を急激に小さくできる。また目標設計地形に近い位置では、バケットの刃先と目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いを小さくして、バケットの刃先を目標設計地形に正確に合わせることが可能となる。

上記の作業車両において、作業機を駆動する油圧シリンダがさらに備えられている。重量特定部は、バケットが宙に浮いている状態での油圧シリンダの内部に発生する圧力に基づいて、アームに装着されたバケットの重量を特定する。

これにより油圧シリンダの内部に発生する圧力からバケットの重量を自動的に特定することができる。このため、オペレータが手動でバケットの重量を入力する必要がなくなり、労力を省略することができる。

上記の作業車両において、オペレータがバケットの重量を入力操作可能なモニタがさらに備えられている。重量特定部は、オペレータによってモニタに入力されたバケットの重量に基づいて、アームに装着されたバケットの重量を特定する。

これによりオペレータの手動の入力作業によりバケットの重量を特定することが可能となる。

上記の作業車両において、推定速度決定部と、方向制御弁とがさらに備えられている。推定速度決定部は、操作部材の操作量に基づいてブームの速度を推定するものである。方向制御弁は、移動可能なスプールを有し、スプールの移動により作業機を駆動する油圧シリンダに対する作動油の供給を制御するものである。記憶部は、バケットの重量に応じた、油圧シリンダのシリンダ速度と油圧シリンダを動作させる操作指令値との関係を示す複数の相関データを記憶している。推定速度決定部は、重量特定部で特定されたバケットの重量に基づき、記憶部に記憶された複数の相関データの中から１つの相関データを選択し、かつ選択された１つの相関データを用いてブームの推定速度を取得する。停止制御部は、ブームの推定速度とブームの制限速度とに基づいて停止制御を実行する。

これにより停止制御においてバケットの刃先を目標設計地形に合わせることがより容易となり、掘削精度をより向上させることができる。

以上説明したように本発明によれば、掘削精度が高い作業車両を実現することができる。

実施形態に基づく作業車両１００の構成を示す斜視図である。 実施形態に基づく作業車両１００の構成を模式的に示す側面図（Ａ）および背面図（Ｂ）である。 実施形態に基づく制御システム２００の構成を説明する機能ブロック図である。 実施形態に基づく油圧システムの構成を説明する図である。 実施形態に基づく停止制御が行われている際の作業機２の動作の一例を模式的に示す図である。 実施形態に基づく停止制御を実行する制御システム２００の機能ブロック図である。 実施形態に基づくオペレータがバケット重量を入力する際の表示部３２２の表示画面を示す図（Ａ）、（Ｂ）である。 図６に示す制御システム２００の停止制御部５４内の機能ブロック図である。 実施形態に基づく推定速度決定部５２の演算処理を説明する機能ブロックを説明する図である。 実施形態に基づく垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔの算出方式を説明する図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。 実施形態に基づくバケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄを説明する図である。 実施形態に基づく作業車両１００の停止制御を説明するフロー図である。 実施形態に基づく停止制御における作業機２全体の刃先制限速度テーブルの一例を説明する図（Ａ）と、図１３（Ａ）の領域Ｒを拡大して示す図（Ｂ）である。 実施形態に基づく刃先制限速度テーブルを用いた停止制御方法を説明するためのフローチャートである。 変形例に基づくスプールストロークとシリンダ速度との関係を示す第１相関データの一例を示す図である。 変形例に基づく第１〜第３相関データを用いた停止制御方法を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることが可能である。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

＜作業車両の全体構成＞
図１は、実施形態に基づく作業車両１００の外観図である。

図１に示されるように、作業車両１００として、本例においては、おもに油圧ショベルを例に挙げて説明する。

作業車両１００は、車両本体１と、油圧により作動する作業機２とを有している。なお、後述するように、作業車両１００には掘削制御を実行する制御システム２００（図３）が搭載されている。

車両本体１は、旋回体３と、走行装置５とを有している。走行装置５は、一対の履帯５Ｃｒを有している。履帯５Ｃｒの回転により、作業車両１００が走行可能である。なお、走行装置５が車輪（タイヤ）を含んでもよい。

旋回体３は、走行装置５の上に配置され、かつ走行装置５により支持されている。旋回体３は、旋回軸ＡＸを中心として走行装置５に対して旋回可能である。

旋回体３は運転室４を有している。この運転室４には、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられている。オペレータは、運転室４において作業車両１００を操作可能である。

本例においては、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準として各部の位置関係について説明する。前後方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータの前後方向をいう。左右方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータの左右方向をいう。運転席４Ｓに着座したオペレータに正対する方向を前方向とし、前方向に対向する方向を後方向とする。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対したときの右側、左側をそれぞれ右方向、左方向とする。

旋回体３は、エンジンが収容されるエンジンルーム９と、旋回体３の後部に設けられるカウンタウェイトとを有している。旋回体３において、エンジンルーム９の前方に手すり１９が設けられている。エンジンルーム９には、図示しないエンジン及び油圧ポンプなどが配置されている。

作業機２は、旋回体３に支持されている。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とを有している。ブーム６は旋回体３に接続されている。アーム７はブーム６に接続されている。バケット８はアーム７に接続されている。

ブームシリンダ１０はブーム６を駆動するためのものである。アームシリンダ１１はアーム７を駆動するためのものである。バケットシリンダ１２はバケット８を駆動するためのものである。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２のそれぞれは、作動油によって駆動される油圧シリンダである。

ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して旋回体３に接続されている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に接続されている。バケット８は、バケットピン１５を介してアーム７の先端部に接続されている。

ブーム６は、ブームピン１３を中心に回転可能である。アーム７は、アームピン１４を中心に回転可能である。バケット８は、バケットピン１５を中心に回転可能である。

アーム７及びバケット８のそれぞれは、ブーム６の先端側で移動可能な可動部材である。バケット８は、アーム７に対して交換可能に設けられている。例えば、掘削作業内容に応じて、適切なバケット８の種別が選択され、その選択されたバケット８がアーム７に接続される。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、実施形態に基づく作業車両１００を模式的に説明する図である。図２（Ａ）には、作業車両１００の側面図が示されている。図２（Ｂ）には、作業車両１００の背面図が示されている。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、ブーム６の長さＬ１は、ブームピン１３とアームピン１４との距離である。アーム７の長さＬ２は、アームピン１４とバケットピン１５との距離である。バケット８の長さＬ３は、バケットピン１５とバケット８の刃先８ａとの距離である。バケット８は、複数の刃を有し、本例においては、バケット８の先端部は刃先８ａと称される。

なお、バケット８は、刃を有していなくてもよい。バケット８の先端部は、ストレート形状の鋼板で形成されてもよい。

作業車両１００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８とを有している。ブームシリンダストロークセンサ１６はブームシリンダ１０に配置されている。アームシリンダストロークセンサ１７はアームシリンダ１１に配置されている。バケットシリンダストロークセンサ１８はバケットシリンダ１２に配置されている。なお、ブームシリンダストロークセンサ１６、アームシリンダストロークセンサ１７及びバケットシリンダストロークセンサ１８は総称してシリンダストロークセンサとも称される。

ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ１０のストローク長さが求められる。アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて、アームシリンダ１１のストローク長さが求められる。バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、バケットシリンダ１２のストローク長さが求められる。

なお、本例においては、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２のストローク長さはそれぞれブームシリンダ長、アームシリンダ長及びバケットシリンダ長とも称される。また、本例においては、ブームシリンダ長、アームシリンダ長、及びバケットシリンダ長は総称してシリンダ長データＬとも称される。なお、角度センサを用いてストローク長さを検出する方式を採用することも可能である。

作業車両１００は、作業車両１００の位置を検出可能な位置検出装置２０を備えている。

位置検出装置２０は、アンテナ２１と、グローバル座標演算部２３と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２４とを有している。

アンテナ２１は、例えばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）用のアンテナである。アンテナ２１は、例えばＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems）用アンテナである。

アンテナ２１は、旋回体３に設けられている。本例においては、アンテナ２１は、旋回体３の手すり１９に設けられている。なお、アンテナ２１は、エンジンルーム９の後方向に設けられてもよい。例えば、旋回体３のカウンタウェイトにアンテナ２１が設けられてもよい。アンテナ２１は、受信した電波（ＧＮＳＳ電波）に応じた信号をグローバル座標演算部２３に出力する。

グローバル座標演算部２３は、グローバル座標系におけるアンテナ２１の設置位置Ｐ１を検出する。グローバル座標系は、作業エリアに設置した基準位置Ｐｒを元にした３次元座標系（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）である。本例においては、基準位置Ｐｒは、作業エリアに設定された基準杭の先端の位置である。また、ローカル座標系とは、作業車両１００を基準とした、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で示される３次元座標系である。ローカル座標系の基準位置は、旋回体３の旋回軸（旋回中心）ＡＸに位置する基準位置Ｐ２を示すデータである。

本例においては、アンテナ２１は、車幅方向に互いに離れるように旋回体３に設けられた第１アンテナ２１Ａ及び第２アンテナ２１Ｂを含んでいる。

グローバル座標演算部２３は、第１アンテナ２１Ａの設置位置Ｐ１ａ及び第２アンテナ２１Ｂの設置位置Ｐ１ｂを検出する。グローバル座標演算部２３は、グローバル座標で表される基準位置データＰを取得する。本例においては、基準位置データＰは、旋回体３の旋回軸（旋回中心）ＡＸに位置する基準位置Ｐ２を示すデータである。なお、基準位置データＰは、設置位置Ｐ１を示すデータでもよい。

本例においては、グローバル座標演算部２３は、２つの設置位置Ｐ１ａ及び設置位置Ｐ１ｂに基づいて旋回体方位データＱを生成する。旋回体方位データＱは、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとで決定される直線がグローバル座標の基準方位（例えば北）に対してなす角に基づいて決定される。旋回体方位データＱは、旋回体３（作業機２）が向いている方位を示す。グローバル座標演算部２３は、後述する表示コントローラ２８に基準位置データＰ及び旋回体方位データＱを出力する。

ＩＭＵ２４は、旋回体３に設けられている。本例においては、ＩＭＵ２４は、運転室４の下部に配置されている。旋回体３において、運転室４の下部に高剛性のフレームが配置されている。ＩＭＵ２４は、そのフレーム上に配置されている。なお、ＩＭＵ２４は、旋回体３の旋回軸ＡＸ（基準位置Ｐ２）の側方（右側又は左側）に配置されてもよい。ＩＭＵ２４は、車両本体１の左右方向に傾斜する傾斜角θ４と、車両本体１の前後方向に傾斜する傾斜角θ５とを検出する。

＜制御システムの構成＞
次に、実施形態に基づく制御システム２００の概要について説明する。

図３は、実施形態に基づく制御システム２００の構成を示す機能ブロック図である。
図３に示されるように、制御システム２００は、作業機２を用いる掘削処理を制御する。本例においては、掘削処理の制御は、停止制御及びならい制御を含む。

停止制御は、図１に示されるように、バケット８の刃先８ａが目標設計地形に食い込まないように目標設計地形手前で作業機が自動停止するように制御することを意味する。停止制御は、オペレータによるアーム７の操作がなく、ブーム６またはバケット８の操作があり、かつバケット８の刃先８ａ及び目標設計地形間の距離とバケット８の刃先８ａの速度とが所定条件を満たす場合に実行される。

ならい制御は、バケット８の刃先８ａが目標設計地形に沿って移動することによりバケットに当接する土砂を掻き均し、平らな目標設計地形に対応した面を作るならい作業を自動制御することを意味し、制限掘削制御とも称される。ならい制御は、オペレータによるアーム７の操作があり、バケット８の刃先と目標設計地形との距離及び刃先の速度が基準内である場合に実行される。オペレータは、ならい制御中は通常、ブーム６を下げる方向に常に操作しつつ、アーム７を操作する。

図３に示されるように、制御システム２００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８と、アンテナ２１と、グローバル座標演算部２３と、ＩＭＵ２４と、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、圧力センサ６６及び圧力センサ６７と、制御弁２７と、方向制御弁６４と、表示コントローラ２８と、表示部２９と、センサコントローラ３０と、マンマシンインターフェース部３２と、油圧シリンダ６０とを含んでいる。

操作装置２５は、運転室４（図１）に配置されている。オペレータにより操作装置２５が操作される。操作装置２５は、作業機２を駆動するオペレータ操作を受け付ける。本例においては、操作装置２５は、パイロット油圧方式の操作装置である。

方向制御弁６４により、油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量が調整される。方向制御弁６４は、第１油圧室及び第２油圧室に供給される油によって作動する。なお、本例においては、油圧シリンダ６０（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２）を作動するために、その油圧シリンダに供給される油は作動油とも称される。また、方向制御弁６４を作動するためにその方向制御弁６４に供給される油はパイロット油と称される。また、パイロット油の圧力はパイロット油圧とも称される。

作動油及びパイロット油は、同一の油圧ポンプから送出されてもよい。例えば、油圧ポンプから送出された作動油の一部が減圧弁で減圧され、その減圧された作動油がパイロット油として使用されてもよい。また、作動油を送出する油圧ポンプ（メイン油圧ポンプ）と、パイロット油を送出する油圧ポンプ（パイロット油圧ポンプ）とが別の油圧ポンプでもよい。

操作装置２５は、第１操作レバー２５Ｒと、第２操作レバー２５Ｌとを有している。第１操作レバー２５Ｒは、例えば運転席４Ｓ（図１）の右側に配置されている。第２操作レバー２５Ｌは、例えば運転席４Ｓの左側に配置されている。第１操作レバー２５Ｒ及び第２操作レバー２５Ｌでは、前後左右の動作が２軸の動作に対応している。

第１操作レバー２５Ｒにより、ブーム６及びバケット８が操作される。
第１操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、ブーム６の操作に対応し、前後方向の操作に応じてブーム６の下げ動作及び上げ動作が実行される。ブーム６を操作するために第１操作レバー２５Ｒが操作され、パイロット油路４５０にパイロット油が供給された時、圧力センサ６６に発生する検出圧力をＭＢとする。

第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、バケット８の操作に対応し、左右方向の操作に応じてバケット８の掘削動作及び開放動作が実行される。バケット８を操作する為に第１操作レバー２５Ｒが操作され、パイロット油路４５０にパイロット油が供給された時、圧力センサ６６に発生する検出圧力をＭＴとする。

第２操作レバー２５Ｌにより、アーム７及び旋回体３が操作される。
第２操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、アーム７の操作に対応し、前後方向の操作に応じてアーム７の上げ動作及び下げ動作が実行される。アーム７を操作する為に第２操作レバー２５Ｌが操作されパイロット油路４５０にパイロット油が供給された時、圧力センサ６６に発生する検出圧力をＭＡとする。

第２操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、旋回体３の旋回に対応し、左右方向の操作に応じて旋回体３の右旋回動作及び左旋回動作が実行される。

本例においては、ブーム６の上げ動作は、ダンプ動作に相当する。ブーム６の下げ動作は、掘削動作に相当する。アーム７の下げ動作は、掘削動作に相当する。アーム７の上げ動作は、ダンプ動作に相当する。バケット８の下げ動作は、掘削動作に相当する。なお、アーム７の下げ動作を曲げ動作とも称する。アーム７の上げ動作は伸長動作と称される。

メイン油圧ポンプから送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置２５に供給される。操作装置２５の操作量に基づいてパイロット油圧が調整される。

パイロット油路４５０には、圧力センサ６６及び圧力センサ６７が配置されている。圧力センサ６６及び圧力センサ６７は、パイロット油圧（ＰＰＣ圧力）を検出する。圧力センサ６６及び圧力センサ６７の検出結果は、作業機コントローラ２６に出力される。

第１操作レバー２５Ｒの前後方向の操作量（ブーム操作量）に応じて、ブーム６を駆動するためのブームシリンダ１０に供給される作動油の流れ方向及び流量が方向制御弁６４によって調整される。

第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作量（バケット操作量）に応じて、バケット８を駆動するためのバケットシリンダ１２に供給される作動油が流れる方向制御弁６４が駆動される。

第２操作レバー２５Ｌの前後方向の操作量（アーム操作量）に応じて、アーム７を駆動するためのアームシリンダ１１に供給される作動油が流れる方向制御弁６４が駆動される。

第２操作レバー２５Ｌの左右方向の操作量に応じて、旋回体３を駆動するための油圧アクチュエータに供給される作動油が流れる方向制御弁６４が駆動される。

なお、第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作がブーム６の操作に対応し、前後方向の操作がバケット８の操作に対応してもよい。また、第２操作レバー２５Ｌの左右方向がアーム７の操作に対応し、前後方向の操作が旋回体３の操作に対応してもよい。

制御弁２７は、油圧シリンダ６０（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２）に対する作動油の供給量を調整する。制御弁２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいて作動する。

マンマシンインターフェース部３２は、入力部３２１と表示部（モニタ）３２２とを有する。

本例においては、入力部３２１は、表示部３２２の周囲に配置される操作ボタンを含む。なお、入力部３２１がタッチパネルを含んでもよい。マンマシンインターフェース部３２を、マルチモニタとも称する。

表示部３２２は、基本情報として燃料残量、冷却水温度等を表示する。この表示部３２２は、画面上の表示を押すことで機器を操作可能なタッチパネル（入力装置）であってもよい。

入力部３２１は、オペレータによって操作される。入力部３２１の操作により生成された指令信号は、作業機コントローラ２６に出力される。

センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ長を算出する。ブームシリンダストロークセンサ１６は、周回動作に伴うパルスをセンサコントローラ３０に出力する。センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６から出力されたパルスに基づいて、ブームシリンダ長を算出する。

同様に、センサコントローラ３０は、アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて、アームシリンダ長を算出する。センサコントローラ３０は、バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、バケットシリンダ長を算出する。

センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて取得されたブームシリンダ長から、旋回体３の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。

センサコントローラ３０は、アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて取得されたアームシリンダ長から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。

センサコントローラ３０は、バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて取得されたバケットシリンダ長から、アーム７に対するバケット８の刃先８ａの傾斜角θ３を算出する。

上記算出結果である傾斜角θ１、θ２、θ３と、基準位置データＰ、旋回体方位データＱ、及びシリンダ長データＬに基づいて、作業車両１００のブーム６、アーム７及びバケット８の位置を特定することが可能となり、バケット８の３次元位置を示すバケット位置データを生成することが可能である。

なお、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、及びバケット８の傾斜角θ３は、シリンダストロークセンサ１６、１７、１８で検出されなくてもよい。ロータリーエンコーダのような角度検出器でブーム６の傾斜角θ１が検出されてもよい。角度検出器は、旋回体３に対するブーム６の屈曲角度を検出して、傾斜角θ１を検出する。同様に、アーム７の傾斜角θ２がアーム７に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。バケット８の傾斜角θ３がバケット８に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。

＜油圧回路の構成＞
図４は、実施形態に基づく油圧システムの構成を説明する図である。

図４に示されるように、油圧システム３００は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２（複数の油圧シリンダ６０）と、旋回体３を旋回させる旋回モータ６３とを備えている。なお、ここで、ブームシリンダ１０を油圧シリンダ１０（６０）とも表記する。他の油圧シリンダについても同様である。

油圧シリンダ６０は、図示しないメイン油圧ポンプから供給された作動油によって作動する。旋回モータ６３は、油圧モータであり、メイン油圧ポンプから供給された作動油によって作動する。

本例においては、各油圧シリンダ６０に対して作動油が流れる方向及び流量を制御する方向制御弁６４が設けられている。メイン油圧ポンプから供給された作動油は、方向制御弁６４を介して、各油圧シリンダ６０に供給される。また、旋回モータ６３に対して方向制御弁６４が設けられている。

各油圧シリンダ６０は、キャップ側（ボトム側）油室４０Ａと、ロッド側（ヘッド側）油室４０Ｂとを有している。

方向制御弁６４は、ロッド状のスプールを動かして作動油が流れる方向を切り替えるスプール方式である。スプールが軸方向に移動することにより、キャップ側油室４０Ａに対する作動油の供給と、ロッド側油室４０Ｂに対する作動油の供給とが切り替わる。また、スプールが軸方向に移動することにより、油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量（単位時間当たりの供給量）が調整される。

油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量が調整されることにより、油圧シリンダ６０のシリンダ速度（シリンダロッドの移動速度）が調整される。シリンダ速度を調整することにより、ブーム６、アーム７及びバケット８の速度が制御される。本例においては、方向制御弁６４が、スプールの移動により作業機２を駆動する油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量を調整可能な調整装置として機能する。

各方向制御弁６４には、スプールの移動距離（スプールストローク）を検出するスプールストロークセンサ６５が設けられている。スプールストロークセンサ６５の検出信号は、作業機コントローラ２６に出力される。

各方向制御弁６４の駆動は、操作装置２５によって調整される。本例においては、操作装置２５は、上記のとおりパイロット油圧方式の操作装置である。

メイン油圧ポンプから送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置２５に供給される。

操作装置２５は、パイロット油圧調整弁を含む。操作装置２５の操作量に基づいて、パイロット油圧が調整される。パイロット油圧によって、方向制御弁６４が駆動される。操作装置２５によりパイロット油圧が調整されることによって、軸方向に関するスプールの移動量及び移動速度が調整される。また、操作装置２５によりキャップ側油室４０Ａに対する作動油の供給と、ロッド側油室４０Ｂに対する作動油の供給とが切り替わる。

操作装置２５と各方向制御弁６４とは、パイロット油路４５０を介して接続されている。本例においては、パイロット油路４５０に、制御弁２７、圧力センサ６６、及び圧力センサ６７が配置されている。

各制御弁２７の両側に、パイロット油圧を検出する圧力センサ６６及び圧力センサ６７が設けられている。本例においては、圧力センサ６６は、操作装置２５と制御弁２７との間の油路４５１に配置されている。圧力センサ６７は、制御弁２７と方向制御弁６４との間の油路４５２に配置されている。圧力センサ６６は、制御弁２７によって調整される前のパイロット油圧を検出する。圧力センサ６７は、制御弁２７によって調整されたパイロット油圧を検出する。圧力センサ６６及び圧力センサ６７の検出結果は、作業機コントローラ２６に出力される。

制御弁２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号（ＥＰＣ電流）に基づいて、パイロット油圧を調整する。制御弁２７は、電磁比例制御弁であり、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいて制御される。制御弁２７は、制御弁２７Ｂと、制御弁２７Ａとを含む。制御弁２７Ｂは、方向制御弁６４の第２受圧室に供給されるパイロット油のパイロット油圧を調整して、方向制御弁６４を介してキャップ側油室４０Ａに供給される作動油の供給量を調整可能である。制御弁２７Ａは、方向制御弁６４の第１受圧室に供給されるパイロット油のパイロット油圧を調整して、方向制御弁６４を介してロッド側油室４０Ｂに供給される作動油の供給量を調整可能である。

なお、本例においては、パイロット油路４５０のうち、操作装置２５と制御弁２７との間のパイロット油路４５０は油路（上流油路）４５１と称される。また、制御弁２７と方向制御弁６４との間のパイロット油路４５０は油路（下流油路）４５２と称される。

パイロット油は、油路４５２を介して各方向制御弁６４に供給される。
油路４５２は、第１受圧室に接続される油路４５２Ａと、第２受圧室に接続される油路４５２Ｂとを含んでいる。

方向制御弁６４の第２受圧室に対して、パイロット油が油路４５２Ｂを介して供給されると、そのパイロット油圧に応じてスプールが移動する。方向制御弁６４を介してキャップ側油室４０Ａに作動油が供給される。キャップ側油室４０Ａに対する作動油の供給量は、操作装置２５の操作量に応じたスプールの移動量により調整される。

方向制御弁６４の第１受圧室に対して、パイロット油が油路４５２Ａを介して供給されると、そのパイロット油圧に応じてスプールが移動する。方向制御弁６４を介してロッド側油室４０Ｂに作動油が供給される。ロッド側油室４０Ｂに対する作動油の供給量は、操作装置２５の操作量によるスプールの移動量により調整される。

したがって、操作装置２５によりパイロット油圧が調整されたパイロット油が方向制御弁６４に供給されることにより、軸方向に関するスプールの位置が調整される。

油路４５１は、油路４５２Ａと操作装置２５とを接続する油路４５１Ａと、油路４５２Ｂと操作装置２５とを接続する油路４５１Ｂとを含んでいる。

［操作装置２５の操作と油圧システムの動作について］
上述のように、操作装置２５の操作により、ブーム６は、下げ動作及び上げ動作の２種類の動作を実行する。

ブーム６の下げ動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ａ及び油路４５２Ａを介して、パイロット油が供給される。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がブームシリンダ１０に供給され、ブーム６の下げ動作が実行される。

ブーム６の上げ動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ｂ及び油路４５２Ｂを介して、パイロット油が供給される。方向制御弁６４はパイロット油圧に基づいて作動する。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がブームシリンダ１０に供給され、ブーム６の上げ動作が実行される。

本例においては、ブームシリンダ１０が縮退することにより、ブーム６が下げ動作し、ブームシリンダ１０が伸長することにより、ブーム６が上げ動作する。ブームシリンダ１０のロッド側油室４０Ｂに作動油が供給されることにより、ブームシリンダ１０が縮退し、ブーム６が下げ動作する。ブームシリンダ１０のキャップ側油室４０Ａに作動油が供給されることにより、ブームシリンダ１０が伸長し、ブーム６が上げ動作する。

また、操作装置２５の操作により、アーム７は、下げ動作及び上げ動作の２種類の動作を実行する。

アーム７の下げ動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、アームシリンダ１１に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ｂ及び油路４５２Ｂを介して、パイロット油が供給される。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がアームシリンダ１１に供給され、アーム７の下げ動作が実行される。

アーム７の上げ動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、アームシリンダ１１に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ａ及び油路４５２Ａを介して、パイロット油が供給される。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がアームシリンダ１１に供給され、アーム７の上げ動作が実行される。

本例においては、アームシリンダ１１が伸長することにより、アーム７が下げ動作（掘削動作）し、アームシリンダ１１が縮退することにより、アーム７が上げ動作（ダンプ動作）する。アームシリンダ１１のキャップ側油室４０Ａに作動油が供給されることにより、アームシリンダ１１が伸長し、アーム７が下げ動作する。アームシリンダ１１のロッド側油室４０Ｂに作動油が供給されることにより、アームシリンダ１１が縮退し、アーム７が上げ動作する。

また、操作装置２５の操作により、バケット８は、下げ動作及び上げ動作の２種類の動作を実行する。

バケット８の下げ動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、バケットシリンダ１２に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ｂ及び油路４５２Ｂを介して、パイロット油が供給される。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がバケットシリンダ１２に供給され、バケット８の下げ動作が実行される。

バケット８の上げ動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、バケットシリンダ１２に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ａ及び油路４５２Ａを介して、パイロット油が供給される。方向制御弁６４はパイロット油圧に基づいて作動する。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がバケットシリンダ１２に供給され、バケット８の上げ動作が実行される。

本例においては、バケットシリンダ１２が伸長することにより、バケット８が下げ動作（掘削動作）し、バケットシリンダ１２が縮退することにより、バケット８が上げ動作（ダンプ動作）する。バケットシリンダ１２のキャップ側油室４０Ａに作動油が供給されることにより、バケットシリンダ１２が伸長し、バケット８が下げ動作する。バケットシリンダ１２のロッド側油室４０Ｂに作動油が供給されることにより、バケットシリンダ１２が縮退し、バケット８が上げ動作する。

また、操作装置２５の操作により、旋回体３は、右旋回動作及び左旋回動作の２種類の動作を実行する。

旋回体３の右旋回動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、作動油が旋回モータ６３に供給される。旋回体３の左旋回動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、作動油が旋回モータ６３に供給される。

＜通常制御及び自動制御（停止制御）と油圧システムの動作について＞
まずは、自動制御（停止制御）を実行しない、通常制御について説明する。

通常制御の場合、作業機２は操作装置２５の操作量に従って動作する。
具体的には、図４に示されるように、作業機コントローラ２６は制御弁２７を開放する。制御弁２７を開放することにより、油路４５１のパイロット油圧と油路４５２のパイロット油圧とは等しくなる。制御弁２７が開放された状態で、パイロット油圧（ＰＰＣ圧力）は、操作装置２５の操作量に基づいて調整される。これにより、方向制御弁６４が調整されて、上記で説明したブーム６、バケット８の下げ動作を実行することが可能である。

次に、自動制御（停止制御）について説明する。
自動制御（停止制御）の場合、作業機２は、操作装置２５の操作に基づいて作業機コントローラ２６によって制御される。

具体的には、図４に示されるように、作業機コントローラ２６は、制御弁２７に制御信号を出力する。油路４５１は、例えばパイロット油圧調整弁の作用により所定の圧力を有する。

制御弁２７は、作業機コントローラ２６の制御信号に基づいて作動する。油路４５１の作動油は、制御弁２７を介して、油路４５２に供給される。したがって、油路４５２の作動油の圧力は、制御弁２７により調整（減圧）することが可能である。

油路４５２の作動油の圧力が、方向制御弁６４に作用する。これにより、方向制御弁６４は、制御弁２７で制御されたパイロット油圧に基づいて作動する。

例えば、作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ａ及び制御弁２７Ｂの少なくとも一方に制御信号を出力して、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４に対するパイロット油圧を調整することができる。制御弁２７Ａにより圧力が調整された作動油が方向制御弁６４に供給されることにより、スプールは軸方向に関して一方側に移動する。制御弁２７Ｂにより圧力が調整された作動油が方向制御弁６４に供給されることにより、スプールは軸方向に関して他方側に移動する。これにより、軸方向に関するスプールの位置が調整される。

さらに、作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ｃに制御信号を出力して、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４に対するパイロット油圧を調整する。

また、同様に作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ａ及び制御弁２７Ｂの少なくとも一方に制御信号を出力して、バケットシリンダ１２に接続された方向制御弁６４に対するパイロット油圧を調整することができる。

これにより、作業機コントローラ２６は、バケット８の刃先８ａが目標掘削地形Ｕ（図５）に侵入しないように、ブーム６の動きを制御（停止制御）する。

本例において、目標掘削地形Ｕに対する刃先８ａの侵入が抑制されるように、ブームシリンダ１０に接続された制御弁２７に制御信号を出力して、ブーム６の位置を制御することを停止制御と称する。

具体的には、作業機コントローラ２６は、掘削対象の目標形状である目標設計地形を示す目標掘削地形Ｕとバケット８の刃先８ａの位置を示すバケット位置データＳとに基づいて、目標掘削地形Ｕとバケット８との距離ｄに応じてバケット８が目標掘削地形Ｕに近づく速度が小さくなるように、ブーム６の速度を制御する。

本実施形態の油圧システム３００における停止制御は、ブーム６の下げ側の電磁弁２７Ａを閉じる制御をしてブーム６の下げ速度を落とすことにより行なわれる。

油路２００（３００）は、制御弁２７Ａに接続され、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４に供給されるパイロット油を供給する。

圧力センサ６６は、油路２００（３００）のパイロット油のパイロット油圧を検出する。

制御弁２７Ａは、停止制御を実行するために作業機コントローラ２６から出力された制御信号に基づいて制御される。

本例においては、作業機コントローラ２６は、停止制御を実行しない場合には、操作装置２５の操作によって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるように、制御弁２７Ｃに対して油路５０１を閉じるように制御信号を出力する。

また、作業機コントローラ２６は、停止制御を実行する場合には、制御弁２７Ａによって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるように、各制御弁２７に対して制御信号を出力する。

例えば、ブーム６の移動を制限する停止制御を実行する場合、作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ａによって出力されるパイロット油圧が、操作装置２５によって調整されるパイロット油圧よりも低くなるように、制御弁２７Ａを制御する。

なお油路５０１、５０２と、制御弁２７Ｃと、シャトル弁５１と、圧力センサ６８とは、ならい制御時のブーム自動上げに用いられるものである。

＜停止制御＞
図５は、実施形態に基づく停止制御が行われている際の作業機２の動作の一例を模式的に示す図である。

図４及び図５に示されるように、停止制御において、バケット８が目標設計地形（目標掘削地形Ｕ）に侵入しないように、ブーム６を制御する停止制御が実行される。具体的には、油圧システム３００はバケット８の刃先８ａが目標掘削地形Ｕに近づいたときにバケット８が目標掘削地形Ｕに近づく速度が小さくなるようにブーム６の速度を制御する。

図６は、実施形態に基づく停止制御を実行する制御システム２００の機能ブロック図である。

図６に示されるように、制御システム２００に含まれる作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８の機能ブロックが示されている。

ここでは、ブーム６の停止制御について説明する。上記で説明したように停止制御は、オペレータによるブーム下げ操作によりバケット８の刃先８ａが目標掘削地形Ｕの上方から目標掘削地形Ｕに近づく際に、バケット８の刃先８ａが目標掘削地形Ｕに侵入しないように、ブーム６の動きを制御するものである。

具体的には、作業機コントローラ２６は、掘削対象の目標形状である目標設計地形を示す目標掘削地形Ｕとバケット８の刃先８ａの位置を示すバケット位置データＳとに基づいて、目標掘削地形Ｕとバケット８との距離ｄを算出する。そして、距離ｄに応じてバケット８が目標掘削地形Ｕに近づく速度が小さくなるように、ブーム６の停止制御による制御弁２７への制御信号ＣＢＩを出力する。

まず、作業機コントローラ２６は、操作装置２５の操作による操作指令に基づくブーム６、バケット８の動作によるバケットの刃先８ａの速度を算出する。そして、算出結果に基づいてバケット８の刃先８ａが目標掘削地形Ｕに侵入しないように、ブーム６の速度を制御するブーム制限速度（目標速度）を算出する。そして、ブーム制限速度でブーム６が動作するように制御弁２７への制御信号ＣＢＩを出力する。

以下、機能ブロックについて図６を用いて具体的に説明する。
図６に示されるように、表示コントローラ２８は、目標施工情報格納部２８Ａと、バケット位置データ生成部２８Ｂと、目標掘削地形データ生成部２８Ｃとを有している。表示コントローラ２８は、位置検出装置２０による検出結果に基づいて、グローバル座標系で見たときのローカル座標の位置を算出可能である。

表示コントローラ２８は、センサコントローラ３０からの入力を受ける。
センサコントローラ３０は、各シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果から各シリンダ長データＬ及び傾斜角θ１、θ２、θ３を取得する。また、センサコントローラ３０は、ＩＭＵ２４から出力される傾斜角θ４のデータ及び傾斜角θ５のデータを取得する。センサコントローラ３０は、シリンダ長データＬ、傾斜角θ１、θ２、θ３のデータと、傾斜角θ４のデータ、及び傾斜角θ５のデータを、表示コントローラ２８に出力する。

上述のように、本例においては、シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果、及びＩＭＵ２４の検出結果がセンサコントローラ３０に出力され、センサコントローラ３０が所定の演算処理を行う。

本例においては、センサコントローラ３０の機能が、作業機コントローラ２６で代用されてもよい。例えば、シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果が作業機コントローラ２６に出力され、作業機コントローラ２６が、シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果に基づいて、シリンダ長（ブームシリンダ長、アームシリンダ長、及びバケットシリンダ長）を算出してもよい。ＩＭＵ２４の検出結果が、作業機コントローラ２６に出力されてもよい。

グローバル座標演算部２３は、基準位置データＰ及び旋回体方位データＱを取得し、表示コントローラ２８に出力する。

目標施工情報格納部２８Ａは、作業エリアの目標形状である立体設計地形を示す目標施工情報（立体設計地形データ）Ｔを格納している。目標施工情報Ｔは、掘削対象の目標形状である設計地形を示す目標掘削地形（設計地形データ）Ｕを生成するために必要とされる座標データ及び角度データを含む。目標施工情報Ｔは、例えば無線通信装置を介して表示コントローラ２８に供給されてもよい。

バケット位置データ生成部２８Ｂは、傾斜角θ１、θ２、θ３、θ４、θ５と、基準位置データＰ、旋回体方位データＱ、及びシリンダ長データＬに基づいて、バケット８の３次元位置を示すバケット位置データＳを生成する。なお、刃先８ａの位置情報は、メモリ等の接続式記録装置から転送されてもよい。

本例においては、バケット位置データＳは、刃先８ａの３次元位置を示すデータである。

目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、バケット位置データ生成部２８Ｂより取得するバケット位置データＳと目標施工情報格納部２８Ａに格納する後述する目標施工情報Ｔを用いて、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形Ｕを生成する。

また、目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、生成した目標掘削地形Ｕに関するデータを表示部２９に出力する。これにより、表示部２９は、目標掘削地形を表示する。

表示部２９は、例えばモニタであり、作業車両１００の各種の情報を表示する。本例においては、表示部２９は、情報化施工用のガイダンスモニタとしてのＨＭＩ（Human Machine Interface）モニタを含んでいる。

目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、作業機コントローラ２６に対して目標掘削地形Ｕに関するデータを出力する。また、バケット位置データ生成部２８Ｂは、生成したバケット位置データＳを作業機コントローラ２６に出力する。

作業機コントローラ２６は、推定速度決定部５２と、距離取得部５３と、停止制御部５４と、作業機制御部５７と、記憶部５８と、バケット重量特定部５９とを有している。

作業機コントローラ２６は、操作装置２５からの操作指令（圧力ＭＢ、ＭＴ）と、表示コントローラ２８からバケット位置データＳ及び目標掘削地形Ｕとを取得し、制御弁２７への制御信号ＣＢＩを出力する。また作業機コントローラ２６は、必要に応じてセンサコントローラ３０及びグローバル座標演算部２３から演算処理に必要な各種パラメータを取得する。また作業機コントローラ２６は、マンマシンインターフェース部３２（又は油圧シリンダ６０）からのバケット８の重量を取得する。

推定速度決定部５２は、ブーム６、バケット８の駆動のための操作装置２５のレバー操作に対応したブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍ、バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを算出する。

ここで、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブームシリンダ１０のみが駆動される場合のバケット８の刃先８ａの速度である。バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケットシリンダ１２のみが駆動される場合のバケット８の刃先８ａの速度である。

推定速度決定部５２は、ブーム操作指令（圧力ＭＢ）に対応するブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを算出する。また、同様に推定速度決定部５２は、バケット操作指令（圧力ＭＴ）に対応するバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを算出する。これにより各操作指令に対応するバケット８の刃先８ａの速度を算出することが可能である。

記憶部５８は、推定速度決定部５２が演算処理するための各種テーブル等のデータを格納する。

距離取得部５３は、目標掘削地形データ生成部２８Ｃから目標掘削地形Ｕのデータを取得する。距離取得部５３は、バケット位置データ生成部２８Ｂから、バケット８の刃先８ａの位置を示すバケット位置データＳを取得する。距離取得部５３は、バケット位置データＳ及び目標掘削地形Ｕに基づいて、目標掘削地形Ｕに垂直な方向におけるバケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕとの距離ｄを算出する。

バケット重量特定部５９は、マンマシンインターフェース部３２においてオペレータによって選択されたバケット８の重量を取得する。バケット重量特定部５９は、オペレータによって選択されたバケット８の重量を取得すると、バケット８の重量を停止制御部５４へ出力する。

オペレータによるバケット重量のマンマシンインターフェース部３２への入力は、入力部３２１への入力操作によって行われてもよく、また表示部３２２がタッチパネルよりなる場合には表示部３２２への入力操作によって行われてもよい。オペレータによるバケット８の重量の選択時には、例えば図７（Ａ）に示されるように、「バケット重量設定」の項目が表示される。オペレータがこの「バケット重量設定」の項目を選択すると、例えば図７（Ｂ）に示されるように、表示部３２２にはバケット８の重量に応じて「重量大」、「重量中」、「重量小」の項目が表示される。オペレータがこれらの「重量大」、「重量中」、「重量小」からいずれかの項目を選択することにより、バケット８の重量が選択される。

またバケット８の重量は、オペレータによって手動で選択されなくても、油圧シリンダ６０（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２）の内部に発生する圧力に基づいて自動的に検知されてもよい。この場合、例えば作業車両１００が特定の姿勢で、かつバケット８が宙に浮いている状態で、油圧シリンダ６０の内部に発生する圧力が検知される。検知された油圧シリンダ６０内部の圧力は、例えばバケット重量特定部５９に入力される。バケット重量特定部５９は、入力された油圧シリンダ６０内部の圧力から、アーム７に装着されたバケット８の重量を特定する。

なおバケット重量特定部５９によるバケット重量の特定の機能は、マンマシンインターフェース部３２において行われてもよく、また停止制御部５４において行われてもよい。この場合には、バケット重量特定部５９は省略されてもよい。

停止制御部５４は、バケット８の刃先８ａが目標設計地形に接近するときバケット８の刃先８ａが目標設計地形に到達する手前で作業機２の動作を停止する停止制御を実行する。停止制御部５４は、図８に示されるように、記憶部５４ａと、選択部５４ｂと、制限速度取得部５４ｃとを有している。

記憶部５４ａは、停止制御のために、バケット８の刃先８ａと目標設計地形との距離ｄと、バケット８の刃先８ａの制限速度との関係を規定する関係データを、バケット８の重量に応じて複数記憶している。選択部５４ｂは、バケット重量特定部５９で特定されたバケット８の重量に基づき、記憶部５４ａに記憶された上記複数の関係データの中から１つの関係データを選択する。選択部５４ｂは、選択した１つの関係データを制限速度取得部５４ｃに出力する。制限速度取得部５４ｃは、選択部５４ｂにて選択された１つの関係データを用いて、距離取得部５３で得られた上記距離ｄに基づいてバケット８の刃先８ａの制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔを取得する。

停止制御部５４は、上記で取得されたバケット８の刃先８ａの制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔと、推定速度決定部５２から取得した推定速度Ｖｃ＿ｂｍ、Ｖｃ＿ｂｋｔとからブーム６の制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを決定する。停止制御部５４は、その制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを作業機制御部５７へ出力する。

作業機制御部５７は、ブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを取得し、そのブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに基づいて制御信号ＣＢＩを生成する。作業機制御部５７はその制御信号ＣＢＩを制御弁２７Ｃへ出力する。

これにより、ブームシリンダ１０に接続された制御弁２７が制御され、ブーム６の停止制御が実行される。

また記憶部５８は、停止制御のために、油圧シリンダ６０のシリンダ速度と油圧シリンダ６０を動作させる操作指令値との関係を規定する相関データを、バケットの重量に応じて複数記憶していることが好ましい。操作指令値は、スプール８０の移動量、ＰＰＣ圧力、及びＥＰＣ電流の少なくとも一つである。この相関データを用いた停止制御については以下の変形例にて詳細に説明する。

停止制御は、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍが目標掘削地形Ｕに対するバケット８の刃先８ａが目標掘削地形Ｕに近づくことを制限するブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔよりも大きい場合に実行される。したがって、停止制御は、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍがブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔよりも小さい場合には実行されない。なおブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔは、目標掘削地形Ｕに対するバケット８の刃先８ａが目標掘削地形Ｕに近づくことを制限する。

［推定速度の決定］
図９は、実施形態に基づく推定速度決定部５２の演算処理を説明する機能ブロックを説明する図である。

図９に示されるように、推定速度決定部５２は、ブーム操作指令（圧力ＭＢ）に対応するブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍ及びバケット操作指令（圧力ＭＴ）に対応するバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを算出する。上記したように、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブームシリンダ１０のみが駆動される場合のバケット８の刃先８ａの速度である。バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケットシリンダ１２のみが駆動される場合のバケット８の刃先８ａの速度である。

推定速度決定部５２は、スプールストローク演算部５２Ａと、シリンダ速度演算部５２Ｂと、推定速度演算部５２Ｃとを含む。

スプールストローク演算部５２Ａは、記憶部５８に格納されている操作指令（圧力）に従うスプールストロークテーブルに基づいて油圧シリンダ６０のスプール８０のスプールストローク量を算出する。なお、スプール８０を移動するためのパイロット油の圧力はＰＰＣ圧力とも称される。

スプール８０の移動量は、操作装置２５又は制御弁２７によって制御される油路４５２の圧力（パイロット油圧）によって調整される。油路４５２のパイロット油圧は、スプールを移動するための油路４５２のパイロット油の圧力であり、操作装置２５又は制御弁２７によって調整される。したがって、スプールの移動量（スプールストローク）とＰＰＣ圧力とは相関する。

シリンダ速度演算部５２Ｂは、算出されたスプールストローク量に従うシリンダ速度テーブルに基づいて油圧シリンダ６０のシリンダ速度を算出する。

油圧シリンダ６０のシリンダ速度は、メイン油圧ポンプから方向制御弁６４を介して供給される単位時間当たりの作動油の供給量に基づいて調整される。方向制御弁６４は、移動可能なスプール８０を有する。スプール８０の移動量に基づいて、油圧シリンダ６０に対する単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。したがって、シリンダ速度とスプールの移動量（スプールストローク）とは相関する。

推定速度演算部５２Ｃは、算出された油圧シリンダ６０のシリンダ速度に従う推定速度テーブルに基づいて推定速度を算出する。

油圧シリンダ６０のシリンダ速度に従って作業機２（ブーム６、アーム７、バケット８）が動作するためシリンダ速度と推定速度とは相関する。

上記処理により、推定速度決定部５２は、ブーム操作指令（圧力ＭＢ）に対応するブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍ及びバケット操作指令（圧力ＭＴ）に対応するバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを算出する。なお、スプールストロークテーブル、シリンダ速度テーブル、推定速度テーブルは、ブーム６、バケット８に対してそれぞれ設けられており、実験又はシミュレーションに基づいて求められ、記憶部５８に予め記憶されている。

これにより各操作指令に対応するバケット８の刃先８ａの目標速度を算出することが可能である。

［推定速度の垂直速度成分への変換］
ブーム制限速度を算出するにあたり、ブーム６及びバケット８の各々の推定速度Ｖｃ＿ｂｍ、Ｖｃ＿ｂｋｔの目標掘削地形Ｕの表面に垂直な方向の速度成分（垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔを算出する必要がある。このため、まずは上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔを算出する方式について説明する。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、本実施形態に基づく上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔの算出方式を説明する図である。

図１０（Ａ）に示すように、停止制御部５４（図６、図８）は、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを、目標掘削地形Ｕの表面に垂直な方向の速度成分（垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ｂｍと、目標掘削地形Ｕの表面に平行な方向の速度成分（水平速度成分と）Ｖｃｘ＿ｂｍとに変換する。

この点で、停止制御部５４は、センサコントローラ３０から取得した傾斜角及び目標掘削地形Ｕなどから、グローバル座標系の垂直軸に対するローカル座標系の垂直軸（旋回体３の旋回軸ＡＸ）の傾きと、グローバル座標系の垂直軸に対する目標掘削地形Ｕの表面の垂直方向における傾きとを求める。停止制御部５４は、これらの傾きからローカル座標系の垂直軸と目標掘削地形Ｕの表面の垂直方向との傾きを表す角度β１を求める。

そして、図１０（Ｂ）に示すように、停止制御部５４は、ローカル座標系の垂直軸とブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍの方向とのなす角度β２とから、三角関数により、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを、ローカル座標系の垂直軸方向の速度成分ＶＬ１＿ｂｍと、水平軸方向の速度成分ＶＬ２＿ｂｍとに変換する。

そして、図１０（Ｃ）に示すように、停止制御部５４は、ローカル座標系の垂直軸と目標掘削地形Ｕの表面の垂直方向との傾きβ１から、三角関数により、ローカル座標系の垂直軸方向における速度成分ＶＬ１＿ｂｍと、水平軸方向における速度成分ＶＬ２＿ｂｍとを、目標掘削地形Ｕに対する垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ及び水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｍに変換する。同様にして、停止制御部５４は、バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを、ローカル座標系の垂直軸方向における垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔ及び水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｋｔに変換する。

このようにして、上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔが算出される。

［バケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕとの間の距離ｄの算出］
図１１は、実施形態に基づくバケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕとの間の距離ｄを取得することを説明する図である。

図１１に示されるように、距離取得部５３（図６、図８）は、バケット８の刃先８ａの位置情報（バケット位置データＳ）に基づいてバケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄを算出する。

本例においては、バケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄに基づいて停止制御が実行される。

［停止制御のフローチャート］
図１２は、停止制御の一例を示すフローチャートである。図６、図９〜図１４を用いて、本実施形態に係る停止制御のフローの一例について説明する。

図１２に示されるように、まず目標設計地形（目標掘削地形Ｕ）が設定される（ステップＳＡ１：図１２）。

目標掘削地形Ｕが設定された後、図６に示されるように、作業機コントローラ２６は、作業機２の推定速度Ｖｃを決定する（ステップＳＡ２：図１２）。作業機２の推定速度Ｖｃは、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍ及びバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを含む。ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブーム操作量に基づいて算出される。バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケット操作量に基づいて算出される。

作業機コントローラ２６の記憶部５８に、図９に示されるような、ブーム操作量とブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍとの関係を規定する推定速度情報が記憶されている。作業機コントローラ２６は、推定速度情報に基づいて、ブーム操作量に対応するブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを決定する。推定速度情報は、例えば、ブーム操作量に対するブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍの大きさが記述されたマップである。推定速度情報は、テーブル又は数式等の形態でもよい。

また推定速度情報は、バケット操作量とバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔとの関係を規定する情報を含む。作業機コントローラ２６は、推定速度情報に基づいて、バケット操作量に対応するバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを決定する。

図１０（Ａ）に示されるように、作業機コントローラ２６は、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを、目標掘削地形Ｕの表面に垂直な方向の速度成分（垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ｂｍと、目標掘削地形Ｕの表面に平行な方向の速度成分（水平速度成分と）Ｖｃｘ＿ｂｍとに変換する（ステップＳＡ３：図１２）。

作業機コントローラ２６は、基準位置データＰ及び目標掘削地形Ｕなどから、グローバル座標系の垂直軸に対するローカル座標系の垂直軸（旋回体３の旋回軸ＡＸ）の傾きと、グローバル座標系の垂直軸に対する目標掘削地形Ｕの表面の垂直方向における傾きとを求める。作業機コントローラ２６は、これらの傾きからローカル座標系の垂直軸と目標掘削地形Ｕの表面の垂直方向との傾きを表す角度β１を求める。

図１０（Ｂ）に示されるように、作業機コントローラ２６は、ローカル座標系の垂直軸とブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍの方向とのなす角度β２とから、三角関数により、ブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍを、ローカル座標系の垂直軸方向の速度成分ＶＬ１＿ｂｍと、水平軸方向の速度成分ＶＬ２＿ｂｍとに変換する。

図１０（Ｃ）に示されるように、作業機コントローラ２６は、ローカル座標系の垂直軸と目標掘削地形Ｕの表面の垂直方向との傾きβ１から、三角関数により、ローカル座標系の垂直軸方向における速度成分ＶＬ１＿ｂｍと、水平軸方向における速度成分ＶＬ２＿ｂｍとを、目標掘削地形Ｕに対する垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ及び水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｍに変換する。作業機コントローラ２６は、同様に、バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを、ローカル座標系の垂直軸方向における垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔ及び水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｋｔに変換する。

図１１に示されるように、作業機コントローラ２６は、バケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕとの間の距離ｄを取得する（ステップＳＡ４：図１２）。作業機コントローラ２６は、刃先８ａの位置情報、目標掘削地形Ｕなどから、バケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄを算出する。本実施形態においては、バケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄに基づいて、停止制御が実行される。

作業機コントローラ２６は、バケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕの表面との間の距離ｄに基づいて、作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔを算出する（ステップＳＡ５：図１２）。作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは、バケット８の刃先８ａが目標掘削地形Ｕに接近する方向において許容できる刃先８ａの移動速度（許容速度又は刃先制限速度とも称される）である。作業機コントローラ２６の記憶部５４ａには、距離ｄと制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔとの関係を規定する制限速度情報が記憶されている。この制限速度情報と、上記で算出された距離ｄとから作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔが算出される。

上記制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔの算出に用いられる制限速度情報は、作業機２全体の刃先制限速度テーブルである。この作業機２全体の刃先制限速度テーブルについて図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）を用いて説明する。

図１３（Ａ）は、実施形態に基づく停止制御における作業機２全体の刃先制限速度テーブルの一例を説明する図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の領域Ｒを拡大して示す図である。

図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示されるように、ここでは、縦軸が目標設計地形方向の刃先制限速度を表し、横軸が刃先と目標設計地形との間の距離ｄを表している。このような作業機２全体の刃先制限速度テーブルは例えば停止制御部５４の記憶部５４ａ（図８）に格納されている。

また、バケット８の重量に応じて複数の刃先制限速度テーブルが記憶部５４ａに記憶されている。本実施形態においては、例えば重量が相対的に大きい大バケット用の刃先制限速度テーブル（第１関係データ）と、重量が相対的に小さい中・小バケット用の刃先制限速度テーブル（第２関係データ）との２つが記憶部５４ａに記憶されている。上記の大バケット用の刃先制限速度テーブルは破線で示されており、中・小バケット用の刃先制限速度テーブルは実線で示されている。

なお記憶部５４ａに記憶されている刃先制限速度テーブルは２つに限定されるものではなく、大バケット、中バケット、小バケットに対応して３つであってもよく、また４つ以上であってもよい。

図１３（Ａ）に示されるように目標設計地形方向の刃先制限速度は、高速度領域ＶＨと、低速度領域ＶＬ（領域Ｒに対応）とを有している。高速度領域ＶＨにおいては、大バケット８の刃先制限速度と中・小バケット８の刃先制限速度とは同じである。低速度領域ＶＬにおいては、大バケット８の刃先制限速度と中・小バケット８の刃先制限速度とは異なっている。

この低速度領域ＶＬにおいては、大バケット８の場合（第１特定状態）と中・小バケット８の場合（第２特定状態）とで２点鎖線で示すようにバケット８の刃先８ａの速度が同じ速度Ｖａである場合には、破線で示す大バケット用の刃先制限速度テーブルにおいて刃先８ａの減速が開始される距離ｄａは、中・小バケット用の刃先制限速度テーブルにおいて刃先８ａの減速が開始される距離ｄｂよりも大きい。バケット８の刃先８ａが目標設計地形の上方から目標設計地形に向かって移動する場合、大バケット８を用いた場合と中・小バケット８を用いた場合とで刃先８ａの速度が同じであれば、大バケット８の方が中・小バケット８よりも、目標設計地形から離れた位置から目標設計地形への位置合わせのための減速制御が開始される。

図１３（Ｂ）に示す領域Ｒにおいて大バケット用の刃先制限速度テーブルは、第１減速区間Ｄ１と、第２減速区間Ｄ２とを有している。第１減速区間Ｄ１は前記第２減速区間Ｄ２よりも目標設計地形（距離ｄ＝０）に近い位置に設定されている。第２減速区間Ｄ２における刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化（減少）に対する減速の度合いは、第１減速区間Ｄ１における刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化（減少）に対する減速の度合いよりも大きく設定されている。

中・小バケット用の刃先制限速度テーブルは、第３減速区間Ｄ３と、第４減速区間Ｄ４とを有している。第３減速区間Ｄ３は第４減速区間Ｄ４よりも目標設計地形に近い位置に設定されている。第４減速区間Ｄ４における刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化（減少）に対する減速の度合いは、第３減速区間Ｄ３における刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化（減少）に対する減速の度合いよりも大きく設定されている。

中・小バケット用の刃先制限速度テーブルの第３減速区間Ｄ３は大バケット用の刃先制限速度テーブルの第１減速区間Ｄ１よりも目標設計地形に近い位置に設定されている。また、中・小バケット用の刃先制限速度テーブルの第４減速区間Ｄ４は大バケット用の刃先制限速度テーブルの第２減速区間Ｄ２よりも目標設計地形に近い位置に設定されている。

上記の刃先制限速度テーブルを用いた停止制御方法は、以下の通りである。
図１４は、刃先制限速度テーブルを用いた停止制御方法を説明するためのフローチャートである。

図１４及び図８に示されるように、バケット８の重量に応じて求められた、複数の関係データ（図１３に示した大バケット用の刃先制限速度テーブルと中・小バケット用の刃先制限速度テーブル）が、記憶部５４ａに記憶されている（ステップＳＢ１：図１４）。

バケット８が交換された後（ステップＳＢ２：図１４）、オペレータによりマンマシンインターフェース部３２が操作され、バケット８の重量を示す重量データが入力部３２１または表示部３２２を介してバケット重量特定部５９に入力される。これにより、バケット重量特定部５９は、重量データを取得する（ステップＳＢ３：図１４）。バケット重量特定部５９は、重量データを特定して選択部５４ｂへ出力する。

選択部５４ｂは、重量データに基づいて、記憶部５４ａに記憶されている複数の関係データから、重量データに対応した１つの関係データを選択する（ステップＳＢ４：図１４）。本実施形態においては、複数の関係データとして例えば大バケット用の刃先制限速度テーブル及び中・小バケット用の刃先制限速度テーブルの中から、バケット８の重量データに対応した、１つの刃先制限速度テーブルが選択される。選択部５４ｂは、選択した関係データを制限速度取得部５４ｃへ出力する。

一方、図６に示されるように、バケット位置データ生成部２８Ｂは、基準位置データＰ、旋回体方位データＱ及びシリンダ長データＬに基づいてバケット位置データＳを生成する。目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、バケット位置データ生成部２８Ｂより取得するバケット位置データＳと目標施工情報格納部２８Ａに格納された目標施工情報Ｔとを用いて目標掘削地形Ｕを生成し、その目標掘削地形Ｕを距離取得部５３に出力する。

図１４及び図８に示されるように、距離取得部５３は、表示コントローラ２８から目標掘削地形Ｕを取得し、刃先８ａのバケット位置データＳと目標掘削地形Ｕとに基づいて距離ｄを算出する。この距離ｄを算出する工程は、図１２に示すステップＳＡ４に対応する。

距離取得部５３は、上記距離ｄを制限速度取得部５４ｃへ出力する。制限速度取得部５４ｃは、選択部５４ｂから入力された上記関係データと距離取得部５３から入力された上記距離ｄとに基づいてバケット８の刃先８ａの制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔを取得する（ステップＳＢ５：図１４）。この制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔを取得する工程は、図１２に示すステップＳＡ５に対応する。

制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔを取得した後、作業機コントローラ２６は、作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔとブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍとバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔとからブーム６の制限速度（目標速度）の垂直速度成分（制限垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを算出する（ステップＳＡ６：図１２）。

図１２および図６に示されるように、作業機コントローラ２６は、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを、ブーム６の制限速度（ブーム制限速度）Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに変換する（ステップＳＡ７：図１２）。

作業機コントローラ２６は、ブーム６の回転角度α、アーム７の回転角度β、バケット８の回転角度、車両本体位置データＰ、及び目標掘削地形Ｕなどから、目標掘削地形Ｕの表面に垂直な方向とブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔの方向との間の関係を求め、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを、ブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに変換する。この場合の演算は、前述したブーム推定速度Ｖｃ＿ｂｍから目標掘削地形Ｕの表面に垂直な方向の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍを求めた演算と逆の手順により行われる。

図１４および図６に示されるように、制限速度取得部５４ｃは、取得したブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを作業機制御部５７に出力する。作業機制御部５７は、ブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに対応するシリンダ速度を決定し、シリンダ速度に対応した指令電流（制御信号）を制御弁２７Ａに出力する。（ステップＳＢ６：図１４）。これにより、スプールの移動量を含む作業機２の制御が行われる。

刃先８ａが目標掘削地形Ｕより上方に位置している場合には、刃先８ａが目標掘削地形Ｕに近づくほど、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔの絶対値が小さくなるとともに、目標掘削地形Ｕの表面に平行な方向へのブーム６の制限速度の速度成分（制限水平速度成分）Ｖｃｘ＿ｂｍ＿ｌｍｔの絶対値も小さくなる。したがって、刃先８ａが目標掘削地形Ｕより上方に位置している場合には、刃先８ａが目標掘削地形Ｕに近づくほど、ブーム６の目標掘削地形Ｕの表面に垂直な方向への速度と、ブーム６の目標掘削地形Ｕの表面に平行な方向への速度とがともに減速される。

［効果］
バケット８の種別が異なると、バケット８の重量が異なる場合が多い。重量が異なるバケット８がアーム７に接続されると、作業機２を駆動する油圧シリンダ６０に作用する負荷が変わり、方向制御弁のスプールの移動量に対するシリンダ速度が変わる。これにより停止制御の制御誤差が大きくなり、停止制御が精度良く行われない可能性がある。その結果、掘削精度が低下する可能性がある。例えば重量の大きいバケットに交換された場合には、バケットの慣性が大きくなるため、作業機の動作が停止しにくくなり、停止制御による停止の精度が悪化する。

これに対して本実施形態によれば、中・小バケット８から大バケット８に交換された場合でも、大バケット８の重量が中・小バケット８の重量よりも大きいことが特定される。そして大バケット８が用いられている状態においては、中・小バケット８が用いられている状態よりも目標設計地形から離れた位置からバケット８の移動速度を減速することができる。このため、大バケット８に交換した場合でもバケット８の刃先８ａが目標設計地形を侵食することが抑制される。これにより停止制御において想定された動作が実行でき、掘削精度を高めることが可能となる。

具体的には、図１３（Ｂ）に示されるように、目標設計地形方向への刃先８ａの移動速度がＶａの場合には、中・小バケット８では刃先８ａと目標設計地形との距離がｄｂになると目標設計地形方向への刃先８ａの移動速度の減速が開始される。これに対して大バケット８では刃先８ａと目標設計地形との距離がｄｂよりも大きいｄａになると目標設計地形方向への刃先８ａの移動速度の減速が開始される。このように中・小バケット８から大バケット８に交換された場合には、中・小バケット８を用いた場合よりも目標設計地形から離れた位置ｄａから刃先８ａの移動速度が減速される。このため、バケット８の刃先８ａが目標設計地形を侵食することを防止することが可能となる。

また、図１３（Ｂ）に示されるように、大バケット８から中・小バケット８に交換された場合には、大バケット８を用いた場合よりも目標設計地形から近い位置ｄｂから移動速度が減速される。仮に目標設計地形から離れた位置から移動速度が自動で減速されるとオペレータが作業機の故障などと勘違いする可能性もある。このため、中・小バケット８を用いた場合には目標設計地形により近い位置ｄｂから移動速度が減速されることによりオペレータの上記官能上の勘違いを抑制することが可能となる。

このように停止制御を精度よく行うことが可能になり掘削精度が向上するとともに、バケット８の刃先８ａを目標設計地形に位置合わせする際にオペレータによる官能上の勘違いを抑制することもできる。

また図１３（Ｂ）に示されるように大バケット用の刃先制限速度テーブルにおいては、目標設計地形から離れた第２減速区間Ｄ２における刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化に対する減速の度合いが、目標設計地形に近い第１減速区間Ｄ１における刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化に対する減速の度合いよりも大きい。これにより重量の大きいバケット８を目標設計地形に向けて移動させる際に、目標設計地形から離れた位置では、刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化に対する減速の度合いを大きくしてバケット８の速度を急激に小さくできる。また目標設計地形に近い位置では、刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化に対する減速の度合いを小さくして、バケット８の刃先８ａを目標設計地形に正確に合わせることが可能となる。

また図１３（Ｂ）に示されるように中・小バケット用の刃先制限速度テーブルにおいては、目標設計地形から離れた第４減速区間Ｄ４における刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化に対する減速の度合いが、目標設計地形に近い第３減速区間Ｄ３における刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化に対する減速の度合いよりも大きい。これにより重量の小さいバケット８を目標設計地形に向けて移動させる際に、目標設計地形から離れた位置では、刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化に対する減速の度合いを大きくしてバケット８の速度を急激に小さくできる。また目標設計地形に近い位置では、刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの変化に対する減速の度合いを小さくして、バケット８の刃先８ａを目標設計地形に正確に合わせることが可能となる。

＜変形例＞
本変形例の停止制御においては、図１３に示す関係データ（刃先制限速度テーブル）による制御に加えて、以下の相関データによる制御が行われてもよい。

［相関データ］
本変形例は、図９における推定速度決定部５２のシリンダ速度演算部５２Ｂで利用される、スプールストローク−シリンダ速度特性をバケット重量に応じて変更するものである。このようにすることで、バケット重量の違いを推定速度に反映させることができ、推定速度の精度を上げることが可能となり、停止制御の精度向上につながる。

以下、上記変形例における停止制御に用いられるスプールストローク−シリンダ速度特性の一例について図１５を用いて説明する。

図１５は、スプールストローク−シリンダ速度特性の一例を示す図である。
図１５に示されるように、横軸はスプールストロークであり、縦軸はシリンダ速度である。スプールストロークが零（原点）である状態は、スプールが初期位置に存在する状態である。ラインＬＮ１は、バケット８が大重量である場合の第１相関データを示す。ラインＬＮ２は、バケット８が中重量である場合の第１相関データを示す。ラインＬＮ３は、バケット８が小重量である場合の第１相関データを示す。このように第１相関データは、バケット８の重量に応じて変化する。

スプールストロークがプラスになるようにスプールが移動することにより、作業機２は上げ動作する。スプールストロークがマイナスになるようにスプールが移動することにより、作業機２は下げ動作する。

作業機２の上げ動作と下げ動作とで、シリンダ速度の変化量が異なる。すなわち、上げ動作が実行されるようにスプールストロークが原点から所定量Ｓｔｒだけ変化したときのシリンダ速度の変化量Ｖｕと、下げ動作が実行されるようにスプールストロークが原点から所定量Ｓｔｒだけ変化したときのシリンダ速度の変化量Ｖｄとは異なる。本変形例においては、特に、下げ動作についての相関データに基づいて、操作指令値（スプールストローク、ＰＰＣ圧力、及びシリンダ速度）に対して作業機２の動作が制御される。

ブーム６の下げ動作において、ブーム６の重力作用（自重）により、作業機２は上げ動作の場合よりも高速で移動する。作業機２の下げ動作において、バケット８の重力が大きくなるほど、シリンダ速度は早くなる。したがって、ブーム６（作業機２）での下げ動作において、シリンダ速度の速度プロファイルは、バケット８の重量に応じて大きく変化する。

停止制御が実行される場合、上述のように、ブームシリンダ１０は、ブーム６の下げ動作を実行する。したがって、図１５に示すような第１相関データに基づいてブームシリンダ１０が制御されることにより、バケット８の重量が変化しても、そのバケット８を目標設計地形Ｕに基づいて精度良く移動させることができる。すなわち、油圧シリンダ６０の動き出し時に、バケット８の重量が変更された場合でも油圧シリンダ６０がきめ細やかに制御されることによって、高精度な制限掘削制御が実行される。

［制御方法］
次に、本変形例に係る油圧ショベル１００の動作の一例について図１６を用いて説明する。

図８及び図１６に示されるように、第１相関データが、バケット８の重量に応じて複数求められ、記憶部５８に記憶されている（ステップＳＣ１：図１６）。また第２相関データ（ＰＰＣ圧力−スプールストローク特性）及び第３相関データ（シリンダ速度−推定速度特性）が記憶部５８に記憶されていてもよい。これらの第２相関データおよび第３相関データの各々は、バケット８の重量に応じて複数求められ、記憶部５８に記憶されていてもよい。

バケット８が交換された後（ステップＳＣ２：図１６）、オペレータによりマンマシンインターフェース部３２が操作され、バケット８の重量を示す重量データが入力部３２１を介してバケット重量特定部５９に入力される。バケット重量特定部５９は、重量データを取得する（ステップＳＣ３：図１６）。バケット重量特定部５９は、重量データを推定速度決定部５２へ出力する。

推定速度決定部５２は、重量データに基づいて、記憶部５８に記憶されている複数の第１相関データから、重量データに対応した、１つの第１相関データを選択する（ステップＳＣ４：図１６）。本変形例においては、図１５に示すラインＬＮ１で示す第１相関データ、ラインＬＮ２で示す第１相関データ、及びラインＬＮ３で示す第１相関データの中から、バケット８の重量データに対応した、１つの相関データが選択される。同様に、重量データに対応した第２相関データ及び第３相関データが選択される。

推定速度決定部５２は、選択された第１相関データ、第２相関データ、及び第３相関データと、入力された情報など（スプールストローク、ＰＰＣ圧力、及びシリンダ速度）とに基づいて推定速度を決定する（ステップＳＣ５：図１６）。この推定速度を決定する工程は、図１２に示すステップＳＡ２に対応する。

具体的には、推定速度決定部５２は、選択された第１相関データを用いて、入力されたスプールストロークに基づいてシリンダ速度を決定する。推定速度決定部５２は、選択された第２相関データを用いて、得られたシリンダ速度に基づいて推定速度を決定する。また必要に応じて推定速度決定部５２は第３相関データを用いて、パイロット圧力（ＰＰＣ圧力）からスプールストロークを決定してもよい。

推定速度決定部５２は、決定された推定速度を制限速度取得部５４ｃに出力する。制限速度取得部５４ｃは、この推定速度を用いて、図１２及び図１４のフローにてブーム６の制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを決定する。停止制御部５４は、その制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを作業機制御部５７へ出力する。

作業機制御部５７は、ブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを取得し、そのブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに基づいて制御信号ＣＢＩを生成する。作業機制御部５７はその制御信号ＣＢＩを制御弁２７Ｃへ出力する（ステップＳＣ６：図１６）。

以上により、図８に示す作業機コントローラ２６は、停止制御によりバケット８の刃先８ａが目標掘削地形Ｕに侵入しないように、ブーム６を制御することが可能である。

＜その他＞
以上、本発明の一実施形態及び変形例について説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、バケット８の重量に応じてバケット８の刃先８ａの制限速度が連続的に変更するように制御することも可能である。例えば、図１３に示すような２つの刃先制限速度テーブルを用いて、２つの刃先制限速度テーブルの間を補間することにより、刃先８ａの制限速度が連続的に変更するように制御することが可能となる。

また上記においては図１３に示すような２つの刃先制限速度テーブルを用いた場合について説明したが、このようなテーブルが記憶されていなくても、演算により上記の制御がなされてもよい。

また上記においては、操作装置２５がパイロット油圧方式である場合について説明したが、操作装置２５は電気レバー方式でもよい。例えば、操作装置２５の操作レバーの操作量を検出し、その操作量に応じた電圧値を作業機コントローラ２６に出力するポテンショメータ等の操作レバー検出部が設けられてもよい。作業機コントローラ２６は、その操作レバー検出部の検出結果に基づいて、制御弁２７に制御信号を出力して、パイロット油圧を調整してもよい。本制御は作業機コントローラで行われたが、センサコントローラ３０等の他のコントローラで行われてもよい。

上記においては、図８に示されるように記憶部５４ａ、５８を別々に示しているが、記憶部５４ａ、５８は１つのＲＡＭ、ＲＯＭなどに含まれていてもよく、互いに共通の記憶部であってもよい。また記憶部５４ａ、５８は互いに異なるＲＡＭ、ＲＯＭなどに含まれていてもよい。

上記においては、作業車両が油圧ショベル１００である場合について説明したが、作業車両は油圧ショベルに限定されず、他の種類の作業車両であってもよい。

またグローバル座標系における油圧ショベル１００の位置の取得は、ＧＮＳＳに限らず、他の測位手段によって行われてもよい。従って、刃先８ａと目標設計地形との距離ｄの取得は、ＧＮＳＳに限らず、他の測位手段によって行われてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 車両本体、２ 作業機、３ 旋回体、４ 運転室、４Ｓ 運転席、５ 走行装置、５Ｃｒ 履帯、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、８ａ 刃先、９ エンジンルーム、１０ ブームシリンダ、１１ アームシリンダ、１２ バケットシリンダ、１３ ブームピン、１４ アームピン、１５ バケットピン、１６ ブームシリンダストロークセンサ、１７ アームシリンダストロークセンサ、１８ バケットシリンダストロークセンサ、１９ 手すり、２０ 位置検出装置、２１ アンテナ、２１Ａ 第１アンテナ、２１Ｂ 第２アンテナ、２３ グローバル座標演算部、２５ 操作装置、２５Ｌ 第２操作レバー、２５Ｒ 第１操作レバー、２６ 作業機コントローラ、２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ 制御弁、２８ 表示コントローラ、２８Ａ 目標施工情報格納部、２８Ｂ バケット位置データ生成部、２８Ｃ 目標掘削地形データ生成部、２９，３２２ 表示部、３０ センサコントローラ、３２ マンマシンインターフェース部、４０Ａ キャップ側油室、４０Ｂ ロッド側油室、５１ シャトル弁、５２ 推定速度決定部、５２Ａ スプールストローク演算部、５２Ｂ シリンダ速度演算部、５２Ｃ 目標速度演算部、５３ 距離取得部、５４ 停止制御部、５４ａ，５８ 記憶部、５４ｂ 選択部、５４ｃ 制限速度取得部、５７ 作業機制御部、５９ バケット重量特定部、６０ 油圧シリンダ、６３ 旋回モータ、６４ 方向制御弁、６５ スプールストロークセンサ、６６，６７，６８ 圧力センサ、８０ スプール、１００ 作業車両、２００ 制御システム、３００ 油圧システム、３２１ 入力部、４５０ パイロット油路、４５１，４５１Ａ，４５１Ｂ，４５２，４５２Ａ，４５２Ｂ，５０１，５０２ 油路。

Claims (8)

1. ブームと、アームと、バケットとを含む作業機と、
   前記アームに装着された前記バケットの重量を特定するための重量特定部と、
   前記バケットの刃先と目標設計地形との距離を取得する距離取得部と、
   前記バケットの前記刃先が前記目標設計地形に接近するとき前記バケットの前記刃先が前記目標設計地形に到達する手前で前記作業機の動作を停止する停止制御を実行する停止制御部と、
   を備え、
   前記停止制御部は、前記重量特定部により前記バケットの重量が第１の重量であると特定される第１特定状態と前記バケットの重量が前記第１の重量よりも小さい第２の重量であると特定される第２特定状態との双方において前記バケットの前記目標設計地形へ向かう方向の移動速度が同じであるとき、前記第１特定状態においては前記第２特定状態よりも前記目標設計地形から離れた位置から前記バケットの前記目標設計地形へ向かう方向の移動速度が減速されるよう制御する、作業車両。
2. 前記停止制御部は、
   前記バケットの前記刃先と前記目標設計地形との距離と、前記バケットの前記刃先の制限速度との関係を規定する関係データを、前記バケットの重量に応じて複数記憶する記憶部と、
   前記重量特定部で特定された前記バケットの重量に基づき、前記記憶部に記憶された複数の前記関係データの中から、１つの関係データを選択する選択部と、
   前記選択部により選択された前記１つの関係データを用いて、前記距離取得部で得られた前記距離に基づいて前記バケットの前記刃先の前記制限速度を取得する制限速度取得部と、を有し、
   前記停止制御部は、前記バケットの前記刃先の前記制限速度に基づいて前記停止制御を実行する、請求項１に記載の作業車両。
3. 複数の前記関係データは、第１関係データと、第２関係データとを含み、
   前記第１関係データが選択されるときの前記バケットの重量は、前記第２関係データが選択されるときの前記バケットの重量よりも大きく、
   前記第１関係データにおいて前記バケットの前記刃先の前記制限速度の減速が開始される前記距離は、前記第２関係データにおいて前記バケットの前記刃先の前記制限速度の減速が開始される前記距離よりも大きい、請求項２に記載の作業車両。
4. 前記第１関係データは、第１減速区間と、第２減速区間とを有し、
   前記第１減速区間は前記第２減速区間よりも前記目標設計地形に近い位置に設定され、かつ前記第２減速区間における前記バケットの前記刃先と前記目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いは、前記第１減速区間における前記バケットの前記刃先と前記目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いよりも大きい、請求項３に記載の作業車両。
5. 前記第２関係データは、第３減速区間と、第４減速区間とを有し、
   前記第３減速区間は前記第４減速区間よりも前記目標設計地形に近い位置に設定され、かつ前記第４減速区間における前記バケットの前記刃先と前記目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いは、前記第３減速区間における前記バケットの前記刃先と前記目標設計地形との距離の変化に対する減速の度合いよりも大きく、
   前記第４減速区間は前記第２減速区間よりも前記目標設計地形に近い位置に設定される、請求項４記載の作業車両。
6. 前記作業機を駆動する油圧シリンダをさらに備え、
   前記重量特定部は、前記バケットが宙に浮いている状態での前記油圧シリンダの内部に発生する圧力に基づいて、前記アームに装着された前記バケットの重量を特定する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の作業車両。
7. オペレータが前記バケットの重量を入力操作可能なモニタをさらに備え、
   前記重量特定部は、前記オペレータによって前記モニタに入力された前記バケットの重量に基づいて、前記アームに装着された前記バケットの重量を特定する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の作業車両。
8. 操作部材の操作量に基づいて前記ブームの速度を推定する推定速度決定部と、
   移動可能なスプールを有し、前記スプールの移動により前記作業機を駆動する油圧シリンダに対する作動油の供給を制御する方向制御弁とをさらに備え、
   前記記憶部は、前記バケットの重量に応じた、前記油圧シリンダのシリンダ速度と前記油圧シリンダを動作させる操作指令値との関係を示す複数の相関データを記憶しており、
   前記推定速度決定部は、前記重量特定部で特定された前記バケットの重量に基づき、前記記憶部に記憶された複数の前記相関データの中から１つの相関データを選択し、かつ選択された前記１つの相関データを用いて前記ブームの推定速度を取得し、
   前記停止制御部は、前記ブームの前記推定速度と前記ブームの前記制限速度とに基づいて前記停止制御を実行する、請求項２に記載の作業車両。

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