JPWO2015137528A1 - 建設機械の制御システム、及び建設機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

建設機械の制御システムは、ブームとアームとバケットとを含む作業機の姿勢を検出する検出器と、アーム及びバケットの少なくとも一方を含む可動部材の駆動のために操作される操作装置と、操作装置の操作量を検出する検出装置と、作業機を駆動する油圧シリンダに供給される作動油の供給量を調整する制御弁と、検出器の検出結果に基づいてバケットの刃先位置を示す刃先位置データを生成するバケット位置データ生成部と、作業機による掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形を取得して刃先位置データと目標掘削地形とに基づいてバケットの刃先と目標掘削地形との距離を算出する距離取得部と、検出装置の検出結果に基づいて可動部材の速度を制限するための制限操作量を設定する制限値設定部と、制限操作量で可動部材が駆動するように制御弁に制御信号を出力する可動部材制御部と、を備える。

Description

本発明は、建設機械の制御システム、及び建設機械の制御方法に関する。

油圧ショベルのような建設機械は、ブームとアームとバケットとを含む作業機と、作業機の駆動のためにオペレータに操作される操作装置とを備える。建設機械の制御において、特許文献１及び特許文献２に開示されているような、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形に基づいてバケットを移動させる制限掘削制御が知られている。

特開２０１３−２１７１３８号公報 特開２００６−２６５９５４号公報

建設機械の作業機を用いた掘り込み工程において、掘削開始時にバケットの刃先が落ち込む事象が発生する可能性がある。刃先が落ち込む原因として、操作装置による操作指令に対する油圧生成遅れが挙げられる。目標掘削地形付近で掘り込みの開始を行うと、バケットが目標掘削地形を超過してしまい、掘削精度が低下する。

本発明の態様は、刃先の落ち込みを抑制できる建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、ブームとアームとバケットとを含む作業機の姿勢を検出する検出器と、前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方を含む可動部材の駆動のために操作される操作装置と、前記操作装置の操作量を検出する検出装置と、前記作業機を駆動する油圧シリンダに供給される作動油の供給量を調整する制御弁と、前記検出器の検出結果に基づいて前記バケットの刃先位置を示す刃先位置データを生成するバケット位置データ生成部と、前記作業機による掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形を取得して前記刃先位置データと前記目標掘削地形とに基づいて前記バケットの刃先と前記目標掘削地形との距離を算出する距離取得部と、前記検出装置の検出結果に基づいて前記可動部材の速度を制限するための制限操作量を設定する制限値設定部と、前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように前記制御弁に制御信号を出力する可動部材制御部と、を備える建設機械の制御システムを提供する。

本発明の第１の態様において、前記制限値設定部は、前記距離が大きいほど前記制限操作量が大きくなるように、前記制限操作量を設定することが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記検出装置の検出結果に基づいて時間計測を開始するタイマーを備え、前記制限値設定部は、前記タイマーによる時間計測の開始時点からの経過時間が長いほど前記制限操作量が大きくなるように、前記制限操作量を設定することが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記可動部材制御部は、前記タイマーによる前記時間計測の開始時点から所定期間において、前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように制御信号を出力することが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記タイマーの時間計測の開始時点は、前記操作装置の操作の開始時点、前記検出装置の検出値が閾値を超えた時点、及び前記検出装置の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超えた時点の少なくとも一つを含むことが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記時間計測の開始時点から前記所定期間経過後、前記制限操作量に基づく駆動が解除されることが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記所定期間の前半における前記制限操作量は、後半における前記制限操作量よりも小さいことが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記距離に応じて制限速度を決定し、前記作業機が前記目標掘削地形に接近する方向の速度が前記制限速度以下になるように前記ブームの速度を制限するブーム制限部と、前記ブームを駆動するための第１油圧アクチュエータ、前記可動部材を駆動するための第２油圧アクチュエータ、及び前記第２油圧アクチュエータに対する作動油の供給量を調整する前記制御弁を有する油圧システムと、を備え、前記バケットによる掘削作業において、前記ブームが上がり、前記アームが下がるように前記油圧システムが作動し、前記アームが下がるときに前記制限操作量で駆動されることが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記油圧システムは、作動油を供給する油圧ポンプを含み、第１作業モードにおいて前記油圧ポンプから第１の最大吐出容量で前記作動油が供給され、第２作業モードにおいて前記油圧ポンプから前記第１の最大吐出容量よりも少ない第２の最大吐出容量で前記作動油が供給されるように前記油圧ポンプを制御するポンプ制御部を備え、前記第２作業モードにおける前記制限操作量は、前記第１作業モードにおける前記制限操作量よりも小さいことが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記可動部材は交換可能であり、前記ブームに第１重量の前記可動部材が接続されたときの前記制限操作量は、前記第１重量よりも小さい第２重量の前記可動部材が接続されたときの前記制限操作量よりも小さいことが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記検出装置の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超えたときに前記前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように制御信号の出力が開始され、前記増加量は、前記操作装置の操作量と前記操作量のローパスフィルタ処理により生成された処理量との差を含むことが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記建設機械は、前記ブームを支持する車両本体を備え、前記車両本体の基準位置と前記バケットとが第１距離になるように前記作業機が駆動されたときの前記制限操作量は、前記基準位置と前記バケットとが前記第１距離よりも短い第２距離になるように前記作業機が駆動されたときの前記制限操作量よりも小さいことが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記検出装置の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超えたときに前記前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように制御信号の出力が開始され、前記増加量は、前記操作装置の操作量と前記操作量のローパスフィルタ処理により生成された処理量との差を含むことが好ましい。

本発明の第２の態様は、ブームとアームとバケットとを含む作業機の姿勢を検出器で検出することと、前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方を含む可動部材の駆動のために操作装置を操作することと、前記操作装置の操作量を検出装置で検出することと、前記検出器の検出結果に基づいて前記バケットの刃先位置を示す刃先位置データを生成することと、前記作業機による掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形を取得して前記刃先位置データと前記目標掘削地形とに基づいて前記バケットの刃先と前記目標掘削地形との距離を算出することと、前記検出装置の検出結果に基づいて前記可動部材の速度を制限するための制限操作量を設定することと、前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように前記作業機を駆動する油圧シリンダに供給される作動油の供給量を調整する制御弁に制御信号を出力することと、を含む建設機械の制御方法を提供する。

本発明の態様によれば、掘削精度の低下が抑制される。

図１は、建設機械の一例を示す斜視図である。 図２は、建設機械の一例を模式的に示す側面図である。 図３は、建設機械の一例を模式的に示す背面図である。 図４Ａは、制御システムの一例を示すブロック図である。 図４Ｂは、制御システムの一例を示すブロック図である。 図５は、目標施工情報の一例を示す模式図である。 図６は、制限掘削制御の一例を示すフローチャートである。 図７は、制限掘削制御の一例を説明するための図である。 図８は、制限掘削制御の一例を説明するための図である。 図９は、制限掘削制御の一例を説明するための図である。 図１０は、制限掘削制御の一例を説明するための図である。 図１１は、制限掘削制御の一例を説明するための図である。 図１２は、制限掘削制御の一例を説明するための図である。 図１３は、制限掘削制御の一例を説明するための図である。 図１４は、制限掘削制御の一例を説明するための図である。 図１５は、油圧シリンダの一例を示す図である。 図１６は、シリンダストロークセンサの一例を示す図である。 図１７は、制御システムの一例を示す図である。 図１８は、制御システムの一例を示す図である。 図１９は、建設機械の動作の一例を示す模式図である。 図２０は、制御システムの一例を示す機能ブロック図である。 図２１は、建設機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図２２は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図２３は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図２４は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図２５は、制御システムの一例を示す機能ブロック図である。 図２６は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図２７は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図２８は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図２９は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図３０は、制御システムの一例を示す機能ブロック図である。 図３１は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図３２は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図３３は、建設機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図３４は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図３５は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図３６は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図３７は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図３８は、制御システムの一例を示す機能ブロック図である。 図３９は、建設機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図４０は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図４１は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図４２は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図４３は、制御システムの一例を示す機能ブロック図である。 図４４は、建設機械の動作の一例を示す模式図である。 図４５は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図４６は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図４７は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図４８は、制御システムの一例を示す機能ブロック図である。 図４９は、建設機械の制御方法の一例を説明するための図である。 図５０は、建設機械の制御方法の一例を示す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が、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できる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［油圧ショベルの全体構成］
図１は、本実施形態に係る建設機械１００の一例を示す斜視図である。本実施形態においては、建設機械１００が、油圧により作動する作業機２を備える油圧ショベル１００である例について説明する。

図１に示すように、油圧ショベル１００は、車両本体１と、作業機２とを備える。後述するように、油圧ショベル１００には掘削制御を実行する制御システム２００が搭載されている。

車両本体１は、旋回体３と、運転室４と、走行装置５とを有する。旋回体３は、走行装置５の上に配置される。走行装置５は、旋回体３を支持する。旋回体３を上部旋回体３と称してもよい。走行装置５を下部走行体５と称してもよい。旋回体３は、旋回軸ＡＸを中心に旋回可能である。運転室４に、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられる。オペレータは、運転室４において油圧ショベル１００を操作する。走行装置５は、一対の履帯５Ｃｒを有する。履帯５Ｃｒの回転により、油圧ショベル１００が走行する。なお、走行装置５が車輪（タイヤ）を含んでもよい。

本実施形態においては、運転席４Ｓ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を基準とした前後方向をいう。左右方向とは、運転席４Ｓを基準とした左右方向をいう。運転席４Ｓが正面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が正面に正対したとき側方向の右側、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する。旋回体３において、エンジンルーム９の前方に手すり１９が設けられる。エンジンルーム９に、エンジン及び油圧ポンプなどが配置される。

作業機２は、旋回体３に支持される。作業機２は、旋回体３に接続されるブーム６と、ブーム６に接続されるアーム７と、アーム７に接続されるバケット８と、ブーム６を駆動するブームシリンダ１０と、アーム７を駆動するアームシリンダ１１と、バケット８を駆動するバケットシリンダ１２とを有する。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。

図２は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す側面図である。図３は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す背面図である。図２に示すように、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の先端部８ａとの距離である。本実施形態において、バケット８は、複数の刃を有する。以下の説明において、バケット８の先端部８ａを適宜、刃先８ａ、と称する。

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。

図２に示すように、油圧ショベル１００は、ブームシリンダ１０に配置された第１シリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダ１１に配置された第２シリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダ１２に配置された第３シリンダストロークセンサ１８とを有する。第１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。第２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。第３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。

以下の説明においては、ブームシリンダ１０のストローク長さを適宜、ブームシリンダ長、と称し、アームシリンダ１１のストローク長さを適宜、アームシリンダ長、と称し、バケットシリンダ１２のストローク長さを適宜、バケットシリンダ長、と称する。また、以下の説明において、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適宜、シリンダ長データＬ、と総称する。

油圧ショベル１００は、油圧ショベル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とを有する。

アンテナ２１は、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、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に設けられる。本実施形態において、アンテナ２１は、旋回体３の手すり１９に設けられる。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次元座標系である。図２に示すように、本実施形態において、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。

グローバル座標系は、地球に固定された原点Ｐｒ（図２参照）を基準とした座標系である。ローカル座標系は、建設機械１００の車両本体１に固定された原点Ｐ２（図２参照）を基準とした座標系である。ローカル座標系を、車両本体座標系、と称してもよい。

図２などにおいて、グローバル座標系を、ＸｇＹｇＺｇ直交座標系で示す。グローバル座標系の基準位置（原点）Ｐｒは、作業エリアに位置する。水平面内の一方向をＸｇ軸方向、水平面内においてＸｇ軸方向と直交する方向をＹｇ軸方向、Ｘｇ軸方向及びＹｇ軸方向のそれぞれと直交する方向をＺｇ軸方向とする。また、Ｘｇ軸、Ｙｇ軸、及びＺｇ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸｇ、θＹｇ、及びθＺｇ方向とする。Ｘｇ軸は、ＹｇＺｇ平面と直交する。Ｙｇ軸は、ＸｇＺｇ平面と直交する。Ｚｇ軸は、ＸｇＹｇ平面と直交する。ＸｇＹｇ平面は、水平面と平行である。Ｚｇ軸方向は、鉛直方向である。

図２などにおいて、ローカル座標系を、ＸＹＺ直交座標系で示す。ローカル座標系の基準位置（原点）Ｐ２は、旋回体３の旋回中心ＡＸに位置する。ある平面内の一方向をＸ軸方向、その平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。Ｘ軸は、ＹＺ平面と直交する。Ｙ軸は、ＸＺ平面と直交する。Ｚ軸は、ＸＹ平面と直交する。

本実施形態において、アンテナ２１は、車幅方向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を含む。第１アンテナ２１Ａは設置位置Ｐ１ａを第２アンテナ２１Ｂは設置位置Ｐ１ｂを検出しグローバル座標演算部２３へ出力する。

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。本実施形態において、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。本実施形態において、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に設けられる。本実施形態において、ＩＭＵ２４は、運転室４の下部に配置される。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る。ＩＭＵ２４は、そのフレーム上に配置される。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、グローバル座標に対して車両本体１の左右方向に対する傾斜角θ４と、車両本体１の前後方向に対する傾斜角θ５とを検出する。

［制御システムの構成］
次に、本実施形態に係る制御システム２００の概要について説明する。図４Ａは、本実施形態に係る制御システム２００の機能構成を示すブロック図である。

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。掘削処理の制御は、制限掘削制御を含む。図４Ａに示すように、制御システム２００は、第１シリンダストロークセンサ１６と、第２シリンダストロークセンサ１７と、第３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、作業モード設定を行うマンマシンインターフェース部３２とを備えている。

操作装置２５は、運転室４に配置される。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。本実施形態において、操作装置２５は、パイロット油圧方式の操作装置である。

以下の説明においては、油圧シリンダ（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を適宜、作動油、と称する。本実施形態においては、方向制御弁６４により、油圧シリンダに対する作動油の供給量が調整される。方向制御弁６４は、供給される油によって作動する。以下の説明においては、方向制御弁６４を作動するためにその方向制御弁６４に供給される油を適宜、パイロット油、と称する。また、パイロット油の圧力を適宜、パイロット油圧、と称する。

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とを有する。第１操作レバー２５Ｒは、例えば運転席４Ｓの右側に配置される。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。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。

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。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。

本実施形態において、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称してもよい。アーム７の上げ動作を伸長動作と称してもよい。

油圧ポンプから送出され、減圧弁によってパイロット油圧に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、そのパイロット油圧に応じて、油圧シリンダ（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）に供給される作動油が流れる方向制御弁６４が駆動される。パイロット油圧ライン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は、ブーム６の駆動のために前後方向に操作される。前後方向に関する第１操作レバー２５Ｒ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が流れる方向制御弁６４が駆動される。また、このレバー操作時、センサ６６に発生する圧力をブームレバー操作量ＭＢとする。

第１操作レバー２５Ｒは、バケット８の駆動のために左右方向に操作される。左右方向に関する第１操作レバー２５Ｒ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。また、このレバー操作時、センサ６６に発生する圧力をバケットレバー操作量ＭＴとする。

第２操作レバー２５Ｌは、アーム７の駆動のために前後方向に操作される。前後方向に関する第２操作レバー２５Ｌ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。また、このレバー操作時、センサ６６に発生する圧力をアームレバー操作量ＭＡとする。

第２操作レバー２５Ｌは、旋回体３の駆動のために左右方向に操作される。左右方向に関する第２操作レバー２５Ｌ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。なお、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（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ために作動する。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。

センサコントローラ３０は、第１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。第１シリンダストロークセンサ１６は、周回動作に伴う位相変位の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、第１シリンダストロークセンサ１６から出力された位相変位のパルスに基づいて、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、第２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、第３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、第１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の姿勢角θ１を算出する。センサコントローラ３０は、第２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の姿勢角θ２を算出する。センサコントローラ３０は、第３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を取得から、アーム７に対するバケット８の刃先８ａの姿勢角θ３を算出する。第１，第２，第３シリンダストロークセンサ１６，１７，１８は、作業機２の姿勢を検出する検出器として機能する。作業機２の姿勢は、ブーム６の姿勢角θ１、アーム７の姿勢角θ２、及びバケット８の刃先８ａの姿勢角θ３の少なくとも一つを含む。

なお、ブーム６の姿勢角θ１、アーム７の姿勢角θ２、及びバケット８の姿勢角θ３は、シリンダストロークセンサ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の姿勢角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、姿勢角θ１を検出する。同様に、アーム７の姿勢角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の姿勢角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。

図４Ｂは、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８及びセンサコントローラ３０を示すブロック図である。センサコントローラ３０は、第１、第２、第３シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果からシリンダ長データＬを取得する。センサコントローラ３０は、ＩＭＵ２４から出力される車両本体１の傾斜角θ４のデータ及び傾斜角θ５のデータを出力する。センサコントローラ３０は、各作業機の姿勢角θ１〜θ３、及び傾斜角θ５のデータを、表示コントローラ２８及び作業機コントローラ２６のそれぞれに出力する。

上述のように、本実施形態においては、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。本実施形態において、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。

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とを有する。表示コントローラ２８は、グローバル座標演算部２３から、基準位置データＰ及び旋回体方位データＱを取得する。表示コントローラ２８は、センサコントローラ３０からシリンダ姿勢データθ１〜θ３を取得する。

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、及びシリンダ姿勢データθ１〜θ３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を生成する。本実施形態において、バケット位置データは、刃先８ａの３次元位置を示す刃先位置データＳである。

目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、刃先位置データ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、表示コントローラ２８は、目標掘削地形Ｕに基づいて表示部２９に目標掘削地形Ｕを表示させる。表示部２９は、例えばモニタであり、油圧ショベル１００の各種の情報を表示する。本実施形態において、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）モニタを含む。

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。ローカル座標系とは、油圧ショベル１００を基準とする３次元座標系である。ローカル座標系の基準位置は、例えば、旋回体３の旋回軸ＡＸに位置する基準位置Ｐ２である。

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。なお、目標施工情報Ｔは、メモリ等の接続式記録装置から転送されてもよい。

目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、ブーム６の姿勢角θ１、アーム７の姿勢角θ２、バケット８の姿勢角θ３、ブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３、及びブームピン１３の位置情報から、グローバル座標系の基準位置Ｐ２に対するグローバル座標系におけるバケット刃先８ａの位置Ｐ３を算出する。目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、目標施工情報Ｔと刃先位置データ８ａとに基づいて、図５に示すように、旋回体３の前後方向で規定する作業機２の作業機動作平面ＭＰと立体設計地形との交線Ｅを目標掘削地形Ｕの候補線として取得する。目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、目標掘削地形Ｕの候補線においてバケット刃先８ａの直下点を目標掘削地形Ｕの基準点ＡＰとする。目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、目標掘削地形Ｕの基準点ＡＰの前後の単数又は複数の変曲点とその前後の線を掘削対象となる目標掘削地形Ｕとして決定する。目標掘削地形データ生成部２８Ｃ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Ｕを生成する。目標掘削地形Ｕとバケット刃先８ａとに基づいて、目標掘削地形Ｕと刃先８ａとの相対距離ｄを取得する。

目標掘削地形データ生成部２８Ｃは目標掘削地形Ｕおよびバケット刃先８ａと、目標掘削地形Ｕとバケット刃先８ａの距離を表示部２９に出力する。表示部２９は目標掘削地形とバケット８との位置関係を画像で表示し、目標掘削地形Ｕとバケット刃先８ａとの距離ｄを表示する。また、目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、算出した目標掘削地形Ｕを作業機コントローラ２６に出力する。

マンマシンインターフェース部３２は、入力部及び表示部を有する。表示部は、フラットパネルディスプレイのようなモニタを含む。マンマシンインターフェース部３２の入力部は、マンマシンインターフェース部３２の表示部の周囲に配置される操作ボタンを含む。なお、マンマシンインターフェース部３２の入力部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３２、と称してもよい。マンマシンインターフェース部３２の入力部は、オペレータによって操作される。入力部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。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の表示部を制御して、その表示部に所定の情報を表示させる。

［制限掘削制御］
次に、本実施形態に係る制限掘削制御の一例について説明する。作業機コントローラ２６は、操作装置２５の操作量に対して決まるバケット８の目標速度決定部５２と、距離取得部５３と、制限速度決定部５４と、作業機制御部５７と、アーム制御部２６３を有する。作業機コントローラ２６はセンサコントローラ３０より、姿勢角θ１、θ２、θ３、及びブームピン１３の位置情報と、ＩＭＵ２４から出力される角度θ５と、位置検出装置２０による検出結果とアンテナ２１の位置情報とから、ローカル座標系における刃先８ａの位置Ｐ３を導出する。作業機コントローラ２６は、表示コントローラ２８とは独立して刃先位置情報の取得を行う。

目標速度決定部５２は、車両本体１の前後方向に対する傾斜角θ５と、センサ６６より取得される操作量ＭＢ，ＭＡ、ＭＴをブーム６、アーム７、バケット８の各作業機の駆動の為のレバー操作に対応したＶｃ＿ｂｍ、Ｖｃ＿ａｍ、Ｖｃ＿ｂｋとして取得する。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を取得する。距離取得部５３は、刃先位置データＰ３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。制限速度決定部５４は、距離ｄと目標速度に応じて、ブーム６の移動を制限する。作業機制御部５７は制限速度制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに対する介入弁２７Ｃに対する介入指令ＣＢＩを決定する。以上の指令によりブーム６に対する介入速度が出力することで作業機コントローラ２８は制限掘削制御（介入制御）を実行する。

アーム制御部２６３は、アーム７の操作量ＭＡを目標速度決定部５２より取得する。後述するアーム７に対する操作の制限が必要と判定した場合、作業機制御部５７へ制限速度Ｖｃ＿ａｍ＿ｌｍｔを出力する。作業機制御部５７は制限速度Ｖｃ＿ａｍ＿ｌｍｔに応じて減速指令ＣＡを制御弁２７（２７Ａ、２７Ｂ）に出力する。アーム制御部２６３の制限の判定については後に詳細に説明する。

以下、図６のフローチャート、及び図７から図１４の模式図を参照して、本実施形態に係る制限掘削制御の一例について説明する。図６は、本実施形態に係る制限掘削制御の一例を示すフローチャートである。

上述のように、目標掘削地形Ｕが設定される（ステップＳＡ１）。目標掘削地形Ｕが設定された後、作業機コントローラ２６は、作業機２の目標速度Ｖｃを決定する（ステップＳＡ２）。作業機２の目標速度Ｖｃは、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍ、及びバケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔを含む。ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブームシリンダ１０のみが駆動されるときの刃先８ａの速度である。アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍは、アームシリンダ１１のみが駆動されるときの刃先８ａの速度である。バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケットシリンダ１２のみが駆動されるときの刃先８ａの速度である。ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブーム操作量に基づいて算出される。アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍは、アーム操作量に基づいて算出される。バケット目標速度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２６４に、ブーム操作量とブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍとの関係を規定する目標速度情報が記憶されている。作業機コントローラ２６は、目標速度情報に基づいて、ブーム操作量に対応するブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍを決定する。目標速度情報は、例えば、ブーム操作量に対するブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍの大きさが記述されたマップである。目標速度情報は、テーブル又は数式等の形態でもよい。目標速度情報は、アーム操作量とアーム目標速度Ｖｃ＿ａｍとの関係を規定する情報を含む。目標速度情報は、バケット操作量とバケット目標速度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、目標速度情報に基づいて、アーム操作量に対応するアーム目標速度Ｖｃ＿ａｍを決定する。作業機コントローラ２６は、目標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目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔを決定する。

図７に示すように、作業機コントローラ２６は、ブーム目標速度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）。

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８に示すように、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、ブーム目標速度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９に示すように、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。同様に、作業機コントローラ２６は、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍ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＿ａｍ及び水平速度成分Ｖｃｘ＿ａｍに変換する。作業機コントローラ２６は、バケット目標速度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１０に示すように、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）。作業機コントローラ２６は、刃先８ａの位置情報及び目標掘削地形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、制限掘削制御が実行される。

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）。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の移動速度である。作業機コントローラ２６の記憶部２６４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。

図１１は、本実施形態に係る制限速度情報の一例を示す。本実施形態において、横軸を距離ｄとし、縦軸を制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔとする。刃先８ａが目標掘削地形Ｕの表面の外方、すなわち油圧ショベル１００の作業機２側に位置しているときの距離ｄは正の値であり、刃先８ａが目標掘削地形Ｕの表面の内方、すなわち目標掘削地形Ｕよりも掘削対象の内部側に位置しているときの距離ｄは負の値である。図１０に示したように、刃先８ａが目標掘削地形Ｕの表面の上方に位置しているときの距離ｄは正の値である。刃先８ａが目標掘削地形Ｕの表面の下方に位置しているときの距離ｄは負の値である。また、刃先８ａが目標掘削地形Ｕに対して侵食しない位置にあるときの距離ｄは正の値である。刃先８ａが目標掘削地形Ｕに対して侵食する位置にあるときの距離ｄは負の値である。刃先８ａが目標掘削地形Ｕ上に位置しているとき、すなわち刃先８ａが目標掘削地形Ｕと接しているときの距離ｄは０である。

本実施形態において、刃先８ａが目標掘削地形Ｕの内方から外方に向かうときの速度を正の値とし、刃先８ａが目標掘削地形Ｕの外方から内方に向かうときの速度を負の値とする。すなわち、刃先８ａが目標掘削地形Ｕの上方に向かうときの速度を正の値とし、刃先８ａが目標掘削地形Ｕの下方に向かうときの速度を負の値とする。

制限速度情報において、距離ｄがｄ１とｄ２との間であるときの制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔの傾きは、距離ｄがｄ１以上又はｄ２以下のときの傾きより小さい。ｄ１は０より大きい。ｄ２は０より小さい。目標掘削地形Ｕの表面付近の操作においては制限速度をより詳細に設定するために、距離ｄがｄ１とｄ２との間であるときの傾きを、距離ｄがｄ１以上又はｄ２以下であるときの傾きよりも小さくする。距離ｄがｄ１以上のとき、制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは負の値であり、距離ｄが大きくなるほど制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは小さくなる。つまり、距離ｄがｄ１以上のとき、目標掘削地形Ｕより上方において刃先８ａが目標掘削地形Ｕの表面から遠いほど、目標掘削地形Ｕの下方へ向かう速度が大きくなり、制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔの絶対値は大きくなる。距離ｄが０以下のとき、制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは正の値であり、距離ｄが小さくなるほど制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは大きくなる。つまり、バケット８の刃先８ａが目標掘削地形Ｕより遠ざかる距離ｄが０以下のとき、目標掘削地形Ｕより下方において刃先８ａが目標掘削地形Ｕから遠いほど、目標掘削地形Ｕの上方へ向かう速度が大きくなり、制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔの絶対値は大きくなる。

距離ｄが所定値ｄｔｈ１以上では、制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは、Ｖｍｉｎとなる。所定値ｄｔｈ１は正の値であり、ｄ１より大きい。Ｖｍｉｎは、目標速度の最小値よりも小さい。つまり、距離ｄが所定値ｄｔｈ１以上では、作業機２の動作の制限が行われない。したがって、刃先８ａが目標掘削地形Ｕの上方において目標掘削地形Ｕから大きく離れているときには、作業機２の動作の制限、すなわち制限掘削制御が行われない。距離ｄが所定値ｄｔｈ１より小さいときに、作業機２の動作の制限が行われる。距離ｄが所定値ｄｔｈ１より小さいときに、ブーム６の動作の制限が行われる。

作業機コントローラ２６は、作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔとアーム目標速度Ｖｃ＿ａｍとバケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔとからブーム６の制限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に示すように、作業機コントローラ２６は、作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔから、アーム目標速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍと、バケット目標速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔとを減算することにより、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを算出する。

図１３に示すように、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）。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、前述したブーム目標速度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。その後、ブーム介入量に対応するシリンダ速度が決定され、シリンダ速度に対応した開放指令が後述の介入弁２７Ｃに出力される。

レバー操作に基づくパイロット圧が油路４５１Ｂに充填され、ブーム介入に基づくパイロット圧が油路５０２に充填される。その圧力の大きい方を後述のシャトル弁５１が選択する（ステップＳＡ８）。

例えば、ブーム６への介入を行わない場合、ブーム６の下方へのブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔの大きさが、下方へのブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍの大きさよりも小さいときには、制限条件が満たされていない。また、ブーム６への介入によりブーム６を上昇させる場合、ブーム６の上方へのブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔの大きさが、上方へのブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍの大きさよりも大きいときには、制限条件が満たされている。

作業機コントローラ２６は、作業機２を制御する。ブーム６を制御する場合、作業機コントローラ２６は、ブーム指令信号を介入弁２７Ｃに送信することによって、ブームシリンダ１０を制御する。ブーム指令信号は、ブーム指令速度に応じた電流値を有する。

制限条件が満たされていない場合、シャトル弁５１では油路４５１Ｂからの作動油の供給が選択され、通常運転が行われる（ステップＳＡ９）。作業機コントローラ２６は、ブーム操作量とアーム操作量とバケット操作量とに応じて、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とを作動させる。ブームシリンダ１０は、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍで作動する。アームシリンダ１１は、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍで作動する。バケットシリンダ１２はバケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔで作動する。

制限条件が満たされている場合、シャトル弁５１では油路５０２からの作動油の供給が選択され、制限掘削制御が実行される（ステップＳＡ１０）。

作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔから、アーム目標速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍとバケット目標速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔとを減算することにより、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔが算出される。したがって、作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔが、アーム目標速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍとバケット目標速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔとの和よりも小さいときには、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔは、ブームが上昇する負の値となる。

この場合、作業機コントローラ２７は、ブーム６を下降させるが、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍよりも減速させる。このため、オペレータの違和感を小さく抑えながらバケット８が目標掘削地形Ｕを侵食することを防止することができる。

作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔが、アーム目標速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍとバケット目標速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔとの和よりも大きいときには、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔは、正の値となる。したがって、ブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔは、正の値となる。この場合、操作装置２５がブーム６を下降させる方向に操作されていても、作業機コントローラ２６は、ブーム６を上昇させる。このため、目標掘削地形Ｕの侵食の拡大を迅速に抑えることができる。

刃先８ａが目標掘削地形Ｕより上方に位置しているときには、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ときには、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。油圧ショベル１００のオペレータによって左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒが同時に操作されることにより、ブーム６とアーム７とバケット８とが同時に動作する。このとき、ブーム６とアーム７とバケット８との各目標速度Ｖｃ＿ｂｍ、Ｖｃ＿ａｍ、Ｖｃ＿ｂｋｔが入力されたとして、前述した制御を説明すると次の通りである。

図１４は、目標掘削地形Ｕとバケット８の刃先８ａとの間の距離ｄが所定値ｄｔｈ１より小さく、バケット８の刃先８ａが位置Ｐｎ１から位置Ｐｎ２に移動する場合のブーム６の制限速度の変化の一例を示している。位置Ｐｎ２での刃先８ａと目標掘削地形Ｕとの間の距離は、位置Ｐｎ１での刃先８ａと目標掘削地形Ｕとの間の距離よりも小さい。このため、位置Ｐｎ２でのブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔ２は、位置Ｐｎ１でのブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔ１よりも小さい。したがって、位置Ｐｎ２でのブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔ２は、位置Ｐｎ１でのブーム制限速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔ１よりも小さくなる。また、位置Ｐｎ２でのブーム６の制限水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｍ＿ｌｍｔ２は、位置Ｐｎ１でのブーム６の制限水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｍ＿ｌｍｔ１よりも小さくなる。ただし、このとき、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍ及びバケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔに対しては、制限は行われない。このため、アーム目標速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍ及び水平速度成分Ｖｃｘ＿ａｍと、バケット目標速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔ及び水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｋｔに対しては、制限は行われない。

前述したように、アーム７に対して制限を行わないことにより、オペレータの掘削意思に対応するアーム操作量の変化は、バケット８の刃先８ａの速度変化として反映される。このため、本実施形態は、目標掘削地形Ｕの侵食の拡大を抑制しながらオペレータの掘削時の操作における違和感を抑えることができる。

このように、本実施形態においては、作業機コントローラ２６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Ｕとバケット８の刃先８ａの位置を示す刃先位置データＳとに基づいて、目標掘削地形Ｕとバケット８の刃先８ａとの距離ｄに応じてバケット８が目標掘削地形Ｕに近づく相対速度が小さくなるように、ブーム６の速度を制限する。作業機コントローラ２６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Ｕとバケット８の刃先８ａの位置を示す刃先位置データＳとに基づいて、目標掘削地形Ｕとバケット８の刃先８ａとの距離ｄに応じて制限速度を決定し、作業機２が目標掘削地形Ｕに接近する方向の速度が制限速度以下になるように、作業機２を制御する。これにより、刃先８ａに対する掘削制限制御が実行され、目標掘削地形Ｕに対する刃先８ａの位置が制御される。

以下の説明において、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適宜、介入制御、と称する。

介入制御は、目標掘削地形Ｕに対する垂直方向の刃先８ａの相対速度が制限速度よりも大きいときに実行される。介入制御は、刃先８ａの相対速度が制限速度よりも小さいときに実行されない。刃先８ａの相対速度が制限速度よりも小さいことは、バケット８と目標掘削地形Ｕとが離れるように目標掘削地形Ｕに対してバケット８が移動することを含む。

また、作業機コントローラ２６は、アーム７及びバケット８を制御する。作業機コントローラ２６は、後述するアーム制御部からアーム速度の制限指令が出力された場合、アーム指令信号ＣＡを制御弁２７（２７Ａ、２７Ｂ）に送信することによって、アームシリンダ１１を駆動するパイロット油圧の供給を制限する。パイロット油圧の供給制限によりアームシリンダ１１の駆動が制限される。アーム指令信号ＣＡは、アーム指令速度に応じた電流値を有する。作業機コントローラ２６は、バケット指令信号を制御弁２７に送信することによって、アームシリンダ１１同様にバケットシリンダ１２を制御する。バケット指令信号は、バケット指令速度に応じた電流値を有する。

［シリンダストロークセンサ］
次に、図１５及び図１６を参照して、シリンダストロークセンサ１６について説明する。以下の説明においては、ブームシリンダ１０に取り付けられたシリンダストロークセンサ１６について説明する。アームシリンダ１１に取付けられたシリンダストロークセンサ１７なども同様である。

ブームシリンダ１０には、シリンダストロークセンサ１６が取り付けられている。シリンダストロークセンサ１６は、ピストンのストロークを計測する。図１５に示すように、ブームシリンダ１０は、シリンダチューブ１０Ｘと、シリンダチューブ１０Ｘ内においてシリンダチューブ１０Ｘに対して相対的に移動可能なシリンダロッド１０Ｙとを有する。シリンダチューブ１０Ｘには、ピストン１０Ｖが摺動自在に設けられている。ピストン１０Ｖには、シリンダロッド１０Ｙが取り付けられている。シリンダロッド１０Ｙは、シリンダヘッド１０Ｗに摺動自在に設けられている。シリンダヘッド１０Ｗとピストン１０Ｖとシリンダ内壁とによって画成された室は、ロッド側油室４０Ｂである。ピストン１０Ｖを介してロッド側油室４０Ｂとは反対側の油室がキャップ側油室４０Ａである。なお、シリンダヘッド１０Ｗには、シリンダロッド１０Ｙとの隙間を密封し、塵埃等がロッド側油室４０Ｂに入り込まないようにするシール部材が設けられている。

シリンダロッド１０Ｙは、ロッド側油室４０Ｂに作動油が供給され、キャップ側油室４０Ａから作動油が排出されることによって縮退する。また、シリンダロッド１０Ｙは、ロッド側油室４０Ｂから作動油が排出され、キャップ側油室４０Ａに作動油が供給されることによって伸張する。すなわち、シリンダロッド１０Ｙは、図中左右方向に直動する。

ロッド側油室４０Ｂの外部にあって、シリンダヘッド１０Ｗに密接した場所には、シリンダストロークセンサ１６を覆い、シリンダストロークセンサ１６を内部に収容するケース１６４が設けられている。ケース１６４は、シリンダヘッド１０Ｗにボルト等によって締結等されて、シリンダヘッド１０Ｗに固定されている。

シリンダストロークセンサ１６は、回転ローラ１６１と、回転中心軸１６２と、回転センサ部１６３とを有している。回転ローラ１６１は、その表面がシリンダロッド１０Ｙの表面に接触し、シリンダロッド１０Ｙの直動に応じて回転自在に設けられている。すなわち、回転ローラ１６１によってシリンダロッド１０Ｙの直線運動が回転運動に変換される。回転中心軸１６２は、シリンダロッド１０Ｙの直動方向に対して、直交するように配置されている。

回転センサ部１６３は、回転ローラ１６１の回転量（回転角度）を電気信号として検出可能に構成されている。回転センサ部１６３で検出された回転ローラ１６１の回転量（回転角度）を示す電気信号は、電気信号線を介して、センサコントローラ３０に出力される。センサコントローラ３０は、その電気信号を、ブームシリンダ１０のシリンダロッド１０Ｙの位置（ストローク位置）に変換する。

図１６に示すように、回転センサ部１６３は、磁石１６３ａと、ホールＩＣ１６３ｂとを有している。検出媒体である磁石１６３ａは、回転ローラ１６１と一体に回転するように回転ローラ１６１に取り付けられている。磁石１６３ａは回転中心軸１６２を中心とした回転ローラ１６１の回転に応じて回転する。磁石１６３ａは、回転ローラ１６１の回転角度に応じて、Ｎ極、Ｓ極が交互に入れ替わるように構成されている。磁石１６３ａは、回転ローラ１６１の一回転を一周期として、ホールＩＣ１６３ｂで検出される磁力（磁束密度）が周期的に変動するように構成されている。

ホールＩＣ１６３ｂは、磁石１６３ａによって生成される磁力（磁束密度）を電気信号として検出する磁力センサである。ホールＩＣ１６３ｂは、回転中心軸１６２の軸方向に沿って、磁石１６３ａから所定距離、離間された位置に設けられている。

ホールＩＣ１６３ｂで検出された電気信号（位相変位のパルス）は、センサコントローラ３０に出力される。センサコントローラ３０は、ホールＩＣ１６３ｂからの電気信号を、回転ローラ１６１の回転量、つまりブームシリンダ１０のシリンダロッド１０Ｙの変位量（ブームシリンダ長）に変換する。

ここで、図１６を参照して、回転ローラ１６１の回転角度と、ホールＩＣ１６３ｂで検出される電気信号（電圧）との関係を説明する。回転ローラ１６１が回転し、その回転に応じて磁石１６３ａが回転すると、回転角度に応じて、ホールＩＣ１６３ｂを透過する磁力（磁束密度）が周期的に変化し、センサ出力である電気信号（電圧）が周期的に変化する。このホールＩＣ１６３ｂから出力される電圧の大きさから回転ローラ１６１の回転角度を計測することができる。

また、ホールＩＣ１６３ｂから出力される電気信号（電圧）の１周期が繰り返される数をカウントすることで、回転ローラ１６１の回転数を計測することができる。そして、回転ローラ１６１の回転角度と、回転ローラ１６１の回転数とに基づいて、ブームシリンダ１０のシリンダロッド１０Ｙの変位量（ブームシリンダ長）が算出される。

また、センサコントローラ３０は、回転ローラ１６１の回転角度と、回転ローラ１６１の回転数とに基づいて、シリンダロッド１０Ｙの移動速度（シリンダ速度）を算出することができる。

［油圧シリンダ］
次に、本実施形態に係る油圧シリンダについて説明する。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、油圧シリンダである。以下の説明においては、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を適宜、油圧シリンダ６０、と総称する。

図１７は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す模式図である。図１８は、図１７の一部を拡大した図である。

図１７及び図１８に示すように、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を含む油圧シリンダ６０と、旋回体３を旋回させる旋回モータ６３とを備える。油圧シリンダ６０は、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。

本実施形態においては、作動油が流れる方向を制御する方向制御弁６４が設けられる。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、油圧シリンダ６０に供給される。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（油路４８）に対する作動油の供給と、ロッド側油室４０Ｂ（油路４７）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、シリンダ速度が調整される。

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、図示しないが作業機コントローラ２６に出力される。

方向制御弁６４の駆動は、操作装置２５によって調整される。本実施形態において、操作装置２５は、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。なお、メイン油圧ポンプとは別のパイロット油圧ポンプから送出されたパイロット油が操作装置２５に供給されてもよい。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。その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。

方向制御弁６４は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び旋回モータ６３のそれぞれに設けられる。以下の説明において、ブームシリンダ１０に接続される方向制御弁６４を適宜、方向制御弁６４０、と称する。アームシリンダ１１に接続される方向制御弁６４を適宜、方向制御弁６４１、と称する。バケットシリンダ１２に接続される方向制御弁６４を適宜、方向制御弁６４２、と称する。

操作装置２５と方向制御弁６４とは、パイロット油圧ライン４５０を介して接続される。本実施形態において、パイロット油圧ライン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。

以下の説明において、パイロット油圧ライン４５０のうち、操作装置２５と制御弁２７との間のパイロット油圧ライン４５０を適宜、油路４５１、と称し、制御弁２７と方向制御弁６４との間のパイロット油圧ライン４５０を適宜、油路４５２、と称する。

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とを含む。油路４５１Ａと油路４５２Ａは方向制御弁に接続される。方向制御弁６４に、油路４５２が接続される。油路４５２を介して、パイロット油が方向制御弁６４に供給される。方向制御弁６４は、第１受圧室及び第２圧室を有する。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とを含む。

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

油路４５２Ｂを介して方向制御弁６４の第２受圧室にパイロット油が供給されると、そのパイロット油圧に応じてスプールが移動し、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（スプールの移動量）により調整される。

すなわち、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、スプールは軸方向に関して一側に移動する。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、スプールは軸方向に関して他側に移動する。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。

以下の説明において、ブームシリンダ１０に対する作動油の供給を行う方向制御弁６４０に接続される油路４５２Ａを適宜、油路４５２０Ａ、と称し、方向制御弁６４０に接続される油路４５２Ｂを適宜、油路４５２０Ｂ、と称する。アームシリンダ１１に対する作動油の供給を行う方向制御弁６４１に接続される油路４５２Ａを適宜、油路４５２１Ａ、と称し、方向制御弁６４１に接続される油路４５２Ｂを適宜、油路４５２１Ｂ、と称する。バケットシリンダ１２に対する作動油の供給を行う方向制御弁６４２に接続される油路４５２Ａを適宜、油路４５２２Ａ、と称し、方向制御弁６４２に接続される油路４５２Ｂを適宜、油路４５２２Ｂ、と称する。

以下の説明において、油路４５２０Ａに接続される油路４５１Ａを適宜、油路４５１０Ａ、と称し、油路４５２０Ｂに接続される油路４５１Ｂを適宜、油路４５１０Ｂ、と称する。油路４５２１Ａに接続される油路４５１Ａを適宜、油路４５１１Ａ、と称し、油路４５２１Ｂに接続される油路４５１Ｂを適宜、油路４５１１Ｂ、と称する。油路４５２２Ａに接続される油路４５１Ａを適宜、油路４５１２Ａ、と称し、油路４５２２Ｂに接続される油路４５１Ｂを適宜、油路４５１２Ｂ、と称する。

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６４０に、油路４５１０Ｂ及び油路４５２０Ｂを介して、パイロット油が供給される。方向制御弁６４０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に供給されブームシリンダ１０が伸長する。ブームシリンダの伸長によりブーム６の上げ動作が実行される。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６４０に、油路４５１０Ａ及び油路４５２０Ａを介して、パイロット油が供給される。方向制御弁６４０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、ブームシリンダ１０が縮退する。ブームシリンダの縮退によりブーム６の下げ動作が実行される。

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６４１に、油路４５１１Ｂ及び油路４５２１Ｂを介して、パイロット油が供給される。方向制御弁６４１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アームシリンダ１１に供給され、アームシリンダ１１が伸長する。アームシリンダ１１の伸長によりアーム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６４１に、油路４５１１Ａ及び油路４５２１Ａを介して、パイロット油が供給される。方向制御弁６４１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アームシリンダ１１に供給され、アームシリンダ１１が縮退する。アームシリンダ１１縮退によりアーム７の上げ動作が実行される。

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６４２に、油路４５１２Ｂ及び油路４５２２Ｂを介して、パイロット油が供給される。方向制御弁６４２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、バケットシリンダ１２が伸長する。バケットシリンダ１２が伸長によりバケット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６４２に、油路４５１２Ａ及び油路４５２２Ａを介して、パイロット油が供給される。方向制御弁６４２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、バケットシリンダ１２が縮退する。バケットシリンダ１２の縮退によりバケット８の上げ動作が実行される。

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。

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、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な制御弁２７Ａと、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な制御弁２７Ｂとを含む。

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が設けられる。本実施形態において、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可能である。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可能である。圧力センサ６６及び圧力センサ６７の検出結果は、図示しないが作業機コントローラ２６に出力される。

以下の説明において、ブームシリンダ１０に対する作動油の供給を行う方向制御弁６４０に対するパイロット油圧を調整可能な制御弁２７を適宜、制御弁２７０、と称する。また、制御弁２７０のうち、一方の制御弁（制御弁２７Ａに相当）を適宜、制御弁２７０Ａ、と称し、他方の制御弁（制御弁２７Ｂに相当）を適宜、制御弁２７０Ｂ、と称する。アームシリンダ１１に対する作動油の供給を行う方向制御弁６４１に対するパイロット油圧を調整可能な制御弁２７を適宜、制御弁２７１、と称する。また、制御弁２７１のうち、一方の制御弁（制御弁２７Ａに相当）を適宜、制御弁２７１Ａ、と称し、他方の制御弁（制御弁２７Ｂに相当）を適宜、制御弁２７１Ｂ、と称する。バケットシリンダ１２に対する作動油の供給を行う方向制御弁６４２に対するパイロット油圧を調整可能な制御弁２７を適宜、制御弁２７２、と称する。また、制御弁２７２のうち、一方の制御弁（制御弁２７Ａに相当）を適宜、制御弁２７２Ａ、と称し、他方の制御弁（制御弁２７Ｂに相当）を適宜、制御弁２７２Ｂ、と称する。

以下の説明において、ブームシリンダ１０に対する作動油の供給を行う方向制御弁６４０に接続される油路４５１のパイロット油圧を検出する圧力センサ６６を適宜、圧力センサ６６０、と称し、方向制御弁６４０に接続される油路４５２のパイロット油圧を検出する圧力センサ６７を適宜、圧力センサ６７０、と称する。また、油路４５１０Ａに配置される圧力センサ６６０を適宜、圧力センサ６６０Ａ、と称し、油路４５１０Ｂに配置される圧力センサ６６０を適宜、圧力センサ６６０Ｂ、と称する。また、油路４５２０Ａに配置される圧力センサ６７０を適宜、圧力センサ６７０Ａ、と称し、油路４５２０Ｂに配置される圧力センサ６７０を適宜、圧力センサ６７０Ｂ、と称する。

以下の説明において、アームシリンダ１１に対する作動油の供給を行う方向制御弁６４１に接続される油路４５１のパイロット油圧を検出する圧力センサ６６を適宜、圧力センサ６６１、と称し、方向制御弁６４１に接続される油路４５２のパイロット油圧を検出する圧力センサ６７を適宜、圧力センサ６７１、と称する。また、油路４５１１Ａに配置される圧力センサ６６１を適宜、圧力センサ６６１Ａ、と称し、油路４５１１Ｂに配置される圧力センサ６６１を適宜、圧力センサ６６１Ｂ、と称する。また、油路４５２１Ａに配置される圧力センサ６７１を適宜、圧力センサ６７１Ａ、と称し、油路４５２１Ｂに配置される圧力センサ６７１を適宜、圧力センサ６７１Ｂ、と称する。

以下の説明において、バケットシリンダ１２に対する作動油の供給を行う方向制御弁６４２に接続される油路４５１のパイロット油圧を検出する圧力センサ６６を適宜、圧力センサ６６２、と称し、方向制御弁６４２に接続される油路４５２のパイロット油圧を検出する圧力センサ６７を適宜、圧力センサ６７２、と称する。また、油路４５１２Ａに配置される圧力センサ６６１を適宜、圧力センサ６６１Ａ、と称し、油路４５１２Ｂに配置される圧力センサ６６１を適宜、圧力センサ６６１Ｂ、と称する。また、油路４５２２Ａに配置される圧力センサ６７２を適宜、圧力センサ６７２Ａ、と称し、油路４５２２Ｂに配置される圧力センサ６７２を適宜、圧力センサ６７２Ｂ、と称する。

制限掘削制御及び各作業機の動作制限を実行しない場合、作業機コントローラ２６は、制御弁２７を制御して、パイロット油圧ライン４５０を開放する。パイロット油圧ライン４５０が開放されることにより、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。パイロット油圧ライン４５０が開放された状態で、パイロット油圧は、操作装置２５の操作量に基づいて調整される。

制限掘削制御など、作業機２が作業機コントローラ２６によって制御される場合、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、例えばパイロットリリーフ弁の作用により所定の圧力を有する。作業機コントローラ２６から制御弁２７に制御信号が出力されると、制御弁２７は、そ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。油路４５２の作動油の圧力は、制御弁２７により調整（減圧）される。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。本実施形態において、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後のパイロット油圧を検出する。

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。

例えば、作業機コントローラ２６は、制御弁２７０Ａ及び制御弁２７０Ｂ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６４０に対するパイロット油圧を調整することができる。

また、作業機コントローラ２６は、制御弁２７１Ａ及び制御弁２７１Ｂの少なくとも一方に制御信号を出力して、アームシリンダ１１に接続された方向制御弁６４１に対するパイロット油圧を調整することができる。

また、作業機コントローラ２６は、制御弁２７２Ａ及び制御弁２７２Ｂ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６４２に対するパイロット油圧を調整することができる。

作業機コントローラ２６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Ｕとバケット８の位置を示すバケット位置データ（刃先位置データ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の速度を制限する。作業機コントローラ２６は、ブーム６の速度を制限するための制御信号を出力するブーム介入部を有する。本実施形態においては、操作装置２５の操作に基づいて作業機２が駆動する場合において、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、作業機コントローラ２６のブーム介入部から出力される制御信号に基づいて、ブーム６の動きが制御（介入制御）される。バケット８による掘削において、刃先８ａが目標掘削地形Ｕに侵入しないように、ブーム６は、作業機コントローラ２６により、上げ動作を実行される。

本実施形態においては、介入制御のために、作業機コントローラ２６から出力された、介入制御に関する制御信号に基づいて作動する制御弁２７Ｃに油路５０２が接続される。油路５０１は制御弁２７Ｃに接続され、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４０に供給されるパイロット油を供給。油路５０２は制御弁２７Ｃとシャトル弁５１とに接続され、方向制御弁６４０と接続された油路４５２０Ｂにシャトル弁５１を介して接続されている。

シャトル弁５１は、２つの入口と、１つの出口とを有する。一方の入口は、油路５０２と接続される。他方の入口は、油路４５１０Ｂと接続される。出口は、油路４５２０Ｂと接続される。シャトル弁５１は、油路５０２及び油路４５１０Ｂのうち、パイロット油圧が高い方の油路と、油路４５２０Ｂとを接続する。例えば、油路５０２のパイロット油圧が油路４５１０Ｂのパイロット油圧よりも高い場合、シャトル弁５１は、油路５０２と油路４５２０Ｂとを接続し、油路４５１０Ｂと油路４５２０Ｂとを接続しないように作動する。これにより、油路５０２のパイロット油がシャトル弁５１を介して油路４５２０Ｂに供給される。油路４５１０Ｂのパイロット油圧が油路５０２のパイロット油圧よりも高い場合、シャトル弁５１は、油路４５１０Ｂと油路４５２０Ｂとを接続し、油路５０２と油路４５２０Ｂとを接続しないように作動する。これにより、油路４５１０Ｂのパイロット油がシャトル弁５１を介して油路４５２０Ｂに供給される。

油路５０１に、油路５０１のパイロット油のパイロット油圧を検出する圧力センサ６８とが設けられている。油路５０１に、制御弁２７Ｃを通過する前のパイロット油が流れる。油路５０２に、制御弁２７Ｃを通過した後のパイロット油が流れる。制御弁２７Ｃは、介入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。

介入制御を実行しないとき、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、作業機コントローラ２６は、制御弁２７に対して制御信号を出力しない。例えば、作業機コントローラ２６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６４０が駆動されるように、制御弁２７０Ｂを全開にするとともに、制御弁２７Ｃで油路５０１を閉じる。

介入制御を実行するとき、作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ｃ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を制御する。例えば、ブーム６の移動を制限する介入制御を実行する場合、作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ｃによって調整されたパイロット油圧が、操作装置２５によって調整されるパイロット油圧よりも高くなるように、制御弁２７Ｃを制御する。これにより、制御弁２７Ｃからのパイロット油がシャトル弁５１を介して方向制御弁６４０に供給される。

バケット８が目標掘削地形Ｕに侵入しないように操作装置２５によりブーム６が高速で上げ動作される場合、介入制御は実行されない。ブーム６が高速で上げ動作されるように操作装置２５が操作され、その操作量に基づいてパイロット油圧が調整されることにより、操作装置２５の操作によって調整されるパイロット油圧は、制御弁２７Ｃによって調整されるパイロット油圧よりも高くなる。これにより、操作装置２５の操作によって調整されたパイロット油圧のパイロット油がシャトル弁５１を介して方向制御弁６４０に供給される。

ここで、作業機コントローラ２６がアーム７の掘削の制限を必要と判断した場合、作業機コントローラ２６より制御弁２７１Ｂに流量供給を絞る指令が出される。これにより、アームシリンダ１１へのレバー操作による油路４５２１Ｂへのパイロット油圧の供給が制限される。

［アームの制御（第１実施形態）］
図１９は、制限掘削制御（ブーム介入制御）が行われているときの作業機２の動作の一例を模式的に示す図である。上述のように、油圧システム３００は、ブーム６を駆動するためのブームシリンダ１０と、アーム７を駆動するためのアームシリンダ１１と、バケット８を駆動するためのバケットシリンダ１２とを有する。

図１９に示すように、バケット８による掘削作業において、ブーム６が上がり、アーム７が下がるように、油圧システム３００が作動する。掘削作業において、バケット８が目標掘削地形Ｕに侵入しないように、ブーム６の上げ動作を含む介入制御が実行される。

ブーム介入制御において、ブーム６が高速で移動できず、アーム７及びバケット８の動きに対して遅れてしまう可能性がある。掘削作業において、アーム７は下げ動作するため、重力作用（自重）により、ブーム６に比べて高速で移動可能である。ブーム６に対する介入制御により、ブーム６は上げ動作する。また、アームシリンダ１１には、アーム７の重量及びバケット８の重量に応じた負荷かかるのに対し、ブームシリンダ１０には、ブーム６の重量、アーム７の重量、及びバケット８の重量に応じた負荷がかかる。すなわち、ブームシリンダ１０にかかる負荷は、アームシリンダ１１にかかる負荷よりも大きい。ブームシリンダ１０は、その負荷に打ち勝って作動する必要がある。その結果、アーム７の移動に同期して、目標掘削地形Ｕに対するバケット８の侵入が抑制されるようにブーム６が適切に移動（上げ動作）することが困難となる可能性がある。また、ブーム６は油圧シリンダ（ブームシリンダ）１０によって駆動される。これにより、ブーム６がアーム７の移動に追従しきれない可能性がある。その結果、バケット８が目標掘削地形Ｕに侵入し、掘削精度が低下する可能性がある。

本実施形態においては、掘削作業時におけるブーム６とアーム７との動作条件（上げ動作か下げ動作か）の違い、及びブームシリンダ１０とアームシリンダ１１との負荷条件の違いなどを考慮して、ブーム６の上げ動作を含むブーム介入制御において、ブーム６の動きに合わせてアーム７が動くように、作業機コントローラ２６によるアーム７の制限制御が行われる。

図２０は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す機能ブロック図である。図２０に示すように、制御システム２００は、アーム７の駆動のために操作される操作装置２５と、操作装置２５の操作量ＭＡ（以下単にＭとする）を検出する検出装置７０と、作業機コントローラ２６とを有する。作業機コントローラ２６は、検出装置７０の検出結果に基づいて時間計測を開始するタイマー２６１と、アーム７の速度を制限するための制限操作量Ｍｒをタイマー２６１による時間計測の開始時点からの経過時間に対応付けて設定する制限値設定部２６２と、タイマー２６１による時間計測の開始時点から所定期間において、制限操作量Ｍｒでアーム７が駆動するように制御信号Ｎを生成し制御信号Ｎに基づきアーム制限速度Ｖｃ＿ａｍ＿ｌｍｔを出力するアーム制御部２６３と、記憶部２６４とを備えている。

本実施形態において、検出装置７０は、圧力センサ６６（６６１Ｂ）を含む。検出装置７０は、操作装置２５により調整されるパイロット油圧を検出することによって、操作装置２５の操作量Ｍを検出する。

アーム７の下げ動作の実行のために、オペレータにより操作装置２５が高速（急激）に操作された場合、アーム７の下げ速度に対するブーム６への上げ介入速度の遅れが発生しないように、作業機コントローラ２６は、操作装置２５の操作量（アーム操作量）Ｍを制限し、その制限された制限操作量Ｍｒでアーム７を駆動する。すなわち、本実施形態においては、ブーム介入制御において、ブーム６が上がり、アーム７が下がるときの少なくとも一部の期間において、アーム７は制限操作量Ｍｒで駆動される。これにより、アーム７の駆動のためにオペレータにより操作装置２５が高速で操作されても、アーム７は制限された速度（低速度）で移動するため、アーム７の下げ速度に対するブーム６への上げ介入速度の遅れてしまうブーム６の追従遅れの発生が抑制される。

制限操作量Ｍｒは、その制限操作量Ｍｒでアーム７が操作されたとしても、ブーム６の追従遅れの発生が抑制される値である。制限操作量Ｍｒは、実験又はシミュレーションにより予め求められ、作業機コントローラ２６のメモリ（記憶部）に記憶されている。

本実施形態においては、作業機コントローラ２６において、検出装置７０によって検出されるアーム操作量Ｍと、制限操作量Ｍｒとが比較される。アーム制御部２６３に対して、検出装置７０によって検出されるアーム操作量Ｍと、制限値設定部２６２からの制限操作量Ｍｒとが出力される。アーム制御部２６３は、比較部を含む。アーム制御部２６３の比較部は、アーム操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとを比較する。

アーム制御部２６３は、アーム操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとの比較結果に基づいて、アーム操作量Ｍ及び制限操作量Ｍｒのうち、小さい値の操作量を選択する。アーム制御部２６３は、アーム操作量Ｍ及び制限操作量Ｍｒのうち、選択された操作量でアーム７が駆動されるように、作業機制御部５７にアーム制限速度Ｖｃ＿ａｍ＿ｌｍｔを出力する。

以下の説明において、アーム７の下げ速度に対するブーム６への上げ介入速度の遅れが発生しないように、アーム７の動作（速度）を制限する制御を適宜、アーム速度制限制御、と称する。また、アーム操作量Ｍ及び制限操作量Ｍｒのうち、選択された操作量（小さい値の操作量）を適宜、操作量Ｍｆ、と称する。

図２１は、本実施形態に係る制御システム２００の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図２２、図２３、及び図２４は、本実施形態に係る制御システム２００の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。

掘削作業において、オペレータにより、操作装置２５が操作される（ステップＳＢ１）。オペレータは、アーム７の駆動のために、操作装置２５を操作する。アーム７が下げ動作を行うように、操作装置２５が操作される。

バケット８が目標掘削地形Ｕに侵入しないように、ブーム６に対する介入制御が開始される（ステップＳＢ２）。介入制御において、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形Ｕとバケット８の刃先８ａの位置を示す刃先位置データ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８の速度が制限される。介入制御は、ブーム６の上げ動作を含む。ブーム６に対する介入制御により、ブーム６は上げ動作する。

検出装置７０により、操作装置２５の操作量Ｍが検出される（ステップＳＢ３）。検出装置７０は、圧力センサ６６を含み、操作装置２５により調整されるパイロット油圧を検出することによって、操作装置２５の操作量Ｍを検出する。本実施形態においては、少なくとも、方向制御弁６４１に対するパイロット油圧（油路４５１のパイロット油圧）が圧力センサ６６１によって検出される。

検出装置７０（圧力センサ６６１）の検出値は、タイマー２６１に出力される。タイマー２６１は、検出装置７０の検出結果に基づいて、時間計測を開始する（ステップＳＢ４）。図２２、図２３、及び図２４において、時点ｔ０が、タイマー２６１による時間計測の開始時点である。

本実施形態の図２０において、タイマー２６１は、アーム７の駆動のための操作装置２５の操作の開始時に、時間計測を開始する。すなわち、時点ｔ０は、操作装置２５の操作の開始時点である。なお、タイマー２６１による時間計測の開始時点は、検出装置７０の検出値が閾値を超えた時点でもよい。閾値は、制限操作量Ｍｒの値でもよい。タイマー２６１による時間計測の開始時点は、検出装置７０の検出値の単位時間当たりの増加量（変化速度）が許容値を超えた時点でもよい。

制限値設定部２６２は、アーム７の速度（下げ速度）を制限するための制限操作量Ｍｒを、タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０からの経過時間に対応付けて設定する（ステップＳＢ５）。制限操作量Ｍｒは、その制限操作量Ｍｒでアーム７が操作されたとしても、ブーム６の追従遅れの発生が抑制される値である。制限操作量Ｍｒは、実験又はシミュレーションにより予め求められる。制限操作量Ｍｒは、タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０からの経過時間に対応付けて設定される。以下の説明において、時間に対応付けて設定された制限操作量Ｍｒを示すデータを適宜、リミットパターン、と称する。

図２２は、開始時点ｔ０からの経過時間と操作装置２５のアーム７の操作量Ｍとの関係を示す。図２３は、開始時点ｔ０からの経過時間と制限値設定部２６２によって設定された制限操作量Ｍｒとの関係を示す。すなわち、図２３は、リミットパターンを示す。図２４は、開始時点ｔ０からの経過時間とアーム７の操作量Ｍｆとの関係を示す。上述のように、開始時点ｔ０は、タイマー２６１による時間計測の開始時点である。図２２、図２３、及び図２４において、横軸は時間（経過時間）である。図２２において、縦軸は、アーム７の操作量Ｍ及びタイマー２６１のカウント値である。図２３において、縦軸は、制限操作量Ｍｒ及びタイマー２６１のカウント値である。図２４において、縦軸は、アーム７の操作量Ｍｆ及びタイマー２６１のカウント値である。

図２２において、開始時点ｔ０からの経過時間と操作装置２５のアーム７の操作量Ｍとの関係をラインＳ１で示す。図２３において、開始時点ｔ０からの経過時間と制限操作量Ｍｒとの関係（リミットパターン）をラインＳ２で示す。図２４において、開始時点ｔ０からの経過時間と操作量Ｍｆとの関係（リミットパターン）をラインＳｃで示す。ラインＬｔは、タイマー２６１によるカウント値を示す。なお、図２３において、ラインＳ２を実線で示し、ラインＳ１を点線で併記する。

本実施形態において、アーム７の操作量（Ｍ、Ｍｒ、Ｍｆ）は、アームシリンダ１１に接続された方向制御弁６４１に作用するパイロット油圧と相関する。本実施形態において、アーム７の操作量（Ｍ、Ｍｒ、Ｍｆ）の単位は、メガパスカル（ＭＰａ）である。操作量Ｍに対応するパイロット油圧は、操作装置２５によって調整される。制限操作量Ｍｒに対応するパイロット油圧は、アーム制御部２６３によって制御される制御弁２７１によって調整される。

操作量Ｍは、アームシリンダ１１に接続された方向制御弁６４０に作用するパイロット油圧を検出する圧力センサ６６１の検出値に相当する。圧力センサ６６１は、アームシリンダ１１を駆動するための操作装置２５の操作量Ｍに応じたパイロット油圧の検出値を出力する。

制限操作量Ｍｒは、アームシリンダ１１に接続された方向制御弁６４０に作用するパイロット油圧の目標値（制限値）に相当する。パイロット油圧と制限操作量Ｍｒとの相関関係は、予め求められ、作業機コントローラ２６の記憶部２６４に記憶されている。アーム制御部２６３は、アーム速度制限制御において、方向制御弁６４１に対して目標値のパイロット油圧が作用するように、制限操作量Ｍｒを決定し、その制限操作量Ｍｒに対応するパイロット油圧が得られるように、制御信号Ｎを生成する。

操作量Ｍｆは、アームシリンダ１１に接続された方向制御弁６４０に作用するパイロット油圧を検出する圧力センサ６７１の検出値に相当する。上述のように、操作量Ｍｆは、操作量Ｍ及び制限操作量Ｍｒのうち小さい方の操作量である。操作量Ｍが制限操作量Ｍｒよりも小さいとき、アーム制御部２６３は、制御信号Ｎを生成しない。操作量Ｍが制限操作量Ｍｒよりも小さいとき、制御弁２７１は全開しており、操作量Ｍに基づくパイロット油圧が方向制御弁６４１に作用する。操作量Ｍが制限操作量Ｍｒよりも大きいとき、制限操作量Ｍｒに基づいてアーム速度制限制御が実行されるように、アーム制御部２６３は、制御弁２７１に制御信号Ｎを生成する。操作量Ｍが制限操作量Ｍｒよりも大きいとき、制御弁２７１によって調整された、制限操作量Ｍｒに基づくパイロット油圧が方向制御弁６４１に作用する。

図２２は、操作量Ｍのプロファイルの一例を示す。操作量ＭのプロファイルをラインＳ１で示す。図２２に示すように、時点ｔｏにおいて、アーム７を駆動するために、オペレータによって操作装置２５が操作される。タイマー２６１は、時間計測を開始する。本実施形態においては、一例として、図２２のラインＳ１で示すように、オペレータによって、操作量Ｍが零から値Ｍ３に急激に上昇するように、操作装置２５が操作された場合を想定する。操作量Ｍは、値Ｍ３に到達した後、ある期間だけ値Ｍ３を維持し、その後、零になるまで下降する。アーム速度制限制御が実行されない場合、操作量Ｍ（Ｍｆ）は、図２２のラインＳ１で示すプロファイルとなる。この場合、アーム７の下げ速度に対するブーム６への上げ介入速度の遅れが発生する可能性がある。

図２３は、制限操作量Ｍｒのプロファイルの一例を示す。制限操作量ＭｒのプロファイルをラインＳ２で示す。上述のように、制限操作量Ｍｒは、ブーム６への上げ介入速度の遅れが発生しないように予め定められている操作量である。ここで操作量Ｍが値Ｍ１を超えた場合、制限操作量Ｍｒが発生する様に値Ｍ１を下限のしきい値として設定する。制限操作量Ｍｒは、操作量Ｍよりも小さい。本実施形態においては、タイマー２６１による時間計測が行われる所定期間Ｔｓにおいて、制限操作量Ｍｒよりも大きい操作量Ｍでアーム７が操作されないように、アーム７の駆動が制御される。本実施形態において、所定期間Ｔｓは、時点ｔ０と時点ｔ１との間の期間である。

図２３に示すように、オペレータによる操作が行われた時点ｔ０において操作量Ｍが値Ｍ１を超える為、制限操作量Ｍｒは零から値Ｍ２まで上昇する。すなわち、開始時点ｔ０近傍において、制限操作量Ｍｒは、値Ｍ２である。値Ｍ２は、値Ｍ３よりも小さい値である。制限操作量Ｍｒは、値Ｍ２に到達した後、ある期間だけ値Ｍ２を維持し、その後、徐々に増大し、終了時点ｔ１において、値Ｍ３に到達する。その後、制限操作量Ｍｒは、値Ｍ３を維持した後、オペレータの操作に基づく操作量Ｍが値Ｍ１を下回った時点で零になるまで下降する。このように、時点ｔ０から時点ｔ１までの所定期間Ｔｓにおいては、制限操作量Ｍｒは、操作量Ｍよりも小さくなるように設定される。図２３に示すリミットパターンＳ２の始点である時点ｔ０の値は、値Ｍ２であり、リミットパターンＳ２の終点である時点ｔ１の値は、値Ｍ３である。時点ｔ１の経過後、制限操作量Ｍｒは、操作量Ｍと一致する。このように、本実施形態において、所定期間Ｔｓの前半における制限操作量Ｍｒは、所定期間Ｔｓの後半における制限操作量Ｍｒよりも小さい。

本実施形態において、アーム制御部２６３は、操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとを比較し、小さい方の操作量を選択し、選択した操作量Ｍｆに基づいて、制御信号Ｎを生成する。本実施形態においては、図２２及び図２３を参照して説明したように、時点ｔ０から時点ｔ１までの所定期間Ｔｓにおいては、制限操作量Ｍｒのほうが操作量Ｍよりも小さい。したがって、時点ｔ０から時点ｔ１までの所定期間においては、アーム制御部２６３は、制限操作量Ｍｒに基づいてアーム７が駆動されるように、制御信号Ｎを生成する。

時点ｔ１を経過した後においては、制限操作量Ｍｒは、値Ｍ３に設定されている。本実施形態において、時点ｔ１の経過後においては、制限操作量Ｍｒと操作量Ｍとは等しい。本実施形態において、アーム制御部２６３は、操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとを比較し、操作量Ｍを選択する。本実施形態においては、時点ｔ１において、アーム速度制限制御が終了する。すなわち、本実施形態において、制限操作量Ｍｒに基づくアーム７の駆動（アーム速度制限制御）は、タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０において開始され、開示時点ｔ０から所定期間Ｔｓ経過後の終了時点ｔ１において終了する。タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０から所定期間Ｔｓ経過後、制限操作量Ｍｒに基づく駆動が解除される。

図２４は、操作量Ｍｆのプロファイルの一例を示す。操作量ＭｆのプロファイルをラインＳｃで示す。図２４に示すように、時点ｔ０から時点ｔ１までの所定期間Ｔｓにおいては、ラインＳｃで示すように、制限操作量Ｍｒに従って、パイロット油圧が調整され、アーム７が操作される。所定期間Ｔｓの経過後においては、ラインＳｃで示すように、操作量Ｍに従って、パイロット油圧が調整され、アーム７が操作される。

すなわち、本実施形態においては、図２４のラインＳｃに沿って変化するように、アーム７の操作量Ｍｆのプロファイルが定められる。具体的には、時点ｔ０において操作装置２５による操作が開始されることにより、操作量Ｍｆは、零から値Ｍ２まで急激に増大し、ある期間、値Ｍ２を維持される。その後、操作量Ｍｆは、徐々に増大し、時点ｔ１において値Ｍ３に到達する。時点ｔ１の経過後、ある期間、値Ｍ３を維持され、その後、零に減少する。

アーム制御部２６３は、タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０からの所定期間Ｔｓにおいて、制限操作量Ｍｒでアーム７が駆動されるように、制御信号Ｎを生成する（ステップＳＢ６）。すなわち、アーム制御部２６３は、所定期間Ｔｓにおいては、制限操作量Ｍｒのプロファイルに従ってアーム７が駆動するように、アーム７を駆動するための制御信号Ｎを生成する。

アーム制御部２６３は、所定期間Ｔｓにおいては、制限操作量Ｍｒでアーム７が駆動するように制御信号Ｎを生成し、制限操作量Ｍｒに基づく駆動が解除された所定期間Ｔｓ経過後においては、操作量Ｍでアーム７が駆動するように、制御信号Ｎの生成を停止する。すなわち、所定期間Ｔｓにおいてはアーム７が低速で移動し、所定期間Ｔｓ経過後においてはアーム７が高速で移動するように、アーム制御部２６３は制御信号Ｎを生成する。

アーム制御部２６３で生成された制御信号Ｎに基づきアーム制限速度Ｖｃ＿ａｍ＿ｌｍｔが出力され、アーム制限速度Ｖｃ＿ａｍ＿ｌｍｔに基づくアーム操作指令ＣＡがアームシリンダ１１に接続された制御弁２７に出力される。制御弁２７は、制御信号Ｎに基づいて、アームシリンダ１１に供給される作動油の供給量が調整（制限）されるように、パイロット油圧を調整（制限）する。アームシリンダ１１に供給される作動油の供給量が制限されることにより、シリンダ速度が調整され、アーム７の速度が制限される。アーム制御部２６３は、アーム７の下げ動作において、そのアーム７の速度（下げ速度）が抑制される。尚、本実施形態ではアーム７の速度制限を所定期間Ｔｓで行う事としているが、所定期間Ｔｓを設けない実施でも掘削精度の低下を抑制する効果を得ることが出来る。

［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、ブーム６とアーム７とバケット８とを含む作業機２を備える建設機械１００の制御システム２００は、作業機２の姿勢を検出する検出器として機能する第１，第２，第３シリンダストロークセンサ１６，１７，１８と、アーム７及びバケット８の少なくとも一方を含む可動部材の駆動のために操作される操作装置２５と、操作装置２５の操作量Ｍを検出する検出装置７０と、作業機２を駆動する油圧シリンダ１０，１１，１２に供給される作動油の供給量を調整する制御弁２７と、検出装置７０の検出結果を取得して、制御弁２７に制御信号を出力する制御装置として機能する作業機コントローラ２６とを備える。

作業機コントローラ２６は、第１，第２，第３シリンダストロークセンサ１６，１７，１８の検出結果であるシリンダ姿勢データθ１，θ２，θ３に基づいて、バケット８の３次元位置を示す刃先位置データ（バケット位置データ)Ｓを生成するバケット位置データ生成部２８Ｂと、作業機２による掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形Ｕを取得して、刃先位置データＳと目標掘削地形Ｕとに基づいて、バケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕとの距離ｄを算出する距離取得部５３と、検出装置７０の検出結果に基づいて、時間計測を開始するタイマー２６１と、タイマー２６１による時間計測の開始時点からの経過時間に基づいて、可動部材の速度を制限するための制限操作量Ｍｒを設定する制限値設定部２６２と、検出装置７０の検出結果に基づいて、バケット８による掘削作業において、ブーム６が上がり、アーム７が下がるように操作装置２５の操作が開始されたときに、制限操作量Ｍｒでアーム７が駆動するように制御弁２７１に制御信号Ｎを出力する可動部材制御部２６３と、を有する。

これにより、操作装置２５による操作指令に対する油圧生成遅れがおきてもバケット８の落ち込みが抑制され、バケット８が目標掘削地形Ｕを超過することが抑制される。したがって、掘削精度の低下が抑制される。

また、本実施形態においては、掘り込み作業を判定し、掘り込み開始時にアーム７の動作が制限される。アーム７の動作が制限されるタイミングが、掘り込み開始時に限定されるので、建設機械１００の作業量の低下が抑制される。これにより、制御システム２００は、建設機械１００の作業量の低下の抑制及び刃先８ａの落ち込みの抑制の両立を図ることができる。

また、本実施形態においては、制限値設定部２６２は、タイマー２６１による時間計測の開始時点からの経過時間が長いほど制限操作量Ｍｒが大きくなるように、すなわち、経過時間が長くなるほど、アーム７の動作の制限が緩和されるように、制限操作量Ｍｒを設定する。掘り込み開始時においてはアーム７の動作を十分に制限し、その後、徐々にアーム７の動作の制限を緩和していくことで、刃先８ａを目標掘削地形Ｕに沿って移動させることができる。

また、本実施形態によれば、ブーム６の介入制御（掘削制限制御）において、アーム７の速度を制限するようにしたので、アーム７の掘削操作に対するブーム６の上げ介入速度の遅れが抑制される。したがって、掘削精度の低下が抑制される。

更に、本実施形態においては、タイマー２６１により時間計測を行い、タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０から所定期間Ｔｓだけ、アーム７の駆動が制限される。これにより、制御の複雑化を招くことなく、掘削精度の低下が抑制される。また、所定期間Ｔｓの経過後は、オペレータによる操作に基づいてアーム７が駆動されるため、作業性の低下が抑制される。

本実施形態においては、タイマー２６１の時間計測の開始時点（アーム７の駆動制限の開始時点）ｔ０は、操作装置２５の操作の開始時点、検出装置７０の検出値が閾値を超えた時点、及び検出装置７０の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超えた時点の少なくとも一つを含む。これにより、アーム７の掘削操作に対するブーム６の上げ介入速度の遅れが発生し易い期間において、アーム７の駆動制限を円滑に実行することができる。

本実施形態においては、タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０から所定期間Ｔｓ経過後、制限操作量Ｍｒに基づく駆動が解除される。これにより、操作装置２５によるアーム操作量Ｍに基づいて、通常の作業をことができる。

本実施形態においては、所定期間Ｔｓの前半における制限操作量Ｍｒは、後半における制限操作量Ｍｒよりも小さい。所定期間Ｔｓの前半においては、アーム７に対する制限を厳しくすることによって、ブーム６の追従遅れの発生が抑制される。所定期間Ｔｓの後半においては、アーム７に対する制限を緩めることによって、作業効率の低下が抑制される。

本実施形態においては、ブーム６が上がり、アーム７が下がるときの少なくとも一部の期間において、アーム７は制限操作量Ｍｒで駆動される。これにより、アーム７の駆動のためにオペレータにより操作装置２５が高速で操作されても、アーム７は制限された速度（低速度）で移動するため、アーム７の掘削操作に対するブーム６の上げ介入速度の遅れが抑制される。

本実施形態においては、アーム速度制限制御において、制御信号Ｎにより、パイロット油圧を調整して、アームシリンダ１１に対する作動油の供給量の調整を高速で精確に行うことができる。

なお、本実施形態においては、ブーム介入制御においてブーム６の追従遅れの抑制などのためにアーム７の動きを制限することとした。ブーム介入制御においてバケット８の動きが制限されてもよい。すなわち、上述の実施形態において、バケット８の駆動のために操作装置２５が操作され、その操作装置２５の操作量が検出装置７０（圧力センサ６６２）によって検出され、その検出装置７０の検出結果に基づいてタイマー２６１による時間計測が開始され、バケット８の速度を制限するための制限操作量がタイマー２６１による時間計測の開始時点からの経過時間に対応付けて設定され、タイマー２６１による時間計測の開始時点からの所定期間において、制限制御量でバケット８が駆動するようにバケット制御部を設け、バケット制御部から制御信号が出力されてもよい。以下の実施形態においても同様である。

なお、介入制御においてアーム７及びバケット８の両方の動きが制限されてもよい。以下の実施形態においても同様である。

［アームの制御（第２実施形態）］
次に、アーム７（又はバケット８）の制御の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図２５は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す模式図である。図２６、図２７、及び図２８は、本実施形態に係る制御システム２００の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。

図２５に示すように、制御システム２００は、作動油を供給する可変容量型の油圧ポンプ（メイン油圧ポンプ）４１と、油圧ポンプ４１からの作動油が供給される方向制御弁６４１（６４）と、方向制御弁６４１を介して油圧ポンプ４１から供給された作動油によって駆動するアームシリンダ１１と、油圧ポンプ４１を制御するポンプコントローラ（ポンプ制御部）４９と、モード設定部２６Ｍと、作業機コントローラ２６とを備えている。ポンプコントローラ４９は、作業機コントローラ２６と接続される。ポンプコントローラ４９は、ポンプ斜板制御装置４１Ｃに制御信号を出力して、油圧ポンプ４１のポンプ斜板を制御する。

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と接続される。マンマシンインターフェース部３２にはモード設定部２６Ｍが備えられる。モード設定部２６Ｍは、オペレータの操作に基づき油圧ショベル１００の作業モードを設定する。本実施形態においては、モード設定部２６Ｍは、第１作業モードに関する情報と第２作業モードに関する情報とを格納する。モード設定部はスイッチ等を別途設けられてもよい。

本実施形態において、制御システム２００は、第１作業モードと第２作業モードとで油圧ショベル１００を制御する。第１作業モードは、作業効率優先モード（Ｐモード）である。第２作業モードは、省燃費モード（エコノミ―モード）である。第２作業モードにおいて、第２の最大吐出容量となる油圧ポンプ４１からの作動油の最大吐出容量は第１作業モードにおける第１の最大吐出容量となる油圧ポンプ４１からの作動油の最大吐出容量よりも小さい最大吐出容量に作動油の供給が制限される。

本実施形態においては、第１作業モードにおける制限操作量（第１作業モード用制限操作量）Ｍｒと、第２作業モードにおける制限操作量（第２作業モード用制限操作量）Ｍｒとの両方が、予め定められ、作業機コントローラ２６の記憶部２６４（図２５では不図示）に記憶されている。作業機コントローラ２６は、第１作業モードで油圧ショベル１００を制御する場合、第１作業モードにおける制限操作量Ｍｒを使って、アーム速度制限制御を行う。作業機コントローラ２６は、第２作業モードで油圧ショベル１００を制御する場合、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒを使って、アーム速度制限制御を行う。

図２６は、第１作業モード（Ｐモード）についての開始時点ｔ０からの経過時間と制限値設定部２６２によって設定された制限操作量Ｍｒとの関係を示す。第１作業モードにおける制限操作量ＭｒのプロファイルをラインＳ２で示す。図２６に、開始時点ｔ０からの経過時間と操作装置２５のアーム７の操作量Ｍとの関係を併記する。操作量ＭのプロファイルをラインＳ１で示す。図２６において、横軸は時間（経過時間）であり、縦軸はアーム７の操作量（Ｍ、Ｍｒ）及びタイマー２６１のカウント値である。

図２７は、第２作業モード（エコノミーモード）についての開始時点ｔ０からの経過時間と制限値設定部２６２によって設定された制限操作量Ｍｒとの関係を示す。第２作業モードにおける制限操作量ＭｒのプロファイルをラインＳ３で示す。図２７に、第１作業モードにおける制限操作量ＭｒのプロファイルをラインＳ２で併記する。図２７において、横軸は時間（経過時間）であり、縦軸はアーム７の操作量（Ｍｒ）及びタイマー２６１のカウント値である。

図２８は、一例として、第２作業モードにおける開始時点ｔ０からの経過時間とアーム７の操作量Ｍｆとの関係を示す。図２８において、横軸は時間（経過時間）であり、縦軸はアーム７の操作量（Ｍｆ）及びタイマー２６１のカウント値である。

上述の実施形態と同様、図２６のラインＳ１で示すように、オペレータによって、操作量Ｍが零から値Ｍ３に急激に上昇するように、操作装置２５が操作された場合を想定する。操作量Ｍは、値Ｍ３に到達した後、ある期間だけ値Ｍ３を維持し、その後、零になるまで下降する。アーム速度制限制御が実行されない場合、操作量Ｍ（Ｍｆ）は、図２６のラインＳ１で示すプロファイルとなる。この場合、アーム７の掘削操作に対するブーム６の上げ介入速度の遅れが発生する可能性がある。

図２６のラインＳ２は、第１作業モードにおける制限操作量Ｍｒのプロファイルの一例を示す。図２６に示す第１作業モードにおける制限操作量Ｍｒのプロファイル（リミットパターン）は、図２３を参照して説明した制限操作量Ｍｒのプロファイルと同等である。第１作業モードにおける制限操作量Ｍｒのプロファイルについての説明は省略する。

図２７は、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒのプロファイルの一例を示す。第２作業モードにおける制限操作量ＭｒのプロファイルをラインＳ３で示す。第１作業モードにおける制限操作量Ｍｒと同様、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒは、ブーム６の追従遅れが発生しないように予め定められている操作量である。第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒは、第１作業モードにおける制限操作量Ｍｒ及び操作量Ｍよりも小さい。

第１作業モードにおいては、タイマー２６１による時間計測が行われる所定期間Ｔｓにおいて、ラインＳ２で示した制限操作量Ｍｒよりも大きい操作量Ｍでアーム７が操作されないように、アーム７の駆動が制御される。

第２作業モードにおいては、タイマー２６１による時間計測が行われる所定期間Ｔｓにおいて、ラインＳ３で示した制限操作量Ｍｒよりも大きい操作量Ｍでアーム７が操作されないように、アーム７の駆動が制御される。

所定期間Ｔｓは、時点ｔ０と時点ｔ１との間の期間である。

図２７に示すように、時点ｔ０において、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒは零であり、零から値Ｍ２ｕまで上昇する。値Ｍ２ｕは、零よりも大きく、値Ｍ２よりも小さい。すなわち、開始時点ｔ０近傍において、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒは、値Ｍ２ｕである。第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒは、値Ｍ２ｕに到達した後、ある期間だけ値Ｍ２ｕを維持し、その後、徐々に増大し、終了時点ｔ１において、値Ｍ３に到達する。その後、制限操作量Ｍｒは、値Ｍ３を維持した後、零になるまで下降する。このように、時点ｔ０から時点ｔ１までの所定期間Ｔｓにおいては、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒは、第１作業モードにおける制限操作量Ｍｒ及び操作量Ｍよりも小さくなるように設定される。図２７に示すリミットパターンＳ３の始点である時点ｔ０の値は、値Ｍ２ｕであり、リミットパターンＳ２の終点である時点ｔ１の値は、値Ｍ３である。時点ｔ１の経過後、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒは、操作量Ｍと一致する。第１作業モードと同様、第２作業モードにおいても、所定期間Ｔｓの前半における制限操作量Ｍｒは、所定期間Ｔｓの後半における制限操作量Ｍｒよりも小さい。

本実施形態において、アーム制御部２６３は、操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとを比較し、小さい方の操作量を選択し、選択した操作量Ｍｆに基づいて、制御信号Ｎを生成する。本実施形態においても、時点ｔ０から時点ｔ１までの所定期間Ｔｓにおいては、制限操作量Ｍｒのほうが操作量Ｍよりも小さい。したがって、時点ｔ０から時点ｔ１までの所定期間においては、アーム制御部２６３は、制限操作量Ｍｒに基づいてアーム７が駆動されるように、制御信号Ｎを生成する。

本実施形態においては、第１作業モードにおいては、アーム制御部２６３は、図２６のラインＳ２で示した、第１作業モード用の制限操作量Ｍｒに基づいてアーム７が駆動されるように、制御弁２７１に制御信号Ｎを出力する。第２作業モードにおいては、アーム制御部２６３は、図２７のラインＳ３で示した、第２作業モード用の制限操作量Ｍｒに基づいてアーム７が駆動されるように、制御信号Ｎを生成する。

時点ｔ１を経過した後においては、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒは、値Ｍ３に設定されている。時点ｔ１の経過後においては、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒと操作量Ｍとは等しい。上述の実施形態と同様、アーム制御部２６３は、操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとを比較し、操作量Ｍを選択する。本実施形態においては、時点ｔ１において、アーム速度制限制御が終了する。すなわち、本実施形態において、制限操作量Ｍｒに基づくアーム７の駆動（アーム速度制限制御）は、タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０において開始され、開示時点ｔ０から所定期間Ｔｓ経過後の終了時点ｔ１において終了する。タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０から所定期間Ｔｓ経過後、制限操作量Ｍｒに基づく駆動が解除される。

図２８は、第２作業モードにおける操作量Ｍｆのプロファイルの一例を示す。第２作業モードにおける操作量ＭｆのプロファイルをラインＳｃで示す。図２８に示すように、時点ｔ０から時点ｔ１までの所定期間Ｔｓにおいては、ラインＳｃで示すように、第２作業モード用の制限操作量Ｍｒに従って、パイロット油圧が調整され、アーム７が操作される。所定期間Ｔｓの経過後においては、ラインＳｃで示すように、操作量Ｍに従って、パイロット油圧が調整され、アーム７が操作される。

すなわち、本実施形態においては、図２８のラインＳｃに沿って変化するように、アーム７の操作量Ｍｆのプロファイルが定められる。具体的には、時点ｔ０において操作装置２５による操作が開始されることにより、操作量Ｍｆは、零から値Ｍ２ｕまで急激に増大し、ある期間、値Ｍ２ｕを維持される。その後、操作量Ｍｆは、徐々に増大し、時点ｔ１において値Ｍ３に到達する。時点ｔ１の経過後、ある期間、値Ｍ３を維持され、その後、零に減少する。

アーム制御部２６３は、タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０からの所定期間Ｔｓにおいて、第２作業モード用の制限操作量Ｍｒでアーム７が駆動されるように、制御信号Ｎを生成する。

アーム制御部２６３は、所定期間Ｔｓにおいては、第２作業モード用の制限操作量Ｍｒでアーム７が駆動するように制御信号Ｎを生成し、第２作業モード用の制限操作量Ｍｒに基づく駆動が解除された所定期間Ｔｓ経過後においては、操作量Ｍでアーム７が駆動するように、制御信号Ｎの生成を停止する。これにより、本実施形態においても、所定期間Ｔｓにおいてはアーム７が低速で移動し、所定期間Ｔｓ経過後においてはアーム７が高速で移動する。

［効果］
以上説明したように、本実施形態においては、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒは、第１作業モードにおける制限操作量Ｍｒよりも小さい。

第２作業モードは、省燃費化の観点から第１作業モードよりも有利である。一方、第２作業モードにおいては、油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量が低下する。そのため、第２作業モードでは、ブーム６及びアーム７は高速で移動することが、第１作業モードよりも更に困難となる。また、ブーム６への上げ介入の速度遅れが発生する可能性が高くなる。

本実施形態においては、第２作業モードにおける制限操作量Ｍｒは、第１作業モードにおける制限操作量Ｍｒよりも小さい。すなわち、第２作業モードにおいては、第１作業モードに比べて、アーム７の動きをより厳しく制限する。これにより、ブームへの上げ介入の速度遅れの発生が抑制される。したがって、掘削精度の低下が抑制される。

［アームの制御（第３実施形態）］
次に、アーム７（又はバケット８）の制御の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図２５に示す本実施形態において、バケット８は、交換可能である。アーム７の先端には、種々のバケット８が接続される。

アーム７の先端に、第１重量のバケット８が接続された状態においては、例えば図２７を参照して説明したような、ラインＳ３で示されるリミットパターンが設定される。具体的に表示コントローラ２６はバケットの種類が選択された時選択した種別を作業機コントローラ２６へ送信する。作業機コントローラ２６はバケットの種類に対応するリミットパターンを選択する。アーム７の先端に、第１重量よりも小さい第２重量のバケット８が接続された状態においては、例えば図２６を参照して説明したような、ラインＳ２で示されるリミットパターンが設定される。すなわち、アーム７を介してブーム６に第１重量のバケット８が接続されたときの制限操作量Ｍｒは、アーム７を介してブーム６に第１重量よりも小さい第２重量のバケット８が接続されたときの制限操作量Ｍｒよりも小さい。

アーム７を介してブーム６に重たいバケット８が接続された場合、ブーム６の追従遅れが発生する可能性が高くなる。一方、アーム７を介してブーム６に軽いバケット８が接続された場合、アーム７の動きを過剰に制限すると、作業性が低下する。

［効果］
以上説明したように、本実施形態においては、第１重量のバケット８が接続されたときの制限操作量Ｍｒは、第２重量のバケット８が接続されたときの制限操作量Ｍｒよりも小さい。これにより、作業性の低下を抑止しつつ、ブーム６の追従遅れの発生を抑制できる。

［アームの制御（第４実施形態）］
次に、アーム７（又はバケット８）の制御の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

本実施形態においては、操作装置２５の操作の途中において、検出装置７０の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超える例について説明する。

図２９は、操作量Ｍ及び制限操作量Ｍｒの一例を示す図である。上述の実施形態と同様、操作装置２５の操作量Ｍは、検出装置７０（圧力センサ６６１）の検出結果から導出される。検出装置７０の検出結果から導出された操作量Ｍと、予め用意され記憶部２６４に記憶されている制限操作量Ｍｒ（リミットパターン）とが比較され、操作量Ｍが制限操作量Ｍｒよりも小さいとき、アーム７は、操作装置２５の操作量Ｍに基づいて作動する。

制限操作量Ｍｒを超えないように操作装置２５が操作されている状態で、図２９に示すように、操作量Ｍが急激に増大し、制限操作量Ｍｒを超えるように、操作装置２５が急激に操作される場合がある。その場合、操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとを比較し、制限操作量Ｍｒに基づいてアーム７の速度を制限しようとしても、アーム７の速度が十分に制限されない可能性がある。

そこで、本実施形態においては、作業機コントローラ２６は、操作装置２５の操作中に、操作量Ｍが急激に増大したとき、タイマー２６１による時間計測を開始（再開始）し、制限操作量Ｍｒの一部を変更して、アーム速度制限制御を行うこととする。

本実施形態において、操作量Ｍが急激に増大することは、単位時間当たりの操作量Ｍの増加量が許容値を超えたことを含む。本実施形態において、操作量Ｍは、検出装置７０の検出結果から導出される。操作量Ｍが急激に増大することは、検出装置７０（圧力センサ６６１）の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超えたことを含む。

本実施形態においては、検出装置７０の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値をこえたときに、作業機コントローラ２６は、タイマー２６１による時間計測を再開始し、制限操作量Ｍｒの一部を変更して、アーム速度制限制御を行うこととする。

本実施形態において、検出装置７０（圧力センサ６６１）の検出値の増加量は、検出装置７０で検出される操作装置２５の操作量Ｍと、ローパスフィルタ処理により操作量Ｍから生成された処理量Ｒとの差（偏差）であることとする。

図３０は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す図である。図３０に示すように、検出装置７０の検出値（操作装置２５の操作量Ｍ）が、作業機コントローラ２６に出力される。また、検出装置７０の検出値が、フィルタ装置７１に出力される。フィルタ装置７１は、１次のローパスフィルタ処理を実行可能である。フィルタ装置７１は、検出装置７０の検出値について１次のローパスフィルタ処理を行い、処理量Ｒを生成する。作業機コントローラ２６は、操作量Ｍと処理量Ｒとの偏差を求める。

図３１は、操作装置２５が急激に（高速に）操作されたときの操作量Ｍと処理量Ｒとの関係を示す模式図である。図３１に示すように、操作装置２５が急激に操作され、操作量Ｍがステップ的に増大した場合、操作量Ｍと処理量Ｒとの偏差は大きい。

図３２は、操作装置２５が緩やかに（低速に）操作されたときの操作量Ｍと処理量Ｒとの関係を示す模式図である。図３２に示すように、操作装置２５が緩やかに操作され、操作量Ｍが緩やかに増大した場合、操作量Ｍと処理量Ｒとの偏差は小さい。

本実施形態においては、掘削作業のためのアーム７の駆動のために操作装置２５が操作されている場合において、その操作装置２５の操作の途中において、操作量Ｍと処理量Ｒとの偏差が許容値を超えたとき、タイマー２６１の時間計測が開始（再開始）される。

図３３は、本実施形態に係る制御システム２００の動作の一例を示すフローチャートである。図３４、図３５、及び図３６は、本実施形態に係る制御システム２００の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。図３４、図３５、及び図３６において、横軸は時間であり、縦軸は、アーム７の操作量（Ｍ、Ｍｒ、Ｍｆ）及びタイマーのカウント値である。

上述の実施形態と同様、操作装置２５でアーム７の操作が開始されると、タイマー２６１による時間計測が開始される（ステップＳＣ１）。バケット８による掘削作業のためにアーム７が下げ動作されたとき、目標設計地形Ｕと刃先８ａとの距離ｄに応じて、ブーム６の上げ動作を含むブーム介入制御が実行される（ステップＳＣ２）。

検出装置７０（圧力センサ６６１）により、アーム７を駆動するための操作装置２５の操作量Ｍが検出される（ステップＳＣ３）。

上述の実施形態と同様、操作量Ｍの検出結果は、アーム制御部２６３の比較部に出力される。また、制限値設定部２６２から制限操作量Ｍｒに関する情報がアーム制御部２６３の比較部に出力される。アーム制御部２６３は、上述の実施形態に従って、操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとを比較する（ステップＳＣ４）。

ステップＳＣ４において、操作量Ｍが制限操作量Ｍｒよりも大きいと判断した場合、すなわち、ステップＳＣ４でＹｅｓの場合、アーム制御部２６３は、制限操作量Ｍｒを選択し、操作量Ｍｆとする。アーム制御部２６３は、選択した制限操作量Ｍｒに基づいて、制御信号Ｎを生成する。これにより、制限操作量Ｍｒに基づいて、アーム速度制限制御が行われる（ステップＳＣ５）。

ステップＳＣ４において、操作量Ｍが制限操作量Ｍｒ以下である判断した場合、すなわち、ステップＳＣ４でＮｏの場合、アーム制御部２６３は、操作量Ｍを選択し、操作量Ｍｆとする。アーム制御部２６３は、制御信号Ｎを生成しない。操作装置２５の操作量Ｍに基づいてパイロット油圧が調整され、アーム７が駆動される（ステップＳＣ６）。

図３４は、本実施形態に係る操作量Ｍのプロファイルの一例を示す。操作量ＭのプロファイルをラインＳ１で示す。図３４に示すように、時点ｔｏにおいて、アーム７を駆動するために、オペレータによって操作装置２５が操作される。タイマー２６１は、時間計測を開始する。本実施形態においては、一例として、図３４のラインＳ１で示すように、オペレータによって、操作量Ｍが零から値Ｍ１ｕに上昇するように、操作装置２５が操作された場合を想定する。

値Ｍ１ｕは、制限操作量Ｍｒが発生する操作量の下限値Ｍ１及び制限操作量Ｍｒの値Ｍ２よりも小さい。操作量Ｍは、値Ｍ１ｕに到達した後、ある期間だけ値Ｍ１ｕを維持する。本実施形態においては、時点ｔ０から時点ｔ０ｎまでの期間において、操作量Ｍが値Ｍ１ｕに維持されることとする。

図３４に、制限操作量ＭｒのプロファイルをラインＳ２で示す。ラインＳ２で示す制限操作量Ｍｒは、図２３などを参照して説明した制限操作量Ｍｒと同様である。ラインＳ２で示す制限操作量Ｍｒについての詳細な説明は省略する。

時点ｔ０において、ラインＳ２で示す制限操作量Ｍｒは、値Ｍ２を示す。時点ｔ０から時点ｔ０ｎまでの期間において、制限操作量Ｍｒは、値Ｍ２又は値Ｍ２よりも大きい。すなわち、図３４に示す例において、時点ｔ０から時点ｔ０ｎにおいては、操作量Ｍは、ラインＳ２で示す制限操作量Ｍｒを超えない。そのため、アーム７は、操作装置２５の操作量Ｍに基づいて駆動される。

ラインＳ２で示した制限操作量Ｍｒを超えないように操作装置２５が操作され、操作量Ｍに基づいてアーム７が駆動されている状態において、図３４のラインＳ１で示したように、操作量Ｍが急激に増大し、ラインＳ２で示した制限操作量Ｍｒを超えるように、操作装置２５が急激に操作される場合がある。

本実施形態においては、図３４に示すように、操作装置２５の操作の途中の時点ｔ０ｎにおいて、操作装置２５が急激に操作され、操作量Ｍが急激に増大することとする。図３４に示すように、本実施形態においては、時点ｔ０ｎにおいて、操作量Ｍが値Ｍ１ｕから値Ｍ３ｖに急激に増大することとする。値Ｍ３ｖは、値Ｍ３よりも大きい。

上述のように、本実施形態において、検出装置７０（圧力センサ６６１）の検出値の増加量は、検出装置７０で検出される操作装置２５の操作量Ｍと、ローパスフィルタ処理により操作量Ｍから生成された処理量Ｒとの差（偏差）であることとする。操作量Ｍが急激に増大した場合、その操作量Ｍの変化は検出装置７０に検出される（ステップＳＣ７）。検出装置７０の検出結果は、作業機コントローラ２６の判定部に出力される。作業機コントローラ２６の判定部は、操作量Ｍと処理量Ｒとの偏差が許容値を超えたか否かを判断する（ステップＳＣ８）。

ステップＳＣ８において、偏差が許容値以下であと判断された場合、すなわち、ステップＳＣ８でＮｏの場合、作業機コントローラ２６は、ステップＳＣ４に戻って、増大後の操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとの比較を行い、上述の処理を実行する。

ステップＳＣ８において、偏差が許容値を超えたと判断された場合、すなわち、ステップＳＣ８でＹｅｓの場合、作業機コントローラ２６は、時点ｔ０からの時間計測をリセットした後、タイマー２６１による時間計測を開始（再開始）する（ステップＳＣ９）。

また、制限値設定部２６２は、時間計測のリセットとともに、ラインＳ２で示した制限操作量Ｍｒをリセットし、タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０ｎからの経過時間に対応付けて、制限操作量Ｍｒを設定（再設定）する。

図３５は、再設定された制限操作量Ｍｒのプロファイルの一例を示す。再設定された制限操作量ＭｒのプロファイルをラインＳ４で示す。制限操作量Ｍｒは、ブーム６の追従遅れが発生しないように予め定められている操作量である。制限操作量Ｍｒは、図３４のラインＳ１で示した操作量Ｍよりも小さい。

時点ｔ０ｎにおいてタイマー２６１による時間計測が再開始され、そのタイマー２６１による時間計測が行われる所定期間Ｔｕにおいて、制限操作量Ｍｒよりも大きい操作量Ｍでアーム７が操作されないように、アーム７の駆動が制御される。本実施形態において、所定期間Ｔｕは、時点ｔ０ｎと時点ｔ３との間の期間である。

図３５に示すように、時点ｔ０ｎにおいて、制限操作量Ｍｒは値Ｍ２である。値Ｍ２は、値Ｍ３ｖよりも小さい。時点ｔ０ｎにおいて値Ｍ２に設定されている制限操作量Ｍｒは、ある期間だけ値Ｍ２を維持し、その後、徐々に増大し、時点ｔ２において、値Ｍ３に到達する。その後、制限操作量Ｍｒは、時点ｔ３まで値Ｍ３を維持した後、零になるまで下降する。このように、時点ｔ０ｎから時点ｔ３までの所定期間Ｔｕにおいては、制限操作量Ｍｒは、操作量Ｍよりも小さくなるように設定される。図３５に示すリミットパターンＳ４の始点である時点ｔ０ｎの値は、値Ｍ２であり、リミットパターンＳ４の終点である時点ｔ３の直前の値は、値Ｍ３であり、時点ｔ３の値は、零である。

このように、本実施形態において、所定期間Ｔｕの前半における制限操作量Ｍｒは、所定期間Ｔｕの後半における制限操作量Ｍｒよりも小さい。

アーム制御部２６３は、操作量Ｍと再設定された制限操作量Ｍｒとを比較する（ステップＳＣ１０）。

ステップＳＣ１０において、操作量Ｍが制限操作量Ｍｒ以下である判断した場合、すなわち、ステップＳＣ１０でＮｏの場合、アーム制御部２６３は、操作量Ｍを選択し、操作量Ｍｆとする。アーム制御部２６３は、制御信号Ｎを生成しない。操作装置２５の操作量Ｍに基づいてパイロット油圧が調整され、アーム７が駆動される（ステップＳＣ１１）。

ステップＳＣ１０において、操作量Ｍが制限操作量Ｍｒよりも大きいと判断した場合、すなわち、ステップＳＣ１０でＹｅｓの場合、アーム制御部２６３は、ラインＳ４で示した再設定された制限操作量Ｍｒを選択し、操作量Ｍｆとする。アーム制御部２６３は、選択した制限操作量Ｍｒに基づいて、制御信号Ｎを生成する。これにより、制限操作量Ｍｒに基づいて、アーム速度制限制御が行われる（ステップＳＣ１２）。

本実施形態においては、図３４及び図３５に示したように、操作量Ｍは、ラインＳ４で示した制限操作量Ｍｒよりも大きい。したがって、アーム制御部２６３は、制限操作量Ｍｒに基づいて、アーム速度制限制御を行う。

図３６は、本実施形態に係る操作量Ｍｆのプロファイルの一例を示す。操作量ＭｆのプロファイルをラインＳｃで示す。図３６に示すように、時点ｔ０から時点ｔ１０までの所定期間Ｔｓにおいては、ラインＳｃで示すように、操作量Ｍに従って、パイロット油圧が調整され、アーム７が操作される。すなわち、時点ｔ０において、操作量Ｍｆは、零から値Ｍ１ｕに増大し、時点ｔ０ｎまで、値Ｍ１ｕを維持した後、時点ｔ０ｎにおいて、値Ｍ１ｕから値Ｍ２に増大する。その後、操作量Ｍｆは、ある期間、値Ｍ２を維持した後、徐々に増大し、時点ｔ２において、値Ｍ３に到達し、時点ｔ３まで値Ｍ３を維持する。

［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、操作装置２５の操作の途中において、操作装置２５の操作量Ｍが急激に増大した場合、タイマー２６１の時間計測をリセットした後、再開始して、始点（時点ｔ０ｎ）における値が値Ｍ２であるリミットパターンＳ４を設定（再設定）するようにしたので、アーム７は円滑に制御され、掘削精度の低下が抑制される。

例えば、リミットパターンＳ４を再設定することなく、既に設定されていたリミットパターンＳ２に基づいてアーム７の動きが制限されると、時点ｔ０ｎにおいて、操作量（プロファイルＳｃ）は、リミットパターンＳ２ｎｉ基づく値Ｍ３まで急激に増大してしまうこととなる。その結果、アーム７の速度が急激に増大し、ブーム６の介入速度がアーム７の上げ速度より遅くなり、掘削精度の低下をもたらす可能性がある。

本実施形態によれば、操作装置２５の操作の途中で、操作量Ｍが急激に増大するように操作装置２５が急激に操作された場合、タイマー２６１による時間計測をリセットした後、時間計測を再開するとともに、リミットパターンＳ２の一部を変更して、新たなリミットパターンＳ４を設定するようにしたので、アーム７を滑らかに移動することができ、掘削精度の低下を抑制することができる。

［アームの制御（第５実施形態）］
次に、アーム７（又はバケット８）の制御の第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

本実施形態においては、タイマー２６１による時間計測の開始時点から所定期間Ｔｓにおいて、操作量Ｍが減少するように操作装置２５が操作されたときの例について説明する。

図３７は、操作量Ｍ及び制限操作量Ｍｒの一例を示す図である。上述のように、検出装置７０の検出値から導出される操作量Ｍが、制限操作量Ｍｒを超えている場合、アーム７は、制限操作量Ｍｒに基づいて作動する。図３７に示すように、制限操作量Ｍｒが増大する期間において、操作量Ｍが減少するように操作装置２５が操作される場合がある。操作量Ｍが制限操作量Ｍｒよりも大きい場合、操作量Ｍが減少するように操作装置２５が操作されても、アーム７は加速するように駆動される。この場合、オペレータの違和感をもたらす可能性がある。

そこで、本実施形態においては、タイマー２６１による時間計測の開始時点ｔ０から所定期間Ｔｓにおいて、操作量Ｍが減少するように操作装置２５が操作されたとき、作業機コントローラ２６は、操作量下降判定を行い、減少開始時点ｔｇから、制限操作量Ｍｒを一定値に維持する。操作量Ｍが減少するように操作装置２５が操作されたとき、制限操作量Ｍｒが増大することなく一定値に維持されることによって、オペレータに違和感をもたらすことが抑制される。

図３８は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す機能ブロック図である。図３９は、本実施形態に係る制御システム２００の動作の一例を示すフローチャートである。図４０、図４１、及び図４２は、本実施形態に係る制御システム２００の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。図４０、図４１、及び図４２において、横軸は時間であり、縦軸は、アーム７の操作量（Ｍ、Ｍｒ、Ｍｆ）及びタイマーのカウント値である。

図３８に示すように、本実施形態において、アーム制御部２６３は、比較部２６３Ａを有する。比較部２６３Ａは、上述の実施形態に従って、操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとを比較する。

上述の実施形態と同様、操作装置２５でアーム７の操作が開始されると、タイマー２６１による時間計測が開始される（ステップＳＤ１）。バケット８による掘削作業のためにアーム７が下げ動作されたとき、目標設計地形Ｕと刃先８ａとの距離ｄに応じて、ブーム６の上げ動作を含むブーム介入制御が実行される（ステップＳＤ２）。

検出装置７０（圧力センサ６６１）により、アーム７を駆動するための操作装置２５の操作量Ｍが検出される（ステップＳＤ３）。

上述の実施形態と同様、操作量Ｍの検出結果は、アーム制御部２６３の比較部２６３Ａに出力される。また、制限値設定部２６２から制限操作量Ｍｒに関する情報がアーム制御部２６３の比較部２６３Ａに出力される。アーム制御部２６３は、上述の実施形態に従って、操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとを比較する（ステップＳＤ４）。

ステップＳＤ４において、操作量Ｍが制限操作量Ｍｒよりも大きいと判断した場合、すなわち、ステップＳＤ４でＹｅｓの場合、アーム制御部２６３は、制限操作量Ｍｒを選択し、操作量Ｍｆとする。アーム制御部２６３は、選択した制限操作量Ｍｒに基づいて、制御信号Ｎを生成する。これにより、制限操作量Ｍｒに基づいて、アーム速度制限制御が行われる（ステップＳＤ５）。

ステップＳＤ４において、操作量Ｍが制限操作量Ｍｒ以下である判断した場合、すなわち、ステップＳＤ４でＮｏの場合、アーム制御部２６３は、操作量Ｍを選択し、操作量Ｍｆとする。アーム制御部２６３は、制御信号Ｎを生成しない。操作装置２５の操作量Ｍに基づいてパイロット油圧が調整され、アーム７が駆動される（ステップＳＤ６）。

図４０は、本実施形態に係る操作量Ｍのプロファイルの一例を示す。操作量ＭのプロファイルをラインＳ１で示す。図４０に示すように、時点ｔｏにおいて、アーム７を駆動するために、オペレータによって操作装置２５が操作される。タイマー２６１は、時間計測を開始する。本実施形態においては、一例として、図４０のラインＳ１で示すように、オペレータによって、操作量Ｍが零から値Ｍ３ｖに上昇するように、操作装置２５が操作された場合を想定する。

値Ｍ３ｖは、制限操作量Ｍｒが発生する操作量の下限値Ｍ１、制限操作量とする値Ｍ２。及び最大の操作量の値Ｍ３よりも大きい。操作量Ｍは、値Ｍ３ｖに到達した後、ある期間だけ値Ｍ３ｖを維持する。本実施形態においては、時点ｔ０から時点ｔｇまでの期間において、操作量Ｍが値Ｍ３ｖに維持されることとする。時点ｔｇは、開始時点ｔ０から所定期間Ｔｓ経過した時点である。

図４０に、制限操作量ＭｒのプロファイルをラインＳ２で示す。ラインＳ２で示す制限操作量Ｍｒは、図２３などを参照して説明した制限操作量Ｍｒと同様である。ラインＳ２で示す制限操作量Ｍｒについての詳細な説明は省略する。

時点ｔ０において、ラインＳ２で示す制限操作量Ｍｒは、値Ｍ２を示す。時点ｔ０から時点ｔａまでの期間において、制限操作量Ｍｒは、操作量Ｍの値Ｍ３ｖよりも小さい。すなわち、図４０に示す例において、時点ｔ０から時点ｔａにおいては、操作量Ｍは、ラインＳ２で示す制限操作量Ｍｒを超える。そのため、アーム７は、制限操作量Ｍｒに基づいて駆動される。

所定期間Ｔｓの時点ｔｇにおいて、操作量Ｍが減少するように操作装置２５が操作される。すなわち、アーム７が制限操作量Ｍｒに基づいて駆動されている状態において、図４０のラインＳ１で示したように、時点ｔｇにおいて、操作量Ｍが急激に減少し、時点ｔａでラインＳ２に示した制限操作量Ｍｒよりも小さくなるように、操作装置２５が急激に操作される場合がある。

本実施形態においては、図４０に示すように、時点ｔｇにおいて、操作装置２５が急激に操作され、操作量Ｍが急激に減少することとする。図４０に示すように、本実施形態においては、操作量Ｍが値Ｍ３ｖから値Ｍ１ｖに急激に減少することとする。操作量Ｍの値Ｍ１ｖは、値Ｍ１よりも大きく、制限操作量Ｍｒの値Ｍ２よりも小さい。

操作量Ｍが急激に減少（下降）した場合、その操作量Ｍの変化は検出装置７０に検出される（ステップＳＤ７）。検出装置７０の検出結果は、制限値設定部２６２の判定部２６２Ａに出力される。判定部２６２Ａは、操作量Ｍの減少率（単位時間当たりの減少量）が量許容値を超えたか否かを判断する（ステップＳＤ８）。

ステップＳＤ８において、減少率が許容値以下であると判断された場合、すなわち、ステップＳＤ８でＮｏの場合、作業機コントローラ２６は、ステップＳＤ４に戻って、減少後の操作量Ｍと制限操作量Ｍｒとの比較を行い、上述の処理を実行する。

ステップＳＤ８において、操作量Ｍの減少率が許容値を超えたと判断された場合、すなわち、ステップＳＤ８でＹｅｓの場合、作業機コントローラ２６の制限値設定部２６２は、減少開始時点ｔｇのときの制限操作量Ｍｒを、一定の値Ｍ４に維持する（ステップＳＤ９）。制限操作量Ｍｒは、図４０のラインＳ２ａに示すように、時点ｔｇから値Ｍ４に維持される。アーム７は、変更されたリミットパターンＳ２ａに基づいて駆動される。これにより、オペレータに違和感をもたらすことが抑制される。

操作量Ｍが減少するように操作装置２５が操作されることによって、やがて、操作量Ｍは制限操作量Ｍｒ（値Ｍ４）よりも小さくなる。アーム制御部２６３は、操作量ＭとラインＳ２ａで示す再設定された制限操作量Ｍｒとを比較する（ステップＳＤ１０）。

ステップＳＤ１０において、操作量Ｍが制限操作量Ｍｒ以下である判断した場合、すなわち、ステップＳＤ１０でＮｏの場合、アーム制御部２６３は、操作量Ｍを選択し、操作量Ｍｆとする。アーム制御部２６３は、制御信号Ｎを生成しない。操作装置２５の操作量Ｍに基づいてパイロット油圧が調整され、アーム７が駆動される（ステップＳＤ１１）。

ステップＳＤ１０において、操作量Ｍが制限操作量Ｍｒよりも大きいと判断した場合、すなわち、ステップＳＤ１０でＹｅｓの場合、アーム制御部２６３は、制限操作量Ｍｒを選択し、操作量Ｍｆとする。アーム制御部２６３は、選択した制限操作量Ｍｒに基づいて、制御信号Ｎを生成する。これにより、制限操作量Ｍｒに基づいて、アーム速度制限制御が行われる（ステップＳＤ１２）。

なお、図４０のラインＳ１で示す操作量Ｍは、時点ｔｂにおいて急激に増大する。操作量Ｍが急激に増大した場合、図２９から図３６を参照して説明した実施形態に従って、タイマー２６１による時間計測が再開始され、リミットパターンＳ４ａが再設定される。図４１に、再設定されたリミットパターンＳ４ａの一例を示す。

図４２は、本実施形態に係る操作量Ｍｆのプロファイルの一例を示す。操作量ＭｆのプロファイルをラインＳｃで示す。図４２に示すように、時点ｔ０から時点ｔａまでの期間Ｔｓにおいては、ラインＳｃで示すように、制限操作量Ｍｒに従って、パイロット油圧が調整され、アーム７が操作される。時点ｔａの経過後、操作量Ｍに従って、パイロット油圧が調整され、アーム７が操作される。時点ｔｂの経過後、制限操作量Ｍｒに従って、パイロット油圧が調整され、アーム７が操作される。

［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、リミットパターンＳ２に基づいてアーム７が駆動され、そのアーム７が加速するように移動するときに、操作装置２５が減速するように操作された場合、リミットパターンＳ２の一部を変更してリミットパターンＳ２ａとし、制限操作量Ｍｒを増大させずに一定値に維持するようにしたので、オペレータに違和感をもたらすことが抑制される。

［アームの制御（第６実施形態）］
次に、アーム７（又はバケット８）の制御の第６実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図４３は、本実施形態に係る制御システム２００の機能ブロック図である。図４３に示すように、本実施形態において、作業機コントローラ２６は、距離判定部２６２Ｂを有する。

図４４は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の一例を示す模式図である。図４４に示すように、油圧ショベル１００は、車両本体１と、作業機２とを有する。車両本体１は、ブーム６を支持する。作業機２が駆動されることにより、車両本体１の基準位置Ｐ２とバケット８の刃先８ａの位置Ｐ３との距離ｘが変化する。なお、距離ｘは、ブームピンの位置と刃先８ａの位置との距離でもよいし、設置位置Ｐ１と刃先８ａの位置との距離でもよい。

本実施形態においては、センサコントローラ３０より出力された各作業機の姿勢角θ１〜θ３より基準位置Ｐ２と位置Ｐ３との距離ｘを算出し、基準位置Ｐ２と位置Ｐ３との距離ｘが第１距離になるように作業機２が駆動されたときの制限操作量Ｍｒは、基準位置Ｐ２と位置Ｐ３との距離ｘが第１距離よりも短い第２距離になるように作業機２が駆動されたときの制限操作量Ｍｒよりも小さい。

図４５は、本実施形態に係る制御システム２００の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。図４５において、横軸は時間であり、縦軸は、アーム７の操作量Ｍ（制限操作量Ｍｒ）及びタイマーのカウント値である。

図４５に示すように、距離ｘが第１距離においては、ラインＳ２で示すようなリミットパターンが設定される。距離ｘが第２距離においては、ラインＳ５で示すようなリミットパターンが設定される。ラインＳ２で示されるリミットパターンの制限操作量Ｍｒは、ラインＳ５で示されるリミットパターンの制限操作量Ｍｒよりも小さい。

図４６は、リミットパターンＳ２に基づいて決定された操作量Ｍｆのプロファイルの一例を示す。図４７は、リミットパターンＳ５に基づいて決定された操作量Ｍｆのプロファイルの一例を示す。

距離ｘが長いほど、作業機２のモーメントが大きくなり、ブーム６の追従遅れが発生する可能性が高くなる。本実施形態においては、距離ｘが長い第１距離における制限操作量Ｍｒは、距離ｘが短い第２距離における制限操作量Ｍｒよりも小さい。すなわち、第１距離の状態においては、第２距離の状態に比べて、アーム７の動きをより厳しく制限する。これにより、ブーム６の追従遅れの発生が抑制される。したがって、掘削精度の低下が抑制される。

［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、車両本体１の基準位置とバケット８とが第１距離になるように作業機２が駆動されたときの制限操作量Ｍｒは、車両本体１の基準位置とバケット８とが第１距離よりも短い第２距離になるように作業機２が駆動されたときの制限操作量Ｍｒよりも小さいので、作業効率の低下を抑制しつつ、掘削精度の低下を抑制することができる。

［アームの制御（第７実施形態）］
次に、アーム７（又はバケット８）の制御の第７実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図４８は、本実施形態に係る制御システム２００の機能ブロック図である。上述の実施形態と同様、制御システム２００は、表示コントローラ２８と、作業機コントローラ２６と、アーム７及びバケット８の少なくとも一方を含む可動部材の駆動のために操作される操作装置２５と、操作装置２５の操作量Ｍを検出する検出装置７０とを有する。

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とを有する。バケット位置データ生成部２８Ｂは、第１，第２，第３シリンダストロークセンサ１６，１７，１８の検出結果であるブーム６、アーム７、バケット８の其々の姿勢角θ１，θ２，θ３に基づいて、バケット８の３次元位置を示す刃先位置データＳを生成する。

目標掘削地形データ生成部２８Ｃは、目標施工情報格納部２８Ａから出力される目標施工情報Ｔと、バケット位置データ生成部２８Ｂから出力される刃先位置データＳとに基づいて、作業機２による掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形Ｕを生成する。

作業機コントローラ２６は、目標掘削地形データ生成部２８Ｃから目標掘削地形（Ｕ）を取得して、刃先位置データＳと目標掘削地形Ｕとに基づいて、バケット８の刃先８ａと目標掘削地形Ｕとの距離ｄを算出する距離取得部５３と、検出装置７０の検出結果に基づいて、時間計測を開始するタイマー２６１と、距離取得部５３で算出された距離ｄに基づいて、アーム７の速度を制限するための制限操作量Ｍｒを設定する制限値設定部２６２と、検出装置７０の検出結果に基づいて、バケット８による掘削作業において、ブーム６が上がり、アーム７が下がるように操作装置２５の操作が開始されたときに、制限操作量Ｍｒでアーム７が駆動するように制御弁２７に制御信号Ｎを出力するアーム制御部２６３と、記憶部２６４を有する。

本実施形態において、制限値設定部２６２は、距離ｄが大きいほど制限操作量Ｍｒが大きくなるように、制限操作量Ｍｒを設定する。すなわち、制限値設定部２６２は、距離ｄが大きくなるほど、アーム７の動作の制限が緩和されるように、制限操作量Ｍｒを設定する。

図４９は、記憶部２６４に記憶されているデータの一例を模式的に示す図である。図４９に示すように、記憶部２６４には、制限操作量Mｒを緩和するための距離ｄに対する制限操作量Ｍｒのオフセット量が記憶されている。オフセット量は、距離ｄが０から所定値ｄ１の間においては、距離ｄが大きくなると、比例して大きくなる。距離ｄが所定値ｄ１よりも大きい場合、オフセット量は一定となる。アーム制御部２６３では制限操作量Mrにオフセット量の加算を行う。

図５０は、本実施形態に係る制御システム２００の動作の一例を説明するためのフローチャートである。掘削作業において、オペレータにより、操作装置２５が操作される（ステップＳＥ１）。オペレータは、アーム７の駆動のために、操作装置２５を操作する。アーム７が下げ動作を行うように、操作装置２５が操作される。

検出装置７０により、操作装置２５の操作量Ｍが検出される（ステップＳＥ２）。検出装置７０は、圧力センサ６６を含み、操作装置２５により調整されるパイロット油圧を検出することによって、操作装置２５の操作量Ｍを検出する。

検出装置７０の検出値は、タイマー２６１に出力される。タイマー２６１は、検出装置７０の検出結果に基づいて、時間計測を開始する（ステップＳＥ３）。

バケット位置データ生成部２８Ｂは、第１，第２，第３シリンダストロークセンサ１６，１７，１８の検出結果であるシリンダ姿勢データθ１，θ２，θ３に基づいて、バケット８の３次元位置を示す刃先位置データＳを生成する（ステップＳＥ４）。

距離取得部５３は、刃先位置データＳと目標掘削地形Ｕとに基づいて、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（ステップＳＥ５）。

アーム制御部２６３は、ステップＳＥ５で算出された距離ｄと、図４９を参照して説明した、記憶部２６４に記憶されている距離ｄと制限操作量Ｍｒのオフセット量との関係に基づいて、距離ｄに対応した制限操作量Ｍｒを設定する（ステップＳＥ６）。具体的には、アーム制御部２６３は、検出装置７０で検出された操作量Ｍに制限操作量Ｍｒのオフセット量を加算する。

アーム制御部２６３は、操作量Ｍとオフセット量を加算した制限操作量Ｍｒとを比較し、小さい方の操作量を選択し、選択した操作量Ｍｆに基づいて、制御信号Ｎを生成する。生成された制御信号Ｎは、制御弁２７に出力される（ステップＥＳ７）。上述したように、本実施形態においては、距離ｄが小さいとき、アーム７の動作が制限され、距離ｄが大きいとき、アーム７の動作の制限が緩和される。また、距離ｄが所定値ｄ１よりも大きいとき、アーム７の動作は制限されず、アーム７は操作装置２５による操作量Ｍに基づいて作動する。

[効果]
以上説明したように、本実施形態によれば、掘り込み開始時にアーム７の動作が制限される。アーム７の動作が制限されるタイミングが、掘り込み開始時に限定されるので、建設機械１００の作業量の低下が抑制される。

また、本実施形態においては、制限値設定部２６２は、距離ｄが大きいほど制限操作量Ｍｒが大きくなるように、すなわち、距離ｄが大きくなるほど、アーム７の動作の制限が緩和されるように、制限操作量Ｍｒを設定する。距離ｄが小さいときにおいてはアーム７の動作を十分に制限し、距離ｄが大きいときにおいてはアーム７の動作の制限を緩和することで、作業量の低下を抑制しつつ、刃先８ａを目標掘削地形Ｕに沿って移動させることができる。

また、本実施形態によれば、距離ｄに応じてアーム７の動作の制限及び制限の緩和が行われるので、建設機械１００の作業量の低下の抑制及び刃先８ａの落ち込みの抑制の両立が図られる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態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、上述の実施形態においては、操作装置２５は、パイロット油圧方式であることとした。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ポテンショメータ等で検出し、その操作量に応じた検出値を作業機コントローラ２６に出力する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、方向制御弁６４に制御信号を出力して、油圧シリンダに供給される作動油の量を調整してもよい。本件の制御は作業機コントローラ２２６だけでなくセンサコントローラ３０等他のコントローラで行ってもよい。

上記の実施形態では、建設機械の一例として油圧ショベルを挙げているが油圧ショベルに限らず、他の種類の建設機械に本発明が適用されてもよい。

グローバル座標系における油圧ショベルＣＭ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。

１ 車両本体
２ 作業機
３ 旋回体
４ 運転室
５ 走行装置
５Ｃｒ 履帯
６ ブーム
７ アーム
８ バケット
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 第１シリンダストロークセンサ
１７ 第２シリンダストロークセンサ
１８ 第３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
２３ グローバル座標演算部
２４ ＩＭＵ
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 制御弁
２８ 表示コントローラ
２９ 表示部
３１ ブーム操作出力部
３２ バケット操作出力部
３３ アーム操作出力部
３４ 旋回操作出力部
４０Ａ キャップ側油室
４０Ｂ ロッド側油室
４１ 油圧ポンプ
４１Ａ 斜板
４５ 吐出油路
４７ 油路
４８ 油路
４９ ポンプコントローラ
５０ 油路
５１ シャトル弁
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 圧力センサ
６７ 圧力センサ
７０ 検出装置
７１ フィルタ装置
１００ 建設機械（油圧ショベル）
１６１ 回転ローラ
１６２ 回転中心軸
１６３ 回転センサ部
１６４ ケース
２００ 制御システム
３００ 油圧システム
ＡＸ 旋回軸
Ｑ 旋回体方位データ
Ｓ 刃先位置データ
Ｔ 目標施工情報
Ｕ 目標掘削地形

本発明の第１の態様において、前記検出装置の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超えたときに前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように制御信号の出力が開始され、前記増加量は、前記操作装置の操作量と前記操作量のローパスフィルタ処理により生成された処理量との差を含むことが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記検出装置の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超えたときに前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように制御信号の出力が開始され、前記増加量は、前記操作装置の操作量と前記操作量のローパスフィルタ処理により生成された処理量との差を含むことが好ましい。

Claims (14)

1. ブームとアームとバケットとを含む作業機の姿勢を検出する検出器と、
   前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方を含む可動部材の駆動のために操作される操作装置と、
   前記操作装置の操作量を検出する検出装置と、
   前記作業機を駆動する油圧シリンダに供給される作動油の供給量を調整する制御弁と、
   前記検出器の検出結果に基づいて前記バケットの刃先位置を示す刃先位置データを生成するバケット位置データ生成部と、
   前記作業機による掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形を取得して前記刃先位置データと前記目標掘削地形とに基づいて前記バケットの刃先と前記目標掘削地形との距離を算出する距離取得部と、
   前記検出装置の検出結果に基づいて前記可動部材の速度を制限するための制限操作量を設定する制限値設定部と、
   前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように前記制御弁に制御信号を出力する可動部材制御部と、
   を備える建設機械の制御システム。
2. 前記制限値設定部は、前記距離が大きいほど前記制限操作量が大きくなるように、前記制限操作量を設定する請求項１に記載の建設機械の制御システム。
3. 前記検出装置の検出結果に基づいて時間計測を開始するタイマーを備え、
   前記制限値設定部は、前記タイマーによる時間計測の開始時点からの経過時間が長いほど前記制限操作量が大きくなるように、前記制限操作量を設定する請求項１又は請求項２に記載の建設機械の制御システム。
4. 前記可動部材制御部は、前記タイマーによる前記時間計測の開始時点から所定期間において、前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように制御信号を出力する請求項３に記載の建設機械の制御システム。
5. 前記タイマーの時間計測の開始時点は、前記操作装置の操作の開始時点、前記検出装置の検出値が閾値を超えた時点、及び前記検出装置の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超えた時点の少なくとも一つを含む請求項４に記載の建設機械の制御システム。
6. 前記時間計測の開始時点から前記所定期間経過後、前記制限操作量に基づく駆動が解除される請求項４又は請求項５に記載の建設機械の制御システム。
7. 前記所定期間の前半における前記制限操作量は、後半における前記制限操作量よりも小さい請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の建設機械の制御システム。
8. 前記距離に応じて制限速度を決定し、前記作業機が前記目標掘削地形に接近する方向の速度が前記制限速度以下になるように前記ブームの速度を制限するブーム制限部と、
   前記ブームを駆動するための第１油圧アクチュエータ、前記可動部材を駆動するための第２油圧アクチュエータ、及び前記第２油圧アクチュエータに対する作動油の供給量を調整する前記制御弁を有する油圧システムと、を備え、
   前記バケットによる掘削作業において、前記ブームが上がり、前記アームが下がるように前記油圧システムが作動し、
   前記アームが下がるときに前記制限操作量で駆動される請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の建設機械の制御システム。
9. 前記油圧システムは、作動油を供給する油圧ポンプを含み、
   第１作業モードにおいて前記油圧ポンプから第１の最大吐出容量で前記作動油が供給され、第２作業モードにおいて前記油圧ポンプから前記第１の最大吐出容量よりも少ない第２の最大吐出容量で前記作動油が供給されるように前記油圧ポンプを制御するポンプ制御部を備え、
   前記第２作業モードにおける前記制限操作量は、前記第１作業モードにおける前記制限操作量よりも小さい請求項８に記載の建設機械の制御システム。
10. 前記可動部材は交換可能であり、
    前記ブームに第１重量の前記可動部材が接続されたときの前記制限操作量は、前記第１重量よりも小さい第２重量の前記可動部材が接続されたときの前記制限操作量よりも小さい請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の建設機械の制御システム。
11. 前記検出装置の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超えたときに前記前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように制御信号の出力が開始され、
    前記増加量は、前記操作装置の操作量と前記操作量のローパスフィルタ処理により生成された処理量との差を含む請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の建設機械の制御システム。
12. 前記建設機械は、前記ブームを支持する車両本体を備え、
    前記車両本体の基準位置と前記バケットとが第１距離になるように前記作業機が駆動されたときの前記制限操作量は、前記基準位置と前記バケットとが前記第１距離よりも短い第２距離になるように前記作業機が駆動されたときの前記制限操作量よりも小さい請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の建設機械の制御システム。
13. 前記検出装置の検出値の単位時間当たりの増加量が許容値を超えたときに前記前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように制御信号の出力が開始され、
    前記増加量は、前記操作装置の操作量と前記操作量のローパスフィルタ処理により生成された処理量との差を含む請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の建設機械の制御システム。
14. ブームとアームとバケットとを含む作業機の姿勢を検出器で検出することと、
    前記アーム及び前記バケットの少なくとも一方を含む可動部材の駆動のために操作装置を操作することと、
    前記操作装置の操作量を検出装置で検出することと、
    前記検出器の検出結果に基づいて前記バケットの刃先位置を示す刃先位置データを生成することと、
    前記作業機による掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形を取得して前記刃先位置データと前記目標掘削地形とに基づいて前記バケットの刃先と前記目標掘削地形との距離を算出することと、
    前記検出装置の検出結果に基づいて前記可動部材の速度を制限するための制限操作量を設定することと、
    前記制限操作量で前記可動部材が駆動するように前記作業機を駆動する油圧シリンダに供給される作動油の供給量を調整する制御弁に制御信号を出力することと、
    を含む建設機械の制御方法。

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