JPWO2019181872A1 - ショベル - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態に係るショベル（１００）は、下部走行体（１）と、下部走行体（１）に旋回可能に搭載された上部旋回体（３）と、上部旋回体（３）に回動可能に搭載された掘削アタッチメント（ＡＴ）と、上部旋回体（３）に設けられたコントローラ（３０）と、を有する。コントローラ（３０）は、掘削アタッチメント（ＡＴ）の動作と旋回動作を含む複合動作を自律的に実行するように構成されている。コントローラ（３０）は、上部旋回体（３）に設置されているキャビン（１０）内に設けられた自動スイッチ（ＮＳ２）が操作されたときに、複合動作を自律的に実行するように構成されていてもよい。

Description

本開示は、ショベルに関する。

従来、半自律的掘削制御システムを搭載した油圧掘削機が知られている（特許文献１参照。）。この掘削制御システムは、所定の条件が満たされた場合に、ブーム上げ旋回動作を自律的に実行するように構成されている。

特表２０１１−５１４４５６号公報

しかしながら、上述の掘削制御システムは、操作者の手動による所定量のブーム上げ操作と操作者の手動による所定量の旋回操作とが同時に行われた場合に、操作者に気付かれないように、すなわち、操作者の意図とは無関係に、ブーム上げ旋回動作を自律的に実行するように構成されている。そのため、操作者の意図に反したブーム上げ旋回動作が行われてしまうおそれがある。

そこで、操作者の意図に沿って旋回動作を含む複合動作を自律的に実行できるショベルを提供することが望ましい。

本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記上部旋回体に設けられた制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記アタッチメントの動作と旋回動作を含む複合動作を自律的に実行するように構成されている。

上述の手段により、操作者の意図に沿って旋回動作を含む複合動作を自律的に実行できるショベルが提供される。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。 本発明の実施形態に係るショベルの上面図である。 ショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。 アームシリンダの操作に関する油圧システムの一部の図である。 旋回用油圧モータの操作に関する油圧システムの一部の図である。 ブームシリンダの操作に関する油圧システムの一部の図である。 バケットシリンダの操作に関する油圧システムの一部の図である。 コントローラの機能ブロック図である。 自律制御機能のブロック図である。 自律制御機能のブロック図である。 作業現場の様子の一例を示す図である。 作業現場の様子の一例を示す図である。 算出処理の一例のフローチャートである。 自律処理の一例のフローチャートである。 作業現場の様子の別の一例を示す図である。 作業現場の様子の別の一例を示す図である。 作業現場の様子の別の一例を示す図である。 自律制御の際に表示される画像の例を示す図である。 自律制御機能の別の構成例を示すブロック図である。 自律制御機能の別の構成例を示すブロック図である。 電気式操作システムの構成例を示す図である。 ショベルの管理システムの構成例を示す概略図である。

最初に、図１Ａ及び図１Ｂを参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００について説明する。図１Ａはショベル１００の側面図であり、図１Ｂはショベル１００の上面図である。

本実施形態では、ショベル１００の下部走行体１はクローラ１Ｃを含む。クローラ１Ｃは、下部走行体１に搭載されている走行用油圧モータ２Ｍによって駆動される。具体的には、クローラ１Ｃは左クローラ１ＣＬ及び右クローラ１ＣＲを含む。左クローラ１ＣＬは左走行用油圧モータ２ＭＬによって駆動され、右クローラ１ＣＲは右走行用油圧モータ２ＭＲによって駆動される。

下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。旋回機構２は、上部旋回体３に搭載されている旋回用油圧モータ２Ａによって駆動される。但し、旋回用油圧モータ２Ａは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機であってもよい。

上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントＡＴを構成する。ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、バケット６はバケットシリンダ９で駆動される。

ブーム４は、上部旋回体３に対して上下に回動可能に支持されている。そして、ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられている。ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度であるブーム角度β_１を検出できる。ブーム角度β_１は、例えば、ブーム４を最も下降させた状態からの上昇角度である。そのため、ブーム角度β_１は、ブーム４を最も上昇させたときに最大となる。

アーム５は、ブーム４に対して回動可能に支持されている。そして、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられている。アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度であるアーム角度β_２を検出できる。アーム角度β_２は、例えば、アーム５を最も閉じた状態からの開き角度である。そのため、アーム角度β_２は、アーム５を最も開いたときに最大となる。

バケット６は、アーム５に対して回動可能に支持されている。そして、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度であるバケット角度β_３を検出できる。バケット角度β_３は、バケット６を最も閉じた状態からの開き角度である。そのため、バケット角度β_３は、バケット６を最も開いたときに最大となる。

図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態では、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３のそれぞれは、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成されている。但し、加速度センサのみで構成されていてもよい。また、ブーム角度センサＳ１は、ブームシリンダ７に取り付けられたストロークセンサであってもよく、ロータリエンコーダ、ポテンショメータ、又は慣性計測装置等であってもよい。アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３についても同様である。

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ、且つ、エンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、物体検知装置７０、撮像装置８０、機体傾斜センサＳ４、及び旋回角速度センサＳ５等が取り付けられている。キャビン１０の内部には、操作装置２６、コントローラ３０、表示装置Ｄ１、及び音出力装置Ｄ２等が設けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体３における、掘削アタッチメントＡＴが取り付けられている側を前方とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後方とする。

物体検知装置７０は、ショベル１００の周囲に存在する物体を検知するように構成されている。物体は、例えば、人、動物、車両、建設機械、建造物、壁、柵、又は穴等である。物体検知装置７０は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、ステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ、距離画像センサ、又は赤外線センサ等である。本実施形態では、物体検知装置７０は、キャビン１０の上面前端に取り付けられた前方センサ７０Ｆ、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後方センサ７０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左方センサ７０Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右方センサ７０Ｒを含む。

物体検知装置７０は、ショベル１００の周囲に設定された所定領域内の所定物体を検知するように構成されていてもよい。すなわち、物体検知装置７０は、物体の種類を識別できるように構成されていてもよい。例えば、物体検知装置７０は、人と人以外の物体とを区別できるように構成されていてもよい。

撮像装置８０は、ショベル１００の周囲を撮像するように構成されている。本実施形態では、撮像装置８０は、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後方カメラ８０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左方カメラ８０Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右方カメラ８０Ｒを含む。撮像装置８０は、前方カメラを含んでいてもよい。

後方カメラ８０Ｂは後方センサ７０Ｂに隣接して配置され、左方カメラ８０Ｌは左方センサ７０Ｌに隣接して配置され、且つ、右方カメラ８０Ｒは右方センサ７０Ｒに隣接して配置されている。撮像装置８０が前方カメラを含む場合、前方カメラは、前方センサ７０Ｆに隣接して配置されていてもよい。

撮像装置８０が撮像した画像は、表示装置Ｄ１に表示される。撮像装置８０は、俯瞰画像等の視点変換画像を表示装置Ｄ１に表示できるように構成されていてもよい。俯瞰画像は、例えば、後方カメラ８０Ｂ、左方カメラ８０Ｌ、及び右方カメラ８０Ｒのそれぞれが出力する画像を合成して生成される。

撮像装置８０は、物体検知装置７０として利用されてもよい。この場合、物体検知装置７０は省略されてもよい。

機体傾斜センサＳ４は、所定の平面に対する上部旋回体３の傾斜を検出するように構成されている。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は、水平面に関する上部旋回体３の前後軸回りの傾斜角及び左右軸回りの傾斜角を検出する加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、互いに直交してショベル１００の旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出するように構成されている。本実施形態では、旋回角速度センサＳ５は、ジャイロセンサである。旋回角速度センサＳ５は、レゾルバ又はロータリエンコーダ等であってもよい。旋回角速度センサＳ５は、旋回速度を検出してもよい。旋回速度は、旋回角速度から算出されてもよい。

以下では、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、及び旋回角速度センサＳ５のそれぞれは、姿勢検出装置とも称される。

表示装置Ｄ１は、情報を表示する装置である。音出力装置Ｄ２は、音を出力する装置である。操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。

コントローラ３０は、ショベル１００を制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ３０は、各機能に対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭにロードし、対応する処理をＣＰＵに実行させる。各機能は、例えば、操作者によるショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル１００の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能を含む。

次に、図２を参照し、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図２は、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例を示す図である。図２は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御系をそれぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示している。

ショベル１００の油圧システムは、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９、及びコントローラ３０等を含む。

図２において、油圧システムは、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４から、センターバイパス管路４０又はパラレル管路４２を経て作動油タンクまで作動油を循環させている。

エンジン１１は、ショベル１００の駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結されている。

メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給するように構成されている。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量（押し退け容積）を制御するように構成されている。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量（押し退け容積）を制御する。

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６を含む油圧制御機器に作動油を供給するように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。この場合、パイロットポンプ１５が担っていた機能は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に作動油を供給する機能とは別に、絞り等により作動油の圧力を低下させた後で操作装置２６等に作動油を供給する機能を備えていてもよい。

コントロールバルブ１７は、油圧システムにおける作動油の流れを制御するように構成されている。本実施形態では、コントロールバルブ１７は、制御弁１７１〜１７６を含む。制御弁１７５は制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒを含み、制御弁１７６は制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒを含む。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１〜１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁１７１〜１７６は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左走行用油圧モータ２ＭＬ、右走行用油圧モータ２ＭＲ、及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。本実施形態では、操作装置２６は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダル（図示せず。）の操作方向及び操作量に応じた圧力である。但し、操作装置２６は、上述のようなパイロット圧式ではなく、電気制御式であってもよい。この場合、コントロールバルブ１７内の制御弁は、電磁ソレノイド式スプール弁であってもよい。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出するように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作圧センサ２９は、操作者による操作装置２６の操作の内容を検出するように構成されている。本実施形態では、操作圧センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力（操作圧）の形で検出し、検出した値を操作データとしてコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作の内容は、操作圧センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。

メインポンプ１４は、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒを含む。左メインポンプ１４Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌ又は左パラレル管路４２Ｌを経て作動油タンクまで作動油を循環させるように構成されている。右メインポンプ１４Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒ又は右パラレル管路４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させるように構成されている。

左センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ、及び１７６Ｌを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ、及び１７６Ｒを通る作動油ラインである。

制御弁１７１は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左走行用油圧モータ２ＭＬへ供給し、且つ、左走行用油圧モータ２ＭＬが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７２は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右走行用油圧モータ２ＭＲへ供給し、且つ、右走行用油圧モータ２ＭＲが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７３は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７４は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７５Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７５Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

左パラレル管路４２Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。左パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３、又は１７５Ｌの何れかによって左センターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路４２Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。右パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４、又は１７５Ｒの何れかによって右センターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

レギュレータ１３は、左レギュレータ１３Ｌ及び右レギュレータ１３Ｒを含む。左レギュレータ１３Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。具体的には、左レギュレータ１３Ｌは、例えば、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。右レギュレータ１３Ｒについても同様である。これは、吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収馬力がエンジン１１の出力馬力を超えないようにするためである。

操作装置２６は、左操作レバー２６Ｌ、右操作レバー２６Ｒ、及び走行レバー２６Ｄを含む。走行レバー２６Ｄは、左走行レバー２６ＤＬ及び右走行レバー２６ＤＲを含む。

左操作レバー２６Ｌは、旋回操作とアーム５の操作に用いられる。左操作レバー２６Ｌは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７６のパイロットポートに作用させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７３のパイロットポートに作用させる。

具体的には、左操作レバー２６Ｌは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の左側パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の右側パイロットポートに作動油を導入させる。

右操作レバー２６Ｒは、ブーム４の操作とバケット６の操作に用いられる。右操作レバー２６Ｒは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７５のパイロットポートに作用させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７４のパイロットポートに作用させる。

具体的には、右操作レバー２６Ｒは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７４の左側パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁１７４の右側パイロットポートに作動油を導入させる。

走行レバー２６Ｄは、クローラ１Ｃの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー２６ＤＬは、左クローラ１ＣＬの操作に用いられる。左走行レバー２６ＤＬは、左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー２６ＤＬは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７１のパイロットポートに作用させる。右走行レバー２６ＤＲは、右クローラ１ＣＲの操作に用いられる。右走行レバー２６ＤＲは、右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー２６ＤＲは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７２のパイロットポートに作用させる。

吐出圧センサ２８は、吐出圧センサ２８Ｌ及び吐出圧センサ２８Ｒを含む。吐出圧センサ２８Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。

操作圧センサ２９は、操作圧センサ２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ、２９ＤＬ、２９ＤＲを含む。操作圧センサ２９ＬＡは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作の内容は、例えば、レバー操作方向及びレバー操作量（レバー操作角度）等である。

同様に、操作圧センサ２９ＬＢは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＲＡは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＲＢは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＤＬは、操作者による左走行レバー２６ＤＬに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作圧センサ２９ＤＲは、操作者による右走行レバー２６ＤＲに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

コントローラ３０は、操作圧センサ２９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。また、コントローラ３０は、絞り１８の上流に設けられた制御圧センサ１９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。絞り１８は左絞り１８Ｌ及び右絞り１８Ｒを含み、制御圧センサ１９は左制御圧センサ１９Ｌ及び右制御圧センサ１９Ｒを含む。

左センターバイパス管路４０Ｌには、最も下流にある制御弁１７６Ｌと作動油タンクとの間に左絞り１８Ｌが配置されている。そのため、左メインポンプ１４Ｌが吐出した作動油の流れは、左絞り１８Ｌで制限される。そして、左絞り１８Ｌは、左レギュレータ１３Ｌを制御するための制御圧を発生させる。左制御圧センサ１９Ｌは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、この制御圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。コントローラ３０は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御される。

具体的には、図２で示されるようにショベル１００における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、左センターバイパス管路４０Ｌを通って左絞り１８Ｌに至る。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、左メインポンプ１４Ｌが吐出した作動油が左センターバイパス管路４０Ｌを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌに至る量を減少或いは消失させ、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を流入させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、コントローラ３０は、右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御する。

上述のような構成により、図２の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ１４に関する無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ１４が吐出する作動油がセンターバイパス管路４０で発生させるポンピングロスを含む。また、図２の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。

次に、図３Ａ〜図３Ｄを参照し、コントローラ３０がマシンコントロール機能によってアクチュエータを自動的に動作させるための構成について説明する。図３Ａ〜図３Ｄは、油圧システムの一部の図である。具体的には、図３Ａは、アームシリンダ８の操作に関する油圧システムの一部の図であり、図３Ｂは、旋回用油圧モータ２Ａの操作に関する油圧システムの一部の図である。また、図３Ｃは、ブームシリンダ７の操作に関する油圧システムの一部の図であり、図３Ｄは、バケットシリンダ９の操作に関する油圧システムの一部の図である。

図３Ａ〜図３Ｄに示すように、油圧システムは、比例弁３１及びシャトル弁３２を含む。比例弁３１は、比例弁３１ＡＬ〜３１ＤＬ及び３１ＡＲ〜３１ＤＲを含み、シャトル弁３２は、シャトル弁３２ＡＬ〜３２ＤＬ及び３２ＡＲ〜３２ＤＲを含む。

比例弁３１は、マシンコントロール用制御弁として機能するように構成されている。比例弁３１は、パイロットポンプ１５とシャトル弁３２とを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３１は、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１及びシャトル弁３２を介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。

シャトル弁３２は、２つの入口ポートと１つの出口ポートを有する。２つの入口ポートのうちの一方は操作装置２６に接続され、他方は比例弁３１に接続されている。出口ポートは、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに接続されている。そのため、シャトル弁３２は、操作装置２６が生成するパイロット圧と比例弁３１が生成するパイロット圧のうちの高い方を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。

この構成により、コントローラ３０は、特定の操作装置２６に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。

例えば、図３Ａに示すように、左操作レバー２６Ｌは、アーム５を操作するために用いられる。具体的には、左操作レバー２６Ｌは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７６のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー２６Ｌは、アーム閉じ方向（後方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートと制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー２６Ｌは、アーム開き方向（前方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートと制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作用させる。

左操作レバー２６ＬにはスイッチＮＳが設けられている。本実施形態では、スイッチＮＳは、押しボタンスイッチである。操作者は、スイッチＮＳを指で押しながら左操作レバー２６Ｌを手で操作できる。スイッチＮＳは、右操作レバー２６Ｒに設けられていてもよく、キャビン１０内の他の位置に設けられていてもよい。

操作圧センサ２９ＬＡは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

比例弁３１ＡＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＡＬは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＬ及びシャトル弁３２ＡＬを介して制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＡＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＡＲは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＲ及びシャトル弁３２ＡＲを介して制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＡＬは、制御弁１７６Ｌを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。また、比例弁３１ＡＲは、制御弁１７６Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＬ及びシャトル弁３２ＡＬを介し、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、アーム５を自動的に閉じることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＲ及びシャトル弁３２ＡＲを介し、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、アーム５を自動的に開くことができる。

また、図３Ｂに示すように、左操作レバー２６Ｌは、旋回機構２を操作するためにも用いられる。具体的には、左操作レバー２６Ｌは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７３のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向（左方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７３の左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー２６Ｌは、右旋回方向（右方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７３の右側パイロットポートに作用させる。

操作圧センサ２９ＬＢは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

比例弁３１ＢＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＢＬは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＬ及びシャトル弁３２ＢＬを介して制御弁１７３の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＢＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＢＲは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＲ及びシャトル弁３２ＢＲを介して制御弁１７３の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＢＬ及び比例弁３１ＢＲは、制御弁１７３を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者による左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＬ及びシャトル弁３２ＢＬを介し、制御弁１７３の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、旋回機構２を自動的に左旋回させることができる。また、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＲ及びシャトル弁３２ＢＲを介し、制御弁１７３の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、旋回機構２を自動的に右旋回させることができる。

また、図３Ｃに示すように、右操作レバー２６Ｒは、ブーム４を操作するために用いられる。具体的には、右操作レバー２６Ｒは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７５のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー２６Ｒは、ブーム上げ方向（後方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートと制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー２６Ｒは、ブーム下げ方向（前方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに作用させる。

操作圧センサ２９ＲＡは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

比例弁３１ＣＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＣＬは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＣＬ及びシャトル弁３２ＣＬを介して制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＣＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＣＲは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＣＲ及びシャトル弁３２ＣＲを介して制御弁１７５Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＣＬは、制御弁１７５Ｌを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。また、比例弁３１ＣＲは、制御弁１７５Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＬ及びシャトル弁３２ＣＬを介し、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、ブーム４を自動的に上げることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＲ及びシャトル弁３２ＣＲを介し、制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、ブーム４を自動的に下げることができる。

また、図３Ｄに示すように、右操作レバー２６Ｒは、バケット６を操作するためにも用いられる。具体的には、右操作レバー２６Ｒは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー２６Ｒは、バケット閉じ方向（左方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４の左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー２６Ｒは、バケット開き方向（右方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４の右側パイロットポートに作用させる。

操作圧センサ２９ＲＢは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

比例弁３１ＤＬは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＤＬは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＤＬ及びシャトル弁３２ＤＬを介して制御弁１７４の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＤＲは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じて動作する。そして、比例弁３１ＤＲは、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＤＲ及びシャトル弁３２ＤＲを介して制御弁１７４の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＤＬ、３１ＤＲは、制御弁１７４を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＤＬ及びシャトル弁３２ＤＬを介し、制御弁１７４の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、バケット６を自動的に閉じることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＤＲ及びシャトル弁３２ＤＲを介し、制御弁１７４の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、バケット６を自動的に開くことができる。

ショベル１００は、下部走行体１を自動的に前進・後進させる構成を備えていてもよい。この場合、油圧システムにおける、左走行用油圧モータ１Ｌの操作に関する部分、及び、右走行用油圧モータ１Ｒの操作に関するは、ブームシリンダ７の操作に関する部分等と同じように構成されてもよい。

次に、図４を参照し、コントローラ３０の機能について説明する。図４は、コントローラ３０の機能ブロック図である。図４の例では、コントローラ３０は、姿勢検出装置、操作装置２６、物体検知装置７０、撮像装置８０、及びスイッチＮＳ等が出力する信号を受け、様々な演算を実行し、比例弁３１、表示装置Ｄ１、及び音出力装置Ｄ２等に制御指令を出力できるように構成されている。姿勢検出装置は、例えば、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、及び旋回角速度センサＳ５を含む。スイッチＮＳは、記録スイッチＮＳ１及び自動スイッチＮＳ２を含む。コントローラ３０は、姿勢記録部３０Ａ、軌道算出部３０Ｂ、及び自律制御部３０Ｃを機能要素として有する。各機能要素は、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアで構成されていてもよい。

姿勢記録部３０Ａは、ショベル１００の姿勢に関する情報を記録するように構成されている。本実施形態では、姿勢記録部３０Ａは、記録スイッチＮＳ１が押されたときのショベル１００の姿勢に関する情報をＲＡＭに記録する。具体的には、姿勢記録部３０Ａは、記録スイッチＮＳ１が押される度に姿勢検出装置の出力を記録する。姿勢記録部３０Ａは、第１時点で記録スイッチＮＳ１が押されたときに記録を開始し、第２時点で記録スイッチＮＳ１が押されたときにその記録を終了するように構成されていてもよい。この場合、姿勢記録部３０Ａは、第１時点から第２時点まで、ショベル１００の姿勢に関する情報を所定の制御周期で繰り返し記録してもよい。

軌道算出部３０Ｂは、ショベル１００を自律的に動作させるときにショベル１００の所定部位が描く軌道である目標軌道を算出するように構成されている。所定部位は、例えば、バケット６の背面にある所定点である。本実施形態では、軌道算出部３０Ｂは、自律制御部３０Ｃがショベル１００を自律的に動作させるときに利用する目標軌道を算出する。具体的には、軌道算出部３０Ｂは、姿勢記録部３０Ａが記録したショベル１００の姿勢に関する情報に基づいて目標軌道を算出する。

自律制御部３０Ｃは、ショベル１００を自律的に動作させるように構成されている。本実施形態では、自律制御部３０Ｃは、所定の開始条件が満たされた場合に、軌道算出部３０Ｂが算出した目標軌道に沿ってショベル１００の所定部位を移動させるように構成されている。具体的には、自律制御部３０Ｃは、自動スイッチＮＳ２が押されている状態で操作装置２６が操作されたときに、ショベル１００の所定部位が目標軌道に沿って移動するように、ショベル１００を自律的に動作させる。

次に、図５及び図６を参照しながら、コントローラ３０がアタッチメントの動きを自律的に制御する機能（以下、「自律制御機能」とする。）の一例について説明する。図５及び図６は、自律制御機能のブロック図である。

最初に、コントローラ３０は、図５に示すように、操作傾向に基づいてバケット目標移動速度を生成し、且つ、バケット目標移動方向を決定する。操作傾向は、例えば、レバー操作量に基づいて判定される。バケット目標移動速度は、バケット６における制御基準点の移動速度の目標値であり、バケット目標移動方向は、バケット６における制御基準点の移動方向の目標値である。バケット６における制御基準点は、例えば、バケット６の背面にある所定点である。図５における現在の制御基準位置は、制御基準点の現在位置であり、例えば、ブーム角度β_１、アーム角度β_２、及び、旋回角度α_１に基づいて算出される。コントローラ３０は、更にバケット角度β_３を利用して現在の制御基準位置を算出してもよい。

その後、コントローラ３０は、バケット目標移動速度と、バケット目標移動方向と、現在の制御基準位置の三次元座標（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）とに基づいて単位時間経過後の制御基準位置の三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）を算出する。単位時間経過後の制御基準位置の三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）は、例えば、目標軌道上の座標である。単位時間は、例えば、制御周期の整数倍に相当する時間である。目標軌道は、例えば、ダンプトラックへの土砂等の積み込みを実現する作業である積み込み作業に関する目標軌道であってもよい。この場合、目標軌道は、例えば、ダンプトラックの位置と、掘削動作が終了したときの制御基準点の位置である掘削終了位置とに基づいて算出されてもよい。なお、ダンプトラックの位置は、例えば、物体検知装置７０及び撮像装置８０の少なくとも一方の出力に基づいて算出され、掘削終了位置は、例えば、姿勢検出装置の出力に基づいて算出されてもよい。掘削終了位置は、物体検知装置７０及び撮像装置８０の少なくとも一方の出力に基づいて算出されてもよい。

その後、コントローラ３０は、算出した三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）に基づき、ブーム４及びアーム５の回動に関する指令値β_１ｒ及びβ_２ｒと、上部旋回体３の旋回に関する指令値α_１ｒとを生成する。指令値β_１ｒは、例えば、制御基準位置を三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）に合わせることができたときのブーム角度β_１を表す。同様に、指令値β_２ｒは、制御基準位置を三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）に合わせることができたときのアーム角度β_２を表し、指令値α_１ｒは、制御基準位置を三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）に合わせることができたときの旋回角度α_１を表す。

その後、コントローラ３０は、図６に示すように、ブーム角度β_１、アーム角度β_２、及び旋回角度α_１のそれぞれが、生成された指令値β_１ｒ、β_２ｒ、α_１ｒとなるようにブームシリンダ７、アームシリンダ８、及び旋回用油圧モータ２Ａを動作させる。なお、旋回角度α_１は、例えば、旋回角速度センサＳ５の出力に基づいて算出される。

具体的には、コントローラ３０は、ブーム角度β_１の現在値と指令値β_１ｒとの差Δβ_１に対応するブームシリンダパイロット圧指令を生成する。そして、ブームシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流をブーム制御機構３１Ｃに対して出力する。ブーム制御機構３１Ｃは、ブームシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧をブーム制御弁としての制御弁１７５に対して作用させることができるように構成されている。ブーム制御機構３１Ｃは、例えば、図３Ｃにおける比例弁３１ＣＬ及び比例弁３１ＣＲであってもよい。

その後、ブーム制御機構３１Ｃが生成したパイロット圧を受けた制御弁１７５は、メインポンプ１４が吐出する作動油を、パイロット圧に対応する流れ方向及び流量でブームシリンダ７に流入させる。

このとき、コントローラ３０は、ブームスプール変位センサＳ７が検出する制御弁１７５のスプール変位量に基づいてブームスプール制御指令を生成してもよい。ブームスプール変位センサＳ７は、制御弁１７５を構成するスプールの変位量を検出するセンサである。そして、コントローラ３０は、ブームスプール制御指令に対応する制御電流をブーム制御機構３１Ｃに対して出力してもよい。この場合、ブーム制御機構３１Ｃは、ブームスプール制御指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧を制御弁１７５に対して作用させる。

ブームシリンダ７は、制御弁１７５を介して供給される作動油により伸縮する。ブーム角度センサＳ１は、伸縮するブームシリンダ７によって動かされるブーム４のブーム角度β_１を検出する。

その後、コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１が検出したブーム角度β_１を、ブームシリンダパイロット圧指令を生成する際に用いるブーム角度β_１の現在値としてフィードバックする。

上述の説明は、指令値β_１ｒに基づくブーム４の動作に関するものであるが、指令値β_２ｒに基づくアーム５の動作、及び、指令値α_１ｒに基づく上部旋回体３の旋回動作にも同様に適用可能である。なお、アーム制御機構３１Ａは、アームシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧をアーム制御弁としての制御弁１７６に対して作用させることができるように構成されている。アーム制御機構３１Ａは、例えば、図３Ａにおける比例弁３１ＡＬ及び比例弁３１ＡＲであってもよい。また、旋回制御機構３１Ｂは、旋回用油圧モータパイロット圧指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧を旋回制御弁としての制御弁１７３に対して作用させることができるように構成されている。旋回制御機構３１Ｂは、例えば、図３Ｂにおける比例弁３１ＢＬ及び比例弁３１ＢＲであってもよい。また、アームスプール変位センサＳ８は、制御弁１７６を構成するスプールの変位量を検出するセンサであり、旋回スプール変位センサＳ２Ａは、制御弁１７３を構成するスプールの変位量を検出するセンサである。

コントローラ３０は、図５に示すように、ポンプ吐出量導出部ＣＰ１、ＣＰ２、及びＣＰ３を用い、指令値β_１ｒ、β_２ｒ、及びα_１ｒからポンプ吐出量を導き出してもよい。本実施形態では、ポンプ吐出量導出部ＣＰ１、ＣＰ２、及びＣＰ３は、予め登録された参照テーブル等を用いて指令値β_１ｒ、β_２ｒ、及びα_１ｒからポンプ吐出量を導き出す。ポンプ吐出量導出部ＣＰ１、ＣＰ２、及びＣＰ３が導き出したポンプ吐出量は合計され、合計ポンプ吐出量としてポンプ流量演算部に入力される。ポンプ流量演算部は、入力された合計ポンプ吐出量に基づいてメインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、ポンプ流量演算部は、合計ポンプ吐出量に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を変更することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。

このように、コントローラ３０は、ブーム制御弁としての制御弁１７５、アーム制御弁としての制御弁１７６、及び、旋回制御弁としての制御弁１７３のそれぞれの開口制御とメインポンプ１４の吐出量の制御とを同時に実行できる。そのため、コントローラ３０は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及び旋回用油圧モータ２Ａのそれぞれに適切な量の作動油を供給できる。

また、コントローラ３０は、三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）の算出と、指令値β_１ｒ、β_２ｒ、及びα_１ｒの生成と、メインポンプ１４の吐出量の決定とを１制御サイクルとし、この制御サイクルを繰り返すことで自律制御を実行する。また、コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及び旋回角速度センサＳ５のそれぞれの出力に基づいて制御基準位置をフィードバック制御することで自律制御の精度を向上させることができる。具体的には、コントローラ３０は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及び旋回用油圧モータ２Ａのそれぞれに流入する作動油の流量をフィードバック制御することで自律制御の精度を向上させることができる。なお、コントローラ３０は、バケットシリンダ９に流入する作動油の流量を同様に制御してもよい。

次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照し、目標軌道を設定するためにショベル１００の操作者が行う作業について説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、ショベル１００によるダンプトラックＤＴへの土砂等の積み込みが行われている作業現場の様子の一例を示す。具体的には、図７Ａは作業現場の上面図である。図７Ｂは、図７Ａの矢印ＡＲ１で示す方向から作業現場を見たときの図である。図７Ｂでは、明瞭化のため、ショベル１００（バケット６を除く。）の図示が省略されている。また、図７Ａにおいて、実線で描かれたショベル１００は掘削動作が終了したときのショベル１００の状態を表し、破線で描かれたショベル１００は複合動作中のショベル１００の状態を表し、一点鎖線で描かれたショベル１００は排土動作が開始される前のショベル１００の状態を表す。同様に、図７Ｂにおいて、実線で描かれたバケット６Ａは掘削動作が終了したときのバケット６の状態を表し、破線で描かれたバケット６Ｂは複合動作中のバケット６の状態を表し、一点鎖線で描かれたバケット６Ｃは排土動作が開始される前のバケット６の状態を表す。また、図７Ａ及び図７Ｂにおける太い破線は、バケット６の背面にある所定点が描く軌跡を表す。

操作者は、掘削動作が終了したときに記録スイッチＮＳ１を押すことで、右旋回動作を含む複合動作の開始位置におけるショベル１００の姿勢をＲＡＭに記録させる。具体的には、バケット６の背面にある所定点（制御基準点）が点Ｐ１にあるときの姿勢検出装置の出力をＲＡＭに記録させる。コントローラ３０は、掘削終了位置としての点Ｐ１を、旋回動作を含む複合動作の開始位置として記録してもよい。

その後、操作者は、操作装置２６を用いて複合操作を行う。本実施形態では、操作者は、右旋回操作を含む複合操作を行う。具体的には、ショベル１００の姿勢が破線で示すような姿勢になるまで、すなわち、バケット６の背面にある所定点が点Ｐ２に達するまで、ブーム上げ操作及びアーム閉じ操作の少なくとも一方と右旋回操作とを含む複合操作を行う。複合操作にはバケット６の開閉操作が含まれていてもよい。高さＨｄのダンプトラックＤＴの荷台とバケット６とが接触しないようにしながら、バケット６を荷台の上に移動させるためである。

その後、操作者は、ショベル１００の姿勢が一点鎖線で示すような姿勢になるまで、すなわち、バケット６の背面にある所定点が点Ｐ３に達するまで、アーム開き操作及び右旋回操作を含む複合操作を行う。複合操作には、ブーム４の操作及びバケット６の開閉操作の少なくとも１つが含まれていてもよい。ダンプトラックＤＴの荷台の前側（運転席側）に土砂等を排土できるようにするためである。

その後、操作者は、排土動作を開始させる前に記録スイッチＮＳ１を押すことで、複合動作の終了位置におけるショベル１００の姿勢をＲＡＭに記録させる。具体的には、バケット６の背面にある所定点が点Ｐ３にあるときの姿勢検出装置の出力をＲＡＭに記録させる。コントローラ３０は、ダンプ（排土）開始位置としての点Ｐ３を、複合動作の終了位置として記録してもよい。

上述の一連の操作を行うことで、ショベル１００の操作者は、ショベル１００によるダンプトラックＤＴへの積み込み作業に関する目標軌道をコントローラ３０に算出させることができる。

次に、図８を参照し、コントローラ３０が積み込み作業に関する目標軌道を算出する処理（以下、「算出処理」とする。）について説明する。図８は、算出処理の一例のフローチャートである。コントローラ３０は、例えば、目標軌道が算出されるまで、所定の制御周期で繰り返しこの算出処理を実行する。

最初に、コントローラ３０は、記録スイッチＮＳ１が押されたか否かを判定する（ステップＳＴ１）。コントローラ３０は、例えば、右旋回動作を含む複合動作の開始位置で操作者が記録スイッチＮＳ１を押すまで繰り返しこの判定を実行する。

記録スイッチＮＳ１が押されたと判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、コントローラ３０の姿勢記録部３０Ａは、複合動作の開始位置でのショベル１００の姿勢を記録する（ステップＳＴ２）。本実施形態では、姿勢記録部３０Ａは、姿勢検出装置の出力を記録することで、図７Ａの実線で示すショベル１００の姿勢に関する情報を記録する。

その後、コントローラ３０は、記録スイッチＮＳ１が押されたか否かを判定する（ステップＳＴ３）。コントローラ３０は、例えば、複合動作の終了位置で操作者が記録スイッチＮＳ１を押すまで繰り返しこの判定を実行する。

記録スイッチＮＳ１が押されたと判定した場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、姿勢記録部３０Ａは、複合動作の終了位置でのショベル１００の姿勢を記録する（ステップＳＴ４）。本実施形態では、姿勢記録部３０Ａは、姿勢検出装置の出力を記録することで、図７Ａの一点鎖線で示すショベル１００の姿勢に関する情報を記録する。

コントローラ３０は、複合動作の動作速度を記録してもよい。操作者は、作業場所が狭い場合には、旋回動作に対するブーム上げ動作の動作速度が速いと感じる場合がある。また、操作者は、ショベル１００の操作に慣れていない場合にも、旋回動作に対するブーム上げ動作の動作速度が速いと感じる場合がある。そこで、コントローラ３０は、複合動作の動作速度パターンを記録することで、作業現場又は操作者の熟練度等の違いに応じて自律制御の際の動作速度を調整できるように構成されていてもよい。この構成により、コントローラ３０は、例えば、動作速度が速いと操作者が感じてしまうことのないように、動作速度を低下させることができる。

姿勢記録部３０Ａは、複合動作の開始位置で記録スイッチＮＳ１が押されてから複合動作の終了位置で記録スイッチＮＳ１が押されるまでの間、姿勢検出装置の出力を所定の制御周期で繰り返し記録してもよい。この場合、姿勢記録部３０Ａは、ショベル１００の姿勢に関する情報が継続的に記録されていることを操作者が認識できるように記録中であることを操作者に知らせてもよい。例えば、姿勢記録部３０Ａは、記録中である旨を表示装置Ｄ１に表示させてもよく、その旨を知らせる音声情報を音出力装置Ｄ２から出力させてもよい。

その後、コントローラ３０の軌道算出部３０Ｂは、目標軌道を算出する（ステップＳＴ５）。本実施形態では、軌道算出部３０Ｂは、複合動作の開始位置で記録されたショベル１００の姿勢に関する情報と、複合動作の終了位置で記録されたショベル１００の姿勢に関する情報とに基づき、積み込み作業に関する目標軌道を算出する。軌道算出部３０Ｂは、複合動作の開始位置から終了位置までのショベル１００の姿勢に関する一連の情報に基づいて目標軌道を算出してもよい。

軌道算出部３０Ｂは、ダンプトラックＤＴに関する情報を追加的に考慮して目標軌道を算出してもよい。ダンプトラックＤＴに関する情報は、例えば、ダンプトラックＤＴの荷台の高さ、ダンプトラックＤＴの向き、ダンプトラックＤＴのサイズ、及びダンプトラックＤＴの種類等の少なくとも１つである。ダンプトラックＤＴに関する情報は、例えば、物体検知装置７０及び撮像装置８０等の少なくとも１つを用いて取得される。コントローラ３０は、測位装置及び通信装置等の少なくとも１つを通じてダンプトラックＤＴに関する情報を取得してもよい。

その後、コントローラ３０は、目標軌道の算出が完了したことを報知する（ステップＳＴ６）。本実施形態では、軌道算出部３０Ｂは、積み込み作業に関する目標軌道の算出が完了した旨を表す情報を表示装置Ｄ１に表示させる。軌道算出部３０Ｂは、その旨を知らせる音声情報を音出力装置Ｄ２から出力させてもよい。

目標軌道を算出したコントローラ３０は、ショベル１００の所定部位が目標軌道に沿って移動するように、ショベル１００を自律的に動作させることができる。

コントローラ３０は、記録した複合動作の動作速度パターンに基づいて自律制御を行ってもよい。この場合、コントローラ３０は、作業現場又は操作者の熟練度等の違いに応じた動作速度パターンに基づいて最適な自律制御を行うことができる。

次に、図９を参照し、コントローラ３０がショベル１００を自律的に動作させる処理（以下、「自律処理」とする。）について説明する。図９は、自律処理の一例のフローチャートである。

最初に、コントローラ３０の自律制御部３０Ｃは、自律制御の開始条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。本実施形態では、自律制御部３０Ｃは、積み込み作業に関する自律制御の開始条件が満たされたか否かを判定する。

開始条件は、例えば、第１開始条件及び第２開始条件を含む。第１開始条件は、例えば、「積み込み作業に関する目標軌道が既に算出されていること」である。第２開始条件は、例えば、「自動スイッチＮＳ２が押された状態で旋回操作が行われたこと」である。図７Ａ及び図７Ｂに示す例では、第２開始条件における「旋回操作」は、「右旋回操作」であってもよい。この場合、図７Ａ及び図７Ｂに示す例では、自動スイッチＮＳ２が押された状態で左旋回操作が行われた場合であっても開始条件は満たされない。但し、第２開始条件は、「自動スイッチＮＳ２が押されたこと」であってもよい。この場合、旋回操作の有無にかかわらず開始条件が満たされる。或いは、第２開始条件は、「左操作レバー２６Ｌが中立位置に維持された状態で自動スイッチＮＳ２が押されていること」であってもよい。この場合、自動スイッチＮＳ２が押された状態であっても、左操作レバー２６Ｌが操作されているときには、開始条件は満たされない。

開始条件が満たされたと判定した場合（ステップＳＴ１１のＹＥＳ）、自律制御部３０Ｃは、自律制御を開始する（ステップＳＴ１２）。本実施形態では、自律制御部３０Ｃは、バケット６の背面にある所定点によって描かれる軌跡が目標軌道に沿うように、手動操作による右旋回動作に応じてブーム４を自動的に上昇させる。この場合、手動操作による右旋回速度が大きいほど、自律制御によるブーム４の上昇速度は大きくなる。自律制御部３０Ｃは、バケット６に取り込まれている土砂等がこぼれ落ちないようにバケット６の姿勢を維持すべく、バケット角度β_３を増減させてもよい。

自律制御部３０Ｃは、自律制御中であることを操作者に報知してもよい。例えば、自律制御部３０Ｃは、自律制御中である旨を表示装置Ｄ１に表示させてもよく、その旨を知らせる音声情報を音出力装置Ｄ２から出力させてもよい。

その後、自律制御部３０Ｃは、自律制御の終了条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳＴ１３）。本実施形態では、自律制御部３０Ｃは、積み込み作業に関する自律制御の終了条件が満たされたか否かを判定する。

終了条件は、例えば、第１終了条件及び第２終了条件を含む。第１終了条件は、例えば、「ショベル１００の所定部位が終了位置に達したこと」である。第２終了条件は、例えば、第２開始条件が「自動スイッチＮＳ２が押された状態で旋回操作が行われたこと」である場合、「自動スイッチＮＳ２の押下が中止されたこと」又は「旋回操作が中止されたこと」である。また、第２開始条件が「自動スイッチＮＳ２が押されたこと」である場合、第２終了条件は、例えば、「自動スイッチＮＳ２がもう一度押されたこと」である。或いは、第２開始条件が「左操作レバー２６Ｌが中立位置に維持された状態で自動スイッチＮＳ２が押されていること」である場合、第２終了条件は、例えば、「自動スイッチＮＳ２の押下が中止されたこと」又は「旋回操作が行われたこと」である。

終了条件が満たされたと判定した場合（ステップＳＴ１３のＹＥＳ）、自律制御部３０Ｃは、自律制御を終了する（ステップＳＴ１４）。本実施形態では、自律制御部３０Ｃは、第１終了条件又は第２終了条件が満たされた場合に終了条件が満たされたと判定し、手動操作に基づかないアクチュエータの動きを全て停止させる。

自律制御部３０Ｃは、自律制御を終了させたことを操作者に報知してもよい。例えば、自律制御部３０Ｃは、自律制御を終了させた旨を表示装置Ｄ１に表示させてもよく、その旨を知らせる音声情報を音出力装置Ｄ２から出力させてもよい。

その後、操作者は、手動操作による排土動作を実行してバケット６内の土砂等をダンプトラックＤＴの荷台に排土する。そして、操作者は、手動操作によるブーム下げ旋回を実行し、掘削アタッチメントＡＴの姿勢を掘削動作が可能な姿勢に戻す。そして、操作者は、手動操作により掘削動作を実行してバケット６内に新たな土砂等を取り込んだ後で、再び自律制御を開始させ、掘削アタッチメントＡＴの姿勢を排土動作が可能な姿勢にする。作業者は、このような動作を繰り返すことで、積み込み作業を完了させることができる。

次に、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照し、自律制御を実行するショベル１００によるダンプトラックＤＴへの土砂等の積み込みについて説明する。図１０Ａ〜図１０Ｃは、作業現場の上面図である。

図１０Ａは、手動操作による１回目のブーム上げ旋回動作が終了したときの状態を示す。ブーム上げ旋回動作は、アーム開き動作、アーム閉じ動作、バケット開き動作、及びバケット閉じ動作の少なくとも１つを含んでいてもよい。図１０Ａの破線は、手動操作による１回目の掘削動作が終了した後で、且つ、手動操作による１回目のブーム上げ旋回動作が開始される前のショベル１００の姿勢を表す。範囲Ｒ１は、１回目のブーム上げ旋回動作の後の手動操作による排土動作によって土砂等が積載されるダンプトラックＤＴの荷台上の範囲を表す。

図１０Ｂは、自律制御による２回目のブーム上げ旋回動作が終了したときの状態を示す。図１０Ｂの破線は、手動操作による２回目の掘削動作が終了した後で、且つ、２回目のブーム上げ旋回動作が開始される前のショベル１００の姿勢を表す。範囲Ｒ２は、２回目のブーム上げ旋回動作の後の手動操作による排土動作によって土砂等が積載されるダンプトラックＤＴの荷台上の範囲を表す。

図１０Ｃは、自律制御による３回目のブーム上げ旋回動作が終了したときの状態を示す。図１０Ｃの破線は、手動操作による３回目の掘削動作が終了した後で、且つ、３回目のブーム上げ旋回動作が開始される前のショベル１００の姿勢を表す。範囲Ｒ３は、３回目のブーム上げ旋回動作の後の手動操作による排土動作によって土砂等が積載されるダンプトラックＤＴの荷台上の範囲を表す。

ショベル１００の操作者は、手動操作による１回目のブーム上げ旋回動作を開始させる前の時点、すなわち、ショベル１００の状態を図１０Ａの破線で示す状態にしたときの第１時点で記録スイッチＮＳ１を押して旋回動作を含む複合動作の開始位置におけるショベル１００の姿勢に関する情報を記録する。そして、操作者は、ブーム上げ操作及び右旋回操作を含む複合操作を行い、ショベル１００の状態を図１０Ａの実線で示す状態にしたときの第２時点で記録スイッチＮＳ１を押して旋回動作を含む複合動作の終了位置におけるショベル１００の姿勢に関する情報を記録する。

コントローラ３０は、第１時点及び第２時点のそれぞれで記録されたショベル１００の姿勢に関する情報に基づき、自律制御による２回目以降のブーム上げ旋回動作で利用可能な目標軌道を算出する。

１回目の排土動作を実行した後、操作者は、手動操作によるブーム下げ旋回動作を実行し、図１０Ａに示す盛り土Ｆ１にバケット６を近づける。そして、操作者は、手動操作による掘削動作によって盛り土Ｆ１を形成している土砂等をバケット６内に取り込む。その後、操作者は、掘削動作を終了させた後の時点、すなわち、ショベル１００の状態を図１０Ｂの破線で示す状態にしたときの第３時点で自動スイッチＮＳ２を押して２回目のブーム上げ旋回動作を手動操作ではなく自律制御によって開始させる。

コントローラ３０は、第２時点で算出した目標軌道を利用し、２回目のブーム上げ旋回動作を自律制御によって実行する。具体的には、コントローラ３０は、バケット６の背面にある所定点によって描かれる軌跡が目標軌道に沿うように、旋回機構２を自動的に右旋回させ、且つ、ブーム４を自動的に上昇させる。本実施形態では、目標軌道の終端位置は、バケット６の背面にある所定点が範囲Ｒ２の中心点の真上に来るように設定される。土砂等の被積載物は、通常、ダンプトラックＤＴの荷台の奥側（ダンプトラックＤＴのフロントパネル又は運転室に近い側）から手前側（ダンプトラックＤＴのフロントパネル又は運転室から遠い側）に向かって順に積み込まれるためである。但し、目標軌道の終端位置は、１回目の終端位置に所定の補正値を加えることで設定されてもよい。この場合、補正値は、予め設定されていてもよい。例えば、補正値は、バケットサイズに応じた値に設定されていてもよい。２回目のブーム上げ旋回動作が終了した時点で操作者がバケット開き操作を実行するだけで、バケット６内の土砂等が範囲Ｒ２に排土されるようにするためである。この場合、目標軌道の終端位置は、バケット６の容積等のバケット６に関する情報、及び、ダンプトラックＤＴに関する情報等の少なくとも１つに基づいて算出されてもよい。但し、目標軌道の終端位置は、手動操作による１回目のブーム上げ旋回動作のときの軌道（軌跡）の終端位置と同じであってもよい。すなわち、目標軌道の終端位置は、第２時点で記録スイッチＮＳ１が押されたときのバケット６の背面にある所定点の位置であってもよい。

２回目のブーム上げ旋回動作が終了した後、操作者は、手動操作による２回目の排土動作を実行する。本実施形態では、操作者は、バケット開き操作を実行するだけで、バケット６内の土砂等を範囲Ｒ２に排土できる。

２回目の排土動作を実行した後、操作者は、手動操作によるブーム下げ旋回動作を実行し、図１０Ｂに示す盛り土Ｆ２にバケット６を近づける。そして、操作者は、手動操作による掘削動作によって盛り土Ｆ２を形成している土砂等をバケット６内に取り込む。その後、操作者は、掘削動作を終了させた後の時点、すなわち、ショベル１００の状態を図１０Ｃの破線で示す状態にしたときの第４時点で自動スイッチＮＳ２を押して３回目のブーム上げ旋回動作を自律制御によって開始させる。

コントローラ３０は、第２時点で算出した目標軌道を利用し、３回目のブーム上げ旋回動作を自律制御によって実行する。具体的には、コントローラ３０は、バケット６の背面にある所定点によって描かれる軌跡が目標軌道に沿うように、旋回機構２を自動的に右旋回させ、且つ、ブーム４を自動的に上昇させる。本実施形態では、目標軌道の終端位置は、バケット６の背面にある所定点が範囲Ｒ３の中心点の真上に来るように設定される。３回目のブーム上げ旋回動作が終了した時点で操作者がバケット開き操作を実行するだけで、バケット６内の土砂等が範囲Ｒ３に排土されるようにするためである。

３回目のブーム上げ旋回動作が終了した後、操作者は、手動操作による３回目の排土動作を実行する。本実施形態では、操作者は、バケット開き操作を実行するだけで、バケット６内の土砂等をダンプトラックＤＴの荷台上の範囲Ｒ３に排土できる。

上述のように、ショベル１００の操作者は、１台のダンプトラックＤＴに対する１回目のブーム上げ旋回動作のみを手動操作によって実行するだけで、２回目以降のブーム上げ旋回動作をショベル１００に自律的に実行させることができる。

また、本実施形態では、コントローラ３０は、ダンプトラックＤＴに関する情報に基づき、自律制御によるブーム上げ旋回動作が行われる度に、目標軌道の終端位置を変更するように構成されている。そのため、ショベル１００の操作者は、自律制御によるブーム上げ旋回動作が終了する度にバケット開き操作を実行するだけで、ダンプトラックＤＴの荷台の適切な位置に土砂等を排土できる。

次に、図１１を参照し、自律制御の実行中に表示される画像の一例について説明する。図１１に示すように、表示装置Ｄ１に表示される画像Ｇｘは、時刻表示部４１１、回転数モード表示部４１２、走行モード表示部４１３、アタッチメント表示部４１４、エンジン制御状態表示部４１５、尿素水残量表示部４１６、燃料残量表示部４１７、冷却水温表示部４１８、エンジン稼働時間表示部４１９、カメラ画像表示部４２０、及び作業状態表示部４３０を有する。回転数モード表示部４１２、走行モード表示部４１３、アタッチメント表示部４１４、及びエンジン制御状態表示部４１５は、ショベル１００の設定状態に関する情報を表示する表示部である。尿素水残量表示部４１６、燃料残量表示部４１７、冷却水温表示部４１８、及びエンジン稼働時間表示部４１９は、ショベル１００の運転状態に関する情報を表示する表示部である。各部に表示される画像は、表示装置Ｄ１によって、コントローラ３０から送信される各種データ及び撮像装置８０から送信される画像データ等を用いて生成される。

時刻表示部４１１は、現在の時刻を表示する。回転数モード表示部４１２は、不図示のエンジン回転数調整ダイヤルによって設定されている回転数モードをショベル１００の稼働情報として表示する。走行モード表示部４１３は、走行モードをショベル１００の稼働情報として表示する。走行モードは、可変容量モータを用いた走行用油圧モータの設定状態を表す。例えば、走行モードは、低速モード及び高速モードを有し、低速モードでは「亀」を象ったマークが表示され、高速モードでは「兎」を象ったマークが表示される。アタッチメント表示部４１４は、現在装着されているアタッチメントの種類を表すアイコンを表示する領域である。エンジン制御状態表示部４１５は、エンジン１１の制御状態をショベル１００の稼働情報として表示する。図１１の例では、エンジン１１の制御状態として「自動減速・自動停止モード」が選択されている。「自動減速・自動停止モード」は、非操作状態の継続時間に応じて、エンジン回転数を自動的に低減し、さらにはエンジン１１を自動的に停止させる制御状態を意味する。その他、エンジン１１の制御状態には、「自動減速モード」、「自動停止モード」、及び「手動減速モード」等がある。

尿素水残量表示部４１６は、尿素水タンクに貯蔵されている尿素水の残量状態をショベル１００の稼働情報として画像表示する。図１１の例では、尿素水残量表示部４１６には、現在の尿素水の残量状態を表すバーゲージが表示されている。尿素水の残量は、尿素水タンクに設けられている尿素水残量センサが出力するデータに基づいて表示される。

燃料残量表示部４１７は、燃料タンクに貯蔵されている燃料の残量状態を稼働情報として表示する。図１１の例では、燃料残量表示部４１７には、現在の燃料の残量状態を表すバーゲージが表示されている。燃料の残量は、燃料タンクに設けられている燃料残量センサが出力するデータに基づいて表示される。

冷却水温表示部４１８は、エンジン冷却水の温度状態をショベル１００の稼働情報として表示する。図１１の例では、冷却水温表示部４１８には、エンジン冷却水の温度状態を表すバーゲージが表示されている。エンジン冷却水の温度は、エンジン１１に設けられている水温センサが出力するデータに基づいて表示される。

エンジン稼働時間表示部４１９は、エンジン１１の累積稼働時間をショベル１００の稼働情報として表示する。図１１の例では、エンジン稼働時間表示部４１９には、操作者によりカウントがリスタートされてからの稼働時間の累積が、単位「ｈｒ（時間）」と共に表示されている。エンジン稼働時間表示部４１９には、ショベル製造後の全期間の生涯稼働時間又は操作者によりカウントがリスタートされてからの区間稼働時間が表示されてもよい。

カメラ画像表示部４２０は、撮像装置８０によって撮影された画像を表示する。図１１の例では、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後方カメラ８０Ｂによって撮影された画像がカメラ画像表示部４２０に表示されている。カメラ画像表示部４２０には、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左方カメラ８０Ｌ又は上面右端に取り付けられた右方カメラ８０Ｒによって撮像されたカメラ画像が表示されてもよい。また、カメラ画像表示部４２０には、左方カメラ８０Ｌ、右方カメラ８０Ｒ、及び後方カメラ８０Ｂのうちの複数のカメラによって撮影された画像が並ぶように表示されてもよい。また、カメラ画像表示部４２０には、左方カメラ８０Ｌ、右方カメラ８０Ｒ、及び後方カメラ８０Ｂの少なくとも２つによって撮像された複数のカメラ画像の合成画像が表示されてもよい。合成画像は、例えば、俯瞰画像であってもよい。

各カメラは上部旋回体３の一部がカメラ画像に含まれるように設置されていてもよい。表示される画像に上部旋回体３の一部が含まれることで、操作者は、カメラ画像表示部４２０に表示される物体とショベル１００との間の距離感を把握し易くなるためである。図１１の例では、カメラ画像表示部４２０は、上部旋回体３のカウンタウェイト３ｗの画像を表示している。

カメラ画像表示部４２０には、表示中のカメラ画像を撮影した撮像装置８０の向きを表す図形４２１が表示されている。図形４２１は、ショベル１００の形状を表すショベル図形４２１ａと、表示中のカメラ画像を撮像した撮像装置８０の撮影方向を表す帯状の方向表示図形４２１ｂとで構成されている。図形４２１は、ショベル１００の設定状態に関する情報を表示する表示部である。

図１１の例では、ショベル図形４２１ａの下側（掘削アタッチメントＡＴを表す図形の反対側）に方向表示図形４２１ｂが表示されている。これは、後方カメラ８０Ｂによって撮影されたショベル１００の後方の画像がカメラ画像表示部４２０に表示されていることを表す。例えば、カメラ画像表示部４２０に右方カメラ８０Ｒによって撮影された画像が表示されている場合には、ショベル図形４２１ａの右側に方向表示図形４２１ｂが表示される。また、例えばカメラ画像表示部４２０に左方カメラ８０Ｌによって撮影された画像が表示されている場合には、ショベル図形４２１ａの左側に方向表示図形４２１ｂが表示される。

操作者は、例えば、キャビン１０内に設けられている不図示の画像切換スイッチを押すことで、カメラ画像表示部４２０に表示する画像を他のカメラにより撮影された画像等に切り換えることができる。

ショベル１００に撮像装置８０が設けられていない場合には、カメラ画像表示部４２０の代わりに、異なる情報が表示されてもよい。

作業状態表示部４３０は、ショベル１００の作業状態を表示する。図１１の例では、作業状態表示部４３０は、ショベル１００の図形４３１、ダンプトラックＤＴの図形４３２、ショベル１００の状態を表す図形４３３、掘削終了位置を表す図形４３４、目標軌道を表す図形４３５、排土開始位置を表す図形４３６、及び、ダンプトラックＤＴの荷台に既に積み込まれている土砂の図形４３７を含む。図形４３１は、ショベル１００を上から見たときのショベル１００の状態を示す。図形４３２は、ダンプトラックＤＴを上から見たときのダンプトラックＤＴの状態を示す。図形４３３は、ショベル１００の状態を表すテキストメッセージである。図形４３４は、掘削動作を終了させたときのバケット６を上から見たときのバケット６の状態を示す。図形４３５は、上から見た目標軌道を示す。図形４３６は、排土動作を開始させるときのバケット６、すなわち、目標軌道の終端位置におけるバケット６を上から見たときのバケット６の状態を示す。図形４３７は、ダンプトラックＤＴの荷台に既に積み込まれている土砂の状態を示す。

コントローラ３０は、ショベル１００の姿勢に関する情報及びダンプトラックＤＴに関する情報等に基づいて図形４３１〜図形４３６を生成するように構成されていてもよい。具体的には、図形４３１は、ショベル１００の実際の姿勢を表すように生成されてもよく、図形４３２は、ダンプトラックＤＴの実際の向き及びサイズを表すように生成されてもよい。また、図形４３４は、姿勢記録部３０Ａが記録した情報に基づいて生成されてもよく、図形４３５及び図形４３６は、軌道算出部３０Ｂが算出した情報に基づいて生成されてもよい。また、コントローラ３０は、物体検知装置７０及び撮像装置８０の少なくとも一方の出力に基づき、ダンプトラックＤＴの荷台に既に積み込まれている土砂の状態を検出し、検出した状態に応じて図形４３７の位置及び大きさを変化させてもよい。

また、コントローラ３０は、現在のダンプトラックＤＴに関するブーム上げ旋回動作の回数、自律制御によるブーム上げ旋回動作の回数、ダンプトラックＤＴに積載された土砂の重量、及び、ダンプトラックＤＴに積載された土砂の重量の最大積載重量に対する比率等を作業状態表示部４３０に表示させてもよい。

この構成により、ショベル１００の操作者は、画像Ｇｘを見ることで、自律制御が行われているか否かを把握することができる。また、操作者は、ショベル１００の図形４３１及びダンプトラックＤＴの図形４３２を含む画像Ｇｘを見ることで、ショベル１００とダンプトラックＤＴとの相対位置関係を容易に把握することができる。また、操作者は、目標軌道を表す図形４３５を含む画像Ｇｘを見ることで、どのような目標軌道が設定されたかを容易に把握できる。また、操作者は、ブーム上げ旋回動作の開始位置である掘削終了位置に関する情報である図形４３４を含む画像Ｇｘを見ることで、ブーム上げ旋回動作が開始されたときの状態を容易に把握できる。また、操作者は、ブーム上げ旋回動作の終了位置である排土開始位置に関する情報である図形４３６を含む画像Ｇｘを見ることで、ブーム上げ旋回動作が終了するときの状態を容易に把握できる。

上述のように、本発明の実施形態に係るショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、上部旋回体３に回動可能に搭載されたアタッチメントとしての掘削アタッチメントＡＴと、上部旋回体３に設けられた制御装置としてのコントローラ３０と、を有する。コントローラ３０は、掘削アタッチメントＡＴの動作と旋回動作を含む複合動作を自律的に実行するように構成されている。この構成により、ショベル１００は、操作者の意図に沿って旋回動作を含む複合動作を自律的に実行できる。

旋回動作を含む複合操作は、例えば、ブーム上げ旋回動作である。ブーム上げ旋回動作に関する目標軌道は、例えば、手動操作によるブーム上げ旋回動作の際に記録された情報に基づいて算出される。但し、ブーム上げ旋回動作に関する目標軌道は、手動操作によるブーム下げ旋回動作の際に記録された情報に基づいて算出されてもよい。また、旋回動作を含む複合操作は、ブーム下げ旋回動作であってもよい。ブーム下げ旋回動作に関する目標軌道は、例えば、手動操作によるブーム下げ旋回動作の際に記録された情報に基づいて算出される。但し、ブーム下げ旋回動作に関する目標軌道は、手動操作によるブーム上げ旋回動作の際に記録された情報に基づいて算出されてもよい。また、旋回動作を含む複合操作は、旋回動作を含む他の繰り返し動作であってもよい。

ショベル１００は、掘削アタッチメントＡＴの姿勢に関する情報を取得する姿勢検出装置を備えていてもよい。姿勢検出装置は、例えば、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、及び旋回角速度センサＳ５の少なくとも１つを含む。そして、コントローラ３０は、姿勢検出装置が取得した情報に基づいて掘削アタッチメントＡＴにおける所定点が描く目標軌道を算出し、その目標軌道に沿って所定点が移動するように複合動作を自律的に実行するように構成されていてもよい。掘削アタッチメントＡＴにおける所定点は、例えば、バケット６の背面における所定点である。

コントローラ３０は、複合動作を繰り返し実行するように構成され、且つ、複合動作を実行する毎に、目標軌道を変更するように構成されていてもよい。すなわち、ブーム上げ旋回動作等のように繰り返し実行される複合動作に関する目標軌道は、複合動作が実行される度に更新されてもよい。例えば、コントローラ３０は、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して説明したように、自律制御によるブーム上げ旋回動作を実行する毎に、目標軌道の終端位置（例えば、排土開始位置）を変更してもよい。また、コントローラ３０は、自律制御によるブーム上げ旋回動作を実行する毎に、目標軌道の開始位置（例えば、掘削終了位置）を変更してもよい。すなわち、目標軌道の開始位置及び終端位置の少なくとも一方は、ブーム上げ旋回動作が実行される度に更新されてもよい。

ショベル１００は、キャビン１０内に設けられる第２スイッチとしての記録スイッチＮＳ１を有していてもよい。そして、コントローラ３０は、記録スイッチＮＳ１が操作されたときに掘削アタッチメントＡＴの姿勢に関する情報を取得するように構成されていてもよい。

コントローラ３０は、第１スイッチとしての自動スイッチＮＳ２が操作されている間、或いは、自動スイッチＮＳ２が操作された状態で旋回操作が行われている間、複合動作を自律的に実行するように構成されていてもよい。また、自動スイッチＮＳ２を備えていない場合であっても、コントローラ３０は、ショベル１００の姿勢に関する情報等の記録後に旋回操作が行われたことを条件として、旋回動作を含む複合動作を自律的に実行するように構成されていてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。

例えば、ショベル１００は、以下に示すような自律制御機能を実行して複合操作を自律的に実行してもよい。図１２は、自律制御機能の別の構成例を示すブロック図である。図１２の例では、コントローラ３０は、自律制御の実行に関する機能要素Ｆａ〜Ｆｃ及びＦ１〜Ｆ６を有する。機能要素は、ソフトウェアで構成されていてもよく、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで構成されていてもよい。

機能要素Ｆａは、排土開始位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆａは、物体検知装置７０が出力する物体データに基づき、排土動作が実際に開始される前に、排土動作を開始させるときのバケット６の位置を排土開始位置として算出する。具体的には、機能要素Ｆａは、物体検知装置７０が出力する物体データに基づき、ダンプトラックＤＴの荷台に既に積み込まれている土砂の状態を検出する。土砂の状態は、例えば、ダンプトラックＤＴの荷台のどの部分に土砂が積み込まれているか等である。そして、機能要素Ｆａは、検出した土砂の状態に基づいて排土開始位置を算出する。但し、機能要素Ｆａは、撮像装置８０の出力に基づいて排土開始位置を算出してもよい。或いは、機能要素Ｆａは、過去の排土動作が行われたときに姿勢記録部３０Ａが記録したショベル１００の姿勢に基づいて排土開始位置を算出してもよい。或いは、機能要素Ｆａは、姿勢検出装置の出力に基づいて排土開始位置を算出してもよい。この場合、機能要素Ｆａは、例えば、排土動作が実際に開始される前に、掘削アタッチメントの現在の姿勢に基づき、排土動作を開始させるときのバケット６の位置を排土開始位置として算出してもよい。

機能要素Ｆｂは、ダンプトラック位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆｂは、物体検知装置７０が出力する物体データに基づき、ダンプトラックＤＴの荷台を構成する各部の位置をダンプトラック位置として算出する。

機能要素Ｆｃは、掘削終了位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆｃは、直近の掘削動作を終了させたときのバケット６の爪先位置に基づき、掘削動作を終了させたときのバケット６の位置を掘削終了位置として算出する。具体的には、機能要素Ｆｃは、後述の機能要素Ｆ２によって算出される現在のバケット６の爪先位置に基づいて掘削終了位置を算出する。

機能要素Ｆ１は、目標軌道を生成するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１は、物体検知装置７０が出力する物体データと、機能要素Ｆｃが算出した掘削終了位置とに基づいてバケット６の爪先が辿るべき軌道を目標軌道として生成する。物体データは、例えば、ダンプトラックＤＴの位置及び形状等、ショベル１００の周囲に存在する物体に関する情報である。具体的には、機能要素Ｆ１は、機能要素Ｆａが算出した排土開始位置と、機能要素Ｆｂが算出したダンプトラック位置と、機能要素Ｆｃが算出した掘削終了位置とに基づいて目標軌道を算出する。

機能要素Ｆ２は、現在の爪先位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ２は、ブーム角度センサＳ１が検出したブーム角度β_１と、アーム角度センサＳ２が検出したアーム角度β_２と、バケット角度センサＳ３が検出したバケット角度β_３と、旋回角速度センサＳ５が検出した旋回角度α_１とに基づき、バケット６の爪先の座標点を現在の爪先位置として算出する。機能要素Ｆ２は、現在の爪先位置を算出する際に、機体傾斜センサＳ４の出力を利用してもよい。

機能要素Ｆ３は、次の爪先位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ３は、操作圧センサ２９が出力する操作データと、機能要素Ｆ１が生成した目標軌道と、機能要素Ｆ２が算出した現在の爪先位置とに基づき、所定時間後の爪先位置を目標爪先位置として算出する。

機能要素Ｆ３は、現在の爪先位置と目標軌道との間の乖離が許容範囲内に収まっているか否かを判定してもよい。本実施形態では、機能要素Ｆ３は、現在の爪先位置と目標軌道との間の距離が所定値以下であるか否かを判定する。そして、機能要素Ｆ３は、その距離が所定値以下である場合、乖離が許容範囲内に収まっていると判定し、目標爪先位置を算出する。一方で、機能要素Ｆ３は、その距離が所定値を上回っている場合、乖離が許容範囲内に収まっていないと判定し、レバー操作量とは無関係に、アクチュエータの動きを減速させ或いは停止させるようにする。この構成により、コントローラ３０は、爪先位置が目標軌道から逸脱した状態で、自律制御の実行が継続されてしまうのを防止できる。

機能要素Ｆ４は、爪先の速度に関する指令値を生成するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ４は、機能要素Ｆ２が算出した現在の爪先位置と、機能要素Ｆ３が算出した次の爪先位置とに基づき、所定時間で現在の爪先位置を次の爪先位置に移動させるために必要な爪先の速度を爪先の速度に関する指令値として算出する。

機能要素Ｆ５は、爪先の速度に関する指令値を制限するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ５は、機能要素Ｆ２が算出した現在の爪先位置と物体検知装置７０の出力とに基づき、爪先とダンプトラックＤＴとの間の距離が所定値未満であると判定した場合、爪先の速度に関する指令値を所定の上限値で制限する。このようにして、コントローラ３０は、爪先がダンプトラックＤＴに接近したときに爪先の速度を減速させる。

機能要素Ｆ６は、アクチュエータを動作させるための指令値を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ６は、現在の爪先位置を目標爪先位置に移動させるために、機能要素Ｆ３が算出した目標爪先位置に基づき、ブーム角度β_１に関する指令値β_１ｒ、アーム角度β_２に関する指令値β_２ｒ、バケット角度β_３に関する指令値β_３ｒ、及び旋回角度α_１に関する指令値α_１ｒを算出する。機能要素Ｆ６は、ブーム４が操作されていないときであっても、必要に応じて指令値β_１ｒを算出する。これは、ブーム４を自動的に動作させるためである。アーム５、バケット６、及び旋回機構２についても同様である。

次に、図１３を参照し、機能要素Ｆ６の詳細について説明する。図１３は、各種指令値を算出する機能要素Ｆ６の構成例を示すブロック図である。

コントローラ３０は、図１３に示すように、指令値の生成に関する機能要素Ｆ１１〜Ｆ１３、Ｆ２１〜Ｆ２３及びＦ３１〜Ｆ３３を更に有する。機能要素は、ソフトウェアで構成されていてもよく、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで構成されていてもよい。

機能要素Ｆ１１〜Ｆ１３は、指令値β_１ｒに関する機能要素であり、機能要素Ｆ２１〜Ｆ２３は、指令値β_２ｒに関する機能要素であり、機能要素Ｆ３１〜Ｆ３３は、指令値β_３ｒに関する機能要素であり、機能要素Ｆ４１〜Ｆ４３は、指令値α_１ｒに関する機能要素である。

機能要素Ｆ１１、Ｆ２１、Ｆ３１、及びＦ４１は、比例弁３１に対して出力される電流指令を生成するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１１は、ブーム制御機構３１Ｃに対してブーム電流指令を出力し、機能要素Ｆ２１は、アーム制御機構３１Ａに対してアーム電流指令を出力し、機能要素Ｆ３１は、バケット制御機構３１Ｄに対してバケット電流指令を出力し、機能要素Ｆ４１は、旋回制御機構３１Ｂに対して旋回電流指令を出力する。

なお、バケット制御機構３１Ｄは、バケットシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧をバケット制御弁としての制御弁１７４に対して作用させることができるように構成されている。バケット制御機構３１Ｄは、例えば、図３Ｄにおける比例弁３１ＤＬ及び比例弁３１ＤＲであってもよい。

機能要素Ｆ１２、Ｆ２２、Ｆ３２、及びＦ４２は、スプール弁を構成するスプールの変位量を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１２は、ブームスプール変位センサＳ７の出力に基づき、ブームシリンダ７に関する制御弁１７５を構成するブームスプールの変位量を算出する。機能要素Ｆ２２は、アームスプール変位センサＳ８の出力に基づき、アームシリンダ８に関する制御弁１７６を構成するアームスプールの変位量を算出する。機能要素Ｆ３２は、バケットスプール変位センサＳ９の出力に基づき、バケットシリンダ９に関する制御弁１７４を構成するバケットスプールの変位量を算出する。機能要素Ｆ４２は、旋回スプール変位センサＳ２Ａの出力に基づき、旋回用油圧モータ２Ａに関する制御弁１７３を構成する旋回スプールの変位量を算出する。なお、バケットスプール変位センサＳ９は、制御弁１７４を構成するスプールの変位量を検出するセンサである。

機能要素Ｆ１３、Ｆ２３、Ｆ３３、及びＦ４３は、作業体の回動角度を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１３は、ブーム角度センサＳ１の出力に基づき、ブーム角度β_１を算出する。機能要素Ｆ２３は、アーム角度センサＳ２の出力に基づき、アーム角度β_２を算出する。機能要素Ｆ３３は、バケット角度センサＳ３の出力に基づき、バケット角度β_３を算出する。機能要素Ｆ４３は、旋回角速度センサＳ５の出力に基づき、旋回角度α_１を算出する。

具体的には、機能要素Ｆ１１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成した指令値β_１ｒと機能要素Ｆ１３が算出したブーム角度β_１との差がゼロになるように、ブーム制御機構３１Ｃに対するブーム電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ１１は、ブーム電流指令から導き出される目標ブームスプール変位量と機能要素Ｆ１２が算出したブームスプール変位量との差がゼロになるように、ブーム電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ１１は、その調節後のブーム電流指令をブーム制御機構３１Ｃに対して出力する。

ブーム制御機構３１Ｃは、ブーム電流指令に応じて開口面積を変化させ、その開口面積の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７５のパイロットポートに作用させる。制御弁１７５は、パイロット圧に応じてブームスプールを移動させ、ブームシリンダ７に作動油を流入させる。ブームスプール変位センサＳ７は、ブームスプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ１２にフィードバックする。ブームシリンダ７は、作動油の流入に応じて伸縮し、ブーム４を上下動させる。ブーム角度センサＳ１は、上下動するブーム４の回動角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ１３にフィードバックする。機能要素Ｆ１３は、算出したブーム角度β_１を機能要素Ｆ４にフィードバックする。

機能要素Ｆ２１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成した指令値β_２ｒと機能要素Ｆ２３が算出したアーム角度β_２との差がゼロになるように、アーム制御機構３１Ａに対するアーム電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ２１は、アーム電流指令から導き出される目標アームスプール変位量と機能要素Ｆ２２が算出したアームスプール変位量との差がゼロになるように、アーム電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ２１は、その調節後のアーム電流指令をアーム制御機構３１Ａに対して出力する。

アーム制御機構３１Ａは、アーム電流指令に応じて開口面積を変化させ、その開口面積の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７６のパイロットポートに作用させる。制御弁１７６は、パイロット圧に応じてアームスプールを移動させ、アームシリンダ８に作動油を流入させる。アームスプール変位センサＳ８は、アームスプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ２２にフィードバックする。アームシリンダ８は、作動油の流入に応じて伸縮し、アーム５を開閉させる。アーム角度センサＳ２は、開閉するアーム５の回動角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ２３にフィードバックする。機能要素Ｆ２３は、算出したアーム角度β_２を機能要素Ｆ４にフィードバックする。

機能要素Ｆ３１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成した指令値β_３ｒと機能要素Ｆ３３が算出したバケット角度β_３との差がゼロになるように、バケット制御機構３１Ｄに対するバケット電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ３１は、バケット電流指令から導き出される目標バケットスプール変位量と機能要素Ｆ３２が算出したバケットスプール変位量との差がゼロになるように、バケット電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ３１は、その調節後のバケット電流指令をバケット制御機構３１Ｄに対して出力する。

バケット制御機構３１Ｄは、バケット電流指令に応じて開口面積を変化させ、その開口面積の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに作用させる。制御弁１７４は、パイロット圧に応じてバケットスプールを移動させ、バケットシリンダ９に作動油を流入させる。バケットスプール変位センサＳ９は、バケットスプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ３２にフィードバックする。バケットシリンダ９は、作動油の流入に応じて伸縮し、バケット６を開閉させる。バケット角度センサＳ３は、開閉するバケット６の回動角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ３３にフィードバックする。機能要素Ｆ３３は、算出したバケット角度β_３を機能要素Ｆ４にフィードバックする。

機能要素Ｆ４１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成した指令値α_１ｒと機能要素Ｆ４３が算出した旋回角度α_１との差がゼロになるように、旋回制御機構３１Ｂに対する旋回電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ４１は、旋回電流指令から導き出される目標旋回スプール変位量と機能要素Ｆ４２が算出した旋回スプール変位量との差がゼロになるように、旋回電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ４１は、その調節後の旋回電流指令を旋回制御機構３１Ｂに対して出力する。

旋回制御機構３１Ｂは、旋回電流指令に応じて開口面積を変化させ、その開口面積の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７３のパイロットポートに作用させる。制御弁１７３は、パイロット圧に応じて旋回スプールを移動させ、旋回用油圧モータ２Ａに作動油を流入させる。旋回スプール変位センサＳ２Ａは、旋回スプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ４２にフィードバックする。旋回用油圧モータ２Ａは、作動油の流入に応じて回転し、上部旋回体３を旋回させる。旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ４３にフィードバックする。機能要素Ｆ４３は、算出した旋回角度α_１を機能要素Ｆ４にフィードバックする。

上述のように、コントローラ３０は、作業体毎に、３段のフィードバックループを構成している。すなわち、コントローラ３０は、スプール変位量に関するフィードバックループ、作業体の回動角度に関するフィードバックループ、及び、爪先位置に関するフィードバックループを構成している。そのため、コントローラ３０は、自律制御の際に、バケット６の爪先の動きを高精度に制御できる。

また、上述の実施形態では、油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーが開示されている。具体的には、アーム操作レバーとして機能する左操作レバー２６Ｌに関する油圧式パイロット回路では、パイロットポンプ１５から左操作レバー２６Ｌのリモコン弁へ供給される作動油が、左操作レバー２６Ｌの傾倒によって開閉されるリモコン弁の開度に応じた流量で、アーム制御弁としての制御弁１７６のパイロットポートへ伝達される。

但し、このような油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーではなく、電気式パイロット回路を備えた電気式操作レバーが採用されてもよい。この場合、電気式操作レバーのレバー操作量は、電気信号としてコントローラ３０へ入力される。また、パイロットポンプ１５と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置される。電磁弁は、コントローラ３０からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、電気式操作レバーを用いた手動操作が行われると、コントローラ３０は、レバー操作量に対応する電気信号によって電磁弁を制御してパイロット圧を増減させることで各制御弁をコントロールバルブ１７内で移動させることができる。なお、各制御弁は電磁スプール弁で構成されていてもよい。この場合、電磁スプール弁は、電気式操作レバーのレバー操作量に対応するコントローラ３０からの電気信号に応じて動作する。

電気式操作レバーを備えた電気式操作システムが採用された場合、コントローラ３０は、油圧式操作レバーを備えた油圧式操作システムが採用される場合に比べ、自律制御機能を容易に実行できる。図１４は、電気式操作システムの構成例を示す。具体的には、図１４の電気式操作システムは、ブーム操作システムの一例であり、主に、パイロット圧作動型のコントロールバルブ１７と、電気式操作レバーとしてのブーム操作レバー２６Ａと、コントローラ３０と、ブーム上げ操作用の電磁弁６０と、ブーム下げ操作用の電磁弁６２とで構成されている。図１４の電気式操作システムは、アーム操作システム及びバケット操作システム等にも同様に適用され得る。

パイロット圧作動型のコントロールバルブ１７は、ブームシリンダ７に関する制御弁１７５（図２参照。）、アームシリンダ８に関する制御弁１７６（図２参照。）、及び、バケットシリンダ９に関する制御弁１７４（図２参照。）等を含む。電磁弁６０は、パイロットポンプ１５と制御弁１７５の上げ側パイロットポートとを繋ぐ管路の流路面積を調節できるように構成されている。電磁弁６２は、パイロットポンプ１５と制御弁１７５の下げ側パイロットポートとを繋ぐ管路の流路面積を調節できるように構成されている。

手動操作が行われる場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号生成部が出力する操作信号（電気信号）に応じてブーム上げ操作信号（電気信号）又はブーム下げ操作信号（電気信号）を生成する。ブーム操作レバー２６Ａの操作信号生成部が出力する操作信号は、ブーム操作レバー２６Ａの操作量及び操作方向に応じて変化する電気信号である。

具体的には、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａがブーム上げ方向に操作された場合、レバー操作量に応じたブーム上げ操作信号（電気信号）を電磁弁６０に対して出力する。電磁弁６０は、ブーム上げ操作信号（電気信号）に応じて流路面積を調節し、制御弁１７５の上げ側パイロットポートに作用する、ブーム上げ操作信号（圧力信号）としてのパイロット圧を制御する。同様に、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａがブーム下げ方向に操作された場合、レバー操作量に応じたブーム下げ操作信号（電気信号）を電磁弁６２に対して出力する。電磁弁６２は、ブーム下げ操作信号（電気信号）に応じて流路面積を調節し、制御弁１７５の下げ側パイロットポートに作用する、ブーム下げ操作信号（圧力信号）としてのパイロット圧を制御する。

自律制御を実行する場合、コントローラ３０は、例えば、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号生成部が出力する操作信号（電気信号）に応じる代わりに、補正操作信号（電気信号）に応じてブーム上げ操作信号（電気信号）又はブーム下げ操作信号（電気信号）を生成する。補正操作信号は、コントローラ３０が生成する電気信号であってもよく、コントローラ３０以外の外部の制御装置等が生成する電気信号であってもよい。

ショベル１００が取得する情報は、図１５に示すようなショベルの管理システムＳＹＳを通じ、管理者及び他のショベルの操作者等と共有されてもよい。図１５は、ショベルの管理システムＳＹＳの構成例を示す概略図である。管理システムＳＹＳは、１台又は複数台のショベル１００を管理するシステムである。本実施形態では、管理システムＳＹＳは、主に、ショベル１００、支援装置２００、及び管理装置３００で構成されている。管理システムＳＹＳを構成するショベル１００、支援装置２００、及び管理装置３００のそれぞれは、１台であってもよく、複数台であってもよい。図１５の例では、管理システムＳＹＳは、１台のショベル１００と、１台の支援装置２００と、１台の管理装置３００とを含む。

支援装置２００は、典型的には携帯端末装置であり、例えば、施工現場にいる作業者等が携帯するノートＰＣ、タブレットＰＣ、又はスマートフォン等である。支援装置２００は、ショベル１００の操作者が携帯するコンピュータであってもよい。支援装置２００は、固定端末装置であってもよい。

管理装置３００は、典型的には固定端末装置であり、例えば、施工現場外の管理センタ等に設置されるサーバコンピュータである。管理装置３００は、可搬性のコンピュータ（例えば、ノートＰＣ、タブレットＰＣ、又はスマートフォン等の携帯端末装置）であってもよい。

支援装置２００及び管理装置３００の少なくとも一方は、モニタと遠隔操作用の操作装置とを備えていてもよい。この場合、操作者は、遠隔操作用の操作装置を用いつつ、ショベル１００を操作してもよい。遠隔操作用の操作装置は、例えば、無線通信ネットワーク等の通信ネットワークを通じ、コントローラ３０に接続される。以下では、ショベル１００と管理装置３００との間での情報のやり取りについて説明するが、以下の説明は、ショベル１００と支援装置２００との間での情報のやり取りについても同様に適用される。

上述のようなショベル１００の管理システムＳＹＳでは、ショベル１００のコントローラ３０は、自律制御を開始或いは停止させたときの時刻及び場所、自律制御の際に利用された目標軌道、並びに、自律制御の際に所定部位が実際に辿った軌跡等の少なくとも１つに関する情報を管理装置３００に送信してもよい。その際、コントローラ３０は、物体検知装置７０の出力、及び、撮像装置８０が撮像した画像等の少なくとも１つを管理装置３００に送信してもよい。画像は、自律制御が実行された期間を含む所定期間中に撮像された複数の画像であってもよい。更に、コントローラ３０は、自律制御が実行された期間を含む所定期間におけるショベル１００の作業内容に関するデータ、ショベル１００の姿勢に関するデータ、及び掘削アタッチメントの姿勢に関するデータ等の少なくとも１つに関する情報を管理装置３００に送信してもよい。管理装置３００を利用する管理者が、作業現場に関する情報を入手できるようにするためである。ショベル１００の作業内容に関するデータは、例えば、排土動作が行われた回数である積み込み回数、ダンプトラックＤＴの荷台に積み込んだ土砂等の被積載物に関する情報、積み込み作業に関するダンプトラックＤＴの種類、積み込み作業が行われたときのショベル１００の位置に関する情報、作業環境に関する情報、及び、積み込み作業が行われているときのショベル１００の動作に関する情報等の少なくとも１つである。被積載物に関する情報は、例えば、各回の排土動作で積み込まれた被積載物の重量及び種類等、各ダンプトラックＤＴに積み込まれた被積載物の重量及び種類等、及び、１日の積み込み作業で積み込まれた被積載物の重量及び種類等の少なくとも１つである。作業環境に関する情報は、例えば、ショベル１００の周囲にある地面の傾斜に関する情報、又は、作業現場の周辺の天気に関する情報等である。ショベル１００の動作に関する情報は、例えば、パイロット圧、及び、油圧アクチュエータにおける作動油の圧力等の少なくとも１つである。

このように、本発明の実施形態に係るショベル１００の管理システムＳＹＳは、ショベル１００による自律制御が実行された期間を含む所定期間中に取得されるショベル１００に関する情報を管理者及び他のショベルの操作者等と共有できるようにする。

本願は、２０１８年３月２０日に出願した日本国特許出願２０１８−０５３２１９号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

１・・・下部走行体 １Ｃ・・・クローラ １ＣＬ・・・左クローラ １ＣＲ・・・右クローラ ２・・・旋回機構 ２Ａ・・・旋回用油圧モータ ２Ｍ・・・走行用油圧モータ ２ＭＬ・・・左走行用油圧モータ ２ＭＲ・・・右走行用油圧モータ ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １３・・・レギュレータ １４・・・メインポンプ １５・・・パイロットポンプ １７・・・コントロールバルブ １８・・・絞り １９・・・制御圧センサ ２６・・・操作装置 ２６Ａ・・・ブーム操作レバー ２６Ｄ・・・走行レバー ２６ＤＬ・・・左走行レバー ２６ＤＲ・・・右走行レバー ２６Ｌ・・・左操作レバー ２６Ｒ・・・右操作レバー ２８・・・吐出圧センサ ２９、２９ＤＬ、２９ＤＲ、２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ・・・操作圧センサ ３０・・・コントローラ ３０Ａ・・・姿勢記録部 ３０Ｂ・・・軌道算出部 ３０Ｃ・・・自律制御部 ３１、３１ＡＬ〜３１ＤＬ、３１ＡＲ〜３１ＤＲ・・・比例弁 ３２、３２ＡＬ〜３２ＤＬ、３２ＡＲ〜３２ＤＲ・・・シャトル弁 ４０・・・センターバイパス管路 ４２・・・パラレル管路 ６０、６２・・・電磁弁 ７０・・・物体検知装置 ７０Ｆ・・・前方センサ ７０Ｂ・・・後方センサ ７０Ｌ・・・左方センサ ７０Ｒ・・・右方センサ ８０・・・撮像装置 ８０Ｂ・・・後方カメラ ８０Ｌ・・・左方カメラ ８０Ｒ・・・右方カメラ １００・・・ショベル １７１〜１７６・・・制御弁 ２００・・・支援装置 ３００・・・管理装置 ＡＴ・・・掘削アタッチメント Ｄ１・・・表示装置 Ｄ２・・・音出力装置 ＤＴ・・・ダンプトラック Ｆ１〜Ｆ６、Ｆ１１〜Ｆ１３、Ｆ２１〜Ｆ２３、Ｆ３１〜Ｆ３３、Ｆ４１〜Ｆ４３、Ｆａ〜Ｆｃ・・・機能要素 ＮＳ・・・スイッチ ＮＳ１・・・記録スイッチ ＮＳ２・・・自動スイッチ Ｓ１・・・ブーム角度センサ Ｓ２・・・アーム角度センサ Ｓ３・・・バケット角度センサ Ｓ４・・・機体傾斜センサ Ｓ５・・・旋回角速度センサ Ｓ２Ａ・・・旋回スプール変位センサ Ｓ７・・・ブームスプール変位センサ Ｓ８・・・アームスプール変位センサ Ｓ９・・・バケットスプール変位センサ

Claims (13)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
   前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
   前記上部旋回体に設けられた制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、前記アタッチメントの動作と旋回動作を含む複合動作を自律的に実行するように構成されている、
   ショベル。
2. 前記上部旋回体に設置されている運転室内に設けられた操作レバーを有し、
   前記制御装置は、前記操作レバーの１つに対して、前記複合動作を実行する、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記制御装置は、前記上部旋回体に設置されている運転室内に設けられた第１スイッチが操作されたときに、前記複合動作を自律的に実行するように構成されている、
   請求項１に記載のショベル。
4. 前記アタッチメントの姿勢に関する情報を取得する姿勢検出装置を備え、
   前記制御装置は、前記姿勢検出装置が取得した情報に基づいて前記アタッチメントにおける所定点が描く目標軌道を算出し、前記目標軌道に沿って前記所定点が移動するように前記複合動作を自律的に実行するように構成されている、
   請求項１に記載のショベル。
5. 前記制御装置は、前記複合動作を繰り返し実行するように構成され、且つ、前記複合動作を実行する毎に、前記目標軌道を変更するように構成されている、
   請求項４に記載のショベル。
6. 前記上部旋回体に設置されている運転室内に設けられる第２スイッチを有し、
   前記制御装置は、前記第２スイッチが操作されたときに前記アタッチメントの姿勢に関する情報を取得するように構成されている、
   請求項４に記載のショベル。
7. 前記制御装置は、前記上部旋回体に設置されている運転室内に設けられた第１スイッチが操作されている間、或いは、前記第１スイッチが操作された状態で旋回操作が行われている間、前記複合動作を自律的に実行するように構成されている、
   請求項１に記載のショベル。
8. 表示装置を有し、
   前記表示装置は、ショベルとダンプトラックとの相対位置関係を表示するように構成されている、
   請求項１に記載のショベル。
9. 前記複合動作は、ダンプトラックの荷台に被積載物を積み込むためのブーム上げ旋回動作であり、
   前記制御装置は、前記ダンプトラックの荷台の奥側から手前側に向かって順に前記被積載物が積み込まれるように、前記複合動作を自律的に実行するように構成されている、
   請求項１に記載のショベル。
10. 表示装置を有し、
    前記表示装置は、前記目標軌道を表示するように構成されている、
    請求項４に記載のショベル。
11. 表示装置を有し、
    前記複合動作は、ダンプトラックの荷台に被積載物を積み込むためのブーム上げ旋回動作であり、
    前記表示装置は、前記複合動作の開始位置である掘削終了位置に関する情報を表示するように構成されている、
    請求項１に記載のショベル。
12. 表示装置を有し、
    前記複合動作は、ダンプトラックの荷台に被積載物を積み込むためのブーム上げ旋回動作であり、
    前記表示装置は、前記複合動作の終了位置である排土開始位置に関する情報を表示するように構成されている、
    請求項１に記載のショベル。
13. 前記制御装置は、前記所定点と前記目標軌道との間の乖離が許容範囲内に収まっているか否かを判定するように構成されている、
    請求項４に記載のショベル。

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