WO2015194601A1 - ショベル及びその制御方法 - Google Patents

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WO2015194601A1
WO2015194601A1 PCT/JP2015/067505 JP2015067505W WO2015194601A1 WO 2015194601 A1 WO2015194601 A1 WO 2015194601A1 JP 2015067505 W JP2015067505 W JP 2015067505W WO 2015194601 A1 WO2015194601 A1 WO 2015194601A1
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春男 呉
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住友重機械工業株式会社
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    • B60Y2200/40—Special vehicles
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position

Definitions

  • the present invention relates to an excavator provided with an attachment and a control method thereof.
  • An excavator having a variable throttle that increases or decreases the flow rate of hydraulic fluid flowing out from the rod side oil chamber of the arm cylinder when the arm is closed is known (see Patent Document 1).
  • This shovel monitors the pressure in the bottom oil chamber of the arm cylinder in order to control the variable throttle. If the pressure in the bottom oil chamber is less than the predetermined value, it can be determined that the bucket is not in contact with the ground and the excavation attachment is operating in the air, and the hydraulic oil flows through the variable throttle so that the arm does not fall under its own weight. This is because it can be determined that the flow rate of the gas should be reduced.
  • the pressure in the bottom side oil chamber is equal to or higher than a predetermined value, it can be determined that the bucket is in contact with the ground, and the flow rate of hydraulic oil flowing through the variable throttle is set so that no unnecessary pressure loss occurs at the variable throttle. It is because it can be judged that it should increase.
  • the above-mentioned excavator determines whether the flow rate of the hydraulic oil flowing through the variable throttle should be reduced or increased only after the contact between the bucket and the ground is detected based on the pressure in the bottom side oil chamber of the arm cylinder. Can not. As a result, the flow rate cannot be increased at the start of excavation, causing a wasteful pressure loss at the variable throttle and reducing the work efficiency of the excavator. This is due to the fact that the current shape of the ground to be excavated is not recognized, and therefore the timing when the bucket contacts the ground cannot be determined in advance.
  • An excavator includes a lower traveling body, an upper swing body mounted on the lower traveling body, an attachment attached to the upper swing body, an attitude detection device that detects an attitude of the attachment,
  • An excavator comprising: a control device, wherein the control device acquires information on a current shape of the ground to be worked based on a transition of the posture of the attachment detected by the posture detection device, and the acquired work The attachment is controlled based on information about the current shape of the target ground.
  • the above-described means provides an excavator that can recognize the current shape of the ground to be worked on.
  • FIG. 1 is a side view of an excavator according to an embodiment of the present invention.
  • An upper swing body 3 is mounted on a lower traveling body 1 of the shovel shown in FIG.
  • a boom 4 is attached to the upper swing body 3.
  • An arm 5 is attached to the tip of the boom 4, and a bucket 6 is attached to the tip of the arm 5.
  • the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 as work elements constitute a drilling attachment that is an example of an attachment.
  • the attachment may be another attachment such as a floor moat attachment, a leveling attachment, and a heel attachment.
  • the boom 4, arm 5, and bucket 6 are hydraulically driven by a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9, respectively.
  • the upper swing body 3 is provided with a cabin 10, and a power source such as an engine 11 is mounted thereon. Further, a communication device M1, a positioning device M2, a posture detection device M3, and an imaging device M4 are attached to the upper swing body 3.
  • the communication device M1 is a device that controls communication between the excavator and the outside.
  • the communication device M1 controls wireless communication between a GNSS (Global Navigation Satellite System) survey system and an excavator.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the communication device M1 acquires the terrain information of the work site when starting the excavator work at a frequency of once a day, for example.
  • the GNSS survey system employs, for example, a network type RTK-GNSS positioning method.
  • the positioning device M2 is a device that measures the position and orientation of the excavator.
  • the positioning device M2 is a GNSS receiver that incorporates an electronic compass, and measures the latitude, longitude, and altitude of the location of the shovel and measures the orientation of the shovel.
  • the direction of the excavator corresponds to, for example, the direction of the upper revolving unit 3 and the direction of the attachment, and is independent of the direction of the lower traveling unit 1.
  • the lower traveling body 1 moves forward or backward according to the tilting direction of a traveling lever that is one of the operation devices 26 (see FIG. 3).
  • the side on which the traveling hydraulic motor 1A (for left) and the traveling hydraulic motor 1B (for right, invisible) are arranged corresponds to the rear of the lower traveling body 1.
  • the posture detection device M3 is a device that detects the posture of the attachment. In the present embodiment, the posture detection device M3 is a device that detects the posture of the excavation attachment.
  • the imaging device M4 is a device that acquires an image around the excavator.
  • the imaging device M4 is a camera attached to the upper swing body 3 of the excavator, and recognizes the distance to the ground around the excavator based on the captured image, and acquires terrain information on the work site.
  • the imaging device M4 may be a stereo camera, a distance image camera, a three-dimensional laser scanner, or the like.
  • FIG. 2 is a side view of the shovel showing an example of output contents of various sensors constituting the attitude detection device M3 mounted on the shovel of FIG.
  • the attitude detection device M3 includes a boom angle sensor M3a, an arm angle sensor M3b, a bucket angle sensor M3c, and a vehicle body tilt sensor M3d.
  • the boom angle sensor M3a is a sensor that acquires the boom angle ⁇ 1, and for example, a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the boom foot pin, a stroke sensor that detects the stroke amount of the boom cylinder 7, and an inclination angle of the boom 4 Including an inclination (acceleration) sensor.
  • the boom angle ⁇ 1 is an angle with respect to the horizontal line of the line segment connecting the boom foot pin position P1 and the arm connecting pin position P2 in the XZ plane.
  • the arm angle sensor M3b is a sensor that acquires the arm angle ⁇ 2.
  • a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the arm connecting pin
  • a stroke sensor that detects the stroke amount of the arm cylinder 8
  • an inclination angle of the arm 5 are detected.
  • the arm angle ⁇ 2 is an angle with respect to a horizontal line segment connecting the arm connecting pin position P2 and the bucket connecting pin position P3 in the XZ plane.
  • the bucket angle sensor M3c is a sensor that acquires the bucket angle ⁇ 3.
  • the rotation angle sensor that detects the rotation angle of the bucket connecting pin, the stroke sensor that detects the stroke amount of the bucket cylinder 9, and the inclination angle of the bucket 6 are detected.
  • the bucket angle ⁇ 3 is an angle with respect to a horizontal line segment connecting the bucket connecting pin position P3 and the bucket toe position P4 in the XZ plane.
  • the vehicle body inclination sensor M3d is a sensor that acquires an inclination angle ⁇ 4 around the Y-axis of the shovel and an inclination angle ⁇ 5 (not shown) around the X-axis of the shovel.
  • a biaxial inclination (acceleration) sensor or the like is used. Including. Note that the XY plane in FIG. 2 is a horizontal plane.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a drive system mounted on the excavator of FIG. 1, and a mechanical power transmission line, a high-pressure hydraulic line, a pilot line, an electric control line, and a power line are respectively double lines and solid lines. , A broken line, a dotted line, and a one-dot chain line.
  • the drive system of the excavator mainly includes an engine 11, a generator 12, main pumps 14L and 14R, a pilot pump 15, a control valve 17, an operation device 26, an operation content detection device 29, a controller 30, a battery 70, an electrical component 72, A power feeding device 74 and a display device 76 are included.
  • the engine 11 is, for example, a diesel engine that operates so as to maintain a predetermined rotational speed.
  • the output shaft of the engine 11 is connected to the input shafts of the generator 12, the main pumps 14L and 14R, and the pilot pump 15.
  • the generator 12 is a device that generates electric power by rotating using the driving force of the engine 11, and supplies electric energy to the controller 30, the battery 70, the electrical component 72, the power feeding device 74, the display device 76, and the like.
  • the main pumps 14L and 14R are devices for supplying hydraulic oil to the control valve 17 via a high-pressure hydraulic line, and are, for example, swash plate type variable displacement hydraulic pumps.
  • the pilot pump 15 is a device for supplying hydraulic oil to various hydraulic control devices such as the operation device 26 via the pilot line 25, and is, for example, a fixed displacement hydraulic pump.
  • the control valve 17 is a hydraulic control device that controls the hydraulic system in the excavator. Specifically, the control valve 17 includes flow rate control valves 171 to 176 that control the flow of hydraulic oil discharged from the main pumps 14L and 14R.
  • the control valve 17 is connected to the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, the bucket cylinder 9, the traveling hydraulic motor 1A (for left), the traveling hydraulic motor 1B (for right), and the turning hydraulic pressure through the flow control valves 171 to 176.
  • the hydraulic oil discharged from the main pumps 14L and 14R is selectively supplied to one or a plurality of motors 2A.
  • the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, the bucket cylinder 9, the traveling hydraulic motor 1A (for left), the traveling hydraulic motor 1B (for right), and the turning hydraulic motor 2A are collectively referred to as “hydraulic actuator”. Called.
  • the operating device 26 is a device used by an operator for operating the hydraulic actuator.
  • the operating device 26 supplies the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 through the pilot line 25 to the pilot ports of the flow control valves corresponding to the hydraulic actuators.
  • the hydraulic oil pressure (pilot pressure) supplied to each pilot port is a pressure corresponding to the operation direction and operation amount of a lever or pedal (not shown) of the operation device 26 corresponding to each hydraulic actuator. It is.
  • the operation content detection device 29 is a device that detects the operation content of the operator using the operation device 26.
  • the operation content detection device 29 detects the operation direction and the operation amount of the lever or pedal of the operation device 26 corresponding to each of the hydraulic actuators in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
  • the operation content of the operation device 26 may be derived using the output of a sensor other than the pressure sensor such as a potentiometer.
  • the controller 30 is a control device for controlling the excavator, and includes, for example, a computer including a CPU, a RAM, a nonvolatile memory, and the like. Further, the controller 30 reads programs corresponding to various functional elements from the ROM, loads them into the RAM, and causes the CPU to execute processes corresponding to the various functional elements.
  • the battery 70 is a device that stores electrical energy, and is charged with, for example, power generated by the generator 12. Further, the electric energy of the battery 70 is supplied to the controller 30, the electrical component 72, the power feeding device 74, the display device 76, and the like.
  • the electrical component 72 is an electrical load mounted on the excavator, and includes, for example, an audio output device, a lighting device, and the like.
  • the power feeding device 74 is a device for supplying electric energy to an external electric device, and includes, for example, a plug receptacle that receives an insertion plug of the external electric device.
  • External electric equipment includes a multi-copter (drone) for aerial photography.
  • the operator can charge the battery of the aerial shooting multicopter by inserting the plug of the power cable extending from the battery of the aerial shooting multicopter into the plug receiver of the power feeding device 74.
  • the display device 76 is a device that displays various types of information, and is, for example, an in-vehicle display installed in the cabin 10.
  • the display device 76 is connected to the imaging device M4 and can display an image around the excavator acquired by the imaging device M4.
  • the main pumps 14L and 14R driven by the engine 11 circulate the hydraulic oil to the hydraulic oil tank through the center bypass pipelines 40L and 40R, respectively.
  • the center bypass conduit 40L is a high-pressure hydraulic line that passes through the flow control valves 171, 173, and 175 disposed in the control valve 17.
  • the center bypass conduit 40 ⁇ / b> R is a high-pressure hydraulic line that passes through the flow control valves 172, 174, and 176 disposed in the control valve 17.
  • the flow control valves 171, 172, and 173 are spool valves that control the flow rate and flow direction of hydraulic fluid flowing into and out of the traveling hydraulic motor 1A (for left), the traveling hydraulic motor 1B (for right), and the turning hydraulic motor 2A. It is.
  • the flow control valves 174, 175, and 176 are spool valves that control the flow rate and flow direction of the hydraulic oil flowing into and out of the bucket cylinder 9, the arm cylinder 8, and the boom cylinder 7.
  • a regenerated oil passage 175a (see FIG. 6A) is formed inside the flow control valve 175.
  • a regeneration release valve 50 is attached between the flow control valve 175 and the hydraulic oil tank.
  • FIG. 4 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the controller 30.
  • the controller 30 receives the outputs of the communication device M1, the positioning device M2, the attitude detection device M3, and the imaging device M4, executes various calculations, and sends control commands according to the calculation results to the control target (for example, Engine 11, main pumps 14L, 14R, control valve 17, regeneration release valve 50, etc.).
  • the control target for example, Engine 11, main pumps 14L, 14R, control valve 17, regeneration release valve 50, etc.
  • the controller 30 mainly includes a terrain database update unit 31, a position coordinate update unit 32, a ground shape information acquisition unit 33, and an excavation control unit 34.
  • the terrain database update unit 31 is a functional element that updates the terrain database that is systematically stored so that the terrain information of the work site can be referred to.
  • the terrain database update unit 31 updates the terrain database by acquiring the terrain information on the work site through the communication device M1 when the excavator is activated, for example.
  • the topographic database is stored in a nonvolatile memory or the like. Further, the terrain information on the work site is described by, for example, a three-dimensional terrain model based on the world positioning system.
  • the terrain database update unit 31 may update the terrain database using the output of the imaging device M4.
  • the imaging device M4 may be independent from the excavator.
  • the controller 30 may acquire the terrain information output from the imaging device M4 via the communication device M1.
  • the imaging device M4 may be attached to an aerial imaging multicopter, a steel tower installed at a work site, or the like, and may acquire terrain information on the work site based on an image of the work site viewed from above. Further, when attached to the aerial imaging multicopter, the imaging device M4 captures an image of the work site as viewed from above at a frequency of about once per hour or in real time, and acquires terrain information of the work site. May be.
  • the terrain database update unit 31 acquires, for example, the terrain information of the work site through the communication device M1 at a frequency of once a day, and the work site through the imaging device M4 at a frequency of once per hour or in real time.
  • the terrain database may be updated by acquiring the terrain information.
  • the terrain database update unit 31 uses the terrain information acquired through the communication device M1 and the terrain information acquired through the imaging device M4, the terrain database update unit 31 passes through the imaging device M4 to correct the terrain information acquired through the communication device M1.
  • the acquired terrain information may be used.
  • the terrain database update unit 31 may correct the terrain information at a cycle (interval) longer than the cycle (interval) at which the communication device M1 acquires the terrain information.
  • the position coordinate update unit 32 is a functional element that updates the coordinates and orientation representing the current position of the excavator.
  • the position coordinate updating unit 32 acquires the position coordinates and orientation of the shovel in the world positioning system based on the output of the positioning device M2, and the coordinates indicating the current position of the shovel stored in the nonvolatile memory or the like Update orientation data.
  • the position coordinate update unit 32 may update the coordinates and orientation representing the current position of the shovel using the output of the imaging device M4.
  • the position coordinate updating unit 32 may update the data regarding the coordinates and the direction indicating the current position of the shovel in real time by using the output of the positioning device M2 and the output of the imaging device M4 together.
  • the position coordinate updating unit 32 may update data regarding the coordinates and orientation representing the current position of the shovel in real time based only on the output of the imaging device M4.
  • the ground shape information acquisition unit 33 is a functional element that acquires information on the current shape of the work target ground.
  • the ground shape information acquisition unit 33 detects the terrain information updated by the terrain database update unit 31, the coordinates and orientation indicating the current position of the excavator updated by the position coordinate update unit 32, and the posture detection device M3. Information on the current shape of the excavation target ground is acquired based on the past transition of the attitude of the excavation attachment.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of information on the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape information acquisition unit 33.
  • a plurality of bucket shapes indicated by broken lines in FIG. 5 represent the trajectory of the bucket 6 during the previous excavation operation.
  • the trajectory of the bucket 6 is derived from the posture transition of the excavation attachment detected by the posture detection device M3 in the past.
  • 5 represents the current cross-sectional shape of the excavation target ground grasped by the ground shape information acquisition unit 33
  • the thick dotted line represents the previous excavation operation grasped by the ground shape information acquisition unit 33.
  • each block extending in the Z-axis direction indicated by a one-dot chain line in FIG. 5 represents each element of the three-dimensional terrain model.
  • each element is represented by a model having an upper surface of a unit area parallel to the XY plane and an infinite length in the ⁇ Z direction.
  • the three-dimensional terrain model may be represented by a three-dimensional mesh model.
  • the excavation control unit 34 is a functional element that controls the excavation attachment.
  • the excavation control unit 34 controls the excavation attachment based on information regarding the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape information acquisition unit 33.
  • the excavation control unit 34 includes information on the current posture of the excavation attachment detected by the posture detection device M3 and the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape information acquisition unit 33 (the previous excavation operation).
  • the excavation state is determined based on the information calculated from the attitude information at the time. For example, the excavation control unit 34 determines whether the tip of the bucket 6 is in contact with the excavation target ground. When it is determined that the tip of the bucket 6 is in contact with the ground to be excavated, the control mode is switched from the “ground surface mode” to the “underground mode”.
  • the excavation control unit 34 accurately determines whether the bucket 6 is in contact with the excavation target ground in order to start excavation smoothly, and then uses the high-pressure hydraulic oil discharged from the main pumps 14L and 14R as an arm cylinder. 8 to the bottom oil chamber.
  • the excavation control unit 34 When the control target is, for example, the regeneration cancellation valve 50, the excavation control unit 34 outputs a control command to the regeneration cancellation valve 50 to open the opening when the tip of the bucket 6 contacts the excavation target ground. Increase area. Note that “when contacting” includes “immediately before contacting”, and the excavation control unit 34 preferably outputs a control command to the regeneration release valve 50 immediately before the tip of the bucket 6 contacts the excavation target ground. Increase the opening area. Furthermore, you may control a excavation attachment based on the sediment density information input previously. For example, the opening area may be increased as the earth and sand density is increased.
  • the excavation control unit 34 may control the engine 11, the main pumps 14L, 14R, and the like.
  • the control mode is switched from the “ground surface mode” to the “underground mode”.
  • the output horsepower of the excavation attachment is increased by increasing the rotational speed command of the engine 11 or changing the tilt angle of the swash plate of the main pumps 14L and 14R.
  • the driving force of the excavation attachment can be increased when working in the “underground mode”.
  • the output horsepower can be reduced to improve fuel efficiency.
  • the excavation control unit 34 may execute the control of each control target described above alone or in combination. Also, this control may be executed until the current shape of the excavation target ground becomes the target shape. For example, it may be executed until the depth of the excavation target ground reaches a preset target surface depth. When the depth of the excavation target ground reaches the depth of the target surface, excavation deeper than that may be restricted.
  • FIG. 6A to 6C are diagrams showing examples of the configuration of the regeneration oil passage 175a and the regeneration cancellation valve 50.
  • FIG. 6A is an enlarged view of a portion including the flow control valve 175 and the regeneration release valve 50 in the control valve 17 shown in FIG. 6B shows the flow of hydraulic oil when the opening area of the regeneration release valve 50 is minimized during the arm closing operation
  • FIG. 6C shows the operation when the opening area of the regeneration cancellation valve 50 is maximized during the arm closing operation. The oil flow is shown.
  • the regeneration oil passage 175a is an oil passage through which hydraulic oil that flows out from the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 that is the contraction-side oil chamber during the arm closing operation flows (regenerates) into the bottom-side oil chamber that is the extension-side oil chamber. . Further, the regenerative oil passage 175a includes a check valve that prevents the flow of hydraulic oil from the bottom side oil chamber to the rod side oil chamber. Note that the regenerated oil passage 175a may be formed outside the flow control valve 175.
  • the regeneration release valve 50 is a valve that adjusts the flow rate of the hydraulic oil that flows out from the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 and flows to the hydraulic oil tank.
  • the regeneration release valve 50 is an electromagnetic valve that operates in response to a control command from the controller 30, and increases or decreases the flow area of the oil path 50a between the flow control valve 175 and the hydraulic oil tank. The flow rate of the hydraulic oil flowing through each of the oil passage 50a and the regenerated oil passage 175a is adjusted.
  • the regeneration cancellation valve 50 reduces the flow area of the hydraulic oil flowing through the oil passage 50a by reducing the opening area in accordance with a control command from the controller 30, and the regeneration oil passage.
  • the flow rate of the hydraulic oil flowing through 175a is increased.
  • the regeneration release valve 50 can prevent the arm 5 from dropping due to its own weight when the excavation attachment is operated in the air.
  • the regeneration release valve 50 increases its opening area in accordance with a control command from the controller 30, increases the flow rate of the working oil flowing through the oil passage 50a, and flows through the regeneration oil passage 175a. Reduce or eliminate hydraulic fluid flow. With this configuration, the regeneration release valve 50 reduces the digging force by generating a useless pressure loss in the oil passage 50a even when digging is being performed, that is, the digging attachment is in contact with the ground. Can be prevented.
  • the regeneration release valve 50 may be installed between the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 and the flow control valve 175.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the opening area adjustment process.
  • the controller 30 repeatedly performs the opening area adjustment process at a predetermined control period during the excavator operation.
  • the controller 30 determines whether an arm closing operation has been performed (step S1). In this embodiment, the controller 30 determines whether the arm operation lever is operated in the closing direction based on the output of the operation content detection device 29.
  • step S1 If it is determined that the arm closing operation has not been performed (NO in step S1), the controller 30 ends the current opening area adjustment process.
  • the controller 30 determines whether the excavation attachment is in contact with the ground (step S2). In the present embodiment, the controller 30 generates a bucket based on the current position of the toe of the bucket 6 derived from the output of the attitude detection device M3 and information on the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape information acquisition unit 33. It is determined whether 6 toes are in contact with the ground.
  • step S3 when it determines with the excavation attachment and the ground contacting (YES of step S2), the controller 30 increases the opening area of the regeneration cancellation
  • the controller 30 determines that the toe of the bucket 6 is in contact with the ground, if the opening area of the regeneration release valve 50 is less than a predetermined value, the controller 30 increases the opening area to a predetermined value.
  • step S4 when it determines with the excavation attachment and the ground not contacting (NO of step S2), the controller 30 reduces the opening area of the regeneration cancellation
  • the controller 30 determines that the tip of the bucket 6 is not in contact with the ground, if the opening area of the regeneration release valve 50 is larger than a predetermined value, the opening area of the regeneration release valve 50 is reduced to a predetermined value. Reduce.
  • FIG. 8A shows the temporal transition of the pressure in the rod side oil chamber of the arm cylinder 8.
  • 8B shows the time transition of the ground contact flag
  • FIG. 8C shows the time transition of the opening area of the regeneration release valve 50.
  • 8A to 8C have a common time axis (horizontal axis).
  • the ground contact flag represents a determination result of presence / absence of contact between the excavation attachment and the ground by the controller 30. Specifically, the value “OFF” of the ground contact flag represents a state that is determined as “no contact” by the controller 30, and the value “ON” of the ground contact flag is determined as “contact” by the controller 30.
  • transition indicated by the solid line in FIG. 8 represents a transition when the determination of actual contact and “contact” is made at the same time.
  • transition indicated by the broken line in FIG. 8 represents the transition when the determination of “contact” is performed before the actual contact, and the transition indicated by the one-dot chain line in FIG. This represents a transition when the determination is made after the actual contact.
  • the ground contact flag is changed from the value “OFF” at time t1, as indicated by a broken line in FIG. 8B. It can be switched to “ON”. In this embodiment, actual contact occurs at time t2.
  • the controller 30 increases the opening area of the regeneration cancellation valve 50. Therefore, the opening area of the regeneration cancellation valve 50 is adjusted from the value An to the value Aw (> An) at time t1, as indicated by a broken line in FIG.
  • the value An is an opening area preset as an optimum value when the arm 5 is operated in the air
  • the value Aw is an opening area preset as an optimum value when the arm 5 is operated during excavation. It is.
  • the pressure in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 begins to decrease at time t1, as indicated by the broken line in FIG. 8A, and continues to decrease until actual contact occurs. This is because the arm 5 falls by its own weight. Then, after actual contact occurs at time t2, it starts to increase (between time t2 and time t3) and thereafter increases to a value corresponding to the excavation reaction force as the work reaction force.
  • the controller 30 determines that there is “contact” before the actual contact, the pressure in the oil chamber on the rod side of the arm cylinder 8 is suddenly reduced temporarily, which may cause cavitation. There is.
  • the opening area of the regeneration release valve 50 remains small at the time t2 when the actual contact occurs, so the pressure in the rod side oil chamber is It will rise. Then, the ground contact flag is switched from the value “OFF” to the value “ON” at time t3, as indicated by the one-dot chain line in FIG. 8B. Therefore, the opening area of the regeneration cancellation valve 50 is adjusted from the value An to the value Aw at time t3, as indicated by a one-dot chain line in FIG. As a result, the pressure in the oil chamber on the rod side of the arm cylinder 8 starts to increase at time t2 when actual contact occurs, as indicated by the one-dot chain line in FIG.
  • the controller 30 determines that “contact is present” after the actual contact, the pressure in the oil chamber on the rod side of the arm cylinder 8 is temporarily increased. It stabilizes and reduces work efficiency.
  • the controller 30 sets the excavation attachment to the excavation target ground based on the current attitude of the excavation attachment detected by the attitude detection device M3 and information on the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape information acquisition unit 33. Determine if they are touching. This is because the determination of “contact” is performed simultaneously with the actual contact.
  • the ground contact flag is switched from the value “OFF” to the value “ON” at time t2, as indicated by the solid line in FIG. Therefore, the opening area of the regeneration cancellation valve 50 is adjusted from the value An to the value Aw at time t2, as indicated by the solid line in FIG.
  • the pressure in the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 starts to decrease at time t2 when actual contact occurs, and then decreases to a value corresponding to the excavation reaction force. To do. It does not decrease temporarily before the actual contact occurs, and does not increase under the influence of the pressure loss at the regeneration release valve 50 after the actual contact occurs.
  • the controller 30 acquires information on the current shape of the work target ground based on the transition of the posture of the attachment detected by the posture detection device M3. Then, the attachment is controlled based on the acquired information on the current shape of the work target ground.
  • the controller 30 adjusts the opening area of the regeneration release valve 50 based on the current posture of the excavation attachment and the current shape of the excavation target ground. Specifically, the opening area of the regeneration release valve 50 is adjusted based on the current position of the toe of the bucket 6 and the current shape of the excavation target ground.
  • the controller 30 can more accurately determine the presence / absence of contact than the case where the presence / absence of contact between the toe of the bucket 6 and the excavation target ground is determined based on a change in arm cylinder pressure or the like, thereby suppressing erroneous determination. it can. Further, operability and work efficiency can be improved by suppressing erroneous determination of the presence or absence of contact.
  • the pressure loss generated at the regeneration release valve 50 to prevent the arm 5 from dropping its weight can be reduced or eliminated. It is possible to prevent the force required for excavation from increasing by the amount of loss. Moreover, it is possible to prevent the arm 5 from falling by its own weight before contact with the ground, and to prevent cavitation.
  • the controller 30 may adjust the opening area of the regeneration release valve (not shown) for the boom cylinder 7 in the same manner as adjusting the opening area of the regeneration release valve 50 for the arm cylinder 8.
  • the opening area of the regeneration release valve (not shown) for 9 may be adjusted.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the depth of the excavation target ground and the reference plane.
  • the reference plane is a plane serving as a reference for determining the depth of the excavation target ground.
  • the reference plane is a horizontal plane on which the center point R of the shovel is located, and the center point R is the intersection of the shovel turning shaft and the ground contact surface of the lower traveling body 1.
  • the excavation attachment indicated by the one-dot chain line in FIG. 9 represents the posture of the excavation attachment when excavating the ground to be excavated at the same depth as the reference plane indicated by the one-dot chain line.
  • the depth D of the excavation target ground is derived based on information on the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape information acquisition unit 33 (information calculated from the posture information at the previous excavation operation). . Further, the depth D of the excavation target ground may be derived based on the current posture of the excavation attachment detected by the posture detection device M3.
  • the excavation attachment indicated by the broken line in FIG. 9 represents the posture of the excavation attachment when excavating the excavation target ground indicated by the broken line.
  • the depth D of the excavation target ground is represented by a depth D1 (> D0).
  • the excavation attachment indicated by the solid line in FIG. 9 represents the attitude of the excavation attachment when excavating the excavation target ground indicated by the solid line.
  • the depth D of the excavation target ground is represented by the depth D2 (> D1).
  • the excavation target ground may be located at a position higher than the reference plane.
  • the depth D of the excavation target ground may be expressed as a negative value.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the bucket angle ⁇ 3, the excavation reaction force F, and the depth D of the excavation target ground.
  • FIG. 10A shows the transition of the posture of the bucket 6 when the bucket 6 is closed from the bucket angle 30 ° to the bucket angle 180 °.
  • the bucket 6 indicated by a broken line in FIG. 10A represents the attitude when the bucket angle is 30 °
  • the bucket 6 indicated by the solid line in FIG. 10A represents the attitude when the bucket angle is 180 °.
  • FIG. 10B shows an example of the contents of a correspondence table that stores in advance the correspondence between the depth D of the excavation target ground and the transition or peak value of the excavation reaction force F when a predetermined bucket closing operation is performed. . Specifically, FIG. 10B shows the transition of the excavation reaction force F with respect to the bucket angle ⁇ 3 when the bucket 6 is closed from the bucket angle 30 ° to the bucket angle 180 °.
  • the correspondence table is a data table generated based on analysis of actual measurement data, and is registered in advance in a nonvolatile memory, for example.
  • FIG. 10C shows the temporal transition of the bucket angle ⁇ 3
  • FIG. 10D shows the temporal transition of the excavation reaction force F calculated using the correspondence table of FIG. 10B. Note that the time axes (horizontal axes) in FIGS. 10C and 10D are common.
  • transition indicated by the alternate long and short dash line in FIGS. 10B and 10D represents the transition when the depth D of the excavation target ground is the depth D0.
  • a transition indicated by a broken line represents a transition when the depth D of the excavation target ground is the depth D1
  • a transition indicated by a solid line represents a transition when the depth D of the excavation target ground is the depth D2.
  • FIGS. 10 (A) and 10 (C) When a bucket closing operation from a bucket angle of 30 ° to 180 ° as shown in FIGS. 10 (A) and 10 (C) is performed, the excavation reaction force F is as shown in FIG. 10 (B). After the angle ⁇ 3 has increased to a certain angle (for example, 100 °), the angle ⁇ 3 starts to decrease, and reaches zero when the bucket angle ⁇ 3 reaches 180 °. This tendency is the same regardless of the depth D of the excavation target ground. However, the peak value of the excavation reaction force F changes according to the change in the depth D of the excavation target ground.
  • FIG. 10B and FIG. 10D illustrate, as an example, a tendency that the peak value of the excavation reaction force F increases as the depth D of the excavation target ground increases.
  • the excavation control unit 34 of the controller 30 derives the current depth D of the excavation target ground based on the information regarding the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape information acquisition unit 33. Then, the excavation control unit 34 estimates the peak value of the excavation reaction force F when a predetermined bucket closing operation is performed according to the current depth D of the excavation target ground. Thereafter, the excavation control unit 34 determines whether the estimated peak value of the excavation reaction force F exceeds a predetermined value. And when it determines with exceeding, the motion of a digging attachment is controlled so that the peak value may not exceed a predetermined value. This is to prevent the excavation reaction force F from becoming excessively large and the movement of the excavation attachment to become unstable.
  • the excavation control unit 34 automatically raises the boom 4 during the bucket closing operation so that the peak value of the excavation reaction force F does not exceed a predetermined value regardless of whether or not the operator raises the boom. To do.
  • the excavation control unit 34 automatically raises the boom 4 at an increase rate (the rotation angle of the boom 4 per unit time) that the operator does not notice. Therefore, the excavation control unit 34 can smooth the movement of the excavation attachment without notifying the operator that the boom 4 has automatically raised, and can improve the operational feeling.
  • the control target of the excavation control unit 34 is not the regeneration release valve 50 but the flow rate control valve 176.
  • the excavation control unit 34 outputs a control command to an electromagnetic valve (not shown) that increases or decreases the pilot pressure of the flow control valve 176 to automatically move the flow control valve 176.
  • this control may be executed until the current shape of the excavation target ground becomes the target shape. For example, it may be executed until the depth of the excavation target ground reaches a preset target surface depth. When the depth of the excavation target ground reaches the depth of the target surface, excavation deeper than that may be restricted.
  • FIG. 11 shows a flow of a process in which the controller 30 automatically adjusts the attitude of the excavation attachment so that the peak value of the excavation reaction force F does not exceed a predetermined value (hereinafter referred to as “attitude automatic adjustment process”). It is a flowchart. The controller 30 repeatedly executes this automatic posture adjustment processing at a predetermined control cycle during operation of the excavator.
  • the controller 30 determines whether an excavation operation has been performed (step S11). In the present embodiment, the controller 30 determines whether at least one of the boom operation, the arm operation, and the bucket operation has been performed based on the output of the operation content detection device 29.
  • the controller 30 determines whether the excavation attachment and the ground are contacting (step S12). In the present embodiment, the controller 30 generates a bucket based on the current position of the toe of the bucket 6 derived from the output of the attitude detection device M3 and information on the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape information acquisition unit 33. It is determined whether 6 toes are in contact with the ground.
  • the controller 30 estimates the peak value of the excavation reaction force F (step S13).
  • the controller 30 derives the current depth D of the excavation target ground based on the information related to the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape information acquisition unit 33. Then, the controller 30 estimates the peak value of the excavation reaction force F when a predetermined bucket closing operation is performed according to the current depth D of the excavation target ground. Specifically, the controller 30 derives a peak value of the excavation reaction force F corresponding to the current depth D of the excavation target ground with reference to a correspondence table as shown in FIG.
  • the controller 30 may calculate the peak value of the excavation reaction force F when a predetermined bucket closing operation is performed based on the current depth D of the excavation target ground in real time. Moreover, the controller 30 may consider earth and sand density etc., when calculating the peak value.
  • the sediment density may be a value input by an operator through an in-vehicle input device (not shown), or may be a value automatically calculated based on outputs of various sensors such as a cylinder pressure sensor. .
  • the controller 30 determines whether or not the estimated peak value of the excavation reaction force F exceeds a predetermined value Fth (step S14).
  • the controller 30 automatically adjusts the attitude of the excavation attachment during the bucket closing operation (step S15).
  • the controller 30 automatically raises the boom 4 during the bucket closing operation regardless of whether or not the operator raises the boom.
  • the boom 4 is automatically raised with a predetermined operation pattern corresponding to the change in the bucket angle ⁇ 3.
  • the controller 30 determines that the excavation operation is not performed (NO in step S11), determines that the excavation attachment and the ground are not in contact (NO in step S12), or has a predetermined peak value. If it is determined that the value is less than or equal to the value Fth (NO in step S14), the current automatic posture adjustment process is terminated without automatically adjusting the posture of the excavation attachment.
  • the controller 30 acquires information on the current shape of the work target ground based on the transition of the posture of the attachment detected by the posture detection device M3. Then, the attachment is controlled based on the acquired information on the current shape of the work target ground.
  • the controller 30 can prevent the peak value of the excavation reaction force F from exceeding the predetermined value Fth during the bucket closing operation. Therefore, it is possible to prevent the excavation reaction force F from excessively increasing and the movement of the excavation attachment to become unstable, and improve the operability and work efficiency of the excavator. Further, the controller 30 can achieve the same effect even in work other than excavation work such as floor excavation work and leveling work by using the predetermined value Fth set to be low.
  • the controller 30 excavates based on the current posture of the excavation attachment detected by the posture detection device M3 and the information related to the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape information acquisition unit 33. It is determined whether the attachment is in contact with the excavation target ground. And when it determines with contacting, a control command is output with respect to the reproduction
  • the peak value of the excavation reaction force F when a predetermined bucket closing operation is performed is estimated, and when the estimated peak value exceeds the predetermined value Fth, the boom 4 is It is automatically raised so that the actual peak value is less than or equal to the predetermined value Fth.
  • the controller 30 may increase the drive force of the attachment (for example, excavation force by the excavation attachment) when it is determined that the controller 30 is in contact.
  • the controller 30 may increase the rotation speed of the engine 11 or increase the discharge amount of the main pumps 14L and 14R.
  • the control object of the excavation control unit 34 is not the regeneration release valve 50 but the regulator of the engine 11 or the main pumps 14L and 14R.
  • controller 30 automatically raises the boom 4 when determining that the peak value of the excavation reaction force F exceeds the predetermined value Fth even in the case of remote operation or automatic excavation operation (unmanned operation) of the excavator. You may let them. This is because the excavation reaction force F is reduced to continue smooth excavation work.
  • Regenerative release valve 50a Oil passage 70 ... Battery 72 ... Electrical equipment 74 ... Power supply device 76 ... Display device 171-176 ... Flow control valve 175a ... Reclaimed oil path M1 ... Communication device M2 ... Positioning device M3 ... Attitude detection device M3a ... Boom angle sensor M3b ... Arm angle sensor M3c ... Bucket angle sensor M3d ... Car body tilt sensor M4 ... Imaging device

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Abstract

本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体（１）と、下部走行体（１）に搭載される上部旋回体（３）と、上部旋回体（３）に取り付けられる掘削アタッチメントと、掘削アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置（Ｍ３）と、コントローラ（３０）とを備える。コントローラ（３０）は、姿勢検出装置（Ｍ３）が検出した掘削アタッチメントの姿勢の推移に基づいて掘削対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する地面形状情報取得部（３３）と、地面形状情報取得部（３３）が取得した掘削対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削アタッチメントを制御する掘削制御部（３４）とを有する。

Description

ショベル及びその制御方法
　本発明は、アタッチメントを備えたショベル及びその制御方法に関する。
　アームを閉じる際にアームシリンダのロッド側油室から流出する作動油の流量を増減させる可変絞りを有するショベルが知られている（特許文献１参照。）。このショベルは、可変絞りを制御するためにアームシリンダのボトム側油室の圧力を監視する。ボトム側油室の圧力が所定値未満であれば、バケットが地面に接触しておらず掘削アタッチメントが空中で動作していると判断でき、アームが自重で落下しないように可変絞りを流れる作動油の流量を低減すべきと判断できるためである。また、ボトム側油室の圧力が所定値以上であれば、バケットが地面に接触していると判断でき、可変絞りのところで無駄な圧力損失が生じないように可変絞りを流れる作動油の流量を増大すべきと判断できるためである。
特開２０１０－２３００６１号公報
　しかしながら、上述のショベルは、アームシリンダのボトム側油室の圧力に基づいてバケットと地面の接触を検知した後でなければ可変絞りを流れる作動油の流量を低減させるべきか増大させるべきかを判断できない。その結果、掘削開始時にその流量を増大させることができず、可変絞りのところで無駄な圧力損失を生じさせ、ショベルの作業効率を低下させてしまう。これは、掘削対象の地面の現在の形状を認識していないため、バケットが地面に接触する時期を事前に判断できないことに起因する。
　上述に鑑み、作業対象の地面の現在の形状を認識できるショベルを提供することが望まれる。
　本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、制御装置と、を備えるショベルであって、前記制御装置は、前記姿勢検出装置が検出した前記アタッチメントの姿勢の推移に基づいて作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得し、前記取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいて前記アタッチメントを制御する。
　上述の手段により、作業対象の地面の現在の形状を認識できるショベルが提供される。
本発明の実施例に係るショベルの側面図である。 図１のショベルに搭載される姿勢検出装置を構成する各種センサの出力内容の一例を示すショベルの側面図である。 図１のショベルに搭載される駆動系の構成例を示す図である。 コントローラの構成例を示す機能ブロック図である。 地面形状情報取得部が取得する掘削対象地面の現在の形状に関する情報の概念図である。 再生油路及び再生解除弁の構成例を示す図である。 アーム閉じ操作時に再生解除弁の開口面積を最小としたときの作動油の流れを示す図である。 アーム閉じ操作時に再生解除弁の開口面積を最大としたときの作動油の流れを示す図である。 開口面積調整処理の流れを示すフローチャートである。 コントローラが再生解除弁の開口面積を調整する際の各種パラメータの時間的推移を示す図である。 掘削対象地面の深さと基準面との関係を示す図である。 バケット角度と掘削反力と掘削対象地面の深さとの関係を示す図である。 姿勢自動調整処理の流れを示すフローチャートである。
　最初に、図１を参照し、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベル（掘削機）について説明する。なお、図１は、本発明の実施例に係るショベルの側面図である。図１に示すショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられる。作業要素としてのブーム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を構成する。なお、アタッチメントは、床堀アタッチメント、均しアタッチメント、浚渫アタッチメント等の他のアタッチメントであってもよい。また、ブーム４、アーム５、及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ、エンジン１１等の動力源が搭載される。また、上部旋回体３には通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３、及び撮像装置Ｍ４が取り付けられる。
　通信装置Ｍ１は、ショベルと外部との間の通信を制御する装置である。本実施例では、通信装置Ｍ１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）測量システムとショベルとの間の無線通信を制御する。具体的には、通信装置Ｍ１は、例えば１日１回の頻度で、ショベルの作業を開始する際に作業現場の地形情報を取得する。ＧＮＳＳ測量システムは、例えばネットワーク型ＲＴＫ－ＧＮＳＳ測位方式を採用する。
　測位装置Ｍ２は、ショベルの位置及び向きを測定する装置である。本実施例では、測位装置Ｍ２は、電子コンパスを組み込んだＧＮＳＳ受信機であり、ショベルの存在位置の緯度、経度、高度を測定し、且つ、ショベルの向きを測定する。ショベルの向きは、例えば、上部旋回体３の向き及びアタッチメントの向きに対応し、下部走行体１の向きとは無関係である。なお、下部走行体１は、操作装置２６（図３参照。）の１つである走行レバーの傾倒方向に応じて前進或いは後進する。そして、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用、不可視）が配置される側（図１では右側）が下部走行体１の後方に相当する。
　姿勢検出装置Ｍ３は、アタッチメントの姿勢を検出する装置である。本実施例では、姿勢検出装置Ｍ３は、掘削アタッチメントの姿勢を検出する装置である。
　撮像装置Ｍ４はショベルの周辺の画像を取得する装置である。本実施例では、撮像装置Ｍ４は、ショベルの上部旋回体３に取り付けられるカメラであり、撮像した画像に基づいてショベルの周囲の地面までの距離を認識して作業現場の地形情報を取得する。なお、撮像装置Ｍ４はステレオカメラ、距離画像カメラ、３次元レーザスキャナ等であってもよい。
　図２は、図１のショベルに搭載される姿勢検出装置Ｍ３を構成する各種センサの出力内容の一例を示すショベルの側面図である。具体的には、姿勢検出装置Ｍ３は、ブーム角度センサＭ３ａ、アーム角度センサＭ３ｂ、バケット角度センサＭ３ｃ、及び車体傾斜センサＭ３ｄを含む。
　ブーム角度センサＭ３ａは、ブーム角度θ１を取得するセンサであり、例えば、ブームフートピンの回転角度を検出する回転角度センサ、ブームシリンダ７のストローク量を検出するストロークセンサ、ブーム４の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。ブーム角度θ１は、ＸＺ平面において、ブームフートピン位置Ｐ１とアーム連結ピン位置Ｐ２とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。
　アーム角度センサＭ３ｂは、アーム角度θ２を取得するセンサであり、例えば、アーム連結ピンの回転角度を検出する回転角度センサ、アームシリンダ８のストローク量を検出するストロークセンサ、アーム５の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。アーム角度θ２は、ＸＺ平面において、アーム連結ピン位置Ｐ２とバケット連結ピン位置Ｐ３とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。
　バケット角度センサＭ３ｃは、バケット角度θ３を取得するセンサであり、例えば、バケット連結ピンの回転角度を検出する回転角度センサ、バケットシリンダ９のストローク量を検出するストロークセンサ、バケット６の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。バケット角度θ３は、ＸＺ平面において、バケット連結ピン位置Ｐ３とバケット爪先位置Ｐ４とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。
　車体傾斜センサＭ３ｄは、ショベルのＹ軸回りの傾斜角θ４、及び、ショベルのＸ軸回りの傾斜角θ５（図示せず。）を取得するセンサであり、例えば２軸傾斜（加速度）センサ等を含む。なお、図２のＸＹ平面は水平面である。
　図３は、図１のショベルに搭載される駆動系の構成例を示す図であり、機械的動力伝達ライン、高圧油圧ライン、パイロットライン、電気制御ライン、及び電力ラインをそれぞれ二重線、実線、破線、点線、及び一点鎖線で示す。
　ショベルの駆動系は、主に、エンジン１１、発電機１２、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、操作内容検出装置２９、コントローラ３０、バッテリ７０、電装品７２、給電装置７４、及び表示装置７６を含む。
　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。また、エンジン１１の出力軸は、発電機１２、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に接続される。
　発電機１２は、エンジン１１の駆動力を利用して回転することで発電する装置であり、コントローラ３０、バッテリ７０、電装品７２、給電装置７４、表示装置７６等に電気エネルギを供給する。
　メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、高圧油圧ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給するための装置であり、例えば斜板式可変容量型油圧ポンプである。
　パイロットポンプ１５は、パイロットライン２５を介して操作装置２６等の各種油圧制御機器に作動油を供給するための装置であり、例えば固定容量型油圧ポンプである。
　コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧系を制御する油圧制御装置である。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れを制御する流量制御弁１７１～１７６を含む。そして、コントロールバルブ１７は、流量制御弁１７１～１７６を通じ、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、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａのうちの１又は複数のものに対しメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油を選択的に供給する。なお、以下では、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、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａを集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。
　操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施例では、操作装置２６は、パイロットライン２５を通じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。なお、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。
　操作内容検出装置２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出する装置である。本実施例では、操作内容検出装置２９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の操作方向及び操作量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。なお、操作装置２６の操作内容は、ポテンショメータ等、圧力センサ以外の他のセンサの出力を用いて導き出されてもよい。
　コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を備えたコンピュータで構成される。また、コントローラ３０は、各種機能要素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、各種機能要素に対応する処理をＣＰＵに実行させる。
　バッテリ７０は電気エネルギを蓄える装置であり、例えば、発電機１２で発電した電力で充電される。また、バッテリ７０の電気エネルギは、コントローラ３０、電装品７２、給電装置７４、表示装置７６等に供給される。
　電装品７２は、ショベルに搭載される電気負荷であり、例えば、音声出力装置、照明装置等を含む。
　給電装置７４は、外部電気機器に電気エネルギを供給するための装置であり、例えば、外部電気機器の差込プラグを受け入れるプラグ受けを含む。外部電気機器は空撮用マルチコプタ（ドローン）を含む。例えば、操作者は、空撮用マルチコプタのバッテリから延びる電源ケーブルの差込プラグを給電装置７４のプラグ受けに差し込むことで空撮用マルチコプタのバッテリを充電できる。
　表示装置７６は、各種情報を表示する装置であり、例えば、キャビン１０内に設置される車載ディスプレイである。本実施例では、表示装置７６は撮像装置Ｍ４に接続され、撮像装置Ｍ４が取得したショベル周辺の画像を表示できる。
　エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒのそれぞれを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
　センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７１、１７３、及び１７５を通る高圧油圧ラインである。また、センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７２、１７４、及び１７６を通る高圧油圧ラインである。
　流量制御弁１７１、１７２、１７３は、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、旋回用油圧モータ２Ａに流出入する作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。
　また、流量制御弁１７４、１７５、１７６は、バケットシリンダ９、アームシリンダ８、ブームシリンダ７に流出入する作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。なお、本実施例では、流量制御弁１７５の内部に再生油路１７５ａ（図６Ａ参照。）が形成される。また、流量制御弁１７５と作動油タンクとの間には再生解除弁５０が取り付けられる。
　次に、図４を参照してコントローラ３０の機能について説明する。なお、図４は、コントローラ３０の構成例を示す機能ブロック図である。本実施例では、コントローラ３０は、通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３、撮像装置Ｍ４の出力を受けて各種演算を実行し、その演算結果に応じた制御指令を制御対象（例えば、エンジン１１、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ、コントロールバルブ１７、再生解除弁５０等である。）に対して出力する。
　具体的には、コントローラ３０は、主に、地形データベース更新部３１、位置座標更新部３２、地面形状情報取得部３３、及び掘削制御部３４を含む。
　地形データベース更新部３１は、作業現場の地形情報を参照可能に体系的に記憶する地形データベースを更新する機能要素である。本実施例では、地形データベース更新部３１は、例えばショベルの起動時に通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。地形データベースは不揮発性メモリ等に記憶される。また、作業現場の地形情報は、例えば世界測位系に基づく３次元地形モデルで記述される。
　また、地形データベース更新部３１は撮像装置Ｍ４の出力を利用して地形データベースを更新してもよい。この場合、撮像装置Ｍ４はショベルから独立していてもよい。また、コントローラ３０は通信装置Ｍ１を介して撮像装置Ｍ４が出力する地形情報を取得してもよい。具体的には、撮像装置Ｍ４は、空撮用マルチコプタ、作業現場に設置された鉄塔等に取り付けられ、作業現場を上から見た画像に基づいて作業現場の地形情報を取得してもよい。また、撮像装置Ｍ４は、空撮用マルチコプタに取り付けられた場合、１時間に１回程度の頻度で或いはリアルタイムで、作業現場を上から見た画像を撮像して作業現場の地形情報を取得してもよい。
　また、地形データベース更新部３１は、例えば、１日１回の頻度で通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地形情報を取得し、且つ、１時間に１回の頻度で或いはリアルタイムで撮像装置Ｍ４を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新してもよい。
　また、地形データベース更新部３１は、通信装置Ｍ１を通じて取得した地形情報と撮像装置Ｍ４を通じて取得した地形情報とを併用する場合、通信装置Ｍ１を通じて取得した地形情報を補正するために、撮像装置Ｍ４を通じて取得した地形情報を用いてもよい。この場合、地形データベース更新部３１は、通信装置Ｍ１が地形情報を取得する周期（間隔）よりも長い周期（間隔）で地形情報を補正してもよい。
　位置座標更新部３２は、ショベルの現在位置を表す座標及び向きを更新する機能要素である。本実施例では、位置座標更新部３２は、測位装置Ｍ２の出力に基づいて世界測位系におけるショベルの位置座標及び向きを取得し、不揮発性メモリ等に記憶されるショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータを更新する。
　また、位置座標更新部３２は、地形データベース更新部３１の場合と同様、撮像装置Ｍ４の出力を利用してショベルの現在位置を表す座標及び向きを更新してもよい。この場合、位置座標更新部３２は、測位装置Ｍ２の出力と撮像装置Ｍ４の出力を併用してショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新してもよい。また、位置座標更新部３２は、撮像装置Ｍ４の出力のみに基づいてショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新してもよい。
　地面形状情報取得部３３は、作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する機能要素である。本実施例では、地面形状情報取得部３３は、地形データベース更新部３１が更新した地形情報と、位置座標更新部３２が更新したショベルの現在位置を表す座標及び向きと、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの姿勢の過去の推移とに基づいて掘削対象地面の現在の形状に関する情報を取得する。
　図５は、地面形状情報取得部３３が取得する掘削対象地面の現在の形状に関する情報の概念図である。なお、図５の破線で示す複数のバケット形状は、前回の掘削動作の際のバケット６の軌跡を表す。バケット６の軌跡は、姿勢検出装置Ｍ３が過去に検出した掘削アタッチメントの姿勢の推移から導き出される。また、図５の太実線は、地面形状情報取得部３３が把握している掘削対象地面の現在の断面形状を表し、太点線は、地面形状情報取得部３３が把握している前回の掘削動作が行われる前の掘削対象地面の断面形状を表す。すなわち、地面形状情報取得部３３は、前回の掘削動作が行われる前の掘削対象地面の形状から、前回の掘削動作の際にバケット６が通過した空間に対応する部分を取り除くことで掘削対象地面の現在の形状を導き出す。また、図５の一点鎖線で示すＺ軸方向に伸びる各ブロックは３次元地形モデルの各要素を表す。各要素は例えばＸＹ平面に平行な単位面積の上面と－Ｚ方向に無限大の長さを有するモデルで表現される。なお、３次元地形モデルは３次元メッシュモデルで表現されてもよい。
　掘削制御部３４は、掘削アタッチメントを制御する機能要素である。本実施例では、掘削制御部３４は、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削アタッチメントを制御する。
　具体的には、掘削制御部３４は、姿勢検出装置Ｍ３が検出する掘削アタッチメントの現在の姿勢と、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報（前回の掘削動作の際の姿勢情報より算出される情報）とに基づいて掘削状態を判断する。例えば、掘削制御部３４は、バケット６の爪先が掘削対象地面に接触しているかを判定する。そして、バケット６の爪先が掘削対象地面に接触していると判定した場合、制御モードを「地表面モード」から「地中モード」へ切り替える。特に、掘削アタッチメント（バケット６の爪先）が地表面よりも上に存在する場合にアーム５を閉じるときにはアームシリンダ８のロッド側油室をボトム側油室よりも高圧にして自重落下させることが望ましい。また、地面接触後の掘削作業では、掘削のためにアームシリンダ８のボトム側油室をロッド側油室よりも高圧にする必要がある。このため、掘削制御部３４は、スムーズに掘削を開始すべく、バケット６が掘削対象地面に接触しているかを正確に判定した上でメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する高圧の作動油をアームシリンダ８のボトム側油室へ供給する。そして、制御対象が例えば再生解除弁５０の場合には、掘削制御部３４は、バケット６の爪先が掘削対象地面に接触する際に、再生解除弁５０に対して制御指令を出力してその開口面積を増大させる。なお、「接触する際」は「接触する直前」を含み、掘削制御部３４は、好ましくは、バケット６の爪先が掘削対象地面に接触する直前に再生解除弁５０に対して制御指令を出力してその開口面積を増大させる。さらに、予め入力された土砂密度情報に基づいて掘削アタッチメントを制御してもよい。例えば、土砂密度が大きいほど開口面積が大きくなるようにしてもよい。
　また、掘削制御部３４はエンジン１１、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ等を制御対象としてもよい。この場合、バケット６が掘削対象地面に接触していると判定したときに制御モードを「地表面モード」から「地中モード」へと切り替える。そして、エンジン１１の回転数指令を上昇させ、或いは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板の傾転角を変更する等して掘削アタッチメントの出力馬力を増大させる。その結果、「地中モード」で作業する際に掘削アタッチメントの駆動力を増大させることができる。また、「地表面モード」の際にはその出力馬力を低減させて燃費を向上させることができる。
　掘削制御部３４は、上述の各制御対象の制御を単独で実行してもよく、組み合わせて実行してもよい。また、この制御は掘削対象地面の現在の形状が目標形状になるまで実行されてもよい。例えば、掘削対象地面の深さが予め設定された目標面の深さに到達するまで実行されてもよい。なお、掘削対象地面の深さが目標面の深さに到達すると、それより深い掘削は制限されてもよい。
　図６Ａ～図６Ｃは、再生油路１７５ａ及び再生解除弁５０の構成例を示す図である。具体的には、図６Ａは、図３に示すコントロールバルブ１７における流量制御弁１７５及び再生解除弁５０を含む部分の拡大図である。また、図６Ｂはアーム閉じ操作時に再生解除弁５０の開口面積を最小としたときの作動油の流れを示し、図６Ｃはアーム閉じ操作時に再生解除弁５０の開口面積を最大としたときの作動油の流れを示す。
　再生油路１７５ａは、アーム閉じ操作時に収縮側油室であるアームシリンダ８のロッド側油室から流出する作動油を伸張側油室であるボトム側油室に流入（再生）させる油路である。また、再生油路１７５ａは、ボトム側油室からロッド側油室への作動油の流れを防止する逆止弁を含む。なお、再生油路１７５ａは、流量制御弁１７５の外部に形成されてもよい。
　再生解除弁５０は、アームシリンダ８のロッド側油室から流出して作動油タンクに流れる作動油の流量を調整する弁である。本実施例では、再生解除弁５０は、コントローラ３０からの制御指令に応じて動作する電磁弁であり、流量制御弁１７５と作動油タンクとの間の油路５０ａの流路面積を増減させて油路５０ａ及び再生油路１７５ａのそれぞれを流れる作動油の流量を調整する。
　具体的には、再生解除弁５０は、図６Ｂに示すように、コントローラ３０からの制御指令に応じてその開口面積を低減させて油路５０ａを流れる作動油の流量を低減させ且つ再生油路１７５ａを流れる作動油の流量を増大させる。この構成により、再生解除弁５０は、掘削アタッチメントを空中で動作させる場合にアーム５がその自重によって落下するのを防止できる。
　また、再生解除弁５０は、図６Ｃに示すように、コントローラ３０からの制御指令に応じてその開口面積を増大させて油路５０ａを流れる作動油の流量を増大させ且つ再生油路１７５ａを流れる作動油の流量を低減或いは消失させる。この構成により、再生解除弁５０は、掘削中であるにもかかわらず、すなわち掘削アタッチメントが地面に接触しているにもかかわらず、油路５０ａで無駄な圧力損失を発生させて掘削力を低減させてしまうのを防止できる。
　なお、再生解除弁５０は、アームシリンダ８のロッド側油室と流量制御弁１７５との間に設置されてもよい。
　次に、図７を参照し、コントローラ３０が再生解除弁５０の開口面積を調整する処理（以下、「開口面積調整処理」とする。）について説明する。なお、図７は、開口面積調整処理の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、ショベル稼働中、所定の制御周期で繰り返しこの開口面積調整処理を実行する。
　最初に、コントローラ３０は、アーム閉じ操作が行われたかを判定する（ステップＳ１）。本実施例では、コントローラ３０は、操作内容検出装置２９の出力に基づいてアーム操作レバーが閉じ方向に操作されたかを判定する。
　アーム閉じ操作が行われていないと判定した場合（ステップＳ１のＮＯ）、コントローラ３０は今回の開口面積調整処理を終了させる。
　アーム閉じ操作が行われたと判定した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、掘削アタッチメントと地面が接触しているかを判定する（ステップＳ２）。本実施例では、コントローラ３０は、姿勢検出装置Ｍ３の出力から導き出されるバケット６の爪先の現在位置と、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいてバケット６の爪先が地面に接触しているか否かを判定する。
　そして、掘削アタッチメントと地面が接触していると判定した場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、コントローラ３０は、必要に応じて再生解除弁５０の開口面積を増大させる（ステップＳ３）。本実施例では、コントローラ３０は、バケット６の爪先が地面に接触していると判定した場合、再生解除弁５０の開口面積が所定値未満であれば、その開口面積を所定値まで増大させる。
　一方、掘削アタッチメントと地面が接触していないと判定した場合（ステップＳ２のＮＯ）、コントローラ３０は、必要に応じて再生解除弁５０の開口面積を低減させる（ステップＳ４）。本実施例では、コントローラ３０は、バケット６の爪先が地面に接触していないと判定した場合、再生解除弁５０の開口面積が所定値より大きければ、再生解除弁５０の開口面積を所定値まで低減させる。
　次に、図８を参照し、コントローラ３０が再生解除弁５０の開口面積を調整する際の各種パラメータの時間的推移について説明する。なお、図８（Ａ）はアームシリンダ８のロッド側油室の圧力の時間的推移を表す。また、図８（Ｂ）は地面接触フラグの時間的推移を表し、図８（Ｃ）は再生解除弁５０の開口面積の時間的推移を表す。なお、図８（Ａ）～図８（Ｃ）のそれぞれの時間軸（横軸）は共通である。また、地面接触フラグは、コントローラ３０による掘削アタッチメントと地面との接触の有無の判定結果を表す。具体的には、地面接触フラグの値「ＯＦＦ」は、コントローラ３０により「接触無し」と判定されている状態を表し、地面接触フラグの値「ＯＮ」は、コントローラ３０により「接触あり」と判定されている状態を表す。また、図８の実線で示す推移は、実際の接触と「接触あり」の判定が同時に行われた場合の推移を表す。一方で、図８の破線で示す推移は、「接触あり」の判定が実際の接触よりも前に行われた場合の推移を表し、図８の一点鎖線で示す推移は、「接触あり」の判定が実際の接触よりも後に行われた場合の推移を表す。
　具体的には、「接触あり」の判定が実際の接触よりも前に行われた場合、地面接触フラグは、図８（Ｂ）の破線で示すように、時刻ｔ１において値「ＯＦＦ」から値「ＯＮ」に切り替えられる。なお、本実施例では実際の接触は時刻ｔ２において発生する。そして、地面接触フラグを値「ＯＮ」に切り替えると、コントローラ３０は、再生解除弁５０の開口面積を増大させる。そのため、再生解除弁５０の開口面積は、図８（Ｃ）の破線で示すように、時刻ｔ１において値Ａｎから値Ａｗ（＞Ａｎ）に調整される。なお、値Ａｎはアーム５を空中で動作させる際に最適な値として予め設定される開口面積であり、値Ａｗは掘削中にアーム５を動作させる際に最適な値として予め設定される開口面積である。その結果、アームシリンダ８のロッド側油室の圧力は、図８（Ａ）の破線で示すように、時刻ｔ１において減少し始め、実際の接触が起こるまで減少し続ける。アーム５が自重で落下するためである。そして、時刻ｔ２において実際の接触が起こった後に（時刻ｔ２と時刻ｔ３の間で）増加に転じ、その後は作業反力としての掘削反力に応じた値まで増大する。
　このように、コントローラ３０は、「接触あり」の判定を実際の接触よりも前に行うと、アームシリンダ８のロッド側油室の圧力を一時的に急減させてしまうため、キャビテーションを発生させるおそれがある。
　一方で、「接触あり」の判定が実際の接触よりも後に行われた場合、実際の接触が起こる時刻ｔ２では再生解除弁５０の開口面積は小さいままであるため、ロッド側油室の圧力は上昇してしまう。そして、地面接触フラグは、図８（Ｂ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ３において値「ＯＦＦ」から値「ＯＮ」に切り替えられる。そのため、再生解除弁５０の開口面積は、図８（Ｃ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ３において値Ａｎから値Ａｗに調整される。その結果、アームシリンダ８のロッド側油室の圧力は、図８（Ａ）の一点鎖線で示すように、実際の接触が起こる時刻ｔ２で増加し始め、時刻ｔ３において再生解除弁５０の開口面積が値Ａｗに増大されるまで増加し続ける。掘削反力と再生解除弁５０での圧力損失とによる影響を受けるためである。そして、時刻ｔ３において再生解除弁５０の開口面積が値Ａｗに増大されると減少に転じ、その後は掘削反力に応じた値まで減少する。
　このように、コントローラ３０は、「接触あり」の判定を実際の接触よりも後に行うと、アームシリンダ８のロッド側油室の圧力を一時的に増加させてしまうため、掘削アタッチメントの動きを不安定にし、且つ、作業効率を低下させてしまう。
　そこで、コントローラ３０は、姿勢検出装置Ｍ３が検出する掘削アタッチメントの現在の姿勢と、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいて掘削アタッチメントが掘削対象地面に接触しているかを判定する。「接触あり」の判定を実際の接触と同時に行うためである。
　「接触あり」の判定が実際の接触と同時に行われた場合、地面接触フラグは、図８（Ｂ）の実線で示すように、時刻ｔ２において値「ＯＦＦ」から値「ＯＮ」に切り替えられる。そのため、再生解除弁５０の開口面積は、図８（Ｃ）の実線で示すように、時刻ｔ２において値Ａｎから値Ａｗに調整される。その結果、アームシリンダ８のロッド側油室の圧力は、図８（Ａ）の実線で示すように、実際の接触が起こる時刻ｔ２で減少し始め、その後は掘削反力に応じた値まで減少する。実際の接触が起こる前に一時的に急減することはなく、実際の接触が起こった後で再生解除弁５０での圧力損失による影響を受けて増加することもない。
　以上の構成により、コントローラ３０は、姿勢検出装置Ｍ３が検出したアタッチメントの姿勢の推移に基づいて作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する。そして、取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいてアタッチメントを制御する。本実施例では、コントローラ３０は、掘削アタッチメントの現在の姿勢と掘削対象地面の現在の形状とに基づいて再生解除弁５０の開口面積を調整する。具体的には、バケット６の爪先の現在位置と掘削対象地面の現在の形状とに基づいて再生解除弁５０の開口面積を調整する。そのため、バケット６の爪先が掘削対象地面に接触すると同時に、アームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクに流出する作動油の再生解除弁５０での圧力損失を低減或いは消失させることができる。その結果、コントローラ３０は、アームシリンダ圧の変化等に基づいてバケット６の爪先と掘削対象地面との接触の有無を判定する場合に比べ、より正確に接触の有無を判定でき、誤判定を抑制できる。また、接触の有無の誤判定を抑制することで操作性及び作業効率を向上できる。具体的には、バケット６の爪先が地面に接触するのと同時に、アーム５の自重落下の防止のために再生解除弁５０のところで発生させていた圧力損失を低減或いは消失させることができ、圧力損失分だけ掘削に要する力が増大してしまうのを防止できる。また、地面との接触の前にアーム５が自重落下してしまうのを防止でき、キャビテーションの発生を防止できる。
　なお、コントローラ３０は、アームシリンダ８に関する再生解除弁５０の開口面積を調整するのと同様に、ブームシリンダ７に関する再生解除弁（図示せず。）の開口面積を調整してもよく、バケットシリンダ９に関する再生解除弁（図示せず。）の開口面積を調整してもよい。
　次に、図９～図１１を参照し、コントローラ３０の掘削制御部３４による掘削アタッチメント制御の別の例について説明する。なお、図９は、掘削対象地面の深さと基準面との関係を示す図である。基準面は、掘削対象地面の深さを定める基準となる平面である。本実施例では、基準面はショベルの中心点Ｒが位置する水平面であり、中心点Ｒはショベルの旋回軸と下部走行体１の接地面との交点である。
　具体的には、図９の一点鎖線で示す掘削アタッチメントは、一点鎖線で示す基準面と同じ深さの掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さＤは基準面の深さＤ０（＝０）と同じである。なお、掘削対象地面の深さＤは、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報（前回の掘削動作の際の姿勢情報から算出される情報）に基づいて導き出される。また、掘削対象地面の深さＤは、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの現在の姿勢に基づいて導き出されてもよい。
　また、図９の破線で示す掘削アタッチメントは、破線で示す掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さＤは深さＤ１（＞Ｄ０）で表される。
　また、図９の実線で示す掘削アタッチメントは、実線で示す掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さＤは深さＤ２（＞Ｄ１）で表される。
　なお、掘削対象地面は基準面よりも高い位置にあってもよい。この場合、掘削対象地面の深さＤは負の値で表されてもよい。
　図１０は、バケット角度θ３と掘削反力Ｆと掘削対象地面の深さＤとの関係を示す図である。具体的には、図１０（Ａ）は、バケット６をバケット角度３０°からバケット角度１８０°まで閉じる際のバケット６の姿勢の推移を示す。なお、図１０（Ａ）の破線で示すバケット６はバケット角度３０°のときの姿勢を表し、図１０（Ａ）の実線で示すバケット６はバケット角度１８０°のときの姿勢を表す。
　図１０（Ｂ）は、掘削対象地面の深さＤと所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Ｆの推移又はピーク値との対応関係を予め記憶する対応テーブルの内容の一例を示す。具体的には、図１０（Ｂ）は、バケット角度３０°からバケット角度１８０°までバケット６を閉じる際のバケット角度θ３に対する掘削反力Ｆの推移を示す。なお、対応テーブルは、実測データの分析に基づいて生成されるデータテーブルであり、例えば不揮発性メモリに予め登録されている。
　また、図１０（Ｃ）はバケット角度θ３の時間的推移を示し、図１０（Ｄ）は図１０（Ｂ）の対応テーブルを用いて算出される掘削反力Ｆの時間的推移を示す。なお、図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ）のそれぞれの時間軸（横軸）は共通である。
　また、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｄ）の一点鎖線で示す推移は、掘削対象地面の深さＤが深さＤ０のときの推移を表す。また、破線で示す推移は、掘削対象地面の深さＤが深さＤ１のときの推移を表し、実線で示す推移は、掘削対象地面の深さＤが深さＤ２のときの推移を表す。
　図１０（Ａ）及び図１０（Ｃ）に示すようなバケット角度３０°から１８０°までのバケット閉じ操作が行われた場合、掘削反力Ｆは、図１０（Ｂ）に示すように、バケット角度θ３がある角度（例えば１００°）に至るまで増大した後で減少に転じ、バケット角度θ３が１８０°に達したときにゼロに至る。この傾向は、掘削対象地面の深さＤにかかわらず同じである。但し、掘削反力Ｆのピーク値は、掘削対象地面の深さＤの変化に応じて変化する。図１０（Ｂ）及び図１０（Ｄ）は、掘削対象地面の深さＤが深くなるほど掘削反力Ｆのピーク値が大きくなる傾向を一例として示す。
　そこで、コントローラ３０の掘削制御部３４は、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削対象地面の現在の深さＤを導き出す。そして、掘削制御部３４は、掘削対象地面の現在の深さＤに応じて、所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Ｆのピーク値を推定する。その後、掘削制御部３４は、推定した掘削反力Ｆのピーク値が所定値を上回るかを判定する。そして、上回ると判定した場合には、掘削アタッチメントの動きを制御してそのピーク値が所定値を超えないようにする。掘削反力Ｆが大きくなり過ぎて掘削アタッチメントの動きが不安定になるのを防止するためである。例えば、掘削制御部３４は、操作者によるブーム上げ操作の有無にかかわらず、バケット閉じ動作中にブーム４を自動的に上昇させることで掘削反力Ｆのピーク値が所定値を超えないようにする。例えば、掘削制御部３４は、操作者が気付かない程度の上昇率（単位時間当たりのブーム４の回動角度）でブーム４を自動的に上昇させる。そのため、掘削制御部３４は、ブーム４が自動的に上昇したことを操作者に気付かせずに掘削アタッチメントの動きを滑らかにすることができ、操作感を向上させることができる。なお、この場合の掘削制御部３４の制御対象は、再生解除弁５０ではなく流量制御弁１７６である。例えば、掘削制御部３４は、流量制御弁１７６のパイロット圧を増減させる電磁弁（図示せず。）に対して制御指令を出力して流量制御弁１７６を自動的に移動させる。また、この制御は掘削対象地面の現在の形状が目標形状になるまで実行されてもよい。例えば、掘削対象地面の深さが予め設定された目標面の深さに到達するまで実行されてもよい。なお、掘削対象地面の深さが目標面の深さに到達すると、それより深い掘削は制限されてもよい。
　図１１は、掘削反力Ｆのピーク値が所定値を超えないようにコントローラ３０が掘削アタッチメントの姿勢を自動的に調整する処理（以下、「姿勢自動調整処理」とする。）の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、ショベル稼働中、所定の制御周期で繰り返しこの姿勢自動調整処理を実行する。
　最初に、コントローラ３０は、掘削操作が行われたかを判定する（ステップＳ１１）。本実施例では、コントローラ３０は、操作内容検出装置２９の出力に基づいてブーム操作、アーム操作、及びバケット操作の少なくとも１つが行われたかを判定する。
　そして、掘削操作が行われたと判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、掘削アタッチメントと地面が接触しているかを判定する（ステップＳ１２）。本実施例では、コントローラ３０は、姿勢検出装置Ｍ３の出力から導き出されるバケット６の爪先の現在位置と、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいてバケット６の爪先が地面に接触しているか否かを判定する。
　そして、掘削アタッチメントと地面が接触していると判定した場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、コントローラ３０は、掘削反力Ｆのピーク値を推定する（ステップＳ１３）。本実施例では、コントローラ３０は、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削対象地面の現在の深さＤを導き出す。そして、コントローラ３０は、掘削対象地面の現在の深さＤに応じて所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Ｆのピーク値を推定する。具体的には、コントローラ３０は、図１０（Ｂ）に示すような対応テーブルを参照して掘削対象地面の現在の深さＤに対応する掘削反力Ｆのピーク値を導き出す。また、コントローラ３０は、掘削対象地面の現在の深さＤに基づいて所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Ｆのピーク値をリアルタイムで算出してもよい。また、コントローラ３０は、そのピーク値を算出する際に土砂密度等を考慮してもよい。土砂密度は、車載入力装置（図示せず。）を通じて操作者が入力する値であってもよく、シリンダ圧センサ等の各種センサの出力に基づいて自動的に算出される値であってもよい。
　その後、コントローラ３０は、推定した掘削反力Ｆのピーク値が所定値Ｆｔｈを上回るかを判定する（ステップＳ１４）。
　そして、ピーク値が所定値Ｆｔｈを上回ると判定した場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、コントローラ３０は、バケット閉じ動作中に掘削アタッチメントの姿勢を自動的に調整する（ステップＳ１５）。本実施例では、コントローラ３０は、操作者によるブーム上げ操作の有無にかかわらず、バケット閉じ動作中にブーム４を自動的に上昇させる。具体的には、バケット角度θ３の変化に応じた所定の動作パターンでブーム４を自動的に上昇させる。
　なお、コントローラ３０は、掘削操作が行われていないと判定した場合（ステップＳ１１のＮＯ）、掘削アタッチメントと地面が接触していないと判定した場合（ステップＳ１２のＮＯ）、或いは、ピーク値が所定値Ｆｔｈ以下であると判定した場合には（ステップＳ１４のＮＯ）、掘削アタッチメントの姿勢を自動的に調整することなく、今回の姿勢自動調整処理を終了する。
　以上の構成により、コントローラ３０は、姿勢検出装置Ｍ３が検出したアタッチメントの姿勢の推移に基づいて作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する。そして、取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいてアタッチメントを制御する。本実施例では、コントローラ３０は、バケット閉じ動作中に掘削反力Ｆのピーク値が所定値Ｆｔｈを超えないようにすることができる。そのため、掘削反力Ｆが過度に増大して掘削アタッチメントの動きが不安定になるのを防止し、ショベルの操作性及び作業効率を向上させることができる。また、コントローラ３０は、低めに設定された所定値Ｆｔｈを用いることで、床堀作業、均し作業等の掘削作業以外の作業でも同様の効果を実現できる。
　以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
　例えば、上述の実施例では、コントローラ３０は、姿勢検出装置Ｍ３が検出する掘削アタッチメントの現在の姿勢と、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいて掘削アタッチメントが掘削対象地面に接触しているかを判定する。そして、接触していると判定した場合に、再生解除弁５０に対して制御指令を出力してその開口面積を増大させる。或いは、接触していると判定した場合に、所定のバケット閉じ動作が行われるときの掘削反力Ｆのピーク値を推定し、その推定したピーク値が所定値Ｆｔｈを上回るときに、ブーム４を自動的に上昇させて実際のピーク値が所定値Ｆｔｈ以下となるようにする。しかしながら、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。例えば、コントローラ３０は、接触していると判定した場合に、アタッチメントの駆動力（例えば掘削アタッチメントによる掘削力）を増大させてもよい。具体的には、コントローラ３０は、エンジン１１の回転数を増大させたり、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増大させたりしてもよい。なお、この場合の掘削制御部３４の制御対象は、再生解除弁５０ではなく、エンジン１１又はメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒのレギュレータである。
　また、コントローラ３０は、ショベルのリモート運転又は自動掘削運転（無人運転）の場合であっても、掘削反力Ｆのピーク値が所定値Ｆｔｈを上回ると判断したときにブーム４を自動的に上昇させてもよい。掘削反力Ｆを小さくして円滑な掘削作業を継続させるためである。
　また、本願は、２０１４年６月２０日に出願した日本国特許出願２０１４－１２７６７２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　１Ａ・・・走行用油圧モータ（左用）　１Ｂ・・・走行用油圧モータ（右用）　２・・・旋回機構　２Ａ・・・旋回用油圧モータ　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　１２・・・発電機　１４Ｌ、１４Ｒ・・・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　２５・・・パイロットライン　２６・・・操作装置　２９・・・操作内容検出装置　３０・・・コントローラ　３１・・・地形データベース更新部　３２・・・位置座標更新部　３３・・・地面形状情報取得部　３４・・・掘削制御部　４０Ｌ、４０Ｒ・・・センターバイパス管路　５０・・・再生解除弁　５０ａ・・・油路　７０・・・バッテリ　７２・・・電装品　７４・・・給電装置　７６・・・表示装置　１７１～１７６・・・流量制御弁　１７５ａ・・・再生油路　Ｍ１・・・通信装置　Ｍ２・・・測位装置　Ｍ３・・・姿勢検出装置　Ｍ３ａ・・・ブーム角度センサ　Ｍ３ｂ・・・アーム角度センサ　Ｍ３ｃ・・・バケット角度センサ　Ｍ３ｄ・・・車体傾斜センサ　Ｍ４・・・撮像装置

Claims (9)

  1. 　下部走行体と、
    　前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
    　前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
    　前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、
    　制御装置と、を備えるショベルであって、
    　前記制御装置は、前記姿勢検出装置が検出した前記アタッチメントの姿勢の推移に基づいて作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得し、前記取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいて前記アタッチメントを制御する、
    　ショベル。
  2. 　前記制御装置は、前記姿勢検出装置が検出する前記アタッチメントの姿勢と、前記取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報とに基づいて前記アタッチメントが作業対象の地面に接触しているかを判定する、
    　請求項１に記載のショベル。
  3. 　前記制御装置は、前記アタッチメントと作業対象の地面との接触の際に制御モードを変更する、
    　請求項１に記載のショベル。
  4. 　前記アタッチメントを構成する作業要素を動作させる油圧シリンダと、
    　前記作業要素の動作中に前記油圧シリンダの収縮側油室から流出する作動油を前記油圧シリンダの伸張側油室に流入させる再生油路と、
    　前記油圧シリンダと作動油タンクとの間に配置される再生解除弁と、を有し、
    　前記制御装置は、前記アタッチメントが作業対象の地面に接触していると判定した場合、前記再生解除弁の開口面積を増大させる、
    　請求項２に記載のショベル。
  5. 　前記制御装置は、前記取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいて基準面に対する作業対象の地面の深さを取得し、該深さに応じて前記アタッチメントを制御する、
    　請求項１に記載のショベル。
  6. 　前記制御装置は、前記深さに対応する作業反力に応じて前記アタッチメントの姿勢を制御する、
    　請求項５に記載のショベル。
  7. 　前記制御装置は、前記アタッチメントが作業対象の地面に接触していると判定した場合、前記アタッチメントによる駆動力を増大させる、
    　請求項１に記載のショベル。
  8. 　下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、制御装置と、を備えるショベルの制御方法であって、
    　前記制御装置が、前記姿勢検出装置が検出した前記アタッチメントの姿勢の推移に基づいて作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得し、且つ、前記取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいて前記アタッチメントを制御する、
    　方法。
  9. 　前記姿勢検出装置が検出する前記アタッチメントの姿勢と、前記取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報とに基づいて前記アタッチメントが作業対象の地面に接触しているかを前記制御装置が判定する、
    　請求項８に記載の方法。
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