WO2016056678A1 - 作業機械及び作業機械の制御方法 - Google Patents

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吉朗 岩崎
市原　将志
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株式会社小松製作所
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    • E02F3/30—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45012—Excavator

Definitions

  • the present invention relates to a work machine and a control method for the work machine.
  • Patent Document 1 In the technical field related to work machines, backhoes as disclosed in Patent Document 1 are known.
  • the backhoe disclosed in Patent Literature 1 gradually decelerates with a predetermined deceleration characteristic preset in the vicinity of the start end stop position in the startup posture of the boom, and the boom is raised by an operation lever that operates the boom.
  • a cushion control device is provided that automatically stops at the starting end stop position regardless of the operation.
  • the boom is stopped by operating the operation lever neutrally to stop the boom in the middle of the deceleration range in which the vehicle is decelerating with the deceleration characteristic of the cushion control device, and then lifting the boom with the operation lever.
  • the boom is slowly increased to the speed based on the deceleration characteristics, and when the boom ascent speed reaches the speed based on the deceleration characteristics, the boom gradually increases according to the deceleration characteristics.
  • the vehicle is decelerated and automatically stopped at the boom end stop position.
  • An object of an aspect of the present invention is to provide a work machine and a work machine control method capable of suppressing a decrease in work efficiency.
  • a hydraulic cylinder that drives the work implement in a movable range, a detection device that detects the posture of the work implement, and an operation signal when the operation of the work implement is performed is detected.
  • a control valve capable of adjusting the amount of hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder, and the operation signal detected by the operation signal detection unit
  • a setting unit that sets a deceleration rate of the work implement, and outputs a command signal to the control valve so that the work implement moves from the stop position to the end position based on the deceleration zone and the deceleration rate.
  • Working machine comprising a control unit, is provided.
  • the posture of the working machine driven in the movable range by the hydraulic cylinder is detected, and the working machine starts to move at the stop position of the movable range based on the operation of the working machine.
  • the deceleration section including the end position of the movable range and the deceleration section in the deceleration section Set the deceleration rate of the work implement, and adjust the amount of hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder so that the work implement moves from the stop position to the end position based on the deceleration zone and the deceleration rate
  • a command signal is output to a control valve, and a method for controlling a work machine is provided.
  • a work machine and a work machine control method capable of suppressing a decrease in work efficiency are provided.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a hydraulic excavator according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view showing an example of a hydraulic excavator according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a side view schematically showing an example of a hydraulic excavator according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a hydraulic system according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a functional block diagram illustrating an example of a control system according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the operation of the work machine according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a method for controlling the work machine according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a hydraulic excavator according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view showing an example of a hydraulic excavator according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a side view schematically
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the cylinder stroke and the gain according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the cylinder stroke and the offset amount according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the operation of the work machine according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the operation of the work machine according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a work machine 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view showing an example of the work machine 100 according to the present embodiment.
  • the work machine 100 is a hydraulic excavator (backhoe)
  • the work machine 100 is appropriately referred to as a hydraulic excavator 100.
  • a hydraulic excavator 100 supports a working machine 1 that operates by hydraulic pressure, a hydraulic cylinder 20 that drives the working machine 1, an upper swing body 2 that supports the work machine 1, and an upper swing body 2.
  • the lower traveling body 3 is provided.
  • the upper revolving unit 2 is capable of revolving around the revolving axis RX while being supported by the lower traveling unit 3.
  • the work machine 1 is supported by the upper swing body 2.
  • the work machine 1 includes a bucket 11, an arm 12 coupled to the bucket 11, and a boom 13 coupled to the arm 12.
  • the bucket 11 and the arm 12 are connected via a bucket pin.
  • the bucket 11 is supported by the arm 12 so as to be rotatable about the rotation axis AX1.
  • the arm 12 and the boom 13 are connected via an arm pin.
  • the arm 12 is supported by the boom 13 so as to be rotatable about the rotation axis AX2.
  • the boom 13 and the upper swing body 2 are connected via a boom pin.
  • the boom 13 is supported by the upper swing body 2 so as to be rotatable about the rotation axis AX3.
  • the rotation axis AX1, the rotation axis AX2, and the rotation axis AX3 are parallel to each other.
  • the rotation axes AX1, AX2, AX3 are orthogonal to the axis parallel to the turning axis RX.
  • the axial direction of the rotation axes AX1, AX2, AX3 is appropriately referred to as the vehicle width direction of the upper swing body 2, and the direction orthogonal to both the rotation axes AX1, AX2, AX3 and the rotation axis RX is appropriately determined. , Referred to as the front-rear direction of the upper swing body 2.
  • the hydraulic cylinder 20 drives the working machine 1 within the movable range of the working machine 1.
  • the hydraulic cylinder 20 is driven by the supplied hydraulic oil.
  • the hydraulic cylinder 20 includes a bucket cylinder 21 that drives the bucket 11, an arm cylinder 22 that drives the arm 12, and a boom cylinder 23 that drives the boom 13.
  • the bucket 11 can rotate around the rotation axis AX ⁇ b> 1 in the movable range of the bucket 11.
  • the arm 12 can rotate around the rotation axis AX ⁇ b> 2 within the movable range of the arm 12.
  • the boom 13 can rotate around the rotation axis AX3 in the movable range of the boom 13.
  • the upper-part turning body 2 includes a turntable 4, a counterweight 5, an equipment room 6, an engine room 7, and a cab 8 on which an operator is boarded.
  • the turntable 4 is supported by the lower traveling body 3 so as to be turnable.
  • the swivel 4 constitutes a body frame of the excavator 100.
  • the work machine 1 is attached to the swivel 4 in front of the equipment room 6.
  • the counterweight 5 is arranged behind the engine compartment 7.
  • the counterweight 5 is formed, for example, by putting iron, concrete, or the like in a box assembled from steel plates.
  • the counterweight 5 is provided at the rear part of the upper swing body 2 and is used for maintaining the vehicle body balance during excavation work or the like.
  • the equipment room 6 is arranged in front of the engine room 7.
  • the equipment room 6 accommodates a hydraulic oil tank, a fuel tank, and the like.
  • the engine room 7 is arranged behind the equipment room 6.
  • the engine chamber 7 houses an engine, an exhaust gas processing device, and the like.
  • the cab 8 is a cab in which an operator of the excavator 100 is boarded.
  • the cab 8 is provided in front of the engine chamber 7 and on the side of the work machine 1 so that the operator can see the movement of the work machine 1.
  • the lower traveling body 3 has a pair of crawlers 9 that can rotate independently of each other. As the crawler 9 rotates, the excavator 100 travels.
  • the lower traveling body 3 may be a wheel (tire).
  • the hydraulic excavator 100 is a so-called “backward small turning hydraulic excavator (defined by Japanese Industrial Standards (JIS A 8340-4)”, and the following formulas (1) and (2) are established.
  • the amount of the end of the counterweight 5 protruding from the lower traveling body 3 at the time of turning is set to a predetermined ratio or less with respect to the width of the lower traveling body 3.
  • the “rear end turning radius” is the turning radius of the rear end portion of the upper turning body 2 including the work machine 1.
  • the “front minimum turning radius” is the minimum turning radius in front of the upper turning body 2.
  • the “full width of the lower traveling body” is the entire width of the lower traveling body 3 in the vehicle width direction of the lower traveling body 3.
  • the counterweight 5 is defined to have a predetermined relationship with the turning radius of the upper swing body 2.
  • the excavator 100 scoops the earth and sand with the bucket 11, and turns the upper swing body 2 in a state where the boom 13 is moved up to the upper end position of the movable range of the boom 13 to be in the standing posture.
  • the earth and sand in the bucket 11 is discharged to, for example, a loading platform of a dump truck.
  • the excavator 100 can turn the upper swing body 2 in a small space. Further, since the distance between the operator of the cab 8 and the bucket 11 is reduced, the operator can easily confirm the state of the bucket 11.
  • the posture of the work machine 1 that moves the boom 13 to the upper end position of the movable range and moves the arm 12 close to the boom 13 as shown in FIG. 2 is appropriately referred to as a small turning posture. .
  • FIG. 3 is a side view schematically showing the excavator 100 according to the present embodiment.
  • the excavator 100 includes a detection device 10 that detects the attitude of the work implement 1, an operation device 40 for operating the work implement 1, and a control device 50 that controls the work implement 1. ing.
  • the posture of the work machine 1 includes the angle of the work machine 1.
  • the detection device 10 detects the angle of the work machine 1.
  • the control device 50 includes a computer system.
  • the control device 50 includes a processor such as a CPU (central processing unit), a storage device such as a ROM (read only memory) or a RAM (random access memory), and an input / output interface device.
  • a processor such as a CPU (central processing unit)
  • a storage device such as a ROM (read only memory) or a RAM (random access memory)
  • an input / output interface device such as a CPU (central processing unit)
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • the detection apparatus 10 includes a bucket attitude detector 14 that detects an angle ⁇ 11 of the bucket 11 centered on the central axis AX1, an arm attitude detector 15 that detects an angle ⁇ 12 of the arm 12 centered on the central axis AX2, And a boom attitude detector 16 that detects an angle ⁇ 13 of the boom 13 about the axis AX3.
  • the bucket attitude detector 14 is a bucket cylinder stroke sensor disposed in the bucket cylinder 21.
  • the bucket cylinder stroke sensor detects a bucket cylinder length that is the stroke length of the bucket cylinder 21.
  • a detection signal from the bucket attitude detector 14 is output to the control device 50.
  • the control device 50 calculates the angle ⁇ 11 of the bucket 11 with respect to the arm 12 based on the bucket cylinder length detected by the bucket attitude detector 14.
  • the angle ⁇ 11 of the bucket 11 and the bucket cylinder length of the bucket cylinder 21 are correlated.
  • the correlation data between the angle ⁇ 11 of the bucket 11 and the bucket cylinder length is known data.
  • the control device 50 calculates the angle ⁇ 11 of the bucket 11 based on the bucket cylinder length of the bucket cylinder 21 detected by the bucket attitude detector 14 and the correlation data.
  • the arm posture detector 15 is an arm cylinder stroke sensor disposed in the arm cylinder 22.
  • the angle ⁇ 12 of the arm 12 is calculated by a calculation procedure similar to the calculation procedure of the angle ⁇ 11 of the bucket 11.
  • the boom posture detector 16 is a boom cylinder stroke sensor disposed in the boom cylinder 23.
  • the angle ⁇ 13 of the boom 13 is calculated by the same calculation procedure as the calculation procedure of the angle ⁇ 11 of the bucket 11.
  • control device 50 calculates the cylinder speed of the hydraulic cylinder 20 based on the detection signal of the detection device 10.
  • the control device 50 performs arithmetic processing based on the detection signal of the bucket attitude detector 14 and calculates the cylinder speed of the bucket cylinder 21.
  • the control device 50 performs a calculation process based on the detection signal of the arm posture detector 15 to calculate the cylinder speed of the arm cylinder 22.
  • the control device 50 performs arithmetic processing based on the detection signal of the boom posture detector 16 and calculates the cylinder speed of the boom cylinder 23.
  • each attitude detector 14, 15, 16 including a cylinder stroke sensor functions as an angle sensor, a stroke sensor, and a cylinder speed sensor.
  • the detection device 10 may include an angle sensor such as a potentiometer.
  • the angle sensor may detect the angle ⁇ 11 of the bucket 11, the angle ⁇ 12 of the arm 12, and the angle ⁇ 13 of the boom 13, and the angular velocity of the bucket 11, the angular velocity of the arm 12, and the angular velocity of the boom 13 may be detected. Also good.
  • the excavator 100 may be provided with a GPS antenna that acquires the position of the upper swing body 2 or an IMU that detects the inclination of the upper swing body 2.
  • GPS Global Positioning System
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the operating device 40 is disposed in the cab 8.
  • the operating device 40 includes left and right operating members that are operated by an operator of the excavator 100.
  • the operation member includes an operation lever or a joystick.
  • the work implement 1 is operated by operating the operation member.
  • the operating device 40 operates the hydraulic cylinder 20.
  • the work machine 1 is operated.
  • the dumping operation of the bucket 11, the excavating operation of the bucket 11, the dumping operation of the arm 12, the excavating operation of the arm 12, the raising operation of the boom 13, and the lowering operation of the boom 13 are executed. .
  • the operating device 40 includes a right operating lever disposed on the right side of an operator seated in the driver's seat of the cab 8 and a left operating lever disposed on the left side.
  • the boom 13 When the right operation lever is moved in the front-rear direction, the boom 13 performs a lowering operation and a raising operation.
  • the bucket 11 When the right operation lever is moved in the left-right direction (vehicle width direction), the bucket 11 performs excavation operation and dump operation.
  • the left operating lever is moved in the front-rear direction, the arm 12 performs a dumping operation and an excavating operation.
  • the left operating lever is moved in the left-right direction, the upper swing body 2 turns left and right. Even if the upper swing body 2 turns right and left when the left operation lever is moved in the front-rear direction, and the arm 12 performs dumping operation and excavation operation when the left operation lever is moved left and right. Good.
  • the bucket 11 and the arm 12 are driven based on the operation of the operation device 40 by the operator.
  • the boom 13 is driven based on at least one of the operation of the operation device 40 by the operator and the control by the control device 50.
  • the hydraulic cylinder 20 including the bucket cylinder 21, the arm cylinder 22, and the boom cylinder 23 is operated by a hydraulic system 300.
  • the hydraulic cylinder 20 is operated by the operating device 40.
  • the operation device 40 is a pilot hydraulic operation device.
  • the oil supplied to the hydraulic cylinder 20 for operating the hydraulic cylinder 20 (the bucket cylinder 21, the arm cylinder 22, and the boom cylinder 23) is appropriately referred to as hydraulic oil.
  • the direction control valve 41 adjusts the amount of hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder 20.
  • the direction control valve 41 is operated by the supplied oil.
  • the oil supplied to the direction control valve 41 for operating the direction control valve 41 is appropriately referred to as pilot oil.
  • the pressure of the pilot oil is appropriately referred to as pilot oil pressure.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a hydraulic system 300 that operates the boom cylinder 23.
  • the boom 13 By operating the operating device 40, the boom 13 performs two types of operations, a raising operation and a lowering operation.
  • a raising operation When the boom cylinder 23 is extended, the boom 13 is raised, and when the boom cylinder 23 is contracted, the boom 13 is lowered.
  • the hydraulic system 300 that operates the boom cylinder 23 includes a directional control valve 41, a variable capacity main hydraulic pump 42 that supplies hydraulic oil to the boom cylinder 23 via the directional control valve 41, A pilot hydraulic pump 43 that supplies pilot oil, an operating device 40 that adjusts the pilot hydraulic pressure for the direction control valve 41, oil passages 44A and 44B through which pilot oil flows, and control valves 45A disposed in the oil passages 44A and 44B, 45B, pressure sensors 46A and 46B disposed in the oil passages 44A and 44B, and a control device 50 that controls the control valves 45A and 45B.
  • the main hydraulic pump 42 is driven by a prime mover such as an engine (not shown).
  • the direction control valve 41 has a first pressure receiving chamber and a second pressure receiving chamber (not shown).
  • the spool is driven by the pilot oil pressure in the oil passage 44A, the first pressure receiving chamber is connected to the main hydraulic pump 42, and hydraulic oil is supplied to the first pressure receiving chamber.
  • the spool is driven by the pilot oil pressure in the oil passage 44B, the second pressure receiving chamber is connected to the main hydraulic pump 42, and hydraulic oil is supplied to the second pressure receiving chamber.
  • the direction control valve 41 controls the direction in which hydraulic oil flows.
  • the hydraulic oil supplied from the main hydraulic pump 42 is supplied to the boom cylinder 23 via the direction control valve 41.
  • the direction control valve 41 is a spool system that moves the rod-shaped spool to switch the direction in which the hydraulic oil flows. As the spool moves in the axial direction, the supply of hydraulic oil to the cap side oil chamber 20A (oil passage 47B) of the boom cylinder 23 and the supply of hydraulic oil to the rod side oil chamber 20B (oil passage 47A) are switched.
  • the hydraulic oil is supplied to the first pressure receiving chamber, the hydraulic oil is supplied to the rod side oil chamber 20B via the oil passage 47A and the boom cylinder 23 is contracted, so that the boom 13 is lowered.
  • the hydraulic oil is supplied to the second pressure receiving chamber, the hydraulic oil is supplied to the cap-side oil chamber 20A via the oil passage 47B and the boom cylinder 23 extends, so that the boom 13 is raised.
  • the cap side oil chamber 20A is a space between the cylinder head cover and the piston.
  • the rod side oil chamber 20B is a space in which the piston rod is disposed. Further, the amount of hydraulic oil supplied to the boom cylinder 23 (the amount supplied per unit time) is adjusted by moving the spool in the axial direction. The cylinder speed is adjusted by adjusting the amount of hydraulic oil supplied to the boom cylinder 23.
  • the direction control valve 41 is operated by the operating device 40.
  • the pilot oil sent from the pilot hydraulic pump 43 is supplied to the operating device 40.
  • pilot oil sent from the main hydraulic pump 42 and decompressed by the pressure reducing valve may be supplied to the operating device 40.
  • the operating device 40 includes a pilot hydraulic pressure adjustment valve.
  • the pilot hydraulic pressure is adjusted based on the operation amount of the operating device 40.
  • pilot hydraulic pressure corresponding to the operation amount of the operation device 40 acts on the direction control valve 41.
  • the direction control valve 41 is driven by the pilot hydraulic pressure.
  • the spool of the direction control valve 41 moves according to the pilot hydraulic pressure.
  • the amount of hydraulic oil supplied per unit time supplied from the main hydraulic pump 42 to the boom cylinder 23 via the direction control valve 41 is adjusted.
  • the pilot oil pressure by the operating device 40 the moving amount and moving speed of the spool in the axial direction are adjusted.
  • the pilot hydraulic pressure corresponding to the operating amount of the operating lever acts on the first pressure receiving chamber of the spool of the direction control valve 41.
  • the pilot hydraulic pressure corresponding to the operating amount of the operating lever acts on the second pressure receiving chamber of the spool of the direction control valve 41.
  • the pressure sensor 46A detects the pilot hydraulic pressure in the oil passage 44A.
  • the pressure sensor 46B detects the pilot oil pressure in the oil passage 44B. Detection signals from the pressure sensors 46A and 46B are output to the control device 50.
  • Control valves 45A and 45B are electromagnetic proportional control valves. Control valves 45 ⁇ / b> A and 45 ⁇ / b> B adjust the pilot hydraulic pressure based on a command signal from control device 50. The control valve 45A adjusts the pilot hydraulic pressure in the oil passage 44A. The control valve 45B adjusts the pilot hydraulic pressure in the oil passage 44B.
  • the control device 50 can control the control valve 45A to reduce the pilot hydraulic pressure acting on the first pressure receiving chamber.
  • the control device 50 can control the control valve 45B to adjust the pilot oil pressure acting on the second pressure receiving chamber to a reduced pressure.
  • pilot oil supplied to the direction control valve 41 is limited by reducing the pilot oil pressure adjusted by the operation of the operating device 40 by the control valve 45A.
  • the pilot hydraulic pressure acting on the direction control valve 41 is reduced by the control valve 45A, so that the lowering operation of the boom 13 is limited.
  • the pilot oil pressure adjusted by the operation of the operating device 40 is reduced by the control valve 45B, whereby the pilot oil supplied to the direction control valve 41 is limited.
  • the pilot hydraulic pressure acting on the direction control valve 41 is reduced by the control valve 45B, whereby the raising operation of the boom 13 is limited.
  • the control device 50 controls the control valve 45A based on the detection signal of the pressure sensor 46A.
  • the control device 50 controls the control valve 45B based on the detection signal of the pressure sensor 46B.
  • the hydraulic system 300 that operates the arm cylinder 22 and the bucket cylinder 21 has the same configuration as the hydraulic system 300 that operates the boom cylinder 23.
  • the operation of the operation device 40 causes the arm 12 to perform two types of operations, an excavation operation and a dump operation.
  • the arm cylinder 22 When the arm cylinder 22 is extended, the arm 12 is excavated, and when the arm cylinder 22 is contracted, the arm 12 is dumped.
  • the bucket 11 By the operation of the operation device 40, the bucket 11 performs two types of operations, an excavation operation and a dump operation.
  • the bucket cylinder 21 extends, the bucket 11 excavates, and when the bucket cylinder 21 contracts, the bucket 11 dumps.
  • a detailed description of the hydraulic system 300 that operates the arm cylinder 22 and the bucket cylinder 21 is omitted.
  • FIG. 5 is a functional block diagram illustrating an example of the control system 200 according to the present embodiment.
  • the control system 200 includes a control device 50 that controls the work machine 1 and a detection device that detects the stroke length of the hydraulic cylinder 20 to detect the angle of the work machine 1 and the cylinder stroke of the hydraulic cylinder 20. 10, a pressure sensor 46 (46A, 46B) for detecting the pilot oil pressure of the oil passage 44 (44A, 44B), and a control valve 45 (45A, 45B) capable of adjusting the amount of hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder 20.
  • the control device 50 includes an operation signal acquisition unit 51 that acquires an operation signal output from the pressure sensor 46 when the operation device 40 is operated, and a stop of the movable range of the work implement 1 based on the detection signal of the detection device 10. Based on the calculation unit 52 that determines whether or not the work implement 1 is stopped at the position, and the angle of the work implement 1 that is stopped at the stop position of the movable range of the work implement 1 and a predetermined threshold value, A setting section 53 that sets the deceleration rate of the work implement 1 in the deceleration zone and the deceleration zone including the end position of the movable range, and the work implement 1 moves from the stop position to the end location based on the deceleration zone and the deceleration rate.
  • the control unit 54 outputs a command signal to the control valve 45, the storage unit 61 stores various data, and the input / output unit 62.
  • the operation signal acquisition unit 51 acquires an operation signal output from the pressure sensor 46 when the operation device 40 is operated.
  • the operation signal acquisition unit 51 can recognize the timing when the operation lever of the operation device 40 is operated so that the boom 13 is raised from the neutral position by acquiring the operation signal.
  • the fact that the operating lever of the operating device 40 in which the detection of the pressure sensor 46 is smaller than the predetermined value of substantially zero is in the neutral position means that the boom 13 (boom cylinder 23) is in a stopped state. Therefore, the operation signal acquisition unit 51 can recognize the timing when the boom 13 starts the raising operation from the stopped state by acquiring the operation signal.
  • the operation lever is provided with an angle detection sensor such as a potentiometer, and the operation signal acquisition unit 51 acquires the detection value as an operation signal.
  • the calculation unit 52 performs calculation processing based on the detection signal of the detection device 10.
  • the calculation unit 52 calculates the angles ⁇ 11, ⁇ 12, and ⁇ 13 based on the detection signals of the posture detectors 14, 15, and 16 of the detection device 10, the cylinder speed of the bucket cylinder 21, the cylinder speed of the arm cylinder 22, And the cylinder speed of the boom cylinder 23 is calculated.
  • the calculation unit 52 can determine whether or not the work implement 1 is stopped within the movable range of the work implement 1.
  • the setting unit 53 sets the deceleration rate of the work machine 1.
  • the setting unit 53 sets the deceleration rate of the boom 13.
  • the deceleration rate is the ratio of the deceleration speed of the boom 13 when the maximum speed at which the boom 13 can move is 100%.
  • the deceleration rate of the boom 13 is the deceleration speed of the boom 13 based on the maximum possible speed of the boom 13.
  • the moving speed of the boom 13 and the cylinder speed of the boom cylinder 23 are proportional.
  • the deceleration rate of the boom cylinder 23 refers to the ratio of the cylinder speed of the boom cylinder 23 when the maximum value of the cylinder speed of the boom cylinder 23 (hereinafter referred to as the maximum cylinder speed) is 100 [%].
  • the deceleration rate of the boom cylinder 23 is the cylinder speed of the boom cylinder 23 based on the maximum cylinder speed of the boom cylinder 23.
  • the setting unit 53 sets the deceleration zone of the boom 13 in the movable range of the boom 13 and the deceleration rate of the boom 13 in the deceleration zone.
  • the deceleration section of the boom 13 is a section including the upper end position of the movable range of the boom 13. As described with reference to FIG. 2, the boom 13 may be moved up to the upper end position of the movable range of the boom 13 to be in a small turning posture.
  • the setting unit 53 sets a deceleration zone in which the boom 13 is decelerated immediately before the upper end position when the boom 13 moves up and moves to the upper end position of the movable range.
  • the setting part 53 sets the deceleration rate of the boom 13 in a deceleration area.
  • the deceleration rate of the boom 13 in the deceleration zone includes the movement speed condition (movement velocity distribution, movement velocity profile) of the boom 13 in the deceleration zone.
  • the movable range of the boom 13 is equivalent to the movable range of the boom cylinder 23 and corresponds one-to-one.
  • the boom 13 when the boom cylinder 23 is extended most, the boom 13 is arranged at the upper end position of the movable range.
  • the end position of the boom cylinder 23 when the boom cylinder 23 is most extended and the boom 13 is disposed at the upper end position of the movable range is appropriately referred to as a cylinder stroke end.
  • the position (stroke length) of the boom cylinder 23 from the cylinder stroke end is appropriately referred to as a cylinder stroke.
  • the cylinder stroke means the boom cylinder length described above, and is detected by the boom posture detector 16 of the detection device 10.
  • the setting unit 53 sets the deceleration zone of the boom cylinder 23 in the movable range of the boom cylinder 23 and the deceleration rate of the boom cylinder 23 in the deceleration zone.
  • the deceleration zone of the boom cylinder 23 is a zone including the cylinder stroke end of the movable range of the boom cylinder 23.
  • the setting unit 53 sets a deceleration zone for decelerating the boom cylinder 23 immediately before the cylinder stroke end when the boom cylinder 23 moves to the cylinder stroke end.
  • the setting part 53 sets the deceleration rate of the boom cylinder 23 in a deceleration area.
  • the deceleration rate of the boom cylinder 23 in the deceleration section includes the cylinder speed conditions (cylinder speed distribution, cylinder speed profile) of the boom cylinder 23 in the deceleration section.
  • the boom posture detector 10 detects the cylinder stroke (stroke length) of the boom cylinder 23, the angle ⁇ 13 of the boom 13 is detected, and the cylinder speed including the deceleration rate of the boom cylinder 23, and By setting the movable range including the deceleration zone of the boom cylinder 23, the moving speed including the deceleration rate of the boom 13 and the movable range including the deceleration zone of the boom 13 are set.
  • the cylinder stroke, the deceleration rate, the cylinder speed, the deceleration zone, and the movable range of the boom cylinder 23 can be read as the angle ⁇ 13, the deceleration rate, the angular velocity, the deceleration zone, the movable range, and the like of the boom 13.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a deceleration zone and a deceleration rate set by the setting unit 53.
  • the setting unit 53 sets table data indicating the relationship between the cylinder stroke from the cylinder stroke end and the deceleration rate of the boom cylinder 23.
  • the horizontal axis indicates the cylinder stroke from the cylinder stroke end
  • the vertical axis indicates the deceleration rate of the boom cylinder 23.
  • the cylinder stroke When the cylinder stroke is 0 [mm], it means that the boom cylinder 23 is most extended and located at the cylinder stroke end (the boom 13 is located at the upper end position).
  • a larger cylinder stroke value means that the boom cylinder 23 is contracted and located at a position away from the cylinder stroke end (the boom 13 is located at a position in the lowering direction).
  • the deceleration zone includes the cylinder stroke end, and the cylinder stroke is set to a zone from 0 [mm] to the first deceleration distance.
  • the deceleration section includes a first deceleration section that decelerates the cylinder speed of the boom cylinder 23 with a preset deceleration (negative acceleration), and a boom cylinder up to the cylinder stroke end with a constant minimum deceleration rate (minimum cylinder speed). 2nd deceleration area to which 23 is moved.
  • the cylinder stroke is set to a zone from the second deceleration distance to the first deceleration distance.
  • a plurality of deceleration rates may be set in the first deceleration zone.
  • the second deceleration zone is set to a zone from the cylinder stroke from 0 [mm] to the second deceleration distance.
  • the first deceleration distance is a cylinder stroke having a value larger than the second deceleration distance.
  • the data indicating the relationship between the cylinder stroke from the cylinder stroke end and the deceleration rate set by the setting unit 53 as described with reference to FIG. 6 is stored in the storage unit 61.
  • the data indicating the cylinder speed deceleration condition described with reference to FIG. 6 is appropriately referred to as speed limit data.
  • a line Lr indicates speed limit data.
  • the speed limit data Lr shown in FIG. 6 is an example.
  • the control unit 54 outputs a command signal to the control valve 45B so that the boom cylinder 23 moves to the cylinder stroke end based on the deceleration zone and the deceleration rate set by the setting unit 53.
  • the control unit 54 outputs a command signal to the control valve 45B based on the deceleration rate (limit speed) of the limit speed data in the deceleration zone where the cylinder speed of the boom cylinder 23 based on the operation of the operating device 40 is.
  • the speed limit data Lr is generated so as to limit the cylinder speed of the boom cylinder 23 within the first deceleration distance.
  • lines Ld ⁇ b> 1 and Ld ⁇ b> 2 indicate the cylinder speed of the boom cylinder 23 based on the operation of the operating device 40.
  • a line Ld1 indicates the cylinder speed when the operation signal output from the pressure sensor 46 indicates the maximum value when the operating device 40 is operated, and a line Ld2 indicates the pressure sensor 46 when the operating device 40 is operated.
  • the cylinder speed when the operation signal output from the motor indicates an intermediate value between the maximum value and the minimum value is shown. That is, the line Ld1 indicates the cylinder speed when the operation device 40 is operated as a so-called full lever, and the line Ld2 indicates the cylinder speed when the operation device 40 is operated as a half lever.
  • the command signal Ya1 is output from the control unit 54 to the control valve 45B. Until the cylinder stroke reaches the first deceleration distance, the command signal Ya1 is output based on the operation of the operating device 40. When the cylinder stroke is closer to the stroke end than the first deceleration distance, the command signal Ya1 is output based on the speed limit data Lr. As described above, when the command signal Ya1 is output from the control unit 54 to the control valve 45B on the cylinder stroke side with respect to the first deceleration distance, the control valve 45B is operated based on the command signal Ya1 from the control unit 54. The pilot hydraulic pressure adjusted by the operation of 40 is reduced.
  • the pilot oil supplied to the direction control valve 41 of the boom cylinder 23 is limited.
  • the pilot hydraulic pressure acting on the direction control valve 41 is reduced by the control valve 45B, whereby the cylinder speed of the boom cylinder 23 in the raising operation of the boom 13 is limited.
  • the controller 52 outputs a command signal to the control valve 45B so that the boom cylinder 23 moves according to the deceleration rate (limit speed) of the limit speed data.
  • the boom cylinder 23 moves with the cylinder speed profile shown by the line Ld1, and the shock when reaching the cylinder stroke end is alleviated.
  • a command signal Ya2 is output from the control unit 54 to the control valve 45B.
  • the command signal Ya2 is output based on the operation of the operating device 40.
  • the command signal Ya2 is output based on the speed limit data Lr.
  • the control valve 45B is operated based on the command signal Ya2 from the control unit 54. The pilot hydraulic pressure adjusted by the operation of 40 is reduced.
  • the pilot oil supplied to the direction control valve 41 of the boom cylinder 23 is limited.
  • the pilot hydraulic pressure acting on the direction control valve 41 is reduced by the control valve 45B, whereby the cylinder speed of the boom cylinder 23 in the raising operation of the boom 13 is limited.
  • the controller 52 outputs a command signal to the control valve 45B so that the boom cylinder 23 moves according to the deceleration rate (limit speed) of the limit speed data.
  • the boom cylinder 23 moves with the cylinder speed profile shown by the line Ld1, and the shock when reaching the cylinder stroke end is alleviated.
  • the operator operates the operating device 40 so that the boom cylinder 23 moves from the cylinder stroke end to a position near the first deceleration distance. Then, once the operation lever of the operation device 40 is returned to the neutral position to stop the movement of the boom cylinder 23, and then the operation of the operation device 40 is resumed so that the boom cylinder 23 moves to the vicinity of the cylinder stroke end. There is.
  • the operation device 40 is operated to start the movement of the boom cylinder 23 that has been stopped at the position of the first deceleration distance from the cylinder stroke end, the boom cylinder 23 moves to the cylinder stroke end based on the operation of the operation device 40.
  • a command signal is output to the control valve 45 at a position close to the cylinder stroke end (for example, near the first deceleration distance).
  • the pilot hydraulic pressure is reduced based on the operation of the operating device 40 by the control valve 45B. Is not in time, and there is a high possibility that the cylinder speed of the boom cylinder 23 is not sufficiently reduced. As a result, the boom cylinder 23 reaches the cylinder stroke end at a high cylinder speed. As a result, the shock when reaching the cylinder stroke end is increased.
  • the boom cylinder 23 may be temporarily stopped at a position where the distance from the cylinder stroke end is short (for example, near the second deceleration distance from the cylinder stroke end). The That is, the operator operates the operating device 40 so that the boom cylinder 23 moves from the cylinder stroke end to the vicinity of the second deceleration distance, and then returns the operating lever of the operating device 40 to the neutral position to move the boom cylinder 23. After that, the operation of the operating device 40 may be resumed so that the boom cylinder 23 moves to the cylinder stroke end.
  • the control unit 50 When the operation device 40 is operated to start the movement of the boom cylinder 23 that has been stopped near the second deceleration distance from the cylinder stroke end, the boom that is stopped at the stop position at the second deceleration distance from the cylinder stroke end.
  • the control unit 50 outputs a command signal to the control valve 45B based on the command of the minimum deceleration rate in the second deceleration zone. Therefore, even if the boom cylinder 23 accelerates from the stop position, the cylinder speed is sufficiently low. Even if the pilot oil pressure is not reduced by the control valve 45B, the cylinder speed of the boom cylinder 23 when reaching the cylinder stroke end is low.
  • the setting unit 53 is configured so that the boom 13 in the deceleration zone and the deceleration zone is based on the angle ⁇ 13 of the boom 13 that is stopped at the stop position of the movable range of the boom 13 and a predetermined threshold value. Set the deceleration rate.
  • the setting unit 53 performs the restriction as described with reference to FIG. 6 based on the cylinder stroke from the cylinder stroke end when the boom cylinder 23 is stopped and a predetermined threshold value. At least a part of the speed data Lr is changed.
  • the change of the speed limit data includes one or both of expanding the deceleration section and increasing the minimum deceleration rate.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a control method of the excavator 100 according to the present embodiment.
  • 8 and 9 are diagrams illustrating threshold values related to the cylinder stroke according to the present embodiment.
  • 10 and 11 are diagrams illustrating examples of changed speed limit data.
  • the boom attitude detector 16 detects the cylinder stroke of the boom cylinder 23.
  • the calculating part 52 acquires the detection signal of the boom posture detector 16 (step S10).
  • the calculation unit 52 calculates the cylinder stroke of the boom cylinder 23 from the cylinder stroke end based on the detection signal of the boom posture detector 16. Since the maximum stroke of the boom cylinder 23 is known, the calculation unit 52 calculates the cylinder stroke from the cylinder stroke end based on the cylinder stroke derived from the detection signal of the boom posture detector 16 and the maximum stroke ( Step S20).
  • the calculation unit 52 calculates the angle of the boom 13 and the cylinder speed of the boom cylinder 23 based on the detection signal of the boom posture detector 16.
  • the computing unit 52 can determine whether or not the boom 13 and the boom cylinder 23 are stopped based on the detection signal of the boom posture detector 16.
  • the boom 13 and the boom cylinder 23 stop at the stop position in the movable range.
  • the pressure sensor 46 detects an operation signal.
  • the operation signal detected by the pressure sensor 46 is acquired by the operation signal acquisition unit 51 (step S30).
  • the calculation unit 52 determines whether or not the boom cylinder 23 has started to move based on the operation signal detected by the pressure sensor 46 (step S35). When it is determined in step S35 that the boom cylinder 23 has started moving (step S35: Yes), the calculation unit 52 detects the operation signal by the pressure sensor 46 and the operation signal acquisition unit 51 acquires the operation signal. Is determined as the point in time when the boom cylinder 23 in the stopped state starts to move. In addition, the calculation unit 52 outputs the operation signal from the pressure sensor 46 and the position of the boom cylinder 23 when the operation signal acquisition unit 51 acquires the operation signal is the position where the driving of the boom cylinder 23 is started, that is, the movement starts. Determine as position.
  • the calculation unit 52 determines the cylinder stroke from the cylinder stroke end when the driving of the boom cylinder 23 is started, that is, when the boom cylinder 23 starts to move.
  • the cylinder stroke at the time when the boom cylinder 23 starts to move is calculated by the calculation unit 52 as a cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement, and stored in the storage unit 61 (step S40). If it is determined in step S35 that the boom cylinder 23 has not started moving (step S35: No), the process proceeds to step S50.
  • the movement start position indicated by the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is equivalent to the stop position of the boom cylinder 23 that was in a stopped state within the movable range. Further, the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement has a one-to-one correspondence with the angle ⁇ 13 of the boom 13 in the stopped state at the stop position of the movable range.
  • the setting unit 53 compares the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement with a predetermined threshold value.
  • the threshold value indicates a threshold value for the cylinder stroke from the cylinder stroke end when the movement starts.
  • Threshold data indicating the threshold value is stored in the storage unit 61.
  • the threshold includes a first threshold and a second threshold that is smaller than the first threshold.
  • the first threshold is a threshold for expansion of the deceleration zone. When the cylinder stroke is less than or equal to the first threshold, the deceleration zone is expanded.
  • the second threshold is a threshold for increasing the minimum deceleration rate. If the cylinder stroke is less than or equal to the second threshold, the minimum deceleration rate is increased.
  • FIG. 8 is a diagram showing the first threshold data including the first threshold.
  • the horizontal axis indicates the cylinder stroke from the cylinder stroke end when the movement starts, and the vertical axis indicates the gain.
  • the first threshold value for the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is set as table data.
  • the gain is a magnification for enlarging the deceleration zone.
  • the gain is 1 when the cylinder stroke is greater than the first threshold. That is, when the cylinder stroke is larger than the first threshold, the deceleration zone is not enlarged or reduced, and the deceleration zone of the speed limit data is maintained.
  • the gain is greater than 1.
  • the gain gradually increases from 1, and the cylinder stroke at the start of movement.
  • the gain can be set to an arbitrary value. Note that an offset may be given without giving a gain.
  • FIG. 9 is a diagram showing second threshold data including the second threshold.
  • the horizontal axis indicates the cylinder stroke from the cylinder stroke end when the movement starts
  • the vertical axis indicates the offset amount of the minimum deceleration rate.
  • the second threshold value for the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is set as table data.
  • the offset amount is an increase amount when the minimum deceleration rate is increased.
  • the offset amount is zero. That is, when the cylinder stroke is larger than the second threshold, the minimum deceleration rate is neither increased nor decreased, and the minimum deceleration rate of the speed limit data is maintained.
  • the offset amount when the cylinder stroke is equal to or smaller than the second threshold value, the offset amount is larger than zero.
  • the offset amount in the third predetermined range in which the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement includes the second threshold and is smaller than the second threshold, the offset amount gradually increases from 0, and the cylinder stroke at the start of movement.
  • the offset amount in the fourth predetermined range in which the cylinder stroke from the end includes 0 [mm] and is larger than 0 [mm], the offset amount can be set to an arbitrary value.
  • the minimum deceleration rate of the speed limit data is increased according to the offset amount.
  • the setting unit 53 determines whether or not the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is equal to or less than the first threshold value (step S50).
  • step S50 when it is determined that the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is larger than the first threshold (step S50: No), the speed limit data is not changed (step S70).
  • the control unit 54 outputs a control signal to the control valve 45B so that the boom cylinder 23 is not restricted according to the speed limit data (step S100). For example, the boom cylinder 23 moves as indicated by the arrow Ya2 in FIG.
  • step S50 when it is determined that the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is equal to or less than the first threshold (step S50: Yes), the setting unit 53 expands the deceleration section of the speed limit data (step S55). ). The setting unit 53 expands the deceleration section of the speed limit data according to the gain described with reference to FIG.
  • the setting unit 53 determines whether or not the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is equal to or less than the second threshold value (step S60).
  • step S30 When it is determined in step S30 that the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is larger than the second threshold value (step S60: No), that is, the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is greater than the second threshold value. If it is determined that the value is not greater than the first threshold value, the control unit 54 outputs a control signal to the control valve 45B (step S100).
  • FIG. 10 (A) shows the speed limit data in which the deceleration section is expanded
  • FIG. 10 (B) is a time chart when the deceleration section is expanded
  • FIG. 10A shows an example in which the cylinder stroke (movement start position) from the cylinder stroke end at the start of movement is larger than the first deceleration distance. The movement start position is equivalent to the stop position.
  • the speed limit data having an enlarged deceleration section with respect to the speed reduction section of the speed limit data Lr. Lr1 is set.
  • the deceleration section of the speed limit data Lr includes a first deceleration section that decelerates at a preset deceleration, and a second deceleration section that moves the boom cylinder 23 to the cylinder stroke end at a constant minimum deceleration rate. ,including.
  • the setting unit 53 expands the deceleration section by expanding the first deceleration section and the second deceleration section.
  • the speed limit data Lr includes an inflection point P1 and an end point P2, and a straight line connecting the inflection point P1 and the end point P2.
  • the setting unit 53 multiplies the cylinder stroke values at the inflection point P1 and the end point P2 by gain, respectively, to obtain the inflection point P1a and the end point P2a, and connects the inflection point P1a and the end point P2a with a straight line. Lr1 is set.
  • the control unit 54 outputs a command signal to the control valve 45B so that the boom cylinder 23 moves according to the speed limit data Lr1 in which the deceleration section is expanded (step S100).
  • a line Ld3 indicates the cylinder speed of the boom cylinder 23 based on the operation of the operating device 40.
  • the control unit 54 outputs a command signal to the control valve 45B according to the deceleration rate of the speed limit data.
  • the control valve 45B operates so as to limit the cylinder speed of the boom cylinder 23 in the raising operation of the boom 13 based on a command signal from the control unit 54.
  • the first deceleration zone is shifted away from the cylinder stroke end, and the timing at which the boom cylinder 23 starts decelerating based on the command signal from the control unit 54 is advanced. Therefore, the cylinder speed of the boom cylinder 23 can be sufficiently reduced.
  • the boom cylinder 23 moves according to the cylinder speed profile indicated by the line Ld3 in FIG. 10A, and reaches the stroke end at the time T4 shown in FIG. 10B. Shock is reduced when the cylinder stroke end is reached.
  • FIG. 10A shows a cylinder speed profile according to the comparative example, and a dotted line in FIG. 10B shows a timing chart according to the comparative example.
  • the deceleration zone is not enlarged, the boom cylinder 23 does not stop at time T4, and the shock when reaching the stroke end is not alleviated.
  • step S60 when it is determined in step S60 that the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is equal to or smaller than the second threshold (step S60: Yes), the setting unit 53 increases the minimum deceleration rate (Ste S90).
  • the setting unit 53 increases the minimum deceleration rate of the speed limit data according to the offset amount described with reference to FIG.
  • FIG. 11A shows speed limit data in which the minimum deceleration rate is increased
  • FIG. 11B is a time chart when the minimum deceleration rate is expanded.
  • FIG. 11A shows an example in which the cylinder stroke (movement start position) from the cylinder stroke end at the start of movement is substantially the second deceleration distance.
  • the minimum offset positively by a predetermined amount with respect to the minimum deceleration rate of the speed limit data Lr.
  • Speed limit data Lr2 having a deceleration rate is set.
  • the control unit 54 outputs a command signal to the control valve 54 so that the boom cylinder 23 moves according to the speed limit data Lr2 in which the minimum deceleration rate is increased (step S100).
  • a line Ld4 indicates the cylinder speed of the boom cylinder 23 based on the operation of the operating device 40.
  • the boom cylinder 23 starts to move from the position where the cylinder stroke starts based on the operation of the operation device 40.
  • the cylinder speed of the boom cylinder 23 based on the operation of the operating device 40 changes, for example, as indicated by a line Ld4 in FIG.
  • the boom cylinder 23 in a stopped state at a stop position at a predetermined distance from the cylinder stroke end accelerates toward the cylinder stroke end based on the operation of the operation device 40, and at the position Pd4, which is an extremely short position from the cylinder stroke end, the operation device 40.
  • the cylinder speed of the boom cylinder 23 based on this operation increases from the deceleration rate of the second deceleration zone, and the cylinder stroke 23 is accelerated by the operation of the operation device 40.
  • the boom cylinder 23 moves with a cylinder speed profile indicated by a line Ld4 in FIG.
  • the cylinder speed of the boom cylinder 23 is not excessively limited, and the boom cylinder 23 does not move unnecessarily slowly.
  • FIG. 11A shows a cylinder speed profile according to the comparative example, and a dotted line in FIG. 11B shows a timing chart according to the comparative example.
  • the minimum deceleration rate is not increased, and the boom cylinder 23 moves unnecessarily slowly.
  • the control unit 54 when outputting a control signal to the control valve 45B, determines the limit value of the cylinder speed based on the maximum cylinder speed and the deceleration rate obtained from the limit speed data.
  • the storage unit 61 stores table data indicating the relationship between the spool stroke of the direction control valve 41 and the cylinder speed, and the control unit 54 determines the spool stroke based on the table data and the determined cylinder speed. Calculate the limit value.
  • the storage unit 61 stores table data indicating the relationship between the spool stroke and the pressure (PPC pressure) of the oil passage 44 through which the pilot oil flows, and the control unit 54 stores the table data and the calculated spool stroke. Based on the above, the limit value of the PPC pressure is calculated.
  • the storage unit 61 stores table data indicating the relationship between the PPC pressure and the current to be supplied to the control valve 45 to obtain the PPC pressure, and the control unit 54 calculates the table data. A current limit value is calculated based on the PPC pressure. These table data are known data derived by experiments or simulations performed in advance.
  • the control unit 54 outputs a current to the control valve 45 as a command signal. Thereby, the direction control valve 41 is driven so that the boom cylinder 23 moves at the determined cylinder speed.
  • the lever flag indicates the timing at which the operation device 40 is operated in the operation signal acquisition unit 51 based on the detection of the pressure sensor 46.
  • an operation signal (flag signal) is output from the operation signal output unit 49.
  • the lever flag is not output.
  • the cylinder speed is the cylinder speed of the boom cylinder 23 detected by the boom posture detector 16.
  • the cylinder stroke is the distance of the boom cylinder 23 from the cylinder stroke end.
  • the deceleration rate is a speed limit (target speed) of the cylinder speed of the boom cylinder 23 based on the maximum cylinder speed.
  • the cylinder stroke at the time of starting is the distance of the boom cylinder 23 from the cylinder stroke end when the boom cylinder 23 in the stopped state starts to move.
  • the gain is a magnification for enlarging the deceleration zone.
  • the offset amount is an increase amount of the minimum deceleration rate.
  • the operating device 40 is operated, at time T2, the operation of the operating device 40 is stopped, and at time T3, the operation of the operating device 40 is resumed.
  • the boom cylinder 23 stops when the cylinder speed is 0 [mm / s].
  • the time point T1 when the operation signal is output from the operation signal output unit 49 is when the boom cylinder 23 starts to move.
  • the cylinder stroke at the time point T1 is determined as the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement, and is stored in the storage unit 61.
  • the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement (time point T3) is a value close to the first threshold value.
  • the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement is It is a value close to 2 threshold values.
  • the movement start position which is the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the time of movement start (time point T3), is compared with the first threshold value and the second threshold value.
  • the movement start position is smaller than the first threshold value. Therefore, the gain is set to a value larger than 1. Note that the movement start position is larger than the second threshold value. Therefore, the offset amount is not set.
  • the deceleration rate indicated by the dotted line Da indicates the deceleration rate when the deceleration zone and the minimum deceleration rate are not changed (based on the deceleration table Lr) regardless of the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement.
  • the deceleration rate indicated by the solid line Sa indicates the deceleration rate when the deceleration zone is enlarged.
  • the solid line Sa (based on the deceleration table Lr1), the deceleration section is enlarged, so that the deceleration timing is advanced with respect to the deceleration rate without changing the deceleration section, and the cylinder speed becomes Pd at time T4, and the deceleration table Lr1 Deceleration by is started.
  • the first threshold value and the second threshold value are set, and the cylinder stroke (movement start position) from the cylinder stroke end at the start of movement (time point T3) is compared with the first threshold value and the second threshold value.
  • the movement start position is smaller than the first threshold and smaller than the second threshold. Therefore, the variable gain is set to a value larger than 1, and the offset is set to a predetermined amount because it becomes smaller than the second threshold value at time T3.
  • the deceleration rate indicated by the dotted line Da indicates the deceleration rate when the deceleration zone and the minimum deceleration rate are not changed regardless of the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement.
  • the deceleration rate indicated by the solid line Sa indicates the deceleration rate when the deceleration zone is expanded and the minimum deceleration rate is increased. As indicated by the solid line Sa, the deceleration zone is expanded and the minimum deceleration rate is increased, so that the timing of deceleration is advanced, and excessive reduction of the deceleration rate at the start of movement again (time point T3) is suppressed.
  • the movable range is based on the stop angle ⁇ 13 (cylinder stroke) and the predetermined threshold value at the stop position of the movable range of the boom 13 (boom cylinder 23).
  • the deceleration rate of the boom 13 in the deceleration zone and the deceleration zone including the upper end position (cylinder stroke end) is set, and the boom 13 (boom cylinder 23) is moved from the stop position to the upper end based on the set deceleration zone and deceleration rate.
  • a command signal is output to the control valve 45B so as to move to the part position (cylinder stroke end).
  • the movable range of the boom cylinder 23 in between includes the cylinder stroke from the cylinder stroke end at the start of movement and includes an acceleration section that moves while accelerating at least in part based on the operation of the operation device 40, and a cylinder stroke end. And a deceleration section that moves while decelerating based on the command signal output from 54.
  • the boom cylinder 23 (boom 13) is operated based on the operation of the operation device 40, so that the cylinder speed of the boom cylinder 23 (the movement speed of the boom 13) is suppressed from being unnecessarily slowed. Therefore, a decrease in work efficiency is suppressed. Further, in the deceleration zone, the boom cylinder 23 (boom 13) decelerates based on the control of the control unit 54, so that a shock is generated when the boom cylinder 23 reaches the cylinder stroke end and the boom 13 reaches the upper end position. Alleviated.
  • the deceleration section is expanded. Therefore, even when the movement starts again from the stopped state, the shock when the boom cylinder 23 reaches the cylinder stroke end and the boom 13 reaches the upper end position is alleviated.
  • the deceleration section includes a first deceleration section that decelerates at a preset deceleration, a second deceleration section that moves to the cylinder stroke end (upper end position) at a constant minimum deceleration rate, and
  • the setting unit 53 expands the deceleration zone by expanding the second deceleration zone without changing the first deceleration zone.
  • the cylinder stroke of the boom cylinder 23 in the stopped state (the angle ⁇ 13 of the boom 13) is equal to or smaller than the second threshold value that is smaller than the first threshold value
  • the minimum deceleration rate is increased. Therefore, in the vicinity of the cylinder stroke end (upper end position), the boom cylinder 23 (boom 13) is prevented from moving unnecessarily at a low speed, and a reduction in work efficiency is suppressed.
  • the work machine 100 is the hydraulic excavator 100.
  • the control device 50 and the control method described in the above-described embodiment can be applied to all work machines having a work machine in addition to the hydraulic excavator 100.
  • the moving speed of the boom 13 is limited in the vicinity of the upper end position when the boom 13 is raised. Even if the movement speed of the boom 13 is limited in the vicinity of the position of the lower end when the boom 13 is lowered, the movement speed may be limited in the vicinity of the stroke end of the arm.
  • hydraulic excavator 100 described in the above-described embodiment is not limited to the small rear turning excavator.

Abstract

　作業機械は、作業機を可動範囲で駆動する油圧シリンダと、作業機の姿勢を検出する検出装置と、作業機の操作が行われた時の操作信号を検出する操作信号検出部と、油圧シリンダに対する作動油の供給量を調整可能な制御弁と、操作信号検出部が検出した操作信号に基づいて可動範囲の停止位置において作業機が動き出しているか否かを判定する演算部と、停止位置において停止状態の作業機の姿勢と予め決められている閾値とに基づいて、可動範囲の端部位置を含む減速区間及び前記減速区間における作業機の減速率を設定する設定部と、減速区間及び減速率に基づいて作業機が停止位置から端部位置に移動するように制御弁に指令信号を出力する制御部と、を備える。

Description

作業機械及び作業機械の制御方法
　本発明は、作業機械及び作業機械の制御方法に関する。
　作業機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているようなバックホウが知られている。特許文献１に開示されているバックホウは、ブームを立ち上げ姿勢での立ち上げ終端停止位置近くで予め設定してある所定の減速特性で漸次減速して、ブームを操作する操作レバーによるブームの上昇操作にも係わらず立ち上げ終端停止位置に自動停止させるクッション制御装置を備えている。
特開２０００－１９９２４３号公報
　特許文献１に開示されているバックホウは、クッション制御装置による減速特性で減速している減速範囲の途中において操作レバーを中立に操作してブーム停止させた後、操作レバーによるブームの上昇操作によりブームを起動して立ち上げ終端停止位置に向けて移動させる際には、ブームを減速特性に基づく速度まで緩慢に増速させるとともに、ブーム上昇速度が減速特性に基づく速度に達するとその減速特性に従って漸次減速してブームの立ち上げ終端停止位置で自動停止させるように構成してある。しかし、従来技術のように、ブームを減速特性に基づく速度まで緩慢に増速させる方法では、ブームの動きが過度に遅くなり、ブームを起動してから立ち上げ終端停止位置まで移動するのに時間がかかる。その結果、作業機械の作業効率が低下する。
　本発明の態様は、作業効率の低下を抑制できる作業機械及び作業機械の制御方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１態様に従えば、作業機を可動範囲で駆動する油圧シリンダと、前記作業機の姿勢を検出する検出装置と、前記作業機の操作が行われた時の操作信号を検出する操作信号検出部と、前記油圧シリンダに対する作動油の供給量を調整可能な制御弁と、前記操作信号検出部が検出した操作信号に基づいて前記可動範囲の停止位置において前記作業機が動き出しているか否かを判定する演算部と、前記停止位置において停止状態の前記作業機の姿勢と予め決められている閾値とに基づいて、前記可動範囲の端部位置を含む減速区間及び前記減速区間における前記作業機の減速率を設定する設定部と、前記減速区間及び前記減速率に基づいて前記作業機が前記停止位置から前記端部位置に移動するように前記制御弁に指令信号を出力する制御部と、を備える作業機械が提供される。
　本発明の第２態様に従えば、油圧シリンダにより可動範囲で駆動される作業機の姿勢を検出することと、前記作業機の操作に基づいて前記可動範囲の停止位置において前記作業機が動き出しているか否かを判定することと、前記停止位置において停止状態の前記作業機の姿勢と予め決められている閾値とに基づいて、前記可動範囲の端部位置を含む減速区間及び前記減速区間における前記作業機の減速率を設定することと、前記減速区間及び前記減速率に基づいて前記作業機が前記停止位置から前記端部位置に移動するように前記油圧シリンダに対する作動油の供給量を調整可能な制御弁に指令信号を出力することと、を含む作業機械の制御方法が提供される。
　本発明の態様によれば、作業効率の低下を抑制できる作業機械及び作業機械の制御方法が提供される。
図１は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を示す斜視図である。 図２は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を示す側面図である。 図３は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を模式的に示す側面図である。 図４は、本実施形態に係る油圧システムの一例を示す模式図である。 図５は、本実施形態に係る制御システムの一例を示す機能ブロック図である。 図６は、本実施形態に係る作業機械の動作の一例を説明するための図である。 図７は、本実施形態に係る作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、本実施形態に係るシリンダストロークとゲインとの関係を示す図である。 図９は、本実施形態に係るシリンダストロークとオフセット量との関係を示す図である。 図１０は、本実施形態に係る作業機械の動作の一例を説明するための図である。 図１１は、本実施形態に係る作業機械の動作の一例を説明するための図である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
［作業機械］
　図１は、本実施形態に係る作業機械１００の一例を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る作業機械１００の一例を示す側面図である。本実施形態においては、作業機械１００が油圧ショベル（バックホウ）である例について説明する。以下の説明においては、作業機械１００を適宜、油圧ショベル１００、と称する。
　図１に示すように、油圧ショベル１００は、油圧により作動する作業機１と、作業機１を駆動する油圧シリンダ２０と、作業機１を支持する上部旋回体２と、上部旋回体２を支持する下部走行体３とを備える。上部旋回体２は、下部走行体３に支持された状態で、旋回軸ＲＸを中心に旋回可能である。
　作業機１は、上部旋回体２に支持される。作業機１は、バケット１１と、バケット１１に連結されるアーム１２と、アーム１２に連結されるブーム１３とを有する。
　バケット１１とアーム１２とはバケットピンを介して連結される。バケット１１は、回転軸ＡＸ１を中心に回転可能にアーム１２に支持される。アーム１２とブーム１３とはアームピンを介して連結される。アーム１２は、回転軸ＡＸ２を中心に回転可能にブーム１３に支持される。ブーム１３と上部旋回体２とはブームピンを介して連結される。ブーム１３は、回転軸ＡＸ３を中心に回転可能に上部旋回体２に支持される。
　回転軸ＡＸ１と、回転軸ＡＸ２と、回転軸ＡＸ３とは、平行である。回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３と、旋回軸ＲＸと平行な軸とは、直交する。以下の説明においては、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の軸方向を適宜、上部旋回体２の車幅方向、と称し、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３及び旋回軸ＲＸの両方と直交する方向を適宜、上部旋回体２の前後方向、と称する。
　油圧シリンダ２０は、作業機１の可動範囲でその作業機１を駆動する。油圧シリンダ２０は、供給される作動油によって駆動する。油圧シリンダ２０は、バケット１１を駆動するバケットシリンダ２１と、アーム１２を駆動するアームシリンダ２２と、ブーム１３を駆動するブームシリンダ２３とを含む。バケット１１は、バケット１１の可動範囲において、回転軸ＡＸ１を中心に回転可能である。アーム１２は、アーム１２の可動範囲において、回転軸ＡＸ２を中心に回転可能である。ブーム１３は、ブーム１３の可動範囲において、回転軸ＡＸ３を中心に回転可能である。
　上部旋回体２は、旋回台４と、カウンタウェイト５と、機器室６と、エンジン室７と、オペレータが搭乗するキャブ８とを有する。
　旋回台４は、下部走行体３に旋回可能に支持される。旋回台４は、油圧ショベル１００の車体フレームを構成する。旋回台４上に、カウンタウェイト５、機器室６、エンジン室７、及びキャブ８が配置される。作業機１は、機器室６の前方において、旋回台４に取り付けられる。
　カウンタウェイト５は、エンジン室７の後方に配置される。カウンタウェイト５は、例えば鋼板によって組み立てられた箱の中に鉄やコンクリート等を入れることによって形成される。カウンタウェイト５は、上部旋回体２の後部に設けられ、掘削作業等における車体バランスの保持に利用される。
　機器室６は、エンジン室７の前方に配置される。機器室６は、作動油タンクや燃料タンクなどを収容する。
　エンジン室７は、機器室６の後方に配置される。エンジン室７は、エンジンや排気ガス処理装置などを収容する。
　キャブ８は、油圧ショベル１００のオペレータが搭乗する運転室である。キャブ８は、オペレータが作業機１の動きを見渡せるように、エンジン室７の前方、かつ、作業機１の側方に設けられる。
　下部走行体３は、互いに独立して回転可能な一対のクローラ９を有する。クローラ９の回転により、油圧ショベル１００が走行する。なお、下部走行体３が車輪（タイヤ）でもよい。
　本実施形態に係る油圧ショベル１００は、所謂「後方小旋回型油圧ショベル（日本工業規格による定義（ＪＩＳ　Ａ　８３４０－４）」であり、以下の（１）式及び（２）式が成立する。
　（後端旋回半径×２）×１００／（下部走行体の全幅）≦１２０ …（１）
　（フロント最小旋回半径又は機体前部の旋回中心からの最大距離×２）×１００／（下部走行体の全幅）≧１２０　　…（２）
　したがって、後方小旋回型油圧ショベルでは、旋回時にカウンタウェイト５の端部が下部走行体３からはみ出す量は、下部走行体３の幅に対して所定の割合以下とされている。
　なお、「後端旋回半径」とは、作業機１を含む上部旋回体２の後端部の旋回半径である。「フロント最小旋回半径」とは、上部旋回体２の前方における最小旋回半径である。「下部走行体の全幅」とは、下部走行体３の車幅方向における下部走行体３の全幅である。カウンタウェイト５は、上部旋回体２の旋回半径に対して所定関係の寸法に規定されている。
　図２に示すように、油圧ショベル１００は、バケット１１で土砂をすくい、ブーム１３の可動範囲の上端部位置までブーム１３を上げ動作させて起立姿勢にした状態で、上部旋回体２を旋回させる場合がある。上部旋回体２を旋回させた後、バケット１１の土砂が例えばダンプトラックの荷台に排出される。ブーム１３を起立姿勢にすることにより、油圧ショベル１００は、小さいスペースで上部旋回体２を旋回させることができる。また、キャブ８のオペレータとバケット１１との距離が小さくなるので、オペレータはバケット１１の状態を確認し易くなる。
　以下の説明においては、図２に示したような、ブーム１３を可動範囲の上端部位置まで移動するとともに、アーム１２をブーム１３に近付けた作業機１の姿勢を適宜、小旋回姿勢、と称する。
　図３は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す側面図である。図３に示すように、油圧ショベル１００は、作業機１の姿勢を検出する検出装置１０と、作業機１を操作するための操作装置４０と、作業機１を制御する制御装置５０とを備えている。本実施形態において、作業機１の姿勢は、作業機１の角度を含む。検出装置１０は、作業機１の角度を検出する。
　制御装置５０は、コンピュータシステムを含む。制御装置５０は、ＣＰＵ（central　processing　unit）のようなプロセッサと、ＲＯＭ（read　only　memory）又はＲＡＭ（random　access　memory）のような記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。
　検出装置１０は、中心軸ＡＸ１を中心とするバケット１１の角度θ１１を検出するバケット姿勢検出器１４と、中心軸ＡＸ２を中心とするアーム１２の角度θ１２を検出するアーム姿勢検出器１５と、中心軸ＡＸ３を中心とするブーム１３の角度θ１３を検出するブーム姿勢検出器１６とを含む。
　本実施形態において、バケット姿勢検出器１４は、バケットシリンダ２１に配置されたバケットシリンダストロークセンサである。バケットシリンダストロークセンサは、バケットシリンダ２１のストローク長であるバケットシリンダ長を検出する。バケット姿勢検出器１４の検出信号は、制御装置５０に出力される。本実施形態において、制御装置５０は、バケット姿勢検出器１４で検出されたバケットシリンダ長に基づいて、アーム１２に対するバケット１１の角度θ１１を算出する。バケット１１の角度θ１１とバケットシリンダ２１のバケットシリンダ長とは相関する。バケット１１の角度θ１１とバケットシリンダ長との相関データは既知データである。制御装置５０は、バケット姿勢検出器１４で検出されたバケットシリンダ２１のバケットシリンダ長と相関データとに基づいて、バケット１１の角度θ１１を算出する。
　アーム姿勢検出器１５は、アームシリンダ２２に配置されたアームシリンダストロークセンサである。アーム１２の角度θ１２は、バケット１１の角度θ１１の算出手順と同様の算出手順で算出される。
　ブーム姿勢検出器１６は、ブームシリンダ２３に配置されたブームシリンダストロークセンサである。ブーム１３の角度θ１３は、バケット１１の角度θ１１の算出手順と同様の算出手順で算出される。
　また、制御装置５０は、検出装置１０の検出信号に基づいて、油圧シリンダ２０のシリンダ速度を算出する。制御装置５０は、バケット姿勢検出器１４の検出信号に基づいて演算処理を実施して、バケットシリンダ２１のシリンダ速度を算出する。制御装置５０は、アーム姿勢検出器１５の検出信号に基づいて演算処理を実施して、アームシリンダ２２のシリンダ速度を算出する。制御装置５０は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号に基づいて演算処理を実施して、ブームシリンダ２３のシリンダ速度を算出する。
　このように、本実施形態において、シリンダストロークセンサを含む各姿勢検出器１４，１５，１６は、角度センサ、ストロークセンサ、及びシリンダ速度センサとして機能する。
　なお、検出装置１０は、ポテンショメータ等の角度センサを含んでもよい。その角度センサにより、バケット１１の角度θ１１、アーム１２の角度θ１２、及びブーム１３の角度θ１３が検出されてもよいし、バケット１１の角速度、アーム１２の角速度、及びブーム１３の角速度が検出されてもよい。
　なお、油圧ショベル１００に、上部旋回体２の位置を取得するＧＰＳアンテナが設けられてもよいし、上部旋回体２の傾斜を検出するＩＭＵが設けられてもよい。ＧＰＳ（Global　Positioning　System）とは、全地球測位システムをいう。ＩＭＵ（Inertial　Measurement　Unit）とは、慣性計測装置をいう。
　操作装置４０は、キャブ８に配置される。操作装置４０は、油圧ショベル１００のオペレータに操作される左右の操作部材を含む。操作部材は、操作レバー又はジョイスティックを含む。操作部材が操作されることにより、作業機１が操作される。
　操作装置４０は、油圧シリンダ２０を操作する。操作装置４０により油圧シリンダ２０が操作されることにより、作業機１が操作される。操作装置４０が操作されることにより、バケット１１のダンプ動作、バケット１１の掘削動作、アーム１２のダンプ動作、アーム１２の掘削動作、ブーム１３の上げ動作、及びブーム１３の下げ動作が実行される。
　本実施形態において、操作装置４０は、キャブ８の運転席に着座したオペレータの右側に配置される右操作レバーと、左側に配置される左操作レバーとを含む。右操作レバーが前後方向に動かされると、ブーム１３は下げ動作及び上げ動作を行う。右操作レバーが左右方向（車幅方向）に動かされると、バケット１１は掘削動作及びダンプ動作を行う。左操作レバーが前後方向に動かされると、アーム１２はダンプ動作及び掘削動作を行う。左操作レバーが左右方向に動かされると、上部旋回体２は左旋回及び右旋回する。なお、左操作レバーが前後方向に動かされた場合に上部旋回体２が右旋回及び左旋回し、左操作レバーが左右方向に動かされた場合にアーム１２がダンプ動作及び掘削動作を行ってもよい。
　本実施形態において、バケット１１及びアーム１２は、オペレータによる操作装置４０の操作に基づいて駆動される。ブーム１３は、オペレータによる操作装置４０の操作及び制御装置５０による制御の少なくとも一方に基づいて駆動される。
［油圧システム］
　次に、本実施形態に係る油圧システム３００の一例について説明する。バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームシリンダ２３を含む油圧シリンダ２０は、油圧システム３００により作動する。油圧シリンダ２０は、操作装置４０により操作される。
　本実施形態において、操作装置４０は、パイロット油圧方式の操作装置である。以下の説明においては、油圧シリンダ２０（バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームムシリンダ２３）を作動するためにその油圧シリンダ２０に供給される油を適宜、作動油、と称する。方向制御弁４１により、油圧シリンダ２０に対する作動油の供給量が調整される。方向制御弁４１は、供給される油によって作動する。以下の説明においては、方向制御弁４１を作動するためにその方向制御弁４１に供給される油を適宜、パイロット油、と称する。また、パイロット油の圧力を適宜、パイロット油圧、と称する。
　図４は、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。操作装置４０の操作により、ブーム１３は、上げ動作及び下げ動作の２種類の動作を実行する。ブームシリンダ２３が伸びることにより、ブーム１３が上げ動作し、ブームシリンダ２３が縮むことにより、ブーム１３が下げ動作する。
　図４に示すように、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００は、方向制御弁４１と、方向制御弁４１を介してブームシリンダ２３に作動油を供給する可変容量型のメイン油圧ポンプ４２と、パイロット油を供給するパイロット油圧ポンプ４３と、方向制御弁４１に対するパイロット油圧を調整する操作装置４０と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂと、油路４４Ａ，４４Ｂに配置された制御弁４５Ａ，４５Ｂと、油路４４Ａ，４４Ｂに配置された圧力センサ４６Ａ，４６Ｂと、制御弁４５Ａ，４５Ｂを制御する制御装置５０とを備える。メイン油圧ポンプ４２は、図示しないエンジン等の原動機により駆動する。
　方向制御弁４１は、図示しない第１受圧室及び第２受圧室を有する。油路４４Ａのパイロット油圧によってスプールが駆動し、第１受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第１受圧室に作動油が供給される。油路４４Ｂのパイロット油圧によってスプールが駆動し、第２受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第２受圧室に作動油が供給される。
　方向制御弁４１は、作動油が流れる方向を制御する。メイン油圧ポンプ４２から供給された作動油は、方向制御弁４１を介して、ブームシリンダ２３に供給される。方向制御弁４１は、ロッド状のスプールを動かして作動油が流れる方向を切り替えるスプール方式である。スプールが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ２３のキャップ側油室２０Ａ（油路４７Ｂ）に対する作動油の供給と、ロッド側油室２０Ｂ（油路４７Ａ）に対する作動油の供給とが切り替わる。第１受圧室に作動油が供給された場合、油路４７Ａを介してロッド側油室２０Ｂに作動油が供給されてブームシリンダ２３が縮むことにより、ブーム１３が下げ動作する。第２受圧室に作動油が供給された場合、油路４７Ｂを介してキャップ側油室２０Ａに作動油が供給されてブームシリンダ２３が伸びることにより、ブーム１３が上げ動作する。
　なお、キャップ側油室２０Ａとは、シリンダヘッドカバーとピストンとの間の空間である。ロッド側油室２０Ｂとは、ピストンロッドが配置される空間である。また、スプールが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ２３に対する作動油の供給量（単位時間当たりの供給量）が調整される。ブームシリンダ２３に対する作動油の供給量が調整されることにより、シリンダ速度が調整される。
　方向制御弁４１は、操作装置４０によって操作される。パイロット油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が操作装置４０に供給される。なお、メイン油圧ポンプ４２から送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置４０に供給されてもよい。操作装置４０は、パイロット油圧調整弁を含む。操作装置４０の操作量に基づいて、パイロット油圧が調整される。操作装置４０が操作されることにより、操作装置４０の操作量に応じたパイロット油圧が方向制御弁４１に作用する。そのパイロット油圧によって、方向制御弁４１が駆動される。方向制御弁４１のスプールは、パイロット油圧に応じて移動する。スプールの移動量に基づいて、メイン油圧ポンプ４２から方向制御弁４１を介してブームシリンダ２３に供給される単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。操作装置４０によりパイロット油圧が調整されることによって、軸方向に関するスプールの移動量及び移動速度が調整される。
　操作装置４０の操作レバーが中立位置より油路４４Ａ側に動かされると、その操作レバーの操作量に応じたパイロット油圧が方向制御弁４１のスプールの第１受圧室に作用する。操作装置４０の操作レバーが中立位置より油路４４Ｂ側に動かされると、その操作レバーの操作量に応じたパイロット油圧が方向制御弁４１のスプールの第２受圧室に作用する。
　圧力センサ４６Ａは、油路４４Ａのパイロット油圧を検出する。圧力センサ４６Ｂは、油路４４Ｂのパイロット油圧を検出する。圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号は、制御装置５０に出力される。
　制御弁４５Ａ，４５Ｂは、電磁比例制御弁である。制御弁４５Ａ，４５Ｂは、制御装置５０からの指令信号に基づいて、パイロット油圧を調整する。制御弁４５Ａは、油路４４Ａのパイロット油圧を調整する。制御弁４５Ｂは、油路４４Ｂのパイロット油圧を調整する。
　制御装置５０は、制御弁４５Ａを制御して、第１受圧室に作用するパイロット油圧を減圧調整可能である。制御装置５０は、制御弁４５Ｂを制御して、第２受圧室に作用するパイロット油圧を減圧調整可能である。図４に示す例では、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧が制御弁４５Ａによって減圧されることによって、方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット油圧が制御弁４５Ａによって減圧されることによって、ブーム１３の下げ動作が制限される。同様に、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット油圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、ブーム１３の上げ動作が制限される。制御装置５０は、圧力センサ４６Ａの検出信号に基づいて、制御弁４５Ａを制御する。制御装置５０は、圧力センサ４６Ｂの検出信号に基づいて、制御弁４５Ｂを制御する。
　アームシリンダ２２及びバケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００は、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００と同様の構成である。操作装置４０の操作により、アーム１２は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。アームシリンダ２２が伸びることにより、アーム１２が掘削動作し、アームシリンダ２２が縮むことにより、アーム１２がダンプ動作する。操作装置４０の操作により、バケット１１は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。バケットシリンダ２１が伸びることにより、バケット１１が掘削動作し、バケットシリンダ２１が縮むことにより、バケット１１がダンプ動作する。アームシリンダ２２及びバケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００についての詳細な説明は省略する。
［制御システム］
　次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御システム２００について説明する。図５は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す機能ブロック図である。
　図５に示すように、制御システム２００は、作業機１を制御する制御装置５０と、油圧シリンダ２０のストローク長を検出して作業機１の角度及び油圧シリンダ２０のシリンダストロークを検出する検出装置１０と、油路４４（４４Ａ，４４Ｂ）のパイロット油圧を検出する圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）と、油圧シリンダ２０に対する作動油の供給量を調整可能な制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ）とを備える。
　制御装置５０は、操作装置４０が操作されたときに圧力センサ４６から出力される操作信号を取得する操作信号取得部５１と、検出装置１０の検出信号に基づいて作業機１の可動範囲の停止位置において作業機１が停止しているか否かを判定する演算部５２と、作業機１の可動範囲の停止位置において停止状態の作業機１の角度と予め決められている閾値とに基づいて、可動範囲の端部位置を含む減速区間及び減速区間における作業機１の減速率を設定する設定部５３と、減速区間及び減速率に基づいて作業機１が停止位置から端部位置に移動するように制御弁４５に指令信号を出力する制御部５４と、各種のデータを記憶する記憶部６１と、入出力部６２と、を有する。
　操作信号取得部５１は、操作装置４０が操作されたときに圧力センサ４６から出力される操作信号を取得する。操作信号取得部５１は、操作信号を取得することにより、操作装置４０の操作レバーが中立位置からブーム１３が上げ動作するように操作されたときのタイミングを認識することができる。圧力センサ４６の検出がほぼゼロの所定値より小さい操作装置４０の操作レバーが中立位置にあることは、ブーム１３（ブームシリンダ２３）が停止状態であることを意味する。したがって、操作信号取得部５１は、操作信号を取得することにより、ブーム１３が停止状態から上げ動作を開始するときのタイミングを認識することができる。操作装置４０が電気信号を出力する電気レバーにおいては操作レバーにポテンショ等の角度検出センサが設けられ、操作信号取得部５１は検出値を操作信号として取得する。
　演算部５２は、検出装置１０の検出信号に基づいて演算処理を実施する。演算部５２は、検出装置１０の各姿勢検出器１４，１５，１６の検出信号に基づいて、角度θ１１，θ１２，θ１３を算出したり、バケットシリンダ２１のシリンダ速度、アームシリンダ２２のシリンダ速度、及びブームシリンダ２３のシリンダ速度を算出したりする。油圧シリンダ２０のシリンダ速度が算出されることにより、演算部５２は、作業機１の可動範囲において作業機１が停止しているか否かを判定することができる。
　設定部５３は、作業機１の減速率を設定する。本実施形態において、設定部５３は、ブーム１３の減速率を設定する。減速率とは、ブーム１３が移動可能な最高速度を１００［％］としたときの、ブーム１３の減速速度の割合をいう。換言すれば、ブーム１３の減速率とは、ブーム１３の可能最高速度を基準としたブーム１３の減速速度である。ブーム１３の移動速度とブームシリンダ２３のシリンダ速度とは比例する。ブームシリンダ２３の減速率が設定されることにより、ブーム１３の減速率が設定される。ブームシリンダ２３の減速率とは、ブームシリンダ２３のシリンダ速度の最高値（以下、最大シリンダ速度という）を１００［％］としたときの、ブームシリンダ２３のシリンダ速度の割合をいう。換言すれば、ブームシリンダ２３の減速率とは、ブームシリンダ２３の最大シリンダ速度を基準としたブームシリンダ２３のシリンダ速度である。
　設定部５３は、ブーム１３の可動範囲のうちブーム１３の減速区間と、その減速区間におけるブーム１３の減速率とを設定する。ブーム１３の減速区間とは、ブーム１３の可動範囲の上端部位置を含む区間である。図２を参照して説明したように、ブーム１３の可動範囲の上端部位置までブーム１３を上げ動作させて小旋回姿勢にする場合がある。設定部５３は、ブーム１３が上げ動作して可動範囲の上端部位置に移動するとき、上端部位置の直前においてブーム１３を減速させる減速区間を設定する。また、設定部５３は、減速区間におけるブーム１３の減速率を設定する。減速区間におけるブーム１３の減速率とは、減速区間におけるブーム１３の移動速度条件（移動速度分布、移動速度プロファイル）を含む。
　ブーム１３の可動範囲は、ブームシリンダ２３の可動範囲と等価であり、１対１で対応する。本実施形態においては、ブームシリンダ２３が最も伸びたとき、ブーム１３が可動範囲の上端部位置に配置される。以下の説明においては、ブームシリンダ２３が最も伸びてブーム１３が可動範囲の上端部位置に配置されるときのブームシリンダ２３の端部位置を適宜、シリンダストロークエンド、と称する。また、シリンダストロークエンドからのブームシリンダ２３の位置（ストローク長）を適宜、シリンダストローク、と称する。シリンダストロークは、上述したブームシリンダ長を意味し、検出装置１０のブーム姿勢検出器１６によって検出される。
　本実施形態において、設定部５３は、ブームシリンダ２３の可動範囲のうちブームシリンダ２３の減速区間と、その減速区間におけるブームシリンダ２３の減速率とを設定する。ブームシリンダ２３の減速区間とは、ブームシリンダ２３の可動範囲のシリンダストロークエンドを含む区間である。設定部５３は、ブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドに移動するときの、シリンダストロークエンドの直前においてブームシリンダ２３を減速させるための減速区間を設定する。また、設定部５３は、減速区間におけるブームシリンダ２３の減速率を設定する。減速区間におけるブームシリンダ２３の減速率とは、減速区間におけるブームシリンダ２３のシリンダ速度条件（シリンダ速度分布、シリンダ速度プロファイル）を含む。
　以下の説明においては、ブーム姿勢検出器１０によりブームシリンダ２３のシリンダストローク（ストローク長）が検出されることによって、ブーム１３の角度θ１３が検出され、ブームシリンダ２３の減速率を含むシリンダ速度、及びブームシリンダ２３の減速区間を含む可動範囲が設定されることによって、ブーム１３の減速率を含む移動速度、及びブーム１３の減速区間を含む可動範囲が設定されることとする。換言すれば、ブームシリンダ２３のシリンダストローク、減速率、シリンダ速度、減速区間、及び可動範囲等は、ブーム１３の角度θ１３、減速率、角速度、減速区間、及び可動範囲等と読み替えることができる。
　図６は、設定部５３によって設定される減速区間及び減速率の一例を示す図である。図６に示すように、設定部５３は、シリンダストロークエンドからのシリンダストロークとブームシリンダ２３の減速率との関係を示すテーブルデータを設定する。図６において、横軸はシリンダストロークエンドからのシリンダストロークを示し、縦軸はブームシリンダ２３の減速率を示す。
　シリンダストロークが０［ｍｍ］の場合、ブームシリンダ２３が最も伸びてシリンダストロークエンドに位置している（ブーム１３が上端部位置に位置している）ことを意味する。シリンダストロークの値が大きいほど、ブームシリンダ２３が縮んでおりシリンダストロークエンドから離れた位置に位置している（ブーム１３が下げ方向の位置に位置している）ことを意味する。
　減速率が１００［％］の場合、ブームシリンダ２３が最大シリンダ速度で移動することを意味する。減速率が０［％］の場合、ブームシリンダ２３が停止することを意味する。
　図６に示す例において、減速区間は、シリンダストロークエンドを含み、シリンダストロークが０［ｍｍ］から第１減速距離までの区間に設定される。また、減速区間は、予め設定された減速度（負の加速度）でブームシリンダ２３のシリンダ速度を減速させる第１減速区間と、一定の最低減速率（最低シリンダ速度）でシリンダストロークエンドまでブームシリンダ２３を移動させる第２減速区間とを含む。第１減速区間は、シリンダストロークが第２減速距離から第１減速距離までの区間に設定される。第１減速区間は複数の減速率を設定してもよい。第２減速区間は、シリンダストロークが０［ｍｍ］から第２減速距離までの区間に設定される。第１減速距離は、第２減速距離よりも大きい値のシリンダストロークである。
　図６を参照して説明したような、設定部５３によって設定された、シリンダストロークエンドからのシリンダストロークと減速率との関係を示すデータは、記憶部６１に記憶される。以下の説明においては、図６を参照して説明したシリンダ速度の減速条件を示すデータを適宜、制限速度データ、と称する。図６において、ラインＬｒは制限速度データを示す。なお、図６に示す制限速度データＬｒは一例である。
　制御部５４は、設定部５３で設定された減速区間及び減速率に基づいてブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドに移動するように、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。制御部５４は、操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度が、減速区間において制限速度データの減速率（制限速度）に基づいて、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。
　図６に示すように、制限速度データＬｒは、第１減速距離以下においてブームシリンダ２３のシリンダ速度を制限するように生成される。図６において、ラインＬｄ１，Ｌｄ２は、操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度を示す。ラインＬｄ１は、操作装置４０が操作されたときに圧力センサ４６から出力される操作信号が最大値を示すときのシリンダ速度を示し、ラインＬｄ２は、操作装置４０が操作されたときに圧力センサ４６から出力される操作信号が最大値と最小値との間の中間値を示すときのシリンダ速度を示す。すなわち、ラインＬｄ１は、操作装置４０が所謂フルレバー操作されたときのシリンダ速度を示し、ラインＬｄ２は、操作装置４０がハーフレバー操作されたときのシリンダ速度を示す。
　操作装置４０がフルレバー操作されたとき、制御部５４から制御弁４５Ｂに指令信号Ｙａ１が出力される。シリンダストロークが第１減速距離になるまでは、指令信号Ｙａ１は、操作装置４０の操作に基づいて出力される。シリンダストロークが第１減速距離よりもストロークエンド側では、指令信号Ｙａ１は、制限速度データＬｒに基づいて出力される。このように、第１減速距離よりもシリンダストローク側において制御部５４から制御弁４５Ｂに指令信号Ｙａ１が出力されると、制御弁４５Ｂは、制御部５４からの指令信号Ｙａ１に基づいて、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧を減圧する。これにより、ブームシリンダ２３の方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット油圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、ブーム１３の上げ動作におけるブームシリンダ２３のシリンダ速度が制限される。制御部５２は、ブームシリンダ２３が制限速度データの減速率（制限速度）に従って移動するように、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。これにより、ブームシリンダ２３は、ラインＬｄ１で示すシリンダ速度プロファイルで移動し、シリンダストロークエンドに到達したときのショックが緩和される。
　操作装置４０がハーフレバー操作されたとき、制御部５４から制御弁４５Ｂに指令信号Ｙａ２が出力される。シリンダストロークが第１減速距離になるまでは、指令信号Ｙａ２は、操作装置４０の操作に基づいて出力される。シリンダストロークが第１減速距離よりもストロークエンド側では、指令信号Ｙａ２は、制限速度データＬｒに基づいて出力される。このように、第１減速距離よりもシリンダストローク側において制御部５４から制御弁４５Ｂに指令信号Ｙａ２が出力されると、制御弁４５Ｂは、制御部５４からの指令信号Ｙａ２に基づいて、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧を減圧する。これにより、ブームシリンダ２３の方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット油圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、ブーム１３の上げ動作におけるブームシリンダ２３のシリンダ速度が制限される。制御部５２は、ブームシリンダ２３が制限速度データの減速率（制限速度）に従って移動するように、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。これにより、ブームシリンダ２３は、ラインＬｄ１で示すシリンダ速度プロファイルで移動し、シリンダストロークエンドに到達したときのショックが緩和される。
　ところで、ブーム１３が上げ動作するように操作装置４０が操作され、ブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドの近くまで移動したときに、操作装置４０の操作レバーが中立位置に戻されてブームシリンダ２３（ブーム１３）が停止された後、ブーム１３が上げ動作するように操作装置４０の操作が再開されるケースが想定される。
　例えば、作業機１を図２に示したような小旋回姿勢にするとき、オペレータは、シリンダストロークエンドから第１減速距離の手前付近の位置までブームシリンダ２３が移動するように操作装置４０を操作した後、一旦、操作装置４０の操作レバーを中立位置に戻してブームシリンダ２３の移動を停止させ、その後、ブームシリンダ２３がシリンダストロークエンド付近まで移動するように操作装置４０の操作を再開する場合がある。操作装置４０を操作して、シリンダストロークエンドから第１減速距離の位置で停止状態であったブームシリンダ２３の移動を開始した場合、ブームシリンダ２３は操作装置４０の操作に基づいてシリンダストロークエンドに向かって加速し、シリンダストロークエンドから近い位置（例えば第１減速距離近傍）において、設定された減速率に基づいて、制御弁４５に指令信号を出力する。しかし、指令信号が出力されるときのシリンダストロークエンドからのブームシリンダ２３の距離は短く、また、ブームシリンダ２３は加速中のため、制御弁４５Ｂによる、操作装置４０の操作に基づくパイロット油圧の減圧が間に合わず、ブームシリンダ２３のシリンダ速度が十分に減速されない可能性が高くなる。その結果、ブームシリンダ２３は高速なシリンダ速度でシリンダストロークエンドに到達してしまうこととなる。その結果、シリンダストロークエンドに到達したときのショックが大きくなってしまう。
　また、オペレータが上げ動作するブーム１３の動きを一旦停止させるとき、シリンダストロークエンドからの距離が短い位置（例えばシリンダストロークエンドから第２減速距離付近）でブームシリンダ２３を一旦停止させるケースも想定される。すなわち、オペレータは、シリンダストロークエンドから第２減速距離付近までブームシリンダ２３が移動するように操作装置４０を操作した後、一旦、操作装置４０の操作レバーを中立位置に戻してブームシリンダ２３の移動を停止させ、その後、ブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドまで移動するように操作装置４０の操作を再開する場合がある。操作装置４０を操作して、シリンダストロークエンドから第２減速距離付近で停止状態であったブームシリンダ２３の移動を開始した場合、シリンダストロークエンドから第２減速距離にある停止位置において停止状態のブームシリンダ２３が操作装置４０の操作に基づいてシリンダストロークエンドに向かって加速しようとするが、第2減速区間では制御部５０は最低減速率の指令に基づく制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。そのため、停止位置からブームシリンダ２３が加速しても、シリンダ速度は十分に低速となる。仮に、制御弁４５Ｂによるパイロット油圧の減圧がなくても、シリンダストロークエンドに到達するときのブームシリンダ２３のシリンダ速度は低速である。すなわち、制御弁４５Ｂによるパイロット油圧の減圧がなくても、シリンダストロークエンドに到達したときのショックは小さいにもかかわらず、制御弁４５Ｂによる、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油圧の減圧が行われると、ブームシリンダ２３は不必要にゆっくりと動くこととなる。
　そこで、本実施形態においては、設定部５３は、ブーム１３の可動範囲の停止位置において停止状態のブーム１３の角度θ１３と予め決められている閾値とに基づいて、減速区間及び減速区間におけるブーム１３の減速率を設定する。本実施形態において、設定部５３は、ブームシリンダ２３が停止したときのシリンダストロークエンドからのシリンダストロークと、予め決められている閾値とに基づいて、図６を参照して説明したような、制限速度データＬｒの少なくとも一部を変更する。
　本実施形態において、制限速度データの変更は、減速区間を拡大すること、及び最低減速率を大きくすることの一方又は両方を含む。
［油圧ショベルの制御方法］
　次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法について、図７から図１１を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法を示すフローチャートである。図８及び図９は、本実施形態に係るシリンダストロークに係る閾値を示す図である。図１０及び図１１は、変更された制限速度データの一例を示す図である。
　以下の説明においては、ブーム１３が上げ動作するようにオペレータが操作装置４０の操作レバーを倒すことを、操作装置４０が操作される、といい、オペレータが操作装置４０の操作レバーを中立位置に戻すことを、操作装置４０の操作が停止される、という。操作装置４０が操作されるとき、ブームシリンダ２３が駆動し、ブーム１３が上げ動作する。操作装置４０の操作が停止されるとき、ブームシリンダ２３の駆動が停止し、ブーム１３の上げ動作が停止する。また、停止状態のブームシリンダ２３の駆動が開始されることを、ブームシリンダ２３が動き出す、という。
　ブーム姿勢検出器１６は、ブームシリンダ２３のシリンダストロークを検出する。演算部５２は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号を取得する（ステップＳ１０）。
　演算部５２は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号に基づいて、シリンダストロークエンドからのブームシリンダ２３のシリンダストロークを算出する。ブームシリンダ２３の最大ストロークは既知であるため、演算部５２は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号から導出されたシリンダストロークと最大ストロークとに基づいて、シリンダストロークエンドからのシリンダストロークを算出する（ステップＳ２０）。
　演算部５２は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号に基づいて、ブーム１３の角度及びブームシリンダ２３のシリンダ速度を算出する。演算部５２は、ブーム姿勢検出器１６の検出信号に基づいて、ブーム１３及びブームシリンダ２３が停止しているか否かを判定可能である。
　オペレータが操作装置４０の操作を停止した場合、ブーム１３及びブームシリンダ２３は可動範囲の停止位置で停止する。ブームシリンダ２３が停止した状態において、オペレータが操作装置４０を操作すると、圧力センサ４６は操作信号を検出する。圧力センサ４６で検出された操作信号は、操作信号取得部５１に取得される（ステップＳ３０）。
　演算部５２は、圧力センサ４６で検出された操作信号に基づいて、ブームシリンダ２３が動き出しているか否かを判定する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、ブームシリンダ２３が動き出していると判定された場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、演算部５２は、圧力センサ４６で操作信号が検出され、操作信号取得部５１が操作信号を取得した時点を、停止状態のブームシリンダ２３が動き出した時点として決定する。また、演算部５２は、圧力センサ４６から操作信号が出力され、操作信号取得部５１が操作信号を取得したときのブームシリンダ２３の位置を、ブームシリンダ２３の駆動が開始された位置、すなわち動き出し位置として決定する。換言すれば、演算部５２は、ブームシリンダ２３の駆動が開始されたときの、すなわちブームシリンダ２３が動き出したときの、シリンダストロークエンドからのシリンダストロークを決定する。ブームシリンダ２３が動き出した時点におけるシリンダストロークが、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークとして演算部５２によって算出され、記憶部６１に記憶される（ステップＳ４０）。ステップＳ３５において、ブームシリンダ２３が動き出していないと判定された場合（ステップＳ３５：Ｎｏ）、ステップＳ５０の処理に進む。
　動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークによって示される動き出し位置は、可動範囲において停止状態にあったブームシリンダ２３の停止位置と等価である。また、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークは、可動範囲の停止位置において停止状態のブーム１３の角度θ１３と１対１の対応関係にある。
　設定部５３は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークと、予め決められている閾値とを比較する。閾値は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークについての閾値を示す。閾値を示す閾値データは記憶部６１に記憶されている。本実施形態において、閾値は、第１閾値と、第１閾値よりも小さい第２閾値とを含む。第１閾値は、減速区間の拡大についての閾値である。シリンダストロークが第１閾値以下であるとき、減速区間が拡大される。第２閾値は、最低減速率を大きくすることについての閾値である。シリンダストロークが第２閾値以下である場合、最低減速率が増大される。
　図８は、第１閾値を含む第１閾値データを示す図である。図８において、横軸は動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークを示し、縦軸はゲインを示す。図８に示すように、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークについての第１閾値がテーブルデータとして設定されている。ゲインは、減速区間を拡大させるときの倍率である。シリンダストロークが第１閾値よりも大きい場合、ゲインは１である。すなわち、シリンダストロークが第１閾値よりも大きい場合、減速区間は拡大も縮小もされず、制限速度データの減速区間が維持される。一方、シリンダストロークが第１閾値以下である場合、ゲインは１よりも大きくなる。本実施形態においては、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第１閾値を含み第１閾値よりも小さい第１所定範囲においては、ゲインは１からに徐々に増加し、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが０［ｍｍ］を含み０［ｍｍ］よりも大きい第２所定範囲においては、ゲインは任意の値に設定可能である。なお、ゲインが与えられずにオフセットが与えられてもよい。シリンダストロークが第１閾値以下である場合、制限速度データの減速区間はゲインに従って拡大される。
　図９は、第２閾値を含む第２閾値データを示す図である。図９において、横軸は動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークを示し、縦軸は最低減速率のオフセット量を示す。図９に示すように、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークについての第２閾値がテーブルデータとして設定されている。オフセット量は、最低減速率を増大させるときの増加量である。シリンダストロークが第２閾値よりも大きい場合、オフセット量は０である。すなわち、シリンダストロークが第２閾値よりも大きい場合、最低減速率は増大も減少もされず、制限速度データの最低減速率が維持される。一方、シリンダストロークが第２閾値以下である場合、オフセット量は０よりも大きくなる。本実施形態においては、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値を含み第２閾値よりも小さい第３所定範囲においては、オフセット量は０から徐々に増加し、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが０［ｍｍ］を含み０［ｍｍ］よりも大きい第４所定範囲においては、オフセット量は任意の値に設定可能である。シリンダストロークが第２閾値以下である場合、制限速度データの最低減速率はオフセット量に従って増大される。
　図７に戻り、設定部５３は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第１閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０）。
　ステップＳ５０において、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第１閾値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ５０：Ｎｏ）、制限速度データは変更されない（ステップＳ７０）。
　制御部５４は、ブームシリンダ２３が制限速度データに従って、制限がかからないように、制御弁４５Ｂに制御信号を出力する（ステップＳ１００）。例えば、図６の矢印Ｙａ２で示したように、ブームシリンダ２３が移動する。
　ステップＳ５０において、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第１閾値以下であると判定された場合（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）、設定部５３は、制限速度データの減速区間を拡大する（ステップＳ５５）。設定部５３は、制限速度データの減速区間を、図８を参照して説明したゲインに従って拡大する。
　設定部５３は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ６０）。
　ステップＳ３０において、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ６０：Ｎｏ）、すなわち、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値よりも大きく第１閾値以下であると判定された場合、制御部５４は、制御弁４５Ｂに制御信号を出力する（ステップＳ１００）。
　図１０（Ａ）は、減速区間が拡大された制限速度データを示し、図１０（Ｂ）は、減速区間が拡大されるときのタイムチャートである。図１０（Ａ）は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストローク（動き出し位置）が第１減速距離よりも大きい例を示す。動き出し位置は、停止位置と等価である。図１０（Ａ）に示すように、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第１閾値以下である場合、制限速度データＬｒの減速区間に対して、拡大された減速区間を有する制限速度データＬｒ１が設定される。
　上述のように、制限速度データＬｒの減速区間は、予め設定された減速度で減速させる第１減速区間と、一定の最低減速率でブームシリンダ２３をシリンダストロークエンドまで移動させる第２減速区間と、を含む。設定部５３は、第１減速区間及び第２減速区間を拡大して、減速区間を拡大する。
　本実施形態においては、制限速度データＬｒは、変曲点Ｐ１及び終点Ｐ２と、それら変曲点Ｐ１及び終点Ｐ２を結ぶ直線と、を含む。設定部５３は、変曲点Ｐ１及び終点Ｐ２のシリンダストロークの値をそれぞれゲイン倍して変曲点Ｐ１ａ及び終点Ｐ２ａとし、それら変曲点Ｐ１ａ及び終点Ｐ２ａを直線で結ぶことによって、制限速度データＬｒ１を設定する。
　制御部５４は、減速区間が拡大された制限速度データＬｒ１に従ってブームシリンダ２３が移動するように、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する（ステップＳ１００）。
　図１０（Ａ）において、ラインＬｄ３は、操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度を示す。図１０（Ａ）に示す例では、制御部５４は、制限速度データの減速率に従って、制御弁４５Ｂに指令信号を出力する。制御弁４５Ｂは、制御部５４からの指令信号に基づいて、ブーム１３の上げ動作におけるブームシリンダ２３のシリンダ速度を制限するように作動する。本実施形態においては、第１減速区間がシリンダストロークエンドから離れるようにシフトし、制御部５４の指令信号に基づいてブームシリンダ２３が減速を開始するタイミングは早まっている。そのため、ブームシリンダ２３のシリンダ速度を十分に減速させることができる。これにより、ブームシリンダ２３は、図１０（Ａ）のラインＬｄ３で示すシリンダ速度プロファイルで移動し、図１０（Ｂ）に示す時点Ｔ４においてストロークエンドに到達する。シリンダストロークエンドに到達したときのショックが緩和される。
　図１０（Ａ）の点線Ｌｄ３’は比較例に係るシリンダ速度プロファイルを示し、図１０（Ｂ）の点線は比較例に係るタイミングチャートを示す。比較例においては、減速区間が拡大されず、時点Ｔ４においてブームシリンダ２３は停止せず、ストロークエンドに到達したときのショックは緩和されない。
　図７に戻り、ステップＳ６０において、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値以下であると判定された場合（ステップＳ６０：Ｙｅｓ）、設定部５３は、最低減速率を増大する（ステップＳ９０）。設定部５３は、制限速度データの最低減速率を、図９を参照して説明したオフセット量に従って増大する。
　図１１（Ａ）は、最低減速率が増大された制限速度データを示し、図１１（Ｂ）は、最低減速率が拡大されたときのタイムチャートである。図１１（Ａ）は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストローク（動き出し位置）がほぼ第２減速距離である例を示す。図１１（Ａ）に示すように、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークが第２閾値以下である場合、制限速度データＬｒの最低減速率に対して、所定量だけプラスにオフセットされた最低減速率を有する制限速度データＬｒ２が設定される。
　制御部５４は、最低減速率が増大された制限速度データＬｒ２に従ってブームシリンダ２３が移動するように、制御弁５４に指令信号を出力する（ステップＳ１００）。
　図１１（Ａ）において、ラインＬｄ４は、操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度を示す。図１１（Ａ）に示す例では、操作装置４０の操作に基づいて、シリンダストロークが動き出し位置からブームシリンダ２３の移動が開始される。操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度は、例えば図１１（Ａ）のラインＬｄ４に示すように変化する。シリンダストロークエンドから所定距離の停止位置において停止状態のブームシリンダ２３が操作装置４０の操作に基づいてシリンダストロークエンドに向かって加速し、シリンダストロークエンドから極短い位置である位置Ｐｄ４において、操作装置４０の操作に基づくブームシリンダ２３のシリンダ速度は、第２減速区間の減速率から増大し、操作装置４０の操作によりシリンダストローク２３が加速される。ブームシリンダ２３は、図１１（Ａ）のラインＬｄ４で示すシリンダ速度プロファイルで移動する。ブームシリンダ２３のシリンダ速度が過度に制限されず、ブームシリンダ２３は不必要にゆっくりと動くことがなくなる。
　図１１（Ａ）の点線Ｌｄ４’は比較例に係るシリンダ速度プロファイルを示し、図１１（Ｂ）の点線は比較例に係るタイミングチャートを示す。比較例においては、最低減速率が増大されず、ブームシリンダ２３は不必要にゆっくりと動く。
　なお、本実施形態において、制御部５４は、制御弁４５Ｂに制御信号を出力する場合、最大シリンダ速度と、制限速度データから求められる減速率とに基づいて、シリンダ速度の制限値を決定する。記憶部６１には、方向制御弁４１のスプールストロークとシリンダ速度との関係を示すテーブルデータが記憶されており、制御部５４は、そのテーブルデータと決定したシリンダ速度とに基づいて、スプールストロークの制限値を算出する。また、記憶部６１には、スプールストロークとパイロット油が流れる油路４４の圧力（ＰＰＣ圧）との関係を示すテーブルデータが記憶されており、制御部５４は、そのテーブルデータと算出したスプールストロークとに基づいて、ＰＰＣ圧の制限値を算出する。また、記憶部６１には、ＰＰＣ圧とそのＰＰＣ圧にするために制御弁４５に供給するべき電流との関係を示すテーブルデータが記憶されており、制御部５４は、そのテーブルデータと算出したＰＰＣ圧とに基づいて、電流の制限値を算出する。なお、これらテーブルデータは予め行われる実験又はシミュレーションにより導出される既知データである。制御部５４は、指令信号として電流を制御弁４５に出力する。これにより、ブームシリンダ２３が決定されたシリンダ速度で移動するように、方向制御弁４１が駆動される。
　これらのタイミングチャートにおいて、レバーフラグとは、圧力センサ４６の検出に基づき、操作信号取得部５１において操作装置４０が操作されたタイミングを示す。操作装置４０が操作されたとき、操作信号出力部４９から操作信号（フラグ信号）が出力される。一方、操作装置４０の操作が停止されたとき、レバーフラグが出力されない。シリンダ速度とは、ブーム姿勢検出器１６によって検出されるブームシリンダ２３のシリンダ速度である。シリンダストロークとは、シリンダストロークエンドからのブームシリンダ２３の距離である。減速率とは、最大シリンダ速度を基準としたブームシリンダ２３のシリンダ速度の制限速度（目標速度）である。動き出し時シリンダストロークとは、停止状態のブームシリンダ２３が動き出すときのシリンダストロークエンドからのブームシリンダ２３の距離である。ゲインとは、減速区間を拡大させるための倍率である。オフセット量は最低減速率の増加量である。
　時点Ｔ１において操作装置４０が操作され、時点Ｔ２において操作装置４０の操作が停止され、時点Ｔ３において操作装置４０の操作が再開される。時点Ｔ１において操作装置４０が操作された場合、シリンダ速度が０［ｍｍ／ｓ］のとき、ブームシリンダ２３は停止する。
　操作装置４０が操作され、ブームシリンダ２３が駆動されることにより、シリンダストロークエンドからのシリンダストロークは徐々に小さくなる。
　操作信号出力部４９から操作信号が出力された時点Ｔ１が、ブームシリンダ２３の動き出し時である。時点Ｔ１におけるシリンダストロークが、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークとして決定され、記憶部６１に記憶される。図１０に示す例では、動き出し時（時点Ｔ３）のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークは第１閾値に近い値であり、図１１に示す例では、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークは第２閾値に近い値である。
　図１０に示す例では、動き出し時（時点Ｔ３）のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークである動き出し位置と第１閾値及び第２閾値とが比較される。図１０に示す例では、動き出し位置は第１閾値よりも小さい。そのため、ゲインが１よりも大きい値に設定される。なお、動き出し位置は第２閾値よりも大きい。そのため、オフセット量は設定されない。
　図１０において、点線Ｄａで示す減速率は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークにかかわらず、減速区間及び最低減速率を変更しない（減速テーブルＬｒに基づく）ときの減速率を示す。実線Ｓａで示す減速率は、減速区間を拡大したときの減速率を示す。実線Ｓａで示す（減速テーブルＬｒ１に基づく）ように、減速区間が拡大されることにより、減速区間を変更しない減速率に対して減速のタイミングが早まり、時点Ｔ４でシリンダ速度がＰｄとなり減速テーブルＬｒ１による減速が開始される。
　図１１は、第１閾値及び第２閾値が設定され、動き出し時（時点Ｔ３）のシリンダストロークエンドからのシリンダストローク（動き出し位置）と第１閾値及び第２閾値とが比較される。図１１に示す例では、動き出し位置は第１閾値よりも小さく第２閾値よりも小さい。そのため、可変ゲインが１よりも大きい値に設定され、時点Ｔ３において第２閾値より小さくなるためオフセットが所定量に設定される。
　図１１において、点線Ｄａで示す減速率は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークにかかわらず、減速区間及び最低減速率を変更しないときの減速率を示す。実線Ｓａで示す減速率は、減速区間を拡大し最低減速率を増大したときの減速率を示す。実線Ｓａで示すように、減速区間が拡大され最低減速率が増大されることにより、減速のタイミングが早まるとともに、再度動き出し時（時点Ｔ３）減速率が過度に低減することが抑制される。
［効果］
　以上説明したように、本実施形態によれば、ブーム１３（ブームシリンダ２３）の可動範囲の停止位置において停止状態の角度θ１３（シリンダストローク）と予め決められている閾値とに基づいて、可動範囲の上端部位置（シリンダストロークエンド）を含む減速区間及び減速区間におけるブーム１３の減速率が設定され、その設定された減速区間及び減速率に基づいてブーム１３（ブームシリンダ２３）が停止位置から上端部位置（シリンダストロークエンド）に移動するように制御弁４５Ｂに指令信号が出力される。これにより、ブーム１３が上端部位置に到達したときのショックが緩和されるとともに、ブーム１３の動きが過度に遅くなることが抑制されるので、油圧ショベル１００の作業効率の低下が抑制される。
　また、本実施形態においては、図１０のラインＬｄ３及び図１１のラインＬｄ４で示したように、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストローク（停止位置）とシリンダストロークエンド（端部位置）との間のブームシリンダ２３の可動範囲は、動き出し時のシリンダストロークエンドからのシリンダストロークを含み操作装置４０の操作に基づいて少なくとも一部において加速しながら移動する加速区間と、シリンダストロークエンドを含み制御部５４から出力される指令信号に基づいて減速しながら移動する減速区間と、を含む。加速区間においては、操作装置４０の操作に基づいてブームシリンダ２３（ブーム１３）が動作するので、ブームシリンダ２３のシリンダ速度（ブーム１３の移動速度）が不必要に遅くなることが抑制される。そのため、作業効率の低下が抑制される。また、減速区間においては、制御部５４の制御に基づいてブームシリンダ２３（ブーム１３）が減速するので、ブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドに到達しブーム１３が上端部位置に到達したときのショックが緩和される。
　また、本実施形態においては、停止状態のブームシリンダ２３のシリンダストローク（ブーム１３の角度θ１３）が第１閾値以下であるとき、減速区間が拡大される。そのため、停止状態から再び動き出した場合でもブームシリンダ２３がシリンダストロークエンドに到達しブーム１３が上端部位置に到達したときのショックが緩和される。
　また、本実施形態においては、減速区間は、予め設定された減速度で減速させる第１減速区間と、一定の最低減速率でシリンダストロークエンド（上端部位置）まで移動させる第２減速区間と、を含み、設定部５３は、第１減速区間を変更せずに第２減速区間を拡大して、減速区間を拡大する。これにより、ブームシリンダ２３（ブーム１３）が減速するときの減速度を常に一定にして、ショックを緩和することができる。
　また、本実施形態においては、停止状態のブームシリンダ２３のシリンダストローク（ブーム１３の角度θ１３）が第１閾値よりも小さい第２閾値以下であるとき、最低減速率が増大される。そのため、シリンダストロークエンド（上端部位置）の近傍において、ブームシリンダ２３（ブーム１３）が不必要に低速で動くことが抑制され、作業効率の低下が抑制される。
　なお、上述の実施形態においては、作業機械１００が油圧ショベル１００であることとした。上述の実施形態で説明した制御装置５０及び制御方法は、油圧ショベル１００以外にも、作業機を有する作業機械全般に適用可能である。
　なお、上述の実施形態においては、ブーム１３が上げ動作したときの上端部位置の近傍でブーム１３の移動速度を制限することとした。ブーム１３が下げ動作したときの下端部位置の近傍でブーム１３の移動速度が制限されてもアームのストロークエンド付近での移動速度の制限に用いてもよい。
　なお、上述の実施形態において説明した油圧ショベル１００は、後方小旋回ショベルに限定されない。
１　作業機
２　上部旋回体
３　下部走行体
４　旋回台
５　カウンタウェイト
６　機器室
７　エンジン室
８　キャブ
９　クローラ
１０　検出装置
１１　バケット
１２　アーム
１３　ブーム
１４　バケット姿勢検出器
１５　アーム姿勢検出器
１６　ブーム姿勢検出器
２０　油圧シリンダ
２０Ａ　キャップ側油室
２０Ｂ　ロッド側油室
２１　バケットシリンダ
２２　アームシリンダ
２３　ブームシリンダ
４０　操作装置
４１　方向制御弁
４２　メイン油圧ポンプ
４３　パイロット油圧ポンプ
４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ　油路
４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ　制御弁
４６Ａ，４６Ｂ　圧力センサ
４７Ａ，４７Ｂ　油路
４８　シャトル弁
５０　制御装置
５１　操作信号取得部
５２　演算部
５３　設定部
５４　制御部
６１　記憶部
６２　入出力部
１００　油圧ショベル（作業機械）
２００　制御システム
３００　油圧システム
ＡＸ１　回転軸
ＡＸ２　回転軸
ＡＸ３　回転軸
ＲＸ　旋回軸
θ１１　角度
θ１２　角度
θ１３　角度

Claims (8)

  1. 　作業機を可動範囲で駆動する油圧シリンダと、
    　前記作業機の姿勢を検出する検出装置と、
    　前記作業機の操作が行われた時の操作信号を検出する操作信号検出部と、
    　前記油圧シリンダに対する作動油の供給量を調整可能な制御弁と、
    　前記操作信号検出部が検出した操作信号に基づいて前記可動範囲の停止位置において前記作業機が動き出しているか否かを判定する演算部と、
    　前記停止位置において停止状態の前記作業機の姿勢と予め決められている閾値とに基づいて、前記可動範囲の端部位置を含む減速区間及び前記減速区間における前記作業機の減速率を設定する設定部と、
    　前記減速区間及び前記減速率に基づいて前記作業機が前記停止位置から前記端部位置に移動するように前記制御弁に指令信号を出力する制御部と、
    を備える作業機械。
  2. 　前記油圧シリンダを操作する操作装置を備え、
    　前記停止位置と前記端部位置との間の前記可動範囲は、前記停止位置を含み前記操作装置の操作に基づいて移動する区間と、前記端部位置を含み前記制御部から出力される前記指令信号に基づいて移動する前記減速区間と、を含む、
    請求項１に記載の作業機械。
  3. 　前記作業機の姿勢は、前記作業機の角度を含み、
    　前記閾値は第１閾値を含み、
    　前記設定部は、前記停止状態の前記作業機の角度が前記第１閾値以下であるとき、前記減速区間を拡大する、
    請求項１又は請求項２に記載の作業機械。
  4. 　前記減速区間は、所定の減速度で減速させる第１減速区間と、一定の最低減速率で前記端部位置まで移動させる第２減速区間と、を含み、
    　前記設定部は、前記第１減速区間を変更せずに前記第２減速区間を拡大して、前記減速区間を拡大する、
    請求項３に記載の作業機械。
  5. 　前記閾値は、前記第１閾値よりも小さい第２閾値を含み、
    　前記設定部は、前記停止状態の前記作業機の角度が前記第２閾値以下であるとき、前記最低減速率を大きくする、
    請求項３又は請求項４に記載の作業機械。
  6. 　前記端部位置は、前記作業機が上げ動作したときの上端部位置である、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械。
  7. 　下部走行体と上部旋回体とを含む後方小旋回型油圧ショベルであり、
    　前記上部旋回体の後部のカウンタウェイトは前記上部旋回体の旋回半径に対して所定関係の寸法で規定されている、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械。
  8. 　油圧シリンダにより可動範囲で駆動される作業機の姿勢を検出することと、
    　前記作業機の操作に基づいて前記可動範囲の停止位置において前記作業機が動き出しているか否かを判定することと、
    　前記停止位置において停止状態の前記作業機の姿勢と予め決められている閾値とに基づいて、前記可動範囲の端部位置を含む減速区間及び前記減速区間における前記作業機の減速率を設定することと、
    　前記減速区間及び前記減速率に基づいて前記作業機が前記停止位置から前記端部位置に移動するように前記油圧シリンダに対する作動油の供給量を調整可能な制御弁に指令信号を出力することと、
    を含む作業機械の制御方法。
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