WO2017203845A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2017203845A1
WO2017203845A1 PCT/JP2017/014267 JP2017014267W WO2017203845A1 WO 2017203845 A1 WO2017203845 A1 WO 2017203845A1 JP 2017014267 W JP2017014267 W JP 2017014267W WO 2017203845 A1 WO2017203845 A1 WO 2017203845A1
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WO
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control
mode
boom
bucket
target
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PCT/JP2017/014267
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English (en)
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理優 成川
枝村　学
石川　広二
枝穂 泉
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日立建機株式会社
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Publication date
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    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
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    • E02F9/26—Indicating devices

Definitions

  • the present invention relates to a work machine.
  • work machines such as booms, arms, and buckets (hereinafter also referred to as “front work machines”) are rotatably supported, so that the bucket tip draws a locus on an arc when moved independently. Therefore, for example, in the case of forming a linear finish surface at the bucket tip by pulling the arm, the operator needs to drive the boom, arm and bucket in a complex manner to make the locus of the bucket tip linear, Operators require skilled skills.
  • a function for controlling the actuator drive automatically or semi-automatically by a computer (controller) is applied to excavation work, and the design surface (hereinafter referred to as “target” in excavation operation (arm or bucket operation)).
  • target in excavation operation (arm or bucket operation)
  • a boom cylinder is automatically controlled during an excavation operation by an operator to appropriately add a boom raising operation and limit the bucket tip position on the design surface.
  • filling work when performing an operation of raising soil by raising soil on a flat or depressed terrain (hereinafter sometimes referred to as “filling work”), the upper surface of the completed fill becomes the design surface. For this reason, the bucket tip is often positioned below the design surface during the filling operation, but if the arm pulling operation is performed with the bucket tip positioned below the design surface (that is, within the fill region), A machine control that restricts the position to the design surface is executed, and the boom raising operation may be suddenly performed.
  • a design surface information acquisition unit that acquires design surface data indicating a target shape to be worked by a work machine, a blade edge position calculation unit that calculates the position of the blade edge of the bucket, An operation restricting unit that forcibly raises the boom according to a relative position between the position of the blade edge and the design surface, and performs an operation restriction control for restricting the position of the blade edge above the design surface;
  • the operation restricting unit is described as a work vehicle that performs control so that the operation restricting control is not performed in a state where the cutting edge is separated from the design surface by a predetermined distance or more in the vertical direction.
  • control is performed so that the operation restriction control is not performed in a state where the bucket blade edge (bucket tip) is separated from the target excavation surface (design surface) by a predetermined distance or more in the vertical direction. For this reason, when the distance between the cutting edge and the target excavation surface shifts from a predetermined distance or more to a distance less than the predetermined distance, the operation restriction control (forced boom raising operation) is suddenly executed regardless of the operator's intention (such as this) The operation of the boom is sometimes referred to as “sudden operation” below). As a result, the sudden occurrence of the boom raising operation is very uncomfortable for an operator who does not desire or expects the boom raising operation.
  • an object of the present invention is to provide a work machine that can suppress sudden occurrence of boom raising operation (occurrence of sudden operation) when the work machine tip is below the target excavation surface.
  • the present application includes a plurality of means for solving the above-described problems.
  • a traveling body a revolving body that is turnably mounted on the traveling body, a boom that is attached to the revolving body
  • an articulated working machine including an arm and a bucket
  • an operating device that outputs an operation instruction to the traveling body, the revolving body, the boom, the arm and the bucket according to an operation of an operator, and the operating device
  • area restriction control is performed to forcibly raise the boom so that the position of the tip of the work implement is held on the target excavation surface and in the area above it.
  • a control device that controls the boom when the region restriction control is executed when a tip of the work machine is positioned below the target excavation surface.
  • a target operation determination unit that determines which mode of the first mode and the second mode defined at a slower speed than the first mode as the control mode of the rising speed is selected, and based on the determination result, It is assumed that the boom raising speed during the area restriction control is controlled.
  • the block diagram of a hydraulic excavator The figure which shows the control controller of the hydraulic shovel which concerns on embodiment of this invention with a hydraulic drive device.
  • the hardware block diagram of a control controller The figure which shows the coordinate system in a hydraulic shovel.
  • the block diagram of the control system in this invention Conceptual diagram of excavation work.
  • the control flowchart which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
  • the control flowchart which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • the control flowchart which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.
  • a hydraulic excavator including the bucket 10 is illustrated as an attachment at the tip of the work machine, but the present invention may be applied to a hydraulic excavator including an attachment other than the bucket.
  • an alphabet may be added to the end of the code (number), but the alphabet may be omitted and the plurality of components may be described collectively. is there.
  • the pump 300 when there are three pumps 300a, 300b, and 300c, these may be collectively referred to as the pump 300.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a hydraulic excavator according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a control controller of the hydraulic excavator according to the first embodiment of the present invention together with a hydraulic drive device.
  • a hydraulic excavator 1 includes a front work machine 1A and a vehicle body 1B.
  • the vehicle body 1 ⁇ / b> B includes a lower traveling body 11 and an upper revolving body 12 that is turnably mounted on the lower traveling body 11.
  • the front work machine 1A is configured by connecting a plurality of driven members (boom 8, arm 9, and bucket 10) that rotate in the vertical direction, and the base end of the boom 8 of the front work machine 1A is turned upward. It is supported at the front of the body 12.
  • driven members boom 8, arm 9, and bucket
  • the boom 8, the arm 9, the bucket 10, the upper swing body 12 and the lower travel body 11 are respectively driven by the boom cylinder 5, the arm cylinder 6, the bucket cylinder 7, the swing hydraulic motor 4 and the left and right travel motors 3a and 3b.
  • a drive member is comprised.
  • the operation instructions to these driven members 8, 9, 10, 12, and 11 are as follows: a travel right lever 23a, a travel left lever 23b, an operation right lever 1a, and an operation left lever 1b mounted in the cab on the upper swing body 12. This is output in response to an operation by an operator (sometimes collectively referred to as operation levers 1 and 23).
  • an operating device 47a (see FIG. 2) having a traveling right lever 23a, an operating device 47b (see FIG. 2) having a traveling left lever 23b, operating devices 45a and 46a having an operating right lever 1a, Operation devices 45b and 46b having an operation left lever 1b are installed.
  • the operation devices 45 to 47 are hydraulic pilot systems, and each controls an operation amount (for example, lever stroke) of the operation levers 1 and 23 operated by an operator and a pilot pressure (sometimes referred to as an operation pressure) according to an operation direction.
  • Control signals are supplied to the hydraulic drive units 150a to 155b of the corresponding flow control valves 15a to 15f (see FIG. 2) via the pilot lines 144a to 149b (see FIG. 2), and the flow control valves 15a to 15f are driven. To do.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 passes through the flow control valves 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, and 15f (see FIG. 2) in the control valve unit 20, and the traveling right hydraulic motor 3a, the traveling left hydraulic motor 3b, and the turning It is supplied to the hydraulic motor 4, the boom cylinder 5, the arm cylinder 6, and the bucket cylinder 7.
  • the boom cylinder 5, the arm cylinder 6, and the bucket cylinder 7 are expanded and contracted by the supplied pressure oil, whereby the boom 8, the arm 9, and the bucket 10 are rotated, and the position and posture of the bucket 10 are changed.
  • the turning hydraulic motor 4 is rotated by the supplied pressure oil, whereby the upper turning body 12 is turned with respect to the lower traveling body 11.
  • the traveling right hydraulic motor 3a and the traveling left hydraulic motor 3b are rotated by the supplied pressure oil, so that the lower traveling body 11 travels.
  • the boom angle sensor 30 is used for the boom pin
  • the arm angle sensor 31 is used for the arm pin
  • the bucket is used for the bucket link 13 so that the rotation angles ⁇ , ⁇ , and ⁇ (see FIG. 4) of the boom 8, arm 9, and bucket 10 can be measured.
  • An angle sensor 32 is attached, and a vehicle body inclination angle sensor 33 that detects an inclination angle ⁇ (see FIG. 4) in the front-rear direction of the upper turning body 12 (vehicle body 1B) with respect to a reference plane (for example, a horizontal plane) is attached to the upper turning body 12. It has been.
  • the hydraulic excavator 1 in FIG. 1 includes a hydraulic pump 2, a boom cylinder 5, an arm cylinder 6, a bucket cylinder 7, a swing hydraulic motor 4, driven by pressure oil from the hydraulic pump 2,
  • a plurality of hydraulic actuators including left and right traveling motors 3a, 3b, a traveling right lever 23a, a traveling left lever 23b, an operating right lever 1a, an operating left lever 1b provided corresponding to each of the hydraulic actuators 3-7,
  • the control signal is connected between the hydraulic pump 2 and the plurality of hydraulic actuators 3 to 7, and is output from the operation devices 45a, 45b, 46a, 46b, 47a, 47b according to the operation amount and operation direction of the operation levers 1, 23.
  • the hydraulic excavator of this embodiment is equipped with a control system that assists the operator's excavation operation. Specifically, when there is an operation instruction to the arm 9 or the bucket 10 by the operation devices 45b and 46a, based on the positional relationship between the target excavation surface and the tip of the work machine 1A, the tip of the work machine 1A (the tip of the bucket 10). Is provided with an excavation control system that executes control for forcibly raising the boom 8 so as to be held in the region above and above the target excavation surface (sometimes referred to as “region limitation control”). ing.
  • the excavation control system capable of executing the area restriction control is installed at a position that does not obstruct the operator's view such as above the operation panel in the cab, and a restriction control switch 17 for switching the validity / invalidity of the area restriction control.
  • Pressure sensors 70a and 70b that are provided in pilot lines 144a and 144b of the operating device 45a and detect pilot pressure (control signal) as an operation amount of the operating lever 1a, and pilot lines 145a and 145b of the operating device 45b for the arm 9
  • Pressure sensors 71a and 71b that are provided and detect pilot pressure (control signal) as an operation amount of the operation lever 1b, and an electromagnetic proportional that the primary port side is connected to the pilot pump 48 and the pilot pressure from the pilot pump 48 is reduced and output.
  • Pilot valve of the valve 54a and the operating device 45a for the boom 8 144a is connected to the secondary port side of the proportional solenoid valve 54a, selects the pilot pressure in the pilot line 144a and the high pressure side of the control pressure output from the proportional solenoid valve 54a, and the hydraulic drive unit 150a of the flow control valve 15a.
  • a solenoid valve 54b installed in the pilot line 144b of the operation device 45a for the boom 8 and reducing the pilot pressure in the pilot line 144b in response to an electric signal, and a region limiting control.
  • a control controller (control device) 40 which is an executable computer is provided.
  • the pilot lines 145a and 145b for the arm 9 are pressure sensors 71a and 71b that detect pilot pressure and output the pilot pressure to the controller 40, and electromagnetic waves that reduce and output the pilot pressure based on the control signal from the controller 40.
  • Proportional valves 55a and 55b are provided.
  • the pilot lines 146a and 146b for the bucket 10 are pressure sensors 72a and 72b that detect the pilot pressure and output the pilot pressure to the controller 40, and electromagnetic that reduces and outputs the pilot pressure based on the control signal from the controller 40.
  • Proportional valves 56a and 56b are provided. In FIG. 2, connection lines between the pressure sensors 71 and 72 and the electromagnetic proportional valves 55 and 56 and the controller 40 are omitted for the sake of space.
  • the controller 40 includes target excavation surface shape information and position information, detection signals from the angle sensors 30 to 32 and the inclination angle sensor 33, and detection signals from the pressure sensors 70 to 72, which are stored in the ROM 93 or RAM 94 described later. Entered. Further, the controller 40 outputs an electric signal for correcting a control signal (pilot pressure) for performing excavation control (region restriction control) in which the region is restricted to the electromagnetic proportional valves 54 to 56.
  • FIG. 3 shows the hardware configuration of the controller 40.
  • the controller 40 includes an input unit 91, a central processing unit (CPU) 92 that is a processor, a read-only memory (ROM) 93 and a random access memory (RAM) 94 that are storage devices, and an output unit 95.
  • the input unit 91 inputs signals from the operation devices 45 to 47, signals from the setting device 51 for setting the target excavation surface, and signals from the angle sensors 30 to 32 and the inclination angle sensor 33, and A / D conversion is performed. I do.
  • the ROM 93 is a recording medium in which a control program for executing the flowcharts of FIGS. 8 and 9 to be described later and various information necessary for executing the flowcharts are stored.
  • the CPU 92 is a control program stored in the ROM 93. Then, predetermined calculation processing is performed on the signals taken from the input unit 91 and the memories 93 and 94.
  • the output unit 95 creates a signal for output according to the calculation result in the CPU 92 and outputs the signal to the electromagnetic proportional valves 54 to 56 and the notification device 53 to drive and control the hydraulic actuators 4 to 7. Or images of the vehicle body 1 ⁇ / b> B, the bucket 10, the target excavation surface, and the like are displayed on a display screen of a monitor that is the notification device 53.
  • 3 includes semiconductor memories such as ROM 93 and RAM 94 as storage devices.
  • the control controller 40 may be replaced with any other storage device, and may include a magnetic storage device such as a hard disk drive.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of the controller 40 according to the embodiment of the present invention.
  • the controller 40 includes a work implement attitude calculation unit 41, a target excavation surface calculation unit 42, a target operation calculation unit 43, an electromagnetic proportional valve control unit 44, and a target operation determination unit 49.
  • a work machine attitude detection device 50, a target excavation surface setting device 51, an operator operation detection device 52, a notification device 53, and electromagnetic proportional valves 54 to 56 are connected to the controller 40, respectively.
  • the work machine attitude detection device 50 includes a boom angle sensor 30, an arm angle sensor 31, a bucket angle sensor 32, and a vehicle body tilt angle sensor 33.
  • the target excavation surface setting device 51 is an interface capable of inputting information related to the target excavation surface (including position information of the target excavation surface). Input to the target excavation surface setting device 51 may be performed manually by an operator or may be input from the outside via a network or the like. Further, a satellite communication antenna may be connected to the target excavation surface setting device 51, and the global coordinates of the excavator may be calculated.
  • the operator operation detection device 52 includes pressure sensors 70 a, 70 b, 71 a, 71 b, 72 a, 72 b that acquire operation pressure generated by the operation of the operation lever 1 by the operator.
  • the notification device 53 is a display (display device) that displays the positional relationship between the target excavation surface and the work implement 1A to the operator, or at least a speaker that communicates the positional relationship between the target excavation surface and the work implement 1A by sound (including sound). Consists of one.
  • the electromagnetic proportional valves 54 to 56 are provided in the pilot pressure (operating pressure) hydraulic line described with reference to FIG. 2, and the operating pressure generated by the operator's lever operation can be increased or decreased downstream. It is also possible to generate an operation pressure without the operator's lever operation.
  • Fig. 6 shows an example of horizontal excavation operation by machine control, which is a function for automatically or semi-automatically controlling the work machine 1A and shaping the target excavation surface.
  • the boom is appropriately adjusted so that the tip (toe) of the bucket 10 does not enter below the target excavation surface 60.
  • the raising command is output, and the electromagnetic proportional valve 54a is controlled so that the raising operation of the boom 8 is automatically performed.
  • the electromagnetic proportional valve 55 is controlled to perform the pulling operation of the arm 9 so as to realize the excavation speed or excavation accuracy required by the operator. At this time, in order to improve excavation accuracy, the speed of the arm 9 may be reduced as necessary by the electromagnetic proportional valve 55.
  • the electromagnetic proportional valve 56 is controlled so that the bucket 10 is automatically rotated in the direction of the arrow C (dump direction) so that the angle B with respect to the target excavation surface 60 on the back of the bucket 10 becomes a constant value and the leveling work becomes easy. You may make it move.
  • the function of operating the working machines such as the boom 8, the arm 9, the bucket 10, and the upper swing body 12 by automatically or semi-automatically controlling the actuator with respect to the operation amount of the operation lever 1 by the operator is called machine control.
  • the area restriction control is one of machine controls.
  • the work machine attitude calculation unit 41 calculates the attitude of the work machine 1A based on information from the work machine attitude detection device 50.
  • the posture of the work machine 1A can be defined based on the excavator reference coordinates in FIG.
  • the excavator reference coordinates in FIG. 4 are coordinates set on the upper swing body 12, and the base of the boom 8 that is rotatably supported by the upper swing body 12 is the origin, and the vertical direction of the upper swing body 12 is The Z axis and the X axis were set in the horizontal direction.
  • the inclination angle of the boom 8 with respect to the X-axis is the boom angle ⁇
  • the inclination angle of the arm 9 with respect to the boom is the arm angle ⁇
  • the inclination angle of the bucket toe relative to the arm is the bucket angle ⁇ .
  • the inclination angle of the vehicle body 1B (upper turning body 12) with respect to the horizontal plane (reference plane) is defined as an inclination angle ⁇ .
  • the boom angle ⁇ is detected by the boom angle sensor 30, the arm angle ⁇ is detected by the arm angle sensor 31, the bucket angle ⁇ is detected by the bucket angle sensor 32, and the tilt angle ⁇ is detected by the vehicle body tilt angle sensor 33.
  • the boom angle ⁇ becomes maximum when the boom 8 is raised to the maximum (maximum) (when the boom cylinder 5 is at the stroke end in the upward direction, that is, when the boom cylinder length is the longest), and the boom 8 is reduced to the minimum (minimum).
  • it When it is lowered (when the boom cylinder 5 is at the stroke end in the lowering direction, that is, when the boom cylinder length is the shortest), it becomes the minimum.
  • the arm angle ⁇ is minimum when the arm cylinder length is the shortest, and is maximum when the arm cylinder length is the longest.
  • the bucket angle ⁇ is minimum when the bucket cylinder length is shortest (in the case of FIG. 4), and is maximum when the bucket cylinder length is longest.
  • the target excavation surface calculation unit 42 calculates the target excavation surface 60 based on information from the target excavation surface setting device 51. Based on information from the work implement attitude calculation unit 41, the target excavation surface calculation unit 42, the target operation determination unit 49, and the operator operation detection device 52, the target motion calculation unit 43 The target operation of work implement 1A is calculated so that 10 moves.
  • the electromagnetic proportional valve control unit 44 calculates commands to the electromagnetic proportional valves 54 to 56 based on the command from the target operation calculating unit 43.
  • the electromagnetic proportional valves 54 to 56 are controlled based on a command from the electromagnetic proportional valve control unit 44. Further, the notification device 53 notifies the operator of various information related to machine control based on information from the target motion calculation unit 43.
  • the command output from the target operation calculation unit 43 to the electromagnetic proportional valve control unit 44 includes a boom raising command.
  • the boom raising command is an electromagnetic proportional valve control when the boom 8 is forcibly raised so that the position of the tip of the bucket 10 is held on the target excavation surface 60 and in the region above the target excavation surface 60 when the region restriction control is executed. This is a command output to the unit 44.
  • the electromagnetic proportional valve control unit 44 When the boom raising command is input, the electromagnetic proportional valve control unit 44 outputs a valve opening command (command current) to the electromagnetic proportional valve 54a, and the pressure oil (hereinafter referred to as secondary pressure) generated in the electromagnetic proportional valve 54a.
  • the control valve 15a is driven by being supplied to the hydraulic drive unit 150a.
  • the raising speed (boom raising speed) of the boom 8 at that time can be controlled by the value of the secondary pressure of the electromagnetic proportional valve 54a, that is, by a command from the electromagnetic proportional valve control unit 44 to the electromagnetic proportional valve 54a.
  • the target motion determination unit 49 uses the first mode (normal boom raising control) as the control mode for the raising speed of the boom 8 when the region restriction control is executed, It is determined which mode of the second mode (deceleration boom raising / lowering operation control) defined at a speed slower than the first mode is preferably selected, and the determination result is output to the target operation calculation unit 43.
  • the target motion calculation unit 43 outputs a command calculated based on the determination result to the electromagnetic proportional valve control unit 44.
  • the electromagnetic proportional valve control unit 44 outputs a command to the electromagnetic proportional valve 54a based on this command, and finally the boom ascending speed is controlled in the control mode selected by the target operation determining unit 49.
  • the target motion determination unit 49 performs the above determination based on the amount of intrusion below the tip of the work machine 1A (the tip of the bucket 10) with respect to the target excavation surface 60, and the amount of intrusion is greater than or equal to a predetermined value.
  • the second mode deceleration boom raising / lowering operation control
  • the first mode normal boom raising control
  • FIG. 7 shows a control flowchart by the target operation determination unit 49 of the present embodiment.
  • the target motion determination unit 49 determines the position of the tip of the bucket 10 in the excavator reference coordinates input from the work implement attitude calculation unit 41 and the target excavation surface (in the excavator reference coordinates input from the target excavation surface calculation unit 42 ( The distance between the target excavation surface 60 and the tip of the bucket 10 is calculated based on the position of 60 (abbreviated as “target surface” in FIG. 7).
  • the distance when the tip of the bucket 10 is located below the target excavation surface 60 is defined as the penetration amount D of the work machine 1A with respect to the target excavation surface 60, here the penetration amount D of the tip of the bucket 10. If the intrusion amount D is greater than or equal to a predetermined value D1 (for example, 300 mm), the process proceeds to step 101.
  • a predetermined value D1 for example, 300 mm
  • step 101 it is determined based on the output from the operator operation detection device 52 whether or not there is an operation instruction from the operator to the arm 9 or the bucket 10 by the operation devices 45b and 46a, that is, an operation input to the operation levers 1b and 1a. To do. If it is determined in step 101 that there is an operation input to the arm 9 or the bucket 10, deceleration boom raising / lowering operation control is selected as a control mode in step 104. As a result, the target motion determination unit 49 outputs a second mode control mode command to the target motion calculation unit 43, and the boom raising speed during boom raising control is controlled in the second mode by the electromagnetic proportional valve 54a.
  • the normal boom raising control (first mode) and the deceleration boom raising / lowering operation control (second mode) will be described.
  • a boom raising command is output from the target motion calculation unit 43, and the boom raising operation is controlled so that the bucket tip does not enter the target excavation surface 60 based on the command.
  • the boom raising speed control mode at this time is referred to as normal boom raising control (first mode).
  • the slowing-down boom raising / lowering control (second mode) is not intended to prevent the bucket tip from entering the target excavation surface 60, but is a control mode that is selected to reduce an uncomfortable feeling to the operator.
  • the boom raising speed at that time is always set smaller than the speed during normal boom raising control under the same conditions.
  • a value obtained by multiplying the speed in the first mode by a predetermined ratio (for example, 20%) can be set as the speed in the second mode. It is also possible to keep the speed in the second mode at a predetermined value so that the speed in the second mode is always controlled to be equal to or lower than the speed in the first mode.
  • the predetermined value in this case the minimum value of the boom raising speed, that is, the boom raising speed when the minimum pilot pressure capable of moving the control valve 15a from the neutral position is acting on the hydraulic drive unit 150a can be selected.
  • the boom speed control based on the slow boom raising / lowering operation control can be continuously performed until the bucket tip is positioned above the target excavation surface 60. That is, in this case, once deceleration boom raising / lowering operation control is selected, even if the amount of penetration of the bucket tip into the target excavation surface 60 is less than a predetermined value, the deceleration boom raising / lowering operation control is performed while the bucket is entering. Will be selected. This can be applied to other embodiments.
  • step 104 If the deceleration boom raising / lowering operation control is selected in step 104, a command is issued to the notification device 53 to notify the operator that the deceleration boom raising / lowering operation control is selected in step 105. At this time, if the operator switches the restriction control switch 17 to the invalid position of the area restriction control, the selection of the deceleration boom raising / lowering operation control and the execution of the area restriction control are stopped.
  • step 101 if it is determined in step 101 that there is no operation input of the arm 9 or the bucket 10, the boom raising control is not executed (step 107).
  • step 100 If it is determined in step 100 that the amount of penetration of the bucket tip with respect to the target excavation surface is equal to or less than a predetermined value, the process proceeds to step 102. After step 102, normal area restriction control is executed. First, in step 102, when it is determined that there is an operation of the arm 9 or the bucket 10 based on the output from the operator operation detection device 52, the process proceeds to step 103.
  • step 103 the target motion determination unit 49 determines whether or not a boom raising command is output from the target motion calculation unit 43 based on an input signal from the target motion calculation unit 43. If a boom raising command is output in step 103, normal boom raising control is selected in step 106, and boom raising is executed. That is, the target motion determination unit 49 outputs a first mode control mode command to the target motion calculation unit 43, and the boom raising speed during boom raising control is controlled in the first mode by the electromagnetic proportional valve 54a.
  • step 103 If it is determined in step 103 that the boom raising command speed is not output, or if it is determined in step 102 that there is no operation input of the arm 9 or the bucket 10, the boom raising control is not executed.
  • FIG. 8 shows the positional relationship between the hydraulic excavator and the target excavation surface 60.
  • the excavator can travel on the ground 600 in the current terrain.
  • the target excavation surface 60 is indicated by a broken line, and this indicates a surface to be finally formed by performing a banking operation.
  • FIG. 5706050 when the hydraulic excavator is configured not to execute the area restriction control when the intrusion amount D is equal to or larger than a predetermined value (here, the same D1 as in the present embodiment), FIG. Even if the operator operates the arm 9 in the state of the right hydraulic excavator, the boom raising control is not executed while the intrusion amount D is in the range of D1 or more. Therefore, the operator may forget that the area restriction control is executed when the intrusion amount D is less than D1, or misunderstand that the area restriction control does not function at all regardless of the intrusion amount D. Get higher.
  • a predetermined value here, the same D1 as in the present embodiment
  • the boom raising control is executed at a low speed defined in the second mode.
  • the boom raising speed at this time is lower than the normal case (that is, when the intrusion amount D is less than D1), it is possible to suppress the operator from being shaken by the sudden boom raising operation by the machine control.
  • the operator can recognize that the area restriction control is functioning by the boom raising operation, the above-mentioned forgottenness and misunderstanding do not occur.
  • the area restriction control is unnecessary, the operator voluntarily interrupts the area restriction control with the restriction control switch 17, and therefore, execution of machine control different from the operator's intention can be prevented. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress the sudden occurrence of the boom raising operation when the work implement tip is below the target excavation surface, and thus it is possible to suppress the uncomfortable feeling given to the operator.
  • the operator when the second mode is selected, the operator is notified via the notification device.
  • the operator's recognition of the area restriction control can be further promoted, so that the forgottenness and misunderstanding can be further suppressed.
  • the boom speed control based on the deceleration boom raising / lowering operation control (second mode) is continuously performed until the bucket tip is positioned above the target excavation surface 60.
  • the penetration amount D with respect to the target excavation surface 60 is equal to or less than the predetermined value D1
  • boom raising control based on the deceleration boom raising / lowering operation control is performed until the bucket tip comes above the target excavation surface 60. . Therefore, since the speed of the automatic boom raising does not change suddenly until the bucket tip reaches the target excavation surface 60, the uncomfortable feeling given to the operator can be reduced.
  • the “determination” in the target motion determination unit 49 is different from that in the first embodiment, and the control mode of the boom raising speed during the boom raising control is set by considering the reason for entering the target excavation surface. It is configured to change.
  • the boom depends on the reason for intrusion into the target excavation surface, such as intrusion due to running or turning, intrusion due to the shovel being in a forward tilted posture, or intrusion due to other unexpected reasons (for example, intrusion due to deterioration of control accuracy during excavation)
  • the rising speed control mode is changed.
  • the target motion determination unit 49 instructs the lower traveling body 11 or the upper swinging body 12 by the operation devices 46b, 47a, 47b (operation levers 1b, 23a, 23b), the target excavation surface 60, and the work. Based on the positional relationship of the tip of the machine 1A, it is determined whether it is preferable to select the first mode or the second mode to control the boom speed during boom raising control. And when the front-end
  • FIG. 9 is a control flowchart in the target operation determination unit 49 of the present embodiment. In addition, this flowchart shall be implemented for every control period.
  • step 200 it is determined whether or not the bucket tip has entered the target excavation surface 60 in the control cycle one cycle before. If it is determined that the bucket tip does not enter the target excavation surface 60, it is assumed that the current bucket tip is located above the target excavation surface 60 and the process proceeds to step 201.
  • step 201 it is determined whether there is a traveling operation or a turning operation via the operation lever 1b or the operation levers 23a and 23b. If it is determined that there is a traveling operation or a turning operation, the process proceeds to step 202.
  • step 202 the target motion determination unit 49 performs the target excavation based on the position of the tip of the bucket 10 input from the work implement attitude calculation unit 41 and the position of the target excavation surface 60 input from the target excavation surface calculation unit 42. It is determined whether or not the bucket tip has entered the surface 60. If it is determined in step 202 that there is an intrusion into the target excavation surface 60, it is determined that the cause of the intrusion is a traveling or turning operation, and the process proceeds to step 203.
  • step 203 it is determined whether or not there is an operation input to the arm 9 or the bucket 10 by the operation levers 1b and 1a.
  • the deceleration boom raising / lowering operation control (second mode) is selected as a boom raising speed control mode in step 209.
  • Step 210 a command is issued to the notification device 53 so as to notify the operator that the deceleration boom raising / lowering operation control has been selected because of turning or traveling.
  • the deceleration boom raising / lowering operation control may be executed until the work implement 1A comes out above the target excavation surface 60.
  • step 201 If it is determined in step 201 that there is no traveling operation or turning operation, the process proceeds to step 204.
  • step 204 it is determined based on the output from the vehicle body tilt angle sensor 33 whether or not the vehicle body tilt angle ⁇ is larger than the predetermined angle ⁇ 1 in the forward tilt direction. If it is determined in step 204 that the angle is larger than the predetermined angle ⁇ 1, the process proceeds to step 215.
  • step 215 the target motion determination unit 49 performs the target excavation based on the position of the tip of the bucket 10 input from the work implement attitude calculation unit 41 and the position of the target excavation surface 60 input from the target excavation surface calculation unit 42. It is determined whether or not the bucket tip has entered the surface 60. If it is determined in step 215 that there is an intrusion into the target excavation surface 60, it is determined that the cause of the intrusion is due to the forward leaning posture of the vehicle body, and the process proceeds to step 205.
  • step 205 it is determined whether or not there is an operation input of the arm 9 or the bucket 10. If it is determined in step 205 that there is an operation input of the arm 9 or the bucket 10, the process proceeds to step 206.
  • step 206 as in step 103 of FIG. 7, it is determined whether or not a boom raising command is output.
  • step 212 it is determined that the boom raising control is not executed because the vehicle body inclination angle ⁇ is large (that is, the boom raising command in step 206 is canceled).
  • the notification device 53 is instructed to notify that the boom raising control is not performed.
  • Step 200 When it is determined that there is an intrusion in Step 200, when it is determined that there is no intrusion with respect to the target excavation surface 60 in Steps 202 and 215, and when the vehicle body inclination angle ⁇ is determined to be equal to or less than the predetermined angle ⁇ 1 in Step 204 Then, go to step 207.
  • the case of proceeding to Step 207 includes a case where the vehicle enters for some reason during excavation work (for example, deterioration in control accuracy during excavation), instead of entering due to traveling, turning, or a forward leaning posture.
  • step 207 and 208 if there is an arm 9 or bucket 10 operation and a boom raising command is output at that time, normal boom raising control (first mode) is selected in step 213. If it is determined in step 203, 205, 207 that there is no arm or bucket operation, and if a boom raising command is not output in steps 206, 208, boom raising control is not executed in step 211. To do.
  • the vehicle body inclination angle ⁇ is larger than the predetermined angle ⁇ 1 in the forward inclination direction even when the vehicle enters the target excavation surface 60 without an operation instruction to the lower traveling body 11 or the upper swing body 12.
  • the vehicle body inclination is regarded as an intrusion cause, and the boom raising control (region restriction control) is interrupted. As a result, the boom raising control can be avoided when the excavator is in an unstable posture, and stable work can be continued.
  • the bucket tip since it is configured to execute step 207 when NO is obtained in steps 201 and 204, the bucket tip is subjected to the target excavation for a reason other than the above (running, turning, or vehicle body tilt). Even when the vehicle enters the surface 60, the boom speed is controlled in the first mode. As a result, when the bucket tip enters below the target excavation surface 60 due to some cause (for example, deterioration of control accuracy of the bucket tip) during excavation work, the bucket tip can be quickly returned to the target excavation surface 60. It is possible to prevent the work efficiency of excavation work from decreasing.
  • FIG. 10 is a flowchart in the target operation determination unit 49 of the third embodiment.
  • the target motion determination unit 49 makes a determination in step 204 based on the vehicle body inclination angle ⁇ of the shovel.
  • the intrusion amount D is equal to or greater than the predetermined value D1 (step 104 2) select the second mode.
  • the region restriction control is interrupted.
  • the intrusion amount D is less than the predetermined value D1 and the vehicle body inclination angle ⁇ is less than the predetermined angle ⁇ 1 (when passing through step 105)
  • the first mode is selected.
  • the boom raising speed VB in the first mode is defined by a straight line
  • the speed VB in the second mode is defined by a curve.
  • the first mode and the second mode are smoothly connected with a predetermined value D1, and it is assumed that the mode is switched before and after the predetermined value D1 when the intrusion amount D changes from a state of D1 or more to a state of less than D1.
  • the first mode may be defined by a curve
  • the second mode may be defined by a straight line.
  • the speed VB in the second mode is defined as a constant value regardless of the intrusion amount D.
  • the intrusion amount D changes from a state of D1 or more to a state of less than D1, even if the intrusion amount D reaches a predetermined value D1, the mode is not switched and the second mode is changed until the intrusion amount D becomes zero.
  • maintains when performing boom speed control based on 2nd mode until the bucket front-end
  • the intrusion amount D and the boom raising speed VB are associated with each other, but the boom raising speed VB in each mode can be independent of the intrusion amount.
  • any pattern can be applied as long as the speed of the second mode is equal to or lower than the speed of the first mode with the same penetration amount.
  • the penetration amount of the bucket tip was given as an example about the penetration
  • an arbitrary point on the bucket, such as the back of the bucket, instead of the bucket tip, may be the control target.
  • the angle sensor is used to detect the angle of the boom, arm, and bucket for posture information.
  • the shovel of the shovel is detected by a stroke sensor that detects the stroke length of the boom cylinder, arm cylinder, and bucket cylinder. Attitude information may be calculated.
  • steps 101, 102, 103, 203, 205, 206, 207, and 208 can be omitted.
  • the bucket tip and the target excavation surface were set in the two-dimensional coordinate system (excavator coordinate system) set for the hydraulic excavator, and various controls were performed. Instead, the three-dimensional coordinate system (the world) set on the ground (earth) The bucket tip and the target excavation surface may be set in the coordinate system.
  • step 101 if it is determined as YES in step 101, the same determination as that in step 103 (determination of presence / absence of a boom raising command) is additionally performed, and if the determination is YES, the process proceeds to step 104. If the determination is NO, the process may proceed to step 107.
  • Step 202 when it is determined NO in Step 202 (when there is no traveling operation / turning operation), the process may proceed to Step 207 instead of Step 204. That is, steps 204, 205, 206, and 212 can be omitted.
  • the determination in step 202 is whether or not there is a traveling or turning operation, but this may be only traveling.
  • machine control including turning when attempting to enter the target excavation surface by turning, control intervention may be performed on the turning.
  • the determination condition in step 204 is that the vehicle body inclination angle ⁇ is not less than the predetermined angle ⁇ 1 in the forward inclination direction (pitch angle), but this need not be limited to the forward inclination direction.
  • the determination condition may be in accordance with the backward tilt direction or the left / right tilt (roll angle).
  • Various patterns can be used to determine whether or not the target excavation surface has entered due to running or turning. For example, instead of the above example, the positional relationship between the bucket tip and the target surface during traveling operation or turning operation is monitored, and if it can be confirmed that the bucket tip has moved downward from above the target excavation surface, The processing 203 may be executed.
  • the system is configured so that the boom raising control is performed in the second mode. It may be configured.

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Abstract

操作装置（４５ｂ，４６ａ）によるアーム（９）又はバケット（１０）への動作指示がある場合、バケットの先端の位置が目標掘削面上及びその上方の領域内に保持されるようにブーム（８）を強制的に上昇させる領域制限制御を実行する制御コントローラ（４０）とを油圧ショベルに備える。制御コントローラは、バケットの先端が目標掘削面の下方に位置する場合、領域制限制御の実行時のブームの上昇速度の制御モードとして第１モード及び当該第１モードより遅い速度で規定された第２モードのいずれのモードを選択するかを判定し、その判定の結果を基にブームの上昇速度を制御する。

Description

作業機械
　本発明は作業機械に関する。
　油圧ショベルにおいて、ブーム、アーム、バケットといった作業機（以下では「フロント作業機」とも称する）はそれぞれ回動可能に支持されているため、単独で動かしたときバケット先端は円弧上の軌跡を描く。そのため、例えばアームを引く動作によってバケット先端で直線状の仕上げ面を形成する場合においては、オペレータはブーム、アーム、バケットを複合的に駆動させバケット先端の軌跡を直線状にする必要があるため、オペレータには熟練した技術が要求される。
　そこで、コンピュータ（コントローラ）により自動または半自動でアクチュエータの駆動を制御する機能（マシンコントロールと呼称する）を掘削作業に適用し、掘削動作時（アーム又はバケット動作時）に設計面（以下では「目標掘削面」とも称する。）に沿ってバケットの先端を移動させる技術がある。この種の技術としては、オペレータ操作による掘削動作中に自動的にブームシリンダを制御してブーム上げ動作を適宜加え、バケット先端位置を設計面上に制限するものが知られている。
　しかし、例えば平地あるいは窪んだ地形に対して土を盛って地面を高くする作業（以下では「盛土作業」と称することがある）を実施する場合、完成後の盛土上面が設計面となる。そのため、盛り土作業中はバケット先端が設計面の下方に位置することが少なくないが、バケット先端が設計面の下方（すなわち盛土領域内）に位置する状態でアーム引き動作が行われると、バケット先端位置を設計面上に制限するマシンコントロールが実行されてブーム上げ動作が突然行われる可能性がある。
　そこで、例えば特許文献１には、作業機による作業対象の目標形状を示す設計面のデータを取得する設計面情報取得部と、バケットの刃先の位置を演算する刃先位置演算部と、前記バケットの刃先の位置と前記設計面との相対位置に応じて、ブームを強制的に上昇させ、前記刃先の位置を前記設計面の上方に制限する動作制限制御を実行する動作制限部とを備え、前記動作制限部は、前記刃先が前記設計面から鉛直方向下方に所定距離以上離れた状態では、前記動作制限制御を実行しないように制御する作業車両、が記載されている。
特許第５７０６０５０号公報
　特許文献１に記載の作業車両では、バケット刃先（バケット先端）が目標掘削面（設計面）から鉛直方向下方に所定距離以上離れた状態で動作制限制御を実行しないように制御している。そのため、刃先と目標掘削面の距離が所定距離以上の状態から所定距離未満に移行した場合にオペレータの意思と無関係に動作制限制御（強制的なブーム上げ動作）が急に実行される（このようなブームの動作を以下では「急動作」と称することがある）。その結果、ブーム上げ動作を望まない又は予期しないオペレータにとってブーム上げ動作の突然の発生は大きな違和感となる。また、所定距離の近傍にバケット刃先が存在する場合には、動作制限制御によるブーム上げ動作が実行されたり、されなかったりというように、オペレータの意思と無関係に制御のＯＮ／ＯＦＦの切替えが頻繁に発生する可能性がある。そのため、オペレータの違和感が増すことが懸念される。
　そこで本発明の目的は、目標掘削面の下方に作業機先端がある場合に、ブーム上げ動作の突然の発生（急動作の発生）を抑制可能な作業機械を提供することにある。
　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、走行体と、前記走行体上に旋回可能に取り付けられた旋回体と、前記旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム及びバケットを含む多関節型の作業機と、前記走行体、前記旋回体、前記ブーム、前記アーム及び前記バケットへの動作指示をオペレータの操作に応じて出力する操作装置と、前記操作装置による前記アーム又は前記バケットへの動作指示がある場合、前記作業機の先端の位置が目標掘削面上及びその上方の領域内に保持されるように前記ブームを強制的に上昇させる領域制限制御を実行する制御装置とを備える作業機械において、前記制御装置は、前記作業機の先端が前記目標掘削面の下方に位置する場合、前記領域制限制御の実行時の前記ブームの上昇速度の制御モードとして第１モード及び当該第１モードより遅い速度で規定された第２モードのいずれのモードを選択するかを判定する目標動作判断部を備え、前記判定の結果を基に前記領域制限制御時の前記ブームの上昇速度を制御するものとする。
　本発明によれば、目標掘削面の下方に作業機先端がある場合にブーム上げ動作の突然の発生を抑制できるので、オペレータに与える違和感を抑制できる。
油圧ショベルの構成図。 本発明の実施形態に係る油圧ショベルの制御コントローラを油圧駆動装置と共に示す図。 制御コントローラのハードウェア構成図。 油圧ショベルにおける座標系を示す図。 本発明における制御システムの構成図。 掘削作業の概念図。 本発明の第１の実施形態に係る制御フローチャート。 油圧ショベルと目標掘削面の関係を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る制御フローチャート。 本発明の第３の実施形態に係る制御フローチャート。 ブーム上昇速度の制御モードの一例の図。 ブーム上昇速度の制御モードの他の一例の図。
　以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下では、作業機の先端のアタッチメントとしてバケット１０を備える油圧ショベルを例示するが、バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルで本発明を適用しても構わない。また、以下の説明では、同一の構成要素が複数存在する場合、符号（数字）の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば、３つのポンプ３００ａ、３００ｂ、３００ｃが存在するとき、これらをまとめてポンプ３００と表記することがある。
　＜第１実施形態＞
　図１は本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの構成図であり、図２は本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの制御コントローラを油圧駆動装置と共に示す図である。図１において、油圧ショベル１は、フロント作業機１Ａと車体１Ｂで構成されている。車体１Ｂは、下部走行体１１と、下部走行体１１の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体１２とからなる。フロント作業機１Ａは、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム８、アーム９及びバケット１０）を連結して構成されており、フロント作業機１Ａのブーム８の基端は上部旋回体１２の前部に支持されている。
　ブーム８、アーム９、バケット１０、上部旋回体１２及び下部走行体１１はそれぞれブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４及び左右の走行モータ３ａ、３ｂによりそれぞれ駆動される被駆動部材を構成する。これら被駆動部材８，９，１０，１２，１１への動作指示は、上部旋回体１２上の運転室内に搭載された走行右レバー２３ａ、走行左レバー２３ｂ、操作右レバー１ａおよび操作左レバー１ｂ（これらを操作レバー１、２３と総称することがある）のオペレータによる操作に応じて出力される。
　運転室内には、走行右レバー２３ａを有する操作装置４７ａ（図２参照）と、走行左レバー２３ｂを有する操作装置４７ｂ（図２参照）と、操作右レバー１ａを有する操作装置４５ａ、４６ａと、操作左レバー１ｂを有する操作装置４５ｂ、４６ｂが設置されている。操作装置４５～４７は油圧パイロット方式であり、それぞれオペレータにより操作される操作レバー１、２３の操作量（例えば、レバーストローク）と操作方向に応じたパイロット圧（操作圧と称することがある）を制御信号として、パイロットライン１４４ａ～１４９ｂ（図２参照）を介して対応する流量制御弁１５ａ～１５ｆ（図２参照）の油圧駆動部１５０ａ～１５５ｂに供給し、これら流量制御弁１５ａ～１５ｆを駆動する。
　油圧ポンプ２から吐出した圧油がコントロールバルブユニット２０内の流量制御弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ（図２参照）を介して走行右油圧モータ３ａ、走行左油圧モータ３ｂ、旋回油圧モータ４、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７に供給される。供給された圧油によってブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７が伸縮することで、ブーム８、アーム９、バケット１０がそれぞれ回動し、バケット１０の位置及び姿勢が変化する。また、供給された圧油によって旋回油圧モータ４が回転することで、下部走行体１１に対して上部旋回体１２が旋回する。さらに、供給された圧油によって走行右油圧モータ３ａ、走行左油圧モータ３ｂが回転することで、下部走行体１１が走行する。
　一方、ブーム８、アーム９、バケット１０の回動角度α、β、γ（図４参照）を測定可能なように、ブームピンにブーム角度センサ３０、アームピンにアーム角度センサ３１、バケットリンク１３にバケット角度センサ３２が取付けられ、上部旋回体１２には基準面（例えば水平面）に対する上部旋回体１２（車体１Ｂ）の前後方向の傾斜角θ（図４参照）を検出する車体傾斜角センサ３３が取付けられている。
　図１の油圧ショベル１は、図２に示されるように、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２からの圧油により駆動されるブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４及び左右の走行モータ３ａ、３ｂを含む複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータ３～７のそれぞれに対応して設けられた走行右レバー２３ａ、走行左レバー２３ｂ、操作右レバー１ａ、操作左レバー１ｂと、油圧ポンプ２と複数の油圧アクチュエータ３～７間に接続され、操作レバー１、２３の操作量及び操作方向に応じて操作装置４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂから出力される制御信号によって制御され、油圧アクチュエータ４～７に供給される圧油の流量及び方向を制御する複数の流量制御弁１５ａ～１５ｆと、油圧ポンプ２と流量制御弁１５ａ～１５ｆの間の圧力が設定値以上になった場合に開くリリーフ弁１６とを有している。これらは油圧ショベル１の被駆動部材を駆動する油圧駆動装置を構成している。
　本実施例の油圧ショベルには、オペレータの掘削操作を補助する制御システムが備えられている。具体的には、操作装置４５ｂ，４６ａによるアーム９又はバケット１０への動作指示がある場合、目標掘削面と作業機１Ａの先端の位置関係を基に、作業機１Ａの先端（バケット１０の爪先）の位置が目標掘削面上及びその上方の領域内に保持されるようにブーム８を強制的に上昇させる制御（「領域制限制御」と称することがある）を実行する掘削制御システムが備えられている。この領域制限制御の実行が可能な掘削制御システムは、運転室内の操作パネルの上方などオペレータの視界を遮らない位置に設置され領域制限制御の有効無効を切り替える制限制御スイッチ１７と、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ａ、１４４ｂに設けられ、操作レバー１ａの操作量としてパイロット圧（制御信号）を検出する圧力センサ７０ａ、７０ｂと、アーム９用の操作装置４５ｂのパイロットライン１４５ａ、１４５ｂに設けられ、操作レバー１ｂの操作量としてパイロット圧（制御信号）を検出する圧力センサ７１ａ、７１ｂと、一次ポート側がパイロットポンプ４８に接続されパイロットポンプ４８からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５４ａと、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ａと電磁比例弁５４ａの二次ポート側に接続され、パイロットライン１４４ａ内のパイロット圧と電磁比例弁５４ａから出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁１５ａの油圧駆動部１５０ａに導くシャトル弁８２と、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ｂに設置され、電気信号に応じてパイロットライン１４４ｂ内のパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５４ｂと、領域制限制御が実行可能なコンピュータである制御コントローラ（制御装置）４０を備えている。
　アーム９用のパイロットライン１４５ａ、１４５ｂには、パイロット圧を検出して制御コントローラ４０に出力する圧力センサ７１ａ、７１ｂと、制御コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧を低減して出力する電磁比例弁５５ａ、５５ｂが設けられている。バケット１０用のパイロットライン１４６ａ、１４６ｂには、パイロット圧を検出して制御コントローラ４０に出力する圧力センサ７２ａ、７２ｂと、制御コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧を低減して出力する電磁比例弁５６ａ、５６ｂが設けられている。なお、図２では、圧力センサ７１、７２及び電磁比例弁５５、５６と制御コントローラ４０との接続線は紙面の都合上省略している。
　制御コントローラ４０には、後述のＲＯＭ９３又はＲＡＭ９４に記憶された目標掘削面の形状情報と位置情報、角度センサ３０～３２と傾斜角センサ３３の検出信号、および圧力センサ７０～７２の検出信号、が入力される。また制御コントローラ４０は領域を制限した掘削制御（領域制限制御）を行うための制御信号（パイロット圧）の補正を行う電気信号を電磁比例弁５４～５６に出力する。
　図３に、制御コントローラ４０のハードウェア構成を示す。制御コントローラ４０は、入力部９１と、プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）９２と、記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と、出力部９５とを有している。入力部９１は、操作装置４５～４７からの信号、目標掘削面を設定するための設定装置５１からの信号、角度センサ３０～３２及び傾斜角センサ３３からの信号を入力し、Ａ／Ｄ変換を行う。ＲＯＭ９３は、後述する図８、図９のフローチャートを実行するための制御プログラムと、当該フローチャートの実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり、ＣＰＵ９２は、ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムに従って入力部９１及びメモリ９３、９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力部９５は、ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を電磁比例弁５４～５６や報知装置５３に出力することで、油圧アクチュエータ４～７を駆動・制御したり、車体１Ｂ、バケット１０及び目標掘削面等の画像を報知装置５３であるモニタの表示画面上に表示させたりする。なお、図３の制御コントローラ４０は、記憶装置としてＲＯＭ９３及びＲＡＭ９４という半導体メモリを備えているが、記憶装置であれば特に代替可能であり、例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えても良い。
　図５は、本発明の実施形態に係る制御コントローラ４０の機能ブロック図である。制御コントローラ４０は、作業機姿勢演算部４１と、目標掘削面演算部４２と、目標動作演算部４３と、電磁比例弁制御部４４と、目標動作判断部４９とを備えている。また、制御コントローラ４０には、作業機姿勢検出装置５０、目標掘削面設定装置５１、オペレータ操作検出装置５２、報知装置５３、電磁比例弁５４～５６、がそれぞれ接続されている。
　作業機姿勢検出装置５０は、ブーム角度センサ３０、アーム角度センサ３１、バケット角度センサ３２、車体傾斜角センサ３３、から構成される。目標掘削面設定装置５１は、目標掘削面に関する情報（目標掘削面の位置情報も含む）を入力可能なインターフェースである。目標掘削面設定装置５１への入力は、オペレータが手動で行っても、ネットワーク等を介して外部から取り込んでも良い。また、目標掘削面設定装置５１には、衛星通信アンテナが接続され、ショベルのグローバル座標を演算しても良い。オペレータ操作検出装置５２は、オペレータによる操作レバー１の操作によって生じる操作圧を取得する圧力センサ７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂから構成される。報知装置５３は、オペレータに目標掘削面と作業機１Ａの位置関係を表示するディスプレイ（表示装置）、あるいは目標掘削面と作業機１Ａの位置関係を音（音声も含む）により通達するスピーカの少なくとも一つから構成される。電磁比例弁５４～５６は、図２で説明したパイロット圧（操作圧）の油圧ラインに設けられており、オペレータのレバー操作によって発生した操作圧を下流で増減することが可能である。また、オペレータのレバー操作なしに操作圧を発生させることも可能である。
　作業機１Ａを自動又は半自動で制御し、目標掘削面を整形する機能であるマシンコントロールによる、水平掘削動作の例を図６に示す。オペレータが操作レバー１を操作して、矢印Ａ方向へのアーム９の引き動作によって水平掘削を行う場合には、バケット１０の先端（爪先）が目標掘削面６０の下方に侵入しないように適宜ブーム上げ指令が出力され、ブーム８の上げ動作が自動的に行われるよう電磁比例弁５４ａが制御される。また、オペレータが要求する掘削速度、あるいは掘削精度を実現するように、電磁比例弁５５が制御されアーム９の引き動作が行われる。このとき、掘削精度向上のため、電磁比例弁５５によりアーム９の速度を必要に応じて減速させても良い。また、バケット１０背面の目標掘削面６０に対する角度Ｂが一定値となり、均し作業が容易となるように、電磁比例弁５６を制御してバケット１０が自動で矢印Ｃ方向（ダンプ方向）に回動するようにしても良い。このように、オペレータによる操作レバー１の操作量に対して、自動または半自動でアクチュエータを制御し、ブーム８、アーム９、バケット１０、上部旋回体１２といった作業機を動作させる機能をマシンコントロールと呼称する。領域制限制御はマシンコントロールの１つである。
　作業機姿勢演算部４１は作業機姿勢検出装置５０からの情報に基づき、作業機１Ａの姿勢を演算する。作業機１Ａの姿勢は図４のショベル基準座標に基づいて定義できる。図４のショベル基準座標は、上部旋回体１２に設定された座標であり、上部旋回体１２に回動可能に支持されているブーム８の基底部を原点とし、上部旋回体１２における鉛直方向にＺ軸、水平方向にＸ軸を設定した。Ｘ軸に対するブーム８の傾斜角をブーム角α、ブームに対するアーム９の傾斜角をアーム角β、アームに対するバケット爪先の傾斜角をバケット角γとした。水平面（基準面）に対する車体１Ｂ（上部旋回体１２）の傾斜角を傾斜角θとした。ブーム角αはブーム角度センサ３０により、アーム角βはアーム角度センサ３１により、バケット角γはバケット角度センサ３２により、傾斜角θは車体傾斜角センサ３３により検出される。ブーム角αは、ブーム８を最大（最高）まで上げたとき（ブームシリンダ５が上げ方向のストロークエンドのとき、つまりブームシリンダ長が最長のとき）に最大となり、ブーム８を最小（最低）まで下げたとき（ブームシリンダ５が下げ方向のストロークエンドのとき、つまりブームシリンダ長が最短のとき）に最小となる。アーム角βは、アームシリンダ長が最短のときに最小となり、アームシリンダ長が最長のときに最大となる。バケット角γは、バケットシリンダ長が最短のとき（図４のとき）に最小となり、バケットシリンダ長が最長のときに最大となる。
　目標掘削面演算部４２は、目標掘削面設定装置５１からの情報に基づき、目標掘削面６０を演算する。目標動作演算部４３は、作業機姿勢演算部４１、目標掘削面演算部４２、目標動作判断部４９およびオペレータ操作検出装置５２からの情報に基づき、目標掘削面上及びその上方の領域内をバケット１０が移動するよう作業機１Ａの目標動作を演算する。電磁比例弁制御部４４は、目標動作演算部４３からの指令に基づき、電磁比例弁５４～５６への指令を演算する。電磁比例弁５４～５６は、電磁比例弁制御部４４からの指令に基づき制御される。また、報知装置５３は、目標動作演算部４３からの情報に基づき、マシンコントロールに関連する各種情報をオペレータへ通達する。
　目標動作演算部４３から電磁比例弁制御部４４に出力される指令にはブーム上げ指令が含まれる。ブーム上げ指令は、領域制限制御の実行時に、バケット１０の先端の位置が目標掘削面６０上及びその上方の領域内に保持されるようにブーム８を強制的に上昇させる際に電磁比例弁制御部４４に出力される指令である。ブーム上げ指令が入力されると、電磁比例弁制御部４４は電磁比例弁５４ａに開弁指令（指令電流）を出力し、電磁比例弁５４ａで発生した圧油（以下２次圧と称す）が油圧駆動部１５０ａに供給され制御弁１５ａが駆動される。これにより油圧ポンプ２からブームシリンダ５のボトム側の油圧室に作動油が導かれブーム８が上昇する。その際のブーム８の上昇速度（ブーム上げ速度）は、電磁比例弁５４ａの２次圧の値、すなわち電磁比例弁制御部４４から電磁比例弁５４ａへの指令により制御可能である。
　目標動作判断部４９は、作業機１Ａの先端が目標掘削面の下方に位置する場合、領域制限制御の実行時のブーム８の上昇速度の制御モードとして第１モード（通常ブーム上げ制御）及び当該第１モードより遅い速度で規定された第２モード（減速ブーム上げ緩動作制御）のいずれのモードを選択するのが好ましいかを判定し、その判定結果を目標動作演算部４３に出力する。目標動作演算部４３はこの判定結果を基に演算した指令を電磁比例弁制御部４４に出力する。電磁比例弁制御部４４はこの指令を基に電磁比例弁５４ａに指令を出力し、最終的に、目標動作判断部４９で選択された制御モードでブームの上昇速度が制御される。
　本実施形態では、目標動作判断部４９は、目標掘削面６０に対する作業機１Ａの先端（バケット１０の爪先）の下方への侵入量を基に上記の判定を行い、その侵入量が所定値以上の場合に第２モード（減速ブーム上げ緩動作制御）を選択し、所定値未満の場合に第１モード（通常ブーム上げ制御）を選択している。詳細は図７を用いて説明する。
　本実施形態の目標動作判断部４９による制御フローチャートを図７に示す。まずステップ１００において、目標動作判断部４９は、作業機姿勢演算部４１から入力したショベル基準座標におけるバケット１０の先端の位置と、目標掘削面演算部４２から入力したショベル基準座標における目標掘削面（図７では「目標面」と略す）６０の位置とを基に、目標掘削面６０とバケット１０の先端の距離を演算する。そして、目標掘削面６０の下にバケット１０の先端が位置する場合の当該距離を目標掘削面６０に対する作業機１Ａの侵入量Ｄ、ここではバケット１０の先端の侵入量Ｄとする。ここで侵入量Ｄが所定値Ｄ１（例えば３００ｍｍ）以上の場合、ステップ１０１に進む。
　ステップ１０１では、オペレータから操作装置４５ｂ，４６ａによるアーム９又はバケット１０への動作指示、すなわち操作レバー１ｂ，１ａへの操作入力があるか否かをオペレータ操作検出装置５２からの出力を基に判断する。ステップ１０１で、アーム９又はバケット１０に対する操作入力があると判断された場合、ステップ１０４で減速ブーム上げ緩動作制御が制御モードとして選択される。これにより目標動作判断部４９は目標動作演算部４３に対して第２モードの制御モード指令を出力し、ブーム上げ制御時のブーム上昇速度が電磁比例弁５４ａによって第２モードで制御される。
　ここで、通常ブーム上げ制御（第１モード）と減速ブーム上げ緩動作制御（第２モード）について説明する。通常、前述の領域制限制御が実行されると、目標動作演算部４３からブーム上げ指令が出力され、当該指令を基にバケット先端が目標掘削面６０に侵入しないようブーム上げ動作が制御される。このときのブーム上昇速度の制御モードを通常ブーム上げ制御（第１モード）とする。一方、減速ブーム上げ緩動作制御（第２モード）は、バケット先端の目標掘削面６０への侵入防止を目的としたものではなく、オペレータへの違和感を小さくするために選択される制御モードであり、その時のブーム上げ速度は、同条件での通常ブーム上げ制御時の速度より常に小さく設定される。例えば第１モード時の速度に所定の割合（例えば２０％）を乗じた値を第２モード時の速度とすることができる。第２モード時の速度が常に第１モード時の速度以下に制御されるように、第２モード時の速度を所定値に保持することもできる。この場合の所定値としては、ブーム上昇速度の最小値、すなわち制御弁１５ａを中立位置から移動可能な最小のパイロット圧が油圧駆動部１５０ａに作用しているときのブーム上昇速度、が選択できる。
　減速ブーム上げ緩動作制御に基づくブーム速度制御は、目標掘削面６０より上にバケット先端が位置するまで継続して実施されるようにすることができる。つまり、この場合、減速ブーム上げ緩動作制御が一旦選択されると、バケット先端の目標掘削面６０に対する侵入量が所定値未満となっても、侵入している間は減速ブーム上げ緩動作制御が選択されることになる。なお、これは他の実施の形態にも適用可能である。
　また、ステップ１０４で減速ブーム上げ緩動作制御が選択された場合は、ステップ１０５で、減速ブーム上げ緩動作制御が選択された旨をオペレータに通知するように、報知装置５３に指令が出される。このとき、オペレータが制限制御スイッチ１７を領域制限制御の無効位置に切り換えれば、減速ブーム上げ緩動作制御の選択および領域制限制御の実行が停止される。
　一方、ステップ１０１でアーム９又はバケット１０の操作入力がないと判断された場合には、ブーム上げ制御は実行されない（ステップ１０７）。
　また、ステップ１００で、目標掘削面に対するバケット先端の侵入量が所定値以下であると判断された場合には、ステップ１０２へ進む。ステップ１０２以降では、通常の領域制限制御が実行される。まず、ステップ１０２において、オペレータ操作検出装置５２からの出力を基にアーム９又はバケット１０の操作があると判断された場合、ステップ１０３へ進む。
　ステップ１０３では、目標動作判断部４９は、目標動作演算部４３からの入力信号を基に目標動作演算部４３からブーム上げ指令が出力されているか否かの判断を行う。ステップ１０３でブーム上げ指令が出力されている場合、ステップ１０６で通常ブーム上げ制御を選択してブーム上げが実行される。つまり目標動作判断部４９が目標動作演算部４３に対して第１モードの制御モード指令を出力し、ブーム上げ制御時のブーム上昇速度が電磁比例弁５４ａによって第１モードで制御される。
　ステップ１０３でブーム上げ指令速度が出力されていないと判断された場合、または、ステップ１０２でアーム９又はバケット１０の操作入力が無いと判断された場合には、ブーム上げ制御は実行されない。
　フローチャート中の「ＲＥＴＵＲＮ」まで進んだら、ステップ１００に戻って上記の処理を繰り返す。
　本構成による効果を、図８を用いて説明する。図８には、油圧ショベルと目標掘削面６０の位置関係が示されている。油圧ショベルは現況地形における地面６００上を走行可能である。目標掘削面６０は破線で示されており、これは今から盛土作業を行い、最終的に成形される面を示している。
　ここで、矢印Ｅに示すように、油圧ショベルが地面６００上を左から右に走行し目標掘削面６０の下方にバケット１０の先端が侵入したとする。油圧ショベルの走行は、通常、フロント作業機１Ａの操作（フロント操作）無しに行われる。つまり、アーム９又はバケット１０の操作は無いので、図７のステップ１０１又は１０２の存在によりブーム上げ制御は実施されず、バケット１０の先端は走行により目標掘削面６０の下方に入り込む。符号Ｄは、目標掘削面６０とバケット１０の先端との距離（侵入量）を示し、符号Ｄ１はステップ１００の所定値を示す。
　特許第５７０６０５０号公報のように、侵入量Ｄが所定値（ここでは本実施形態と同じＤ１とする）以上のときは領域制限制御を実行しないように油圧ショベルを構成した場合には、図８の右側の油圧ショベルの状態でオペレータによってアーム９の操作がされても侵入量ＤがＤ１以上の範囲で作業する間はブーム上げ制御は実行されない。そのため、オペレータは侵入量ＤがＤ１未満のときに領域制限制御が実行されることを失念したり、侵入量Ｄに関わらず領域制限制御は全く機能しない状況であると誤解したりする可能性が高くなる。そしてその後、盛り土作業が進んで侵入量Ｄが減少し、バケット１０の先端がＤ１に達した場合に、第１モードで規定される通常速度のブーム上げ制御が突然実行されることになる。この急動作の発生は、ブーム上げ動作を予期しない又は望まないオペレータにとって大きな違和感となる。また、侵入量Ｄが継続的にＤ１の近傍の値となる状況下の作業では、侵入量Ｄの変化に応じてブーム上げ制御のＯＮ／ＯＦＦの切り替えが頻繁に発生するため、オペレータの所望する動作をスムーズに実施できず、作業の進捗に支障を来すおそれもある。
　これに対して上記のように構成した本実施形態では、図８の右側の油圧ショベルの状態でアーム９の操作が行われると第２モードで規定される低速度でブーム上げ制御が実行される。このときのブーム上昇速度は通常の場合（つまり侵入量ＤがＤ１未満の場合）よりも低速なので、マシンコントロールによる突然のブーム上げ動作にオペレータが動揺することを抑制できる。また、ブーム上げ動作の発現により領域制限制御が機能していることをオペレータが看取できるので、上記の失念や誤解が生じることもない。さらに、領域制限制御が不要な場合にはオペレータが制限制御スイッチ１７で領域制限制御を自主的に中断するきっかけとなるため、オペレータの意図と異なるマシンコントロールの実行を防止できる。したがって、本実施の形態によれば、目標掘削面の下方に作業機先端がある場合にブーム上げ動作の突然の発生を抑制できるので、オペレータに与える違和感を抑制できる。
　また、上記では、第２モードが選択された場合にオペレータにその旨を通知装置を介して通知するように構成した。これによりオペレータの領域制限制御に対する認識をさらに促進できるので、上記の失念や誤解が生じることを更に抑制できる。
　また、上記で言及したように、減速ブーム上げ緩動作制御（第２モード）に基づくブーム速度制御が、目標掘削面６０より上にバケット先端が位置するまで継続して実施されるように構成した場合には、目標掘削面６０に対する侵入量Ｄが所定値Ｄ１以下となっても、バケット先端が目標掘削面６０より上に出るまでは減速ブーム上げ緩動作制御に基づくブーム上げ制御が実施される。そのため、バケット先端が目標掘削面６０に達するまでは自動ブーム上げの速度が急変することはないため、オペレータに与える違和感を軽減できる。
　＜第２実施形態＞
　次に本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施形態の油圧ショベルのハードウェア構成は第１の実施形態と同じであるため説明は省略し、第１の実施形態と重複する機能の説明も省略することがある。
　本実施形態では、目標動作判断部４９における「判定」が第１の実施形態と異なっており、目標掘削面に侵入した理由を考慮することで、ブーム上げ制御時のブーム上昇速度の制御モードを変える構成としている。すなわち、走行または旋回による侵入、ショベルが前傾姿勢となることによる侵入、その他の予期しない理由による侵入（例えば掘削中の制御精度悪化による侵入）、といった目標掘削面への侵入理由に応じてブーム上昇速度の制御モードを変えている。
　具体的には、目標動作判断部４９は、操作装置４６ｂ，４７ａ，４７ｂ（操作レバー１ｂ，２３ａ，２３ｂ）による下部走行体１１又は上部旋回体１２への動作指示と、目標掘削面６０と作業機１Ａの先端の位置関係とを基に、第１モードと第２モードのいずれを選択してブーム上げ制御時のブーム速度を制御するのが好ましいかを判定を行う。そして、操作装置４６ｂ，４７ａ，４７ｂ（操作レバー１ｂ，２３ａ，２３ｂ）による下部走行体１１又は上部旋回体１２への動作指示により作業機１Ａの先端が目標掘削面６０の下方に移動した場合には第２モード（減速ブーム上げ緩動作制御）を選択し、操作装置４６ｂ，４７ａ，４７ｂによる下部走行体１１又は上部旋回体１２への動作指示のない場合および作業機１Ａの先端が目標掘削面６０の上方に位置する場合には第１モード（通常ブーム上げ制御）を選択する。詳細は図９を用いて説明する。
　図９は、本実施形態の目標動作判断部４９における制御フローチャートである。なお、本フローチャートは、制御周期ごとに実施するものとする。
　まずステップ２００において、１周期前の制御周期において、目標掘削面６０に対するバケット先端の侵入があったか否かを判断する。バケット先端の目標掘削面６０への侵入がないと判断された場合には、現在のバケット先端は目標掘削面６０の上方に位置するとみなしてステップ２０１に進む。
　ステップ２０１では、操作レバー１ｂまたは操作レバー２３ａ，２３ｂを介した走行操作または旋回操作があるかを判定する。ここで走行操作又は旋回操作があると判定された場合には、ステップ２０２に進む。
　ステップ２０２では、目標動作判断部４９は、作業機姿勢演算部４１から入力したバケット１０の先端の位置と、目標掘削面演算部４２から入力した目標掘削面６０の位置とを基に、目標掘削面６０に対するバケット先端の侵入があるか否かを判定する。ステップ２０２で目標掘削面６０に対して侵入があると判定された場合、侵入した原因は走行又は旋回操作であると判断してステップ２０３に進む。
　ステップ２０３では、操作レバー１ｂ，１ａによるアーム９又はバケット１０に対する操作入力があるか否かを判断する。ここで、アーム９又はバケット１０の操作入力があると判断された場合、ステップ２０９において減速ブーム上げ緩動作制御（第２モード）がブーム上げ速度の制御モードとして選択される。そして、ステップ２１０で、旋回または走行があったため減速ブーム上げ緩動作制御が選択されていることをオペレータに通知するように報知装置５３に指令を出す。なお、第１実施形態と同様に、減速ブーム上げ緩動作制御を、作業機１Ａが目標掘削面６０より上に出るまで実行しても良い。
　ステップ２０１で走行操作又は旋回操作が無いと判断された場合には、ステップ２０４に進む。
　ステップ２０４では、車体傾斜角センサ３３からの出力を基に車体傾斜角θが前傾方向に所定角度θ１より大きいか否か判定する。所定角度θ１より大きいとステップ２０４で判断された場合、ステップ２１５へと進む。
　ステップ２１５では、目標動作判断部４９は、作業機姿勢演算部４１から入力したバケット１０の先端の位置と、目標掘削面演算部４２から入力した目標掘削面６０の位置とを基に、目標掘削面６０に対するバケット先端の侵入があるか否かを判定する。ステップ２１５で目標掘削面６０に対して侵入があると判定された場合、侵入した原因は車体の前傾姿勢によるものと判断してステップ２０５に進む。
　ステップ２０５では、アーム９又はバケット１０の操作入力があるか否かを判定する。ステップ２０５でアーム９又はバケット１０の操作入力があると判定された場合、ステップ２０６へ進む。
　ステップ２０６では、図７のステップ１０３と同様に、ブーム上げ指令が出力されているかどうかを判定する。ステップ２０６でブーム上げ指令が出力されていると判定された場合、ステップ２１２では、車体傾斜角θが大きいためブーム上げ制御を実行しないことを決定する（すなわちステップ２０６のブーム上げ指令はキャンセルする）とともに、ブーム上げ制御を実施しない旨を通知するように報知装置５３に指令を出す。
　ステップ２００で侵入有りと判定された場合と、ステップ２０２，２１５で目標掘削面６０に対して侵入無しと判定された場合と、ステップ２０４で車体傾斜角θが所定角度θ１以下と判定された場合には、ステップ２０７へ進む。なお、ステップ２０７に進むケースとして、走行、旋回又は前傾姿勢による侵入ではなく、掘削作業中の何らかの理由（例えば掘削中の制御精度悪化）で侵入した場合も含まれることになる。
　ステップ２０７，２０８では、アーム９又はバケット１０操作があり、そのときブーム上げ指令が出力されていれば、ステップ２１３で通常ブーム上げ制御（第１モード）を選択する。また、ステップ２０３、２０５、２０７において、アーム又はバケット操作が無いと判定された場合と、ステップ２０６、２０８においてブーム上げ指令が出力されていない場合は、ステップ２１１でブーム上げ制御を実行しないこととする。
　本実施の形態の効果を説明する。下部走行体１１の走行又は上部旋回体１２の旋回により作業機１Ａの先端が目標掘削面６０の下方に移動した場合は、掘削作業中にバケット先端が目標掘削面６０に侵入した訳ではない。そこで本実施形態では、このような場合に第１モードよりも低速度の第２モードでブーム上げ制御が実行されるようにし、通常と異なる制御が機能していることをオペレータに報知するようにした。これにより走行又は旋回後に低速のブーム上げ動作が発生した場合には、走行又は旋回が原因で目標掘削面６０の下方に移動したことをオペレータに容易に認識させることができる。そのため、領域制限制御（ブーム上げ制御）の実行を希望しない場合には、オペレータが制限制御スイッチ１７で領域制限制御を自主的に中断することも容易となる。
　また、地形が悪く車体傾斜が原因でバケット先端が目標掘削面６０に侵入した場合には、ショベルが不安定な姿勢になっていることが多く、そのような状況下では掘削精度の悪化が懸念される。そこで、本実施形態では、下部走行体１１又は上部旋回体１２への動作指示が無いまま目標掘削面６０に侵入した場合であっても、車体傾斜角θが前傾方向に所定角度θ１より大きいときには、車体傾斜が侵入原因とみなし、ブーム上げ制御（領域制限制御）を中断する構成とした。これによりショベルが不安定な姿勢でのブーム上げ制御の実施を回避でき、安定した作業を継続できる。
　また、本実施の形態では、ステップ２０１及び２０４でＮＯとなった場合にステップ２０７を実行するように構成しているため、上記（走行、旋回または車体傾斜）以外の原因でバケット先端が目標掘削面６０に侵入した場合も、第１モードでブーム速度を制御することとなる。これにより、掘削作業時に何らかの原因（例えばバケット先端の制御精度の悪化）でバケット先端が目標掘削面６０の下方に侵入した場合に、バケット先端を速やかに目標掘削面６０まで復帰させることができるので掘削作業の作業効率が低下することを防止できる。
　したがって本実施形態によれば、上記のような種々の状況に応じて適切なブーム上げ制御を実施することが可能となる。
　＜第３実施形態＞
　次に本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例である。なお、本実施形態の油圧ショベルのハードウェア構成は第１の実施形態と同じであるため説明は省略し、第１及び第２の実施形態と重複する機能の説明も省略する。
　図１０は第３の実施形態の目標動作判断部４９におけるフローチャートである。この図から明らかなように、目標動作判断部４９は、ステップ２０４においてショベルの車体傾斜角θを基に判定を行っており、（１）侵入量Ｄが所定値Ｄ１以上の場合（ステップ１０４を通過する場合）は第２モードを選択し、（２）侵入量Ｄが所定値Ｄ１未満かつ車体傾斜角θが所定角度θ１以上の場合（ステップ２１２を通過する場合）は領域制限制御を中断し、（３）侵入量Ｄが所定値Ｄ１未満かつ車体傾斜角θが所定角度θ１未満の場合（ステップ１０５を通過する場合）は第１モードを選択している。
　このように構成した本実施形態においても、第２の実施形態と同様にショベルが不安定な姿勢でのブーム上げ制御の実施を回避でき、安定した作業を継続できる。
　＜付記＞
　領域制限制御の実行時のブーム上昇速度の制御モードである第１モードと第２モードの例について図１１及び図１２を用いて説明する。
　図１１では、第１モードのブーム上げ速度ＶＢは直線で規定され、第２モードの速度ＶＢは曲線で規定されている。第１モードと第２モードは所定値Ｄ１で滑らかに接続されており、侵入量ＤがＤ１以上の状態からＤ１未満の状態に変化する場合、所定値Ｄ１の前後でモードを切り替える場合を想定している。なお、第１モードも曲線で規定しても良いし、第２モードも直線で規定しても良い。
　図１２では、第２モードの速度ＶＢは侵入量Ｄに関わらず一定値で規定されている。図１２では、侵入量ＤがＤ１以上の状態からＤ１未満の状態に変化する場合、侵入量Ｄが所定値Ｄ１に到達してもモードを切り替えず侵入量Ｄがゼロになるまで第２モードを保持する場合（第２モードに基づくブーム速度制御を目標掘削面６０より上にバケット先端が位置するまで継続して実施する場合）を想定している。
　図１１，１２の例では説明を簡素化するために侵入量Ｄとブーム上げ速度ＶＢを関連付けているが、各モードのブーム上げ速度ＶＢは侵入量と独立させることもできる。図１１，１２の例以外にも、同じ侵入量で第２モードの速度が第１モードの速度以下の値になるものであれば、あらゆるパターンが適用可能である。
　ところで、上記の各実施形態において、作業機１Ａの目標掘削面６０の侵入について、バケット先端の侵入量を例として挙げたが、バケット先端に限定するものではない。例えばバケット先端ではなく、バケットの背面のように、バケット上の任意の点を制御対象としても良い。
　姿勢情報のためのブーム、アーム、バケットの角度を検出するために角度センサを用いたが、角度センサに代えて、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダのストローク長さを検出するストロークセンサによりショベルの姿勢情報を算出しても良い。
　図７，９，１０の各フローチャートにおいて、ステップ１０１，１０２，１０３，２０３，２０５，２０６，２０７，２０８は省略可能である。
　油圧ショベルに設定した２次元座標系（ショベル座標系）にバケット先端と目標掘削面を設定して各種制御を行ったが、これに代えて、地面（地球）に設定した３次元座標系（世界座標系）にバケット先端と目標掘削面を設定しても良い。
　第１実施形態において、ステップ１０１でＹＥＳと判定された場合にステップ１０３と同じ判定（ブーム上げ指令の有無の判定）を追加的に実行し、当該判定がＹＥＳの場合にステップ１０４に進み、当該判定がＮＯの場合にステップ１０７に進むようにしても良い。
　第２実施形態において、ステップ２０２でＮＯと判定された場合（走行操作／旋回操作が無しの場合）にはステップ２０４でなくステップ２０７に進むようにしても良い。すなわち、ステップ２０４、２０５，２０６，２１２は省略可能である。
　ステップ２０２での判断を走行又は旋回操作があるか否かとしたが、これを走行のみとしても良い。また、旋回も含めてマシンコントロールするものとして、旋回により目標掘削面に侵入しようとする場合、その旋回に制御介入をしても良い。
　また、ステップ２０４での判定条件を車体傾斜角θが前傾方向（ピッチ角）に所定角度θ１以上としたが、これは前傾方向に限定しなくともよい。例えば後傾方向や、左右傾斜（ロール角）に応じた判定条件としても良い。
　走行又は旋回による目標掘削面への侵入の判断に関しては種々のパターンが利用可能である。例えば、上記の例に代えて、走行操作中または旋回操作中のバケット先端と目標面の位置関係を監視しておき、バケット先端が目標掘削面の上方から下方に移動したことが確認できたらステップ２０３の処理を実行するように構成しても良い。
　第２実施形態及び第３実施形態では、車体傾斜角θがθ１を越える場合にブーム上げ制御を中断する場合を説明したが、これに代えて第２モードでブーム上げ制御を行うようにシステムを構成しても良い。
　１Ａ…フロント作業機、８…ブーム、９…アーム、１０…バケット、１１…下部走行体、１２…上部旋回体、３０…ブーム角度センサ、３１…アーム角度、センサ、３２…バケット角度センサ、４０…制御コントローラ（制御装置）、４１…作業機姿勢演算部、４２…目標掘削面演算部、４３…目標動作演算部、４４…電磁比例弁制御部、４５…操作装置（ブーム、アーム）、４６…操作装置（バケット、旋回）、４７…操作装置（走行）、４９…目標動作判断部、５３…報知装置、５４，５５，５６…電磁比例弁

Claims (5)

  1. 　走行体と、
    　前記走行体上に旋回可能に取り付けられた旋回体と、
    　前記旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム及びバケットを含む多関節型の作業機と、
    　前記走行体、前記旋回体、前記ブーム、前記アーム及び前記バケットへの動作指示をオペレータの操作に応じて出力する操作装置と、
    　前記操作装置による前記アーム又は前記バケットへの動作指示がある場合、前記作業機の先端の位置が目標掘削面上及びその上方の領域内に保持されるように前記ブームを強制的に上昇させる領域制限制御を実行する制御装置とを備える作業機械において、
    　前記制御装置は、
    　　前記作業機の先端が前記目標掘削面の下方に位置する場合、前記領域制限制御の実行時の前記ブームの上昇速度の制御モードとして第１モード及び当該第１モードより遅い速度で規定された第２モードのいずれのモードを選択するかを判定する目標動作判断部を備え、
    　　前記目標動作判断部による前記判定の結果を基に前記領域制限制御時の前記ブームの上昇速度を制御することを特徴とする作業機械。
  2. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記目標動作判断部は、前記目標掘削面に対する前記作業機の先端の侵入量を基に前記判定を行い、前記侵入量が所定値以上の場合は前記第２モードを選択し、前記侵入量が前記所定値未満の場合は前記第１モードを選択することを特徴とする作業機械。
  3. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記目標動作判断部は、
    　　前記操作装置による前記走行体又は前記旋回体への動作指示と、前記目標掘削面と前記作業機の先端の位置関係とを基に前記判定を行い、
    　　前記操作装置による前記走行体又は前記旋回体への動作指示により前記作業機の先端が前記目標掘削面の下方に移動した場合には前記第２モードを選択し、前記操作装置による前記走行体又は前記旋回体への動作指示のない場合には前記第１モードを選択することを特徴とする作業機械。
  4. 　請求項２に記載の作業機械において、
    　前記目標動作判断部は、さらに前記作業機械の車体傾斜角を基に前記判定を行い、前記侵入量が前記所定値以上の場合は前記第２モードを選択し、前記侵入量が前記所定値未満かつ前記車体傾斜角が所定角度以上の場合は前記領域制限制御を中断し、前記侵入量が前記所定値未満かつ前記車体傾斜角が前記所定角度未満の場合は前記第１モードを選択することを特徴とする作業機械。
  5. 　請求項２に記載の作業機械において、
    　前記第２モードが選択された場合にオペレータにその旨を通知する報知装置をさらに備えることを特徴とする作業機械。
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