WO2019088065A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2019088065A1
WO2019088065A1 PCT/JP2018/040246 JP2018040246W WO2019088065A1 WO 2019088065 A1 WO2019088065 A1 WO 2019088065A1 JP 2018040246 W JP2018040246 W JP 2018040246W WO 2019088065 A1 WO2019088065 A1 WO 2019088065A1
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speed
boom
boom lowering
operation amount
work machine
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PCT/JP2018/040246
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輝樹 五十嵐
枝穂 泉
理優 成川
修一 廻谷
弘樹 武内
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日立建機株式会社
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    • 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 on which machine control can be performed.
  • a hydraulic shovel which is one of the working machines, may be provided with a control system that assists the digging operation of an operator (also referred to as an operator).
  • an operator also referred to as an operator
  • the digging operation for example, an instruction of an arm cloud
  • the working machine front is selected based on the positional relationship between the target surface and the tip of the working machine (for example, the tip of the bucket).
  • the boom cylinder for driving the work machine, the arm cylinder and at least the boom cylinder are forcibly operated so that the position of the tip of the work machine is maintained in the area above and on the target surface.
  • There is a control system that performs control for example, extending a boom cylinder and forcibly performing a boom raising operation).
  • control system that limits the movable area of the tip of the working machine facilitates the finishing operation of the excavated surface and the forming operation of the slope.
  • this kind of control may be referred to as “area limit control” or “land control”.
  • a control signal for operating a predetermined actuator in accordance with a predetermined condition is calculated, and control of controlling the actuator based on the control signal is generally referred to as “machine control (MC: Sometimes referred to as “machine control” or "intervention control (for operator operation)”.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 6062115 includes a distance acquisition unit for acquiring a distance between a design topography representing a target shape of a work target and a work machine, and work by the work machine A work phase determination unit that determines whether the ground level determination condition indicating that it is an operation is satisfied, and whether the compression pressure determination condition that indicates that the work by the work machine is a compaction operation is satisfied or not And, when the ground adjustment judgment condition is satisfied, it is decided to execute the ground adjustment control for controlling the work machine so that the work machine moves along the design topography, and when the rolling pressure judgment condition is satisfied, the work machine And a control determination unit that determines the execution of the compaction control that limits the speed of the work machine toward the design topography according to the distance between the design topography and the design topography, the control Judgment condition is full
  • the control system for a working vehicle to keep rolling pressure control is disclosed when it is.
  • Patent No. 6062115 gazette
  • the method of limiting the boom lowering speed is switched depending on whether the operation condition satisfies the rolling pressure determination condition. That is, when a sudden boom lowering operation is performed, it is determined that the rolling pressure determination condition is satisfied, and the speed limitation control of the boom lowering is controlled based on the second speed limit information I2 used in the leveling control. , And is switched to speed limit control based on the first limit speed information I1 used in the pressure control.
  • the first speed limit information I1 and the second speed limit information I2 respectively define the speed limit for lowering the boom according to the distance between the work machine and the design surface.
  • the first speed limit information I1 and the second speed limit information I2 The difference in speed limit defined by is large over most distance ranges. Therefore, the speed difference before and after the switching of the speed limit control tends to be large, and it is easy for a shock to occur in the vehicle body and a sense of discomfort in operation.
  • the operation method of the stopping operation to stop the working machine tip on the ground surface by the boom lowering operation and the operation method of the compaction operation to press the working machine tip against the ground surface by the boom lowering operation are quite similar in that only the boom lowering operation is performed. Because of this, it is difficult to determine which task is to be performed by the operation method. For example, when the rolling pressure determination condition is relaxed (in Patent Document 1, r1 is increased), switching from the second speed limit for leveling control to the first speed limit for rolling control in a scene not intended by the operator As a result, sudden changes in speed still cause problems with vehicle shocks and discomfort in operation.
  • An object of the present invention is to provide a working machine capable of performing a rolling operation according to the driver's intention without giving the driver a sense of shock or operation of the vehicle body.
  • the present application includes a plurality of means for solving the above problems, and an example thereof is a plurality of hydraulic actuators including an articulated work machine having a boom and an arm, and a boom cylinder for driving the boom.
  • Hydraulic actuators for driving the work machine;
  • An operating device for instructing the operation of the working machine according to the operation of the operator, and the plurality of hydraulic actuators such that the working machine is positioned on or above a predetermined target surface while the operating device is operated
  • a control device controlling at least one of the control devices and controlling a speed of the boom cylinder based on a boom lowering operation amount of the operating device, wherein the control device controls the boom lowering operation amount of the operating device
  • the first speed set so as to decrease as the distance between the target surface and the work machine decreases
  • the second speed is calculated as the speed limit of the boom cylinder when the amount of downward operation is equal to or more than the first operation, and
  • It is defined by a weighted average of a third speed set to change according to one of the distance of the work machine and the boom lowering operation amount of the operating device, and the above mentioned according to the boom lowering operation amount increasing
  • the boom is set such that the weight of the first speed is reduced and the weight of the third speed is increased, and the speed of the boom cylinder based on the boom lowering operation amount of the operating device exceeds the speed limit.
  • the speed of the cylinder is limited to the above-mentioned speed limit.
  • FIG. 3 is a detailed view of a front control hydraulic unit 160 in FIG. 2; The figure which shows the coordinate system and target surface in the hydraulic shovel of FIG.
  • tip of the bucket 10 is MC according to the target speed vector Vca after correction
  • FIG. 15 is a control block diagram of a boom lowering speed limit calculation unit 43d according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram of a hydraulic shovel according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a controller of the hydraulic shovel according to the embodiment of the present invention together with a hydraulic drive
  • FIG. It is detail drawing of hydraulic unit 160 for front control and its periphery installation.
  • the hydraulic shovel 1 is configured of an articulated work machine 1 ⁇ / b> A and a vehicle body 1 ⁇ / b> B.
  • the vehicle body 1B is mounted on the lower traveling body 11 traveling by the left and right traveling hydraulic motors 3a and 3b (the hydraulic motor 3a is shown in FIG. 2) and the lower traveling body 11. It consists of 12 bodies.
  • the front work implement 1A is configured by connecting a plurality of driven members (the boom 8, the arm 9, and the bucket 10) which rotate in the vertical direction.
  • the proximal end of the boom 8 is rotatably supported at the front of the upper swing body 12 via a boom pin.
  • An arm 9 is rotatably connected to the tip of the boom 8 via an arm pin, and a bucket 10 is rotatably connected to the tip of the arm 9 via a bucket pin.
  • the boom 8 is driven by the boom cylinder 5, the arm 9 is driven by the arm cylinder 6, and the bucket 10 is driven by the bucket cylinder 7.
  • the boom angle sensor 30 is mounted on the boom pin, the arm angle sensor 31 is mounted on the arm pin, and the bucket angle sensor is mounted on 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.
  • 32 is attached, and a vehicle body inclination angle sensor 33 for detecting an inclination angle ⁇ (see FIG. 5) of the upper structure 12 (the vehicle body 1B) with respect to a reference surface (for example, horizontal surface) is attached to the upper structure 12.
  • the angle sensors 30, 31, 32 can be substituted for the angle sensor with respect to the reference plane.
  • An operating device 47a for operating the traveling right hydraulic motor 3a (lower traveling body 11) having a traveling right lever 23a (FIG. 2) in the driver's cabin provided on the upper revolving superstructure 12;
  • An operating device 47b (FIG. 2) having a left lever 23b (FIG. 2) for operating the traveling left hydraulic motor 3b (lower traveling body 11) and an operation right lever 1a (FIG. 2)
  • Operating devices 45 b and 46 b (FIG. 2) for operating (the upper swing body 12) are installed.
  • the travel right lever 23a, the travel left lever 23b, the operation right lever 1a, and the operation left lever 1b may be collectively referred to as operation levers 1 and 23.
  • the engine 18 mounted on the upper revolving superstructure 12 drives the hydraulic pump 2 and the pilot pump 48.
  • the hydraulic pump 2 is a variable displacement pump whose capacity is controlled by the regulator 2a, and the pilot pump 48 is a fixed displacement pump.
  • a shuttle block 162 is provided in the middle of the pilot lines 144, 145, 146, 147, 148 and 149. Hydraulic pressure signals output from the operating devices 45, 46, 47 are also input to the regulator 2a via the shuttle block 162.
  • a hydraulic pressure signal is input to the regulator 2a via the shuttle block 162, and the discharge flow rate of the hydraulic pump 2 is controlled according to the hydraulic pressure signal.
  • the pump line 170 which is a discharge pipe of the pilot pump 48, passes through the lock valve 39, and then branches into a plurality of parts and is connected to the valves in the operation devices 45, 46, 47 and the hydraulic unit 160 for front control.
  • the lock valve 39 is an electromagnetic switching valve in this example, and the electromagnetic drive unit is electrically connected to a position detector of a gate lock lever (not shown) disposed in the driver's cab of the upper swing body 12. The position of the gate lock lever is detected by a position detector, and a signal corresponding to the position of the gate lock lever is input to the lock valve 39 from the position detector.
  • the lock valve 39 When the position of the gate lock lever is in the lock position, the lock valve 39 is closed and the pump line 170 is shut off, and when in the lock release position, the lock valve 39 is opened and the pump line 170 is opened. That is, in the state where the pump line 170 is shut off, the operation by the operating devices 45, 46, 47 is invalidated, and the operation such as turning or digging is prohibited.
  • the operating devices 45, 46 and 47 are hydraulic pilot systems, and based on the pressure oil discharged from the pilot pump 48, the operating amounts (eg, lever strokes) of the operating levers 1 and 23 operated by the operator respectively A pilot pressure (sometimes referred to as operating pressure) corresponding to the operating direction is generated.
  • the pilot pressure generated in this manner causes the hydraulic drive units 150a to 155b of the corresponding flow control valves 15a to 15f (see FIG. 2 or 3) in the control valve unit 20 to receive pilot lines 144a to 149b (see FIG. 3). , And used as control signals for driving the flow control valves 15a to 15f.
  • the pressure oil discharged from the hydraulic pump 2 passes through the flow control valves 15a, 15b, 15c, 15d, 15e and 15f (see FIG. 3), the traveling right hydraulic motor 3a, the traveling left hydraulic motor 3b, the turning hydraulic motor 4, It is supplied to the boom cylinder 5, the arm cylinder 6, and the bucket cylinder 7.
  • the boom 8, the arm 9, and the bucket 10 are respectively rotated by the expansion and contraction of the boom cylinder 5, the arm cylinder 6, and the bucket cylinder 7 by the supplied pressure oil, and the position and posture of the bucket 10 are changed.
  • the swing hydraulic motor 4 is rotated by the supplied pressure oil, so that the upper swing body 12 swings relative 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, whereby the lower traveling body 11 travels.
  • the posture of the work implement 1A can be defined based on the shovel reference coordinates in FIG.
  • the shovel reference coordinates in FIG. 4 are the coordinates set for the upper revolving superstructure 12, with the base of the boom 8 as the origin, and the Z axis in the vertical direction in the upper revolving superstructure 12 and the X axis 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 tip with respect to the arm is the bucket angle ⁇ .
  • the inclination angle of the vehicle body 1B (upper revolving unit 12) with respect to the horizontal plane (reference plane) is taken as the 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 inclination angle ⁇ is detected by the vehicle body inclination angle sensor 33.
  • the boom angle ⁇ is minimized when the boom 8 is raised to the maximum (maximum) (when the boom cylinder 5 is in the stroke end in the upward direction, ie, when the boom cylinder length is longest), and the boom 8 is minimized (minimum) It is maximum when lowered (when the boom cylinder 5 is at the stroke end in the downward direction, that is, when the boom cylinder length is the shortest).
  • 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 the shortest (in the case of FIG. 4) and is maximum when the bucket cylinder length is the longest.
  • the length from the base of the boom 8 to the connection with the arm 9 is L1
  • the length from the connection between the arm 9 and the boom 8 to the connection between the arm 9 and the bucket 10 is L2
  • the tip position of the bucket 10 at the shovel reference coordinates is Xbk as the X direction position and Zbk as the Z direction position.
  • X bk L 1 cos ( ⁇ ) + L 2 cos ( ⁇ + ⁇ ) + L 3 cos ( ⁇ + ⁇ + ⁇ ) (1)
  • Z bk L1 sin ( ⁇ ) + L2 sin ( ⁇ + ⁇ ) + L3 sin ( ⁇ + ⁇ + ⁇ ) Formula (2)
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a machine guidance (MG) and a machine control (MC) system provided in the hydraulic shovel according to the present embodiment.
  • an MC for operating the front work machine 1A according to a predetermined condition is executed.
  • the control of the hydraulic actuators 5, 6, 7 in the MC forcibly outputs a control signal (for example, extending the boom cylinder 5 and forcibly performing the boom raising operation) to the corresponding flow control valves 15a, 15b, 15c. Is done.
  • “land leveling control (area limitation control)” executed when performing an arm operation with the operating device 45 b and an operation performed when performing a boom lowering operation without performing an arm operation
  • “stop control” and “compressed pressure control” that is executed when the boom lowering operation is performed without performing the arm operation.
  • the ground control (area limit control) is performed by MC which controls at least one of the hydraulic actuators 5, 6, 7 so that the front work machine 1A is positioned on or above the predetermined target surface 700 (see FIG. 4).
  • the boom raising speed or the raising speed of the bucket tip in the direction perpendicular to the target surface 700 (the tip of the work machine 1A) is zero so that the bucket tip moves along the target surface 700 by the arm operation. Output the boom lowering speed.
  • the stop control is an MC that stops the boom lowering operation so that the bucket tip (for example, the bucket toe) does not enter below the target surface 700, and the boom lowering speed is increased as the distance between the target surface 700 and the bucket tip approaches. Slow down gradually.
  • the distance between the target surface 700 and the bucket 10 is set so that the compacting operation is performed such that the bottom surface of the bucket 10 is vigorously pressed against the target surface 700 to compact the excavated surface formed as the target surface 700. It is an MC that does not reduce the boom lowering speed as close as possible.
  • the control point of the front work machine 1A at the time of MC is set to the toe of the bucket 10 of the hydraulic shovel (the tip of the work machine 1A), but the control point is the tip of the work machine 1A. If it is a point, it is changeable besides a bucket toe. For example, the bottom of the bucket 10 or the outermost part of the bucket link 13 can also be selected, and a point on the bucket 10 closest to the target surface 700 may be used as a control point.
  • the controller controls the operation of the working machine 1A only when operating the operating devices 45 and 46, as opposed to “automatic control” in which the controller controls the operation of the working machine 1A by the controller when It may be called “semi-automatic control” controlled by.
  • a process of displaying the positional relationship between the target surface 700 and the work machine 1A (eg, the bucket 10) on the display device 53a is performed .
  • the system of FIG. 5 controls the working machine posture detection device 50, the target surface setting device 51, the GNSS antenna 14, the operator operation detection device 52a, the display device 53a, the work mode selection switch 96, and MG and MC.
  • a controller (control device) 40 and a display device 53a are provided.
  • the work implement attitude detection device 50 is configured of a boom angle sensor 30, an arm angle sensor 31, a bucket angle sensor 32, and a vehicle body inclination angle sensor 33. These angle sensors 30, 31, 32, 33 function as posture sensors of the work machine 1A.
  • the target surface setting device 51 is an interface capable of inputting information on the target surface 700 (including position information and tilt angle information of each target surface).
  • the target surface setting device 51 is connected to an external terminal (not shown) which stores three-dimensional data of the target surface defined on the global coordinate system (absolute coordinate system). The operator may manually input the target surface via the target surface setting device 51.
  • the operator operation detection device 52a is a pressure sensor 70a that acquires the operation pressure (first control signal) generated in the pilot lines 144, 145, 146 by the operation of the operation levers 1a, 1b (operation devices 45a, 45b, 46a) by the operator. 70b, 71a, 71b, 72a, 72b. That is, the operation on the hydraulic cylinders 5, 6, 7 related to the working machine 1A is detected.
  • the display device 53a is a touch panel liquid crystal monitor for displaying the positional relationship between the target surface 700 and the work implement 1A (for example, the bucket 10) as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the positional relationship between the target surface 700 and the bucket 10 is displayed on the display screen of the display device 53a, and the distance between the target surface 700 and the tip of the bucket 10 is displayed as the target surface distance. .
  • the work mode selection switch 96 is a switch for selecting any one of the ground leveling mode (first mode) and the rolling permission mode (second mode) as a work mode by the work machine 1A.
  • the work mode selection switch 96 of the present embodiment is constituted by an icon displayed on the screen of the display device 53a, and FIG. 7 shows icons of the ground leveling mode and the rolling pressure permitting mode, respectively.
  • the mode being selected is displayed on the screen as an icon, and the operator can switch the work mode (ie, the switch switching position) by touching the icon on the screen.
  • the front control hydraulic unit 160 is provided on the pilot lines 144 a and 144 b of the operating device 45 a for the boom 8 and detects a pilot pressure (first control signal) as an operation amount of the operation lever 1 a.
  • Pressure sensors 70a and 70b, an electromagnetic proportional valve 54a connected to the pilot pump 48 via the pump line 170 on the primary port side to reduce and output the pilot pressure from the pilot pump 48, and a pilot of the operating device 45a for the boom 8 Select the high pressure side of the pilot pressure in the pilot line 144a and the control pressure (second control signal) output from the solenoid proportional valve 54a, connected to the line 144a and the secondary port side of the solenoid proportional valve 54a, and select the flow control valve Of a shuttle valve 82a leading to the hydraulic drive unit 150a of 15a and an operating device 45a for the boom 8 B is installed in the lot line 144b, and a pilot pressure proportional solenoid valve 54b (the first control signal) reduces to the outputs of the pilot line 144b based on the control signal from the controller 40.
  • the front control hydraulic unit 160 is installed on the pilot lines 145a and 145b for the arm 9, and detects the pilot pressure (first control signal) as an operation amount of the control lever 1b and outputs it to the controller 40 71a, 71b and a solenoid proportional valve 55b installed in the pilot line 145b and reducing and outputting the pilot pressure (first control signal) based on the control signal from the controller 40, installed in the pilot line 145a and controlled
  • An electromagnetic proportional valve 55a is provided which reduces and outputs the pilot pressure (first control signal) in the pilot line 145a based on the control signal from the controller 40.
  • the front control hydraulic unit 160 also detects a pilot pressure (first control signal) as an operation amount of the control lever 1a on the pilot lines 146a and 146b for the bucket 10 and outputs the pressure sensor 72a to the controller 40. , 72b, and solenoid proportional valves 56a and 56b that reduce and output the pilot pressure (first control signal) based on the control signal from the controller 40, and the primary port side is connected to the pilot pump 48 and the pilot pump 48 Select the high pressure side of the solenoid proportional valves 56c and 56d for reducing and outputting the pilot pressure, the pilot pressure in the pilot lines 146a and 146b, and the control pressure output from the solenoid proportional valves 56c and 56d, and The shuttle valves 83a and 83b leading to the hydraulic drive units 152a and 152b It is provided. In FIG. 3, connecting lines between the pressure sensors 70, 71, 72 and the controller 40 are omitted for convenience of drawing.
  • the electromagnetic proportional valves 54b, 55a, 55b, 56a, 56b have the maximum opening degree when not energized, and the opening degree decreases as the current as the control signal from the controller 40 increases.
  • the electromagnetic proportional valves 54a, 56c, 56d have an opening degree of zero when not energized and an opening degree when energized, and the opening degree increases as the current (control signal) from the controller 40 increases.
  • the degree of opening 54, 55, 56 of each solenoid proportional valve corresponds to the control signal from the controller 40.
  • the solenoid proportional valves 54a, 56c, 56d are driven by outputting a control signal from the controller 40, when there is no operator operation of the corresponding operating device 45a, 46a. Since the pilot pressure (second control signal) can also be generated, the boom raising operation, the bucket cloud operation, and the bucket dump operation can be forcibly generated. Similarly, when the solenoid proportional valves 54b, 55a, 55b, 56a and 56b are driven by the controller 40, the pilot pressure (first control signal) generated by the operator operation of the operating devices 45a, 45b and 46a is reduced. The pilot pressure (second control signal) can be generated, and the speed of the boom lowering operation, the arm cloud / dump operation, and the bucket cloud / dump operation can be forcibly reduced from the value of the operator operation.
  • the pilot pressure generated by the operation of the operation devices 45a, 45b, and 46a is referred to as a "first control signal”.
  • the pilot pressure generated by correcting (reducing) the first control signal by driving the solenoid proportional valves 54b, 55a, 55b, 56a, 56b by the controller 40 The pilot pressure generated by driving the solenoid proportional valves 54a, 56c, 56d by the controller 40 and newly generated separately from the first control signal is referred to as a "second control signal".
  • the second control signal is generated when the speed of the control point of the work machine 1A generated by the first control signal violates a predetermined condition, and generates the speed of the control point of the work machine 1A not against the predetermined condition Generated as a control signal.
  • the second control signal is prioritized.
  • the first control signal is interrupted by the proportional solenoid valve, and the second control signal is input to the other hydraulic drive. Therefore, of the flow control valves 15a to 15c, one for which the second control signal is calculated is controlled based on the second control signal, and one for which the second control signal is not calculated is based on the first control signal.
  • the MC can also be said to control the flow control valves 15a to 15c based on the second control signal.
  • the controller 40 includes an input interface 91, a central processing unit (CPU) 92 as a processor, a read only memory (ROM) 93 and a random access memory (RAM) 94 as a storage device, and an output interface 95.
  • CPU central processing unit
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • the input interface 91 signals from the angle sensors 30 to 32 and the tilt angle sensor 33 which are the working machine posture detection device 50, and a signal from the target surface setting device 51 which is a device for setting the target surface 700;
  • the signal from the GNSS antenna 14, the signals from the pressure sensors 70a, 70b, 71a, 71b, 72a and 72b which are the operator operation detection device 52a, and the signals from the work mode selection switch 96 are input, and the CPU 92 can calculate To convert.
  • the ROM 93 is a recording medium storing control programs for executing MC and MG including processing to be described later and various information etc. necessary for executing the processing.
  • the CPU 92 follows the control program stored in the ROM 93. Predetermined arithmetic processing is performed on signals taken in from the input interface 91, the ROM 93, and the RAM 94.
  • the output interface 95 can operate the notification device 53 by creating a signal for output corresponding to the calculation result in the CPU 92 and outputting the signal to the delivery device 53.
  • the controller 40 in FIG. 5 includes semiconductor memories such as the ROM 93 and the RAM 94 as storage devices, but any storage device can be substituted in particular.
  • a magnetic storage device such as a hard disk drive may be included.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of the controller 40.
  • the controller 40 includes an operation amount calculation unit 43a, a posture calculation unit 43b, a target surface calculation unit 43c, a ground adjustment target speed calculation unit 43e, a boom reduction speed calculation unit 43d, and a boom reduction speed selection unit 43f. It functions as a target pilot pressure calculation unit 43g, a valve command calculation unit 43h, and a display control unit 374a.
  • the target pilot pressure calculator 43g and the valve command calculator 43h may be collectively referred to as an actuator controller 81.
  • the operation amount calculator 43a calculates the amount of operation of the operation devices 45a, 45b, 46a (the operation levers 1a, 1b) based on the input from the operator operation detection device 52a. From the detection values of the pressure sensors 70, 71, 72, the amount of operation of the operating devices 45a, 45b, 46a can be calculated. From the detection value of pressure sensor 70a shown in the figure, the operation amount of boom raising, from the detection value of pressure sensor 70b, the operation amount of boom lowering, from the detection value of pressure sensor 71a, the operation amount of arm cloud (arm pulling) The operation amount of the arm dump (arm pressing) is calculated from the detection value of the pressure sensor 71b.
  • the operation amount converted from the detection values of the pressure sensors 70, 71, 72 as described above is output to the ground speed target speed calculating unit 43e, the boom lowering limit speed calculating unit 43d, or the boom lowering limit speed selecting unit 43f.
  • the operation amount calculation unit 43a also calculates the operation amount of the bucket dump / cloud from the detection value of the pressure sensor 72, and the calculation result is output to the ground speed target speed calculation unit 43e.
  • the calculation of the operation amount by the pressure sensors 70, 71, 72 is only an example, and for example, the operation lever is detected by a position sensor (for example, a rotary encoder) that detects the rotational displacement of the operation lever of each operation device 45a, 45b, 46a.
  • the amount of operation of may be detected.
  • a stroke sensor that detects the expansion amount of each hydraulic cylinder 5, 6, 7 is attached, and the operation speed of each cylinder is calculated based on the detected time change of the expansion amount.
  • the configuration to calculate is also applicable.
  • the posture calculation unit 43b calculates the posture of the front work machine 1A in the local coordinate system (excavator reference coordinates) and the position of the tip of the bucket 10 based on the information from the work machine posture detection device 50. As described above, the toe position (Xbk, Zbk) of the bucket 10 can be calculated by the equations (1) and (2). If the attitude of the front work machine 1A in the global coordinate system and the position of the tip of the bucket 10 are required, the attitude calculation unit 43b determines the position of the upper swing body 12 in the global coordinate system from the signal of the GNSS antenna 14 Calculate the attitude and convert the local coordinates to global coordinates.
  • the target surface calculation unit 43 c calculates the position information of the target surface 700 based on the information from the target surface setting device 51, and stores this in the RAM 94.
  • a cross-sectional shape obtained by cutting a three-dimensional target surface along a plane (working plane of the working machine) along which the working machine 1A moves is used as a target plane 700 (two-dimensional target plane) Do.
  • one target surface 700 is shown in the example of FIG. 4, there may be a case where a plurality of target surfaces exist.
  • a method of setting the one closest to the work machine 1A as the target surface for example, a method of setting one below the bucket toe as the target surface, or a arbitrarily selected one There is a method to make it a goal surface.
  • the ground adjustment target speed calculation unit 43e calculates the target speeds of the hydraulic cylinders 5, 6, 7 at the time of ground adjustment control (area limitation control).
  • the operation amounts of the operation devices 45a, 45b, 46a are input from the operation amount calculation unit 43a, and the target speeds of the hydraulic cylinders 5, 6, 7 are calculated.
  • a target velocity vector Vc (see FIG. 9) at the tip of the bucket is determined from the dimensions of each part of 1A.
  • the hydraulic cylinders 5, 6, 7 are such that the component Vcy perpendicular to the target surface 700 in the target velocity vector Vc of the bucket tip becomes zero.
  • control direction change control
  • the velocity vector Vca when the target surface distance H1 is zero is only the component Vcx parallel to the target surface 700.
  • the toe (control point) of the bucket 10 is held so as to be located on or above the target surface 700.
  • the software when the software is designed to perform direction change control by a combination of boom raising / lowering and arm cloud, when the velocity vector Vc includes a component in the direction approaching the target surface 700 (that is, perpendicular to the target surface 700). If the vector component Vcy in the direction is negative), the ground adjustment target speed calculation unit 43e calculates the target speed of the boom cylinder 5 in the boom raising direction so as to cancel the component. Conversely, when the velocity vector Vc includes a component in the direction away from the target surface 700 (ie, when the vector component Vcy in the vertical direction with respect to the target surface 700 is positive), the target of the boom cylinder 5 in the boom lowering direction is canceled so as to cancel that component. Calculate the speed.
  • the target velocity computing unit 43e for land adjustment calculates the target velocity of the boom cylinder 5 in the boom raising direction so as to cancel the component.
  • the target velocity of the boom cylinder 5 in the boom lowering direction is calculated so as to cancel the component.
  • the target speed of the boom cylinder 5 in the boom lowering direction is calculated by the ground speed target speed calculating unit 9c, the target speed is output to the boom lowering limit speed selecting unit 43f, and the other target speeds are the target pilot pressure calculating unit 43g. Output to
  • the target speed calculation unit 43e outputs the target hydraulic cylinder target speed (target speed of each hydraulic cylinder based on the amount of operation by the operator) based on the amount of operation of the operating device. Be done.
  • the boom lowering speed limit calculation unit 43d calculates the first boom lowering speed and the second boom lowering speed based on the detection value of the pressure sensor 70b indicating the boom lowering operation amount and the target surface distance H1.
  • FIG. 10 is a control block diagram of the boom lowering speed limit calculation unit 43d.
  • the boom lowering speed limit calculation unit 43d inputs the target surface distance H1 (S1) from the bucket tip to the target surface 700 calculated by the posture calculation unit 43b to a first speed limit table S2 indicated by a broken line in FIG.
  • the first speed limit VD1 (stop boom lowering speed (first speed)) in the lowering direction of the boom cylinder 5 is output (calculated) as the boom lowering speed (S9).
  • S9 the first speed limit table of FIG.
  • the target surface distance H1 is such that the speed limit in the lowering direction of the boom cylinder 5 approaches zero as the target surface distance H1 decreases to stop the bucket tip on the target surface 700.
  • the speed limit of the boom cylinder 5 is set to decrease gradually as it decreases. In the example of FIG. 11, the speed limit of the boom cylinder 5 decreases linearly with the decrease of the target surface distance H1.
  • the boom lowering speed limit calculation unit 43d inputs the target surface distance H1 (S1) calculated by the posture calculation unit 43b to the second speed restriction table S3 shown in FIG. (3rd speed)) is output (calculated) (S3). If the target surface distance H1 is set to a value close to 0 as h1 (first distance) and a value larger than h1 is h2 (second distance) (that is, 0 ⁇ h1 ⁇ h2), the second in FIG. In the speed limit table, the second speed limit is set so that the target surface distance H1 is greater than the first speed limit within the range from zero at which the machine control is performed to the set value h2.
  • the inclination of the speed in the lowering direction of the boom cylinder 5 with respect to the target surface distance H1 becomes steeper (that is, the speed limit is rapidly reduced) with the set value h1 as the boundary. It is set.
  • the pilot pressure detected by the pressure center 70b that is, the value (S4) of the operation amount for boom lowering is input to the speed ratio table (S5) shown in FIG. 12, and the speed ratio ⁇ is a function of the boom lowering operation amount (x).
  • the speed ratio ⁇ is a function of the boom lowering operation amount (x).
  • the numerical value (maximum value 1.0) monotonously increases with the increase of the deviation of the boom lowering operation amount and the first operation amount Will output.
  • the function ⁇ outputs 1.0. If the function ⁇ is a monotonically increasing function and monotonously increases from zero to 1 in the range from the first manipulated variable to the second manipulated variable, functions other than those shown in FIG. 11 can also be used. .
  • the function (1- ⁇ ) is a function that monotonously decreases with an increase in deviation between the boom lowering operation amount and the first operation amount when the boom lowering operation amount is equal to or more than the first operation amount and less than the second operation amount.
  • the function (1- ⁇ ) may be referred to as the first function, and the function ⁇ as the second function.
  • the second boom lowering speed (second speed) a value (S6) obtained by multiplying the first speed limit VD1 by the first function (1- ⁇ ) and a second speed limit VD2 multiplied by the second function ⁇
  • the sum ((1- ⁇ ) VD1 + ⁇ VD2) of the values (S7) is output (S8, S10). That is, the second boom lowering speed (second speed) is defined by the weighted average of the first speed limit VD1 and the second speed limit VD2, and the weight of the first speed limit VD1 according to the increase of the boom lowering operation amount
  • the weight ( ⁇ ) of the second speed limit VD2 is set to increase while decreasing 1 ⁇ ).
  • a stop boom lowering speed limit VD1 is always output as the first boom lowering speed.
  • the stop boom lowering limit velocity VD1 is output as the second boom lowering speed
  • the boom lowering operation amount is the first operation amount or more and less than the second operation amount
  • the boom lowering speed limit proportional boom lowering speed
  • the boom lowering speed limit is output as the boom lowering operation amount increases in proportion to the increase in the boom lowering operation amount, and when the boom lowering operation amount is the second operation amount or more, The pressure boom lowering limit speed VD2 is output.
  • the work mode selection switch 96 When the ground leveling mode is selected as the operation mode, the work mode selection switch 96 outputs 1 as a ground leveling mode flag to the boom lowering speed limit selection unit 43f. On the other hand, when the compaction permission mode is selected, 0 is output as the leveling mode flag to the boom lowering limitation speed selection unit 43f.
  • the boom lowering limit speed selection unit 43f lowers the boom of the boom cylinder 5 output to the target pilot pressure calculation unit 43g based on at least one of presence / absence of arm operation, switching position of the work mode selection switch 96, and boom lowering operation amount. It is the part that executes the process of selecting the speed limit of the direction.
  • FIG. 13 is a flowchart of processing executed by the boom reduction speed limiting unit 43f according to the present embodiment.
  • the boom lowering limitation speed selecting unit 43f repeatedly executes the processing of FIG. 13 at a predetermined control cycle.
  • the boom lowering limitation speed selecting unit 43f determines whether an arm operation is input to the controller device 45b based on the arm operation amount input from the operation amount calculating unit 43a.
  • the process proceeds to step S302, and when it is determined that the arm operation is not input, the process proceeds to step S303.
  • step S302 the boom lowering limitation speed selecting unit 43f outputs the target velocity in the lowering direction of the boom cylinder, which is input from the ground adjustment target velocity calculating unit 43e, to the target pilot pressure calculating unit 43g.
  • the boom cylinder target speed does not go to the boom lowering limit speed selection unit 43f and the target pilot pressure calculation unit 43g is used. You may output it.
  • step S303 the boom lowering speed limit selection unit 43f determines, based on the ground adjustment mode flag input from the operation mode selection switch 96, whether or not the ground adjustment mode is selected as the operation mode. If it is determined that the ground adjustment mode flag is 1 and the ground adjustment mode is selected, the process proceeds to step S304. On the other hand, when it is determined that the ground adjustment mode flag is 0 and the pressure reduction permission mode is selected, the process proceeds to step S305.
  • step S304 the boom lowering limit speed selecting unit 43f outputs the first boom lowering speed VD1 calculated by the boom lowering limit speed calculating unit 43d to the target pilot pressure calculating unit 43g.
  • step S305 the boom lowering limitation speed selecting unit 43f determines whether the boom lowering operation input to the operation device 45a is less than the first operation amount based on the boom lowering operation amount input from the operation amount calculating unit 43a. Do. Here, if it is determined that the boom lowering operation amount is less than the first operation amount, the process proceeds to step S306, and if it is determined that the boom lowering operation amount is the first operation amount or more, the process proceeds to step S307.
  • step S306 the boom lowering limit speed selecting unit 43f outputs the second boom lowering speed (first speed) calculated by the boom lowering limit speed calculating unit 43d to the target pilot pressure calculating unit 43g.
  • VD1 stop boom lowering speed
  • step S307 the boom lowering limitation speed selecting unit 43f determines whether the boom lowering operation input to the operation device 45a is less than the second operation amount based on the boom lowering operation amount input from the operation amount calculating unit 43a. Do.
  • the process proceeds to step S308, and when it is determined that the boom lowering operation amount is the second operation amount or more, the process proceeds to step S309.
  • step S308 the boom lowering limit speed selecting unit 43f outputs the second boom lowering speed (second speed) calculated by the boom lowering limit speed calculating unit 43d to the target pilot pressure calculating unit 43g.
  • the boom lowering operation amount is equal to or more than the first operation amount and less than the second operation amount
  • (1 ⁇ ) VD1 + ⁇ VD2 proportional boom lowering speed
  • step S309 the boom lowering limit speed selecting unit 43f outputs the second boom lowering speed (third speed) calculated by the boom lowering limit speed calculating unit 43d to the target pilot pressure calculating unit 43g.
  • VD2 compressing boom lowering speed
  • the boom lowering limit speed selection unit 43f performs the arm operation when the pilot pressure of the arm operation detected by the pressure sensors 71a and 71b is raised regardless of the ground adjustment mode flag output from the work mode selection switch 96. It is determined that the ground leveling operation combining the boom movement is to be performed, and the target cylinder speed for ground leveling calculated by the target speed for ground leveling operation unit 9c is output as the boom cylinder target speed in the boom lowering direction.
  • the boom lowering cylinder speed calculator 9 d is output as the speed. If the pilot pressure detected by the pressure detectors 61a and 61b does not stand and the ground adjustment mode flag output from the digging mode calculating unit 9e is 0, the boom lowering cylinder speed is calculated by the boom lowering limit cylinder speed calculating unit 9d Output the second boom lowering speed.
  • the target pilot pressure calculation unit 43g sends the flow control valves 15a, 15b, 15c of the hydraulic cylinders 5, 6, 7 to the flow control valves of the hydraulic cylinders 5, 6, 7 based on the target speeds of the cylinders 5, 6, 7 calculated by the ground speed target speed calculation unit 43e.
  • Calculate the target pilot pressure of However, when the target pilot pressure is calculated from the target speed of the hydraulic cylinder, the target speed of the boom cylinder 5 calculated by the target speed calculation unit 43e for ground adjustment is output from the boom reduction speed selection unit 43f. It is determined whether the speed limit is exceeded.
  • the target speed of the boom cylinder 5 is limited to the speed limit output from the boom lowering speed limit selection unit 43f.
  • the target pilot pressure calculator 43g calculates a target pilot pressure to the flow control valve 15a of the boom cylinder 5 based on the speed limit output from the boom lowering speed limit selector 43f.
  • the target pilot pressure calculated by the target pilot pressure calculator 43g is output to the valve command calculator 43h.
  • the valve command calculation unit 43h is an electromagnetic proportional valve 54, 55, 56 for causing the target pilot pressure calculated by the target pilot pressure calculation unit 43g to act on the flow control valves 15a, 15b, 15c of the respective hydraulic cylinders 5, 6, 7. Is a part that calculates the electric signal to be output to the electromagnetic proportional valve 54, 55, 56.
  • the electric signal output from the valve command calculation unit 43h controls the solenoid proportional valves 54, 55, 56 so that the target pilot pressure acts on the flow control valves 15a, 15b, 15c of the hydraulic cylinders 5, 6, 7 Thus, the work by the working machine 1A is performed.
  • the proportional solenoid valve 55c is controlled so that the tip of the bucket 10 does not enter the target surface 700, and the raising operation of the boom 8 And the deceleration operation of the arm cloud is performed automatically.
  • the display control unit 374a selects the target plane 700 and the working machine 1A (bucket) based on the posture information of the front work machine 1A, the position information of the tip of the bucket 10, and the position information of the target plane 700 input from the posture calculation unit 43b. A process of displaying the positional relationship with the ten toes on the display device 53a is executed.
  • the boom lowering limit speed selecting unit 43f outputs the first boom lowering speed (stop boom lowering speed VD1) calculated by the boom lowering limit speed calculating unit 43d as the speed limit of the boom lowering cylinder speed. . Therefore, if the ground leveling mode is selected as the operation mode, since the boom lowering speed is not output as the boom lowering speed, the shift to the rolling pressure control is not performed regardless of the boom lowering operation amount.
  • the compaction boom lowering speed VD2 is output.
  • the boom lowering cylinder speed is rapidly decelerated when the target surface distance H1 decreases (when it becomes smaller than d1), but the velocity vector is zero in a short time until the bucket tip reaches the target surface 700
  • the target surface 700 can be rolled on the bottom surface of the bucket 10 because it does not become.
  • the stopping boom lowering speed VD1 (first speed) is proportional to the boom lowering operation amount and the compaction boom lowering speed limit VD2
  • the boom lowering speed limit (proportional boom lowering speed: (1 ⁇ ) VD1 + ⁇ VD2) is output as the boom lowering operation amount increases in the range of (third speed).
  • the boom lowering speed VD1 for stopping is reduced to the boom lowering speed VD2.
  • the rolling boom lowering speed VD2 is always output as the boom lowering cylinder limit speed. Therefore, if you want to make the boom lowering speed faster for tasks other than rolling, for example, if you want to increase the digging force by the boom lowering alone, perform the boom lowering operation more than the second operation amount, compared to other cases.
  • the lowering speed limit is increased, and the drilling force can be increased by the boom lowering single operation.
  • FIG. 14 is a speed ratio table in the second embodiment.
  • the second operation amount is not set, and the speed ratio ⁇ is set to reach 1.0 when the boom lowering operation amount is maximum. Therefore, when the boom lowering operation amount is less than the first operation amount, the stopping boom lowering speed is output, and when the boom lowering operation amount is the first operation amount or more, the stopping boom is proportional to the boom lowering operation amount.
  • a larger boom lowering speed limit (proportional boom lowering speed) is output as the boom lowering operation amount is larger in the range from the lowering speed VD1 to the compaction boom lowering speed VD2.
  • FIG. 15 is a flow chart of processing executed by the boom lowering speed limit selection unit 43f. The same processing as that of the flowchart of FIG. If the boom lowering speed limit selection unit 43f is configured as shown in FIG. 15, the compaction boom lowering speed VD2 is not set unless the boom lowering operation amount is maximized. However, since there is no change in the boom lowering limit speed smoothly according to the boom lowering operation amount in the range from the boom lowering speed VD1 for stopping to the boom lowering speed VD2 for rolling, it is for rolling pressure from the boom lowering speed VD1 for stopping Shock due to switching of the boom lowering speed VD2 does not occur, and the operator does not feel discomfort in the operation. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to carry out the rolling work as intended by the operator.
  • the second speed limit table (third speed) used when calculating the second boom lowering speed in the boom lowering speed limit calculation unit 43d of the first embodiment can be changed to another table.
  • a normal target speed table that defines the correlation between the operation amount and the cylinder speed that defines the boom cylinder speed when the boom is lowered based on the boom lowering operation amount of the operating device Is possible.
  • FIG. 16 is a control block diagram of the boom lowering speed limit calculation unit 43d in the third embodiment.
  • the same parts as in FIG. 10 are assigned the same reference numerals.
  • the boom cylinder speed at which the operator requests the boom lowering operation amount (detection value (S3) of the pressure sensor 70b) input to the operation device 45b by the operator The required boom lowering speed table (S4) to be converted into the required boom lowering speed VDO) is used.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of the required boom lowering speed table.
  • the requested boom lowering speed table in this figure is set such that the speed in the lowering direction of the boom cylinder 5 monotonously increases toward the maximum value according to the increase of the boom lowering operation amount, in other words, the boom lowering operation
  • the speed in the lowering direction of the boom cylinder 5 is set to monotonously decrease toward zero according to the decrease in the amount.
  • the horizontal axis is changed to the target surface distance H1 for reference, and a first limit speed table which defines the relationship between the target surface distance H1 and the boom cylinder limit speed is also described.
  • the boom lowering limit speed calculation unit 43d inputs the detection value of the pressure sensor 70b to the speed ratio table (S5) to calculate the speed ratio ⁇ . Then, a value obtained by multiplying the first function (1- ⁇ ) by the stopping boom lowering speed VD1 output from the first speed limit table (S2) and the required boom lowering output from the required boom lowering speed table (S4) The values obtained by multiplying the speed VDO by the second function ⁇ are respectively added and output as the second boom lowering speed (S10). In this case, in the range from the stop boom lowering speed VD1 to the boom lowering speed VDO having no speed limit, the boom cylinder speed which is higher as the boom lowering operation amount is larger is output as the second boom lowering speed.
  • the processing performed by the boom lowering limit speed selecting unit 43f is as illustrated in FIG.
  • FIG. 18 is a flowchart of the process performed by the boom lowering speed limit selection unit 43f. The same processing as that of the flowchart of FIG.
  • step S310 the boom lowering limit speed selecting unit 43f outputs the second boom lowering speed (second speed) calculated by the boom lowering limit speed calculating unit 43d to the target pilot pressure calculating unit 43g.
  • the boom lowering operation amount is equal to or more than the first operation amount and less than the second operation amount
  • (1- ⁇ ) VD1 + ⁇ VDO proportional boom lowering speed
  • step S310 the boom lowering limit speed selecting unit 43f outputs the second boom lowering speed (third speed) calculated by the boom lowering limit speed calculating unit 43d to the target pilot pressure calculating unit 43g.
  • VDO quired boom lowering speed
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the required boom lowering speed VDO (the first speed) from the stop boom lowering speed VD1 (first speed) is proportional to the boom lowering operation amount.
  • the boom lowering speed limit (proportional boom lowering speed: (1- ⁇ ) VD1 + ⁇ VDO) is output as the boom lowering operation amount increases in the range of 3 speeds).
  • the boom lowering speed smoothly transitions according to the boom lowering operation amount in the range from the stop boom lowering speed VD1 to the required boom lowering speed VDO, the shock due to the switching of the stop boom lowering speed VD1 to the required boom lowering speed VDO Does not occur, and the operator does not feel uncomfortable. Therefore, it is possible to perform the rolling work as intended by the operator.
  • the boom lowering operation amount is equal to or more than the second operation amount, the required boom lowering speed is obtained, and therefore, the speed limitation as in the first embodiment is not applied.
  • the working mode selection switch 96 may be omitted from the first embodiment to eliminate the function of switching the working mode, and the configuration may be such that the rolling permission mode is always selected. In this case, the icon of the work mode selection switch 96 is not displayed on the display device 53a. Since it becomes equivalent to the state where 0 is always output to the ground leveling mode flag, the processing executed by the boom lowering speed limiting part 43f is as shown in FIG.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications within the scope of the present invention.
  • the present invention is not limited to the one provided with all the configurations described in the above embodiment, but also includes one in which a part of the configuration is deleted.
  • part of the configuration according to one embodiment can be added to or replaced with the configuration according to another embodiment.
  • the third speed is set to decrease as the target surface distance H1 decreases, and the boom lowering operation amount of the operating device and the second speed limit VD2 (compressing boom lowering speed)
  • the required boom lowering speed VDO was set to decrease according to the decrease of the speed
  • the third speed changes according to either the target surface distance or the boom lowering operation amount of the operating device.
  • Other values may be used as long as they are set.
  • each configuration of the controller 40 described above, the function of each configuration, execution processing, etc. are realized partially or entirely by hardware (for example, designing logic for executing each function by an integrated circuit, etc.) You may.
  • the configuration according to the controller 40 may be a program (software) in which each function according to the configuration of the control device is realized by being read and executed by an arithmetic processing unit (for example, a CPU).
  • the information related to the program can be stored in, for example, a semiconductor memory (flash memory, SSD, etc.), a magnetic storage device (hard disk drive, etc.), a recording medium (magnetic disk, optical disc, etc.), and the like.
  • control line and the information line showed what was understood to be required for description of the said embodiment in the description of each said embodiment, all the control lines and information lines which concern on a product are not necessarily shown. Does not necessarily indicate. In practice, it can be considered that almost all configurations are mutually connected.

Abstract

制御コントローラは，ブーム下げ操作量が第１操作量未満のときにブームシリンダの制限速度として第１速度（第一制限速度）を出力し，ブーム下げ操作量が第１操作量以上のときに第２速度を出力する。第１速度は，目標面距離が減少するに応じて低減するように設定されている。第２速度は，第１速度と，目標面距離及び前記操作装置のブーム下げ操作量のいずれか一方に応じて変化するように設定された第３速度（第二制限速度）との加重平均で規定され，ブーム下げ操作量が増加するに応じて第１速度の重みが低減するとともに第３速度の重みが増加するように設定されている。

Description

作業機械
　本発明はマシンコントロールが実行可能な作業機械に関する。
　作業機械の１つである油圧ショベルには，オペレータ（操作者とも称する）の掘削操作を補助する制御システムが備えられることがある。具体的には，操作装置を介して掘削操作（例えば，アームクラウドの指示）が入力された場合，目標面と作業機の先端（例えばバケットの爪先）の位置関係を基に，作業機（フロント作業機とも言う）の先端の位置が目標面上及びその上方の領域内に保持されるように，作業機を駆動するブームシリンダ，アームシリンダ及びバケットシリンダのうち少なくともブームシリンダを強制的に動作させる制御（例えば，ブームシリンダを伸ばして強制的にブーム上げ動作を行う）を実行する制御システムがある。このような作業機先端の動き得る領域を制限する制御システムの利用により，掘削面の仕上げ作業や法面の成形作業が容易になる。以下では，この種の制御を「領域制限制御」または「整地制御」と称することがある。そして，操作装置が操作されている間，所定のアクチュエータを予め定めた条件に従って動作させる制御信号を演算し，その制御信号に基づいてそのアクチュエータを制御する制御一般のことを「マシンコントロール（ＭＣ：Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）」または「（オペレータ操作に対する）介入制御」と称することがある。
　マシンコントロール（ＭＣ）に関して特許文献１（特許第６０６２１１５号公報）には，作業対象の目標形状を表す設計地形と作業機との間の距離を取得する距離取得部と、作業機による作業が整地作業であることを示す整地判定条件が満たされているか否か、及び、作業機による作業が転圧作業であることを示す転圧判定条件が満たされているか否かを判定する作業局面判定部と、整地判定条件が満たされているときには、作業機が設計地形に沿って移動するように作業機を制御する整地制御の実行を決定し、転圧判定条件が満たされているときには、作業機と設計地形との間の距離に応じて設計地形に向かう作業機の速度を制限する転圧制御の実行を決定する制御決定部とを備え、制御決定部は、転圧制御の実行中に整地判定条件が満たされたときには転圧制御を維持する作業車両の制御システムが開示されている。
特許第６０６２１１５号公報
　特許文献１では，操作条件が転圧判定条件を満たすか否かで、ブーム下げ速度の制限方法の切替えを行っている。すなわち，急なブーム下げ操作が行われた場合には転圧判定条件が満たされると判定し、ブーム下げの速度制限制御を，整地制御で利用される第２制限速度情報Ｉ２に基づく速度制限制御から，転圧制御で利用される第１制限速度情報Ｉ１に基づく速度制限制御に切り替えている。第１制限速度情報Ｉ１と第２制限速度情報Ｉ２は作業機と設計面の距離に応じてブーム下げの制限速度をそれぞれ規定しているが，第１制限速度情報Ｉ１と第２制限速度情報Ｉ２が規定する制限速度の差は殆どの距離範囲で大きい。そのため，速度制限制御が切替わる前後の速度差は大きい傾向にあり，車体にショックが生じたり操作に違和感が生じたりし易い。
　特に，ブーム下げ操作で作業機先端を地表面上に停止させる停止作業と，ブーム下げ操作で作業機先端を地表面に押し付ける転圧作業の操作方法はブーム下げ操作のみを行う点で酷似しているため，操作方法でどちらの作業を行なおうとしているのか判定するのは難しい。例えば，転圧判定条件を緩くする（特許文献１ではｒ１を大きくする）と，操縦者が意図しない場面で整地制御用の第２制限速度から転圧制御用の第１制限速度へ切替わることになるため，速度の急変による車体のショックや操作の違和感の問題が依然として生じる。一方，転圧判定条件を厳しくする（特許文献１ではｒ１を小さくする）と，操縦者が転圧を行いたい場面で転圧判定条件が満たされず，整地制御で利用される第２制限速度情報Ｉ２に基づく速度制限制御が行われやすくなるため，作業の非効率化を招くとともに，操縦者の心理的疲労が大きくなる。
　本発明の目的は，操縦者に車体のショックや操作の違和感を与えることなく，操縦者の意図通りに転圧作業を行うことができる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，ブーム及びアームを有する多関節型の作業機と，前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータであって前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと，
　オペレータの操作に応じて前記作業機の動作を指示する操作装置と，前記操作装置が操作されている間、所定の目標面上またはその上方に前記作業機が位置するように前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つを制御し，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づいて前記ブームシリンダの速度を制御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，前記操作装置のブーム下げ操作量が第１操作量未満のとき，前記ブームシリンダの制限速度として前記目標面と前記作業機の距離が減少するに応じて低減するように設定された第１速度を算出し，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量以上のとき，前記ブームシリンダの制限速度として第２速度を算出し，前記第２速度は，前記第１速度と，前記目標面と前記作業機の距離及び前記操作装置のブーム下げ操作量のいずれか一方に応じて変化するように設定された第３速度との加重平均で規定され，前記ブーム下げ操作量が増加するに応じて前記第１速度の重みが低減するとともに前記第３速度の重みが増加するように設定されており，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記制限速度を超えるとき，前記ブームシリンダの速度を前記制限速度に制限するものとする。
　本発明によれば，操縦者に車体のショックや操作の違和感を与えることなく，操縦者の意図通りに転圧作業を行うことができる。
油圧ショベルの構成図。 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。 図２中のフロント制御用油圧ユニット１６０の詳細図。 図１の油圧ショベルにおける座標系および目標面を示す図。 油圧ショベルの制御コントローラ４０のハードウェア構成図。 表示装置５３ａの表示画面の一例の図。 作業選択モードのアイコンの一例を示す図。 油圧ショベルの制御コントローラ４０の機能ブロック図。 バケット１０の先端が補正後の目標速度ベクトルＶｃａの通りにＭＣされたときの軌跡の一例を示す図。 ブーム下げ制限速度演算部４３ｄの制御ブロック線図。 ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで利用される第一速度制限テーブルと第二速度制限テーブルの一例を示す図。 ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで利用される速度比率テーブルの一例を示す図。 第１実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャート。 第２実施形態のブーム下げ制限速度演算部４３ｄで利用される速度比率テーブル。 第２実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャート。 第３実施形態におけるブーム下げ制限速度演算部４３ｄの制御ブロック線図。 要求ブーム下げ速度テーブルの一例を示す図。 第３実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャート。 第４実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャート。 第５実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャート
　以下，本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお，以下では，作業機の先端の作業具（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作業機械で本発明を適用しても構わない。さらに，複数のリンク部材（アタッチメント，アーム，ブーム等）を連結して構成される多関節型の作業機を有するものであれば油圧ショベル以外の作業機械への適用も可能である。
　また，本稿では，或る形状を示す用語（例えば，目標面，設計面等）とともに用いられる「上」，「上方」又は「下方」という語の意味に関し，「上」は当該或る形状の「表面」を意味し，「上方」は当該或る形状の「表面より高い位置」を意味し，「下方」は当該或る形状の「表面より低い位置」を意味することとする。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＞
　－油圧ショベルの全体構成－
　図１は本発明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り，図３は図２中のフロント制御用油圧ユニット１６０及びその周辺設備の詳細図である。
　図１において，油圧ショベル１は，多関節型のフロント作業機１Ａと，車体１Ｂで構成されている。車体１Ｂは，左右の走行油圧モータ３ａ，３ｂ（油圧モータ３ａは図２を参照）により走行する下部走行体１１と，下部走行体１１の上に取り付けられ，旋回油圧モータ４により旋回する上部旋回体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いる。ブーム８の基端は上部旋回体１２の前部においてブームピンを介して回動可能に支持されている。ブーム８の先端にはアームピンを介してアーム９が回動可能に連結されており，アーム９の先端にはバケットピンを介してバケット１０が回動可能に連結されている。ブーム８はブームシリンダ５によって駆動され，アーム９はアームシリンダ６によって駆動され，バケット１０はバケットシリンダ７によって駆動される。
　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）の傾斜角θ（図５参照）を検出する車体傾斜角センサ３３が取付けられている。なお，角度センサ３０，３１，３２はそれぞれ基準面に対する角度センサに代替可能である。
　上部旋回体１２に設けられた運転室内には，走行右レバー２３ａ（図２）を有し走行右油圧モータ３ａ（下部走行体１１）を操作するための操作装置４７ａ（図２）と，走行左レバー２３ｂ（図２）を有し走行左油圧モータ３ｂ（下部走行体１１）を操作するための操作装置４７ｂ（図２）と，操作右レバー１ａ（図２）を共有しブームシリンダ５（ブーム８）及びバケットシリンダ７（バケット１０）を操作するための操作装置４５ａ，４６ａ（図２）と，操作左レバー１ｂ（図２）を共有しアームシリンダ６（アーム９）及び旋回油圧モータ４（上部旋回体１２）を操作するための操作装置４５ｂ，４６ｂ（図２）が設置されている。以下では，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を操作レバー１，２３と総称することがある。
　上部旋回体１２に搭載された原動機であるエンジン１８は，油圧ポンプ２とパイロットポンプ４８を駆動する。油圧ポンプ２はレギュレータ２ａによって容量が制御される可変容量型ポンプであり，パイロットポンプ４８は固定容量型ポンプである。本実施形態においては，図２に示すように，パイロットライン１４４，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９の途中にシャトルブロック１６２が設けられている。操作装置４５，４６，４７から出力された油圧信号が，このシャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａにも入力される。シャトルブロック１６２の詳細構成は省略するが，油圧信号がシャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａに入力されており，油圧ポンプ２の吐出流量が当該油圧信号に応じて制御される。
　パイロットポンプ４８の吐出配管であるポンプライン１７０はロック弁３９を通った後，複数に分岐して操作装置４５，４６，４７，フロント制御用油圧ユニット１６０内の各弁に接続している。ロック弁３９は本例では電磁切換弁であり，その電磁駆動部は上部旋回体１２の運転室に配置されたゲートロックレバー（不図示）の位置検出器と電気的に接続している。ゲートロックレバーのポジションは位置検出器で検出され，その位置検出器からロック弁３９に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁３９が閉じてポンプライン１７０が遮断され，ロック解除位置にあればロック弁３９が開いてポンプライン１７０が開通する。つまり，ポンプライン１７０が遮断された状態では操作装置４５，４６，４７による操作が無効化され，旋回，掘削等の動作が禁止される。
　操作装置４５，４６，４７は，油圧パイロット方式であり，パイロットポンプ４８から吐出される圧油をもとに，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）を発生する。このように発生したパイロット圧は，コントロールバルブユニット２０内の対応する流量制御弁１５ａ～１５ｆ（図２または図３参照）の油圧駆動部１５０ａ～１５５ｂにパイロットライン１４４ａ～１４９ｂ（図３参照）を介して供給され，これら流量制御弁１５ａ～１５ｆを駆動する制御信号として利用される。
　油圧ポンプ２から吐出された圧油は，流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ（図３参照）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。そして，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。
　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，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）に最少となり，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）に最大となる。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。このとき，ブーム８の基底部からアーム９との接続部までの長さをＬ１，アーム９とブーム８の接続部からアーム９とバケット１０の接続部までの長さをＬ２，アーム９とバケット１０の接続部からバケット１０の先端部までの長さをＬ３とすると，ショベル基準座標におけるバケット１０の先端位置は，ＸｂｋをＸ方向位置，ＺｂｋをＺ方向位置として，以下の式（１）（２）で表すことができる。
　Ｘｂｋ＝Ｌ１ｃｏｓ（α）＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ（α＋β＋γ）…式（１）
　Ｚｂｋ＝Ｌ１ｓｉｎ（α）＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）…式（２）
　また，油圧ショベル１は，図４に示すように，上部旋回体１２に一対のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｔｅｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ１４Ａ，１４Ｂを備えている。ＧＮＳＳアンテナ１４からの情報に基づき，グローバル座標系における油圧ショベル１の位置，またバケット１０の位置を算出することができる。
　図５は本実施形態に係る油圧ショベルが備えるマシンガイダンス（Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｇｕｉｄａｎｃｅ：ＭＧ）ならびにマシンコントロール（Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＭＣ）システムの構成図である。
　本システムでは，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの少なくとも１つが操作されたときに予め定めた条件に従ってフロント作業機１Ａを動作させるＭＣが実行される。ＭＣにおける油圧アクチュエータ５，６，７の制御は，該当する流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃに制御信号（例えば，ブームシリンダ５を伸ばして強制的にブーム上げ動作を行う）を強制的に出力することで行われる。本システムで実行されるＭＣとしては，操作装置４５ｂでアーム操作をする際に実行される「整地制御（領域制限制御）」と，アーム操作を行わずにブーム下げ操作をする際に実行される「停止制御」と，同じくアーム操作を行わずにブーム下げ操作をする際に実行される「転圧制御」が含まれる。
　整地制御（領域制限制御）は，所定の目標面７００（図４参照）上またはその上方にフロント作業機１Ａが位置するように油圧アクチュエータ５，６，７のうち少なくとも１つを制御するＭＣであり，アーム操作によってバケット先端部が目標面７００に沿って移動するように，目標面７００に垂直な方向のバケット爪先（作業機１Ａの先端）の速度ベクトルがゼロになるようにブーム上げ速度又はブーム下げ速度を出力する。
　停止制御は，目標面７００よりも下方にバケット先端部（例えばバケット爪先）が侵入しないようブーム下げ動作を停止するＭＣであり，目標面７００とバケット先端部との距離が近づくにつれブーム下げ速度を徐々に減速する。
　転圧制御は，目標面７００にバケット１０の底面を勢いよく押し当てることで目標面７００通りに成形された掘削面を押し固める転圧作業をするために，目標面７００とバケット１０の距離が近くてもブーム下げ速度をなるべく減速させないＭＣである。
　なお，本実施形態では，ＭＣ時のフロント作業機１Ａの制御点を，油圧ショベルのバケット１０の爪先（作業機１Ａの先端）に設定しているが，制御点は作業機１Ａの先端部分の点であればバケット爪先以外にも変更可能である。例えば，バケット１０の底面やバケットリンク１３の最外部も選択可能であり，目標面７００から最も距離の近いバケット１０上の点を適宜制御点とする構成を採用しても良い。また，本稿ではＭＣを，操作装置４５，４６の非操作時に作業機１Ａの動作をコントローラにより制御する「自動制御」に対して，操作装置４５，４６の操作時にのみ作業機１Ａの動作をコントローラにより制御する「半自動制御」と称することがある。
　また，本システムでのフロント作業機１ＡのＭＧとしては，例えば図６に示すように，目標面７００と作業機１Ａ（例えば，バケット１０）の位置関係を表示装置５３ａに表示する処理が行われる。
　図５のシステムは，作業機姿勢検出装置５０と，目標面設定装置５１と，ＧＮＳＳアンテナ１４と，オペレータ操作検出装置５２ａと，表示装置５３ａと，作業モード選択スイッチ９６と，ＭＧ及びＭＣを司る制御コントローラ（制御装置）４０と，表示装置５３ａを備えている。
　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。これらの角度センサ３０，３１，３２，３３は作業機１Ａの姿勢センサとして機能している。
　目標面設定装置５１は，目標面７００に関する情報（各目標面の位置情報や傾斜角度情報を含む）を入力可能なインターフェースである。目標面設定装置５１は，グローバル座標系（絶対座標系）上に規定された目標面の３次元データを格納した外部端末（図示せず）と接続されている。なお，目標面設定装置５１を介した目標面の入力は，オペレータが手動で行っても良い。
　オペレータ操作検出装置５２ａは，オペレータによる操作レバー１ａ，１ｂ（操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ）の操作によってパイロットライン１４４，１４５，１４６に生じる操作圧（第１制御信号）を取得する圧力センサ７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂから構成される。すなわち，作業機１Ａに係る油圧シリンダ５，６，７に対する操作を検出している。
　表示装置５３ａは，図６に示すように目標面７００と作業機１Ａ（例えば，バケット１０）の位置関係を表示するためのタッチパネル式の液晶モニタであり，運転室内に設置されている。図６に示すように表示装置５３ａの表示画面には，目標面７００とバケット１０の位置関係が表示されており，目標面７００とバケット１０の爪先までの距離が目標面距離として表示されている。
　作業モード選択スイッチ９６は，作業機１Ａによる作業モードとして整地モード（第１モード）と転圧許可モード（第２モード）のいずれか一方を選択するためのスイッチである。本実施形態の作業モード選択スイッチ９６は表示装置５３ａの画面上に表示されたアイコンで構成されており，図７に整地モードと転圧許可モードのアイコンをそれぞれ示す。選択中のモードがアイコンで画面上に表示され，その画面上のアイコンに操作者が触れることで作業モード（すなわちスイッチの切り替え位置）を切り替えることができる。
　－フロント制御用油圧ユニット１６０－
　図３に示すように，フロント制御用油圧ユニット１６０は，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（第１制御信号）を検出する圧力センサ７０ａ，７０ｂと，一次ポート側がポンプライン１７０を介してパイロットポンプ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（第２制御信号）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８２ａ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，制御コントローラ４０からの制御信号を基にパイロットライン１４４ｂ内のパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５４ｂを備えている。
　また，フロント制御用油圧ユニット１６０は，アーム９用のパイロットライン１４５ａ，１４５ｂに設置され，操作レバー１ｂの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）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，パイロットライン１４５ｂに設置され，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（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５５ｂと，パイロットライン１４５ａに設置され，制御コントローラ４０からの制御信号を基にパイロットライン１４５ａ内のパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５５ａが設けられている。
　また，フロント制御用油圧ユニット１６０は，バケット１０用のパイロットライン１４６ａ，１４６ｂには，操作レバー１ａの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）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（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５６ａ，５６ｂ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５６ｃ，５６ｄと，パイロットライン１４６ａ，１４６ｂ内のパイロット圧と電磁比例弁５６ｃ，５６ｄから出力される制御圧の高圧側を選択し，流量制御弁１５ｃの油圧駆動部１５２ａ，１５２ｂに導くシャトル弁８３ａ，８３ｂとがそれぞれ設けられている。なお，図３では，圧力センサ７０，７１，７２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。
　電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂは，非通電時には開度が最大で，制御コントローラ４０からの制御信号である電流を増大させるほど開度は小さくなる。一方，電磁比例弁５４ａ，５６ｃ，５６ｄは，非通電時には開度をゼロ，通電時に開度を有し，制御コントローラ４０からの電流（制御信号）を増大させるほど開度は大きくなる。このように各電磁比例弁の開度５４，５５，５６は制御コントローラ４０からの制御信号に応じたものとなる。
　上記のように構成される制御用油圧ユニット１６０において，制御コントローラ４０から制御信号を出力して電磁比例弁５４ａ，５６ｃ，５６ｄを駆動すると，対応する操作装置４５ａ，４６ａのオペレータ操作が無い場合にもパイロット圧（第２制御信号）を発生できるので，ブーム上げ動作，バケットクラウド動作，バケットダンプ動作を強制的に発生できる。また，これと同様に制御コントローラ４０により電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂを駆動すると，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａのオペレータ操作により発生したパイロット圧（第１制御信号）を減じたパイロット圧（第２制御信号）を発生することができ，ブーム下げ動作，アームクラウド／ダンプ動作，バケットクラウド／ダンプ動作の速度をオペレータ操作の値から強制的に低減できる。
　本稿では，流量制御弁１５ａ～１５ｃに対する制御信号のうち，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作によって発生したパイロット圧を「第１制御信号」と称する。そして，流量制御弁１５ａ～１５ｃに対する制御信号のうち，制御コントローラ４０で電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂを駆動して第１制御信号を補正（低減）して生成したパイロット圧と，制御コントローラ４０で電磁比例弁５４ａ，５６ｃ，５６ｄを駆動して第１制御信号とは別に新たに生成したパイロット圧を「第２制御信号」と称する。
　第２制御信号は，第１制御信号によって発生される作業機１Ａの制御点の速度が所定の条件に反するときに生成され，当該所定の条件に反しない作業機１Ａの制御点の速度を発生させる制御信号として生成される。なお，同一の流量制御弁１５ａ～１５ｃにおける一方の油圧駆動部に対して第１制御信号が，他方の油圧駆動部に対して第２制御信号が生成される場合は，第２制御信号を優先的に油圧駆動部に作用させるものとし，第１制御信号を電磁比例弁で遮断し，第２制御信号を当該他方の油圧駆動部に入力する。したがって，流量制御弁１５ａ～１５ｃのうち第２制御信号が演算されたものについては第２制御信号を基に制御され，第２制御信号が演算されなかったものについては第１制御信号を基に制御され，第１及び第２制御信号の双方が発生しなかったものについては制御（駆動）されないことになる。上記のように第１制御信号と第２制御信号を定義すると，ＭＣは，第２制御信号に基づく流量制御弁１５ａ～１５ｃの制御ということもできる。
　－制御コントローラ－
　図５において制御コントローラ４０は，入力インターフェース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，出力インターフェース９５とを有している。入力インターフェース９１には，作業機姿勢検出装置５０である角度センサ３０～３２及び傾斜角センサ３３からの信号と，目標面７００を設定するための装置である目標面設定装置５１からの信号と，ＧＮＳＳアンテナ１４からの信号と，オペレータ操作検出装置５２ａである圧力センサ７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂからの信号と，作業モード選択スイッチ９６からの信号が入力され，ＣＰＵ９２が演算可能なように変換する。ＲＯＭ９３は，後述する処理を含めＭＣ及びＭＧを実行するための制御プログラムと，当該処理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インターフェース９１及びＲＯＭ９３，ＲＡＭ９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力インターフェース９５は，ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し，その信号を通達装置５３に出力することで通達装置５３を作動させられることができる。
　なお，図５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８は制御コントローラ４０の機能ブロック図である。制御コントローラ４０は，操作量演算部４３ａと，姿勢演算部４３ｂと，目標面演算部４３ｃと，整地用目標速度演算部４３ｅと，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄと，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆと，目標パイロット圧演算部４３ｇと，バルブ指令演算部４３ｈと，表示制御部３７４ａとして機能する。なお，以下では，目標パイロット圧演算部４３ｇとバルブ指令演算部４３ｈをアクチュエータ制御部８１と総称することがある。
　操作量演算部４３ａは，オペレータ操作検出装置５２ａからの入力を基に操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ（操作レバー１ａ，１ｂ）の操作量を算出する。圧力センサ７０，７１，７２の検出値から操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作量が算出できる。図中に示した圧力センサ７０ａの検出値からはブーム上げの操作量，圧力センサ７０ｂの検出値からはブーム下げの操作量，圧力センサ７１ａの検出値からはアームクラウド（アーム引き）の操作量，圧力センサ７１ｂの検出値からはアームダンプ（アーム押し）の操作量が算出される。このように圧力センサ７０，７１，７２の検出値から変換された操作量は整地用目標速度演算部４３ｅやブーム下げ制限速度演算部４３ｄやブーム下げ制限速度選択部４３ｆに出力される。なお，操作量演算部４３ａは圧力センサ７２の検出値からバケットダンプ／クラウドの操作量も演算しており，その演算結果は整地用目標速度演算部４３ｅに出力されている。
　なお，圧力センサ７０，７１，７２による操作量の算出は一例に過ぎず，例えば各操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作レバーの回転変位を検出する位置センサ（例えば，ロータリーエンコーダ）で当該操作レバーの操作量を検出しても良い。また，操作量から動作速度を算出する構成に代えて，各油圧シリンダ５，６，７の伸縮量を検出するストロークセンサを取り付け，検出した伸縮量の時間変化を基に各シリンダの動作速度を算出する構成も適用可能である。
　姿勢演算部４３ｂは作業機姿勢検出装置５０からの情報に基づき，ローカル座標系（ショベル基準座標）におけるフロント作業機１Ａの姿勢と，バケット１０の爪先の位置を演算する。既述のとおり，バケット１０の爪先位置（Ｘｂｋ，Ｚｂｋ）は，式（１）及び式（２）により演算できる。また，グローバル座標系におけるフロント作業機１Ａの姿勢と，バケット１０の爪先の位置が必要な場合には，姿勢演算部４３ｂは，ＧＮＳＳアンテナ１４の信号から上部旋回体１２のグローバル座標系における位置と姿勢を算出してローカル座標をグローバル座標に変換する。
　目標面演算部４３ｃは，目標面設定装置５１からの情報に基づき目標面７００の位置情報を演算し，これをＲＡＭ９４内に記憶する。本実施形態では，図４に示すように，３次元の目標面を作業機１Ａが移動する平面（作業機の動作平面）で切断した断面形状を目標面７００（２次元の目標面）として利用する。
　なお，図４の例では目標面７００は１つだが，目標面が複数存在する場合もある。目標面が複数存在する場合には，例えば，作業機１Ａから最も近いものを目標面と設定する方法や，バケット爪先の下方に位置するものを目標面とする方法や，任意に選択したものを目標面とする方法等がある。
　整地用目標速度演算部４３ｅは，整地制御（領域制限制御）時の各油圧シリンダ５，６，７の目標速度を演算する。整地用目標速度演算部４３ｅでは，操作量演算部４３ａから操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作量を入力して各油圧シリンダ５，６，７の目標速度を計算する。さらに，この各油圧シリンダ５，６，７の目標速度と，姿勢演算部４３ｂで求めたバケットの先端位置（爪先位置）と、ＲＯＭ９３に記憶してある先のＬ１，Ｌ２，Ｌ３等の作業機１Ａの各部寸法とからバケット先端の目標速度ベクトルＶｃ（図９参照）を求める。バケット先端と目標面７００との距離（目標面距離）Ｈ１がゼロに近づくにつれて，バケット先端の目標速度ベクトルＶｃにおける目標面７００に垂直な成分Ｖｃｙがゼロになるように油圧シリンダ５，６，７のうち必要な油圧シリンダの目標速度を補正してバケット先端の速度ベクトルをＶｃａ（図９参照）に変換する制御（方向変換制御）を行う。目標面距離Ｈ１がゼロのときの速度ベクトルＶｃａは目標面７００に平行な成分Ｖｃｘのみになる。これにより目標面７００上またはその上方にバケット１０の爪先（制御点）が位置するように保持される。
　このとき、ブーム上げ／下げとアームクラウドの組み合わせで方向変換制御を行うようソフトが設計されている場合、速度ベクトルＶｃが目標面７００へ接近する方向の成分を含むとき（すなわち目標面７００に対する垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙが負のとき）は，整地用目標速度演算部４３ｅは，その成分を打ち消すようなブーム上げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。反対に速度ベクトルＶｃが目標面７００から離れる方向の成分を含むとき（すなわち目標面７００に対する垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙが正のとき）は，その成分を打ち消すようブーム下げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。
　さらにブーム上げ／下げとアームダンプの組合せで方向変換制御を行うようソフトが設計されている場合、速度ベクトルＶｃが目標面７００へ接近する方向の成分を含むときは，整地用目標速度演算部４３ｅはその成分を打ち消すようなブーム上げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。反対に速度ベクトルＶｃが目標面７００から離れる方向の成分を含むときは，その成分を打ち消すようブーム下げ方向のブームシリンダ５の目標速度を演算する。
　整地用目標速度演算部９ｃでブーム下げ方向のブームシリンダ５の目標速度が演算された場合，その目標速度はブーム下げ制限速度選択部４３ｆに出力され，その他の目標速度は目標パイロット圧演算部４３ｇに出力される。
　なお，整地制御が行われない場合，整地用目標速度演算部４３ｅからは操作装置の操作量に基づく各油圧シリンダ目標速度（操作者の操作による操作量に基づく各油圧シリンダの目標速度）が出力される。
　ブーム下げ制限速度演算部４３ｄは，ブーム下げ操作量を示す圧力センサ７０ｂの検出値と目標面距離Ｈ１に基づいて第１ブーム下げ速度と第２ブーム下げ速度を演算する。
　―第１ブーム下げ速度―
　図１０はブーム下げ制限速度演算部４３ｄの制御ブロック線図である。まず第１ブーム下げ速度について説明する。ブーム下げ制限速度演算部４３ｄは，姿勢演算部４３ｂで演算されたバケット先端から目標面７００までの目標面距離Ｈ１（Ｓ１）を図１１に破線で示す第一制限速度テーブルＳ２に入力し，第１ブーム下げ速度としてブームシリンダ５の下げ方向の第一制限速度ＶＤ１（停止用ブーム下げ速度（第１速度））を出力（算出）する（Ｓ９）。図１１の第一制限速度テーブルは，目標面７００上でバケット先端を停止させるために目標面距離Ｈ１が小さくなるほどブームシリンダ５の下げ方向の制限速度がゼロに近づくように，目標面距離Ｈ１が減少するに応じて徐々にブームシリンダ５の制限速度が低減するように設定されている。図１１の例ではブームシリンダ５の制限速度が目標面距離Ｈ１の減少とともに一次関数的に低減している。
　―第２ブーム下げ速度―
　次に第２ブーム下げ速度について説明する。ブーム下げ制限速度演算部４３ｄは，姿勢演算部４３ｂで演算された目標面距離Ｈ１（Ｓ１）を図１１に示す第二速度制限テーブルＳ３に入力して第二制限速度ＶＤ２（転圧用ブーム下げ速度（第３速度））を出力（算出）する（Ｓ３）。目標面距離Ｈ１について，０に近い値をｈ１（第１距離）と設定し，このｈ１より大きい値をｈ２（第２距離）とすると（つまり，０＜ｈ１＜ｈ２），図１１の第二速度制限テーブルでは，第二制限速度は，目標面距離Ｈ１がマシンコントロールの実行されるゼロから設定値ｈ２までの範囲内では第一制限速度より大きくなるように設定されている。ただし，目標面７００を転圧するために，設定値ｈ１を境に，目標面距離Ｈ１に対するブームシリンダ５の下げ方向の速度の傾きが急になるよう（すなわち，制限速度が急減するように）に設定されている。
　また，圧力センタ７０ｂで検出したパイロット圧つまりブーム下げの操作量の値（Ｓ４）を図１２に示す速度比率テーブル（Ｓ５）に入力してブーム下げ操作量（ｘ）の関数である速度比率α（α＝ｆ（ｘ））を演算する。ここで，ブーム下げ操作量にゼロより大きい第１操作量と，この第１操作量より大きい第２操作量を設定すると，ブーム下げの操作量が第１操作量未満の場合は，関数αは０．０を出力する。ブーム下げの操作量が第１操作量以上かつ第２操作量未満の場合は，ブーム下げ操作量と第１操作量の偏差の増加とともに単調に増加する数値（最大値１．０）を関数αは出力する。ブーム下げの操作量が第二操作量以上の場合は，関数αは１．０を出力する。なお，関数αは，単調増加関数であって第１操作量から第２操作量の範囲でゼロから１に向かって単調増加する関数であれば図１１に示した以外の関数も利用可能である。
　ここで更に別の関数（１－α）を定義する。関数（１－α）はブーム下げの操作量が第１操作量以上かつ第２操作量未満の場合は，ブーム下げ操作量と第１操作量の偏差の増加とともに単調に減少する関数となる。本稿では，関数（１－α）を第１関数、関数αを第２関数と称することがある。
　そして第２ブーム下げ速度（第２速度）としては，第一制限速度ＶＤ１に第１関数（１－α）を乗じた値（Ｓ６）と，第二制限速度ＶＤ２に第２関数αを乗じた値（Ｓ７）の和（（１－α）ＶＤ１＋αＶＤ２）が出力される（Ｓ８，Ｓ１０）。すなわち，第２ブーム下げ速度（第２速度）は，第一制限速度ＶＤ１と第二制限速度ＶＤ２の加重平均で規定され，ブーム下げ操作量が増加するに応じて第一制限速度ＶＤ１の重み（１－α）が低減するとともに第二制限速度ＶＤ２の重み（α）が増加するように設定される。
　第１ブーム下げ速度には，常に停止用ブーム下げ制限速度ＶＤ１が出力される。一方、第２ブーム下げ速度には，ブーム下げ操作量が第１操作量未満の場合，停止用ブーム下げ制限速度ＶＤ１が出力され，ブーム下げ操作量が第１操作量以上かつ第２操作量未満の場合は，ブーム下げ操作量の増加に比例してブーム下げ操作量が大きいほど速いブーム下げ制限速度（比例ブーム下げ速度）が出力され，ブーム下げ操作量が第２操作量以上の場合は転圧用ブーム下げ制限速度ＶＤ２が出力される。
　作業モード選択スイッチ９６は，作業モードとして整地モードが選択されている場合，整地モードフラグとして１をブーム下げ制限速度選択部４３ｆに出力する。反対に転圧許可モードが選択されている場合，整地モードフラグとして０をブーム下げ制限速度選択部４３ｆに出力する。
　―ブーム下げ制限速度選択部４３ｆ―
　ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，アーム操作の有無，作業モード選択スイッチ９６の切り替え位置及びブーム下げ操作量の少なくとも１つに基づいて，目標パイロット圧演算部４３ｇに出力するブームシリンダ５のブーム下げ方向の制限速度を選択する処理を実行する部分である。
　図１３は本実施形態のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャートである。ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは所定の制御周期で図１３の処理を繰り返し実行する。処理を開始すると，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ステップＳ３０１において，操作量演算部４３ａから入力されるアーム操作量に基づいて操作装置４５ｂにアーム操作が入力されているか否かを判定する。ここでアーム操作が入力されていると判定したときはステップＳ３０２に進み，アーム操作の入力が無いと判定したときはステップＳ３０３に進む。
　ステップＳ３０２では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，整地用目標速度演算部４３ｅから入力されたブームシリンダの下げ方向の目標速度を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。なお，整地用目標速度演算部４３ｅがブームシリンダの上げ方向の目標速度を演算した際には，そのブームシリンダ目標速度はブーム下げ制限速度選択部４３ｆを介すことなく目標パイロット圧演算部４３ｇに出力しても良い。
　ステップＳ３０３では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，作業モード選択スイッチ９６から入力される整地モードフラグに基づいて，作業モードとして整地モードが選択されているか否かを判定する。ここで整地モードフラグが１で整地モードが選択されていると判定した場合はステップＳ３０４に進む。一方、整地モードフラグが０で転圧許可モードが選択されていると判定した場合はステップＳ３０５に進む。
　ステップＳ３０４では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第１ブーム下げ速度ＶＤ１を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。
　ステップＳ３０５では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，操作量演算部４３ａから入力されるブーム下げ操作量に基づいて操作装置４５ａに入力されたブーム下げ操作が第１操作量未満か否かを判定する。ここでブーム下げ操作量が第１操作量未満であると判定した場合にはステップＳ３０６に進み，第１操作量以上であると判定した場合にはステップＳ３０７に進む。
　ステップＳ３０６では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第２ブーム下げ速度（第１速度）を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。この場合，ブーム下げ操作量は第１操作量未満なので第２ブーム下げ速度としてはＶＤ１（停止用ブーム下げ速度）が出力される。
　ステップＳ３０７では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，操作量演算部４３ａから入力されるブーム下げ操作量に基づいて操作装置４５ａに入力されたブーム下げ操作が第２操作量未満か否かを判定する。ここでブーム下げ操作量が第２操作量未満であると判定した場合にはステップＳ３０８に進み，第２操作量以上であると判定した場合にはステップＳ３０９に進む。
　ステップＳ３０８では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第２ブーム下げ速度（第２速度）を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。この場合，ブーム下げ操作量は第１操作量以上かつ第２操作量未満なので第２ブーム下げ速度としては（１－α）ＶＤ１＋αＶＤ２（比例ブーム下げ速度）が出力される。
　ステップＳ３０９では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第２ブーム下げ速度（第３速度）を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。この場合，ブーム下げ操作量は第２操作量以上なので第２ブーム下げ速度としてはＶＤ２（転圧用ブーム下げ速度）が出力される。
　すなわち，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，作業モード選択スイッチ９６から出力される整地モードフラグによらず，圧力センサ７１ａ，７１ｂで検出されるアーム操作のパイロット圧が立っている場合，アーム動作とブーム動作を複合した整地作業を行なおうとしていると判定し，ブーム下げ方向のブームシリンダ目標速度として，整地用目標速度演算部９ｃで演算された整地用目標シリンダ速度を出力する。
圧力検出器６１ａ，６１ｂで検出したパイロット圧が立っておらず，掘削モード演算部９ｅから出力される整地モードフラグが１の場合は，整地作業を行なおうとしていると判定し，ブーム下げシリンダ速度としてブーム下げ制限シリンダ速度演算部９ｄで演算された第一ブーム下げ速度を出力する。
圧力検出器６１ａ，６１ｂで検出したパイロット圧が立っておらず，掘削モード演算部９ｅから出力される整地モードフラグが０の場合は，ブーム下げシリンダ速度としてブーム下げ制限シリンダ速度演算部９ｄで演算された第二ブーム下げ速度を出力する。
　目標パイロット圧演算部４３ｇは，整地用目標速度演算部４３ｅで算出された各シリンダ５，６，７の目標速度を基に各油圧シリンダ５，６，７の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃへの目標パイロット圧を演算する。ただし，油圧シリンダの目標速度からの目標パイロット圧の演算に際し，ブーム下げについては，整地用目標速度演算部４３ｅで算出されたブームシリンダ５の目標速度がブーム下げ制限速度選択部４３ｆから出力される制限速度を超えるか否かを判定する。そして，この判定でブームシリンダ５の目標速度が制限速度を超えると判定されたときは，ブームシリンダ５の目標速度をブーム下げ制限速度選択部４３ｆから出力される制限速度に制限する。この場合，目標パイロット圧演算部４３ｇは，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆから出力される制限速度に基づいてブームシリンダ５の流量制御弁１５ａへの目標パイロット圧を演算する。目標パイロット圧演算部４３ｇで演算された目標パイロット圧は，バルブ指令演算部４３ｈに出力される。
　バルブ指令演算部４３ｈは，目標パイロット圧演算部４３ｇで演算した目標パイロット圧を各油圧シリンダ５，６，７の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃに作用させるために電磁比例弁５４，５５，５６に出力する電気信号を演算し，電磁比例弁５４，５５，５６に出力する部分である。バルブ指令演算部４３ｈから出力された電気信号は，各油圧シリンダ５，６，７の流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃに目標パイロット圧が作用するように電磁比例弁５４，５５，５６を制御し，これにより作業機１Ａによる作業が行われる。例えば，オペレータが操作装置４５ｂを操作して，アームクラウド動作によって水平掘削を行う場合には，バケット１０の先端が目標面７００に侵入しないように電磁比例弁５５ｃが制御され，ブーム８の上げ動作やアームクラウドの減速動作が自動的に行われる。
　表示制御部３７４ａは，姿勢演算部４３ｂから入力されるフロント作業機１Ａの姿勢情報，バケット１０の爪先の位置情報，目標面７００の位置情報に基づいて，目標面７００と，作業機１Ａ（バケット１０の爪先）との位置関係を表示装置５３ａに表示する処理を実行する。
　―動作・効果―
　以上の構成によると，圧力センサ７１ａ，７１ｂで検出したアーム操作のパイロット圧が立っている場合，つまりアーム９に対する操作指示がなされている場合（すなわち，図１３のステップＳ３０２の場合）は，スイッチ９６で選択された作業モードやブーム下げ制限速度選択部４３ｆから出力される制限速度の大小に依らず，整地用目標速度演算部４３ｅが出力する目標速度に従った比例電磁弁５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂの動作により、目標面７００に対して垂直方向の作業機１Ａの動きが減速制御される。しかしこの際、目標面７００に沿った方向の速度成分は減じられず、図９に示すように目標面７００に沿ってバケット１０の先端を動かすことができる。このため、バケット１０の先端の動き得る領域を目標面７００上又はその上方に制限した掘削を能率良く行うことができる。
　次に，圧力センサ７１ａ，７１ｂで検出したアーム操作のパイロット圧が立っていない，つまりアーム操作がなされておらず，かつ，作業モードとして整地モードが選択されている場合（つまり，図１３のステップＳ３０４の場合）は，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げシリンダ速度の制限速度としてブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第１ブーム下げ速度（停止用ブーム下げ速度ＶＤ１）を出力する。よって，作業モードに整地モードを選択しておけば，ブーム下げ速度に転圧用ブーム下げ制限速度が出力されることはないため，ブーム下げ操作量によらず転圧制御へ移行することはなくなる。すなわち，例え誤ってブーム下げ操作を入力しても必ず整地制御及び停止制御の一方が実行され，転圧制御が実行されることはないため，操作者は整地制御及び停止制御に基づく目標面７００の形成に専念できる。
　次に，アーム操作がなされておらず，かつ，掘削モードとして転圧許可モードが選択されている場合（つまり，図１３のステップＳ３０５に進む場合）は，ブーム下げ操作量に応じて次のような速度が出力される。ブーム下げ操作量が第１操作量未満の場合（すなわち，図１３のステップＳ３０６の場合）は，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１が出力される。これによりブーム下げ操作をすると図９に示すようにブーム下げシリンダ速度が目標面７００に近づくにつれ徐々に減速され，目標面距離Ｈ１が０のときに０に達するため，バケット先端を目標面７００上で滑らかに停止できる。
　一方、ブーム下げ操作量が第２操作量以上の場合（すなわち，図１３のステップＳ３０９の場合）は，転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２が出力される。この場合，目標面距離Ｈ１が小さくなったとき（ｄ１未満になったとき）にブーム下げシリンダ速度が急減速されるが，バケット先端が目標面７００に到達するまでの短い時間では速度ベクトルはゼロにならないので目標面７００をバケット１０の底面で転圧することができる。
　また，ブーム下げ操作量が第１操作量以上かつ第２操作量未満の場合は，ブーム下げ操作量に比例して，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１（第１速度）から転圧用ブーム下げ制限速度ＶＤ２（第３速度）の範囲でブーム下げ操作量が大きいほど速いブーム下げ制限速度（比例ブーム下げ速度：（１－α）ＶＤ１＋αＶＤ２）が出力される。停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２の範囲で，ブーム下げ操作量に応じて滑らかにブーム下げ制限速度が遷移するため，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２の切替わりによるショックが発生せず，操作者の操作に違和感も発生しない。したがって操作者の意図通りの転圧作業を行うことができる。
　また、ブーム下げ操作量が第２操作量以上の場合は、常にブーム下げシリンダ制限速度として転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２が出力される。そのため，転圧以外の作業でブーム下げ速度を速くしたい場合，例えばブーム下げ単独による掘削力を大きくしたい場面で，第２操作量以上のブーム下げ操作を行えば，他の場合に比してブーム下げ制限速度が大きくなり，ブーム下げ単独操作による掘削力を大きくできる。
　＜第２実施形態＞
　第１実施形態の速度比率テーブル（図１２参照）は変更が可能である。図１４は第２実施形態における速度比率テーブルである。図１４のテーブルでは，第２操作量を設定しておらず，ブーム下げ操作量が最大のときに速度比率αが１．０に達するように設定されている。そのため，ブーム下げ操作量が第１操作量未満の場合，停止用ブーム下げ速度が出力され，ブーム下げ操作量が第１操作量以上の場合は，ブーム下げ操作量に比例して，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２の範囲でブーム下げ操作量が大きいほど大きなブーム下げ制限速度（比例ブーム下げ速度）が出力される。このように速度比率テーブルを構成すると，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理は図１５のようになる。
　図１５はブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャートである。図１３のフローチャートと同じ処理には同じ符号を付し説明は省略する。図１５のようにブーム下げ制限速度選択部４３ｆを構成すると，ブーム下げ操作量を最大にしないと転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２が設定されない。しかし，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２の範囲で，ブーム下げ操作量に応じて滑らかにブーム下げ制限速度が遷移することは変わらないため，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から転圧用ブーム下げ速度ＶＤ２の切替わりによるショックが発生せず，操作者の操作に違和感も発生しない。したがって本実施形態によっても操作者の意図通りの転圧作業を行うことができる。
　＜第３実施形態＞
　第１実施形態のブーム下げ制限速度演算部４３ｄでの第２ブーム下げ速度の算出に際して利用した第二制限速度テーブル（第３速度）は他のテーブルに変更可能である。例えば，操作装置のブーム下げ操作量に基づいてブーム下げ時のブームシリンダの速度を規定する、操作量とシリンダ速度の相関関係を規定した通常の目標速度テーブルに第二制限速度テーブルを一致させることが可能である。その場合の一例を図１６，１７，１８で説明する。
　図１６は第３実施形態におけるブーム下げ制限速度演算部４３ｄの制御ブロック線図である。図１０と同じ部分には同じ符号を付している。本実施形態では，第二制限速度テーブルの代わりに，操作者が操作装置４５ｂに入力しているブーム下げ操作量（圧力センサ７０ｂの検出値（Ｓ３））を操作者が要求するブームシリンダ速度（要求ブーム下げ速度ＶＤＯ）に変換する要求ブーム下げ速度テーブル（Ｓ４）を利用する。図１７は要求ブーム下げ速度テーブルの一例を示す図である。この図の要求ブーム下げ速度テーブルは，ブーム下げ操作量の増加に応じてブームシリンダ５の下げ方向の速度が最大値に向かって単調に増加するように設定されている，換言すると，ブーム下げ操作量の減少に応じてブームシリンダ５の下げ方向の速度がゼロに向かって単調に減少するように設定されている。なお，図１７の例では参考のため，横軸を目標面距離Ｈ１に変更して，目標面距離Ｈ１とブームシリンダ制限速度の関係を規定した第一制限速度テーブルも記載してある。
　ブーム下げ制限速度演算部４３ｄは，圧力センサ７０ｂの検出値を速度比率テーブル（Ｓ５）に入力し速度比率αを演算する。そして，第一制限速度テーブル（Ｓ２）から出力される停止用ブーム下げ速度ＶＤ１に第１関数（１―α）を乗算した値と，要求ブーム下げ速度テーブル（Ｓ４）から出力される要求ブーム下げ速度ＶＤＯに第２関数αを乗算した値を，それぞれ加算し第二ブーム下げ速度として出力する（Ｓ１０）。この場合，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から速度制限のないブーム下げ速度ＶＤＯまでの範囲で，ブーム下げ操作量が大きい程速いブームシリンダ速度を第二ブーム下げ速度として出力することになる。このようにブーム下げ制限速度演算部４３ｄを構成すると，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理は図１８のようになる。
　図１８はブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理のフローチャートである。図１３のフローチャートと同じ処理には同じ符号を付し説明は省略する。
　ステップＳ３１０では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第２ブーム下げ速度（第２速度）を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。この場合，ブーム下げ操作量は第１操作量以上かつ第２操作量未満なので第２ブーム下げ速度としては（１－α）ＶＤ１＋αＶＤＯ（比例ブーム下げ速度）が出力される。
　ステップＳ３１０では，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆは，ブーム下げ制限速度演算部４３ｄで演算された第２ブーム下げ速度（第３速度）を目標パイロット圧演算部４３ｇに出力する。この場合，ブーム下げ操作量は第２操作量以上なので第２ブーム下げ速度としてはＶＤＯ（要求ブーム下げ速度）が出力される。
　このように構成しても，第１実施形態と同様の効果を得られる。例えば，ブーム下げ操作量が第１操作量以上かつ第２操作量未満の場合は，ブーム下げ操作量に比例して，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１（第１速度）から要求ブーム下げ速度ＶＤＯ（第３速度）の範囲でブーム下げ操作量が大きいほど速いブーム下げ制限速度（比例ブーム下げ速度：（１－α）ＶＤ１＋αＶＤＯ）が出力される。停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から要求ブーム下げ速度ＶＤＯの範囲で，ブーム下げ操作量に応じて滑らかにブーム下げ速度が遷移するため，停止用ブーム下げ速度ＶＤ１から要求ブーム下げ速度ＶＤＯの切替わりによるショックが発生せず，操作者の操作に違和感も発生しない。したがって操作者の意図通りの転圧作業を行うことができる。なお，本実施形態はブーム下げ操作量が第２操作量以上の場合は要求ブーム下げ速度になるため第１実施形態のような速度制限が掛からない点が特徴となる。
　＜第４実施形態＞
　第１実施形態から作業モード選択スイッチ９６を省略し作業モードを切り替える機能をなくし，常に転圧許可モードが選択される構成としてもよい。この場合，表示装置５３ａに作業モード選択スイッチ９６のアイコンは表示しない。常に整地モードフラグに０が出力された状態と同等となるため，ブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理は図１９のようになる。
　＜第５実施形態＞
　第４実施形態からアーム操作の有無の判定処理及びその関連処理を省略した構成としてもよい。この場合のブーム下げ制限速度選択部４３ｆが実行する処理は図２０のようになる。なお，図２０のステップＳ３０８，Ｓ３０９は図１８のステップＳ３１０，Ｓ３１１に変更可能である。
　＜その他＞
　なお，本発明は，上記の実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
　上記の各実施形態では，第３速度は，目標面距離Ｈ１が減少するに応じて減少するように設定された第二制限速度ＶＤ２（転圧用ブーム下げ速度）と，操作装置のブーム下げ操作量が減少するに応じて低減するように設定された要求ブーム下げ速度ＶＤＯであったが，第３速度は，目標面距離及び操作装置のブーム下げ操作量のいずれか一方に応じて変化するように設定された値であれば他の値も利用可能である。
　また，上記の制御コントローラ４０に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，上記の制御コントローラ４０に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該制御装置の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。
　また，上記の各実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
　１Ａ…フロント作業機，８…ブーム，９…アーム，１０…バケット，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），４３ａ…操作量演算部，４３ｂ…姿勢演算部，４３ｃ…目標面演算部，４３ｄ…ブーム下げ制限速度演算部，４３ｅ…整地用目標速度演算部，４３ｆ…ブーム下げ制限速度選択部，４３ｇ…目標パイロット圧演算部，４３ｈ…バルブ指令演算部，４５…操作装置（ブーム，アーム），４６…操作装置（バケット，旋回），５０…作業装置姿勢検出装置，５１…目標面設定装置，５２ａ…オペレータ操作検出装置，５３ａ…表示装置，５４，５５，５６…電磁比例弁，８１…アクチュエータ制御部，３７４ａ…表示制御部，７００…目標面

Claims (6)

  1. 　ブーム及びアームを有する多関節型の作業機と，
    　前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータであって前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと，
    　オペレータの操作に応じて前記作業機の動作を指示する操作装置と，
    　前記操作装置が操作されている間、所定の目標面上またはその上方に前記作業機が位置するように前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つを制御し，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づいて前記ブームシリンダの速度を制御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，
    　　前記操作装置のブーム下げ操作量が第１操作量未満のとき，前記ブームシリンダの制限速度として前記目標面と前記作業機の距離が減少するに応じて低減するように設定された第１速度を算出し，
    　　前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量以上のとき，前記ブームシリンダの制限速度として第２速度を算出し，
    　　前記第２速度は，前記第１速度と，前記目標面と前記作業機の距離及び前記操作装置のブーム下げ操作量のいずれか一方に応じて変化するように設定された第３速度との加重平均で規定され，前記ブーム下げ操作量が増加するに応じて前記第１速度の重みが低減するとともに前記第３速度の重みが増加するように設定されており，
    　　前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度が前記制限速度を超えるとき，前記ブームシリンダの速度を前記制限速度に制限する
    　ことを特徴とする作業機械。
  2. 　請求項１の作業機械において，
    　前記第３速度は，前記目標面と前記作業機の距離が減少するに応じて低減するように設定されており，前記目標面と前記作業機の距離がマシンコントロールの実行される所定の範囲内では前記第１速度より大きい速度である
    　ことを特徴とする作業機械。
  3. 　請求項１の作業機械において，
    　前記第３速度は，前記操作装置のブーム下げ操作量に基づく前記ブームシリンダの速度と一致し，前記操作装置のブーム下げ操作量が減少するに応じて単調減少するように設定されている
    　ことを特徴とする作業機械。
  4. 　請求項１の作業機械において，
    　前記制御装置は，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量未満のときに前記ブームシリンダの制限速度として前記第１速度を出力し，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量以上かつ前記第１操作量より大きい第２操作量未満のときに前記ブームシリンダの制限速度として前記第２速度を出力し，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第２操作量以上のときに前記ブームシリンダの制限速度として前記第３速度を出力する
    　ことを特徴とする作業機械。
  5. 　請求項４の作業機械において，
    　前記作業機による作業モードとして第１モードと第２モードのいずれか一方を選択するためのスイッチをさらに備え，
    　前記制御装置は，
    　　前記スイッチにより前記第１モードが選択されている場合，前記操作装置のブーム下げ操作量の大きさに係わらず前記ブームシリンダの制限速度として前記第１速度を出力し，
    　　前記スイッチにより前記第２モードが選択されている場合，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量未満のときに前記ブームシリンダの制限速度として前記第１速度を出力し，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第１操作量以上かつ前記第２操作量未満のときに前記ブームシリンダの制限速度として前記第２速度を出力し，前記操作装置のブーム下げ操作量が前記第２操作量以上のときに前記ブームシリンダの制限速度として前記第３速度を出力する
    　ことを特徴とする作業機械。
  6. 　請求項５の作業機械において，
    　前記制御装置は，
    　　前記操作装置により前記アームに対する操作指示がされているとき，前記ブームシリンダを前記作業機が前記目標面上またはその上方に位置するように制御するための前記ブームシリンダの目標速度を演算し，
    　　前記操作装置により前記アームに対する操作指示がされているとき，前記目標速度に基づいて前記ブームシリンダを制御する
    　ことを特徴とする作業機械。
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