WO2022085556A1

WO2022085556A1 - 作業機械

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Publication number: WO2022085556A1
Application number: PCT/JP2021/038037
Authority: WO
Inventors: 修一廻谷; 輝樹五十嵐; 昭広楢▲崎▼
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2021-10-14
Publication date: 2022-04-28
Also published as: CN116348644A; JPWO2022085556A1; KR20230066472A; EP4230805A1; US20240026656A1; JP7342285B2

Abstract

作業機械は、旋回体と、作業装置と、旋回体の位置情報を検出する位置検出装置と、作業機械の姿勢に関する情報を検出する姿勢検出装置と、目標形状データ、旋回体の位置情報及び作業機械の姿勢に関する情報に基づいて設定される目標面に基づいてマシンコントロールを実行する制御装置とを備える。制御装置は、位置検出装置により旋回体の位置情報を取得することができなくなった場合にそのときに姿勢検出装置により検出される旋回体の旋回角度情報を基準旋回角度情報として記憶し、旋回体が、基準旋回角度情報に基づいて定められる旋回範囲の外側に位置したときには、マシンコントロールの実行を禁止し、旋回体が、旋回範囲の内側に位置するとき、及び旋回範囲の外側に位置した後、再び内側に位置したときには、マシンコントロールの実行を許可する。

Description

作業機械

　本発明は、作業機械に関する。

　作業具を有する作業装置を備える作業機械を制御する制御システムが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の制御システムは、位置検出装置によって検出された位置情報に基づき作業装置の位置を求め、かつ目標形状を示す目標施工面の情報から目標掘削地形情報を生成し、目標掘削地形情報に基づいて、作業装置が掘削対象に接近する方向の速度が制限速度以下になるように制御する掘削制御を実行する。この制御システムは、掘削制御を実行中に目標掘削地形情報を取得できない場合、取得できなくなった時点よりも前の目標掘削地形情報を用いて掘削制御を継続する。

　また、特許文献１に記載の制御システムは、目標掘削地形情報を取得できなくなった時点よりも前の目標掘削地形情報を、予め定められた一定の時間保持し、一定時間の経過、作業機械の走行または作業装置が取り付けられた旋回体の旋回により、目標掘削地形情報の保持を終了し、実行中の掘削制御を終了する。

国際公開第２０１５／１８１９９０号

　特許文献１に記載の制御システムでは、例えば、掘削物をダンプトラック等の運搬車両へ積み込む際に旋回体を旋回すると、目標掘削地形情報の保持が終了される。このため、それ以降は、目標掘削地形情報を取得できる状態になるまでは、掘削制御を実行することができなくなり、作業効率が低下するという問題がある。

　本発明は、作業効率の低下の抑制が可能な作業機械を提供することを目的とする。

　本発明の一態様による作業機械は、走行体と、前記走行体上に旋回可能に取り付けられる旋回体と、前記旋回体に取り付けられる作業装置と、前記旋回体の位置情報を検出する位置検出装置と、前記旋回体の旋回角度を含む作業機械の姿勢に関する情報を検出する姿勢検出装置と、目標形状データを取得し、取得した前記目標形状データ、前記旋回体の位置情報及び前記作業機械の姿勢に関する情報に基づいて目標面を設定し、前記目標面に基づいて前記作業装置を制御するマシンコントロールを実行する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記位置検出装置により前記旋回体の位置情報を取得することができなくなった場合にそのときに前記姿勢検出装置により検出される前記旋回体の旋回角度情報を基準旋回角度情報として記憶し、前記旋回体が、前記基準旋回角度情報に基づいて定められる旋回範囲の外側に位置したときには、前記目標面に基づいた前記マシンコントロールの実行を禁止し、前記旋回体が、前記旋回範囲の内側に位置するとき、及び前記旋回範囲の外側に位置した後、再び内側に位置したときには、前記目標面に基づいた前記マシンコントロールの実行を許可する。

　本発明によれば、作業効率の低下の抑制が可能な作業機械を提供することができる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルの斜視図。油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置の概略構成図。油圧制御ユニットの構成図。コントローラの機能ブロック図。油圧ショベルにおける座標系（ショベル基準座標系）を示す図。バケットの先端部が補正後の目標速度ベクトルＶｃａの通りに制御されたときの、バケットの先端部の軌跡の一例を示す図。マシンコントロールによる水平掘削動作の例を示す図。目標面設定部の機能の詳細について説明する図。旋回姿勢判定部による旋回姿勢の判定処理の内容について説明する図。目標面生成部による一時目標面の生成処理の内容について説明する図であり、目標面の勾配αｓについて示す。目標面生成部による一時目標面の生成処理の内容について説明する図であり、一時目標面Ｓｔｂについて示す。鉛直距離Ｈとオフセット量Ｈｏｓとの関係について示す図。コントローラにより実行される目標面設定処理の内容について示すフローチャート。図１２の一時目標面生成処理（ステップＳ１２０）の内容について示すフローチャート。本実施形態の変形例に係るコントローラによる一時目標面の生成処理の内容について説明する図。

　以下、本発明の実施の形態に係る作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

　図１は、本実施の形態に係る油圧ショベル１の斜視図である。図１に示すように、油圧ショベル（作業機械）１は、車体（機体）１Ａと、車体１Ａに取り付けられる多関節型のフロント作業装置（以下、単に作業装置と記す）１Ｂと、を備える。車体１Ａは、走行体１１と、走行体１１上に旋回可能に取り付けられる旋回体１２と、を備える。走行体１１は、走行右モータ（不図示）及び走行左モータ３ｂによって走行駆動される。旋回体１２は、旋回油圧モータ４によって旋回駆動される。

　作業装置１Ｂは、回動可能に連結される複数の被駆動部材（８，９，１０）及び被駆動部材を駆動する複数の油圧シリンダ（５，６，７）を有し、旋回体１２に取り付けられる。本実施形態では、３つの被駆動部材としてのブーム８、アーム９及びバケット１０が、直列的に連結される。ブーム８は、その基端部が旋回体１２の前部においてブームピン９１（図５参照）によって回動可能に連結される。アーム９は、その基端部がブーム８の先端部においてアームピン９２（図５参照）によって回動可能に連結される。作業具であるバケット１０は、アーム９の先端部においてバケットピン９３（図５参照）によって回動可能に連結される。ブームピン９１、アームピン９２、バケットピン９３は、互いに平行に配置され、各被駆動部材（８，９，１０）は同一面内で相対回転可能とされている。

　ブーム８は、ブームシリンダ５の伸縮動作によって回動する。アーム９は、アームシリンダ６の伸縮動作によって回動する。バケット１０は、バケットシリンダ７の伸縮動作によって回動する。ブームシリンダ５は、その一端側がブーム８に接続され他端側が旋回体１２のフレームに接続されている。アームシリンダ６は、その一端側がアーム９に接続され他端側がブーム８に接続されている。バケットシリンダ７は、その一端側がバケットリンク（リンク部材）を介してバケット１０に接続され他端側がアーム９に接続されている。

　旋回体１２の前部左側には、オペレータが搭乗する運転室１Ｃが設けられている。運転室１Ｃには、走行体１１への動作指示を行うための走行右レバー１３ａ及び走行左レバー１３ｂと、ブーム８、アーム９、バケット１０及び旋回体１２への動作指示を行うための操作右レバー１４ａ及び操作左レバー１４ｂとが配置されている。

　ブーム８を旋回体１２に連結するブームピン９１には、ブーム８の回動角度（ブーム角度α）を検出する角度センサ２１が取り付けられている。アーム９をブーム８に連結するアームピン９２には、アーム９の回動角度（アーム角度β）を検出する角度センサ２２が取り付けられている。バケット１０をアーム９に連結するバケットピン９３には、バケット１０の回動角度（バケット角度γ）を検出する角度センサ２３が取り付けられている。旋回体１２には、基準面（例えば水平面）に対する旋回体１２（車体１Ａ）の前後方向の傾斜角（ピッチ角度φ）及び左右方向の傾斜角（ロール角度ψ）、並びに、旋回中心軸に直交する平面内における走行体１１に対する旋回体１２の相対角度（旋回角度θ）を検出する角度センサ２４が取り付けられている。角度センサ２１～２４から出力される角度信号は、後述のコントローラ２０（図２参照）に入力される。

　図２は、図１に示す油圧ショベル１に搭載された油圧駆動装置１００の概略構成図である。なお、説明の簡略化のため、図２では、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及び旋回油圧モータ４の駆動に関わる部分のみを示し、その他の油圧アクチュエータの駆動に関わる部分は省略している。

　図２に示すように、油圧駆動装置１００は、油圧アクチュエータ（４～７）と、原動機４９と、原動機４９によって駆動される油圧ポンプ２及びパイロットポンプ４８と、油圧ポンプ２から油圧アクチュエータ４～７に供給される作動油（作動流体）の方向及び流量を制御する流量制御弁１６ａ～１６ｄと、流量制御弁１６ａ～１６ｄを操作するための油圧パイロット方式の操作装置１５Ａ～１５Ｄと、油圧制御ユニット６０と、シャトルブロック１７と、油圧ショベル１の各部を制御する制御装置としてのコントローラ２０と、を備えている。

　原動機４９は、油圧ショベル１の動力源であり、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。油圧ポンプ２は、一対の入出力ポートを有する傾転斜板機構（不図示）と、斜板の傾斜角を調整して吐出容量（押しのけ容積）を調整するレギュレータ１８と、を備えている。レギュレータ１８は、後述のシャトルブロック１７から供給されるパイロット圧によって操作される。

　パイロットポンプ４８は、ロック弁５１を介して後述のパイロット圧制御弁５２～５９及び油圧制御ユニット６０に接続されている。ロック弁５１は、運転室１Ｃの入口付近に設けられたゲートロックレバー（不図示）の操作に応じて開閉する。ゲートロックレバーが運転室１Ｃの入口を制限する下げ位置（ロック解除位置）に操作されたときは、コントローラ２０からの指令によってロック弁５１が開く。これにより、パイロットポンプ４８の吐出圧（以下、パイロット一次圧）がパイロット圧制御弁５２～５９及び油圧制御ユニット６０に供給され、操作装置１５Ａ～１５Ｄによる流量制御弁１６ａ～１６ｄの操作が可能となる。一方、ゲートロックレバーが運転室１Ｃの入口を開放する上げ位置（ロック位置）に操作されたときは、コントローラ２０からの指令によってロック弁５１が閉じる。これにより、パイロットポンプ４８からパイロット圧制御弁５２～５９及び油圧制御ユニット６０へのパイロット一次圧の供給が停止し、操作装置１５Ａ～１５Ｄによる流量制御弁１６ａ～１６ｄの操作が不能となる。

　操作装置１５Ａは、ブーム８（ブームシリンダ５）を操作する操作装置であって、ブーム用操作レバー１５ａと、ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２と、ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３とを有する。ここで、ブーム用操作レバー１５ａは、例えば前後方向に操作されるときの操作右レバー１４ａ（図１参照）に相当する。

　ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、ブーム用操作レバー１５ａのブーム上げ方向のレバーストローク（以下、操作量）に応じたパイロット圧（以下、ブーム上げ用パイロット圧）を生成する。ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２から出力されたブーム上げ用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック１７及びパイロット配管５２９を介してブーム用流量制御弁１６ａの一方（図示左側）のパイロット受圧部に導かれ、ブーム用流量制御弁１６ａを図示右方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がブームシリンダ５のボトム側に供給されると共にロッド側の作動油がタンク５０に排出され、ブームシリンダ５が伸長する。

　ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、ブーム用操作レバー１５ａのブーム下げ方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、ブーム下げ用パイロット圧）を生成する。ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３から出力されたブーム下げ用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック１７及びパイロット配管５３９を介してブーム用流量制御弁１６ａの他方（図示右側）のパイロット受圧部に導かれ、ブーム用流量制御弁１６ａを図示左方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がブームシリンダ５のロッド側に供給されると共にボトム側の作動油がタンク５０に排出され、ブームシリンダ５が収縮する。

　操作装置１５Ｂは、アーム９（アームシリンダ６）を操作する操作装置であって、アーム用操作レバー１５ｂと、アームクラウド用パイロット圧制御弁５４と、アームダンプ用パイロット圧制御弁５５とを有する。ここで、アーム用操作レバー１５ｂは、例えば左右方向に操作されるときの操作左レバー１４ｂ（図１参照）に相当する。

　アームクラウド用パイロット圧制御弁５４は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、アーム用操作レバー１５ｂのアームクラウド方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、アームクラウド用パイロット圧）を生成する。アームクラウド用パイロット圧制御弁５４から出力されたアームクラウド用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック１７及びパイロット配管５４９を介してアーム用流量制御弁１６ｂの一方（図示左側）のパイロット受圧部に導かれ、アーム用流量制御弁１６ｂを図示右方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がアームシリンダ６のボトム側に供給されると共にロッド側の作動油がタンク５０に排出され、アームシリンダ６が伸長する。

　アームダンプ用パイロット圧制御弁５５は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、アーム用操作レバー１５ｂのアームダンプ方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、アームダンプ用パイロット圧）を生成する。アームダンプ用パイロット圧制御弁５５から出力されたアームダンプ用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック１７及びパイロット配管５５９を介してアーム用流量制御弁１６ｂの他方（図示右側）のパイロット受圧部に導かれ、アーム用流量制御弁１６ｂを図示左方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がアームシリンダ６のロッド側に供給されると共にボトム側の作動油がタンク５０に排出され、アームシリンダ６が収縮する。

　操作装置１５Ｃは、バケット１０（バケットシリンダ７）を操作する操作装置であって、バケット用操作レバー１５ｃと、バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６と、バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７とを有する。ここで、バケット用操作レバー１５ｃは、例えば左右方向に操作されるときの操作右レバー１４ａ（図１参照）に相当する。

　バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、バケット用操作レバー１５ｃのバケットクラウド方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、バケットクラウド用パイロット圧）を生成する。バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６から出力されたバケットクラウド用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック１７及びパイロット配管５６９を介してバケット用流量制御弁１６ｃの一方（図示左側）のパイロット受圧部に導かれ、バケット用流量制御弁１６ｃを図示右方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がバケットシリンダ７のボトム側に供給されると共にロッド側の作動油がタンク５０に排出され、バケットシリンダ７が伸長する。

　バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、バケット用操作レバー１５ｃのバケットダンプ方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、バケットダンプ用パイロット圧）を生成する。バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７から出力されたバケットダンプ用パイロット圧は、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック１７及びパイロット配管５７９を介してバケット用流量制御弁１６ｃの他方（図示右側）のパイロット受圧部に導かれ、バケット用流量制御弁１６ｃを図示左方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油がバケットシリンダ７のロッド側に供給されると共にボトム側の作動油がタンク５０に排出され、バケットシリンダ７が収縮する。

　操作装置１５Ｄは、旋回用操作レバー１５ｄと、右旋回用パイロット圧制御弁５８と、左旋回用パイロット圧制御弁５９とを有する。ここで、旋回用操作レバー１５ｄは、例えば前後方向に操作されるときの操作左レバー１４ｂ（図１参照）に相当する。

　右旋回用パイロット圧制御弁５８は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、旋回用操作レバー１５ｄの右旋回方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、右旋回用パイロット圧）を生成する。右旋回用パイロット圧制御弁５８から出力された右旋回用パイロット圧は、シャトルブロック１７及びパイロット配管５８９を介して旋回用流量制御弁１６ｄの一方（図示右側）のパイロット受圧部に導かれ、旋回用流量制御弁１６ｄを図示左方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油が旋回油圧モータ４の一方（図示右側）の出入口ポートに流入すると共に他方（図示左側）の出入口ポートから流出した作動油がタンク５０に排出され、旋回油圧モータ４が一方向（旋回体１２を右旋回させる方向）に回転する。

　左旋回用パイロット圧制御弁５９は、ロック弁５１を介して供給されるパイロット一次圧を減圧し、旋回用操作レバー１５ｄの左旋回方向の操作量に応じたパイロット圧（以下、左旋回用パイロット圧）を生成する。左旋回用パイロット圧制御弁５９から出力された左旋回用パイロット圧は、シャトルブロック１７及びパイロット配管５９９を介して旋回用流量制御弁１６ｄの他方（図示左側）のパイロット受圧部に導かれ、旋回用流量制御弁１６ｄを図示右方向に駆動する。これにより、油圧ポンプ２から吐出された作動油が旋回油圧モータ４の他方（図示左側）の出入口ポートに流入すると共に一方（図示右側）の出入口ポートから流出した作動油がタンク５０に排出され、旋回油圧モータ４が他方向（旋回体１２を左旋回させる方向）に回転する。

　油圧制御ユニット６０は、マシンコントロール（ＭＣ）を実行するための装置であり、パイロット圧制御弁５２～５７から入力されたパイロット圧をコントローラ２０からの指令に応じて補正し、シャトルブロック１７に出力する。これにより、オペレータのレバー操作に関わらず、作業装置１Ｂに所望の動作をさせることが可能となる。

　シャトルブロック１７は、油圧制御ユニット６０から入力されたパイロット圧をパイロット配管５２９，５３９，５４９，５５９，５６９，５７９に出力する。また、シャトルブロック１７は、入力されたパイロット圧のうちの最大のパイロット圧を選択し、油圧ポンプ２のレギュレータ１８に出力する。これにより、操作レバー１５ａ～１５ｄの操作量に応じて油圧ポンプ２の吐出流量を制御することが可能となる。

　図３は、図２に示す油圧制御ユニット６０の構成図である。

　図３に示すように、油圧制御ユニット６０は、電磁遮断弁６１と、シャトル弁５２２，５３４，５６４，５７４と、電磁比例弁５２５，５３２，５３７，５４２，５５２，５６２，５６７，５７２，５７７と、を備えている。

　電磁遮断弁６１の入口ポートは、ロック弁５１（図２参照）の出口ポートに接続されている。電磁遮断弁６１の出口ポートは、電磁比例弁５２５，５３７，５６７，５７７の入口ポートに接続されている。電磁遮断弁６１は、非通電時は開度をゼロとし、コントローラ２０からの電流供給により開度を最大とする。マシンコントロールを有効にする場合は、電磁遮断弁６１の開度を最大とし、電磁比例弁５２５，５３７，５６７，５７７へのパイロット一次圧の供給を開始する。一方、マシンコントロールを無効にする場合は、電磁遮断弁６１の開度をゼロとし、電磁比例弁５２５，５３７，５６７，５７７へのパイロット一次圧の供給を停止する。

　マシンコントロールの有効と無効の切り替えは、運転室１Ｃ内に設けられるＭＣスイッチ２６（図２参照）からの操作信号に基づいて行われる。ＭＣスイッチ２６は、例えば、操作右レバー１４ａあるいは操作左レバー１４ｂに設けられるオルタネイト動作型のスイッチである。コントローラ２０は、ＭＣスイッチ２６からマシンコントロールを有効とする操作信号が入力されると、電磁遮断弁６１のソレノイドへ制御電流を供給し、電磁遮断弁６１の開度を最大にする。コントローラ２０は、ＭＣスイッチ２６からマシンコントロールを無効とする操作信号が入力されると、電磁遮断弁６１のソレノイドへの制御電流の供給を停止し、電磁遮断弁６１の開度をゼロにする。

　シャトル弁５２２は、２つの入口ポートと１つの出口ポートを有しており、２つの入口ポートから入力された圧力のうち高圧側を出口ポートから出力する。シャトル弁５２２の一方の入口ポートは、パイロット配管５２１を介してブーム上げ用パイロット圧制御弁５２に接続されている。シャトル弁５２２の他方の入口ポートは、パイロット配管５２４を介して電磁比例弁５２５の出口ポートに接続されている。シャトル弁５２２の出口ポートは、パイロット配管５２３を介してシャトルブロック１７に接続されている。

　電磁比例弁５２５の入口ポートは、電磁遮断弁６１の出口ポートに接続されている。電磁比例弁５２５の出口ポートは、パイロット配管５２４を介してシャトル弁５２２の他方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５２５は、非通電時は開度をゼロとし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を増大させる。電磁比例弁５２５は、電磁遮断弁６１を介して供給されたパイロット一次圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５２４に出力する。これにより、ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２からパイロット配管５２１にブーム上げパイロット圧が供給されていない場合でも、パイロット配管５２３にブーム上げパイロット圧を供給することが可能となる。なお、ブーム上げ動作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５２５は非通電状態とされ、電磁比例弁５２５の開度はゼロとなる。このとき、ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２から供給されたブーム上げ用パイロット圧がブーム用流量制御弁１６ａの一方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたブーム上げ動作が可能となる。

　シャトル弁５３４は、２つの入口ポートと１つの出口ポートを有しており、２つの入口ポートから入力された圧力のうち高圧側を出口ポートから出力する。シャトル弁５３４の一方の入口ポートは、パイロット配管５３３を介して電磁比例弁５３２の出口ポートに接続されている。シャトル弁５３４の他方の入口ポートはパイロット配管５３６を介して電磁比例弁５３７の出口ポートに接続されている。シャトル弁５３４の出口ポートは、パイロット配管５３５を介してシャトルブロック１７に接続されている。

　電磁比例弁５３２の入口ポートは、パイロット配管５３１を介してブーム下げ用パイロット圧制御弁５３に接続されている。電磁比例弁５３２の出口ポートは、パイロット配管５３３を介してシャトル弁５３４の一方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５３２は、非通電時は開度を最大とし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を最大からゼロまで減少させる。電磁比例弁５３２は、パイロット配管５３１を介して入力されたブーム下げ用パイロット圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５３３に出力する。これにより、オペレータのレバー操作によるブーム下げ用パイロット圧を減圧したり、ゼロにしたりすることが可能となる。

　電磁比例弁５３７の入口ポートは、電磁遮断弁６１の出口ポートに接続されており、電磁比例弁５３７の出口ポートは、パイロット配管５３６を介してシャトル弁５３４の他方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５３７は、非通電時は開度をゼロとし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を増大させる。電磁比例弁５３７は、電磁遮断弁６１を介して供給されたパイロット一次圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５３６に出力する。これにより、ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３からパイロット配管５３１にブーム下げ用パイロット圧が供給されていない場合でも、パイロット配管５３５にブーム下げ用パイロット圧を供給することが可能となる。なお、ブーム下げ動作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５３２，５３７は非通電状態とされ、電磁比例弁５３２の開度は全開となり、電磁比例弁５３７の開度はゼロとなる。このとき、ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３から供給されたブーム下げ用パイロット圧がブーム用流量制御弁１６ａの他方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたブーム下げ動作が可能となる。

　電磁比例弁５４２の入口ポートは、パイロット配管５４１を介してアームクラウド用パイロット圧制御弁５４に接続されている。電磁比例弁５４２の出口ポートは、パイロット配管５４３を介してシャトルブロック１７に接続されている。電磁比例弁５４２は、非通電時は開度を最大とし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を最大からゼロまで減少させる。電磁比例弁５４２は、パイロット配管５４１を介して入力されたアームクラウド用パイロット圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５４３に出力する。これにより、オペレータのレバー操作によるアームクラウド用パイロット圧を減圧したり、ゼロにしたりすることが可能となる。なお、アームクラウド動作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５４２は非通電状態とされ、電磁比例弁５４２の開度は全開となる。このとき、アームクラウド用パイロット圧制御弁５４から供給されたアームクラウド用パイロット圧がアーム用流量制御弁１６ｂの一方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたアームクラウド動作が可能となる。

　電磁比例弁５５２の入口ポートは、パイロット配管５５１を介してアームダンプ用パイロット圧制御弁５５に接続されている。電磁比例弁５５２の出口ポートは、パイロット配管５５３を介してシャトルブロック１７に接続されている。電磁比例弁５５２は、非通電時は開度を最大とし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を最大からゼロまで減少させる。電磁比例弁５５２は、パイロット配管５５１を介して入力されたアームダンプ用パイロット圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５５３に出力する。これにより、オペレータのレバー操作によるアームダンプ用パイロット圧を減圧したり、ゼロにしたりすることが可能となる。なお、アームダンプ動作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５５２は非通電状態とされ、電磁比例弁５５２の開度は全開となる。このとき、アームダンプ用パイロット圧制御弁５５から供給されたアームダンプ用パイロット圧がアーム用流量制御弁１６ｂの他方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたアームダンプ動作が可能となる。

　シャトル弁５６４は、２つの入口ポートと１つの出口ポートを有しており、２つの入口ポートから入力された圧力のうち高圧側を出口ポートから出力する。シャトル弁５６４の一方の入口ポートは、パイロット配管５６３を介して電磁比例弁５６２の出口ポートに接続されている。シャトル弁５６４の他方の入口ポートはパイロット配管５６６を介して電磁比例弁５６７の出口ポートに接続されている。シャトル弁５６４の出口ポートは、パイロット配管５６５を介してシャトルブロック１７に接続されている。

　電磁比例弁５６２の入口ポートは、パイロット配管５６１を介してバケットクラウド用パイロット圧制御弁５６に接続されている。電磁比例弁５６２の出口ポートは、パイロット配管５６３を介してシャトル弁５６４の一方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５６２は、非通電時は開度を最大とし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を最大からゼロまで減少させる。電磁比例弁５６２は、パイロット配管５６１を介して入力されたバケットクラウド用パイロット圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５６３に出力する。これにより、オペレータのレバー操作によるバケットクラウド用パイロット圧を減圧したり、ゼロにしたりすることが可能となる。

　電磁比例弁５６７の入口ポートは、電磁遮断弁６１の出口ポートに接続されており、電磁比例弁５６７の出口ポートは、パイロット配管５６６を介してシャトル弁５６４の他方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５６７は、非通電時は開度をゼロとし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を増大させる。電磁比例弁５６７は、電磁遮断弁６１を介して供給されたパイロット一次圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５６６に出力する。これにより、バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６からパイロット配管５６１にバケットクラウド用パイロット圧が供給されていない場合でも、パイロット配管５６５にバケットクラウド用パイロット圧を供給することが可能となる。なお、バケットクラウド動作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５６２，５６７は非通電状態とされ、電磁比例弁５６２の開度は全開となり、電磁比例弁５６７の開度はゼロとなる。このとき、バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６から供給されたバケットクラウド用パイロット圧がバケット用流量制御弁１６ｃの一方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたバケットクラウド動作が可能となる。

　シャトル弁５７４は、２つの入口ポートと１つの出口ポートを有しており、２つの入口ポートから入力された圧力のうち高圧側を出口ポートから出力する。シャトル弁５７４の一方の入口ポートはパイロット配管５７３を介して電磁比例弁５７２の出口ポートに接続されている。シャトル弁５７４の他方の入口ポートは、パイロット配管５７６を介して電磁比例弁５７７の出口ポートに接続されている。シャトル弁５７４の出口ポートは、パイロット配管５７５を介してシャトルブロック１７に接続されている。

　電磁比例弁５７２の入口ポートは、パイロット配管５７１を介してバケットダンプ用パイロット圧制御弁５７に接続されている。電磁比例弁５７２の出口ポートは、パイロット配管５７３を介してシャトル弁５７４の一方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５７２は、非通電時は開度を最大とし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を最大からゼロまで減少させる。電磁比例弁５７２は、パイロット配管５７１を介して入力されたバケットダンプ用パイロット圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５７３に供給する。これにより、オペレータのレバー操作によるバケットダンプ用パイロット圧を減圧したり、ゼロにしたりすることが可能となる。

　電磁比例弁５７７の入口ポートは、電磁遮断弁６１の出口ポートに接続されている。電磁比例弁５７７の出口ポートは、パイロット配管５７６を介してシャトル弁５７４の他方の入口ポートに接続されている。電磁比例弁５７７は、非通電時は開度をゼロとし、コントローラ２０から供給される電流に応じて開度を増大させる。電磁比例弁５７７は、電磁遮断弁６１を介して供給されたパイロット一次圧をその開度に応じて減圧し、パイロット配管５７６に供給する。これにより、バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７からパイロット配管５７１にバケットダンプ用パイロット圧が供給されていない場合でも、パイロット配管５７５にバケットダンプ用パイロット圧を供給することが可能となる。なお、バケットダンプ操作に対するマシンコントロールを実行しない場合は、電磁比例弁５７２，５７７は非通電状態とされ、電磁比例弁５７２の開度は全開となり、電磁比例弁５７７の開度はゼロとなる。このとき、バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７から供給されたバケットダンプ用パイロット圧がバケット用流量制御弁１６ｃの他方のパイロット受圧部に導かれるため、オペレータのレバー操作に応じたバケットダンプ動作が可能となる。

　パイロット配管５２１には、ブーム上げ用パイロット圧制御弁５２から供給されたブーム上げ用パイロット圧を検出する圧力センサ５２６が設けられている。パイロット配管５３１には、ブーム下げ用パイロット圧制御弁５３から供給されたブーム下げパイロット圧を検出する圧力センサ５３８が設けられている。パイロット配管５４１には、アームクラウド用パイロット圧制御弁５４から供給されたアームクラウド用パイロット圧を検出する圧力センサ５４４が設けられている。パイロット配管５５１には、アームダンプ用パイロット圧制御弁５５から供給されたアームダンプ用パイロット圧を検出する圧力センサ５５４が設けられている。パイロット配管５６１には、バケットクラウド用パイロット圧制御弁５６から供給されたバケットクラウドパイロット圧を検出する圧力センサ５６８が設けられている。パイロット配管５７１には、バケットダンプ用パイロット圧制御弁５７から供給されたバケットダンプ用パイロット圧を検出する圧力センサ５７８が設けられている。圧力センサ５２６，５３８，５４４，５５４，５６８，５７８で検出されたパイロット圧は、操作装置１５Ａ～１５Ｃの操作方向及び操作量を表す操作信号としてコントローラ２０に入力される。

　図２に示すように、コントローラ２０は、動作回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）２０ａ、記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）２０ｂ、記憶装置としてのＲＡＭ（Random Access Memory）２０ｃ、入力インタフェース２０ｄ及び出力インタフェース２０ｅ、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ２０は、１つのマイクロコンピュータで構成してもよいし、複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

　ＲＯＭ２０ｂは、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリであり、各種演算が実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、ＲＯＭ２０ｂは、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。ＲＡＭ２０ｃは揮発性メモリであり、ＣＰＵ２０ａとの間で直接的にデータの入出力を行うワークメモリである。ＲＡＭ２０ｃは、ＣＰＵ２０ａがプログラムを演算実行している間、必要なデータを一時的に記憶する。なお、コントローラ２０は、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の記憶装置をさらに備えていてもよい。

　ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２０ｂに記憶されたプログラムをＲＡＭ２０ｃに展開して演算実行する処理装置であって、プログラムに従って入力インタフェース２０ｄ及びＲＯＭ２０ｂ，ＲＡＭ２０ｃから取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。入力インタフェース２０ｄには、ＭＣスイッチ２６、姿勢検出装置３５、目標面設定装置３６、操作検出装置３４、位置検出装置４２等からの信号が入力される。

　入力インタフェース２０ｄは、入力された信号をＣＰＵ２０ａで演算可能なように変換する。また、出力インタフェース２０ｅは、ＣＰＵ２０ａでの演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を電磁比例弁５２５，５３２，５３７，５４２，５５２，５６２，５６７，５７２，５７７、電磁遮断弁６１、及び通知装置３９等に出力する。

　姿勢検出装置３５は、角度センサ２１～２４（図１参照）を有する。これらの角度センサ２１～２４は、油圧ショベル１の姿勢に関する情報を検出し、その情報に応じた信号を出力する。すなわち、角度センサ２１～２４は、油圧ショベル１の姿勢に関する情報を検出する姿勢センサとして機能している。

　角度センサ２１，２２，２３には、作業装置１Ｂの姿勢に関する情報としてブーム角度α、アーム角度β及びバケット角度γを取得し、取得した角度に応じた信号（電圧）を出力するポテンショメータを採用することができる。

　角度センサ２４には、旋回体１２の姿勢に関する情報として、直交３軸の角速度及び加速度を取得し、この情報に基づき、旋回体１２のロール角度（旋回体１２の左右方向の傾斜角度）ψ、ピッチ角度（旋回体１２の前後方向の傾斜角度）φ及び旋回角度θを演算し、演算結果（角度ψ，φ，θに関する情報）をコントローラ２０に出力するＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）を採用することができる。なお、旋回体１２の姿勢を表す角度ψ，φ，θの演算は、ＩＭＵの出力信号に基づき、コントローラ２０が行うようにしてもよい。また、角度センサ２４として、３つのセンサ、すなわちロール角度ψを検出するセンサ、ピッチ角度φを検出するセンサ、及び、旋回角度θを検出するセンサを設けるようにしてもよい。

　操作検出装置３４は、圧力センサ５２６，５３８，５４４，５５４，５６８，５７８（図３参照）を有する。

　位置検出装置４２は、油圧ショベル１の旋回体１２の現在の位置情報を検出するために用いられる。図４に示すように、位置検出装置４２は、複数のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球衛星測位システム）用のアンテナ（以下、ＧＮＳＳアンテナと記す）４２ａ，４２ｂと、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂで受信された複数の測位衛星からの衛星信号（ＧＮＳＳ電波）に基づいて、地理座標系（グローバル座標系）における旋回体１２の位置及び方位を演算する測位演算装置４２ｃと、を有する。ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂは、旋回体１２の上部において、旋回体１２の左右方向に離れた位置に設けられる。

　ＧＮＳＳアンテナ４２ａは、自身の位置の演算に用いられる基準位置データを測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ４２ｂは、自身の位置の演算に用いられる基準位置データを測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂは、例えば１０Ｈｚ周期で基準位置データを受信する。ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂは、基準位置データを受信する度に、測位演算装置４２ｃに出力する。

　測位演算装置４２ｃは、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂで受信された信号（基準位置データ）に基づいて、グローバル座標系で表されるＧＮＳＳアンテナ４２ａの基準位置Ｐ１及びＧＮＳＳアンテナ４２ｂの基準位置Ｐ２を演算する。測位演算装置４２ｃは、基準位置Ｐ１と基準位置Ｐ２とを結ぶ基線ベクトルを演算する。測位演算装置４２ｃは、基準位置Ｐ１，Ｐ２及び基線ベクトルに基づいて、旋回体１２の位置及び旋回体１２の方位を演算する。旋回体１２の方位は、例えば、グローバル座標の基準方位（例えば北）に対する角度によって表される。測位演算装置４２ｃは、例えば１０Ｈｚの周波数でＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂから２つの基準位置データを取得する度に、旋回体１２の位置及び方位を演算して、コントローラ２０に出力する。

　なお、旋回体１２の位置とは、旋回体１２の任意の位置であり、例えば、旋回中心軸上の位置、ブームピン９１の中心軸上の位置等に設定される。測位演算装置４２ｃの記憶装置（例えば、ＲＯＭ）には、車体座標系におけるＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の座標と、任意に設定される旋回体１２の位置の座標との関係を表す幾何学情報（寸法データ等）が記憶されている。このため、測位演算装置４２ｃは、２つの基準位置Ｐ１，Ｐ２、基線ベクトル及び上記幾何学情報に基づいて、地理座標系における旋回体１２の位置の座標及び方位を算出することができる。

　通知装置３９は、コントローラ２０からの制御信号に基づいて、オペレータに対して所定の通知を行う装置である。通知装置３９は、例えば、液晶ディスプレイなどの表示装置であり、コントローラ２０からの表示制御信号に基づき、所定の表示画像を表示画面に表示する。通知装置３９は、例えば、原動機４９の駆動状態、走行体１１の走行状態、旋回体１２の旋回状態、作業装置１Ｂの姿勢等を表す表示画像を表示画面に表示する。

　図２に示すコントローラ２０は、予め定めた条件が満たされると、目標面Ｓｔに基づいて作業装置１Ｂを制御するマシンコントロールを実行する。マシンコントロールでは、コントローラ２０が該当する流量制御弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃを駆動させるための制御信号を油圧制御ユニット６０に出力する。例えば、コントローラ２０は、流量制御弁１６ａを動作させるための制御信号を電磁比例弁５２５（図３参照）に出力することにより、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わせる。マシンコントロールとしては、例えば、操作装置１５Ｂによってアーム操作がなされた場合に実行される領域制限制御（整地制御）と、アーム操作がなされずに操作装置１５Ａによってブーム下げ操作がなされた場合に実行される停止制御と、が含まれる。

　コントローラ２０は、図７に示すように、所定の目標面Ｓｔまたはその上方にバケット１０の先端部（例えば爪先）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。領域制限制御では、アーム操作によってバケット１０の先端部が目標面Ｓｔに沿って移動するように、作業装置１Ｂの動作が制御される。具体的には、コントローラ２０は、アーム操作がなされているときに、目標面Ｓｔに垂直な方向のバケット１０の先端部の速度ベクトルがゼロになるようにブーム上げまたはブーム下げの指令を行う。領域制限制御は、ＭＣスイッチ２６によってマシンコントロールが有効とされている状態で、バケット１０の先端部と目標面Ｓｔとの間の距離（目標面距離）が予め定められた所定の距離Ｙａ１（図６参照）よりも小さくなったときに行われる。

　なお、本実施形態では、マシンコントロールで用いられる作業装置１Ｂの制御点を、油圧ショベル１のバケット１０の爪先に設定しているが、制御点は作業装置１Ｂの先端部分の点であればバケット１０の爪先以外にも変更可能である。例えば、バケット１０の底面、またはバケットリンクの最外部を制御点として設定してもよい。目標面Ｓｔから最も距離の近いバケット１０の外表面の点を適宜制御点とする構成を採用してもよい。マシンコントロールでは、操作装置１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの非操作時に作業装置１Ｂの動作をコントローラ２０により制御する「自動制御」と、操作装置１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの操作時にのみ作業装置１Ｂの動作をコントローラ２０により制御する「半自動制御」と、がある。なお、半自動制御は、オペレータによる操作にコントローラ２０による制御が介入するため「介入制御」とも呼ばれる。

　図４は、図２に示すコントローラ２０の機能ブロック図である。

　図４に示すように、コントローラ２０は、ＲＯＭ２０ｂに記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢演算部３０、目標面設定部３７、目標動作演算部３２及び電磁弁制御部３３として機能する。図４に示す電磁比例弁５００は、電磁比例弁５２５，５３２，５３７，５４２，５５２，５６２，５６７，５７２，５７７（図３参照）を代表したものである。

　姿勢演算部３０は、姿勢検出装置３５からの姿勢情報に基づき、油圧ショベル１の姿勢（作業装置１Ｂ及び旋回体１２の姿勢）を演算する。姿勢演算部３０は、姿勢検出装置３５からの姿勢情報及びＲＯＭ２０ｂに記憶されている作業装置１Ｂの幾何学情報（例えば、図５に示す被駆動部材の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３）に基づき、ローカル座標系（ショベル基準座標系）におけるバケット１０の先端部（例えば、バケット１０の爪先）の位置（以下、先端位置とも記す）Ｐｂを演算する。

　作業装置１Ｂの姿勢は、図５のショベル基準座標系に基づいて定義できる。図５は、油圧ショベル１における座標系（ショベル基準座標系）を示す図である。図５のショベル基準座標系は、旋回体１２に対して設定される座標系である。ショベル基準座標系では、ブームピン９１の中心軸を原点Ｏとし、旋回体１２の旋回中心軸に平行な軸がＹ軸として設定され、Ｙ軸及びブームピン９１に直交する軸がＸ軸として設定される。Ｘ軸に対するブーム８の傾斜角度をブーム角度α、ブーム８に対するアーム９の傾斜角度をアーム角度β、アーム９に対するバケット１０の傾斜角度をバケット角度γとする。水平面（基準面）に対する車体１Ａ（旋回体１２）の前後方向の傾斜角度、すなわち水平面（基準面）とＸ軸とのなす角をピッチ角度φとする。

　ブーム角度αは角度センサ２１により、アーム角度βは角度センサ２２により、バケット角度γは角度センサ２３により、ピッチ角度φは角度センサ２４により検出される。

　ブームピン９１の中心位置からアームピン９２の中心位置までの長さをＬ１、アームピン９２の中心位置からバケットピン９３の中心位置までの長さをＬ２、バケットピン９３の中心位置からバケット１０の先端部（爪先）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Ｐｂは、Ｘ_ｂｋをＸ方向位置、Ｙ_ｂｋをＹ方向位置として、以下の式（１），（２）で表すことができる。

　図４に示す姿勢演算部３０は、ショベル基準座標系におけるバケット１０の先端位置Ｐｂと、旋回体１２のピッチ角度φと、測位演算装置４２ｃで演算されたグローバル座標系における油圧ショベル１の位置及び方位とに基づき、グローバル座標系におけるバケット１０の先端位置Ｐｂを算出する。つまり、姿勢演算部３０は、ショベル基準座標系における先端位置Ｐｂをグローバル座標系の先端位置Ｐｂに変換する。

　また、姿勢演算部３０は、バケット１０の先端位置Ｐｂの他、作業装置１Ｂの姿勢を表すブームピン９１、アームピン９２及びバケットピン９３、原点Ｏのグローバル座標系における位置等についても算出し、これらを油圧ショベル１の姿勢情報として、目標面設定部３７及び目標動作演算部３２へ出力する。なお、姿勢演算部３０は、演算結果の他、姿勢検出装置３５で検出された角度情報（α，β，γ，θ，φ，ψ）を姿勢情報として、目標面設定部３７及び目標動作演算部３２へ出力する。

　目標面設定装置３６は、マシンコントロールで用いられる目標面Ｓｔを設定するために用いられる目標形状データをコントローラ２０に入力するための装置である。目標面設定装置３６は、グローバル座標系（絶対座標系）上に規定された３次元の目標形状データを記憶した記憶装置を備えている。目標面設定部３７は、目標面設定装置３６からの３次元の目標形状データを取得し、取得した目標形状データ、及び姿勢演算部３０からの姿勢情報（グローバル座標系における油圧ショベル１の姿勢を表す情報）に基づき、目標面Ｓｔを設定する。目標面設定部３７は、目標形状データを作業装置１Ｂが移動する平面（作業装置１Ｂの動作平面（Ｘ－Ｙ平面））で切断した断面形状を２次元の目標面として生成する。

　目標動作演算部３２は、姿勢演算部３０、目標面設定部３７及び操作検出装置３４からの情報に基づき、バケット１０が目標面Ｓｔに侵入することなく移動するよう作業装置１Ｂの目標動作を演算する。

　具体的には、目標動作演算部３２は、目標面設定部３７で設定された目標面Ｓｔ、姿勢演算部３０の演算結果（姿勢情報）及び操作検出装置３４の検出結果（操作情報）に基づいて、各油圧シリンダ（５，６，７）の目標速度を演算する。目標動作演算部３２は、マシンコントロールにおいて、作業装置１Ｂによって目標面Ｓｔの下側を掘削してしまわないように、各油圧シリンダ（５，６，７）の目標速度を演算する。以下、図６を参照して、詳しく説明する。図６は、バケット１０の先端部が補正後の目標速度ベクトルＶｃａの通りに制御されたときの、バケット１０の先端部の軌跡の一例を示す図である。ここでの説明では、図６に示すように、Ｘｔ軸及びＹｔ軸を設定する。Ｘｔ軸は、目標面Ｓｔに平行な軸であり、Ｙｔ軸は、目標面Ｓｔに直交する軸である。

　目標動作演算部３２は、操作装置１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの操作量に基づいて、各油圧シリンダ（５，６，７）の目標速度（一次目標速度）を演算する。次に、目標動作演算部３２は、各油圧シリンダ（５，６，７）の目標速度（一次目標速度）と、姿勢演算部３０で演算されたバケット１０の先端位置Ｐｂを含む油圧ショベル１の姿勢情報と、ＲＯＭ２０ｂに記憶してある作業装置１Ｂの各部寸法（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３等）とに基づいて、バケット１０の先端部の目標速度ベクトルＶｃａ０を演算する。また、目標動作演算部３２は、姿勢演算部３０で演算されたバケット１０の先端位置Ｐｂと目標面設定部３７で設定された目標面Ｓｔとの間のＹｔ軸方向の距離（目標面距離）を演算する。

　目標動作演算部３２は、目標面距離が０（ゼロ）に近づくにつれて、バケット１０の先端部の目標速度ベクトルＶｃａ０における目標面Ｓｔに垂直な成分Ｖｃａｙ（Ｙｔ軸方向の速度成分）が０（ゼロ）に近づく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一次目標速度を補正して、二次目標速度を演算することにより、バケット１０の先端部の速度ベクトルをＶｃａに変換する制御（方向変換制御）を行う。目標面距離が０（ゼロ）のときの目標速度ベクトルＶｃａは目標面Ｓｔに平行な成分Ｖｃａｘ（Ｘｔ軸方向の速度成分）のみになる。これにより目標面Ｓｔまたはその上方にバケット１０の先端部（制御点）が位置するように保持される。

　目標動作演算部３２は、例えば、アームクラウドの操作が単独で行われ、目標面距離が所定の距離Ｙａ１以下になると（すなわち、目標面Ｓｔと目標面ＳｔからＹｔ軸方向にＹａ１だけ離れた面によって形成される設定領域にバケット１０の先端部が侵入すると）、アームシリンダ６を伸長させるとともに、ブームシリンダ５を伸長させることにより、速度ベクトルＶｃａ０をＶｃａに変換する方向変換制御を実行する。

　なお、方向変換制御は、ブーム上げまたはブーム下げとアームクラウドとの組み合わせにより実行される場合、及び、ブーム上げまたはブーム下げとアームダンプとの組み合わせにより実行される場合もある。いずれの場合においても、バケット１０の先端部が目標面Ｓｔの上方に位置している状態において、目標速度ベクトルＶｃａが目標面Ｓｔに接近する下向き成分（Ｖｃａｙ＜０）を含むとき、目標動作演算部３２は、その下向き成分を打ち消す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。反対に目標速度ベクトルＶｃａが目標面Ｓｔから離れる上向き成分（Ｖｃａｙ＞０）を含むとき、目標動作演算部３２は、その上向き成分を打ち消す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。また、バケット１０の先端部が目標面Ｓｔの下方に位置している状態において、目標速度ベクトルＶｃａが目標面Ｓｔに接近する上向き成分（Ｖｃａｙ＞０）を含むとき、目標動作演算部３２は、その上向き成分を打ち消す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。反対に目標速度ベクトルＶｃａが目標面Ｓｔから離れる上向き成分（Ｖｃａｙ＜０）を含むとき、目標動作演算部３２は、その下向き成分を打ち消す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。

　電磁弁制御部３３は、目標動作演算部３２の演算結果（各油圧シリンダの目標速度）に基づき、電磁遮断弁６１及び電磁比例弁５００に対して指令を出力する。

　図７を参照して、マシンコントロールが実行されたときの油圧ショベル１の動作の一例について説明する。図７は、マシンコントロールによる水平掘削動作の例を示す図である。

　掘削作業開始時、バケット１０を所定位置（掘削開始地点）に配置させるために、オペレータが操作装置１５Ａによるブーム下げ単独操作を行うと、コントローラ２０によって停止制御が実行される。コントローラ２０は、バケット１０が目標面Ｓｔに近づくと、バケット１０が目標面Ｓｔよりも下方に侵入しないように、電磁比例弁５３２（図３参照）を制御して、ブーム８の速度を減速させる。コントローラ２０は、バケット１０が目標面Ｓｔに到達した状態では、ブーム８の速度がゼロとなるように電磁比例弁５３２（図３参照）を制御する。

　オペレータが操作装置１５Ｂを操作して、アーム９の矢印Ａ方向への引き動作（クラウド動作）によって水平掘削を行うと、コントローラ２０は、領域制限制御を実行する。コントローラ２０は、バケット１０の先端部が目標面Ｓｔよりも下方に侵入しないように、電磁比例弁５２５(図３参照)を制御して、ブーム８の上げ動作を自動的に行う。このとき、掘削精度向上のため、電磁比例弁５４２（図３参照）を制御して、アーム９の速度を必要に応じて減速させてもよい。なお、バケット１０の目標面Ｓｔ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、コントローラ２０は、電磁比例弁５７７（図３参照）を制御してバケット１０が自動で矢印Ｃ方向に回動するようにしてもよい。

　アーム９の矢印Ａ方向への引き動作によって水平掘削を行う際に、バケット１０が目標面Ｓｔよりも下方に侵入した場合には、コントローラ２０は、バケット１０が目標面Ｓｔ上に復帰するように、電磁比例弁５２５（図３参照）を制御して、ブーム８の上げ動作を自動的に行う。

　このように、コントローラ２０は、バケット１０の先端部（爪先）が目標面Ｓｔに沿って移動するように、作業装置１Ｂの動作を制御する。

　ところで、旋回体１２の上空が厚い雲で覆われるなど天候の状況の変化により、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂで受信される測位衛星からの衛星信号（ＧＮＳＳ電波）が弱くなってしまう場合がある。ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況が悪化すると、測位演算装置４２ｃは、旋回体１２の位置及び方位を精度よく演算することができなくなる。この場合、測位演算装置４２ｃは、コントローラ２０に位置検出エラー信号を出力する。その結果、コントローラ２０は、作業装置１Ｂの動作平面を演算することができなくなり、油圧ショベル１の現在の姿勢情報に基づいて、目標面Ｓｔを更新することができなくなる。

　そこで、本実施形態に係るコントローラ２０は、マシンコントロールの実行中に、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況が悪化し、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなった場合にそのときに姿勢検出装置３５により検出される旋回体１２の旋回角度情報（旋回角度θ）を基準旋回角度情報（基準旋回角度θ０）として記憶するとともに、通信状況が良好であったときに生成された目標面（通常時目標面）に基づいて一時目標面を新たに生成する。コントローラ２０は、旋回体１２が、基準旋回角度情報（基準旋回角度θ０）に基づいて定められる旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているときには、一時目標面に基づいたマシンコントロールの実行を禁止する。コントローラ２０は、旋回体１２が、旋回範囲Ｓｒの内側に位置しているときには、一時目標面に基づいたマシンコントロールの実行を許可する。

　以下、図８～図１３を参照して、通信状況の悪化により、コントローラ２０が旋回体１２の位置情報（旋回体１２の位置及び方位）を取得することができなくなってから、通信状況が回復することにより、コントローラ２０が旋回体１２の位置情報（旋回体１２の位置及び方位）を取得することができるようになるまでの制御の内容について詳しく説明する。

　図８は、目標面設定部３７の機能の詳細について説明する図である。図８に示すように、目標面設定部３７は、通信状況判定部４３、旋回角度記憶部４４、旋回姿勢判定部４５、目標面生成部４６、及び通知制御部４７として機能する。

　通信状況判定部４３は、位置検出装置４２から出力される情報に基づいて、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況が良好であるか否かを判定する。本実施形態では、通信状況判定部４３は、位置検出装置４２から位置検出エラー信号がコントローラ２０に入力されている場合、通信状況は良好でない（すなわち、旋回体１２の位置及び方位に関する情報を取得できていない）と判定する。通信状況判定部４３は、位置検出エラー信号がコントローラ２０に入力されていない場合、通信状況は良好である（すなわち、旋回体１２の位置及び方位に関する情報を取得できている）と判定する。

　ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況が悪化すると、位置検出装置４２の測位演算装置４２ｃによる旋回体１２の位置及び方位の算出精度が低下する。このため、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況は、測位演算装置４２ｃでの算出精度に基づいて推定することができる。

　測位演算装置４２ｃは、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置（すなわち旋回体１２の位置）の算出精度が、許容できる精度であるか否かを判定する。測位演算装置４２ｃは、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の算出精度が許容できる精度である場合には、位置検出エラー信号をコントローラ２０に出力せず、算出した旋回体１２の位置及び方位に関する情報をコントローラ２０に出力する。測位演算装置４２ｃは、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の算出精度が許容できる精度でない場合には、旋回体１２の位置及び方位に関する情報をコントローラ２０に出力せず、位置検出エラー信号をコントローラ２０に出力する。

　なお、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の算出精度の評価方法は、種々の方法を採用することができる。以下、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の算出精度の評価方法の一例について説明する。ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の算出精度は、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂで信号（電波）を受信可能な測位衛星の数及び配置により変化する。測位衛星の数及び配置の状況により、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の算出精度が受ける影響は、例えば、ＤＯＰ（Dilution of Precision：精度低下率）で表すことができる。測位衛星の数が少なく、測位衛星間の距離が狭いほど、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の算出精度は低くなる。測位演算装置４２ｃは、測位衛星の数及び測位衛星の配置の情報に基づき、精度評価用パラメータを演算する。精度評価用パラメータは、算出精度が高いほど高くなるパラメータである。

　また、測位演算装置４２ｃは、統計学においてデータのばらつき度合いを示す指標（例えば分散、標準偏差等）を演算する。測位演算装置４２ｃは、上記精度評価用パラメータが予め定めた閾値以上であり、かつ、旋回体１２の位置及び方位の算出結果のばらつき度合いを示す指標が予め定めた閾値未満の場合には、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の算出精度は、許容できる精度であると判定する。一方、測位演算装置４２ｃは、上記精度評価用パラメータが予め定めた閾値未満である場合、または、旋回体１２の位置及び方位の算出結果のばらつき度合いを示す指標が予め定めた閾値以上の場合には、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の算出精度が、許容できる精度ではないと判定する。

　なお、測位演算装置４２ｃは、キャリア／ノイズ比（Ｃ／Ｎｏ）で表される信号強度に基づいて、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの位置の算出精度が、許容できる精度であるか否かを判定してもよい。

　旋回角度記憶部４４は、通信状況判定部４３により、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況が良好でないと判定された場合、そのときの旋回角度θを基準旋回角度θ０としてＲＯＭ２０ｂに記憶する。別の言い方をすれば、旋回角度記憶部４４は、旋回体１２の位置及び方位に関する情報を取得することができていた状態から、取得することができない状態に遷移した場合、そのときの旋回角度θを基準旋回角度θ０としてＲＯＭ２０ｂに記憶する。

　旋回姿勢判定部４５は、旋回体１２が基準旋回角度θ０に基づいて定められる旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているか、あるいは内側に位置しているかを判定する。図９は、旋回姿勢判定部４５による旋回姿勢の判定処理の内容について説明する図であり、旋回体１２を上方から見た図である。

　図９に示すように、旋回姿勢判定部４５は、姿勢検出装置３５で検出された旋回角度θと、ＲＯＭ２０ｂに記憶されている基準旋回角度θ０との差Δθを演算する。差Δθは、旋回角度θから基準旋回角度θ０を差し引いた値の絶対値で表される（Δθ＝|θ－θ０|）。旋回姿勢判定部４５は、差Δθと所定値Δθ０との大小関係に基づいて、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているか、あるいは内側に位置しているかを判定する。

　所定値Δθ０は、旋回範囲Ｓｒを規定するための閾値であり、予めＲＯＭ２０ｂに記憶されている。基準旋回角度θ０から所定値Δθ０だけ図示時計周りに回動した位置が旋回範囲Ｓｒの右端θＲとなり、基準旋回角度θ０から所定値Δθ０だけ図示反時計周りに回動した位置が旋回範囲Ｓｒの左端θＬとなる。所定値Δθ０は、作業装置１Ｂを前方に最も伸ばした状態において、バケット１０の左右両端と旋回中心軸Ｏｓとを結ぶ範囲の内側に旋回範囲Ｓｒが収まるような値を設定することが好ましい。所定値Δθ０は、例えば、０．５度～１度程度の値が設定される。

　旋回姿勢判定部４５は、差Δθが所定値Δθ０よりも大きい場合、旋回体１２は旋回範囲Ｓｒの外側に位置していると判定する。旋回姿勢判定部４５は、差Δθが所定値Δθ０以下の場合、旋回体１２は旋回範囲Ｓｒの内側に位置していると判定する。

　図８に示す目標面生成部４６は、通信状況判定部４３により、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況が良好であると判定されると通常時目標面Ｓｔａを生成し、ＲＯＭ２０ｂに記憶する。目標面生成部４６は、通信状況判定部４３により、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況が良好でないと判定されると、通信状況が良好であったときに生成した通常時目標面Ｓｔａに基づいて、一時目標面Ｓｔｂを新たな目標面として生成し、ＲＯＭ２０ｂに記憶する。

　目標面生成部４６は、姿勢演算部３０からの姿勢情報（グローバル座標系における作業装置１Ｂの姿勢に関する情報）に基づいて、目標面設定装置３６から取得した３次元の目標形状データを作業装置１Ｂが移動する平面（作業装置１Ｂの動作平面（Ｘ－Ｙ平面））で切断した断面形状を通常時目標面Ｓｔａ（２次元の目標面）として生成する。なお、作業装置１Ｂの動作平面は、例えば、ブームピン９１、アームピン９２及びバケットピン９３の位置等に基づいて演算可能である。目標面生成部４６は、生成した通常時目標面Ｓｔａをマシンコントロールで用いる目標面Ｓｔとして設定する。

　図１０Ａ、図１０Ｂは、目標面生成部４６による一時目標面Ｓｔｂの生成処理の内容について説明する図である。図１０Ａは、目標面の勾配αｓについて示し、図１０Ｂは、一時目標面について示す。図１０Ａに示すように、本実施形態では、複数の目標面要素Ｓｔａ０，Ｓｔａ１，Ｓｔａ２が連なってなる通常時目標面Ｓｔａが設定されている。

　図１０Ａに示すように、目標面生成部４６は、バケット１０の先端位置Ｐｂから鉛直方向（重力の方向）に下した直線と、通常時目標面Ｓｔａとの交点を制御位置Ｐｔとして設定する。図１０Ａに示す例では、複数の目標面要素Ｓｔａ０，Ｓｔａ１，Ｓｔａ２のうちの目標面要素Ｓｔａ１に制御位置Ｐｔが設定される。目標面生成部４６は、制御位置Ｐｔを含む目標面要素Ｓｔａ１と二点鎖線で示す水平面（基準面）とのなす角度を、通常時目標面Ｓｔａの勾配αｓとして設定する。図１０Ｂに示すように、目標面生成部４６は、目標面要素Ｓｔａ１と同じ勾配αｓの一時目標面Ｓｔｂを生成する。一時目標面Ｓｔｂは、目標面要素Ｓｔａ１から鉛直方向上方に所定のオフセット量Ｈｏｓでオフセットされた位置に生成される。

　図１０Ａに示すように、目標面生成部４６は、バケット１０の先端位置Ｐｂと制御位置Ｐｔとの間の鉛直方向の距離（以下、鉛直距離とも記す）Ｈを演算し、鉛直距離Ｈに基づいて、鉛直方向のオフセット量Ｈｏｓを演算する。図１１は、鉛直距離Ｈとオフセット量Ｈｏｓとの関係について示す図である。ＲＯＭ２０ｂには、図１１に示す鉛直距離Ｈとオフセット量Ｈｏｓとが対応付けられたテーブルＴｈが記憶されている。テーブルＴｈは、鉛直距離Ｈが０（ゼロ）のときにはオフセット量Ｈｏｓは最小オフセット量Ｈｏｍｉｎであり、鉛直距離Ｈが大きくなるほどオフセット量Ｈｏｓが大きくなり、鉛直距離Ｈが所定値Ｈａ以上ではオフセット量Ｈｏｓが最大オフセット量Ｈｏｍａｘとなる特性である。例えば、最小オフセット量Ｈｏｍｉｎは０（ゼロ）よりも大きい値であり、最大オフセット量Ｈｏｍａｘは（Ｙａ１）／（ｃｏｓ（αｓ））よりも小さい値である。

　目標面生成部４６は、テーブルＴｈを参照し、鉛直距離Ｈに基づいて、オフセット量Ｈｏｓを演算する。目標面生成部４６は、オフセット量Ｈｏｓでオフセットさせた一時目標面ＳｔｂをＲＯＭ２０ｂに記憶する。目標面生成部４６は、一時目標面ＳｔｂをＲＯＭ２０ｂに記憶した後、通信状況判定部４３により、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況が良好であると判定されると、ＲＯＭ２０ｂから一時目標面Ｓｔｂのデータを消去する。

　図８に示す目標面生成部４６は、旋回姿勢判定部４５により、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの内側に位置していると判定されている場合には、一時目標面Ｓｔｂを有効とする。つまり、目標面生成部４６は、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの内側に位置している場合、一時目標面Ｓｔｂをマシンコントロールで用いる目標面Ｓｔとして設定する。一時目標面Ｓｔｂが目標面Ｓｔとして設定されることにより、目標面Ｓｔとバケット１０の先端位置Ｐｂとの間の距離（目標面距離）が所定の距離Ｙａ１以下になることで、目標面Ｓｔ（一時目標面Ｓｔｂ）に基づいたマシンコントロールが実行される。このように、コントローラ２０は、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの内側に位置しているときには、目標面Ｓｔに基づいたマシンコントロールの実行を許可する。

　目標面生成部４６は、旋回姿勢判定部４５により、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置していると判定されている場合には、一時目標面Ｓｔｂを無効とする。本実施形態では、目標面生成部４６は、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置している場合、マシンコントロールで用いる目標面Ｓｔが存在しない状態であるものとして、目標面距離に予めＲＯＭ２０ｂに記憶されている無効値を設定する。無効値は、少なくとも所定の距離Ｙａ１よりも大きい値が設定される。これにより、目標面Ｓｔとバケット１０の先端位置Ｐｂとの間の距離（目標面距離）が所定の距離Ｙａ１以下になった場合でもマシンコントロールが実行されることがない。このように、コントローラ２０は、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているときには、目標面Ｓｔに基づいたマシンコントロールの実行を禁止する。

　通知制御部４７は、マシンコントロールの実行中に、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなった場合において、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているのか、あるいは内側に位置しているのかを通知装置３９に通知する。通知制御部４７は、目標面生成部４６によって一時目標面Ｓｔｂが有効に設定されているか、あるいは無効に設定されているかを監視している。上述したように、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなった場合において、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの内側に位置しているときには一時目標面Ｓｔｂが有効に設定される。また、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなった場合において、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているときには一時目標面Ｓｔｂが無効に設定される。

　通知制御部４７は、マシンコントロールの実行中に、一時目標面Ｓｔｂが有効に設定されると、通知装置３９に制御信号（通知指令）を出力し、例えば、「通信レベルが低下しています。一時目標面に基づいたマシンコントロールの実行が可能です。」といったメッセージを通知装置（表示装置）３９の表示画面に表示させる。また、通知制御部４７は、マシンコントロールの実行中に、一時目標面Ｓｔｂが無効に設定されると、通知装置３９に制御信号（通知指令）を出力し、例えば、「通信レベルが低下しています。一時目標面に基づいたマシンコントロールを行うことはできません。元の位置まで旋回体を旋回させてください。」といったメッセージを通知装置（表示装置）３９の表示画面に表示させる。なお、通知制御部４７は、上記メッセージとともに、旋回体１２の現在の位置と、旋回範囲Ｓｒを表す表示画像を通知装置（表示装置）３９の表示画面に表示させてもよい。

　図１２及び図１３を参照して、目標面設定部３７として機能するコントローラ２０によって行われる目標面設定処理の内容について説明する。図１２は、コントローラ２０により実行される目標面設定処理の内容について示すフローチャートであり、図１３は、図１２の一時目標面生成処理（ステップＳ１２０）の内容について示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートの処理は、ＭＣスイッチ２６により、マシンコントロールが有効に設定されることにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、所定の制御周期で繰り返し実行される。

　図１２に示すように、ステップＳ１０１において、目標面設定部３７は、位置検出装置４２からの位置情報、及び姿勢演算部３０で演算された姿勢情報を取得し、ステップＳ１０４へ進む。

　ステップＳ１０４において、目標面設定部３７は、位置検出装置４２からの位置情報に基づいて、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況が良好であるか否かを判定する。目標面設定部３７は、ステップＳ１０１で取得した位置検出装置４２からの位置情報が位置検出エラー信号でない場合、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況は良好であると判定し、ステップＳ１５７へ進む。目標面設定部３７は、ステップＳ１０１で取得した位置検出装置４２からの位置情報が位置検出エラー信号である場合、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況は良好でないと判定し、ステップＳ１０７へ進む。

　ステップＳ１０７において、目標面設定部３７は、記憶装置を参照し、所定の記憶領域に一時目標面Ｓｔｂが記憶されているか否かを判定する。ステップＳ１０７において、一時目標面Ｓｔｂが記憶装置の所定の記憶領域に記憶されていないと判定されると、ステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１０７において、一時目標面Ｓｔｂが記憶装置の所定の記憶領域に記憶されていると判定されると、ステップＳ１５０へ進む。

　ステップＳ１１０において、目標面設定部３７は、ステップＳ１０１で取得した姿勢情報に含まれる旋回体１２の旋回角度θを基準旋回角度θ０として記憶装置に記憶し、ステップＳ１２０へ進む。

　ステップＳ１２０において、目標面設定部３７は、一時目標面生成処理を実行する。一時目標面生成処理（ステップＳ１２０）では、図１３に示すステップＳ１２９～Ｓ１３８までの処理が行われる。

　図１３に示すように、ステップＳ１２９において、目標面設定部３７は、ステップＳ１６３で演算され記憶装置に記憶されている通常時目標面Ｓｔａと、ステップＳ１０１で取得した姿勢情報に含まれるバケット１０の先端位置Ｐｂと、に基づいて、制御位置Ｐｔを設定し、ステップＳ１３２へ進む。

　ステップＳ１３２において、目標面設定部３７は、ステップＳ１２９で設定された制御位置Ｐｔと、ステップＳ１０１で取得した姿勢情報に含まれるバケット１０の先端位置Ｐｂと、に基づいて、バケット１０の先端位置Ｐｂから制御位置Ｐｔまでの鉛直方向の距離Ｈを演算し、ステップＳ１３５へ進む。

　ステップＳ１３５において、目標面設定部３７は、ステップＳ１６３で演算され記憶装置に記憶されている通常時目標面Ｓｔａと、ステップＳ１２０で設定された制御位置Ｐｔと、に基づいて、目標面の勾配αｓを設定し、ステップＳ１３８へ進む。ステップＳ１３８において、目標面設定部３７は、鉛直距離Ｈに基づいてオフセット量Ｈｏｓを演算する。また、目標面設定部３７は、勾配αｓの面を通常時目標面Ｓｔａからオフセット量Ｈｏｓだけ鉛直方向上方にオフセットさせた一時目標面Ｓｔｂを生成する。さらに、目標面設定部３７は、生成した一時目標面Ｓｔｂを記憶装置の所定の記憶領域に記憶して、図１３のフローチャートに示す処理を終了する。

　図１２に示すように、一時目標面生成処理（ステップＳ１２０）が完了すると、ステップＳ１５０へ進む。ステップＳ１５０において、目標面設定部３７は、ステップＳ１０１で取得した姿勢情報に含まれる旋回体１２の旋回角度θ、及び、ステップＳ１１０で記憶された基準旋回角度θ０に基づいて、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているか否かを判定する。

　ステップＳ１５０において、目標面設定部３７は、旋回体１２の旋回角度θと基準旋回角度θ０との差Δθを演算する。ステップＳ１５０において、差Δθが所定値Δθ０以下である場合、目標面設定部３７は、旋回体１２は旋回範囲Ｓｒの内側に位置していると判定し、ステップＳ１５５へ進む。ステップＳ１５０において、差Δθが所定値Δθ０よりも大きい場合、目標面設定部３７は、旋回体１２は旋回範囲Ｓｒの外側に位置していると判定し、ステップＳ１５３へ進む。

　ステップＳ１５５において、目標面設定部３７は、一時目標面Ｓｔｂを有効とするために、一時目標面Ｓｔｂをマシンコントロールで用いる目標面Ｓｔとして設定し、図１２のフローチャートに示す処理を終了する。一時目標面Ｓｔｂが目標面Ｓｔとして設定されることにより、一時目標面Ｓｔｂに基づいたマシンコントロールの実行が許可された状態となる。したがって、コントローラ２０によって、目標面Ｓｔ（一時目標面Ｓｔｂ）とバケット１０の先端位置Ｐｂとの間の距離（目標面距離）が逐次演算され、目標面距離が所定の距離Ｙａ１以下の場合には、マシンコントロールが実行される。

　ステップＳ１５３において、目標面設定部３７は、一時目標面Ｓｔｂを無効とするために、目標面距離に無効値を設定し、図１２のフローチャートに示す処理を終了する。目標面距離に無効値が設定されることにより、一時目標面Ｓｔｂに基づいたマシンコントロールの実行が禁止された状態となる。したがって、バケット１０の先端位置Ｐｂと一時目標面Ｓｔｂとの間の距離が所定の距離Ｙａ１以下の場合であってもマシンコントロールは実行されない。

　ステップＳ１５７において、目標面設定部３７は、記憶装置を参照し、所定の記憶領域に一時目標面Ｓｔｂが記憶されているか否かを判定する。ステップＳ１５７において、一時目標面Ｓｔｂが記憶装置の所定の記憶領域に記憶されていないと判定されると、ステップＳ１６３へ進む。ステップＳ１５７において、一時目標面Ｓｔｂが記憶装置の所定の記憶領域に記憶されていると判定されると、ステップＳ１６０へ進む。

　ステップＳ１６０において、目標面設定部３７は、記憶装置の所定の記憶領域に記憶されている一時目標面Ｓｔｂを消去し、ステップＳ１６３へ進む。ステップＳ１６３において、目標面設定部３７は、目標面設定装置３６から３次元の目標形状データを取得し、取得した目標形状データと、ステップＳ１０１で取得した姿勢情報（グローバル座標系の作業装置１Ｂの姿勢に関する情報）と、に基づいて、通常時目標面Ｓｔａを生成し、記憶装置に記憶する。ステップＳ１６０において、目標面設定部３７は、生成した通常時目標面Ｓｔａをマシンコントロールで用いる目標面Ｓｔとして設定し、図１２のフローチャートに示す処理を終了する。通常時目標面Ｓｔａが目標面Ｓｔとして設定されることにより、コントローラ２０によって、目標面Ｓｔ（通常時目標面Ｓｔａ）とバケット１０の先端位置Ｐｂとの間の距離（目標面距離）が逐次演算される。

　本実施形態の動作の一例について説明する。オペレータがＭＣスイッチ２６を操作してマシンコントロールを有効にすると、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂで受信した衛星信号に基づいて演算される旋回体１２の位置及び方位と、姿勢検出装置３５で検出される姿勢情報と、に基づいて、通常時目標面Ｓｔａが生成される（図１２のＳ１０１→Ｓ１０４でＹ→Ｓ１５７でＮ→Ｓ１６３）。このため、通常時目標面Ｓｔａがマシンコントロールで用いられる目標面Ｓｔとして設定される。

　したがって、例えば、図７に示すように、オペレータがアーム引き操作により、アーム９をクラウド動作させると、目標面Ｓｔに垂直な方向のバケット１０の先端部の速度ベクトルがゼロになるようにブーム上げ動作が行われる。その結果、バケット１０の先端部が、目標面Ｓｔに沿って移動する。

　ここで、マシンコントロールの実行中に、ＧＮＳＳアンテナ４２ａ，４２ｂの通信状況が悪化し、旋回体１２の位置情報を検出することができなくなった場合、コントローラ２０は、そのときの旋回体１２の旋回角度θを基準旋回角度θ０として記憶し、通常時目標面Ｓｔａに基づいて一時目標面Ｓｔｂを生成し、記憶装置の所定の記憶領域に記憶する（図１２のＳ１０１→Ｓ１０４でＮ→Ｓ１０７でＮ→Ｓ１１０→Ｓ１２０）。

　オペレータは、旋回体１２を旋回させることなく、アーム引き操作を継続して行う場合、コントローラ２０は、一時目標面Ｓｔｂをマシンコントロールで用いられる目標面Ｓｔとして設定する（図１２のＳ１５０でＮ→Ｓ１５５）。このため、オペレータは、マシンコントロールによる作業を継続することができる。

　オペレータは、バケット１０内に土砂等の掘削物が溜まると、旋回体１２を旋回させて、ダンプトラック等の運搬車両にバケット１０内の掘削物を積み込む。その後、旋回体１２を元の位置に戻すために、旋回体１２を旋回させる。ここで、旋回体１２が元の位置を基準として設定される旋回範囲Ｓｒの内側に位置している場合には、一時目標面Ｓｔｂがマシンコントロールに用いられる目標面Ｓｔとして設定される（図１２のＳ１０１→Ｓ１０４でＮ→Ｓ１０７でＹ→Ｓ１５０でＮ→Ｓ１５５）。したがって、オペレータは、積み込み作業を行った後、元の位置まで旋回体１２を旋回させることにより、再び、マシンコントロールによりバケット１０を目標面Ｓｔに沿うように移動させ、整地、掘削等の作業を行うことができる。

　なお、積み込み作業を行った後、旋回体１２を元の位置に戻すために、旋回体１２を旋回させた場合において、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているときには、一時目標面Ｓｔｂは無効に設定される（図１２のＳ１５０でＹ→Ｓ１５３）。また、一時目標面Ｓｔｂが無効に設定されている状態であることは、通知装置３９によってオペレータに通知される。このため、オペレータは、現在の状態が、通信状況が良好でない状態であって、かつ、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置している状態であることを知ることができる。

　オペレータが旋回体１２を旋回させることにより、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの内側に入ると、通知装置３９によって一時目標面Ｓｔｂが有効に設定されている状態であることがオペレータに通知される。このため、オペレータは、容易に旋回体１２を元の位置にまで旋回させ、マシンコントロールによる作業を行うことができる。

　上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

　（１）油圧ショベル（作業機械）１は、走行体１１と、走行体１１上に旋回可能に取り付けられる旋回体１２と、旋回体１２に取り付けられ、ブーム８、アーム９及びバケット（作業具）１０を有する多関節型の作業装置１Ｂと、旋回体１２の位置情報を検出する位置検出装置４２と、旋回体１２の旋回角度θを含む油圧ショベル１の姿勢に関する情報を検出する姿勢検出装置３５と、目標形状データを取得し、取得した目標形状データ、旋回体１２の位置情報及び油圧ショベル１の姿勢に関する情報に基づいて目標面Ｓｔを設定し、目標面Ｓｔに基づいて作業装置１Ｂを制御するマシンコントロールを実行するコントローラ（制御装置）２０と、を備えている。コントローラ２０は、マシンコントロールの実行中に、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなった場合にそのときに姿勢検出装置３５により検出される旋回体１２の旋回角度情報（旋回角度θ）を基準旋回角度情報（基準旋回角度θ０）として記憶する。コントローラ２０は、旋回体１２が、基準旋回角度情報（基準旋回角度θ０）に基づいて定められる旋回範囲Ｓｒの外側に位置したときには、目標面Ｓｔに基づいたマシンコントロールの実行を禁止する。コントローラ２０は、旋回体１２が、旋回範囲Ｓｒの内側に位置するときには、目標面Ｓｔに基づいたマシンコントロールの実行を許可する。すなわち、コントローラ２０は、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなった場合であって、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置したときには、目標面Ｓｔに基づいたマシンコントロールの実行を禁止し、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置した後、再び内側に位置したときには、目標面Ｓｔに基づいたマシンコントロールの実行を許可する。

　この構成によれば、マシンコントロールの実行中に、通信状況が悪化するなどして、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなった場合において、旋回体１２を旋回させて掘削物を運搬車両に積み込む作業を行ったとしても、旋回体１２を旋回範囲Ｓｒの内側まで旋回させることにより、再び、目標面Ｓｔに基づいたマシンコントロールによる作業を行うことができる。したがって、本実施形態によれば、作業効率の低下の抑制が可能な油圧ショベル１を提供することができる。

　（２）コントローラ２０は、マシンコントロールの実行中に、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなった場合、新たな目標面として目標面Ｓｔ（通常時目標面Ｓｔａ）の勾配αｓに基づいた一時目標面Ｓｔｂを生成する。コントローラ２０は、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの内側に位置しているときには、一時目標面Ｓｔｂに基づいたマシンコントロールの実行を許可する。

　この構成によれば、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなる前に設定された目標面（通常時目標面Ｓｔａ）とは別に新たに一時目標面Ｓｔｂを生成するため、通常時目標面Ｓｔａとは異なる位置（例えば、オフセットさせた位置）に一時目標面Ｓｔｂを設定したり、一時目標面Ｓｔｂの勾配を変更したりするなどの目標面Ｓｔの調整を行うことができる。

　（３）コントローラ２０は、目標面Ｓｔ（通常時目標面Ｓｔａ）の勾配αｓに基づいて、目標面Ｓｔ（通常時目標面Ｓｔａ）から所定距離（オフセット量Ｈｏｓ）だけオフセットさせるようにして一時目標面Ｓｔｂを生成する。

　この構成によれば、一時目標面Ｓｔｂに基づくマシンコントロールが実行されているときに、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの内側に位置している場合であって、旋回体１２が基準旋回角度θ０からずれて位置しているときに、目標面Ｓｔよりも下方にバケット１０が侵入し、掘削対象物を掘りすぎてしまうことを防止することができる。一時目標面Ｓｔｂを通常時目標面Ｓｔａからオフセットさせる場合、一時目標面Ｓｔｂを通常時目標面Ｓｔａからオフセットさせない場合に比べて、旋回範囲Ｓｒを大きくとることができる。

　（４）コントローラ２０は、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができるようになった場合、一時目標面Ｓｔｂを消去し、目標形状データ、旋回体１２の位置情報及び油圧ショベル１の姿勢に関する情報に基づいて目標面Ｓｔ（通常時目標面Ｓｔａ）を生成する。

　この構成によれば、通信状況が回復した場合に、通常通りの目標面Ｓｔ（通常時目標面Ｓｔａ）が生成される。したがって、例えば、旋回体１２を旋回範囲Ｓｒの外側に旋回させた場合には、そのときの油圧ショベル１の姿勢に基づいて、新たに通常通りの目標面Ｓｔ（通常時目標面Ｓｔａ）が生成される。このため、別の場所の掘削、整地等の作業に移行することができる。

　（５）油圧ショベル１は、オペレータに通知を行う通知装置３９をさらに備える。コントローラ２０は、マシンコントロールの実行中に、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなった場合において、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているのか、あるいは内側に位置しているのかを通知装置３９に通知する。通知装置３９は、コントローラ２０からの通知指令に基づいて、オペレータに対して通知を行う。

　この構成によれば、オペレータは、通信状況が良好でない状態において、マシンコントロールによる作業が行える状態にあるのか否かを容易に確認することができる。このため、旋回体１２を旋回させて、積み込み作業を行った後、マシンコントロールによる作業を行うことのできる位置（元の位置）まで、容易かつ速やかに旋回体１２を旋回させることができる。その結果、作業効率の向上を図ることができる。また、通信状況が良好でない状態において、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているときに、オペレータによる掘削操作が行われることがないように、注意喚起を行うことができる。

　次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

　＜変形例１＞
　上記実施形態では、通信状況が良好である状態から良好でない状態になると、一時目標面Ｓｔｂを通常時目標面Ｓｔａとは別の目標面として新たに生成し、一時目標面Ｓｔｂをマシンコントロールで用いる目標面Ｓｔとして設定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。通信状況が良好である状態から良好でない状態になった場合、コントローラ２０は、現在設定されている目標面Ｓｔ（通常時目標面Ｓｔａ）を保持し、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの内側に位置しているときには、この目標面Ｓｔ（通常時目標面Ｓｔａ）に基づいてマシンコントロールを実行するようにしてもよい。

　つまり、コントローラ２０は、位置検出装置４２により旋回体１２の位置情報を取得することができなくなった場合であって、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置したときには、保持している通常時目標面Ｓｔａに基づいたマシンコントロールの実行を禁止し、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置した後、再び内側に位置したときには、保持している通常時目標面Ｓｔａに基づいたマシンコントロールの実行を許可するようにしてもよい。

　＜変形例２＞
　上記実施形態では、バケット１０の先端位置Ｐｂから鉛直方向に下した直線と、通常時目標面Ｓｔａとの交点を制御位置Ｐｔとして設定し、制御位置Ｐｔを含む目標面要素Ｓｔａ１に基づいて、目標面要素Ｓｔａ１からオフセットさせた一時目標面Ｓｔｂを生成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。図１４に示すように、複数の目標面要素Ｓｔａ０，Ｓｔａ１，Ｓｔａ２のそれぞれをオフセットさせ、オフセットさせた複数の面（線）同士の交点において、それぞれを接続することにより一時目標面Ｓｔｂを生成してもよい。

　＜変形例３＞
　上記実施形態では、コントローラ２０は、鉛直距離Ｈに基づいてオフセット量Ｈｏｓを設定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。コントローラ２０は、予めＲＯＭ２０ｂに記憶させたオフセット量（定数）を用いて、一時目標面Ｓｔｂを生成してもよい。

　＜変形例４＞
　上記実施形態では、通知装置３９が表示装置である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。通知装置３９としては、音、光、振動によって、オペレータに対して、旋回体１２が旋回範囲Ｓｒの外側に位置しているのか、あるいは内側に位置しているのかを通知可能な音出力装置、発光装置及び振動装置等を採用することができる。

　＜変形例５＞
　位置検出装置４２の測位演算装置４２ｃの機能は、コントローラ（制御装置）２０が有していてもよい。

　＜変形例６＞
　上記実施形態では、作業機械がクローラ式の油圧ショベル１である場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。ホイール式の油圧ショベル等、走行体上に旋回可能に取り付けられる旋回体と、旋回体に取り付けられる作業装置と、を備える種々の作業機械に本発明を適用することができる。

　＜変形例７＞
　上記実施形態では、操作装置１５Ａ～１５Ｄが油圧パイロット式の操作装置である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。電気式の操作装置を備え、操作装置からの電気信号に基づいて、コントローラが電磁比例弁を制御することにより、流量制御弁１６ａ～１６ｄを駆動させるようにしてもよい。

　＜変形例８＞
　上記実施形態では、ブーム８、アーム９及びバケット１０を駆動するアクチュエータが油圧シリンダである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ブーム８、アーム９及びバケット１０を駆動するアクチュエータは、電動シリンダであってもよい。

　＜変形例９＞
　上記実施形態で説明した制御装置（コントローラ２０）の機能は、それらの一部また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）で実現してもよい。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１…油圧ショベル（作業機械）、１Ｂ…作業装置、８…ブーム、９…アーム、１０…バケット（作業具）、１１…走行体、１２…旋回体、２０…コントローラ（制御装置）、２１～２４…角度センサ（姿勢センサ）、３５…姿勢検出装置、３６…目標面設定装置、３９…通知装置、４２…位置検出装置、４２ａ，４２ｂ…ＧＮＳＳアンテナ、４２ｃ…測位演算装置、６０…油圧制御ユニット、１００…油圧駆動装置、Ｈ…鉛直距離、Ｈｏｓ…オフセット量、Ｐｂ…先端位置、Ｐｔ…制御位置、Ｓｒ…旋回範囲、Ｓｔ…目標面、Ｓｔａ…通常時目標面、Ｓｔｂ…一時目標面、Ｙａ１…距離、α…ブーム角度、αｓ…勾配、β…アーム角度、γ…バケット角度、θ…旋回角度、θ０…基準旋回角度

Claims

　走行体と、前記走行体上に旋回可能に取り付けられる旋回体と、前記旋回体に取り付けられる作業装置と、前記旋回体の位置情報を検出する位置検出装置と、前記旋回体の旋回角度を含む作業機械の姿勢に関する情報を検出する姿勢検出装置と、目標形状データを取得し、取得した前記目標形状データ、前記旋回体の位置情報及び前記作業機械の姿勢に関する情報に基づいて目標面を設定し、前記目標面に基づいて前記作業装置を制御するマシンコントロールを実行する制御装置と、を備えた作業機械において、
　前記制御装置は、
　前記位置検出装置により前記旋回体の位置情報を取得することができなくなった場合にそのときに前記姿勢検出装置により検出される前記旋回体の旋回角度情報を基準旋回角度情報として記憶し、
　前記旋回体が、前記基準旋回角度情報に基づいて定められる旋回範囲の外側に位置したときには、前記目標面に基づいた前記マシンコントロールの実行を禁止し、
　前記旋回体が、前記旋回範囲の内側に位置するとき、及び前記旋回範囲の外側に位置した後、再び内側に位置したときには、前記目標面に基づいた前記マシンコントロールの実行を許可する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、
　前記位置検出装置により前記旋回体の位置情報を取得することができなくなった場合、新たな目標面として前記目標面の勾配に基づいた一時目標面を生成し、
　前記旋回体が前記旋回範囲の内側に位置しているときには、前記一時目標面に基づいた前記マシンコントロールの実行を許可する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項２に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、
　前記目標面の勾配に基づいて、前記目標面から所定距離だけオフセットさせるようにして前記一時目標面を生成する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項２に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、
　前記位置検出装置により前記旋回体の位置情報を取得することができるようになった場合、前記一時目標面を消去し、前記目標形状データ、前記旋回体の位置情報及び前記作業機械の姿勢に関する情報に基づいて目標面を生成する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１に記載の作業機械において、
　オペレータに通知を行う通知装置をさらに備え、
　前記制御装置は、
　前記位置検出装置により前記旋回体の位置情報を取得することができなくなった場合において、前記旋回体が前記旋回範囲の外側に位置しているのか、あるいは内側に位置しているのかを前記通知装置に通知する、
　ことを特徴とする作業機械。