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。
The following describes an embodiment of the present invention using a hydraulic excavator as an example of a work machine with reference to the drawings. Note that in each drawing, the same reference numerals are used for equivalent components, and duplicate descriptions will be omitted as appropriate.
図１は、本実施の形態に係る油圧ショベルの斜視図である。
Figure 1 is a perspective view of a hydraulic excavator according to this embodiment.
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、下部走行体１１と、下部走行体１１の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体１２と、を備える。下部走行体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。上部旋回体１２は、旋回油圧モータ４によって旋回駆動される。
As shown in FIG. 1, the hydraulic excavator (working machine) 1 comprises a vehicle body (machine body) 1A and a multi-jointed front working device (hereinafter simply referred to as the working device) 1B attached to the vehicle body 1A. The vehicle body 1A comprises a lower traveling body 11 and an upper rotating body 12 rotatably attached on the lower traveling body 11. The lower traveling body 11 is driven to travel by a right traveling motor (not shown) and a left traveling motor 3b. The upper rotating body 12 is driven to rotate by a swing hydraulic motor 4.
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）を有する。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、その基端部が上部旋回体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。
The working device 1B has a plurality of driven members (8, 9, 10) that are rotatably connected, and a plurality of hydraulic cylinders (5, 6, 7) that drive the driven members. In this embodiment, the boom 8, arm 9, and bucket 10 as three driven members are connected in series. The boom 8 has its base end rotatably connected to the front of the upper rotating body 12 by a boom pin 91 (see FIG. 5). The arm 9 has its base end rotatably connected to the tip of the boom 8 by an arm pin 92 (see FIG. 5). The bucket 10, which is a working tool, is rotatably connected to the tip of the arm 9 by a bucket pin 93 (see FIG. 5). The boom pin 91, arm pin 92, and bucket pin 93 are arranged parallel to each other, and each driven member (8, 9, 10) is capable of relative rotation in the same plane.
ブーム８は、ブームシリンダ５の伸縮動作によって上下方向に回動する。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上部旋回体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。
The boom 8 rotates vertically by the extension and retraction of the boom cylinder 5. The arm 9 rotates by the extension and retraction of the arm cylinder 6. The bucket 10 rotates by the extension and retraction of the bucket cylinder 7. One end of the boom cylinder 5 is connected to the boom 8 and the other end is connected to the frame of the upper rotating body 12. One end of the arm cylinder 6 is connected to the arm 9 and the other end is connected to the boom 8. One end of the bucket cylinder 7 is connected to the bucket 10 via a bucket link (link member) and the other end is connected to the arm 9.
上部旋回体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、下部走行体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及び上部旋回体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。
A cab 1C for the operator is provided on the front left side of the upper rotating body 12. The cab 1C is provided with a right travel lever 13a and a left travel lever 13b for issuing operational commands to the lower traveling body 11, and a right operating lever 14a and a left operating lever 14b for issuing operational commands to the boom 8, arm 9, bucket 10, and upper rotating body 12.
ブーム８を上部旋回体１２に連結するブームピン９１には、ブーム８の回動角度を検出するブーム角度センサ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の回動角度を検出するアーム角度センサ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の回動角度を検出するバケット角度センサ２３が取り付けられている。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１Ａ）の前後方向の傾斜角を検出する車体傾斜角度センサ２４が取り付けられている。角度センサ２１～２３及び車体傾斜角度センサ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。
A boom angle sensor 21 that detects the rotation angle of the boom 8 is attached to the boom pin 91 that connects the boom 8 to the upper rotating body 12. An arm angle sensor 22 that detects the rotation angle of the arm 9 is attached to the arm pin 92 that connects the arm 9 to the boom 8. A bucket angle sensor 23 that detects the rotation angle of the bucket 10 is attached to the bucket pin 93 that connects the bucket 10 to the arm 9. A vehicle body inclination angle sensor 24 that detects the fore-and-aft inclination angle of the upper rotating body 12 (vehicle body 1A) with respect to a reference plane (e.g., a horizontal plane) is attached to the upper rotating body 12. The angle signals output from the angle sensors 21 to 23 and the vehicle body inclination angle sensor 24 are input to a controller 20 (see FIG. 2) described below.
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。
Figure 2 is a schematic diagram of the hydraulic drive system 100 mounted on the hydraulic excavator 1 shown in Figure 1. For ease of explanation, Figure 2 shows only the parts related to the drive of the boom cylinder 5, arm cylinder 6, bucket cylinder 7, and swing hydraulic motor 4, and omits the parts related to the drive of the other hydraulic actuators.
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４６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。
As shown in FIG. 2, the hydraulic drive system 100 includes hydraulic actuators (4-7), a prime mover 49, a hydraulic pump 2 and a pilot pump 48 driven by the prime mover 49, flow control valves 16a-16d that control the direction and flow rate of the hydraulic oil (working fluid) supplied from the hydraulic pump 2 to the hydraulic actuators 4-7, hydraulic pilot type operating devices 15A-15D for operating the flow control valves 16a-16d, a hydraulic control unit 60, a shuttle block 46, and a controller 20 as a control device that controls each part of the hydraulic excavator 1.
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４７と、を備えている。レギュレータ４７は、後述のシャトルブロック４６から供給されるパイロット圧によって操作される。
The prime mover 49 is the power source of the hydraulic excavator 1 and is, for example, an internal combustion engine such as a diesel engine. The hydraulic pump 2 is equipped with a tilting swash plate mechanism (not shown) having a pair of input and output ports, and a regulator 47 that adjusts the discharge capacity (displacement volume) by adjusting the tilt angle of the swash plate. The regulator 47 is operated by pilot pressure supplied from a shuttle block 46, which will be described later.
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の入口を制限する位置（押し下げ位置）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の入口を開放する位置（押し上げ位置）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。
The pilot pump 48 is connected to the pilot pressure control valves 52-59 and hydraulic control unit 60 described below via a lock valve 51. The lock valve 51 opens and closes in response to the operation of a gate lock lever (not shown) provided near the entrance to the cab 1C. When the gate lock lever is operated to a position that restricts the entrance to the cab 1C (pushed-down position), the lock valve 51 opens in response to a command from the controller 20. This allows the discharge pressure of the pilot pump 48 (hereinafter, pilot primary pressure) to be supplied to the pilot pressure control valves 52-59 and the hydraulic control unit 60, enabling the operation of the flow control valves 16a-16d by the operating devices 15A-15D. On the other hand, when the gate lock lever is operated to a position that opens the entrance to the cab 1C (pushed-up position), the lock valve 51 closes in response to a command from the controller 20. This stops the supply of pilot primary pressure from the pilot pump 48 to the pilot pressure control valves 52-59 and the hydraulic control unit 60, making it impossible to operate the flow control valves 16a-16d using the operating devices 15A-15D.
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。
The operating device 15A is an operating device that operates the boom 8 (boom cylinder 5), and has a boom operating lever 15a, a boom-raising pilot pressure control valve 52, and a boom-lowering pilot pressure control valve 53. Here, the boom operating lever 15a corresponds to the right operating lever 14a (see FIG. 1) when operated, for example, in the forward/rearward direction.
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４６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。
The boom-raising pilot pressure control valve 52 reduces the pilot primary pressure supplied via the lock valve 51, and generates a pilot pressure (hereinafter, boom-raising pilot pressure) according to the lever stroke (hereinafter, operation amount) of the boom operation lever 15a in the boom-raising direction. The boom-raising pilot pressure output from the boom-raising pilot pressure control valve 52 is guided to one pilot pressure receiving part (left side in the figure) of the boom flow control valve 16a via the hydraulic control unit 60, shuttle block 46, and pilot piping 529, and drives the boom flow control valve 16a to the right in the figure. As a result, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 is supplied to the bottom side of the boom cylinder 5, and the hydraulic oil on the rod side is discharged to the tank 50, and the boom cylinder 5 extends.
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４６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。
The boom-lowering pilot pressure control valve 53 reduces the pilot primary pressure supplied via the lock valve 51, and generates a pilot pressure (hereinafter, boom-lowering pilot pressure) according to the amount of operation of the boom control lever 15a in the boom-lowering direction. The boom-lowering pilot pressure output from the boom-lowering pilot pressure control valve 53 is guided to the other pilot pressure receiving part (right side in the figure) of the boom flow control valve 16a via the hydraulic control unit 60, shuttle block 46, and pilot piping 539, and drives the boom flow control valve 16a to the left in the figure. As a result, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 is supplied to the rod side of the boom cylinder 5, and the hydraulic oil on the bottom side is discharged to the tank 50, and the boom cylinder 5 is contracted.
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。
The operating device 15B is an operating device that operates the arm 9 (arm cylinder 6), and has an arm operating lever 15b, an arm crowding pilot pressure control valve 54, and an arm dumping pilot pressure control valve 55. Here, the arm operating lever 15b corresponds to the left operating lever 14b (see FIG. 1) when operated in the left-right direction, for example.
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４６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。
The arm crowding pilot pressure control valve 54 reduces the pilot primary pressure supplied via the lock valve 51, and generates a pilot pressure (hereinafter, arm crowding pilot pressure) according to the amount of operation of the arm operating lever 15b in the arm crowding direction. The arm crowding pilot pressure output from the arm crowding pilot pressure control valve 54 is guided to one pilot pressure receiving part (left side in the figure) of the arm flow control valve 16b via the hydraulic control unit 60, shuttle block 46, and pilot piping 549, and drives the arm flow control valve 16b in the right direction in the figure. As a result, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 is supplied to the bottom side of the arm cylinder 6, and the hydraulic oil on the rod side is discharged to the tank 50, and the arm cylinder 6 extends.
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４６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。
The arm dump pilot pressure control valve 55 reduces the pilot primary pressure supplied via the lock valve 51, and generates a pilot pressure (hereinafter, arm dump pilot pressure) according to the amount of operation of the arm operating lever 15b in the arm dump direction. The arm dump pilot pressure output from the arm dump pilot pressure control valve 55 is guided to the other pilot pressure receiving part (right side in the figure) of the arm flow control valve 16b via the hydraulic control unit 60, shuttle block 46, and pilot piping 559, and drives the arm flow control valve 16b in the left direction in the figure. As a result, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 is supplied to the rod side of the arm cylinder 6, and the hydraulic oil on the bottom side is discharged to the tank 50, and the arm cylinder 6 contracts.
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。
The operating device 15C is an operating device that operates the bucket 10 (bucket cylinder 7), and has a bucket operating lever 15c, a bucket crowding pilot pressure control valve 56, and a bucket dumping pilot pressure control valve 57. Here, the bucket operating lever 15c corresponds to the right operating lever 14a (see FIG. 1) when operated in the left-right direction, for example.
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４６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。
The pilot pressure control valve 56 for bucket crowding reduces the pilot primary pressure supplied via the lock valve 51, and generates a pilot pressure (hereinafter, pilot pressure for bucket crowding) according to the amount of operation of the bucket control lever 15c in the bucket crowding direction. The pilot pressure for bucket crowding output from the pilot pressure control valve 56 is guided to one pilot pressure receiving part (left side in the figure) of the bucket flow control valve 16c via the hydraulic control unit 60, shuttle block 46, and pilot piping 569, and drives the bucket flow control valve 16c in the right direction in the figure. As a result, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 is supplied to the bottom side of the bucket cylinder 7, and the hydraulic oil on the rod side is discharged to the tank 50, and the bucket cylinder 7 extends.
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４６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。
The pilot pressure control valve 57 for bucket dump reduces the pilot primary pressure supplied via the lock valve 51, and generates a pilot pressure (hereinafter, pilot pressure for bucket dump) according to the amount of operation of the bucket operating lever 15c in the bucket dump direction. The pilot pressure for bucket dump output from the pilot pressure control valve 57 for bucket dump is guided to the other pilot pressure receiving part (right side in the figure) of the bucket flow control valve 16c via the hydraulic control unit 60, shuttle block 46, and pilot piping 579, and drives the bucket flow control valve 16c in the left direction in the figure. As a result, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 is supplied to the rod side of the bucket cylinder 7, and the hydraulic oil on the bottom side is discharged to the tank 50, and the bucket cylinder 7 contracts.
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。
The operating device 15D has a rotation operation lever 15d, a right rotation pilot pressure control valve 58, and a left rotation pilot pressure control valve 59. Here, the rotation operation lever 15d corresponds to the left operation lever 14b (see FIG. 1) when operated, for example, in the forward/rearward direction.
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、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック４６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（上部旋回体１２を右旋回させる方向）に回転する。
The right-rotation pilot pressure control valve 58 reduces the pilot primary pressure supplied through the lock valve 51, and generates a pilot pressure (hereinafter, right-rotation pilot pressure) according to the amount of operation of the rotation operation lever 15d in the right rotation direction. The right-rotation pilot pressure output from the right-rotation pilot pressure control valve 58 is guided to one pilot pressure receiving part (right side in the figure) of the rotation flow control valve 16d via the hydraulic control unit 60, the shuttle block 46, and the pilot piping 589, and drives the rotation flow control valve 16d in the left direction in the figure. As a result, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 flows into one inlet/outlet port (right side in the figure) of the rotation hydraulic motor 4, and the hydraulic oil flowing out from the other inlet/outlet port (left side in the figure) is discharged to the tank 50, and the rotation hydraulic motor 4 rotates in one direction (the direction to rotate the upper rotating body 12 to the right).
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、油圧制御ユニット６０、シャトルブロック４６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（上部旋回体１２を左旋回させる方向）に回転する。
The left-turn pilot pressure control valve 59 reduces the pilot primary pressure supplied through the lock valve 51, and generates a pilot pressure (hereinafter, left-turn pilot pressure) according to the amount of operation of the left-turn operation lever 15d in the left-turn direction. The left-turn pilot pressure output from the left-turn pilot pressure control valve 59 is guided to the other (left side in the figure) pilot pressure receiving part of the swing flow control valve 16d through the hydraulic control unit 60, the shuttle block 46, and the pilot piping 599, and drives the swing flow control valve 16d in the right direction in the figure. As a result, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 2 flows into the other (left side in the figure) inlet/outlet port of the swing hydraulic motor 4, and the hydraulic oil flowing out from one (right side in the figure) inlet/outlet port is discharged to the tank 50, and the swing hydraulic motor 4 rotates in the other direction (the direction to swing the upper swing body 12 left).
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４６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。
The hydraulic control unit 60 is a device for executing machine control (MC), correcting the pilot pressure input from the pilot pressure control valves 52-57 in response to commands from the controller 20 and outputting it to the shuttle block 46. This makes it possible to cause the work implement 1B to perform the desired operation regardless of the operator's lever operation.
シャトルブロック４６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４６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４７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。
The shuttle block 46 outputs the pilot pressure input from the hydraulic control unit 60 to the pilot pipes 529, 539, 549, 559, 569, and 579. The shuttle block 46 also selects the maximum pilot pressure from the input pilot pressures and outputs it to the regulator 47 of the hydraulic pump 2. This makes it possible to control the discharge flow rate of the hydraulic pump 2 according to the amount of operation of the operating levers 15a to 15d.
図３は、図２に示す油圧制御ユニット６０の構成図である。
Figure 3 is a diagram showing the configuration of the hydraulic control unit 60 shown in Figure 2.
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。
As shown in FIG. 3, the hydraulic control unit 60 includes an electromagnetic shutoff valve 61, shuttle valves 522, 534, 564, and 574, and electromagnetic proportional valves 525, 532, 537, 542, 552, 562, 567, 572, and 577.
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。
The inlet port of the solenoid cutoff valve 61 is connected to the outlet port of the lock valve 51 (see FIG. 2). The outlet port of the solenoid cutoff valve 61 is connected to the inlet ports of the solenoid proportional valves 525, 537, 567, and 577. The solenoid cutoff valve 61 opens to zero when de-energized, and opens to its maximum when current is supplied from the controller 20. When machine control is enabled, the solenoid cutoff valve 61 opens to its maximum and starts supplying pilot primary pressure to the solenoid proportional valves 525, 537, 567, and 577. On the other hand, when machine control is disabled, the solenoid cutoff valve 61 opens to zero and stops supplying pilot primary pressure to the solenoid proportional valves 525, 537, 567, and 577.
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。
Switching between enabling and disabling machine control is performed based on an operation signal from an MC switch 26 (see FIG. 2) provided in the driver's cab 1C. The MC switch 26 is, for example, an alternate operation switch provided on the right operating lever 14a or the left operating lever 14b. When an operation signal to enable machine control is input from the MC switch 26, the controller 20 supplies a control current to the solenoid of the electromagnetic cutoff valve 61, and maximizes the opening of the electromagnetic cutoff valve 61. When an operation signal to disable machine control is input from the MC switch 26, the controller 20 stops supplying the control current to the solenoid of the electromagnetic cutoff valve 61, and sets the opening of the electromagnetic cutoff valve 61 to zero.
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４６に接続されている。
The shuttle valve 522 has two inlet ports and one outlet port, and outputs the higher pressure of the pressure input from the two inlet ports from the outlet port. One inlet port of the shuttle valve 522 is connected to the boom-raising pilot pressure control valve 52 via pilot piping 521. The other inlet port of the shuttle valve 522 is connected to the outlet port of the solenoid proportional valve 525 via pilot piping 524. The outlet port of the shuttle valve 522 is connected to the shuttle block 46 via pilot piping 523.
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。
The inlet port of the electromagnetic proportional valve 525 is connected to the outlet port of the electromagnetic cutoff valve 61. The outlet port of the electromagnetic proportional valve 525 is connected to the other inlet port of the shuttle valve 522 via the pilot pipe 524. The electromagnetic proportional valve 525 has a zero opening when not energized, and increases its opening according to the current supplied from the controller 20. The electromagnetic proportional valve 525 reduces the pilot primary pressure supplied through the electromagnetic cutoff valve 61 according to its opening and outputs it to the pilot pipe 524. This makes it possible to supply boom-raising pilot pressure to the pilot pipe 523 even when boom-raising pilot pressure is not supplied from the boom-raising pilot pressure control valve 52 to the pilot pipe 521. Note that when machine control for the boom-raising operation is not performed, the electromagnetic proportional valve 525 is in a non-energized state, and the opening of the electromagnetic proportional valve 525 is zero. At this time, the boom-raising pilot pressure supplied from the boom-raising pilot pressure control valve 52 is directed to one of the pilot pressure receiving parts of the boom flow control valve 16a, enabling the boom to be raised in response to the operator's lever operation.
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４６に接続されている。
The shuttle valve 534 has two inlet ports and one outlet port, and outputs the higher pressure of the pressure input from the two inlet ports from the outlet port. One inlet port of the shuttle valve 534 is connected to the outlet port of the solenoid proportional valve 532 via pilot piping 533. The other inlet port of the shuttle valve 534 is connected to the outlet port of the solenoid proportional valve 537 via pilot piping 536. The outlet port of the shuttle valve 534 is connected to the shuttle block 46 via pilot piping 535.
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。
The inlet port of the solenoid proportional valve 532 is connected to the boom-lowering pilot pressure control valve 53 via pilot piping 531. The outlet port of the solenoid proportional valve 532 is connected to one inlet port of the shuttle valve 534 via pilot piping 533. The solenoid proportional valve 532 opens to its maximum when de-energized, and decreases the opening from its maximum to zero according to the current supplied from the controller 20. The solenoid proportional valve 532 reduces the boom-lowering pilot pressure input via the pilot piping 531 according to the opening, and outputs it to the pilot piping 533. This makes it possible to reduce the boom-lowering pilot pressure or set it to zero by the operator's lever operation.
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。
The inlet port of the electromagnetic proportional valve 537 is connected to the outlet port of the electromagnetic cutoff valve 61, and the outlet port of the electromagnetic proportional valve 537 is connected to the other inlet port of the shuttle valve 534 via the pilot pipe 536. The electromagnetic proportional valve 537 has a zero opening when not energized, and increases its opening according to the current supplied from the controller 20. The electromagnetic proportional valve 537 reduces the pilot primary pressure supplied through the electromagnetic cutoff valve 61 according to its opening and outputs it to the pilot pipe 536. This makes it possible to supply boom lowering pilot pressure to the pilot pipe 535 even when boom lowering pilot pressure is not supplied from the boom lowering pilot pressure control valve 53 to the pilot pipe 531. When machine control for the boom lowering operation is not performed, the electromagnetic proportional valves 532 and 537 are in a non-energized state, the opening of the electromagnetic proportional valve 532 is fully open, and the opening of the electromagnetic proportional valve 537 is zero. At this time, the boom lowering pilot pressure supplied from the boom lowering pilot pressure control valve 53 is directed to the other pilot pressure receiving portion of the boom flow control valve 16a, enabling the boom to be lowered in response to the operator's lever operation.
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４６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。
The inlet port of the solenoid proportional valve 542 is connected to the arm crowding pilot pressure control valve 54 via the pilot pipe 541. The outlet port of the solenoid proportional valve 542 is connected to the shuttle block 46 via the pilot pipe 543. The solenoid proportional valve 542 opens to the maximum when de-energized, and decreases the opening from the maximum to zero according to the current supplied from the controller 20. The solenoid proportional valve 542 reduces the pilot pressure for the arm crowding input via the pilot pipe 541 according to the opening and outputs it to the pilot pipe 543. This makes it possible to reduce or set the pilot pressure for the arm crowding by the operator's lever operation. Note that when machine control for the arm crowding operation is not performed, the solenoid proportional valve 542 is in a de-energized state, and the opening of the solenoid proportional valve 542 is fully open. At this time, the pilot pressure for the arm crowding supplied from the arm crowding pilot pressure control valve 54 is led to one pilot pressure receiving portion of the arm flow control valve 16b, so that the arm crowding operation according to the operator's lever operation is possible.
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４６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。
The inlet port of the electromagnetic proportional valve 552 is connected to the arm dump pilot pressure control valve 55 via the pilot pipe 551. The outlet port of the electromagnetic proportional valve 552 is connected to the shuttle block 46 via the pilot pipe 553. The electromagnetic proportional valve 552 opens to the maximum when de-energized, and decreases the opening from the maximum to zero according to the current supplied from the controller 20. The electromagnetic proportional valve 552 reduces the arm dump pilot pressure input via the pilot pipe 551 according to the opening and outputs it to the pilot pipe 553. This makes it possible to reduce or set to zero the arm dump pilot pressure by the operator's lever operation. Note that when machine control for the arm dump operation is not executed, the electromagnetic proportional valve 552 is in a de-energized state, and the opening of the electromagnetic proportional valve 552 is fully open. At this time, the arm dump pilot pressure supplied from the arm dump pilot pressure control valve 55 is led to the other pilot pressure receiving portion of the arm flow control valve 16b, so that the arm dump operation according to the operator's lever operation is possible.
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４６に接続されている。
The shuttle valve 564 has two inlet ports and one outlet port, and outputs the higher pressure of the pressure input from the two inlet ports from the outlet port. One inlet port of the shuttle valve 564 is connected to the outlet port of the solenoid proportional valve 562 via pilot piping 563. The other inlet port of the shuttle valve 564 is connected to the outlet port of the solenoid proportional valve 567 via pilot piping 566. The outlet port of the shuttle valve 564 is connected to the shuttle block 46 via pilot piping 565.
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。
The inlet port of the solenoid proportional valve 562 is connected to the bucket cloud pilot pressure control valve 56 via pilot piping 561. The outlet port of the solenoid proportional valve 562 is connected to one inlet port of the shuttle valve 564 via pilot piping 563. The solenoid proportional valve 562 opens to the maximum when de-energized, and decreases the opening from the maximum to zero according to the current supplied from the controller 20. The solenoid proportional valve 562 reduces the pilot pressure for bucket cloud input via the pilot piping 561 according to the opening, and outputs it to the pilot piping 563. This makes it possible to reduce the pilot pressure for bucket cloud or set it to zero by the operator's lever operation.
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。
The inlet port of the electromagnetic proportional valve 567 is connected to the outlet port of the electromagnetic cutoff valve 61, and the outlet port of the electromagnetic proportional valve 567 is connected to the other inlet port of the shuttle valve 564 via the pilot pipe 566. The electromagnetic proportional valve 567 has a zero opening when not energized, and increases its opening according to the current supplied from the controller 20. The electromagnetic proportional valve 567 reduces the pilot primary pressure supplied through the electromagnetic cutoff valve 61 according to its opening and outputs it to the pilot pipe 566. This makes it possible to supply the pilot pressure for bucket cloud to the pilot pipe 565 even when the pilot pressure for bucket cloud is not supplied from the pilot pressure control valve 56 for bucket cloud to the pilot pipe 561. When machine control for the bucket cloud operation is not performed, the electromagnetic proportional valves 562 and 567 are in a non-energized state, the opening of the electromagnetic proportional valve 562 is fully open, and the opening of the electromagnetic proportional valve 567 is zero. At this time, the pilot pressure for bucket crowding supplied from the pilot pressure control valve for bucket crowding 56 is directed to one of the pilot pressure receiving parts of the bucket flow control valve 16c, enabling bucket crowding in response to the lever operation of the operator.
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４６に接続されている。
The shuttle valve 574 has two inlet ports and one outlet port, and outputs the higher pressure of the pressure input from the two inlet ports from the outlet port. One inlet port of the shuttle valve 574 is connected to the outlet port of the solenoid proportional valve 572 via pilot piping 573. The other inlet port of the shuttle valve 574 is connected to the outlet port of the solenoid proportional valve 577 via pilot piping 576. The outlet port of the shuttle valve 574 is connected to the shuttle block 46 via pilot piping 575.
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。
The inlet port of the solenoid proportional valve 572 is connected to the pilot pressure control valve 57 for bucket dumping via a pilot pipe 571. The outlet port of the solenoid proportional valve 572 is connected to one inlet port of the shuttle valve 574 via a pilot pipe 573. The solenoid proportional valve 572 opens to the maximum when de-energized, and decreases the opening from the maximum to zero in response to the current supplied from the controller 20. The solenoid proportional valve 572 reduces the pilot pressure for bucket dumping input via the pilot pipe 571 in response to the opening, and supplies it to the pilot pipe 573. This makes it possible to reduce the pilot pressure for bucket dumping or set it to zero by the operator's lever operation.
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。
The inlet port of the electromagnetic proportional valve 577 is connected to the outlet port of the electromagnetic cutoff valve 61. The outlet port of the electromagnetic proportional valve 577 is connected to the other inlet port of the shuttle valve 574 via the pilot pipe 576. The electromagnetic proportional valve 577 has a zero opening when not energized, and increases its opening according to the current supplied from the controller 20. The electromagnetic proportional valve 577 reduces the pilot primary pressure supplied through the electromagnetic cutoff valve 61 according to its opening and supplies it to the pilot pipe 576. This makes it possible to supply pilot pressure for bucket dump to the pilot pipe 575 even when pilot pressure for bucket dump is not supplied from the pilot pressure control valve 57 for bucket dump to the pilot pipe 571. When machine control for the bucket dump operation is not performed, the electromagnetic proportional valves 572 and 577 are in a non-energized state, the opening of the electromagnetic proportional valve 572 is fully open, and the opening of the electromagnetic proportional valve 577 is zero. At this time, the pilot pressure for bucket dump supplied from the pilot pressure control valve for bucket dump 57 is directed to the other pilot pressure receiving portion of the bucket flow control valve 16c, enabling bucket dump operation in response to the lever operation of the operator.
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。
The pilot pipe 521 is provided with a pressure sensor 526 that detects the boom-raising pilot pressure supplied from the boom-raising pilot pressure control valve 52. The pilot pipe 531 is provided with a pressure sensor 538 that detects the boom-lowering pilot pressure supplied from the boom-lowering pilot pressure control valve 53. The pilot pipe 541 is provided with a pressure sensor 544 that detects the arm crowding pilot pressure supplied from the arm crowding pilot pressure control valve 54. The pilot pipe 551 is provided with a pressure sensor 554 that detects the arm dumping pilot pressure supplied from the arm dumping pilot pressure control valve 55. The pilot pipe 561 is provided with a pressure sensor 568 that detects the bucket crowding pilot pressure supplied from the bucket crowding pilot pressure control valve 56. The pilot pipe 571 is provided with a pressure sensor 578 that detects the bucket dumping pilot pressure supplied from the bucket dumping pilot pressure control valve 57. The pilot pressure detected by pressure sensors 526, 538, 544, 554, 568, and 578 is input to controller 20 as an operation signal indicating the operation direction and amount of operation of operation devices 15A to 15C.
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。
As shown in FIG. 2, the controller 20 is composed of a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit) 20a as an operating circuit, a ROM (Read Only Memory) 20b as a storage device, a RAM (Random Access Memory) 20c as a storage device, an input interface 20d, an output interface 20e, and other peripheral circuits. The controller 20 may be composed of one microcomputer or multiple microcomputers.
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。
The ROM 20b is a non-volatile memory such as an EEPROM, and stores programs capable of executing various calculations. In other words, the ROM 20b is a storage medium capable of reading programs that realize the functions of this embodiment. The RAM 20c is a volatile memory, and is a work memory that directly inputs and outputs data to and from the CPU 20a. The RAM 20c temporarily stores necessary data while the CPU 20a is executing the program. The controller 20 may further include a storage device such as a flash memory or a hard disk drive.
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３４、目標面設定装置３５、操作検出装置３６、ＧＮＳＳアンテナ２７等からの信号が入力される。
The CPU 20 is a processing device that loads a program stored in the ROM 20b into the RAM 20c and executes the program, and performs predetermined calculation processing on signals received from the input interface 20d and the ROM 20b and RAM 20c in accordance with the program. Signals from the MC switch 26, attitude detection device 34, target plane setting device 35, operation detection device 36, GNSS antenna 27, etc. are input to the input interface 20d.
なお、姿勢検出装置３４は、作業装置１Ｂの姿勢を検出する姿勢センサとしてのブーム角度センサ２１（図１参照）、アーム角度センサ２２（図１参照）及びバケット角度センサ２３（図１参照）と、車体１Ａの傾斜状態を検出する傾斜センサとしての車体傾斜角度センサ２４（図１参照）と、を有する。操作検出装置３６は、圧力センサ５２６，５３８，５４４，５５４，５６８，５７８（図３参照）を有する。
The attitude detection device 34 has a boom angle sensor 21 (see FIG. 1), an arm angle sensor 22 (see FIG. 1), and a bucket angle sensor 23 (see FIG. 1) as attitude sensors that detect the attitude of the work device 1B, and a vehicle body inclination angle sensor 24 (see FIG. 1) as an inclination sensor that detects the inclination state of the vehicle body 1A. The operation detection device 36 has pressure sensors 526, 538, 544, 554, 568, and 578 (see FIG. 3).
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及び電磁遮断弁６１等に出力する。
The input interface 20d converts the input signal so that it can be calculated by the CPU 20a. The output interface 20e generates an output signal according to the calculation result by the CPU 20a, and outputs the signal to the proportional solenoid valves 525, 532, 537, 542, 552, 562, 567, 572, 577 and the solenoid cutoff valve 61, etc.
コントローラ２０は、操作装置１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのいずれかが操作されたときに（例えば、アーム操作がなされたときに）、予め定めた条件が満たされると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。
The controller 20 executes machine control when a predetermined condition is satisfied when any of the operating devices 15A, 15B, 15C is operated (for example, when the arm is operated). In machine control, the controller 20 outputs a control signal to the hydraulic control unit 60 to drive the corresponding flow control valve 16a, 16b, 16c. For example, the controller 20 extends the boom cylinder 5 and forcibly performs a boom-up operation by outputting a control signal to the electromagnetic proportional valve 525 (see FIG. 3) to operate the flow control valve 16a. Machine control includes, for example, area limit control (ground leveling control) that is executed when the arm is operated by the operating device 15B, and stop control that is executed when the boom is lowered by the operating device 15A without the arm being operated.
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の爪先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の爪先と目標面Ｓｔとの間の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。
As shown in FIG. 7, the controller 20 controls at least one of the hydraulic actuators (5, 6, 7) so that the tip (e.g., the toe) of the bucket 10 is positioned on or above a predetermined target surface St. In the area limiting control, the operation of the work device 1B is controlled so that the tip of the bucket 10 moves along the target surface St by the arm operation. Specifically, when the arm operation is being performed, the controller 20 issues a boom-up or boom-down command so that the velocity vector of the toe of the bucket 10 in the direction perpendicular to the target surface St becomes zero. The area limiting control is performed when the distance between the toe of the bucket 10 and the target surface St becomes smaller than a predetermined distance Ya1 (see FIG. 6) while the machine control is enabled by the MC switch 26.
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。
In this embodiment, the control point of the working device 1B used in the machine control is set to the tip of the bucket 10 of the hydraulic excavator 1, but the control point can be changed to a point other than the tip of the bucket 10 as long as it is a point at the tip of the working device 1B. For example, the bottom surface of the bucket 10 or the outermost part of the bucket link may be set as the control point. A configuration may be adopted in which a point on the outer surface of the bucket 10 that is closest to the target surface St is appropriately set as the control point. In the machine control, there are "automatic control" in which the operation of the working device 1B is controlled by the controller 20 when the operating devices 15A, 15B, and 15C are not operated, and "semi-automatic control" in which the operation of the working device 1B is controlled by the controller 20 only when the operating devices 15A, 15B, and 15C are operated. Note that the semi-automatic control is also called "intervention control" because the control by the controller 20 intervenes in the operation by the operator.
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。
Figure 4 is a functional block diagram of the controller 20 shown in Figure 2.
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３１、目標動作演算部３２、電磁弁制御部３３、減衰制御フラグ設定部７１、及び減衰用目標速度演算部７２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。
As shown in FIG. 4, the controller 20 executes a program stored in the ROM 20b to function as an attitude calculation unit 30, a target surface setting unit 31, a target motion calculation unit 32, a solenoid valve control unit 33, a damping control flag setting unit 71, and a damping target speed calculation unit 72. The solenoid proportional valve 500 shown in FIG. 4 is representative of the solenoid proportional valves 525, 532, 537, 542, 552, 562, 567, 572, and 577 (see FIG. 3).
姿勢演算部３０は、姿勢検出装置３４からの姿勢情報に基づき、作業装置１Ｂの姿勢を演算する。姿勢演算部３０は、姿勢検出装置３４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）におけるバケット１０の爪先の位置（以下、爪先位置とも記す）Ｐｂを演算する。
The posture calculation unit 30 calculates the posture of the working device 1B based on the posture information from the posture detection device 34. The posture calculation unit 30 calculates the tip position (hereinafter also referred to as tip position) Pb of the bucket 10 in the local coordinate system (excavator reference coordinates) based on the posture information from the posture detection device 34 and the geometric information of the working device 1B stored in the ROM 20b (for example, the lengths L1, L2, L3 of the driven members shown in FIG. 5).
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、上部旋回体１２に対して設定される座標系であり、ブームピン９１の中心軸を原点とし、上部旋回体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の傾斜角をブーム角α、ブーム８に対するアーム９の傾斜角をアーム角β、アーム９に対するバケット１０の傾斜角をバケット角γとする。水平面（基準面）に対する車体１Ａ（上部旋回体１２）の傾斜角、すなわち水平面（基準面）とＸ軸とのなす角を車体傾斜角θとする。ブーム角αはブーム角度センサ２１により、アーム角βはアーム角度センサ２２により、バケット角γはバケット角度センサ２３により、車体傾斜角θは車体傾斜角度センサ２４により検出される。
The posture of the working device 1B can be defined based on the shovel reference coordinate system in FIG. 5. FIG. 5 is a diagram showing a coordinate system (shovel reference coordinate system) in the hydraulic excavator 1. The shovel reference coordinate system in FIG. 5 is a coordinate system set with respect to the upper rotating body 12, with the central axis of the boom pin 91 as the origin, an axis parallel to the central axis of the upper rotating body 12 as the Y axis, and an axis perpendicular to the Y axis and the boom pin 91 as the X axis. The inclination angle of the boom 8 with respect to the X axis is the boom angle α, the inclination angle of the arm 9 with respect to the boom 8 is the arm angle β, and the inclination angle of the bucket 10 with respect to the arm 9 is the bucket angle γ. The inclination angle of the vehicle body 1A (upper rotating body 12) with respect to the horizontal plane (reference plane), that is, the angle between the horizontal plane (reference plane) and the X axis, is the vehicle body inclination angle θ. The boom angle α is detected by a boom angle sensor 21, the arm angle β by an arm angle sensor 22, the bucket angle γ by a bucket angle sensor 23, and the vehicle body inclination angle θ by a vehicle body inclination angle sensor 24.
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の爪先（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の爪先位置Ｐｂは、ＸｂｋをＸ方向位置、ＹｂｋをＹ方向位置として、以下の式（１），（２）で表すことができる。
If the length from the center position of boom pin 91 to the center position of arm pin 92 is L1, the length from the center position of arm pin 92 to the center position of bucket pin 93 is L2, and the length from the center position of bucket pin 93 to the toe (tip portion) of bucket 10 is L3, then the toe position Pb of bucket 10 in the shovel reference coordinates can be expressed by the following equations (1) and (2) where Xbk is the X-direction position and Ybk is the Y-direction position.
油圧ショベル１は、上部旋回体１２に一対のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ２７（２７Ａ，２７Ｂ）を備えている。ＧＮＳＳアンテナ２７は、車体１Ａの位置を検出する位置センサとして機能する。コントローラ２０は、ＧＮＳＳアンテナ２７からの情報に基づき、グローバル座標系における上部旋回体１２の位置及び方位を演算する。コントローラ２０は、車体傾斜角度センサ２４で検出された車体傾斜角θ、グローバル座標系における上部旋回体１２の位置及び方位、並びに、ローカル座標系におけるバケット１０の爪先位置Ｐｂに基づいて、グローバル座標系におけるバケット１０の爪先位置Ｐｂを算出する。
The hydraulic excavator 1 is equipped with a pair of GNSS (Global Navigation Satellite System) antennas 27 (27A, 27B) on the upper rotating body 12. The GNSS antennas 27 function as position sensors that detect the position of the vehicle body 1A. The controller 20 calculates the position and orientation of the upper rotating body 12 in the global coordinate system based on information from the GNSS antennas 27. The controller 20 calculates the toe position Pb of the bucket 10 in the global coordinate system based on the vehicle body inclination angle θ detected by the vehicle body inclination angle sensor 24, the position and orientation of the upper rotating body 12 in the global coordinate system, and the toe position Pb of the bucket 10 in the local coordinate system.
また、姿勢演算部３０は、爪先位置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、これらの情報を油圧ショベル１の姿勢情報として、各部（３１，３２，７１，７２）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３４で検出された角度（α，β，γ，θ）を姿勢情報として、各部（３１，３２，７１，７２）へ出力する。
In addition to the toe position Pb, the posture calculation unit 30 also calculates the positions in the global coordinate system of the boom pin 91, arm pin 92, and bucket pin 93, which represent the posture of the work device 1B, and outputs this information to each unit (31, 32, 71, 72) as posture information of the hydraulic excavator 1. In addition to the calculation results, the posture calculation unit 30 outputs the angles (α, β, γ, θ) detected by the posture detection device 34 as posture information to each unit (31, 32, 71, 72).
目標面設定部３１は、目標面設定装置３５からの情報（３次元データ）及び姿勢演算部３０からの姿勢情報に基づき、目標面Ｓｔを設定する。ここで、目標面設定装置３５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３５を介した目標面の入力は、オペレータが手動で行ってもよい。目標面設定部３１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）に基づいて、３次元の目標面を作業装置１Ｂが移動する平面（作業装置の動作平面（Ｘ－Ｙ平面））で切断した断面形状を目標面Ｓｔ（２次元の目標面）として設定する。
The target surface setting unit 31 sets the target surface St based on information (three-dimensional data) from the target surface setting device 35 and the attitude information from the attitude calculation unit 30. Here, the target surface setting device 35 is connected to an external terminal (not shown) that stores three-dimensional data of the target surface defined on the global coordinate system (absolute coordinate system). The input of the target surface via the target surface setting device 35 may be performed manually by an operator. Based on the attitude information (attitude of the working device 1B in the global coordinate system) from the attitude calculation unit 30, the target surface setting unit 31 sets the cross-sectional shape obtained by cutting the three-dimensional target surface with the plane on which the working device 1B moves (the operating plane (X-Y plane) of the working device) as the target surface St (two-dimensional target surface).
目標動作演算部３２は、姿勢演算部３０、目標面設定部３１及び操作検出装置３６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。
The target movement calculation unit 32 calculates the target movement of the work device 1B based on information from the posture calculation unit 30, the target surface setting unit 31, and the operation detection device 36 so that the bucket 10 moves without entering the target surface St.
具体的には、目標動作演算部３２は、目標面設定部３１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３６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、領域制限制御において、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の爪先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の爪先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。
Specifically, the target motion calculation unit 32 calculates the target speed of each hydraulic cylinder (5, 6, 7) based on the target surface St set by the target surface setting unit 31, the calculation result (posture information) of the posture calculation unit 30, and the detection result (operation information) of the operation detection device 36. The target motion calculation unit 32 calculates the target speed of each hydraulic cylinder (5, 6, 7) in the area limit control so that the work device 1B does not excavate the lower side of the target surface St. Hereinafter, a detailed explanation will be given with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a diagram showing an example of the trajectory of the tip of the bucket 10 when the tip of the bucket 10 is controlled according to the corrected target speed vector Vca. In the explanation here, the Xt axis and the Yt axis are set as shown in FIG. 6. The Xt axis is an axis parallel to the target surface St, and the Yt axis is an axis perpendicular to the target surface St.
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の爪先位置Ｐｂと、作業装置１Ｂの姿勢情報（α，β，γ）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の爪先（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の爪先位置Ｐｂと目標面設定部３１で設定された目標面Ｓｔとの間のＹｔ軸方向の距離（目標面距離とも記す）を演算する。
The target motion calculation unit 32 calculates the target speed (primary target speed) of each hydraulic cylinder (5, 6, 7) based on the operation amount of the operating device 15A, 15B, 15C. Next, the target motion calculation unit 32 calculates the target speed vector Vca0 of the tip (tip) of the bucket 10 based on the target speed (primary target speed) of each hydraulic cylinder (5, 6, 7), the tip position Pb of the bucket 10 calculated by the posture calculation unit 30, the posture information (α, β, γ) of the work device 1B, and the dimensions of each part of the work device 1B (L1, L2, L3, etc.) stored in the ROM 20b. The target motion calculation unit 32 also calculates the distance in the Yt axis direction (also referred to as the target surface distance) between the tip position Pb of the bucket 10 calculated by the posture calculation unit 30 and the target surface St set by the target surface setting unit 31.
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の爪先の速度ベクトルを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。
The target motion calculation unit 32 performs control (direction conversion control) to convert the velocity vector of the tip of the bucket 10 to Vca by correcting the primary target velocity of the necessary hydraulic cylinders among the hydraulic cylinders (5, 6, 7) so that the component Vcay (velocity component in the Yt axis direction) perpendicular to the target surface St in the target velocity vector Vca0 of the tip of the bucket 10 approaches 0 (zero) as the target surface distance approaches 0 (zero) and calculating the secondary target velocity. When the target surface distance is 0 (zero), the target velocity vector Vca has only the component Vcax (velocity component in the Xt axis direction) parallel to the target surface St. This keeps the tip of the bucket 10 (control point) positioned at or above the target surface St.
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の爪先が侵入すると）、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。
For example, when the arm cloud is operated independently and the target surface distance becomes equal to or less than a predetermined distance Ya1 (i.e., when the tip of the bucket 10 enters the set area formed by the target surface St and a surface that is Ya1 away from the target surface St in the Yt axis direction), the target motion calculation unit 32 extends the arm cylinder 6 and also extends the boom cylinder 5, thereby executing direction change control to convert the velocity vector Vca0 to Vca.
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の爪先が目標面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の爪先が目標面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。
Note that direction change control may be performed by a combination of boom raising or boom lowering and arm crowding, or by a combination of boom raising or boom lowering and arm dumping. In either case, when the tip of the bucket 10 is positioned above the target surface St and the target speed vector Vca includes a downward component (Vcay<0) approaching the target surface St, the target motion calculation unit 32 calculates a target speed of the boom cylinder 5 in the boom raising direction that cancels out the downward component. Conversely, when the target speed vector Vca includes an upward component (Vcay>0) moving away from the target surface St, the target motion calculation unit 32 calculates a target speed of the boom cylinder 5 in the boom lowering direction that cancels out the upward component. Furthermore, when the tip of the bucket 10 is positioned below the target surface St and the target speed vector Vca includes an upward component (Vcay>0) approaching the target surface St, the target motion calculation unit 32 calculates a target speed of the boom cylinder 5 in the boom lowering direction that cancels out the upward component. Conversely, when the target speed vector Vca includes an upward component (Vcay<0) moving away from the target surface St, the target motion calculation unit 32 calculates a target speed of the boom cylinder 5 in the boom raising direction that cancels out the downward component.
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。
The solenoid valve control unit 33 outputs commands to the solenoid cutoff valve 61 and the solenoid proportional valve 500 based on the calculation results (target speeds of each hydraulic cylinder) of the target motion calculation unit 32.
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。
With reference to Figure 7, an example of the operation of the hydraulic excavator 1 when machine control is executed will be described. Figure 7 is a diagram showing an example of horizontal excavation operation by machine control.
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。
When the operator performs a boom lowering operation using the control device 15A alone to place the bucket 10 in a predetermined position (excavation start point) at the start of excavation work, the controller 20 executes stop control. When the bucket 10 approaches the target surface St, the controller 20 controls the solenoid proportional valve 532 (see FIG. 3) to slow down the speed of the boom 8 so that the bucket 10 does not penetrate below the target surface St. When the bucket 10 reaches the target surface St, the controller 20 controls the solenoid proportional valve 532 (see FIG. 3) so that the speed of the boom 8 becomes zero.
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の爪先が目標面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。
When the operator operates the operating device 15B to perform horizontal excavation by pulling the arm 9 in the direction of the arrow A (crowd operation), the controller 20 executes area restriction control. The controller 20 controls the solenoid proportional valve 525 (see FIG. 3) to automatically perform the lifting operation of the boom 8 so that the tip of the bucket 10 does not enter below the target surface St. At this time, in order to improve the excavation accuracy, the solenoid proportional valve 542 (see FIG. 3) may be controlled to reduce the speed of the arm 9 as necessary. Note that the controller 20 may control the solenoid proportional valve 577 (see FIG. 3) so that the bucket 10 automatically rotates in the direction of the arrow C so that the angle B of the bucket 10 with respect to the target surface St becomes a constant value and the leveling work becomes easy.
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。
When performing horizontal excavation by pulling the arm 9 in the direction of arrow A, if the bucket 10 penetrates below the target surface St, the controller 20 controls the solenoid proportional valve 525 (see Figure 3) to automatically raise the boom 8 so that the bucket 10 returns to the target surface St.
このように、コントローラ２０は、バケット１０の爪先（先端部）が目標面Ｓｔに沿って移動するように、作業装置１Ｂを制御する。
In this way, the controller 20 controls the work device 1B so that the tip (end) of the bucket 10 moves along the target surface St.
ところで、油圧ショベル１の車体１Ａの接地面に凹凸、段差などがあると、作業中に車体１Ａが前後に繰り返し揺れてしまうことがある。例えば、水平掘削動作を行っているときに、車体１Ａが前後に繰り返し揺れると、バケット１０の爪先（先端部）が波打つように動作してしまうおそれがある。このため、本実施形態に係るコントローラ２０は、バケット１０が目標面Ｓｔに沿って移動するように作業装置１Ｂを制御しているときに、車体１Ａが揺れているか否かを判定し、車体１Ａが揺れていると判定された場合には、バケット１０の揺れを減衰させるように、作業装置１Ｂの減衰制御を実行する。
However, if the contact surface of the vehicle body 1A of the hydraulic excavator 1 is uneven or has steps, the vehicle body 1A may repeatedly sway back and forth during operation. For example, if the vehicle body 1A repeatedly sways back and forth during horizontal excavation, the toe (tip) of the bucket 10 may move in a wavy manner. For this reason, the controller 20 according to this embodiment determines whether the vehicle body 1A is swaying when controlling the work device 1B so that the bucket 10 moves along the target surface St, and if it is determined that the vehicle body 1A is swaying, executes damping control of the work device 1B to dampen the swaying of the bucket 10.
以下、図４、図８及び図９を参照して、減衰制御の内容について詳しく説明する。図４に示す減衰制御フラグ設定部７１は、車体傾斜角度センサ２４で検出された車体傾斜角θ、目標面設定部３１で設定された目標面Ｓｔ及び姿勢演算部３０で演算されたバケット１０の爪先位置Ｐｂに基づいて、減衰制御フラグの設定を行う。減衰制御フラグは、減衰制御を実行するか否かを決定するためのフラグであり、オンに設定されている場合には減衰制御が実行され、オフに設定されている場合には減衰制御は実行されない。
The details of the damping control will be described below in detail with reference to Figures 4, 8 and 9. The damping control flag setting unit 71 shown in Figure 4 sets the damping control flag based on the vehicle body inclination angle θ detected by the vehicle body inclination angle sensor 24, the target surface St set by the target surface setting unit 31, and the tip position Pb of the bucket 10 calculated by the attitude calculation unit 30. The damping control flag is a flag for determining whether or not to execute damping control; when it is set to on, damping control is executed, and when it is set to off, damping control is not executed.
図８のフローチャート及び図９のモデル図を参照して、減衰制御フラグ設定部７１によって行われる減衰制御フラグの設定処理の内容について説明する。なお、図９に示すように、目標面Ｓｔと垂直な方向をｚ方向として説明する。図８は、コントローラ２０により実行される減衰制御フラグの設定処理の内容について示すフローチャートである。図８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。なお、初期設定では、減衰制御フラグはオフに設定される。
The details of the damping control flag setting process performed by the damping control flag setting unit 71 will be described with reference to the flowchart in FIG. 8 and the model diagram in FIG. 9. As shown in FIG. 9, the direction perpendicular to the target surface St is defined as the z direction. FIG. 8 is a flowchart showing the details of the damping control flag setting process executed by the controller 20. The process of the flowchart shown in FIG. 8 is started when the machine control is enabled by the MC switch 26, and after initial settings (not shown) are made, it is repeatedly executed at a predetermined control period. In the initial settings, the damping control flag is set to off.
図８に示すように、ステップＳ１１０において、減衰制御フラグ設定部７１は、車体傾斜角度センサ２４で検出された車体傾斜角θ、姿勢演算部３０で演算されたバケット１０の爪先位置Ｐｂ及び目標面設定部３１で設定された目標面Ｓｔを取得し、ステップＳ１２０へ進む。
As shown in FIG. 8, in step S110, the damping control flag setting unit 71 acquires the vehicle body inclination angle θ detected by the vehicle body inclination angle sensor 24, the tip end position Pb of the bucket 10 calculated by the attitude calculation unit 30, and the target surface St set by the target surface setting unit 31, and proceeds to step S120.
ステップＳ１２０において、減衰制御フラグ設定部７１は、ステップＳ１１０で取得した情報（θ，Ｐｂ，Ｓｔ，）に基づいて、バケット１０の爪先位置Ｐｂと目標面Ｓｔとの間のｚ方向の距離（目標面距離）Ｚを演算し、ステップＳ１２５へ進む。図９に示すように、目標面距離Ｚは、目標面Ｓｔを基準としたバケット１０の爪先（先端部）の相対的な距離である。減衰制御フラグ設定部７１は、バケット１０の爪先位置Ｐｂのｚ方向座標から、爪先位置Ｐｂにｚ方向で対向する目標面Ｓｔのｚ方向座標を減算することにより算出される。このため、目標面距離Ｚは、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔよりも上方に位置しているときには正の値となり、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔよりも下方に位置しているときには負の値となる。
In step S120, the damping control flag setting unit 71 calculates the z-direction distance (target surface distance) Z between the toe position Pb of the bucket 10 and the target surface St based on the information (θ, Pb, St) acquired in step S110, and proceeds to step S125. As shown in FIG. 9, the target surface distance Z is the relative distance of the toe (tip) of the bucket 10 based on the target surface St. The damping control flag setting unit 71 calculates it by subtracting the z-direction coordinate of the target surface St that faces the toe position Pb in the z direction from the z-direction coordinate of the toe position Pb of the bucket 10. Therefore, the target surface distance Z is a positive value when the toe of the bucket 10 is located above the target surface St, and a negative value when the toe of the bucket 10 is located below the target surface St.
図８に示すように、ステップＳ１２５において、減衰制御フラグ設定部７１は、ステップＳ１２０で演算した目標面距離Ｚに基づいて、目標面Ｓｔを基準としたバケット１０の爪先（先端部）のｚ方向の相対速度（以下、爪先速度とも記す）Ｖｚを演算し、ステップＳ１３０へ進む。減衰制御フラグ設定部７１は、所定の制御周期で繰り返し演算される目標面距離Ｚの前回値（例えば、一つ前の演算サイクルのステップＳ１２０で演算された値）Ｚａと今回値Ｚｂとの差（Ｚｂ－Ｚａ）を前回値Ｚａを取得した時刻ｔａから今回値Ｚｂを取得した時刻ｔｂまでの時間Δｔ（＝ｔｂ－ｔａ）で除することにより、目標面距離Ｚの時間変化率である爪先速度Ｖｚ（＝（Ｚｂ－Ｚａ）／（ｔｂ－ｔａ））を算出する。なお、時間は、コントローラ２０のタイマ機能により計測される。
As shown in FIG. 8, in step S125, the damping control flag setting unit 71 calculates the relative velocity (hereinafter also referred to as the tip velocity) Vz of the tip of the bucket 10 in the z direction with respect to the target surface St based on the target surface distance Z calculated in step S120, and proceeds to step S130. The damping control flag setting unit 71 calculates the tip velocity Vz (=(Zb-Za)/(tb-ta)), which is the time rate of change of the target surface distance Z, by dividing the difference (Zb-Za) between the previous value Za (for example, the value calculated in step S120 of the previous calculation cycle) of the target surface distance Z, which is repeatedly calculated in a predetermined control cycle, and the current value Zb, by the time Δt (=tb-ta) from the time ta when the previous value Za is obtained to the time tb when the current value Zb is obtained. The time is measured by the timer function of the controller 20.
ステップＳ１３０において、減衰制御フラグ設定部７１は、傾斜角速度ωを演算し、ステップＳ１４０へ進む。減衰制御フラグ設定部７１は、所定の制御周期で繰り返し取得される車体傾斜角θの前回値（例えば、一つ前の演算サイクルのステップＳ１１０で取得した値）θａと今回値θｂとの差（θｂ－θａ）を前回値θａを取得した時刻ｔａから今回値θｂを取得した時刻ｔｂまでの時間Δｔ（＝ｔｂ－ｔａ）で除することにより、車体傾斜角θの時間変化率である傾斜角速度ω（＝（θｂ－θａ）／（ｔｂ－ｔａ））を算出する。
In step S130, the damping control flag setting unit 71 calculates the tilt angular velocity ω and proceeds to step S140. The damping control flag setting unit 71 calculates the tilt angular velocity ω (=(θb-θa)/(tb-ta)), which is the time rate of change of the vehicle body tilt angle θ, by dividing the difference (θb-θa) between the previous value θa of the vehicle body tilt angle θ (for example, the value acquired in step S110 of the previous calculation cycle) θa, which is repeatedly acquired at a predetermined control period, and the current value θb, by the time Δt (=tb-ta) from the time ta when the previous value θa was acquired to the time tb when the current value θb was acquired.
ステップＳ１４０において、減衰制御フラグ設定部７１は、ステップＳ１３０で演算した傾斜角速度ωの大きさ（すなわち絶対値|ω|）が所定値ω０以上であるか否かを判定する。ステップＳ１４０において、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０以上であると判定されると、ステップＳ１５０へ進む。ステップＳ１４０において、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０未満であると判定されると、ステップＳ１６０へ進む。
In step S140, the damping control flag setting unit 71 determines whether the magnitude of the tilt angular velocity ω (i.e., the absolute value |ω|) calculated in step S130 is equal to or greater than a predetermined value ω0. If it is determined in step S140 that the absolute value |ω| of the tilt angular velocity ω is equal to or greater than the predetermined value ω0, the process proceeds to step S150. If it is determined in step S140 that the absolute value |ω| of the tilt angular velocity ω is less than the predetermined value ω0, the process proceeds to step S160.
所定値ω０（＞０）は、車体１Ａに揺れが発生したか否かを判定するための閾値であり、予めＲＯＭ１０２に記憶されている。つまり、ステップＳ１４０の処理は、車体傾斜角度センサ２４の検出結果から演算される傾斜角速度ωに基づいて、車体１Ａが揺れているか否かが判定される判定処理といえる。ステップＳ１４０において、減衰制御フラグ設定部７１は、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０以上である場合には、車体１Ａが揺れていると判定し、ステップＳ１５０へ進む。ステップＳ１４０において、減衰制御フラグ設定部７１は、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０未満である場合には、車体１Ａは揺れていないと判定し、ステップＳ１６０へ進む。
The predetermined value ω0 (>0) is a threshold value for determining whether or not shaking has occurred in the vehicle body 1A, and is stored in advance in the ROM 102. In other words, the process of step S140 can be said to be a determination process in which it is determined whether or not the vehicle body 1A is shaking, based on the tilt angular velocity ω calculated from the detection result of the vehicle body tilt angle sensor 24. In step S140, if the absolute value |ω| of the tilt angular velocity ω is equal to or greater than the predetermined value ω0, the damping control flag setting unit 71 determines that the vehicle body 1A is shaking, and proceeds to step S150. In step S140, if the absolute value |ω| of the tilt angular velocity ω is less than the predetermined value ω0, the damping control flag setting unit 71 determines that the vehicle body 1A is not shaking, and proceeds to step S160.
ステップＳ１５０において、減衰制御フラグ設定部７１は、減衰制御フラグをオンに設定し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
In step S150, the attenuation control flag setting unit 71 sets the attenuation control flag to on and ends the process shown in the flowchart of FIG. 8.
ステップＳ１６０において、減衰制御フラグ設定部７１は、ステップＳ１２０で演算した目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が、所定距離Ｚ０未満であるか否かを判定する。ステップＳ１６０において、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０未満であると判定されると、ステップＳ１７０へ進む。ステップＳ１６０において、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０以上であると判定されると、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
In step S160, the attenuation control flag setting unit 71 determines whether the absolute value |Z| of the target surface distance Z calculated in step S120 is less than the predetermined distance Z0. If it is determined in step S160 that the absolute value |Z| of the target surface distance Z is less than the predetermined distance Z0, the process proceeds to step S170. If it is determined in step S160 that the absolute value |Z| of the target surface distance Z is equal to or greater than the predetermined distance Z0, the process shown in the flowchart of FIG. 8 is terminated.
所定距離Ｚ０（＞０）は、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまっているか否かを判定するための閾値である。所定距離Ｚ０は、例えば、領域制限制御が実行される設定領域における目標面Ｓｔを基準とした幅Ｙａ１（図６参照）と同じ値が予め設定される。つまり、ステップＳ１６０の処理は、目標面Ｓｔに対するバケット１０の爪先の相対位置（相対距離）に基づいて、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまっているか否かが判定される判定処理といえる。
The predetermined distance Z0 (>0) is a threshold value for determining whether the tip of the bucket 10 has deviated from the set area in which area restriction control is performed. The predetermined distance Z0 is set in advance to a value equal to the width Ya1 (see FIG. 6) based on the target surface St in the set area in which area restriction control is performed, for example. In other words, the process of step S160 can be considered a determination process in which it is determined whether the tip of the bucket 10 has deviated from the set area in which area restriction control is performed, based on the relative position (relative distance) of the tip of the bucket 10 with respect to the target surface St.
ステップＳ１６０において、減衰制御フラグ設定部７１は、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０以上である場合には、バケット１０の爪先が設定領域から逸脱してしまっていると判定し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。ステップＳ１６０において、減衰制御フラグ設定部７１は、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０未満である場合には、バケット１０の爪先は設定領域から逸脱していないと判定し、ステップＳ１７０へ進む。
In step S160, if the absolute value |Z| of the target surface distance Z is equal to or greater than the predetermined distance Z0, the damping control flag setting unit 71 determines that the tip of the bucket 10 has deviated from the set area, and ends the process shown in the flowchart of FIG. 8. In step S160, if the absolute value |Z| of the target surface distance Z is less than the predetermined distance Z0, the damping control flag setting unit 71 determines that the tip of the bucket 10 has not deviated from the set area, and proceeds to step S170.
ステップＳ１７０において、減衰制御フラグ設定部７１は、ステップＳ１２５で演算された爪先速度Ｖｚの大きさ（すなわち絶対値|Ｖｚ|）が所定速度Ｖ０未満であるか否かを判定する。ステップＳ１７０において、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０未満であると判定されると、ステップＳ１８０へ進む。ステップＳ１７０において、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０以上であると判定されると、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
In step S170, the damping control flag setting unit 71 determines whether the magnitude of the toe velocity Vz calculated in step S125 (i.e., the absolute value |Vz|) is less than a predetermined velocity V0. If it is determined in step S170 that the absolute value |Vz| of the toe velocity Vz is less than the predetermined velocity V0, the process proceeds to step S180. If it is determined in step S170 that the absolute value |Vz| of the toe velocity Vz is equal to or greater than the predetermined velocity V0, the process shown in the flowchart of FIG. 8 is terminated.
所定速度Ｖ０（＞０）は、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまうおそれがあるか否かを判定するための閾値として設定される。所定速度Ｖ０は、実験等により予め定められ、ＲＯＭ１０２に記憶される。
The predetermined speed V0 (>0) is set as a threshold value for determining whether or not there is a risk that the tip of the bucket 10 will deviate from the set area in which area limit control is performed. The predetermined speed V0 is determined in advance by experiment or the like, and is stored in the ROM 102.
つまり、ステップＳ１７０の処理は、目標面Ｓｔに対するバケット１０の相対速度に基づいて、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱するおそれがあるか否かが判定される判定処理といえる。
In other words, the process of step S170 can be considered a determination process in which it is determined whether or not there is a risk that the tip of the bucket 10 will deviate from the set area in which area restriction control is performed, based on the relative speed of the bucket 10 with respect to the target surface St.
ステップＳ１７０において、減衰制御フラグ設定部７１は、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０以上である場合には、バケット１０の爪先が設定領域から逸脱してしまうおそれがあると判定し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。ステップＳ１７０において、減衰制御フラグ設定部７１は、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０未満である場合には、バケット１０の爪先は設定領域から逸脱するおそれはないと判定し、ステップＳ１８０へ進む。
In step S170, if the absolute value |Vz| of the tip speed Vz is equal to or greater than the predetermined speed V0, the damping control flag setting unit 71 determines that there is a risk that the tip of the bucket 10 will deviate from the set area, and ends the process shown in the flowchart of FIG. 8. In step S170, if the absolute value |Vz| of the tip speed Vz is less than the predetermined speed V0, the damping control flag setting unit 71 determines that there is no risk that the tip of the bucket 10 will deviate from the set area, and proceeds to step S180.
ステップＳ１８０において、減衰制御フラグ設定部７１は、減衰制御フラグをオフに設定し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
In step S180, the attenuation control flag setting unit 71 sets the attenuation control flag to off and ends the process shown in the flowchart of FIG. 8.
次に、図９を参照して、減衰用目標速度演算部７２（図４参照）によって行われるバケット目標速度の演算処理の内容について説明する。図９は、仮想ばね８１、仮想ダンパ８２及び仮想質点８３を組み合わせた力学モデルを示す図である。減衰用目標速度演算部７２は、仮想ばね８１、仮想ダンパ８２及び仮想質点８３を組み合わせた力学モデル（仮想モデル）により、バケット１０のｚ方向（図示上下方向）の速度である爪先速度Ｖｚを減衰させるためのバケット目標速度（作業具目標速度）を演算し、バケット目標速度に基づいてブーム目標速度を演算する。以下、詳しく説明する。
Next, referring to FIG. 9, the contents of the calculation process of the bucket target speed performed by the damping target speed calculation unit 72 (see FIG. 4) will be described. FIG. 9 is a diagram showing a dynamic model combining a virtual spring 81, a virtual damper 82, and a virtual mass point 83. The damping target speed calculation unit 72 calculates a bucket target speed (tool target speed) for damping the toe speed Vz, which is the speed of the bucket 10 in the z direction (the up and down direction in the figure), using a dynamic model (virtual model) combining the virtual spring 81, the virtual damper 82, and the virtual mass point 83, and calculates a boom target speed based on the bucket target speed. This will be described in detail below.
図９に示すように、本実施形態に係る仮想モデルでは、バケット１０の爪先に仮想的な質点である仮想質点８３が設けられ、ｚ方向に沿って設けられる仮想的なばねである仮想ばね８１及び仮想的なダンパである仮想ダンパ８２によって仮想質点８３が支持される力学モデルである。
As shown in FIG. 9, the virtual model according to this embodiment is a mechanical model in which a virtual mass point 83, which is a virtual mass point, is provided at the tip of the bucket 10, and the virtual mass point 83 is supported by a virtual spring 81, which is a virtual spring provided along the z direction, and a virtual damper 82, which is a virtual damper.
このような力学モデルの運動方程式は、仮想質点８３の質量をＭ、仮想ダンパ８２の減衰係数をＤ、仮想ばね８２のばね定数をＫとすると、以下の式（３）で表される。
The equation of motion for such a dynamic model is expressed by the following equation (3), where M is the mass of the virtual mass point 83, D is the damping coefficient of the virtual damper 82, and K is the spring constant of the virtual spring 82.
ここで、目標面距離Ｚは、上述したように目標面Ｓｔからのｚ方向の距離であり、仮想質点８３の位置を表している。目標面距離Ｚは、時間ｔに応じて変化する時間の関数Ｚ（ｔ）である。Ｚ′は、ｚ方向の仮想質点８３の速度であり、目標面距離Ｚの時間一階微分で表される。Ｚ″は、ｚ方向の仮想質点８３の加速度であり、目標面距離Ｚの時間二階微分で表される。
Here, the target surface distance Z is the distance in the z direction from the target surface St as described above, and represents the position of the virtual mass point 83. The target surface distance Z is a function of time Z(t) that changes according to time t. Z' is the velocity of the virtual mass point 83 in the z direction, and is expressed as the first-order time differential of the target surface distance Z. Z'' is the acceleration of the virtual mass point 83 in the z direction, and is expressed as the second-order time differential of the target surface distance Z.
式（３）を変形し、積分することにより、仮想質点８３のｚ方向の速度Ｚ′は、次式（４）で表される。
By transforming and integrating equation (3), the velocity Z' of the virtual mass point 83 in the z direction is expressed by the following equation (4).
仮想質点８３の質量Ｍ、仮想ばね８１のばね定数Ｋ及び仮想ダンパ８２の減衰係数Ｄは、予め実験等により定められ、ＲＯＭ１０２に記憶されている。質量Ｍ、ばね定数Ｋ、減衰係数Ｄは、減衰比ζが１以上となるようを設定されることが好ましい。なお、減衰比ζは、次式（５）で表される。
The mass M of the virtual mass point 83, the spring constant K of the virtual spring 81, and the damping coefficient D of the virtual damper 82 are determined in advance by experiments or the like, and are stored in the ROM 102. It is preferable that the mass M, the spring constant K, and the damping coefficient D are set so that the damping ratio ζ is 1 or more. The damping ratio ζ is expressed by the following equation (5).
これにより、後述するブーム８の減衰動作によって、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔに近づく際に、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔに対してオーバーシュートすることを防止できる。その結果、ブーム８の減衰動作の反動によって、揺れが誘発されることを防止することができ、バケット１０の爪先を目標面Ｓｔに収束させることができる。
This makes it possible to prevent the tip of the bucket 10 from overshooting the target surface St when the tip of the bucket 10 approaches the target surface St due to the damping operation of the boom 8 described below. As a result, it is possible to prevent the reaction of the damping operation of the boom 8 from inducing shaking, and it is possible to converge the tip of the bucket 10 to the target surface St.
減衰用目標速度演算部７２は、図８のステップＳ１２０で演算された目標面距離Ｚを式（４）の右辺においてばね定数Ｋに乗算されるＺとして取得し、図８のステップＳ１２５で演算された爪先速度Ｖｚを式（４）の右辺において減衰係数Ｄが乗算されるＺ′として取得する。減衰用目標速度演算部７２は、取得したＺ，Ｚ′及びＲＯＭ１０２に記憶されている定数（質量Ｍ、ばね定数Ｋ及び減衰係数Ｄ）に基づき、式（４）の左辺を構成する仮想質点８３のｚ方向の速度Ｚ′をバケット目標速度Ｖｚｔとして演算する。つまり、本実施形態に係るコントローラ２０は、バケット１０を仮想ばね８１及び仮想ダンパ８２で支持する力学モデルに基づいて、バケット１０の爪先速度Ｖｚを減衰させるためのバケット目標速度Ｖｚｔを演算する。
The damping target speed calculation unit 72 obtains the target surface distance Z calculated in step S120 of FIG. 8 as Z to be multiplied by the spring constant K on the right side of equation (4), and obtains the tip speed Vz calculated in step S125 of FIG. 8 as Z' to be multiplied by the damping coefficient D on the right side of equation (4). The damping target speed calculation unit 72 calculates the z-directional speed Z' of the virtual mass point 83 constituting the left side of equation (4) as the bucket target speed Vzt based on the obtained Z and Z' and the constants (mass M, spring constant K and damping coefficient D) stored in the ROM 102. In other words, the controller 20 according to this embodiment calculates the bucket target speed Vzt for damping the tip speed Vz of the bucket 10 based on a dynamic model in which the bucket 10 is supported by the virtual spring 81 and the virtual damper 82.
具体的には、減衰用目標速度演算部７２は、減衰制御フラグがオフからオンに切り替えられたときの演算サイクルにおけるステップＳ１２０で演算された目標面距離Ｚ（ｔ）を初期値Ｚ（０）として取得する。減衰用目標速度演算部７２は、減衰制御フラグがオフからオンに切り替えられたときの演算サイクルにおけるステップＳ１２５で演算された爪先速度Ｖｚ（＝Ｚ（ｔ）′）を初期値Ｚ（０）′として取得する。減衰用目標速度演算部７２は、初期値Ｚ（０）及び初期値Ｚ（０）′に基づいて、式（３）を用いて、加速度Ｚ（ｔ）″の初期値Ｚ″（０）を演算する。
Specifically, the damping target speed calculation unit 72 obtains the target surface distance Z(t) calculated in step S120 in the calculation cycle when the damping control flag is switched from off to on as the initial value Z(0). The damping target speed calculation unit 72 obtains the toe speed Vz (=Z(t)') calculated in step S125 in the calculation cycle when the damping control flag is switched from off to on as the initial value Z(0)'. The damping target speed calculation unit 72 calculates the initial value Z''(0) of the acceleration Z(t)'' using equation (3) based on the initial value Z(0) and the initial value Z(0)'.
減衰用目標速度演算部７２は、式（３）を用いて、所定の制御周期で加速度Ｚ（ｔ）″を繰り返し演算し、今回値に前回値（一つ前の演算サイクルにおいて演算された加速度Ｚ（ｔ）″）を加算することにより、速度Ｚ（ｔ）′を演算する。例えば、加速度Ｚ″の初期値を演算した後、次の演算サイクルにおいて演算された加速度Ｚ″に前回値としての初期値を加算することにより、その演算サイクルにおける速度Ｚ′が演算される。
The damping target speed calculation unit 72 uses formula (3) to repeatedly calculate acceleration Z(t)" at a predetermined control period, and calculates speed Z(t)' by adding the previous value (acceleration Z(t)" calculated in the immediately preceding calculation cycle) to the current value. For example, after calculating the initial value of acceleration Z", the speed Z' in the next calculation cycle is calculated by adding the initial value as the previous value to the acceleration Z" calculated in that calculation cycle.
減衰用目標速度演算部７２は、減衰制御フラグがオフに設定されるまで、仮想質点８３のｚ方向の速度Ｚ′を演算し、減衰制御フラグがオフに設定されると速度Ｚ′を０（ゼロ）とする初期化処理を行う。減衰用目標速度演算部７２は、演算された速度Ｚ′をバケット１０のｚ方向のバケット目標速度Ｖｚｔとする。
The damping target speed calculation unit 72 calculates the z-direction speed Z' of the virtual mass point 83 until the damping control flag is set to off, and performs an initialization process to set the speed Z' to 0 (zero) when the damping control flag is set to off. The damping target speed calculation unit 72 sets the calculated speed Z' as the bucket target speed Vzt in the z direction of the bucket 10.
減衰用目標速度演算部７２は、バケット１０の爪先速度Ｖｚがバケット目標速度Ｖｚｔに近づくように、ブーム８の目標速度（目標角速度）を演算する。ブーム８の目標角速度は、バケット目標速度Ｖｚｔ、作業装置１Ｂの姿勢情報及び作業装置１Ｂの寸法データに基づき、逆運動学を用いて算出することができる。
The damping target speed calculation unit 72 calculates the target speed (target angular velocity) of the boom 8 so that the tip speed Vz of the bucket 10 approaches the bucket target speed Vzt. The target angular velocity of the boom 8 can be calculated using inverse kinematics based on the bucket target speed Vzt, the attitude information of the work device 1B, and the dimensional data of the work device 1B.
減衰用目標速度演算部７２は、ブーム８の目標角速度、姿勢検出装置３４で検出されるブーム角α及びＲＯＭ１０２に記憶されているブーム８とブームシリンダ５との関係を表す寸法データに基づいて、ブームシリンダ５の目標速度を演算する。
The damping target speed calculation unit 72 calculates the target speed of the boom cylinder 5 based on the target angular speed of the boom 8, the boom angle α detected by the attitude detection device 34, and the dimensional data representing the relationship between the boom 8 and the boom cylinder 5 stored in the ROM 102.
目標動作演算部３２は、減衰制御フラグ設定部７１で減衰制御フラグがオンに設定されると、上述したブームシリンダ５の二次目標速度に減衰用目標速度演算部７２で演算されたブームシリンダ５の目標速度を加算することにより、ブームシリンダ５の二次目標速度を補正する。目標動作演算部３２は、補正後の二次目標速度を電磁弁制御部３３に出力する。電磁弁制御部３３は、補正後の二次目標速度でブームシリンダ５が動作するように、電磁比例弁５２５または電磁比例弁５３７を制御する。これにより、バケット１０の爪先速度Ｖｚがバケット目標速度Ｖｚｔに近づくようにブームシリンダ５が制御され、バケット１０の揺れを減衰させるためのブーム８の減衰動作が行われることになる。
When the damping control flag is set to on by the damping control flag setting unit 71, the target motion calculation unit 32 corrects the secondary target speed of the boom cylinder 5 by adding the target speed of the boom cylinder 5 calculated by the damping target speed calculation unit 72 to the secondary target speed of the boom cylinder 5 described above. The target motion calculation unit 32 outputs the corrected secondary target speed to the solenoid valve control unit 33. The solenoid valve control unit 33 controls the solenoid proportional valve 525 or the solenoid proportional valve 537 so that the boom cylinder 5 operates at the corrected secondary target speed. As a result, the boom cylinder 5 is controlled so that the tip speed Vz of the bucket 10 approaches the bucket target speed Vzt, and a damping operation of the boom 8 is performed to damp the swinging of the bucket 10.
目標動作演算部３２は、減衰制御フラグがオンからオフに切り替えられると、ブームシリンダ５の二次目標速度の補正を行わない。減衰制御フラグがオンからオフに切り替えられたときに、目標面距離が所定の距離Ｙａ１以下である場合には、通常の領域制限制御を実行する。
When the damping control flag is switched from on to off, the target movement calculation unit 32 does not correct the secondary target speed of the boom cylinder 5. When the damping control flag is switched from on to off, if the target surface distance is equal to or less than the predetermined distance Ya1, normal area limit control is executed.
上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。
The above-described embodiment provides the following advantages:
（１）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、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、車体１Ａの位置を検出するＧＮＳＳアンテナ（位置センサ）２７と、作業装置１Ｂの姿勢を検出する姿勢センサ（ブーム角度センサ２１、アーム角度センサ２２及びバケット角度センサ２３）と、車体１Ａの傾斜状態を表す車体傾斜角θを検出する車体傾斜角度センサ（傾斜センサ）２４と、目標面Ｓｔを設定し、バケット１０が目標面Ｓｔに沿って移動するように、作業装置１Ｂを制御するコントローラ（制御装置）２０と、を備えている。コントローラ２０は、バケット１０が目標面Ｓｔに沿って移動するように作業装置１Ｂを制御しているときに、車体傾斜角度センサ２４の検出結果に基づいて、車体１Ａが揺れているか否かを判定し、車体１Ａが揺れていると判定された場合には、バケット１０の揺れを減衰させるように、作業装置１Ｂの減衰制御を実行する。
(1) A hydraulic excavator (working machine) 1 includes a vehicle body (machine body) 1A, a multi-jointed working device 1B attached to the vehicle body 1A and having a boom 8, an arm 9, and a bucket (working implement) 10, a GNSS antenna (position sensor) 27 that detects the position of the vehicle body 1A, attitude sensors (boom angle sensor 21, arm angle sensor 22, and bucket angle sensor 23) that detect the attitude of the working device 1B, a vehicle body inclination angle sensor (inclination sensor) 24 that detects a vehicle body inclination angle θ that indicates the inclination state of the vehicle body 1A, and a controller (control device) 20 that sets a target plane St and controls the working device 1B so that the bucket 10 moves along the target plane St. When the controller 20 controls the working device 1B so that the bucket 10 moves along the target plane St, the controller 20 determines whether the vehicle body 1A is swaying based on the detection result of the vehicle body inclination angle sensor 24, and if it is determined that the vehicle body 1A is swaying, executes damping control of the working device 1B to damp the swing of the bucket 10.
これにより、バケット１０が目標面Ｓｔに沿って移動しているときに（マシンコントロールが実行されているときに）、車体１Ａの接地面に凹凸、段差等があることに起因して、車体１Ａに揺れが発生した場合であっても、バケット１０の爪先（先端部）の揺れを抑制することができる。つまり、本実施形態によれば、油圧ショベル１が揺れてしまった場合であっても安定した作業が可能な油圧ショベル１を提供することができる。また、車体１Ａに揺れが発生した場合に、自動でバケット１０の爪先の揺れが抑制されるので、高度の操作技術も不要である。このため、経験の浅いオペレータであっても容易に精度の高い作業を行うことができる。
As a result, when the bucket 10 is moving along the target surface St (when machine control is being executed), even if shaking occurs in the vehicle body 1A due to unevenness, steps, etc. on the ground contact surface of the vehicle body 1A, shaking of the toe (tip) of the bucket 10 can be suppressed. In other words, according to this embodiment, it is possible to provide a hydraulic excavator 1 that is capable of stable work even if the hydraulic excavator 1 shakes. Furthermore, because shaking of the toe of the bucket 10 is automatically suppressed when shaking occurs in the vehicle body 1A, advanced operating techniques are not required. As a result, even an operator with little experience can easily perform work with high precision.
（２）コントローラ２０は、ＧＮＳＳアンテナ２７の検出結果、姿勢センサ（角度センサ２１～２３）の検出結果及び車体傾斜角度センサ２４の検出結果に基づいて、目標面Ｓｔを基準としたバケット１０の爪先位置Ｐｂ及び爪先速度Ｖｚを演算する。コントローラ２０は、バケット１０の爪先速度Ｖｚを減衰させるためのバケット目標速度Ｖｚｔを演算する。コントローラ２０は、バケット１０の爪先速度Ｖｚがバケット目標速度Ｖｚｔに近づくように、ブーム８を駆動させるブームシリンダ（アクチュエータ）５を制御する。
(2) The controller 20 calculates the tip position Pb and tip speed Vz of the bucket 10 based on the target plane St, based on the detection results of the GNSS antenna 27, the detection results of the attitude sensors (angle sensors 21-23), and the detection results of the vehicle body inclination angle sensor 24. The controller 20 calculates a bucket target speed Vzt for attenuating the tip speed Vz of the bucket 10. The controller 20 controls the boom cylinder (actuator) 5 that drives the boom 8 so that the tip speed Vz of the bucket 10 approaches the bucket target speed Vzt.
本実施形態によれば、ブーム８を駆動させてバケット１０の揺れを減衰させることができる。したがって、本実施形態によれば、アーム９を駆動させてバケット１０の揺れを減衰させる場合に対して、被駆動部材の減衰動作に起因するバケット１０の角度の変化を小さくできるので、より安定した作業が可能となる。
According to this embodiment, the boom 8 can be driven to dampen the swinging of the bucket 10. Therefore, according to this embodiment, compared to when the arm 9 is driven to dampen the swinging of the bucket 10, the change in the angle of the bucket 10 caused by the damping action of the driven member can be reduced, allowing for more stable work.
（３）コントローラ２０は、バケット（作業具）１０を仮想ばね８１及び仮想ダンパ８２で支持する力学モデルに基づいて、バケット目標速度（作業具目標速度）Ｖｚｔを演算する。これにより、バケット１０の揺れを適切に抑えることができる。また、仮想質点８１の質量Ｍ、仮想ばね８１のばね定数Ｋ及び仮想ダンパ８２の減衰係数Ｄを調整することにより、減衰度合いを調整することができる。
(3) The controller 20 calculates the bucket target speed (work tool target speed) Vzt based on a dynamic model in which the bucket (work tool) 10 is supported by a virtual spring 81 and a virtual damper 82. This makes it possible to appropriately suppress the swinging of the bucket 10. In addition, the degree of damping can be adjusted by adjusting the mass M of the virtual mass point 81, the spring constant K of the virtual spring 81, and the damping coefficient D of the virtual damper 82.
（４）コントローラ２０は、車体傾斜角度センサ２４の検出結果に基づいて、車体１Ａの傾斜角速度ωを演算し（図８のステップＳ１３０）、車体１Ａの傾斜角速度ωが所定値ω０よりも大きい場合（ステップＳ１４０でＹ）、車体１Ａが揺れていると判定して減衰制御を実行する（ステップＳ１５０）。コントローラ２０は、減衰制御を実行した後、車体１Ａの傾斜角速度ωが所定値ω０よりも小さい場合（ステップＳ１４０でＮ）であっても、バケット１０と目標面Ｓｔとの距離（目標面距離）Ｚが所定距離Ｚ０以上である場合には（ステップＳ１６０でＮ）、減衰制御を継続する。
(4) The controller 20 calculates the tilt angular velocity ω of the vehicle body 1A based on the detection result of the vehicle body tilt angle sensor 24 (step S130 in FIG. 8), and if the tilt angular velocity ω of the vehicle body 1A is greater than a predetermined value ω0 (Y in step S140), it determines that the vehicle body 1A is shaking and executes damping control (step S150). After executing the damping control, even if the tilt angular velocity ω of the vehicle body 1A is less than the predetermined value ω0 (N in step S140), the controller 20 continues the damping control if the distance (target surface distance) Z between the bucket 10 and the target surface St is equal to or greater than the predetermined distance Z0 (N in step S160).
これにより、車体１Ａの揺れがおさまっている場合であっても、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔから離れている場合には、減衰制御を継続したまま、バケット１０の爪先を目標面Ｓｔに近づけることができる。したがって、例えば、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔから上方に所定距離Ｚ０以上離れている場合、ブーム８の減衰動作を継続してバケット１０の爪先を設定領域内に移動させることにより、通常の領域制限制御にスムーズに復帰させることができる。
As a result, even if the shaking of the vehicle body 1A has subsided, if the tip of the bucket 10 is away from the target surface St, the tip of the bucket 10 can be brought closer to the target surface St while continuing the damping control. Therefore, for example, if the tip of the bucket 10 is above the target surface St by a predetermined distance Z0 or more, the damping operation of the boom 8 can be continued to move the tip of the bucket 10 into the set area, allowing a smooth return to normal area limiting control.
（５）また、コントローラ２０は、減衰制御を実行した後、車体１Ａの傾斜角速度ωが所定値ω０よりも小さい場合（ステップＳ１４０でＮ）であっても、バケット１０の爪先速度Ｖｚが所定速度Ｖ０以上である場合には（ステップＳ１７０でＮ）、減衰制御を継続する。
(5) Furthermore, even if the tilt angular velocity ω of the vehicle body 1A is smaller than the predetermined value ω0 (N in step S140) after performing the damping control, the controller 20 continues the damping control if the tip speed Vz of the bucket 10 is equal to or greater than the predetermined speed V0 (N in step S170).
これにより、車体１Ａの揺れがおさまっている場合であっても、バケット１０の爪先速度Ｖｚが大きい場合に、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔから所定距離Ｚ０以上離れてしまうことを抑制することができる。その結果、バケット１０の爪先が目標面Ｓｔから大きく離れてしまったり、目標面Ｓｔに大きく食い込んでしまったりすること防止できる。
This makes it possible to prevent the tip of the bucket 10 from moving away from the target surface St by more than the predetermined distance Z0 when the tip speed Vz of the bucket 10 is high, even when the shaking of the vehicle body 1A has subsided. As a result, it is possible to prevent the tip of the bucket 10 from moving too far away from the target surface St or from digging too far into the target surface St.
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。
The following modified examples are also within the scope of the present invention, and it is possible to combine the configurations shown in the modified examples with the configurations described in the above embodiments, or to combine the configurations described in the different modified examples below.
＜変形例１＞
上記実施形態では、車体１Ａの傾斜状態を検出する傾斜センサとして車体傾斜角度センサ２４を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。車体傾斜角度センサ２４に代えて、車体１Ａの傾斜状態として傾斜角速度ω、傾斜角加速度ω′を検出するセンサを設けてもよい。例えば、傾斜センサとして、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）を採用することができる。ＩＭＵは、取り付けられる部材の直交３軸の角速度及び加速度を検出し、検出結果をコントローラに出力する。この場合、コントローラは、ＩＭＵの検出結果に基づいて、車体傾斜角θを演算する。
<Modification 1>
In the above embodiment, an example in which the vehicle body inclination angle sensor 24 is provided as an inclination sensor that detects the inclination state of the vehicle body 1A has been described, but the present invention is not limited to this. Instead of the vehicle body inclination angle sensor 24, a sensor that detects the inclination angular velocity ω and the inclination angular acceleration ω' as the inclination state of the vehicle body 1A may be provided. For example, an IMU (Inertial Measurement Unit) can be adopted as the inclination sensor. The IMU detects the angular velocity and acceleration of three orthogonal axes of a member to which it is attached, and outputs the detection results to the controller. In this case, the controller calculates the vehicle body inclination angle θ based on the detection results of the IMU.
＜変形例２＞
上記実施形態では、作業装置１Ｂの姿勢を検出する姿勢センサとして、ブーム角度センサ２１、アーム角度センサ２２及びバケット角度センサ２３を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。姿勢センサとして、変形例１と同様にＩＭＵを設け、コントローラが、ＩＭＵの検出結果に基づいて、ブーム角α、アーム角β及びバケット角γを演算するようにしてもよい。
<Modification 2>
In the above embodiment, an example has been described in which the boom angle sensor 21, the arm angle sensor 22, and the bucket angle sensor 23 are provided as posture sensors that detect the posture of the working implement 1B, but the present invention is not limited to this. An IMU may be provided as a posture sensor as in the first modification, and the controller may calculate the boom angle α, the arm angle β, and the bucket angle γ based on the detection results of the IMU.
＜変形例３＞
上記実施形態では、所定距離Ｚ０が、設定領域の幅Ｙａ１と同じ値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。例えば、所定距離Ｚ０は、設定領域の幅Ｙａ１未満の値としてもよい。この場合、所定距離Ｚ０は、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまうおそれがあるか否かを判定するための閾値として設定される。所定距離Ｚ０は、実験等により予め定められ、ＲＯＭ１０２に記憶される。
<Modification 3>
In the above embodiment, an example has been described in which the predetermined distance Z0 is the same value as the width Ya1 of the set area, but the present invention is not limited to this. For example, the predetermined distance Z0 may be a value less than the width Ya1 of the set area. In this case, the predetermined distance Z0 is set as a threshold value for determining whether or not there is a risk that the tip of the bucket 10 will deviate from the set area in which area restriction control is performed. The predetermined distance Z0 is determined in advance by experiment or the like, and is stored in the ROM 102.
つまり、本変形例において、図８のステップＳ１６０の処理は、目標面Ｓｔに対するバケット１０の爪先の位置に基づいて、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱するおそれがあるか否かが判定される判定処理といえる。
In other words, in this modified example, the process of step S160 in FIG. 8 can be considered as a determination process in which it is determined whether or not there is a risk that the tip of the bucket 10 will deviate from the set area in which area restriction control is performed, based on the position of the tip of the bucket 10 relative to the target surface St.
ステップＳ１６０において、減衰制御フラグ設定部７１は、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０以上である場合には、バケット１０の爪先が設定領域から逸脱してしまうおそれがあると判定し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。ステップＳ１６０において、減衰制御フラグ設定部７１は、目標面距離Ｚの絶対値|Ｚ|が所定距離Ｚ０未満である場合には、バケット１０の爪先は設定領域から逸脱するおそれはないと判定し、ステップＳ１７０へ進む。
In step S160, if the absolute value |Z| of the target surface distance Z is equal to or greater than the predetermined distance Z0, the damping control flag setting unit 71 determines that there is a risk that the tip of the bucket 10 will deviate from the set area, and ends the process shown in the flowchart of FIG. 8. In step S160, if the absolute value |Z| of the target surface distance Z is less than the predetermined distance Z0, the damping control flag setting unit 71 determines that there is no risk that the tip of the bucket 10 will deviate from the set area, and proceeds to step S170.
＜変形例４＞
上記実施形態では、目標面Ｓｔから上方の設定領域の高さ（幅）Ｙａ１と、目標面Ｓｔから下方の設定領域の深さ（幅）Ｙａ１とが同じ値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。目標面Ｓｔから上方の設定領域の高さと、目標面Ｓｔから下方の設定領域の深さとは、異なる値としてもよい。この場合、バケット１０の爪先が領域制限制御を行う設定領域から逸脱してしまっているか否かを判定するための閾値Ｚ０としては、上側閾値Ｚ０ａと下側閾値Ｚ０ｂとを、その絶対値が異なるように個別に設定することが好ましい。上側閾値Ｚ０ａ（＞０）は、バケット１０の爪先位置Ｐｂが目標面Ｓｔよりも上方に位置する場合に用いられる閾値であり、下側閾値Ｚ０ｂは、バケット１０の爪先位置Ｐｂが目標面Ｓｔよりも下方に位置する場合に用いられる閾値である。
<Modification 4>
In the above embodiment, an example has been described in which the height (width) Ya1 of the set area above the target surface St and the depth (width) Ya1 of the set area below the target surface St have the same value, but the present invention is not limited to this. The height of the set area above the target surface St and the depth of the set area below the target surface St may have different values. In this case, as the threshold value Z0 for determining whether the tip of the bucket 10 has deviated from the set area in which the area limiting control is performed, it is preferable to set the upper threshold value Z0a and the lower threshold value Z0b individually so that their absolute values are different. The upper threshold value Z0a (>0) is a threshold value used when the tip position Pb of the bucket 10 is located above the target surface St, and the lower threshold value Z0b is a threshold value used when the tip position Pb of the bucket 10 is located below the target surface St.
この場合、図８のステップＳ１６０において、コントローラ２０は、目標面距離Ｚが下側閾値Ｚ０ｂよりも大きく、かつ、上側閾値Ｚ０ａ未満であるか否かを判定する。ステップＳ１６０において目標面距離Ｚが下側閾値Ｚ０ｂよりも大きく、かつ、上側閾値Ｚ０ａ未満であると判定された場合には、ステップＳ１７０へ進む。ステップＳ１６０において、目標面距離Ｚが下側閾値Ｚ０ｂ以下であると判定された場合、あるいは、目標面距離Ｚが上側閾値Ｚ０ａ以上であると判定された場合には、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
In this case, in step S160 of FIG. 8, the controller 20 determines whether the target surface distance Z is greater than the lower threshold Z0b and less than the upper threshold Z0a. If it is determined in step S160 that the target surface distance Z is greater than the lower threshold Z0b and less than the upper threshold Z0a, the process proceeds to step S170. If it is determined in step S160 that the target surface distance Z is equal to or less than the lower threshold Z0b, or if it is determined that the target surface distance Z is equal to or greater than the upper threshold Z0a, the process shown in the flowchart of FIG. 8 is terminated.
＜変形例５＞
上記実施形態では、図８のステップＳ１７０において、コントローラ２０が、爪先速度Ｖｚの絶対値|Ｖｚ|が所定速度Ｖ０未満であるか否かを判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。爪先速度Ｖｚのベクトルの向きが上方の場合に用いられる第１速度閾値Ｖ０ａ（＞０）と、爪先速度Ｖｚのベクトルの向きが下方の場合に用いられる第２速度閾値Ｖ０ｂ（＜０）とを異なる値としてもよい。
<Modification 5>
In the above embodiment, an example has been described in which the controller 20 determines whether or not the absolute value |Vz| of the toe velocity Vz is less than the predetermined velocity V0 in step S170 in Fig. 8, but the present invention is not limited to this. The first velocity threshold V0a (>0) used when the vector direction of the toe velocity Vz is upward and the second velocity threshold V0b (<0) used when the vector direction of the toe velocity Vz is downward may be different values.
この場合、ステップＳ１７０において、コントローラ２０は、爪先速度Ｖｚが第２速度閾値Ｖ０ｂよりも大きく、かつ、第１速度閾値Ｖ０ａ未満であるか否かを判定する。ステップＳ１７０において、爪先速度Ｖｚが第２速度閾値Ｖ０ｂよりも大きく、かつ、第１速度閾値Ｖ０ａ未満であると判定された場合には、ステップＳ１８０へ進む。ステップＳ１７０において、爪先速度Ｖｚが第２速度閾値Ｖ０ｂ以下であると判定された場合は、あるいは、爪先速度Ｖｚが第１速度閾値Ｖ０ａ以上であると判定された場合には、図８のフローチャートに示す処理を終了する。
In this case, in step S170, the controller 20 determines whether the toe velocity Vz is greater than the second velocity threshold V0b and less than the first velocity threshold V0a. If it is determined in step S170 that the toe velocity Vz is greater than the second velocity threshold V0b and less than the first velocity threshold V0a, the process proceeds to step S180. If it is determined in step S170 that the toe velocity Vz is equal to or less than the second velocity threshold V0b, or if it is determined that the toe velocity Vz is equal to or greater than the first velocity threshold V0a, the process shown in the flowchart of FIG. 8 is terminated.
＜変形例６＞
上記実施形態で説明した図８のステップＳ１６０及びステップＳ１７０の処理は省略してもよい。この場合、ステップＳ１４０において、傾斜角速度ωの絶対値|ω|が所定値ω０未満であると判定されると、ステップＳ１８０へ進んで減衰制御フラグがオフに設定され、減衰制御が終了する。
<Modification 6>
8 described in the above embodiment may be omitted. In this case, when it is determined in step S140 that the absolute value |ω| of the tilt angular velocity ω is less than the predetermined value ω0, the process proceeds to step S180, where the damping control flag is set to OFF and the damping control ends.
＜変形例７＞
上記実施形態では、仮想質点８１の質量Ｍ、仮想ばね８１のばね定数Ｋ及び仮想ダンパ８２の減衰係数Ｄが予めＲＯＭ１０２に記憶されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。質量Ｍ、ばね定数Ｋ及び減衰係数Ｄは、オペレータがコントローラ２０に接続される入力装置（タッチパネル等）を操作することにより、任意の値に変更できるようにしてもよい。
<Modification 7>
In the above embodiment, an example has been described in which the mass M of the virtual mass point 81, the spring constant K of the virtual spring 81, and the damping coefficient D of the virtual damper 82 are stored in advance in the ROM 102, but the present invention is not limited to this. The mass M, the spring constant K, and the damping coefficient D may be changed to any value by an operator operating an input device (such as a touch panel) connected to the controller 20.
＜変形例８＞
上記実施形態では、目標面Ｓｔに垂直な方向をｚ方向として、バケット１０の爪先位置Ｐｂと目標面Ｓｔとの間のｚ方向距離を目標面距離Ｚと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。例えば、図１０に示すように、目標面Ｓｔが基準面（水平面）に対して傾斜している場合において、鉛直方向（重力の方向）をｚ方向として、バケット１０の爪先位置Ｐｂと目標面Ｓｔとの間のｚ方向距離を目標面距離Ｚとして、バケット目標速度Ｖｚｔを演算するようにしてもよい。
<Modification 8>
In the above embodiment, an example has been described in which the direction perpendicular to the target surface St is defined as the z direction, and the z direction distance between the toe position Pb of the bucket 10 and the target surface St is defined as the target surface distance Z. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in Fig. 10, when the target surface St is inclined with respect to a reference surface (horizontal plane), the vertical direction (direction of gravity) may be defined as the z direction, and the z direction distance between the toe position Pb of the bucket 10 and the target surface St may be defined as the target surface distance Z to calculate the bucket target velocity Vzt.
＜変形例９＞
上記実施形態では、コントローラ２０は、車体１Ａが揺れていると判定された場合に、バケット１０の揺れを減衰させるように、ブーム８を動作させ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、車体１Ａが揺れていると判定された場合に、バケット１０の揺れを減衰させるように、アーム９を動作させるようにしてもよい。
<Modification 9>
In the above embodiment, an example has been described in which the controller 20 operates the boom 8 to attenuate the swinging of the bucket 10 when it is determined that the vehicle body 1A is swinging, but the present invention is not limited to this. The controller 20 may operate the arm 9 to attenuate the swinging of the bucket 10 when it is determined that the vehicle body 1A is swinging.
＜変形例１０＞
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、バックホウ船等、複数の被駆動部材をアクチュエータで駆動する種々の作業機械に本発明を適用することができる。
<Modification 10>
In the above embodiment, the working machine is a crawler type hydraulic excavator 1, but the present invention is not limited to this. The present invention can be applied to various working machines that drive a plurality of driven members by actuators, such as a wheel type hydraulic excavator and a backhoe.
＜変形例１１＞
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。
<Modification 11>
In the above embodiment, an example was described in which the operating devices 15A to 15D are hydraulic pilot type operating devices, but the present invention is not limited to this. An electric operating device may be provided, and the flow control valves 16a to 16d may be driven by a controller controlling the electromagnetic proportional valves based on an electric signal from the operating device.
＜変形例１２＞
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。
<Modification 12>
In the above embodiment, an example has been described in which the actuators that drive the boom 8, the arm 9, and the bucket 10 are hydraulic cylinders, but the present invention is not limited to this. The actuators that drive the boom 8, the arm 9, and the bucket 10 may be electric cylinders.
＜変形例１３＞
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。
<Modification 13>
The functions of the control device (controller 20) described in the above embodiment may be realized in part or in whole by hardware (for example, by designing logic for executing each function in an integrated circuit).
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。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments merely show some of the application examples of the present invention, and are not intended to limit the technical scope of the present invention to the specific configurations of the above embodiments.
