[go: up one dir, main page]

WO2017086488A1 - 建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法 - Google Patents

建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2017086488A1
WO2017086488A1 PCT/JP2016/085455 JP2016085455W WO2017086488A1 WO 2017086488 A1 WO2017086488 A1 WO 2017086488A1 JP 2016085455 W JP2016085455 W JP 2016085455W WO 2017086488 A1 WO2017086488 A1 WO 2017086488A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bucket
control
work implement
operation amount
distance
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/085455
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
徹 松山
仁 北嶋
佑基 島野
Original Assignee
株式会社小松製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社小松製作所 filed Critical 株式会社小松製作所
Priority to US15/516,778 priority Critical patent/US10584463B2/en
Priority to DE112016000156.8T priority patent/DE112016000156B4/de
Priority to CN201680003243.8A priority patent/CN107109818A/zh
Priority to KR1020177010635A priority patent/KR101907938B1/ko
Priority to PCT/JP2016/085455 priority patent/WO2017086488A1/ja
Priority to JP2016572610A priority patent/JP6271771B2/ja
Publication of WO2017086488A1 publication Critical patent/WO2017086488A1/ja

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/436—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like for keeping the dipper in the horizontal position, e.g. self-levelling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/425—Drive systems for dipper-arms, backhoes or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/2033—Limiting the movement of frames or implements, e.g. to avoid collision between implements and the cabin
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/2045—Guiding machines along a predetermined path
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/439—Automatic repositioning of the implement, e.g. automatic dumping, auto-return
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2004—Control mechanisms, e.g. control levers
    • E02F9/2012—Setting the functions of the control levers, e.g. changing assigned functions among operations levers, setting functions dependent on the operator or seat orientation

Definitions

  • the present invention relates to a construction machine control device and a construction machine control method.
  • Patent Document 1 In a technical field related to a construction machine such as a hydraulic excavator, a construction machine that controls a work machine such that a bucket moves along a target excavation landform indicating a target shape to be excavated as disclosed in Patent Document 1 It has been known.
  • An object of an aspect of the present invention is to provide a construction machine control device and a construction machine control method capable of starting bucket angle control at an appropriate timing.
  • a control device for a construction machine including a work machine including at least a bucket, and an operation amount data acquisition unit that acquires operation amount data indicating an operation amount of the work machine; An operation determination unit that determines a non-operation state of the bucket based on operation amount data, a bucket control determination unit that determines whether a bucket control condition is satisfied based on the determination of the non-operation state, and the bucket
  • a construction machine control device comprising: a work machine control unit that outputs a control signal for controlling the bucket so that the state of the work machine is maintained when it is determined that a control condition is satisfied.
  • a method for controlling a construction machine including a work machine including at least a bucket, wherein operation amount data indicating an operation amount of the work machine is acquired; Determining a non-operation state of the bucket based on the determination, determining whether a bucket control condition is satisfied based on the determination of the non-operation state, and determining that the bucket control condition is satisfied And outputting a control signal for controlling the bucket so that the state of the work implement is maintained.
  • a construction machine control device and a construction machine control method capable of starting bucket angle control at an appropriate timing.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a hydraulic excavator according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing an example of a hydraulic excavator according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an example of the operation of the work implement driven based on the work implement control according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a hydraulic system according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a hydraulic system according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a functional block diagram illustrating an example of a control device according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining leveling assist control and bucket control according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a hydraulic excavator according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing an example of a hydraulic excavator according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the relationship between the distance and the work implement speed limit according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a method for controlling the hydraulic excavator according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the effect of the control device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a construction machine 100 according to the present embodiment.
  • the construction machine 100 is a hydraulic excavator will be described.
  • the construction machine 100 is appropriately referred to as a hydraulic excavator 100.
  • a hydraulic excavator 100 includes a work machine 1 that is operated by hydraulic pressure, a vehicle body 2 that supports the work machine 1, a traveling device 3 that supports the vehicle body 2, and operations for operating the work machine 1.
  • the apparatus 40 and the control apparatus 50 which controls the working machine 1 are provided.
  • the vehicle body 2 can turn around the turning axis RX while being supported by the traveling device 3.
  • the vehicle body 2 is disposed on the traveling device 3.
  • the vehicle body 2 is appropriately referred to as the upper swing body 2
  • the traveling device 3 is appropriately referred to as the lower traveling body 3.
  • the upper swing body 2 has a cab 4 in which an operator is boarded, a machine room 5 in which an engine, a hydraulic pump, and the like are accommodated, and a handrail 6.
  • the cab 4 has a driver's seat 4S on which an operator is seated.
  • the machine room 5 is disposed behind the cab 4.
  • the handrail 6 is disposed in front of the machine room 5.
  • the lower traveling body 3 has a pair of crawler belts 7.
  • the excavator 100 travels as the crawler belt 7 rotates.
  • the lower traveling body 3 may be a wheel (tire).
  • the work machine 1 is supported by the upper swing body 2.
  • the work machine 1 includes a bucket 11 having a cutting edge 10, an arm 12 connected to the bucket 11, and a boom 13 connected to the arm 12.
  • the cutting edge 10 of the bucket 11 may be the tip of a convex blade provided on the bucket 11.
  • the blade tip 10 of the bucket 11 may be the tip of a straight blade provided in the bucket 11.
  • the bucket 11 is connected to the tip of the arm 12.
  • the proximal end portion of the arm 12 is connected to the distal end portion of the boom 13.
  • a base end portion of the boom 13 is connected to the upper swing body 2.
  • the bucket 11 and the arm 12 are connected via a bucket pin.
  • the bucket 11 is supported by the arm 12 so as to be rotatable about the rotation axis AX1.
  • the arm 12 and the boom 13 are connected via an arm pin.
  • the arm 12 is supported by the boom 13 so as to be rotatable about the rotation axis AX2.
  • the boom 13 and the upper swing body 2 are connected via a boom pin.
  • the boom 13 is supported by the vehicle body 2 so as to be rotatable about the rotation axis AX3.
  • the rotation axis AX1, the rotation axis AX2, and the rotation axis AX3 are parallel to each other.
  • the rotation axes AX1, AX2, AX3 are orthogonal to the axis parallel to the turning axis RX.
  • the axial direction of the rotation axes AX1, AX2, AX3 is appropriately referred to as the vehicle width direction of the upper swing body 2, and the direction orthogonal to both the rotation axes AX1, AX2, AX3 and the rotation axis RX is appropriately determined.
  • the direction in which the work implement 1 is present with respect to the operator seated on the driver's seat 4S is the forward direction.
  • the bucket 11 may be a tilt bucket.
  • a tilt bucket is a bucket that can be tilted in the vehicle width direction by operation of a bucket tilt cylinder.
  • the bucket 11 can be tilted or tilted in the vehicle width direction to freely shape or level the slope or flat ground.
  • the operating device 40 is disposed in the cab 4.
  • the operating device 40 includes an operating member that is operated by an operator of the excavator 100.
  • the operation member includes an operation lever or a joystick.
  • the work implement 1 is operated by operating the operation member.
  • the control device 50 includes a computer system.
  • the control device 50 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit), a storage device such as a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory), and an input / output interface device.
  • a processor such as a CPU (Central Processing Unit)
  • a storage device such as a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory)
  • an input / output interface device such as a CPU (Central Processing Unit)
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the excavator 100 according to the present embodiment.
  • the excavator 100 includes a hydraulic cylinder 20 that drives the work machine 1.
  • the hydraulic cylinder 20 is driven by hydraulic oil.
  • the hydraulic cylinder 20 includes a bucket cylinder 21 that drives the bucket 11, an arm cylinder 22 that drives the arm 12, and a boom cylinder 23 that drives the boom 13.
  • the excavator 100 includes a bucket cylinder stroke sensor 14 disposed in the bucket cylinder 21, an arm cylinder stroke sensor 15 disposed in the arm cylinder 22, and a boom cylinder stroke disposed in the boom cylinder 23.
  • Sensor 16 The bucket cylinder stroke sensor 14 detects the bucket cylinder length that is the stroke length of the bucket cylinder 21.
  • the arm cylinder stroke sensor 15 detects an arm cylinder length which is a stroke length of the arm cylinder 22.
  • the boom cylinder stroke sensor 16 detects the boom cylinder length that is the stroke length of the boom cylinder 23.
  • the hydraulic excavator 100 includes a position detection device 30 that detects the position of the upper swing body 2.
  • the position detection device 30 includes a vehicle body position detector 31 that detects the position of the upper swing body 2 defined by the global coordinate system, an attitude detector 32 that detects the attitude of the upper swing body 2, and the orientation of the upper swing body 2. And an orientation detector 33 for detecting.
  • the global coordinate system (XgYgZg coordinate system) is a coordinate system indicating an absolute position defined by GPS (Global Positioning System).
  • the local coordinate system (XYZ coordinate system) is a coordinate system that indicates a relative position as the reference position Ps of the upper swing body 2 of the excavator 100.
  • the reference position Ps of the upper swing body 2 is set to the swing axis RX of the upper swing body 2.
  • the reference position Ps of the upper swing body 2 may be set to the rotation axis AX3.
  • the position detection device 30 detects the three-dimensional position of the upper swing body 2 defined by the global coordinate system, the attitude angle of the upper swing body 2 with respect to the horizontal plane, and the orientation of the upper swing body 2 with respect to the reference orientation.
  • the vehicle body position detector 31 includes a GPS receiver.
  • the vehicle body position detector 31 detects the three-dimensional position of the upper swing body 2 defined by the global coordinate system.
  • the vehicle body position detector 31 detects the position of the upper swing body 2 in the Xg direction, the position in the Yg direction, and the position in the Zg direction.
  • a plurality of GPS antennas 31 ⁇ / b> A are provided on the upper swing body 2.
  • the GPS antenna 31 ⁇ / b> A receives a radio wave from a GPS satellite and outputs a signal based on the received radio wave to the vehicle body position detector 31.
  • the vehicle body position detector 31 detects the installation position P1 of the GPS antenna 31A defined by the global coordinate system based on the signal supplied from the GPS antenna 31A.
  • the vehicle body position detector 31 detects the absolute position Pg of the upper swing body 2 based on the installation position P1 of the GPS antenna 31A.
  • the vehicle body position detector 31 detects the installation position P1a of one GPS antenna 31A and the installation position P1b of the other GPS antenna 31A of the two GPS antennas 31A.
  • the vehicle body position detector 31A performs an arithmetic process based on the installation position P1a and the installation position P1b to detect the absolute position Pg and direction of the upper swing body 2.
  • the absolute position Pg of the upper swing body 2 is the installation position P1a.
  • the absolute position Pg of the upper swing body 2 may be the installation position P1b.
  • the attitude detector 32 includes an IMU (Inertial Measurement Unit).
  • the attitude detector 32 is provided on the upper swing body 2.
  • the attitude detector 32 is disposed below the cab 4.
  • the posture detector 32 detects the posture angle of the upper swing body 2 with respect to the horizontal plane (XgYg plane).
  • the posture angle of the upper swing body 2 with respect to the horizontal plane includes the posture angle ⁇ a of the upper swing body 2 in the vehicle width direction and the posture angle ⁇ b of the upper swing body 2 in the front-rear direction.
  • the azimuth detector 33 has a function of detecting the azimuth of the upper swing body 2 with respect to the reference azimuth defined in the global coordinate system based on the installation position P1a of the one GPS antenna 31A and the installation position P1b of the other GPS antenna 31A.
  • the reference orientation is, for example, north.
  • the direction detector 33 performs arithmetic processing based on the installation position P1a and the installation position P1b, and detects the direction of the upper swing body 2 with respect to the reference direction.
  • the azimuth detector 33 calculates a straight line connecting the installation position P1a and the installation position P1b, and detects the azimuth of the upper-part turning body 2 with respect to the reference azimuth based on the attitude angle ⁇ c formed by the calculated straight line and the reference azimuth.
  • the direction detector 33 may be separate from the position detection device 30.
  • the orientation detector 33 may detect the orientation of the upper swing body 2 using a magnetic sensor.
  • the hydraulic excavator 100 includes a blade edge position detector 34 that detects the relative position of the blade edge 10 with respect to the reference position Ps of the upper swing body 2.
  • the blade edge position detector 34 includes a detection result of the bucket cylinder stroke sensor 14, a detection result of the arm cylinder stroke sensor 15, a detection result of the boom cylinder stroke sensor 16, a length L11 of the bucket 11, Based on the length L12 of the arm 12 and the length L13 of the boom 13, the relative position of the blade edge 10 with respect to the reference position Ps of the upper swing body 2 is calculated.
  • the blade edge position detector 34 calculates the posture angle ⁇ 11 of the blade edge 10 of the bucket 11 with respect to the arm 12 based on the bucket cylinder length detected by the bucket cylinder stroke sensor 14.
  • the blade edge position detector 34 calculates the posture angle ⁇ 12 of the arm 12 with respect to the boom 13 based on the arm cylinder length detected by the arm cylinder stroke sensor 15.
  • the blade edge position detector 34 calculates the attitude angle ⁇ 13 of the boom 13 with respect to the Z axis of the upper swing body 2 based on the boom cylinder length detected by the boom cylinder stroke sensor 16.
  • the length L11 of the bucket 11 is the distance between the blade edge 10 of the bucket 11 and the rotation axis AX1 (bucket pin).
  • the length L12 of the arm 12 is a distance between the rotation axis AX1 (bucket pin) and the rotation axis AX2 (arm pin).
  • the length L13 of the boom 13 is a distance between the rotation axis AX2 (arm pin) and the rotation axis AX3 (boom pin).
  • the blade edge position detector 34 determines the relative position of the blade edge 10 with respect to the reference position Ps of the upper swing body 2 based on the posture angle ⁇ 11, the posture angle ⁇ 12, the posture angle ⁇ 13, the length L11, the length L12, and the length L13. calculate.
  • the blade edge position detector 34 is based on the absolute position Pg of the upper swing body 2 detected by the position detection device 30 and the relative position between the reference position Ps of the upper swing body 2 and the blade edge 10.
  • the absolute position Pb is calculated.
  • the relative position between the absolute position Pg and the reference position Ps is known data derived from the specification data of the excavator 100. Therefore, the blade edge position detector 34 is based on the absolute position Pg of the upper swing body 2, the relative position between the reference position Ps of the upper swing body 2 and the blade edge 10, and the specification data of the excavator 100.
  • the absolute position Pb can be calculated.
  • the cylinder stroke sensors 14, 15, and 16 are used for detecting the posture angles ⁇ 11, ⁇ 12, and ⁇ 13, but the cylinder stroke sensors 14, 15, and 16 may not be used.
  • the blade edge position detector 34 may detect the attitude angle ⁇ 11 of the bucket 11, the attitude angle ⁇ 12 of the arm 12, and the attitude angle ⁇ 13 of the boom 13 using an angle sensor such as a potentiometer or a level.
  • the operating device 40 includes a right operating lever disposed on the right side of an operator seated on the driver's seat 4S and a left operating lever disposed on the left side.
  • the boom 13 When the right operation lever is moved in the front-rear direction, the boom 13 performs a lowering operation and a raising operation.
  • the bucket 11 When the right operation lever is moved in the left-right direction (vehicle width direction), the bucket 11 performs excavation operation and dump operation.
  • the left operating lever is moved in the front-rear direction, the arm 12 performs a dumping operation and an excavating operation.
  • the left operating lever is moved in the left-right direction, the upper swing body 2 turns left and right. Even if the upper swing body 2 turns right and left when the left operation lever is moved in the front-rear direction, and the arm 12 performs dumping operation and excavation operation when the left operation lever is moved left and right. Good.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an example of the operation of the work implement 2 driven based on the work implement control according to the present embodiment.
  • the work machine control includes leveling assist control and bucket control.
  • leveling assist control refers to controlling the work implement 1 so that the bucket 11 moves along the target excavation landform indicating the target shape of the excavation target.
  • the target excavation landform may be defined by a plane or a line.
  • the boom cylinder 23 is controlled so that the boom 13 is raised so that the bucket 11 does not exceed the target excavation landform.
  • the bucket 11 and the arm 12 are driven based on the operation of the operation device 40 by the operator.
  • the boom 13 is driven based on control by the control device 50.
  • Bucket control refers to controlling the work machine 1 so that the state of the work machine 1 is maintained in a constant state.
  • the state of the work machine 1 includes the posture of the work machine 1.
  • the posture of the work machine 1 includes the sum of the posture angle ⁇ 11 of the bucket 11, the posture angle ⁇ 12 of the arm 12, and the posture angle ⁇ 13 of the boom 13. That is, in the present embodiment, bucket control refers to controlling the work implement 1 so that the posture of the work implement 1 indicating the sum of the posture angle ⁇ 11, the posture angle ⁇ 12, and the posture angle ⁇ 13 is maintained at a constant angle.
  • the hydraulic cylinder 20 is controlled so that the angle of the bucket 11 with respect to the target excavation landform is maintained at a constant angle.
  • the arm 12 is driven based on the operation of the operation device 40 by the operator.
  • the bucket 11 is driven based on control by the control device 50.
  • the leveling assist control and the bucket control are performed so that the cutting edge 10 of the bucket 11 moves along the target excavation landform and the bottom surface 17 of the bucket 11 moves away from the target excavation landform. Is implemented.
  • the control device 50 causes the bucket 11 to perform a dumping operation and raises the boom 13 so that the bucket 11 moves along the target excavation landform while the arm 12 is being excavated by the operation of the operation device 40. .
  • the bucket control is performed when at least a part of the bucket 11 exists in the bucket control range.
  • the bucket control range is a range of a predetermined distance from the target excavation landform with the target excavation landform as a reference.
  • bucket control is performed when the distance D between the target excavation landform and the bucket 11 is equal to or less than the first threshold value H1.
  • the hydraulic cylinder 20 including the bucket cylinder 21, the arm cylinder 22, and the boom cylinder 23 is operated by a hydraulic system 300.
  • the hydraulic cylinder 20 is operated by at least one of the operating device 40 and the control device 50.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a hydraulic system 300 that operates the bucket cylinder 21.
  • the bucket 11 performs two types of operations, an excavation operation and a dump operation. When the bucket cylinder 21 extends, the bucket 11 excavates, and when the bucket cylinder 21 contracts, the bucket 11 dumps.
  • the hydraulic system 300 includes a variable displacement main hydraulic pump 42 that supplies hydraulic oil to the bucket cylinder 21 via the direction control valve 41, a sub hydraulic pump 43 that supplies pilot oil, an oil passage 44A through which the pilot oil flows, 44B, 44C, oil passages 44A, 44B, control valves 45A, 45B for adjusting the pilot pressure for the direction control valve 41, oil passages 47A, 47B connected to the operating device 40, and oil passages 47A, 47B Pressure sensors 49A, 49B, throttles disposed in the oil passages 47A, 47B, and a control device 50 for controlling the control valves 45A, 45B.
  • Control valves 45A and 45B are electromagnetic proportional control valves.
  • the control valves 45A and 45B are connected to the sub hydraulic pump 43 via an oil passage 44C.
  • the pilot oil sent from the sub hydraulic pump 43 is supplied to the control valves 45A and 45B. Pilot oil sent from the main hydraulic pump 42 and decompressed by the decompression valve may be supplied to the control valves 45A and 45B.
  • the control valves 45 ⁇ / b> A and 45 ⁇ / b> B adjust the pilot pressure with respect to the direction control valve 41 based on a control signal from the control device 50.
  • the control valve 45A adjusts the pilot pressure in the oil passage 44A.
  • the control valve 45B adjusts the pilot pressure in the oil passage 44B.
  • the sub hydraulic pump 43 always supplies pilot oil to the control valves 45A and 45B. Therefore, even if the operating lever of the operating device 40 is in the neutral position, the pilot pressure is always applied to the control valves 45A and 45B.
  • the direction control valve 41 controls the direction in which the hydraulic oil flows and the supply amount of the hydraulic oil.
  • the hydraulic oil supplied from the main hydraulic pump 42 is supplied to the bucket cylinder 21 via the direction control valve 41.
  • the direction control valve 41 switches between supplying hydraulic oil to the cap-side oil chamber 20A of the bucket cylinder 21 and supplying hydraulic oil to the rod-side oil chamber 20B. Further, the direction control valve 41 adjusts the amount of hydraulic oil supplied.
  • the cap side oil chamber 20A is a space between the cylinder head cover and the piston.
  • the rod side oil chamber 20B is a space in which the piston rod is disposed.
  • the operating device 40 is connected to the sub hydraulic pump 43. Pilot oil delivered from the sub hydraulic pump 43 is supplied to the operating device 40. Note that pilot oil sent from the main hydraulic pump 42 and decompressed by the pressure reducing valve may be supplied to the operating device 40.
  • the pressure in the oil passage 47A and the pressure in the oil passage 47B change based on the operation amount of the operating device 40.
  • the pressure in the oil passage 47A is detected by a pressure sensor 49A.
  • the pressure in the oil passage 47B is detected by a pressure sensor 49B.
  • the detection data of the pressure sensors 49A and 49B are output to the control device 50.
  • the control device 50 detects the operation amount and the operation amount of the operation device 40 based on the detection data of the pressure sensors 49A and 49B.
  • the control device 50 outputs a control signal to the control valves 45A and 45B based on the detection data of the pressure sensors 49A and 49B.
  • the control device 50 controls the control valves 45A and 45B based on the detection data of the pressure sensors 49A and 49B so that the pilot pressure corresponding to the operation amount and the operation direction of the operation device 40 acts on the direction control valve 41. . Accordingly, the control device 50 can adjust the pilot pressure based on the operation amount and the operation direction of the operation device 40 to adjust the movement amount and movement speed of the spool in the axial direction.
  • the pressure sensor 49A detects a pressure corresponding to the operation amount of the operation lever.
  • the control device 50 controls the control valve 45A so that the pilot pressure corresponding to the detection data of the pressure sensor 49A acts on the directional control valve 41.
  • the pressure sensor 49B detects a pressure corresponding to the operating amount of the operating lever.
  • the control device 50 controls the control valve 45B so that the pilot pressure corresponding to the detection data of the pressure sensor 49B acts on the direction control valve 41.
  • control device 50 can adjust the pilot pressure acting on the direction control valve 41 by outputting a control signal to the control valves 45A and 45B without depending on the operation of the operation device 40.
  • the control valve 45A and the control valve 45B are controlled based on a control signal related to bucket control output from the control device 50.
  • the control valve 45A and the control valve 45B are controlled based on a control signal output from the control device 50 in order to execute bucket control.
  • the control valve 45A and the control valve 45B are controlled so that the direction control valve 41 is driven based on the pilot pressure adjusted by the operation of the operation device 40.
  • the operation device 40 may be an electric operation device.
  • the operating device 40 may include an operating member such as an electric lever and an operation amount sensor such as a potentiometer inclinometer that electrically detects the amount of tilt of the operating member. Detection data of the operation amount sensor is output to the control device 50.
  • the control device 50 acquires the detection data of the operation amount sensor as the operation amount of the operation device 40.
  • the control device 50 may output a control signal for driving the direction control valve 41 based on the detection data of the operation amount sensor.
  • the direction control valve 41 may be driven by an actuator that operates with electric power such as a solenoid.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a hydraulic system 300 that operates the boom cylinder 23.
  • the hydraulic system 300 that operates the boom cylinder 23 includes a main hydraulic pump 42, a pilot pressure pump 43, a directional control valve 41, an operating device 40 that adjusts a pilot pressure for the directional control valve 41, and an oil passage through which pilot oil flows.
  • the control valve 45C is an electromagnetic proportional control valve.
  • the control valve 45C adjusts the pilot pressure based on a command signal from the control device 50.
  • the control valve 45C adjusts the pilot pressure in the oil passage 44C.
  • pilot pressure corresponding to the operation amount of the operation device 40 acts on the direction control valve 41.
  • the spool of the direction control valve 41 moves according to the pilot pressure. Based on the amount of movement of the spool, the amount of hydraulic oil supplied per unit time supplied from the main hydraulic pump 42 to the boom cylinder 23 via the direction control valve 41 is adjusted.
  • a control valve 45C that operates based on a control signal related to leveling assist control that is output from the control device 50 is provided in the oil passage 44C.
  • the pilot oil sent from the pilot pressure pump 43 flows through the oil passage 44C.
  • the oil passage 44 ⁇ / b> C and the oil passage 44 ⁇ / b> B are connected to the shuttle valve 48.
  • the shuttle valve 48 supplies the directional control valve 41 with pilot oil in the oil passage having the higher pilot pressure in the oil passage 44B and the oil passage 44C.
  • the control valve 45C is controlled based on a control signal output from the control device 50 in order to execute leveling assist control.
  • the control device 50 When the leveling assist control is not executed, the control device 50 does not output a control signal to the control valve 45C so that the direction control valve 41 is driven based on the pilot pressure adjusted by the operation of the operation device 40.
  • the control device 50 closes the oil passage 44 ⁇ / b> C with the control valve 45 ⁇ / b> C so that the directional control valve 41 is driven based on the pilot pressure adjusted by the operation of the operation device 40.
  • the control device 50 controls the control valve 45C so that the direction control valve 41 is driven based on the pilot pressure adjusted by the control valve 45C. For example, when executing leveling assist control that restricts the movement of the boom 13, the control device 50 fully opens the control valve 45C so that the pilot pressure corresponds to the boom target speed. When the pilot pressure in the oil passage 44C becomes larger than the pilot pressure in the oil passage 44B, the pilot oil from the control valve 45C is supplied to the direction control valve 41 via the shuttle valve 48. Thereby, the boom cylinder 23 extends and the boom 13 is raised.
  • the arm 12 performs two types of operations: excavation operation and dump operation.
  • excavation operation When the arm cylinder 22 is extended, the arm 12 is excavated, and when the arm cylinder 22 is contracted, the arm 12 is dumped.
  • a description of the hydraulic system 300 that operates the arm cylinder 22 is omitted.
  • FIG. 6 is a functional block diagram illustrating an example of the control system 200 according to the present embodiment.
  • the control system 200 includes a control device 50 that controls the work machine 1, a position detection device 30, a blade edge position detector 34, an operation device 40, and control valves 45 (45A, 45B, 45C). ), A pressure sensor 46 (46A, 46B), a pressure sensor 49 (49A, 49B), and a target construction data generation device 70.
  • the position detection device 30 including the vehicle body position detector 31, the attitude detector 32, and the azimuth detector 33 detects the absolute position Pg of the upper swing body 2.
  • the absolute position Pg of the upper swing body 2 is appropriately referred to as a vehicle body position Pg.
  • Control valve 45 adjusts the amount of hydraulic oil supplied to hydraulic cylinder 20.
  • the control valve 45 operates based on a control signal from the control device 50.
  • the pressure sensor 46 (46A, 46B) detects the pilot pressure of the oil passage 44 (44A, 44B).
  • the pressure sensor 49 detects the pilot pressure of the oil passage 47 (47A, 47B).
  • the detection data of the pressure sensor 46 and the detection data of the pressure sensor 49 are output to the control device 50.
  • the target construction data generation device 70 includes a computer system.
  • the target construction data generation device 70 generates target construction data indicating the 3D design landform that is the target shape of the construction area.
  • the target construction data indicates a three-dimensional target shape obtained after construction by the work machine 1.
  • the target construction data generation device 70 and the control device 50 may be connected by wire, and the target construction data may be transmitted from the target construction data generation device 70 to the control device 50.
  • the target construction data generation device 70 may include a storage medium that stores the target construction data
  • the control device 50 may include a device that can read the target construction data from the storage medium.
  • the control device 50 includes a vehicle body position data acquisition unit 51, a bucket position data acquisition unit 52, a target excavation landform data acquisition unit 53, a distance data acquisition unit 54, an operation amount data acquisition unit 56, A work implement target speed determination unit 57, an operation determination unit 58, a bucket control determination unit 59, and a control start angle data acquisition unit 60 are included.
  • the control device 50 includes a storage unit 62 that stores specification data of the excavator 100, which is realized by a storage device.
  • the control device 50 includes an input / output unit 63 that constitutes an input / output interface device.
  • the vehicle body position data acquisition unit 51 acquires vehicle body position data indicating the vehicle body position Pg from the position detection device 30 via the input / output unit 63.
  • the vehicle body position detector 31 detects the vehicle body position Pg based on at least one of the installation position P1a and the installation position P1b of the GPS antenna 31.
  • the vehicle body position data acquisition unit 51 acquires vehicle body position data indicating the vehicle body position Pg from the vehicle body position detector 31.
  • the bucket position data acquisition unit 52 acquires bucket position data including the cutting edge position of the bucket 11 from the cutting edge position detector 34 via the input / output unit 56.
  • the bucket position data acquisition unit 52 acquires bucket position data including the cutting edge position that is the relative position of the cutting edge 10 with respect to the reference position Ps of the upper swing body 2 from the cutting edge position detector 34.
  • the target excavation landform data acquisition unit 53 uses the target construction data and the bucket position data supplied from the target construction data generation device 70 and uses the target excavation landform data indicating the target shape of the excavation target corresponding to the position of the bucket 11. Is generated.
  • the distance data acquisition unit 54 determines whether the bucket 11 and the target excavation landform are based on the position of the bucket 11 acquired by the bucket position data acquisition unit 52 and the target excavation landform generated by the target excavation landform data acquisition unit 53.
  • the distance D is calculated, and distance data indicating the distance D is acquired.
  • the distance D between the bucket 11 and the target excavation landform may be the distance between the cutting edge 10 of the bucket 11 and the target excavation landform, and includes the outer peripheral surface of the bucket 11 calculated using the external dimension data of the bucket 11. It may be a distance between an arbitrary position of the bucket 11 and the target excavation landform.
  • the distance D between the bottom surface 17 of the bucket 11 and the target excavation landform may be the distance D between the bucket 11 and the target excavation landform.
  • the operation amount data acquisition unit 56 acquires operation amount data indicating the operation amount of the operation device 40 that operates the work machine 1.
  • the operation amount of the bucket 11, the operation amount of the arm 12, and the operation amount of the boom 13 are correlated with detection data of the pressure sensor 46.
  • Correlation data indicating the correlation between the operation amount of the work machine 1 and the detection data of the pressure sensor 46 is obtained in advance by a preliminary experiment or simulation and stored in the storage unit 62.
  • the operation amount may be acquired by a detection value of an angle sensor such as a potentiometer installed on the lever.
  • the operation amount data acquisition unit 56 operates the bucket 11 from the detection data of the pressure sensors 49A and 49B based on the detection data of the pressure sensors 49A and 49B and the correlation data stored in the storage unit 62. Operation amount data indicating 40 operation amounts is acquired. Similarly, the operation amount data acquisition unit 56 is based on the detection signals (PPC pressure) of the pressure sensors 46A and 46B based on the detection signals of the pressure sensors 46A and 46B and the correlation data stored in the storage unit 62. Operation amount data indicating the operation amount of the operation device 40 for operating at least one of the arm 12 and the boom 13 is acquired.
  • the work machine target speed determination unit 57 determines a work machine speed limit indicating the speed limit of the work machine 1 as a whole based on the distance D between the bucket 11 and the target excavation landform.
  • the speed of the work implement 1 as a whole refers to the actual operating speed of the bucket 11 when the bucket 11, the arm 12, and the boom 13 are driven.
  • the work implement target speed determining unit 57 determines the boom target speed based on the distance D between the bucket 11 and the target excavation landform.
  • the work machine target speed determination unit 57 operates the bucket 11 and the arm 12 based on the work machine speed limit and at least the arm operation amount and the bucket operation amount acquired by the operation amount data acquisition unit 56.
  • the boom target speed is calculated so that the deviation between the overall speed of the work machine 1 and the work machine speed limit is offset.
  • the movement of the bucket 11 and the movement of the arm 12 are based on the operation of the operation device 40 by the operator.
  • the work implement target speed determination unit 57 performs the raising operation so that the blade edge 10 of the bucket 11 moves along the target excavation landform while the bucket 11 and the arm 12 are operated by the operation device 40.
  • the boom target speed of the boom 10 to be determined is determined.
  • the operation determination unit 58 determines that the operation device 40 that operates the bucket 11 is not operated based on bucket operation amount data that indicates the operation amount of the operation device 40 that operates the bucket 11. Non-operation of the operating device 40 that operates the bucket 11 includes a neutral operation in which the bucket 11 does not perform both excavation operation and dump operation. The operation determination unit 58 determines whether or not the bucket operation lever is in the neutral position based on detection data of the pressure sensors 49A and 49B.
  • the bucket control determination unit 59 determines whether a bucket control condition for performing bucket control is satisfied based on the determination of the operation determination unit 58. In the present embodiment, the bucket control determination unit 59 determines whether the bucket control condition is satisfied based on the distance data acquired by the distance data acquisition unit 54 and the determination data of the operation determination unit 58. In the present embodiment, the bucket control condition includes that the operating device 40 for operating the bucket 11 is not operated, the distance D is equal to or less than the first threshold value H1, and the arm 12 is in a driving state.
  • the control start angle data acquisition unit 60 acquires bucket control start angle data indicating the posture of the work implement 1 when it is determined that the bucket control condition is satisfied. That is, the control start angle data acquisition unit 60 obtains the posture data of the work implement 1 at the time when it is determined that the distance D is equal to or less than the first threshold value H1 and the bucket operation lever for operating the bucket 11 is in the neutral position. get.
  • the work machine control unit 61 outputs a control signal for controlling the bucket 11 so that the state of the work machine 1 is maintained in a state where the bucket control condition is satisfied.
  • the work machine control unit 61 outputs a control signal for performing work machine control including leveling assist control and bucket control to the control valves 45A and 45B.
  • the work implement control unit 61 outputs a control signal for controlling the bucket cylinder 21 so that the posture of the work implement 1 is maintained at a constant angle in a state where the bucket control condition is satisfied. Then, bucket control is performed.
  • the work implement control unit 61 in a state where the bucket control condition is satisfied, the posture angle ⁇ 13 of the boom 13, the posture angle ⁇ 12 of the arm 12, and the posture angle ⁇ 11 of the bucket 11 that are the posture of the work implement 1.
  • the target angle of the bucket 11 is determined so that the change in the sum of the posture angle ⁇ 13 of the boom 13 and the posture angle ⁇ 12 of the arm 12 is offset by the posture angle ⁇ 11 of the bucket 11 so that the sum of To output a control signal.
  • the bucket 11 is driven based on the operation of the operation device 40.
  • the work implement control unit 61 causes the boom 13 to move based on the work implement speed limit.
  • a control signal for controlling the boom cylinder 23 that drives the vehicle is output to perform leveling assist control.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining leveling assist control and bucket control according to the present embodiment.
  • a speed limit intervention line SH2 is defined.
  • the speed limit line SH2 is parallel to the target excavation landform and is defined at a position away from the target excavation landform by a distance H2.
  • the distance H2 is a second threshold for the distance D between the bucket 11 and the target excavation landform.
  • the distance H2 is preferably set so that the operator's feeling of operation is not impaired.
  • the distance data acquisition unit 54 acquires a distance D that is the shortest distance between the bucket 11 and the target excavation landform in the normal direction of the target excavation landform.
  • the distance D is defined between the bottom surface of the bucket 11 and the target excavation landform.
  • the work implement target speed determination unit 57 determines a work implement speed limit Vt that is a limit speed for leveling assist of the work implement 1 as a whole according to the distance D.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the relationship between the second threshold value H2 and the distance D and the relationship between the distance D and the work implement speed limit Vt in the present embodiment.
  • the work implement speed limit Vt is not set when the distance D is greater than the second threshold value H2, and is set when the distance D is equal to or less than the second threshold value H2.
  • the work implement speed limit Vt becomes smaller.
  • the work implement speed limit Vt also becomes zero.
  • the speed when the bucket 11 goes from the lower side to the upper side of the target excavation landform is a positive value
  • the speed when the bucket 11 goes from the upper side to the lower side of the target excavation landform is a negative value.
  • the work machine target speed determination unit 57 increases the absolute value of the work machine speed limit Vt as the distance D increases, and decreases the absolute value of the work machine speed limit Vt as the distance D decreases. To decide.
  • the bucket control determination unit 59 determines whether or not the distance D is equal to or less than the first threshold value H1 and the bucket operation lever is neutrally operated. As shown in FIG. 7, the first threshold value H1 for bucket control is smaller than the second threshold value H2 for leveling assist control.
  • the bucket 11 gradually approaches the target excavation landform by the operation of the operation device 40, the distance D between the bucket 11 and the target excavation landform becomes the first threshold value H1 or less, and the operator quits the operation of the bucket operation lever.
  • the bucket control determination unit 59 determines that the bucket control condition is satisfied.
  • the work machine control unit 61 starts bucket control when the distance D becomes equal to or less than the first threshold value H1, and when the operator stops operating the bucket operation lever and the bucket operation lever is neutrally operated.
  • the bucket 11 is driven by at least one of the arm 12 and the boom 13 in a state where the bucket operation lever is disposed at the neutral position.
  • the bucket operation lever is disposed at the neutral position.
  • the bucket for the target excavation landform when the distance D1 becomes equal to or smaller than the first threshold value H1.
  • the target excavation landform relative to the target excavation landform when the bucket manipulation lever is disposed at the neutral position is set.
  • Work implement control including bucket control and leveling assist control is performed so that the angle of the bucket 11 is maintained.
  • bucket control is performed based on the attitude of the work implement 1 in order to maintain the state of the work implement 1.
  • bucket control may be performed so that the relative angle between the bucket 11 and the target excavation landform is maintained.
  • the bucket control may be performed such that the relative angle is maintained by defining a vector based on the shape of the bucket 11 or defining a normal vector with respect to the target excavation landform.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a control method of the excavator 100 according to the present embodiment.
  • Target construction data is supplied from the target construction data generation device 70 to the control device 50.
  • the target excavation landform data acquisition unit 53 acquires the target construction data supplied from the target construction data generation device 70 (step S10).
  • the bucket position data is supplied from the blade edge position detector 34 to the control device 50.
  • the bucket position data acquisition unit 52 acquires bucket position data from the blade edge position detector 34 (step S20).
  • the distance data acquisition unit 54 determines the distance between the bucket 11 and the target excavation landform based on the target excavation landform acquired by the target excavation landform data acquisition unit 53 and the bucket position data acquired by the bucket position data acquisition unit 52. Distance data indicating D is calculated (step S30). Thereby, the distance data between the bucket 11 and the target excavation landform are acquired.
  • the work machine target speed determination unit 57 determines the work machine speed limit Vr based on the distance data. As described with reference to FIG. 8, map data indicating the relationship between the distance D and the work implement speed limit Vr is stored in the storage unit 62. The work machine target speed determination unit 57 determines the work machine speed limit Vr corresponding to the distance D based on the distance data acquired by the distance data acquisition unit 54 and the map data stored in the storage unit 62. .
  • the work machine target speed determination unit 57 performs ground leveling assist control based on the determined work machine speed limit Vr and at least one of the arm operation amount and the bucket operation amount acquired by the operation amount data acquisition unit 56.
  • a boom target speed Vb is calculated.
  • the work implement control unit 61 When the distance D is equal to or less than the second threshold value H2, the work implement control unit 61 outputs a control signal for controlling the boom cylinder 23 to the control valve 45C so that the boom 13 moves based on the boom target speed Vb. (Step S50). Thereby, the leveling assist control is started.
  • the operation amount data acquisition unit 56 acquires operation amount data indicating the operation amount of the operating device 40 that operates the hydraulic cylinder 20 that drives the work machine 1 (step S60).
  • the operation amount data acquisition unit 56 acquires bucket operation amount data indicating at least the operation amount of the bucket operation lever in the operation device 40.
  • the operation amount data acquisition unit 56 can acquire bucket operation amount data of the bucket operation lever based on detection data of the pressure sensors 49A and 49B.
  • the operation determination unit 58 determines whether or not the operation device 40 is operated in a predetermined manner based on the operation amount data acquired by the operation amount data acquisition unit 56. In the present embodiment, the operation determination unit 58 determines whether or not a bucket operation lever that is at least the operation device 40 that operates the bucket 11 among the operation devices 40 is not operated.
  • the bucket control determination unit 59 determines that the bucket operation lever of the controller device 40 is not operated and the distance is based on the distance data acquired in step S30 and the determination data regarding whether or not the bucket operation lever is not operated. It is determined whether or not a bucket control condition in which D is equal to or less than the first threshold value H1 and the arm 12 is in a driving state is satisfied (step S70).
  • step S70 When it is determined in step S70 that the bucket control condition is satisfied (step S70: Yes), the control start angle data acquisition unit 60 determines the attitude of the work implement 1 at the time when it is determined that the bucket control condition is satisfied. Bucket control start angle data is acquired. The work implement control unit 61 determines the bucket control start angle in the bucket control based on the bucket control start angle data acquired by the control start angle data acquisition unit 60 (step S80).
  • the work machine control unit 61 controls at least the bucket cylinder 21 that drives the bucket 11 among the hydraulic cylinders 20 so that the posture of the work machine 1 is maintained at a constant angle in a state where the bucket control condition is satisfied.
  • a control signal is output (step S90).
  • the work machine control unit 61 outputs a control signal to the control valves 45A and 45B for controlling the bucket cylinder 21 to perform bucket control.
  • Step S70 when it is determined that the bucket control condition is not satisfied (Step S70: No), the process returns to Step S10.
  • the hydraulic cylinder 20 is driven based on the operation of the operation device 40 by the operator.
  • bucket control for maintaining the posture of the work machine 1 at a constant angle is automatically started when the bucket control condition in which the operation device 40 is operated in a predetermined manner is satisfied. Is done. Thereby, even if an operator does not perform special operation, the bucket control in which the angle of the bucket 11 with respect to the target excavation landform is maintained at a fixed angle is automatically started.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the effect of the control system 200 according to the present embodiment.
  • the height of the bucket 11 and the attitude angle ⁇ 11 of the bucket 11 are controlled based on the bucket control, and excavation is started.
  • the bucket control is canceled and the bucket angle is adjusted as indicated by the arrow y2.
  • the bucket operation by the operator is performed.
  • excavation is performed based on the bucket control as indicated by an arrow y3.
  • the bucket control is canceled and the bucket angle is adjusted as indicated by an arrow y4.
  • the bucket operation by the operator is performed.
  • the operator only needs to operate the bucket 11 during the initial period of excavation or the final period of excavation.
  • the bucket 11 can maintain the relative angle with the target excavation landform by performing the bucket control even if the operation of the bucket 11 by the operator is not performed. Thereby, operativity and construction accuracy improve.
  • the operating device 40 for operating the bucket 11 is non-operating, the distance D between the bucket 11 and the target excavation landform is not more than the first threshold value H1, and the arm 12 is in the driving state.
  • Bucket control is automatically started when certain bucket control conditions are met. Thereby, even if an operator does not perform special operation, the bucket control in which the angle of the bucket 11 with respect to the target excavation landform is maintained at a fixed angle is automatically started.
  • Bucket control is automatically started when the bucket control lever of the operating device 40 is not operated, the distance D is equal to or less than the first threshold value H1, and the bucket control condition in which the arm 12 is in the drive state is satisfied. Therefore, the bucket control is started at an appropriate timing for finishing excavation.
  • the bucket control is not performed, and the hydraulic cylinder 20 is driven based on the operation of the operation device 40. Therefore, the operation of the operation device 40 by the operator can be reflected in the driving of the bucket 11.
  • bucket control is performed in a state where the angle of the bucket 11 at the time point when it is determined that the bucket control condition is satisfied is maintained. Therefore, the operator can set the angle of the bucket 11 in the bucket control only by returning the bucket operation lever to the neutral position, for example.
  • the operating device 40 is provided in the excavator 100.
  • the operating device 40 may be provided in a remote place away from the excavator 100, and the excavator 100 may be remotely operated.
  • a command signal indicating the operation amount of the work machine 1 is wirelessly transmitted to the excavator 100 from an operation device 40 provided at a remote place.
  • the operation amount data acquisition unit 56 of the control device 50 acquires a command signal indicating the operation amount transmitted wirelessly.
  • the construction machine 100 is the hydraulic excavator 100.
  • the control device 50 and the control method described in the above-described embodiment can be applied to general construction machines having work machines other than the hydraulic excavator 100.
  • GPS antenna 32 ... Attitude detector, 33 ... Direction detection 34 ... Blade position detector 40 ... Operating device 41 ... Direction control valve 42 ... Main hydraulic pump 43 ... Sub hydraulic pump 44A, 44B, 4 C: Oil passage, 45A, 45B, 45C ... Control valve, 46A, 46B ... Pressure sensor, 47A, 47B ... Oil passage, 48 ... Shuttle valve, 49A, 49B ... Pressure sensor, 50 ... Control device, 51 ... Body position data Acquisition unit, 52 ... bucket position data acquisition unit, 53 ... target excavation landform data acquisition unit, 54 ... distance data acquisition unit, 56 ... operation amount data acquisition unit, 57 ... work machine target speed determination unit, 58 ... operation determination unit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 59 ...
  • Bucket control determination part 60 ... Control start angle data acquisition part, 61 ... Work machine control part, 62 ... Memory

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

建設機械の制御装置は、作業機の操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得部と、操作量データに基づいてバケットの非操作状態を判定する操作判定部と、非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定するバケット制御判定部と、バケット制御条件が満たされていると判定された場合作業機の状態が維持されるようにバケットを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、を備える。

Description

建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法
　本発明は、建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法に関する。
　油圧ショベルのような建設機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形に沿ってバケットが移動するように作業機を制御する建設機械が知られている。
国際公開第２０１４／１６７７１８号
　例えば掘削対象を仕上げ掘削する場合、目標掘削地形に対するバケットの角度を一定角度に維持して作業機を駆動することが要望される。一方、バケットの角度が常に一定角度に制御されてしまうと、オペレータによる操作装置の操作がバケットの駆動に反映されず、オペレータに違和感をもたらす。
　本発明の態様は、バケットの角度の制御を適切なタイミングで開始できる建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に従えば、少なくともバケットを含む作業機を備える建設機械の制御装置であって、前記作業機の操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得部と、前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定する操作判定部と、前記非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定するバケット制御判定部と、前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、を備える建設機械の制御装置が提供される。
　本発明の第２の態様に従えば、少なくともバケットを含む作業機を備える建設機械の制御方法であって、前記作業機の操作量を示す操作量データを取得することと、前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定することと、前記非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定することと、前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力することと、を含む建設機械の制御方法が提供される。
　本発明の態様によれば、バケットの角度の制御を適切なタイミングで開始できる建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法が提供される。
図１は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を示す斜視図である。 図２は、本実施形態に係る油圧ショベルの一例を模式的に示す側面図である。 図３は、本実施形態に係る作業機制御に基づいて駆動される作業機の動作の一例を説明するための模式図である。 図４は、本実施形態に係る油圧システムの一例を示す模式図である。 図５は、本実施形態に係る油圧システムの一例を示す模式図である。 図６は、本実施形態に係る制御装置の一例を示す機能ブロック図である。 図７は、本実施形態に係る整地アシスト制御及びバケット制御を説明するための模式図である。 図８は、本実施形態に係る距離と作業機制限速度との関係の一例を示す図である。 図９は、本実施形態に係る油圧ショベルの制御方法の一例を示すフローチャートである。 図１０は、本実施形態に係る制御装置の効果を説明するための模式図である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
［建設機械］
　図１は、本実施形態に係る建設機械１００の一例を示す斜視図である。本実施形態においては、建設機械１００が油圧ショベルである例について説明する。以下の説明においては、建設機械１００を適宜、油圧ショベル１００、と称する。
　図１に示すように、油圧ショベル１００は、油圧により作動する作業機１と、作業機１を支持する車体２と、車体２を支持する走行装置３と、作業機１を操作するための操作装置４０と、作業機１を制御する制御装置５０とを備える。車体２は、走行装置３に支持された状態で旋回軸ＲＸを中心に旋回可能である。車体２は、走行装置３の上に配置される。以下の説明においては、車体２を適宜、上部旋回体２、と称し、走行装置３を適宜、下部走行体３、と称する。
　上部旋回体２は、オペレータが搭乗する運転室４と、エンジン及び油圧ポンプ等が収容される機械室５と、手すり６とを有する。運転室４は、オペレータが着座する運転席４Ｓを有する。機械室５は、運転室４の後方に配置される。手すり６は、機械室５の前方に配置される。
　下部走行体３は、一対の履帯７を有する。履帯７の回転により、油圧ショベル１００が走行する。なお、下部走行体３が車輪（タイヤ）でもよい。
　作業機１は、上部旋回体２に支持される。作業機１は、刃先１０を有するバケット１１と、バケット１１に連結されるアーム１２と、アーム１２に連結されるブーム１３とを有する。バケット１１の刃先１０は、バケット１１に設けられた凸形状の刃の先端部でもよい。バケット１１の刃先１０は、バケット１１に設けられたストレート形状の刃の先端部でもよい。
　バケット１１は、アーム１２の先端部と連結される。アーム１２の基端部は、ブーム１３の先端部と連結される。ブーム１３の基端部は、上部旋回体２と連結される。
　バケット１１とアーム１２とはバケットピンを介して連結される。バケット１１は、回転軸ＡＸ１を中心に回転可能にアーム１２に支持される。アーム１２とブーム１３とはアームピンを介して連結される。アーム１２は、回転軸ＡＸ２を中心に回転可能にブーム１３に支持される。ブーム１３と上部旋回体２とはブームピンを介して連結される。ブーム１３は、回転軸ＡＸ３を中心に回転可能に車体２に支持される。
　回転軸ＡＸ１と、回転軸ＡＸ２と、回転軸ＡＸ３とは、平行である。回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３と、旋回軸ＲＸと平行な軸とは、直交する。以下の説明においては、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の軸方向を適宜、上部旋回体２の車幅方向、と称し、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３及び旋回軸ＲＸの両方と直交する方向を適宜、上部旋回体２の前後方向、と称する。運転席４Ｓに着座したオペレータを基準として作業機１が存在する方向が前方向である。
　なお、バケット１１は、チルトバケットでもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダの作動により、車幅方向にチルト傾斜可能なバケットである。傾斜地において油圧ショベル１００が稼働する場合、バケット１１が車幅方向にチルト傾斜することにより、斜面又は平地を自由に成形又は整地することができる。
　操作装置４０は、運転室４に配置される。操作装置４０は、油圧ショベル１００のオペレータに操作される操作部材を含む。操作部材は、操作レバー又はジョイスティックを含む。操作部材が操作されることにより、作業機１が操作される。
　制御装置５０は、コンピュータシステムを含む。制御装置５０は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）のようなプロセッサと、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）又はＲＡＭ（Random　Access　Memory）のような記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。
　図２は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す側面図である。図１及び図２に示すように、油圧ショベル１００は、作業機１を駆動する油圧シリンダ２０を有する。油圧シリンダ２０は、作動油によって駆動される。油圧シリンダ２０は、バケット１１を駆動するバケットシリンダ２１と、アーム１２を駆動するアームシリンダ２２と、ブーム１３を駆動するブームシリンダ２３とを含む。
　図２に示すように、油圧ショベル１００は、バケットシリンダ２１に配置されたバケットシリンダストロークセンサ１４と、アームシリンダ２２に配置されたアームシリンダストロークセンサ１５と、ブームシリンダ２３に配置されたブームシリンダストロークセンサ１６とを有する。バケットシリンダストロークセンサ１４は、バケットシリンダ２１のストローク長であるバケットシリンダ長を検出する。アームシリンダストロークセンサ１５は、アームシリンダ２２のストローク長であるアームシリンダ長を検出する。ブームシリンダストロークセンサ１６は、ブームシリンダ２３のストローク長であるブームシリンダ長を検出する。
　油圧ショベル１００は、上部旋回体２の位置を検出する位置検出装置３０を備える。位置検出装置３０は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の位置を検出する車体位置検出器３１と、上部旋回体２の姿勢を検出する姿勢検出器３２と、上部旋回体２の方位を検出する方位検出器３３とを含む。
　グローバル座標系（ＸｇＹｇＺｇ座標系）とは、ＧＰＳ（Global　Positioning　System：全地球測位システム）により規定される絶対位置を示す座標系である。ローカル座標系（ＸＹＺ座標系）とは、油圧ショベル１００の上部旋回体２の基準位置Ｐｓとした相対位置を示す座標系である。上部旋回体２の基準位置Ｐｓは、例えば、上部旋回体２の旋回軸ＲＸに設定される。なお、上部旋回体２の基準位置Ｐｓは、回転軸ＡＸ３に設定されてもよい。位置検出装置３０によって、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の３次元位置、水平面に対する上部旋回体２の姿勢角、及び基準方位に対する上部旋回体２の方位が検出される。
　車体位置検出器３１は、ＧＰＳ受信機を含む。車体位置検出器３１は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の３次元位置を検出する。車体位置検出器３１は、上部旋回体２のＸｇ方向の位置、Ｙｇ方向の位置、及びＺｇ方向の位置を検出する。
　上部旋回体２に複数のＧＰＳアンテナ３１Ａが設けられる。ＧＰＳアンテナ３１Ａは、ＧＰＳ衛星から電波を受信して、受信した電波に基づく信号を車体位置検出器３１に出力する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１Ａから供給された信号に基づいて、グローバル座標系で規定されるＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１を検出する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１に基づいて、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。
　車体位置検出器３１は、２つのＧＰＳアンテナ３１Ａのうち一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ａ及び他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ｂのそれぞれを検出する。車体位置検出器３１Ａは、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとに基づいて演算処理を実施して、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇ及び方位を検出する。本実施形態において、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、設置位置Ｐ１ａである。なお、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、設置位置Ｐ１ｂでもよい。
　姿勢検出器３２は、ＩＭＵ（Inertial　Measurement　Unit）を含む。姿勢検出器３２は、上部旋回体２に設けられる。姿勢検出器３２は、運転室４の下部に配置される。姿勢検出器３２は、水平面（ＸｇＹｇ平面）に対する上部旋回体２の姿勢角を検出する。水平面に対する上部旋回体２の姿勢角は、車幅方向における上部旋回体２の姿勢角θａと、前後方向における上部旋回体２の姿勢角θｂと、を含む。
　方位検出器３３は、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ａと他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの設置位置Ｐ１ｂとに基づいて、グローバル座標系で規定される基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する機能を有する。基準方位は、例えば北である。方位検出器３３は、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとに基づいて演算処理を実施して、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。方位検出器３３は、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとを結ぶ直線を算出し、算出した直線と基準方位とがなす姿勢角θｃに基づいて、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。
　なお、方位検出器３３は、位置検出装置３０とは別体でもよい。方位検出器３３は、磁気センサを用いて上部旋回体２の方位を検出してもよい。
　油圧ショベル１００は、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を検出する刃先位置検出器３４を備える。
　本実施形態において、刃先位置検出器３４は、バケットシリンダストロークセンサ１４の検出結果と、アームシリンダストロークセンサ１５の検出結果と、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果と、バケット１１の長さＬ１１と、アーム１２の長さＬ１２と、ブーム１３の長さＬ１３とに基づいて、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を算出する。
　刃先位置検出器３４は、バケットシリンダストロークセンサ１４で検出されたバケットシリンダ長に基づいて、アーム１２に対するバケット１１の刃先１０の姿勢角θ１１を算出する。刃先位置検出器３４は、アームシリンダストロークセンサ１５で検出されたアームシリンダ長に基づいて、ブーム１３に対するアーム１２の姿勢角θ１２を算出する。刃先位置検出器３４は、ブームシリンダストロークセンサ１６で検出されたブームシリンダ長に基づいて、上部旋回体２のＺ軸に対するブーム１３の姿勢角θ１３を算出する。
　バケット１１の長さＬ１１は、バケット１１の刃先１０と回転軸ＡＸ１（バケットピン）との距離である。アーム１２の長さＬ１２は、回転軸ＡＸ１（バケットピン）と回転軸ＡＸ２（アームピン）との距離である。ブーム１３の長さＬ１３は、回転軸ＡＸ２（アームピン）と回転軸ＡＸ３（ブームピン）との距離である。
　刃先位置検出器３４は、姿勢角θ１１、姿勢角θ１２、姿勢角θ１３、長さＬ１１、長さＬ１２、及び長さＬ１３に基づいて、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置を算出する。
　また、刃先位置検出器３４は、位置検出装置３０で検出された上部旋回体２の絶対位置Ｐｇと、上部旋回体２の基準位置Ｐｓと刃先１０との相対位置とに基づいて、刃先１０の絶対位置Ｐｂを算出する。絶対位置Ｐｇと基準位置Ｐｓとの相対位置は、油圧ショベル１００の諸元データから導出される既知データである。したがって、刃先位置検出器３４は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇと、上部旋回体２の基準位置Ｐｓと刃先１０との相対位置と、油圧ショベル１００の諸元データとに基づいて、刃先１０の絶対位置Ｐｂを算出可能である。
　なお、本実施形態においては、姿勢角θ１１，θ１２，θ１３の検出にシリンダストロークセンサ１４，１５，１６が使用されるが、シリンダストロークセンサ１４，１５，１６が使用されなくてもよい。例えば、刃先位置検出器３４は、ポテンショメータ等の角度センサ又は水準器等を使って、バケット１１の姿勢角θ１１、アーム１２の姿勢角θ１２、及びブーム１３の姿勢角θ１３を検出してもよい。
［作業機の動作］
　操作装置４０が操作されることにより、バケット１１のダンプ動作、バケット１１の掘削動作、アーム１２のダンプ動作、アーム１２の掘削動作、ブーム１３の上げ動作、及びブーム１３の下げ動作が実行される。
　本実施形態において、操作装置４０は、運転席４Ｓに着座したオペレータの右側に配置される右操作レバーと、左側に配置される左操作レバーとを含む。右操作レバーが前後方向に動かされると、ブーム１３は下げ動作及び上げ動作を行う。右操作レバーが左右方向（車幅方向）に動かされると、バケット１１は掘削動作及びダンプ動作を行う。左操作レバーが前後方向に動かされると、アーム１２はダンプ動作及び掘削動作を行う。左操作レバーが左右方向に動かされると、上部旋回体２は左旋回及び右旋回する。なお、左操作レバーが前後方向に動かされた場合に上部旋回体２が右旋回及び左旋回し、左操作レバーが左右方向に動かされた場合にアーム１２がダンプ動作及び掘削動作を行ってもよい。
［作業機制御］
　図３は、本実施形態に係る作業機制御に基づいて駆動される作業機２の動作の一例を説明するための模式図である。本実施形態において、作業機制御は、整地アシスト制御及びバケット制御を含む。
　図３に示すように、整地アシスト制御とは、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形に沿ってバケット１１が移動するように作業機１を制御することをいう。目標掘削地形は、面で規定されてもよいし、線で規定されてもよい。整地アシスト制御においては、バケット１１が目標掘削地形を超えないように、ブーム１３が上げ動作するようにブームシリンダ２３が制御される。
　整地アシスト制御においては、バケット１１及びアーム１２は、オペレータによる操作装置４０の操作に基づいて駆動される。ブーム１３は、制御装置５０による制御に基づいて駆動される。
　バケット制御とは、作業機１の状態が一定状態に維持されるように作業機１を制御することをいう。本実施形態において、作業機１の状態は、作業機１の姿勢を含む。作業機１の姿勢は、バケット１１の姿勢角θ１１とアーム１２の姿勢角θ１２とブーム１３の姿勢角θ１３との総和を含む。すなわち、本実施形態において、バケット制御とは、姿勢角θ１１と姿勢角θ１２と姿勢角θ１３との総和を示す作業機１の姿勢が一定角度に維持されるように作業機１を制御することをいう。図３に示すように、バケット制御においては、目標掘削地形に対するバケット１１の角度が一定角度に維持されるように、油圧シリンダ２０が制御される。
　バケット制御においては、アーム１２は、オペレータによる操作装置４０の操作に基づいて駆動される。バケット１１は、制御装置５０による制御に基づいて駆動される。
　図３に示すように、本実施形態においては、バケット１１の刃先１０が目標掘削地形に沿って移動し、且つ、バケット１１の底面１７が目標掘削地形から離れるように、整地アシスト制御及びバケット制御が実施される。
　掘削対象を掘削するときにバケット制御が実施される場合、アーム１２は掘削動作され、バケット１１はダンプ動作される。制御装置５０は、操作装置４０の操作によりアーム１２が掘削動作されている状態で、目標掘削地形に沿ってバケット１１が移動するように、バケット１１をダンプ動作させるとともに、ブーム１３を上げ動作させる。
　本実施形態において、バケット制御は、バケット１１の少なくとも一部がバケット制御範囲に存在するときに実施される。バケット制御範囲とは、目標掘削地形を基準とする、目標掘削地形から所定距離の範囲である。本実施形態においては、目標掘削地形とバケット１１との距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下のときに、バケット制御が実施される。
［油圧システム］
　次に、本実施形態に係る油圧システム３００の一例について説明する。バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームシリンダ２３を含む油圧シリンダ２０は、油圧システム３００により作動する。油圧シリンダ２０は、操作装置４０及び制御装置５０の少なくとも一方により操作される。
　図４は、バケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。バケット１１は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。バケットシリンダ２１が伸びることにより、バケット１１が掘削動作し、バケットシリンダ２１が縮むことにより、バケット１１がダンプ動作する。
　油圧システム３００は、方向制御弁４１を介してバケットシリンダ２１に作動油を供給する可変容量型のメイン油圧ポンプ４２と、パイロット油を供給するサブ油圧ポンプ４３と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、油路４４Ａ，４４Ｂに配置され、方向制御弁４１に対するパイロット圧を調整する制御弁４５Ａ，４５Ｂと、操作装置４０に接続される油路４７Ａ，４７Ｂと、油路４７Ａ，４７Ｂに配置された圧力センサ４９Ａ，４９Ｂと、油路４７Ａ，４７Ｂに配置された絞りと、制御弁４５Ａ，４５Ｂを制御する制御装置５０とを備える。
　制御弁４５Ａ，４５Ｂは、電磁比例制御弁である。制御弁４５Ａ，４５Ｂは、油路４４Ｃを介してサブ油圧ポンプ４３と接続される。サブ油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油は、制御弁４５Ａ，４５Ｂに供給される。なお、メイン油圧ポンプ４２から送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が制御弁４５Ａ，４５Ｂに供給されてもよい。制御弁４５Ａ，４５Ｂは、制御装置５０からの制御信号に基づいて、方向制御弁４１に対するパイロット圧を調整する。制御弁４５Ａは、油路４４Ａのパイロット圧を調整する。制御弁４５Ｂは、油路４４Ｂのパイロット圧を調整する。本実施形態においては、サブ油圧ポンプ４３は、常時、制御弁４５Ａ，４５Ｂにパイロット油を供給する。したがって、操作装置４０の操作レバーが中立位置に存在していても、制御弁４５Ａ，４５Ｂには、常時、パイロット圧が作用する。
　方向制御弁４１は、作動油が流れる方向及び作動油の供給量を制御する。メイン油圧ポンプ４２から供給された作動油は、方向制御弁４１を介して、バケットシリンダ２１に供給される。方向制御弁４１は、バケットシリンダ２１のキャップ側油室２０Ａに対する作動油の供給とロッド側油室２０Ｂに対する作動油の供給とを切り替える。また、方向制御弁４１は、作動油の供給量を調整する。キャップ側油室２０Ａは、シリンダヘッドカバーとピストンとの間の空間である。ロッド側油室２０Ｂは、ピストンロッドが配置される空間である。
　操作装置４０は、サブ油圧ポンプ４３と接続される。サブ油圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が操作装置４０に供給される。なお、メイン油圧ポンプ４２から送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置４０に供給されてもよい。
　操作装置４０が操作されると、操作装置４０の操作量に基づいて、油路４７Ａの圧力及び油路４７Ｂの圧力が変化する。油路４７Ａの圧力は、圧力センサ４９Ａによって検出される。油路４７Ｂの圧力は、圧力センサ４９Ｂによって検出される。
　圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データは、制御装置５０に出力される。制御装置５０は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、操作装置４０の操作量及び操作量を検出する。制御装置５０は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、制御弁４５Ａ，４５Ｂに制御信号を出力する。
　制御装置５０は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、操作装置４０の操作量及び操作方向に応じたパイロット圧が方向制御弁４１に作用するように、制御弁４５Ａ，４５Ｂを制御する。これにより、制御装置５０は、操作装置４０の操作量及び操作方向に基づいてパイロット圧を調整して、軸方向に関するスプールの移動量及び移動速度を調整することができる。
　例えば、操作装置４０の操作レバーが中立位置より一方側に動かされると、圧力センサ４９Ａは、その操作レバーの操作量に応じた圧力を検出する。制御装置５０は、その圧力センサ４９Ａの検出データに応じたパイロット圧が方向制御弁４１に作用するように、制御弁４５Ａを制御する。操作装置４０の操作レバーが中立位置より他方側に動かされると、圧力センサ４９Ｂは、その操作レバーの操作量に応じた圧力を検出する。制御装置５０は、その圧力センサ４９Ｂの検出データに応じたパイロット圧が方向制御弁４１に作用するように、制御弁４５Ｂを制御する。
　また、制御装置５０は、操作装置４０の操作によらずに、制御弁４５Ａ，４５Ｂに制御信号を出力して、方向制御弁４１に作用するパイロット圧を調整することができる。例えば、バケット制御においては、制御装置５０から出力された、バケット制御に関する制御信号に基づいて制御弁４５Ａ及び制御弁４５Ｂが制御される。制御弁４５Ａ及び制御弁４５Ｂは、バケット制御を実行するために制御装置５０から出力された制御信号に基づいて制御される。一方、バケット制御を実行しないとき、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ａ及び制御弁４５Ｂが制御される。
　なお、操作装置４０は、電気方式の操作装置でもよい。例えば、操作装置４０が、電気レバーのような操作部材と、操作部材の傾倒量を電気的に検出するポテンショメータ傾斜計のような作動量センサとを有してもよい。作動量センサの検出データは、制御装置５０に出力される。制御装置５０は、操作装置４０の操作量として、作動量センサの検出データを取得する。制御装置５０は、作動量センサの検出データに基づいて、方向制御弁４１を駆動するための制御信号を出力してもよい。また、方向制御弁４１がソレノイドのような電力で作動するアクチュエータによって駆動されてもよい。
　図５は、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。操作装置４０の操作により、ブーム１３は、上げ動作及び下げ動作の２種類の動作を実行する。ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００は、メイン油圧ポンプ４２と、パイロット圧ポンプ４３と、方向制御弁４１と、方向制御弁４１に対するパイロット圧を調整する操作装置４０と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、油路４４Ｃに配置された制御弁４５Ｃと、油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃに配置された圧力センサ４６Ａ，４６Ｂと、制御弁４５Ｃを制御する制御装置５０とを備える。
　制御弁４５Ｃは、電磁比例制御弁である。制御弁４５Ｃは、制御装置５０からの指令信号に基づいて、パイロット圧を調整する。制御弁４５Ｃは、油路４４Ｃのパイロット圧を調整する。
　操作装置４０が操作されることにより、操作装置４０の操作量に応じたパイロット圧が方向制御弁４１に作用する。方向制御弁４１のスプールは、パイロット圧に応じて移動する。スプールの移動量に基づいて、メイン油圧ポンプ４２から方向制御弁４１を介してブームシリンダ２３に供給される単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。
　本実施形態においては、整地アシスト制御のために、制御装置５０から出力された、整地アシスト制御に関する制御信号に基づいて作動する制御弁４５Ｃが油路４４Ｃに設けられる。油路４４Ｃに、パイロット圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が流れる。油路４４Ｃ及び油路４４Ｂは、シャトル弁４８と接続される。シャトル弁４８は、油路４４Ｂ及び油路４４Ｃのうち、パイロット圧が高い方の油路のパイロット油を、方向制御弁４１に供給する。制御弁４５Ｃは、整地アシスト制御を実行するために制御装置５０から出力された制御信号に基づいて制御される。
　整地アシスト制御を実行しないとき、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御装置５０は、制御弁４５Ｃに制御信号を出力しない。例えば、制御装置５０は、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ｃで油路４４Ｃを閉じる。
　整地アシスト制御を実行するとき、制御装置５０は、制御弁４５Ｃによって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ｃを制御する。例えば、ブーム１３の移動を制限する整地アシスト制御を実行する場合、制御装置５０は、ブーム目標速度に応じたパイロット圧となるように、制御弁４５Ｃを全開状態とする。油路４４Ｃのパイロット圧が油路４４Ｂのパイロット圧より大きくなると、制御弁４５Ｃからのパイロット油がシャトル弁４８を介して方向制御弁４１に供給される。これにより、ブームシリンダ２３が伸び、ブーム１３が上げ動作する。
　アーム１２は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。アームシリンダ２２が伸びることにより、アーム１２が掘削動作し、アームシリンダ２２が縮むことにより、アーム１２がダンプ動作する。アームシリンダ２２を作動する油圧システム３００についての説明は省略する。
［制御システム］
　次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御システム２００について説明する。図６は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す機能ブロック図である。
　図６に示すように、制御システム２００は、作業機１を制御する制御装置５０と、位置検出装置３０と、刃先位置検出器３４と、操作装置４０と、制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ）と、圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）と、圧力センサ４９（４９Ａ，４９Ｂ）と、目標施工データ生成装置７０とを備える。
　上述したように、車体位置検出器３１、姿勢検出器３２、及び方位検出器３３を含む位置検出装置３０は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。以下の説明においては、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを適宜、車体位置Ｐｇ、と称する。
　制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ）は、油圧シリンダ２０に対する作動油の供給量を調整する。制御弁４５は、制御装置５０からの制御信号に基づいて作動する。圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）は、油路４４（４４Ａ，４４Ｂ）のパイロット圧を検出する。圧力センサ４９（４９Ａ，４９Ｂ）は、油路４７（４７Ａ，４７Ｂ）のパイロット圧を検出する。圧力センサ４６の検出データ及び圧力センサ４９の検出データは、制御装置５０に出力される。
　目標施工データ生成装置７０は、コンピュータシステムを含む。目標施工データ生成装置７０は、施工エリアの目標形状である立体設計地形を示す目標施工データを生成する。目標施工データは、作業機１による施工後に得られる３次元の目標形状を示す。
　なお、目標施工データ生成装置７０と制御装置５０とが有線で接続され、目標施工データ生成装置７０から制御装置５０に目標施工データが送信されてもよい。なお、目標施工データ生成装置７０が目標施工データを記憶した記憶媒体を含み、制御装置５０が、その記憶媒体から目標施工データを読み込み可能な装置を有してもよい。
　制御装置５０は、プロセッサで実行される車体位置データ取得部５１と、バケット位置データ取得部５２と、目標掘削地形データ取得部５３と、距離データ取得部５４と、操作量データ取得部５６と、作業機目標速度決定部５７と、操作判定部５８と、バケット制御判定部５９と、制御開始角度データ取得部６０と、を有する。制御装置５０は、記憶装置で実現される、油圧ショベル１００の諸元データを記憶する記憶部６２を含む。制御装置５０は、入出力インターフェース装置を構成する入出力部６３を含む。
　車体位置データ取得部５１は、位置検出装置３０から、入出力部６３を介して、車体位置Ｐｇを示す車体位置データを取得する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１の設置位置Ｐ１ａ及び設置位置Ｐ１ｂの少なくとも一方に基づいて、車体位置Ｐｇを検出する。車体位置データ取得部５１は、車体位置検出器３１から、車体位置Ｐｇを示す車体位置データを取得する。
　バケット位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４から、入出力部５６を介して、バケット１１の刃先位置を含むバケット位置データを取得する。バケット位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４から、上部旋回体２の基準位置Ｐｓに対する刃先１０の相対位置である刃先位置を含むバケット位置データを取得する。目標掘削地形データ取得部５３は、目標施工データ生成装置７０から供給される目標施工データとバケット位置データとを用いて、バケット１１の位置に対応する、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形データを生成する。
　距離データ取得部５４は、バケット位置データ取得部５２で取得されたバケット１１の位置と、目標掘削地形データ取得部５３で生成された目標掘削地形とに基づいて、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄを算出して、距離Ｄを示す距離データを取得する。
　なお、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄは、バケット１１の刃先１０と目標掘削地形との距離でもよいし、バケット１１の外形寸法データを用いて算出された、バケット１１の外周面を含むバケット１１の任意の位置と目標掘削地形との距離でもよい。例えば、バケット１１の底面１７と目標掘削地形との距離が、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄでもよい。
　操作量データ取得部５６は、作業機１を操作する操作装置４０の操作量を示す操作量データを取得する。バケット１１の操作量、アーム１２の操作量、及びブーム１３の操作量は、圧力センサ４６の検出データと相関する。作業機１の操作量と圧力センサ４６の検出データとの相関を示す相関データは、予備実験又はシミュレーションにより事前に求められ、記憶部６２に記憶されている。なお、操作量の取得は、レバーに設置されるポテンショ等の角度センサの検出値でもよい。
　操作量データ取得部５６は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データと、記憶部６２に記憶されている相関データとに基づいて、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データから、バケット１１を操作する操作装置４０の操作量を示す操作量データを取得する。同様に、操作量データ取得部５６は、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号と、記憶部６２に記憶されている相関データとに基づいて、圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号（ＰＰＣ圧）から、アーム１２及びブーム１３の少なくとも一方を操作するための操作装置４０の操作量を示す操作量データを取得する。
　作業機目標速度決定部５７は、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄに基づいて、作業機１全体の制限速度を示す作業機制限速度を決定する。作業機１全体の速度とは、バケット１１、アーム１２、及びブーム１３が駆動したときの、バケット１１の実際の動作速度をいう。また、作業機目標速度決定部５７は、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄに基づいて、ブーム目標速度を決定する。本実施形態において、作業機目標速度決定部５７は、作業機制限速度と、操作量データ取得部５６で取得された少なくともアーム操作量及びバケット操作量に基づいて、バケット１１及びアーム１２の操作に基づく作業機１全体の速度と作業機制限速度との偏差が相殺されるように、ブーム目標速度を算出する。整地アシスト制御においては、バケット１１の動き及びアーム１２の動きは、オペレータによる操作装置４０の操作に基づく。整地アシスト制御において、操作装置４０によりバケット１１及びアーム１２が操作されている状態で、目標掘削地形に沿ってバケット１１の刃先１０が移動するように、作業機目標速度決定部５７は、上げ動作するブーム１０のブーム目標速度を決定する。
　操作判定部５８は、バケット１１を操作する操作装置４０の操作量を示すバケット操作量データに基づいて、バケット１１を操作する操作装置４０が非操作であることを判定する。バケット１１を操作する操作装置４０の非操作は、バケット１１が掘削動作及びダンプ動作の両方を実施しない中立操作を含む。操作判定部５８は、バケット操作レバーが中立位置に存在するか否かを、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、判定する。
　バケット制御判定部５９は、操作判定部５８の判定に基づいて、バケット制御を実施するためのバケット制御条件が満たされているか否かを判定する。本実施形態において、バケット制御判定部５９は、距離データ取得部５４で取得された距離データ及び操作判定部５８の判定データに基づいて、バケット制御条件が満たされているか否かを判定する。本実施形態において、バケット制御条件は、バケット１１を操作するための操作装置４０が非操作であり、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つアーム１２が駆動状態であることを含む。
　制御開始角度データ取得部６０は、バケット制御条件が満たされたと判定されたときの作業機１の姿勢を示すバケット制御開始角度データを取得する。すなわち、制御開始角度データ取得部６０は、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つバケット１１を操作するためのバケット操作レバーが中立位置にあると判定された時点における作業機１の姿勢データを取得する。
　作業機制御部６１は、バケット制御条件が満たされている状態において作業機１の状態が維持されるようにバケット１１を制御する制御信号を出力する。作業機制御部６１は、整地アシスト制御及びバケット制御を含む作業機制御を実施するための制御信号を制御弁４５Ａ，４５Ｂに出力する。本実施形態において、作業機制御部６１は、バケット制御条件が満たされている状態において、作業機１の姿勢が一定角度に維持されるように、バケットシリンダ２１を制御するための制御信号を出力して、バケット制御を実施する。
　本実施形態において、作業機制御部６１は、バケット制御条件が満たされている状態において、作業機１の姿勢であるブーム１３の姿勢角θ１３とアーム１２の姿勢角θ１２とバケット１１の姿勢角θ１１との総和が維持されるように、ブーム１３の姿勢角θ１３とアーム１２の姿勢角θ１２との和の変化分をバケット１１の姿勢角θ１１で相殺するように、バケット１１の目標角度を決定して、制御信号を出力する。
　一方、バケット制御条件が満たされていないと判定されたとき、バケット１１は、操作装置４０の操作に基づいて駆動される。
　また、作業機制御部６１は、距離Ｄが第１閾値Ｈ１よりも大きい第２閾値Ｈ２以下であると判定されたとき、作業機１が作業機制限速度に基づいて移動するように、ブーム１３を駆動するブームシリンダ２３を制御するための制御信号を出力して、整地アシスト制御を実施する。
　図７は、本実施形態に係る整地アシスト制御及びバケット制御を説明するための模式図である。はじめに、整地アシスト制御について説明を行う。図７に示すように、速度制限介入ラインＳＨ２が規定される。速度制限ラインＳＨ２は、目標掘削地形と平行であり、目標掘削地形から距離Ｈ２だけ離れた位置に規定される。距離Ｈ２は、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄについての第２閾値である。距離Ｈ２は、オペレータの操作感が損なわれないように設定されることが望ましい。
　距離データ取得部５４は、目標掘削地形の法線方向におけるバケット１１と目標掘削地形との最短距離である距離Ｄを取得する。図７に示す例では、バケット１１の底面の目標掘削地形との間において距離Ｄが規定される。また、作業機目標速度決定部５７は、距離Ｄに応じて作業機１全体の整地アシストのための制限速度である作業機制限速度Ｖｔを決定する。
　図８は、本実施形態における第２閾値Ｈ２と距離Ｄの関係と、距離Ｄと作業機制限速度Ｖｔとの関係の一例を示す図である。作業機制限速度Ｖｔは、距離Ｄが第２閾値Ｈ２よりも大きいときには設定されず、距離Ｄが第２閾値Ｈ２以下のときに設定される。距離Ｄが小さくなるほど、作業機制限速度Ｖｔは小さくなり、距離Ｄが零になると、作業機制限速度Ｖｔも零になる。本実施形態においては、バケット１１が目標掘削地形の下側から上側に向かうときの速度を正の値とし、バケット１１が目標掘削地形の上側から下側に向かうときの速度を負の値とする。作業機目標速度決定部５７は、距離Ｄが大きいほど作業機制限速度Ｖｔの絶対値が大きくなり、距離Ｄが小さいほど作業機制限速度Ｖｔの絶対値が小さくなるように、作業機制限速度Ｖｔを決定する。
　次に、バケット制御について説明する。バケット制御判定部５９は、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つバケット操作レバーが中立操作されているか否かを判定する。図７に示すように、バケット制御のための第１閾値Ｈ１は、整地アシスト制御のための第２閾値Ｈ２よりも小さい。
　例えば、操作装置４０の操作によりバケット１１が目標掘削地形に徐々に接近し、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下となり、且つ、オペレータがバケット操作レバーの操作を辞めてバケット操作レバーが中立操作された時点において、バケット制御判定部５９は、バケット制御条件が満たされたと判定する。作業機制御部６１は、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下となり、且つ、オペレータがバケット操作レバーの操作をやめてバケット操作レバーが中立操作された時点において、バケット制御を開始する。
　制御装置５０において上述のような整地アシスト制御及びバケット制御が実施されることにより、例えば、バケット操作レバーが中立位置に配置されている状態で、アーム１２及びブーム１３の少なくとも一方の駆動によりバケット１１が目標掘削地形に徐々に接近し、距離Ｄが第１閾値Ｈ１よりも大きい状態から第１閾値Ｈ１以下になったとき、距離Ｄ１が第１閾値Ｈ１以下になった時点における目標掘削地形に対するバケット１１の角度が維持される。
　また、例えば、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下の状態で、バケット操作レバーが操作されている状態から中立位置に配置されたとき、バケット操作レバーが中立位置に配置された時点における目標掘削地形に対するバケット１１の角度が維持されるように、バケット制御及び整地アシスト制御を含む作業機制御が実施される。
　本実施形態においては、作業機１の状態を維持するために、作業機１の姿勢に基づいてバケット制御が実施される。なお、作業機１の状態を維持するために、バケット１１と目標掘削地形との相対角度が維持されるようにバケット制御が実施されてもよい。この場合、バケット１１の形状に基づいてベクトルを規定したり、目標掘削地形に対する法線ベクトルを規定したりすることにより、相対角度が維持されるようにバケット制御が実施されてもよい。
［油圧ショベルの制御方法］
　次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法について、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法を示すフローチャートである。
　目標施工データ生成装置７０から制御装置５０に目標施工データが供給される。目標掘削地形データ取得部５３は、目標施工データ生成装置７０から供給される目標施工データを取得する（ステップＳ１０）。
　刃先位置検出器３４から制御装置５０にバケット位置データが供給される。バケット位置データ取得部５２は、刃先位置検出器３４からバケット位置データを取得する（ステップＳ２０）。
　距離データ取得部５４は、目標掘削地形データ取得部５３で取得された目標掘削地形と、バケット位置データ取得部５２で取得されたバケット位置データとに基づいて、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄを示す距離データを算出する（ステップＳ３０）。これにより、バケット１１と目標掘削地形との距離データが取得される。
　作業機目標速度決定部５７は、距離データに基づいて、作業機制限速度Ｖｒを決定する。図８を参照して説明したような、距離Ｄと作業機制限速度Ｖｒとの関係を示すマップデータが記憶部６２に記憶されている。作業機目標速度決定部５７は、距離データ取得部５４で取得された距離データと、記憶部６２に記憶されているマップデータとに基づいて、距離Ｄに応じた作業機制限速度Ｖｒを決定する。
　作業機目標速度決定部５７は、決定された作業機制限速度Ｖｒと、操作量データ取得部５６で取得されたアーム操作量及びバケット操作量の少なくとも一方とに基づいて、整地アシスト制御するためのブーム目標速度Ｖｂを算出する。
　距離Ｄが第２閾値Ｈ２以下であるとき、作業機制御部６１は、ブーム１３がブーム目標速度Ｖｂに基づいて移動するように、ブームシリンダ２３を制御するための制御信号を制御弁４５Ｃに出力する（ステップＳ５０）。これにより、整地アシスト制御が開始される。
　操作量データ取得部５６は、作業機１を駆動する油圧シリンダ２０を操作する操作装置４０の操作量を示す操作量データを取得する（ステップＳ６０）。本実施形態において、操作量データ取得部５６は、操作装置４０のうち少なくともバケット操作レバーの操作量を示すバケット操作量データを取得する。操作量データ取得部５６は、圧力センサ４９Ａ，４９Ｂの検出データに基づいて、バケット操作レバーのバケット操作量データを取得することができる。
　操作判定部５８は、操作量データ取得部５６で取得された操作量データに基づいて、操作装置４０が所定操作されているか否かを判定する。本実施形態において、操作判定部５８は、操作装置４０のうち少なくともバケット１１を操作する操作装置４０であるバケット操作レバーが非操作であるか否かを判定する。
　バケット制御判定部５９は、ステップＳ３０で取得された距離データと、バケット操作レバーが非操作であるか否かについての判定データとに基づいて、操作装置４０のバケット操作レバーが非操作であり距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つアーム１２が駆動状態であるバケット制御条件が満たされているか否かを判定する（ステップＳ７０）。
　ステップＳ７０において、バケット制御条件が満たされていると判定されたとき（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、制御開始角度データ取得部６０は、バケット制御条件が満たされたと判定された時点における作業機１の姿勢を示すバケット制御開始角度データを取得する。作業機制御部６１は、制御開始角度データ取得部６０で取得されたバケット制御開始角度データに基づいて、バケット制御におけるバケット制御開始角度を決定する（ステップＳ８０）。
　作業機制御部６１は、バケット制御条件が満たされている状態において、作業機１の姿勢が一定角度に維持されるように、油圧シリンダ２０のうち少なくともバケット１１を駆動するバケットシリンダ２１を制御するための制御信号を出力する（ステップＳ９０）。本実施形態においては、作業機制御部６１は、バケットシリンダ２１を制御するための制御弁４５Ａ，４５Ｂに制御信号を出力して、バケット制御を実施する。
　なお、ステップＳ７０において、バケット制御条件が満たされていないと判定されたとき（ステップＳ７０：Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻る。油圧シリンダ２０は、オペレータによる操作装置４０の操作に基づいて駆動される。
［作用及び効果］
　以上説明したように、本実施形態によれば、操作装置４０が所定操作されているバケット制御条件が満たされているとき、作業機１の姿勢を一定角度に維持するバケット制御が自動的に開始される。これにより、オペレータが特別な操作を実施しなくても、目標掘削地形に対するバケット１１の角度が一定角度に維持されるバケット制御が自動的に開始される。
　図１０は、本実施形態に係る制御システム２００の効果を説明するための模式図である。図１０に示すように、バケット制御の開始直後においては、矢印ｙ１で示すように、バケット制御に基づいて、バケット１１の高さ及びバケット１１の姿勢角θ１１の制御が行われ、掘削が開始される。次に、オペレータが必要に応じてバケット操作することにより、バケット制御が解除され、矢印ｙ２で示すように、バケット角度が調整される。例えば、オペレータが目標掘削地形とバケット１１の底面１７とを正対したい場合、オペレータによるバケット操作が実施される。次に、オペレータによるバケット操作が解除されることにより、矢印ｙ３で示すように、バケット制御に基づいて掘削が実施される。最後に、オペレータがバケット操作することにより、バケット制御が解除され、矢印ｙ４で示すように、バケット角度が調整される。例えば、オペレータがバケット１１による掬い込みを実施したい場合、オペレータによるバケット操作が実施される。このように、オペレータは、掘削の初期期間又は掘削の終期期間だけ、バケット１１の操作を行えばよい。掘削精度が必要な期間においては、オペレータによるバケット１１の操作が実施されなくても、バケット制御が実施されることにより、バケット１１は目標掘削地形との相対角度を維持することができる。これにより、操作性及び施工精度が向上する。
　また、本実施形態によれば、バケット１１を操作するための操作装置４０が非操作であり、バケット１１と目標掘削地形との距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つアーム１２が駆動状態であるバケット制御条件が満たされているとき、バケット制御が自動的に開始される。これにより、オペレータが特別な操作を実施しなくても、目標掘削地形に対するバケット１１の角度が一定角度に維持されるバケット制御が自動的に開始される。
　操作装置４０のバケット操作レバーが非操作であり、距離Ｄが第１閾値Ｈ１以下であり且つアーム１２が駆動状態であるバケット制御条件が満たされているときにバケット制御が自動的に開始されるため、バケット制御は、仕上げ掘削するために適切なタイミングで開始される。
　また、バケット制御条件が満たされないと判定されたとき、バケット制御は実施されず、油圧シリンダ２０は、操作装置４０の操作に基づいて駆動される。したがって、オペレータによる操作装置４０の操作をバケット１１の駆動に反映させることができる。
　また、バケット制御条件が満たされたと判定された時点におけるバケット１１の角度が維持された状態で、バケット制御が実施される。したがって、オペレータは、例えばバケット操作レバーを中立位置に戻すだけで、バケット制御におけるバケット１１の角度を設定することができる。
　なお、上述の実施形態においては、操作装置４０が油圧ショベル１００に設けられることとした。操作装置４０が油圧ショベル１００から離れた遠隔地に設けられ、油圧ショベル１００が遠隔操作されてもよい。作業機１が遠隔操作される場合、遠隔地に設けられた操作装置４０から作業機１の操作量を示す指令信号が油圧ショベル１００に無線送信される。制御装置５０の操作量データ取得部５６は、無線送信された操作量を示す指令信号を取得する。
　なお、上述の実施形態においては、建設機械１００が油圧ショベル１００であることとした。上述の実施形態で説明した制御装置５０及び制御方法は、油圧ショベル１００以外にも、作業機を有する建設機械全般に適用可能である。
　１…作業機、２…車体（上部旋回体）、３…走行装置（下部走行体）、４…運転室、４Ｓ…運転席、５…機械室、６…手すり、７…履帯、１０…刃先、１１…バケット、１２…アーム、１３…ブーム、１４…バケットシリンダストロークセンサ、１５…アームシリンダストロークセンサ、１６…ブームシリンダストロークセンサ、１７…底面、２０…油圧シリンダ、２０Ａ…キャップ側油室、２０Ｂ…ロッド側油室、２１…バケットシリンダ、２２…アームシリンダ、２３…ブームシリンダ、３０…位置検出装置、３１…車体位置検出器、３１Ａ…ＧＰＳアンテナ、３２…姿勢検出器、３３…方位検出器、３４…刃先位置検出器、４０…操作装置、４１…方向制御弁、４２…メイン油圧ポンプ、４３…サブ油圧ポンプ、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ…油路、４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ…制御弁、４６Ａ，４６Ｂ…圧力センサ、４７Ａ，４７Ｂ…油路、４８…シャトル弁、４９Ａ，４９Ｂ…圧力センサ、５０…制御装置、５１…車体位置データ取得部、５２…バケット位置データ取得部、５３…目標掘削地形データ取得部、５４…距離データ取得部、５６…操作量データ取得部、５７…作業機目標速度決定部、５８…操作判定部、５９…バケット制御判定部、６０…制御開始角度データ取得部、６１…作業機制御部、６２…記憶部、６３…入出力部、７０…目標施工データ生成装置、１００…油圧ショベル（建設機械）、２００…制御装置、３００…油圧システム、ＡＸ１…回転軸、ＡＸ２…回転軸、ＡＸ３…回転軸、Ｌ１１…長さ、Ｌ１２…長さ、Ｌ１３…長さ、Ｐｂ…刃先の絶対位置、Ｐｇ…車体の絶対位置、ＲＸ…旋回軸、θ１１…姿勢角、θ１２…姿勢角、θ１３…姿勢角。

Claims (7)

  1. 　少なくともバケットを含む作業機を備える建設機械の制御装置であって、
    　前記作業機の操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得部と、
    　前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定する操作判定部と、
    　前記非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定するバケット制御判定部と、
    　前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、
    を備える建設機械の制御装置。
  2. 　前記作業機は、ブーム及びアームを更に含み、
    　前記バケット制御条件が満たされている状態において維持される前記作業機の状態は、前記作業機の姿勢である、
    請求項１に記載の建設機械の制御装置。
  3. 　前記バケット制御条件が満たされたと判定されたときの前記作業機の姿勢を示すバケット制御開始角度データを取得する制御開始角度データ取得部を備え、
    　前記作業機制御部は、前記バケット制御条件が満たされている状態において前記作業機の姿勢が前記バケット制御開始角度に維持されるように前記バケットの角度を制御する制御信号を出力する、
    請求項２に記載の建設機械の制御装置。
  4. 　前記バケットと目標掘削地形との距離を示す距離データを取得する距離データ取得部を備え、
    　前記バケット制御条件は、前記距離が第１閾値以下であり且つ前記アームが駆動状態であることを含む、
    請求項３に記載の建設機械の制御装置。
  5. 　前記距離に基づいて前記作業機の制限速度を決定する作業機目標速度決定部を備え、
    　前記作業機制御部は、前記距離が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以下であると判定されたとき、前記作業機が前記制限速度に基づいて移動するように前記ブームを制御する制御信号を出力する、
    請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の建設機械の制御装置。
  6. 　前記バケット制御条件が満たされていないと判定されたとき、前記作業機は、前記操作装置の操作に基づいて駆動される、
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の建設機械の制御装置。
  7. 　少なくともバケットを含む作業機を備える建設機械の制御方法であって、
    　前記作業機の操作量を示す操作量データを取得することと、
    　前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定することと、
    　前記非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定することと、
    　前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力することと、
    を含む建設機械の制御方法。
PCT/JP2016/085455 2016-11-29 2016-11-29 建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法 WO2017086488A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/516,778 US10584463B2 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Control device for construction machine and method of controlling construction machine
DE112016000156.8T DE112016000156B4 (de) 2016-11-29 2016-11-29 Steuervorrichtung für eine Baumaschine und Verfahren zur Steuerung einer Baumaschine
CN201680003243.8A CN107109818A (zh) 2016-11-29 2016-11-29 工程机械的控制装置及工程机械的控制方法
KR1020177010635A KR101907938B1 (ko) 2016-11-29 2016-11-29 건설 기계의 제어 장치 및 건설 기계의 제어 방법
PCT/JP2016/085455 WO2017086488A1 (ja) 2016-11-29 2016-11-29 建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法
JP2016572610A JP6271771B2 (ja) 2016-11-29 2016-11-29 建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/085455 WO2017086488A1 (ja) 2016-11-29 2016-11-29 建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017086488A1 true WO2017086488A1 (ja) 2017-05-26

Family

ID=58717443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/085455 WO2017086488A1 (ja) 2016-11-29 2016-11-29 建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10584463B2 (ja)
JP (1) JP6271771B2 (ja)
KR (1) KR101907938B1 (ja)
CN (1) CN107109818A (ja)
DE (1) DE112016000156B4 (ja)
WO (1) WO2017086488A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200081376A (ko) * 2017-11-10 2020-07-07 스미토모 겐키 가부시키가이샤 쇼벨
WO2020194878A1 (ja) 2019-03-26 2020-10-01 日立建機株式会社 作業機械
JP2021050494A (ja) * 2019-09-24 2021-04-01 日立建機株式会社 作業機械
WO2022163168A1 (ja) 2021-01-29 2022-08-04 日立建機株式会社 作業機械

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3571562A4 (en) 2017-01-23 2020-12-02 Built Robotics Inc. EXCAVATION OF SOIL FROM AN EXCAVATION SITE USING AN EXCAVATION VEHICLE
US11408150B2 (en) * 2017-04-27 2022-08-09 Komatsu Ltd. Control system for work vehicle, method, and work vehicle
JP6807293B2 (ja) * 2017-09-26 2021-01-06 日立建機株式会社 作業機械
JP7049884B2 (ja) * 2018-03-28 2022-04-07 株式会社小松製作所 作業車両の制御システム、方法、及び作業車両
CN109736374A (zh) * 2019-01-25 2019-05-10 北京百度网讯科技有限公司 用于控制设备的方法和装置
DE102022203960A1 (de) 2022-04-25 2023-10-26 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Verbesserung der Planierwinkelregelung einer Arbeitsmaschine
CN115450278B (zh) * 2022-09-16 2023-09-22 江苏电子信息职业学院 一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002167794A (ja) * 2000-12-04 2002-06-11 Hitachi Constr Mach Co Ltd 油圧ショベルのフロント制御装置
WO2016148311A1 (ja) * 2016-04-08 2016-09-22 株式会社小松製作所 作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2883077A (en) * 1956-02-23 1959-04-21 John S Pilch Bucket control for loader or the like
US4844685A (en) * 1986-09-03 1989-07-04 Clark Equipment Company Electronic bucket positioning and control system
JPH0791842B2 (ja) * 1988-01-18 1995-10-09 株式会社小松製作所 バケットレベラ装置
WO1990001586A1 (en) * 1988-08-02 1990-02-22 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Method and apparatus for controlling working units of power shovel
US5688101A (en) * 1995-04-29 1997-11-18 Samsung Heavy Industries, Co., Ltd. Working unit of construction equipment with attachment self leveling function
EP0801174A1 (en) * 1995-11-23 1997-10-15 Samsung Heavy Industries Co., Ltd Device and process for controlling the automatic operations of power excavators
US6098322A (en) 1996-12-12 2000-08-08 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd. Control device of construction machine
FR2822483B1 (fr) * 2001-03-22 2003-07-18 Volvo Compact Equipment Sa Engin de travaux publics du type chargeuse
CA2458979C (en) 2001-08-31 2010-09-28 George Danko Coordinated joint motion control system
US6763619B2 (en) * 2002-10-31 2004-07-20 Deere & Company Automatic loader bucket orientation control
US7993091B2 (en) * 2003-07-30 2011-08-09 Komatsu Ltd. Working machine
WO2005024144A1 (ja) 2003-09-02 2005-03-17 Komatsu Ltd. 施工目標指示装置
US7059422B2 (en) * 2004-04-26 2006-06-13 Bobby Gene Burgin Self-orienting loader bucket mechanism
US7222444B2 (en) * 2004-10-21 2007-05-29 Deere & Company Coordinated linkage system for a work vehicle
US8500387B2 (en) * 2007-06-15 2013-08-06 Deere & Company Electronic parallel lift and return to carry or float on a backhoe loader
US7949449B2 (en) 2007-12-19 2011-05-24 Caterpillar Inc. Constant work tool angle control
KR101542470B1 (ko) * 2011-03-24 2015-08-06 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 작업기 제어 시스템, 건설 기계 및 작업기 제어 방법
US20120315120A1 (en) * 2011-06-08 2012-12-13 Hyder Jarrod Work machine
US8886415B2 (en) * 2011-06-16 2014-11-11 Caterpillar Inc. System implementing parallel lift for range of angles
CN104246081B (zh) * 2012-06-08 2018-05-22 住友重机械工业株式会社 挖土机的控制方法及控制装置
JP2014025313A (ja) * 2012-07-30 2014-02-06 Kubota Corp フロントローダ
DE112012006937B4 (de) * 2012-09-25 2025-01-16 Volvo Construction Equipment Ab Automatisches Planiersystem für Baumaschine und Verfahren zum Steuern desselben
US9464406B2 (en) 2013-04-12 2016-10-11 Komatsu Ltd. Control system for construction machine and control method
US9238899B2 (en) * 2014-03-27 2016-01-19 Kubota Corporation Front loader
US20150275469A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Caterpillar Inc. Lift Arm and Coupler Control System
US9677251B2 (en) * 2014-06-02 2017-06-13 Komatsu Ltd. Construction machine control system, construction machine, and method of controlling construction machine
US20170121930A1 (en) 2014-06-02 2017-05-04 Komatsu Ltd. Construction machine control system, construction machine, and method of controlling construction machine
EP2987399B1 (en) * 2014-08-22 2021-07-21 John Deere Forestry Oy Method and system for orienting a tool
WO2015129932A1 (ja) * 2015-03-25 2015-09-03 株式会社小松製作所 ホイールローダ
JP6591531B2 (ja) * 2015-03-27 2019-10-16 住友建機株式会社 ショベル
US10161112B2 (en) * 2015-05-22 2018-12-25 Philip Paull Valve systems and method for enhanced grading control
US9796571B2 (en) * 2015-08-06 2017-10-24 Cnh Industrial America Llc Work vehicle with improved implement position control and self-leveling functionality
JP6532797B2 (ja) * 2015-10-08 2019-06-19 日立建機株式会社 建設機械
US9752336B2 (en) * 2016-02-09 2017-09-05 Caterpillar Inc. Systems and methods for controlling an implement of a machine utilizing an orientation leveling system
AU2017202252B2 (en) * 2016-04-15 2021-04-08 Joy Global Surface Mining Inc Automatic tilt control

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002167794A (ja) * 2000-12-04 2002-06-11 Hitachi Constr Mach Co Ltd 油圧ショベルのフロント制御装置
WO2016148311A1 (ja) * 2016-04-08 2016-09-22 株式会社小松製作所 作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200081376A (ko) * 2017-11-10 2020-07-07 스미토모 겐키 가부시키가이샤 쇼벨
KR102532283B1 (ko) 2017-11-10 2023-05-11 스미토모 겐키 가부시키가이샤 쇼벨
EP3951070A4 (en) * 2019-03-26 2023-01-11 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Work machine
WO2020194878A1 (ja) 2019-03-26 2020-10-01 日立建機株式会社 作業機械
KR20210032470A (ko) 2019-03-26 2021-03-24 히다찌 겐끼 가부시키가이샤 작업 기계
JP2021050494A (ja) * 2019-09-24 2021-04-01 日立建機株式会社 作業機械
KR20210115007A (ko) 2019-09-24 2021-09-24 히다찌 겐끼 가부시키가이샤 작업 기계
WO2021060302A1 (ja) 2019-09-24 2021-04-01 日立建機株式会社 作業機械
JP7295759B2 (ja) 2019-09-24 2023-06-21 日立建機株式会社 作業機械
EP4036318A4 (en) * 2019-09-24 2023-10-18 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Work machine
US12077933B2 (en) 2019-09-24 2024-09-03 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Work machine
WO2022163168A1 (ja) 2021-01-29 2022-08-04 日立建機株式会社 作業機械
KR20230042730A (ko) 2021-01-29 2023-03-29 히다찌 겐끼 가부시키가이샤 작업 기계

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180062967A (ko) 2018-06-11
US10584463B2 (en) 2020-03-10
JPWO2017086488A1 (ja) 2017-11-16
CN107109818A (zh) 2017-08-29
JP6271771B2 (ja) 2018-01-31
KR101907938B1 (ko) 2018-10-15
US20180230672A1 (en) 2018-08-16
DE112016000156T8 (de) 2017-11-02
DE112016000156B4 (de) 2021-12-30
DE112016000156T5 (de) 2017-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6271771B2 (ja) 建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法
JP5947477B1 (ja) 作業機械の制御装置、作業機械、及び作業機械の制御方法
KR101839467B1 (ko) 건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법
JP5856685B1 (ja) 建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法
US10443214B2 (en) Control system for work vehicle, control method, and work vehicle
KR101838121B1 (ko) 건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법
JP6867398B2 (ja) 作業機械の制御システム及び作業機械の制御方法
JP5864775B2 (ja) 作業車両
JP7129907B2 (ja) 建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法
WO2015186180A1 (ja) 建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法
WO2012127914A1 (ja) 掘削制御システム
CN106460363B (zh) 作业机械的控制系统、作业机械以及作业机械的控制方法
WO2020044711A1 (ja) 作業機械
WO2018123470A1 (ja) 建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法
JP6781067B2 (ja) 建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016572610

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15516778

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20177010635

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112016000156

Country of ref document: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16866488

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16866488

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1