JP2018003388A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】目標面が複数ある場合に、適切な作業機の減速制御を行う作業機械を提供すること。
【解決手段】制御対象の目標面Ａ上およびその上方の領域内で作業装置１Ａが動くように、油圧アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃに操作信号を出力する領域制限制御を実行する制御ユニット９を備える作業機械において、制御ユニット９は、バケット１ｃの先端（第１基準点）Ｐ１とバケット１ｃの後端（第２基準点）Ｑ１の動作平面における位置を算出する位置演算部２１と、動作平面における第１基準点Ｐ１及び第２基準点Ｑ１から制御対象の目標面Ａまでの距離ＰＣ１，ＱＣ１をそれぞれ算出する第１距離演算部２２とを備える。制御ユニット９は、領域制限制御中に距離ＰＣ１，ＱＣ１のうち小さい方の距離が閾値Ｔ１以下のとき、操作レバー装置４から出力される操作信号を、当該操作信号の対象の油圧アクチュエータ３ｂの動作速度が低減するように補正する。
【選択図】 図１５

Description

本発明は作業機械に関する。

油圧ショベルにおいて、ブーム、アーム、バケットといった作業機（以下では「フロント作業機」とも称する）はそれぞれ回動可能に支持されているため、単独で動かしたときバケット先端は円弧上の軌跡を描く。そのため、例えばアームを引く動作によってバケット先端で直線状の仕上げ面を形成する場合においては、オペレータはブーム、アーム、バケットを複合的に駆動させバケット先端の軌跡を直線状にする必要があるため、オペレータには熟練した技術が要求される。

そこで、コンピュータ（コントローラ）により自動または半自動でアクチュエータの駆動を制御する機能（マシンコントロールと呼称する）を掘削作業に適用し、掘削動作時（アーム又はバケット動作時）に目標面に沿ってバケットの先端を移動させる技術がある。この種の技術としては、オペレータ操作による掘削動作中に自動的にブームシリンダを制御してブーム上げ動作を適宜加え、バケット先端位置を目標面上に制限するものが知られている。

目標面の形状は、単独平面として設定されるとは限らず、複数の目標面が連なって設定される場合もある。特許文献１には、掘削作業の目標形状が２点で定義される少なくとも１つの線分で定義されているとき、その少なくとも１つの線分を規定する複数の点のいずれかに作業装置の先端が近づいたとき、複数の油圧アクチュエータの少なくとも一つの動作を低減するように操作信号を補正する技術が記載されている。

特開２０１６−３４４２号公報

特許文献１では、作業機の制御対象は、作業機先端としている。そして、目標面（線分）を定義する点の１つと、作業機先端の距離に応じて、作業機を減速している。

しかし、作業機先端であるバケットの姿勢によっては、バケットの先端（爪先）ではなく、バケット上の他の点（例えば、バケット底面部においてバケット先端と反対側の点であるバケットの後端）が目標面に最も近づく場合がある。この場合には特許文献１の技術では適切な制御とならず、当該他の点（例えば、バケットの後端）が目標面へ侵入する可能性がある。

本発明の目的は、目標面が複数ある場合に、適切な作業機の減速制御を行う作業機械を提供することにある。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数の被駆動部材を連結して構成され、所定の動作平面上で動作する多関節型の作業装置と、操作信号を基に前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータのうち操作者の所望する油圧アクチュエータに前記操作信号を出力する操作装置と、制御対象の目標面上およびその上方の領域内で前記作業装置が動くように、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに前記操作信号を出力、又は前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに出力された前記操作信号を補正する領域制限制御を実行する制御装置とを備える作業機械において、前記制御装置は、前記動作平面上で異なる角度で接続し、前記制御対象の目標面となり得る２つの線分と、前記２つの線分の交点である変曲点の前記動作平面における位置と、前記作業装置の先端部分に設定された第１基準点及び第２基準点が記憶された記憶装置と、前記作業装置の姿勢を基に、前記動作平面における前記第１基準点及び前記第２基準点の位置を算出する位置演算部と、前記動作平面における前記第１基準点及び前記第２基準点から前記制御対象の目標面までの距離をそれぞれ算出する第１距離演算部とを備え、前記制御装置は、前記第１基準点及び前記第２基準点から前記制御対象の目標面までの距離のうち小さい方の距離が閾値以下のとき、前記操作装置から出力される操作信号を、当該操作信号の対象の油圧アクチュエータの動作速度が低減するように補正するものとする。

本発明によれば、目標面が複数ある場合にも適切な減速制御が実施され、作業機の目標面への侵入を防止できる。

本発明の実施形態による油圧ショベルの掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図である。 本発明が適用される油圧ショベルの外観を示す図である。 制御ユニットの制御機能を示す機能ブロック図である。 フロント作業装置１Ａの位置・姿勢の演算のための説明図である。 制御点速度の制限値ａと設定領域の境界Ｌからの距離Ｄとの関係を示す図である。 制御ユニットのハードウェア構成図である。 バケットと変曲点の位置関係の一例を示す図である。 バケットと変曲点の位置関係の一例を示す図である。 アームシリンダ目標速度演算部９ｚによる減速処理のフローチャートである。 目標面角度の概念図である。 変曲点との距離と減速係数の関係の一例を示す図である。 変曲点との距離と減速係数の関係の一例を示す図である。 変曲点での角度変化量と減速係数の関係の一例を示す図である。 変曲点での角度変化量と減速係数の関係の一例を示す図である。 アームシリンダ目標速度演算部９ｚの制御機能を示す機能ブロック図である。 目標面に対する制御点の位置と垂直成分ｂｙの組み合わせごとのブームによる制御点速度の垂直成分ｃの違いを示す図である。 変曲点近傍の距離Ｒ１未満で上限値Ｌａが制限値ａより小さくなるように減速係数Ｋを設定した場合の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下では、作業機の先端のアタッチメントとしてバケット１ｃを備える油圧ショベルを例示するが、バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルで本発明を適用しても構わない。さらに、複数の被駆動部材を連結して構成され、所定の動作平面上で動作する多関節型の作業装置を有するものであれば油圧ショベル以外の作業機械への適用も可能である。

また、以下の説明では、同一の構成要素が複数存在する場合、符号（数字）の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば、３つのポンプ３００ａ、３００ｂ、３００ｃが存在するとき、これらをまとめてポンプ３００と表記することがある。

図１において、本発明が適用される油圧ショベルは、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２からの作動油により駆動されるブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ、３ｆを含む複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆのそれぞれに対応して設けられた複数の操作レバー装置（操作装置）４ａ〜４ｆと、油圧ポンプ２と複数の油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆ間に接続され、操作レバー装置４ａ〜４ｆの操作量及び操作方向に応じて出力される操作信号によって制御され、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆに供給される作動油の流量及び方向を制御する複数の流量制御弁５ａ〜５ｆと、油圧ポンプ２と流量制御弁５ａ〜５ｆの間の圧力が設定値以上になった場合に開くリリーフ弁６とを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を駆動する油圧駆動装置を構成している。

油圧ショベルは、図２に示すように、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃ）を連結して構成された多関節型のフロント作業装置１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅからなる車体１Ｂとで構成され、フロント作業装置１Ａのブーム１ａの基端は上部旋回体１ｄの前部に支持されている。ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅはそれぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ、３ｆによりそれぞれ駆動される被駆動部材を構成する。

ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃは、幅方向でフロント作業装置１Ａと直交する平面上で動作し、以下ではこの平面を動作平面と称することがある。動作平面は、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃの回動軸に直交する平面であり、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃの幅方向の中心に設定することができる。

ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ、３ｆの動作は、各アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆに供給される作動油の方向及び流量を制御する流量制御弁５ａ〜５ｆの油圧駆動部５０ａ〜５５ｂに入力される操作信号（パイロット圧）によって指示される。操作信号は、操作レバー装置４ａ〜４ｆを介して出力されるものと、パイロットポンプ４３から電磁比例弁１０ａを介して出力されるものがある。

また、操作レバー装置４ａ〜４ｆは油圧パイロット方式であり、それぞれオペレータにより操作される操作レバー４ａ〜４ｆの操作量に応じたパイロット圧を操作信号として、パイロットライン４４ａ〜４９ｂを介して操作方向に対応する流量制御弁５ａ〜５ｆの油圧駆動部５０ａ〜５５ｂに供給し、これら流量制御弁を駆動する。

本実施例の油圧ショベルには、オペレータの掘削操作を補助する制御システムが備えられている。具体的には、操作レバー装置４ｂ，４ｃを介して掘削操作（具体的には、アームクラウド、バケットクラウドまたはバケットダンプの指示）が入力された場合、作業機１Ａの先端部分に設定された制御点と目標面の位置関係を基に、制御点の位置が目標面上及びその上方の領域内に保持され、目標面下方に侵入しないように油圧アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃの少なくとも１つを強制的に動作させる制御（例えば、ブームシリンダ３ａを伸ばして強制的にブーム上げ動作を行う）を実行する掘削制御システムが備えられている。本稿ではこの制御を「領域制限制御」や「マシンコントロール」と称することがある。この制御により制御点が目標面下方に侵入することが防止されるので、オペレータの技量の程度に関わらず目標面に沿った掘削が可能となる。

本実施形態では、領域制限制御に係る制御点を、図７に示すようにバケット１ｃの先端Ｐ１と後端Ｑ１を接続する線分（「制御線」と称する）の上に設定している。さらに本実施形態は、制御線上に制御点を設定するルールとして、制御線が目標面の上方にある場合には当該制御線上で目標面から最も近い点を制御点とし、制御線が目標面と交差又は目標面の下方にある場合には制御線上で最も目標面に侵入している点を制御点としている。したがって図７の例ではバケット後端Ｑ１が制御点となる。なお、制御線は、動作平面による作業機１Ａの先端部分（例えばバケット１ｃ）の断面形状の輪郭に含まれていれば図７に例示した以外の線分も選択可能である。また、制御線上に制御点を設定するルールに制限はなく、例えば、制御線上からオペレータが任意で選択可能に構成しても良い。

領域制限制御に用いる掘削制御システムは、運転室内の操作パネルの上方などオペレータの視界を遮らない位置に設置され領域制限制御の有効無効を切り替える領域制限スイッチ７と、複数の目標面（線分）が連なって設定された掘削対象の目標形状の情報（目標形状情報）、当該目標形状の形成のために作業装置１Ａの制御点が動作すべき領域（「設定領域」と称することもある）を含む各種情報が記憶された記憶装置（例えばＲＯＭ）９３と、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃのそれぞれの回動支点に設けられ、フロント作業装置１Ａの位置と姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検出する角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと、基準面（例えば水平面）に対する車体１Ｂの前後方向の傾斜角を検出する傾斜角検出器８ｄとを備えている。

また、本実施の形態に係る掘削制御システムは、ブーム１ａ用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ａ，４４ｂに設けられ、操作レバー装置４ａの操作量としてパイロット圧（操作信号）を検出する圧力検出器６０ａ，６０ｂと、アーム１ｂ用の操作レバー装置４ｂのパイロットライン４５ａ，４５ｂに設けられ、操作レバー装置４ｂの操作量としてパイロット圧（操作信号）を検出する圧力検出器６１ａ，６１ｂと、バケット１ｃ用の操作レバー装置４ｃのパイロットライン４６ａ，４６ｂに設けられ、操作レバー装置４ｃの操作量としてパイロット圧（操作信号）を検出する圧力検出器６２ａ，６２ｂとを備えている。

さらに、本実施の形態に係る掘削制御システムは、一次ポート側がパイロットポンプ４３に接続され電気信号に応じてパイロットポンプ４３からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁１０ａと、ブーム１ａ用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ａと電磁比例弁１０ａの二次ポート側に接続され、パイロットライン４４ａ内のパイロット圧と電磁比例弁１０ａから出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａに導くシャトル弁１２と、ブーム１ａ用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ｂに設置され、電気信号に応じてパイロットライン４４ｂ内のパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁１０ｂと、アーム１ｂ用の操作レバー装置４ｂのパイロットライン４５ａに設置され、電気信号に応じてパイロットライン４５ａ内のパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁１１ａと、アーム１ｂ用の操作レバー装置４ｂのパイロットライン４５ｂに設置され、電気信号に応じてパイロットライン４５ｂ内のパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁１１ｂと、バケット１ｃ用の操作レバー装置４ｃのパイロットライン４６ａに設置され、電気信号に応じてパイロットライン４６ａ内のパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁１３ａと、バケット１ｃ用の操作レバー装置４ｃのパイロットライン４６ｂに設置され、電気信号に応じてパイロットライン４６ｂ内のパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁１３ｂとを備えている。

またさらに、本実施の形態に係る掘削制御システムは、記憶装置９３に記憶された目標形状情報、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと傾斜角検出器８ｄの検出信号、および圧力検出器６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂの検出信号を入力し、目標形状を定義する複数の目標面上およびそれらの上方の領域である設定領域を設定すると共に、作業機先端部分の制御点の動作範囲を設定領域に制限する掘削制御（領域制限制御）を行うための操作信号（パイロット圧）の補正を行う電気信号を電磁比例弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂに出力するコンピュータである制御ユニット（制御装置）９を備えている。

なお、操作レバー装置４ａの操作が無い場合にもパイロット圧を発生する電磁比例弁１０ａとシャトル弁１２の構成は、パイロットライン４４ａのみに設置されているが、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ及びバケットシリンダ３ｃに係る他のパイロットライン４４ｂ，４５，４６にこれらを設置してパイロット圧を発生させても良い。また、パイロットライン４４ａにも、パイロットライン４４ｂの電磁比例弁１０ｂと同様の、操作レバー装置４ａから出力されたパイロット圧を減圧する電磁比例弁を設定しても良い。

図６に、制御ユニット９のハードウェア構成を示す。制御ユニット９は、入力部９１と、プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）９２と、記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と、出力部９５とを有している。入力部９１は、操作レバー装置４の操作によって生じる圧力を検知する圧力センサ６０、６１、６２からの信号、目標面を設定するための設定装置５１からの信号、角度センサ８ａ〜８ｃ及び傾斜角センサ８ｄからの信号を入力し、Ａ／Ｄ変換を行う。ＲＯＭ９３は、後述するフローチャートを実行するための制御プログラムと、当該フローチャートの実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり、ＣＰＵ９２は、ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムに従って入力部９１及びメモリ９３、９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力部９５は、ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を電磁比例弁１０，１１，１３や報知装置５３に出力することで、油圧アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃを駆動・制御したり、車体１Ｂ、バケット１ｃ及び目標面等の画像を報知装置５３であるモニタの表示画面上に表示させたりする。なお、図６の制御ユニット９は、記憶装置としてＲＯＭ９３及びＲＡＭ９４という半導体メモリを備えているが、記憶装置であれば特に代替可能であり、例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えても良い。

制御ユニット９の制御機能を図３に示す。制御ユニット９は、フロント姿勢演算部９ａ、領域設定演算部９ｂ、制御点速度の垂直成分制限値演算部９ｃ、オペレータ操作によるアームシリンダ速度演算部９ｄ、アームによる制御点速度演算部９ｅ、ブームによる制御点速度の垂直成分演算部９ｆ、マシンコントロールによるブームシリンダ速度演算部９ｇ、ブームパイロット圧演算部９ｈ、領域制限制御の切り換え演算部９ｒ、ブーム指令演算部９ｉ、アームパイロット圧演算部９ｊ、アーム指令演算部９ｋ、およびアームシリンダ目標速度演算部９ｚの各機能を有している。

本稿では、図３において点線で囲んだ機能９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈ，９ｊ，９ｒ，９ｚを「動作制御部９００」と称することがある。そして、その動作制御部９００において一点鎖線で囲んだブーム指令演算部９ｉとアーム指令演算部９ｋを「電磁比例弁制御部９１０」と称することがある。

フロント姿勢演算部９ａでは、角度検出器８ａ〜８ｃ及び傾斜角検出器８ｄで検出されたブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃの回動角及び車体１Ｂの前後の傾斜角に基づいて、フロント作業装置１Ａの位置と姿勢を演算する。その一例を図４により説明する。この例はフロント作業装置１Ａのバケット１ｃの爪先（先端）Ｐ１の位置を計算する場合のものである。フロント作業装置１Ａの位置と姿勢の演算により、制御線の位置と姿勢も演算される。なお、ここでは説明の簡略化のため傾斜角検出器８ｄの検出値は考慮しないものとする。

図４において、制御ユニット９の記憶装置９３にはフロント作業装置１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法が記憶されており、フロント姿勢演算部９ａではこれらのデータと、角度検出器８ａ、８ｂ、８ｃで検出した回動角α、β、γの各値を用いてバケット先端Ｐ１の位置を計算する。このときＰ１の位置は、例えばブーム１ａの回動支点を原点としたＸＹ座標系の座標値（Ｘ、Ｙ）として求める。当該ＸＹ座標系は本体１Ｂに固定した垂直面内にある直行座標系であり動作平面上に設定可能である。ブーム１ａの回動支点とアーム１ｂの回動支点との距離をＬ１、アーム１ｂの回動支点とバケット１ｃの回動支点の距離をＬ２、バケット１ｃの回動支点とバケット１ｃの先端との距離をＬ３とすれば、回動角α、β、γからＸＹ座標系の座標値（Ｘ、Ｙ）は、下記の式（１）と式（２）より求まる。
Ｘ＝Ｌ１・ｓｉｎα＋Ｌ２・ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３・ｓｉｎ（α＋β＋γ）…（１）
Ｙ＝Ｌ１・ｃｏｓα＋Ｌ２・ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３・ｃｏｓ（α＋β＋γ）…（２）

領域設定演算部９ｂでは、記憶装置９３から得られる目標形状情報に基づいて設定領域の設定演算を行う。目標形状情報とは、フロント作業装置１Ａによる掘削作業により得られる最終的な掘削対象物の形状（目標形状）をブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃの中心を通過する垂直面上において連続した複数の線分で定義した情報である。当該複数の線分における各線分は、目標面とも称され、座標情報を有する２点によって規定される。本実施形態では隣接する２つの目標面（線分）の角度は必ず異なっており、各目標面の端点で目標面の角度が変化している。そこで、以下では各目標面の端点を「変曲点」と称することがある。なお、同じ角度の目標面を連結して目標形状を定義しても良い。

目標形状情報の取得方法としては、例えば、バケット１ｃの爪先等を基準にして現地で各線分の点を動作平面上に入力することで目標形状を定義するものや、目標形状（例えば法面形状）の３次元形状をポリゴンで定義した３次元施工図面において、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃの中心を通過する垂直面で当該３次元形状を切断し、その断面に表れた連続した複数の線分による形状を目標形状として定義するものがある。

本実施の形態では、目標形状を定義する複数の目標面（線分）の中から所定の規則に従って制御対象の目標面（制御対象面）が１つ選択され、その制御対象の目標面上およびその上方の領域が設定領域となる。以下では、制御対象の目標面を含む直線を「境界Ｌ」と称することがある。

境界Ｌは、まず、建設機械上に設定したＸＹ座標系における直線式で規定される。さらに、必要な場合には、当該直線上に原点を持ち当該直線を一軸とする直交座標系ＸａＹａ座標系における直線式に変換しても良い。その際、ＸＹ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを求める。なお、境界Ｌの生成・選択は上記したものに限られず種々の方法が採用可能である。その一例を挙げるとすれば、ＸＹ座標系においてバケット先端（Ｐ１）と同じＸ座標を有する線分を３次元施工図面の断面（目標形状）から検索し、当該検索結果に係る線分を含む直線を境界Ｌとする方法がある。

制御点速度の垂直成分制限値演算部９ｃでは、まず、制御線と目標面の位置関係を基に制御線上に制御点を決定する。制御点の決定は、既述のように、制御線が目標面の上方にある場合には当該制御線上で目標面から最も近い点を制御点とし、制御線が目標面と交差又は目標面の下方にある場合には制御線上で最も目標面に侵入している点（目標面から最も遠い点）を制御点とする。そして、制御点速度の垂直成分制限値演算部９ｃは、制御線上の制御点と境界Ｌの距離Ｄに基づき、制御点速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａを計算する。制限値ａの計算は、制御ユニット９の記憶装置９３に図５に示すような制限値ａと距離Ｄとの関係を記憶しておき、この関係を読み出して行う。

図５において、横軸は制御点と境界Ｌの距離Ｄを示し、縦軸は制御点速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａを示し、横軸の距離Ｄ及び縦軸の制限値ａはそれぞれ設定領域外から設定領域内に向かう方向を（＋）方向としている。この距離Ｄと制限値ａの関係は、制御点が設定領域内にあるときには、その距離Ｄに比例した（−）方向の速度を制御点速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａとし、制御点が領域外にあるときには、その距離Ｄに比例した（＋）方向の速度を制御点速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａとするように定められている。

オペレータ操作によるアームシリンダ速度演算部９ｄでは、圧力検出器６１ａ，６１ｂで検出された流量制御弁５ｂへの指令値（パイロット圧（操作信号））と、アームの流量制御弁５ｂの流量特性等により、オペレータ操作によるアームシリンダ速度を推定する。すなわち、オペレータ操作によるアームシリンダ速度は、操作レバー装置４ｂから出力された操作信号（パイロット圧）から推定されるアームシリンダ速度である。

アームシリンダ目標速度演算部９ｚでは、制御対象の目標面（境界Ｌ）が切り替わる際に掘り過ぎや空掘りが生じる事を防ぐために、図７に例示するような、バケットの先端（第１基準点）Ｐ１と、バケットの後端（第２基準点）Ｑ１と、制御対象の目標面Ａの変曲点Ｃとの位置関係に基づいて、後述の図９の処理によりアームシリンダ目標速度を演算する。アームシリンダ目標速度は、オペレータ操作によるアームシリンダ速度に減速補正をかけた後の速度であり、減速補正の有無及び大小に応じてオペレータ操作によるアームシリンダ速度以下の値となる。

図７では、バケットの先端Ｐ１を目標面Ａに射影（正射影）した点を射影点Ｐ２、バケットの後端Ｑ１を目標面に射影（正射影）した点を射影点Ｑ２とする。ＰＣ２は変曲点Ｃとバケット先端の射影点Ｐ２の距離であり、ＱＣ２は変曲点Ｃとバケット後端の射影点Ｑ２の距離である。バケット１ｃが矢印Ｍの方向に移動する図７の状況において制御対象としている目標面はＡであり、次の制御対象となる目標面（「次の目標面」と称することもある）がＢである。なお、次に制御対象となる目標面はバケット１ｃの移動方向（速度ベクトル）から予測可能であり、バケット１ｃの移動方向Ｍは操作レバー装置４への入力から予測可能である。

一方、図８には、バケット１ｃが変曲点Ｃを跨いで位置している場合の状況を示す。このときも、目標面Ａを制御対象として、バケット先端Ｐ１及び後端Ｑ１を目標面Ａにそれぞれ射影した点をＰ２，Ｑ２とする。そして、それぞれの変曲点Ｃからの距離をＰＣ２，ＱＣ２とする。

アームシリンダ目標速度演算部９ｚの制御機能を図１５に示す。アームシリンダ目標速度演算部９ｚは、位置演算部２１と、第１距離演算部２２と、速度演算部２３と、射影位置演算部２４と、第２距離演算部２５と、判定部２６と、角度変化量演算部２７と、減速量演算部２８の各機能を備えている。

記憶装置であるＲＯＭ９３には、動作平面上（ＸＹ平面上）で異なる角度で接続し、制御対象の目標面となり得る２つの目標面（線分）Ａ，Ｂと、当該２つの目標面Ａ，Ｂの交点である変曲点Ｃの動作平面（ＸＹ平面）における位置が記憶されている。さらに、作業装置１Ａの先端部分の表面に事前に設定された２つの基準点（第１基準点及び第２基準点）として、図７に示したバケット１ｃの表面の先端Ｐ１（第１基準点）及び後端Ｑ１（第２基準点）が記憶されている。

位置演算部２１は、フロント姿勢演算部９ａで演算されたフロント作業装置１Ａの姿勢を基に、動作平面における第１基準点Ｐ１及び前記第２基準点Ｑ１の位置（座標）を算出する部分である。

第１距離演算部２２は、位置演算部２１の演算結果およびＲＯＭ９３に格納された制御対象の目標面Ａの動作平面における位置を基に、動作平面における第１基準点Ｐ１及び第２基準点Ｑ１から制御対象の目標面Ａまでの距離ＰＣ１，ＱＣ１をそれぞれ算出する部分である。ここでは第１基準点Ｐ１から目標面Ａまでの距離をＰＣ１、第２基準点Ｑ１から目標面Ａまでの距離をＱＣ１とする。

速度演算部２３は、第１距離演算部２２及び減速量演算部２８の演算結果を基に、アームシリンダ目標速度を演算する部分である。速度演算部２３は、第１距離演算部２２の演算結果を基に減速の有無を決定し、減速有りの場合には減速量演算部２８の演算結果を基に減速の程度を決定する。減速の有無の決定は、第１距離演算部２２で算出された第１基準点Ｐ１及び第２基準点Ｑ１から変曲点Ｃまでの距離と所定の閾値の大きさ比較に基づいて行う。具体的には、当該２つの距離のうち小さい方の距離が当該所定の閾値以下のときに減速を行い（即ち、アームシリンダ目標速度をオペレータ操作によるアームシリンダ速度より小さい値とし）、当該距離が当該閾値を超えるときには減速を行わない（即ち、アームシリンダ目標速度をオペレータ操作によるアームシリンダ速度と同じ値とする）。減速量演算部２８の演算については後述する。

射影位置演算部２４は、第１基準点Ｐ１及び第２基準点Ｑ１を制御対象の目標面Ａに射影して得られる２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の動作平面における位置を算出する部分である。２つの制御点Ｐ１，Ｑ１を制御対象の目標面に射影する角度は適宜変更可能であるが、本実施形態では、第１基準点Ｐ１及び第２基準点Ｑ１を制御対象の目標面に正射影（直交射影）した点を射影点としている。

第２距離演算部２５は、射影位置演算部２４の演算結果と変曲点Ｃの位置を基に、射影面上における２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の位置から変曲点Ｃまでの距離ＰＣ２，ＱＣ２をそれぞれ算出する部分である。第２距離演算部２５は、算出した２つの距離ＰＣ２，ＱＣ２のうち小さい方を減速量演算部２８に出力する。

判定部２６は、射影対象の面上及びその延長線上（すなわち制御対象の目標面Ａ上及びその延長線上）において変曲点Ｃが２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の間に存在するか否かを判定する部分である。例えば、図８の状態は、目標面Ａ上及びその延長線上において２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の間に変曲点Ｃが存在しており当該判定の結果は「ＹＥＳ」となり、図７の状態は２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の間に変曲点Ｃが存在しないので当該判定の結果は「ＮＯ」となる。判定部２６は、判定結果を減速量演算部２８に出力する。

角度変化量演算部２７は、制御対象の目標面（図７の場合は目標面Ａ）の目標面角度θ１と次の制御対象の目標面（図７の場合は目標面Ｂ）の目標面角度θ２の差分を取り、その差分の絶対値を角度変化量として算出する部分である。角度変化量の概念図を図１０に示す。目標面の角度（目標面角度）θ１，θ２は基準となる座標（例えば、動作平面たるＸＹ平面）の水平軸に対する傾きとして与えられる。角度変化量は、制御対象の目標面角度θ１と、次の制御対象の目標面角度θ２の差分の絶対値である。角度変化量演算部２７は、角度変化量の演算結果を減速量演算部２８に出力する。

減速量演算部２８は、第２距離演算部２５、判定部２６及び角度変化量演算部２７の演算結果等を基に、オペレータ操作によるアームシリンダ速度に減速補正をかける場合の減速量（どの程度の減速補正をかけるかの指標）を演算する部分である。減速量演算部２８の詳細は図９で説明する。

図９はアームシリンダ目標速度演算部９ｚによる減速処理のフローである。

まず、射影位置演算部２４は、ステップ１０１において、位置演算部２１で算出されたバケット先端Ｐ１及びバケット後端Ｑ１の位置を基にこれらＰ１，Ｑ１を制御対象の目標面Ａ（射影面）上に射影し、射影点Ｐ２，Ｑ２を取得する。このとき射影面上に変曲点Ｃが無い場合には変曲点Ｃも射影する。

ステップ１０２で、判定部２６は、射影面上において、変曲点Ｃが２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の間にあるかどうかを判断する。２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の間に変曲点Ｃがあると判断された場合（例えば図８の場合）、ステップ１０３に進む。ステップ１０３では、減速量演算部２８が、変曲点Ｃとバケット１ｃの距離をゼロとし、これをＲＯＭ９３に保存する。

一方、ステップ１０２で、変曲点Ｃが２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の間にはないと判断された場合、ステップ１０４に進む。ステップ１０４では、減速量演算部２８が、第２距離演算部２５で算出された２つの射影点Ｐ２，Ｑ２から変曲点Ｃまでの距離ＰＣ２、ＱＣ２（図７，８参照）のうち距離の小さい方を、変曲点Ｃとバケット１ｃの距離として保存する。

ステップ１０５では、角度変化量演算部２７は、フローチャート実行時の制御対象の目標面角度θ１と、次の制御対象の目標面角度θ２の差分を取り、その絶対値を角度変化量として保存する。

ステップ１０６では動作平面の座標系で、バケット先端Ｐ１とバケット後端Ｑ１を結んだ線分（この線分（制御線）を「バケット底面」と称することがある）のうち最も目標面Ａと近い部位と、目標面Ａとの距離が閾値Ｔ１以下であるかどうかを判断する。この判断の実施に際して本実施の形態では、第１距離演算部２２が、２つの基準点Ｐ１，Ｐ２から目標面Ａまでの距離ＰＣ１，ＱＣ１を算出し、速度演算部２３が、ＰＣ１，ＱＣ１のうちの小さい方が閾値Ｔ１以下であるかどうかを判断している。閾値Ｔ１よりも距離が大きい場合はステップ１１３に進み、変曲点Ｃへの接近に起因した減速は行わない。ステップ１０６で２つの距離ＰＣ１，ＱＣ１のうち小さい方が閾値Ｔ１以下である場合、ステップ１０７に進む。

ステップ１０７では、減速量演算部２８が、ステップ１０３又は１０４で決定した変曲点Ｃとバケット１ｃの距離（すなわち、ゼロ、または、ＰＣ２とＱＣ２の小さい方）と、当該距離と減速係数の関係を規定する関数を用いて、オペレータ操作によるアームシリンダ速度に減速補正をかける場合の減速係数（距離係数Ｋｄ）を決定する。距離係数Ｋｄは０より大きくかつ１以下の値とする。当該関数としては、十分な減速を図るために、距離の減少に応じて距離係数Ｋｄが減少するもの（例えば図１２の関数参照）を利用することが好ましいが、距離によらず距離係数Ｋｄが一律のもの（例えば図１１の関数参照）を利用することもできる。なお、前者の関数は図１２に示したものに限らず、階段状のものや、曲線状のもの、距離が減少するにつれて距離係数Ｋｄの減少割合が増加するもの等種々の関数が利用可能である。

特に、ステップ１０７では、ステップ１０２で変曲点がバケット先端とバケット後端の間にあると判定された場合、変曲点Ｃとバケット１ｃの距離がゼロとなるため、バケットの先端Ｐ１もしくはバケットの後端Ｑ１のどちらかが変曲点Ｃを通過するまで、変曲点Ｃによる減速が作用し続けることになる。つまり、前者の関数を利用した場合に当該距離がゼロの場合には距離による減速は最大となり、バケットが変曲点を通過するまで減速が最大となるので、意図せずバケット１ｃが目標面を越えることを防止できる。

ステップ１０８では、減速量演算部２８が、角度変化量演算部２７が演算した変曲点Ｃでの角度変化量と減速係数の関係を規定する関数を用いて、オペレータ操作によるアームシリンダ速度に減速補正をかける場合の減速係数（角度係数Ｋａ）を決定する。この関数もステップ１０７と同様のものが利用可能である。すなわち、例えば、角度変化量の増加に応じて角度係数Ｋａが減少するもの（図１４参照）や、角度変化量によらず角度係数Ｋａが一律のもの（図１３参照）を利用できる。

ステップ１０９では、減速量演算部２８が、ステップ１０７の距離係数Ｋｄ、ステップ１０８の角度係数Ｋａ及び下記式（３）から減速係数Ｋを算出し、ステップＳ１１０に進む。減速係数Ｋは、ＫｄおよびＫａと同様に０より大きく１以下の値であり、これらが小さい値になる程アームシリンダ速度上限値Ｌａが小さく設定される（つまり減速が大となる。）。
減速係数Ｋ＝１−（１−距離係数Ｋｄ）×（１−角度係数Ｋａ）…（３）

ステップ１１０では、速度演算部２３は、記憶装置９３に記憶されたアームシリンダ最大速度、ステップ１０９で算出した減速係数Ｋおよび下記式（４）により、アームシリンダ速度上限値Ｌａを設定し、ステップ１１１に進む。
アームシリンダ速度上限値Ｌａ＝アームシリンダ最大速度×減速係数Ｋ…（４）

ステップ１１１では、速度演算部２３は、オペレータ操作によるアームシリンダ速度演算部９ｄで求めたアームシリンダ速度が、ステップ１１０で定めたアームシリンダ速度上限値Ｌａを超えるかを判断し、超えると判断された場合には減速が必要と判断し、ステップ１１２に進む。

ステップ１１２では、速度演算部２３は、演算部９ｄで求めたアームシリンダ速度に代えて、ステップ１１０で算出したアームシリンダ速度上限値Ｌａをアームシリンダ目標速度に設定し、処理を終了する。

一方、ステップ１１１でオペレータ操作によるアームシリンダ速度がアームシリンダ速度上限値Ｌａを超えないと判断された場合は、変曲点Ｃに基づく減速を行わないものとしてステップ１１３に進み、速度演算部２３は、オペレータ操作によるアームシリンダ速度演算部９ｄで求めたアームシリンダ速度をそのままアームシリンダ目標速度に設定し、処理を終了する。

このように変曲点からの距離に応じてアームシリンダ３ｂを減速させることで、必要なときにのみ適切な減速をかけることが可能となる。すなわち、目標面に侵入する恐れのないときに不必要な減速せず、減速が必要な状況では角度変化量と変曲点との距離に応じ、バケット１ｃの先端Ｐ１と後端Ｑ１の両方に対して適切な減速を実施することができる。

なお、上記式（４）を利用した減速方法に代えて、下記式（５）のようにオペレータ操作によるアームシリンダ速度に減速係数Ｋを直接乗じてアームシリンダ目標速度を算出することで減速をしてもよい。また、下記式（６）のようにアームのパイロット圧に減速係数Ｋを乗じてから、再度オペレータ操作によるアームシリンダ速度を算出することで減速をしてもよい。
アームシリンダ目標速度＝オペレータ操作によるアームシリンダ速度×減速係数Ｋ…（５）
アーム目標パイロット圧＝アームパイロット圧×減速係数Ｋ…（６）

また、ステップ１０７の距離係数Ｋｄとステップ１０８の角度係数Ｋａは一方だけを考慮して減速係数Ｋを算出することもできるし、距離および角度変化量に依らず距離ＰＣ１，ＱＣ１のいずれかが閾値Ｔ１以下という条件だけで所定の値を最終的な減速係数Ｋとすることもできる。

また、減速係数に代えて、アームシリンダ最大速度、オペレータ操作によるアームシリンダ速度またはアームパイロット圧を低減する減速量を算出し、当該減速量をアームシリンダ最大速度、オペレータ操作によるアームシリンダ速度またはアームパイロット圧から減じることでアームシリンダ目標速度を算出しても良い。

図３に戻り、アームによる制御点速度演算部９ｅでは、アームシリンダ目標速度演算部９ｚで図９の一連の処理により求めたアームシリンダ目標速度と、フロント姿勢演算部９ａで求めたフロント作業装置１Ａの位置及び姿勢とによりアーム１ｂによる制御点速度ｂを演算する。なお、制御点速度ｂはベクトル値である。

ブームによる制御点速度の垂直成分演算部９ｆでは、まず、演算部９ｅで求めたアーム１ｂによる制御点速度ｂから、境界Ｌに水平な成分（Ｘ成分）及び垂直な成分（Ｙ成分）である（ｂｘ、ｂｙ）を演算する。そして、制御対象の目標面と制御点の上下関係と、アームによる制御点速度の垂直成分ｂｙの方向と、アームによる制御点速度の垂直成分ｂｙ及び制限値ａｙの絶対値の大きさとを基に、制御点速度の垂直成分の目標値ｄを決定し、当該目標値ｄが実現されるブームによる制御点速度の垂直成分ｃを演算する。具体的には、本実施形態の演算部９ｆは、図１６に示すように（ａ）−（ｄ）に場合分けして目標値ｄを決定し、それを基にブームによる制御点速度の垂直成分ｃを演算する。次に（ａ）−（ｄ）に基づく垂直成分ｃの演算について説明する。

（ａ）制御対象の目標面（「制御対象面」と称することもある）の下方に制御点が在り、かつ、演算部９ｅで演算されたアームによる制御点速度の垂直成分ｂｙが下向き（（−）方向）の場合は、制限値ａ（方向は上向き）を目標値ｄとして採用する。その結果、ブームによる制御点速度の垂直成分ｃはａ−ｂｙとなる（ｃ＝ａ−ｂｙ）。
（ｂ）制御対象面の下方に制御点が在り、かつ、アームによる制御点速度の垂直成分ｂｙが上向き（（＋）方向）の場合は、アームによる制御点速度の垂直成分ｂｙと制限値ａのうち、絶対値の大きい方を目標値ｄとして採用する。その結果、ブームによる制御点速度の垂直成分ｃは、制限値ａの絶対値が大きい場合にａ−ｂｙとなり、垂直成分ｂｙの絶対値が大きい場合にゼロとなる。
（ｃ）制御対象面の上方に制御点が在り、かつ、アームによる制御点速度の垂直成分ｂｙが下向き（（−）方向）の場合は、アームによる制御点速度の垂直成分ｂｙと制限値ａのうち、絶対値の小さい方を目標値ｄとして採用する。その結果、ブームによる制御点速度の垂直成分ｃは、制限値ａの絶対値が小さい場合にａ−ｂｙとなり、垂直成分ｂｙの絶対値が小さい場合にゼロとなる。
（ｄ）制御対象面の上方に制御点が在り、かつ、アームによる制御点速度の垂直成分ｂｙが上向き（（＋）方向）の場合は、アームによる制御点速度の垂直成分ｂｙ（方向は上向き）を目標値ｄとして採用する。その結果、ブームによる制御点速度の垂直成分ｃはゼロとなる。
そして、制御対象面上に制御点（多くの場合はバケット１ｃの爪先）がある場合は制限値ａはゼロであり、制御点速度の垂直成分がゼロに保持されるため、制御対象面付近で例えばアーム９をクラウド動作させれば制御点速度の水平成分により制御対象面に沿った掘削動作が実現される。

図３に戻りマシンコントロールによるブームシリンダ速度演算部９ｇでは、ブーム１ａによる制御点速度の境界Ｌに垂直な成分ｃとフロント作業装置１Ａの位置と姿勢等に基づき、マシンコントロールによるブームシリンダ速度を演算する。

ブームパイロット圧演算部９ｈでは、ブーム１ａの流量制御弁５ａの流量特性に基づき、演算部９ｇで求めたブームシリンダ速度に対応するブームパイロット圧を求める。

アームパイロット圧演算部９ｊでは、アーム１ｂの流量制御弁５ｂの流量特性に基づき、アームによる制御点速度演算部９ｅで求めたアーム１ｂによるバケット先端速度ｂに対応するアームパイロット圧を求める。

領域制限制御の切り換え演算部９ｒでは、領域制限スイッチ７がＯＮで（押されており）領域制限制御が選択されている場合（許可されている場合）は、ブームパイロット圧として演算部９ｈで計算した値をそのままブーム指令演算部９ｉに出力し、アームパイロット圧として演算部９ｊで計算した値をそのままアーム指令演算部９ｋに出力する。一方、領域制限スイッチ７がＯＦＦ（押されておらず）で領域制限制御が選択されていない場合（禁止されている場合）は、圧力検出器６０ａ、６０ｂで検出したパイロット圧から大きい方の値をブームパイロット圧としてブーム指令演算部９ｉに出力し、圧力検出器６１ａ、６１ｂで検出したパイロット圧から大きい方の値をアームパイロット圧としてアーム指令演算部９ｋに出力する。なお、検出器６０ｂあるいは検出器６１ｂで検出した値を出力する際には負の値で出力するものとする。

ブーム指令演算部９ｉでは、領域制限制御の切り換え演算部９ｒからのパイロット圧を入力し、この値が正の場合には、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパイロット圧が切り換え演算部９ｒから出力された値になるように電磁比例弁１０ａに適宜電力を出力することでパイロット圧を補正し、電磁比例弁１０ｂに０の電圧を出力して流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を０にする。また、制限値が負の場合には、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ｂのパイロット圧が切り換え演算部９ｒから出力された値になるように電磁比例弁１０ｂに適宜電力を出力することでパイロット圧を補正し、ブーム上げ側の電磁比例弁１０ａには０の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパイロット圧を０にする。

アーム指令演算部９ｋでは、領域制限制御の切り換え演算部９ｒからのパイロット圧を入力し、この値が正の場合には、流量制御弁５ｂの油圧駆動部５１ａのパイロット圧が切り換え演算部９ｒから出力された値になるように電磁比例弁１１ａに適宜電力を出力することでパイロット圧を補正し、電磁比例弁１１ｂに０の電圧を出力して流量制御弁５ｂの油圧駆動部５１ｂのパイロット圧を０にする。また、制限値が負の場合には、流量制御弁５ｂの油圧駆動部５１ｂのパイロット圧が切り換え演算部９ｒから出力された値になるように電磁比例弁１１ｂに適宜電力を出力することでパイロット圧を補正し、アームダンプ側の電磁比例弁１１ｂには０の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆動部５１ａのパイロット圧を０にする。

次に上記の実施の形態の特徴について説明する。

（１）上記の実施の形態では、複数の被駆動部材（例えば、ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ）を連結して構成され、所定の動作平面上（例えば、ＸＹ平面上またはＸａＹａ平面上）で動作する多関節型の作業装置（例えば、作業装置１Ａ）と、操作信号（例えば、パイロット圧）を基に前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ）と、前記複数の油圧アクチュエータのうち操作者の所望する油圧アクチュエータに前記操作信号を出力する操作装置（操作レバー装置４）と、制御対象の目標面上（目標面Ａ上または境界Ｌ上）およびその上方の領域内（設定領域内）で前記作業装置が動くように、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに前記操作信号を出力、又は前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに出力された前記操作信号を補正する領域制限制御を実行する動作制御部９００（制御ユニット９）とを備える作業機械（油圧ショベル）において、前記動作平面上で異なる角度で接続し、前記制御対象の目標面となり得る２つの線分（目標面Ａ，Ｂ）と、前記２つの線分の交点である変曲点Ｃの前記動作平面における位置と、前記作業装置の先端部分（バケット１ｃ）の表面に設定された第１基準点Ｐ１及び第２基準点Ｑ１が記憶された記憶装置（例えば制御ユニット９のＲＯＭ９３）と、前記作業装置１Ａの姿勢を基に、前記動作平面における第１基準点Ｐ１及び第２基準点Ｑ１の位置を算出する位置演算部２１（制御ユニット９）と、前記動作平面における第１基準点Ｐ１及び第２基準点Ｑ１から前記制御対象の目標面までの距離ＰＣ１，ＱＣ１をそれぞれ算出する第１距離演算部２２（制御ユニット９）とを備え、動作制御部９００は、第１基準点Ｐ１及び第２基準点Ｑ１から前記制御対象の目標面までの距離ＰＣ１，ＱＣ１のうち小さい方の距離が閾値Ｔ１以下のとき、前記操作装置から出力される操作信号を、当該操作信号の対象の油圧アクチュエータ（例えば、アームシリンダ３ｂ）の動作速度が低減するように補正することとした。

例えば、作業装置１Ａの先端部分に設定した１つの基準点（例えばバケット１ｃの爪先に設定された制御点）から変曲点Ｃまでの距離に基づいてアームシリンダ３ｂの減速の要否を判定すると、当該基準点ではないバケット１ｃ上の他の点が制御対象の目標面に接近した場合に減速できず、バケット１ｃが目標面に接触したり目標面の下方に入り込んだりするおそれがある。しかし、本実施の形態のように作業装置１Ａの先端部分に設定した２つの基準点Ｐ１，Ｑ１から変曲点Ｃまでの距離ＰＣ１，ＱＣ１の大きさに基づいてアームシリンダ３ｂの減速の要否を判定すると、２つの基準点Ｐ１，Ｑ１のいずれかが制御対象の目標面に接近した場合にアームシリンダ３ｂの減速が実行されることになるので、作業装置１Ａ（制御点）の目標面への侵入を確実に防止できる。

なお、第１基準点及び第２基準点は、作業装置１Ａの先端部分が目標面に近づいたか否かの判定に適した点をバケット１ｃ及びその近傍（作業装置１Ａの先端部分）の表面上から任意に選択できる。つまり、バケット先端Ｐ１及びバケット後端Ｑ１以外の点も選択可能であり、例えば、バケット１ｃの底面Ｐ３（図４参照）や、バケットリンクの最外部Ｐ４（図４参照）も選択可能である。また、作業装置１Ａの先端部分の表面上の点であれば、３点以上の基準点を選択し、各基準点またはその射影点から変曲点までの距離を基に本願の制御を行っても良い。

（２）また、上記の実施の形態では、上記（１）の作業機械において、前記第１基準点Ｐ１及び前記第２基準点Ｑ１を前記制御対象の目標面に射影して得られる２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の前記動作平面における位置を算出する射影位置演算部２４（制御ユニット９）と、前記動作平面における前記２つの射影点の位置から前記変曲点Ｃまでの距離ＰＣ２，ＱＣ２をそれぞれ算出する第２距離演算部２５（制御ユニット９）とをさらに備え、前記動作制御部９００が前記操作信号の対象の油圧アクチュエータ（例えば、アームシリンダ３ｂ）の前記動作速度を低減する場合、前記２つの射影点から前記変曲点までの距離ＰＣ２，ＱＣ２のうち小さい方の距離が小さいほど減速係数（Ｋｄ）を小さくすることで、その低減の度合いが大きく設定されることとした。

ここで、２つの基準点Ｐ１，Ｑ１から目標面Ａまでの距離ＰＣ１，ＱＣ１のうち小さいほうの距離や、Ｐ１，Ｑ１から変曲点Ｃまでの距離のうち小さい方の距離に比して、２つの射影点Ｐ２，Ｑ２から変曲点Ｃまでの距離ＰＣ２，ＱＣ２のうち小さい方の距離は、目標面Ａ上におけるバケット１ｃと変曲点Ｃの接近度を示す適切な指標となり、変曲点Ｃに続く次の目標面Ｂとバケット１ｃとの近接度を示す指標にもなる。次の目標面Ｂへの侵入を防止する目的で距離ＰＣ１，ＱＣ１を基準に減速度合いを決定すると、減速が過剰となりオペレータに違和感を与えるおそれがある。しかし、本実施形態のように距離ＰＣ２，ＱＣ２を基準に減速度合いを決定すると、次の目標面Ｂとバケット１ｃとの近接度を基準に減速度合いが決定されるので、過剰に減速することなく次の目標面Ｂへの侵入を防止することができる。本構成は、ＰＣ１，ＱＣ１の小さい値よりもＰＣ２，ＱＣ２の小さい値の方が小さい場合（例えば図７の場合）に適切な減速が実行されることになり、特に顕著な効果を奏する。

なお、２つの基準点Ｐ１，Ｐ２及び変曲点Ｃの射影先の平面（射影面）は、制御対象の目標面である必要はなく、変曲点Ｃに対する直線上の位置関係さえ同じであればよい。例えば、制御対象の目標面をその目標面角度と同じ量だけ変曲点Ｃを中心に回転させた面を射影面としても良い。また、目標面Ａを変曲点Ｃとともに平行移動した面を射影面としても良い。

（３）また、上記の実施の形態では、上記（２）の作業機械において、前記制御対象の目標面上及びその延長線上において前記変曲点Ｃが前記２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の間に存在するか否かを判定する判定部２６（制御ユニット９）をさら備え、前記動作制御部９００は、前記第１基準点Ｐ１及び前記第２基準点Ｑ１から前記制御対象の目標面までの距離のうち小さい方の距離が前記閾値Ｔ１以下のときであって、前記判定部２６で前記変曲点Ｃが前記２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の間に存在すると判定されたとき、前記操作信号の対象の油圧アクチュエータ（例えば、アームシリンダ３ｂ）の動作速度の低減度合いが、上記（２）において距離ＰＣ２，ＱＣ２のうち小さい方の距離を基に設定される低減度合いの最大値（当該距離がゼロの時の値）に設定されるように、前記操作装置から出力される操作信号を補正した。

前記変曲点Ｃが前記２つの射影点Ｐ２，Ｑ２の間に存在する場合には、次の目標面に充分近い位置にバケット１ｃが存在することが予測されるので、本実施形態ではこのような場合に距離ＰＣ２，ＱＣ２に基づく減速度合いを最大にすることとした。これにより次の目標面への侵入を防止することができる。なお、上記の実施形態では減速度合いを「最大値」にする場合を説明したが、距離ＰＣ２，ＱＣ２のうち小さい方の距離を基に設定される減速度合い以上に油圧アクチュエータを減速できれば良く、「最大値」に限らず「最大値」を越える値も利用できる。

（４）また、上記の実施の形態では、上記（３）の作業機械において、前記制御対象の目標面の目標面角度θ１と次の制御対象の目標面の目標面角度θ２の差分の絶対値である角度変化量を算出する角度変化量演算部２７（制御ユニット９）をさらに備え、前記動作制御部９００が前記操作信号の対象の油圧アクチュエータ（例えば、アームシリンダ３ｂ）の前記動作速度を低減する場合、その低減の度合いは、前記角度変化量が大きいほど大きく設定されることとした。

このように角度変化量に応じて減速すると、目標面同士の角度が急である場合にもアクチュエータを充分減速でき、次の目標面へのバケット１ｃの侵入を防止できる。

＜付記＞
なお、変曲点Ｃ近傍の同じ位置で上限値Ｌａの垂直成分と制限値ａを比較した場合、上限値Ｌａの垂直成分が制限値ａより小さくなるように減速係数Ｋを設定することが好ましい。例えば、図１７は変曲点Ｃ近傍の距離Ｒ１未満で上限値Ｌａの垂直成分が制限値ａより小さくなるように減速係数Ｋを設定した例である（説明簡略のため角度係数Ｋａ＝０とした）。このように減速係数Ｋを設定すると変曲点Ｃ近傍（図１７における距離Ｒ１未満の範囲）では通常の領域制限制御よりもバケット１ｃが減速されるので、目標面が複数ある場合にも適切な減速制御が実施され、作業機の目標面への侵入を防止できる。

また、上記の実施の形態では、バケット１ｃが変曲点Ｃに近づくとアームシリンダ３ｂを減速することでバケット速度を低減したが、当該アームシリンダ３ｂに代えて／加えて、ブームシリンダ３ａ及び／又はバケットシリンダ３ｃを減速しても良い。

また、上記では、アーム１ｂの動作時に設定領域内で作業装置１Ａが動くように、制御ユニット９が起点となってブームシリンダ３ａに伸び（強制ブーム上げ）を指示する操作信号を出力して領域制限制御を行う場合を説明したが、オペレータが起点となってブーム上げを指示する操作信号が操作レバー装置４ａから出力されている状況下では、制御ユニット９により当該操作信号を補正することで領域制限制御を行ってもよい。また、上記ではオペレータ操作によるアーム操作時に制御ユニット９によるブーム上げを適宜加えることで領域制限制御を行う場合を説明したが、当該ブーム上げに代えて／加えてバケット１ｃのダンプ／クラウドを適宜加えて領域制限制御を行っても良い。つまり、領域制限制御では、設定領域内で作業装置１Ａが動くように、作業装置１Ａの動作を司る３種の油圧シリンダ３ａ，３ｂ，３ｃの流量制御弁５ａ，５ｂ，５ｃの少なくとも１つに制御ユニット９が起点で操作信号が出力される制御と、オペレータ起点で当該３種の油圧シリンダ３ａ，３ｂ，３ｃの流量制御弁５ａ，５ｂ，５ｃの少なくとも１つに出力された操作信号に対して制御ユニット９による補正が加えられる制御の双方が行われる可能性がある。

また、領域制限制御は、実質的な掘削動作が実行されるアームクラウド時のみに機能するように構成しても良い。

また、上記ではフロント作業装置１Ａの位置及び姿勢を取得するために、角度検出器８ａ〜８ｃを利用したが、これに代えて各油圧シリンダ３ａ〜３ｃのストローク量を検出する複数のストローク検出器や、ブーム１ａ、アーム１ｂおよびバケット１ｃの傾斜角をそれぞれ検出する複数の傾斜角検出器を利用しても良い。

また、上記の実施の形態では、エンジンで油圧ポンプを駆動する一般的な油圧ショベルを例に挙げて説明したが、油圧ポンプをエンジン及びモータで駆動するハイブリッド式の油圧ショベルや、油圧ポンプをモータのみで駆動する電動式の油圧ショベル等にも本発明が適用可能であることは言うまでもない。

また、衛星通信アンテナを備えた構成であってショベルのグローバル座標を演算して、領域制限制御をおこなう構成でもよい。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

１Ａ…フロント作業装置、１Ｂ…車体、１ａ…ブーム、１ｂ…アーム、１ｃ…バケット、２…油圧ポンプ、３ａ…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、３ｂ…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、４ａ〜４ｆ，１４ａ〜１４ｆ…操作レバー装置（操作装置）、５ａ〜５ｆ，１５ａ〜１５ｆ…流量制御弁、７…制限制御スイッチ、８ａ〜８ｃ…角度検出器、８ｄ…傾斜角検出器、９…制御ユニット、９ａ…フロント姿勢演算部、９ｂ…領域設定演算部、９ｃ…制御点速度の垂直成分制限値演算部、９ｄ…オペレータ操作によるアームシリンダ速度演算部、９ｅ…アームによる制御点速度演算部、９ｆ…ブームによる制御点速度の垂直成分演算部、９ｇ…マシンコントロールによるブームシリンダ速度演算部、９ｈ…ブームパイロット圧演算部、９ｉ…ブーム指令演算部、９ｊ…アームパイロット圧演算部、９ｋ…アーム指令演算部、９ｒ…領域制限制御の切り換え演算部、９ｚ…アームシリンダ目標速度演算部、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１０ｂ…電磁比例弁、１２…シャトル弁、２１…位置演算部、２２…第１距離演算部、２３…速度演算部、２４…射影位置演算部、２５…第２距離演算部、２６…判定部、２７…角度変化量演算部、２８…減速量演算部、５０ａ〜５５ｂ…油圧駆動部、６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂ…圧力検出器、９３…記憶装置、９００…動作制御部、９１０…電磁比例弁制御部

Claims (4)

1. 複数の被駆動部材を連結して構成され、所定の動作平面上で動作する多関節型の作業装置と、
   操作信号を基に前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータと、
   前記複数の油圧アクチュエータのうち操作者の所望する油圧アクチュエータに前記操作信号を出力する操作装置と、
   制御対象の目標面上およびその上方の領域内で前記作業装置が動くように、前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに前記操作信号を出力、又は前記複数の油圧アクチュエータの少なくとも１つに出力された前記操作信号を補正する領域制限制御を実行する制御装置とを備える作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記動作平面上で異なる角度で接続し、前記制御対象の目標面となり得る２つの線分と、前記２つの線分の交点である変曲点の前記動作平面における位置と、前記作業装置の先端部分に設定された第１基準点及び第２基準点が記憶された記憶装置と、
   前記作業装置の姿勢を基に、前記動作平面における前記第１基準点及び前記第２基準点の位置を算出する位置演算部と、
   前記動作平面における前記第１基準点及び前記第２基準点から前記制御対象の目標面までの距離をそれぞれ算出する第１距離演算部とを備え、
   前記第１基準点及び前記第２基準点から前記制御対象の目標面までの距離のうち小さい方の距離が閾値以下のとき、前記操作装置から出力される操作信号を、当該操作信号の対象の油圧アクチュエータの動作速度が低減するように補正する
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記第１基準点及び前記第２基準点を前記制御対象の目標面に射影して得られる２つの射影点の前記動作平面における位置を算出する射影位置演算部と、
   前記動作平面における前記２つの射影点の位置から前記変曲点までの距離をそれぞれ算出する第２距離演算部とをさらに備え、
   前記制御装置が前記操作信号の対象の油圧アクチュエータの前記動作速度を低減する場合、その低減の度合いは、前記２つの射影点から前記変曲点までの距離のうち小さい方の距離が小さいほど大きく設定されている
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項２に記載の作業機械において、
   前記制御対象の目標面上及びその延長線上において前記変曲点が前記２つの射影点の間に存在するか否かを判定する判定部をさら備え、
   前記制御装置は、前記第１基準点及び前記第２基準点から前記制御対象の目標面までの距離のうち小さい方の距離が前記閾値以下のときであって、前記判定部で前記変曲点が前記２つの射影点の間に存在すると判定されたとき、前記操作信号の対象の油圧アクチュエータの動作速度の低減度合いが、前記２つの射影点から前記変曲点までの距離のうち小さい方の距離を基に設定される低減度合いの最大値以上の値に設定されるように、前記操作装置から出力される操作信号を補正する
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項３に記載の作業機械において、
   前記制御対象の目標面の目標面角度と次の制御対象の目標面の目標面角度の差分の絶対値である角度変化量を算出する角度変化量演算部をさらに備え、
   前記制御装置が前記操作信号の対象の油圧アクチュエータの前記動作速度を低減する場合、その低減の度合いは、前記角度変化量が大きいほど大きく設定されている
   ことを特徴とする作業機械。

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