JP2023151687A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】より適切に自動制御されるショベルを提供すること。【解決手段】ショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられる掘削アタッチメントＡＴと、上部旋回体３に搭載されるコントローラ３０とを備えている。そして、コントローラ３０は、掘削反力Ｆが目標値（折れ線ＣＶ上の値）になるように掘削アタッチメントＡＴの姿勢を変化させる制御を行うように構成されている。【選択図】図７

Description

本開示は、掘削機としてのショベルに関する。

従来、ブーム、アーム、及びバケットのそれぞれの回転角度を時系列で記憶することによってアタッチメントの動きを記憶した後で、記憶した回転角度を順次読み出しながらアクチュエータを動かすことによってアタッチメントの動きを再現する自動運転ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０－２０４９２５号公報

しかしながら、この自動運転ショベルは、記憶した回転角度によって決まる動きしか再現できない。そのため、この自動運転ショベルは、自動運転によって土砂を掘削する際に掘削対象の土砂の形状又は硬さ等が変わると、土砂を適切に掘削できないおそれがある。

そこで、より適切に自動制御されるショベルを提供することが望ましい。

本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記上部旋回体に搭載される制御装置と、を備え、前記制御装置は、掘削反力が目標値になるように前記アタッチメントの姿勢を変化させる制御を行う。

上述の手段により、より適切に自動制御されるショベルが提供される。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。 図１のショベルの上面図である。 図１のショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。 アームシリンダの操作に関する油圧システムの一部の図である。 ブームシリンダに関する油圧システムの一部の図である。 バケットシリンダに関する油圧システムの一部の図である。 旋回油圧モータに関する油圧システムの一部の図である。 コントローラの構成例を示す図である。 ショベルの一連の作業の流れを説明する図である。 掘削動作を行うショベルの左側面図である。

最初に、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００について説明する。図１はショベル１００の側面図であり、図２はショベル１００の上面図である。

本実施形態では、ショベル１００の下部走行体１はクローラ１Ｃを含む。クローラ１Ｃは、下部走行体１に搭載されている走行アクチュエータとしての走行油圧モータ２Ｍによって駆動される。具体的には、クローラ１Ｃは左クローラ１ＣＬ及び右クローラ１ＣＲを含む。左クローラ１ＣＬは左走行油圧モータ２ＭＬによって駆動され、右クローラ１ＣＲは右走行油圧モータ２ＭＲによって駆動される。

下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。旋回機構２は、上部旋回体３に搭載されている旋回アクチュエータとしての旋回油圧モータ２Ａによって駆動される。但し、旋回アクチュエータは、電動アクチュエータとしての旋回電動発電機であってもよい。

上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントＡＴを構成する。ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、バケット６はバケットシリンダ９で駆動される。ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、アタッチメントアクチュエータを構成している。バケット６は、例えば、法面バケット、幅狭バケット、幅広バケット、又はスケルトンバケット等の他のエンドアタッチメントであってもよい。また、バケット６は、バケットチルト機構を備えていてもよい。

ブーム４は、上部旋回体３に対して上下に回動可能に支持されている。そして、ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられている。ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度であるブーム角度θ１を検出できる。ブーム角度θ１は、例えば、ブーム４を最も下降させた状態からの上昇角度である。そのため、ブーム角度θ１は、ブーム４を最も上昇させたときに最大となる。

アーム５は、ブーム４に対して回動可能に支持されている。そして、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられている。アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度であるアーム角度θ２を検出できる。アーム角度θ２は、例えば、アーム５を最も閉じた状態からの開き角度である。そのため、アーム角度θ２は、アーム５を最も開いたときに最大となる。

バケット６は、アーム５に対して回動可能に支持されている。そして、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度であるバケット角度θ３を検出できる。バケット角度θ３は、バケット６を最も閉じた状態からの開き角度である。そのため、バケット角度θ３は、バケット６を最も開いたときに最大となる。

図１の実施形態では、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３のそれぞれは、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成されている。但し、加速度センサのみで構成されていてもよい。また、ブーム角度センサＳ１は、ブームシリンダ７に取り付けられたストロークセンサであってもよく、ロータリエンコーダ、ポテンショメータ、又は慣性計測装置等であってもよい。アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３についても同様である。

ブームシリンダ７にはブームボトム圧センサＳ７Ｂ及びブームロッド圧センサＳ７Ｒが取り付けられている。ブームボトム圧センサＳ７Ｂは、ブームシリンダ７のボトム側油室における作動油の圧力を検出する圧力センサである。ブームロッド圧センサＳ７Ｒは、ブームシリンダ７のロッド側油室における作動油の圧力を検出する圧力センサである。

アームシリンダ８にはアームボトム圧センサＳ８Ｂ及びアームロッド圧センサＳ８Ｒが取り付けられている。アームボトム圧センサＳ８Ｂは、アームシリンダ８のボトム側油室における作動油の圧力を検出する圧力センサである。アームロッド圧センサＳ８Ｒは、アームシリンダ８のロッド側油室における作動油の圧力を検出する圧力センサである。

バケットシリンダ９にはバケットボトム圧センサＳ９Ｂ及びバケットロッド圧センサＳ９Ｒが取り付けられている。バケットボトム圧センサＳ９Ｂは、バケットシリンダ９のボトム側油室における作動油の圧力を検出する圧力センサである。バケットロッド圧センサＳ９Ｒは、バケットシリンダ９のロッド側油室における作動油の圧力を検出する圧力センサである。

以下では、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、アームロッド圧センサＳ８Ｒ、バケットボトム圧センサＳ９Ｂ、及びバケットロッド圧センサＳ９Ｒのうちの少なくとも１つは、「シリンダ圧検出装置」とも称される。

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ、且つ、エンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、空間認識装置７０、向き検出装置７１、測位装置７３、機体傾斜センサＳ４、及び旋回角速度センサＳ５等が取り付けられている。キャビン１０の内部には、操作装置２６、コントローラ３０、情報入力装置７２、表示装置Ｄ１、及び音出力装置Ｄ２等が設けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体３における、掘削アタッチメントＡＴが取り付けられている側を前方とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後方とする。

空間認識装置７０は、ショベル１００の周囲の三次元空間に存在する物体を認識するように構成されている。また、空間認識装置７０は、空間認識装置７０又はショベル１００から認識された物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。空間認識装置７０は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、撮像装置、ＬＩＤＡＲ、距離画像センサ、赤外線センサ等、又はそれらの任意の組み合わせを含む。撮像装置は、例えば、単眼カメラ又はステレオカメラ等である。本実施形態では、空間認識装置７０は、キャビン１０の上面前端に取り付けられた前方センサ７０Ｆ、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後方センサ７０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左方センサ７０Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右方センサ７０Ｒを含む。上部旋回体３の上方の空間に存在する物体を認識する上方センサがショベル１００に取り付けられていてもよい。

向き検出装置７１は、上部旋回体３の向きと下部走行体１の向きとの相対的な関係に関する情報を検出するように構成されている。向き検出装置７１は、例えば、下部走行体１に取り付けられた地磁気センサと上部旋回体３に取り付けられた地磁気センサの組み合わせで構成されていてもよい。或いは、向き検出装置７１は、下部走行体１に取り付けられたＧＮＳＳ受信機と上部旋回体３に取り付けられたＧＮＳＳ受信機の組み合わせで構成されていてもよい。向き検出装置７１は、ロータリエンコーダ、ロータリポジションセンサ等、又は、それらの任意の組み合わせであってもよい。旋回電動発電機で上部旋回体３が旋回駆動される構成では、向き検出装置７１は、レゾルバで構成されていてもよい。向き検出装置７１は、例えば、下部走行体１と上部旋回体３との間の相対回転を実現する旋回機構２に関連して設けられるセンタージョイントに取り付けられていてもよい。

向き検出装置７１は、上部旋回体３に取り付けられたカメラで構成されていてもよい。この場合、向き検出装置７１は、上部旋回体３に取り付けられているカメラが撮像した画像（入力画像）に既知の画像処理を施して入力画像に含まれる下部走行体１の画像を検出する。そして、向き検出装置７１は、既知の画像認識技術を用いて下部走行体１の画像を検出することで、下部走行体１の長手方向を特定する。そして、上部旋回体３の前後軸の方向と下部走行体１の長手方向との間に形成される角度を導き出す。上部旋回体３の前後軸の方向は、カメラの取り付け位置から導き出される。特に、クローラ１Ｃは上部旋回体３から突出しているため、向き検出装置７１は、クローラ１Ｃの画像を検出することで下部走行体１の長手方向を特定できる。この場合、向き検出装置７１は、コントローラ３０に統合されていてもよい。また、カメラは、空間認識装置７０であってもよい。

情報入力装置７２は、ショベルの操作者がコントローラ３０に対して情報を入力できるように構成されている。本実施形態では、情報入力装置７２は、表示装置Ｄ１の表示部に近接して設置されるスイッチパネルである。但し、情報入力装置７２は、表示装置Ｄ１の表示部の上に配置されるタッチパネルであってもよく、キャビン１０内に配置されているマイクロフォン等の音入力装置であってもよい。また、情報入力装置７２は、外部からの情報を取得する通信装置であってもよい。

測位装置７３は、上部旋回体３の位置を測定するように構成されている。本実施形態では、測位装置７３は、ＧＮＳＳ受信機であり、上部旋回体３の位置を検出し、検出値をコントローラ３０に対して出力する。測位装置７３は、ＧＮＳＳコンパスであってもよい。この場合、測位装置７３は、上部旋回体３の位置及び向きを検出できるため、向き検出装置７１としても機能する。

機体傾斜センサＳ４は、所定の平面に対する上部旋回体３の傾斜を検出する。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は、水平面に関する上部旋回体３の前後軸回りの傾斜角及び左右軸回りの傾斜角を検出する加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、互いに直交してショベル１００の旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出する。本実施形態では、ジャイロセンサである。レゾルバ、ロータリエンコーダ等、又はそれらの任意の組み合わせであってもよい。旋回角速度センサＳ５は、旋回速度を検出してもよい。旋回速度は、旋回角速度から算出されてもよい。

以下では、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、及び旋回角速度センサＳ５のうちの少なくとも１つは、姿勢検出装置とも称される。掘削アタッチメントＡＴの姿勢は、例えば、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３のそれぞれの出力に基づいて検出される。

表示装置Ｄ１は、情報を表示する装置である。本実施形態では、表示装置Ｄ１は、キャビン１０内に設置された液晶ディスプレイである。但し、表示装置Ｄ１は、スマートフォン等の携帯端末のディスプレイであってもよい。

音出力装置Ｄ２は、音を出力する装置である。音出力装置Ｄ２は、キャビン１０内の操作者に向けて音を出力する装置、及び、キャビン１０外の作業者に向けて音を出力する装置の少なくとも１つを含む。携帯端末のスピーカであってもよい。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置２６は、例えば、操作レバー及び操作ペダルを含む。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも１つを含む。

コントローラ３０は、処理回路の一例であり、ショベル１００を制御するための制御装置として機能する。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、揮発性記憶装置、及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ３０は、各機能に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出して揮発性記憶装置にロードし、対応する処理をＣＰＵに実行させる。各機能は、例えば、操作者によるショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル１００の手動操作を支援したり或いはショベル１００を自動的或いは自律的に動作させたりするマシンコントロール機能を含む。コントローラ３０は、ショベル１００の周囲の監視範囲内に存在する物体とショベル１００との接触を回避するためにショベル１００を自動的或いは自律的に動作させたり或いは停止させたりする接触回避機能を含んでいてもよい。ショベル１００の周囲の物体の監視は、監視範囲内だけでなく監視範囲外に対しても実行される。

次に、図３を参照し、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図３は、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例を示す図である。図３は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系を、それぞれ、二重線、実線、破線及び点線で示している。

ショベル１００の油圧システムは、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブユニット１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作センサ２９、及びコントローラ３０等を含む。

図３において、油圧システムは、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４から、センターバイパス管路４０又はパラレル管路４２を経て作動油タンクまで作動油を循環させることができるように構成されている。

エンジン１１は、ショベル１００の駆動源の一例である。駆動源は、電動モータ又は燃料電池等であってもよい。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結されている。

メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット１７に供給できるように構成されている。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御できるように構成されている。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。

パイロットポンプ１５は、パイロット圧生成装置の一例であり、パイロットラインを介して油圧制御機器に作動油を供給できるように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロット圧生成装置は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット１７に供給する機能に加え、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給する機能を備えていてもよい。この場合、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。

コントロールバルブユニット１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を含む。制御弁１７５は制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒを含み、制御弁１７６は制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒを含む。コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できるように構成されている。制御弁１７１～１７６は、例えば、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左走行油圧モータ２ＭＬ、右走行油圧モータ２ＭＲ及び旋回油圧モータ２Ａを含む。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータを操作できるように構成されている。本実施形態では、操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータを操作できるように構成された油圧アクチュエータ操作装置を含む。具体的には、油圧アクチュエータ操作装置は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブユニット１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できるように構成されている。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量に応じた圧力である。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出できるように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作センサ２９は、操作者による操作装置２６の操作の内容を検出できるように構成されている。本実施形態では、操作センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

メインポンプ１４は、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒを含む。そして、左メインポンプ１４Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌ又は左パラレル管路４２Ｌを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ１４Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒ又は右パラレル管路４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。

左センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブユニット１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブユニット１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒを通る作動油ラインである。

制御弁１７１は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左走行油圧モータ２ＭＬへ供給し、且つ、左走行油圧モータ２ＭＬが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７２は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右走行油圧モータ２ＭＲへ供給し、且つ、右走行油圧モータ２ＭＲが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７３は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７４は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７５Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７５Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

左パラレル管路４２Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。左パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３、及び１７５Ｌの何れかによって左センターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路４２Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。右パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４、及び１７５Ｒの何れかによって右センターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

レギュレータ１３は、左レギュレータ１３Ｌ及び右レギュレータ１３Ｒを含む。左レギュレータ１３Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。具体的には、左レギュレータ１３Ｌは、例えば、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。右レギュレータ１３Ｒについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収パワー（吸収馬力）がエンジン１１の出力パワー（出力馬力）を超えないようにするためである。

操作装置２６は、左操作レバー２６Ｌ、右操作レバー２６Ｒ及び走行レバー２６Ｄを含む。走行レバー２６Ｄは、左走行レバー２６ＤＬ及び右走行レバー２６ＤＲを含む。

左操作レバー２６Ｌは、旋回操作とアーム５の操作に用いられる。左操作レバー２６Ｌは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７６のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７３のパイロットポートに導入させる。

具体的には、左操作レバー２６Ｌは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の左側パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の右側パイロットポートに作動油を導入させる。

右操作レバー２６Ｒは、ブーム４の操作とバケット６の操作に用いられる。右操作レバー２６Ｒは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７５のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７４のパイロットポートに導入させる。

具体的には、右操作レバー２６Ｒは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７４の右側パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁１７４の左側パイロットポートに作動油を導入させる。

走行レバー２６Ｄは、クローラ１Ｃの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー２６ＤＬは、左クローラ１ＣＬの操作に用いられる。左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー２６ＤＬは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７１のパイロットポートに導入させる。右走行レバー２６ＤＲは、右クローラ１ＣＲの操作に用いられる。右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー２６ＤＲは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７２のパイロットポートに導入させる。

吐出圧センサ２８は、吐出圧センサ２８Ｌ及び吐出圧センサ２８Ｒを含む。吐出圧センサ２８Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。

操作センサ２９は、操作センサ２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ、２９ＤＬ、２９ＤＲを含む。操作センサ２９ＬＡは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作の内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量（レバー操作角度）等である。

同様に、操作センサ２９ＬＢは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＲＡは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＲＢは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＤＬは、操作者による左走行レバー２６ＤＬに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＤＲは、操作者による右走行レバー２６ＤＲに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

コントローラ３０は、操作センサ２９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。また、コントローラ３０は、絞り１８の上流に設けられた制御圧センサ１９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。絞り１８は左絞り１８Ｌ及び右絞り１８Ｒを含み、制御圧センサ１９は左制御圧センサ１９Ｌ及び右制御圧センサ１９Ｒを含む。

左センターバイパス管路４０Ｌには、最も下流にある制御弁１７６Ｌと作動油タンクとの間に左絞り１８Ｌが配置されている。そのため、左メインポンプ１４Ｌが吐出した作動油の流れは、左絞り１８Ｌで制限される。そして、左絞り１８Ｌは、左レギュレータ１３Ｌを制御するための制御圧を発生させる。左制御圧センサ１９Ｌは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、この制御圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。コントローラ３０は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御される。

具体的には、図３で示されるようにショベル１００における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、左センターバイパス管路４０Ｌを通って左絞り１８Ｌに至る。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路４０Ｌを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌに至る量を減少或いは消失させ、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、コントローラ３０は、右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御する。

上述のような構成により、図３の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ１４における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ１４が吐出する作動油がセンターバイパス管路４０で発生させるポンピングロスを含む。また、図３の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。

次に、図４Ａ～図４Ｄを参照し、コントローラ３０がマシンコントロール機能によってアクチュエータを動作させるための構成について説明する。図４Ａ～図４Ｄは、油圧システムの一部を抜き出した図である。具体的には、図４Ａは、アームシリンダ８の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図４Ｂは、ブームシリンダ７の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。図４Ｃは、バケットシリンダ９の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図４Ｄは、旋回油圧モータ２Ａの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。

図４Ａ～図４Ｄに示すように、油圧システムは、比例弁３１を含む。比例弁３１は、比例弁３１ＡＬ～３１ＤＬ及び３１ＡＲ～３１ＤＲを含む。

比例弁３１は、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁３１は、パイロットポンプ１５とコントロールバルブユニット１７内の対応する制御弁のパイロットポートとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３１は、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１を介し、コントロールバルブユニット１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。そして、コントローラ３０は、比例弁３１が生成するパイロット圧を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。

この構成により、コントローラ３０は、特定の操作装置２６に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。また、コントローラ３０は、特定の操作装置２６に対する操作が行われている場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に停止させることができる。

例えば、図４Ａに示すように、左操作レバー２６Ｌは、アーム５を操作するために用いられる。具体的には、左操作レバー２６Ｌは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７６のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー２６Ｌは、アーム閉じ方向（後方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートと制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー２６Ｌは、アーム開き方向（前方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートと制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作用させる。

左操作レバー２６ＬにはスイッチＮＳが設けられている。本実施形態では、スイッチＮＳは、左操作レバー２６Ｌの先端に設けられた押しボタンスイッチである。操作者は、スイッチＮＳを押しながら左操作レバー２６Ｌを操作できる。スイッチＮＳは、右操作レバー２６Ｒに設けられていてもよく、キャビン１０内の他の位置に設けられていてもよい。

操作センサ２９ＬＡは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

比例弁３１ＡＬは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＬを介して制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＡＲは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＲを介して制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＡＬは、制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、比例弁３１ＡＲは、制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるアーム閉じ操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＬを介し、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ３０は、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＬを介し、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、操作者によるアーム閉じ操作に応じ、或いは、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、アーム５を閉じることができる。

また、コントローラ３０は、操作者によるアーム開き操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＲを介し、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ３０は、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＲを介し、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、操作者によるアーム開き操作に応じ、或いは、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、アーム５を開くことができる。

また、この構成により、コントローラ３０は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、制御弁１７６の閉じ側のパイロットポート（制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポート）に作用するパイロット圧を減圧し、アーム５の閉じ動作を強制的に停止させることができる。操作者によるアーム開き操作が行われているときにアーム５の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。

或いは、コントローラ３０は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、比例弁３１ＡＲを制御し、制御弁１７６の閉じ側のパイロットポートの反対側にある、制御弁１７６の開き側のパイロットポート（制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポート）に作用するパイロット圧を増大させ、制御弁１７６を強制的に中立位置に戻すことで、アーム５の閉じ動作を強制的に停止させてもよい。操作者によるアーム開き操作が行われている場合にアーム５の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。

また、以下の図４Ｂ～図４Ｄを参照しながらの説明を省略するが、操作者によるブーム上げ操作又はブーム下げ操作が行われている場合にブーム４の動作を強制的に停止させる場合、操作者によるバケット閉じ操作又はバケット開き操作が行われている場合にバケット６の動作を強制的に停止させる場合、及び、操作者による旋回操作が行われている場合に上部旋回体３の旋回動作を強制的に停止させる場合についても同様である。また、操作者による走行操作が行われている場合に下部走行体１の走行動作を強制的に停止させる場合についても同様である。

また、図４Ｂに示すように、右操作レバー２６Ｒは、ブーム４を操作するために用いられる。具体的には、右操作レバー２６Ｒは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７５のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー２６Ｒは、ブーム上げ方向（後方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートと制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー２６Ｒは、ブーム下げ方向（前方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに作用させる。

操作センサ２９ＲＡは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

比例弁３１ＢＬは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＬを介して制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＢＲは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＲを介して制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＢＬは、制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。また、比例弁３１ＢＲは、制御弁１７５Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるブーム上げ操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＬを介し、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ３０は、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＬを介し、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、操作者によるブーム上げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、ブーム４を上げることができる。

また、コントローラ３０は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＲを介し、制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ３０は、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＲを介し、制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、ブーム４を下げることができる。

また、図４Ｃに示すように、右操作レバー２６Ｒは、バケット６を操作するためにも用いられる。具体的には、右操作レバー２６Ｒは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー２６Ｒは、バケット閉じ方向（左方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４の左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー２６Ｒは、バケット開き方向（右方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４の右側パイロットポートに作用させる。

操作センサ２９ＲＢは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

比例弁３１ＣＬは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＣＬを介して制御弁１７４の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＣＲは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＣＲを介して制御弁１７４の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＣＬは、制御弁１７４を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、比例弁３１ＣＲは、制御弁１７４を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるバケット閉じ操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＬを介し、制御弁１７４の左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ３０は、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＬを介し、制御弁１７４の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、操作者によるバケット閉じ操作に応じ、或いは、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、バケット６を閉じることができる。

また、コントローラ３０は、操作者によるバケット開き操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＲを介し、制御弁１７４の右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ３０は、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＣＲを介し、制御弁１７４の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、操作者によるバケット開き操作に応じ、或いは、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、バケット６を開くことができる。

また、図４Ｄに示すように、左操作レバー２６Ｌは、旋回機構２を操作するためにも用いられる。具体的には、左操作レバー２６Ｌは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁１７３のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向（左方向）に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７３の左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー２６Ｌは、右旋回方向（右方向）に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７３の右側パイロットポートに作用させる。

操作センサ２９ＬＢは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

比例弁３１ＤＬは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＤＬを介して制御弁１７３の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＤＲは、コントローラ３０が出力する制御指令（電流指令）に応じて動作する。そして、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＤＲを介して制御弁１７３の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁３１ＤＬは、制御弁１７３を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、比例弁３１ＤＲは、制御弁１７３を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者による左旋回操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＤＬを介し、制御弁１７３の左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ３０は、操作者による左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＤＬを介し、制御弁１７３の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、操作者による左旋回操作に応じ、或いは、操作者による左旋回操作とは無関係に、旋回機構２を左旋回させることができる。

また、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作に応じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＤＲを介し、制御弁１７３の右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＤＲを介し、制御弁１７３の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、操作者による右旋回操作に応じ、或いは、操作者による右旋回操作とは無関係に、旋回機構２を右旋回させることができる。

ショベル１００は、下部走行体１を自動的に前進・後進させる構成を備えていてもよい。この場合、左走行油圧モータ２ＭＬの操作に関する油圧システム部分、及び、右走行油圧モータ２ＭＲの操作に関する油圧システム部分は、ブームシリンダ７の操作に関する油圧システム部分等と同じように構成されてもよい。

また、ショベル１００は、バケットチルト機構を自動的に動作させる構成を備えていてもよい。この場合、バケットチルト機構を構成するバケットチルトシリンダに関する油圧システム部分は、ブームシリンダ７の操作に関する油圧システム部分等と同じように構成されてもよい。

また、操作装置２６の形態として電気式操作レバーに関する説明を記載したが、電気式操作レバーではなく油圧式操作レバーが採用されてもよい。この場合、油圧式操作レバーのレバー操作量は、圧力センサによって圧力の形で検出されてコントローラ３０へ入力されてもよい。また、油圧式操作レバーとしての操作装置２６と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置されてもよい。電磁弁は、コントローラ３０からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、油圧式操作レバーとしての操作装置２６を用いた手動操作が行われると、操作装置２６は、レバー操作量に応じてパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。また、各制御弁は電磁スプール弁で構成されていてもよい。この場合、電磁スプール弁は、電気式操作レバーのレバー操作量に対応するコントローラ３０からの電気信号に応じて動作する。

次に、図５を参照し、コントローラ３０の構成例について説明する。図５は、コントローラ３０の構成例を示す図である。図５では、コントローラ３０は、姿勢検出装置、シリンダ圧検出装置、操作装置２６、空間認識装置７０、向き検出装置７１、情報入力装置７２、測位装置７３及びスイッチＮＳ等の少なくとも１つが出力する信号を受け、様々な演算を実行し、比例弁３１、表示装置Ｄ１、及び音出力装置Ｄ２等の少なくとも１つに制御指令を出力できるように構成されている。姿勢検出装置は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、及び旋回角速度センサＳ５を含む。シリンダ圧検出装置は、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、アームロッド圧センサＳ８Ｒ、バケットボトム圧センサＳ９Ｂ、及びバケットロッド圧センサＳ９Ｒを含む。コントローラ３０は、位置算出部３０Ａ、軌道取得部３０Ｂ、及び自動制御部３０Ｃを機能要素として有する。各機能要素は、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアで構成されていてもよく、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせで構成されていてもよい。位置算出部３０Ａ、軌道取得部３０Ｂ、及び自動制御部３０Ｃは、説明の便宜のために区別されて示されているが、物理的に区別されている必要はなく、全体的に或いは部分的に共通のソフトウェアコンポーネント若しくはハードウェアコンポーネントで構成されていてもよい。

位置算出部３０Ａは、測位対象の位置を算出するように構成されている。本実施形態では、位置算出部３０Ａは、アタッチメントの所定部位の基準座標系における座標点を算出する。所定部位は、例えば、バケット６の爪先である。具体的には、バケット６の爪先は、バケット６の先端に取り付けられた複数の爪のうちの中央にある爪の先端である。但し、バケット６の爪先は、バケット６の先端に取り付けられた複数の爪のうちの左端にある爪の先端であってもよく、バケット６の先端に取り付けられた複数の爪のうちの右端にある爪の先端であってもよい。基準座標系の原点は、例えば、旋回軸とショベル１００の接地面との交点である。基準座標系は、例えば、ＸＹＺ直交座標系であり、ショベル１００の前後軸に平行なＸ軸と、ショベル１００の左右軸に平行なＹ軸と、ショベル１００の旋回軸に平行なＺ軸とを有する。位置算出部３０Ａは、例えば、ブーム４、アーム５及びバケット６のそれぞれの回動角度からバケット６の爪先の座標点を算出する。位置算出部３０Ａは、中央にある爪の先端の座標点だけでなく、左端にある爪の先端の座標点、及び、右端にある爪の先端の座標点を算出してもよい。この場合、位置算出部３０Ａは、機体傾斜センサＳ４の出力を利用してもよい。

軌道取得部３０Ｂは、ショベル１００を自律的に動作させるときにアタッチメントの所定部位が辿る軌道である目標軌道を取得するように構成されている。本実施形態では、軌道取得部３０Ｂは、自動制御部３０Ｃがショベル１００を自律的に動作させるときに利用する目標軌道を取得する。例えば、軌道取得部３０Ｂは、不揮発性記憶装置に記憶されている設計面に関するデータに基づいて目標軌道を導き出す。軌道取得部３０Ｂは、空間認識装置７０が認識したショベル１００の周囲の地形に関する情報に基づいて目標軌道を導き出してもよい。或いは、軌道取得部３０Ｂは、揮発性記憶装置に記憶されている姿勢検出装置の過去の出力からバケット６の爪先の過去の軌跡に関する情報を導き出し、その情報に基づいて目標軌道を導き出してもよい。或いは、軌道取得部３０Ｂは、アタッチメントの所定部位の現在位置と設計面に関するデータとに基づいて目標軌道を導き出してもよい。

自動制御部３０Ｃは、ショベル１００を自律的に動作させることができるように構成されている。本実施形態では、所定の開始条件が満たされた場合に、軌道取得部３０Ｂが取得した目標軌道に沿ってアタッチメントの所定部位を移動させるように構成されている。具体的には、スイッチＮＳが押されている状態で操作装置２６が操作されたときに、所定部位が目標軌道に沿って移動するように、ショベル１００を自律的に動作させる。

本実施形態では、自動制御部３０Ｃは、アクチュエータを自律的に動作させることで操作者によるショベルの手動操作を支援するように構成されている。例えば、自動制御部３０Ｃは、操作者がスイッチＮＳを押しながら手動でアーム閉じ操作を行っている場合に、目標軌道とバケット６の爪先の位置とが一致するようにブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを自律的に伸縮させてもよい。この場合、操作者は、例えば、左操作レバー２６Ｌをアーム閉じ方向に操作するだけで、バケット６の爪先を目標軌道に一致させながら、アーム５を閉じることができる。

本実施形態では、自動制御部３０Ｃは、比例弁３１に制御指令（電流指令）を与えて各アクチュエータに対応する制御弁に作用するパイロット圧を個別に調整することで各アクチュエータを自律的に動作させることができる。例えば、右操作レバー２６Ｒが傾倒されたか否かにかかわらず、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを動作させることができる。

次に、図６を参照して、ショベルの作業工程について説明をする。図６は、ショベルの作業工程の一例を示す図である。具体的には、図６は、掘削・積み込み作業における作業工程を示す。より具体的には、図６（Ａ）～（Ｄ）は、掘削動作が行われる掘削動作期間を表し、図６（Ｅ）は、ブーム上げ旋回動作が行われるブーム上げ旋回動作期間を表し、図６（Ｆ）は、ダンプ動作が行われるダンプ動作期間を表し、図６（Ｇ）は、ブーム下げ旋回動作が行われるブーム下げ旋回動作期間を表す。

まず、図６（Ａ）に示すように、操作者は、作業装置としての掘削アタッチメント（ブーム４、アーム５、及びバケット６）の作業領域Ｎ内において、バケット６の先端が掘削対象の地面に対して所望の高さ位置になるようにバケット６の先端の位置決めを行う。作業領域Ｎは、例えば、バケット６の先端が到達可能な領域を意味する。そして、図６（Ｂ）に示すように、操作者は、バケット６を開いた状態（例えばバケット角度θ３が９０度以上のときのバケット６の状態）で、ブーム４を徐々に上げつつ、アーム５を閉じることにより、掘削動作を開始する。以下では、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す掘削動作期間の前半で行われる一連の動作を掘削前半動作と称する。

続いて、図６（Ｃ）に示すように、操作者は、図６（Ｂ）の状態から更に、ブーム４を徐々に上げつつ、アーム５を閉じることにより、掘削土がバケット６内一杯に収容されていく。そして、図６（Ｄ）に示すように、操作者は、アーム５を更に閉じながら、バケット６を閉じることにより、掘削土を収容したバケット６を空中に持ち上げる。以下では、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示す掘削動作期間の後半で行われる一連の動作を掘削後半動作と称する。

掘削動作期間の前半では、ショベルは、作業負荷が比較的低い低負荷状態にある。一方、掘削動作期間の後半では、掘削動作期間の前半に比べて掘削反力が大きくなるため、高馬力が必要とされ、ショベルは、作業負荷が比較的高い高負荷状態になる。

続いて、図６（Ｅ）に示すように、操作者は、バケット６の底部が地面から所望の高さとなるまでブーム４を上げる。所望の高さは、例えば、ダンプトラックの荷台の高さ以上の高さである。これに続いて、或いは、同時に、操作者は、上部旋回体３を矢印ＡＲ１で示すように旋回させて排土位置（例えば、ダンプトラックの荷台の真上の位置）までバケット６を移動させる。ブーム４の上げ動作の初期には、高馬力が必要とされ、ショベルは、作業負荷が比較的高い高負荷状態にあり、ブーム４が上がっていくにつれて、必要とされる馬力が徐々に小さくなり、ショベルは、作業負荷が比較的低い低負荷状態に移行する。なお、ブーム４の上げ動作が行われているときに旋回動作が同時に行われていてもよい。

続いて、図６（Ｆ）に示すように、操作者は、アーム５及びバケット６を開いて、バケット６内の土をバケット６外に放出する。なお、操作者は、バケット６のみを開いてバケット６内の土をバケット６外に放出してもよい。ダンプ動作期間では、必要とされる馬力は低く、ショベルは、作業負荷が比較的低い低負荷状態にある。

続いて、図６（Ｇ）に示すように、操作者は、上部旋回体３を矢印ＡＲ２で示すように旋回させてバケット６を掘削対象の真上に移動させる。このとき、操作者は、上部旋回体３を旋回させるのと同時にブーム４を下げて、掘削対象から所望の高さにある位置までバケット６を下降させてもよい。そして、バケット６を掘削対象の真上に移動させた後で、操作者は、掘削動作を再開させる。ブーム下げ旋回動作期間では、必要とされる馬力はダンプ動作期間に必要とされる馬力より更に低く、ショベルは、作業負荷が非常に低い低負荷状態にある。

操作者は、掘削動作、ブーム上げ旋回動作、ダンプ動作、及びブーム下げ旋回動作の一連の動作の組み合わせを作業工程の１サイクルとして繰り返し行いながら、掘削・積み込み作業を進めていく。

次に、図７を参照し、コントローラ３０のマシンコントロール機能の一例について説明する。図７は、掘削動作を行うショベル１００の左側面図である。具体的には、図７の上図は、掘削反力が目標値になるようにアタッチメントを制御する制御方法の一つとしてのフィードバック制御に基づくマシンコントロール機能を実行するコントローラ３０を搭載しているショベル１００の左側面図であり、図７の下図は、掘削反力Ｆと距離Ｘとの関係を示すグラフである。ここで、掘削反力に基づくフィードバック制御としての反力フィードバック制御を以下に説明する。

距離Ｘは、基準位置ＲＰとアタッチメントの所定部位（例えばバケット６の爪先）との間の水平距離であり、上部旋回体３に近づくほど大きくなる。基準位置ＲＰは、例えば、ショベル１００の旋回軸ＰＶからの距離ＤＳが所定距離となる位置である。所定距離は、ショベル１００の最大旋回半径であってもよい。

反力フィードバック制御は、掘削反力Ｆ等の作業反力の値が目標値となるようにアタッチメントを動かす制御である。図７に示す例では、コントローラ３０は、掘削反力Ｆの現在値と目標値との差がゼロになるように掘削アタッチメントの姿勢を自動的に変化させるように構成されている。具体的には、コントローラ３０は、アクチュエータを自動的に動作させて掘削アタッチメントＡＴの姿勢を自動的に変化させるように構成されている。アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９である。

掘削反力Ｆの目標値は、例えば、図７の下図に示す折れ線ＣＶ上の点によって表される値である。すなわち、掘削反力Ｆの目標値は、距離Ｘの値に基づいて一意に決まる。換言すれば、掘削反力Ｆの目標値は、距離Ｘの値の変化に応じて変化する値である。図７に示す例では、掘削反力Ｆの目標値は、予め設定された値である。具体的には、掘削反力Ｆの目標値は、過去に行われた掘削動作の際に各種センサが出力する検出値に基づいて算出された値である。すなわち、掘削反力Ｆの目標値は、操作者が過去に掘削操作したときの動作履歴により設定されてもよい。各種センサは、例えば、姿勢検出装置及びシリンダ圧検出装置である。過去に行われた掘削動作は、例えば、掘削・積み込み作業が行われる作業現場において複数回の掘削動作が予定されている場合の一回目の掘削動作であってもよい。この場合、一回目の掘削動作は手動で行われてもよい。そして、二回目以降の掘削動作はマシンコントロール機能を利用して自動で行われてもよい。過去に行われた掘削動作は、これから掘削・積み込み作業が行われる作業現場とは異なる別の作業現場で過去に行われた掘削動作であってもよく、これから掘削・積み込み作業が行われる作業現場と同じ作業現場で一週間前又は一ヶ月前等の過去に行われた掘削動作であってもよい。これらの場合、一回目の掘削動作もマシンコントロール機能を利用して自動で行われる。或いは、過去に行われた掘削動作は、例えば、ショベル１００とは異なる別のショベルによって行われた掘削動作であってもよい。

本実施形態では、コントローラ３０は、各種センサが出力する検出値に基づいて掘削反力Ｆを算出するように構成されている。図７に示す例では、コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂのそれぞれが出力する検出値に基づいて掘削反力Ｆを導き出すように構成されている。具体的には、コントローラ３０は、掘削アタッチメントＡＴの現在の姿勢とブームボトム圧とに基づいて掘削反力Ｆを導き出すように構成されている。但し、コントローラ３０は、掘削アタッチメントＡＴの現在の姿勢と、ブームボトム圧とブームロッド圧との間の差圧から導き出されるブームシリンダ７の伸縮力とに基づいて掘削反力Ｆを導き出すように構成されていてもよい。

また、本実施形態では、コントローラ３０は、掘削動作期間では、反力フィードバック制御と軌道制御とを同時並行的に実行するように構成されている。

軌道制御は、アタッチメントの所定部位が目標軌道に沿って移動するようにアタッチメントの姿勢を自動的に変化させる制御である。図７に示す例では、コントローラ３０は、過去に行われた掘削動作の際に各種センサが出力する検出値に基づいて算出されたバケット６の爪先の軌跡に基づいて目標軌道を導き出す。具体的には、コントローラ３０は、過去に行われた掘削動作の際のバケット６の爪先の軌跡をそのまま目標軌道として採用する。すなわち、操作者は、ティーチングにより、操作者による操作に応じて動くバケット６の爪先が辿った軌道を目標軌道として設定してもよい。換言すれば、目標軌道は、操作者が操作した軌道に基づき設定されてもよい。但し、コントローラ３０は、バケット６の爪先の軌跡よりも深い軌道、又は、バケット６の爪先の軌跡よりも浅い軌道を目標軌道として採用してもよい。各種センサは、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３である。なお、コントローラ３０は、上述のように、不揮発性記憶装置に記憶されている設計面に関するデータに基づいて目標軌道を導き出してもよい。また、コントローラ３０は、土砂の粘度等の土砂の特性に応じ、導き出した目標軌道を修正してもよい。

図７の上図における破線で示す目標軌道ＴＬ１は、掘削・積み込み作業が行われる作業現場において複数回の掘削動作が予定されている場合の一回目の掘削動作で利用された目標軌道である。図７に示す例では、目標軌道ＴＬ１は、過去に行われた掘削動作の際に各種センサが出力する検出値に基づいて算出されたバケット６の爪先の軌跡に基づいて予め設定されている。図７の上図は、１回目の掘削動作においてバケット６の爪先を地面に貫入させたときのショベル１００を示している。また、図７の上図は、明瞭化のため、地盤の断面を斜線パターンで表し、その地盤の断面のうち一回目の掘削動作で掘削される部分ＥＣをドットパターンで表している。

また、図７の下図における破線で示す折れ線ＣＶ１は、目標軌道ＴＬ１に沿ってバケット６の爪先が移動したときの掘削反力Ｆの推移を示している。

また、図７の上図における一点鎖線で示す目標軌道ＴＬ２は、二回目の掘削動作で利用された目標軌道であり、一回目の掘削動作で利用された目標軌道ＴＬ１に基づいて生成される。なお、目標軌道ＴＬ２は、反力フィードバック制御によって適切に修正されている。

また、図７の下図における一点鎖線で示す折れ線ＣＶ２は、目標軌道ＴＬ２に沿ってバケット６の爪先が移動したときの掘削反力Ｆの推移を示している。

また、図７の上図における二点鎖線で示す目標軌道ＴＬ３は、二回目の掘削動作で利用されなかった目標軌道、すなわち、反力フィードバック制御が実行されない場合に採用される目標軌道であり、一回目の掘削動作で利用された目標軌道ＴＬ１と同じである。

また、図７の下図における二点鎖線で示す折れ線ＣＶ３は、仮に目標軌道ＴＬ３に沿ってバケット６の爪先が移動したときの掘削反力Ｆの推移を示している。

なお、図７の下図における実線で示す折れ線ＣＶは、掘削動作が行われるときの掘削反力Ｆの目標値の推移を示している。折れ線ＣＶは、例えば、過去に行われた掘削動作の際に各種センサが出力する検出値に基づいて導出される掘削反力Ｆの目標値を繋いだ線であってもよい。或いは、折れ線ＣＶは、ショベルの掘削動作のシミュレーション結果に基づいて設定されてもよい。

また、図７に示す例では、目標軌道ＴＬ１～目標軌道ＴＬ３は何れも共通の始点ＳＰから共通の終点ＥＰまで延びるように設定されている。なお、始点ＳＰでの距離Ｘの値はＸ１であり、終点ＥＰでの距離Ｘの値はＸ３である。但し、掘削動作毎に設定される目標軌道の始点ＳＰは互いに異なっていてもよく、掘削動作毎に設定される目標軌道の終点ＥＰも互いに異なっていてもよい。

図７に示す例では、コントローラ３０は、バケット６の爪先の位置を始点ＳＰに合わせた状態で一回目の掘削動作を開始させる。具体的には、コントローラ３０は、バケット６の爪先が目標軌道ＴＬ１を辿るように、ブームシリンダ７を伸縮させ、アームシリンダ８を伸張させ、且つ、バケットシリンダ９を伸張させる。

なお、コントローラ３０は、各種センサの出力に基づいて算出される掘削反力Ｆの現在値と目標値との間の差が所定の閾値ΔＦ以上となったときに目標軌道を修正するように構成されている。

図７に示す例では、一回目の掘削動作においては、折れ線ＣＶ１上の値である掘削反力Ｆの現在値と折れ線ＣＶ上の値である目標値と間の差は、始点ＳＰから終点ＥＰまでの全域にわたって所定の閾値ΔＦ未満であるため、コントローラ３０は、目標軌道を修正することはない。

そのため、コントローラ３０は、目標軌道ＴＬ１を辿るようにバケット６の爪先を継続的に移動させ、距離Ｘの値がＸ２となり掘削反力Ｆが所定の閾値Ｆ１に達したときに、バケット６を閉じながらブーム４を上昇させる複合動作を開始させることによって一回目の掘削動作を終了させる。

その後、コントローラ３０は、ブーム上げ旋回動作、ダンプ動作、及びブーム下げ旋回動作を実行した後、バケット６の爪先の位置を始点ＳＰに戻した時点で二回目の掘削動作を開始させる。

図７に示す例では、二回目の掘削動作においては、折れ線ＣＶ２上の値である掘削反力Ｆの現在値と折れ線ＣＶ上の値である目標値と間の差は、距離Ｘの値がＸ１となったときに増加し始め、距離Ｘの値がＸ１１となったときに所定の閾値ΔＦを上回るため、コントローラ３０は、距離Ｘの値がＸ１１となったときに目標軌道を修正する。

具体的には、目標軌道ＴＬ２は、距離Ｘの値がＸ１１となるまでは、目標軌道ＴＬ３と同じ経路を辿るが、距離Ｘの値がＸ１１に達したとき、すなわち、掘削反力Ｆの現在値と目標値と間の差が所定の閾値ΔＦを上回ったときに、目標軌道ＴＬ３から下方に延びる（乖離する）。そのまま目標軌道ＴＬ３を辿るようにバケット６の爪先を移動させた場合には、バケット６は、土砂をほとんど掘削することができないためである。一回目の掘削動作によって掘削された部分（一回目の掘削動作で掘削される部分ＥＣ）には土砂が存在しないためである。なお、目標軌道を修正せずにそのまま目標軌道ＴＬ３を辿るようにバケット６の爪先を移動させた場合には、掘削反力Ｆは、折れ線ＣＶ３で示すように、ほぼゼロの状態を維持しながら推移する。

図７に示す例では、目標軌道ＴＬ２は、鉛直軸に対して角度αを成す方向に距離ＤＰだけ下方に延びるように修正される。角度αは、予め設定される値である。但し、角度αは、掘削対象の特性等に応じて動的に変更されてもよい。距離ＤＰは、掘削反力Ｆの変化に応じて決まる値である。すなわち、コントローラ３０は、掘削反力Ｆが所定値を上回ったときに目標軌道ＴＬ２の下方への延長を停止させる。この所定値は、予め設定される値であるが、角度αと同様に、掘削対象の特性等に応じて動的に変更されてもよい。なお、距離ＤＰだけ下方に延長された後の目標軌道ＴＬ２の形状は、目標軌道ＴＬ３と同じである。つまり、目標軌道ＴＬ３を所定距離だけ移動させると目標軌道ＴＬ２となる。

なお、図７に示す例では、鉛直軸に対して角度αを成す方向に延びる目標軌道ＴＬ２に沿ったバケット６の爪先の動きは、ブーム下げ動作によって実現される。そして、コントローラ３０は、ブームロッド圧が所定値を上回った場合に、掘削反力Ｆが所定値を上回ったと判定する。しかしながら、鉛直軸に対して角度αを成す方向に延びる目標軌道ＴＬ２に沿ったバケット６の爪先の動きは、ブーム下げ動作と、アーム閉じ動作及びバケット閉じ動作の少なくとも一方との複合動作によって実現されてもよい。例えば、鉛直軸に対して角度αを成す方向に延びる目標軌道ＴＬ２に沿ったバケット６の爪先の動きは、ブーム下げ動作とアーム閉じ動作との複合動作によって実現されてもよい。この場合、コントローラ３０は、ブームボトム圧が所定値を上回り、且つ、アームボトム圧が所定値を上回った場合に、掘削反力Ｆが所定値を上回ったと判定してもよい。

修正された、すなわち、下方に延長された目標軌道ＴＬ２を辿るようにバケット６の爪先を移動させた場合には、バケット６は、一回目の掘削動作のときと同様に、土砂を掘削することができる。

その結果、掘削反力Ｆは、距離Ｘの値がＸ１１となった後で増大し始め、掘削反力Ｆの現在値と目標値との間の差は、減少し始める。その後、掘削反力Ｆの現在値と目標値との間の差は、終点ＥＰまでの全域にわたって所定の閾値ΔＦ未満であるため、コントローラ３０は、目標軌道を再修正することはない。

そのため、コントローラ３０は、目標軌道ＴＬ２を辿るようにバケット６の爪先を継続的に移動させ、距離Ｘの値がＸ１２となり掘削反力Ｆが所定の閾値Ｆ１に達したときに、バケット６を閉じながらブーム４を上昇させる複合動作を開始させることによって二回目の掘削動作を終了させる。なお、閾値Ｆ１は、予め設定される値であるが、角度α等と同様に、掘削対象の特性等に応じて動的に変更されてもよい。また、コントローラ３０は、ブームボトム圧が所定値を上回り、アームボトム圧が所定値を上回り、且つ、バケットボトム圧が所定値を上回った場合に、掘削反力Ｆが所定の閾値Ｆ１に達したと判定してもよい。

その後、コントローラ３０は、ブーム上げ旋回動作、ダンプ動作、及びブーム下げ旋回動作を実行した後、バケット６の爪先の位置を始点ＳＰに戻した時点で三回目の掘削動作を開始させる。

三回目以降の掘削動作は、二回目の掘削動作と同じように実行される。具体的には、コントローラ３０は、目標軌道に沿ってバケット６の爪先を移動させ、必要に応じてその目標軌道を修正する。

図７に示す例では、目標軌道の修正は、下方への移動（乖離）によって実現されたが、上方への移動（乖離）によって実現されてもよい。例えば、掘削反力Ｆの現在値が目標値よりも大きく、その差が所定の閾値ΔＦ以上となった場合、コントローラ３０は、目標軌道を上方へ移動させてもよい。

上述のように、本発明の実施形態に係るショベルは、図１及び図２に示すように、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられるアタッチメントの一例である掘削アタッチメントＡＴと、上部旋回体３に搭載される制御装置としてのコントローラ３０と、を備えている。そして、コントローラ３０は、掘削反力Ｆが目標値（例えば折れ線ＣＶ上の値）になるように掘削アタッチメントＡＴの姿勢を変化させる反力フィードバック制御を行うように構成されている。

掘削反力Ｆは、例えば、各種センサの出力に基づいて算出される値である。望ましくは、各種センサはシリンダ圧検出装置を含む。より望ましくは、各種センサは姿勢検出装置及びシリンダ圧検出装置を含む。

この構成は、より適切に自動制御されるショベル１００を提供できるという効果をもたらす。反力フィードバック制御を実行するコントローラ３０を搭載したショベル１００は、マシンコントロール機能によって土砂を自動的に掘削する際に掘削対象の地面の形状又は硬さ等が変わったとしても土砂を適切に掘削できるためである。すなわち、一の作業現場で行われた掘削動作の際に各種センサが出力した検出値に基づいて算出される掘削反力Ｆの目標値が、他の作業現場で行われる掘削動作において適切に利用され得るためである。その結果、この構成は、例えば、操作者が操作レバーを操作することによって実現される一回の手動掘削動作で掘削される土砂の体積と同等の体積の土砂を自動制御によって実現される一回の自動掘削動作で掘削することができるという効果をもたらす。そして、この効果は、手動掘削動作で掘削された土砂の形状と自動掘削動作で掘削される土砂の形状とが異なる場合であっても実現される。

掘削反力Ｆの目標値は事前に設定されてもよい。例えば、掘削反力Ｆの目標値は、反力フィードバック制御が実行される前に、予め不揮発性記憶装置等に記憶されていてもよい。掘削反力Ｆの目標値は、例えば、過去に行われた掘削動作の際に各種センサが出力した検出値に基づいて算出されてもよい。掘削反力Ｆの目標値は、ショベル１００とは異なる別のショベルによって行われた掘削動作の際にその別のショベルに搭載されている各種センサが出力した検出値に基づいて算出されてもよい。掘削反力Ｆの目標値は、ショベルの掘削動作のシミュレーション結果に基づいて算出されてもよい。

この構成は、より適切に自動制御されるショベル１００を提供できるという効果をもたらす。事前に設定された信頼性の高い掘削反力Ｆの目標値に基づいて反力フィードバック制御が実行されるためである。

但し、掘削反力Ｆの目標値は、反力フィードバック制御が開始された後で設定されてもよい。例えば、コントローラ３０は、バケット６の爪先が土砂等の掘削対象に貫入したときの掘削反力に基づき、その後の掘削動作で利用される掘削反力Ｆの目標値を設定してもよい。或いは、コントローラ３０は、空間認識装置７０の出力に基づいてバケット６の爪先が貫入しようとしている土砂等の掘削対象の特性を導き出し、その特性に基づいてその後の掘削動作で利用される掘削反力Ｆの目標値を設定してもよい。

コントローラ３０は、掘削アタッチメントＡＴの所定部位（例えばバケット６の爪先）が目標軌道に沿って移動するように掘削アタッチメントＡＴの姿勢を変化させ、掘削反力Ｆの現在値と目標値との間の差が所定の閾値ΔＦ以上となったときにその目標軌道を修正するように構成されていてもよい。

この構成は、土砂等の掘削対象の形状又は硬さ等の特性の違いに応じて掘削動作の内容を修正できるという効果をもたらす。そのため、この構成は、より効率的な掘削動作を実現できるという効果をもたらす。予め設定されている目標軌道に制限されることなく、掘削対象の特性の違いに応じて目標軌道を柔軟に修正できるためである。

掘削動作期間で使用される目標軌道は事前に設定されてもよい。望ましくは、目標軌道は、反力フィードバック制御が実行される前に、予め不揮発性記憶装置等に記憶されている。目標軌道は、例えば、過去に行われた掘削動作の際に各種センサが出力した検出値に基づいて算出される。事前に設定される目標軌道は一つであってもよく複数であってもよい。なお、目標軌道は、ショベル１００とは異なる別のショベルによって行われた掘削動作の際にその別のショベルに搭載されている各種センサが出力した検出値に基づいて算出されてもよい。或いは、目標軌道は、ショベルの掘削動作のシミュレーション結果に基づいて算出されてもよい。

この構成は、より適切に自動制御されるショベル１００を提供できるという効果をもたらす。事前に設定された信頼性の高い目標軌道に基づいて反力フィードバック制御が実行されるためである。

但し、目標軌道は、反力フィードバック制御が開始された後で設定されてもよい。例えば、コントローラ３０は、バケット６の爪先が土砂等の掘削対象に貫入したときの掘削反力に基づき、その後の掘削動作で利用される目標軌道を設定してもよい。或いは、コントローラ３０は、空間認識装置７０の出力に基づき、バケット６の爪先が貫入しようとしている土砂等の掘削対象の特性を導き出し、その特性に基づいてその後の掘削動作で利用される目標軌道を設定してもよい。

コントローラ３０は、反力フィードバック制御において、アクチュエータを動作させて掘削アタッチメントＡＴの姿勢を変化させるように構成されていてもよい。この場合、アクチュエータは、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のうちの少なくとも一つである。

例えば、コントローラ３０は、アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁のパイロットポートに供給される作動油の圧力（パイロット圧）を制御することによって掘削アタッチメントＡＴの姿勢を変化させてもよい。

或いは、コントローラ３０は、ブームシリンダ７のストローク量を検出するストロークセンサの出力に基づいてブームシリンダ７の伸縮を制御することによって掘削アタッチメントＡＴの姿勢を変化させてもよい。アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のそれぞれの伸縮についても同様である。

或いは、コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１の出力に基づいてブームシリンダ７の伸縮を制御することによって掘削アタッチメントＡＴの姿勢を変化させてもよい。同様に、コントローラ３０は、アーム角度センサＳ２の出力に基づいてアームシリンダ８の伸縮を制御することによって掘削アタッチメントＡＴの姿勢を変化させてもよく、バケット角度センサＳ３の出力に基づいてバケットシリンダ９の伸縮を制御することによって掘削アタッチメントＡＴの姿勢を変化させてもよい。

この構成は、既存のセンサの出力を利用するだけで、より適切に自動制御されるショベル１００を提供できるという効果をもたらす。

コントローラ３０は、掘削動作期間以外の期間では、作業負荷の大きさにかかわらず掘削アタッチメントＡＴの所定部位（例えばバケット６の爪先）が目標軌道に沿って移動するように掘削アタッチメントＡＴの姿勢を変化させる軌道制御を実行してもよい。すなわち、コントローラ３０は、掘削動作期間以外の期間では、反力フィードバック制御を実行しないように構成されていてもよい。

この構成は、掘削動作期間以外の期間におけるマシンコントロール機能に悪影響を及ぼすことなく、掘削動作期間におけるマシンコントロール機能の働きを改善できるという効果をもたらす。コントローラ３０は、掘削動作期間においてのみ反力フィードバック制御を実行できるためである。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、後述する実施形態に限定されることもない。上述した又は後述する実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。

例えば、上述の実施形態では、コントローラ３０は、反力フィードバック制御を実行する際に、目標軌道に沿ってバケット６の爪先を移動させるように、すなわち、軌道制御を実行するように構成されている。しかしながら、コントローラ３０は、軌道制御を実行せずに、反力フィードバック制御を実行するように構成されていてもよい。例えば、コントローラ３０は、反力フィードバック制御を実行する際に、回動制御を実行するように構成されていてもよい。

回動制御は、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを予め設定されたスケジュールにしたがって自動的に回動させる制御である。回動制御では、コントローラ３０は、例えば、予め記憶されたブーム角度θ１の時系列データにしたがってブーム４を回動させ、予め記憶されたアーム角度θ２の時系列データにしたがってアーム５を回動させ、且つ、予め記憶されたバケット角度θ３の時系列データにしたがってバケット６を回動させる。

この場合、コントローラ３０は、掘削反力Ｆの現在値と目標値との間の差が所定の閾値ΔＦ以上となったときには、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３のうちの少なくとも一つの時系列データの内容を修正するように構成されていてもよい。時系列データの内容は任意の方法で修正されてもよい。例えば、時系列データの内容は、ブーム４、アーム５、及びバケット６のうちの少なくとも一つの回動速度が低下するように修正されてもよく、ブーム４、アーム５、及びバケット６のうちの少なくとも一つの回動速度が増加するように修正されてもよい。

或いは、コントローラ３０は、掘削反力Ｆの目標値として、ブームボトム圧、アームボトム圧、バケットボトム圧、ブームロッド圧、アームロッド圧、及びバケットロッド圧のうちの少なくとも一つの目標値を利用してもよい。この場合、コントローラ３０は、ブームボトム圧の現在値と目標値との間の差が所定の閾値以上となったときに、或いは、アームボトム圧の現在値と目標値との間の差が所定の閾値以上となったときに、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３のうちの少なくとも一つの時系列データの内容を修正するように構成されていてもよい。例えば、コントローラ３０は、ブームボトム圧の現在値と目標値との間の差が所定の閾値以上となったときにブーム角度θ１の時系列データの内容を修正し、且つ、アームボトム圧の現在値と目標値との間の差が所定の閾値以上となったときにアーム角度θ２の時系列データの内容を修正するように構成されていてもよい。この場合、コントローラ３０は、バケット６の動きに関しては、バケットボトム圧の大きさにかかわらず、当初のバケット角度θ３の時系列データにしたがってバケット６の動きを制御してもよい。或いは、コントローラ３０は、ブーム角度θ１及びアーム角度θ２のそれぞれの時系列データの修正と同様に、バケットボトム圧の現在値と目標値との間の差が所定の閾値以上となったときにバケット角度θ３の時系列データの内容を修正するように構成されていてもよい。

或いは、回動制御において、コントローラ３０は、予め記憶されたブームパイロット圧の時系列データにしたがってブーム４を回動させ、予め記憶されたアームパイロット圧の時系列データにしたがってアーム５を回動させ、且つ、予め記憶されたバケットパイロット圧の時系列データにしたがってバケット６を回動させてもよい。なお、ブームパイロット圧は、制御弁１７５のパイロットポートに作用するパイロット圧であり、アームパイロット圧は、制御弁１７６のパイロットポートに作用するパイロット圧であり、バケットパイロット圧は、制御弁１７４のパイロットポートに作用するパイロット圧である。

この場合、コントローラ３０は、掘削反力Ｆの現在値と目標値との間の差が所定の閾値ΔＦ以上となったときには、ブームパイロット圧、アームパイロット圧、及びバケットパイロット圧のうちの少なくとも一つの時系列データの内容を修正するように構成されていてもよい。

或いは、回動制御において、コントローラ３０は、予め記憶されたブーム操作量の時系列データにしたがってブーム４を回動させ、予め記憶されたアーム操作量の時系列データにしたがってアーム５を回動させ、且つ、予め記憶されたバケット操作量の時系列データにしたがってバケット６を回動させてもよい。なお、ブーム操作量は、右操作レバー２６Ｒを前後方向に操作したときのレバー操作量（レバー操作角度）であり、アーム操作量は、左操作レバー２６Ｌを前後方向に操作したときのレバー操作量（レバー操作角度）であり、バケット操作量は、右操作レバー２６Ｒを左右方向に操作したときのレバー操作量（レバー操作角度）である。

この場合、コントローラ３０は、掘削反力Ｆの現在値と目標値との間の差が所定の閾値ΔＦ以上となったときには、ブーム操作量、アーム操作量、及びバケット操作量のうちの少なくとも一つの時系列データの内容を修正するように構成されていてもよい。

また、コントローラ３０は、反力フィードバック制御と軌道制御と回動制御とを同時に実行するように構成されていてもよい。例えば、反力フィードバック制御を実行するコントローラ３０は、回動制御の下でブーム４及びバケット６の動きを制御しながら、軌道制御の下でアーム５の動きを制御するように構成されていてもよい。

このように、コントローラ３０は、パイロット圧履歴又は操作量履歴の何れかに基づいて目標軌道を設定してもよい。

また、上述の実施形態では、掘削反力が目標値になるようにアタッチメントを制御する制御方法の一つとしてフィードバック制御が用いられたが、必ずしもフィードバック制御に限定されない。例えば、バケット６の爪先に対する複数の目標位置を予測し、予測した複数の目標位置の中から掘削反力が目標値になるような最適な目標位置を算出するモデル予測制御等が用いられてもよい。このように、コントローラ３０は、新たな目標位置を算出することで、目標軌道を修正できる。

また、上述の実施形態では、図７の上図における破線で示す目標軌道ＴＬ１に基づいて二回目以降のそれぞれの掘削動作で利用される目標軌道が生成されるが、二回目以降のそれぞれの掘削動作で利用される目標軌道も、目標軌道ＴＬ１と同様に、過去に行われた掘削動作の際に各種センサが出力する検出値に基づいて算出されたバケット６の爪先の軌跡に基づいて予め設定されていてもよい。

また、上述の実施形態では、図７の下図における実線で示す折れ線ＣＶで表される掘削反力Ｆの目標値は、一回目及び二回目以降の掘削動作のそれぞれで利用されているが、一回目の掘削動作で利用される掘削反力Ｆの目標値と二回目の掘削動作で利用される掘削反力Ｆの目標値とは互いに異なるように設定されていてもよい。三回目以降の掘削動作についても同様である。

なお、上述の実施形態では、制御装置は、目標軌道を修正できるように構成されているが、必ずしもこの構成に限定されない。例えば、制御装置は、掘削反力が目標値よりも大きい場合には、アタッチメントを所定量だけ上げた（上方に移動させた）状態で、目標掘削長さだけ掘削動作を継続させてもよい。また、制御装置は、掘削反力が目標値よりも小さい場合には、アタッチメントを所定量だけ下げた（下方に移動させた）状態で、目標掘削長さだけ掘削を継続させてもよい。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素及びその配置、条件、及び形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更され得る。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わされてもよい。

１・・・下部走行体 １Ｃ・・・クローラ １ＣＬ・・・左クローラ １ＣＲ・・・右クローラ ２・・・旋回機構 ２Ａ・・・旋回油圧モータ ２Ｍ・・・走行油圧モータ ２ＭＬ・・・左走行油圧モータ ２ＭＲ・・・右走行油圧モータ ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １３・・・レギュレータ １４・・・メインポンプ １５・・・パイロットポンプ １７・・・コントロールバルブユニット １８・・・絞り １９・・・制御圧センサ ２６・・・操作装置 ２６Ｄ・・・走行レバー ２６ＤＬ・・・左走行レバー ２６ＤＲ・・・右走行レバー ２６Ｌ・・・左操作レバー ２６Ｒ・・・右操作レバー ２８・・・吐出圧センサ ２９、２９ＤＬ、２９ＤＲ、２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ・・・操作センサ ２９Ａ・・・操作センサ ３０・・・コントローラ ３０Ａ・・・位置算出部 ３０Ｂ・・・軌道取得部 ３０Ｃ・・・自動制御部 ３１、３１ＡＬ～３１ＤＬ、３１ＡＲ～３１ＤＲ・・・比例弁 ４０・・・センターバイパス管路 ４２・・・パラレル管路 ７０・・・空間認識装置 ７０Ｆ・・・前方センサ ７０Ｂ・・・後方センサ ７０Ｌ・・・左方センサ ７０Ｒ・・・右方センサ ７１・・・向き検出装置 ７２・・・情報入力装置 ７３・・・測位装置 １００・・・ショベル １７１～１７６・・・制御弁 ＡＴ・・・掘削アタッチメント ＣＶ、ＣＶ１～ＣＶ３・・・折れ線 Ｄ１・・・表示装置 Ｄ２・・・音出力装置 ＥＰ・・・終点 ＮＳ・・・スイッチ ＰＶ・・・旋回軸 ＲＰ・・・基準位置 Ｓ１・・・ブーム角度センサ Ｓ２・・・アーム角度センサ Ｓ３・・・バケット角度センサ Ｓ４・・・機体傾斜センサ Ｓ５・・・旋回角速度センサ Ｓ７Ｂ・・・ブームボトム圧センサ Ｓ７Ｒ・・・ブームロッド圧センサ Ｓ８Ｂ・・・アームボトム圧センサ Ｓ８Ｒ・・・アームロッド圧センサ Ｓ９Ｂ・・・バケットボトム圧センサ Ｓ９Ｒ・・・バケットロッド圧センサ ＳＰ・・・始点 ＴＬ１～ＴＬ３・・・目標軌道

Claims (10)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
   前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
   前記上部旋回体に搭載される制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、掘削反力が目標値になるように前記アタッチメントの姿勢を変化させる制御を行う、
   ショベル。
2. 前記目標値は事前に設定される、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記制御装置は、前記アタッチメントの所定部位が目標軌道に沿って移動するように前記アタッチメントの姿勢を変化させ、掘削反力の現在値と前記目標値との間の差が所定の閾値以上となったときに前記目標軌道を修正する、
   請求項１又は２に記載のショベル。
4. 掘削動作期間で使用される前記目標軌道は事前に設定される、
   請求項３に記載のショベル。
5. 前記制御装置は、前記制御において、掘削反力が大きい場合には、アクチュエータを動作させて前記アタッチメントを上げる、
   請求項１～４の何れかに記載のショベル。
6. 前記制御装置は、前記制御において、掘削反力が小さい場合には、アクチュエータを動作させて前記アタッチメントを下げる、
   請求項１～４の何れかに記載のショベル。
7. 前記制御装置は、掘削動作期間以外の期間では、作業負荷の大きさにかかわらず前記アタッチメントの所定部位が目標軌道に沿って移動するように前記アタッチメントの姿勢を変化させる軌道制御を実行する、
   請求項１に記載のショベル。
8. 前記目標軌道は操作者が操作した軌道に基づき設定される、
   請求項３に記載のショベル。
9. 前記目標値は操作者が過去に掘削操作したときの動作履歴により設定される、
   請求項１に記載のショベル。
10. 前記目標軌道は、パイロット圧履歴、操作量履歴の何れかに基づき設定される、
    請求項３に記載のショベル。

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