WO2025069961A1

WO2025069961A1 - 作業機械

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Publication number: WO2025069961A1
Application number: PCT/JP2024/031630
Authority: WO
Inventors: 理優成川; 哲平齋藤; 匡士小谷; 英明伊東; 英史石本; 慧佐藤
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2023-09-27
Filing date: 2024-09-03
Publication date: 2025-04-03
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2025056408A

Abstract

作業機械は、走行体と、旋回体と、作業装置と、旋回体及び作業装置の姿勢を検出する姿勢検出装置と、作業装置により掘削された掘削物が積み込まれる被積込機械のベッセルの位置を検出するベッセル位置検出装置と、姿勢検出装置及びベッセル位置検出装置の検出結果に基づいて、少なくとも旋回体を旋回完了角度まで自動で旋回させる自動旋回制御を行う制御装置と、を備える。制御装置は、旋回体の旋回動作状態及び作業装置の動作状態に基づいて、自動旋回制御を開始する旋回開始条件が成立したか否かを判断する。制御装置は、旋回開始条件が成立したと判断した場合には、作業装置が動作している状態にあるか否かに関わらず、旋回体を旋回完了角度に向かって旋回開始させる旋回動作開始指令を出力する。

Description

作業機械

　本発明は、作業機械に関する。

　走行体に旋回可能に取り付けられた旋回体と、旋回体に取り付けられた多関節型の作業装置と、を備えた油圧ショベルなどの作業機械が知られている。油圧ショベルに取り付けられる作業装置は、旋回体に回動可能に取り付けられるブームと、ブームに回動可能に取り付けられるアームと、アームに回動可能に取り付けられるバケットと、を有する。

　油圧ショベルは、土砂等の掘削物を掘削する掘削動作と、掘削物をダンプトラック等の被積込機械の荷台の上方まで運搬する運搬動作と、掘削物を被積込機械の荷台に放出する放出動作と、掘削位置まで作業装置を移動させる戻り動作とを行って掘削物の掘削積込作業を行う。

　特許文献１には、戻り動作を自動で行う作業機械（積込機械）の制御装置及び制御方法が開示されている。この特許文献１には、「積込機械の制御装置は、旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御装置であって、積込対象の位置および形状を特定する積込対象特定部と、前記積込対象の位置および形状に基づいて前記積込対象より所定距離だけ外側の位置である干渉回避位置を特定する回避位置特定部と、前記バケットが前記積込対象上の積込位置から前記干渉回避位置に到達するまで前記旋回体のみを駆動させて前記バケットを前記干渉回避位置へ移動させる操作信号を出力し、前記バケットが前記干渉回避位置に到達した後に前記旋回体および前記作業機を駆動させて前記バケットを掘削対象上の掘削位置へ移動させる操作信号を出力する移動処理部とを備える。」と記載されている。

特開２０２０－４１３５２号公報

　特許文献１には、「自動掘削積込制御を連続して実行する場合には、空荷旋回開始位置Ｐ０１は、積込位置Ｐ０７と一致する。」、「アーム１３２の先端部の位置Ｐが積込位置Ｐ０７に至ったとき、旋回体１２０の旋回は停止している。」「移動処理部１１１２は、バケット１３３が積込位置Ｐ０７に到達すると、バケット１３３をダンプ方向へ回転させるためのダンプ操作信号を生成する。」との記載がある。つまり、特許文献１に記載の技術では、バケットを回動させて被積込機械へ放土を行っている間、旋回体は停止している。このため、戻り動作を行うには、放土が完了した後、旋回体を旋回させるための旋回動作指令を出力する必要がある。

　しかしながら、旋回動作指令が出力されてから旋回体が実際に動き出すまでには時間を要する。そのため、特許文献１に記載の技術では、放土動作の完了タイミングと実際の旋回の開始タイミングとの間に生じるずれに起因して、生産性（作業効率）が低下する恐れがある。

　本発明は、作業装置が単独で動作している状態（例えば、掘削動作、あるいは放出動作が行われている状態）から、旋回動作を必要とする動作（例えば、運搬動作、あるいは戻り動作）への遷移を滑らかに行うことで生産性の向上を図ることを目的とする。

　本発明の一態様による作業機械は、走行体と、前記走行体に対して旋回可能に設けられる旋回体と、前記旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム及びバケットを有する作業装置と、前記旋回体の姿勢、及び前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出装置と、前記作業装置により掘削された掘削物が積み込まれる被積込機械のベッセルの位置を検出するベッセル位置検出装置と、前記姿勢検出装置及び前記ベッセル位置検出装置の検出結果に基づいて、少なくとも前記旋回体を目標となる旋回角度である旋回完了角度まで自動で旋回させる自動旋回制御を行う制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記旋回体の旋回動作状態及び前記作業装置の動作状態に基づいて、前記旋回体の前記自動旋回制御を開始する旋回開始条件が成立したか否かを判断し、前記旋回開始条件が成立したと判断した場合には、前記作業装置が動作している状態にあるか否かに関わらず、前記旋回開始条件が成立したタイミングで、前記旋回体を前記旋回完了角度に向かって旋回開始させる旋回動作開始指令を出力する。

　本発明によれば、作業装置が単独で動作している状態から、旋回動作を必要とする動作への遷移を滑らかに行うことで生産性の向上を図ることができる。

図１は、第１実施形態に係る油圧ショベル１の側面図である。図２は、油圧ショベル１と被積込機械２００を示す図である。図３は、油圧ショベル１の油圧駆動システム５０の概略構成図である。図４は、第１実施形態に係る制御装置４０の機能ブロック図である。図５は、Ｙ軸方向から見たショベル基準座標系を示す図である。図６は、Ｚ軸方向から見たショベル基準座標系を示す図である。図７は、掘削動作の説明図である。図８は、運搬動作及び放土動作の説明図である。図９は、戻り動作の説明図である。図１０は、第１実施形態に係る制御装置４０による処理の一例について示すフローチャートであり、掘削動作の開始から運搬動作の完了までの処理の流れを示す。図１１は、第１実施形態に係る制御装置４０による処理の一例について示すフローチャートであり、放土動作の開始から戻り動作の完了までの処理の流れを示す。図１２は、第１実施形態において、掘削動作から運搬動作へ、あるいは放土動作から戻り動作へ、動作が遷移する場合のバケット１０の対地角γ、旋回動作指令の出力有無（ＯＮ／ＯＦＦ）、及び旋回角度θｓｗの時系列変化を示す図である。図１３は、第１実施形態の変形例１に係る油圧ショベル１が放土動作から戻り動作に遷移する様子を示す平面模式図である。図１４は、第１実施形態の変形例１に係る制御装置４０による処理の一例について示すフローチャートであり、放土動作の開始から戻り動作の完了までの処理の流れを示す。図１５は、第３時間ｔ３ｒのデータテーブルを示す図である。図１６は、第１実施形態の変形例１において、放土動作から戻り動作へ、動作が遷移する場合のバケット１０の対地角γ、旋回動作指令の出力有無（ＯＮ／ＯＦＦ）、及び旋回角度θｓｗの時系列変化を示す図である。図１７は、第２実施形態に係る制御装置２４０の機能ブロック図である。図１８は、第２実施形態に係る制御装置２４０による処理の一例について示すフローチャートであり、掘削動作の開始から運搬動作の完了までの処理の流れを示す。図１９は、第２実施形態に係る制御装置２４０による処理の一例について示すフローチャートであり、放土動作の開始から戻り動作の完了までの処理の流れを示す。図２０は、掘削動作から運搬動作へ動作が遷移する場合のバケット１０内の運搬物の重量（掘削量）Ｗ、旋回動作指令の出力有無（ＯＮ／ＯＦＦ）、及び旋回角度θｓｗの時系列変化を示す図である。図２１は、放土動作から戻り動作へ動作が遷移する場合のバケット１０内の運搬物の減少割合Ｐｄ、旋回動作指令の出力有無（ＯＮ／ＯＦＦ）、及び旋回角度θｓｗの時系列変化を示す図である。図２２は、運搬物の減少割合Ｐｄと、バケット１０の対地角γとの関係を示す図である。図２３は、補正後の対地角変換テーブルＴｃ１，Ｔｃ２を示す図である。図２４は、第３実施形態に係る制御装置３４０の機能ブロック図である。図２５は、第３実施形態に係る制御装置３４０による処理の一例について示すフローチャートであり、掘削動作の開始から運搬動作の完了までの処理の流れを示す。図２６は、第３実施形態に係る制御装置３４０による処理の一例について示すフローチャートであり、放土動作の開始から戻り動作の完了までの処理の流れを示す。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下では、作業機械が油圧ショベルである例について説明する。以下の説明では、同一の構成要素が複数存在する場合、符号の末尾にアルファベットの小文字を付すことがある。また、当該アルファベットの小文字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、同一の２つの走行油圧モータ４ａ，４ｂが存在するとき、これらをまとめて走行油圧モータ４と表記することがある。

　＜第１実施形態＞
　図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル１の側面図である。図２は、油圧ショベル１と被積込機械２００を示す図である。図１及び図２に示すように、作業機械としての油圧ショベル１は、地面等の掘削対象面を掘削する掘削作業と、掘削した土砂等の掘削物を、ダンプトラックをはじめとする運搬車両等の被積込機械２００に積み込む積込作業とを行う。

　油圧ショベル１は、掘削積込作業において、バケット１０を用いて土砂等の掘削対象物を掘削する掘削動作と、旋回体７を旋回させてバケット１０内の掘削物を被積込機械２００の上方まで運搬する運搬動作と、バケット１０をダンプ方向に動作させて掘削物を被積込機械２００の荷台（トレイ、ベッセル）２０１に放出する放土動作（放出動作）と、バケット１０を被積込機械２００の上方から次の掘削動作を行う位置まで移動させる戻り動作とを行う。この掘削積込サイクルは、１台の被積込機械２００に対して複数回行われる。

　図１に示す油圧ショベル１は、車体（機械本体）３と、車体３に取り付けられる多関節型の作業装置２とを備える。車体３は、走行体５と、走行体５に対して旋回可能に設けられる旋回体７と、を備える。走行体５は、右側のクローラを駆動する右クローラ駆動用の走行油圧モータ４ａ（図３参照）、及び左側のクローラを駆動する左クローラ駆動用の走行油圧モータ４ｂ（図３参照）により走行する。旋回体７は、走行体５の上部に旋回装置を介して取り付けられ、旋回装置の旋回油圧モータ６（図３参照）により旋回する。なお、本実施形態では、右クローラ駆動用の走行油圧モータ４ａ及び左クローラ駆動用の走行油圧モータ４ｂを総称して、走行油圧モータ４とも記す。

　旋回体７に取り付けられる作業装置２は、回動可能に連結される複数の駆動対象部材（８，９，１０）及び駆動対象部材を駆動する複数の油圧シリンダ（１１，１２，１３）を有する。本実施形態では、複数の油圧シリンダ（１１，１２，１３）によって駆動される３つの駆動対象部材としてのブーム８、アーム９及びバケット１０が、直列的に連結される。

　ブーム８は、その基端部が旋回体７の前部においてブームピン８ａ（図５参照）によって回動可能に連結される。アーム９は、その基端部がブーム８の先端部においてアームピン９ａによって回動可能に連結される。バケット１０は、アーム９の先端部においてバケットピン１０ａによって回動可能に連結される。ブームピン８ａ、アームピン９ａ、バケットピン１０ａは、互いに平行に配置され、各駆動対象部材（８，９，１０）は同一面内で相対回転可能とされている。

　ブーム８は、ブームシリンダ１１の伸縮動作によって上下方向に回動する。アーム９は、アームシリンダ１２の伸縮動作によって前後方向（ダンプ方向及びクラウド方向）に回動する。バケット１０は、バケットシリンダ１３の伸縮動作によって前後方向（ダンプ方向及びクラウド方向）に回動する。ブームシリンダ１１は、その一端側がブーム８に接続され他端側が旋回体７のフレームに接続されている。アームシリンダ１２は、その一端側がアーム９に接続され他端側がブーム８に接続されている。バケットシリンダ１３は、その一端側がバケットリンク１６を介してバケット１０に接続され他端側がアーム９に接続されている。

　図３は、油圧ショベル１の油圧駆動システム５０の概略構成図である。図３に示すように、油圧駆動システム５０は、旋回体７に搭載された原動機であるエンジン１０３と、エンジン１０３により駆動される油圧ポンプであるメインポンプ１０２及びパイロットポンプ１０４と、を備える。メインポンプ１０２及びパイロットポンプ１０４は、エンジン１０３により駆動され、作動油を吐出する。

　油圧駆動システム５０は、メインポンプ１０２から吐出される作動油の流量及び流れ方向を制御する流量制御弁１０１と、流量制御弁１０１に操作信号としての操作圧を出力する複数の電磁比例弁５１と、電磁比例弁５１に制御信号を出力する制御装置４０と、オペレータにより操作され、操作量及び操作方向に応じた信号を制御装置４０に出力する操作装置２０，２１と、オペレータの操作により自動制御と手動制御とを切り換える制御切換信号を制御装置４０に出力する制御選択スイッチ２４と、を備える。操作装置２０，２１及び制御選択スイッチ２４は、旋回体７に設けられた運転室７１（図１参照）内に設置されている。

　作業用の操作装置２０は、ブーム８及びバケット１０を操作するための作業操作右レバー２２ａと、アーム９及び旋回体７を操作するための作業操作左レバー２２ｂとを備える。つまり、操作装置２０は、ブーム操作装置、バケット操作装置、アーム操作装置及び旋回操作装置２８としての機能を有する。ブーム操作装置、バケット操作装置及びアーム操作装置は、総称して作業操作装置２９とも記す。走行用の操作装置２１は、右クローラを操作するための走行操作右レバー２３ａと、左クローラを操作するための走行操作左レバー２３ｂと、を備える。なお、本実施形態では、作業操作右レバー２２ａ及び作業操作左レバー２２ｂを総称して操作レバー２２と記し、走行操作右レバー２３ａ及び走行操作左レバー２３ｂを総称して操作レバー２３と記す。

　制御選択スイッチ２４は、操作レバー２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂのいずれかに設けられる。なお、制御選択スイッチ２４は、運転室７１内に設けられるタッチパネルのタッチセンサにより構成してもよい。制御選択スイッチ２４は、操作装置２０の操作に応じて油圧ショベル１の動作を制御する手動モードと、制御装置４０が設定した目標経路に応じて油圧ショベル１の動作を制御する自動モードとを切り換えるための操作スイッチである。オペレータは、制御選択スイッチ２４を用いて、任意のタイミングで、手動モード及び自動モードのいずれかを選択できる。

　本実施形態に係る操作システムは、操作装置２０から制御装置４０に操作量及び操作方向を表す電気信号が入力され、制御装置４０から電磁比例弁５１に制御信号が出力され、電磁比例弁５１から流量制御弁１０１に操作圧が出力される電気レバー方式の操作システムである。

　油圧ショベル１は、操作レバー２２，２３の操作量及び操作方向を検出し、検出結果を表す信号を制御装置４０に出力する操作検出装置５６を有する。操作検出装置５６は、作業操作左レバー２２ｂによるアーム操作量（アームクラウド操作量及びアームダンプ操作量）を検出する操作量センサ５２ａと、作業操作左レバー２２ｂによる旋回操作量（右旋回操作量及び左旋回操作量）を検出する操作量センサ５２ｂと、作業操作右レバー２２ａによるブーム操作量（ブーム上げ操作量及びブーム下げ操作量）を検出する操作量センサ５２ｃと、作業操作右レバー２２ａによるバケット操作量（バケットクラウド操作量及びバケットダンプ操作量）を検出する操作量センサ５２ｄと、走行操作右レバー２３ａによる右クローラ前進操作量及び右クローラ後退操作量を検出する操作量センサ５２ｅと、走行操作左レバー２３ｂによる左クローラ前進操作量及び左クローラ後退操作量を検出する操作量センサ５２ｆと、を有する。なお、アーム操作量、ブーム操作量、及びバケット操作量は、総称して作業操作量とも記す。

　複数の操作量センサ５２（５２ａ～５２ｆ）は、例えば、操作レバー２２，２３の操作量及び操作方向を検出可能なロータリエンコーダ、あるいはポテンショメータである。

　本実施形態に係る制御装置４０は、オペレータによる操作レバー２２，２３の操作情報（操作量及び操作方向）に応じて、作業装置２の回動動作、走行体５の走行動作、及び、旋回体７の旋回動作を制御する。

　具体的には、制御装置４０は、オペレータによる操作レバー２２，２３の操作量及び操作方向に応じた制御信号を電磁比例弁５１（５１ａ～５１ｌ）に出力する。電磁比例弁５１は、パイロットポンプ１０４から圧油が供給されるパイロットライン１００に設けられている。電磁比例弁５１は、制御装置４０からの制御信号が入力されると作動し、パイロットライン１００の一次圧を減圧して生成した二次圧を操作圧として流量制御弁１０１に出力する。流量制御弁１０１は、複数の油圧アクチュエータ（旋回油圧モータ６、アームシリンダ１２、ブームシリンダ１１、バケットシリンダ１３、走行油圧モータ４ａ及び走行油圧モータ４ｂ）毎に設けられた複数のスプール弁を有している。電磁比例弁５１により出力された操作圧は、スプール弁の受圧室に導かれ、スプールが動作する。これにより、メインポンプ１０２から吐出された作動油が、スプール弁を通じて対応する油圧アクチュエータに供給され、その油圧アクチュエータを動作させる。

　電磁比例弁５１ａ，５１ｂは、旋回油圧モータ６に供給される圧油を制御するための操作圧を流量制御弁１０１の旋回油圧モータ６駆動用のスプール弁の受圧室に出力する。電磁比例弁５１ｃ，５１ｄは、アームシリンダ１２に供給される圧油を制御するための操作圧を流量制御弁１０１のアームシリンダ１２駆動用のスプール弁の受圧室に出力する。電磁比例弁５１ｅ，５１ｆは、ブームシリンダ１１に供給される圧油を制御するための操作圧を流量制御弁１０１のブームシリンダ１１駆動用のスプール弁の受圧室に出力する。電磁比例弁５１ｇ，５１ｈは、バケットシリンダ１３に供給される圧油を制御するための操作圧を流量制御弁１０１のバケットシリンダ１３駆動用のスプール弁の受圧室に出力する。電磁比例弁５１ｉ，５１ｊは、走行油圧モータ４ａに供給される圧油を制御するための操作圧を流量制御弁１０１の走行油圧モータ４ａ駆動用のスプール弁の受圧室に出力する。電磁比例弁５１ｋ，５１ｌは、走行油圧モータ４ｂに供給される圧油を制御するための操作圧を流量制御弁１０１の走行油圧モータ４ｂ駆動用のスプール弁の受圧室に出力する。

　ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３は、それぞれ、供給された圧油によって伸縮し、ブーム８、アーム９及びバケット１０を回動させる。これにより、バケット１０の位置及び作業装置２の姿勢が変化する。旋回油圧モータ６は、供給された圧油によって回転し、旋回体７を旋回させる。走行油圧モータ４ａ及び走行油圧モータ４ｂは、供給された圧油によって回転し、走行体５を走行させる。なお、オペレータによる操作レバー２２，２３の操作が無い場合であっても、制御装置４０からの制御信号によって電磁比例弁５１ａ～５１ｌを作動させ、流量制御弁１０１を作動させることによって、油圧アクチュエータ（４ａ，４ｂ，６，１１，１２，１３）を駆動させることが可能である。

　油圧ショベル１は、車体３（旋回体７）の姿勢、及びバケット１０の対地角を含む作業装置２の姿勢を検出する姿勢検出装置５３を備えている。姿勢検出装置５３は、複数の姿勢センサとしての、ブーム角度センサ１４、アーム角度センサ１５、バケット角度センサ１７、傾斜角度センサ１８及び旋回角度センサ１９を含んで構成される。ブーム角度センサ１４は、ブームピン８ａに取り付けられ、旋回体７に対するブーム８の回動角度を検出し、検出結果を表す信号を制御装置４０に出力する。アーム角度センサ１５は、アームピン９ａに取り付けられ、ブーム８に対するアーム９の回動角度を検出し、検出結果を表す信号を制御装置４０に出力する。バケット角度センサ１７は、バケットリンク１６に取り付けられ、アーム９に対するバケット１０の回動角度を検出し、検出結果を表す信号を制御装置４０に出力する。制御装置４０は、各角度センサ１４，１５，１７によって、ブーム８、アーム９及びバケット１０の各回動角度を取得する。

　なお、ブーム８、アーム９及びバケット１０の各回動角度を取得する方法は、これに限定されない。制御装置４０は、水平面等の基準面に対するブーム８、アーム９及びバケット１０の各角度を慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）により検出し、ブーム８、アーム９及びバケット１０の各回動角度に換算することによって、各回動角度を取得してもよい。また、制御装置４０は、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３の各ストロークをストロークセンサにより検出し、ブーム８、アーム９及びバケット１０の各回動角度に換算することによって、各回動角度を取得してもよい。

　傾斜角度センサ１８は、旋回体７に取り付けられ、水平面等の基準面に対する旋回体７（車体３）の傾斜角を検出し、検出結果を表す信号を制御装置４０に出力する。旋回角度センサ１９は、走行体５と旋回体７との間の旋回装置に取り付けられ、走行体５に対する旋回体７の旋回角度を検出し、検出結果を表す信号を制御装置４０に出力する。

　ここで、ブーム８、アーム９及びバケット１０の各回動角度は、作業装置２の姿勢を表すパラメータである。つまり、ブーム角度センサ１４、アーム角度センサ１５、及び、バケット角度センサ１７は、作業装置２の姿勢を検出する姿勢センサとして機能している。また、旋回体７の傾斜角度及び走行体５に対する旋回体７の旋回角度は、旋回体７（車体３）の姿勢を表すパラメータである。つまり、傾斜角度センサ１８及び旋回角度センサ１９は、旋回体７（車体３）の姿勢を検出する姿勢センサとして機能している。

　油圧ショベル１は、油圧ショベル１の周囲に設定される検出範囲内に存在する物体を検出する物体検出装置５４を備えている。また、物体検出装置５４は、物体の形状、種別（掘削物、荷台２０１等）及び位置を検出する。物体検出装置５４は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）やステレオカメラであり、運転室７１の上部などに取り付けられる（図１参照）。

　物体検出装置５４は、例えば、作業装置２により掘削された掘削物が積み込まれる被積込機械２００の荷台２０１を検知し、物体検出装置５４に対する荷台２０１の位置情報（相対位置）を検出する。つまり、物体検出装置５４は、荷台（ベッセル）２０１の位置を検出するベッセル位置検出装置としての機能を有する。また、物体検出装置５４は、掘削対象となる地形２１０（図２参照）の形状も検出する。なお、物体検出装置５４は、油圧ショベル１に複数取り付けられていてもよい。

　油圧ショベル１は、メインポンプ１０２から吐出される作動油の温度を検出する作動油温度センサ５５を備えている。作動油温度センサ５５は、例えば、作動油タンクや配管に設置される。

　制御装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの処理装置、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの内部記憶装置、及び外部Ｉ／Ｆ（Interface）などがバスにより互いに接続されたコンピュータである。制御装置４０の外部Ｉ／Ｆには、操作検出装置５６、姿勢検出装置５３、物体検出装置５４、制御選択スイッチ２４、作動油温度センサ５５、入力装置５７及びハードディスクドライブや大容量フラッシュメモリなどの外部記憶装置が接続されている。

　ＲＯＭには、各種演算が実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、ＲＯＭは、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。処理装置は、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭに展開して演算実行する演算装置であって、プログラムに従って外部Ｉ／Ｆ、及び記憶装置（内部記憶装置及び外部記憶装置）から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。

　外部Ｉ／Ｆの入力部は、各種装置（操作検出装置５６、姿勢検出装置５３、物体検出装置５４、作動油温度センサ５５、制御選択スイッチ２４、入力装置５７等）から入力された信号を処理装置で演算可能なデータに変換する。また、外部Ｉ／Ｆの出力部は、処理装置での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を各種装置（電磁比例弁５１等）に出力する。

　姿勢検出装置５３は、上述した作業装置２の姿勢を検出する姿勢センサ（１４，１５，１７）と、旋回体７（車体３）の姿勢を検出する姿勢センサ（１８，１９）と、を含んで構成される。

　制御装置４０は、手動モードが設定されている場合には、操作検出装置５６により検出された操作情報に基づいて、旋回体７及び作業装置２の動作を制御する。制御装置４０は、自動モードが設定されている場合には、旋回体７及び作業装置２の姿勢、並びに荷台２０１の位置情報に基づいて、旋回体７及び作業装置２の動作を制御する。

　制御装置４０は、掘削動作及び放土動作を自動で行う場合、姿勢検出装置５３及び物体検出装置５４の検出結果に基づいて、動作開始姿勢から動作完了姿勢まで自動で作業装置２を動作させる。また、制御装置４０は、運搬動作及び戻り動作を自動で行う場合、姿勢検出装置５３及び物体検出装置５４の検出結果に基づいて、旋回開始角度から旋回完了角度まで自動で旋回体７を旋回させる（自動旋回制御を実行する）とともに、動作開始姿勢から動作完了姿勢まで自動で作業装置２を動作させる。

　図４は、制御装置４０の機能ブロック図である。図４に示すように、制御装置４０は、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢演算部４１、物体位置演算部４２、動作遷移判断部４９、旋回開始判断部４３、掘削制御部４４、運搬制御部４５、放土制御部４６、戻り制御部４７、及び、アクチュエータ指令部４８として機能する。

　制御装置４０のＲＯＭには、油圧ショベル１の構成要素の位置及び姿勢の特定に用いられるショベル基準座標系、油圧ショベル１の構成要素の寸法、物体検出装置５４の取付位置のデータ等が予め記憶されている。本実施形態のショベル基準座標系は、図５及び図６に示すように、旋回中心軸と地面Ｇとが交差する点を原点Ｏとする右手座標系として定義されている。ショベル基準座標系は、走行体５の前進方向をＸ軸の正方向として定義されている。本実施形態のショベル基準座標系は、原点Ｏから旋回中心軸と平行に上方に延びる方向をＺ軸の正方向として定義されている。本実施形態のショベル基準座標系は、Ｘ軸及びＺ軸のそれぞれに直交する方向であって、走行体５の左方をＹ軸の正方向として定義されている。このように本実施形態のショベル基準座標系は、走行体５を基準に設定される座標系であり、ＸＹ平面は走行体５が接する地面（走行面）Ｇに固定されている。

　本実施形態のショベル基準座標系において旋回体７の旋回角度θｓｗは、油圧ショベル１が基準姿勢のとき、すなわち作業装置２がＸ軸と平行となる状態のときに、０度となる。旋回体７の旋回角度θｓｗが０度の状態において、作業装置２の動作平面はＸＺ平面に平行であり、ブーム８の上げ動作方向はＺ軸の正方向であり、アーム９及びバケット１０のダンプ方向はＸ軸の正方向である。

　姿勢演算部４１は、姿勢検出装置５３の検出信号から、ショベル基準座標系における油圧ショベル１の構成要素の姿勢を演算する。具体的には、姿勢演算部４１は、ブーム角度センサ１４から出力されたブーム８の回動角度の検出信号から、Ｘ軸に対するブーム８の回動角度（以下、ブーム角度とも記す）θｂｍを演算する。姿勢演算部４１は、アーム角度センサ１５から出力されたアーム９の回動角度の検出信号から、ブーム８に対するアーム９の回動角度（以下、アーム角度とも記す）θａｍを演算する。姿勢演算部４１は、バケット角度センサ１７から出力されたバケット１０の回動角度の検出信号から、アーム９に対するバケット１０の回動角度（以下、バケット角度とも記す）θｂｋを演算する。姿勢演算部４１は、旋回角度センサ１９から出力された旋回体７の旋回角度の検出信号から、Ｘ軸（走行体５）に対する旋回体７の旋回角度θｓｗを演算する。

　姿勢演算部４１は、演算された作業装置２の各回動角度θｂｍ，θａｍ，θｂｋ及び旋回体７の旋回角度θｓｗと、ブーム長さＬｂｍ、アーム長さＬａｍ及びバケット長さＬｂｋとに基づいて、ブーム８、アーム９及びバケット１０のそれぞれのショベル基準座標系における位置、すなわちＸ座標及びＹ座標により特定される平面位置並びにＺ座標により特定される地面Ｇからの高さを演算する。なお、ブーム長さＬｂｍは、ブームピン８ａからアームピン９ａまでの長さである。アーム長さＬａｍは、アームピン９ａからバケットピン１０ａまでの長さである。バケット長さＬｂｋは、バケットピン１０ａからバケット１０の先端部（爪先）までの長さである。なお、ブームピン８ａは、旋回角度を０度としたとき、旋回中心軸（Ｚ軸）からＸ軸方向にＬｏｘだけオフセットした位置に設けられている。

　また、図示しないが、姿勢演算部４１は、傾斜角度センサ１８から出力された車体３の傾斜角度の検出信号から、基準面に対する車体３（走行体５）の傾斜角（ピッチ角及びロール角）を演算する。基準面は、例えば、重力方向に直交する水平面である。姿勢演算部４１は、車体３の傾斜角、及び作業装置２の各回動角度θｂｍ，θａｍ，θｂｋから、重力方向に直交する水平面（地面Ｇ）に対するバケット１０の角度である対地角γを演算する。バケット１０の対地角γは、バケット１０の先端部とバケットピン１０ａとを通る直線ＳＬが水平面（地面Ｇ）に対して成す角度である。バケット１０の対地角γは、バケット１０の開口が上方を向いているときであって、直線ＳＬが水平面（地面Ｇ）と平行であるときには０（ゼロ）度であり、バケットダンプ動作が進むにつれて大きくなる。バケット１０の対地角γは、バケット１０の開口が下方を向いているときであって、直線ＳＬが水平面（地面Ｇ）と平行であるときには１８０度である。

　図４に示す物体位置演算部４２は、物体検出装置５４により検出された荷台２０１の位置情報と、姿勢演算部４１により演算された旋回体７の旋回角度θｓｗと、ショベル基準座標系での物体検出装置５４の取付位置とに基づき、当該被積込機械２００の荷台２０１のショベル基準座標系における位置（Ｘ座標及びＹ座標により特定される平面位置、及び、Ｚ座標により特定される地面Ｇからの高さ）を演算する。荷台２０１の位置情報とは、物体検出装置５４に対する被積込機械２００の荷台２０１の相対的な位置の情報である。このように、本実施形態に係る制御装置４０は、物体検出装置５４を用いて、油圧ショベル１に対する荷台２０１の相対位置（ショベル基準座標系でのＸ，Ｙ，Ｚ座標）を取得する。

　制御装置４０が取得する荷台２０１の位置情報は、例えば、平面視矩形状の荷台２０１の上面の四隅の位置座標、すなわち、荷台２０１の左側辺（左端部）の上縁の前端及び後端、並びに右側辺（右端部）の上縁の前端及び後端の位置座標などである。つまり、制御装置４０が取得する荷台２０１の位置情報には、荷台２０１の旋回体７に対する相対位置及び相対角度の情報が含まれているといえる。換言すれば、本実施形態においては、制御装置４０は、物体検出装置５４を用いて、作業装置２により掘削された掘削物が積み込まれる被積込機械２００の荷台２０１における、作業装置２に対する相対位置に関する種々の情報を相対位置情報として取得する。

　また、物体位置演算部４２は、荷台２０１の位置情報を演算するのと同様に、掘削対象となる地形２１０の形状の特徴点（例えば、法肩、法尻等）の位置情報を演算する。

　掘削制御部４４、運搬制御部４５、放土制御部４６、及び戻り制御部４７は、油圧ショベル１による掘削作業、運搬作業、放土作業、戻り作業を自動で行うための目標経路と、目標経路上での各油圧アクチュエータの目標速度を演算する。掘削制御部４４は、バケット１０を用いて土砂を掘削するための目標経路と、目標経路上での各油圧アクチュエータの目標速度を演算する。運搬制御部４５は、被積込機械２００の荷台２０１上に、掘削物（運搬物）を格納したバケット１０を移動させるための目標経路と、目標経路上での各油圧アクチュエータの目標速度を演算する。放土制御部４６は、被積込機械２００の荷台２０１上にバケット１０内に保持された掘削物を放出するための目標経路と、目標経路上での各油圧アクチュエータの目標速度を演算する。戻り制御部４７は、バケット１０を被積込機械２００の荷台２０１上から次の掘削開始位置に移動させるための目標経路と、目標経路上での各油圧アクチュエータの目標速度を演算する。なお、目標経路上での目標速度とは、演算周期（制御周期）毎の目標速度ともいえる。

　掘削制御部４４、運搬制御部４５、放土制御部４６、及び戻り制御部４７は、各種演算を実行する作業場面が異なるものの、同様の機能を有するため、以下では、これらを総称して動作制御部４００とも記す。動作制御部４００は、作業装置２の制御点（例えば、バケット１０の先端部）の目標経路を生成する。また、動作制御部４００は、目標経路上でのバケット１０の対地角の目標値γｔを演算する。動作制御部４００は、目標経路にバケット１０の先端部を追従させるとともに、バケット１０の実際の対地角γを目標値γｔに追従させるための各油圧アクチュエータの目標速度を演算する。

　図７～図９を参照して、自動運転時の掘削動作、運搬動作、放土動作、及び戻り動作について説明する。図７は、掘削動作の説明図である。図７に示すように、掘削制御部４４は、掘削開始位置ＤＰ１と、掘削完了位置ＤＰ２と、掘削開始位置ＤＰ１と掘削完了位置ＤＰ２を結ぶ経路である掘削動作の目標経路ＤＰＴとを生成する。また、掘削制御部４４は、目標経路ＤＰＴにおいてバケット１０の対地角の目標値γｔを設定する。このように、掘削制御部４４は、バケット１０の先端部などの制御点を目標経路ＤＰＴに沿って移動させるための、バケット１０の位置と角度の両方の目標値を設定する。

　図８は、運搬動作及び放土動作の説明図である。図８に示すように、運搬制御部４５は、運搬開始位置ＣＰ１と、運搬完了位置ＣＰ２と、運搬開始位置ＣＰ１と運搬完了位置ＣＰ２を結ぶ経路である運搬動作の目標経路ＣＰＴとを生成する。運搬開始位置ＣＰ１及び運搬完了位置ＣＰ２は、旋回角度θｓｗと作業装置２の姿勢により規定できる。運搬開始位置ＣＰ１での旋回角度θｓｗは、運搬動作のための旋回が開始する角度であり、以下、運搬動作の旋回開始角度とも記す。また、運搬完了位置ＣＰ２での旋回角度θｓｗは、運搬動作のための旋回が完了する角度であり、以下、運搬動作の旋回完了角度とも記す。また、放土制御部４６は、放土開始位置ＬＰ１と、放土完了位置ＬＰ２と、放土開始位置ＬＰ１と放土完了位置ＬＰ２を結ぶ経路である放土動作の目標経路ＬＰＴとを生成する。

　図９に示すように、戻り制御部４７は、戻り開始位置ＲＰ１と、戻り完了位置ＲＰ２と、戻り開始位置ＲＰ１と戻り完了位置ＲＰ２を結ぶ経路である戻り動作の目標経路ＲＰＴとを生成する。戻り開始位置ＲＰ１及び戻り完了位置ＲＰ２は、旋回角度θｓｗと作業装置２の姿勢により規定できる。戻り開始位置ＲＰ１での旋回角度θｓｗは、戻り動作のための旋回が開始する角度であり、以下、戻り動作の旋回開始角度とも記す。また、戻り完了位置ＲＰ２での旋回角度θｓｗは、戻り動作のための旋回が完了する角度であり、以下、戻り動作の旋回完了角度とも記す。

　運搬制御部４５、放土制御部４６、及び戻り制御部４７は、掘削制御部４４と同様、バケット１０の先端部を目標経路ＣＰＴ，ＬＰＴ，ＲＰＴに沿って移動させるための、バケット１０の位置と角度の両方の目標値を設定する。

　図４に示す各動作制御部４００（掘削制御部４４、運搬制御部４５、放土制御部４６、及び戻り制御部４７）は、バケット１０の位置と角度の目標値に基づいて、各油圧アクチュエータの目標速度を演算する。

　動作遷移判断部４９は、掘削動作から運搬動作、運搬動作から放土動作、放土動作から戻り動作、及び戻り動作から掘削動作への各動作遷移条件が成立したか否かを判断する。動作遷移判断部４９は、動作遷移条件が成立した場合には、次の動作を開始するための開始指令を生成する。動作遷移条件は、目標経路の完了位置にバケット１０の先端部が到達した場合に成立し、目標経路の完了位置にバケット１０の先端部が到達していない場合には成立しない。

　例えば、掘削動作が行われている状態において、掘削動作の目標経路ＤＰＴの終端である掘削完了位置ＤＰ２にバケット１０が到達した場合、動作遷移判断部４９は、掘削動作から運搬動作への動作遷移条件が成立したと判断し、運搬動作の開始指令を運搬制御部４５に出力する。

　また、動作遷移判断部４９は、制御選択スイッチ２４からの操作指令に基づいて、制御モードを自動モード及び手動モードのいずれかに設定する。

　手動モードが設定されている場合、アクチュエータ指令部４８は、操作検出装置５６により検出された操作レバー２２の操作量に応じた目標速度を演算する。さらに、アクチュエータ指令部４８は、演算した目標速度に応じて電磁比例弁５１への制御電流値を演算し、演算結果に応じた制御電流を電磁比例弁５１に出力する。つまり、アクチュエータ指令部４８は、操作検出装置５６により検出された操作量に応じた目標速度でブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、バケットシリンダ１３、及び旋回油圧モータ６が動作するように、電磁比例弁５１に制御信号を出力する。

　自動モードが設定されている場合、アクチュエータ指令部４８は、動作制御部４００により演算された目標速度に応じて電磁比例弁５１への制御電流値を演算し、演算結果に応じた制御電流を電磁比例弁５１に出力する。つまり、アクチュエータ指令部４８は、動作制御部４００により演算された目標速度でブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、バケットシリンダ１３、及び旋回油圧モータ６が動作するように、電磁比例弁５１に制御信号（動作指令）を出力する。なお、旋回油圧モータ６を動作させるために、アクチュエータ指令部４８から電磁比例弁５１ａ，５１ｂに出力される制御信号を「旋回動作指令」と記し、特に、旋回体７の旋回動作が停止している状態において旋回体７の旋回を開始させる旋回動作指令を「旋回動作開始指令」と記す。

　ここで、一般的に、旋回動作開始指令が出力されてから旋回油圧モータ６に作動油が供給されて旋回体７が実際に動き出すまでに、０．１～１秒程度の時間を要する。そこで、本実施形態では、掘削動作を行っている状態において、掘削動作から運搬動作への動作遷移条件が成立する前に、制御装置４０が運搬動作のための旋回動作開始指令を出力することで、掘削動作完了後、直ちに旋回体７を旋回させる。同様に、放土動作を行っている状態において、放土動作から戻り動作への動作遷移条件が成立する前に、制御装置４０が戻り動作のための旋回動作開始指令を出力することで、放土動作完了後、直ちに旋回体７を旋回させる。

　旋回開始判断部４３は、旋回が必須となる動作（運搬動作及び戻り動作）を実行させるための旋回動作開始指令を、その前の作業（掘削動作及び放土動作）の完了を待たずに出力するか否かを判断する。つまり、旋回開始判断部４３は、旋回動作開始指令を出力するタイミングを決定する機能を有する。

　バケット１０の対地角γが掘削動作完了角度γ１ｃに達するとともにバケット１０の先端部が掘削完了位置ＤＰ２に達すると、作業装置２による掘削動作が完了する。掘削動作完了角度γ１ｃは、作業装置２が掘削対象物を掘削する動作の完了角度である。バケット１０の対地角γが掘削動作完了角度γ１ｃに達したときの作業装置２の姿勢は、掘削動作完了姿勢と記す。バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに達するとともにバケット１０の先端部が放土完了位置ＬＰ２に達すると、作業装置２による放土動作が完了する。放土動作完了角度γ１ｒは、作業装置２が荷台２０１の上方でバケット１０内の掘削物を放出する動作の完了角度である。バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに達したときの作業装置２の姿勢は、放土動作完了姿勢と記す。以下、掘削動作完了姿勢及び放土動作完了姿勢は、総称して動作完了姿勢とも記す。また、掘削動作完了角度γ１ｃ及び放土動作完了角度γ１ｒは、総称して動作完了角度γ１とも記す。

　旋回開始判断部４３は、旋回体７の旋回動作が停止し、かつ、作業装置２が動作している状態において、旋回体７の自動旋回制御を開始する旋回開始条件が成立したか否かを判断する。旋回開始条件は、旋回動作開始指令を現時点で出力した場合に、バケット１０の対地角γが動作完了角度γ１に至った後に旋回体７の旋回が開始されることが予測されると成立する。

　旋回開始条件は、作業装置２が動作完了姿勢に向かって動作している状態において、動作完了姿勢の前の所定姿勢となった場合に成立することになる。ここで、所定姿勢とは、その姿勢であるときに旋回動作開始指令を出力すれば、作業装置２が動作完了姿勢に至った直後に旋回体７の旋回が実際に開始される姿勢である。

　旋回開始条件が成立したか否かの判断は、具体的には、以下で説明するように、第１時間ｔ１及び第２時間ｔ２を演算し、演算した第１時間ｔ１と第２時間ｔ２とを比較することにより行われる。旋回開始判断部４３は、旋回動作開始指令が出力されてから旋回体７の動作が実際に開始されるまでの第１時間ｔ１を演算する。以下、掘削動作が行われている状態での第１時間ｔ１を第１時間ｔ１ｃと記し、放土動作が行われている状態での第１時間ｔ１を第１時間ｔ１ｒと記す。

　第１時間ｔ１は、油圧ショベル１の数学モデルを用いて演算することで取得してもよいし、油圧ショベル１に旋回動作開始指令を与えてから動き出すまでの時間を実験的に測定しその値を保存することで取得してもよい。油圧ショベル１の数学モデルは、例えば、旋回体７と、作業装置２を構成する３つの駆動対象部材（ブーム８、アーム９、及びバケット１０）を剛体として、駆動トルクにより動作する４リンク系の運動方程式により表される。なお、運動方程式で用いられる駆動トルクは、各油圧アクチュエータに作用する圧力から変換可能である。また、油圧ショベル１の数学モデルとして、各油圧アクチュエータへの速度指令に対する伝達関数を採用してもよい。

　ここで、第１時間ｔ１は、作業装置２の慣性モーメントが大きいほど長くなる。このため、作業装置２の姿勢を考慮して第１時間ｔ１を求めることが好ましい。また、第１時間ｔ１は、作動油の温度（すなわち作動油の粘度）によっても変化する。このため、作動油の温度を考慮して第１時間ｔ１を求めることが好ましい。

　例えば、旋回開始判断部４３は、作業装置２の姿勢（ブームの角度、アームの角度、バケットの角度）、及び作動油の温度に応じた第１時間ｔ１の特性データを用いて、第１時間ｔ１を演算する。第１時間ｔ１の特性データは、作業装置２の姿勢及び作動油の温度に応じて変化する第１時間ｔ１のデータテーブルであってもよいし、関数データであってもよい。なお、第１時間ｔ１ｃの特性データと、第１時間ｔ１ｒの特性データとは同じであってもよいし、異なっていてもよい。旋回開始判断部４３は、第１時間ｔ１の特性データを参照し、姿勢演算部４１によって演算された作業装置２の姿勢と、作動油温度センサ５５によって検出された作動油の温度とに基づき、第１時間ｔ１を演算する。

　旋回開始判断部４３は、現時点から作業装置２が動作完了姿勢に至るまでの第２時間ｔ２を演算する。なお、第２時間ｔ２は、現時点からバケット１０の対地角γが動作完了角度γ１に至るまでの時間ともいえる。以下、掘削動作が行われている状態での第２時間ｔ２を第２時間ｔ２ｃと記し、放土動作が行われている状態での第２時間ｔ２を第２時間ｔ２ｒと記す。

　第２時間ｔ２ｃは、現時点からバケット１０の先端部が掘削完了位置ＤＰ２に到達するまでの予測時間に相当する。第２時間ｔ２ｒは、現時点からバケット１０の先端部が放土完了位置ＬＰ２に到達するまでの予測時間に相当する。

　旋回開始判断部４３は、姿勢演算部４１により演算された作業装置２の現在の姿勢と、掘削制御部４４により演算された目標経路ＤＰＴ及び掘削動作完了姿勢までの各油圧アクチュエータの目標速度とに基づいて、第２時間ｔ２ｃを演算する。同様に、旋回開始判断部４３は、姿勢演算部４１により演算された作業装置２の現在の姿勢と、放土制御部４６により演算された目標経路ＬＰＴ及び放土動作完了姿勢までの各油圧アクチュエータの目標速度とに基づいて、第２時間ｔ２ｒを演算する。

　なお、第２時間ｔ２は、旋回開始判断部４３が演算する場合に限定されない。掘削制御部４４または放土制御部４６が第２時間ｔ２を演算し、演算した第２時間ｔ２を旋回開始判断部４３に出力してもよい。

　旋回開始判断部４３は、第２時間ｔ２が第１時間ｔ１よりも短くなった場合、すなわち第２時間ｔ２が第１時間ｔ１よりも長い状態から短い状態に遷移した場合に、旋回開始条件が成立したと判断し、その判断結果を表す旋回フラグをオンに設定する。

　旋回開始判断部４３は、掘削動作が行われている状態にあっては、掘削完了位置ＤＰ２にバケット１０の制御点が到達した直後に旋回体７が旋回動作を開始すると判断し、運搬旋回フラグをオンにする。また、旋回開始判断部４３は、放土動作が行われている状態にあっては、放土完了位置ＬＰ２にバケット１０の制御点が到達した直後に旋回体７が旋回動作を開始すると判断し、戻り旋回フラグをオンにする。

　このように、旋回開始判断部４３は、掘削動作や放土動作などの作業装置２の動作が行われることにより、第２時間ｔ２が第１時間ｔ１よりも短くなった場合に旋回開始条件が成立したと判断する。つまり、旋回開始判断部４３は、作業装置２の動作状態に基づいて旋回開始条件が成立したか否かを判断している。また、旋回開始条件は、旋回動作が停止していることを前提としている。このため、旋回開始判断部４３は、作業装置２の動作状態だけでなく、旋回体７の旋回動作状態に基づいて旋回開始条件が成立したか否かを判断している。

　運搬制御部４５は、掘削動作中であるときに運搬旋回フラグがオンに設定されると、掘削動作を継続しつつ運搬動作における旋回体７の自動旋回制御を開始する。これにより、運搬開始位置ＣＰ１から運搬完了位置ＣＰ２に向かう方向への旋回体７の動作を開始させる旋回動作開始指令がアクチュエータ指令部４８から電磁比例弁５１に出力される。戻り制御部４７は、放土動作中であるときに戻り旋回フラグがオンに設定されると、放土動作を継続しつつ戻り動作における旋回体７の自動旋回制御を開始する。これにより、戻り開始位置ＲＰ１から戻り完了位置ＲＰ２に向かう方向への旋回体７の動作を開始させる旋回動作開始指令がアクチュエータ指令部４８から電磁比例弁５１に出力される。

　図１０及び図１１を参照して、第１実施形態に係る制御装置４０により実行される処理の流れの一例を説明する。図１０は、第１実施形態に係る制御装置４０による処理の一例について示すフローチャートであり、掘削動作の開始から運搬動作の完了までの処理の流れを示す。図１１は、第１実施形態に係る制御装置４０による処理の一例について示すフローチャートであり、放土動作の開始から戻り動作の完了までの処理の流れを示す。図１０及び図１１のフローチャートに示す処理では、掘削動作、運搬動作、放土動作、及び戻り動作が、それぞれ１動作のみ実行される場合を例に説明する。しかしながら、これら一連の動作は、複数回実施してもよい。また、必ずしも掘削動作から開始する必要もない。

　図１０に示すように、ステップＳ１０１において、制御選択スイッチ２４により制御モードを自動モードにするための操作が行われると、動作遷移判断部４９は、制御モードを自動モードに設定する。自動モードが設定されると、アクチュエータ指令部４８は、掘削制御部４４により演算される各油圧アクチュエータの目標速度に基づき、作業装置２による掘削動作を開始する。つまり、掘削制御部４４による掘削制御が開始される。掘削制御において、掘削制御部４４は、バケット１０の対地角γが掘削動作完了角度γ１ｃとなるまで自動で作業装置２を動作させる。

　次のステップＳ１０２において、旋回開始判断部４３は、運搬動作の旋回動作開始指令の出力後に旋回体７が動き出すまでの時間（第１時間）ｔ１ｃを演算する。次のステップＳ１０３において、旋回開始判断部４３は、現時点から掘削完了位置ＤＰ２にバケット１０が到達するまでの時間（第２時間）ｔ２ｃを演算する。

　次のステップＳ１０４において、旋回開始判断部４３は、第１時間ｔ１ｃと第２時間ｔ２ｃを比較する。この比較により、旋回開始判断部４３は、旋回動作開始指令を現時点で出力した場合に、旋回体７の所定方向への動作は、作業装置２が掘削動作完了姿勢に至った後に開始されるか否かを判断する。すなわち、ステップＳ１０４の処理は、旋回開始条件が成立したか否かを判断する処理である。

　第１時間ｔ１ｃが第２時間ｔ２ｃ以下である場合には、旋回開始判断部４３は、旋回開始条件が成立していないと判断し、処理をステップＳ１０３に戻す。第１時間ｔ１ｃが第２時間ｔ２ｃより大きい場合には、旋回開始判断部４３は、旋回開始条件が成立していると判断し、運搬旋回フラグをオンに設定して処理をステップＳ１０５に進める。

　ステップＳ１０５において、運搬制御部４５は、運搬動作における旋回体７の制御を開始する。つまり、ステップＳ１０５において、運搬制御部４５は、運搬動作のための旋回動作開始指令を出力する。次のステップＳ１０６において、動作遷移判断部４９は、掘削動作から運搬動作への動作遷移条件が成立したか否かを判断する。動作遷移判断部４９は、バケット１０の対地角γが掘削動作完了角度γ１ｃに達するとともにバケット１０の先端部が掘削完了位置ＤＰ２に達すると、掘削動作から運搬動作への動作遷移条件が成立したと判断し、処理をステップＳ１０７に進める。バケット１０の対地角γが掘削動作完了角度γ１ｃに達していない場合、あるいは、バケット１０の先端部が掘削完了位置ＤＰ２に達していない場合、動作遷移判断部４９は、掘削動作から運搬動作への動作遷移条件は成立していないと判断する。ステップＳ１０６の処理は、肯定判断されるまで所定の演算周期で繰り返し実行される。

　ステップＳ１０７において、運搬制御部４５は、運搬動作における作業装置２の制御を開始する。なお、上述したように、運搬動作における旋回体７の制御は、動作遷移条件の成立前に先立って開始されている（ステップＳ１０５）。

　次のステップＳ１０８において、運搬動作から放土動作への動作遷移条件が成立すると、運搬動作が完了する。運搬動作が完了すると、運搬制御部４５は、運搬旋回フラグをオフに設定する。運搬動作が完了すると、処理が図１１に示すステップＳ１０９に進み、動作遷移判断部４９は動作を放土動作に遷移させる。これにより、放土制御部４６による放土制御が開始される。放土制御において、放土制御部４６は、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒとなるまで自動で作業装置２を動作させる。

　次のステップＳ１１０において、旋回開始判断部４３は、戻り動作の旋回指令後に旋回体７が動き出すまでの時間（第１時間）ｔ１ｒを演算する。次のステップＳ１１２において、旋回開始判断部４３は、現時点から放土完了位置ＬＰ２にバケット１０が到達するまでの時間（第２時間）ｔ２ｒを演算する。

　次のステップＳ１１３において、旋回開始判断部４３は、第１時間ｔ１ｒと第２時間ｔ２ｒとを比較する。この比較により、旋回開始判断部４３は、旋回動作開始指令を現時点で出力した場合に、旋回体７の所定方向への動作は、作業装置２が放土動作完了姿勢に至った後に開始されるか否かを判断する。すなわち、ステップＳ１１３の処理は、旋回開始条件が成立したか否かを判断する処理である。

　第１時間ｔ１ｒが第２時間ｔ２ｒ以下である場合には、旋回開始判断部４３は、旋回開始条件が成立していないと判断し、処理をステップＳ１１２に戻す。第１時間ｔ１ｒが第２時間ｔ２ｒより大きい場合には、旋回開始判断部４３は、旋回開始条件が成立していると判断し、戻り旋回フラグをオンに設定して処理をステップＳ１１４に進める。

　ステップＳ１１４において、戻り制御部４７は、戻り動作における旋回体７の制御を開始する。つまり、ステップＳ１１４において、戻り制御部４７は、戻り動作のための旋回動作開始指令を出力する。次のステップＳ１１５において、動作遷移判断部４９は、放土動作から戻り動作への動作遷移条件が成立したか否かを判断する。動作遷移判断部４９は、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに達するとともにバケット１０の先端部が放土完了位置ＬＰ２に達すると、放土動作から戻り動作への動作遷移条件が成立したと判断し、処理をステップＳ１１６に進める。バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに達していない場合、あるいは、バケット１０の先端部が放土完了位置ＬＰ２に達していない場合、動作遷移判断部４９は、放土動作から戻り動作への動作遷移条件は成立していないと判断する。ステップＳ１１５の処理は、肯定判断されるまで所定の演算周期で繰り返し実行される。

　ステップＳ１１６において、戻り制御部４７は、戻り動作における作業装置２の制御を開始する。なお、上述したように、戻り動作における旋回体７の制御は、動作遷移条件の成立前に先立って開始されている（ステップＳ１１４）。

　次のステップＳ１０８において、バケット１０の先端部が戻り完了位置ＲＰ２に達すると、戻り動作が完了する。戻り動作が完了すると、戻り制御部４７は、戻り旋回フラグをオフに設定する。戻り動作が完了すると、図１１のフローチャートに示す処理が終了する。

　以下、図７～図９及び図１２を参照して、本実施形態に係る油圧ショベル１の主な動作について説明する。図１２は、掘削動作から運搬動作へ、あるいは放土動作から戻り動作へ、動作が遷移する場合のバケット１０の対地角γ、旋回動作指令の出力有無（ＯＮ／ＯＦＦ）、及び旋回角度θｓｗの時系列変化を示す図である。図１２（ａ）～（ｃ）の横軸は、時間を示す。図１２（ａ）の縦軸はバケット１０の対地角γを示し、図１２（ｂ）の縦軸は旋回動作指令の出力の有無を示し、図１２（ｃ）の縦軸は旋回角度θｓｗを示している。なお、旋回角度θｓｗは、掘削動作または放土動作を開始した位置を基準位置とし、その基準位置から動作完了角度まで正の方向に増加するグラフとして記載している。また、図１２では、説明の便宜上、掘削動作から運搬動作への遷移、及び放土動作から戻り動作への遷移の各パラメータの時系列変化を共通のグラフで示している。しかしながら、掘削動作から運搬動作への遷移、及び放土動作から戻り動作への遷移の各パラメータの時系列変化は、実際には異なる。

　まず、図７及び図１２を用いて、掘削動作から運搬動作に遷移する際の動作について説明する。制御装置４０は、旋回体７の旋回動作が停止し、かつ、バケット１０の対地角γが掘削動作完了角度γ１ｃに近づくように、作業装置２が自動で動作している状態において、旋回開始条件が成立したか否かを判断する（図１０のステップＳ１０１～Ｓ１０４）。

　掘削動作を開始した状態Ｓ１０から一定時間が経過した時刻Ｔ２において、旋回開始条件が成立すると（図１０のステップＳ１０４でＹｅｓ）、旋回体７の自動旋回制御が開始される（状態Ｓ１１）。一方、時刻Ｔ２よりも前の時刻Ｔ１では、旋回開始条件が成立していないため（図１０のステップＳ１０４でＮｏ）、旋回体７の自動旋回制御は開始されていない。掘削動作が完了する時刻Ｔ３よりも前の段階（時刻Ｔ２）で旋回体７の自動旋回制御が開始される（旋回動作開始指令が出力される）。このように、制御装置４０は、旋回開始条件が成立したタイミング（時刻Ｔ２）で、旋回体７を旋回完了角度に向かって旋回開始させる旋回動作開始指令を出力する。これにより、バケット１０の対地角γが動作完了角度γ１（掘削動作完了角度γ１ｃ）に到達した直後に、旋回体７が実際に旋回し始める（状態Ｓ１２）。つまり、バケット１０の対地角γが掘削動作完了角度γ１ｃに至るタイミングと、旋回体７が旋回を開始するタイミングとが略一致する。これにより、掘削動作から運搬動作への遷移が滑らかに行われる。

　なお、掘削制御部４４は、物体検出装置５４が取得した掘削対象地形６１の情報に基づき、バケット１０の周囲に土砂が存在しない位置を掘削完了位置ＤＰ２に設定する。そのため、掘削完了位置ＤＰ２に到達した直後に旋回動作を開始しても、バケット１０に横当たりする土砂は存在しないため、作業装置２の損傷を防ぐことができる。

　時刻Ｔ３で、バケット１０の対地角γが掘削動作完了角度γ１ｃに到達した状態になると、作業装置２の運搬制御が開始する。旋回体７及び作業装置２が運搬動作を行って、バケット１０の先端部が運搬完了位置ＣＰ２（図８参照）に到達すると、運搬動作が完了する。

　次に図９及び図１２を用いて、放土動作から戻り動作に遷移する際の動作について説明する。制御装置４０は、旋回体７の旋回動作が停止し、かつ、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに近づくように、作業装置２が自動で動作している状態において、旋回開始条件が成立したか否かを判断する（図１１のステップＳ１０９～Ｓ１１３）。

　放土動作を開始した状態Ｓ２０から一定時間が経過した時刻Ｔ２において、旋回開始条件が成立すると（図１１のステップＳ１１３でＹｅｓ）、旋回体７の自動旋回制御が開始される。一方、時刻Ｔ２よりも前の時刻Ｔ１では、旋回開始条件が成立していないため（図１１のステップＳ１１３でＮｏ）、旋回体７の自動旋回制御は開始されていない。放土動作が完了する時刻Ｔ３よりも前の段階（時刻Ｔ２）で旋回体７の自動旋回制御が開始される（旋回動作開始指令が出力される）。このように、制御装置４０は、旋回開始条件が成立したタイミング（時刻Ｔ２）で、旋回体７を旋回完了角度に向かって旋回開始させる旋回動作開始指令を出力する。これにより、バケット１０の対地角γが動作完了角度γ１（放土動作完了角度γ１ｒ）に到達した直後に、旋回体７が実際に旋回し始める。つまり、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに至るタイミングと、旋回体７が旋回を開始するタイミングとが略一致する。これにより、放土動作から戻り動作への遷移が滑らかに行われる。

　時刻Ｔ３で、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに到達した状態になると、作業装置２の戻り制御が開始する。旋回体７及び作業装置２が戻り動作を行って、バケット１０の先端部が戻り完了位置ＲＰ２に到達した状態Ｓ２２になると、戻り動作が完了する。

　上述した第１実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

　（１）油圧ショベル（作業機械）１は、走行体５と、走行体５に対して旋回可能に設けられる旋回体７と、旋回体７に取り付けられ、ブーム８、アーム９及びバケット１０を有する作業装置２と、を備える。また、油圧ショベル１は、旋回体７の姿勢、及びバケット１０の対地角γを含む作業装置２の姿勢を検出する姿勢検出装置５３と、作業装置２により掘削された掘削物が積み込まれる被積込機械２００の荷台（ベッセル）２０１の位置を検出する物体検出装置（ベッセル位置検出装置）５４と、を備える。さらに、油圧ショベル１は、姿勢検出装置５３及び物体検出装置５４の検出結果に基づいて、少なくとも旋回体７を目標となる旋回角度である旋回完了角度まで自動で旋回させる自動旋回制御を行う制御装置４０を備える。なお、自動旋回制御を開始する旋回角度である旋回開始角度は、運搬動作にあっては運搬開始位置ＣＰ１における旋回角度θｓｗであり、戻り動作にあっては戻り開始位置ＲＰ１における旋回角度θｓｗである。また、自動旋回制御を完了する旋回角度である旋回完了角度は、運搬動作にあっては運搬完了位置ＣＰ２における旋回角度θｓｗであり、戻り動作にあっては戻り完了位置ＲＰ２における旋回角度θｓｗである。制御装置４０は、旋回体７の旋回動作状態及び作業装置２の動作状態に基づいて、旋回体７の自動旋回制御を開始する旋回開始条件が成立したか否かを判断する。制御装置４０は、旋回開始条件が成立したと判断した場合には、作業装置２が動作している状態にあるか否かに関わらず、旋回開始条件が成立したタイミングで、旋回体７を旋回完了角度に向かって旋回開始させる旋回動作開始指令を出力する。

　制御装置４０は、掘削動作中に旋回開始条件が成立した場合には、旋回動作開始指令を出力して旋回体７の運搬制御を開始する。その結果、作業装置２が掘削動作完了姿勢に至ると同時に、あるいはその直後に旋回体７が実際に旋回し始める。したがって、本実施形態によれば、掘削動作から運搬動作への遷移を滑らかにすることができる。また、制御装置４０は、放土動作中に旋回開始条件が成立した場合には、旋回動作開始指令を出力して旋回体７の戻り制御を開始する。その結果、作業装置２が放土動作完了姿勢に至ると同時に、あるいはその直後に旋回体７が実際に旋回し始める。したがって、本実施形態によれば、放土動作から戻り動作への遷移を滑らかにすることができる。つまり、本実施形態によれば、掘削積込作業において、作業装置２が単独で動作している状態から、旋回動作を必要とする動作への遷移を滑らかに行うことができる。その結果、作業現場での生産性（作業効率）を向上することができる。

　（２）制御装置４０は、姿勢検出装置５３の検出結果に基づきバケット１０の対地角γを演算する。制御装置４０は、掘削動作及び放土動作のそれぞれにおいて、バケット１０の対地角γが動作完了角度γ１となるまで自動で作業装置２を動作させる。制御装置４０は、旋回体７の旋回動作が停止し、かつ、バケット１０の対地角γが動作完了角度γ１に近づくように、作業装置２が自動で動作している状態において、旋回開始条件が成立したか否かを判断する。この構成によれば、自動掘削動作から自動運搬動作への遷移、及び、自動放土動作から自動戻り動作への遷移を滑らかにすることができる。

　（３）制御装置４０は、旋回動作開始指令を現時点で出力した場合に、バケット１０の対地角γが動作完了角度γ１に至った後に旋回体７の旋回が開始されることが予測されると、旋回開始条件が成立したと判断する。制御装置４０は、上記の予測がなされるまでは旋回開始条件は成立していないと判断する。この構成によれば、バケット１０の対地角γが動作完了角度γ１に至った後に、旋回体７が実際に旋回し始める。つまり、この構成によれば、バケット１０の対地角γが動作完了角度γ１に至る前に、旋回体７が実際に旋回し始めることを適切に防止することができる。

　（４）制御装置４０は、旋回動作開始指令が出力されてから旋回体７の動作が開始されるまでの第１時間ｔ１を演算する。制御装置４０は、現時点からバケット１０の対地角γが動作完了角度γ１に至るまでの第２時間ｔ２を演算する。制御装置４０は、第２時間ｔ２が第１時間ｔ１よりも短くなった場合に、旋回開始条件が成立したと判断する。つまり、制御装置４０は、上記の予測がなされたとみなす。制御装置４０は、第２時間ｔ２が第１時間ｔ１以上の場合には、旋回開始条件は成立していないと判断する。この構成では、制御装置４０が、現時点の作業装置２の姿勢に基づき、第２時間ｔ２を繰り返し演算する。このため、バケット１０の対地角γが動作完了角度γ１に至る前に、旋回体７が実際に旋回し始めることを、より適切に防止することができる。

　＜第１実施形態の変形例１＞
　第１実施形態では、掘削動作から運搬動作へ遷移する際の制御の内容と、放土動作から戻り動作へ遷移する際の制御の内容とが同様である例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。以下、図１３～図１６を参照して、放土動作から戻り動作へ遷移する際の制御内容の変形例を説明する。

　図１３は、第１実施形態の変形例１に係る油圧ショベル１が放土動作から戻り動作に遷移する様子を示す平面模式図である。第１実施形態に係る制御装置４０は、作業装置２が放土動作完了姿勢に至った後に旋回体７の旋回が開始されるように、旋回開始指令を放土動作中に出力した。これに対して、本変形例１に係る制御装置４０は、作業装置２が放土動作完了姿勢に至る前に旋回体７の旋回が開始され、かつ、作業装置２が放土動作完了姿勢に至った後にバケット１０が荷台２０１の外に出始めるように、放土動作中に旋回開始指令を出力する。

　このため、本変形例１では、図１３に示すように、バケット１０が戻り開始位置ＲＰ１から荷台２０１の後端部に到達するように旋回体７が旋回している間にも作業装置２が放土動作を継続している。そして、バケット１０が荷台２０１の外に出始める直前に、作業装置２による放土動作が完了する。その後、バケット１０の制御点が位置ＲＰ３と戻り完了位置ＲＰ２とを結ぶ目標経路ＲＰＴに沿って移動するように、旋回体７及び作業装置２が制御される。

　図１４は、図１１と同様の図であり、第１実施形態の変形例１に係る制御装置４０により実行される処理の一例について示すフローチャートであり、放土動作の開始から戻り動作の完了までの処理の流れを示す。図１４のフローチャートでは、図１１のフローチャートのステップＳ１１３の処理に代えて、ステップＳ１１３Ｂの処理が実行される。また、図１４のフローチャートでは、図１１のフローチャートのステップＳ１１０とＳ１１２の間に、ステップＳ１１１Ｂの処理が追加されている。

　図１４に示すように、本変形例では、ステップＳ１１０において第１時間ｔ１ｒの演算処理が終わると、処理がステップＳ１１１Ｂに進む。ステップＳ１１１Ｂにおいて、旋回開始判断部４３は、記憶装置に記憶されている油圧ショベル１の数学モデルと、姿勢演算部４１により演算される油圧ショベル１の姿勢と、物体位置演算部４２により演算される荷台２０１の位置情報とに基づいて、第３時間ｔ３ｒを演算する。第３時間ｔ３ｒは、旋回体７が実際に旋回し始めてからバケット１０が荷台２０１の外に出始めるまでの時間に相当する。換言すれば、第３時間ｔ３ｒは、旋回体７が荷台２０１の後端部に到達するまでの時間に相当する。

　旋回開始判断部４３は、バケット１０が戻り開始位置ＲＰ１から荷台２０１の後端部に至るまでの旋回角度θｓｗ１と、第３時間ｔ３ｒとの関係を規定するデータテーブルを用いて、第３時間ｔ３ｒを演算してもよい。図１５は、第３時間ｔ３ｒのデータテーブルを示す図である。第３時間ｔ３ｒのデータテーブルは、予め実験等により定められ、記憶装置に記憶されている。旋回開始判断部４３は、油圧ショベル１の姿勢と、油圧ショベル１に対する荷台２０１の相対位置とに基づき、バケット１０が現在の位置から荷台２０１の後端部に到達する位置までの旋回角度θｓｗ１を演算する。旋回開始判断部４３は、図１５のデータテーブルを参照し、演算した旋回角度θｓｗ１に基づき、第３時間ｔ３ｒを演算する。

　図１４のステップＳ１１１Ｂにおいて第３時間ｔ３ｒの演算処理が完了すると、処理がステップＳ１１２に進み、第２時間ｔ２ｒが演算される。ステップＳ１１２において第２時間ｔ２ｒの演算処理が完了すると、処理がステップＳ１１３Ｂに進む。

　ステップＳ１１３Ｂの処理は、旋回開始条件が成立したか否かを判断する処理である。ステップＳ１１３Ｂにおいて、旋回開始判断部４３は、第１時間ｔ１ｒと第３時間ｔ３ｒの和と、第２時間ｔ２ｒとを比較する。この比較により、旋回開始判断部４３は、旋回動作開始指令を現時点で出力した場合に、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに至る前に旋回体７の旋回が開始され、かつ、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに至った後にバケット１０が荷台２０１の外に出始めるか否かを判断する。

　第１時間ｔ１ｒと第３時間ｔ３ｒの和が第２時間ｔ２ｒ以下である場合には、旋回開始判断部４３は、旋回開始条件が成立していないと判断し、処理をステップＳ１１２に戻す。第１時間ｔ１ｒと第３時間ｔ３ｒの和が第２時間ｔ２ｒより大きい場合には、旋回開始判断部４３は、旋回開始条件が成立していると判断し、戻り旋回フラグをオンに設定して処理をステップＳ１１４に進める。

　つまり、本変形例では、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒとなった直後に、バケット１０が荷台２０１の端部を通過し始めることが予測された場合（ステップＳ１１３ＢでＹｅｓ）に、旋回体７の戻り制御を開始する（ステップＳ１１４）。

　図１３及び図１６を用いて、本変形例において、放土動作から戻り動作に遷移する際の動作について説明する。図１６は、図１２と同様の図であり、第１実施形態の変形例１において、放土動作から戻り動作へ、動作が遷移する場合のバケット１０の対地角γ、旋回動作指令の出力有無（ＯＮ／ＯＦＦ）、及び旋回角度θｓｗの時系列変化を示す図である。

　本変形例では、放土動作を開始した状態Ｓ２０から一定時間が経過した時刻Ｔｒ２において、旋回開始条件が成立し（図１４のステップＳ１１３ＢでＹｅｓ）、旋回体７の自動旋回制御が開始される。一方、時刻Ｔｒ２よりも前の時刻Ｔｒ１では、旋回開始条件が成立していないため（図１４のステップＳ１１３ＢでＮｏ）、旋回体７の自動旋回制御は開始されていない。本変形例では、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに到達する時刻Ｔｒ４よりも前の時刻Ｔｒ３で旋回体７が実際に旋回し始める。したがって、旋回体７の旋回により、バケット１０は荷台２０１の上方でダンプ動作をしつつ荷台２０１の後端部に向かって移動する。旋回角度θｓｗが所定の旋回角度θｓｗ１まで増加すると、バケット１０が荷台２０１の後端部に到達した状態Ｓ２１となる。このときのバケット１０の先端部の位置ＲＰ３は、荷台２０１の上縁よりも高い位置に設定されることが好ましい。

　本変形例では、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに至るタイミングと、バケット１０が荷台２０１の後端部に到達するタイミングが一致する。時刻Ｔｒ４で、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに到達した状態Ｓ２１になると、作業装置２の戻り制御が開始する。旋回体７及び作業装置２が戻り動作を行って、バケット１０の先端部が戻り完了位置ＲＰ２に到達した状態Ｓ２２になると、戻り動作が完了する。

　このような第１実施形態の変形例１によれば、第１実施形態と同様の効果に加え、次の作用効果を奏する。

　（５）制御装置４０は、作業装置２が荷台２０１の上方でバケット１０内の掘削物を放出する放土動作（放出動作）をしている状態において、旋回動作開始指令を現時点で出力した場合に、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度（動作完了角度）γ１ｒに至る前に旋回体７の旋回が開始され、かつ、バケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに至った後にバケット１０が荷台２０１の外に出始めることが予測されると、旋回開始条件が成立したと判断する。制御装置４０は、上記の予測がなされるまでは旋回開始条件は成立していないと判断する。本変形例において、放土動作が行われているときに旋回動作開始指令を出力する所定姿勢は、上記実施形態とは異なる。本変形例に係る所定姿勢とは、その姿勢であるときに旋回動作開始指令を出力すれば、作業装置２が放土動作完了姿勢に至った直後に作業装置２が荷台２０１の外に出始める姿勢である。本変形例では、放土動作が完了する前に、旋回体７を荷台２０１の上方において実際に動かすことができるので、上記実施形態よりも生産性を向上することができる。

　（６）制御装置４０は、旋回動作開始指令が出力されてから旋回体７の動作が開始されるまでの第１時間ｔ１ｒを演算する。制御装置４０は、現時点からバケット１０の対地角γが放土動作完了角度γ１ｒに至るまでの第２時間ｔ２ｒを演算する。制御装置４０は、旋回体７の動作が開始されてからバケット１０が荷台２０１の外に出始めるまでの第３時間ｔ３ｒを演算する。制御装置４０は、第２時間ｔ２ｒが第１時間ｔ１ｒと第３時間ｔ３ｒの和よりも短くなった場合に、旋回開始条件が成立したと判断する。この構成では、制御装置４０が、現時点の作業装置２の姿勢に基づき、第２時間ｔ２ｒを繰り返し演算する。このため、作業装置２が放土動作完了姿勢に至る前に、旋回体７が荷台２０１の外に出てしまうことを適切に防止することができる。

　＜第１実施形態の変形例２＞
　第２時間ｔ２ｒの演算方法は上述した例に限定されない。

　＜第１実施形態の変形例２－１＞
　例えば、制御装置４０は、バケット１０の対地角γと、その対地角γから放土動作が継続された場合に、バケット１０内の掘削物の放出が完了するまでの時間（第２時間ｔ２ｒ）との関係を規定するデータテーブル（以下、第２時間特性テーブルとも記す）を用いて、第２時間ｔ２ｒを演算してもよい。バケット１０内の掘削物の放出が完了するまでの時間は、掘削物の土質（粘性、粒径）の影響を受ける。このため、制御装置４０は、掘削物の土質に基づき、第２時間特性テーブルを補正してもよい。掘削物の土質は、入力装置５７により制御装置４０に入力される。制御装置４０は、補正後の第２時間特性テーブルを参照し、バケット１０の対地角γに基づき、第２時間ｔ２ｒを演算する。

　＜第１実施形態の変形例２－２＞
　また、制御装置４０は、物体検出装置５４によって掘削積込サイクルの初回の放土動作におけるバケット１０内の運搬物（掘削物）の挙動に基づいて、放土動作を開始してから完了するまでの時間（以下、放出所要時間）を演算し、掘削積込サイクルの２回目以降の放土動作から戻り動作への遷移の制御に利用してもよい。バケット１０内の運搬物の挙動とは、例えば、物体検出装置５４としてのステレオカメラにより撮影された画像内のバケット１０内の運搬物の面積の変化等である。掘削積込サイクルの初回の放土動作において、制御装置４０は、物体検出装置５４により検出されたバケット１０内の運搬物の面積が所定値以下になった場合に、放土動作が完了したと判断して放出所要時間を演算する。

　なお、放土動作が完了するタイミングは、オペレータが入力装置５７を操作することにより、制御装置４０に対して教示してもよい。例えば、掘削積込サイクルの初回の放土動作において、制御装置４０は、放土動作の開始時刻から、オペレータが入力装置５７を操作した時刻までの時間を、放出所要時間として記憶する。

　制御装置４０は、掘削積込サイクルの２回目以降において、放土動作開始時刻からの経過時間を放出所要時間から差し引くことにより第２時間ｔ２ｒを演算する。

　このように、本変形例に係る制御装置４０は、初回の放土動作において、バケット１０内の掘削物を放出する動作の開始時刻から完了時刻までの時間である放出所要時間を演算する。制御装置４０は、２回目以降の放土動作において、バケット１０内の掘削物を放出する動作の開始時刻からの経過時間を、放出所要時間から減算することにより、第２時間ｔ２ｒを演算する。この構成によれば、作業を行う油圧ショベル１の個体差等に関わらず、旋回動作開始指令を適切なタイミングで制御装置４０から出力させることができる。

　＜第２実施形態＞
　図１７～図２１を参照して、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル１について説明する。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照記号を付し、相違点を主に説明する。第２実施形態に係る制御装置２４０、バケット１０内の運搬物（土砂等の掘削物）の重量を取得し、取得した重量に基づき旋回開始条件が成立したか否かを判断する。制御装置２４０は、バケット１０内の掘削物の重量が所定重量に達した場合には、旋回開始条件が成立したと判断する。制御装置２４０は、バケット１０内の掘削物の重量が所定重量に達していない場合には、旋回開始条件は成立していないと判断する。以下、第２実施形態に係る油圧ショベル１の構成、及び制御装置２４０の機能について詳しく説明する。

　図１７は、第２実施形態に係る制御装置２４０の機能ブロック図である。第２実施形態に係る油圧ショベル１は、運搬物情報取得装置２５８を備えている。運搬物情報取得装置２５８は、バケット１０に格納された運搬物の重量を算出する。運搬物情報取得装置２５８は、例えば、油圧シリンダ（１１～１３）の圧力を検出する圧力センサ（不図示）と、圧力センサの検出結果及び姿勢検出装置５３の検出結果に基づき運搬物の重量を演算する演算装置と、を備えている。なお、運搬物情報取得装置２５８の構成はこれに限定されない。運搬物情報取得装置２５８は、バケット１０内の運搬物の重量を直接的に検出する重量センサであってもよい。また、本実施形態では、運搬物情報取得装置２５８の演算装置が、制御装置２４０とは別に設けられている例について説明するが、運搬物情報取得装置２５８の演算装置の機能は、制御装置２４０が備えていてもよい。

　図１８及び図１９を参照して、第２実施形態に係る制御装置２４０により実行される処理の流れの一例を説明する。図１８は、第２実施形態に係る制御装置２４０による処理の一例について示すフローチャートであり、掘削動作の開始から運搬動作の完了までの処理の流れを示す。図１９は、第２実施形態に係る制御装置２４０による処理の一例について示すフローチャートであり、放土動作の開始から戻り動作の完了までの処理の流れを示す。

　図１８のフローチャートでは、図１０のフローチャートのステップＳ１０２～Ｓ１０４の処理に代えて、ステップＳ２０１の処理が実行される。図１９のフローチャートでは、図１１のフローチャートのステップＳ１１０～Ｓ１１３の処理に代えて、ステップＳ２０２の処理が実行される。

　図１８に示すように、ステップＳ１０１において掘削制御が開始される。これにより、油圧ショベル１は、旋回体７の旋回動作が停止し、かつ、掘削物を掘削するために作業装置２が動作している状態となる。本第２実施形態での掘削制御は、バケット１０に格納された掘削物の重量（掘削量）Ｗが目標掘削量Ｗｔに至るように行われる。目標掘削量Ｗｔは、バケット１０に格納する掘削物の重量の目標値であり、予め定められ、記憶装置に記憶されている。

　次のステップＳ２０１の処理は、旋回開始条件が成立したか否かを判断する処理である。ステップＳ２０１において、旋回開始判断部４３は、運搬物情報取得装置２５８により取得された運搬物の重量Ｗに基づき、目標掘削量Ｗｔに対して所定割合Ｐ１以上の掘削物がバケット１０に格納されたか否かを判断する。所定割合Ｐ１は、予め定められ、記憶装置に記憶されている。所定割合Ｐ１は、例えば、９０％以上の値である。なお、所定割合Ｐ１は、入力装置５７を操作することにより変更できるようにしてもよい。目標掘削量Ｗｔに対して所定割合Ｐ１以上の掘削物がバケット１０に格納されたと判断された場合には、処理がステップＳ１０５に進む。ステップＳ２０１の処理は、肯定判断されるまで所定の演算周期で繰り返し実行される。

　具体的には、旋回開始判断部４３は、運搬物情報取得装置２５８から所定の演算周期毎に運搬物の重量Ｗを取得する。掘削動作が行われると、時間の経過に従ってバケット１０内の運搬物の重量Ｗが増加する。旋回開始判断部４３は、運搬物の重量Ｗが所定重量Ｗ１以上になると、旋回開始条件が成立したと判断し、処理をステップＳ１０５に進める。なお、所定重量Ｗ１は、目標掘削量Ｗｔに対する所定割合Ｐ１に相当する運搬物の重量であり、旋回開始判断部４３により演算される。

　図１８のステップＳ１０５～Ｓ１０８の処理は、第１実施形態（図１０参照）と同様であるので、説明を省略する。

　図１９に示すように、ステップＳ１０９において放土制御が開始される。これにより、油圧ショベル１は、旋回体７の旋回動作が停止し、かつ、掘削物を放出するために作業装置２が動作している状態となる。

　次のステップＳ２０２の処理は、旋回開始条件が成立したか否かを判断する処理である。ステップＳ２０２において、旋回開始判断部４３は、運搬物情報取得装置２５８により取得された運搬物の重量Ｗに基づき、運搬物の重量Ｗが放土動作前の重量Ｗ０に対して所定割合Ｐ２以上減少したか否かを判断する。なお、ステップＳ２０２の処理は、放土動作前の重量Ｗ０に対して減少した運搬物の重量Ｗの割合（以下、運搬物の減少割合とも記す）Ｐｄが、所定割合Ｐ２以上になったか否かを判断する処理ともいえる。

　所定割合Ｐ２は、予め定められ、記憶装置に記憶されている。所定割合Ｐ２は、例えば、８０～９０％程度の値である。なお、所定割合Ｐ２は、入力装置５７を操作することにより変更できるようにしてもよい。

　旋回開始判断部４３は、掘削動作から運搬動作への動作遷移条件が成立したときの運搬物の重量Ｗを、放土動作前の重量Ｗ０として記憶している。運搬物の重量Ｗが放土動作前の重量Ｗ０に対して所定割合Ｐ２以上減少した判断された場合には、処理がステップＳ１１４に進む。ステップＳ２０２の処理は、肯定判断されるまで所定の演算周期で繰り返し実行される。

　具体的には、旋回開始判断部４３は、運搬物情報取得装置２５８から所定の演算周期毎に運搬物の重量Ｗの情報を取得する。放土動作が行われると、時間の経過に従ってバケット１０内の運搬物の重量Ｗが減少する。制御装置２４０は、運搬物の重量Ｗが所定重量Ｗ２以下になると、旋回開始条件が成立したと判断し、処理をステップＳ１１４に進める。なお、所定の重量Ｗ２は、放出された重量、すなわち放土動作前の重量Ｗ０に対して所定割合Ｐ２の重量分（Ｗ０×Ｐ２）を、放土動作前の重量Ｗ０から差し引いた値（Ｗ２＝Ｗ０－Ｗ０×Ｐ２）であり、旋回開始判断部４３により演算される。

　図１９のステップＳ１１４～Ｓ１１７の処理は、第１実施形態（図１１参照）と同様であるので、説明を省略する。

　以下、図２０及び図２１を参照して、本第２実施形態に係る油圧ショベル１の主な動作について説明する。まず、図２０を用いて、掘削動作から運搬動作に遷移する際の動作について説明する。図２０は、掘削動作から運搬動作へ動作が遷移する場合のバケット１０内の運搬物の重量（掘削量）Ｗ、旋回動作指令の出力有無（ＯＮ／ＯＦＦ）、及び旋回角度θｓｗの時系列変化を示す図である。図２０（ａ）～（ｃ）の横軸は、時間を示す。図２０（ａ）の縦軸はバケット１０内の運搬物の重量（掘削量）Ｗを示す。図２０（ｂ）の縦軸は旋回動作指令の出力の有無を示し、図２０（ｃ）の縦軸は旋回角度θｓｗを示している。なお、旋回角度θｓｗは、掘削動作を開始した位置を基準位置とし、その基準位置から掘削動作完了角度まで正の方向に増加するグラフとして記載している。

　図２０に示すように、掘削動作を開始してから一定時間が経過した時刻Ｔｃ２２において、旋回開始条件が成立し（図１８のステップＳ２０１でＹｅｓ）、旋回体７の自動旋回制御が開始される。一方、時刻Ｔｃ２２よりも前の時刻Ｔｃ２１では、旋回開始条件が成立していないため（図１８のステップＳ２０１でＮｏ）、旋回体７の自動旋回制御は開始されていない。バケット１０内の運搬物の重量Ｗが目標掘削量Ｗｔに達する時刻Ｔｃ２３よりも前の段階（時刻Ｔｃ２２）で旋回体７の自動旋回制御が開始される（旋回動作開始指令が出力される）。これにより、バケット１０内の運搬物の重量Ｗが目標掘削量Ｗｔに到達した直後に、旋回体７が実際に旋回し始める。つまり、バケット１０内の運搬物の重量Ｗが目標掘削量Ｗｔに至るタイミングと、旋回体７が旋回を開始するタイミングとが略一致する。これにより、掘削動作から運搬動作への遷移が滑らかに行われる。

　次に図２１を用いて、放土動作から戻り動作に遷移する際の動作について説明する。図２１は、放土動作から戻り動作へ動作が遷移する場合のバケット１０内の運搬物の減少割合Ｐｄ、旋回動作指令の出力有無（ＯＮ／ＯＦＦ）、及び旋回角度θｓｗの時系列変化を示す図である。図２１（ａ）～（ｃ）の横軸は、時間を示す。図２１（ａ）の縦軸は、運搬物の減少割合Ｐｄ［％］を示す。図２１（ｂ）の縦軸は旋回動作指令の出力の有無を示し、図２１（ｃ）の縦軸は旋回角度θｓｗを示している。なお、旋回角度θｓｗは、放土動作を開始した位置を基準位置とし、その基準位置から放土動作完了角度まで正の方向に増加するグラフとして記載している。

　図２１に示すように、放土動作を開始してから一定時間が経過した時刻Ｔｒ２２において、旋回開始条件が成立し（図１９のステップＳ２０２でＹｅｓ）、旋回体７の自動旋回制御が開始される。一方、時刻Ｔｒ２２よりも前の時刻Ｔｒ２１では、旋回開始条件が成立していないため（図１９のステップＳ２０２でＮｏ）、旋回体７の自動旋回制御は開始されていない。運搬物の減少割合Ｐｄが１００％になる時刻Ｔｒ２３よりも前の段階（時刻Ｔｒ２２）で旋回体７の自動旋回制御が開始される（旋回動作開始指令が出力される）。これにより、運搬物の減少割合Ｐｄが１００％に到達した直後に、旋回体７が実際に旋回し始める。つまり、運搬物の減少割合Ｐｄが１００％に至るタイミングと、旋回体７が旋回を開始するタイミングとが略一致する。これにより、放土動作から戻り動作への遷移が滑らかに行われる。

　このように、本第２実施形態に係る制御装置２４０は、運搬物情報取得装置２５８からバケット１０内の運搬物（掘削物）の重量Ｗを取得する。制御装置２４０は、取得したバケット１０内の運搬物の重量Ｗが所定重量に達した場合に、旋回開始条件が成立したと判断する。制御装置２４０は、旋回体７の旋回動作が停止し、かつ、掘削物を掘削するために作業装置２が動作している状態において、旋回開始条件が成立したか否かを判断する。制御装置２４０は、バケット１０内の掘削物の重量Ｗが所定重量Ｗ１まで増加した場合に、旋回開始条件が成立したと判断し、旋回動作開始指令を出力する（図１８のステップＳ２０１，Ｓ１０５）。制御装置２４０は、旋回体７の旋回動作が停止し、かつ、掘削物を放出するために作業装置２が動作している状態において、旋回開始条件が成立したか否かを判断する。制御装置２４０は、バケット１０内の掘削物の重量Ｗが放出動作前から所定割合Ｐ２の重量分だけ放出されることによって所定重量Ｗ２まで減少した場合に、旋回開始条件が成立したと判断し、旋回動作開始指令を出力する（図１９のステップＳ２０２，Ｓ１１４）。このような第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

　また、本第２実施形態によれば、運搬物情報取得装置２５８がバケット１０内の運搬物（掘削物）の重量Ｗを演算することにより、制御装置２４０の演算負荷を低減できる。

　＜第２実施形態の変形例１＞
　図２２に示すように、運搬物の減少割合Ｐｄと、バケット１０の対地角γとの間には相関関係がある。バケット１０の対地角γが放土完了角度に近づくにしたがって、運搬物の減少割合Ｐｄは増加する。このため、旋回開始判断部４３は、バケット１０の対地角γが所定割合Ｐ２に対応する対地角（対地角閾値）γ２に達した場合に、旋回開始条件が成立したと判断し、旋回動作開始指令を出力してもよい。

　また、本変形例において、上記所定割合Ｐ２は、入力装置５７を操作することにより変更できるようにしてもよい。この場合、記憶装置には、運搬物の減少割合Ｐｄと、バケット１０の対地角γとの関係を規定するデータテーブルである対地角変換テーブルＴ（図２２参照）が記憶されている。旋回開始判断部４３は、入力装置５７から新たな所定割合Ｐ２の情報を取得すると、対地角変換テーブルＴを参照し、新たな所定割合Ｐ２に対応するバケット１０の対地角（対地角閾値）γ２を演算する。

　以上のとおり、本変形例に係る油圧ショベル１は、所定割合Ｐ２を入力可能な入力装置５７を備えている。また、本変形例に係る制御装置２４０は、バケット１０から放出される前の掘削物の重量Ｗ０に対してバケット１０から放出された掘削物の重量の割合（運搬物の減少割合）Ｐｄと、バケット１０の対地角γとの関係を規定するデータテーブルである対地角変換テーブルＴを有している。制御装置２４０は、対地角変換テーブルＴを参照し、入力装置５７により入力された所定割合Ｐ２に対応するバケット１０の対地角を対地角閾値γ２として決定する。制御装置２４０は、バケット１０の対地角γが、対地角閾値γ２に達した場合に、旋回開始条件が成立したと判断し、旋回動作開始指令を出力する。この構成によれば、オペレータは、入力装置５７を操作して、旋回動作のタイミングを調整することができる。

　＜第２実施形態の変形例２＞
　第２実施形態の変形例１に係る構成において、制御装置２４０は、さらに対地角変換テーブルＴを補正して用いてもよい。制御装置２４０が対地角変換テーブルＴを補正することにより、所定割合Ｐ２に対応するバケット１０の対地角γ２をより適切に設定することができる。

　＜第２実施形態の変形例２－１＞
　例えば、旋回開始判断部４３は、油圧ショベル１の実機データに基づき、基準となるデータテーブルである対地角変換テーブルＴを補正してもよい。図２３は、補正後の対地角変換テーブルＴｃ１，Ｔｃ２を示す図である。例えば、放土動作が行われている状態において、運搬物情報取得装置２５８により演算される運搬物の重量Ｗ、姿勢演算部４１により演算されるバケット１０の対地角γ、放土動作前の運搬物の重量Ｗ０の時系列データに基づき、対地角変換テーブルＴを補正してもよい。これにより、例えば、補正後の対地角変換テーブルＴｃ１が得られる。制御装置２４０は、補正後の対地角変換テーブルＴｃ１を参照し、入力された所定割合Ｐ２に対するバケット１０の対地角閾値γｃ２１を演算する。制御装置２４０は、放土動作中に、バケット１０の対地角γが対地角閾値γｃ２１に達した場合に、旋回開始条件が成立したと判断し、旋回動作開始指令を出力する。

　このように、本変形例に係る制御装置２４０は、作業装置２が放土動作しているときの実機データ（掘削物の重量Ｗ及びバケットの対地角γ）を取得し、取得した実機データに基づき、旋回開始条件を規定する対地角閾値を決定する。この構成によれば、作業を行う油圧ショベル１の個体差等に関わらず、旋回動作開始指令を適切なタイミングで制御装置２４０から出力させることができる。

　＜第２実施形態の変形例２－２＞
　また、掘削物の土質の粘度が大きいほど、バケット１０から運搬物を放出しにくくなる。したがって、旋回開始判断部４３は、運搬物の土質に基づき、対地角変換テーブルＴを補正してもよい。本変形例に係る油圧ショベル１は、掘削物の粘度などの土質を入力可能な入力装置５７を備えている。オペレータは、入力装置５７を操作して、所定割合Ｐ２及び掘削物の粘度を制御装置２４０に入力する。

　制御装置２４０は、入力された粘度が記憶装置に記憶されている粘度の基準値に比べて大きい場合には、対地角γに対する減少割合Ｐｄの変化率が小さくなるように対地角変換テーブルＴを補正する。これにより、補正後の対地角変換テーブルＴｃ２が得られる。制御装置２４０は、補正後の対地角変換テーブルＴｃ２を参照し、入力された所定割合Ｐ２に対するバケット１０の対地角閾値γｃ２２を演算する。なお、掘削物の土質は、粘度に限らず、粒度であってもよい。

　このように、本変形例に係る制御装置２４０は、入力装置５７により入力された掘削物の土質に基づき、対地角変換テーブルＴを補正する。この構成によれば、掘削する作業場所が変更になるなど、掘削対象物の土質が変わった場合であっても、旋回動作開始指令を適切なタイミングで制御装置２４０から出力させることができる。

　＜第２実施形態の変形例２－３＞
　また、バケット１０の角速度が大きいと、ある対地角γであるときの運搬物の減少割合Ｐｄが想定よりも小さくなる。したがって、旋回開始判断部４３は、バケット１０の対地角速度に基づき、対地角変換テーブルＴを補正してもよい。バケット１０の角速度は、姿勢演算部４１により演算される。制御装置２４０は、バケット１０の角速度が基準値よりも大きい場合には、対地角γに対する減少割合Ｐｄの変化率が小さくなるように、対地角変換テーブルＴを補正する。これにより、補正後の対地角変換テーブルＴｃ２が得られる。

　＜第２実施形態の変形例３＞
　制御装置２４０は、物体検出装置５４により検出されるバケット１０内の運搬物（掘削物）の挙動に基づいて、放土動作（放出動作）におけるバケット１０内の運搬物の減少割合Ｐｄを演算してもよい。バケット１０内の運搬物の挙動とは、例えば、物体検出装置５４としてのステレオカメラにより撮影された画像内のバケット１０内の運搬物の面積の変化等である。また、制御装置２４０は、物体検出装置５４により検出される荷台２０１に放出された運搬物（掘削物）の形状に基づいて、運搬物の減少割合Ｐｄを演算してもよい。荷台２０１に運搬物が放出されると、荷台２０１には、放出された分だけ、運搬物の山が形成される。このため、制御装置２４０は、物体検出装置５４により検出された運搬物の形状から運搬物がどの程度放出されたのかを推定できる。制御装置２４０は、運搬物の減少割合Ｐｄが所定割合Ｐ２に達したとき、旋回開始条件が成立し、旋回動作開始指令を出力する。

　このように、本変形例に係る制御装置２４０は、物体検出装置５４により検出されるバケット１０内の掘削物の挙動、あるいは、物体検出装置５４により検出される荷台２０１に放出された掘削物の形状に基づいて、旋回開始条件が成立したか否かを判断する。この構成によれば、運搬物情報取得装置２５８を省略できる。

　＜第３実施形態＞
　図２４～図２６を参照して、本発明の第３実施形態に係る油圧ショベル１について説明する。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照記号を付し、相違点を主に説明する。第１実施形態では、掘削動作、運搬動作、放土動作、及び戻り動作が、自動で行われる例について説明した。これに対して、第３実施形態では、掘削動作及び放土動作は手動で行われ、運搬動作及び戻り動作は自動で行われる例について説明する。

　図２４は、第３実施形態に係る制御装置３４０の機能ブロック図である。本実施形態に係る油圧ショベル１は、オペレータによる手動操作での掘削動作の後、運搬動作を自動で行う構成である。制御装置３４０は、運搬動作の旋回動作開始指令をオペレータが指示したタイミングで出力する。また、本実施形態に係る油圧ショベル１は、オペレータによる手動操作での放土動作の後、戻り動作を自動で行う構成である。制御装置３４０は、戻り動作の旋回動作開始指令をオペレータが指示したタイミングで出力する。

　制御選択スイッチ３２４は、第１実施形態で説明した制御選択スイッチ２４の機能に加え、半自動モードを選択可能とする機能を有している。半自動モードが設定された場合、制御装置３４０は、掘削動作及び放土動作の際には操作装置２０に応じて作業装置２の動作を制御する。また、制御装置３４０は、運搬動作及び戻り動作の際には操作装置２０の操作に関わらず、制御装置３４０が設定した目標経路に応じて作業装置２と旋回体７の動作を制御する。

　第３実施形態に係る動作遷移判断部３４９は、制御選択スイッチ３２４からの操作指令に基づいて、制御モードを自動モード、手動モード及び半自動モードのいずれかに設定する。また、自動モードが設定されている場合、動作遷移判断部３４９は、第１実施形態と同様、バケット１０の先端部が目標経路の完了位置に到達した場合に動作遷移条件が成立したと判断する。

　動作遷移判断部３４９は、半自動モードが設定され、かつ、作業操作装置２９による掘削動作が行われた後、作業操作装置２９が中立位置に戻された場合には、掘削動作から運搬動作への動作遷移条件が成立したと判断する。また、動作遷移判断部３４９は、半自動モードが設定され、かつ、作業操作装置２９による放土動作が行われた後、作業操作装置２９が中立位置に戻された場合には、放土動作から戻り動作への動作遷移条件が成立したと判断する。なお、動作遷移判断部３４９は、操作検出装置５６の操作量センサ５２ａ，５２ｃ，５２ｄにより検出されたアーム操作量、ブーム操作量及びバケット操作量のいずれかが操作判断用閾値以上になった後、アーム操作量、ブーム操作量及びバケット操作量のいずれもが中立判断用閾値以下になった場合に、作業操作装置２９による掘削動作あるいは放土動作が行われた後、作業操作装置２９が中立位置に戻されたと判断する。

　第３実施形態に係る旋回開始判断部３４３は、動作遷移判断部３４９の判断結果に基づき、現在の動作状態が掘削動作、運搬動作、放土動作、及び戻り動作のいずれの動作を行っているかを判断する。また、旋回開始判断部３４３は、操作検出装置５６の操作量センサ５２ｂにより検出された旋回操作量が操作判断用閾値以上である場合に、旋回操作が行われたと判断する。

　旋回開始判断部３４３は、掘削動作を行っているときに旋回操作が行われた場合には、旋回開始条件が成立したと判断する。また、旋回開始判断部３４３は、放土動作を行っているときに旋回操作が行われた場合には、旋回開始条件が成立したと判断する。このように、本第３実施形態では、旋回操作装置２８が、掘削動作中あるいは放土動作中に、自動運転による旋回体７の旋回の開始を指示する旋回開始操作装置としても機能する。

　図２５及び図２６を参照して、第３実施形態に係る制御装置３４０により実行される処理の流れの一例を説明する。図２５は、第３実施形態に係る制御装置３４０による処理の一例について示すフローチャートであり、掘削動作の開始から運搬動作の完了までの処理の流れを示す。図２６は、第３実施形態に係る制御装置３４０による処理の一例について示すフローチャートであり、放土動作の開始から戻り動作の完了までの処理の流れを示す。

　図２５のフローチャートでは、図１０のフローチャートのステップＳ１０１～Ｓ１０４の処理に代えて、ステップＳ３０１，Ｓ３０２の処理が実行される。また、図２５のフローチャートでは、図１０のフローチャートのステップＳ１０６の処理に代えて、ステップＳ３０３の処理が実行される。図２６のフローチャートでは、図１１のフローチャートのステップＳ１０９～Ｓ１１３の処理に代えて、ステップＳ３０４，Ｓ３０５の処理が実行される。また、図２６のフローチャートでは、図１１のフローチャートのステップＳ１１５の処理に代えて、ステップＳ３０６の処理が実行される。

　図２５に示すように、ステップＳ３０１において、制御選択スイッチ２４により制御モードを半自動モードにするための操作が行われると、動作遷移判断部３４９は、制御モードを半自動モードに設定する。半自動モードが設定されると、アクチュエータ指令部４８は、作業操作装置２９の操作量に応じた目標速度に基づき、作業装置２による掘削動作を開始する。

　次のステップＳ３０２の処理は、旋回開始条件が成立したか否かを判断する処理である。ステップＳ３０２において、旋回開始判断部３４３は、旋回操作が行われたか否かを判断する。旋回開始判断部３４３は、旋回操作が行われた場合には、旋回開始条件が成立したと判断し、処理をステップＳ１０５に進める。ステップＳ３０２の処理は、肯定判断されるまで所定の演算周期で繰り返し実行される。つまり、制御装置３４０は、旋回操作が行われるまで、ステップＳ３０２の処理を繰り返し実行する。

　ステップＳ１０５において、運搬制御部４５は、旋回体７の運搬動作のための旋回動作開始指令を出力する。次のステップＳ３０３において、動作遷移判断部４９は、掘削動作から運搬動作への動作遷移条件が成立したか否かを判断する。作業操作装置２９が中立位置に戻された場合（本実施形態では、作業操作右レバー２２ａ及び作業操作左レバー２２ｂの双方が中立位置にある場合）には、動作遷移判断部４９は掘削動作から運搬動作への動作遷移条件が成立したと判断し、処理をステップＳ１０７に進める。作業操作装置２９が中立位置に戻されていない場合（本実施形態では、作業操作右レバー２２ａ及び作業操作左レバー２２ｂの少なくとも一方が中立位置にない場合）には、動作遷移判断部４９は掘削動作から運搬動作への動作遷移条件は成立していないと判断する。ステップＳ３０３の処理は、肯定判断されるまで所定の演算周期で繰り返し実行される。

　図２５のステップＳ１０７，Ｓ１０８の処理は、第１実施形態（図１０参照）と同様であるので、説明を省略する。

　運搬動作が完了すると（図２５のステップＳ１０８）、図２６に示すステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４において、アクチュエータ指令部４８は、作業操作装置２９の操作量に応じた目標速度に基づき、作業装置２による放土動作を開始する。

　次のステップＳ３０５の処理は、ステップＳ３０２の処理と同様、旋回開始条件が成立したか否かを判断する処理である。ステップＳ３０５において、旋回開始判断部３４３は、旋回操作が行われたか否かを判断する。旋回開始判断部３４３は、旋回操作が行われた場合には、旋回開始条件が成立したと判断し、処理をステップＳ１１４に進める。ステップＳ３０５の処理は、肯定判断されるまで所定の演算周期で繰り返し実行される。つまり、制御装置３４０は、旋回操作が行われるまで、ステップＳ３０５の処理を繰り返し実行する。

　ステップＳ１１４において、運搬制御部４５は、旋回体７の戻り動作のための旋回動作開始指令を出力する。次のステップＳ３０６において、動作遷移判断部４９は、放土動作から戻り動作への動作遷移条件が成立したか否かを判断する。作業操作装置２９が中立位置に戻された場合（本実施形態では、作業操作右レバー２２ａ及び作業操作左レバー２２ｂの双方が中立位置にある場合）には、動作遷移判断部４９は放土動作から戻り動作への動作遷移条件が成立したと判断し、処理をステップＳ１１６に進める。作業操作装置２９が中立位置に戻されていない場合（本実施形態では、作業操作右レバー２２ａ及び作業操作左レバー２２ｂの少なくとも一方が中立位置にない場合）には、動作遷移判断部４９は放土動作から戻り動作への動作遷移条件は成立していないと判断する。ステップＳ３０６の処理は、肯定判断されるまで所定の演算周期で繰り返し実行される。

　図２６のステップＳ１１６，Ｓ１１７の処理は、第１実施形態（図１１参照）と同様であるので、説明を省略する。

　本第３実施形態に係る油圧ショベル１の主な動作について説明する。オペレータが作業操作装置２９を操作することにより、作業装置２による掘削動作が行われる（ステップＳ３０１）。掘削動作がある程度進んだ段階で、オペレータが旋回操作装置２８を操作することにより、運搬動作のための旋回動作開始指令が制御装置３４０から出力される（ステップＳ３０２，Ｓ１０５）。

　オペレータが作業操作装置２９を中立位置に戻すと、制御装置３４０は、掘削動作が完了したと判断して、作業装置２を目標経路ＣＰＴに沿って動作させる（ステップＳ３０３，Ｓ１０７，Ｓ１０８）。

　自動の運搬動作が完了した後、オペレータが作業操作装置２９を操作することにより、作業装置２による放土動作が行われる（ステップＳ３０４）。放土動作がある程度進んだ段階で、オペレータが旋回操作装置２８を操作することにより、戻り動作のための旋回動作開始指令が制御装置３４０から出力される（ステップＳ３０５，Ｓ１１４，Ｓ１１７）。

　オペレータが作業操作装置２９を中立位置に戻すと、制御装置３４０は、放土動作が完了したと判断して、作業装置２を目標経路ＲＰＴに沿って動作させる（ステップＳ３０６，Ｓ１１６）。

　このように、本第３実施形態では、オペレータにより操作され、旋回体７の旋回の開始を指示する旋回操作装置（旋回開始操作装置）２８と、オペレータにより操作され、作業装置２を動作させる作業操作装置２９と、を備える。制御装置３４０は、作業操作装置２９の操作に応じて作業装置２を動作させる。制御装置３４０は、旋回体７の旋回動作が停止し、かつ、作業操作装置２９の操作に応じて作業装置２が動作している状態において、旋回開始条件が成立したか否かを判断する。制御装置３４０は、旋回操作装置２８により旋回体７の旋回の開始が指示された場合に、旋回開始条件が成立したと判断する。

　本第３実施形態によれば、オペレータが手動で作業装置２による掘削動作や放土動作を行っている最中に、オペレータの意図に基づき運搬動作や戻り動作のための旋回動作開始指令を制御装置３４０から出力させることができる。

　＜第３実施形態の変形例１＞
　第３実施形態に係る油圧ショベル１は、掘削動作及び放土動作をオペレータの手動操作に基づいて行い、運搬動作及び戻り動作を自動で行う構成である例について説明した。しかしながら、油圧ショベル１は、掘削動作のみオペレータの手動操作に基づいて行い、運搬動作、放土動作、及び戻り動作を自動で行う構成にしてもよい。また、油圧ショベル１は、放土動作のみオペレータの手動操作に基づいて行い、掘削動作、運搬動作、及び戻り動作を自動で行う構成にしてもよい。また、油圧ショベル１は、掘削動作、運搬動作、放土動作、及び戻り動作のいずれの動作も自動で行う構成にしてもよい。この場合、油圧ショベル１は、運搬動作や戻り動作のための旋回動作開始指令を出力するタイミングのみ、オペレータが指示する構成であってもよい。

　例えば、制御装置は、図１０のステップＳ１０２～Ｓ１０４の処理に代えて、図２５のステップＳ３０２の処理を実行してもよい。また、制御装置は、図１１のステップＳ１１０～Ｓ１１３の処理に代えて、図２６のステップＳ３０５の処理を実行してもよい。

　本変形例に係る制御装置３４０は、旋回体７の旋回動作が停止し、かつ、作業装置２が動作している状態において、旋回開始条件が成立したか否かを判断する。制御装置３４０は、旋回操作装置２８により旋回体７の旋回の開始が指示された場合に、旋回開始条件が成立したと判断する。この構成によれば、オペレータの手動操作だけでなく、制御装置３４０による自動運転により掘削動作や放土動作が行われている最中に、オペレータの意図に基づき運搬動作や戻り動作のための旋回動作開始指令を制御装置３４０から出力させることができる。

　＜第３実施形態の変形例２＞
　第３実施形態では、旋回体７の旋回の開始を指示する旋回開始操作装置が、旋回操作装置２８である例について説明した。しかしながら、旋回開始操作装置の形態は、これに限定されない。例えば、旋回開始操作装置は、操作装置２０，２１とは異なる操作装置であって、操作レバー２２ａ，２２ｂに設けた操作スイッチとしてもよい。

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

　＜変形例１＞
　上記実施形態では、作業装置２により掘削された掘削物が積み込まれるベッセルが、運搬車両の荷台２０１である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、ベルトコンベア等の被積込機械に設けられるベッセルに掘削物を積み込む場合に適用してもよい。

　＜変形例２＞
　上記実施形態では、アーム９の先端部にバケット１０を後向きに取り付けたバックホウショベルを作業機械の一例として説明したが、本発明はこれに限定されない。作業機械は、アーム９の先端部にバケット１０を前向きに取り付けたローディングショベルであってもよい。

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

　１…油圧ショベル（作業機械）、２…作業装置、３…車体、５…走行体、６…旋回油圧モータ（油圧アクチュエータ）、７…旋回体、８…ブーム（駆動対象部材）、９…アーム（駆動対象部材）、１０…バケット（駆動対象部材）、１１…ブームシリンダ（油圧シリンダ、油圧アクチュエータ）、１２…アームシリンダ（油圧シリンダ、油圧アクチュエータ）、１３…バケットシリンダ（油圧シリンダ、油圧アクチュエータ）、１４…ブーム角度センサ（姿勢センサ）、１５…アーム角度センサ（姿勢センサ）、１７…バケット角度センサ（姿勢センサ）、１８…傾斜角度センサ（姿勢センサ）、１９…旋回角度センサ（姿勢センサ）、２０，２１…操作装置、２４…制御選択スイッチ、２８…旋回操作装置（旋回開始操作装置）、２９…作業操作装置、４０…制御装置、４１…姿勢演算部、４２…物体位置演算部、４３…旋回開始判断部、４４…掘削制御部、４５…運搬制御部、４６…放土制御部、４７…戻り制御部、４８…アクチュエータ指令部、４９…動作遷移判断部、５０…油圧駆動システム、５１…電磁比例弁、５２…操作量センサ、５３…姿勢検出装置、５４…物体検出装置（ベッセル位置検出装置）、５５…作動油温度センサ、５６…操作検出装置、５７…入力装置、２００…被積込機械、２０１…荷台（トレイ、ベッセル）、２４０…制御装置、２５８…運搬物情報取得装置、３２４…制御選択スイッチ、３４０…制御装置、３４３…旋回開始判断部、３４９…動作遷移判断部、４００…動作制御部、ＣＰ１…運搬開始位置、ＣＰ２…運搬完了位置、ＣＰＴ…目標経路、ＤＰ１…掘削開始位置、ＤＰ２…掘削完了位置、ＤＰＴ…目標経路、ＬＰ１…放土開始位置、ＬＰ２…放土完了位置、ＬＰＴ…目標経路、Ｐ１…所定割合、Ｐ２…所定割合、Ｐｄ…運搬物の減少割合、ＲＰ１…戻り開始位置、ＲＰ２…戻り完了位置、ＲＰＴ…目標経路、Ｔ…対地角変換テーブル（データテーブル）、ｔ１，ｔ１ｃ，ｔ１ｒ…第１時間、ｔ２，ｔ２ｃ，ｔ２ｒ…第２時間、ｔ３ｒ…第３時間、Ｔｃ１，Ｔｃ２…補正後の対地角変換テーブル、Ｗ…重量、Ｗ０…放土動作前の重量、Ｗ１，Ｗ２…所定重量、Ｗｔ…目標掘削量、γ…対地角、γ１ｃ…掘削動作完了角度（動作完了角度）、γ１ｒ…放土動作完了角度（動作完了角度）、γ２，γｃ２１，γｃ２２…対地角閾値、γｔ…対地角の目標値、θｓｗ…旋回角度

Claims

　走行体と、
　前記走行体に対して旋回可能に設けられる旋回体と、
　前記旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム及びバケットを有する作業装置と、
　前記旋回体の姿勢、及び前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出装置と、
　前記作業装置により掘削された掘削物が積み込まれる被積込機械のベッセルの位置を検出するベッセル位置検出装置と、
　前記姿勢検出装置及び前記ベッセル位置検出装置の検出結果に基づいて、少なくとも前記旋回体を目標となる旋回角度である旋回完了角度まで自動で旋回させる自動旋回制御を行う制御装置と、を備えた作業機械において、
　前記制御装置は、
　　前記旋回体の旋回動作状態及び前記作業装置の動作状態に基づいて、前記旋回体の前記自動旋回制御を開始する旋回開始条件が成立したか否かを判断し、
　　前記旋回開始条件が成立したと判断した場合には、前記作業装置が動作している状態にあるか否かに関わらず、前記旋回開始条件が成立したタイミングで、前記旋回体を前記旋回完了角度に向かって旋回開始させる旋回動作開始指令を出力する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、
　　前記姿勢検出装置の検出結果に基づき前記バケットの対地角を演算し、
　　前記バケットの対地角が動作完了角度となるまで自動で前記作業装置を動作させ、
　　前記旋回体の旋回動作が停止し、かつ、前記バケットの対地角が前記動作完了角度に近づくように、前記作業装置が自動で動作している状態において、前記旋回開始条件が成立したか否かを判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項２に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、前記旋回動作開始指令を現時点で出力した場合に、前記バケットの対地角が前記動作完了角度に至った後に前記旋回体の旋回が開始されることが予測されると、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項２に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、
　　前記旋回動作開始指令が出力されてから前記旋回体の動作が開始されるまでの第１時間を演算し、
　　現時点から前記バケットの対地角が前記動作完了角度に至るまでの第２時間を演算し、
　　前記第２時間が前記第１時間よりも短くなった場合に、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項２に記載の作業機械において、
　前記動作完了角度は、前記作業装置が前記ベッセルの上方で前記バケット内の掘削物を放出する動作の完了角度であり、
　前記制御装置は、前記旋回動作開始指令を現時点で出力した場合に、前記バケットの対地角が前記動作完了角度に至る前に前記旋回体の旋回が開始され、かつ、前記バケットの対地角が前記動作完了角度に至った後に前記バケットが前記ベッセルの外に出始めることが予測されると、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項５に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、
　　前記旋回動作開始指令が出力されてから前記旋回体の動作が開始されるまでの第１時間を演算し、
　　現時点から前記バケットの対地角が前記動作完了角度に至るまでの第２時間を演算し、
　　前記旋回体の動作が開始されてから前記バケットが前記ベッセルの外に出始めるまでの第３時間を演算し、
　　前記第２時間が前記第１時間と前記第３時間の和よりも短くなった場合に、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、前記バケット内の前記掘削物の重量が所定重量に達した場合に、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、
　　前記バケット内の前記掘削物の重量を取得し、
　　取得した前記バケット内の前記掘削物の重量が所定重量に達した場合に、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項７に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、
　　前記旋回体の旋回動作が停止し、かつ、前記掘削物を掘削するために前記作業装置が動作している状態において、前記旋回開始条件が成立したか否かを判断し、
　　前記バケット内の前記掘削物の重量が前記所定重量まで増加した場合に、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項７に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、
　　前記旋回体の旋回動作が停止し、かつ、前記掘削物を放出するために前記作業装置が動作している状態において、前記旋回開始条件が成立したか否かを判断し、
　　前記バケット内の前記掘削物の重量が放出動作前から所定割合の重量分だけ放出されることによって前記所定重量まで減少した場合に、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１０に記載の作業機械において、
　前記所定割合を入力可能な入力装置を備え、
　前記制御装置は、
　　前記バケットから放出される前の前記掘削物の重量に対して前記バケットから放出された前記掘削物の重量の割合と、前記バケットの対地角との関係を規定するデータテーブルを有し、
　　前記データテーブルを参照し、前記入力装置により入力された前記所定割合に対応する前記バケットの対地角を対地角閾値として決定し、
　　前記バケットの対地角が、前記対地角閾値に達した場合に、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１１に記載の作業機械において、
　前記入力装置は、前記掘削物の土質を入力可能であり、
　前記制御装置は、前記入力装置により入力された前記掘削物の土質に基づき、前記データテーブルを補正する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１０に記載の作業機械において、
　前記ベッセル位置検出装置は、物体を検出する物体検出装置であり、
　前記制御装置は、前記物体検出装置により検出される前記バケット内の前記掘削物の挙動、あるいは、前記物体検出装置により検出される前記ベッセルに放出された前記掘削物の形状に基づいて、前記旋回開始条件が成立したか否かを判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１に記載の作業機械において、
　オペレータにより操作され、前記旋回体の旋回の開始を指示する旋回開始操作装置を備え、
　前記制御装置は、
　　前記旋回体の旋回動作が停止し、かつ、前記作業装置が動作している状態において、前記旋回開始条件が成立したか否かを判断し、
　　前記旋回開始操作装置により前記旋回体の旋回の開始が指示された場合に、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１４に記載の作業機械において、
　オペレータにより操作され、前記作業装置を動作させる作業操作装置を備え、
　前記制御装置は、
　　前記旋回体の旋回動作が停止し、かつ、前記作業操作装置の操作に応じて前記作業装置が動作している状態において、前記旋回開始条件が成立したか否かを判断し、
　　前記旋回開始操作装置により前記旋回体の旋回の開始が指示された場合に、前記旋回開始条件が成立したと判断する、
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項６に記載の作業機械において、
　前記制御装置は、
　　前記バケット内の掘削物を放出する動作の開始時刻から完了時刻までの時間である放出所要時間を演算し、
　　前記バケット内の掘削物を放出する動作の開始時刻からの経過時間を、前記放出所要時間から減算することにより、前記第２時間を演算する、
　ことを特徴とする作業機械。