(57)【要約】  掘削制御システム（２００）は、第１相対速度（Ｑ１）を第１候補速度（Ｐ１）に制限するために必要とされるブームシリンダ（１０）の伸縮速度の第１調整速度（Ｓ１）と、第２相対速度（Ｑ２）を第２候補速度（Ｐ２）に制限するために必要とされるブームシリンダ（１０）の伸縮速度の第２調整速度（Ｓ２）とを取得する。掘削制御システム（２００）は、第１調整速度（Ｓ１）と第２調整速度（Ｓ２）のうち大きい方に係る候補速度（Ｐ）を制限速度（Ｕ）として選択する。
2012127913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機と、
前記複数の被駆動部材のそれぞれを駆動させる複数の油圧シリンダと、
掘削対象の目標形状を示す第１設計面と前記バケットとの第１距離に応じた第１候補速度と、掘削対象の目標形状を示し前記第１設計面とは異なる第２設計面と前記バケットとの第２距離に応じた第２候補速度と、を取得する候補速度取得部と、
前記第１設計面と前記バケットとの相対関係および前記第２設計面と前記バケットとの相対関係に基づいて、前記第１候補速度および前記第２候補速度のいずれか一方を制限速度として選択する制限速度選択部と、
前記第１設計面および前記第２設計面のうち前記制限速度に係る設計面に対する前記バケットの相対速度を前記制限速度に制限する油圧シリンダ制御部と、
を備える掘削制御システム。
【請求項２】
前記第１候補速度は、前記第１距離が小さいほど遅く、
前記第２候補速度は、前記第２距離が小さいほど遅い、
請求項１に記載の掘削制御システム。
【請求項３】
前記第１設計面に対する前記バケットの第１相対速度と、前記第２設計面に対する前記バケットの第２相対速度と、を取得する相対速度取得部を備え、
前記制限速度選択部は、前記第１相対速度と前記第１候補速度との相対関係および前記第２相対速度と前記第２候補速度との相対関係に基づいて、前記制限速度を選択する、
請求項１又は２に記載の掘削制御システム。
【請求項４】
前記第１相対速度を前記第１候補速度に制限するために必要とされる前記複数の油圧シリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度に対応する第１調整速度と、前記第２相対速度を前記第２候補速度に制限するために必要とされる前記複数の油圧シリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度に対応する第２調整速度と、を取得する調整速度取得部を備え、
前記制限速度選択部は、前記第１調整速度が前記第２調整速度よりも大きい場合に前記第１候補速度を前記制限速度として選択し、前記第２調整速度が前記第１調整速度よりも大きい場合に前記第２候補速度を前記制限速度として選択する、
請求項３に記載の掘削制御システム。
【請求項５】
前記複数の被駆動部材は、前記車両本体に回動可能に取り付けられるブームを含み、
前記複数の油圧シリンダは、前記ブームを駆動させるブームシリンダを含んでおり、
前記第１調整速度および前記第２調整速度のそれぞれは、前記ブームシリンダの伸縮速度の調整速度に一致する、
請求項４に記載の掘削制御システム。
【請求項６】
前記複数の被駆動部材は、前記車両本体に回動可能に取り付けられるブームと、前記ブームと前記バケットとに連結されるアームと、を含み、
前記複数の油圧シリンダは、前記ブームを駆動させるブームシリンダと、前記アームを駆動させるアームシリンダと、を含んでおり、
前記第１調整速度および前記第２調整速度のそれぞれは、前記ブームシリンダおよび前記アームシリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度に一致する、
請求項４に記載の掘削制御システム。
【請求項７】
前記作業機を駆動させるオペレータ操作を受け付け、前記オペレータ操作に応じて操作信号を出力する操作具を備え、
前記相対速度取得部は、前記操作信号に基づいて、前記第１相対速度および前記第２相対速度を取得する、
請求項３乃至６のいずれかに記載の掘削制御システム。
【請求項８】
前記相対速度取得部は、前記複数の油圧シリンダそれぞれの伸縮速度の総計に基づいて、前記第１相対速度および前記第２相対速度を取得する、
請求項３乃至６のいずれかに記載の掘削制御システム。
【請求項９】
前記制限速度選択部は、前記第１距離および前記第２距離に基づいて、前記制限速度を選択する、
請求項１又は２に記載の掘削制御システム。
【請求項１０】
前記制限速度選択部は、前記第１距離が前記第２距離よりも小さい場合に前記第１候補速度を前記制限速度として選択し、前記第２距離が前記第１距離よりも小さい場合に前記第２候補速度を前記制限速度として選択する、
請求項９に記載の掘削制御システム。
【請求項１１】
車両本体と、
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の掘削制御システムと、
を備える建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機の速度制限を実行する掘削制御システムおよび掘削制御システムを備える建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業機を備える建設機械において、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させることによって所定の領域を掘削する手法が知られている（特許文献１参照）。【０００３】
具体的に、特許文献１の制御装置は、バケットと設計面との間隔が小さいほどバケットの設計面に対する相対速度が減少するように、オペレータから入力される操作信号を補正する。このように、バケットの速度制限を行うことによって、バケットを設計面に沿って自動的に移動させる掘削制御が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９５/３００５９号
【発明の概要】
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、特許文献１に記載の掘削制御によると、互いに隣接する第１及び第２設計面を掘削する場合、第１設計面に沿った掘削作業をしている時には第２掘削面を認識する事が出来ないため、第２設計面を傷つけてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、複数の設計面に対して適切に掘削制御を実行可能な掘削制御システムおよび建設機械の提供を目的とする。
【０００７】
（課題を解決するための手段）
第１の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、複数の油圧シリンダと、候補速度取得部と、制限速度選択部と、油圧シリンダ制御部と、を備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。複数の油圧シリンダは、複数の被駆動部材のそれぞれを駆動させる。候補速度取得部は、掘削対象の目標形状を示す第１設計面とバケットとの第１距離に応じた第１候補速度と、掘削対象の目標形状を示し第１設計面とは異なる第２設計面とバケットとの第２距離に応じた第２候補速度と、を取得する。制限速度選択部は、第１設計面とバケットとの相対関係および第２設計面とバケットとの相対関係に基づいて、第１候補速度および第２候補速度のいずれか一方を制限速度として選択する。油圧シリンダ制御部は、第１設計面および第２設計面のうち制限速度に係る設計面に対するバケットの相対速度を制限速度に制限する。
【０００８】
第２の態様に係る掘削制御システムは、第１の態様に係り、相対速度取得部をさらに備える。相対速度取得部は、第１設計面に対するバケットの第１相対速度と、第２設計面に対するバケットの第２相対速度と、を取得する。制限速度選択部は、第１相対速度と第１候補速度との相対関係および第２相対速度と第２候補速度との相対関係に基づいて、制限速度を選択する。
【０００９】
第３の態様に係る掘削制御システムは、第１の態様に係り、制限速度選択部は、第１距離および第２距離に基づいて、制限速度を選択する。
【００１０】
（発明の効果）
複数の設計面に対して適切に掘削制御を実行可能な掘削制御システムおよび建設機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】油圧ショベル１００の斜視図である。
【図２Ａ】油圧ショベル１００の側面図である。
【図２Ｂ】油圧ショベル１００の背面図である。
【図３】掘削制御システム２００の機能構成を示すブロック図である。
【図４】表示部２９に表示される設計地形の一例を示す模式図である。
【図５】交線４７における設計地形の断面図である。
【図６】作業機コントローラ２６の構成を示すブロック図である。
【図７】バケット８と第１設計面４５１との位置関係を示す模式図である。
【図８】バケット８と第２設計面４５２との位置関係を示す模式図である。
【図９】第１候補速度Ｐ１と第１距離ｄ１との関係を示すグラフである。
【図１０】第２候補速度Ｐ２と第２距離ｄ２との関係を示すグラフである。
【図１１】第１調整速度Ｓ１の取得方法を説明するための図である。
【図１２】第２調整速度Ｓ２の取得方法を説明するための図である。
【図１３】掘削制御システム２００の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下においては、「建設機械」の一例として油圧ショベルを挙げて説明する。
【００１３】
《油圧ショベル１００の全体構成》
図１は、実施形態に係る油圧ショベル１００の斜視図である。油圧ショベル１００は、車両本体１と、作業機２とを有する。また、油圧ショベル１００には、掘削制御システム２００が搭載されている。掘削制御システム２００の構成および動作については後述する。
【００１４】
車両本体１は、上部旋回体３と運転室４と走行装置５とを有する。上部旋回体３は、図示しないエンジンや油圧ポンプなどを収容している。上部旋回体３の後端部上には、第１ＧＮＳＳアンテナ２１と第２ＧＮＳＳアンテナ２２とが配置されている。第１ＧＮＳＳアンテナ２１と第２ＧＮＳＳアンテナ２２とは、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）用のアンテナである。運転室４は、上部旋回体３の前部に載置されている。運転室４内には、後述する操作装置２５が配置される（図３参照）。走行装置５は履帯５ａ，５ｂを有しており、履帯５ａ，５ｂが回転することにより油圧ショベル１００が走行する。
【００１５】
作業機２は、車両本体１の前部に取り付けられており、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２と、を有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に揺動可能に取り付けられる。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられる。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が揺動可能に取り付けられる。
【００１６】
ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。
【００１７】
ここで、図２Ａは油圧ショベル１００の側面図であり、図２Ｂは油圧ショベル１００の背面図である。図２Ａに示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１３からアームピン１４までの長さは、Ｌ１である。アーム７の長さ、すなわち、アームピン１４からバケットピン１５までの長さは、Ｌ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５からバケット８のツースの先端（以下、「刃先８ａ」という。）までの長さは、Ｌ３である。
【００１８】
また、図２Ａに示すように、ブーム６とアーム７とバケット８には、それぞれ第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８が設けられている。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さ（以下、「ブームシリンダ長Ｎ１」という。）を検出する。後述する表示コントローラ２８（図３参照）は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長Ｎ１から、車両本体座標系の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さ（以下、「アームシリンダ長Ｎ２」という。）を検出する。表示コントローラ２８は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長Ｎ２から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さ（以下、「バケットシリンダ長Ｎ３」という。）を検出する。表示コントローラ２８は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ長Ｎ３から、アーム７に対するバケット８が有する刃先８ａの傾斜角θ３を算出する。
【００１９】
車両本体１には、位置検出部１９が備えられている。位置検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置を検出する。位置検出部１９は、上述の第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２と、３次元位置センサ２３と、傾斜角センサ２４とを有する。第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、車幅方向において一定距離だけ離間して配置されている。第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号は３次元位置センサ２３に入力される。３次元位置センサ２３は、第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を検出する。図２Ｂに示すように、傾斜角センサ２４は、重力方向（鉛直線）に対する車両本体１の車幅方向における傾斜角θ４を検出する。
【００２０】
《掘削制御システム２００の構成》
図３は、掘削制御システム２００の機能構成を示すブロック図である。掘削制御システム２００は、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、比例制御弁２７と、表示コントローラ２８と、表示部２９と、を備える。
【００２１】
操作装置２５は、作業機２を駆動させるオペレータ操作を受け付け、オペレータ操作に応じた操作信号を出力する。具体的に、操作装置２５は、ブーム操作具３１と、アーム操作具３２と、バケット操作具３３と、を有する。ブーム操作具３１は、ブーム操作レバー３１ａと、ブーム操作検出部３１ｂと、を含む。ブーム操作レバー３１ａは、オペレータによるブーム６の操作を受け付ける。ブーム操作検出部３１ｂは、ブーム操作レバー３１ａの操作に応じてブーム操作信号Ｍ１を出力する。アーム操作レバー３２ａは、オペレータによるアーム７の操作を受け付ける。アーム操作検出部３２ｂは、アーム操作レバー３２ａの操作に応じてアーム操作信号Ｍ２を出力する。バケット操作具３３は、バケット操作レバー３３ａと、バケット操作検出部３３ｂと、を含む。バケット操作レバー３３ａは、オペレータによるバケット８の操作を受け付ける。バケット操作検出部３３ｂは、バケット操作レバー３３ａの操作に応じてバケット操作信号Ｍ３を出力する。
【００２２】
作業機コントローラ２６は、操作装置２５からブーム操作信号Ｍ１、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３を取得する。作業機コントローラ２６は、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８からブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３を取得する。作業機コントローラ２６は、これらの各種情報に基づく制御信号を比例制御弁２７に出力する。これにより、作業機コントローラ２６は、バケット８を複数の設計面４５（図４参照）に沿って自動的に移動させる掘削制御を実行する。この際、作業機コントローラ２６は、後述するように、ブーム操作信号Ｍ１を補正した後に比例制御弁２７に出力する。一方で、作業機コントローラ２６は、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３を補正せずに比例制御弁２７に出力する。作業機コントローラ２６の機能および動作については後述する。
【００２３】
比例制御弁２７は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２と図示しない油圧ポンプとの間に配置される。比例制御弁２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号に応じた流量の作動油をブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２それぞれに供給する。
【００２４】
表示コントローラ２８は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部２８ａや、ＣＰＵなどの演算部２８ｂを有している。記憶部２８ａは、上述のブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３を含む作業機データを記憶している。作業機データは、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、バケット８の傾斜角θ３のそれぞれの最小値および最大値を含む。表示コントローラ２８は、作業機コントローラ２６と無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能である。表示コントローラ２８の記憶部２８ａは、作業エリア内の３次元の設計地形の形状および位置を示す設計地形データを予め記憶している。表示コントローラ２８は、設計地形や上述した各種のセンサからの検出結果などに基づいて、設計地形を表示部２９に表示させる。
【００２５】
ここで、図４は、表示部２９に表示される設計地形の一例を示す模式図である。図４に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４５によって構成されている。複数の設計面４５それぞれは、作業機２による掘削対象の目標形状を示している。作業機コントローラ２６は、バケット８の刃先８ａの現在位置を通る平面４６と複数の設計面４５との交線４７に沿って、バケット８を移動させる。なお、図４では複数の設計面のうちの１つのみに符号４５が付されており、他の設計面の符号は省略されている。
【００２６】
図５は、交線４７における設計地形の断面図であり、表示部２９に表示される設計地形の一例を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態に係る設計地形は、第１設計面４５１と、第２設計面４５２と、速度制限介入ラインＣと、を含んでいる。
【００２７】
第１設計面４５１は、油圧ショベル１００の側方に位置する傾斜面である。第２設計面４５２は、第１設計面４５１の下端から油圧ショベル１００付近まで延びる水平面である。本実施形態において、オペレータは、第１設計面４５１上方から第２設計面４５２に向かってバケット８を移動させることによって、第１設計面４５１と第２設計面４５２とに沿って掘削を行う。
【００２８】
速度制限介入ラインＣは、後述する速度制限が実行される領域を画定する。後述するように、バケット８が速度制限介入ラインＣの内側に侵入した場合に、掘削制御システム２００による速度制限が実行される。速度制限介入ラインＣは、第１設計面４５１および第２設計面４５２それぞれからライン距離ｈの位置に設定されている。ライン距離ｈは、オペレータによる作業機２の操作感が損なわれない距離に設定されていることが好ましい。
【００２９】
《作業機コントローラ２６の構成》
図６は、作業機コントローラ２６の構成を示すブロック図である。図７は、バケット８と第１設計面４５１との位置関係を示す模式図である。図８は、バケット８と第２設計面４５２との位置関係を示す模式図である。図７および図８は、同じ時刻におけるバケット８の位置を示している。なお、以下においては、複数の設計面４５のうち第１設計面４５１および第２設計面４５２に着目して説明を行う。
【００３０】
作業機コントローラ２６は、図６に示すように、相対距離取得部２６１と、候補速度取得部２６２と、相対速度取得部２６３と、調整速度取得部２６４と、制限速度選択部２６５と、油圧シリンダ制御部２６６と、を備える。
【００３１】
相対距離取得部２６１は、図７に示すように、第１設計面４５１に垂直な第１方向における刃先８ａと第１設計面４５１との第１距離ｄ１を取得する。相対距離取得部２６１は、図８に示すように、第２設計面４５２に垂直な第２方向における刃先８ａと第２設計面４５２との第２距離ｄ２を取得する。相対距離取得部２６１は、表示コントローラ２８から取得する設計地形データおよび油圧ショベル１００の現在位置データと、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８から取得するブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３とに基づいて、第１距離ｄ１および第２距離ｄ２を算出する。相対距離取得部２６１は、第１距離ｄ１および第２距離ｄ２を候補速度取得部２６２に出力する。なお、本実施形態において、第１距離ｄ１は、第２距離ｄ２よりも小さい。
【００３２】
候補速度取得部２６２は、第１距離ｄ１に応じた第１候補速度Ｐ１と、第２距離ｄ２に応じた第２候補速度Ｐ２とを取得する。ここで、第１候補速度Ｐ１は、第１距離ｄ１に応じて画一的に定められる速度である。図９に示すように、第１候補速度Ｐ１は、第１距離ｄ１がライン距離ｈ以上で最大となり、第１距離ｄ１がライン距離ｈより小さくなるほど遅くなる。同様に、第２候補速度Ｐ２は、第２距離ｄ２に応じて画一的に定められる速度である。図１０に示すように、第２候補速度Ｐ２は、第２距離ｄ２がライン距離ｈ以上で最大となり、第２距離ｄ２がライン距離ｈより小さくなるほど遅くなる。候補速度取得部２６２は、第１候補速度Ｐ１および第２候補速度Ｐ２を調整速度取得部２６４と制限速度選択部２６５に出力する。なお、図９では、第１設計面４５１に近づく向きが負の向きであり、図１０では、第２設計面４５２に近づく向きが負の向きである。本実施形態において、第１候補速度Ｐ１は、第２候補速度Ｐ２よりも遅い。
【００３３】
相対速度取得部２６３は、操作装置２５から取得するブーム操作信号Ｍ１、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３に基づいて、刃先８ａの速度Ｑを算出する。また、相対速度取得部２６３は、図７に示すように、速度Ｑに基づいて、刃先８ａの第１設計面４５１に対する第１相対速度Ｑ１を取得する。相対速度取得部２６３は、図８に示すように、速度Ｑに基づいて、刃先８ａの第２設計面４５２に対する第２相対速度Ｑ２を取得する。相対速度取得部２６３は、第１相対速度Ｑ１と第２相対速度Ｑ２とを調整速度取得部２６４に出力する。
【００３４】
調整速度取得部２６４は、候補速度取得部２６２から第１候補速度Ｐ１を取得するとともに、相対速度取得部２６３から第１相対速度Ｑ１を取得する。調整速度取得部２６４は、第１相対速度Ｑ１を第１候補速度Ｐ１に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第１調整速度Ｓ１を取得する。
【００３５】
ここで、図１１は、第１調整速度Ｓ１の取得方法を説明するための図である。図１１に示すように、第１相対速度Ｑ１を第１候補速度Ｐ１に抑えるには、第１相対速度Ｑ１を第１差分Ｒ１（＝Ｑ１−Ｐ１）だけ小さくする必要がある。一方で、ブームピン１３を中心とするブーム６の回転速度の減速のみによって、第１相対速度Ｑ１を第１差分Ｒ１が無くなる様に、ブーム６の速度を調整する必要がある。これにより、第１差分Ｒ１に基づいた第１調整速度Ｓ１を取得することができる。
【００３６】
また、調整速度取得部２６４は、候補速度取得部２６２から第２候補速度Ｐ２を取得するとともに、相対速度取得部２６３から第２相対速度Ｑ２を取得する。調整速度取得部２６４は、第２相対速度Ｑ２を第２候補速度Ｐ２に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第２調整速度Ｓ２を取得する。
【００３７】
ここで、図１２は、第２調整速度Ｓ２の取得方法を説明するための図である。図１２に示すように、第２相対速度Ｑ２を第２候補速度Ｐ２に抑えるには、第２相対速度Ｑ２を第２差分Ｒ２（＝Ｑ２−Ｐ２）だけ小さくする必要がある。一方で、ブームピン１３を中心とするブーム６の回転速度の減速のみによって、第２相対速度Ｑ２を第２差分Ｒ２が無くなる様に、ブーム６の速度を調整する必要がある。これにより、第２差分Ｒ２に基づいた第２調整速度Ｓ２を取得することができる。
【００３８】
本実施形態では、図１１および図１２に示されるように、第１差分Ｒ１が第２差分Ｒ２と同等であるにもかかわらず、第１調整速度Ｓ１が第２調整速度Ｓ２よりも大きくなっている。これは、ブームピン１３を中心とするブーム６の回転速度を変更することによって刃先８ａの速度Ｑを調整しようとする場合、基準線ＡＸ（ブームピン１３と刃先８ａとを結ぶ線）に近い向きを有する速度ベクトルほどブーム６の回転速度の変更による影響を受け難いからである。すなわち、本実施形態では、第１相対速度Ｑ１は、第２相対速度Ｑ２に比べて、ブーム６の回転速度の変更による調整が困難である。
【００３９】
制限速度選択部２６５は、候補速度取得部２６２から第１候補速度Ｐ１および第２候補速度Ｐ２を取得するとともに、調整速度取得部２６４から第１調整速度Ｓ１および第２調整速度Ｓ２を取得する。制限速度選択部２６５は、第１調整速度Ｓ１および第２調整速度Ｓ２に基づいて、第１候補速度Ｐ１および第２候補速度Ｐ２のいずれか一方を制限速度Ｕとして選択する。具体的に、制限速度選択部２６５は、第１調整速度Ｓ１が第２調整速度Ｓ２よりも大きい場合に第１候補速度Ｐ１を制限速度Ｕとして選択する。一方で、制限速度選択部２６５は、第２調整速度Ｓ２が第１調整速度Ｓ１よりも大きい場合に第２候補速度Ｐ２を制限速度Ｕとして選択する。本実施形態では、第１調整速度Ｓ１が第２調整速度Ｓ２よりも大きいので、制限速度選択部２６５は、第１候補速度Ｐ１を制限速度Ｕとして選択する。
【００４０】
油圧シリンダ制御部２６６は、制限速度Ｕとして選択された候補速度Ｐに係る設計面４５に対する刃先８ａの相対速度Ｑを制限速度Ｕに制限する。本実施形態では、ブーム６の回転速度の減速のみによって第１相対速度Ｑ１を第１候補速度Ｐ１に抑えるために、油圧シリンダ制御部２６６は、ブーム操作信号Ｍ１を補正し、補正後のブーム操作信号Ｍ１を比例制御弁２７に出力する。一方で、作業機コントローラ２６は、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３を補正せずに比例制御弁２７に出力する。
【００４１】
これによって、比例制御弁２７を介してブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とに供給される作動油の流量が制御され、刃先８ａの相対速度Ｑを制御する。本実施形態では、第１候補速度Ｐ１が制限速度Ｕとして選択されるので、油圧シリンダ制御部２６６は、刃先８ａの第１相対速度Ｑ１を第１候補速度Ｐ１に制限する。
【００４２】
《掘削制御システム２００の動作》
図１３は、掘削制御システム２００の動作を説明するためのフローチャートである。
【００４３】
ステップＳ１０において、掘削制御システム２００は、設計地形データおよび油圧ショベル１００の現在位置データを取得する。
【００４４】
ステップＳ２０において、掘削制御システム２００は、ブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３を取得する。
【００４５】
ステップＳ３０において、掘削制御システム２００は、設計地形データ、現在位置データ、ブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３に基づいて、第１距離ｄ１および第２距離ｄ２を算出する（図７、図８参照）。
【００４６】
ステップＳ４０において、掘削制御システム２００は、第１距離ｄ１に応じた第１候補速度Ｐ１と、第２距離ｄ２に応じた第２候補速度Ｐ２とを取得する（図９、図１０参照）。
【００４７】
ステップＳ５０において、掘削制御システム２００は、ブーム操作信号Ｍ１、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３に基づいて、刃先８ａの速度Ｑを算出する（図７、図８参照）。
【００４８】
ステップＳ６０において、掘削制御システム２００は、速度Ｑに基づいて、第１相対速度Ｑ１と第２相対速度Ｑ２とを取得する（図７、図８参照）。
【００４９】
ステップＳ７０において、掘削制御システム２００は、第１相対速度Ｑ１を第１候補速度Ｐ１に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第１調整速度Ｓ１を取得する（図１１参照）。
【００５０】
ステップＳ８０において、掘削制御システム２００は、第２相対速度Ｑ２を第２候補速度Ｐ２に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第２調整速度Ｓ２を取得する。（図１２参照）。
【００５１】
ステップＳ９０において、掘削制御システム２００は、第１調整速度Ｓ１と第２調整速度Ｓ２とに基づいて、第１候補速度Ｐ１および第２候補速度Ｐ２のいずれか一方を制限速度Ｕとして選択する。掘削制御システム２００は、第１調整速度Ｓ１と第２調整速度Ｓ２のうち大きい方に係る候補速度Ｐを制限速度Ｕとして選択する。
【００５２】
ステップＳ１００において、掘削制御システム２００は、制限速度Ｕとして選択された候補速度Ｐに係る設計面４５に対する刃先８ａの相対速度Ｑを制限速度Ｕに制限する。
【００５３】
《作用および効果》
（１）本実施形態に係る掘削制御システム２００は、第１相対速度Ｑ１を第１候補速度Ｐ１に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第１調整速度Ｓ１と、第２相対速度Ｑ２を第２候補速度Ｐ２に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第２調整速度Ｓ２とを取得する。掘削制御システム２００は、第１調整速度Ｓ１と第２調整速度Ｓ２のうち大きい方に係る候補速度Ｐを制限速度Ｕとして選択する。
【００５４】
このように、第１設計面４５１と第２設計面４５２とが存在する場合の掘削制御において、ブームシリンダ１０の伸縮速度の調整速度Ｓに基づいて、刃先８ａの速度制限が実行される。そのため、第１設計面４５１と第２設計面４５２のうちブームシリンダ１０の伸縮速度の調整速度Ｓの大きい方を基準として、速度制限を実行することができる。
【００５５】
ここで、調整速度Ｓの小さい設計面４５を基準として速度制限した後に、調整速度Ｓの大きい設計面４５を基準として速度制限すれば、ブームシリンダ１０の伸縮速度の調整が間に合わない場合がある。この場合、刃先８ａが設計面４５を超えれば設計面通りの掘削を行えず、また、ブームシリンダ１０を無理に調整しようとすれば急な駆動による衝撃が発生してしまうので、適切な掘削制御を実行することができない。
【００５６】
一方で、本実施形態に係る掘削制御システム２００によれば、上述の通り、調整速度Ｓの大きい設計面４５を基準として速度制限が実行されるので、ブームシリンダ１０の調整に余裕を持たせることができる。そのため、刃先８ａが設計面４５を超えること、及び急な駆動により衝撃が発生することを抑制できるので、適切な掘削制御を実行できる。
【００５７】
（２）本実施形態に係る掘削制御システム２００は、ブームシリンダ１０の伸縮速度の調整によって速度制限を実行する。
【００５８】
そのため、オペレータ操作に応じた操作信号のうちブーム操作信号Ｍ１のみの補正によって速度制限が実行される。すなわち、ブーム６、アーム７およびバケット８のうちオペレータの操作通りに駆動しないのはブーム６のみである。従って、ブーム６、アーム７およびバケット８のうち２つ以上の被駆動部材の伸縮速度を調整する場合に比べて、オペレータの操作感が損なわれることを抑制できる。
【００５９】
《その他の実施形態》
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００６０】
（Ａ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、第１調整速度Ｓ１および第２調整速度Ｓ２に基づいて、第１候補速度Ｐ１および第２候補速度Ｐ２のいずれか一方を制限速度Ｕとして選択することとしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム２００は、第１設計面４５１とバケット８との相対関係および第２設計面４５２とバケット８との相対関係に基づいて、制限速度Ｕとして選択すればよい。例えば、掘削制御システム２００は、第１距離ｄ１および第２距離ｄ２に基づいて、制限速度Ｕとして選択することができる。この場合、第１距離ｄ１が第２距離ｄ２よりも小さい場合に第１候補速度Ｐ１を制限速度Ｕとして選択し、第１距離ｄ１が第２距離ｄ２よりも小さい場合に第２候補速度Ｐ２を制限速度Ｕとして選択すればよい。
【００６１】
（Ｂ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、複数の設計面４５のうち第１設計面４５１および第２設計面４５２の２つの設計面に対して掘削制御を実行することとしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム２００は、３つ以上の設計面４５に対して掘削制御を実行してもよい。この場合、掘削制御システム２００は、すべての設計面４５についての調整速度Ｓを比較して、制限速度Ｕを選択すればよい。
【００６２】
（Ｃ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、ブーム６の回転速度の減速のみによって相対速度を制限速度に抑えることしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム２００は、ブーム６の回転速度に加えて、アーム７及びバケット８のうち少なくとも１つの回転速度を調整してもよい。これによって、設計面４５に平行な方向におけるバケット８の速度が速度制限で低下することを抑制できるので、オペレータの操作感が損なわれることを抑制できる。なお、この場合には、ブーム６、アーム７及びバケット８それぞれの調整速度の和（総計）を調整速度Ｓとして算出すればよい。
【００６３】
（Ｄ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、操作装置２５から取得する操作信号Ｍに基づいて、刃先８ａの速度Ｑを算出することとしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム２００は、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８から取得される各シリンダ長Ｎ１〜Ｎ３の時間当たり変化量に基づいて、速度Ｑを算出することができる。この場合、操作信号Ｍに基づいて速度Ｑを算出する場合に比べて、精度良く速度Ｑを算出することができる。
【００６４】
（Ｅ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、バケット８のうち刃先８ａの速度に着目して速度制限を実行することとしたが、これに限られるものではない。例えば、掘削制御システム２００は、バケット８のうち底面の速度に着目して速度制限を実行してもよい。
【００６５】
（Ｆ）上記実施形態において、図９および図１０に示すように、候補速度と距離とは線形的な関係にあることとしたが、これに限られるものではない。候補速度と距離との関係は適宜設定することができ、線形的でなくてもよいし、原点を通らなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、複数の設計面に対して適切に掘削制御を実行可能な作業機制御システムを提供できるため建設機械分野に有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１…車両本体、２…作業機、３…上部旋回体、４…運転室、５…走行装置、５ａ，５ｂ…履帯、６…ブーム、７…アーム、８…バケット、８ａ…刃先、１０…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…ブームピン、１４…アームピン、１５…バケットピン、１６…第１ストロークセンサ、１７…第２ストロークセンサ、１８…第３ストロークセンサ、１９…位置検出部、２１…第１ＧＮＳＳアンテナ、２２…第２ＧＮＳＳアンテナ、２３…３次元位置センサ、２４…傾斜角センサ、２５…操作装置、２６…作業機コントローラ、２６１…相対距離取得部、２６２…候補速度取得部、２６３…相対速度取得部、２６４…調整速度取得部、２６５…制限速度選択部、２６６…油圧シリンダ制御部、２７…比例制御弁、２８…表示コントローラ、２９…表示部、３１…ブーム操作具、…３２アーム操作具、３３…バケット操作具、４５…設計面、４５１…第１設計面、４５２…第２設計面、１００…油圧ショベル、２００…掘削制御システム、Ｃ…速度制限介入ライン、ｈ…ライン距離
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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