(57)【要約】【課題】法面の施工効率を向上するための適切な足場を設計する。【解決手段】法面選択部は、現場座標系における設計地形の三次元形状を示す設計地形データから施工対象の法面である対象法面を選択する。足場設計部は、対象法面の稜線に対して平行となる足場設計面を生成する。【選択図】図８
2020076278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業車両の足場を形成するための足場設計面を生成する足場設計装置であって、
設計地形の三次元形状を示す設計地形データから施工対象の法面である対象法面を選択する法面選択部と、
前記対象法面の稜線に対して平行となる前記足場設計面を生成する足場設計部と、
を備える足場設計装置。
【請求項２】
前記作業車両の作業機の位置を特定する作業機位置特定部を備え、
前記足場設計部は、一のタイミングで特定された前記作業機の位置に基づいて前記足場設計面を生成する
請求項１に記載の足場設計装置。
【請求項３】
特定された前記作業機の位置に対する前記足場設計面の高さのオフセットの値の入力を受け付けるオフセット入力部を備え、
前記足場設計面は、特定された前記作業機の位置より前記オフセットの値だけ移動した点を通り、かつ前記稜線に対して平行となる面である
請求項２に記載の足場設計装置。
【請求項４】
前記対象法面の上下の２つの稜線のうち、１つの稜線の選択を受け付ける稜線選択部を備え、
前記足場設計面は、選択された前記稜線に対して平行となる面である
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の足場設計装置。
【請求項５】
前記足場設計面または前記設計地形データの１つの面と前記作業車両の作業機との距離に基づいて、前記作業機の制御指令を出力する制御部
を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の足場設計装置。
【請求項６】
前記足場設計面および前記設計地形データの面のうち１つの設計面の選択を受け付ける設計面選択部を備え、
前記制御部は、選択された前記設計面に基づいて前記制御指令を出力する
請求項５に記載の足場設計装置。
【請求項７】
作業車両の足場を形成するための足場設計面を生成する足場設計方法であって、
現場座標系における設計地形の三次元形状を示す設計地形データから施工対象の法面である対象法面を選択するステップと、
前記対象法面の稜線に対して平行となる前記足場設計面を生成するステップと、
を備える足場設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業車両の足場を形成するための足場設計面を生成する足場設計装置および足場設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、目標地形データに基づいて施工を行う作業車両を用いて、予め目標地形データが用意されない水底の浚渫施工を行うための技術が開示されている。特許文献１によれば、作業車両は、水底の現況地形に基づいて水底の目標地形データを生成し、当該目標地形データに基づいて作業機を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／２２１６９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
作業車両を用いて施工を行うにあたり、まず作業車両の足場を形成する必要がある。足場は、作業車両が揺動しない程度に平らな面である。足場は、作業車両の作業機で地表を掘削し、または盛土することにより形成される。
【０００５】
ところで、作業車両を用いて法面を施工する場合、法面の稜線とバケットの刃先とが片当たりしてしまうと、高い施工効率を得ることができない。そのため、法面の施工において施工効率を向上するためには、バケットの刃先が片当たりしないように適切な足場を形成する必要がある。
本発明の目的は、法面の施工効率を向上するための適切な足場を設計することができる足場設計装置および足場設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、足場設計装置は、作業車両の足場を形成するための足場設計面を生成する足場設計装置であって、現場座標系における設計地形の三次元形状を示す設計地形データから施工対象の法面である対象法面を選択する法面選択部２１３と、前記対象法面の稜線に対して平行となる前記足場設計面を生成する足場設計部２１７と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記態様によれば、足場設計装置は、法面の施工効率を向上するための適切な足場を設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】作業車両および作業機の姿勢の例を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る作業車両の構成を示す概略図である。
【図３】第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係る足場の設計方法を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係る対象法面の選択画面の画面例である。
【図７】第１の実施形態に係る稜線の選択画面の画面例である。
【図８】第１の実施形態に係る設計条件の入力画面の画面例である。
【図９】第１の実施形態における介入制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】第１の実施形態に係る地形データの選択画面の画面例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
〈座標系〉
図１は、作業車両１００および作業機１３０の姿勢の例を示す図である。
以下の説明においては、三次元の現場座標系（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）および三次元の車体座標系（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）を規定して、これらに基づいて位置関係を説明する。
【００１０】
現場座標系は、施工現場に設けられたＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）基準局の位置を基準点として南北に伸びるＸｇ軸、東西に伸びるＹｇ軸、鉛直方向に伸びるＺｇ軸から構成される座標系である。ＧＮＳＳの例としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられる。なお、他の実施形態においては、現場座標系に代えて緯度および経度などで表されるグローバル座標系を用いてもよい。
車体座標系は、作業車両１００の旋回体１２０に規定された代表点Ｏを基準として前後に伸びるＸｍ軸、左右に伸びるＹｍ軸、上下に伸びるＺｍ軸から構成される座標系である。旋回体１２０の代表点Ｏを基準として前方を＋Ｘｍ方向、後方を−Ｘｍ方向、左方を＋Ｙｍ方向、右方を−Ｙｍ方向、上方向を＋Ｚｍ方向、下方向を−Ｚｍ方向とよぶ。
現場座標系と車体座標系とは、現場座標系における作業車両１００の位置および傾きを特定することで、互いに変換することができる。
【００１１】
〈第１の実施形態〉
《作業車両１００の構成》
図２は、第１の実施形態に係る作業車両１００の構成を示す概略図である。
作業車両１００は、施工現場にて稼働し、土砂などの施工対象を施工する。第１の実施形態に係る作業車両１００は、油圧ショベルである。
作業車両１００は、走行体１１０、旋回体１２０、作業機１３０および運転室１４０を備える。
走行体１１０は、作業車両１００を走行可能に支持する。走行体１１０は、例えば左右２対の無限軌道である。旋回体１２０は、走行体１１０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。作業機１３０は、油圧により駆動する。作業機１３０は、旋回体１２０の前部に上下方向に駆動可能に支持される。運転室１４０は、オペレータが搭乗し、作業車両１００の操作を行うためのスペースである。運転室１４０は、旋回体１２０の前部に設けられる。
【００１２】
《旋回体１２０の構成》
旋回体１２０は、位置方位検出器１２１および傾斜検出器１２２を備える。
【００１３】
位置方位検出器１２１は、旋回体１２０の現場座標系における位置および旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位検出器１２１は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する２つのアンテナを備える。２つのアンテナは、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。例えば２つのアンテナは、旋回体１２０のカウンターウェイト部に設けられる。位置方位検出器１２１は、２つのアンテナの少なくとも一方が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点Ｏの位置を検出する。位置方位検出器１２１は、２つのアンテナのそれぞれが受信した測位信号を用いて、現場座標系において旋回体１２０が向く方位を検出する。
【００１４】
傾斜検出器１２２は、旋回体１２０の加速度および角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の傾き（例えば、Ｘｍ軸に対する回転を表すロール、およびＹｍ軸に対する回転を表すピッチ）を検出する。傾斜検出器１２２は、例えば運転室１４０の下方に設置される。傾斜検出器１２２の例としては、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）が挙げられる。
【００１５】
《作業機１３０の構成》
作業機１３０は、ブーム１３１、アーム１３２、バケット１３３、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６を備える。
【００１６】
ブーム１３１の基端部は、旋回体１２０にブームピンＰ１を介して取り付けられる。
アーム１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にアームピンＰ２を介して取り付けられる。
バケット１３３は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を収容するための収容部とを備える。バケット１３３の基端部は、アーム１３２の先端部にバケットピンＰ３を介して取り付けられる。
【００１７】
ブームシリンダ１３４は、ブーム１３１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１３４の基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３４の先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。ブームシリンダ１３４には、ブームシリンダ１３４のストローク量を検出するブームストロークセンサ１３７が設けられる。
アームシリンダ１３５は、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３５の基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３５の先端部は、アーム１３２に取り付けられる。アームシリンダ１３５には、アームシリンダ１３５のストローク量を検出するアームストロークセンサ１３８が設けられる。
バケットシリンダ１３６は、バケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３６の基端部は、アーム１３２に取り付けられる。バケットシリンダ１３６の先端部は、バケット１３３に接続されるリンク部材に取り付けられる。バケットシリンダ１３６には、バケットシリンダ１３６のストローク量を検出するバケットストロークセンサ１３９が設けられる。
【００１８】
《運転室１４０の構成》
図３は、第１の実施形態に係る運転室１４０の内部の構成を示す図である。
運転室１４０内には、運転席１４１、第１操作装置１４２および第２操作装置１４３が設けられる。
【００１９】
第１操作装置１４２は、オペレータの手動操作によって走行体１１０、旋回体１２０および作業機１３０を駆動させるためのインタフェースである。第１操作装置１４２は、左操作レバー１４２１、右操作レバー１４２２、フットペダル１４２３、走行レバー１４２４を備える。
【００２０】
左操作レバー１４２１は、運転席１４１の左側に設けられる。右操作レバー１４２２は、運転席１４１の右側に設けられる。左操作レバー１４２１および右操作レバー１４２２は、旋回体１２０の旋回動作とブーム１３１、アーム１３２、バケット１３３の動作制御に用いられる。
フットペダル１４２３は、運転席１４１の前方の床面に配置される。走行レバー１４２４は、フットペダル１４２３に軸支され、走行レバー１４２４の傾斜とフットペダル１４２３の押し下げが連動するように構成される。フットペダル１４２３および走行レバー１４２４は、走行体１１０の走行制御に用いられる。
【００２１】
第２操作装置１４３は、後述する制御装置１５０による作業機１３０の介入制御に関するオペレータの操作を受け付ける。第２操作装置１４３は、例えばタッチパネルを備えるタブレット端末である。
【００２２】
《制御装置１５０の構成》
作業車両１００は、作業車両１００を制御するための制御装置１５０を備える。
制御装置１５０は、施工現場において設定された設計面にバケット１３３が侵入しないようにバケット１３３が施工対象に接近する方向の動作を制限する。制御装置１５０が設計面に基づいてバケット１３３の動作を制限することを介入制御ともいう。
【００２３】
例えば、オペレータがアーム１３１を引き寄せる操作のみを行って水平面の整地作業を行う場合の介入制御において、制御装置１５０は、アーム１３１の移動に伴うバケット１３３の刃先と設計面との距離に応じて、設計面にバケット１３３が侵入しないように、ブームシリンダ１３４の操作信号を生成する。これにより、オペレータがアーム１３１の動作を操作するだけで、制御装置１５０がブームシリンダ１３４の操作信号を生成してブーム１３１を上昇させることでバケット１３３の動作を制限し、設計面へのバケット１３３の刃先の侵入を自動的に防止する。。
同様に、制御装置１５０は、バケット１３３の刃先と設計面との距離に応じて、設計面にバケット１３３が侵入しないように、アームシリンダ１３５やバケットシリンダ１３６の動作も制限し、設計面へのバケット１３３の刃先の侵入を自動的に防止する。
【００２４】
また制御装置１５０は、第２操作装置１４３を介したオペレータの操作によって、作業車両１００の足場を形成するための足場設計面を生成する。これにより、制御装置１５０は、足場設計面に基づく介入制御を行うことで、足場の形成を補助することができる。つまり、制御装置１５０は、足場設計装置の一例である。
【００２５】
図４は、第１の実施形態に係る制御装置１５０の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置１５０は、プロセッサ２１０、メインメモリ２３０、ストレージ２５０、インタフェース２７０を備えるコンピュータである。
【００２６】
ストレージ２５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。ストレージ２５０の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ２５０は、制御装置１５０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース２７０または通信回線を介して制御装置１５０に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ２５０は、作業車両１００を制御するためのプログラムを記憶する。
【００２７】
プログラムは、制御装置１５０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ２５０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、制御装置１５０は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。
【００２８】
ストレージ２５０には、予め設計地形の三次元形状を示す設計地形データＤ１が記憶される。設計地形データＤ１は、現場座標系で表される三次元データであって、設計面を表す複数の三角形ポリゴンからなる立体地形データ等である。設計地形データＤ１を構成する三角形ポリゴンは、それぞれ隣接する他の三角形ポリゴンと共通の辺を有する。つまり、設計地形データＤ１は、複数の平面から構成される連続した平面を表す。
【００２９】
プロセッサ２１０は、プログラムを実行することで、検出情報取得部２１１、バケット位置特定部２１２、法面選択部２１３、稜線選択部２１４、傾き決定部２１５、条件入力部２１６、足場設計部２１７、設計面選択部２１８、操作量取得部２１９、制御線決定部２２０、介入制御部２２１、表示制御部２２２として機能する。
【００３０】
検出情報取得部２１１は、ブームストロークセンサ１３７、アームストロークセンサ１３８、バケットストロークセンサ１３９、位置方位検出器１２１、および傾斜検出器１２２のそれぞれが検出した情報を取得する。つまり、検出情報取得部２１１は、旋回体１２０の現場座標系における位置情報、旋回体１２０が向く方位、旋回体１２０の傾き、ブームシリンダ１３４のストローク長、アームシリンダ１３５のストローク長、およびバケットシリンダ１３６のストローク長を取得する。
【００３１】
バケット位置特定部２１２は、検出情報取得部２１１が取得した情報に基づいて、バケット１３３の刃先の位置を特定する。バケット１３３の刃先の位置の特定方法は後述する。
【００３２】
法面選択部２１３は、足場の設計にあたり、設計地形データＤ１を構成する複数の平面から、当該足場を用いた施工対象の法面である対象法面の選択を受け付ける。
稜線選択部２１４は、対象法面のうち足場の設計の基準となる稜線の選択を受け付ける。なお、本実施形態において「稜線」とは、法面の法肩および法尻をいう。すなわち、稜線選択部２１４は、対象法面の法肩および法尻のいずれを足場の設計の基準に用いるかを示す情報の入力を受け付ける。
傾き決定部２１５は、選択された稜線に基づいて、足場のロール角を決定する。足場のロール角とは、作業車両１００が対象法面と正対するように足場の上に位置するときの作業車両１００のロール角に等しい。具体的には、傾き決定部２１５は、選択された稜線の傾きを、足場のロール角に決定する。
【００３３】
条件入力部２１６は、オペレータから足場の設計条件の入力を受け付ける。設計条件の例としては、高さのオフセット、足場の広さ、足場のピッチ角、足場の形状が挙げられる。足場のピッチ角とは、作業車両１００が対象法面と正対するように足場の上に位置するときの作業車両１００のピッチ角に等しい。つまり、足場のピッチ角は、稜線の軸回りの回転角である。条件入力部２１６は、オフセット入力部の一例である。
【００３４】
足場設計部２１７は、傾き決定部２１５が決定したロール角および条件入力部２１６に入力された設計条件に基づいて、足場設計面を表す三次元データである足場データＤ２を生成する。足場設計部２１７は、生成した足場データＤ２をストレージ２５０に記憶させる。
【００３５】
設計面選択部２１８は、設計地形データＤ１を構成する設計面と、足場データＤ２が表す足場設計面とのうち、介入制御に用いる設計面の選択を受け付ける。
【００３６】
操作量取得部２１９は、第１操作装置１４２から操作量を示す操作信号を取得する。操作量取得部２１９は、少なくともブーム１３１の上げ操作および下げ操作に係る操作量、アーム１３２の押し操作および引き操作に係る操作量、並びにバケット１３３の掘削操作およびダンプ操作に係る操作量を取得する。
【００３７】
制御線決定部２２０は、バケット１３３の介入制御に用いられる制御線を決定する。制御線決定部２２０は、例えば、バケット１３３の縦断面と選択された設計面との交線を制御線に決定する。
【００３８】
介入制御部２２１は、操作量取得部２１９が取得した第１操作装置１４２の操作量と、制御線決定部２２０が決定した制御線とバケット１３３の距離とに基づいて、作業機１３０の介入制御を行う。
【００３９】
表示制御部２２２は、第２操作装置１４３に表示させる画像を生成し、第２操作装置１４３に出力する。
【００４０】
《バケット１３３の刃先位置の特定方法》
ここで、図１を参照しながらバケット１３３の刃先の位置の特定方法について説明する。車体座標系におけるバケット１３３の刃先の位置は、ブーム長さＬ１、アーム長さＬ２、バケット長さＬ３、ブーム角α、アーム角β、バケット角γ、および車体座標系におけるブームピンＰ１の位置、および現場座標系における代表点Ｏの位置に基づいて特定することができる。
【００４１】
ブーム長さＬ１は、ブームピンＰ１からアームピンＰ２までの既知の距離である。
アーム長Ｌ２は、アームピンＰ２からバケットピンＰ３までの既知の距離である。
バケット長Ｌ３は、バケットピンＰ３からバケット１３３の刃先までの既知の距離である。
【００４２】
ブーム角αは、ブームピンＰ１から旋回体１２０の上方向（＋Ｚｍ方向）に伸びる半直線と、ブームピンＰ１からアームピンＰ２へ伸びる半直線とがなす角によって表される。なお、旋回体１２０の傾きθによって、旋回体１２０の上方向（＋Ｚｍ方向）と鉛直上方向（＋Ｚｇ方向）は必ずしも一致しない。
アーム角βは、ブームピンＰ１からアームピンＰ２へ伸びる半直線と、アームピンＰ２からバケットピンＰ３へ伸びる半直線とがなす角によって表される。
バケット角γは、アームピンＰ２からバケットピンＰ３へ伸びる半直線と、バケットピンＰ３からバケット１３３の刃先へ伸びる半直線とがなす角によって表される。
【００４３】
作業機１３０の刃先の現場座標系における位置は、例えば以下の手順で特定される。バケット位置特定部２１２は、車体座標系におけるブームピンＰ１の位置とブーム相対角αとブーム長さＬ１とに基づいて、車体座標系におけるアームピンＰ２の位置を特定する。バケット位置特定部２１２は、車体座標系におけるアームピンＰ２の位置とアーム相対角βとアーム長Ｌ２とに基づいて、車体座標系におけるバケットピンＰ３の位置を特定する。バケット位置特定部２１２は、車体座標系におけるバケットピンＰ３の位置と、バケット相対角γと、バケット長Ｌ３とに基づいて、車体座標系におけるバケット１３３の刃先の位置を特定する。ブーム相対角α、アーム相対角β、バケット相対角γは、それぞれ、ブームストロークセンサ１３７の検出値、アームストロークセンサ１３８の検出値、バケットストロークセンサ１３９の検出値によって特定される。バケット位置特定部２１２は、旋回体１２０の現場座標系における位置情報、旋回体１２０が向く方位、および旋回体１２０の姿勢に基づいて、車体座標系におけるバケット１３３の刃先の位置を、現場座標系における位置に変換する。
なお、ブーム相対角α、アーム相対角β、バケット相対角γの検出は、ストロークセンサによって行うものに限られず、角度センサによって行ってもよいことは言うまでもない。
【００４４】
《足場の設計方法》
図５は、第１の実施形態に係る足場の設計方法を示すフローチャートである。
オペレータは、施工現場における足場の形成にあたり、まず足場設計面を表す足場データを生成する。オペレータは、第１操作装置１４２を操作し、バケット１３３の刃先を足場を形成したい位置に移動させる。例えば、オペレータは、対象法面から一定距離だけ離れた位置にバケット１３３の刃先を移動させる。なお、足場を成形したい位置が地表より下方にある場合は、足場を成形したい位置の直上の位置にバケット１３３の刃先を移動させる。
【００４５】
バケット１３３の刃先を足場を形成したい位置の上に移動させると、オペレータは、第２操作装置１４３を操作し、制御装置１５０に足場設計処理の実行を指示する。例えば、オペレータは、第２操作装置１４３の画面に表示された足場設計ボタンを押下する。
【００４６】
制御装置１５０が足場設計処理を開始すると、検出情報取得部２１１は、ブームストロークセンサ１３７、アームストロークセンサ１３８、バケットストロークセンサ１３９、位置方位検出器１２１、および傾斜検出器１２２のそれぞれが検出した情報を取得する（ステップＳ１）。バケット位置特定部２１２は、検出情報取得部２１１が取得した情報に基づいて、現場座標系におけるバケット１３３の刃先の位置を特定する（ステップＳ２）。
【００４７】
表示制御部２２２は、ストレージ２５０から設計地形データＤ１を読み出して対象法面の選択画面を生成し、第２操作装置１４３に出力する（ステップＳ３）。これにより第２操作装置１４３は、図６に示すような対象法面の選択画面を表示する。図６は、第１の実施形態に係る対象法面の選択画面の画面例である。
対象法面の選択画面には、設計地形データＤ１から描画された設計地形画像Ｇ１と、当該設計地形上に配置された作業車両１００の三次元モデルから描画された作業車両画像Ｇ２とが含まれる。作業車両画像Ｇ２のバケットは、バケット位置特定部２１２が特定した刃先の位置に基づいて描画される。
【００４８】
法面選択部２１３は、オペレータから対象法面の選択を受け付ける（ステップＳ４）。例えばオペレータが設計地形画像Ｇ１における対象法面の位置を押下することで、法面選択部２１３は、選択された対象法面を特定することができる。対象法面が選択されると、表示制御部２２２は、稜線の選択画面を生成し、第２操作装置１４３に出力する（ステップＳ５）。これにより第２操作装置１４３は、図７に示すような稜線の選択画面を表示する。図７は、第１の実施形態に係る稜線の選択画面の画面例である。
稜線の選択画面には、設計地形画像Ｇ１と、作業車両画像Ｇ２と、選択された対象法面を示す対象法面画像Ｇ３と、選択された稜線を示す稜線画像Ｇ４と、対象法面の上側の稜線すなわち法肩の選択のための上ボタンＧ５と、対象法面の下側の稜線すなわち法尻の選択のための下ボタンＧ６と、選択を確定するための決定ボタンＧ７とが含まれる。
【００４９】
稜線選択部２１４は、対象法面のうち足場の設計の基準となる稜線の選択を受け付ける（ステップＳ６）。例えばオペレータは、第２操作装置１４３を操作し、上ボタンＧ５または下ボタンＧ６を押下することで、稜線を選択する。上ボタンＧ５または下ボタンＧ６の押下により、稜線画像Ｇ４は法肩または法尻のいずれかを表す。稜線画像Ｇ４が所望の稜線を表しているときにオペレータが決定ボタンＧ７を押下することで、稜線選択部２１４は、選択された稜線を特定することができる。
【００５０】
傾き決定部２１５は、選択された稜線と水平面とがなす角を足場のロール角に決定する（ステップＳ７）。次に、表示制御部２２２は、足場の設計条件の入力画面を生成し、第２操作装置１４３に出力する（ステップＳ８）。これにより第２操作装置１４３は、図８に示すような設計条件の入力画面を表示する。図８は、第１の実施形態に係る設計条件の入力画面の画面例である。
設計条件の入力画面には、設計地形画像Ｇ１と、作業車両画像Ｇ２と、選択された対象法面を示す対象法面画像Ｇ３と、設計条件の入力ウィンドウＧ８と、足場設計面のプレビュー画像Ｇ９とが含まれる。入力ウィンドウＧ８は、高さのオフセット、足場の広さ、足場のピッチ角、足場の形状の入力フォームおよび決定ボタンを含む。足場の広さは、例えば足場の形状の内接円の直径として入力されてよい。足場設計面の形状は、例えば円、正方形、正六角形、および正八角形などが挙げられる。
【００５１】
条件入力部２１６は、オペレータから足場の設計条件の入力を受け付ける（ステップＳ９）。例えばオペレータは、第２操作装置１４３を操作し、入力ウィンドウＧ８の入力フォームに値を入力する。表示制御部２２２は、入力フォームの値が変化するたびに、プレビュー画像Ｇ９の形状を変化させてよい。なお、足場のピッチ角の初期値は０°である。ピッチ角が０°の場合、足場設計面は、稜線を水平方向に延長した面に対して平行となる。オペレータが入力ウィンドウＧ８の決定ボタンを押下することで、条件入力部２１６は、設計条件の入力を確定することができる。
【００５２】
そして、足場設計部２１７は、傾き決定部２１５が決定したロール角および条件入力部２１６に入力された設計条件に基づいて、足場設計面を表す三次元データである足場データＤ２を生成する（ステップＳ１０）。足場設計部２１７は、生成した足場データＤ２をストレージ２５０に記憶させる（ステップＳ１１）。
【００５３】
《操作時の制御方法》
図９は、第１の実施形態における介入制御処理を示すフローチャートである。
オペレータは、第２操作装置１４３を操作し、制御装置１５０に介入制御処理の実行を指示する。例えば、オペレータは、第２操作装置１４３の画面に表示された整地アシスト開始ボタンを押下する。
【００５４】
制御装置１５０が整地アシスト処理を開始すると、表示制御部２２２は、地形データの選択画面を生成し、第２操作装置１４３に出力する（ステップＳ３１）。これにより第２操作装置１４３は、図１０に示すような地形データの選択画面を表示する。図１０は、第１の実施形態に係る地形データの選択画面の画面例である。地形データの選択画面は、設計地形データＤ１の選択ボタンＧ１０と、足場データＤ２の選択ボタンＧ１１とを含む。
設計面選択部２１８は、設計地形データＤ１および足場データＤ２のうち介入制御に用いる地形データの選択を受け付ける（ステップＳ３２）。すなわち設計面選択部２１８は、設計地形データＤ１に含まれる設計面および足場設計面のうち介入制御に用いる設計面の選択を受け付ける。例えばオペレータが設計地形データＤ１の選択ボタンＧ１０または足場データＤ２の選択ボタンＧ１１を押下することで、設計面選択部２１８は、選択された地形データを特定することができる。
【００５５】
設計面選択部２１８は、選択された地形データが足場データであるか否かを判定する（ステップＳ３３）。選択された地形データが足場データＤ２でない場合、すなわち設計地形データＤ１である場合（ステップＳ３３：ＮＯ）、表示制御部２２２は、図６に示すような設計面の選択画面を生成し、第２操作装置１４３に出力する（ステップＳ３４）。設計面選択部２１８は、設計地形データＤ１の複数の設計面の中から介入制御に用いる設計面の選択を受け付ける（ステップＳ３５）。介入制御に用いる設計面が選択されると、設計面選択部２１８は、ストレージ２５０の設計地形データＤ１から選択された設計面を読み出す（ステップＳ３６）。
他方、選択された地形データが足場データＤ２である場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、表示制御部２２２は、ストレージ２５０の足場データＤ２から足場設計面を読み出す（ステップＳ３７）。
【００５６】
次に、検出情報取得部２１１は、ブームストロークセンサ１３７、アームストロークセンサ１３８、バケットストロークセンサ１３９、位置方位検出器１２１、および傾斜検出器１２２のそれぞれが検出した情報を取得する（ステップＳ３８）。バケット位置特定部２１２は、検出情報取得部２１１が取得した情報に基づいて、現場座標系におけるバケット１３３の刃先の位置を特定する（ステップＳ３９）。
【００５７】
操作量取得部２１９は、第１操作装置１４２からブーム１３１に係る操作量、アーム１３２に係る操作量、バケット１３３に係る操作量を取得する（ステップＳ４０）。
制御線決定部２２０は、バケット１３３の刃先と設計面選択部２１８が読み出した設計面とに基づいて制御線を決定する（ステップＳ４１）。
【００５８】
介入制御部２２１は、刃先と制御線との距離が所定距離未満であるか否かを判定する（ステップＳ４２）。介入制御部２２１は、刃先と制御線との距離が所定距離未満でない場合（ステップＳ４２：ＮＯ）、介入制御を行わず、操作量取得部２１９が取得した操作量に基づく作業機１３０の制御指令を生成する（ステップＳ４３）。他方、介入制御部２２１は、刃先と制御線との距離が所定距離未満である場合（ステップＳ４２：ＹＥＳ）、操作量取得部２１９が取得した操作量に基づき、刃先と制御線との距離に応じた介入を行って、作業機１３０の制御指令を生成する（ステップＳ４４）。
【００５９】
次に、介入制御部２２１は、オペレータの操作によって介入制御を終了するか否かを判定する（ステップＳ４５）。例えば介入制御部２２１は、第２操作装置１４３の画面に表示された整地アシスト終了ボタンが押下されたか否かを判定する。介入制御が終了しない場合（ステップＳ４５：ＮＯ）、制御装置１５０はステップＳ３８に処理を戻し、介入制御を継続する。他方、介入制御が終了する場合（ステップＳ４５：ＹＥＳ）、制御装置１５０は介入制御処理を終了する。
【００６０】
《作用・効果》
このように、第１の実施形態によれば、制御装置１５０は、対象法面の選択を受け付け、対象法面の稜線に対して平行となる足場設計面を生成する。当該足場設計面に基づいて形成された足場に作業車両１００が位置すると、作業車両１００のバケット１３３の刃先と対象法面の稜線とが平行になる。これにより、バケット１３３の刃先が稜線に片当たりすることを防ぎ、効率よく法面の掘削を行うことができる。
【００６１】
また第１の実施形態によれば、制御装置１５０は、足場設計処理の開始のタイミングにおいて特定された作業機の位置に基づいて足場設計面を生成する。これにより、オペレータは座標の入力をすることなく制御装置１５０に足場設計面の位置を知らせることができる。なお、他の実施形態においては、制御装置１５０はオペレータから足場設計面の中心位置の入力を受け付けてよい。また、他の実施形態においては、制御装置１５０はバケット１３３の刃先の位置でなく、例えばバケット１３３の最下点の位置に基づいて足場設計面を生成してもよい。
【００６２】
また第１の実施形態によれば、制御装置１５０はバケット１３３の刃先の位置に対する足場設計面の高さのオフセットの値の入力を受け付ける。これにより、足場を成形したい位置が地表より下方にある場合において、地表が固くバケット１３３の刃先を足場を成形したい位置へ移動させることが困難な場合にも、容易に足場設計面の位置を決定することができる。
【００６３】
また第１の実施形態によれば、制御装置１５０は、対象法面の上下の２つの稜線のうち１つの稜線の選択を受け付ける。これにより、オペレータは上下の任意の稜線に対応する足場を設計することができる。なお、他の実施形態においては、足場の設計に用いられる稜線が、予め上の稜線または下の稜線に固定されていてもよい。
【００６４】
また第１の実施形態によれば、制御装置１５０は、足場設計面および設計地形データＤ１の面のうち１つの設計面の選択を受け付け、選択された前記設計面に基づいて介入制御を行う。これにより、オペレータは、足場の形成と設計地形データＤ１に基づく施工とを切り替えて作業車両１００を運転することができる。
【００６５】
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、制御装置１５０が足場設計面を生成するが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、第２操作装置１４３が足場設計面の生成機能を有していてもよい。また他の実施形態においては、設計者が操作する設計端末において足場設計面を生成し、当該足場設計面を示す足場データＤ２を制御装置１５０に記憶させてもよい。つまり、他の実施形態においては、足場設計装置が他の装置によって実現されてもよく、また足場設計装置が複数の機器によって構成されてもよい。
【００６６】
また上述した実施形態では、条件入力部２１６によって足場の設計条件の入力を受け付けるが、これに限られない。例えば他の実施形態に係る制御装置１５０は予め定められた設計条件に従って足場設計面を生成してもよい。このとき、足場設計面は、稜線を水平方向に延長した面に対して平行となる面であってよい。
【符号の説明】
【００６７】
１００…作業車両  １１０…走行体  １２０…旋回体  １３０…作業機  １４０…運転室  １２１…位置方位検出器  １２２…傾斜検出器  １３１…ブーム  １３２…アーム  １３３…バケット  １３４…ブームシリンダ  １３５…アームシリンダ  １３６…バケットシリンダ  １３７…ブームストロークセンサ  １３８…アームストロークセンサ  １３９…バケットストロークセンサ  １４１…運転席  第１１４２…操作装置  第２１４３…操作装置  １５０…制御装置  １４２１…左操作レバー  １４２２…右操作レバー  １４２３…フットペダル  １４２４…走行レバー  ２１０…プロセッサ  ２３０…メインメモリ  ２５０…ストレージ  ２７０…インタフェース  ２１１…検出情報取得部  ２１２…バケット位置特定部  ２１３…法面選択部  ２１４…稜線選択部  ２１５…傾き決定部  ２１６…条件入力部  ２１７…足場設計部  ２１８…設計面選択部  ２１９…操作量取得部  ２２０…制御線決定部  ２２１…介入制御部  ２２２…表示制御部
【図１】
2020076278.tif 000003
【図２】
2020076278.tif 000004
【図３】
2020076278.tif 000005
【図４】
2020076278.tif 000006
【図５】
2020076278.tif 000007
【図６】
2020076278.tif 000008
【図７】
2020076278.tif 000009
【図８】
2020076278.tif 000010
【図９】
2020076278.tif 000011
【図１０】
2020076278.tif 000012