(57)【要約】  車両本体が移動した場合でも車両本体または作業装置が周囲の障害物に接触することを簡易に防ぐことができる作業機械を提供する。  コントローラ１９は、施工現場の座標系において車両本体２または作業装置３３の侵入が制限される回避領域を設定する回避領域位置設定部４７と、前記施工現場の座標系において前記車両本体または前記作業装置に予め設定された第１基準点の位置を演算する車体位置演算部４５，４６と、前記第１基準点の前記回避領域に対する接近度合いに応じて単調増加または単調減少する指標値を算出する指標値演算部４８とを有する。
2020012609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に取り付けられ、前記下部走行体と共に車両本体を構成する上部旋回体と、
前記上部旋回体に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置と、
前記車両本体および前記作業装置の位置および方向に応じた信号を出力する位置方向検出装置と、
前記位置方向検出装置からの信号を基に前記車両本体および前記作業装置の位置および方向を演算するコントローラとを備えた作業機械において、
前記コントローラは、
施工現場に固定された座標系で前記車両本体または前記作業装置の侵入が制限される回避領域を設定する回避領域位置設定部と、
前記施工現場に固定された座標系で前記車両本体または前記作業装置に予め設定された第１基準点の位置を演算する車体位置演算部と、
前記第１基準点の前記回避領域に対する接近度合いに応じて単調増加または単調減少する指標値を算出する指標値演算部とを有する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
前記車両本体および前記作業装置に複数の基準点が予め設定されており、
前記指標値演算部は、前記複数の基準点のうち前記回避領域までの最小距離が最も小さい基準点を前記第１基準点として前記指標値を算出する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１に記載の作業機械において、
前記回避領域位置設定部は、前記施工現場の３次元空間を平面で分割して得られる２つの領域のうち前記車両本体が位置しない側の領域を前記回避領域として設定する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１に記載の作業機械において、
前記回避領域位置設定部は、前記車両本体の外部に配置された立体形状の内部領域を前記回避領域として設定する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項１に記載の作業機械において、
目標面の情報を入力するための外部入力装置を更に備え、
前記回避領域位置設定部は、前記目標面の一部を境界面とする領域を前記回避領域として設定する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項１に記載の作業機械において、
表示装置を更に備え、
前記コントローラは、前記指標値に応じて、前記車両本体または前記作業装置が前記回避領域に侵入することを回避するための操作を促す情報を前記表示装置に出力する表示演算部を更に有する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項７】
請求項１に記載の作業機械において、
前記コントローラは、前記車両本体または前記作業装置が前記回避領域に侵入しないように、前記指標値に応じて前記上部旋回体または前記作業装置の動作を制限する車体制御部を更に有する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項８】
請求項６に記載の作業機械において、
目標面の情報を入力するための外部入力装置を更に備え、
前記表示演算部は、前記目標面の情報に基づいて施工することを促す情報を前記表示装置に出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項９】
請求項７に記載の作業機械において、
目標面の情報を入力するための外部入力装置を更に備え、
前記車体制御部は、前記車両本体または前記作業装置が前記目標面に侵入しないように、前記作業装置と前記目標面との最小距離に応じて前記上部旋回体または前記作業装置の動作を制限する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項１０】
請求項１に記載の作業機械において、
前記回避領域位置設定部は、前記作業装置に予め設定された第２基準点の移動前後の位置を含む平面を用いて定義される領域を前記回避領域として設定する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項１１】
請求項１に記載の作業機械において、
目標面の情報を入力するための外部入力装置を更に備え、
前記回避領域位置設定部は、前記外部入力装置から入力された情報に基づいて前記回避領域を設定する
ことを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の作業機械は、ブーム、アーム、バケットなどの複数の被駆動部材から成る作業装置と作業機械の移動を行うための走行装置を有し、オペレータは操作レバーを調整することにより、作業装置や走行装置を動作させることができる。【０００３】
作業機械による施工は狭隘な現場で行われることが多く、既に設計図面通りに仕上げた場所の直近で別の作業を行うことがあり、作業機械の操作を誤ることで仕上げ済みの施工面を損なうことや周囲の作業員や機器に接触する可能性がある。【０００４】
そこで、掘削物をダンプトラックに積み込む作業などにおいて、ダンプトラックの荷台との接触を避けるために、所望の角度で建設機械の旋回を停止する技術が提案されている（例として、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−９６００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている技術は、旋回を停止させる目標位置の設定手段として、建設機械を構成する部材を動作させる油圧アクチュエータの角度を数値入力する手段や、レーダ装置により建設機械周囲の障害物の位置を取得する手段を挙げている。【０００７】
このため、前者の手段については、建設機械が走行などにより別の場所に移動した場合に目標位置の再設定を行わないと、同じ場所に留まっている障害物に接触する可能性がある。また、後者の手段については、建設機械自体がレーダ装置の検出範囲に死角を作るため、あらゆる作業装置の姿勢を考慮し、高価なレーダ装置を複数配置する必要がある。【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両本体が移動した場合でも車両本体または作業装置が周囲の障害物に接触することを簡易に防ぐことができる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に取り付けられ、前記下部走行体と共に車両本体を構成する上部旋回体と、前記上部旋回体に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置と、前記車両本体および前記作業装置の位置および方向に応じた信号を出力する位置方向検出装置と、前記位置方向検出装置からの信号を基に前記車両本体および前記作業装置の位置および方向を演算するコントローラとを備えた作業機械において、前記コントローラは、施工現場に固定された座標系で前記車両本体または前記作業装置の侵入が制限される回避領域を設定する回避領域位置設定部と、前記施工現場に固定された座標系で前記車両本体または前記作業装置に予め設定された第１基準点の位置を演算する車体位置演算部と、前記第１基準点の前記回避領域に対する接近度合いに応じて単調増加または単調減少する指標値を算出する指標値演算部とを有するものとする。【００１０】
以上のように構成した本発明によれば、施工現場に固定された座標系で車両本体または作業装置の侵入が制限される回避領域を設定することにより、車両本体が移動した後にオペレータが回避領域を再設定する手間を省くことができる。これにより、車両本体が移動した場合でも車両本体または作業装置が周囲の障害物に接触することを簡易に防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、作業機械の車両本体が移動した場合でも車両本体または作業装置が周囲の障害物に接触することを簡易に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。
【図２】図１に示す油圧ショベルの車体制御システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す車体制御コントローラの機能ブロック図である。
【図４】図３に示す車体制御の回避領域位置設定部の処理を示すフローチャートである。
【図５】図３に示す車体制御コントローラの回避領域位置設定部が分割平面を用いて回避領域を設定する方法を示す図である。
【図６】図３に示す車体制御コントローラの指標値演算部の処理を示すフローチャートである。
【図７Ａ】図３に示す車体制御コントローラの指標値演算部が余裕度を演算する方法を示す概念図（１／２）である。
【図７Ｂ】図３に示す車体制御コントローラの指標値演算部が余裕度を演算する方法を示す概念図（２／２）である。
【図８Ａ】図１に示すユーザインタフェース装置の表示部に表示される画面の一例を示す図（１／２）である。
【図８Ｂ】図１に示すユーザインタフェース装置の表示部に表示される画面の一例を示す図（２／２）である。
【図９】本発明の第２の実施例における車体制御コントローラの車体制御部の処理を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施例における車体制御コントローラの回避領域位置設定部の処理を示すフローチャートである。
【図１１Ａ】本発明の第３の実施例における直方体の回避領域を設定する方法の一例を示す概念図（１／２）である。
【図１１Ｂ】本発明の第３の実施例における直方体の回避領域を設定する方法の一例を示す概念図（２／２）である。
【図１２Ａ】本発明の第３の実施例における車体制御コントローラの指標値演算部が回避領域相対位置ベクトルを演算する方法を示す概念図（１／３）である。
【図１２Ｂ】本発明の第３の実施例における車体制御コントローラの指標値演算部が回避領域相対位置ベクトルを演算する方法を示す概念図（２／３）である。
【図１２Ｃ】本発明の第３の実施例における車体制御コントローラの指標値演算部が回避領域相対位置ベクトルを演算する方法を示す概念図（３／３）である。
【図１３】本発明の第３の実施例におけるユーザインタフェース装置の表示部に表示される画面の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施例における車体制御コントローラの回避領域位置設定部の処理を示すフローチャートである。
【図１５Ａ】本発明の第４の実施例における車体制御コントローラの回避領域位置設定部が回避領域を設定する方法を示す概念図（１／３）である。
【図１５Ｂ】本発明の第４の実施例における車体制御コントローラの回避領域位置設定部が回避領域を設定する方法を示す概念図（２／３）である。
【図１５Ｃ】本発明の第４の実施例における車体制御コントローラの回避領域位置設定部が回避領域を設定する方法を示す概念図（３／３）である。
【図１６】本発明の第４の実施例におけるユーザインタフェース装置に表示される画面の一例を示す図である。
【図１７】本発明の第４の実施例における車体制御コントローラの車体制御部の処理を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係る作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施例に係る油圧ショベル１の側面図である。【００１５】
油圧ショベル１は、車両本体２と、作業装置３とを備えている。車両本体２は、上部旋回体４と、下部走行体５とで構成される。【００１６】
作業装置３は、ブーム６、アーム７、バケット８、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１を有する。ブーム６は、上部旋回体４と第１リンクピン２０を介して回動可能に取り付けられている。アーム７は、ブーム６の先端部に第２リンクピン２１を介して回動可能に取り付けられている。バケット８は、アーム７の先端部に第３リンクピン２２を介して回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１は、油圧によって伸縮することでブーム６、アーム７、バケット８をそれぞれ駆動する。ブーム６、アーム７、バケット８には、ブーム６、アーム７、バケット８の第１〜第３リンクピン２０〜２２周りの回転角度をそれぞれ検出するＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ、慣性計測装置）３２〜３４が取り付けられている。【００１７】
下部走行体５は、履帯１５ａ，１５ｂを左右両側に有し、履帯１５ａ，１５ｂは走行モータ１６ａ，１６ｂが油圧により回転することでそれぞれ駆動される。【００１８】
上部旋回体４は、運転室１２と旋回モータ１３とを有する。上部旋回体４は、下部走行体５に旋回輪１７を介して回動可能に接続されており、旋回モータ１３が油圧により回転することで駆動される。運転室１２の中には、後述するユーザインタフェース装置１８と、車体制御コントローラ１９と、車体操作装置３０とが設置されている。【００１９】
上部旋回体４の上部には、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  ＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ、全球測位衛星システム）アンテナ２３ａ，２３ｂが取り付けられている。ＧＮＳＳアンテナ２３ａ，２３ｂは、図示しない人工衛星からの信号を受信し、油圧ショベル１のグローバル座標系における現在位置と方向を検出するために用いられる。ここで、グローバル座標系とは、例えば、ＧＮＳＳによる測量で一般的に用いられるＷＧＳ−８４座標系などがあるが、本実施例では施工現場内のある基準点を原点とし、鉛直上向きをＺ軸、北向きをＹ軸、東向きをＸ軸とする座標系とする。【００２０】
図２は、油圧ショベル１の車体制御システム１４の構成を示すブロック図である。【００２１】
車体制御システム１４は、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１、旋回モータ１３、走行モータ１６ａ，１６ｂ、エンジン２５、油圧ポンプ２６、パイロットポンプ２７、コントロールバルブ２８、電磁比例弁２９ａ〜２９ｌ、車体操作装置３０、ＧＮＳＳ受信装置３１、ブームＩＭＵ３２、アームＩＭＵ３３、バケットＩＭＵ３４、ユーザインタフェース装置１８、車体制御コントローラ１９を有している。【００２２】
エンジン２５は、動力源として油圧ポンプ２６とパイロットポンプ２７を駆動する。【００２３】
油圧ポンプ２６は作動油を加圧し、コントロールバルブ２８を介してブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１、旋回モータ１３、走行モータ１６ａ，１６ｂへ圧油を供給する。【００２４】
パイロットポンプ２７は作動油を加圧し、電磁比例弁２９ａ〜２９ｌを介して通常は油圧ポンプ２６より低い圧力のパイロット圧油をコントロールバルブ２８に供給する。【００２５】
コントロールバルブ２８は、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１、旋回モータ１３、走行モータ１６ａ，１６ｂに供給する圧油の流量と方向を制御する複数の方向制御弁（図示せず）を備えている。各方向制御弁は、対応する電磁比例弁２９ａ〜２９ｌから操作部にパイロット圧油を供給することで駆動される。【００２６】
電磁比例弁２９ａ〜２９ｌは、元圧であるパイロット圧油を車体制御コントローラ１９からの制御信号に応じて減圧し、コントロールバルブ２８内の対応する方向制御弁の操作部に供給する。【００２７】
ブーム上げ電磁比例弁２９ａとブーム下げ電磁比例弁２９ｂは、コントロールバルブ２８を介してブームシリンダ９の駆動方向と駆動力を制御する。アームクラウド電磁比例弁２９ｃとアームダンプ電磁比例弁２９ｄは、コントロールバルブ２８を介してアームシリンダ１０の駆動方向と駆動力を制御する。バケットクラウド電磁比例弁２９ｅとバケットダンプ電磁比例弁２９ｆはコントロールバルブ２８を介してバケットシリンダ１１の駆動方向と駆動力を制御する。旋回左電磁比例弁２９ｇと旋回右電磁比例弁２９ｈはコントロールバルブ２８を介して旋回モータ１３の駆動方向と駆動力を制御する。走行左前電磁比例弁２９ｉと走行左後電磁比例弁２９ｊはコントロールバルブ２８を介して走行モータ１６ａの駆動方向と駆動力を制御する。走行右前電磁比例弁２９ｋと走行右後電磁比例弁２９ｌはコントロールバルブ２８を介して走行モータ１６ｂの駆動方向と駆動力を制御する。【００２８】
車体操作装置３０は、操作部材３５ａ〜３５ｄと、操作量検出装置３６とを有する。【００２９】
操作部材３５ａ〜３５ｄは、運転室１２に搭乗するオペレータが操作して油圧ショベル１を駆動させるための部材であり、例えば作業レバーである。操作部材３５ａは、ブームシリンダ９およびバケットシリンダ１１を駆動させる。操作部材３５ｂは、アームシリンダ１０および旋回モータ１３を駆動させる。操作部材３５ｃ，３５ｄは走行モータ１６ａ，１６ｂをそれぞれ駆動させる。【００３０】
操作量検出装置３６は、操作部材３５ａ〜３５ｄの操作量を検出し、検出信号を車体制御コントローラ１９へ送る。【００３１】
ＧＮＳＳ受信装置３１は、ＧＮＳＳアンテナ２３ａ，２３ｂと、補正情報受信機３７と、測位演算コントローラ３８とを有する。ＧＮＳＳアンテナ２３ａ，２３ｂは、図示しない人工衛星からの測位電波を受信する。補正情報受信機３７は、携帯電話回線網や無線を通じ、固定点に設置された位置情報から作成された補正情報を受信する。測位演算コントローラ３８は、ＧＮＳＳアンテナ２３ａ，２３ｂが受信した測位電波による位置情報の誤差を、補正情報受信機３７が受信した補正情報により補正することで、高精度なグローバル座標系における位置情報を車体制御コントローラ１９へ送る。【００３２】
ブームＩＭＵ３２、アームＩＭＵ３３、バケットＩＭＵ３４は、ブーム６、アーム７、バケット８の第１〜第３リンクピン２０〜２２周りの回転角度をそれぞれ検出し、検出信号を車体制御コントローラ１９へ送る。【００３３】
ユーザインタフェース装置１８は、入出力部３９と、操作部４０と、表示部４１とを有している。【００３４】
ユーザインタフェース装置１８の入出力部３９は、デジタル入出力装置、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポートなどを有し、デジタル入出力装置により車体制御コントローラ１９への操作部４０による操作結果の出力や、車体制御コントローラ１９から表示部４１の表示情報の入力を行う。ＵＳＢポートは、外部記憶媒体であるＵＳＢメモリーなどを介して、油圧ショベル１の外部で作成された車体寸法情報と目標面情報と回避領域設定情報の追加と、後述するユーザインタフェース装置１８の操作部４０が編集する車体寸法情報と目標面情報と回避領域設定情報の外部への保存を行う。【００３５】
ユーザインタフェース装置１８の操作部４０は、例えばスイッチであり、オペレータが操作し、表示情報の切り替えや、後述する車体制御コントローラ１９の記憶部４４が記憶する車体寸法情報と目標面情報と回避領域設定情報の追加と変更と削除を行う。【００３６】
ユーザインタフェース装置１８の表示部４１は、例えば液晶ディスプレイであり、オペレータが作業内容を確認するため、後述する車体制御コントローラ１９の演算部４３が演算した油圧ショベル１の位置情報や目標面データの位置情報、回避領域の位置情報を表示する。【００３７】
ユーザインタフェース装置１８は、例えばタッチパネルのように、操作部４０と表示部４１とが一体となっていても良い。【００３８】
車体制御コントローラ１９は、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器やデジタル入出力装置などの入出力部４２、ＣＰＵなどの演算部４３、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部４４を有している。【００３９】
車体制御コントローラ１９の入出力部４２は、車体操作装置３０の操作量検出装置３６が検出した操作量と、ＧＮＳＳ受信装置３１が受信したグローバル座標系における位置情報と、ブームＩＭＵ３２、アームＩＭＵ３３、バケットＩＭＵ３４が検出した角度情報とを入力して演算部４３へ送り、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０が入力する目標面情報や回避領域設定情報を記憶部４４へ送る。また、入出力部４２は、演算部４３からの演算結果に応じて、電磁比例弁２９ａ〜２９ｌへ制御信号を出力し、ユーザインタフェース装置１８の表示部４１へ表示情報を送る。【００４０】
車体制御コントローラ１９の演算部４３は、入出力部４２の入力情報から油圧ショベル１の後述する回避領域への侵入を防ぐための演算を行い、演算結果を入出力部４２に送る。【００４１】
車体制御コントローラ１９の記憶部４４は、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０から追加と変更される車体寸法情報と目標面情報と回避領域設定情報を記憶する。【００４２】
図３は、車体制御コントローラ１９の機能ブロック図である。【００４３】
図３に示すように、車体制御コントローラ１９の演算部４３は、車両本体位置演算部４５と、作業装置位置演算部４６と、回避領域位置設定部４７と、指標値演算部４８と、表示演算部４９と、車体制御部５０とを有する。車両本体位置演算部４５および作業装置位置演算部４６は、車体位置演算部を構成している。【００４４】
車両本体位置演算部４５は、ＧＮＳＳ受信装置３１が取得したＧＮＳＳアンテナ２３ａ，２３ｂの２点のグローバル座標系における位置情報（ＧＮＳＳ位置情報）からグローバル座標系における車両本体２に張られる車両座標系の原点位置と方向を演算する。ここで、車両座標系とは、上部旋回体４の旋回軸をＺ軸、作業装置３の伸身方向をＸ軸とし、原点は履帯１５ａ，１５ｂの接地面にある右手系の直交座標系である。【００４５】
さらに、車両本体位置演算部４５は、記憶部４４が有する車両本体２の全長や全幅、高さといった車体寸法情報と、グローバル座標系における車両座標系の原点位置と方向からグローバル座標系における車両本体占有領域も同時に演算する。【００４６】
作業装置位置演算部４６は、まずブームＩＭＵ３２、アームＩＭＵ３３、バケットＩＭＵ３４がそれぞれ検出した角度情報と記憶部４４が有するブーム６、アーム７、バケット８の長さ、第１リンクピン２０の車体座標系における位置といった車体寸法情報から車両本体２に張られる車両座標系における第２および第３リンクピン２１，２２の位置や、バケット８の爪先位置を含む作業装置位置情報を演算する。【００４７】
さらに、作業装置位置演算部４６は、車両座標系における作業装置位置情報と、車両本体位置演算部４５で演算されたグローバル座標系における車両座標系の原点位置と方向からグローバル座標系における作業装置位置情報も同時に演算する。【００４８】
回避領域位置設定部４７の処理について、図４を用いて説明する。【００４９】
まず、ステップＳ１０１で、回避領域設定要求があるか否かを判定する。回避領域設定要求は、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０を介して行われる。要求がある場合はステップＳ１０２に遷移し、要求がない場合は回避領域を設定せずに処理を終了する。【００５０】
ステップＳ１０２では、空間上の２点を設定する。点の設定は、例えば、オペレータが操作部材３５ａ〜３５ｄを操作し、車両本体２と作業装置３を移動させることで、作業装置位置演算部４６が演算するバケット８の爪先位置（基準点）を移動させて、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０を介して基準点の位置を確定するといった方法である。【００５１】
ステップＳ１０３では、空間を２つに分割する平面（以下、分割平面）を演算する。ここでは、ステップＳ１０２で設定した空間上の２点を通る鉛直面を分割平面とする。なお、鉛直面からなる分割平面は、鉛直方向（Ｚ方向）を考慮する必要がないため、ＸＹ平面上の直線の方程式で表される。【００５２】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で作成した分割平面で分割される２つの空間の内、車両本体２が存在しない空間を回避領域に設定する演算を行う。【００５３】
ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理が終わると、ステップＳ１０１に戻り、回避領域設定要求があるか否かを再度判定する。これにより、複数の回避領域位置を設定することが可能となる。【００５４】
図５は、ステップＳ１０３で作成した分割平面を用いて回避領域を設定する方法を上面図（ＸＹ平面）で表したものである。【００５５】
まず、両方向に向く分割平面の法線ベクトル（単位ベクトル）ｓ，ｔを求め、その内、分割平面から車両本体位置演算部４５が演算する車両座標系の原点に伸ばしたベクトル（車両本体ベクトル）ｕの係数が負となる法線ベクトルｓを選択する。すると、回避領域にある点はベクトルの係数が正となるため、その場合に回避領域に侵入したと判定することができる。よって、グローバル座標系における分割平面の方程式と法線ベクトルの向きを回避領域として記憶部４４に記憶する。ただし、車両座標系の原点位置が分割平面上にある場合は回避領域の設定を行わない。【００５６】
指標値演算部４８の処理について、図６を用いて説明する。【００５７】
まず、ステップＳ２０１では、記憶部４４に回避領域が記憶されているか否かを判定する。回避領域が記憶されている場合はステップＳ２０２に遷移し、記憶されていない場合は処理を終了する。【００５８】
ステップＳ２０２では、記憶されている回避領域のそれぞれについて、回避領域相対位置ベクトルを演算する。ここで、回避領域相対位置ベクトルは、回避領域位置設定部４７で演算した分割平面の単位法線ベクトルｓをバケット８の爪先位置まで延長したベクトルである。【００５９】
ステップＳ２０３では、回避領域相対位置ベクトルと操作量検出装置３６が検出した操作量から、回避領域と油圧ショベル１の接近度合い（油圧ショベル１が回避領域に接触または侵入する可能性の低さ）を表す指標値（以下、余裕度）を演算する。【００６０】
図７Ａおよび図７Ｂは、車体制御コントローラ１９の指標値演算部４８が余裕度を演算する方法を示す概念図である。【００６１】
まず、図７Ａに示すように、ブーム６、アーム７、バケット８、上部旋回体４、下部走行体５の移動速度を駆動する各アクチュエータの速度を、操作量−速度変換テーブル（メータリングテーブル）を用いて演算する。【００６２】
各アクチュエータ速度と、現在の車両座標系のグローバル位置と方向と角度情報とから、運動学に基づきブーム６、アーム７、バケット８、上部旋回体４、下部走行体５の移動速度ベクトルの総和である予測速度ベクトルを演算する。【００６３】
予測速度ベクトルに制御周期を乗算することで、次の制御周期の油圧ショベル位置の予測結果を示す予測位置ベクトルを演算する。【００６４】
次に、図７Ｂに示すように、回避領域相対位置ベクトルから予測位置ベクトルの回避領域相対位置ベクトルと同じ方向の成分を減算し、そのベクトルの大きさ（距離）を余裕度とする。図７Ａおよび図７Ｂに示す演算は、全ての回避領域相対位置ベクトルに対して行う。【００６５】
図６に戻り、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で計算した余裕度に応じて回避領域の分類を行う。余裕度が０以下である場合は既に油圧ショベル１が回避領域に接触または侵入している回避領域（以下、接触領域）であると判定する。また、余裕度が正であっても、緩衝帯として設定した閾値（注意判定閾値）より低い場合は、油圧ショベル１が接触または侵入する可能性が高い回避領域（以下、注意領域）であると判定する。それ以外の場合は、油圧ショベル１が接触または侵入する可能性が低い回避領域（以下、通常領域）と判定する。【００６６】
表示演算部４９の処理について、図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明する。【００６７】
図８Ａおよび図８Ｂは、ユーザインタフェース装置１８の表示部４１に表示される画面の一例を示す図である。【００６８】
図８Ａに示すように、表示部４１は、上面図領域４１ａと、側面図領域４１ｂと、ポップアップ領域４１ｃとで構成される。表示演算部４９は、上面図領域４１ａ、側面図領域４１ｂ、ポップアップ領域４１ｃに表示する情報を生成し、表示部４１に出力する。【００６９】
上面図領域４１ａおよび側面図領域４１ｂには、作業装置位置情報と記憶する車体寸法情報とから作成された油圧ショベル１の縮小画像と、油圧ショベル１の位置と回避領域相対位置ベクトルとから演算された回避領域の配置に基づいた回避領域（接触領域、注意領域、通常領域）とが表示される。図８Ａに示す例では、接触領域は一番濃い色で表示され、注意領域、通常領域の順に淡い色で表示されている。側面図領域４１ｂには、作業装置３の動作平面に存在する回避領域のうち、余裕度が最も小さい回避領域（図８Ａの例では接触領域）のみが表示される。上面図領域４１ａは側面回避に有用であり、側面図領域４１ｂは前面回避に有用である。【００７０】
ポップアップ領域４１ｃは、余裕度が最も小さい回避領域に対する操作指示をオペレータに提供する。図８Ｂに、回避領域の分類に応じた操作指示の具体例を示す。図８Ｂの例では、接触領域が存在する場合は「回避領域に接触しています。ただちに回避操作をしてください。」といったオペレータに回避操作を促す文字情報を表示し、接触領域が存在せずかつ注意領域が存在する場合は「回避領域に接近しています。注意して操作してください。」といったオペレータの注意を喚起する文字情報を表示し、接触領域または注意領域が存在しない場合（通常領域のみの場合）は何も表示しない。また、図８Ｂに示す例では、オペレータの視認性を向上するために、接触領域が存在する場合はポップアップ領域４１ｃの背景色を濃くし、接触領域が存在せずかつ注意領域が存在する場合は「接触領域あり」の場合よりも淡くし、通常領域のみの場合は無色としている。なお、ポップアップ領域４１ｃでは、例えば、回避領域相対位置ベクトルと反対方向へと作業装置３を動かすための操作方法を運動学に基づいて求めることで、より具体的な操作指示を表示しても良い。【００７１】
なお、車体制御部５０の処理については、第２の実施例で説明する。【００７２】
本実施例では、下部走行体５と、下部走行体５に旋回可能に取り付けられ、下部走行体５と共に車両本体２を構成する上部旋回体４と、上部旋回体４に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置３と、車両本体２および作業装置３の位置および方向に応じた信号を出力する位置方向検出装置２３ａ，２３ｂ，３２〜３４と、位置方向検出装置２３ａ，２３ｂ，３２〜３４からの信号を基に車両本体２および作業装置３の位置および方向を演算するコントローラ１９とを備えた油圧ショベル１において、コントローラ１９は、施工現場に固定された座標系で車両本体２または作業装置３の侵入が制限される回避領域を設定する回避領域位置設定部４７と、施工現場に固定された座標系で車両本体２または作業装置３（バケット８の爪先位置）に予め設定された第１基準点の位置を演算する車体位置演算部４５，４６と、第１基準点の回避領域に対する接近度合いに応じて単調減少する余裕度（指標値）を算出する指標値演算部４８とを有する。【００７３】
また、回避領域位置設定部４７は、施工現場の３次元空間を平面で分割して得られる２つの領域のうち車両本体２が位置しない側の領域を回避領域として設定する。【００７４】
また、本実施例に係る油圧ショベル１は、表示装置としてのユーザインタフェース装置１８を備え、コントローラ１９は、余裕度（指標値）に応じて、車両本体２または作業装置３が回避領域に侵入することを回避するための操作を促す情報を表示装置１８に出力する表示演算部４９を有する。【００７５】
また、本実施例では、目標面の情報を入力するための外部入力装置としてユーザインタフェース装置１８を備え、表示演算部４９は、目標面の情報に基づいて施工することを促す情報を表示装置１８に出力する。【００７６】
また、回避領域位置設定部４７は、作業装置３（バケット８の爪先位置）に予め設定された基準点（第２基準点）の移動前後の位置を含む平面を用いて定義される領域を回避領域として設定する。【００７７】
以上のように構成した本実施例によれば、施工現場に固定された座標系で車両本体２または作業装置３の侵入が制限される回避領域を設定することにより、車両本体２が移動した後にオペレータが回避領域を再設定する手間を省くことができる。これにより、車両本体２が移動した場合でも車両本体２または作業装置３が周囲の障害物に接触することを簡易に防ぐことが可能となる。【００７８】
上記の実施例では、ステップＳ１０１は、オペレータが操作部材３５ａ〜３５ｄを操作し、車両本体２と作業装置３を移動させ、作業装置位置演算部４６が演算するバケット８の爪先位置を点として設定することで分割平面を作成しているが、例えば、グローバル座標系における位置を数値的に入力する方法や、タッチパネルに目標面情報を表示し、目標面情報上に存在する回避領域に設定したい領域の端点を２点タッチすることで選択する、という方法を取っても良い。【００７９】
上記の実施例では、鉛直面を分割平面としているが、例えば３点を設定し、その３点が全て含まれる面を分割平面とすることで、鉛直面以外の分割平面を作成しても良い。【００８０】
上記の実施例では、バケット８の爪先位置に基準点（第１基準点）が設定されているため、回避領域相対位置ベクトルを演算する際に、最も先にある被駆動部材であるバケット８に移動速度ベクトルまで考慮する必要がある。しかし、最も先にある被駆動部材に基準点が含まれない場合は、基準点が含まれる被駆動部材よりも先にある被駆動部材の移動速度ベクトルは無視して良い。例えば、ブーム６に含まれる基準点からの距離と方向を示す回避領域相対位置ベクトルを演算する場合には、運動学に基づきブーム６、上部旋回体４、下部走行体５の移動速度ベクトルの総和である予測速度ベクトルを演算すれば良く、また、下部走行体５に含まれる基準点からの距離と方向を示す回避領域相対位置ベクトルを演算する場合には、運動学に基づき下部走行体５の移動速度ベクトルを予測速度ベクトルとすれば良い。【００８１】
上記の実施例では、予測位置ベクトルは各アクチュエータ速度と、現在の車両座標系のグローバル位置と方向と角度情報とから、運動学に基づき演算しているが、油圧ショベル１が回避領域に高速で近づく場合には回避領域内にいる周囲作業者の心理的な余裕が小さくなることがあるため、例えば、予測位置ベクトルに１より大きい係数を掛けてから回避領域相対位置ベクトルに減算することで、回避領域に接近する場合の余裕度を小さくするといった演算を行っても良い。【００８２】
上記の実施例では、回避領域相対位置ベクトルから油圧ショベル１に対する回避領域の配置を演算しているため、油圧ショベル１が移動している場合は、接触していなくても接触していると判定される回避領域があるが、余裕度から油圧ショベル１に対する回避領域の配置を演算することでより直接的に回避領域に対する接近度合いを示す表示を行っても良い。【００８３】
上記の実施例では、指標値演算部４８は、第１基準点の回避領域に対する接近度合いに応じて単調減少する余裕度を指標値として算出しているが、接近度合いに応じて単調増加する指標値を算出しても良い。【００８４】
上記の実施例では、１つの基準点（第１基準点）で余裕度（指標値）を算出しているが、指標値演算部４８は、車両本体２および作業装置３に予め設定された複数の基準点のうち回避領域までの最小距離が最も小さい基準点を第１基準点として余裕度（指標値）を算出しても良い。【００８５】
上記の実施例では、回避領域位置設定部４７は、作業装置３（バケット８の爪先位置）に予め設定された基準点（第２基準点）の移動前後の位置を含む平面を用いて定義される領域を回避領域として設定しているが、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０から数値を入力して設定しても良い。すなわち、回避領域位置設定部４７は、外部入力装置としてのユーザインタフェース装置１８から入力された目標面情報に基づいて回避領域を設定しても良い。
【実施例２】
【００８６】
本発明の第２の実施例では、余裕度に応じて各アクチュエータの動作速度を制限する油圧ショベルについて説明する。【００８７】
第１の実施例との相違点は、オペレータによる回避操作ではなく、オペレータの操作に介入する回避制御によって、油圧ショベル１が回避領域に接触または侵入しないようにする点である。【００８８】
車体制御部５０の処理について、図９を用いて説明する。【００８９】
ステップＳ３０１では、回避領域相対位置ベクトルの大きさが余裕度より大きい場合（油圧ショベル１が回避領域の更に奥深くに侵入する方向、または回避領域に接近する方向に移動している場合）の各アクチュエータに速度指令値に対する速度指令上限値を演算する。【００９０】
余裕度が０以下の場合（「接触領域あり」と判定された場合）は、電磁比例弁２９ａ〜２９ｌを遮断するために、速度指令上限値を０と演算し、油圧ショベル１が回避領域に更に奥深く侵入することを防ぐ。【００９１】
余裕度が０より大きくかつ注意判定閾値以下の場合（「注意領域あり」と判定された場合）は、余裕度が小さくなるに応じて速度指令上限値を減少させ、余裕度が０以下になる（「接触領域あり」と判定される）前に速度指令上限値を０にすることで、回避領域への接近速度を遅くするとともに、回避領域への侵入を防ぐ。【００９２】
余裕度が注意判定閾値よりも大きい場合（「通常領域のみ」と判定された場合）は、通常の速度指令値よりも十分に大きな値を速度指令上限値とすることで、油圧ショベル１の動作が制限されないようにする。【００９３】
ステップＳ３０２では、回避領域相対位置ベクトルの大きさが余裕度以下の場合（油圧ショベル１が停止、または回避領域から離れる方向に移動している場合）の各アクチュエータに速度指令値に対する速度指令上限値を演算する。ステップＳ３０２における速度指令上限値は、ステップＳ３０１よりも全体的に高い値に設定されている。すなわち、回避領域から離れる方向に移動する場合の制限は、回避領域に接近または侵入する方向に移動する場合よりも緩くなる。【００９４】
余裕度が０以下の場合（「接触領域あり」と判定された場合）は、速度指令上限値を０より大きい一定値として演算し、油圧ショベル１が回避領域からゆっくりと離れられるようにする。【００９５】
余裕度が０より大きくかつ注意判定閾値以下の場合（「注意領域あり」と判定された場合）は、速度指令上限値を余裕度が大きくなるに応じて増大させ、回避領域から離れるにつれて速い動作が可能になるようにする。【００９６】
余裕度が注意判定閾値よりも大きい場合（「通常領域のみ」と判定された場合）は、ステップＳ３０１と同様に、通常の速度指令値よりも十分に大きな値を速度指令上限値とすることで、油圧ショベル１の動作が制限されないようにする。【００９７】
ステップＳ３０３では、回避領域相対位置ベクトルの大きさと余裕度を比較し、回避領域相対位置ベクトルの大きさが余裕度より大きいとき（油圧ショベル１が回避領域に接近または侵入する方向に移動している場合）に真とし、それ以外のとき（油圧ショベル１が停止している場合、または回避領域から離れる方向に移動している場合）は偽とする。【００９８】
ステップＳ３０４は、ステップＳ３０１およびステップＳ３０２の出力を選択する処理であり、ステップＳ３０３の判定結果が真の場合（油圧ショベル１が回避領域に接近または侵入する方向に移動している場合）はステップＳ３０１の演算結果を出力し、ステップＳ３０４の判定結果が偽の場合（油圧ショベル１が停止している場合、または回避領域から離れる方向に移動している場合）はステップＳ３０２の演算結果を出力する。【００９９】
ステップＳ３０５では、操作装置３０の操作量に基づいて電磁比例弁２９ａ〜２９ｌに出力するための指令値の演算を行うため、各アクチュエータに対応する操作量を操作量−速度変換テーブル（メータリングテーブル）を用いて速度指令値に換算する。【０１００】
ステップＳ３０６では、ステップＳ３０５で換算した各アクチュエータ速度指令値と、ステップＳ３０４で選択した速度指令上限値とを比較し、小さい方を各アクチュエータ速度指令値として出力する。【０１０１】
ステップＳ３０７では、ステップＳ３０６で演算された各アクチュエータ速度指令値を速度−操作量変換テーブル（逆メータリングテーブル）を用いて電磁比例弁２９ａ〜２９ｌの操作量に換算する。【０１０２】
ステップＳ３０８では、ステップＳ３０７で換算された操作量に応じた電磁比例弁２９ａ〜２９ｌの電流値を出力する。【０１０３】
本実施例におけるコントローラ１９は、車両本体２または作業装置３が回避領域に侵入しないように、余裕度（指標値）に応じて上部旋回体４または作業装置３の動作を制限する車体制御部５０を有する。【０１０４】
以上のように構成した第２の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、油圧ショベル１が回避領域に接触または侵入することをオペレータの操作によらず自動で防止することが可能となる。
【実施例３】
【０１０５】
本発明の第３の実施例では、有限な空間を回避領域として設定する油圧ショベルについて説明する。【０１０６】
第１、第２の実施例との相違点は、回避領域を有限な空間とし、幅、高さ、奥行きのそれぞれに制限を設けることで、油圧ショベル１の動作範囲内にある障害物や周囲作業者との接触を防止できるようにした点である。【０１０７】
回避領域位置設定部４７の処理を、図１０を用いて説明する。【０１０８】
まず、ステップＳ４０１で、回避領域設定要求があるか否かを判定する。要求がある場合はステップＳ４０２に遷移し、要求がない場合は回避領域を設定せずに処理を終了する。【０１０９】
ステップＳ４０２では、直方体の一側面となる長方形を設定する。具体的には、始点と終点の２点を設定し、その２点を結ぶ線分を対角線とし、水平と鉛直それぞれの対辺を持つ長方形を作成する。【０１１０】
ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２で作成した長方形に奥行きを設定し、長方形を水平に伸縮させることで直方体を作成する。【０１１１】
ステップＳ４０４では、ステップＳ４０２で一側面となる長方形が作成され、ステップＳ４０３で奥行きが設定された直方体を回避領域に設定し、直方体の始点位置情報と、幅、高さ、奥行きの大きさと向きを持つ３つのベクトルを記憶部４４に記憶する。【０１１２】
ステップＳ４０２からステップＳ４０４までの処理が終わると、ステップＳ４０１に戻り、回避領域設定要求があるか否かを再度判定する。これにより、複数の回避領域位置を設定することが可能となる。【０１１３】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、直方体の回避領域を設定する方法の一例を概念的に示している。【０１１４】
図１１Ａに示すように、図１０のステップＳ４０２では、オペレータが操作部材３５ａ〜３５ｄを操作し、作業装置位置演算部４６が演算するバケット８の爪先位置を移動させ、対角線の始点と終点の２点をユーザインタフェース装置１８の操作部４０を介して設定する。回避領域位置設定部４７は、対角線から水平と鉛直の対辺を持つ長方形を作成することで、直方体の一側面となる長方形を設定する。【０１１５】
ユーザインタフェース装置１８の表示部４１には、油圧ショベル１と同じ縮尺の長方形の描画図形と、長方形の幅および高さの数値情報が表示される。これにより、オペレータは長方形の幅と高さを調整することができる。【０１１６】
図１１Ｂに示すように、図１０のステップＳ４０３では、直方体の奥行きは、オペレータが操作部材３５ａによりバケットの動作を操作して設定する。【０１１７】
バケットクラウド操作時には長方形を法線方向手前向き（バケット８から車両本体２へ向かう方向）に押し出して直方体を作成し、バケットダンプ操作時には長方形を法線方向奥向き（バケット８から車両本体２へ向かうのと逆方向）に押し出して直方体を作成する。奥行きの大きさはバケット８の操作量の時間積分値に応じて増減させる。【０１１８】
ユーザインタフェース装置１８の表示部４１には、油圧ショベル１と同じ縮尺の直方体の描画図形と、直方体の奥行きの数値情報が表示される。これにより、オペレータは直方体の奥行きを調整することができる。例えば、オペレータがバケット８から車両本体２へ向かう方向とは逆方向へ長方形を押し出して直方体を作成する場合、表示部４１に表示される描画図形と直方体の奥行きの数値情報を基に、バケット操作を行い、直方体を伸ばしたいときにはバケットダンプ操作、直方体を縮めたいときにはバケットクラウド操作を行うことで所望の奥行きになるよう調整する。【０１１９】
このとき、バケット８の操作によっては設定途中の回避領域内にバケット８が侵入してしまう場合があるため、操作部材３５ａによるバケット８の操作以外は直方体の奥行きの設定に影響を与えないようにすることで、回避領域からバケット８を遠ざけることを可能にする。【０１２０】
指標値演算部４８は、回避領域が直方体のように複数の平面で構成される場合は、図６に示すステップＳ２０２において、図１２Ａ〜図１２Ｃに示すように回避領域相対位置ベクトルを求める。【０１２１】
まず、図１２Ａに示すように、直方体を構成する長方形の平面を無限に拡張し、作業装置位置から平面に伸びる垂線を引く。図１２Ａ中〇印で示すように、垂線の足が長方形の面内に入る場合は、その垂線の長さと方向をベクトルで表現し、回避領域相対位置ベクトルとする。【０１２２】
図１２Ａ中×印で示すように、垂線の足が長方形の面内に入らない場合は、図１２Ｂに示すように、長方形を構成する辺を無限に延長し、バケット８の爪先位置（作業装置位置）から長方形の各辺を延長した３直線に伸びる垂線を引く。図１２Ｂ中〇印で示すように、垂線の足が長方形の辺の範囲に入る場合は、その垂線の長さと方向をベクトルで表現し、回避領域相対位置ベクトルとする。【０１２３】
図１２Ｂ中×印で示すように、垂線の足が長方形の辺の範囲に入らない場合は、図１２Ｃに示すように、バケット８の爪先位置（作業装置位置）から長方形を構成する各頂点をベクトルで結び、最も長さが小さいベクトル（図１２Ｃ中〇印で示す）を回避領域相対位置ベクトルとする。【０１２４】
上記の演算を直方体を構成する６面の長方形全てに対して行い、最も長さが小さい回避領域相対位置ベクトルを求める。【０１２５】
表示演算部４９の処理について、図１３を用いて説明する。【０１２６】
図１３は、ユーザインタフェース装置１８の表示部４１に表示される画面の一例を示す図である。【０１２７】
図１３において、表示部４１は、斜視図領域４１ｅと、ポップアップ領域４１ｃとで構成される。【０１２８】
斜視図領域４１ｅは、油圧ショベル１の周囲に有限な空間からなる回避領域が複数存在している状態で作業を行う際に特に有用である。図１３に示す例では、油圧ショベル１の前側遠方および左側遠方には、接触または侵入の可能性が低い回避領域（通常領域）が存在している。車両本体２の右側近傍には、接触または侵入の可能性が高い回避領域（注意領域）が存在している。斜視図領域４１ｅに破線で表示される油圧ショベル１の縮小画像は、車両本体２の画面奥側に位置する注意領域を見やすくするために、透過処理を施している。【０１２９】
回避領域は、第１の実施例（図８Ａに示す）と同様に、接触領域を一番濃い色で表示し、注意領域、通常領域の順に淡く表示している。【０１３０】
本実施例では、回避領域位置設定部４７は、車両本体２の外部に配置された立体形状の内部領域を回避領域として設定する。【０１３１】
また、回避領域位置設定部４７は、作業装置３（バケット８の爪先位置）に予め設定された基準点（第２基準点）の移動前後の位置を含む長方形の平面を用いて定義される直方体の内部領域を回避領域として設定する。【０１３２】
以上のように構成した第３の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、回避領域を有限な空間とし、幅、高さ、奥行きのそれぞれに制限を設けることで、油圧ショベル１の動作範囲内にある障害物や周囲作業者との接触を防止することが可能となる。【０１３３】
上記の実施例では、奥行きをバケット８の操作量の時間積分値で設定しているが、作業装置位置演算部４６が演算するバケット８の爪先位置でもう１点設定し、その点にステップＳ４０２で設定した長方形を拡張した平面から法線ベクトルを伸ばし、その大きさと向きを奥行きとして設定しても良い。【０１３４】
上記の実施例では、回避領域の形状を直方体としているが、例えば三角柱、円柱、球といった他の立体形状としても良い。【０１３５】
上記の実施例では、有限な体積を持つ立体形状の内部領域を回避領域として設定しているが、幅、高さ、奥行きのいずれかの数値を限りなく大きく設定することで、疑似的に無限の体積を持つ回避領域を設定しても良い。
【実施例４】
【０１３６】
本発明の第４の実施例に係る作業機械について、回避領域を目標面情報から抽出する油圧ショベルを例にとって説明する。【０１３７】
第２の実施例との相違点は、目標面の一部を回避領域の境界面に設定することで、作業装置３が目標面に近づくことを防止し、仕上げ済みの目標面を保護できるようにした点である。【０１３８】
車体制御コントローラ１９の回避領域位置設定部４７（図３に示す）の処理について、図１４を用いて説明する。【０１３９】
まず、ステップＳ５０１で、回避領域設定要求があるか否かを判定する。要求がある場合はステップＳ５０２に遷移し、要求がない場合はステップＳ５０８に遷移する。【０１４０】
ステップＳ５０２では、目標面情報から回避領域を作成する際に用いる分割平面を水平面に設定するか鉛直面に設定するかを選択する。水平面に設定された場合はステップＳ５０３に遷移し、鉛直面に設定された場合はステップＳ５０５に遷移する。【０１４１】
ステップＳ５０３では、空間上の１点を設定する。点の設定は、例えば、オペレータが操作部材３５ａ〜３５ｄを操作し、車両本体２と作業装置３を移動させることで、作業装置位置演算部４６が演算するバケット８の爪先位置を移動させて、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０で基準点の位置を確定するといった方法で行う。【０１４２】
ステップＳ５０４では、空間を２つに分割する平面（以下、分割平面）を演算する。具体的には、ステップＳ５０３で設定した空間上の１点を通る水平面を分割平面とする。【０１４３】
ステップＳ５０５では、空間上の２点を設定する。各点の設定は、ステップＳ５０３と同様に行う。【０１４４】
ステップＳ５０６では、空間を２つに分割する平面（以下、分割平面）を演算する。ここでは、ステップＳ５０５で設定した空間上の２点を通る鉛直面を分割平面とする。なお、鉛直面からなる分割平面は、鉛直方向（Ｚ方向）を考慮する必要がないため、ＸＹ平面上の直線の方程式で表される。【０１４５】
ステップＳ５０７では、ステップＳ５０４またはステップＳ５０６で作成した分割平面で分割される２つの空間の内、油圧ショベル１が存在しない空間を仮回避領域に設定する演算を行う。演算方法は、第１の実施例のステップＳ１０３における分割平面から回避領域を設定する方法と同様であり、この方法は分割平面が鉛直面であるか水平面であるかを問わず適用することが可能である。【０１４６】
ステップＳ５０８では、ステップＳ５０７で設定されたいずれかの仮回避領域にある目標面を回避領域の境界面とすることで回避領域を設定し、処理を終了する。仮回避領域が設定されていない場合は、回避領域を設定せずに処理を終了する。【０１４７】
図１５Ａ〜図１５Ｃは、鉛直面を分割平面とした場合にステップＳ５０７で設定される仮回避領域内にある目標面の一部から回避領域を設定する方法を上面図（ＸＹ平面）で表したものである。ここで、目標面情報は単純化のため三角形メッシュデータとする。【０１４８】
まず、図１５Ａのように、目標面を構成している三角形の集合を、仮回避領域内に存在するか、仮回避領域外に存在するか、または分割平面により分割されるかのいずれかに分類する。三角形メッシュデータでは、３つの頂点の位置座標によって各三角形を記述しているので、その３つの頂点全てに対して分割平面との不等式演算を行うことで上記の分類が可能となる。なお、分割平面上にいずれかの頂点が存在する三角形は、他の頂点が仮回避領域内にあるか、仮回避領域外にあるかにより分類する。【０１４９】
次に、図１５Ｂのように、分割平面と交わる三角形を２つ分割し、分割された２つの面を、仮回避領域内に存在するか仮回避領域外に存在するかに分類する。このとき、三角形の辺と分割平面とが交わる点（交点）を演算し、交点同士を結んで得られる線分を新たな辺とする。この辺により三角形は三角形と四角形に分割されるので、四角形は１つの対角線を加えて２つの三角形に再分割し、それぞれの三角形について上記の分類を行う。【０１５０】
この演算を全ての三角形に対して行い、図１５Ｃのように、仮回避領域外にあると分類された三角形を除外し、仮回避領域内にあると分類された三角形が回避領域の境界面となるように回避領域を設定する。【０１５１】
車体制御コントローラ１９の指標値演算部４８（図３に示す）は、図６のステップＳ１１１において、図１２Ａ〜図１２Ｃに示した回避領域相対位置ベクトルの演算方法を回避領域の境界面を構成する三角形に適用する。【０１５２】
また、回避領域相対位置ベクトルの演算を回避領域に設定していない目標面情報にも拡張し、大きさが最も小さい回避領域相対位置ベクトルを目標面情報とバケット８の爪先位置の距離の演算結果として、目標面通りに施工するための表示や制御に利用することも可能である。【０１５３】
車体制御コントローラ１９の表示演算部４９（図３に示す）の処理について、図１６を用いて説明する。図１６は、ユーザインタフェース装置１８の表示部４１に表示される画面の一例を示す図である。【０１５４】
図１６に示すように、表示部４１は、背面図領域４１ｄと、側面図領域４１ｂと、ポップアップ領域４１ｃとで構成される。表示演算部４９は、背面図領域４１ｄ、側面図領域４１ｂ、ポップアップ領域４１ｃに表示する情報を生成し、表示部４１に出力する。【０１５５】
背面図領域４１ｄは、主に回避領域の境界面と目標面とを見分けるための情報をオペレータに提供する。背面図領域４１ｄの描画範囲は、油圧ショベル１の縮尺に応じて変化する。背面図領域４１ｄでは、回避領域（接触領域、注意領域、通常領域）および目標面が色分けして表示される。図１６に示す例では、接触領域を一番濃い色で表示し、注意領域、通常領域の順に淡く表示し、目標面を無色（背景色）で表示している。【０１５６】
側面図領域４１ｂは、目標面を掘削する際に、回避領域の境界面および目標面に関する情報をオペレータに提供する。側面図領域４１ｂの描画範囲は、背面図領域４１ｄと同様に、油圧ショベル１の縮尺に応じて変化する。側面図領域４１ｂでは、背面図領域４１ｄと同様に、回避領域（接触領域、注意領域、通常領域）および目標面が色分けして表示される。ただし、側面図領域４１ｂでは、回避領域（接触領域、注意領域、通常領域）および目標面は線分で表示されるため、各線分の下側に背面図領域４１ｄで付された色と同じ色を付している。【０１５７】
車体制御コントローラ１９の車体制御部５０（図３に示す）の処理について、図１７を用いて説明する。【０１５８】
ステップＳ６０１〜Ｓ６０４の処理は、第１の実施例のステップＳ３０１〜Ｓ３０４（図９に示す）と同様であるため、説明を省略する。【０１５９】
ステップＳ６０５は、目標面とバケット８の爪先位置の距離に応じて、目標面を掘り過ぎないように施工するための速度指令上限値を演算する。例えば、目標面とバケット８の爪先位置の距離が閾値（制御距離閾値）より小さい場合に、目標面情報とバケット８の爪先位置の距離が小さくなるほどブームシリンダ９の目標面情報に近づく側の速度指令上限値を下げるといった制御を行うことで目標面に沿って作業装置３が動作することを可能にする。【０１６０】
ステップＳ６０６〜Ｓ６０９の処理は、第１の実施例のステップＳ３０５〜Ｓ３０８（図９に示す）と同様であるため、説明を省略する。【０１６１】
本実施例に係る油圧ショベル１は、目標面の情報を入力するための外部入力装置としてユーザインタフェース装置１８を備え、回避領域位置設定部４７は、目標面の一部を境界面とする領域を回避領域として設定する。【０１６２】
また、本実施例におけるコントローラ１９は、車両本体２または作業装置３が回避領域に侵入しないように、余裕度（指標値）に応じて上部旋回体４または作業装置３の動作を制限する車体制御部５０を有する。【０１６３】
また、本実施例におけるコントローラ１９の車体制御部５０は、車両本体２または作業装置３が目標面に侵入しないように、作業装置３と目標面との最小距離に応じて上部旋回体４または作業装置３の動作を制限する。【０１６４】
以上のように構成した第４の実施例によれば、目標面の一部が回避領域の境界面となるように回避領域を設定することにより、作業装置３が目標面に近づくことを防止し、仕上げ済みの目標面を保護することが可能となる。【０１６５】
なお、上記の実施例では、仮回避領域を設定するための分割平面を鉛直面か水平面のいずれかとしているが、例えば空間上の３点で分割平面を定義することにより、鉛直面または水平面以外の平面を分割平面にすることも可能である。【０１６６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。
【符号の説明】
【０１６７】
１…油圧ショベル（作業機械）、２…車両本体、３…作業装置、４…上部旋回体（車両本体）、５…下部走行体（車両本体）、６…ブーム、７…アーム、８…バケット、９…ブームシリンダ、１０…アームシリンダ、１１…バケットシリンダ、１３…旋回モータ、１４…車体制御システム、１５ａ，１５ｂ…履帯、１６ａ，１６ｂ…走行モータ、１７…旋回輪、１８…ユーザインタフェース装置（表示装置、外部入力装置）、１９…車体制御コントローラ、２０…第１リンクピン、２１…第２リンクピン、２２…第３リンクピン、２３ａ，２３ｂ…アンテナ（位置方向検出装置）、２５…エンジン、２６…油圧ポンプ、２７…パイロットポンプ、２８…コントロールバルブ、２９ａ…ブーム上げ電磁比例弁、２９ｂ…ブーム下げ電磁比例弁、２９ｃ…アームクラウド電磁比例弁、２９ｄ…アームダンプ電磁比例弁、２９ｅ…バケットクラウド電磁比例弁、２９ｆ…バケットダンプ電磁比例弁、２９ｇ…旋回左電磁比例弁、２９ｈ…旋回右電磁比例弁、２９ｉ…走行左前電磁比例弁、２９ｊ…走行左後電磁比例弁、２９ｋ…走行右前電磁比例弁、２９ｌ…走行右後電磁比例弁、３０…車体操作装置、３１…ＧＮＳＳ受信装置、３２…ブームＩＭＵ（位置方向検出装置）、３３…アームＩＭＵ（位置方向検出装置）、３４…バケットＩＭＵ（位置方向検出装置）、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ…操作部材、３６…操作量検出装置、３８…測位演算コントローラ、３９…入出力部、４０…操作部、４１…表示部、４１ａ…上面図領域、４１ｂ…側面図領域、４１ｃ…ポップアップ領域、４１ｄ…背面図領域、４１ｅ…斜視図領域、４２…入出力部、４３…演算部、４４…記憶部、４５…車両本体位置演算部（車体位置演算部）、４６…作業装置位置演算部（車体位置演算部）、４７…回避領域位置設定部、４８…指標値演算部、４９…表示演算部、５０…車体制御部。
【図１】
2020012609.tif 000003
【図２】
2020012609.tif 000004
【図３】
2020012609.tif 000005
【図４】
2020012609.tif 000006
【図５】
2020012609.tif 000007
【図６】
2020012609.tif 000008
【図７Ａ】
2020012609.tif 000009
【図７Ｂ】
2020012609.tif 000010
【図８Ａ】
2020012609.tif 000011
【図８Ｂ】
2020012609.tif 000012
【図９】
2020012609.tif 000013
【図１０】
2020012609.tif 000014
【図１１Ａ】
2020012609.tif 000015
【図１１Ｂ】
2020012609.tif 000016
【図１２Ａ】
2020012609.tif 000017
【図１２Ｂ】
2020012609.tif 000018
【図１２Ｃ】
2020012609.tif 000019
【図１３】
2020012609.tif 000020
【図１４】
2020012609.tif 000021
【図１５Ａ】
2020012609.tif 000022
【図１５Ｂ】
2020012609.tif 000023
【図１５Ｃ】
2020012609.tif 000024
【図１６】
2020012609.tif 000025
【図１７】
2020012609.tif 000026
【国際調査報告】
2020012609.tif 000027
2020012609.tif 000028
2020012609.tif 000029
2020012609.tif 000030