(57)【要約】【課題】目標作業面を設定するのに必要な複数の情報の入力が容易な作業装置の目標作業面設定装置の提供。【解決手段】油圧ショベル側コンピュータ４９は、設定スイッチ６９がＯＮすると、事務所側コンピュータ７２から、設計図の平面図および断面図の電子データを、送受信機７３，７４を介して受信する。そして、電子データを基に目標作業面を算出し、ＧＰＳアンテナ装置７０，７１からの位置情報とＧＰＳ基準局９０からの補正情報とを基に油圧ショベル１の３次元位置を算出し、油圧ショベル１の位置と目標作業面の位置とを比較して、バケット１０を目標作業面に配置できる領域内に油圧ショベル１が位置しているか否かを判定する。バケット１０を目標作業面に配置できる領域内に油圧ショベル１が位置していると判定した場合には目標作業面を設定し、そうでない場合にはブザー７５を作動させる。【選択図】図１０
2006265954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に掘削作業用の作業具を有する作業装置を装備した作業機械に関連して備えられ、入力した情報に応じた目標作業面を設定する作業機械の目標作業面設定装置において、
形成予定の構造物の位置、形状、寸法がまとめられた電子データを基に目標作業面を算出する目標作業面演算手段と、
この目標作業面演算手段に前記電子データを入力する設計情報入力手段とを備えることを特徴とする作業機械の目標作業面設定装置。
【請求項２】
請求項１記載の発明において、
前記電子データが、設計図の平面図と断面図の電子データからなることを特徴とする作業機械の目標作業面設定装置。
【請求項３】
請求項１記載の発明において、
目標作業面の設定を指令する設定指令手段と、
前記作業機械の所定箇所の位置を計測する位置計測手段と、
この位置計測手段により計測された前記作業機械の所定箇所の位置と、目標作業面の位置を比較して、前記作業具を目標作業面に配置できる領域内に前記作業機械が位置しているか否かを判定する位置判定手段とを備え、
前記設定指令手段により目標作業面の設定が指令され、かつ、前記作業具を目標作業面に配置できる領域内に前記作業機械が位置していると前記位置判定手段により判定されたときに、目標作業面を設定することを特徴とする作業機械の目標作業面設定装置。
【請求項４】
請求項３記載の発明において、
前記位置判定手段による判定の結果を報知する報知手段を備えることを特徴とする作業機械の目標作業面設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先端に掘削作業や均し作業等を行うための作業具を含む作業装置を装備した作業機械に関連して備えられ、入力した情報に応じた目標作業面を設定する作業機械の目標作業面設定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルは、ブーム、アーム、バケットが回動可能に連結されてなる作業装置を備えている。この作業装置により行う掘削作業では、バケットを直線状に移動させることがあるが、バケットが直線状に移動するように作業装置を操縦するのは、ブーム、アームおよびバケットのそれぞれの軌道が円弧状であるので、熟練を要する。
【０００３】
そこで、オペレータが作業装置の操縦に熟練していなくても、バケットを直線状に移動させることができるように、特許文献１に示される従来技術には、入力した情報に応じた目標作業面を設定する目標作業面設定する目標作業面設定手段と、目標作業面を作業装置が越えてはならない境界面として作業装置の動作領域を制限する制御（以下「掘削領域制限制御」）を行う掘削領域制限制御手段とが備えられている。
【０００４】
掘削領域制限制御手段は、バケット先端の位置を算出するようになっている。目標作業面設定手段により目標作業面を設定するために入力する情報は、ある位置にバケット先端を配置した状態で掘削領域制限制御手段により算出されるバケット先端の位置、前記ある位置における目標掘削深さ、別の位置にバケット先端が配置された状態で掘削領域制限制御手段により算出されるバケット先端の位置、前記別の位置における目標掘削深さである。前記２つの目標掘削深さは、オペレータが操作パネルを操作して入力される。
【特許文献１】特許第３０５６２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の従来技術では、目標作業面を設定するための情報を入力する際、バケット先端を２つの位置に配置するための作業装置の操作と、これらの２つの位置のそれぞれにバケット先端を配置した状態での目標深さの入力操作とを行う必要がある。このようにして目標作業面を設定するための情報を入力するのは、オペレータにとって煩わしいものであった。
【０００６】
本発明は、前述の実状を考慮してなされたもので、その目的は、目標作業面の設定に必要な複数の情報の入力を容易に行うことができる作業装置の目標作業面設定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔１〕  本発明は、前述の目的を達成するために、先端に掘削作業用の作業具を有する作業装置を装備した作業機械に関連して備えられ、入力した情報に応じた目標作業面を設定する作業機械の目標作業面設定装置において、形成予定の構造物の位置、形状、寸法がまとめられた電子データを基に目標作業面を算出する目標作業面演算手段と、この目標作業面演算手段に前記電子データを入力する設計情報入力手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このように構成した本発明は、目標作業面の設定に必要な情報を目標作業面演算手段に入力する際、形成予定の構造物の位置、形状、寸法がまとめられた電子データを設計情報入力手段によって入力する。つまり、目標作業面の設定に必要な複数の情報を一度に入力することができる。したがって、目標作業面の設定に必要な複数の情報の入力を容易に行うことができる。
【０００９】
〔２〕  本発明は、〔１〕記載の発明において、前記電子データが、設計図の平面図と断面図の電子データからなることを特徴とする。
【００１０】
〔３〕  本発明は、〔１〕記載の発明において、目標作業面の設定を指令する設定指令手段と、前記作業機械の所定箇所の位置を計測する位置計測手段と、この位置計測手段により計測された前記作業機械の所定箇所の位置と、目標作業面の位置を比較して、前記作業具を目標作業面に配置できる領域内に前記作業機械が位置しているか否かを判定する位置判定手段とを備え、前記設定指令手段により目標作業面の設定が指令され、かつ、前記作業具を目標作業面に配置できる領域内に前記作業機械が位置していると前記位置判定手段により判定されたときに、目標作業面を設定することを特徴とする。
【００１１】
〔４〕  本発明は、〔３〕記載の発明において、前記位置判定手段による判定の結果を報知する報知手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、目標作業面の設定に必要な複数の情報を一度に入力することができるので、目標作業面の設定に必要な複数の情報の入力を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の作業機械の目標作業面設定装置は、先端に掘削作業用の作業具を有する作業機械に関連して備えられるものである。本発明の一実施形態について説明する前に、この一実施形態が適用される作業機械の一例である油圧ショベルについて図１〜９を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態が適用される油圧ショベルを示す斜視図、図２は、図１に示す油圧ショベルに備えられる油圧駆動装置を示す油圧回路図、図３は、図２に示す方向切換弁制御装置がバケット先端の位置を演算する際に使用する寸法および角度を示す図、図４は、図２に示すブーム用方向切換弁、アーム用方向切換弁、バケット用方向切換弁を制御する際の方向切換弁制御装置の動作を示すフローチャート、図５は、図２に示す方向切換弁制御装置により掘削領域制限制御が行われたときのバケット先端の速度ベクトルを説明する図、図６は、バケット先端と目標作業面との鉛直距離と、減速ベクトル係数との関係を定めた関数を示す図、図７は、図６に示す関数を基に制御されたバケット先端の軌跡の一例を示す図、図８は、バケット先端と目標作業面との鉛直距離と、復元ベクトルの大きさとの関係を定めた関数を示す図、図９は、図８に示す関数を基に制御されたバケット先端の軌跡の一例を示す図である。
【００１５】
後述する本発明の一実施形態は、図１に示す油圧ショベル１に適用される。この油圧ショベル１は、左右側部のそれぞれに設けられる履帯を駆動されて走行する走行体２と、この走行体２上に旋回可能に設けられる旋回体３とを備えている。
【００１６】
旋回体３は、運転室４、機械室５、カウンタウェイト６を有する。運転室４は、旋回体３の前部の左側部に設けられている。機械室５は、運転室４の後方に設けられている。カウンタウェイト６は、機械室５の後方、すなわち旋回体３の後端に設けられている。
【００１７】
また、旋回体３は、作業装置７を装備している。この作業装置７は、運転室４の右側方であって旋回体３の前部の中央に、上下方向へ回動可能にピン結合されるブーム８と、このブーム８の自由端に上下方向へ回動可能にピン結合されるアーム９とを備えている。アーム９の自由端、すなわち作業装置７の先端には、掘削作業用の作業具であるバケット１０が、回動可能にピン結合されている。
【００１８】
図２に示すように、油圧ショベル１に備えられる油圧駆動装置１１は、走行体２、旋回体３、ブーム８、アーム９、バケット１０のそれぞれを駆動する走行モータ１２，１３、旋回モータ１４、ブームシリンダ１５，１６、アームシリンダ１７、バケットシリンダ１８を備えている。なお、走行モータ１２は、走行体２の左側の履帯を駆動するためのものであり、走行モータ１３は、右側の履帯を駆動するためのものである。以下、走行モータ１２を左走行モータ１２、走行モータ１３を右走行モータ１３という。
【００１９】
左走行モータ１２、右走行モータ１３、旋回モータ１４、ブームシリンダ１５，１６、アームシリンダ１７、バケットシリンダ１８は、油圧ポンプ１９から吐出される圧油を供給されて駆動する。油圧ポンプ１９から左走行モータ１２、右走行モータ１３、旋回モータ１４、ブームシリンダ１５，１６、アームシリンダ１７、バケットシリンダ１８のそれぞれに供給される圧油の流れは、左走行用方向切換弁２０、右走行用方向切換弁２１、旋回用方向切換弁２２、ブーム用方向切換弁２３、アーム用方向切換弁２４、バケット用方向切換弁２５により制御される。これらの方向切換弁２０〜２５は、例えば、比例電磁弁を含む一対の電磁駆動部を有し、この一対の電磁駆動部に電気信号を入力されて駆動する。図２において、２６〜３７が、前記電磁駆動部である。
【００２０】
電磁駆動部２６〜３７は、方向切換弁制御装置４７により制御される。この方向切換弁制御装置４７には、左走行用操作レバー装置３８、右走行用操作レバー装置３９、旋回用操作レバー装置４０、ブーム用操作レバー装置４１、アーム用操作レバー装置４２、バケット用操作レバー装置４３が接続されている。
【００２１】
左走行用操作レバー装置３８は、左走行用方向切換弁２０の電磁駆動部２６，２７の動作量を指令する動作指令信号を、レバー操作に応じて出力するものである。右走行用操作レバー装置３９は、右走行用方向切換弁２１の電磁駆動部２８，２９の動作量を指令する動作指令信号を、レバー操作に応じて出力するものである。旋回用操作レバー装置４０は、旋回用方向切換弁２２の電磁駆動部３０，３１の動作量を指令する動作量指令信号を、レバー操作に応じて出力するものである。ブーム用操作レバー装置４１は、ブーム用方向切換弁２３の電磁駆動部３２，３３の動作量を指令する動作指令信号を、レバー操作に応じて出力するものである。アーム用操作レバー装置４２は、アーム用方向切換弁２４の電磁駆動部３４，３５の動作量を指令する動作指令信号を、レバー操作に応じて出力するものである。バケット用操作レバー装置４３は、バケット用方向切換弁２５の電磁駆動部３６，３７の動作量を指令する動作指令信号を、レバー操作に応じて出力するものである。
【００２２】
また、方向切換弁制御装置４７には、旋回体３とブーム８をピン結合するピン結合部に設けられブーム８の回動角度αを検出するブーム角度検出器４４と、ブーム８とアーム９をピン結合するピン結合部に設けられアーム９の回動角度βを検出するアーム角度検出器４５と、アーム９とバケット１０をピン結合するピン結合部に設けられバケット１０の回動角度γを検出するバケット角度検出器４６と、運転室４内に設けられ、油圧ショベル１の傾斜角度θを検出する傾斜角度検出器８０とが接続されている。
【００２３】
図３に示すように、ブーム８の回動角度αは、ブーム８の回動支点Ｐ０とアーム９の回動支点Ｐ１とを結ぶ線分ａと、旋回体３が水平な状態であると仮定した場合のブーム８の回動支点Ｐ０を通る鉛直線ｚとがなす角度である。アーム９の回動角βは、アーム９の回動支点Ｐ１とバケット１０の回動支点Ｐ２とを結ぶ線分ｂと、線分ａの延長線とがなす角度である。バケット１０の回動角度γは、バケット１０の回動支点Ｐ２とバケット先端Ｐ３を結ぶ線分ｃと、線分ｂの延長線とがなす角度である。
【００２４】
また、方向切換弁制御装置４７は、線分ａ，ｂ，ｃのそれぞれの長さ寸法Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを予め記憶しており、ブーム８の回動支点Ｐ０を基準とするバケット先端Ｐ３の高さ位置を、長さ寸法Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃと回動角度α，β，γとを基に、三角関数を用いて算出するようになっている。
【００２５】
図２に戻り、方向切換弁制御装置４７には、掘削領域制限制御の実行を指令する指令信号を出力する掘削領域制限スイッチ４８が接続されている。掘削領域限制御とは、後述の本発明の一実施形態により設定された目標作業面を、作業装置７が越えてはならない境界面として、作業装置７の動作領域を制限する制御である。
【００２６】
方向切換弁制御装置４７は、ブーム用方向切換弁２３、アーム用方向切換弁２４、バケット用方向切換弁２５を制御する際、図４に示す手順で動作する。
【００２７】
つまり、方向切換弁制御装置４７は、所定時間毎に、掘削領域制限スイッチ４８から指令信号が入力されたか否か、すなわち掘削領域制限スイッチ４８がＯＮか否か、を判定する（手順Ｓ１）。掘削領域制限スイッチ４８がＯＮでないと判定したとき（手順Ｓ１でＮＯ）、ブーム用操作レバー装置４１、アーム用操作レバー装置４２、バケット用操作レバー装置４３から入力された動作指令信号のそれぞれを基に、ブーム用方向切換弁２３、アーム用方向切換弁２４、バケット用方向切換弁２５のそれぞれの目標動作量を算出する（手順Ｓ１４，１５）。次に、これらの目標動作量のそれぞれに相応する制御信号のそれぞれを、ブーム用方向切換弁２３、アーム用方向切換弁２４、バケット用方向切換弁２５のそれぞれに出力する（手順Ｓ１３）。
【００２８】
また、方向切換弁制御装置４７は、掘削領域制限スイッチ４８がＯＮであると判定したとき（手順Ｓ１でＹＥＳ）、ブーム用操作レバー装置４１、アーム用操作レバー装置４２、バケット用操作レバー装置４３から入力された動作指令信号のそれぞれを基に、ブーム用方向切換弁２３、アーム用方向切換弁２４、バケット用方向切換弁２５のそれぞれの目標動作量を算出する（手順Ｓ２，３）。次に、ブーム角度検出器４４、アーム角度検出器４５、バケット角度検出器４６、および傾斜角度検出器８０から入力された角度信号のそれぞれに示される回動角度α，β，γ，θと、予め記憶してある長さ寸法Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃとを基に、ブーム８の回動支点Ｐ０を基準とするバケット先端Ｐ３の高さ位置を算出する（手順Ｓ４，５）。次に、前記目標動作量に対応するバケット先端Ｐ３の速度ベクトルＶｃを算出する（手順Ｓ６）。
【００２９】
次に、方向切換弁制御装置４７は、目標作業面からバケット先端Ｐ３までの鉛直距離Ｄ１が予め設定された鉛直距離Ｄａよりも小さいか否か、すなわち、目標作業面から鉛直距離Ｄａまでの領域である減速領域内にバケット先端Ｐ３があるか否か、を判定する（手順Ｓ７）。バケット先端Ｐ３が減速領域内にあると判定したとき（手順Ｓ７でＹＥＳ）、距離Ｄ１と、予め記憶してある関数ｆ１（図６参照）とを基に減速ベクトル係数ｋを算出し、速度ベクトルＶｃの鉛直成分Ｖｃｚの向きを逆にし、減速ベクトル係数ｋを乗じて、減速ベクトルＶｄ（＝−ｈＶｃｚ）を算出する（手順Ｓ８）。次に、速度ベクトルＶｃの鉛直成分Ｖｃｚに減速ベクトルＶｄを加えることによって、速度ベクトルＶｃをＶｃ１に補正する（図７参照）。つまり、ブーム用方向切換弁２３、アーム用方向切換弁２４、バケット用方向切換弁２５のそれぞれの目標動作量を、補正後の速度ベクトルＶｃ１に対応する値に補正する（手順Ｓ９）。
【００３０】
次に、方向切換弁制御装置４７は、目標作業面からバケット先端Ｐ３までの鉛直距離Ｄ２（＝｜−Ｄ１｜）が０よりも大きいか否か、すなわち、目標作業面を越えた領域である復元領域内にバケット先端Ｐ３があるか否か、を判定する（手順Ｓ１０）。バケット先端Ｐ３が目標作業面を越えていないと判定したとき（手順Ｓ１０でＮＯ）、手順Ｓ９で補正した目標動作量のそれぞれに相応する制御信号を出力する（手順Ｓ１３）。
【００３１】
また、方向切換弁制御装置４７は、バケット先端Ｐ３が目標作業面を越えたと判定したとき（手順Ｓ１０でＹＥＳ）、鉛直距離Ｄ２と、予め記憶してある関数ｆ２（図８参照）とを基に、速度ベクトルＶｃの鉛直成分Ｖｃｚとは逆向きの復元ベクトルＶｒを算出し、この復元ベクトルＶｒと、鉛直成分Ｖｃｚと大きさが同じで逆向きの速度ベクトル−Ｖｃｚとを、鉛直成分Ｖｃｚに加えることによって、速度ベクトルＶｃをＶｃ２に補正する。つまり、ブーム用方向切換弁２３、アーム用方向切換弁２４、バケット用方向切換弁２５のそれぞれの目標動作量を、補正後の速度ベクトルＶｃ２に対応する値に補正する（手順Ｓ１２）。次に、補正した目標動作量のそれぞれに相応する制御信号を出力する（手順Ｓ１３）。
【００３２】
なお、前記関数ｆ１は、図６に示すように、バケット先端Ｐ３と目標作業面との鉛直距離Ｄ１が、予め設定された鉛直距離Ｄａ以上のときに減速ベクトル係数ｋが０となり、鉛直距離Ｄ１が、鉛直距離Ｄａよりも小さくなるに従って減速ベクトル係数ｋが大きくなるように、鉛直距離Ｄ１と減速ベクトル係数ｋとの関係を定めている。
【００３３】
これにより、例えばバケット先端Ｐ３の速度ベクトルＶｃが斜め下向きのまま一定に保持された状態でバケット先端Ｐ３が減速領域内を移動する場合に、バケット先端Ｐ３の軌跡は、図７に示すように目標作業面に接する曲線状になる。つまり、速度ベクトルＶｃは、水平成分をＶｃｘに維持されたままで、鉛直成分ＶｃｚをＶｃ１ｚに小さく補正された速度ベクトルＶｃ１となる。この速度ベクトルＶｃ１の鉛直成分Ｖｃ１ｚは、バケット先端Ｐ３が目標作業面に近づくに従って小さくなり、バケット先端Ｐ３が目標作業面に達したときに０となる。これに伴い、速度ベクトルＶｃ１はＶｃｘとなる。
【００３４】
また、前記関数ｆ２は、図８に示すように、バケット先端Ｐ３が目標作業面を越えた状態におけるバケット先端Ｐ３と目標作業面との鉛直距離Ｄ２（＝｜−Ｄ１｜）が０よりも大きくなるに従って、復元ベクトルＶｒの速度が大きくなるように、鉛直距離Ｄ２と復元ベクトルＶｒとの関係を定めている。
【００３５】
これにより、例えばバケット先端Ｐ３の速度ベクトルＶｃが斜め下向きのまま一定に保持された状態でバケット先端Ｐ３が復元領域内に位置している場合に、バケット先端Ｐ３の軌跡は、図９に示すように目標作業面に接する曲線状になる。つまり、速度ベクトルＶｃは、水平成分をＶｃｘに維持されたままで、鉛直成分Ｖｃｚを復元ベクトルＶｒに補正された速度ベクトルＶｃ２となる。この速度ベクトルＶｃ２の鉛直成分Ｖｒ（復元ベクトル）は、バケット先端Ｐ３が目標作業面に近づくに従って小さくなり、バケット先端Ｐ３が目標作業面に達したときに０となる。これに伴い、速度ベクトルＶｃ２はＶｃｘとなる。
【００３６】
本発明の作業機械の目標作業面設定装置の一実施形態について、図１０〜１４を用いて説明する。
【００３７】
図１０は、本発明の一実施形態の構成を示すブロック図、図１１は、図１０に示す油圧ショベル側のコンピュータの動作を示すフローチャートである。図１２は、図１０に示す事務所側のコンピュータに電子データとして記憶される設計図の平面図の一例を示す図、図１３は図１２に示す平面図のＡ−Ａ断面図を示す図、図１４は図１２に示す平面図のＢ−Ｂ断面図を示す図である。
【００３８】
図１０に示すように、本実施形態は、油圧ショベル１の運転室４に搭載されるコンピュータ４９を備えている。このコンピュータ４９は、形成予定の構造物５１の位置、形状、寸法がまとめられた電子データを基に、目標作業面を算出する目標作業面算出手段として機能するようになっている。
【００３９】
前記電子データは、設計図の平面図と断面図、例えば図１２に示す平面図５０、図１３に示す平面図５０のＡ−Ａ断面図５２、および図１４に示す平面図５０のＢ−Ｂ断面図６１の電子データからなる。つまり、図を電子データとして処理可能なコンピュータ、例えばパーソナル‐コンピュータによって作成されたものである。
【００４０】
平面図５０には、施工現場を含む地図上に、形成予定の構造物５１（２点差線）を重ね合わせたものである。つまり、この平面図５０には、形成予定の構造物５１の位置、平面視形状が示されている。また、Ａ−Ａ断面図５２には、形成予定の構造物５１の断面形状、頂面５９の幅寸法ｗ１、法面５３，５５の勾配ｔ１：ｕ１および高さ寸法ｈ１、小段部５７，５８の幅寸法ｗ２、法面５４，５６の勾配ｔ２：ｕ２が示されている。Ｂ−Ｂ断面図６１には、形成予定の構造物５１の断面形状、底面６８の幅寸法ｗ１、法面６２，６４の勾配ｔ３：ｕ３および高さ寸法ｈ２、小段部６６，６７の幅寸法ｗ２、法面６３，６５の勾配ｔ４：ｕ４が示されている。
【００４１】
油圧ショベル１に搭載された前記コンピュータ４９は、平面図５０に示される位置Ｍ１〜Ｍ８、Ａ−Ａ断面図５２に示される寸法ｗ１，ｗ２、勾配ｔ１：ｕ２，ｔ２：ｕ２を読取る。そして、位置Ｍ３，Ｍ４と勾配ｔ１：ｕ１とを基に法面５３に対応する目標作業面を算出し、位置Ｍ１，Ｍ２と勾配ｔ２：ｕ２とを基に法面５４に対応する目標作業面を算出し、同様に法面５５，５６のそれぞれに対応する目標作業面を算出する。また、位置Ｍ４，Ｍ５と幅寸法ｗ１とを基に頂面５９に対応する目標作業面を算出し、位置Ｍ２，Ｍ３と幅寸法ｗ２とを基に小段部５７に対応する目標作業面を算出し、同様に小段部５８に対応する目標作業面を算出する。
【００４２】
さらに、コンピュータ４９は、平面図５０に示される位置Ｎ１〜Ｎ８、Ｂ−Ｂ断面図６１に示される寸法ｗ１，ｗ２、勾配ｔ３：ｕ３，ｔ４：ｕ４を読取る。そして、位置Ｎ３，Ｎ４と勾配ｔ３：ｕ３とを基に法面６２に対応する目標作業面を算出し、位置Ｎ１，Ｎ２と勾配ｔ４：ｕ４とを基に法面６３に対応する目標作業面を算出し、同様に法面６４，６５のそれぞれに対応する目標作業面を算出する。また、位置Ｎ４，Ｎ５と幅寸法ｗ１とを基に底面６８に対応する目標作業面を算出し、位置Ｎ２，Ｎ３と幅寸法ｗ２とを基に小段部６６に対応する目標作業面を算出し、同様に小段部６７に対応する目標作業面を算出する。
【００４３】
また、本実施形態は、コンピュータ４９に電子データを入力する設計情報入力手段を備えている。この設計情報入力手段は、図１０に示すように、例えば、施工現場に設けられる事務所に備えられるコンピュータ７２（以下「事務所側コンピュータ７２」という）と、この事務所側コンピュータ７２に接続される送受信機７３と、油圧ショベル１に設けられ、油圧ショベル１に搭載されたコンピュータ４９（以下「油圧ショベル側コンピュータ４９」という）に接続される送受信機７４（図１参照）とから構成されている。事務所側コンピュータ７２は、磁気ディスク、光ディスク、メモリ‐カードなどの記憶媒体や、通信回線を介して前記電子データを与えられ、保存できるようになっている。
【００４４】
また、本実施形態は、油圧ショベル１の所定箇所の位置、例えばブーム８の回動支点Ｐ０の３次元位置を計測する位置計測手段を備えている。この位置計測手段は、図１０に示すように、旋回体３のカウンタウェイト６の上部の左右両側部のそれぞれに設置され、ＧＰＳ衛星からの信号を基に自身の３次元位置を測位し、位置情報を油圧ショベル側コンピュータ４９に入力するＧＰＳアンテナ装置７０，７１（図１参照）と、油圧ショベル側コンピュータ４９とを含んでいる。つまり、油圧ショベル側コンピュータ４９が、ＧＰＳアンテナ装置７０，７１により測位された２つの位置を基に、ＧＰＳアンテナ装置７０，７１のそれぞれとブーム８の回動支点Ｐ０との位置関係を示す予め記憶してある三角関数を用いて、ブーム８の回動支点Ｐ０の３次元位置を算出するようになっている。
【００４５】
さらに、位置計測手段は、油圧ショベル１の周辺における予め３次元位置を実測した位置に設置されるＧＰＳ基準局９０を含んでいる。このＧＰＳ基準局９０は、ＧＰＳ衛星からの信号を基に自身の３次元位置を測位するＧＰＳアンテナ装置９１と、手動入力された３次元位置の実測値情報を記憶するとともに、この実測値情報と、ＧＰＳアンテナ装置９１からの位置情報とを比較して、補正情報を作成するコンピュータ９２（以下「基準局側コンピュータ９２」という）と、この基準局側コンピュータ９２により作製した補正情報を油圧ショベル側コンピュータ４９に送信する送信機９３とを備えている。
【００４６】
油圧ショベル側コンピュータ４９には、送信機９３からの補正情報を受信する受信機９４が接続されている。油圧ショベル側コンピュータ４９は、ＧＰＳアンテナ装置７０，７１からの位置情報を基に算出したブーム８の回動支点Ｐ０の３次元位置を、受信機９４からの補正情報を基に補正し、これにより得られた３次元位置を、油圧ショベル１の３次元位置の計測結果とするようになっている。
【００４７】
また、油圧ショベル側コンピュータ４９は、ブーム８の回動支点Ｐ０の３次元位置と、形成予定の構造物５１に対応する目標作業面の位置とを比較して、バケット１０を形成予定の構造物５１に対応する目標作業面に配置できる領域内に油圧ショベル１が位置しているか否かを判定する位置判定手段として機能するようになっている。
【００４８】
また、本実施形態は、目標作業面の設定を指令する設定指令手段として、運転室４内に設けられる設定スイッチ６９を備えている。この設定スイッチ６９は、油圧ショベル側コンピュータ４９に接続されており、ＯＮしたときに、目標作業面の設定を指令する設定指令信号を油圧ショベル側コンピュータ４９に入力する。
【００４９】
また、本実施形態は、油圧ショベル側コンピュータ４９が位置判定手段として機能したときの判定結果を報知する報知手段を備えている。この報知手段は、例えばブザー７５からなり、油圧ショベル側コンピュータ４９に接続されている。油圧ショベル側コンピュータ４９は、設定スイッチ６９から設定指令信号を入力され、かつ、バケット１０を目標作業面に配置できる領域内に油圧ショベル１が位置していないと判定したときに、ブザー７５を作動させるためのブザー制御信号を出力するようになっている。
【００５０】
本実施形態は目標作業面を設定する際、図１１に示す手順で動作する。
【００５１】
油圧ショベル側コンピュータ４９は、所定時間毎に、設定スイッチ６９から設定指令信号を入力されたか否か、すなわち、設定スイッチ６９がＯＮか否かを判定する（手順Ｓ２０）。設定スイッチ６９がＯＮのとき（手順Ｓ２０でＹＥＳ）、事務所側コンピュータ７２から設計図の電子データを受信する（手順Ｓ２１）。次に、法面５３〜５６，６２〜６５、小段部５７，５８，６６，６７、頂面５９、底面６８のそれぞれに対応する目標作業面を算出する（手順Ｓ２２）。次に、油圧ショベル１の３次元位置として、ブーム８の回動支点Ｐ０の３次元位置を計測する（手順Ｓ２３）。次に、ブーム８の回動支点Ｐ０の位置と、法面５３〜５６，６２〜６５、小段部５７，５８，６６，６７、頂面５９、底面６８のそれぞれに対応する目標作業面のそれぞれの位置とを比較し、法面５３〜５６，６２〜６５、小段部５７，５８，６６，６７、頂面５９、底面６８のそれぞれに対応する目標作業面のいずれかにバケット１０を配置できる領域内に、油圧ショベル１が位置しているか否かを判定する（手順Ｓ２４）。
【００５２】
そして、油圧ショベル側コンピュータ４９は、法面５３〜５６，６２〜６５、小段部５７，５８，６６，６７、頂面５９、底面６８のそれぞれに対応する目標作業面のいずれかにバケット１０を配置できる領域内に、油圧ショベル１が位置していると判定した場合（手順Ｓ２４でＹＥＳ）、バケット１０を配置できると判定した目標作業面を、そのときの目標作業面として設定する（手順Ｓ２５）。このように設定された目標作業面は、前述したように、方向切換弁制御装置４７によって掘削領域制限制御を行う際に使用される。
【００５３】
また、油圧ショベル側コンピュータ４９は、法面５３〜５６，６２〜６５、小段部５７，５８，６６，６７、頂面５９、底面６８のそれぞれに対応する目標作業面のいずれにもバケット１０を配置できない領域内に、油圧ショベル１が位置していると判定した場合（手順Ｓ２４でＮＯ）、ブザー制御信号を出力する（手順Ｓ２６）。これにより、ブザー７５は音を発する。つまり、法面５３〜５６，６２〜６５、小段部５７，５８，６６，６７、頂面５９、底面６８のそれぞれに対応する目標作業面のいずれにもバケット１０を配置できないことが、オペレータに報知される。
【００５４】
本実施形態によれば、次の効果を得られる。
【００５５】
本実施形態は、形成予定の構造物５１の位置、形状、寸法がまとめられた電子データを、事務所側コンピュータ７２および送受信機７３，７４により油圧ショベル側コンピュータ４９に入力する。つまり、目標作業面の設定に必要な複数の情報を一度に入力することができる。これにより、目標作業面の設定に必要な複数の情報の入力を容易に行うことができる。
【００５６】
また、本実施形態において使用される、形成予定の構造物５１の位置、形状、寸法がまとめられた電子データは、設計図の平面図と断面図の電子データからなる。これにより、コンピュータで作成した設計図の電子データを、目標作業面を設定するための情報として効率よく使用することができる。
【００５７】
また、本実施形態は、目標作業面の設定を指令する設定スイッチ６９を備えている。これにより、オペレータが所望するときに目標作業面を設定することができる。
【００５８】
また、本実施形態は、バケット１０を目標作業面に配置できる領域内に油圧ショベル１が位置しているときにのみ、目標作業面を設定する。これにより、目標作業面を効率よく設定することができる。
【００５９】
また、本実施形態は、バケット１０を目標作業面に配置できる領域内に油圧ショベル１が位置していないことを、ブザー７５によりオペレータに報知する。これにより、目標作業面に対する油圧ショベル１の位置を、オペレータに把握させることができる。
【００６０】
また、本実施形態は、油圧ショベル１に設けられたＧＰＳアンテナ装置７０，７１からの位置情報を基に算出したブーム８の回動支点Ｐ０の３次元位置を、ＧＰＳ基準局９０により作製した補正情報を基に補正する。これにより、油圧ショベル１の３次元位置の計測精度を向上させることができる。
【００６１】
なお、本実施形態は、設計情報入力手段として、事務所側コンピュータ７２、送受信機７３，７４を備える例であるが、本発明はこれに限るものではなく、磁気ディスク、光ディスク、メモリ‐カードなどの記憶媒体用の読取装置を、設計情報入力手段として備えるものであってもよい。
【００６２】
また、本実施形態は、報知手段としてブザー７５を備える例であるが、本発明はこれに限るものではなく、表示ランプを、報知手段として備えるものであってもよい。
【００６３】
また、本実施形態は、目標作業面の算出を油圧ショベル側コンピュータ４９により行うようにした例であるが、本発明はこれに限るものではなく、例えば図１５，１６に示すように油圧ショベル側コンピュータと事務所側コンピュータとを動作させて、事務所側コンピュータ７２により目標作業面を算出するようにしてもよい。
【００６４】
図１５は、事務所側コンピュータにより目標作業面を算出する場合の油圧ショベル側コンピュータの動作を示すフローチャート、図１６は、事務所側コンピュータにより目標作業面を算出する場合の事務所側コンピュータの動作を示すフローチャートである。
【００６５】
図１５に示すように、油圧ショベル側コンピュータ４９は、所定時間毎に、設定スイッチ６９がＯＮしたか否かを判定する（手順Ｓ３０）。設定スイッチ６９がＯＮしていると判定した場合（手順Ｓ３０でＹＥＳ）、油圧ショベル１の３次元位置、すなわちブーム８の回動支点Ｐ０の３次元位置を計測し（手順Ｓ３１）、計測結果を示す３次元位置情報を、事務所のコンピュータ７２に送信する（手順Ｓ３２）。
【００６６】
一方、図１６に示すように、事務所側コンピュータ７２は、所定時間毎に、油圧ショベル側コンピュータ４９からの３次元位置情報を受信したか否かを判定する（手順Ｓ４０）。そして、油圧ショベル側コンピュータ４９からの３次元位置情報を受信すると（手順Ｓ４０でＹＥＳ）、保存していた平面図５０、Ａ−Ａ断面図５２，Ｂ−Ｂ断面図６１の電子データを基に、法面５３〜５６，６２〜６５、小段部５７，５８，６６，６７、頂面５９、底面６８のそれぞれに対応する目標作業面を算出する（手順Ｓ４１）。次に、法面５３〜５６，６２〜６５、小段部５７，５８，６６，６７、頂面５９、底面６８のそれぞれに対応する目標作業面のいずれかにバケット１０を配置できる領域内に、油圧ショベル１が位置しているか否かを判定する（手順Ｓ４２）。
【００６７】
事務所側コンピュータ７２は、法面５３〜５６，６２〜６５、小段部５７，５８，６６，６７、頂面５９、底面６８のそれぞれに対応する目標作業面のいずれかにバケット１０を配置できる領域内に、油圧ショベル１が位置していると判定した場合（手順Ｓ４２でＹＥＳ）、バケット１０を配置できると判定した目標作業面を示す目標作業面情報を、油圧ショベル側コンピュータ４９に送信する（手順Ｓ４３）。
【００６８】
また、事務所側コンピュータ７２は、法面５３〜５６，６２〜６５、小段部５７，５８，６６，６７、頂面５９、底面６８のそれぞれに対応する目標作業面のいずれにもバケット１０を配置できない領域内に、油圧ショベル１が位置していると判定した場合（手順Ｓ４２でＮＯ）、油圧ショベル側コンピュータ４９にブザー７５の作動を指令するブザー作動指令を送信する（手順Ｓ４４）。
【００６９】
図１５に戻り、油圧ショベル側コンピュータ４９は、３次元位置情報を送信した後、事務所側コンピュータ７２からの目標作業面情報またはブザー作動指令を受信したか否かを、所定時間毎に判定する（手順Ｓ３３→手順Ｓ３５→手順Ｓ３３の繰り返し）。そして、目標作業面情報を受信した場合（手順Ｓ３３でＹＥＳ）には、目標作業面情報に示される目標作業面を設定する。ブザー作業指令を受信した場合（手順Ｓ３５でＹＥＳ）には、ブザー制御信号を出力する（手順Ｓ３６）。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態が適用される油圧ショベルを示す斜視図である。
【図２】図１に示す油圧ショベルに備えられる油圧駆動装置を示す油圧回路図である。
【図３】図２に示す方向切換弁制御装置がバケット先端の位置を演算する際に使用する寸法および角度を示す図である。
【図４】図２に示すブーム用方向切換弁、アーム用方向切換弁、バケット用方向切換弁を制御する際の方向切換弁制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図２に示す方向切換弁制御装置により掘削領域制限制御が行われたときのバケット先端の速度ベクトルを説明する図である。
【図６】バケット先端と目標作業面との鉛直距離と、減速ベクトル係数との関係を定めた関数を示す図である。
【図７】図６に示す関数を基に制御されたバケット先端の軌跡の一例を示す図である。
【図８】バケット先端と目標作業面との鉛直距離と、復元ベクトルの大きさとの関係を定めた関数を示す図である。
【図９】図８に示す関数を基に制御されたバケット先端の軌跡の一例を示す図である。
【図１０】本発明の作業機械の目標作業面設定装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示す油圧ショベル側のコンピュータの動作を示すフローチャートである。
【図１２】図１０に示す事務所側のコンピュータに電子データとして記憶される設計図の平面図の一例を示す図である。
【図１３】図１３は図１２に示す平面図のＡ−Ａ断面図を示す図である。
【図１４】図１２に示す平面図のＢ−Ｂ断面図を示す図である。
【図１５】事務所側コンピュータにより目標作業面を算出する場合の油圧ショベル側コンピュータの動作を示すフローチャートである。
【図１６】事務所側コンピュータにより目標作業面を算出する場合の事務所側コンピュータの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
１          油圧ショベル（作業機械）
２          走行体
３          旋回体
４          運転室
５          機械室
６          カウンタウェイト
７          作業装置
８          ブーム
９          アーム
１０        バケット（作業具）
１１        油圧駆動装置
１２        左走行モータ
１３        右走行モータ
１４        旋回モータ
１５，１６  ブームシリンダ
１７        アームシリンダ
１８        バケットシリンダ
１９        油圧ポンプ
２０        左走行用方向切換弁
２１        右走行用方向切換弁
２２        旋回用方向切換弁
２３        ブーム用方向切換弁
２４        アーム用方向切換弁
２５        バケット用方向切換弁
２６〜３７  電磁駆動部
３８        左走行用操作レバー装置
３９        右走行用操作レバー装置
４０        旋回用操作レバー装置
４１        ブーム用操作レバー装置
４２        アーム用操作レバー装置
４３        バケット用操作レバー装置
４４        ブーム角度検出器
４５        アーム角度検出器
４６        バケット角度検出器
４７        方向切換弁制御装置
４８        掘削領域制限スイッチ
４９        油圧ショベル側コンピュータ
（目標作業面演算手段、位置計測手段、位置判定手段）
５０        平面図（電子データ）
５１        構造物
５２        Ａ−Ａ断面図（電子データ）
５３〜５６  法面
５７，５８  小段部
５９        頂面
６１        Ｂ−Ｂ断面図（電子データ）
６２〜６５  法面
６６，６７  小段部
６８        底面
６９        設定スイッチ（設定指令手段）
７０，７１  ＧＰＳアンテナ装置
７２        事務所側コンピュータ（設計情報入力手段）
７３，７４  送受信機（設計情報入力手段）
７５        ブザー（報知手段）
８０        傾斜角度検出器
９０        ＧＰＳ基準局
９１        ＧＰＳアンテナ装置
９２        基準局側コンピュータ
９３        送信機
９４        受信機
【図１】
2006265954.tif 000003
【図２】
2006265954.tif 000004
【図３】
2006265954.tif 000005
【図４】
2006265954.tif 000006
【図５】
2006265954.tif 000007
【図６】
2006265954.tif 000008
【図７】
2006265954.tif 000009
【図８】
2006265954.tif 000010
【図９】
2006265954.tif 000011
【図１０】
2006265954.tif 000012
【図１１】
2006265954.tif 000013
【図１２】
2006265954.tif 000014
【図１３】
2006265954.tif 000015
【図１４】
2006265954.tif 000016
【図１５】
2006265954.tif 000017
【図１６】
2006265954.tif 000018