(57)【要約】【課題】傾斜角の異なる複数の目標面で定義された目標形状を連続して掘削する場合において、領域制限制御の制御対象の目標面が適切に選択できる作業機械を提供すること。【解決手段】多関節型の作業機１Ａと、作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータ５，６，７と、複数の油圧アクチュエータに操作信号を出力する操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａと、複数の目標面を連結して定義された目標形状が記憶されている記憶部４２と、バケット１０の爪先に設定された制御点が目標形状の下方に在る場合、目標形状上で制御点に最も近い目標面を制御対象面とする制御対象面選択部５７と、操作装置を介してオペレータから掘削操作が入力された場合に、制御対象面上およびその上方に制御点の動作範囲が制限されるように複数の油圧アクチュエータを制御する目標動作制御部６０とを備える。【選択図】  図５
2018003514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節型の作業機と、
前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータに操作信号を出力する操作装置と、
複数の目標面を連結して定義された目標形状が記憶されている記憶部と、
前記作業機の先端部分に設定された制御点に前記目標形状上で最も近い目標面を制御対象面とする制御対象面選択部と、
前記操作装置を介してオペレータから掘削操作が入力された場合に、前記制御対象面上およびその上方に前記制御点の動作範囲が制限されるように前記複数の油圧アクチュエータを制御する目標動作制御部とを備え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、
前記制御対象面選択部は、
前記制御点が前記目標形状上またはその上方に在る場合、前記目標形状上で前記制御点に最も近い点が変曲点か否かを判定し、
前記判定で前記制御点に最も近い点が変曲点であると判定され且つ前記変曲点が法肩であるとき、前記変曲点に対応する前記目標形状上の変曲点を通る仮想的な面を前記制御対象面と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、
前記目標形状を構成する前記複数の目標面を下方にセットバックした複数の選択基準面を接続して得られるセットバック形状を生成するセットバック形状生成部をさらに備え、
前記記憶部は、前記作業機の先端部分の輪郭から抽出して予め設定した線分であって、前記制御点が設定される制御線を記憶し、
前記制御対象面選択部は、
前記制御線の一部または全部が前記セットバック形状の下方に在り、かつ、前記制御線の両端が前記セットバック形状上またはその上方に在る場合、
前記セットバック形状を構成する複数の変曲点の中から、前記制御線に下ろした垂線の足が前記制御線上に位置し、かつ、当該垂線が前記セットバック形状の下方に在り、かつ、当該垂線の長さが最大の変曲点を選択し、当該選択した変曲点に対応する前記目標形状上の変曲点を通る仮想的な面を前記制御対象面と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、
前記目標形状を構成する前記複数の目標面を下方にセットバックした複数の選択基準面を接続して得られるセットバック形状を生成するセットバック形状生成部をさらに備え、
前記記憶部は、前記作業機の先端部分の輪郭から抽出して予め設定した線分であって、前記制御点が設定される制御線を記憶し、
前記制御対象面選択部は、
前記制御線の一部または全部が前記セットバック形状の下方に在り、かつ、前記制御線の両端が前記セットバック形状上又はその上方に無い場合、前記セットバック形状上で前記制御点に最も近い点が変曲点か否かを判定し、
前記判定で前記制御点に最も近い点が変曲点であると判定され且つ前記変曲点が法尻であるとき、前記変曲点に接続する２つの選択基準面のうち前記制御点に近い選択基準面に対応する目標面を前記制御対象面とし、
前記判定で前記制御点に最も近い点が変曲点であると判定され且つ前記変曲点が法尻でないとき、又は、前記判定で前記制御点に最も近い点が変曲点でないと判定されたとき、前記セットバック形状上で前記制御点に最も近い選択基準面に対応する目標面を前記制御対象面と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、
前記目標形状を構成する前記複数の目標面を下方にセットバックした複数の選択基準面を接続して得られるセットバック形状を生成するセットバック形状生成部をさらに備え、
前記記憶部は、前記作業機の先端部分の輪郭から抽出して予め設定した線分であって、前記制御点が設定される制御線を記憶し、
前記制御対象面選択部は、
前記制御線の一部または全部が前記セットバック形状の下方に無い場合、前記セットバック形状上で前記制御点に最も近い点が変曲点か否かを判定し、
前記判定で前記制御点に最も近い点が変曲点であると判定され且つ前記変曲点が法肩であるとき、前記変曲点に対応する前記目標形状上の変曲点を通る仮想的な面を前記制御対象面とし、
前記判定で前記制御点に最も近い点が変曲点であると判定され且つ前記変曲点が法肩でないとき、又は、前記判定で前記制御点に最も近い点が変曲点でないと判定されたとき、前記セットバック形状上で前記制御点に最も近い選択基準面に対応する目標面を前記制御対象面と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】
本発明は作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械に含まれる油圧ショベルには、操作レバーを介してオペレータから掘削操作（例えばアームクラウド操作）が入力された場合、フロント作業装置の先端と予め設定した目標面との距離に応じてコンピュータ（コントローラ）によりブーム上げ動作を強制的に追加することで、フロント作業装置の動作範囲を当該目標面上およびその上方に制限する制御がある。当該制御は、領域制限制御、動作制限制御又はマシンコントロールなどと呼ばれることがある。
【０００３】
目標面（設計面）が水平方向に対して所定角度以上傾斜している場合の領域制限制御（動作制限制御）によるブーム上げの急動作を防止するために、例えば特許文献１には、目標面（設計面）が水平方向に対して所定角度以上傾斜した斜面である場合、動作制限部は、領域制限制御（動作制限制御）を実行しないように制御する、このようにすれば、目標面（設計面）が急斜面である場合のブームの急動作を防止することができる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７０６０５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の目標面（線分）を結合して目標形状（設計形状）が定義されることがある。この場合には、掘削作業の進捗と共にその複数の目標面の中から最適なものを制御対象（制御対象面）として選択して領域制限制御を実行する必要がある。誤った目標面が制御対象として選択された状態で領域制限制御が実行されると、想定と異なる領域制限制御が実行されてオペレータに違和感を与えたり、正しい目標面の下方にバケットの爪先が侵入したりするおそれがある。
【０００６】
特許文献１に記載の作業車両では、目標面が水平面に対し所定の角度以上傾斜している場合、領域制限制御は実行されない。そのため、所定の角度未満の目標面（第１目標面）と所定の角度以上の目標面（第２目標面）が結合して目標形状が定義されている場合、第１目標面から第２目標面の順番で連続して掘削するときには、制御対象が第２目標面に変更された時点で領域制限制御が突然中断してしまう。逆に、第２目標面から第１目標面の順番で連続して掘削するときには、制御対象が第１目標面に変更された時点で領域制限制御が突然実施されてしまう。このように、特許文献１の技術を利用して、傾斜角の異なる複数の目標面で定義された目標形状を連続して掘削する場合には、領域制限制御が実行されたり、実行されなかったりすることがある。このように領域制限制御が突然実行／中断されると、オペレータに与える違和感が大きく、また、目標形状の下方に誤ってバケットの爪先が侵入する可能性が高くなる。
【０００７】
本発明の目的は、傾斜角の異なる複数の目標面で定義された目標形状を連続して掘削する場合において、領域制限制御の制御対象の目標面が適切に選択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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、多関節型の作業機と、前記作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに操作信号を出力する操作装置と、複数の目標面を連結して定義された目標形状が記憶されている記憶部と、前記作業機の先端部分に設定された制御点が前記目標形状の下方に在る場合、前記目標形状上で前記制御点に最も近い目標面を制御対象面とする制御対象面選択部と、前記操作装置を介してオペレータから掘削操作が入力された場合に、前記制御対象面上およびその上方に前記制御点の動作範囲が制限されるように前記複数の油圧アクチュエータを制御する目標動作制御部とを備えることとした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、領域制限制御の制御対象の目標面が適切に選択されるので、オペレータに与える違和感が小さくなり、また、目標面の下方に作業装置が侵入することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】油圧ショベルの構成図。
【図２】油圧ショベルの制御コントローラを油圧駆動装置と共に示す図。
【図３】制御コントローラのハードウェア構成。
【図４】油圧ショベルにおける座標系を示す図。
【図５】第１実施形態に係る制御コントローラの機能ブロック図。
【図６】バケット爪先速度の垂直成分の制限値ａと制御対象面からの距離Ｄとの関係を示す図。
【図７】目標形状の説明図。
【図８】第１実施形態に係る制御コントローラが制御対象面を選択するフローチャート。
【図９】第１実施形態に係る作業機械の効果の説明図。
【図１０】第２実施形態に係る制御コントローラの機能ブロック図。
【図１１】セットバック形状及び選択基準面と目標形状及び目標面の概念図。
【図１２】第２実施形態に係る制御コントローラが制御対象面を選択するフローチャート。
【図１３】図１２のフローチャートにおけるステップ２０５の説明図。
【図１４】図１２のフローチャートにおけるステップ２１０の説明図。
【図１５】図１２のフローチャートにおけるステップ２１２の説明図。
【図１６】ステップ２０１及び２０６での判定結果に応じたバケット底面と目標形状及びセットバック形状の位置関係の例を示す図。
【図１７】図８のフローチャートにおけるステップ１０３の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下では、作業機の先端のアタッチメントとしてバケット１０を備える油圧ショベルを例示するが、バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルで本発明を適用しても構わない。さらに、複数の被駆動部材（アタッチメント、アーム、ブーム等）を連結して構成され、所定の動作平面上で動作する多関節型の作業機を有するものであれば油圧ショベル以外の作業機械への適用も可能である。
【００１２】
また、本稿では、或る形状を示す用語（例えば、目標面、目標形状、セットバック形状、制御対象面等）とともに用いられる「上」、「上方」又は「下方」という語の意味に関し、「上」は当該或る形状の「表面」を意味し、「上方」は当該或る形状の「表面より高い位置」を意味し、「下方」は当該或る形状の「表面より低い位置」を意味することとする。また、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（数字）の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベット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、３つのポンプ３００ａ、３００ｂ、３００ｃが存在するとき、これらをまとめてポンプ３００と表記することがある。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの構成図であり、図２は本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの制御コントローラを油圧駆動装置と共に示す図である。図１において、油圧ショベル１は、フロント作業機１Ａと車体１Ｂで構成されている。車体１Ｂは、下部走行体１１と、下部走行体１１の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体１２とからなる。フロント作業機１Ａは、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム８、アーム９及びバケット１０）を連結して構成されており、フロント作業機１Ａのブーム８の基端は上部旋回体１２の前部に支持されている。
【００１４】
ブーム８、アーム９、バケット１０、上部旋回体１２及び下部走行体１１はそれぞれブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４及び左右の走行モータ３ａ、３ｂによりそれぞれ駆動される被駆動部材を構成する。これら被駆動部材８，９，１０，１２，１１への動作指示は、上部旋回体１２上の運転室内に搭載された走行右レバー２３ａ、走行左レバー２３ｂ、操作右レバー１ａおよび操作左レバー１ｂ（これらを操作レバー１、２３と総称することがある）のオペレータによる操作に応じて出力される。
【００１５】
運転室内には、走行右レバー２３ａを有する操作装置４７ａ（図２参照）と、走行左レバー２３ｂを有する操作装置４７ｂ（図２参照）と、操作右レバー１ａを有する操作装置４５ａ、４６ａと、操作左レバー１ｂを有する操作装置４５ｂ、４６ｂが設置されている。操作装置４５〜４７は油圧パイロット方式であり、それぞれオペレータにより操作される操作レバー１、２３の操作量（例えば、レバーストローク）と操作方向に応じたパイロット圧（操作圧と称することがある）を制御信号として、パイロットライン１４４ａ〜１４９ｂ（図２参照）を介して対応する流量制御弁１５ａ〜１５ｆ（図２参照）の油圧駆動部１５０ａ〜１５５ｂに供給し、これら流量制御弁１５ａ〜１５ｆを駆動する。
【００１６】
油圧ポンプ２から吐出した圧油がコントロールバルブユニット２０内の流量制御弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ（図２参照）を介して走行右油圧モータ３ａ、走行左油圧モータ３ｂ、旋回油圧モータ４、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７に供給される。供給された圧油によってブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７が伸縮することで、ブーム８、アーム９、バケット１０がそれぞれ回動し、バケット１０の位置及び姿勢が変化する。また、供給された圧油によって旋回油圧モータ４が回転することで、下部走行体１１に対して上部旋回体１２が旋回する。さらに、供給された圧油によって走行右油圧モータ３ａ、走行左油圧モータ３ｂが回転することで、下部走行体１１が走行する。
【００１７】
一方、ブーム８、アーム９、バケット１０の回動角度α、β、γ（図４参照）を測定可能なように、ブームピンにブーム角度センサ３０、アームピンにアーム角度センサ３１、バケットリンク１３にバケット角度センサ３２が取付けられ、上部旋回体１２には基準面（例えば水平面）に対する上部旋回体１２（車体１Ｂ）の前後方向の傾斜角θ（図４参照）を検出する車体傾斜角センサ３３が取付けられている。
【００１８】
図１の油圧ショベル１は、図２に示されるように、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２からの圧油により駆動されるブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４及び左右の走行モータ３ａ、３ｂを含む複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータ３〜７のそれぞれに対応して設けられた走行右レバー２３ａ、走行左レバー２３ｂ、操作右レバー１ａ、操作左レバー１ｂと、油圧ポンプ２と複数の油圧アクチュエータ３〜７間に接続され、操作レバー１、２３の操作量及び操作方向に応じて操作装置４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂから出力される制御信号によって制御され、油圧アクチュエータ３〜７に供給される圧油の流量及び方向を制御する複数の流量制御弁１５ａ〜１５ｆと、油圧ポンプ２と流量制御弁１５ａ〜１５ｆの間の圧力が設定値以上になった場合に開くリリーフ弁１６とを有している。これらは油圧ショベル１の被駆動部材を駆動する油圧駆動装置を構成している。
【００１９】
本実施例の油圧ショベルには、オペレータの掘削操作を補助する制御システムが備えられている。具体的には、操作装置４５ｂ，４６ａを介して掘削操作（具体的には、アームクラウド、バケットクラウドまたはバケットダンプの指示）が入力された場合、目標面と作業機１Ａの先端の位置関係を基に、作業機１Ａの先端（バケット１０の爪先）の位置が目標面上及びその上方の領域内に保持されるように油圧アクチュエータ５，６，７の少なくとも１つを強制的に動作させる制御（例えば、ブームシリンダ５を伸ばして強制的にブーム上げ動作を行う）を実行する掘削制御システムが備えられている。本稿ではこの制御を「領域制限制御」と称することがある。この制御によりバケット１０の爪先が目標面を越えることが防止されるので、オペレータの技量の程度に関わらず目標面に沿った掘削が可能となる。本実施形態では、領域制限制御に係る制御点を、油圧ショベルのバケット１０の爪先（作業機１Ａの先端）に設定している。制御点は作業機１Ａの先端部分の点であればバケット爪先以外にも変更可能である。例えば、バケット１０の底面や、バケットリンク（図示せず）の最外部も選択可能である。
【００２０】
この領域制限制御の実行が可能な掘削制御システムは、運転室内の操作パネルの上方などオペレータの視界を遮らない位置に設置され領域制限制御の有効無効を切り替える制限制御スイッチ１７と、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ａ、１４４ｂに設けられ、操作レバー１ａの操作量としてパイロット圧（制御信号）を検出する圧力センサ７０ａ、７０ｂと、アーム９用の操作装置４５ｂのパイロットライン１４５ａ、１４５ｂに設けられ、操作レバー１ｂの操作量としてパイロット圧（制御信号）を検出する圧力センサ７１ａ、７１ｂと、一次ポート側がパイロットポンプ４８に接続されパイロットポンプ４８からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５４ａと、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ａと電磁比例弁５４ａの二次ポート側に接続され、パイロットライン１４４ａ内のパイロット圧と電磁比例弁５４ａから出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁１５ａの油圧駆動部１５０ａに導くシャトル弁８２と、ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ｂに設置され、電気信号に応じてパイロットライン１４４ｂ内のパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５４ｂと、領域制限制御が実行可能なコンピュータである制御コントローラ（制御装置）４０を備えている。
【００２１】
アーム９用のパイロットライン１４５ａ、１４５ｂには、パイロット圧を検出して制御コントローラ４０に出力する圧力センサ７１ａ、７１ｂと、制御コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧を低減して出力する電磁比例弁５５ａ、５５ｂが設けられている。バケット１０用のパイロットライン１４６ａ、１４６ｂには、パイロット圧を検出して制御コントローラ４０に出力する圧力センサ７２ａ、７２ｂと、制御コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧を低減して出力する電磁比例弁５６ａ、５６ｂが設けられている。なお、図２では、圧力センサ７１、７２及び電磁比例弁５５、５６と制御コントローラ４０との接続線は紙面の都合上省略している。
【００２２】
なお、操作装置４５ａの操作が無い場合にもパイロット圧を発生する電磁比例弁５４ａとシャトル弁８２の構成は、パイロットライン１４４ａのみに設置されているが、ブームシリンダ５、アームシリンダ６及びバケットシリンダ７に係る他のパイロットライン１４４ｂ，１４５，１４６にこれらを設置してパイロット圧を発生させても良い。また、パイロットライン１４４ａにも、パイロットライン１４４ｂの電磁比例弁５４ｂと同様の、操作装置４５ａから出力されたパイロット圧を低減する電磁比例弁を設定しても良い。
【００２３】
制御コントローラ４０には、後述のＲＯＭ９３又はＲＡＭ９４に記憶された目標面の形状情報と位置情報、角度センサ３０〜３２と傾斜角センサ３３の検出信号、および圧力センサ７０〜７２の検出信号、が入力される。また制御コントローラ４０は領域を制限した掘削制御（領域制限制御）を行うための制御信号（パイロット圧）の補正を行う電気信号を電磁比例弁５４〜５６に出力する。
【００２４】
図３に、制御コントローラ４０のハードウェア構成を示す。制御コントローラ４０は、入力部９１と、プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）９２と、記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と、出力部９５とを有している。入力部９１は、操作装置４５〜４７からの信号、目標面を設定するための設定装置５１からの信号、角度センサ３０〜３２及び傾斜角センサ３３からの信号を入力し、Ａ／Ｄ変換を行う。ＲＯＭ９３は、後述する図８，１２のフローチャートに係る処理を含め領域制限制御を実行するための制御プログラムと、当該フローチャートの実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり、ＣＰＵ９２は、ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムに従って入力部９１及びメモリ９３、９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力部９５は、ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を電磁比例弁５４〜５６や報知装置５３に出力することで、油圧アクチュエータ４〜７を駆動・制御したり、車体１Ｂ、バケット１０及び目標面等の画像を報知装置５３であるモニタの表示画面上に表示させたりする。なお、図３の制御コントローラ４０は、記憶装置としてＲＯＭ９３及びＲＡＭ９４という半導体メモリを備えているが、記憶装置であれば特に代替可能であり、例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えても良い。
【００２５】
図５は、本発明の実施形態に係る制御コントローラ４０の機能ブロック図である。制御コントローラ４０は、作業機姿勢演算部４１と、形状記憶部４２と、目標動作演算部４３と、電磁比例弁制御部４４と、速度ベクトル演算部４９と、制御対象面選択部５７と、制限値演算部５８を備えている。このうち、速度ベクトル演算部４９、制限値演算部５８、目標動作演算部４３および電磁比例弁制御部４４を「目標動作制御部６０」と総称することがある。また、制御コントローラ４０には、作業機姿勢検出装置５０、目標面設定装置５１、オペレータ操作検出装置５２、報知装置５３、電磁比例弁５４〜５６、がそれぞれ接続されている。
【００２６】
作業機姿勢検出装置５０は、ブーム角度センサ３０、アーム角度センサ３１、バケット角度センサ３２、車体傾斜角センサ３３、から構成される。
【００２７】
目標面設定装置５１は、目標形状に関する情報（目標形状を構成する各目標面及び各変曲点の位置情報、各目標面の傾斜角度情報を含む）を入力可能なインターフェースである。目標形状は複数の目標面を連結して定義されている。本実施の形態では、隣接する２つの目標面の傾斜角は異なっているものとし、当該２つの目標面の接続点を変曲点と称する。以下では、法面の上端に位置する変曲点を「法肩」と称し、法面の下端に位置する変曲点を「法尻」と称することがある。目標面設定装置５１を介した目標形状の入力は、オペレータが手動で行っても、ネットワーク等を介して外部から取り込んでも良い。
【００２８】
また、目標面設定装置５１にはＧＮＳＳ受信機等の衛星通信アンテナ（図示せず）が接続されている。グローバル座標系上に規定された目標形状の３次元データを格納した外部端末とショベルがデータ通信可能な場合には、当該衛星通信アンテナにより特定したショベルのグローバル座標を基にショベル位置に対応する目標形状を当該外部端末の３次元データ内で探索して取り込むことができる。
【００２９】
オペレータ操作検出装置５２は、オペレータによる操作レバー１の操作によって生じる操作圧を取得する圧力センサ７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂから構成される。圧力センサ７０，７１，７２の検出値から操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作量が算出できる。当該操作量と、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃの特性と、油圧ポンプ２の容量（傾転角）及び吐出圧から各油圧シリンダ５，６，７の動作速度が算出できる。なお、圧力センサ７０，７１，７２（パイロット圧）による操作量の算出は一例に過ぎず、例えば各操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作レバーの回転変位を検出する位置センサ（例えば、ロータリーエンコーダ）で当該操作レバーの操作量を検出しても良い。また、操作量から動作速度を算出する構成に代えて、各油圧シリンダ５，６，７の伸縮量を検出するストロークセンサを取り付け、検出した伸縮量の時間変化を基に各シリンダの動作速度を算出する構成も適用可能である。
【００３０】
報知装置５３は、オペレータに目標形状又は制御対象面と作業機１Ａの位置関係を表示するディスプレイ（表示装置）、あるいは目標形状又は制御対象面と作業機１Ａの位置関係を音（音声も含む）により通達するスピーカの少なくとも一つから構成される。
【００３１】
電磁比例弁５４〜５６は、図２で説明したパイロット圧（操作圧）の油圧ラインに設けられている。このうち電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂはオペレータのレバー操作によって発生した操作圧を下流で低減することが可能である。また、電磁比例弁５４ａはオペレータのレバー操作なしに操作圧を発生させることも可能である。
【００３２】
作業機姿勢演算部４１は作業機姿勢検出装置５０からの情報に基づき、作業機１Ａの姿勢を演算する。作業機１Ａの姿勢は図４のショベル基準座標上に定義できる。図４のショベル基準座標は、上部旋回体１２に設定された座標であり、上部旋回体１２に回動可能に支持されているブーム８の基底部を原点とし、上部旋回体１２における鉛直方向にＺ軸、水平方向にＸ軸を設定した。Ｘ軸に対するブーム８の傾斜角をブーム角α、ブーム８に対するアーム９の傾斜角をアーム角β、アームに対するバケット爪先の傾斜角をバケット角γとした。水平面（基準面）に対する車体１Ｂ（上部旋回体１２）の傾斜角を傾斜角θとした。ブーム角αはブーム角度センサ３０により、アーム角βはアーム角度センサ３１により、バケット角γはバケット角度センサ３２により、傾斜角θは車体傾斜角センサ３３により検出される。図４中に規定したようにブーム８、アーム９、バケット１０の長さをそれぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３とすると、ショベル基準座標におけるバケット爪先位置の座標および作業機１Ａの姿勢はＬ１，Ｌ２，Ｌ３，α，β，γで表現できる。
【００３３】
記憶部４２は、ＲＯＭ９３内に構成されており、目標面設定装置５１からの情報に基づき目標形状が記憶されている。ここでは、図７に示すように、３次元の目標形状を作業機１Ａが移動する平面（作業機の動作平面）で切断した断面形状を１つの目標形状（２次元の目標形状）として利用する。目標形状上の変曲点は、車体に近い順に、第１変曲点、第２変曲点、第３変曲点、…、第ｉ変曲点とする（ｉ＝１，２，３，…ｎ）。目標面は、車体に近い順に、第１変曲点と第２変曲点とで構成される第１目標面、第２変曲点と第３変曲点とで構成される第２目標面、…、第ｉ変曲点と第ｉ＋１変曲点とで構成される第ｉ目標面とする（ｉ＝１，２，３，…ｎ−１）。
【００３４】
制御対象面選択部５７は、作業機姿勢演算部４１からの情報と、記憶部４２に記憶された目標形状の情報等を基に、目標形状を構成する複数の目標面の中から領域制限制御に使用に適した目標面（制御対象面）を状況に応じて１つ選択する。ここで選択された制御対象面は制限値演算部５８をはじめとして必要な箇所に出力される。次に制御対象面選択部５７による制御対象面の選択方法について図８を用いて説明する。
【００３５】
図８は本実施形態に係る制御対象面選択部５７が制御対象面を選択するフローチャートである。制御対象面選択部５７は、制御コントローラ４０の電源がＯＮで制限制御スイッチ１７がＯＮ（有効）の場合、図８のフローチャートを開始する。
【００３６】
ステップ１０１では、目標形状上でバケット爪先に最も近い点が変曲点であるかの判定を行う。当該判定において、バケット爪先に最も近い点が変曲点ではない場合（すなわち、当該判定が「非」の場合）、ステップ１０２に進み、目標形状上でバケット爪先に最も近い目標面を制御対象面とする。
【００３７】
一方、ステップ１０１の判定において、バケット爪先に最も近い点が変曲点である場合（すなわち、当該判定が「是」の場合）、ステップ１０３では、その変曲点に接続する２つの目標面のうち、速度ベクトル演算部４９（後述）から入力した、オペレータ操作によるバケット爪先の速度ベクトルの車体（油圧ショベル１）に対する方向を基に制御対象面を決定する。具体的には、図４のショベル基準座標系において車体に近づく方向（Ｄ１）の成分を爪先の速度ベクトルが有する場合には２つの目標面のうち車体に近い目標面を制御対象面とする。反対に、同座標系において爪先の速度ベクトルが車体から離れる方向（Ｄ２）の成分を有する場合には２つの目標面のうち車体から遠い目標面を制御対象面する。この場合、例えば、同座標系において爪先の速度ベクトルの水平方向成分を抽出し、当該水平方向成分が車体に近づく場合には車体に近い方を制御対象面とし、車体から離れる場合には車体から遠い方を制御対象面とすることもできる。なお、ここでは、オペレータ操作によるバケット爪先の速度ベクトルの水平方向成分に代えて、目標動作演算部４３で演算された実際のバケット爪先の速度ベクトルの水平方向成分を利用しても良い。また、後述する第２実施形態の図１２のステップ２１０と同様に、最も近い変曲点に接続する２つの目標面のうちバケット爪先との距離が近い方を制御対象面としても良い。
【００３８】
速度ベクトル演算部４９は、作業機姿勢演算部４１からの作業機１Ａの姿勢及びバケット爪先の位置と、オペレータ操作検出装置５２からの入力を基に算出される各シリンダ５，６，７の動作速度とを基に、オペレータ操作によるバケット１０の爪先の速度ベクトルを演算する。
【００３９】
制限値演算部５８は、バケット１０の爪先から制御対象の目標面（制御対象面）までの距離Ｄに基づき、バケット爪先の速度ベクトルの制御対象面に垂直な成分の制限値ａを計算する（以下では、制御対象面に垂直な成分を、「垂直な成分」又は「垂直成分」と省略して呼称することがある）。制限値ａの計算は、図６に示すような制限値ａと距離Ｄとの関係を定義した関数又はテーブル等の形式で制御コントローラ４０のＲＯＭ９３に記憶しておき、この関係を適宜読み出して行う。距離Ｄは、作業機姿勢演算部４１で演算したバケット１０の爪先の位置（座標）と、記憶部４２に記憶された制御対象面を含む直線の距離から算出できる。なお、制限値ａと距離Ｄとの関係は、距離Ｄの増加とともに制限値ａが単調減少する特性を有することが好ましいが、図６に示したものに限らない。例えば、距離Ｄが正の所定値以上または負の所定値以下で制限値ａが個別の所定値に保持されるようにしても良いし、制限値ａと距離Ｄの関係を曲線で定義しても良い。
【００４０】
図６において、横軸はバケット爪先の制御対象面からの距離Ｄを示し、縦軸はバケット爪先速度の制御対象面に垂直な成分の制限値ａを示す。横軸の距離Ｄが（＋）の場合、バケット爪先は制御対象面の上方に位置し、負の場合は制御対象面の下方に位置する。縦軸の制限値ａが正の場合、制限値ａの方向は鉛直上向きとなり、負の場合は鉛直下向きとなる。この距離Ｄと制限値ａの関係は、バケット爪先が制御対象面の上方にあるときには、その距離Ｄに比例した大きさの（−）方向の速度を制限値ａとし、バケット爪先が制御対象面の下方にあるときには、その距離Ｄに比例した大きさの（＋）方向の速度を制限値ａとするように定められている。
【００４１】
目標動作演算部４３は、制限値演算部５８から入力される制限値ａに従って、バケット爪先の速度ベクトルの垂直成分が制御されるように、各油圧シリンダ５，６，７の目標動作を演算する。そして、オペレータ操作検出装置５２の出力から演算される操作量（パイロット圧）では当該目標動作を実現できないと判断した場合、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃに作用するパイロット圧を当該目標動作が実現できる値に補正する指令を電磁比例弁制御部４４に出力する。具体的には、本実施形態の目標動作演算部４３は、下記（ａ）−（ｄ）のように電磁比例弁制御部４４に指令を出力する。
【００４２】
（ａ）制御対象面の下方に爪先が在り、かつ、速度ベクトル演算部４９で演算されたオペレータ操作によるバケット爪先速度の垂直成分が下向き（（−）方向）の場合は、当該バケット爪先速度の垂直成分を制限値ａ（方向は上向き）にするブーム上げ動作が行われるように電磁比例弁５４ａを駆動する指令を電磁比例弁制御部４４に出力する。すなわち、この場合はバケット爪先速度の垂直成分として制限値ａが採用される。
【００４３】
（ｂ）制御対象面の下方に爪先が在り、かつ、速度ベクトル演算部４９で演算されたオペレータ操作によるバケット爪先速度の垂直成分が上向き（（＋）方向）の場合は、速度ベクトル演算部４９で演算されたバケット爪先速度の垂直成分の大きさが制限値ａの大きさ未満のときに、当該バケット爪先速度の垂直成分を制限値ａまで増速させるブーム上げ動作が行われるように電磁比例弁５４ａを駆動する指令を電磁比例弁制御部４４に出力する。すなわち、この場合はバケット爪先速度の垂直成分として、オペレータ操作によるバケット爪先速度の垂直成分と制限値ａのうち絶対値が大きい方が採用される。なお、パイロットライン１４５，１４６にパイロット圧を発生する既述の構成を追加して、ブーム上げ動作に加えて又は代えて、バケット爪先速度の垂直成分を増加するアームクラウド動作、アームダンプ動作、バケットクラウド動作及びバケットダンプ動作の少なくとも１つを行う指令を電磁比例弁制御部４４に出力しても良い。
【００４４】
（ｃ）制御対象面の上方に爪先が在り、かつ、速度ベクトル演算部４９で演算されたオペレータ操作によるバケット爪先速度の垂直成分が下向き（（−）方向）の場合は、速度ベクトル演算部４９で演算されたオペレータ操作によるバケット爪先速度の垂直成分の大きさ（絶対値）が制限値ａの大きさ（絶対値）を越えるときに、当該バケット爪先速度の垂直成分を制限値ａまで減速させるブーム上げ動作が行われるように電磁比例弁５４ａを駆動する指令を電磁比例弁制御部４４に出力する。すなわち、この場合はバケット爪先速度の垂直成分として、オペレータ操作によるバケット爪先速度の垂直成分と制限値ａのうち絶対値が小さい方が採用される。
【００４５】
（ｄ）制御対象面の上方に爪先が在り、かつ、速度ベクトル演算部４９で演算されたオペレータ操作によるバケット爪先速度の垂直成分が上向き（（＋）方向）の場合は、オペレータ操作のままの動作が行われるように、電磁比例弁５４ａを駆動しない指令を電磁比例弁制御部４４に出力する。すなわち、この場合はバケット爪先速度の垂直成分として、オペレータ操作によるバケット爪先速度の垂直成分が採用される。
【００４６】
そして、制御対象面上では制限値ａはゼロであり、目標動作演算部４３及び電磁比例弁制御部４４の制御によりバケット爪先速度の垂直成分がゼロに保持されるため、制御対象面付近で例えばアーム９をクラウド動作させればバケット爪先速度の水平成分により制御対象面に沿った掘削動作が実現される。
【００４７】
なお、制御対象面の上方に爪先が在り、アーム９のクラウド操作がオペレータからあった場合は、掘削精度向上のため、電磁比例弁５５によりアーム９の速度を必要に応じて減速させても良い。また、バケット１０背面の制御対象面に対する角度が一定値となり、均し作業が容易となるように、電磁比例弁５６を制御してバケット１０がダンプ方向に回動するようにしても良い。
【００４８】
上記のように、オペレータによる操作レバー１の操作量に対して、自動または半自動でアクチュエータを制御し、ブーム８、アーム９、バケット１０、上部旋回体１２といった作業機を動作させる機能をマシンコントロールと呼称する。領域制限制御はマシンコントロールの１つである。
【００４９】
電磁比例弁制御部４４は、目標動作演算部４３からの指令に基づき、電磁比例弁５４〜５６への指令を演算する。電磁比例弁５４〜５６は、電磁比例弁制御部４４からの指令に基づき制御される。目標動作演算部４３から電磁比例弁制御部４４に出力される指令には例えばブーム上げ指令がある。ブーム上げ指令は、領域制限制御の実行時に、バケット１０の爪先の位置が目標面上及びその上方の領域内に保持されるようにブーム８を強制的に上昇させる際に電磁比例弁制御部４４に出力される指令である。ブーム上げ指令が入力されると、電磁比例弁制御部４４は電磁比例弁５４ａに開弁指令（指令電流）を出力し、電磁比例弁５４ａで発生した圧油（以下２次圧と称す）が油圧駆動部１５０ａに供給され制御弁１５ａが駆動される。これにより油圧ポンプ２からブームシリンダ５のボトム側の油圧室に作動油が導かれブーム８が上昇する。その際のブーム８の上昇速度（ブーム上げ速度）は、電磁比例弁５４ａの２次圧の値、すなわち電磁比例弁制御部４４から電磁比例弁５４ａへの指令により制御可能である。
【００５０】
報知装置５３は、目標動作演算部４３からの情報に基づき、マシンコントロールに関連する各種情報をオペレータへ通達する。
【００５１】
次に本実施形態に係る作業機械（油圧ショベル）の特徴について説明する。上記の実施形態では、作業機械において、多関節型の作業機１Ａと、作業機１Ａを駆動する複数の油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）５，６，７と、複数の油圧シリンダ５，６，７に操作信号（パイロット圧）を出力する操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａと、複数の目標面を連結して定義された目標形状が記憶されている記憶部４２と、作業機１Ａの先端部分に設定された制御点（バケット爪先）に目標形状上で最も近い目標面を制御対象面とする制御対象面選択部５７と、操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａを介してオペレータから掘削操作が入力された場合に、制御対象面上およびその上方に作業機１Ａの動作範囲が制限されるように複数の油圧シリンダ５，６，７を制御する目標動作制御部６０とを備えることとした。
【００５２】
このように構成した作業機械による効果を図９で説明する。図９に示した目標形状は連続した目標面Ａ，Ｂで定義されており、油圧ショベルが目標面Ａ，Ｂを掘削している状況を示す。
【００５３】
まず、本実施形態の比較例として、図９の油圧ショベルが、目標形状を構成する複数の目標面の中から、バケット爪先から垂直方向の上下のいずれかに位置する目標面を制御選択面として選択する制御を採用している場合を想定する。そして、目標面Ｂの上方にバケット爪先を位置させ、目標面Ｂを制御対象面にして領域制限制御による掘削を実施しているときに、制御精度が悪化して目標面Ｂの下方にバケット１０の爪先が侵入したとする。このとき、図９のように目標面Ｂの水平面に対する傾斜角度が大きい場合、目標面Ｂへの侵入量が比較的少ないときでもバケット爪先が他の目標面Ａの下方にまで侵入し易い。そのため、目標面Ｂの掘削の最中でも制御対象面が目標面Ａに変更されるおそれが高い。図９の場合、バケット爪先が目標面Ａの下方にまで侵入しているため、実際の作業やオペレータの意思に反して制御対象面が目標面Ａに変更されてしまう。そしてこの場合、目標面Ｂに対する潜りこみ量ｂよりも、目標面Ａに対する潜りこみ量ａが大きいため、制御対象面が目標面Ｂのときよりも大きい制限値ａで強制ブーム上げが実行されてしまう。この動作はオペレータにとって大きな違和感となる。
【００５４】
これに対して、本実施の形態では、制御対象面選択部５７により、目標形状上でバケット爪先に最も近い目標面が制御対象面として選択される。そのため、図示のように、目標面Ｂを制御対象面にして領域制限制御による掘削を実施しているときに、制御精度が悪化して目標面Ｂの下方にバケット１０の爪先が侵入しても、潜りこみ量の小さい目標面Ｂが制御対象面として継続して選択される。したがって、本実施の形態によれば、傾斜角の異なる複数の目標面で定義された目標形状を連続して掘削する場合において、誤って制御対象面の下方にバケット爪先が侵入してしまっても、適切な目標面が制御対象面として選択されるので、オペレータに与える違和感が小さくなり、また、目標面の下方に作業装置が侵入することを防止できる。
【００５５】
ところで、バケット爪先に最も近い点が変曲点の場合、バケット爪先から２つの目標面への距離は等しいので、上記の距離に基づく方法では制御対象面を決定できない。そこで、本実施の形態では、バケット爪先に最も近い点が変曲点である場合、その変曲点に接続する２つの目標面のうち、オペレータ操作によるバケット爪先の速度ベクトルの車体に対する方向を基に制御対象面を決定することとした（ステップ１０３参照）。具体的には図１７に示すように、爪先の速度ベクトルの水平成分の方向が、車体に近づく方向か遠ざかる方向かによって制御対象面を決定している。図１７では紙面の左方向を「車体に近づく方向」、右方向を「車体から遠ざかる方向」とする。図１７のＡ１、Ａ２はバケット爪先が目標形状（目標面）の上方に位置する場面であり、Ｂ１，Ｂ２はバケット爪先が目標形状の下方に位置する場面である。Ａ１，Ｂ１の場合は爪先の速度ベクトルの水平成分が車体に近づく方向なので手前側の目標面が制御対象面として設定される。一方、Ａ２，Ｂ２の場面は爪先の速度ベクトルの水平成分が車体から遠ざかる方向なので奥側の目標面が制御対象面として設定される。このように本実施の形態ではバケット爪先の移動方向に在る目標面が制御対象面として選択されるので、爪先に最も近い点が変曲点の場合にも連続的に制御対象面が選択されて領域制限制御の安定化を図れる。
【００５６】
なお、上記では本実施形態による効果の理解を容易にするために、傾斜角の大きな目標面で目標形状が定義されている場合を例に挙げて説明したが、潜りこみ量（バケット爪先から目標面までの距離）が最も近い目標面を制御対象とすることで最適な目標面が制御対象面として選択されるという効果は、傾斜角の大きさの程度に関係無く発揮される。
【００５７】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、領域制限制御の制御点（制限値演算部５８で制限値ａを算出する際に距離Ｄの基準として利用される点）を或る特定の点（すなわち、バケット先端）に設定した。第２実施形態では、動作平面による作業機１Ａの先端部分の断面形状の輪郭から抽出した線分上から、状況に応じて適宜選択される点（当該線分上を動き得る点）を制御点として利用する。以下では当該線分を「制御線」と称することがある。
【００５８】
図１０は、本発明の実施形態に係る制御コントローラ４０Ａの機能ブロック図である。制御コントローラ４０Ａは、第１実施形態のものと異なる機能として、セットバック形状生成部５９を備えている。そして、記憶部４２Ａ、制御対象面選択部５７Ａ、速度ベクトル演算部４９Ａ、制限値演算部５８Ａの機能が第１実施形態のものと異なっている。これらについては異なる部分を主に説明する。
【００５９】
記憶部４２Ａには、動作平面による作業機１Ａの先端部分の断面形状の輪郭から抽出した制御線のショベル上の位置が記憶されている。本実施形態では、当該制御線として、図１１に示すように、バケット１０の先端と後端を接続する線分を利用している。バケット１０の後端とは、バケット１０の平面部の前後方向の端部のうち、バケット先端（爪先）と反対側の端部を指す。以下では制御線を「バケット底面」と称することがあり、バケット底面上に定められる制御点を「バケットモニタポイント」と称することがある。
【００６０】
セットバック形状生成部５９は、動作平面に係る目標形状を構成する複数の目標面を所定量下方にセットバックし、そのセットバック後の複数の面（以下、「選択基準面」と称する）を接続して得られる形状（セットバック形状）を生成する部分である。選択基準面を作成する際に目標面をセットバックする量は、領域制限制御の精度悪化時に目標面の下方に爪先がどの程度侵入するかに応じて適宜変更可能であり、例えば数センチ程度に設定できる。図１１にセットバック形状及び選択基準面と目標形状及び目標面の概念図を示す。図１１の例では、セットバック形状の左右の端点は、目標形状の左右の端点に一致させており、目標形状からのセットバックは無いものとする。但し、これに限らず、セットバック形状の左右の端点は他の点と同様に目標形状からセットバックした点にしても良い。
【００６１】
セットバック形状生成部５９で生成されたセットバック形状及び選択基準面は、制御対象面選択部５７Ａに出力され、制御対象面の選択の際に利用される。
【００６２】
制御対象面選択部５７Ａは、作業機姿勢演算部４１から入力される姿勢情報、記憶部４２から入力される動作平面における目標形状、及び、セットバック形状生成部５９から入力されるセットバック形状等を基に、所定のルールに従ってバケット底面上にバケットモニタポイントを設定しつつ、当該目標形状を構成する複数の目標面の中から領域制限制御に適した制御対象面を１つ選択する。
【００６３】
図１２は本実施形態に係る制御対象面選択部５７Ａが制御対象面を選択するフローチャートである。制御対象面選択部５７Ａは、制御コントローラ４０Ａの電源がＯＮで制限制御スイッチ１７がＯＮ（有効）の場合、図１２のフローチャートを開始する。
【００６４】
まず、ステップ２００で、セットバック形状生成部５９がその時点の動作平面についてのセットバック形状を生成する。なお、セットバック形状は予め生成して記憶部４２Ａに格納しておき、該当するセットバック形状をステップ２００で当該記憶部４２Ａから取り込むように制御コントローラ４０Ａを構成することも可能である。
【００６５】
ステップ２１５では、制御対象面選択部５７Ａは、作業機姿勢演算部４１から入力される姿勢情報、記憶部４２から入力される動作平面における目標形状及び制御線の情報、及び、セットバック形状生成部５９から入力されるセットバック形状の情報を基に、所定のルールに従ってバケット底面上にバケットモニタポイントを設定する。本実施形態では、バケット底面上からバケットモニタポイントを定めるルールとして、バケット底面がセットバック形状の上方にある場合又はセットバック形状の下方にある場合にはバケット底面上でセットバック形状から最も近い点をバケットモニタポイントとし、バケット底面がセットバック形状と交差する場合にはバケット底面上で最もセットバック形状に侵入している点をバケットモニタポイントとするものを採用している。ただし、当該ルールに制限はなく、例えば、バケット底面上からオペレータが任意で選択可能に構成しても良い。
【００６６】
ステップ２０１では、制御対象面選択部５７Ａは、バケット底面（制御線）の一部又は全部がセットバック形状の下方に在るかどうかを判定する。ここでバケット底面の一部又は全部がセットバック形状の下方に無い場合、ステップ２０２に進む。
【００６７】
ステップ２０２では、セットバック形状上でバケットモニタポイントに最も近い点が変曲点（すなわち、いずれかの選択基準面の端点）であるかの判定を行う。ここでバケットモニタポイントにセットバック形状上で最も近い点が、変曲点ではなく、いずれかの選択基準面の端点以外の点の場合（すなわち、ステップ２０２の判定が「非」の場合）、ステップ２０３に進む。
【００６８】
ステップ２０３では、セットバック形状上でバケットモニタポイントに最も近い選択基準面を選択し、ステップ２１３に進む。
【００６９】
ステップ２１３では、制御対象面選択部５７Ａは、直前の処理（ステップ２０３、２０８又は２１０）で選択した選択基準面に対応する目標面を制御対象面とする。
【００７０】
ステップ２０２でバケットモニタポイントにセットバック形状上で最も近い点が変曲点であると判定された場合（すなわち、ステップ２０２の判定が「是」の場合）、ステップ２０４でその変曲点が法肩であるかどうかを判定する。その変曲点が法肩でない場合ステップ２０３に進み、法肩である場合ステップ２０５に進む。
【００７１】
ステップ２０５の状況を図示すると図１３のようになる。バケットモニタポイントはバケット１０の爪先とする。このとき、セットバック形状上でバケットモニタポイントに最も近いのは第ｉ変曲点なので、バケットモニタポイントに最も近い選択基準面が、第ｉ−１選択基準面と第ｉ選択基準面のどちらになるか定まらない。そこで、セットバック形状上の第ｉ変曲点に対応する目標形状上の変曲点（第ｉ変曲点）を通る仮想的な面を制御対象面とする。本実施形態では当該仮想的な面を「中間目標面」と称する。
【００７２】
本実施形態で中間目標面という概念を導入した理由は次の通りである。法肩の周辺では、バケットモニタポイントと目標形状との位置関係の僅かな違いにより制御対象面が急に切り替わることが少なくない。目標制御面の急な切り替わりは制御性能に大きな影響を与えるおそれがある。しかし、本実施形態のように中間目標面を設定すると、制御対象面の急な切り替わりが抑制されるので制御性能を安定させることができる。
【００７３】
なお、中間目標面の作成手順は予め定めておくことが好ましく、中間目標面の角度は変曲点（第ｉ変曲点）に接続する２つの目標面の角度の範囲以内で設定することが好ましい。例えば、その時のバケット底面に対して所定の角度を有する面（例えば、バケット底面と平行な面）を中間目標面とするもの、中間目標面の傾斜角を予め定めておくもの、中間目標面が通る変曲点に接続する２つの目標面となす角が等しくなるような傾斜角度を有する面を中間目標面とするもの等がある。
【００７４】
ところで、ステップ２０１でバケット底面の一部又は全部がセットバック形状の下方に在ると判定された場合、ステップ２０６へ進む。
【００７５】
ステップ２０６では、バケット先端及び後端がセットバック形状上またはその上方に在るかが判定される。バケット先端及び後端がセットバック形状上またはその上方に無い場合、ステップ２０７へ進む。
【００７６】
ステップ２０７では、バケットモニタポイントにセットバック形状上で最も近い点が変曲点であるかの判定を行う。バケットモニタポイントに最も近い点が、変曲点ではなく、いずれかの選択基準面の端点以外の点の場合（すなわち、当該判定が「非」の場合）、ステップ２０８に進む。
【００７７】
ステップ２０８では、セットバック形状上でバケットモニタポイントに最も近い選択基準面が選択され、当該選択基準面がステップ２１３で制御対象面となる。
【００７８】
一方、ステップ２０７でバケットモニタポイントにセットバック形状上で最も近い点が変曲点であると判定された場合（すなわち、当該判定が「是」の場合）、ステップ２０９に進み、バケットモニタポイントにセットバック形状上で最も近い変曲点が法尻か否かが判定される。当該変曲点が法尻である場合はステップ２１０に進む。
【００７９】
ステップ２１０で、法尻の変曲点に接続する２つの選択基準面のうちバケットモニタポイントに近い選択基準面を選択する。具体的には、図１４に示すように、法尻（変曲点
）に接続する２つの選択基準面Ａ，Ｂを直線とみなして、バケットモニタポイントから各選択基準面Ａ，Ｂまでの垂直距離を算出し、その垂直距離が近い選択基準面を選択する。したがって、図１４の場合は選択基準面Ａが選択される。なお、２つの選択基準面Ａ，Ｂとバケットモニタポイントの距離が同じ場合には車体に近い選択基準面を選択するものとする。ステップ２１０で選択された選択基準面はステップ２１３で制御対象面となる。
【００８０】
ところで、ステップ２０６でバケット先端及び後端がセットバック形状の上またはその上方に在ると判定された場合、ステップ２１１に進む。
【００８１】
ステップ２１１の状況は、バケット先端及び後端がセットバック形状の上またはその上方に在り、バケット底面の一部がセットバック形状の下方にある場合（すなわち、バケット底面がセットバック形状と交差する場合）である。このとき、ステップ２１１では、セットバック形状を構成する複数の変曲点の中から、バケット底面（制御線）に下ろした垂線の足がバケット底面上に位置し、かつ、当該垂線がセットバック形状より下側に在り、かつ、当該垂線の長さが最大の変曲点を選択する。例えば、図１５の例では、３つの変曲点Ａ，Ｂ，Ｃは、バケット底面に下ろした垂線の足がバケット底面上に位置する。しかし、変曲点Ｂは、その垂線がセットバック形状の上方に在るので対象外となる。そして、残りの２つの変曲点Ａ，Ｃのうち垂線の長さが最大の変曲点Ａが選択される。
【００８２】
次にステップ２１２にて、ステップ２１１で選択したセットバック形状上の変曲点に対応する目標形状上の変曲点を通る中間目標面を生成し、その中間目標面を制御対象面とする。これにより法肩付近における制御対象面の急な切り替わりが抑制されるので制御性能を安定させることができる。
【００８３】
なお、図１２のフローチャートの理解を助けるために、図１６に、ステップ２０１及び２０６での判定結果に応じたバケット底面と目標形状及びセットバック形状の位置関係の例をいくつか示した。
【００８４】
速度ベクトル演算部４９Ａは、オペレータ操作によるバケットモニタポイントの速度ベクトルを演算する。制限値演算部５８Ａは、バケットモニタポイントから制御対象面までの距離Ｄに基づき、バケットモニタポイントの速度ベクトルの垂直成分の制限値ａを計算する。目標動作演算部４３および電磁比例弁制御部４４の機能については第１実施形態を同じなので説明は省略する。
【００８５】
上記のような構成とすることで、バケット先端と後端を結ぶ線分（バケット底面）上の点を制御対象としたときも、適切な目標面を制御対象として選択することが可能となる。
【００８６】
バケット底面（制御線）と目標形状の位置関係を基にバケットモニタポイント（制御点）を変更する場合には、制御対象面を選択する処理が複雑になり易い。しかし、本実施形態のようにセットバック形状とバケット底面の位置関係を基に制御対象面を設定すると、制御誤差などで目標形状の僅か下にバケット爪先が侵入した場面（具体的には、ステップ２０２に進む場面、すなわち、バケット底面が目標形状と交差しているがセットバック形状とは交差していない場面）においても、バケット底面が目標形状上に在るときと実質同じ制御により制御対象面を設定できるので制御対象面の選択処理を簡略化できる。
【００８７】
また、仮にバケット底面がセットバック形状と交差またはセットバック形状の下方に位置するまでバケットが侵入してしまっても、その侵入箇所に応じて適切な制御面が選択できる。具体的には、法肩の近傍に侵入した場合にはステップ２１２の処理により、法尻の近傍に侵入した場合にはステップ２１０の処理により、その他の場所に侵入した場合にはステップ２０８の処理により適切に制御面が設定できる。
【００８８】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
【００８９】
例えば、第１実施形態のステップ１０３の処理に代えて、バケット爪先に最も近い変曲点が法肩の場合には、その変曲点を通る仮想的な面（前述の中間目標面）を作成し、当該仮想的な面を制御対象面とする処理を実行しても良い。
【００９０】
また、上記の制御コントローラ４０，４０Ａに係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また、上記の制御コントローラ４０，４０Ａに係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該制御コントローラ４０，４０Ａの構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶できる。
【符号の説明】
【００９１】
１Ａ…フロント作業機、８…ブーム、９…アーム、１０…バケット、３０…ブーム角度センサ、３１…アーム角度、センサ、３２…バケット角度センサ、４０，４０Ａ…制御コントローラ、４１…作業機姿勢演算部、４２，４２Ａ…記憶部、４３…目標動作演算部、４４…電磁比例弁制御部、４５…操作装置（ブーム、アーム）、４６…操作装置（バケット、旋回）、４７…操作装置（走行）、４９，４９Ａ…速度ベクトル演算部、５３…報知装置、５４，５５，５６…電磁比例弁、５７，５７Ａ…制御対象面選択部、５８，５８Ａ…制限値演算部、５９…セットバック形状生成部、６０，６０Ａ…目標動作制御部
【図１】
2018003514.tif 000003
【図２】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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