(57)【要約】【課題】複雑な三次元設計面を施工する際に、作業対象の設計面に隣接する他の設計面に作業具を接触させることなく作業対象の設計面を施工することを容易とする作業機械を提供する。【解決手段】コントローラ１５は、位置計測装置１１ｅ，１１ｆおよび方位計測装置１１ｅ，１１ｆの計測結果から車体の位置座標および作業機３の長手方向を演算する演算部１５ａと、三次元設計データを構成する複数の設計面のうち第１目標面Ｓ１に隣接する他の設計面Ｓｎを第２目標面Ｓ２として設定し、前記車体を上から見たときの前記作業機の長手方向を前記第１目標面と前記第２目標面の境界線に対して平行にするための上部旋回体２の旋回量を含む第１操作支援情報を生成する情報生成部１５ｂと、前記情報生成部が生成した前記第１操作支援情報を表示装置１３に出力する情報出力部１５ｃとを有する。【選択図】  図４
2019157600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体上に旋回可能に搭載され、前記下部走行体と共に車体を構成する上部旋回体と、
前記上部旋回体の前側に上下方向に回動可能に設けられ、作業具を有する作業機と、
前記車体の三次元位置を計測する位置計測装置と、
前記上部旋回体の方位を計測する方位計測装置と、
三次元設計データを構成する複数の設計面から作業対象の設計面である第１目標面を選択するための選択装置と、
表示装置と、
前記表示装置を制御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、
前記位置計測装置および前記方位計測装置の計測結果から前記車体の位置座標および前記作業機の長手方向を演算する演算部と、
前記複数の設計面のうち前記第１目標面に隣接する他の設計面を第２目標面として設定し、前記車体を上から見たときの前記作業機の長手方向を前記第１目標面と前記第２目標面の境界線に対して平行にするための前記上部旋回体の旋回量を含む第１操作支援情報を生成する情報生成部と、
前記情報生成部が生成した前記第１操作支援情報を前記表示装置に出力する情報出力部とを有する
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、
前記作業具はチルトバケットであり、
前記チルトバケットの傾斜角を計測するチルト計測装置を更に備え、
前記情報生成部は、前記車体を上から見たときの前記作業機の長手方向と、前記第１目標面と前記第２目標面の境界線とがなす角度が所定の閾値以下になったときに、前記チルトバケットの刃先を前記第１目標面に対して平行にするための前記チルトバケットのチルト量を含む第２操作支援情報を生成し、
前記情報出力部は、前記情報生成部が生成した前記第２操作支援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３】
請求項１に記載の作業機械において、
前記複数の設計面は、それそれ、第１頂点と第２頂点と第３頂点とを有する三角形で構成され、
前記情報生成部は、前記第１目標面と第１および第２頂点を共有することにより前記第１目標面に隣接する他の設計面のうち、前記第１目標面の第３頂点から第２頂点に向かう第１ベクトルと前記第１目標面の第３頂点から前記車体の位置座標に向かう第２ベクトルとの外積の鉛直軸成分と、前記第１目標面の第３頂点から第２頂点に向かう結ぶ第３ベクトルと前記第１目標面の第３頂点から前記車体の位置座標に向かう第４ベクトルとの外積の鉛直軸成分との積がゼロよりも小さくなる他の設計面を前記第２目標面として設定しない
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、
前記複数の設計面は、それそれ、第１頂点と第２頂点と第３頂点とを有する三角形で構成され、
前記情報生成部は、前記第１目標面と第１および第２頂点を共有することにより前記第１目標面と隣接する他の設計面のうち、第３頂点の鉛直軸座標が前記第１目標面の第３頂点の鉛直軸座標よりも大きくない設計面を前記第２目標面として設定しない
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】
バケットの刃先を目標面に対して平行にするための操作を支援する情報（操作支援情報）をオペレータに対して提示することができる掘削機械の表示システムを開示するものとして、例えば特許文献１がある。特許文献１には、バケットを有する作業機を含む上部旋回体を、所定の旋回中心軸を中心として旋回させることができる掘削機械に用いられるものであり、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報を検出する車両状態検出部と、作業対象の目標形状を示す目標面の位置情報を少なくとも記憶する記憶部と、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて求めた前記バケットの刃先の方向を含む情報と、前記目標面と直交する方向を含む情報と、旋回中心軸の方向を含む情報と、に基づいて前記バケットの刃先が前記目標面と正対するために必要な、前記作業機を含む前記上部旋回体の旋回量を示す第１目標旋回情報及び第２目標旋回情報を求め、得られた前記第１目標旋回情報及び前記第２目標旋回情報と、前記旋回中心軸と直交し、かつ前記作業機の動作平面と平行な軸と、前記旋回中心軸及び前記目標面の各々の端部を通る各々の仮想線とがなす角度のうち最小値となる第１の角度及び最大値となる第２の角度と、に基づいて、前記第１目標旋回情報又は前記第２目標旋回情報を選択し、選択された方に対応する画像を表示装置の画面に表示する処理部と、を含む、掘削機械の表示システム（請求項１）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８２６３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の掘削機械の表示システムでは、バケットの刃先を目標面に対して平行にするための操作支援情報が表示されるため、目標面を精度よく成形することが容易になる。
【０００５】
しかしながら、溝や段差あるいは勾配の異なる傾斜面が隣接するような複雑な三次元設計面を施工する作業では、目標面の施工中に当該目標面に隣接する他の設計面にバケット（作業具）が接触し、当該他の設計面が侵される可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な三次元設計面を施工する作業において、作業対象の設計面に隣接する他の設計面に作業具を接触させることなく作業対象の設計面を施工することを容易とす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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、前記下部走行体上に旋回可能に搭載され、前記下部走行体と共に車体を構成する上部旋回体と、前記上部旋回体の前側に上下方向に回動可能に設けられ、作業具を有する作業機と、前記車体の三次元位置を計測する位置計測装置と、前記上部旋回体の方位を計測する方位計測装置と、三次元設計データを構成する複数の設計面から作業対象の設計面である第１目標面を選択するための選択装置と、表示装置と、前記表示装置を制御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、前記位置計測装置および前記計測装置の計測結果から前記車体の位置座標および前記作業機の長手方向を演算する演算部と、前記複数の設計面のうち前記第１目標面に隣接する他の設計面を第２目標面として設定し、前記車体を上から見たときの前記作業機の長手方向を前記第１目標面と前記第２目標面の境界線に対して平行にするための前記上部旋回体の旋回量を含む第１操作支援情報を生成する情報生成部と、前記情報生成部が生成した前記第１操作支援情報を前記表示装置に出力する情報出力部とを有するものとする。
【０００８】
以上のように構成した本発明によれば、作業対象の設計面（第１目標面）を施工する際に、車体を上から見たときの作業機の長手方向を第１目標面と第２目標面の境界線と平行するための上部旋回体の旋回量を含む第１操作支援情報が表示装置に表示される。オペレータは、第１操作支援情報に従って機体を操作することにより、車体を上から見たときの作業機の長手方向を第１目標面と第２目標面の境界線と平行することができる。これにより、作業機械で複雑な三次元設計面を施工する際に、作業対象の設計面（第１目標面）に隣接する他の設計面（第２目標面）に作業具を接触させることなく作業対象の設計面（第１目標面）を施工することが容易となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複雑な三次元設計面を施工する作業において、作業対象の設計面に隣接する他の設計面に作業具を接触させることなく作業対象の設計面を施工することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの全体構成を示す図である。
【図２】チルトバケットの構成を示す図である。
【図３】キャブ内の構成を示す斜視図である。
【図４】操作支援システムの構成図である。
【図５】コントローラの処理を示すフロー図（前半）である。
【図６】コントローラの処理を示すフロー図（後半）である。
【図７】油圧ショベル１と第１目標面と第２目標面との位置関係を示す図である。
【図８】表示装置の表示部に表示された第１操作支援情報の一例を示す図である。
【図９】表示装置の表示部に表示された第２操作支援情報の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１に本実施の形態に係る油圧ショベルの全体構成を示す。図１において、油圧ショベル１００は、クローラ式の下部走行体１と、下部走行体１上に旋回可能に搭載され、下部走行体１と共に車体を構成する上部旋回体２と、上部旋回体２の前側に上下方向に回動可能に設けられた作業機としてのフロント３とを備えている。下部走行体１は、油圧モータである左右の走行モータ（図示せず）によって駆動される。上部旋回体２は、油圧モータである旋回モータ（図示せず）によって駆動される。上部旋回体２の後部に設けられた建屋６の内部には、エンジンや油圧ポンプ等の各種機器が配置されている。上部旋回体２には、油圧ショベル１００の傾きを検出する車体傾斜センサ１１ｄが取り付けられている。上部旋回体２のカウンタウエイト５や建屋６には、絶対座標系における油圧ショベル１００の位置座標を検出する左右のＧＮＳＳ受信機１１ｅ，１１ｆが取り付けられている。
【００１３】
フロント３は、上部旋回体２の前側に上下方向に回動可能に連結されたブーム３ａと、ブーム３ａの先端部に上下、前後方向に回動可能に連結されたアーム３ｂと、アーム３ｂの先端部に上下、前後方向に回動可能に連結されたバケット３ｃとを有する。ブーム３ａは、油圧シリンダからなるブームシリンダ３ｄによって駆動される。アーム３ｂは、油圧シリンダからなるアームシリンダ３ｅによって駆動される。バケット３ｃは、油圧シリンダからなるバケットシリンダ３ｆによって駆動される。
【００１４】
ブーム３ａには、ブーム３ａの姿勢を検出するブーム姿勢センサ１１ａが取り付けられている。アーム３ｂには、アーム３ｂの姿勢を検出するアーム姿勢センサ１１ｂが取り付けられている。バケット３ｃには、バケット３ｃの姿勢を検出するバケット姿勢センサ１１ｃが取り付けられている。
【００１５】
バケット３ｃはチルト式バケットであり、図２に示すように、バケット本体３ｃ１と、チルトシリンダ３ｃ２と、ブラケット３ｃ３とを有する。ブラケット３ｃ３の一端は、アーム３ｂの先端部に上下、前後方向に回動可能に連結されている。バケット本体３ｃ１は、ブラケット３ｃ３の他端に左右方向に（回動軸Ａ１回りに）回動可能に連結されている。バケット本体３ｃ１の回動軸Ａ１は、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃの各回動軸と直交する軸である。チルトシリンダ３ｃ２は、油圧シリンダからなり、一端側がブラケット３ｃ３に回動可能に取り付けられ、他端側がバケット本体３ｃ１に回動可能に取り付けられている。バケット本体３ｃ１は、チルトシリンダ３ｃ２によって回動軸Ａ１回りに駆動される。バケット本体３ｃ１には、バケット本体３ｃ１の傾斜角（チルト回動角）を計測するチルトセンサ１１ｇが取り付けられている。
【００１６】
上部旋回体２の左側前部には、オペレータが搭乗するキャブ４が設けられている。キャブ４の内部には、図３に示すように、下部走行体１の走行動作を指示するための左右の走行レバー８Ｌ，８Ｒ、上部旋回体２の旋回動作およびブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃの動作を指示するための左右の操作レバー９Ｌ，９Ｒ等が設置されている。
【００１７】
また、キャブ４内には、液晶ディスプレイ等から構成される表示装置１３が設置されている。表示装置１３の表示部１３ａには、オペレータの操作を支援するための情報（操作支援情報）やその他各種情報が表示される。表示装置１３は、スタータキーによる入力によって油圧ショベル１００を起動したときに画面表示を開始し、オペレータが左右の操作レバー９Ｒ，９Ｌ等を操作している間も各種情報を表示することができる。ただし、作業中は、前方視野をできるだけ妨げないようにする必要がある。そのため、表示装置１３は、運転席１２の斜め前方に配置されており、例えばピラー７に取り付けられている。
【００１８】
図４は、油圧ショベル１００に搭載された操作支援システムの構成図である。
【００１９】
図４に示すように、操作支援システム２００は、ブーム３ａの姿勢を検出するブーム姿勢センサ１１ａと、アーム３ｂの姿勢を検出するアーム姿勢センサ１１ｂと、バケット３ｃの姿勢を検出するバケット姿勢センサ１１ｃと、油圧ショベル１００の傾きを検出する車体傾斜センサ１１ｄと、車体の三次元位置を計測する位置計測装置と上部旋回体２の方位を計測する方位計測装置とを兼ねた左右のＧＮＳＳ受信機１１ｅ，１１ｆと、バケット本体３ｃ１の傾斜角（チルト回動角）を計測するチルト計測装置としてのチルトセンサ１１ｇと、三次元設計データや油圧ショベル１００の寸法情報を記憶する記憶装置１４と、各種の演算を行うコントローラ１５と、コントローラ１５から出力される情報を表示する表示装置１３と、記憶装置１４に記憶されている三次元設計データを構成する複数の設計面から作業対象の設計面を表示装置１３を介して選択するための選択装置１６とを備えている。
【００２０】
コントローラ１５は、センサ１１ａ〜１１ｇおよび左右のＧＮＳＳ受信機１１ｅ，１１ｆが検出する検出値と記憶装置１４が記憶する寸法情報から絶対座標系における油圧ショベル１００の姿勢情報および車体方向を演算する演算部１５ａと、演算部１５ａの演算結果を基にオペレータの操作を支援する情報（操作支援情報）を生成する情報生成部１５ｂと、情報生成部１５ｂが生成した操作支援情報を表示装置１３に出力する情報出力部１５ｃとを有する。
【００２１】
表示装置１３は、表示部１３ａと、コントローラ１５または選択装置１６から入力された情報を処理して表示部１３ａに表示させる表示処理部１３ｂとを有する。
【００２２】
図５および図６は、コントローラ１５の処理を示すフロー図である。以下、各ステップを順に説明する。
【００２３】
まず、ステップＦ１で、記憶装置１４に記憶されている三次元設計データを構成する複数の設計面の中から作業対象の設計面（第１目標面）を取得する。ここで、一例として、三次元設計データは位置座標を持つ複数の点で構成され、設計面は３つの点を頂点として構成される三角形とする。オペレータは、選択装置１６を介して、表示装置１３の表示部１３ａに表示された複数の設計面の中から施工対象の設計面を選択する。コントローラ１５は、選択された設計面を第１目標面Ｓ１として記憶する。さらに、第１目標面Ｓ１を構成する３つの点の座標Ａ１（ｘａ１，ｙａ１，ｚａ１），Ｂ１（ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１），Ｃ１（ｘｃ１，ｙｃ１，ｚｃ１）を取得する。
【００２４】
ステップＦ１に続き、第１目標面Ｓ１の３つの頂点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の少なくとも１つが車体位置座標Ｐｍ（ｘｍ，ｙｍ）を中心とする最大旋回半径Ｒｍ内にあるか否かを判定する（ステップＦ２）。具体的には、以下の式（１）〜式（３）の少なくとも１つを満たすか否かを判定する。
【００２５】
【数１】
2019157600.tif 000003
【００２６】
【数２】
2019157600.tif 000004
【００２７】
【数３】
2019157600.tif 000005
【００２８】
ステップＦ２で第１目標面Ｓ１の３つの頂点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１がいずれも最大旋回半径Ｒｍ内にない（ＮＯ）と判定した場合は、当該フローを終了する。
【００２９】
ステップＦ２で第１目標面Ｓ１の３つの頂点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の少なくとも１つが最大旋回半径Ｒｍ内にある（ＹＥＳ）と判定した場合は、第１目標面Ｓ１に隣接面Ｓｎがあるか否かを判定する（ステップＦ３）。ここで、隣接面Ｓｎとは、３つの頂点Ａｎ，Ｂｎ，Ｃｎの少なくとも１つが最大旋回半径Ｒｍ内にあり、かつ、いずれか２つの頂点を第１目標面Ｓ１と共有する設計面のことである。
【００３０】
ステップＦ３で第１目標面Ｓ１に隣接面Ｓｎがある（ＹＥＳ）と判定した場合は、第１目標面Ｓ１に対する隣接面Ｓｎの角度（隣接面角度）θＳを算出する（ステップＦ４）。以下、隣接面Ｓｎの３つの頂点がＡｎ（＝Ａ１），Ｂｎ（＝Ｂ１），Ｃｎ（≠Ｃ１）である場合を例に説明する。隣接面角度θＳは、以下の式（４）で求められる。
【００３１】
【数４】
2019157600.tif 000006
【００３２】
ステップＦ４に続き、隣接面角度θＳが所定の閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＦ５）。ここで、閾値は、設計面に対する実際の施工面の許容誤差（作業精度）に基づいて設定される。
【００３３】
ステップＦ５で隣接面角度θＳが所定の閾値以下である（ＮＯ）と判定した場合は、隣接面Ｓｎを第１目標面Ｓ１の一部に設定し（ステップＦ６）、ステップＦ３に戻る。これは、隣接面角度θＳが所定の閾値以下となる隣接面は、第１目標面と区別する必要が無いためである。
【００３４】
ステップＦ５で隣接面角度θＳが所定の閾値よりも大きい（ＹＥＳ）と判定した場合は、隣接面Ｓｎの頂点ＣｎのＺ軸（鉛直軸）座標（Ｚｃｎ）が第１目標面Ｓ１の頂点Ｃ１のＺ軸座標（Ｚｃ１）よりも大きいか否かを判定する（ステップＦ７）。
【００３５】
ステップＦ７で隣接面Ｓｎの頂点ＣｎのＺ軸座標（Ｚｃｎ）が第１目標面Ｓ１の頂点Ｃ１のＺ軸座標（Ｚｃ１）よりも大きくない（ＮＯ）と判定した場合は、ステップＦ３に戻る。これにより、第１目標面Ｓ１との境界部分が凸形状となる（第１目標面Ｓ１の施工中にバケット３ｃが接触するおそれが無い）隣接面Ｓｎを第２目標面Ｓ２の候補から除外することができる。
【００３６】
このように、情報生成部１５ｂは、第１目標面Ｓ１と第１および第２頂点Ａ１，Ｂ１を共有することにより第１目標面Ｓ１と隣接する他の設計面Ｓｎのうち、第３頂点Ｃｎの鉛直軸座標Ｚｃｎが第１目標面Ｓ１の第３頂点Ｃ１の鉛直軸座標Ｚｃ１よりも大きくない設計面Ｓｎを第２目標面Ｓ２として設定しないように構成されている。
【００３７】
ステップＦ７で隣接面Ｓｎの頂点ＣｎのＺ軸座標（Ｚｃｎ）が第１目標面Ｓ１の頂点Ｃ１のＺ軸座標（Ｚｃ１）よりも大きい（ＹＥＳ）と判定した場合は、第１目標面Ｓ１の頂点Ｃ１から隣接面Ｓ２の２つの頂点Ａｎ，Ｂｎを結ぶベクトルと、頂点Ｃ１から車体位置座標Ｐｍまでを結ぶベクトルの外積Ｑ１，Ｑ２（以下の式（５）および式（６）に示す）を計算し、外積Ｑ１のＺ軸成分Ｑｚ１と外積Ｑ２のＺ軸成分Ｑｚ２との積がゼロ以上であるか否かを判定する（ステップＦ８）。
【００３８】
【数５】
2019157600.tif 000007
【００３９】
【数６】
2019157600.tif 000008
【００４０】
ステップＦ８で外積Ｑ１のＺ軸成分Ｑｚ１と外積Ｑ２のＺ軸成分Ｑｚ２との積がゼロよりも小さい（ＮＯ）と判定した場合は、ステップＦ３に戻る。これにより、車体近傍に位置する（第１目標面Ｓ１の施工中にバケット３ｃが接触するおそれが無い）隣接面Ｓｎを第２目標面Ｓ２の候補から除外することができる。
【００４１】
このように、情報生成部１５ｂは、第１目標面Ｓ１と第１および第２頂点Ａ１，Ｂ１を共有することにより第１目標面Ｓ１に隣接する他の設計面Ｓｎのうち、第１目標面Ｓ１の第３頂点Ｃ１から他の設計面Ｓｎの第２頂点Ｂｎ（＝第１設計面Ｓ１の第２頂点Ｂ１）に向かう第１ベクトルＣ１Ｂｎと第１目標面Ｓ１の第３頂点Ｃ１から車体位置座標Ｐｍに向かう第２ベクトルＣ１Ｐｍとの外積Ｑ１の鉛直軸成分Ｑｚ１と、第１目標面Ｓ１の第３頂点Ｃ１から他の設計面Ｓｎの第２頂点Ｂｎ（＝第１設計面Ｓ１の第２頂点Ｂ１）に向かう結ぶ第３ベクトルＣ１Ｂｎと第１目標面Ｓ１の第３頂点Ｃ１から車体位置座標Ｐｍに向かう第４ベクトルＣ１Ｐｍとの外積Ｑ２の鉛直軸成分Ｑｚ２との積がゼロよりも小さくなる他の設計面Ｓｎを第２目標面Ｓ２として設定しないように構成されている。
【００４２】
ステップＦ８で外積Ｑ１のＺ軸成分Ｑｚ１と外積Ｑ２のＺ軸成分Ｑｚ２との積がゼロ以上である（ＹＥＳ）と判定した場合は、隣接面Ｓｎを第２目標面Ｓ２に設定し（ステップＦ９）、ステップＦ３に戻る。
【００４３】
ステップＦ３で第１目標面Ｓ１に他の隣接面Ｓｎが無い（ＮＯ）と判定した場合は、第２目標面Ｓ２があるか否かを判定する（ステップＦ１０）。
【００４４】
ステップＦ１０で第２目標面Ｓ２がある（ＹＥＳ）と判定した場合は、フロント方向ベクトルＭの単位ベクトルＭ’を算出する（ステップＦ１１）。ここで、フロント方向ベクトルＭとは、図７に示すように、ブームフートピン位置Ｐｂ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）からバケット先端位置Ｐｔ（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）に向かうベクトルであり、以下の式（７）で表される。
【００４５】
【数７】
2019157600.tif 000009
【００４６】
フロント方向ベクトルＭの単位ベクトルＭ’は、ＧＮＳＳ受信機ベクトルＧと、旋回軸ベクトルＣと、フロント方向ベクトルＭとＧＮＳＳ受信機ベクトルＧとの角度θｍとを用いて算出される。
【００４７】
ＧＮＳＳ受信機ベクトルＧは、図７に示すように、右ＧＮＳＳ受信機位置Ｐｒ（ｘｒ，ｙｒ，ｚｒ）から左ＧＮＳＳ受信機位置Ｐｌ（ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ）に向かうベクトルであり、以下の式（８）で表される。
【００４８】
【数８】
2019157600.tif 000010
【００４９】
旋回軸ベクトルＣは、上部旋回体２の旋回中心軸と平行な単位ベクトルであり、車体ピッチ角度をα、車体ロール角度をβとすると、以下の式（９）で表される。
【００５０】
【数９】
2019157600.tif 000011
【００５１】
フロント方向ベクトルＭとＧＮＳＳ受信機ベクトルＧとの角度θｍは、予め以下の式（１０）で求められる。
【００５２】
【数１０】
2019157600.tif 000012
【００５３】
現在の左右のＧＮＳＳ受信機１１ｅ，１１ｆの位置情報からＧＮＳＳベクトルＧの単位ベクトルＧ’を算出し、この単位ベクトルＧ’を旋回軸ベクトルＣ回りに角度θｍ回転させることにより、フロント方向ベクトルＭの単位ベクトルＭ’を求めることができる。すなわち、フロント方向ベクトルＭの単位ベクトルＭ’は、以下の式（１１）で求められる。
【００５４】
【数１１】
2019157600.tif 000013
【００５５】
ステップＦ１１に続き、第２目標面方向ベクトルを算出する（ステップＦ１２）。ここで、第２目標面方向ベクトルとは、図７に示すように、頂点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１を有する第１目標面Ｓ１と頂点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２を有する第２目標面Ｓ２とが共有する２つの頂点Ａ１（＝Ａ２），Ｂ１（＝Ｂ２）のうち車体に近い一方の頂点Ａ１（＝Ａ２）から他方の頂点Ｂ１（＝Ｂ２）に向かうベクトルである。
【００５６】
ステップＦ１２に続き、バケット３ｃが第２目標面と接触するおそれがあるか否かを判定する（ステップＦ１３）。具体的には、図７に示すように、第１目標面Ｓ１と第２目標面Ｓ２の境界線を含む直線（図中破線で示す）と車体位置座標Ｐｍとの距離Ｄが主にバケット３ｃの幅Ｗに応じて設定される閾値以下のときは、バケット３ｃが第２目標面Ｓ２と接触するおそれがあると判定する。
【００５７】
ステップＦ１３でバケット３ｃが第２目標面Ｓ２と接触するおそれがある（ＹＥＳ）と判定したときは、旋回中心軸と直交する所定の平面（旋回平面）上で第２目標面方向ベクトルと車体方向ベクトルＭの単位ベクトルＭ’とがなす角度（第２目標面方向角度）θｄを算出する（ステップＦ１４）。第２目標面方向角度θｄは、以下の式（１２）で求められる。
【００５８】
【数１２】
2019157600.tif 000014
【００５９】
ステップＦ１４に続き、第２目標面方向角度θｄが所定の閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＦ１５）。
【００６０】
ステップＦ１５で第２目標面角度θｄが所定の閾値よりも大きい（ＹＥＳ）と判定した場合は、ステップＦ１６で第１操作支援情報を表示装置１３に出力し、当該フローを終了する。ここで、第１操作支援情報は、第２目標面方向とフロント方向とを旋回平面上で一致させるための旋回量（第２目標面角度θｄ）を含む。これにより、表示装置１３の表示部１３ａには、例えば図８に示すように、第２目標面方向とフロント方向とを旋回平面上で一致させるための旋回方向（図中矢印で示す）および旋回量（図中角度で示す）が表示される。オペレータはこの第１操作支援情報に従い、第２目標面方向とフロント方向の角度が閾値以内に収まるように上部旋回体２を旋回操作する。その際、必要に応じて走行操作も行う。なお、第２目標面Ｓ２が２つ以上存在する場合、車体により近い方の第２目標面Ｓ２に対する第１操作支援情報を表示部１３ａに表示させる。
【００６１】
ステップＦ１０で第２目標面Ｓ２がない（ＮＯ）と判定した場合、ステップＦ１３でバケット３ｃが第２目標面Ｓ２と接触するおそれがない（ＮＯ）と判定した場合、または、ステップＦ１５で第２目標面角度θｄが所定の閾値以下である（ＮＯ）と判定した場合は、第１目標面Ｓ１に対するバケット刃先ベクトルの角度（バケット刃先角度）θｔを算出する（ステップＦ１７）。バケット刃先角度θｔの算出方法を以下に説明する。
【００６２】
バケット両端の位置座標Ｔ１（ｘ１，ｙ１），Ｔ２（ｘ２，ｙ２）を取得し、爪先鉛直方向の第１目標面座標Ｕ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｕ２（ｘ２，ｙ２，ｚ１）を求める。
【００６３】
バケット刃先角度θｔは、第１目標面座標Ｕ１，Ｕ２を結ぶ線分と旋回平面との角度であり、以下の式（１３）で求められる。
【００６４】
【数１３】
2019157600.tif 000015
【００６５】
ステップＦ１７に続き、第２操作支援情報を表示装置１３に出力し（ステップＦ１８）、当該フローを終了する。ここで、第２操作支援情報は、バケット３ｃの刃先を第１目標面Ｓ１に対して平行にするためのチルト量（バケット刃先角度θｔ）を含む。
【００６６】
このように、情報生成部１５ｂは、車体を上から見たときの作業機３の長手方向（フロント方向）と第１目標面Ｓ１と第２目標面Ｓ２の境界線とがなす角度θｄが所定の閾値以下になったときに、チルトバケット３ｃの刃先を第１目標面Ｓ１に対して平行にするためのチルトバケット３ｃのチルト量を含む第２操作支援情報を生成するように構成されている。
【００６７】
これにより、表示装置１３の表示部１３ａには、例えば図９に示すように、バケット３ｃの刃先を第１目標面Ｓ１に対して平行にするためのチルト方向（図中矢印で示す）およびチルト量（図中角度で示す）が表示される。チルト量としては、第１目標面Ｓ１に対する相対角度（バケット刃先角度θｔ）を表示しても良いが、水平位置からの絶対角度（現在のチルト角にバケット刃先角度θｔを加算した値）を表示する方が操作上望ましい。オペレータは、表示部１３ａに表示された第２操作支援情報に従い、バケット３ｃの刃先が第１目標面Ｓ１に対して平行になるようにチルト操作する。なお、バケット両端が第１目標面Ｓ１の上方にあるときに限り、第２操作支援情報を表示部１３ａに表示させる。また、バケット刃先ベクトルに対する第１目標面Ｓ１の角度θｔがバケット３ｃのチルト範囲外である場合は、第２操作支援情報に代えてその旨を表示部１３ａに表示させても良い。
【００６８】
このように、本実施例に係る作業機械１００は、下部走行体１と、下部走行体１上に旋回可能に搭載され、下部走行体１と共に車体を構成する上部旋回体２と、上部旋回体２の前側に上下方向に回動可能に設けられ、作業具３ｃを有する作業機３と、車体の三次元位置を計測する位置計測装置１１ｅ，１１ｆと、上部旋回体２の方位を計測する方位計測装置１１ｅ，１１ｆと、三次元設計データを構成する複数の設計面から作業対象の設計面である第１目標面Ｓ１を選択するための選択装置１６と、表示装置１３と、表示装置１３を制御するコントローラ１５とを備え、コントローラ１５は、位置計測装置１１ｅ，１１ｆおよび方位計測装置１１ｅ，１１ｆの計測結果から車体の位置座標Ｐｍおよび作業機３の長手方向（フロント方向）を演算する演算部１５ａと、複数の設計面のうち第１目標面Ｓ１に隣接する他の設計面Ｓｎを第２目標面Ｓ２として設定し、車体を上から見たときの作業機３の長手方向を第１目標面Ｓ１と第２目標面Ｓ２の境界線に対して平行にするための上部旋回体２の旋回量を含む第１操作支援情報を生成する情報生成部１５ｂと、情報生成部１５ｂが生成した第１操作支援情報を表示装置１３に出力する情報出力部１５ｃとを有するように構成されている。
【００６９】
以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル１００によれば、作業対象の設計面（第１目標面Ｓ１）を施工する際に、車体を上から見たときの作業機３の長手方向を第１目標面Ｓ１と第２目標面Ｓ２の境界線に対して平行にするための上部旋回体２の旋回量を含む第１操作支援情報が表示装置１３の表示部１３ａに表示される。オペレータは、第１操作支援情報に従って機体を操作することにより、車体を上から見たときの作業機３の長手方向を第１目標面Ｓ１と第２目標面Ｓ２の境界線に対して平行にすることができる。これにより、油圧ショベル１００で複雑な三次元設計面を施工する際に、作業対象の設計面（第１目標面Ｓ１）に隣接する他の設計面（第２目標面Ｓ２）にバケット３ｃを接触させることなく作業対象の設計面（第１目標面Ｓ１）を施工することが容易となる。
【００７０】
また、第２目標面方向とフロント方向とが旋回平面上で一致したときに、バケット３ｃの刃先を第１目標面Ｓ１に対して平行にするためのチルト量を含む第２操作支援情報が表示装置１３の表示部１３ａに表示される。オペレータは、第２操作支援情報に従ってバケット３ｃを操作することにより、バケット３ｃの刃先を第１目標面Ｓ１に対して平行にすることができる。これにより、作業対象の設計面（第１目標面Ｓ１）を施工する際に、バケット３ｃの刃先を第１目標面Ｓ１に対して平行にすることが容易となる。
【００７１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施の形態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、上記した実施の形態は、作業具としてチルトバケットを有するフロントを例に説明したが、本発明の適用対象はこれに限られず、通常のバケットを有するフロントにも適用可能である。上記した実施の形態は、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。
【符号の説明】
【００７２】
１…下部走行体、２…上部旋回体、３…フロント（作業機）、３ａ…ブーム、３ｂ…アーム、３ｃ…バケット（作業具）、３ｃ１…バケット本体、３ｃ２…チルトシリンダ、３ｃ３…ブラケット、３ｄ…ブームシリンダ、３ｅ…アームシリンダ、３ｆ…バケットシリンダ、Ａ１…チルト回動軸、４…キャブ、５…カウンタウエイト、６…建屋、７…ピラー、８Ｒ…右走行レバー、８Ｌ…左走行レバー、９Ｒ…右操作レバー、９Ｌ…左操作レバー、１１ａ…ブーム姿勢センサ、１１ｂ…アーム姿勢センサ、１１ｃ…バケット姿勢センサ、１１ｄ…車体傾斜センサ、１１ｅ…左ＧＮＳＳ受信機（位置計測装置、方位計測装置）、１１ｆ…右ＧＮＳＳ受信機（位置計測装置、方位計測装置）、１１ｇ…チルトセンサ、１２…運転席、１３…表示装置、１３ａ…表示部、１３ｂ…表示処理部、１４…記憶装置、１５…コントローラ、１５ａ…演算部、１５ｂ…情報生成部、１５ｃ…情報出力部、１６…選択装置、１００…油圧ショベル（作業機械）、２００…操作支援システム。
【図１】
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【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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