(57)【要約】  作業機械の制御システムは、軸線を中心に回転する作業具を有する作業機を備える作業機械を制御する作業機械の制御システムであって、前記作業機械の施工対象の目標形状を示す目標施工形状を生成する目標施工形状生成部と、前記作業具の回転を制御する際の目標となる形状である制御目標形状を前記目標施工形状から求め、かつ前記制御目標形状を延長した延長目標形状を求める目標形状演算部と、前記作業具と前記制御目標形状及び前記延長目標形状との距離に基づいて、前記軸線を中心とする前記作業具の回転を制御する作業機制御部と、を含む。
2016186221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心に回転する作業具を有する作業機を備える作業機械を制御する作業機械の制御システムであって、
前記作業機械の施工対象の目標形状を示す目標施工形状を生成する目標施工形状生成部と、
前記作業具の回転を制御する際の目標となる形状である制御目標形状を前記目標施工形状から求め、かつ前記制御目標形状を延長した延長目標形状を求める目標形状演算部と、
前記作業具と前記制御目標形状及び前記延長目標形状との距離に基づいて、前記軸線を中心とする前記作業具の回転を制御する作業機制御部と、
を含む、作業機械の制御システム。
【請求項２】
前記延長目標形状を、前記作業機制御部が前記作業具の回転を制御する際の目標とするか目標としないかを決定する決定部を有し、
前記作業機制御部は、
前記決定部によって、前記延長目標形状が、前記作業機制御部が前記作業具の回転を制御する際の目標とされた場合には、前記作業具と前記制御目標形状及び前記延長目標形状との距離に基づいて、前記軸線を中心とする前記作業具の回転を制御し、
前記決定部によって、前記延長目標形状が、前記作業機制御部が前記作業具の回転を制御する際の目標とされない場合には、前記作業具と前記制御目標形状との距離に基づいて、前記軸線を中心とする前記作業具の回転を制御する、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項３】
前記決定部は、
前記作業具と目標施工形状との重なり、前記作業具と目標施工形状に対応する前記停止地形との距離、前記作業具の姿勢及び前記作業機の操作状態に基づいて、前記延長目標形状を、前記作業具を停止させる際の目標とするか目標としないかを決定する、請求項２に記載の作業機械の制御システム。
【請求項４】
前記決定部は、
前記作業具を停止させる際の目標を前記延長目標形状とする決定をする場合の前記重なりの大きさを、目標としない決定をする場合の前記重なりの大きさよりも大きくする、請求項３に記載の作業機械の制御システム。
【請求項５】
前記作業具に設定された規定点の位置データを求める規定点位置データ演算部と、
前記規定点を通り前記軸線と直交する動作平面を求める動作平面算出部と、を有し、
前記停止地形算出部は、
前記目標施工形状と前記動作平面とが交差する部分を前記制御目標形状とし、前記制御目標形状と平行に前記制御目標形状を延長した部分を前記延長目標形状とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
【請求項６】
上部旋回体と、
前記上部旋回体を支持する下部走行体と、
第１の軸を中心に回転するブームと第２の軸を中心に回転するアームと第３の軸を中心に回転するバケットとを含み、前記上部旋回体に支持される作業機と、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の作業機械の制御システムと、
を含み、前記作業具は前記バケット、前記アーム、前記ブーム及び前記上部旋回体の少なくとも１つである、作業機械。
【請求項７】
前記作業具は前記バケットであり、前記軸線は前記第３の軸と直交する、請求項６に記載の作業機械。
【請求項８】
軸線を中心に回転する作業具を有する作業機を備える作業機械を制御する作業機械の制御方法であって、
前記作業機械の施工対象の目標形状を示す目標施工形状を生成することと、
前記作業具の回転を制御する際の目標となる形状である制御目標形状を前記目標施工形状から求め、かつ前記制御目標形状を延長した延長目標形状を求めることと、
前記作業具と前記制御目標形状及び前記延長目標形状との距離に基づいて、前記軸線を中心とする前記作業具の回転を制御することと、
を含む、作業機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械の制御システム、作業機械及び作業機械の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているような、チルト式バケットを作業具として有する作業機を備える作業機械が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１８６１７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
作業機械の制御に係る技術分野において、作業機械のオペレータによる操作レバーの操作に介入して、施工対象の目標形状を示す目標施工形状にバケットが侵入しないようにバケットを停止させたり、目標施工形状にバケットが侵入した場合には目標施工形状に侵入しない位置までバケットを移動させたりする、作業機制御が知られている。作業機制御が実行されることにより、バケットが目標施工形状を超えてしまうことが抑制され、目標施工形状に沿った施工が実現される。【０００５】
例えば、法面の肩部等は２つの面が接続しているが、このような部分を施工する場合、バケットをチルト動作させることによって一方の面にバケットの刃先を位置決めしたいという要請がある。法面の肩部等は、２つの面が接続する部分で目標施工形状が不連続になる。このように、目標施工形状に不連続な部分があると、不連続である部分に対して、バケットを位置決めしたい面の反対側の面までバケットがチルト動作することがある。その結果、作業具であるバケットを位置決めしたい目標施工形状に位置決めできない可能性がある。【０００６】
本発明の態様は、作業機械の施工対象の目標施工形状に作業具を位置決めできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、軸線を中心に回転する作業具を有する作業機を備える作業機械を制御する作業機械の制御システムであって、前記作業機械の施工対象の目標形状を示す目標施工形状を生成する目標施工形状生成部と、前記作業具の回転を制御する際の目標となる形状である制御目標形状を前記目標施工形状から求め、かつ前記制御目標形状を延長した延長目標形状を求める目標形状演算部と、前記作業具と前記制御目標形状及び前記延長目標形状との距離に基づいて、前記軸線を中心とする前記作業具の回転を制御する作業機制御部と、を含む、作業機械の制御システムが提供される。【０００８】
本発明の第２の態様に従えば、第１の態様において、前記延長目標形状を、前記作業機制御部が前記作業具の回転を制御する際の目標とするか目標としないかを決定する決定部を有し、前記作業機制御部は、前記決定部によって、前記延長目標形状が、前記作業機制御部が前記作業具の回転を制御する際の目標とされた場合には、前記作業具と前記制御目標形状及び前記延長目標形状との距離に基づいて、前記軸線を中心とする前記作業具の回転を制御し、前記決定部によって、前記延長目標形状が、前記作業機制御部が前記作業具の回転を制御する際の目標とされない場合には、前記作業具と前記制御目標形状との距離に基づいて、前記軸線を中心とする前記作業具の回転を制御する作業機械の制御システムが提供される。【０００９】
本発明の第３の態様に従えば、第２の態様において、前記決定部は、前記作業具と目標施工形状との重なり、前記作業具と目標施工形状に対応する前記停止地形との距離、前記作業具の姿勢及び前記作業機の操作状態に基づいて、前記延長目標形状を、前記作業具を停止させる際の目標とするか目標としないかを決定する作業機械の制御装置が提供される。【００１０】
本発明の第４の態様に従えば、第３の態様において、前記決定部は、前記作業具を停止させる際の目標を前記延長目標形状とする決定をする場合の前記重なりの大きさを、目標としない決定をする場合の前記重なりの大きさよりも大きくする作業機械の制御システムが提供される。【００１１】
本発明の第５の態様に従えば、第１の態様から第４の態様のいずれか１つにおいて、前記作業具に設定された規定点の位置データを求める規定点位置データ演算部と、前記規定点を通り前記軸線と直交する動作平面を求める動作平面算出部と、を有し、前記停止地形算出部は、前記目標施工形状と前記動作平面とが交差する部分を前記制御目標形状とし、前記制御目標形状と平行に前記制御目標形状を延長した部分を前記延長目標形状とする作業機械の制御システムが提供される。【００１２】
本発明の第６の態様に従えば、上部旋回体と、前記上部旋回体を支持する下部走行体と、第１の軸を中心に回転するブームと第２の軸を中心に回転するアームと第３の軸を中心に回転するバケットとを含み、前記上部旋回体に支持される作業機と、第１の態様から第５の態様のいずれか１つに係る作業機械の制御システムと、を含み、前記作業具は前記バケット、前記アーム、前記ブーム及び前記上部旋回体の少なくとも１つである作業機械が提供される。【００１３】
本発明の第７の態様に従えば、第６の態様において、前記作業具は前記バケットであり、前記軸線は前記第３の軸と直交する作業機械が提供される。【００１４】
本発明の第８の態様に従えば、軸線を中心に回転する作業具を有する作業機を備える作業機械を制御する作業機械の制御方法であって、前記作業機械の施工対象の目標形状を示す目標施工形状を生成することと、前記作業具の回転を制御する際の目標となる形状である制御目標形状を前記目標施工形状から求め、かつ前記制御目標形状を延長した延長目標形状を求めることと、前記作業具と前記制御目標形状及び前記延長目標形状との距離に基づいて、前記軸線を中心とする前記作業具の回転を制御することと、を含む、作業機械の制御方法が提供される。【００１５】
本発明の態様によれば、作業機械の施工対象の目標施工形状に作業具を位置決めできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る作業機械の一例を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係るバケットの一例を示す側断面図である。
【図３】本実施形態に係るバケットの一例を示す正面図である。
【図４】油圧ショベルを模式的に示す側面図である。
【図５】油圧ショベルを模式的に示す背面図である。
【図６】油圧ショベルを模式的に示す平面図である。
【図７】バケットを模式的に示す側面図である。
【図８】バケットを模式的に示す正面図である。
【図９】チルトシリンダを動作させる油圧システムの一例を模式的に示す図である。
【図１０】本実施形態に係る作業機械の制御システムの一例を示す機能ブロック図である。
【図１１】本実施形態に係るバケットに設定される規定点の一例を模式的に示す図である。
【図１２】本実施形態に係る目標施工データの一例を示す模式図である。
【図１３】本実施形態に係る目標施工形状の一例を示す模式図である。
【図１４】本実施形態に係るチルト動作平面の一例を示す模式図である。
【図１５】本実施形態に係るチルト動作平面の一例を示す模式図である。
【図１６】本実施形態に係るチルト停止制御を説明するための模式図である。
【図１７】チルトバケットのチルト回転を動作距離に基づき停止させるため、動作距離と制限速度との関係の一例を示す図である。
【図１８】バケットを移動させながらチルト停止制御を実行する場合の一例を示す図である。
【図１９】バケットを移動させながらチルト停止制御を実行する場合の一例を示す図である。
【図２０】バケットを移動させながらチルト停止制御を実行する場合の一例を示す図である。
【図２１】本実施形態に係る停止制御を説明するための図である。
【図２２】本実施形態に係る停止制御を説明するための図である。
【図２３】バケットを移動させながら本実施形態に係るチルト停止制御を実行する場合の一例を示す図である。
【図２４】バケットを移動させながら本実施形態に係るチルト停止制御を実行する場合の一例を示す図である。
【図２５】バケットを移動させながら本実施形態に係るチルト停止制御を実行する場合の一例を示す図である。
【図２６】バケットが空中で停止することを説明するための図である。
【図２７】バケットを目標施工形状に位置決めした状態を示す図である。
【図２８】バケットと目標施工形状との重なりによって、延長停止地形を、バケットを停止させる際の目標とするか否かを決定する例を説明するための図である。
【図２９】バケットと目標施工形状との重なりによって、延長停止地形を、バケットを停止させる際の目標とするか否かを決定する例を説明するための図である。
【図３０】車体座標系におけるバケットと目標施工形状とを示す図である。
【図３１】決定部の制御ブロック図である。
【図３２】本実施形態に係る作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
以下の説明においては、グローバル座標系（Ｘｇ−Ｙｇ−Ｚｇ座標系）及び車体座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系）を設定して各部の位置関係について説明する。グローバル座標系とは、全地球測位システム（Global  Positioning  System：ＧＰＳ）のような全地球航法衛星システム（Global  Navigation  Satellite  System：ＧＮＳＳ）により規定される絶対位置を示す座標系である。車体座標系とは、作業機械の基準位置に対する相対位置を示す座標系である。
【００１９】
本実施形態において、停止制御は、作業機と作業機械の施工対象の目標施工形状との距離に基づいて、作業機の少なくとも一部の動作を停止させる制御をいう。例えば、作業機が有するバケットがチルト方式のバケットである場合、停止制御は、バケットと目標施工形状との距離に基づいて、バケットのチルト動作を停止させる制御が挙げられる。バケットのチルト動作を停止させる停止制御を適宜、チルト停止制御と称する。
【００２０】
［作業機械］
図１は、本実施形態に係る作業機械の一例を示す斜視図である。本実施形態においては、作業機械が油圧ショベル１００である例について説明する。作業機械は、油圧ショベル１００に限定されない。
【００２１】
図１に示されるように、油圧ショベル１００は、油圧により動作する作業機１と、作業機１を支持する車体である上部旋回体２と、上部旋回体２を支持する走行装置である下部走行体３と、作業機１を操作するための操作装置３０と、作業機１を制御する制御装置５０とを備える。上部旋回体２は、下部走行体３に支持された状態で旋回軸ＲＸを中心に旋回可能である。
【００２２】
上部旋回体２は、オペレータが搭乗する運転室４と、エンジン及び油圧ポンプが収容される機械室５とを有する。運転室４は、オペレータが着座する運転席４Ｓを有する。機械室５は、運転室４の後方に配置される。
【００２３】
下部走行体３は、一対の履帯３Ｃを有する。履帯３Ｃの回転により、油圧ショベル１００が走行する。下部走行体３がタイヤを有してもよい。
【００２４】
作業機１は、上部旋回体２に支持される。作業機１は、ブームピンを介して上部旋回体２に連結されるブーム６と、アームピンを介してブーム６に連結されるアーム７と、バケットピン及びチルトピンを介してアーム７に連結されるバケット８とを有する。バケット８は、刃８Ｃを有する。刃８Ｃは、バケット８の先端、すなわちバケットピンで連結されている部分から離れた部分に設けられた、板状の部材である。刃８Ｃの刃先９は、刃８Ｃの先端部であり、本実施形態では直線状の部分である。バケット８に複数の凸形状の刃が設けられている場合、刃先９は、凸形状の刃の先端部となる。
【００２５】
ブーム６は、第１の軸であるブーム軸ＡＸ１を中心に上部旋回体２に対して回転可能である。アーム７は、第２の軸であるアーム軸ＡＸ２を中心にブーム６に対して回転可能である。バケット８は、第３の軸であるバケット軸ＡＸ３及びバケット軸ＡＸ３に平行な軸と直交する軸線であるチルト軸ＡＸ４のそれぞれを中心にアーム７に対して回転可能である。バケット軸ＡＸ３とチルト軸ＡＸ４とは互いに交差しない。
【００２６】
ブーム軸ＡＸ１とアーム軸ＡＸ２とバケット軸ＡＸ３とは平行である。ブーム軸ＡＸ１、アーム軸ＡＸ２及びバケット軸ＡＸ３と旋回軸ＲＸと平行な軸とは直交する。ブーム軸ＡＸ１、アーム軸ＡＸ２及びバケット軸ＡＸ３は、車体座標系のＹ軸と平行である。旋回軸ＲＸは、車体座標系のＺ軸と平行である。ブーム軸ＡＸ１、アーム軸ＡＸ２及びバケット軸ＡＸ３と平行な方向は、上部旋回体２の車幅方向を示す。旋回軸ＲＸと平行な方向は、上部旋回体２の上下方向を示す。ブーム軸ＡＸ１、アーム軸ＡＸ２、バケット軸ＡＸ３及び旋回軸ＲＸの両方と直交する方向は、上部旋回体２の前後方向を示す。運転席４Ｓを基準として作業機１が存在する方向が前方である。
【００２７】
作業機１は、油圧シリンダ１０が発生する力により動作する。油圧シリンダ１０は、ブーム６を作動させるブームシリンダ１１と、アーム７を動作させるアームシリンダ１２と、バケット８を作動させるバケットシリンダ１３及びチルトシリンダ１４とを含む。
【００２８】
作業機１は、ブームストロークセンサ１６と、アームストロークセンサ１７と、バケットストロークセンサ１８と、チルトストロークセンサ１９とを有する。ブームストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１１の動作量を示すブームストロークを検出する。アームストロークセンサ１７は、アームシリンダ１２の動作量を示すアームストロークを検出する。バケットストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１３の動作量を示すバケットストロークを検出する。チルトストロークセンサ１９は、チルトシリンダ１４の動作量を示すチルトストロークを検出する。
【００２９】
操作装置３０は、運転室４に配置される。操作装置３０は、油圧ショベル１００のオペレータに操作される操作部材を含む。オペレータは、操作装置３０を操作して、作業機１を動作させる。本実施形態において、操作装置３０は、左操作レバー３０Ｌ及び右操作レバー３０Ｒと、チルト操作レバー３０Ｔと、操作ペダル３０Ｆとを含む。
【００３０】
中立位置にある右操作レバー３０Ｒが前方に操作されると、ブーム６が下げ動作し、後方に操作されると、ブーム６が上げ動作する。中立位置にある右操作レバー３０Ｒが右方に操作されると、バケット８がダンプ動作し、左方に操作されると、バケット８が掻き込み動作する。
【００３１】
中立位置にある左操作レバー３０Ｌが前方に操作されると、アーム７が伸ばし動作し、後方に操作されると、アーム７が掻き込み動作する。中立位置にある左操作レバー３０Ｌが右方に操作されると、上部旋回体２が右旋回し、左方に操作されると、上部旋回体２が左旋回する。
【００３２】
なお、右操作レバー３０Ｒ及び左操作レバー３０Ｌの操作方向と、作業機１の動作方向及び上部旋回体２の旋回方向との関係は、上述の関係でなくてもよい。
【００３３】
制御装置５０は、コンピュータシステムを含む。制御装置５０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなプロセッサと、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）のような揮発性メモリを含む記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。
【００３４】
［バケット］
図２は、本実施形態に係るバケット８の一例を示す側断面図である。図３は、本実施形態に係るバケット８の一例を示す正面図である。本実施形態において、バケット８は、チルト式バケットである。チルト式バケットは、軸線であるチルト軸ＡＸ４を中心として動作、例えば回転するバケットである。本実施形態において、軸線を中心として回転する部材は、バケット８である。
【００３５】
バケット８はチルト式バケットに限定されない。バケット８は、例えば、ローテートバケットであってもよい。ローテートバケットは、バケット軸ＡＸ３と垂直に交わる軸線の周りを回転するバケットである。
【００３６】
図２及び図３に示されるように、バケット８は、バケットピン８Ｂを介してアーム７に回転可能に連結される。また、バケット８は、チルトピン８Ｔを介してアーム７に回転可能に支持される。バケット８は、接続部材９０を介して、アーム７の先端部に接続される。バケットピン８Ｂは、アーム７と接続部材９０とを連結する。チルトピン８Ｔは、接続部材９０とバケット８とを連結する。バケット８は、接続部材９０を介して、アーム７に回転可能に接続される。
【００３７】
バケット８は、底板８１と、背板８２と、上板８３と、側板８４と、側板８５とを含む。バケット８は、上板８３の上部に設けられたブラケット８７を有する。ブラケット８７は、上板８３の前後位置に設置される。ブラケット８７は、接続部材９０及びチルトピン８Ｔと連結される。
【００３８】
接続部材９０は、プレート部材９１と、プレート部材９１の上面に設けられたブラケット９２と、プレート部材９１の下面に設けられたブラケット９３とを有する。ブラケット９２は、アーム７及び第２リンクピン９５Ｐと連結される。ブラケット９３はブラケット８７の上部に設置され、チルトピン８Ｔ及びブラケット８７と連結される。
【００３９】
バケットピン８Ｂは、接続部材９０のブラケット９２とアーム７の先端部とを連結する。チルトピン８Ｔは、接続部材９０のブラケット９３とバケット８のブラケット８７とを連結する。接続部材９０及びバケット８は、アーム７に対してバケット軸ＡＸ３を中心に回転可能である。バケット８は、接続部材９０に対してチルト軸ＡＸ４を中心に回転可能である。
【００４０】
作業機１は、第１リンクピン９４Ｐを介してアーム７に回転可能に接続される第１リンク部材９４と、第２リンクピン９５Ｐを介してブラケット９２に回転可能に接続される第２リンク部材９５とを有する。第１リンク部材９４の基端部が第１リンクピン９４Ｐを介してアーム７に接続される。第２リンク部材９５の基端部が第２リンクピン９５Ｐを介してブラケット９２に接続される。第１リンク部材９４の先端部と第２リンク部材９５の先端部とが、バケットシリンダトップピン９６を介して連結される。
【００４１】
バケットシリンダ１３の先端部は、バケットシリンダトップピン９６を介して、第１リンク部材９４の先端部及び第２リンク部材９５の先端部と回転可能に接続される。バケットシリンダ１３が伸縮すると、接続部材９０はバケット８と共にバケット軸ＡＸ３を中心に回転する。
【００４２】
チルトシリンダ１４は、接続部材９０に設けられたブラケット９７及びバケット８に設けられたブラケット８８のそれぞれに接続される。チルトシリンダ１４のロッドがピンを介してブラケット９７に接続される。チルトシリンダ１４の本体部がピンを介してブラケット８８に接続される。チルトシリンダ１４が伸縮すると、バケット８はチルト軸ＡＸ４を中心に回転する。チルトシリンダ１４の接続の構造は一例であって、本実施形態の構造には限定されない。
【００４３】
このように、バケット８は、バケットシリンダ１３が動作することにより、バケット軸ＡＸ３を中心に回転する。バケット８は、チルトシリンダ１４が動作することにより、チルト軸ＡＸ４を中心に回転する。バケット８がバケット軸ＡＸ３を中心に回転すると、チルトピン８Ｔはバケット８と共に回転する。
【００４４】
［検出システム］
次に、油圧ショベル１００の検出システム４００について説明する。図４は、油圧ショベル１００を模式的に示す側面図である。図５は、油圧ショベル１００を模式的に示す背面図である。図６は、油圧ショベル１００を模式的に示す平面図である。図７は、バケット８を模式的に示す側面図である。図８は、バケット８を模式的に示す正面図である。
【００４５】
図４、図５及び図６に示されるように、検出システム４００は、上部旋回体２の位置を検出する位置検出装置２０と、作業機１の角度を検出する作業機角度検出装置２４とを有する。位置検出装置２０は、上部旋回体２の位置を検出する車体位置演算器２１と、上部旋回体２の姿勢を検出する姿勢演算器２２と、上部旋回体２の方位を検出する方位演算器２３とを含む。
【００４６】
車体位置演算器２１は、ＧＰＳ受信機を含む。車体位置演算器２１は、上部旋回体２に設けられる。車体位置演算器２１は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の絶対位置Ｐｇ、すなわちグローバル座標系（Ｘｇ−Ｙｇ−Ｚｇ）における位置を検出する。上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、Ｘｇ軸方向の座標データ、Ｙｇ軸方向の座標データ及びＺｇ軸方向の座標データを含む。
【００４７】
上部旋回体２に複数のＧＰＳアンテナ２１Ａが設けられる。ＧＰＳアンテナ２１Ａは、ＧＰＳ衛星から電波を受信して、受信した電波に基づいて生成した信号を車体位置演算器２１に出力する。車体位置演算器２１は、ＧＰＳアンテナ２１Ａから与えられた信号に基づいて、グローバル座標系で規定されるＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒを検出する。車体位置演算器２１は、ＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒに基づいて、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。
【００４８】
ＧＰＳアンテナ２１Ａは、車幅方向に２個、設けられる。車体位置演算器２１は、一方のＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒａ及び他方のＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒｂのそれぞれを検出する。車体位置演算器２１は、位置Ｐｒａと位置Ｐｒｂとの少なくとも一方に基づいて演算処理を実行して、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを検出する。本実施形態において、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、位置Ｐｒａである。なお、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇは、位置Ｐｒｂでもよいし、位置Ｐｒａと位置Ｐｒｂとの間の位置でもよい。
【００４９】
姿勢演算器２２は、慣性計測装置（Inertial  Measurement  Unit：ＩＭＵ）を含む。姿勢演算器２２は、上部旋回体２に設けられる。姿勢演算器２２は、グローバル座標系で規定される水平面、すなわちＸｇ−Ｙｇ平面に対する上部旋回体２の傾斜角度を検出する。水平面に対する上部旋回体２の傾斜角度は、車幅方向における上部旋回体２の傾斜角度を示すロール角度θ１と、前後方向における上部旋回体２の傾斜角度を示すピッチ角度θ２とを含む。
【００５０】
方位演算器２３は、一方のＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒａと他方のＧＰＳアンテナ２１Ａが設置されている位置Ｐｒｂとに基づいて、グローバル座標系で規定される基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。方位演算器２３は、位置Ｐｒａと位置Ｐｒｂとに基づいて演算処理を実行して、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。方位演算器２３は、位置Ｐｒａと位置Ｐｒｂとを結ぶ直線を求め、求めた直線と基準方位とがなす角度に基づいて、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。基準方位に対する上部旋回体２の方位は、基準方位と上部旋回体２の方位とがなす角度を示すヨー角度θ３を含む。
【００５１】
図４、図７及び図８に示されるように、作業機角度検出装置２４は、ブームストロークセンサ１６で検出されたブームストロークに基づいて、車体座標系のＺ軸に対するブーム６の傾斜角度を示すブーム角度αを求める。作業機角度検出装置２４は、アームストロークセンサ１７で検出されたアームストロークに基づいて、ブーム６に対するアーム７の傾斜角度を示すアーム角度βを求める。作業機角度検出装置２４は、バケットストロークセンサ１８で検出されたバケットストロークに基づいて、アーム７に対するバケット８の刃先９の傾斜角度を示すバケット角度γを求める。作業機角度検出装置２４は、チルトストロークセンサ１９で検出されたチルトストロークに基づいて、ＸＹ平面に対するバケット８の傾斜角度を示すチルト角度δを求める。作業機角度検出装置２４は、ブームストロークセンサ１６で検出されたブームストローク、アームストロークセンサ１７で検出されたアームストローク、バケットストロークセンサ１８で検出されたバケットストローク、及びチルトストロークセンサ１９で検出されたチルトストロークに基づいて、ＸＹ平面に対するチルト軸ＡＸ４の傾斜角度を示すチルト軸角度εを求める。作業機１の傾斜角度は、ストロークセンサ以外の角度センサによる検出であってもよいし、ステレオカメラ及びレーザスキャナ等の光学的な計測手段による検出であってもよい。
【００５２】
［油圧システム］
図９は、チルトシリンダ１４を動作させる油圧システム３００の一例を模式的に示す図である。油圧システム３００は、作動油を供給する可変容量型のメイン油圧ポンプ３１と、パイロット油を供給するパイロット圧ポンプ３２と、チルトシリンダ１４に対する作動油の供給量を調整する流量制御弁２５と、流量制御弁２５に作用するパイロット圧を調整する制御弁３７Ａ，３７Ｂ，３９と、操作装置３０のチルト操作レバー３０Ｔ及び操作ペダル３０Ｆと、制御装置５０とを備える。チルト操作レバー３０Ｔは、左操作レバー３０Ｌ又は右操作レバー３０Ｒの少なくとも一方に設けられるボタン等である。本実施形態において、操作装置３０の操作ペダル３０Ｆは、パイロット圧方式の操作装置である。操作装置３０のチルト操作レバー３０Ｔは、電子レバー方式の操作装置である。
【００５３】
操作装置３０の操作ペダル３０Ｆは、パイロット圧ポンプ３２に接続される。操作ペダル３０Ｆとパイロット圧ポンプ３２との間には、制御弁３９が設けられる。また、操作ペダル３０Ｆは、制御弁３７Ａから送出されるパイロット油が流れる油路３８Ａにシャトル弁３６Ａを介して接続される。また、操作ペダル３０Ｆは、制御弁３７Ｂから送出されるパイロット油が流れる油路３８Ｂにシャトル弁３６Ｂを介して接続される。操作ペダル３０Ｆが操作されることにより、操作ペダル３０Ｆとシャトル弁３６Ａとの間の油路３３Ａの圧力、及び操作ペダル３０Ｆとシャトル弁３６Ｂとの間の油路３３Ｂの圧力が調整される。
【００５４】
チルト操作レバー３０Ｔが操作されることにより、チルト操作レバー３０Ｔの操作により生成された操作信号が制御装置５０に出力される。制御装置５０は、チルト操作レバー３０Ｔから出力された操作信号に基づいて制御信号を生成し、制御弁３７Ａ，３７Ｂを制御する。制御弁３７Ａ，３７Ｂは、電磁比例制御弁である。制御弁３７Ａは、制御信号に基づいて、油路３８Ａを開閉する。制御弁３７Ｂは、制御信号に基づいて、油路３８Ｂを開閉する。
【００５５】
チルト停止制御を実行しないとき、操作装置３０の操作量に基づいて、パイロット圧が調整される。チルト停止制御を実行するとき、制御装置５０は、制御弁３７Ａ，３７Ｂ又は制御弁３９に制御信号を出力して、パイロット圧を調整する。
【００５６】
［制御システム］
図１０は、本実施形態に係る作業機械の制御システム２００の一例を示す機能ブロック図である。以下において、作業機械の制御システム２００を適宜、制御システム２００と称する。図１０に示されるように、制御システム２００は、作業機１を制御する制御装置５０と、位置検出装置２０と、作業機角度検出装置２４と、制御弁３７（３７Ａ，３７Ｂ），３９と、目標施工データ生成装置７０とを備える。
【００５７】
位置検出装置２０は、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇ、ロール角度θ１及びピッチ角度θ２を含む上部旋回体２の姿勢と、ヨー角度θ３を含む上部旋回体２の方位とを検出する。作業機角度検出装置２４は、ブーム角度α、アーム角度β、バケット角度γ、チルト角度δ、及びチルト軸角度εを含む作業機１の角度を検出する。制御弁３７（３７Ａ，３７Ｂ）は、チルトシリンダ１４に対する作動油の供給量を調整する。
【００５８】
制御弁３７は、制御装置５０からの制御信号に基づいて作動する。目標施工データ生成装置７０は、コンピュータシステムを含む。目標施工データ生成装置７０は、施工エリアの目標形状である目標地形を示す目標施工データを生成する。目標施工データは、作業機１による施工後に得られる３次元の目標形状を示す。
【００５９】
目標施工データ生成装置７０は、油圧ショベル１００の遠隔地に設けられる。目標施工データ生成装置７０は、例えば施工管理施設に設置される。目標施工データ生成装置７０と制御装置５０とは無線通信可能である。目標施工データ生成装置７０で生成された目標施工データは、無線で制御装置５０に送信される。
【００６０】
目標施工データ生成装置７０と制御装置５０とが有線で接続され、目標施工データ生成装置７０から制御装置５０に目標施工データが送信されてもよい。目標施工データ生成装置７０が目標施工データを記憶した記録媒体を含み、制御装置５０が、記録媒体から目標施工データを読み込み可能な装置を有してもよい。
【００６１】
目標施工データ生成装置７０は、油圧ショベル１００に設けられてもよい。施工を管理する外部の管理装置から目標施工データが有線又は無線で油圧ショベル１００の目標施工データ生成装置７０に供給され、目標施工データ生成装置７０が供給された目標施工データを記憶してもよい。
【００６２】
制御装置５０は、処理部５１と、記憶部５２と、入出力部５３とを含む。処理部５１は、車体位置データ取得部５１Ａと、作業機角度データ取得部５１Ｂと、候補規定点位置データ演算部５１Ｃａと、目標施工形状生成部５１Ｄと、規定点位置データ演算部５１Ｃｂと、動作平面演算部５１Ｅと、停止地形演算部５１Ｆと、作業機制御部５１Ｇと、制限速度決定部５１Ｈと、決定部５１Ｊと、を有する。記憶部５２は、作業機データを含む油圧ショベル１００の諸元データを記憶する。
【００６３】
処理部５１が有する車体位置データ取得部５１Ａ、作業機角度データ取得部５１Ｂ、候補規定点位置データ演算部５１Ｃａ、目標施工形状生成部５１Ｄ、規定点位置データ演算部５１Ｃｂ、動作平面演算部５１Ｅ、停止地形演算部５１Ｆ、作業機制御部５１Ｇ、制限速度決定部５１Ｈ及び決定部５１Ｊのそれぞれの機能は、制御装置５０のプロセッサによって実現される。記憶部５２の機能は、制御装置５０の記憶装置によって実現される。入出力部５３の機能は、制御装置５０の入出力インターフェース装置によって実現される。
【００６４】
車体位置データ取得部５１Ａは、位置検出装置２０から入出力部５３を介して車体位置データを取得する。車体位置データは、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の絶対位置Ｐｇ、ロール角度θ１及びピッチ角度θ２を含む上部旋回体２の姿勢及びヨー角度θ３を含む上部旋回体２の方位を含む。
【００６５】
作業機角度データ取得部５１Ｂは、作業機角度検出装置２４から入出力部５３を介して作業機角度データを取得する。作業機角度データは、ブーム角度α、アーム角度β、バケット角度γ、チルト角度δ及びチルト軸角度εを含む作業機１の角度である。
【００６６】
候補規定点位置データ演算部５１Ｃａは、バケット８に設定された規定点ＲＰの位置データを求める。候補規定点位置データ演算部５１Ｃａは、車体位置データ取得部５１Ａで取得された車体位置データと、作業機角度データ取得部５１Ｂで取得された作業機角度データと、記憶部５２に記憶されている作業機データとに基づいて、バケット８に設定される規定点ＲＰの位置データを求める。規定点ＲＰについては後述する。
【００６７】
図４に示すように、作業機データは、ブーム長さＬ１、アーム長さＬ２、バケット長さＬ３、チルト長さＬ４、及びバケット幅Ｌ５を含む。ブーム長さＬ１は、ブーム軸ＡＸ１とアーム軸ＡＸ２との距離である。アーム長さＬ２は、アーム軸ＡＸ２とバケット軸ＡＸ３との距離である。バケット長さＬ３は、バケット軸ＡＸ３とバケット８の刃先９との距離である。チルト長さＬ４は、バケット軸ＡＸ３とチルト軸ＡＸ４との距離である。バケット幅Ｌ５は、側板８４と側板８５との距離である。
【００６８】
図１１は、本実施形態に係るバケット８に設定される規定点ＲＰの一例を模式的に示す図である。図１１に示すように、バケット８には、チルトバケット制御に使用される規定点ＲＰの候補となる候補規定点ＲＰｃが複数設定される。候補規定点ＲＰｃは、バケット８の刃先９及びバケット８の外面に設定される。候補規定点ＲＰｃは、刃先９においてバケット幅方向に複数設定される。また、候補規定点ＲＰｃは、バケット８の外面において複数設定される。前述した規定点ＲＰは、候補規定点ＲＰｃのうちの１つである。
【００６９】
作業機データは、バケット８の形状及び寸法を示すバケット外形データを含む。バケット外形データは、バケット幅Ｌ５を含む。バケット外形データは、バケット８の外面の輪郭データ、及びバケット８の刃先９を基準としたバケット８の複数の候補規定点ＲＰｃの座標データを含む。
【００７０】
候補規定点位置データ演算部５１Ｃａは、上部旋回体２の基準位置Ｐ０に対する複数の候補規定点ＲＰｃそれぞれの相対位置を算出する。また、候補規定点位置データ演算部５１Ｃａは、複数の候補規定点ＲＰｃそれぞれの絶対位置を算出する。
【００７１】
候補規定点位置データ演算部５１Ｃａは、ブーム長さＬ１、アーム長さＬ２、バケット長さＬ３、チルト長さＬ４、及びバケット外形データを含む作業機データと、ブーム角度α、アーム角度β、バケット角度γ、チルト角度δ、及びチルト軸角度εを含む作業機角度データに基づいて、上部旋回体２の基準位置Ｐ０に対するバケット８の複数の候補規定点ＲＰｃそれぞれの相対位置を算出することができる。図４に示すように、上部旋回体２の基準位置Ｐ０は、上部旋回体２の旋回軸ＲＸに設定される。なお、上部旋回体２の基準位置Ｐ０は、ブーム軸ＡＸ１に設定されてもよい。
【００７２】
また、候補規定点位置データ演算部５１Ｃａは、位置検出装置２０によって検出された上部旋回体２の絶対位置Ｐｇと、上部旋回体２の基準位置Ｐ０とバケット８との相対位置とに基づいて、バケット８の絶対位置Ｐａを算出可能である。絶対位置Ｐｇと基準位置Ｐ０との相対位置は、油圧ショベル１００の諸元データから導出される既知データである。候補規定点位置データ演算部５１Ｃａは、上部旋回体２の絶対位置Ｐｇを含む車体位置データと、上部旋回体２の基準位置Ｐ０とバケット８との相対位置と、作業機データと、作業機角度データとに基づいて、バケット８の複数の候補規定点ＲＰｃそれぞれの絶対位置を算出することができる。候補規定点ＲＰｃはバケット８の幅方向の情報とバケット８の外面の情報とを含めば、点に限定されなくてもよい。
【００７３】
目標施工形状生成部５１Ｄは、目標施工データ生成装置７０から与えられる目標施工データに基づいて、施工対象の目標形状を示す目標施工形状ＣＳを生成する。目標施工データ生成装置７０は、目標施工データとして、３次元目標地形データを目標施工形状生成部５１Ｄに与えてもよいし、目標形状の一部を示す複数のラインデータ又は複数のポイントデータを目標施工形状生成部５１Ｄに与えてもよい。本実施形態において、目標施工データ生成装置７０は、目標施工データとして、目標形状の一部を示すラインデータを目標施工形状生成部５１Ｄに与えることとする。
【００７４】
図１２は、本実施形態に係る目標施工データＣＤの一例を示す模式図である。図１２に示されるように、目標施工データＣＤは、施工エリアの目標地形を示す。目標地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の目標施工形状ＣＳを含む。複数の目標施工形状ＣＳのそれぞれは、作業機１による施工対象の目標形状を示す。目標施工データＣＤにおいて、目標施工形状ＣＳのうちバケット８との垂直距離が最も近い点ＡＰが規定される。また、目標施工データＣＤにおいて、点ＡＰ及びバケット８を通りバケット軸ＡＸ３と直交する作業機動作平面ＷＰが規定される。作業機動作平面ＷＰは、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３の少なくとも一つの動作によりバケット８の刃先９が移動する動作平面であり、車体座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）におけるＸＺ平面と平行である。
【００７５】
目標施工形状生成部５１Ｄは、作業機動作平面ＷＰと目標施工形状ＣＳとの交線であるラインＬＸを取得する。また、目標施工形状生成部５１Ｄは、点ＡＰを通り目標施工形状ＣＳにおいてラインＬＸと交差するラインＬＹを取得する。ラインＬＹは、横動作平面と目標施工地形ＣＳとの交線を示す。横動作平面とは、作業機動作平面ＷＰと直交し、点ＡＰを通過する平面である。ラインＬＹは、目標施工地形ＣＳにおいてバケット８の側方方向に延在する。
【００７６】
図１３は、本実施形態に係る目標施工形状ＣＳの一例を示す模式図である。目標施工形状生成部５１Ｄは、ラインＬＸ及びラインＬＹを取得して、ラインＬＸ及びＬＹに基づいて、施工対象の目標形状を示す目標施工形状ＣＳを生成する。目標施工形状ＣＳをバケット８で掘削する場合、制御装置５０は、バケット８を通る作業機動作平面ＷＰと目標施工形状ＣＳとの交線であるラインＬＸに沿ってバケット８を移動させる。
【００７７】
本実施形態において、制御装置５０は、ラインＬＹに基づくチルト制御により、バケット８がチルト動作した場合でも規定点ＲＰとラインＬＹ上とで垂直距離が取得され、バケット８の制御を行うことができる。また、制御装置５０は、ラインＬＹだけではなく、規定点ＲＰに対する目標施工形状ＣＳとの最短距離に基づき、ラインＬＹに平行なラインに基づいてチルト制御を行ってもよい。
【００７８】
動作平面演算部５１Ｅは、部材に設定された規定点を通り、軸線と直交する動作平面を求める。本実施形態において、軸線はチルト軸ＡＸ４であり、部材はバケット８なので、動作平面演算部５１Ｅは、部材であるバケット８の規定点ＲＰを通り、軸線であるチルト軸ＡＸ４と直交するチルト動作平面ＴＰを求める。チルト動作平面ＴＰは、前述した動作平面に相当する。
【００７９】
図１４及び図１５は、本実施形態に係るチルト動作平面ＴＰの一例を示す模式図である。図１４は、チルト軸ＡＸ４が目標施工形状ＣＳと平行であるときのチルト動作平面ＴＰを示す。図１５は、チルト軸ＡＸ４が目標施工形状ＣＳと非平行であるときのチルト動作平面ＴＰを示す。
【００８０】
図１４及び図１５に示されるように、チルト動作平面ＴＰとは、バケット８に規定されている複数の候補規定点ＲＰｃから選択された規定点ＲＰを通りチルト軸ＡＸ４と直交する動作平面をいう。規定点ＲＰは、複数の候補規定点ＲＰｃのうち、チルトバケット制御において最も有利であると判定されたで規定点ＲＰである。チルトバケット制御において最も有利である規定点ＲＰは、目標施工形状ＣＳとの距離が最も近い規定点ＲＰである。なお、チルトバケット制御において最も有利である規定点ＲＰは、その規定点ＲＰに基づいてチルトバケット制御を実行したとき、油圧シリンダ１０のシリンダ速度が最も速くなる規定点ＲＰでもよい。規定点位置データ演算部５１Ｃｂは、バケット８の幅と、外面情報である候補規定点ＲＰｃと、目標施工形状ＣＳとに基づき、規定点ＲＰ、詳細にはチルトバケット制御において最も有利である規定点ＲＰを求める。
【００８１】
図１４及び図１５は、一例として、刃先９に設定された規定点ＲＰを通るチルト動作平面ＴＰを示す。チルト動作平面ＴＰは、チルトシリンダ１４の作動によりバケット８の規定点ＲＰ（刃先９）が移動する動作平面である。ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、及びバケットシリンダ１３の少なくとも一つが作動し、チルト軸ＡＸ４の向きを示すチルト軸角度εが変化すると、チルト動作平面ＴＰの傾きも変化する。
【００８２】
前述したように、作業機角度検出装置２４は、ＸＹ平面に対するチルト軸ＡＸ４の傾斜角度を示すチルト軸角度εを求める。チルト軸角度εは、作業機角度データ取得部５１Ｂに取得される。また、規定点ＲＰの位置データは、候補規定点位置データ演算部５１Ｃａによって求められる。動作平面演算部５１Ｅは、作業機角度データ取得部５１Ｂで取得されたチルト軸ＡＸ４のチルト軸角度εと、候補規定点位置データ演算部５１Ｃａによって求められた規定点ＲＰの位置とに基づいて、チルト動作平面ＴＰを求める。
【００８３】
目標形状演算部５１Ｆは、制御目標形状であるチルト停止地形ＳＴを、目標施工形状ＣＳから求める。本実施形態において、制御目標形状は、目標施工形状ＣＳと動作平面とが交差する部分である。本実施形態において、動作平面はチルト動作平面ＴＰなので、目標形状演算部５１Ｆは、目標施工形状ＣＳとチルト動作平面ＴＰとが交差する部分によって規定される制御目標形状を求める。この制御目標形状を、以下においては適宜、チルト停止地形ＳＴと称する。停止地形演算部５１Ｆは、複数の候補規定点ＲＰｃから選択された規定点ＲＰの位置データと目標施工地形ＣＳとチルトデータとに基づいて、目標施工地形ＣＳにおいてバケット８の側方方向に延在するチルト目標地形ＳＴを算出する。図１４及び図１５に示されるように、チルト停止地形ＳＴは、目標施工形状ＣＳとチルト動作平面ＴＰとの交線によって表される。チルト軸ＡＸ４の向きであるチルト軸角度εが変化すると、チルト停止地形ＳＴの位置が変化する。
【００８４】
目標形状演算部５１Ｆは、チルト停止地形ＳＴを延長した延長目標形状を求める。本実施形態において、延長目標形状は、チルト停止地形ＳＴと平行にチルト停止地形ＳＴが延長された部分である。延長目標形状については後述する。
【００８５】
作業機制御部５１Ｇは、油圧シリンダ１０を制御するための制御信号を出力する。チルト停止制御を実行する場合、作業機制御部５１Ｇは、バケット８の規定点ＲＰとチルト停止地形ＳＴとの距離を示す動作距離Ｄａに基づいて、チルト軸ＡＸ４を中心とするバケット８のチルト動作を停止させるチルト停止制御を実行する。すなわち、本実施形態においては、チルト停止地形ＳＴを基準にチルト停止制御が実行される。チルト停止制御においては、作業機制御部５１Ｇは、チルト動作するバケット８がチルト停止地形ＳＴを超えないように、チルト停止地形ＳＴでバケット８を停止させる。
【００８６】
作業機制御部５１Ｇは、バケット８に設定された複数の候補規定点ＲＰｃのうち動作距離Ｄａが最も短い規定点ＲＰに基づいて、チルト停止制御を実行する。すなわち、作業機制御部５１Ｇは、バケット８に設定された複数の候補規定点ＲＰｃ規定点ＲＰのうちチルト停止地形ＳＴに最も近い規定点ＲＰがチルト停止地形ＳＴを超えないように、チルト停止地形ＳＴに最も近い規定点ＲＰとチルト停止地形ＳＴとの動作距離Ｄａに基づいて、チルト停止制御を実行する。
【００８７】
制限速度決定部５１Ｈは、動作距離Ｄａに基づいて、バケット８のチルト動作速度についての制限速度Ｕを決定する。制限速度決定部５１Ｈは、動作距離Ｄａが閾値であるライン距離Ｈ以下のときに、チルト動作速度を制限する。
【００８８】
決定部５１Ｊは、目標施工形状ＣＳを超えた範囲に存在するチルト停止地形ＳＴを、作業機制御部５１Ｇがバケット８を停止させる際の目標とするか目標としないかを決定する。目標施工形状ＣＳを超えた範囲に存在するチルト停止地形ＳＴを目標とする場合、作業機制御部５１Ｇは、目標施工形状ＣＳが存在する範囲及びこれを超えた範囲に存在するチルト停止地形ＳＴをバケット８が超えないように、バケット８のチルト動作を制御する。目標施工形状ＣＳを超えた範囲に存在するチルト停止地形ＳＴを目標としない場合、作業機制御部５１Ｇは、目標施工形状ＣＳが存在する範囲に存在するチルト停止地形ＳＴをバケット８が超えないように、バケット８のチルト動作を制御する。
【００８９】
図１６は、本実施形態に係るチルト停止制御を説明するための模式図である。図１６に示されるように、目標施工形状ＣＳが規定されるとともに、速度制限介入ラインＩＬが規定される。速度制限介入ラインＩＬは、チルト軸ＡＸ４と平行であり、チルト停止地形ＳＴからライン距離Ｈだけ離れた位置に規定される。ライン距離Ｈは、オペレータの操作感が損なわれないように設定されることが望ましい。作業機制御部５１Ｇは、チルト動作するバケット８の少なくとも一部が速度制限介入ラインＩＬを超え、動作距離Ｄａがライン距離Ｈ以下になったとき、バケット８のチルト動作速度を制限する。制限速度決定部５１Ｈは、速度制限介入ラインＩＬを超えたバケット８のチルト動作速度についての制限速度Ｕを決定する。図１６に示される例では、バケット８の一部が速度制限介入ラインＩＬを超え、動作距離Ｄａがライン距離Ｈよりも小さいため、チルト動作速度が制限される。
【００９０】
制限速度決定部５１Ｈは、チルト動作平面ＴＰと平行な方向における規定点ＲＰとチルト停止地形ＳＴとの動作距離Ｄａを取得する。また、制限速度決定部５１Ｈは、動作距離Ｄａに応じた制限速度Ｕを取得する。作業機制御部５１Ｇは、動作距離Ｄａがライン距離Ｈ以下であると判定された場合、チルト動作速度を制限する。
【００９１】
図１７は、チルトバケットのチルト回転を動作距離Ｄａに基づき停止させるため、動作距離Ｄａと制限速度Ｕとの関係の一例を示す図である。図１７に示されるように、制限速度Ｕは、動作距離Ｄａに応じて決められている速度である。制限速度Ｕは、動作距離Ｄａがライン距離Ｈよりも大きいときには設定されず、動作距離Ｄａがライン距離Ｈ以下のときに設定される。動作距離Ｄａが小さくなるほど、制限速度Ｕは小さくなり、動作距離Ｄａが零になると、制限速度Ｕも零になる。なお、図１７では、目標施工形状ＣＳに近付く方向を負の方向として表している。
【００９２】
制限速度決定部５１Ｈは、操作装置３０のチルト操作レバー３０Ｔの操作量に基づいて、規定点ＲＰが目標施工データＣＤによって特定される目標施工形状ＣＳ（チルト停止地形ＳＴ）に向かって移動するときの移動速度Ｖｒを求める。移動速度Ｖｒは、チルト動作平面ＴＰと平行な面内における規定点ＲＰの移動速度である。移動速度Ｖｒは、複数の規定点ＲＰのそれぞれについて求められる。
【００９３】
本実施形態においては、チルト操作レバー３０Ｔが操作された場合、チルト操作レバー３０Ｔから出力された電流値に基づいて、移動速度Ｖｒが求められる。チルト操作レバー３０Ｔが操作されると、チルト操作レバー３０Ｔの操作量に応じた電流がチルト操作レバー３０Ｔから出力される。記憶部５２には、チルト操作レバー３０Ｔから出力される電流値とパイロット圧との関係を示す第１相関データが記憶されている。また、記憶部５２には、パイロット圧とスプールの移動量を示すスプールストロークとの関係を示す第２相関データが記憶されている。また、記憶部５２には、スプールストロークとチルトシリンダ１４のシリンダ速度との関係を示す第３相関データが記憶されている。
【００９４】
第１相関データ、第２相関データ、及び第３相関データは、実験又はシミュレーション等により事前に求められる既知データである。制限速度決定部５１Ｈは、チルト操作レバー３０Ｔから出力された電流値と、記憶部５２に記憶されている第１相関データ、第２相関データ及び第３相関データとに基づいて、チルト操作レバー３０Ｔの操作量に応じたチルトシリンダ１４のシリンダ速度を求める。シリンダ速度は、実際のストロークセンサの検出値が用いられてもよい。チルトシリンダ１４のシリンダ速度が求められた後、制限速度決定部５１Ｈは、ヤコビアン行列式を使って、チルトシリンダ１４のシリンダ速度をバケット８の複数の規定点ＲＰそれぞれの移動速度Ｖｒに変換する。
【００９５】
作業機制御部５１Ｇは、動作距離Ｄａがライン距離Ｈ以下であると判定された場合、目標施工形状ＣＳに対する規定点ＲＰの移動速度Ｖｒを制限速度Ｕに制限する速度制限を実行する。作業機制御部５１Ｇは、バケット８の規定点ＲＰの移動速度Ｖｒを抑えるために、制御弁３７に制御信号を出力する。作業機制御部５１Ｇは、バケット８の規定点ＲＰの移動速度Ｖｒが動作距離Ｄａに応じた制限速度Ｕになるように、制御弁３７に制御信号を出力する。この処理により、チルト動作するバケット８の規定点ＲＰの移動速度は、規定点ＲＰが目標施工形状ＣＳ（チルト停止地形ＳＴ）に近付くほど遅くなり、規定点ＲＰ（刃先９）が目標施工形状ＣＳに到達したときに零になる。
【００９６】
本実施形態においては、チルト動作平面ＴＰが規定され、チルト動作平面ＴＰと目標施工形状ＣＳとの交線であるチルト停止地形ＳＴが導出される。作業機制御部５１Ｇは、複数の候補規定点ＲＰｃのうちチルト停止地形ＳＴに最も近い規定点ＲＰと目標施工形状ＣＳとの動作距離Ｄａに基づいて、その規定点ＲＰが目標施工形状ＣＳを超えないように、チルト停止制御を実行する。本実施形態においては、バケット８がチルト動作するだけでは、チルト停止地形ＳＴの位置は変化しない。したがって、チルト動作可能なバケット８を使った掘削作業は円滑に実行される。
【００９７】
［チルト停止制御を利用したバケット８の位置決め］
制御装置５０は、目標施工形状ＣＳに向かってバケット８を移動させながらチルト停止制御を実行すると、目標施工形状ＣＳでバケット８を停止させることができる。すなわち、制御装置５０は、バケット８を目標施工形状ＣＳに位置決めすることができる。この場合、バケット停止制御も併用される。バケット停止制御は、バケット８と目標施工形状ＣＳとの距離に基づいて、作業機、すなわちブーム６、アーム７及びバケット８の少なくとも１つを制御することにより、バケット８を目標施工形状ＣＳでバケット８を停止させる制御である。例えば、バケット停止制御において、制御装置５０は、バケット８と目標施工形状ＣＳとの距離に基づいてブーム６の動作を制御することにより、バケット８が目標施工形状ＣＳに接近する速度を制限する。このような処理により、バケット８は目標施工形状ＣＳで停止するので、目標施工形状ＣＳの侵食が抑制される。
【００９８】
図１８、図１９及び図２０は、バケット８を移動させながらチルト停止制御を実行する場合の一例を示す図である。図１８及び図１９に示される例において、油圧ショベル１００の施工対象は、断面が凸形状となっている。目標施工形状ＣＳは、目標施工形状ＣＳａと目標施工形状ＣＳｂとが変曲位置ＳＬで接続されたものとなっている。目標施工形状ＣＳａにバケット８が位置決めされる場合、制御装置５０は、目標施工形状ＣＳとチルト動作平面ＴＰとが交差する部分であるチルト停止地形ＳＴを、バケット８を停止させる目標として、チルト停止制御を実行する。
【００９９】
油圧ショベル１００のオペレータは、目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めする場合、図９に示される操作装置３０のチルト操作レバー３０Ｔを操作してバケット８をチルト動作させながらブーム６を下降させる。バケット８は、チルト動作によって、チルト軸ＡＸ４を中心として、図１８及び図１９に示される矢印Ｒの方向に回転する。また、ブーム６の下降によって、図１８、図１９及び図２０に示される矢印Ｄで示される方向に移動する。
【０１００】
制御装置５０は、バケット８と目標施工形状ＣＳａに対応するチルト停止地形ＳＴとの動作距離Ｄａに基づいてチルト動作速度を制限し、かつバケット８と目標施工形状ＣＳａとの垂直距離Ｄｂに基づいて及びバケット８の下降速度Ｖｂを制限する。垂直距離Ｄｂは、バケット８の規定点ＲＰと目標施工形状ＣＳａとの距離である。バケット８の規定点ＲＰから目標施工形状ＣＳａに向かって延ばした垂線に沿って得られる、規定点ＲＰと目標施工形状ＣＳａとの距離が、垂直距離Ｄｂである。
【０１０１】
制御装置５０は、バケット８の刃先９に設定された規定点ＲＰのうち１つの垂直距離Ｄｂが零になると、ブーム６の下降を停止させる。この場合、目標施工形状ＣＳａの直上に存在する規定点ＲＰは、バケット８がチルト動作するときの移動速度Ｖｒが正であるため、制御装置５０はバケット８のチルト動作を継続する。図１８に示される例では、バケット８は矢印Ｒ方向へ回転し続ける。バケット８が回転することにより、バケット８が目標施工形状ＣＳａを離れると、制御装置５０は、その分だけブーム６を下降させる。本実施形態において、正の移動速度Ｖｒとは、バケット８が目標施工形状ＣＳａから離れる場合の移動速度Ｖｒをいう。
【０１０２】
図１９に示されるように、バケット８の刃先９が目標施工形状ＣＳａに接すると、動作距離Ｄａは零になるが、目標施工形状ＣＳａ上の規定点ＲＰの移動速度Ｖｒは正である。このとき、バケット８は一部が目標施工形状ＣＳａに接するが、残りの部分は目標施工形状ＣＳａに接していない。目標施工形状ＣＳａ上に存在しない部分の規定点ＲＰは、負の移動速度Ｖｒを有する。本実施形態において、負の移動速度Ｖｒとは、バケット８が目標施工形状ＣＳｂを掘り込む場合の移動速度Ｖｒである。目標施工形状ＣＳａ上に存在しない部分の規定点ＲＰは、目標施工形状ＣＳｂに向かって移動速度Ｖｒで移動する。このため、バケット８は、図２０に示されるように、同じ方向にチルト動作を継続する。バケット８がさらにチルト動作を継続し、負の動作速度Ｖｒを有する規定点ＲＰ、図２０に示される例では目標施工形状ＣＳａの直上に存在する規定点ＲＰが目標施工形状ＣＳに接して動作距離Ｄａが零になると、バケット８は停止する。
【０１０３】
オペレータは、目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めしたいが、実際には目標施工形状ＣＳｂにバケット８が位置決めされるので、オペレータが意図した動作が実現されない。また、バケット８が目標施工形状ＣＳｂに向かってチルト動作する過程で、変曲位置ＳＬ近傍の目標施工形状ＣＳａ，ＣＳｂがバケット８によって削られることもある。
【０１０４】
図２１及び図２２は、本実施形態に係る停止制御を説明するための図である。オペレータがバケット８を位置決めしたい目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めするため、本実施形態においては、目標施工形状ＣＳａのチルト停止地形ＳＴを、変曲位置ＳＬを超えた範囲まで延長する。チルト停止地形ＳＴは、図２２に示されるように、チルト動作平面ＴＰと目標施工形状ＣＳとが交差する部分である。図２１に示される例において、チルト停止地形ＳＴが延長された部分は、一点鎖線及び符号ＳＴｅで示される部分である。以下において、この延長された部分を適宜、延長停止地形ＳＴｅと称する。延長停止地形ＳＴｅは、延長目標形状である。
【０１０５】
延長停止地形ＳＴｅは、前述したように、チルト停止地形ＳＴと平行にチルト停止地形ＳＴを延長した部分である。本実施形態において、チルト停止地形ＳＴは直線の線分であり、延長停止地形ＳＴｅはチルト停止地形ＳＴと連続し、かつチルト停止地形ＳＴと平行な直線である。チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅは直線の線分及び直線には限定されず、例えば、平面であってもよい。
【０１０６】
図２３、図２４及び図２５は、バケット８を移動させながら本実施形態に係るチルト停止制御を実行する場合の一例を示す図である。目標施工形状ＣＳａにバケット８が位置決めされる場合、制御装置５０は、図２２に示されるように、目標施工形状ＣＳａとチルト動作平面ＴＰとが交差する部分であるチルト停止地形ＳＴ及びチルト停止地形ＳＴを延長した延長停止地形ＳＴｅを、バケット８のチルト動作を停止させる目標として、チルト停止制御を実行する。
【０１０７】
延長停止地形ＳＴｅは、図２１から図２５に示される例からも理解できるように、バケット８を位置決めする対象の目標施工形状ＣＳａを超えた範囲に存在する。延長停止地形ＳＴｅは、バケット８を位置決めする対象の目標施工形状ＣＳａと変曲位置ＳＬで接続される目標施工形状ＣＳｂの上方に存在する。上方とは、車体座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）においてＺ軸の正の方向である。Ｚ軸の正の方向は、図１に示される油圧ショベル１００の下部走行体３から上部旋回体２に向かう方向である。図９に示される目標形状演算部５１Ｆは、生成したチルト停止地形ＳＴを、少なくとも変曲位置ＳＬの方向に延長して、延長停止地形ＳＴｅを求める。求められた延長停止地形ＳＴｅは、図９に示される記憶部５２に一時的に記憶される。
【０１０８】
油圧ショベル１００のオペレータは、目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めする場合、図９に示される操作装置３０のチルト操作レバー３０Ｔを操作してバケット８を矢印Ｒ方向にチルト動作させながらブーム６を下降させる。バケット８は、チルト動作によって、チルト軸ＡＸ４を中心として、図２３及び図２４に示される矢印Ｒの方向に回転する。また、ブーム６の下降によって、図２３及び図２４に示される矢印Ｄで示される方向に移動する。
【０１０９】
制御装置５０は、バケット８と目標施工形状ＣＳａに対応するチルト停止地形ＳＴとの動作距離Ｄａに基づいてチルト動作速度を制限し、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの垂直距離Ｄｂに基づいてバケット８の下降速度を制限する。図２３に示されるように、制御装置５０は、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの垂直距離Ｄｂが零になると、ブーム６の下降を停止させる。前述したように、ブーム６の下降が停止しても、目標施工形状ＣＳａの直上の規定点ＲＰは正の移動速度Ｖｒなので、バケット８は、矢印Ｒで示される方向のチルト動作を継続する。
【０１１０】
制御装置５０は、バケット８がチルト動作した分だけブーム６を下降させながら、バケット８の姿勢を、刃先９が目標施工形状ＣＳａに平行となるように変更する。本実施形態において、制御装置５０は、チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅを目標としてバケット８のチルト停止制御を実行する。すなわち、チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅに対して負の移動速度Ｖｒを有する規定点ＲＰと、チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅとの動作距離Ｄａが０になると、制御装置５０はバケット８のチルト動作、この例では矢印Ｒ方向への回転を停止させる。この処理によって、図２５に示されるように、バケット８は、刃先９が目標施工形状ＣＳａに位置した状態で停止するので、目標施工形状ＣＳａに位置決めされる。
【０１１１】
このように、制御装置５０は、バケット８を目標施工形状ＣＳａで停止させるチルト停止制御を実行する場合、バケット８を停止させるために目標とする地形を、チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅとする。そして、制御装置５０は、バケット８とチルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅとの動作距離Ｄａに基づいて、バケット８の回転、すなわちチルト動作を停止させる。その結果、バケット８は、刃先９が目標施工形状ＣＳａに位置した状態で停止するので、オペレータは、意図した通りにバケット８を操作することができる。
【０１１２】
図２６は、バケット８が空中で停止することを説明するための図である。図２７は、バケット８を目標施工形状ＣＳｂに位置決めした状態を示す図である。チルト停止制御において、制御装置５０がバケット８とチルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅとの動作距離Ｄａに基づいてバケット８のチルト動作を停止させると、制御装置５０は、延長停止地形ＳＴｅとバケット８との動作距離Ｄａが０になった時点でバケット８のチルト動作を停止させる。すると、図２６に示されるように、バケット８が空中で停止してしまう。その結果、図２７に示されるように、オペレータがバケット８を目標施工形状ＣＳｂに位置決めするようにバケット８の姿勢を変更したい場合、バケット８の動作が阻止されてしまう。
【０１１３】
この現象を回避するため、制御装置５０の決定部５１Ｊは、バケット８と目標施工形状ＣＳａに対応するチルト停止地形ＳＴとの距離である動作距離Ｄａに基づいて、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とするか否かを決定する。詳細には、決定部５１Ｊは、バケット８に設定されている規定点ＲＰと、規定点ＲＰの直下に存在する目標施工形状ＣＳａに対応するチルト停止地形ＳＴとの動作距離Ｄａが閾値以下である場合に、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とする。そして、決定部５１Ｊは、バケット８に設定されている規定点ＲＰと、規定点ＲＰの直下に存在する目標施工形状ＣＳａに対応するチルト停止地形ＳＴとの動作距離Ｄａが閾値よりも大きい場合には、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標としない。規定点ＲＰの直下とは、油圧ショベル１００の車体座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）におけるＺ軸の負の方向である。Ｚ軸の負の方向は、図１に示される油圧ショベル１００の上部旋回体２から下部走行体３に向かう方向である。
【０１１４】
図２６に示される例では、バケット８の規定点ＲＰのうち、負の移動速度Ｖｒを有する１つの規定点ＲＰと延長停止地形ＳＴｅとの動作距離Ｄａが零である。しかし、バケット８の他の規定点ＲＰと、この規定点ＲＰの直下に存在する目標施工形状ＣＳａに対応したチルト停止地形ＳＴとの動作距離Ｄａは閾値よりも大きい。このため、決定部は、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標としない。その結果、バケット８は空中で停止せずに、目標施工形状ＣＳａで位置決めされる。
【０１１５】
図２８及び図２９は、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの重なりによって、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とするか否かを決定する例を説明するための図である。図２８に示される例のように、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの重なりが多い状態で、オペレータが図２３から図２５に示されるような動作をバケット８に行わせるための操作をしている場合、オペレータは目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めしたいと考えられる。図２９に示される例のように、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの重なりが少ない場合にバケット８がチルト動作している場合、オペレータはチルト軸ＡＸ４を中心として目標施工形状ＣＳｂに向けてバケット８を回転させて、目標施工形状ＣＳｂにバケット８を位置決めしたいと考えられる。
【０１１６】
決定部５１Ｊは、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの重なりに基づいて、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とするか否かを決定する。詳細には、決定部５１Ｊは、バケット８に設定された複数の規定点ＲＰのうち、第１閾値以上の数の規定点ＲＰがバケット８の直下に存在する目標施工形状ＣＳａと重なっている場合、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とする。この場合、制御装置５０は、チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅの両方を、チルト停止制御においてバケット８を停止させる際の目標とする。
【０１１７】
決定部５１Ｊは、バケット８に設定された複数の規定点ＲＰのうち、第１閾値よりも小さい第２閾値以下の数の規定点ＲＰがバケット８の直下に存在する目標施工形状ＣＳａと重なっている場合、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とはしない。この場合、制御装置５０は、チルト停止地形ＳＴを、チルト停止制御においてバケット８を停止させる際の目標とする。
【０１１８】
このように、決定部５１Ｊは、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの重なりに基づいて、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とするか否かを決定するので、オペレータが目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めしたいか否かを確実に判定することができる。その結果、制御装置５０は、オペレータが意図した目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めすることができる。
【０１１９】
バケット８の直下に存在する目標施工形状ＣＳａとは、車体座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）において、バケット８から見てＺ軸方向の負の方向に存在する目標施工形状ＣＳａである。バケット８と目標施工形状ＣＳａとの重なりは、車体座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）のＺ軸の正方向からバケット８及び目標施工形状ＣＳａを見た場合において、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの重なりの程度、すなわち重なりの量又は重なりの割合等で表される。
【０１２０】
図３０は、車体座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）におけるバケット８と目標施工形状ＣＳａとを示す図である。目標施工形状ＣＳａは、ラインＬＸ及びラインＬＹに基づいて目標施工形状生成部５１Ｄによって生成される。ラインＬＸとラインＬＹとの交点は、作業機動作平面ＷＰ及び車体座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）のＺ軸と平行、かつバケット８の一部（この例では規定点ＲＰ）を通る直線ＬＣと交差する。目標施工形状生成部５１Ｄは、ラインＬＸ及びラインＬＹに基づいて、破線で示される目標施工形状ＣＳａ１と一点鎖線で示される目標施工形状ＣＳａ２とを生成できる。本実施形態において、決定部５１Ｊは、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの重なりを求めるにあたり、目標施工形状ＣＳａ１又は目標施工形状ＣＳａ２のいずれを用いてもよい。
【０１２１】
決定部５１Ｊは、バケット８の姿勢、本実施形態においては、バケット８の刃先９と目標施工形状ＣＳａとのなす角度θｂに基づいて、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とするか否かを決定する。決定部５１Ｊは、バケット８の刃先９に設定された複数の規定点ＲＰから刃先９を表す直線を求める。そして、決定部５１Ｊは、求めた直線と目標施工形状ＣＳａに存在するチルト停止地形ＳＴとのなす角度θｂを求める。
【０１２２】
決定部５１Ｊは、角度θｂが第１角度閾値以下である場合、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とする。この場合、制御装置５０は、チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅの両方を、チルト停止制御においてバケット８を停止させる際の目標とする。決定部５１Ｊは、角度θｂが第１角度閾値よりも大きい第２角度閾値よりも大きい場合、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とはしない。この場合、制御装置５０は、チルト停止地形ＳＴを、チルト停止制御においてバケット８を停止させる際の目標とする。
【０１２３】
図２１に示される角度θｂは、バケット８、本実施形態ではバケット８の刃先９が目標施工形状ＣＳａに沿っていることを示す指標である。角度θｂが小さい場合、オペレータは目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めしたいと考えられる。角度θｂが大きい場合、オペレータは目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めする意思はないと考えられる。決定部５１Ｊは、角度θｂを用いることで、オペレータが目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めしたいか否かを精度よく判定できる。
【０１２４】
図３１は、決定部５１Ｊの制御ブロック図である。決定部５１Ｊは、操作状態決定部５１１と、動作距離決定部５１２と、重なり決定部５１３と、姿勢決定部５１４と、第１論理積演算部５１５と、距離決定部５１６と、第２論理積演算部５１７とを含む。操作状態決定部５１１は、ブーム６を操作する右操作レバー３０Ｒの操作状態ＣＴに基づいて、操作フラグＦｃを生成する。右操作レバー３０Ｒの操作状態ＣＴがブーム下げＤである場合、操作状態決定部５１１は、操作フラグＦｃをＴＲＵＥ（本実施形態では１）とする。右操作レバー３０Ｒの操作状態ＣＴがブーム上げＵＰである場合、操作状態決定部５１１は、操作フラグＦｃをＦＡＬＳＥ（本実施形態では０）とする。
【０１２５】
動作距離決定部５１２は、動作距離Ｄａに基づいて、動作距離フラグＦｄを生成する。動作距離Ｄａが第１距離閾値Ｄａ１以下になった場合、動作距離決定部５１２は、動作距離フラグＦｄをＴＲＵＥ（本実施形態では１）とする。動作距離Ｄａが第２距離閾値Ｄａ２以上になった場合、動作距離決定部５１２は、動作距離フラグＦｄをＦＡＬＳＥ（本実施形態では０）とする。
【０１２６】
重なり決定部５１３は、重なり率ＫＲに基づいて、重なり判定フラグＦｋを生成する。重なり率ＫＲは、バケット８に設定されたすべての規定点ＲＰのうち、バケット８の直下に存在する目標施工形状ＣＳａと重なっている規定点ＲＰの割合である。重なり率ＫＲが第１閾値Ａ以上になった場合、重なり決定部５１３は、重なり判定フラグＦｋをＴＲＵＥ（本実施形態では１）とする。重なり率ＫＲが第１閾値Ａよりも小さい第２閾値Ｂ以下になった場合、重なり決定部５１３は、重なり判定フラグＦｋをＦＡＬＳＥ（本実施形態では０）とする。
【０１２７】
このように、決定部５１Ｊは、バケット８を停止させる際の目標を延長停止地形ＳＴｅとする決定をする場合の重なりの大きさを、目標としない決定をする場合の重なりの大きさよりも大きくする。このようにすることで、制御装置５０がバケット８のチルト動作を調整している最中に、延長停止地形ＳＴｅが消えることを抑制できる。
【０１２８】
姿勢決定部５１４は、目標施工形状ＣＳａに対するバケット８の姿勢、本実施形態では角度θｂに基づいて、姿勢判定フラグＦθを生成する。角度θｂが第１角度閾値θｃ１以下になった場合、姿勢決定部５１４は、姿勢判定フラグＦθをＴＲＵＥ（本実施形態では１）とする。角度θｂが第２閾値θｃ２以上になった場合、姿勢決定部５１４は、姿勢判定フラグＦθをＦＡＬＳＥ（本実施形態では０）とする。
【０１２９】
第１論理積演算部５１５は、操作フラグＦｃと動作距離フラグＦｄとの論理積、すなわちＡＮＤを演算し、第１演算結果Ｆａを距離決定部５１６に出力する。第１演算結果Ｆａは、操作フラグＦｃ及び動作距離フラグＦｄの両方がＴＲＵＥ（１）の場合に１（ＴＲＵＥ）となり、この組合せ以外は０（ＦＡＬＳＥ）となる。
【０１３０】
距離決定部５１６は、第１演算結果Ｆａと動作距離フラグＦｄとに基づいて、第２演算結果Ｆｘを第２論理積演算部５１７に出力する。第２演算結果Ｆｘは、第１演算結果Ｆａ及び動作距離フラグＦｄの両方がＴＲＵＥの場合（ＢＴ・・・Ｂｏｔｈ  ＴＲＵＥ）にＴＲＵＥ（１）となり、動作距離フラグＦｄがＦＡＬＳＥである場合（ＤＦ・・・Ｄｉｓｔａｎｃｅ  ＦＡＬＳＥ）はＦＡＬＳＥ（０）となる。
【０１３１】
第２論理積演算部５１７は、第２演算結果Ｆｘと、重なり判定フラグＦｋと、姿勢判定フラグＦθとの論理積を演算し、演算結果を決定部５１Ｊの判定結果ＯＴとして出力する。判定結果ＯＴは、第２演算結果Ｆｘ、重なり判定フラグＦｋ及び姿勢判定フラグＦθがいずれもＴＲＵＥ（１）の場合にＴＲＵＥ（１）となり、この組合せ以外はＦＡＬＳＥ（０）となる。
【０１３２】
判定結果ＯＴがＴＲＵＥである場合、延長停止地形ＳＴｅは、バケット８を停止させる際の目標となる。この場合、制御装置５０は、チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅの両方を、チルト停止制御においてバケット８を停止させる際の目標とする。判定結果ＯＴがＦＡＬＳＥである場合、延長停止地形ＳＴｅは、バケット８を停止させる際の目標とはならない。この場合、制御装置５０は、チルト停止地形ＳＴを、チルト停止制御においてバケット８を停止させる際の目標とする。
【０１３３】
決定部５１Ｊは、操作フラグＦｃがＦＡＬＳＥ（０）、すなわち右操作レバー３０Ｒの操作状態ＣＴがブーム上げＵＰである場合、動作距離フラグＦｄ、重なり判定フラグＦｋ及び姿勢判定フラグＦθをすべてＦＡＬＳＥ（０）とする。ブーム６が上昇する場合、目標施工形状ＣＳａからバケット８が遠ざかるため、オペレータはバケット８を目標施工形状ＣＳａに位置決めする意思はないと判定できるからである。
【０１３４】
［制御方法］
図３２は、本実施形態に係る作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、制御装置５０の決定部５１Ｊは、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８を停止させる際の目標とするか否かの判定に用いる判定値を得る。詳細には、決定部５１Ｊは、右操作レバー３０Ｒから操作状態ＣＴを、制限速度決定部５１Ｈから動作距離Ｄａを取得するとともに、角度θｂ及び重なり率ＫＲを求める。これらが、前述した判定値である。
【０１３５】
決定部５１Ｊは、ステップＳ１０１で得られた判定値を用いて判定結果ＯＴを求めて出力する。ステップＳ１０２において、判定結果ＯＴがＴＲＵＥである場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３において、延長停止地形ＳＴｅが有効、すなわち延長停止地形ＳＴｅは、バケット８を停止させる際の目標となる。この場合、制御装置５０は、チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅの両方を、チルト停止制御においてバケット８を停止させる際の目標とする。
【０１３６】
ステップＳ１０２において、判定結果ＯＴがＴＲＵＥでない場合、すなわちＦＡＬＳＥである場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０４において、延長停止地形ＳＴｅが無効、すなわち延長停止地形ＳＴｅは、バケット８を停止させる際の目標とはならない。この場合、制御装置５０は、チルト停止地形ＳＴを、チルト停止制御においてバケット８を停止させる際の目標とする。
【０１３７】
ステップＳ１０５において、制御装置５０は、ステップＳＴ１０３又はステップＳ１０４において決定された、バケット８を停止させる際の目標とバケット８との動作距離Ｄａに基づいて、バケット８がチルト動作するときの速度を減速させる。この場合、作業機制御部５１Ｇは、チルト操作レバー３０Ｔの操作量から求められるバケット８の規定点ＲＰの移動速度Ｖｒと、制限速度決定部５１Ｈにより決定された制限速度Ｕとに基づいて、制御弁３７に対する制御信号を求める。
【０１３８】
オペレータが図２３から図２５に示されるような動作をバケット８に行わせるための操作をすると、作業機制御部５１Ｇは、移動速度Ｖｒを制限速度Ｕにするための制御信号を算出し、制御弁３７に出力する。制御弁３７は、作業機制御部５１Ｇから出力された制御信号に基づいて、パイロット圧を制御する。この処理により、バケット８の規定点ＲＰの移動速度Ｖｒが制限される。チルト動作するバケット８が目標施工形状ＣＳａに近付き、すべての規定点ＲＰにおける動作距離Ｄａが零になると、バケット８のチルト動作は停止する。その結果、バケット８は、目標施工形状ＣＳａに位置決めされる。
【０１３９】
以上、本実施形態は、作業具であるバケット８と、チルト停止地形ＳＴ及びチルト停止地形ＳＴを延長した延長停止地形ＳＴｅとの距離に基づいて、バケット８の回転を制御する。このため、目標施工形状ＣＳに不連続な部分がある場合であっても、チルト停止地形ＳＴを延長した延長停止地形ＳＴｅによってバケット８のチルト動作を停止させることができるので、バケット８を位置決めしたい目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置決めできる。また、目標施工形状ＣＳに不連続な部分があっても、バケット８のチルト動作が停止されるので、目標施工形状ＣＳの変曲位置ＳＬに相当する目標施工形状ＣＳの不連続な部分がバケット８に削られる可能性を低減できる。
【０１４０】
本実施形態において、制御装置５０は、チルト停止地形ＳＴを延長した延長停止地形ＳＴｅを予め生成しておき、バケット８と、チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅとの距離に基づいて、バケット８の回転を制御する場合に、延長停止地形ＳＴｅを有効とする。このような制御には限定されず、制御装置５０は、バケット８と、チルト停止地形ＳＴ及び延長停止地形ＳＴｅとの距離に基づいて、バケット８の回転を制御する場合に、延長停止地形ＳＴｅを生成してもよい。
【０１４１】
本実施形態において、制御装置５０は、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの重なり、バケット８と目標施工形状ＣＳａに対応するチルト停止地形ＳＴとの動作距離Ｄａ、バケット８の姿勢及び作業機１の操作状態ＣＴに基づいて、延長停止地形ＳＴｅを、バケット８の回転を制御する際の目標とするか目標としないかを決定する。このような処理によって、制御装置５０は、油圧ショベル１００のオペレータが目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置合わせする意思を判定できる。このため、オペレータが目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置合わせする意思を有していない場合、延長停止地形ＳＴｅに対するバケット８のチルト停止制御は実行されず、バケット８のチルト動作は許容される。この場合、チルト停止地形ＳＴ対するバケット８のチルト停止制御は実行される。また、オペレータが目標施工形状ＣＳａにバケット８を位置合わせする意思を有している場合、バケット８は、停止制御によって目標施工形状ＣＳａに位置決めされる。その結果、制御装置５０は、オペレータの意図に沿ったバケット８の動作を実現できる。
【０１４２】
本実施形態において、制御装置５０は、バケット８の回転を制御する際に延長停止地形ＳＴｅを目標とする場合と目標としない場合とで、バケット８と目標施工形状ＣＳａとの重なり、バケット８と目標施工形状ＣＳａに対応するチルト停止地形ＳＴとの動作距離Ｄａ、及びバケット８の刃先９と目標施工形状ＣＳａとのなす角度θｂの判定条件にヒステリシスを設けている。このようにすることで、制御装置５０がバケット８のチルト動作を微調整している最中に、延長停止地形ＳＴｅが消えることを抑制できる。しかし、前述した判定条件にヒステリシスを設けることに限定はされず、ヒステリシスを設けなくてもよい。
【０１４３】
本実施形態において、作業機制御部５１Ｇがバケット８の回転を制御する例として、バケット８のチルト動作を停止させるチルト停止制御を説明したが、作業機制御部５１Ｇがバケット８の回転を制御する例はチルト停止制御に限定されない。例えば、作業機制御部５１Ｇは、バケット８がチルト動作することにより目標施工形状ＣＳを侵食した場合に、バケット８を目標施工形状ＣＳから遠ざける方向に移動させる介入制御を実行してもよい。そして、作業機制御部５１Ｇは、作業具であるバケット８と、チルト停止地形ＳＴ及びチルト停止地形ＳＴを延長した延長停止地形ＳＴｅとの距離に基づいて介入制御を実行してもよい。
【０１４４】
本実施形態において、バケット８はチルト式バケットであるとしたが、バケット８は、例えば、ローテートバケットであってもよい。ローテートバケットは、バケット軸ＡＸ３と垂直に交わる軸線の周りを回転するバケットである。作業機制御部５１Ｇは、ローテートバケットに対して、バケット８と、ローテート停止地形及びローテート停止地形を延長したローテート延長停止地形との距離に基づいて停止制御及び介入制御の少なくとも一方を実行してもよい。ローテート停止地形は、チルト停止地形ＳＴと同様の方法で求められる。作業機制御部５１Ｇは、バケット８がバケット軸ＡＸ３を中心として回転する際に、バケット８と、ローテート停止地形及びローテート停止地形を延長したローテート延長停止地形との距離に基づいて停止制御及び介入制御の少なくとも一方を実行してもよい。
【０１４５】
本実施形態においては、作業機械が油圧ショベルであるとしたが、実施形態で説明した構成要素は、油圧ショベルとは別の、作業機を有する作業機械に適用されてもよい。
【０１４６】
以上、本実施形態を説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１  作業機
２  上部旋回体
３  下部走行体
６  ブーム
７  アーム
８  バケット
８Ｃ  刃
９  刃先
１１  ブームシリンダ
１２  アームシリンダ
１３  バケットシリンダ
１４  チルトシリンダ
２０  位置検出装置
３０  操作装置
３０Ｔ  チルト操作レバー
３０Ｒ  右操作レバー
５０  制御装置
５１  処理部
５１Ａ  車体位置データ取得部
５１Ｂ  作業機角度データ取得部
５１Ｃａ  候補規定点位置データ演算部
５１Ｄ  目標施工形状生成部
５１Ｃｂ  規定点位置データ演算部
５１Ｅ  動作平面演算部
５１Ｆ  目標形状演算部
５１Ｇ  作業機制御部
５１Ｈ  制限速度決定部
５１Ｊ  決定部
５２  記憶部
５３  入出力部
１００  油圧ショベル
２００  制御システム
３００  油圧システム
４００  検出システム
５１１  操作状態決定部
５１２  動作距離決定部
５１３  重なり決定部
５１４  姿勢決定部
５１５  第１論理積演算部
５１６  距離決定部
５１７  第２論理積演算部
ＡＸ１  ブーム軸
ＡＸ２  アーム軸
ＡＸ３  バケット軸
ＡＸ４  チルト軸
ＣＳ，ＣＳａ，ＣＳｂ  目標施工形状
ＣＴ  操作状態
Ｄａ  動作距離
ＳＴ  チルト停止地形
ＳＴｅ  延長停止地形
ＴＰ  チルト動作平面
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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