(57)【要約】【課題】外部演算ユニットの信号プロトコルに応じて作業機制御装置に適正に領域制限掘削制御を実行させることができる領域制限掘削制御装置及び建設機械を提供する。【解決手段】建設機械の車体１０の位置情報、車体１０及び作業機２０の姿勢情報及び与えられた掘削目標面の三次元情報を基に、作業機２０の位置と掘削目標面との差分情報を演算する外部演算ユニット３０と、外部演算ユニット３０から入力した差分情報を基に作業機２０と掘削目標面との位置関係を表示する表示装置３８と、外部演算ユニット３０から入力された信号を基に、領域制限掘削制御を実行する作業機制御装置４０とを備え、外部演算ユニット３０から作業機制御装置４０に出力される信号を作業機制御装置４０の信号プロトコルにプロトコル変換する信号変換装置４７を備えていることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削目標面を越えて掘削しないように建設機械の作業機を制御する領域制限掘削制御を実行する領域制限掘削制御装置であって、
前記建設機械の車体の位置情報、前記車体及び前記作業機の姿勢情報及び与えられた掘削目標面の三次元情報を基に、前記作業機の位置と前記掘削目標面との差分情報を演算する外部演算ユニットと、
前記外部演算ユニットから入力した差分情報を基に前記作業機と前記掘削目標面との位置関係を表示する表示装置と、
前記外部演算ユニットから入力された信号を基に、前記領域制限掘削制御を実行する作業機制御装置とを備え、
前記外部演算ユニットから前記作業機制御装置に出力される信号を前記作業機制御装置の信号プロトコルにプロトコル変換する信号変換装置を備えていることを特徴とする領域制限掘削制御装置。
【請求項２】
請求項１の領域制限掘削制御装置において、
前記信号変換装置は、前記作業機制御装置に含まれていることを特徴とする領域制限掘削制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２の領域制限掘削制御装置において、
前記プロトコル変換の設定を選択する選択装置を備えていることを特徴とする領域制限掘削制御装置。
【請求項４】
請求項３の領域制限掘削制御装置において、
前記選択装置は、特定の操作手続きを経て前記表示装置又は他の端末に表示される設定画面であることを特徴とする領域制限掘削制御装置。
【請求項５】
車体と、
前記車体に設けた作業機と、
前記車体の位置情報を取得する測位装置と、
前記車体及び前記作業機の姿勢情報を検出する姿勢検出器と、
請求項１の領域制限掘削制御装置と
を備えたことを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、領域制限掘削制御装置及び建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の建設機械においては、操作装置からの操作信号等に基づいて作業機の駆動系に動作指令信号を出力する作業機制御装置（作業機コントローラ）に対し、外部演算ユニット（外部コントローラ）が接続できるようになっている。外部演算ユニットには、建設機械に搭載された測位装置及び各部センサの信号を基にして車体や作業機の位置情報を演算する機能や掘削目標面（目標地形）の三次元情報が与えられていて、外部演算ユニットから作業機制御装置に掘削目標面の三次元情報や作業機の位置情報を出力することで掘削目標面に沿って作業機を動作させられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９８５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、採用され得る外部演算ユニットのメーカ等は様々であるところ、信号プロトコルがメーカ等によって異なり、通信形式、速度、データフォーマット等が統一されていないのが実情である。従って、掘削目標面に沿って作業機を適正に動作させるためには、採用される外部演算ユニットの信号プログラムに仕様を合わせた作業機制御装置を用意しなければならない。
【０００５】
本発明は、外部演算ユニットの信号プロトコルに応じて作業機制御装置に適正に領域制限掘削制御を実行させることができる領域制限掘削制御装置及び建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、掘削目標面を越えて掘削しないように建設機械の作業機を制御する領域制限掘削制御を実行する領域制限掘削制御装置であって、前記建設機械の車体の位置情報、前記車体及び前記作業機の姿勢情報及び与えられた掘削目標面の三次元情報を基に、前記作業機の位置と前記掘削目標面との差分情報を演算する外部演算ユニットと、前記外部演算ユニットから入力した差分情報を基に前記作業機と前記掘削目標面との位置関係を表示する表示装置と、前記外部演算ユニットから入力された信号を基に、前記領域制限掘削制御を実行する作業機制御装置とを備え、前記外部演算ユニットから前記作業機制御装置に出力される信号を前記作業機制御装置の信号プロトコルにプロトコル変換する信号変換装置を備えていることを特徴とする。
【０００７】
また、他の発明は、車体と、前記車体に設けた作業機と、前記車体の位置情報を取得する測位装置と、前記車体及び前記作業機の姿勢情報を検出する姿勢検出器と、前記領域制限掘削制御装置とを備えた建設機械であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、外部演算ユニットの信号プロトコルに応じて作業機制御装置に適正に領域制限掘削制御を実行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る領域制限掘削制御装置を適用する建設機械の一例である油圧ショベルの外観構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示した油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置を領域制限掘削制御装置とともに示す図である。
【図３】領域制限掘削制御装置を形成する作業機制御装置、表示装置及び外部演算ユニットのブロック図である。
【図４】領域制限掘削制御装置を形成する外部演算ユニットに備えられた基礎情報送信装置で抽出される特徴点を例示した図である。
【図５】領域制限掘削制御装置を形成する外部演算ユニットから作業機制御装置に送信される特徴点情報の一態様を表した模式図である。
【図６】領域制限掘削制御装置を形成する外部演算ユニットによる基礎情報の演算及び送信の手順を表すフローチャートである。
【図７】領域制限掘削制御装置を形成する作業機制御装置に備えられた信号変換装置による信号変換の設定手順を表すフローチャートである。
【図８】領域制限掘削制御装置を形成する作業機制御装置に備えられた信号変換装置による信号変換の設定画面の一例を表す図である。
【図９】作業時に表示装置に表示されるグラフィック画像を含む表示画面を例示する図である。
【図１０】作業機の爪先が掘削目標面に近付いた際に表示される爪先付近の拡大表示画面を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
１．建設機械
図１は本発明の一実施形態に係る領域制限掘削制御装置を適用する建設機械の一例である油圧ショベルの外観構成を表す斜視図である。以下の説明において断り書きのない場合は運転席の前方（同図中では左上方向）を機体の前方とする。
【００１２】
図１では本発明に係る領域制限掘削制御装置を適用する建設機械として油圧ショベルを例示しているが、本発明はブルドーザやホイールローダ等の他の種類の建設機械にも適用され得る。本実施形態においては、油圧ショベルを適用対象とした例を説明する。概略すると、同図に示した油圧ショベルは、車体１０及び作業機２０を備えている。車体１０は、走行体１１及び車体本体１２を備えている。
【００１３】
走行体１１は、本実施形態では無限軌道履帯を有する左右のクローラ（走行駆動体）１３ａ，１３ｂを備えており、左右の走行モータ３ｅ，３ｆ（図２も参照）により左右のクローラ１３ａ，１３ｂをそれぞれ駆動することで走行する。走行モータ３ｅ，３ｆには例えば油圧モータが用いられる。
【００１４】
車体本体１２は、走行体１１上に旋回可能に設けた旋回体である。車体本体１２の前部（本実施形態では前部左側）には、操作者が搭乗する運転室１４が設けられている。車体本体１２における運転室１４の後側には、エンジンや油圧駆動装置等を収容した動力室１５が、最後部には機体の前後方向のバランスを調整するカウンタウェイト１６が搭載されている。車体本体１２を走行体１１に対して連結する旋回フレーム（不図示）には旋回モータ３ｄ（図２参照）が設けられており、この旋回モータ３ｄによって走行体１１に対して車体本体１２が旋回駆動される。旋回モータ３ｄには例えば油圧モータが用いられる。
【００１５】
作業機２０は、車体本体１２の前部（本実施形態では運転室１４の右側）に設けられている。作業機２０は、ブーム２１ａ、アーム２１ｂ、及びバケット２１ｃを備えた多関節型の作業装置である。ブーム２１ａは、水平左右に延びるピン（不図示）によって車体本体１２のフレームに連結され、ブームシリンダ３ａによって車体本体１２に対して上下に回動する。アーム２１ｂは、水平左右に延びるピン（不図示）によってブーム２１ａの先端に連結され、アームシリンダ３ｂによってブーム２１ａに対して回動する。バケット２１ｃは、水平左右に延びるピン（不図示）によってアーム２１ｂの先端に連結され、バケットシリンダ３ｃによってアーム２１ｂに対して回動する。ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ及びバケットシリンダ３ｃには、例えば油圧シリンダが用いられる。このような構成によって前後方向に延びる鉛直面内で作業機２０は俯仰動作する。俯仰動作する作業機２０の軌跡を含む平面（本実施形態では前後方向に延びる鉛直面）を「動作平面」と記載する。
【００１６】
また、油圧ショベルには、位置や姿勢に関する情報を検出する検出器が適所に設けられている。例えば、ブーム２１ａ、アーム２１ｂ及びバケット２１ｃの各回動支点には、それぞれ角度検出器８ａ−８ｃが設けられている。角度検出器８ａ−８ｃは、作業機２０の位置と姿勢に関する情報を検出する姿勢検出器として用いられ、それぞれブーム２１ａ、アーム２１ｂ及びバケット２１ｃの回動角を検出する。また、車体本体１２には傾斜検出器８ｄ、測位装置９ａ，９ｂ、無線機９ｃ（図２等参照）が備えられている。傾斜検出器８ｄは、車体本体１２の前後方向の傾斜（動作平面内の傾き）又は／及び左右方向の傾斜を検出する。測位装置９ａ，９ｂには例えばＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite System）が用いられ、測位装置９ａ，９ｂによって車体本体１２の位置情報が取得される。無線機９ｃは、基準局ＧＮＳＳ（不図示）からの補正情報を受信するものである。
【００１７】
２．油圧駆動装置
図２は図１に示した油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置及び領域制限掘削制御装置を示す図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
【００１８】
図２に示した油圧駆動装置は、油圧ショベルの被駆動部材を駆動する装置であって動力室１５に収容されている。被駆動部材には、作業機２０（ブーム２１ａ、アーム２１ｂ及びバケット２１ｃ）、及び車体１０（クローラ１３ａ，１３ｂ及び車体本体１２）が含まれる。この油圧駆動装置は、油圧アクチュエータ３ａ−３ｆ、油圧ポンプ１、操作装置４ａ−４ｆ、コントロールバルブ５ａ−５ｆ、リリーフ弁６等を含む。
【００１９】
油圧アクチュエータ３ａ−３ｆは、それぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ、走行モータ３ｅ，３ｆである。これら油圧アクチュエータ３ａ−３ｆは、油圧ポンプ１から吐出される圧油により駆動される。
【００２０】
油圧ポンプ１はエンジン（図示せず）により駆動される。油圧ポンプ１から吐出された圧油は吐出配管２ａを流れ、コントロールバルブ５ａ−５ｆを介してそれぞれ油圧アクチュエータ３ａ−３ｆに供給される。油圧アクチュエータ３ａ−３ｆからの各戻り油は、それぞれコントロールバルブ５ａ−５ｆを介して戻り油配管２ｂに流れ込んでタンク７に戻される。吐出配管２ａの最高圧力を規制するのがリリーフ弁６である。
【００２１】
操作装置４ａ−４ｆは、それぞれ油圧アクチュエータ３ａ−３ｆに対応する電気レバー装置であり、運転室１４（図１参照）に備えられている。操作レバー４ａ−４ｆからの操作信号（電気信号）は作業機制御装置４０に入力され、コントロールバルブ５ａ−５ｆを駆動する指令信号（電気信号）に変換される。コントロールバルブ５ａ−５ｆは、作業機制御装置４０からの指令信号をパイロット圧に変換する電気油圧変換手段（例えば比例電磁弁）を両端に備えた電気・油圧操作方式の弁である。これらコントロールバルブ５ａ−５ｆは、それぞれ操作装置４ａ−４ｆの操作を基に作業機制御装置４０から入力される指令信号によって切換制御され、油圧アクチュエータ３ａ−３ｆに供給される圧油の流量及び方向を制御する。なお、コントロールバルブ５ａ−５ｆは、指令信号（電気信号）に応じてスプールが作動するサーボ弁でも良い。また、操作レバー４ａ−４ｆは、操作レバーの操作量に応じたパイロット圧を発生させる、いわゆるリモコン弁であっても良い。この場合、操作レバーの操作量は、パイロット圧を圧力センサにより検出することにより求められる。
【００２２】
３．領域制限掘削制御装置
図３は作業機制御装置、表示装置及び外部演算ユニットのブロック図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。領域制限掘削制御装置１００は、外部演算ユニット３０、表示装置（図２では図示省略）及び上記作業機制御装置４０を備えている。次にこれら要素について説明していく。
【００２３】
・外部演算ユニット
外部演算ユニット３０は、角度検出器８ａ−８ｃ、傾斜検出器８ｄ、測位装置９ａ，９ｂ及び無線機９ｃから入力される信号を基に、領域制限掘削制御の基礎情報を演算し作業機制御装置４０に出力するコントローラである。演算される基礎情報には作業機２０の位置と掘削目標面（後述）との差分情報（位置関係）が含まれる。
【００２４】
外部演算ユニット３０は、入力ポート３１、位置姿勢演算装置３２、目標面記憶装置３３、二次元情報抽出装置３４、基礎情報送信装置３５、記憶装置３６、通信ポート３７及び差分情報演算装置３９を備えている。
【００２５】
入力ポート３１は、測位装置９ａ，９ｂで受信した現在位置情報、無線機９ｃで受信した補正情報（位置情報の補正値）、角度検出器８ａ−８ｃの角度検出信号及び傾斜検出器８ｄの傾斜検出信号を入力する。通信ポート３７は、作業機制御装置４０及び表示装置３８との間で情報を授受する。
【００２６】
位置姿勢演算装置３２は、車体本体１２上の二点（例えば測位装置９ａ，９ｂの位置）の位置情報を基に車体本体１２の現在の位置や向き等を演算する。
【００２７】
目標面記憶装置３３は、掘削目標面の三次元位置情報（設計データ）を格納している。掘削目標面とは、油圧ショベルで掘削形成する（造形する）目標地形のことをいう。掘削目標面の三次元位置情報とは、掘削目標面をポリゴンで表した地形データに位置データを付した情報をいう。この三次元位置情報は予め作成されて目標面記憶装置３３に記憶される。
【００２８】
二次元情報抽出装置３４は、目標面記憶装置３３から読み出した掘削目標面の三次元位置情報、並びに測位装置９ａ，９ｂ及び無線機９ｃから入力された油圧ショベルの現在位置情報を基に、作業装置２０の動作平面上における基準面の二次元情報を抽出する。基準面とは、掘削目標面そのものをいう場合の他、掘削目標面を基に演算した面をいう場合もある。掘削目標面を基に演算した面とは、掘削目標面を設定距離だけシフトさせた面や設定角度だけ傾斜させた面等である。掘削目標面をシフト及び傾斜させた面も掘削目標面を基に演算した面に含まれる。基準面の二次元情報とは、油圧ショベルの前方の所定領域における作業機２０の動作平面と基準面との交線又はこの交線を基に演算した線をいう。交線を基に演算した線とは、交線を設定距離だけシフトさせた線や設定角度だけ傾斜させた線等である。交線をシフト及び傾斜させた線も交線を基に演算した線に含まれる。以下、この基準面の二次元情報を基準線と記載する。
【００２９】
差分情報演算装置３９は、例えば測位装置９ａ，９ｂの受信情報に基づく（又は位置姿勢演算装置３２で演算された）車体１０の現在の位置及び向きの情報、角度検出器８ａ−８ｃ及び傾斜検出器８ｄの信号に基づく車体１０及び作業機２０の現在の姿勢情報、及び与えられた掘削目標面（後述）の三次元情報を基に、作業機２０の例えば爪先の位置、及び爪先の位置と掘削目標面の位置との差分情報（距離）を演算する。この差分情報演算装置３９の演算結果は表示装置３８にも出力され、表示装置３８には、差分情報に基づく掘削目標面と作業機２０の位置関係のグラフィック画像がリアルタイム表示される。その際のグラフィック画像については図９及び図１０に例示する。
【００３０】
基礎情報送信装置３５は、二次元情報抽出装置３４で抽出した上記基準線上の複数の特徴点（後述）の情報、角度検出器８ａ−８ｃ及び傾斜検出器８ｄの信号を、領域制限掘削制御の基礎情報として通信ポート３７を介して作業機制御装置４０に送信する。角度検出器８ａ−８ｃ及び傾斜検出器８ｄの信号に加えて又は代わりに、差分情報演算装置３９で演算された作業機２０の爪先の位置情報を基礎情報に含めても良い。基礎情報送信装置３５で抽出される特徴点の詳細については後述する。
【００３１】
記憶装置３６は、油圧ショベルの各種寸法データや各種演算に使用する定数、プログラム等を格納した領域の他、位置姿勢演算装置３２や二次元情報抽出装置３４、差分情報演算装置３９等の演算値等を記憶する領域を備えている。
【００３２】
・表示装置
外部演算ユニット３０及び作業機制御装置４０には表示装置３８が接続されている。この表示装置３８は、外部演算ユニット３０や作業機制御装置４０からの表示信号を基に情報を表示する装置であり、外部演算ユニット３０や作業機制御装置４０に対する設定や指示をしたりする操作部を備えている。この表示装置３８はタッチパネルであって表示部が操作部を兼ねているが、機械式のボタンやレバー等による操作部と代える、又は併用する構成であっても良い。
【００３３】
・作業機制御装置
作業機制御装置４０は、基本的な機体制御機能の他、領域制限掘削制御機能を備えたコントローラである。作業機制御装置４０には、外部演算ユニット３０が接続されていて、領域制限掘削制御の基礎情報が外部演算ユニット３０から入力される。基本的な機体制御機能とは、操作装置４ａ−４ｆの操作に応じてコントロールバルブ５ａ−５ｆに指令信号を出力する機能である。領域制限掘削制御機能とは、操作装置４ａ−４ｆからの操作信号に加え、外部演算ユニット３０を介して取得する信号（特徴点（後述）の情報、角度検出器８ａ−８ｃ及び傾斜検出器８ｄの検出信号を含む基礎情報）を基に、掘削目標面を越えて掘削しないように作業機２０の油圧シリンダ３ａ−３ｃ（厳密にはコントロールバルブ５ａ−５ｃ）を制御し、作業機２０の動作領域を制限する機能である。
【００３４】
作業機制御装置４０は、入力ポート４１、信号変換装置４７、基礎情報受信装置４２、記憶装置４３、指令信号演算装置４４、通信ポート４５及び出力ポート４６を備えている。
【００３５】
入力ポート４１は、操作装置４ａ−４ｆからの操作信号を入力する。信号変換装置４７は、通信ポート４５を介して外部演算ユニット３０から入力される信号（基礎情報）を外部演算ユニット３０の種類に応じて作業機制御装置４０で採用されている信号プロトコルにプロトコル変換する。この信号変換装置４７の記憶領域には、外部演算ユニット３０の出力信号の信号プロトコルを作業機制御装置４０の信号プロトコルに変換するための通信プログラムが外部演算ユニット３０の種類毎に用意されている。基礎情報受信装置４２は、信号変換装置４７で変換処理された基礎情報を受信して記憶する。記憶装置４３は、領域制限掘削制御に関するプログラムや定数を格納している。指令信号演算装置４４は、記憶装置４３から読み出したプログラムに従って、操作装置４ａ−４ｆからの操作信号、外部演算ユニット３０から入力された基礎情報を基にコントロールバルブ５ａ−５ｆに対する指令信号を演算し、出力ポート４６を介してコントロールバルブ５ａ−５ｆに指令信号を出力する。その結果、掘削目標面を越えて掘削しない範囲で操作に応じて作業装置２０が動作する。
【００３６】
領域制限掘削制御については適宜公知技術が適用できるため説明を省略することとし、外部演算ユニット３０から作業機制御装置４０に提供される基礎情報が含まれる特徴点、外部演算ユニット３０による作業機制御装置４０への基礎情報の送信手順、及び外部演算ユニット３０からの入力信号の作業機制御装置４０におけるプロトコル変換の設定手順について次に順次説明していく。
【００３７】
４．特徴点
図４は本実施形態において基礎情報送信装置３５で抽出される上記特徴点を例示した図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図４に示すように、まず油圧ショベルに対して予め設定した基準点Ｏから作業機２０の動作平面に沿って前方に延ばした軸をＸ座標軸、基準点から動作平面に沿って上方に延ばした軸をＺ座標軸とする。油圧ショベルの姿勢によらず、Ｘ座標軸は常に基準点Ｏから動作平面に沿って水平前方に延び、Ｚ座標軸は基準点Ｏから動作平面に沿ってＸ座標軸に直交する方向に延びる。基準点ＯはＸＺ座標系の原点である。ここで、基準点Ｏとは、油圧ショベルに対して設定した任意の一点又はこの任意の一点に基づいて演算された点をいう。任意の一点に基づいて演算された点とは、任意の一点に対して予め設定された位置関係にある点等である。本実施形態では、例えばブーム２１ａの基部の支点を基準点Ｏとするが、ブーム２１ａの基部の支点と一定の位置関係にある点等も基準点Ｏとなり得る。従って、油圧ショベル上の点以外も基準点Ｏとなり得る。
【００３９】
同図に示した線分Ｌは二次元情報抽出装置３４で抽出された上記基準線（二次元情報）である。以下、線分Ｌを基準線Ｌと呼び替える。この基準線Ｌは、作業機２０の動作平面で切った目標地形断面の外形線又はこの外形線と一定の関係にある線に等しい。
【００４０】
基礎情報送信装置３５が抽出する特徴点Ｐ１，Ｐ２，・・・Ｐｎは、Ｘ座標が一定間隔の基準線Ｌ上の複数の点である。特徴点Ｐ１のＸ座標は基準点ＯのＸ座標（つまり０）である。特徴点Ｐ１，Ｐ２，・・・ＰｎのＸ座標の間隔ΔＸは、特に限定されないが例えば２０ｃｍ程度とすることができる。基礎情報送信装置３５から作業機制御装置４０に送信される特徴点情報は、これら特徴点Ｐ１，Ｐ２，・・・ＰｎのＺ座標のみである。
【００４１】
図５は本実施形態において外部演算ユニット３０から作業機制御装置４０に送信される特徴点情報の一態様を表した模式図である。
【００４２】
外部演算ユニット３０から作業機制御装置４０の通信にＣＡＮ（Controller Area Network）を用いた場合、８バイトの情報が１メッセージとして送信される。１つの位置情報に２バイトを要するため、１メッセージ当たり４つの位置情報が含まれる。具体例を説明すると、図５に示したメッセージＩＤ−１には特徴点Ｐ１−Ｐ４のＺ座標Ｚ１−Ｚ４が、メッセージＩＤ−２には特徴点Ｐ５−Ｐ８のＺ座標Ｚ５−Ｚ８が含まれている。特徴点Ｐ１，Ｐ２・・・ＰｎのＸ座標は予め設定されていて既知であるため、作業機制御装置４０においては特徴点Ｐ１，Ｐ２・・・ＰｎのＺ座標を受信することで、特徴点Ｐ１，Ｐ２・・・ＰｎのＸＺ座標が特定される。
【００４３】
なお、図４において作業機２０による掘削動作のＸ座標軸方向の範囲をＲとして、掘削動作範囲ＲをＸ座標軸方向に設定数ｎで等分した場合、各区分のＸ座標軸方向の寸法を間隔ΔＸとすると、掘削動作範囲Ｒによって間隔ΔＸは変化するが、特徴点の数はｎに定まり送信データ数は一定になる。
【００４４】
５．基礎情報の演算手順
図６は外部演算ユニット３０による基礎情報の演算及び送信の手順を表すフローチャートである。
【００４５】
・スタート
運転室１４で電源を入れると、外部演算ユニット３０に電源が投入され、所定の初期処理の後、図６の手順が開始される。外部演算ユニット３０は、同図の手順（スタートからエンドまで）を一定周期（例えば２００ｍｓ）で繰り返し実行する。
【００４６】
・ステップＳ１００
ステップＳ１００に手順を移すと、外部演算ユニット３０は、入力ポート３１を介して各センサ類から検出情報等を取得して記憶装置３６に記憶する。ここで取得される検出情報等には、測位装置９ａ，９ｂの位置情報（測位情報）、無線機９ｃによる補正情報、角度検出器８ａ−８ｃによる角度検出信号、傾斜検出器８ｄによる傾斜検出信号が含まれる。そして、外部演算ユニット３０は、測位装置９ａ，９ｂからの位置情報、及び無線機９ｃからの補正情報を基に、位置姿勢演算装置３２によって車体本体１２上の二点（ここでは測位装置９ａ，９ｂの位置）のそれぞれの正確な三次元現在位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算する。Ｙ座標軸は、ＸＺ座標軸に（作業機２０の動作平面に）基準点Ｏで直交する座標軸である。位置姿勢演算装置３２で演算された測位装置９ａ，９ｂの現在位置情報は、演算の基礎となった検出情報等とともに記憶装置３６に格納される。
【００４７】
・ステップＳ１１０
ステップＳ１１０に手順を移すと、外部演算ユニット３０は、測位装置９ａ，９ｂの三次元位置情報、及び車体本体１２上における測位装置９ａ，９ｂの取り付け位置の情報（既知）を記憶装置３６から読み出し、位置姿勢演算装置３２によって基準点Ｏ（本実施形態ではブーム２１ａの基端側の支点位置）の現在位置の三次元情報を演算する。基準点Ｏと測位装置９ａ，９ｂの位置関係は既知である。位置姿勢演算装置３２で演算された基準点Ｏの現在位置情報は、記憶装置３６に格納される。
【００４８】
・ステップＳ１２０
ステップＳ１２０に手順を移すと、外部演算ユニット３０は、ステップＳ１００で演算した測位装置９ａ，９ｂの三次元位置情報、測位装置９ａ，９ｂの取り付け位置情報、及び傾斜検出器８ｄの検出信号を記憶装置３６から読み出し、位置姿勢演算装置３２によって車体本体１２の姿勢を演算する。車体本体１２の姿勢情報には、車体本体１２の向き及び傾きが含まれる。車体本体１２の向きは、例えば運転席の正面が向く方角である。車体本体１２の傾きには、車体本体１２の前後及び／又は左右の傾きが含まれる。車体本体１２の前後の傾きは傾斜検出器８ｄからの検出信号を基に演算される。左右の傾きは測位装置９ａ，９ｂの三次元位置情報、及び測位装置９ａ，９ｂの取り付け位置情報を基に演算される。位置姿勢演算装置３２で演算された車体本体１２の姿勢情報は記憶装置３６に格納される。
【００４９】
・ステップＳ１３０
ステップＳ１３０に手順を移すと、外部演算ユニット３０は、目標面記憶装置３３から掘削目標面の三次元位置情報を読み込む。
【００５０】
・ステップＳ１４０
ステップＳ１４０に手順を移すと、外部演算ユニット３０は、ステップＳ１１０，Ｓ１２０の演算結果を記憶装置３６から読み出し、基準点Ｏの位置情報、車体本体１２の姿勢情報、及び掘削目標面の三次元位置情報を基に、二次元情報抽出装置３４によって前述したように基準面の二次元情報として基準線を抽出する。二次元情報抽出装置３４で演算された基準線の情報は、記憶装置３６に格納される。
【００５１】
・ステップＳ１５０
ステップＳ１５０に手順を移すと、外部演算ユニット３０は、基準線を記憶装置３６から読み出し、基礎情報送信装置３５によって特徴点を抽出する。基礎情報送信装置３５は、それら特徴点の情報を作業機制御装置４０への送信用の情報に加工し、記憶装置３６に格納する。ここで実行する情報の加工は、図４を用いて先に説明した特徴点Ｐ１，Ｐ２，・・・ＰｎのＺ座標（図５参照）を演算することである。
【００５２】
・ステップＳ１６０
ステップＳ１６０に手順を移すと、外部演算ユニット３０は、基礎情報送信装置３５によって、通信ポート３７を介して特徴点Ｐ１，Ｐ２，・・・Ｐｎの情報（Ｚ座標）、角度検出器８ａ−８ｃ及び傾斜検出器８ｄの信号を記憶装置３６から読み出し、これらを基礎情報として作業機制御装置４０へ送信する。
【００５３】
・エンド
前述した通り、外部演算ユニット３０は通電している間は、ステップＳ１６０の手順を終了したらステップＳ１００に手順を戻し、図６の手順を繰り返し実行する。ステップＳ１６０の手順を終了した時点で電源が切られていれば、所定の終了処理を実行して停止する。
【００５４】
なお、外部演算ユニット３０による作業機制御装置４０への基礎情報の送信手順が以上の通りであるが、外部演算ユニット３０は、この他にも、測位装置９ａ，９ｂ、無線機９ｃ、角度検出器８ａ−８ｃ及び傾斜検出器８ｄから得た情報を基に作業機２０の爪先と掘削目標面との差分情報を差分情報演算装置３９で演算し表示装置３８に出力する機能を有する。表示装置３８には、外部演算ユニット３０からの入力信号を基にして後述する図９や図１０に示したように作業機２０の爪先と掘削目標面との位置関係を表すグラフィック画像がリアルタイム表示される。ここでいうリアルタイム表示とは、例えば図６の手順の実行周期（例えば２００ｍｓ）又はその整数倍の周期で作業機２０と掘削目標面との位置関係を繰り返し実行し表示を更新することである。
【００５５】
６．信号変換手順
ここでは、信号変換装置４７による信号変換の設定手順を説明する。ここで説明する手順による信号変換の設定は、外部演算ユニット３０において一定周期で繰り返し実行される基礎情報の演算及び送信の手順と異なり、結果としては外部演算ユニット３０を作業機制御装置４０に接続した際等の特定の時機にサービスマン等のオペレータの操作に応じて実行される。オペレータによって信号変換の設定が適当になされれば、外部演算ユニット３０の出力した信号のプロトコル（信号の解釈方法、通信速度等）が作業機制御装置４０で採用されているプロトコルに変換され、外部演算ユニット３０からの入力信号を基に作業機制御装置４０により領域制限掘削制御が実行される結果、作業機制御装置４０により制御される作業機２０が掘削目標面に対して正常な軌道を描くようになる。
【００５６】
図７は作業機制御装置４０における信号変換装置４７による信号変換の設定手順を表すフローチャートである。
【００５７】
・スタート−ステップＳ２００
信号変換装置４７は、キースイッチにより電源が投入されると図７の手順を開始し、電源が投入されている間、同図の手順を繰り返し実行する。同図の手順を開始すると、信号変換装置４７は、まず信号変換の設定画面の呼び出し操作がされたか否かを判定する（ステップＳ２００）。信号変換装置４７は、呼び出し操作があるまでステップＳ２００の手順を繰り返し、呼び出し操作を確認したら手順をステップＳ２１０に移す。設定画面の呼び出しは、例えば表示装置３８に設定画面呼び出し用の機械的な又は画面上のボタンを用意し、そのボタン操作に応じて表示装置３８から入力される操作信号に応じて信号変換装置４７で実行されるようにすることができる。但し、不用意に信号変換の設定が変更されてしまうことを抑制する上では、例えば特定の者（例えばサービスマン）が知る特定の操作手続き（例えば表示装置３８におけるパスワード入力や隠しコマンド）を経て表示装置３８から入力される操作信号に応じて信号変換装置４７により実行されるようにすることが好ましい。
【００５８】
・ステップＳ２１０
ステップＳ２１０に手順を移すと、信号変換装置４７は、表示装置３８に表示信号を出力して信号変換の設定画面を表示装置３８に表示させる。設定画面の一例を図８に示す。同図に示した設定画面５４は信号変換の設定の選択装置の役割を果たすものであり、同画面には、信号変換の設定選択ボタン５４ａ−５４ｃ及び終了ボタン５４ｄが表示されている。この例では、設定選択ボタン５４ａ−５４ｃに外部演算ユニット３０のメーカ名Ａ−Ｃをそれぞれ表示させてあり、メーカ名Ａ−Ｃで信号変換の設定を選択する場合を例示している。同一メーカでも外部演算ユニット３０の機種によって信号プロトコルが異なる場合があれば、信号プロトコルの異なるメーカ及び機種毎に設定選択ボタンを用意すれば良い。また、設定選択ボタン５４ａ−５４ｃの表示はメーカ名に限らず、信号変換の設定が区別できる表示であれば良い。終了ボタン５４ｄは設定画面５４を閉じて前の画面に遷移させるためのボタンである。
【００５９】
・ステップＳ２２０
続くステップＳ２２０では、信号変換装置４７は、信号変換の設定選択信号が表示装置３８から入力されたか否かを判定する。例えば図８の設定選択ボタン５４ａ−５４ｃのいずれかが操作されて表示装置３８から設定選択信号が入力された場合には、信号変換装置４７はステップＳ２３０に手順を移し、設定選択ボタン５４ａ−５４ｃのいずれも操作されず表示装置３８からの設定選択信号の入力がない場合にはステップＳ２４０に手順を移す。
【００６０】
・ステップＳ２３０
ステップＳ２３０に手順を移したら、信号変換装置４７は、設定選択信号に応じた通信プログラムを選択し、ステップＳ２４０に手順を移す。これにより、以降は選択した通信プログラムに従って外部演算ユニット３０の出力信号がプロトコル変換され、作業機制御装置４０では変換後の信号を基にして領域制限掘削制御が実行されることとなる。
【００６１】
・ステップＳ２４０−エンド
ステップＳ２４０に手順を移すと、信号変換装置４７は、信号変換の設定終了信号が表示装置３８から入力されたか否かを判定する。例えば図８の終了ボタン５４ｄが操作されず表示装置３８からの設定終了信号の入力がない場合には、信号変換装置４７はステップＳ２２０に手順を戻し、終了ボタン５４ｄが操作されて表示装置３８から設定終了信号が入力された場合には設定画面５４を閉じて図７の手順を終了する。
【００６２】
なお、以上のようにして信号変換の設定を終えたら、例えば設定操作をした者が建設機械を試運転し、外部演算ユニット３０からの信号に応じて表示装置３８に表示される数値や画像等（例えば図９及び図１０参照）を作業機２０の実際作業機２０の動作と比べて両者が一致していることを確認することにより、信号変換の設定に問題がないことを確認することができる。図９に示した表示画面は、建設機械Ａやその車体Ｂ及び作業機の爪先Ｃと掘削目標面Ｄとの位置関係、方位Ｅ、掘削目標面と正対するための旋回方向Ｆ及び旋回角Ｇ、掘削目標面と爪先との距離等の数値情報Ｈ、領域制限掘削制御の入り切りボタンＩ、数値情報等の保存の入り切りボタンＪ、カメラ映像への切り換えボタンＫ、各種設定画面の呼び出しボタンＬ、終了ボタンＭ、自動ズームの入り切りボタンＮ、数値情報の単位変更ボタンＯ、状態表示部Ｐ、縮尺Ｑ等を一画面に表示させた例である。図１０では、自動ズームの入り切りボタンＮで自動ズーム機能が有効に設定されている場合に作業機の爪先Ｃと掘削目標面Ｄとの距離が設定値以下になった場合に爪先Ｃの付近が自動拡大表示された場合の表示例を示している。
【００６３】
７．効果
本実施形態によれば、信号変換装置４７を設けたことにより、外部演算ユニット３０の信号プロトコルが機種によって異なっても、外部演算ユニット３０から作業機制御装置４０に出力される信号を作業機制御装置４０で採用されている信号プロトコルにプロトコル変換することができる。従って、採用される外部演算ユニット３０の信号プロトコルに仕様を合わせた作業機制御装置４０を都度用意する必要がなく、外部演算ユニット３０の機種によらず接続した外部演算ユニット３０の出力信号を基に作業機制御装置４０に適正に領域制限掘削制御を実行させることができる。
【００６４】
信号変換装置４７は外部演算ユニット３０側に設けてあっても勿論良いが、特に本実施形態においては、作業機制御装置４０に設けることによって、作業機制御装置４０に合わせて信号をプロトコル変換して出力する機能が外部演算ユニット３０側に備わっていなくても上記効果が得られるメリットがある。
【００６５】
また、選択装置を設けたことにより、信号変換の設定を行うためにサービスマン等が専用の設定器等を別途用意する必要がない。また、特定の操作手続きを経なければ信号変換の設定ができない選択装置を採用することにより、ユーザ等によって誤って信号変換の設定が変更されて領域制限掘削制御が正常に実行されなくなることを抑制することができる。特に、表示装置３８における特定の画面操作を経て設定を行うこととした場合、機械式のボタン等によって設定ができる構成に比べて偶発的に体が操作装置に触れて設定が変更されるリスクを抑えられるメリットがある。
【００６６】
８．その他
以上においては、信号変換装置４７を作業機制御装置４０に設けた場合を例に挙げて説明したが、先に触れたように外部演算ユニット３０に備わっていても良い。また、外部演算ユニット３０から作業機制御装置４０への信号のプロトコル変換の設定操作を表示装置３８で行う場合を例に挙げて説明したが、例えば外部演算ユニット３０の入力ポート３１又は作業機制御装置４０の入力ポート４１に通信端末等の操作装置（機械式又はタッチパネル式の操作部を備えたもの）を接続し、この操作装置によって設定操作を行うようにすることもできる。タッチパネル式の操作部を備えた通信端末であれば、図８に示した設定画面５４を選択装置として表示させることができる。また、表示装置３８は、外部演算ユニット３０又は作業機制御装置４０から独立したモニタ装置を用いることもできるが、外部演算ユニット３０又は作業機制御装置４０に備わったモニタであっても良い。
【００６７】
また、角度検出器８ａ−８ｃや傾斜検出器８ｄ、測位装置９ａ，９ｂ、無線機９ｃで取得された情報は外部演算ユニット３０を介して作業機制御装置４０に入力される構成を例に挙げて説明したが、それら情報が外部演算ユニット３０を介さず作業機制御装置４０に直接入力される構成としても良い。また、外部演算ユニット３０に基礎情報演算機能を持たせたが、作業機制御装置４０に対しては単に角度検出器８ａ−８ｃや傾斜検出器８ｄ、測位装置９ａ，９ｂ、無線機９ｃで取得された情報を出力し、これら情報を基にして作業機制御装置４０で領域制限掘削制御装置が実行される構成としても良い。また、本願明細書で言う領域制限掘削制御には、作業機の描く軌跡を制御するいわゆる軌跡制御も含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
８ａ−８ｃ  角度検出器（姿勢検出器）
８ｄ        傾斜検出器（姿勢検出器）
９ａ，９ｂ  測位装置
１０        車体
２０        作業機
３０        外部演算ユニット
３８        表示装置
４０        作業機制御装置
４７        信号変換装置
５４        設定画面（選択装置）
１００      領域制限掘削制御装置
【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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