(57)【要約】【課題】作業機械本体に接近させて作業範囲を確保することができ、作業機を高速に動作させて生産性を向上することのできる作業機械を提供すること。【解決手段】作業機械は、作業機械本体４に動作可能に設けられた第一作業機５１、および第二作業機５４を有する作業機５と、作業機械本体４から所定距離離れた位置に第一制御対象面ＳＦ１を設定し、作業機５の基準が、第一制御対象面ＳＦ１より作業機械本体４側に、作業機５が超過しないように牽制、阻止する第一制御手段と、第一制御対象面ＳＦ１よりも離れた位置に第二制御対象面ＳＦ２を設定し、第一作業機５１の上昇操作指令が検出されたら、第二制御対象面ＳＦ２と作業機５の基準との距離に基づいて、第二作業機５４の操作指令への介入指令により、作業機５の基準と作業機械本体４との干渉を回避させる第二制御手段とを備える。【選択図】図５
2017133261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械本体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機と、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する操作指令検出手段と、
前記作業機械本体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する第一制御手段と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記操作指令検出手段により前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる第二制御手段とを備えてい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、
前記第二制御手段による指令は、前記作業機械本体から遠ざける方向に前記第二作業機を動作させる介入指令を少なくとも含むことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の作業機械において、
前記第二制御手段は、前記第一作業機の上昇操作開始時点における、少なくとも前記第一作業機の現在位置を取得し、前記作業機の基準が、前記第二制御対象面よりも前記作業機械本体側に存在するときに、前記作業機の基準を前記第二制御対象面に復帰させる第三制御対象面を演算する第三制御対象面演算部を備えていることを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の作業機械において、
前記第二制御手段は、前記第一作業機の上昇操作開始時点における、少なくとも前記第二作業機の現在位置を取得し、前記作業機の基準が、前記第二制御対象面よりも前記作業機械本体側に存在するときに、前記作業機の基準の現在位置から所定の高さ距離以内で、前記作業機の基準を前記第二制御対象面に復帰させる第四制御対象面を演算する第四制御対象面演算部を備えていることを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の作業機械において、
前記第一制御手段は、前記第二制御手段が動作状態にあると、前記第一作業機の操作により、前記作業機の基準が、前記作業機械本体に接近する場合の前記作業機の制限を緩和することを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械において、
第二制御手段の有効もしくは無効を切り替える切替手段をさらに備えることを特徴とする作業機械。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の作業機械において、
前記作業機および前記作業機械本体が幅方向に隣接して設けられ、
前記作業機は、前記第一作業機の先端に動作可能に設けられ、前記第二作業機を幅方向に移動させる第三作業機を備え、
前記作業機械本体から前記作業機に向かって、前記第二制御対象面と前記作業機械本体の前面の距離が、幅方向に向かうにしたがって。しだいに小さくなっていることを特徴とする作業機械。
【請求項８】
走行体と、前記走行体に旋回可能に設けられた旋回体と、
前記旋回体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機と、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する操作指令検出手段と、
前記旋回体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する第一制御手段と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記操作指令検出手段により前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる第二制御手段とを備えていることを特徴とする作業機械。
【請求項９】
作業機械本体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機を備えた作業機械の干渉回避方法であって、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する手順と、
前記作業機械本体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する手順と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる手順と、を実施することを特徴とする作業機械の干渉回避方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械および作業機械の干渉回避方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅地などの狭小地で油圧ショベル等の作業機械を操作する場合、設置物等との干渉を回避するために、バケット等を油圧ショベルの旋回体になるべく接近させて操作することが多い。
しかしながら、バケット等を旋回体に接近させると、作業機の姿勢によっては、油圧ショベルのキャブ等の運転席と干渉する恐れがある。
このため、特許文献１には、運転席を覆うキャブの前方に、牽制面を設定し、バケットが牽制面に近づくにつれてアクチュエータの速度を減速させ、牽制面を越えてバケットが侵入すると、アクチュエータを停止させて、運転席との干渉を阻止する技術が開示されている。
また、特許文献１には、バケットが牽制面に位置した状態で、運転席の作業者がブームを上昇させる操作を行うと、アームを駆動するアクチュエータが、ダンプ方向にアームを駆動して、自動的にバケットの干渉を回避する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１６０５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に開示された技術では、キャブ近くに牽制面を設定した場合、運転席近くで掘削することが可能になるが、ブームの上昇操作時にバケットがキャブに接近するとき、確実に干渉しないように制御するため高速で動作させることが困難となる。ブーム上昇操作時に高速で動作させると作業者もキャブよりバケットの距離が近いことより不安になる。
一方、牽制面を遠くに設定した場合、ブームの上昇操作時にバケットがキャブに接近する際に干渉しないように制御することで作業機を高速で動作させることは可能になり作業者の不安も解消されるが、運転席付近で掘削する際には、作業機をキャブ近傍まで動作させることができなく作業範囲が制限される状況になる。
このような公知の技術では、作業速度を高速に動作させて生産性を向上することと、なるべくキャブに接近させて作業範囲を確保することとの両立が難しいという課題がある。
【０００５】
本発明の目的は、掘削時には、作業機の基準を作業機械本体に接近させて、作業範囲を確保し、作業性を向上し、ブーム上昇操作時に作業機を高速に動作することで生産性を向上させて、作業性と生産性の両立することができる作業機械および作業機械の干渉回避方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る作業機械は、
作業機械本体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機と、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する操作指令検出手段と、
前記作業機械本体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する第一制御手段と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記操作指令検出手段により前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる第二制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の態様に係る作業機械は、
走行体と、前記走行体に旋回可能に設けられた旋回体と、
前記旋回体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機と、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する操作指令検出手段と、
前記旋回体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する第一制御手段と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記操作指令検出手段により前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる第二制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３の態様に係る作業機械の干渉回避方法は、
作業機械本体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機を備えた作業機械の干渉回避方法であって、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する手順と、
前記作業機械本体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する手順と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる手順と、を実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作業機械が第一制御手段を備えていることにより、作業機の基準が作業機械本体と干渉することを防止し、第二制御手段により第１作業機の上昇操作時に第２作業機の介入指令によって第２制御対象面に基づき作業を継続可能となる。さらに第１制御対象面より第２制御対象面を遠方に設けることで掘削時における作業範囲の確保と、ブーム上昇操作時に作業機を高速に動作することが可能となり、作業性と生産性の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る作業機械を表す側面図。
【図２】前記実施形態における作業機械を表す平面図。
【図３】前記実施形態における作業機械の油圧回路の構造を表す回路図。
【図４】前記実施形態における作業機械の制御ユニットを表すブロック図。
【図５】前記実施形態における干渉防止面、干渉回避面、および修正回避面を表す側面図。
【図６】前記実施形態における干渉回避面を表す平面図。
【図７】前記実施形態における干渉防止面に近づくにしたがって、ブームの上昇速度を減速させることを説明するためのグラフ。
【図８】前記実施形態における干渉防止面に近づくにしたがって、アームの掘削速度を減速させることを説明するためのグラフ。
【図９】前記実施形態における作業機の基準の作業機械本体に対する接近制限速度を説明するためのグラフ。
【図１０】前記実施形態における接近方向速度演算部の構造を表すブロック図。
【図１１】前記実施形態におけるアーム制御切替部の構造を表すブロック図。
【図１２】前記実施形態における修正回避面を演算する場合の制御ユニットの機能ブロック図。
【図１３】前記実施形態の変形となる修正回避面を表す側面図。
【図１４】前記実施形態の作用を説明するためのフローチャート。
【図１５】前記実施形態の作用を説明するためのフローチャート。
【図１６】前記実施形態の作用を説明するためのフローチャート。
【図１７】前記実施形態の効果を説明するための側面図。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る作業機械の油圧回路の構造を表す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
［１］全体構成
図１、図２において、作業機械である油圧ショベル１は、走行体２、旋回体３、運転席４、を備えた作業機械本体と、作業機５とを備えて構成される。本実施形態に係る干渉回避制御における作業機械本体は、少なくとも運転席４を含んでいる。本発明に説明においては運転席４を基準として、作業者が着座した場合の視線方向を前方として、前後左右の各方向を規定する。また前後方向をｘ軸、左右（幅）方向をｚ軸、垂直方向をｙ軸と規定する。
走行体２は、履帯式であり、旋回体３の直下に設けられる図示を省略したトラックフレームと、このトラックフレームにおいて、走行方向に直交する車幅方向の両端に設けられた一対の走行装置２１とを備えて構成される。走行装置２１は、トラックフレームに突設された駆動輪および遊動輪に巻回される履帯２２を備えて構成され、駆動輪を駆動させることによって、履帯２２の延出方向に沿って油圧ショベル１を前後進させる。
【００１２】
走行体２のトラックフレーム上には、旋回体３が旋回可能に設けられている。旋回体３には、作業機械本体としての運転席４が設けられ、この運転席４内にオペレータが乗車して油圧ショベル１を操縦する。運転席４内にはオペレータシート４１が設けられ、運転席４には、図１では図示を略したが、操作手段としての操作レバー７１、７３が設けられている。なお、本実施形態の運転席４は、キャノピータイプだが、キャブタイプであってもよい。
操作レバー７１は、前後に操作すれば、第１ブーム５１の下降操作、上昇操作を行うことができ、左右に操作すれば、バケット５５の掘削操作、ダンプ操作を行うことができる。
操作レバー７３は、前後に操作すればアーム５４のダンプ操作、掘削操作を行うことができ、左右に操作すれば、旋回体３を左右に旋回させることができる。また、図１および図２では図示を省略するが、運転席４の床面４２には、走行操作用の走行ペダル７４、７５と、オフセット操作用のオフセットペダル７２とが設けられている。この運転席４の側方には、作業機５が設けられている。すなわち、運転席４と作業機５とは、旋回体３の前方を走行体２の走行方向に向けた状態において、旋回体３上で車幅方向に隣接して配置されている。
【００１３】
［２］作業機５の構成
作業機５は、第１ブーム５１、第２ブーム５２、ブラケット５３、アーム５４、およびバケット５５と、これら各要素を動作させるためのブームシリンダ５１Ａ、オフセットシリンダ５２Ａ、アームシリンダ５４Ａ、およびバケットシリンダ５５Ａを備えている。
ここで、各シリンダ５１Ａ、５２Ａ、５４Ａ、５５Ａは油圧シリンダであり、その油圧源は、旋回体３に設けられた図示しないエンジン等の原動機で駆動される油圧ポンプ３０（図３参照）である。
【００１４】
第一作業機としての第１ブーム５１は、基端側がフートピン５１Ｂによって旋回体３に回動可能に設けられ、第１ブーム５１の先端部と旋回体３とを第１ブーム５１の下方で連結するブームシリンダ５１Ａの伸縮により、上下方向に動作させることができる。なお、図１では図示を略したが、第１ブーム５１には、角度検出器であるポテンショメータ８１（図４参照）が設けられており、旋回体３に対する第１ブーム５１のブーム角度を検出し、検出されたブーム角度は、後述する制御ユニット８に出力される。
そして、第１ブーム５１は、第１ブーム５１の上下方向に屈曲した部分が面取りされた面取り部５１１を先端側に備えている。
【００１５】
このような構成の第１ブーム５１の先端に、第２ブーム５２がピン５１Ｃによって水平方向に動作可能に設けられている。
本発明における第三作業機としての第２ブーム５２はいわゆるオフセットブームで、オフセットブームは第１ブーム５１に対して左右に動作可能に設けられている。
【００１６】
このような第２ブーム５２の先端部と、第１ブーム５１とは、それぞれの左側、つまり運転席４側において、オフセットシリンダ５２Ａで連結されている。すなわち、オフセットシリンダ５２Ａのロッドの先端が、ピン５２Ｃによって第２ブーム５２の先端部に動作可能に設けられ、オフセットシリンダ５２Ａのキャップが、ピン５１Ｄによって第１ブーム５１に動作可能に設けられている。なお、本実施形態では、第２ブーム５２は車幅方向にオフセットするように構成されているが、本発明は、第２ブームとして、第１ブーム５１に対して上下に動作可能に設けられた作業機も含まれ、双方の形態を組み合わせたブームの構成としてもよい。
さらに、第２ブーム５２においては、油圧配管のうち、アームシリンダ５４Ａ用およびバケットシリンダ５５Ａ用の油圧配管が、第２ブーム５２の内部に挿通されている。そして、この第２ブーム５２の先端には、ブラケット５３が連結されている。
【００１７】
ブラケット５３は、図示しないピンによって、第２ブーム５２の先端で水平方向に動作可能に設けられており、ブラケット５３と、第１ブーム５１とは、それぞれの左側において、リンクロッド５２Ｄで連結されている。すなわち、リンクロッド５２Ｄは、その一端がピン５３Ａによってブラケット５３に動作可能に設けられ、他端がピン５１Ｄによって第１ブーム５１に動作可能に設けられている。
第１ブーム５１、第２ブーム５２、ブラケット５３、およびリンクロッド５２Ｄによって４節の平行リンク機構が構成され、第１ブーム５１と第２ブーム５２の先端部を連結するオフセットシリンダ５２Ａの伸縮により、ブラケット５３が第１ブーム５１の軸線に対して動作する。なお、図１では図示を略したが、第２ブーム５２には、ポテンショメータ８２（図４参照）が設けられており、第２ブーム５２の第１ブーム５１に対するオフセット角度を検出し、検出されたオフセット角度は、後述する制御ユニット８に出力される。
そして、このブラケット５３の先端には、アーム５４が連結されている。
【００１８】
第二作業機としてのアーム５４は、ブラケット５３の先端に上下方向に動作可能に設けられている。アーム５４の連結部分の近傍には、アームシリンダ５４Ａを取り付ける。アームシリンダ５４Ａの本体側はブラケット５３に、アームシリンダ５４Ａのロッド側はシリンダ取付部５４１に動作可能に設けられている。アーム５４は、このアームシリンダ５４Ａの伸縮によって、上下方向に動作する。なお、図１では図示を略したが、アーム５４には、ポテンショメータ８３（図４参照）が設けられており、第２ブーム５２対するアーム５４のアーム角度を検出し、検出されたアーム角度は、後述する制御ユニット８に出力される。
そして、このアーム５４の先端には、バケット５５が連結されている。
【００１９】
バケット５５は、実際に掘削を行ったり、掘削された土砂をダンプトラック等に積み込んだりする部分であり、アーム５４の先端に横軸回りに動作可能に取り付けられている。
バケット５５とアーム５４のシリンダ取付部５４１とは、バケットシリンダ５５Ａで連結されており、このバケットシリンダ５５Ａを伸縮することで、バケット５５が動作する。
【００２０】
［３］油圧ショベル１の油圧回路の構成
図３には、本実施形態に係る油圧ショベル１の油圧パイロット式の油圧回路および制御ユニット８が示されている。油圧ショベル１は、前述したブームシリンダ５１Ａ、オフセットシリンダ５２Ａ、アームシリンダ５４Ａ、バケットシリンダ５５Ａの他に、油圧ポンプ３０、および油圧モータ２３、２４、３１を備える。
油圧ポンプ３０は、作動油を供給して油圧シリンダ５１Ａ、５２Ａ、５４Ａ、５５Ａを伸縮駆動させるとともに、作動油を供給して油圧モータ２３、２４、３１を回転駆動させる。油圧モータ３１は、旋回体３を旋回させる旋回モータであり、油圧モータ２３、２４は、走行装置２１の駆動輪を回転させる駆動モータである。
このような油圧回路には、パイロットラインからのパイロット圧により、スプールを駆動する流量制御弁６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７が設けられている。また、パイロットライン中には、電磁制御弁６３C、比例電磁制御弁６１Ｃ、６４Ｃ、６４Ｄ、およびシャトル弁６４Ｅと、パイロット圧発生用の油圧ポンプ３０Ａが設けられている。
【００２１】
ブームシリンダ５１Ａは、流量制御弁６１を介して油圧ポンプ３０と接続される。流量制御弁６１は、操作レバー７１とパイロットラインを介して接続され、パイロット圧によって駆動される駆動部６１Ａ、６１Ｂを備える。ブーム操作用のパイロットラインには、比例電磁制御弁６１Ｃ、および操作指令検出手段としての圧力センサ６１Ｄが設けられている。
操作レバー７１を前後方向に操作すると、パイロット圧が発生し、流量制御弁６１の駆動部６１Ａ、６１Ｂが駆動され、流量制御弁６１のポジションが変更される。具体的には、駆動部６１Ａが押される方向に駆動されると、ブームシリンダ５１Ａのキャップ側に作動油が供給され、ブームシリンダ５１Ａが伸張して、第１ブーム５１が上昇動作を行う。逆に駆動部６１Ｂが押される方向に駆動されると、ブームシリンダ５１Ａのロッド側に作動油が供給され、第１ブーム５１が下降動作を行う。
【００２２】
バケットシリンダ５５Ａは、流量制御弁６２を介して油圧ポンプ３０と接続される。流量制御弁６２は、操作レバー７１とパイロットラインを介して接続され、パイロット圧により駆動される駆動部６２Ａ、６２Ｂを備える。
操作レバー７１を左右方向に操作すると、パイロット圧が発生し、流量制御弁６２の駆動部６２Ａ、６２Ｂが駆動され、流量制御弁６２のポジションが変更される。具体的には、駆動部６２Ａが押される方向に駆動されると、バケットシリンダ５５Ａのキャップ側に作動油が供給され、バケットシリンダ５５Ａが伸張して、バケット５５が掘削動作を行う。逆に駆動部６２Ｂが押される方向に駆動されると、バケットシリンダ５５Ａのロッド側に作動油が供給され、バケットシリンダ５５Ａが収縮して、バケット５５がダンプ動作を行う。
【００２３】
オフセットシリンダ５２Ａは、流量制御弁６３を介して油圧ポンプ３０と接続される。流量制御弁６３は、オフセットペダル７２とパイロットラインを介して接続され、パイロット圧により駆動される駆動部６３Ａ、６３Ｂを備える。オフセット操作用のパイロットラインには、電磁制御弁６３Ｃが設けられている。ここで用いる電磁制御弁６３Cは比例電磁制御弁としてオフセットシリンダ５２Ａに対して停止以外の制御を行ってもよい。
作業者がオフセットペダル７２を踏むと、パイロット圧が発生し、流量制御弁６３の駆動部６３Ａ、６３Ｂが駆動され、流量制御弁６３のポジションが変更される。具体的には、駆動部６３Ａが押される方向に駆動されると、オフセットシリンダ５２Ａのキャップ側に作動油が供給され、オフセットシリンダ５２Ａが伸張し、第２ブーム５２が運転席４から離れる方向に移動する。逆に駆動部６３Ｂが押される方向に駆動されると、オフセットシリンダ５２Ａのロッド側に作動油が供給され、第２ブーム５２が運転席４に接近する方向に移動する。
【００２４】
アームシリンダ５４Ａは、流量制御弁６４を介して油圧ポンプ３０と接続される。流量制御弁６４は、操作レバー７３とパイロットラインを介して接続され、パイロット圧により駆動される駆動部６４Ａ、６４Ｂを備える。アーム操作用のパイロットラインには、比例電磁制御弁６４Ｃ、比例電磁制御弁６４Ｄ、およびシャトル弁６４Ｅが設けられている。
作業者が操作レバー７３を前後方向に操作すると、パイロット圧が発生し、流量制御弁６４の駆動部６４Ａ、６４Ｂが駆動され、流量制御弁６４のポジションが変更される。具体的には、駆動部６４Ａが押される方向に駆動されると、アームシリンダ５４Ａのキャップ側に作動油が供給され、アームシリンダ５４Ａが伸張し、アーム５４が掘削動作を行う。逆に駆動部６４Ｂが押される方向に駆動されると、アームシリンダ５４Ａのロッド側に作動油が供給され、アームシリンダ５４Ａが収縮し、アーム５４がダンプ動作を行う。
【００２５】
また、制御ユニット８は、入出力部８Ａと、処理部８Ｂと、記憶部８Ｃとを備える。入出力部８Ａは、各ポテンショメータ８１〜８３からの検出値、および干渉回避制御切替スイッチ１０の操作に基づくオン、オフの信号が入力され、比例電磁制御弁６１Ｃ、６４Ｃ、６４Ｄ、電磁制御弁６３Ｃへの指令を出力する。処理部８Ｂは、本件制御における各演算処理を行う。記憶部８Ｃは、作業機５を構成する部材の寸法と、干渉防止面ＳＦ１、干渉回避面ＳＦ２の座標データと、処理部８Ｂで用いる各種制限テーブルとを記憶する。
【００２６】
油圧モータ３１は、流量制御弁６５を介して油圧ポンプ３０と接続される。流量制御弁６５は、操作レバー７３とパイロットラインを介して接続され、パイロット圧により駆動される駆動部６５Ａ、６５Ｂを備える。
操作レバー７３を左右方向に操作すると、パイロット圧が発生し、流量制御弁６５の駆動部６５Ａ、６５Ｂが駆動され、流量制御弁６５のポジションが変更され、旋回体３が旋回動作を行う。
【００２７】
油圧モータ２３、２４は、流量制御弁６６、６７を介して油圧ポンプ３０と接続される。流量制御弁６６、６７は、走行ペダル７４、７５とパイロットラインを介して接続され、作業者が走行ペダル７４、７５を踏むと、パイロット圧が発生し、流量制御弁６６、６７のポジションが変更される。流量制御弁６６、６７は、変更されたポジションに応じて、油圧モータ２３、２４に作動油を供給することにより、左右の走行装置２１の駆動輪を回転させ、油圧ショベル１を走行させる。
【００２８】
レバー操作量は少なくとも第１ブーム５１の上昇の操作量を検出する。ブーム上昇の操作検出手段としては、パイロットラインに設けられた圧力センサ６１Ｄを用いる。圧力センサ６１Ｄで検出された電気信号を操作信号として制御ユニット８に出力される。
【００２９】
［４］制御ユニット８の機能ブロック構成
図４には、制御ユニット８の処理部８Ｂにおける機能ブロック図が示されている。
処理部８Ｂは、ポテンショメータ８１、８２、８３で検出されたブーム角度、アーム角度、およびオフセット角度に基づいて、図５に示されるように、作業機５の基準（例えばバケット５５の刃先先端）と、第一制御対象面としての干渉防止面ＳＦ１、または、第二制御対象面としての干渉回避面ＳＦ２との距離を演算する。なお、本件発明では干渉回避面、干渉防止面制御対象面と称しているが、実際の制御では各面を線として設定している。但し各面については幅情報を持たす面として設定してもよい。
【００３０】
ここで、干渉回避面ＳＦ２は、図６に示されるように、油圧ショベル１のｚ軸方向（油圧ショベル１の左右方向）にも設けられており、運転席４（作業機械本体）の前面よりも作業機５が備えられる側方側に回り込むにつれて、干渉回避面ＳＦ２と運転席４の前面とのｘ軸方向（油圧ショベル１の走行方向）の座標の差が小さくなるように設定されている。
これは、掘削後、ブーム上昇、掘削、およびオフセット（離間）の動作により、運転席４の横方向に作業機５を抱え込み、旋回半径を小さくする動作を行う際に、アーム操作を行わなくとも、干渉回避制御によるアーム５４のダンプ動作により、作業機５を干渉回避面ＳＦ２に沿って動作させることができ、作業機５を滑らかにコンパクトな軌跡で動作させるためである。ここで、運転席４とＳＦ２の距離は、運転席とＳＦ１の距離より大きく設定する。
【００３１】
そして、処理部８Ｂは、第１ブーム５１の上昇動作の制限、第２ブーム５２の接近方向動作の制限、アーム５４の掘削動作の制限、第１ブーム５１の上昇操作時にアーム５４の掘削動作の減速あるいはダンプ動作による介入操作を指令するか否かを判定し、比例電磁制御弁６１Ｃ、電磁制御弁６３Ｃ、比例電磁制御弁６４Ｃ、比例電磁制御弁６４Ｄに指令を出力する。なお、作業機５の基準は、アーム５４を含む作業機５上の任意の位置でよく、例えば、バケット５５の輪郭であってもよく、作業機５の基準は複数であってもよい。
【００３２】
処理部８Ｂは、第１距離演算部８４Ａ、第２距離演算部８４Ｂ、第１制限値演算部８５、第２制限値演算部８６、制限速度演算部８７、ブーム上昇操作判定部８８、接近方向速度演算部８９、制限速度減算部９０、アームシリンダ制限速度演算部９１、アーム制御切替部９２、ブーム上昇制限指令値出力部９３Ａ、アーム掘削制限指令値出力部９３Ｂ、アームダンプ指令値出力部９３Ｃ、およびオフセット接近制限指令値出力部９３Ｄを備える。
【００３３】
第一制御手段としての第１距離演算部８４Ａは、記憶部８Ｃから呼び出した作業機５を構成する部材の寸法と、ポテンショメータ８１、８２、８３で検出されたブーム角度、アーム角度、オフセット角度を各作業機５１、５２、５４の姿勢として用い、作業機５の姿勢と干渉防止面ＳＦ１の座標データより作業機５の基準の干渉防止面ＳＦ１からの距離を演算する。第１距離演算部８４Ａは演算結果を第１制限値演算部８５、第２制限値演算部８６、およびオフセット接近制限指令値出力部９３Ｄに出力する。
第二制御手段としての第２距離演算部８４Ｂは、干渉回避面ＳＦ２の座標データ、および作業機５を構成する部材の寸法を記憶部８Ｃから呼び出して、ポテンショメータ８１、８２、８３で検出されたブーム角度、アーム角度、オフセット角度を用いて、作業機５の基準の干渉回避面ＳＦ２からの距離を演算する。第２距離演算部８４Ｂは、演算結果を制限速度演算部８７に出力する。
【００３４】
第一制御手段としての第１制限値演算部８５は、運転席４内に設けられた干渉回避制御切替スイッチ１０の動作状態、すなわち有効、無効を監視し、干渉回避制御切替スイッチ１０の有効、無効の状態に応じて、第１ブーム５１の上昇速度の制限値を演算する。
具体的には、図７に示されるように、干渉防止面ＳＦ１からの距離に応じた、ブームシリンダ５１Ａのシリンダ速度に制限値を与えるテーブルを、記憶部８Ｃから呼び出して制限値を演算する。
第１制限値演算部８５は、干渉回避制御切替スイッチ１０のオンオフに応じて、作業機５の制限を緩和するようになっている。
干渉回避制御切替スイッチ１０が無効（オフ）とされている場合、第１制限値演算部８５は、干渉防止面ＳＦ１から離れるにしたがって、シリンダ速度がなだらかに変化するグラフＧ１のような制限をかけるテーブルを、記憶部８Ｃから呼び出す。一方、干渉回避制御切替スイッチ１０が有効（オン）とされている場合、第１制限値演算部８５は、干渉防止面ＳＦ１から離れるにしたがって、シリンダ速度が急峻に変化するグラフＧ２のようなテーブルを、記憶部８Ｃから呼び出す。
第１制限値演算部８５は、演算結果を接近方向速度演算部８９およびブーム上昇制限指令値出力部９３Ａに出力する。
【００３５】
第一制御手段としての第２制限値演算部８６は、第１距離演算部８４Ａで演算された作業機５の基準と干渉防止面ＳＦ１との距離に基づいて、アーム５４の掘削動作の速度の制限値を演算する。
具体的には、第２制限値演算部８６は、図８に示されるように、干渉防止面ＳＦ１からの距離に応じた、アームシリンダ５４Ａのシリンダ速度に制限値を与えるテーブルを、記憶部８Ｃから呼び出して制限値を演算する。第２制限値演算部８６は演算結果をアーム制御切替部９２に出力する。
【００３６】
第二制御手段としての制限速度演算部８７は、作業機５の基準の接近制限速度を演算する。
具体的には、図９に示されるように、制限速度演算部８７は、第２距離演算部８４Ｂで演算された、作業機５の基準と干渉回避面ＳＦ２との距離に応じて、作業機５の基準と干渉回避面ＳＦ２の距離が小さくなるにしたがって、制限速度が小さくなるテーブルを、記憶部８Ｃから呼び出して接近制限速度を演算する。制限速度演算部８７は、演算結果を制限速度減算部９０に出力する。ここで接近制限速度とは作業機５の基準が作業機本体に対して接近する方向の速度を制限する速度である。
ブーム上昇操作判定部８８は、圧力センサ６１Ｄで検出された第１ブーム５１の操作に伴うパイロット圧に基づいて、第１ブーム５１の上昇操作が行われたか否かを判定し、判定結果をアーム制御切替部９２に出力する。
【００３７】
第二制御手段としての接近方向速度演算部８９は、第１ブーム５１の上昇操作量と、第２ブーム５２のオフセット角度の変化量と、作業機５の姿勢とに基づいて、ブーム上昇操作と、オフセット動作による作業機５の基準の位置での接近方向速度を演算する。
具体的には、図１０に示されるように、接近方向速度演算部８９は、ブーム上昇操作量演算部８９Ａと、比較器８９Ｂと、ブーム操作接近速度演算部８９Ｃと、オフセット動作接近速度演算部８９Ｄと、演算結果出力部８９Ｅとを備える。
【００３８】
ブーム上昇操作量演算部８９Ａは、圧力センサ６１Ｄで検出された第１ブーム５１の上昇操作におけるパイロット圧に基づいて、ブーム上昇操作量を演算する。
比較器８９Ｂは、ブーム上昇操作量演算部８９Ａで演算されたブーム上昇操作量と、第１制限値演算部８５で演算された第１ブーム５１の上昇速度の制限値とを比較して、最小値を選択して、ブーム操作接近速度演算部８９Ｃに出力する。
ブーム操作接近速度演算部８９Ｃは、比較器８９Ｂで選択された最小値と、ポテンショメータ８１〜８３で検出された第１ブーム５１のブーム角度、アーム５４のアーム角度、および第２ブーム５２のオフセット角度に基づいて、ブーム上昇操作による作業機５の基準の接近方向速度を演算する。
【００３９】
オフセット動作接近速度演算部８９Ｄは、ポテンショメータ８１〜８３で検出された第１ブーム５１のブーム角度、アーム５４のアーム角度、および第２ブーム５２のオフセット角度に基づいて、オフセット動作による作業機５の基準の位置での接近方向速度を演算する。
演算結果出力部８９Ｅは、ブーム操作接近速度演算部８９Ｃで演算されたブーム上昇操作による作業機５の基準の接近方向速度に、オフセット動作接近速度演算部８９Ｄで演算されたオフセット動作による作業機５の基準の接近方向速度を加算して、制限速度減算部９０に出力する。
第二制御手段としての制限速度減算部９０は、制限速度演算部８７で演算された接近制限速度から、接近方向速度演算部で演算された接近方向速度を減算する。アーム５４以外の作業機５による接近方向速度を減算して、作業機５の基準が接近制限速度より速い速度で作業機械本体に接近してしまわないようにするためである。制限速度減算部９０は、減算した結果をアームシリンダ制限速度演算部９１に出力する。
【００４０】
第二制御手段としてのアームシリンダ制限速度演算部９１は、ポテンショメータ８１〜８３で検出された第１ブーム５１のブーム角度、アーム５４のアーム角度、第２ブーム５２のオフセット角度と、制限速度減算部９０で演算された減算結果に基づいて、アーム５４の作業機５の基準の位置での制限速度を、作業機５の姿勢を考慮して、アームシリンダ５４Ａの制限速度に変換する。
具体的には、アームシリンダ制限速度演算部９１は、アーム５４を掘削方向に動作させる場合、アームシリンダ５４Ａを伸張させるアーム掘削制限値９１Ａに変換し、アーム５４をダンプ方向に動作させる場合、アームシリンダ５４Ａを収縮させるアームダンプ制限値９１Ｂに変換する。
アームシリンダ制限速度演算部９１は、変換したアーム掘削制限値９１Ａ、またはアームダンプ制限値９１Ｂをアーム制御切替部９２に出力する。
【００４１】
アーム制御切替部９２は、干渉回避制御切替スイッチ１０のオンオフの状態、ブーム上昇操作を行っている場合と、行っていない場合等の状態に応じて、アームシリンダ５４Ａへの指令値を切り替える。
具体的には、アーム制御切替部９２は、図１１に示されるように、加算器９２Ａ、および切替器９２Ｃ、９２Ｄを備える。
加算器９２Ａは、干渉回避制御切替スイッチ１０がオンであり、かつブーム上昇操作判定部８８でブーム上昇操作ありと判定された場合、干渉回避制御を行う旨を切替器９２Ｃ、９２Ｄに出力する。
【００４２】
切替器９２Ｃは、アーム５４で掘削動作を行う際に用いられ、２つの切替ポジションを備える。第１のポジションには、アーム掘削制限値９１Ａからの出力が入力する。第２のポジションには、第２制限値演算部８６からの出力が入力する。加算器９２Ａからの出力が入力し、干渉回避制御切替スイッチ１０がオンであり、かつブーム上昇操作ある場合のポジションである場合、第１のポジションを選択し、干渉回避制御が実行される。干渉回避制御切替スイッチ１０がオンもしくはブーム上昇操作がある場合のいずれかが成立しない場合、第２ポジションを選択する。第２のポジションは、第２制限値演算部８６で演算されたアーム５４の掘削動作の速度の制限値を用いるポジションである。切替器９２Ｃで切り替えられた出力は、アーム掘削制限指令値出力部９３Ｂに出力される。
【００４３】
切替器９２Ｄは、第二制御手段によってアーム５４でダンプ動作を行う際に用いられ、切替器９２Ｃと同様に２つのポジションを備える。第１のポジションには、アームシリンダ制限速度演算部９１から出力された、アームダンプ制限値９１Ｂを用いるポジションである。第２のポジションには、アーム５４のダンプ介入を行わないアームダンプ操作指令ゼロが入力される。加算器９２Ａからの出力が入力し、干渉回避制御切替スイッチ１０がオンであり、かつブーム上昇操作ある場合のポジションである場合、第１のポジションを選択し干渉回避制御が実行される。干渉回避制御切替スイッチ１０がオンもしくはブーム上昇操作がある場合のいずれか成立しない場合、第２ポジションを選択する。この場合には、アーム５４のダンプ介入操作は行われない。切替器９２Ｄで切り替えられた出力は、アームダンプ指令値出力部９３Ｃに出力される。
【００４４】
ブーム上昇制限指令値出力部９３Ａは、第１制限値演算部８５で演算された第１ブーム５１の上昇速度の制限値に基づいて、比例電磁制御弁６１Ｃに電圧、電流等の指令値を出力する（図３参照）。比例電磁制御弁６１Ｃは、流量制御弁６１の駆動部６１Ａに作用するレバー操作によるパイロット圧に制限を与え、流量制御弁６１のポジションを、ブームシリンダ５１Ａのキャップ側に作動油が供給されるのを制限するように変更する。
アーム掘削制限指令値出力部９３Ｂは、切替器９２Ｃの出力に基づいて、比例電磁制御弁６４Ｃに電圧、電流等の指令値を出力する（図３参照）。比例電磁制御弁６４Ｃは、流量制御弁６４の駆動部６４Ａに作用するレバー操作によるパイロット圧に制限を与え、流量制御弁６４のポジションを、アームシリンダ５４Ａのキャップ側に作動油が供給されるのを制限するように変更する。
【００４５】
アームダンプ指令値出力部９３Ｃは、切替器９２Ｄの出力に基づいて、比例電磁制御弁６４Ｄに電圧、電流等の指令値を出力する（図３参照）。比例電磁制御弁６４Ｄは、シャトル弁６４Ｅを介して流量制御弁６４の駆動部６４Ｂにパイロット圧をかけ、流量制御弁６４のポジションを、アームシリンダ５４Ａのロッド側に作動油が供給されるように変更する。
オフセット接近制限指令値出力部９３Ｄは、第２ブーム５２の運転席４への接近方向動作について、電磁制御弁６３Ｃに遮断指令を出力する（図３参照）。電磁制御弁６３Ｃは、流量制御弁６３の駆動部６３Ａにレバー操作によるパイロット圧を遮断し、オフセットシリンダ５２Ａのキャップ側への作動油の供給を遮断し第２ブーム５２を停止する。
【００４６】
［５］修正回避面ＳＦ３を演算する場合における制御ユニット８の機能ブロック構成
図５に示される第三制御対象面としての修正回避面ＳＦ３を演算する場合、前述した制御ユニット８の機能ブロック構成に加え、図１２に示されるように、制御ユニット８の処理部８Ｂは、第３距離演算部９４、姿勢取得部９５、修正回避面演算部９６、および第４距離演算部９７を備える。
第３距離演算部９４は、第１ブーム５１の上昇操作開始時における作業機５の基準の干渉回避面ＳＦ２からの距離を演算する。演算方法は、第２距離演算部８４Ｂと同様にして行われる。
姿勢取得部９５は、第１ブーム５１の上昇操作開始時の作業機５の姿勢を取得する。作業機５の姿勢は、記憶部８Ｃに記憶された作業機５を構成する部材の長さ寸法、ポテンショメータ８１、８２、８３で検出された第１ブーム５１のブーム角度、アーム５４のアーム角度、および第２ブーム５２のオフセット角度に基づいて、取得することができる。
【００４７】
第三制御対象面演算部としての修正回避面演算部９６は、第３距離演算部９４の出力値、ブーム操作状態、姿勢取得部９５で取得された作業機５の姿勢に基づいて、修正回避面ＳＦ３を演算する。
具体的には、修正回避面演算部９６は、ブーム上昇操作開始時、作業機５の基準が、干渉回避面ＳＦ２よりも運転席４側（作業機本体側）にある場合、干渉回避面ＳＦ２の座標データ、ブーム上昇操作開始時の作業機の基準の座標、作業機５の角度等に基づいて、作業機５の基準を干渉回避面ＳＦ２に復帰させる軌道となる修正回避面ＳＦ３を演算する。
本実施形態では、修正回避面ＳＦ３は、図５に示されるように、滑らかに円弧状に復帰させる修正回避面ＳＦ３としている。
【００４８】
しかしながら、本発明は、これに限らず、図１３に示されるように、一定の高さ距離Ｈ１内で復帰させる第四制御対象面となる修正回避面ＳＦ４を、第四制御対象面演算部として修正回避面演算部９６で演算するようにしてもよい。
修正回避面演算部９６における演算は例えば以下の手順で行う。
（１）ブーム上昇操作開始時の作業機５の基準の座標を姿勢取得部９５で取得する。
（２）高さ距離Ｈ１分上昇した高さ座標における干渉回避面ＳＦ２上の座標を求める。
（３）（１）、（２）で求めた各座標による線分を修正回避面ＳＦ４とする。
一方、修正回避面演算部９６は、第３距離演算部９４、および姿勢取得部９５で取得された作業機５の基準の座標が、干渉回避面ＳＦ２よりも外側に位置していた場合、修正回避面ＳＦ３を干渉回避面ＳＦ２として演算する。
修正回避面演算部９６で演算された修正回避面ＳＦ３は、第４距離演算部９７に出力される。
【００４９】
第４距離演算部９７は、修正回避面演算部９６で演算された修正回避面ＳＦ３と、作業機５の基準との距離を、記憶部８Ｃに記憶された作業機５を構成する部材の長さ寸法、ポテンショメータ８１、８２、８３で検出された第１ブーム５１のブーム角度、アーム５４のアーム角度、および第２ブーム５２のオフセット角度に基づいて、演算する。
第４距離演算部９７で演算された修正回避面ＳＦ３と、作業機５の基準との距離は、現在位置として、制限速度演算部８７に出力される。
制限速度演算部８７および接近方向速度演算部８９は、修正回避面ＳＦ３との関係で制限速度の演算や、接近方向速度の演算を、前述と同様にして演算する。
【００５０】
［６］実施形態による干渉防止制御および干渉回避制御方法
次に、本実施形態の作用となる作業機械の干渉回避方法を、図１４から図１６に示されるフローチャートに基づいて、説明する。
図１４において、第１距離演算部８４Ａは、作業機５の基準と干渉防止面ＳＦ１の距離を演算する（手順Ｓ１）。
第２距離演算部８４Ｂは、作業機５の基準と干渉回避面ＳＦ２の距離を演算する（手順Ｓ２）。
【００５１】
第１制限値演算部８５は、干渉回避制御切替スイッチ１０のオン、オフ状態に基づいて、図７におけるグラフＧ１のテーブル、またはグラフＧ２のテーブルを選択して第１ブーム５１の上昇速度の制限値を演算する（手順Ｓ３）。
ブーム上昇制限指令値出力部９３Ａは、第１制限値演算部８５で演算された第１ブーム５１の上昇速度の制限値に基づいて、ブーム指令値を出力する（手順Ｓ４）。
第２制限値演算部８６は、第１距離演算部８４Ａで演算された作業機の基準と干渉防止面ＳＦ１の距離に基づいて、アーム掘削動作の速度制限値を演算する（手順Ｓ５）。
【００５２】
制限速度演算部８７は、第２距離演算部８４Ｂで演算された作業機５の基準と干渉回避面ＳＦ２の距離とに基づいて、作業機５の基準の接近制限速度を演算する（手順Ｓ６）。
接近方向速度演算部８９は、圧力センサ６１Ｄでブーム上昇操作のパイロット圧を検出したら、第１ブーム５１の上昇操作量と、第２ブーム５２のオフセット角度の変化量と、作業機５の姿勢とに基づいて、ブーム上昇操作と、オフセット動作による作業機５の基準位置での接近方向速度を演算する（手順Ｓ７）。
【００５３】
制限速度減算部９０は、制限速度演算部８７で演算された作業機５の基準の接近制限速度から、接近方向速度演算部８９で演算されたアーム５４以外の動作による作業機５の基準の接近方向速度を減算する（手順Ｓ８）。
アームシリンダ制限速度演算部９１は、制限速度減算部９０の出力に基づいて、アーム掘削制限値９１Ａまたはアームダンプ制限値９１Ｂを演算する（手順Ｓ９）。
図１５に進み、ブーム上昇操作判定部８８は、ブーム上昇操作があるか否か（手順Ｓ１２）、干渉回避制御切替スイッチ１０がオンであるか否かを判定する（手順Ｓ１５）を判定する。
ブーム上昇操作がない（手順Ｓ１２：Ｎｏ）もしくは干渉回避制御切替スイッチ１０がオフである（手順Ｓ１５：Ｎｏ）のいずれかと判定された場合、アーム制御切替部９２は、アーム掘削制限値を設定し（手順Ｓ１３）、アームダンプ指令＝０として出力する（手順Ｓ１４：第３のポジション）。
【００５４】
ブーム上昇操作があると判定され（手順Ｓ１２：Ｙｅｓ）、干渉回避制御切替スイッチ１０がオンである（手順Ｓ１５：Ｙｅｓ）と判定された場合、アーム制御切替部９２は、干渉回避制御を行う（手順Ｓ１８）。
【００５５】
手順Ｓ１８は具体的には、図１６に示されるように、第３距離演算部９４は、ブーム上昇操作開始時における作業機５の基準と、干渉回避面ＳＦ２の距離とを演算する（手順Ｓ１８Ａ）。
姿勢取得部９５は、ブーム上昇操作時の作業機５の姿勢を取得する（手順Ｓ１８Ｂ）。
修正回避面演算部９６は、作業機５の基準が干渉回避面ＳＦ２の運転席４側にあるか否かを判定する（手順Ｓ１８Ｃ）。作業機５の基準が干渉回避面ＳＦ２の外側にあると判定されたら、修正回避面ＳＦ３を干渉回避面ＳＦ２として設定する(手順Ｓ１８Ｅ）。
【００５６】
作業機５の基準が干渉回避面ＳＦ２の内側であると判定されたら、修正回避面演算部９６は、修正回避面ＳＦ３を演算する（手順Ｓ１８Ｄ）。
第４距離演算部９７は、作業機５の基準と修正回避面ＳＦ３の距離を取得する（手順Ｓ１８Ｆ）。
第４距離演算部９７は、演算された作業機５の基準と修正回避面ＳＦ３の距離を、制限速度演算部８７に出力するとともに（手順Ｓ１８Ｇ）、接近方向速度演算部８９に出力する（手順Ｓ１８Ｈ）。
【００５７】
アーム制御切替部９２は、前述したいずれかのアーム出力指令値を、アーム掘削制限指令値出力部９３Ｂへの出力（手順Ｓ１９）、アームダンプ指令値出力部９３Ｃに出力（手順Ｓ２０）として行う。
アーム掘削制限指令値出力部９３Ｂは、比例電磁制御弁６４Ｃに電圧、電流等の指令を出力し、アームダンプ指令値出力部９３Ｃは、比例電磁制御弁６４Ｄに電圧、電流等の指令を出力する。
【００５８】
［７］第１実施形態の効果
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
油圧ショベル１が第１制限値演算部８５および第２制限値演算部８６を備えていることにより、作業機５の基準が干渉防止面ＳＦ１に到達すると、第１ブーム５１およびアーム５４の駆動が停止するようになっているので、作業機５が運転席４と干渉することを防止することができる。
【００５９】
油圧ショベル１が制限速度演算部８７を備えていることにより、作業機５の基準が、作業機５の基準と干渉回避面ＳＦ２の距離と図９に示される作業機５の基準の制限速度テーブルに基づいて作業機５の基準における制限速度を演算できる。油圧ショベル１が接近方向速度演算部８９、制限速度減算部９０およびアームシリンダ制限速度演算部９１とを備えることにより、作業機５の基準における制限速度と作業機５の基準がアーム５４以外の作業機によって運転席４に接近する速度に基づいて、アーム５４に対する制限速度を演算できる。油圧ショベル１がアーム制御切替部９２を備えることで、第１ブーム５１の上昇操作指令が検出された場合は、アームシリンダ制限速度演算部９１で計算されたアームシリンダ５４Ａの制限速度によって、アーム掘削方向の速度の制限あるいはアームダンプ方向の速度指令値を生成するようになっているので、作業機５の基準が、運転席４を基準に干渉回避面ＳＦ２より遠方に位置する場合は、作業機５の基準を運転席４に接近させることなく、干渉回避面ＳＦ２より運転席４側に近い場合においては自動的に干渉回避面ＳＦ２に復帰させることができる。一方、第１ブーム５１の上昇操作指令が検出されない場合は、作業機５の基準と干渉防止面ＳＦ１の距離に基づいて、第２制限値演算部８６で計算されたアーム掘削動作の速度制限値に基づいて、アーム掘削方向の速度の制限を行うことができるので、作業機５の基準が、干渉防止面ＳＦ１より運転席４に接近させることを防ぐことができる。
【００６０】
このような干渉防止制御と干渉回避制御を使い分けることにより、さらに以下のような作用および効果を享受することができる。
掘削作業、ホイスト旋回、ダンプ作業という一連の旋回積み込み工程において、掘削時は作業機５の制限なく掘削作業を行うことができる。
すなわち、図１７に示されるように、掘削作業時には、第１ブーム５１を上昇操作しないので干渉防止制御が有効で、干渉回避制御は無効となり、アーム５４の掘削操作により干渉回避面ＳＦ２を越えて干渉防止面ＳＦ１近傍まで作業機５の制限を受けることなく、掘削作業を行うことができる。
【００６１】
一方、掘削作業終了後、作業者は、第１ブーム５１の上昇操作を行う。この場合干渉回避制御が有効になり、第１ブーム５１の上昇操作指令と干渉回避面ＳＦ２の距離に基づいて、干渉回避制御によるアーム５４のダンプ介入指令が働き、アーム５４の先端が干渉回避面ＳＦ２まで移動する。これにより、第１ブーム５１の上昇操作指令のみで干渉回避面ＳＦ２の先端が干渉回避面ＳＦ２に沿うように動く。
作業者は、第１ブーム５１の上昇時、同時に操作レバー７３を操作して、旋回操作を行ったり、更に狭小地においてはオフセットペダル７２を踏んで第２ブーム５２を運転席４側に畳み込むオフセット移動させたりして複数の作業機５を同時操作し、運転席４の近傍でコンパクトな操作を行うこともある。この際、干渉回避制御による干渉回避面ＳＦ２を基準としてアーム５４のダンプ介入指令が働く。したがって作業者は、掘削時には干渉回避面ＳＦ２による作業機５の制限を受けずに掘削作業を行い、土砂積み込み時には干渉回避制御によって干渉防止面ＳＦ１より遠い干渉回避面ＳＦ２に基づいて作業機５の回避動作が行われるので、作業者と作業機５の距離が確保でき、作業者の不安を緩和することができ、作業者は心配することなく高速で作業機操作を行える。
【００６２】
また、この際、干渉回避制御切替スイッチ１０をオフにすると、干渉回避制御によるアームダンプが発生しないようにできるので、干渉回避面ＳＦ２による制限を受けることなく、干渉防止面ＳＦ１まで作業者の操作どおりに作業機５が動作するから、アームクレーンなどの作業機械本体付近での精細な作業を行うことができる。また、干渉回避制御切替スイッチ１０をオンにした場合には、干渉防止面ＳＦ１における制限テーブル（図７参照）を変更されるようにしておくと、干渉回避制御が有効な場合にはブームをより高速に上昇できるので生産性も向上される。
【００６３】
油圧ショベル１が、修正回避面演算部９６、および第４距離演算部９７を備えていることにより、図５または図１２に示される干渉回避面ＳＦ２より作業機械本体側に作業機５の基準がある場合、修正回避面ＳＦ３、ＳＦ４に沿って、アーム５４の先端を干渉回避面ＳＦ２に復帰させることができるので、掘削作業を行うことによって干渉回避面ＳＦ２より運転席４側に作業機５の基準が位置した場合であっても、その後第１ブーム５１の上昇操作が行われた場合に修正回避面ＳＦ３に基づき干渉回避制御によるアームダンプが行われることにより干渉回避動作を滑らかに行うことができる。これにより運転席４内の作業者に安心感を与えることができる。同時に、掘削で作業機５に収納した掘削土などがこぼれることを減少できる。
【００６４】
作業者の操作であるブーム上昇操作と、作業機５の動作であるブーム上昇およびアームダンプの違いはあるが、動きが滑らかであるので、制御動作と操作動作の違いの違和感を少なくすることができる。
また、作業者は作業機５の基準の高さ方向への動作を観察することでアームのダンプが継続するかどうかの動きの予測ができるので、外部の物体と作業機５との接触への心配による作業者の精神的な疲労を減らすことができる。
一定の高さ距離Ｈ１で修正回避面ＳＦ３が、干渉回避面ＳＦ２に復帰することにより、作業機５の上昇距離を見ていれば、干渉回避制御によって作業機５の基準が遠ざかる動作中であるかそうでないかがわかるので、作業者にとって、動作中の作業機５の動きを予測しやすい。
【００６５】
この場合、図１３に示すようにブーム上昇操作を開始したときの作業機５の基準の位置が、干渉回避面ＳＦ２よりも運転席４側に位置すれば、アーム５４が遠ざかっていく軌跡が、急になり、干渉回避面ＳＦ２の近傍であれば、緩やかに設定される。したがって、作業者にとって、動作させようとした際の作業機５の動きに違和感を感じない。
【００６６】
［８］第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、すでに説明した部分と同一の部分については、同一符号を付して、その説明を省略する。
前述した第１実施形態では、油圧ショベル１は、油圧パイロット式の油圧回路を備え、油圧回路を制御する制御ユニット８上で干渉防止手段、および干渉回避手段を機能させていた。
これに対して、本実施形態では、図１８に示されるように、電機レバー式の油圧回路の制御ユニット８上で干渉防止手段、および干渉回避手段を機能させる点が相違する。
【００６７】
本実施形態に係る油圧回路は、ブームシリンダ５１Ａ、オフセットシリンダ５２Ａ、アームシリンダ５４Ａ、バケットシリンダ５５Ａ、油圧モータ３１、油圧モータ２３、２４には、それぞれ比例電磁制御弁１０１〜１０７が接続され、比例電磁制御弁１０１〜１０５は、電磁駆動部１０１Ａ、１０１Ｂ〜１０５Ａ、１０５Ｂに電気信号を出力することによってポジションを変更する。
操作レバー７１、７３、オフセットペダル７２、走行ペダル７４、７５には、制御ユニット８からの電気信号線が接続され、操作レバー７１、７３、オフセットペダル７２、走行ペダル７４、７５の操作は、電機信号線を介して制御ユニット８に入力される。
【００６８】
操作レバー７１は、第１実施形態と同様に前後方向に操作すれば、第１ブームの上昇下降操作指令が出力され、制御ユニット８を介して、電磁駆動部１０１Ａ、１０１Ｂのいずれかに電気信号が出力され、比例電磁制御弁１０１のポジションが変更されて、ブームシリンダ５１Ａに作動油が供給される。
また、操作レバー７１を左右方向に操作すれば、バケットの掘削、ダンプ操作指令が出力され、制御ユニット８を介して、電磁駆動部１０２Ａ、１０２Ｂのいずれかに電気信号が出力され、比例電磁制御弁１０２のポジションが変更され、バケットシリンダ５５Ａに作動油が供給される。
【００６９】
オフセットペダル７２も同様に、オフセットペダル７２を踏むと、第２ブーム５２の駆動指令が出力され、制御ユニット８を介して、電磁駆動部１０３Ａ、１０３Ｂのいずれかに電気信号が出力され、比例電磁制御弁１０３のポジションが変更され、オフセットシリンダ５２Ａに作動油が供給される。
操作レバー７３は、第１実施形態と同様に前後方向に操作すれば、アームの掘削、ダンプ操作指令が出力され、制御ユニット８を介して、電磁駆動部１０４Ａ、１０４Ｂのいずれかに電気信号が出力され、比例電磁制御弁１０４のポジションが変更され、アームシリンダ５４Ａに作動油が供給される。
【００７０】
また、操作レバー７３を左右方向に操作すれば、旋回体３の旋回操作指令が出力され、制御ユニット８を介して、電磁駆動部１０５Ａ、１０５Ｂのいずれかに電気信号が出力され、比例電磁制御弁１０５のポジションが変更され、油圧モータ３１が左右のいずれかに旋回体を旋回させる。
走行ペダル７４、７５も同様に、走行ペダル７４、７５を踏むと、走行操作指令が出力され、制御ユニット８を介して、比例電磁制御弁１０６、１０７のポジションが変更され、油圧モータ２３、２４が駆動して、油圧ショベルが前後方向に走行する。
このような油圧回路を制御する制御ユニット８は、前述した第１実施形態のブロック図と同様の構成を有するが、第１実施形態のように、パイロットライン中の比例電磁制御弁６１Ｃ、６２Ｄ、６４Ｃ、電磁制御弁６３Ｃに制御指令を出力するのではなく、比例電磁制御弁１０１〜１０４の電磁駆動部１０１Ａ、１０１Ｂ〜１０４Ａ、１０４Ｂに直接指令を出力する点が相違する。このため、本実施形態における制御ユニット８は、第１実施形態におけるシャトル弁６４Ｅによる指令を直接出力する機能が付加されている。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の作用および効果を享受することができる。
【００７１】
［９］実施形態の変形
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、第２ブーム５２を備え、アーム５４をオフセット移動させることのできる油圧ショベル１としていたが、これに限らず、第２ブームのないブーム、アームを備えた油圧ショベルに、本発明を適用してもよい。
【００７２】
前記実施形態では、角度検出部にはブーム角度、オフセット角度、アーム角度をポテンショメータを用いていたが、これに限らず、油圧シリンダのストローク量を検出するシリンダストロークセンサを用いて、ブーム角度、オフセット角度、アーム角度を求めてもよい。作業機５の基準を演算するにあたって作業機５の姿勢はバケット５５の実際の動作に対する姿勢を検出してもよい。
その他、実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造としてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１…油圧ショベル、２…走行体、３…旋回体、４…運転席、５…作業機、１０…干渉回避制御切替スイッチ、２１…走行装置、２２…履帯、２３…油圧モータ、３０…油圧ポンプ、３０Ａ…油圧ポンプ、３１…油圧モータ、４１…オペレータシート、４２…床面、５１…第１ブーム、５１Ａ…ブームシリンダ、５１Ｂ…フートピン、５１Ｃ…ピン、５１Ｄ…ピン、５２…第２ブーム、５２Ａ…オフセットシリンダ、５２Ｃ…ピン、５２Ｄ…リンクロッド、５３…ブラケット、５３Ａ…ピン、５４…アーム、５４１…シリンダ取付部、５４Ａ…アームシリンダ、５５…バケット、５５Ａ…バケットシリンダ、６１…流量制御弁、６１Ａ…駆動部、６１Ｂ…駆動部、６１Ｃ…比例電磁制御弁、６１Ｄ…圧力センサ、６２…流量制御弁、６２Ａ…駆動部、６２Ｂ…駆動部、６３…流量制御弁、６３Ａ…駆動部、６３Ｂ…駆動部、６３Ｃ…電磁制御弁、６４…流量制御弁、６４Ａ…駆動部、６４Ｂ…駆動部、６４Ｃ…比例電磁制御弁、６４Ｄ…比例電磁制御弁、６４Ｅ…シャトル弁、６５…流量制御弁、６５Ａ…駆動部、６６…流量制御弁、７１…操作レバー、７２…オフセットペダル、７３…操作レバー、７４…走行ペダル、８…制御ユニット、８１…ポテンショメータ、８２…ポテンショメータ、８３…ポテンショメータ、８４Ａ…第１距離演算部、８４Ｂ…第２距離演算部、８５…第１制限値演算部、８６…第２制限値演算部、８７…制限速度演算部、８８…ブーム上昇操作判定部、８９…接近方向速度演算部、８９Ａ…ブーム上昇操作量演算部、８９Ｂ…比較器、８９Ｃ…ブーム操作接近速度演算部、８９Ｄ…オフセット動作接近速度演算部、８９Ｅ…演算結果出力部、８Ａ…入出力部、８Ｂ…処理部、８Ｃ…記憶部、９０…制限速度減算部、９１…アームシリンダ制限速度演算部、９１Ａ…アーム掘削制限値、９１Ｂ…アームダンプ制限値、９２…アーム制御切替部、９２Ａ…加算器、９２Ｃ…切替器、９２Ｄ…切替器、９３Ａ…ブーム上昇制限指令値出力部９３Ｂ…アーム掘削制限指令値出力部、９３Ｃ…アームダンプ指令値出力部、９３Ｄ…オフセット接近制限指令値出力部、９４…第３距離演算部、９５…姿勢取得部、９６…修正回避面演算部、９７…第４距離演算部、１０１…比例電磁制御弁、１０１Ａ…電磁駆動部、１０２…比例電磁制御弁、１０２Ａ…電磁駆動部、１０３…比例電磁制御弁、１０３Ａ…電磁駆動部、１０４…比例電磁制御弁、１０４Ａ…電磁駆動部、１０５…比例電磁制御弁、１０５Ａ…電磁駆動部、１０６…比例電磁制御弁、５１１…面取り部、Ｇ１…グラフ、Ｇ２…グラフ、ＳＦ１…干渉防止面、ＳＦ２…干渉回避面、ＳＦ３…修正回避面、ＳＦ４…修正回避面。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年4月21日(2017.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械本体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機と、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する操作指令検出手段と、
前記作業機械本体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する第一制御手段と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記操作指令検出手段により前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる第二制御手段とを備え、
前記第二制御手段は、前記第一作業機の上昇操作開始時点における、少なくとも前記第一作業機の現在位置を取得し、前記作業機の基準が、前記第二制御対象面よりも前記作業機械本体側に存在するときに、前記作業機の基準を前記第二制御対象面に復帰させる第三制御対象面を演算する第三制御対象面演算部を備えていることを特徴とする作業機械。
【請求項２】
作業機械本体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機と、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する操作指令検出手段と、
前記作業機械本体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する第一制御手段と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記操作指令検出手段により前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる第二制御手段とを備え、
前記第二制御手段は、前記第一作業機の上昇操作開始時点における、少なくとも前記第二作業機の現在位置を取得し、前記作業機の基準が、前記第二制御対象面よりも前記作業機械本体側に存在するときに、前記作業機の基準の現在位置から所定の高さ距離以内で、前記作業機の基準を前記第二制御対象面に復帰させる第四制御対象面を演算する第四制御対象面演算部を備えていることを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の作業機械において、
前記第二制御手段による指令は、前記作業機械本体から遠ざける方向に前記第二作業機を動作させる介入指令を少なくとも含むことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の作業機械において、
前記第一制御手段は、前記第二制御手段が動作状態にあると、前記第一作業機の操作により、前記作業機の基準が、前記作業機械本体に接近する場合の前記作業機の制限を緩和することを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の作業機械において、
前記第二制御手段の有効もしくは無効を切り替える切替手段をさらに備えることを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械において、
前記作業機および前記作業機械本体が幅方向に隣接して設けられ、
前記作業機は、前記第一作業機の先端に動作可能に設けられ、前記第二作業機を幅方向に移動させる第三作業機を備え、
前記作業機械本体から前記作業機に向かって、前記第二制御対象面と前記作業機械本体の前面の距離が、幅方向に向かうにしたがって。しだいに小さくなっていることを特徴とする作業機械。
【請求項７】
走行体と、前記走行体に旋回可能に設けられた旋回体とを有する作業機械本体と、
前記旋回体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機と、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する操作指令検出手段と、
前記旋回体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する第一制御手段と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記操作指令検出手段により前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる第二制御手段とを備え、
前記第二制御手段は、前記第一作業機の上昇操作開始時点における、少なくとも前記第一作業機の現在位置を取得し、前記作業機の基準が、前記第二制御対象面よりも前記作業機械本体側に存在するときに、前記作業機の基準を前記第二制御対象面に復帰させる第三制御対象面を演算する第三制御対象面演算部を備えていることを特徴とする作業機械。
【請求項８】
走行体と、前記走行体に旋回可能に設けられた旋回体とを有する作業機械本体と、
前記旋回体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機と、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する操作指令検出手段と、
前記旋回体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する第一制御手段と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記操作指令検出手段により前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる第二制御手段とを備え、
前記第二制御手段は、前記第一作業機の上昇操作開始時点における、少なくとも前記第二作業機の現在位置を取得し、前記作業機の基準が、前記第二制御対象面よりも前記作業機械本体側に存在するときに、前記作業機の基準の現在位置から所定の高さ距離以内で、前記作業機の基準を前記第二制御対象面に復帰させる第四制御対象面を演算する第四制御対象面演算部を備えていることを特徴とする作業機械。
【請求項９】
作業機械本体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機を備えた作業機械の干渉回避方法であって、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する手順と、
前記作業機械本体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する手順と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる手順と、を実施し、
前記干渉を回避させる手順において、前記第一作業機の上昇操作開始時点における、少なくとも前記第一作業機の現在位置を取得し、前記作業機の基準が、前記第二制御対象面よりも前記作業機械本体側に存在するときに、前記作業機の基準を前記第二制御対象面に復帰させる第三制御対象面を演算し、前記第三制御対象面に沿って前記作業機の基準を前記第二制御対象面に復帰させることを特徴とする作業機械の干渉回避方法。
【請求項１０】
作業機械本体に動作可能に設けられた第一作業機、および第二作業機を有する作業機を備えた作業機械の干渉回避方法であって、
前記作業機を操作する操作手段による操作指令を検出する手順と、
前記作業機械本体から所定距離離れた位置に第一制御対象面を設定し、前記作業機の基準が、前記第一制御対象面より前記作業機械本体側に、前記作業機が超過しないように牽制、阻止する手順と、
前記第一制御対象面よりもさらに前記作業機械本体から離れた位置に第二制御対象面を設定し、前記第一作業機の上昇操作指令が検出されたら、前記第二制御対象面と前記作業機の基準との距離に基づいて、前記第二作業機の操作指令への介入指令により、前記作業機の基準と前記作業機械本体との干渉を回避させる手順と、を実施し、
前記干渉を回避させる手順において、前記第一作業機の上昇操作開始時点における、少なくとも前記第二作業機の現在位置を取得し、前記作業機の基準が、前記第二制御対象面よりも前記作業機械本体側に存在するときに、前記作業機の基準の現在位置から所定の高さ距離以内で、前記作業機の基準を前記第二制御対象面に復帰させる第四制御対象面を演算し、前記第四制御対象面に沿って前記作業機の基準を前記第二制御対象面に復帰させることを特徴とする作業機械の干渉回避方法。