JP2013217138A

JP2013217138A - 油圧ショベルの掘削制御システム

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Publication number: JP2013217138A
Application number: JP2012090034A
Authority: JP
Inventors: Toru Matsuyama; 徹松山; Yoshiki Kami; 義樹上; Makoto Kashiwabara; 真柏原; Masashi Ichihara; 将志市原
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-11
Also published as: CN103827400B; JP5597222B2; US20140200776A1; WO2013153906A1; KR20140064942A; US8909439B2; DE112013000144B4; US9410305B2; CN103827400A; KR101547586B1; CN104358280A; CN104358280B; US20150050110A1; DE112013000144T5

Abstract

【課題】所望の設計面データを簡便に取得可能な油圧ショベルの掘削制御システムを提供する。
【解決手段】掘削制御システム２００は、設計地形データＤｇとバケット位置データＤｐとに基づいて、バケット８に最も近い第１設計面Ｓ１を示す第１設計面データＤ_Ｓ１と、第１設計面Ｓ１に連なる第２乃至第５設計面Ｓ２〜Ｓ５を示す第２乃至第５設計面データＤ_Ｓ２〜Ｄ_Ｓ５とを生成し、第１乃至第５設計面データＤ_Ｓ１〜Ｄ_Ｓ５に基づいて、第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５の形状を示す形状データＤｆを生成する設計面データ生成部２８４を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、作業機を備える建設機械における油圧ショベルの掘削制御システムに関する。

従来、バケットを含むフロント装置を備える建設機械において、掘削対象の目標形状を示す境界面に沿ってバケットを移動させるための掘削領域制限制御が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、事務所側コンピュータから送信される寸法及び勾配データに基づいて、油圧ショベル側コンピュータにおいて設計面データを算出する手法も知られている（特許文献２参照）。

国際公開ＷＯ９５/３００５９号特開２００６−２６５９５４号公報

しかしながら、特許文献２では、油圧ショベルのバケットが掘削可能な範囲に位置するか否かに関わらず、建設機械側コンピュータは設計面データを算出するため、建設機械側コンピュータにおける処理負荷が大きく、かつ、算出した設計面データを用いずに破棄しなければならない場合もある。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、所望の設計面データを簡便に取得可能な油圧ショベルの掘削制御システムを提供することを目的とする。

第１の態様に係る油圧ショベルの掘削制御システムは、車両本体に対して揺動可能に取り付けられたブームと、前記ブームの先端部に揺動可能に取り付けられるアームと、前記アームの先端部に揺動可能に取り付けられるバケットと、を有する作業機と、掘削対象の目標形状を示す設計地形データを格納する設計地形データ格納部と、前記バケットの現在位置を示すバケット位置データを生成するバケット位置データ生成部と、前記設計地形データと前記バケット位置データとに基づいて、前記バケット上の規定された位置に応じた主設計面を示す主設計面データと、前記主設計面に連なる複数の従設計面を示す従設計面データとを生成し、前記主設計面及び前記複数の従設計面の形状を示す形状データを生成する設計面データ生成部と、前記形状データと前記バケット位置データとに基づいて、前記前記主設計面及び前記複数の従設計面に対する前記バケットの位置を自動調整する掘削制限制御部と、を備える。

第１の態様に係る油圧ショベルの掘削制御システムによれば、主設計面がバケットの位置を基準として設定されるので、掘削作業に必要とされる所望の設計面データを簡便に取得することができる。従って、設計面データの生成にかかる処理負荷を低減できるとともに、掘削作業に必要とされない設計面データを生成してしまうことを抑制できる。また、油圧ショベルが主設計面を掘削した土の排土を行う際、オペレータの意図しない方向にバケットが駆動されることを抑制することができる。

第２の態様に係る油圧ショベルの掘削制御シス/タを随時更新し、前記設計面データ生成部は、前記バケット位置データ生成部による前記バケット位置データの更新に応じて、前記主設計面データ、前記従設計面データ及び前記形状データを更新する。

第２の態様に係る油圧ショベルの掘削制御システムによれば、例えば、第１設計面から第２設計面の掘削へと移行したときに、速やかに第２設計面が第１設計面に更新され、かつ、第３設計面に連なる他の設計面が新たに設定される。そのため、バケットが意図しない方向に駆動されることをより確実に抑制することができる。

第３の態様に係る油圧ショベルの掘削制御システムは、第１又は第２の態様に係り、前記設計面データ生成部は、前記主設計面の前記車両本体側に順次連なるように前記２つの設計面を設定し、前記主設計面の前記車両本体と反対側に順次連なるように２つの設計面を設定する。

第３の態様に係る油圧ショベルの掘削制御システムによれば、第１設計面の両側に２つの設計面が設定されるので、溝から掘削した土を溝の手前側又は溝の奥側に排土する際、バケットが意図しない方向に駆動されることを抑制することができる。具体的には、第１設計面が溝の底面で、第１設計面の両側の２つの設計面が溝の両壁面であり、かつ、作業機の可動範囲内に位置している場合、掘削した土を溝の手前側及び溝の奥側いずれに排土するかはオペレータによってその都度決められる。そこで、予め第１設計面の両側に２つの設計面を設定しておくことによって、溝の手前側及び溝の奥側のいずれに排土される場合にも対応することができる。

本発明によれば、所望の設計面データを簡便に取得可能な油圧ショベルの掘削制御システムを提供することができる。

油圧ショベルの斜視図である。（ａ）は油圧ショベル１００の側面図であり、（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。油圧ショベルの掘削制御システムの機能構成を示すブロック図である。表示コントローラの構成を示すブロック図である。候補面を示す模式図である。設計面を示す模式図である。作業機コントローラの構成を示すブロック図である。バケットと設計面Ｓとの位置関係を示す模式図である。制限速度と距離との関係を示すグラフである。バケットの動作について説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下においては、「建設機械」の一例として油圧ショベルについて説明する。

[油圧ショベル１００の全体構成]
図１は、実施形態に係る油圧ショベル１００の斜視図である。油圧ショベル１００は、車両本体１と、作業機２とを有する。また、油圧ショベル１００には、掘削制御システム２００が搭載されている。掘削制御システム２００の構成および動作については後述する。

車両本体１は、旋回体３と運転室４と走行装置５とを有する。旋回体３は、走行装置５上に配置されており、上下方向に沿った旋回軸を中心として旋回可能である。旋回体３は、図示しないエンジンや油圧ポンプなどを収容している。旋回体３の後端部上には、第１ＧＮＳＳアンテナ２１と第２ＧＮＳＳアンテナ２２とが配置されている。第１ＧＮＳＳアンテナ２１と第２ＧＮＳＳアンテナ２２とは、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）用のアンテナである。運転室４は、旋回体３の前部上に載置されている。運転室４内には、各種操作装置が配置される。走行装置５は一対の履帯５ａ，５ｂを有しており、一対の履帯５ａ，５ｂそれぞれの回転により油圧ショベル１００は走行する。

作業機２は、旋回体３上に取り付けられている。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２と、を有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して旋回体３の前部に揺動可能に取り付けられる。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられる。バケット８は、バケットピン１５を介してアーム７の先端部に揺動可能に取り付けられる。また、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。

ここで、図２（ａ）は油圧ショベル１００の側面図であり、図２（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。図２（ａ）に示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１３からアームピン１４までの長さは、Ｌ１である。アーム７の長さ、すなわち、アームピン１４からバケットピン１５までの長さは、Ｌ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５からバケット８のツースの先端（以下、「バケット刃先８ａ」という。）までの長さは、Ｌ３である。

また、図２（ａ）に示すように、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２には、それぞれ第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８が設けられている。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さ（以下、「ブームシリンダ長Ｎ１」という。）を検出する。後述する表示コントローラ２８（図４参照）は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長Ｎ１から、車両本体座標系の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さ（以下、「アームシリンダ長Ｎ２」という。）を検出する。表示コントローラ２８は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長Ｎ２から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さ（以下、「バケットシリンダ長Ｎ３」という。）を検出する。表示コントローラ２８は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ長Ｎ３から、アーム７に対するバケット８が有するバケット刃先８ａの傾斜角θ３を算出する。

車両本体１には、位置検出部１９が備えられている。位置検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置を検出する。位置検出部１９は、上述の第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２と、グローバル座標演算器２３と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２４とを有する。第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、車幅方向において互いに離間している。第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号はグローバル座標演算器２３に入力される。グローバル座標演算器２３は、第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を検出する。図２（ｂ）に示すように、ＩＭＵ２４は、重力方向（鉛直線）に対する車両本体１の車幅方向における傾斜角θ４と、車両本体１の前後方向における傾斜角θ５と、を検出する。グローバル座標演算器２３は、油圧ショベル１００の移動や旋回等に伴って第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の現在位置情報を更新する。

[掘削制御システム２００の構成]
図３は、掘削制御システム２００の機能構成を示すブロック図である。掘削制御システム２００は、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、比例制御弁２７と、表示コントローラ２８と、表示部２９と、を備える。

操作装置２５は、作業機２を駆動するオペレータ操作を受け付け、オペレータ操作に応じた操作信号を出力する。具体的に、操作装置２５は、ブーム操作具３１と、アーム操作具３２と、バケット操作具３３と、を有する。ブーム操作具３１は、ブーム操作レバー３１ａと、ブーム操作検出部３１ｂと、を含む。ブーム操作レバー３１ａは、オペレータによるブーム６の操作を受け付ける。ブーム操作検出部３１ｂは、ブーム操作レバー３１ａの操作に応じてブーム操作信号Ｍ１を出力する。アーム操作レバー３２ａは、オペレータによるアーム７の操作を受け付ける。アーム操作検出部３２ｂは、アーム操作レバー３２ａの操作に応じてアーム操作信号Ｍ２を出力する。バケット操作具３３は、バケット操作レバー３３ａと、バケット操作検出部３３ｂと、を含む。バケット操作レバー３３ａは、オペレータによるバケット８の操作を受け付ける。バケット操作検出部３３ｂは、バケット操作レバー３３ａの操作に応じてバケット操作信号Ｍ３を出力する。

作業機コントローラ２６は、操作装置２５からブーム操作信号Ｍ１、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３（以下、適宜「操作信号Ｍ」と総称する。）を取得する。また、作業機コントローラ２６は、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８からブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３を取得する。作業機コントローラ２６は、これらの情報に基づいて比例制御弁２７に制御信号を出力することによって、作業機２の駆動を行なう。作業機コントローラ２６の機能については後述する。

比例制御弁２７は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２それぞれと図示しない油圧ポンプとの間に配置される。比例制御弁２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号に応じて弁の開口度を調整しながら、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２それぞれに作動油を供給する。

表示コントローラ２８は、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８からブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３を取得する。また、表示コントローラ２８は、ＩＭＵ２４から傾斜角θ４を取得し、グローバル座標演算器２３から第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を取得する。そして、表示コントローラ２８は、これらの情報から算出されるバケット８の現在位置と掘削対象の目標形状である設計地形とに基づいて、候補面Ｓ０（図５参照）と第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５（図６参照）を生成する。表示コントローラ２８は、候補面Ｓ０を表示部２９に表示させるとともに、第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５を作業機コントローラ２６に送信する。表示コントローラ２８の機能については後述する。

[表示コントローラ２８の構成]
図４は、表示コントローラ２８の構成を示すブロック図である。図５は、候補面Ｓ０の一例を示す模式図である。図６は、第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５の一例を示す模式図である。

表示コントローラ２８は、設計地形データ格納部２８１と、バケット位置データ生成部２８２と、候補面データ生成部２８３と、設計面データ生成部２８４と、を備える。

設計地形データ格納部２８１は、作業エリア内における掘削対象の目標形状（以下、「設計地形」という。）を示す設計地形データＤｇを格納している。設計地形データＤｇは、候補面Ｓ０と第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５の３次元形状を生成するために必要とされる座標データや角度データを含んでいればよい。

バケット位置データ生成部２８２は、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８からブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３を取得し、ＩＭＵ２４から傾斜角θ４を取得し、グローバル座標演算器２３から第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を取得する。バケット位置データ生成部２８２は、ブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３に基づいて、傾斜角θ１〜θ３を算出する。そして、バケット位置データ生成部２８２は、傾斜角θ１〜θ４と第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置とに基づいて、バケット８の現在位置を示すバケット位置データＤｐを生成する。バケット位置データ生成部２８２は、生成したバケット位置データＤｐを作業機コントローラ２６に送信する。また、バケット位置データ生成部２８２は、グローバル座標演算器２３による第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の現在位置情報の更新に応じて、バケット位置データＤｐを随時更新する。

候補面データ生成部２８３は、設計地形データ格納部２８１に格納された設計地形データＤｇと、バケット位置データ生成部２８２によって生成されたバケット位置データＤｐとを取得する。候補面データ生成部２８３は、設計地形データＤｇ及びバケット位置データＤｐに基づいて、設計地形のうちバケット刃先８ａ近傍のエリアを示すバケット近傍設計地形を取得する。次に、候補面データ生成部２８３は、バケット近傍設計地形と作業機２の動作平面との交線を設計面の候補となる候補面Ｓ０に決定し、候補面Ｓ０を示す候補面データＤ_Ｓ０を生成する。候補面データ生成部２８３は、候補面データＤ_Ｓ０を表示部２９に送信して、オペレータに対して候補面Ｓ０を表示させる。また、候補面データ生成部２８３は、候補面データＤ_Ｓ０を設計面データ生成部２８４に送信する。候補面データ生成部２８３は、バケット位置データ生成部２８２によるバケット位置データＤｐの更新に応じて、候補面データＤ_Ｓ０を随時更新する。

設計面データ生成部２８４は、バケット位置データ生成部２８２によって生成されたバケット位置データＤｐと、候補面データ生成部２８３によって生成された候補面データＤ_Ｓ０とを取得する。設計面データ生成部２８４は、図６に示すように、バケット位置データＤｐと候補面データＤ_Ｓ０とに基づいて、候補面Ｓ０のうちバケット８が最も近い面を第１設計面Ｓ１として決定し、第１設計面Ｓ１を示す第１設計面データＤ_Ｓ１を生成する。また、設計面データ生成部２８４は、第１設計面Ｓ１に連なる第２乃至第５設計面Ｓ２〜Ｓ５を示す第２乃至第５設計面データＤ_Ｓ２〜Ｄ_Ｓ５を生成する。設計面データ生成部２８４は、第１設計面Ｓ１の一方側の端部（例えば、車両本体１側）に接続する第２設計面Ｓ２と、第２設計面Ｓ２に更に接続する第３設計面Ｓ３とを設定し、第１設計面Ｓ１の他方側の端部（例えば、車両本体１と反対側）に接続する第４設計面Ｓ４と、第４設計面Ｓ４に更に接続する第５設計面Ｓ５とを設定する。

なお、本実施形態において、第１設計面Ｓ１は主設計面の一例であり、第２乃至第５設計面Ｓ２〜Ｓ５は、複数の従設計面の一例である。また、第１設計面Ｓ１を示す第１設計面データＤ_Ｓ１は、主設計面データの一例であり、第２乃至第５設計面Ｓ２〜Ｓ５を示す第２乃至第５設計面データＤ_Ｓ２〜Ｄ_Ｓ５は、従設計面データの一例である。

また、設計面データ生成部２８４は、生成した第１乃至第５設計面データＤ_Ｓ１〜Ｄ_Ｓ５に基づいて、第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５の形状を示す形状データＤｆを生成する。

図６に示すように、第１設計面データＤ_Ｓ１には、座標データＰ１と座標データＰ２と角度データθ１とが含まれており、これらによって第１設計面Ｓ１が規定される。座標データＰ１及び座標データＰ２によって第１設計面Ｓ１の寸法が規定され、角度データθ１によって第１設計面Ｓ１の水平線に対する勾配が規定される。

また、第２設計面データＤ_Ｓ２には、座標データＰ３と角度データθ２とが含まれており、これらによって第２設計面Ｓ２が規定される。座標データＰ１及び座標データＰ３によって第２設計面Ｓ２の寸法が規定され、角度データθ２によって第２設計面Ｓ２の水平線に対する勾配が規定される。

また、第３設計面データＤ_Ｓ３には、角度データθ３（図６の例では、θ３＝０°）が含まれており、これによって第３設計面Ｓ３が規定される。角度データθ３によって、座標データＰ３を起点とする第３設計面Ｓ３の水平線に対する勾配が規定されている。なお、第３設計面Ｓ３の寸法は規定されていなくてもよい。

また、第３設計面データＤ_Ｓ４には、座標データＰ４と角度データθ４とが含まれており、これらによって第４設計面Ｓ４が規定される。座標データＰ４及び座標データＰ２によって第４設計面Ｓ４の寸法が規定され、角度データθ４によって第４設計面Ｓ４の水平線に対する勾配が規定される。

また、第５設計面データＤ_Ｓ５には、角度データθ５が含まれており、これによって第５設計面Ｓ５が規定される。角度データθ５によって、座標データＰ４を起点とする第５設計面Ｓ５の水平線に対する勾配が規定されている。なお、第５設計面Ｓ５の寸法は規定されていなくてもよい。

設計面データ生成部２８４は、以上のように生成した第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５を示す形状データＤｆを作業機コントローラ２６に送信する。また、設計面データ生成部２８４は、バケット位置データ生成部２８２によるバケット位置データＤｐの更新、或いは、候補面データ生成部２８３による候補面データＤ_Ｓ０の更新に応じて、第１乃至第５設計面データＤ_Ｓ１〜Ｄ_Ｓ５及び形状データＤｆを更新する。

[作業機コントローラ２６の構成]
図７は、作業機コントローラ２６の構成を示すブロック図である。図８は、バケット８と設計面Ｓ（第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５を含む）との位置関係を示す模式図である。

作業機コントローラ２６は、図７に示すように、相対距離取得部２６１と、制限速度決定部２６２と、相対速度取得部２６３と、掘削制限制御部２６４と、を備える。

相対距離取得部２６１は、バケット位置データ生成部２８２からバケット位置データＤｐを取得し、設計面データ生成部２８４から第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５の形状データＤｆを取得する。相対距離取得部２６１は、バケット位置データＤｐと形状データＤｆとに基づいて、第１設計面Ｓ１に対する垂直方向におけるバケット刃先８ａとの距離ｄを取得する。相対距離取得部２６１は、距離ｄを制限速度決定部２６２に出力する。なお、図８に示す例において、距離ｄは、掘削制限制御介入ラインＣまでのライン距離ｈよりも小さく、バケット刃先８ａは掘削制限制御介入ラインＣの内側に侵入している。

制限速度決定部２６２は、距離ｄに応じた制限速度Ｖを取得する。制限速度決定部２６２は、距離ｄとライン距離ｈを比較して、バケット刃先８ａが掘削制限制御介入ラインＣを超えたと判定した場合には、バケット刃先８ａの設計面Ｓに対する相対速度Ｑ１の制限速度Ｖを取得する。ここで、図９は、相対速度Ｑ１の制限速度Ｖと距離ｄとの関係を示すグラフである。図９に示すように、制限速度Ｖは、距離ｄがライン距離ｈ以上で最大となり、距離ｄがライン距離ｈより小さくなるほど遅くなる。そして、距離ｄが“０”であるときに制限速度Ｖも“０”となる。制限速度決定部２６２は、制限速度Ｖを掘削制限制御部２６４に出力する。

相対速度取得部２６３は、操作装置２５から取得する操作信号Ｍに基づいて、バケット刃先８ａの速度Ｑを算出する。また、相対速度取得部２６３は、速度Ｑに基づいて、バケット刃先８ａの設計面Ｓに対する相対速度Ｑ１（図８参照）を取得する。相対速度取得部２６３は、相対速度Ｑ１を掘削制限制御部２６４に出力する。図８に示す例において、相対速度Ｑ１は、制限速度Ｖよりも大きい。

掘削制限制御部２６４は、バケット刃先８ａの設計面Ｓに対する相対速度Ｑ１が制限速度Ｖを超えているか否かを判定する。掘削制限制御部２６４は、相対速度Ｑ１が制限速度Ｖを超えていると判定した場合、相対速度Ｑ１を制限速度Ｖに抑えることによって、設計面Ｓに対するバケット刃先８ａの位置を自動調整するための掘削制限制御を実行する。一方で、掘削制限制御部２６４は、相対速度Ｑ１が制限速度Ｖを超えていないと判定した場合、比例制御弁２７への出力を補正せずにそのまま比例制御弁２７に出力することによって、オペレータの意図通りに作業機２を駆動させる。

[作用及び効果]
（１）本実施形態に係る掘削制御システム２００は、バケット位置データＤｐと候補面データＤ_Ｓ０とに基づいて、バケット８に最も近い第１設計面Ｓ１を示す第１設計面データＤ_Ｓ１と、第１設計面Ｓ１に連なる第２乃至第５設計面Ｓ２〜Ｓ５を示す第２乃至第５設計面データＤ_Ｓ２〜Ｄ_Ｓ５とを生成し、第１乃至第５設計面データＤ_Ｓ１〜Ｄ_Ｓ５に基づいて、第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５の形状を示す形状データＤｆを生成する。

このように、第１設計面Ｓ１がバケット８の位置を基準として設定されるので、掘削作業に必要とされる所望の設計面データＤ_Ｓ（第１乃至第５設計面データＤ_Ｓ１〜Ｄ_Ｓ５を含む）を簡便に取得することができる。従って、設計面データＤ_Ｓの生成にかかる処理負荷を低減できるとともに、掘削作業に必要とされない設計面データＤ_Ｓを生成してしまうことを抑制できる。

また、図６に示すように、第１設計面Ｓ１を基準として第２乃至第５設計面Ｓ２〜Ｓ５が設定されているので、例えば第１設計面Ｓ１を基準として第２及び第４設計面Ｓ２，Ｓ４のみが設定される場合に比べて、バケット８が意図しない方向に駆動されることを抑制できる。具体的には、第２及び第４設計面Ｓ２，Ｓ４のみが設定されている場合に、第１設計面Ｓ１から第２設計面Ｓ２の掘削へと移行したときに、第２設計面Ｓ２の掘削が完了するまでに第３設計面Ｓ３のデータを取得できなければ、作業機コントローラ２６は第２設計面Ｓ２が延長されていると認識し、バケット８は、図１０に示すように第２設計面Ｓ２に沿った動作のまま上方に向かって駆動されてしまう。そして、第３設計面Ｓ３のデータが取得された時点で、バケット８は第３設計面Ｓ３への誘導されるため、目標形状に従った掘削を実行できないおそれがある。一方で、本実施形態では、第１設計面Ｓ１を基準とする第２乃至第５設計面Ｓ２〜Ｓ５が設定されているので、第１設計面Ｓ１から第２設計面Ｓ２の掘削へと移行したときには既に第３設計面Ｓ３が設定されているので、バケット８を第２設計面Ｓ２から第３設計面Ｓ３へと確実に誘導することができる。

（２）設計面データ生成部２８４は、バケット位置データ生成部２８２がバケット位置データＤｐを更新するのに応じて、第１乃至第５設計面データＤ_Ｓ１〜Ｄ_Ｓ５及び形状データＤｆを更新する。

従って、例えば、第１設計面Ｓ１から第２設計面Ｓ２の掘削へと移行したときに、速やかに第２設計面Ｓ２が第１設計面Ｓ１に更新され、かつ、第３設計面Ｓ３に連なる他の設計面が新たに設定される。そのため、バケット８が意図しない方向に駆動されることをより確実に抑制することができる。

（３）設計面データ生成部２８４は、第２及び第３設計面Ｓ１，Ｓ２を第１設計面Ｓ１の一方側（例えば、車両本体１側）に順次連なるように設定し、第４及び第５設計面Ｓ４，Ｓ５を第１設計面Ｓ１の他方側（例えば、車両本体１と反対側）に順次連なるように設定する。

このように、第１設計面Ｓ１の両側に２つの設計面が設定されるので、溝から掘削した土を溝の手前側又は溝の奥側に排土する際、バケット８が意図しない方向に駆動されることを抑制することができる。具体的には、第１設計面Ｓ１が溝の底面で、第１設計面Ｓ１の両側の２つの設計面Ｓ２，Ｓ４が溝の両壁面であり、かつ、作業機２の可動範囲内に位置している場合、掘削した土を溝の手前側及び溝の奥側いずれに排土するかはオペレータによってその都度決められる。そこで、予め第１設計面Ｓ１の両側に２つの設計面を設定しておくことによって、溝の手前側及び溝の奥側のいずれに排土される場合にも対応することができる。

[その他の実施形態]
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）上記実施形態において、表示コントローラ２８は、第１乃至第５設計面データＤ_Ｓ１〜Ｄ_Ｓ５に基づいて、第１乃至第５設計面Ｓ１〜Ｓ５の形状を示す形状データＤｆを生成することとしたが、これに限られるものではない。表示コントローラ２８は、６つ以上の設計面データＤ_Ｓに基づいて、６つ以上の設計面Ｓの形状を示す形状データＤｆを生成してもよい。

一方で、設計地形データＤｇによって示されるエリアが狭い場合には、４つ以下の設計面のみが設定される場合もある。このような場合、表示コントローラ２８は、４つ以下の設計面データＤ_Ｓに基づいて、４つ以下の設計面Ｓの形状を示す形状データＤｆを生成してもよい。

（Ｂ）上記実施形態において、表示コントローラ２８は、第１設計面Ｓ１の一方側に第２及び第３設計面Ｓ１，Ｓ２が順次連なるように設定し、第１設計面Ｓ１の他方側に第４及び第５設計面Ｓ４，Ｓ５が順次連なるように設定することとしたが、これに限られるものではない。表示コントローラ２８は、第１設計面Ｓ１の一方側に第２乃至第５設計面Ｓ２〜Ｓ５が順次連なるように設定してもよいし、第１設計面Ｓ１の一方側に第２乃至第４設計面Ｓ２〜Ｓ４が順次連なり、かつ、第１設計面Ｓ１の他方側に第５設計面Ｓ５が連なるように設定してもよい。

（Ｃ）上記実施形態では、特に触れていないが、表示コントローラ２８は、バケット８の可動範囲内に含まれる設計面を示す形状データＤｆを生成してもよい。この場合には、バケット８による掘削作業が行われないことが明らかな設計面Ｓを設定するために必要とされる表示コントローラ２８における処理負荷を削減することができる。

（Ｄ）上記実施形態において、作業機コントローラ２６は、バケット８のうちバケット刃先８ａの位置に基づいて速度制限を実行することとしたが、これに限られるものではない。作業機コントローラ２６は、バケット８のうち任意の位置（例えば、バケット８の最下点）に基づいて速度制限を実行することができる。

（Ｅ）上記実施形態において、バケット刃先８ａが停止する所定位置は、設計面Ｓ上に設定されることとしたが、これに限られるものではない。所定位置は、設計面Ｓから油圧ショベル１００側に離間した任意の位置に設定されてもよい。

（Ｆ）上記実施形態では特に触れていないが、掘削制御システム２００は、ブーム６の回転速度の減速のみによって相対速度Ｑ１を制限速度Ｖに抑えてもよいし、ブーム６だけでなくアーム７及びバケット８の回転速度を調整することによって相対速度Ｑ１を制限速度Ｖに抑えてもよい。

（Ｇ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、操作装置２５から取得する操作信号Ｍに基づいてバケット刃先８ａの速度Ｑを算出することとしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム２００は、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８から取得される各シリンダ長Ｎ１〜Ｎ３の時間当たり変化量に基づいて、速度Ｑを算出することができる。この場合、操作信号Ｍに基づいて速度Ｑを算出する場合に比べて、より精度良く速度Ｑを算出することができる。

（Ｈ）上記実施形態において、図９に示すように、制限速度と垂直距離とは線形的な関係にあることとしたが、これに限られるものではない。制限速度と垂直距離との関係は適宜設定することができ、線形的でなくてもよいし、原点を通らなくてもよい。

（Ｉ）上記実施形態において、図６に示すように、第１設計面データＤ_Ｓ１には、座標データＰ１と座標データＰ２と角度データθ１とが含まれることとしたが、第１設計面データＤ_Ｓ１には、角度データθ１は含まれていなくてもよい。この場合においても、座標データＰ１と座標データＰ２とによって第１設計面Ｓ１を規定することが可能である。

（Ｊ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、候補面Ｓ０のうちバケット８が最も近い面を第１設計面Ｓ１として決定したが、これに限られるものではない。第１設計面Ｓ１は、バケット８上で規定した位置に基づいて決定されればよい。従って、掘削制御システム２００は、例えば、候補面Ｓ０のうちバケット８の鉛直方向下方に位置する面を第１設計面Ｓ１として決定してもよい。

１…車両本体、２…作業機、３…旋回体、４…運転室、５…走行装置、５ａ，５ｂ…履帯、６…ブーム、７…アーム、８…バケット、８ａ…バケット刃先、１０…ブームシリンダ、１１…アームシリンダ、１２…バケットシリンダ、１３…ブームピン、１４…アームピン、１５…バケットピン、１６…第１ストロークセンサ、１７…第２ストロークセンサ、１８…第３ストロークセンサ、１９…位置検出部、２１…第１ＧＮＳＳアンテナ、２２…第２ＧＮＳＳアンテナ、２３…グローバル座標演算器、２４…ＩＭＵ、２５…操作装置、２６…作業機コントローラ、２６１…相対距離取得部、２６２…制限速度決定部、２６３…相対速度取得部、２６４…掘削制限制御部、２７…比例制御弁、２８…表示コントローラ、２８１…設計地形データ格納部、２８２…バケット位置データ生成部、２８４…設計面データ生成部、２９…表示部、３１…ブーム操作具、…３２アーム操作具、３３…バケット操作具、１００…油圧ショベル、２００…掘削制御システム、Ｓ…設計面、Ｔ…斜面、Ｕ…法面、Ｃ…掘削制限制御介入ライン、ｈ…ライン距離

Claims

車両本体に対して揺動可能に取り付けられたブームと、前記ブームの先端部に揺動可能に取り付けられるアームと、前記アームの先端部に揺動可能に取り付けられるバケットと、を有する作業機と、
掘削対象の目標形状を示す設計地形データを格納する設計地形データ格納部と、
前記バケットの現在位置を示すバケット位置データを生成するバケット位置データ生成部と、
前記設計地形データと前記バケット位置データとに基づいて、前記バケット上の規定された位置に応じた主設計面を示す主設計面データと、前記主設計面に連なる複数の従設計面を示す従設計面データとを生成し、前記主設計面データ及び前記従設計面データに基づいて、前記主設計面及び前記複数の従設計面の形状を示す形状データを生成する設計面データ生成部と、
前記形状データと前記バケット位置データとに基づいて、前記主設計面及び前記複数の従設計面に対する前記バケットの位置を自動調整する掘削制限制御部と、
を備える油圧ショベルの掘削制御システム。
前記バケット位置データ生成部は、前記バケット位置データを随時更新し、
前記設計面データ生成部は、前記バケット位置データ生成部による前記バケット位置データの更新に応じて、前記主設計面データ、前記従設計面データ及び前記形状データを更新する、
請求項１に記載の油圧ショベルの掘削制御システム。
前記設計面データ生成部は、前記主設計面の前記車両本体側に順次連なるように２つの設計面を設定し、前記主設計面の前記車両本体と反対側に順次連なるように２つの設計面を設定する、
請求項１又は２に記載の油圧ショベルの掘削制御システム。