JP2022074843A - 作業機械の動作検証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械の動作の検証を適切に行うことができる作業機械の動作検証装置を提供する。【解決手段】作業機械の動作検証装置は、仮想の作業現場で作業を行う仮想の作業機械の軌跡の計算処理を実行する処理装置を備える。作業機械は、走行体および作業装置を有する。処理装置は、作業現場の地形データ、および作業機械の動作指令を取得し、取得した作業現場の地形データ、および作業機械の動作指令に基づいて、作業装置の軌跡を計算し、作業装置の軌跡と作業現場の地形データとの干渉領域９１０に基づいて作業現場の地形データの変化を計算し、変化後の作業現場の地形データを出力する。【選択図】図１０

Description

本発明は、作業機械の動作検証装置に関する。

機械の開発の高速化およびコスト削減を図ること等を目的として、機械の動作を検証する動作検証装置が活用されている（特許文献１参照）。特許文献１には、操作信号に基づいて、仮想の地表面で仮想の車両を運動させる車両運動計算部と、車両の車輪が配置された位置の地表面の変形量を導出する地形変形計算部と、変形量に基づいて車両の車輪の位置を導出し、車輪の位置に基づいて車両の姿勢を導出する車両位置決定部と、地形凹凸情報と車両の姿勢とに基づいて仮想の視界の映像を生成する視界生成部と、生成された映像を表示する視界表示部と、を備えた車両走行シミュレータ装置が開示されている。

特開２００２－３２３８４８号公報

作業機械の自動運転等を行う場合、作業機械による作業を行う前に、コンピュータシミュレーションによって作業機械の動作を検証し、作業効率の向上を図ることが期待されている。特許文献１に記載の技術では、車両が通過することによる地形変形（わだち）が考慮されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、例えば、掘削作業による地形のへこみ（切土）等の作業機械の作業による地形変形を考慮したものではないため、作業機械の動作の検証を適切に行うことができない。

本発明は、作業機械の動作の検証を適切に行うことができる作業機械の動作検証装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による作業機械の動作検証装置は、仮想の作業現場で作業を行う仮想の作業機械の軌跡の計算処理を実行する処理装置を備える。前記作業機械は、走行体および作業装置を有する。前記処理装置は、前記作業現場の地形データ、および前記作業機械の動作指令を取得する。前記処理装置は、取得した前記作業現場の地形データ、および前記作業機械の動作指令に基づいて、前記作業装置の軌跡を計算する。前記処理装置は、前記作業装置の軌跡と前記作業現場の地形データとの干渉領域に基づいて前記作業現場の地形データの変化を計算し、変化後の前記作業現場の地形データを出力する。

本発明によれば、作業機械の動作の検証を適切に行うことができる作業機械の動作検証装置を提供することができる。

第１実施形態に係る動作検証装置の一例を示すハードウェア構成図。 第１実施形態に係る動作検証装置の一例を示す機能ブロック図。 第１実施形態に係る動作検証装置に入力される現況地形データの一例を示す図。 第１実施形態に係る動作検証装置の出力装置の出力結果の一例について示す図。 油圧ショベルの構成および油圧ショベルにおける座標系（ショベル基準座標系）について示す図。 油圧ショベルの演算対象箇所について説明する図。 ダンプトラックの演算対象箇所について説明する図。 第１実施形態に係るデータ処理装置により実行される動作検証用データの出力処理の一例について示すフローチャート。 第１実施形態に係るデータ処理装置により実行される地形変化計算処理の一例について示すフローチャート。 第１実施形態に係るデータ処理装置により実行される掘削作業処理の一例について示すフローチャート。 掘削作業処理の内容について示す図。 第１実施形態に係るデータ処理装置により実行される放土作業処理の一例について示すフローチャート。 放土作業処理の内容について示す図。 第１実施形態に係るデータ処理装置により実行される積込作業処理の一例について示すフローチャート。 積込作業処理の内容について示す図。 第１実施形態に係るデータ処理装置により実行される整地作業処理の一例について示すフローチャート。 整地作業処理の内容について示す図。 第１実施形態に係るデータ処理装置により実行される転圧作業処理の一例について示すフローチャート。 転圧作業処理の内容について示す図。 第２実施形態に係る動作検証装置の一例を示す機能ブロック図。 作業機械の姿勢の演算方法について説明する図。 第２実施形態に係るデータ処理装置により実行される動作検証用データの出力処理の一例について示すフローチャート。 第２実施形態に係るデータ処理装置により実行される姿勢演算処理の一例について示すフローチャート。 第２実施形態に係るデータ処理装置により実行される転倒姿勢判定処理の一例について示すフローチャート。 第２実施形態に係る動作検証装置の出力装置の出力結果の一例について示す図。

＜第１実施形態＞
図１～図１８を参照して、本発明の第１実施形態に係る作業機械の動作検証装置１００について説明する。図１は、本実施形態に係る動作検証装置１００の一例を示すハードウェア構成図である。図１に示すように、動作検証装置１００は、仮想の作業現場で作業を行う仮想の作業機械の軌跡の計算処理を実行するデータ処理装置１２０と、データ処理装置１２０から取得したデータを出力する出力装置１３０と、データ処理装置１２０への入力データを生成する入力装置１４０とを有する。出力装置１３０および入力装置１４０は、データ処理装置１２０のインターフェース回路１５０と接続される。

［ハードウェア構成］
データ処理装置１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサ１６０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ１７０と、所謂ＲＡＭ（Random Access Memory）と呼ばれる揮発性メモリ１８０と、インターフェース回路１５０と、これらの機器を電気的に接続するバス１１０とを含んだコンピュータで構成される。なお、データ処理装置１２０は、１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。

不揮発性メモリ１７０には、データ処理装置１２０のデータ処理において実行されるコンピュータプログラム１９０が記憶されている。すなわち、不揮発性メモリ１７０は、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。コンピュータプログラム１９０は、不揮発性メモリ１７０から揮発性メモリ１８０のワーキング領域にロードされ、プロセッサ１６０に読み込まれることによって実行される。プロセッサ１６０は、コンピュータプログラム１９０にしたがってインターフェース回路１５０、不揮発性メモリ１７０および揮発性メモリ１８０から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。

出力装置１３０は、例えば、データ処理装置１２０から供給された出力データを表示する表示装置である。出力装置１３０は、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）または有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence display：ＯＥＬＤ）のようなフラットパネルディスプレイを有する。

入力装置１４０は、ユーザに操作されることにより入力データを生成する。入力装置１４０で生成された入力データは、データ処理装置１２０に出力される。入力装置１４０は、例えば、出力装置１３０の表示画面に設けられたタッチセンサを含む。入力装置１４０は、コンピュータ用キーボードおよびマウスの少なくとも一方を含んでいてもよい。なお、入力装置１４０は、作業機械の運転室内に設けられる操作装置と同等の装置を含んでいてもよい。また、入力装置１４０は、別のデータ処理装置で生成された入力データを通信により取り込む通信装置であってもよい。

［機能ブロック］
図２は、本実施形態に係る動作検証装置１００の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、動作検証装置１００は、仮想の作業現場の現況地形を表す現況地形データを取得する現況地形データ取得部２１０と、後述する作業条件データを取得する作業条件取得部２２０と、作業現場で作業する仮想の作業機械１０１の動作指令を取得する動作指令取得部２３０と、作業機械１０１の軌跡を計算し、その計算結果に基づいて地形データの変化を計算する地形制御部２４０と、データを記憶する記憶部２５０と、地形制御部２４０が算出した変化後の作業現場の地形データを出力装置１３０に出力する出力制御部２６０と、入出力部２７０とを備える。

入出力部２７０の機能は、インターフェース回路１５０によって発揮される。現況地形データ取得部２１０、作業条件取得部２２０、動作指令取得部２３０、地形制御部２４０、および出力制御部２６０のそれぞれの機能は、プロセッサ１６０によって発揮される。記憶部２５０の機能は、不揮発性メモリ１７０または揮発性メモリ１８０によって発揮される。

［各処理部の説明］
現況地形データ取得部２１０は、仮想の作業現場の現況地形を表す現況地形データ（初期地形データ）を取得する。図３は、本実施形態に係る動作検証装置１００に入力される現況地形データの一例を示す図である。図３に示すように、現況地形データは、複数の地点の位置データ（例えば、図示する点ｍ１，ｍ２，ｍ３）を含む３次元地形データである。地点の位置データは、作業現場にＥ軸、Ｎ軸およびＨ軸が設定された直交座標系（以下、現場座標系と記す）に基づく３次元の座標である。現況地形データには、例えば３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）を用いて作成されたメッシュデータが用いられる。以下では、現況地形データ取得部２１０が取得する現況地形データをメッシュ地形データ４００と記す。

メッシュ地形データ４００は、複数の地点の位置データに加え、現況地形の平面を構成する３点の地点データの組み合わせ情報を含む。例えば、点ｍ１，ｍ２，ｍ３により三角形の平面ｓ１が規定される。現況地形データ取得部２１０は、メッシュ地形データ４００を取得し、取得したメッシュ地形データ４００をグリッド地形データ４１０に変換する。グリッド地形データ４１０は、グリッド面における各グリッド要素の中心位置と高さ情報とが関連付けて記憶されたデータである。グリッド面は、作業現場が格子状に区画されてなる平面であり、所定のグリッドサイズのグリッド要素が格子状に配列されてなる。

メッシュ地形データ４００からグリッド地形データ４１０への変換方法は、例えば、以下のとおりである。現況地形データ取得部２１０は、現場座標系のＥ軸およびＮ軸に平行なＥＮ平面（Ｈ軸に直交するＥＮ平面）における所定領域（作業領域）Ａを格子状に区画するグリッド処理を実行する。所定領域は、入力されたメッシュ地形データ４００全体を覆う大きさの領域である。格子の間隔（グリッド要素の幅）であるグリッドサイズは、あらかじめ定められ、記憶部２５０に記憶されている。なお、グリッドサイズは、入力装置１４０からの入力データによって更新できるようにしてもよい。

現況地形データ取得部２１０は、それぞれのグリッド要素の中心点（以下、グリッド中心点とも記す）を通る垂線（ＥＮ平面に垂直な直線）とメッシュ地形データ４００の交点をそのグリッド要素の高さ情報とする。このように、メッシュ地形データ４００は、各グリッド中心点のＥ座標およびＮ座標と各グリッド中心点に対応する高さ情報（Ｈ座標）とによって構成されるグリッド地形データ４１０に変換される。なお、以下では、グリッド要素の高さ情報（Ｈ座標）をグリッド高さＨｇとも記す。

図２に示す作業条件取得部２２０は、入力装置１４０から作業条件データを取得し、記憶部２５０に保存する。作業条件データには、仮想の作業現場で作業する作業機械１０１の台数、作業機械１０１の初期位置および初期姿勢、作業機械１０１の種類、作業機械１０１の作業能力（仕様）を表す情報（データ）が含まれる。

出力制御部２６０は、初期地形データならびに作業機械１０１の初期位置および初期姿勢を可視化するための可視化データを生成し、出力装置１３０に出力する。出力制御部２６０は、演算サイクル毎に地形制御部２４０で計算された（生成された）グリッド地形データ４１０を可視化するための可視化データを生成し、出力装置１３０に出力する。出力制御部２６０は、グリッド地形データ４１０と共に、演算サイクル毎に動作指令取得部２３０で取得された動作指令（作業機械１０１の位置および姿勢）を可視化するための可視化データを生成し、出力装置１３０に出力する。

図４は、出力装置１３０の出力結果の一例について示す図である。出力装置１３０は、図４に示すように、入力された可視化データに基づいて、表示画面に仮想の作業現場の地形および仮想の作業現場で作業する仮想の作業機械１０１を表示させる。出力装置１３０は、データ処理装置１２０からの可視化データに基づいて、作業前の作業機械１０１および変形前の地形データ（初期地形データ）を表示画面に表示する。また、出力装置１３０は、データ処理装置１２０からの可視化データに基づいて、作業途中および作業後の作業機械１０１ならびに作業機械１０１の作業に伴い変化した地形データを表示画面に表示する。

図４に示すように、仮想の作業現場には、仮想の複数の作業機械１０１が存在する。作業機械１０１は、走行体および作業装置を備える作業車両である。複数の作業機械１０１には、掘削作業機械としての油圧ショベル１０１Ａと、運搬作業機械としてのダンプトラック１０１Ｂとが含まれる。

図５は、油圧ショベル１０１Ａの構成および油圧ショベル１０１Ａにおける座標系（ショベル基準座標系）について示す図である。図６Ａは油圧ショベル１０１Ａの演算対象箇所について説明する図であり、図６Ｂはダンプトラック１０１Ｂの演算対象箇所について説明する図である。図５および図６Ａに示すように、油圧ショベル１０１Ａは、掘削作業、放土作業、積込作業、整地作業、および転圧作業が可能な作業機械である。図５に示すように、油圧ショベル１０１Ａは、車体５１６と、車体５１６に取り付けられる多関節型のフロント作業装置（作業腕）５１１と、車体５１６に取り付けられるブレード作業装置５１９と、を備える。車体５１６は、走行体５１８と、走行体５１８上に旋回可能に設けられた旋回体５１７と、を備える。

フロント作業装置５１１は、旋回体５１７に取り付けられる。フロント作業装置５１１は、ブーム５１３、アーム５１４およびバケット５１５、ならびに、これらを駆動する油圧シリンダ（ブームシリンダ５１３ａ、アームシリンダ５１４ａおよびバケットシリンダ５１５ａ）を有する。ブーム５１３は、その基端部が旋回体５１７の前部に、ブームピンを介して回動可能に連結される。アーム５１４は、その基端部がブーム５１３の先端部に、アームピンを介して回動可能に連結される。バケット５１５は、アーム５１４の先端部に、バケットピンを介して回動可能に連結される。ブームピン、アームピン、バケットピンは、互いに平行に配置され、油圧シリンダによって駆動される各被駆動部材（ブーム５１３、アーム５１４およびバケット５１５）は同一面内で相対回転可能とされている。

ブレード作業装置５１９は、走行体５１８に取り付けられる。ブレード作業装置５１９は、ブレード５１９ａおよびブレード５１９ａを上下に駆動する油圧シリンダ（不図示）を有する。旋回体５１７は、旋回モータ（不図示）によって走行体５１８に対して回動する（すなわち、旋回する）。走行体５１８は、左右の走行モータ（不図示）によって、左右のクローラが個別に駆動されることにより走行する。

図６Ｂに示すように、ダンプトラック１０１Ｂは、運搬作業および放土作業が可能な作業機械である。ダンプトラック１０１Ｂは、車体である走行体５２８と、走行体５２８に取り付けられる運搬作業装置５２１と、を備える。運搬作業装置５２１は、走行体５２８上に設けられ土が積み込まれるベッセル（荷台）５２５およびベッセル５２５を上下方向に回動（起伏動）させる油圧シリンダ（不図示）を有する。

油圧ショベル１０１Ａは、フロント作業装置５１１を動作させることにより地盤を掘削する掘削作業を行う。掘削作業では、バケット５１５によって土が掘削され、掘削された土がバケット５１５によって保持される。掘削作業によってバケット５１５内に土が溜まると、油圧ショベル１０１Ａは、旋回体５１７を旋回させ、バケット５１５をダンプトラック１０１Ｂのベッセル５２５上に配置させ、バケット５１５に保持されている土をベッセル５２５内に放出する積込作業を行う。積込作業では、バケット５１５によって保持されていた土が、ベッセル５２５に移動し、ベッセル５２５内の土の量が増加する。ベッセル５２５は、あらかじめ定められた保持容量だけ土を保持することができる。

油圧ショベル１０１Ａは、バケット５１５によって保持された土を、所定の位置に放出することにより盛土を行う放土作業を行う。油圧ショベル１０１Ａは、ブレード作業装置５１９の油圧シリンダによってブレード５１９ａを接地させ、走行体５１８を走行させることにより、ブレード５１９ａによって土を移動させて地面を平らに整える整地作業を行う。油圧ショベル１０１Ａは、走行体５１８を走行させることにより、土を押圧する転圧作業（クローラ転圧作業）を行う。また、油圧ショベル１０１Ａは、バケット５１５の背面によって土を押圧する転圧作業（バケット転圧作業）を行う。

ダンプトラック１０１Ｂは、走行体５２８を走行させることにより、ベッセル５２５に保持されている土を運搬する運搬作業を行う。ダンプトラック１０１Ｂは、ベッセル５２５を傾けることにより土を地面に放出する放土作業を行う。

図５を参照して、ショベル基準座標系について説明する。図５に示すショベル基準座標系は、油圧ショベル１０１Ａの走行体５１８を基準としてｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が設定される直交座標系である。本実施形態では、油圧ショベル１０１Ａの旋回中心軸と走行体５１８の底面とが交わる点が、ショベル基準座標系の原点Ｏとして設定される。ショベル基準座標系では、旋回中心軸がｚ軸として設定され、走行体５１８の前後方向（進行方向）に延びる軸がｘ軸として設定され、ｘ軸およびｚ軸に直交する軸（走行モータの回転中心軸に平行な軸）がｙ軸として設定される。

現場座標系における油圧ショベル１０１Ａの位置は、ショベル基準座標系の原点Ｏの現場座標系における位置座標（Ｅｓ，Ｎｓ，Ｈｓ）によって表される。現場座標系における油圧ショベル１０１Ａの走行体５１８の姿勢は、基準姿勢に対するｘ軸周りの傾斜角度であるロール角度Θｒｏｌｌ、基準姿勢に対するｙ軸周りの傾斜角度であるピッチ角度Θｐｉｔｃｈ、および、基準姿勢に対するｚ軸周りの傾斜角度であるヨー角度Θｙａｗによって表される。なお、旋回体５１７の姿勢は、油圧ショベル１０１Ａの走行体５１８に対する旋回体５１７の回動角度（以下、旋回角度Θｓｗと記す）で表される。

ショベル基準座標系における油圧ショベル１０１Ａのフロント作業装置５１１の姿勢は、ブーム角度Θｂｍ、アーム角度Θａｍおよびバケット角度Θｂｋによって表される。ブーム角度Θｂｍはｘｙ平面に対するブーム５１３の傾斜角度であり、アーム角度Θａｍはブーム５１３に対するアーム５１４の傾斜角度であり、バケット角度Θｂｋはアーム５１４に対するバケット５１５の傾斜角度である。

油圧ショベル１０１Ａの作業能力データには、油圧ショベル１０１Ａのバケット５１５の容量（以下、バケット容量とも記す）Ｃｂｋ、油圧ショベル１０１Ａのショベル基準座標系、油圧ショベル１０１Ａの寸法情報、および、油圧ショベル１０１Ａの特定の位置あるいは特定の領域の計算に用いられる計算式、パラメータ等の計算データが含まれる。油圧ショベル１０１Ａの寸法情報には、ショベル基準座標系における旋回体５１７とブーム５１３を連結するブームピンの座標、ブームピンからアームピンまでの長さＬｂｍ、アームピンからバケットピンまでの長さＬａｍ、バケットピンからバケット５１５の爪先等の先端部までの長さＬｂｋ、バケットの幅（以下、バケット幅とも記す）Ｗｂｋおよびブレードの幅（以下、ブレード幅とも記す）Ｗｂｌが含まれる。油圧ショベル１０１Ａの特定の位置の計算に用いられる計算データには、油圧ショベル１０１Ａの地面と接触する領域の計算に用いられるフットプリント計算データ、ブレード５１９ａの先端位置の計算に用いられるブレード先端計算データ、およびバケット５１５の先端位置の計算に用いられるバケット先端計算データが含まれる。

図６Ａに示すように、油圧ショベル１０１Ａのフットプリント計算データには、走行体５１８の接地部における左前端部、右前端部、左後端部および右後端部の４点（Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４）の位置を算出可能な変換パラメータが含まれる。バケット先端計算データには、ブームピンの位置、旋回体５１７の旋回角度およびフロント作業装置５１１の各関節角情報（ブーム角度Θｂｍ、アーム角度Θａｍおよびバケット角度Θｂｋ）およびバケット幅Ｗｂｋに基づいて、バケット５１５の爪先の左端部および右端部の２点（Ｂｋ１，Ｂｋ２）の位置を算出可能な計算式が含まれる。ブレード先端計算データには、ブレード５１９ａの左前側の下端部および右前側の下端部の２点（Ｂｌ１，Ｂｌ２）の位置を算出可能な変換パラメータが含まれる。

図６Ｂに示すように、ダンプトラック１０１Ｂの作業能力データには、ベッセル５２５の容量（以下、ベッセル容量と記す）Ｃｖｅ、ダンプトラック１０１Ｂのトラック基準座標系、ダンプトラック１０１Ｂが存在する地面の占有領域を規定する走行体５２８の左前輪の接地部、右前輪の接地部、左後輪の接地部、および、右後輪の接地部の４点（Ｆｄ１，Ｆｄ２，Ｆｄ３，Ｆｄ４）の計算に用いるフットプリント計算データ、ベッセル５２５の開口部位置座標、すなわちベッセル５２５の上部開口部の四隅の４点（Ｂｅ１，Ｂｅ２，Ｂｅ３，Ｂｅ４）の計算に用いるベッセル計算データを有する。

ダンプトラック１０１Ｂのトラック基準座標系は、走行体５２８を基準としてｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が設定される直交座標系である。本実施形態では、走行体（車体）５２８の中心点を通り上下方向に延びる中心線と、タイヤが平地に接触する面（接地面）とが交わる点が、トラック基準座標系の原点Ｏとして設定される。トラック基準座標系では、ダンプトラック１０１Ｂの前後方向（進行方向）に延びる軸がｘ軸として設定され、走行体５２８の左右方向に延びる軸がｙ軸として設定され、ｘ軸およびｙ軸に直交する軸（走行体５２８の上下方向に延びる軸）がｚ軸として設定される。

図２に示すように、油圧ショベル１０１Ａの作業能力データ、および、ダンプトラック１０１Ｂの作業能力データは、入力装置１４０によってデータ処理装置１２０に入力される。例えば、ユーザは、キーボード等の入力装置１４０を操作することにより、テキストファイルに作業能力データを書き込み、このテキストファイルをデータ処理装置１２０に入力する。なお、入力装置１４０は、あらかじめ作業能力データの候補データが複数記憶された記憶装置であるデータベース（不図示）を備えていてもよい。この場合、タッチパネルモニタ、マウス等の入力装置１４０が操作されることにより、候補データの中から動作検証に用いる作業能力データが選択される。選択された作業能力データは、データベースからデータ処理装置１２０に入力される。

動作指令取得部２３０は、入力装置１４０から作業機械１０１の動作指令を取得し、記憶部２５０に記憶されている作業機械１０１の位置データおよび作業機械１０１の姿勢データを更新する。作業機械１０１の動作指令は、作業機械１０１の位置データおよび姿勢データ、ならびに作業内容データを含む。

油圧ショベル１０１Ａの位置データには、現場座標系におけるショベル基準座標系の原点Ｏの位置座標（Ｅｓ，Ｎｓ，Ｈｓ）が含まれる。油圧ショベル１０１Ａの姿勢データには、走行体５１８の姿勢データ（ロール角度Θｒｏｌｌ、ピッチ角度Θｐｉｔｃｈ、ヨー角度Θｙａｗ）、フロント作業装置５１１の姿勢データ（ブーム角度Θｂｍ、アーム角度Θａｍ、バケット角度Θｂｋ）、旋回体５１７の姿勢データ（旋回角度Θｓｗ）、および、ブレード作業装置５１９の姿勢データ（ブレード５１９ａの下端のｚ座標であるブレード位置ｚｂｌ）が含まれる。

ダンプトラック１０１Ｂの位置データには、現場座標系におけるトラック基準座標系の原点Ｏの位置座標（Ｅｄ，Ｎｄ，Ｈｄ）が含まれる。ダンプトラック１０１Ｂの姿勢データには、走行体５２８の姿勢データ（ロール角度Θｒｏｌｌ、ピッチ角度Θｐｉｔｃｈ、ヨー角度Θｙａｗ）、および、運搬作業装置５２１の姿勢データ（ベッセル５２５の基準姿勢からの傾斜角度）が含まれる。

動作指令としての作業機械１０１の位置データおよび姿勢データは、絶対値としてもよいし、現在値から目標値までの差分値としてもよい。動作指令が絶対値である場合、動作指令取得部２３０は、取得した動作指令をそのまま記憶部２５０に記憶することにより、作業機械１０１の位置データおよび姿勢データを更新する。動作指令が現在値から目標値までの差分値である場合には、動作指令取得部２３０は、現在値に差分値を加算して目標値を計算し、計算した目標値を記憶部２５０に記憶することにより作業機械１０１の位置データおよび姿勢データを更新する。

作業内容データは、作業機械１０１の地形変化計算の方法を決定するための作業内容を表すデータである。油圧ショベル１０１Ａの作業内容データには、掘削作業、放土作業、積込作業、整地作業、および、転圧作業を表すデータが含まれる。ダンプトラック１０１Ｂの作業内容データには、放土作業、および、転圧作業（運搬作業）を表すデータが含まれる。

油圧ショベル１０１Ａの動作指令、および、ダンプトラック１０１Ｂの動作指令は、入力装置１４０によってデータ処理装置１２０に入力される。例えば、ユーザは、キーボード等の入力装置１４０を操作することにより、一連の動作を行わせるための動作指令を一行ずつテキストファイルに書き込み、このテキストファイルをデータ処理装置１２０に入力する。この場合、データ処理装置１２０は、テキストファイルから動作指令を一行ずつ読み込み、作業機械１０１の各部の位置（軌跡）を算出する。なお、入力装置１４０は、実際の作業機械の操作装置を模した模擬操作装置であってもよい。この場合、入力装置１４０は、模擬操作装置の操作部に対する操作量から動作指令を算出し、算出された動作指令をデータ処理装置１２０に入力する。

地形制御部２４０は、後述する動作検証用データの出力処理を開始する際に取得する作業機械１０１の初期位置および初期姿勢、ならびに、演算サイクル毎に取得する作業機械１０１の動作指令に基づいて、作業機械１０１の各部（例えば、作業装置５１１，５１９，５２１、走行体５１８，５２８）の軌跡を計算する。地形制御部２４０は、取得した作業内容データに応じて、地形変化計算方法を選択し、作業現場の地形の変化計算方法を行う。例えば、作業内容データが掘削作業あるいは整地作業を表すデータである場合、地形制御部２４０は、演算サイクル毎の作業機械１０１の作業装置５１１，５１９の軌跡と、作業現場の地形データとの干渉領域に基づいて、作業現場の地形データの変化を計算する。また、作業内容データが放土作業を表すデータである場合、地形制御部２４０は、演算サイクル毎の作業機械１０１の位置および姿勢ならびに作業現場の地形データに基づいて、作業現場の地形データの変化を計算する。地形データの変化の計算方法の詳細については後述する。

記憶部２５０は、現況地形データ取得部２１０が取得した現況地形データ、作業条件取得部２２０が取得した作業条件データ、動作指令取得部２３０が取得した動作指令、地形制御部２４０が生成した地形データ、および、後述する各作業機械１０１が保持する土の量を記憶し、各部の要求に応じて記憶したデータを要求元へ出力する。

［動作検証フロー］
図７を参照して、データ処理装置１２０により実行される動作検証用データの出力処理の一例について説明する。図７に示すフローチャートの処理は、入力装置１４０から動作検証開始指令がデータ処理装置１２０に入力されることにより開始される。

＜ステップＳ３１０＞
図７に示すように、ステップＳ３１０において、データ処理装置１２０は、入力装置１４０から現況地形データを取得し、取得した現況地形データを初期地形データとして記憶部２５０に記憶する。ステップＳ３１０において、取得した現況地形データがメッシュデータである場合、データ処理装置１２０は、取得したメッシュデータをグリッドデータへ変換し、変換したグリッドデータを初期地形データとして記憶部２５０に記憶する。なお、記憶部２５０に複数の現況地形データ（グリッド地形データ４１０）が既に格納されている場合には、ステップＳ３１０において、データ処理装置１２０は、入力装置１４０により選択された現況地形データ（グリッド地形データ４１０）を取得し、取得した現況地形データを初期地形データとして記憶部２５０に記憶する。データ処理装置１２０は、現況地形データ取得処理（ステップＳ３１０）を完了すると、ステップＳ３２０へ進む。

＜ステップＳ３２０＞
ステップＳ３２０において、データ処理装置１２０は、入力装置１４０から作業条件データを取得し、取得した作業条件データを記憶部２５０に記憶してステップＳ３３０へ進む。

＜ステップＳ３３０＞
ステップＳ３３０において、データ処理装置１２０は、入力装置１４０から動作指令を取得し、記憶部２５０に保存されている作業機械１０１の位置データおよび姿勢データを現在の状態から更新して、ステップＳ３４０へ進む。

＜ステップＳ３４０＞
ステップＳ３４０において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３３０で取得した動作指令に基づいて、地形変化計算を行い、その計算結果を記憶部２５０に保存する。なお、地形変化計算処理では、仮想の作業現場内に配置されたすべての作業機械１０１の作業による地形データの変化を計算する。

＜ステップＳ３５０＞
ステップＳ３５０において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３４０での計算結果およびステップＳ３３０で更新された作業機械１０１の位置データおよび姿勢データに基づいて可視化データを生成し、生成した可視化データを出力装置１３０に出力し、ステップＳ３６０へ進む。

＜ステップＳ３６０＞
ステップＳ３６０において、データ処理装置１２０は、動作検証の終了条件が成立しているか否かを判定する。データ処理装置１２０は、動作検証の終了条件が成立していると判定すると図７のフローチャートに示す処理を終了し、動作検証の終了条件が成立していないと判定するとステップＳ３３０へ戻る。動作検証の終了条件は、入力装置１４０から終了指令が入力された場合に成立し、入力装置１４０から終了指令が入力されていない場合には成立しない。

動作検証の終了条件が成立しない場合、ステップＳ３３０～ステップＳ３６０までの一連の処理が、所定の演算サイクル（演算ステップとも記す）毎に繰り返し実行される。データ処理装置１２０は、演算サイクル毎に、動作指令、地形データ、および、各作業機械１０１が保持する土の量に基づいて可視化データを生成し、生成した可視化データを出力装置１３０に出力する。このため、出力装置１３０の表示画面には、作業現場の様子の時間的な変化（演算サイクル毎の作業現場の様子）が表示される。

［地形変化計算処理］
図８を参照して、地形制御部２４０として機能するデータ処理装置１２０により実行される地形変化計算処理（図７のステップＳ３４０）の一例について説明する。データ処理装置１２０は、動作指令を取得すると（図７のステップＳ３３０）、地形変化計算処理（図７のステップＳ３４０）を実行する。

＜ステップＳ８１０＞
地形変化計算処理（図７のステップＳ３４０）が開始されると、ステップＳ８１０において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３３０（図７参照）で取得した動作指令に作業内容データが含まれているか否かを判定する。データ処理装置１２０は、動作指令に作業内容データが含まれていると判定するとステップＳ８１５へ進み、動作指令に作業内容データが含まれていないと判定すると図８のフローチャートに示す処理を終了して、ステップＳ３５０（図７参照）へ進む。

＜ステップＳ８１５＞
ステップＳ８１５において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３３０（図７参照）で取得した動作指令に含まれる作業内容データが掘削作業を表すデータであるか否かを判定する。データ処理装置１２０は、取得した作業内容データが掘削作業を表すデータであると判定するとステップＳ８２０へ進み、取得した作業内容データが掘削作業を表すデータでないと判定するとステップＳ８２５へ進む。

＜ステップＳ８２０＞
ステップＳ８２０において、データ処理装置１２０は、掘削作業処理を実行し、図８のフローチャートに示す処理を終了して、ステップＳ３５０（図７参照）へ進む。掘削作業処理の詳細については後述する。

＜ステップＳ８２５＞
ステップＳ８２５において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３３０（図７参照）で取得した動作指令に含まれる作業内容データが放土作業を表すデータであるか否かを判定する。データ処理装置１２０は、取得した作業内容データが放土作業を表すデータであると判定するとステップＳ８３０へ進み、取得した作業内容データが放土作業を表すデータでないと判定するとステップＳ８３５へ進む。

＜ステップＳ８３０＞
ステップＳ８３０において、データ処理装置１２０は、放土作業処理を実行し、図８のフローチャートに示す処理を終了して、ステップＳ３５０（図７参照）へ進む。放土作業処理の詳細については後述する。

＜ステップＳ８３５＞
ステップＳ８３５において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３３０（図７参照）で取得した動作指令に含まれる作業内容データが積込作業を表すデータであるか否かを判定する。データ処理装置１２０は、取得した作業内容データが積込作業を表すデータであると判定するとステップＳ８４０へ進み、取得した作業内容データが積込作業を表すデータでないと判定するとステップＳ８４５へ進む。

＜ステップＳ８４０＞
ステップＳ８４０において、データ処理装置１２０は、積込作業処理を実行し、図８のフローチャートに示す処理を終了して、ステップＳ３５０（図７参照）へ進む。積込作業処理の詳細については後述する。

＜ステップＳ８４５＞
ステップＳ８４５において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３３０（図７参照）で取得した動作指令に含まれる作業内容データが整地作業を表すデータであるか否かを判定する。データ処理装置１２０は、取得した作業内容データが整地作業を表すデータであると判定するとステップＳ８５０へ進み、取得した作業内容データが整地作業を表すデータでないと判定するとステップＳ８６０へ進む。

＜ステップＳ８５０＞
ステップＳ８５０において、データ処理装置１２０は、整地作業処理を実行し、図８のフローチャートに示す処理を終了して、ステップＳ３５０（図７参照）へ進む。整地作業処理の詳細については後述する。ステップＳ８６０において、データ処理装置１２０は、転圧作業処理を実行し、図８のフローチャートに示す処理を終了して、ステップＳ３５０（図７参照）へ進む。転圧作業処理の詳細については後述する。

［掘削作業処理］
図９および図１０を参照して、データ処理装置１２０により実行される掘削作業処理（図８のステップＳ８２０）の一例について説明する。図９は、データ処理装置１２０により実行される掘削作業処理の一例について示すフローチャートであり、図１０は、掘削作業処理の内容について示す図である。図１０では、グリッド地形データ４１０のＥＮ平面（基準面）および地表面（基準面からの高さ情報により規定される面）を模式的に示している。

掘削作業とは、油圧ショベル１０１Ａが作業装置５１１を動作して作業現場の地盤（土）を掘削する作業である。掘削された土は、バケット５１５内に保持される。データ処理装置１２０は、取得した作業内容データが掘削作業を表すデータである場合、バケット５１５の軌跡と作業現場のグリッド地形データ４１０との干渉領域に基づいて作業現場のグリッド地形データ４１０の変化を計算し、グリッド地形データ４１０の変化に基づいてバケット５１５内の土の量（以下、バケット内土量とも記す）Ｖｂｋを計算する。以下、掘削作業処理の一連の処理について詳しく説明する。

＜Ｓ１０１０＞
掘削作業処理（図８のステップＳ８２０）が開始されると、ステップＳ１０１０において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３２０（図７参照）で取得した作業条件データおよびステップＳ３３０（図７参照）で取得した動作指令に基づいて、現場座標系におけるバケット先端位置座標（点Ｂｋ１，Ｂｋ２の座標）を算出する。データ処理装置１２０は、作業条件データに含まれるバケット先端計算データと、動作指令に含まれる油圧ショベル１０１Ａの位置データおよび姿勢データに基づいて、油圧ショベル１０１Ａのバケット先端位置座標（点Ｂｋ１，Ｂｋ２の座標）を算出する。データ処理装置１２０は、バケット先端位置座標の算出処理（ステップＳ１０１０）を完了すると、ステップＳ１０２０へ進む。

＜Ｓ１０２０＞
ステップＳ１０２０において、データ処理装置１２０は、本演算サイクルよりも前の演算サイクルのステップＳ１０１０で算出されたバケット先端位置座標（前回値）が記憶部２５０に記憶されているか否かを判定する。なお、本演算サイクルよりも前の演算サイクルのステップＳ１０１０で算出されたバケット先端位置座標（前回値）は、ステップＳ１０８０において記憶部２５０に記憶される。データ処理装置１２０は、バケット先端位置座標（前回値）が記憶部２５０に記憶されていると判定するとステップＳ１０３０へ進み、バケット先端位置座標（前回値）が記憶部２５０に記憶されていないと判定するとステップＳ１０８０へ進む。

動作検証用データの出力処理が開始されてから初めてステップＳ１０２０が実行された場合、バケット先端位置座標（前回値）が記憶部２５０に記憶されていない。このため、データ処理装置１２０は、ステップＳ１０２０において否定判定を行い、ステップＳ１０８０へ進む。バケット先端位置座標（前回値）が記憶部２５０に記憶されていない場合、記憶部２５０におけるバケット先端位置座標の保存領域に、例えば、０（ゼロ）またはＮＵＬＬ値が記憶されている。

＜Ｓ１０３０＞
ステップＳ１０３０において、データ処理装置１２０は、本演算サイクルのステップＳ１０１０で算出されたバケット先端位置座標（今回値）に基づいて、現場座標系のＥＮ平面からのＨ軸方向のバケット５１５の高さ（以下、バケット高さと記す）Ｈｂｋを算出する。データ処理装置１２０は、算出したバケット高さＨｂｋとグリッド高さＨｇとを比較し、バケット高さＨｂｋがグリッド高さＨｇ未満であるか否かを判定する。

なお、本実施形態では、バケット高さＨｂｋは、図１０に示すように、ＥＮ平面からバケット５１５の代表点Ｐｂｋまでの高さである。すなわち、バケット高さＨｂｋは、バケット５１５の代表点ＰｂｋのＨ座標に相当する。バケット５１５の代表点Ｐｂｋは、点Ｂｋ１と点Ｂｋ２とを結ぶ直線の中点、すなわちバケット先端部の中心点である。また、バケット高さＨｂｋと比較されるグリッド高さＨｇは、バケット５１５の代表点Ｐｂｋと同じＥ座標およびＮ座標に存在するグリッド要素のＨ座標に相当する。

図９に示すように、ステップＳ１０３０において、データ処理装置１２０は、バケット高さＨｂｋがグリッド高さＨｇ未満である場合、バケット５１５が地形データに干渉すると判定してステップＳ１０４０へ進む。ステップＳ１０３０において、データ処理装置１２０は、バケット高さＨｂｋがグリッド高さＨｇ以上である場合、バケット５１５が地形データに干渉しないと判定してステップＳ１０８０へ進む。このように、ステップＳ１０３０の処理は、バケット５１５がグリッド地形データ４１０に干渉するか否かを判定する干渉判定処理である。

＜Ｓ１０４０＞
ステップＳ１０４０において、データ処理装置１２０は、バケット残量Ｒｂｋがあるか否か（すなわちバケット５１５内に土が存在しているか否か）を判定する。バケット残量Ｒｂｋは、記憶部２５０に記憶されているバケット容量Ｃｂｋと、記憶部２５０に記憶されているバケット内土量Ｖｂｋとの差分値（Ｒｂｋ＝Ｃｂｋ－Ｖｂｋ）に相当する。バケット容量Ｃｂｋは、ステップＳ３２０（図７参照）で取得される油圧ショベル１０１Ａの作業条件データに含まれている。バケット内土量Ｖｂｋは、本演算サイクルよりも前の掘削作業処理における土量更新処理（ステップＳ１０７０）で算出され、記憶部２５０に記憶される。

ステップＳ１０４０において、データ処理装置１２０は、バケット残量Ｒｂｋが０（ゼロ）よりも大きい場合、バケット残量Ｒｂｋがあると判定し、ステップＳ１０５０へ進む。ステップＳ１０４０において、データ処理装置１２０は、バケット残量Ｒｂｋが０（ゼロ）以下の場合、バケット残量Ｒｂｋがないと判定し、ステップＳ１０８０へ進む。

＜Ｓ１０５０＞
ステップＳ１０５０において、データ処理装置１２０は、掘削領域９１０を作成する掘削領域作成処理を実行する。データ処理装置１２０は、図１０に示すように、バケット先端位置座標の前回値（点Ｂｋ１０，Ｂｋ２０）と今回値（点Ｂｋ１１，Ｂｋ２１）の４つの位置を頂点とする矩形状のバケット先端軌跡を掘削領域９１０として算出する。掘削領域９１０は、バケット先端軌跡と地形データとの干渉領域である。図９に示すように、データ処理装置１２０は、掘削領域作成処理（ステップＳ１０５０）を完了すると、ステップＳ１０６０へ進む。

＜Ｓ１０６０＞
ステップＳ１０６０において、データ処理装置１２０は、掘削領域９１０内の地形データを更新する地形データ更新処理を実行する。データ処理装置１２０は、ステップＳ１０５０にて算出された掘削領域９１０に含まれる各グリッド要素の中心軸上において、グリッド高さＨｇとバケット高さＨｂｋとを比較する。グリッド要素の中心軸上のバケット高さＨｂｋとは、グリッド要素の中心軸と掘削領域９１０との交点のＨ座標に相当する。

図１０に示すように、データ処理装置１２０は、掘削領域９１０内の各グリッド要素において、バケット高さＨｂｋよりも大きい値のグリッド高さＨｇをバケット高さＨｂｋに更新（変更）する。これにより、掘削作業によって変形した後の地形データが生成され、変形後の地形データが最新の地形データとして記憶部２５０に記憶され、地形データ更新処理が完了する。図９に示すように、データ処理装置１２０は、地形データ更新処理（ステップＳ１０６０）を完了すると、ステップＳ１０７０へ進む。

＜ステップＳ１０７０＞
ステップＳ１０７０において、データ処理装置１２０は、記憶部２５０に記憶されているバケット内土量Ｖｂｋを更新する土量更新処理を実行する。データ処理装置１２０は、ステップＳ１０６０にて算出された掘削領域９１０内の変形後の地形データと、ステップ１０６０が実行される前（すなわち変形前）の地形データとを比較し、その差分値に基づいて、掘削作業により掘削された掘削量Ａｅを算出する。データ処理装置１２０は、算出された掘削量Ａｅをバケット内土量Ｖｂｋに加算し、その演算結果を新たなバケット内土量Ｖｂｋとして記憶部２５０に記憶する。なお、掘削量Ａｅは、例えば、グリッド要素のＥ軸方向の幅×グリッド要素のＮ軸方向の幅×グリッド高さＨｇの地形変形前後の差分値を、掘削領域９１０内の各グリッド要素に対して演算し、それらすべてを積算することにより得られる。データ処理装置１２０は、土量更新処理（ステップＳ１０７０）を完了すると、ステップＳ１０８０へ進む。

＜ステップＳ１０８０＞
ステップＳ１０８０において、データ処理装置１２０は、記憶部２５０に記憶されているバケット先端位置座標（前回値）をステップＳ１０１０で算出されたバケット先端位置座標（今回値）に書き換えるバケット先端位置更新処理を実行し、図９のフローチャートに示す処理（掘削作業処理）を終了する。

以上のように、掘削作業処理において、データ処理装置１２０は、バケット先端軌跡とグリッド地形データ４１０の干渉領域（掘削領域９１０）内のグリッド高さＨｇをバケット高さＨｂｋに更新することでグリッド地形データ４１０を変化させる。さらに、データ処理装置１２０は、地形変化前後の掘削領域９１０内のグリッド高さＨｇに基づいて掘削量Ａｅを算出し、算出した掘削量Ａｅをバケット内土量Ｖｂｋに加算し、その演算結果を新たなバケット内土量Ｖｂｋとして記憶部２５０に記憶する。なお、データ処理装置１２０は、バケット残量Ｒｂｋが無い場合には、地形データ更新処理（ステップＳ１０６０）およびバケット内の土量更新処理（ステップＳ１０７０）を行わない。

［放土作業処理］
図１１および図１２を参照して、データ処理装置１２０により実行される放土作業処理（図８のステップＳ８３０）の一例について説明する。図１１は、データ処理装置１２０により実行される放土作業処理の一例について示すフローチャートであり、図１２は、放土作業処理の内容について示す図である。

放土作業とは、油圧ショベル１０１Ａのバケット５１５内の土を作業現場へ放出する作業、すなわちバケット５１５内の土を地面上に移動させる作業である。データ処理装置１２０は、取得した油圧ショベル１０１Ａの作業内容データが放土作業を表すデータである場合、バケット５１５が放土高さに位置しているか否かを判定する。データ処理装置１２０は、バケット５１５が放土高さに位置していると判定されると、バケット５１５の位置およびバケット５１５内の土の量（バケット内土量Ｖｂｋ）に基づいて、作業現場のグリッド地形データ４１０の変化を計算する。以下、放土作業処理の一連の処理について詳しく説明する。なお、本実施形態では、バケット５１５からグリッド地形データ４１０の地表面上に放出された土の形状が、円錐形状に模擬される。

＜ステップＳ１２１０＞
放土作業処理（図８のステップＳ８３０）が開始されると、ステップＳ１２１０において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３２０（図７参照）で取得した作業条件データおよびステップＳ３３０（図７参照）で取得した動作指令に基づいて、現場座標系におけるバケット先端位置座標（点Ｂｋ１，Ｂｋ２の座標）を算出する。データ処理装置１２０は、作業条件データに含まれるバケット先端計算データと、動作指令に含まれる油圧ショベル１０１Ａの位置データおよび姿勢データに基づいて、油圧ショベル１０１Ａのバケット先端位置座標（点Ｂｋ１，Ｂｋ２の座標）を算出する。データ処理装置１２０は、バケット先端位置座標の算出処理（ステップＳ１２１０）を完了すると、ステップＳ１２２０へ進む。

＜ステップＳ１２２０＞
ステップＳ１２２０において、データ処理装置１２０は、放土円錐高さＨｓｏｉｌを算出し、ステップＳ１２３０へ進む。放土円錐とは、バケット５１５からグリッド地形データ４１０の地表面上に放出された（落とされた）土の高さを算出するために設定される仮想の円錐のことを指し、この円錐の高さを放土円錐高さＨｓｏｉｌとし、この円錐の底面の半径を放土円錐半径Ｒｓｏｉｌとする。放土円錐高さＨｓｏｉｌは、バケット内土量Ｖｂｋおよび放土円錐半径Ｒｓｏｉｌを用いて、以下の式（１）により算出される。

＜ステップＳ１２３０＞
ステップＳ１２３０において、データ処理装置１２０は、バケット５１５が放土を行うのに十分な高さ（以下、放土高さ）に位置しているか否かを判定する。データ処理装置１２０は、バケット高さＨｂｋと放土高さ下限値Ｈｄｍｉｎとを比較し、バケット高さＨｂｋが放土高さ下限値Ｈｄｍｉｎよりも大きい場合、バケット５１５が放土高さに位置していると判定し、ステップＳ１２４０へ進む。データ処理装置１２０は、バケット高さＨｂｋが放土高さ下限値Ｈｄｍｉｎ以下である場合、バケット５１５は放土高さに位置していないと判定し、図１１のフローチャートに示す処理を終了する。

図１２に示すように、放土高さ下限値Ｈｄｍｉｎは、バケット５１５の代表点Ｐｂｋを通るＨ軸に平行な直線と交差するグリッド要素のグリッド高さＨｇに、ステップＳ１２２０で算出した放土円錐高さＨｓｏｉｌを加算した値（Ｈｄｍｉｎ＝Ｈｇ＋Ｈｓｏｉｌ）であり、ステップＳ１２３０においてデータ処理装置１２０により算出される。

＜ステップＳ１２４０＞
図１１に示すように、ステップＳ１２４０において、データ処理装置１２０は、放土領域９２０を作成する放土領域作成処理を実行する。データ処理装置１２０は、図１２に示すように、バケット５１５の代表点Ｐｂｋを中心とした半径Ｒｓｏｉｌの円形領域を放土領域９２０として算出する。図１１に示すように、データ処理装置１２０は、放土領域作成処理（ステップＳ１２４０）を完了すると、ステップＳ１２５０へ進む。

＜ステップＳ１２５０＞
ステップＳ１２５０において、データ処理装置１２０は、放土領域９２０内の地形データを更新する地形データ更新処理を実行し、図１１のフローチャートに示す処理（放土作業処理）を終了する。データ処理装置１２０は、ステップＳ１２４０にて算出された放土領域９２０に含まれる各グリッド要素のグリッド高さＨｇを更新する。データ処理装置１２０は、記憶部２５０に記憶されている放土領域９２０に含まれるグリッド要素Ｇ（ｉ）のグリッド高さＨｇを、放土後のグリッド高さＨｄｒｏｐ（ｉ）に書き換える。放土後のグリッド高さＨｄｒｏｐ（ｉ）は、ステップＳ１２４０で算出された放土領域９２０に含まれるグリッド要素Ｇ（ｉ）の中心位置のＥ座標Ｅｉ、Ｎ座標Ｎｉ、および、グリッド要素Ｇ（ｉ）のグリッド高さＨｇ＝Ｈ（ｉ）、ステップＳ１２２０で算出された放土円錐高さＨｓｏｉｌ、ならびに、放土円錐半径Ｒｓｏｉｌを用いて、以下の式（２）により算出される。

以上のように、放土作業処理において、データ処理装置１２０は、放土形状を円錐と仮定し、バケット５１５の代表点Ｐｂｋの位置を中心とした半径Ｒｓｏｉｌの放土領域９２０を作成する。データ処理装置１２０は、バケット内土量Ｖｂｋに応じて放土領域９２０内のグリッド地形データ４１０のグリッド高さＨｇを更新することでグリッド地形データ４１０を変化させる。放土領域９２０の半径Ｒｓｏｉｌは、バケット５１５に大きさに応じてあらかじめ設定されている。放土領域９２０の半径Ｒｓｏｉｌは、例えば、バケット幅Ｗｂｋの２倍に設定される。なお、本実施形態では、放土形状が円錐形状である例について説明したが、放土形状は、例えば、放物形状としてもよいし、直方体形状としてもよい。

［積込作業処理］
図１３および図１４を参照して、データ処理装置１２０により実行される積込作業処理（図８のステップＳ８４０）の一例について説明する。図１３は、データ処理装置１２０により実行される積込作業処理の一例について示すフローチャートであり、図１４は、積込作業処理の内容について示す図である。

積込作業とは、掘削作業機械である油圧ショベル１０１Ａが保持している土を運搬作業機械であるダンプトラック１０１Ｂへ移動させる作業である。データ処理装置１２０は、取得した油圧ショベル１０１Ａの作業内容データが積込作業を表すデータである場合、バケット５１５がダンプトラック１０１Ｂのベッセル５２５の上方に位置しているか否かを判定する。データ処理装置１２０は、バケット５１５がベッセル５２５の上方に位置していると判定されると、バケット５１５内の土の量（バケット内土量）Ｖｂｋに基づいて、ベッセル５２５内の土の量（ベッセル内土量）Ｖｖｅを計算する。以下、積込作業処理の一連の処理について詳しく説明する。

＜ステップＳ１４１０＞
積込作業処理（図８のステップＳ８４０）が開始されると、ステップＳ１４１０において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３２０（図７参照）で取得した作業条件データおよびステップＳ３３０（図７参照）で取得した動作指令に基づいて、バケット先端位置座標（点Ｂｋ１，Ｂｋ２の座標）、および、ベッセル５２５の開口部位置座標（点Ｂｅ１，Ｂｅ２，Ｂｅ３，Ｂｅ４）を算出する。データ処理装置１２０は、作業条件データに含まれるバケット先端計算データと、動作指令に含まれる油圧ショベル１０１Ａの位置データおよび姿勢データに基づいて、油圧ショベル１０１Ａのバケット先端位置座標（点Ｂｋ１，Ｂｋ２の座標）を算出する。データ処理装置１２０は、作業条件データに含まれるベッセル計算データと、動作指令に含まれるダンプトラック１０１Ｂの位置データおよび姿勢データに基づいて、ダンプトラック１０１Ｂのベッセル５２５の開口部位置座標（点Ｂｅ１，Ｂｅ２，Ｂｅ３，Ｂｅ４の座標）を算出する。データ処理装置１２０は、バケット先端位置座標およびベッセル５２５の開口部位置座標の算出処理（ステップＳ１４１０）を完了すると、ステップＳ１４２０へ進む。

＜ステップＳ１４２０＞
ステップＳ１４２０において、データ処理装置１２０は、バケット５１５が、ベッセル５２５の上方に位置しているか否かを判定する。図１４に示すように、データ処理装置１２０は、バケット５１５の代表点Ｐｂｋが、ベッセル開口領域５８５の内側に位置しているか否かを判定する。ベッセル開口領域５８５は、開口部位置座標（点Ｂｅ１，Ｂｅ２，Ｂｅ３，Ｂｅ４の座標）で規定される矩形状の平面領域である。また、データ処理装置１２０は、バケット高さＨｂｋがベッセル高さＨｖｅよりも大きいか否かを判定する。ベッセル高さＨｖｅは、例えば、ベッセル開口領域５８５の中心点のＨ座標としてもよいし、バケット５１５の代表点Ｐｂｋを通るＨ軸に平行な直線と矩形平面状のベッセル開口領域５８５との交点のＨ座標としてもよい。

図１３に示すように、データ処理装置１２０は、バケット高さＨｂｋがベッセル高さＨｖｅよりも大きく、かつ、バケット５１５の代表点Ｐｂｋがベッセル開口領域５８５の内側に位置している場合、バケット５１５がベッセル５２５の上方に位置していると判定し、ステップＳ１４３０へ進む。データ処理装置１２０は、バケット高さＨｂｋがベッセル高さＨｖｅ以下である場合、あるいは、バケット５１５の代表点Ｐｂｋがベッセル開口領域５８５の内側に位置していない場合、バケット５１５はベッセル５２５の上方に位置していないと判定し、図１３のフローチャートに示す処理（積込作業処理）を終了する。

＜ステップＳ１４３０＞
ステップＳ１４３０において、データ処理装置１２０は、ベッセル残容量Ｒｖｅがバケット内土量Ｖｂｋ以上であるか否かを判定する。記憶部２５０に記憶されているベッセル残容量Ｒｖｅは、ベッセル容量Ｃｖｅと、記憶部２５０に記憶されているベッセル内土量Ｖｖｅとの差分値（Ｒｖｅ＝Ｃｖｅ－Ｖｖｅ）に相当する。ベッセル容量Ｃｖｅは、ステップＳ３２０（図７参照）で取得されるダンプトラック１０１Ｂの作業条件データに含まれている。ベッセル内土量Ｖｖｅは、本演算サイクルより前の積込作業処理における土量更新処理（ステップＳ１４４０）で算出され、記憶部２５０に記憶される。

ステップＳ１４３０において、ベッセル残容量Ｒｖｅがバケット内土量Ｖｂｋ以上であると判定されるとステップＳ１４４０に進み、ベッセル残容量Ｒｖｅがバケット内土量Ｖｂｋ未満であると判定されると、図１３のフローチャートに示す処理（積込作業処理）を終了する。

＜ステップＳ１４４０＞
ステップＳ１４４０において、データ処理装置１２０は、記憶部２５０に記憶されているバケット内土量Ｖｂｋおよびベッセル内土量Ｖｖｅを更新する土量更新処理を実行する。データ処理装置１２０は、バケット内土量Ｖｂｋをベッセル内土量Ｖｖｅに加算し、その演算結果を新たなベッセル内土量Ｖｖｅとして記憶部２５０に記憶する。また、データ処理装置１２０は、バケット内土量Ｖｂｋを０（ゼロ）として記憶部２５０に記憶する。土量更新処理（ステップＳ１４４０）が終了すると、図１３のフローチャートに示す処理（積込作業処理）が終了する。

以上のように、積込作業処理において、データ処理装置１２０は、油圧ショベル１０１Ａのバケット５１５の真下にダンプトラック１０１Ｂのベッセル開口領域５８５が存在するときに、バケット内土量Ｖｂｋをダンプトラック１０１Ｂのベッセル内土量Ｖｖｅに加算する。

［整地作業処理］
図１５および図１６を参照して、データ処理装置１２０により実行される整地作業処理（図８のステップＳ８５０）の一例について説明する。図１５は、データ処理装置１２０により実行される整地作業処理の一例について示すフローチャートであり、図１６は、整地作業処理の内容について示す図である。

整地作業とは、油圧ショベル１０１Ａが走行することにより、ブレード５１９ａによって土を移動させる作業である。データ処理装置１２０は、取得した油圧ショベル１０１Ａの作業内容が整地作業を表すデータである場合、ブレード５１９ａの軌跡と作業現場のグリッド地形データ４１０との干渉領域に基づいて干渉領域内の作業現場のグリッド地形データ４１０の変化を計算する。データ処理装置１２０は、干渉領域内の地形データの変化に基づいてブレード５１９ａによって移動した土の量を計算し、ブレード５１９ａによって移動した土の量に基づいて走行体５１８の進行方向の地形データの変化を計算する。以下、整地作業処理の一連の処理について詳しく説明する。

＜ステップＳ１６００＞
ステップＳ１６００において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３２０（図７参照）で取得した作業条件データおよびステップＳ３３０（図７参照）で取得した動作指令に基づいて、現場座標系におけるブレード先端位置座標（点Ｂｌ１，Ｂｌ２の座標）を算出する。データ処理装置１２０は、作業条件データに含まれるブレード先端計算データと、動作指令に含まれる油圧ショベル１０１Ａの位置データおよび姿勢データに基づいて、油圧ショベル１０１Ａのブレード先端位置座標（点Ｂｌ１，Ｂｌ２の座標）を算出する。データ処理装置１２０は、ブレード先端位置座標の算出処理（ステップＳ１６００）を完了すると、ステップＳ１６１０へ進む。

＜Ｓ１６１０＞
ステップＳ１６１０において、データ処理装置１２０は、本演算サイクルよりも前の演算サイクルのステップＳ１６００で算出されたブレード先端位置座標（前回値）が記憶部２５０に記憶されているか否かを判定する。なお、本演算サイクルよりも前の演算サイクルのステップＳ１６００で算出されたブレード先端位置座標（前回値）は、ステップＳ１６９０において記憶部２５０に記憶される。データ処理装置１２０は、ブレード先端位置座標（前回値）が記憶部２５０に記憶されていると判定するとステップＳ１６２０へ進み、ブレード先端位置座標（前回値）が記憶部２５０に記憶されていないと判定するとステップＳ１６９０へ進む。

動作検証用データの出力処理が開始されてから初めてステップＳ１６１０が実行された場合、ブレード先端位置座標（前回値）が記憶部２５０に記憶されていない。このため、データ処理装置１２０は、ステップＳ１６１０において否定判定を行い、ステップＳ１６９０へ進む。ブレード先端位置座標（前回値）が記憶部２５０に記憶されていない場合、記憶部２５０におけるブレード先端位置座標の保存領域に、例えば、０（ゼロ）またはＮＵＬＬ値が記憶されている。

＜Ｓ１６２０＞
ステップＳ１６２０において、データ処理装置１２０は、本演算サイクルのステップＳ１６００で算出されたブレード先端位置座標（今回値）に基づいて、現場座標系のＥＮ平面からのＨ軸方向のブレード５１９ａの高さ（以下、ブレード高さと記す）Ｈｂｌを算出する。ブレード高さＨｂｌは、ブレード先端位置のＨ座標に相当する。データ処理装置１２０は、算出したブレード高さＨｂｌとグリッド高さＨｇとを比較し、ブレード高さＨｂｌがグリッド高さＨｇ未満であるか否かを判定する。

なお、本実施形態では、ブレード高さＨｂｌは、図１６に示すように、ＥＮ平面からブレード５１９ａの代表点Ｐｂｌまでの高さである。すなわち、ブレード高さＨｂｌは、ブレード５１９ａの代表点ＰｂｌのＨ座標に相当する。ブレード５１９ａの代表点Ｐｂｌは、点Ｂｌ１と点Ｂｌ２とを結ぶ直線の中点、すなわちブレード先端部の中心点である。また、ブレード高さＨｂｌと比較されるグリッド高さＨｇは、ブレード５１９ａの代表点Ｐｂｌと同じＥ座標およびＮ座標に存在するグリッド要素のＨ座標に相当する。

図１５に示すように、ステップＳ１６２０において、データ処理装置１２０は、ブレード高さＨｂｌがグリッド高さＨｇ未満である場合、ブレード５１９ａが地形データに干渉すると判定してステップＳ１６３０へ進む。ステップＳ１６２０において、データ処理装置１２０は、ブレード高さＨｂｌがグリッド高さＨｇ以上である場合、ブレード５１９ａが地形データに干渉しないと判定してステップＳ１６９０へ進む。このように、ステップＳ１６２０の処理は、ブレード５１９ａがグリッド地形データ４１０に干渉するか否かを判定する干渉判定処理である。

＜Ｓ１６３０＞
ステップＳ１６３０において、データ処理装置１２０は、整地領域９４０を作成する整地領域作成処理を実行する。データ処理装置１２０は、図１６に示すように、ブレード先端位置座標の前回値（点Ｂｌ１０，Ｂｌ２０）と今回値（点Ｂｌ１１，Ｂｌ２１）の４つの位置を頂点とする矩形状のブレード先端軌跡を整地領域９４０として算出する。整地領域９４０は、ブレード先端軌跡と地形データとの干渉領域である。図１５に示すように、データ処理装置１２０は、整地領域作成処理（ステップＳ１６３０）を完了すると、ステップＳ１６４０へ進む。

＜Ｓ１６４０＞
ステップＳ１６４０において、データ処理装置１２０は、整地領域９４０内のグリッド地形データ４１０を更新する地形データ更新処理を実行する。データ処理装置１２０は、ステップＳ１６３０にて算出された整地領域９４０に含まれる各グリッド要素の中心軸上において、グリッド高さＨｇとブレード高さＨｂｌとを比較する。グリッド要素の中心軸上のブレード高さＨｂｌとは、グリッド要素の中心軸と整地領域９４０との交点のＨ座標に相当する。

図１６に示すように、データ処理装置１２０は、整地領域９４０内の各グリッド要素において、ブレード高さＨｂｌよりも大きい値のグリッド高さＨｇをブレード高さＨｂｌに更新（変更）する。これにより、整地領域９４０において、整地作業によって変形した後の地形データが生成され、変形後の地形データが最新の地形データとして記憶部２５０に記憶され、地形データ更新処理が完了する。図１５に示すように、データ処理装置１２０は、地形データ更新処理（ステップＳ１６４０）を完了すると、ステップＳ１６５０へ進む。

＜ステップＳ１６５０＞
ステップＳ１６５０において、データ処理装置１２０は、整地土量を計算する整地土量計算処理を実行する。データ処理装置１２０は、ステップＳ１６４０にて算出された整地領域９４０内の変形後の地形データと、ステップ１６４０が実行される前（すなわち変形前）の地形データとを比較し、その差分値に基づいて、整地作業により移動した土の量である整地土量Ａｌを算出する。なお、整地土量Ａｌは、例えば、グリッド要素のＥ軸方向の幅×グリッド要素のＮ軸方向の幅×グリッド高さＨｇの地形変形前後の差分値を、整地領域９４０内の各グリッド要素に対して演算し、それらすべてを積算することにより得られる。データ処理装置１２０は、整地土量計算処理（ステップＳ１６５０）を完了すると、ステップＳ１６６０へ進む。

＜ステップＳ１６６０＞
ステップＳ１６６０において、データ処理装置１２０は、放土領域９５０を作成する放土領域作成処理を実行する。データ処理装置１２０は、図１６に示すように、ステップＳ１６３０にて作成された整地領域９４０と同じ幅（すなわちブレード幅Ｗｂｌ）および同じ長さＤｂｌの放土領域９５０を作成する。放土領域９５０は、ブレード５１９ａの先端を起点として、長さＤｂｌだけ走行体５１８の進行方向（前進方向）に延在するように設定される。図１５に示すように、データ処理装置１２０は、放土領域作成処理（ステップＳ１６６０）を完了すると、ステップＳ１６７０へ進む。

＜ステップＳ１６７０＞
ステップＳ１６７０において、データ処理装置１２０は、整地作業により放土領域９５０に放土される土の高さである放土高さＨｌｖを算出する。データ処理装置１２０は、ステップＳ１６５０で算出された整地土量Ａｌを、ステップＳ１６６０で作成された放土領域９５０の面積で割ることにより、放土高さＨｌｖを算出し、ステップＳ１６８０へ進む。

＜ステップＳ１６８０＞
ステップＳ１６８０において、データ処理装置１２０は、放土領域９５０内のグリッド地形データ４１０を更新する地形データ更新処理を実行する。図１６に示すように、データ処理装置１２０は、ステップＳ１６６０にて作成された放土領域９５０に含まれるすべてのグリッド要素のグリッド高さＨｇにステップＳ１６７０で算出した放土高さＨｌｖを加算する。

これにより、放土領域９５０において、整地作業によって変形した後の地形データが生成され、変形後の地形データが最新の地形データとして記憶部２５０に記憶され、地形データ更新処理が完了する。図１５に示すように、データ処理装置１２０は、地形データ更新処理（ステップＳ１６８０）を完了すると、ステップＳ１６９０へ進む。

＜ステップＳ１６９０＞
ステップＳ１６９０において、データ処理装置１２０は、記憶部２５０に記憶されているブレード先端位置座標（前回値）をステップＳ１６００で算出されたブレード先端位置座標（今回値）に書き換えるブレード先端位置更新処理を実行し、図１５のフローチャートに示す処理（整地作業処理）を終了する。

以上のように、整地作業処理において、データ処理装置１２０は、ブレード先端軌跡とグリッド地形データ４１０の干渉領域（整地領域９４０）内のグリッド高さＨｇをブレードＨｂｌに更新することでグリッド地形データ４１０を変化させる。データ処理装置１２０は、地形変化前後の整地領域９４０内のグリッド高さＨｇに基づいて、整地作業により移動した土の量である整地土量Ａｌを算出する。データ処理装置１２０は、走行体５１８の進行方向に整地領域９４０と同形状の放土領域９５０を作成し、整地土量Ａｌと放土領域９５０の面積から算出される放土高さＨｌｖを放土領域９５０に加算することで、放土領域９５０におけるグリッド地形データ４１０を変化させる。

［転圧作業処理］
図１７および図１８を参照して、データ処理装置１２０により実行される転圧作業処理（図８のステップＳ８６０）の一例について説明する。図１７は、データ処理装置１２０により実行される転圧作業処理の一例について示すフローチャートであり、図１８は、転圧作業処理の内容について示す図である。

転圧作業とは、油圧ショベル１０１Ａが走行することにより、油圧ショベル１０１Ａの自重により走行面を押圧する作業である。データ処理装置１２０は、取得した作業内容データが転圧作業を表すデータである場合、走行体５１８の軌跡に基づいて作業現場のグリッド地形データ４１０の変化を計算する。以下、転圧作業処理の一連の処理について詳しく説明する。

＜ステップＳ１８１０＞
ステップＳ１８１０において、データ処理装置１２０は、ステップＳ３２０（図７参照）で取得した作業条件データおよびステップＳ３３０（図７参照）で取得した動作指令に基づいて、現場座標系における走行体位置座標（点Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４の座標）を算出する。データ処理装置１２０は、作業条件データに含まれる油圧ショベル１０１Ａのフットプリント計算データと、動作指令に含まれる油圧ショベル１０１Ａの位置データおよび姿勢データに基づいて、油圧ショベル１０１Ａの走行体位置座標（点Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４）を算出する。データ処理装置１２０は、走行体位置座標の算出処理（ステップＳ１８１０）を完了すると、ステップＳ１８２０へ進む。

＜ステップＳ１８２０＞
ステップＳ１８２０において、データ処理装置１２０は、走行体５１８が移動したか否かを判定する。データ処理装置１２０は、本演算サイクルよりも前の演算サイクルのステップＳ１８１０で算出された走行体位置座標（前回値）と本演算サイクルのステップＳ１８１０で算出された走行体位置座標（今回値）とが異なる値であるか否かを判定する。なお、本演算サイクルよりも前の演算サイクルのステップＳ１８１０で算出された走行体位置座標（前回値）は、ステップＳ１８５０において記憶部２５０に記憶される。

ステップＳ１８２０において、走行体位置座標の前回値と今回値とが異なる値である場合、データ処理装置１２０は、走行体５１８が移動したと判定してステップＳ１８３０へ進む。ステップＳ１８２０において、走行体位置座標の前回値と今回値とが同じ値である場合、データ処理装置１２０は、走行体５１８は移動していないと判定してステップＳ１８５０へ進む。

＜ステップＳ１８３０＞
ステップＳ１８３０において、データ処理装置１２０は、フットプリント領域９３０を作成するフットプリント領域作成処理を実行する。データ処理装置１２０は、図１８に示すように、走行体位置座標の前回値（点Ｆｓ３０，Ｆｓ４０）と今回値（点Ｆｓ３１，Ｆｓ４１）の４つの位置を頂点とする矩形状の走行体後端軌跡をフットプリント領域９３０として算出する。図１７に示すように、データ処理装置１２０は、フットプリント領域作成処理（ステップＳ１８３０）を完了すると、ステップＳ１８４０へ進む。

＜ステップＳ１８４０＞
ステップＳ１８４０において、データ処理装置１２０は、フットプリント領域９３０内のグリッド地形データ４１０を更新する地形データ更新処理を実行する。データ処理装置１２０は、ステップＳ１８３０にて算出されたフットプリント領域９３０に含まれる各グリッド要素のグリッド高さＨｇを、作業条件データに含まれる沈み値Ｈｃｐ分だけ低くする。これにより、フットプリント領域９３０において、転圧作業によって変形した後の地形データが生成され、変形後の地形データが最新の地形データとして記憶部２５０に記憶され、地形データ更新処理が完了する。図１７に示すように、データ処理装置１２０は、地形データ更新処理（ステップＳ１８４０）を完了すると、ステップＳ１８５０へ進む。

＜ステップＳ１８５０＞
ステップＳ１８５０において、データ処理装置１２０は、記憶部２５０に記憶されている走行体位置座標（前回値）をステップＳ１８１０で算出された走行体位置座標（今回値）に書き換える走行体位置更新処理を実行し、図１７のフローチャートに示す処理（手夏作業処理）を終了する。

以上のように、転圧作業処理において、データ処理装置１２０は、走行体５１８の端軌跡であるフットプリント領域９３０のグリッド高さＨｇを沈み値Ｈｃｐで減算することにより、グリッド地形データ４１０を変化させる。

本実施形態では、油圧ショベル１０１Ａによる掘削作業、放土作業、積込作業、整地作業および転圧作業等の各種作業に応じて、データ処理装置１２０が地形変化計算を行い、その計算結果を出力装置１３０に出力する。なお、ダンプトラック１０１Ｂによる放土作業処理は、油圧ショベル１０１Ａによる放土作業処理と同様であり、ダンプトラック１０１Ｂによる転圧作業処理（運搬作業処理）は、油圧ショベル１０１Ａによる転圧作業処理と同様であるので、説明を省略する。

図４に示すように、出力装置１３０は、データ処理装置１２０からの信号に基づいて、表示画面に作業機械１０１が動作（作業動作、走行動作）する様子、地形データが変化する様子を表示させる。これにより、ユーザは、出力装置１３０の表示画面を閲覧することによって、地形変化を伴った作業機械１０１の動作検証を行うことができる。

ところで、地形変化の計算において、地盤を粒子によりモデル化して解析する粒子モデル解析手法が知られている。しかしながら、粒子モデル解析手法によって作業機械の動作検証を行う場合、地形変化の計算に膨大な時間と費用がかかるおそれがある。これに対して、本実施形態では、作業装置５１１，５１９，５２１の位置および姿勢に基づいて、地形データの変化計算を行うことができる。このため、粒子モデル解析手法に比べて、地形変化の計算にかかる時間および費用を低く抑えることができる。つまり、本実施形態によれば、作業機械の動作検証を効率的に行うことができる。

［活用例］
本実施形態に係る動作検証装置１００は、例えば、汎用の物理シミュレータに接続して活用することもできる。例えば、動作検証装置１００は、作業機械１０１の位置データおよび姿勢データ、地形データを汎用物理シミュレータに出力する。汎用物理シミュレータは、入力されたデータに基づいて、地面と作業機械との接触に伴う作業機械の位置および姿勢の変化計算、および、作業機械同士の接触に伴う作業機械の位置および姿勢の変化計算を行い、その計算結果を動作検証装置１００に出力する。また、汎用物理シミュレータは、開発中の自動運転アルゴリズム等を用いて算出された作業機械の位置データおよび姿勢データを動作検証装置１００に出力してもよい。動作検証装置１００は、汎用物理シミュレータからのデータに基づいて、作業機械１０１の位置データおよび姿勢データを補正する。

また、本実施形態に係る動作検証装置１００は、動力学シミュレータに接続して活用することもできる。この場合、動力学シミュレータ内に構築された作業機械１０１の動力学モデルを用いて、作業機械１０１の位置データおよび姿勢データの算出し、その算出結果を動作検証装置１００に出力する。このため、現実の作業現場で作業を行う作業機械の制御に用いる制御パラメータを用いて、地形変化を伴う作業機械１０１の動作の検証が可能となる。

本実施形態に係る動作検証装置１００は、現実の作業現場で作業を行う作業機械１０１の作業条件データ、位置データおよび姿勢データを取得することにより、現実の作業現場で作業を行う作業機械の動作検証を行うこともできる。例えば、作業順序、土の運搬経路の検証を行うことができる。本実施形態に係る動作検証装置１００を用いることで、地形変化を伴う動作検証を行うことができる。このため、例えば、油圧ショベル１０１Ａが掘削作業を行った後に、掘削作業により変形した地形を考慮してダンプトラック１０１Ｂによる効率的な運搬経路についての検討をすることができる。

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）本実施形態に係る作業機械の動作検証装置１００は、仮想の作業現場で作業を行う仮想の作業機械１０１の軌跡の計算処理を実行するデータ処理装置（処理装置）１２０を備えている。作業機械１０１は、走行体５１８および作業装置５１１を有する。データ処理装置１２０は、作業現場の地形データ、および作業機械１０１の動作指令を取得する。データ処理装置１２０は、取得した作業現場の地形データ、および作業機械１０１の動作指令に基づいて、作業装置５１１の軌跡を計算する。データ処理装置１２０は、作業装置５１１の軌跡と作業現場の地形データ（グリッド地形データ４１０）との干渉領域に基づいて作業現場の地形データの変化を計算し、変化後の作業現場の地形データを出力する。

この構成によれば、作業現場の地形データの変化を伴う作業機械１０１の動作の検証が可能となる。つまり、本実施形態によれば、作業機械１０１の動作の検証を適切に行うことができる作業機械の動作検証装置１００を提供することができる。動作検証装置１００によって出力される地形データは、作業機械１０１による作業の順序、および、作業機械１０１の移動経路等の計画に役立てることができる。また、動作検証装置１００によって出力される地形データは、作業機械１０１の大きさ、荷重、作業装置の可動範囲等の開発に役立てることもできる。

（２）油圧ショベル（作業機械）１０１Ａは、土を掘削し、掘削した土を保持可能なバケット５１５を有する。データ処理装置１２０は、油圧ショベル１０１Ａの作業内容を表すデータを取得する。油圧ショベル１０１Ａの作業内容には、掘削作業および放土作業が含まれる。データ処理装置１２０は、取得した作業内容が、掘削作業である場合、バケット５１５の軌跡と作業現場の地形データとの干渉領域（掘削領域９１０）に基づいて作業現場の地形データの変化を計算し、地形データの変化に基づいてバケット５１５内の土の量（バケット内土量Ｖｂｋ）を計算する。データ処理装置１２０は、取得した作業内容が、放土作業である場合、バケット５１５が放土高さに位置しているか否かを判定し、バケット５１５が放土高さに位置していると判定されると、バケット５１５の位置およびバケット５１５内の土の量（バケット内土量Ｖｂｋ）に基づいて、作業現場の地形データの変化を計算する。

本実施形態に係る動作検証装置１００は、掘削作業および放土作業に伴う地形変化を計算することができる。動作検証装置１００は、掘削作業による窪み（切土）、および、放土作業による膨らみ（盛土）を地形データに反映させることができる。このため、ユーザは、掘削領域および放土領域を考慮して、作業機械１０１による作業の順序、作業機械１０１の移動経路の計画を効率よくたてることができる。

（３）油圧ショベル１０１Ａは、走行体５１８を走行させることにより土を移動可能なブレード５１９ａを有する。データ処理装置１２０は、油圧ショベル１０１Ａの作業内容を表すデータを取得する。油圧ショベル１０１Ａの作業内容には、整地作業が含まれる。データ処理装置１２０は、取得した作業内容が、整地作業である場合、ブレード５１９ａの軌跡と作業現場の地形データとの干渉領域（整地領域９４０）に基づいて干渉領域内の作業現場の地形データの変化を計算し、干渉領域内の地形データの変化に基づいてブレード５１９ａによって移動した土の量を計算し、ブレード５１９ａによって移動した土の量に基づいて走行体５１８の進行方向の地形データの変化を計算する。

本実施形態に係る動作検証装置１００は、整地作業に伴う地形変化を計算することができる。動作検証装置１００は、整地作業により移動する土を地形データに反映させることができる。このため、ユーザは、整地領域を考慮して、作業機械１０１よる作業の順序、作業機械１０１の移動経路の計画を効率よくたてることができる。

（４）仮想の作業現場には、仮想の複数の作業機械１０１が存在する。複数の作業機械１０１には、土を掘削し、掘削した土を保持可能なバケット５１５を有する多関節型の作業装置５１１を備えた掘削作業機械である油圧ショベル１０１Ａと、土を保持可能なベッセル５２５を備えた運搬作業機械であるダンプトラック１０１Ｂとが含まれる。データ処理装置１２０は、油圧ショベル１０１Ａの作業内容を表すデータを取得する。油圧ショベル１０１Ａの作業内容には、掘削作業、放土作業、および、積込作業が含まれる。

データ処理装置１２０は、取得した油圧ショベル１０１Ａの作業内容が、掘削作業である場合、バケット５１５の軌跡と作業現場の地形データとの干渉領域（掘削領域９１０）に基づいて作業現場の地形データの変化を計算し、地形データの変化に基づいてバケット５１５内の土の量（バケット内土量Ｖｂｋ）を計算する。データ処理装置１２０は、取得した油圧ショベル１０１Ａの作業内容が、放土作業である場合、バケット５１５が放土高さに位置しているか否かを判定し、バケット５１５が放土高さに位置していると判定されると、バケット５１５の位置およびバケット５１５内の土の量（バケット内土量Ｖｂｋ）に基づいて、作業現場の地形データの変化を計算する。データ処理装置１２０は、取得した油圧ショベル１０１Ａの作業内容が、積込作業である場合、バケット５１５がダンプトラック１０１Ｂのベッセル５２５の上方に位置しているか否かを判定し、バケット５１５がベッセル５２５の上方に位置していると判定されると、バケット５１５内の土の量（バケット内土量Ｖｂｋ）に基づいて、ベッセル５２５内の土の量（ベッセル内土量Ｖｖｅ）を計算する。

本実施形態に係る動作検証装置１００は、掘削作業、放土作業および積込作業に伴う地形変化を計算することができる。動作検証装置１００は、掘削作業による窪み（切土）、および、放土作業による膨らみ（盛土）を地形データに反映させることができる。このため、ユーザは、掘削領域および放土領域を考慮して、作業機械１０１による作業の順序、作業機械１０１の移動経路の計画を効率よくたてることができる。さらに、ユーザは、積込作業に伴う油圧ショベル１０１Ａからダンプトラック１０１Ｂへの土の移動量を考慮して、掘削、積込作業の効率を向上させるための作業計画を効率よくたてることができる。

＜第２実施形態＞
図１９から図２４を参照して、第２実施形態に係る作業機械の動作検証装置１００Ｂについて説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。

第１実施形態では、データ処理装置１２０が取得する動作指令としての油圧ショベル１０１Ａの位置データには、ショベル基準座標系の原点Ｏの位置座標（Ｅｓ，Ｎｓ，Ｈｓ）が含まれていた。また、第１実施形態では、データ処理装置１２０が取得する動作指令としてのダンプトラック１０１Ｂの位置データには、トラック基準座標系の原点Ｏの位置座標（Ｅｄ，Ｎｄ，Ｈｄ）が含まれていた。これに対して、第２実施形態では、データ処理装置１２０Ｂが取得する動作指令としての油圧ショベル１０１Ａの位置データには、ショベル基準座標系の原点ＯのＥ座標（Ｅｓ）およびＮ座標（Ｎｓ）は含まれるが、Ｈ座標（Ｈｓ）は含まれていない。また、第２実施形態では、データ処理装置１２０Ｂが取得する動作指令としてのダンプトラック１０１Ｂの位置データには、トラック基準座標系の原点ＯのＥ座標（Ｅｄ）およびＮ座標（Ｎｄ）は含まれが、Ｈ座標（Ｈｄ）は含まれていない。

第１実施形態では、データ処理装置１２０が取得する動作指令としての作業機械１０１の姿勢データには、走行体５１８，５２８の姿勢データ（ロール角度Θｒｏｌｌ、ピッチ角度Θｐｉｔｃｈ、およびヨー角度Θｙａｗ）が含まれていた。これに対して、第２実施形態に係るデータ処理装置１２０Ｂが取得する動作指令としての作業機械１０１の姿勢データには、ロール角度Θｒｏｌｌ、ピッチ角度Θｐｔｉｃｈ、およびヨー角度Θｙａｗが含まれていない。第２実施形態では、データ処理装置１２０Ｂが取得する動作指令としての作業機械１０１の走行体５１８，５２８の姿勢データには、現場座標系における作業機械１０１の向きを表す情報（以下、方位データとも記す）が含まれる。

第２実施形態に係る動作検証装置１００Ｂのデータ処理装置１２０Ｂは、走行体５１８，５２８の平面位置座標、方位データ、およびグリッド地形データ４１０に基づいて作業機械１０１の姿勢（ロール角度Θｒｏｌｌ、ピッチ角度Θｐｉｔｃｈ、およびヨー角度Θｙａｗ）を計算し、その計算結果を出力装置１３０の表示画面に表示させる。以下、詳しく説明する。

［機能ブロック］
図１９は、第２実施形態に係る動作検証装置１００Ｂの一例を示す機能ブロック図である。第２実施形態に係る動作検証装置１００Ｂのデータ処理装置１２０Ｂは、動作指令および地形データに基づいて作業機械１０１の姿勢を計算する姿勢演算部２８０および、姿勢演算部２８０により計算された作業機械１０１の姿勢が転倒姿勢であるか否かを判定する転倒姿勢判定部２９０として機能する。姿勢演算部２８０および転倒姿勢判定部２９０の機能はプロセッサ１６０によって発揮される。

動作指令取得部２３０は、入力装置１４０から演算サイクル毎に作業機械１０１の動作指令を取得し、作業機械１０１の位置データおよび作業装置５１１の姿勢データを更新する。油圧ショベル１０１Ａの位置データには、ショベル基準座標系の原点Ｏの現場座標系における平面位置座標（Ｅｓ，Ｎｓ）が含まれる。油圧ショベル１０１Ａの動作指令には、作業装置５１１の各関節角度（Θｂｍ，Θａｍ，Θｂｋ）およびブレード高さＨｂｌが含まれる。ダンプトラック１０１Ｂの位置データには、トラック基準座標系の原点Ｏの現場座標系における平面位置座標（Ｅｄ，Ｎｄ）が含まれる。

姿勢演算部２８０は、動作指令取得部２３０で取得された油圧ショベル１０１Ａの平面位置座標（Ｅｓ，Ｎｓ）および方位データに基づいてフットプリント領域９３１を計算し、フットプリント領域９３１内の複数のグリッド要素のグリッド高さＨｇに基づいて油圧ショベル１０１Ａの姿勢を演算する。姿勢演算部２８０は、動作指令取得部２３０で取得されたダンプトラック１０１Ｂの平面位置座標（Ｅｄ，Ｎｄ）および方位データに基づいてフットプリント領域を計算し、フットプリント領域内の複数のグリッド要素のグリッド高さＨｇに基づいてダンプトラック１０１Ｂの姿勢を演算する。

図２０は、作業機械１０１の姿勢の演算方法について説明する図である。油圧ショベル１０１Ａの姿勢の演算方法と、ダンプトラック１０１Ｂの姿勢の演算方法とは同様の方法である。このため、油圧ショベル１０１Ａの姿勢の演算方法を代表して説明する。

姿勢演算部２８０は、作業条件取得部２２０が取得したフットプリント計算データと、動作指令取得部２３０が取得した油圧ショベル１０１Ａの平面位置座標および方位データに基づいて、点Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４で規定される矩形平面状のフットプリント領域９３１を作成する。姿勢演算部２８０は、フットプリント領域９３１内の複数のグリッド要素のＥ座標、Ｎ座標およびＨ座標で表される位置座標に基づいて、フットプリント領域９３１内の地形データの地表面の法線ベクトルｎを演算する。

法線ベクトルｎは、例えば、以下のようにして演算される。姿勢演算部２８０は、点Ｆｓ１の平面位置座標にあるグリッド要素の位置座標（Ｅｇ，Ｎｇ）およびグリッド高さＨｇで表される点を第１地点Ｐｇ１、点Ｆｓ２の平面位置座標にあるグリッド要素の位置座標（Ｅｇ，Ｎｇ）およびグリッド高さＨｇで表される点を第２地点Ｐｇ２、点Ｆｓ３の平面位置座標にあるグリッド要素の位置座標（Ｅｇ，Ｎｇ）およびグリッド高さＨｇで表される点を第３地点Ｐｇ３、点Ｆｓ４の平面位置座標にあるグリッド要素の位置座標（Ｅｇ，Ｎｇ）およびグリッド高さＨｇで表される点を第４地点Ｐｇ４として設定する。

姿勢演算部２８０は、地点Ｐｇ１と地点Ｐｇ２とを結ぶベクトルであるベクトルＶ１と、地点Ｐｇ１と地点Ｐｇ３とを結ぶベクトルであるベクトルＶ２との外積から、地点Ｐｇ１，Ｐｇ２，Ｐｇ３を含む平面に垂直な法線ベクトルｎを算出する。

姿勢演算部２８０は、算出された法線ベクトルｎがフットプリント領域９３１の法線ベクトルと一致するように走行体５１８の姿勢（ピッチ角度Θｐｉｔｃｈ、ロール角度Θｒｏｌｌ、およびヨー角度Θｙａｗ）を算出する。また、姿勢演算部２８０は、地点Ｐｇ１，Ｐｇ２，Ｐｇ３，Ｐｇ４によって規定される平面領域９３２内の各グリッド要素のグリッド高さＨｇの平均値Ｈｇａを算出する。姿勢演算部２８０は、グリッド高さＨｇの平均値Ｈｇａが、フットプリント領域９３１の中心位置のＨ座標と一致するように作業機械１０１の高さ（Ｈ座標）を算出する。

本実施形態では、ピッチ角度Θｐｉｔｃｈおよびロール角度Θｒｏｌｌは、ＥＮ平面（水平面）に作業機械１０１が接地している基準姿勢のときに０度となる。ピッチ角度Θｐｉｔｃｈは、作業機械１０１が前傾姿勢のときに負の値となり、作業機械１０１が後傾姿勢のときに正の値となる。ロール角度Θｒｏｌｌは、作業機械１０１が左に傾くと負の値となり、作業機械１０１が右に傾くと正の値となる。

図１９に示す作業条件取得部２２０は、作業機械１０１が転倒姿勢であるか否かの判定に用いる運用可能姿勢データを入力装置１４０から取得する。運用可能姿勢データは、作業条件データのうちの一つである。運用可能姿勢データには、作業機械１０１を安定して運用可能なピッチ角度の最小値Θｐｉｔｃｈ＿ｍｉｎおよび最大値Θｐｉｔｃｈ＿ｍａｘ、作業機械１０１を安定して運用可能なロール角度の最小値Θｒｏｌｌ＿ｍｉｎおよび最大値Θｒｏｌｌ＿ｍａｘが含まれる。

転倒姿勢判定部２９０は、運用可能姿勢データに含まれるピッチ角度の最小値Θｐｉｔｃｈ＿ｍｉｎおよび最大値Θｐｉｔｃｈ＿ｍａｘにより、第１の安定角度範囲を規定する。第１の安定角度範囲は、Θｐｉｔｃｈ＿ｍｉｎ以上、Θｐｉｔｉｃｈ＿ｍａｘ以下の範囲である。転倒姿勢判定部２９０は、運用可能姿勢データに含まれるロール角度の最小値Θｒｏｌｌ＿ｍｉｎおよび最大値Θｒｏｌｌ＿ｍａｘにより、第２の安定角度範囲を規定する。第２の安定角度範囲は、Θｒｏｌｌ＿ｍｉｎ以上、Θｒｏｌｌ＿ｍａｘ以下の範囲である。

転倒姿勢判定部２９０は、作業機械１０１のピッチ角度Θｐｉｔｃｈが第１の安定角度範囲内にあり、かつ、作業機械１０１のロール角度Θｒｏｌｌが第２の安定角度範囲内にある場合には、作業機械１０１は転倒姿勢でないと判定する。転倒姿勢判定部２９０は、作業機械１０１のピッチ角度Θｐｉｔｃｈが第１の安定角度範囲外にある場合、あるいは、作業機械１０１のロール角度Θｒｏｌｌが第２の安定角度範囲外にある場合には、作業機械１０１は転倒姿勢であると判定する。

［処理フロー］
図２１は、図７と同様の図であり、データ処理装置１２０Ｂにより実行される動作検証用データの出力処理の一例について示すフローチャートである。図２１のフローチャートには、図７のフローチャートのステップＳ３３０とステップＳ３４０の間に姿勢演算処理（ステップＳ３３５）が追加され、図７のフローチャートのステップＳ３４０とステップＳ３５０の間に転倒姿勢判定処理（ステップＳ３４５）が追加されている。

ステップＳ３３０において、データ処理装置１２０Ｂは、動作指令を取得すると、ステップＳ３３５へ進み、姿勢演算処理を実行する。データ処理装置１２０Ｂは、姿勢演算処理（ステップＳ３３５）を完了するとステップＳ３４０へ進み、地形変化計算処理を実行する。データ処理装置１２０Ｂは、地形変化計算処理（ステップＳ３４０）を完了すると、ステップＳ３４５へ進み、転倒姿勢判定処理を実行する。データ処理装置１２０Ｂは、転倒姿勢判定処理（ステップＳ３４５）を完了すると、ステップＳ３５０へ進み、結果出力処理を実行する。

［姿勢演算処理］
図２２は、姿勢演算部２８０として機能するデータ処理装置１２０Ｂにより実行される姿勢演算処理の一例について示すフローチャートである。姿勢演算処理は、仮想の作業現場に存在する油圧ショベル１０１Ａおよびダンプトラック１０１Ｂのそれぞれに対して実行される。油圧ショベル１０１Ａに対する姿勢演算処理は、ダンプトラック１０１Ｂに対する姿勢演算処理と同様である。このため、以下では、油圧ショベル１０１Ａに対する姿勢演算処理を代表して説明する。

＜ステップＳ６１０＞
姿勢演算処理（図２１のステップＳ３３５）が開始されると、ステップＳ６１０において、データ処理装置１２０Ｂは、ステップＳ３２０（図２１参照）で取得した作業条件データおよびステップＳ３３０（図２１参照）で取得した動作指令に基づいて、現場座標系における走行体位置座標（点Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４の座標）を算出する。データ処理装置１２０Ｂは、作業条件データに含まれる油圧ショベル１０１Ａのフットプリント計算データと、動作指令に含まれる油圧ショベル１０１Ａの位置データ（平面位置座標）および姿勢データ（方位データ）に基づいて、油圧ショベル１０１Ａの走行体位置座標（点Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４）を算出する。データ処理装置１２０Ｂは、走行体位置座標の算出処理（ステップＳ６１０）を完了すると、ステップＳ６２０へ進む。

＜ステップＳ６２０＞
ステップＳ６２０において、データ処理装置１２０Ｂは、走行体位置座標（点Ｆｓ１，Ｆｓ２，Ｆｓ３，Ｆｓ４）の直下のグリッド地形データ４１０の地表面上の地点Ｐｇ１，Ｐｇ２，Ｐｇ３，Ｐｇ４によって規定される平面領域９３２の法線ベクトルｎを算出する。データ処理装置１２０Ｂは、平面領域９３２の法線ベクトルｎに基づいて、油圧ショベル１０１Ａの高さデータ（Ｈ座標）および油圧ショベル１０１Ａの走行体５１８の姿勢データ（ピッチ角度Θｐｉｔｃｈ、ロール角度Θｒｏｌｌおよびヨー角度Θｙａｗ）を算出する。データ処理装置１２０Ｂは、記憶部２５０に記憶されている油圧ショベル１０１Ａの高さデータおよび走行体５１８の姿勢データを更新する。データ処理装置１２０Ｂは、油圧ショベル１０１Ａの高さおよび走行体５１８の姿勢データの算出処理（ステップＳ６２０）を完了すると、図２２のフローチャートに示す処理を終了し、図２１のステップ３４０へ進む。

［転倒姿勢判定処理］
図２３は、転倒姿勢判定部２９０として機能するデータ処理装置１２０Ｂにより実行される転倒姿勢判定処理の一例について示すフローチャートである。転倒姿勢判定処理は、仮想の作業現場に存在する油圧ショベル１０１Ａおよびダンプトラック１０１Ｂのそれぞれに対して実行される。油圧ショベル１０１Ａに対する転倒姿勢判定処理は、ダンプトラック１０１Ｂに対する転倒姿勢判定処理と同様である。このため、以下では、油圧ショベル１０１Ａに対する転倒姿勢判定処理を代表して説明する。

＜ステップＳ２３１０＞
転倒姿勢判定処理（図２１のステップＳ３４５）が開始されると、ステップＳ２３１０において、データ処理装置１２０Ｂは、油圧ショベル１０１Ａの姿勢が転倒姿勢であるか否かを判定する。データ処理装置１２０Ｂは、油圧ショベル１０１Ａが転倒姿勢であると判定するとステップＳ２３２０へ進み、油圧ショベル１０１Ａが転倒姿勢でないと判定するとステップＳ２３３０へ進む。

＜ステップＳ２３２０＞
ステップＳ２３２０において、データ処理装置１２０Ｂは、転倒姿勢フラグをオン（Ｆ＝１）に設定し、図２３のフローチャートに示す処理を終了し、図２１のステップＳ３５０へ進む。

＜ステップＳ２３３０＞
ステップＳ２３３０において、データ処理装置１２０Ｂは、転倒姿勢フラグをオフ（Ｆ＝０）に設定し、図２３のフローチャートに示す処理を終了し、図２１のステップＳ３５０へ進む。

＜ステップＳ３５０＞
図２１に示すように、ステップＳ３５０において、データ処理装置１２０Ｂは、地形データだけでなく、作業機械１０１に関連付けて記憶された転倒姿勢フラグの情報を出力装置１３０に出力する。出力装置１３０は、転倒姿勢フラグがオンに設定されている作業機械１０１については、転倒姿勢であることを表す情報を表示画面に表示させる。

図２４は、第２実施形態に係る動作検証装置１００Ｂの出力装置１３０の出力結果の一例について示す図である。図２４に示すように、出力装置１３０は、入力された転倒姿勢フラグの情報に基づいて、作業機械１０１が転倒姿勢にあることを表す情報を表示画面に表示させる。出力装置１３０の表示画面には、作業機械１０１の情報表示領域１３１が表示される。出力装置１３０は、情報表示領域１３１に、時刻（演算ステップ番号）と、作業機械１０１を識別するための識別情報と、作業機械１０１が転倒姿勢であるか否かを表す情報を表示する。

図２４に示す例では、情報表示領域１３１に時刻（演算ステップ番号）を表す「１００」が表示され、情報表示領域１３１に識別情報を表す「ショベルＮｏ．１、ショベルＮｏ．２、トラックＮｏ．１」が表示されている。また、図２４に示す例では、情報表示領域１３１にショベルＮｏ．１が転倒姿勢であることを表す「転倒姿勢」が表示され、ショベルＮｏ．２およびトラックＮｏ．１が転倒姿勢でないことを表す「－」が表示されている。転倒姿勢であるか否かを表す情報は、文字により表示する場合に限らない。出力装置１３０は、転倒姿勢であることを表すマークを表示画面に表示させてもよい。また、出力装置１３０は、転倒姿勢である作業機械１０１の色を、転倒姿勢でないときの色とは異なる色で表示してもよい。

第２実施形態に係る動作検証装置１００Ｂによれば、第１実施形態に係る動作検証装置１００と同様の作用効果に加え、次の作用効果を奏する。

（５）データ処理装置１２０Ｂは、グリッド地形データ（地形データ）４１０と作業機械１０１の位置に基づいて、作業機械１０１の姿勢を計算する。出力装置１３０の表示画面には、演算サイクル毎に変化する地形データに応じて作業機械１０１の姿勢が変化する。これにより、作業機械１０１による作業の順序、および、作業機械１０１の移動経路等の計画をより適切にたてることができる。

（６）データ処理装置１２０Ｂは、作業機械１０１の姿勢が転倒姿勢であるか否かを判定し、その判定結果を出力する。これにより、作業機械１０１の姿勢が転倒姿勢にならないように、作業機械１０１による作業の順序、および、作業機械１０１の移動経路等の計画を行うことができる。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成同士を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせることも可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態では、出力装置１３０が表示装置であり、動作検証装置１００，１００Ｂから演算サイクル毎に出力されるデータに基づいて、出力装置１３０の表示画面の情報が変化する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。出力装置１３０は、データ処理装置１２０から供給された出力データを処理するデータ処理装置（データ処理装置１２０とは異なるデータ処理装置）であってもよい。この場合、出力制御部２６０は、記憶部２５０が保持している作業機械１０１の位置データおよび姿勢データ、各作業機械１０１の保持する土量データ、転倒姿勢フラグデータ等の処理結果を演算サイクル毎（時系列）のテキスト形式のファイルで出力装置１３０に出力する。また、出力制御部２６０は、グリッド地形データ４１０をグリッドデータのまま、あるいはメッシュデータに変換してから出力装置１３０に出力する。

＜変形例２＞
上記実施形態では、現況地形データ取得部２１０が取得する現況地形データは、３次元ＣＡＤを用いて作成されたメッシュデータである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。現況地形データは、実際の作業現場の上空を無人飛行機、無人ヘリコプター等に搭載されたカメラ、あるいはＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）によって取得されたデータであってもよい。また、現況地形データは、実際の作業現場で稼働している作業機械に取り付けられたカメラ、あるはＬｉＤＡＲによって取得されたデータであってもよい。現況地形データのデータ形式は、メッシュデータの形式に限らず、３次元座標で表される地点の位置データを集めた点群データの形式としてもよい。

＜変形例３＞
油圧ショベル１０１Ａは、上述した構成に限定されない。例えば、油圧ショベル１０１Ａは、ブレード作業装置５１９を備えていなくてもよい。バケット５１５は、１方向だけでなく、２方向あるいは３方向に回動可能な機構（チルト機構およびロータリー機構）を備えていてもよい。

＜変形例４＞
上記実施形態では、データ処理装置１２０が、バケット５１５の代表点Ｐｂｋの高さをバケット高さＨｂｋとして、干渉判定処理（図９のステップＳ１０３０）を実行する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。干渉判定処理（図９のステップＳ１０３０）は、バケット５１５が地形データに干渉しているか否かを判定可能な種々の方法を採用することができる。

例えば、データ処理装置１２０は、ＥＮ平面から点Ｂｋ１までのバケット高さＨｂｋ１と、点Ｂｋ１からＥＮ平面に下した垂線と交差するグリッド要素のグリッド高さＨｇ１とを比較する第１比較処理を実行する。同様に、データ処理装置１２０は、ＥＮ平面から点Ｂｋ２までのバケット高さＨｂｋ２と、点Ｂｋ２からＥＮ平面に下した垂線と交差するグリッド要素のグリッド高さＨｇ２とを比較する第２比較処理を実行する。データ処理装置１２０は、バケット先端位置座標の前回値に基づく第１比較処理、バケット先端位置座標の今回値に基づく第１比較処理、バケット先端位置座標の前回値に基づく第２比較処理、および、バケット先端位置座標の今回値に基づく第２比較処理の４つの比較処理を実行する。

ステップＳ１０３０において、４つの比較処理のうち一つでもバケット高さがグリッド高さ未満であると判定されるとステップＳ１０４０へ進み、４つの比較処理のすべてにおいてバケット高さがグリッド高さ以上であると判定されるとステップＳ１０８０へ進む。

このように、干渉判定処理（ステップＳ１０３０）は、バケット５１５の軌跡の少なくとも一部が、作業現場の地形データ（掘削対象）内に存在するか否かを判定するための処理としてもよい。また、例えば、点Ｂｋ１，Ｂｋ２の前回値を点Ｂｋ１０，Ｂｋ２０とし、点Ｂｋ１，ＢＫ２の今回値を点Ｂｋ１１，Ｂｋ２１としたとき、データ処理装置１２０は、点Ｂｋ１０，Ｂｋ２０，Ｂｋ１１，Ｂｋ２１によって規定される矩形状の平面の高さをバケット高さＨｂｋとし、この平面と同じＥ座標およびＮ座標にあるグリッド地形データ４１０の高さをグリッド高さＨｇとして両者（Ｈｂｋ，Ｈｇ）を比較してもよい。

＜変形例５＞
上記実施形態では、ブレード５１９ａによる整地作業を例に整地作業処理についての説明をしたが、本発明はこれに限定されない。データ処理装置１２０は、法面施工用のバケットによる整地作業に対して整地作業処理を実行することにより、グリッド地形データ４１０の変化を計算してもよい。

＜変形例６＞
上記実施形態では、図１８に示すフットプリント領域９３０が、点Ｆｓ３の前回値Ｆｓ３０、点Ｆｓ４の前回値Ｆｓ４０、点Ｆｓ３の今回値Ｆｓ３１、および、点Ｆｓ４の今回値Ｆｓ４１の４点で規定される矩形状の平面領域である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、左右一対のクローラのそれぞれの軌跡をフットプリント領域としてもよい。この場合、クローラが通過した軌跡が凹むようにグリッド地形データ４１０のグリッド高さＨｇの更新処理が行われる。その結果、出力装置１３０の表示画面には、クローラが通過した部分に轍が表示される。

＜変形例７＞
上記実施形態では、作業機械１０１が、油圧ショベル１０１Ａおよびダンプトラック１０１Ｂである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、作業機械１０１は、ブルドーザー、ホイールローダまたはモーターグレーダでもよい。また、作業機械１０１は、土木作業、建設作業等を行う作業機械だけでなく、地形変化を伴う農作業を行う農業機械でもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００，１００Ｂ…動作検証装置、１０１…作業機械、１０１Ａ…油圧ショベル（掘削作業機械）、１０１Ｂ…ダンプトラック（運搬作業機械）、１２０，１２０Ｂ…データ処理装置（処理装置）、１３０…出力装置、１４０…入力装置、２１０…現況地形データ取得部、２２０…作業条件取得部、２３０…動作指令取得部、２４０…地形制御部、２５０…記憶部、２６０…出力制御部、２７０…入出力部、２８０…姿勢演算部、２９０…転倒姿勢判定部、４００…メッシュ地形データ（地形データ）、４１０…グリッド地形データ（地形データ）、５１１…フロント作業装置（作業装置）、５１５…バケット、５１８…走行体、５１９…ブレード作業装置（作業装置）、５１９ａ…ブレード、５２１…運搬作業装置、５２５…ベッセル、５２８…走行体、９１０…掘削領域（干渉領域）、９２０…放土領域、９３０，９３１…フットプリント領域、９４０…整地領域（干渉領域）、９５０…放土領域

Claims (6)

1. 仮想の作業現場で作業を行う仮想の作業機械の軌跡の計算処理を実行する処理装置を備えた作業機械の動作検証装置であって、
   前記作業機械は、走行体および作業装置を有し、
   前記処理装置は、
   前記作業現場の地形データ、および前記作業機械の動作指令を取得し、
   取得した前記作業現場の地形データ、および前記作業機械の動作指令に基づいて、前記作業装置の軌跡を計算し、
   前記作業装置の軌跡と前記作業現場の地形データとの干渉領域に基づいて前記作業現場の地形データの変化を計算し、変化後の前記作業現場の地形データを出力する、
   ことを特徴とする作業機械の動作検証装置。
2. 請求項１に記載の作業機械の動作検証装置において、
   前記作業機械は、土を掘削し、掘削した土を保持可能なバケットを有し、
   前記処理装置は、前記作業機械の作業内容を表すデータを取得し、
   前記作業機械の作業内容には、掘削作業および放土作業が含まれ、
   前記処理装置は、
   取得した前記作業内容が、前記掘削作業である場合、前記バケットの軌跡と前記作業現場の地形データとの干渉領域に基づいて前記作業現場の地形データの変化を計算し、前記地形データの変化に基づいて前記バケット内の土の量を計算し、
   取得した前記作業内容が、前記放土作業である場合、前記バケットが放土高さに位置しているか否かを判定し、前記バケットが放土高さに位置していると判定されると、前記バケットの位置および前記バケット内の土の量に基づいて、前記作業現場の地形データの変化を計算する、
   ことを特徴とする作業機械の動作検証装置。
3. 請求項１に記載の作業機械の動作検証装置において、
   前記作業機械は、前記走行体を走行させることにより土を移動可能なブレードを有し、
   前記処理装置は、前記作業機械の作業内容を表すデータを取得し、
   前記作業機械の作業内容には、整地作業が含まれ、
   前記処理装置は、
   取得した前記作業内容が、前記整地作業である場合、前記ブレードの軌跡と前記作業現場の地形データとの干渉領域に基づいて前記干渉領域内の前記作業現場の地形データの変化を計算し、前記干渉領域内の地形データの変化に基づいて前記ブレードによって移動した土の量を計算し、前記ブレードによって移動した土の量に基づいて前記走行体の進行方向の地形データの変化を計算する、
   ことを特徴とする作業機械の動作検証装置。
4. 請求項１に記載の作業機械の動作検証装置において、
   仮想の作業現場には、仮想の複数の前記作業機械が存在し、
   前記複数の作業機械には、土を掘削し、掘削した土を保持可能なバケットを有する多関節型の前記作業装置を備えた掘削作業機械と、土を保持可能なベッセルを備えた運搬作業機械とが含まれ、
   前記処理装置は、前記掘削作業機械の作業内容を表すデータを取得し、
   前記掘削作業機械の作業内容には、掘削作業、放土作業、および、積込作業が含まれ、
   前記処理装置は、
   取得した前記掘削作業機械の作業内容が、前記掘削作業である場合、前記バケットの軌跡と前記作業現場の地形データとの干渉領域に基づいて前記作業現場の地形データの変化を計算し、前記地形データの変化に基づいて前記バケット内の土の量を計算し、
   取得した前記掘削作業機械の作業内容が、前記放土作業である場合、前記バケットが放土高さに位置しているか否かを判定し、前記バケットが放土高さに位置していると判定されると、前記バケットの位置および前記バケット内の土の量に基づいて、前記作業現場の地形データの変化を計算し、
   取得した前記掘削作業機械の作業内容が、前記積込作業である場合、前記バケットが前記運搬作業機械の前記ベッセルの上方に位置しているか否かを判定し、前記バケットが前記ベッセルの上方に位置していると判定されると、前記バケット内の土の量に基づいて、前記ベッセル内の土の量を計算する、
   ことを特徴とする作業機械の動作検証装置。
5. 請求項１に記載の作業機械の動作検証装置において、
   前記処理装置は、前記地形データと前記作業機械の位置に基づいて、前記作業機械の姿勢を計算する、
   ことを特徴とする作業機械の動作検証装置。
6. 請求項５に記載の作業機械の動作検証装置において、
   前記処理装置は、前記作業機械の姿勢が転倒姿勢であるか否かを判定し、その判定結果を出力する、
   ことを特徴とする作業機械の動作検証装置。

Images