JP2024047144A - 作業機械の制御システム、作業機械、及び作業機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削対象を所望の形状に施工すること。【解決手段】作業機械の制御システムは、作業機械の掘削対象に設定される複数の設計面を記憶する施工データ記憶部と、複数の設計面の中から指定された掘削対象の法面の目標形状を示す目標施工面を拡張した拡張面を法肩方向及び法尻方向のそれぞれに作成する拡張面作成部と、法肩方向及び法尻方向のそれぞれに拡張面が作成された場合において、法尻方向の拡張面を用いずに、法肩方向の拡張面及び目標施工面に基づいて、作業機械が有する作業機を制御する作業機制御部と、を備える。【選択図】図９

Description

本開示は、作業機械の制御システム、作業機械、及び作業機械の制御方法に関する。

作業機械に係る技術分野において、目標施工面に基づいて掘削対象を掘削する技術が知られている。目標施工面に基づいて掘削対象を掘削する技術として、目標施工面と作業機のバケットとの相対位置を示すガイダンス画像を作業機械のオペレータに提示するマシンガイダンス技術と、目標施工面に従って作業機のバケットが移動するようにオペレータの操作をアシスト制御するマシンコントロール技術とが知られている。特許文献１には、マシンコントロール技術の一例が開示されている。

国際公開第２０１５／１２９９３０号

相互に異なる勾配の複数の設計面によって目標施工面が規定される場合がある。例えば、掘削対象に法面（slope）と法肩（top of slope）と法尻（toe of slope）とを形成する場合、法面の目標形状を示す第１設計面と、第１設計面の最上部に接続される第２設計面と、第１設計面の最下部に接続される第３設計面とによって目標施工面が規定される場合がある。第１設計面の勾配と第２設計面との勾配は、異なる。第１設計面と第２設計面との境界に法肩が規定される。第１設計面の勾配と第３設計面との勾配は、異なる。第１設計面と第３設計面との境界に法尻が規定される。法肩を形成するために、第２設計面と第１設計面との両方に従ってバケットが連続的に移動するように制御されると、第２設計面と第１設計面との境界をバケットが通過するとき、例えば制御遅れに起因して、バケットが第２設計面及び第１設計面を追従し切れなくなる可能性がある。その結果、法肩が所望の形状に施工されない可能性がある。そのため、第１設計面の法肩方向に第１設計面の勾配と同じ勾配の拡張面を作成し、拡張面と第１設計面との両方に従ってバケットが連続的に移動するように作業機を制御する技術が知られている。拡張面と第１設計面との両方に従ってバケットが連続的に移動するように作業機を制御する処理と、第２設計面に従ってバケットが移動するように作業機を制御する処理とが別々に実施されることにより、法肩が所望の形状に施工される。しかしながら、拡張面が、第１設計面の法肩方向のみならず法尻方向にも作成された場合、第１設計面と拡張面との両方に従ってバケットが連続的に移動するように作業機が制御されると、バケットが第３設計面を掘り込んでしまい、掘削対象が所望の形状に施工されない可能性がある。

本開示は、掘削対象を所望の形状に施工することを目的とする。

本開示に従えば、作業機械の掘削対象に設定される複数の設計面を記憶する施工データ記憶部と、複数の設計面の中から指定された掘削対象の法面の目標形状を示す目標施工面を拡張した拡張面を法肩方向及び法尻方向のそれぞれに作成する拡張面作成部と、法肩方向及び法尻方向のそれぞれに拡張面が作成された場合において、法尻方向の拡張面を用いずに、法肩方向の拡張面及び目標施工面に基づいて、作業機械が有する作業機を制御する作業機制御部と、を備える、作業機械の制御システムが提供される。

本開示によれば、掘削対象が所望の形状に施工される。

図１は、実施形態に係る作業機械を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る作業機械を示す模式図である。 図３は、実施形態に係る作業機械の運転室を示す図である。 図４は、実施形態に係る作業機械の制御システムを示すブロック図である。 図５は、目標施工面及び拡張面を説明するための図である。 図６は、目標施工面及び拡張面を説明するための図である。 図７は、実施形態に係る作業機械の制御方法を示すフローチャートである。 図８は、実施形態に係る表示装置に表示された表示画面の一例を示す図である。 図９は、実施形態に係る作業機制御部の処理を説明するための図である。 図１０は、実施形態に係るコンピュータシステムを示すブロック図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［作業機械］
図１は、実施形態に係る作業機械１を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る作業機械１を示す模式図である。図３は、実施形態に係る作業機械１の運転室２を示す図である。

作業機械１は、作業現場において稼働する。実施形態において、作業機械１は、油圧ショベルである。以下の説明において、作業機械１を適宜、油圧ショベル１、と称する。

油圧ショベル１は、走行体３と、旋回体４と、作業機５と、油圧シリンダ６と、操作装置７と、車載モニタ８と、位置センサ９と、傾斜センサ１０と、姿勢センサ１１と、制御装置１２とを備える。

図２に示すように、作業現場に３次元の現場座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）が規定される。旋回体４に３次元の車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）が規定される。

現場座標系は、作業現場に規定された現場基準点Ｏｇから南北に伸びるＸｇ軸、現場基準点Ｏｇから東西に伸びるＹｇ軸、及び現場基準点Ｏｇから鉛直に伸びるＺｇ軸により構成される。

車体座標系は、旋回体４に規定された代表点Ｏｍから旋回体４の前後方向に伸びるＸｍ軸、代表点Ｏｍから旋回体４の左右方向に伸びるＹｍ軸、及び代表点Ｏｍから旋回体４の上下方向に伸びるＺｍ軸により構成される。旋回体４の代表点Ｏｍを基準として、＋Ｘｍ方向は旋回体４の前方であり、－Ｘｍ方向は旋回体４の後方であり、＋Ｙｍ方向は旋回体４の左方であり、－Ｙｍ方向は旋回体４の右方であり、＋Ｚｍ方向は旋回体４の上方であり、－Ｚｍ方向は旋回体４の下方である。

走行体３は、旋回体４を支持した状態で走行する。走行体３は、一対の履帯３Ａを有する。履帯３Ａの回転により、走行体３は、走行動作する。走行体３の走行動作は、前進動作及び後進動作を含む。油圧ショベル１は、走行体３により作業現場を移動することができる。

旋回体４は、走行体３に支持される。旋回体４は、走行体３よりも上方に配置される。旋回体４は、走行体３に支持された状態で旋回軸ＲＸを中心に旋回動作する。旋回軸ＲＸは、Ｚｍ軸に平行である。旋回体４の旋回動作は、左旋回動作及び右旋回動作を含む。運転室２は、旋回体４に設けられる。

作業機５は、旋回体４に支持される。作業機５は、作業を実施する。実施形態において、作業機５により実施される作業は、掘削対象を掘削する掘削作業及び掘削物を積込対象に積み込む積込作業を含む。

作業機５は、ブーム５Ａと、アーム５Ｂと、バケット５Ｃとを含む。ブーム５Ａの基端部は、旋回体４の前部に回動可能に連結される。アーム５Ｂの基端部は、ブーム５Ａの先端部に回動可能に連結される。バケット５Ｃの基端部は、アーム５Ｂの先端部に回動可能に連結される。

油圧シリンダ６は、作業機５を動作させる。油圧シリンダ６は、ブームシリンダ６Ａと、アームシリンダ６Ｂと、バケットシリンダ６Ｃとを含む。ブームシリンダ６Ａは、ブーム５Ａを上げ動作及び下げ動作させる。アームシリンダ６Ｂは、アーム５Ｂを掘削動作及びダンプ動作させる。バケットシリンダ６Ｃは、バケット５Ｃを掘削動作及びダンプ動作させる。ブームシリンダ６Ａの基端部は、旋回体４に連結される。ブームシリンダ６Ａの先端部は、ブーム５Ａに連結される。アームシリンダ６Ｂの基端部は、ブーム５Ａに連結される。アームシリンダ６Ｂの先端部は、アーム５Ｂに連結される。バケットシリンダ６Ｃの基端部は、アーム５Ｂに連結される。バケットシリンダ６Ｃの先端部は、バケット５Ｃに連結される。

図３に示すように、操作装置７は、運転室２に配置される。操作装置７は、走行体３、旋回体４、及び作業機５の少なくとも一つを動作させるために操作される。操作装置７は、運転室２に搭乗したオペレータに操作される。オペレータは、運転室２に配置された運転シート１４に着座した状態で、操作装置７を操作することができる。

操作装置７は、旋回体４及び作業機５の動作のために操作される左作業レバー７Ａ及び右作業レバー７Ｂと、走行体３の動作のために操作される左走行レバー７Ｃ及び右走行レバー７Ｄと、左フットペダル７Ｅ及び右フットペダル７Ｆとを含む。

左作業レバー７Ａが前後方向に操作されることにより、アーム５Ｂがダンプ動作又は掘削動作する。左作業レバー７Ａが左右方向に操作されることにより、旋回体４が左旋回動作又は右旋回操作する。右作業レバー７Ｂが左右方向に操作されることにより、バケット５Ｃが掘削動作又はダンプ動作する。右作業レバー７Ｂが前後方向に操作されることにより、ブーム５Ａが下げ動作又は上げ動作する。なお、左作業レバー７Ａが前後方向に操作されたときに旋回体４が右旋回動作又は左旋回動作し、左作業レバー７Ａが左右方向に操作されたときにアーム５Ｂがダンプ動作又は掘削動作してもよい。

左走行レバー７Ｃが前後方向に操作されることにより、走行体３の左側の履帯３Ａが前進動作又は後進動作する。右走行レバー７Ｄが前後方向に操作されることにより、走行体３の右側の履帯３Ａが前進動作又は後進動作する。

左フットペダル７Ｅは、左走行レバー７Ｃと連動する。右フットペダル７Ｆは、右走行レバー７Ｄ連動する。左フットペダル７Ｅ及び右フットペダル７Ｆが操作されることにより、走行体３が前進動作又は後進動作されてもよい。

車載モニタ８は、運転室２に配置される。車載モニタ８は、運転シート１４の右前方に配置される。車載モニタ８は、表示装置８Ａと、入力装置８Ｂと、警報装置８Ｃとを有する。

表示装置８Ａは、規定の表示データを表示する。表示装置８Ａとして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）又は有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electroluminescence Display）のようなフラットパネルディスプレイが例示される。

入力装置８Ｂは、オペレータ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８Ｂとして、ボタンスイッチ、コンピュータ用キーボード、及びタッチパネルが例示される。

警報装置８Ｃは、規定の警報を出力する。実施形態において、警報装置８Ｃは、警報音を出力する音声出力装置である。なお、警報装置８Ｃは、警報光を出力する発光装置でもよい。

位置センサ９は、現場座標系における旋回体４の位置を検出する。位置センサ９は、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用して現場座標系における旋回体４の位置を検出する。全地球航法衛星システムは、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）を含む。全地球航法衛星システムは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定される位置を検出する。位置センサ９は、ＧＮＳＳ衛星からＧＮＳＳ電波を受信するＧＮＳＳ受信機を含む。位置センサ９は、旋回体４に配置される。実施形態において、位置センサ９は、旋回体４のカウンタウエイトに配置される。

位置センサ９は、第１位置センサ９Ａと、第２位置センサ９Ｂとを含む。第１位置センサ９Ａと第２位置センサ９Ｂとは、旋回体４の異なる位置に配置される。実施形態において、第１位置センサ９Ａと第２位置センサ９Ｂとは、旋回体４において左右方向に間隔をあけて配置される。第１位置センサ９Ａは、第１位置センサ９Ａが配置されている位置を示す第１測位位置を検出する。第２位置センサ９Ｂは、第２位置センサ９Ｂが配置されている位置を示す第２測位位置を検出する。

傾斜センサ１０は、旋回体４の加速度及び角速度を検出する。傾斜センサ１０は、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を含む。傾斜センサ１０は、旋回体４に配置される。実施形態において、傾斜センサ１０は、運転室２の下方に設置される。

姿勢センサ１１は、作業機５の姿勢を検出する。作業機５の姿勢は、作業機５の角度を含む。姿勢センサ１１は、旋回体４に対するブーム５Ａの角度を検出する第１姿勢センサ１１Ａと、ブーム５Ａに対するアーム５Ｂの角度を検出する第２姿勢センサ１１Ｂと、アーム５Ｂに対するバケット５Ｃの角度を検出する第３姿勢センサ１１Ｃとを含む。姿勢センサ１１は、油圧シリンダ６のストロークを検出するストロークセンサでもよいし、作業機５の角度を検出するポテンショメータでもよい。

［制御システム］
図４は、実施形態に係る作業機械１の制御システム３０を示すブロック図である。油圧ショベル１は、制御システム３０を備える。制御システム３０は、車載モニタ８と、位置センサ９と、傾斜センサ１０と、姿勢センサ１１と、制御装置１２とを有する。制御装置１２は、油圧ショベル１を制御する。制御装置１２は、コンピュータシステムを含む。

車載モニタ８は、コントローラ４０を有する。コントローラ４０は、施工データ記憶部１５と、入力データ取得部１８と、拡張面作成部２３と、表示制御部２５とを有する。

制御装置１２は、車体データ記憶部１６と、操作データ取得部１７と、センサデータ取得部１９と、位置方位算出部２０と、傾斜角算出部２１と、作業機位置算出部２２と、法尻判定部２４と、走行制御部２６と、旋回制御部２７と、作業機制御部２８とを有する。

施工データ記憶部１５は、作業現場に設定される複数の設計面を記憶する。複数の設計面は、作業現場において油圧ショベル１の掘削対象に設定される。設計面は、油圧ショベル１の外部に存在するコンピュータシステムにより作成される。設計面は、例えば設計室のような油圧ショベル１の外部施設において作成される。設計面は、現場座標系において規定される面である。複数の設計面により、掘削対象の目標形状を示す目標施工面が規定される。油圧ショベル１は、目標施工面に基づいて、掘削対象を掘削する。

車体データ記憶部１６は、油圧ショベル１の車体データを記憶する。油圧ショベル１の車体データは、作業機５の寸法を含む。作業機５の寸法は、ブーム５Ａの長さ、アーム５Ｂの長さ、及びバケット５Ｃの長さを含む。また、油圧ショベル１の車体データは、走行体３の寸法及び旋回体４の寸法を含む。

操作データ取得部１７は、操作装置７が操作されることにより生成された操作データを取得する。

入力データ取得部１８は、入力装置８Ｂが操作されることにより生成された入力データを取得する。

センサデータ取得部１９は、位置センサ９の検出データ、傾斜センサ１０の検出データ、及び姿勢センサ１１の検出データを取得する。

位置方位算出部２０は、位置センサ９の検出データに基づいて、現場座標系における旋回体４の位置及び方位角を算出する。上述のように、位置センサ９は、ＧＮＳＳ電波を受信するＧＮＳＳ受信機を含む。位置方位算出部２０は、ＧＮＳＳ電波に基づいて、旋回体４の位置及び方位角を算出する。旋回体４の方位角は、例えばＸｇ軸を基準とする旋回体４の方位角である。

位置方位算出部２０は、第１位置センサ９Ａにより検出される第１測位位置及び第２位置センサ９Ｂにより検出される第２測位位置の少なくとも一方に基づいて、旋回体４の位置を算出する。位置方位算出部２０は、第１位置センサ９Ａにより検出される第１測位位置と第２位置センサ９Ｂにより検出される第２測位位置との相対位置に基づいて、旋回体４の方位角を算出する。

傾斜角算出部２１は、傾斜センサ１０の検出データに基づいて、旋回体４の傾斜角を算出する。旋回体４の傾斜角は、旋回体４のロール角及びピッチ角を含む。ロール角とは、Ｘｇ軸を中心とする傾斜方向における旋回体４の傾斜角をいう。ピッチ角とは、Ｙｇ軸を中心とする傾斜方向における旋回体４の傾斜角をいう。傾斜角算出部２１は、傾斜センサ１０の検出データに基づいて、旋回体４のロール角及びピッチ角を算出する。

作業機位置算出部２２は、位置方位算出部２０により算出された作業機械１の位置に基づいて、作業機５の位置を算出する。実施形態において、作業機位置算出部２２は、車体データ記憶部１６に記憶されている油圧ショベル１の車体データと、位置方位算出部２０により算出された旋回体４の位置及び方位角と、傾斜角算出部２１により算出された旋回体４の傾斜角と、姿勢センサ１１の検出データとに基づいて、現場座標系における作業機５の位置を算出する。作業機５の位置は、バケット５Ｃの位置を含む。バケット５Ｃの位置は、バケット５Ｃの先端部に設けられている刃先５Ｄの位置を含む。

拡張面作成部２３は、複数の設計面の中から指定された掘削対象の法面の目標形状を示す目標施工面を拡張した拡張面を法肩方向及び法尻方向のそれぞれに作成する。

法尻判定部２４は、複数の設計面のうち目標施工面に接続される隣接設計面と拡張面との相対位置に基づいて、目標施工面と隣接設計面との境界に法尻が存在するか否かを判定する。

表示制御部２５は、車載モニタ８の表示装置８Ａを制御する。表示制御部２５は、規定の表示データを表示装置８Ａに表示させる。

走行制御部２６は、操作データ取得部１７により取得された操作装置７の操作データに基づいて、走行体３を制御する。

旋回制御部２７は、操作データ取得部１７により取得された操作装置７の操作データに基づいて、旋回体４を制御する。

作業機制御部２８は、作業機５を制御する。作業機５を制御することは、油圧シリンダ６を制御することを含む。作業機制御部２８は、操作データ取得部１７により取得された操作装置７の操作データに基づいて、作業機５を制御する。また、作業機制御部２８は、目標施工面に従って作業機５のバケット５Ｃが移動するようにオペレータの操作をアシスト制御する。作業機制御部２８は、作業機位置算出部２２により算出されたバケット５Ｃの刃先５Ｄがオペレータにより指定された目標施工面に追従するように、作業機５をアシスト制御する。

［目標施工面及び拡張面］
図５及び図６のそれぞれは、目標施工面１５０及び拡張面１３を説明するための図である。図５及び図６に示すように、掘削対象に法面５０と法肩５１と法尻５２とを形成する場合、法面５０の目標形状を示す第１設計面１５Ｂと、第１設計面１５Ｂの最上部に接続される第２設計面１５Ａと、第１設計面１５Ｂの最下部に接続される第３設計面１５Ｃとによって目標施工面１５０が規定される。第１設計面１５Ｂ、第２設計面１５Ａ、及び第３設計面１５Ｃのそれぞれは、平面である。第１設計面１５Ｂの勾配と第２設計面１５Ａとの勾配は、異なる。第１設計面１５Ｂと第２設計面１５Ａとの境界に法肩５１が規定される。第１設計面１５Ｂの勾配と第３設計面１５Ｃとの勾配は、異なる。第１設計面１５Ｂと第３設計面１５Ｃとの境界に法尻５２が規定される。

バケット５Ｃで法肩５１を形成するために、第２設計面１５Ａと第１設計面１５Ｂとの両方に従ってバケット５Ｃが連続的に移動するように制御されると、第２設計面１５Ａと第１設計面１５Ｂとの境界をバケット５Ｃが通過するとき、例えば制御遅れに起因して、バケット５Ｃが第２設計面１５Ａ及び第１設計面１５Ｂを追従し切れなくなる可能性がある。その結果、法肩５１が所望の形状に施工されない可能性がある。

そのため、拡張面作成部２３は、設計面の勾配と同じ勾配の拡張面１３を作成する。図５に示すように、第２設計面１５Ａに従ってバケット５Ｃの刃先５Ｄが移動するようにオペレータの操作がアシスト制御される場合、拡張面作成部２３は、第２設計面１５Ａの掘削開始方向及び掘削終了方向のそれぞれに拡張面１３を作成する。具体的には、図５に示すように、第２設計面１５Ａの掘削開始方向に開始側拡張面１３Ａが作成され、第２設計面１５Ａの掘削終了方向に終了側拡張面１３Ｂが作成される。開始側拡張面１３Ａの勾配と第２設計面１５Ａの勾配と終了側拡張面１３Ｂの勾配とは、同じである。開始側拡張面１３Ａは、第２設計面１５Ａの掘削開始側端部に繋がるように作成される。開始側拡張面１３Ａは、第２設計面１５Ａの掘削開始側端部から掘削開始方向に拡張されるように作成される。終了側拡張面１３Ｂは、第２設計面１５Ａの掘削終了側端部に繋がるように作成される。終了側拡張面１３Ｂは、第２設計面１５Ａの掘削終了側端部から掘削終了方向に拡張されるように作成される。開始側拡張面１３Ａと第２設計面１５Ａと終了側拡張面１３Ｂとに従ってバケット５Ｃの刃先５Ｄが連続的に移動するように作業機５がアシスト制御される。これにより、法肩５１の一部を構成する掘削対象の上面が形成される。

掘削対象の上面を形成する処理を掘削対象の法面５０を形成する処理とは、別々に実施される。例えば、掘削対象の上面が形成された後、掘削対象の法面５０を形成する処理が開始される。なお、掘削対象の上面が形成される前に、掘削対象の法面５０が形成されてもよい。

図６に示すように、第１設計面１５Ｂに従ってバケット５Ｃの刃先５Ｄが移動するようにオペレータの操作がアシスト制御される場合、拡張面作成部２３は、第１設計面１５Ｂの法肩方向及び法尻方向のそれぞれに拡張面１３を作成する。法面５０を形成する場合、法肩側が掘削開始側であり、法尻側が掘削終了側である。具体的には、図６に示すように、第１設計面１５Ｂの法肩方向に法肩側拡張面１３Ｃが作成され、第１設計面１５Ｂの法尻方向に法尻側拡張面１３Ｄが作成される。法肩側拡張面１３Ｃの勾配と第１設計面１５Ｂの勾配と法尻側拡張面１３Ｄの勾配とは、同じである。法肩側拡張面１３Ｃは、第１設計面１５Ｂの法肩側端部に繋がるように作成される。法肩側拡張面１３Ｃは、第１設計面１５Ｂの法肩側端部から法肩方向に拡張されるように作成される。法尻側拡張面１３Ｄは、第１設計面１５Ｂの法尻側端部に繋がるように作成される。法尻側拡張面１３Ｄは、第１設計面１５Ｂの法尻側端部から法尻方向に拡張されるように作成される。法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂとに従ってバケット５Ｃの刃先５Ｄが連続的に移動するように作業機５がアシスト制御される。掘削対象の上面と法面５０の上部とが形成されることにより、法肩５１が形成される。

開始側拡張面１３Ａと第２設計面１５Ａと終了側拡張面１３Ｂとに従ってバケット５Ｃが連続的に移動するように作業機５を制御する処理と、法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂとに従ってバケット５Ｃが連続的に移動するように作業機５を制御する処理とが別々に実施されることにより、法肩５１が所望の形状に施工される。

法面５０を形成する場合、法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと法尻側拡張面１３Ｄとに従ってバケット５Ｃの刃先５Ｄが連続的に移動するように作業機５がアシスト制御されることにより、法面５０が適正に形成される可能性がある。しかしながら、法尻側拡張面１３Ｄが作成された場合、第１設計面１５Ｂと法尻側拡張面１３Ｄとの両方に従ってバケット５Ｃが連続的に移動するように作業機５が制御されると、バケット５Ｃが第３設計面１５Ｃを掘り込んでしまい、掘削対象が所望の形状に施工されない可能性がある。

そこで、実施形態において、作業機制御部２８は、掘削対象の法面５０の目標形状を示す目標施工面１５０である第１設計面１５Ｂを拡張した拡張面１３が拡張面作成部２３により法肩方向及び法尻方向のそれぞれに作成された場合において、法尻方向の拡張面１３である法尻側拡張面１３Ｄを用いずに、法肩方向の拡張面１３である法肩側拡張面１３Ｃ及び第１設計面１５Ｂに基づいて、作業機５をアシスト制御する。すなわち、拡張面作成部２３により法肩側拡張面１３Ｃ及び法尻側拡張面１３Ｄのそれぞれが作成された場合において、作業機制御部２８は、法尻側拡張面１３Ｄを無効化し、バケット５Ｃの刃先５Ｄが法肩側拡張面１３Ｃ及び第１設計面１５Ｂのみに従って移動するように、作業機５をアシスト制御する。

［制御方法］
図７は、実施形態に係る油圧ショベル１の制御方法を示すフローチャートである。施工データ記憶部１５には、複数の設計面が記憶されている。油圧ショベル１のオペレータは、入力装置８Ｂを操作して、複数の設計面の中から掘削対象の法面５０の目標形状を示す目標施工面１５０を指定する。

図８は、実施形態に係る表示装置８Ａに表示された表示画面の一例を示す図である。施工データ記憶部１５には、少なくとも第１設計面１５Ｂ、第２設計面１５Ａ、及び第３設計面１５Ｃが記憶されている。オペレータは、入力装置８Ｂを操作して、第１設計面１５Ｂ、第２設計面１５Ａ、及び第３設計面１５Ｃの中から、法面５０の目標形状を示す目標施工面１５０として第１設計面１５Ｂを指定する。

入力データ取得部１８は、入力装置８Ｂからの入力データを取得する。入力データ取得部１８は、入力装置８Ｂからの入力データに基づいて、第１設計面１５Ｂ、第２設計面１５Ａ、及び第３設計面１５Ｃの中から、法面５０の目標形状を示す目標施工面１５０として第１設計面１５Ｂを指定する（ステップＳ１）。

拡張面作成部２３は、目標施工面１５０として指定された第１設計面１５Ｂに基づいて、拡張面１３を作成する。拡張面作成部２３は、第１設計面１５Ｂを拡張した拡張面１３を法肩方向及び法尻方向のそれぞれに作成する。図６を参照して説明したように、拡張面作成部２３は、法肩側拡張面１３Ｃ及び法尻側拡張面１３Ｄを作成する（ステップＳ２）。

法尻判定部２４は、目標施工面１５０である第１設計面１５Ｂに接続される隣接設計面と拡張面１３との相対位置に基づいて、第１設計面１５Ｂと隣接設計面との境界に法尻が存在するか否かを判定する（ステップＳ３）。

法尻判定部２４は、水平方向の同一地点において隣接設計面が拡張面１３よりも高い位置に存在するか否かを判定する。法尻判定部２４は、水平方向の同一地点において隣接設計面が拡張面１３よりも高い位置に存在すると判定した場合、第１設計面１５Ｂと隣接設計面との境界に法尻が存在すると判定する。

実施形態において、第１設計面１５Ｂに接続される隣接設計面は、第１設計面１５Ｂの最上部に接続される第２設計面１５Ａと、第１設計面１５Ｂの最下部に接続される第３設計面１５Ｃとを含む。水平方向において、第２設計面１５Ａの位置と法肩側拡張面１３Ｃの少なくとも一部の位置とが一致する。水平方向において、第３設計面１５Ｃの位置と法尻側拡張面１３Ｄの少なくとも一部の位置とが一致する。法尻判定部２４は、水平方向の同一地点において第２設計面１５Ａが法肩側拡張面１３Ｃよりも高い位置に存在するか否かを判定する。法尻判定部２４は、水平方向の同一地点において第３設計面１５Ｃが法尻側拡張面１３Ｄよりも高い位置に存在するか否かを判定する。

図６及び図８に示すように、水平方向の同一地点において第２設計面１５Ａが法肩側拡張面１３Ｃよりも低い位置に存在する。水平方向の同一地点において第３設計面１５Ｃが法尻側拡張面１３Ｄよりも高い位置に存在する。そのため、法尻判定部２４は、第１設計面１５Ｂと第２設計面１５Ａとの境界に法尻が存在しないと判定する。法尻判定部２４は、第１設計面１５Ｂと第３設計面１５Ｃとの境界に法尻が存在する。

ステップＳ３において、第１設計面１５Ｂと第３設計面１５Ｃとの境界に法尻が存在すると判定された場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、作業機制御部２８は、法尻方向の拡張面１３である法尻側拡張面１３Ｄを用いずに、法肩方向の拡張面１３である法肩側拡張面１３Ｃと、目標施工面である第１設計面１５Ｂと、法尻が存在すると判定された隣接設計面である第３設計面１５Ｃとに基づいて、作業機５を制御する。すなわち、作業機制御部２８は、法尻側拡張面１３Ｄを無効化して、バケット５Ｃの刃先５Ｄが法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと第３設計面１５Ｃとのそれぞれに追従するように、作業機５をアシスト制御する（ステップＳ４）。

ステップＳ３において、第１設計面１５Ｂと第３設計面１５Ｃとの境界に法尻が存在しないと判定された場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、作業機制御部２８は、法尻側拡張面１３Ｄを用いて、法肩側拡張面１３Ｃ及び第１設計面１５Ｂに基づいて、作業機５を制御する。すなわち、作業機制御部２８は、法尻側拡張面１３Ｄを有効化して、バケット５Ｃの刃先５Ｄが法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと法肩側拡張面１３Ｃとのそれぞれに追従するように、作業機５をアシスト制御する（ステップＳ５）。

図９は、実施形態に係る作業機制御部２８の処理を説明するための図である。図９の［修正前］に示すように、法尻側拡張面１３Ｄが有効化されたままの場合、法面５０を形成するときに、バケット５Ｃの刃先５Ｄが法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと法尻側拡張面１３Ｄとを含む目標施工面ＲＴに追従するように、作業機５がアシスト制御される。この場合、バケット５Ｃが第３設計面１５Ｃを掘り込んでしまい、掘削対象が所望の形状に施工されない可能性がある。

実施形態においては、図９の［修正後］に示すように、作業機制御部２８は、法尻側拡張面１３Ｄを無効化して、バケット５Ｃの刃先５Ｄが法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと第３設計面１５Ｃとを含む修正後の目標施工面ＲＴに追従するように、作業機５をアシスト制御する。これにより、掘削対象が所望の形状に施工される。

［コンピュータシステム］
図１０は、実施形態に係るコンピュータシステム１０００を示すブロック図である。上述の制御装置１２は、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述の制御装置１２の機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、コンピュータプログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、プログラムに従って上述の処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。

コンピュータプログラム又はコンピュータシステム１０００は、上述の実施形態に従って、油圧ショベル１の掘削対象に設定される複数の設計面を記憶することと、複数の設計面の中から指定された掘削対象の法面５０の目標形状を示す目標施工面である第１設計面１５Ｂを拡張した拡張面１３を法肩方向及び法尻方向のそれぞれに作成することと、法肩方向及び法尻方向のそれぞれに拡張面１３が作成された場合において、法尻方向の拡張面１３である法尻側拡張面１３Ｄを用いずに、法肩方向の拡張面１３である法肩側拡張面１３Ｃ及び第１設計面１５Ｂに基づいて、油圧ショベル１が有する作業機５を制御することと、を実行することができる。

［効果］
以上説明したように、実施形態に係る油圧ショベル１の制御システム３０は、油圧ショベル１の掘削対象に設定される複数の設計面を記憶する施工データ記憶部１５と、複数の設計面の中から指定された掘削対象の法面５０の目標形状を示す目標施工面である第１設計面１５Ｂを拡張した拡張面１３を法肩方向及び法尻方向のそれぞれに作成する拡張面作成部２３と、法肩方向及び前記法尻方向のそれぞれに拡張面１３が作成された場合において、法尻方向の拡張面１３である法尻側拡張面１３Ｄを用いずに、法肩方向の拡張面１３である法肩側拡張面１３Ｃ及び第１設計面１５Ｂに基づいて、油圧ショベル１が有する作業機５を制御する作業機制御部２８と、を備える。

実施形態においては、法面５０を形成する場合、法面５０の目標施工面である第１設計面１５Ｂについて法肩側拡張面１３Ｃと法尻側拡張面１３Ｄとが作成された場合、法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと法尻側拡張面１３Ｄとに従ってバケット５Ｃが連続的に移動するように作業機５がアシスト制御されると、バケット５Ｃが第３設計面１５Ｃを掘り込んでしまい、掘削対象が所望の形状に施工されない可能性がある。実施形態においては、法肩側拡張面１３Ｃ及び法尻側拡張面１３Ｄのそれぞれが作成された場合において、法尻側拡張面１３Ｄを用いずに、法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと基づいて、作業機５がアシスト制御される。法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと第３設計面１５Ｃとに従ってバケット５Ｃが連続的に移動するように作業機５がアシスト制御されることにより、第３設計面１５Ｃが掘り込まれることが抑制される。そのため、掘削対象が所望の形状に施工される。

［その他の実施形態］
上述の実施形態において、作業機制御部２８は、法尻が存在すると法尻判定部２４により判定された場合、バケット５Ｃの刃先５Ｄが法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと第３設計面１５Ｃとに追従するように、作業機５をアシスト制御することとした。作業機制御部２８は、入力装置８Ｂからの入力データに基づいて、法尻側拡張面１３Ｄを用いずに、バケット５Ｃの刃先５Ｄが法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと複数の設計面のうち第１設計面１５Ｂの最下部に接続される第３設計面１５Ｃとに基づいて、作業機５をアシスト制御してもよい。すなわち、図９の［修正後］の目標施工面ＲＴがオペレータにより指定されてもよい。オペレータは、表示装置８Ａに表示された図９の［修正前］の目標施工面ＲＴを確認しながら、図９の［修正後］の目標施工面ＲＴとなるように、法肩側拡張面１３Ｃと第１設計面１５Ｂと第３設計面１５Ｃとを含む目標施工面ＲＴを指定することができる。オペレータは、例えば、法尻側拡張面１３Ｄに代えて第３設計面１５Ｃを用いて作業機５がアシスト制御されるように目標施工面ＲＴを指定することができる。

上述の実施形態において、施工データ記憶部１５、車体データ記憶部１６、操作データ取得部１７、入力データ取得部１８、センサデータ取得部１９、位置方位算出部２０、傾斜角算出部２１、作業機位置算出部２２、拡張面作成部２３、法尻判定部２４、表示制御部２５、走行制御部２６、旋回制御部２７、及び作業機制御部２８のそれぞれが、別々のハードウエアにより構成されてもよい。

上述の実施形態において、作業機械１が走行体３及び旋回体４を有する油圧ショベルであることとした。作業機械１は走行体３及び旋回体４を有しなくてもよい。作業機械１は、作業機を有していればよく、例えばブルドーザでもよいしホイールローダでもよい。

１…油圧ショベル（作業機械）、２…運転室、３…走行体、３Ａ…履帯、４…旋回体、５…作業機、５Ａ…ブーム、５Ｂ…アーム、５Ｃ…バケット、５Ｄ…刃先、６…油圧シリンダ、６Ａ…ブームシリンダ、６Ｂ…アームシリンダ、６Ｃ…バケットシリンダ、７…操作装置、７Ａ…左作業レバー、７Ｂ…右作業レバー、７Ｃ…左走行レバー、７Ｄ…右走行レバー、７Ｅ…左フットペダル、７Ｆ…右フットペダル、８…車載モニタ、８Ａ…表示装置、８Ｂ…入力装置、８Ｃ…警報装置、９…位置センサ、９Ａ…第１位置センサ、９Ｂ…第２位置センサ、１０…傾斜センサ、１１…姿勢センサ、１１Ａ…第１姿勢センサ、１１Ｂ…第２姿勢センサ、１１Ｃ…第３姿勢センサ、１２…制御装置、１３…拡張面、１３Ａ…開始側拡張面、１３Ｂ…終了側拡張面、１３Ｃ…法肩側拡張面、１３Ｄ…法尻側拡張面、１４…運転シート、１５…施工データ記憶部、１５Ａ…第２設計面、１５Ｂ…第１設計面、１５Ｃ…第３設計面、１６…車体データ記憶部、１７…操作データ取得部、１８…入力データ取得部、１９…センサデータ取得部、２０…位置方位算出部、２１…傾斜角算出部、２２…作業機位置算出部、２３…拡張面作成部、２４…法尻判定部、２５…表示制御部、２６…走行制御部、２７…旋回制御部、２８…作業機制御部、３０…制御システム、５０…法面、５１…法肩、５２…法尻、１５０…目標施工面、１０００…コンピュータシステム、１００１…プロセッサ、１００２…メインメモリ、１００３…ストレージ、１００４…インターフェース、Ｏｇ…現場基準点、Ｏｍ…代表点、ＲＸ…旋回軸。

Claims (9)

1. 作業機械の掘削対象に設定される複数の設計面を記憶する施工データ記憶部と、
   複数の前記設計面の中から指定された前記掘削対象の法面の目標形状を示す目標施工面を拡張した拡張面を法肩方向及び法尻方向のそれぞれに作成する拡張面作成部と、
   前記法肩方向及び前記法尻方向のそれぞれに前記拡張面が作成された場合において、前記法尻方向の拡張面を用いずに、前記法肩方向の拡張面及び前記目標施工面に基づいて、前記作業機械が有する作業機を制御する作業機制御部と、を備える、
   作業機械の制御システム。
2. 複数の前記設計面のうち前記目標施工面に接続される隣接設計面と前記拡張面との相対位置に基づいて、前記目標施工面と前記隣接設計面との境界に法尻が存在するか否かを判定する法尻判定部を備え、
   前記作業機制御部は、前記法尻が存在すると判定された場合、前記目標施工面及び前記隣接設計面に基づいて、前記作業機を制御する、
   請求項１に記載の作業機械の制御システム。
3. 前記法尻判定部は、水平方向の同一地点において前記隣接設計面が前記拡張面よりも高い位置に存在すると判定した場合、前記法尻が存在すると判定する、
   請求項２に記載の作業機械の制御システム。
4. 入力装置からの入力データを取得する入力データ取得部を備え、
   前記作業機制御部は、前記入力データに基づいて、前記法尻方向の拡張面を用いずに、前記法肩方向の拡張面と、前記目標施工面と、複数の前記設計面のうち前記目標施工面の最下部に接続される隣接設計面とに基づいて、前記作業機を制御する、
   請求項１に記載の作業機械の制御システム。
5. 請求項１に記載の作業機械の制御システムを備える、
   作業機械。
6. 作業機械の掘削対象に設定される複数の設計面を記憶することと、
   複数の前記設計面の中から指定された前記掘削対象の法面の目標形状を示す目標施工面を拡張した拡張面を法肩方向及び法尻方向のそれぞれに作成することと、
   前記法肩方向及び前記法尻方向のそれぞれに前記拡張面が作成された場合において、前記法尻方向の拡張面を用いずに、前記法肩方向の拡張面及び前記目標施工面に基づいて、前記作業機械が有する作業機を制御することと、を含む、
   作業機械の制御方法。
7. 複数の前記設計面のうち前記目標施工面に接続される隣接設計面と前記拡張面との相対位置に基づいて、前記目標施工面と前記隣接設計面との境界に法尻が存在するか否かを判定することと、
   前記法尻が存在すると判定された場合、前記目標施工面及び前記隣接設計面に基づいて、前記作業機を制御することと、を含む、
   請求項６に記載の作業機械の制御方法。
8. 水平方向の同一地点において前記隣接設計面が前記拡張面よりも高い位置に存在すると判定された場合、前記法尻が存在すると判定される、
   請求項７に記載の作業機械の制御方法。
9. 入力装置からの入力データを取得することと、
   前記入力データに基づいて、前記法尻方向の拡張面を用いずに、前記法肩方向の拡張面と、前記目標施工面と、複数の前記設計面のうち前記目標施工面の最下部に接続される隣接設計面とに基づいて、前記作業機を制御することと、を含む、
   請求項６に記載の作業機械の制御方法。

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