JP6096988B2 - 作業機械の制御装置、作業機械及び作業機械の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業機を備えた作業機械を制御する作業機械の制御装置、作業機械及び作業機械の制御方法に関する。

作業機を備える建設機械において、作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させ、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、設計面を基準とする所定位置でバケットを停止させることが記載されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開２０１２／１２７９１２号

法面を形成する場合、法面を目標形状としてバケットを移動させることが考えられる。法面を形成する場合、対象の掘削及び掘削した表面の押し固めるという２つの作業が必要になる。この場合、押し付け代を残して対象を掘削し、その後、押し付け代の分、目標となる法面の位置までバケットを押し付けることが考えられる。作業機が、施工する対象の仕上がりの目標となる形状に侵入しないように制御される場合、押し付け代を残して掘削するための目標となる形状と、法面の目標となる形状とを、仕上がりの目標となる形状とすることが考えられる。このようにすると、作業機械のオペレータは、仕上がりの目標となる形状を複数回設定する必要があり、作業が煩雑になる。

本発明の態様は、作業機械が法面を形成する場合において、作業機械のオペレータの作業が煩雑になることを抑制することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、施工対象を施工するために作業機械が有する作業機を制御する装置において、前記作業機が有する作業具が予め定められた目標の形状に侵入しないように前記作業機を制御する制御部と、前記施工対象の仕上がりの目標となる形状である目標施工地形に対する前記作業具の姿勢に基づいて、前記目標の形状を、前記目標施工地形から予め定められた距離だけ離れたオフセット地形又は前記目標施工地形とする切替部と、を含む、作業機械の制御装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、少なくとも第１の態様に係る作業機械の制御装置を備える作業機械が提供される。

本発明の第３の態様によれば、施工対象を施工するための作業機械が有する作業機を制御する方法において、前記施工対象の仕上がりの目標となる形状である目標施工地形に対する前記作業具の姿勢に基づいて、予め定められた目標の形状を、前記目標施工地形から予め定められた距離だけ離れたオフセット地形又は前記目標施工地形とする工程と、前記作業機が前記施工対象を施工している間に、前記目標の形状に侵入しないように前記作業機を制御する工程と、を含む、作業機械の制御方法が提供される。

本発明の態様は、作業機械が法面を形成する場合において、作業機械のオペレータの作業が煩雑になることを抑制できる。

実施形態に係る作業機械の斜視図である。 油圧ショベルの制御システム及び油圧システムの構成を示すブロック図である。 作業機コントローラのブロック図である。 目標施工地形４３Ｉ及びバケット８を示す図である。 ブーム制限速度を説明するための図である。 法面を形成する施工例を示す図である。 法面を形成する施工例を示す図である。 バケットの底面の角度を求める手法を説明するための図である。 目標施工地形とバケットの底面とのなす角度を求める手法を説明するための図である。 オフセット係数を切り替えるための閾値を含むマップを示す図である。 オフセット係数を切り替えるための閾値を含むマップを示す図である。 介入制御における目標の形状をオフセット地形とした場合のバケットの動きを示す図である。 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。 実施形態において、目標施工地形が現況の地形よりも上にある場合における施工例を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜作業機械の全体構成＞
図１は、実施形態に係る作業機械の斜視図である。図２は、油圧ショベル１００の制御システム２００及び油圧システム３００の構成を示すブロック図である。作業機械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。車両本体１は、旋回体である上部旋回体３と走行体としての走行装置５とを有する。上部旋回体３は、機関室３ＥＧの内部に、動力発生装置としての内燃機関及び油圧ポンプ等の装置を収容している。実施形態において、油圧ショベル１００は、動力発生装置としての内燃機関に、例えばディーゼルエンジンが用いられるが、動力発生装置はこのようなものに限定されない。

上部旋回体３は、運転室４を有する。走行装置５は、上部旋回体３を搭載する。走行装置５は、履帯５ａ、５ｂを有する。走行装置５は、左右に設けられた走行モータ５ｃの一方又は両方が履帯５ａ、５ｂを駆動して回転させることにより、油圧ショベル１００を走行させる。

上部旋回体３は、作業機２及び運転室４が配置されている側が前であり、機関室３ＥＧが配置されている側が後である。前に向かって左側が上部旋回体３の左であり、前に向かって右側が上部旋回体３の右である。上部旋回体３の左右方向は、幅方向とも言う。油圧ショベル１００又は車両本体１は、上部旋回体３を基準として走行装置５側が下であり、走行装置５を基準として上部旋回体３側が上である。油圧ショベル１００が水平面に設置されている場合、下は鉛直方向、すなわち重力の作用方向側であり、上は鉛直方向とは反対側である。

作業機２は、ブーム６とアーム７と作業具であるバケット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を介して車両本体１の前部に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が取り付けられている。バケット８は、バケットピン１５を中心として動く。バケット８は、バケットピン１５とは反対側に複数の刃８ＢＤが取り付けられている。刃先８Ｔは、刃８ＢＤの先端である。

実施形態において、作業機２が上昇するとは、作業機２が油圧ショベル１００の接地面から上部旋回体３に向かう方向に移動する動作を言う。作業機２が下降するとは、作業機２が油圧ショベル１００の上部旋回体３から接地面に向かう方向に移動する動作を言う。油圧ショベル１００の接地面は、履帯５ａ，５ｂの接地する部分における少なくとも３点で定義される平面である。接地面の定義に用いられる少なくとも３点は、２個の履帯５ａ，５ｂのうち一方に存在してもよいし、両方に存在してもよい。

上部旋回体３を有さない作業機械である場合、作業機２が上昇するとは、作業機２が作業機械の接地面から離れる方向に移動する動作を言う。作業機２が下降するとは、作業機２が作業機械の接地面に接近する方向に移動する動作を言う。作業機械が履帯ではなく車輪を備える場合、接地面は、少なくとも３個の車輪が接地する部分で定義される平面である。

作業具は、複数の刃８ＢＤを有していなくてもよい。つまり、作業具は、図１に示すような刃８ＢＤを有しておらず、刃先が鋼板によってストレート形状に形成されたようなバケットであってもよい。作業機２は、例えば、単数の刃を有するチルトバケットを備えていてもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダを備え、バケットが左右にチルト傾斜することで油圧ショベルが傾斜地にあっても、斜面、平地を自由な形に成形、整地をすることができる。この他にも、作業機２は、バケット８の代わりに、法面バケットを作業具として備えてもよい。

図１に示されるブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ作動油の圧力（以下、適宜油圧という）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を駆動して、これを昇降させる。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動して、アームピン１４の周りを動作させる。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動して、バケットピン１５の周りを動作させる。

ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等の油圧シリンダと図２に示される油圧ポンプ３６，３７との間には、図２に示される方向制御弁６４が設けられている。方向制御弁６４は、油圧ポンプ３６，３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等に供給される作動油の流量を制御するとともに、作動油が流れる方向を切り替える。

図２に示される作業機コントローラ２６が、図２に示される制御弁２７を制御することにより、操作装置２５から方向制御弁６４に供給される作動油のパイロット圧が制御される。制御弁２７は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２の油圧系に設けられている。作業機コントローラ２６は、パイロット油路４５０に設けられた制御弁２７を制御することにより、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２の動作を制御することができる。実施形態においては、作業機コントローラ２６は、制御弁２７を閉じる制御により、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２を減速させる制御が可能である。

上部旋回体３の上部には、アンテナ２１，２２が取り付けられている。アンテナ２１，２２は、油圧ショベル１００の現在位置を検出するために用いられる。アンテナ２１，２２は、図２に示される、油圧ショベル１００の現在位置を検出するための位置検出部である位置検出装置１９と電気的に接続されている。

位置検出装置１９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）を利用して油圧ショベル１００の現在位置を検出する。以下の説明において、アンテナ２１，２２を、適宜ＧＮＳＳアンテナ２１，２２という。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号は、位置検出装置１９が受け取る。位置検出装置１９は、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を検出する。位置検出装置１９は、例えば３次元位置センサを含む。

＜油圧システム３００＞
図２に示されるように、油圧ショベル１００の油圧システム３００は、動力発生源としての内燃機関３５と油圧ポンプ３６，３７とを備える。油圧ポンプ３６，３７は、内燃機関３５によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ３６，３７から吐出された作動油は、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とに供給される。

油圧ショベル１００は、旋回モータ３８を備える。旋回モータ３８は油圧モータであり、油圧ポンプ３６，３７から吐出された作動油によって駆動される。旋回モータ３８は、上部旋回体３を旋回させる。なお、図２では、２つの油圧ポンプ３６，３７が図示されているが、１つの油圧ポンプのみが設けられてもよい。旋回モータ３８は、油圧モータに限らず、電気モータであってもよい。

＜制御システム２００＞
作業機械の制御システムである制御システム２００は、位置検出装置１９と、グローバル座標演算部２３と、操作装置２５と、実施形態に係る作業機械の制御装置である作業機コントローラ２６と、センサコントローラ３９と、表示コントローラ２８と、表示部２９とを含む。操作装置２５は、図１に示される作業機２及び上部旋回体３を操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２を操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２を駆動するためにオペレータが実行する操作を受け付けて、操作量に応じたパイロット油圧を出力する。

操作量に応じたパイロット油圧は、操作指令である。操作指令は、作業機２を動作させるための指令である。操作指令は、操作装置２５によって生成される。操作装置２５は、オペレータによって操作させるので、操作指令は、マニュアル操作、すなわちオペレータの操作によって作業機２を動作させるための指令である。マニュアル操作による作業機２の制御は、操作装置２５からの操作指令に基づく作業機２の制御、つまり作業機２の操作装置２５を操作することによる作業機２の制御である。

実施形態において、操作装置２５は、オペレータの左側に設置される左操作レバー２５Ｌと、オペレータの右側に配置される右操作レバー２５Ｒと、を有する。左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒは、前後左右の動作がアーム７及び旋回の２軸の動作に対応されている。例えば、右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、ブーム６の操作に対応されている。右操作レバー２５Ｒが前方へ操作されるとブーム６が下がり、後方へ操作されるとブーム６が上がる。前後方向の操作に応じてブーム６の下げ上げの動作が実行される。右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、バケット８の操作に対応されている。右操作レバー２５Ｒが左側に操作されるとバケット８が掘削し、右側に操作されるとバケット８がダンプする。左右方向の操作に応じてバケット８の掘削又は開放動作が実行される。左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、アーム７の旋回に対応されている。左操作レバー２５Ｌが前方に操作されるとアーム７がダンプし、後方に操作されるとアーム７が掘削する。左操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、上部旋回体３の旋回に対応されている。左操作レバー２５Ｌが左側に操作されると左旋回し、右側に操作されると右旋回する。

実施形態において、操作装置２５は、パイロット油圧方式が用いられる。操作装置２５には、油圧ポンプ３６から、減圧弁２５Ｖによって所定のパイロット圧力に減圧された作動油がブーム操作、バケット操作、アーム操作及び旋回操作に基づいて供給される。

実施形態において、操作装置２５が有する左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒはパイロット油圧方式であるが、電気方式であってもよい。左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒが電気方式である場合、それぞれの操作量は、それぞれポテンショメータによって検出される。ポテンショメータによって検出された左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒの操作量は、作業機コントローラ２６によって取得される。電気方式の操作レバーの操作信号を検出した作業機コントローラ２６は、パイロット油圧方式と同様の制御を実行する。

右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるブーム６の操作が受け付けられる。右操作レバー２５Ｒの操作量に応じて右操作レバー２５Ｒが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０へ作動油が供給される。また、圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、ブーム操作量ＭＢとして作業機コントローラ２６へ送信する。右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作量を、以下、適宜ブーム操作量ＭＢと称する。パイロット油路５０には、制御弁（以下、適宜介入弁と称する）２７Ｃ及びシャトル弁５１が設けられる。

右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるバケット８の操作が受け付けられる。右操作レバー２５Ｒの操作量に応じて右操作レバー２５Ｒが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０に作動油が供給される。圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、バケット操作量ＭＴとして作業機コントローラ２６へ送信する。右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作量を、以下、適宜バケット操作量ＭＴと称する。

左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるアーム７の操作が受け付けられる。左操作レバー２５Ｌの操作量に応じて左操作レバー２５Ｌが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０へ作動油が供給される。圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、アーム操作量ＭＡとして作業機コントローラ２６へ送信する。左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作量を、以下、適宜アーム操作量ＭＡと称する。

右操作レバー２５Ｒが操作されることにより、操作装置２５は、右操作レバー２５Ｒの操作量に応じた大きさのパイロット油圧を方向制御弁６４に供給する。左操作レバー２５Ｌが操作されることにより、操作装置２５は、左操作レバー２５Ｌの操作量に応じた大きさのパイロット油圧を方向制御弁６４に供給する。操作装置２５から方向制御弁６４に供給されるパイロット油圧によって、方向制御弁６４が動作する。

制御システム２００は、第１ストロークセンサ１６と第２ストロークセンサ１７と第３ストロークセンサ１８とを有する。例えば、第１ストロークセンサ１６はブームシリンダ１０に、第２ストロークセンサ１７はアームシリンダ１１に、第３ストロークセンサ１８バケットシリンダ１２に、それぞれ設けられる。

センサコントローラ３９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部と、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部とを有する。センサコントローラ３９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から、油圧ショベル１００のローカル座標系、詳細には車両本体１のローカル座標系における水平面と直交する方向に対するブーム６の傾斜角度θ１を算出して、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８に出力する。センサコントローラ３９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から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角度θ２を算出して、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８に出力する。センサコントローラ３９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から、アーム７に対するバケット８が有するバケット８の刃先８Ｔの傾斜角度θ３を算出して、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８に出力する。傾斜角度θ１，θ２，θ３の検出は、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ１８以外であっても可能である。例えば、ポテンショメータ等の角度センサも、傾斜角度θ１，θ２，θ３を検出できる。

センサコントローラ３９には、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）２４が接続されている。ＩＭＵ２４は、図１に示される油圧ショベル１００のピッチ及びロール等といった車体の傾斜情報を取得し、センサコントローラ３９に出力する。

作業機コントローラ２６は、ＣＰＵ等の処理部２６Ｐと、ＲＡＭ及びＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部２６Ｍとを有する。作業機コントローラ２６は、図２に示されるブーム操作量ＭＢ、バケット操作量ＭＴ及びアーム操作量ＭＡに基づいて、介入弁２７Ｃ及び制御弁２７を制御する。

図２に示される方向制御弁６４は、例えば比例制御弁であり、操作装置２５から供給される作動油によって制御される。方向制御弁６４は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び旋回モータ３８等の油圧アクチュエータと、油圧ポンプ３６，３７との間に配置される。方向制御弁６４は、油圧ポンプ３６，３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び旋回モータ３８に供給される作動油の流量及び方向を制御する。

制御システム２００が備える位置検出装置１９は、前述したＧＮＳＳアンテナ２１，２２を含む。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号が、グローバル座標演算部２３に入力される。ＧＮＳＳアンテナ２１は、自身の位置を示す基準位置データＰ１を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２２は、自身の位置を示す基準位置データＰ２を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、所定の周期で基準位置データＰ１、Ｐ２を受信する。基準位置データＰ１，Ｐ２は、ＧＮＳＳアンテナが設置されている位置の情報である。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、基準位置データＰ１、Ｐ２を受信する毎に、グローバル座標演算部２３に出力する。

グローバル座標演算部２３は、ＣＰＵ等の処理部とＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部とを有する。グローバル座標演算部２３は、２つの基準位置データＰ１，Ｐ２に基づいて、上部旋回体３の配置を示す旋回体配置データを生成する。本実施形態において、旋回体配置データには、２つの基準位置データＰ１，Ｐ２の一方の基準位置データＰと、２つの基準位置データＰ１，Ｐ２に基づいて生成された旋回体方位データＱとが含まれる。旋回体方位データＱは、上部旋回体３、すなわち作業機２が向いている方位を示している。グローバル座標演算部２３は、所定の周期でＧＮＳＳアンテナ２１，２２から２つの基準位置データＰ１，Ｐ２を取得する毎に、旋回体配置データ、すなわち基準位置データＰと旋回体方位データＱとを更新して、表示コントローラ２８に出力する。

表示コントローラ２８は、ＣＰＵ等の処理部と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部とを有する。表示コントローラ２８は、グローバル座標演算部２３から旋回体配置データである基準位置データＰ及び旋回体方位データＱを取得する。実施形態において、表示コントローラ２８は、作業機位置データとして、バケット８の刃先８Ｔの３次元位置を示すバケット刃先位置データＳを生成する。そして、表示コントローラ２８は、バケット刃先位置データＳと目標施工情報Ｔとを用いて、目標施工地形データＵを生成する。

目標施工情報Ｔは、油圧ショベル１００が備える作業機２が施工する対象（以下、適宜、施工対象と称する）仕上がりの目標となる情報である。目標施工情報Ｔは、例えば、油圧ショベル１００の施工対象の設計情報が挙げられる。作業機２が施工する対象は、例えば、地面である。施工対象に対して作業機２が実行する作業としては、例えば、掘削作業及び地面の均し作業が挙げられるが、これらに限定されない。

表示コントローラ２８は、目標施工地形データＵに基づく表示用の目標施工地形データＵａを導出し、表示用の目標施工地形データＵａに基づいて、表示部２９に作業機２の施工対象の目標となる形状、例えば地形を表示させる。

表示部２９は、例えば、タッチパネルによる入力を受け付ける液晶表示装置であるが、これに限定されるものではない。実施形態においては、表示部２９に隣接してスイッチ２９Ｓが設置されている。スイッチ２９Ｓは、後述する介入制御を実行させたり、実行中の介入制御を停止させたりするための入力装置である。

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６からブーム操作量ＭＢ、バケット操作量ＭＴ及びアーム操作量ＭＡを取得する。作業機コントローラ２６は、センサコントローラ３９からブーム６の傾斜角度θ１、アーム７の傾斜角度θ２、バケット８の傾斜角度θ３を取得する。

作業機コントローラ２６は、表示コントローラ２８から、目標施工地形データＵを取得する。目標施工地形データＵは、目標施工情報Ｔのうち、油圧ショベル１００がこれから作業する範囲の情報である。すなわち、目標施工地形データＵは、目標施工情報Ｔの一部である。したがって、目標施工地形データＵは、目標施工情報Ｔと同様に、作業機２の施工対象の仕上がりの目標となる形状を表す。この仕上がりの目標となる形状を、以下においては適宜、目標施工地形と称する。

作業機コントローラ２６は、センサコントローラ３９から取得した作業機２の姿勢及び寸法からバケット８の刃先８Ｔの位置（以下、適宜刃先位置と称する）を算出する。作業機コントローラ２６は、目標施工地形データＵに沿ってバケット８の刃先８Ｔが移動するように、目標施工地形データＵとバケット８の刃先８Ｔとの距離及び作業機２の速度に基づいて作業機２の動作を制御する。この場合、作業機コントローラ２６は、バケット８が予め定められた目標の形状に侵入することを抑制するために、作業機２が施工対象に接近する方向の速度が制限速度以下になるように制御する。この制御を、適宜介入制御と称する。介入制御における目標の形状は、例えば目標施工地形データＵ、すなわち作業機２の施工対象の目標とする形状である目標施工地形、及び目標施工地形から予め定められた距離だけ離れた地形等が挙げられる。

介入制御は、例えば、油圧ショベル１００のオペレータが、図２に示されるスイッチ２９Ｓを用いて介入制御を実行することを選択した場合に実行される。すなわち、介入制御は、操作装置２５の操作に基づいて、つまりオペレータの操作に基づいて作業機２が動作する場合に、作業機コントローラ２６が作業機を動作させる制御である。作業機コントローラ２６が目標施工地形とバケット８との距離を算出する場合、バケット８の基準となる位置は刃先８Ｔに限らず任意の場所でよい。

介入制御において、作業機コントローラ２６は、目標施工地形データＵにバケット８が侵入しないように作業機２を制御するためにブーム指令信号ＣＢＩを生成して、図２に示される介入弁２７Ｃに出力する。ブーム６は、ブーム指令信号ＣＢＩに応じて動作することにより、作業機２、より詳細にはバケット８が目標施工地形データＵに近づく速度が、バケット８と目標施工地形データＵとの距離に応じて制限される。

作業機コントローラ２６は、介入制御において、施工対象の目標形状である設計地形を示す目標施工地形データＵとバケット８の位置を求めるための傾斜角度θ１，θ２，θ３とに基づき、目標施工地形とバケット８との距離に応じてバケット８が目標施工地形に近づく速度が小さくなるように、ブーム６の速度を制御する。

実施形態において、オペレータによる操作装置２５の操作に基づいて作業機２が動作する場合、バケット８の刃先８Ｔが目標施工地形に侵入しないように、作業機コントローラ２６はブーム指令信号ＣＢＩを生成し、これを用いてブーム６の動作を制御する。詳細には、作業機コントローラ２６は、介入制御においてバケット８の刃先８Ｔが目標施工地形に侵入しないように、ブーム６を上昇させる。介入制御において実行されるブーム６を上昇させる制御を、適宜、ブーム介入制御と称する。

本実施形態において、作業機コントローラ２６がブーム介入制御を実現するために、作業機コントローラ２６は、ブーム介入制御に関するブーム指令信号ＣＢＩを生成し、介入弁２７Ｃに出力する。介入弁２７Ｃは、パイロット油路５０のパイロット油圧を調整する。

ブーム介入制御は、介入制御において実行されるブーム６を上昇させる制御であるが、介入制御において、作業機コントローラ２６は、ブーム６の上昇に加えて又はブーム６の上昇の代わりに、アーム７及びバケット８の少なくとも一方を上昇させてもよい。すなわち介入制御において、作業機コントローラ２６は、作業機２を構成するブーム６、アーム７及びバケット８の少なくとも１つを上昇させることにより、作業機２の作業対象の目標形状、実施形態では目標施工地形４３Ｉから離れる方向に作業機２を移動させる。ブーム介入制御は、介入制御の一態様である。

＜作業機コントローラ２６の詳細＞
図３は、作業機コントローラ２６のブロック図である。図４は、目標施工地形４３Ｉ及びバケット８を示す図である。図５は、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを説明するための図である。作業機コントローラ２６は、制御部２６ＣＮＴと切替部２６Ｊを含む。これらは、作業機コントローラ２６の処理部２６Ｐに含まれる。処理部２６Ｐは、制御部２６ＣＮＴ及び切替部２６Ｊの機能を実現する。

作業機コントローラ２６の処理部２６Ｐは、作業機２を制御するためのコンピュータプログラムを実行して、作業機２を制御する。作業機２の制御には、介入制御及び実施形態に係る作業機械の制御方法による制御が含まれる。記憶部２６Ｍは、作業機２を制御するためのコンピュータプログラムを記憶している。

制御部２６ＣＮＴは、相対位置算出部２６Ａ、距離算出部２６Ｂ、目標速度算出部２６Ｃ、介入速度算出部２６Ｄ、介入指令算出部２６Ｅ及び介入速度修正部２６Ｆを含む。制御部２６ＣＮＴは、介入制御を実行する。実施形態において、制御部２６ＣＮＴは、介入制御時には目標の形状にバケット８が侵入しないように作業機２を制御する。実施形態において、介入制御における目標の形状は、図５に示される目標施工地形４３Ｉ又は目標施工地形４３Ｉから予め定められた距離Ｏｆｆだけ離れたオフセット地形４３Ｉｖである。

介入制御が実行されるにあたって、作業機コントローラ２６は、ブーム操作量ＭＢ、アーム操作量ＭＡ、バケット操作量ＭＴ、表示コントローラ２８から取得した目標施工地形データＵ及びセンサコントローラ３９から取得した傾斜角度θ１，θ２，θ３及びバケット８の形状を用いて、介入制御に必要なブーム指令信号ＣＢＩを生成し、また必要に応じてアーム指令信号及びバケット指令信号を生成し、制御弁２７及び介入弁２７Ｃを動作させて作業機２を制御する。

相対位置算出部２６Ａは、表示コントローラ２８からバケット刃先位置データＳを取得し、センサコントローラ３９から傾斜角度θ１，θ２，θ３を取得する。相対位置算出部２６Ａは、取得した傾斜角度θ１，θ２，θ３からバケット８の刃先８Ｔの位置である刃先位置Ｐｂを求める。

距離算出部２６Ｂは、相対位置算出部２６Ａによって求められた刃先位置Ｐｂと、表示コントローラ２８から取得した目標施工地形データＵとから、バケット８の刃先８Ｔと、目標施工情報Ｔの一部である目標施工地形データＵで表される目標施工地形４３Ｉとの間の最短となる距離ｄを算出する。距離ｄは、刃先位置Ｐｂと、目標施工地形４３Ｉに直交し、かつ刃先位置Ｐｂを通る直線と、目標施工地形データＵとが交差する位置Ｐｕとの距離である。

介入制御における目標の形状がオフセット地形４３Ｉｖである場合、距離算出部２６Ｂは、表示コントローラ２８から距離Ｏｆｆを取得し、目標施工地形４３Ｉの位置に加算することにより、オフセット地形４３Ｉｖを求める。距離算出部２６Ｂは、バケット８の刃先８Ｔと、オフセット地形４３Ｉｖとの間の最短となる距離ｄを算出する。距離Ｏｆｆは、図２に示される表示部２９のタッチパネルから、油圧ショベル１００のオペレータが入力し、表示コントローラ２８に記憶される。

目標施工地形４３Ｉは、作業機２の動作平面と、複数の目標施工面で表される目標施工情報Ｔとの交線から求められる。作業機２の動作平面は、上部旋回体３の前後方向で規定され、かつ掘削対象位置Ｐｄｇを通る平面であり、作業機２が上部旋回体３の前後方向に動作することにより掘削対象位置Ｐｄｇを掘削するように、作業機２が駆動されるときの平面である。目標施工地形４３Ｉは、より詳細には、前述した交線のうち、目標施工情報Ｔの掘削対象位置Ｐｄｇの前後における単数又は複数の変曲点とその前後の線が目標施工地形４３Ｉである。図５に示される例では、２個の変曲点Ｐｖ１、Ｐｖ２とその前後の線とが目標施工地形４３Ｉである。掘削対象位置Ｐｄｇは、バケット８の刃先８Ｔの位置、すなわち刃先位置Ｐｂの直下の点である。このように、目標施工地形４３Ｉは、目標施工情報Ｔの一部である。目標施工地形４３Ｉは、図２に示される表示コントローラ２８が生成する。

目標速度算出部２６Ｃは、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍと、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍと、バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔとを決定する。ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブームシリンダ１０が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍは、アームシリンダ１１が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケットシリンダ１２が駆動されるときの刃先８Ｔの速度である。ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍは、ブーム操作量ＭＢに応じて算出される。アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍは、アーム操作量ＭＡに応じて算出される。バケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケット操作量ＭＴに応じて算出される。

介入速度算出部２６Ｄは、バケット８の刃先８Ｔと目標施工地形４３Ｉとの間の距離ｄに基づいて、ブーム６の制限速度であるブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。介入速度算出部２６Ｄは、図１に示される作業機２全体の制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔから、アーム目標速度Ｖｃ＿ａｍ及びバケット目標速度Ｖｃ＿ｂｋｔを減算することにより、ブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍを求める。制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、バケット８の刃先８Ｔが目標施工地形４３Ｉに接近する方向において許容できる刃先８Ｔの移動速度である。

制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、距離ｄが正の場合は負の値、すなわち作業機２が下降する場合の下降速度であり、距離ｄが負の場合は正の値、すなわち作業機２が上昇する場合の上昇速度である。距離ｄが負の値とは、バケット８が目標施工地形４３Ｉに侵入した状態である。制限速度Ｖｃ＿ｌｍｔは、距離ｄが小さくなるにしたがって、速度の絶対値が小さくなり、距離ｄが負の値になると、距離ｄの絶対値が大きくなるにしたがって速度の絶対値が大きくなる。

介入指令算出部２６Ｅは、介入速度修正部２６Ｆによって求められたブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍから、ブーム指令信号ＣＢＩを生成する。ブーム指令信号ＣＢＩは、介入弁２７Ｃの開度を、ブーム６がブーム制限速度Ｖｃｙ＿ｂｍで上昇するために必要なパイロット圧力をシャトル弁５１に作用させるために必要な大きさとするための指令である。ブーム指令信号ＣＢＩは、実施形態において、ブーム指令速度に応じた電流値である。

切替部２６Ｊは、目標施工地形４３Ｉに対するバケット８の姿勢に基づいて、介入制御における目標の形状を、目標施工地形４３Ｉから予め定められた距離Ｏｆｆだけ離れたオフセット地形４３Ｉｖ又は目標施工地形４３Ｉとする。この場合、切替部２６Ｊは、操作装置２５からのアーム操作指令Ｓｇａ、センサコントローラからの傾斜角度θ１，θ２，θ３及び制御部２６ＣＮＴからの介入制御状態Ｃａｓ又は停止制御状態Ｃｓｔを取得し、オフセット係数Ｋ及び固定フラグＦｆを距離算出部２６Ｂに与える。

アーム操作指令Ｓｇａは、アーム７を操作するレバーである左操作レバー２５Ｌがアーム７の操作について中立であるか否かを示す信号である。左操作レバー２５Ｌがアーム７の操作について中立である場合、アーム７は停止する。介入制御状態Ｃａｓは介入制御が実行中であることを示し、停止制御状態Ｃｓｔは停止制御が実行中であることを示す。停止制御は介入制御の１つであり、介入制御における目標の形状、すなわち目標施工地形４３Ｉ又はオフセット地形４３Ｉｖにバケット８が侵入した場合に作業機２を停止させる制御である。停止制御は、作業機２が介入制御における目標の形状に侵入しないように作業機２を制御するものである。

オフセット係数Ｋは、掘削制御における目標の地形を、目標施工地形４３Ｉ又はオフセット地形４３Ｉｖに切り替えるための係数である。固定フラグＦｆは、作業機２が目標の形状の施工を開始してから一連の施工を終了するまでは、目標の形状の施工を開始したときにおける目標の形状を制御部２６ＣＮＴ、詳細には距離算出部２６Ｂに維持させるフラグである。固定フラグＦｆが１である場合、制御部２６ＣＮＴは、作業機２が目標の形状の施工を開始してから一連の施工を終了するまで、目標の形状を、目標の形状の施工を開始したときのものとする。

例えば、目標の形状の施工を開始したときの目標の形状がオフセット地形４３Ｉｖである場合、制御部２６ＣＮＴは、作業機２が目標の形状の施工を開始してから一連の施工を終了するまで、目標の形状をオフセット地形４３Ｉｖとする。目標の形状の施工を開始したときの目標の形状が目標施工地形４３Ｉである場合、制御部２６ＣＮＴは、作業機２が目標の形状の施工を開始してから一連の施工を終了するまで、目標の形状を目標施工地形４３Ｉとする。

図６及び図７は、法面を形成する施工例を示す図である。油圧ショベル１００が法面を形成する場合、油圧ショベル１００は施工対象を掘削した後、バケット８の底面８Ｂで施工対象を目標施工地形４３Ｉまで押さえ付けて法面を仕上げる。作業機コントローラ２６は、目標施工地形４３Ｉから予め定められた距離Ｏｆｆ（以下、適宜オフセット量と称する）だけ離れたオフセット地形４３Ｉｖを介入制御における目標の形状とすることにより、法面を施工する際の押し付け代を確保できる。実施形態において、オペレータは、油圧ショベル１００の作業に応じたオフセット量Ｏｆｆを、図２に示される表示部２９のタッチパネルから設定することができる。

施工対象に法面を形成する場合、オペレータがオフセット量Ｏｆｆを設定すると、作業機コントローラ２６は、介入制御における目標の形状をオフセット地形４３Ｉｖとする。作業機コントローラ２６は、バケット８が施工対象の表土ＳＨＰを掘削する際に、バケット８がオフセット地形４３Ｉｖに侵入しないように介入制御を実行する。オフセット地形４３Ｉｖまで施工対象が掘削されたら、オペレータはオフセット量Ｏｆｆを解除する。オフセット量Ｏｆｆが解除された状態で、油圧ショベル１００はバケット８の底面８Ｂを施工対象に押し付けて、施工対象の表面を目標施工地形４３Ｉの位置に仕上げる。

仕上げにおいて、オペレータは、図２に示される表示部２９のタッチパネルからオフセット量Ｏｆｆを解除する。作業機コントローラ２６は、介入制御における目標の形状を目標施工地形４３Ｉとする。作業機コントローラ２６は、バケット８が施工対象に押し付けられると、バケット８の底面８Ｂが目標施工地形４３Ｉに侵入しないように介入制御を実行する。仕上げにより、オフセット量Ｏｆｆの分の表土ＳＨＰが目標施工地形４３Ｉまで押し付けられることにより、施工対象の表面が押し固められて法面が完成する。

一箇所に法面が形成されると、油圧ショベル１００は、次の場所も同様に法面を形成する。この場合、オペレータは再度オフセット量Ｏｆｆを設定する。また、法面を形成する場合、表土ＳＨＰの掘削と仕上げとでオフセット量Ｏｆｆを設定し直す必要がある。このため、法面を形成する場合、オペレータの作業が煩雑になる。

法面を形成する場合におけるオペレータの作業が煩雑になることを抑制するため、作業機コントローラ２６は、目標施工地形４３Ｉに対するバケット８の姿勢に基づいて、介入制御における目標の形状を、オフセット地形４３Ｉｖと目標施工地形４３Ｉとに切り替える。詳細には、図７に示されるように、作業機コントローラ２６の切替部２６Ｊは、例えば目標施工地形４３Ｉとバケット８の底面８Ｂとのなす角度αの大きさに基づいて、介入制御における目標の形状を、オフセット地形４３Ｉｖと目標施工地形４３Ｉとに切り替える。

角度αの絶対値が大きい場合、バケット８は施工対象を掘削すると判定できる。また、角度αの絶対値が小さい場合、バケット８は底面８Ｂを施工対象に押し付けると判定できる。例えば、角度αの絶対値が予め定められた閾値αｃの絶対値よりも大きい場合、切替部２６Ｊは、介入制御における目標の形状を、オフセット地形４３Ｉｖとする。角度αの絶対値が予め定められた閾値αｃの絶対値以下である場合、切替部２６Ｊは、介入制御における目標の形状を、目標施工地形４３Ｉとする。

このような処理によって、介入制御における目標の形状は、表土ＳＨＰの掘削時と仕上げ時とで自動的に切り替わる。その結果、法面の形成において、オペレータは表土ＳＨＰの掘削時と施工対象の仕上げ時とでオフセット量Ｏｆｆを設定し直す必要がなくなるので、法面を形成する場合においてオペレータの作業が煩雑になることが抑制される。

図８は、バケット８の底面８Ｂの角度θｂを求める手法を説明するための図である。実施形態において、バケット８の底面８Ｂの角度（以下、適宜、底面角度と称する）θｂは、図８に示されるように車体座標系におけるＸｍ−Ｙｍ平面と平行、かつバケット８の刃先８Ｔと接する平面ＰＨを基準として、バケット８側においては符号を−（負）、バケット８とは反対側においては符号を＋（正）とする。水平面は、例えばグローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚ，）のＸｇ−Ｙｇ平面である。底面角度θｂは、バケット８の底面８Ｂと平面ＰＨとのなす角度である。バケット８の底面８Ｂは、バケット８の刃先８Ｔと、バケット８の尻部８Ｈの刃先８Ｔ側における端部８ｐＢとの間である。尻部８Ｈは、バケット８の外側の湾曲した部分である。角度θｂは、式（１）で求めることができる。
θｂ＝−２７０＋θ１＋θ２＋θ３＋β・・・（１）

θ１はブーム６の傾斜角度、θ２はアーム７の傾斜角度、θ３はバケット８の傾斜角度、βは刃先８Ｔの角度である。傾斜角度θ１は、軸線Ｚｂと、ブームピン１３の中心軸及びアームピン１４の中心軸を結ぶ軸線とのなす角度である。軸線Ｚｂは、油圧ショベル１００の車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）のＺｍ軸と直交し、かつブームピン１３の中心軸を通る直線である。傾斜角度θ２は、ブームピン１３の中心軸及びアームピン１４の中心軸を結ぶ直線と、アームピン１４の中心軸及びバケットピン１５の中心軸を結ぶ直線とのなす角度である。傾斜角度θ３は、アームピン１４の中心軸及びバケットピン１５の中心軸を結ぶ直線と、バケットピン１５の中心軸とバケット８の刃先とを結ぶ直線とのなす角度である。刃先８Ｔの角度βは、バケットピン１５の中心軸とバケット８の刃先とを結ぶ直線と、バケット８の底面８Ｂとのなす角度である。刃先８Ｔの角度βは、バケット８の種類によって定まる値であり、作業機コントローラ２６の記憶部２６Ｍに記憶されている。

図９は、目標施工地形４３Ｉとバケット８の底面８Ｂとのなす角度αを求める手法を説明するための図である。目標施工地形４３Ｉとバケット８の底面８Ｂとのなす角度αは、式（２）によって求めることができる。角度γは、前述した平面ＰＨに対して目標施工地形４３Ｉが傾く角度である。角度γは、平面ＰＨに対してバケット８の底面８Ｂ側に回動する方向においては符号を−（負）、平面ＰＨに対してバケット８の底面８Ｂ側から離れるように回動する方向においては符号を＋（正）とする。
α＝θｂ−γ・・・（２）

図１０及び図１１は、オフセット係数Ｋを切り替えるための閾値α１，α２を含むマップＭＰＡ，ＭＰＢを示す図である。マップＭＰＡ及びマップＭＰＢは、いずれも縦軸がオフセット係数Ｋ、横軸が角度αである。角度αの符号は負である。閾値α１の絶対値は、閾値α２の絶対値よりも小さい。マップＭＰＡにおいて、角度αの絶対値が閾値α１の絶対値以下になった場合、オフセット係数Ｋは１から０になる。角度αの絶対値が閾値α１の絶対値よりも大きく、閾値α２の絶対値以上になった場合、オフセット係数Ｋは０から１になる。

マップＭＰＢにおいて、角度αの絶対値が閾値α２の絶対値以下になった場合、角度αの絶対値が小さくなるにしたがって、オフセット係数Ｋは１から徐々に減少する。角度αの絶対値が閾値α１の絶対値以下になると、オフセット係数Ｋは０になる。

マップＭＰＡ又はマップＭＰＢは、図３に示される作業機コントローラ２６の記憶部２６Ｍに記憶されている。作業機コントローラ２６の切替部２６Ｊは、角度αを求めたらマップＭＰＡ又はマップＭＰＢを記憶部２６Ｍから読み出し、求めた角度αに対応するオフセット係数ＫをマップＭＰＡ又はマップＭＰＢから取得する。切替部２６Ｊは、取得したオフセット係数Ｋを、距離算出部２６Ｂに与える。

距離算出部２６Ｂは、切替部２６Ｊから受け取ったオフセット係数Ｋを、オペレータによって設定されたオフセット量Ｏｆｆに乗じて、介入制御に用いるオフセット量Ｏｆｆｃとする。すなわち、Ｏｆｆｃ＝Ｋ×Ｏｆｆである。距離算出部２６Ｂは、オフセット量Ｏｆｆｃを目標施工地形４３Ｉの位置に加算することにより、介入制御における目標の形状とする。マップＭＰＡによってオフセット係数Ｋが求められる場合を考える。介入制御における目標の形状がオフセット地形４３Ｉｖである場合、オフセット係数Ｋは１なので、介入制御における目標の形状はオフセット地形４３Ｉｖとなる。介入制御における目標の形状が目標施工地形４３Ｉである場合、オフセット係数Ｋは０なので、介入制御における目標の形状は目標施工地形４３Ｉとなる。

マップＭＰＡは、オフセット係数Ｋを１から０、すなわちオフセット地形４３Ｉｖから目標施工地形４３Ｉに変更するときと、オフセット係数Ｋを０から１、すなわち目標施工地形４３Ｉからオフセット地形４３Ｉｖに変更するときとでヒステリシスを持たせる。このようにすることで、オフセット係数Ｋの変更にともなうハンチングが抑制される。詳細には、オフセット係数Ｋの変更にともなってバケット８が上下する現象が抑制される。マップＭＰＡは、オフセット係数Ｋの切り換えについてヒステリシスを持たせなくてもよい。すなわち、単一の閾値αｃを用いてオフセット係数Ｋを切り替えてもよい。

マップＭＰＢによってオフセット係数Ｋが求められる場合、オフセット係数Ｋは、閾値α２からα１の間で、角度αの大きさに応じて変化する。このため、介入制御における目標の形状は、目標施工地形４３Ｉからオフセット地形４３Ｉｖまでの間の地形となる。

図１２は、介入制御における目標の形状をオフセット地形４３Ｉｖとした場合のバケットの動きを示す図である。法面を形成する際にバケット８が施工対象の表土ＳＨＰを掘削する場合、介入制御における目標の形状は、オフセット地形４３Ｉｖになる。バケット８が表土ＳＨＰを掘削する場合、掘削の開始位置ＳＰから終了位置ＥＰまでの間で、バケット８の姿勢が変化する。掘削の開始位置ＳＰから法面の下端側における下端位置ＨＳまでの部分、及び下端位置ＨＳから終了位置ＥＰまでの部分に、オフセット地形４３Ｉｖが存在する。

この場合、バケット８は、開始位置ＳＰから下端位置ＨＳを通って終了位置ＥＰまで、連続して施工対象を掘削する。この掘削において、オペレータの操作は、アーム７の操作が主体であり、バケット８の操作はほとんど発生しない。このため、バケット８は、開始位置ＳＰから徐々に刃先８Ｔを寝かしつつ、すなわちバケット８の底面８Ｂと目標施工地形４３Ｉとのなす角度αの絶対値を小さくしつつ、下端位置ＨＳに接近する（図１２の状態Ａ，Ｂ）。介入制御における目標の形状は、オフセット地形４３Ｉｖである。

バケット８が下端位置ＨＳに接近しているときに、角度αの絶対値が閾値以下になると、オフセット係数Ｋは０になるので、図１２の状態Ｃに示されるように、刃先８Ｔが目標施工地形４３Ｉまで落ちる。図１２の状態Ｄに示されるように、バケット８の刃先８Ｔが下端位置ＨＳを超えて、刃先８Ｔの直下に存在する目標施工地形４３Ｉが法面に切り替わると、角度αの絶対値が大きくなって閾値の絶対値を超えるので、オフセット係数Ｋは１になる。その結果、図１２の状態Ｅに示されるように、刃先８Ｔがオフセット地形４３Ｉｖまで上昇する。

バケット８は、図１２の状態Ｆに示されるように、オフセット地形４３Ｉｖに侵入しないように法面を掘削する。図１２の状態Ｇに示されるように、バケット８が終了位置ＥＰに向かって移動している最中に刃先８Ｔが法面の所定位置を超えると、角度αの絶対値が小さくなる。角度αの絶対値が閾値の絶対値以下になると、オフセット係数Ｋは０になるので、図１２の状態Ｈに示されるように、刃先８Ｔが目標施工地形４３Ｉまで落ちる。

このように、開始位置ＳＰから終了位置ＥＰまでバケット８が移動する間に、バケット８が上下する現象が発生することがある。この現象を回避するため、切替部２６Ｊは、制御部２６ＣＮＴに、作業機２が介入制御における目標の形状の施工を開始してから一連の施工を終了するまでは、目標の形状の施工を開始したときにおける目標の形状を維持させる。例えば、介入制御における目標の形状がオフセット地形４３Ｉｖである場合、切替部２６Ｊは、オフセット係数Ｋを１かつ固定フラグＦｆを１にして、制御部２６ＣＮＴの距離算出部２６Ｂに与える。

距離算出部２６Ｂは、固定フラグＦｆ＝１を受け取ると、固定フラグＦｆが０になるまで、オフセット係数Ｋ＝１を維持する。実施形態において、切替部２６Ｊは、左操作レバー２５Ｌがアーム７の操作について中立、すなわちアームが停止しており、かつ停止制御でない場合に、固定フラグＦｆを０にする。これは、法面の一連の施工が終了するまで、すなわち開始位置ＳＰから終了位置ＥＰまでバケット８が移動することに相当する。

このようにすることで、一連の法面の施工が終了するまで、制御部２６ＣＮＴは、介入制御における目標の形状であるオフセット地形４３Ｉｖの施工を開始してから一連の施工を終了するまで、介入制御における目標の形状をオフセット地形４３Ｉｖに維持する。その結果、開始位置ＳＰから終了位置ＥＰまでバケット８が移動する間において、バケット８が上下する現象が回避される。

介入制御における目標の形状が目標施工地形４３Ｉである場合、切替部２６Ｊは、オフセット係数Ｋ＝０かつ固定フラグＦｆ＝１にして、制御部２６ＣＮＴの距離算出部２６Ｂに与える。この場合も、距離算出部２６Ｂは、固定フラグＦｆ＝１を受け取ると、固定フラグＦｆが０になるまで、オフセット係数Ｋ＝１を維持する。この処理によって、法面の一連の施工が終了するまで、制御部２６ＣＮＴは、介入制御における目標の形状である目標施工地形４３Ｉの施工を開始してから一連の施工を終了するまで、介入制御における目標の形状を目標施工地形４３Ｉに維持する。その結果、開始位置ＳＰから終了位置ＥＰまでバケット８が移動する間において、バケット８が上下する現象が回避される。

＜実施形態に係る作業機械の制御方法＞
図１３は、実施形態に係る作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。実施形態に係る作業機械の制御方法は、作業機コントローラ２６が実現する。法面の施工が開始される前に、油圧ショベル１００のオペレータは、図２に示されるスイッチ２９Ｓを操作して、介入制御を実行する指令を入力する。また、オペレータは、オフセット量Ｏｆｆを図２に示される表示部２９のタッチパネルから入力する。作業機コントローラ２６の記憶部２６Ｍに、予めオフセット量Ｏｆｆを記憶させておき、オペレータは、表示部２９のタッチパネルを操作して、記憶部２６Ｍからオフセット量Ｏｆｆを読み出してもよい。介入制御は、アーム７が操作される、すなわち左操作レバー２５Ｌがアーム７の操作方向に操作されることによって開始される。

ステップＳ１０１において、作業機コントローラ２６、詳細には切替部２６Ｊは角度αを求める。この場合、切替部２６Ｊは、センサコントローラ３９から傾斜角度θ１，θ２、θ３を、記憶部２６Ｍから刃先８Ｔの角度βを取得し、式（１）から底面角度θｂを求める。また、切替部２６Ｊは、表示コントローラ２８から目標施工地形データＵを取得して目標施工地形４３Ｉを求め、得られた目標施工地形４３Ｉから角度γを求める。切替部２６Ｊは、角度γ及び底面角度θｂを式（２）に与え、角度αを求める。

ステップＳ１０２において、切替部２６Ｊは、ステップＳ１０１で求めた角度αと閾値αｃとを比較する。前述した説明では、切替部２６Ｊは、マップＭＰＡ又はマップＭＰＢを用いてオフセット係数Ｋを求め、介入制御における目標の地形を決定したが、ここでは説明を容易にするために、角度αと閾値αｃとを比較して、介入制御における目標の地形を決定する例を説明する。

ステップＳ１０１で求めた角度αの絶対値が閾値の絶対値以下である場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３において、切替部２６Ｊは介入制御における目標の地形を目標施工地形４３Ｉとする。すなわち、切替部２６Ｊは、オフセット係数Ｋを０にする。ステップＳ１０１で求めた角度αの絶対値が閾値の絶対値よりも大きい場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）、ステップＳ１０４において、切替部２６Ｊは介入制御における目標の地形をオフセット地形４３Ｉｖとする。すなわち、切替部２６Ｊは、オフセット係数Ｋを１にする。

ステップＳ１０３において、介入制御における目標の地形が目標施工地形４３Ｉになった場合、切替部２６Ｊは、ステップＳ１０５において、固定フラグＦｆを決定する。実施形態において、固定フラグＦｆは、次の（１）から（４）に示されるように決定される。この場合、切替部２６Ｊは、操作装置２５からアーム操作指令Ｓｇａを取得し、かつ制御部２６ＣＮＴから介入制御状態Ｃａｓ又は停止制御状態Ｃｓｔを取得する。
（１）固定フラグＦｆの前回値が１である場合、左操作レバー２５Ｌがアーム７の操作について中立であり、かつ停止制御が実行中でない、すなわち停止制御状態Ｃｓｔでなければ、切替部２６Ｊは固定フラグＦｆを０にする。
（２）固定フラグＦｆの前回値が１である場合、左操作レバー２５Ｌがアーム７の操作について中立でないか、又は停止制御が実行中でなければ、切替部２６Ｊは固定フラグＦｆを１にする。
（３）固定フラグＦｆの前回値が０である場合、前回の制御状態が介入制御、すなわち介入制御状態Ｃａｓであれば、切替部２６Ｊは固定フラグＦｆを１にする。
（４）固定フラグＦｆの前回値が０である場合、前回の制御状態が介入制御でなければ、すなわち介入制御状態Ｃａｓでなければ、切替部２６Ｊは固定フラグＦｆを０にする。

切替部２６Ｊは、ステップＳ１０３で求めたオフセット係数Ｋ及びステップＳ１０５で決定した固定フラグＦｆを、距離算出部２６Ｂに与える。固定フラグＦｆが０である場合（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、現時点における目標の地形は維持されないので、ステップＳ１０７において、距離算出部２６Ｂは、介入制御における目標の地形を、ステップＳ１０３で求められたオフセット係数Ｋにしたがって、目標施工地形４３Ｉとする。

固定フラグＦｆが１である場合（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、現時点における目標の地形は維持されるので、ステップＳ１０８において、距離算出部２６Ｂは、介入制御における目標の地形を前回値に維持する。前回値がオフセット地形４３Ｉｖであれば介入制御における目標の地形はオフセット地形４３Ｉｖであり、前回値が目標施工地形４３Ｉであれば介入制御における目標の地形は目標施工地形４３Ｉである。

ステップＳ１０４において、介入制御における目標の地形がオフセット地形４３Ｉｖになった場合、切替部２６Ｊは、ステップＳ１０９において、固定フラグＦｆを決定する。固定フラグＦｆを決定する方法は前述した通りである。

切替部２６Ｊは、ステップＳ１０４で求めたオフセット係数Ｋ及びステップＳ１０９で決定した固定フラグＦｆを、距離算出部２６Ｂに与える。固定フラグＦｆが０である場合（ステップＳ１１０，Ｙｅｓ）、現時点における目標の地形は維持されないので、ステップＳ１１１において、距離算出部２６Ｂは、介入制御における目標の地形を、ステップＳ１０４で求められたオフセット係数Ｋにしたがって、オフセット地形４３Ｉｖとする。固定フラグＦｆが１である場合（ステップＳ１１０，Ｎｏ）、現時点における目標の地形は維持されるので、ステップＳ１１２において、距離算出部２６Ｂは、介入制御における目標の地形を前回値に維持する。

前述したステップＳ１０２においては、角度αと閾値αｃとを比較した。切替部２６ＪがマップＭＰＡを用いてオフセット係数Ｋを求め、介入制御における目標の地形を決定する例を説明する。ステップＳ１０２において、切替部２６Ｊは、記憶部２６ＭからマップＭＰＡを読み出し、ステップＳ１０１で求めた角度αに対応するオフセット係数Ｋを求める。マップＭＰＡを用いたオフセット係数Ｋの決定は、次の（１）から（４）に示すようになる。
（１）現時点における目標の地形がオフセット地形４３Ｉｖである場合、角度αの絶対値が閾値α１の絶対値以下であれば、ステップＳ１０２においてＹｅｓとなる。この場合、切替部２６Ｊはオフセット係数Ｋを０にする。すなわち、ステップＳ１０３において、目標の地形は目標施工地形４３Ｉになる。
（２）現時点における目標の地形がオフセット地形４３Ｉｖである場合、角度αの絶対値が閾値α２の絶対値よりも大きければ、ステップＳ１０２においてＮｏとなる。この場合、切替部２６Ｊはオフセット係数Ｋを１にする。すなわち、ステップＳ１０４において、切替部２６Ｊは目標の地形はオフセット地形４３Ｉｖになる。
（３）現時点における目標の地形が目標施工地形４３Ｉである場合、角度αの絶対値が閾値α１の絶対値以下であれば、ステップＳ１０２においてＹｅｓとなる。この場合、切替部２６Ｊはオフセット係数Ｋを０にする。すなわち、ステップＳ１０３において、目標の地形は目標施工地形４３Ｉになる。
（４）現時点における目標の地形がオフセット地形４３Ｉｖである場合、角度αの絶対値が閾値α２の絶対値よりも大きければ、ステップＳ１０２においてＮｏとなる。この場合、切替部２６Ｊはオフセット係数Ｋを１にする。すなわち、ステップＳ１０４において目標の地形はオフセット地形４３Ｉｖになる。

＜目標施工地形４３Ｉが現況の地形よりも上にある場合＞
図１４は、実施形態において、目標施工地形４３Ｉが現況の地形よりも上にある場合における施工例を示す図である。例えば、盛り土をして法面を形成する場合、現況の地形よりも上に目標施工地形４３Ｉがある。この場合、油圧ショベル１００は、施工対象の表土ＳＨＰに盛り土をした後、盛り土をした部分にバケット８の底面８Ｂを押し付けて整形しながら、目標施工地形４３Ｉの位置まで盛り土及び整形を繰り返す。

目標施工地形４３Ｉが現況の地形よりも上にある場合、オフセット地形４３Ｉｖｆは目標施工地形４３Ｉよりも下方に存在する。この場合、作業機コントローラ２６、詳細には切替部２６Ｊは、介入制御における目標の形状を、オフセット地形４３Ｉｖｓとすることができる。

また、オフセット地形４３Ｉｖｆは目標施工地形４３Ｉよりも下方に存在する場合、切替部２６Ｊは、目標施工地形４３Ｉに対するバケット８の姿勢に基づいて、介入制御における目標の形状を、オフセット地形４３Ｉｖｆから目標施工地形４３Ｉの側に予め定められた距離Ｏｆｆ２だけ離れた地形としてもよい。実施形態において、目標施工地形４３Ｉよりも下方に存在するオフセット地形４３ＩＶｆを適宜、第１オフセット地形４３Ｉｖｆと称する。第１オフセット地形４３Ｉｖｆから目標施工地形４３Ｉの側に予め定められた距離Ｏｆｆ２だけ離れた地形を適宜、第２オフセット地形４３Ｉｖｓと称する。

第１オフセット地形４３Ｉｖｆは、目標施工地形４３Ｉからその下方に距離Ｏｆｆ１だけ離れた地形である。距離Ｏｆｆ１は、図２に示される表示部２９のタッチパネルから、オペレータによって設定される。第２オフセット地形４３Ｉｖｓを規定するための距離Ｏｆｆ２は、図２に示される表示部２９のタッチパネルから、オペレータによって設定される。第２オフセット地形４３Ｉｖｆには、前述したオフセット係数Ｋが乗じられる。オフセット係数Ｋが０である場合、介入制御における目標の地形は第１オフセット地形４３Ｉｖｆである。オフセット係数Ｋが１である場合、介入制御における目標の地形は第２オフセット地形４３Ｉｖｓである。オフセット係数Ｋが変更される条件は、前述した通りである。

角度αの絶対値が閾値よりも大きい場合、油圧ショベル１００は、施工対象の表面に土を盛ったり、盛った土を平坦にしたり、盛り過ぎた土を取り除いたりする。このため、切替部２６Ｊは、角度αの絶対値が閾値よりも大きい場合、オフセット係数Ｋを１として、介入制御における目標の地形を第２オフセット地形４３Ｉｖｆとする。

角度αの絶対値が閾値以下である場合、油圧ショベル１００は、施工対象をバケット８の底面８Ｂで押し付けて、施工対象の表面を第１オフセット地形４３Ｉｖｆの位置に固める。このため、切替部２６Ｊは、角度αの絶対値が閾値以下である場合、オフセット係数Ｋを０として、介入制御における目標の地形を第１オフセット地形４３Ｉｖｆとする。

以上、実施形態は、目標施工地形に対するバケット８の姿勢に基づいて、介入制御における目標の形状を、目標施工地形４３Ｉから予め定められた距離Ｏｆｆだけ離れたオフセット地形４３Ｉ又は目標施工地形４３Ｉとする。このような処理によって、油圧ショベル１００のオペレータは、オフセット地形４３Ｉｖを設定するための距離Ｏｆｆを一度設定すれば、法面等の施工毎に距離Ｏｆｆを設定する必要がなくなるので、法面等の形成におけるオペレータの煩雑な作業が低減される。

実施形態は、作業機２が介入制御における目標の形状の施工を開始してから一連の施工を終了するまでは、目標の形状の施工を開始したときにおける前記目標の形状が維持される。このような処理によって、実施形態は、法面の施工時においてバケット８が上下することを抑制できるので、転圧作業における転圧量を一定として、法面のムラを抑制できる。

実施形態は、アーム７が停止しており、かつ介入制御において作業機２を停止させる停止制御が実行されない場合に、施工開始時における目標の形状を維持することを解除する。このような処理により、作業機２が介入制御における目標の形状の施工を開始してから一連の施工を終了した後は、バケット８の新たな姿勢に基づいて介入制御における目標の形状が設定されるので、オペレータの意図に沿った作業機の動作を実現できる。

実施の形態は、オフセット地形４３Ｉｖｆが目標施工地形４３Ｉよりも下方に存在する場合、介入制御における目標の形状をオフセット地形４３Ｉｖｆとしてもよい。このような処理により、制御が簡単になる。

実施の形態は、オフセット地形４３Ｉｖｆが目標施工地形４３Ｉよりも下方に存在する場合、目標施工地形４３Ｉに対するバケット８の姿勢に基づいて、介入制御における目標の形状を、第１オフセット地形４３Ｉｖｆから目標施工地形４３Ｉの側に予め定められた距離Ｏｆｆ２だけ離れた第２オフセット地形４３Ｉｖｓとしてもよい。このような処理により、施工対象の表面に盛った土を平にしたり、盛り過ぎた土を取り除いたりする場合に、バケット８が第１オフセット地形４３Ｉｖｆに侵入することを抑制できる。

実施形態において、作業具はバケット８であるが、作業具はチルトバケットでもよい。この場合、例えば、チルトバケットの幅方向と直交する平面でチルトバケットを切ったときの断面の底面と、目標施工地形４３Ｉとのなす角度が、実施形態における角度αとされる。

以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１ 車両本体
２ 作業機
６ ブーム
７ アーム
８ バケット
８Ｈ 尻部
８ＢＤ 刃
８Ｔ 刃先
８Ｂ 底面
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
２５ 操作装置
２５Ｌ 左操作レバー
２５Ｒ 右操作レバー
２６ 作業機コントローラ
２６Ａ 相対位置算出部
２６Ｂ 距離算出部
２６Ｃ 目標速度算出部
２６ＣＮＴ 制御部
２６Ｄ 介入速度算出部
２６Ｅ 介入指令算出部
２６Ｆ 介入速度修正部
２６Ｍ 記憶部
２６Ｐ 処理部
２６Ｊ 切替部
２７Ｃ 介入弁
２８ 表示コントローラ
２９Ｓ スイッチ
３９ センサコントローラ
４３Ｉ 目標施工地形
４３Ｉｖ オフセット地形
４３Ｉｖｆ 第１オフセット地形（オフセット地形）
４３Ｉｖｓ 第２オフセット地形（オフセット地形）
１００ 油圧ショベル
Ｃａｓ，Ｃｓｔ 制御状態
ＣＢＩ ブーム指令信号
ｄ 距離
Ｆｆ 固定フラグ
Ｋ オフセット係数
ＭＰＡ，ＭＰＢ マップ
Ｏｆｆ、Ｏｆｆｃ オフセット量
Ｓｇａ アーム操作指令
αｃ，α１，α２ 閾値
θ１，θ２，θ３ 傾斜角度
θｂ 底面角度

Claims (9)

1. 施工対象を施工するために作業機械が有する作業具を含む作業機を制御する装置において、
   前記施工対象の仕上がりの目標とする予め定められた目標施工地形に対する前記作業具の姿勢に基づいて、前記目標施工地形から予め定められた距離だけ離れたオフセット地形又は前記目標施工地形を目標の形状とする切替部と、
   前記切替部が選択した前記目標の形状に基づき、前記作業具と前記目標の形状との距離に基づき前記作業機を制御する制御部と、
   を含む、作業機械の制御装置。
2. 前記切替部は、
   前記制御部に、前記作業機が前記目標の形状の施工を開始してから一連の施工を終了するまでは、前記目標の形状の施工を開始したときにおける前記目標の形状を維持させる、請求項１に記載の作業機械の制御装置。
3. 前記作業機は、前記作業具に取り付けられるアームを有し、
   前記制御部は、
   前記作業具が前記目標の形状に侵入した場合には前記作業機を停止させる制御を実行し、
   前記切替部は、
   前記アームが停止しており、かつ前記作業機が前記目標の形状に侵入しないように前記作業機を制御することが実行されない場合に、前記目標の形状の維持を解除する、請求項２に記載の作業機械の制御装置。
4. 前記オフセット地形が前記目標施工地形よりも下方に存在する場合、
   前記切替部は、
   前記目標の形状を、前記オフセット地形とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械の制御装置。
5. 前記オフセット地形が前記目標施工地形よりも下方に存在する場合、
   前記切替部は、
   前記施工対象の仕上がりの目標となる形状である目標施工地形に対する前記作業具の姿勢に基づいて、前記目標の形状を、前記オフセット地形から前記目標施工地形の側に予め定められた距離だけ離れた地形とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械の制御装置。
6. 施工対象を施工するために作業機械が有する作業機を制御する装置において、
   前記作業機が有する作業具が予め定められた目標の形状に侵入しないように前記作業機を制御する制御部と、
   前記施工対象の仕上がりの目標となる形状である目標施工地形に対する前記作業具の姿勢に基づいて、前記目標の形状を、前記目標施工地形から予め定められた距離だけ離れたオフセット地形又は前記目標施工地形とする切替部と、
   を含み、
   前記オフセット地形が前記目標施工地形よりも下方に存在する場合、
   前記切替部は、
   前記目標の形状を、前記オフセット地形とする、作業機械の制御装置。
7. 施工対象を施工するために作業機械が有する作業機を制御する装置において、
   前記作業機が有する作業具が予め定められた目標の形状に侵入しないように前記作業機を制御する制御部と、
   前記施工対象の仕上がりの目標となる形状である目標施工地形に対する前記作業具の姿勢に基づいて、前記目標の形状を、前記目標施工地形から予め定められた距離だけ離れたオフセット地形又は前記目標施工地形とする切替部と、
   を含み、
   前記オフセット地形が前記目標施工地形よりも下方に存在する場合、
   前記切替部は、
   前記施工対象の仕上がりの目標となる形状である目標施工地形に対する前記作業具の姿勢に基づいて、前記目標の形状を、前記オフセット地形から前記目標施工地形の側に予め定められた距離だけ離れた地形とする、作業機械の制御装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の作業機械の制御装置を備える、作業機械。
9. 施工対象を施工するための作業機械が有する作業具を含む作業機を制御する方法において、
   前記施工対象の仕上がりの目標とする予め定められた目標施工地形に対する前記作業具の姿勢に基づいて、前記目標施工地形から予め定められた距離だけ離れたオフセット地形又は前記目標施工地形を目標の形状とする工程と、
   前記作業具と前記目標の形状との距離に基づき前記作業機を制御する工程と、
   を含む、作業機械の制御方法。

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