JP7401370B2

JP7401370B2 - 作業機械

Info

Publication number: JP7401370B2
Application number: JP2020053350A
Authority: JP
Inventors: 大斗坂井
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2023-12-19
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: JP2021152307A

Description

本発明は作業装置を備える作業機械に関する。

近年，ＩＣＴ（Information and Communication Technology ：情報通信技術）を建設施工に適用して，多様な情報を効率的に活用して施工の合理化を図る情報化施工の活用が進められている。建設施工に利用される代表的な作業機械である油圧ショベルには，（１）キャブ内に設けた表示装置（モニタ）に，予め入力した目標地形（設計図で規定される完成後の地形の形状）と，作業装置を構成するバケットとを，バケットの実際の位置と角度を計測して並列表示することで，オペレータの操作を誘導するマシンガイダンス機能（ＭＧ（ＭａｃｈｉｎｅＧｕｉｄａｎｃｅ）と省略することがある）や，（２）コントローラに目標地形の設計データを予め入力しておき，バケットの実際の位置と角度を計測して当該コントローラに入力し，バケット先端が目標地形に近づくと作業装置に対して当該コントローラが制御信号を出力して，所定の距離以上は目標地形に近接しないように作業装置の動作範囲を制限するマシンコントロール機能（以下，ＭＣ（ＭａｃｈｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌ）と省略することがある）を搭載したものがある。

マシンコントロール機能は目標地形に従って地形を切り出す切土作業において主に用いられ，目標地形に概ね近い形状を素早く切り出す作業（粗掘削作業）を行っている間に作業装置が目標地形の下側を掘ることの回避や，目標地形に沿って地形を正確に切り出して整形する作業（仕上作業）に用いられる。しかし，施工現場における施工開始前の初期の地形（初期地形）と目標地形との位置関係によっては，現在の地形を切り出す切土作業だけでなく，外部から搬入した土砂を現在の地形の上に積み上げて目標地形を整形する盛土作業も行う場合がある。盛土作業においてはバケットを目標地形よりも下側に位置させた状態での作業が必要となる。そのため盛土予定地周辺において上記のマシンコントロール機能を実行していると，目標地形より下側において所望のバケット動作ができない場合がある。たとえば，切土予定地から土砂を持ち上げ，その土砂を盛土予定地へ放土する作業を考えると，切土予定地においては目標地形を掘りすぎないようにマシンコントロール機能によって作業装置の動作を制御したいが，盛土予定地においてはマシンコントロール機能が実行されたままだと目標地形より下側にバケットが入り込まないように動作が制限されるため，オペレータによる所望の位置への放土操作を妨げる恐れがある。すなわち，切土予定地ではマシンコントロール機能を実行し，盛土予定地ではマシンコントロール機能が実行されないようにしたい。

このような課題に対し，マシンコントロール機能を無効化するボタンを操作レバー上に設け，所望のタイミングで当該ボタンのＯＮとＯＦＦを切り替えることでオペレータの操作を妨げずにマシンコントロール機能を実行するか否かを切り替えられる技術が提案されている（特許文献１）。また，目標地形ではなく現在の地形の所定距離だけ上方に沿って作業装置（バケット）が移動するようにアクチュエータの制御信号を生成する技術が提案されている（特許文献２）。

特許第３１７２４４７号公報特開２０１８－０１６９７３

特許文献１に記載の技術では，マシンコントロールの実行状態の切り替えがオペレータに委ねられるため，盛土予定地内に侵入する際にマシンコントロール機能を解除し損ねて思いがけずアクチュエータが停止し土砂をこぼしてしまったり，土砂を放土した後に切土作業に戻る際にマシンコントロール機能を実行状態にすることを忘れ目標地形を傷つけてしまったりする恐れがある。

また，油圧ショベルを用いて盛土作業を実施する場合，ブルドーザのように土砂をブレードで盛土予定地内に運搬すると同時に車体の重みで土砂を押し固める作業だけでなく，盛土予定地内にある程度の量の土砂を放土した後にその土砂を１か所にかき集めてバケットで押し固めるという作業も行われ得る。このような作業において，特許文献２に記載の技術を適用すると，盛土予定地内に放土された土砂に対し所定距離よりもバケットを近づけることができなくなるため，放土された土砂をかき集めたり，土砂をバケットで押し固めたりするといった作業が困難となる。

本発明の目的は，盛土予定地が含まれる作業エリアにおいて，オペレータがマシンコントロール機能の実行状態を意識することなく作業できる作業機械を提供することにある。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが，その一例を挙げるならば，複数のフロント部材によって構成される作業装置と，前記複数のフロント部材を駆動する複数のアクチュエータと，前記複数のアクチュエータを操作するための操作装置と，前記操作装置が操作されている間に前記作業装置が前記作業装置の動作平面と目標地形との交線である目標面を超えないように前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの目標速度を演算し，その目標速度に基づいて前記少なくとも１つのアクチュエータを制御する領域制限制御を実行可能なコントローラとを備えた作業機械において，前記コントローラは，前記目標地形上に予め設定された複数の属性設定点における現況地形と前記目標地形との上下関係を前記目標地形のデータと前記現況地形のデータとに基づいて判定し，前記複数の属性設定点のうち前記現況地形が前記目標地形と一致すると判定された属性設定点と、前記複数の属性設定点のうち前記現況地形が前記目標地形の上方に位置すると判定された属性設定点とに第１属性を付与し，前記複数の属性設定点のうち前記現況地形が前記目標地形の下方に位置すると判定された属性設定点に第２属性を付与することで、前記目標地形と前記現況地形との上下関係が規定された上下関係データを生成し，前記上下関係データに含まれる前記複数の属性設定点のうち前記目標面の周囲に位置する属性設定点の属性に基づいて前記目標面上における前記目標地形と前記現況地形との上下関係を判定し，前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形と一致すると判定された部分及び前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形の上方に位置すると判定された部分に前記第１属性を付与し，前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形の下方に位置すると判定された部分に前記第２属性を付与し，前記目標面上で前記第１属性が付与された部分では前記領域制限制御を実行し，前記目標面上で前記第２属性が付与された部分では前記領域制限制御を実行しないこととする。

本発明によれば，オペレータは盛土予定地を含む作業エリアにおいてマシンコントロール機能の実行状態を意識することなく作業できる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルの構成図。本発明の実施形態に係る油圧ショベルに搭載された油圧駆動システムの概略図。図２中のフロント制御用油圧ユニット及びその周辺設備の詳細図。本発明の実施形態に係る油圧ショベルにおける座標系と各部の角度を示す図。本発明の実施形態に係るコントローラのハードウェア構成図。第１実施形態に係るコントローラによって行われる演算処理を機能ごとにブロック化して示した機能ブロック図。本発明の実施形態に係る油圧ショベルによって行われる掘削作業（領域制限制御）の概念図。図６の目標地形情報記憶部によって行われる演算処理を機能ごとにブロック化して示した機能ブロック図。本発明の実施形態に係る属性設定点の生成方法の概念図。図６の目標面演算部によって行われる目標面の算出処理およびその目標面に対する属性情報付与処理のフローチャート。コントローラ（目標面演算部）によって演算される目標面の一例を示す図。図１０のフローチャートにおけるステップＳ１０２－Ｓ１０５の説明図と，図１０のフローチャートにおけるステップＳ１０６－Ｓ１０７の説明図。第４実施形態におけるバケット背面と目標面の角度差の説明図。第４実施形態における対象領域の説明図。第４実施形態の変形例における目標面演算部による属性変更処理の一例の説明図。第５実施形態における対象領域の説明図。モニタ（表示装置）に表示される目標地形及び目標面とその属性情報の表示例。モニタ（表示装置）に表示される目標面とその属性情報の表示例。領域制限制御で利用される目標面距離ｄと補正係数ｋの相関図。目標面距離ｄに応じた補正前後のバケット先端の速度ベクトルを表す模式図。第４実施形態に係るコントローラの機能ブロック図。

以下，本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では作業機械として，バケット，アーム及びブームからなる作業装置（フロント作業装置）を備える油圧ショベルを例に説明するが，バケット以外のアタッチメント（作業具）を備えるものや，２つ以上に分割されたブームを備える油圧ショベル等にも適用できる。なお，以下の説明では，同一の構成要素が複数存在する場合，符号（数字）の末尾にアルファベットを付すことがあるが，当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば，同一の３つのポンプ３００ａ，３００ｂ，３００ｃが存在するとき，これらをまとめてポンプ３００と表記することがある。

＜実施形態１＞
（油圧ショベルの全体構成）
図１は本発明の実施形態に係る油圧ショベルの構成図であり，図２は本発明の実施形態に係る油圧ショベルの各種制御を司るコントローラ４０を油圧駆動装置と共に示す図であり，図３は図２中のフロント制御用油圧ユニット１６０及びその周辺設備の詳細図である。

図１において，油圧ショベル１は，多関節型の作業装置（フロント作業装置）１Ａと，車体１Ｂで構成されている。車体１Ｂは，左右の走行油圧モータ３ａ，３ｂ（油圧モータ３ａ，３ｂは図２を参照）により走行する下部走行体１１と，下部走行体１１の上に取り付けられ，旋回油圧モータ４により旋回する上部旋回体１２とからなる。

作業装置１Ａは，上下方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材（ブーム８，アーム９及びバケット１０）を連結して構成されている。ブーム８の基端は上部旋回体１２の前部においてブームピン（ブーム基底部）８ａ（図４参照）を介して回動可能に支持されている。ブーム８の先端にはアームピンを介してアーム９が回動可能に連結されており，アーム９の先端にはバケットピンを介してバケット１０が回動可能に連結されている。ブーム８はブームシリンダ５によって駆動され，アーム９はアームシリンダ６によって駆動され，バケット１０はバケットシリンダ７によって駆動される。

ブーム８，アーム９，バケット１０の回動角度α，β，γ（図４参照）を測定可能なように，ブームピンにブーム角度センサ３０，アームピンにアーム角度センサ３１，バケットリンク１３にバケット角度センサ３２が取付けられ，上部旋回体１２には基準面（例えば水平面）に対する上部旋回体１２（車体１Ｂ）の前後方向の傾斜角（ピッチ角）θ及び左右方向の傾斜角（ロール角）φ（図４参照）を検出する車体傾斜角センサ３３が取付けられている。なお，角度センサ３０，３１，３２はそれぞれ基準面に対する角度センサに代替可能である。

上部旋回体１２に設けられた運転室内には，走行右レバー２３ａ（図２）を有し走行右油圧モータ３ａ（下部走行体１１）を操作するための操作装置４７ａ（図２）と，走行左レバー２３ｂ（図２）を有し走行左油圧モータ３ｂ（下部走行体１１）を操作するための操作装置４７ｂ（図２）と，操作右レバー１ａ（図２）を共有しブームシリンダ５（ブーム８）及びバケットシリンダ７（バケット１０）を操作するための操作装置４５ａ，４６ａ（図２）と，操作左レバー１ｂ（図２）を共有しアームシリンダ６（アーム９）及び旋回油圧モータ４（上部旋回体１２）を操作するための操作装置４５ｂ，４６ｂ（図２）が設置されている。以下では，走行右レバー２３ａ，走行左レバー２３ｂ，操作右レバー１ａおよび操作左レバー１ｂを操作レバー１，２３と総称することがある。

上部旋回体１２に搭載された原動機１８（図２）は，例えばエンジンであり，油圧ポンプ２とパイロットポンプ４８を駆動する。油圧ポンプ２としてはレギュレータ２ａによって容量が制御される少なくとも１つの可変容量型ポンプを利用でき，パイロットポンプ４８としては固定容量型ポンプが利用可能である。本実施形態においては，図２に示すように，パイロットライン１４４，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９の途中にシャトルブロック１６２が設けられている。操作装置４５，４６，４７から出力された油圧信号が，このシャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａにも入力される。シャトルブロック１６２の詳細構成は省略するが，油圧信号がシャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａに入力されており，油圧ポンプ２の吐出流量が当該油圧信号に応じて制御される。

パイロットポンプ４８の吐出配管であるポンプライン１７０はロック弁３９を通った後，複数に分岐して操作装置４５，４６，４７，フロント制御用油圧ユニット１６０内の各弁に接続している。ロック弁３９は本例では電磁切換弁であり，その電磁駆動部は上部旋回体１２の運転室に配置されたゲートロックレバー（不図示）の位置検出器と電気的に接続している。ゲートロックレバーのポジションは位置検出器で検出され，その位置検出器からロック弁３９に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁３９が閉じてポンプライン１７０が遮断され，ロック解除位置にあればロック弁３９が開いてポンプライン１７０が開通する。つまり，ポンプライン１７０が遮断された状態では操作装置４５，４６，４７による操作が無効化され，旋回，掘削等の動作が禁止される。

操作装置４５，４６，４７は，油圧パイロット方式が利用可能であり，パイロットポンプ４８から吐出される圧油をもとに，それぞれオペレータにより操作される操作レバー１，２３の操作量（例えば，レバーストローク）と操作方向に応じたパイロット圧（操作圧と称することがある）を発生する。このように発生したパイロット圧は，コントロールバルブユニット２０内の対応する流量制御弁１５ａ～１５ｆ（図２または図３参照）の油圧駆動部１５０ａ～１５５ｂにパイロットライン１４４ａ～１４９ｂ（図３参照）を介して供給され，これら流量制御弁１５ａ～１５ｆを駆動する制御信号として利用される。

油圧ポンプ２から吐出された圧油は，流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ（図３参照）を介して走行右油圧モータ３ａ，走行左油圧モータ３ｂ，旋回油圧モータ４，ブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７，に供給される。供給された圧油によってブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７が伸縮することで，ブーム８，アーム９，バケット１０がそれぞれ回動し，バケット１０の位置及び姿勢が変化する。また，供給された圧油によって旋回油圧モータ４が回転することで，下部走行体１１に対して上部旋回体１２が旋回する。そして，供給された圧油によって走行右油圧モータ３ａ，走行左油圧モータ３ｂが回転することで，下部走行体１１が走行する。

油圧ショベル１は，図１及び図４に示すように，上部旋回体１２の上面に取り付けられた一対のＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｔｅｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）アンテナ１４Ａ，１４Ｂを備えている。２つのＧＮＳＳアンテナ１４Ａ，１４Ｂから出力された情報は上部旋回体１２に搭載されたＧＮＳＳ受信機５９（図５）に入力され，グローバル座標系における上部旋回体１２の位置及び方位の演算に利用される。コントローラ４０は，ＧＮＳＳ受信機５９の演算結果（上部旋回体１２の位置及び方位）と作業装置１Ａの姿勢とに基づいてグローバル座標系における例えばバケット１０の先端位置を算出できる。

（フロント制御用油圧ユニット１６０）
図３に示すように，フロント制御用油圧ユニット１６０は，ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ａ，１４４ｂに設けられ，操作レバー１ａの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）を検出する圧力センサ７０ａ，７０ｂと，一次ポート側がポンプライン１７０を介してパイロットポンプ４８に接続されパイロットポンプ４８からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５４ａと，ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ａと電磁比例弁５４ａの二次ポート側に接続され，パイロットライン１４４ａ内のパイロット圧と電磁比例弁５４ａから出力される制御圧（第２制御信号）の高圧側を選択し，流量制御弁１５ａの油圧駆動部１５０ａに導くシャトル弁８２ａと，ブーム８用の操作装置４５ａのパイロットライン１４４ｂに設置され，コントローラ４０からの制御信号を基にパイロットライン１４４ｂ内のパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５４ｂを備えている。

また，フロント制御用油圧ユニット１６０は，アーム９用のパイロットライン１４５ａ，１４５ｂに設置され，操作レバー１ｂの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）を検出してコントローラ４０に出力する圧力センサ７１ａ，７１ｂと，パイロットライン１４５ｂに設置され，コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５５ｂと，パイロットライン１４５ａに設置され，コントローラ４０からの制御信号を基にパイロットライン１４５ａ内のパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５５ａが設けられている。

また，フロント制御用油圧ユニット１６０は，バケット１０用のパイロットライン１４６ａ，１４６ｂには，操作レバー１ａの操作量としてパイロット圧（第１制御信号）を検出してコントローラ４０に出力する圧力センサ７２ａ，７２ｂと，コントローラ４０からの制御信号を基にパイロット圧（第１制御信号）を低減して出力する電磁比例弁５６ａ，５６ｂと，一次ポート側がパイロットポンプ４８に接続されパイロットポンプ４８からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁５６ｃ，５６ｄと，パイロットライン１４６ａ，１４６ｂ内のパイロット圧と電磁比例弁５６ｃ，５６ｄから出力される制御圧の高圧側を選択し，流量制御弁１５ｃの油圧駆動部１５２ａ，１５２ｂに導くシャトル弁８３ａ，８３ｂとがそれぞれ設けられている。なお，図３では，圧力センサ７０，７１，７２とコントローラ４０との接続線は紙面の都合上省略している。

電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂは，非通電時には開度が最大で，コントローラ４０からの制御信号である電流を増大させるほど開度は小さくなる。一方，電磁比例弁５４ａ，５６ｃ，５６ｄは，非通電時には開度をゼロ，通電時に開度を有し，コントローラ４０からの電流（制御信号）を増大させるほど開度は大きくなる。このように各電磁比例弁の開度５４，５５，５６はコントローラ４０からの制御信号に応じたものとなる。

上記のように構成される制御用油圧ユニット１６０において，コントローラ４０から制御信号を出力して電磁比例弁５４ａ，５６ｃ，５６ｄを駆動すると，対応する操作装置４５ａ，４６ａのオペレータ操作が無い場合にもパイロット圧（第２制御信号）を発生できるので，ブーム上げ，バケットクラウド，バケットダンプを強制的に発動できる。また，これと同様にコントローラ４０により電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂを駆動すると，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａのオペレータ操作により発生したパイロット圧（第１制御信号）を減じたパイロット圧（第２制御信号）を発生することができ，ブーム下げ動作，アームクラウド／ダンプ動作，バケットクラウド／ダンプ動作の速度をオペレータ操作の値から強制的に低減できる。

本稿では，流量制御弁１５ａ～１５ｃに対する制御信号のうち，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作によって発生したパイロット圧を「第１制御信号」と称する。そして，流量制御弁１５ａ～１５ｃに対する制御信号のうち，コントローラ４０で電磁比例弁５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂを駆動して第１制御信号を補正（低減）して生成したパイロット圧と，コントローラ４０で電磁比例弁５４ａ，５６ｃ，５６ｄを駆動して第１制御信号とは別に新たに生成したパイロット圧を「第２制御信号」と称する。

第２制御信号は，第１制御信号によって発生される作業装置１Ａの制御点の速度が所定の条件に反するときに生成され，当該所定の条件に反しない作業装置１Ａの制御点の速度を発生させる制御信号として生成される。なお，同一の流量制御弁１５ａ～１５ｃにおける一方の油圧駆動部に対して第１制御信号が，他方の油圧駆動部に対して第２制御信号が生成される場合は，第２制御信号を優先的に油圧駆動部に作用させることができ，第１制御信号を電磁比例弁で遮断し，第２制御信号を当該他方の油圧駆動部に入力できる。したがって，流量制御弁１５ａ～１５ｃのうち第２制御信号が演算されたものについては第２制御信号を基に制御され，第２制御信号が演算されなかったものについては第１制御信号を基に制御され，第１及び第２制御信号の双方が発生しなかったものについては制御（駆動）されないことになる。上記のように第１制御信号と第２制御信号を定義すると，マシンコントロール（ＭａｃｈｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌ：ＭＣ）は，第２制御信号に基づく流量制御弁１５ａ～１５ｃの制御ということもできる。

図５は本実施形態に係る油圧ショベルが備えるマシンコントロール（ＭａｃｈｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌ：ＭＣ）システム及びマシンガイダンス（ＭａｃｈｉｎｅＧｕｉｄａｎｃｅ：ＭＧ）システムの構成図である。

（マシンコントロール）
本システムでは，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの少なくとも１つが操作されたときに予め定めた条件に従って作業装置１Ａを動作させるＭＣが実行される。ＭＣにおける油圧アクチュエータ５，６，７の制御は，該当する流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃに制御信号（例えば，ブームシリンダ５を伸ばして強制的にブーム上げ動作を行う）を強制的に出力することで行われる。本システムで実行されるＭＣとしては，操作装置４５ｂでアーム操作をする際に実行される「領域制限制御（整地制御）」が含まれる。その他のＭＣとして例えば，アーム操作を行わずにブーム下げ操作をする際に実行される「停止制御」や，同じくアーム操作を行わずにブーム下げ操作をする際に実行される「転圧制御」などを含めても良い。

領域制限制御（整地制御）は，操作装置４５，４６により作業装置１Ａが操作されている間に，コントローラ４０が，作業装置１Ａが目標面６０（図４参照）を超えないように油圧アクチュエータ５，６，７のうち少なくとも１つの油圧アクチュエータに対する制御信号（パイロット圧）を演算し，その演算された制御信号（パイロット圧）を出力して当該少なくとも１つの油圧アクチュエータを制御するＭＣである。換言すると，コントローラ４０は領域制限制御において，目標面６０上またはその上方に作業装置１Ａが位置するように油圧アクチュエータ５，６，７のうち少なくとも１つを制御する。本実施形態では領域制限制御の一例として，バケット爪先（作業装置１Ａの先端）が目標面６０に近づくほど（すなわち，バケット爪先と目標面６０との距離（目標面距離）ｄ（図４）がゼロに近づくほど）目標面６０に垂直な方向のバケット爪先の速度ベクトルがゼロに近づくようなブーム上げ速度又はブーム下げ速度が演算され，その速度に即したブームシリンダ５用の制御信号（パイロット圧）が出力される。これによりバケット爪先が目標面６０上にあるときには，オペレータのアーム操作に合わせて自動的にブーム８が動作してバケット１０の爪先が目標面６０に沿って移動する（すなわち，目標面６０に垂直な方向のバケット爪先の速度ベクトルがゼロに保持される）。

目標面６０は，目標面６０の形状を示す目標面６０の位置データはコントローラ４０に記憶されており，図４に示すように作業装置１Ａの動作平面（図４のＸＺ平面）上において線で規定できる。目標面６０は，例えば，設計図が規定する地形の最終的な３次元形状（完成形状）である目標地形と，作業装置１Ａの動作平面（図４のＸＺ平面）との交線として演算され得る。

なお，本実施形態では，ＭＣ時の作業装置１Ａの制御点を，油圧ショベルのバケット１０の爪先（作業装置１Ａの先端）に設定しているが，制御点は作業装置１Ａの先端部分の点であればバケット爪先以外にも変更可能である。例えば，バケット１０の底面やバケットリンク１３の最外部も選択可能であり，目標面６０から最も距離の近いバケット１０上の点を適宜制御点とする構成を採用しても良い。また，本稿ではＭＣを，操作装置４５，４６の非操作時に作業装置１Ａの動作をコントローラにより制御する「自動制御」に対して，操作装置４５，４６の操作時にのみ作業装置１Ａの動作をコントローラにより制御する「半自動制御」と称することがある。

（マシンガイダンス）
本システムでの作業装置１ＡのＭＧとしては，例えば図１８に示すように，目標面６０と作業装置１Ａ（例えば，バケット１０）の位置関係を表示装置（モニタ）５３に表示する処理がコントローラ４０により行われる。

図５のシステムは，作業装置姿勢センサ５０と，目標地形入力装置５７と，現況地形入力装置５８と，ＧＮＳＳアンテナ１４Ａ，１４Ｂと，ＧＮＳＳ受信機５９と，オペレータ操作センサ５２と，ＭＧ及びＭＣを司るコントローラ（制御装置）４０と，電磁比例弁５４，５５，５６と，表示装置（モニタ）５３とを備えている。

作業装置姿勢センサ５０は，ブーム角度センサ３０，アーム角度センサ３１，バケット角度センサ３２，車体傾斜角センサ３３から構成される。これらの角度センサ３０，３１，３２，３３は作業装置１Ａの姿勢センサとして機能している。

（目標地形入力装置５７）
目標地形入力装置５７は，目標面６０の基となる目標地形のデータ（目標地形の位置データや傾斜角度データ等を含む）を入力可能なインターフェースである。目標地形入力装置５７としては，例えば現場基準座標系（後述）上に規定された目標地形の３次元データが格納されたフラッシュメモリ（図示せず）や，同様に目標地形の３次元データを格納した外部端末（図示せず）が利用可能である。なお，目標地形入力装置５７を介した目標地形の入力は，オペレータが手動で行っても良いし，通信端末を介して外部から入力する形式でも良い。なお，目標地形のデータはグローバル座標系（絶対座標系）上に規定しても良い。

現況地形入力装置５８は，例えば現場基準座標系上に規定された油圧ショベル１の周囲の現況地形のデータを入力可能なインターフェースである。現況地形入力装置５８としては，レーザを走査して現況地形の３次元形状を取得するレーザスキャナや，視差画像に基づいて同様に現況地形を取得するステレオカメラを油圧ショベル１に搭載することが可能である。油圧ショベル１とは別に地上に設置したトータルステーションにより現況地形の３次元形状を計測しても良いし，オペレータにより手動入力可能な装置を利用しても良い。図１には運転席１６の上部に現況地形入力装置５８としてレーザスキャナ又はステレオカメラを搭載した例を示している。なお，現況地形のデータもグローバル座標系（絶対座標系）上に規定しても良い。

ＧＮＳＳ受信機５９は，２つのＧＮＳＳアンテナ１４Ａ，１４Ｂと通信可能に接続されており，２つのＧＮＳＳアンテナ１４Ａ，１４Ｂで受信された衛星信号に基づいて例えばＧＮＳＳアンテナ１４Ａの位置と，ＧＮＳＳアンテナ１４ＡからＧＮＳＳアンテナ１４Ｂへのベクトルとを演算する。そして，ＧＮＳＳアンテナ１４Ａとブーム８の基底部８ａとの相対位置関係を予め計測しておくことにより，グローバル座標系におけるブーム８の基底部８ａの座標と上部旋回体１２（作業装置１Ａ）の方位が演算できる。ＧＮＳＳ受信機５９はアンテナ１４ごとに設置しても良い。

オペレータ操作センサ５２は，オペレータによる操作レバー１ａ，１ｂ（操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａ）の操作によってパイロットライン１４４，１４５，１４６に生じる操作圧（第１制御信号）を取得する圧力センサ７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂから構成される。すなわち，作業装置１Ａに係る油圧シリンダ５，６，７に対する操作を検出している。

電磁比例弁５４，５５，５６は，既に説明した通り，図３で説明したパイロット圧の油圧ラインに設けられており，オペレータのレバー操作によって発生したパイロット圧を下流で増減することが可能である。また，オペレータのレバー操作なしにパイロット圧を発生させることも可能である。

表示装置５３は，図１８に示すように目標面６０と作業装置１Ａ（例えば，バケット１０）の位置関係を表示するためのタッチパネル式の液晶モニタであり，運転室内に設置されている。図１８に示すように表示装置５３の表示画面には，目標面６０とバケット１０の位置関係が表示されており，目標面６０とバケット１０の爪先までの距離を目標面距離（ｄ（図４参照））として表示しても良い。

図５においてコントローラ４０は，入力インターフェース９１と，プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）９２と，記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と，出力インターフェース９５とを有している。入力インターフェース９１には，作業装置姿勢センサ５０（角度センサ３０～３２及び傾斜角センサ３３）からの信号と，目標地形入力装置５７からの信号と，現況地形入力装置５８からの信号と，ＧＮＳＳ受信機５９からの信号と，オペレータ操作センサ５２（圧力センサ７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ）からの信号とが入力され，ＣＰＵ９２が演算可能なように変換する。ＲＯＭ９３は，後述する処理を含めＭＣ及びＭＧを実行するための制御プログラムと，当該処理の実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり，ＣＰＵ９２は，ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムに従って入力インターフェース９１及びＲＯＭ９３，ＲＡＭ９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力インターフェース９５は，ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し，その信号を表示装置５３に出力することで表示装置５３を作動することができる。

なお，図５のコントローラ４０は，記憶装置としてＲＯＭ９３及びＲＡＭ９４という半導体メモリを備えているが，記憶装置であれば特に代替可能であり，例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えても良い。

図６はコントローラ４０によって行われる演算処理を機能ごとにブロック化して示した機能ブロック図である。コントローラ４０は，作業装置姿勢演算部４１と，目標地形情報記憶部５１と，目標面演算部４２と，目標動作演算部４３と，電磁比例弁制御部４４として機能する。コントローラ４０は，ＧＮＳＳ受信機５９，作業装置姿勢センサ５０，目標地形入力装置５７，現況地形入力装置５８およびオペレータ操作センサ５２から入力したデータに基づいて所定の演算処理を実行することで表示装置５３及び電磁比例弁５４，５５，５６に対する制御指令を出力している。

（目標地形情報記憶部５１）
目標地形情報記憶部５１は，目標地形の３次元形状が規定されたデータ（目標地形データ）と，目標地形と現況地形との上下関係が規定されたデータ（本稿では「上下関係データ」と称することがある）とが記憶されている部分である。目標地形データは例えば現場基準座標系やグローバル座標系上に定義できる。上下関係データは目標地形データと現況地形データに基づいて演算（生成）できる。

（作業装置姿勢演算部４１）
作業装置姿勢演算部４１は，作業装置姿勢センサ５０からの情報に基づき，車体座標系における作業装置１Ａの位置及び姿勢を演算する。さらに作業装置姿勢演算部４１は，演算した作業装置１Ａの位置及び姿勢に対して，ＧＮＳＳ受信機５９からの情報（グローバル座標系における上部旋回体１２の位置及び方位）と車体傾斜角センサ３３からの情報を加えることで現場基準座標系における作業装置１Ａの位置及び姿勢（例えばバケット１０の先端位置）を演算する。ただし，演算する作業装置１Ａの位置及び姿勢は，現場基準座標系に限らず，グローバル座標系等の他の座標で表現しても良い。

（作業装置１Ａの姿勢の演算）
作業装置１Ａの姿勢は図４の現場基準座標およびショベル基準座標に基づいて定義できる。図４の現場基準座標は，油圧ショベル１が稼働する作業現場における任意の点を原点とし，重力方向上方にＺ軸を持ち，このＺ軸とで右手直交座標系を構成するＸ軸とＹ軸が水平方向にあるような座標系である。一方，ショベル基準座標は，図示のように例えば上部旋回体１２に設定された座標であり，ブーム８の基底部８ａを原点とし，上部旋回体１２の旋回軸上方にＺ軸を設定し，ブーム８の回動中心軸と平行で車体正面に対し左側にＹ軸を設定し，それらＹ軸，Ｚ軸と右手直交座標系を構成するようにＸ軸を設定した。Ｘ軸に対するブーム８の傾斜角をブーム角α，ブームに対するアーム９の傾斜角をアーム角β，アームに対するバケット爪先の傾斜角をバケット角γとした。水平面（基準面）に対する車体１Ｂ（上部旋回体１２）の前後方向の傾斜角を傾斜角θ，左右方向の傾斜角を傾斜角φとした。ブーム角αはブーム角度センサ３０により，アーム角βはアーム角度センサ３１により，バケット角γはバケット角度センサ３２により，傾斜角θおよびφは車体傾斜角センサ３３により検出される。ブーム角αは，ブーム８を最大（最高）まで上げたとき（ブームシリンダ５が上げ方向のストロークエンドのとき，つまりブームシリンダ長が最長のとき）に最大となり，ブーム８を最小（最低）まで下げたとき（ブームシリンダ５が下げ方向のストロークエンドのとき，つまりブームシリンダ長が最短のとき）に最小となる。アーム角βは，アームシリンダ長が最短のときに最小となり，アームシリンダ長が最長のときに最大となる。バケット角γは，バケットシリンダ長が最短のとき（図４のとき）に最小となり，バケットシリンダ長が最長のときに最大となる。このとき，ブーム８の基底部（ブームピン）８ａからアーム９との接続部（アームピン）までの長さをＬ１，アーム９とブーム８の接続部（アームピン）からアーム９とバケット１０の接続部（バケットピン）までの長さをＬ２，アーム９とバケット１０の接続部（バケットピン）からバケット１０の先端部（バケット爪先）までの長さをＬ３とすると，ショベル基準座標におけるバケット１０の先端位置は，ＸｂｋをＸ方向位置，ＺｂｋをＺ方向位置として，以下の式（１）（２）で表すことができる。

Ｘｂｋ＝Ｌ１ｃｏｓ（α）＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ（α＋β＋γ）…式（１）
Ｚｂｋ＝Ｌ１ｓｉｎ（α）＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）…式（２）
作業装置姿勢演算部４１は，ＧＮＳＳ受信機５９からのデータ（グローバル座標系における上部旋回体１２の位置及び方位）と，車体傾斜角センサ３３からのデータ（傾斜角θ，φ）とに基づき現場基準座標系におけるブーム８の基底部８ａの位置および作業装置１Ａの方位（向き）を演算する。ブーム角度センサ３０，アーム角度センサ３１，バケット角度センサ３２からのデータに基づき演算されるショベル基準座標での作業装置１Ａの姿勢を利用して，現場基準座標系における作業装置１Ａの位置及び姿勢を演算できる。

（目標面演算部４２）
目標面演算部４２は，目標地形情報記憶部５１から入力する目標地形データと，作業装置姿勢演算部４１から入力する現場基準座標系の作業装置１Ａの位置及び姿勢データとに基づいて，作業装置１Ａの動作平面（図４のＸＺ平面）と目標地形との交線を演算し，その交線を目標面６０とする。さらに目標面演算部４２は，目標地形情報記憶部５１から入力する上下関係データに基づいて目標面６０上における目標地形と現況地形との上下関係を判定し，目標面６０上で現況地形が目標地形と一致すると判定された部分に属性情報として第１属性を付与し，目標面６０上で現況地形が目標地形の上方に位置すると判定された部分に属性情報として第１属性を付与し，目標面６０上で現況地形が目標地形の下方に位置する判定された部分に属性情報として第２属性を付与する。属性情報はコントローラ４０が領域制限制御を実行するか否かを決定するためにコントローラ４０によって参照される情報であり，目標面６０上において第１属性が付与された部分では領域制限制御が実行される（つまり，作業装置１Ａが目標面６０を超えないように作業装置１Ａ（アクチュエータ５，６，７）が半自動的に動作する）。一方，第２属性が付与された部分では領域制限制御は実行されない（つまり，オペレータ操作に従って作業装置１Ａ（アクチュエータ５，６，７）が動作する）。

なお，目標面６０は，作業装置１Ａの動作平面と目標地形との交線を演算して取得する必要はなく，コントローラ４０内の記憶装置（例えばＲＯＭ９３等）に予め記憶しておいても良い。また，目標面６０に付与する属性情報（第１属性，第２属性）についても同様に目標面６０の形状とともにコントローラ４０に予め記憶しておいても良い。

（目標動作演算部４３）
目標動作演算部４３は，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａが操作されている間に作業装置１Ａが目標面６０を超えないように（例えば目標面６０の上方に作業装置１Ａが位置する場合には，作業装置１Ａの動作範囲が目標面６０上及びその上方に制限されるように）複数のアクチュエータ（油圧シリンダ）５，６，７の目標速度を演算できる部分であり，領域制限制御の実行に必要な各アクチュエータ５，６，７の目標速度を演算できる。

ただし，目標動作演算部４３は，作業装置１Ａにおける所定の位置（本実施形態ではバケット先端）が目標面６０上で第１属性が付与された部分の上方（例えば，重力作用方向における目標面６０の上方，または目標面６０の法線方向における目標面６０の上方）に位置する場合には領域制限制御を実行し，作業装置１Ａにおける同所定の位置が目標面６０上で第２属性が付与された部分の上方に位置する場合には領域制限制御を実行しない（例えば、領域制限制御を中断する）。つまり，第１属性が付与された部分では領域制限制御の実行に必要な各アクチュエータ５，６，７の目標速度を演算するが，第２属性が付与された部分では，領域制限制御の実行に必要な各アクチュエータ５，６，７の目標速度を演算せず，操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａの操作量が規定する速度を各アクチュエータ５，６，７の目標速度として演算する。

領域制限制御の実行時における各アクチュエータ５，６，７の目標速度は，目標面６０とバケット１０の爪先までの目標面距離ｄに基づいて演算できる。例えば領域制限制御時の目標速度は下記の演算により演算できる。

まず，目標動作演算部４３は，まず，圧力センサ７０から入力される圧力値（ブーム操作量）から操作装置４５ａ（操作レバー１ａ）によるブームシリンダ５への要求速度（ブームシリンダ要求速度）を計算し，圧力センサ７１から入力される圧力値（アーム操作量）からアームシリンダ６への要求速度を計算し，圧力センサ７２から入力される圧力値（バケット操作量）からバケットシリンダ７への要求速度を計算する。この３つの要求速度と作業装置姿勢演算部４１で演算された作業装置１Ａの各フロント部材８，９，１０の姿勢から，バケット先端における作業装置１Ａの速度ベクトル（要求速度ベクトル）Ｖ０（図２０の左の図参照）を計算する。そして，速度ベクトルＶ０の目標面鉛直方向の速度成分Ｖ０ｚと目標面水平方向の速度成分Ｖ０ｘも計算する。

次に，目標動作演算部４３は，距離ｄに応じて決定される補正係数ｋを演算する。図１９はバケット先端と目標面６０の距離ｄと速度補正係数ｋとの関係を表すグラフである。バケット先端（作業装置１Ａの制御点）が目標面６０の上方に位置している時の距離を正，目標面６０の下方に位置している時の距離を負として，距離ｄが正の時は正の補正係数を，距離ｄが負の時は負の補正係数を，１以下の値として出力する。なお，速度ベクトルは目標面６０の上方から目標面６０に近づく方向を正としている。

次に，目標動作演算部４３は，距離ｄに応じて決定される補正係数ｋを，速度ベクトルＶ０の目標面鉛直方向の速度成分Ｖ０ｚに乗ずることによって速度成分Ｖ１ｚ（図２０の右の図参照）を計算する。この速度成分Ｖ１ｚと，速度ベクトルＶ０の目標面水平方向の速度成分Ｖ０ｘとを合成することで合成速度ベクトル（目標速度ベクトル）Ｖ１を計算し，この合成速度ベクトルＶ１を発生可能なブームシリンダ速度と，アームシリンダ速度（Ｖａ１）と，バケットシリンダ速度をそれぞれ目標速度として演算する。この目標速度の演算の際には，作業装置姿勢演算部４１で演算された作業装置１Ａの各フロント部材８，９，１０の姿勢を利用しても良い。目標動作演算部４３は，計算した各油圧シリンダ５，６，７の目標速度を電磁比例弁制御部４４に出力する。

図２０はバケット先端における距離ｄに応じた補正前後の速度ベクトルを表す模式図である。要求速度ベクトルＶ０の目標面鉛直方向の成分Ｖ０ｚ（図２０の左の図参照）に速度補正係数ｋを乗じることにより，Ｖ０ｚ以下の目標面鉛直方向の速度ベクトルＶ１ｚ（図２０の右の図参照）が得られる。Ｖ１ｚと要求速度ベクトルＶ０の目標面水平方向の成分のＶ０ｘとの合成速度ベクトルＶ１を計算し，Ｖ１を出力可能なアームシリンダ目標速度と，ブームシリンダ目標速度と，バケットシリンダ目標速度とが計算される。

（電磁比例弁制御部４４）
電磁比例弁制御部４４は，目標動作演算部４３で演算された各油圧シリンダ５，６，７の目標速度に基づいて各流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃへの制御信号（パイロット圧）を演算し，その演算したパイロット圧を発生するために必要な電磁比例弁５４，５５，５６への電気信号を演算し，その演算した電気信号を対応する電磁比例弁５４，５５，５６に出力することで電磁比例弁５４，５５，５６を制御する部分である。電磁比例弁制御部４４が制御する電磁比例弁５４，５５，５６によって，各油圧シリンダ５，６，７は目標動作演算部４３で計算された目標速度に従って動作する。

コントローラ４０により作業装置１Ａを半自動で制御し，目標面６０を整形する機能であるマシンコントロール（領域制限制御）による，水平掘削動作の例を図７に示す。オペレータが操作レバー１ａを操作して，矢印Ａ方向へのアーム９の引き動作によって水平掘削を行う場合には，バケット１０の先端（爪先）が目標面６０の下方に侵入しないように，ブーム８の上げ動作が自動的に行われるよう電磁比例弁５４ａが制御される。また，所定の掘削速度あるいは所定の掘削精度を実現するために，電磁比例弁５５ａを制御してアーム９の引き動作（クラウド動作）の速度調節（すなわち増速または減速）を行っても良い。さらに，バケット１０背面の目標面６０に対する角度Ｂが一定値となり，均し作業が容易となるように，電磁比例弁５６ｃ，５６ｄを制御してバケット１０が自動で回動するようにしても良い（図７の例では電磁比例弁５６ｄを制御して矢印Ｃ方向（ダンプ方向）にバケット１０を回動している）。

（表示装置５３）
表示装置（例えば液晶モニタ）５３は，作業装置姿勢演算部４１，目標面演算部４２，目標動作演算部４３からのデータに基づき，目標面６０と作業装置１Ａの位置関係に関連する各種情報や，マシンコントロール（ＭＣ）に関連する各種情報を表示してオペレータへ通達（報知）する。

表示装置５３には，目標面６０と，目標面６０に付与された属性が第１属性と第２属性のいずれであるかを示す属性情報とを表示しても良い。図１８は，表示装置５３に表示させる画面の一例であり，この画面には目標面６０とその属性情報を表示させている。図１８中において，実線で表された目標面６０ａは第１属性が付与された部分（領域制限制御が実行される部分）を示し，破線で表された目標面６０ｂは第２属性が付与された部分（領域制限制御が実行されない部分）を示す。このように属性情報を表示装置５３に表示すると，バケット先端の現在位置がどの属性情報を付与された目標面に近いのかをオペレータに容易に把握させることができる。なお，図１８では目標面６０の線種を変更することで属性情報を表示しているが，線の幅や色を変更する等，属性の違いを区別可能な表現であれば適宜変更可能である。

（動作・効果）
以上のように構成された油圧ショベル１では，目標面６０の形状を規定するデータ（目標面データ）に対して，目標面６０上で現況地形が目標地形と一致する部分（領域）に第１属性が付与され，同目標面６０上で現況地形が目標地形の上方に位置する部分（領域）に第１属性が付与され，同目標面６０上で現況地形が目標地形の下方に位置する部分（領域）に第２属性が付与される。これにより目標面６０上における切土予定地には第１属性が付与され，盛土予定地には第２属性が付与される。そして，コントローラ４０（目標動作演算部４３）は，バケット先端から目標面６０に向かって例えば重力方向に沿って直線を下ろし，目標面データにおいて当該直線が目標面６０と交差する部分に付与された属性情報が第１属性の場合（つまり，作業対象の目標面６０が切土予定地の場合）には，バケット先端が目標面６０を超えないように油圧シリンダ５，６，７の目標速度を演算し，当該目標速度に基づいて油圧シリンダ５，６，７を制御する領域制限制御（マシンコントロール）を実行する。反対に，バケット先端から目標面６０に向かって下ろした直線が目標面６０と交差する部分に付与された属性情報が第２属性の場合（つまり，作業対象の目標面６０が盛土予定地の場合）には，コントローラ４０は領域制限制御を実行せずにオペレータが操作装置４５ａ，４５ｂ，４６ａに入力した操作に従って油圧シリンダ５，６，７を制御する。これにより盛土予定地では目標面６０の下側での所望のバケット動作が可能になるため，例えばオペレータによる所望の位置への放土操作が領域制限制御により妨げられることがない。

つまり，本実施形態の油圧ショベル１によれば，目標面データに付与された属性情報（第１属性，第２属性）に基づいて作業対象の目標面６０が切土予定地と盛土予定地のいずれであるかが判定される。そして，その判定において作業対象の目標面６０が切土予定地であると判定された場合には領域制限制御が実行され，逆に盛土予定地であると判定された場合には領域制限制御は実行されない。そのため，特許文献１のようにオペレータが領域制限制御のＯＮ／ＯＦＦを手動で切り換えなくても，目標面データに付与された属性情報に応じてコントローラ４０によって領域制限制御の実行・不実行が自動的かつ適切に選択されるので，オペレータが領域制限制御（マシンコントロール）の機能のＯＮ・ＯＦＦ状態を特段意識することなく目標面６０の形成作業（つまり切土作業及び盛土作業の両方）をスムーズに行うことができる。

＜実施形態２＞
本実施形態は，コントローラ４０における目標地形情報記憶部５１を第１実施形態のものから変更したものである。その他の部分について第１実施形態と同じであるため説明は省略する。

（目標地形情報記憶部５１）
図８は第２実施形態に係る目標地形情報記憶部５１の機能ブロック図である。この図の目標地形情報記憶部５１は，目標地形記憶部３７と，現況地形記憶部３８と，属性情報生成部４９とを備えている。

目標地形記憶部３７はコントローラ４０内の記憶装置（例えばＲＯＭ）において目標地形データを記憶するために確保された記憶領域であり，目標地形データは目標地形入力装置５７を介して目標地形記憶部３７に入力される。目標地形記憶部３７から目標面演算部４２に対しては目標地形データが出力される。

目標地形入力装置５７から入力される目標地形データのフォーマットがコントローラ４０による処理が可能なものに合致しない場合には，目標地形入力装置５７に記憶する際にコントローラ４０が処理可能な所定のフォーマットに変換することが好ましい。

目標地形データは，例えば三角形の集合（三角メッシュ）により表現できるが，その他の表現方法を採用しても良い。目標地形データには目標地形上に予め設定された複数の属性設定点の属性情報が含まれている。属性設定点は，目標地形上に予め設定された複数の点であり，例えば複数のグリッドの交差点として定義できる。なお，本実施形態では矩形状のグリッドの交差点を属性設定点としたが，この他にも，例えば目標地形を表現する三角形をさらに小さい複数の三角形で分割し，分割後の各三角形の重心位置に属性設定点を定義しても良い。

（属性設定点の設定）
ここでは目標地形データが三角メッシュで定義されている場合に，目標地形の上にグリッドを設定して複数の属性設定点６１を定義する方法について図９を用いて説明する。図９では形状の異なる２種類の三角形６２を基準として属性設定点６１を設定する場合について説明する。まず，目標地形を構成する各三角形６２の重心を原点６３とし，その三角形を構成する辺のうち最も長い辺６４（最も長い辺が複数ある場合はその中でどの辺を選択しても良い）に平行な主軸６８と，原点を中心に主軸を目標面上で上方（地中側でない方向）から見て９０度回転させた軸を副軸６９とし，主軸および副軸に沿った等間隔のグリッド７６を生成する。そして，このグリッドが公差する点を属性設定点６１とする。目標地形記憶部３７が記憶している目標地形データには，このように定義された各属性設定点６１の位置データが含まれている。

グリッド７６の間隔はバケット背面の幅及び奥行きのうち大きい方の値に０．５×１／２^1/2を乗じた値以下に設定することが望ましい。このようにグリッド間隔を設定すると，バケット背面を地表に押しつけた際に当該バケット背面の領域内に少なくとも１つのグリッドが含まれることになる。ただし，グリッド７６の間隔を小さくすると属性設定点６１の数が増え，コントローラ４０の演算処理の負荷が増大する傾向があることに注意する。一般的にこのような盛土作業に用いられるバケットの大きさを考慮すると，グリッド７６の間隔は０．３～０．５m程度の間隔が良い。

（現況地形記憶部３８）
現況地形記憶部３８はコントローラ４０の記憶装置（例えばＲＯＭ）において現況地形データを記憶するために確保された記憶領域であり，現況地形データは現況地形入力装置５８を介して現況地形記憶部３８に入力される。現況地形入力装置５８は，施工開始前の現況地形（初期地形）を現況地形データとして取得して現況地形記憶部３８に出力しても良いし，施工中に定期的に現況地形データを取得して現況地形記憶部３８に出力しても良い。現況地形データは例えば現場基準座標系，グローバル座標系，ショベル基準座標系上に定義できる。現況地形データと目標地形データとで定義された座標系が異なる場合には，同一の座標系に変換することが好ましい。ここでは現況地形データと目標地形データは現場基準座標系に定義されているものとする。

（属性情報生成部４９）
属性情報生成部４９は，目標地形データで定義されている各属性設定点６１に対して属性情報を付与して上下関係データを生成する部分である。本実施形態の属性情報生成部４９は，目標地形記憶部３７から出力される目標地形データと，現況地形記憶部３８から出力される現況地形データとに基づいて，複数の属性設定点６１における現況地形と目標地形との上下関係を判定し，その複数の属性設定点６１のうち現況地形が目標地形と一致すると判定された属性設定点６１に第１属性を付与し，その複数の属性設定点６１のうち現況地形が目標地形の上方に位置すると判定された属性設定点６１に第１属性を付与し，その複数の属性設定点６１のうち現況地形が目標地形の下方に位置する判定された属性設定点６１に第２属性を付与することで上下関係データを生成する。上下関係データには，各属性設定点６１の識別情報（例えば，各属性設定点の位置情報や識別子）と属性情報が含まれている。

例えば，属性情報生成部４９は，目標地形データから任意の属性設定点６１の座標（位置データ）を取得し，その座標における高さ（例えば，鉛直方向における高さ）が同じ座標における現況地形の高さよりも高ければ，その属性設定点６１に「第２属性（マシンコントロール機能を実行しない）」という属性を付与することができる。反対に，属性設定点６１の座標における高さが同じ座標における現況地形の高さよりも低ければ，その属性設定点６１に「第１属性（マシンコントロール機能を実行する）」という属性を付与することができる。

（目標面演算部４２）
本実施形態の目標面演算部４２は，第１実施形態と同様に目標面６０を演算し，演算した目標面６０に対して上下関係データに基づいて属性情報を付与する。属性情報の付与に際して，本実施形態の目標面演算部４２は，目標地形データで定義されている複数の属性設定点６１のうち目標面６０の周囲に位置する少なくとも１つの属性設定点６１の属性に基づいて，目標面６０上における目標地形と現況地形との上下関係を判定し，その判定の結果に基づいて目標面６０上で第１属性と第２属性のうちいずれを付与する部分であるかを決定する。

（表示装置５３）
表示装置５３には，図１７に示すように，目標地形を表示し，その目標地形上の複数の属性設定点６１に第１属性と第２属性のうちいずれの属性が付与されているかを表示することが好ましい。

（効果）
上記のように構成された油圧ショベル１によれば，目標地形データと現況地形データをコントローラ４０に入力すれば，目標地形情報記憶部５１によって上下関係データを自動的に生成できるので作業効率が向上する。

また，属性設定点６１に第１属性と第２属性のうちいずれが付与されているかをモニタ５３に表示すると，オペレータが現況地形に対して行うべき作業が盛土作業と切土作業のいずれであるかを容易に認識させることができる。

＜実施形態３＞
本実施形態は，先の各実施形態において，目標面演算部４２による目標面６０に対する属性情報付与処理を具体化したものである。

本実施形態の目標面演算部４２は，目標地形情報記憶部５１から入力される目標面データ及び上下関係データと，作業装置姿勢演算部４１から入力される作業装置１Ａの姿勢（例えば現場基準座標系における作業装置１Ａの位置および方位）に基づいて，図１０に示した各ステップで目標面６０を生成する。

図１０は本実施形態に係るコントローラ４０（目標面演算部４２）によって実行される目標面６０の算出処理およびその目標面６０に対する属性情報付与処理のフローチャートであり，図１１は図１０のフローチャートにおけるステップＳ１００－Ｓ１０１の説明図であり，図１２（ａ）は図１０のフローチャートにおけるステップＳ１０２－Ｓ１０５の説明図であり，図１２（ｂ）は図１０のフローチャートにおけるステップＳ１０６－Ｓ１０７の説明図である。なお，図１２（ａ）と図１２（ｂ）において同じ符号を付した部分に相関はないものとする。

ステップＳ１００において，コントローラ４０（目標面演算部４２）は，目標地形情報記憶部５１から入力する目標地形データと，作業装置姿勢演算部４１から入力する現場基準座標系の作業装置１Ａの位置及び姿勢データとに基づいて，作業装置１Ａの動作平面（図４のＸＺ平面）と目標地形との交線を演算し，その交線を目標面６０とする。

図１１には目標面演算部４２によって演算される目標面６０の一例が示されている。ここでは図示のように目標面６０に２つの端点（第１端点６０１と第２端点６０２）が存在するものとする。第１端点６０１は２つの端点６０１，６０２のうち作業装置１Ａの前後方向における前側に位置する端点であり，第２端点６０２は２つの端点６０１，６０２のうち作業装置１Ａの前後方向における後側に位置する端点である。また，目標面６０は目標地形の形状によっては図１１に示すように変曲点６０３を有することがある。変曲点６０３は目標面６０を構成する角度の異なる２つの線分の節点に形成される。言うまでも無いが，変曲点６０３の数は目標地形の形状に依存し，図１１に示した１個だけでなく，複数存在することもあるし，無い場合もある。

ステップＳ１０１において，コントローラ４０（目標面演算部４２）は，目標地形データに定義された複数の属性設定点６１の中から，目標面上の２つの端点（第１端点６０１，第２端点６０２）とゼロ個以上の変曲点６０３のそれぞれに最も近い属性設定点６１を求め，その求めた複数の属性設定点６１の属性と同じ属性を，２つの端点６０１，６０２と変曲点６０３のうちで対応する点に付与する。なお，最も近い属性設定点６１が複数存在する場合（等距離の属性設定点６１が複数存在する場合）には，その複数の属性設定点に第１属性が少なくとも１つ含まれているときには対応する点の属性も第1属性とし，そうでないときには対応する点に第２属性を付与しても良い。

ステップＳ１０１に関して，図１２（ａ）の例では，第１端点６０１と変曲点６０３には第２属性が付与されている。

ステップＳ１０２からＳ１０５では，コントローラ４０（目標面演算部４２）は，目標地形データに定義された複数の属性設定点６１の中から，目標面６０を基準として左右両側の所定の距離の範囲にある複数の属性設定点６１を抽出し，その抽出した複数の属性設定点６１のそれぞれに最も近い目標面６０上の複数の点（「最近接点」と称する）にその抽出した複数の属性設定点６１のそれぞれと同じ属性を付与する。

具体的には，ステップＳ１０２でコントローラ４０（目標面演算部４２）は目標地形データに定義された複数の属性設定点６１の中から任意の属性設定点６１を１つ選択し，その選択した属性設定点６１と目標面６０までの距離を演算し，その距離が所定の距離Ｄ１より小さいか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３で演算した距離が所定の距離Ｄ１より小さい場合にはステップＳ１０４に進み，所定の距離Ｄ１以上の場合にはステップＳ１０５に進む。なお，距離Ｄ１は，属性設定点６１が構成するグリッド（格子）の対角辺の長さ程度が望ましい。

ステップＳ１０４では，コントローラ４０（目標面演算部４２）は，Ｓ１０２で選択された属性設定点６１であって，Ｓ１０３で目標面６０までの距離が所定距離Ｄ１より近いと判定された属性設定点（「選択属性設定点」と称する）６１が目標面６０上で最も近接する点（「最近接点」と称する）６０４の位置を求め，選択属性設定点と同じ属性をその最近接点６０４に付与する。つまり，選択属性設定点が「第１属性」の場合には最近接点６０４にも第１属性が付与され，選択属性設定点６１が「第２属性」の場合には最近接点６０４にも第２属性が付与される。

ステップＳ１０５では，コントローラ４０（目標面演算部４２）は目標地形データに定義された全ての属性設定点６１についてステップＳ１０２の選択処理が行われたか否かを判定する。その判定結果がＹＥＳの場合にはステップＳ１０６に進み，ＮＯの場合にはＳ１０２に戻る。

ステップＳ１０２－Ｓ１０５に関して，図１２（ａ）の例では，コントローラ４０（目標面演算部４２）は，属性設定点６１ａの属性（第２属性）に基づいて第１端点６０１と最近接点６０４ｂに第２属性が付与され，属性設定点６１ｂの属性（第１属性）に基づいて最近接点６０４ａに第１属性が付与され，属性設定点６１ｃの属性（第２属性）に基づいて最近接点６０４ｃに第２属性が付与されている。

ステップＳ１００－１０５までで属性が付与された目標面６０上の点（２つの端点６０１，６０２，変曲点６０３，及び最近接点６０４）の属性に基づいて，目標面６０上における目標地形と現況地形との上下関係を判定し，その判定の結果に基づいて目標面６０上における各部分の属性（各部分に第１属性と第２属性のいずれを付与するか）を決定しても良いが，本実施形態ではさらにステップＳ１０６，Ｓ１０７の処理を行う。

ステップＳ１０６では，コントローラ４０（目標面演算部４２）は，目標面６０の一方の端点（例えば第１端点６０１）から他方の端点（例えば第２端点６０２）に向かって，ステップＳ１０１－１０５で行った属性情報付与処理で属性を付与した目標面６０上の複数の点（端点６０１，６０２，変曲点６０３，及び最近接点６０４）の属性をチェックし，そのチェック結果において目標面上で隣接する２つの点に対して異なる属性が付与されていると判明した場合には，目標面６０上かつその隣接する２つの点の間（例えば中間点）に属性変化点６０５を設定する。

ステップＳ１０６に関して，図１２（ｂ）の例では，コントローラ４０（目標面演算部４２）は，第１端点６０１から第２端点６０２に向かって各点（端点６０１，６０２，変曲点６０３，及び最近接点６０４）の属性をチェックする。そのチェック結果によりコントローラ４０（目標面演算部４２）は目標面６０上で隣接する２つの点のうち，（１）最近接点６０４ａと最近接点６０４ｂ，（２）変曲点６０３と最近接点６０４ｃ，（３）最近接点６０４ｄと第２端点６０２の属性に対して異なる属性が付与されていることを検出し，検出した隣接する２つの点の間に属性変化点６０５ａ，６０５ｂ，６０５ｃを設定する。

ステップＳ１０７において，コントローラ４０（目標面演算部４２）は，ステップＳ１０６で設定した属性変化点６０５によって目標面６０を複数の区間に分割し，ステップＳ１０１－Ｓ１０５における属性情報付与処理で属性を付与した目標面６０上の複数の点（端点６０１，６０２，変曲点６０３，及び最近接点６０４）のうち当該複数の区間のそれぞれに含まれる点の属性と同じ属性を各区間の属性として付与する。

ステップＳ１０７に関して，図１２（ｂ）の例では，第１端点６０１から属性変化点６０５ａまでの区間には例えば最近接点６０４ａの属性情報に基づいて第１属性が付与され，属性変化点６０５ａから属性変化点６０５ｂまでの区間には例えば最近接点６０４ｂの属性情報に基づいて第２属性が付与され，属性変化点６０５ｂから属性変化点６０５ｃまでの区間には例えば最近接点６０４ｄの属性情報に基づいて第１属性が付与され，属性変化点６０５ｃから第２端点６０２までの区間には例えば第２端点６０２の属性情報に基づいて第２属性が付与されている。

（効果）
上記のように構成された油圧ショベル１によれば，作業装置１Ａの動作平面と目標地形の位置関係に応じて生成された目標面６０に対して，目標地形データに含まれる各属性設定点６１の属性情報に基づいて属性（第１属性，第２属性）が自動的に付与されるので作業効率が向上する。

上記のステップＳ１０３に関して，目標面６０との距離が所定値Ｄ１より小さい属性設定点６１を見つけるための判定方法として，たとえば属性設定点６１が構成する格子の各辺の中から目標面６０と交差（もしくは重複）する辺を求め，その辺を構成する属性設定点６１を採用する方法を用いてもよい。

また，本実施形態では目標面６０から所定距離Ｄ１内にある全ての属性設定点６１に関して最近接点６０４を求めたが，たとえば目標面６０上でバケット１０に最も近い点を中心とした所定範囲内の属性設定点６１のみを対象として最近接点６０４を求めてもよい。これによりコントローラ４０の演算処理の負荷軽減が見込める。

＜実施形態４＞
図２１は第４実施形態に係るコントローラ４０の機能ブロック図である。コントローラ４０は，図６に示した各部に加えて，属性変更判定部３６を備えている。属性変更判定部３６は属性変更フラグを出力し，本実施形態の目標面演算部４２は，属性変更判定部３６から出力される属性変更フラグに基づいて，目標面６０上の属性を変更できる。他の部分については先に説明した各実施形態と同じであるものとする。

（属性変更判定部３６）
属性変更判定部３６は，バケット１０と目標面６０との位置関係を含む所定の条件Ｃが満たされているか否かを判定し，条件Ｃが満たされているときには属性変更フラグとして真（ＴＲＵＥ）を目標面演算部４２に出力し，条件Ｃが満たされていないときには属性変更フラグとして偽（ＦＡＬＳＥ）を目標面演算部４２に出力する。

条件Ｃは作業装置１Ａによる盛土作業が完了したか否かを判定するための条件であり，より具体的な条件（条件Ｃ１）としては例えば次のものがある。すなわち，（１）バケット１０が目標面６０よりも鉛直上方にあり，かつ，（２）バケット１０の背面（バケット背面（例えば図１３参照））と目標面６０の角度の差Δθ（図１３参照）が所定の判定値θ１以下であり，かつ，（３）ブームシリンダ５のロッド圧（ブームロッド圧）Ｐが所定の判定値Ｐ１以上であることである。

条件（１）に関して，バケット１０が目標面６０よりも上方にあるか否かは，目標面演算部４２から入力される目標面６０の位置情報と，作業装置姿勢演算部４１から入力される作業装置１Ａの位置情報とから判断可能である。条件（２）に関して，角度差Δθは，目標面演算部４２から入力される目標面６０の位置情報（例えばバケット１０の鉛直下方に位置する目標面６０の角度情報）と，作業装置姿勢演算部４１から入力される作業装置１Ａの位置情報(姿勢情報)とから演算可能であり，算出した角度差Δθが判定値θ１以下であるか否かで判断できる。判定値θ１はゼロに近い値とすることが好ましい。条件（３）に関しては，ブームシリンダ５のロッド側に取り付けられた圧力センサ７３ｂ（図３参照）の検出値から判断できる。判定値Ｐ１はバケット背面の押圧により地面（盛土対象）が充分締め固められたことを示す値に設定することができ，盛土対象の土質等に応じて適宜変更しても良い。

属性変更判定部３６は，これら（１）－（３）の条件が全て満たされたときに盛土作業が完了したと判定し，属性変更フラグとして真（ＴＲＵＥ）を出力する。

（目標面演算部４２）
本実施形態の目標面演算部４２は，属性変更判定部３６から入力される属性変更フラグが真（ＴＲＵＥ）の場合，目標面６０においてバケット背面の下方に位置する領域のうち第２属性が付与されている領域（対象領域）の属性を第１属性に変更する。

図１４は本実施形態に係る対象領域の説明図である。図１４の例では，バケット背面を目標面６０に対して鉛直方向に投影した領域（投影領域）のうち第２属性が付与されている領域が対象領域となる。目標面６０上で第２属性が付与されている部分が投影領域内に存在する場合であって，属性変更判定部３６から属性変更フラグとして真が入力された場合には，当該第２属性が付与されている領域（対象領域）の属性が目標面演算部４２によって第１属性に変更される。

（効果）
上記のように構成された油圧ショベル１において，目標面６０上で第２属性が付与された部分に対して盛土作業を行うと，最終的に盛土の高さが目標面６０を超え，バケット１０の押圧により充分締め固められた状態となる。このように作業装置１Ａによる盛土作業が完了すると，バケット背面が目標面６０の上方に位置し，かつ，バケット背面と目標面６０の角度差Δθがθ１以下となり，かつ，バケット背面で盛土を押圧して締め固める押圧作業（転圧作業ともいう）時にブームロッド圧Ｐが判定値Ｐ１以上となる。このとき，コントローラ４０（属性変更判定部３６）は，条件Ｃ１が充足されたと判定し，属性変更フラグとして真（ＴＲＵＥ）を目標面演算部４２に出力する。この属性変更フラグを入力した目標面演算部４２は，そのときにバケット背面の下方に位置する領域のうち第２属性が付与された対象領域の盛土作業が完了したと判断して，目標面６０上の対象領域の属性を第２属性から第１属性に変更する。これにより，盛土作業の完了後に，目標面６０を整形する目的で行われる切土作業（仕上のための掘削作業）に速やかに移行できるので，作業効率を向上できる。

なお，表示装置５３には，目標面６０上の属性の区分や，目標形状上の属性設定点６１の属性を明示し，その中でバケット背面の鉛直下方の対象領域の属性が第１属性に変更されたことをオペレータに通達してもよい。

上記では，自動的に属性を変更する方法について説明したが，上記の条件Ｃ（条件Ｃ１）を満たしていなくてもオペレータの入力指示により目標面６０上の所望の領域の属性を第２属性から第１属性に変更可能なように，油圧ショベル１（コントローラ４０）を構成しても良い。

上記では目標面６０に付与された属性を変更する場合について説明したが，目標形状上の属性設定点６１の属性を変更しても結果的に同様の効果が得られる。この場合について図１５を用いて説明する。

図１５は，目標面演算部４２による属性変更処理の他の例を示す図である。この図は，バケット背面を目標形状に対して鉛直方向に投影した領域を示しており，この領域に含まれる属性設定点６１のうち第２属性が付与されているものの属性を第１属性に変更しても良い。このように目標形状に規定される属性設定点６１の属性を変更しても，図１４のように目標面６０上で第２属性が付与された区間の属性を第１属性に変更した場合と結果的に同じ効果が得られる。

＜実施形態５＞
油圧ショベル１による盛土作業では，目標面６０が図１６のように急勾配である場合に，その目標面６０を盛土で形成して押し固めるにあたって，急勾配面（目標面６０）をバケット背面で直接押し固めるのではなく，急勾配の目標面６０を含む上下方向の空間に対して下方から上方に向かって層状に土砂を積み上げてから当該土砂を押し固め，その後に急勾配面を切り出す方法が取られる場合がある。図１６の例では，急勾配の目標面６０が上下方向に長く存在しており，急勾配の目標面６０の全面を形成する前の途中段階（例えば図１６に示された状態）で目標面６０の属性を一時的に第２属性から第１属性に変更して切土作業を行うことが作業効率上好ましい。

このような作業を想定した属性変更判定部３６による属性変更の処理を第４実施形態の変形例として説明する。

本実施形態の属性変更判定部３６は，上記の条件Ｃ１に代えて又は加えて，下記の条件Ｃ２が満たされているか否かを判定できる。すなわち条件Ｃ２は，（１）目標面６０上で第２属性が付与された領域とバケット１０が交差しているとき，かつ，（２）バケット１０に最も近い目標面６０の勾配が所定値α１以上であるとき，かつ，（３）ブーム８を駆動するブームシリンダ５のロッド圧Ｐが所定の判定値Ｐ２以上のとき，である。

条件（１）に関して，目標面６０上で第２属性が付与された領域とバケット１０が交差しているか否かは，目標面演算部４２から入力される目標面６０の位置情報及び属性情報と，作業装置姿勢演算部４１から入力される作業装置１Ａの位置情報とから判断可能である。条件（２）に関して，目標面６０の勾配が所定値α１以上であるか否かは，目標面演算部４２から入力される目標面６０の位置情報と，作業装置姿勢演算部４１から入力される作業装置１Ａの位置情報とから判断可能である。条件（３）に関しては，ブームシリンダ５のロッド側に取り付けられた圧力センサ７３ｂ（図３参照）の検出値から判断できる。判定値Ｐ２はバケット背面の押圧により地面（盛土対象）が充分締め固められたことを示す値に設定することができ，盛土対象の土質等に応じて適宜変更しても良い。第４実施形態の判定値Ｐ１と同じにしても良い。

（効果）
上記のように構成された油圧ショベル１では，目標面６０が急勾配の場合であって，その目標面６０上で第２属性が付与された領域とバケット１０が交差している場合にも，上記の条件Ｃ２が満たされれば，属性変更判定部３６から属性変更フラグとして真（ＴＲＵＥ）を出力できる。この属性変更フラグを入力した目標面演算部４２は，そのときにバケット背面の下方に位置する領域のうち第２属性が付与された対象領域の盛土作業が完了したと判断して，目標面６０上の対象領域の属性を第２属性から第１属性に変更する。これにより，急勾配の目標面６０の形成作業の途中段階で，目標面６０を整形する目的で行われる切土作業に速やかに移行できるので，作業効率を向上できる。

＜その他＞
なお，本発明は，上記の各実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の各実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

第１実施形態において，目標地形データと上下関係データが目標面演算部４２に予め記憶されている場合や，属性情報が付与された目標面データがコントローラ４０に予め記憶されている場合には，目標地形入力装置５７と現況地形入力装置５８は省略可能である。

オペレータへの目標面６０に関する情報等の通達（報知）は，表示装置５３を利用した画像や映像といった視覚的なものだけでなく，スピーカ等の音声出力装置を利用して音など視覚によらないもの通達しても良い。

また，コントローラ４０により領域制限制御を実行するに際して，目標面距離ｄを作業装置１Ａ上のどの点と目標面６０上のどの点の距離であると定義するかについては，第１実施形態で説明した方法に限らず，適宜変更が可能である。第１実施形態で説明した方法とは，バケット爪先から重力作用方向に沿って目標面６０に向かって下ろした直線の長さをｄとする方法や，バケット爪先から目標面６０の法線方向に沿って目標面に向かって下ろした直線の長さをｄとする方法である。

また，上記のコントローラ４０に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，上記のコントローラ４０に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該コントローラ４０の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。

また，上記の各実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１ａ…操作右レバー，１Ａ…作業装置（フロント作業装置），１ｂ…操作左レバー，２…油圧ポンプ，３ａ…走行油圧モータ，３ｂ…走行油圧モータ，４…旋回油圧モータ，５…ブームシリンダ，６…アームシリンダ，７…バケットシリンダ，８…ブーム，９…アーム，１０…バケット，１１…下部走行体，１２…上部旋回体，１４Ａ…ＧＮＳＳアンテナ，１４Ｂ…ＧＮＳＳアンテナ，１６…運転席，２３ａ…走行右レバー，２３ｂ…走行左レバー，３０…ブーム角度センサ，３１…アーム角度センサ，３２…バケット角度センサ，３３…車体傾斜角センサ，３６…属性変更判定部，３７…目標地形記憶部，３８…現況地形記憶部，４０…コントローラ（制御装置），４１…作業装置姿勢演算部，４２…目標面演算部，４３…目標動作演算部，４４…電磁比例弁制御部，４５…操作装置，４６…操作装置，４７…操作装置，４９…属性情報生成部，５０…作業装置姿勢センサ，５１…目標地形情報記憶部，５２…オペレータ操作センサ，５３…表示装置（モニタ），５４…電磁比例弁，５５…電磁比例弁，５６…電磁比例弁，５７…目標地形入力装置，５８…現況地形入力装置，５９…ＧＮＳＳ受信機，６０…目標面，６１…属性設定点，７０…圧力センサ，７１…圧力センサ，７２…圧力センサ，７３…圧力センサ，１６０…フロント制御用油圧ユニット，１６２…シャトルブロック，１７０…ポンプライン，６０１…第１端点，６０２…第２端点，６０３…変曲点，６０４…最近接点，６０５…属性変化点

Claims

複数のフロント部材によって構成される作業装置と，
前記複数のフロント部材を駆動する複数のアクチュエータと，
前記複数のアクチュエータを操作するための操作装置と，
前記操作装置が操作されている間に前記作業装置が前記作業装置の動作平面と目標地形との交線である目標面を超えないように前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの目標速度を演算し，その目標速度に基づいて前記少なくとも１つのアクチュエータを制御する領域制限制御を実行可能なコントローラとを備えた作業機械において，
前記コントローラは，
前記目標地形上に予め設定された複数の属性設定点における現況地形と前記目標地形との上下関係を前記目標地形のデータと前記現況地形のデータとに基づいて判定し，前記複数の属性設定点のうち前記現況地形が前記目標地形と一致すると判定された属性設定点と、前記複数の属性設定点のうち前記現況地形が前記目標地形の上方に位置すると判定された属性設定点とに第１属性を付与し，前記複数の属性設定点のうち前記現況地形が前記目標地形の下方に位置すると判定された属性設定点に第２属性を付与することで、前記目標地形と前記現況地形との上下関係が規定された上下関係データを生成し，
前記上下関係データに含まれる前記複数の属性設定点のうち前記目標面の周囲に位置する属性設定点の属性に基づいて前記目標面上における前記目標地形と前記現況地形との上下関係を判定し，前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形と一致すると判定された部分及び前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形の上方に位置すると判定された部分に前記第１属性を付与し，前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形の下方に位置すると判定された部分に前記第２属性を付与し，
前記目標面上で前記第１属性が付与された部分では前記領域制限制御を実行し，前記目標面上で前記第２属性が付与された部分では前記領域制限制御を実行しないことを特徴とする作業機械。
請求項１の作業機械において，
前記コントローラは，
前記目標面上の２つの端点と変曲点に対して，前記複数の属性設定点のうち最も近い属性設定点と同じ属性を付与し，
前記複数の属性設定点の中から，前記目標面を基準として所定の距離の範囲にある複数の属性設定点を抽出し，
前記抽出した複数の属性設定点のそれぞれに最も近い目標面上の複数の点（最近接点と称する）に前記抽出した複数の属性設定点のそれぞれと同じ属性を付与し，
前記目標面上の前記２つの端点，前記変曲点，及び前記最近接点に付与された属性に基づいて，前記目標面上における前記目標地形と前記現況地形との上下関係を判定し，その判定の結果に基づいて前記目標面上で前記第１属性と前記第２属性のいずれを付与する部分であるかを決定することを特徴とする作業機械。
請求項２の作業機械において，
前記コントローラは，
前記目標面上の前記２つの端点，前記変曲点，及び前記最近接点のうち，前記目標面上で隣接する２つの点に対して異なる属性が付与されている場合には，前記目標面上かつ前記隣接する２つの点の間に属性変化点を設定し，
前記属性変化点によって前記目標面を複数の区間に分割し，前記目標面上の前記２つの端点，前記変曲点，及び前記最近接点のうち前記複数の区間のそれぞれに含まれる点の属性に応じて各区間の属性を付与することを特徴とする作業機械。
複数のフロント部材によって構成される作業装置と，
前記複数のフロント部材を駆動する複数のアクチュエータと，
前記複数のアクチュエータを操作するための操作装置と，
前記操作装置が操作されている間に前記作業装置が前記作業装置の動作平面と目標地形との交線である目標面を超えないように前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの目標速度を演算し，その目標速度に基づいて前記少なくとも１つのアクチュエータを制御する領域制限制御を実行可能なコントローラとを備えた作業機械において，
前記作業装置は，前記複数のフロント部材としてバケット，アーム及びブームを備え，
前記コントローラは，
前記目標地形と現況地形との上下関係が規定された上下関係データに基づいて前記目標面上における前記目標地形と前記現況地形との上下関係を判定し，前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形と一致すると判定された部分及び前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形の上方に位置すると判定された部分に第１属性を付与し，前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形の下方に位置すると判定された部分に第２属性を付与し，
前記目標面上で前記第２属性が付与された領域の上方に前記バケットが位置するとき，かつ，前記目標面上で前記第２属性が付与された領域と前記バケットの背面の角度差が所定値以下のとき，かつ，前記ブームを駆動するブームシリンダのロッド圧が所定値以上のときには，前記目標面上で前記第２属性が付与された領域であって前記バケットの下方に位置する領域の属性を前記第１属性に変更し，
前記目標面上で前記第１属性が付与された部分では前記領域制限制御を実行し，前記目標面上で前記第２属性が付与された部分では前記領域制限制御を実行しないことを特徴とする作業機械。
複数のフロント部材によって構成される作業装置と，
前記複数のフロント部材を駆動する複数のアクチュエータと，
前記複数のアクチュエータを操作するための操作装置と，
前記操作装置が操作されている間に前記作業装置が前記作業装置の動作平面と目標地形との交線である目標面を超えないように前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの目標速度を演算し，その目標速度に基づいて前記少なくとも１つのアクチュエータを制御する領域制限制御を実行可能なコントローラとを備えた作業機械において，
前記作業装置は，前記複数のフロント部材としてバケット，アーム及びブームを備え，
前記コントローラは，
前記目標地形と現況地形との上下関係が規定された上下関係データに基づいて前記目標面上における前記目標地形と前記現況地形との上下関係を判定し，前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形と一致すると判定された部分及び前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形の上方に位置すると判定された部分に第１属性を付与し，前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形の下方に位置すると判定された部分に第２属性を付与し，
前記目標面上で前記第２属性が付与された領域と前記バケットが交差しているとき，かつ，前記バケットに最も近い前記目標面の勾配が所定値以上であるとき，かつ，前記ブームを駆動するブームシリンダのロッド圧が所定値以上のときには，前記目標面上で前記第２属性が付与された領域であって前記バケットの下方に位置する領域の属性を前記第１属性に変更し，
前記目標面上で前記第１属性が付与された部分では前記領域制限制御を実行し，前記目標面上で前記第２属性が付与された部分では前記領域制限制御を実行しないことを特徴とする作業機械。
複数のフロント部材によって構成される作業装置と，
前記複数のフロント部材を駆動する複数のアクチュエータと，
前記複数のアクチュエータを操作するための操作装置と，
前記操作装置が操作されている間に前記作業装置が前記作業装置の動作平面と目標地形との交線である目標面を超えないように前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの目標速度を演算し，その目標速度に基づいて前記少なくとも１つのアクチュエータを制御する領域制限制御を実行可能なコントローラとを備えた作業機械において，
前記コントローラは，
前記目標地形と現況地形との上下関係が規定された上下関係データに基づいて前記目標面上における前記目標地形と前記現況地形との上下関係を判定し，前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形と一致すると判定された部分及び前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形の上方に位置すると判定された部分に第１属性を付与し，前記目標面上で前記現況地形が前記目標地形の下方に位置すると判定された部分に第２属性を付与し，
前記目標面上で前記第１属性が付与された部分では前記領域制限制御を実行し，前記目標面上で前記第２属性が付与された部分では前記領域制限制御を実行せず、
前記目標面と，前記目標面に付与された属性が前記第１属性と前記第２属性のいずれであるかを示す属性情報とが表示される表示装置をさらに備えることを特徴とする作業機械。
請求項１の作業機械において，
前記複数の属性設定点に前記第１属性と前記第２属性のうちいずれが付与されているかが表示される表示装置をさらに備えることを特徴とする作業機械。