WO2012127914A1 - 掘削制御システム - Google Patents

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WO2012127914A1
WO2012127914A1 PCT/JP2012/052687 JP2012052687W WO2012127914A1 WO 2012127914 A1 WO2012127914 A1 WO 2012127914A1 JP 2012052687 W JP2012052687 W JP 2012052687W WO 2012127914 A1 WO2012127914 A1 WO 2012127914A1
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boom
adjustment
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徹 松山
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株式会社小松製作所
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    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)

Definitions

  • the present invention relates to an excavation control system that executes speed limitation of a work machine.
  • Patent Document 1 a method of excavating a predetermined region by moving a bucket along a design surface indicating a target shape to be excavated in a construction machine including a work machine is known (see Patent Document 1).
  • control device of Patent Document 1 corrects the operation signal input from the operator so that the relative speed with respect to the design surface of the work implement decreases as the distance between the blade edge of the bucket and the design surface decreases. As a result, excavation control for automatically moving the cutting edge along the design surface is executed regardless of the operation of the operator.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide an excavation control system capable of executing appropriate excavation control.
  • the excavation control system includes a work implement, a plurality of hydraulic cylinders, a candidate speed acquisition unit, a relative speed acquisition unit, a speed limit selection unit, and a hydraulic cylinder control unit.
  • the work machine is composed of a plurality of driven members including a bucket and is rotatably supported by the vehicle body.
  • the plurality of hydraulic cylinders drive each of the plurality of driven members.
  • the candidate speed acquisition unit includes a first candidate speed corresponding to a first interval between the first monitoring point of the bucket and a design surface indicating the target shape of the excavation target, a second monitoring point of a bucket different from the first monitoring point, The second candidate speed corresponding to the second interval with the design surface is acquired.
  • the relative speed acquisition unit acquires the first relative speed of the first monitoring point with respect to the design surface and the second relative speed of the second monitoring point with respect to the design surface. Based on the relative relation between the first relative speed and the first candidate speed and the relative relation between the second relative speed and the second candidate speed, one of the first candidate speed and the second candidate speed is selected as the speed limit. .
  • the hydraulic cylinder control unit limits the relative speed of the monitoring point related to the speed limit among the first monitoring point and the second monitoring point to the design surface by supplying hydraulic oil to the plurality of hydraulic cylinders.
  • the excavation control system relates to the first aspect, and further includes an adjustment speed acquisition unit.
  • the adjustment speed acquisition unit sets the first adjustment speed indicating the target speed of the expansion / contraction speed in each of the plurality of hydraulic cylinders required to limit the first relative speed to the first candidate speed, and the second relative speed as the second speed.
  • the second adjustment speed indicating the target speed of the expansion / contraction speed in each of the plurality of hydraulic cylinders required for limiting to the candidate speed is acquired.
  • the speed limit selection unit selects the first candidate speed as the speed limit when the first adjustment speed is higher than the second adjustment speed, and selects the second candidate speed when the second adjustment speed is higher than the first adjustment speed. Select as speed limit.
  • An excavation control system capable of smoothly executing excavation control can be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view of a hydraulic excavator 100.
  • FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator 100.
  • FIG. 1 is a rear view of a hydraulic excavator 100.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of an excavation control system 200.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a design topography displayed on a display unit 29.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a design landform at an intersection line 47.
  • 3 is a block diagram showing a configuration of a work machine controller 26.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the positional relationship of the blade edge
  • FIG. 1 is a perspective view of a hydraulic excavator 100 according to the embodiment.
  • the excavator 100 includes a vehicle main body 1 and a work implement 2.
  • the excavator 100 is equipped with an excavation control system 200. The configuration and operation of the excavation control system 200 will be described later.
  • the vehicle body 1 has an upper swing body 3, a cab 4, and a traveling device 5.
  • the upper swing body 3 houses an engine, a hydraulic pump, etc. (not shown).
  • a first GNSS antenna 21 and a second GNSS antenna 22 are disposed on the rear end portion of the upper swing body 3.
  • the first GNSS antenna 21 and the second GNSS antenna 22 are antennas for RTK-GNSS (Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems, GNSS is a global navigation satellite system).
  • the cab 4 is placed at the front of the upper swing body 3.
  • An operation device 25 described later is arranged in the cab 4 (see FIG. 3).
  • the traveling device 5 has crawler belts 5a and 5b, and the excavator 100 travels as the crawler belts 5a and 5b rotate.
  • the work machine 2 is attached to the front portion of the vehicle body 1 and includes a boom 6, an arm 7, a bucket 8, a boom cylinder 10, an arm cylinder 11, and a bucket cylinder 12.
  • a base end portion of the boom 6 is swingably attached to a front portion of the vehicle main body 1 via a boom pin 13.
  • the base end portion of the arm 7 is swingably attached to the tip end portion of the boom 6 via the arm pin 14.
  • a bucket 8 is swingably attached to the tip of the arm 7 via a bucket pin 15.
  • the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12 are hydraulic cylinders that are driven by hydraulic oil, respectively.
  • the boom cylinder 10 drives the boom 6.
  • the arm cylinder 11 drives the arm 7.
  • the bucket cylinder 12 drives the bucket 8.
  • FIG. 2A is a side view of the excavator 100
  • FIG. 2B is a rear view of the excavator 100
  • the length of the boom 6, that is, the length from the boom pin 13 to the arm pin 14
  • the length of the arm 7, that is, the length from the arm pin 14 to the bucket pin 15
  • the length of the bucket 8 that is, the length from the bucket pin 15 to the tip of the tooth of the bucket 8 (hereinafter referred to as “blade edge 8 a”, an example of “first monitoring point”) is L 3 a.
  • the length from the bucket pin 15 to the outermost back side of the bucket 8 (hereinafter referred to as “back end 8b”, an example of “second monitoring point”) is L3b.
  • the boom 6, the arm 7 and the bucket 8 are provided with first to third stroke sensors 16 to 18, respectively.
  • the first stroke sensor 16 detects the stroke length of the boom cylinder 10 (hereinafter referred to as “boom cylinder length N1”).
  • a display controller 28 (see FIG. 3), which will be described later, calculates the tilt angle ⁇ 1 of the boom 6 with respect to the vertical direction of the vehicle body coordinate system from the boom cylinder length N1 detected by the first stroke sensor 16.
  • the second stroke sensor 17 detects the stroke length of the arm cylinder 11 (hereinafter referred to as “arm cylinder length N2”).
  • the display controller 28 calculates the tilt angle ⁇ 2 of the arm 7 with respect to the boom 6 from the arm cylinder length N2 detected by the second stroke sensor 17.
  • the third stroke sensor 18 detects the stroke length of the bucket cylinder 12 (hereinafter referred to as “bucket cylinder length N3”).
  • the display controller 28 calculates the inclination angle ⁇ 3a of the cutting edge 8a with respect to the arm 7 and the inclination angle ⁇ 3b of the back end 8b with respect to the arm 7 from the bucket cylinder length N3 detected by the third stroke sensor 18.
  • the vehicle body 1 is provided with a position detector 19.
  • the position detector 19 detects the current position of the excavator 100.
  • the position detection unit 19 includes the first and second GNSS antennas 21 and 22 described above, a three-dimensional position sensor 23, and an inclination angle sensor 24.
  • the first and second GNSS antennas 21 and 22 are spaced apart by a certain distance in the vehicle width direction.
  • a signal corresponding to the GNSS radio wave received by the first and second GNSS antennas 21 and 22 is input to the three-dimensional position sensor 23.
  • the three-dimensional position sensor 23 detects the installation positions of the first and second GNSS antennas 21 and 22.
  • the inclination angle sensor 24 detects an inclination angle ⁇ 4 in the vehicle width direction of the vehicle body 1 with respect to the direction of gravity (vertical line).
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration of the excavation control system 200.
  • the excavation control system 200 includes an operating device 25, a work machine controller 26, a proportional control valve 27, a display controller 28, and a display unit 29.
  • the operating device 25 receives an operator operation for driving the work machine 2 and outputs an operation signal corresponding to the operator operation.
  • the operation device 25 includes a boom operation tool 31, an arm operation tool 32, and a bucket operation tool 33.
  • the boom operation tool 31 includes a boom operation lever 31a and a boom operation detection unit 31b.
  • the boom operation lever 31a receives an operation of the boom 6 by the operator.
  • the boom operation detection unit 31b outputs a boom operation signal M1 according to the operation of the boom operation lever 31a.
  • the arm operation lever 32a receives an operation of the arm 7 by the operator.
  • the arm operation detection unit 32b outputs an arm operation signal M2 according to the operation of the arm operation lever 32a.
  • the bucket operation tool 33 includes a bucket operation lever 33a and a bucket operation detection unit 33b.
  • Bucket operation lever 33a receives operation of bucket 8 by an operator.
  • the bucket operation detection unit 33b outputs a bucket operation signal M3 according to the operation of the bucket operation lever 33a.
  • the work machine controller 26 acquires the boom operation signal M1, the arm operation signal M2, and the bucket operation signal M3 from the operation device 25.
  • the work machine controller 26 acquires the boom cylinder length N1, the arm cylinder length N2, and the bucket cylinder length N3 from the first to third stroke sensors 16 to 18.
  • the work machine controller 26 outputs a control signal based on these various information to the proportional control valve 27.
  • the work machine controller 26 executes excavation control for automatically moving the bucket 8 along the design surface 45 (see FIG. 4).
  • the work machine controller 26 corrects the boom operation signal M1 and outputs it to the proportional control valve 27 as described later.
  • the work machine controller 26 outputs the arm operation signal M2 and the bucket operation signal M3 to the proportional control valve 27 without correction.
  • the function and operation of the work machine controller 26 will be described later.
  • the proportional control valve 27 is disposed between the boom cylinder 10, the arm cylinder 11 and the bucket cylinder 12 and a hydraulic pump (not shown).
  • the proportional control valve 27 supplies hydraulic oil at a flow rate corresponding to a control signal from the work machine controller 26 to each of the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12.
  • the display controller 28 includes a storage unit 28a such as a RAM and a ROM, and a calculation unit 28b such as a CPU.
  • the storage unit 28a stores work implement data including the length L1 of the boom 6, the length L2 of the arm 7, and the lengths L3a and L3b of the bucket 8.
  • the work machine data includes the minimum value and the maximum value of the inclination angle ⁇ 1 of the boom 6, the inclination angle ⁇ 2 of the arm 7, the inclination angle ⁇ 3a of the cutting edge 8a, and the inclination angle ⁇ 3b of the back end 8b.
  • the display controller 28 can communicate with the work machine controller 26 by wireless or wired communication means.
  • the storage unit 28a of the display controller 28 stores design terrain data indicating the shape and position of the three-dimensional design terrain in the work area in advance.
  • the display controller 28 displays the design terrain on the display unit 29 based on the design terrain and detection results from the various sensors described above.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the design terrain displayed on the display unit 29.
  • the design landform is composed of a plurality of design surfaces 45 each represented by a triangular polygon.
  • Each of the plurality of design surfaces 45 indicates a target shape to be excavated by the work machine 2.
  • the operator selects one design surface of the plurality of design surfaces 45 as the target design surface 45A.
  • the work machine controller 26 moves the bucket 8 along the intersection line 47 between the plane 46 passing through the current position of the cutting edge 8a of the bucket 8 and the target design surface 45A.
  • reference numeral 45 is given to only one of the plurality of design surfaces, and reference numerals of the other design surfaces are omitted.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the design terrain at the intersection line 47, and is a schematic diagram showing an example of the design terrain displayed on the display unit 29.
  • the design landform according to the present embodiment includes a target design surface 45A and a speed limit intervention line C.
  • the target design surface 45A is an inclined surface located on the side of the excavator 100. The operator performs excavation along the target design surface 45A by moving the bucket 8 from above to below the target design surface 45A.
  • the speed limit intervention line C demarcates an area where speed limit described later is executed. As will be described later, when the bucket 8 enters the inside of the speed limit intervention line C, speed limit by the excavation control system 200 is executed.
  • the speed limit intervention line C is set at a position of a line distance h from the target design surface 45A.
  • the line distance h is preferably set to a distance that does not impair the operational feeling of the work machine 2 by the operator.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the work machine controller 26.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the positional relationship between the blade edge 8a and the target design surface 45A.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the positional relationship between the back end 8b and the target design surface 45A. 7 and 8 show the position of the bucket 8 at the same time.
  • the work machine controller 26 includes a relative distance acquisition unit 261, a candidate speed acquisition unit 262, a relative speed acquisition unit 263, an adjustment speed acquisition unit 264, a speed limit selection unit 265, a hydraulic cylinder A control unit 266.
  • the relative distance acquisition unit 261 acquires the first distance d1 between the cutting edge 8a and the target design surface 45A in the vertical direction perpendicular to the target design surface 45A, as shown in FIG. As shown in FIG. 8, the relative distance acquisition unit 261 acquires a second distance d2 between the back end 8b and the target design surface 45A in the vertical direction.
  • the relative distance acquisition unit 261 includes design terrain data acquired from the display controller 28 and current position data of the excavator 100, boom cylinder length N1, arm cylinder length N2 and bucket acquired from the first to third stroke sensors 16-18. Based on the cylinder length N3, the first distance d1 and the second distance d2 are calculated.
  • the relative distance acquisition unit 261 outputs the first distance d1 and the second distance d2 to the candidate speed acquisition unit 263. In the present embodiment, the first distance d1 is smaller than the second distance d2.
  • the candidate speed acquisition unit 262 acquires a first candidate speed P1 corresponding to the first distance d1 and a second candidate speed P2 corresponding to the second distance d2.
  • the first candidate speed P1 is a speed that is uniformly determined according to the first distance d1.
  • the first candidate speed P1 becomes maximum when the first distance d1 is equal to or greater than the line distance h, and becomes slower as the first distance d1 becomes smaller than the line distance h.
  • the second candidate speed P2 is a speed that is uniformly determined according to the second distance d2. As shown in FIG.
  • the second candidate speed P2 becomes maximum when the second distance d2 is equal to or greater than the line distance h, and becomes slower as the second distance d2 becomes smaller than the line distance h.
  • the candidate speed acquisition unit 262 outputs the first candidate speed P1 and the second candidate speed P2 to the adjustment speed acquisition unit 264 and the speed limit selection unit 265.
  • the direction approaching the first design surface 451 is a negative direction
  • the direction approaching the second design surface 452 is a negative direction.
  • the first candidate speed P1 is slower than the second candidate speed P2.
  • the relative speed acquisition unit 263 calculates the speed Q of the blade edge 8a and the speed Q 'of the back end 8b based on the boom operation signal M1, the arm operation signal M2, and the bucket operation signal M3 acquired from the operation device 25. Further, as shown in FIG. 7, the relative speed acquisition unit 263 acquires a first relative speed Q1 with respect to the target design surface 45A of the blade edge 8a based on the speed Q. As shown in FIG. 8, the relative speed acquisition unit 263 acquires the second relative speed Q2 of the rear end 8b with respect to the target design surface 45A based on the speed Q '. The relative speed acquisition unit 263 outputs the first relative speed Q1 and the second relative speed Q2 to the adjustment speed acquisition unit 264.
  • the adjustment speed acquisition unit 264 acquires the first candidate speed P1 from the candidate speed acquisition unit 262 and acquires the first relative speed Q1 from the relative speed acquisition unit 263.
  • the adjustment speed acquisition unit 264 acquires the first adjustment speed S1 of the expansion / contraction speed of the boom cylinder 10 required to limit the first relative speed Q1 to the first candidate speed P1.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method of obtaining the first adjustment speed S1.
  • the first difference R1 is eliminated from the first relative speed Q1 only by reducing the rotational speed of the boom 6 around the boom pin 13.
  • the first adjustment speed S1 based on the first difference R1 can be acquired.
  • the adjustment speed acquisition unit 264 acquires the second candidate speed P2 from the candidate speed acquisition unit 262 and acquires the second relative speed Q2 from the relative speed acquisition unit 263.
  • the adjustment speed acquisition unit 264 acquires the second adjustment speed S2 of the expansion / contraction speed of the boom cylinder 10 required to limit the second relative speed Q2 to the second candidate speed P2.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a method of obtaining the second adjustment speed S2.
  • 2nd adjustment speed S2 based on 2nd difference R2 is acquirable.
  • the second adjustment speed S2 is the second adjustment speed S2 as shown in FIGS. 11 and 12, although the second interval d2 is larger than the first interval d1. It is larger than one adjustment speed S1. This is because the first relative speed Q1 of the cutting edge 8a and the second relative speed Q2 of the rear end 8b may differ due to the difference between the speed Q of the cutting edge 8a and the speed Q 'of the rear end 8b. Therefore, in the present embodiment, as described later, speed limitation is performed based on the back end 8b that is farther from the target design surface 45A than the cutting edge 8a.
  • the speed limit selection unit 265 acquires the first candidate speed P1 and the second candidate speed P2 from the candidate speed acquisition unit 262, and acquires the first adjustment speed S1 and the second adjustment speed S2 from the adjustment speed acquisition unit 264.
  • the speed limit selection unit 265 selects one of the first candidate speed P1 and the second candidate speed P2 as the speed limit U based on the first adjustment speed S1 and the second adjustment speed S2. Specifically, the speed limit selection unit 265 selects the first candidate speed P1 as the speed limit U when the first adjustment speed S1 is greater than the second adjustment speed S2.
  • the speed limit selection unit 265 selects the second candidate speed P2 as the speed limit U when the second adjustment speed S2 is higher than the first adjustment speed S1. In the present embodiment, since the second adjustment speed S2 is greater than the first adjustment speed S1, the speed limit selection unit 265 selects the second candidate speed P2 as the speed limit U.
  • the hydraulic cylinder control unit 266 limits the second relative speed Q2 of the rear end 8b with respect to the target design surface 45A related to the second candidate speed P2 selected as the limit speed U to the limit speed U (that is, the second candidate speed P2). To do.
  • the hydraulic cylinder control unit 266 corrects the boom operation signal M1 and performs the corrected boom operation.
  • the signal M1 is output to the proportional control valve 27.
  • the work machine controller 26 outputs the arm operation signal M2 and the bucket operation signal M3 to the proportional control valve 27 without correction.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the excavation control system 200.
  • step S10 the excavation control system 200 acquires design terrain data and current position data of the excavator 100.
  • step S20 the excavation control system 200 acquires the boom cylinder length N1, the arm cylinder length N2, and the bucket cylinder length N3.
  • step S30 the excavation control system 200 calculates the first distance d1 and the second distance d2 based on the design landform data, the current position data, the boom cylinder length N1, the arm cylinder length N2, and the bucket cylinder length N3 (FIG. 7, see FIG.
  • step S40 the excavation control system 200 acquires a first candidate speed P1 corresponding to the first distance d1 and a second candidate speed P2 corresponding to the second distance d2 (see FIGS. 9 and 10).
  • step S50 the excavation control system 200 calculates the speed Q of the cutting edge 8a and the speed Q ′ of the back end 8b based on the boom operation signal M1, the arm operation signal M2, and the bucket operation signal M3 (FIGS. 7 and 8). reference).
  • step S60 the excavation control system 200 acquires the first relative speed Q1 and the second relative speed Q2 based on the speed Q and the speed Q '(see FIGS. 7 and 8).
  • step S70 the excavation control system 200 acquires the first adjustment speed S1 of the boom cylinder 10 expansion / contraction speed required to limit the first relative speed Q1 to the first candidate speed P1 (see FIG. 11). .
  • step S80 the excavation control system 200 acquires the second adjustment speed S2 of the expansion / contraction speed of the boom cylinder 10 that is required to limit the second relative speed Q2 to the second candidate speed P2. (See FIG. 12).
  • step S90 the excavation control system 200 selects one of the first candidate speed P1 and the second candidate speed P2 as the speed limit U based on the first adjustment speed S1 and the second adjustment speed S2.
  • the excavation control system 200 selects the candidate speed P that is the larger of the first adjustment speed S1 and the second adjustment speed S2 as the speed limit U.
  • the second candidate speed P2 is selected as the limit speed U.
  • step S100 the excavation control system 200 limits the second relative speed Q2 of the rear end 8b related to the second candidate speed P2 selected as the speed limit U to the speed limit U (that is, the second candidate speed P2).
  • the excavation control system 200 includes a first adjustment speed S1 of the expansion / contraction speed of the boom cylinder 10 required for limiting the first relative speed Q1 to the first candidate speed P1, and the second The second adjustment speed S2 of the expansion / contraction speed of the boom cylinder 10 required to limit the relative speed Q2 to the second candidate speed P2 is acquired.
  • the excavation control system 200 selects the candidate speed P that is the larger of the first adjustment speed S1 and the second adjustment speed S2 as the speed limit U.
  • speed monitoring is performed based on the adjustment speed S of the boom cylinder 10 regardless of the first interval d1 and the second interval d2, while monitoring the cutting edge 8a and the back end 8b. Therefore, speed limitation can be executed on the basis of the cutting edge 8a and the rear end 8b having the larger adjustment speed S of the expansion / contraction speed of the boom cylinder 10.
  • the boom cylinder 10 Adjustment of the expansion / contraction speed may not be in time.
  • excavation as designed cannot be performed, and if the boom cylinder 10 is forcibly adjusted, an impact due to sudden drive is generated, so appropriate excavation is possible. Control cannot be executed.
  • the speed limit is executed based on the rear end 8b having the large adjustment speed S, so that there is a margin for adjusting the boom cylinder 10. Can do. Therefore, it is possible to suppress the rear end 8b from exceeding the target design surface 45A and the occurrence of an impact due to sudden driving, and therefore appropriate excavation control can be executed.
  • the excavation control system 200 executes speed limitation by adjusting the expansion / contraction speed of the boom cylinder 10.
  • speed limitation is executed by correcting only the boom operation signal M1 among the operation signals corresponding to the operator operation. That is, only the boom 6 is not driven as operated by the operator among the boom 6, the arm 7 and the bucket 8. Therefore, compared with the case where the expansion / contraction speed of two or more driven members among the boom 6, the arm 7, and the bucket 8 is adjusted, it is possible to suppress the operator's operational feeling from being impaired.
  • the excavation control system 200 sets the cutting edge 8a and the back end 8b of the bucket 8 as monitoring points, but the present invention is not limited to this. In the excavation control system 200, two or more monitoring points in the outer periphery of the bucket 8 may be set.
  • the excavation control system 200 suppresses the relative speed to the limit speed only by reducing the rotation speed of the boom 6, but the present invention is not limited to this.
  • the excavation control system 200 may adjust the rotation speed of at least one of the arm 7 and the bucket 8 in addition to the rotation speed of the boom 6.
  • the sum (total) of adjustment speeds of the boom 6, arm 7, and bucket 8 may be calculated as the adjustment speed S.
  • the excavation control system 200 calculates the speed Q of the cutting edge 8a and the speed Q ′ of the back end 8b based on the operation signal M acquired from the operating device 25. It is not limited.
  • the excavation control system 200 can directly calculate the speed Q and the speed Q ′ based on the amount of change per hour of each cylinder length N1 to N3 acquired from the first to third stroke sensors 16 to 18. In this case, it is possible to calculate the speed Q and the speed Q ′ with higher accuracy than when the speed Q and the speed Q ′ are calculated based on the operation signal M.
  • the candidate speed and the distance are in a linear relationship, but the present invention is not limited to this.
  • the relationship between the candidate speed and the distance can be set as appropriate, and may not be linear or may not pass through the origin.
  • the present invention is useful in the construction machinery field because it can provide a work machine control system capable of performing appropriate excavation control.
  • SYMBOLS 1 Vehicle main body, 2 ... Working machine, 3 ... Upper turning body, 4 ... Driver's cab, 5 ... Traveling device, 5a, 5b ... Track, 6 ... Boom, 7 ... Arm, 8 ... Bucket, 8a ... Cutting edge, 8b ... Rear end, 10 ... Boom cylinder, 11 ... Arm cylinder, 12 ... Bucket cylinder, 13 ... Boom pin, 14 ... Arm pin, 15 ... Bucket pin, 16 ... First stroke sensor, 17 ... Second stroke sensor, 18 ... Third stroke Sensor: 19 ... Position detection unit, 21 ... First GNSS antenna, 22 ... Second GNSS antenna, 23 ... Three-dimensional position sensor, 24 ...
  • Inclination angle sensor 25 ... Operating device, 26 ... Work machine controller, 261 ... Relative distance acquisition unit 262 ... Candidate speed acquisition unit, 263 ... Relative speed acquisition unit, 264 ... Adjustment speed acquisition unit, 265 ... Limit speed selection unit, 266 ... Hydraulic cylinder control unit DESCRIPTION OF SYMBOLS 27 ... Proportional control valve, 28 ... Display controller, 29 ... Display part, 31 ... Boom operation tool, ... 32 arm operation tool, 33 ... Bucket operation tool, 45 ... Design surface, 45A ... Target design surface, 100 ... Hydraulic excavator, 200 ... Excavation control system, C ... Speed limit intervention line, h ... Line distance

Abstract

　掘削制御システム（２００）は、第１相対速度（Ｑ１）を第１候補速度（Ｐ１）に制限するために必要とされるブームシリンダ（１０）の伸縮速度の第１調整速度（Ｓ１）と、第２相対速度（Ｑ２）を第２候補速度（Ｐ２）に制限するために必要とされるブームシリンダ（１０）の伸縮速度の第２調整速度（Ｓ２）とを取得する。掘削制御システム（２００）は、第１調整速度（Ｓ１）と第２調整速度（Ｓ２）のうち大きい方に係る候補速度（Ｐ）を制限速度（Ｕ）として選択する。

Description

掘削制御システム
　本発明は、作業機の速度制限を実行する掘削制御システムに関する。
　従来、作業機を備える建設機械において、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ることによって所定の領域を掘削する手法が知られている（特許文献１参照）。
　具体的に、特許文献１の制御装置は、バケットの刃先と設計面との間隔が小さいほど作業機の設計面に対する相対速度が減少するように、オペレータから入力される操作信号を補正する。これによって、オペレータの操作に関わらず、刃先を設計面に沿って自動的に移動させる掘削制御が実行される。
国際公開ＷＯ９５/３００５９号
　（発明が解決しようとする課題）
　しかしながら、特許文献１に記載の掘削制御では、すくい込みを行うとバケット背面で掘削対象面を掘削しすぎるおそれがある。また、特許文献１に記載の掘削制御では、床面仕上げの際、バケット背面を設計面上で制御する事ができないおそれがある。
　本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、適切な掘削制御を実行可能な掘削制御システムの提供を目的とする。
　（課題を解決するための手段）
　第１の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、複数の油圧シリンダと、候補速度取得部と、相対速度取得部と、制限速度選択部と、油圧シリンダ制御部と、を備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。複数の油圧シリンダは、複数の被駆動部材のそれぞれを駆動させる。候補速度取得部は、バケットの第１監視ポイントと掘削対象の目標形状を示す設計面との第１間隔に応じた第１候補速度と、第１監視ポイントとは異なるバケットの第２監視ポイントと設計面との第２間隔に応じた第２候補速度と、を取得する。相対速度取得部は、設計面に対する第１監視ポイントの第１相対速度と、設計面に対する第２監視ポイントの第２相対速度と、を取得する。第１相対速度と第１候補速度との相対関係および第２相対速度と第２候補速度との相対関係に基づいて、第１候補速度および第２候補速度のいずれか一方を制限速度として選択する。油圧シリンダ制御部は、複数の油圧シリンダに作動油を供給することによって、第１監視ポイントおよび第２監視ポイントのうち制限速度に係る監視ポイントの設計面に対する相対速度を制限速度に制限する。
　第２の態様に係る掘削制御システムは、第１の態様に係り、調整速度取得部をさらに備える。調整速度取得部は、第１相対速度を第１候補速度に制限するために必要とされる複数の油圧シリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度を示す第１調整速度と、第２相対速度を第２候補速度に制限するために必要とされる複数の油圧シリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度を示す第２調整速度と、を取得する。制限速度選択部は、第１調整速度が第２調整速度よりも大きい場合に第１候補速度を制限速度として選択し、第２調整速度が第１調整速度よりも大きい場合に第２候補速度を制限速度として選択する。
　（発明の効果）
　掘削制御をスムーズに実行可能な掘削制御システムを提供することができる。
油圧ショベル１００の斜視図である。 油圧ショベル１００の側面図である。 油圧ショベル１００の背面図である。 掘削制御システム２００の機能構成を示すブロック図である。 表示部２９に表示される設計地形の一例を示す模式図である。 交線４７における設計地形の断面図である。 作業機コントローラ２６の構成を示すブロック図である。 刃先８ａと目標設計面４５Ａとの位置関係を示す模式図である。 背面端８ｂと目標設計面４５Ａとの位置関係を示す模式図である。 第１候補速度Ｐ１と第１距離ｄ１との関係を示すグラフである。 第２候補速度Ｐ２と第２距離ｄ２との関係を示すグラフである。 第１調整速度Ｓ１の取得方法を説明するための図である。 第２調整速度Ｓ２の取得方法を説明するための図である。 掘削制御システム２００の動作を説明するためのフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下においては、「建設機械」の一例として油圧ショベルを挙げて説明する。
　《油圧ショベル１００の全体構成》
　図１は、実施形態に係る油圧ショベル１００の斜視図である。油圧ショベル１００は、車両本体１と、作業機２とを有する。また、油圧ショベル１００には、掘削制御システム２００が搭載されている。掘削制御システム２００の構成および動作については後述する。
　車両本体１は、上部旋回体３と運転室４と走行装置５とを有する。上部旋回体３は、図示しないエンジンや油圧ポンプなどを収容している。上部旋回体３の後端部上には、第１ＧＮＳＳアンテナ２１と第２ＧＮＳＳアンテナ２２とが配置されている。第１ＧＮＳＳアンテナ２１と第２ＧＮＳＳアンテナ２２とは、ＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）用のアンテナである。運転室４は、上部旋回体３の前部に載置されている。運転室４内には、後述する操作装置２５が配置される（図３参照）。走行装置５は履帯５ａ，５ｂを有しており、履帯５ａ，５ｂが回転することにより油圧ショベル１００が走行する。
　作業機２は、車両本体１の前部に取り付けられており、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２と、を有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に揺動可能に取り付けられる。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられる。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が揺動可能に取り付けられる。
　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、それぞれ作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。
　ここで、図２Ａは油圧ショベル１００の側面図であり、図２Ｂは油圧ショベル１００の背面図である。図２Ａに示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１３からアームピン１４までの長さは、Ｌ１である。アーム７の長さ、すなわち、アームピン１４からバケットピン１５までの長さは、Ｌ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５からバケット８のツースの先端（以下、「刃先８ａ」という。「第１監視ポイント」の一例）までの長さは、Ｌ３ａである。また、バケットピン１５からバケット８の背面側最外端（以下、「背面端８ｂ」という。「第２監視ポイント」の一例）までの長さは、Ｌ３ｂである。
　また、図２Ａに示すように、ブーム６とアーム７とバケット８には、それぞれ第１～第３ストロークセンサ１６～１８が設けられている。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さ（以下、「ブームシリンダ長Ｎ１」という。）を検出する。後述する表示コントローラ２８（図３参照）は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長Ｎ１から、車両本体座標系の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さ（以下、「アームシリンダ長Ｎ２」という。）を検出する。表示コントローラ２８は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長Ｎ２から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さ（以下、「バケットシリンダ長Ｎ３」という。）を検出する。表示コントローラ２８は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ長Ｎ３から、アーム７に対する刃先８ａの傾斜角θ３ａと、アーム７に対する背面端８ｂの傾斜角θ３ｂと、を算出する。
　車両本体１には、位置検出部１９が備えられている。位置検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置を検出する。位置検出部１９は、上述の第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２と、３次元位置センサ２３と、傾斜角センサ２４とを有する。第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、車幅方向において一定距離だけ離間して配置されている。第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号は３次元位置センサ２３に入力される。３次元位置センサ２３は、第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を検出する。図２Ｂに示すように、傾斜角センサ２４は、重力方向（鉛直線）に対する車両本体１の車幅方向における傾斜角θ４を検出する。
　《掘削制御システム２００の構成》
　図３は、掘削制御システム２００の機能構成を示すブロック図である。掘削制御システム２００は、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、比例制御弁２７と、表示コントローラ２８と、表示部２９と、を備える。
　操作装置２５は、作業機２を駆動させるオペレータ操作を受け付け、オペレータ操作に応じた操作信号を出力する。具体的に、操作装置２５は、ブーム操作具３１と、アーム操作具３２と、バケット操作具３３と、を有する。ブーム操作具３１は、ブーム操作レバー３１ａと、ブーム操作検出部３１ｂと、を含む。ブーム操作レバー３１ａは、オペレータによるブーム６の操作を受け付ける。ブーム操作検出部３１ｂは、ブーム操作レバー３１ａの操作に応じてブーム操作信号Ｍ１を出力する。アーム操作レバー３２ａは、オペレータによるアーム７の操作を受け付ける。アーム操作検出部３２ｂは、アーム操作レバー３２ａの操作に応じてアーム操作信号Ｍ２を出力する。バケット操作具３３は、バケット操作レバー３３ａと、バケット操作検出部３３ｂと、を含む。バケット操作レバー３３ａは、オペレータによるバケット８の操作を受け付ける。バケット操作検出部３３ｂは、バケット操作レバー３３ａの操作に応じてバケット操作信号Ｍ３を出力する。
　作業機コントローラ２６は、操作装置２５からブーム操作信号Ｍ１、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３を取得する。作業機コントローラ２６は、第１～第３ストロークセンサ１６～１８からブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３を取得する。作業機コントローラ２６は、これらの各種情報に基づく制御信号を比例制御弁２７に出力する。これにより、作業機コントローラ２６は、バケット８を設計面４５（図４参照）に沿って自動的に移動させる掘削制御を実行する。この際、作業機コントローラ２６は、後述するように、ブーム操作信号Ｍ１を補正した後に比例制御弁２７に出力する。一方で、作業機コントローラ２６は、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３を補正せずに比例制御弁２７に出力する。作業機コントローラ２６の機能および動作については後述する。
　比例制御弁２７は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２と図示しない油圧ポンプとの間に配置される。比例制御弁２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号に応じた流量の作動油をブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２それぞれに供給する。
　表示コントローラ２８は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部２８ａや、ＣＰＵなどの演算部２８ｂを有している。記憶部２８ａは、上述のブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３ａ，Ｌ３ｂを含む作業機データを記憶している。作業機データは、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、刃先８ａの傾斜角θ３ａおよび背面端８ｂの傾斜角θ３ｂそれぞれの最小値および最大値を含む。表示コントローラ２８は、作業機コントローラ２６と無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能である。表示コントローラ２８の記憶部２８ａは、作業エリア内の３次元の設計地形の形状および位置を示す設計地形データを予め記憶している。表示コントローラ２８は、設計地形や上述した各種のセンサからの検出結果などに基づいて、設計地形を表示部２９に表示させる。
　ここで、図４は、表示部２９に表示される設計地形の一例を示す模式図である。図４に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４５によって構成されている。複数の設計面４５それぞれは、作業機２による掘削対象の目標形状を示している。オペレータは、これら複数の設計面４５のうちの１つの設計面を目標設計面４５Ａとして選択する。オペレータが目標設計面４５Ａをバケット８で掘削する場合、作業機コントローラ２６は、バケット８の刃先８ａの現在位置を通る平面４６と目標設計面４５Ａとの交線４７に沿って、バケット８を移動させる。なお、図４では複数の設計面のうちの１つのみに符号４５が付されており、他の設計面の符号は省略されている。
　図５は、交線４７における設計地形の断面図であり、表示部２９に表示される設計地形の一例を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態に係る設計地形は、目標設計面４５Ａと、速度制限介入ラインＣとを含んでいる。
　目標設計面４５Ａは、油圧ショベル１００の側方に位置する傾斜面である。オペレータは、目標設計面４５Ａの上方から下方に向かってバケット８を移動させることによって、目標設計面４５Ａに沿って掘削を行う。
　速度制限介入ラインＣは、後述する速度制限が実行される領域を画定する。後述するように、バケット８が速度制限介入ラインＣの内側に侵入した場合に、掘削制御システム２００による速度制限が実行される。速度制限介入ラインＣは、目標設計面４５Ａからライン距離ｈの位置に設定されている。ライン距離ｈは、オペレータによる作業機２の操作感が損なわれない距離に設定されていることが好ましい。
　《作業機コントローラ２６の構成》
　図６は、作業機コントローラ２６の構成を示すブロック図である。図７は、刃先８ａと目標設計面４５Ａとの位置関係を示す模式図である。図８は、背面端８ｂと目標設計面４５Ａとの位置関係を示す模式図である。図７および図８は、同じ時刻におけるバケット８の位置を示している。
　作業機コントローラ２６は、図６に示すように、相対距離取得部２６１と、候補速度取得部２６２と、相対速度取得部２６３と、調整速度取得部２６４と、制限速度選択部２６５と、油圧シリンダ制御部２６６と、を備える。
　相対距離取得部２６１は、図７に示すように、目標設計面４５Ａに垂直な垂直方向における刃先８ａと目標設計面４５Ａとの第１距離ｄ１を取得する。相対距離取得部２６１は、図８に示すように、垂直方向における背面端８ｂと目標設計面４５Ａとの第２距離ｄ２を取得する。相対距離取得部２６１は、表示コントローラ２８から取得する設計地形データおよび油圧ショベル１００の現在位置データと、第１～第３ストロークセンサ１６～１８から取得するブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３とに基づいて、第１距離ｄ１および第２距離ｄ２を算出する。相対距離取得部２６１は、第１距離ｄ１および第２距離ｄ２を候補速度取得部２６３に出力する。なお、本実施形態において、第１距離ｄ１は、第２距離ｄ２よりも小さい。
　候補速度取得部２６２は、第１距離ｄ１に応じた第１候補速度Ｐ１と、第２距離ｄ２に応じた第２候補速度Ｐ２とを取得する。ここで、第１候補速度Ｐ１は、第１距離ｄ１に応じて画一的に定められる速度である。図９に示すように、第１候補速度Ｐ１は、第１距離ｄ１がライン距離ｈ以上で最大となり、第１距離ｄ１がライン距離ｈより小さくなるほど遅くなる。同様に、第２候補速度Ｐ２は、第２距離ｄ２に応じて画一的に定められる速度である。図１０に示すように、第２候補速度Ｐ２は、第２距離ｄ２がライン距離ｈ以上で最大となり、第２距離ｄ２がライン距離ｈより小さくなるほど遅くなる。候補速度取得部２６２は、第１候補速度Ｐ１および第２候補速度Ｐ２を調整速度取得部２６４と制限速度選択部２６５に出力する。なお、図９では、第１設計面４５１に近づく向きが負の向きであり、図１０では、第２設計面４５２に近づく向きが負の向きである。本実施形態において、第１候補速度Ｐ１は、第２候補速度Ｐ２よりも遅い。
　相対速度取得部２６３は、操作装置２５から取得するブーム操作信号Ｍ１、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３に基づいて、刃先８ａの速度Ｑおよび背面端８ｂの速度Ｑ’を算出する。また、相対速度取得部２６３は、図７に示すように、速度Ｑに基づいて、刃先８ａの目標設計面４５Ａに対する第１相対速度Ｑ１を取得する。相対速度取得部２６３は、図８に示すように、速度Ｑ’に基づいて、背面端８ｂの目標設計面４５Ａに対する第２相対速度Ｑ２を取得する。相対速度取得部２６３は、第１相対速度Ｑ１と第２相対速度Ｑ２とを調整速度取得部２６４に出力する。
　調整速度取得部２６４は、候補速度取得部２６２から第１候補速度Ｐ１を取得するとともに、相対速度取得部２６３から第１相対速度Ｑ１を取得する。調整速度取得部２６４は、第１相対速度Ｑ１を第１候補速度Ｐ１に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第１調整速度Ｓ１を取得する。
　ここで、図１１は、第１調整速度Ｓ１の取得方法を説明するための図である。図１１に示すように、第１相対速度Ｑ１を第１候補速度Ｐ１に抑えるには、第１相対速度Ｑ１を第１差分Ｒ１（＝Ｑ１－Ｐ１）だけ小さくする必要がある。一方で、ブームピン１３を中心とするブーム６の回転速度の減速のみによって、第１相対速度Ｑ１を第１差分Ｒ１が無くなる様に、ブーム６の速度を調整する必要がある。これにより、第１差分Ｒ１に基づいた第１調整速度Ｓ１を取得することができる。
　また、調整速度取得部２６４は、候補速度取得部２６２から第２候補速度Ｐ２を取得するとともに、相対速度取得部２６３から第２相対速度Ｑ２を取得する。調整速度取得部２６４は、第２相対速度Ｑ２を第２候補速度Ｐ２に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第２調整速度Ｓ２を取得する。
　ここで、図１２は、第２調整速度Ｓ２の取得方法を説明するための図である。図１２に示すように、第２相対速度Ｑ２を第２候補速度Ｐ２に抑えるには、第２相対速度Ｑ２を第２差分Ｒ２（＝Ｑ２－Ｐ２）だけ小さくする必要がある。一方で、ブームピン１３を中心とするブーム６の回転速度の減速のみによって、第２相対速度Ｑ２を第２差分Ｒ２が無くなる様に、ブーム６の速度を調整する必要がある。これにより、第２差分Ｒ２に基づいた第２調整速度Ｓ２を取得することができる。
　本実施形態では、図７および図８に示されるように第２間隔ｄ２が第１間隔ｄ１よりも大きいにもかかわらず、図１１および図１２に示されるように、第２調整速度Ｓ２が第１調整速度Ｓ１よりも大きくなっている。これは、刃先８ａの速度Ｑと背面端８ｂの速度Ｑ’とが異なることによって、刃先８ａの第１相対速度Ｑ１と背面端８ｂの第２相対速度Ｑ２とが異なる場合があるためである。そのため、本実施形態では、後述するように、刃先８ａよりも目標設計面４５Ａから離れている背面端８ｂを基準とする速度制限が実行されることになる。
　制限速度選択部２６５は、候補速度取得部２６２から第１候補速度Ｐ１および第２候補速度Ｐ２を取得するとともに、調整速度取得部２６４から第１調整速度Ｓ１および第２調整速度Ｓ２を取得する。制限速度選択部２６５は、第１調整速度Ｓ１および第２調整速度Ｓ２に基づいて、第１候補速度Ｐ１および第２候補速度Ｐ２のいずれか一方を制限速度Ｕとして選択する。具体的に、制限速度選択部２６５は、第１調整速度Ｓ１が第２調整速度Ｓ２よりも大きい場合に第１候補速度Ｐ１を制限速度Ｕとして選択する。一方で、制限速度選択部２６５は、第２調整速度Ｓ２が第１調整速度Ｓ１よりも大きい場合に第２候補速度Ｐ２を制限速度Ｕとして選択する。本実施形態では、第２調整速度Ｓ２が第１調整速度Ｓ１よりも大きいので、制限速度選択部２６５は、第２候補速度Ｐ２を制限速度Ｕとして選択する。
　油圧シリンダ制御部２６６は、制限速度Ｕとして選択された第２候補速度Ｐ２に係る目標設計面４５Ａに対する背面端８ｂの第２相対速度Ｑ２を制限速度Ｕ（すなわち、第２候補速度Ｐ２）に制限する。本実施形態では、ブーム６の回転速度の減速のみによって第２相対速度Ｑ２を第２候補速度Ｐ２に抑えるために、油圧シリンダ制御部２６６は、ブーム操作信号Ｍ１を補正し、補正後のブーム操作信号Ｍ１を比例制御弁２７に出力する。一方で、作業機コントローラ２６は、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３を補正せずに比例制御弁２７に出力する。
　これによって、比例制御弁２７を介してブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とに供給される作動油の流量が制御され、背面端８ｂの第２相対速度Ｑ２が第２候補速度Ｐ２に制限される。
　《掘削制御システム２００の動作》
　図１３は、掘削制御システム２００の動作を説明するためのフローチャートである。
　ステップＳ１０において、掘削制御システム２００は、設計地形データおよび油圧ショベル１００の現在位置データを取得する。
　ステップＳ２０において、掘削制御システム２００は、ブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３を取得する。
　ステップＳ３０において、掘削制御システム２００は、設計地形データ、現在位置データ、ブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３に基づいて、第１距離ｄ１および第２距離ｄ２を算出する（図７、図８参照）。
　ステップＳ４０において、掘削制御システム２００は、第１距離ｄ１に応じた第１候補速度Ｐ１と、第２距離ｄ２に応じた第２候補速度Ｐ２とを取得する（図９、図１０参照）。
　ステップＳ５０において、掘削制御システム２００は、ブーム操作信号Ｍ１、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３に基づいて、刃先８ａの速度Ｑおよび背面端８ｂの速度Ｑ’を算出する（図７、図８参照）。
　ステップＳ６０において、掘削制御システム２００は、速度Ｑおよび速度Ｑ’に基づいて、第１相対速度Ｑ１と第２相対速度Ｑ２とを取得する（図７、図８参照）。
　ステップＳ７０において、掘削制御システム２００は、第１相対速度Ｑ１を第１候補速度Ｐ１に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第１調整速度Ｓ１を取得する（図１１参照）。
　ステップＳ８０において、掘削制御システム２００は、第２相対速度Ｑ２を第２候補速度Ｐ２に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第２調整速度Ｓ２を取得する。（図１２参照）。
　ステップＳ９０において、掘削制御システム２００は、第１調整速度Ｓ１と第２調整速度Ｓ２とに基づいて、第１候補速度Ｐ１および第２候補速度Ｐ２のいずれか一方を制限速度Ｕとして選択する。掘削制御システム２００は、第１調整速度Ｓ１と第２調整速度Ｓ２のうち大きい方に係る候補速度Ｐを制限速度Ｕとして選択する。本実施形態では、第２調整速度Ｓ２が第１調整速度Ｓ１よりも大きいので、第２候補速度Ｐ２が制限速度Ｕとして選択される。
　ステップＳ１００において、掘削制御システム２００は、制限速度Ｕとして選択された第２候補速度Ｐ２に係る背面端８ｂの第２相対速度Ｑ２を制限速度Ｕ（すなわち、第２候補速度Ｐ２）に制限する。
　《作用および効果》
　（１）本実施形態に係る掘削制御システム２００は、第１相対速度Ｑ１を第１候補速度Ｐ１に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第１調整速度Ｓ１と、第２相対速度Ｑ２を第２候補速度Ｐ２に制限するために必要とされるブームシリンダ１０の伸縮速度の第２調整速度Ｓ２とを取得する。掘削制御システム２００は、第１調整速度Ｓ１と第２調整速度Ｓ２のうち大きい方に係る候補速度Ｐを制限速度Ｕとして選択する。
　このように、刃先８ａと背面端８ｂとを監視しながら、第１間隔ｄ１および第２間隔ｄ２に関わらず、ブームシリンダ１０の伸縮速度の調整速度Ｓに基づいて速度制限が実行される。そのため、刃先８ａと背面端８ｂとのうちブームシリンダ１０の伸縮速度の調整速度Ｓの大きい方を基準として、速度制限を実行することができる。
　ここで、調整速度Ｓの小さい刃先８ａを基準として速度制限した後に、調整速度Ｓの大きい背面端８ｂが目標設計面４５Ａに近づいたときに背面端８ｂを基準として速度制限すると、ブームシリンダ１０の伸縮速度の調整が間に合わない場合がある。この場合、背面端８ｂが目標設計面４５Ａを超えれば設計面通りの掘削を行えず、また、ブームシリンダ１０を無理に調整しようとすれば急駆動による衝撃が発生してしまうので、適切な掘削制御を実行することができない。
　一方で、本実施形態に係る掘削制御システム２００によれば、上述の通り、調整速度Ｓの大きい背面端８ｂを基準として速度制限が実行されるので、ブームシリンダ１０の調整に余裕を持たせることができる。そのため、背面端８ｂが目標設計面４５Ａを超えること、及び急駆動により衝撃が発生することを抑制できるので、適切な掘削制御を実行できる。
　（２）本実施形態に係る掘削制御システム２００は、ブームシリンダ１０の伸縮速度の調整によって速度制限を実行する。
　そのため、オペレータ操作に応じた操作信号のうちブーム操作信号Ｍ１のみの補正によって速度制限が実行される。すなわち、ブーム６、アーム７およびバケット８のうちオペレータの操作通りに駆動しないのはブーム６のみである。従って、ブーム６、アーム７およびバケット８のうち２つ以上の被駆動部材の伸縮速度を調整する場合に比べて、オペレータの操作感が損なわれることを抑制できる。
　《その他の実施形態》
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　（Ａ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、バケット８のうち刃先８ａと背面端８ｂとを監視ポイントとして設定することとしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム２００では、バケット８の外周のうち２以上の監視ポイントが設定されていればよい。
　（Ｂ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、ブーム６の回転速度の減速のみによって相対速度を制限速度に抑えることしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム２００は、ブーム６の回転速度に加えて、アーム７及びバケット８のうち少なくとも１つの回転速度を調整してもよい。これによって、設計面４５に平行な方向におけるバケット８の速度が速度制限で低下することを抑制できるので、オペレータの操作感が損なわれることを抑制できる。なお、この場合には、ブーム６、アーム７及びバケット８それぞれの調整速度の和（総計）を調整速度Ｓとして算出すればよい。
　（Ｃ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、操作装置２５から取得する操作信号Ｍに基づいて、刃先８ａの速度Ｑおよび背面端８ｂの速度Ｑ’を算出することとしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム２００は、第１～第３ストロークセンサ１６～１８から取得される各シリンダ長Ｎ１～Ｎ３の時間当たり変化量に基づいて、速度Ｑおよび速度Ｑ’を直接算出することができる。この場合、操作信号Ｍに基づいて速度Ｑおよび速度Ｑ’を算出する場合に比べて、精度良く速度Ｑおよび速度Ｑ’を算出することができる。
　（Ｄ）上記実施形態において、図９および図１０に示すように、候補速度と距離とは線形的な関係にあることとしたが、これに限られるものではない。候補速度と距離との関係は適宜設定することができ、線形的でなくてもよいし、原点を通らなくてもよい。
　本発明は、適切な掘削制御を実行可能な作業機制御システムを提供できるため建設機械分野に有用である。
　１…車両本体、２…作業機、３…上部旋回体、４…運転室、５…走行装置、５ａ，５ｂ…履帯、６…ブーム、７…アーム、８…バケット、８ａ…刃先、８ｂ…背面端、１０…ブームシリンダ、１１…アームシリンダ、１２…バケットシリンダ、１３…ブームピン、１４…アームピン、１５…バケットピン、１６…第１ストロークセンサ、１７…第２ストロークセンサ、１８…第３ストロークセンサ、１９…位置検出部、２１…第１ＧＮＳＳアンテナ、２２…第２ＧＮＳＳアンテナ、２３…３次元位置センサ、２４…傾斜角センサ、２５…操作装置、２６…作業機コントローラ、２６１…相対距離取得部、２６２…候補速度取得部、２６３…相対速度取得部、２６４…調整速度取得部、２６５…制限速度選択部、２６６…油圧シリンダ制御部、２７…比例制御弁、２８…表示コントローラ、２９…表示部、３１…ブーム操作具、…３２アーム操作具、３３…バケット操作具、４５…設計面、４５Ａ…目標設計面、１００…油圧ショベル、２００…掘削制御システム、Ｃ…速度制限介入ライン、ｈ…ライン距離

Claims (8)

  1. 　バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機と、
    　前記複数の被駆動部材のそれぞれを駆動させる複数の油圧シリンダと、
    　前記バケットの第１監視ポイントと掘削対象の目標形状を示す設計面との第１間隔に応じた第１候補速度と、前記第１監視ポイントとは異なる前記バケットの第２監視ポイントと前記設計面との第２間隔に応じた第２候補速度と、を取得する候補速度取得部と、
    　前記設計面に対する前記第１監視ポイントの第１相対速度と、前記設計面に対する前記第２監視ポイントの第２相対速度と、を取得する相対速度取得部と、
    　前記第１相対速度と前記第１候補速度との相対関係および前記第２相対速度と前記第２候補速度との相対関係に基づいて、前記第１候補速度および前記第２候補速度のいずれか一方を制限速度として選択する制限速度選択部と、
    　前記複数の油圧シリンダに作動油を供給することによって、前記第１監視ポイントおよび前記第２監視ポイントのうち前記制限速度に係る監視ポイントの前記設計面に対する相対速度を前記制限速度に制限する油圧シリンダ制御部と、
    を備える掘削制御システム。
  2. 　前記第１候補速度は、前記第１間隔が小さいほど遅く、
    　前記第２候補速度は、前記第２間隔が小さいほど遅い、
    請求項１に記載の掘削制御システム。
  3. 　前記第１相対速度を前記第１候補速度に制限するために必要とされる前記複数の油圧シリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度を示す第１調整速度と、前記第２相対速度を前記第２候補速度に制限するために必要とされる前記複数の油圧シリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度を示す第２調整速度と、を取得する調整速度取得部を備え、
    　前記制限速度選択部は、前記第１調整速度が前記第２調整速度よりも大きい場合に前記第１候補速度を前記制限速度として選択し、前記第２調整速度が前記第１調整速度よりも大きい場合に前記第２候補速度を前記制限速度として選択する、
    請求項１又は２に記載の掘削制御システム。
  4. 　前記複数の被駆動部材は、前記車両本体に回動可能に取り付けられるブームを含み、
    　前記複数の油圧シリンダは、前記ブームを駆動させるブームシリンダを含んでおり、
    　前記第１調整速度および前記第２調整速度のそれぞれは、前記ブームシリンダにおける伸縮速度の目標速度に一致する、
    請求項３に記載の掘削制御システム。
  5. 　前記複数の被駆動部材は、前記車両本体に回動可能に取り付けられるブームと、前記ブームと前記バケットとに連結されるアームと、を含み、
    　前記複数の油圧シリンダは、前記ブームを駆動させるブームシリンダと、前記アームを駆動させるアームシリンダと、を含んでおり、
    　前記第１調整速度および前記第２調整速度のそれぞれは、前記ブームシリンダおよび前記アームシリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度に一致する、
    請求項３に記載の掘削制御システム。
  6. 　前記作業機を駆動させるユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じて操作信号を出力する操作具を備え、
    　前記相対速度取得部は、前記操作信号に基づいて、前記第１相対速度および前記第２相対速度を取得する、
    請求項３乃至５のいずれかに記載の掘削制御システム。
  7. 　前記相対速度取得部は、前記複数の油圧シリンダそれぞれの伸縮速度の総計に基づいて、前記第１相対速度および前記第２相対速度を取得する、
    請求項３乃至５のいずれかに記載の掘削制御システム。
  8. 　前記第１監視ポイントは、前記バケットの刃先上に設けられ、
    　前記第２監視ポイントは、前記バケットの底板上に設けられる、
    請求項１乃至７のいずれかに記載の掘削制御システム。
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