WO2019124043A1

WO2019124043A1 - 建設機械

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Publication number: WO2019124043A1
Application number: PCT/JP2018/044469
Authority: WO
Inventors: 田中　精一; 玲央奈高村
Original assignee: コベルコ建機株式会社
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2019-06-27
Also published as: EP3730704A4; US11447929B2; EP3730704B1; CN111386369B; EP3730704A1; CN111386369A; JP7155516B2; JP2019108775A; US20200385957A1

Abstract

アタッチメントを簡単に且つ迅速に目標位置へ移動させるのに有効な操作の補助が可能な建設機械（１０）が提供される。建設機械（１０）は、仮想空間でのアタッチメントの仮目標位置の入力を可能にする入力インターフェース（３３）と、仮目標位置から実空間でのアタッチメントの目標位置である実目標位置を演算する目標位置演算部（３４）と、アタッチメントの実際の位置が実目標位置に一致するように下部走行体、上部旋回体、作業装置及びアタッチメントの中から選ばれる少なくとも１つの駆動対象の作動量を演算する作動量演算部（３５）と、演算された作動量にしたがって駆動対象を動かすためのアクチュエータの動作を制御する制御部（３６）とを備えている。

Description

建設機械

　本発明は、油圧ショベルなどの建設機械であって、アタッチメントを簡単に且つ迅速に目標位置へ移動させることを可能にするような操作の補助が可能な建設機械に関する。

　油圧ショベルなどの建設機械において、操作室の操作者は、アタッチメントの現在位置および移動先の目標位置を確認しつつ、上部旋回体、作業装置（ブーム、アーム）およびアタッチメント等を、それらに対応する操作部を操作することで移動させるような手動操作を作業現場にて行う。

　前記作業現場においては、掘削等の施工が行われるべき位置を建設機械の操作者に指示するための目印が設置されていることがある。前記操作者は、前記目印にアタッチメントの先端などを合わせるような建設機械の操作を行うが、アタッチメントが目印から離れていくに従い、目標位置が見えにくくなり目標位置との間に位置ずれが生じ易くなる。この対策として、施工面の形状と目印位置とを自動的に計測して、操作を簡単にする情報を操作者に提供するという作業補助を行う建設機械が知られている。

　例えば特許文献１は、操作室に設置されたレーザ測距装置と、演算装置と、表示装置と、を備える建設機械を開示する。前記レーザ測距装置は、作業面の形状と目印位置とを自動計測する。前記演算装置は、前記施工面の近傍に設置された目印に基づいて、形成されるべき目標面に相当する仮想線を演算し、施工面と仮想線の位置を示す断面の画像を前記表示装置に表示させる。これにより、操作者は、施工面と目標面（仮想線）との位置関係を知ることができ、前記表示装置に断面表示された仮想線を目安として建設機械を操作することができる。

　しかしながら、前記特許文献１に記載される建設機械では、表示装置に施工面と目標面（仮想線）とが表示されるものの、建設機械の作業装置（ブーム、アーム）やアタッチメントを実際に動かすためには、それらに対応する操作部を従来通り操作者がそれぞれ操作する必要があり、結局、操作者の操作技術に頼る部分が多い。

特許第４３１１５７７号公報

　本発明は、以上の点に鑑み、油圧ショベルなどの建設機械であって、アタッチメントを簡単に且つ迅速に目標位置へ移動させることを可能にするような操作の補助が可能な建設機械を提供することを目的とする。

　提供される建設機械は、下部走行体と、当該下部走行体に走行動作を行わせるように当該下部走行体を動かすアクチュエータである走行駆動装置と、当該下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、当該上部旋回体を旋回させるアクチュエータである旋回モータと、当該上部旋回体に回動自在に連結された作業装置と、当該作業装置の先端に連結されたアタッチメントと、当該アタッチメント及び前記作業装置をそれぞれ動かす複数の作業アクチュエータと、前記アタッチメントの仮目標位置を仮想空間において指定するための入力を可能にする入力インターフェースと、前記入力インターフェースにより可能とされた前記入力に対応する前記仮目標位置に基づいて実空間での前記アタッチメントの目標位置である実目標位置を演算する目標位置演算部と、前記下部走行体、前記上部旋回体、前記作業装置及び前記アタッチメントの中から選ばれる少なくとも１つの駆動対象について、前記アタッチメントの実際の位置を前記実目標位置に一致させるための作動量である目標作動量を演算する作動量演算部と、前記作動量演算部により演算された前記目標作動量にしたがって、前記走行駆動装置、前記旋回モータ及び前記複数の作業アクチュエータのうち前記駆動対象を動かすためのアクチュエータの動作を制御する制御部と、を備える。

本発明の第１及び第２の実施形態に係る建設機械を示す側面図である。図１に示される前記建設機械の操作室の内部を示す斜視図である。前記第１の実施形態に係る建設機械の演算制御系統を示すブロック図である。前記第１の実施形態に係る前記演算制御系統により行われる演算制御動作を示すフローチャートである。前記第１の実施形態に係る画面表示装置に表示される対象物の斜視画像を示す図である。図５Ａに示される対象物の画像に対して行われる指示操作を示す図である。前記第１の実施形態において指定される仮想空間での破砕機の目標位置である仮目標位置を示す平面図である。図６Ａに示される仮目標位置に基づいて演算される実空間での前記破砕機の目標位置である実目標位置を示す平面図である。前記第２の実施形態に係る演算制御系統を示すブロック図である。前記第２の実施形態に係る演算制御系統により行われる演算制御動作を示すフローチャートである。前記第２の実施形態に係る画面表示装置に表示される対象物の斜視画像を示す図である。図９Ａに示される対象物の画像に対して行われる指示操作を示す図である。図１０Ａは前記第２の実施形態において演算される実空間での破砕機の目標位置である実目標位置を示す平面図である。は図１０Ａに示される前記実目標位置を示す側面図である。本発明の実施形態とは別の参考形態に係る建設機械を示す側面図である。図１１Ａに示される前記建設機械の操作室の内部を示す斜視図である。前記参考形態において行われる演算制御動作を示すフローチャートである。前記参考形態において指定される対象物の一部を示す斜視図である。図１３に示される仮目標位置に基づいて演算される実空間での前記破砕機の目標位置である実目標位置を示す平面図である。図１４Ａに示される前記実目標位置を示す側面図である。

　図を参照して、本発明のそれぞれの実施形態に係る建設機械１０を詳しく説明する。なお、便宜上、建設機械１０を基準として、水平面に含まれる左右方向をＸ軸方向とし、水平面に含まれる前後方向をＹ軸方向とし、鉛直方向（上下方向）をＺ軸方向として、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を用いて各位置が説明される。

　図１は、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態に係る建設機械１０を示す。当該建設機械１０は、例えば解体機であり、走行駆動装置１９により走行駆動される下部走行体１２と、前記下部走行体１２上に旋回軸１３を介して旋回可能に搭載される上部旋回体１４と、前記上部旋回体１４を旋回駆動するアクチュエータである旋回モータ２８（図３）と、前記上部旋回体１４に上下方向に回動自在に連結された作業装置１５と、前記下部走行体１２に取付けられたクランプアーム１６と、先端アタッチメントである破砕機２５と、前記作業装置１５を動かす複数の作業アクチュエータと、を備えている。前記上部旋回体１４の前横部には操作室（キャブ）１１が搭載され、上部旋回体１４の後部には機械室１７に配置されたエンジンやカウンタウエイト１８が搭載されている。

　前記作業装置１５は、ブーム２１及びアーム２２を含む。前記複数の作業アクチュエータは、前記ブーム２１を前記上部旋回体１４に対して上下方向に回動させるブームシリンダ２２と、前記ブーム２１に対して前記アーム２３を上下方向に回動させるアームシリンダ２４と、を含む。前記ブーム２１及び前記ブームシリンダ２２は上下方向に回動可能となるように前記上部旋回体１４に軸支されている。前記ブームシリンダ２２の先端部はピン２２ａを介して前記ブーム２１に回動可能に連結されている。前記アーム２３は前記ブーム２１の先端に軸支され、前記アームシリンダ２４により回動させられるように当該アームシリンダ２４に連結されている。

　前記建設機械１０は、この実施の形態に係る先端アタッチメントである前記破砕機２５を動かすためのアクチュエータである破砕機シリンダ２７をさらに含む。前記破砕機２５は、前記破砕機シリンダ２７により前記アーム２３に対して上下方向に回動させられるように、リンク部２６を介して前記アーム２３及び前記破砕機シリンダ２７に連結されている。

　前記建設機械１０は、三次元測定部３１と画像表示装置３２とをさらに備える。前記三次元測定部３１は、前記上部旋回体１４に対して固定された位置及び姿勢を有し、当該三次元測定部３１から前記建設機械１０の周囲に存在する対象物１の表面における複数の点のそれぞれまでの距離の情報である距離情報を取得する。前記画像表示装置３２は、前記操作室１１内に設置され、前記三次元測定部３１により取得された距離情報に基づいて作成される対象物１及びその周囲の画像を三次元的に表示する。当該画像は本発明にいう「仮想空間」を表示する画像に相当する。

　前記操作室１１内には、前記画像表示装置３２に加え、シート５１及び操作部５２が設置されている。前記シート５１は操作者が操作を行う場所であって当該シート５１の上への当該操作者の着座を許容する。前記操作部５２は、前記シート５１の前方に配置され、前記建設機械１０を動かすための前記操作者による操作を受ける操作レバー等を含む。前記画像表示装置３２は、その上に操作者によるタッチ操作が行われることが可能な画面を有するタッチパネルであってもよい。また、本発明に係る三次元測定部は、この実施形態に係る前記三次元測定部３１のように前記上部旋回体１４に対して固定された位置及び姿勢を有するものに限定されない。例えば、当該三次元測定部３１は前記建設機械１０の周囲の所定位置に対して固定された位置及び姿勢を有するものでもよい。例えば、解体工場内に建設機械１０の本体が配置され、当該本体から独立して解体工場の天井から三次元測定部３１が吊り下げられてもよい。

　図３は、前記建設機械１０に含まれる構成要素のうち演算制御系統を構成する構成要素を示すブロック図である。前記建設機械１０は、図３に示すような入力インターフェース３３、目標位置演算部３４、作動量演算部３５、制御部３６、記憶部３７及び表示制御部３８をさらに備える。

　前記入力インターフェース３３は、操作者による特定の指定操作によって前記仮想空間における前記破砕機（アタッチメント）２５の先端の目標位置である仮目標位置ＰＡ（図６Ａ参照）が前記目標位置演算部３４に入力されることを可能にするように当該目標位置演算部３４に接続される装置である。前記目標位置演算部３４は、前記入力インターフェース３３を通じて入力された前記仮目標位置ＰＡに基づいて実空間での当該破砕機２５の目標位置である実目標位置ＰＢ（図６Ｂ参照）を演算する。前記作動量演算部３５は、前記下部走行体１２、前記上部旋回体１４、前記作業装置１５及び前記破砕機２５の中から選ばれる少なくとも一つの駆動対象について、前記実空間における前記破砕機２５の実際の位置である実空間位置を前記実目標位置ＰＢに一致させるための前記少なくとも一つの駆動対象の作動量である目標作動量を演算する。前記制御部３６は、前記作動量演算部３５により演算された前記目標作動量にしたがって、前記走行駆動装置１９、前記旋回モータ２８及び前記複数のアクチュエータ２２、２４、２７のうち前記駆動対象を動かすためのアクチュエータである制御対象アクチュエータの動作を制御する。

　前記建設機械１０は、その機体についての情報である機体情報を格納する記憶部３７をさらに備える。前記制御部３６は、前記記憶部３７に格納された前記機体情報に基づいて、前記制御対象アクチュエータの前記目標作動量に対応する制御量を補正する。機体情報は、前記機体の重量及び重心、前記作業装置の長さを含む。

　前記記憶部３７は、さらに、前記目標位置を演算するために用いられる差分を格納し、前記目標位置演算部３４は、前記差分に応じて前記実目標位置ＰＢの値を補正する。前記差分は、前記実目標位置ＰＢの補正前の値と補正後の値との差に相当する量であり、例えば操作者により前記仮目標位置ＰＡとともに前記入力インターフェース３３を通じて指定されることが可能である。前記記憶部３７は、前記差分以外の情報、例えば複数の作業内容の種類、も格納することが可能である。前記差分は前記複数の作業内容の種類のそれぞれに応じて設定されてもよい。

　前記建設機械１０は、表示制御部３８をさらに備える。当該表示制御部３８は、前記三次元測定部３１により取得された前記距離情報に基づき、前記対象物１（図１参照）の画像を前記画像表示装置３２に三次元的に表示させる。前記画像表示装置３２は、前記入力インターフェース３３に含まれるもの、すなわち当該入力インターフェース３３そのものまたはその構成要素の一つ、であってもよいし、前記入力インターフェース３３とは独立した構成要素として当該入力インターフェース３３に接続されるものであってもよい。当該画面表示装置３２は、専用のモニターであってもよいし、いわゆるタブレットであってもよい。前記画面表示装置３２は、前記タブレットである場合、前記入力インターフェース３３に容易に接続されることができる。

　次に、以上に述べた前記演算制御系統により行われる演算制御動作を図４のフローチャートに基づいて説明する。図４に示すステップＳ１において、三次元測定部３１は、対象物１及びその周辺の表面における複数の点のそれぞれまでの距離の情報である前記距離情報を取得し、表示制御部３８は当該距離情報に基づいて前記対象物１及びその周辺の三次元形状を取得する。ステップＳ２において、前記表示制御部３８は、取得した前記対象物１及びその周辺の前記三次元形状を、平面視の画像に変換する。

　前記表示制御部３８は、ステップＳ３において、前記のように変換した前記平面画像を画像表示装置３２に表示させる。前記三次元測定部３１が前記対象物１の直上方に配置されている場合、前記対象物１及びその周辺の前記三次元形状は平面視の画像に変換される必要がなく、そのまま平面視画像として画像表示装置３２に表示されることが可能である。

　ステップＳ４において、画像表示装置３２に平面視で表示された機械座標系における対象物１の画像上において、図６Ａに示されるような仮想空間での前記破砕機２５の目標位置である仮目標位置ＰＡの平面座標すなわちＸＹ座標（ｘ１、ｙ１）が指定される。ステップＳ５において、目標位置演算部３４は、前記入力インターフェース３３を通じて入力された前記仮目標位置ＰＡに基づき、図６Ｂに示されるような機械座標系における前記破砕機２５先端の実空間での目標位置である実目標位置ＰＢの平面座標すなわちＸＹ座標（Ｘ１、Ｙ１）目標位置を演算する。

　ステップＳ６において、前記のように取得された三次元形状に基づいて、前記目標位置演算部３４は前記実目標位置ＰＢ（Ｘ１、Ｙ１）に対応する高さ方向のＺ座標（Ｚ１）を演算する。この実施の形態に係る当該目標位置演算部３４は、さらに、ステップＳ７において、前記実目標位置ＰＢ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）の値を、前記記憶部３７に格納された差分（α、β、γ）に基づいて補正する。

　前記作動量演算部３５は、選ばれた駆動対象である前記破砕機２５の実空間における実際の位置を前記実目標位置ＰＢに合致させるための当該駆動対象の作動量である目標作動量を演算する。前記制御部３６は、前記アクチュエータ１９、２２、２４、２７、２８のうち前記駆動対象を動かすためのアクチュエータである前記制御対象アクチュエータについて前記目標作動量に対応する制御量を演算する。前記制御部３６は、さらに、当該制御量に基づいて前記制御対象アクチュエータを制御して前記破砕機２５の先端を移動させる。

　前記差分を用いた前記実目標位置の補正は省略されてもよい。当該差分を用いた補正を行う場合、前記実施の形態では、操作者は前記入力インターフェース３３を通じて当該差分を直接指定することが可能である。あるいは、前記記憶部３７が複数の作業内容の種類を格納し、かつ、当該複数の作業内容のそれぞれに対応して前記差分が設定されている場合、前記入力インターフェース３３が少なくとも当該作業内容の種類の指定の入力を許容することにより、操作者が前記複数の作業内容の種類の中から行うべき作業に該当するものを選択するだけで、当該作業内容の種類に対応した好ましい差分による補正が自動的に実行されることが可能になる。

　次に、以上に述べた演算制御動作に伴う前記建設機械１０の作用を説明する。

　前記表示制御部３８（図３参照）は、取得した対象物１および周辺の三次元形状を平面視の形状に変換し、その画像を画像表示装置３２に表示させる。あるいは、当該画像表示装置３２が前記表示制御部３８により与えられた前記三次元形状を画面上で平面視の画像に変換してもよい。後者の場合、前記画像表示装置３２はまず図５Ａに示すような前記三次元画像を画面上に表示し、次いで、図５Ｂに示すように、当該三次元形状の画像を画面上で平面視の画像に変換する。いずれの場合も、操作者は、前記画面上に表示された平面視の画像における特定位置に接触する、例えば図５Ｂに示されるように指２９で触る、といった簡単なタッチ操作で指定することが可能である。

　前記操作者による操作により、図６Ａに示すように、仮想空間での（この実施の形態では破砕機２５）の目標位置である仮目標位置ＰＡ（ｘ１、ｙ１）が指定され、入力インターフェース３３によって目標位置演算部３４に入力される。当該目標位置演算部３４は、前記仮目標位置ＰＡに基づき、図６Ｂに示すように、実空間でのアタッチメントの目標位置である実目標位置ＰＢ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を演算し、当該実目標位置ＰＢにアタッチメント２５の先端を移動させるような自動制御が実行される。前記実目標位置ＰＢが前記差分（α、β、γ）に応じて補正される場合、その補正された実目標位置ＰＢに前記破砕機２５の先端を移動させる制御が実行される。

　前記差分のＸＹ方向の成分（α、β）は、前記実目標位置ＰＢを手前側にシフトするような補正が行われるように設定されることが好ましい。一般的に、建設機械１０の作業装置１５は大きな質量を有していてその移動時に大きな慣性力の影響を受けるが、アタッチメント２５の移動先である実目標位置を実際の作業での目標位置である作業目標位置よりも少し手前側に補正することにより、前記破砕機２５（またはその他のアタッチメント）が前記慣性力によって前記作業目標位置を通りすぎることを防ぎ、あるいは抑制することができる。このことは、自動制御が実行された後の手動操作による破砕機２５の位置の調整を最小限にすることができる。

　前記、実施形態に係る前記差分は、ＸＹＺ方向のうちの一部の方向の成分についてのみ設定されてもよい。例えば、前記差分をＺ方向の成分についてのみ設定すること、つまり当該差分を（０、０、γ）とすることで、操作者は、駆動装置１９、旋回モータ２８及び複数のアクチュエータ２２、２４、２７に応じた操作部５２を個別に操作せずに、入力インターフェース３３による指定によって、アタッチメント２５を本来の目標位置である作業目標位置の直上方の位置まで移動させるような自動制御を建設機械１０に実行させることができる。このことは、例えば、前記自動制御によりＸＹ座標について破砕機（アタッチメント）２５の位置がある程度の位置に合わせられてから、操作者が操作部５２を用いて当該破砕機２５を下方へ手動操作するといった作業を可能にする。すなわち、前記作業目標位置の直上方に設定された実目標位置までの破砕機（アタッチメント）２５の大まかな移動は入力インターフェース３３を通じた仮目標位置の入力を利用して簡単に行い、その後の破砕機２５の下降による対象物１の把持や（アタッチメントがバケットである場合の）掘削といった作業は操作者が操作部５２を用いて手動操作で詳細に行うことが、可能である。

　前記実施形態では、前記表示制御部３８が取得した対象物１および周辺の三次元形状についての斜視画像を当該表示制御部３８または画像表示装置３２が平面視の画像に変換し、当該平面視の画像上で仮想空間での目標位置である前記仮目標位置ＰＡが指定されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、表示制御部３８で取得された対象物１および周辺の三次元形状の画像がそのまま画像表示装置３２で斜視画像として表示され、その斜視画像上で前記仮想空間での目標位置である仮目標位置ＰＡが指定されてもよい。後者の場合は、図４で示したステップＳ２，Ｓ３が省略される。

　次に、本発明の第２の実施形態について図７～図１０Ｂを参照しながら説明する。この第２の実施形態に係る要素のうち前記第１の実施形態と共通する要素には同じ参照符を付して当該要素の説明を省略する。

　この第２の実施形態は、図１に示される撮像部４１をさらに含む。当該撮像部４１は、上部旋回体１４に対して固定された位置及び姿勢を有し、当該上部旋回体１４の周囲の対象物１を撮像する。

　図７は、前記第２の実施形態に係る建設機械１０に搭載された演算制御系統の構成を示すブロック図である。この演算制御系統は、前記第１の実施形態に係る演算制御系統に含まれる要素と同等の要素に加え、図７に示すような表示制御部３９をさらに含む。この表示制御部３９は、前記撮像部４１により撮像された対象物１（図１参照）の画像を、入力インターフェース３３を構成する画像表示装置３２又は入力インターフェース３３に接続される画像表示装置３２に三次元的に表示させる。当該画像が本発明にいう「仮想空間」を表示する画像に相当する。

　前記画像表示装置３２においては、前記第１の実施形態と同様、表示された対象物１の画像の特定部位に対して指定操作が与えられることにより、入力インターフェース３３を通じて、仮想空間における破砕機（アタッチメント）２５先端の目標位置である仮目標位置を指定するための情報が目標位置演算部３４に入力される。

　前記三次元測定部３１により取得された距離情報は、表示制御部３８により三次元的情報に変換され、画像表示装置３２では表示されることなく、前記目標位置演算部３４に送られる。前記三次元測定部３１により取得された距離情報は、表示制御部３８により三次元的情報に変換された後、前記画面表示装置３２を介さずに前記目標位置演算部３４に送られてもよい。

　前記目標位置演算部３４は、前記画像表示装置３２において指定された対象物１の画像の特定の部位に基づき、前記三次元測定部３１により距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、前記撮像部４１により撮像された対象物の画像における複数の点のそれぞれとの対応関係にしたがって、前記特定の部位に対応する目標位置、つまり、前記仮想空間で指定された仮目標位置、を演算し、さらには、この仮目標位置に基づいて、実空間での破砕機（アタッチメント）２５の目標位置である実目標位置を演算する。つまり、この第２の実施の形態に係る目標位置演算部３４は、入力インターフェース３３により入力された「特定の部位」についての情報に基づいて、操作者により指定された仮目標位置ＰＡも演算する機能を有する。このように、本願発明にいう「前記アタッチメントの仮目標位置を仮想空間において指定するための入力」とは、仮目標位置そのものの入力のみならず、当該仮目標位置を特定するために必要な情報の入力（第２の実施の形態では操作者により指定された「特定の部位」についての入力）も包含する。

　次に、この第２の実施の形態において実行される制御の流れを図８のフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ１１において、表示制御部３８は、三次元測定部３１が取得した対象物１及びその周辺の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報から、三次元形状を取得する。ステップＳ１２において、表示制御部３８は、取得した対象物１及びその周辺の三次元形状の情報を目標位置演算部３４に送る。

　ステップＳ１３において、表示制御部３８は、撮像部４１により撮像された対象物１（図１参照）の画像を、入力インターフェース３３を構成する画像表示装置３２又は入力インターフェース３３に接続される画像表示装置３２に三次元的に表示させる。

　ステップＳ１４において、画像表示装置３２において対象物１の画像の特定の部位が指定される。ステップＳ１５において、目標位置演算部３４は、画像表示装置３２において指定された対象物１の特定の部位についての入力に基づき、三次元測定部３１により距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、撮像部４１で撮像した対象物１の画像における複数の点のそれぞれとの対応関係にしたがって、前記入力に対応する仮目標位置、すなわち、仮想空間において指定された破砕機２５先端の目標位置である仮目標位置ＰＡ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を演算する。

　前記目標位置演算部３４は、さらに、ステップＳ１６で、前記仮目標位置ＰＡに基づき、機械座標系における破砕機２５の先端の実空間の目標位置である実目標位置ＰＢ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を演算し、ステップＳ１７で、得られた実目標位置ＰＢ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を、記憶部３７に格納された差分（α、β、γ）に応じて補正する。この補正された実目標位置ＰＢに破砕機２５を移動させるように、制御部３６が各アクチュエータ１９、２２、２４、２７、２８の動作を制御する。

　次に、以上に述べた建設機械１０の作用を説明する。図９Ａに示すように、撮像部４１（図７参照）で撮像された対象物１および周辺の画像が画像表示装置３２に表示される。図９Ｂに示すように、仮想空間において前記仮目標位置ＰＡ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を指定するための特定の部位が例えば操作者の指２９によって選定される。当該特定の部位についての入力が目標位置演算部３４に対して行われ、当該目標位置演算部３４は前記特定の部位に対応する目標位置、つまり、実質上前記操作者の操作によって指定された仮目標位置ＰＡ、を演算する。

　前記目標位置演算部３４は、さらに、前記仮目標位置ＰＡに基づいて図１０Ａ、図１０Ｂに示すような実空間での目標位置である実目標位置ＰＢ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を演算する。そして、この実目標位置ＰＢにアタッチメント２５の先端を自動的に移動させる制御が実行される。このとき、差分（α、β、γ）に応じて前記実目標位置ＰＢ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）の値が補正され、その補正された実目標位置ＰＢにアタッチメント２５の先端を移動させる制御が行われてもよい。

　前記第１及び第２の実施の形態では、アタッチメントを簡単に且つ迅速に目標位置へ移動させることを可能にするような、操作の補助が実現される。この操作の補助は、図１１～図１４Ｂを参照しながら以下に説明される形態、すなわち本発明の実施の形態とは別の参考形態、によっても実現され得る。この参考形態において前記第１の実施の形態に共通する要素には共通の参照符が与えられてその説明が省略される。

　図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、前記参考形態に係る建設機械１０は、上部旋回体１４に対して位置及び姿勢が固定され、対象物１の表面における点までの距離を測定する距離測定部６１と、上部旋回体１４に対して位置及び姿勢が固定され操作者の視線方向を検出する視線検出部６２とを備えている。

　次に、この参考形態において行われる制御の流れを図１２に示されるフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ２１において、前記視線検出部６２は、操作者の視線方向を検出する。ステップＳ２２で、前記参考形態に係る制御部３６は、前記視線検出部６２で検出された視線方向から車両前後方向に対する方位角θ１および水平方向に対する仰角θ２を演算する。

　ステップＳ２３において、前記制御部３６は、前記距離測定部６１により測定された測定部座標が操作者の所定の部位の位置（例えば目の位置）を基準とする視線座標に変換する。ステップＳ２４で、距離測定部６１は、検出された視線方向での前記基準の位置から対象物１までの前記視線座標における距離Ｌを測定する。

　ステップＳ２５で、前記制御部３６は、前記距離Ｌと、前記方位角θ１および前記仰角θ２に基づき、前記視線座標における目標位置である仮目標位置ＰＡの座標を演算し、当該仮目標位置の座標を、機械座標系における目標位置すなわち実空間における目標位置である実目標位置ＰＢ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換し、当該実目標位置に破砕機２５の先端を移動させるように各アクチュエータ１９、２２、２４、２７、２８の動作を制御する。

　次に、以上に述べた建設機械１０の作用を説明する。図１１Ａに示される前記視線検出部６２は、操作者が所定時間だけ目視する対象物１の位置、つまり図１３に示されるような仮目標位置ＰＢへの視線を検出する。

　図１４Ａ、図１４Ｂにおいて、建設機械１の車幅方向をＸ座標、車両前後方向をＹ座標、高さ方向をＺ座標とする。図１４Ａでは、距離Ｌの平面視（ＸＹ平面）への投影距離をＬ１とし、図１４Ｂでは、距離Ｌの側面視（ＹＺ平面）への投影距離をＬ２とする。図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、検出された方位角θ１、仰角θ２の視線方向における視線座標における距離Ｌを測定する。

　視線座標における目標位置である仮目標位置ＰＡのＸ座標はＸ１＝Ｌ１×ｓｉｎθ１＝Ｌ×ｃｏｓθ２×ｓｉｎθ１、Ｙ座標はＹ１＝Ｌ１×ｃｏｓθ１＝Ｌ×ｃｏｓθ２×ｃｏｓθ１、Ｚ座標はＺ１＝－Ｌ２×ｓｉｎθ２＝－Ｌ×ｃｏｓθ１×ｓｉｎθ２、と表わすことができる。

　前記制御部３６は、前記仮目標位置ＰＡの座標を機械座標に変換し、当該機械座標での目標位置である実目標位置ＰＢ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に破砕機２５の先端を移動させように、各アクチュエータ１９、２２、２４、２７、２８を制御する。

　前記第１及び第２の実施の形態によれば、前記目標位置演算部３４は、前記入力インターフェース３３により許容される入力に対応する仮目標位置、すなわち、仮想空間において指定された目標位置である仮目標位置、から前記目標位置演算部３４が実空間でのアタッチメント（前記実施の形態では破砕機２５）の目標位置である実目標位置を演算する。前記作動量演算部３５は、前記アタッチメント（破砕機２５）の前記実空間における実際の位置を前記実目標位置に一致させるような、下部走行体１２、上部旋回体１４、作業装置１５及びアタッチメント２５のうち少なくともの１つの作動量を目標作動量として演算する。そして、前記制御部３６は、前記作動量演算部３５により演算された前記目標作動量にしたがって駆動装置、旋回モータ及び複数のアクチュエータのうち少なくとも１つの動作を制御する。これにより、操作者は、駆動装置１９、旋回モータ２８及び複数のアクチュエータ２２、２４、２７にそれぞれ応じた操作部５２を個別に操作しなくても、アタッチメント２５を実空間での目標位置である前記実目標位置に容易に移動させることができる。つまり、前記第１及び第２の実施の形態に係る建設機械１０は、アタッチメント（破砕機２５）を簡単に且つ迅速に目標位置へ移動させるのに有効な、操作者による操作の補助を行うことができる。

　具体的に、前記第１の実施の形態では、前記三次元測定部３１が、前記建設機械１０の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得し、前記表示制御部３８が、その取得された距離情報に基づき、前記対象物の画像を、入力インターフェース３３を構成する画像表示装置３２又は入力インターフェース３３に接続される画像表示装置３２に三次元的に表示させる。画像表示装置３２において三次元的に表示された対象物１の画像の特定の部位が指定されることで、入力インターフェース３３への仮想空間におけるアタッチメント（破砕機２５）の目標位置である仮目標位置が指定され、この仮目標位置に基づいて実空間における目標位置である実目標位置が特定される。このことは、操作者が画像表示装置３２に表示された三次元画像上で目標位置を指定するだけの簡単な指定操作で、最終的に実目標位置を指定することを可能にする。

　また、表示制御部３８は、三次元測定部３１により取得された距離情報に基づく対象物１の三次元形状を平面視の画像に変換して画像表示装置３２に表示させるので、操作者は平面視の画像上で明確に且つ簡単に仮目標位置を指定することができる。

　また、前記第２の実施の形態では、前記三次元測定部３１が建設機械１０の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離の情報である距離情報を取得し、前記撮像部４１が前記建設機械１０の周囲の対象物１を撮像し、前記表示制御部３９がその撮像された対象物１の画像を画像表示装置３２に三次元的に表示させる。目標位置演算部３４が、画像表示装置３２において指定された対象物１の画像の部位に基づき、三次元測定部３１により距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、撮像部４１で撮像した対象物１の画像における複数の点のそれぞれとの対応関係にしたがって、前記部位に対応する仮目標位置、すなわち仮想空間において指定された仮目標位置、を演算し、さらには実空間でのアタッチメント２５の目標位置である実目標位置を演算する。このことは、操作者が画像表示装置３２に表示された見やすい画像すなわち撮像部４１で撮像された実写の撮像画像、においてその特定の部位を指定するだけの簡単な指定操作で、最終的に実空間におけるアタッチメント（破砕機２５）の目標位置である実目標位置を指定することを可能にする。

　前記第１及び第２の実施の形態に係る前記画像表示装置３２は、操作者が接触することが可能な画面を有するタッチパネルであり、当該画面に作業者が接触した位置に基づいて仮目標位置を特定するものであるため、画像表示装置３２上で直接に指２９などにより仮目標位置を指定することができる。このように、画像表示装置３２が指示装置を兼ねることは、位置指定するための操作レバーやマウスを不要にして部品点数の削減を可能にする。前記タッチパネルとして市販のタブレットを用いれば、部品コストをさらに低減することができる。

　また、前記第１及び第２の実施の形態に係る建設機械１０は、機体についての情報である前記機体情報を格納する記憶部３７をさらに備える。このことは、アタッチメント（破砕機２５）を実目標位置まで移動させる際に、重量や作業装置のリーチなどを考慮した動作制御をすることを可能にする。

　前記記憶部３７は、前記機体情報として、例えば作業装置１５を構成するブーム２１やアーム２３の重量や長さをあらかじめ格納することで、作業装置１５の動作の際の重心や上部旋回体１４からアタッチメント（破砕機２５）までのリーチなどを考慮した動作制御を可能にする。

　さらに、前記記憶部３７は、前記差分を格納することにより、実目標位置ＰＢの自動補正を可能にする。例えば、当該記憶部３７は、前記実目標位置を実際の作業目標位置よりも所定距離だけ高い位置にするような差分を格納することで、アタッチメント（破砕機２５）を例えば対象物１における前記作業目標位置から所定距離だけ上方にオフセットした前記実目標位置まで自動的に移動させるような制御を可能にする。

　前記入力インターフェース３３が前記差分に関する入力を可能にするように構成されていれば、操作者は、その好みに応じて差分を指定することで、より操作性を向上させることができる。

　例えば、記憶部３７が複数の作業内容の種類及び当該作業内容の種類に対応して定められた前記差分を格納するものであり、前記入力インターフェース３３が少なくとも前記作業内容の種類についての指定の入力を可能にするものであれば、操作者は、作業内容の種類として例えば掘削作業を指定するだけの操作で、掘削作業に適した実目標位置を自動的に設定することができる。

　なお、前記実施形態では、画像表示装置３２を通じて仮目標位置が指定され、制御部３６が各アクチュエータ１９、２２、２４、２７，２８を制御するが、操作の補助の態様はこれに限定されない。例えば、本発明とは別の態様として、アタッチメント２５の先端のみの位置および動作を操作する操作部５２を備え、制御部３６は、操作部５２を介して入力された動作情報を実現するために作業装置１５等の複数のアクチュエータ１９、２２、２４、２７，２８の制御量を演算し、当該演算された制御量によってアクチュエータを制御するものでもよい。この場合、操作者は、アタッチメント２５用の操作部のみを操作するだけでよく、これにより作業装置の複数のアクチュエータの制御量が自動的に演算され、当該演算された制御量に基づいて当該複数のアクチュエータの動作が制御される。

　前記実施形態に係る目標位置演算部３４、作動量演算部３５、記憶部３７、表示制御部３８、３９は、前記制御部３６とは独立した構成要素として構成されてもよいし、目標位置演算部３４、作動量演算部３５、記憶部３７、表示制御部３８、３９の機能を制御部３６の機能と併せて含む単一のコントローラにより構成されてもよい。

　以上のように、油圧ショベルなどの建設機械であって、アタッチメントを簡単に且つ迅速に目標位置へ移動させるための操作補助を行うことが可能な建設機械が、提供される。当該建設機械は、下部走行体と、当該下部走行体に走行動作を行わせるように当該下部走行体を動かすアクチュエータである走行駆動装置と、当該下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、当該上部旋回体を旋回させるアクチュエータである旋回モータと、当該上部旋回体に回動自在に連結された作業装置と、当該作業装置の先端に連結されたアタッチメントと、当該アタッチメント及び前記作業装置をそれぞれ動かす複数の作業アクチュエータと、仮想空間において前記アタッチメントの仮目標位置を指定するための入力を可能にする入力インターフェースと、前記入力インターフェースにより可能とされた入力によって指定された前記仮目標位置に基づいて実空間での前記アタッチメントの目標位置である実目標位置を特定する目標位置演算部と、前記下部走行体、前記上部旋回体、前記作業装置及び前記アタッチメントの中から選ばれる少なくとも１つの駆動対象について、前記アタッチメントの実際の位置を前記実目標位置に一致させるための作動量である目標作動量を演算する作動量演算部と、前記作動量演算部により演算された前記目標作動量にしたがって、前記走行駆動装置、前記旋回モータ及び前記複数の作業アクチュエータのうち前記駆動対象を動かすためのアクチュエータの動作を制御する制御部と、を備える。

　この建設機械によれば、操作者は、前記入力インターフェースによって許容される入力によって仮想空間におけるアタッチメントの仮目標位置を指定することにより、駆動装置、旋回モータ及び複数のアクチュエータに応じた操作部を個別に操作しなくても、前記アタッチメントを実空間の目標位置である実目標位置に自動的に移動させることができる。すなわち、当該建設機械は、前記アタッチメントを簡単に且つ迅速に目標位置へ移動させるのに有効な、操作者による操作の補助を行うことができる。

　前記入力インターフェースは、前記仮目標位置を指定するための画像を表示する画像表示装置を含むのが、好ましい。あるいは、前記建設機械が前記仮目標位置を指定するための画像を表示する画像表示装置をさらに備え、当該画像表示装置が前記入力インターフェースに接続されるのが、好ましい。

　前記画像表示装置を含む態様において、前記建設機械は、前記上部旋回体及び当該上部旋回体の周囲の所定位置のうちの少なくとも一方に対して固定された位置及び姿勢を有し、前記建設機械の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離についての情報である距離情報を取得する三次元測定部と、前記三次元測定部により取得された前記距離情報に基づき前記対象物の画像を前記画像表示装置に三次元的に表示させる表示制御部と、を備え、前記入力インターフェースは、前記画像表示装置において三次元的に表示された前記対象物の画像の特定の部位を指定する操作によって前記仮想空間における前記仮目標位置が入力されるのを許容するように構成されていることが、好ましい。

　この建設機械によれば、操作者は、前記画像表示装置上に表示された三次元画像上で仮目標位置を簡単に指定することができる。

　この場合において、前記表示制御部は、前記三次元測定部により取得された前記距離情報に基づく前記対象物の三次元形状を平面視の画像にして前記画像表示装置に表示させるように構成され、前記インターフェースは、前記画像表示装置に平面視で表示された前記対象物の画像の特定の部位を指定する操作によって前記仮想空間における前記仮目標位置が入力されるのを許容するように構成されていることが好ましい。

　この構成によれば、操作者は、画像表示装置に表示された平面視の画像上で明確に且つ簡単に仮目標位置を指定することができる。

　前記建設機械は、あるいは、前記上部旋回体に対して固定された位置及び姿勢を有し、前記建設機械の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得する三次元測定部と、前記上部旋回体に対して固定された位置及び姿勢を有し、前記建設機械の周囲の対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された前記対象物の画像を前記画像表示装置に三次元的に表示させる表示制御部と、を備え、前記入力インターフェースは、前記画像表示装置において表示された前記対象物の画像の特定の部位を指定する操作によってその指定された特定の部位についての前記目標位置演算部への入力を許容するように構成され、前記目標位置演算部は、前記入力に基づき、前記三次元測定部により前記距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、前記撮像部により撮像された前記対象物の画像における複数の点のそれぞれと、の対応関係にしたがって、指定された前記仮目標位置を演算し、かつ、当該仮目標位置に対応する前記実目標位置を演算するように構成されていることが、好ましい。

　この構成によれば、操作者は、画像表示装置上に表示された見やすい画像、すなわち、撮像部で撮像された実写の撮像画像、の特定の部位を指定するだけの簡単な操作で仮目標位置を指定することができる。

　前記画像表示装置は、作業者が接触することが可能な画面を有して当該画面に前記作業者が接触した位置に基づいて前記仮目標位置を特定するように構成されているタッチパネルを含むことが好ましい。

　前記タッチパネルを含む前記画像表示装置は、作業者が例えば指で直接前記画像に接触するだけの簡単な操作で仮目標位置を指定することを可能にする。しかも、当該タッチパネルを含む前記画像表示装置は前記仮目標位置を指示するための装置として機能することができるので、当該仮目標位置を指定するための特別な機器、例えば操作レバーやマウス、が不要となり部品点数を削減することができる。タッチパネルには、例えば市販のタブレットを使用することも可能であり、この場合には、部品コストを低減することができる。

　前記建設機械は、当該建設機械の機体に関する情報である機体情報を格納する記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記記憶部に格納された前記機体情報に基づいて、前記走行駆動装置、前記旋回モータ及び前記複数のアクチュエータの制御量を補正するように構成されていることが好ましい。

　前記記憶部は、前記機体情報を格納することにより、前記アタッチメントを実目標位置まで移動させるために前記制御部が前記機体情報を考慮した制御、例えば機体の重量や作業装置のリーチなどを考慮した制御、を行うことを可能にする。

　前記機体情報は、機体重量、重心、及び前記作業装置の長さを含むことが好ましい。

　前記のような機体情報は、例えば、動作している作業装置の重心や上部旋回体からアタッチメントまでのリーチなどを考慮した制御を前記制御部が行うことを可能にする。

　前記記憶部は、前記実目標位置の補正のための差分を格納し、前記制御部は、前記差分に基づいて前記実目標位置の値を補正するように構成されていることが好ましい。

　前記差分は、前記実目標位置の補正を可能にする。例えば、前記実目標位置を本来の目標位置、例えば対象物の位置、よりも所定距離だけ高い位置にするような差分を前記記憶部に格納させることにより、アタッチメントを前記対象物から所定距離だけ上方にオフセットした位置に自動的に移動させることができる。

　前記差分は、例えば、前記実目標位置を本来の目標位置である作業目標位置の直上方の位置にするような値を有することが好ましい。

　このような差分は、操作者が、駆動装置、旋回モータ及び複数のアクチュエータに応じた操作部を個別に操作せずに、アタッチメントを実空間の作業目標位置の上方まで簡単にかつ自動的に移動させ、このようにして水平方向の位置を決めてから、手動でアタッチメントを下方へ個別操作するような作業を行うことを可能にする。すなわち、作業目標位置の上方にある前記実目標位置までのアタッチメントの移動は自動的に行い、その後のアタッチメントを下降させながらの作業は手動操作で詳細に行うことが可能になる。

　前記入力インターフェースは、前記目標位置演算部への前記差分についての入力を可能とするように構成されていることが好ましい。このことは、操作者の好みに応じて差分を指定することを可能にする。

　前記記憶部は、複数の作業内容の種類と当該複数の作業内容の種類にそれぞれ対応して決められた前記差分とを格納し、前記入力インターフェースは少なくとも前記複数の作業内容の種類の指定についての入力を可能にするように構成されていることが好ましい。

　このことは、操作者が前記複数の作業内容の種類のうちの特定のものを指定することにより、制御部は、その作業内容の種類に適した差分によって前記実目標位置を自動的に補正することが可能になる。つまり、前記作業内容の種類の指定によって前記差分が間接的に指定されることが可能である。

Claims

　建設機械であって、
　下部走行体と、
　前記下部走行体に走行動作を行わせるように当該下部走行体を動かすアクチュエータである走行駆動装置と、
　当該下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
　当該上部旋回体を旋回させるアクチュエータである旋回モータと、
　当該上部旋回体に回動自在に連結された作業装置と、
　当該作業装置の先端に連結されたアタッチメントと、
　当該アタッチメント及び前記作業装置をそれぞれ動かすアクチュエータである複数の作業アクチュエータと、
　前記アタッチメントの仮目標位置を仮想空間において指定するための入力を可能にする入力インターフェースと、
　前記入力インターフェースにより可能とされた前記入力に対応する前記仮目標位置に基づいて実空間での前記アタッチメントの目標位置である実目標位置を演算する目標位置演算部と、
　前記下部走行体、前記上部旋回体、前記作業装置及び前記アタッチメントの中から選ばれる少なくとも一つの駆動対象について、前記アタッチメントの実際の位置を前記実目標位置に一致させるための作動量である目標作動量を演算する作動量演算部と、
　前記作動量演算部により演算された前記目標作動量にしたがって、前記走行駆動装置、前記旋回モータ及び前記複数の作業アクチュエータのうち前記駆動対象を動かすためのアクチュエータの動作を制御する制御部と、を備えている、建設機械。
　請求項１記載の建設機械であって、前記入力インターフェースは、前記仮想空間において前記仮目標位置を指定するための画像を表示する画像表示装置を含む、建設機械。
　請求項１記載の建設機械であって、前記仮想空間において前記仮目標位置を指定するための画像を表示する画像表示装置をさらに備え、当該画像表示装置が前記入力インターフェースに接続されている、建設機械。
　請求項２または３に記載の建設機械であって、前記上部旋回体及び当該上部旋回体の周囲の所定位置のうちの少なくとも一方に対して固定された位置及び姿勢を有し、前記建設機械の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離についての情報である距離情報を取得する三次元測定部と、前記三次元測定部により取得された前記距離情報に基づき、前記対象物の画像を前記画像表示装置に三次元的に表示させる表示制御部と、を備え、前記入力インターフェースは、前記画像表示装置において三次元的に表示された前記対象物の画像の特定の部位を指定する操作によって前記仮想空間における前記仮目標位置が入力されることを許容するように構成されている、建設機械。
　請求項２または３に記載の建設機械であって、前記上部旋回体に対して固定された位置及び姿勢を有し、前記上部旋回体の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得する三次元測定部と、前記上部旋回体に対して固定された位置及び姿勢を有し、前記上部旋回体の周囲の対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された前記対象物の画像を前記画像表示装置に三次元的に表示させる表示制御部と、を備え、前記入力インターフェースは、前記画像表示装置において表示された前記対象物の画像の特定の部位を指定する操作によってその指定された特定の部位についての前記目標位置演算部への入力を許容するように構成され、前記目標位置演算部は、前記入力に基づき、前記三次元測定部により前記距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、前記撮像部により撮像された前記対象物の画像における複数の点のそれぞれと、の対応関係にしたがって、指定された前記仮目標位置を演算し、かつ、当該仮目標位置に対応する前記実目標位置を演算するように構成されている、建設機械。
　請求項４に記載の建設機械であって、前記表示制御部は、前記三次元測定部により取得された前記距離情報に基づく前記対象物の三次元形状を平面視の画像にして前記画像表示装置に表示させ、前記インターフェースは、前記画像表示装置に平面視で表示された前記対象物の画像の特定の部位を指定する操作によって前記仮想空間における前記仮目標位置が入力されるのを許容するように構成されている、建設機械。
　請求項２～６のいずれか１項記載の建設機械であって、前記画像表示装置は、作業者が接触することが可能な画面を有して当該画面に前記作業者が接触した位置に基づいて前記仮目標位置を特定するように構成されているタッチパネルを含む、建設機械。
　請求項１～７のいずれか１項記載の建設機械であって、当該建設機械の機体に関する情報である機体情報を格納する記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記記憶部に格納された前記機体情報に基づいて、前記走行駆動装置、前記旋回モータ及び前記複数のアクチュエータの制御量を補正するように構成されている、建設機械。
　請求項８に記載の建設機械であって、
　前記機体情報は、前記機体の重量、前記機体の重心、及び前記作業装置の長さを含む、建設機械。
　請求項８または９に記載の建設機械であって、前記記憶部は前記実目標位置の補正のための差分を格納し、前記制御部は、前記差分に基づいて前記実目標位置の値を補正するように構成されている、建設機械。
　請求項１０に記載の建設機械であって、
　前記入力インターフェースは、前記目標位置演算部への前記差分についての入力を可能とするように構成されている、建設機械。
　請求項１０または１１に記載の建設機械であって、
　前記記憶部は、複数の作業内容の種類と当該複数の作業内容の種類にそれぞれ対応して決められた前記差分とを格納し、前記入力インターフェースは少なくとも前記作業内容の種類についての入力を可能とするように構成されている、建設機械。