WO2020158331A1 - 建設機械の制御システム、及び建設機械の制御方法 - Google Patents

建設機械の制御システム、及び建設機械の制御方法 Download PDF

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WO2020158331A1
WO2020158331A1 PCT/JP2020/000524 JP2020000524W WO2020158331A1 WO 2020158331 A1 WO2020158331 A1 WO 2020158331A1 JP 2020000524 W JP2020000524 W JP 2020000524W WO 2020158331 A1 WO2020158331 A1 WO 2020158331A1
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徹 松山
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Komatsu Ltd
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    • E02F9/2221—Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2225—Control of flow rate; Load sensing arrangements using pressure-compensating valves
    • E02F9/2228—Control of flow rate; Load sensing arrangements using pressure-compensating valves including an electronic controller

Definitions

  • the present invention relates to a construction machine control system and a construction machine control method.
  • Patent Document 1 In the technical field related to construction machines, a control system for construction machines is disclosed, which is disclosed in Patent Document 1, which controls a tilt bucket based on target construction data indicating a target shape of a construction target.
  • the target construction data may include the first design surface and the second design surface adjacent to the first design surface.
  • the operator of the construction machine needs to operate the operating device for driving the working machine to bring the tilt bucket close to the first design surface. If it takes time to bring the tilt bucket closer to the first design surface, work efficiency may be reduced.
  • the aspect of the present invention aims to suppress a decrease in work efficiency of a construction machine having a tilt bucket.
  • a control system for a construction machine including a working machine including an arm and a tilt bucket, wherein the distance between the tilt bucket and the first design surface and the tilt bucket and the first design surface are adjacent to each other. Based on the distance from the second design surface to determine the control target surface from the first design surface and the second design surface, based on the control target surface determined by the determination unit, A control system for a construction machine, comprising: a work machine control unit that controls a tilt axis of a tilt bucket; and a display control unit that displays the control target surface and a surface other than the control target surface on a display device in different display modes.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a construction machine according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a construction machine control system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the construction machine according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the bucket according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing an example of the control device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an example of processing of the determination unit according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of a construction machine control method according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view for explaining an example of the operation of the construction machine according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view for explaining an example of the operation of the construction machine according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view for explaining an example of the operation of the construction machine according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an example of the operation of the construction machine according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a display example of the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of a construction machine control method according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an example of a computer system according to this embodiment.
  • the vehicle body coordinate system refers to a coordinate system whose origin is fixed to the construction machine.
  • the vehicle body coordinate system is defined by an X axis extending in a specified direction with an origin set in the construction machine as a reference, a Y axis orthogonal to the X axis, and a Z axis orthogonal to each of the X axis and the Y axis. It
  • the direction parallel to the X axis is defined as the X axis direction.
  • the direction parallel to the Y axis is the Y axis direction.
  • the direction parallel to the Z axis is the Z axis direction.
  • the direction of rotation or inclination about the X axis is the ⁇ X direction.
  • the rotation or inclination direction about the Y axis is defined as the ⁇ Y direction.
  • the direction of rotation or inclination about the Z axis is the ⁇ Z direction.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a construction machine 100 according to the present embodiment.
  • the construction machine 100 is a hydraulic excavator
  • the construction machine 100 will be appropriately referred to as a hydraulic excavator 100.
  • the hydraulic excavator 100 includes a working machine 1 that is hydraulically operated, a revolving structure 2 that supports the working machine 1, and a traveling structure 3 that supports the revolving structure 2.
  • the revolving structure 2 has a driver's cab 4 on which a driver rides. In the cab 4, a seat 4S on which a driver sits is arranged.
  • the revolving unit 2 is capable of revolving around the revolving axis RX while being supported by the traveling unit 3.
  • the running body 3 has a pair of crawler tracks 3C.
  • the hydraulic excavator 100 runs by the rotation of the crawler belt 3C.
  • the traveling body 3 may have tires.
  • the work machine 1 is supported by the revolving structure 2.
  • the work machine 1 includes a boom 6 connected to the revolving structure 2, an arm 7 connected to the tip of the boom 6, and a bucket 8 connected to the tip of the arm 7.
  • the bucket 8 has a cutting edge 9.
  • the blade edge 9 of the bucket 8 is the tip of a straight blade.
  • the blade tip 9 of the bucket 8 may be the tip of a convex blade provided on the bucket 8.
  • the boom 6 can rotate with respect to the revolving structure 2 around the boom axis AX1.
  • the arm 7 is rotatable with respect to the boom 6 around the arm axis AX2.
  • the bucket 8 is a tilt bucket.
  • the bucket 8 is rotatable with respect to the arm 7 about each of the bucket axis AX3 and the tilt axis AX4.
  • the boom axis AX1, the arm axis AX2, and the bucket axis AX3 are parallel to the Y axis.
  • the tilt axis AX4 is orthogonal to the bucket axis AX3.
  • the turning axis RX is parallel to the Z axis.
  • the X-axis direction is the front-back direction of the revolving unit 2.
  • the Y-axis direction is the vehicle width direction of the swing body 2.
  • the Z-axis direction is the vertical direction of the revolving unit 2.
  • the direction in which the work implement 1 is present is the front with respect to
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a control system 200 of the hydraulic excavator 100 according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the hydraulic excavator 100 according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the bucket 8 according to this embodiment.
  • a control system 200 of the hydraulic excavator 100 drives an engine 5, a plurality of hydraulic cylinders 10 that drive the working machine 1, a swing motor 16 that drives the swing body 2, and a traveling body 3.
  • a vehicle body position calculation device 20 for calculating position data of the body 2
  • an angle detection device 30 for detecting the angle ⁇ of the working machine 1
  • an operation device 40 for operating at least a part of the hydraulic excavator 100
  • a control device 50 The display device 80 and the input device 90 are provided.
  • the work machine 1 is operated by the power generated by the hydraulic cylinder 10.
  • the hydraulic cylinder 10 is driven based on the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 17.
  • the hydraulic cylinder 10 includes a boom cylinder 11 that operates the boom 6, an arm cylinder 12 that operates the arm 7, a bucket cylinder 13 that operates the bucket 8, and a tilt cylinder 14.
  • the boom cylinder 11 generates power for rotating the boom 6 around the boom axis AX1.
  • the arm cylinder 12 generates power for rotating the arm 7 around the arm axis AX2.
  • the bucket cylinder 13 generates power for rotating the bucket 8 around the bucket axis AX3.
  • the tilt cylinder 14 generates power for rotating the bucket 8 about the tilt axis AX4.
  • the rotation of the bucket 8 about the bucket axis AX3 is appropriately referred to as bucket rotation
  • the rotation of the bucket 8 about the tilt axis AX4 is appropriately referred to as tilt rotation.
  • the revolving structure 2 revolves by the power generated by the revolving motor 16.
  • the swing motor 16 is a hydraulic motor and is driven based on the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 17.
  • the swing motor 16 generates power for swinging the swing body 2 around the swing axis RX.
  • the traveling body 3 travels by the power generated by the traveling motor 15.
  • the traveling motor 15 is a hydraulic motor and is driven based on the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 17.
  • the traveling motor 15 generates power for moving the traveling body 3 forward or backward.
  • the engine 5 is mounted on the revolving structure 2.
  • the engine 5 generates power for driving the hydraulic pump 17.
  • the hydraulic pump 17 discharges hydraulic oil for driving the hydraulic cylinder 10, the swing motor 16, and the traveling motor 15.
  • the valve device 18 has a plurality of valves for distributing the hydraulic fluid supplied from the hydraulic pump 17 to the plurality of hydraulic cylinders 10, the swing motor 16, and the traveling motor 15.
  • the valve device 18 adjusts the flow rate of the hydraulic oil supplied to each of the plurality of hydraulic cylinders 10. By adjusting the flow rate of the hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder 10, the operating speed of the work machine 1 is adjusted.
  • the valve device 18 adjusts the flow rate of the hydraulic oil supplied to the turning motor 16. By adjusting the flow rate of the hydraulic oil supplied to the swing motor 16, the swing speed of the swing body 2 is adjusted.
  • the valve device 18 adjusts the flow rate of the hydraulic oil supplied to the traveling motor 15.
  • the traveling speed of the traveling body 3 is adjusted by adjusting the flow rate of the hydraulic oil supplied to the traveling motor 15.
  • the vehicle body position calculation device 20 calculates the position data of the swing structure 2.
  • the position data of the swing body 2 includes the position of the swing body 2, the attitude of the swing body 2, and the orientation of the swing body 2.
  • the vehicle body position calculation device 20 includes a position calculator 21 that calculates the position of the swing structure 2, a posture calculator 22 that calculates the posture of the swing structure 2, and an azimuth calculator 23 that calculates the azimuth of the swing structure 2. ..
  • the position calculator 21 calculates the position of the swing body 2 in the global coordinate system as the position of the swing body 2.
  • the position calculator 21 is arranged on the revolving structure 2.
  • the global coordinate system refers to a coordinate system whose origin is fixed to the earth.
  • the global coordinate system is a coordinate system defined by GNSS (Global Navigation Satellite System).
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • GPS Global Positioning System
  • the GNSS has a plurality of positioning satellites.
  • the GNSS detects a position defined by coordinate data of latitude, longitude, and altitude.
  • the revolving unit 2 is provided with a GPS antenna.
  • the GPS antenna receives radio waves from GPS satellites and outputs a signal generated based on the received radio waves to the position calculator 21.
  • the position calculator 21 calculates the position of the revolving unit 2 in the global coordinate system based on the signal supplied from the GPS antenna.
  • the position calculator 21 calculates the position of the representative point O of the swing structure 2 as shown in FIG. 3, for example.
  • the representative point O of the swing body 2 is set on the swing axis RX.
  • the representative point O may be set on the boom axis AX1.
  • the attitude calculator 22 calculates the tilt angle of the revolving structure 2 with respect to the horizontal plane in the global coordinate system as the attitude of the revolving structure 2.
  • the attitude calculator 22 is arranged on the revolving unit 2.
  • the attitude calculator 22 includes an inertial measurement unit (IMU: Inertial Measurement Unit).
  • the tilt angle of the revolving structure 2 with respect to the horizontal plane includes a roll angle ⁇ indicating the tilt angle of the revolving structure 2 in the vehicle width direction and a pitch angle ⁇ indicating the tilt angle of the revolving structure 2 in the front-rear direction.
  • the azimuth calculator 23 calculates the azimuth of the revolving unit 2 with respect to the reference azimuth in the global coordinate system as the azimuth of the revolving unit 2.
  • the reference azimuth is, for example, north.
  • the azimuth calculator 23 is arranged on the revolving unit 2.
  • the azimuth calculator 23 includes a gyro sensor.
  • the azimuth calculator 23 may calculate the azimuth based on the signal supplied from the GPS antenna.
  • the azimuth of the revolving unit 2 with respect to the reference azimuth includes a yaw angle ⁇ indicating an angle formed by the reference azimuth and the azimuth of the revolving unit 2.
  • the angle detection device 30 detects the angle ⁇ of the work machine 1.
  • the angle detection device 30 is arranged in the work machine 1.
  • the angle ⁇ of the work implement 1 is a boom angle ⁇ 1 indicating the angle of the boom 6 with respect to the Z axis, an arm angle ⁇ 2 indicating the angle of the arm 7 relative to the boom 6, and a bucket relative to the arm 7.
  • a bucket angle ⁇ 3 indicating the angle of the bucket 8 in the rotation direction and a tilt angle ⁇ 4 indicating the angle of the bucket 8 in the tilt rotation direction with respect to the XY plane are included.
  • the angle detection device 30 detects a boom angle detector 31 that detects a boom angle ⁇ 1, an arm angle detector 32 that detects an arm angle ⁇ 2, a bucket angle detector 33 that detects a bucket angle ⁇ 3, and a tilt angle ⁇ 4.
  • Tilt angle detector 34 for The angle detection device 30 may include a stroke sensor that detects the stroke of the hydraulic cylinder 10, or may include an angle sensor that detects the angle ⁇ of the work machine 1 such as a rotary encoder. When the angle detection device 30 includes a stroke sensor, the angle detection device 30 calculates the angle ⁇ of the work machine 1 based on the detection data of the stroke sensor.
  • the operating device 40 is operated by the driver to drive the hydraulic cylinder 10, the swing motor 16, and the traveling motor 15.
  • the operating device 40 is arranged in the cab 4.
  • the operating device 40 is operated by the driver operating the operating device 40.
  • the operation device 40 includes a lever operated by a driver of the hydraulic excavator 100.
  • the levers of the operation device 40 include a right operation lever 41, a left operation lever 42, and a tilt operation lever 43.
  • the arm 7 When the left operation lever 42 in the neutral position is operated forward, the arm 7 performs a dump operation, and when it is operated backward, the arm 7 performs an excavation operation.
  • the left operation lever 42 in the neutral position is operated to the right, the revolving unit 2 turns to the right, and when it is operated to the left, the revolving unit 2 turns to the left.
  • the operation device 40 includes a traveling lever (not shown). By operating the traveling lever, the traveling body 3 is switched between forward and reverse traveling. The traveling speed of the traveling body 3 is adjusted by operating the traveling lever.
  • the display device 80 displays the display data.
  • the display device 80 is arranged in the cab 4.
  • Examples of the display device 80 include a flat panel display such as a liquid crystal display (LCD: Liquid Crystal Display) or an organic EL display (OLED: Organic Electroluminescence Display).
  • the input device 90 is operated by the driver to input the input data to the control device 50.
  • the input device 90 is arranged in the cab 4.
  • Examples of the input device 90 include a contact type input device operated by the driver's hand, such as a computer keyboard, a mouse, a touch panel, operation switches, and operation buttons.
  • the input device 90 may be a voice input device operated by the voice of the administrator.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing an example of the control device 50 according to the present embodiment.
  • the control device 50 includes a vehicle body position data acquisition unit 51, an angle data acquisition unit 52, an operation data acquisition unit 53, an input data acquisition unit 54, a target construction data acquisition unit 55, a bucket position data calculation unit 56, The determination unit 57, the storage unit 60, the work machine control unit 61, and the display control unit 62 are included.
  • the vehicle body position data acquisition unit 51 acquires the position data of the swing structure 2 from the vehicle body position calculation device 20.
  • the position data of the swing body 2 includes the position of the swing body 2, the attitude of the swing body 2, and the orientation of the swing body 2.
  • the angle data acquisition unit 52 acquires angle data indicating the angle ⁇ of the work machine 1 from the angle detection device 30.
  • the angle data of the work machine 1 includes a boom angle ⁇ 1, an arm angle ⁇ 2, a bucket angle ⁇ 3, and a tilt angle ⁇ 4.
  • the operation data acquisition unit 53 acquires operation data generated by operating the operation device 40.
  • the operation data of the operating device 40 includes the amount of operation of the operating device 40.
  • the operation device 40 is provided with an operation amount sensor that detects the amount of operation of the lever.
  • the operation data acquisition unit 53 acquires the operation data of the operation device 40 from the operation amount sensor of the operation device 40.
  • the operation data includes operation data generated to operate the work machine 1, operation data generated to rotate the revolving structure 2, and operation data generated to cause the traveling structure 3 to travel.
  • the input data acquisition unit 54 acquires the input data generated by operating the input device 90.
  • the target construction data acquisition unit 55 acquires target construction data CS indicating the target shape of the construction target.
  • the target construction data CS indicates a three-dimensional target shape after construction by the hydraulic excavator 100.
  • the target construction data CS is defined in the vehicle body coordinate system.
  • the target construction data CS may be defined in the global coordinate system.
  • the target construction data supply device 70 generates the target construction data CS.
  • the target construction data acquisition unit 55 acquires target construction data from the target construction data supply device 70.
  • the target construction data supply device 70 may be provided at a remote location of the hydraulic excavator 100.
  • the target construction data CS generated by the target construction data supply device 70 may be transmitted to the control device 50 via the communication system.
  • the target construction data generated by the target construction data supply device 70 may be stored in the storage unit 60.
  • the target construction data acquisition unit 55 may acquire the target construction data CS from the storage unit 60.
  • the target construction data CS is defined in the vehicle body coordinate system.
  • the bucket position data calculation unit 56 calculates the position data of the specified point RP set in the bucket 8.
  • the bucket position data calculation unit 56 stores in the storage unit 60 the position data of the revolving structure 2 acquired by the vehicle body position data acquisition unit 51, the angle data of the working machine 1 acquired by the angle data acquisition unit 52, and the storage unit 60.
  • the position data of the defined point RP set in the bucket 8 is calculated based on the working machine data.
  • the work machine data includes a boom length L1, an arm length L2, a bucket length L3, a tilt length L4, and a bucket width L5.
  • the boom length L1 is the distance between the boom axis AX1 and the arm axis AX2.
  • the arm length L2 is the distance between the arm axis AX2 and the bucket axis AX3.
  • the bucket length L3 is the distance between the bucket axis AX3 and the blade edge 9 of the bucket 8.
  • the tilt length L4 is the distance between the bucket axis AX3 and the tilt axis AX4.
  • the bucket width L5 is the widthwise dimension of the bucket 8.
  • the work machine data includes bucket outline data indicating the shape and size of the bucket 8.
  • the bucket outline data includes the outer surface data of the bucket 8 including the contour of the outer surface of the bucket 8.
  • the bucket outline data includes coordinate data of a plurality of specified points RP of the bucket 8 with reference to a predetermined portion of the bucket 8.
  • the bucket position data calculation unit 56 calculates the relative position of each of the plurality of specified points RP with respect to the representative point O of the swing body 2. Further, the bucket position data calculation unit 56 calculates the absolute position of each of the plurality of specified points RP.
  • the bucket position data calculation unit 56 includes work machine data including a boom length L1, an arm length L2, a bucket length L3, a tilt length L4, and bucket outline data, a boom angle ⁇ 1, an arm angle ⁇ 2, and a bucket angle ⁇ 3. , And the working machine angle data including the tilt angle ⁇ 4, it is possible to calculate the relative position of each of the plurality of specified points RP with respect to the representative point O.
  • the representative point O is set on the swing axis RX of the swing body 2.
  • the representative point O may be set on the boom axis AX1.
  • the bucket position data calculation unit 56 can calculate the absolute position of the bucket 8 based on the absolute position of the revolving structure 2 calculated by the vehicle body position calculation device 20 and the relative position of the representative point O and the bucket 8. ..
  • the relative position between the absolute position of the swing body 2 and the representative point O is known data derived from the specification data of the hydraulic excavator 100.
  • the bucket position data calculation unit 56 determines a plurality of buckets 8 based on the position data including the absolute position of the swing body 2, the relative position between the representative point O and the bucket 8, the work machine data, and the work machine angle data. It is possible to calculate the absolute position of each of the defined points RP.
  • the determination unit 57 uses the target construction data CS acquired by the target construction data acquisition unit 55 and the position data of the specified point RP acquired by the bucket position data calculation unit 56 to control the surface to be used for controlling the bucket 8. Determine Fc.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an example of processing of the determination unit 57 according to the present embodiment.
  • the target construction data CS includes a plurality of design planes F.
  • the design surface F indicates the target shape of the construction target.
  • the determining unit 57 determines the control target surface Fc used for controlling the bucket 8 from the plurality of design surfaces F of the target construction data CS. Further, the determining unit 57 determines the non-control target surface Fn that is not used for controlling the bucket 8 from the plurality of design surfaces F of the target construction data CS.
  • the control of the bucket 8 includes at least control of the tilt axis AX4 of the bucket 8.
  • the tilt axis AX4 of the bucket 8 is controlled by at least one of the tilt angle ⁇ 4 indicating the angle (position) of the bucket 8 in the tilt rotation direction, the rotation speed of the bucket 8 in the tilt rotation direction, and the rotation acceleration of the bucket 8 in the tilt rotation direction. Including one control.
  • the control of the bucket 8 may include control of the bucket axis AX3 of the bucket 8.
  • the bucket axis AX3 control of the bucket 8 includes at least one of a bucket angle ⁇ 3 indicating an angle (position) of the bucket 8 in the bucket rotation direction, a rotation speed of the bucket 8 in the bucket rotation direction, and a rotation acceleration of the bucket 8 in the bucket rotation direction. Including control.
  • the bucket 8 has its tilt axis AX4 controlled based on the control target surface Fc.
  • the determination unit 57 determines the control target surface Fc used for controlling the tilt axis AX4 of the bucket 8 from the plurality of design surfaces F of the target construction data. Further, the determination unit 57 determines the non-control target surface Fn that is not used for controlling the tilt axis of the bucket 8 from the plurality of design surfaces F of the target construction data.
  • the control target surface Fc used for controlling the tilt axis AX4 of the bucket 8 is determined to be the design surface F having the shortest distance from the bucket 8 among the plurality of design surfaces F of the target construction data CS.
  • the target construction data CS including the plurality of design planes F is defined in the vehicle body coordinate system.
  • the position data of the bucket 8 (specified point RP) is also specified in the vehicle body coordinate system.
  • the determination unit 57 determines the point AP having the shortest distance (vertical distance) to the bucket 8 calculated by the bucket position data calculation unit 56.
  • the determining unit 57 determines the design surface F including the point AP as the control target surface Fc having the shortest distance from the bucket 8.
  • the non-control target surface Fn that is not used for controlling the tilt axis AX4 of the bucket 8 is arranged at least partly around the control target surface Fc.
  • the control target surface Fc and the non-control target surface Fn are adjacent to each other.
  • the distance between the control target surface Fc and the bucket 8 is shorter than the distance between the non-control target surface Fn and the bucket 8.
  • the determining unit 57 also determines the work machine operation plane WP that passes through the point AP and the bucket 8 and is orthogonal to the bucket axis AX3.
  • the work machine operation plane WP is an operation plane on which the bucket 8 moves by the operation of at least one of the boom cylinder 11, the arm cylinder 12, and the bucket cylinder 13, and is parallel to the XZ plane in the vehicle body coordinate system.
  • the determining unit 57 also determines a line LX which is an intersection of the work machine operation plane WP and the target construction data CS. Further, the determining unit 57 determines a line LY that passes through the point AP and intersects the line LX in the target construction data CS.
  • the determination unit 57 determines that the control target surface Fc determined based on the target construction data CS acquired by the target construction data acquisition unit 55 and the position data of the defined point RP acquired by the bucket position data calculation unit 56 is the last time. It is determined whether or not the control target surface Fb has been switched. When the control target surface Fc is the same as the previous control target surface Fb, the control target surface Fc is maintained at the previous control target surface Fb.
  • the determination unit 57 maintains the specific operation of the work machine 1 based on the operation data acquired by the operation data acquisition unit 53. It is determined whether or not there is.
  • the control target surface Fc is maintained at the previous control target surface Fb.
  • the target construction data CS and the control target surface Fc based on the position data of the defined point RP are maintained.
  • the work implement control unit 61 controls the tilt axis AX4 of the bucket 8 based on the controlled surface Fc determined by the determination unit 57 so that the bucket 8 does not dig into the design surface F. Further, the work implement control unit 61 controls the bucket axis AX3 of the bucket 8 based on the control target surface Fc determined by the determination unit 57 so that the bucket 8 does not dig into the design surface F. Further, the work implement control unit 61 controls the boom 6 so that the bucket 8 does not dig into the design surface F. That is, the work implement control unit 61 executes control of the work implement 1 including at least control of the tilt axis AX4 so that the bucket 8 follows the control target surface Fc.
  • the work implement control unit 61 moves the boom 6 and the arm 7 and rotates the bucket 8 along the line LX. Further, the work implement control unit 61 tilts the bucket 8 along the line LY.
  • the work machine control unit 61 controls the tilt axis AX4 of the bucket 8 so that the relative angle between the bucket 8 and the line LY of the control target surface Fc in the tilt rotation direction is maintained.
  • the display control unit 62 causes the display device 80 to display the display data.
  • the display control unit 62 causes the display device 80 to display the control target surface Fc determined by the determination unit 57 and the surfaces other than the control target surface Fc in different display modes.
  • the display control unit 62 causes the display device 80 to display the control target surface Fc and the non-control target surface Fn determined by the determination unit 57 in different display modes.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of a control method of the hydraulic excavator 100 according to this embodiment.
  • the target construction data acquisition unit 55 acquires the target construction data CS (step S10).
  • the vehicle body position data acquisition unit 51 acquires the position data of the swing structure 2 from the vehicle body position calculation device 20.
  • the angle data acquisition unit 52 acquires the angle data of the work machine 1 from the angle detection device 30.
  • the bucket position data calculation unit 56 determines the position of the bucket 8 (specified point RP) based on the position data of the revolving structure 2, the angle data of the work machine 1, and the work machine data stored in the storage unit 60. calculate.
  • the target construction data CS includes a first design surface F1 and a second design surface F2 adjacent to the first design surface F1.
  • the slope of the first design surface F1 and the slope of the second design surface F2 are different.
  • the determination unit 57 calculates the distance d1 between the bucket 8 and the first design surface F1 and the distance d2 between the bucket 8 and the second design surface F2 based on the position data of the bucket 8 and the target construction data CS. (Step S20).
  • the distance d1 and the distance d2 are defined in the vehicle body coordinate system.
  • the distance d1 and the distance d2 may be defined in the global coordinate system.
  • the determination unit 57 determines the control target surface Fc from the first design surface F1 and the second design surface F2. Is determined (step S30).
  • the distance d1 is shorter than the distance d2
  • the first design surface F1 is determined as the control target surface Fc
  • the second design surface F2 adjacent to the first design surface F1 is the non-control target surface. It is decided to be Fn.
  • FIG. 8 is a plan view for explaining an example of the operation of the hydraulic excavator 100 according to this embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view for explaining an example of the operation of the hydraulic excavator 100 according to this embodiment.
  • the driver controls the tilt axis AX4 so that the bucket 8 moves from the first position P1 on the first design surface F1 to the third position P3 via the second position P2.
  • the operating device 40 is operated.
  • the first position P1 is a position on the first design surface F1 far from the revolving structure 2.
  • the second position P2 is a position on the first design surface F1 closer to the revolving structure 2 than the first position P1.
  • the third position P3 is a position on the first design surface F1 closer to the revolving structure 2 than the second position P2.
  • the first design surface F1 is a slope inclined with respect to the XY plane.
  • the driver can form a slope on the construction target by operating the operation device 40 to drive at least the arm 7 so that the bucket 8 whose tilt axis AX4 is controlled approaches the swing body 2.
  • the bucket 8 does not dig into the first design surface F1.
  • the driver may operate the operating device 40 to operate the work implement 1 while rotating the revolving structure 2.
  • the determining unit 57 determines whether the control target surface Fc has been switched. That is, the determining unit 57 determines that the control target surface Fc changes from the first design surface F1 to the second design surface Fc based on the distance d1 between the bucket 8 and the first design surface F1 and the distance d2 between the bucket 8 and the second design surface F2. It is determined whether or not the surface has been switched to the surface F2 (step S40).
  • step S40 If it is determined in step S40 that the control target surface Fc has switched from the first design surface F1 to the second design surface F2 (step S40: Yes), the process proceeds to step S50.
  • step S40 When it is determined in step S40 that the control target surface Fc is not switched from the first design surface F1 to the second design surface F2 (step S40: No), that is, the control target surface Fc is maintained on the first design surface F1. If so, the process proceeds to step S70.
  • the operation data of the operation device 40 is acquired by the operation data acquisition unit 53.
  • the determination unit 57 determines whether the specific operation is maintained based on the operation data acquired by the operation data acquisition unit 53 (step S50).
  • the specific operation is an operation of driving the arm 7 so that the bucket 8 moves from the first position P1 to the third position P3.
  • the determination unit 57 determines whether or not the operation of the operation device 40 (the left operation lever 42) for driving the arm 7 is being continued.
  • step S50 When it is determined in step S50 that the specific operation is maintained (step S50: Yes), the determination unit 57 switches the control target surface Fc to the second design surface F2 during the period in which the specific operation is maintained. Instead, it is maintained on the first design surface F1 (step S60).
  • step S50 determines the design surface of the first design surface F1 and the second design surface F2 having a short distance from the bucket 8. F is determined as the control target surface Fc, and the process proceeds to step S70.
  • the driver when the bucket 8 is moving from the first position P1 toward the third position P3, the driver operates the operating device 40 (the left operating lever 42) that operates the arm 7 and quits the operation.
  • the design surface F which has a short distance from the bucket 8 when the driver quits the operation of the arm 7, is the first design surface F1 among the design surfaces F1 and F2, the working machine control unit 61 determines The tilt axis AX4 of the bucket 8 is controlled so that the blade edge 9 of the bucket 8 and the first design surface F1 are parallel to each other.
  • the control unit 61 controls the tilt axis AX4 of the bucket 8 so that the blade edge 9 of the bucket 8 and the second design surface F2 are parallel to each other.
  • the display control unit 62 causes the display device 80 to display the control target surface Fc determined by the determination unit 57 and the surfaces other than the control target surface Fc in different display modes (step S70).
  • the work implement control unit 61 based on the first design surface F1 which is the control target surface Fc determined by the determination unit 57, so that the blade edge 9 of the bucket 8 and the first design surface F1 are parallel to each other.
  • the tilt axis AX4 is controlled (step S80).
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an example of the operation of the hydraulic excavator 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 10 shows the relative angle between the cutting edge 9 of the bucket 8 and the first design surface F1 when the bucket 8 moves to each of the first position P1, the second position P2, and the third position P3.
  • the determining unit 57 determines the first design surface F1 of the first design surface F1 and the second design surface F2, which has a shorter distance from the bucket 8, as the control target surface Fc.
  • the design surface F having a short distance from the bucket 8 may change from the first design surface F1 to the second design surface F2.
  • the determining unit 57 determines that the design surface F having a short distance from the bucket 8 is the first design surface F1 to the second design surface F1.
  • the control target surface Fc is maintained at the first design surface F1 during the period in which the specific operation (operation of driving the arm 7) is maintained, and the work implement control unit 61 causes the control target surface Fc to be controlled.
  • the tilt axis AX4 of the bucket 8 is controlled based on That is, when the control target surface Fc is determined to be the first design surface F1, the working machine control unit 61 changes the design surface having a short distance from the bucket 8 from the first design surface F1 to the second design surface F2. Even so, the relative angle between the bucket 8 and the control target surface Fc (first design surface F1) in the tilt rotation direction is maintained while the specific operation (operation of driving the arm 7) is maintained. , The tilt axis AX4 of the bucket 8 is controlled.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a display example of the display device 80 according to the present embodiment.
  • the display control unit 62 causes the display device 80 to display the first design surface F1 and the second design surface F2 adjacent to the first design surface F1 based on the target construction data CS.
  • the slope of the first design surface F1 and the slope of the second design surface F2 are different.
  • a groove is formed by the first design surface F1 and the second design surface F2.
  • Each of the first design surface F1 and the second design surface F2 is flat.
  • the first design surface F1 and the second design surface F2 form a groove having a letter “V” shape.
  • the display control unit 62 causes the display device 80 to display the control target surface Fc and the non-control target surface Fn in different display modes.
  • the display control unit 62 sets the first design surface F1 and the second design surface F2.
  • the display device 80 is displayed in different display modes.
  • the display control unit 62 displays graphic data 81 indicating the first design surface F1 that is the control target surface Fc in the vicinity of the first design surface F1.
  • the graphic data 81 is not displayed in the vicinity of the second design surface F2 which is the non-control target surface Fn.
  • the driver looks at the display device 80 so that the bucket 8 approaches the first design surface F1 that is the control target surface Fc, that is, the bucket 8 faces (faces) the first design surface F1.
  • the operating device 40 is operated.
  • the driver can bring the bucket 8 closer to the first design surface F1 that is the control target surface Fc by operating the operating device 40 to drive the work implement 1 or rotate the revolving structure 2. .. Since the first design surface F1 that is the control target surface Fc is displayed in a display form different from that of the second design surface F2, the driver looks at the display device 80 and smoothly moves the bucket 8 to the first design surface F1. It can approach the design surface F1.
  • the controlled surface Fc and the non-controlled surface Fn may be displayed on the display device 80 in different display modes.
  • the control target surface Fc may be displayed in a first color (for example, red) and the non-control target surface Fn may be displayed in a second color (for example, yellow) different from the first color.
  • the control target surface Fc may be displayed so as to intermittently light up (blink), and the non-control target surface Fn may be displayed so as to continuously light up.
  • the worker operates the operation device 40 so that the bucket 8 moves along the second design surface F2 and drives at least the arm 7.
  • the operator may operate the operating device 40 to drive the boom 6, or may drive both the arm 7 and the boom 6.
  • the display control unit 62 causes the second design surface Fc to be the control target surface Fc, for example.
  • the graphic data 81 indicating F2 is displayed in the vicinity of the second design surface F2.
  • the first design surface F1 and the second design surface F2 are obtained.
  • the controlled surface Fc is determined from the design surface F2.
  • the display control unit 62 causes the display device 80 to display the control target surface Fc and the surfaces other than the control target surface Fc in different display modes. Accordingly, the driver can visually recognize which of the first design surface F1 and the second design surface F2 is the control target surface Fc.
  • the driver looks at the display device 80 so that the bucket 8 approaches the first design surface F1 that is the control target surface Fc, that is, the bucket 8 faces (faces) the first design surface F1.
  • the operating device 40 can be operated.
  • the driver can smoothly bring the bucket 8 close to the first design surface F1 in a short time while looking at the display device 80. Since the time required to bring the bucket 8 closer to the first design surface F1 is shortened, the reduction in work efficiency of the hydraulic excavator 100 is suppressed.
  • the control target surface Fc it is determined based on the operation data of the operation device 40 whether or not the specific operation is maintained, and in the period in which the specific operation is maintained, the control target surface Fc is maintained,
  • the tilt axis AX4 is controlled. For example, when the control target surface Fc is determined to be the first design surface F1, even if the design surface having a short distance from the bucket 8 changes from the first design surface F1 to the second design surface F2, the specific operation is maintained.
  • the controlled surface Fc is maintained on the first design surface F1 during the period. As a result, it is possible to prevent the bucket 8 from tilting against the driver's intention.
  • the driver has the intention to construct the construction object based on the first design surface F1
  • the bucket 8 whose tilt axis AX4 is controlled based on the first design surface F1 is moved from the first position P1 to the third position P3.
  • the arm 7 Despite operating the arm 7 to move to the position P3, from the state in which the tilt axis AX4 of the bucket 8 is controlled based on the first design surface F1 to the bucket based on the second design surface F2.
  • the bucket 8 may dig into the design surface F greatly.
  • the work implement control unit 61 determines that the driver intends to construct the construction target based on the first design surface F1. Certified to be in.
  • the working machine control unit 61 determines that the distance d2 between the bucket 8 and the second design surface F2 is the bucket 8 and the second design surface F2. Even if the distance is shorter than the distance d1 from the first design surface F1, the tilt axis AX4 of the bucket 8 is controlled based on the first design surface F1. As a result, the driver's intention is respected and the bucket 8 is prevented from digging into the design surface F.
  • the specific operation is an operation to drive the arm 7.
  • the specific operation may be an operation of driving the traveling body 3 of the hydraulic excavator 100.
  • the traveling body 3 may be moved backward without driving the arm 7.
  • the work implement control unit 61 may determine whether or not the specific operation is maintained based on the operation data of the operating device 40 (travel lever) that operates the traveling body 3.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of a construction machine control method according to the second embodiment.
  • the target construction data acquisition unit 55 acquires the target construction data CS including the first design surface F1 and the second design surface F2 (step S10).
  • the display control unit 62 causes the display device 80 to display the target construction data CS including the first design surface F1 and the second design surface F2 (step S15).
  • the driver operates the input device 90 while looking at the display device 80 to select the control target surface Fc from the first design surface F1 and the second design surface F2 displayed on the display device 80.
  • the input data acquisition unit 54 acquires the input data generated by operating the input device 90 (step S25).
  • the display control unit 62 may cause the display device 80 to display, for example, a first line showing a cross section of the first design surface F1 and a second line showing a cross section of the second design surface F2.
  • the display control unit 62 may display the first line and the second line at different angles on the display screen of the display device 80. This allows the driver to distinguish between the image data showing the first design surface F1 and the image data showing the second design surface F2.
  • the determining unit 57 determines the control target surface Fc from the first design surface F1 and the second design surface F2 based on the input data acquired by the input data acquisition unit 54 (step S30).
  • the display control unit 62 causes the display device 80 to display the first design surface F1 and the second design surface F2 in different display forms (step S35).
  • the work implement control unit 61 based on the first design surface F1 which is the control target surface Fc determined by the determination unit 57, so that the blade edge 9 of the bucket 8 and the first design surface F1 are parallel to each other.
  • the tilt axis AX4 is controlled (step S80).
  • the first design surface F1 and the second design surface F2 may be displayed in a display form that allows the driver to visually distinguish them.
  • the image data showing the first design surface F1 is displayed in a first color (for example, red)
  • the image data showing the second design surface F2 is displayed in a second color (for example, yellow) different from the first color. It may be displayed.
  • the image data showing the first design surface F1 may be displayed so as to be intermittently lit (blinking), and the image data showing the second design surface F2 may be displayed so as to be continuously lit.
  • the character data indicating the first design surface F1 and the second design surface F2 may be displayed on the display device 80.
  • the driver selects the first design surface F1 as the control target surface Fc, and the determining unit 87 determines the first design surface F1 as the control target surface Fc. It is assumed that the second design surface F2 adjacent to F1 is determined as the non-control target surface Fn.
  • the vehicle body position data acquisition unit 51 acquires the position data of the swing structure 2 from the vehicle body position calculation device 20.
  • the angle data acquisition unit 52 acquires the angle data of the work machine 1 from the angle detection device 30.
  • the bucket position data calculation unit 56 determines the position of the bucket 8 (specified point RP) based on the position data of the revolving structure 2, the angle data of the work machine 1, and the work machine data stored in the storage unit 60. calculate.
  • the worker operates the operation device 40 so that the bucket 8 moves along the first design surface F1 and drives at least the arm 7.
  • the operator may operate the operating device 40 to drive the boom 6, or may drive both the arm 7 and the boom 6.
  • the driver operates the operating device 40 so that the bucket 8 whose tilt axis AX4 is controlled moves from the first position P1 to the third position P3.
  • the control target surface Fc is determined from the first design surface F1 and the second design surface F2 based on the input data generated by operating the input device 90. It That is, the driver can determine which of the first design surface F1 and the second design surface F2 is the control target surface Fc by the driver himself. Therefore, the driver operates the operating device 40 so that the bucket 8 approaches the first design surface F1 that is the control target surface Fc, that is, the bucket 8 faces (faces) the first design surface F1. can do. Since the driver selects the desired controlled surface Fc, even if the bucket 8 approaches the non-controlled surface Fn, it is possible to prevent the controlled surface Fc from switching and digging into the design surface F. Thereby, the hydraulic excavator 100 can smoothly perform the work. Further, since the time required to bring the bucket 8 closer to the first design surface F1 is shortened, the reduction in the work efficiency of the hydraulic excavator 100 is suppressed.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an example of a computer system 1000 according to this embodiment.
  • the control device 50 described above includes a computer system 1000.
  • the computer system 1000 includes a processor 1001 such as a CPU (Central Processing Unit), a main memory 1002 including a nonvolatile memory such as a ROM (Read Only Memory) and a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory), It has a storage 1003 and an interface 1004 including an input/output circuit.
  • the functions of the control device 50 described above are stored in the storage 1003 as programs.
  • the processor 1001 reads the program from the storage 1003, expands it in the main memory 1002, and executes the above-described processing according to the program.
  • the program may be distributed to the computer system 1000 via a network.
  • the computer system 1000 acquires the target construction data indicating the target shape of the construction target including the first design surface F1 and the second design surface F2 adjacent to the first design surface F1 according to the above-described embodiment, and the bucket 8 Determining the controlled surface Fc from the first design surface F1 and the second design surface F2 based on the distance d1 between the first design surface F1 and the first design surface F1 and the distance d2 between the bucket 8 and the second design surface F2.
  • the tilt axis AX4 of the bucket 8 is controlled based on the controlled surface Fc that is controlled, and the controlled surface Fc and the surface other than the controlled surface Fc are displayed on the display device 80 in different display modes. Can be executed.
  • the computer system 1000 acquires target construction data indicating the target shape of the construction target including the first design surface F1 and the second design surface F2 adjacent to the first design surface F1 according to the above-described embodiment, Acquiring the input data generated by the operation of the input device 90, determining the control target surface Fc from the first design surface F1 and the second design surface F2 based on the input data, and the determined control target
  • the tilt axis AX4 of the bucket 8 can be controlled based on the surface Fc.
  • the construction machine 100 is a hydraulic excavator.
  • the components described in the above-described embodiment are applicable to a construction machine having a working machine, which is different from the hydraulic excavator.
  • the swing motor 16 that swings the swing structure 2 does not have to be a hydraulic motor.
  • the swing motor 16 may be an electric motor driven by being supplied with electric power.
  • the work machine 1 may be operated not by the hydraulic cylinder 10 but by the power generated by an electric actuator such as an electric motor.
  • Operating device 41... Right operating lever, 42... Left operating lever, 43... Tilt operating lever, 50... Control device, 51... Body position data acquisition unit, 52... Angle data acquisition unit, 53... Operation data acquisition 54,... Input data acquisition unit, 55... Target construction data acquisition unit, 56... Bucket position data calculation unit, 57... Determination unit, 60... Storage unit, 61... Working machine control unit, 62... Display control unit, 70... Target construction data supply device, 80... Display device, 90... Input device, 100... Construction machine, 200... Control system, AX1... Boom shaft, AX2... Arm shaft, AX3... Bucket shaft, AX4... Tilt shaft, F1... First Design surface, F2... Second design surface, Fc... Control surface, Fn... Non-control surface.

Landscapes

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Abstract

建設機械の制御システムは、チルトバケットと第１設計面との距離及びチルトバケットと第１設計面に隣接する第２設計面との距離に基づいて、第１設計面及び第２設計面から制御対象面を決定する決定部と、決定部により決定された制御対象面に基づいて、チルトバケットのチルト軸を制御する作業機制御部と、制御対象面と制御対象面以外の面とを異なる表示形態で表示装置に表示させる表示制御部と、を備える。

Description

建設機械の制御システム、及び建設機械の制御方法
　本発明は、建設機械の制御システム、及び建設機械の制御方法に関する。
　建設機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような、施工対象の目標形状を示す目標施工データに基づいてチルトバケットを制御する建設機械の制御システムが知られている。
特許第６０４６３２０号
　目標施工データが第１設計面及び第１設計面に隣接する第２設計面を含む場合がある。第１設計面に追従するようにチルトバケットを制御する場合、建設機械の運転者は、作業機を駆動するための操作装置を操作して、チルトバケットを第１設計面に近付ける必要がある。チルトバケットを第１設計面に近付けることに時間を要してしまうと、作業効率が低下する可能性がある。
　本発明の態様は、チルトバケットを有する建設機械の作業効率の低下を抑制することを目的とする。
　本発明の態様に従えば、アーム及びチルトバケットを含む作業機を備える建設機械の制御システムであって、前記チルトバケットと第１設計面との距離及び前記チルトバケットと前記第１設計面に隣接する第２設計面との距離に基づいて、前記第１設計面及び前記第２設計面から制御対象面を決定する決定部と、前記決定部により決定された前記制御対象面に基づいて、前記チルトバケットのチルト軸を制御する作業機制御部と、前記制御対象面と前記制御対象面以外の面とを異なる表示形態で表示装置に表示させる表示制御部と、を備える建設機械の制御システムが提供される。
　本発明の態様によれば、チルトバケットを有する建設機械の作業効率の低下を抑制することができる。
図１は、第１実施形態に係る建設機械の一例を示す斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る建設機械の制御システムの一例を示すブロック図である。 図３は、第１実施形態に係る建設機械を模式的に示す図である。 図４は、第１実施形態に係るバケットを模式的に示す図である。 図５は、第１実施形態に係る制御装置の一例を示す機能ブロック図である。 図６は、第１実施形態に係る決定部の処理の一例を説明するための模式図である。 図７は、第１実施形態に係る建設機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、第１実施形態に係る建設機械の動作の一例を説明するための平面図である。 図９は、第１実施形態に係る建設機械の動作の一例を説明するための斜視図である。 図１０は、第１実施形態に係る建設機械の動作の一例を説明するための模式図である。 図１１は、第１実施形態に係る表示装置の表示例を示す模式図である。 図１２は、第２実施形態に係る建設機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図１３は、本実施形態に係るコンピュータシステムの一例を示すブロック図である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
　以下の説明においては、３次元の車体座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を規定して、各部の位置関係について説明する。車体座標系とは、建設機械に固定された原点を基準とする座標系をいう。車体座標系は、建設機械に設定された原点を基準として規定方向に延在するＸ軸と、Ｘ軸と直交するＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれと直交するＺ軸とによって規定される。Ｘ軸と平行な方向をＸ軸方向とする。Ｙ軸と平行な方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＸ方向とする。Ｙ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＹ方向とする。Ｚ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＺ方向とする。
［第１実施形態］
＜建設機械＞
　図１は、本実施形態に係る建設機械１００の一例を示す斜視図である。本実施形態においては、建設機械１００が油圧ショベルである例について説明する。以下の説明においては、建設機械１００を適宜、油圧ショベル１００、と称する。
　図１に示すように、油圧ショベル１００は、油圧により作動する作業機１と、作業機１を支持する旋回体２と、旋回体２を支持する走行体３とを備える。旋回体２は、運転者が搭乗する運転室４を有する。運転室４には、運転者が着座するシート４Ｓが配置される。旋回体２は、走行体３に支持された状態で旋回軸ＲＸを中心に旋回可能である。
　走行体３は、一対の履帯３Ｃを有する。履帯３Ｃの回転により、油圧ショベル１００が走行する。なお、走行体３がタイヤを有してもよい。
　作業機１は、旋回体２に支持される。作業機１は、旋回体２に連結されるブーム６と、ブーム６の先端部に連結されるアーム７と、アーム７の先端部に連結されるバケット８とを有する。バケット８は、刃先９を有する。本実施形態において、バケット８の刃先９は、ストレート形状の刃の先端部である。なお、バケット８の刃先９は、バケット８に設けられた凸形状の刃の先端部でもよい。
　ブーム６は、ブーム軸ＡＸ１を中心に旋回体２に対して回転可能である。アーム７は、アーム軸ＡＸ２を中心にブーム６に対して回転可能である。本実施形態において、バケット８は、チルトバケットである。バケット８は、バケット軸ＡＸ３及びチルト軸ＡＸ４のそれぞれを中心にアーム７に対して回転可能である。ブーム軸ＡＸ１、アーム軸ＡＸ２、及びバケット軸ＡＸ３は、Ｙ軸と平行である。チルト軸ＡＸ４は、バケット軸ＡＸ３と直交する。旋回軸ＲＸは、Ｚ軸と平行である。Ｘ軸方向は、旋回体２の前後方向である。Ｙ軸方向は、旋回体２の車幅方向である。Ｚ軸方向は、旋回体２の上下方向である。シート４Ｓに着座した運転者を基準として作業機１が存在する方向が前方である。
＜制御システム＞
　図２は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御システム２００の一例を示すブロック図である。図３は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す図である。図４は、本実施形態に係るバケット８を模式的に示す図である。
　図２に示すように、油圧ショベル１００の制御システム２００は、エンジン５と、作業機１を駆動する複数の油圧シリンダ１０と、旋回体２を駆動する旋回モータ１６と、走行体３を駆動する走行モータ１５と、作動油を吐出する油圧ポンプ１７と、油圧ポンプ１７から吐出された作動油を複数の油圧シリンダ１０、走行モータ１５、及び旋回モータ１６のそれぞれに分配するバルブ装置１８と、旋回体２の位置データを算出する車体位置演算装置２０と、作業機１の角度θを検出する角度検出装置３０と、油圧ショベル１００の少なくとも一部を操作する操作装置４０と、制御装置５０と、表示装置８０と、入力装置９０とを備える。
　作業機１は、油圧シリンダ１０が発生する動力により作動する。油圧シリンダ１０は、油圧ポンプ１７から供給された作動油に基づいて駆動する。油圧シリンダ１０は、ブーム６を作動させるブームシリンダ１１と、アーム７を作動させるアームシリンダ１２と、バケット８を作動させるバケットシリンダ１３及びチルトシリンダ１４とを含む。ブームシリンダ１１は、ブーム軸ＡＸ１を中心にブーム６を回転させる動力を発生する。アームシリンダ１２は、アーム軸ＡＸ２を中心にアーム７を回転させる動力を発生する。バケットシリンダ１３は、バケット軸ＡＸ３を中心にバケット８を回転させる動力を発生する。チルトシリンダ１４は、チルト軸ＡＸ４を中心にバケット８を回転させる動力を発生する。
　以下の説明においては、バケット軸ＡＸ３を中心とするバケット８の回転を適宜、バケット回転、と称し、チルト軸ＡＸ４を中心とするバケット８の回転を適宜、チルト回転、と称する。
　旋回体２は、旋回モータ１６が発生する動力により旋回する。旋回モータ１６は、油圧モータであり、油圧ポンプ１７から供給された作動油に基づいて駆動する。旋回モータ１６は、旋回軸ＲＸを中心に旋回体２を旋回させる動力を発生する。
　走行体３は、走行モータ１５が発生する動力により走行する。走行モータ１５は、油圧モータであり、油圧ポンプ１７から供給された作動油に基づいて駆動する。走行モータ１５は、走行体３を前進又は後進させる動力を発生する。
　エンジン５は、旋回体２に搭載される。エンジン５は、油圧ポンプ１７を駆動するための動力を発生する。
　油圧ポンプ１７は、油圧シリンダ１０、旋回モータ１６、及び走行モータ１５を駆動するための作動油を吐出する。
　バルブ装置１８は、油圧ポンプ１７から供給された作動油を複数の油圧シリンダ１０、旋回モータ１６、及び走行モータ１５に分配する複数のバルブを有する。バルブ装置１８は、複数の油圧シリンダ１０のそれぞれに供給される作動油の流量を調整する。油圧シリンダ１０に供給される作動油の流量が調整されることにより、作業機１の作動速度が調整される。バルブ装置１８は、旋回モータ１６に供給される作動油の流量を調整する。旋回モータ１６に供給される作動油の流量が調整されることにより、旋回体２の旋回速度が調整される。バルブ装置１８は、走行モータ１５に供給される作動油の流量を調整する。走行モータ１５に供給される作動油の流量が調整されることにより、走行体３の走行速度が調整される。
　車体位置演算装置２０は、旋回体２の位置データを算出する。旋回体２の位置データは、旋回体２の位置、旋回体２の姿勢、及び旋回体２の方位を含む。車体位置演算装置２０は、旋回体２の位置を算出する位置演算器２１と、旋回体２の姿勢を算出する姿勢演算器２２と、旋回体２の方位を算出する方位演算器２３とを有する。
　位置演算器２１は、旋回体２の位置として、グローバル座標系における旋回体２の位置を算出する。位置演算器２１は、旋回体２に配置される。グローバル座標系とは、地球に固定された原点を基準とする座標系をいう。グローバル座標系は、ＧＮＳＳ（Global　Navigation　Satellite　System）によって規定される座標系である。ＧＮＳＳとは、全地球航法衛星システムをいう。全地球航法衛星システムとして、ＧＰＳ（Global　Positioning　System）が例示される。ＧＮＳＳは、複数の測位衛星を有する。ＧＮＳＳは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定される位置を検出する。旋回体２にＧＰＳアンテナが設けられる。ＧＰＳアンテナは、ＧＰＳ衛星から電波を受信して、受信した電波に基づいて生成した信号を位置演算器２１に出力する。位置演算器２１は、ＧＰＳアンテナから供給された信号に基づいて、グローバル座標系における旋回体２の位置を算出する。位置演算器２１は、例えば図３に示すような、旋回体２の代表点Ｏの位置を算出する。図３に示す例において、旋回体２の代表点Ｏは、旋回軸ＲＸに設定される。なお、代表点Ｏは、ブーム軸ＡＸ１に設定されてもよい。
　姿勢演算器２２は、旋回体２の姿勢として、グローバル座標系における水平面に対する旋回体２の傾斜角度を算出する。姿勢演算器２２は、旋回体２に配置される。姿勢演算器２２は、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial　Measurement　Unit）を含む。水平面に対する旋回体２の傾斜角度は、車幅方向における旋回体２の傾斜角度を示すロール角度α、及び前後方向における旋回体２の傾斜角度を示すピッチ角度βを含む。
　方位演算器２３は、旋回体２の方位として、グローバル座標系における基準方位に対する旋回体２の方位を算出する。基準方位は、例えば北である。方位演算器２３は、旋回体２に配置される。方位演算器２３は、ジャイロセンサを含む。なお、方位演算器２３は、ＧＰＳアンテナから供給された信号に基づいて方位を算出してもよい。基準方位に対する旋回体２の方位は、基準方位と旋回体２の方位とがなす角度を示すヨー角度γを含む。
　角度検出装置３０は、作業機１の角度θを検出する。角度検出装置３０は、作業機１に配置される。図３及び図４に示すように、作業機１の角度θは、Ｚ軸に対するブーム６の角度を示すブーム角度θ１と、ブーム６に対するアーム７の角度を示すアーム角度θ２と、アーム７に対するバケット回転方向のバケット８の角度を示すバケット角度θ３と、ＸＹ平面に対するチルト回転方向のバケット８の角度を示すチルト角度θ４とを含む。
　角度検出装置３０は、ブーム角度θ１を検出するブーム角度検出器３１と、アーム角度θ２を検出するアーム角度検出器３２と、バケット角度θ３を検出するバケット角度検出器３３と、チルト角度θ４を検出するチルト角度検出器３４とを有する。角度検出装置３０は、油圧シリンダ１０のストロークを検出するストロークセンサを含んでもよいし、ロータリーエンコーダのような作業機１の角度θを検出する角度センサを含んでもよい。角度検出装置３０がストロークセンサを含む場合、角度検出装置３０は、ストロークセンサの検出データに基づいて、作業機１の角度θを算出する。
　操作装置４０は、油圧シリンダ１０、旋回モータ１６、及び走行モータ１５を駆動するために運転者に操作される。操作装置４０は、運転室４に配置される。運転者により操作装置４０が操作されることにより、作業機１が作動する。操作装置４０は、油圧ショベル１００の運転者に操作されるレバーを含む。操作装置４０のレバーは、右操作レバー４１と、左操作レバー４２と、チルト操作レバー４３とを含む。
　中立位置にある右操作レバー４１が前方に操作されると、ブーム６が下げ動作し、後方に操作されると、ブーム６が上げ動作する。中立位置にある右操作レバー４１が右方に操作されると、バケット８がダンプ動作し、左方に操作されると、バケット８が掘削動作する。
　中立位置にある左操作レバー４２が前方に操作されると、アーム７がダンプ動作し、後方に操作されると、アーム７が掘削動作する。中立位置にある左操作レバー４２が右方に操作されると、旋回体２が右旋回し、左方に操作されると、旋回体２が左旋回する。
　チルト操作レバー４３が操作されると、バケット８がチルト回転する。
　また、操作装置４０は、不図示の走行レバーを含む。走行レバーが操作されることにより、走行体３の前進又は後進が切り換えられる。走行レバーが操作れることにより、走行体３の走行速度が調整される。
　表示装置８０は、表示データを表示する。表示装置８０は、運転室４に配置される。表示装置８０として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid　Crystal　Display）又は有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Organic　Electroluminescence　Display）のようなフラットパネルディスプレイが例示される。
　入力装置９０は、入力データを制御装置５０に入力するために運転者により操作される。入力装置９０は、運転室４に配置される。入力装置９０として、コンピュータ用キーボード、マウス、タッチパネル、操作スイッチ、及び操作ボタンのような、運転者の手によって操作される接触式入力装置が例示される。なお、入力装置９０は、管理者の音声によって操作される音声入力装置でもよい。
＜制御装置＞
　図５は、本実施形態に係る制御装置５０の一例を示す機能ブロック図である。制御装置５０は、車体位置データ取得部５１と、角度データ取得部５２と、操作データ取得部５３と、入力データ取得部５４と、目標施工データ取得部５５と、バケット位置データ算出部５６と、決定部５７と、記憶部６０と、作業機制御部６１と、表示制御部６２とを有する。
　車体位置データ取得部５１は、車体位置演算装置２０から旋回体２の位置データを取得する。旋回体２の位置データは、旋回体２の位置、旋回体２の姿勢、及び旋回体２の方位を含む。
　角度データ取得部５２は、角度検出装置３０から作業機１の角度θを示す角度データを取得する。作業機１の角度データは、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、バケット角度θ３、及びチルト角度θ４を含む。
　操作データ取得部５３は、操作装置４０が操作されることにより生成される操作データを取得する。操作装置４０の操作データは、操作装置４０が操作された量を含む。操作装置４０には、レバーが操作された量を検出する操作量センサが設けられる。操作データ取得部５３は、操作装置４０の操作量センサから操作装置４０の操作データを取得する。操作データは、作業機１を作動させるために生成された操作データ、旋回体２を旋回させるために生成された操作データ、及び走行体３を走行させるために生成された操作データを含む。
　入力データ取得部５４は、入力装置９０が操作されることにより生成される入力データを取得する。
　目標施工データ取得部５５は、施工対象の目標形状を示す目標施工データＣＳを取得する。目標施工データＣＳは、油圧ショベル１００による施工後の３次元の目標形状を示す。本実施形態において、目標施工データＣＳは、車体座標系において規定される。なお、目標施工データＣＳは、グローバル座標系において規定されてもよい。本実施形態においては、目標施工データ供給装置７０により、目標施工データＣＳが生成される。目標施工データ取得部５５は、目標施工データ供給装置７０から目標施工データを取得する。目標施工データ供給装置７０は、油圧ショベル１００の遠隔地に設けられてもよい。目標施工データ供給装置７０で生成された目標施工データＣＳは、通信システムを介して制御装置５０に送信されてもよい。なお、目標施工データ供給装置７０により生成された目標施工データが記憶部６０に記憶されてもよい。目標施工データ取得部５５は、記憶部６０から目標施工データＣＳを取得してもよい。目標施工データＣＳは、車体座標系において規定される。
　バケット位置データ算出部５６は、バケット８に設定された規定点ＲＰの位置データを算出する。バケット位置データ算出部５６は、車体位置データ取得部５１により取得された旋回体２の位置データと、角度データ取得部５２により取得された作業機１の角度データと、記憶部６０に記憶されている作業機データとに基づいて、バケット８に設定される規定点ＲＰの位置データを算出する。
　図３及び図４に示すように、作業機データは、ブーム長さＬ１、アーム長さＬ２、バケット長さＬ３、チルト長さＬ４、及びバケット幅Ｌ５を含む。ブーム長さＬ１は、ブーム軸ＡＸ１とアーム軸ＡＸ２との距離である。アーム長さＬ２は、アーム軸ＡＸ２とバケット軸ＡＸ３との距離である。バケット長さＬ３は、バケット軸ＡＸ３とバケット８の刃先９との距離である。チルト長さＬ４は、バケット軸ＡＸ３とチルト軸ＡＸ４との距離である。バケット幅Ｌ５は、バケット８の幅方向の寸法である。作業機データは、バケット８の形状及び寸法を示すバケット外形データを含む。バケット外形データは、バケット８の外面の輪郭を含むバケット８の外面データを含む。バケット外形データは、バケット８の所定部位を基準としたバケット８の複数の規定点ＲＰの座標データを含む。
　バケット位置データ算出部５６は、旋回体２の代表点Ｏに対する複数の規定点ＲＰそれぞれの相対位置を算出する。また、バケット位置データ算出部５６は、複数の規定点ＲＰそれぞれの絶対位置を算出する。
　バケット位置データ算出部５６は、ブーム長さＬ１、アーム長さＬ２、バケット長さＬ３、チルト長さＬ４、及びバケット外形データを含む作業機データと、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、バケット角度θ３、及びチルト角度θ４を含む作業機角度データとに基づいて、代表点Ｏに対する複数の規定点ＲＰのそれぞれの相対位置を算出することができる。図３に示すように、代表点Ｏは、旋回体２の旋回軸ＲＸに設定される。なお、代表点Ｏは、ブーム軸ＡＸ１に設定されてもよい。
　バケット位置データ算出部５６は、車体位置演算装置２０によって算出された旋回体２の絶対位置と、代表点Ｏとバケット８との相対位置とに基づいて、バケット８の絶対位置を算出可能である。旋回体２の絶対位置と代表点Ｏとの相対位置は、油圧ショベル１００の諸元データから導出される既知データである。バケット位置データ算出部５６は、旋回体２の絶対位置を含む位置データと、代表点Ｏとバケット８との相対位置と、作業機データと、作業機角度データとに基づいて、バケット８の複数の規定点ＲＰのそれぞれの絶対位置を算出することができる。
　決定部５７は、目標施工データ取得部５５により取得された目標施工データＣＳと、バケット位置データ算出部５６により取得されたた規定点ＲＰの位置データから、バケット８の制御に使用する制御対象面Ｆｃを決定する。
　図６は、本実施形態に係る決定部５７の処理の一例を説明するための模式図である。図６に示すように、目標施工データＣＳは、複数の設計面Ｆを含む。設計面Ｆは、施工対象の目標形状を示す。
　決定部５７は、目標施工データＣＳの複数の設計面Ｆから、バケット８の制御に使用する制御対象面Ｆｃを決定する。また、決定部５７は、目標施工データＣＳの複数の設計面Ｆから、バケット８の制御に使用しない非制御対象面Ｆｎを決定する。本実施形態において、バケット８の制御は、少なくともバケット８のチルト軸ＡＸ４の制御を含む。バケット８のチルト軸ＡＸ４の制御は、チルト回転方向におけるバケット８の角度（位置）を示すチルト角度θ４、チルト回転方向におけるバケット８の回転速度、及びチルト回転方向におけるバケット８の回転加速度の少なくとも一つの制御を含む。
　なお、バケット８の制御は、バケット８のバケット軸ＡＸ３の制御を含んでもよい。バケット８のバケット軸ＡＸ３制御は、バケット回転方向におけるバケット８の角度（位置）を示すバケット角度θ３、バケット回転方向におけるバケット８の回転速度、及びバケット回転方向におけるバケット８の回転加速度の少なくとも一つの制御を含む。
　バケット８は、制御対象面Ｆｃに基づいてチルト軸ＡＸ４を制御される。決定部５７は、目標施工データの複数の設計面Ｆから、バケット８のチルト軸ＡＸ４の制御に使用する制御対象面Ｆｃを決定する。また、決定部５７は、目標施工データの複数の設計面Ｆから、バケット８のチルト軸の制御に使用しない非制御対象面Ｆｎを決定する。バケット８のチルト軸ＡＸ４の制御に使用される制御対象面Ｆｃは、目標施工データＣＳの複数の設計面Ｆのうち、バケット８との距離が最も短い設計面Ｆに決定される。本実施形態において、複数の設計面Ｆを含む目標施工データＣＳは、車体座標系において規定される。バケット８（規定点ＲＰ）の位置データも、車体座標系において規定される。決定部５７は、目標施工データＣＳのうち、バケット位置データ算出部５６により算出されたバケット８との距離（垂直距離）が最も短い点ＡＰを決定する。決定部５７は、点ＡＰを含む設計面Ｆを、バケット８との距離が最も短い制御対象面Ｆｃに決定する。
　バケット８のチルト軸ＡＸ４の制御に使用されない非制御対象面Ｆｎは、制御対象面Ｆｃの周囲の少なくとも一部に配置される。制御対象面Ｆｃと非制御対象面Ｆｎとは隣接する。制御対象面Ｆｃとバケット８との距離は、非制御対象面Ｆｎとバケット８との距離よりも短い。
　また、決定部５７は、点ＡＰ及びバケット８を通りバケット軸ＡＸ３と直交する作業機動作平面ＷＰを決定する。作業機動作平面ＷＰは、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、及びバケットシリンダ１３の少なくとも一つの動作によりバケット８が移動する動作平面であり、車体座標系におけるＸＺ平面と平行である。
　また、決定部５７は、作業機動作平面ＷＰと目標施工データＣＳとの交線であるラインＬＸを決定する。また、決定部５７は、点ＡＰを通り目標施工データＣＳにおいてラインＬＸと交差するラインＬＹを決定する。
　決定部５７は、目標施工データ取得部５５により取得された目標施工データＣＳと、バケット位置データ算出部５６により取得された規定点ＲＰの位置データに基づいて決定された制御対象面Ｆｃが、前回の制御対象面Ｆｂから切り換わっているか否かを判定する。制御対象面Ｆｃが前回の制御対象面Ｆｂと同じ場合には、制御対象面Ｆｃを前回の制御対象面Ｆｂに維持する。
　決定部５７は、制御対象面Ｆｃが前回の制御対象面Ｆｂから切り換わっている場合には、操作データ取得部５３により取得された操作データに基づいて、作業機１の特定操作が維持されているか否かを判定する。作業機１の特定操作が維持されている場合には、制御対象面Ｆｃを前回の制御対象面Ｆｂに維持する。特定操作が維持されていない場合には、目標施工データＣＳと、規定点ＲＰの位置データに基づく制御対象面Ｆｃを維持する。
　作業機制御部６１は、決定部５７により決定された制御対象面Ｆｃに基づいて、バケット８が設計面Ｆを掘り込まないように、バケット８のチルト軸ＡＸ４を制御する。また、作業機制御部６１は、決定部５７により決定された制御対象面Ｆｃに基づいて、バケット８が設計面Ｆを掘り込まないように、バケット８のバケット軸ＡＸ３を制御する。また、作業機制御部６１は、バケット８が設計面Ｆを掘り込まないように、ブーム６を制御する。すなわち、作業機制御部６１は、バケット８が制御対象面Ｆｃに追従するように、少なくともチルト軸ＡＸ４の制御を含む作業機１の制御を実行する。
　作業機制御部６１は、ラインＬＸに沿って、ブーム６及びアーム７を移動させたり、バケット８をバケット回転させたりする。また、作業機制御部６１は、ラインＬＹに沿って、バケット８をチルト回転させる。作業機制御部６１は、チルト回転方向におけるバケット８と制御対象面ＦｃのラインＬＹとの相対角度が維持されるように、バケット８のチルト軸ＡＸ４を制御する。
　表示制御部６２は、表示装置８０に表示データを表示させる。表示制御部６２は、決定部５７により決定された制御対象面Ｆｃと制御対象面Ｆｃ以外の面とを異なる表示形態で表示装置８０に表示させる。表示制御部６２は、決定部５７により決定された制御対象面Ｆｃと非制御対象面Ｆｎとを異なる表示形態で表示装置８０に表示させる。
＜制御方法＞
　図７は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御方法の一例を示すフローチャートである。
　目標施工データ取得部５５は、目標施工データＣＳを取得する（ステップＳ１０）。
　車体位置データ取得部５１は、車体位置演算装置２０から旋回体２の位置データを取得する。角度データ取得部５２は、角度検出装置３０から作業機１の角度データを取得する。バケット位置データ算出部５６は、旋回体２の位置データと、作業機１の角度データと、記憶部６０に記憶されている作業機データとに基づいて、バケット８（規定点ＲＰ）の位置を算出する。
　目標施工データＣＳは、第１設計面Ｆ１と、第１設計面Ｆ１に隣接する第２設計面Ｆ２とを含む。第１設計面Ｆ１の勾配と第２設計面Ｆ２の勾配とは異なる。決定部５７は、バケット８の位置データと、目標施工データＣＳとに基づいて、バケット８と第１設計面Ｆ１との距離ｄ１、及びバケット８と第２設計面Ｆ２との距離ｄ２を算出する（ステップＳ２０）。
　本実施形態において、距離ｄ１及び距離ｄ２は、車体座標系において規定される。なお、距離ｄ１及び距離ｄ２は、グローバル座標系において規定されてもよい。
　決定部５７は、バケット８と第１設計面Ｆ１との距離ｄ１及びバケット８と第２設計面Ｆ２との距離ｄ２に基づいて、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２から制御対象面Ｆｃを決定する（ステップＳ３０）。
　以下の説明においては、一例として、距離ｄ１が距離ｄ２よりも短く、第１設計面Ｆ１が制御対象面Ｆｃに決定され、第１設計面Ｆ１に隣接する第２設計面Ｆ２が非制御対象面Ｆｎに決定されることとする。
　図８は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の動作の一例を説明するための平面図である。図９は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の動作の一例を説明するための斜視図である。図８及び図９に示すように、運転者は、チルト軸ＡＸ４を制御されるバケット８が、第１設計面Ｆ１の第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２を経て第３位置Ｐ３に移動するように、操作装置４０を操作する。第１位置Ｐ１は、旋回体２から遠い第１設計面Ｆ１の位置である。第２位置Ｐ２は、第１位置Ｐ１よりも旋回体２に近い第１設計面Ｆ１の位置である。第３位置Ｐ３は、第２位置Ｐ２よりも旋回体２に近い第１設計面Ｆ１の位置である。
　第１設計面Ｆ１は、ＸＹ平面に対して傾斜する斜面である。運転者は、チルト軸ＡＸ４を制御されるバケット８が旋回体２に近付くように、操作装置４０を操作して少なくともアーム７を駆動することにより、施工対象に斜面を形成することができる。
　なお、図８及び図９に示すように、車幅方向の旋回体２の中心の位置と第１設計面Ｆ１の中心の位置とが異なる場合、バケット８が第１設計面Ｆ１を掘り込まないように、運転者は、操作装置４０を操作して、旋回体２を旋回させながら作業機１を作動させてもよい。
　決定部５７は、制御対象面Ｆｃが切り換わったか否かを判定する。すなわち、決定部５７は、バケット８と第１設計面Ｆ１との距離ｄ１及びバケット８と第２設計面Ｆ２との距離ｄ２に基づいて、制御対象面Ｆｃが第１設計面Ｆ１から第２設計面Ｆ２に切り換わったか否かを判定する（ステップＳ４０）。
　ステップＳ４０において、制御対象面Ｆｃが第１設計面Ｆ１から第２設計面Ｆ２に切り換わったと判定された場合（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、ステップＳ５０に進む。
　ステップＳ４０において、制御対象面Ｆｃが第１設計面Ｆ１から第２設計面Ｆ２に切り換わっていないと判定された場合（ステップＳ４０：Ｎｏ）、すなわち制御対象面Ｆｃが第１設計面Ｆ１に維持されている場合、ステップＳ７０に進む。
　操作装置４０の操作データは、操作データ取得部５３により取得される。決定部５７は、操作データ取得部５３により取得された操作データに基づいて、特定操作が維持されているか否かを判定する（ステップＳ５０）。
　本実施形態において、特定操作は、バケット８が第１位置Ｐ１から第３位置Ｐ３に移動するように、アーム７を駆動する操作である。決定部５７は、アーム７を駆動するための操作装置４０（左操作レバー４２）の操作が継続されているか否かを判定する。
　ステップＳ５０において、特定操作が維持されていると判定された場合（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）、決定部５７は、特定操作が維持されている期間において、制御対象面Ｆｃを第２設計面Ｆ２に切り換えることなく、第１設計面Ｆ１に維持する（ステップＳ６０）。
　ステップＳ５０において、特定操作が維持されていないと判定された場合（ステップＳ５０：Ｎｏ）、決定部５７は、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２のうちバケット８との距離が短い設計面Ｆを制御対象面Ｆｃに決定し、ステップＳ７０に進む。
　例えば、バケット８が第１位置Ｐ１から第３位置Ｐ３に向かって移動しているときに、運転者がアーム７を操作する操作装置４０（左操作レバー４２）が操作を辞めてしまい、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２のうち、運転者がアーム７の操作を辞めた時点におけるバケット８との距離が短い設計面Ｆが第１設計面Ｆ１である場合、作業機制御部６１は、バケット８の刃先９と第１設計面Ｆ１とが平行になるように、バケット８のチルト軸ＡＸ４を制御する。一方、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２のうち、運転者がアーム７の操作を辞めた時点におけるバケット８との距離が短い設計面Ｆが第２設計面Ｆ２である場合、作業機制御部６１は、バケット８の刃先９と第２設計面Ｆ２とが平行になるように、バケット８のチルト軸ＡＸ４を制御する。
　表示制御部６２は、決定部５７により決定された制御対象面Ｆｃと制御対象面Ｆｃ以外の面とを異なる表示形態で表示装置８０に表示させる（ステップＳ７０）。
　作業機制御部６１は、決定部５７により決定された制御対象面Ｆｃである第１設計面Ｆ１に基づいて、バケット８の刃先９と第１設計面Ｆ１とが平行となるように、バケット８のチルト軸ＡＸ４を制御する（ステップＳ８０）。
　図１０は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の動作の一例を説明するための模式図である。図１０は、バケット８が第１位置Ｐ１、第２位置Ｐ２、及び第３位置Ｐ３のそれぞれに移動したときのバケット８の刃先９と第１設計面Ｆ１との相対角度を示す。
　図１０に示すように、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２のそれぞれにおいては、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２のうち、バケット８との距離が短い設計面Ｆは、第１設計面Ｆ１である。そのため、決定部５７は、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２のうちバケット８との距離が短い第１設計面Ｆ１を制御対象面Ｆｃに決定する。
　図１０に示すように、例えば第３位置Ｐ３において、バケット８との距離が短い設計面Ｆが第１設計面Ｆ１から第２設計面Ｆ２に変化する場合がある。本実施形態においては、制御対象面Ｆｃが第１設計面Ｆ１に決定されている場合において、決定部５７は、バケット８との距離が短い設計面Ｆが第１設計面Ｆ１から第２設計面Ｆ２に変化しても、特定操作（アーム７を駆動する操作）が維持されている期間において、制御対象面Ｆｃを第１設計面Ｆ１に維持し、作業機制御部６１は、制御対象面Ｆｃに基づいて、バケット８のチルト軸ＡＸ４を制御する。すなわち、制御対象面Ｆｃが第１設計面Ｆ１に決定されている場合において、作業機制御部６１は、バケット８との距離が短い設計面が第１設計面Ｆ１から第２設計面Ｆ２に変化しても、特定操作（アーム７を駆動する操作）が維持されている期間において、チルト回転方向におけるバケット８と制御対象面Ｆｃ（第１設計面Ｆ１）との相対角度が維持されるように、バケット８のチルト軸ＡＸ４を制御する。
　図１１は、本実施形態に係る表示装置８０の表示例を示す模式図である。図１１に示すように、表示制御部６２は、目標施工データＣＳに基づいて、第１設計面Ｆ１及び第１設計面Ｆ１に隣接する第２設計面Ｆ２を表示装置８０に表示させる。本実施形態において、第１設計面Ｆ１の勾配と第２設計面Ｆ２の勾配とは異なる。図１１に示すように、第１設計面Ｆ１と第２設計面Ｆ２とにより、溝（谷）が形成される。第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２のそれぞれは平坦である。第１設計面Ｆ１と第２設計面Ｆ２とにより、アルファベットの「Ｖ」状の溝が形成される。
　表示制御部６２は、制御対象面Ｆｃと非制御対象面Ｆｎとを異なる表示形態で表示装置８０に表示させる。第１設計面Ｆ１が制御対象面Ｆｃに決定され、第２設計面Ｆ２が非制御対象面Ｆｎに決定された場合、表示制御部６２は、第１設計面Ｆ１と第２設計面Ｆ２とを異なる表示形態で表示装置８０に表示させる。図１１に示す例において、表示制御部６２は、制御対象面Ｆｃである第１設計面Ｆ１を指し示す図形データ８１を第１設計面Ｆ１の近傍に表示させる。非制御対象面Ｆｎである第２設計面Ｆ２の近傍には図形データ８１は表示されない。運転者は、表示装置８０を見ることにより、第１設計面Ｆ１と第２設計面Ｆ２とのどちらが制御対象面Ｆｃであるかを、視覚を通じて認識することができる。
　運転者は、表示装置８０を見ながら、バケット８が制御対象面Ｆｃである第１設計面Ｆ１に近付くように、すなわち、バケット８が第１設計面Ｆ１に対向（正対）するように、操作装置４０を操作する。運転者は、操作装置４０を操作して、作業機１を駆動したり、旋回体２を旋回させたりすることにより、バケット８を制御対象面Ｆｃである第１設計面Ｆ１に近付けることができる。制御対象面Ｆｃである第１設計面Ｆ１が第２設計面Ｆ２とは異なる表示形態で表示されているので、運転者は、表示装置８０を見ながら、短時間で円滑にバケット８を第１設計面Ｆ１に近付けることができる。
　なお、制御対象面Ｆｃと非制御対象面Ｆｎとが表示装置８０に異なる表示形態で表示されればよい。例えば制御対象面Ｆｃが第１の色（例えば赤色）で表示され、非制御対象面Ｆｎが第１の色とは異なる第２の色（例えば黄色）で表示されてもよい。例えば制御対象面Ｆｃが間欠点灯（点滅）するように表示され、非制御対象面Ｆｎが連続点灯するように表示されてもよい。
　作業者は、バケット８が第２設計面Ｆ２に沿って移動するように、操作装置４０を操作して、少なくともアーム７を駆動する。なお、作業者は、操作装置４０を操作して、ブーム６を駆動してもよいし、アーム７及びブーム６の両方を駆動してもよい。
　すなわち、第２設計面Ｆ２が制御対象面Ｆｃに決定され、第１設計面Ｆ１が非制御対象面Ｆｎに決定された場合、表示制御部６２は、例えば制御対象面Ｆｃである第２設計面Ｆ２を指し示す図形データ８１を第２設計面Ｆ２の近傍に表示させる。
＜効果＞
　以上説明したように、本実施形態によれば、バケット８と第１設計面Ｆ１との距離ｄ１及びバケット８と第２設計面Ｆ２との距離ｄ２に基づいて、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２から制御対象面Ｆｃが決定される。表示制御部６２は、制御対象面Ｆｃと制御対象面Ｆｃ以外の面とを異なる表示形態で表示装置８０に表示させる。これにより、運転者は、第１設計面Ｆ１と第２設計面Ｆ２とのどちらが制御対象面Ｆｃであるかを、視覚を通じて認識することができる。そのため、運転者は、表示装置８０を見ながら、バケット８が制御対象面Ｆｃである第１設計面Ｆ１に近付くように、すなわち、バケット８が第１設計面Ｆ１に対向（正対）するように、操作装置４０を操作することができる。運転者は、表示装置８０を見ながら、短時間で円滑にバケット８を第１設計面Ｆ１に近付けることができる。バケット８を第１設計面Ｆ１に近付けることに要する時間が短縮されるので、油圧ショベル１００の作業効率の低下が抑制される。
　本実施形態においては、操作装置４０の操作データに基づいて、特定操作が維持されているか否かが判定され、特定操作が維持されている期間において、制御対象面Ｆｃが維持された状態で、チルト軸ＡＸ４が制御される。例えば制御対象面Ｆｃが第１設計面Ｆ１に決定されている場合において、バケット８との距離が短い設計面が第１設計面Ｆ１から第２設計面Ｆ２に変化しても、特定操作が維持されている期間においては、制御対象面Ｆｃが第１設計面Ｆ１に維持される。これにより、運転者の意思に反して、バケット８がチルト回転することが抑制される。すなわち、第１設計面Ｆ１に基づいて施工対象を施工しようとする意思が運転者にあり、第１設計面Ｆ１に基づいてチルト軸ＡＸ４を制御されているバケット８を第１位置Ｐ１から第３位置にＰ３に移動するためにアーム７を操作しているにもかかわらず、第１設計面Ｆ１に基づいてバケット８のチルト軸ＡＸ４が制御されている状態から第２設計面Ｆ２に基づいてバケット８のチルト軸ＡＸ４が制御される状態に変化してしまうと、バケット８が設計面Ｆを大きく掘り込んでしまう可能性がある。本実施形態においては、操作装置４０（左操作レバー４２）が操作されている期間においては、作業機制御部６１は、第１設計面Ｆ１に基づいて施工対象を施工しようとする意思が運転者にあると認定する。第１設計面Ｆ１に基づいて施工対象を施工しようとする意思が運転者にあると認定した場合、作業機制御部６１は、バケット８と第２設計面Ｆ２との距離ｄ２がバケット８と第１設計面Ｆ１との距離ｄ１よりも短くなっても、第１設計面Ｆ１に基づいてバケット８のチルト軸ＡＸ４を制御する。これにより、運転者の意思が尊重され、バケット８が設計面Ｆを掘り込んでしまうことが抑制される。
　なお、本実施形態において、特定操作は、アーム７を駆動する操作であることとした。特定操作は、油圧ショベル１００の走行体３を駆動する操作でもよい。例えばチルト軸ＡＸ４を制御されるバケット８を第１位置Ｐ１から第３位置Ｐ３に移動する場合、アーム７を駆動せずに、走行体３を後進させる場合がある。作業機制御部６１は、走行体３を操作する操作装置４０（走行レバー）の操作データに基づいて、特定操作が維持されているか否かを判定してもよい。
［第２実施形態］
　第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
　本実施形態においては、制御対象面Ｆｃ及び非制御対象面Ｆｎが入力装置９０の入力データに基づいて決定される例について説明する。
　図１２は、第２実施形態に係る建設機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。
　目標施工データ取得部５５は、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２を含む目標施工データＣＳを取得する（ステップＳ１０）。
　表示制御部６２は、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２を含む目標施工データＣＳを表示装置８０に表示させる（ステップＳ１５）。
　運転者は、表示装置８０を見ながら、入力装置９０を操作して、表示装置８０に表示されている第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２から制御対象面Ｆｃを選択する。入力データ取得部５４は、入力装置９０の操作により生成される入力データを取得する（ステップＳ２５）。
　表示制御部６２は、表示装置８０に、例えば第１設計面Ｆ１の断面を示す第１ラインと第２設計面Ｆ２の断面を示す第２ラインとを表示させてもよい。表示制御部６２は、表示装置８０の表示画面において、第１ラインと第２ラインとを異なる角度で表示させてもよい。これにより、運転者は、第１設計面Ｆ１を示す画像データと第２設計面Ｆ２を示す画像データとを区別することができる。
　決定部５７は、入力データ取得部５４により取得された入力データに基づいて、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２から制御対象面Ｆｃを決定する（ステップＳ３０）。
　表示制御部６２は、第１設計面Ｆ１と第２設計面Ｆ２とを異なる表示形態で表示装置８０に表示させる（ステップＳ３５）。
　作業機制御部６１は、決定部５７により決定された制御対象面Ｆｃである第１設計面Ｆ１に基づいて、バケット８の刃先９と第１設計面Ｆ１とが平行となるように、バケット８のチルト軸ＡＸ４を制御する（ステップＳ８０）。
　なお、第１設計面Ｆ１と第２設計面Ｆ２とは、運転者が視覚を通じて区別できる表示形態で表示されればよい。例えば、第１設計面Ｆ１を示す画像データが第１の色（例えば赤色）で表示され、第２設計面Ｆ２を示す画像データが第１の色とは異なる第２の色（例えば黄色）で表示されてもよい。第１設計面Ｆ１を示す画像データが間欠点灯（点滅）するように表示され、第２設計面Ｆ２を示す画像データが連続点灯するように表示されてもよい。また、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２を示す文字データが表示装置８０に表示されてもよい。
　以下の説明においては、一例として、運転者により、第１設計面Ｆ１が制御対象面Ｆｃに選択され、決定部８７により、第１設計面Ｆ１が制御対象面Ｆｃに決定され、第１設計面Ｆ１に隣接する第２設計面Ｆ２が非制御対象面Ｆｎに決定されることとする。
　車体位置データ取得部５１は、車体位置演算装置２０から旋回体２の位置データを取得する。角度データ取得部５２は、角度検出装置３０から作業機１の角度データを取得する。バケット位置データ算出部５６は、旋回体２の位置データと、作業機１の角度データと、記憶部６０に記憶されている作業機データとに基づいて、バケット８（規定点ＲＰ）の位置を算出する。
　また、作業者は、バケット８が第１設計面Ｆ１に沿って移動するように、操作装置４０を操作して、少なくともアーム７を駆動する。なお、作業者は、操作装置４０を操作して、ブーム６を駆動してもよいし、アーム７及びブーム６の両方を駆動してもよい。
　運転者は、チルト軸ＡＸ４を制御されるバケット８が第１位置Ｐ１から第３位置Ｐ３に移動するように、操作装置４０を操作する。
＜効果＞
　以上説明したように、本実施形態によれば、入力装置９０が操作されることにより生成された入力データに基づいて、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２から制御対象面Ｆｃが決定される。すなわち、運転者は、第１設計面Ｆ１と第２設計面Ｆ２とのどちらを制御対象面Ｆｃにするかを、運転者自身で決定することができる。そのため、運転者は、バケット８が制御対象面Ｆｃである第１設計面Ｆ１に近付くように、すなわち、バケット８が第１設計面Ｆ１に対向（正対）するように、操作装置４０を操作することができる。運転者が希望の制御対象面Ｆｃを選択するため、非制御対象面Ｆｎにバケット８が近付いても、制御対象面Ｆｃが切り換わって設計面Ｆを掘り込んでしまうことが抑制される。これにより、油圧ショベル１００は、円滑に作業を実施することができる。また、バケット８を第１設計面Ｆ１に近付けることに要する時間が短縮されるので、油圧ショベル１００の作業効率の低下が抑制される。
［コンピュータシステム］
　図１３は、本実施形態に係るコンピュータシステム１０００の一例を示すブロック図である。上述の制御装置５０は、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random　Access　Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述の制御装置５０の機能は、プログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、プログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、プログラムに従って上述の処理を実行する。なお、プログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。
　コンピュータシステム１０００は、上述の実施形態に従って、第１設計面Ｆ１及び第１設計面Ｆ１に隣接する第２設計面Ｆ２を含み施工対象の目標形状を示す目標施工データを取得することと、バケット８と第１設計面Ｆ１との距離ｄ１及びバケット８と第２設計面Ｆ２との距離ｄ２に基づいて、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２から制御対象面Ｆｃを決定することと、決定された制御対象面Ｆｃに基づいて、バケット８のチルト軸ＡＸ４を制御することと、制御対象面Ｆｃと制御対象面Ｆｃ以外の面とを異なる表示形態で表示装置８０に表示させることと、を実行することができる。
　また、コンピュータシステム１０００は、上述の実施形態に従って、第１設計面Ｆ１及び第１設計面Ｆ１に隣接する第２設計面Ｆ２を含み施工対象の目標形状を示す目標施工データを取得することと、入力装置９０の操作により生成される入力データを取得することと、入力データに基づいて、第１設計面Ｆ１及び第２設計面Ｆ２から制御対象面Ｆｃを決定することと、決定された制御対象面Ｆｃに基づいて、バケット８のチルト軸ＡＸ４を制御することと、を実行することができる。
［その他の実施形態］
　なお、上述の実施形態においては、建設機械１００が油圧ショベルであることとした。上述の実施形態で説明した構成要素は、油圧ショベルとは別の、作業機を有する建設機械に適用可能である。
　なお、上述の実施形態において、旋回体２を旋回させる旋回モータ１６は、油圧モータでなくてもよい。旋回モータ１６は、電力が供給されることにより駆動する電動モータでもよい。また、作業機１は、油圧シリンダ１０によらずに、例えば電気モータのような電動アクチュエータが発生する動力により作動してもよい。
　１…作業機、２…旋回体、３…走行体、３Ｃ…履帯、４…運転室、４Ｓ…シート、５…エンジン、６…ブーム、７…アーム、８…バケット、９…刃先、１０…油圧シリンダ、１１…ブームシリンダ、１２…アームシリンダ、１３…バケットシリンダ、１４…チルトシリンダ、１５…走行モータ、１６…旋回モータ、１７…油圧ポンプ、１８…バルブ装置、２０…車体位置演算装置、２１…位置演算器、２２…姿勢演算器、２３…方位演算器、３０…角度検出装置、３１…ブーム角度検出器、３２…アーム角度検出器、３３…バケット角度検出器、３４…チルト角度検出器、４０…操作装置、４１…右操作レバー、４２…左操作レバー、４３…チルト操作レバー、５０…制御装置、５１…車体位置データ取得部、５２…角度データ取得部、５３…操作データ取得部、５４…入力データ取得部、５５…目標施工データ取得部、５６…バケット位置データ算出部、５７…決定部、６０…記憶部、６１…作業機制御部、６２…表示制御部、７０…目標施工データ供給装置、８０…表示装置、９０…入力装置、１００…建設機械、２００…制御システム、ＡＸ１…ブーム軸、ＡＸ２…アーム軸、ＡＸ３…バケット軸、ＡＸ４…チルト軸、Ｆ１…第１設計面、Ｆ２…第２設計面、Ｆｃ…制御対象面、Ｆｎ…非制御対象面。

Claims (8)

  1. 　アーム及びチルトバケットを含む作業機を備える建設機械の制御システムであって、
    　前記チルトバケットと第１設計面との距離及び前記チルトバケットと前記第１設計面に隣接する第２設計面との距離に基づいて、前記第１設計面及び前記第２設計面から制御対象面を決定する決定部と、
    　前記決定部により決定された前記制御対象面に基づいて、前記チルトバケットのチルト軸を制御する作業機制御部と、
    　前記制御対象面と前記制御対象面以外の面とを異なる表示形態で表示装置に表示させる表示制御部と、
    を備える建設機械の制御システム。
  2. 　入力装置が操作されることにより生成される入力データを取得する入力データ取得部を備え、
    　前記決定部は、前記入力データに基づいて、前記第１設計面及び前記第２設計面から前記制御対象面を決定する、
    請求項１に記載の建設機械の制御システム。
  3. 　前記建設機械の少なくとも一部を操作する操作装置が操作されることにより生成される操作データを取得する操作データ取得部を備え、
    　前記作業機制御部は、前記操作データに基づいて、特定操作が維持されているか否かを判定し、前記特定操作が維持されている期間において、前記制御対象面を維持した状態で前記チルト軸を制御する、
    請求項１又は請求項２に記載の建設機械の制御システム。
  4. 　前記特定操作は、前記アームを駆動する操作を含む、
    請求項３に記載の建設機械の制御システム。
  5. 　前記特定操作は、前記建設機械の走行体を駆動する操作を含む、
    請求項４に記載の建設機械の制御システム。
  6. 　前記決定部は、前記第１設計面及び前記第２設計面のうち前記チルトバケットとの距離が短い設計面を制御対象面に決定し、
    　前記制御対象面が前記第１設計面に決定されている場合において、前記作業機制御部は、前記チルトバケットとの距離が短い設計面が前記第１設計面から前記第２設計面に変化しても、前記特定操作が維持されている期間において、前記制御対象面を前記第１設計面に維持した状態で前記チルト軸を制御する、
    請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の建設機械の制御システム。
  7. 　アーム及びチルトバケットを含む作業機を備える建設機械の制御方法であって、
    　前記チルトバケットと記第１設計面との距離及び前記チルトバケットと前記第１設計面に隣接する第２設計面との距離に基づいて、前記第１設計面及び前記第２設計面から制御対象面を決定することと、
    　決定された前記制御対象面に基づいて、前記チルトバケットのチルト軸を制御することと、
    　前記制御対象面と前記制御対象面以外の面とを異なる表示形態で表示装置に表示させることと、
    を含む建設機械の制御方法。
  8. 　アーム及びチルトバケットを含む作業機を備える建設機械の制御方法であって、
    　入力装置の操作により生成される入力データを取得することと、
    　前記入力データに基づいて、第１設計面及び前記第１設計面に隣接する第２設計面から制御対象面を決定することと、
    　決定された前記制御対象面に基づいて、前記チルトバケットのチルト軸を制御することと、
    を含む建設機械の制御方法。
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