WO2021106938A1 - 作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の制御方法 - Google Patents

作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の制御方法 Download PDF

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WO2021106938A1
WO2021106938A1 PCT/JP2020/043840 JP2020043840W WO2021106938A1 WO 2021106938 A1 WO2021106938 A1 WO 2021106938A1 JP 2020043840 W JP2020043840 W JP 2020043840W WO 2021106938 A1 WO2021106938 A1 WO 2021106938A1
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徹 松山
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株式会社小松製作所
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    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/412—Excavators

Definitions

  • the present disclosure relates to a work machine control system, a work machine, and a work machine control method.
  • the present application claims priority with respect to Japanese Patent Application No. 2019-214573 filed in Japan on November 27, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a technique for automatically controlling the tilt angle so that the tilt bucket is parallel to the target design surface.
  • automatic tilt control is performed by the bucket invading the tilt control start line separated by a predetermined distance from the target design surface.
  • the bucket moves away from the target design surface.
  • Intervention control controls the work equipment to decelerate according to the distance between the target design surface and the bucket. Therefore, when the intervention control and the automatic tilt control are performed at the same time, the speed at which the bucket moves away from the target design surface by the automatic tilt control is limited by the intervention control.
  • the control amount of the work equipment may become unstable. This applies not only to the automatic tilt control for controlling the tilt angle, but also to the automatic rotation control for rotating the bucket around the rotation axis so as to be parallel to the target design surface.
  • An object of the present disclosure is to provide a work machine control system, a work machine, and a work machine control method capable of simultaneously performing intervention control and automatic tilt control or automatic rotate control while maintaining the stability of the operation of the work machine. To do.
  • the control system of the work machine includes a boom that can rotate around the boom axis, an arm that can rotate around the arm axis that is parallel to the boom axis, and parallel to the arm axis.
  • the intervention control amount for suppressing the speed of the work machine is calculated so that the bucket does not enter the target design surface.
  • the intervention control unit that rotates the bucket around the attachment axis so that the cutting edge of the bucket and the target design surface indicating the target shape of the excavation target approach parallel to each other, and the attachment control unit that calculates the attachment control amount. It is provided with an attachment limiting unit that limits rotation around the attachment axis so that the bucket distance does not increase due to the movement of the work machine based on the intervention control amount and the attachment control amount.
  • control system of the work machine can simultaneously perform intervention control and automatic tilt control or automatic rotate control while maintaining the stability of the operation of the work machine.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of postures of the work machine 100 and the work machine 150.
  • a three-dimensional field coordinate system (Xg, Yg, Zg) and a three-dimensional vehicle body coordinate system (Xm, Ym, Zm) will be defined, and the positional relationship will be described based on these.
  • the site coordinate system is a coordinate system consisting of an Xg axis extending north-south, a Yg axis extending east-west, and a Zg axis extending vertically with the position of the GNSS (Global Navigation Satellite System) reference station installed at the construction site as a reference point. is there.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • An example of GNSS is GPS (Global Positioning System).
  • a global coordinate system represented by latitude, longitude, or the like may be used instead of the field coordinate system.
  • the vehicle body coordinate system is based on the representative point O defined for the swivel body 130 of the work machine 100, and is an Xm axis extending back and forth, a Ym axis extending left and right, and up and down when viewed from the seating position of the operator in the driver's cab 170, which will be described later. It is a coordinate system composed of a Zm axis extending to.
  • the front is called the + Xm direction
  • the rear is called the ⁇ Xm direction
  • the left is called the + Ym direction
  • the right is called the ⁇ Ym direction
  • the upward direction is called the + Zm direction
  • the downward direction is called the ⁇ Zm direction.
  • the site coordinate system and the vehicle body coordinate system can be converted from each other by specifying the position and inclination of the work machine 100 in the site coordinate system.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of the work machine 100 according to the first embodiment.
  • the work machine 100 operates at the construction site and constructs an excavation target such as earth and sand.
  • the work machine 100 according to the first embodiment is a hydraulic excavator.
  • the work machine 100 includes a traveling body 110, a swivel body 130, a working machine 150, a driver's cab 170, and a control device 190.
  • the traveling body 110 supports the work machine 100 so as to be able to travel.
  • the traveling body 110 is, for example, a pair of left and right tracks.
  • the turning body 130 is supported by the traveling body 110 so as to be able to turn around the turning center.
  • the work machine 150 is driven by flood control.
  • the work machine 150 is supported by the front portion of the swivel body 130 so as to be driveable in the vertical direction.
  • the driver's cab 170 is a space for an operator to board and operate the work machine 100.
  • the driver's cab 170 is provided at the front of the swivel body 130.
  • the control device 190 controls the traveling body 110, the turning body 130, and the working machine 150 based on the operation of the operator.
  • the control device 190 is provided inside, for example, the driver's cab 170.
  • the swivel body 130 includes a position / orientation detector 131 and an inclination detector 132.
  • the position / orientation detector 131 calculates the position of the swivel body 130 in the field coordinate system and the direction in which the swivel body 130 faces.
  • the position / orientation detector 131 includes two antennas that receive positioning signals from artificial satellites constituting the GNSS.
  • the two antennas are installed at different positions on the swivel body 130, respectively.
  • the two antennas are provided on the counterweight portion of the swivel body 130.
  • the position / orientation detector 131 detects the position of the representative point O of the swivel body 130 in the field coordinate system based on the positioning signal received by at least one of the two antennas.
  • the position / orientation detector 131 detects the orientation of the swivel body 130 in the field coordinate system by using the positioning signals received by each of the two antennas.
  • the tilt detector 132 measures the acceleration and angular velocity of the swivel body 130, and detects the tilt of the swivel body 130 (for example, a roll representing rotation with respect to the Xm axis and a pitch representing rotation with respect to the Ym axis) based on the measurement results. ..
  • the tilt detector 132 is installed below, for example, the driver's cab 170.
  • An example of the tilt detector 132 is an IMU (Inertial Measurement Unit).
  • the working machine 150 includes a boom 151, an arm 152, a first link 153, a second link 154, and a bucket 155.
  • the base end portion of the boom 151 is attached to the swivel body 130 via the boom pin P1.
  • the central axis of the boom pin P1 is referred to as a boom axis X1.
  • the arm 152 connects the boom 151 and the bucket 155.
  • the base end portion of the arm 152 is attached to the tip end portion of the boom 151 via the arm pin P2.
  • the central axis of the arm pin P2 is referred to as an arm axis X2.
  • the first end of the first link 153 is attached to the side surface of the arm 152 on the distal end side via the first link pin P3.
  • the second end of the first link 153 is attached to the first end of the second link 154 via the bucket cylinder pin P4.
  • the bucket 155 includes a cutting edge for excavating earth and sand and a storage portion for accommodating the excavated earth and sand.
  • the base end portion of the bucket 155 is attached to the tip end portion of the arm 152 of the arm 152 via the bucket pin P5.
  • the central axis of the bucket pin P5 is referred to as a bucket axis X3.
  • the base end portion of the bucket 155 is attached to the second end of the second link 154 via the second link pin P6.
  • the boom shaft X1, the arm shaft X2, and the bucket shaft X3 are parallel to each other.
  • the work machine 150 includes a plurality of hydraulic cylinders that are actuators for generating power.
  • the working machine 150 includes a boom cylinder 156, an arm cylinder 157, and a bucket cylinder 158.
  • the boom cylinder 156 is a hydraulic cylinder for operating the boom 151.
  • the base end portion of the boom cylinder 156 is attached to the swivel body 130.
  • the tip of the boom cylinder 156 is attached to the boom 151.
  • the boom cylinder 156 is provided with a boom cylinder stroke sensor 1561 that detects the stroke amount of the boom cylinder 156.
  • the arm cylinder 157 is a hydraulic cylinder for driving the arm 152.
  • the base end of the arm cylinder 157 is attached to the boom 151.
  • the tip of the arm cylinder 157 is attached to the arm 152.
  • the arm cylinder 157 is provided with an arm cylinder stroke sensor 1571 that detects the stroke amount of the arm cylinder 157.
  • the bucket cylinder 158 is a hydraulic cylinder for driving the bucket 155.
  • the base end of the bucket cylinder 158 is attached to the arm 152.
  • the tip of the bucket cylinder 158 is attached to the second end of the first link 153 and the first end of the second link 154 via the second link pin P6.
  • the bucket cylinder 158 is provided with a bucket cylinder stroke sensor 1581 that detects the stroke amount of the bucket cylinder 158.
  • FIG. 3 is a front view showing the configuration of the bucket 155 according to the first embodiment.
  • the bucket 155 according to the first embodiment is a tilt bucket that can rotate around a tilt axis X4, which is an axis orthogonal to the bucket axis X3.
  • the tilt shaft X4 is an example of an attachment shaft that rotates the bucket 155.
  • the bucket 155 includes a bucket main body 161, a joint 162, and a tilt cylinder 163.
  • a side bracket 1622 is provided. That is, the mounting hole of the front bracket 1621 is provided so as to pass through the bucket shaft X3.
  • the tip of the joint 162 is attached to the base end of the bucket body 161 via the tilt pin P7.
  • the tilt pin P7 is provided so as to be orthogonal to the bucket axis X3.
  • the central axis of the tilt pin P7 forms the tilt axis X4.
  • a tilt bracket 1611 for attaching the tilt cylinder 163 is provided at one end (left end or right end) of the base end portion of the bucket body 161.
  • the tilt cylinder 163 is a hydraulic cylinder for rotating the bucket body 161 around the tilt shaft X4.
  • the base end portion of the tilt cylinder 163 is attached to the tilt bracket 1611 via the tilt cylinder end pin P8.
  • the tip of the tilt cylinder 163 is attached to the joint 162 via the tilt cylinder top pin P9.
  • the tilt cylinder end pin P8 and the tilt cylinder top pin P9 are provided in parallel with the tilt pin P7, respectively.
  • the tilt cylinder 163 is provided with a tilt cylinder stroke sensor 1631 that detects the stroke amount of the tilt cylinder 163.
  • FIG. 4 is a diagram showing an internal configuration of the driver's cab according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, a driver's seat 171, an operation device 172, and a control device 190 are provided in the driver's cab 170.
  • the operation device 172 is an interface for driving the traveling body 110, the turning body 130, and the working machine 150 by the manual operation of the operator.
  • the operating device 172 includes a left operating lever 1721, a right operating lever 1722, a left foot pedal 1723, a right foot pedal 1724, a left traveling lever 1725, and a right traveling lever 1726.
  • the left operation lever 1721 is provided on the left side of the driver's seat 171.
  • the right operating lever 1722 is provided on the right side of the driver's seat 171.
  • the left operating lever 1721 is an operating mechanism for swiveling the swivel body 130 and pulling and pushing the arm 152. Specifically, when the operator tilts the left operation lever 1721 forward, the arm cylinder 157 is driven and the arm 152 is pushed. Further, when the operator tilts the left operation lever 1721 backward, the arm cylinder 157 is driven and the arm 152 is pulled. Further, when the operator tilts the left operation lever 1721 to the right, the swivel body 130 turns to the right. Further, when the operator tilts the left operation lever 1721 to the left, the swivel body 130 turns to the left.
  • the right operating lever 1722 is an operating mechanism for excavating and dumping the bucket 155, and raising and lowering the boom 151. Specifically, when the operator tilts the right operating lever 1722 forward, the boom cylinder 156 is driven and the boom 151 is lowered. Further, when the operator tilts the right operating lever 1722 rearward, the boom cylinder 156 is driven and the boom 151 is raised. When the operator tilts the right operating lever 1722 to the right, the bucket cylinder 158 is driven and the bucket 155 is dumped. When the operator tilts the right operating lever 1722 to the left, the bucket cylinder 158 is driven and the bucket 155 is excavated.
  • the relationship between the operating directions of the left operating lever 1721 and the right operating lever 1722, the operating direction of the working machine 150, and the turning direction of the swivel body 130 does not have to be the above-mentioned relationship.
  • a tilt operation button (not shown) is provided on the upper part of the right operation lever 1722. Specifically, when the operator slides the tilt operation button to the left, the tilt cylinder 163 is driven, and the bucket 155 is tilted and rotated to the left when viewed from the operator. When the operator slides the tilt operation button to the right, the tilt cylinder 163 is driven, and the bucket 155 is tilted and rotated to the right when viewed from the operator.
  • the tilt operation button may be configured to be rotated in the left-right direction. Further, the tilt operation may be realized by an operation by a pedal (not shown) by the operator.
  • the left foot pedal 1723 is arranged on the left side of the floor surface in front of the driver's seat 171.
  • the right foot pedal 1724 is arranged on the right side of the floor surface in front of the driver's seat 171.
  • the left traveling lever 1725 is pivotally supported by the left foot pedal 1723, and is configured so that the inclination of the left traveling lever 1725 and the pressing and lowering of the left foot pedal 1723 are interlocked.
  • the right traveling lever 1726 is pivotally supported by the right foot pedal 1724, and is configured so that the inclination of the right traveling lever 1726 and the pressing and lowering of the right foot pedal 1724 are interlocked.
  • the left foot pedal 1723 and the left travel lever 1725 correspond to the rotational drive of the left track of the traveling body 110. Specifically, when the drive wheel of the traveling body 110 is rearward, when the operator tilts the left foot pedal 1723 or the left traveling lever 1725 forward, the left track rotates in the forward direction. Further, when the operator tilts the left foot pedal 1723 or the left traveling lever 1725 backward, the left track rotates in the reverse direction.
  • the right foot pedal 1724 and the right traveling lever 1726 correspond to the rotational drive of the right track of the traveling body 110. Specifically, when the drive wheel of the traveling body 110 is rearward, when the operator tilts the right foot pedal 1724 or the right traveling lever 1726 forward, the right track rotates in the forward direction. Further, when the operator tilts the right foot pedal 1724 or the right traveling lever 1726 backward, the right crawler belt rotates in the reverse direction.
  • control device 190 limits the operation of the bucket 155 in the direction of approaching the excavation target so that the bucket 155 does not invade the target design surface set at the construction site.
  • the target design surface indicates the target shape of the excavation target. Limiting the operation of the bucket 155 based on the target design surface by the control device 190 is also referred to as intervention control.
  • the stop control which is an intervention control for the operator to lower the boom 151 and stop the cutting edge of the bucket 155 on the target design surface
  • the control device 190 responds to the distance between the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface as the boom 151 moves in the lowering direction. Therefore, the stop control amount for correcting the operation amount of the boom 151 is calculated so that the bucket 155 does not enter the target design surface.
  • the operator simply operates the boom 151, and the control device 190 corrects the operation amount of the boom cylinder 156 to limit the operation of the bucket 155 and automatically invade the cutting edge of the bucket 155 into the design surface. To prevent.
  • control device 190 may correct the operation amount of the arm 152 or the bucket 155 in the stop control. Further, in another embodiment, the control device 190 moves the boom 151 in the raising direction when the operator operates the arm 152 in addition to the stop control or instead of the stop control, thereby moving the bucket 155 in the raising direction. Intervention control may be performed so that the cutting edge of the blade does not invade the target design surface.
  • control device 190 tilts the bucket 155 so that the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface become parallel when the distance between the bucket 155 and the target design surface becomes less than a predetermined tilt control distance.
  • Rotate around X4 Rotating the bucket 155 around the tilt axis X4 based on the target design surface by the control device 190 is also referred to as automatic tilt control.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram showing the configuration of the control device 190 according to the first embodiment.
  • the control device 190 is a computer including a processor 210, a main memory 230, a storage 250, and an interface 270.
  • the storage 250 is a non-temporary tangible storage medium. Examples of the storage 250 include magnetic disks, optical disks, magneto-optical disks, semiconductor memories, and the like.
  • the storage 250 may be internal media directly connected to the bus of the control device 190, or external media connected to the control device 190 via the interface 270 or a communication line.
  • the storage 250 stores a program for controlling the work machine 100.
  • the program may be for realizing a part of the functions exerted by the control device 190.
  • the program may exert its function in combination with another program already stored in the storage 250, or in combination with another program mounted on another device.
  • the control device 190 may include a custom LSI (Large Scale Integrated Circuit) such as a PLD (Programmable Logic Device) in addition to or in place of the above configuration.
  • PLDs include PAL (Programmable Array Logic), GAL (Generic Array Logic), CPLD (Complex Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • PLDs Programmable Logic Device
  • PAL Programmable Array Logic
  • GAL Generic Array Logic
  • CPLD Complex Programmable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • Design surface data indicating a target design surface is stored in the storage 250 in advance.
  • the design surface data is three-dimensional data represented by the field coordinate system and is represented by a plurality of triangular polygons.
  • the triangular polygons that make up the design surface data have sides in common with other adjacent triangular polygons. That is, the design plane data represents a continuous plane composed of a plurality of planes.
  • the design surface data may be composed of polygonal surfaces other than triangular polygons, or may be represented in another format such as point cloud data.
  • the design surface data is stored in the storage 250, but the present invention is not limited to this.
  • the design surface data may be downloaded from an external memory or a server (not shown) via a communication line (not shown).
  • the processor 210 executes the detection value acquisition unit 211, the bucket position identification unit 212, the target plane determination unit 213, the distance calculation unit 214, the operation amount acquisition unit 215, the stop control unit 216, and the tilt control unit 217. It functions as a tilt limiting unit 218 and an output unit 219.
  • the detection value acquisition unit 211 acquires the detection values of the boom cylinder stroke sensor 1561, the arm cylinder stroke sensor 1571, the bucket cylinder stroke sensor 1581, the tilt cylinder stroke sensor 1631, the position / orientation detector 131, and the tilt detector 132, respectively. .. That is, the detection value acquisition unit 211 includes the position of the swivel body 130 in the field coordinate system, the direction in which the swivel body 130 faces, the inclination of the swivel body 130, the stroke length of the boom cylinder 156, the stroke length of the arm cylinder 157, and the bucket cylinder 158. The stroke length and the stroke length of the tilt cylinder 163 are acquired.
  • the bucket position specifying unit 212 specifies the positions of a plurality of points on the cutting edge of the bucket 155 based on the detected value acquired by the detected value acquiring unit 211. For example, the bucket position specifying unit 212 specifies the positions of five points that divide the cutting edge of the bucket 155 into four equal parts. The method of specifying the position of the cutting edge of the bucket 155 will be described later.
  • the target plane determination unit 213 determines the target plane to be targeted for stop control and tilt control.
  • the target plane is a plane that passes through at least one of a plurality of triangular polygons constituting the target design surface.
  • the target plane determination unit 213 determines the target plane according to the following procedure.
  • the target plane determination unit 213 faces the points of the triangular polygons constituting the target design surface for each of the plurality of points based on the design surface data and the positions of the plurality of points specified by the bucket position identification unit 212. Calculate the distance between what you want to do and the point. At this time, the plurality of points may face different triangular polygons.
  • the target plane determination unit 213 identifies the triangular polygon related to the shortest distance, and determines the plane passing through the triangular polygon as the target plane.
  • the distance calculation unit 214 calculates the distance between the plurality of points and the target plane based on the positions of the plurality of points specified by the bucket position specifying unit 212 and the target plane determined by the target plane determining unit 213.
  • the operation amount acquisition unit 215 acquires an operation signal indicating the operation amount from the operation device 172.
  • the operation amount acquisition unit 215 has at least an operation amount related to the raising operation and the lowering operation of the boom 151, an operation amount related to the pushing operation and the pulling operation of the arm 152, and an operation amount related to the excavation operation, the dump operation and the tilt operation of the bucket 155. To get.
  • the stop control unit 216 stops the work machine 150 based on the operation amount of the operation device 172 acquired by the operation amount acquisition unit 215 and the shortest distance (shortest bucket distance) calculated by the distance calculation unit 214. Take control. Specifically, the stop control unit 216 calculates the stop control amount according to the following procedure.
  • the permissible speed of the bucket 155 is calculated by substituting the shortest bucket distance calculated by the distance calculation unit 214 into the permissible speed function for obtaining the permissible speed from the distance between the bucket 155 and the target plane. According to the permissible speed function, the permissible speed increases monotonically with respect to the distance between the bucket and the target plane.
  • the stop control unit 216 calculates the permissible speed as the stop control amount.
  • the stop control unit 216 is an example of an intervention control unit that calculates an intervention control amount for suppressing the speed of the work machine so that the bucket 155 does not enter the target design surface.
  • the stop control amount is an example of the intervention control amount.
  • the tilt control unit 217 is the first distance calculated by the distance calculation unit 214 from the left end of the cutting edge of the bucket 155 to the target plane, and the distance from the right end of the cutting edge of the bucket 155 to the target plane. Automatic tilt control is performed based on the difference from the second distance.
  • the left and right ends of the cutting edge of the bucket 155 are examples of the first bucket point and the second bucket point, respectively.
  • the first bucket point and the second bucket point may be other points on the bucket 155.
  • the condition that the second bucket point passes through the first bucket point and exists on a straight line parallel to the cutting edge of the bucket 155 must be satisfied. That is, in other embodiments, the first bucket point and the second bucket point do not necessarily have to be points on the cutting edge, such as points on the bottom surface.
  • the tilt control unit 217 is an example of an attachment control unit.
  • the tilt limiting unit 218 cancels the automatic tilt control by the tilt control unit 217 when the difference between the first distance and the second distance exceeds a predetermined length threshold value. That is, the tilt limiting unit 218 does not perform automatic tilt control when the angle between the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface exceeds a predetermined range.
  • the predetermined length threshold value is calculated based on the automatic tilt control amount and the intervention control amount determined from the difference between the first distance and the second distance. That is, the tilt limiting unit 218 calculates a predetermined length threshold value from the permissible speed.
  • the tilt limiting unit 218 is an example of an attachment limiting unit that limits rotation around the attachment axis so that the shortest bucket distance does not increase.
  • the output unit 219 sends a control signal to each actuator based on the operation amount acquired by the operation amount acquisition unit 215, the stop control amount calculated by the stop control unit 216, and the tilt control amount calculated by the tilt control unit 217. Output.
  • the boom length L1 is a known length from the boom pin P1 to the arm pin P2.
  • the arm length L2 is a known length from the arm pin P2 to the bucket pin P3.
  • the joint length L3 is a known length from the bucket pin P3 to the tilt pin P7.
  • the bucket length L4 is a known length from the tilt pin P7 to the center point of the cutting edge of the bucket 155.
  • the boom relative angle ⁇ is represented by an angle formed by a half straight line extending from the boom pin P1 in the upward direction (+ Zm direction) of the swivel body 130 and a half straight line extending from the boom pin P1 to the arm pin P2.
  • the upward direction (+ Zm direction) and the vertical upward direction (+ Zg direction) of the swivel body 130 do not always match due to the inclination ⁇ of the swivel body 130.
  • the arm relative angle ⁇ is represented by an angle formed by a half straight line extending from the boom pin P1 to the arm pin P2 and a half straight line extending from the arm pin P2 to the bucket pin P3.
  • the bucket relative angle ⁇ is represented by an angle formed by a half straight line extending from the arm pin P2 to the bucket pin P3 and a half straight line extending from the bucket pin P3 to the tilt pin P7.
  • the tilt angle ⁇ is represented by an angle formed by a half straight line extending from the tilt pin P7 in a direction orthogonal to the bucket pin P3 and the tilt pin P7 and a half straight line extending from the tilt pin P7 to the center point of the cutting edge of the bucket 155.
  • the position of the cutting edge of the bucket 155 in the field coordinate system is specified by, for example, the following procedure.
  • the bucket position specifying unit 212 specifies the position of the arm pin P2 in the vehicle body coordinate system based on the position of the boom pin P1 in the vehicle body coordinate system, the boom relative angle ⁇ , and the boom length L1.
  • the bucket position specifying unit 212 specifies the position of the bucket pin P3 in the vehicle body coordinate system based on the position of the arm pin P2 in the vehicle body coordinate system, the arm relative angle ⁇ , and the arm length L2.
  • the bucket position specifying unit 212 specifies the position of the tilt pin P7 in the vehicle body coordinate system based on the position of the bucket pin P3 in the vehicle body coordinate system, the bucket relative angle ⁇ , and the joint length L3.
  • the bucket position specifying unit 212 specifies the position of the center point of the cutting edge of the bucket 155 in the vehicle body coordinate system based on the position of the tilt pin P7 in the vehicle body coordinate system, the tilt angle ⁇ , and the bucket length L4. Further, the bucket position specifying portion 212 specifies the distance from the center point of the cutting edge to an arbitrary point of the cutting edge, and from the position of the center point of the cutting edge to the arbitrary point from the center point of the cutting edge in the direction of the tilt angle ⁇ . By calculating the position shifted by the distance of, the position of an arbitrary point on the cutting edge can be specified.
  • the bucket position specifying portion 212 calculates a position shifted from the position of the center point of the cutting edge by 1/2 of the length in the width direction of the cutting edge in the positive and negative directions of the tilt angle ⁇ , respectively, so that both ends of the cutting edge are calculated.
  • the position of can be specified.
  • the boom relative angle ⁇ , arm relative angle ⁇ , bucket relative angle ⁇ , and tilt angle ⁇ are the detection values of the boom cylinder stroke sensor 1561, the detection values of the arm cylinder stroke sensor 1571, and the detection values of the bucket cylinder stroke sensor 1581, respectively. And the value detected by the tilt cylinder stroke sensor 1631.
  • the bucket position specifying unit 212 sets the position of the cutting edge of the bucket 155 in the vehicle body coordinate system in the field coordinate system based on the position of the swivel body 130 in the field coordinate system, the direction in which the swivel body 130 faces, and the posture of the swivel body 130. Convert to position.
  • the boom relative angle ⁇ , the arm relative angle ⁇ , the bucket relative angle ⁇ , and the tilt angle ⁇ are not limited to those detected by the cylinder stroke sensor, but may be detected by the angle sensor.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the control device 190 according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the target design surface and the point on the cutting edge in the automatic tilt control.
  • the operation amount acquisition unit 215 acquires the operation amount related to the boom 151, the operation amount related to the arm 152, the operation amount related to the bucket 155, the operation amount related to tilt, and the operation amount related to the turning of the swivel body 130 from the operation device 172. (Step S1).
  • the detection value acquisition unit 211 acquires information detected by each of the position / orientation detector 131, the tilt detector 132, the boom cylinder stroke sensor 1561, the arm cylinder stroke sensor 1571, the bucket cylinder stroke sensor 1581, and the tilt cylinder stroke sensor 1631. (Step S2).
  • the bucket position specifying unit 212 calculates the boom relative angle ⁇ , the arm relative angle ⁇ , the bucket relative angle ⁇ , and the tilt angle ⁇ from the stroke length of each hydraulic cylinder (step S3). Further, the bucket position specifying unit 212 has five points that divide the cutting edge of the bucket 155 into four equal parts based on the detection value acquired in step S2, the angle calculated in step S3, and the length parameter of the known working machine 150. The position in the field coordinate system is calculated (step S4).
  • the five points on the cutting edge of the bucket 155 are referred to as points p1, point p2, point p3, point p4, and point p5 in order from the left end of the cutting edge.
  • step S3 may be omitted.
  • the target plane determination unit 213 reads the design surface data from the storage 250 and calculates the distance from the target design surface for each of the points p1-p5 (step S5).
  • step S5 the target plane determination unit 213 calculates the distances from the points p1-p5 to the triangular polygons facing each other in the direction extending in the vertical direction (Zg axis direction).
  • the target plane determination unit 213 calculates the distance L11-L13 between the point p1-p3 and the triangular polygon t1 and the distance L14-L15 between the point p4-p5 and the triangular polygon t2.
  • the design surface data based on the site coordinate system is used.
  • the design surface data based on the vehicle body coordinate system may be used.
  • the design surface data based on the vehicle body coordinate system may be obtained by converting the design surface data based on the site coordinate system into the vehicle body coordinate system based on the detection values of the position / orientation detector 131 and the inclination detector 132.
  • the target plane determination unit 213 identifies the triangular polygon related to the shortest distance, and determines the plane passing through the triangular polygon as the target plane g1 (step S6).
  • the target plane determining unit 213 determines the plane passing through the triangular polygon t1 as the target plane g1. To do.
  • the distance calculation unit 214 has a distance L21 and a point between the point p1 and the target plane g1 based on the positions of the points p1 and p5 at both ends of the cutting edge calculated in step S4 and the target plane g1 determined in step S6.
  • the distance L22 between p5 and the target plane g1 is calculated (step S7).
  • the target plane determination unit 213 calculates the distances L21 and L22 from the target plane g1 in the normal direction of the target plane g1 for each of the points p1 and p5.
  • the distance calculation unit 214 specifies the shorter of the distance L21 and the distance L21 as the shortest bucket distance.
  • the tilt control unit 217 determines whether or not there is a tilt operation input by the operator based on the operation amount acquired in step S1 (step S8). For example, the tilt control unit 217 determines that there is no operation input when the absolute value of the tilt operation amount is less than a predetermined value. When there is no tilt operation (step S8: NO), the tilt control unit 217 determines whether or not the shortest bucket distance specified in step S7 is less than the tilt control distance th2 (step S9).
  • the tilt control unit 217 calculates the difference (distance difference) between the distance L21 and the distance L22 calculated in step S7 (step S10).
  • the stop control unit 216 calculates the speed of the bucket 155 based on the shortest bucket distance specified in step S7 and the operation amount acquired in step S1 (step S11). Specifically, the stop control unit 216 calculates the permissible speed of the bucket 155 by substituting the shortest bucket distance into the permissible speed function. Further, the stop control unit 216 calculates the speed (non-intervention speed) of the bucket 155 when the work machine 150 is controlled according to the operation amount based on the operation amount acquired in step S1.
  • the stop control unit 216 sets the slower of the permissible speed and the non-intervention speed as the speed of the bucket 155.
  • the tilt limiting unit 218 determines the allowable control amount related to the rotation of the bucket 155 around the tilt axis X4 based on the speed of the bucket 155 calculated in step S11 (step S12).
  • the tilt limiting unit 218 determines the allowable control amount to a smaller value as the speed of the bucket 155 becomes slower.
  • the tilt control unit 218 calculates a predetermined length threshold value from the allowable control amount (step S13).
  • the predetermined length threshold value is set to a smaller value as the allowable control amount is smaller.
  • the tilt limiting unit 218 determines whether or not the distance difference calculated in step S10 exceeds the predetermined length threshold value calculated in step S13 (step S14). When the distance difference does not exceed a predetermined length threshold value (step S14: NO), the tilt control unit 217 calculates the tilt control amount based on the distance difference calculated in step S10 (step S15).
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a tilt function showing the relationship between the distance difference of the bucket and the target value of the tilt angular velocity according to the first embodiment.
  • the distance difference between the buckets shown in FIG. 8 is obtained by subtracting the distance L22 from the distance L21 shown in FIG. 7, and the counterclockwise angular velocity in FIG. 7 is positive.
  • the tilt control unit 217 determines the target value of the tilt angular velocity by substituting the distance difference into the predetermined tilt function as shown in FIG.
  • the tilt function is a function for obtaining a target value of the tilt angular velocity based on the distance difference of the bucket 155. In the tilt function, the target value of the tilt angular velocity increases monotonically with respect to the distance difference of the bucket 155.
  • the tilt control unit 217 determines the tilt control amount based on the determined target value of the tilt angular velocity.
  • step S8 When the tilt operation is performed (step S8: YES) and when both the distance L21 and the distance L22 are the tilt control distance th2 or more (step S9: NO), the tilt control unit 217 sets the tilt control amount. Do not calculate. Further, in step S16, when the distance difference exceeds a predetermined length threshold value (step S14: YES), the tilt limiting unit 218 cancels the automatic tilt control of the tilt control unit 217. At this time, the control device 190 may notify the operator that the automatic tilt control is not performed by display, voice, or the like.
  • the output unit 219 outputs a control signal to each actuator based on each operation amount related to the work machine 150 and the tilt control amount calculated by the tilt control unit 217 (step S16).
  • the tilt cylinder 163 is driven according to the signal generated by the tilt control unit 217.
  • the tilt cylinder 163 is driven according to a signal based on the operator operation amount.
  • the control device 190 has a stop control amount for preventing the bucket 155 from entering the target design surface and a tilt control amount for bringing the bucket 155 and the target design surface close to parallel. Is calculated. Then, the control device 190 limits the rotation around the tilt axis X4 so that the shortest bucket distance does not increase due to the movement of the work machine 150 based on the stop control amount and the tilt control amount. Since the change in the shortest bucket distance decreases monotonically with time due to the limitation of rotation around the tilt axis X4, the change in the stop control amount by the control device 190 can be stabilized. Therefore, the control device 190 can simultaneously perform stop control and automatic tilt control while maintaining the stability of the operation of the work machine 150.
  • the control device 190 limits the rotation around the tilt axis X4 so that the shortest bucket distance does not increase, thereby suppressing frequent ON / OFF switching of the tilt control and stabilizing the movement of the work machine 150. be able to.
  • control device 190 has a tilt axis when the distance difference between both ends of the cutting edge exceeds the length threshold value, that is, when the angle between the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface exceeds a predetermined range.
  • the rotation around the tilt axis X4 is restricted so that the shortest bucket distance does not increase.
  • the larger the angle between the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface the larger the tilt control amount. Therefore, by setting the length threshold value within a range in which the ascending speed of the lowest point of the bucket 155 by the tilt control amount does not exceed the permissible speed of the work equipment 150 by the stop control, the shortest bucket distance does not increase.
  • the rotation around the tilt axis X4 can be restricted.
  • automatic tilt control is not performed when the angle between the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface exceeds a predetermined range, but the tilt angle ⁇ of the bucket 155 is targeted by the operator's operation.
  • the automatic tilt control can be enabled by bringing it closer to the surface and setting the distance difference between both ends of the cutting edge to be equal to or less than the length threshold value.
  • the control device 190 according to the first embodiment cancels the automatic tilt control when the angle between the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface exceeds a predetermined range.
  • the control device 190 according to the second embodiment limits the rotation around the tilt axis X4 so that the shortest bucket distance does not increase by changing the tilt function according to the permissible speed of the working machine 150. To do.
  • the control device 190 according to the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment as shown in FIG.
  • the operation of the tilt limiting unit 218 is different from that of the first embodiment.
  • the tilt limiting unit 218 according to the second embodiment changes the inclination related to the tilt function according to the permissible speed calculated by the stop control unit 216. Specifically, the tilt limiting unit 218 tilts related to the tilt function so that the smaller the permissible speed calculated by the stop control unit 216, the smaller the target value of the tilt angular velocity with respect to the distance difference between both ends of the cutting edge of the bucket 155. (Gain related to distance difference) is changed.
  • the relationship between the permissible speed and the tilt related to the tilt function is predetermined.
  • the tilt related to the tilt function is determined so that the moving speed of the lowest point of the bucket 155 does not exceed the permissible speed when the bucket 155 is rotated according to the target value of the tilt angular velocity.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the control device 190 according to the second embodiment.
  • the control device 190 performs the processes from step S1 to step S11 as in the first embodiment.
  • the stop control unit 216 calculates the speed of the bucket 155 based on the operation amount and the shortest bucket distance in step S11
  • the tilt limiting unit 218 determines the inclination of the tilt function based on the speed of the bucket 155 calculated in step S11. (Step S111). That is, the tilt limiting unit 218 specifies the inclination corresponding to the speed of the bucket 155 calculated in step S11 from the relationship between the predetermined speed of the bucket 155 and the inclination related to the tilt function.
  • the tilt control unit 217 calculates the tilt control amount by substituting the distance difference calculated in step S10 into the tilt function determined in step S111 (step S15). After that, the control device 190 performs the process of step S16 in the same manner as in the first embodiment.
  • the control device 190 changes the tilt function according to the speed of the bucket 155.
  • the smaller the speed of the bucket 155 the smaller the target value of the tilt angular velocity. Therefore, the rotation around the tilt axis X4 can be restricted so that the shortest bucket distance does not increase.
  • the control device 190 can execute the automatic tilt control even when the angle between the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface exceeds a predetermined range.
  • the tilt limiting unit 218 according to the second embodiment changes the inclination related to the tilt function according to the permissible speed calculated by the stop control unit 216, but is not limited to this.
  • the tilt limiting unit 218 according to another embodiment may change the upper limit value and the lower limit value related to the tilt function according to the permissible speed.
  • the upper limit value and the lower limit value of the target value of the tilt angular velocity are set so that the moving speed of the lowest point of the bucket 155 does not exceed the allowable speed when the bucket 155 is rotated according to the upper limit value or the lower limit value. Be done.
  • the inclination related to the tilt function and the upper limit value and the lower limit value may be changed according to the permissible speed calculated by the stop control unit 216.
  • the control device 190 calculates an allowable control amount capable of keeping the shortest bucket distance constant based on the allowable speed, and limits the tilt control amount to the allowable control amount or less.
  • the control device 190 according to the third embodiment has the same configuration as that of the first embodiment as shown in FIG. On the other hand, in the control device 190 according to the third embodiment, the operation of the tilt limiting unit 218 is different from that of the first embodiment.
  • the tilt limiting unit 218 according to the third embodiment calculates the allowable angular velocity by converting the allowable speed calculated by the stop control unit 216 into the rotation speed around the tilt axis X4 of the bucket 155. For example, the tilt limiting unit 218 calculates the permissible angular velocity by dividing the permissible velocity by the length from the tilt pin P7 to one end of the cutting edge of the bucket 155.
  • the tilt limiting unit 218 calculates the permissible control amount by converting the permissible angular velocity into the tilt control amount. Then, the tilt limiting unit 218 limits the tilt control amount calculated by the tilt control unit 217 to the allowable control amount or less.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the control device 190 according to the third embodiment.
  • the control device 190 performs the processes from step S1 to step S12 as in the first embodiment.
  • the tilt control unit 217 calculates the tilt control amount by substituting the distance difference calculated in step S10 into the tilt function (step S15).
  • the tilt limiting unit 218 determines whether or not the absolute value of the tilt control amount calculated in step S15 exceeds the allowable control amount calculated in step S12 (step S211).
  • the tilt limiting unit 218 limits the tilt control amount so that the absolute value becomes equal to the permissible control amount. That is, the tilt limiting unit 218 rewrites the absolute value of the tilt control amount to the absolute value of the permissible control amount while maintaining the sign of the tilt control amount (step S212).
  • the absolute value of the tilt control amount is equal to or less than the allowable control amount (step S211: NO)
  • the tilt control amount is not rewritten.
  • the control device 190 performs the process of step S16 in the same manner as in the first embodiment.
  • the control device 190 calculates the permissible control amount capable of keeping the shortest bucket distance constant based on the permissible speed, and sets the absolute value of the tilt control amount to be equal to or less than the permissible control amount. Restrict. As a result, the control device 190 can limit the rotation around the tilt axis X4 so that the shortest bucket distance does not increase. According to the third embodiment, the control device 190 can execute the automatic tilt control even when the angle between the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface exceeds a predetermined range.
  • the control device 190 may be configured by a single computer, or the configuration of the control device 190 may be divided into a plurality of computers so that the plurality of computers cooperate with each other. It may function as a control system. At this time, some computers constituting the control device 190 may be mounted inside the work machine 100, and other computers may be provided outside the work machine 100.
  • the control device 190 obtains the distance L11-L15, the distance L21, and the distance L22 based on the reference shown in FIG. 7, but is not limited thereto.
  • the control device 190 according to another embodiment may obtain the distances L11 to L15 as the distance with respect to the normal direction of the triangular polygon, or may be obtained as the distance with respect to the direction orthogonal to the cutting edge of the bucket 155.
  • the distance L21 and the distance L22 may be obtained as the distance in the vertical direction, or may be obtained as the distance in the direction orthogonal to the cutting edge of the bucket 155.
  • the control device 190 performs stop control and automatic tilt control of the bucket 155, but is not limited to this.
  • the control device 190 according to another embodiment may perform automatic tilt control without performing stop control of the bucket 155.
  • the tilt control amount is calculated based on the difference between both ends of the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface, but the present invention is not limited to this.
  • the tilt control amount may be calculated based on the tilt angle ⁇ measured by the tilt cylinder.
  • the control device 190 calculates the tilt control amount based on the difference between both ends of the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface, but the present invention is not limited to this.
  • the tilt control amount may be calculated.
  • the control device 190 may calculate the tilt control amount based on the size of the second distance L22 at that time.
  • the control device 190 may not rotate about the tilt axis X4 when the other distance between the first distance L21 and the second distance L22 is equal to or greater than a predetermined value.
  • the control device 190 controls the rotation of the bucket 155 around the tilt axis X4 to bring the cutting edge of the bucket 155 and the target design surface close to parallel, but the present invention is not limited to this.
  • the control device 190 controls the rotation around the rotate axis to control the rotation of the bucket 155 so that the cutting edge and the target of the bucket 155 can be rotated.
  • the design surface may be brought close to parallel.
  • the rotate shaft is an example of an attachment shaft.
  • the control device 190 always enables automatic tilt control, but the present invention is not limited to this.
  • the operation device 172 may include a switch for switching between enabling / disabling the automatic tilt control.
  • the control device 190 may determine whether or not to perform automatic tilt control based on the state of the switch. That is, when the switch is ON, the control device 190 has no tilt operation input (step S8: NO), and the distance between the cutting edge of the bucket 155 and the target plane g1 is less than the tilt control distance th2 (step S8: NO). Step S9: YES), the automatic tilt control is performed.
  • the control device 190 automatically performs even if there is no tilt operation input and the distance between the cutting edge of the bucket 155 and the target plane g1 is less than the tilt control distance th2. No tilt control is performed.
  • the switch may be provided as a function of a monitor (not shown) or may be arranged on an operation lever or the like as long as it can be operated by an operator.
  • control device 190 calculates the length threshold value from the tilt control amount, but the present invention is not limited to this. In other embodiments, the length threshold may be a fixed value.
  • control system of the work machine can simultaneously perform intervention control and automatic tilt control or automatic rotate control while maintaining the stability of the operation of the work machine.

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Abstract

距離算出部は、バケット上の点と掘削対象の掘削対象の目標形状を示す目標設計面との距離であるバケット距離を算出する。介入制御部は、バケット距離に基づいて、バケットが目標設計面に進入しないように、作業機の速度を抑制するための介入制御量を算出する。アタッチメント制御部は、バケットの刃先と目標設計面とが平行に近づくように、バケットをアタッチメント軸回りに回転させるアタッチメント制御量を算出する。アタッチメント制限部は、介入制御量およびアタッチメント制御量に基づく作業機の移動によってバケット距離が増加しないようにアタッチメント軸回りの回転を制限する。

Description

作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の制御方法
　本開示は、作業機械の制御システム、作業機械、および作業機械の制御方法に関する。
　本願は、２０１９年１１月２７日に日本に出願された特願２０１９－２１４５７３号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　油圧ショベルに取り付けられるバケットとして、作業機の動作平面に対する角度を調整可能なチルトバケットが知られている。特許文献１には、チルトバケットが目標設計面に対して平行になるようにチルト角度を自動制御で調整する技術が開示されている。
国際公開第２０１６／１５８７７９号
　特許文献１に記載された技術によれば、バケットが、目標設計面から所定距離だけ離れたチルト制御開始線に侵入することで、自動チルト制御が行われる。自動チルト制御によってチルト角度が調整されると、バケットは目標設計面から離れる方向へ移動することとなる。
　一方で、油圧ショベルのような作業機械においては、掘削対象の目標形状を示す目標設計面に沿ってバケットが移動するように、バケットが目標設計面に侵入しないように作業機を自動制御する介入制御が知られている。介入制御は、目標設計面とバケットとの距離に応じて減速するように作業機を制御する。そのため、介入制御と自動チルト制御とが同時に行われる場合に、自動チルト制御によってバケットが目標設計面から離れる速度が、介入制御によって制限されるブームまたはアームの下降速度がより速いと、介入制御に係る作業機の制御量が不安定になる可能性がある。これは、チルト角度を制御する自動チルト制御のみならず、目標設計面に対して平行になるようにバケットをローテート軸回りに回転させる自動ローテート制御を行う場合も、同様である。
　本開示の目的は、作業機の動作の安定を保ちながら、介入制御と自動チルト制御または自動ローテート制御とを同時に行うことができる作業機械の制御システム、作業機械、および作業機械の制御方法を提供することにある。
　本発明の第１の態様によれば、作業機械の制御システムは、ブーム軸回りに回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸回りに回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸回りに回転可能かつ前記バケット軸と異なるアタッチメント軸回りに回転可能なバケットと備える作業機械の制御システムであって、前記バケット上の点と掘削対象の掘削対象の目標形状を示す目標設計面との距離であるバケット距離を算出する距離算出部と、前記バケット距離に基づいて、前記バケットが前記目標設計面に進入しないように、前記作業機の速度を抑制するための介入制御量を算出する介入制御部と、前記バケットの刃先と掘削対象の目標形状を示す目標設計面とが平行に近づくように、前記バケットを前記アタッチメント軸回りに回転させる前記アタッチメント制御量を算出するアタッチメント制御部と、前記介入制御量および前記アタッチメント制御量に基づく作業機の移動によって、前記バケット距離が増加しないように前記アタッチメント軸回りの回転を制限するアタッチメント制限部とを備える。
　上記態様によれば、作業機械の制御システムは、作業機の動作の安定を保ちながら、介入制御と自動チルト制御または自動ローテート制御とを同時に行うことができる。
作業機械および作業機の姿勢の例を示す図である。 第１の実施形態に係る作業機械の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係るバケットの構成を示す正面図である。 第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。 チルト自動制御における目標設計面と刃先上の点との関係を示す図である。 第１の実施形態に係るバケットの距離差とチルト角速度の目標値の関係を示すチルト関数の例を示す図である。 第２の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
〈座標系〉
　図１は、作業機械１００および作業機１５０の姿勢の例を示す図である。
　以下の説明においては、三次元の現場座標系（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）および三次元の車体座標系（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）を規定して、これらに基づいて位置関係を説明する。
　現場座標系は、施工現場に設けられたＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）基準局の位置を基準点として南北に伸びるＸｇ軸、東西に伸びるＹｇ軸、鉛直方向に伸びるＺｇ軸から構成される座標系である。ＧＮＳＳの例としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられる。なお、他の実施形態においては、現場座標系に代えて緯度および経度などで表されるグローバル座標系を用いてもよい。
　車体座標系は、作業機械１００の旋回体１３０に規定された代表点Ｏを基準として、後述する運転室１７０内のオペレータの着座位置から見て前後に伸びるＸｍ軸、左右に伸びるＹｍ軸、上下に伸びるＺｍ軸から構成される座標系である。旋回体１３０の代表点Ｏを基準として前方を＋Ｘｍ方向、後方を－Ｘｍ方向、左方を＋Ｙｍ方向、右方を－Ｙｍ方向、上方向を＋Ｚｍ方向、下方向を－Ｚｍ方向とよぶ。
　現場座標系と車体座標系とは、現場座標系における作業機械１００の位置および傾きを特定することで、互いに変換することができる。
〈第１の実施形態〉
《作業機械１００の構成》
　図２は、第１の実施形態に係る作業機械１００の構成を示す概略図である。
　作業機械１００は、施工現場にて稼働し、土砂などの掘削対象を施工する。第１の実施形態に係る作業機械１００は、油圧ショベルである。
　作業機械１００は、走行体１１０、旋回体１３０、作業機１５０、運転室１７０、制御装置１９０を備える。
　走行体１１０は、作業機械１００を走行可能に支持する。走行体１１０は、例えば左右１対の無限軌道である。旋回体１３０は、走行体１１０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。作業機１５０は、油圧により駆動する。作業機１５０は、旋回体１３０の前部に上下方向に駆動可能に支持される。運転室１７０は、オペレータが搭乗し、作業機械１００の操作を行うためのスペースである。運転室１７０は、旋回体１３０の前部に設けられる。制御装置１９０は、オペレータの操作に基づいて、走行体１１０、旋回体１３０、および作業機１５０を制御する。制御装置１９０は、例えば運転室１７０の内部に設けられる。
《旋回体１３０の構成》
　図２に示すように、旋回体１３０は、位置方位検出器１３１および傾斜検出器１３２を備える。
　位置方位検出器１３１は、旋回体１３０の現場座標系における位置および旋回体１３０が向く方位を演算する。位置方位検出器１３１は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する２つのアンテナを備える。２つのアンテナは、それぞれ旋回体１３０の異なる位置に設置される。例えば２つのアンテナは、旋回体１３０のカウンターウェイト部に設けられる。位置方位検出器１３１は、２つのアンテナの少なくとも一方が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１３０の代表点Ｏの位置を検出する。位置方位検出器１３１は、２つのアンテナのそれぞれが受信した測位信号を用いて、現場座標系において旋回体１３０が向く方位を検出する。
　傾斜検出器１３２は、旋回体１３０の加速度および角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１３０の傾き（例えば、Ｘｍ軸に対する回転を表すロール、およびＹｍ軸に対する回転を表すピッチ）を検出する。傾斜検出器１３２は、例えば運転室１７０の下方に設置される。傾斜検出器１３２の例としては、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）が挙げられる。
《作業機１５０の構成》
　図２に示すように、作業機１５０は、ブーム１５１、アーム１５２、第１リンク１５３、第２リンク１５４、およびバケット１５５を備える。
　ブーム１５１の基端部は、旋回体１３０にブームピンＰ１を介して取り付けられる。以下、ブームピンＰ１の中心軸をブーム軸Ｘ１とよぶ。
　アーム１５２は、ブーム１５１とバケット１５５とを連結する。アーム１５２の基端部は、ブーム１５１の先端部にアームピンＰ２を介して取り付けられる。以下、アームピンＰ２の中心軸をアーム軸Ｘ２とよぶ。
　第１リンク１５３の第１端は、アーム１５２の先端側の側面に第１リンクピンＰ３を介して取り付けられる。第１リンク１５３の第２端は、第２リンク１５４の第１端に、バケットシリンダピンＰ４を介して取り付けられる。
　バケット１５５は、土砂などを掘削するための刃先と掘削した土砂を収容するための収容部とを備える。バケット１５５の基端部は、アーム１５２のアーム１５２の先端部にバケットピンＰ５を介して取り付けられる。以下、バケットピンＰ５の中心軸をバケット軸Ｘ３とよぶ。またバケット１５５の基端部は、第２リンク１５４の第２端に、第２リンクピンＰ６を介して取り付けられる。
　ブーム軸Ｘ１、アーム軸Ｘ２、およびバケット軸Ｘ３は、互いに平行である。
　作業機１５０は、動力を発生させるアクチュエータである複数の油圧シリンダを備える。具体的には、作業機１５０は、ブームシリンダ１５６、アームシリンダ１５７、およびバケットシリンダ１５８を備える。
　ブームシリンダ１５６は、ブーム１５１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１５６の基端部は、旋回体１３０に取り付けられる。ブームシリンダ１５６の先端部は、ブーム１５１に取り付けられる。ブームシリンダ１５６には、ブームシリンダ１５６のストローク量を検出するブームシリンダストロークセンサ１５６１が設けられる。
　アームシリンダ１５７は、アーム１５２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１５７の基端部は、ブーム１５１に取り付けられる。アームシリンダ１５７の先端部は、アーム１５２に取り付けられる。アームシリンダ１５７には、アームシリンダ１５７のストローク量を検出するアームシリンダストロークセンサ１５７１が設けられる。
　バケットシリンダ１５８は、バケット１５５を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１５８の基端部は、アーム１５２に取り付けられる。バケットシリンダ１５８の先端部は、第２リンクピンＰ６を介して第１リンク１５３の第２端および第２リンク１５４の第１端に取り付けられる。バケットシリンダ１５８には、バケットシリンダ１５８のストローク量を検出するバケットシリンダストロークセンサ１５８１が設けられる。
《バケット１５５の構成》
　図３は、第１の実施形態に係るバケット１５５の構成を示す正面図である。
　第１の実施形態に係るバケット１５５は、バケット軸Ｘ３に直交する軸であるチルト軸Ｘ４回りに回転可能なチルトバケットである。チルト軸Ｘ４は、バケット１５５を回転させるアタッチメント軸の一例である。
　図３に示すように、バケット１５５は、バケット本体１６１と、ジョイント１６２と、チルトシリンダ１６３とを備える。
　ジョイント１６２の基端部には、バケットピンＰ５を介してアーム１５２を取り付けるための取付孔を有する前側ブラケット１６２１および第２リンクピンＰ６を介して第２リンク１５４を取り付けるための取付孔を有する後側ブラケット１６２２が設けられる。すなわち、前側ブラケット１６２１の取付孔は、バケット軸Ｘ３を通るように設けられる。
　ジョイント１６２の先端部は、チルトピンＰ７を介してバケット本体１６１の基端部に取り付けられる。チルトピンＰ７は、バケット軸Ｘ３に直交するように設けられる。チルトピンＰ７の中心軸は、チルト軸Ｘ４をなす。
　バケット本体１６１の基端部の一端（左端または右端）には、チルトシリンダ１６３を取り付けるためのチルトブラケット１６１１が設けられる。
　チルトシリンダ１６３は、チルト軸Ｘ４回りにバケット本体１６１を回転するための油圧シリンダである。チルトシリンダ１６３の基端部は、チルトシリンダエンドピンＰ８を介してチルトブラケット１６１１に取り付けられる。チルトシリンダ１６３の先端部は、チルトシリンダトップピンＰ９を介してジョイント１６２に取り付けられる。チルトシリンダエンドピンＰ８およびチルトシリンダトップピンＰ９は、それぞれチルトピンＰ７と平行に設けられる。これにより、バケット本体１６１は、チルトシリンダ１６３の駆動によってチルト軸Ｘ４回りに回転する。
　チルトシリンダ１６３には、チルトシリンダ１６３のストローク量を検出するチルトシリンダストロークセンサ１６３１が設けられる。
《運転室１７０の構成》
　図４は、第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。
　図４に示すように、運転室１７０内には、運転席１７１、操作装置１７２および制御装置１９０が設けられる。
　操作装置１７２は、オペレータの手動操作によって走行体１１０、旋回体１３０および作業機１５０を駆動させるためのインタフェースである。操作装置１７２は、左操作レバー１７２１、右操作レバー１７２２、左フットペダル１７２３、右フットペダル１７２４、左走行レバー１７２５、右走行レバー１７２６を備える。
　左操作レバー１７２１は、運転席１７１の左側に設けられる。右操作レバー１７２２は、運転席１７１の右側に設けられる。
　左操作レバー１７２１は、旋回体１３０の旋回動作、ならびに、アーム１５２の引き動作および押し動作を行うための操作機構である。具体的には、オペレータが左操作レバー１７２１を前方に倒すと、アームシリンダ１５７が駆動し、アーム１５２が押し動作する。また、オペレータが左操作レバー１７２１を後方に倒すと、アームシリンダ１５７が駆動し、アーム１５２が引き動作する。また、オペレータが左操作レバー１７２１を右方向に倒すと、旋回体１３０が右旋回する。また、オペレータが左操作レバー１７２１を左方向に倒すと、旋回体１３０が左旋回する。
　右操作レバー１７２２は、バケット１５５の掘削動作およびダンプ動作、ならびに、ブーム１５１の上げ動作および下げ動作を行うための操作機構である。具体的には、オペレータが右操作レバー１７２２を前方に倒すと、ブームシリンダ１５６が駆動し、ブーム１５１の下げ動作が実行される。また、オペレータが右操作レバー１７２２を後方に倒すと、ブームシリンダ１５６が駆動し、ブーム１５１の上げ動作が実行される。また、オペレータが右操作レバー１７２２を右方向に倒すと、バケットシリンダ１５８が駆動し、バケット１５５のダンプ動作が行われる。また、オペレータが右操作レバー１７２２を左方向に倒すと、バケットシリンダ１５８が駆動し、バケット１５５の掘削動作が行われる。
　なお、左操作レバー１７２１および右操作レバー１７２２の操作方向と、作業機１５０の動作方向および旋回体１３０の旋回方向の関係は、上述の関係でなくてもよい。
　また、右操作レバー１７２２の上部には、図示しないチルト操作ボタンが設けられる。具体的には、オペレータがチルト操作ボタンを左方向にスライドさせると、チルトシリンダ１６３が駆動し、オペレータから見て左方向にバケット１５５のチルト回転動作が行われる。オペレータがチルト操作ボタンを右方向にスライドさせると、チルトシリンダ１６３が駆動し、オペレータから見て右方向にバケット１５５のチルト回転動作が行われる。なお、チルト操作ボタンは、左右方向に回転させる構成であってもよい。また、チルト操作は、オペレータの図示しないペダルによる操作で実現されてもよい。
　左フットペダル１７２３は、運転席１７１の前方の床面の左側に配置される。右フットペダル１７２４は、運転席１７１の前方の床面の右側に配置される。左走行レバー１７２５は、左フットペダル１７２３に軸支され、左走行レバー１７２５の傾斜と左フットペダル１７２３の押し下げが連動するように構成される。右走行レバー１７２６は、右フットペダル１７２４に軸支され、右走行レバー１７２６の傾斜と右フットペダル１７２４の押し下げが連動するように構成される。
　左フットペダル１７２３および左走行レバー１７２５は、走行体１１０の左側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、走行体１１０の駆動輪が後方にある場合、オペレータが左フットペダル１７２３または左走行レバー１７２５を前方に倒すと、左側履帯は前進方向に回転する。また、オペレータが左フットペダル１７２３または左走行レバー１７２５を後方に倒すと、左側履帯は後進方向に回転する。
　右フットペダル１７２４および右走行レバー１７２６は、走行体１１０の右側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、走行体１１０の駆動輪が後方にある場合、オペレータが右フットペダル１７２４または右走行レバー１７２６を前方に倒すと、右側履帯は前進方向に回転する。また、オペレータが右フットペダル１７２４または右走行レバー１７２６を後方に倒すと、右側履帯は後進方向に回転する。
《制御装置１９０の構成》
　制御装置１９０は、施工現場において設定された目標設計面にバケット１５５が侵入しないようにバケット１５５が掘削対象に接近する方向の動作を制限する。目標設計面は、掘削対象の目標形状を示す。制御装置１９０が目標設計面に基づいてバケット１５５の動作を制限することを介入制御ともいう。
　ここで、オペレータがブーム１５１の下げ操作を行い、バケット１５５の刃先を目標設計面で停止させるための介入制御である停止制御について説明する。制御装置１９０は、バケット１５５と目標設計面との距離が所定の停止制御距離未満になった場合に、ブーム１５１の下げ方向への移動に伴うバケット１５５の刃先と目標設計面との距離に応じて、目標設計面にバケット１５５が侵入しないように、ブーム１５１の操作量を補正するための停止制御量を算出する。これにより、オペレータがブーム１５１を操作するだけで、制御装置１９０がブームシリンダ１５６の操作量を補正することでバケット１５５の動作を制限し、設計面へのバケット１５５の刃先の侵入を自動的に防止する。
　なお、他の実施形態においては、制御装置１９０は、停止制御においてアーム１５２またはバケット１５５の操作量を補正してもよい。また、他の実施形態においては、制御装置１９０は、停止制御に加え、または停止制御に代えて、オペレータがアーム１５２の操作を行ったときに、ブーム１５１を上げ方向へ移動させることでバケット１５５の刃先が目標設計面に侵入しないように介入制御を行ってもよい。
　また、制御装置１９０は、バケット１５５と目標設計面との距離が所定のチルト制御距離未満になった場合に、バケット１５５の刃先と目標設計面とが平行になるように、バケット１５５をチルト軸Ｘ４回りに回転させる。制御装置１９０が目標設計面に基づいてバケット１５５をチルト軸Ｘ４回りに回転させることを自動チルト制御ともいう。
　図５は、第１の実施形態に係る制御装置１９０の構成を示す概略ブロック図である。
　制御装置１９０は、プロセッサ２１０、メインメモリ２３０、ストレージ２５０、インタフェース２７０を備えるコンピュータである。
　ストレージ２５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。ストレージ２５０の例としては、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ２５０は、制御装置１９０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース２７０または通信回線を介して制御装置１９０に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ２５０は、作業機械１００を制御するためのプログラムを記憶する。
　プログラムは、制御装置１９０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ２５０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、制御装置１９０は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。
　ストレージ２５０には、予め目標設計面を示す設計面データが記憶される。設計面データは、現場座標系で表される三次元データであって、複数の三角形ポリゴンによって表される。設計面データを構成する三角形ポリゴンは、それぞれ隣接する他の三角形ポリゴンと共通の辺を有する。つまり、設計面データは、複数の平面から構成される連続した平面を表す。なお、他の実施形態においては、設計面データが三角形ポリゴン以外の多角形面によって構成されてもよく、また点群データなどの他の形式で表されてもよい。
　なお、本実施形態では、設計面データはストレージ２５０に記憶されるとしたが、これに限られない。設計面データは、外部メモリや、図示しないサーバから図示しない通信回線を介して、ダウンロードされてもよい。
　プロセッサ２１０は、プログラムを実行することで、検出値取得部２１１、バケット位置特定部２１２、目標平面決定部２１３、距離算出部２１４、操作量取得部２１５、停止制御部２１６、チルト制御部２１７、チルト制限部２１８、出力部２１９として機能する。
　検出値取得部２１１は、ブームシリンダストロークセンサ１５６１、アームシリンダストロークセンサ１５７１、バケットシリンダストロークセンサ１５８１、チルトシリンダストロークセンサ１６３１、位置方位検出器１３１、および傾斜検出器１３２のそれぞれの検出値を取得する。つまり、検出値取得部２１１は、旋回体１３０の現場座標系における位置、旋回体１３０が向く方位、旋回体１３０の傾き、ブームシリンダ１５６のストローク長、アームシリンダ１５７のストローク長、バケットシリンダ１５８のストローク長、およびチルトシリンダ１６３のストローク長を取得する。
　バケット位置特定部２１２は、検出値取得部２１１が取得した検出値に基づいて、バケット１５５の刃先上の複数の点の位置を特定する。例えば、バケット位置特定部２１２は、バケット１５５の刃先を４等分する５つの点の位置をそれぞれ特定する。バケット１５５の刃先の位置の特定方法は後述する。
　目標平面決定部２１３は、停止制御およびチルト制御の対象とする目標平面を決定する。目標平面は、目標設計面を構成する複数の三角形ポリゴンの少なくとも１つを通る平面である。具体的には、目標平面決定部２１３は、以下の手順で目標平面を決定する。目標平面決定部２１３は、設計面データとバケット位置特定部２１２が特定した複数の点の位置とに基づいて、当該複数の点それぞれについて、目標設計面を構成する三角形ポリゴンのうち当該点に対向するものと当該点との間の距離を算出する。このとき、複数の点は、それぞれ異なる三角形ポリゴンと対向し得る。目標平面決定部２１３は、最も短い距離に係る三角形ポリゴンを特定し、当該三角形ポリゴンを通る平面を、目標平面に決定する。
　距離算出部２１４は、バケット位置特定部２１２が特定した複数の点の位置と目標平面決定部２１３が決定した目標平面とに基づいて、複数の点と目標平面との間の距離を算出する。
　操作量取得部２１５は、操作装置１７２から操作量を示す操作信号を取得する。操作量取得部２１５は、少なくともブーム１５１の上げ操作および下げ操作に係る操作量、アーム１５２の押し操作および引き操作に係る操作量、並びにバケット１５５の掘削操作、ダンプ操作およびチルト操作に係る操作量を取得する。
　停止制御部２１６は、操作量取得部２１５が取得した操作装置１７２の操作量と、距離算出部２１４が算出した距離のうち最も短いもの（最短バケット距離）とに基づいて、作業機１５０の停止制御を行う。具体的には、停止制御部２１６は、以下の手順で停止制御量を算出する。距離算出部２１４が算出した最短バケット距離を、バケット１５５と目標平面との距離から許容速度を求める許容速度関数に代入することで、バケット１５５の許容速度を算出する。なお、許容速度関数によれば、許容速度はバケットと目標平面との距離に対して単調増加する。「単調増加」とは、一方の値が増加したときに、常に他方の値が増加し、または変化しないこと（単調非減少）をいう。停止制御部２１６は、許容速度を、停止制御量として算出する。停止制御部２１６は、バケット１５５が目標設計面に進入しないように作業機の速度を抑制するための介入制御量を算出する介入制御部の一例である。停止制御量は介入制御量の一例である。
　チルト制御部２１７は、距離算出部２１４が算出した距離のうち、バケット１５５の刃先の左端から目標平面までの距離である第１距離と、バケット１５５の刃先の右端から目標平面までの距離である第２距離との差に基づいて、自動チルト制御を行う。バケット１５５の刃先の左端および右端は、それぞれ第１バケット点および第２バケット点の一例である。なお、他の実施形態においては、第１バケット点および第２バケット点は、バケット１５５上の他の点であってもよい。ただし、第２バケット点は、第１バケット点を通りかつバケット１５５の刃先に平行な直線上に存在するという条件を満たす必要がある。すなわち、他の実施形態においては、第１バケット点および第２バケット点は、底面上の点など、必ずしも刃先上の点でなくてもよい。チルト制御部２１７は、アタッチメント制御部の一例である。
　チルト制限部２１８は、第１距離と第２距離との差が所定の長さ閾値を超える場合に、チルト制御部２１７による自動チルト制御をキャンセルする。すなわち、チルト制限部２１８は、バケット１５５の刃先と目標設計面との角度が所定範囲を超える場合に、自動チルト制御を行わない。なお所定の長さ閾値は、第１距離と第２距離の差から決定される自動チルト制御量と介入制御量に基づいて算出される。すなわち、チルト制限部２１８は、許容速度から所定の長さ閾値を算出する。
　チルト制限部２１８は、最短バケット距離が増加しないようにアタッチメント軸回りの回転を制限するアタッチメント制限部の一例である。
　出力部２１９は、操作量取得部２１５が取得した操作量、停止制御部２１６によって算出される停止制御量、およびチルト制御部２１７によって算出されるチルト制御量に基づいて、各アクチュエータに制御信号を出力する。
《バケット１５５の刃先位置の特定方法》
　ここで、図１および図３を参照しながら、バケット位置特定部２１２によるバケット１５５の刃先の位置の特定方法について説明する。車体座標系におけるバケット１５５の刃先の位置は、ブーム長Ｌ１、アーム長Ｌ２、ジョイント長Ｌ３、バケット長Ｌ４、ブーム相対角α、アーム相対角β、バケット相対角γ、チルト角η、車体座標系におけるブームピンＰ１の位置、および現場座標系における代表点Ｏの位置に基づいて特定することができる。
　ブーム長Ｌ１は、ブームピンＰ１からアームピンＰ２までの既知の長さである。
　アーム長Ｌ２は、アームピンＰ２からバケットピンＰ３までの既知の長さである。
　ジョイント長Ｌ３は、バケットピンＰ３からチルトピンＰ７までの既知の長さである。
　バケット長Ｌ４は、チルトピンＰ７からバケット１５５の刃先の中心点までの既知の長さである。
　ブーム相対角αは、ブームピンＰ１から旋回体１３０の上方向（＋Ｚｍ方向）に伸びる半直線と、ブームピンＰ１からアームピンＰ２へ伸びる半直線とがなす角によって表される。なお、図１に示すように、旋回体１３０の傾きθによって、旋回体１３０の上方向（＋Ｚｍ方向）と鉛直上方向（＋Ｚｇ方向）は必ずしも一致しない。
　アーム相対角βは、ブームピンＰ１からアームピンＰ２へ伸びる半直線と、アームピンＰ２からバケットピンＰ３へ伸びる半直線とがなす角によって表される。
　バケット相対角γは、アームピンＰ２からバケットピンＰ３へ伸びる半直線と、バケットピンＰ３からチルトピンＰ７へ伸びる半直線とがなす角によって表される。
　チルト角ηは、チルトピンＰ７から、バケットピンＰ３およびチルトピンＰ７に直交する方向へ伸びる半直線と、チルトピンＰ７からバケット１５５の刃先の中心点へ伸びる半直線とがなす角によって表される。
　バケット１５５の刃先の現場座標系における位置は、例えば以下の手順で特定される。バケット位置特定部２１２は、車体座標系におけるブームピンＰ１の位置とブーム相対角αとブーム長さＬ１とに基づいて、車体座標系におけるアームピンＰ２の位置を特定する。バケット位置特定部２１２は、車体座標系におけるアームピンＰ２の位置とアーム相対角βとアーム長Ｌ２とに基づいて、車体座標系におけるバケットピンＰ３の位置を特定する。バケット位置特定部２１２は、車体座標系におけるバケットピンＰ３の位置と、バケット相対角γと、ジョイント長Ｌ３とに基づいて、車体座標系におけるチルトピンＰ７の位置を特定する。バケット位置特定部２１２は、車体座標系におけるチルトピンＰ７の位置と、チルト角ηと、バケット長Ｌ４とに基づいて、車体座標系におけるバケット１５５の刃先の中心点の位置を特定する。また、バケット位置特定部２１２は、刃先の中心点から刃先の任意の点までの距離を特定し、刃先の中心点の位置から、チルト角ηの方向に、刃先の中心点から任意の点までの距離だけずらした位置を計算することで、刃先の任意の点の位置を特定することができる。例えば、バケット位置特定部２１２は、刃先の中心点の位置から、チルト角ηの正負の方向にそれぞれ刃先の幅方向の長さの１／２だけずらした位置を計算することで、刃先の両端の位置を特定することができる。
　ブーム相対角α、アーム相対角β、バケット相対角γ、およびチルト角ηは、それぞれ、ブームシリンダストロークセンサ１５６１の検出値、アームシリンダストロークセンサ１５７１の検出値、バケットシリンダストロークセンサ１５８１の検出値、およびチルトシリンダストロークセンサ１６３１の検出値によって特定される。バケット位置特定部２１２は、旋回体１３０の現場座標系における位置、旋回体１３０が向く方位、および旋回体１３０の姿勢に基づいて、車体座標系におけるバケット１５５の刃先の位置を、現場座標系における位置に変換する。
　なお、ブーム相対角α、アーム相対角β、バケット相対角γ、およびチルト角ηの検出は、シリンダストロークセンサによって行うものに限られず、角度センサによって行ってもよい。
《制御装置１９０の動作》
　図６は、第１の実施形態に係る制御装置１９０の動作を示すフローチャートである。図７は、チルト自動制御における目標設計面と刃先上の点との関係を示す図である。
　作業機械１００のオペレータが作業機械１００の操作を開始すると、制御装置１９０は、所定の制御周期ごとに以下に示す制御を実行する。
　操作量取得部２１５は、操作装置１７２からブーム１５１に係る操作量、アーム１５２に係る操作量、バケット１５５に係る操作量、チルトに係る操作量、および旋回体１３０の旋回に係る操作量を取得する（ステップＳ１）。検出値取得部２１１は、位置方位検出器１３１、傾斜検出器１３２、ブームシリンダストロークセンサ１５６１、アームシリンダストロークセンサ１５７１、バケットシリンダストロークセンサ１５８１、チルトシリンダストロークセンサ１６３１のそれぞれが検出した情報を取得する（ステップＳ２）。
　バケット位置特定部２１２は、各油圧シリンダのストローク長からブーム相対角α、アーム相対角β、バケット相対角γ、およびチルト角ηを算出する（ステップＳ３）。またバケット位置特定部２１２は、ステップＳ２で取得した検出値、ステップＳ３で算出した角度、および既知の作業機１５０の長さパラメータに基づいて、バケット１５５の刃先を４等分する５つの点の現場座標系における位置を算出する（ステップＳ４）。以下、バケット１５５の刃先上の５つの点を、刃先の左端から順に、点ｐ１、点ｐ２、点ｐ３、点ｐ４、点ｐ５とよぶ。すなわち、点ｐ１は刃先の左端の点であり、点ｐ５は刃先の右端の点であり、点ｐ３は刃先の中心点である。
　なお、角度センサやＩＭＵを用いて直接的に角度が検出される場合、ステップＳ３は省略されてもよい。
　目標平面決定部２１３は、ストレージ２５０から設計面データを読み出し、点ｐ１－ｐ５それぞれについて、目標設計面との間の距離を算出する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、目標平面決定部２１３は、点ｐ１－ｐ５のそれぞれについて、当該点から鉛直方向（Ｚｇ軸方向）に伸びる方向に対向する三角形ポリゴンとの距離を算出する。図７に示す例においては、目標平面決定部２１３は、点ｐ１－ｐ３と三角形ポリゴンｔ１との距離Ｌ１１－Ｌ１３、および点ｐ４－ｐ５と三角形ポリゴンｔ２との距離Ｌ１４－Ｌ１５を算出する。バケット１５５の刃先の位置を現場座標系で特定した場合は、現場座標系に基づく設計面データを用いる。バケット１５５の刃先の位置を車体座標系で特定した場合は、車体座標系に基づく設計面データを用いてもよい。例えば、車体座標系に基づく設計面データは、現場座標系に基づく設計面データを、位置方位検出器１３１および傾斜検出器１３２の検出値に基づいて車体座標系に変換したものであってよい。
　次に、目標平面決定部２１３は、最も短い距離に係る三角形ポリゴンを特定し、当該三角形ポリゴンを通る平面を、目標平面ｇ１に決定する（ステップＳ６）。図７に示す例においては、距離Ｌ１１から距離Ｌ１５のうち、点ｐ３と三角形ポリゴンｔ１との距離Ｌ１３が最も短いため、目標平面決定部２１３は、三角形ポリゴンｔ１を通る平面を目標平面ｇ１に決定する。
　距離算出部２１４は、ステップＳ４で算出した刃先両端の点ｐ１、ｐ５の位置と、ステップＳ６で決定した目標平面ｇ１とに基づいて、点ｐ１と目標平面ｇ１との間の距離Ｌ２１、および点ｐ５と目標平面ｇ１との間の距離Ｌ２２を算出する（ステップＳ７）。ステップＳ７において、目標平面決定部２１３は、点ｐ１および点ｐ５のそれぞれについて、目標平面ｇ１の法線方向における目標平面ｇ１との距離Ｌ２１、Ｌ２２を算出する。距離算出部２１４は、距離Ｌ２１および距離Ｌ２１の短い方を、最短バケット距離として特定する。
　次に、チルト制御部２１７は、ステップＳ１で取得した操作量に基づいて、オペレータによるチルト操作入力があるか否かを判定する（ステップＳ８）。例えば、チルト制御部２１７は、チルト操作量の絶対値が所定値未満である場合に、操作入力がないと判定する。チルト操作がない場合（ステップＳ８：ＮＯ）、チルト制御部２１７は、ステップＳ７で特定した最短バケット距離が、チルト制御距離ｔｈ２未満であるか否かを判定する（ステップＳ９）。
　最短バケット距離がチルト制御距離ｔｈ２未満である場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、チルト制御部２１７は、ステップＳ７で算出した距離Ｌ２１と距離Ｌ２２との差（距離差）を算出する（ステップＳ１０）。
　停止制御部２１６は、ステップＳ７で特定した最短バケット距離と、ステップＳ１で取得した操作量とに基づいて、バケット１５５の速度を算出する（ステップＳ１１）。具体的には、停止制御部２１６は、最短バケット距離を許容速度関数に代入することで、バケット１５５の許容速度を算出する。また、停止制御部２１６は、ステップＳ１で取得した操作量に基づいて、当該操作量に従って作業機１５０を制御したときのバケット１５５の速度（非介入速度）を算出する。停止制御部２１６は、許容速度と非介入速度のうち遅い方を、バケット１５５の速度とする。
　チルト制限部２１８は、ステップＳ１１で算出したバケット１５５の速度に基づいて、バケット１５５のチルト軸Ｘ４回りの回転に係る許容制御量を決定する（ステップＳ１２）。なお、チルト制限部２１８は、バケット１５５の速度が遅いほど、許容制御量を小さい値に決定する。
　チルト制御部２１８は、許容制御量から所定の長さ閾値を算出する（ステップＳ１３）。所定の長さ閾値は、許容制御量が小さいほど小さい値に設定される。
　ここで、チルト制限部２１８は、ステップＳ１０で算出した距離差がステップＳ１３で算出した所定の長さ閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１４）。距離差が所定の長さ閾値を超えない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、チルト制御部２１７は、ステップＳ１０で算出した距離差に基づいてチルト制御量を算出する（ステップＳ１５）。
　図８は、第１の実施形態に係るバケットの距離差とチルト角速度の目標値の関係を示すチルト関数の例を示す図である。図８に示すバケットの距離差は、図７に示す距離Ｌ２１から距離Ｌ２２を減算して得られるものであって、図７における反時計回りの角速度を正とするものである。
　ステップＳ１５において、チルト制御部２１７は、図８に示すような予め定められたチルト関数に距離差を代入することで、チルト角速度の目標値を決定する。チルト関数は、バケット１５５の距離差に基づいてチルト角速度の目標値を求める関数である。チルト関数において、チルト角速度の目標値は、バケット１５５の距離差に対して単調増加する。また、チルト関数において、チルト角速度の上限値および下限値が定められており、距離差の絶対値が所定値を超えるとチルト角速度の目標値は一定となる。そして、チルト制御部２１７は、決定したチルト角速度の目標値に基づいて、チルト制御量を決定する。
　なお、チルト操作がなされている場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ならびに距離Ｌ２１および距離Ｌ２２の両方がチルト制御距離ｔｈ２以上である場合（ステップＳ９：ＮＯ）、チルト制御部２１７は、チルト制御量を算出しない。また、ステップＳ１６において、距離差が所定の長さ閾値を超える場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、チルト制限部２１８は、チルト制御部２１７の自動チルト制御をキャンセルする。このとき、制御装置１９０は、表示や音声などによって、自動チルト制御を行わない旨をオペレータに通知してもよい。
　そして、出力部２１９は、作業機１５０に係る各操作量およびチルト制御部２１７によって算出されるチルト制御量に基づいて、各アクチュエータに制御信号を出力する（ステップＳ１６）。自動チルト制御を実行している場合、チルトシリンダ１６３は、チルト制御部２１７で生成された信号に従って駆動する。自動チルト制御を実行しない場合、チルトシリンダ１６３は、オペレータ操作量に基づく信号に従って駆動する。
《作用・効果》
　このように、第１の実施形態に係る制御装置１９０は、バケット１５５が目標設計面に侵入しないようにするための停止制御量およびバケット１５５と目標設計面とを平行に近づけるためのチルト制御量を算出する。そして、制御装置１９０は、停止制御量およびチルト制御量に基づく作業機１５０の移動によって最短バケット距離が増加しないように、チルト軸Ｘ４回りの回転を制限する。チルト軸Ｘ４回りの回転の制限によって最短バケット距離の変化は時間に対して単調減少となるため、制御装置１９０による停止制御量の変化を安定させることができる。したがって、制御装置１９０は、作業機１５０の動作の安定を保ちながら、停止制御と自動チルト制御とを同時に行うことができる。
　特に、チルト軸Ｘ４回りの回転を制限しない場合、チルト制御距離の近傍において最短バケット距離が増加すると、チルト制御のＯＮ／ＯＦＦが繰り返し切り替わることで、作業機１５０の動きが不安定になる可能性が高い。そのため、制御装置１９０が、最短バケット距離が増加しないようにチルト軸Ｘ４回りの回転を制限することで、チルト制御のＯＮ／ＯＦＦの切り替わりが頻発することを抑え、作業機１５０の動きを安定させることができる。
　また、第１の実施形態に係る制御装置１９０は、刃先の両端の距離差が長さ閾値を超える場合、すなわちバケット１５５の刃先と目標設計面との角度が所定範囲を超える場合に、チルト軸Ｘ４回りの回転を停止させることで、最短バケット距離が増加しないように、チルト軸Ｘ４回りの回転を制限する。第１の実施形態においては、バケット１５５の刃先と目標設計面との角度が大きいほどチルト制御量が大きくなる。そのため、長さ閾値を、チルト制御量によるバケット１５５の最下点の上昇速度が、停止制御による作業機１５０の許容速度を超えない範囲に設定しておくことで、最短バケット距離が増加しないように、チルト軸Ｘ４回りの回転を制限することができる。
　なお、第１の実施形態においては、バケット１５５の刃先と目標設計面との角度が所定範囲を超える場合には自動チルト制御がなされないが、オペレータの操作によってバケット１５５のチルト角ηを目標設計面に近づけ、刃先両端の距離差を長さ閾値以下とすることで、自動チルト制御を有効にすることができる。
〈第２の実施形態〉
　第１の実施形態に係る制御装置１９０は、バケット１５５の刃先と目標設計面との角度が所定範囲を超える場合に、自動チルト制御をキャンセルする。これに対し、第２の実施形態に係る制御装置１９０は、作業機１５０の許容速度に応じてチルト関数を変化させることで、最短バケット距離が増加しないように、チルト軸Ｘ４回りの回転を制限する。
　第２の実施形態に係る制御装置１９０は、図５に示すように第１の実施形態と同様の構成を有する。他方、第２の実施形態に係る制御装置１９０は、第１の実施形態とチルト制限部２１８の動作が異なる。
　第２の実施形態に係るチルト制限部２１８は、停止制御部２１６が算出する許容速度に応じて、チルト関数に係る傾きを変化させる。具体的には、チルト制限部２１８は、停止制御部２１６が算出する許容速度が小さいほど、バケット１５５の刃先の両端の距離差に対するチルト角速度の目標値が小さくなるように、チルト関数に係る傾き（距離差に係るゲイン）を変化させる。許容速度とチルト関数に係る傾きとの関係は予め定められる。なお、チルト関数に係る傾きは、チルト角速度の目標値に従ってバケット１５５を回転させたときにバケット１５５の最下点の移動速度が許容速度を超えないように定められる。
《制御装置１９０の動作》
　図９は、第２の実施形態に係る制御装置１９０の動作を示すフローチャートである。
　制御装置１９０は、第１の実施形態と同様に、ステップＳ１からステップＳ１１の処理を行う。ステップＳ１１において停止制御部２１６が操作量と最短バケット距離に基づいてバケット１５５の速度を算出すると、チルト制限部２１８は、ステップＳ１１で算出したバケット１５５の速度に基づいて、チルト関数の傾きを決定する（ステップＳ１１１）。すなわち、チルト制限部２１８は、予め定められたバケット１５５の速度とチルト関数に係る傾きとの関係から、ステップＳ１１で算出したバケット１５５の速度に対応する傾きを特定する。そして、チルト制御部２１７は、ステップＳ１１１で決定したチルト関数に、ステップＳ１０で算出した距離差を代入することでチルト制御量を算出する（ステップＳ１５）。以降、制御装置１９０は、第１の実施形態と同様に、ステップＳ１６の処理を行う。
《作用・効果》
　このように、第２の実施形態に係る制御装置１９０は、バケット１５５の速度に応じてチルト関数を変化させる。これにより、バケット１５５の速度が小さいほどチルト角速度の目標値が小さくなるため、最短バケット距離が増加しないように、チルト軸Ｘ４回りの回転を制限することができる。
　なお、第２の実施形態によれば、制御装置１９０は、バケット１５５の刃先と目標設計面との角度が所定範囲を超える場合にも、自動チルト制御を実行することができる。
　なお、第２の実施形態に係るチルト制限部２１８は、停止制御部２１６が算出する許容速度に応じて、チルト関数に係る傾きを変化させるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係るチルト制限部２１８は、許容速度に応じて、チルト関数に係る上限値および下限値を変化させてもよい。この場合、チルト角速度の目標値の上限値および下限値は、当該上限値または下限値に従ってバケット１５５を回転させたときに、バケット１５５の最下点の移動速度が許容速度を超えないように定められる。また、他の実施形態においては、停止制御部２１６が算出する許容速度に応じて、チルト関数に係る傾きならびに上限値および下限値を変化させてもよい。
〈第３の実施形態〉
　第３の実施形態に係る制御装置１９０は、許容速度に基づいて最短バケット距離を一定に保つことができる許容制御量を算出し、チルト制御量を許容制御量以下に制限する。
　第３の実施形態に係る制御装置１９０は、図５に示すように第１の実施形態と同様の構成を有する。他方、第３の実施形態に係る制御装置１９０は、第１の実施形態とチルト制限部２１８の動作が異なる。
　第３の実施形態に係るチルト制限部２１８は、停止制御部２１６が算出する許容速度をバケット１５５のチルト軸Ｘ４回りの回転速度に変換することで、許容角速度を算出する。例えば、チルト制限部２１８は、チルトピンＰ７からバケット１５５の刃先の一端までの長さで許容速度を除算することで、許容角速度を算出する。そして、チルト制限部２１８は、許容角速度をチルト制御量に変換することで、許容制御量を算出する。そして、チルト制限部２１８は、チルト制御部２１７が算出したチルト制御量を許容制御量以下に制限する。
《制御装置１９０の動作》
　図１０は、第３の実施形態に係る制御装置１９０の動作を示すフローチャートである。
　制御装置１９０は、第１の実施形態と同様に、ステップＳ１からステップＳ１２の処理を行う。ステップＳ１２において許容制限量を算出すると、チルト制御部２１７は、チルト関数にステップＳ１０で算出した距離差を代入することでチルト制御量を算出する（ステップＳ１５）。
　次に、チルト制限部２１８は、ステップＳ１５で算出したチルト制御量の絶対値がステップＳ１２で算出した許容制御量を超えるか否かを判定する（ステップＳ２１１）。チルト制御量の絶対値が許容制御量を超える場合（ステップＳ２１１：ＹＥＳ）、チルト制限部２１８は、チルト制御量を、絶対値が許容制御量に等しくなるよう制限する。すなわち、チルト制限部２１８は、チルト制御量の符号を維持したまま、その絶対値を許容制御量の絶対値に書き換える（ステップＳ２１２）。他方、チルト制御量の絶対値が許容制御量以下である場合（ステップＳ２１１：ＮＯ）、チルト制御量を書き換えない。
　以降、制御装置１９０は、第１の実施形態と同様に、ステップＳ１６の処理を行う。
《作用・効果》
　このように、第３の実施形態に係る制御装置１９０は、許容速度に基づいて最短バケット距離を一定に保つことができる許容制御量を算出し、チルト制御量の絶対値を許容制御量以下に制限する。これにより、制御装置１９０は、最短バケット距離が増加しないように、チルト軸Ｘ４回りの回転を制限することができる。
　なお、第３の実施形態によれば、制御装置１９０は、バケット１５５の刃先と目標設計面との角度が所定範囲を超える場合にも、自動チルト制御を実行することができる。
〈他の実施形態〉
　以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
　上述した実施形態に係る制御装置１９０は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置１９０の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御システムとして機能するものであってもよい。このとき、制御装置１９０を構成する一部のコンピュータが作業機械１００の内部に搭載され、他のコンピュータが作業機械１００の外部に設けられてもよい。
　上述した実施形態に係る制御装置１９０は、図７に示す基準に基づいて距離Ｌ１１－Ｌ１５ならびに距離Ｌ２１および距離Ｌ２２を求めるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１９０は、距離Ｌ１１－Ｌ１５を三角形ポリゴンの法線方向に対する距離として求めてもよいし、バケット１５５の刃先に直交する方向に対する距離として求めてもよい。また他の実施形態に係る制御装置１９０は、距離Ｌ２１および距離Ｌ２２を鉛直方向に対する距離として求めてもよいし、バケット１５５の刃先に直交する方向に対する距離として求めてもよい。
　上述した実施形態に係る制御装置１９０は、バケット１５５の停止制御および自動チルト制御を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１９０は、バケット１５５の停止制御を行わずに自動チルト制御を行ってもよい。
　上述した実施形態においては、バケット１５５の刃先の両端と目標設計面との差に基づいてチルト制御量を算出するが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、チルトシリンダが計測するチルト角ηに基づいてチルト制御量を算出してもよい。
　上述した実施形態においては、制御装置１９０は、バケット１５５の刃先の両端と目標設計面との差に基づいてチルト制御量を算出するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１９０は、第１距離Ｌ２１と第２距離Ｌ２２の一方がチルト制御距離ｔｈ２未満になった場合に、その時の第１距離Ｌ２１と第２距離Ｌ２２の他方に基づいて、チルト制御量を算出してもよい。例えば、制御装置１９０は、第１距離Ｌ２１がチルト制御距離ｔｈ２未満になった場合に、その時の第２距離Ｌ２２の大きさに基づいてチルト制御量を算出してもよい。また例えば、制御装置１９０は、第１距離Ｌ２１と第２距離Ｌ２２の他方の距離が所定値以上である場合に、チルト軸Ｘ４回りの回転をさせないようにしてもよい。
　上述した実施形態においては、制御装置１９０は、バケット１５５のチルト軸Ｘ４回りの回転を制御することで、バケット１５５の刃先と目標設計面とを平行に近づけるが、これに限られない。他の実施形態においては、作業機械１００のバケット１５５が、ローテート軸回りに回転可能なローテートバケットである場合に、制御装置１９０がローテート軸回りの回転を制御することで、バケット１５５の刃先と目標設計面とを平行に近づけてもよい。ローテート軸は、アタッチメント軸の一例である。
　上述した実施形態に係る制御装置１９０は、常に自動チルト制御を有効にしているが、これに限られない。他の実施形態に係る操作装置１７２は、自動チルト制御の有効／無効を切り替えるためのスイッチを備えていてもよい。この場合、制御装置１９０は、当該スイッチの状態に基づいて自動チルト制御を行うか否かを判断してもよい。すなわち、制御装置１９０は、スイッチがＯＮである場合において、チルト操作入力がなく（ステップＳ８：ＮＯ）、かつバケット１５５の刃先と目標平面ｇ１との間の距離がチルト制御距離ｔｈ２未満である（ステップＳ９：ＹＥＳ）場合に、自動チルト制御を行う。一方で、制御装置１９０は、スイッチがＯＦＦである場合には、チルト操作入力がなく、かつバケット１５５の刃先と目標平面ｇ１との間の距離がチルト制御距離ｔｈ２未満であったとしても、自動チルト制御を行わない。当該スイッチはオペレータが操作できる態様であれば、図示しないモニタの機能として設けられてもよいし、操作レバーなどに配置されてもよい。
　上述した実施形態においては、制御装置１９０は、チルト制御量から長さ閾値を算出することとしたが、これに限られない。他の実施形態においては、長さ閾値は固定値であってもよい。
　上記開示によれば、作業機械の制御システムは、作業機の動作の安定を保ちながら、介入制御と自動チルト制御または自動ローテート制御とを同時に行うことができる。
　１００…作業機械　１１０…走行体　１３０…旋回体　１３１…位置方位検出器　１３２…傾斜検出器　１５０…作業機　１５１…ブーム　１５２…アーム　１５５…バケット　１６１…バケット本体　１６２…ジョイント　１６３…チルトシリンダ　１９０…制御装置　２１１…検出値取得部　２１２…バケット位置特定部　２１３…目標平面決定部　２１４…距離算出部　２１５…操作量取得部　２１６…停止制御部　２１７…チルト制御部　２１８…チルト制限部　２１９…出力部

Claims (6)

  1. 　ブーム軸回りに回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸回りに回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸回りに回転可能かつ前記バケット軸と異なるアタッチメント軸回りに回転可能なバケットとを含む作業機を備える作業機械の制御システムであって、
    　前記バケット上の点と掘削対象の目標形状を示す目標設計面との距離であるバケット距離を算出する距離算出部と、
    　前記バケット距離に基づいて、前記バケットが前記目標設計面に進入しないように、前記作業機の速度を抑制するための介入制御量を算出する介入制御部と、
    　前記バケットの刃先と前記目標設計面とが平行に近づくように、前記バケットを前記アタッチメント軸回りに回転させるアタッチメント制御量を算出するアタッチメント制御部と、
    　前記介入制御量および前記アタッチメント制御量に基づく作業機の移動によって、前記バケット距離が増加しないように前記アタッチメント軸回りの回転を制限するアタッチメント制限部と
    　を備える作業機械の制御システム。
  2. 　前記アタッチメント制限部は、前記バケットの刃先と前記目標設計面との角度が所定範囲を超える場合に、前記アタッチメント軸回りの回転を実施しない
    　請求項１に記載の作業機械の制御システム。
  3. 　操作装置から前記作業機の操作量を取得する操作量取得部を備え、
    　前記介入制御部は、前記バケット距離に基づいて前記作業機の許容速度を算出し、前記許容速度と前記操作量とに基づいて、前記介入制御量を算出し、
    　前記アタッチメント制御部は、前記バケット距離と、前記バケットを前記アタッチメント軸回りに回転させるアタッチメント制御量との関係を表すアタッチメント関数を用いて前記アタッチメント制御量を算出し、
    　前記アタッチメント制限部は、前記許容速度に応じて前記アタッチメント関数を変化させる
    　請求項１に記載の作業機械の制御システム。
  4. 　操作装置から前記作業機の操作量を取得する操作量取得部を備え、
    　前記介入制御部は、前記バケット距離に基づいて前記作業機の許容速度を算出し、前記許容速度と前記操作量とに基づいて、前記介入制御量を算出し、
    　前記アタッチメント制限部は、前記許容速度に基づいて前記バケット距離を一定に保つことができる許容制御量を算出し、前記アタッチメント制御量の絶対値を前記許容制御量以下に制限する
    　請求項１に記載の作業機械の制御システム。
  5. 　ブーム軸回りに回転可能なブームと、
    　前記ブーム軸と平行なアーム軸回りに回転可能なアームと、
    　前記アーム軸と平行なバケット軸回りに回転可能かつ前記バケット軸と直交するアタッチメント軸回りに回転可能なバケットと、
    　請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業機械の制御システムと
    　を備える作業機械。
  6. 　ブーム軸回りに回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸回りに回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸回りに回転可能かつ前記バケット軸と異なるアタッチメント軸回りに回転可能なバケットとを含む作業機を備える作業機械の制御方法であって、
    　前記バケット上の点と掘削対象の掘削対象の目標形状を示す目標設計面との距離であるバケット距離を算出するステップと、
    　前記バケット距離に基づいて、前記バケットが前記目標設計面に進入しないように、前記作業機の速度を抑制するための介入制御量を算出するステップと、
    　前記バケットの刃先と前記目標設計面とが平行に近づくように、前記バケットを前記アタッチメント軸回りに回転させるアタッチメント制御量を算出するステップと、
    　前記介入制御量および前記アタッチメント制御量に基づく作業機の移動によって、前記バケット距離が増加しないように前記アタッチメント軸回りの回転を制限するステップと　を備える作業機械の制御方法。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4043643A1 (en) * 2015-03-27 2022-08-17 Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. Shovel
KR102491822B1 (ko) * 2020-12-09 2023-01-26 정경래 틸트 링크
JP2023034969A (ja) * 2021-08-31 2023-03-13 株式会社小松製作所 制御システム、制御方法および制御プログラム
JP2023050975A (ja) * 2021-09-30 2023-04-11 株式会社小松製作所 作業機械を制御するためのシステムおよび方法
JP2023050803A (ja) * 2021-09-30 2023-04-11 株式会社小松製作所 作業機械を制御するためのシステムおよび方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015173935A1 (ja) * 2014-05-15 2015-11-19 株式会社小松製作所 掘削機械の表示システム、掘削機械及び掘削機械の表示方法
WO2015186180A1 (ja) * 2014-06-02 2015-12-10 株式会社小松製作所 建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法
WO2016158779A1 (ja) * 2015-03-27 2016-10-06 住友建機株式会社 ショベル
WO2016186218A1 (ja) * 2016-05-31 2016-11-24 株式会社小松製作所 建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法
JP2019173362A (ja) * 2018-03-28 2019-10-10 コベルコ建機株式会社 建設機械

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002030690A (ja) * 2000-07-18 2002-01-31 Yanmar Diesel Engine Co Ltd アタッチメント水平機構付き掘削作業車
JP5624101B2 (ja) * 2012-10-05 2014-11-12 株式会社小松製作所 掘削機械の表示システム、掘削機械及び掘削機械の表示用コンピュータプログラム
JP6554099B2 (ja) 2013-08-07 2019-07-31 イェダ リサーチ アンド ディベロップメント カンパニー リミテッドＹｅｄａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．Ｌｔｄ． ｐ５３変異体を再活性化することの可能なペプチド
JP6506205B2 (ja) * 2016-03-31 2019-04-24 日立建機株式会社 建設機械
WO2016186219A1 (ja) * 2016-05-31 2016-11-24 株式会社小松製作所 建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法
JP6416268B2 (ja) * 2016-05-31 2018-10-31 株式会社小松製作所 作業機械の制御システム、作業機械及び作業機械の制御方法
JP6114887B1 (ja) * 2016-06-24 2017-04-12 株式会社小松製作所 作業車両および作業車両の制御方法
JP6889579B2 (ja) * 2017-03-15 2021-06-18 日立建機株式会社 作業機械
JP6807290B2 (ja) * 2017-09-14 2021-01-06 日立建機株式会社 作業機械

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015173935A1 (ja) * 2014-05-15 2015-11-19 株式会社小松製作所 掘削機械の表示システム、掘削機械及び掘削機械の表示方法
WO2015186180A1 (ja) * 2014-06-02 2015-12-10 株式会社小松製作所 建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法
WO2016158779A1 (ja) * 2015-03-27 2016-10-06 住友建機株式会社 ショベル
WO2016186218A1 (ja) * 2016-05-31 2016-11-24 株式会社小松製作所 建設機械の制御システム、建設機械、及び建設機械の制御方法
JP2019173362A (ja) * 2018-03-28 2019-10-10 コベルコ建機株式会社 建設機械

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