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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023034980
(43)【公開日】2023-03-13
(54)【発明の名称】制御システム、制御方法および制御プログラム
(51)【国際特許分類】
E02F 9/20 20060101AFI20230306BHJP
E02F 9/26 20060101ALI20230306BHJP
【ＦＩ】
E02F9/20 Q
E02F9/26 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021141532
(22)【出願日】2021-08-31
(71)【出願人】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】日野 慎也
(72)【発明者】
【氏名】竹原 和生
【テーマコード（参考）】
2D003
2D015
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB03
2D003AB04
2D003BA02
2D003CA02
2D003DA04
2D003DB01
2D003DB03
2D003DB04
2D003DB05
2D015HA03
(57)【要約】
【課題】グローバル座標系を参照せずに、平面の仮想壁によって作業機械の動作を制限する。
【解決手段】生成部は、旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成する。回転変換部は、旋回体の旋回に伴って、仮想壁を車体座標系の原点回りに回転変換する。位置特定部は、車体座標系における作業機械の外殻の位置を特定する。介入制御部は、外殻が仮想壁と接触しないように、作業機械を制御する。
【選択図】図１
【解決手段】生成部は、旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成する。回転変換部は、旋回体の旋回に伴って、仮想壁を車体座標系の原点回りに回転変換する。位置特定部は、車体座標系における作業機械の外殻の位置を特定する。介入制御部は、外殻が仮想壁と接触しないように、作業機械を制御する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
旋回可能な旋回体を備える作業機械を制御する制御システムであって、
プロセッサを備え、
前記プロセッサは、
前記旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成し、
前記旋回体の旋回に伴って、前記仮想壁を前記車体座標系の原点回りに回転変換し、
前記車体座標系における前記作業機械の外殻の位置を特定し、
前記外殻が前記仮想壁と接触しないように、前記作業機械を制御する、
制御システム。
プロセッサを備え、
前記プロセッサは、
前記旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成し、
前記旋回体の旋回に伴って、前記仮想壁を前記車体座標系の原点回りに回転変換し、
前記車体座標系における前記作業機械の外殻の位置を特定し、
前記外殻が前記仮想壁と接触しないように、前記作業機械を制御する、
制御システム。
【請求項2】
前記プロセッサは、
前記旋回体の姿勢を計測する傾斜計測器から計測値を取得し、
前記計測値に基づいて前記旋回体の旋回によって生じた前記姿勢の変化量を計算し、
前記姿勢の変化量に基づいて、前記仮想壁を回転変換する
請求項１に記載の制御システム。
前記旋回体の姿勢を計測する傾斜計測器から計測値を取得し、
前記計測値に基づいて前記旋回体の旋回によって生じた前記姿勢の変化量を計算し、
前記姿勢の変化量に基づいて、前記仮想壁を回転変換する
請求項１に記載の制御システム。
【請求項3】
前記プロセッサは、
前記旋回体の姿勢を計測する傾斜計測器から計測値を取得し、
前記計測値に基づいて、鉛直方向または水平方向に伸びる前記仮想壁を生成する
請求項１または請求項２に記載の制御システム。
前記旋回体の姿勢を計測する傾斜計測器から計測値を取得し、
前記計測値に基づいて、鉛直方向または水平方向に伸びる前記仮想壁を生成する
請求項１または請求項２に記載の制御システム。
【請求項4】
前記作業機械は、前記旋回体に設けられた作業機を備え、
前記プロセッサは、
前記作業機の先端の位置を特定し、
仮想壁の生成指示を受け付けたときに、前記作業機の先端の位置に前記仮想壁を生成する
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御システム。
前記プロセッサは、
前記作業機の先端の位置を特定し、
仮想壁の生成指示を受け付けたときに、前記作業機の先端の位置に前記仮想壁を生成する
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御システム。
【請求項5】
前記プロセッサは、
前記作業機械の外殻上の複数の点の位置を特定し、
前記複数の点の位置に基づいて、前記複数の点の少なくとも１つが前記旋回体を旋回させたときに前記仮想壁と接触する最小旋回角を求め、
前記最小旋回角に基づいて前記旋回体の旋回を制御する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御システム。
前記作業機械の外殻上の複数の点の位置を特定し、
前記複数の点の位置に基づいて、前記複数の点の少なくとも１つが前記旋回体を旋回させたときに前記仮想壁と接触する最小旋回角を求め、
前記最小旋回角に基づいて前記旋回体の旋回を制御する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御システム。
【請求項6】
旋回可能な旋回体を備える作業機械の制御方法であって、
前記旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成するステップと、
前記旋回体の旋回に伴って、前記仮想壁を前記車体座標系の原点回りに回転変換するステップと、
前記車体座標系における前記作業機械の外殻の位置を特定するステップと、
前記外殻が前記仮想壁と接触しないように、前記作業機械を制御するステップと
を備える制御方法。
前記旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成するステップと、
前記旋回体の旋回に伴って、前記仮想壁を前記車体座標系の原点回りに回転変換するステップと、
前記車体座標系における前記作業機械の外殻の位置を特定するステップと、
前記外殻が前記仮想壁と接触しないように、前記作業機械を制御するステップと
を備える制御方法。
【請求項7】
旋回可能な旋回体を備える作業機械を制御するコンピュータに、
前記旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成するステップと、
前記旋回体の旋回に伴って、前記仮想壁を前記車体座標系の原点回りに回転変換するステップと、
前記車体座標系における前記作業機械の外殻の位置を特定するステップと、
前記外殻が前記仮想壁と接触しないように、前記作業機械を制御するステップと
を実行させるための制御プログラム。
前記旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成するステップと、
前記旋回体の旋回に伴って、前記仮想壁を前記車体座標系の原点回りに回転変換するステップと、
前記車体座標系における前記作業機械の外殻の位置を特定するステップと、
前記外殻が前記仮想壁と接触しないように、前記作業機械を制御するステップと
を実行させるための制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、制御システム、制御方法および制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
作業機械の動作範囲を制限するために、空間に仮想壁を設定する技術が知られている。作業機械の制御装置は、仮想壁と作業機械との距離に応じて作業機械のアクチュエータの動作量を制限することで、作業機械が仮想壁を超えないよう制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１９／１８９０３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、作業現場に仮想壁を設定する場合、仮想壁の位置はグローバル座標系で表される。そのため、仮想壁に基づいて作業機械を制御したい場合、作業機械はグローバル座標系の位置を認識するためにＧＮＳＳなどの構成を有する必要がある。しかしながら、作業機械は必ずしもＧＮＳＳなどによる位置情報を取得する構成を備えない。
【0005】
一方で、旋回体を基準とする車体座標系に仮想壁を設定する場合、車体座標系に設定された仮想壁は旋回体の旋回に追従するため、作業機械を中心とする環状に構成される。そのため、車体座標系に、建築物などに沿った平面の仮想壁を設定することは困難である。
【0006】
本開示の目的は、グローバル座標系を参照せずに、平面の仮想壁によって作業機械の動作を制限することができる制御装置、制御方法および制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第１の態様によれば、制御システムは、旋回可能な旋回体を備える作業機械を制御する。制御システムは、プロセッサを備える。プロセッサは、旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成する。プロセッサは、旋回体の旋回に伴って、仮想壁を車体座標系の原点回りに回転変換する。プロセッサは、車体座標系における作業機械の外殻の位置を特定する。プロセッサは、外殻が仮想壁と接触しないように、作業機械を制御する。
【0008】
本発明の第２の態様によれば、旋回可能な旋回体を備える作業機械の制御方法であって、生成ステップと、変換ステップと、特定ステップと、制御ステップとを備える。生成ステップは、旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成する。変換ステップは、旋回体の旋回に伴って、仮想壁を車体座標系の原点回りに回転変換する。特定ステップは、車体座標系における作業機械の外殻の位置を特定する。制御ステップは、外殻が仮想壁と接触しないように、作業機械を制御する。
【0009】
本発明の第３の態様によれば、旋回可能な旋回体を備える作業機械を制御するコンピュータに実行される制御プログラムであって、生成ステップと、変換ステップと、特定ステップと、制御ステップとを備える。生成ステップは、旋回体の代表点を原点とする車体座標系上に平面で規定される仮想壁を生成する。変換ステップは、旋回体の旋回に伴って、仮想壁を車体座標系の原点回りに回転変換する。特定ステップは、車体座標系における作業機械の外殻の位置を特定する。制御ステップは、外殻が仮想壁と接触しないように、作業機械を制御する。
【発明の効果】
【0010】
上記態様の少なくとも１つの態様によれば、グローバル座標系を参照せずに、平面の仮想壁によって作業機械の動作を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】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。
【図2】第１の実施形態に係る作業機械の駆動系を示す図である。
【図3】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。
【図4】第１の実施形態における旋回体の旋回に伴う仮想壁の再設定の一例を示す図である。
【図5】第１の実施形態に係る前壁の設定方法を示すフローチャートである。
【図6】第１の実施形態に係る側壁の設定方法を示すフローチャートである。
【図7】第１の実施形態に係る上壁の設定方法を示すフローチャートである。
【図8】第１の実施形態に係る下壁の設定方法を示すフローチャートである。
【図9】第１の実施形態において設定された仮想壁の更新および介入制御を示すフローチャートである。
【図10】第１の実施形態において設定された仮想壁の更新および介入制御を示すフローチャートである。
【図11】他の実施形態に係る作業システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
〈第１の実施形態〉
《作業機械の構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１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。第１の実施形態に係る作業機械１００は、例えば油圧ショベルである。作業機械１００は、走行体１２０、旋回体１４０、作業機１６０、運転室１８０、制御装置２００を備える。第１の実施形態に係る作業機械１００は、オペレータによる操作によって平面状の仮想壁を生成し、作業機械１００が仮想壁に接触しないように制御される。これにより、オペレータは、進入禁止区域に侵入しないように作業機械１００を操作することができる。
《作業機械の構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１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。第１の実施形態に係る作業機械１００は、例えば油圧ショベルである。作業機械１００は、走行体１２０、旋回体１４０、作業機１６０、運転室１８０、制御装置２００を備える。第１の実施形態に係る作業機械１００は、オペレータによる操作によって平面状の仮想壁を生成し、作業機械１００が仮想壁に接触しないように制御される。これにより、オペレータは、進入禁止区域に侵入しないように作業機械１００を操作することができる。
【0013】
走行体１２０は、作業機械１００を走行可能に支持する。走行体１２０は、例えば左右１対の無限軌道である。
旋回体１４０は、走行体１２０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。
作業機１６０は、旋回体１４０に動作可能に支持される。作業機１６０は、油圧により駆動する。作業機１６０は、ブーム１６１、アーム１６２、および作業器具であるバケット１６３を備える。ブーム１６１の基端部は、旋回体１４０に回動可能に取り付けられる。アーム１６２の基端部は、ブーム１６１の先端部に回動可能に取り付けられる。バケット１６３は、アーム１６２の先端部に回動可能に取り付けられる。ここで、旋回体１４０のうち作業機１６０が取り付けられる部分を前部という。また、旋回体１４０について、前部を基準に、反対側の部分を後部、左側の部分を左部、右側の部分を右部という。
旋回体１４０は、走行体１２０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。
作業機１６０は、旋回体１４０に動作可能に支持される。作業機１６０は、油圧により駆動する。作業機１６０は、ブーム１６１、アーム１６２、および作業器具であるバケット１６３を備える。ブーム１６１の基端部は、旋回体１４０に回動可能に取り付けられる。アーム１６２の基端部は、ブーム１６１の先端部に回動可能に取り付けられる。バケット１６３は、アーム１６２の先端部に回動可能に取り付けられる。ここで、旋回体１４０のうち作業機１６０が取り付けられる部分を前部という。また、旋回体１４０について、前部を基準に、反対側の部分を後部、左側の部分を左部、右側の部分を右部という。
【0014】
運転室１８０は、旋回体１４０の前部に設けられる。運転室１８０内には、オペレータが作業機械１００を操作するための操作装置１４１、および制御装置２００のマンマシンインタフェースであるモニタ装置１４２が設けられる。モニタ装置１４２は、例えばタッチパネルを備えるコンピュータによって実現される。
【0015】
制御装置２００は、オペレータによる操作装置の操作に基づいて、走行体１２０、旋回体１４０、および作業機１６０を制御する。制御装置２００は、例えば運転室１８０の内部に設けられる。
【0016】
《作業機械１００の駆動系》
図２は、第１の実施形態に係る作業機械１００の駆動系を示す図である。
作業機械１００は、作業機械１００を駆動するための複数のアクチュエータを備える。具体的には、作業機械１００は、エンジン１１１、油圧ポンプ１１２、コントロールバルブ１１３、一対の走行モータ１１４、旋回モータ１１５、ブームシリンダ１１６、アームシリンダ１１７、バケットシリンダ１１８を備える。
図２は、第１の実施形態に係る作業機械１００の駆動系を示す図である。
作業機械１００は、作業機械１００を駆動するための複数のアクチュエータを備える。具体的には、作業機械１００は、エンジン１１１、油圧ポンプ１１２、コントロールバルブ１１３、一対の走行モータ１１４、旋回モータ１１５、ブームシリンダ１１６、アームシリンダ１１７、バケットシリンダ１１８を備える。
【0017】
エンジン１１１は、油圧ポンプ１１２を駆動する原動機である。
油圧ポンプ１１２は、エンジン１１１により駆動され、コントロールバルブ１１３を介して走行モータ１１４、旋回モータ１１５、ブームシリンダ１１６、アームシリンダ１１７およびバケットシリンダ１１８に作動油を供給する。
コントロールバルブ１１３は、油圧ポンプ１１２から走行モータ１１４、旋回モータ１１５、ブームシリンダ１１６、アームシリンダ１１７およびバケットシリンダ１１８へ供給される作動油の流量を制御する。
走行モータ１１４は、油圧ポンプ１１２から供給される作動油によって駆動され、走行体１２０を駆動する。
旋回モータ１１５は、油圧ポンプ１１２から供給される作動油によって駆動され、走行体１２０に対して旋回体１４０を旋回させる。
油圧ポンプ１１２は、エンジン１１１により駆動され、コントロールバルブ１１３を介して走行モータ１１４、旋回モータ１１５、ブームシリンダ１１６、アームシリンダ１１７およびバケットシリンダ１１８に作動油を供給する。
コントロールバルブ１１３は、油圧ポンプ１１２から走行モータ１１４、旋回モータ１１５、ブームシリンダ１１６、アームシリンダ１１７およびバケットシリンダ１１８へ供給される作動油の流量を制御する。
走行モータ１１４は、油圧ポンプ１１２から供給される作動油によって駆動され、走行体１２０を駆動する。
旋回モータ１１５は、油圧ポンプ１１２から供給される作動油によって駆動され、走行体１２０に対して旋回体１４０を旋回させる。
【0018】
ブームシリンダ１１６は、ブーム１６１を駆動するための油圧シリンダである。ブームシリンダ１１６の基端部は、旋回体１４０に取り付けられる。ブームシリンダ１１６の先端部は、ブーム１６１に取り付けられる。
アームシリンダ１１７は、アーム１６２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１１７の基端部は、ブーム１６１に取り付けられる。アームシリンダ１１７の先端部は、アーム１６２に取り付けられる。
バケットシリンダ１１８は、バケット１６３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１１８の基端部は、アーム１６２に取り付けられる。バケットシリンダ１１８の先端部は、バケット１６３に取り付けられる。
アームシリンダ１１７は、アーム１６２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１１７の基端部は、ブーム１６１に取り付けられる。アームシリンダ１１７の先端部は、アーム１６２に取り付けられる。
バケットシリンダ１１８は、バケット１６３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１１８の基端部は、アーム１６２に取り付けられる。バケットシリンダ１１８の先端部は、バケット１６３に取り付けられる。
【0019】
《作業機械１００の計測系》
作業機械１００は、作業機械１００の姿勢および位置を計測するための複数のセンサを備える。具体的には、作業機械１００は、傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５、ペイロードメータ１０６を備える。
作業機械１００は、作業機械１００の姿勢および位置を計測するための複数のセンサを備える。具体的には、作業機械１００は、傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５、ペイロードメータ１０６を備える。
【0020】
傾斜計測器１０１は、旋回体１４０の姿勢を計測する。傾斜計測器１０１は、水平面に対する旋回体１４０の傾き（例えば、ロール角、ピッチ角およびヨー角）を計測する。傾斜計測器１０１の例としては、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）が挙げられる。この場合、傾斜計測器１０１は、旋回体１４０の加速度および角速度を計測し、計測結果に基づいて水平面に対する旋回体１４０の傾きを算出する。傾斜計測器１０１は、例えば運転室１８０の下方に設置される。傾斜計測器１０１は、計測値である旋回体１４０の姿勢データを制御装置２００へ出力する。
【0021】
旋回角センサ１０２は、走行体１２０に対する旋回体１４０の旋回角度を計測する。旋回角センサ１０２の計測値は、例えば、走行体１２０と旋回体１４０の方向が一致しているときにゼロを示す。旋回角センサ１０２は、例えば旋回体１４０の旋回中心に設置される。旋回角センサ１０２は、計測値である旋回角度データを制御装置２００へ出力する。
【0022】
ブーム角センサ１０３は、旋回体１４０に対するブーム１６１の回転角であるブーム角を計測する。ブーム角センサ１０３は、ブーム１６１に取り付けられたＩＭＵであってよい。この場合、ブーム角センサ１０３は、ブーム１６１の水平面に対する傾きと傾斜計測器１０１が計測した旋回体の傾きとに基づいて、ブーム角を計測する。ブーム角センサ１０３の計測値は、例えば、ブーム１６１の基端と先端とを通る直線の方向が旋回体１４０の前後方向と一致するときにゼロを示す。なお、他の実施形態係るブーム角センサ１０３は、ブームシリンダ１１６に取り付けられたストロークセンサであってもよい。また、他の実施形態に係るブーム角センサ１０３は、旋回体１４０とブーム１６１とを接続するピンに設けられた回転センサであってもよい。ブーム角センサ１０３は、計測値であるブーム角データを制御装置２００へ出力する。
【0023】
アーム角センサ１０４は、ブーム１６１に対するアーム１６２の回転角であるアーム角を計測する。アーム角センサ１０４は、アーム１６２に取り付けられたＩＭＵであってよい。この場合、アーム角センサ１０４は、アーム１６２の水平面に対する傾きとブーム角センサ１０３が計測したブーム角とに基づいて、アーム角を計測する。アーム角センサ１０４の計測値は、例えば、アーム１６２の基端と先端とを通る直線の方向がブーム１６１の基端と先端とを通る直線の方向と一致するときにゼロを示す。なお、他の実施形態に係るアーム角センサ１０４は、アームシリンダ１１７にストロークセンサを取付けて角度算出を行ってもよい。また、他の実施形態に係るアーム角センサ１０４は、ブーム１６１とアーム１６２とを接続するピンに設けられた回転センサであってもよい。アーム角センサ１０４は、計測値であるアーム角データを制御装置２００へ出力する。
【0024】
バケット角センサ１０５は、アーム１６２に対するバケット１６３の回転角であるバケット角を計測する。バケット角センサ１０５は、バケット１６３を駆動させるためのバケットシリンダ１１８に設けられたストロークセンサであってよい。この場合、バケット角センサ１０５は、バケットシリンダのストローク量に基づいてバケット角を計測する。バケット角センサ１０５の計測値は、例えば、バケット１６３の基端と刃先とを通る直線の方向がアーム１６２の基端と先端とを通る直線の方向と一致するときにゼロを示す。なお、他の実施形態に係るバケット角センサ１０５は、アーム１６２とバケット１６３とを接続するピンに設けられた回転センサであってもよい。また、他の実施形態に係るバケット角センサ１０５は、バケット１６３に取付けられたＩＭＵであってもよい。バケット角センサ１０５は、計測値であるバケット角データを制御装置２００へ出力する。
【0025】
ペイロードメータ１０６は、バケット１６３に保持された積荷の重量を計測する。ペイロードメータ１０６は、例えばブーム１６１のシリンダのボトム圧を計測し、積荷の重量に換算する。また例えば、ペイロードメータ１０６は、ロードセルであってもよい。ペイロードメータ１０６は、計測値である積荷の重量データを制御装置２００へ出力する。
【0026】
《制御装置２００の構成》
図３は、第１の実施形態に係る制御装置２００の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置２００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。制御装置２００は、制御システムの一例である。制御装置２００は、傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５、およびペイロードメータ１０６から計測値を受信する。
図３は、第１の実施形態に係る制御装置２００の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置２００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。制御装置２００は、制御システムの一例である。制御装置２００は、傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５、およびペイロードメータ１０６から計測値を受信する。
【0027】
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２００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２００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を制御するための制御プログラムを記憶する。
【0028】
制御プログラムは、制御装置２００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、制御プログラムは、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２００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。
【0029】
ストレージ２５０には、旋回体１４０、ブーム１６１、アーム１６２及びバケット１６３の寸法及び重心位置を表すジオメトリデータが記録される。ジオメトリデータは、所定の座標系における物体の位置を表すデータである。
【0030】
《ソフトウェア構成》
プロセッサ２１０は、制御プログラムを実行することで、操作量取得部２１１、入力部２１２、表示制御部２１３、計測値取得部２１４、位置特定部２１５、生成部２１６、回転変換部２１７、介入判定部２１８、介入制御部２１９、制御信号出力部２２０を備える。
プロセッサ２１０は、制御プログラムを実行することで、操作量取得部２１１、入力部２１２、表示制御部２１３、計測値取得部２１４、位置特定部２１５、生成部２１６、回転変換部２１７、介入判定部２１８、介入制御部２１９、制御信号出力部２２０を備える。
【0031】
操作量取得部２１１は、操作装置１４１から各アクチュエータの操作量を示す操作信号を取得する。
入力部２１２は、モニタ装置１４２からオペレータによる操作入力を受け付ける。
表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に表示させる画面データをモニタ装置１４２へ出力する。
計測値取得部２１４は、傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５およびペイロードメータ１０６から計測値を取得する。
入力部２１２は、モニタ装置１４２からオペレータによる操作入力を受け付ける。
表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に表示させる画面データをモニタ装置１４２へ出力する。
計測値取得部２１４は、傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５およびペイロードメータ１０６から計測値を取得する。
【0032】
位置特定部２１５は、車体座標系における作業機械１００の外殻の位置を特定する。作業機械１００の外殻とは、作業機械１００の外形形状である。作業機械１００の外殻は、例えば、旋回体１４０および作業機１６０の外形を形成する形状よって画定される。位置特定部２１５は、具体的には、計測値取得部２１４が取得した各種計測値とストレージ２５０に記録されたジオメトリデータとに基づいて、車体座標系における作業機械１００の外殻の複数の点の位置を特定する。位置特定部２１５が特定する外殻の複数の点は、バケット１６３の刃先、アーム１６２のバケット１６３側の端（アームトップ）、アーム１６２のブーム１６１側の端（アームボトム）、旋回体１４０のカウンターウェイトの後方の点を含む。車体座標系とは、旋回体１４０の代表点（例えば、旋回中心を通る点）を原点とする直交座標系である。位置特定部２１５の計算については後述する。なお、位置特定部２１５が特定する点は、これに限られない。
【0033】
生成部２１６は、入力部２１２がオペレータから仮想壁の生成指示を受け付けた場合に、位置特定部２１５が特定したバケット１６３の刃先の位置に基づいて仮想壁のパラメータを計算する。生成部２１６は、生成した車体座標系における仮想壁のパラメータをメインメモリ２３０に記録する。
【0034】
回転変換部２１７は、旋回体１４０の旋回に伴ってメインメモリ２３０に記憶された仮想壁のパラメータを更新する。具体的には、回転変換部２１７は、傾斜計測器１０１が計測したピッチ角、ロール角、ヨー角の変化分だけ仮想壁のパラメータを車体座標系の原点を中心に回転変換する。図４は、第１の実施形態における旋回体の旋回に伴う仮想壁の再設定の一例を示す図である。例えば、図４に示すように、仮想壁の設定後に旋回体１４０が旋回した場合、回転変換部２１７は、計測値取得部２１４が取得した傾斜計測器１０１の計測値を参照して旋回体１４０の旋回によって生じたロール角、ピッチ角、ヨー角の変化量を計算し、仮想壁のパラメータを車体座標系の原点を中心に回転変換する。これにより、回転変換部２１７は、旋回体１４０の旋回による仮想壁の回転をキャンセルすることができる。
【0035】
介入判定部２１８は、位置特定部２１５が特定した外殻の複数の点と仮想壁との位置関係に基づいて、旋回体１４０の旋回速度または作業機１６０の速度を制限するか否かを判定する。以下、制御装置２００が旋回体１４０または作業機１６０の速度を制限することを介入制御ともいう。具体的には、介入判定部２１８は、仮想壁と外殻の複数の点の少なくとも１つが接触するまでの最小旋回角を求め、当該最小旋回角が所定角度以下である場合に、旋回体１４０について介入制御をすると判定する。また、介入判定部２１８は、仮想壁と作業機１６０との最小距離を求め、当該最小距離が所定距離以下である場合に、作業機１６０について介入制御をすると判定する。
【0036】
介入制御部２１９は、介入判定部２１８によって介入制御を行うと判定された場合に、操作量取得部２１１が取得した操作量のうち介入対象の操作量を制御する。
制御信号出力部２２０は、操作量取得部２１１が取得した操作量、または介入判定部２１８によって制御された操作量をコントロールバルブ１１３に出力する。
制御信号出力部２２０は、操作量取得部２１１が取得した操作量、または介入判定部２１８によって制御された操作量をコントロールバルブ１１３に出力する。
【0037】
《位置特定部２１５の計算》
ここで、位置特定部２１５による作業機械１００の外殻の点の位置の特定方法を説明する。位置特定部２１５は、計測値取得部２１４が取得した各種計測値とストレージ２５０に記録されたジオメトリデータとに基づいて外殻の点の位置を特定する。ストレージ２５０には、旋回体１４０、ブーム１６１、アーム１６２及びバケット１６３の寸法及び重心位置を表すジオメトリデータが記録される。
ここで、位置特定部２１５による作業機械１００の外殻の点の位置の特定方法を説明する。位置特定部２１５は、計測値取得部２１４が取得した各種計測値とストレージ２５０に記録されたジオメトリデータとに基づいて外殻の点の位置を特定する。ストレージ２５０には、旋回体１４０、ブーム１６１、アーム１６２及びバケット１６３の寸法及び重心位置を表すジオメトリデータが記録される。
【0038】
旋回体１４０のジオメトリデータは、ローカル座標系である車体座標系における旋回体１４０のブーム１６１を支持するピンの位置（ｘｂｍ、ｙｂｍ、ｚｂｍ）、及び旋回体１４０の外殻の点の位置（ｘｓｐ、ｙｓｐ、ｚｓｐ）を示す。旋回体１４０の外殻の点としては、例えばカウンターウェイトの突出点のように、旋回によって壁面と接触する可能性が高い点が挙げられる。車体座標系は、旋回体１４０の旋回中心を基準として前後方向に伸びるＸｓｂ軸、左右方向に伸びるＹｓｂ軸、上下方向に伸びるＺｓｂ軸から構成される座標系である。なお、旋回体１４０の上下方向は、必ずしも鉛直方向と一致しない。
【0039】
ブーム１６１のジオメトリデータは、ローカル座標系であるブーム座標系におけるブームトップの位置（ｘａｍ、ｙａｍ、ｚａｍ）を示す。ブーム座標系は、ブーム１６１と旋回体１４０とを接続するピンの位置を基準として、長手方向に伸びるＸｂｍ軸、ピンが伸びる方向に伸びるＹｂｍ軸、Ｘｂｍ軸とＹｂｍ軸に直交するＺｂｍ軸から構成される座標系である。ブームトップの位置は、ブーム１６１とアーム１６２を接続するピンの位置である。ブームトップは、作業機械１００の外殻の点の一つである。
【0040】
アーム１６２のジオメトリデータは、ローカル座標系であるアーム座標系におけるアームトップの位置（ｘｂｋ、ｙｂｋ、ｚｂｋ）を示す。アーム座標系は、アーム１６２とブーム１６１とを接続するピンの位置を基準として、長手方向に伸びるＸａｍ軸、ピンが伸びる方向に伸びるＹａｍ軸、Ｘａｍ軸とＹａｍ軸に直交するＺａｍ軸から構成される座標系である。アームトップの位置は、アーム１６２とバケット１６３を接続するピンの位置である。アームトップは、作業機械１００の外殻の点の一つである。
【0041】
バケット１６３のジオメトリデータは、ローカル座標系であるバケット座標系におけるバケット１６３の刃先の位置（ｘｅｄ、ｙｅｄ、ｚｅｄ）を示す。刃先は、作業機械１００の外殻の点の一つである。バケット座標系は、バケット１６３とアーム１６２とを接続するピンの位置を基準として、刃先の方向に伸びるＸｂｋ軸、ピンが伸びる方向に伸びるＹｂｋ軸、Ｘｂｋ軸とＹｂｋ軸に直交するＺｂｋ軸から構成される座標系である。
【0042】
位置特定部２１５は、計測値取得部２１４が取得したブーム角θｂｍの計測値と、旋回体１４０のジオメトリデータとに基づいて、下記式（１）により、ブーム座標系から車体座標系へ変換するためのブーム－車体変換行列Ｔｂｍ
ｓｂを生成する。ブーム－車体変換行列Ｔｂｍ
ｓｂは、Ｙｂｍ軸回りにブーム角θｂｍだけ回転させ、かつ車体座標系の原点とブーム座標系の原点の偏差（ｘｂｍ、ｙｂｍ、ｚｂｍ）だけ平行移動させる行列である。
また、位置特定部２１５は、ブーム１６１のジオメトリデータが示すブーム座標系におけるブームトップの位置と、ブーム－車体変換行列Ｔｂｍ ｓｂとの積を求めることで、車体座標系におけるブームトップの位置を求める。
また、位置特定部２１５は、ブーム１６１のジオメトリデータが示すブーム座標系におけるブームトップの位置と、ブーム－車体変換行列Ｔｂｍ ｓｂとの積を求めることで、車体座標系におけるブームトップの位置を求める。
【0043】
【数1】
【0044】
位置特定部２１５は、計測値取得部２１４が取得したアーム角θａｍの計測値と、ブーム１６１のジオメトリデータとに基づいて、下記式（２）により、アーム座標系からブーム座標系へ変換するためのアーム－ブーム変換行列Ｔａｍ
ｂｍを生成する。アーム－ブーム変換行列Ｔａｍ
ｂｍは、Ｙａｍ軸回りにアーム角θａｍだけ回転させ、かつブーム座標系の原点とアーム座標系の原点の偏差（ｘａｍ、ｙａｍ、ｚａｍ）だけ平行移動させる行列である。また、位置特定部２１５は、ブーム－車体変換行列Ｔｂｍ
ｓｂとアーム－ブーム変換行列Ｔａｍ
ｂｍの積を求めることで、アーム座標系から車体座標系へ変換するためのアーム－車体変換行列Ｔａｍ
ｓｂを生成する。また、位置特定部２１５は、アーム１６２のジオメトリデータが示すアーム座標系におけるアームトップの位置と、アーム－車体変換行列Ｔａｍ
ｓｂとの積を求めることで、車体座標系におけるアームトップの位置を求める。
【0045】
【数2】
【0046】
位置特定部２１５は、計測値取得部２１４が取得したバケット角θｂｋの計測値と、アーム１６２のジオメトリデータとに基づいて、下記式（３）により、バケット座標系からアーム座標系へ変換するためのバケット－アーム変換行列Ｔｂｋ
ａｍを生成する。バケット－アーム変換行列Ｔｂｋ
ａｍは、Ｙｂｋ軸回りにバケット角θｂｋだけ回転させ、かつアーム座標系の原点とバケット座標系の原点の偏差（ｘｂｋ、ｙｂｋ、ｚｂｋ）だけ平行移動させる行列である。また、位置特定部２１５は、アーム－車体変換行列Ｔａｍ
ｓｂとバケット－アーム変換行列Ｔｂｋ
ａｍの積を求めることで、バケット座標系から車体座標系へ変換するためのバケット－車体変換行列Ｔｂｋ
ｓｂを生成する。
【0047】
【数3】
【0048】
位置特定部２１５は、バケット１６３のジオメトリデータが示すバケット座標系における刃先の位置と、バケット－車体変換行列Ｔｂｋ
ｓｂとの積を求めることで、車体座標系におけるバケット１６３の刃先の位置を求める。
【0049】
《作業機械１００の制御方法》
以下、第１の実施形態に係る作業機械１００の制御方法について説明する。
まず作業機械１００のオペレータは、モニタ装置１４２を操作し、仮想壁の設定を行う。
以下、第１の実施形態に係る作業機械１００の制御方法について説明する。
まず作業機械１００のオペレータは、モニタ装置１４２を操作し、仮想壁の設定を行う。
【0050】
《仮想壁の設定》
入力部２１２がモニタ装置１４２から仮想壁の設定指示を受け付けると、表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に設定すべき仮想壁の種類の選択画面を表示させる。制御装置２００が設定可能な仮想壁は、前壁、左壁、右壁、上壁および下壁の５種類である。前壁、左壁、右壁は鉛直方向に伸びる壁面である。上壁、下壁は水平方向に伸びる壁面である。
入力部２１２がモニタ装置１４２から仮想壁の設定指示を受け付けると、表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に設定すべき仮想壁の種類の選択画面を表示させる。制御装置２００が設定可能な仮想壁は、前壁、左壁、右壁、上壁および下壁の５種類である。前壁、左壁、右壁は鉛直方向に伸びる壁面である。上壁、下壁は水平方向に伸びる壁面である。
【0051】
（前壁の設定）
図５は、第１の実施形態に係る前壁の設定方法を示すフローチャートである。
入力部２１２がモニタ装置１４２から前壁の設定指示を受け付けると、表示制御部２１３は、設定ボタンを含むガイダンス画面をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１０１）。ガイダンス画面には、前壁を設定したい点にバケット１６３の刃先を移動させて設定ボタンを操作する旨が表示される。オペレータは、作業機械１００を操作し、バケット１６３の刃先を所望の位置に移動させた後に設定ボタンを操作する。入力部２１２はモニタ装置１４２から設定ボタンの操作を受け付ける（ステップＳ１０２）。
図５は、第１の実施形態に係る前壁の設定方法を示すフローチャートである。
入力部２１２がモニタ装置１４２から前壁の設定指示を受け付けると、表示制御部２１３は、設定ボタンを含むガイダンス画面をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１０１）。ガイダンス画面には、前壁を設定したい点にバケット１６３の刃先を移動させて設定ボタンを操作する旨が表示される。オペレータは、作業機械１００を操作し、バケット１６３の刃先を所望の位置に移動させた後に設定ボタンを操作する。入力部２１２はモニタ装置１４２から設定ボタンの操作を受け付ける（ステップＳ１０２）。
【0052】
計測値取得部２１４は、設定ボタンが操作された時点における傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５およびペイロードメータ１０６の計測値を取得する（ステップＳ１０３）。位置特定部２１５は、取得した計測値に基づいて車体座標系におけるバケット１６３の刃先の位置を特定する（ステップＳ１０４）。
【0053】
生成部２１６は、ステップＳ１０３で傾斜計測器１０１から取得したロール角およびピッチ角と、ステップＳ１０４で求めた刃先の位置とに基づいて、鉛直方向に伸びる前壁のパラメータを算出する。仮想壁は、仮想壁の法線方向を示す法線ベクトルと、仮想壁が通る点の位置を示す位置ベクトルとによって表される。生成部２１６は、Ｘｓｂ軸の値が－１、Ｙｓｂ軸の値が０、Ｚｓｂ軸の値が０のベクトルを、ロール角およびピッチ角だけ回転させることで、法線ベクトルを求める（ステップＳ１０５）。また生成部２１６は、ステップＳ１０４で求めた刃先の位置を示すベクトルを位置ベクトルとする（ステップＳ１０６）。生成部２１６は、生成した前壁のパラメータを、メインメモリ２３０に記録する（ステップＳ１０７）。なお、メインメモリ２３０に既に前壁のパラメータが記録されている場合、古いパラメータを新たなパラメータで上書きする。
【0054】
（右壁、左壁の設定）
図６は、第１の実施形態に係る側壁の設定方法を示すフローチャートである。
入力部２１２がモニタ装置１４２から右壁または左壁の設定指示を受け付けると、表示制御部２１３は、設定ボタンを含む第１ガイダンス画面をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１２１）。ガイダンス画面には、右壁または左壁を設定したい点にバケット１６３の刃先を移動させて設定ボタンを操作する旨が表示される。オペレータは、作業機械１００を操作し、バケット１６３の刃先を所望の位置に移動させた後に設定ボタンを操作する。入力部２１２はモニタ装置１４２から設定ボタンの操作を受け付ける（ステップＳ１２２）。
図６は、第１の実施形態に係る側壁の設定方法を示すフローチャートである。
入力部２１２がモニタ装置１４２から右壁または左壁の設定指示を受け付けると、表示制御部２１３は、設定ボタンを含む第１ガイダンス画面をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１２１）。ガイダンス画面には、右壁または左壁を設定したい点にバケット１６３の刃先を移動させて設定ボタンを操作する旨が表示される。オペレータは、作業機械１００を操作し、バケット１６３の刃先を所望の位置に移動させた後に設定ボタンを操作する。入力部２１２はモニタ装置１４２から設定ボタンの操作を受け付ける（ステップＳ１２２）。
【0055】
計測値取得部２１４は、設定ボタンが操作された時点における傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５およびペイロードメータ１０６の計測値を取得する（ステップＳ１２３）。位置特定部２１５は、取得した計測値に基づいて車体座標系におけるバケット１６３の刃先の位置（１回目の刃先の位置）を特定する（ステップＳ１２４）。位置特定部２１５は、特定した刃先の位置と、ステップＳ１２３で取得したロール角、ピッチ角およびヨー角とを、メインメモリ２３０に一時的に記録する。
【0056】
次に、表示制御部２１３は、設定ボタンを含む第２ガイダンス画面をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１２５）。ガイダンス画面には、右壁または左壁を設定したい点にバケット１６３の刃先を移動させて設定ボタンを操作する旨が表示される。オペレータは、作業機械１００を操作し、バケット１６３の刃先をステップＳ１２２で設定した位置とは異なる位置に移動させた後に設定ボタンを操作する。入力部２１２はモニタ装置１４２から設定ボタンの操作を受け付ける（ステップＳ１２６）。
【0057】
計測値取得部２１４は、２回目の設定ボタンが操作された時点における傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５およびペイロードメータ１０６の計測値を取得する（ステップＳ１２７）。位置特定部２１５は、取得した計測値に基づいて車体座標系におけるバケット１６３の刃先の位置（２回目の刃先の位置）を特定する（ステップＳ１２８）。
【0058】
１回目の刃先の位置を計測したときの作業機械１００の姿勢と２回目の刃先の位置を計測したときの作業機械１００の姿勢とは異なっている。そのため、回転変換部２１７は、メインメモリ２３０に記録された１回目の刃先の位置を、１回目の刃先の位置、ロール角、ピッチ角およびヨー角と、２回目の刃先の位置を計測したときのロール角、ピッチ角およびヨー角とに基づいて回転させる（ステップＳ１２９）。これにより、回転変換部２１７は、１回目の刃先の位置を現時点の車体座標系の位置に変換することができる。
【0059】
生成部２１６は、ステップＳ１２９で変換した１回目の刃先を示すベクトルと、ステップＳ１２８で求めた２回目の刃先の位置を示すベクトルの差を壁面ベクトルとして算出する（ステップＳ１３０）。壁面ベクトルは、仮想壁の壁面に沿ったベクトルであって、１回目の刃先の位置と２回目の刃先の位置とを通るベクトルである。次に、生成部２１６は、２回目の刃先の位置を計測したときのロール角およびピッチ角に基づいて鉛直方向を向く鉛直ベクトルを算出する（ステップＳ１３１）。生成部２１６は、ステップＳ１３０で算出したベクトルと鉛直ベクトルの外積を求めることで、法線ベクトルを算出する（ステップＳ１３２）。また生成部２１６は、ステップＳ１２８で取得した２回目の刃先の位置に基づいて位置ベクトルを得る（ステップＳ１３３）。生成部２１６は、生成した左壁または右壁のパラメータを、メインメモリ２３０に記録する（ステップＳ１３４）。なお、メインメモリ２３０に既に左壁または右壁のパラメータが記録されている場合、古いパラメータを新たなパラメータで上書きする。
【0060】
（上壁の設定）
図７は、第１の実施形態に係る上壁の設定方法を示すフローチャートである。
入力部２１２がモニタ装置１４２から上壁の設定指示を受け付けると、表示制御部２１３は、設定ボタンを含むガイダンス画面をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１４１）。ガイダンス画面には、上壁を設定したい点にバケット１６３の刃先を移動させて設定ボタンを操作する旨が表示される。オペレータは、作業機械１００を操作し、バケット１６３の刃先を所望の位置に移動させた後に設定ボタンを操作する。入力部２１２はモニタ装置１４２から設定ボタンの操作を受け付ける（ステップＳ１４２）。
図７は、第１の実施形態に係る上壁の設定方法を示すフローチャートである。
入力部２１２がモニタ装置１４２から上壁の設定指示を受け付けると、表示制御部２１３は、設定ボタンを含むガイダンス画面をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１４１）。ガイダンス画面には、上壁を設定したい点にバケット１６３の刃先を移動させて設定ボタンを操作する旨が表示される。オペレータは、作業機械１００を操作し、バケット１６３の刃先を所望の位置に移動させた後に設定ボタンを操作する。入力部２１２はモニタ装置１４２から設定ボタンの操作を受け付ける（ステップＳ１４２）。
【0061】
計測値取得部２１４は、設定ボタンが操作された時点における傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５およびペイロードメータ１０６の計測値を取得する（ステップＳ１４３）。位置特定部２１５は、取得した計測値に基づいて車体座標系におけるバケット１６３の刃先の位置を特定する（ステップＳ１４４）。
【0062】
生成部２１６は、ステップＳ１４３で傾斜計測器１０１から取得したロール角およびピッチ角と、ステップＳ１４４で求めた刃先の位置とに基づいて、水平方向に伸びる上壁のパラメータを算出する。生成部２１６は、Ｘｓｂ軸の値が０、Ｙｓｂ軸の値が０、Ｚｓｂ軸の値が－１のベクトルを、ロール角およびピッチ角だけ回転させることで、法線ベクトルを求める（ステップＳ１４５）。また生成部２１６は、ステップＳ１４４で求めた刃先の位置に基づいて位置ベクトルを得る（ステップＳ１４６）。生成部２１６は、生成した上壁のパラメータを、メインメモリ２３０に記録する（ステップＳ１４７）。なお、メインメモリ２３０に既に上壁のパラメータが記録されている場合、古いパラメータを新たなパラメータで上書きする。
【0063】
（下壁の設定）
図８は、第１の実施形態に係る下壁の設定方法を示すフローチャートである。
入力部２１２がモニタ装置１４２から下壁の設定指示を受け付けると、表示制御部２１３は、距離入力欄と設定ボタンを含むガイダンス画面をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１６１）。ガイダンス画面には、下壁を設定したい点の上方にバケット１６３の刃先を移動させ、距離入力欄に刃先から下壁までの距離を入力し、設定ボタンを操作する旨が表示される。距離入力欄には、初期値として０メートルが入力される。オペレータは、作業機械１００を操作し、バケット１６３の刃先を所望の位置に移動させた後に設定ボタンを操作する。入力部２１２はモニタ装置１４２から距離入力欄への入力および設定ボタンの操作を受け付ける（ステップＳ１６２）。入力部２１２は、設定ボタンが操作された時点における距離入力欄の値を取得する（ステップＳ１６３）。
図８は、第１の実施形態に係る下壁の設定方法を示すフローチャートである。
入力部２１２がモニタ装置１４２から下壁の設定指示を受け付けると、表示制御部２１３は、距離入力欄と設定ボタンを含むガイダンス画面をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１６１）。ガイダンス画面には、下壁を設定したい点の上方にバケット１６３の刃先を移動させ、距離入力欄に刃先から下壁までの距離を入力し、設定ボタンを操作する旨が表示される。距離入力欄には、初期値として０メートルが入力される。オペレータは、作業機械１００を操作し、バケット１６３の刃先を所望の位置に移動させた後に設定ボタンを操作する。入力部２１２はモニタ装置１４２から距離入力欄への入力および設定ボタンの操作を受け付ける（ステップＳ１６２）。入力部２１２は、設定ボタンが操作された時点における距離入力欄の値を取得する（ステップＳ１６３）。
【0064】
計測値取得部２１４は、設定ボタンが操作された時点における傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５およびペイロードメータ１０６の計測値を取得する（ステップＳ１６４）。位置特定部２１５は、取得した計測値に基づいて車体座標系におけるバケット１６３の刃先の位置を特定する（ステップＳ１６５）。
【0065】
生成部２１６は、ステップＳ１６４で傾斜計測器１０１から取得したロール角およびピッチ角と、ステップＳ１６５で求めた刃先の位置と、ステップＳ１６３で取得した距離とに基づいて、水平方向に伸びる下壁のパラメータを算出する。生成部２１６は、Ｘｓｂ軸の値が０、Ｙｓｂ軸の値が０、Ｚｓｂ軸の値が１のベクトルを、ロール角およびピッチ角だけ回転させることで、法線ベクトルを求める（ステップＳ１６６）。また生成部２１６は、ステップＳ１６５で求めた刃先の位置を示すベクトルと、法線ベクトルに距離を乗算した深度ベクトルとの和を求めることで、位置ベクトルを得る（ステップＳ１６７）。生成部２１６は、生成した下壁のパラメータを、メインメモリ２３０に記録する（ステップＳ１６８）。なお、メインメモリ２３０に既に下壁のパラメータが記録されている場合、古いパラメータを新たなパラメータで上書きする。
【0066】
《仮想壁の更新および介入制御》
作業機械１００は、旋回体１４０を旋回させて作業機１６０が届く範囲内の作業を行うことができる。そのため、通常、オペレータは、掘削などの作業を行う場合、作業機械１００を旋回させる。車体座標系は、旋回体１４０を基準とするため、グローバル座標系の視点から見て作業機械１００の旋回に追従して回転する。車体座標系に設定される仮想壁が作業機械１００の旋回に追従して回転してしまうと、右壁および左壁は作業機械１００に干渉することがなく、意味をなさない。例えば、旋回体１４０の右側に右壁を設定すると、旋回体１４０をどのように旋回させても、右壁は常に旋回体１４０の右側に維持され、作業機械１００に干渉することがない。また、前壁は、作業機械１００の旋回に追従して回転してしまうと、平面状の壁ではなく環状の壁としてふるまうため、建築物の壁面に沿った仮想壁として機能しない。
そのため、第１の実施形態に係る制御装置２００は、作業機械１００の旋回前後でグローバル座標系における仮想壁の位置を維持するために、仮想壁の回転変換処理を行う。
作業機械１００は、旋回体１４０を旋回させて作業機１６０が届く範囲内の作業を行うことができる。そのため、通常、オペレータは、掘削などの作業を行う場合、作業機械１００を旋回させる。車体座標系は、旋回体１４０を基準とするため、グローバル座標系の視点から見て作業機械１００の旋回に追従して回転する。車体座標系に設定される仮想壁が作業機械１００の旋回に追従して回転してしまうと、右壁および左壁は作業機械１００に干渉することがなく、意味をなさない。例えば、旋回体１４０の右側に右壁を設定すると、旋回体１４０をどのように旋回させても、右壁は常に旋回体１４０の右側に維持され、作業機械１００に干渉することがない。また、前壁は、作業機械１００の旋回に追従して回転してしまうと、平面状の壁ではなく環状の壁としてふるまうため、建築物の壁面に沿った仮想壁として機能しない。
そのため、第１の実施形態に係る制御装置２００は、作業機械１００の旋回前後でグローバル座標系における仮想壁の位置を維持するために、仮想壁の回転変換処理を行う。
【0067】
図９および図１０は、第１の実施形態において設定された仮想壁の更新および介入制御を示すフローチャートである。作業機械１００のオペレータがモニタ装置１４２の操作によって少なくとも１つの仮想壁を設定すると、制御装置２００は、以下に示す制御を開始する。
【0068】
操作量取得部２１１は、操作装置１４１からブーム１６１、アーム１６２、バケット１６３、および旋回体１４０の操作信号を取得する（ステップＳ２０１）。計測値取得部２１４は、傾斜計測器１０１、旋回角センサ１０２、ブーム角センサ１０３、アーム角センサ１０４、バケット角センサ１０５およびペイロードメータ１０６の計測値を取得する（ステップＳ２０２）。
【0069】
回転変換部２１７は、メインメモリ２３０が記憶する１つ以上の仮想壁それぞれを、ステップＳ２０２で傾斜計測器１０１から取得した旋回体１４０のロール角、ピッチ角、ヨー角に基づいて回転変換し、更新する（ステップＳ２０３）。
【0070】
位置特定部２１５は、ステップＳ２０２で取得した計測値に基づいて車体座標系における作業機械１００の外殻の複数の点の位置を算出する（ステップＳ２０４）。介入判定部２１８は、位置特定部２１５が特定した点を１つずつ選択し（ステップＳ２０５）、以下のステップＳ２０６からステップＳ２１２の処理を実行する。
【0071】
介入判定部２１８は、ステップＳ２０５で選択した点を通り、且つ、車体座標系のＸｓｂ－Ｙｓｂ平面に平行な断面を特定する（ステップＳ２０６）。また、介入判定部２１８は、ステップＳ２０５で選択した点を通り、且つ、車体座標系のＸｓｂ－Ｚｓｂ平面に平行な断面を特定する（ステップＳ２０７）。
【0072】
介入判定部２１８は、メインメモリ２３０に設定された１つ以上の仮想壁を１つずつ選択し（ステップＳ２０８）、以下のステップＳ２０９からステップＳ２１２の処理を実行する。
介入判定部２１８は、ステップＳ２０６で生成した断面とステップＳ２０８で選択した仮想壁との交線を水平仮想壁線として算出する（ステップＳ２０９）。なお、ステップＳ２０６で生成した断面と仮想壁との位置関係によっては水平仮想壁線が存在しない場合もある。水平仮想壁線が存在する場合、介入判定部２１８は、右旋回と左旋回のそれぞれについて、ステップＳ２０５で選択した点がステップＳ２０９で算出した水平仮想壁線と接触する旋回角を求める（ステップＳ２１０）。例えば、介入判定部２１８は、旋回中心を中心としてステップＳ２０５で選択した点を通る円と水平仮想壁線との交点を算出し、旋回中心からステップＳ２０５で選択した点へ伸びる線分と旋回中心から交点へ伸びる線分とのなす角を求める。なお、ステップＳ２０５で選択した点と水平仮想壁線との位置関係によっては交点が存在しない場合もある。
介入判定部２１８は、ステップＳ２０６で生成した断面とステップＳ２０８で選択した仮想壁との交線を水平仮想壁線として算出する（ステップＳ２０９）。なお、ステップＳ２０６で生成した断面と仮想壁との位置関係によっては水平仮想壁線が存在しない場合もある。水平仮想壁線が存在する場合、介入判定部２１８は、右旋回と左旋回のそれぞれについて、ステップＳ２０５で選択した点がステップＳ２０９で算出した水平仮想壁線と接触する旋回角を求める（ステップＳ２１０）。例えば、介入判定部２１８は、旋回中心を中心としてステップＳ２０５で選択した点を通る円と水平仮想壁線との交点を算出し、旋回中心からステップＳ２０５で選択した点へ伸びる線分と旋回中心から交点へ伸びる線分とのなす角を求める。なお、ステップＳ２０５で選択した点と水平仮想壁線との位置関係によっては交点が存在しない場合もある。
【0073】
また、介入判定部２１８は、ステップＳ２０７で生成した断面とステップＳ２０８で選択した仮想壁との交線を鉛直仮想壁線として算出する（ステップＳ２１１）。なお、ステップＳ２０７で生成した断面と仮想壁との位置関係によっては鉛直仮想壁線が存在しない場合もある。鉛直仮想壁線が存在する場合、介入判定部２１８は、ステップＳ２０５で選択した点とステップＳ２１１で算出した鉛直仮想壁線との距離を求める（ステップＳ２１２）。
【0074】
介入判定部２１８は、ステップＳ２１０で求めた作業機械１００上の各点における仮想壁ごとの旋回角に基づいて、右旋回と左旋回のそれぞれについて、複数の点の少なくとも１つが少なくとも１つの仮想壁に接触する最小旋回角を算出する（ステップＳ２１３）。
介入判定部２１８は、ステップＳ２１２で求めた作業機械１００上の各点における仮想壁ごとの距離に基づいて、作業機１６０と仮想壁との最短距離を算出する（ステップＳ２１４）。
介入判定部２１８は、ステップＳ２１２で求めた作業機械１００上の各点における仮想壁ごとの距離に基づいて、作業機１６０と仮想壁との最短距離を算出する（ステップＳ２１４）。
【0075】
介入判定部２１８は、ステップＳ２０１で取得した旋回体１４０の操作信号に基づいて、旋回方向および目標旋回速度を算出する（ステップＳ２１５）。介入判定部２１８は、操作信号が示す旋回方向についての最小旋回角が、介入開始角度より大きいか否かを判定する（ステップＳ２１６）。最小旋回角が介入開始角度より大きい場合（ステップＳ２１６：ＹＥＳ）、介入制御部２１９は旋回についての介入制御を行わない。他方、最小旋回角が介入開始角度以下である場合（ステップＳ２１６：ＮＯ）、介入制御部２１９は、予め定められた制限角速度テーブルに基づいて最小旋回角から制限角速度を特定し、旋回体１４０の目標旋回速度を制限角速度以下の値に制限する（ステップＳ２１７）。制限角速度テーブルは、最小旋回角と制限角速度との関係を示す関数であって、最小旋回角が小さいほど制限角速度が小さくなる関数である。
制限角速度テーブルは、例えば、オペレータによる旋回体１４０の操作感が損なわれない減速率に設定してもよい。
制限角速度テーブルは、例えば、オペレータによる旋回体１４０の操作感が損なわれない減速率に設定してもよい。
【0076】
介入判定部２１８は、ステップＳ２０１で取得したブーム１６１、アーム１６２およびバケット１６３の操作信号に基づいて、作業機１６０の目標速度を算出する（ステップＳ２１８）。具体的には、介入判定部２１８は、ステップＳ２０１で取得したブーム１６１、アーム１６２およびバケット１６３の操作信号に基づいて、ブーム１６１、アーム１６２およびバケット１６３の目標速度を算出する。次に、介入判定部２１８は、ステップＳ２１４で算出した最短距離が、介入開始距離より長いか否かを判定する（ステップＳ２１９）。最短距離が介入開始距離より長い場合（ステップＳ２１９：ＹＥＳ）、介入制御部２１９は作業機１６０についての介入制御を行わない。他方、最短距離が介入開始距離以下である場合（ステップＳ２１９：ＮＯ）、介入制御部２１９は、作業機１６０の各軸を１つずつ選択し、選択した軸について、以下のステップＳ２２１からステップＳ２２２の処理を行う（ステップＳ２２０）。介入制御部２１９は、選択された軸の操作方向が仮想壁へ接近する方向の操作であるか否かを判定する（ステップＳ２２１）。選択された軸の操作方向が仮想壁へ接近する方向の操作ではない場合（ステップＳ２２０：ＮＯ）、介入制御部２１９は、選択された軸についての介入制御を行わない。他方、選択された軸の操作方向が仮想壁へ接近する方向の操作である場合（ステップＳ２２０：ＹＥＳ）、介入制御部２１９は、選択された軸について、予め定められた制限速度テーブルに基づいて制限速度を特定し、目標速度を制限速度以下の値に制限する（ステップＳ２２２）。
【0077】
制御信号出力部２２０は、ブーム１６１、アーム１６２、バケット１６３の目標速度および旋回体１４０の目標角速度に基づいて制御信号を生成し、コントロールバルブ１１３に出力する（ステップＳ２２３）。
【0078】
《作用・効果》
このように、制御装置２００は、旋回体１４０の旋回に伴って車体座標系で規定された仮想壁を回転変換し、作業機械１００の外殻が仮想壁と接触しないように、作業機械１００を制御する。このように、車体座標系で規定された仮想壁を旋回体１４０の旋回に伴って回転させることで、制御装置２００は、仮想壁の絶対位置を固定することができる。したがって、制御装置２００は、グローバル座標系を参照することなく平面の仮想壁によって作業機械１００の動作を制限することができる。平面の仮想壁を設定することで、通常平面で区切られる施工現場の領域への進入を適切に制限することができる。
このように、制御装置２００は、旋回体１４０の旋回に伴って車体座標系で規定された仮想壁を回転変換し、作業機械１００の外殻が仮想壁と接触しないように、作業機械１００を制御する。このように、車体座標系で規定された仮想壁を旋回体１４０の旋回に伴って回転させることで、制御装置２００は、仮想壁の絶対位置を固定することができる。したがって、制御装置２００は、グローバル座標系を参照することなく平面の仮想壁によって作業機械１００の動作を制限することができる。平面の仮想壁を設定することで、通常平面で区切られる施工現場の領域への進入を適切に制限することができる。
【0079】
また、第１の実施形態に係る制御装置２００は、車体座標系における作業機１６０の先端の位置を特定し、仮想壁の生成指示を受け付けたときに、作業機１６０の先端の位置に仮想壁を生成する。これにより、オペレータは、作業機の操作と生成指示の入力によって容易に仮想壁を設定することができる。なお、他の実施形態においてはこれに限られず、例えばオペレータがモニタ装置１４２の操作によって仮想壁の座標を入力することで仮想壁の設定がなされてもよい。
【0080】
また、第１の実施形態に係る制御装置２００は、傾斜計測器１０１の計測値に基づいて、鉛直方向または水平方向に伸びる仮想壁を生成する。一般的に施工現場の領域は壁や柵によって鉛直方向に沿って区切られている。そのため、仮想壁が鉛直方向に伸びるように設定されることで、作業機械１００による領域への進入を適切に制御することができる。また、架線や天井などの上方の障害物については作業機械１００がその最下点を超えない制御することが一般であることから、仮想壁が水平方向に伸びるように設定されることで、適切に最下点制御を行うことができる。
【0081】
〈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２００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２００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装置２００として機能するものであってもよい。このとき、制御装置２００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。
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２００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２００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装置２００として機能するものであってもよい。このとき、制御装置２００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。
【0082】
他の実施形態に係る制御装置２００は、旋回操作の介入制御を行う際に、予め定められた制限角速度テーブルに基づいて制限角速度を決定するがこれに限られない。作業機械１００の慣性モーメントは作業機１６０の姿勢やバケット１６３に積まれた荷の重量によって変化する。そのため、介入制御部２１９は、慣性モーメントの変化に鑑みて制限角速度を決定してもよい。例えば、ジオメトリデータに各部品の重心位置を格納しておくことで、位置特定部２１５は車体座標系における各部品の重心位置を特定することができる。介入制御部２１９は、各重心位置に既知の重量を乗算したベクトルと、さらにバケット１６３の位置にペイロードメータ１０６の計測値が示す重量を乗算したベクトルに基づいて作業機１６０の重心位置を求めることができる。これにより、介入制御部２１９は、制限角速度テーブルから求められた制限角速度に作業機１６０の重心位置と重量から計算されたイナーシャ比に応じた係数を乗算することで、慣性モーメントの変化に鑑みた制限角速度を決定することができる。
【0083】
第１の実施形態に係る作業機械１００は、運転室１８０に搭乗したオペレータによって操作されるが、他の実施形態に係る作業機械１００はこれに限られない。図１１は、他の実施形態に係る作業システムの構成を示す図である。他の実施形態に係る作業機械１００は、図１０に示すように遠隔操作装置５００によって操作されてもよい。遠隔操作される作業機械１００は、第１の実施形態の構成に加え、さらに撮像装置１１９を備え、制御装置２００は、撮像装置１１９が撮像した画像を遠隔操作装置５００にリアルタイムに送信する。遠隔操作装置５００は、運転席５１０、ディスプレイ５２０、操作装置５３０及び遠隔操作サーバ５４０を備える。遠隔操作サーバ５４０は、作業機械１００から受信した画像をディスプレイ５２０に表示させる。これにより、オペレータは遠隔の作業機械１００の周囲の状況を認識することができる。また遠隔操作サーバ５４０は、オペレータによる操作装置５３０の操作信号をネットワークを介して作業機械１００に送信する。遠隔操作サーバ５４０は、第１の実施形態に係る制御装置２００の少なくとも一部の機能を実行する。つまり、遠隔操作サーバ５４０を備える作業システムにおいて、制御装置２００と遠隔操作サーバ５４０は、作業システムを構成する。
【0084】
第１の実施形態に係る作業機１６０にはバケット１６３が取り付けられるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業機１６０は、バケットに代えて、ブレーカやグラップルなどの他の作業機具を備えていてもよい。また、他の実施形態に係るバケット１６３などの作業機具は、チルトアタッチメントやチルトローテートアタッチメントを介してアーム１６２の先端部に取り付けられてもよい。
【符号の説明】
【0085】
１００…作業機械 １０１…傾斜計測器 １０２…旋回角センサ １０３…ブーム角センサ １０４…アーム角センサ １０５…バケット角センサ １０６…ペイロードメータ １１１…エンジン １１２…油圧ポンプ １１３…コントロールバルブ １１４…走行モータ １１５…旋回モータ １１６…ブームシリンダ １１７…アームシリンダ １１８…バケットシリンダ １２０…走行体 １４０…旋回体 １４１…操作装置 １４２…モニタ装置 １６０…作業機 １６１…ブーム １６２…アーム １６３…バケット １８０…運転室 ２００…制御装置 ２１０…プロセッサ ２１１…操作量取得部 ２１２…入力部 ２１３…表示制御部 ２１４…計測値取得部 ２１５…位置特定部 ２１６…生成部 ２１７…回転変換部 ２１８…介入判定部 ２１９…介入制御部 ２２０…制御信号出力部 ２３０…メインメモリ ２５０…ストレージ ２７０…インタフェース
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】