(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】P2024140142
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】システム、方法およびプログラム
(51)【国際特許分類】
E02F 9/24 20060101AFI20241003BHJP
E02F 3/43 20060101ALI20241003BHJP
E02F 9/26 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
E02F9/24 H
E02F3/43 M
E02F9/26 B
E02F9/24 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023051148
(22)【出願日】2023-03-28
(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】村井 正治
【テーマコード（参考）】
2D003
2D015
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB03
2D003AB04
2D003BA07
2D003CA02
2D003DA04
2D003DB03
2D003DB04
2D015GA03
2D015GB01
2D015HA03
2D015HB00
(57)【要約】
【課題】交換可能な作業具の制御に係るパラメータを容易に決定する。
【解決手段】制御システムは、作業機械に設けられ、作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置と、プロセッサとを備える。プロセッサは、撮像装置から撮像データを取得し、撮像データに基づいて作業具の形状を特定する。プロセッサは、形状に基づいて、作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と作業具とが接触しないように作業機械を制御する。
【選択図】図９
【解決手段】制御システムは、作業機械に設けられ、作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置と、プロセッサとを備える。プロセッサは、撮像装置から撮像データを取得し、撮像データに基づいて作業具の形状を特定する。プロセッサは、形状に基づいて、作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と作業具とが接触しないように作業機械を制御する。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端に作業具を取り付け可能な作業機を備える作業機械を制御するためのシステムであって、
前記作業機械に設けられ、前記作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置と、
プロセッサと、
を備え、
前記プロセッサは、
前記撮像装置から前記撮像データを取得し、
前記撮像データに基づいて前記作業具の形状を特定し、
前記形状に基づいて、前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と前記作業具とが接触しないように前記作業機械を制御する、
システム。
前記作業機械に設けられ、前記作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置と、
プロセッサと、
を備え、
前記プロセッサは、
前記撮像装置から前記撮像データを取得し、
前記撮像データに基づいて前記作業具の形状を特定し、
前記形状に基づいて、前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と前記作業具とが接触しないように前記作業機械を制御する、
システム。
【請求項2】
前記プロセッサは、
前記作業機の姿勢を特定し、
前記撮像データと前記作業機の姿勢とに基づいて前記作業具の形状を特定する
請求項１に記載のシステム。
前記作業機の姿勢を特定し、
前記撮像データと前記作業機の姿勢とに基づいて前記作業具の形状を特定する
請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記作業機に取り付け可能な複数の作業具のそれぞれについて、前記作業具の形状に係るデータと、前記作業機の寸法に係るデータとを記憶する記憶装置を備え、
前記形状に基づいて、前記記憶装置から前記作業具の寸法を読み出し、
前記寸法に基づいて、前記仮想壁と前記作業具とが接触しないように前記作業機械を制御する、
請求項１に記載のシステム。
前記形状に基づいて、前記記憶装置から前記作業具の寸法を読み出し、
前記寸法に基づいて、前記仮想壁と前記作業具とが接触しないように前記作業機械を制御する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記プロセッサは、
前記作業具の形状に基づいて、前記作業具の制御点を中心として前記作業具を内包するように定義される仮想球の半径を決定し、
前記制御点の位置および前記半径に基づいて、前記仮想壁と前記仮想球とが接触しないように前記作業機械を制御する
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシステム。
前記作業具の形状に基づいて、前記作業具の制御点を中心として前記作業具を内包するように定義される仮想球の半径を決定し、
前記制御点の位置および前記半径に基づいて、前記仮想壁と前記仮想球とが接触しないように前記作業機械を制御する
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項5】
先端に作業具を取り付け可能な作業機を備える作業機械を制御するための方法であって、
前記作業機械に設けられ、前記作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置から、前記撮像データを取得するステップと、
前記撮像データに基づいて前記作業具の形状を特定するステップと、
前記形状に基づいて、前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と前記作業具とが接触しないように前記作業機械を制御するステップと、
を備える方法。
前記作業機械に設けられ、前記作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置から、前記撮像データを取得するステップと、
前記撮像データに基づいて前記作業具の形状を特定するステップと、
前記形状に基づいて、前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と前記作業具とが接触しないように前記作業機械を制御するステップと、
を備える方法。
【請求項6】
先端に作業具を取り付け可能な作業機を備える作業機械を制御するコンピュータに、
前記作業機械に設けられ、前記作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置から、前記撮像データを取得するステップと、
前記撮像データに基づいて前記作業具の形状を特定するステップと、
前記形状に基づいて、前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と前記作業具とが接触しないように前記作業機械を制御するステップと、
を実行させるプログラム。
前記作業機械に設けられ、前記作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置から、前記撮像データを取得するステップと、
前記撮像データに基づいて前記作業具の形状を特定するステップと、
前記形状に基づいて、前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と前記作業具とが接触しないように前記作業機械を制御するステップと、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、システム、方法および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。
また、特許文献１には、作業具の回転軸を中心にし、作業具の先端までの半径を有する仮想円を規定し、仮想円と干渉防止領域との関係を求めることで、作業具の干渉防止領域への侵入を防止する技術が開示されている。
また、特許文献１には、作業具の回転軸を中心にし、作業具の先端までの半径を有する仮想円を規定し、仮想円と干渉防止領域との関係を求めることで、作業具の干渉防止領域への侵入を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平９－２５６４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、作業機械には、作業機の先端に様々な作業具を取り付け可能なものがある。作業具の形状は様々であるため、作業具が交換された場合、制御に係るパラメータを変更する必要がある。作業具の交換のたびにパラメータを設定することは手間である。
【0005】
本開示の目的は、交換可能な作業具の制御に係るパラメータを容易に決定することができるシステム、方法および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】
【0006】
本開示の第１の態様に係るシステムは、先端に作業具を取り付け可能な作業機を備える作業機械を制御する。システムは、作業機械に設けられ、作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置と、プロセッサとを備える。プロセッサは、撮像装置から撮像データを取得し、撮像データに基づいて作業具の形状を特定する。プロセッサは、形状に基づいて、作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と作業具とが接触しないように作業機械を制御する。
【0007】
本開示の第２の態様に係る方法は、先端に作業具を取り付け可能な作業機を備える作業機械を制御するための方法であって、取得ステップと、特定ステップと、制御ステップとを備える。取得ステップは、作業機械に設けられ、作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置から、撮像データを取得する。特定ステップは、撮像データに基づいて作業具の形状を特定する。制御ステップは、形状に基づいて、作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と作業具とが接触しないように作業機械を制御する。
【0008】
本発明の第３の態様に係るプログラムは、先端に作業具を取り付け可能な作業機を備える作業機械を制御する。プログラムは、コンピュータに、取得ステップと、特定ステップと、制御ステップとを実行させる。取得ステップは、作業機械に設けられ、作業機が写る撮像データを撮像する撮像装置から、撮像データを取得する。特定ステップは、撮像データに基づいて作業具の形状を特定する。制御ステップは、形状に基づいて、作業機の侵入を禁止する面である仮想壁と作業具とが接触しないように作業機械を制御する。
【発明の効果】
【0009】
上記態様によれば、交換可能な作業具の制御に係るパラメータを容易に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【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仮想球と仮想壁との関係を示す図である。
【図5】第１の実施形態における仮想球とバケットの外殻との関係を示す図である。
【図6】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7】第１の実施形態におけるアタッチメントの形状特定処理を示すフローチャート（パート１）である。
【図8】第１の実施形態におけるアタッチメントの形状特定処理を示すフローチャート（パート２）である。
【図9】第１の実施形態に係る形状特定処理における画面例を示す図である。
【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（パート１）である。
【図11】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（パート２）である。
【図12】第２の実施形態におけるアタッチメントの形状特定処理を示すフローチャートである。
【図13】第２の実施形態に係る形状特定処理における画面例を示す図である。
【図14】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。
【発明を実施するための形態】
【0011】
〈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仮想壁ＶＷを生成し、作業機械１００が仮想壁ＶＷ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仮想壁ＶＷを生成し、作業機械１００が仮想壁ＶＷ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。
【0012】
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アタッチメント１６３を備える。アタッチメント１６３は作業具の一例である。図１に示す例におけるアタッチメント１６３は、バケットである。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。アタッチメント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アタッチメント１６３を備える。アタッチメント１６３は作業具の一例である。図１に示す例におけるアタッチメント１６３は、バケットである。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。アタッチメント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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
《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、動力源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、アタッチメントシリンダ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、動力源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、アタッチメントシリンダ１１８を備える。
【0016】
動力源１１１は、油圧ポンプ１１２を駆動する原動機である。動力源１１１は、例えばエンジンである。
油圧ポンプ１１２は、動力源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およびアタッチメントシリンダ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およびアタッチメントシリンダ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、動力源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およびアタッチメントシリンダ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およびアタッチメントシリンダ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。
【0017】
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。
アタッチメントシリンダ１１８は、アタッチメント１６３を駆動するための油圧シリンダである。アタッチメントシリンダ１１８の基端部は、アーム１６２に取り付けられる。アタッチメントシリンダ１１８の先端部は、アタッチメント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。
アタッチメントシリンダ１１８は、アタッチメント１６３を駆動するための油圧シリンダである。アタッチメントシリンダ１１８の基端部は、アーム１６２に取り付けられる。アタッチメントシリンダ１１８の先端部は、アタッチメント１６３に取り付けられる。
【0018】
《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、アタッチメント角センサ１０５、ペイロードメータ１０６および撮像装置１０７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、アタッチメント角センサ１０５、ペイロードメータ１０６および撮像装置１０７を備える。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
アタッチメント角センサ１０５は、アーム１６２に対するアタッチメント１６３の回転角であるアタッチメント角を計測する。アタッチメント角センサ１０５は、アタッチメント１６３を駆動させるためのアタッチメントシリンダ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、アタッチメント角センサ１０５は、アタッチメントシリンダ１１８のストローク量に基づいてアタッチメント角を計測する。アタッチメント角センサ１０５の計測値は、例えば、アタッチメント１６３の基端と先端部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アタッチメント角センサ１０５は、アーム１６２とアタッチメント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アタッチメント角センサ１０５は、アタッチメント１６３に取付けられたＩＭＵであってもよい。アタッチメント角センサ１０５は、計測値であるアタッチメント角データを制御装置２００へ出力する。
【0024】
ペイロードメータ１０６は、アタッチメント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。
【0025】
撮像装置１０７は、撮像範囲に作業機１６０が写るように旋回体１４０に設けられる。例えば、撮像装置１０７は、運転室１８０の天井に設けられていてもよい。撮像装置１０７は、撮像データを制御装置２００へ出力する。撮像装置１０７の例としては、カメラ、ステレオカメラ、ＬｉＤＡＲ、レーザスキャナなどが挙げられる。撮像データは、二次元の画像データであってもよいし、三次元の点群データであってもよい。
【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、アタッチメント角センサ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、アタッチメント角センサ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及びアーム１６２の寸法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、アタッチメント特定部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２２１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、アタッチメント特定部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２２１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。特に、入力部２１２は、アタッチメント１６３の交換がなされたときに、オペレータからアタッチメント１６３の形状特定処理を実行する旨の入力を受け付け、後述するアタッチメント１６３の形状特定処理を開始する。
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、アタッチメント角センサ１０５、ペイロードメータ１０６から計測値を取得する。計測値取得部２１４は、撮像装置１０７から撮像データを取得する。
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。特に、入力部２１２は、アタッチメント１６３の交換がなされたときに、オペレータからアタッチメント１６３の形状特定処理を実行する旨の入力を受け付け、後述するアタッチメント１６３の形状特定処理を開始する。
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、アタッチメント角センサ１０５、ペイロードメータ１０６から計測値を取得する。計測値取得部２１４は、撮像装置１０７から撮像データを取得する。
【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、アタッチメント特定部２１６によって特定されたデータとに基づいて、車体座標系における作業機械１００の外殻の複数の点と、アタッチメント１６３の制御点Ｐ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、アーム１６２のアタッチメント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】
アタッチメント１６３の制御点Ｐは、アタッチメント１６３を球体（仮想球ＶＳ）とみなすときの当該仮想球ＶＳの中心である。仮想球ＶＳは、アタッチメント１６３を簡易的に表すために、制御点Ｐを中心としてアタッチメント１６３を内包するように定義される。図４は、第１の実施形態における仮想球ＶＳと仮想壁ＶＷとの関係を示す図である。図５は、第１の実施形態における仮想球ＶＳとバケットの外殻との関係を示す図である。第１の実施形態におけるアタッチメント１６３はバケットであり、図４及び図５に示すように、制御点Ｐは、アーム１６２とバケットとを接続するピン（回転軸）の中点と、バケットの刃先（先端部）の中点とを結ぶ線分の中点である。第１の実施形態における仮想球ＶＳの半径ｒは、制御点Ｐからバケットの外殻の最遠点までの距離に等しい。したがって、仮想球ＶＳはバケットを内包する。図５の例では、バケットの外殻を簡易的に表現するための点としてＡＰ０、ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３、ＡＰ４、及びＡＰ５が特定され、このうち制御点Ｐから最も離れた点がＡＰ２である。そのため、図５の例において半径ｒは、制御点Ｐから点ＡＰ２までの距離に等しい。
バケットの制御点Ｐを、バケットの回転軸の中点と、バケットの先端部の中点とを結ぶ線分の中点とすることで、バケットの底面と仮想球ＶＳとの隙間を小さくすることができる。他方、バケットの開口面については、底面と比較して仮想球ＶＳとの距離が大きくなるが、バックホウショベルにおいてバケットの開口面は通常作業機械１００の前方を向かないため、操作性に影響を与える場面がほとんどない。また、バケットの形状は半球に近いため、制御点Ｐをバケットの回転軸の中点とバケットの先端部の中点とを結ぶ線分の中点とすることで、オペレータが操作時に仮想球ＶＳをイメージしやすいという利点もある。
バケットの制御点Ｐを、バケットの回転軸の中点と、バケットの先端部の中点とを結ぶ線分の中点とすることで、バケットの底面と仮想球ＶＳとの隙間を小さくすることができる。他方、バケットの開口面については、底面と比較して仮想球ＶＳとの距離が大きくなるが、バックホウショベルにおいてバケットの開口面は通常作業機械１００の前方を向かないため、操作性に影響を与える場面がほとんどない。また、バケットの形状は半球に近いため、制御点Ｐをバケットの回転軸の中点とバケットの先端部の中点とを結ぶ線分の中点とすることで、オペレータが操作時に仮想球ＶＳをイメージしやすいという利点もある。
【0034】
アタッチメント特定部２１６は、計測値取得部２１４が取得した撮像データと位置特定部２１５が特定したアームトップの位置とに基づいて、アタッチメント１６３の形状を特定し、アタッチメント１６３の制御点Ｐの位置および仮想球ＶＳの半径を決定する。
制御点Ｐの位置は、ローカル座標系であるアタッチメント座標系における位置（ｘｃｐ、ｙｃｐ、ｚｃｐ）として表される。アタッチメント座標系は、アタッチメント１６３とアーム１６２とを接続するピンの位置を基準として、先端部の方向に伸びるＸａｔ軸、ピンが伸びる方向に伸びるＹａｔ軸、Ｘａｔ軸とＹａｔ軸に直交するＺａｔ軸から構成される座標系である。なお、アタッチメント座標系は予め定められた座標系であって、アタッチメント特定部２１６によって特定されるアタッチメント１６３の形状に依らない。したがって、Ｘａｔ軸は必ずしも実際にアタッチメント１６３の先端を通るとは限らない。制御点Ｐは、アタッチメント１６３を基準とした座標系において一意に特定される点である。
制御点Ｐの位置は、ローカル座標系であるアタッチメント座標系における位置（ｘｃｐ、ｙｃｐ、ｚｃｐ）として表される。アタッチメント座標系は、アタッチメント１６３とアーム１６２とを接続するピンの位置を基準として、先端部の方向に伸びるＸａｔ軸、ピンが伸びる方向に伸びるＹａｔ軸、Ｘａｔ軸とＹａｔ軸に直交するＺａｔ軸から構成される座標系である。なお、アタッチメント座標系は予め定められた座標系であって、アタッチメント特定部２１６によって特定されるアタッチメント１６３の形状に依らない。したがって、Ｘａｔ軸は必ずしも実際にアタッチメント１６３の先端を通るとは限らない。制御点Ｐは、アタッチメント１６３を基準とした座標系において一意に特定される点である。
【0035】
生成部２１７は、入力部２１２がオペレータから仮想壁ＶＷの生成指示を受け付けた場合に、位置特定部２１５が特定したアタッチメント１６３の先端部の位置に基づいて仮想壁ＶＷのパラメータを計算する。生成部２１７は、生成した車体座標系における仮想壁ＶＷのパラメータをメインメモリ２３０に記録する。
【0036】
回転変換部２１８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ＶＷのパラメータを更新する。具体的には、回転変換部２１８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ＶＷ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６は、第１の実施形態における旋回体の旋回に伴う仮想壁ＶＷの再設定の一例を示す図である。例えば、図６に示すように、仮想壁ＶＷの設定後に旋回体１４０が旋回した場合、回転変換部２１８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ＶＷ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２１８は、旋回体１４０の旋回による仮想壁ＶＷの回転をキャンセルすることができる。
【0037】
介入判定部２１９は、位置特定部２１５が特定した外殻の複数の点と仮想壁ＶＷとの位置関係、およびアタッチメント１６３の仮想球ＶＳと仮想壁ＶＷ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２１９は、仮想壁ＶＷ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２１９は、仮想壁ＶＷ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。このとき、介入判定部２１９は、アタッチメント１６３について仮想球ＶＳに基づいて距離を求める。介入判定部２１９は、計算量を減らすために、図４に示すように仮想壁ＶＷを仮想球ＶＳの半径ｒだけオフセットしたオフセット壁ＯＷを特定する。仮想球ＶＳと仮想壁ＶＷとの距離ｄ１は、制御点Ｐとオフセット壁ＯＷとの距離ｄ２と等しい。そのため、介入判定部２１９は、制御点Ｐとオフセット壁ＯＷとの距離ｄ２を計算することで、仮想球ＶＳと仮想壁ＶＷとの距離ｄ１を求める。
【0038】
介入制御部２２０は、介入判定部２１９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２２１は、操作量取得部２１１が取得した操作量、または介入判定部２１９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２２１は、操作量取得部２１１が取得した操作量、または介入判定部２１９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。
【0039】
《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及びアーム１６２の寸法を表すジオメトリデータが記録される。また位置特定部２１５は、特定されたアームトップの位置と、アタッチメント特定部２１６によって特定されたアタッチメント１６３の仮想球ＶＳの制御点Ｐの位置および半径を用いて、仮想球ＶＳの位置を特定する。
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及びアーム１６２の寸法を表すジオメトリデータが記録される。また位置特定部２１５は、特定されたアームトップの位置と、アタッチメント特定部２１６によって特定されたアタッチメント１６３の仮想球ＶＳの制御点Ｐの位置および半径を用いて、仮想球ＶＳの位置を特定する。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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（ｘａｔ、ｙａｔ、ｚａｔ）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とアタッチメント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。
【0043】
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。
【0044】
【数1】
【0045】
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。
【0046】
【数2】
【0047】
位置特定部２１５は、計測値取得部２１４が取得したアタッチメント角θａｔ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、アタッチメント座標系からアーム座標系へ変換するためのアタッチメント－アーム変換行列Ｔａｔ
ａｍを生成する。アタッチメント－アーム変換行列Ｔａｔ
ａｍは、Ｙａｔ軸回りにアタッチメント角θａｔだけ回転させ、かつアーム座標系の原点とアタッチメント座標系の原点の偏差（ｘａｔ、ｙａｔ、ｚａｔ）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とアタッチメント－アーム変換行列Ｔａｔ
ａｍの積を求めることで、アタッチメント座標系から車体座標系へ変換するためのアタッチメント－車体変換行列Ｔａｔ
ｓｂを生成する。
【0048】
【数3】
【0049】
位置特定部２１５は、アタッチメント特定部２１６によって特定されたアタッチメント１６３の制御点Ｐの位置と、アタッチメント－車体変換行列Ｔａｔ
ｓｂとの積を求めることで、車体座標系におけるアタッチメント１６３の制御点Ｐの位置を求める。
【0050】
《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、作業機１６０にアタッチメント１６３を取り付けると、モニタ装置１４２を操作し、アタッチメント１６３の形状特定処理を行う。
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、作業機１６０にアタッチメント１６３を取り付けると、モニタ装置１４２を操作し、アタッチメント１６３の形状特定処理を行う。
【0051】
《アタッチメント１６３の形状特定処理》
図７は、第１の実施形態におけるアタッチメント１６３の形状特定処理を示すフローチャート（パート１）である。図８は、第１の実施形態におけるアタッチメント１６３の形状特定処理を示すフローチャート（パート２）である。図９は、第１の実施形態に係る形状特定処理における画面例を示す図である。
表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に第１指示画面Ｄ１（図９）を表示する（ステップＳ１０１）。第１指示画面Ｄ１には、アタッチメント１６３の形状特定処理の開始を示す「ＹＥＳボタン」と、アタッチメント１６３の形状特定処理の不実行を示す「ＮＯボタン」とが設けられる。オペレータは、アタッチメント１６３の形状特定処理を実行する場合、モニタ装置１４２の第１指示画面Ｄ１に表示された「ＹＥＳボタン」を操作する。入力部２１２は、モニタ装置１４２からオペレータによる「ＹＥＳボタン」または「ＮＯボタン」の操作入力を受け付ける（ステップＳ１０２）。
図７は、第１の実施形態におけるアタッチメント１６３の形状特定処理を示すフローチャート（パート１）である。図８は、第１の実施形態におけるアタッチメント１６３の形状特定処理を示すフローチャート（パート２）である。図９は、第１の実施形態に係る形状特定処理における画面例を示す図である。
表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に第１指示画面Ｄ１（図９）を表示する（ステップＳ１０１）。第１指示画面Ｄ１には、アタッチメント１６３の形状特定処理の開始を示す「ＹＥＳボタン」と、アタッチメント１６３の形状特定処理の不実行を示す「ＮＯボタン」とが設けられる。オペレータは、アタッチメント１６３の形状特定処理を実行する場合、モニタ装置１４２の第１指示画面Ｄ１に表示された「ＹＥＳボタン」を操作する。入力部２１２は、モニタ装置１４２からオペレータによる「ＹＥＳボタン」または「ＮＯボタン」の操作入力を受け付ける（ステップＳ１０２）。
【0052】
オペレータによる「ＮＯボタン」の操作入力を受け付けた場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、プロセッサ２１０は、アタッチメント１６３の形状特定処理を終了する。この場合、前回設定されたアタッチメント１６３の制御点Ｐおよび半径ｒのデータが引き続いて用いられる。
【0053】
オペレータによる「ＹＥＳボタン」の操作入力を受け付けた場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、計測値取得部２１４は、各種計測値および撮像データの取得を開始する（ステップＳ１０３）。また、位置特定部２１５は、ステップＳ１０３で取得した計測値に基づいて、車体座標系におけるアームトップの位置の算出を開始する（ステップＳ１０４）。以降、計測値取得部２１４および位置特定部２１５は、形状特定処理の実行中、継続的に各種計測値および撮像データの取得並びにアームトップの位置の算出を実行する。
【0054】
次に、表示制御部２１３は、第２指示画面Ｄ２をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１０５）。第２指示画面Ｄ２には、計測値取得部２１４が取得した撮像データと、フレーミング要素と、フレーミング要素にアタッチメント１６３が入るように作業機１６０を操作することを促す指示とが含まれる。フレーミング要素は、予め定められた範囲を表す枠線であり、アタッチメント１６３の位置決め要素を表す。
【0055】
次に、アタッチメント特定部２１６は、第２指示画面Ｄ２においてアタッチメント１６３の像がフレーミング要素内に収まっているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。アタッチメント特定部２１６は、例えばステップＳ１０４で特定したアームトップの位置に基づいてアタッチメント１６３の像がフレーミング要素内に収まっているか否かを判定してよい。撮像装置１０７の位置は車体座標系において固定されているため、撮像装置１０７の撮像範囲は車体座標系から特定可能である。したがって、車体座標系における撮像範囲のうちフレーミング要素の上部に相当する所定の領域にとアームトップが位置しているか否かを判定することで、アタッチメント１６３の像がフレーミング要素内に収まっているか否かを判定できる。またアタッチメント特定部２１６は、ステップＳ１０３で取得した撮像データに基づいてパターンマッチングなどの手法によってアタッチメントの位置を特定してもよい。
【0056】
アタッチメント１６３の像がフレーミング要素内に収まっていない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０５に処理を戻し、第２指示画面Ｄ２の表示を継続する。
アタッチメント１６３の像がフレーミング要素内に収まった場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、表示制御部２１３は、第３指示画面Ｄ３をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１０７）。第３指示画面Ｄ３には、計測値取得部２１４が取得した撮像データと、フレーミング要素と、アタッチメント１６３の抱え込み操作および返し操作を促す指示とが含まれる。抱え込み操作および返し操作は、アタッチメントシリンダ１１８の伸縮によってアタッチメント１６３をピン回り（Ｙｂｋ軸回り）に回転させる操作である。
アタッチメント１６３の像がフレーミング要素内に収まった場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、表示制御部２１３は、第３指示画面Ｄ３をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１０７）。第３指示画面Ｄ３には、計測値取得部２１４が取得した撮像データと、フレーミング要素と、アタッチメント１６３の抱え込み操作および返し操作を促す指示とが含まれる。抱え込み操作および返し操作は、アタッチメントシリンダ１１８の伸縮によってアタッチメント１６３をピン回り（Ｙｂｋ軸回り）に回転させる操作である。
【0057】
アタッチメント特定部２１６は、撮像データから、撮像データの座標系である画像座標系（Ｘｐ軸およびＹｐ軸からなる二次元座標系）におけるアタッチメント１６３の最下点の位置を特定する（ステップＳ１０８）。画像座標系における最下点とは、撮像データにおいてアタッチメント１６３の像が写る領域のうち、画像座標系のＹｐ座標の値が最も大きい点である。アタッチメント特定部２１６は、位置特定部２１５が特定したアームトップの位置と、ステップＳ１０８で特定した最下点の位置とに基づいて、車体座標系におけるアタッチメント１６３の最下点の位置を特定する（ステップＳ１０９）。なお、画像座標系が二次元座標系であるため、撮像装置１０７の視線方向（奥行方向）における最下点の位置を特定することができない。ここでは、アタッチメント特定部２１６は、アームトップを通り撮像装置１０７の上下方向に伸びる軸上に最下点が存在すると仮定して位置を特定する。これは、アタッチメント１６３の先端部が最下点となるときに、アタッチメント１６３と撮像装置１０７とが正対することで、アームトップを通り撮像装置１０７の上下方向に伸びる軸上に先端部が位置することになると想定されるためである。
【0058】
アタッチメント特定部２１６は、最下点の位置をアタッチメント角に関連付けて一時的にメインメモリ２３０に記憶する（ステップＳ１１０）。アタッチメント特定部２１６は、メインメモリ２３０に記憶した最下点の位置とアタッチメント角の関係から、アタッチメント角に対する最下点の位置の極大値を特定できるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。極大値を特定できない場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）、アタッチメント特定部２１６はステップＳ１０７に処理を戻し、第３指示画面Ｄ３の表示を継続する。
【0059】
極大値を特定できる場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、アタッチメント特定部２１６は極大値に係る最下点の位置とアームトップの位置とに基づいて、アタッチメント座標系におけるアタッチメント１６３の制御点Ｐの位置を決定する（ステップＳ１１２）。具体的には、アタッチメント特定部２１６は、以下の手順での制御点Ｐの位置を決定する。アタッチメント特定部２１６は、極大値に係る最下点の位置をアタッチメント１６３の先端部の位置と推定する。アタッチメント特定部２１６は、極大値に係る最下点の位置と当該に対応するアタッチメント角に基づいて、アタッチメント座標系における先端部の位置を決定する。アタッチメント特定部２１６は、アタッチメント座標系におけるアームトップの位置（アタッチメント座標系の原点）と先端部の位置とに基づいて、アームトップと先端部との中点である制御点Ｐの位置を決定する。
また、アタッチメント特定部２１６は、アタッチメント１６３の先端部の位置に基づいて仮想球ＶＳの半径ｒを決定する（ステップＳ１１３）。具体的には、アタッチメント特定部２１６は、アタッチメント１６３の先端部の角部（例えば刃先の右端）と制御点Ｐとの距離を半径ｒとして決定する。
アタッチメント特定部２１６は制御点Ｐの位置および半径ｒをメインメモリ２３０に記録する。
また、アタッチメント特定部２１６は、アタッチメント１６３の先端部の位置に基づいて仮想球ＶＳの半径ｒを決定する（ステップＳ１１３）。具体的には、アタッチメント特定部２１６は、アタッチメント１６３の先端部の角部（例えば刃先の右端）と制御点Ｐとの距離を半径ｒとして決定する。
アタッチメント特定部２１６は制御点Ｐの位置および半径ｒをメインメモリ２３０に記録する。
【0060】
次に、表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に第４指示画面Ｄ４を表示する（ステップＳ１１４）。第４指示画面Ｄ４には、アタッチメント１６３が備えるチルト機構に係る解析の開始を示す「ＹＥＳボタン」と、チルト機構の解析の不実行を示す「ＮＯボタン」とが設けられる。入力部２１２は、モニタ装置１４２からオペレータによる「ＹＥＳボタン」または「ＮＯボタン」の操作入力を受け付ける（ステップＳ１１５）。
【0061】
オペレータによる「ＹＥＳボタン」の操作入力を受け付けた場合（ステップＳ１１５：ＹＥＳ）、表示制御部２１３は、第５指示画面Ｄ５をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１１６）。第５指示画面Ｄ５には、計測値取得部２１４が取得した撮像データと、フレーミング要素と、アタッチメント１６３のチルト操作を促す指示とが含まれる。チルト操作は、アタッチメント１６３をＺｂｋ軸回りに回転させる操作である。
【0062】
アタッチメント特定部２１６は、物体追跡（トラッキング）技術により、撮像データにおけるアタッチメント１６３の先端部の位置を追跡する（ステップＳ１１７）。物体追跡技術とは、撮像データの時系列、すなわち動画像から、指定した対象が画像上でどのように移動するかを推定する技術である。具体的には、アタッチメント特定部２１６は、撮像データのうちステップＳ１１２で決定したアタッチメント１６３の先端部の周囲の部分画像を用いて、新たに取得した撮像データにおける当該部分画像の位置を推定する。
【0063】
アタッチメント特定部２１６は、チルト操作によって取り得る最大のチルト角時の姿勢を検出したか否かを判定する（ステップＳ１１８）。例えば、物体追跡によって特定された先端部の位置の時系列において、チルト操作の折り返しにより、先端部の高さの極大値が検出されたときに、最大のチルト角時の姿勢を検出したと判定することができる。また例えばアタッチメント特定部２１６は、オペレータからのモニタ装置１４２の操作によって最大のチルト角時の姿勢を取ったことの入力を受け付けてもよい。
【0064】
最大のチルト角時の姿勢を検出していない場合（ステップＳ１１８：ＮＯ）、アタッチメント特定部２１６はステップＳ１１６に処理を戻し、第５指示画面Ｄ５の表示を継続する。
最大のチルト角時の姿勢を検出した場合（ステップＳ１１８：ＹＥＳ）、アタッチメント特定部２１６は、最大のチルト角時の姿勢におけるアタッチメント１６３の先端部の角部と制御点Ｐとの距離が、仮想球ＶＳの半径ｒより長いか否かを判定する（ステップＳ１１９）。制御点Ｐの位置はチルト操作によって変化しないため、チルト操作によって角部と制御点Ｐとの距離は変化する。先端部の角部と制御点Ｐとの距離が半径ｒより長い場合（ステップＳ１１９：ＹＥＳ）、半径ｒを更新する（ステップＳ１２０）。これにより、仮想球ＶＳの半径ｒは、アタッチメント１６３のチルト操作によって取り得るすべての姿勢において制御点Ｐから最も遠い点までの距離となる。これにより、アタッチメント１６３のチルト角によらず、アタッチメント１６３が仮想壁ＶＷに侵入しないように制御することができる。先端部の角部と制御点Ｐとの距離が半径ｒ以下である場合（ステップＳ１１９：ＮＯ）、半径ｒを更新しない。
最大のチルト角時の姿勢を検出した場合（ステップＳ１１８：ＹＥＳ）、アタッチメント特定部２１６は、最大のチルト角時の姿勢におけるアタッチメント１６３の先端部の角部と制御点Ｐとの距離が、仮想球ＶＳの半径ｒより長いか否かを判定する（ステップＳ１１９）。制御点Ｐの位置はチルト操作によって変化しないため、チルト操作によって角部と制御点Ｐとの距離は変化する。先端部の角部と制御点Ｐとの距離が半径ｒより長い場合（ステップＳ１１９：ＹＥＳ）、半径ｒを更新する（ステップＳ１２０）。これにより、仮想球ＶＳの半径ｒは、アタッチメント１６３のチルト操作によって取り得るすべての姿勢において制御点Ｐから最も遠い点までの距離となる。これにより、アタッチメント１６３のチルト角によらず、アタッチメント１６３が仮想壁ＶＷに侵入しないように制御することができる。先端部の角部と制御点Ｐとの距離が半径ｒ以下である場合（ステップＳ１１９：ＮＯ）、半径ｒを更新しない。
【0065】
ステップＳ１１６からステップＳ１２０の処理によりチルト機構に係る解析を終えた場合、または第４指示画面Ｄ４においてオペレータによる「ＮＯボタン」の操作入力を受け付けた場合（ステップＳ１１５：ＮＯ）、表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に第６指示画面Ｄ６を表示する（ステップＳ１２１）。第６指示画面Ｄ６には、アタッチメント１６３が備える回転機構に係る解析の開始を示す「ＹＥＳボタン」と、回転機構の解析の不実行を示す「ＮＯボタン」とが設けられる。入力部２１２は、モニタ装置１４２からオペレータによる「ＹＥＳボタン」または「ＮＯボタン」の操作入力を受け付ける（ステップＳ１２２）。
【0066】
オペレータによる「ＹＥＳボタン」の操作入力を受け付けた場合（ステップＳ１２２：ＹＥＳ）、表示制御部２１３は、第７指示画面Ｄ７をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ１２３）。第７指示画面Ｄ７には、計測値取得部２１４が取得した撮像データと、フレーミング要素と、アタッチメント１６３の回転操作を促す指示とが含まれる。回転操作は、アタッチメント１６３をＸｂｋ軸回りに回転させる操作である。
【0067】
アタッチメント特定部２１６は、撮像データにおいてアタッチメント１６３の側面が撮像装置１０７と正対しているか否かを判定する（ステップＳ１２４）。例えば、アタッチメント特定部２１６は、逐次取得される撮像データにおけるアタッチメント１６３が写っている領域の面積を計算し、アタッチメント１６３が正面を向いておらず、かつ面積が極小になったときに、アタッチメント１６３の側面が撮像装置１０７と正対していると判定する。また例えば、アタッチメント特定部２１６は、アタッチメント１６３の既知の側面の形状とのパターンマッチングによって、アタッチメント１６３の側面が撮像装置１０７と正対していると判定してもよい。
【0068】
アタッチメント１６３の側面が撮像装置１０７と正対していない場合（ステップＳ１２４：ＮＯ）、アタッチメント特定部２１６はステップＳ１２１に処理を戻し、第７指示画面Ｄ７の表示を継続する。
アタッチメント１６３の側面が撮像装置１０７と正対している場合（ステップＳ１２４：ＹＥＳ）、アタッチメント特定部２１６は、アームトップの位置と先端部との距離を算出し、アームトップと先端部との中点である制御点Ｐの位置を更新する（ステップＳ１２５）。これは、アタッチメント１６３の正面が写る画像よりアタッチメント１６３の側面が写る画像の方がアームトップと先端部の位置関係を正確に表すためである。
アタッチメント１６３の側面が撮像装置１０７と正対している場合（ステップＳ１２４：ＹＥＳ）、アタッチメント特定部２１６は、アームトップの位置と先端部との距離を算出し、アームトップと先端部との中点である制御点Ｐの位置を更新する（ステップＳ１２５）。これは、アタッチメント１６３の正面が写る画像よりアタッチメント１６３の側面が写る画像の方がアームトップと先端部の位置関係を正確に表すためである。
【0069】
ステップＳ１２１からステップＳ１２３の処理により回転機構に係る解析を終えた場合、または第６指示画面Ｄ６においてオペレータによる「ＮＯボタン」の操作入力を受け付けた場合（ステップＳ１２２：ＮＯ）、表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に確認画面Ｄ８を表示する（ステップＳ１２６）。確認画面Ｄ８には、計測値取得部２１４が取得した撮像データと、制御点Ｐを中心とする仮想球ＶＳとが含まれる。
以上により制御装置２００はアタッチメント１６３を包含する仮想球ＶＳを特定し、仮想球ＶＳのデータをメインメモリ２３０に記録することができる。
以上により制御装置２００はアタッチメント１６３を包含する仮想球ＶＳを特定し、仮想球ＶＳのデータをメインメモリ２３０に記録することができる。
【0070】
《仮想壁ＶＷの設定処理》
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ＶＷの設定を行う。入力部２１２がモニタ装置１４２から仮想壁ＶＷ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ＶＷ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ＶＷ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。仮想壁ＶＷは、車体座標系で規定される、仮想壁ＶＷの法線方向を示す法線ベクトルと、仮想壁ＶＷ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。
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ＶＷの設定を行う。入力部２１２がモニタ装置１４２から仮想壁ＶＷ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ＶＷ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ＶＷ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。仮想壁ＶＷは、車体座標系で規定される、仮想壁ＶＷの法線方向を示す法線ベクトルと、仮想壁ＶＷ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。
【0071】
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ＶＷ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ＶＷ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ＶＷの位置を維持するために、仮想壁ＶＷの回転変換処理を行う。
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ＶＷの位置を維持するために、仮想壁ＶＷの回転変換処理を行う。
【0072】
《仮想壁ＶＷの更新および介入制御》
図１０は、第１の実施形態において設定された仮想壁ＶＷの更新および介入制御を示すフローチャート（パート１）である。図１１は、第１の実施形態において設定された仮想壁ＶＷの更新および介入制御を示すフローチャート（パート２）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ＶＷを設定すると、制御装置２００は、以下に示す制御を開始する。
図１０は、第１の実施形態において設定された仮想壁ＶＷの更新および介入制御を示すフローチャート（パート１）である。図１１は、第１の実施形態において設定された仮想壁ＶＷの更新および介入制御を示すフローチャート（パート２）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ＶＷを設定すると、制御装置２００は、以下に示す制御を開始する。
【0073】
操作量取得部２１１は、操作装置１４１からブーム１６１、アーム１６２、アタッチメント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、アタッチメント角センサ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）。
【0074】
回転変換部２１８は、メインメモリ２３０が記憶する１つ以上の仮想壁ＶＷ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）。
【0075】
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の外殻の複数の点とアタッチメント１６３の制御点Ｐの位置を算出する（ステップＳ２０４）。介入判定部２１９は、位置特定部２１５が特定した外殻の点を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。
【0076】
介入判定部２１９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２１９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）。
【0077】
介入判定部２１９は、メインメモリ２３０に設定された１つ以上の仮想壁ＶＷ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２１９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ＶＷ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ＶＷ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２１９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２１９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２１９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ＶＷ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ＶＷ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２１９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２１９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。
【0078】
また、介入判定部２１９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ＶＷ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ＶＷ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２１９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）。
【0079】
次に、介入判定部２１９は、ステップＳ２０４で特定したアタッチメント１６３の制御点Ｐについて、以下のステップＳ２１３からステップＳ２２１の処理を実行する。介入判定部２１９は、メインメモリ２３０から仮想球ＶＳの半径ｒを取得する（ステップＳ２１３）。
【0080】
介入判定部２１９は、メインメモリ２３０に設定された１つ以上の仮想壁ＶＷを１つずつ選択し（ステップＳ２１４）、以下のステップＳ２１５からステップＳ２２１の処理を実行する。
介入判定部２１９は、ステップＳ２１４で選択した仮想壁ＶＷを、ステップＳ２１３で取得した半径ｒの長さだけ法線方向にオフセットさせたオフセット壁ＯＷの位置を計算する（ステップＳ２１５）。すなわち介入判定部２１９は、ステップＳ２１４で選択した仮想壁ＶＷを半径ｒの長さだけアタッチメント１６３の制御点Ｐに近づける。介入判定部２１９は、アタッチメント１６３の制御点Ｐ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Ｓ２１６）。また、介入判定部２１９は、アタッチメント１６３の制御点Ｐ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Ｓ２１７）。
介入判定部２１９は、ステップＳ２１４で選択した仮想壁ＶＷを、ステップＳ２１３で取得した半径ｒの長さだけ法線方向にオフセットさせたオフセット壁ＯＷの位置を計算する（ステップＳ２１５）。すなわち介入判定部２１９は、ステップＳ２１４で選択した仮想壁ＶＷを半径ｒの長さだけアタッチメント１６３の制御点Ｐに近づける。介入判定部２１９は、アタッチメント１６３の制御点Ｐ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Ｓ２１６）。また、介入判定部２１９は、アタッチメント１６３の制御点Ｐ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Ｓ２１７）。
【0081】
介入判定部２１９は、ステップＳ２１６で生成した断面とステップＳ２１５で求めたオフセット壁ＯＷとの交線を水平仮想壁線として算出する（ステップＳ２１８）。なお、ステップＳ２０６で生成した断面とオフセット壁ＯＷ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２１９は、右旋回と左旋回のそれぞれについて、アタッチメント１６３の制御点Ｐ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Ｓ２１９）。この旋回角は、仮想球ＶＳと仮想壁ＶＷとが接触する旋回角と等価である。例えば、介入判定部２１９は、旋回中心を中心としてアタッチメント１６３の制御点Ｐを通る円と水平仮想壁線との交点を算出し、旋回中心からアタッチメント１６３の制御点Ｐ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、アタッチメント１６３の制御点Ｐ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。
【0082】
また、介入判定部２１９は、ステップＳ２１７で生成した断面とステップＳ２１５で求めたオフセット壁ＯＷとの交線を鉛直仮想壁線として算出する（ステップＳ２２０）。なお、ステップＳ２１７で生成した断面とオフセット壁ＯＷ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２１９は、アタッチメント１６３の制御点ＰとステップＳ２２０で算出した鉛直仮想壁線との距離を求める（ステップＳ２２１）。この距離は、仮想球ＶＳと仮想壁ＶＷとが接触する距離と等価である。
【0083】
介入判定部２１９は、ステップＳ２１０およびステップＳ２１９で求めた作業機械１００上の各点および仮想球ＶＳにおける仮想壁ＶＷ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、複数の点および仮想球ＶＳの少なくとも１つが少なくとも１つの仮想壁ＶＷに接触する最小旋回角を算出する（ステップＳ２２２）。
介入判定部２１９は、ステップＳ２１２およびステップＳ２２１で求めた作業機械１００上の各点および仮想球ＶＳにおける仮想壁ＶＷごとの距離に基づいて、作業機１６０と仮想壁ＶＷとの最短距離を算出する（ステップＳ２２３）。
介入判定部２１９は、ステップＳ２１２およびステップＳ２２１で求めた作業機械１００上の各点および仮想球ＶＳにおける仮想壁ＶＷごとの距離に基づいて、作業機１６０と仮想壁ＶＷとの最短距離を算出する（ステップＳ２２３）。
【0084】
介入判定部２１９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Ｓ２２４）。介入判定部２１９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Ｓ２２５）。最小旋回角が介入開始角度より大きい場合（ステップＳ２２５：ＹＥＳ）、介入制御部２２０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Ｓ２２５：ＮＯ）、介入制御部２２０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Ｓ２２６）。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。
【0085】
介入判定部２１９は、ステップＳ２０１で取得したブーム１６１、アーム１６２およびアタッチメント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Ｓ２２７）。具体的には、介入判定部２１９は、ステップＳ２０１で取得したブーム１６１、アーム１６２およびアタッチメント１６３の操作信号に基づいて、ブーム１６１、アーム１６２およびアタッチメント１６３の目標速度を算出する。次に、介入判定部２１９は、ステップＳ２２３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Ｓ２２８）。最短距離が介入開始距離より長い場合（ステップＳ２２８：ＹＥＳ）、介入制御部２２０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Ｓ２２８：ＮＯ）、介入制御部２２０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Ｓ２３０からステップＳ２３１の処理を行う（ステップＳ２２９）。介入制御部２２０は、選択された軸の操作方向が仮想壁ＶＷ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Ｓ２３０）。選択された軸の操作方向が仮想壁ＶＷへ接近する方向の操作ではない場合（ステップＳ２３０：ＮＯ）、介入制御部２２０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ＶＷへ接近する方向の操作である場合（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）、介入制御部２２０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Ｓ２３１）。
【0086】
制御信号出力部２２１は、ブーム１６１、アーム１６２、アタッチメント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Ｓ２３２）。
【0087】
《作用・効果》
このように、制御装置２００は、以下の手順で作業機械１００を制御する。制御装置２００は、撮像装置１０７から撮像データを取得する。制御装置２００は、撮像データに基づいてアタッチメント１６３の形状を特定する。制御装置２００は、特定したアタッチメント１６３の形状に基づいて、仮想壁ＶＷとアタッチメント１６３とが接触しないように作業機械１００を制御する。
これにより、制御装置２００は、アタッチメント１６３が交換された場合、撮像装置１０７にアタッチメント１６３を撮像させ、アタッチメント１６３の形状特定処理を実行させることで、容易にアタッチメント１６３のパラメータを決定することができる。
このように、制御装置２００は、以下の手順で作業機械１００を制御する。制御装置２００は、撮像装置１０７から撮像データを取得する。制御装置２００は、撮像データに基づいてアタッチメント１６３の形状を特定する。制御装置２００は、特定したアタッチメント１６３の形状に基づいて、仮想壁ＶＷとアタッチメント１６３とが接触しないように作業機械１００を制御する。
これにより、制御装置２００は、アタッチメント１６３が交換された場合、撮像装置１０７にアタッチメント１６３を撮像させ、アタッチメント１６３の形状特定処理を実行させることで、容易にアタッチメント１６３のパラメータを決定することができる。
【0088】
なお、第１の実施形態に係る制御装置２００は、アタッチメント１６３を包含する仮想球ＶＳに基づいてアタッチメント１６３が仮想壁ＶＷに接触しないように制御するが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、アタッチメント１６３の三次元形状を特定し、当該三次元形状に基づいてアタッチメント１６３が仮想壁ＶＷに接触しないように制御してもよい。例えば、撮像装置１０７がステレオカメラやＬｉＤＡＲなど、撮像データとして三次元データを生成する場合、制御装置２００はアタッチメント１６３の抱え込み操作および返し操作によって、視点を変えながらアタッチメント１６３の像を得ることができるため、精度よくアタッチメント１６３の外殻の三次元データを得ることができる。
【0089】
〈第２の実施形態〉
第１の実施形態に係る作業機械１００の制御装置２００は、撮像データからアタッチメント１６３の位置を計算して、制御に用いるパラメータを決定する。第２の実施形態に係る制御装置２００は、予め作業機１６０に取り付け可能な複数のアタッチメント１６３のパラメータを記憶する。そして、制御装置２００は、撮像データに基づいてアタッチメント１６３の種類を識別し、予め記憶されたパラメータの中から制御に用いるパラメータを決定する。
第１の実施形態に係る作業機械１００の制御装置２００は、撮像データからアタッチメント１６３の位置を計算して、制御に用いるパラメータを決定する。第２の実施形態に係る制御装置２００は、予め作業機１６０に取り付け可能な複数のアタッチメント１６３のパラメータを記憶する。そして、制御装置２００は、撮像データに基づいてアタッチメント１６３の種類を識別し、予め記憶されたパラメータの中から制御に用いるパラメータを決定する。
【0090】
第２の実施形態に係る制御装置２００のストレージ２５０は、画像データの入力を受け付け、当該画像データに写るアタッチメント１６３の識別情報（型番など）を出力する識別モデルを記憶する。識別モデルは、例えばアタッチメント１６３が写る画像データと当該アタッチメント１６３の識別情報との組み合わせに係る学習用データセットを用いて学習された学習済みモデルであってよい。またストレージ２５０は、アタッチメント１６３ごとに、当該アタッチメント識別情報と当該アタッチメント１６３に係る制御点Ｐおよび仮想球ＶＳの半径を関連付けて記憶する。
【0091】
図１２は、第２の実施形態におけるアタッチメント１６３の形状特定処理を示すフローチャートである。図１３は、第２の実施形態に係る形状特定処理における画面例を示す図である。
表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に第１指示画面Ｄ１１（図１３）を表示する（ステップＳ３０１）。第１指示画面Ｄ１１には、アタッチメント１６３の形状特定処理の開始を示す「ＹＥＳボタン」と、アタッチメント１６３の形状特定処理の不実行を示す「ＮＯボタン」とが設けられる。入力部２１２は、モニタ装置１４２からオペレータによる「ＹＥＳボタン」または「ＮＯボタン」の操作入力を受け付ける（ステップＳ３０２）。
表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に第１指示画面Ｄ１１（図１３）を表示する（ステップＳ３０１）。第１指示画面Ｄ１１には、アタッチメント１６３の形状特定処理の開始を示す「ＹＥＳボタン」と、アタッチメント１６３の形状特定処理の不実行を示す「ＮＯボタン」とが設けられる。入力部２１２は、モニタ装置１４２からオペレータによる「ＹＥＳボタン」または「ＮＯボタン」の操作入力を受け付ける（ステップＳ３０２）。
【0092】
オペレータによる「ＮＯボタン」の操作入力を受け付けた場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、形状特定処理を終了する。この場合、前回設定されたアタッチメント１６３の制御点Ｐおよび半径ｒのデータが引き続いて用いられる。
【0093】
オペレータによる「ＹＥＳボタン」の操作入力を受け付けた場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、計測値取得部２１４は、各種計測値および撮像データの取得を開始する（ステップＳ３０３）。また、位置特定部２１５は、ステップＳ３０３で取得した計測値に基づいて、車体座標系におけるアームトップの位置の算出を開始する（ステップＳ３０４）。以降、計測値取得部２１４および位置特定部２１５は、形状特定処理の実行中、継続的に各種計測値および撮像データの取得並びにアームトップの位置の算出を実行する。
【0094】
次に、表示制御部２１３は、第２指示画面Ｄ１２をモニタ装置１４２に表示させる（ステップＳ３０５）。第２指示画面Ｄ１２には、計測値取得部２１４が取得した撮像データと、フレーミング要素と、フレーミング要素にアタッチメント１６３が入るように操作することを促す指示とが含まれる。フレーミング要素は、予め定められた範囲を表す枠線であり、アタッチメント１６３の位置決め要素を表す。
【0095】
次に、アタッチメント特定部２１６は、第２指示画面Ｄ１２においてアタッチメント１６３の像がフレーミング要素内に収まっているか否かを判定する（ステップＳ３０６）。アタッチメント１６３の像がフレーミング要素内に収まっていない場合（ステップＳ３０６：ＮＯ）、ステップＳ３０５に処理を戻し、第２指示画面Ｄ１２の表示を継続する。
アタッチメント１６３の像がフレーミング要素内に収まった場合（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）、アタッチメント特定部２１６は、撮像データを、ストレージ２５０に記憶された識別モデルに入力する（ステップＳ３０７）。撮像データに写るアタッチメント１６３の像に基づいて、識別モデルを用いてアタッチメント１６３の種類を識別することは、アタッチメント１６３の形状を特定する処理の一例である。アタッチメント特定部２１６は、識別モデルから識別結果として、最も確度の高いアタッチメント１６３の識別情報と、その確度を取得する。アタッチメント特定部２１６は、確度が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。
アタッチメント１６３の像がフレーミング要素内に収まった場合（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）、アタッチメント特定部２１６は、撮像データを、ストレージ２５０に記憶された識別モデルに入力する（ステップＳ３０７）。撮像データに写るアタッチメント１６３の像に基づいて、識別モデルを用いてアタッチメント１６３の種類を識別することは、アタッチメント１６３の形状を特定する処理の一例である。アタッチメント特定部２１６は、識別モデルから識別結果として、最も確度の高いアタッチメント１６３の識別情報と、その確度を取得する。アタッチメント特定部２１６は、確度が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。
【0096】
確度が所定の閾値未満である場合（ステップＳ３０８：ＮＯ）、アタッチメント特定部２１６は、ステップＳ３０７に処理を戻し、再度撮像データを取得して識別を試みる。例えば、撮像データにおいてアタッチメント１６３の像がぶれている場合には、確度が低くなることがある。
【0097】
確度が所定の閾値以上である場合（ステップＳ３０８：ＹＥＳ）、アタッチメント特定部２１６は、ストレージ２５０から、識別結果に含まれる識別情報に関連付けられた制御点Ｐの位置および仮想球ＶＳの半径ｒを取得し、メインメモリ２３０に記録する（ステップＳ３０９）。
その後、表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に確認画面Ｄ１３を表示する（ステップＳ３１０）。確認画面Ｄ１３には、計測値取得部２１４が取得した撮像データと、制御点Ｐを中心とする仮想球ＶＳとが含まれる。
以上により制御装置２００はアタッチメント１６３を包含する仮想球ＶＳを決定し、仮想球ＶＳのデータをメインメモリ２３０に記録することができる。
その後、表示制御部２１３は、モニタ装置１４２に確認画面Ｄ１３を表示する（ステップＳ３１０）。確認画面Ｄ１３には、計測値取得部２１４が取得した撮像データと、制御点Ｐを中心とする仮想球ＶＳとが含まれる。
以上により制御装置２００はアタッチメント１６３を包含する仮想球ＶＳを決定し、仮想球ＶＳのデータをメインメモリ２３０に記録することができる。
【0098】
《作用・効果》
このように、制御装置２００は、以下の手順で作業機械１００を制御する。制御装置２００は、撮像装置１０７から撮像データを取得する。制御装置２００は、撮像データに基づいてアタッチメント１６３の形状を特定する。制御装置２００は、形状に基づいて、仮想壁ＶＷとアタッチメント１６３とが接触しないように作業機械１００を制御する。
これにより、制御装置２００は、アタッチメント１６３が交換された場合、撮像装置１０７にアタッチメント１６３を撮像させることで、容易にアタッチメント１６３のパラメータを決定することができる。
このように、制御装置２００は、以下の手順で作業機械１００を制御する。制御装置２００は、撮像装置１０７から撮像データを取得する。制御装置２００は、撮像データに基づいてアタッチメント１６３の形状を特定する。制御装置２００は、形状に基づいて、仮想壁ＶＷとアタッチメント１６３とが接触しないように作業機械１００を制御する。
これにより、制御装置２００は、アタッチメント１６３が交換された場合、撮像装置１０７にアタッチメント１６３を撮像させることで、容易にアタッチメント１６３のパラメータを決定することができる。
【0099】
なお、第２の実施形態に係る制御装置２００は学習済みモデルを用いてアタッチメント１６３を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、制御装置２００は、取り付け可能なアタッチメント１６３ごとにアタッチメント１６３の形状を表す外観画像データを記憶しておき、当該外観画像データと撮像データとのパターンマッチングによってアタッチメント１６３を特定してもよい。
【0100】
また第２の実施形態に係る制御装置２００は、識別の角度が閾値以上になるまで繰り返し識別モデルによる識別を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、識別に失敗した場合に、オペレータから手入力でパラメータの入力を受け付けてもよい。また他の実施形態においては、識別に失敗した場合に、第１の実施形態に係るステップＳ１０１からステップＳ１２６（図８）に示す処理によってパラメータを決定してもよい。
【0101】
〈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。
【0102】
上述した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１４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１４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の制御装置２００は、撮像装置１０７の撮像データを遠隔操作装置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から受信した撮像データをディスプレイ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、上述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。
【0103】
また、上述した実施形態に係る制御装置２００は、アタッチメント１６３の制御点Ｐを回転軸と先端部の中点とするが、これに限られない。例えば他の実施形態においては、制御点Ｐがアタッチメント１６３の回転軸の中心であってもよい。制御点Ｐをアタッチメント１６３の回転軸の中心とする場合、アタッチメント１６３の回転角によらず制御点Ｐが定まるため、式（３）に示すアタッチメント－車体変換行列Ｔａｔ
ｓｂによる座標変換計算を省略することができる。
【0104】
また、上述した実施形態に係る制御装置２００は、仮想壁ＶＷを平面として扱うために仮想壁ＶＷの回転変換処理を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態において、仮想壁ＶＷを作業機械１００を囲む環状の壁として機能させたい場合には、仮想壁ＶＷの回転変換処理を行わなくてもよい。この場合、仮想壁ＶＷは曲面となる。なお、他の実施形態に係る制御装置２００は、曲面として定義した仮想壁ＶＷについて回転変換処理を行ってもよい。
【符号の説明】
【0105】
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…アタッチメント角センサ １０６…ペイロードメータ １０７…撮像装置 １１１…動力源 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…アタッチメントシリンダ 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…アタッチメント 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…アタッチメント特定部 ２１７…生成部 ２１８…回転変換部 ２１９…介入判定部 ２２０…介入制御部 ２２１…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 Ｐ…制御点 ＶＳ…仮想球 ＶＷ…仮想壁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】