(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】P2024140777
(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
E02F9/24 M
E02F9/26 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023052103
(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
【テーマコード（参考）】
2D003
2D015
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB03
2D003AB04
2D003BA07
2D003CA02
2D003DA04
2D003DB04
2D003DB05
2D015GA03
2D015GB01
2D015HA03
2D015HB00
(57)【要約】
【課題】少ない計算量で、仮想壁に作業具が侵入しないように作業機械の動作を制限する。
【解決手段】システムは、プロセッサを備える。プロセッサは、作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定する。プロセッサは、作業機械における作業具の制御点の位置を特定する。プロセッサは、仮想壁を、仮想壁の法線方向に、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た仮想球の半径の長さだけ、制御点へ近づけた、オフセット壁を特定する。プロセッサは、オフセット壁と制御点とが接触しないように、作業機械を制御する。
【選択図】図４
【解決手段】システムは、プロセッサを備える。プロセッサは、作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定する。プロセッサは、作業機械における作業具の制御点の位置を特定する。プロセッサは、仮想壁を、仮想壁の法線方向に、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た仮想球の半径の長さだけ、制御点へ近づけた、オフセット壁を特定する。プロセッサは、オフセット壁と制御点とが接触しないように、作業機械を制御する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端に作業具を有する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、
プロセッサを備え、
前記プロセッサは、
前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定し、
前記作業機械における前記作業具の制御点の位置を特定し、
前記仮想壁を、前記仮想壁の法線方向に、前記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た仮想球の半径の長さだけ、前記制御点へ近づけた、オフセット壁を特定し、
前記オフセット壁と前記制御点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。
プロセッサを備え、
前記プロセッサは、
前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定し、
前記作業機械における前記作業具の制御点の位置を特定し、
前記仮想壁を、前記仮想壁の法線方向に、前記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た仮想球の半径の長さだけ、前記制御点へ近づけた、オフセット壁を特定し、
前記オフセット壁と前記制御点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】
前記制御点から前記作業具の先端部までの距離は、前記作業具の回転軸から前記先端部までの距離より短い
請求項１に記載のシステム。
請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記制御点は、前記作業具の回転軸の中点と、前記作業具の先端部の中点とを結ぶ線分の中点である
請求項２に記載のシステム。
請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記仮想球の半径は、前記制御点から前記作業具の外殻の最遠点までの距離に等しい
請求項１または請求項２に記載のシステム。
請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項5】
前記作業具は、可動部分を有し、
前記制御点は、前記可動部分の姿勢が基準姿勢であるときの前記作業具の外殻によって定まる点である
請求項１または請求項２に記載のシステム。
前記制御点は、前記可動部分の姿勢が基準姿勢であるときの前記作業具の外殻によって定まる点である
請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項6】
前記仮想球は、前記可動部分がいかなる姿勢を取るときも前記作業具を内包する
請求項５に記載のシステム。
請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記制御点は、前記可動部分によって動かされる被駆動部分を基準とする座標系で規定され、
前記プロセッサは、前記可動部分の姿勢に基づいて前記制御点の位置を特定する
請求項５に記載のシステム。
前記プロセッサは、前記可動部分の姿勢に基づいて前記制御点の位置を特定する
請求項５に記載のシステム。
【請求項8】
前記プロセッサは、
前記作業具の種類に関連付けて前記制御点の位置および前記仮想球の半径を特定可能なデータを記憶する記憶部から、前記作業機に取り付けられた前記作業具の種類に関連付けられた前記データを読み出して前記制御点の位置および前記仮想球の半径を特定する
請求項１または請求項２に記載のシステム。
前記作業具の種類に関連付けて前記制御点の位置および前記仮想球の半径を特定可能なデータを記憶する記憶部から、前記作業機に取り付けられた前記作業具の種類に関連付けられた前記データを読み出して前記制御点の位置および前記仮想球の半径を特定する
請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項9】
先端に作業具を有する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、
前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定するステップと、
前記作業機械における前記作業具の制御点の位置を特定するステップと、
前記仮想壁を、前記仮想壁の法線方向に、前記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た仮想球の半径の長さだけ、前記制御点へ近づけた、オフセット壁を特定するステップと、
前記オフセット壁と前記制御点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。
前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定するステップと、
前記作業機械における前記作業具の制御点の位置を特定するステップと、
前記仮想壁を、前記仮想壁の法線方向に、前記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た仮想球の半径の長さだけ、前記制御点へ近づけた、オフセット壁を特定するステップと、
前記オフセット壁と前記制御点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10】
先端に作業具を有する作業機を備える作業機械を制御するコンピュータに、
前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定するステップと、
前記作業機械における前記作業具の制御点の位置を特定するステップと、
前記仮想壁を、前記仮想壁の法線方向に、前記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た仮想球の半径の長さだけ、前記制御点へ近づけた、オフセット壁を特定するステップと、
前記オフセット壁と前記制御点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
を実行させるためのプログラム。
前記作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定するステップと、
前記作業機械における前記作業具の制御点の位置を特定するステップと、
前記仮想壁を、前記仮想壁の法線方向に、前記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た仮想球の半径の長さだけ、前記制御点へ近づけた、オフセット壁を特定するステップと、
前記オフセット壁と前記制御点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
を実行させるためのプログラム。
【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、仮想壁と作業機械に設けられる作業具との最近接点は、作業具の姿勢によって変化する。そのため、厳密に仮想壁と作業具の距離を求めようとする場合、作業具の複数の輪郭点それぞれと仮想壁との距離を求める必要があり、計算量が多い。特許文献１に記載されているように、仮想円と仮想壁との関係を求めるものとしても、円と直線の関係を示す二次方程式を解く必要があり、計算量が多い。
【0005】
本開示の目的は、少ない計算量で、仮想壁に作業具が侵入しないように作業機械の動作を制限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、先端に作業具を有する作業機を備える作業機械を制御する。システムは、プロセッサを備える。プロセッサは、作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定する。プロセッサは、作業機械における作業具の制御点の位置を特定する。プロセッサは、仮想壁を、仮想壁の法線方向に、制御点を中心として作業具を内包するように定義された仮想球の半径の長さだけ、制御点へ近づけた、オフセット壁を特定する。プロセッサは、オフセット壁と制御点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、先端に作業具を有する作業機を備える作業機械を制御する方法であって、仮想壁特定ステップと、制御点特定ステップと、オフセットステップと、制御ステップとを備える。仮想壁特定ステップは、作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定する。制御点特定ステップは、作業機械における作業具の制御点の位置を特定する。オフセットステップは、仮想壁を、仮想壁の法線方向に、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た仮想球の半径の長さだけ、制御点へ近づけた、オフセット壁を特定する。制御ステップは、オフセット壁と制御点とが接触しないように、作業機械を制御する。
【0008】
本開示の第３の態様に係るプログラムは、先端に作業具を有する作業機を備える作業機械を制御するコンピュータに、仮想壁特定ステップと、制御点特定ステップと、オフセットステップと、制御ステップとを実行させる。仮想壁特定ステップは、作業機の侵入を禁止する面である仮想壁を特定する。制御点特定ステップは、作業機械における作業具の制御点の位置を特定する。オフセットステップは、仮想壁を、仮想壁の法線方向に、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た仮想球の半径の長さだけ、制御点へ近づけた、オフセット壁を特定する。制御ステップは、オフセット壁と制御点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】
上記態様の少なくとも１つの態様によれば、少ない計算量で、仮想壁に作業具が侵入しないように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】
【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8】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9】第１の実施形態の変形例に係る制御点と仮想球の関係を示す図である。
【図10】第２の実施形態に係るアタッチメントの構成を示す図である。
【図11】第２の実施形態に係る制御点および仮想球の例を示す図である。
【図12】第３の実施形態に係るアタッチメントの構成を示す図である。
【図13】第３の実施形態に係る制御点および仮想球の例を示す図である。
【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。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】
《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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
ストレージ２５０には、旋回体１４０、ブーム１６１、アーム１６２及びアタッチメント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。また、ストレージ２５０は、アタッチメント１６３の型番ごとに、当該型番のアタッチメント１６３に係るジオメトリデータを記憶する。
【0029】
《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。
【0030】
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、当該アタッチメント１６３の型番の入力を受け付ける。これにより、プロセッサ２１０は、ストレージ２５０から当該型番に関連付けられたジオメトリデータを読み出す。
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。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、当該アタッチメント１６３の型番の入力を受け付ける。これにより、プロセッサ２１０は、ストレージ２５０から当該型番に関連付けられたジオメトリデータを読み出す。
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およびペイロードメータ１０６から計測値を取得する。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
生成部２１６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２１６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。
【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ＶＷ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２１７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。
【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２１８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２１８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２１８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２１８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２１８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。
【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及びアタッチメント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及びアタッチメント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（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。
【0041】
アタッチメント１６３のジオメトリデータは、ローカル座標系であるアタッチメント座標系におけるアタッチメント１６３の制御点Ｐの位置（ｘｃｐ、ｙｃｐ、ｚｃｐ）を示す。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。つまり、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。
【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。
【0047】
【数3】
【0048】
位置特定部２１５は、アタッチメント１６３のジオメトリデータが示すアタッチメント座標系における制御点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。
【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。
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。
【0050】
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。
【0051】
図７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８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。
【0052】
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）。
【0053】
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）。
【0054】
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２１８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。
【0055】
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）。
【0056】
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。
【0057】
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）。
【0058】
次に、介入判定部２１８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２１８は、アタッチメント１６３のジオメトリデータに基づいて、仮想球ＶＳの半径ｒを特定する（ステップＳ２１３）。仮想球ＶＳの半径ｒは、アタッチメント１６３のジオメトリデータに含まれていてもよいし、ジオメトリデータに示されるアタッチメント１６３の外殻の点と基準点との距離を計算することで求められてもよい。
【0059】
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２１８は、ステップＳ２１４で選択した仮想壁ＶＷを、ステップＳ２１３で特定した半径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２１８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２１８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２１８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２１８は、ステップＳ２１４で選択した仮想壁ＶＷを、ステップＳ２１３で特定した半径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２１８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２１８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２１８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）。
【0060】
介入判定部２１８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２１８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２１８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。
【0061】
また、介入判定部２１８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２１８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。
【0062】
介入判定部２１８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２１８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２１８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）。
【0063】
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Ｓ２２４）。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Ｓ２２５：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。
【0064】
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２１８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２１８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Ｓ２２８：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Ｓ２３０からステップＳ２３１の処理を行う（ステップＳ２２９）。介入制御部２１９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Ｓ２３１）。
【0065】
制御信号出力部２２０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）。
【0066】
《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、作業機１６０の侵入を禁止する面である仮想壁ＶＷを特定する。制御装置２００は、作業機械１００におけるアタッチメント１６３の制御点Ｐの位置を特定する。制御装置２００は、仮想壁ＶＷを、仮想壁ＶＷの法線方向に、アタッチメント１６３を内包する制御点Ｐを中心とする仮想球ＶＳの半径ｒの長さだけ、制御点Ｐへ近づけた、オフセット壁ＯＷを特定する。制御装置２００は、オフセット壁ＯＷと制御点Ｐ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、面と点による単純な計算で仮想球ＶＳと仮想壁ＶＷとの位置関係を計算することができる。したがって、制御装置２００は、少ない計算量で、仮想壁ＶＷにアタッチメント１６３が侵入しないように作業機械１００の動作を制限することができる。
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、作業機１６０の侵入を禁止する面である仮想壁ＶＷを特定する。制御装置２００は、作業機械１００におけるアタッチメント１６３の制御点Ｐの位置を特定する。制御装置２００は、仮想壁ＶＷを、仮想壁ＶＷの法線方向に、アタッチメント１６３を内包する制御点Ｐを中心とする仮想球ＶＳの半径ｒの長さだけ、制御点Ｐへ近づけた、オフセット壁ＯＷを特定する。制御装置２００は、オフセット壁ＯＷと制御点Ｐ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、面と点による単純な計算で仮想球ＶＳと仮想壁ＶＷとの位置関係を計算することができる。したがって、制御装置２００は、少ない計算量で、仮想壁ＶＷにアタッチメント１６３が侵入しないように作業機械１００の動作を制限することができる。
【0067】
また、第１の実施形態に係る制御装置２００によれば、アタッチメント１６３の制御点Ｐを、アタッチメント１６３の回転軸の中点と、アタッチメント１６３の先端部の中点とを結ぶ線分の中点とする。これにより、アタッチメント１６３と仮想球ＶＳとの隙間を小さくすることができ、オペレータによる作業機１６０の操作性を妨げない。なお、他の実施形態に係る制御点Ｐはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御点Ｐは、図９に示すように、アタッチメント１６３の幾何中心であってもよいし、アタッチメント１６３を包含する仮想球ＶＳが最小包含球となるような点であってもよい。図９は、第１の実施形態の変形例に係る制御点Ｐと仮想球ＶＳの関係を示す図である。なお、アタッチメント１６３の回転軸の中点とアタッチメント１６３の先端部の中点とを結ぶ線分の中点である制御点Ｐ、アタッチメント１６３の幾何中心である制御点Ｐ、および仮想球ＶＳが最小包含球となるときの制御点Ｐのいずれも、アタッチメント１６３の先端部までの距離が、アタッチメント１６３の回転軸から先端部までの距離より短い。この場合、制御点Ｐを回転軸の中心（アームトップ）とする仮想球ＶＳを用いた制御と比較して、制御性を向上させることができる。
なお、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。
なお、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。
【0068】
また、第１の実施形態に係る制御装置２００のストレージ２５０は、アタッチメント１６３の型番（種類）に関連付けて制御点Ｐの位置および仮想球ＶＳの半径ｒを特定可能なジオメトリデータを記憶する。制御装置２００は、ストレージ２５０から、作業機１６０に取り付けられたアタッチメント１６３の型番に関連付けられたジオメトリデータを読み出して制御点Ｐの位置および仮想球ＶＳの半径ｒを特定する。これにより、アタッチメント１６３の交換の度に制御点Ｐの位置および仮想球ＶＳの半径ｒを手作業で設定する必要がなくなる。なお、制御点Ｐの位置および仮想球ＶＳの半径ｒを特定可能なデータは、制御点Ｐの位置および仮想球ＶＳの半径ｒを持つものであってもよいし、制御点Ｐおよび半径ｒを求めるために必要な回転軸の位置、先端部の位置、外殻の形状などのデータを持つものであってもよい。
【0069】
〈第２の実施形態〉
第１の実施形態に係る作業機械１００は、アタッチメント１６３としてバケットを備える。これに対し、第２の実施形態に係る作業機械１００は、アタッチメント１６３としてチルトローテータ１６４とバケット１６５とを有するチルトローテートバケットを備える。チルトローテータ１６４は、アタッチメント１６３の可動部分の一例である。
第１の実施形態に係る作業機械１００は、アタッチメント１６３としてバケットを備える。これに対し、第２の実施形態に係る作業機械１００は、アタッチメント１６３としてチルトローテータ１６４とバケット１６５とを有するチルトローテートバケットを備える。チルトローテータ１６４は、アタッチメント１６３の可動部分の一例である。
【0070】
図１０は、第２の実施形態に係るアタッチメント１６３の構成を示す図である。
チルトローテータ１６４は、バケット１６５を支持するようにアーム１６２の先端に取り付けられる。チルトローテータ１６４は、取付部１６４１、チルト部１６４２、回転部１６４３を備える。取付部１６４１は、図示左右方向に伸びる軸回りに回転可能にアーム１６２の先端に取り付けられる。チルト部１６４２は、図示前後方向に伸びる軸回りに回転可能に取付部１６４１に取り付けられる。回転部１６４３は、図示上下方向に伸びる軸回りに回転可能にチルト部１６４２に取り付けられる。理想的には、取付部１６４１、チルト部１６４２、回転部１６４３の回転軸は互いに直交する。バケット１６５の基端部は、回転部１６４３に固定される。これにより、バケット１６５は、アーム１６２に対して互いに直交する３軸を中心に回転することができる。ただし、実際には取付部１６４１、チルト部１６４２、回転部１６４３の回転軸は設計誤差を含み、必ずしも直交しない可能性がある。
チルトローテータ１６４は、バケット１６５を支持するようにアーム１６２の先端に取り付けられる。チルトローテータ１６４は、取付部１６４１、チルト部１６４２、回転部１６４３を備える。取付部１６４１は、図示左右方向に伸びる軸回りに回転可能にアーム１６２の先端に取り付けられる。チルト部１６４２は、図示前後方向に伸びる軸回りに回転可能に取付部１６４１に取り付けられる。回転部１６４３は、図示上下方向に伸びる軸回りに回転可能にチルト部１６４２に取り付けられる。理想的には、取付部１６４１、チルト部１６４２、回転部１６４３の回転軸は互いに直交する。バケット１６５の基端部は、回転部１６４３に固定される。これにより、バケット１６５は、アーム１６２に対して互いに直交する３軸を中心に回転することができる。ただし、実際には取付部１６４１、チルト部１６４２、回転部１６４３の回転軸は設計誤差を含み、必ずしも直交しない可能性がある。
【0071】
図１１は、第２の実施形態に係る制御点Ｐおよび仮想球ＶＳの例を示す図である。
第２の実施形態に係るアタッチメント１６３の制御点Ｐは、アタッチメント１６３の回転軸の中点（アームトップ）と、チルト部１６４２の傾きがゼロであるとき（基準姿勢）におけるバケット１６５の刃先（先端部）の中点とを結ぶ線分の中点である。制御点Ｐはアタッチメント１６３座標系で規定される。
第２の実施形態に係るアタッチメント１６３の制御点Ｐは、アタッチメント１６３の回転軸の中点（アームトップ）と、チルト部１６４２の傾きがゼロであるとき（基準姿勢）におけるバケット１６５の刃先（先端部）の中点とを結ぶ線分の中点である。制御点Ｐはアタッチメント１６３座標系で規定される。
【0072】
第２の実施形態に係る仮想球ＶＳの半径ｒは、制御点Ｐからバケット１６５の外殻の最遠点までの距離に等しい。このときの最遠点は、チルトローテータ１６４によって取り得るすべての姿勢において制御点Ｐから最も遠い点である。これにより、チルト部１６４２の傾きおよび回転部１６４３の回転角によらず、制御点Ｐおよび仮想球ＶＳを特定することができる。また、チルトローテータ１６４がチルト部１６４２の傾きを計測するためのセンサや回転部１６４３の回転角を計測するためのセンサを備えないものであっても、チルトローテータ１６４を有するアタッチメント１６３が仮想壁ＶＷに侵入することを防ぐことができる。第２の実施形態に係る制御装置２００は、第１の実施形態と同様の計算によって、チルトローテータ１６４を有するアタッチメント１６３の制御点Ｐおよび仮想壁ＶＷを求めることができる。
【0073】
このように、制御装置２００は、仮想球ＶＳの半径ｒを、仮想球ＶＳが可動部分の姿勢によらずアタッチメント１６３を内包する長さに設定することで、アタッチメント１６３が可動部分を有するか否かに関わらず同じ計算によって、仮想球ＶＳを用いた仮想壁ＶＷの侵入防止制御を実現することができる。
【0074】
〈第３の実施形態〉
第３の実施形態に係る作業機械１００は、第２の実施形態と同様にアタッチメント１６３としてチルトローテータ１６４とバケット１６５とを有するチルトローテートバケットを備える。他方、第３の実施形態に係る制御装置２００は、第２の実施形態と制御点Ｐおよび仮想球ＶＳの計算方法が第２の実施形態と異なる。
第３の実施形態に係る制御点Ｐは、第２の実施形態と同様にアタッチメント１６３の回転軸の中点（アームトップ）と、チルト部１６４２の傾きがゼロであるとき（基準姿勢）におけるバケット１６５の刃先（先端部）の中点とを結ぶ線分の中点である。一方で、第３の実施形態に係る制御点Ｐは、アタッチメント座標系ではなく、バケット１６５の回転軸の中点を基準とするバケット座標系によって規定される。そのため、チルトローテータ１６４の姿勢によって、アタッチメント座標系における制御点Ｐの位置は変化する。
第３の実施形態に係る作業機械１００は、第２の実施形態と同様にアタッチメント１６３としてチルトローテータ１６４とバケット１６５とを有するチルトローテートバケットを備える。他方、第３の実施形態に係る制御装置２００は、第２の実施形態と制御点Ｐおよび仮想球ＶＳの計算方法が第２の実施形態と異なる。
第３の実施形態に係る制御点Ｐは、第２の実施形態と同様にアタッチメント１６３の回転軸の中点（アームトップ）と、チルト部１６４２の傾きがゼロであるとき（基準姿勢）におけるバケット１６５の刃先（先端部）の中点とを結ぶ線分の中点である。一方で、第３の実施形態に係る制御点Ｐは、アタッチメント座標系ではなく、バケット１６５の回転軸の中点を基準とするバケット座標系によって規定される。そのため、チルトローテータ１６４の姿勢によって、アタッチメント座標系における制御点Ｐの位置は変化する。
【0075】
図１２は、第３の実施形態に係るアタッチメント１６３の構成を示す図である。
第２の実施形態に係るチルトローテータ１６４は、チルト部１６４２の回転軸回りのチルト角センサ４０６および回転角センサ４０７を備える。
第２の実施形態に係るチルトローテータ１６４は、チルト部１６４２の回転軸回りのチルト角センサ４０６および回転角センサ４０７を備える。
【0076】
チルト角センサ４０６は、チルトローテータ１６４の取付部１６４１に対するチルト部１６４２の角度であるチルト角を計測する。チルト角センサ４０６は、取付部１６４１とチルト部１６４２とを回転可能に接続する関節軸に設けられた回転センサであってよい。チルト角センサ４０６の計測値は、例えばアーム１６２の回転軸と回転部１６４３の回転軸とが直交するときにゼロを示す。なお、他の実施形態に係るチルト角センサ４０６は、チルトシリンダに取り付けられたストロークセンサであってストローク量を角度に換算するものであってもよい。チルト角センサ４０６は、計測値であるチルト角データを制御装置２００へ出力する。
【0077】
回転角センサ４０７は、チルトローテータ１６４のチルト部１６４２に対する回転部１６４３の角度である回転角を計測する。回転角センサ４０７は、回転部１６４３の回転モータに設けられた回転センサであってよい。チルト角センサ４０６の計測値は、例えばバケット１６５の刃先が向く方向と作業機１６０の動作平面とが平行となるときにゼロを示す。回転角センサ４０７は、計測値である回転角データを制御装置２００へ出力する。
【0078】
《位置特定部２１５の計算》
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（４）により、第１チルトローテート座標系からアーム座標系へ変換するための第１チルト－アーム変換行列Ｔｔ１ ａｍを生成する。第１チルト－アーム変換行列Ｔｔ１ ａｍは、Ｙｔ１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第１チルトローテート座標系の原点の偏差（ｘｔ１、ｙｔ１、ｚｔ１）だけ平行移動させ、さらにチルト部１６４２の関節軸の傾きφｔだけ傾ける行列である。また、位置特定部２１５は、アーム－車体変換行列Ｔａｍ ｓｂと第１チルト－アーム変換行列Ｔｔ１ ａｍの積を求めることで、第１チルトローテート座標系から車体座標系へ変換するための第１チルト－車体変換行列Ｔｔ１ ｓｂを生成する。アーム－車体変換行列Ｔａｍ ｓｂの計算方法は第１の実施形態で説明したものと同じである。
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（４）により、第１チルトローテート座標系からアーム座標系へ変換するための第１チルト－アーム変換行列Ｔｔ１ ａｍを生成する。第１チルト－アーム変換行列Ｔｔ１ ａｍは、Ｙｔ１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第１チルトローテート座標系の原点の偏差（ｘｔ１、ｙｔ１、ｚｔ１）だけ平行移動させ、さらにチルト部１６４２の関節軸の傾きφｔだけ傾ける行列である。また、位置特定部２１５は、アーム－車体変換行列Ｔａｍ ｓｂと第１チルト－アーム変換行列Ｔｔ１ ａｍの積を求めることで、第１チルトローテート座標系から車体座標系へ変換するための第１チルト－車体変換行列Ｔｔ１ ｓｂを生成する。アーム－車体変換行列Ｔａｍ ｓｂの計算方法は第１の実施形態で説明したものと同じである。
【0079】
【数4】
【0080】
位置特定部２１５は、計測値取得部２１４が取得したチルト角θｔの計測値と、アタッチメント１６３のジオメトリデータとに基づいて、下記式（５）により、第１チルトローテート座標系から第２チルトローテート座標系へ変換するための第２チルト－第１チルト変換行列Ｔｔ２
ｔ１を生成する。第２チルト－第１チルト変換行列Ｔｔ２
ｔ１は、Ｘｔ２軸回りにチルト角θｔだけ回転させ、かつ第１チルトローテート座標系の原点と第２チルトローテート座標系の原点の偏差（ｘｔ２、ｙｔ２、ｚｔ２）だけ平行移動させ、さらに回転部１６４３の回転軸の傾きφｒだけ傾ける行列である。また、位置特定部２１５は、第１チルト－車体変換行列Ｔｔ１
ｓｂと第２チルト－第１チルト変換行列Ｔｔ２
ｔ１の積を求めることで、第２チルトローテート座標系から車体座標系へ変換するための第２チルト－車体変換行列Ｔｔ２
ｓｂを生成する。
【0081】
【数5】
【0082】
位置特定部２１５は、計測値取得部２１４が取得したローテート角θｒの計測値と、アタッチメント１６３のジオメトリデータとに基づいて、下記式（６）により、第２チルトローテート座標系からバケット座標系へ変換するためのバケット－第２チルト変換行列Ｔ
ｂｋ ｔ２を生成する。バケット－第２チルト変換行列Ｔｂｋ ｔ２は、Ｚｂｋ軸回りに回転角θｒだけ回転させ、かつ第２チルトローテート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、第２チルト－車体変換行列Ｔｔ２ ｓｂとバケット－第２チルト変換行列Ｔｂｋ ｔ２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。
ｂｋ ｔ２を生成する。バケット－第２チルト変換行列Ｔｂｋ ｔ２は、Ｚｂｋ軸回りに回転角θｒだけ回転させ、かつ第２チルトローテート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、第２チルト－車体変換行列Ｔｔ２ ｓｂとバケット－第２チルト変換行列Ｔｂｋ ｔ２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。
【0083】
【数6】
【0084】
位置特定部２１５は、アタッチメント１６３のジオメトリデータが示す制御点Ｐ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アタッチメント１６３の制御点Ｐの位置を求めることができる。
【0085】
なお、アタッチメント１６３がチルトローテータ１６４を備えない場合、制御装置２００にはチルト角θｔおよびローテート角θｒの計測値が入力されない。この場合、位置特定部２１５は、チルト角θｔおよびローテート角θｒをゼロとして（基準姿勢として）扱う。これにより、位置特定部２１５は、チルトローテータ１６４の有無によらず同じ計算方法で、アタッチメント１６３の制御点Ｐの位置を特定することができる。
【0086】
図１３は、第３の実施形態に係る制御点Ｐおよび仮想球ＶＳの例を示す図である。第３の実施形態に係る制御点Ｐは、バケット座標系で規定される。そのため、制御点Ｐからバケット１６５の外殻までの長さは、チルトローテータ１６４の姿勢によらずに定まる。したがって、第３の実施形態に係る制御装置２００は、仮想球ＶＳの半径ｒを第２の実施形態に係る仮想球ＶＳの半径ｒより短くすることができる。これにより、第３の実施形態に係る制御装置２００は、第２の実施形態と比較して、制御性を向上させることができる。
【0087】
〈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。
【0088】
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は、上述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、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。
【0089】
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】
【0090】
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 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 １６４…チルトローテータ １６４１…取付部 １６４２…チルト部 １６４３…回転部 １６５…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 ４０６…チルト角センサ ４０７…回転角センサ ＯＷ…オフセット壁 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】