特開 2025-10677 作業機械

(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】P2025010677

(43)【公開日】2025-01-23

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20250116BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20250116BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 A

E02F9/22 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023112785

(22)【出願日】2023-07-10

(71)【出願人】

【識別番号】000246273

【氏名又は名称】コベルコ建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ

(72)【発明者】

【氏名】田中 秀典

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA02

2D003BA03

2D003BB11

2D003CA02

2D003DA02

2D003DA04

2D003DB03

2D003DB04

2D003DB05

2D003FA02

(57)【要約】

【課題】先端アタッチメントが目標施工面よりも深く掘り過ぎるのを抑制することが可能な作業機械を提供する。
【解決手段】操作手段への操作が所定操作の場合に、バケット３３で施工される施工面７３が予め設定された目標施工面７１に近づくように、アタッチメント３０の動作を半自動または自動で制御する制御手段と、施工面７３が目標施工面７１に近づく方向とは逆方向に目標施工面７１から離れた位置に進入禁止面７２を設定する設定手段と、制御手段がアタッチメント３０の動作を制御していないときに、進入禁止面７２よりも目標施工面７１側にバケット３３が侵入しないように、アタッチメント３０の動作を制限する動作制限手段と、を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械本体と、
前記機械本体に設けられ、先端アタッチメントを備えたアタッチメントと、
前記アタッチメントを操作するための操作手段と、
前記操作手段への操作が所定操作の場合に、前記先端アタッチメントで施工される施工面が予め設定された目標施工面に近づくように、前記アタッチメントの動作を半自動または自動で制御する制御手段と、
前記施工面が前記目標施工面に近づく方向とは逆方向に前記目標施工面から離れた位置に進入禁止面を設定する設定手段と、
前記制御手段が前記アタッチメントの動作を制御していないときに、前記進入禁止面よりも前記目標施工面側に前記先端アタッチメントが侵入しないように、前記アタッチメントの動作を制限する動作制限手段と、
を有することを特徴とする作業機械。

【請求項2】

前記動作制限手段は、前記先端アタッチメントが前記進入禁止面に近づくほど、前記アタッチメントの動作を制限することを特徴とする請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記動作制限手段は、前記先端アタッチメントが前記進入禁止面に近づくほど、前記アタッチメントの動作速度を制限することを特徴とする請求項２に記載の作業機械。

【請求項4】

前記動作制限手段は、前記アタッチメントの動作を制限しているときに、前記進入禁止面に沿って前記先端アタッチメントが移動するのを許容することを特徴とする請求項１に記載の作業機械。

【請求項5】

前記動作制限手段は、前記アタッチメントの動作を制限しているときに、前記進入禁止面に対向する範囲内から前記先端アタッチメントが外れた場合に、前記アタッチメントの動作の制限を解除することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項6】

前記動作制限手段は、前記アタッチメントの動作の制限を解除しているときに、前記進入禁止面に対向する範囲内に前記先端アタッチメントが入った場合に、前記アタッチメントの動作を再び制限することを特徴とする請求項５に記載の作業機械。

【請求項7】

前記動作制限手段による前記アタッチメントの動作の制限の有効と無効とを切り換える切り換え手段を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項8】

オペレータの操作に応じて、前記目標施工面と前記進入禁止面との距離を設定する距離設定手段を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項9】

前記進入禁止面の範囲を設定する範囲設定手段を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アタッチメントの動作を半自動または自動で制御することが可能な作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、目標の形状にバケットの刃先が侵入しないようにアタッチメントを制御することが開示されている。施工対象の仕上がりの目標形状である目標施工地形から所定距離離れたオフセット地形を設定し、掘削時にはオフセット地形を目標の形状とし、押し固め作業時には目標施工地形を目標の形状としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１６／１２９７０８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、作業機械では、施工面が目標施工面に近づくように、アタッチメントの動作を半自動または自動で制御することが行われている。ところが、アタッチメントに動作を開始させた際に、シリンダの圧籠り、構造的ながたつき、車体の揺動などによって、アタッチメントが目標とする挙動とは異なる挙動（バケット（先端アタッチメント）が僅かに落下する挙動など）をする場合がある。この場合、目標施工面にバケットが近いと、目標施工面にバケットが接触することで、目標施工面よりも深く掘り過ぎてしまう恐れがある。

【0005】

本発明の目的は、先端アタッチメントが目標施工面よりも深く掘り過ぎるのを抑制することが可能な作業機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、機械本体と、前記機械本体に設けられ、先端アタッチメントを備えたアタッチメントと、前記アタッチメントを操作するための操作手段と、前記操作手段への操作が所定操作の場合に、前記先端アタッチメントで施工される施工面が予め設定された目標施工面に近づくように、前記アタッチメントの動作を半自動または自動で制御する制御手段と、前記施工面が前記目標施工面に近づく方向とは逆方向に前記目標施工面から離れた位置に進入禁止面を設定する設定手段と、前記制御手段が前記アタッチメントの動作を制御していないときに、前記進入禁止面よりも前記目標施工面側に前記先端アタッチメントが侵入しないように、前記アタッチメントの動作を制限する動作制限手段と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によると、操作手段による操作が所定操作の場合に、先端アタッチメントで施工される施工面が予め設定された目標施工面に近づくように、アタッチメントの動作が半自動または自動で制御される。一方、アタッチメントの動作が制御されていないときに、進入禁止面よりも目標施工面側に先端アタッチメントが侵入しないように、アタッチメントの動作が制限される。アタッチメントの動作が制御される前に、先端アタッチメントが、例えば、進入禁止面の近傍の制御開始位置に移動される場合がある。このときに、進入禁止面よりも目標施工面側に先端アタッチメントが侵入しないように、アタッチメントの動作が制限されるので、目標施工面と先端アタッチメントとが離れた状態になる。よって、この状態でアタッチメントの動作の制御が開始された際に、アタッチメントが目標とする挙動とは異なる挙動（先端アタッチメントが僅かに落下する挙動など）をしても、先端アタッチメントが目標施工面に当たるのを抑制することができる。これにより、先端アタッチメントが目標施工面よりも深く掘り過ぎるのを抑制することができる。また、アタッチメントの動作が制御される前に、例えば、誤操作などにより、先端アタッチメントが、進入禁止面に向かって移動する場合などがある。この場合にも、進入禁止面よりも目標施工面側に先端アタッチメントが侵入しないように、アタッチメントの動作が制限されるので、先端アタッチメントが目標施工面に当たるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】作業機械の側面図である。

【図2】作業機械の機能構成図である。

【図3】アタッチメントの動作が半自動制御された作業機械の側面図である。

【図4】アタッチメントの動作が半自動制御されていない作業機械の側面図である。

【図5】相対距離Ｌとｙ方向の速度の最大値との関係を示す図である。

【図6】相対距離Ｌとｘ軸の正方向の速度の最大値との関係を示す図である。

【図7】相対距離Ｌとｘ軸の負方向の速度の最大値との関係を示す図である。

【図8】作業機械および進入禁止面の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0010】

（作業機械の構成）
本実施形態による作業機械は、アタッチメントの動作を半自動または自動で制御することが可能である。作業機械１の側面図である図１に示すように、作業機械１は、アタッチメント３０で作業を行う機械であり、例えば油圧ショベルである。作業機械１は、下部走行体２１と上部旋回体２２とを備えた機械本体２４と、アタッチメント３０と、シリンダ４０と、を有している。

【0011】

下部走行体２１は、作業機械１を走行させる部分であり、例えばクローラを備える。上部旋回体２２は、下部走行体２１の上部に旋回装置２５を介して旋回可能に取り付けられる。上部旋回体２２の前部には、キャブ（運転室）２３が設けられている。

【0012】

キャブ２３内には、複数の操作レバー（操作手段）２９が設けられている。操作レバー２９は、オペレータにより操作される。操作レバー２９は、アタッチメント３０を操作するためのものである。

【0013】

アタッチメント３０は、上下方向に回動可能に上部旋回体２２に取り付けられる。アタッチメント３０は、ブーム３１と、アーム３２と、バケット３３と、を備える。ブーム３１は、上下方向に回動可能（起伏可能）に上部旋回体２２に取り付けられる。アーム３２は、上下方向に回動可能にブーム３１に取り付けられる。バケット３３は、アタッチメント３０の先端部である先端アタッチメントであり、上部旋回体２２の前後方向に回動可能にアーム３２に取り付けられる。バケット３３は、土砂の、掘削、均し、すくい、などの作業を行う部分である。

【0014】

バケット３３の種類としては、標準バケット、標準バケットよりも横幅が広い幅広バケット、標準バケットよりも横幅が狭い幅狭バケット、底が平たくなっている法面バケットなどがある。なお、先端アタッチメントは、バケット３３に限定されない。

【0015】

シリンダ４０は、アタッチメント３０を油圧で回動させることが可能である。シリンダ４０は、油圧式の伸縮シリンダである。なお、シリンダ４０は、電動シリンダであってもよい。シリンダ４０は、ブームシリンダ４１と、アームシリンダ４２と、バケットシリンダ４３と、を備える。

【0016】

ブームシリンダ４１は、上部旋回体２２に対してブーム３１を回動させる。ブームシリンダ４１の基端部は、上部旋回体２２に回動可能に取り付けられる。ブームシリンダ４１の先端部は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。

【0017】

アームシリンダ４２は、ブーム３１に対してアーム３２を回動させる。アームシリンダ４２の基端部は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。アームシリンダ４２の先端部は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。

【0018】

バケットシリンダ４３は、アーム３２に対してバケット３３を回動させる。バケットシリンダ４３の基端部は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。バケットシリンダ４３の先端部は、バケット３３に回動可能に取り付けられたリンク部材３４に、回動可能に取り付けられる。

【0019】

また、作業機械１は、角度センサ５２と、傾斜角センサ６０と、を有している。

【0020】

角度センサ５２は、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度を検出する。角度センサ５２は、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の現在の旋回角度である現在角度を検出する。角度センサ５２は、例えば、エンコーダ、レゾルバ、又は、ジャイロセンサである。本実施形態では、上部旋回体２２の前方が下部走行体２１の前方と一致するときの上部旋回体２２の旋回角度を０°としている。

【0021】

傾斜角センサ６０は、アタッチメント３０の姿勢を検出する。傾斜角センサ６０は、ブーム傾斜角センサ６１と、アーム傾斜角センサ６２と、バケット傾斜角センサ６３と、上部旋回体傾斜角センサ（図示せず）と、を備える。

【0022】

ブーム傾斜角センサ６１および上部旋回体傾斜角センサは、例えば傾斜（加速度）センサである。ブーム傾斜角センサ６１は、ブーム３１に取り付けられ、水平線に対するブーム３１の傾斜角度を検出する。上部旋回体傾斜角センサは、上部旋回体２２に設けられ、水平線に対する上部旋回体２２の傾斜角度を検出する。ブーム傾斜角センサ６１が検出した、水平線に対するブーム３１の傾斜角度と、上部旋回体傾斜角センサが検出した、水平線に対する上部旋回体２２の傾斜角度とに基づいて、上部旋回体２２に対するブーム３１の角度が算出される。なお、ブーム傾斜角センサ６１は、ブームフットピン（ブーム基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、ブームシリンダ４１のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

【0023】

アーム傾斜角センサ６２は、例えば傾斜（加速度）センサである。アーム傾斜角センサ６２は、アーム３２に取り付けられ、水平線に対するアーム３２の傾斜角度を検出する。アーム傾斜角センサ６２が検出した、水平線に対するアーム３２の傾斜角度と、上部旋回体傾斜角センサが検出した、水平線に対する上部旋回体２２の傾斜角度とに基づいて、上部旋回体２２に対するアーム３２の角度が算出される。なお、アーム傾斜角センサ６２は、アーム連結ピン（アーム基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、アームシリンダ４２のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

【0024】

バケット傾斜角センサ６３は、例えば傾斜（加速度）センサである。バケット傾斜角センサ６３は、リンク部材３４に取り付けられ、水平線に対するバケット３３の傾斜角度を検出する。バケット傾斜角センサ６３が検出した、水平線に対するバケット３３の傾斜角度と、上部旋回体傾斜角センサが検出した、水平線に対する上部旋回体２２の傾斜角度とに基づいて、上部旋回体２２に対するバケット３３の角度が算出される。なお、バケット傾斜角センサ６３は、バケット連結ピン（バケット基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、バケットシリンダ４３のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

【0025】

（作業機械の機能構成）
作業機械１の機能構成図である図２に示すように、作業機械１は、コントローラ１１と、記憶装置１３と、を有している。

【0026】

記憶装置１３は、目標施工面７１（図３参照）を記憶している。また、記憶装置１３は、目標施工面７１に対して設定される進入禁止面７２（図３参照）を記憶する。

【0027】

コントローラ１１には、角度センサ５２が検出した、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度（姿勢）に関する情報が入力される。また、コントローラ１１には、ブーム傾斜角センサ６１が検出した、ブーム３１の姿勢に関する情報が入力される。また、コントローラ１１には、アーム傾斜角センサ６２が検出した、アーム３２の姿勢に関する情報が入力される。また、コントローラ１１には、バケット傾斜角センサ６３が検出した、バケット３３の姿勢に関する情報が入力される。

【0028】

コントローラ１１は、アタッチメント３０の動作を、手動操作モードとマシンコントロール（ＭＣ）モードとの間で切り換える。コントローラ１１は、モード切換スイッチ（図示せず）が操作されると、アタッチメント３０の動作を、手動操作モードとＭＣモードとの間で切り換える。モード切換スイッチは、操作レバー２９に設けられていてもよいし、各種情報を表示する表示装置や、スイッチコンソール等に設けられていてもよい。

【0029】

コントローラ１１は、手動操作モードでは、各種の操作レバー２９へのオペレータの操作量に応じて、ブーム３１、アーム３２、および、バケット３３をそれぞれ動作させる。つまり、手動操作モードでは、オペレータは、ブーム３１、アーム３２、および、バケット３３を自在に動作させることが可能である。なお、後述するように、手動操作モードでは、アタッチメント３０の動作が制限される。詳細は後述する。

【0030】

一方、コントローラ（制御手段）１１は、ＭＣモードでは、アタッチメント３０の動作を半自動で制御する。コントローラ１１は、操作レバー２９への操作が所定操作の場合に、アタッチメント３０の動作を半自動で制御する。ここで、本実施形態において、所定操作とは、ＭＣモードにおいて、オペレータによって、アーム３２を上部旋回体２２側に引き寄せる方向に、アーム３２用の操作レバー２９が操作されることである。コントローラ１１は、ＭＣモードでは、アーム３２用の操作レバー２９への操作量に応じたアーム３２の動きに伴って、ブーム３１およびバケット３３の動作を制御する。コントローラ１１は、バケット３３で施工される施工面が予め設定された目標施工面に近づくように、アタッチメント３０の動作を半自動で制御する。この半自動制御では、角度センサ５２および傾斜角センサ６０の検出値が使用されてもよい。

【0031】

アタッチメント３０の動作が半自動制御された作業機械１の側面図を図３に示す。図３では、法面を含む施工面７３の下方に目標施工面７１が設定されている。ＭＣモードでは、バケット３３で施工される施工面７３が目標施工面７１に近づくように、アタッチメント３０の動作が半自動で制御される。これにより、図３では、法面整形が行われる。

【0032】

ＭＣモードでのアタッチメント３０の半自動制御は、いわゆるマシンコントロールである。マシンコントロールは、施工の仕上げに用いられるアシスト機能である。

【0033】

ここで、目標施工面７１は、掘削対象である地盤の目標形状であって、３次元の設計地形を特定する面である。目標施工面７１は、平面に限定されず、曲面などであってもよい。目標施工面７１は、ＣＩＭ（Construction Information Modeling/Management）などの外部データによって特定されてもよいし、上部旋回体２２の位置を基準にして設定されたものでもよい。

【0034】

ＭＣモードにおいて、アタッチメント３０の動作が半自動制御される前に、手動操作モードにおいて、バケット３３が制御開始位置に移動されて、アタッチメント３０の動作が一時停止される。制御開始位置は、例えば、施工面７３の近傍である。この状態で、手動操作モードからＭＣモードに切り換えられる。その後、アタッチメント３０に動作を開始させた際に、シリンダ４０の圧籠り、構造的ながたつき（例えば、バケット３３とリンク部材３４とのがたつき）、機械本体２４の揺動などによって、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動（バケット３３が僅かに落下する挙動など）をする場合がある。この場合、目標施工面７１にバケット３３が近いと、目標施工面７１にバケット３３が接触することで、目標施工面７１よりも深く掘り過ぎてしまう恐れがある。

【0035】

ここで、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動をするとは、バケット３３の目標位置に対してバケット３３の実際の位置がばらついたり、バケット３３の目標速度に対してバケット３３の実際の速度がばらついたりすることである。また、バケット３３が落下するとは、アーム３２用の操作レバー２９への操作量で決定される速度以上の速度でアーム３２が下方に落ちることを意味する。目標とする挙動とは異なる挙動には、バケット３３が僅かに落下することだけでなく、バケット３３の実際の位置が目標位置よりも高くなることも含まれる。

【0036】

なお、目標とする挙動とは異なる挙動は、ＭＣモードに限って起こるものではない。アタッチメント３０を一時停止させた状態から、アタッチメント３０に動作を開始させた際に、手動操作モードやＭＣモードに関わらず、目標とする挙動とは異なる挙動をする場合がある。

【0037】

そこで、図３に示すように、本実施形態では、コントローラ（設定手段）１１は、施工面７３が目標施工面７１に近づく方向とは逆方向に目標施工面７１から離れた位置に進入禁止面７２を設定する。目標施工面７１と同様に、進入禁止面７２は、平面に限定されず、曲面などであってもよい。本実施形態において、目標施工面７１と進入禁止面７２との間隔は一定であるが、一定でなくてもよい。例えば、目標施工面７１の平面部分と斜面部分とがなす角部では、アタッチメント３０の姿勢変化を考慮して、目標施工面７１と進入禁止面７２との間隔を他よりも広くしてよい。

【0038】

アタッチメント３０の動作が半自動制御されていない作業機械１の側面図を図４に示す。コントローラ（動作制限手段）１１は、手動操作モードであって、自身がアタッチメント３０の動作を半自動で制御していないときに、進入禁止面７２よりも目標施工面７１側にバケット３３が侵入しないように、アタッチメント３０の動作を制限する。

【0039】

ＭＣモードにおいて、アタッチメント３０の動作が半自動で制御される前に、手動操作モードにおいて、バケット３３が制御開始位置に移動されて、アタッチメント３０の動作が一時停止される。制御開始位置は、例えば、進入禁止面７２の近傍である。このときに、進入禁止面７２よりも目標施工面７１側にバケット３３が侵入しないように、アタッチメント３０の動作が制限されるので、目標施工面７１とバケット３３とが離れた状態になる。よって、この状態でＭＣモードに切り換えられて、アタッチメント３０の動作の半自動制御が開始された際に、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動（バケット３３が僅かに落下する挙動など）をしても、バケット３３が目標施工面７１に当たるのを抑制することができる。これにより、バケット３３が目標施工面７１よりも深く掘り過ぎるのを抑制することができる。

【0040】

ここで、作業機械１は、フィードバック制御されている。フィードバック制御とは、バケット３３の先端部の速度を逐次検出して、この速度が目的の速度となるようにシリンダ４０を制御することである。アタッチメント３０の動作が一時停止された状態から、アタッチメント３０の動作の半自動制御が開始された際に、バケット３３が落下するなどしても、このフィードバック制御によって、アタッチメント３０の速度が補正される。よって、バケット３３が目標施工面７１に到達する前に、バケット３３が停止される。

【0041】

また、アタッチメント３０の動作が半自動制御される前に、例えば、誤操作などにより、バケット３３が、進入禁止面７２に向かって移動する場合などがある。この場合にも、進入禁止面７２よりも目標施工面７１側にバケット３３が侵入しないように、アタッチメント３０の動作が制限されるので、バケット３３が目標施工面７１に当たるのを抑制することができる。

【0042】

なお、ＭＣモードでアタッチメント３０の動作が半自動制御されているときであっても、オペレータは、操作レバー２９を操作することで、ブーム３１やバケット３３を動作させることが可能である。そして、これらの動作は、アタッチメント３０の動作の半自動制御よりも優先される。これは、障害物を避けたりする必要があるからである。さらに、ＭＣモードでアタッチメント３０の動作が半自動制御されているときには、進入禁止面７２に対するアタッチメント３０の動作の制限は解除される。

【0043】

なお、コントローラ（制御手段）１１は、ＭＣモードでは、アタッチメント３０の動作を自動で制御してもよい。この場合、例えば、手動操作モードにおいて、バケット３３を制御開始位置に移動させた後に、ＭＣモードに切り換えると、コントローラ（制御手段）１１は、バケット３３で施工される施工面７３が予め設定された目標施工面７１に近づくように、アタッチメント３０の動作を自動で制御する。このとき、オペレータは、何の操作も行う必要がない。

【0044】

図４に示すように、コントローラ（動作制限手段）１１は、手動操作モードにおいて、バケット３３が進入禁止面７２に近づくほど、アタッチメント３０の動作を制限する。具体的には、コントローラ（動作制限手段）１１は、バケット３３が進入禁止面７２に近づくほど、アタッチメント３０の動作速度を制限する。なお、アタッチメント３０の動作を制限する仕方は、アタッチメント３０の動作速度の制限に限定されない。

【0045】

図４に示すように、進入禁止面７２に平行な方向にｘ軸をとり、ｘ軸に直交する方向にｙ軸をとる。ｘ軸の正方向は、進入禁止面７２に沿って上から下に向かう方向である。ｙ軸の正方向は、進入禁止面７２から離れる方向である。ｙ方向におけるバケット３３と進入禁止面７２との相対距離をＬとする。

【0046】

相対距離Ｌとｙ方向の速度の最大値との関係を図５に示す。オペレータは、ｙ方向において、最大値以下の速度でアタッチメント３０を動作させることが可能である。図５に示すように、相対距離Ｌが小さくなるほど、ｙ方向の速度の最大値は小さくなる。そして、相対距離Ｌがゼロになると、ｙ方向の速度の最大値はゼロとなる。つまり、コントローラ（動作制限手段）１１は、ｙ方向に沿って進入禁止面７２よりも目標施工面７１側にバケット３３が侵入するのを抑制する。

【0047】

進入禁止面７２の付近でアタッチメント３０を急に減速させたり、急停止させたりすると、機械本体２４の揺動やシリンダ４０の圧籠りが発生する。この状態でアタッチメント３０の動作の半自動制御が開始されると、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動（バケット３３が僅かに落下する挙動など）をする場合がある。そこで、バケット３３が進入禁止面７２に近づくほど、アタッチメント３０の動作を制限する。このように、進入禁止面７２に近いほどアタッチメント３０の動作を制限することで、アタッチメント３０を緩やかに停止させることができる。これにより、アタッチメント３０を急に減速させたり、急停止させたりすることによるシリンダ４０の圧籠りの発生を抑制することができる。よって、その後にアタッチメント３０の動作の半自動制御が開始された際に、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動をするのを抑制することができる。

【0048】

一方、図５に示すように、相対距離Ｌが大きくなるほど、ｙ方向の速度の最大値は大きくなる。つまり、コントローラ（動作制限手段）１１は、ｙ方向に沿って進入禁止面７２から離れる方向にバケット３３が移動するのを許容する。これにより、アタッチメント３０の動作が制限されているときでも、進入禁止面７２から離れる方向にバケット３３を移動させることができる。よって、例えば、制御開始位置の方にバケット３３を移動させることができる。

【0049】

相対距離Ｌとｘ方向の速度の最大値との関係を図６、図７に示す。図６は、ｘ軸の正方向の速度の最大値と相対距離Ｌとの関係を示している。図７は、ｘ軸の負方向の速度の最大値と相対距離Ｌとの関係を示している。オペレータは、ｘ方向において、最大値以下の速度でアタッチメント３０を動作させることが可能である。図６、図７に示すように、相対距離Ｌが小さくなるほど、ｘ方向の速度の最大値は小さくなる。このように、進入禁止面７２に近いほどアタッチメント３０の動作を制限することで、アタッチメント３０を緩やかに停止させることができる。これにより、アタッチメント３０を急に減速させたり、急停止させたりすることによるシリンダ４０の圧籠りの発生を抑制することができる。なお、本実施形態では、相対距離Ｌが小さくなるほど、ｘ方向の速度の最大値を小さくしているが、このような制限を設けなくてもよい。

【0050】

ここで、相対距離Ｌがゼロになっても、ｘ方向の速度の最大値はゼロにはならない。つまり、コントローラ（動作制限手段）１１は、アタッチメント３０の動作を制限しているときに、進入禁止面７２に沿ってバケット３３が移動するのを許容する。これにより、アタッチメント３０の動作が制限されているときでも、進入禁止面７２に沿ってバケット３３を移動させることができる。よって、例えば、制御開始位置の方にバケット３３を移動させることができる。

【0051】

相対距離Ｌと上部旋回体２２の旋回速度の最大値との関係は、図６、図７に示した関係と同様である。上部旋回体２２の右旋回を正方向、上部旋回体２２の左旋回を負方向とすると、正方向の旋回速度の最大値と相対距離Ｌとの関係は、図６のようになり、負方向の旋回速度の最大値と相対距離Ｌとの関係は、図７のようになる。相対距離Ｌが小さくなるほど、旋回速度の最大値は小さくなる。このように、進入禁止面７２に近いほどアタッチメント３０の動作を制限することで、アタッチメント３０を緩やかに停止させることができる。これにより、アタッチメント３０を急に減速させたり、急停止させたりすることによるシリンダ４０の圧籠りの発生を抑制することができる。なお、本実施形態では、相対距離Ｌが小さくなるほど、旋回速度の最大値を小さくしているが、このような制限を設けなくてもよい。

【0052】

ここで、相対距離Ｌがゼロになっても、旋回速度の最大値はゼロにはならない。つまり、コントローラ（動作制限手段）１１は、アタッチメント３０の動作を制限しているときに、上部旋回体２２が旋回するのを許容する。これにより、アタッチメント３０の動作が制限されているときでも、上部旋回体２２を旋回させることができる。よって、例えば、制御開始位置の方にバケット３３を移動させることができる。また、上部旋回体２２を旋回させることで、目標施工面７１にバケット３３が接触するのを抑制することができる。

【0053】

作業機械１および進入禁止面７２の上面図を図８に示す。コントローラ（動作制限手段）１１は、手動操作モードにおいて、アタッチメント３０の動作を制限しているときに、進入禁止面７２に対向する範囲内からバケット３３が外れた場合に、アタッチメント３０の動作の制限を解除する。ここで、進入禁止面７２に対向する範囲と、進入禁止面７２との対向方向は、上下方向や、進入禁止面７２に直交する方向であってよい。

【0054】

例えば、上部旋回体２２を旋回させたり、下部走行体２１を走行させたりすることで、進入禁止面７２に対向する範囲内からバケット３３が外れる場合がある。また、上部旋回体２２の方にバケット３３を近づけたり、上部旋回体２２からバケット３３を遠ざけたりすることで、進入禁止面７２に対向する範囲内からバケット３３が外れる場合がある。そして、進入禁止面７２に対向する範囲外では、地面を整地したり、盛り土を移動させたりする作業が行われる場合がある。そこで、進入禁止面７２に対向する範囲外では、アタッチメント３０の動作の制限を解除することで、これらの作業を好適に行うことができる。

【0055】

コントローラ（動作制限手段）１１は、手動操作モードにおいて、アタッチメント３０の動作の制限を解除しているときに、進入禁止面７２に対向する範囲内にバケット３３が入った場合に、アタッチメント３０の動作を再び制限する。これにより、進入禁止面７２に対向するバケット３３が目標施工面７１に当たるのを抑制することができる。コントローラ（動作制限手段）１１は、アタッチメント３０の動作を再び制限する際に、進入禁止面７２に対向する範囲内にバケット３３が入ったことを、キャブ２３内に設けられたディスプレイへの表示や、スピーカからの音声や、操作レバー２９の振動によって、オペレータに報知してよい。

【0056】

図２に示すように、作業機械１は、操作制限切換スイッチ２７を有している。操作制限切換スイッチ２７は、キャブ２３内に設けられている。コントローラ（切り換え手段）１１は、操作制限切換スイッチ２７のオンオフに応じて、自身によるアタッチメント３０の動作の制限の有効と無効とを切り換える。アタッチメント３０の動作の制限が有効と無効のどちらであるかは、キャブ２３内に設けられたディスプレイに表示される。これにより、オペレータは、アタッチメント３０の動作の制限が有効と無効のどちらであるのかを把握することができる。なお、キャブ２３内に設けられたスピーカからの音声や、操作レバー２９の振動などで、アタッチメント３０の動作の制限が有効と無効のどちらであるのかがオペレータに報知されてもよい。

【0057】

施工面７３が目標施工面７１に近づくようにアタッチメント３０を動作させる作業（半自動制御による作業）とは異なる作業が、施工面７３の近傍で行われる場合がある。例えば、施工面７３に盛り土をして施工面７３を埋め直すなどの作業が行われる場合がある。そこで、例えば、施工面７３が目標施工面７１に近づくようにアタッチメント３０を動作させる作業とは異なる作業が行われる場合などに、アタッチメント３０の動作の制限を無効にすることで、このような作業を好適に行うことができる。

【0058】

また、図２に示すように、作業機械１は、入力装置２８を有している。入力装置２８は、例えばタッチパネルであり、キャブ２３内に設けられている。オペレータは、目標施工面７１と進入禁止面７２との距離を入力装置２８に入力することが可能である。コントローラ（距離設定手段）１１は、入力装置２８へのオペレータの操作に応じて、目標施工面７１と進入禁止面７２との距離を設定する。

【0059】

例えば、目標施工面７１と進入禁止面７２との距離は、入力装置２８に入力された距離（ｍｍ）だけ目標施工面７１から上方に離れた位置に進入禁止面７２を配置することで設定される。また、目標施工面７１と進入禁止面７２との距離は、バケット３３の現在の爪先の位置に進入禁止面７２を配置することで設定される。また、目標施工面７１と進入禁止面７２との距離は、アタッチメント３０の動作の制限が有効に切り換えられたときのバケット３３の爪先の位置に進入禁止面７２を配置することで設定される。また、目標施工面７１と進入禁止面７２との距離は、タッチパネルを指でなぞった線など、入力装置２８に入力された位置に進入禁止面７２を配置することで設定される。

【0060】

作業機械１では、用途に応じてバケット３３が交換される。アタッチメント３０の動作の半自動制御が開始された際に生じる、バケット３３の位置のばらつき量は、バケット３３の質量や形状によって変化する。よって、例えば、使用されるバケット３３の種類に応じて、オペレータは、目標施工面７１と進入禁止面７２との距離を設定する。この場合、アタッチメント３０の動作の半自動制御が開始された際に、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動をしても、バケット３３が目標施工面７１に当たるのを抑制することができる。

【0061】

なお、コントローラ（距離設定手段）１１は、アーム３２に取り付けられたバケット３３の種類に応じて、目標施工面７１と進入禁止面７２との距離を自動で設定してもよい。アーム３２に取り付けられたバケット３３の種類に関する情報は、オペレータによって入力装置２８に入力されてもよいし、自動で取得されてもよい。

【0062】

また、オペレータは、進入禁止面７２の範囲（座標など）を入力装置２８に入力することが可能である。コントローラ（範囲設定手段）１１は、入力装置２８へのオペレータの操作に応じて、進入禁止面７２の範囲を設定する。なお、ティーチングによって、進入禁止面７２の範囲が設定されてもよい。ティーチングでは、バケット３３が施工面７３上の２点以上の位置に手動で位置される。このときのバケット３３の爪先位置がそれぞれ記憶装置１３に登録されることで、進入禁止面７２の範囲が画定される。また、上部旋回体２２の旋回角度やアタッチメント３０が届く範囲に基づいて、進入禁止面７２の範囲が設定されてもよい。

【0063】

例えば、図３に示すように、二次元の断面で進入禁止面７２を設定した場合、進入禁止面７２は、断面に直交する方向に無限の長さになってしまう。そこで、進入禁止面７２の範囲を設定することで、進入禁止面が過剰に広くならないようにすることができる。

【0064】

なお、入力装置２８への入力前には、進入禁止面７２の範囲はデフォルトの範囲に設定されてもよい。デフォルトの範囲は、例えば、上部旋回体２２の旋回角度やアタッチメント３０が届く範囲に基づいて、上部旋回体２２の前方に設定される。この場合、オペレータは、入力装置２８への入力によって、デフォルトの範囲を広狭させてよい。

【0065】

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る作業機械１によれば、図３に示すように、操作レバー２９による操作が所定操作の場合に、バケット３３で施工される施工面７３が予め設定された目標施工面７１に近づくように、アタッチメント３０の動作が半自動または自動で制御される。一方、図４に示すように、アタッチメント３０の動作が制御されていないときに、進入禁止面７２よりも目標施工面７１側にバケット３３が侵入しないように、アタッチメント３０の動作が制限される。アタッチメント３０の動作が制御される前に、バケット３３が、例えば、進入禁止面７２の近傍の制御開始位置に移動される場合がある。このときに、進入禁止面７２よりも目標施工面７１側にバケット３３が侵入しないように、アタッチメント３０の動作が制限されるので、目標施工面７１とバケット３３とが離れた状態になる。よって、この状態でアタッチメント３０の動作の制御が開始された際に、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動（バケット３３が僅かに落下する挙動など）をしても、バケット３３が目標施工面７１に当たるのを抑制することができる。これにより、バケット３３が目標施工面７１よりも深く掘り過ぎるのを抑制することができる。また、アタッチメント３０の動作が制御される前に、例えば、誤操作などにより、バケット３３が、進入禁止面７２に向かって移動する場合などがある。この場合にも、進入禁止面７２よりも目標施工面７１側にバケット３３が侵入しないように、アタッチメント３０の動作が制限されるので、バケット３３が目標施工面７１に当たるのを抑制することができる。

【0066】

また、図５～図７に示すように、バケット３３が進入禁止面７２に近づくほど、アタッチメント３０の動作が制限される。例えば、バケット３３が進入禁止面７２に近づくほど、アタッチメント３０の動作速度が制限される。進入禁止面７２の付近でアタッチメント３０を急に減速させたり、急停止させたりすると、機械本体２４の揺動やシリンダ４０の圧籠りが発生する。この状態でアタッチメント３０の動作の制御が開始されると、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動（バケット３３が僅かに落下する挙動など）をする場合がある。そこで、バケット３３が進入禁止面７２に近づくほど、アタッチメント３０の動作を制限する。これにより、その後にアタッチメント３０の動作の制御が開始された際に、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動をするのを抑制することができる。

【0067】

また、図５～図７に示すように、バケット３３が進入禁止面７２に近づくほど、アタッチメント３０の動作速度が制限される。バケット３３が進入禁止面７２に近づくほど、アタッチメント３０の動作速度を制限することで、その後にアタッチメント３０の動作の制御が開始された際に、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動をするのを抑制することができる。

【0068】

また、図６、図７に示すように、アタッチメント３０の動作が制限されているときに、進入禁止面７２に沿ってバケット３３が移動するのが許容される。これにより、アタッチメント３０の動作が制限されているときでも、進入禁止面７２に沿ってバケット３３を移動させることができる。よって、例えば、制御開始位置の方にバケット３３を移動させることができる。

【0069】

また、図８に示すように、アタッチメント３０の動作を制限しているときに、進入禁止面７２に対向する範囲内からバケット３３が外れた場合に、アタッチメント３０の動作の制限が解除される。進入禁止面７２に対向する範囲外では、地面を整地したり、盛り土を移動させたりする作業が行われる場合がある。そこで、進入禁止面７２に対向する範囲外では、アタッチメント３０の動作の制限を解除することで、これらの作業を好適に行うことができる。

【0070】

また、図８に示すように、アタッチメント３０の動作の制限を解除しているときに、進入禁止面７２に対向する範囲内にバケット３３が入った場合に、アタッチメント３０の動作が再び制限される。これにより、進入禁止面７２に対向するバケット３３が目標施工面７１に当たるのを抑制することができる。

【0071】

また、操作制限切換スイッチ２７およびコントローラ１１によって、アタッチメント３０の動作の制限の有効と無効とが切り換えられる。施工面７３が目標施工面７１に近づくようにアタッチメント３０を動作させる作業（制御による作業）とは異なる作業が、施工面７３の近傍で行われる場合がある。例えば、施工面７３に盛り土をして施工面７３を埋め直すなどの作業が行われる場合がある。そこで、例えば、施工面７３が目標施工面７１に近づくようにアタッチメント３０を動作させる作業とは異なる作業が行われる場合などに、アタッチメント３０の動作の制限を無効にすることで、このような作業を好適に行うことができる。

【0072】

また、オペレータの操作に応じて、目標施工面７１と進入禁止面７２との距離が設定される。作業機械１では、用途に応じてバケット３３が交換される。アタッチメント３０の動作の制御が開始された際に生じる、バケット３３の位置のばらつき量は、バケット３３の質量や形状によって変化する。よって、例えば、使用されるバケット３３の種類に応じて、オペレータは、目標施工面７１と進入禁止面７２との距離を設定する。この場合、アタッチメント３０の動作の制御が開始された際に、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動をしても、バケット３３が目標施工面７１に当たるのを抑制することができる。

【0073】

また、進入禁止面７２の範囲が設定される。例えば、二次元の断面で進入禁止面７２を設定した場合、進入禁止面７２は、断面に直交する方向に無限の長さになってしまう。そこで、進入禁止面７２の範囲を設定することで、進入禁止面７２が過剰に広くならないようにすることができる。

【0074】

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

【0075】

例えば、ＭＣモードで操作レバー２９への操作が所定操作の場合に、進入禁止面７２よりも目標施工面７１側にバケット３３は侵入することができるが、コントローラ１１は、作業機械１の応答性が悪い状態（例えば、作動油の温度が低い状態など）を検出した場合には、進入禁止面７２よりも目標施工面７１側にバケット３３が侵入しないように、アタッチメント３０の動作を制限してもよい。これにより、アタッチメント３０が目標とする挙動とは異なる挙動をするのを抑制することができるので、施工精度を安定させることができる。

【符号の説明】

【0076】

１ 作業機械
１１ コントローラ（制御手段、設定手段、動作制限手段、切り換え手段、距離設定手段、範囲設定手段）
１３ 記憶装置
２１ 下部走行体
２２ 上部旋回体
２３ キャブ
２４ 機械本体
２５ 旋回装置
２７ 操作制限切換スイッチ
２８ 入力装置
２９ 操作レバー（操作手段）
３０ アタッチメント
３１ ブーム
３２ アーム
３３ バケット（先端アタッチメント）
３４ リンク部材
４０ シリンダ
４１ ブームシリンダ
４２ アームシリンダ
４３ バケットシリンダ
５２ 角度センサ
６０ 傾斜角センサ
６１ ブーム傾斜角センサ
６２ アーム傾斜角センサ
６３ バケット傾斜角センサ
７１ 目標施工面
７２ 進入禁止面
７３ 施工面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】