特許 7550116 掘削機械の稼働範囲設定システムおよびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-04

(45)【発行日】2024-09-12

(54)【発明の名称】掘削機械の稼働範囲設定システムおよびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

E02F9/26 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021118920

(22)【出願日】2021-07-19

(65)【公開番号】P2023014767

(43)【公開日】2023-01-31

【審査請求日】2024-06-04

(73)【特許権者】

【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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山越 洋祐

(72)【発明者】

【氏名】菊澤 遼平

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１５７４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０６８９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１６４７１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１８９０３０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削機械の周囲の実画像の情報を取得する周囲情報取得部と、
ユーザーインターフェース部と、
前記周囲情報取得部により取得された前記実画像の情報に基づいて周囲画像を生成し、前記周囲画像と、前記掘削機械の稼働範囲を規制する仮想壁を設定するための設定ガイダンス画像とを前記ユーザーインターフェース部に表示するコントローラとを備えた、掘削機械の稼働範囲設定システム。

【請求項2】

前記周囲画像は、前記ユーザーインターフェース部の上部領域に表示され、
前記設定ガイダンス画像は、前記表示部の下部領域に表示される、請求項１記載の掘削機械の稼働範囲設定システム。

【請求項3】

前記掘削機械を上面視した上面モデル画像を記憶する記憶部をさらに備え、
前記ユーザーインターフェース部は、前記周囲画像とともに前記上面モデル画像を表示する、請求項１または２に記載の掘削機械の稼働範囲設定システム。

【請求項4】

前記コントローラは、
前記掘削機械の先端部の第１位置を第１点として設定を受け付け、
前記掘削機械の先端部の第２位置を第２点として設定を受け付け、
前記設定を受け付けた前記第１点と第２点とを含み、地面に垂直な平面を仮想壁として設定する、請求項１記載の掘削機械の稼働範囲設定システム。

【請求項5】

前記掘削機械は、バケットを有する作業機を備え、
前記先端部は、前記バケットの刃先である、請求項４に記載の掘削機械の稼働範囲設定システム。

【請求項6】

前記周囲画像は、前記上面モデル画像を中心とする俯瞰画像である、請求項３に記載の掘削機械の稼働範囲設定システム。

【請求項7】

前記設定ガイダンス画像は、前記仮想壁の設定を促すために、前記掘削機械の姿勢と仮想壁との位置関係を表した画像とメッセージとを含む、請求項１に記載の掘削機械の稼働範囲設定システム。

【請求項8】

前記ユーザーインターフェース部には、前記上面モデル画像を取り囲むように目安線が重畳して表示される、請求項３に記載の掘削機械の稼働範囲設定システム。

【請求項9】

前記仮想壁は、前記掘削機械の左側および右側のいずれかに設定される、請求項１記載の掘削機械の稼働範囲設定システム。

【請求項10】

掘削機械の周囲の実画像の情報を取得するステップと、
取得された前記実画像の情報に基づいて周囲画像を生成するステップと、
前記周囲画像と、前記掘削機械の稼働範囲を規制する仮想壁を設定するための設定ガイダンス画像とをユーザーインターフェース部に表示するステップとを備えた、掘削機械の稼働範囲設定システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、掘削機械の稼働範囲の設定に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベルや電動ショベル等の掘削機械は、作業機の動作や旋回体の旋回動作により周囲の障害物と干渉する事故を防止する必要がある。

【0003】

従来より、掘削機械の所定の高さを稼働範囲として作業機の動作を制限するものや、車両本体の運転室との干渉を防止するために所定の範囲を稼働範囲として作業機の動作を制限する種々の方式が提案されている（特許文献１～３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－５２３８３号公報

【文献】特開２０１９－１５７４０９号公報

【文献】国際公開第２０２１/０６０５３４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

掘削機械の稼働範囲を設定する際には、掘削機械と掘削機械の周囲にある物体との距離感を正確に取らなければ、不適切な掘削機械の稼働範囲を設定するおそれがある。

【0006】

掘削機械と当該物体との距離を取りすぎた稼働範囲を設定した場合には、掘削機械の作業効率が落ちる可能性がある。

【0007】

本開示の目的は、簡易な方式で掘削機械の稼働範囲を設定することが可能な掘削機械の稼働範囲設定システムおよびその制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示のある局面に従う掘削機械の稼働範囲設定システムは、掘削機械の周囲の実画像の情報を取得する周囲情報取得部と、ユーザーインターフェース部と、周囲情報取得部により取得された実画像の情報に基づいて周囲画像を生成し、周囲画像と、掘削機械の稼働範囲を規制する仮想壁を設定するための設定ガイダンス画像とをユーザーインターフェース部に表示するコントローラとを備える。

【0009】

本開示のある局面に従う掘削機械の稼働範囲システムの制御方法は、掘削機械の周囲の実画像の情報を取得するステップと、取得された実画像の情報に基づいて周囲画像を生成するステップと、周囲画像と、掘削機械の稼働範囲を規制する仮想壁を設定するための設定ガイダンス画像とをユーザーインターフェース部に表示するステップとを備える。

【発明の効果】

【0010】

本開示の掘削機械の稼働範囲設定システムおよびその制御方法は、簡易な方式で掘削機械の稼働範囲を設定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に基づく掘削機械の外観図である。

【図2】実施形態に基づく掘削機械１００を模式的に説明する図である。

【図3】実施形態に基づく掘削機械１００の制御系の構成を示す概要ブロック図である。

【図4】実施形態に基づくコントローラ２６の構成を示すブロック図である。

【図5】実施形態に基づく表示装置４４に表示される画面の一例である。

【図6】実施形態に基づく表示装置４４に表示される仮想壁の設定画面４００の一例について説明する図である。

【図7】実施形態に基づく表示装置４４に表示される仮想壁の設定画面４０２の一例について説明する図である。

【図8】実施形態に基づく表示装置４４に表示される仮想壁の設定画面４０４の一例について説明する図である。

【図9】実施形態に基づく表示装置４４に表示される仮想壁の設定確認画面４０８の一例について説明する図である。

【図10】実施形態に基づくコントローラ２６の表示制御処理について説明するフロー図である。

【図11】実施形態に基づく仮想壁設定部１０７の仮想壁位置設定処理の詳細について説明するフロー図である。

【図12】実施形態の変形例２に基づく掘削機械の稼働範囲設定システムについて説明する図である。

【図13】実施形態の変形例３に基づく掘削機械の稼働範囲設定システムについて説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

実施形態について図面を参照しながら説明する。同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能は同じである。それらについての詳細な説明については繰り返さない。

【0013】

＜掘削機械の全体構成＞
図１は、実施形態に基づく掘削機械の外観図である。図１に示されるように、本開示の思想を適用可能な掘削機械として油圧により作動する作業機２を備える油圧ショベルを例に挙げて説明する。

【0014】

掘削機械１００は、車両本体１と、作業機２とを備える。
車両本体１は、旋回体３と、運転室４と、走行装置５とを有する。

【0015】

旋回体３は、走行装置５の上に配置される。走行装置５は、旋回体３を支持する。旋回体３は、旋回軸ＡＸを中心に旋回可能である。運転室４には、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられる。オペレータは、運転室４において掘削機械１００を操作する。走行装置５は、一対の履帯５Ｃｒを有する。履帯５Ｃｒの回転により、掘削機械１００が走行する。走行装置５は、車輪（タイヤ）で構成されていてもよい。

【0016】

運転席４Ｓに着座したオペレータを基準として各部の位置関係について説明する。前後方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータの前後方向をいう。左右方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準とした左右方向をいう。左右方向は、車両の幅方向（車幅方向）に一致する。運転席４Ｓに着座したオペレータに正面に正対する方向を前方向とし、前方向とは反対の方向を後方向とする。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対したとき右側、左側をそれぞれ右方向、左方向とする。

【0017】

旋回体３は、エンジンが収容されるエンジンルーム９と、旋回体３の後部に設けられるカウンタウェイトＣＷとを有する。旋回体３において、エンジンルーム９の前方に手すり１９が設けられる。エンジンルーム９には、エンジン及び油圧ポンプなどが配置されている。

【0018】

作業機２は、旋回体３に支持される。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とを有する。

【0019】

ブーム６は、ブームピン１３を介して旋回体３に接続される。アーム７は、アームピン１４を介してブーム６に接続される。バケット８は、バケットピン１５を介してアーム７に接続される。ブームシリンダ１０は、ブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブーム６の基端部（ブームフート）と旋回体３とが接続される。ブーム６の先端部（ブームトップ）とアーム７の基端部（アームフート）とが接続される。アーム７の先端部（アームトップ）とバケット８の基端部とが接続される。バケット８は、バケットリンクＢＬを介してバケットシリンダ１２と接続されている。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２はいずれも、作動油によって駆動される油圧シリンダである。なお、本開示の実施形態においては、アタッチメントとしてバケット８を示すが、アタッチメントはブレーカやスケルトンバケット、法面作業用バケットなど他の形態のバケットであってもよい。

【0020】

ブーム６は、中心軸であるブームピン１３を中心に旋回体３に対して回転可能である。アーム７は、ブームピン１３と平行な中心軸であるアームピン１４を中心にブーム６に対して回転可能である。バケット８は、ブームピン１３およびアームピン１４と平行な中心軸であるバケットピン１５を中心にアーム７に対して回転可能である。

【0021】

図２は、実施形態に基づく掘削機械１００を模式的に説明する図である。図２（Ａ）には、掘削機械１００の側面図が示される。図２（Ｂ）には、掘削機械１００の背面図が示される。

【0022】

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示されるように、ブーム６の長さＬＤ１は、ブームピン１３とアームピン１４との距離である。アーム７の長さＬＤ２は、アームピン１４とバケットピン１５との距離である。バケット８の長さＬＤ３は、バケットピン１５とバケット８の刃先８Ａとの距離である。バケット８は、複数の刃を有し、バケット８の先端部を刃先８Ａと称する。バケット８は、刃を有していなくてもよい。バケット８の先端部は、ストレート形状の鋼板で形成されていてもよい。

【0023】

掘削機械１００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８とを有する。ブームシリンダストロークセンサ１６はブームシリンダ１０に配置される。アームシリンダストロークセンサ１７はアームシリンダ１１に配置される。バケットシリンダストロークセンサ１８はバケットシリンダ１２に配置される。ブームシリンダストロークセンサ１６、アームシリンダストロークセンサ１７およびバケットシリンダストロークセンサ１８は総称してシリンダストロークセンサとも称する。

【0024】

ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ１０のストローク長さが求められる。アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて、アームシリンダ１１のストローク長さが求められる。バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、バケットシリンダ１２のストローク長さが求められる。

【0025】

ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２のストローク長さをそれぞれブームシリンダ長、アームシリンダ長およびバケットシリンダ長とも称する。ブームシリンダ長、アームシリンダ長、及びバケットシリンダ長を総称してシリンダ長データＬとも称する。シリンダストロークセンサに限られず、例えば、ブームピン１３、アームピン１４、バケットピン１５といった作業機２の関節部に回転センサや角度センサを設け、得られた検出結果からストローク長さを検出してもよい。ストローク長さは、姿勢情報に含まれる。

【0026】

掘削機械１００は、掘削機械１００の位置を検出可能な測位装置２０を備えている。
測位装置２０は、アンテナ２１と、グローバル座標演算部２３とを有する。

【0027】

アンテナ２１は、たとえばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）用のアンテナである。アンテナ２１は、たとえばＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems）用アンテナである。

【0028】

アンテナ２１は、旋回体３に設けられる。アンテナ２１は、旋回体３の手すり１９に設けられる。アンテナ２１は、エンジンルーム９の後方向に設けられてもよい。旋回体３のカウンタウェイトにアンテナ２１が設けられてもよい。アンテナ２１は、受信した電波（ＧＮＳＳ電波）に応じた信号をグローバル座標演算部２３に出力する。

【0029】

グローバル座標演算部２３は、グローバル座標系におけるアンテナ２１の設置位置Ｐ１を検出する。グローバル座標系は、作業エリアに設置した基準位置Ｐｒを元にした３次元座標系（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）である。基準位置Ｐｒは、作業エリアに設定された基準杭の先端の位置である。ローカル座標系とは、掘削機械１００を基準とした、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で示される３次元座標系である。ローカル座標系の基準位置は、旋回体３の旋回軸（旋回中心）ＡＸに位置する基準位置Ｐ２を示すデータである。アンテナ２１は、車幅方向に互いに離れるように旋回体３に設けられた第１アンテナ２１Ａ及び第２アンテナ２１Ｂを有する。グローバル座標演算部２３は、第１アンテナ２１Ａの設置位置Ｐ１ａ及び第２アンテナ２１Ｂの設置位置Ｐ１ｂを検出する。グローバル座標演算部２３は、グローバル座標で表される基準位置データＰを取得する。基準位置データＰは、旋回体３の旋回軸（旋回中心）ＡＸに位置する基準位置Ｐ２を示すデータである。基準位置データＰは、設置位置Ｐ１を示すデータでもよい。グローバル座標演算部２３は、２つの設置位置Ｐ１ａ及び設置位置Ｐ１ｂに基づいて旋回体方位データＱを生成する。旋回体方位データＱは、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとで決定される直線がグローバル座標の基準方位（例えば北）に対してなす角に基づいて決定される。旋回体方位データＱは、旋回体３（作業機２）が向いている方位を示す。グローバル座標演算部２３は、後述するコントローラ２６に基準位置データＰ及び旋回体方位データＱを出力する。基準位置データＰ及び旋回体方位データＱは姿勢情報に含まれる。

【0030】

掘削機械１００は、掘削機械１００の車両本体１の姿勢を検出可能な車体姿勢検出センサ３２を備えている。車体姿勢検出センサ３２は、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２４を含む。ＩＭＵ２４は、旋回体３に設けられる。ＩＭＵ２４は、運転室４の下部に配置される。旋回体３において、運転室４の下部に高剛性のフレームが配置される。ＩＭＵ２４は、そのフレーム上に配置される。ＩＭＵ２４は、旋回体３の旋回軸ＡＸ（基準位置Ｐ２）の側方（右側又は左側）に配置されてもよい。ＩＭＵ２４は、車両本体１の左右方向に傾斜する傾斜角θ４と、車両本体１の前後方向に傾斜する傾斜角θ５とを検出する。

【0031】

掘削機械１００は、旋回角度センサ３４を備えている。
掘削機械１００は、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて取得されたブームシリンダ長から、旋回体３の旋回軸ＡＸに対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。掘削機械１００は、アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて取得されたアームシリンダ長から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。掘削機械１００は、バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて取得されたバケットシリンダ長から、アーム７に対するバケット８の刃先８Ａの傾斜角θ３を算出する。上記算出結果である作業機２の姿勢を示す傾斜角θ１、θ２、θ３と、車両本体１の姿勢を示す左右方向に傾斜する傾斜角θ４および車両本体１の前後方向に傾斜する傾斜角θ５と、基準位置データＰ、旋回体方位データＱとに基づいて、掘削機械１００のブーム６、アーム７およびバケット８の位置を特定することが可能となる。掘削機械１００の稼働範囲を規制する仮想壁を設定するためのバケット先端位置を特定し、その座標を取得することが可能である。

【0032】

ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、及びバケット８の傾斜角θ３は、シリンダストロークセンサで検出されなくてもよい。ロータリーエンコーダのような回転センサや角度センサといった角度検出器でブーム６の傾斜角θ１が検出されてもよい。角度検出器は、旋回体３に対するブーム６の屈曲角度を検出して、傾斜角θ１を検出する。アーム７の傾斜角θ２がアーム７に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。バケット８の傾斜角θ３がバケット８に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。作業機に取り付けられたＩＭＵ２４を介して姿勢情報を検出しても良い。各傾斜角（θ１、θ２、θ３、θ４、θ５）は姿勢情報に含まれる。

【0033】

図３は、実施形態に基づく掘削機械１００の制御系の構成を示す概要ブロック図である。図３に示されるように、掘削機械１００は、測位装置２０と、車体姿勢検出センサ３２と、旋回角度センサ３４と、作業機姿勢検出センサ３６と、周囲監視センサ３８と、記憶部の一つである記憶装置４０と、操作レバー４２と、ユーザーインターフェース部の一つである表示装置４４と、ユーザーインターフェース部の一つである入力装置４６と、旋回モータ用電磁制御弁４８と、旋回モータ６２と、作業機用電磁制御弁５０と、油圧シリンダ１０，１１，１２と、走行モータ用電磁制御弁５２と、走行モータ５６と、エンジン５４と、油圧ポンプ５８と、作動油タンク６０と、コントローラ２６とを含む。

【0034】

図内の点線は機械結合あるいは油圧配管による接続を示す。実線は、信号線による接続を示す。

【0035】

コントローラ２６は、掘削機械１００全体を制御する装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。

【0036】

測位装置２０は、アンテナ２１およびグローバル座標演算部２３を含み、基準位置データＰおよび旋回体方位データＱを出力する。

【0037】

車体姿勢検出センサ３２は、ＩＭＵ４２を含み、車両本体１の左右方向に傾斜する傾斜角θ４と、車両本体１の前後方向に傾斜する傾斜角θ５とを検出する。

【0038】

旋回角度センサ３４は、掘削機械１００の旋回中心ＡＸに対する旋回体３の角度を検出する。

【0039】

作業機姿勢検出センサ３６は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８を含み、ブームシリンダ長、アームシリンダ長、バケットシリンダ長を検出する。

【0040】

周囲監視センサ３８は、カメラおよび超音波センサ、レーダー、ライダー（Light Detection and Ranging）のうちの少なくとも１つを含み、掘削機械１００の周囲の情報を計測する。周囲監視センサ３８は、掘削機械１００の周囲を撮像可能に設けられた複数のカメラを含み、掘削機械１００の周囲を撮像した実画像の情報を取得する。周囲監視センサ３８は、ステレオカメラを用いることにより実画像の情報として撮像した実画像の点群の位置情報を計測することも可能である。ステレオカメラに限らず、単眼のカメラと超音波センサー、レーダー、ライダーのいずれかを組み合わせて実画像の点群の位置情報を計測するようにしてもよい。

【0041】

記憶装置４０は、各種プログラムおよびデータを格納する。記憶装置４０は、コントローラ２６がアクセス可能な任意の記憶装置（記憶媒体）である。記憶装置４０は、例えばハードディスクやメモリ等の、コントローラ２６に内蔵される記憶部であってもよいし、例えば光ディスクやカートリッジ等の、着脱可能な記憶媒体であってもよいし、これらの記憶部および記憶媒体の両方であってもよい。

【0042】

操作レバー４２は、オペレータの掘削機械１００に対する操作指示を受け付ける。操作レバー４２は、作業機２を動作させるための作業機レバー、旋回体３を旋回させるための旋回レバーと走行装置５を動作させるための走行レバーを含む。操作レバー４２は、運転席４Ｓの近傍に設けられている。

【0043】

ユーザーインターフェース部の一つである表示装置４４は、ディスプレイでありオペレータに情報を提示する。表示装置４４は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどで構成され、運転席４Ｓの近傍に配置されている。

【0044】

ユーザーインターフェース部の一つである入力装置４６は、表示装置４４に設けられたタッチパネルや、設定トグルスイッチや入力ボタン等を含む。入力装置４６と表示装置４４は一体でもよいし別体でもよい。入力装置４６と表示装置４４が別体である場合は近接して配置されることが望ましい。入力装置４６は、掘削機械１００の側方（右側）に仮想壁を設定するための右側設定トグルスイッチ４６Ａと、掘削機械１００の側方（左側）に仮想壁を設定するための左側設定トグルスイッチ４６Ｂとを含む。後述する図８に示すように、入力装置４６は、さらに、設定ガイダンス画面４３０に含まれるものであって、掘削機械１００の前方に仮想壁を設定するための前方設定トグルスイッチ４６Ｃ、上方設定トグルスイッチ４６Ｄ、下方設定トグルスイッチ４６Ｅ、左旋回設定トグルスイッチ４６Ｆ、右旋回設定トグルスイッチ４６Ｇを含んでもよい。各設定トグルスイッチは、仮想壁を設定するかしないかを選択し決定するものとして機能する。

【0045】

図８は、設定トグルスイッチの全てがオフの状態を示す。例えば、前方設定トグルスイッチ４６Ｃをオンに設定することで、その時のバケット８の刃先８Ａ位置（アタッチメントの先端部の位置）が算出され、刃先８Ａと旋回体３の所定位置との距離に基づいた前方の位置に前方仮想壁が設定される。ここで、旋回体３の所定位置に代えて、走行装置５の所定位置を用いてもよい。また、上方設定トグルスイッチ４６Ｄ、下方設定トグルスイッチ４６Ｅのいずれか、あるいは両者をオンに設定することでその時のバケット８の刃先８Ａの位置（アタッチメントの先端部の位置）が算出され、刃先８Ａと旋回体３の所定位置との距離に基づいた上方あるいは下方の位置に上方仮想壁あるいは下方仮想壁が設定される。ここで、旋回体３の所定位置に代えて、走行装置５の所定位置を用いてもよい。なお、下方設定トグルスイッチ４６Ｅをオンにした場合、表示装置４４の画面を遷移させ、地面より下方の深さを数値入力可能なブランク画面と設定ボタンとが表示されるようにしてもよい。この場合、オペレータが、例えば、１．５といった数値を入力し、図６，７に示すような設定ボタン４１２を押すことで、走行装置５の下面より下の深さ１．５ｍの位置に下方仮想壁が設定される。左側設定トグルスイッチ４６Ａ、右側設定トグルスイッチ４６Ｂをオンにした場合は、その操作だけでは仮想壁は設定されない。左側仮想壁、右側仮想壁の詳細な設定方法については後述する。

【0046】

左旋回設定トグルスイッチ４６Ｆ、右旋回設定トグルスイッチ４６Ｇのいずれか、あるいは両者をオンにすることで、その時の旋回体３の旋回角度に基づいた走行装置５と旋回体３との相対角度が定められ、掘削機械１００が旋回可能な稼働範囲が規制される。旋回角度は、旋回角度センサ３４によって得ることができる。例えば、旋回体３が前方を向いた位置から反時計回りに３０度旋回した状態で、左旋回設定トグルスイッチ４６Ｆをオンにすると、旋回体３は前方を向いた位置から反時計回りに３０度までしか旋回できないようになる。また、例えば、旋回体３が前方を向いた位置から時計回りに３０度旋回した状態で、右旋回設定トグルスイッチ４６Ｇをオンにすると、旋回体３は前方を向いた位置から時計回りに３０度までしか旋回できないようになる。

【0047】

オペレータは、右側設定トグルスイッチ４６Ａをオンすることにより、掘削機械１００の側方に仮想壁（右側仮想壁）を設定することが可能である。オペレータは、左側設定トグルスイッチ４６Ｂをオンすることにより、掘削機械１００の側方に仮想壁（左側仮想壁）を設定することが可能である。前述のように、右側仮想壁、左側仮想壁を設定する場合は、各トグルスイッチ（４６Ａ、４６Ｂ）をオンにするだけでは仮想壁の設定は完了しない。

【0048】

一方、オペレータは、前述のように前方設定トグルスイッチ４６Ｃをオンすることにより、その時点で掘削機械１００の前方に仮想壁を設定することが完了できる。

【0049】

旋回モータ用電磁制御弁４８は、油圧ポンプ５８から作動油の供給を受けて、コントローラ２６の指示に従って旋回モータ６２に対して供給する作動油の供給量を調整する。

【0050】

旋回モータ６２は、旋回モータ用電磁制御弁４８を介して供給される作動油に従って回転し、旋回体３の旋回動作を実行する。

【0051】

作業機用電磁制御弁５０は、油圧ポンプ５８から作動油の供給を受けて、コントローラ２６の指示に従って油圧シリンダであるブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とに供給する作動油の供給量を調整する。

【0052】

走行モータ用電磁制御弁５２は、油圧ポンプ５８から作動油の供給を受けて、コントローラ２６の指示に従って走行モータ５６に供給する作動油の供給量を調整する。

【0053】

走行モータ５６は、走行モータ用電磁制御弁５２を介して供給される作動油に従って回転し、走行装置５の走行動作を実行する。

【0054】

油圧ポンプ５８は、エンジン５４の駆動力を用いて駆動し、作動油を各部に供給する。
作動油タンク６０は、作動油を貯蔵するタンクであり、旋回モータ６２、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、走行モータ５６から排出された作動油を回収するとともに、油圧ポンプ５８に作動油を供給する。

【0055】

実施形態においては、入力装置４６として、ソフトウェアボタンによる設定トグルスイッチを含む構成について説明するが、ソフトウェアボタンによる設定トグルスイッチに限られず、機械的なものを含む他のスイッチあるいはボタンを用いて仮想壁の設定を可能としても良い。例えば、ソフトウェアボタンによる設定トグルスイッチとして、表示装置４４のタッチパネルに表示されたソフトウェアボタンをオペレータが選択することにより仮想壁の設定を可能としても良い。

【0056】

＜コントローラの構成＞
図４は、実施形態に基づくコントローラ２６の構成を示すブロック図である。

【0057】

実施形態に基づく掘削機械１００は、コントローラ２６により掘削機械の稼働範囲を設定する処理を実行する。コントローラ２６は、掘削機械の稼働範囲の設定として稼働範囲を規制する仮想壁を設定する。コントローラ２６は、記憶装置４０に格納されているプログラムを実行することにより各種機能ブロックを実現する。記憶装置４０に格納されているプログラムは、予め格納されているプログラムでも良いし、図示しないネットワークと接続されたサーバ等を介してダウンロードしたプログラムであってもよい。

【0058】

図４に示されるように、コントローラ２６は、姿勢情報取得部１０２と、周囲情報取得部１０４と、設定入力受付部１０６と、表示制御部１１０と、仮想壁設定部１０７と、掘削制御部１０８とを含む。

【0059】

姿勢情報取得部１０２は、掘削機械１００の姿勢情報を取得する。姿勢情報取得部１０２は、掘削機械１００の姿勢情報として作業機２の姿勢を示す傾斜角θ１、θ２、θ３と、車両本体１の姿勢を示す左右方向に傾斜する傾斜角θ４および車両本体１の前後方向に傾斜する傾斜角θ５および旋回体３の角度を取得する。

【0060】

周囲情報取得部１０４は、掘削機械１００の周囲の実画像の情報を取得する。周囲情報取得部１０４は、掘削機械１００の周囲を撮像した実画像の情報を取得する。

【0061】

設定入力受付部１０６は、オペレータによる掘削機械１００の周囲壁の設定の入力を受け付ける。設定入力受付部１０６は、オペレータによる右側設定トグルスイッチ４６Ａ、左側設定トグルスイッチ４６Ｂのオンの入力をそれぞれ受け付ける。設定入力受付部１０６は、表示装置４４に設けられたタッチパネルに対するオペレータによる入力を受け付ける。

【0062】

表示制御部１１０は、表示装置４４に対する表示制御を実行する。
仮想壁設定部１０７は、掘削機械１００の稼働範囲を規制する仮想壁の設定処理を実行する。

【0063】

掘削制御部１０８は、作業機２を制御して掘削対象物である土砂等をバケット８を用いて掘削する掘削動作を実行する。仮想壁が設定された場合、掘削制御部１０８は、仮想壁が設定された位置を超えて作業機２が動作しないように作業機２の稼働範囲に規制をかけて制御してもよい。例えば、掘削制御部１０８は、仮想壁が設定された位置を超えて作業機２が動作しようとした場合、作業機２の刃先８Ａの現在位置と仮想壁との相対位置関係を演算し、演算された相対距離に応じて作業機２の動作を緩慢にしたり停止したりといった規制をかけて制御してもよい。また、作業機２に規制をかける制御とともに、図示を省略する警報装置によってオペレータに警告を通知するように制御してもよい。

【0064】

表示制御部１１０は、モデル画像生成部１１２と、周囲画像生成部１１４と、設定ガイダンス画像生成部１１６と、合成部１１８とを含む。

【0065】

モデル画像生成部１１２は、掘削機械１００の上面モデル画像を生成する。本開示の実施の形態においては、上面モデル画像は、掘削機械１００が正面を向いた状態の上面視を表した単一のグラフィックデータを記憶装置４０に記憶しておき、モデル画像生成部１１２が記憶装置４０から上面モデル画像を読みだして掘削機械１００の上面モデル画像を生成する。

【0066】

モデル画像生成部１１２は、姿勢情報取得部１０２により取得された掘削機械１００の姿勢情報に基づいて、逐次、掘削機械１００の上面モデル画像を変化させたものを生成してもよい。あるいは、モデル画像生成部１１２は、掘削機械１００の姿勢情報に基づいて、予め記憶装置４０に記憶された複数のグラフィックデータを読み出して、姿勢情報に対応する一つのグラフィックデータを決定して掘削機械１００の上面モデル画像３２０を生成してもよい。この場合、複数のグラフィックデータは、作業機２の姿勢や旋回体３の旋回角度の組み合わせによる複数のものを記憶装置４０に記憶しておいてもよい。モデル画像生成部１１２は、掘削機械１００の姿勢情報に基づいて掘削機械１００のサイズの相似形である３次元モデルを生成し、当該３次元モデルを上面視した場合の上面モデル画像を生成してもよい。

【0067】

周囲画像生成部１１４は、掘削機械１００の周囲画像を生成する。周囲画像生成部１１４は、周囲情報取得部１０４により取得された実画像の情報に基づいて周囲画像を生成する。周囲画像生成部１１４は、掘削機械１００の周囲を撮像可能に設けられた複数のカメラの実画像データを取得し、当該複数の実画像データの画像編集処理を実行することにより掘削機械１００を上面視した掘削機械１００の周囲画像を生成することが可能である。周囲画像は、掘削機械１００の上方から俯瞰した状態の画像として生成される。

【0068】

設定ガイダンス画像生成部１１６は、仮想壁を設定するための設定ガイダンス画像を生成する。設定ガイダンス画像生成部１１６は、右側設定トグルスイッチ４６Ａ、左側設定トグルスイッチ４６Ｂのいずれかのオンの入力の設定に従って、対応する仮想壁を設定するための設定ガイダンス画像を生成する。例えば、設定ガイダンス画像生成部１１６は、右側設定トグルスイッチ４６Ａがオンされた場合には、右側仮想壁を設定するための設定ガイダンス画像を生成する。設定ガイダンス画像生成部１１６は、左側設定トグルスイッチ４６Ｂがオンされた場合には、左側仮想壁を設定するための設定ガイダンス画像を生成する。

【0069】

合成部１１８は、上面モデル画像および周囲画像ならびに設定ガイダンス画像を合成して表示装置４４に表示する。合成部１１８は、周囲画像に代えて、周囲監視センサ３８がとらえた掘削機械１００の周囲の中から一部を切出した部分周囲画像を合成して表示装置４４に表示する。また、合成部１１８は、設定ガイダンス画像に代えて、当該部分周囲画像を合成して表示装置４４に表示してもよい。なお、合成部１１８は、上面モデル画像は合成せずに、周囲画像ならびに設定ガイダンス画像のみを合成して表示装置４４に表示してもよい。あるいは、合成部１１８は、上面モデル画像は合成せずに、部分周囲画像ならびに設定ガイダンス画像のみを合成して表示装置４４に表示してもよい。仮想壁を設定しない通常時には、表示装置４４の上部領域に上面モデル画像および周囲画像が合成表示され、表示装置４４の下部領域に部分周囲画像が合成表示される。仮想壁を設定する設定時には、表示装置４４の上部領域に上面モデル画像および周囲画像が合成表示され、表示装置４４の下部領域に設定ガイダンス画像が合成表示される。

【0070】

図５は、実施形態に基づく表示装置４４に表示される画面の一例である。図５には、通常時に表示装置４４に表示される画面３００が示されている。画面３００は、仮想壁を設定しない通常時の画面である。

【0071】

表示装置４４は、上部領域ＵＡと、下部領域ＬＡとに分割された画面３００を示している。表示装置４４は、上部領域ＵＡと下部領域ＬＡとを同時に表示可能である。

【0072】

画面３００の上部領域ＵＡには、掘削機械１００を上面視した画像（上面モデル画像３２０）が表示される。掘削機械１００の上面モデル画像３２０は、掘削機械１００の上方から俯瞰した状態の画像となっている。画面３００の下部領域ＬＡには、作業機２の前方側に設けられたカメラで撮像された前方画像（単一画像３３０）が部分周囲画像として表示される。下部領域ＬＡには、掘削機械１００のオペレータ視点に変換された前方画像が部分周囲画像として表示されてもよい。このように、当該部分周囲画像は、作業機２の前方側に向くように、例えば、旋回体３の運転室４の天井の場所に設けられたカメラで撮像された画像であってもよいし、オペレータ視点となるように複数のカメラで撮像された画像の画像編集処理により作成した前方画像であってもよい。また、部分周囲画像は、前方側と異なる方向を撮影可能な場所に設置されたカメラで撮像されたものであってもよい。

【0073】

画面３００の上部領域ＵＡには、掘削機械１００の上面モデル画像３２０と、掘削機械１００の周囲の周囲画像３１０とが合成された状態で表示される。

【0074】

本開示の実施形態では、上面モデル画像３２０は、掘削機械１００の上方から実際に撮像した画像ではなく、前述のように上面モデル画像３２０は、掘削機械１００が正面を向いた状態の上面視を表した単一のグラフィックデータに基づいて表示された画像である。上面モデル画像３２０は、実際の掘削機械のサイズの相似形で表示されたモデル画像である。

【0075】

画面３００には、仮想線Ｌ１～Ｌ３が表示されている。仮想線Ｌ１～Ｌ３は、掘削機械１００との距離感を把握するための目安線である。当該仮想線Ｌ１～Ｌ３を非表示にすることも可能である。目安線ではなく、実際の距離を示す仮想線としてもよい。仮想線Ｌ１～Ｌ３は、上面モデル画像３２０を取り囲むように周囲画像３１０に重畳して表示される。

【0076】

図６は、実施形態に基づく表示装置４４に表示される仮想壁の設定画面４００の一例について説明する図である。図６は、仮想壁の設定画面４００を示し、オペレータが左側設定トグルスイッチ４６Ｂをオンした場合、その後、画面遷移された後の画面を示したものである。

【0077】

表示装置４４は、上部領域ＵＡと、下部領域ＬＡとに分割された設定画面４００を示している。設定画面４００は、上部領域ＵＡと下部領域ＬＡとを同時に表示する。

【0078】

設定画面４００の上部領域ＵＡには、掘削機械１００を上面視した画像（上面モデル画像３２０）が表示される。掘削機械１００を上面視した画像は、掘削機械１００の上方から俯瞰した状態の画像となっている。設定画面４００の下部領域ＬＡには、左側仮想壁を設定するための１点目の設定ガイダンス画像４１０が表示される。

【0079】

設定画面４００の上部領域ＵＡには、掘削機械１００の上面モデル画像３２０と、掘削機械１００の周囲の周囲画像３１０とが合成された状態で表示される。

【0080】

上面モデル画像３２０は、履帯モデル画像３２２と、作業機モデル画像３２４とを含む。

【0081】

下部領域ＬＡには、設定ガイダンス画像４１０として、左側仮想壁の設定のイメージ画像ＩＧ１とともに、左側仮想壁を設定するためのメッセージＭＧ１「現在のバケット先端位置を１点目として設定しますか？」が表示される。メッセージＭＧ１の内容は、オペレータに、仮想壁の設定のやり方を導くような内容を示す手順内容でもよいし、オペレータに、現在の位置で仮想壁が設定されることについて確認を促す確認内容でもよい。設定画面４００には、オペレータの操作入力を受付可能な設定ボタン４１２と、キャンセルボタン４１４とが設けられている。

【0082】

イメージ画像ＩＧ１は、仮想壁の設定を促すために、掘削機械の姿勢と仮想壁との位置関係を表した画像である。掘削機械の姿勢を表すイメージ画像ＩＧ１は、掘削機械１００を上面からみたグラフィック画像であって、旋回体が反時計回りに所定の角度だけ旋回した場合の旋回体と作業機、走行装置を実線で示し、旋回体が、さらに反時計回りに所定の角度だけ旋回した場合の作業機を破線で表している。この場合、破線で表した作業機の表示はなくてもよい。さらに、イメージ画像ＩＧ１は、左側仮想壁ＬＷを表す線状のグラフィック画像も同時に表示している。さらに、イメージ画像ＩＧ１は、左側仮想壁ＬＷと作業機の先端部とが接する部分に点Ｐ１を表示させている。

【0083】

仮想壁設定部１０７は、設定入力受付部１０６によるオペレータの設定ボタン４１２の選択入力を受け付けることにより左側仮想壁を設定するためのバケット先端部に対応する１点目の座標を設定する。仮想壁の設定画面４００は、１点目の設定を受け付けた場合に、次の仮想壁の設定画面に遷移する。

【0084】

オペレータがキャンセルボタン４１４を選択することにより仮想壁の設定処理がキャンセルされる。表示装置４４の画面は遷移し、表示装置４４には通常時の画面３００が表示される。

【0085】

図７は、実施形態に基づく表示装置４４に表示される仮想壁の設定画面４０２の一例について説明する図である。図７は、仮想壁の設定画面４０２を示し、オペレータが左側設定トグルスイッチ４６Ｂをオンした場合、その後、画面遷移された後の画面を示したものである。

【0086】

表示装置４４は、上部領域ＵＡと、下部領域ＬＡとに分割された設定画面４０２を示している。設定画面４０２は、上部領域ＵＡと下部領域ＬＡとを同時に表示する。

【0087】

設定画面４０２の上部領域ＵＡには、掘削機械１００を上面視した画像（上面モデル画像３２０）が表示される。掘削機械１００を上面視した画像は、掘削機械１００の上方から俯瞰した状態の画像となっている。設定画面４０２の下部領域ＬＡには、左側仮想壁を設定するための２点目の設定ガイダンス画像４２０が表示される。

【0088】

設定画面４０２の上部領域ＵＡには、掘削機械１００の上面モデル画像３２０と、掘削機械１００の周囲の周囲画像３１０とが合成された状態で表示される。

【0089】

上面モデル画像３２０は、履帯モデル画像３２２と、作業機モデル画像３２４とを含む。

【0090】

下部領域ＬＡには、設定ガイダンス画像４２０として、左側仮想壁の設定のイメージ画像ＩＧ２とともに、左側仮想壁を設定するためのメッセージＭＧ２「現在のバケット先端位置を２点目として設定しますか？」が表示される。メッセージＭＧ２の内容は、オペレータに、仮想壁の設定のやり方を導くような内容を示す手順内容でもよいし、オペレータに、現在の位置で仮想壁が設定されることについて確認を促す確認内容でもよい。設定画面４０２には、設定ボタン４１２と、キャンセルボタン４１４とが設けられている。

【0091】

イメージ画像ＩＧ２は、仮想壁の設定を促すために、掘削機械の姿勢と仮想壁との位置関係を表した画像である。イメージ画像ＩＧ２は、掘削機械１００を上面からみたグラフィック画像であって、旋回体が所定の角度だけ旋回した場合の作業機を破線で示し、旋回体と作業機がさらに反時計回りに所定の角度旋回した場合の旋回体と作業機、走行装置を実線で表している。この場合、破線で表した作業機の表示はなくてもよい。さらに、イメージ画像ＩＧ２は、左側仮想壁ＬＷを表す線状のグラフィック画像も同時に表示している。なお、イメージ画像ＩＧ２は、図６に示したイメージ画像ＩＧ１に対して以下の点も異なる。イメージ画像ＩＧ１において実線で示された旋回体と作業機が表す旋回状態よりも、さらに反時計回りに旋回した旋回状態をイメージ画像ＩＧ２の実線は表している。さらに、イメージ画像ＩＧ２は、左側仮想壁ＬＷと作業機の先端部とが接する部分に点Ｐ２を表示させているが、点Ｐ２の位置は、図６に示した点Ｐ１と同様に、左側仮想壁ＬＷが示す線上にはあるものの、点Ｐ２の位置は点Ｐ１の位置と異なる位置であって、点Ｐ１の位置より下の位置に点Ｐ２は表示されている。

【0092】

仮想壁設定部１０７は、設定入力受付部１０６によるオペレータの設定ボタン４１２の選択入力を受け付けることにより左側仮想壁を設定するためのバケット先端部に対応する２点目の座標を設定する。仮想壁設定部１０７は、左側仮想壁の設定のための１点目の座標および２点目の座標に基づいて左側仮想壁を設定する。

【0093】

オペレータがキャンセルボタン４１４を選択することにより２点目の仮想壁の設定処理がキャンセルされ、１点目の仮想壁の設定処理に戻る。仮想壁の設定画面４０２は、画面が遷移し表示装置４４は仮想壁の設定画面４００に戻る。

【0094】

仮想壁の設定画面において、掘削機械１００の側方壁の一方である左側仮想壁を設定する場合について説明したが、掘削機械１００の側方壁の他方である右側仮想壁を設定する場合についても同様である。

【0095】

図８は、実施形態に基づく表示装置４４に表示される仮想壁の設定画面４０４の一例について説明する図である。図８は、仮想壁の設定画面４０４を示し、設定ガイダンス画像４３０には、オペレータが右側設定トグルスイッチ４６Ａ、左側設定トグルスイッチ４６Ｂの他に前方設定トグルスイッチ４６Ｃをオンオフ操作するために設定トグルスイッチが下部領域ＬＡに表示されている。前方設定トグルスイッチ４６Ｃだけでなく、オペレータが仮想壁を上方や下方に設定するための上方設定トグルスイッチ４６Ｄや下方設定トグルスイッチ４６Ｅ、さらにオペレータが旋回可能な稼働範囲を設定するための左旋回設定トグルスイッチ４６Ｆや右旋回設定トグルスイッチ４６Ｇを下部領域ＬＡに表示してもよい。図８に示す設定ガイダンス画像４３０には、各設定トグルスイッチ（４６Ｃ、４６Ｄ、４６Ｄ、４６Ｅ、４６Ｆ、４６Ｇ）が独立して表示される。各設定トグルスイッチには、オンの位置あるいはオフの位置のいずれかを選択して設定できるような円形のトグルが表示されている。

【0096】

図６、図７において、左側仮想壁ＬＷや右側仮想壁ＲＷを設定する場合、下部領域ＬＡには、イメージ画像ＩＧ１やイメージ画像ＩＧ２、メッセージＭＧ１やメッセージＭＧ２を含む設定ガイダンス画像４２０が表示されたが、仮想壁を前方、上方、下方に設定する場合には、図８に示すような設定ガイダンス画像４３０が表示されるが、イメージ画像ＩＧ１やイメージ画像ＩＧ２、メッセージＭＧ１やメッセージＭＧ２に相当するようなものは表示されない。

【0097】

表示装置４４は、上部領域ＵＡと、下部領域ＬＡとに分割された設定画面４０４を示している。設定画面４０４は、上部領域ＵＡと下部領域ＬＡとを同時に表示する。

【0098】

設定画面４０４の上部領域ＵＡには、掘削機械１００を上面視した画像（上面モデル画像３２０）が表示される。掘削機械１００を上面視した画像は、掘削機械１００の上方から俯瞰した状態の画像となっている。

【0099】

設定画面４０４の上部領域ＵＡには、掘削機械１００の上面モデル画像３２０と、掘削機械１００の周囲の周囲画像３１０とが合成された状態で表示される。また、仮想線Ｌ１～Ｌ３が、上面モデル画像３２０を取り囲むように周囲画像３１０に重畳して表示される。

【0100】

上面モデル画像３２０は、履帯モデル画像３２２と、作業機モデル画像３２４とを含む。

【0101】

例えば、図８が表示装置４４に表示された状態で、前方設定トグルスイッチ４６Ｃをオンに操作した後、画面が遷移し、下部領域ＬＡには、設定ガイダンス画像４３０として、前方仮想壁の設定のイメージ画像とともに、前方仮想壁を設定するためのメッセージ「現在のバケット先端位置によって前方仮想壁を設定しますか？」を表示させてもよい。設定画面４０４には、オペレータの操作入力を受付可能な設定ボタン４１２と、キャンセルボタン４１４とを設けてもよい。このように、仮想壁を前方に設定する場合に、掘削機械１００を上面からみたグラフィック画像であって、作業機の向きが画面の上を指すようなイメージ画像を含む設定ガイダンス画像４３０を表示するようにしてもよい。

【0102】

仮想壁の設定画面として、掘削機械１００の前方側の前方仮想壁を設定する場合について説明したが、掘削機械１００の後方の後方仮想壁を設定したり、掘削機械１００の上方側の上方仮想壁あるいは下方側の下方仮想壁を設定することも同様に可能である。本開示の実施形態においては、前方仮想壁、上方仮想壁、下方仮想壁、あるいは後方仮想壁を設定する場合は、オペレータは作業機２を所望の姿勢にした状態で、設定ガイダンス画像４３０に表示された各設定トグルスイッチをオンに操作するだけで仮想壁の設定を完了することができる。

【0103】

図９は、実施形態に基づく表示装置４４に表示される仮想壁の設定確認画面４０８の一例について説明する図である。図９に示されるように、仮想壁の設定確認画面４０８は、左側仮想壁ＬＷあるいは右側仮想壁ＲＷの場合、仮想壁の設定のための２点目の設定入力を受け付けた場合に画面が遷移して表示される画面である。

【0104】

表示装置４４は、上部領域ＵＡと、下部領域ＬＡとに分割された設定確認画面４０８を示している。設定確認画面４０８は、上部領域ＵＡと下部領域ＬＡとを同時に表示する。

【0105】

設定確認画面４０８の上部領域ＵＡには、掘削機械１００を上面視した画像（上面モデル画像３２０）が表示される。掘削機械１００を上面視した画像は、掘削機械１００の上方から俯瞰した状態の画像となっている。設定確認画面４０８の下部領域ＬＡには、設定ガイダンス画像４５０が表示される。

【0106】

設定確認画面４０８の上部領域ＵＡには、掘削機械１００の上面モデル画像３２０と、掘削機械１００の周囲の周囲画像３１０とが合成された状態で表示される。

【0107】

下部領域ＬＡには、設定確認画面４０８に含まれる設定ガイダンス画像４５０には、掘削機械１００の３次元モデルＭＤとともに、当該３次元モデルＭＤの周囲に設定可能な仮想壁のイメージ画像ＩＷが表示される。また、設定された仮想壁の確認を促すメッセージＭＧ３「仮想壁の設定が変更されました。」が表示される。設定確認画面４０８には、確認ボタン４１６が設けられている。

【0108】

仮想壁のイメージ画像ＩＷの表示は以下のように行っても良い。例えば、掘削機械１００の３次元モデルＭＤを基準として、設定された仮想壁を点滅させたり、設定された仮想壁に色を付けて表示させたりして、設定された仮想壁の箇所が分かるように表示してもよい。

【0109】

設定確認画面４０８の設定ガイダンス画像４５０には、旋回可能範囲画像ＣＡのグラフィック画像を含めて表示してもよい。旋回可能範囲画像ＣＡは、旋回体３に対する走行装置５の現在の向きと、設定された旋回角度の範囲、これらの関係を示す情報であり、図９のように、太線で示された円弧ＲＲは、設定された旋回可能な角度範囲を示し、三角形の矢印ＴＧは、旋回体３に対する走行装置５の現在の向きを示している。旋回可能な角度範囲は、前述のように、左旋回設定トグルスイッチ４６Ｆや右旋回設定トグルスイッチ４６Ｇのいずれか、あるいは両者をオンすることで設定される。

【0110】

設定ガイダンス画像４５０には、掘削機械１００の簡易的な上面図を表したグラフィック画像である基準画像ＢＧが同時に表示される。基準画像ＢＧは、掘削機械１００が前方正面に向いた時の上面図を表しており、基準画像ＢＧが示す作業機３の方向と矢印ＴＧの先端が示す方向との差を見て現在の旋回体３と走行装置５の相対位置関係（旋回角度）を把握することができる。

【0111】

オペレータが確認ボタン４１６を選択し確認ボタン４１６を押すことにより、設定確認画面４０８は次の画面に遷移する。確認ボタン４１６が押されると表示装置４４には、通常時の画面３００が表示される。つまり、オペレータが確認ボタン４１６を押すことは、設定あるいは変更された仮想壁についてオペレータが承認することを意味する。

【0112】

上記で説明したように、設定画面（４００、４０２、４０４）の上部領域ＵＡには、掘削機械１００を上面視した画像（上面モデル画像３２０）が表示される。設定画面の下部領域ＬＡには、仮想壁を設定するための設定ガイダンス画像（４１０、４２０、４３０）が表示される。したがって、仮想壁を設定する際に、設定ガイダンス画像を確認しつつ、上方視点による掘削機械１００の実際の周囲画像（３１０）を確認しながら仮想壁の設定が可能となる。つまり、掘削機械１００の周囲に存在する物体と掘削機械１００との相対位置関係を確認しながら仮想壁の設定が可能となる。仮に、オペレータが、掘削機械１００の周囲を目視しながら仮想壁の設定をしようとすると運転室４からみて死角となる範囲は目視ができない。本開示の実施形態によれば、設定画面に、周囲画像が表示されるため、死角となる範囲にある物体の有無、物体との距離を確認しながら仮想壁の設定が可能となる。それゆえ、簡易な方式で掘削機械１００の適切な稼働範囲を設定することが可能である。

【0113】

また、設定画面（４００、４０２、４０４）の上部領域ＵＡおよび下部領域ＬＡには、掘削機械１００を上面視した画像（上面モデル画像３２０）および仮想壁を設定するための設定ガイダンス画像（４１０、４２０、４３０）がそれぞれ表示される。仮想壁を設定する位置を決めるうえで参考となる上部領域ＵＡに表示された情報を確認する必要があるが、仮想壁を設定する設定ガイダンス画像が下部領域ＬＡに設けられることにより、オペレータの手や指等によりオペレータの視界を遮断することなく、上部領域ＵＡを視認できる。それゆえ、オペレータは、上部領域ＵＡに表示された周囲画像（３１０）が示す情報を常に確認しながら仮想壁の設定が可能となり、簡易な方式で掘削機械１００の適切な稼働範囲を設定することが可能である。

【0114】

図１０は、実施形態に基づくコントローラ２６の表示制御処理について説明するフロー図である。図１０に示されるように、姿勢情報取得部１０２は、姿勢情報を取得する（ステップＳ２）。姿勢情報取得部１０２は、掘削機械１００の姿勢情報として作業機２の姿勢を示す傾斜角θ１、θ２、θ３と、車両本体１の姿勢を示す左右方向に傾斜する傾斜角θ４および車両本体１の前後方向に傾斜する傾斜角θ５および旋回体３の角度を取得する。

【0115】

次に、周囲情報取得部１０４は、周囲情報を取得する（ステップＳ４）。周囲情報取得部１０４は、掘削機械１００の周囲を撮像した実画像の情報を取得する。なお、ステップＳ２の姿勢情報の取得とステップＳ４の周囲情報の取得の順番を入れ替えてもよい。

【0116】

次に、周囲画像生成部１１４は、周囲画像を生成する（ステップＳ６）。周囲画像生成部１１４は、周囲情報取得部１０４により取得された実画像の情報に基づいて周囲画像を生成する。

【0117】

設定ガイダンス画像生成部１１６は、設定ガイダンス画像を生成する（ステップＳ８）。

【0118】

次に、合成部１１８は、上面モデル画像、周囲画像および設定ガイダンス画像を合成した合成画像を生成する（ステップＳ１０）。

【0119】

次に、表示装置４４は、合成部１１８が合成した合成画像を表示する（ステップＳ１２）。具体的には、表示装置４４は、図６～図８で説明した設定画面４００～４０４あるいは図９で説明した設定確認画面４０８を表示する。

【0120】

次に、設定入力受付部１０６は、仮想壁の設定入力が有るか否かを判断する（ステップＳ１４）。設定入力受付部１０６は、例えば、オペレータによる右側設定トグルスイッチ４６Ａ、左側設定トグルスイッチ４６Ｂのオンの入力を受け付けたか否かを判断する。ステップＳ１４の判断は、右側設定トグルスイッチ４６Ａ、左側設定トグルスイッチ４６Ｂのうちいずれかのオンの入力を受け付けた否かの判断でよい。ステップＳ１４の判断は、前方設定トグルスイッチ４６Ｃ、上側設定トグルスイッチ４６Ｄ、下側設定トグルスイッチ４６Ｅのいずれかのオンの入力を受け付けた否かの判断を含めてもよい。

【0121】

オペレータによって、前方設定トグルスイッチ４６Ｃのオンの入力、上側設定トグルスイッチ４６Ｄのオンの入力、下側設定トグルスイッチ４６Ｅのオンの入力のいずれかがあった場合は、ステップＳ１６を飛ばし、仮想壁の位置設定が完了（ステップＳ１８においてＹＥＳ）したものとされ、ステップＳ２０へと進む。

【0122】

一方、オペレータが、右側設定トグルスイッチ４６Ａ、左側設定トグルスイッチ４６Ｂのいずれかをオンにした場合は、仮想壁位置設定処理としてステップＳ１６（図１１に示すフロー）に進む。

【0123】

ステップＳ１４において、設定入力受付部１０６は、左側仮想壁あるいは右側仮想壁の設定入力があると判断した場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）には、設定ガイダンス画像生成部１１６に指示し、仮想壁位置設定処理を実行する（ステップＳ１６）。

【0124】

図１１に示す仮想壁位置設定処理の詳細については、後述するが、設定ガイダンス画像生成部１１６は、例えば、オペレータによる右側設定トグルスイッチ４６Ａのオンの入力を受け付けたと判断した場合には、右側仮想壁の設定のイメージ画像とともに、右側仮想壁を設定するためのメッセージ画像を含む設定ガイダンス画像を生成する。設定ガイダンス画像生成部１１６は、例えば、オペレータによる左側設定トグルスイッチ４６Ｂのオンの入力を受け付けたと判断した場合には、左側仮想壁の設定のイメージ画像とともに、左側仮想壁を設定するためのメッセージ画像を含む設定ガイダンス画像を生成する。いずれの設定ガイダンス画像も掘削機械１００の周囲画像３１０を含む画像とともに設定画面に表示される。

【0125】

また、設定ガイダンス画像生成部１１６は、設定画面において設定ボタン４１２が選択された場合にも仮想壁の設定入力を受け付けたと判断して設定ガイダンス画像を生成する。設定ガイダンス画像生成部１１６は、キャンセルボタン４１４あるいは確認ボタン４１６が選択された場合には、１つ前の設定ガイダンス画像を生成あるいは設定ガイダンス画像の生成を終了する。

【0126】

次に、コントローラ２６は、オペレータが掘削機械１００の作業機２あるいは旋回体３を操作して、所定の仮想壁の位置設定が完了したか否かを判断する（ステップＳ１８）。なお、ステップＳ２の姿勢情報取得は、ステップＳ１８の前にはじめて実行されてもよい。ステップＳ１８において、コントローラ２６は、所定の仮想壁の位置設定が完了していないと判断した場合（ステップＳ１８においてＮＯ）には、ステップＳ２に戻り上記処理を繰り返す。

【0127】

ステップＳ２０において、コントローラ２６は、掘削機械１００の稼働が停止したと判断した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）には、処理を終了する（エンド）。例えば、コントローラ２６は、オペレータによるエンジン停止の指示が有った場合には、稼働が停止したと判断する。

【0128】

一方、ステップＳ２０において、コントローラ２６は、掘削機械１００の稼働が終了しないと判断した場合（ステップＳ２０においてＮＯ）には、ステップＳ２に戻り上記処理を繰り返す。掘削機械１００は、設定されている仮想壁に従って作業機２の稼働範囲が規制され制御される。

【0129】

一方、ステップＳ１４において、設定入力受付部１０６は、仮想壁の設定入力がないと判断した場合（ステップＳ１４においてＮＯ）には、ステップＳ２に戻り上記処理を繰り返す。その際、表示装置４４は、図５で説明した通常時の画面３００を表示する。

【0130】

図１１は、実施形態に基づく仮想壁設定部１０７の仮想壁位置設定処理の詳細について説明するフロー図である。すなわち、図１１は、図１０に示した、ステップＳ１４で仮想壁設定の入力があった場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）であって、仮想壁位置設定処理を実行し、ステップＳ１８における所望の仮想壁の位置設定を完了するまでの処理を説明するものである。この場合、ステップＳ２２は、図１０の仮想壁設定入力の有無を判断するステップＳ１４に相当する。また、図１１は、仮想壁が左側仮想壁ＬＷあるいは右側仮想壁ＲＷのいずれかについて仮想壁の設定を実行させる場合のフロー図を示している。図１１に示されるように、設定入力受付部１０６は、いずれかの設定トグルスイッチがオンか否かを判断する（ステップＳ２２）。具体的には、設定入力受付部１０６は、オペレータによる入力装置４６の右側設定トグルスイッチ４６Ａ、左側設定トグルスイッチ４６Ｂの操作を受け付ける。設定入力受付部１０６は、オペレータによる入力装置４６の右側設定トグルスイッチ４６Ａ、左側設定トグルスイッチ４６Ｂの操作に従うオンあるいはオフの情報を仮想壁設定部１０７に出力する。

【0131】

仮想壁設定部１０７は、設定トグルスイッチがオンである場合には仮想壁の設定を開始する（ステップＳ２４）。仮想壁設定部１０７は、オペレータによる入力装置４６の右側設定トグルスイッチ４６Ａのスイッチ操作がオンである場合には、右側仮想壁の設定処理を開始する。仮想壁設定部１０７は、オペレータによる入力装置４６の左側設定トグルスイッチ４６Ｂのスイッチ操作がオンである場合には、左側仮想壁の設定処理を開始する。

【0132】

次に、仮想壁設定部１０７は、仮想壁の１点目の設定入力が有るか否かを判断する（ステップＳ２６）。仮想壁設定部１０７は、左側仮想壁の設定の場合に、仮想壁の設定画面４００において、オペレータが設定ボタン４１２を選択したか否かを判断する。オペレータは、設定ガイダンス画像４１０（図６参照）を見ながら作業機２あるいは旋回体３を動作させ、左側仮想壁の設定のための１点目として設定すべきと判断する位置に作業機２を操作させた後に、設定ボタン４１２を選択する。設定ボタン４１２が選択されると仮想壁の１点目（図６に示す点Ｐ１に相当）の設定入力があったことになる。

【0133】

ステップＳ２６において、仮想壁設定部１０７は、１点目の設定入力が有ると判断した場合（ステップＳ２６においてＹＥＳ）には、仮想壁を設定するための１点目を設定する。仮想壁設定部１０７は、仮想壁の設定画面４００において設定ボタン４１２を選択した際の掘削機械１００のバケット先端位置（例えば、バケット刃先８Ａの位置である先端部）を１点目の座標として設定する。

【0134】

次に、仮想壁設定部１０７は、２点目の設定入力が有るか否かを判断する（ステップＳ３０）。例えば、仮想壁設定部１０７は、左側仮想壁の設定の場合に、仮想壁の設定画面４０２において、オペレータが設定ボタン４１２を選択したか否かを判断する。オペレータは、設定ガイダンス画像４１０（図７参照）を見ながら作業機２あるいは旋回体３を動作させ、左側仮想壁の設定のための２点目として設定すべきと判断する位置に作業機２を操作させた後に、設定ボタン４１２を選択する。設定ボタン４１２が選択されると仮想壁の２点目（図７に示す点Ｐ２に相当）の設定入力があったことになる。

【0135】

ステップＳ３０において、仮想壁設定部１０７は、２点目の設定入力が有ると判断した場合（ステップＳ３０においてＹＥＳ）には、仮想壁を設定するための２点目を設定する（ステップＳ３２）。仮想壁設定部１０７は、仮想壁の設定画面４０２において設定ボタン４１２を選択した際の掘削機械１００のバケット先端位置（例えば、バケット刃先８Ａの位置である先端部）を２点目の座標として設定する。

【0136】

次に、仮想壁設定部１０７は、１点目および２点目を含み、かつ、地面に垂直な平面を仮想壁として設定する（ステップＳ３４）。仮想壁設定部１０７は、１点目および２点目を含む平面として、掘削機械１００が位置する地面を基準に２点を含む地面に垂直な平面を仮想壁として設定することが可能である。

【0137】

そして、仮想壁設定部１０７は、処理を終了する（リターン）。すなわち、図１０のステップＳ１８に進む。

【0138】

一方、ステップＳ２２において、設定入力受付部１０６は、設定トグルスイッチがオンでないと判断した場合（ステップＳ２２においてＮＯ）には、オフの情報を仮想壁設定部１０７に出力する。

【0139】

仮想壁設定部１０７は、設定トグルスイッチがオフである場合には仮想壁の設定をリセットする（ステップＳ３６）。仮想壁設定部１０７は、オペレータによる入力装置４６の右側設定トグルスイッチ４６Ａのスイッチ操作がオフである場合には、右側仮想壁の設定をリセットする。仮想壁設定部１０７は、オペレータによる入力装置４６の左側設定トグルスイッチ４６Ｂのスイッチ操作がオフである場合には、左側仮想壁の設定をリセットする。

【0140】

そして、仮想壁設定部１０７は、処理を終了する（リターン）。すなわち、図１０のステップＳ１８に進む。

【0141】

当該処理により、オペレータは、周囲画像（３１０）が示す情報を常に確認しながら仮想壁の設定が可能となり、簡易な方式で掘削機械１００の適切な稼働範囲を設定することが可能である。

【0142】

（変形例１）
実施形態の変形例１においては、仮想壁の位置を容易に把握可能な方式について説明する。

【0143】

具体的には、合成部１１８は、設定された仮想壁の位置情報に基づいて仮想壁のイメージ画像をさらに合成して表示装置４４に表示してもよい。表示装置４４に表示される通常時の画面において、掘削機械１００を上面視した画像に対して、設定された仮想壁のイメージ画像をさらに合成して表示してもよい。設定された仮想壁のイメージ画像は、例えば線で表現されたものでもよい。これによりオペレータは掘削作業をする際にどこの位置に仮想壁を設定したかを容易に把握することが可能である。

【0144】

仮想壁の種類毎に色付けして、設定されている仮想壁が、右側仮想壁、左側仮想壁、前方仮想壁のいずれであるのかを容易に把握するようにしてもよい。これによりオペレータは例えば掘削作業をする際にどの仮想壁がどの位置にあるかを容易に把握することが可能である。

【0145】

合成部１１８は、上部領域ＵＡに限られず、下部領域ＬＡの画像に対して仮想壁のイメージ画像を合成して表示するようにしてもよい。

【0146】

掘削機械１００は、仮想壁のイメージ画像を表示装置４４に表示するか否かを切り替える切替スイッチ、ソフトウェアボタン等をさらに含むようにしてもよい。

【0147】

（変形例２）
図１２は、実施形態の変形例２に基づく掘削機械の稼働範囲設定システムについて説明する図である。図１２に示されるように、実施形態の変形例２に基づく掘削機械の稼働範囲システム１０００は、ネットワークＮと、サーバ２００と、掘削機械１００とを含む。

【0148】

稼働範囲設定システム１０００は、掘削機械１００がネットワークＮを介してサーバ２００と通信可能に設けられている。上記の実施形態においては、掘削機械１００において掘削機械の稼働範囲を設定する処理を実行する場合について説明した。実施形態の変形例２に従う掘削機械の稼働範囲システム１０００は、掘削機械１００の各種センサ等で取得した情報をネットワークＮを介してサーバ２００に送信し、サーバ２００において掘削機械の稼働範囲を設定する処理を実行する。具体的には、図４で説明したコントローラ２６の機能の全部あるいは一部をサーバ２００で実行させるようにしてもよい。掘削機械１００は、サーバ２００と連携して処理することにより掘削機械１００のコントローラ２６の処理負荷を軽減することが可能である。

【0149】

（変形例３）
図１３は、実施形態の変形例３に基づく掘削機械の稼働範囲設定システムについて説明する図である。図１３に示されるように、実施形態の変形例３に基づく掘削機械の稼働範囲システム２０００は、掘削機械１００と、当該掘削機械１００と通信可能な携帯端末２５０とを含む。実施形態の変形例２と同様に、掘削機械１００の各種センサ等で取得した情報を携帯端末２５０に送信し、携帯端末２５０において掘削機械の稼働範囲を設定する処理を実行する。具体的には、掘削機械１００を遠隔操作可能な携帯端末２５０に、図４で説明したコントローラ２６の機能を実装することも可能である。当該構成により、携帯端末２５０に設けられた表示装置およびタッチパネルを用いて掘削機械１００の稼働範囲を簡易に設定することが可能となる。サーバ２００をさらに組み合わせた掘削機械の稼働範囲システムとしてもよい。本開示のコントローラ２６の機能を実行するためのアプリケーションプログラムを提供するようにしてもよい。

【0150】

上記の実施形態では、掘削機械の油圧ショベルを挙げているが、今回開示された実施形態は、油圧ショベルに限らず、機械式のロープショベル、電動ショベル、ホイールローダ等の他の種類の掘削機械にも適用可能である。また、油圧ショベルは、履帯を有した油圧ショベルに限らず、タイヤ式油圧ショベルであってもよい。

【0151】

以上、本開示の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0152】

１ 車両本体、２ 作業機、３ 旋回体、４ 運転室、４Ｓ 運転席、５ 走行装置、５Ｃｒ 履帯、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、８Ａ 刃先、９ エンジンルーム、１０ ブームシリンダ、１１ アームシリンダ、１２ バケットシリンダ、１３ ブームピン、１４ アームピン、１５ バケットピン、１６ ブームシリンダストロークセンサ、１７ アームシリンダストロークセンサ、１８ バケットシリンダストロークセンサ、１９ 手すり、２０ 位置検出装置、２１ アンテナ、２３ グローバル座標演算部、２６ コントローラ、３２ 車体姿勢検出センサ、３４ 旋回角度センサ、３６ 作業機姿勢検出センサ、３８ 周囲監視センサ、４０ 記憶装置、４２ 操作レバー、４４ 表示装置、４６ 入力装置、４６Ａ 右側設定トグルスイッチ、４６Ｂ 左側設定トグルスイッチ、４６Ｃ 前方設定トグルスイッチ、４８ 旋回モータ用電磁制御弁、５０ 作業機用電磁制御弁、５２ 走行モータ用電磁制御弁、５４ エンジン、５６ 走行モータ、５８ 油圧ポンプ、６０ 作動油タンク、６２ 旋回モータ、１００ 掘削機械、１０２ 姿勢情報取得部、１０４ 周囲情報取得部、１０６ 設定入力受付部、１０７ 仮想壁設定部、１０８ 掘削制御部、１１０ 表示制御部、１１２ モデル画像生成部、１１４ 周囲画像生成部、１１６ 設定ガイダンス画像生成部、１１８ 合成部、２００ サーバ、２５０ 携帯端末。

【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】