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(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】2024-09-24
(45)【発行日】2024-10-02
(54)【発明の名称】目標軌跡生成システム
(51)【国際特許分類】
E02F 9/22 20060101AFI20240925BHJP
【ＦＩ】
E02F9/22 E
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021074398
(22)【出願日】2021-04-26
(65)【公開番号】P2022168730
(43)【公開日】2022-11-08
【審査請求日】2024-03-14
(73)【特許権者】
【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】宮嵜 龍之介
(72)【発明者】
【氏名】秋山 将貴
(72)【発明者】
【氏名】藤原 翔
(72)【発明者】
【氏名】土井 隆行
【審査官】亀谷 英樹
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２１／０６５３８４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２１－０５０４９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０４９２４８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－１５０７７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１５３７３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／０４５５７９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２２／０１０６７６７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ９／２０－９／２２
Ｅ０２Ｆ ３／４２－３／４３
Ｅ０２Ｆ ３／８４－３／８５
Ｅ０２Ｆ ９／２４
Ｅ０２Ｆ ９／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
機械本体に起伏可能に取り付けられたブーム、前記ブームに回転可能に取り付けられたアーム、および、前記アームに回転可能に取り付けられるとともに掘削対象物を掘削するバケットを備えるアタッチメントと、前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出部と、
前記バケットが掘削しようとしている位置における前記掘削対象物の表面の角度を検出する形状検出部と、
前記バケットの先端部の前記掘削対象物への接触を検出する接触検出部と、
前記アームの先端部の目標軌跡であるアーム先端目標軌跡と前記掘削対象物の前記表面とがなす角度である交差角度が予め設定された交差角度設定部と、
前記アーム先端目標軌跡の終端と前記掘削対象物の前記表面との距離であるオフセット量が予め設定されたオフセット量設定部と、
前記アーム先端目標軌跡の形状に関する情報が予め設定された目標軌跡生成部と、
を備え、
前記目標軌跡生成部は、前記アーム先端目標軌跡を生成するものであり、
前記目標軌跡生成部は、前記バケットの先端部が前記掘削対象物に接触していない状態から接触した状態に変化したことを前記接触検出部が検出したときの前記アームの先端部の位置を、前記アーム先端目標軌跡の始端に設定し、
前記目標軌跡生成部は、設定した前記始端の位置と、前記形状検出部に検出された前記掘削対象物の前記表面の角度と、前記交差角度設定部に設定された前記交差角度と、前記アーム先端目標軌跡の形状に関する情報と、前記オフセット量設定部に設定された前記オフセット量と、に基づいて前記終端の位置を算出する、
目標軌跡生成システム。
【請求項2】
請求項１に記載の目標軌跡生成システムであって、前記アーム先端目標軌跡は、直線状である、
目標軌跡生成システム。
【請求項3】
請求項１または２に記載の目標軌跡生成システムであって、前記アーム先端目標軌跡の前記終端に前記アームの先端部が配置されるときの前記バケットの姿勢である終端バケット姿勢が予め設定された終端バケット姿勢設定部を備え、
前記目標軌跡生成部は、前記バケットの目標軌跡であるバケット目標軌跡を生成し、
前記アーム先端目標軌跡の前記始端に前記アームの先端部が配置されたときに前記姿勢検出部に検出された前記バケットの姿勢を始端バケット姿勢としたとき、
前記目標軌跡生成部は、前記始端バケット姿勢から、前記終端バケット姿勢設定部に設定された前記終端バケット姿勢に、前記バケットが連続的に変化するように、前記バケットの目標軌跡を設定する、
目標軌跡生成システム。
【請求項4】
請求項３に記載の目標軌跡生成システムであって、前記アーム先端目標軌跡の前記始端と前記終端との間の特定の点である中間点に前記アームの先端部が配置されるときの前記バケットの姿勢を中間点バケット姿勢としたとき、
前記始端バケット姿勢から前記終端バケット姿勢までの前記バケットの姿勢の変化量に対する、前記始端バケット姿勢から前記中間点バケット姿勢までの前記バケットの姿勢の変化量の割合であるバケット回転割合が予め設定されたバケット回転割合設定部を備え、
前記目標軌跡生成部は、前記バケット回転割合設定部に設定された前記バケット回転割合に基づいて、前記中間点バケット姿勢を設定する、
目標軌跡生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、作業機械のアタッチメントの目標軌跡を生成する目標軌跡生成システムに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば特許文献１などに、アタッチメントの目標軌跡（特許文献１ではバケットの爪先の推奨ライン）を生成する発明が記載されている（特許文献１の［００４５］、図５などを参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１７／１１５８１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
同文献に記載の技術では、アタッチメントの目標軌跡を具体的にどのように生成するかは記載されていない。また、アタッチメントの目標軌跡を生成する際に、計算負荷を抑制できることが望まれる。
【0005】
そこで、本発明は、アタッチメントの目標軌跡の生成のための計算負荷を抑制しつつ、目標軌跡を一意に決定することができる、目標軌跡生成システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
目標軌跡生成システムは、アタッチメントと、姿勢検出部と、形状検出部と、接触検出部と、目標軌跡生成部と、交差角度設定部と、オフセット量設定部と、を備える。前記アタッチメントは、ブーム、アーム、およびバケットを備える。前記ブームは、機械本体に起伏可能に取り付けられる。前記アームは、前記ブームに回転可能に取り付けられる。前記バケットは、前記アームに回転可能に取り付けられるとともに掘削対象物を掘削する。前記姿勢検出部は、前記アタッチメントの姿勢を検出する。前記形状検出部は、前記掘削対象物の形状に関する情報を検出する。前記接触検出部は、前記バケットの先端部の前記掘削対象物への接触を検出する。前記目標軌跡生成部は、前記アームの先端部の目標軌跡であるアーム先端目標軌跡を生成する。前記交差角度設定部には、前記アーム先端目標軌跡と前記掘削対象物の表面とがなす角度である交差角度が設定される。前記オフセット量設定部には、前記アーム先端目標軌跡の終端と前記掘削対象物の前記表面との距離であるオフセット量が設定される。前記目標軌跡生成部は、前記バケットの先端部が前記掘削対象物に接触していない状態から接触した状態に変化したことを前記接触検出部が検出したときの前記アームの先端部の位置を、前記アーム先端目標軌跡の始端に設定する。前記目標軌跡生成部には、前記アーム先端目標軌跡の形状に関する情報が予め設定される。前記目標軌跡生成部は、前記形状検出部に検出された前記掘削対象物の前記表面の角度と、前記交差角度設定部に設定された前記交差角度と、前記オフセット量設定部に設定された前記オフセット量と、前記アーム先端目標軌跡の形状に関する情報と、に基づいて前記終端の位置を算出する。
【発明の効果】
【0007】
上記構成により、アタッチメントの目標軌跡の生成のための計算負荷を抑制しつつ、目標軌跡を一意に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】目標軌跡生成システム１の作業機械１０を横から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
【0010】
目標軌跡生成システム１は、図３に示すように、アタッチメント１２の目標軌跡Ｔを生成するシステムである。目標軌跡生成システム１は、図１に示す作業機械１０と、姿勢検出部２０と、形状検出部３１と、図２に示す接触検出部３３と、コントローラ４０と、を備える。
【0011】
作業機械１０は、図１に示すように、バケット１７で掘削作業を行う機械であり、ショベルである。例えば、作業機械１０は、建設作業を行う建設機械である。作業機械１０は、機械本体１１と、アタッチメント１２と、駆動制御部１９（図２参照）と、を備える。
【0012】
機械本体１１は、作業機械１０の本体部分である。機械本体１１は、下部走行体１１ａと、上部旋回体１１ｂと、を備える。下部走行体１１ａは、作業機械１０を走行させる。下部走行体１１ａは、例えばクローラを備える。上部旋回体１１ｂは、下部走行体１１ａに旋回可能に搭載される。上部旋回体１１ｂには、ブーム１３（後述）が取り付けられる。
【0013】
（方向）
下部走行体１１ａに対する上部旋回体１１ｂの旋回の回転軸が延びる方向を、上下方向Ｚとする。上下方向Ｚにおいて、下部走行体１１ａから上部旋回体１１ｂに向かう側（向き）を上側Ｚ１とし、その逆側を下側Ｚ２とする。上部旋回体１１ｂに対するブーム１３（後述）の起伏の回転軸が延びる方向を、横方向Ｙとする。上下方向Ｚおよび横方向Ｙのそれぞれに直交する方向を、前後方向Ｘとする。前後方向Ｘにおいて、上部旋回体１１ｂに対してアタッチメント１２が突出する側を奥側Ｘ１とし、その逆側を手前側Ｘ２とする。
下部走行体１１ａに対する上部旋回体１１ｂの旋回の回転軸が延びる方向を、上下方向Ｚとする。上下方向Ｚにおいて、下部走行体１１ａから上部旋回体１１ｂに向かう側（向き）を上側Ｚ１とし、その逆側を下側Ｚ２とする。上部旋回体１１ｂに対するブーム１３（後述）の起伏の回転軸が延びる方向を、横方向Ｙとする。上下方向Ｚおよび横方向Ｙのそれぞれに直交する方向を、前後方向Ｘとする。前後方向Ｘにおいて、上部旋回体１１ｂに対してアタッチメント１２が突出する側を奥側Ｘ１とし、その逆側を手前側Ｘ２とする。
【0014】
アタッチメント１２は、作業を行う部分であり、ブーム１３と、アーム１５と、バケット１７と、を備える。ブーム１３は、上部旋回体１１ｂに起伏可能（上下方向Ｚに回転可能）に取り付けられる。アーム１５は、ブーム１３に回転可能に取り付けられる。アーム１５の先端部（ブーム１３に取り付けられる側とは反対側の端部）を、アーム先端部１５ｔ（アームトップ）とする。
【0015】
バケット１７は、掘削対象物Ａを掘削する。バケット１７は、掘削対象物Ａをすくうことが可能な形状を有する。バケット１７は、アタッチメント１２の先端部（上部旋回体１１ｂに取り付けられる側とは反対側の端部）に設けられる。バケット１７は、アーム１５に回転可能に取り付けられる。具体的には、バケット１７は、アーム先端部１５ｔに、図示しないピン（アームトップピン）を介して取り付けられる。バケット１７は、図３に示すように、バケット開口面１７ａと、バケット先端１７ｔと、を備える。バケット開口面１７ａは、バケット１７の開口部（図示なし）と重なる面である。バケット先端１７ｔは、バケット１７の先端部（アーム１５に取り付けられる側とは反対側の端部）であり、バケット１７の刃先となる部分である。
【0016】
このバケット１７に掘削される掘削対象物Ａは、例えば土砂でもよく、土砂以外の掘削可能な物（例えば、金属、樹脂、ゴムなど）でもよい。掘削対象物Ａの表面Ａ１は、水平に延びるように設けられた面（平坦面）でもよく（図８参照）、水平面に対して傾斜する面（傾斜面）でもよい。表面Ａ１は、平面状でもよく、略平面状でもよく、曲面状でもよい。
【0017】
駆動制御部１９は、図１に示す作業機械１０を作動させる。例えば、駆動制御部１９は、作業機械１０を駆動させる油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータを制御する油圧回路（図示なし）と、を備える。駆動制御部１９を構成する油圧アクチュエータには、下部走行体１１ａに対して上部旋回体１１ｂを旋回させる旋回モータ（図示なし）と、ブームシリンダ１９ａと、アームシリンダ１９ｂと、バケットシリンダ１９ｃと、がある。ブームシリンダ１９ａは、上部旋回体１１ｂに対してブーム１３を起伏させる。アームシリンダ１９ｂは、ブーム１３に対してアーム１５を回転させる。バケットシリンダ１９ｃは、アーム１５に対してバケット１７を回転させる。駆動制御部１９は、旋回モータ、ブームシリンダ１９ａ、アームシリンダ１９ｂ、およびバケットシリンダ１９ｃの作動を制御することで、アタッチメント１２の作動を制御する。
【0018】
姿勢検出部２０は、アタッチメント１２の姿勢（位置、角度）を検出する。姿勢検出部２０は、旋回角センサ２１と、ブーム角センサ２２と、アーム角センサ２３と、バケット角センサ２４と、を備える。旋回角センサ２１は、下部走行体１１ａに対する上部旋回体１１ｂの旋回角度を検出する。ブーム角センサ２２は、上部旋回体１１ｂに対するブーム１３の回転角度（起伏角度）を検出する。ブーム角センサ２２は、上部旋回体１１ｂに対するブーム１３の回転軸に取り付けられる角度センサを備えてもよい。角度センサを備えてもよい点は、旋回角センサ２１、アーム角センサ２３、およびバケット角センサ２４も同様である。ブーム角センサ２２は、水平面に対するブーム１３の傾斜角度を検出する傾斜センサを備えてもよい（アーム角センサ２３およびバケット角センサ２４も同様）。ブーム角センサ２２は、ブームシリンダ１９ａのストロークを検出するストロークセンサを備えてもよい（シリンダのストロークを検出してもよい点は、アーム角センサ２３およびバケット角センサ２４も同様）。ブーム角センサ２２は、二次元画像または距離画像に基づいてブーム１３の姿勢を検出するものでもよく、例えば形状検出部３１と兼用されてもよい（旋回角センサ２１、アーム角センサ２３、およびバケット角センサ２４も同様）。アーム角センサ２３は、ブーム１３に対するアーム１５の回転角度を検出する。バケット角センサ２４は、アーム１５に対するバケット１７の回転角度を検出する。バケット角センサ２４は、バケット１７とアーム１５とに接続されるリンク部材の姿勢（例えば傾斜角度）を検出することで、アーム１５に対するバケット１７の回転角度を検出してもよい。
【0019】
この姿勢検出部２０は、位置測位システム（例えば衛星測位システムなど）により、作業現場に対する作業機械１０の位置を検出してもよい。例えば、姿勢検出部２０は、作業現場に対する上部旋回体１１ｂの位置および向きを位置測位システムにより検出し、作業現場に対するアタッチメント１２の姿勢を検出してもよい。位置測位システムは、衛星測位システムでもよく、例えばＧＮＳＳ（global navigation satellite system）でもよい。位置測位システムは、トータルステーションを用いたものでもよい。姿勢検出部２０が衛星測位システムを備える場合は、姿勢検出部２０は、衛星測位のための信号を受信するためのアンテナを備えてもよい。
【0020】
形状検出部３１は、掘削対象物Ａの形状に関する情報（例えば後述する表面角度α）を検出する。例えば、形状検出部３１は、掘削対象物Ａの位置および形状の三次元情報を検出する。形状検出部３１は、距離の情報（奥行きの情報）を有する画像（距離画像）を取得する、撮像装置である。形状検出部３１は、距離画像と二次元画像とに基づいて、掘削対象物Ａの三次元情報を検出してもよい。
【0021】
この形状検出部３１は、１つのみ設けられてもよく、複数設けられてもよい。形状検出部３１は、作業機械１０に搭載されてもよく、作業機械１０の外部（例えば作業現場）に配置されてもよい（姿勢検出部２０、図２に示す接触検出部３３、およびコントローラ４０についても同様）。図１に示す形状検出部３１が作業機械１０の外部に配置される場合は、形状検出部３１が作業機械１０のみに搭載された場合には検出できない位置（例えばアタッチメント１２の陰になる部分など）を検出できる場合がある。また、形状検出部３１が作業機械１０の外部に配置される場合は、本実施形態の目標軌跡生成システム１を、形状検出部３１を備えていない作業機械１０に適用することができる。
【0022】
この形状検出部３１は、レーザー光を用いて三次元の情報を検出する装置を備えてもよく、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection and RangingまたはLaser Imaging Detection and Ranging）を備えてもよく、ＴＯＦ（Time Of Flight）センサを備えてもよい。形状検出部３１は、電波を用いて三次元の情報を検出する装置（例えばミリ波レーダなど）を備えてもよい。形状検出部３１は、ステレオカメラを備えてもよい。形状検出部３１が三次元の情報と二次元の情報とに基づいて掘削対象物Ａの三次元の位置および形状を検出する場合などには、形状検出部３１は、二次元の画像を検出可能なカメラを備えてもよい。
【0023】
接触検出部３３（図２参照）は、バケット先端１７ｔの掘削対象物Ａへの接触を検出する。例えば、接触検出部３３は、アタッチメント１２を作動させる油圧シリンダ（例えばバケットシリンダ１９ｃ）に作用する圧力を検出することで、バケット先端１７ｔの掘削対象物Ａへの接触を検出してもよい。接触検出部３３は、バケット１７および掘削対象物Ａを含む二次元画像または距離画像に基づいて、バケット先端１７ｔの掘削対象物Ａへの接触を検出してもよい。この場合、二次元画像または距離画像は、形状検出部３１と兼用されてもよい。
【0024】
コントローラ４０は、図２に示すように、信号の入出力、演算（処理）、および情報の記憶などを行う。例えば、コントローラ４０は、姿勢検出部２０に検出されたアタッチメント１２（図１参照）の姿勢の情報を取得する。例えば、コントローラ４０は、演算結果を記憶する。コントローラ４０は、作業機械１０（図１参照）を自動運転させる制御を行う、自動運転コントローラである。コントローラ４０は、図３に示す目標軌跡Ｔに沿ってアタッチメント１２が移動するように、アタッチメント１２の作動を制御する。図２に示すように、コントローラ４０は、交差角度設定部４１と、オフセット量設定部４２と、終端バケット姿勢設定部４３と、バケット回転割合設定部４４と、目標軌跡生成部４５と、指令部４６と、を備える。
【0025】
交差角度設定部４１は、後述する交差角度β（図３参照）が設定される部分である。オフセット量設定部４２は、後述するオフセット量Ｏが設定される部分である。終端バケット姿勢設定部４３は、後述する終端バケット姿勢Ｑ３（図３参照）が設定される部分である。バケット回転割合設定部４４は、後述するバケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏが設定される部分である。目標軌跡生成部４５は、後述する目標軌跡Ｔ（図３参照、目標パス）を生成する。指令部４６は、図３に示す目標軌跡Ｔに沿ってアタッチメント１２が移動するようにアタッチメント１２を制御する。図２に示す指令部４６は、目標軌跡Ｔの情報と、現在のアタッチメント１２（図１参照）の姿勢の情報と、の差異に基づいて、各アクチュエータ（例えばブームシリンダ１９ａ（図１参照）など）の目標速度の指令を駆動制御部１９に出力する。
【0026】
【0027】
アーム先端目標軌跡Ｔａは、アーム先端部１５ｔの目標軌跡Ｔである。目標軌跡生成部４５には、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状に関する情報が予め（目標軌跡Ｔの生成よりも前に）設定される。「アーム先端目標軌跡Ｔａの形状に関する情報」は、アーム先端目標軌跡Ｔａがどのような形状であるかを特定する情報である。アーム先端目標軌跡Ｔａの形状は、様々に設定可能である。
【0028】
［例Ａ１］例えば、アーム先端目標軌跡Ｔａは、直線状に設定される。この場合、アーム先端目標軌跡Ｔａが直線状でない場合に比べ、目標軌跡生成部４５（図２参照）による計算負荷が抑制される。
【0029】
［例Ａ２］例えば、アーム先端目標軌跡Ｔａは、略直線状でもよく、曲線状でもよく、折れ線状でもよく、直線と曲線とを組み合わせた形状でもよい。上記「曲線状」の少なくとも一部は、弧状でもよく、円弧状または略円弧状でもよい。
【0030】
コントローラ４０（図２参照）は、アーム先端部１５ｔがアーム先端目標軌跡Ｔａに沿って移動するように、アタッチメント１２を制御する。なお、アーム先端部１５ｔの実際の移動の軌跡は、アーム先端目標軌跡Ｔａと厳密に一致する必要はない。例えば、アーム先端目標軌跡Ｔａが直線状の場合でも、アーム先端部１５ｔの実際の移動の軌跡は略直線でもよい。
【0031】
横方向Ｙから見たとき、アーム先端目標軌跡Ｔａは、上下方向Ｚに対して傾斜してもよく、上下方向Ｚと一致してもよく、前後方向Ｘと一致してもよい。例えば、アーム先端目標軌跡Ｔａは、前後方向Ｘから見たとき（図示なし）、上下方向Ｚと一致または略一致する。この場合、アーム先端部１５ｔがアーム先端目標軌跡Ｔａに沿って移動するときには、図１に示す上部旋回体１１ｂは、下部走行体１１ａに対して旋回しない（または略旋回しない）。図３に示すように、アーム先端目標軌跡Ｔａには、始端Ｐ１と、終端Ｐ３と、中間点Ｐ２と、がある。
【0032】
始端Ｐ１は、アーム先端目標軌跡Ｔａにおける、アーム先端部１５ｔの移動の開始点である。終端Ｐ３は、アーム先端目標軌跡Ｔａにおける、アーム先端部１５ｔの移動の終了点である。中間点Ｐ２は、始端Ｐ１と終端Ｐ３との間の特定の点である。例えば、中間点Ｐ２は、始端Ｐ１と終端Ｐ３との中点でもよく、始端Ｐ１と終端Ｐ３との間の中点以外の特定の点でもよい。中間点Ｐ２は、複数設定されてもよい。
【0033】
バケット目標軌跡Ｔｂは、バケット１７の目標軌跡Ｔである。バケット目標軌跡Ｔｂは、アーム先端部１５ｔが始端Ｐ１から終端Ｐ３に移動するときの、バケット１７の姿勢（位置および角度）に関する情報である。具体的には例えば、バケット目標軌跡Ｔｂは、基準とする方向に対するバケット１７の角度の情報を含んでもよい。具体的には例えば、バケット目標軌跡Ｔｂは、水平方向Ｈに対するバケット開口面１７ａの角度（バケット回転角θ）の情報を含んでもよい。バケット目標軌跡Ｔｂは、バケット先端１７ｔの位置の情報を含んでもよい。以下では主に、バケット目標軌跡Ｔｂがバケット回転角θの情報を含む場合について説明する。バケット１７の姿勢には、始端バケット姿勢Ｑ１と、終端バケット姿勢Ｑ３と、中間点バケット姿勢Ｑ２と、がある。
【0034】
始端バケット姿勢Ｑ１は、アーム先端部１５ｔが始端Ｐ１に配置されたときのバケット１７の姿勢である。さらに詳しくは、始端バケット姿勢Ｑ１は、アーム先端部１５ｔが始端Ｐ１に配置されたときに、姿勢検出部２０に検出されるバケット１７の姿勢である。終端バケット姿勢Ｑ３は、アーム先端部１５ｔが終端Ｐ３に配置されるときのバケット１７の姿勢である。中間点バケット姿勢Ｑ２は、アーム先端部１５ｔが中間点Ｐ２に配置されるときのバケット１７の姿勢である。目標軌跡生成部４５（図２参照）は、始端バケット姿勢Ｑ１から終端バケット姿勢Ｑ３にバケット１７が連続的に変化するように、バケット目標軌跡Ｔｂを設定する。始端バケット姿勢Ｑ１から終端バケット姿勢Ｑ３にバケット１７の姿勢が変化する際の、バケット１７の回転の向きは、バケット１７が掘削対象物Ａを掘削する向き（図３に示す例ではバケット回転角θが大きくなる向き）である。始端バケット姿勢Ｑ１から終端バケット姿勢Ｑ３にバケット１７の姿勢が変化する際の、バケット１７の回転速度は、一定でもよく、変化してもよい（後述するバケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏの説明を参照）。
【0035】
（目標軌跡Ｔの生成の前に設定される情報）
上記のように、目標軌跡生成部４５（図２参照）による目標軌跡Ｔの生成の前に（予め）、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状に関する情報が目標軌跡生成部４５に設定される。また、目標軌跡生成部４５による目標軌跡Ｔの生成の前に（予め）、コントローラ４０（図２参照）に、交差角度β、オフセット量Ｏ、終端バケット姿勢Ｑ３、およびバケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏが設定される。
上記のように、目標軌跡生成部４５（図２参照）による目標軌跡Ｔの生成の前に（予め）、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状に関する情報が目標軌跡生成部４５に設定される。また、目標軌跡生成部４５による目標軌跡Ｔの生成の前に（予め）、コントローラ４０（図２参照）に、交差角度β、オフセット量Ｏ、終端バケット姿勢Ｑ３、およびバケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏが設定される。
【0036】
交差角度βは、アーム先端目標軌跡Ｔａと、掘削対象物Ａの表面Ａ１と、がなす角度である。アーム先端目標軌跡Ｔａが直線状である場合は、交差角度βは、例えば、形状検出部３１（図２参照）に検出された表面角度αと、アーム先端目標軌跡Ｔａと、がなす角度である。アーム先端目標軌跡Ｔａが直線状でない場合（例えば曲線状などの場合）は、交差角度βは、始端Ｐ１と終端Ｐ３とを通る直線と、掘削対象物Ａの表面Ａ１と、がなす角度でもよい。また、アーム先端目標軌跡Ｔａが直線状でない場合は、交差角度βは、始端Ｐ１でのアーム先端目標軌跡Ｔａが延びる方向（例えば接線）と、掘削対象物Ａの表面Ａ１と、がなす角度でもよい。交差角度βは、交差角度設定部４１（図２参照）に設定される。交差角度βは、固定値でもよく、作業者に手動で入力された値でもよく、何らかの条件に基づいてコントローラ４０に自動的に算出された値でもよい（オフセット量Ｏ、終端バケット姿勢Ｑ３、およびバケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏについても同様）。
【0037】
例えば、交差角度βが大きいほど、掘削対象物Ａが深く掘られ、掘削対象物Ａの掘削量が多くなる。交差角度βが小さいほど、掘削対象物Ａが浅く掘られ、掘削対象物Ａの掘削量が少なくなる。例えば、掘削対象物Ａの掘削量が多すぎる場合は、バケット１７から掘削対象物Ａがこぼれやすい。また、掘削対象物Ａの掘削量が少なすぎる場合は、掘削の作業効率が悪い。そこで、交差角度βが適切に設定されることで、掘削対象物Ａの掘削量を適切な量にすることができる。
【0038】
例えば、交差角度βが大きいほど、アタッチメント１２に掛かる負荷が大きくなる。交差角度βが小さいほど、アタッチメント１２に掛かる負荷が小さくなる。交差角度βが適切に設定されることで、アタッチメント１２に掛かる負荷を適切な大きさにすることができる。例えば、掘削対象物Ａが固いほど、アタッチメント１２に掛かる負荷が大きくなる。アタッチメント１２に掛かる負荷が大きすぎる場合は、交差角度βを小さく設定することで、アタッチメント１２に掛かる負荷が抑制される（負荷を逃がすことができる）。
【0039】
図４に示すように、オフセット量Ｏは、終端Ｐ３と表面Ａ１との距離である。オフセット量Ｏは、終端Ｐ３と表面Ａ１との鉛直方向における距離（鉛直方向オフセット量Ｏ１）でもよい。オフセット量Ｏは、アーム先端目標軌跡Ｔａが延びる向きにおける、終端Ｐ３と表面Ａ１との距離（延長方向オフセット量Ｏ２）でもよい。オフセット量Ｏは、表面Ａ１と直交する方向における、終端Ｐ３と表面Ａ１との距離（図示なし）でもよい。
【0040】
オフセット量Ｏは、オフセット量設定部４２（図２参照）に設定される。終端Ｐ３と表面Ａ１とは、一致してもよい。すなわち、オフセット量Ｏは、ゼロでもよい。終端Ｐ３は、表面Ａ１よりも上側Ｚ１に設定されてもよい（この場合のオフセット量Ｏを正の値とする）。終端Ｐ３は、表面Ａ１よりも下側Ｚ２に設定されてもよい（この場合のオフセット量Ｏを負の値とする）。オフセット量Ｏが小さいほど、掘削対象物Ａが深く掘られる。オフセット量Ｏが大きいほど、掘削対象物Ａが浅く掘られる。オフセット量Ｏが適切に設定されることで、掘削対象物Ａの掘削量、および、アタッチメント１２に掛かる負荷を適切な大きさに設定することができる（交差角度βと同様）。例えば、オフセット量Ｏは、終端Ｐ３の位置が表面Ａ１の近傍となるように設定される。具体的には例えば、図３に示すように横方向Ｙから見たとき、アーム１５に対するバケット１７の回転中心（図３では始端Ｐ１の位置）から、バケット先端１７ｔまでの直線距離を、「バケット開口面１７ａの長さ」とする。オフセット量Ｏが正の値の場合、オフセット量Ｏ（例えば鉛直方向オフセット量Ｏ１（図４参照）、例えば延長方向オフセット量Ｏ２）の大きさは、バケット開口面１７ａの長さの５０％以下でもよく、４０％以下でもよく、３０％以下でもよく、２０％以下でもよく、１０％以下でもよい。オフセット量Ｏの大きさは、バケット開口面１７ａの長さの０％以上でもよく、１０％以上でもよく、２０％以上でもよく、３０％以上でもよく、４０％以上でもよく、５０％以上でもよい。例えば、アタッチメント１２に掛かる負荷を抑制したい場合は、オフセット量Ｏの大きさは、バケット開口面１７ａの長さの３０％以上であることが好ましく、４０％以上がさらに好ましく、５０％以上がさらに好ましい。例えば、掘削対象物Ａの掘削量をできるだけ確保したい場合は、オフセット量Ｏの大きさは、バケット開口面１７ａの長さの２０％以下であることが好ましく、１０％以下がさらに好ましく、０以下（すなわち終端Ｐ３は、表面Ａ１と同じ高さまたは下側Ｚ２であること）がさらに好ましい。
【0041】
例えば、オフセット量Ｏは、バケット１７が終端バケット姿勢Ｑ３のときのバケット開口面１７ａの全体または略全体が、掘削前の表面Ａ１の内側（表面Ａ１よりも奥側Ｘ１かつ下側Ｚ２）に配置されるように設定される。例えば、終端バケット姿勢Ｑ３のときに掘削前の表面Ａ１の内側に配置されるバケット開口面１７ａの割合（上記「全体または略全体」の具体例）は、５０％以上でもよく、６０％以上でもよく、７０％以上でもよく、８０％以上でもよく、９０％以上でもよく、１００％でもよい。上記の割合は、９０％以下でもよく、８０％以下でもよく、７０％以下でもよく、６０％以下でもよく、５０％以下でもよい。例えば、アタッチメント１２に掛かる負荷を抑制したい場合は、上記の割合は、８０％以下であることが好ましく、７０％以下がさらに好ましく、６０％以下がさらに好ましく、５０％以下がさらに好ましい。例えば、掘削対象物Ａの掘削量をできるだけ確保したい場合は、上記の割合は、８０％以上であることが好ましく、９０％以上がさらに好ましく、１００％がさらに好ましい。
【0042】
終端バケット姿勢Ｑ３は、終端バケット姿勢設定部４３（図２参照）に設定される。具体的には例えば、終端バケット姿勢Ｑ３は、バケット開口面１７ａが鉛直方向（または略鉛直方向）に延びるような姿勢（バケット回転角θが９０°または略９０°）として設定される。なお、終端バケット姿勢Ｑ３のバケット回転角θは、９０°や略９０°でなくてもよい。
【0043】
バケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏは、バケット回転割合設定部４４（図２参照）に設定される。バケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏは、始端バケット姿勢Ｑ１から終端バケット姿勢Ｑ３までのバケット１７の姿勢の変化量に対する、始端バケット姿勢Ｑ１から中間点バケット姿勢Ｑ２までのバケット１７の姿勢の変化量の割合である。具体的には例えば、始端Ｐ１から終端Ｐ３までにおいてバケット回転角θが４５°から９０°に変化し、中間点Ｐ２においてバケット回転角θが６０°である場合について考える。この場合、始端Ｐ１から終端Ｐ３までのバケット回転角θの変化量は４５度である。始端Ｐ１から中間点Ｐ２までのバケット回転角θの変化量は１５度である。この場合、バケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏは、１５／４５であり、約３３％である。なお、上記のバケット回転角θの数値は一例であり、始端バケット姿勢Ｑ１から終端バケット姿勢Ｑ３でのバケット回転角θは様々に設定可能である。
【0044】
（目標軌跡Ｔの生成）
目標軌跡Ｔは、次のように生成される。
目標軌跡Ｔは、次のように生成される。
【0045】
（掘削対象物Ａの形状の検知）
図１に示す形状検出部３１が、掘削対象物Ａの形状に関する情報を検出する。具体的には、形状検出部３１は、表面Ａ１の角度（表面角度α）を検出する。例えば、形状検出部３１は、バケット１７が掘削しようとしている位置（またはその近傍）における表面Ａ１の表面角度αを検出する。表面角度αは、基準とする方向（例えば水平方向Ｈ）に対する表面Ａ１の角度である。
図１に示す形状検出部３１が、掘削対象物Ａの形状に関する情報を検出する。具体的には、形状検出部３１は、表面Ａ１の角度（表面角度α）を検出する。例えば、形状検出部３１は、バケット１７が掘削しようとしている位置（またはその近傍）における表面Ａ１の表面角度αを検出する。表面角度αは、基準とする方向（例えば水平方向Ｈ）に対する表面Ａ１の角度である。
【0046】
（始端Ｐ１、始端バケット姿勢Ｑ１の決定）
図３に示す始端Ｐ１の位置、および始端バケット姿勢Ｑ１が、次のように決定される。バケット先端１７ｔが掘削対象物Ａに接触していない状態から接触した状態に変化したことを、接触検出部３３（図２参照）が検出する。目標軌跡生成部４５（図２参照、以下目標軌跡生成部４５について同様）は、この時のアーム先端部１５ｔの位置を、始端Ｐ１として設定する。目標軌跡生成部４５は、この時のバケット１７の姿勢を、始端バケット姿勢Ｑ１として設定する。例えば、始端Ｐ１の前後方向Ｘ方向における位置（ｘ座標）を、ｐ１ｘとする。始端Ｐ１の上下方向Ｚにおける位置（ｚ座標）を、ｐ１ｚとする。始端バケット姿勢Ｑ１のときのバケット回転角θを、ｐ１θとする。
図３に示す始端Ｐ１の位置、および始端バケット姿勢Ｑ１が、次のように決定される。バケット先端１７ｔが掘削対象物Ａに接触していない状態から接触した状態に変化したことを、接触検出部３３（図２参照）が検出する。目標軌跡生成部４５（図２参照、以下目標軌跡生成部４５について同様）は、この時のアーム先端部１５ｔの位置を、始端Ｐ１として設定する。目標軌跡生成部４５は、この時のバケット１７の姿勢を、始端バケット姿勢Ｑ１として設定する。例えば、始端Ｐ１の前後方向Ｘ方向における位置（ｘ座標）を、ｐ１ｘとする。始端Ｐ１の上下方向Ｚにおける位置（ｚ座標）を、ｐ１ｚとする。始端バケット姿勢Ｑ１のときのバケット回転角θを、ｐ１θとする。
【0047】
（アーム先端目標軌跡Ｔａの向きおよび終端Ｐ３の算出）
目標軌跡生成部４５は、表面角度αと、交差角度βと、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状に関する情報と、オフセット量Ｏと、に基づいて、終端Ｐ３の位置を設定（算出、生成）する。
目標軌跡生成部４５は、表面角度αと、交差角度βと、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状に関する情報と、オフセット量Ｏと、に基づいて、終端Ｐ３の位置を設定（算出、生成）する。
【0048】
目標軌跡生成部４５は、表面角度αと交差角度βとに基づいて、アーム先端目標軌跡Ｔａの向きを設定する。「アーム先端目標軌跡Ｔａの向き」は、始端Ｐ１から終端Ｐ３に直線的に向かう向きである。例えば、アーム先端目標軌跡Ｔａの向きは、水平方向Ｈに対するアーム先端目標軌跡Ｔａの角度で表される。具体的には、目標軌跡生成部４５は、形状検出部３１（図１参照）に検出された表面角度αと、交差角度設定部４１（図２参照）に設定された交差角度βと、の和（α＋β）を、アーム先端目標軌跡Ｔａの向きとして設定する。なお、アーム先端目標軌跡Ｔａが直線状でない場合は、「アーム先端目標軌跡Ｔａの向き」は、始端Ｐ１から終端Ｐ３に直線的に向かう向きでもよい。アーム先端目標軌跡Ｔａの向きは、始端Ｐ１から終端Ｐ３に向かう向きであって始端Ｐ１でのアーム先端目標軌跡Ｔａが延びる向き（例えば曲線状などのアーム先端目標軌跡Ｔａの接線の向き）でもよい。以下では主に、アーム先端目標軌跡Ｔａが直線状である場合について説明する。
【0049】
目標軌跡生成部４５は、例えば次のように終端Ｐ３の位置を算出する。目標軌跡生成部４５は、始端Ｐ１から終端Ｐ３までの距離（直線距離、最短距離）（長さＬ）に基づいて、終端Ｐ３の位置を算出する。例えば、オフセット量Ｏが、アーム先端目標軌跡Ｔａが延びる向きにおける、終端Ｐ３と表面Ａ１との距離（延長方向オフセット量Ｏ２）であるとする。このとき、長さＬは、アーム先端目標軌跡Ｔａの向きに延びる直線上の、始端Ｐ１から表面Ａ１までの距離から、オフセット量Ｏを引いた値である。
【0050】
目標軌跡生成部４５は、アーム先端目標軌跡Ｔａの向き（α＋β）および長さＬに基づいて、終端Ｐ３の位置座標（ｘ座標：ｐ３ｘ、ｚ座標：ｐ３ｚ）を、例えば次の式により算出する。
ｐ３ｘ＝ｐ１ｘ－Ｌｃｏｓ（α＋β）
ｐ３ｚ＝ｐ１ｚ－Ｌｓｉｎ（α＋β）
ｐ３ｘ＝ｐ１ｘ－Ｌｃｏｓ（α＋β）
ｐ３ｚ＝ｐ１ｚ－Ｌｓｉｎ（α＋β）
【0051】
なお、終端Ｐ３の位置の算出は、様々に行われてもよい。例えば、図４に示すように、オフセット量Ｏが、終端Ｐ３と表面Ａ１との鉛直方向における距離（鉛直方向オフセット量Ｏ１）であるとする。この場合、目標軌跡生成部４５は、始端Ｐ１（図３参照）からアーム先端目標軌跡Ｔａの向きに延びる直線と、表面Ａ１をオフセット量Ｏだけ鉛直方向に平行移動した面と、の交点の位置を、終端Ｐ３の位置として算出してもよい。
【0052】
（終端バケット姿勢Ｑ３の決定）
目標軌跡生成部４５は、終端バケット姿勢設定部４３（図２参照）に設定された情報を、図３に示す終端バケット姿勢Ｑ３として設定する。具体的には例えば、上記のように、終端バケット姿勢Ｑ３でのバケット回転角θ（ｐ３θとする）は、９０°などである。
目標軌跡生成部４５は、終端バケット姿勢設定部４３（図２参照）に設定された情報を、図３に示す終端バケット姿勢Ｑ３として設定する。具体的には例えば、上記のように、終端バケット姿勢Ｑ３でのバケット回転角θ（ｐ３θとする）は、９０°などである。
【0053】
（中間点Ｐ２の算出）
目標軌跡生成部４５は、始端Ｐ１および終端Ｐ３の位置に基づいて、中間点Ｐ２の位置を決定する。例えば、中間点Ｐ２の位置が、始端Ｐ１と終端Ｐ３との中点である場合は、目標軌跡生成部４５は、中間点Ｐ２の位置座標（ｘ座標：ｐ２ｘ、ｚ座標：ｐ２ｚ）を、次の式により算出する。
ｐ２ｘ＝（ｐ１ｘ＋ｐ３ｘ）／２
ｐ２ｚ＝（ｐ１ｚ＋ｐ３ｚ）／２
目標軌跡生成部４５は、始端Ｐ１および終端Ｐ３の位置に基づいて、中間点Ｐ２の位置を決定する。例えば、中間点Ｐ２の位置が、始端Ｐ１と終端Ｐ３との中点である場合は、目標軌跡生成部４５は、中間点Ｐ２の位置座標（ｘ座標：ｐ２ｘ、ｚ座標：ｐ２ｚ）を、次の式により算出する。
ｐ２ｘ＝（ｐ１ｘ＋ｐ３ｘ）／２
ｐ２ｚ＝（ｐ１ｚ＋ｐ３ｚ）／２
【0054】
（中間点バケット姿勢Ｑ２の算出）
目標軌跡生成部４５は、始端バケット姿勢Ｑ１と終端バケット姿勢Ｑ３との間の姿勢を、中間点バケット姿勢Ｑ２として設定する。中間点バケット姿勢Ｑ２のバケット回転角θ（ｐ２θとする）は、始端バケット姿勢Ｑ１でのバケット回転角θ（すなわちｐ１θ）と終端バケット姿勢Ｑ３でのバケット回転角θ（すなわちｐ３θ）との間の角度である。
目標軌跡生成部４５は、始端バケット姿勢Ｑ１と終端バケット姿勢Ｑ３との間の姿勢を、中間点バケット姿勢Ｑ２として設定する。中間点バケット姿勢Ｑ２のバケット回転角θ（ｐ２θとする）は、始端バケット姿勢Ｑ１でのバケット回転角θ（すなわちｐ１θ）と終端バケット姿勢Ｑ３でのバケット回転角θ（すなわちｐ３θ）との間の角度である。
【0055】
バケット１７が、始端バケット姿勢Ｑ１から終端バケット姿勢Ｑ３まで一定の回転速度で回転するような、バケット目標軌跡Ｔｂが設定されてもよい。具体的には例えば、目標軌跡生成部４５は、中間点バケット姿勢Ｑ２のバケット回転角θ（ｐ２θ）を、次の式により算出してもよい。
ｐ２θ＝（ｐ１θ＋ｐ３θ）／２
ｐ２θ＝（ｐ１θ＋ｐ３θ）／２
【0056】
始端バケット姿勢Ｑ１から終端バケット姿勢Ｑ３にバケット１７の姿勢が変化する時に、バケット１７の回転速度が変化するような、バケット目標軌跡Ｔｂが設定されてもよい。例えば、始端バケット姿勢Ｑ１から中間点バケット姿勢Ｑ２までのバケット１７の回転速度に比べ、中間点バケット姿勢Ｑ２から終端バケット姿勢Ｑ３までの回転速度が速く設定されてもよい。具体的には例えば、目標軌跡生成部４５は、バケット回転割合設定部４４（図２参照）に設定されたバケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏに基づいて、中間点バケット姿勢Ｑ２を設定してもよい。例えば、目標軌跡生成部４５は、中間点バケット姿勢Ｑ２でのバケット回転角θ（すなわちｐ２θ）を、次の式により算出してもよい。
ｐ２θ＝ｐ１θ＋（ｐ３θ－ｐ１θ）×ｐ２θ＿ｒａｔｉｏ
ｐ２θ＝ｐ１θ＋（ｐ３θ－ｐ１θ）×ｐ２θ＿ｒａｔｉｏ
【0057】
なお、中間点Ｐ２は、複数設定されてもよい。この場合、複数の中間点Ｐ２ごとに、バケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏが設定されてもよい。
【0058】
（終端Ｐ３到達後）
アーム先端部１５ｔが終端Ｐ３に到達した後の、アーム先端部１５ｔおよびバケット１７の目標とする軌跡は、様々に設定可能である。
アーム先端部１５ｔが終端Ｐ３に到達した後の、アーム先端部１５ｔおよびバケット１７の目標とする軌跡は、様々に設定可能である。
【0059】
［例Ｂ１］図５に示すように、アーム先端部１５ｔが終端Ｐ３に到達した後、アーム先端部１５ｔの位置が固定されたまま、バケット１７が回転してもよい。このとき、バケット回転角θが大きくなる向きに（掘削対象物Ａをすくう向きに）、バケット１７が回転してもよい。このようにバケット１７が回転することで、バケット１７が掘削対象物Ａをすくうことができる。バケット１７が所定の角度まで回転した後、アーム先端部１５ｔが上側Ｚ１に移動してもよい。
【0060】
［例Ｂ２］図６に示すように、アーム先端部１５ｔが終端Ｐ３に到達した後、アーム先端部１５ｔが奥側Ｘ１（アーム１５押し側）に移動しながら、バケット回転角θが大きくなる向きに、バケット１７が回転してもよい。この場合、アーム先端部１５ｔが奥側Ｘ１に移動するので、バケット１７よりも手前側Ｘ２の掘削対象物Ａが手前側Ｘ２に崩れることが抑制される。表面角度αが大きいほど、掘削対象物Ａが手前側Ｘ２に崩れることを抑制することが有効になる。なお、例えば表面Ａ１が平坦である場合（図８参照）に、アーム１５が奥側Ｘ１に移動しながら、バケット回転角θが大きくなる向きにバケット１７が回転してもよい。また、アーム１５が奥側Ｘ１に移動しながら、バケット回転角θが大きくなる向きにバケット１７が回転することで、掘削対象物Ａの掘削量が多くなりすぎることが抑制され、バケット１７から掘削対象物Ａがこぼれ落ちることが抑制される。アーム１５が奥側Ｘ１に所定の距離だけ移動し、バケット１７が所定の角度まで回転した後、アーム先端部１５ｔが上側Ｚ１に移動してもよい。
【0061】
（様々な表面角度α）
上記のように、目標軌跡生成部４５は、図３に示すように、検出された始端Ｐ１の位置および表面角度α、ならびに、予め設定されたアーム先端目標軌跡Ｔａの形状、交差角度βおよびオフセット量Ｏに基づいて、終端Ｐ３の位置を算出する。そして、目標軌跡生成部４５は、始端Ｐ１と、終端Ｐ３と、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状と、に基づいてアーム先端目標軌跡Ｔａを生成する。例えば、アーム先端目標軌跡Ｔａが直線状の場合は、始端Ｐ１と終端Ｐ３とを結ぶ直線を、アーム先端目標軌跡Ｔａとする。目標軌跡生成部４５は、表面角度αがどのような大きさでも、始端Ｐ１、表面角度α、交差角度β、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状、およびオフセット量Ｏに基づいて、終端Ｐ３の位置を算出することができる。よって、目標軌跡生成部４５は、様々な表面角度αで、アーム先端目標軌跡Ｔａを一意に決めることができる。例えば、図３に示すように表面Ａ１の傾斜が緩やか（例えば表面角度αが約０°より大きく、４５°未満）でも、図７に示すように表面Ａ１の傾斜が急（例えば表面角度αが４５°以上）でも、アーム先端目標軌跡Ｔａが、一意に決まる。例えば、図８に示すように、表面Ａ１が平坦（例えば表面角度α（図７参照）が約０°）でも、アーム先端目標軌跡Ｔａが、一意に決まる。また、交差角度βおよびオフセット量Ｏが変えられることで、掘削の深さ、およびアタッチメント１２に掛かる負荷が変えられる。表面角度αが変わっても、交差角度βおよびオフセット量Ｏが適切に設定されることで、掘削対象物Ａの掘削量を確保しつつ、アタッチメント１２に負荷が掛かりすぎることを抑制することができる（負荷を逃がすことができる）。
上記のように、目標軌跡生成部４５は、図３に示すように、検出された始端Ｐ１の位置および表面角度α、ならびに、予め設定されたアーム先端目標軌跡Ｔａの形状、交差角度βおよびオフセット量Ｏに基づいて、終端Ｐ３の位置を算出する。そして、目標軌跡生成部４５は、始端Ｐ１と、終端Ｐ３と、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状と、に基づいてアーム先端目標軌跡Ｔａを生成する。例えば、アーム先端目標軌跡Ｔａが直線状の場合は、始端Ｐ１と終端Ｐ３とを結ぶ直線を、アーム先端目標軌跡Ｔａとする。目標軌跡生成部４５は、表面角度αがどのような大きさでも、始端Ｐ１、表面角度α、交差角度β、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状、およびオフセット量Ｏに基づいて、終端Ｐ３の位置を算出することができる。よって、目標軌跡生成部４５は、様々な表面角度αで、アーム先端目標軌跡Ｔａを一意に決めることができる。例えば、図３に示すように表面Ａ１の傾斜が緩やか（例えば表面角度αが約０°より大きく、４５°未満）でも、図７に示すように表面Ａ１の傾斜が急（例えば表面角度αが４５°以上）でも、アーム先端目標軌跡Ｔａが、一意に決まる。例えば、図８に示すように、表面Ａ１が平坦（例えば表面角度α（図７参照）が約０°）でも、アーム先端目標軌跡Ｔａが、一意に決まる。また、交差角度βおよびオフセット量Ｏが変えられることで、掘削の深さ、およびアタッチメント１２に掛かる負荷が変えられる。表面角度αが変わっても、交差角度βおよびオフセット量Ｏが適切に設定されることで、掘削対象物Ａの掘削量を確保しつつ、アタッチメント１２に負荷が掛かりすぎることを抑制することができる（負荷を逃がすことができる）。
【0062】
また、目標軌跡生成部４５は、図３に示す始端バケット姿勢Ｑ１と、終端バケット姿勢設定部４３（図２参照）に設定された終端バケット姿勢Ｑ３と、一意に決めたアーム先端目標軌跡Ｔａと、に基づいてバケット目標軌跡Ｔｂを設定する。よって、目標軌跡生成部４５は、様々な表面角度αで、バケット目標軌跡Ｔｂを一意に決めることができる。
【0063】
（第１の発明の効果）
図１に示す目標軌跡生成システム１による効果は、次の通りである。目標軌跡生成システム１は、アタッチメント１２と、姿勢検出部２０と、形状検出部３１と、図２に示す接触検出部３３と、目標軌跡生成部４５と、交差角度設定部４１と、オフセット量設定部４２と、を備える。図１に示すように、アタッチメント１２は、ブーム１３と、アーム１５と、バケット１７と、を備える。ブーム１３は、機械本体１１に起伏可能に取り付けられる。アーム１５は、ブーム１３に回転可能に取り付けられる。バケット１７は、アーム１５に回転可能に取り付けられるとともに掘削対象物Ａを掘削する。姿勢検出部２０は、アタッチメント１２の姿勢を検出する。形状検出部３１は、掘削対象物Ａの形状に関する情報を検出する。接触検出部３３（図２参照）は、バケット１７の先端部（バケット先端１７ｔ）の掘削対象物Ａへの接触を検出する。目標軌跡生成部４５（図２参照）は、図３に示すアーム１５の先端部（アーム先端部１５ｔ）の目標軌跡Ｔであるアーム先端目標軌跡Ｔａを生成する。交差角度設定部４１（図２参照）には、掘削対象物Ａの表面Ａ１と、アーム先端目標軌跡Ｔａと、がなす角度である交差角度βが設定される。オフセット量設定部４２（図２参照）には、図４に示すアーム先端目標軌跡Ｔａの終端Ｐ３と、掘削対象物Ａの表面Ａ１と、の距離であるオフセット量Ｏが設定される。
図１に示す目標軌跡生成システム１による効果は、次の通りである。目標軌跡生成システム１は、アタッチメント１２と、姿勢検出部２０と、形状検出部３１と、図２に示す接触検出部３３と、目標軌跡生成部４５と、交差角度設定部４１と、オフセット量設定部４２と、を備える。図１に示すように、アタッチメント１２は、ブーム１３と、アーム１５と、バケット１７と、を備える。ブーム１３は、機械本体１１に起伏可能に取り付けられる。アーム１５は、ブーム１３に回転可能に取り付けられる。バケット１７は、アーム１５に回転可能に取り付けられるとともに掘削対象物Ａを掘削する。姿勢検出部２０は、アタッチメント１２の姿勢を検出する。形状検出部３１は、掘削対象物Ａの形状に関する情報を検出する。接触検出部３３（図２参照）は、バケット１７の先端部（バケット先端１７ｔ）の掘削対象物Ａへの接触を検出する。目標軌跡生成部４５（図２参照）は、図３に示すアーム１５の先端部（アーム先端部１５ｔ）の目標軌跡Ｔであるアーム先端目標軌跡Ｔａを生成する。交差角度設定部４１（図２参照）には、掘削対象物Ａの表面Ａ１と、アーム先端目標軌跡Ｔａと、がなす角度である交差角度βが設定される。オフセット量設定部４２（図２参照）には、図４に示すアーム先端目標軌跡Ｔａの終端Ｐ３と、掘削対象物Ａの表面Ａ１と、の距離であるオフセット量Ｏが設定される。
【0064】
［構成１－１］目標軌跡生成部４５（図２参照）は、図３に示すバケット先端１７ｔが掘削対象物Ａに接触していない状態から接触した状態に変化したことを接触検出部３３（図２参照）が検出したときのアーム先端部１５ｔの位置を、アーム先端目標軌跡Ｔａの始端Ｐ１に設定する。
【0065】
［構成１－２］目標軌跡生成部４５（図２参照）には、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状に関する情報が予め設定される。
【0066】
［構成１－３］目標軌跡生成部４５（図２参照）は、掘削対象物Ａの表面Ａ１の角度（表面角度α）と、交差角度設定部４１（図２参照）に設定された交差角度βと、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状に関する情報と、オフセット量設定部４２（図２参照）に設定されたオフセット量Ｏと、に基づいて終端Ｐ３の位置を算出する。
【0067】
上記［構成１－１］により、アーム先端目標軌跡Ｔａの始端Ｐ１の位置が決まり、上記［構成１－３］によりアーム先端目標軌跡Ｔａの終端Ｐ３の位置が決まる。また、上記［構成１－２］では、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状に関する情報が目標軌跡生成部４５に設定（予め設定）されている。したがって、目標軌跡生成システム１により、アーム先端目標軌跡Ｔａを一意に決定することができる。
【0068】
上記［構成１－３］では、表面角度α、交差角度β、アーム先端目標軌跡Ｔａの形状（形状に関する情報）、およびオフセット量Ｏに基づいて、アーム先端目標軌跡Ｔａが生成される。アーム先端目標軌跡Ｔａは、目標軌跡生成部４５（図２参照）に設定された値であり（上記［構成１－２］）、交差角度βは、交差角度設定部４１（図２参照）に設定された値であり、オフセット量Ｏは、オフセット量設定部４２（図２参照）に設定された値である。予め設定されたアーム先端目標軌跡Ｔａの形状、交差角度β、およびオフセット量Ｏが用いられるので、簡易な計算によりアーム先端目標軌跡Ｔａを生成することができる。よって、目標軌跡生成部４５の計算負荷を抑制することができる。具体的には例えば、アタッチメント１２に作用する負荷の大きさに基づいてアーム先端目標軌跡Ｔａが生成される場合や、バケット１７が行う仕事量に基づいてアーム先端目標軌跡Ｔａが生成される場合などに比べ、計算負荷を抑制することができる。
【0069】
したがって、上記［構成１－１］、［構成１－２］、および［構成１－３］により、アタッチメント１２の目標軌跡Ｔ（具体的にはアーム先端目標軌跡Ｔａ）の生成のための計算負荷を抑制しつつ、目標軌跡Ｔを一意に決定することができる。
【0070】
交差角度βおよびオフセット量Ｏが適切に設定された場合は、バケット１７による掘削対象物Ａの掘削量を確保しつつ、アタッチメント１２に掛かる負荷を抑制することができる。
【0071】
（第２の発明の効果）
［構成２］アーム先端目標軌跡Ｔａは、直線状である。
［構成２］アーム先端目標軌跡Ｔａは、直線状である。
【0072】
上記［構成２］により、アーム先端目標軌跡Ｔａが直線状でない場合に比べ、目標軌跡生成部４５の計算負荷をより抑制することができる。
【0073】
（第３の発明の効果）
図２に示すように、目標軌跡生成システム１は、図３に示す終端バケット姿勢Ｑ３が設定される終端バケット姿勢設定部４３を備える。終端バケット姿勢Ｑ３は、アーム先端目標軌跡Ｔａの終端Ｐ３にアーム先端部１５ｔが配置されるときのバケット１７の姿勢である。目標軌跡生成部４５（図２参照）は、バケット１７の目標軌跡Ｔであるバケット目標軌跡Ｔｂを生成する。
図２に示すように、目標軌跡生成システム１は、図３に示す終端バケット姿勢Ｑ３が設定される終端バケット姿勢設定部４３を備える。終端バケット姿勢Ｑ３は、アーム先端目標軌跡Ｔａの終端Ｐ３にアーム先端部１５ｔが配置されるときのバケット１７の姿勢である。目標軌跡生成部４５（図２参照）は、バケット１７の目標軌跡Ｔであるバケット目標軌跡Ｔｂを生成する。
【0074】
［構成３］アーム先端目標軌跡Ｔａの始端Ｐ１にアーム先端部１５ｔが配置されたときに姿勢検出部２０に検出されたバケット１７の姿勢を、始端バケット姿勢Ｑ１とする。目標軌跡生成部４５（図２参照）は、始端バケット姿勢Ｑ１から、終端バケット姿勢設定部４３に設定された終端バケット姿勢Ｑ３に、バケット１７が連続的に変化するように、バケット目標軌跡Ｔｂを設定する。
【0075】
上記［構成３］のように、始端バケット姿勢Ｑ１は、アーム先端部１５ｔが始端Ｐ１に配置されたときに姿勢検出部２０に検出されたバケット１７の姿勢である。また、終端バケット姿勢Ｑ３は、終端バケット姿勢設定部４３（図２参照）に設定された姿勢である。よって、目標軌跡生成部４５（図２参照）は、始端バケット姿勢Ｑ１および終端バケット姿勢Ｑ３を生成する必要はない。よって、始端バケット姿勢Ｑ１および終端バケット姿勢Ｑ３を生成する必要がある場合に比べ、目標軌跡生成部４５（図２参照）の計算負荷を抑制することができる。したがって、アタッチメント１２の目標軌跡Ｔ（具体的にはバケット目標軌跡Ｔｂ）の生成のための計算負荷を抑制しつつ、バケット目標軌跡Ｔｂを一意に決定することができる。
【0076】
（第４の発明の効果）
アーム先端目標軌跡Ｔａの始端Ｐ１と終端Ｐ３との間の特定の点である中間点Ｐ２にアーム先端部１５ｔが配置されるときのバケット１７の姿勢を、中間点バケット姿勢Ｑ２とする。図２に示すように、目標軌跡生成システム１は、バケット回転割合設定部４４を備える。
アーム先端目標軌跡Ｔａの始端Ｐ１と終端Ｐ３との間の特定の点である中間点Ｐ２にアーム先端部１５ｔが配置されるときのバケット１７の姿勢を、中間点バケット姿勢Ｑ２とする。図２に示すように、目標軌跡生成システム１は、バケット回転割合設定部４４を備える。
【0077】
［構成４］バケット回転割合設定部４４には、バケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏが設定される。バケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏは、図３に示す始端バケット姿勢Ｑ１から終端バケット姿勢Ｑ３までのバケット１７の姿勢の変化量に対する、始端バケット姿勢Ｑ１から中間点バケット姿勢Ｑ２までのバケット１７の姿勢の変化量の割合である。図２に示す目標軌跡生成部４５は、バケット回転割合設定部４４に設定されたバケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏに基づいて、図３に示す中間点バケット姿勢Ｑ２を設定する。
【0078】
上記［構成４］では、中間点バケット姿勢Ｑ２は、バケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏに基づいて決定される。よって、バケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏの設定に応じて、中間点Ｐ２の前後でバケット１７の回転速度を変化させるようなバケット目標軌跡Ｔｂを生成することができる。バケット回転割合ｐ２θ＿ｒａｔｉｏが適切に設定された場合は、バケット１７に掘削対象物Ａを効率良く掘削させることができる。
【0079】
（変形例）
上記実施形態は様々に変形されてもよい。例えば、上記実施形態の各構成要素の配置や形状が変更されてもよい。例えば、図２に示す構成要素どうしの接続は変更されてもよい。例えば、図３に示す目標軌跡Ｔに関する算出の手順や数式などは変更されてもよい。例えば、構成要素の数が変更されてもよく、構成要素の一部が設けられなくてもよい。例えば、構成要素どうしの固定や連結などは、直接的でも間接的でもよい。例えば、互いに異なる複数の部材や部分として説明したものが、一つの部材や部分とされてもよい。例えば、一つの部材や部分として説明したものが、互いに異なる複数の部材や部分に分けて設けられてもよい。具体的には例えば、図２に示す姿勢検出部２０、形状検出部３１、および接触検出部３３が兼用されてもよい。またコントローラ４０の構成要素（交差角度設定部４１、オフセット量設定部４２など）は、１つのコントローラ４０にまとめて設けられてもよく、複数に分けて設けられてもよい。
上記実施形態は様々に変形されてもよい。例えば、上記実施形態の各構成要素の配置や形状が変更されてもよい。例えば、図２に示す構成要素どうしの接続は変更されてもよい。例えば、図３に示す目標軌跡Ｔに関する算出の手順や数式などは変更されてもよい。例えば、構成要素の数が変更されてもよく、構成要素の一部が設けられなくてもよい。例えば、構成要素どうしの固定や連結などは、直接的でも間接的でもよい。例えば、互いに異なる複数の部材や部分として説明したものが、一つの部材や部分とされてもよい。例えば、一つの部材や部分として説明したものが、互いに異なる複数の部材や部分に分けて設けられてもよい。具体的には例えば、図２に示す姿勢検出部２０、形状検出部３１、および接触検出部３３が兼用されてもよい。またコントローラ４０の構成要素（交差角度設定部４１、オフセット量設定部４２など）は、１つのコントローラ４０にまとめて設けられてもよく、複数に分けて設けられてもよい。
【符号の説明】
【0080】
１ 目標軌跡生成システム
１１ 機械本体
１２ アタッチメント
１３ ブーム
１５ アーム
１７ バケット
２０ 姿勢検出部
３１ 形状検出部
３３ 接触検出部
４１ 交差角度設定部
４２ オフセット量設定部
４３ 終端バケット姿勢設定部
４４ バケット回転割合設定部
４５ 目標軌跡生成部
Ａ 掘削対象物
Ｏ オフセット量
Ｐ１ 始端
Ｐ２ 中間点
Ｐ３ 終端
Ｑ１ 始端バケット姿勢
Ｑ２ 中間点バケット姿勢
Ｑ３ 終端バケット姿勢
Ｔａ アーム先端目標軌跡
β 交差角度
１１ 機械本体
１２ アタッチメント
１３ ブーム
１５ アーム
１７ バケット
２０ 姿勢検出部
３１ 形状検出部
３３ 接触検出部
４１ 交差角度設定部
４２ オフセット量設定部
４３ 終端バケット姿勢設定部
４４ バケット回転割合設定部
４５ 目標軌跡生成部
Ａ 掘削対象物
Ｏ オフセット量
Ｐ１ 始端
Ｐ２ 中間点
Ｐ３ 終端
Ｑ１ 始端バケット姿勢
Ｑ２ 中間点バケット姿勢
Ｑ３ 終端バケット姿勢
Ｔａ アーム先端目標軌跡
β 交差角度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】