JP2023053887A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の負担を軽減させることが可能な作業機械を提供することである。【解決手段】上部旋回体２２およびアタッチメント３０が一連の動作を行うように、上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御する制御手段と、アタッチメント３０の動作の制限範囲を設定する設定手段と、一連の動作の少なくとも一部においてアタッチメント３０の先端が制限範囲を超える場合に、アタッチメント３０の先端が制限範囲を超えないように、一連の動作を補正する補正手段と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、自動運転される作業機械に関する。

特許文献１には、ティーチング（教示操作）で教示した動作を自動で行う建設機械において、ティーチングによる教示位置が許容範囲にあるか否かを、自動運転の実行前に判定する自動運転建設機械が開示されている。そして、教示位置が許容範囲にない場合には、再度のティーチングを促している。

特開２０００－２９１０７７号公報

しかしながら、特許文献１のように、再度のティーチングが必要であると、ティーチングを行う作業者の負担が大きくなる。

本発明の目的は、作業者の負担を軽減させることが可能な作業機械を提供することである。

本発明は、下部走行体と、前記下部走行体の上部に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に回動可能に取り付けられたアタッチメントと、前記上部旋回体および前記アタッチメントが一連の動作を行うように、前記上部旋回体および前記アタッチメントを制御する制御手段と、前記アタッチメントの動作の制限範囲を設定する設定手段と、前記一連の動作の少なくとも一部において前記アタッチメントの少なくとも一部が前記制限範囲を超える場合または超える可能性がある場合に、前記アタッチメントの少なくとも一部が前記制限範囲を超えないように、前記一連の動作を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。

本発明によると、一連の動作の少なくとも一部においてアタッチメントの少なくとも一部が制限範囲を超える場合または超える可能性がある場合に、アタッチメントの少なくとも一部が制限範囲を超えないように、一連の動作が補正される。これにより、一連の動作において、アタッチメントの少なくとも一部が制限範囲を超えないようになる。よって、ティーチングなどによって、一連の動作を再設定する必要がないので、作業者の負担を軽減させることができる。

作業機械の側面図である。 作業機械および携帯端末の回路図である。 作業機械の上面図であり、一連の動作におけるバケットの先端の軌跡を示す図である。 作業機械の側面図であり、一連の動作におけるバケットの先端の軌跡を示す図である。 作業機械の側面図であり、制限範囲の設定の一例を説明する図である。 作業機械の側面図であり、作業機械の前後に制限範囲をそれぞれ設定した一例を説明する図である。 作業機械の側面図であり、更新前の制限範囲を示す図である。 作業機械の側面図であり、更新後の制限範囲を示す図である。 ダンプカーの荷台の周辺を示す図である。 作業機械の側面図であり、Ａ点とＢ点との間に中間点Ａ１と中間点Ａ２とが設定された状況を示す図である。 作業機械の側面図であり、Ａ点とＢ点との間に中間点Ｃが設定された状況を示す図である。 作業機械の側面図であり、第１実施形態の場合における掘削動作の補正を示す図である。 作業機械の側面図であり、第４実施形態の場合における掘削動作の補正の一例を示す図である。 作業機械の側面図であり、第４実施形態の場合における掘削動作の補正の他の例を示す図である。 作業機械の側面図であり、第１実施形態の補正によりバケットの掘削量が減少する場合を示す図である。 作業機械の側面図であり、減少したバケットの掘削量を補償する場合を示す図である。 コントローラの処理のフローチャートである。 作業機械の側面図であり、補正前の掘削動作の開始点が制限範囲を超えている場合を示す図である。 バケットの側面図である。 補正前の掘削動作によるバケットの先端の軌跡、および、補正後の掘削動作によるバケットの先端の軌跡を示す図である。 作業機械の側面図であり、補正前の掘削動作の終了点が制限範囲を超えている場合を示す図である。 作業機械の側面図であり、補正前の掘削動作におけるバケットの最下点が制限範囲を超えている場合を示す図である。

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。

［第１実施形態］
（作業機械の構成）
本発明の第１実施形態による作業機械は、自動運転される。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２５と、アタッチメント３０と、シリンダ４０と、を有している。

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２４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。

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、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。なお、バケット３３が保持する作業対象物は、土砂に限定されず、石でもよく、廃棄物（産業廃棄物など）でもよい。また、先端アタッチメントは、バケット３３に限られず、グラップルやリフティングマグネット等であってもよい。

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。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。

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。

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。

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。

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。角度センサ５２は、上部旋回体２２の姿勢を検出する。傾斜角センサ６０は、アタッチメント３０の姿勢を検出する。

角度センサ５２は、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度を検出する。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。

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、を備える。

ブーム傾斜角センサ６１は、ブーム３１に取り付けられ、ブーム３１の姿勢を検出する。ブーム傾斜角センサ６１は、水平線に対するブーム３１の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。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。

アーム傾斜角センサ６２は、アーム３２に取り付けられ、アーム３２の姿勢を検出する。アーム傾斜角センサ６２は、水平線に対するアーム３２の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。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。

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、バケット３３の姿勢を検出する。バケット傾斜角センサ６３は、水平線に対するバケット３３の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。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。

また、作業機械１は、ＧＮＳＳセンサ２６を有している。ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System)センサ（座標検出装置）２６は、ＧＰＳセンサなどであり、上部旋回体２２に設けられ、作業現場内における上部旋回体２２の座標を検出する。なお、ＧＮＳＳセンサ２６は、下部走行体２１やアタッチメント３０に設けられていてもよい。ＧＮＳＳセンサ２６は、測位センサであり、グローバル座標系における作業機械１（上部旋回体２２）の位置を取得する。なお、ＧＮＳＳセンサ２６の代わりに、トータルステーションなどの測距センサを用いてもよい。

また、作業機械１は、ＬｉＤＡＲ２７を有している。ＬｉＤＡＲ（Light Detection and RangingまたはLaser Imaging Detection and Ranging）２７は、上部旋回体２２に設けられているが、アタッチメント３０（特にブーム３１）に設けられていてもよい。ＬｉＤＡＲ（取得装置）２７は、作業現場の周囲状況を取得する。具体的には、ＬｉＤＡＲ２７は、ＬｉＤＡＲ２７が取り付けられている位置から作業現場内の物体（ダンプカーや障害物）までの距離を示す点群データを取得する。なお、ＬｉＤＡＲ２７の代わりに、ステレオカメラやＴＯＦ（Time Of Flight）センサを用いてもよい。

（携帯端末の構成）
図１に示すように、携帯端末３は、作業現場にいる作業者により操作される端末であり、例えばタブレット端末である。携帯端末３を操作する作業者は、作業機械１を管理する者である。携帯端末３は、作業機械１と相互に通信可能である。なお、携帯端末３は、スマートフォン等であってもよい。

（作業機械および携帯端末の回路構成）
作業機械１および携帯端末３の回路図である図２に示すように、作業機械１は、コントローラ１１と、作業機械側通信装置１２と、記憶装置１３と、を有している。携帯端末３は、携帯端末側コントローラ１５と、携帯端末側通信装置１６と、ディスプレイ１７と、を有している。

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。

また、コントローラ１１には、ＧＮＳＳセンサ２６が検出した、作業現場内における上部旋回体２２の座標が入力される。また、コントローラ１１には、ＬｉＤＡＲ２７が取得した、作業現場の周囲状況が入力される。

コントローラ１１は、作業機械１を自動制御する。コントローラ（制御手段）１１は、土砂の掘削から排土までの一連の動作を上部旋回体２２およびアタッチメント３０が行うように、上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御する。つまり、作業機械１は自動運転される。具体的には、コントローラ１１は、角度センサ５２および傾斜角センサ６０の検出値に基づいて、旋回装置２４およびアタッチメント３０を自動で動作させる。

記憶装置１３は、上記の一連の動作を記憶する。一連の動作は、作業者によるティーチングにより設定される。一連の動作により、アタッチメント３０の先端（バケット３３の先端）は所定の軌跡を描く。

作業機械側通信装置１２は、携帯端末３の携帯端末側通信装置１６と通信可能である。

ここで、一連の動作におけるアタッチメント３０の先端（バケット３３の先端）の軌跡を図３および図４に示す。図３は、作業機械１の上面図であり、図４は、作業機械１の側面図である。バケット３３の先端は、Ａ点からＢ点を経由してＣ点まで旋回する。その後、バケット３３の先端は、Ｃ点からＤ点を経由してＥ点まで上部旋回体２２の方に移動する。ティーチングによるバケット３３の先端の軌跡７１を点線で示す。このように、コントローラ１１は、バケット３３の先端が複数の目標点（Ａ～Ｅ点）を順番に通るように上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御することで、上部旋回体２２およびアタッチメント３０に一連の動作を行わせている。

図４に示すように、Ｂ点およびＤ点は、上部旋回体２２の旋回中心から図中左方（Ｘ方向）に６０００ｍｍの位置に位置している。Ｃ点は、上部旋回体２２の旋回中心から図中左方（Ｘ方向）に７０００ｍｍの位置に位置している。

上記のように、ティーチングにより一連の動作が設定される一方、作業現場には一連の動作に干渉する障害物などがある。そこで、コントローラ（設定手段）１１は、アタッチメント３０の動作の制限範囲７３を設定する。例えば、コントローラ１１は、作業現場に設定された障害物等の情報に基づいて、アタッチメント３０の動作の制限範囲７３を設定する。制限範囲７３を一点鎖線で示す。制限範囲７３は、作業機械１の座標系（上部旋回体２２の旋回中心を原点とする機械座標系）に設定されてもよいし、作業現場の座標系（例えば、グローバル座標系）に設定されてもよい。

例えば、図３、図４では、上部旋回体２２の旋回中心から図中左方（Ｘ方向）に６０００ｍｍの位置よりも奥側が制限範囲７３に設定される。この制限範囲７３には、Ｃ点が含まれる。

コントローラ（補正手段）１１は、一連の動作の少なくとも一部においてアタッチメント３０の少なくとも一部が制限範囲７３を超える場合に、アタッチメント３０の少なくとも一部が制限範囲７３を超えないように、一連の動作を補正する。本実施形態において、アタッチメント３０の少なくとも一部は、バケット３３の先端であるが、これに限定されない。例えば、Ｘ方向におけるＢ点、Ｃ点、および、Ｄ点の位置を、５９００ｍｍに補正する。これにより、Ｂ点からＣ点を経由してＤ点に至るまでの、ティーチングによるバケット３３の先端の軌跡７１は、実線で示す軌跡７２のように補正される。よって、Ｘ方向に６０００ｍｍの位置よりも奥側にバケット３３の先端が移動するのが制限される。

このように、一連の動作の少なくとも一部においてバケット３３の先端が制限範囲７３を超える場合に、バケット３３の先端が制限範囲７３を超えないように、一連の動作が補正される。これにより、一連の動作において、バケット３３の先端が制限範囲７３を超えないようになる。よって、ティーチングなどによって、一連の動作を再設定する必要がないので、作業者の負担を軽減させることができる。

また、コントローラ（補正手段）１１は、一連の動作の少なくとも一部においてバケット３３の先端以外のアタッチメント３０の部分が制限範囲を超える場合に、この部分が制限範囲を超えないように、一連の動作を補正する。例えば、アーム３２の先端は、バケット３３の回動角度によっては、上部旋回体２２から最も遠い部分になる場合がある。また、ブーム３１の先端は、アーム３２の回動角度によっては、上部旋回体２２から最も遠い部分になる場合がある。これらの部分が制限範囲を超える場合に、これらの部分が制限範囲を超えないように、一連の動作を補正することで、これらの部分が制限範囲を超えないようにすることができる。

ここで、コントローラ１１による制限範囲７３の設定の一例を説明する。この例では、アタッチメント３０の特定部位であるバケット３３の先端が位置することが可能な複数の位置に基づいて、制限範囲７３が設定される。この設定方法は、制限範囲７３を明確に決められないような現場や、作業機械１の周辺の環境が変化するような現場において有効である。なお、アタッチメント３０の特定部位は、バケット３３の先端に限定されず、アーム３２の先端などであってもよい。

作業機械１の側面図である図５の（ａ）に示すように、まず、バケット３３の先端を上方に位置させ、バケット３３の先端の上限高さを設定する。次に、図５の（ｂ）に示すように、バケット３３の先端を下方に位置させ、バケット３３の先端の下限高さを設定する。次に、図５の（ｃ）に示すように、バケット３３の先端を前方に位置させ、バケット３３の先端の奥側の限度を設定する。次に、図５の（ｄ）に示すように、バケット３３の先端を手前側に位置させ、バケット３３の先端の手前側の限度を設定する。以上の４つの位置から、制限範囲７３が設定される。この設定方法で設定される制限範囲は、作業機械１の座標系（機械座標系）に設定されてもよいし、作業現場の座標系（例えば、グローバル座標系）に設定されてもよい。

このように、バケット３３の先端が位置することが可能な複数の位置に基づいて、制限範囲７３が設定される。複数の位置にバケット３３の先端を位置させることで、制限範囲７３を容易に設定することができる。これにより、制限範囲７３を明確に決められないような現場においても、制限範囲７３を容易に設定することができる。また、作業機械１の周辺の環境が変化するような現場においても、制限範囲７３を柔軟に設定することができる。

なお、図５では、作業機械１の前方に制限範囲７３を設定しているが、作業機械１の側面図である図６に示すように、作業機械１の前方だけでなく、作業機械１の後方にも、制限範囲７３を設定してよい。作業機械１の前方に設定された制限範囲７３は、上部旋回体２２の旋回角度が０°を中心に±９０°の範囲であり、作業機械１の後方に設定された制限範囲７３は、上部旋回体２２の旋回角度が１８０°を中心に±９０°の範囲である。図６の例では、作業機械１の後方にある障害物を避けるために、作業機械１の後方に設定された制限範囲７３は、上部旋回体２２の上方のみに設定されているが、これに限定されない。

図２に戻って、コントローラ（報知手段）１１は、自身が一連の動作を補正する場合に、その旨を携帯端末３に送信する。携帯端末３の携帯端末側コントローラ（報知手段）１５は、この旨を報知する。具体的には、携帯端末側コントローラ１５は、携帯端末３のディスプレイ１７にこの旨を表示させたり、携帯端末３のスピーカからこの旨を出音させたりする。これにより、一連の動作が補正されることを、作業機械１を管理する作業者に知らせることができる。

ここで、コントローラ１１が一連の動作を補正した結果、コントローラ１１が上部旋回体２２およびアタッチメント３０に一連の動作を行わせるのが困難になる場合がある。例えば、一連の動作を補正した結果、ブーム３１を回動させるブームシリンダ４１が伸びきってしまい、これ以上ブーム３１を上側に回動させることができなくなる結果、一連の動作を行うのが困難になる場合がある。このような場合に、コントローラ（停止制御手段）１１は、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作を停止させる。これにより、上部旋回体２２およびアタッチメント３０が無理な動作を行うのを抑制することができる。

ここで、作業機械１の位置が動いた場合を考える。作業機械１の座標系（機械座標系）に制限範囲７３が設定されている場合、作業機械１の動きに追随して制限範囲７３も動く。一方、作業現場の座標系（例えば、グローバル座標系）に制限範囲７３が設定されている場合、作業機械１が動くと、作業現場の座標系における作業機械１の位置が変化し、制限範囲７３と作業機械１との相対距離が変化する。

コントローラ（更新手段）１１は、作業現場の座標系に制限範囲７３が設定されている場合に、ＧＮＳＳセンサ２６が検出した上部旋回体２２の座標に基づいて、上部旋回体２２の座標から制限範囲７３までの距離を更新する。例えば、作業機械１の側面図である図７に示すように、上部旋回体２２の旋回中心から図中左方（Ｘ方向）に６０００ｍｍの位置に制限範囲７３を設定している場合において、作業機械１の側面図である図８に示すように、作業機械１が図中左方（Ｘ方向）に１０００ｍｍ移動した場合、上部旋回体２２の旋回中心から図中左方（Ｘ方向）の制限範囲７３までの距離を５０００ｍｍに更新する。

このように、作業機械１が動いた後の上部旋回体２２の座標に基づいて、上部旋回体２２の座標から制限範囲７３までの距離を更新する。この更新により、アタッチメント３０などと制限範囲７３との位置関係を判定することができる。これにより、作業機械１が動いた後に再度制限範囲７３を設定する必要がないので、作業者の負担を軽減させることができる。

図２に戻って、携帯端末３の携帯端末側通信装置１６は、作業機械１の作業機械側通信装置１２と通信可能である。携帯端末３の携帯端末側コントローラ１５は、携帯端末側通信装置１６を介して、作業機械１から、一連の動作でバケット３３の先端が描く軌跡７１の情報、および、一連の動作の補正の結果によってバケット３３の先端が描く軌跡７２の情報を受信する。また、携帯端末側コントローラ１５は、携帯端末側通信装置１６を介して、作業機械１から、設定された制限範囲７３の情報、および、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の制限範囲７３に対する位置関係の情報を受信する。

コントローラ（動作表示制御手段）１１および携帯端末側コントローラ（動作表示制御手段）１５は、一連の動作の情報と、コントローラ１１による補正結果とをディスプレイ（動作表示装置）１７に表示させる。具体的には、図３、図４に示すように、一連の動作でバケット３３の先端が描く軌跡７１と、補正の結果によってバケット３３の先端が描く軌跡７２とが、ディスプレイ１７に表示される。ディスプレイ１７を見た作業者は、一連の動作と、コントローラ１１による補正結果とを比較することで、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の補正後の動きを把握することができる。その結果、補正後の動きに問題があれば、補正条件を変更したり、一連の動作を再設定したりすることができる。

また、コントローラ（位置表示制御手段）１１および携帯端末側コントローラ（位置表示制御手段）１５は、設定された制限範囲７３と、制限範囲７３に対する上部旋回体２２およびアタッチメント３０の位置関係と、をディスプレイ（位置表示装置）１７に表示させる。具体的には、図３、図４に示すように、制限範囲７３と、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の図柄とが、ディスプレイ１７に表示される。ディスプレイ１７を見た作業者は、制限範囲７３に対する上部旋回体２２およびアタッチメント３０の位置関係を把握することができる。その結果、位置関係に問題があれば、作業機械１を移動させるなどすることができる。

（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、一連の動作の少なくとも一部においてバケット３３の先端が制限範囲７３を超える場合に、バケット３３の先端が制限範囲７３を超えないように、一連の動作が補正される。これにより、一連の動作において、バケット３３の先端が制限範囲７３を超えないようになる。よって、ティーチングなどによって、一連の動作を再設定する必要がないので、作業者の負担を軽減させることができる。

また、バケット３３の先端が位置することが可能な複数の位置に基づいて、制限範囲７３が設定される。複数の位置にバケット３３の先端を位置させることで、制限範囲７３を容易に設定することができる。これにより、制限範囲７３を明確に決められないような現場においても、制限範囲７３を容易に設定することができる。また、作業機械１の周辺の環境が変化するような現場においても、制限範囲７３を柔軟に設定することができる。

また、コントローラ１１が一連の動作を補正する場合に、その旨が報知される。これにより、一連の動作が補正されることを、作業機械１を管理する作業者に知らせることができる。

また、コントローラ１１が一連の動作を補正した結果、コントローラ１１が上部旋回体２２およびアタッチメント３０に一連の動作を行わせるのが困難になった場合に、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作が停止される。例えば、コントローラ１１が一連の動作を補正した結果、上部旋回体２２やアタッチメント３０の動作がその動作範囲を超えてしまうと、一連の動作を行うのが困難になる。このような場合に、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作を停止させることで、上部旋回体２２およびアタッチメント３０が無理な動作を行うのを抑制することができる。

また、作業現場の座標系に制限範囲７３が設定され、上部旋回体２２の座標に基づいて、この座標から制限範囲７３までの距離が更新される。作業機械１の座標系に制限範囲７３が設定されている場合、作業機械１の動きに追随して制限範囲７３も動く。一方、作業現場の座標系に制限範囲７３が設定されている場合、作業機械１が動くと、作業現場の座標系における作業機械１の位置が変化し、制限範囲７３と作業機械１との相対距離が変化する。この場合に、作業機械１が動いた後に検出された上部旋回体２２の座標に基づいて、この座標から制限範囲７３までの距離を更新する。この更新により、アタッチメント３０などと制限範囲７３との位置関係を判定することができる。これにより、作業機械１が動いた後に再度制限範囲７３を設定する必要がないので、作業者の負担を軽減させることができる。

また、一連の動作の少なくとも一部においてバケット３３の先端以外のアタッチメント３０の部分が制限範囲７３を超える場合に、この部分が制限範囲７３を超えないように、一連の動作が補正される。これにより、一連の動作において、バケット３３の先端以外のアタッチメント３０の部分が制限範囲７３を超えないようにすることができる。

また、一連の動作の情報と、コントローラ１１による補正結果と、がディスプレイ１７に表示される。ディスプレイ１７を見た作業者は、一連の動作と、コントローラ１１による補正結果とを比較することで、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の補正後の動きを把握することができる。その結果、補正後の動きに問題があれば、補正条件を変更したり、一連の動作を再設定したりすることができる。

また、設定された制限範囲７３と、制限範囲７３に対する上部旋回体２２およびアタッチメント３０の位置関係と、がディスプレイ１７に表示される。ディスプレイ１７を見た作業者は、制限範囲７３に対する上部旋回体２２およびアタッチメント３０の位置関係を把握することができる。その結果、位置関係に問題があれば、作業機械１を移動させるなどすることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の作業機械１０１について、図面を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と共通する構成およびそれにより奏される効果については説明を省略し、主に、第１実施形態と異なる点について説明する。なお、第１実施形態と同じ部材については、第１実施形態と同じ符号を付している。

第１実施形態では、図５に示したように、アタッチメント３０の特定部位であるバケット３３の先端が位置することが可能な複数の位置に基づいて、制限範囲７３が設定されていた。

本実施形態では、コントローラ（設定手段）１１は、管理装置４（図２参照）からの周囲状況に関する情報に基づいて、制限範囲７３を設定する。管理装置４は、作業現場の周囲状況を管理するものであり、例えば管理サーバである。管理装置４は、作業現場における障害物や通路などの位置を情報として管理している。

図２に示すように、作業機械１０１の作業機械側通信装置１２は、管理装置４と通信可能である。コントローラ１１は、管理装置４が管理する作業現場の周囲状況を、管理装置４から取得する。管理装置４が管理する情報を用いることで、例えば作業機械１の操作者は、制限範囲７３を設定するための操作をしなくて済む。よって、制限範囲７３を容易に設定することができる。

また、本実施形態では、作業機械１０１のコントローラ（設定手段）１１は、ＬｉＤＡＲ２７（図１参照）が取得した作業現場の周囲状況に基づいて、制限範囲７３を設定する。

ダンプカー５の荷台６の周辺を示す図である図９に示すように、ダンプカー５の荷台６に土砂を排土する場合を例に、制限範囲７３の設定方法を具体的に説明する。なお、ダンプカー５の荷台６に積載された土砂をバケット３３で均すような場合についても、同様の設定方法を適用することができる。

ＬｉＤＡＲ２７（図１参照）により、ダンプカー５の荷台６の周辺における周囲状況が取得される。ダンプカー５の荷台６に積載された土砂の量は、荷台６への排土回数とともに増加していく。つまり、周囲状況は、時々刻々と変化する。

図９に示すように、一連の動作により、バケット３３の先端は、点線で示す軌跡７１を描きながら、図中左側から右側に移動する。

コントローラ１１は、ＬｉＤＡＲ２７が取得した作業現場の周囲状況に基づいて、荷台６に積載された土砂の上方に、一点鎖線で示す制限範囲７３を設定する。一点鎖線よりも荷台６側が制限範囲７３外であり、一点鎖線よりも上方が制限範囲７３内である。コントローラ１１は、荷台６に積載された土砂の量の変化に応じて、制限範囲７３を時々刻々と変化させる。このように、周囲状況を取得することで、周囲状況の変化に応じた制限範囲７３を設定することができる。

図９に示す場合、バケット３３の先端が軌跡７１を描くと、荷台６の右側において、バケット３３の先端が土砂に衝突する。そこで、コントローラ（補正手段）１１は、バケット３３の先端が実線で示す軌跡７２を描くように、一連の動作を補正する。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る作業機械１０１によれば、作業現場の周囲状況を管理する管理装置４からの周囲状況に関する情報に基づいて、制限範囲７３が設定される。管理装置４が管理する情報を用いることで、例えば作業機械１０１の操作者は、制限範囲７３を設定するための操作をしなくて済む。よって、制限範囲７３を容易に設定することができる。

また、ＬｉＤＡＲ２７が取得した周囲状況に基づいて、制限範囲７３が設定される。周囲状況は、時々刻々と変化するが、周囲状況を取得することで、周囲状況の変化に応じた制限範囲７３を設定することができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の作業機械２０１について、図面を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と共通する構成およびそれにより奏される効果については説明を省略し、主に、第１実施形態と異なる点について説明する。なお、第１実施形態と同じ部材については、第１実施形態と同じ符号を付している。

第１実施形態では、図３、図４に示したように、一連の動作の少なくとも一部においてバケット３３の先端が制限範囲７３を超える場合に、一連の動作を補正していた。具体的には、バケット３３の先端がＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点の順番で移動するとき、Ｃ点が制限範囲７３外に位置する場合に、Ｃ点が制限範囲７３内に位置するように、一連の動作を補正していた。

本実施形態では、一連の動作の少なくとも一部においてバケット３３の先端が制限範囲７３を超える可能性がある場合について説明する。作業機械２０１の側面図である図１０に示すように、Ａ点とＢ点とが目標点として設定されている。本実施形態において、Ａ点とＢ点とは制限範囲７３に近い。また、Ｂ点はＡ点の下方に位置してＡ点よりも制限範囲７３に近い。Ａ点とＢ点との間隔は、図４におけるＡ点とＢ点との間隔よりも大きい。

作業機械２０１のコントローラ（制御手段）１１は、バケット３３の先端がＡ点とＢ点とを順番に通るように上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御することで、上部旋回体２２およびアタッチメント３０に一連の動作を行わせる。この場合、Ａ点とＢ点との間におけるバケット３３の先端の経路は決まっていない。つまり、Ａ点とＢ点との間では、どのような経路も取り得る。そのため、経路によっては、点線で示す軌跡７１のように、バケット３３の先端が制限範囲７３を超える可能性がある。

そこで、コントローラ（中間点設定手段）１１は、補正前の一連の動作におけるＡ点とＢ点との間において、バケット３３の先端が制限範囲７３を超える可能性がある場合に、Ａ点とＢ点との間かつ制限範囲７３内に中間点を設定する。本実施形態では、Ａ点とＢ点との間に、中間点Ａ１と中間点Ａ２とが設定されているが、中間点の数は１つでも３つ以上でもよい。

ここで、コントローラ１１は、Ａ点とＢ点とを結ぶ線Ｌ１上に２つの中間点Ａ１，Ａ２を設定する。本実施形態において、線Ｌ１は直線であるが、曲線などであってもよい。なお、側面図である図１０に示すように、作業機械２０１を側方から見て、線Ｌ１は直線であるが、上部旋回体２２の旋回方向に見ても（作業機械２０１を上方から見ても）、線Ｌ１は直線である。２つの中間点Ａ１，Ａ２は、Ｘ方向（左右方向）に等間隔に設定されてもよいし、Ｚ方向（上下方向）に等間隔に設定されてもよいし、線Ｌ１を等分した位置に設定されてもよい。２つの中間点Ａ１，Ａ２の位置を、Ａ点とＢ点とを結ぶ線Ｌ１上にすることで、中間点を簡易に設定することができる。

コントローラ（補正手段）１１は、バケット３３の先端が中間点Ａ１，Ａ２を通るように、一連の動作を補正する。これにより、制限範囲７３に近いＡ点とＢ点との間においても、バケット３３の先端が制限範囲７３を超えないようにすることができる。

なお、以下のようにして中間点を設定してもよい。作業機械２０１の側面図である図１１に示すように、コントローラ（中間点設定手段）１１は、Ａ点とＢ点との間かつ制限範囲７３内に中間点Ｃを設定する。Ｂ点は、Ａ点とＢ点とのうち、補正前の一連の動作の下流側の目標点（下流側目標点）である。中間点Ｃは、Ｂ点を通る直線Ｌ２上に設定される。直線Ｌ２は、補正前の一連の動作によってバケット３３の先端がＢ点を通る際の水平面とアタッチメント３０の動作方向とがなす角度で水平面から傾斜している。本実施形態において、Ｂ点における一連の動作は、掘削である。このように中間点Ｃを設定することで、Ｂ点においてアタッチメント３０に一連の動作による作業（掘削作業）を好適に行わせることができる。

ここで、側面図である図１１に示すように、作業機械２０１を側方から見て、中間点ＣはＡ点の直下に位置しているが、上部旋回体２２の旋回方向に見て（作業機械２０１を上方から見て）、中間点ＣはＡ点とＢ点との間に位置している。

なお、直線Ｌ２は、Ｂ点においてアタッチメント３０が所定の作業を行う際の水平面とアタッチメント３０の動作方向とがなす角度で水平面から傾斜していてもよい。本実施形態において、Ｂ点における所定の作業は、掘削作業である。この場合にも、Ｂ点においてアタッチメント３０に所定の作業（掘削作業）を好適に行わせることができる。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る作業機械２０１によれば、補正前の一連の動作における２つの目標点（Ａ点、Ｂ点）間において、バケット３３の先端が制限範囲７３を超える可能性がある場合に、２つの目標点の間かつ制限範囲７３内に中間点（中間点Ａ１，Ａ２、中間点Ｃ）が設定される。そして、バケット３３の先端が中間点を通るように、一連の動作が補正される。バケット３３の先端が複数の目標点を順番に通るように上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御する場合、目標点同士の間隔が大きいと、制限範囲７３に近い目標点間では、バケット３３の先端が制限範囲７３を超える可能性がある。そこで、２つの目標点の間かつ制限範囲７３に中間点を設定し、バケット３３の先端が中間点を通るように、一連の動作を補正する。これにより、制限範囲７３に近い目標点間においても、バケット３３の先端が制限範囲７３を超えないようにすることができる。

また、２つの目標点を結ぶ線Ｌ１上に中間点Ａ１，Ａ２が設定される。これにより、中間点Ａ１，Ａ２を簡易に設定することができる。

また、補正前の一連の動作によってバケット３３の先端が下流側目標点（Ｂ点）を通る際の水平面とアタッチメント３０の動作方向とがなす角度で水平面から傾斜し、下流側目標点を通る直線Ｌ２上に中間点Ｃが設定される。このように中間点Ｃを設定することで、下流側目標点においてアタッチメント３０に一連の動作による作業を好適に行わせることができる。

また、下流側目標点（Ｂ点）において、アタッチメント３０が所定の作業を行う際の水平面とアタッチメント３０の動作方向とがなす角度で水平面から傾斜し、下流側目標点を通る直線Ｌ２上に中間点Ｃが設定される。このように中間点Ｃを設定することで、下流側目標点においてアタッチメント３０に所定の作業を好適に行わせることができる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態の作業機械３０１について、図面を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と共通する構成およびそれにより奏される効果については説明を省略し、主に、第１実施形態と異なる点について説明する。なお、第１実施形態と同じ部材については、第１実施形態と同じ符号を付している。

第１実施形態では、図３、図４に示すように、制限範囲７３外に位置するＣ点を制限範囲７３内に補正する結果、ティーチングによるバケット３３の先端の軌跡７１は、実線で示す軌跡７２のように補正されていた。

本実施形態では、バケット３３で土砂（掘削対象物）を掘削する掘削動作を補正する。つまり、一連の動作の少なくとも一部は、バケット３３で土砂を掘削する掘削動作である。なお、掘削対象物は土砂に限定されず、石や廃棄物などであってもよい。

作業機械３０１の側面図である図１２に示すように、点線で囲われた範囲の土砂を掘削する場合において、一点鎖線で示す制限範囲７３が、掘削動作の開始点Ａよりも作業機械３０１側を通るように設定されている場合を考える。開始点Ａは、掘削動作の端点であって、土面の高さに位置している。制限範囲７３は、開始点Ａよりも作業機械３０１側において土砂を垂直に横切り、土砂の底面に沿って作業機械３０１に向かって延びた後に、作業機械３０１の手前側において土砂を垂直に横切り、作業機械３０１が載る地面に沿って図中左方に延びている。この場合、点線で示す軌跡７１で掘削動作を行うと、掘削動作の開始点Ａにおいて、バケット３３の先端が制限範囲７３を超える。

そこで、第１実施形態のように、開始点Ａを制限範囲７３の境界まで移動させる補正を行うと、バケット３３の先端は実線で示す軌跡７２を描くようになる。しかし、この軌跡７２では、バケット３３の貫入角度がほぼ垂直となり、実線で示す軌跡７２にバケット３３の先端を追従させるのが困難になる。

そこで、ＬｉＤＡＲ（高さ検出装置）２７（図１参照）で、土面の高さを検出する。そして、作業機械３０１の側面図である図１３に実線で示すように、コントローラ（補正手段）１１は、補正後の掘削動作における開始点Ｘが制限範囲７３内の土面の高さに位置するように、掘削動作の範囲全体を作業機械３０１の方に水平移動させる。このように、掘削動作の範囲全体を水平移動させることで、補正前のバケット３３の動きを流用することができる。これにより、掘削動作を円滑に行うことができる。

ここで、図１３に示すように、開始点Ａが補正によって補正後の開始点Ｘまで水平移動される距離ａと、掘削動作の終了点Ｂが補正によって補正後の終了点Ｙまで水平移動される距離ａとは同じである。

作業機械３０１の側面図である図１４に示すように、掘削動作の終了点Ｂが制限範囲７３外に位置する場合、同様にして、掘削動作の範囲全体が作業機械３０１から離れる方向に水平移動させる。終了点Ｂは、掘削動作の端点であって、土面の高さに位置している。制限範囲７３は、図１２と同様に設定されている。

ここで、制限範囲７３における作業機械３０１に近い側の境界線上の土面にＣ点を設け、Ｃ点と同じ高さで制限範囲７３外に位置する終了点Ｂを求める。また、制限範囲７３における作業機械３０１から遠い側の境界線上の土面にＤ点を設ける。Ｃ点と終了点Ｂとの水平方向の距離ｘが、Ｄ点と開始点Ａとの水平方向の距離ｙよりも長い場合、掘削動作の範囲全体を距離ｘだけ水平移動させると、補正後の掘削動作の開始点Ｘが制限範囲７３を超えてしまう。この場合、補正後の掘削動作の開始点Ｘが制限範囲７３を超えないように、掘削動作の範囲全体を距離ｙだけ水平移動させる。この場合、水平移動後の掘削動作の開始点Ｘは、Ｄ点に重なる。

ここで、水平移動後の掘削動作の終了点Ｙは、制限範囲７３外なので、バケット３３の先端は、Ｃ点の下方のＥ点からＣ点までほぼ垂直に上がる軌跡７４を描くように修正される。Ｃ点は、修正後の掘削動作の終了点である。

作業機械３０１の側面図である図１５に示すように、補正後の掘削動作の開始点Ｘが制限範囲７３の境界に位置するように、掘削動作の範囲全体を作業機械３０１の方に水平移動させた結果、補正後の掘削動作の終了点Ｙが制限範囲７３外に位置する場合がある。制限範囲７３は、図１２と同様に設定されている。この場合、バケット３３の先端が、Ｃ点の下方のＥ点からＣ点までほぼ垂直に上がる軌跡７４を描くように修正される。ここで、Ｃ点は、制限範囲７３における作業機械３０１に近い側の境界線上の土面に設けられた目標点である。Ｅ点は、制限範囲７３における作業機械３０１に近い側の境界線と、補正後のバケット３３の軌跡７２との交点である。Ｃ点は、修正後の掘削動作の終了点である。この場合、終了点ＹとＣ点とＥ点とで囲まれた領域分だけ、土砂の掘削量が減少する。

そこで、コントローラ（補正手段）１１は、掘削動作の範囲全体を水平移動させた結果、バケット３３の掘削量が減少する場合に、減少する掘削量を補償するように、バケット３３で土砂を掘削する深さを深くする。

具体的には、作業機械３０１の側面図である図１６に示すように、軌跡７２上におけるバケット３３の最下点にＤ点を設け、制限範囲７３における作業機械３０１に近い側の境界線と、補正後のバケット３３の軌跡７２との交点にＥ点を設ける。なお、軌跡７２上におけるバケット３３の最下点が複数ある場合には、任意の最下点を選択する。そして、Ｄ点からＥ点までの軌跡を下方に移動させる。これにより、軌跡７２は軌跡７５に修正される。このとき、Ｄ点を下方にずらしたＦ点と、Ｅ点を下方にずらしたＧ点と、Ｄ点とＥ点とで囲まれた領域の断面積Ｓ２が、終了点ＹとＣ点とＥ点とで囲まれた領域の断面積Ｓ１と同じになるように、Ｄ点からＥ点までの軌跡を下方に移動させる。これにより、減少する掘削量が補償されるので、作業効率の悪化を低減させることができる。

ここで、Ｄ点からＥ点までの軌跡を下方に移動させただけでは、修正後の軌跡７５に段差が生じ、バケット３３を滑らかに動かせない場合がある。そこで、コントローラ（補正手段）１１は、バケット３３で土砂を掘削する深さを深くした場合に、掘削動作の範囲全体にわたってバケット３３が滑らかに移動するように、掘削動作によるバケットの軌跡７５を修正する。

具体的には、補正後のバケット３３の軌跡７２上におけるＤ点よりも距離ｔだけ上流側の位置にＨ点を設け、Ｈ点とＦ点とが直線で結ばれるように、修正後の軌跡７５を修正する。これにより、掘削動作の範囲全体にわたってバケット３３を滑らかに移動させることができる。ここで、距離ｔは、任意に設定されてもよいし、Ｆ点の深さに応じて設定されてもよい。

なお、Ｄ点からＥ点までの軌跡を下方に移動させる際には、Ｆ点が制限範囲７３を下方に超えないようにされる。そのため、Ｆ点の高さ位置によっては、断面積Ｓ２を断面積Ｓ１と同じにすることができない場合がある。

（コントローラの動作）
次に、コントローラ１１の処理のフローチャートである図１７を参照して、第４実施形態の作業機械３０１におけるコントローラ１１の動作を説明する。

まず、コントローラ１１は、補正前の掘削動作の端点（開始点Ａ、終了点Ｂ）が制限範囲７３外に位置しているか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、補正前の掘削動作の端点が制限範囲７３外に位置していると判定した場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、図１３、図１４に示すように、コントローラ１１は、掘削動作の範囲全体を水平移動させる（ステップＳ２）。

ステップＳ１において、補正前の掘削動作の端点が制限範囲７３外に位置していないと判定した場合（Ｓ１：ＮＯ）、または、ステップＳ２の後に、コントローラ１１は、補正後の掘削動作の端点（終了点Ｙ）が制限範囲７３外に位置しているか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、補正後の掘削動作の端点（終了点Ｙ）が制限範囲７３外に位置していると判定した場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、図１４、図１５に示すように、コントローラ１１は、軌跡７２を修正する（ステップＳ４）。具体的には、図１４、図１５に示すように、Ｅ点からＣ点までほぼ垂直に上がる軌跡７４を描くように軌跡７２が修正される。

次に、コントローラ１１は、バケット３３の掘削量が減少したか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、バケット３３の掘削量が減少したと判定した場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、図１６に示すように、コントローラ１１は、掘削量を補償する（ステップＳ６）。具体的には、図１６に示すように、Ｄ点からＥ点までの軌跡が下方に移動される。

ステップＳ３において、補正後の掘削動作の端点（終了点Ｙ）が制限範囲７３外に位置していないと判定した場合（Ｓ３：ＮＯ）、または、ステップＳ５において、バケット３３の掘削量が減少していないと判定した場合（Ｓ５：ＮＯ）、または、ステップＳ６の後に、コントローラ１１は、バケット３３の最下点が制限範囲７３外であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７において、バケット３３の最下点が制限範囲７３外であると判定した場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、バケット３３の最下点を修正する（ステップＳ８）。具体的には、図１６に示すように、Ｆ点が制限範囲７３を下方に超えないようにされる。

ステップＳ７において、バケット３３の最下点が制限範囲７３外でないと判定した場合（Ｓ７：ＮＯ）、または、ステップＳ８の後に、コントローラ１１は、掘削動作をアタッチメント３０に行わせる（ステップＳ９）。そして、フローを終了する。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る作業機械３０１によれば、掘削動作の開始点Ａまたは終了点Ｂである端点が、補正前の掘削動作において制限範囲７３外に位置する場合に、補正後の掘削動作における端点が制限範囲７３内に位置するように、掘削動作が水平移動される。制限範囲７３に沿ってバケット３３を動かすように補正した場合、バケット３３の角度を滑らかに変化させることができない場合があり、掘削作業に支障が生じる。そこで、掘削動作を水平移動させることで、補正前のバケット３３の動きを流用することができる。これにより、掘削動作を円滑に行うことができる。

また、掘削動作を水平移動させた結果、バケット３３の掘削量が減少する場合に、減少する掘削量が補償されるように、バケット３３で土砂を掘削する深さが深くされる。減少する掘削量を補償することで、作業効率の悪化を低減させることができる。

また、バケット３３で土砂を掘削する深さを深くした場合に、掘削動作の範囲全体にわたってバケット３３が滑らかに移動するように、掘削動作によるバケット３３の軌跡７５が修正される。バケット３３で土砂を掘削する深さを深くしただけでは、バケット３３の軌跡７５に段差が生じて、バケット３３を滑らかに動かせない場合がある。そこで、掘削動作の範囲全体にわたってバケット３３が滑らかに移動するように、掘削動作によるバケット３３の軌跡７５を修正する。これにより、掘削動作の範囲全体にわたってバケット３３を滑らかに移動させることができる。

［第５実施形態］
次に、第５実施形態の作業機械４０１について、図面を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と共通する構成およびそれにより奏される効果については説明を省略し、主に、第１実施形態と異なる点について説明する。なお、第１実施形態と同じ部材については、第１実施形態と同じ符号を付している。

本実施形態では、第４実施形態と同様に、バケット３３で土砂を掘削する掘削動作を補正する。つまり、一連の動作の少なくとも一部は、バケット３３で土砂を掘削する掘削動作である。本実施形態においても、ＬｉＤＡＲ（高さ検出装置）２７（図１参照）で、土面の高さを検出する。

まず、作業機械４０１の側面図である図１８に示すように、点線を土面とする土砂を掘削する場合において、点線で示す制限範囲７３が、掘削動作の開始点Ａよりも作業機械４０１側を通るように設定されている場合を考える。開始点Ａは、土面の高さに位置している。制限範囲７３は、開始点Ａよりも作業機械３０１側において土砂を垂直に横切り、作業機械４０１に向かって水平に延びた後に、作業機械３０１の手前側において土砂を垂直に横切り、作業機械４０１が載る地面に沿って図中左方に延びている。この場合、点線で示す軌跡７１で掘削動作を行うと、掘削動作の開始点Ａにおいて、バケット３３の先端が制限範囲を超える。

そこで、第１実施形態のように、開始点Ａを制限範囲７３の境界まで移動させる補正を行うと、バケット３３の先端は実線で示す軌跡７２を描くようになる。補正後の開始点Ｘは、制限範囲７３の境界線上に位置する。このように、掘削動作を補正することにより、バケット３３の先端の軌跡が変わる。これにより、掘削動作の少なくとも開始部分において、バケット３３の対地角度が変わる。

ここで、バケット３３の側面図である図１９に示すように、バケット３３の対地角度θとは、鉛直方向からバケット３３の上面３３ａが向く方向までの角度であり、鉛直方向を０°とする。

土中において、バケット３３の対地角度が大きくなる方向に対地角度が変わると、掘削抵抗が増える結果、土砂をうまく掘削できない。そこで、本実施形態では、コントローラ（補正手段）１１は、掘削動作を補正する場合に、事前に設定されたバケット３３の対地角度である設定角度に基づいて、補正後におけるバケット３３の対地角度を設定する。ここで、事前に設定されたバケット３３の対地角度とは、ティーチングや数値入力などによって設定されたバケット３３の対地角度である。

具体的には、コントローラ１１は、土砂にバケット３３を貫入する際のバケット３３の対地角度を、補正前の掘削動作により土砂にバケット３３を貫入する際のバケット３３の対地角度に設定する。土砂にバケット３３を貫入する際のバケット３３の対地角度とは、図１８において、補正前の掘削動作による開始点Ａ、および、補正後の掘削動作による開始点Ｘにおいて、土砂にバケット３３を貫入する際のバケット３３の対地角度である。

バケット３３の貫入時において、補正前の掘削動作によるバケット３３の対地角度を流用することで、地面にバケット３３を確実に貫入させることができる。

また、コントローラ１１は、土砂からバケット３３を抜き出す際のバケット３３の対地角度を、補正前の掘削動作により土砂からバケット３３を抜き出す際のバケット３３の対地角度に設定する。土砂からバケット３３を抜き出す際のバケット３３の対地角度とは、図１８において、補正前の掘削動作による終了点Ｂ、および、補正後の掘削動作による終了点Ｙにおいて、土砂からバケット３３を抜き出す際のバケット３３の対地角度である。図１８において、終了点Ｂと終了点Ｙとは同じである。

土砂からバケット３３を抜き出す際において、補正前の掘削動作によるバケット３３の対地角度を流用することで、バケット３３から土砂がこぼれるのを抑制することができる。

また、コントローラ１１は、掘削動作の少なくとも一部において、補正前の掘削動作の開始点Ａおよび終了点Ｂの各々におけるバケット３３の対地角度と、補正前の掘削動作と補正後の掘削動作の各々におけるバケット３３の先端の軌跡７１，７２の経路長とに基づいて、補正後の掘削動作におけるバケット３３の対地角度を設定する。本実施形態では、掘削動作の全て、つまり、開始点Ｘと終了点Ｙとの間の範囲の全てが対象であるが、掘削動作の一部、つまり、開始点Ｘと終了点Ｙとの間の範囲の一部が対象であってもよい。

補正前の掘削動作によるバケット３３の先端の軌跡７１、および、補正後の掘削動作によるバケット３３の先端の軌跡７２を図２０に示す。補正前の掘削動作の開始点Ａにおけるバケット３３の対地角度をｘ、補正前の掘削動作の終了点Ｂにおけるバケット３３の対地角度をｙとする。なお、補正後の掘削動作の開始点Ｘにおけるバケット３３の対地角度もｘであり、補正後の掘削動作の終了点Ｙにおけるバケット３３の対地角度もｙである。補正前のバケット３３の先端の軌跡７１の経路長をａとし、補正後のバケット３３の先端の軌跡７２の経路長をｂとする。コントローラ１１は、軌跡７２上における開始点Ｘと終了点Ｙとの間の任意の位置におけるバケット３３の対地角度ｚを、以下の式（１）により求める。ここで、軌跡７２上の任意の位置は、軌跡７１上における開始点Ａと終了点Ｂとの間の任意の位置に対応している。軌跡７１上の任意の位置は、開始点Ａから距離ｃ離れている。
ｚ＝ｘ＋（ｙ－ｘ）×（ｃ／ａ）×ｂ ・・・式（１）

上記の式（１）のようにバケット３３の対地角度ｚを設定することで、補正前のバケット３３の対地角度が適切であれば、補正後のバケット３３の対地角度も適切になる。これにより、掘削動作の補正でバケット３３の先端の軌跡が変わっても、掘削抵抗を抑えて、土砂を好適に掘削することができる。

なお、上記の式（１）の代わりに、下記の式（２）を用いて、開始点Ｘと終了点Ｙとの間の任意の軌跡７２上の位置ｃにおけるバケット３３の対地角度ｚを求めてもよい。
ｚ＝ｘ＋（ｙ－ｘ）×（ｆ／ｄ）×ｅ ・・・式（２）

ここで、式（２）において、ｄは、補正前の掘削動作における開始点Ａと終了点Ｂとの水平方向の長さであり、ｅは、補正後の掘削動作における開始点Ｘと終了点Ｙとの水平方向の長さであり、ｆは、軌跡７１上における開始点Ａと終了点Ｂとの間の任意の位置と開始点Ａとの間の水平距離である。

上記の式（２）のように、コントローラ１１は、掘削動作の少なくとも一部において、補正前の掘削動作の開始点Ａおよび終了点Ｂの各々におけるバケット３３の対地角度と、補正前の掘削動作と補正後の掘削動作の各々における開始点と終了点との間の水平方向の長さｄ，ｅとに基づいて、補正後の掘削動作におけるバケット３３の対地角度ｚを設定する。このようにして、バケット３３の対地角度ｚを設定しても、補正前のバケット３３の対地角度が適切であれば、補正後のバケット３３の対地角度も適切になる。

また、図１８に示すように、制限範囲７３の境界線上であって、補正後の開始点Ｘの直下の最下点に目標点Ｄを設定し、目標点Ｄから終了点Ｙまでは、補正前のバケット３３の対地角度に設定し、開始点Ｘから目標点Ｄまでは、上記の式（１）や式（２）でバケット３３の対地角度を設定してもよい。また、開始点Ｘから目標点Ｄまでは、開始点Ｘにおけるバケット３３の対地角度ｘを維持してもよい。

次に、作業機械４０１の側面図である図２１に示すように、点線を土面とする土砂を掘削する場合において、点線で示す制限範囲７３が、掘削動作の終了点Ｂよりも作業機械３０１から離れた位置を通るように設定されている場合を考える。終了点Ｂは、土面の高さに位置している。制限範囲７３は、図１８と同様に設定されている。この場合、一点鎖線で示す軌跡７１で掘削動作を行うと、掘削動作の終了点Ｂにおいて、バケット３３の先端が制限範囲７３を超える。

そこで、第１実施形態のように、終了点Ｂを制限範囲７３の境界まで移動させる補正を行うと、バケット３３の先端は実線で示す軌跡７２を描くようになる。補正後の掘削動作の終了点Ｙは、制限範囲７３の境界線上に位置する。このように、掘削動作を補正することにより、バケット３３の先端の軌跡が変わる。これにより、掘削動作の少なくとも終了部分において、バケット３３の対地角度が変わる。

図２１において、補正前の開始点Ａと補正後の開始点Ｘとは同じである。この場合にも、図１８、図２０を用いて説明したやり方で、バケット３３の対地角度が設定される。そのため、詳細な説明を省略する。

次に、作業機械４０１の側面図である図２２に示すように、点線で示す制限範囲７３が、掘削動作によるバケット３３の最下点よりも上方に設定されている場合を考える。制限範囲７３は、図１８と同様に設定されている。この場合、点線で示す軌跡７１で掘削動作を行うと、軌跡７１の中ほどにおいて、バケット３３の先端が制限範囲を超える。

そこで、第１実施形態のように、バケット３３の最下点を制限範囲７３の境界まで上方に移動させる補正を行うと、バケット３３の先端は実線で示す軌跡７２を描くようになる。このように、掘削動作を補正することにより、バケット３３の先端の軌跡が変わる。これにより、掘削動作の少なくとも中央部において、バケット３３の対地角度が変わる。

土中において、バケット３３の対地角度が大きくなる方向に対地角度が変わると、掘削抵抗が増える結果、土砂をうまく掘削できない。そこで、コントローラ（補正手段）１１は、軌跡７２上の最下点におけるバケット３３の対地角度を、バケット３３の底面３３ｂ（図１９参照）が水平となるバケット３３の対地角度以下の角度に設定する。ここで、軌跡７２上の最下点とは、図２２において、目標点Ｅと目標点Ｆとの間のすべての範囲である。目標点Ｅおよび目標点Ｆは、補正前の軌跡７１と制限範囲７３の下側の境界とが交差する位置にそれぞれ設定される。

軌跡７２上の最下点において、バケット３３の対地角度を、バケット３３の底面３３ｂが水平となるバケット３３の対地角度以下の角度に設定することで、軌跡７２上の最下点において、掘削抵抗を抑えることができる。これにより、土砂を好適に掘削することができる。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る作業機械４０１によれば、掘削動作が補正される場合に、事前に設定されたバケット３３の対地角度である設定角度に基づいて、補正後におけるバケット３３の対地角度が設定される。掘削動作を補正することにより、バケット３３の先端の軌跡が変わる。これにより、掘削動作の少なくとも一部において、バケット３３の対地角度が変わる。土中において、バケット３３の対地角度が大きくなる方向に対地角度が変わると、掘削抵抗が増える結果、土砂をうまく掘削できない。そこで、ティーチングなどによって事前に設定されたバケット３３の対地角度に基づいて、補正後におけるバケット３３の対地角度を設定する。これにより、掘削動作の補正でバケット３３の先端の軌跡が変わっても、掘削抵抗を抑えて、土砂を好適に掘削することができる。

また、土砂にバケット３３を貫入する際のバケット３３の対地角度が、補正前の掘削動作により土砂にバケット３３を貫入する際のバケット３３の対地角度に設定される。バケット３３の貫入時において、補正前の掘削動作によるバケット３３の対地角度を流用することで、地面にバケット３３を確実に貫入させることができる。

また、土砂からバケット３３を抜き出す際のバケット３３の対地角度が、補正前の掘削動作により土砂からバケット３３を抜き出す際のバケット３３の対地角度に設定される。土砂からバケット３３を抜き出す際において、補正前の掘削動作によるバケット３３の対地角度を流用することで、バケット３３から土砂がこぼれるのを抑制することができる。

また、掘削動作の少なくとも一部において、補正前の掘削動作の開始点Ａおよび終了点Ｂの各々におけるバケット３３の対地角度と、補正前の掘削動作と補正後の掘削動作の各々におけるバケット３３の先端の軌跡７１，７２の経路長とに基づいて、補正後の掘削動作におけるバケット３３の対地角度が設定される。このようにバケット３３の対地角度を設定することで、補正前のバケット３３の対地角度が適切であれば、補正後のバケット３３の対地角度も適切になる。これにより、掘削動作の補正でバケット３３の先端の軌跡が変わっても、掘削抵抗を抑えて、土砂を好適に掘削することができる。

また、掘削動作の少なくとも一部において、補正前の掘削動作の開始点Ａおよび終了点Ｂの各々におけるバケット３３の対地角度と、補正前の掘削動作と補正後の掘削動作の各々における開始点と終了点との水平方向の長さとに基づいて、補正後の掘削動作におけるバケット３３の対地角度が設定される。このようにバケット３３の対地角度を設定することで、補正前のバケット３３の対地角度が適切であれば、補正後のバケット３３の対地角度も適切になる。これにより、掘削動作の補正でバケット３３の先端の軌跡が変わっても、掘削抵抗を抑えて、土砂を好適に掘削することができる。

また、バケットの先端の軌跡上の最下点におけるバケット３３の対地角度が、バケット３３の底面が水平となるバケット３３の対地角度以下の角度に設定される。これにより、バケット３３の先端の軌跡上の最下点において、掘削抵抗を抑えることができる。これにより、土砂を好適に掘削することができる。

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。

１ 作業機械
３ 携帯端末
４ 管理装置
５ ダンプカー
６ 荷台
１１ コントローラ（制御手段、設定手段、補正手段、更新手段、動作表示制御手段、位置表示制御手段、中間点設定手段、報知手段、停止制御手段）
１２ 作業機械側通信装置
１３ 記憶装置
１５ 携帯端末側コントローラ（動作表示制御手段、位置表示制御手段、報知手段）
１６ 携帯端末側通信装置
１７ ディスプレイ（動作表示装置、位置表示装置）
２１ 下部走行体
２２ 上部旋回体
２３ キャブ
２４ 旋回装置
２５ 機械本体
２６ ＧＮＳＳセンサ（座標検出装置）
２７ ＬｉＤＡＲ（取得装置、高さ検出装置）
３０ アタッチメント
３１ ブーム
３２ アーム
３３ バケット
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
７１，７２，７４，７５ 軌跡
７３ 制限範囲

Claims (24)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体の上部に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
   前記上部旋回体に回動可能に取り付けられたアタッチメントと、
   前記上部旋回体および前記アタッチメントが一連の動作を行うように、前記上部旋回体および前記アタッチメントを制御する制御手段と、
   前記アタッチメントの動作の制限範囲を設定する設定手段と、
   前記一連の動作の少なくとも一部において前記アタッチメントの少なくとも一部が前記制限範囲を超える場合または超える可能性がある場合に、前記アタッチメントの少なくとも一部が前記制限範囲を超えないように、前記一連の動作を補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする作業機械。
2. 前記設定手段は、前記アタッチメントの特定部位が位置することが可能な複数の位置に基づいて、前記制限範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
3. 前記設定手段は、作業現場の周囲状況を管理する管理装置からの前記周囲状況に関する情報に基づいて、前記制限範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
4. 作業現場の周囲状況を取得する取得装置を有し、
   前記設定手段は、前記取得装置が取得した前記周囲状況に基づいて、前記制限範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
5. 前記制御手段は、前記アタッチメントの特定部位が複数の目標点を順番に通るように前記上部旋回体および前記アタッチメントを制御することで、前記上部旋回体および前記アタッチメントに前記一連の動作を行わせ、
   前記補正前の前記一連の動作における２つの前記目標点間において、前記アタッチメントの少なくとも一部が前記制限範囲を超える可能性がある場合に、２つの前記目標点の間かつ前記制限範囲内に中間点を設定する中間点設定手段を有し、
   前記補正手段は、前記特定部位が前記中間点を通るように、前記一連の動作を補正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。
6. 前記中間点設定手段は、２つの前記目標点を結ぶ線上に前記中間点を設定することを特徴とする請求項５に記載の作業機械。
7. 前記中間点設定手段は、２つの前記目標点のうち、補正前の前記一連の動作の下流側の前記目標点である下流側目標点を、補正前の前記一連の動作によって前記特定部位が通る際の水平面と前記アタッチメントの動作方向とがなす角度で前記水平面から傾斜し、前記下流側目標点を通る直線上に前記中間点を設定することを特徴とする請求項５に記載の作業機械。
8. 前記中間点設定手段は、２つの前記目標点のうち、補正前の前記一連の動作の下流側の前記目標点である下流側目標点において、前記アタッチメントが所定の作業を行う際の水平面と前記アタッチメントの動作方向とがなす角度で前記水平面から傾斜し、前記下流側目標点を通る直線上に前記中間点を設定することを特徴とする請求項５に記載の作業機械。
9. 前記アタッチメントはバケットを有し、
   前記一連の動作の少なくとも一部は、前記バケットで掘削対象物を掘削する掘削動作であり、
   前記掘削対象物の表面の高さを検出する高さ検出装置を有し、
   前記補正手段は、前記掘削動作の開始点または終了点であって、前記表面の高さに位置する端点が、補正前の前記掘削動作において前記制限範囲外に位置する場合に、補正後の前記掘削動作における前記端点が前記制限範囲内の前記表面の高さに位置するように、前記掘削動作を水平移動させ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。
10. 前記補正手段は、前記掘削動作を水平移動させた結果、前記バケットの掘削量が減少する場合に、減少する掘削量を補償するように、前記バケットで前記掘削対象物を掘削する深さを深くすることを特徴とする請求項９に記載の作業機械。
11. 前記補正手段は、前記バケットで前記掘削対象物を掘削する深さを深くした場合に、前記掘削動作の範囲全体にわたって前記バケットが滑らかに移動するように、前記掘削動作による前記バケットの軌跡を修正することを特徴とする請求項１０に記載の作業機械。
12. 前記アタッチメントはバケットを有し、
    前記一連の動作の少なくとも一部は、前記バケットで掘削対象物を掘削する掘削動作であり、
    前記補正手段は、前記掘削動作を補正する場合に、事前に設定された前記バケットの対地角度である設定角度に基づいて、補正後における前記バケットの対地角度を設定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。
13. 前記補正手段は、前記掘削対象物に前記バケットを貫入する際の前記バケットの対地角度を、補正前の前記掘削動作により前記掘削対象物に前記バケットを貫入する際の前記バケットの対地角度に設定することを特徴とする請求項１２に記載の作業機械。
14. 前記補正手段は、前記掘削対象物から前記バケットを抜き出す際の前記バケットの対地角度を、補正前の前記掘削動作により前記掘削対象物から前記バケットを抜き出す際の前記バケットの対地角度に設定することを特徴とする請求項１２に記載の作業機械。
15. 前記補正手段は、前記掘削動作の少なくとも一部において、補正前の前記掘削動作の開始点および終了点の各々における前記バケットの対地角度と、補正前の前記掘削動作と補正後の前記掘削動作の各々における前記バケットの先端の軌跡の経路長とに基づいて、補正後の前記掘削動作における前記バケットの対地角度を設定することを特徴とする請求項１２に記載の作業機械。
16. 前記補正手段は、前記掘削動作の少なくとも一部において、補正前の前記掘削動作の開始点および終了点の各々における前記バケットの対地角度と、補正前の前記掘削動作と補正後の前記掘削動作の各々における前記開始点と前記終了点との間の水平方向の長さとに基づいて、補正後の前記掘削動作における前記バケットの対地角度を設定することを特徴とする請求項１２に記載の作業機械。
17. 前記補正手段は、前記バケットの先端の軌跡上の最下点における前記バケットの対地角度を、前記バケットの底面が水平となる前記バケットの対地角度以下の角度に設定することを特徴とする請求項１２に記載の作業機械。
18. 前記補正手段が前記一連の動作を補正する場合に、その旨を報知する報知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。
19. 前記補正手段が前記一連の動作を補正した結果、前記制御手段が前記上部旋回体および前記アタッチメントに前記一連の動作を行わせるのが困難になった場合に、前記上部旋回体および前記アタッチメントの動作を停止させる停止制御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。
20. 作業現場内における前記下部走行体、前記上部旋回体、および、前記アタッチメントのいずれかの座標を検出する座標検出装置を有し、
    前記設定手段は、前記作業現場の座標系に前記制限範囲を設定し、
    前記座標検出装置が検出した前記座標に基づいて、前記座標から前記制限範囲までの距離を更新する更新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。
21. 前記アタッチメントの少なくとも一部は、前記アタッチメントの先端であ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。
22. 前記アタッチメントの少なくとも一部は、前記アタッチメントの先端以外の部分であ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。
23. 前記一連の動作の情報と、前記補正手段による補正結果と、を動作表示装置に表示させる動作表示制御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。
24. 前記設定手段が設定した前記制限範囲と、前記制限範囲に対する前記上部旋回体および前記アタッチメントの位置関係と、を位置表示装置に表示させる位置表示制御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。

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