JP2023066361A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲で作業を続けることが可能な作業機械を提供する。【解決手段】アタッチメント３０で土砂を掘削する掘削動作を含む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を制御する制御手段と、一連の動作を１回以上行わせる実行手段と、一連の動作による作業が所定段階に達した際に、次の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）を上部旋回体２２の旋回方向の一方に移動させる開始位置移動手段と、旋回方向への開始位置の移動限界を移動境界線７５として設定する境界線設定手段と、開始位置が移動境界線７５に達した状態で、一連の動作による作業が所定段階に達した際に、下部走行体２１を移動させる下部走行体移動手段と、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するように、掘削動作の開始位置を設定する連続手段と、を有する。【選択図】図３

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、土砂の掘削から排土までを自動で行う自動運転ショベルが開示されている。特許文献１では、ある掘削位置において掘削深さが設定値に達した場合に、上部旋回体の旋回方向に次の掘削位置を移動させている。

特開２００１－１２３４７９号公報

しかしながら、特許文献１では、上部旋回体の旋回方向に次の掘削位置を移動させたとしても、その作業量には限界がある。自動運転ショベルにおいては、より広範囲で作業を継続できることが望まれる。

本発明の目的は、広範囲で作業を続け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、前記アタッチメントで対象物を処理する処理動作を含む一連の動作を前記上部旋回体および前記アタッチメントが行うように、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、前記一連の動作を１回以上行わせる実行手段と、前記一連の動作による作業が所定段階に達した際に、次の前記一連の動作における前記処理動作の開始位置を前記上部旋回体の旋回方向の一方に移動させる開始位置移動手段と、前記旋回方向への前記開始位置の移動限界を移動境界線として設定する境界線設定手段と、前記開始位置が前記移動境界線に達した状態で、前記一連の動作による作業が前記所定段階に達した際に、前記下部走行体を移動させる下部走行体移動手段と、前記下部走行体の移動後の前記一連の動作による作業が、前記下部走行体の移動前の前記一連の動作による作業に連続するように、前記開始位置を設定する連続手段と、を有することを特徴とする。

本発明によると、一連の動作による作業が所定段階に達した際に、次の一連の動作における処理動作の開始位置が上部旋回体の旋回方向の一方に移動される。これにより、処理動作の開始位置を変えながら、一連の動作による作業が行われる。そして、処理動作の開始位置が移動境界線に達した状態で、一連の動作による作業が所定段階に達した際に、下部走行体が移動される。このとき、下部走行体の移動後の一連の動作による作業が、下部走行体の移動前の一連の動作による作業に連続するように、処理動作の開始位置が設定される。これにより、下部走行体の移動後の一連の動作による作業を、下部走行体の移動前の一連の動作による作業に連続させることができる。このように、処理動作の開始位置を旋回方向に移動させるだけでなく、下部走行体を移動させることで、広範囲で作業を続けることができる。

作業機械の側面図である。 作業機械の回路図である。 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目標軌跡を示す図である。 作業機械の上面図であり、下部走行体の移動距離Ｌを示す図である。 作業機械の上面図であり、移動境界線の設定方法を示す図である。 作業機械の上面図であり、掘削動作の開始位置が移動境界線よりも下部走行体の移動方向の上流側に来るように、下部走行体を移動させる場合の説明図である。 作業機械の上面図であり、図６に示す場合の下部走行体の移動方法を示す図である。 作業機械の上面図であり、移動境界線を下部走行体の移動方向の上流側に移動させる場合の説明図である。 作業機械の上面図であり、下部走行体の移動方向に土砂を移動させる作業を示す図である。 作業機械の上面図であり、法面を形成する作業を示す図である。 動作制御処理のフローチャートである。 作業機械の上面図であり、下部走行体が所定距離移動された状態を示す図である。 作業機械の上面図であり、下部走行体が別の所定距離移動された状態を示す図である。 作業機械の上面図であり、下部走行体の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が、移動境界線から離隔した状態を示す図である。

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、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、撮像装置２６を有している。撮像装置２６は、上部旋回体２２に取り付けられている。なお、撮像装置２６は、作業機械１から離れた場所に設置されていてもよい。本実施形態において、撮像装置２６は、ライダ（ＬＩＤＡＲ）であるが、カメラ、超音波センサ、ミリ波レーダ、ステレオカメラ、距離画像センサ、赤外線センサ等であってもよい。

以下、バケット３３で土砂を掘削する場合について説明する。

（作業機械の回路構成）
作業機械１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、記憶装置１３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。

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、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。本実施の形態において、一連の動作は、土砂を掘削して排土する動作である。一連の動作には、バケット３３で土砂を掘削する掘削動作が含まれる。掘削動作は、アタッチメント３０で対象物を処理する処理動作の一例である。

また、コントローラ（実行手段）１１は、一連の動作を１回以上行わせる。本実施形態では、コントローラ１１は、掘削動作時におけるバケット３３の先端の高さを変えながら、一連の動作を繰り返させる。これにより、同じ掘削個所において、土砂を掘削する深さを変えながら、土砂の掘削から排土までの一連の動作が繰り返されることになる。

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、例えば、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。なお、後述するように、下部走行体２１が移動された際には、軌跡の一部が補正されてよい。

ここで、一連の動作におけるバケット３３の先端の目標軌跡７１を図３に示す。図３は、作業機械１の上面図である。バケット３３の先端は、Ａ点からＢ点まで掘削を行う（掘削動作）。次に、バケット３３の先端は、Ｂ点からＣ点まで旋回する（持ち上げ旋回動作）。このとき、バケット３３内には土砂が保持されている。その後、バケット３３の先端は、Ｃ点からＤ点まで移動する。この間に、バケット３３が解放されることで、ダンプカーの荷台などに土砂が排土される（排土動作）。Ｃ点からＤ点までが排土位置である。そして、バケット３３の先端は、Ｄ点から旋回してＡ点に戻る（復帰旋回動作）。つまり、一連の動作には、掘削動作、持ち上げ旋回動作、排土動作、および、復帰旋回動作が含まれる。なお、バケット３３の先端をアタッチメント３０の特定部位として、バケット３３の先端の目標軌跡を図示したが、アタッチメント３０の特定部位はバケット３３の先端に限定されない。

図２に戻って、コントローラ１１は、土砂を掘削する深さの制限深さを設定する。上述したように、土砂を掘削する深さを変えながら、土砂の掘削から排土までの一連の動作が繰り返される。

コントローラ１１は、掘削時の深さが制限深さに達した際に、一連の動作の繰り返しによる作業が所定段階に達したと判定する。コントローラ１１は、一連の動作の繰り返しによる作業が所定段階に達したと判定した場合に、同じ掘削個所での一連の動作の繰り返しを終了する。

なお、コントローラ１１は、一連の動作を繰り返す回数を所定回数として設定しておき、一連の動作を所定回数繰り返した際に、一連の動作の繰り返しによる作業が所定段階に達したと判定してもよい。

コントローラ（開始位置移動手段）１１は、一連の動作の繰り返しによる作業が所定段階に達したと判定した際に、次の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）を上部旋回体２２の旋回方向の一方に移動させる。具体的には、図３において、上部旋回体２２を旋回させることで、Ａ点を移動させる。上部旋回体２２は、Ａ点がＤ点から遠ざかる方向に所定角度旋回される。上部旋回体２２の旋回により、Ａ点とともにＢ点も移動することになる。

コントローラ１１は、掘削動作の開始位置（Ａ点）を移動させた後に、上部旋回体２２およびアタッチメント３０に一連の動作を繰り返させる。これにより、新たな掘削個所において一連の動作が繰り返される。

図３に示すように、最初の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）での上部旋回体２２は、排土位置（Ｃ点からＤ点間）から初期角度旋回した位置に位置している。このときの上部旋回体２２の姿勢を初期姿勢という。上部旋回体２２が初期姿勢から所定角度ずつ旋回されることで、掘削動作の開始位置（Ａ点）が次々に移動される。そして、開始位置（Ａ点）が移動される度に、一連の動作が行われる。

図２に戻って、コントローラ（境界線設定手段）１１は、旋回方向への開始位置（Ａ点）の移動限界を移動境界線７５として設定する。図３に移動境界線７５を示す。移動境界線７５は、下部走行体２１の移動方向に直交する方向に延びている。

掘削動作の開始位置（Ａ点）を上部旋回体２２の旋回方向の一方に移動させながら、一連の動作を繰り返し行っていくと、開始位置（Ａ点）が移動境界線７５に達する。コントローラ（下部走行体移動手段）１１は、開始位置が移動境界線７５に達した状態で、一連の動作の繰り返しによる作業が所定段階に達した際に（掘削時の深さが制限深さに達した際に）、下部走行体２１を移動させる。ここで、コントローラ（連続手段）１１は、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するように、掘削動作の開始位置を設定する。本実施形態では、コントローラ１１は、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するように、下部走行体２１の移動距離を設定する。

作業機械１の上面図である図４に示すように、コントローラ１１により設定される下部走行体２１の移動距離Ｌは、距離Ｌ１に距離Ｌ２を足した距離である。移動距離Ｌ、Ｌ１、Ｌ２は、下部走行体２１の移動方向（図中右方向）における距離である。距離Ｌ１は、初期姿勢の作業機械１において、開始位置（Ａ点）から上部旋回体２２の旋回中心までの距離である。距離Ｌ２は、上部旋回体２２の旋回中心から移動境界線７５までの距離である。

なお、後述するように、下部走行体２１の移動後の一連の動作における開始位置（Ａ点）が、移動境界線７５よりも下部走行体２１の移動方向上流側に来るように、下部走行体２１を移動させた場合には、移動距離Ｌは、距離Ｌ１に距離Ｌ２を足した距離よりも短くなる。

図３に戻って、下部走行体２１の移動方向は、図３の右方向であり、開始位置（Ａ点）を変えながら繰り返されてきた複数の一連の動作の延長線上である。つまり、図３の図中右方向は、一連の動作が継続されていく方向である。

コントローラ（姿勢設定手段）１１は、下部走行体２１を移動させた後における上部旋回体２２の姿勢を、初期姿勢に設定する。これにより、下部走行体２１の移動後の上部旋回体２２の姿勢は、初期姿勢に戻る（上部旋回体２２の旋回角度が初期角度に戻る）。コントローラ１１は、この姿勢から、上部旋回体２２およびアタッチメント３０に一連の動作を繰り返させる。これにより、新たな掘削個所において一連の動作が繰り返される。このように、コントローラ（連続手段）１１は、下部走行体２１の移動後の初期姿勢での一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するように、下部走行体２１の移動距離を設定する。掘削動作の開始位置を旋回方向に移動させるだけでなく、下部走行体２１を移動させることで、広範囲で作業を続けることができる。

図２に戻って、コントローラ（範囲設定手段）１１は、アタッチメント３０の作業範囲を設定する。作業範囲８０を図３に示す。図３に示すように、コントローラ１１は、作業範囲８０内において掘削動作の開始位置（Ａ点）を移動させる。これにより、開始位置（Ａ点）の移動後の一連の動作において、アタッチメント３０が作業範囲８０内から逸脱しないようにすることができる。また、コントローラ１１は、作業範囲８０内において、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するように、掘削動作の開始位置（Ａ点）を設定する。これにより、下部走行体２１の移動後の一連の動作においても、アタッチメント３０が作業範囲８０内から逸脱しないようにすることができる。よって、作業範囲８０外に障害物などがある場合に、開始位置の移動後の一連の動作においても、下部走行体２１の移動後の一連の動作においても、アタッチメント３０がこれに干渉しないようにすることができる。

ここで、移動境界線７５は、次のように設定される。図３に示すように、上部旋回体２２の旋回角度に制限角度θを設けておき、上部旋回体２２が制限角度θだけ旋回されたときの掘削動作の開始位置（Ａ点）に移動境界線７５を設定する。また、上部旋回体２２を所定角度毎に旋回させる回数を所定回数（例えば３回）として設定しておき、上部旋回体２２が所定回数旋回されたときの掘削動作の開始位置（Ａ点）に移動境界線７５を設定する。

なお、移動境界線７５は、次のように設定してもよい。作業機械１の上面図である図５に示すように、まず、作業範囲８０内に、所定範囲８１を設定する。そして、下部走行体２１の移動方向の下流側（図中右側）における所定範囲８１の境界線を、移動境界線７５に設定する。この場合において、コントローラ１１は、撮像装置２６が撮像した画像情報から、所定範囲８１内の土量を検出する。コントローラ１１は、所定範囲８１内の土量が所定量以下になった場合に、下部走行体２１を移動させる。

ここで、図３に示すように、下部走行体２１の移動後の一連の動作が、移動境界線７５を跨いで行われた場合、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業と、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業との間に、作業が行われない領域７７が発生する。そこで、作業機械１の上面図である図６に示すように、コントローラ１１は、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が、移動境界線７５よりも下部走行体２１の移動方向の上流側（図中左側）に来るように、掘削動作の開始位置（Ａ点）を設定する。これにより、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が、移動境界線７５よりも下部走行体２１の移動方向の上流側（図中左側）に来るので、作業が行われない領域７７を小さくすることができる。

ここで、図６に示すように、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が移動境界線７５よりも下部走行体２１の移動方向の上流側（図中左側）に来るように、掘削動作の開始位置（Ａ点）を設定する場合、次のように下部走行体２１の移動距離が設定される。作業機械１の上面図である図７に示すように、まず、上部旋回体２２が最も旋回されたときの掘削動作の終了位置（Ｂ点）に、下部走行体２１の移動方向に直交する方向に延びる作業終了線７８を設定する。上部旋回体２２が最も旋回されたときとは、上部旋回体２２が制限角度θだけ旋回されたときであっても、上部旋回体２２が所定回数旋回されたときであってもよい。次に、下部走行体２１の移動後の最初の一連の動作における掘削動作の終了位置（Ｂ点）が作業終了線７８上に位置するとした場合に、このときの掘削動作の開始位置（Ａ点）に、下部走行体２１の移動方向に直交する方向に延びる移動終了線７９を設定する。そして、下部走行体２１の移動後の最初の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が移動終了線７９上に来るように、下部走行体２１の移動距離を設定する。

図２に戻って、コントローラ（検出手段）１１は、撮像装置２６が撮像した画像情報から、排土位置（Ｃ点からＤ点間）の土量を検出する。作業機械１の上面図である図８に示すように、コントローラ（境界線移動手段）１１は、検出した土量が所定量以上の場合に、移動境界線７５を下部走行体２１の移動方向の上流側に移動させる。これにより、下部走行体２１が移動されるタイミングが早くなるので、排土位置の土量が多くなりすぎる前に、下部走行体２１を移動させて、移動後の一連の動作に移行することができる。

（変形例）
ここで、上記では、バケット３３で掘削した土砂を、作業範囲８０外の排土位置に排土していたが、作業機械１の上面図である図９に示すように、バケット３３で掘削した土砂を、作業範囲８０内の排土位置に排土してもよい。コントローラ（連続手段）１１は、排土位置に排土された土砂が下部走行体２１の移動後に掘削されるように、掘削動作の開始位置を設定する。下部走行体２１の移動方向は、図９では左方向である。これにより、排土位置に排土された土砂が掘削されて新たな排土位置に排土されるという動作を繰り返すことができる。その結果、下部走行体２１の移動方向に土砂を移動させていくことができる。そして、下部走行体２１を移動させていくことで、土砂を移動させる作業を広範囲で行うことができる。

また、上記では、アタッチメント３０で対象物を処理する処理動作が、バケット３３で土砂を掘削する掘削動作である場合について説明したが、処理動作はこれに限定されず、例えば、作業機械１の上面図である図１０に示すように、処理動作は、バケット３３で斜面８５を削る動作であってもよい。斜面８５を削ることで、法面を形成することができる。斜面８５を削る動作は、斜面８５の同じ個所に対して１回行われても、２回以上行われてもよい。斜面８５を削る動作が斜面８５の同じ個所に対して２回以上行われる場合、バケット３３の先端の高さを変えながら、斜面８５を削る動作が繰り返されてよい。そして、下部走行体２１を移動させていくことで、法面を形成する作業を広範囲で行うことができる。

（作業機械の動作）
次に、動作制御処理のフローチャートである図１１を参照して、作業機械１の動作を説明する。

まず、コントローラ１１は、作業範囲８０に移動境界線７５を設定する（ステップＳ１）。次に、コントローラ１１は、上部旋回体２２の姿勢を初期姿勢にする（ステップＳ２）。次に、コントローラ１１は、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（ステップＳ３）。次に、コントローラ１１は、掘削時の深さが制限深さに達したか否かを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、掘削時の深さが制限深さに達していないと判定した場合には（Ｓ４：ＮＯ）、コントローラ１１は、掘削深さを変更する（ステップＳ５）。そして、ステップＳ３に戻る。これにより、掘削動作時におけるバケット３３の先端の高さを変えながら、一連の動作が繰り返される。

一方、ステップＳ４において、掘削時の深さが制限深さに達したと判定した場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、排土位置における土量が所定量以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６において、排土位置における土量が所定量以上であると判定した場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、移動境界線７５を下部走行体２１の移動方向の上流側に移動させる（ステップＳ７）。

ステップＳ６において、排土位置における土量が所定量以上でないと判定した場合（Ｓ６：ＮＯ）、または、ステップＳ７の後に、コントローラ１１は、掘削動作の開始位置が移動境界線７５に到達しているか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８において、掘削動作の開始位置が移動境界線７５に到達していないと判定した場合には（Ｓ８：ＮＯ）、コントローラ１１は、上部旋回体２２を旋回させることで、掘削動作の開始位置を移動させる（ステップＳ９）。これにより、新たな掘削個所において一連の動作が繰り返されることになる。

一方、ステップＳ８において、掘削動作の開始位置が移動境界線７５に到達していると判定した場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、下部走行体２１を移動させる（ステップＳ１０）。これにより、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続して行われることになる。そして、ステップＳ２に戻る。

（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、一連の動作の繰り返しによる作業が所定段階に達した際に、次の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が上部旋回体２２の旋回方向の一方に移動される。これにより、掘削動作の開始位置を変えながら、一連の動作による作業が行われる。そして、掘削動作の開始位置が移動境界線７５に達した状態で、一連の動作の繰り返しによる作業が所定段階に達した際に、下部走行体２１が移動される。このとき、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するように、掘削動作の開始位置が設定される。これにより、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業を、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続させることができる。このように、掘削動作の開始位置を旋回方向に移動させるだけでなく、下部走行体２１を移動させることで、広範囲で作業を続けることができる。

また、下部走行体２１の移動後における上部旋回体２２の姿勢が、初期姿勢に設定される。そして、初期姿勢での一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するように、下部走行体２１の移動距離が設定される。これにより、下部走行体２１の移動後に、上部旋回体２２の姿勢が初期姿勢に戻されても、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業を、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に好適に連続させることができる。

また、作業範囲８０内において掘削動作の開始位置が移動される。これにより、開始位置の移動後の一連の動作において、アタッチメント３０が作業範囲８０内から逸脱しないようにすることができる。また、作業範囲８０内において、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作の作業に連続するように、掘削動作の開始位置が設定される。これにより、下部走行体２１の移動後の一連の動作においても、アタッチメント３０が作業範囲８０内から逸脱しないようにすることができる。よって、作業範囲８０外に障害物などがある場合に、開始位置の移動後の一連の動作においても、下部走行体２１の移動後の一連の動作においても、アタッチメント３０がこれに干渉しないようにすることができる。

また、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置が、移動境界線７５よりも下部走行体２１の移動方向の上流側に来るように、掘削動作の開始位置が設定される。下部走行体２１の移動後の一連の動作が、移動境界線７５を跨いで行われた場合、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業と、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業との間に、作業が行われない領域７７が発生する。そこで、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置を、移動境界線７５よりも下部走行体２１の移動方向の上流側にすることで、作業が行われない領域７７を小さくすることができる。

また、アタッチメント３０で土砂を掘削する掘削動作の動作時におけるアタッチメント３０の先端の高さを変えながら、一連の動作が１回以上繰り返されることで、同じ個所において掘削作業を１回以上繰り返し行うことができる。そして、下部走行体２１を移動させていくことで、掘削作業を広範囲で行うことができる。

また、排土位置（Ｃ点からＤ点間）の土量が所定量以上の場合に、移動境界線７５が下部走行体２１の移動方向の上流側に移動される。これにより、下部走行体２１が移動されるタイミングが早くなるので、排土位置の土量が多くなりすぎる前に、下部走行体２１を移動させて、移動後の一連の動作に移行することができる。

また、排土位置に排土された土砂が下部走行体２１の移動後に掘削されるように、掘削動作の開始位置が設定される。これにより、排土位置に排土された土砂が掘削されて新たな排土位置に排土されるという動作を繰り返すことができる。その結果、下部走行体２１の移動方向に土砂を移動させていくことができる。そして、下部走行体２１を移動させていくことで、土砂を移動させる作業を広範囲で行うことができる。

また、アタッチメント３０で斜面８５を削ることで、法面を形成することができる。そして、下部走行体２１を移動させていくことで、法面を形成する作業を広範囲で行うことができる。

［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。

（作業機械の回路構成）
第１実施形態では、下部走行体２１の移動後に、上部旋回体２２の姿勢が初期姿勢に戻されていた。そのため、下部走行体２１の移動後の初期姿勢での一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するように、下部走行体２１の移動距離が一定の値（例えば移動距離Ｌ）に設定されていた。

本実施形態では、コントローラ（下部走行体移動手段）１１は、開始位置が移動境界線７５に達した状態で、一連の動作による作業が所定段階に達した際に、下部走行体２１を所定距離移動させる。本実施形態において、この所定距離は、第１実施形態の移動距離Ｌとは異なる。

作業機械１０１の上面図である図１２、図１３に示すように、コントローラ（連続手段）１１は、下部走行体２１が所定距離移動した後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するように、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の向きを設定する。

図１２に示すように、下部走行体２１の移動距離（所定距離）が移動距離Ｌよりも長い場合、コントローラ１１は、下部走行体２１の移動後の最初の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が移動終了線７９上に来るように、上部旋回体２２を初期姿勢よりも上部旋回体２２の移動方向の上流側（図中左側）に旋回させる。

一方、図１３に示すように、下部走行体２１の移動距離（所定距離）が移動距離Ｌよりも短い場合、コントローラ１１は、下部走行体２１の移動後の最初の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が移動終了線７９上に来るように、上部旋回体２２を初期姿勢よりも上部旋回体２２の移動方向の下流側（図中右側）に旋回させる。

ここで、図１２、図１３に示す移動範囲８７は、掘削動作の開始位置（Ａ点）の移動範囲である。上部旋回体２２は、一連の動作の繰り返しによる作業が所定段階に達する毎に、所定角度ずつ旋回される。これにより、掘削動作の開始位置（Ａ点）が移動していく。図１２に示すように、下部走行体２１の移動距離（所定距離）が移動距離Ｌよりも長い場合、掘削動作の開始位置（Ａ点）の移動範囲８７は、上部旋回体２２が初期姿勢から所定角度ずつ旋回される場合よりも広くなる。一方、図１３に示すように、下部走行体２１の移動距離（所定距離）が移動距離Ｌよりも短い場合、掘削動作の開始位置（Ａ点）の移動範囲８７は、上部旋回体２２が初期姿勢から所定角度ずつ旋回される場合よりも狭くなる。

なお、本実施形態では、下部走行体２１の移動後に一連の動作を開始する際の上部旋回体２２の姿勢に合わせて、アタッチメント３０の先端（バケット３３の先端）が描く軌跡が補正される。

上記のように、下部走行体２１が所定距離移動された後に、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の向きを所望の向きにすることで、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業を、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に好適に連続させることができる。

ここで、コントローラ（移動限界位置設定手段）１１は、下部走行体２１を移動させる際の下部走行体２１の移動限界を移動限界位置８８として設定する。本実施形態において、移動限界位置８８は、この移動限界位置８８で下部走行体２１を停止させたときに、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するような位置に設定されている。より具体的には、移動限界位置８８は、この移動限界位置８８で下部走行体２１を停止させたときに、下部走行体２１の移動後の最初の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が移動終了線７９上に来るような位置に設定されている。コントローラ（下部走行体移動手段）１１は、下部走行体２１が移動限界位置８８に到達した場合に、下部走行体２１の移動を停止させる。これにより、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業を、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に好適に連続させることができる。

なお、移動限界位置８８は、作業計画に基づいて設定されていてもよい。例えば、作業を行う計画範囲の境界に移動限界位置８８を設定することで、作業計画から逸脱した作業が行われるのを抑制することができる。また、移動限界位置８８は、撮像装置２６で撮像した障害物などの位置に基づいて設定されてもよい。障害物などよりも手前側に移動限界位置８８を設定することで、アタッチメント３０が障害物などに干渉しないようにすることができる。

ここで、作業機械１０１の上面図である図１４に示すように、所定距離の長さによっては、下部走行体２１を所定距離移動させた結果、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が、移動境界線７５から離隔する場合がある。なお、ここでは、上記の移動限界位置８８は設定されていない。

この場合、コントローラ（報知手段）１１は、その旨を報知する。具体的には、作業機械１０１の動作を管理する管理者が所持する携帯端末（タブレット端末、スマートフォン等）において、その旨をディスプレイに表示させたり、その旨を示す警告音などをスピーカから出力させたりする。

移動境界線７５から離隔した開始位置で掘削動作が行われると、作業が行われない領域が発生してしまう。そこで、作業機械２０を管理する管理者などに、その旨を報知することで、移動境界線７５から離隔した開始位置で掘削動作が行われるのを未然に防ぐように促すことができる。

また、図１４に示す場合に、コントローラ（逆走手段）１１は、下部走行体２１を所定距離移動させたときの移動方向とは逆方向に下部走行体２１を移動させる。これにより、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置を、移動境界線７５に近づけることができる。よって、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業と、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業との間に、作業が行われない領域が発生するのを抑制することができる。

なお、本実施形態においても、図１２、図１３、図１４に示すように、作業範囲８０が設定されている。この作業範囲８０内において、上部旋回体２１の向きが設定される。

（変形例）
ここで、本実施形態においても、図６を用いて説明したように、作業が行われない領域７７（図３参照）を小さくするために、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が、移動境界線７５よりも下部走行体２１の移動方向の上流側（図中左側）に来るように、掘削動作の開始位置（Ａ点）が設定されてよい。この場合、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置（Ａ点）が、移動境界線７５よりも下部走行体２１の移動方向の上流側（図中左側）に来るように、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の向きが設定される。

また、本実施形態においても、図９を用いて説明したように、排土位置に排土された土砂が掘削されて新たな排土位置に排土されるという動作が繰り返されてよい。この場合、排土位置に排土された土砂が下部走行体２１の移動後に掘削されるように、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の向きが設定される。また、本実施形態においても、図１０を用いて説明したように、処理動作は、バケット３３で斜面８５を削る動作であってよい。

（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、下部走行体２１が所定距離移動した後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するように、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の向きが設定される。下部走行体２１が所定距離移動された後に、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の向きを所望の向きにすることで、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業を、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に好適に連続させることができる。

また、下部走行体２１が所定距離移動された結果、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置が、移動境界線７５から離隔した場合に、その旨が報知される。移動境界線７５から離隔した開始位置で掘削動作が行われると、作業が行われない領域が発生してしまう。そこで、作業機械１０１を管理する管理者などに、その旨を報知することで、移動境界線７５から離隔した開始位置で掘削動作が行われるのを未然に防ぐように促すことができる。

また、下部走行体２１が所定距離移動された結果、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置が、移動境界線７５から離隔した場合に、下部走行体２１を所定距離移動させたときの移動方向とは逆方向に下部走行体２１が移動される。これにより、下部走行体２１の移動後の一連の動作における掘削動作の開始位置を、移動境界線７５に近づけることができる。よって、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業と、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業との間に、作業が行われない領域が発生するのを抑制することができる。

また、下部走行体２１が移動限界位置８８に到達した場合に、下部走行体２１の移動が停止される。例えば、移動限界位置８８で下部走行体２１を停止させたときに、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業が、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に連続するような位置に、移動限界位置８８が設定されていた場合には、移動限界位置８８で下部走行体２１を停止させることで、下部走行体２１の移動後の一連の動作による作業を、下部走行体２１の移動前の一連の動作による作業に好適に連続させることができる。また、作業計画に基づいて、移動限界位置８８が設定されていた場合には、移動限界位置８８で下部走行体２１を停止させることで、作業計画から逸脱した作業が行われるのを抑制することができる。また、移動限界位置８８よりも奥側に障害物などがある場合に、移動限界位置８８で下部走行体２１を停止させることで、アタッチメント３０が障害物などに干渉しないようにすることができる。

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。

１，１０１ 作業機械
１１ コントローラ（制御手段、実行手段、開始位置移動手段、境界線設定手段、下部走行体移動手段、連続手段、姿勢設定手段、報知手段、逆走手段、移動限界位置設定手段、範囲設定手段、検出手段、境界線移動手段）
１３ 記憶装置
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 撮像装置
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 目標軌跡
７５ 移動境界線
７７ 領域
７８ 作業終了線
７９ 移動終了線
８０ 作業範囲
８１ 所定範囲
８５ 斜面
８７ 移動範囲
８８ 移動限界位置

Claims (12)

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、
   前記アタッチメントで対象物を処理する処理動作を含む一連の動作を前記上部旋回体および前記アタッチメントが行うように、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、
   前記一連の動作を１回以上行わせる実行手段と、
   前記一連の動作による作業が所定段階に達した際に、次の前記一連の動作における前記処理動作の開始位置を前記上部旋回体の旋回方向の一方に移動させる開始位置移動手段と、
   前記旋回方向への前記開始位置の移動限界を移動境界線として設定する境界線設定手段と、
   前記開始位置が前記移動境界線に達した状態で、前記一連の動作による作業が前記所定段階に達した際に、前記下部走行体を移動させる下部走行体移動手段と、
   前記下部走行体の移動後の前記一連の動作による作業が、前記下部走行体の移動前の前記一連の動作による作業に連続するように、前記開始位置を設定する連続手段と、
   を有することを特徴とする作業機械。
2. 最初の前記一連の動作における前記処理動作の前記開始位置での前記上部旋回体の姿勢を初期姿勢とすると、
   前記下部走行体の移動後における前記上部旋回体の姿勢を、前記初期姿勢に設定する姿勢設定手段を有し、
   前記連続手段は、前記下部走行体の移動後の前記初期姿勢での前記一連の動作による作業が、前記下部走行体の移動前の前記一連の動作による作業に連続するように、前記下部走行体の移動距離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. 前記下部走行体移動手段は、前記下部走行体を所定距離移動させ、
   前記連続手段は、前記下部走行体が前記所定距離移動した後の前記一連の動作による作業が、前記下部走行体の移動前の前記一連の動作による作業に連続するように、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の向き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. 前記下部走行体移動手段が前記下部走行体を前記所定距離移動させた結果、前記下部走行体の移動後の前記一連の動作における前記処理動作の前記開始位置が、前記移動境界線から離隔した場合に、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３に記載の作業機械。
5. 前記下部走行体移動手段が前記下部走行体を前記所定距離移動させた結果、前記下部走行体の移動後の前記一連の動作における前記処理動作の前記開始位置が、前記移動境界線から離隔した場合に、前記下部走行体移動手段による移動方向とは逆方向に前記下部走行体を移動させる逆走手段を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の作業機械。
6. 前記下部走行体移動手段による前記下部走行体の移動限界を移動限界位置として設定する移動限界位置設定手段を有し、
   前記下部走行体移動手段は、前記下部走行体が前記移動限界位置に到達した場合に、前記下部走行体の移動を停止させることを特徴とする請求項３又は４に記載の作業機械。
7. 前記アタッチメントの作業範囲を設定する範囲設定手段を有し、
   前記開始位置移動手段は、前記作業範囲内において前記開始位置を移動させ、
   前記連続手段は、前記作業範囲内において、前記下部走行体の移動後の前記一連の動作による作業が、前記下部走行体の移動前の前記一連の動作による作業に連続するように、前記開始位置を設定することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機械。
8. 前記連続手段は、前記下部走行体の移動後の前記一連の動作における前記処理動作の前記開始位置が、前記移動境界線よりも前記下部走行体の移動方向の上流側に来るように、前記開始位置を設定することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機械。
9. 前記処理動作は、前記アタッチメントで土砂を掘削する動作であり、
   前記実行手段は、前記処理動作時における前記アタッチメントの先端の高さを変えながら、前記一連の動作を繰り返させることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機械。
10. 前記一連の動作は、排土位置に土砂を排土する排土動作を含み、
    前記排土位置の土量を検出する検出手段と、
    前記検出手段が検出した土量が所定量以上の場合に、前記移動境界線を前記下部走行体の移動方向の上流側に移動させる境界線移動手段と、
    を有することを特徴とする請求項９に記載の作業機械。
11. 前記処理動作は、前記アタッチメントで土砂を掘削する動作であり、
    前記一連の動作は、排土位置に土砂を排土する排土動作を含み、
    前記連続手段は、前記排土位置に排土された土砂が前記下部走行体の移動後に掘削されるように、前記開始位置を設定することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機械。
12. 前記処理動作は、前記アタッチメントで斜面を削る動作であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機械。

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