JP2024083065A - Shovels and other construction machinery - Google Patents

Abstract

【課題】処理負担を軽減する。
【解決手段】本開示の一態様に係るショベルは、上部旋回体と、上部旋回体から移動可能に設けられたアタッチメントと、アタッチメントで施工された後の施工対象の表面形状を多角形の集合で示した形状情報を記憶する記憶部と、形状情報で示された表面形状から、アタッチメントが移動可能な空間に含まれている多角形を抽出し、抽出された多角形で表される三次元形状に基づいて制御を行うように構成されている。
【選択図】図３

The present invention reduces the processing load.
[Solution] A shovel according to one embodiment of the present disclosure includes an upper rotating body, an attachment movably mounted from the upper rotating body, and a memory unit that stores shape information indicating the surface shape of the work target after work is performed by the attachment as a collection of polygons, and is configured to extract polygons contained in the space in which the attachment can move from the surface shape indicated by the shape information, and to perform control based on the three-dimensional shape represented by the extracted polygons.
[Selected figure] Figure 3

Description

本発明は、ショベル、及び作業機械に関する。 The present invention relates to a shovel and a work machine.

従来から、油圧ポンプから供給される作動油によって、ショベルの各構成を動作させる油圧回路を備えるショベルが知られている。近年、当該ショベルが施工を行うためにコンピュータを用いて支援する技術が提案されている。 Conventionally, excavators equipped with hydraulic circuits that operate each component of the excavator using hydraulic oil supplied from a hydraulic pump have been known. In recent years, technology has been proposed that uses a computer to assist the excavator in carrying out construction work.

例えば、特許文献１では、バケットの速度制御を行うための掘削対象の目標形状を、バケットの現在位置に近い面に制限することで、処理負担を軽減している。 For example, in Patent Document 1, the processing load is reduced by limiting the target shape of the excavation target for bucket speed control to a surface close to the current position of the bucket.

特開２０１３－２１７１３８号公報JP 2013-217138 A

しかしながら、バケットの現在位置に近い面が、バケットの掘削対象とは限らない。例えば、バケットの現在位置に近い面であっても、アタッチメントを駆動させた際に当該面がバケットの移動可能な範囲に含まれていない場合、施工対象とはならない。さらに、施工対象とならないにもかかわらず、バケットの現在に近い面の形状が細かすぎる場合に処理負担が大きくなる。 However, a surface close to the bucket's current position is not necessarily the target for excavation by the bucket. For example, even if a surface is close to the bucket's current position, if that surface is not included in the range in which the bucket can move when the attachment is driven, it will not be the target for construction. Furthermore, if the shape of a surface close to the bucket's current position is too detailed, even if it will not be the target for construction, the processing load will be large.

上述に鑑み、ショベルのアタッチメントの移動可能な空間に含まれている三次元形状を抽出し、抽出された三次元形状を用いることで、処理負担の軽減を実現する技術を提供する。 In view of the above, a technology is provided that extracts the three-dimensional shape contained in the space in which the shovel attachment can move, and uses the extracted three-dimensional shape to reduce the processing load.

本発明の一態様に係るショベルは、上部旋回体と、上部旋回体から移動可能に設けられたアタッチメントと、アタッチメントで施工された後の施工対象の表面形状を多角形の集合で示した形状情報を記憶する記憶部と、形状情報で示された表面形状から、アタッチメントが移動可能な空間に含まれている多角形を抽出し、抽出された多角形で表される三次元形状に基づいて制御を行うように構成されている。 The excavator according to one aspect of the present invention is configured to include an upper rotating body, an attachment movably mounted on the upper rotating body, a memory unit that stores shape information that represents the surface shape of the work target after work is performed by the attachment as a collection of polygons, and to extract polygons contained in the space in which the attachment can move from the surface shape represented by the shape information, and to perform control based on the three-dimensional shape represented by the extracted polygons.

本発明の一態様によれば、アタッチメントが移動可能な空間に含まれる、三次元形状を用いることで、処理負担の軽減を実現する。 According to one aspect of the present invention, the processing load is reduced by using a three-dimensional shape that is contained within the space in which the attachment can move.

図１は、第１の実施形態に係るショベル（掘削機）を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing a shovel (excavator) according to a first embodiment. 図２は、第１の実施形態に係るショベルの駆動制御系の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a drive control system of the shovel according to the first embodiment. 図３は、第１の実施形態に係るショベルのショベルコントローラの構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram showing a configuration example of a shovel controller of the shovel according to the first embodiment. 図４は、第１の実施形態に係る領域特定部により特定されたバケットの移動可能空間を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a bucket movable space identified by the area identifying unit according to the first embodiment. 図５は、第１の実施形態に係る設計情報で示された施工後の物体の表面形状を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing the surface shape of an object after construction indicated by the design information according to the first embodiment. 図６は、第１の実施形態に係る設計情報で示された施工後の物体の表面形状の一部領域を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a partial area of the surface shape of an object after construction, which is shown in the design information according to the first embodiment. 図７は、第１の実施形態に係る設計情報で示された施工後の物体の表面形状の一部領域に対して、移動可能空間を重畳した図である。FIG. 7 is a diagram in which a movable space is superimposed on a partial region of the surface shape of an object after construction, which is indicated by the design information according to the first embodiment. 図８は、第１の実施形態に係るショベルコントローラがバケットを移動させるための半自動制御を示したフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing semi-automatic control for moving the bucket by the shovel controller according to the first embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。また、以下で説明する実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述される全ての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、説明を省略することがある。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. The embodiments described below are illustrative and do not limit the invention, and all features and combinations described in the embodiments are not necessarily essential to the invention. In addition, identical or corresponding components in each drawing are denoted by identical or corresponding reference numerals, and descriptions thereof may be omitted.

（第１の実施形態）
次に、図１を参照して、本実施形態に係るショベル１００の概要について説明する。図１は、第１の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００の側面図である。ショベル１００の下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられる。エンドアタッチメントは、法面用バケット又は浚渫用バケット等であってもよい。 (First embodiment)
Next, an overview of a shovel 100 according to this embodiment will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a side view of the shovel 100 as an excavator according to the first embodiment. An upper rotating body 3 is rotatably mounted on a lower traveling body 1 of the shovel 100 via a rotating mechanism 2. A boom 4 is attached to the upper rotating body 3. An arm 5 is attached to the tip of the boom 4, and a bucket 6 is attached to the tip of the arm 5 as an end attachment. The end attachment may be a slope bucket, a dredging bucket, or the like.

ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられる。掘削アタッチメントには、バケットチルト機構が設けられていてもよい。 The boom 4, arm 5, and bucket 6 constitute an excavation attachment, which is an example of an attachment, and are hydraulically driven by a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9, respectively. A boom angle sensor S1 is attached to the boom 4, an arm angle sensor S2 is attached to the arm 5, and a bucket angle sensor S3 is attached to the bucket 6. The excavation attachment may be provided with a bucket tilt mechanism.

ブーム角度センサＳ１はブーム４の回動角度を検出する。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は加速度センサであり、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度であるブーム角度を検出できる。ブーム角度は、例えば、ブーム４を最も下げたときに最小角度となり、ブーム４を上げるにつれて大きくなる。 The boom angle sensor S1 detects the rotation angle of the boom 4. In this embodiment, the boom angle sensor S1 is an acceleration sensor, and can detect the boom angle, which is the rotation angle of the boom 4 relative to the upper rotating body 3. For example, the boom angle is at its minimum when the boom 4 is lowered to the lowest, and increases as the boom 4 is raised.

アーム角度センサＳ２はアーム５の回動角度を検出する。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は加速度センサであり、ブーム４に対するアーム５の回動角度であるアーム角度を検出できる。アーム角度は、例えば、アーム５を最も閉じたときに最小角度となり、アーム５を開くにつれて大きくなる。 The arm angle sensor S2 detects the rotation angle of the arm 5. In this embodiment, the arm angle sensor S2 is an acceleration sensor, and can detect the arm angle, which is the rotation angle of the arm 5 relative to the boom 4. For example, the arm angle is at its smallest when the arm 5 is fully closed, and increases as the arm 5 is opened.

バケット角度センサＳ３はバケット６の回動角度を検出する。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は加速度センサであり、アーム５に対するバケット６の回動角度であるバケット角度を検出できる。バケット角度は、例えば、バケット６を最も閉じたときに最小角度となり、バケット６を開くにつれて大きくなる。 The bucket angle sensor S3 detects the rotation angle of the bucket 6. In this embodiment, the bucket angle sensor S3 is an acceleration sensor, and can detect the bucket angle, which is the rotation angle of the bucket 6 relative to the arm 5. For example, the bucket angle is at its smallest when the bucket 6 is fully closed, and increases as the bucket 6 opens.

ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、又は、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ等であってもよい。ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３は、掘削アタッチメントの姿勢を検出する姿勢センサを構成する。 The boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, and bucket angle sensor S3 may be a potentiometer using a variable resistor, a stroke sensor that detects the stroke amount of the corresponding hydraulic cylinder, or a rotary encoder that detects the rotation angle around the connecting pin. The boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, and bucket angle sensor S3 constitute a posture sensor that detects the posture of the excavation attachment.

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０、エンジン１１、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、撮像装置Ｓ６、空間認識装置Ｓ７、測位装置Ｓ８、及び通信装置Ｔ１等が搭載されている。 The upper rotating body 3 is equipped with a cabin 10 serving as a driver's cab, an engine 11, an aircraft tilt sensor S4, a turning angular velocity sensor S5, an imaging device S6, a spatial recognition device S7, a positioning device S8, and a communication device T1.

キャビン１０内には、ショベルコントローラ３０が設置される。また、キャビン１０内には、運転席及び操作装置等が設置されている。 The excavator controller 30 is installed inside the cabin 10. The cabin 10 also includes a driver's seat, operating devices, etc.

ショベルコントローラ３０は、各種演算を実行する演算装置である。ショベルコントローラ３０は、例えば、キャビン１０内に設けられ、ショベル１００の駆動制御を行う。ショベルコントローラ３０は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。例えば、ショベルコントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性の補助記憶装置、及び各種入出力用のインターフェース装置等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。ショベルコントローラ３０は、例えば、不揮発性の補助記憶装置にインストールされる各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種機能を実現する。 The shovel controller 30 is a calculation device that executes various calculations. The shovel controller 30 is provided, for example, in the cabin 10 and controls the drive of the shovel 100. The functions of the shovel controller 30 may be realized by any hardware, software, or a combination thereof. For example, the shovel controller 30 is mainly configured with a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a memory device such as a RAM (Random Access Memory), a non-volatile auxiliary storage device such as a ROM (Read Only Memory), and an interface device for various inputs and outputs. The shovel controller 30 executes various functions, for example, by executing various programs installed in the non-volatile auxiliary storage device on the CPU.

エンジン１１は、ショベル１００の駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、ディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結されている。 The engine 11 is the driving source of the excavator 100. In this embodiment, the engine 11 is a diesel engine. The output shaft of the engine 11 is connected to the input shafts of the main pump 14 and the pilot pump 15.

機体傾斜センサＳ４は、所定の平面に対する上部旋回体３の傾斜を検出するように構成されている。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は、水平面に関する上部旋回体３の前後軸回りの傾斜角及び左右軸回りの傾斜角を検出する加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、互いに直交してショベル１００の旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。 The machine body inclination sensor S4 is configured to detect the inclination of the upper rotating body 3 relative to a predetermined plane. In this embodiment, the machine body inclination sensor S4 is an acceleration sensor that detects the inclination angle about the fore-aft axis and the lateral axis of the upper rotating body 3 relative to the horizontal plane. The fore-aft axis and the lateral axis of the upper rotating body 3 are, for example, mutually perpendicular and pass through the shovel center point, which is a point on the rotation axis of the shovel 100.

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出するように構成されている。本実施形態では、旋回角速度センサＳ５は、ジャイロセンサである。旋回角速度センサＳ５は、レゾルバ又はロータリエンコーダ等であってもよい。旋回角速度センサＳ５は、旋回速度を検出してもよい。旋回速度は、旋回角速度から算出されてもよい。 The rotation angular velocity sensor S5 is configured to detect the rotation angular velocity of the upper rotating body 3. In this embodiment, the rotation angular velocity sensor S5 is a gyro sensor. The rotation angular velocity sensor S5 may be a resolver or a rotary encoder, etc. The rotation angular velocity sensor S5 may detect the rotation speed. The rotation speed may be calculated from the rotation angular velocity.

撮像装置Ｓ６はショベル１００の周辺の画像を取得するように構成されている。本実施形態では、撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の前方の空間を撮像する前カメラＳ６Ｆ、ショベル１００の左方の空間を撮像する左カメラＳ６Ｌ、ショベル１００の右方の空間を撮像する右カメラＳ６Ｒ、及びショベル１００の後方の空間を撮像する後カメラＳ６Ｂを含む。 The imaging device S6 is configured to capture images of the periphery of the shovel 100. In this embodiment, the imaging device S6 includes a front camera S6F that captures images of the space in front of the shovel 100, a left camera S6L that captures images of the space to the left of the shovel 100, a right camera S6R that captures images of the space to the right of the shovel 100, and a rear camera S6B that captures images of the space behind the shovel 100.

撮像装置Ｓ６は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮像した画像を表示装置ＤＩに出力してもよい。 The imaging device S6 may be, for example, a monocular camera having an imaging element such as a CCD or CMOS, and may output the captured image to the display device DI.

前カメラＳ６Ｆは、例えば、キャビン１０の屋根に取り付けられている。左カメラＳ６Ｌは、上部旋回体３の上面左端に取り付けられている。右カメラＳ６Ｒは、上部旋回体３の上面右端に取り付けられている。後カメラＳ６Ｂは、上部旋回体３の上面後端に取り付けられている。 The front camera S6F is attached, for example, to the roof of the cabin 10. The left camera S6L is attached to the left end of the top surface of the upper rotating body 3. The right camera S6R is attached to the right end of the top surface of the upper rotating body 3. The rear camera S6B is attached to the rear end of the top surface of the upper rotating body 3.

本実施形態は、撮像装置Ｓ６を上述した配置に設けることで、ショベル１００の周辺に存在する物体を撮像できる。 In this embodiment, by arranging the imaging device S6 in the above-mentioned arrangement, it is possible to capture images of objects present around the shovel 100.

空間認識装置Ｓ７は、ショベル１００の周囲の空間の状態を認識するように構成されている。空間認識装置Ｓ７は、ショベル１００の後方の空間の検知を行う後方空間認識装置Ｓ７Ｂ、ショベル１００の左方の空間の検知を行う左方空間認識装置Ｓ７Ｌ、ショベル１００の右方の空間の検知を行う右方空間認識装置Ｓ７Ｒ、及び、ショベル１００の前方の空間の検知を行う前方空間認識装置Ｓ７Ｆを含む。 The spatial recognition device S7 is configured to recognize the state of the space around the shovel 100. The spatial recognition device S7 includes a rear spatial recognition device S7B that detects the space behind the shovel 100, a left spatial recognition device S7L that detects the space to the left of the shovel 100, a right spatial recognition device S7R that detects the space to the right of the shovel 100, and a front spatial recognition device S7F that detects the space in front of the shovel 100.

空間認識装置Ｓ７は、ショベル１００の周辺に存在する物体を検出するためにＬＩＤＡＲを用いてもよい。ＬＩＤＡＲは、例えば、監視範囲内にある１００万点以上の点とＬＩＤＡＲとの間の距離を測定する。なお、本実施形態は、ＬＩＤＡＲを用いる手法に制限するものではなく、物体との間の距離を計測可能な空間認識装置であればよい。例えば、ステレオカメラを用いてもよいし、距離画像カメラ、又はミリ波レーダなどの測距装置を用いてもよい。空間認識装置Ｓ７としてミリ波レーダ等が利用される場合には、空間認識装置Ｓ７から多数の信号（レーザ光等）を物体に向けて発信し、その反射信号を受信することで、反射信号から物体の距離及び方向を導き出してもよい。 The spatial recognition device S7 may use LIDAR to detect objects present in the vicinity of the shovel 100. The LIDAR measures the distance between the LIDAR and, for example, one million or more points within the monitoring range. Note that this embodiment is not limited to a method using LIDAR, and any spatial recognition device capable of measuring the distance to an object may be used. For example, a stereo camera may be used, or a distance measuring device such as a distance image camera or a millimeter wave radar may be used. When a millimeter wave radar or the like is used as the spatial recognition device S7, a number of signals (laser light, etc.) may be emitted from the spatial recognition device S7 toward the object, and the reflected signals may be received, from which the distance and direction of the object may be derived.

後方空間認識装置Ｓ７Ｂは、上部旋回体３の上面の後端に取り付けられる。左方空間認識装置Ｓ７Ｌは、上部旋回体３の上面の左端に取り付けられる。右方空間認識装置Ｓ７Ｒは、上部旋回体３の上面の右端に取り付けられる。前方空間認識装置Ｓ７Ｆは、キャビン１０の上面の前端に取り付けられる。 The rear space recognition device S7B is attached to the rear end of the upper surface of the upper rotating body 3. The left space recognition device S7L is attached to the left end of the upper surface of the upper rotating body 3. The right space recognition device S7R is attached to the right end of the upper surface of the upper rotating body 3. The forward space recognition device S7F is attached to the front end of the upper surface of the cabin 10.

空間認識装置Ｓ７は、ショベル１００の周囲に設定された所定領域内の所定物体を検知するように構成されていてもよい。例えば、空間認識装置Ｓ７は、人と人以外の物体とを区別しながら人を検知できるように構成された人検知機能を有していてもよい。 The spatial recognition device S7 may be configured to detect a specific object within a specific area set around the shovel 100. For example, the spatial recognition device S7 may have a human detection function configured to be able to detect a person while distinguishing between a person and a non-human object.

測位装置Ｓ８は、ショベル１００の位置に関する情報を取得するように構成されている。本実施形態では、測位装置Ｓ８は、基準座標系におけるショベル１００の位置及び向きを測定するように構成されている。具体的には、測位装置Ｓ８は、電子コンパスを組み込んだＧＮＳＳ受信機であり、ショベル１００の現在位置の緯度、経度、及び高度を測定し、且つ、ショベル１００の向きを測定する。本実施形態に係る基準座標系とは、例えば、世界測地系である。世界測地系は、地球の重心に原点をおき、Ｘ軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Ｙ軸を東経９０度の方向に、そして、Ｚ軸を北極の方向にとる三次元直交ＸＹＺ座標系である。 The positioning device S8 is configured to acquire information related to the position of the shovel 100. In this embodiment, the positioning device S8 is configured to measure the position and orientation of the shovel 100 in a reference coordinate system. Specifically, the positioning device S8 is a GNSS receiver incorporating an electronic compass, and measures the latitude, longitude, and altitude of the current position of the shovel 100, and measures the orientation of the shovel 100. The reference coordinate system according to this embodiment is, for example, the World Geodetic System. The World Geodetic System is a three-dimensional orthogonal XYZ coordinate system with the origin at the center of gravity of the Earth, the X axis in the direction of the intersection of the Greenwich meridian and the equator, the Y axis in the direction of 90 degrees east longitude, and the Z axis in the direction of the North Pole.

通信装置Ｔ１は、ショベル１００の外部にある機器との通信を制御するように構成されている。本実施形態では、通信装置Ｔ１は、無線通信網を介し、通信装置Ｔ１とショベル１００の外部にある機器との間の通信を制御するように構成されている。通信装置Ｔ１は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、４Ｇ（4th Generation）、５Ｇ（5th Generation）等の移動体通信規格に対応する移動体通信モジュールや衛星通信網に接続するための衛星通信モジュール等を含む。 The communication device T1 is configured to control communication with equipment external to the shovel 100. In this embodiment, the communication device T1 is configured to control communication between the communication device T1 and equipment external to the shovel 100 via a wireless communication network. The communication device T1 includes, for example, a mobile communication module compatible with mobile communication standards such as LTE (Long Term Evolution), 4G (4th Generation), and 5G (5th Generation), and a satellite communication module for connecting to a satellite communication network.

また、通信装置Ｔ１は、例えば、外部のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）測量システムとショベル１００との間の無線通信を制御する。 The communication device T1 also controls wireless communication between, for example, an external GNSS (Global Navigation Satellite System) surveying system and the excavator 100.

図２は、図１のショベル１００の駆動制御系の構成例を示す図である。図２において、機械的動力伝達系は二重線、作動油ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は点線でそれぞれ示される。 Figure 2 is a diagram showing an example of the configuration of the drive control system of the excavator 100 in Figure 1. In Figure 2, the mechanical power transmission system is shown by double lines, the hydraulic oil lines are shown by thick solid lines, the pilot lines are shown by dashed lines, and the electric drive and control system is shown by dotted lines.

本実施形態に係るショベル１００の駆動系は、エンジン１１と、レギュレータ１３と、メインポンプ１４と、コントロールバルブユニット１７を含む。また、本実施形態に係るショベル１００の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ、旋回油圧モータ２Ａ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９等の油圧アクチュエータを含む。 The drive system of the excavator 100 according to this embodiment includes an engine 11, a regulator 13, a main pump 14, and a control valve unit 17. As described above, the hydraulic drive system of the excavator 100 according to this embodiment includes hydraulic actuators such as the traveling hydraulic motors 1L, 1R, the swing hydraulic motor 2A, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 that hydraulically drive the lower traveling body 1, the upper rotating body 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, respectively.

エンジン１１は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体３の後部に搭載される。具体的には、エンジン１１は、後述するショベルコントローラ３０による直接或いは間接的な制御下で、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。 The engine 11 is the main power source in the hydraulic drive system, and is mounted, for example, at the rear of the upper rotating body 3. Specifically, the engine 11 rotates at a constant speed at a preset target speed under direct or indirect control by the shovel controller 30 (described later), and drives the main pump 14 and pilot pump 15. The engine 11 is, for example, a diesel engine that uses diesel as fuel.

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。例えば、レギュレータ１３は、ショベルコントローラ３０からの制御指令に応じて、メインポンプ１４の斜板の角度（傾転角）を調節する。 The regulator 13 controls the discharge volume of the main pump 14. For example, the regulator 13 adjusts the angle (tilt angle) of the swash plate of the main pump 14 in response to a control command from the shovel controller 30.

メインポンプ１４は、例えば、エンジン１１と同様、上部旋回体３の後部に搭載され、高圧油圧ラインを通じてコントロールバルブユニット１７に作動油を供給する。メインポンプ１４は、上述の如く、エンジン１１により駆動される。メインポンプ１４は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、ショベルコントローラ３０による制御下で、レギュレータ１３により斜板の傾転角が調節されることでピストンのストローク長が調整され、吐出流量（吐出圧）が制御される。 The main pump 14 is mounted, for example, on the rear of the upper rotating body 3, similar to the engine 11, and supplies hydraulic oil to the control valve unit 17 through a high-pressure hydraulic line. The main pump 14 is driven by the engine 11 as described above. The main pump 14 is, for example, a variable displacement hydraulic pump, and as described above, under the control of the shovel controller 30, the tilt angle of the swash plate is adjusted by the regulator 13 to adjust the stroke length of the piston, thereby controlling the discharge flow rate (discharge pressure).

コントロールバルブユニット１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を含む。コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できるように構成されている。制御弁１７１～１７６は、例えば、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行油圧モータ１Ｌ、１Ｒ、及び旋回油圧モータ２Ａを含む。より具体的には、制御弁１７１は、左走行油圧モータ１Ｌに対応し、制御弁１７２は、右走行油圧モータ１Ｒに対応し、制御弁１７３は、旋回油圧モータ２Ａに対応する。また、制御弁１７４は、バケットシリンダ９に対応し、制御弁１７５は、ブームシリンダ７に対応し、制御弁１７６は、アームシリンダ８に対応する。 The control valve unit 17 is a hydraulic control device that controls the hydraulic system in the excavator 100. In this embodiment, the control valve unit 17 includes control valves 171 to 176. The control valve unit 17 is configured to selectively supply hydraulic oil discharged by the main pump 14 to one or more hydraulic actuators through the control valves 171 to 176. The control valves 171 to 176 control, for example, the flow rate of hydraulic oil flowing from the main pump 14 to the hydraulic actuators and the flow rate of hydraulic oil flowing from the hydraulic actuators to a hydraulic oil tank. The hydraulic actuators include a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, a bucket cylinder 9, traveling hydraulic motors 1L and 1R, and a swing hydraulic motor 2A. More specifically, the control valve 171 corresponds to the left traveling hydraulic motor 1L, the control valve 172 corresponds to the right traveling hydraulic motor 1R, and the control valve 173 corresponds to the swing hydraulic motor 2A. Additionally, control valve 174 corresponds to bucket cylinder 9, control valve 175 corresponds to boom cylinder 7, and control valve 176 corresponds to arm cylinder 8.

パイロットポンプ１５は、パイロット圧生成装置の一例であり、パイロットラインを介して油圧制御機器に作動油を供給できるように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロット圧生成装置は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット１７に供給する機能に加え、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給する機能を備えていてもよい。この場合、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。 The pilot pump 15 is an example of a pilot pressure generating device, and is configured to supply hydraulic oil to hydraulic control devices via a pilot line. In this embodiment, the pilot pump 15 is a fixed displacement hydraulic pump. However, the pilot pressure generating device may be realized by the main pump 14. That is, the main pump 14 may have a function of supplying hydraulic oil to various hydraulic control devices via a pilot line, in addition to a function of supplying hydraulic oil to the control valve unit 17 via a hydraulic oil line. In this case, the pilot pump 15 may be omitted.

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。 The operating device 26 is a device that an operator uses to operate the actuator. The actuator includes at least one of a hydraulic actuator and an electric actuator.

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出するように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をショベルコントローラ３０に対して出力する。 The discharge pressure sensor 28 is configured to detect the discharge pressure of the main pump 14. In this embodiment, the discharge pressure sensor 28 outputs the detected value to the shovel controller 30.

操作センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出するように構成されている。本実施形態では、操作センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を検出し、検出した値をショベルコントローラ３０に対して出力する。本実施形態では、ショベルコントローラ３０は、操作センサ２９の出力に応じて比例弁３１の開口面積を制御する。そして、ショベルコントローラ３０は、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブユニット１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、原則として、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量に応じた圧力である。このように、操作装置２６は、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブユニット１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できるように構成されている。 The operation sensor 29 is configured to detect the operation content of the operator using the operating device 26. In this embodiment, the operation sensor 29 detects the operation direction and operation amount of the operating device 26 corresponding to each actuator, and outputs the detected value to the shovel controller 30. In this embodiment, the shovel controller 30 controls the opening area of the proportional valve 31 according to the output of the operation sensor 29. Then, the shovel controller 30 supplies the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve unit 17. The pressure of the hydraulic oil (pilot pressure) supplied to each pilot port is, in principle, a pressure according to the operation direction and operation amount of the operating device 26 corresponding to each hydraulic actuator. In this way, the operating device 26 is configured to be able to supply the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve unit 17.

マシンコントロール用制御弁として機能する比例弁３１は、パイロットポンプ１５とコントロールバルブユニット１７内の制御弁のパイロットポートとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３１は、ショベルコントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、ショベルコントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１を介し、コントロールバルブユニット１７内の制御弁のパイロットポートに供給できる。 The proportional valve 31, which functions as a control valve for machine control, is disposed in a pipe connecting the pilot pump 15 and the pilot port of the control valve in the control valve unit 17, and is configured so that the flow area of the pipe can be changed. In this embodiment, the proportional valve 31 operates in response to a control command output by the shovel controller 30. Therefore, the shovel controller 30 can supply hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the pilot port of the control valve in the control valve unit 17 via the proportional valve 31, regardless of the operation of the operating device 26 by the operator.

この構成により、ショベルコントローラ３０は、特定の操作装置２６に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。 With this configuration, the excavator controller 30 can operate the hydraulic actuator corresponding to a specific operating device 26 even when no operation is being performed on that specific operating device 26.

例えば、ショベルコントローラ３０は、操作者等の所定操作により予め設定される作業モード等に基づき、目標回転数を設定し、エンジン１１を一定回転させる駆動制御を行う。 For example, the excavator controller 30 sets a target rotation speed based on a work mode that is preset by a specific operation by an operator or the like, and performs drive control to rotate the engine 11 at a constant speed.

また、例えば、ショベルコントローラ３０は、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。 For example, the shovel controller 30 also outputs a control command to the regulator 13 as necessary to change the discharge rate of the main pump 14.

また、例えば、ショベルコントローラ３０は、例えば、操作者による操作装置２６を通じたショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能に関する制御を行う。また、ショベルコントローラ３０は、例えば、操作者による操作装置２６を通じたショベル１００の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能に関する制御を行う。 For example, the shovel controller 30 also controls a machine guidance function that guides the operator in manually operating the shovel 100 through the operating device 26. For example, the shovel controller 30 also controls a machine control function that automatically assists the operator in manually operating the shovel 100 through the operating device 26.

なお、ショベルコントローラ３０の機能の一部は、他のコントローラ（制御装置）により実現されてもよい。即ち、ショベルコントローラ３０の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。例えば、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能は、専用のコントローラ（制御装置）により実現されてもよい。 Note that some of the functions of the shovel controller 30 may be realized by other controllers (control devices). That is, the functions of the shovel controller 30 may be realized in a distributed manner by multiple controllers. For example, the machine guidance function and the machine control function may be realized by a dedicated controller (control device).

＜ショベルコントローラのブロック構成＞
図３は、本実施形態に係るショベル１００のショベルコントローラ３０の構成例を示す機能ブロック図である。 <Excavator controller block diagram>
FIG. 3 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the shovel controller 30 of the shovel 100 according to this embodiment.

ショベルコントローラ３０は、アタッチメント処理部３１０と、補助記憶装置３２０と、を有している。 The shovel controller 30 has an attachment processing unit 310 and an auxiliary memory device 320.

補助記憶装置３２０は、ショベルコントローラ３０内に設けられ、設計情報記憶部３２１と、ショベル情報記憶部３２２と、を備える。 The auxiliary memory device 320 is provided within the shovel controller 30 and includes a design information memory unit 321 and an shovel information memory unit 322.

設計情報記憶部３２１は、ショベル１００が作業現場で作業を行うための設計情報（形状情報の一例）を記憶する。設計情報とは、作業現場に存在する土砂等の施工後の形状を表した３次元データとする。設計情報は、施工後の物体の３次元形状及び位置を、上述した基準座標系で表現されている。 The design information storage unit 321 stores design information (an example of shape information) for the excavator 100 to perform work at a work site. The design information is three-dimensional data that represents the shape of soil and sand present at the work site after construction. The design information represents the three-dimensional shape and position of the object after construction in the reference coordinate system described above.

本実施形態に係る設計情報は、いわゆるＴＩＮ形式のデータであって、ショベル１００の施工後の物体の３次元形状の表面を、三角形の集合で表したデジタルデータである。 The design information in this embodiment is so-called TIN format data, which is digital data that represents the three-dimensional surface of the object after construction by the shovel 100 as a set of triangles.

本実施形態に係る設計情報に含まれる三角形の各頂点は、上述した基準座標系における位置情報で示されている。 Each vertex of the triangle included in the design information in this embodiment is indicated by position information in the reference coordinate system described above.

換言すると、設計情報は、基準座標系において施工後の物体の表面上に多数の点を付与し、付与された点同士を直線でつないで三角形の集合として表された情報である。任意の情報処理装置が、設計情報を読み込んで、当該三角形の面をレンダリングすることで、施工後の物体の表面を、三次元的な形状として視覚化できる。 In other words, the design information is information in which a large number of points are assigned to the surface of the object after construction in a reference coordinate system, and the assigned points are connected by lines to form a collection of triangles. Any information processing device can read the design information and render the faces of the triangles to visualize the surface of the object after construction as a three-dimensional shape.

設計情報は、例えば、施工後の物体の３次元形状の表面をＴＩＮ形式で含んだＬａｎｄＸＭＬデータでもよい。設計情報は、本実施形態で示したデジタルデータに制限するものではなく、施工後の物体の３次元形状の表面を、多角形の集合で表したデジタルデータであればよい。 The design information may be, for example, LandXML data that includes the surface of the three-dimensional shape of the object after construction in TIN format. The design information is not limited to the digital data shown in this embodiment, but may be any digital data that represents the surface of the three-dimensional shape of the object after construction as a set of polygons.

ショベル情報記憶部３２２は、ショベル１００の寸法に関する情報を記憶する。例えば、ショベル情報記憶部３２２は、ショベル１００に設けられたバケット６（作業具）の形状を示した情報を記憶する。具体的には、ショベル情報記憶部３２２は、ショベル１００に設けられたバケット６の車幅方向の長さを示す情報を記憶する。 The shovel information storage unit 322 stores information related to the dimensions of the shovel 100. For example, the shovel information storage unit 322 stores information indicating the shape of the bucket 6 (working tool) provided on the shovel 100. Specifically, the shovel information storage unit 322 stores information indicating the length of the bucket 6 provided on the shovel 100 in the vehicle width direction.

本実施形態では、ショベル１００にバケット６が設けられた場合について説明する。ショベル１００に設けられるバケット６の種類は、設計情報に従ってショベル１００が施工可能なバケットであればよく、例えば、法面バケットが装着されてもよい。 In this embodiment, a case where a bucket 6 is provided on the shovel 100 will be described. The type of bucket 6 provided on the shovel 100 may be any bucket that the shovel 100 can use in construction according to the design information, and for example, a slope bucket may be attached.

本実施形態に係るショベル１００では、ショベル１００のキャビン１０に搭乗している操作者の操作に従ってショベルコントローラ３０が半自動制御を行う例とする。 In the shovel 100 according to this embodiment, the shovel controller 30 performs semi-automatic control in accordance with the operation of an operator in the cabin 10 of the shovel 100.

半自動制御としては、例えば、操作センサ２９が、操作者から操作装置２６に対してブーム４の下げ操作を受け付けた場合に、ショベルコントローラ３０は、バケット６の底面が、設計情報で示された施工後の物体の表面に沿うように、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の油圧駆動の制御を行う。 As an example of semi-automatic control, when the operation sensor 29 receives an instruction from the operator to lower the boom 4 via the operation device 26, the shovel controller 30 controls the hydraulic drive of the boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9 so that the bottom surface of the bucket 6 conforms to the surface of the object after construction as indicated in the design information.

当該半自動制御を行うためには、ショベルコントローラ３０は、バケット６と、設計情報で示された施工後の物体の表面と、の位置関係を認識する必要がある。しかしながら、設計情報で示された施工後の物体の表面全てを演算に用いる場合、ショベルコントローラ３０の演算負荷が大きくなる。 To perform this semi-automatic control, the shovel controller 30 needs to recognize the positional relationship between the bucket 6 and the surface of the object after construction, as indicated in the design information. However, if the entire surface of the object after construction, as indicated in the design information, is used in the calculation, the calculation load on the shovel controller 30 increases.

そこで、本実施形態に係るショベルコントローラ３０のアタッチメント処理部３１０が、ショベル１００の現在位置及び上部旋回体３の現在の旋回角で、バケット６が移動可能な空間（以下、移動可能空間）を特定する。そして、アタッチメント処理部３１０は、ＴＩＮ形式の設計情報に含まれている、施工後の物体の表面を構成する三角形の集合から、移動可能空間に含まれている三角形を抽出する。そして、アタッチメント処理部３１０は、抽出された三角形の組み合わせた三次元形状に基づいて制御を行うように構成されている次に、アタッチメント処理部３１０の具体的な構成について説明する。 The attachment processing unit 310 of the shovel controller 30 according to this embodiment identifies the space in which the bucket 6 can move (hereinafter, the movable space) at the current position of the shovel 100 and the current rotation angle of the upper rotating body 3. The attachment processing unit 310 then extracts triangles contained in the movable space from a set of triangles that make up the surface of the object after construction, which are contained in the design information in TIN format. The attachment processing unit 310 is then configured to perform control based on the three-dimensional shape formed by combining the extracted triangles. Next, the specific configuration of the attachment processing unit 310 will be described.

アタッチメント処理部３１０は、ショベルコントローラ３０内のＣＰＵが、補助記憶装置内のプログラムを読み出すことで実現された機能であって、取得部３１１と、領域特定部３１２と、抽出部３１３と、経路生成部３１４と、制御部３１５と、を備える。 The attachment processing unit 310 is a function realized by the CPU in the shovel controller 30 reading a program in the auxiliary storage device, and includes an acquisition unit 311, an area identification unit 312, an extraction unit 313, a path generation unit 314, and a control unit 315.

取得部３１１は、ショベル１００内の各種構成の信号を取得する。例えば、取得部３１１は、測位装置Ｓ８から、ショベル１００の現在位置の緯度、経度、及び高度、並びにショベル１００の向きを示した測定結果を取得する。また、取得部３１１は、各種センサ（例えば、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、及び旋回角速度センサＳ５）からの検出結果を取得する。また、取得部３１１は、補助記憶装置３２０から情報の読み出しを行う。 The acquisition unit 311 acquires signals from various components within the shovel 100. For example, the acquisition unit 311 acquires measurement results indicating the latitude, longitude, and altitude of the current position of the shovel 100, as well as the orientation of the shovel 100, from the positioning device S8. The acquisition unit 311 also acquires detection results from various sensors (for example, the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, the bucket angle sensor S3, and the swing angular velocity sensor S5). The acquisition unit 311 also reads information from the auxiliary storage device 320.

さらに、取得部３１１は、空間認識装置Ｓ７から、ショベル１００の周囲に存在する物体の測定結果を示した情報を取得する。また、取得部３１１は、撮像装置Ｓ６からショベル１００の周囲を撮像した結果を示した画像情報を取得する。 Furthermore, the acquisition unit 311 acquires information indicating the measurement results of objects present around the shovel 100 from the spatial recognition device S7. The acquisition unit 311 also acquires image information indicating the results of capturing an image of the area around the shovel 100 from the imaging device S6.

さらに、取得部３１１は、操作センサ２９から、操作信号を取得する。これにより、ショベルコントローラ３０は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を認識できる。 Furthermore, the acquisition unit 311 acquires an operation signal from the operation sensor 29. This allows the shovel controller 30 to recognize the operation content of the operator using the operation device 26.

また、取得部３１１は、通信装置Ｔ１を介して、外部装置からの通信情報を取得する。 The acquisition unit 311 also acquires communication information from an external device via the communication device T1.

領域特定部３１２は、ショベル１００のバケット６の移動可能空間を特定する。 The area identification unit 312 identifies the space in which the bucket 6 of the shovel 100 can move.

図４は、本実施形態に係る領域特定部３１２により特定されたバケット６の移動可能空間を示した図である。図４に示される移動可能空間１４０１は、ショベル１００の中心位置を基準とした機体座標系における、ショベル１００のアタッチメントに対する駆動制御によってバケット６が移動可能な空間を示している。なお、図４で示される機体座標系では、ショベル１００の進行方向をＸ軸方向とし、ショベル１００の車幅方向をＹ軸方向とし、ショベル１００の高さ方向をＺ軸方向とする。そして、ショベル１００の中心位置（基準点の一例）１４１１を含んだ、ショベル１００の進行方向（Ｘ軸方向）及び高さ方向（Ｚ軸方向）に延長した無限平面とした中心面１４０２を表す。 Figure 4 is a diagram showing the movable space of the bucket 6 identified by the region identification unit 312 according to this embodiment. The movable space 1401 shown in Figure 4 indicates the space in which the bucket 6 can move by drive control of the attachment of the shovel 100 in a machine body coordinate system based on the center position of the shovel 100. In addition, in the machine body coordinate system shown in Figure 4, the traveling direction of the shovel 100 is the X-axis direction, the vehicle width direction of the shovel 100 is the Y-axis direction, and the height direction of the shovel 100 is the Z-axis direction. And, it shows a center plane 1402 which is an infinite plane extended in the traveling direction (X-axis direction) and height direction (Z-axis direction) of the shovel 100 including the center position (an example of a reference point) 1411 of the shovel 100.

移動可能空間１４０１の＋Ｙ軸方向に存在する左側面１４０３は、バケット６の左側面をショベル１００の進行方向（Ｘ軸方向）及び高さ方向（Ｚ軸方向）に延長した無限平面とする。 The left side surface 1403, which exists in the +Y-axis direction of the movable space 1401, is an infinite plane extending the left side surface of the bucket 6 in the travel direction (X-axis direction) and height direction (Z-axis direction) of the shovel 100.

移動可能空間１４０１の―Ｙ軸方向の右側面１４０４は、バケット６の右側面をショベル１００の進行方向（Ｘ軸方向）及び高さ方向（Ｚ軸方向）に延長した無限平面とする。 The right side surface 1404 in the -Y axis direction of the movable space 1401 is an infinite plane extending the right side surface of the bucket 6 in the travel direction (X axis direction) and height direction (Z axis direction) of the shovel 100.

左側面１４０３と右側面１４０４との間のＹ軸方向の距離は、バケット６のＹ軸方向（車幅方向）の長さに対応している。そこで本実施形態では、移動可能空間１４０１内であれば、バケット６で施工可能な領域として処理する。 The distance in the Y-axis direction between the left side surface 1403 and the right side surface 1404 corresponds to the length of the bucket 6 in the Y-axis direction (vehicle width direction). Therefore, in this embodiment, if it is within the movable space 1401, it is treated as an area that can be worked on by the bucket 6.

このように、移動可能空間１４０１を構成する対向した２つの面は、バケット６の側面を、バケット６が移動可能な直交する２軸方向（Ｘ軸方向及びＺ軸方向）に延長した無限平面（平面の一例）である。そして２つの面の間の距離は、Ｙ軸方向におけるバケット６の幅となる。換言すれば、移動可能空間１４０１のＹ軸方向（車幅方向）の幅の長さは、ショベル１００のＹ軸方向（車幅方向）におけるバケット６の長さに対応している。このため、設計情報に表されている、施工後の表面形状を形成している三角形の集合の各々が、移動可能空間１４０１に含まれているか否かに応じて、バケット６で施工可能な位置に存在するか否かを判断できる。つまり当該判断によって、バケット６で施工可能な空間に存在する三角形を抽出できる。そして、バケット６との位置関係の演算には、抽出した三角形を用いればよいので負担の軽減が可能となる。 In this way, the two opposing surfaces that make up the movable space 1401 are infinite planes (one example of a plane) that extend the sides of the bucket 6 in two orthogonal axial directions (X-axis direction and Z-axis direction) in which the bucket 6 can move. The distance between the two surfaces is the width of the bucket 6 in the Y-axis direction. In other words, the width of the movable space 1401 in the Y-axis direction (vehicle width direction) corresponds to the length of the bucket 6 in the Y-axis direction (vehicle width direction) of the shovel 100. For this reason, it is possible to determine whether each of the sets of triangles that form the surface shape after construction, which are represented in the design information, exists in a position where construction can be performed by the bucket 6, depending on whether they are included in the movable space 1401. In other words, the triangles that exist in the space where construction can be performed by the bucket 6 can be extracted by this determination. Then, the extracted triangles can be used to calculate the positional relationship with the bucket 6, which reduces the burden.

図４に示される移動可能空間１４０１は、ショベル１００の中心位置１４１１を基準とした機体座標系で示された空間である。これに対して、設計情報で示される、施工後の物体の３次元形状の表面は、基準座標系で示されている。そこで、領域特定部３１２は、取得部３１１が取得したショベル１００の現在位置及び向きに基づいて、移動可能空間１４０１の位置及び向き等を基準座標系に変換する。基準座標系は上述した通りとして説明を省略する。したがって、ショベルコントローラ３０は、移動可能空間１４０１と、設計情報に示された施工後の物体の表面形状を形成している三角形の集合と、の位置関係を認識できる。 The movable space 1401 shown in FIG. 4 is a space shown in a machine body coordinate system based on the center position 1411 of the shovel 100. In contrast, the surface of the three-dimensional shape of the object after construction shown in the design information is shown in a reference coordinate system. Therefore, the area identification unit 312 converts the position and orientation, etc. of the movable space 1401 into the reference coordinate system based on the current position and orientation of the shovel 100 acquired by the acquisition unit 311. The reference coordinate system is as described above, so explanation is omitted. Therefore, the shovel controller 30 can recognize the positional relationship between the movable space 1401 and the set of triangles that form the surface shape of the object after construction shown in the design information.

移動可能空間１４０１は、ショベル１００によるアタッチメントの駆動制御で、バケット６が移動しても変化しないように定められた空間であるが、ショベル１００の上部旋回体３が旋回した場合、又はショベル１００の下部走行体１で移動した場合には変化する領域である。つまり、ショベル１００が現在の状況で施工が完了するまで、同一の移動可能空間１４０１を用いて判定を行い、ショベルが現在の状況における施工が完了し、上部旋回体３が旋回した場合、又はショベル１００の下部走行体１で移動した場合に、領域特定部３１２が、移動可能空間１４０１の更新を行ってもよい。 The movable space 1401 is a space that is determined so as not to change even if the bucket 6 moves due to drive control of the attachment by the shovel 100, but is an area that changes when the upper rotating body 3 of the shovel 100 rotates or when the lower running body 1 of the shovel 100 moves. In other words, the same movable space 1401 may be used for determination until the shovel 100 completes construction in the current situation, and when the shovel completes construction in the current situation and the upper rotating body 3 rotates or the lower running body 1 of the shovel 100 moves, the area identification unit 312 may update the movable space 1401.

さらには、領域特定部３１２が、ショベルコントローラ３０の処理を行うサイクル（例えば数十ｍｓ）毎に、移動可能空間１４０１の更新を行ってもよい。 Furthermore, the area identification unit 312 may update the movable space 1401 every processing cycle (e.g., every few tens of ms) of the shovel controller 30.

抽出部３１３は、設計情報（形状情報の一例）で示された施工後の物体の表面形状を構成する三角形の集合から、移動可能空間１４０１に含まれている、三角形を抽出する。抽出された三角形の組み合わせで表される三次元形状は、ショベル１００の現在位置及び上部旋回体３の現在の旋回角度における、バケット６による施工後の形状として用いられる。 The extraction unit 313 extracts triangles contained in the movable space 1401 from a set of triangles that constitute the surface shape of the object after construction, which is indicated in the design information (an example of shape information). The three-dimensional shape represented by the combination of the extracted triangles is used as the shape after construction by the bucket 6, at the current position of the excavator 100 and the current rotation angle of the upper rotating body 3.

図５は、本実施形態に係る設計情報で示された施工後の物体の表面形状を示した図である。図５は、設計情報で示された施工後の物体の表面形状１５０１は、上述した基準座標系１５１１で示されている例とする。 Figure 5 is a diagram showing the surface shape of an object after construction indicated in the design information according to this embodiment. In Figure 5, the surface shape 1501 of the object after construction indicated in the design information is an example shown in the reference coordinate system 1511 described above.

さらに、図５に示される例では、ショベル１００の中心位置１４１１'が示されている。当該中心位置１４１１'は、機体座標系の原点であるとともに、取得部３１１が取得したショベル１００の基準座標系の現在位置でもある。したがって、機体座標系の原点を、図５に示される基準座標系の位置として、中心位置１４１１'に変換できる。したがって、機体座標系の位置及び向きを、基準座標系の位置及び向きに変換できる。 Furthermore, in the example shown in FIG. 5, a center position 1411' of the shovel 100 is shown. The center position 1411' is the origin of the machine body coordinate system, and is also the current position of the reference coordinate system of the shovel 100 acquired by the acquisition unit 311. Therefore, the origin of the machine body coordinate system can be converted to the center position 1411' as the position of the reference coordinate system shown in FIG. 5. Therefore, the position and orientation of the machine body coordinate system can be converted to the position and orientation of the reference coordinate system.

図５で示される施工後の物体の表面形状１５０１は、実際には、図５で示した三角形よりも細かい三角形の集合で実現されている。そこで、表面形状１５０１の一部領域１５２１について説明する。 The surface shape 1501 of the object after construction shown in FIG. 5 is actually realized by a collection of triangles that are finer than the triangles shown in FIG. 5. Therefore, a partial area 1521 of the surface shape 1501 will be described.

図６は、施工後の物体の表面形状１５０１の一部領域１５２１を示した図である。図６に示されるように、表面形状１５０１の一部領域１５２１は、ＴＩＮ形式で形成されているため、三角形の集合で表されている。 Figure 6 shows a partial area 1521 of the surface shape 1501 of the object after construction. As shown in Figure 6, the partial area 1521 of the surface shape 1501 is formed in TIN format, and is therefore represented as a set of triangles.

本実施形態では、抽出部３１３が、表面形状１５０１を形成している三角形毎に、バケット６の半自動制御に必要か否かを判定する。本実施形態では、抽出部３１３は、表面形状１５０１を構成する当該三角形の各頂点のうちいずれか一つ以上が、移動可能空間１４０１に含まれるか否かに基づいて当該判定を行う。 In this embodiment, the extraction unit 313 determines whether each triangle forming the surface shape 1501 is necessary for semi-automatic control of the bucket 6. In this embodiment, the extraction unit 313 makes this determination based on whether or not one or more of the vertices of the triangle forming the surface shape 1501 is included in the movable space 1401.

図６に示される例では、一部領域１５２１に含まれる全ての三角形１６０１～１６１３の各頂点について、移動可能空間１４０１に含まれるか否かの判定が行われる。 In the example shown in FIG. 6, a determination is made for each vertex of all triangles 1601 to 1613 contained in the partial area 1521 as to whether or not they are contained in the movable space 1401.

図７は、施工後の物体の表面形状１５０１の一部領域１５２１に対して、移動可能空間１４０１を重畳した図である。図７に示される例では、移動可能空間１４０１として、中心面１４０２を基準として、幅ｗだけ離れた位置に側面１４０３、１４０４（端部の一例）が表されている。 Figure 7 is a diagram in which a movable space 1401 is superimposed on a partial area 1521 of the surface shape 1501 of the object after construction. In the example shown in Figure 7, the movable space 1401 is represented by side surfaces 1403 and 1404 (an example of an end portion) positioned a width w away from a central surface 1402.

例えば、一部領域１５２１の三角形１６０１の場合、抽出部３１３は、三角形１６０１の各頂点（ｐ₁，ｐ₂、ｐ₃）が移動可能空間１４０１に含まれるか否かを判定する。次に判定手法について説明する。式（１）、式（２）は、基準座標系における、移動可能空間１４０１内のショベル１００の中心位置（基準点）１４１１'を含むと共にバケット６が移動可能な２軸の方向を含む中心面１４０２を表した方程式である。変数ａ、ｂ、ｃ、ｄは、中心面１４０２上の座標をｘ、ｙ、ｚに代入した場合に式（１）を満足するように定められている。また、変数ａ、ｂ、ｃは、式（２）を満足するように（法線ベクトルが１になるように）定められている。 For example, in the case of a triangle 1601 in the partial region 1521, the extraction unit 313 determines whether or not each vertex (p ₁ , p ₂ , p ₃ ) of the triangle 1601 is included in the movable space 1401. Next, the determination method will be described. Equation (1) and Equation (2) are equations that represent a center plane 1402 that includes the center position (reference point) 1411′ of the shovel 100 in the movable space 1401 in the reference coordinate system and includes the directions of two axes along which the bucket 6 can move. The variables a, b, c, and d are determined so as to satisfy Equation (1) when the coordinates on the center plane 1402 are substituted for x, y, and z. The variables a, b, and c are also determined so as to satisfy Equation (2) (so that the normal vector becomes 1).

ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０……（１）
ａ²＋ｂ²＋ｃ²＝１……（２） ax+by+cz+d=0...(1)
^a2 + ^b2 + ^c2 = 1 ... (2)

そして、抽出部３１３は、式（１）で示される中心面１４０２と、三角形の各頂点ｐ_n＝［ｘ_n、ｙ_n、ｚ_n］（例えばｎ＝１，２，３）と、の間の距離ｄ_nを、下記の式（３）で算出する。 Then, the extraction unit 313 calculates the distance d _n between the central plane 1402 shown in equation (1) and each vertex p _n = [x _n , _yn , z _n ] (for example, n = 1, 2, 3) of the triangle using the following equation (3).

ｄ_n＝－（ａｘ_n＋ｂｙ_n＋ｃｚ_n＋ｄ）……（３） d _n =-(ax _n +by _n +cz _n +d) ... (3)

そして、抽出部３１３は、式（３）で算出された三角形の各頂点ｐ_nの距離ｄ_nと移動可能空間１４０１の側面端までの幅ｗとの和及び差を算出する。算出には下の式（４）及び式（５）を用いる。三角形の頂点全てが式（４）又は式（５）を満足した（換言すれば、中心面１４０２から頂点までの距離が幅ｗよりも長い）場合に、当該三角形は、移動可能空間１４０１に含まれないので、半自動制御に必要のない面として、抽出部３１３による抽出対象から除かれる。 Then, the extraction unit 313 calculates the sum and difference between the distance _dn of each vertex _pn of the triangle calculated by formula (3) and the width w to the side edge of the movable space 1401. The following formulas (4) and (5) are used for the calculation. If all vertices of a triangle satisfy formula (4) or (5) (in other words, the distance from the central surface 1402 to the vertex is longer than the width w), the triangle is not included in the movable space 1401, and is therefore excluded from the extraction targets by the extraction unit 313 as a surface not necessary for semi-automatic control.

ｄ_n－ｗ≧０（ｎ＝１，２，３）……（４）
ｄ_n－ｗ≦０（ｎ＝１，２，３）……（５） d _n -w ≧ 0 (n = 1, 2, 3) ... (4)
d _n -w≦0 (n=1, 2, 3) ... (5)

例えば、距離ｄ_１～ｄ₃は、式（４）を満足するので、頂点ｐ_１～ｐ₃は、移動可能空間１４０１に含まれない。したがって、三角形１６０１は、移動可能空間１４０１に含まれないので、抽出部３１３は、三角形１６０１を抽出しない。 For example, since the distances d ₁ to d ₃ satisfy the formula (4), the vertices p ₁ to p ₃ are not included in the movable space 1401. Therefore, the triangle 1601 is not included in the movable space 1401, so the extraction unit 313 does not extract the triangle 1601.

一方、三角形の頂点のうちいずれか一つでも、式（４）及び式（５）を満足しない（換言すれば、中心面１４０２から頂点までの距離が幅ｗよりも短い）場合、当該頂点が、移動可能空間１４０１に含まれる。このため、当該頂点を含む三角形は、半自動制御に必要のある面として、抽出部３１３により抽出される。 On the other hand, if any one of the vertices of the triangle does not satisfy formula (4) or formula (5) (in other words, the distance from the central plane 1402 to the vertex is shorter than the width w), the vertex is included in the movable space 1401. Therefore, the triangle including the vertex is extracted by the extraction unit 313 as a surface required for semi-automatic control.

抽出部３１３は、他の三角形１６０２～１６１３についても、三角形１６０１と同様の処理を行う。その結果、抽出部３１３は、半自動制御に必要な面として、三角形１６０３、１６０４、１６０５、１６０６、１６０９、１６１０、１６１１、１６１３を組み合わせた三次元形状を抽出する。本実施形態においては、式（３）、式（４）、式（５）を用いることで、三角形が抽出対象か否か、換言すれば現在のショベル１００の位置でバケット６の施工対象となるか否かの判定を容易に行うことができる。半自動制御では、バケット６との位置関係の演算に、抽出部３１３が抽出した三角形のみ用いればよいので、処理負担を軽減できる。 The extraction unit 313 performs the same process as for triangle 1601 on the other triangles 1602 to 1613. As a result, the extraction unit 313 extracts a three-dimensional shape combining triangles 1603, 1604, 1605, 1606, 1609, 1610, 1611, and 1613 as a surface required for semi-automatic control. In this embodiment, by using formulas (3), (4), and (5), it is possible to easily determine whether a triangle is an extraction target, in other words, whether it is a construction target of the bucket 6 at the current position of the shovel 100. In semi-automatic control, only the triangles extracted by the extraction unit 313 need to be used to calculate the positional relationship with the bucket 6, thereby reducing the processing load.

また、三角形の頂点が移動可能空間１４０１に含まれないにもかかわらず、三角形の一部が移動可能空間に含まれるのを抑制するために、全ての三角形の辺の長さが２ｗより長くならないように設計情報を生成してもよい。さらに、抽出部３１３は、三角形の頂点毎に算出された３個のｄ_nに正の値と負の値とが含まれているか否かに基づいて、移動可能空間１４０１に含まれるか否かの判定も行ってもよい。 Furthermore, in order to prevent a portion of a triangle from being included in the movable space 1401 even though a vertex of the triangle is not included in the movable space 1401, design information may be generated so that the lengths of the sides of all triangles are not longer than 2w. Furthermore, the extraction unit 313 may also determine whether or not a triangle is included in the movable space 1401 based on whether or not the three d _n calculated for each vertex of the triangle include positive and negative values.

図７で示される例では、ショベル１００が水平な地面上に存在する場合（中心面１４０２が垂直になる場合）について説明したが、ショベル１００の状況を制限するものではなく、ショベル１００が傾斜面状に存在する場合でも上述した演算によって、バケット６の半自動制御に必要な面を抽出可能である。 In the example shown in FIG. 7, the case where the shovel 100 is on a horizontal ground surface (where the center plane 1402 is vertical) has been described, but this does not limit the situation of the shovel 100, and even if the shovel 100 is on an inclined surface, the surface required for semi-automatic control of the bucket 6 can be extracted by the above-mentioned calculation.

本実施形態においては、抽出部３１３は、設計情報に含まれる施工後の物体の表面を構成する全ての三角形について、当該三角形の各頂点が、移動可能空間１４０１に含まれるか否かを判定する。また、抽出部３１３は、上述した判定の対象を制限してもよい。例えば、抽出部３１３は、ショベル１００を基準に所定の範囲内（例えば、１０～１５ｍ以内）に存在する施工後の物体の表面を構成する三角形のみを判定の対象としてもよい。 In this embodiment, the extraction unit 313 determines whether or not each vertex of every triangle constituting the surface of the object after construction, which is included in the design information, is included in the movable space 1401. The extraction unit 313 may also limit the targets of the above-mentioned determination. For example, the extraction unit 313 may determine only triangles constituting the surface of the object after construction that exist within a predetermined range (for example, within 10 to 15 m) based on the shovel 100.

そして、ショベルコントローラ３０は、抽出部３１３により抽出された三角形で表される３次元形状を、バケット６を移動させるための半自動制御に用いる。本実施形態においては、半自動制御として、バケット６の移動経路を生成し、当該移動経路に沿ってバケット６を移動させるための制御を行う例とする。本実施形態は、半自動制御の一例として移動経路を生成する例を示したものであって、実施される制御を制限するものではない。つまり、ショベルコントローラ３０が、抽出部３１３により抽出された三角形で表される三次元形状に基づいて、バケット６を移動させる制御であればよい。 The shovel controller 30 then uses the three-dimensional shape represented by the triangles extracted by the extraction unit 313 for semi-automatic control to move the bucket 6. In this embodiment, the semi-automatic control is an example of generating a movement path for the bucket 6 and performing control to move the bucket 6 along the movement path. This embodiment shows an example of generating a movement path as an example of semi-automatic control, and does not limit the control that is performed. In other words, it is sufficient that the shovel controller 30 controls the movement of the bucket 6 based on the three-dimensional shape represented by the triangles extracted by the extraction unit 313.

経路生成部３１４は、抽出部３１３により抽出された三角形で表される三次元形状に基づいて、バケット６の移動経路を生成する。 The path generation unit 314 generates a movement path for the bucket 6 based on the three-dimensional shape represented by the triangles extracted by the extraction unit 313.

本実施形態に係る経路生成部３１４は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３からの検出結果に基づいて、バケット６の位置を特定する。 The path generation unit 314 in this embodiment determines the position of the bucket 6 based on the detection results from the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, and the bucket angle sensor S3.

例えば、特定されたバケット６の位置が抽出された面から離れている場合に、経路生成部３１４は、抽出された面にバケット６が接触するまでの移動経路を生成する。 For example, if the identified position of the bucket 6 is away from the extracted surface, the path generation unit 314 generates a movement path until the bucket 6 comes into contact with the extracted surface.

バケット６が抽出された面に接触している場合、経路生成部３１４は、設計情報で示された、施工後の物体の３次元形状を形成するためのバケット６の移動経路を生成する。具体的には、経路生成部３１４は、設計情報と、空間認識装置Ｓ７により検出された現在の物体の形状と、に基づいて、どのようにバケット６が動いた場合に、施工後の土砂（物体の一例）の三次元形状が形成されるのかを推定し、当該推定結果に基づいて、抽出された三次元形状を形成するためのバケット６の移動経路を生成する。 When the bucket 6 is in contact with the extracted surface, the path generating unit 314 generates a movement path of the bucket 6 for forming the three-dimensional shape of the object after construction, as indicated in the design information. Specifically, based on the design information and the current shape of the object detected by the spatial recognition device S7, the path generating unit 314 estimates how the bucket 6 will move to form the three-dimensional shape of the soil (an example of an object) after construction, and generates a movement path of the bucket 6 for forming the extracted three-dimensional shape, based on the estimation result.

制御部３１５は、経路生成部３１４によって生成された移動経路に沿ってバケット６が移動するような半自動制御を行う。例えば、操作センサ２９がブーム４の下げ操作を受け付けた場合に、制御部３１５が、移動経路に沿ってバケット６を移動させるように、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９を油圧駆動させる施工制御を行う。抽出部３１３で抽出された三角形で表される三次元形状には、バケット６が移動可能な面が全て含まれているので、当該面を考慮した施工制御を行うことで、設計情報で示された土砂（物体の一例）の３次元形状の形成を実現できる。 The control unit 315 performs semi-automatic control so that the bucket 6 moves along the travel path generated by the path generation unit 314. For example, when the operation sensor 29 receives an instruction to lower the boom 4, the control unit 315 performs construction control to hydraulically drive the boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9 so as to move the bucket 6 along the travel path. The three-dimensional shape represented by the triangle extracted by the extraction unit 313 includes all of the surfaces on which the bucket 6 can move, so that construction control that takes these surfaces into consideration can realize the formation of the three-dimensional shape of the soil (an example of an object) shown in the design information.

図８は、本実施形態に係るショベルコントローラ３０がバケット６を移動させるための半自動制御を示したフローチャートである。 Figure 8 is a flowchart showing the semi-automatic control performed by the shovel controller 30 in this embodiment to move the bucket 6.

まず、取得部３１１が、設計情報記憶部３２１に記憶されている設計情報、及びショベル情報記憶部３２２に記憶されているバケット６の車幅方向の長さを読み出す（Ｓ１８０１）。 First, the acquisition unit 311 reads out the design information stored in the design information storage unit 321 and the vehicle width direction length of the bucket 6 stored in the shovel information storage unit 322 (S1801).

次に、取得部３１１は、ショベル１００内の各種構成の信号を取得する（Ｓ１８０２）。例えば、取得部３１１は、測位装置Ｓ８により測定されたショベル１００の位置及び向き、並びに、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３及び旋回角速度センサＳ５の検出結果を取得する。 Next, the acquisition unit 311 acquires signals of various components within the shovel 100 (S1802). For example, the acquisition unit 311 acquires the position and orientation of the shovel 100 measured by the positioning device S8, as well as the detection results of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, the bucket angle sensor S3, and the swing angular velocity sensor S5.

領域特定部３１２は、読み出されたバケット６の車幅方向の長さ、及びショベル１００の位置及び向きに基づいて、基準座標系におけるバケット６の移動可能空間を特定する（Ｓ１８０３）。 The area identification unit 312 identifies the movable space of the bucket 6 in the reference coordinate system based on the read-out widthwise length of the bucket 6 and the position and orientation of the excavator 100 (S1803).

抽出部３１３は、設計情報（形状情報の一例）で示された施工後の物体の表面形状を構成する三角形の集合から、移動可能空間１４０１に含まれている三角形を抽出し、当該三角形を組み合わせた三次元形状を抽出する（Ｓ１８０４）。 The extraction unit 313 extracts triangles contained in the movable space 1401 from a set of triangles that constitute the surface shape of the object after construction, as indicated in the design information (an example of shape information), and extracts a three-dimensional shape combining the triangles (S1804).

経路生成部３１４は、バケット６の現在の位置と、抽出部３１３により抽出された三角形で表される三次元形状と、に基づいて、バケット６の移動経路を生成する（Ｓ１８０５）。 The path generation unit 314 generates a movement path for the bucket 6 based on the current position of the bucket 6 and the three-dimensional shape represented by the triangle extracted by the extraction unit 313 (S1805).

制御部３１５は、操作者の操作を受け付けた場合に、経路生成部３１４によって生成された移動経路に沿ってバケット６が移動するような半自動制御を行う（Ｓ１８０６）。 When the control unit 315 receives an operation from the operator, it performs semi-automatic control so that the bucket 6 moves along the movement path generated by the path generation unit 314 (S1806).

さらに、取得部３１１は、ショベル１００内の各種構成の信号を取得する（Ｓ１８０７）。例えば、取得部３１１は、測位装置Ｓ８により測定されたショベル１００の位置及び向き、並びに、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３及び旋回角速度センサＳ５の検出結果を取得する。 Furthermore, the acquisition unit 311 acquires signals of various components within the shovel 100 (S1807). For example, the acquisition unit 311 acquires the position and orientation of the shovel 100 measured by the positioning device S8, as well as the detection results of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, the bucket angle sensor S3, and the swing angular velocity sensor S5.

そして、領域特定部３１２は、取得した信号に基づいて、ショベル１００の上部旋回体３による旋回駆動、又は下部走行体１による移動が行われたか否かを判定する（Ｓ１８０８）。旋回駆動又は移動が行われたと判定した場合（Ｓ１８０８：ＹＥＳ）、再びＳ１８０３から処理を行う。 Then, the area identification unit 312 determines whether the upper rotating body 3 of the excavator 100 has been rotated or the lower traveling body 1 has been moved based on the acquired signal (S1808). If it is determined that the upper rotating body 3 of the excavator 100 has been rotated or moved (S1808: YES), the process is repeated from S1803.

一方、領域特定部３１２が、旋回駆動及び移動が行われなかったと判定した場合（Ｓ１８０８：ＮＯ）、ショベルコントローラ３０は、設計情報に基づいた施工が終了したか否かを判定する（Ｓ１８０９）。施工が終了していないと判定した場合（Ｓ１８０９：ＮＯ）、再びＳ１８０５から処理を行う。 On the other hand, if the area identification unit 312 determines that rotation and movement have not been performed (S1808: NO), the excavator controller 30 determines whether construction based on the design information has been completed (S1809). If it determines that construction has not been completed (S1809: NO), the process is repeated from S1805.

一方、ショベルコントローラ３０は、施工が終了したと判定した場合（Ｓ１８０９：ＹＥＳ）、処理を終了する。 On the other hand, if the excavator controller 30 determines that construction has been completed (S1809: YES), it ends the processing.

上述した処理手順においては、バケット６の移動可能空間に含まれる三角形のみを組み合わせた三次元形状を用いて、バケット６の制御を行うので、演算負荷を軽減できる。上述した処理手順では、ショベル１００の現在の状況が変化する（例えば旋回又は移動する）毎に、バケット６の移動可能空間を特定する例について説明した。しかしながら、本実施形態は、バケット６の移動可能空間を特定するタイミングを制限するものではなく、ショベルコントローラ３０の処理サイクル（例えば数十ｍｓ）毎にバケット６の移動可能空間を特定してもよい。 In the above-described processing procedure, the bucket 6 is controlled using a three-dimensional shape that combines only triangles included in the movable space of the bucket 6, so that the computational load can be reduced. In the above-described processing procedure, an example has been described in which the movable space of the bucket 6 is identified each time the current situation of the shovel 100 changes (e.g., when the shovel 100 turns or moves). However, this embodiment does not limit the timing for identifying the movable space of the bucket 6, and the movable space of the bucket 6 may be identified every processing cycle (e.g., several tens of ms) of the shovel controller 30.

本実施形態は、ショベル１００のキャビン１０に搭乗している操作者の操作に従ってショベルコントローラ３０が半自動制御を行う例について説明するが、半自動制御をキャビン１０に搭乗している操作者の操作に制限するものではなく、ショベル１００の通知な通信端末による遠隔操作を行う場合に適用してもよい。 This embodiment describes an example in which the shovel controller 30 performs semi-automatic control in accordance with the operation of an operator in the cabin 10 of the shovel 100, but the semi-automatic control is not limited to the operation of an operator in the cabin 10, and may also be applied to a case in which the shovel 100 is remotely operated using a communication terminal.

（変形例）
上述した実施形態においては、ショベルコントローラ３０が、操作者から操作を受け付けた場合に、バケット６を経路に沿って移動させる半自動制御を行う例について説明した。しかしながら、上述した実施形態は、バケット６を移動させるために半自動制御を行う例に制限するものではない。変形例では、ショベルコントローラ３０が、操作を受け付けることなく、バケット６を経路に沿って移動させる自動制御を行う例とする。本変形例では、キャビン１０に操作者が搭乗してもよいし、搭乗していなくともよい。 (Modification)
In the above-described embodiment, an example has been described in which the shovel controller 30 performs semi-automatic control to move the bucket 6 along a path when an operation is received from an operator. However, the above-described embodiment is not limited to an example in which semi-automatic control is performed to move the bucket 6. In a modified example, the shovel controller 30 performs automatic control to move the bucket 6 along a path without receiving an operation. In this modified example, an operator may or may not be present in the cabin 10.

本変形例に係る抽出部３１３は、上述した実施形態と同様の手法を用いて、バケット６の施工対象として、移動可能空間に含まれる三角形のみを組み合わせた三次元形状を抽出する。 The extraction unit 313 in this modified example uses a method similar to that of the above-described embodiment to extract a three-dimensional shape that combines only triangles contained in the movable space as the construction target of the bucket 6.

その後、経路生成部３１４は、上述した実施形態と同様に、抽出された三次元形状に基づいて、バケット６の移動経路を生成し、制御部３１５が、生成された移動経路に沿ってバケット６が移動するように、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９を油圧駆動させる制御を自動で行う。当該制御を行うことで、上述した実施形態と同様の効果を得られる。 Then, the path generating unit 314 generates a movement path for the bucket 6 based on the extracted three-dimensional shape, as in the above-described embodiment, and the control unit 315 automatically controls the hydraulic actuation of the boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9 so that the bucket 6 moves along the generated movement path. By performing this control, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.

＜作用＞
上述した実施形態及び変形例においては、施工後の物体の表面形状を構成する三角形の集合から、移動可能空間に頂点が含まれるか否かを判定し、判定結果に基づいて、移動可能空間に含まれる三角形を組み合わせた三次元形状を抽出する例について説明した。移動可能空間に三角形の頂点が含まれるか否かの判定は、その後の処理（例えば位置関係の認識処理）に比べると負荷が非常に少ない。このため、上述した実施形態及び変形例は、移動可能空間に含まれる、三角形を組み合わせた三次元形状を抽出することで、処理負担を軽減できる。 <Action>
In the above-described embodiment and modified example, an example has been described in which it is determined whether or not a vertex is included in a movable space from a set of triangles that constitute the surface shape of an object after construction, and a three-dimensional shape combining the triangles included in the movable space is extracted based on the determination result. The determination of whether or not a vertex of a triangle is included in the movable space imposes a much smaller load than subsequent processing (e.g., positional relationship recognition processing). For this reason, the above-described embodiment and modified example can reduce the processing load by extracting a three-dimensional shape combining triangles included in the movable space.

上述した実施形態及び変形例においては、ショベル１００の現在位置及び上部旋回体３の現在の旋回角で、バケット６が移動した場合に、当該バケット６が接触可能な三角形を抽出している。 In the above-described embodiment and modified example, a triangle that the bucket 6 can contact is extracted when the bucket 6 moves at the current position of the excavator 100 and the current rotation angle of the upper rotating body 3.

つまり、従来の手法では、バケットの移動制御のために、バケットの近い物体の表面形状を抽出する際、当該表面形状がバケット近傍で複雑であれば、抽出される表面形状の情報量が大きくなる。抽出される表面形状の情報量が大きい場合、表面形状とバケットとの間の位置関係を認識するための演算負荷も大きくなる。 In other words, in conventional methods, when extracting the surface shape of an object close to the bucket to control the bucket's movement, if the surface shape is complex near the bucket, the amount of information about the extracted surface shape increases. When the amount of information about the extracted surface shape is large, the computational load for recognizing the positional relationship between the surface shape and the bucket also increases.

これに対して、上述した実施形態及び変形例においては、バケット６の近傍で表面形状が複雑な場合であっても、ショベル１００が現在の状態でバケット６が接触する可能性のない表面形状については抽出対象から除かれる。したがって、バケット６が接触する可能性のある表面形状を抽出する一方、バケット６が接触する可能性のない表面形状の抽出を抑制するので、接触する可能性、換言すれば施工対象となる表面形状とバケット６との間の位置関係を正確に認識できる。したがって、バケット６が移動可能な表面形状を施工対象から除くことなく、処理負担の軽減を実現する。 In contrast to this, in the above-described embodiment and modified example, even if the surface shape near the bucket 6 is complex, surface shapes that the bucket 6 is unlikely to come into contact with in the current state of the shovel 100 are excluded from the extraction target. Therefore, surface shapes that the bucket 6 may come into contact with are extracted, while extraction of surface shapes that the bucket 6 is unlikely to come into contact with is suppressed, so that the possibility of contact, in other words the positional relationship between the surface shape to be worked on and the bucket 6, can be accurately recognized. Therefore, a reduction in the processing burden is achieved without excluding surface shapes on which the bucket 6 can move from the work target.

上述した実施形態及び変形例においては、ショベルコントローラ３０が、一般的な情報処理装置に搭載するＣＰＵと比べて演算性能が低い演算装置であっても、上述した処理を行うことで処理負担を軽減できるので、バケット６を移動させるための半自動制御又は全自動制御が容易になる。 In the above-described embodiment and modified example, even if the shovel controller 30 is a computing device with lower computing performance than a CPU installed in a general information processing device, the processing load can be reduced by performing the above-described processing, making it easier to perform semi-automatic or fully automatic control for moving the bucket 6.

上述した実施形態及び変形例においては、ショベルを用いた例について説明した。しかしながら、上述した実施形態及び変形例は、ショベルに制限するものではなく、ブルトーザーなどの地面の形状を形成可能な作業機械であれば適用可能とする。ブルトーザーの場合、ブルトーザーの本体から移動可能に設けられたバケットの移動可能空間に基づいて、上述した実施形態及び変形例と同様の処理を行う。 In the above-mentioned embodiment and modified examples, an example using a shovel has been described. However, the above-mentioned embodiment and modified examples are not limited to shovels, and can be applied to any work machine that can shape the ground, such as a bulldozer. In the case of a bulldozer, the same processing as in the above-mentioned embodiment and modified examples is performed based on the movable space of a bucket that is movably mounted on the main body of the bulldozer.

以上、本発明に係るショベルを含む作業機械の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。 Although the embodiment of the work machine including the shovel according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. Various changes, modifications, substitutions, additions, deletions, and combinations are possible within the scope of the claims. Naturally, these also fall within the technical scope of the present invention.

１００ ショベル
１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１１ エンジン
Ｓ１ ブーム角度センサ
Ｓ２ アーム角度センサ
Ｓ３ バケット角度センサ
Ｓ４ 機体傾斜センサ
Ｓ５ 旋回角速度センサ
Ｓ６ 撮像装置
Ｓ７ 空間認識装置
Ｓ８ 測位装置
Ｔ１ 通信装置
３０ ショベルコントローラ
３１０ アタッチメント処理部
３１１ 取得部
３１２ 領域特定部
３１３ 抽出部
３１４ 経路生成部
３１５ 制御部
３２０ 補助記憶装置
３２１ 設計情報記憶部
３２２ ショベル情報記憶部 LIST OF SYMBOLS 100 Shovel 1 Lower travelling body 2 Swing mechanism 3 Upper swing body 4 Boom 5 Arm 6 Bucket 7 Boom cylinder 8 Arm cylinder 9 Bucket cylinder 11 Engine S1 Boom angle sensor S2 Arm angle sensor S3 Bucket angle sensor S4 Machine body inclination sensor S5 Swing angular velocity sensor S6 Imaging device S7 Spatial recognition device S8 Positioning device T1 Communication device 30 Shovel controller 310 Attachment processing unit 311 Acquisition unit 312 Area identification unit 313 Extraction unit 314 Path generation unit 315 Control unit 320 Auxiliary storage device 321 Design information storage unit 322 Shovel information storage unit

Claims (6)

上部旋回体と、
前記上部旋回体から移動可能に設けられたアタッチメントと、
前記アタッチメントで施工された後の施工対象の表面形状を多角形の集合で示した形状情報を記憶する記憶部と、
前記形状情報で示された前記表面形状から、前記アタッチメントが移動可能な空間に含まれている前記多角形を抽出し、抽出された前記多角形で表される三次元形状に基づいて制御を行うように構成されている、
ショベル。 An upper rotating body;
An attachment movably provided from the upper rotating body;
A storage unit that stores shape information that indicates a surface shape of a target object after processing with the attachment as a set of polygons;
The polygon included in the space in which the attachment can move is extracted from the surface shape indicated by the shape information, and control is performed based on the three-dimensional shape represented by the extracted polygon.
Shovel. 前記アタッチメントが移動可能な空間の幅の長さは、前記ショベルの車幅方向における前記アタッチメントの長さに対応している、
請求項１に記載のショベル。 The width of the space in which the attachment can move corresponds to the length of the attachment in the vehicle width direction of the shovel.
The shovel according to claim 1. 前記アタッチメントが移動可能な空間を構成する対向した２つの面は、前記アタッチメントの車幅方向の側面を、前記アタッチメントが移動可能な方向に延長した平面である、
請求項２に記載のショベル。 The two opposing surfaces constituting the space in which the attachment can move are planes extending from the vehicle width direction side surfaces of the attachment in the direction in which the attachment can move.
The shovel according to claim 2. 前記移動可能な空間内に定められた基準点を含むと共に前記アタッチメントが移動可能な２軸の方向を含む平面と、前記表面形状を構成する前記多角形の各頂点と、の距離が、前記基準点から前記アタッチメントの前記車幅方向の端部までの距離より短いか否かに基づいて、前記多角形を抽出する、
請求項２に記載のショベル。 extracting the polygon based on whether or not a distance between a plane including a reference point defined within the movable space and including directions of two axes along which the attachment can move, and each vertex of the polygon constituting the surface shape is shorter than a distance from the reference point to an end of the attachment in the vehicle width direction;
The shovel according to claim 2. 抽出された前記多角形で表される前記三次元形状を形成させるよう、前記アタッチメントを用いて施工制御を行うように構成されている、
請求項１乃至４のいずれか一つに記載のショベル。 The attachment is configured to perform construction control so as to form the three-dimensional shape represented by the extracted polygon.
A shovel according to any one of claims 1 to 4. 当該作業機械の本体から移動可能に設けられたアタッチメントと、
前記アタッチメントで施工された後の施工対象の表面形状を多角形の集合で示した形状情報を記憶する記憶部と、
前記形状情報で示された前記表面形状から、前記アタッチメントの移動可能な空間に含まれている前記多角形を抽出し、抽出された前記多角形で表される三次元形状を、前記アタッチメントの施工に用いるように構成されている、
作業機械。 an attachment movably provided from a main body of the work machine;
A storage unit that stores shape information that indicates a surface shape of a target object after processing with the attachment as a set of polygons;
The polygon included in the space in which the attachment can move is extracted from the surface shape indicated by the shape information, and the three-dimensional shape represented by the extracted polygon is used for installation of the attachment.
Working machinery.

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