JP7360568B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に関する。

油圧アクチュエータにより駆動されるフロント作業装置（例えばブーム、アーム、及び、バケット等のアタッチメント）等を有する多関節型の作業機械（例えば油圧ショベル）が知られている。この種の作業機械は、掘削した土砂等の対象物を、運搬機械（例えばダンプトラック）等の被積込機械に向けて運搬する運搬動作と、運搬動作により運搬された対象物を被積込機械に放出する放出動作（例えば放土動作）とを行って、対象物の積込作業を行う。

積込作業を行う際、フロント作業装置の位置（例えば、バケットの位置）が被積込機械に対して低いと、運搬動作においてフロント作業装置が被積込機械と干渉する可能性がある。一方で、フロント作業装置の位置が被積込機械に対して過度に高いと、放出された対象物が被積込機械にダメージを与える可能性がある。例えば、鉱山用の油圧ショベルでは、１回の放土動作において５０トン程度の土砂をダンプトラックに放出することもあり、バケットの位置がダンプトラックに対して過度に高いと、放土された土砂がダンプトラックに大きなダメージを与える虞がある。積込作業を行う作業機械のオペレータは、被積込機械の位置を確認しながら、上部旋回体の旋回動作とフロント作業装置の回動動作とを連動させる必要があり、習熟した技能を有する必要がある。

このような積込作業を支援する技術が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１には、高さが放土位置と等しく、且つ、上部旋回体の旋回中心からの距離が旋回中心から放土位置までの距離と等しく、且つ、バケットの下方に被積込機械が存在しない位置である干渉回避位置を特定する回避位置特定部を備える積込機械制御装置が開示されている。

特開２０１９－６５６６１号公報

特許文献１の積込機械制御装置は、オペレータにより放土を指示する操作信号が入力されると、バケットを掘削完了位置から干渉回避位置まで自動で移動させる。特許文献１の積込機械制御装置は、バケットが干渉回避位置に到達すると、フロント作業装置の動作を停止し、上部旋回体のみ旋回動作を継続させてバケットを放土位置まで自動で移動させる。すなわち、特許文献１の積込機械制御装置は、干渉回避位置及び放土位置を通る軌跡に沿ってバケットを移動させるので、当該軌跡によってはオペレータが違和感を覚える可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、オペレータに違和感を与えずに積込作業を支援することが可能な作業機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の作業機械は、対象物を被積込機械に向けて運搬する運搬動作と、前記運搬動作により運搬された前記対象物を前記被積込機械に放出する放出動作とを行って前記対象物を前記被積込機械に積み込む作業機械であって、下部走行体に対して旋回する上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム及びバケットを含む作業装置と、前記作業装置の回動角度及び前記上部旋回体の旋回角度を検出する姿勢検出装置と、前記被積込機械の位置を検出する物体検出装置と、前記作業装置及び前記上部旋回体の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記物体検出装置の検出結果に基づいて、前記上部旋回体を旋回動作中に許容される前記作業装置の高さ方向に移動可能な範囲を示す許容範囲を演算する許容範囲演算部と、前記姿勢検出装置の検出結果と前記物体検出装置の検出結果とに基づいて、前記運搬動作中であるか否かを判定する動作判定部と、前記運搬動作中であると判定された場合、前記作業装置の前記高さ方向の位置が前記許容範囲内に留まるよう前記ブームの回動動作を制御する動作制御部と、を含み、前記許容範囲演算部は、前記運搬動作における前記作業装置の前記被積込機械への干渉を回避可能な前記高さ方向の前記位置の下限値と、前記バケットの寸法、容量、前記対象物の種類及び前記対象物の比重の少なくとも１つに基づいて求められた前記高さ方向の前記位置の上限値と、によって定められる前記ブームの回動角度の範囲を、前記許容範囲として演算することを特徴とする。

本発明によれば、オペレータに違和感を与えずに積込作業を支援することが可能な作業機械を提供することができる。
上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施形態１の作業機械の構成を模式的に示す図。 図１に示す作業機械に搭載された油圧システムの構成を模式的に示す図。 図２に示す制御装置の機能的構成を示す図。 図３に示す制御装置において設定される基準座標系を示す図。 図４に示す基準座標系を他の方向から視た図。 図３に示す許容範囲演算部により演算される許容範囲を説明する図。 図３に示す制御装置によって行われる積込支援制御に係る処理を示すフローチャート。 図６に示す相関マップの更新例を示す図である。 実施形態２の作業機械の機能的構成を示す図である。 図９に示す制御装置によって行われる積込支援制御に係る処理を示すフローチャート。 実施形態３の制御装置によって行われる積込支援制御に係る処理を示すフローチャート。 実施形態４の表示装置に表示される画面を模式的に示す図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各実施形態において同一の符号を付された構成は、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有し、その説明を省略する。

本実施形態の作業機械は、対象物を被積込機械に向けて運搬する運搬動作と、運搬動作により運搬された対象物を被積込機械に放出する放出動作とを行って、対象物を被積込機械に積み込む作業機械である。以下では、作業機械として、バケットを備える油圧ショベルを例に挙げて説明する。しかし、本実施形態の作業機械は、バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルであってもよいし、上記の運搬動作及び放出動作を行って対象物の積込作業を行う油圧ショベル以外の作業機械であってもよい。

［実施形態１］
図１は、実施形態１の作業機械１の構成を模式的に示す図である。

作業機械１は、地面等の掘削対象面を掘削する掘削作業と、掘削された土砂等の対象物を、ダンプトラックをはじめとする運搬機械等の被積込機械に積み込む積込作業とを行う。作業機械１は、この積込作業において上記の運搬動作と放出動作とを行う。作業機械１は、対象物を保持して上下方向又は前後方向に回動する多関節型のフロント作業装置２と、フロント作業装置２を搭載する機械本体３とを備える。なお、フロント作業装置２は、請求の範囲に記載された「作業装置」の一例である。

機械本体３は、下部走行体５の右部及び左部に設けられた走行右油圧モータ４ａ及び走行左油圧モータ４ｂにより走行する下部走行体５と、下部走行体５の上部に旋回装置を介して取り付けられ、旋回装置の旋回油圧モータ６により旋回する上部旋回体７とを備える。なお、本実施形態では、走行右油圧モータ４ａ及び走行左油圧モータ４ｂを総称して、「走行油圧モータ４ａ，４ｂ」ともいう。

フロント作業装置２は、上部旋回体７の前部に取り付けられた複数のフロント部材によって構成された多関節型の作業装置である。上部旋回体７は、フロント作業装置２を搭載して旋回する。フロント作業装置２は、上部旋回体７の前部に上下方向に回動可能に連結されたブーム８と、ブーム８の先端部に上下方向に回動可能に連結されたアーム９と、アーム９の先端部に上下方向に回動可能に連結されたバケット１０とを含む。

ブーム８は、ブームピン８ａによって上部旋回体７に連結され、ブームシリンダ１１の伸縮によって回動する。アーム９は、アームピン９ａによってブーム８の先端部に連結され、アームシリンダ１２の伸縮によって回動する。バケット１０は、バケットピン１０ａ及びバケットリンク１６によってアーム９の先端部に連結され、バケットシリンダ１３の伸縮によって回動する。

ブームピン８ａには、ブーム８の回動角度を検出するブーム角度センサ１４が取り付けられている。アームピン９ａには、アーム９の回動角度を検出するアーム角度センサ１５が取り付けられている。バケットリンク１６には、バケット１０の回動角度を検出するバケット角度センサ１７が取り付けられている。

なお、ブーム８、アーム９及びバケット１０の各回動角度は、水平面等の基準面に対するブーム８、アーム９及びバケット１０の各角度を慣性計測装置により検出し、各回動角度に換算することによって取得されてもよい。また、ブーム８、アーム９及びバケット１０の各回動角度は、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３の各ストロークをストロークセンサにより検出し、各回動角度に換算することによって取得されてもよい。

上部旋回体７には、水平面等の基準面に対する機械本体３の傾斜角を検出する傾斜角センサ１８が取り付けられている。下部走行体５と上部旋回体７との間の旋回装置には、下部走行体５に対する上部旋回体７の相対的な角度である旋回角度を検出する旋回角度センサ１９が取り付けられている。上部旋回体７には、上部旋回体７の角速度を検出する角速度センサ２０が取り付けられている。なお、本実施形態では、ブーム角度センサ１４、アーム角度センサ１５、バケット角度センサ１７、傾斜角センサ１８及び旋回角度センサ１９を総称して、「姿勢検出装置５３」ともいう。姿勢検出装置５３は、フロント作業装置２の各回動角度及び上部旋回体７の旋回角度等を検出する。

上部旋回体７に設けられた運転室内には、複数の油圧アクチュエータ４ａ，４ｂ，６，１１，１２，１３を操作する操作装置が設置されている。具体的には、操作装置は、走行右油圧モータ４ａを操作するための走行右レバー２３ａと、走行左油圧モータ４ｂを操作するための走行左レバー２３ｂと、ブームシリンダ１１及びバケットシリンダ１３を操作するための操作右レバー２２ａと、アームシリンダ１２及び旋回油圧モータ６を操作するための操作左レバー２２ｂとを備える。なお、本実施形態では、走行右レバー２３ａ、走行左レバー２３ｂ、操作右レバー２２ａ及び操作左レバー２２ｂを総称して、「操作レバー２２，２３」ともいう。操作レバー２２，２３は、電気レバー方式である。

また、上部旋回体７には、作業機械１の周辺に存在する物体の種別及びその位置を検出する物体検出装置５４が取り付けられている。物体検出装置５４は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）であってもよいし、ステレオカメラであってもよい。物体検出装置５４は、作業機械１が積込作業を行う被積込機械の位置を検出することができる。物体検出装置５４は、作業機械１に複数取り付けられていてもよい。

図２は、図１に示す作業機械１に搭載された油圧システムの構成を模式的に示す図である。

上部旋回体７に搭載された原動機であるエンジン１０３は、油圧ポンプ１０２とパイロットポンプ１０４とを駆動する。制御装置４０は、オペレータによる操作レバー２２，２３の操作情報（操作量及び操作方向）に応じて、フロント作業装置２の回動動作、下部走行体５の走行動作、及び、上部旋回体７の旋回動作を制御する。具体的には、制御装置４０は、オペレータによる操作レバー２２，２３の操作情報（操作量及び操作方向）をロータリエンコーダ又はポテンショメータ等のセンサ５２ａ～５２ｆにより検出し、検出された操作情報に応じた制御指令を電磁比例弁４７ａ～４７ｌに出力する。電磁比例弁４７ａ～４７ｌは、パイロットライン１００に設けられており、制御装置４０からの制御指令が入力されると作動し、流量制御弁１０１にパイロット圧を出力して、流量制御弁１０１を作動させる。なお、本実施形態では、オペレータによる操作レバー２２，２３の操作情報を、「オペレータの操作指示」ともいう。本実施形態では、この操作情報を検出するセンサ５２ａ～５２ｆを総称して、「操作検出装置５２」ともいう。

流量制御弁１０１は、旋回油圧モータ６、アームシリンダ１２、ブームシリンダ１１、バケットシリンダ１３、走行右油圧モータ４ａ及び走行左油圧モータ４ｂのそれぞれに対して油圧ポンプ１０２から供給される圧油を、電磁比例弁４７ａ～４７ｌからのパイロット圧に応じて制御する。なお、電磁比例弁４７ａ，４７ｂは、旋回油圧モータ６に供給される圧油を制御するためのパイロット圧を流量制御弁１０１に出力する。電磁比例弁４７ｃ，４７ｄは、アームシリンダ１２に供給される圧油を制御するためのパイロット圧を流量制御弁１０１に出力する。電磁比例弁４７ｅ，４７ｆは、ブームシリンダ１１に供給される圧油を制御するためのパイロット圧を流量制御弁１０１に出力する。電磁比例弁４７ｇ，４７ｈは、バケットシリンダ１３に供給される圧油を制御するためのパイロット圧を流量制御弁１０１に出力する。電磁比例弁４７ｉ，４７ｊは、走行右油圧モータ４ａに供給される圧油を制御するためのパイロット圧を流量制御弁１０１に出力する。電磁比例弁４７ｋ，４７ｌは、走行左油圧モータ４ｂに供給される圧油を制御するためのパイロット圧を流量制御弁１０１に出力する。

ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３は、それぞれ、供給された圧油によって伸縮し、ブーム８、アーム９及びバケット１０を回動させる。これにより、バケット１０の位置及び姿勢が変化する。旋回油圧モータ６は、供給された圧油によって回転し、上部旋回体７を旋回させる。走行右油圧モータ４ａ及び走行左油圧モータ４ｂは、供給された圧油によって回転し、下部走行体５を走行させる。なお、本実施形態では、走行油圧モータ４ａ，４ｂ、旋回油圧モータ６、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３を総称して、「油圧アクチュエータ」ともいう。

図３は、図２に示す制御装置４０の機能的構成を示す図である。図４は、図３に示す制御装置４０において設定される基準座標系を示す図である。図５は、図４に示す基準座標系を他の方向から視た図である。図６は、図３に示す許容範囲演算部４６により演算される許容範囲を説明する図である。

制御装置４０は、姿勢演算部４１と、速度演算部４２と、速度ベクトル演算部４３と、被積込機械位置演算部４４と、動作判定部４５と、許容範囲演算部４６と、動作制御部４８とを含む。

制御装置４０には、作業機械１の構成要素の位置及び姿勢を特定する基準座標系が予め設定される。本実施形態の基準座標系は、図４及び図５に示すように、旋回中心１２０のうち下部走行体５と地面Ｇとが接する点を原点とする右手座標系として定義されている。基準座標系は、下部走行体５の前進方向をＸ軸の正方向として定義されている。本実施形態の基準座標系は、旋回中心１２０が上方に延びる方向をＺ軸の正方向として定義されている。本実施形態の基準座標系は、Ｘ軸及びＺ軸のそれぞれに直交し、左方をＹ軸の正方向として定義されている。本実施形態の基準座標系において、ＸＹ平面は、地面Ｇに固定されている。

また、本実施形態の基準座標系において、上部旋回体７の旋回角度は、フロント作業装置２がＸ軸と平行となる状態を０度として定義されている。上部旋回体７の旋回角度が０度の状態において、フロント作業装置２の動作平面はＸＺ平面に平行であり、ブーム８の上げ動作方向はＺ軸の正方向であり、アーム９及びバケット１０のダンプ方向はＸ軸の正方向である。

姿勢演算部４１は、姿勢検出装置５３の検出信号から、基準座標系における作業機械１の構成要素の姿勢等を演算する。具体的には、姿勢演算部４１は、ブーム角度センサ１４から出力されたブーム８の回動角度の検出信号から、Ｘ軸に対するブーム８の回動角度θ_ｂｍを演算する。姿勢演算部４１は、アーム角度センサ１５から出力されたアーム９の回動角度の検出信号から、ブーム８に対するアーム９の回動角度θ_ａｍを演算する。姿勢演算部４１は、バケット角度センサ１７から出力されたバケット１０の回動角度の検出信号から、アーム９に対するバケット１０の回動角度θ_ｂｋを演算する。姿勢演算部４１は、旋回角度センサ１９から出力された上部旋回体７の旋回角度の検出信号から、Ｘ軸（下部走行体５）に対する上部旋回体７の旋回角度θ_ｓｗを演算する。

更に、姿勢演算部４１は、演算されたフロント作業装置２の各回動角度θ_ｂｍ，θ_ａｍ，θ_ｂｋ及び上部旋回体７の旋回角度θ_ｓｗと、ブーム８の寸法Ｌ_ｂｍ、アーム９の寸法Ｌ_ａｍ及びバケット１０の寸法Ｌ_ｂｋとに基づいて、ブーム８、アーム９及びバケット１０のそれぞれの位置を演算する。なお、ブーム８の寸法Ｌ_ｂｍは、ブームピン８ａからアームピン９ａまでの長さである。アーム９の寸法Ｌ_ａｍは、アームピン９ａからバケットピン１０ａまでの長さである。バケット１０の寸法Ｌ_ｂｋは、バケットピン１０ａからバケット１０の先端部（例えばツースの先端部）までの長さである。

更に、姿勢演算部４１は、傾斜角センサ１８から出力された機械本体３の傾斜角の検出信号から、基準面ＤＰに対する機械本体３（下部走行体５）の傾斜角θを演算する。基準面ＤＰは、例えば、重力方向に直交する水平面である。傾斜角θは、Ｙ軸周りの回転角であるピッチ角と、Ｘ軸周りの回転角であるロール角とを含む。姿勢演算部４１は、フロント作業装置２の各回動角度θ_ｂｍ，θ_ａｍ，θ_ｂｋから、地面Ｇに対するバケット１０の角度である対地角γを演算する。バケット１０の対地角γは、バケット１０の先端部とバケットピン１０ａとを通る直線が地面Ｇに対して成す角度である。

速度演算部４２は、操作検出装置５２の検出信号から、油圧アクチュエータ６，１１，１２，１３の各速度を演算する。具体的には、制御装置４０には、操作レバー２２，２３の操作量と、油圧アクチュエータ６，１１，１２，１３の各速度との対応関係を示すテーブルが予め記憶されている。速度演算部４２は、このテーブルを参照することによって、操作検出装置５２から出力された操作レバー２２，２３の操作情報に含まれる操作量から、油圧アクチュエータ６，１１，１２，１３の各速度を演算する。速度演算部４２は、旋回油圧モータ６の速度を、上部旋回体７の旋回速度に換算することができる。速度演算部４２は、ブームシリンダ１１の速度を、ブーム８の回動速度に換算することができる。速度演算部４２は、アームシリンダ１２の速度を、アーム９の回動速度に換算することができる。速度演算部４２は、バケットシリンダ１３の速度を、バケット１０の回動速度に換算することができる。

なお、速度演算部４２は、姿勢演算部４１により演算されたフロント作業装置２の各回動角度θ_ｂｍ，θ_ａｍ，θ_ｂｋの時間変化を演算することによって、フロント作業装置２の各回動速度を演算してもよい。速度演算部４２は、姿勢演算部４１により演算された上部旋回体７の旋回角度θ_ｓｗの時間変化を演算することによって、上部旋回体７の旋回速度を演算してもよい。

速度ベクトル演算部４３は、姿勢演算部４１の演算結果と速度演算部４２の演算結果とに基づいて、フロント作業装置２に生じる速度ベクトルを演算する。具体的には、速度ベクトル演算部４３は、フロント作業装置２の各回動角度θ_ｂｍ，θ_ａｍ，θ_ｂｋ及び上部旋回体７の旋回角度θ_ｓｗと、フロント作業装置２の各回動速度及び上部旋回体７の旋回速度とに基づいて、アーム９の先端に生じる速度ベクトルを演算する。

被積込機械位置演算部４４は、物体検出装置５４により検出された被積込機械の位置から、当該被積込機械の基準座標系における位置を演算する。物体検出装置５４は、上部旋回体７に取り付けられる。よって、被積込機械位置演算部４４は、上部旋回体７の旋回角度θ_ｓｗと、基準座標系に対する物体検出装置５４の取り付け位置とに基づいて、当該被積込機械の基準座標系における位置を演算することができる。

動作判定部４５は、物体検出装置５４の検出結果と姿勢検出装置５３の検出結果とに基づいて、作業機械１が運搬動作中であるか否かを判定する。具体的には、動作判定部４５は、姿勢検出装置５３の検出結果に基づき姿勢演算部４１により演算されるバケット１０の対地角γと、姿勢検出装置５３の検出結果に基づき速度ベクトル演算部４３により演算される速度ベクトルの方向と、物体検出装置５４の検出結果に基づき被積込機械位置演算部４４により演算される被積込機械の位置とを取得する。動作判定部４５は、バケット１０の対地角γが所定値以上であり、アーム９の先端に生じる速度ベクトルの方向が被積込機械に向かう方向であり、且つ、フロント作業装置２が被積込機械の位置に到達していない場合、作業機械１が運搬動作中であると判定する。動作判定部４５は、バケット１０の対地角γが所定値未満であり、アーム９の先端に生じる速度ベクトルの方向が被積込機械に向かう方向でなく、又は、フロント作業装置２が被積込機械の位置に到達している場合、作業機械１が運搬動作中でないと判定する。

許容範囲演算部４６は、物体検出装置５４の検出結果に基づいて、上部旋回体７を旋回動作中に許容されるフロント作業装置２の高さ方向に移動可能な範囲を示す許容範囲を演算する。詳細には、許容範囲演算部４６は、運搬動作におけるフロント作業装置２の被積込機械への干渉を回避可能なフロント作業装置２の高さ方向の位置の下限値と、放出動作における対象物による被積込機械へのダメージを回避可能なフロント作業装置２の高さ方向の位置の上限値とによって定められる、ブーム８の回動角度の範囲を、許容範囲として演算する。本実施形態では、許容範囲演算部４６は、運搬動作におけるフロント作業装置２の被積込機械への干渉を回避可能なフロント作業装置２の高さ方向の位置の下限値に対応するブーム８の回動角度θ_ｂｍを、許容範囲の下限値とする。本実施形態では、許容範囲演算部４６は、放出動作における対象物による被積込機械へのダメージを回避可能なフロント作業装置２の高さ方向の位置の上限値に対応するブーム８の回動角度θ_ｂｍを、許容範囲の上限値とする。

本実施形態では、フロント作業装置２の高さ方向の位置についての許容範囲の下限値と、フロント作業装置２が被積込機械の位置に到達するまでの旋回角度θ_ｓｗとの関係を「相関マップＡ」とも称する。本実施形態では、フロント作業装置２の高さ方向の位置についての許容範囲の上限値と当該旋回角度θ_ｓｗとの関係を「相関マップＢ」とも称する。本実施形態では、当該許容範囲の下限値に対応するブーム８の回動角度θ_ｂｍと当該旋回角度θ_ｓｗとの関係を、相関マップＡとする。本実施形態では、当該許容範囲の上限値に対応するブーム８の回動角度θ_ｂｍと当該旋回角度θ_ｓｗとの関係を、相関マップＢとする。

以下に、許容範囲演算部４６が許容範囲を演算する際の具体的な演算手法について説明する。以下では、作業機械１の幅方向寸法は無視できるものとして説明する。まず、基準座標系におけるアーム９の先端部の地面Ｇからの高さＺ_ａｍは、基準座標系におけるブームピン８ａの地面Ｇからの高さＬ_ｏｚを用いて、次式のように与えられる。

バケット１０の寸法Ｌ_ｂｋとマージンを考慮して、フロント作業装置２が被積込機械に到達する際に被積込機械と干渉しないようアーム９の先端部が到達しているべき基準座標系での高さ（フロント作業装置２の高さ方向の位置の下限値）をＺ_ｌｌとすると、この際のブーム８の回動角度θ_ｂｍの下限値θ_ｂｍｌｌは、次式のように与えられる。

式（２）において、ａ_ｌｌ、ｂ_ｌｌ、α_ｂｍｌｌは、三角関数の合成に関する係数である。

同様に、対象物が被積込機械にダメージを与えないような許容され得るアーム９の先端部の地面Ｇからの高さ（フロント作業装置２の高さ方向の位置の上限値）をＺ_ｕｌとすると、この際のブーム８の回動角度θ_ｂｍの上限値θ_ｂｍｕｌは、次式のように与えられる。本実施形態では、回動角度θ_ｂｍの上限値θ_ｂｍｕｌは、予め定められた一定値であってもよい。

式（３）において、ａ_ｕｌ、ｂ_ｕｌ、α_ｂｍｕｌは、三角関数の合成に関する係数である。

なお、高さＺ_ｕｌは、バケット１０の寸法Ｌ_ｂｋや容量と、掘削する土砂の種類と、掘削する土砂の比重（重量）との少なくとも１つ、またはそれらの組み合わせに基づいて予め設定されることができる。特に、高さＺ_ｕｌは、バケット１０の寸法Ｌ_ｂｋや容量と、掘削する土砂の種類や比重（重量）との関係（組み合わせ）によって予め設定されることができる。例えば、高さＺ_ｕｌは、アーム９の先端部の地面Ｇからの高さに、バケット１０の寸法Ｌ_ｂｋの４倍を加算した一定値であってもよい。また、例えば、高さＺ_ｕｌは、１回の積込作業で被積込機械に積み込まれる対象物の総重量が大きい程、放出動作における被積込機械へのダメージが大きいとして、低くなるように設定されることができる。具体的には、例えば、高さＺ_ｕｌは、アーム９の先端部の地面Ｇからの高さにバケット１０の寸法Ｌ_ｂｋの４倍を加算した値を高さＺ_ｕｌの基準Ｚとして、当該ダメージを考慮して調節可能に設定されることができる。例えば、高さＺ_ｕｌは、バケット１０の容量が大きい程低くなるように設定されてもよいし、掘削される土砂等の対象物の比重（重量）が大きい程低くなるように設定されてもよい。また、例えば、高さＺ_ｕｌは、当該対象物の平均サイズ（例えば土砂の平均的な粒径）やサイズのばらつきが大きい程低くなるように設定されてもよい。これらを考慮した高さＺ_ｕｌの設定内容は、表１のようにまとめることができる。表１はバケット１０の容量、対象物の種類及び対象物の比重と、高さＺ_ｕｌとの関係(組み合わせ)をまとめたものである。本実施形態においては、作業機械１は、バケット１０の容量、対象物の種類及び比重に関する情報を、オペレータが入力するための入力装置５７を有している。そして、制御装置４０の許容範囲演算部４６は、入力装置５７により入力された情報に基づいて、高さＺ_ｕｌの設定及び調節を行うように構成されている。なお、作業機械１は、バケット１０の容量、対象物の種類及び比重に関する情報を、外部（例えば管制システム等）から受信する受信装置を有していてもよい。そして、制御装置４０の許容範囲演算部４６は、受信装置により受信された情報に基づいて、高さＺ_ｕｌの設定及び調節を行うように構成されていてもよい。また、作業機械１は、対象物を撮像する撮像装置を有していてもよい。また、作業機械１は、地図情報及び作業機械１の位置情報と、地図情報に関連付けられた作業現場の地形情報（例えば地層成分等に関する情報）と、を取得する取得装置を有していてもよい。そして、制御装置４０の許容範囲演算部４６は、撮像装置により撮像された対象物の画像、又は、取得装置により取得された情報に基づいて、対象物の種類及び比重を判定した上で、これらを基に、高さＺ_ｕｌの設定及び調節を行うように構成されていてもよい。また、作業機械１は、バケット１０の容量、対象物の種類及び比重に関する情報から高さＺ_ｕｌの設定及び調節を行うのではなく、オペレータが入力装置５７に高さＺ_ｕｌを直接入力することによって、高さＺ_ｕｌの設定及び調節を行ってもよい。

また、基準座標系におけるアーム９の先端部のＸ軸方向の位置Ｘ_ａｍは、基準座標系における原点に対するブームピン８ａのＸ軸方向の位置Ｌ_ｏｘ及びＹ軸方向の位置Ｌ_ｏｙを用いて、次式のように与えられる。

フロント作業装置２が被積込機械に到達する際の旋回角度θ_ｓｗＴは、基準座標系における被積込機械のＸ軸方向の位置Ｘ_ｔを用いて、次式のように与えられる。

式（５）において、ａ_ｓｗＴ、ｂ_ｓｗＴ、α_ｓｗＴは、三角関数の合成に関する係数である。

動作判定部４５により運搬動作中であると判定された際のブーム８の回動角度をθ_ｂｍＳとし、上部旋回体７の旋回角度をθ_ｓｗＳとすると、図６に示すような相関マップＡ及びＢが得られる。なお、運搬動作中にブーム８の回動角度θ_ｂｍやアーム９の回動角度θ_ａｍが変化すると、フロント作業装置２が被積込機械に到達する際にアーム９の先端部が到達しているべき高さＺ_ｌｌや、この際のブーム８の回動角度θ_ｂｍの下限値θ_ｂｍｌｌや、被積込機械の位置Ｘｔに到達するために必要な旋回角度θ_ｓｗＴも変化する。よって、許容範囲演算部４６は、図６に示す相関マップＡを逐次更新する。

すなわち、許容範囲演算部４６によって演算される相関マップＡは、旋回角度θ_ｓｗの変化に応じて許容範囲の下限値に対応する回動角度θ_ｂｍがどのように変化するかを示している。本実施形態では、許容範囲の下限値に対応する回動角度θ_ｂｍは、図６に示すように、旋回角度θ_ｓｗの増加に応じて単調増加する。同様に、相関マップＢは、旋回角度θ_ｓｗの変化に応じて許容範囲の上限値に対応する回動角度θ_ｂｍがどのように変化するかを示している。本実施形態では、許容範囲の上限値に対応する回動角度θ_ｂｍ（すなわちθ_ｂｍｕｌ）は、図６に示すように、予め定められた一定値であり、旋回角度θ_ｓｗの増加に応じて一定である。

動作制御部４８は、動作判定部４５により運搬動作中であると判定された場合、フロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲内に留まるようフロント作業装置２の回動速度を制御して、フロント作業装置２の回動動作を制御する。具体的には、動作制御部４８は、フロント作業装置２に対するオペレータの操作指示に従って移動するフロント作業装置２の高さ方向の位置が、許容範囲の下限値を下回る又は上限値を上回る（ことが予測される）場合、当該操作指示を無効化する。そして、動作制御部４８は、フロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲内に留まるようフロント作業装置２の回動速度を制御する。本実施形態では、動作制御部４８は、動作判定部４５により運搬動作中であると判定された場合、フロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲内に留まるよう、ブーム８の回動速度を制御する。具体的には、動作制御部４８は、ブーム８の回動角度θ_ｂｍが、図６に示す相関マップＡと相関マップＢとの間の許容範囲内に留まるよう、ブーム８の回動速度（目標回動速度）を演算する。

例えば、作業機械１では、オペレータによるブーム８の上げ操作が行われなかったり、ブーム８の上げ操作量が不足していたりして、ブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回ることが予測される場合がある。この場合、動作制御部４８は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回るオペレータの操作指示を無効化し、ブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを上回るよう、自動で上げ動作を行うべく、ブーム８の目標回動速度を演算する。また、例えば、作業機械１では、オペレータによるブーム８の上げ操作量が過大であったりして、ブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回ることが予測される場合がある。この場合、動作制御部４８は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回るオペレータの操作指示を無効化し、ブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを下回るよう、自動で下げ動作を行うべく、ブーム８の目標回動速度を演算する。また、例えば、作業機械１では、オペレータによるアーム９の上げ操作が行われたりして、ブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回ることが予測される場合がある。この場合、動作制御部４８は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回るオペレータの操作指示を無効化し、ブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを下回るよう、自動でブーム８の下げ動作を行うべく、ブーム８の目標回動速度を演算する。

そして、動作制御部４８は、ブーム８の目標回動速度に対応するブームシリンダ１１の目標速度を演算する。そして、動作制御部４８は、ブームシリンダ１１の目標速度に応じてブームシリンダ１１を作動させるための制御指令を、電磁比例弁４７ａ～４７ｌ（具体的には電磁比例弁４７ｅ，４７ｆ）に出力する。電磁比例弁４７ａ～４７ｌ（具体的には電磁比例弁４７ｅ，４７ｆ）は、ブームシリンダ１１に供給される圧油を制御するためのパイロット圧を生成し、流量制御弁１０１に出力して、ブームシリンダ１１を目標速度に応じて作動させる。ブーム８は目標回動速度に応じて回動し、ブーム８の回動角度θ_ｂｍは許容範囲内に留まることとなる。

なお、動作制御部４８は、オペレータの操作によってブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＡ及びＢの間の許容範囲内に留まることが予測される場合がある。この場合、動作制御部４８は、オペレータの操作指示に従ってブーム８が回動するようブーム８の回動動作を制御する。

また、制御装置４０は、自動でブーム８の上げ動作又は下げ動作を行う場合のように、オペレータの操作指示を無効化して積込作業を支援する制御介入を行う場合、制御介入が行われる旨を示す情報を生成する。そして、制御装置４０は、制御介入が行われる旨を示す情報を、表示装置５５に表示したり、スピーカから音声を発したりして、オペレータに報知することができる。本実施形態では、オペレータの操作指示を無効化して積込作業を支援する制御介入を行うことを、「積込支援制御」とも称する。

図７は、図３に示す制御装置４０によって行われる積込支援制御に係る処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、制御装置４０は、バケット１０の対地角γが所定値以上であるか否かを判定する。所定値は、バケット１０が対象物を保持している際のバケット１０の対地角γの下限値である。バケット１０の対地角γが所定値以上である場合、バケット１０が対象物を保持している可能性があり、作業機械１が運搬動作中である可能性がある。制御装置４０は、バケット１０の対地角γが所定値以上である場合、作業機械１が運搬動作中である可能性があると判定して、ステップＳ１０２へ移行する。一方、制御装置４０は、バケット１０の対地角γが所定値未満である場合、作業機械１が運搬動作中でないと判定して、本処理を終了する。

ステップＳ１０２において、制御装置４０は、アーム９の先端に生じる速度ベクトルの方向が被積込機械に向かう方向であるか否かを判定する。アーム９の先端に生じる速度ベクトルの方向が被積込機械に向かう方向である場合、フロント作業装置２が被積込機械に向かって移動しており、作業機械１が運搬動作中である可能性がある。制御装置４０は、アーム９の先端に生じる速度ベクトルの方向が被積込機械に向かう方向である場合、作業機械１が運搬動作中である可能性があると判定して、ステップＳ１０３へ移行する。一方、制御装置４０は、アーム９の先端に生じる速度ベクトルの方向が被積込機械に向かう方向でない場合、作業機械１が運搬動作中でないと判定して、本処理を終了する。

ステップＳ１０３において、制御装置４０は、フロント作業装置２が被積込機械の位置に到達しているか否かを判定する。フロント作業装置２が被積込機械の位置に到達している場合、運搬動作が終了している可能性がある。制御装置４０は、フロント作業装置２が被積込機械の位置に到達していない場合、作業機械１が運搬動作中である可能性があると判定して、ステップＳ１０４へ移行する。一方、制御装置４０は、フロント作業装置２が被積込機械の位置に到達している場合、作業機械１が運搬動作中でないと判定して、本処理を終了する。

ステップＳ１０４において、制御装置４０は、相関マップＡ及びＢを演算する。すなわち、制御装置４０は、ブーム８の回動角度θ_ｂｍの許容範囲における下限値及び上限値を演算する。

ステップＳ１０５において、制御装置４０は、オペレータの操作によってブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回るか否かを判定する。制御装置４０は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回る場合、ステップＳ１０８へ移行する。一方、制御装置４０は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回らない場合、ステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ１０６において、制御装置４０は、オペレータの操作によってブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回るか否かを判定する。制御装置４０は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回る場合、ステップＳ１０９へ移行する。一方、制御装置４０は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回らない場合、ステップＳ１０７へ移行する。

ステップＳ１０７において、制御装置４０は、オペレータの操作指示に従ってブーム８が回動するようブーム８の回動動作を制御する。その後、制御装置４０は、本処理を終了する。

ステップＳ１０８において、制御装置４０は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回るオペレータの操作指示を無効化する。そして、制御装置４０は、ブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを上回るよう、自動でブーム８の上げ動作を行う。その後、制御装置４０は、本処理を終了する。

ステップＳ１０９において、制御装置４０は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回るオペレータの操作指示を無効化する。そして、制御装置４０は、ブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを下回るよう、自動でブーム８の下げ動作を行う。その後、制御装置４０は、本処理を終了する。なお、制御装置４０は、ステップＳ１０９において、ブーム８の回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回らないのであれば、自動でブーム８の下げ動作を行のではなく、ブーム８の回動動作を自動で停止してもよい。

このように、実施形態１の制御装置４０は、物体検出装置５４の検出結果に基づいて、上部旋回体７を旋回動作中に許容されるフロント作業装置２の高さ方向の位置の範囲を示す許容範囲を演算する許容範囲演算部４６を含む。制御装置４０は、姿勢検出装置５３の検出結果と物体検出装置５４の検出結果とに基づいて、運搬動作中であるか否かを判定する動作判定部４５を含む。制御装置４０は、運搬動作中であると判定された場合、フロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲内に留まるようブーム８の回動動作を制御する動作制御部４８を含む。許容範囲演算部４６は、運搬動作におけるフロント作業装置２の被積込機械への干渉を回避可能なフロント作業装置２の高さ方向の位置の下限値と、バケット１０の容量、及び、対象物の種類又は比重に基づいて求められたフロント作業装置２の高さ方向の位置の上限値とによって定められるブーム８の回動角度の範囲を、許容範囲として演算する。

これにより、実施形態１の作業機械１は、フロント作業装置２を、特定の軌跡に沿ってのみ移動させるのではなく、フロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲内に留まるならば、オペレータの意図を反映させた多様な軌跡に沿って移動させることができる。更に、この許容範囲は、フロント作業装置２の被積込機械への干渉を回避し、且つ、対象物の被積込機械へのダメージを回避し得るような、フロント作業装置２の高さ方向の位置の範囲である。よって、実施形態１の作業機械１は、被積込機械との干渉及び被積込機械に対するダメージを抑制しつつ、オペレータに違和感を与えずに積込作業を支援することができる。

特に、実施形態１の動作制御部４８は、オペレータの操作指示に従って移動するフロント作業装置２の高さ方向の位置が下限値を下回る又は上限値を上回る場合、オペレータの操作指示を無効化する。そして、動作制御部４８は、フロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲内に留まるよう、ブーム８の回動速度を制御する。

これにより、実施形態１の作業機械１は、オペレータの操作によってフロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲から逸脱しそうになっても、制御介入によってフロント作業装置２の高さ方向の位置を確実に許容範囲内に留めることができる。よって、実施形態１の作業機械１は、被積込機械との干渉及び被積込機械に対するダメージを確実に抑制しつつ、オペレータに違和感を与えずに積込作業を積極的に支援することができる。

図８は、図６に示す相関マップＡの更新例を示す図である。

作業機械１では、フロント作業装置２がオペレータの操作指示に従って許容範囲内にて移動している際に、オペレータが操作を中断したりして、当該操作指示が操作検出装置５２により不検出となる場合がある。この場合、許容範囲演算部４６は、当該操作指示が不検出となった際のフロント作業装置２の高さ方向の位置を新たな下限値として、許容範囲を更新する。

図８の例では、許容範囲演算部４６による許容範囲の演算後、オペレータの操作指示に従って、旋回動作中に許容範囲内に留まるようブーム８が移動しているが、旋回角度θ_ｓｗに対する回動角度θ_ｂｍの増加率が相関マップＡよりも大きい状況を想定している。この状況において、図８の一点鎖線の矢印は、オペレータが、旋回角度θ_ｓｗＳ１において、ブーム８の上げ操作を中断したことを示している。これは、ブーム８がオペレータの操作指示に従って許容範囲内にて回動している際に、当該操作指示が操作検出装置５２により不検出となった場合である。この場合、許容範囲演算部４６は、当該操作指示が不検出となった際の旋回角度θ_ｓｗＳ１に対応する回動角度θ_ｂｍＳ１を用いて、新たに相関マップＡ１を演算する。すなわち、許容範囲演算部４６は、当該操作指示が不検出となった際のフロント作業装置２の高さ方向の位置を新たな下限値として、許容範囲を更新する。図８では、更新された許容範囲の下限値に対応する回動角度θ_ｂｍとして、回動角度θ_ｂｍＳ１が示されている。

これにより、実施形態１の作業機械１では、オペレータの操作によってフロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲の下限値を下回りそうになっても、オペレータの意図をできるだけ反映させつつ、フロント作業装置２の高さ方向の位置を確実に許容範囲内に留めることができる。よって、実施形態１の作業機械１は、被積込機械との干渉及び被積込機械に対するダメージを確実に抑制しつつ、できるだけオペレータに違和感を与えずに積込作業を支援することができる。

また、図８の破線の矢印は、上記の状況において、オペレータが、ブーム８の上げ操作を継続し、回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回りそうになったことを示している。この場合、動作制御部４８は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回るオペレータの操作指示を無効化する。そして、動作制御部４８は、自動でブーム８の下げ動作を行ったり、ブーム８の回動動作を自動で停止したりして、回動角度θ_ｂｍが相関マップＢを上回らないようブーム８の回動速度を制御する。

これにより、実施形態１の作業機械１では、オペレータの操作によってフロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲の上限値を上回りそうになっても、オペレータの意図をできるだけ反映させつつ、フロント作業装置２の高さ方向の位置を確実に許容範囲内に留めることができる。よって、実施形態１の作業機械１は、被積込機械との干渉及び被積込機械に対するダメージを確実に抑制しつつ、できるだけオペレータに違和感を与えずに積込作業を支援することができる。

［実施形態２］
図９及び図１０を用いて、実施形態２の作業機械１について説明する。実施形態２の作業機械１において、実施形態１と同様の構成及び動作については、説明を省略する。

図９は、実施形態２の作業機械１の機能的構成を示す図である。

実施形態２の作業機械１は、フロント作業装置２に保持された対象物、すなわちバケット１０に保持された対象物の情報を取得する対象物情報取得装置５６を備える。対象物情報取得装置５６は、例えば、バケット１０の重量、又は、バケット１０に保持された対象物の重量を検出する重量検出装置によって構成される。実施形態２の動作判定部４５は、作業機械１が運搬動作中であるか否かの判定を行う際の判定条件として、実施形態１の判定条件に対象物情報取得装置５６の取得結果を加えて、当該判定を行う。

図１０は、図９に示す制御装置４０によって行われる積込支援制御に係る処理を示すフローチャートである。

図１０に示すステップＳ１０１～ステップＳ１０３において、制御装置４０は、図７に示す実施形態１のステップＳ１０１～ステップＳ１０３と同様の処理を行う。但し、制御装置４０は、ステップＳ１０３において、フロント作業装置２が被積込機械の位置に到達していない場合、作業機械１が運搬動作中である可能性があると判定して、ステップＳ２０１へ移行する。

ステップＳ２０１において、制御装置４０は、対象物情報取得装置５６の取得結果に基づいて、運搬動作が行われる程度に十分な量の対象物がバケット１０内に存在するか否かを判定する。例えば、制御装置４０は、対象物情報取得装置５６により取得されたバケット１０の重量が、十分な量の対象物がバケット１０内に存在しない状態での重量（以下「所定重量」とも称する）よりも大きいか否かを判定する。制御装置４０は、対象物情報取得装置５６により取得されたバケット１０の重量が所定重量よりも大きい場合、十分な量の対象物がバケット１０内に存在すると判定する。この場合、制御装置４０は、作業機械１が運搬動作中である可能性があると判定して、ステップＳ１０４へ移行する。一方、制御装置４０は、対象物情報取得装置５６により取得されたバケット１０の重量が所定重量以下である場合、十分な量の対象物がバケット１０内に存在しないと判定する。この場合、制御装置４０は、作業機械１が運搬動作中でないと判定して、本処理を終了する。

図１０に示すステップＳ１０４～ステップＳ１０９において、制御装置４０は、図７に示す実施形態１のステップＳ１０４～ステップＳ１０９と同様の処理を行う。

なお、ステップＳ２０１は、ステップＳ１０４よりも前に行われていればよく、ステップＳ１０３とステップＳ１０４との間に行われる必要はない。ステップＳ２０１は、例えば、ステップＳ１０１の前に行われてもよい。

このように、実施形態２の動作判定部４５は、対象物情報取得装置５６の取得結果に基づいてバケット１０が対象物を保持しているか否かを判定し、判定結果に基づいて運搬動作中であるか否かを判定する。

これにより、実施形態２の動作判定部４５は、作業機械１が運搬動作中であることを実施形態１よりも正確に判定することができる。よって、実施形態２の作業機械１は、運搬動作に係る操作を行うオペレータの意図を実施形態１よりも正確に把握することができるので、実施形態１よりもオペレータに違和感を与えずに積込作業を支援することができる。

［実施形態３］
図１１を用いて、実施形態３の作業機械１について説明する。実施形態３の作業機械１において、実施形態１又は実施形態２と同様の構成及び動作については、説明を省略する。

図１１は、実施形態３の制御装置４０によって行われる積込支援制御に係る処理を示すフローチャートである。なお、図１１では、ステップＳ１０５より前に行われるステップＳ１０１～ステップＳ１０４は、実施形態１又は実施形態２と同様であるので、その図示が省略されている。

ブーム８の回動角度θ_ｂｍが、旋回動作中に図６に示す相関マップＡを上回るためには、旋回角度θ_ｓｗの増加分に応じてブーム８の回動角度θ_ｂｍを増加させる必要がある。この際、旋回角度θ_ｓｗの増加分が大き過ぎると、ブーム８の回動角度θ_ｂｍの増加が追従しないことかある。すなわち、上部旋回体７の旋回速度が速過ぎると、ブーム８の上げ動作の回動速度が追い付かないことがある。

この対策として、実施形態３の制御装置４０は、図７に示す実施形態１のステップＳ１０１～ステップＳ１０９に、ステップＳ３０１～ステップＳ３０３を追加して、積込支援制御に係る処理を行う。

図１１に示すステップＳ１０５において、制御装置４０は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回る場合、ステップＳ３０１へ移行する。一方、制御装置４０は、回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回らない場合、ステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ３０１において、制御装置４０は、現在の旋回速度においてブーム８の回動速度を最大回動速度に制御してブーム８の上げ動作を行っても、回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回るか否かを判定する。

具体的には、制御装置４０は、相関マップＡを、ブーム８の回動速度と上部旋回体７の旋回速度とを用いて、次式のように表現する。制御装置４０は、次式のブーム８の回動速度をブームシリンダ１１の速度に換算する。そして、制御装置４０は、換算されたブームシリンダ１１の速度が、予め記憶されたブームシリンダ１１の速度の最大値より大きいか否かを判定する。

式（６）において、αは、相関マップＡの傾きを表す係数である。

換算されたブームシリンダ１１の速度が最大値より大きい場合は、現在の旋回速度においてブーム８の回動速度が最大回動速度に制御されてブーム８の上げ動作が行われても、回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回る場合である。すなわち、換算されたブームシリンダ１１の速度が最大値より大きい場合は、現在の旋回速度においてブーム８の回動速度が最大回動速度に制御されてブーム８の上げ動作が行われても、フロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲の下限値を下回る場合である。この場合、制御装置４０は、ステップＳ３０２へ移行する。一方、換算されたブームシリンダ１１の速度が最大値以下である場合は、現在の旋回速度においてブーム８の回動速度が最大回動速度に制御されてブーム８の上げ動作が行われると、回動角度θ_ｂｍが相関マップＡを下回らない場合である。すなわち、換算されたブームシリンダ１１の速度が最大値以下である場合は、現在の旋回速度においてブーム８の回動速度が最大回動速度に制御されてブーム８の上げ動作が行われると、フロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲の下限値を下回らない場合である。この場合、制御装置４０は、ステップＳ１０８へ移行する。

ステップＳ３０２において、制御装置４０は、ブームシリンダ１１の速度の最大値から、式（６）の関係を満たすような旋回速度を演算する。制御装置４０は、演算された旋回速度にて上部旋回体７が旋回するよう、自動で上部旋回体７の旋回動作を減速する。すなわち、制御装置４０の動作制御部４８は、少なくとも最大回動速度でブーム８の上げ動作を行えば、フロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲の下限値を上回るよう、上部旋回体７の旋回速度を制御する。

ステップＳ３０３において、制御装置４０は、減速した旋回速度に対応した回動速度にて自動でブーム８の上げ動作を行う。その後、制御装置４０は、本処理を終了する。

図１１に示すステップＳ１０６～ステップＳ１０９において、制御装置４０は、図７に示す実施形態１又は図１０に示す実施形態２のステップＳ１０６～ステップＳ１０９と同様の処理を行う。

このように、実施形態３の動作制御部４８が、オペレータの操作指示に従って移動するフロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲の下限値を下回る場合であって、ブーム８の回動速度を最大回動速度に制御してもフロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲の下限値を下回る場合、フロント作業装置２の高さ方向の位置が下限値を上回るよう上部旋回体７の旋回速度を制御する。

これにより、実施形態３の作業機械１は、オペレータによる上部旋回体７の旋回操作量が過大であることにより、フロント作業装置２の高さ方向の位置が許容範囲の下限値を下回りそうになっても、フロント作業装置２の高さ方向の位置を確実に許容範囲内に留めることができる。よって、実施形態３の作業機械１は、被積込機械との干渉及び被積込機械に対するダメージを確実に抑制しつつ、オペレータに違和感を与えずに積込作業を支援することができる。

［実施形態４］
図１２を用いて、実施形態４の作業機械１について説明する。実施形態４の作業機械１において、実施形態１～実施形態３と同様の構成及び動作については、説明を省略する。

図１２は、実施形態４の表示装置５５に表示される画面を模式的に示す図である。

実施形態４の表示装置５５は、積込作業を支援する制御介入が行われる旨を示す情報を表示するだけではなく、図１２に示すように、相関マップＡ及び相関マップＢを表示することができる。この際、表示装置５５は、現在のフロント作業装置２の高さ方向の位置、及び、上部旋回体７の旋回速度を示すアイコンＣを、相関マップＡ及び相関マップＢに重畳して表示することができる。図１２では、現在のフロント作業装置２の高さ方向の位置に対応するブーム８の回動角度θ_ｂｍ及び旋回角度θ_ｓｗを示すアイコンＣを、相関マップＡ及び相関マップＢに重畳して表示する例が示されている。

これにより、実施形態４の作業機械１は、積込作業を支援する制御介入が行われる旨をオペレータに報知するだけでなく、制御介入の具体的な内容を可視化してオペレータに直感的に把握させることができる。よって、実施形態４の作業機械１は、被積込機械との干渉及び被積込機械に対するダメージを抑制しつつ、更にオペレータに違和感を与えずに積込作業を支援することができる。

［その他］
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、或る実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、或る実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路にて設計する等によりハードウェアによって実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアによって実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テープ、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（solid state drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…作業機械、２…フロント作業装置（作業装置）、５…下部走行体、７…上部旋回体、８…ブーム、９…アーム、１０…バケット、４０…制御装置、４５…動作判定部、４６…許容範囲演算部、４８…動作制御部、５２…操作検出装置、５３…姿勢検出装置、５４…物体検出装置、５５…表示装置、５６…対象物情報取得装置

Claims (6)

1. 対象物を被積込機械に向けて運搬する運搬動作と、前記運搬動作により運搬された前記対象物を前記被積込機械に放出する放出動作とを行って前記対象物を前記被積込機械に積み込む作業機械であって、
   下部走行体に対して旋回する上部旋回体と、
   前記上部旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム及びバケットを含む作業装置と、
   前記作業装置の回動角度及び前記上部旋回体の旋回角度を検出する姿勢検出装置と、
   前記被積込機械の位置を検出する物体検出装置と、
   前記作業装置及び前記上部旋回体の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記物体検出装置の検出結果に基づいて、前記上部旋回体を旋回動作中に許容される前記作業装置の高さ方向に移動可能な範囲を示す許容範囲を演算する許容範囲演算部と、
   前記姿勢検出装置の検出結果と前記物体検出装置の検出結果とに基づいて、前記運搬動作中であるか否かを判定する動作判定部と、
   前記運搬動作中であると判定された場合、前記作業装置の前記高さ方向の位置が前記許容範囲内に留まるよう前記ブームの回動動作を制御する動作制御部と、を含み、
   前記許容範囲演算部は、前記運搬動作における前記作業装置の前記被積込機械への干渉を回避可能な前記高さ方向の前記位置の下限値と、前記バケットの寸法、容量、前記対象物の種類及び前記対象物の比重の少なくとも１つに基づいて求められた前記高さ方向の前記位置の上限値と、によって定められる前記ブームの回動角度の範囲を、前記許容範囲として演算する
   ことを特徴とする作業機械。
2. 前記作業装置に対するオペレータの操作指示を検出する操作検出装置を更に備え、
   前記動作制御部は、前記操作指示に従って移動する前記作業装置の前記高さ方向の前記位置が前記下限値を下回る又は前記上限値を上回る場合、前記操作指示を無効化し、前記作業装置の前記高さ方向の前記位置が前記許容範囲内に留まるよう前記ブームの回動速度を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
3. 前記動作制御部は、前記操作指示に従って移動する前記作業装置の前記高さ方向の前記位置が前記下限値を下回る場合であって、前記ブームの前記回動速度を最大回動速度に制御しても前記作業装置の前記高さ方向の前記位置が前記下限値を下回る場合、前記作業装置の前記高さ方向の前記位置が前記下限値を上回るよう前記上部旋回体の旋回速度を制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の作業機械。
4. 前記許容範囲演算部は、前記作業装置が前記操作指示に従って前記許容範囲内にて移動している際に前記操作指示が不検出となった場合、前記操作指示が不検出となった際の前記作業装置の前記高さ方向の前記位置を新たな前記下限値として、前記許容範囲を更新する
   ことを特徴とする請求項２に記載の作業機械。
5. 前記バケットに保持された前記対象物の情報を取得する対象物情報取得装置を更に備え、
   前記動作判定部は、前記対象物情報取得装置の取得結果に基づいて前記バケットが前記対象物を保持しているか否かを判定し、判定結果に基づいて前記運搬動作中であるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
6. 前記上部旋回体の前記旋回角度と前記下限値及び前記上限値との関係を示す相関マップを表示する表示装置を更に備え、
   前記表示装置は、現在の前記作業装置の前記高さ方向の前記位置、及び、前記上部旋回体の前記旋回角度を示すアイコンを、前記相関マップに重畳して表示する
   ことを特徴とする請求項１に記載の作業機械。

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