WO2020054154A1

WO2020054154A1 - 作業機械

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Publication number: WO2020054154A1
Application number: PCT/JP2019/022688
Authority: WO
Inventors: 理優成川; 坂本　博史; 秀一森木
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2020-03-19
Also published as: JP2020041388A; JP7093277B2; CN112513378A; EP3812514A1; KR102459283B1; EP3812514A4; US20210230837A1; CN112513378B; US11879233B2; KR20210018451A; EP3812514B1

Abstract

作業装置を駆動する複数のアクチュエータと，作業装置の姿勢情報を検出する姿勢検出装置と，侵入禁止領域と作業装置との近さを示す指標値である接近度を侵入禁止領域の位置情報と姿勢情報に基づいて算出する接近度演算部，及び，接近度閾値が規定する近さよりも接近度が規定する近さの方が近いとき，侵入禁止領域への作業装置の侵入が防止されるように複数のアクチュエータの少なくとも１つを減速する動作範囲制限制御を実行する制御指令部を有する制御コントローラとを作業機械に備える。制御コントローラは，接近度演算部で演算された接近度の履歴情報を記憶し，その接近度の履歴情報に基づいて接近度閾値を変更する。

Description

作業機械

　本発明は，作業機械に関する。

　油圧アクチュエータで駆動される作業装置（例えば多関節型のフロント作業装置）を備える作業機械（例えば油圧ショベル）を用いて掘削や積み込み等の作業を行う場合，作業を行う空間が屋外であれば上方に電線等が存在していたり，屋内であれば天井が存在していたりする場合がある。作業機械のオペレータは，これらの障害物と作業機械の接触を避けるよう，作業機械を操作する必要がある。

　このように周囲に障害物が存在する環境下におけるオペレータの操作を支援する技術として，特許文献１には，作業機械の周囲に設定される監視領域内の物体を検知する物体検知装置の検知結果と，作業機械に搭載される撮像装置が撮像した画像内のマーカー画像とに基づいて，監視領域内の物体が警告制限対象物であるか否かを判定し，監視領域内の物体が警告制限対象物である場合に警告の出力を禁止し，監視領域に含まれる作業機械により近い所定の領域内に警告制限対象物が入った場合に警告を出力する周囲監視装置が開示されている。

　また，特許文献２には，作業機（フロント作業装置）の動作範囲空間に危険域（以下では，「侵入禁止領域」とも称する）を設け，その危険域の手前で作業機の速度を減速させ，危険域の直前で作業機を停止させる作業機動作範囲制限装置が開示されている。

特開２０１３－１５９９３０号公報特開平０５－３２１２９０号公報

　特許文献１ではマーカーが警告制限対象物に貼付されることがある。そして，マーカーが貼付された物体は，マーカーが貼付されていない物体と比較して，より作業機械に接近した場合に警告されるよう構成されている。しかし，マーカーが貼付された物体を必ずオペレータが認識しているとは限らないため，マーカーが貼付された物体に作業機械が近づきすぎる可能性がある。

　一方，特許文献２では，危険域（侵入禁止領域）に接近した場合の作業機の減速方法として，作業機と危険域との距離に応じた減速パターンに基づく作業機速度と，オペレータによる作業機レバーの操作量に比例する作業機速度とを比較し，いずれか小さい方の作業機速度の指令値で作業機を駆動することを採用している。つまり，減速パターンに基づく作業機速度が作業機レバーの操作量に比例する作業機速度よりも小さい場合には，オペレータが危険域を認識しているか否かにかかわらず，作業機は常に減速パターンに基づく作業機速度で動作する。そのため，油圧ショベルが通常作業を行う領域と危険域が近接している場合，危険域への接近に基づく制御介入が頻繁に生じて作業効率が低下する虞がある。

　そこで本発明の目的は，頻繁な制御介入を防いで作業効率の低下を抑制しつつ，かつ確実に侵入禁止領域への侵入を防ぐことのできる作業機械を提供することにある。

　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが，その一例を挙げるならば，機械本体に設置された作業装置と，前記機械本体及び前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと，前記機械本体と前記作業装置の姿勢情報を検出する姿勢検出装置と，予め設定された侵入禁止領域と前記作業装置及び前記機械本体との近さを示す指標値である接近度を前記侵入禁止領域の位置情報と前記姿勢情報とに基づいて算出し，前記接近度の閾値として設定された接近度閾値が規定する近さよりも前記接近度が規定する近さの方が近いとき，前記侵入禁止領域への前記作業装置及び前記機械本体の侵入が防止されるように前記複数のアクチュエータの少なくとも１つを減速する動作範囲制限制御を実行する制御装置とを備える作業機械において，前記制御装置によって算出された前記接近度の履歴情報が記憶される記憶装置をさらに備え，前記制御装置は，前記記憶装置に記憶された前記接近度の履歴情報に基づいて前記接近度閾値を変更することとする。

　本発明によれば，頻繁な制御介入による作業効率の低下を抑制しつつ，かつ確実に侵入禁止領域への油圧ショベルの侵入を防ぐことができる。

油圧ショベルの構成図。油圧ショベルの制御コントローラを油圧駆動装置とともに示す図。制御用油圧ユニットの詳細図。油圧ショベルの制御コントローラのハードウェア構成図。油圧ショベルにおける座標系を示す図。制御コントローラの機能ブロック図。制御コントローラの詳細な機能ブロック図。侵入禁止領域とショベル作業の例を示す図。動作範囲制限制御のフローチャートを示す図。第１実施形態に係る距離閾値の変更のフローチャートを示す図。侵入禁止領域との距離と，減速率の関係を示す図。侵入禁止領域との距離と，減速率の関係を示す図。第２実施形態に係る距離閾値の変更のフローチャートを示す図。第３実施形態に係る距離閾値の変更のフローチャートを示す図。油圧ショベルにおける座標系を示す図。侵入禁止領域に対して上部旋回体が旋回していない状況を示す図。図１６の状況から上部旋回体がθ_ｓｗだけ旋回した状況を示す図。パイロット圧とアクチュエータ速度の相関テーブルを示す図。

　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，以下では，作業機械として，作業装置の先端の作業具（アタッチメント）としてバケットを備える油圧ショベルを例示するが，バケット以外のアタッチメントを備える作業機械に本発明を適用してもよい。また，複数のリンク部材（アタッチメント，ブーム，アーム等）を連結して構成される多関節型の作業装置を有するものであれば，油圧ショベル以外の作業機械への適用も可能である。

　また，以下の説明では，同一の構成要素が複数存在する場合，符号の末尾にアルファベットの大文字を付すことがあるが，当該アルファベットの大文字を省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば，同一の３つのポンプ１９０ａ，１９０ｂ，１９０ｃが存在するとき，これらをまとめてポンプ１９０と表記することがある。

　＜第１実施形態＞
　図１は本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの構成図であり，図２は本発明の実施形態に係る油圧ショベルの制御コントローラを油圧駆動装置と共に示す図であり，図３は図２中のフロント制御用油圧ユニット１６０の詳細図である。

　図１において，油圧ショベル１は，多関節型のフロント作業装置１Ａと，車体（機械本体）１Ｂで構成されている。車体（機械本体）１Ｂは，左右の走行油圧モータ３ａ，３ｂにより走行する下部走行体１１と，下部走行体１１の上に取り付けられ，旋回油圧モータ４により旋回する上部旋回体１２とからなる。

　フロント作業装置１Ａは，垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材（ブーム８，アーム９及びバケット１０）を連結して構成されている。ブーム８の基端は上部旋回体１２の前部においてブームピンを介して回動可能に支持されている。ブーム８の先端にはアームピンを介してアーム９が回動可能に連結されており，アーム９の先端にはバケットピンを介してバケット１０が回動可能に連結されている。ブーム８はブームシリンダ５によって駆動され，アーム９はアームシリンダ６によって駆動され，バケット１０はバケットシリンダ７によって駆動される。

　ブーム８，アーム９，バケット１０の回動角度α，β，γ（図５参照）を測定可能なように，ブームピンにブーム角度センサ３０，アームピンにアーム角度センサ３１，バケットリンク１４にバケット角度センサ３２が取付けられ，上部旋回体１２には基準面（例えば水平面）に対する上部旋回体１２（車体１Ｂ）の傾斜角θ（図５参照）を検出する車体傾斜角センサ３３が取付けられている。なお，角度センサ３０，３１，３２はそれぞれ基準面（例えば水平面）に対する角度センサ（例えば，慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit））に代替可能であるし，あるいはそれぞれのシリンダストロークを検出するシリンダストロークセンサとし，得られたシリンダストロークから角度に換算するものにも代替可能である。また，上部旋回体１２と下部走行体１１の相対角度を検出可能なように，上部旋回体１２と下部走行体１１の回転中心近傍に，図示しない旋回角度センサ１９が取り付けられている。

　上部旋回体１２に設けられた運転室内には，走行右レバー２３ａ（図１）を有し走行右油圧モータ３ａ（下部走行体１１）を操作するための操作装置４７ａ（図２）と，走行左レバー２３ｂ（図１）を有し走行左油圧モータ３ｂ（下部走行体１１）を操作するための操作装置４７ｂ（図２）と，操作右レバー２２ａ（図１）を共有しブームシリンダ５（ブーム８）及びバケットシリンダ７（バケット１０）を操作するための操作装置４５ａ，４６ａ（図２）と，操作左レバー２２ｂ（図１）を共有しアームシリンダ６（アーム９）及び旋回油圧モータ４（上部旋回体１２）を操作するための操作装置４５ｂ，４６ｂ（図２）が設置されている。以下では，操作右レバー２２ａ，操作左レバー２２ｂ，走行右レバー２３ａおよび走行左レバー２３ｂを操作レバー２２，２３と総称することがある。

　上部旋回体１２に搭載された原動機であるエンジン１８は，油圧ポンプ２とパイロットポンプ４８を駆動する。油圧ポンプ２はレギュレータ２ａによって容量が制御される可変容量型ポンプであり，パイロットポンプ４８は固定容量型ポンプである。本実施形態においては，図３に示すように，パイロットライン１４４，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９の途中にシャトルブロック１６２が設けられている。操作装置４５，４６，４７から出力された油圧信号が，このシャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａにも入力される。シャトルブロック１６２の詳細構成は省略するが，油圧信号がシャトルブロック１６２を介してレギュレータ２ａに入力されており，油圧ポンプ２の吐出流量が当該油圧信号に応じて制御される。

　パイロットポンプ４８の吐出配管であるポンプライン１５０はロック弁３９を通った後，複数に分岐して操作装置４５，４６，４７，フロント制御用油圧ユニット１６０内の各弁に接続している。ロック弁３９は本例では電磁切換弁であり，その電磁駆動部は運転室（図１）に配置されたゲートロックレバー（不図示）の位置検出器と電気的に接続している。ゲートロックレバーのポジションは位置検出器で検出され，その位置検出器からロック弁３９に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁３９が閉じてポンプライン１５０が遮断され，ロック解除位置にあればロック弁３９が開いてポンプライン１５０が開通する。つまり，ポンプライン１５０が遮断された状態では操作装置４５，４６，４７による操作が無効化され，旋回，掘削等の動作が禁止される。

　また，ゲートロックレバーの位置検出器はゲートロックレバーの位置情報（ポジション）を示す信号を制御コントローラ４０（後述）に出力する。この信号がロック解除位置を示す場合は，オペレータによる油圧ショベル１の操作が可能な状態であって，オペレータは例えば作業装置１Ａによる掘削操作や，走行，旋回操作を実施しようとしていることを示す。反対に，ロック位置を示す場合は，オペレータによる油圧ショベル１の操作が不可能な状態であって，オペレータは油圧ショベル１による作業以外（例えば，目標面の設定，地形の確認，休憩等）を実施しようとしていることを示す。

　操作装置４５，４６，４７は，油圧パイロット方式であり，パイロットポンプ４８から吐出される圧油をもとに，それぞれオペレータにより操作される操作レバー２２，２３の操作量（例えば，レバーストローク）と操作方向に応じたパイロット圧（操作圧と称することがある）を発生する。このように発生したパイロット圧は，コントロールバルブユニット２０内の対応する流量制御弁１５ａ～１５ｆ（図２参照）の油圧駆動部１５０ａ～１５５ｂにパイロットライン１４４ａ～１４９ｂ（図２参照）を介して供給され，これら流量制御弁１５ａ～１５ｆを駆動する制御信号として利用される。

　油圧ポンプ２から吐出された圧油は，流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ（図２参照）を介して走行右油圧モータ３ａ，走行左油圧モータ３ｂ，旋回油圧モータ４，ブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７に供給される。供給された圧油によってブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７が伸縮することで，ブーム８，アーム９，バケット１０がそれぞれ回動し，バケット１０の位置及び姿勢が変化する。また，供給された圧油によって旋回油圧モータ４が回転することで，下部走行体１１に対して上部旋回体１２が旋回する。そして，供給された圧油によって走行右油圧モータ３ａ，走行左油圧モータ３ｂが回転することで，下部走行体１１が走行する。以下では，走行油圧モータ３，旋回油圧モータ４，ブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７を総称して，油圧アクチュエータ３－７と総称することがある。

　図４は本実施形態に係る油圧ショベルが備える動作範囲制限システムの構成図である。図４のシステムは，操作レバー２２，２３がオペレータに操作されたときに，予め設定された侵入禁止領域６０（図５参照）に対する油圧ショベルのフロント作業装置１Ａおよび車体１Ｂの侵入が防止されるように，油圧アクチュエータ３－７を減速又は停止する動作範囲制限制御（減速制御）を実行するものである。動作範囲制限システムによる油圧アクチュエータ３－７の制御の詳細を説明する。

　例えば，操作レバー２２の操作によって油圧アクチュエータ４－７の動作が指示された場合，侵入禁止領域６０（図５参照）と侵入禁止領域６０に対する油圧ショベル１の最近傍点（図５ではアーム９の後端部）との位置関係に基づいて，侵入禁止領域６０に近づこうとする油圧アクチュエータ３－７の動作を制限するような制御信号を該当する流量制御弁１５ａ～１５ｆに出力する。

　動作範囲制限システムによって，油圧ショベルの各部が侵入禁止領域６０に侵入することを防げるため，オペレータは本来の掘削作業に専念することが可能となる。なお，図５の例では侵入禁止領域６０が油圧ショベルの上方に設定されているが，侵入禁止領域６０はこの位置に限定されるものではない。例えば油圧ショベルの下方や側面にも設定可能であるし，扇形のような直線以外の形状も含まれる。

　図４のシステムは，作業機械姿勢検出装置５１と，侵入禁止領域設定装置５２と，オペレータ操作検出装置５３と，動作範囲制限制御の有効／無効を選択する制御選択装置５４と，侵入禁止領域６０と油圧ショベルの位置関係を表示可能な表示装置（モニタ）５５と，油圧ショベルのメインコントローラ５７と，動作範囲制限制御をつかさどる制御コントローラ４０とを備えている。

　作業機械姿勢検出装置５１は，車体１Ｂと作業装置１Ａの姿勢情報を検出するセンサであり，ブーム角度センサ３０，アーム角度センサ３１，バケット角度センサ３２，車体傾斜角センサ３３，旋回角度センサ３４から構成される。

　侵入禁止領域設定装置５２は，侵入禁止領域６０に関する情報（例えば，侵入禁止領域６０の境界の位置情報）を入力可能なインターフェースである。侵入禁止領域設定装置５２を介した侵入禁止領域６０の設定は，オペレータが手動で行っても良い。また，侵入禁止領域設定装置５２を外部端末と接続し，その外部端末から侵入禁止領域６０を設定しても良い。なお，侵入禁止領域６０は，ショベル（例えば上部旋回体１２）に設定されたローカル座標系，グローバル座標（地理座標），又は現場に設定された現場座標等，所望の座標系に設定できる。

　オペレータ操作検出装置５３は，オペレータによる操作レバー２２，２３の操作によってパイロットライン１４４～１４９に生じる操作圧を取得する圧力センサ７０ａ～７５ａ，及び圧力センサ７０ｂ～７５ｂから構成される。つまり，油圧アクチュエータ３－７に関する操作を検出している。

　制御選択装置５４は，例えばジョイスティック形状の操作レバー２２ａにおける前面の上端部に設けられたスイッチであり，操作レバー２２ａを握るオペレータの親指により押下される。制御選択装置５４は，モーメンタリスイッチであり，押下される度に動作範囲制限制御の有効（ＯＮ）と無効（ＯＦＦ）が切り替えられる。制御選択装置５４の切替位置（ＯＮ位置／ＯＦＦ位置）は制御コントローラ４０に入力される。なお，制御選択装置５４の設置箇所は操作レバー２２ａ（２２ｂ）に限らず，その他の場所に設けても良い。例えば，表示装置５５に設けても良い。また，ハードウェアで構成される必要はなく，例えば表示装置を５５タッチパネル化し，その画面上に表示されるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）として構成しても良い。

　油圧ショベルのメインコントローラ５７は，オペレータによる油圧ショベル１の操作が可能な状況か否かを示す情報（操作可否情報）として，エンジン１８のＯＮ状態／ＯＦＦ状態を示す情報（ＯＮ／ＯＦＦ情報）や，ゲートロックレバーの位置情報（ロック位置／ロック解除位置），上部旋回体１２上の運転室のドアの開閉状態の情報（開閉情報）をそれぞれのセンサから取得可能なコントローラである。メインコントローラ５７は取得したこれらの情報（オペレータによる作業機械の操作可否情報）を制御コントローラ４０に出力する。エンジン１８がＯＮ状態にある場合，ゲートロックレバーがロック位置にある場合，及び運転室ドアが閉状態にある場合には，オペレータによる油圧ショベル１の操作が可能な状態であるとみなす。一方，エンジン１８がＯＦＦ状態にある場合，ゲートロックレバーがロック解除位置にある場合，及び運転室ドアが開状態にある場合には，オペレータによる油圧ショベル１の操作が不可能な状態であるとみなす。なお，エンジン１８のＯＮ状態／ＯＦＦ状態はキースイッチの位置（ＯＦＦ位置，ＯＮ位置，ＳＴＡＲＴ位置）から判断しても良い。

　図２に示すように，制御用油圧ユニット１６０はブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７，旋回モータ４，走行モータ３のすべての操作装置のパイロットラインに設けられる。図３に制御用油圧ユニット１６０の詳細を示す。例としてブームシリンダ５を用いて説明する。パイロットライン１４４ａ，１４４ｂに対して，制御コントローラ４０に電気的に接続された電磁比例弁８４ａ，８４ｂが設置されている。電磁比例弁８４ａ，８４ｂは，制御コントローラ４０からの制御信号を基にパイロットライン１４４ａ，１４４ｂ内のパイロット圧を低減して出力することが可能である。また，ここではブームシリンダに関するパイロットライン１４４を用いて説明したが，他の油圧アクチュエータ３，４，６，７に関するパイロット圧に関しても，制御コントローラ４０からの指令により低減が可能なように，電磁比例弁８４－８９が設けられている。

　電磁比例弁８４－８９は，非通電時には開度が最大で，制御コントローラ４０からの制御信号である電流を増大させるほど開度は小さくなる。つまり，オペレータが操作レバー２２，２３を操作したことによって生じたパイロット圧に対して，減じたパイロット圧を発生させることができ，すべての油圧アクチュエータの動作の速度を，オペレータの操作に対して強制的に低減できる。

　図４において制御コントローラ４０は，入力インターフェース９１と，プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）９２と，記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と，出力インターフェース９５とを有している。入力インターフェース９１は，作業機械姿勢検出装置５１である角度センサ３０，３１，３２，３４及び傾斜角センサ３３からの信号と，侵入禁止領域６０を設定するための装置である侵入禁止領域設定装置５２からの信号と，操作装置４５～４７からの操作量を検出する圧力センサ（圧力センサ７０～７５を含む）であるオペレータ操作検出装置５３からの信号と，制御選択装置５４の切替位置（動作範囲制限制御を有効とするＯＮ位置と，同制御を無効とするＯＦＦ位置）を示す信号を入力し，ＣＰＵ９２が演算可能なように変換する。ＲＯＭ９３は，後述するフローチャートに係る処理を含め動作範囲制限制御を実行するための制御プログラムと，当該フローチャートの実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり，ＣＰＵ９２は，ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムに従って入力インターフェース９１及びメモリ９３，９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力インターフェース９５は，ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し，その信号を電磁比例弁８４～８９または表示装置５５に出力することで，油圧アクチュエータ３－７を駆動・制御したり，フロント作業装置１Ａ，車体１Ｂ，バケット１０及び侵入禁止領域６０等の画像を表示装置５５の画面上に表示させたりする。

　なお，図４の制御コントローラ４０は，記憶装置としてＲＯＭ９３及びＲＡＭ９４という半導体メモリを備えているが，記憶装置であれば代替可能であり，例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えても良い。

　図６は，制御コントローラ４０の機能ブロック図である。制御コントローラ４０は，動作範囲制限制御部７８と，電磁比例弁制御部７６と，表示制御部７７を備えている。

　表示制御部７７は，動作範囲制限制御部７８から出力される作業機械姿勢及び侵入禁止領域６０の位置情報を基に表示装置（モニタ）５５を制御する部分である。表示制御部７７には，フロント作業機１Ａや車体１Ｂの画像及びアイコンを含む表示関連データが多数格納されている表示ＲＯＭが備えられており，表示制御部７７が，入力情報に含まれるフラグに基づいて所定のプログラムを読み出すとともに，表示装置５５における表示制御をする。

　図７は図６中の動作範囲制限制御部７８の機能ブロック図である。動作範囲制限制御部７８は，オペレータ操作速度推定部１０１と，姿勢演算部１０２と，侵入禁止領域演算部１０３と，接近度演算部１０４と，履歴記憶部１０６と，減速指令演算部１０５と，速度指令選択部１０７を備えている。このうち減速指令演算部１０５と，履歴記憶部１０６と，速度指令選択部１０７を制御指令部１０８と総称することがある。制御指令部１０８は，侵入禁止領域６０へのフロント作業装置１Ａ及び車体１Ｂの侵入が防止されるように複数の油圧アクチュエータ３－７の少なくとも１つを減速する動作範囲制限制御（減速制御）を実行する。

　オペレータ操作速度推定部１０１は，圧力センサ７１～７５から構成されるオペレータ操作検出装置５３から入力されるパイロット圧を基に，制御コントローラ４０内に予め保持してあるパイロット圧とアクチュエータ速度の相関テーブル（図１８参照）を用いて，オペレータ操作による油圧アクチュエータ３－７の速度を推定する。なお，圧力センサ７０，７１，７２による操作量の算出は一例に過ぎず，例えば各操作レバー２２，２３の操作レバーの回転変位を検出する位置センサ（例えば，ロータリーエンコーダ）で当該操作レバーの操作量を検出し，その検出したレバー操作量から，レバー操作量とパイロット圧の相関テーブルを用いてパイロット圧を算出し，油圧アクチュエータ３－７の速度を推定しても良い。また，オペレータの操作量から動作速度を算出する構成に代えて，角度センサ３０～３２の検出値から油圧シリンダ５，６，７の伸縮量を算出し，伸縮量の時間変化を基に動作速度を算出しても良い。また，旋回角度センサ３４の時間変化を基に，旋回角度の時間変化を算出しても良い。

　姿勢演算部１０２は作業機械姿勢検出装置５１からの情報に基づき，ローカル座標系における油圧ショベル１の姿勢と位置を演算する。油圧ショベル１の姿勢は，図５のショベル座標系（ローカル座標系）上に定義できる。図５のショベル座標系は，旋回中心軸を原点としている。下部走行体１１が直進する際の進行方向と，フロント作業装置１Ａの動作平面が平行となり，かつフロント作業装置１Ａの伸ばし方向の動作方向と，下部走行体１１を前進させたときの動作方向が一致する向きをＸ軸，上部旋回体１２における旋回中心をＺ軸，前述したＸ軸及びＺ軸と右手座標系を構成するようにＹ軸を定めた。また，旋回角度については，フロント作業装置１ＡがＸ軸と平行になる状態を０度とした。Ｘ軸に対するブーム８の回転角をブーム角α，ブーム８に対するアーム９の回転角をアーム角β，アーム９に対するバケット１０爪先の回転角をバケット角γ，下部旋回体に対する上部旋回体の旋回角を旋回角δとした。ブーム角αはブーム角度センサ３０により，アーム角βはアーム角度センサ３１により，バケット角γはバケット角度センサ３２により，旋回角δは旋回角度センサ３４により検出される。これらの角度情報と，油圧ショベルの各部の寸法情報を用いる事で，ショベル座標系における油圧ショベルの各部の姿勢と位置を演算できる。また，重力方向に対して直角な水平面（基準面）に対する車体１Ｂの傾斜角θは，車体傾斜角センサ３３で検出可能である。

　侵入禁止領域演算部１０３は，侵入禁止領域設定装置５２からの情報に基づき侵入禁止領域６０の位置情報を，図５に示すショベル座標系に変換する演算を実行する。本実施形態では，図５に示すように，２次元空間で表現される侵入禁止領域６０を示しているが，３次元空間で表現される侵入禁止領域６０であっても良い。また，侵入禁止領域６０は複数存在しても良い。

　接近度演算部１０４は，オペレータによる操作レバー２２，２３の操作時に，侵入禁止領域６０に対する油圧ショベル１の動作範囲制限制御の対象部位との接近度を演算する。接近度とは，フロント作業装置１Ａ及び車体１Ｂ上における動作範囲制限制御の対象部位と予め設定された侵入禁止領域６０との近さを示す指標値である。接近度としては，例えば，動作範囲制限制御の対象部位と侵入禁止領域６０との距離を利用しても良いし，この距離にショベルの動作速度を加味した情報である動作範囲制限制御の対象部位と侵入禁止領域６０との接触予測時間を利用しても良い。フロント作業装置１Ａ及び車体１Ｂ上における動作範囲制限制御の対象部位としては，侵入禁止領域６０に侵入し得るショベル上の点が設定可能であり，例えば，バケット１０の先端やアーム後端部９ｂ（図１５参照）が設定可能である。また，フロント作業装置１Ａ及び車体１Ｂ上の複数の点における接近度を演算し，その中で最も侵入禁止領域６０に近いと評価される点（例えば接近度として距離を選択した場合にはその距離が最も短い点）を動作範囲制限制御の対象部位として選択することも可能である。

　動作範囲制限制御の対象部位（以下では制御対象部位とも称する）の位置は次のように演算する。ここでは上部旋回体１２の旋回中心１２０を基準とした場合の制御対象部位の位置及び速度の演算について説明する。図１５に示すように，上部旋回体１２の旋回中心１２０とブームピン８ａのＸ軸方向の長さをＬｓｂ，ブームピン８ａからアームピン９ａまでの長さをＬｂｍ，アーピン９ａからバケットピン１０ａまでの長さをＬａｍ，バケットピン１０ａからバケット先端１０ｂまでの長さをＬｂｋ，ブーム８，アーム９，バケット１０の回動角度をα，β，γとする。なお，旋回中心１２０と，ブームピン８に，Ｚ軸方向やＹ軸方向のオフセットは無いものとする。このとき，バケット先端１０ｂの水平方向位置Ｘｂｋと，垂直方向位置Ｚｂｋは，それぞれ以下の式で表される。

　次に，ブーム８，アーム９，バケット１０の回動角速度をωα，ωβ，ωγとすると，バケット先端１０ｂの水平方向速度Ｖ_Ｘｂｋと，垂直方向速度Ｖ_Ｚｂｋは，それぞれ以下の式で表される。

　図１５に示すように，バケット先端以外のアーム後端部９ｂ（図１５参照）のような油圧ショベル１の他の部位についても，位置と速度をそれぞれ算出することが可能である。アーム後端部９ｂの位置Ｘａｍｒ，Ｚａｍｒ及び速度Ｖ_Ｘａｍｒ，Ｖ_Ｚａｍｒは，以下の式にて算出できる。ただし，図１５に示すようにＬｂｓはアームピン９ａからアーム後端部９ｂまでの距離，τは図１５に示す幾何学情報である。このようにして，油圧ショベル１ａの幾何学情報を用いることで，フロント作業装置１Aの他の部位も同様に，位置と速度を算出することが可能である。

　また，侵入禁止領域６０と制御対象部位の位置を用いることで，侵入禁止領域６０と制御対象部位との距離を算出することが可能になる。ここでは制御対象部位がバケット先端１０ｂである場合を例に挙げて説明する。上部旋回対の旋回中心１２０を基準としたとき，油圧ショベル１の上側に設定された侵入禁止領域６０との距離をＡｚとすると，バケット先端１０ｂの侵入禁止領域６０に対する距離Ｄｚｂｋは以下の式で表される。

　算出したＤｚｂｋやＶ_Ｚｂｋを用いて，侵入禁止領域６０とバケット先端１０ｂの接触予測時間Ｔｚｂｋは次のように算出できる。

　同様にして，例えばアーム後端部９ｂの場合の距離Ｄｚａｍｒと接触予測時間Ｔｚａｍｒは以下のように算出できる。

　このように接近度演算部１４０が複数の距離（接近度）Ｔｚｂｋ，Ｔｚａｍｒを算出した場合には，その中で距離が最小となる部分を制御対象部位として選択することができる。ただし，距離が最小であってもその部位がオペレータ操作に基づいて動作しない場合には，その距離に係る部位を制御対象部位から除外しても良い。

　減速指令演算部１０５は，接近度演算部１０４で演算された接近度と，後述する履歴記憶部１０６に記憶された接近度の履歴情報に基づき，接近度に応じた減速指令を演算する。より具体的には，減速指令演算部１０５は，接近度の閾値として設定された接近度閾値が規定する近さよりも，接近度演算部１０４で演算された制御対象部位に係る接近度が規定する近さの方が近いとき，侵入禁止領域６０への当該制御対象部位の侵入が防止されるように当該制御対象部位を駆動する油圧アクチュエータの少なくとも１つを減速する減速指令を演算する。例えば接近度として動作範囲制限制御の対象部位（例えば，アーム後端部９ｂ）と侵入禁止領域６０との距離が接近度演算部１０４から入力される場合には，その距離が接近度閾値（接近度が距離の場合には「距離閾値」とも称する）よりも小さいときに減速指令が演算される。そして，その距離が接近度閾値よりも小さいとき，減速指令演算部１０５は，予め距離と減速率の関係が予め定義されたテーブル（後述の図１１，１２参照）とその距離に基づいて，当該制御対象部位を動作させる油圧アクチュエータ（例えばブームシリンダ５）の減速率を演算する。最後に減速指令演算部１０５は，オペレータ操作速度推定部１０１で演算された当該制御対象部位を動作させる油圧アクチュエータの速度と演算した減速率とを利用して侵入禁止領域６０への侵入を防止するために必要となる当該油圧アクチュエータ速度を演算する。

　また，減速指令演算部１０５内の閾値変更部１０９は履歴記憶部１０６から入力される接近度の履歴情報を用いて接近度閾値を変更する。本実施形態では接近度閾値は，制御対象部位を動作させる油圧アクチュエータの減速率を演算する際にも用いられており，動作範囲制限制御による油圧アクチュエータの減速を開始する接近度となっている。すなわちアクチュエータの減速が開始する接近度が接近度の履歴情報に応じて変化するように構成されている。

　速度指令選択部１０７は，同一の油圧アクチュエータ３－７について，オペレータ操作速度推定部１０１で推定されたオペレータ操作による油圧アクチュエータの速度（オペレータ操作速度）と減速指令演算部１０５で演算された油圧アクチュエータ速度とを比較し，絶対値の小さい方をその油圧アクチュエータの目標速度として選択する。例えば減速指令演算部１０５で演算された油圧アクチュエータ速度が選択された場合，その対象となるアクチュエータの速度を減速するよう，選択したアクチュエータ速度を電磁比例弁制御部７６に出力する。

　履歴記憶部１０６は，接近度演算部１０４で演算された接近度を時系列で記憶することで接近度の履歴情報として記憶している。履歴記憶部１０６は，制御コントローラ４０内の記憶装置（ＲＯＭ９３，ＲＡＭ９４）に設けられた記憶領域であり，ここには接近度の履歴情報をはじめとした各種情報が記憶される。なお，この記憶領域は制御コントローラ４０の外部に位置し作業機械に搭載された他の記憶装置に設けても良い。また，履歴記憶部１０６で保持されている履歴情報は，減速指令演算部１０５へ出力される。この他の履歴情報として，例えば，減速指令演算部１０５で演算されたアクチュエータ速度，オペレータ操作速度推定部１０１で演算されたオペレータ操作速度，メインコントローラ５７からのエンジン１８のＯＮ状態／ＯＦＦ状態（オペレータ操作によるキースイッチの位置状態（ＯＦＦ位置，ＯＮ位置，ＳＴＡＲＴ位置））やゲートロックレバーの位置情報（ロック位置／ロック解除位置），運転室のドアの開閉状態（開状態／閉状態）に関する情報等の時系列を各情報の取得時刻とともに記憶しても良い。

　電磁比例弁制御部７６は，速度指令選択部１０７から出力される各アクチュエータ３－７の目標速度に基づいて各電磁比例弁８４－８９への指令を演算して出力する。これによりパイロットライン１４４－１４９内のパイロット圧が目標速度に応じて適宜調整されるので，速度指令選択部１０７で選択された速度で各アクチュエータ３－７が動作する。

　ここで動作範囲制限制御による，アクチュエータ動作の制限の例を図８に示す。図８には，繰り返し行われる掘削作業の１サイクルにおいて，掘削作業が終了しフロント作業装置１Ａが巻き込まれている状態Ｓ１と，次の掘削作業のためのリーチング作業を行っている状態Ｓ２を示している。状態Ｓ１からＳ２に遷移する際，バケット１０と掘削面３６の接触を防ぐためにブーム８の上げ動作をオペレータは実施するが，ブーム８の上げ動作が過剰である場合，アーム９の後端部３７が侵入禁止領域６０に侵入する可能性がある。減速指令演算部１０５は，図８に示すような状態Ｓ１からＳ２に遷移する状況でブーム８の上げ操作が過剰なときに，アーム９の後端部３７の侵入禁止領域６０への侵入を防止するためにブーム上げ動作（すなわちブームシリンダの伸び動作）を減速させる指令を演算する。言い換えると，侵入禁止領域６０に対するフロント作業装置１Ａの距離が接近度閾値より小さい場合，すなわち侵入禁止領域６０にフロント作業装置１Ａが近付いた場合に，ブーム上げ動作を減速させる指令を演算する。これにより侵入禁止領域６０にフロント作業装置１Ａが侵入しないよう，オペレータによる操作に対して介入動作（動作範囲制限制御）を行う。侵入禁止領域６０に対する距離が接近度閾値より大きい場合は介入動作を行わず，ショベルはオペレータの操作に従って動作する。

　このとき履歴記憶部１０６は，動作範囲制限制御の実行の有無にかかわらず，接近度演算部１０４で演算された接近度（例えば距離），減速指令演算部１０５で演算されたアクチュエータ速度（減速指令），オペレータ操作速度推定部１０１で演算されたアクチュエータ速度（オペレータ操作速度）を記憶する。

　例えば，履歴記憶部１０６が記憶する履歴情報が侵入禁止領域６０とショベル１の距離であるとき，減速指令演算部１０５（制御指令部１０８）はその距離が接近度閾値よりも小さいときに動作範囲制限制御を実行する。このとき，閾値変更部１０９は，その距離の履歴情報に基づいて距離のばらつき（例えば，分散や標準偏差）を演算し，減速指令演算部１０５が減速指令を算出し始める接近度閾値をそのばらつきの値に応じて変更する。例えば，距離のばらつきが所定の閾値（ばらつき閾値）以上のときは，減速指令を算出し始める距離の接近度閾値を初期値（ｄｔｈ１）のままとし，ばらつきがばらつき閾値より小さいときには接近度閾値を初期値より小さい値（ｄｔｈ２）に変更する。これにより制御介入が生じにくくなるようにすることができる。なお，距離のばらつきがばらつき閾値以上か否かで接近度閾値を２つ値の間で変化させる場合を説明したが，距離のばらつきが小さいほど小さい値になるように接近度閾値を設定することも可能である。

　速度指令選択部１０７は，制御選択装置５４にて動作範囲制限制御が有効（ＯＮ）に設定されている場合，かつ，オペレータ操作速度を減速した速度を減速指令演算部１０５が出力する場合には，その速度で油圧アクチュエータ３－７が駆動されるように電磁比例弁制御部７６に指令を出す。一方，減速指令演算部１０５がアクチュエータ速度を出力しない場合や，制御選択装置５４にて動作範囲制限制御が無効（ＯＦＦ）に設定されている場合は，電磁比例弁制御部７６に信号を送らず，オペレータの操作通りに油圧アクチュエータ３－７が駆動されるようにする。

　図９，図１０を用いて，動作範囲制限制御部７８の制御フローを説明する。ここでは簡単のため，動作範囲制限制御の対象はフロント作業装置１Ａとする。

　まず図９のステップＳ１００にて，接近度演算部１０４は，侵入禁止領域演算部１０３から侵入禁止領域６０の位置情報を入力し，侵入禁止領域６０の設定があるか否かを判定する。侵入禁止領域６０が設定されている場合にはステップＳ１０１へ進む。一方，侵入禁止領域６０が設定されていない場合にはステップＳ１０７に進む。

　ステップＳ１０１では，接近度演算部１０４は，制御選択装置５４にて動作範囲制限制御が有効（ＯＮ）に設定されているか否かを判定する。動作範囲制限制御が有効（ＯＮ）である場合にはステップＳ１０２に進む。そうでない場合（すなわち無効（ＯＦＦ）である場合）にはステップＳ１０７に進む。

　ステップＳ１０２では，接近度演算部１０４は，姿勢演算部１０２と侵入禁止領域演算部１０３の情報を基にフロント作業装置１Ａの各部の位置と侵入禁止領域６０の位置とを比較して，侵入禁止領域６０の境界からフロント作業装置１Ａまでの最短距離を演算し，これを接近度とする。なお，フロント作業装置１Ａにおいて侵入禁止領域６０の境界までの距離を演算する箇所を予め複数決定しておき，その中から距離の最も短いものを接近度として演算しても良い。ステップＳ１０２での演算が終了したらステップＳ１０３へ進む。

　ステップＳ１０３では，減速指令演算部１０５は，ステップＳ１０２で算出された距離（接近度）が，第１閾値（後述するｄｔｈ１あるいはｄｔｈ２）より小さいか否かを判定する。ステップＳ１０２で算出した距離が接近度閾値（ｄｔｈ１あるいはｄｔｈ２）より小さい場合，ステップＳ１０４へ進む。また，ステップＳ１０２で算出された距離が接近度閾値以上の場合はステップＳ１０７に進む。

　ステップＳ１０４では，減速指令演算部１０５は，ステップＳ１０２で算出した距離に基づいて，アクチュエータ５－７の減速率ｒを算出する。本実施形態の減速率ｒはゼロ以上かつ１以下の値であり，０で減速なし，１で減速が最大となり停止するように定義されている。距離と減速率の関係は，例えば図１１に示すような関係で定義できる。減速率を算出したらステップＳ１０５へ進む。

　ステップＳ１０５では，減速指令演算部１０５は，まず，フロント作業装置１Ａを動作する３つのアクチュエータ５－７の中で減速対象とする油圧シリンダを決定する。本実施形態では，（１）ステップＳ１０２で演算した距離（接近度）が接近度閾値より小さく，かつ，（２）ステップＳ１０２で距離（接近度）を演算した点の速度ベクトルが侵入禁止領域６０に近づく向きである場合に，（３）フロント作業装置１Ａを動作する３つのアクチュエータ５－７のうち，フロント作業装置１Ａに発生させる速度ベクトルが侵入禁止領域６０に近づく向きを有しているアクチュエータを減速対象とする。例えばアーム９の後端部９ｂが侵入禁止領域６０に近い状況でオペレータによってアームシリンダ６とブームシリンダ５が操作されている場合において，アームシリンダ６がアーム後端部９ｂを侵入禁止領域６０から遠ざける方向に動作させ，ブームシリンダ５がアーム後端部９ｂを侵入禁止領域６０に近づける方向に動作させているときには，アーム後端部９ｂを侵入禁止領域６０に近づけているブームシリンダ５を減速対象のアクチュエータとして選択する。なお，減速対象のアクチュエータは上記（１）－（３）の条件を満たせば複数選択しても良い。また，上記（３）の条件は省略して，上記（１）と（２）の条件が満たされた場合にオペレータが操作しているアクチュエータの全てを減速対象としても良い。

　減速対象のアクチュエータが決定したら，減速指令演算部１０５は，減速対象のアクチュエータに関してオペレータ操作速度推定部１０１で演算されたオペレータ操作速度Ｖｏｐｅと，ステップＳ１０４で演算した減速率ｒとに基づいて減速後のアクチュエータ速度Ｖｃｔｒｌを演算し，演算した速度Ｖｃｔｒｌを速度指令選択部１０７と履歴記憶部１０６に出力する。減速後のアクチュエータ速度Ｖｃｔｒｌは例えば次の式で演算できる。

　続いて速度指令選択部１０７は，オペレータ操作速度Ｖｏｐｅと減速後のアクチュエータ速度Ｖｃｔｒｌの大小を比較して絶対値の小さい方を選択して電磁比例弁制御部７６に出力する。これにより減速率ｒに応じたアクチュエータ速度になるようアクチュエータ５－７が自動制御される。なお上記のＶｃｔｒｌの式から明白であるが，減速率ｒがゼロより大きい場合には必ずＶｃｔｒｌが速度指令選択部１０７で選択される。

　ステップＳ１００，ステップＳ１０１，ステップＳ１０３のいずれかでＮＯと判定された場合には，ステップＳ１０７へ進み，オペレータによる操作通りにアクチュエータを駆動させる。

　図９のステップＳ１０３における侵入禁止領域６０との距離の閾値（接近度閾値）を，履歴記憶部１０６に記憶された履歴情報に基づいて変更するフローについて図１０を用いて説明する。

　まずステップＳ２０１において，閾値変更部１０９（減速指令演算部１０５）は，動作範囲制限制御の実行がないか否かを判定する。動作範囲制限制御が実行されていない場合にはステップＳ２０２へ進み，実行されている場合にはステップＳ２０９に進む。

　ステップＳ２０２では，閾値変更部１０９は，図９のステップＳ１０２で距離（接近度）を演算した点（侵入禁止領域６０から最短距離に在るフロント作業装置１Ａの箇所であり，以下では「最近傍位置」と称することがある）の位置データを取得する。例えば図８に示す状況である場合，この点はアーム後端部９ｂに相当する。位置データが取得できたらステップＳ２０３へ進む。

　ステップＳ２０３では，閾値変更部１０９は，あらかじめ定められた所定時間ｔｊが経過したか否かを判定する。所定時間ｔｊが経過する前である場合，所定時間ｔｊが経過するまでステップＳ２０１からステップＳ２０３を繰り返す。所定時間ｔｊが経過したら，ステップＳ２０４へ進む。

　なお，所定時間ｔｊとしては，任意の時間（例えば数分間）を設定可能であるが，例えばフロント作業装置１Ａが所定の動作（掘削動作，放土動作，リーチング動作）を所定サイクル数（例えば１０サイクル）繰り返すのに要した時間を設定しても良い。

　ステップＳ２０４では，閾値変更部１０９は，所定時間ｔｊ中にステップＳ２０２で取得したフロント作業機１Ａの最近傍位置の位置データを基にその位置データのばらつきを演算し，そのばらつきが所定の閾値（ばらつき閾値）より小さいか否かを判定する。ばらつきがばらつき閾値より小さい場合にはステップＳ２０５へ進む。一方，ばらつきがばらつき閾値以上の場合にはステップＳ２０９に進む。

　ステップＳ２０５では，閾値変更部１０９は，所定時間ｔｊ中に走行に関するレバー操作（すなわち操作レバー２３の操作）がないことを判定する。走行に関するレバー操作がない場合にはステップＳ２０６へ進む。一方，走行に関するレバー操作がある場合にはステップＳ２０９に進む。

　ステップＳ２０６では，閾値変更部１０９は，その時（ステップＳ２０６の実行時）の接近度閾値がｄｔｈ１（初期値）であるか否かを判定する。接近度閾値がｄｔｈ１であると判定された場合には，ステップＳ２０７へ進み，接近度閾値をｄｔｈ１からｄｔｈ２（ただし，ｄｔｈ１＞ｄｔｈ２）に変更する。一方，接近度閾値がｄｔｈ１ではないと判定された場合，つまりｄｔｈ２である場合には，ステップＳ２０８へ進み，接近度閾値としてｄｔｈ２を維持する（接近度閾値の変更は行わない）。

　ステップＳ２０９では，閾値変更部１０９は，その時（ステップＳ２０９の実行時）の接近度閾値がｄｔｈ１であるか否かを判定する。接近度閾値がｄｔｈ１であると判定された場合にはステップＳ２１０へ進み，接近度閾値をｄｔｈ１に維持する。一方，接近度閾値がｄｔｈ１ではないと判定された場合にはステップＳ２１１へ進み，接近度閾値をｄｔｈ２からｄｔｈ１に変更する。

　接近度閾値のｄｔｈ１とｄｔｈ２は，図１１に示すようにｄｔｈ２の方が小さい値となる。そのため，ｄｔｈ２に基づいて動作範囲制限制御が実行される場合，ｄｔｈ１に基づいて動作範囲制限制御が実行される場合と比して，オペレータ操作通りに油圧アクチュエータ５－７が動作する範囲が拡大する。なお，距離と減速率ｒの関係は，例えば図１１に示すような直線に限定する必要はなく，図１２に示すように多項式で表現される曲線であっても良い。

　ステップＳ２０７，２０８，２１０，２１１が終了したら，次の制御周期が開始するタイミングでステップＳ２０１を開始し，以降は上述の処理を繰り返すものとする。

　＜作用・効果＞
　本実施形態では，侵入禁止領域６０に対するフロント作業機１Ａの最近傍位置の位置データのばらつきが少ない場合，油圧ショベルに搭乗中のオペレータは侵入禁止領域６０を認識しており，かつ，油圧ショベルの操作にも習熟しているとみなし，最近傍位置と侵入禁止領域６０が近くても侵入禁止領域６０へのショベルの侵入の可能性は低いと推定することとした。そこで，本実施形態の油圧ショベルでは，所定時間ｔｊ（図１０のステップＳ２０３）における侵入禁止領域６０に対するフロント作業機１Ａの最近傍位置の位置データ（接近度）のばらつきがばらつき閾値より小さいときには，動作範囲制限制御が開始される接近度の閾値である接近度閾値（距離閾値）を侵入禁止領域６０に近い値（ｄｔｈ２）に変更又は維持する（ステップＳ２０７，Ｓ２０８）。これにより接近度閾値をｄｔｈ１に固定する場合と比較してオペレータ操作への動作範囲制限制御の頻繁な介入が防止されるので，作業効率の低下が抑制され，かつ確実に侵入禁止領域６０への侵入を防止できる。

　また，操作スキルの高いオペレータや慎重に操作するタイプのオペレータでは動作範囲制限制御は実行されない可能性が高いが，操作スキルの低いオペレータでは動作範囲制限制御が繰り返し実行される可能性が高い。そこで本実施形態では図１０のステップＳ２０１において搭乗中のオペレータに対して動作範囲制限制御の実行の有無を確認し，今回の搭乗中に動作範囲制限制御が実行された場合には接近度閾値を初期値（ｄｔｈ１）に維持／変更する（ステップＳ２１０，２１１）こととし，今回の搭乗中に動作範囲制限制御が実行されていないオペレータにだけ，他の条件（ステップＳ２０４，２０５）を満たす場合に接近度閾値をｄｔｈ２に変更することとした。これにより確実に侵入禁止領域６０への侵入を防止できる。なお，図１０のステップＳ２０１は省略可能である。

　また，本実施形態は所定時間ｔｊに得られた侵入禁止領域６０に対する最近傍位置の位置データに基づいて接近度閾値の変更の要否を評価している関係上，少なくとも所定時間ｔｊは接近度閾値が変更されることがない。これにより接近度閾値が頻繁に変更されることを防止できる。

　また，油圧ショベルの作業場所が変更されると，侵入禁止領域６０に対する最近傍位置の位置や油圧ショベルが実行する作業内容が移動前と異なる可能性が高く，オペレータが移動前と同様の感覚で作業をすると侵入禁止領域６０への侵入を許す可能性がある。そこで本実施形態では，図１０のステップＳ２０５で走行操作レバー２３の操作の有無を判定することで，走行操作レバー２３が操作された場合には接近度閾値を初期値（ｄｔｈ１）に維持／変更することとした。これにより作業場所を移動した際にも確実に侵入禁止領域６０への侵入を防止できる。なお，図１０のステップＳ２０５は省略可能である。

　なお，本実施形態ではばらつきがばらつき閾値より大きいか小さいかで接近度閾値を切り換えたが，ばらつきの大きさに応じて接近度閾値を変更しても良い。すなわち接近度が距離の場合にはばらつきが小さいほど接近度閾値（距離閾値）が小さくなるように設定しても良い。

　＜第２実施形態＞
　本実施形態では，履歴記憶部１０６のデータに基づいて閾値変更部１０９が距離閾値（接近度閾値）を初期値（ｄｔｈ１）にリセットする条件に関する内容を述べる。閾値変更部１０９は第１実施形態で説明した図１０の処理に加えて本実施形態で説明する図１３の処理を実行する。

　履歴記憶部１０６はオペレータによる油圧ショベル１の操作可否情報として，操作レバー２２．２３以外の操作装置に関するオペレータ操作の履歴情報をメインコントローラ５７から取得する。ここで取得されるオペレータ操作の履歴情報（操作可否情報）には，オペレータによるキースイッチの位置情報（ＯＮ位置／ＯＦＦ位置／ＳＴＡＲＴ位置）と，ゲートロックレバーの位置情報（ロック位置／ロック解除位置）と，上部旋回体１２上の運転室のドアの開閉状態（開状態／閉状態）が含まれている。閾値変更部１０９は履歴記憶部１０６で取得されたオペレータ操作の履歴情報に基づいて接近度閾値を初期値にリセットする。接近度閾値がｄｔｈ２に設定されている場合，このリセットにより接近度閾値は侵入禁止領域により近いことを規定する値（ｄｔｈ１）に変更される。

　図１３に示すように閾値変更部１０９は，ステップＳ３００において，履歴記憶部１０６に記憶された情報に基づいてオペレータによるキースイッチの位置切り換え操作（例えばＯＦＦ位置からＯＮ位置への切り換え），ゲートロックレバーの位置切り換え操作（ロック位置からロック解除位置への切り換え），またはドアの開閉操作（ドアの閉状態から開状態への操作）のいずれかが実行されたか否かを判定する。実行されたと判定された場合，ステップＳ３０１に進む。

　ステップＳ３０１では，この時点での距離閾値がｄｔｈ１であるか否かを判定する。閾値がｄｔｈ１である場合，ステップＳ３０２へ進み，距離閾値をｄｔｈ１のまま維持する。ｄｔｈ１ではない場合，ステップＳ３０３へ進み，距離閾値をｄｔｈ１に変更する。また，ステップＳ３００でいずれの操作もないと判定された場合には，ステップＳ３０４へ進み，この時点での距離閾値を維持する。

　前述したステップＳ３００に含まれる判定条件に該当する操作をオペレータがとった場合は，オペレータによる油圧ショベルの操作を一旦不可能にすることでオペレータが油圧アクチュエータの操作の中断や油圧アクチュエータの操作以外の操作に専念し，掘削作業以外のこと（例えば，目標面の設定，地形の確認，休憩等）に意識が向いた時と考えられる。このような状況になった後の油圧ショベルの操作では，オペレータの侵入禁止領域６０に対する意識が低下している可能性があると考えられる。そこで本実施形態では，履歴記憶部１０６に記憶された情報に基づいて再びオペレータによる油圧ショベルの操作が可能な状態になったとみなした場合に距離閾値を初期値のｄｔｈ１にリセットすることとした。このように大きめの閾値であるｄｈｔ１に設定することで，その後の操作において侵入禁止領域６０にショベルが接近した場合，早めの制御介入を発動させることよってオペレータに侵入禁止領域６０が存在することを認識させることができる。

　なお，ステップＳ３００では，オペレータの操作可否情報に基づいてオペレータによる油圧ショベルの操作が可能になった状態と不可能になった状態の少なくとも一方を判定すれば良い。例えば，キースイッチのＯＮ位置からＯＦＦ位置への切り換え操作，ゲートロックレバーのロック解除位置からロック位置への切り換え操作，開状態から閉状態へのドア操作の少なくとも１つが実行されたか否か，すなわちオペレータによる油圧ショベルの操作が不可能になったか否かを判定しても良い。また，上記ではオペレータによる油圧ショベルの操作が一旦不可能になったと判断される場合に接近度閾値を初期値（ｄｔｈ１）にリセットしたが，接近度閾値は侵入禁止領域により近いことを規定する値に変更すれば初期値以外の値に変更しても良い。

　＜第３実施形態＞
　本実施形態では，図１０に示すフローとは異なる，閾値変更部１０９による距離閾値の変更方法について図１４を用いて述べる。図１４に示すフローは，図９のフローと同一の周期や，図１０の所定時間ｔｊの間隔で実施できる。

　まずステップＳ４００において，閾値変更部１０９はフロント作業装置１Ａの最近傍位置と侵入禁止領域６０の距離がｄｔｈ１より小さいかを判定する。ここで距離がｄｔｈ１より小さい場合にはステップＳ４０１へ進み，ｄｔｈ１以上の場合にはステップＳ４０６に進む。

　ステップＳ４０１では，閾値変更部１０９は，侵入禁止領域６０へのフロント作業装置１Ａの接近（すなわち，最近傍位置と侵入禁止領域６０の距離がｄｔｈ１より小さいこと）がキースイッチＯＮ後（すなわち，キーＯＮ後）の１回目であるかを判定する。侵入禁止領域６０への接近が１回目である場合にはステップＳ４０２へ進み，２回目以降である場合にはステップＳ４０３に進む。

　ステップＳ４０２では，閾値変更部１０９は，距離閾値をｄｔｈ１に維持する。

　ステップＳ４０３では，閾値変更部１０９は，この時点での距離閾値がｄｔｈ２であるか否かを判定する。閾値がｄｔｈ２である場合，ステップＳ４０４へ進み，距離閾値をｄｔｈ２のまま維持する。ｄｔｈ２ではない場合，ステップＳ４０５へ進み，距離閾値をｄｔｈ２に変更する。

　ステップＳ４０６では，閾値変更部１０９はその時点での距離閾値を維持する。

　上記のように構成した本実施形態においては，侵入禁止領域６０に対する１回目の接近ではオペレータが侵入禁止領域６０を認識していない可能性があるため，早めの制御介入を実行してフロント作業装置１Ａを滑らかに停止させることができる。これによりオペレータに侵入禁止領域６０を認識させることができる。また，２回目以降の接近では，オペレータが侵入禁止領域を認識していることを前提に遅めに制御介入することで，違和感の低減と作業効率の向上が実現できる。

　なお，上記では侵入禁止領域６０への接近が２回目のときに距離閾値をより近い値（ｄｔｈ２）に変更したが，侵入禁止領域６０への接近が２回目以降の任意の回数のときに距離閾値をｄｔｈ２に変更するように構成しても良い。

　また，上記ではキースイッチがＯＦＦ位置からＯＮ位置に切り換えられたときに侵入禁止領域６０への接近回数をゼロにリセットしたが，その他の任意のタイミングでゼロリセット可能なように構成しても良い。回数をゼロリセットするタイミングは制御コントローラ４０で決定しても良いし，オペレータが決定しても良い。

　また，図１０のステップＳ２０５を追加し，所定時間ｔｊの間に走行レバー２３の操作があった場合には，フロント作業装置１Ａの侵入禁止領域６０への接近回数をゼロにリセットするとともに，距離閾値を初期値ｄｔｈ１にリセットする処理を実行しても良い。

　＜その他＞
　これまでに説明したいずれの実施形態においても，距離閾値が変更になった場合には，表示制御部７７にその情報を出力し，表示装置５５を介してオペレータに通達する構成としても良い。また，表示だけではなく，音声による通達を行っても良い。

　また，上記では油圧ショベル１の上方向に設定された侵入禁止領域６０へのフロント作業装置１Ａの侵入を防ぐ構成について例示したが，油圧ショベル１の横方向に設定された侵入禁止領域６０にフロント作業装置１Ａの先端が旋回により侵入することを防ぐ構成を採用しても良い。その場合，上部旋回体の慣性の影響を考慮するため，接近度として，侵入禁止領域６０に対するフロント作業装置１Ａの距離ではなく接触予測時間を用いて動作範囲制限制御を実行しても良い。

　ここで油圧ショベル１の横方向に侵入禁止領域６０が設定された場合のフロント作業装置１Ａの先端位置の算出について図１６及び図１７を用いて以下で説明する。図１６は侵入禁止領域６０に対して上部旋回体１２が旋回していない状況（基準状況）を示し，図１７は図１６の基準状況から上部旋回体１２がθ_ｓｗだけ旋回した状況である。

　このとき，バケット１０の幅方向の寸法をＷ_ｂｋとすると，旋回中心１２０に対するバケット１０の左端１０Ｌの位置Ｙ_ｂｋ及び速度Ｖ_Ｙｂｋは下記式のように表される。ただし，下記式においてθ_ｓｗの上にドットを付したものはθ_ｓｗの角速度（時間微分値）を示すものとする。

　このように，ショベルの横方向に関しても，位置Ｙ_ｂｋ及び速度Ｖ_Ｙｂｋを算出することが出来る。さらに横方向の侵入禁止領域６０に対する距離と接触予測時間についても，前述した上方向の場合（図５，図８参照）と同様に算出することが出来る。

　なお，バケット先端１０ｂやアーム後端部９ｂの位置や速度の算出はあくまで例として示したものであり，制御対象となる油圧ショベル１の部位はバケット先端１０ｂやアーム後端部９ｂに限るものではない。例えば，油圧ショベル１の横方向に設定された侵入禁止領域６０に上部旋回体１２の後端部（すなわち作業機械本体）が旋回により侵入することを防ぐ構成を採用しても良い。その場合，上部旋回体の慣性の影響を考慮するため，接近度として，侵入禁止領域６０に対する上部旋回体の距離ではなく接触予測時間を用いて動作範囲制限制御を実行しても良い。

　ここで油圧ショベル１の横方向に侵入禁止領域６０が設定された場合の上部旋回体１２の左側後端部１２ＢＬの位置の算出について図１６及び図１７を用いて以下で説明する。上部旋回体１２の幅方向の寸法をＷ_ｕｓと，図１６のときの旋回中心１２０から上部旋回体１２の左側後端部１２ＢＬまでの角度をθ_ｕｓ０とすると，旋回中心１２０に対する上部旋回体１２の左側後端部１２ＢＬの位置Ｙ_ｕｓ及び速度Ｖ_Ｙｕｓは下記式のように表される。ただし，下記式においてθ_ｓｗの上にドットを付したものはθ_ｓｗの角速度（時間微分値）を示すものとする。

　このように，上部旋回体１２の左側後端部１２ＢＬに関しても位置Ｙ_ｕｓ及び速度Ｖ_Ｙｕｓを算出できる。さらに横方向の侵入禁止領域６０に対する距離と接触予測時間についても，前述した上方向の場合（図５，図８参照）と同様に算出できる。

　なお，本発明は，上記の各実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

　また，上記の制御装置（制御コントローラ４０）に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，上記の制御装置に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該制御装置の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。

　また，上記の各実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る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良い。

　１Ａ…フロント作業装置，１Ｂ…車体，３…走行モータ（アクチュエータ），４…旋回モータ（アクチュエータ），５…ブームシリンダ（アクチュエータ），６…アームシリンダ（アクチュエータ），７…バケットシリンダ（アクチュエータ），８…ブーム，９…アーム，１０…バケット，３０…ブーム角度センサ（姿勢検出装置），３１…アーム角度センサ（姿勢検出装置），３２…バケット角度センサ（姿勢検出装置），３３…車体傾斜角センサ（姿勢検出装置），４０…制御コントローラ，６０…侵入禁止領域，９３…ＲＯＭ（記憶装置），９４…ＲＡＭ（記憶装置），１０４…接近度演算部，１０８…制御指令部，１０６…履歴記憶部，１０９…閾値変更部

Claims

　機械本体に設置された作業装置と，
　前記機械本体及び前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと，
　前記機械本体と前記作業装置の姿勢情報を検出する姿勢検出装置と，
　予め設定された侵入禁止領域と前記作業装置及び前記機械本体との近さを示す指標値である接近度を前記侵入禁止領域の位置情報と前記姿勢情報とに基づいて算出し，前記接近度の閾値として設定された接近度閾値が規定する近さよりも前記接近度が規定する近さの方が近いとき，前記侵入禁止領域への前記作業装置及び前記機械本体の侵入が防止されるように前記複数のアクチュエータの少なくとも１つを減速する動作範囲制限制御を実行する制御装置とを備える作業機械において，
　前記制御装置によって算出された前記接近度の履歴情報が記憶される記憶装置をさらに備え，
　前記制御装置は，前記記憶装置に記憶された前記接近度の履歴情報に基づいて前記接近度閾値を変更することを特徴とする作業機械。
　請求項１の作業機械において，
　前記接近度は，前記作業装置及び前記機械本体と前記侵入禁止領域との距離であり，
　前記制御装置は，前記距離が前記接近度閾値よりも小さいとき前記動作範囲制限制御を実行し，前記距離のばらつきが小さいほど前記接近度閾値を小さい値に設定することを特徴とする作業機械。
　請求項１の作業機械において，
　前記記憶装置には，オペレータによる前記作業機械の操作が可能か否かを示す操作可否情報が記憶されており，
　前記制御装置は，前記操作可否情報に基づいてオペレータによる前記作業機械の操作が一旦不可能になったことが確認したとき，前記接近度閾値を前記侵入禁止領域により近いことを規定する値に変更することを特徴とする作業機械。
　請求項１の作業機械において，
　前記記憶装置には，前記接近度が前記接近度閾値よりも前記侵入禁止領域に近づいた回数が記憶されており，
　前記制御装置は，前記回数が所定の回数に達したとき，前記接近度閾値を前記侵入禁止領域により近いことを規定する値に変更することを特徴とする作業機械。