控制系统、控制方法以及控制程序

技术领域

本公开涉及控制系统、控制方法以及控制程序。

本申请针对2021年8月31日在日本申请的特愿2021-141532号主张优先权，将其内容引用于此。

背景技术

为了限制作业机械的动作范围，已知在空间里设定虚拟墙的技术。作业机械的控制装置能够进行控制，以使根据虚拟墙与作业机械的距离限制作业机械的致动器的动作量，从而使得作业机械不超越虚拟墙。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2019/189030号

发明内容

发明要解决的课题

然而，在作业现场设定虚拟墙的情况下，虚拟墙的位置通过全局坐标系来表示。因此，当想要基于虚拟墙来控制作业机械的情况下，作业机械为了识别全局坐标系的位置，需要具有GNSS等的结构。但是，作业机械不一定具有取得基于GNSS等的位置信息的结构。

另一方面，在以旋转体为基准的车体坐标系设定虚拟墙的情况下，在车体坐标系设定的虚拟墙为了跟踪旋转体的旋转，被构成为以作业机械为中心的环状。因此，难以在车体坐标系设定沿着建筑物等的平面的虚拟墙。

本公开的目的在于，提供不参照全局坐标系就能够沿着平面的虚拟墙限制作业机械的动作的控制装置、控制方法以及控制程序。

用于解决课题的手段

根据本发明的第一方式，控制系统控制具有可旋转的旋转体的作业机械。控制系统具有处理器。处理器生成在以旋转体的代表点作为原点的车体坐标系上被以平面形式规定的虚拟墙。处理器随着旋转体的旋转，使虚拟墙围着车体坐标系的原点回转变换。处理器确定车体坐标系上的作业机械的外壳的位置。处理器控制作业机械，以使外壳不与虚拟墙接触。

根据本发明的第二方式，是具有可旋转的旋转体的作业机械的控制方法，具有生成步骤、变换步骤、确定步骤、以及控制步骤。生成步骤生成在以旋转体的代表点作为原点的车体坐标系上被以平面形式规定的虚拟墙。变换步骤随着旋转体的旋转，使虚拟墙围着车体坐标系的原点回转变换。确定步骤确定车体坐标系上的作业机械的外壳的位置。控制步骤控制作业机械，以使外壳不与虚拟墙接触。

根据本发明的第三方式，是一种控制程序，是被对具有可旋转的旋转体的作业机械进行控制的计算机执行的程序，具有生成步骤、变换步骤、确定步骤、以及控制步骤。生成步骤生成在以旋转体的代表点作为原点的车体坐标系上被以平面形式规定的虚拟墙。变换步骤随着旋转体的旋转，使虚拟墙围着车体坐标系的原点回转变换。确定步骤确定车体坐标系上的作业机械的外壳的位置。控制步骤控制作业机械，以使外壳不与虚拟墙接触。

发明效果

根据上述方式的至少一个方式，不参照全局坐标系就能够通过平面的虚拟墙而限制作业机械的动作。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的作业机械的结构的概略图。

图2是表示第一实施方式所涉及的作业机械的驱动系统的图。

图3是表示第一实施方式所涉及的控制装置的结构的概略框图。

图4是表示第一实施方式中的伴随旋转体的旋转的虚拟墙的重新设定的一例的图。

图5是表示第一实施方式所涉及的前壁的设定方法的流程图。

图6是表示第一实施方式所涉及的侧壁的设定方法的流程图。

图7是表示第一实施方式所涉及的上壁的设定方法的流程图。

图8是表示第一实施方式所涉及的下壁的设定方法的流程图。

图9是表示在第一实施方式中被设定的虚拟墙的更新以及干预控制的流程图。

图10是表示在第一实施方式中被设定的虚拟墙的更新以及干预控制的流程图。

图11是表示其他实施方式所涉及的作业系统的结构的概略图。

具体实施方式

<第一实施方式>

《作业机械的结构》

以下，参照附图，详细说明实施方式。

图1是表示第一实施方式所涉及的作业机械100的结构的概略图。第一实施方式所涉及的作业机械100例如是液压挖掘机。作业机械100具有行走体120、旋转体140、作业机160、驾驶室180、控制装置200。第一实施方式所涉及的作业机械100通过操作者的操作而生成平面形状的虚拟墙，并被控制以使作业机械100不接触虚拟墙。由此，操作者能够操作作业机械100，以便避免其进入禁止进入区域。

行走体120以可行走的方式支撑作业机械100。行走体120例如是左右1对履带。

旋转体140能以旋转中心为中心旋转自如地支撑在行走体120。

作业机160以可运动的方式支撑在旋转体140。作业机160通过液压而驱动。作业机160具有动臂161(boom)、斗杆(arm)162、以及作为作业器具的铲斗((bucket)163。动臂161的近端部可回转地安装在旋转体140。斗杆162的近端部可回转地安装在动臂161的远端部。铲斗163可回转地安装在斗杆162的远端部。在此，将旋转体140中安装作业机160的部分称为前部。此外，关于旋转体140，以前部为基准，将相反侧的部分称为后部，将左侧的部分称为左部，将右侧的部分称为右部。

驾驶室180被设置于旋转体140的前部。在驾驶室180内，设有用于操作者操作作业机械100的操作装置141、以及作为控制装置200的人机接口的监视装置142。监视装置142通过具有例如触摸面板的计算机实现。

控制装置200基于操作者对操作装置的操作，控制行走体120、旋转体140、以及作业机160。控制装置200设置于例如驾驶室180的内部。

《作业机械100的驱动系统》

图2是表示第一实施方式所涉及的作业机械100的驱动系统的图。

作业机械100具有用于驱动作业机械100的多个致动器。具体地，作业机械100具有引擎111、液压泵112、控制阀113、一对行走电机114、旋转电机115、动臂缸116、斗杆缸117、铲斗缸118。

引擎111是用于驱动液压泵112的原动机。

液压泵112被引擎111驱动，且经由控制阀113向行走电机114、旋转电机115、动臂缸116、斗杆缸117以及铲斗缸118提供工作油。

控制阀113对从液压泵112提供给行走电机114、旋转电机115、动臂缸116、斗杆缸117以及铲斗缸118的工作油的流量进行控制。

行走电机114通过从液压泵112提供的工作油而被驱动，且驱动行走体120。

旋转电机115通过从液压泵112提供的工作油而被驱动，且使旋转体140相对于行走体120旋转。

动臂缸116是用于驱动动臂161的液压缸。动臂缸116的近端部被安装于旋转体140。动臂缸116的远端部被安装在动臂161。

斗杆缸117是用于驱动斗杆162的液压缸。斗杆缸117的近端部被安装于动臂161。斗杆缸117的远端部被安装在斗杆162。

铲斗缸118是用于驱动铲斗163的液压缸。铲斗缸118的近端部被安装在斗杆162。铲斗缸118的远端部被安装在铲斗163。

《作业机械100的测量系统》

作业机械100具有用于测量作业机械100的姿势以及位置的多个传感器。具体地，作业机械100具有测斜仪101、旋转角传感器102、动臂角传感器103、斗杆角传感器104、铲斗角传感器105、有效负载仪(payload meter)106。

测斜仪101测量旋转体140的姿势。测斜仪101测量旋转体140相对于水平面的倾斜(例如，倾滚角(roll angle)、俯仰角(pitch angle)以及偏航角(yaw angle))。作为测斜仪101的例，可举出IMU(Inertial Measurement Unit：惯性测量装置)。在该情况下，测斜仪101测量旋转体140的加速度以及角速度，并基于测量结果来算出旋转体140相对于水平面的倾斜。测斜仪101被设置在例如驾驶室180的下方。测斜仪101向控制装置200输出作为测量值的旋转体140的姿势数据。

旋转角传感器102测量旋转体140相对于行走体120的旋转角度。旋转角传感器102的测量值例如在行走体120与旋转体140的方向一致时示出零。旋转角传感器102例如被设置在旋转体140的旋转中心。旋转角传感器102向控制装置200出力作为测量值的旋转角度数据。

动臂角度传感器103测量作为动臂161相对于旋转体140的回转角的动臂角。动臂角度传感器103可以是被安装在动臂161的IMU。在该情况下，动臂角度传感器103基于动臂161相对于水平面的倾斜、以及由测斜仪101所测量的旋转体的倾斜，测量动臂角。动臂角度传感器103的测量值例如在贯通动臂161的近端和远端的直线方向与旋转体140的前后方向一致时示出零。另外，其他实施方式所涉及的动臂角传感器103也可以是安装在动臂缸116的行程传感器(stroke sensor)。此外，其他实施方式所涉及的动臂角传感器103也可以是被设置在用于连接旋转体140和动臂161的销的回转传感器。动臂角传感器103向控制装置200出力作为测量值的动臂角数据。

斗杆角传感器104测量作为斗杆162相对于动臂161的回转角的斗杆角。斗杆角传感器104也可以是安装在斗杆162上的IMU。在该情况下，斗杆角传感器104基于斗杆162相对于水平面的倾斜、以及由动臂角传感器103测量的动臂角，测量斗杆角。斗杆角传感器104的测量值例如在贯穿斗杆162的近端与远端的直线的方向与贯穿动臂161的近端和远端的直线的方向一致时示出零。另外，其他实施方式所涉及的斗杆角传感器104也可以在斗杆缸117安装行程传感器而进行角度计算。此外，其他实施方式所涉及的斗杆角传感器104也可以是设置在用于连接动臂161与斗杆162的销的回转传感器。斗杆角传感器104向控制装置200输出作为测量值的斗杆角数据。

铲斗角传感器105测量铲斗163相对于斗杆162的回转角即铲斗角。铲斗角传感器105也可以是设置在用于使铲斗163驱动的铲斗缸118的行程传感器。在该情况下，铲斗角传感器105基于铲斗缸的行程量测量铲斗角。铲斗角传感器105的测量值例如在贯穿铲斗163的近端与铲尖的直线的方向与贯穿斗杆162的近端与远端的直线的方向一致时示出零。另外，其他实施方式所涉及的铲斗角传感器105也可以是设置在用于连接斗杆162与铲斗163的销的回转传感器。此外，其他实施方式所涉及的铲斗角传感器105也可以是安装在铲斗163上的IMU。铲斗角度传感器105向控制装置200输出作为测量值的铲斗角数据。

有效负载仪106测量被保持在铲斗163中的货物的重量。有效负载仪106例如测量动臂161的缸的底压(bottom pressure)，并将其换算为货物的重量。此外例如，有效负载仪106也可以是重量传感器(load cell)。有效负载仪106向控制装置200输出作为测量值的货物的重量数据。

《控制装置200的结构》

图3是表示第一实施方式所涉及的控制装置200的结构的概略框图。

控制装置200是具有处理器210、主存储器230、储存器250、接口270的计算机。控制装置200是控制系统的一例。控制装置200从测斜仪101、旋转角传感器102、动臂角传感器103、斗杆角传感器104、铲斗角传感器105、以及有效负载仪106接收测量值。

储存器250是非临时性的有形的存储介质。作为储存器250的例，可举出磁盘、光盘、光磁盘、半导体存储器等。储存器250可以是直接连接到控制装置200的总线上的内部介质，也可以是经由接口270或者通信线路被连接到控制装置200的外部介质。储存器250存储用于控制作业机械100的控制程序。

控制程序也可以是用于实现使控制装置200发挥的功能的一部分的程序。例如，控制程序也可以是通过与已经存储在储存器250中的其他程序的组合，或者与安装在其他装置上的其他程序的组合而发挥功能的程序。另外，在其他实施方式中，控制装置200也可以除了上述结构之外，还具有PLD(可编程逻辑设备(Programmable Logic Device))等自定义LSI(大规模集成电路(Large Scale Integrated Circuit))，或者代替上述结果而具有PLD等自定义LSI。作为PLD的例，可举出PAL(可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic))、GAL(通用数组逻辑(Generic Array Logic))、CPLD(复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device))、FPGA(现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray))。在该情况下，也可以通过该集成电路来实现由处理器来实现的功能的一部分或全部。

储存器250中记录表示旋转体140、动臂161、斗杆162以及铲斗163的尺寸以及重心位置的几何数据。几何数据是表示规定的坐标系中的物体的位置的数据。

《软件结构》

处理器210通过执行控制程序，具备操作量取得部211、输入部212、显示控制部213、测量值取得部214、定位部215、生成部216、回转变换部217、干预判定部218、干预控制部219、控制信号输出部220。

操作量取得部211从操作装置141取得用于表示各致动器的操作量的操作信号。

输入部212从监视装置142接受操作者的操作输入。

显示控制部213向监视装置142输出使监视装置142显示的画面数据。

测量值取得部214从测斜仪101、旋转角传感器102、动臂角传感器103、斗杆角传感器104、铲斗角传感器105以及有效负载仪106取得测量值。

定位部215确定在车体坐标系中的作业机械100的外壳的位置。作业机械100的外壳是指作业机械100的外形形状。作业机械100的外壳例如由形成旋转体140以及作业机160的外形的形状来划定。定位部215具体基于由测量值取得部214所取得的各种测量值以及记录在储存器250中的几何数据，确定在车体坐标系中的作业机械100的外壳的多个点的位置。定位部215所确定的外壳的多个点包括铲斗163的铲尖、斗杆162的铲斗163侧的端部(斗杆顶部)、斗杆162的动臂161侧的端部(斗杆顶部)、旋转体140的配重的后方的点。车体坐标系是指以旋转体140的代表点(例如，贯穿旋转中心的点)作为原点的正交坐标系。关于定位部215的计算，将在后面叙述。另外，定位部215所确定的点并不限于此。

生成部216在输入部212从操作者接受了虚拟墙的生成指示的情况下，基于定位部215所确定的铲斗163的铲尖的位置，计算虚拟墙的参数。生成部216将所生成的车体坐标系中的虚拟墙的参数记录在主存储器230。

回转变换部217随着旋转体140的旋转，更新被存储在主存储器230中的虚拟墙的参数。具体地，回转变换部217将虚拟墙的参数以车体坐标系的原点为中心回转变换测斜仪101所测量的俯仰角、倾滚角、偏航角的变化量。图4是表示伴随第一实施方式的旋转体的旋转的虚拟墙的再设定的一例的图。例如，如图4所示，当虚拟墙的设定后旋转体140旋转了的情况下，回转变换部217参照测量值取得部214所取得的测斜仪101的测量值来计算根据旋转体140的旋转而产生的倾滚角、俯仰角、偏航角的变化量，并将虚拟墙的参数以车体坐标系的原点为中心回转变换。由此，回转变换部217功能取消由于旋转体140的旋转而产生的虚拟墙的回转。

干预判定部218基于由定位部215确定的外壳的多个点与虚拟墙之间的位置关系，判定是否限制旋转体140的旋转速度或者作业机160的速度。以下，也可以将控制装置200限制旋转体140或者作业机160的速度的情况称为干预控制。具体地，干预判定部218求出虚拟墙与外壳的多个点的至少一个接触为止的最小旋转角，当该最小旋转角为特定角度以下的情况下，判定为针对旋转体140进行干预控制。此外，干预判定部218求出虚拟墙与作业机160之间的最小距离，当该最小距离为特定距离以下的情况下，判定为针对作业机160进行干预控制。

干预控制部219在通过干预判定部218被判定为进行干预控制的情况下，对操作量取得部211所取得的操作量中的干预对象的操作量进行控制。

控制信号输出部220将操作量取得部211所取得的操作量、或者通过干预判定部218受到了控制的操作量输出到控制阀113。

《定位部215的计算》

在此，说明定位部215进行的作业机械100的外壳的点的位置的确定方法。定位部215基于由测量值取得部214所取得的各种测量值与被存储在储存器250中的几何数据来确定外壳的点的位置。储存器250中记录用于表示旋转体140、动臂161、斗杆162以及铲斗163的尺寸以及重心位置的几何数据。

旋转体140的几何数据表示作为本地坐标系的车体坐标系中的支撑旋转体140的动臂161的销的位置(x

动臂161的几何数据表示在作为本地坐标系的动臂坐标系中的动臂顶部的位置(x

斗杆162的几何数据表示在作为本地坐标系的斗杆坐标系中的斗杆顶部的位置(x

铲斗163的几何数据表示在作为本地坐标系的铲斗坐标系中的铲斗163的铲尖的位置(x

定位部215基于由测量值取得部214所取得的动臂角θ

此外，定位部215通过求出动臂161的几何数据所表示的在动臂坐标系中的动臂顶部的位置、与动臂-车体变换矩阵T

定位部215基于测量值取得部214所取得的斗杆角θ

定位部215基于测量值取得部214所取得的铲斗角θ

定位部215通过求出铲斗163的几何数据所表示的在铲斗坐标系中的铲尖的位置、与铲斗-车体变换矩阵T

《作业机械100的控制方法》

以下，说明第一实施方式所涉及的作业机械100的控制方法。

首先，作业机械100的操作者操作监视装置142，进行虚拟墙的设定。

《虚拟墙的设定》

若输入部212从监视装置142接受虚拟墙的设定指示，则显示控制部213使监视装置142显示应设定的虚拟墙的种类的选择画面。控制装置200能够设定的虚拟墙是前壁、左壁、右壁、上壁以及下壁的五种。前壁、左壁、右壁是沿竖直方向延伸的墙面。上壁、下壁是沿水平方向延伸的墙面。

(前壁的设定)

图5是表示第一实施方式所涉及的前壁的设定方法的流程图。

若输入部212从监视装置142接受前壁的设定指示，则显示控制部213使监视装置142显示包含设定按钮的引导画面(步骤S101)。引导画面中显示使铲斗163的铲尖移动到想要设定前壁的点后操作设定按钮的意思。操作者操作作业机械100，使铲斗163的铲尖移动到所期望的位置后操作设定按钮。输入部212从监视装置142接受设定按钮的操作(步骤S102)。

测量值取得部214取得设定按钮被操作的时刻的测斜仪101、旋转角传感器102、动臂角传感器103、斗杆角传感器104、铲斗角传感器105以及有效负载仪106的测量值(步骤S103)。定位部215基于所取得的测量值，确定在车体坐标系中的铲斗163的铲尖的位置(步骤S104)。

生成部216基于在步骤S103中从测斜仪101取得的倾滚角以及俯仰角、以及在步骤S104中求出的铲尖的位置，算出沿竖直方向延伸的前壁的参数。虚拟墙通过表示虚拟墙的法线方向的法线向量、以及表示虚拟墙所通过的点的位置的位置向量来表示。生成部216通过将X

(右壁、左壁的设定)

图6是表示第一实施方式所涉及的侧壁的设定方法的流程图。

若输入部212从监视装置142接受右壁或者左壁的设定指示，则显示控制部213使监视装置142显示包含设定按钮的第一引导画面(步骤S121)。引导画面中显示使铲斗163的铲尖移动到想要设定右壁或者左壁的点后操作设定按钮的意思。操作者操作作业机械100，使铲斗163的铲尖移动到所期望的位置后操作设定按钮。输入部212从监视装置142接受设定按钮的操作(步骤S122)。

测量值取得部214取得设定按钮被操作的时刻的测斜仪101、旋转角传感器102、动臂角传感器103、斗杆角传感器104、铲斗角传感器105以及有效负载仪106的测量值(步骤S123)。定位部215基于所取得的测量值来确定在车体坐标系中的铲斗163的铲尖的位置(第一次的铲尖的位置)(步骤S124)。定位部215将所确定的铲尖的位置、在步骤S123中取得的倾滚角、俯仰角以及偏航角临时记录在主存储器230。

接着，显示控制部213使监视装置142显示包含设定按钮的第2引导画面(步骤S125)。引导画面中，显示使铲斗163的铲尖移动到想要设定右壁或者左壁的点后操作设定按钮的意思。操作者操作作业机械100，使铲斗163的铲尖移动到与在步骤S122中设定的位置不同的位置后操作设定按钮。输入部212从监视装置142接受设定按钮的操作(步骤S126)。

测量值取得部214取得在第二次设定按钮被操作的时刻的测斜仪101、旋转角传感器102、动臂角传感器103、斗杆角传感器104、铲斗角传感器105以及有效负载仪106的测量值(步骤S127)。定位部215基于所取得的测量值，确定在车体坐标系中的铲斗163的铲尖的位置(第二次的铲尖的位置)(步骤S128)。

测量了第一次的铲尖的位置时的作业机械100的姿势与测量了第二次的铲尖的位置时的作业机械100的姿势不同。因此，回转变换部217使在主存储器230中所记录的第一次的铲尖的位置，基于第一次的铲尖的位置、倾滚角、俯仰角以及偏航角、以及测量了第二次的铲尖的位置时的倾滚角、俯仰角以及偏航角而回转(步骤S129)。由此，回转变换部217能够将第一次的铲尖的位置变换为当前时刻的车体坐标系的位置。

生成部216算出在步骤S129中变换的表示第一次的铲尖的向量、与步骤S128中求出的表示第二次的铲尖的位置的向量之差作为墙面向量(步骤S130)。墙面向量是沿着虚拟墙的壁面的向量，且是贯穿第一次的铲尖的位置与第二次的铲尖的位置的向量。接着，生成部216基于算出了第二次的铲尖的位置时的倾滚角以及俯仰角，算出向着竖直方向的竖直向量(步骤S131)。生成部216通过求出在步骤S130中算出的向量与竖直向量的叉积，算出法线向量(步骤S132)。此外生成部216基于在步骤S128中取得的第二次的铲尖的位置来获得位置向量(步骤S133)。生成部216将所生成的左壁或者右壁的参数记录在主存储器230(步骤S134)。另外，当主存储器230中已经记录有左壁或者右壁的参数的情况下，通过新的参数覆写旧参数。

(上壁的设定)

图7是表示第一实施方式所涉及的上壁的设定方法的流程图。

若输入部212从监视装置142接受上壁的设定指示，则显示控制部213使监视装置142显示包含设定按钮的引导画面(步骤S141)。引导画面中显示使铲斗163的铲尖移动到想要设定上壁的点后操作设定按钮的意思。操作者操作作业机械100，使铲斗163的铲尖移动到所期望的位置后操作设定按钮。输入部212从监视装置142接受设定按钮的操作(步骤S142)。

测量值取得部214取得设定按钮被操作的时刻的测斜仪101、旋转角传感器102、动臂角传感器103、斗杆角传感器104、铲斗角传感器105以及有效负载仪106的测量值(步骤S143)。定位部215基于所取得的测量值确定在车体坐标系中的铲斗163的铲尖的位置(步骤S144)。

生成部216基于在步骤S143中从测斜仪101取得的倾滚角以及俯仰角、以及在步骤S144中求出的铲尖的位置，算出在水平方向延伸的上壁的参数。生成部216通过使X

(下壁的设定)

图8是表示第一实施方式所涉及的下壁的设定方法的流程图。

若输入部212从监视装置142接受下壁的设定指示，则显示控制部213使监视装置142显示包含距离输入栏与设定按钮的引导画面(步骤S161)。引导画面中，显示使铲斗163的铲尖移动到想要设定下壁的点的上方，并在距离输入栏输入从铲尖至下壁的距离、并操作设定按钮的意思。距离输入栏中，作为初始值而被输入0米。操作者操作作业机械100，使铲斗163的铲尖移动到所期望的位置后操作设定按钮。输入部212从监视装置142接受向距离输入栏的输入以及设定按钮的操作(步骤S162)。输入部212取得在设定按钮被操作的时刻的距离输入栏的值(步骤S163)。

测量值取得部214取得设定按钮被操作的时刻的测斜仪101、旋转角传感器102、动臂角传感器103、斗杆角传感器104、铲斗角传感器105以及有效负载仪106的测量值(步骤S164)。定位部215基于所取得的测量值来确定在车体坐标系中的铲斗163的铲尖的位置(步骤S165)。

生成部216基于在步骤S164中从测斜仪101取得的倾滚角以及俯仰角、在步骤S165中求出的铲尖的位置、以及在步骤S163中取得的距离，算出在水平方向延伸的下壁的参数。生成部216通过使X

《虚拟墙的更新以及干预控制》

作业机械100通过使旋转体140旋转，从而进行在作业机160到达的范围内的作业。因此，通常操作者在进行挖掘等作业的情况下，使作业机械100旋转。车体坐标系由于以旋转体140作为基准，因此从全球坐标系的角度观察时，会随着作业机械100的旋转而回转。如果车体坐标系中设定的虚拟墙随着作业机械100的旋转而回转，则右壁以及左壁不会干扰作业机械100，无意义。例如，如果在旋转体140的右侧设定右壁，则无论如何旋转旋转体140，右壁始终维持在旋转体140的右侧，不会干扰作业机械100。此外，前壁如果随着作业机械100的旋转而回转，则表现为环形墙而非平面状的墙，因此起不到沿着建筑物的墙面的虚拟墙的作用。

因此，第一实施方式所涉及的控制装置200为了在作业机械100的旋转前后维持在全球坐标系中的虚拟墙的位置，进行虚拟墙的回转变换处理。

图9以及图10是表示在第一实施方式中被设定的虚拟墙的更新以及干预控制的流程图。若作业机械100的操作者通过监视装置142的操作而设定至少一个虚拟墙，则控制装置200开始以下所示的控制。

操作量取得部211从操作装置141取得动臂161、斗杆162、铲斗163、以及旋转体140的操作信号(步骤S201)。测量值取得部214取得测斜仪101、旋转角传感器102、动臂角传感器103、斗杆角传感器104、铲斗角传感器105以及有效负载仪106的测量值(步骤S202)。

回转变换部217基于在步骤S202中从测斜仪101取得的旋转体140的倾滚角、俯仰角、偏航角，将主存储器230所存储的1个以上的虚拟墙分别进行回转变更，并进行更新(步骤S203)。

定位部215基于在步骤S202中取得的测量值算出在车体坐标系中的作业机械100的外壳的多个点的位置(步骤S204)。干预判定部218将定位部215所确定的点一个个选择(步骤S205)，并执行以下的从步骤S206至步骤S212的处理。

干预判定部218确定贯穿在步骤S205中选择的点且平行于车体坐标系的X

干预判定部218将在主存储器230中被设定的一个以上的虚拟墙一个个进行选择(步骤S208)，并执行以下的从步骤S209至步骤S212的处理。

干预判定部218算出在步骤S206中生成的截面与在步骤S208中选择的虚拟墙的交叉线作为水平虚拟墙线(步骤S209)。另外，根据在步骤S206中生成的截面与虚拟墙的位置关系，有时不存在水平虚拟墙线。当存在水平虚拟墙线的情况下，干预判定部218针对右旋转和左旋转各自，求出在步骤S205中选择的点与在步骤S209中算出的水平虚拟墙线接触的旋转角(步骤S210)。例如，干预判定部218算出以旋转中心为中心且贯穿在步骤S205中选择的点的圆与水平虚拟墙线的交点，并求出从旋转中心向在步骤S205中选择的点延伸的线段与从旋转中心向交点延伸的线段构成的角。另外，根据在步骤S205中选择的点与水平虚拟墙线的位置关系，有时交点不存在。

此外，干预判定部218算出在步骤S207中生成的截面与在步骤S208中选择的虚拟墙的交叉线作为竖直虚拟墙线(步骤S211)。另外，根据在步骤S207中生成的截面与虚拟墙的位置关系，有时竖直虚拟墙线不存在。在竖直虚拟墙线存在的情况下，干预判定部218求出在步骤S205中选择的点与在步骤S211中算出的竖直虚拟墙线的距离(步骤S212)。

干预判定部218基于在步骤S210中求出的作业机械100上的各点的按每个虚拟墙的旋转角，针对右旋转与左旋转各自，算出多个点的至少一个与至少一个虚拟墙接触的最小旋转角(步骤S213)。

干预判定部218基于在步骤S212中求出的作业机械100上的各点的按每个虚拟墙的距离，算出作业机160与虚拟墙的最短距离(步骤S214)。

干预判定部218基于在步骤S201中取得的旋转体140的操作信号，算出旋转方向以及目标旋转速度(步骤S215)。干预判定部218判定针对操作信号所表示的旋转方向的最小旋转角是否大于干预开始角度(步骤S216)。当最小旋转角大于干预开始角度的情况下(步骤S216：是)，干预控制部219不进行针对旋转的干预控制。另一方面，当最小旋转角是干预开始角度以下的情况下(步骤S216：否)，干预控制部219基于预先决定的限制角速度表格从最小旋转角确定限制角速度，将旋转体140的目标旋转速度限制为限制角速度以下的值(步骤S217)。限制角速度表格是表示最小旋转角与限制角速度的关系的函数，是最小旋转角越小则限制角速度越小的函数。

限制角速度表格也可以设定为例如操作者对旋转体140的操作感不受损的减速率。

干预判定部218基于在步骤S201中取得的动臂161、斗杆162以及铲斗163的操作信号，算出作业机160的目标速度(步骤S218)。具体地，干预判定部218基于在步骤S201中取得的动臂161、斗杆162以及铲斗163的操作信号，算出动臂161、斗杆162以及铲斗163的目标速度。接着，干预判定部218判定在步骤S214中算出的最短距离是否比干预开始距离长(步骤S219)。当最短距离比干预开始距离长的情况下(步骤S219：是)，干预控制部219不进行针对作业机160的干预控制。另一方面，当最短距离是干预开始距离以下的情况下(步骤S219：否)，干预控制部219将作业机160的各轴一个个选择，针对所选择的轴，进行以下的从步骤S221至步骤S222的处理(步骤S220)。干预控制部219判定所选择的轴的操作方向是否为向虚拟墙接近的方向的操作(步骤S221)。当所选择的轴的操作方向不是向虚拟墙接近的方向的操作的情况下(步骤S220：否)，干预控制部219不进行针对所选择的轴的干预控制。另一方面，当所选择的轴的操作方向是向虚拟墙接近的方向的操作的情况下(步骤S220：是)，干预控制部219针对所选择的轴，基于预先决定的限制速度表格确定限制速度，将目标速度限制为限制速度以下的值(步骤S222)。

控制信号输出部220基于动臂161、斗杆162、铲斗163的目标速度以及旋转体140的目标角速度生成控制信号，并输出到控制阀113(步骤S223)。

《作用、效果》

这样，控制装置200伴随旋转体140的旋转而回转变换在车体坐标系中规定的虚拟墙，并控制作业机械100，以使作业机械100的外壳不接触虚拟墙。这样，通过使得在车体坐标系中规定的虚拟墙随着旋转体140的旋转而回转，控制装置200能够固定虚拟墙的绝对位置。从而，控制装置200不参照全球坐标系而通过平面的虚拟墙来限制作业机械100的动作。通过设定平面的虚拟墙，能够适当地限制向通常通过平面来划分的施工现场的区域的进入。

此外，第一实施方式所涉及的控制装置200确定车体坐标系中的作业机160的远端的位置，在接受了虚拟墙的生成指示时，在作业机160的远端的位置生成虚拟墙。由此，操作者通过作业机的操作与生成指示的输入而容易设定虚拟墙。另外，在其他实施方式中并不限于此，例如也可以由操作者通过监视装置142的操作而输入虚拟墙的坐标，从而进行虚拟墙的设定。

此外，第一实施方式所涉及的控制装置200基于测斜仪101的测量值，生成向竖直方向或水平方向延伸的虚拟墙。一般来说，施工现场的区域通过墙壁或栅格被沿着竖直方向划分。因此，通过将虚拟墙设定为在竖直方向延伸，能够适当地控制作业机械100向区域的进入。此外，由于通常针对架空线和天花板等上方的障碍物，进行控制使得作业机械100不超过其最低点，因此将虚拟墙设定为在水平方向延伸，从而能够适当地进行最低点控制。

<其他实施方式>

以上，参展附图详细地说明了一实施方式，但具体的结构并不限于上述，能够进行各种设计变更等。即，在其他实施方式中，也可以适当地变更上述的处理的顺序。此外，一部分处理也可以被并列执行。

上述的实施方式所涉及的控制装置200可以通过单独的计算机来构成，也可以将控制装置200的结构分开配置于多个计算机，由多个计算机相互协作而起到控制装置200的作用。此时，构成控制装置200的一部分计算机搭载于作业机械100的内部，其他的计算机被设置在作业机械100的外部。

其他实施方式所涉及的控制装置200在进行旋转操作的干预控制时，基于预先决定的限制角速度表格决定限制角速度，但并不限于此。作业机械100的转动惯量根据作业机160的姿势、铲斗163中堆积的货物的重量而变化。因此，干预控制部219也可以根据转动惯性的变化而决定限制角速度。例如，通过预先在几何数据中存储各部件的重心位置，定位部215能够确定车体坐标系中的各部件的重心位置。干预控制部219基于对各重心位置乘以了已知的重量的向量、以及进一步对铲斗163的位置乘以了有效负载仪106的测量值所表示的重量的向量，能够求出作业机160的重心位置。由此，干预控制部219通过对从限制角速度表格求出的限制角速度乘以与根据作业机160的重心位置和重量而计算的惯性比(Inertiaratio)对应的系数，能够决定基于转动惯性的变化的限制角速度。

第一实施方式所涉及的作业机械100被搭载在驾驶室180里的操作者操作，但其他实施方式所涉及的作业机械100并不限于此。图11是表示其他实施方式所涉及的作业系统的结构的图。其他实施方式所涉及的作业机械100也可以如图10所示那样被远程操作装置500操作。被远程操作的作业机械100除了第一实施方式的结构，还具有拍摄装置119，控制装置200将拍摄装置119所拍摄的图像实时地发送给远程操作装置500。远程操作装置500具有驾驶座510、显示器520、操作装置530以及远程操作服务器540。远程操作服务器540使显示器520显示从作业机械100接收的图像。由此，操作者能够识别远程的作业机械100的周围的状况。此外远程操作服务器540将操作者对操作装置530的操作信号经由网络发送给作业机械100。远程操作服务器540执行第一实施方式所涉及的控制装置200的至少一部分功能。即，在具有远程操作服务器540的作业系统，控制装置200与远程操作服务器540构成作业系统。

在第一实施方式所涉及的作业机160安装铲斗163，但并不限于此。例如，其他实施方式所涉及的作业机160也可以具备破碎机或抓斗等其他的作业器具，从而代替铲斗。此外，其他的实施方式所涉及的铲斗163等作业器具也可以经由倾斜附件或倾斜旋转附件而安装于斗杆162的远端部。

产业上的可利用性

根据上述方式中的至少一个方式，不参照全球坐标系，通过平面的虚拟墙就能够限制作业机械的动作。

标号说明

100…作业机械101…测斜仪102…旋转角传感器103…动臂角传感器104…斗杆角传感器105…铲斗角传感器106…有效负载仪111…引擎112…液压泵113…控制阀114…行走电机115…旋转电机116…动臂缸117…斗杆缸118…铲斗缸120…行走体140…旋转体141…操作装置142…监视装置160…作业机161…动臂162…斗杆163…铲斗180…驾驶室200…控制装置210…处理器211…操作量取得部212…输入部213…显示控制部214…测量值取得部215…定位部216…生成部217…回转变换部218…干预判定部219…干预控制部220…控制信号输出部230…主存储器250…储存器270…接口