特許 6871946 作業車両および作業車両の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6871946

(24)【登録日】2021年4月20日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】作業車両および作業車両の制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20210510BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   E02F3/43 A

   E02F9/20 M

【請求項の数】5

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-552364(P2018-552364)

(86)(22)【出願日】2016年11月28日

(86)【国際出願番号】JP2016085124

(87)【国際公開番号】WO2018096667

(87)【国際公開日】20180531

【審査請求日】2019年10月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山中 伸好

(72)【発明者】

【氏名】森 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 年晃

【審査官】 須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−０８７０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２２５４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２１９３３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ３／４３

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両本体と、
前記車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なアームと、前記アームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、
前記バケットの刃先方向を算出し、算出した前記バケットの刃先方向と、前記バケットの開口面側への進行方向との間の掘削角度が所定角となるように前記バケットの開口面側への進行方向を決定し、前記進行方向への作業機動作を実行させる制御部と、
前記アームに対する前記バケットの回動量を調整する第１の操作指令を前記制御部に出力する第１の操作レバーと、
前記刃先方向から前記バケットの開口面側への進行方向に対する前記バケットの移動量を調整する第２の操作指令を前記制御部に出力する第２の操作レバーとを備え、
前記制御部は、
前記作業機動作を実行させるか否かを判断し、
前記作業機動作を実行させると判断した場合に、前記第１および前記第２の操作レバーからの第１および第２の操作指令を受け付ける、作業車両。

【請求項2】

前記制御部は、算出した前記バケットの刃先方向と、前記バケットの開口面側への進行方向との間の掘削角度が所定期間、前記所定角となるように前記バケットの開口面側への進行方向を決定し、前記進行方向への作業機動作を実行させる、請求項１記載の作業車両。

【請求項3】

前記制御部は、オペレータの操作指示に従って前記作業機動作を実行させるか否かを判断する、請求項１記載の作業車両。

【請求項4】

前記作業機にかかる負荷を検出する負荷検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記負荷検出部の検出結果に従って前記作業機動作を実行させるか否かを判断する、請求項３記載の作業車両。

【請求項5】

車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なアームと、前記アームに対して回動可能なバケットと、前記アームに対する前記バケットの回動量を調整する第１の操作指令を出力する第１の操作レバーと、刃先方向から前記バケットの開口面側への進行方向に対する前記バケットの移動量を調整する第２の操作指令を出力する第２の操作レバーとを有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、
前記バケットの刃先方向を算出するステップと、
算出された前記バケットの刃先方向と、前記バケットの開口面側への進行方向との間の掘削角度が所定角となるように前記進行方向への作業機動作を実行させるステップとを備え、
前記作業機動作を実行させるステップは、
前記作業機動作を実行させるか否かを判断するステップと、
前記作業機動作を実行させると判断した場合に、前記第１および前記第２の操作レバーからの第１および第２の操作指令を受け付けるステップとを含む、作業車両の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベルのような作業車両は、ブームとアームとバケットとを有する作業機を備える。油圧ショベルの掘削動作の開始時は、アームを操作して土砂にバケットを貫入する。動作を続けるとバケットが深く貫入して土砂の抵抗が大きくなるためブームを操作してバケットを上方に上げる操作を加えて、バケットの掘削深さを適正にする。さらに、アームとバケットとを操作してバケット内に土砂が十分入ったら、バケットを操作して土砂を引き上げ、さらにブームを操作して上方までバケットを上げる。

【0003】

油圧ショベルの掘削動作においては、ブームとアームとバケットとの３軸の操作レバーをそれぞれ動かしてバケットの動きを操作する必要があるため効率的な掘削動作を実行することは簡単ではなく熟練が必要であった。

【0004】

この点で、たとえば、特開昭６１−２２５４２９号公報においては、掘削負荷を軽減するためにバケット背面と掘削面との衝突を検出して、バケットの姿勢を修正する方式が開示されている。

【0005】

また、特開昭６２−１８９２２２号公報においては、バケットに含まれる土砂の重量を測定してバケットの掘削深さを調整する方式が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開昭６１−２２５４２９号公報

【特許文献2】特開昭６２−１８９２２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一方で、上記公報における掘削動作においては、種々の演算が必要となり複雑な制御となる可能性がある。

【0008】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡易な方式で効率的な作業機動作を実行することが可能な作業車両および作業車両の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のある局面に従う作業車両は、車両本体と、作業機と、制御部とを備える。作業機は、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なアームと、アームに対して回動可能なバケットとを有する。制御部は、バケットの刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、バケットの開口面側への進行方向との間の掘削角度が所定角となるようにバケットの開口面側への進行方向を決定し、進行方向への作業機動作を実行させる。

【0010】

好ましくは、制御部は、算出したバケットの刃先方向と、バケットの開口面側への進行方向との間の掘削角度が所定期間、所定角となるようにバケットの開口面側への進行方向を決定し、進行方向への作業機動作を実行させる。

【0011】

好ましくは、作業車両は、第１および第２の操作レバーをさらに備える。第１の操作レバーは、アームに対するバケットの回動量を調整する第１の操作指令を制御部に出力する。第２の操作レバーは、刃先方向からバケットの開口面側への進行方向に対するバケットの移動量を調整する第２の操作指令を制御部に出力する。

【0012】

好ましくは、制御部は、作業機動作を実行させるか否かを判断する。制御部は、作業機動作を実行させると判断した場合に、第１および第２の操作レバーからの第１および第２の操作指令を受け付ける。

【0013】

好ましくは、制御部は、オペレータの操作指示に従って作業機動作を実行させるかか否かを判断する。

【0014】

好ましくは、作業車両は、負荷検出部をさらに備える。負荷検出部は、作業機にかかる負荷を検出する。制御部は、負荷検出部の検出結果に従って作業機動作を実行させるか否かを判断する。

【0015】

本発明のある局面に従う作業車両の制御方法は、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なアームと、アームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、バケットの刃先方向を算出するステップと、算出されたバケットの刃先方向と、バケットの開口面側への進行方向との間の掘削角度が所定角となるように作業機動作を実行させるステップとを備える。

【発明の効果】

【0016】

本発明の作業車両は、簡易な方式で効率的な作業機動作を実行することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態に基づく作業車両の一例を示す斜視図である。

【図2】実施形態に基づく作業車両ＣＭを模式的に説明する図である。

【図3】実施形態に基づく作業車両ＣＭを制御する制御システム２００の構成を説明する機能ブロック図である。

【図4】実施形態に基づくバケット８の掘削角度と土砂抵抗との関係を説明する図である。

【図5】実施形態に基づく作業車両ＣＭの掘削作業の動作処理を説明する図である。

【図6】実施形態の変形例１に基づく制御システム２００＃の構成を説明する機能ブロック図である。

【図7】他の実施形態に基づく作業車両システムの概念を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0019】

［作業車両の全体構成］
図１は、実施形態に基づく作業車両の一例を示す斜視図である。

【0020】

図１に示されるように、本例においては、作業車両として油圧により作動する作業機２を備える油圧ショベルＣＭを例に挙げて説明する。

【0021】

油圧ショベルＣＭは、車両本体１と、作業機２とを備える。
車両本体１は、旋回体３と、運転室４と、走行装置５とを有する。

【0022】

旋回体３は、走行装置５の上に配置される。走行装置５は、旋回体３を支持する。旋回体３は、旋回軸ＡＸを中心に旋回可能である。運転室４には、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられる。オペレータは、運転室４において油圧ショベルＣＭを操作する。走行装置５は、一対の履帯５Ｃｒを有する。履帯５Ｃｒの回転により、油圧ショベルＣＭが走行する。なお、走行装置５が車輪（タイヤ）で構成されていてもよい。

【0023】

本実施形態では、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準として各部の位置関係を説明する。

【0024】

前後方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準とした前後方向をいう。左右方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準とした左右方向をいう。左右方向は、車両の幅方向（車幅方向）に一致する。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対する方向を前方向とし、前方向とは反対の方向を後方向とする。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対したとき右側、左側をそれぞれ右方向、左方向とする。前後方向は、Ｘ軸方向であり、左右方向は、Ｙ軸方向である。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対する方向は、前方向（＋Ｘ方向）であり、前方向の反対方向は、後方向（−Ｘ方向）である。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対したときの車幅方向の一側の方向は、右方向（＋Ｚ方向）であり、車幅方向の他側の方向は、左方向（−Ｚ方向）である。

【0025】

旋回体３は、エンジンが収容されるエンジンルーム９と、旋回体３の後部に設けられるカウンタウェイトとを有する。旋回体３において、エンジンルーム９の前方に手すり１９が設けられる。エンジンルーム９に、エンジン及び油圧ポンプなどが配置される。

【0026】

作業機２は、旋回体３に接続される。
作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とを有する。

【0027】

ブーム６は、ブームピン１３を介して旋回体３に接続される。アーム７は、アームピン１４を介してブーム６に接続される。バケット８は、バケットピン１５を介してアーム７に接続される。ブームシリンダ１０は、ブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブーム６の基端部（ブームフート）と旋回体３とが接続される。ブーム６の先端部（ブームトップ）とアーム７の基端部（アームフート）とが接続される。アーム７の先端部（アームトップ）とバケット８の基端部とが接続される。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２はいずれも、作動油によって駆動される油圧シリンダである。

【0028】

ブーム６は、回動軸であるブームピン１３を中心に旋回体３に対して回動可能である。アーム７は、ブームピン１３と平行な回動軸であるアームピン１４を中心にブーム６に対して回動可能である。バケット８は、ブームピン１３及びアームピン１４と平行な回動軸であるバケットピン１５を中心にアーム７に対して回動可能である。

【0029】

ブームピン１３、アームピン１４、及びバケットピン１５のそれぞれは、Ｚ軸と平行である。ブーム６、アーム７、及びバケット８のそれぞれは、Ｚ軸と平行な軸を中心に回動可能である。

【0030】

図２は、実施形態に基づく作業車両ＣＭを模式的に説明する図である。
図２に示されるように、作業車両ＣＭには、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８とが設けられる。

【0031】

ブームシリンダストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０に配置され、ブームシリンダ１０のストローク長さ（ブームシリンダ長）を検出する。アームシリンダストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１に配置され、アームシリンダ１１のストローク長さ（アームシリンダ長）を検出する。バケットシリンダストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２に配置され、バケットシリンダ１２のストローク長さ（バケットシリンダ長）を検出する。

【0032】

以下の説明においては、ブームシリンダ１０のストローク長さをブームシリンダ長又はブームストロークとも称する。また、アームシリンダ１１のストローク長さをアームシリンダ長又はアームストロークとも称する。また、バケットシリンダ１２のストローク長さをバケットシリンダ長又はバケットストロークとも称する。

【0033】

また、ブームシリンダ長、アームシリンダ長およびバケットシリンダ長を総称してシリンダ長データとも称する。

【0034】

ブーム６の長さＬ１は、ブームピン１３とアームピン１４との距離である。アーム７の長さＬ２は、アームピン１４とバケットピン１５との距離である。バケット８の長さＬ３は、バケットピン１５とバケット８の刃先８ａとの距離である。バケット８は、複数の刃を有し、本例においては、バケット８の先端部を刃先８ａと称する。なお、バケット８は、刃を有していなくてもよい。バケット８の先端部は、ストレート形状の鋼板で形成されていてもよい。

【0035】

本例においては、ブームピン１３を基準点（基準位置）としたＸ、Ｙ軸の車両本体座標系が示されている。

【0036】

ブームシリンダストロークセンサ１６が検出したシリンダ長データから、車両本体座標系の水平方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。

【0037】

アームシリンダストロークセンサ１７が検出したシリンダ長データから、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。

【0038】

バケットシリンダストロークセンサ１８が検出したシリンダ長データから、アーム７に対するバケット８が有する刃先８ａの傾斜角θ３を算出する。

【0039】

ブーム６、アーム７、バケット８の長さＬ１〜Ｌ３および傾斜角θ１〜θ３に基づいて、Ｘ、Ｙ軸の車両本体座標系におけるバケット８の刃先８ａの位置およびバケット８の刃先８ａの角度（刃先方向）を算出することが可能である。

【0040】

本例においては、バケット８の刃先８ａの位置座標［ｘ１，ｙ１］およびバケット８の刃先８ａの水平方向に対する刃先角度［α］が示されている。

【0041】

なお、本例においては、ストロークセンサを用いてストローク長さを検出し、傾斜角θを算出する方式について説明するが、ロータリーエンコーダのような角度検出器で傾斜角を算出するようにしても良い。

【0042】

［油圧システムの構成］
図３は、実施形態に基づく作業車両ＣＭを制御する制御システム２００の構成を説明する機能ブロック図である。

【0043】

図３に示されるように、実施形態に基づく制御システム２００は、作業機２を用いる掘削処理を制御する。

【0044】

制御システム２００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８と、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、油圧シリンダ６０と、方向制御弁６４と、圧力センサ６６とを有する。

【0045】

操作装置２５は、運転室４に配置される。操作装置２５は、オペレータにより操作される。操作装置２５は、作業機２を駆動するオペレータの操作指令を受け付ける。操作装置２５は、一例としてパイロット油圧方式の操作装置である。

【0046】

方向制御弁６４は、油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量を調整する。方向制御弁６４は、供給される油によって作動する。なお、本例においては、油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２）を作動するために、その油圧シリンダに供給される油は作動油とも称する。また、方向制御弁６４を作動するためにその方向制御弁６４に供給される油はパイロット油と称される。また、パイロット油の圧力はパイロット油圧とも称される。

【0047】

作動油及びパイロット油は、同一の油圧ポンプから送出されてもよい。例えば、油圧ポンプから送出された作動油の一部が減圧弁で減圧され、その減圧された作動油がパイロット油として使用されてもよい。また、作動油を送出する油圧ポンプ（メイン油圧ポンプ）と、パイロット油を送出する油圧ポンプ（パイロット油圧ポンプ）とが別の油圧ポンプでもよい。

【0048】

また、本例においては、メイン油圧ポンプから送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置２５に供給される。

【0049】

操作装置２５の操作量に基づいてパイロット油圧が調整される。圧力センサ６６は、操作装置２５と接続される。圧力センサ６６は、操作装置２５のレバー操作に従い発生するパイロット油圧を検出して、作業機コントローラ２６に出力する。

【0050】

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６で検出されたパイロット油圧に応じて、油圧シリンダ６０（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２）に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

【0051】

操作装置２５は、第１操作レバー２５Ｒと、第２操作レバー２５Ｌと、掘削モード設定ボタン２５Ｐとを有する。第１操作レバー２５Ｒは、例えば運転席４Ｓの右側に配置される。第２操作レバー２５Ｌは、例えば運転席４Ｓの左側に配置される。第１操作レバー２５Ｒ及び第２操作レバー２５Ｌでは、前後左右の動作が２軸の動作に対応する。

【0052】

掘削モード設定ボタン２５Ｐは、掘削モードに設定するための設定ボタンである。作業機コントローラ２６は、オペレータの掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従って、通常モードから掘削モードに移行する。また、作業機コントローラ２６は、オペレータの再度の掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従って、掘削モードから通常モードに移行する。

【0053】

本例においては、操作装置２５の第１操作レバー２５Ｒおよび第２操作レバー２５Ｌは、通常モードと掘削モードとで操作に対応する機能を変更することが可能である。

【0054】

通常モードにおいては、第１操作レバー２５Ｒにより、ブーム６及びバケット８が操作される。

【0055】

第１操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、ブーム６の操作に対応し、前後方向の操作に応じてブーム６の下げ動作及び上げ動作が実行される。ブーム６を操作するためにレバー操作される。

【0056】

第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、バケット８の操作に対応し、左右方向の操作に応じてバケット８の掘削動作及び開放動作が実行される。バケット８を操作するためにレバー操作される。

【0057】

第２操作レバー２５Ｌにより、アーム７及び旋回体３が操作される。
第２操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、アーム７の操作に対応し、前後方向の操作に応じてアーム７の上げ動作及び下げ動作が実行される。アーム７を操作するためにレバー操作される。

【0058】

第２操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、旋回体３の旋回に対応し、左右方向の操作に応じて旋回体３の右旋回動作及び左旋回動作が実行される。

【0059】

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく前後方向に関する第１操作レバー２５Ｒの操作量（ブーム操作量）に従って、ブーム６を駆動するためのブームシリンダ１０に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

【0060】

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく左右方向に関する第１操作レバー２５Ｒの操作量（バケット操作量）に従って、バケット８を駆動するためのバケットシリンダ１２に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

【0061】

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく前後方向に関する第２操作レバー２５Ｌの操作量（アーム操作量）に従って、アーム７を駆動するためのアームシリンダ１１に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

【0062】

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく左右方向に関する第２操作レバー２５Ｌの操作量に従って旋回体３を駆動するための油圧アクチュエータに供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

【0063】

なお、第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作がブーム６の操作に対応し、前後方向の操作がバケット８の操作に対応してもよい。なお、第２操作レバー２５Ｌの左右方向がアーム７の操作に対応し、前後方向の操作が旋回体３の操作に対応してもよい。

【0064】

一方で、掘削モードにおいては、第１操作レバー２５Ｒにより、バケット８が操作される。第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、バケット８の操作に対応し、左右方向の操作に応じてバケット８の回転動作が実行される。第１操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、無効とされる。したがって、ブーム６を操作するためにレバー操作は受け付けない。

【0065】

また、掘削モードにおいては、第２操作レバー２５Ｌにより、バケット８の刃先８ａの移動量が調整される。第２操作レバー２５Ｌの前方向の操作は、バケット８の刃先８ａの移動量の操作に対応する。第２操作レバー２５Ｌの前方向の傾倒量が多い場合には、バケット８の刃先８ａの移動量が大きくなる。一方、第２操作レバー２５Ｌの前方向の傾倒量が少ない場合には、バケット８の刃先８ａの移動量は小さくなる。

【0066】

他の第２操作レバー２５Ｌの方向の操作は無効とされる。したがって、アーム７および旋回体３を操作するためのレバー操作は受け付けない。

【0067】

［土砂抵抗］
図４は、実施形態に基づくバケット８の掘削角度と土砂抵抗との関係を説明する図である。

【0068】

本例において、掘削角度とは、バケット８の刃先８ａの方向と、バケット８が移動する際の刃先８ａの進行方向との間の角度を表わすものとする。バケット８の刃先８ａの方向を基準にバケット８が移動する際の刃先８ａの進行方向がバケット８の開口面側に進む場合に正の値とし、逆方向に進む場合には負の値とする。

【0069】

図４に示されるように、バケット８の掘削角度が０°付近が限界角度として示されている。

【0070】

バケット８の掘削角度が限界角度より小さい場合には、バケット８の外装あるいはバケット８の背面により土砂を押し付ける形態となり、バケット８にかかる土砂抵抗の値が急激に上昇する。

【0071】

一方で、バケット８の掘削角度が所定角度Ｑにおいては、バケット８にかかる土砂抵抗の値は最小となる場合が示されている。

【0072】

なお、限界角度、所定角度Ｑは、一例でありバケット８の形態に従って異なる値に設定することが可能である。

【0073】

本実施形態に従う作業車両ＣＭは、土砂抵抗の値が低い掘削角度で掘削処理を実行することにより簡易な方式で効率的な作業機動作を実行する。具体的には、作業車両ＣＭは、掘削角度が所定角度Ｑとなるように掘削処理を実行する。なお、本例において所定角度Ｑとなるようにとは、所定角度Ｑに完全に一致することを意味するものではなく、所定角度Ｑの近似値も含むものとする。

【0074】

［動作処理］
図５は、実施形態に基づく作業車両ＣＭの掘削作業の動作処理を説明する図である。

【0075】

図５に示されるように、作業機コントローラ２６は、掘削モードであるか否かを判断する（ステップＳ２）。具体的には、作業機コントローラ２６は、オペレータの操作指令に従う掘削モードに設定する掘削モード設定ボタンの設定指示を受け付けているかどうかを判断する。

【0076】

ステップＳ２において、作業機コントローラ２６は、掘削モードであると判断した場合には、刃先データを算出する（ステップＳ４）。

【0077】

具体的には、作業機コントローラ２６は、ブームシリンダストロークセンサ１６、アームシリンダストロークセンサ１７およびバケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、ブームシリンダ長、アームシリンダ長およびバケットシリンダ長を算出する。そして、ブームシリンダ長から、水平方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。アームシリンダ長から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。バケットシリンダ長から、アーム７に対するバケット８の刃先８ａの傾斜角θ３を算出する。これにより、Ｘ、Ｙ軸の車両本体座標系におけるバケット８の位置およびバケット８の刃先８ａの方向（刃先方向）を示す刃先データ［ｘ１，ｙ１，α１］を算出する。

【0078】

次に、作業機コントローラ２６は、掘削方向ベクトルを算出する（ステップＳ６）。
本例においては、バケット８の刃先８ａの方向に対してバケット８の刃先８ａの進行方向との間の成す掘削角度が所定角度Ｑとなるように掘削方向ベクトルを算出する。これによりバケット８の刃先８ａの開口面側への進行方向が決定される。

【0079】

本例の車両本体座標系における掘削方向ベクトルを示すＸ軸方向およびＹ軸方向の単位ベクトルｄｘ，ｄｙは次式で表わされる。

【0080】

ｄｘ＝−ｃｏｓ（α１＋Ｑ）
ｄｙ＝−ｓｉｎ（α１＋Ｑ）
次に、作業機コントローラ２６は、操作レバーの入力を受け付ける（ステップＳ８）。

【0081】

本例においては、第１操作レバー２５Ｒおよび第２操作レバー２５Ｌの操作入力を受け付ける。

【0082】

上記したように、掘削モードにおいては、第１操作レバー２５Ｒによりバケット８の回転動作が実行される。第２操作レバー２５Ｌによりバケットの掘削方向に対する移動動作が実行される。

【0083】

次に、作業機コントローラ２６は、受け付けた操作レバーの操作入力に従ってバケット回転量および掘削移動量を算出する（ステップＳ１０）。

【0084】

具体的には、作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６から出力された第１操作レバー２５Ｒの操作入力に応じて発生する検出圧力に基づいてバケット回転量を算出する。また、作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６から出力された第２操作レバー２５Ｌの操作入力に応じて発生する検出圧力に基づいて掘削移動量を算出する。

【0085】

本例においては、作業機コントローラ２６の算出結果に基づくバケット回転量をΔｄ、掘削移動量をΔｅとする。

【0086】

次に、作業機コントローラ２６は、操作レバーの入力に従って移動するバケット８の刃先８ａの目標刃先データを算出する（ステップＳ１２）。

【0087】

具体的には、作業機コントローラ２６は、目標刃先データ［ｘ２，ｙ２，α２］を算出する。

【0088】

ｘ２＝ｘ１＋Δｄ×ｄｘ
ｙ２＝ｙ１＋Δｄ×ｄｙ
α２＝α１＋Δｅ
目標刃先データ［ｘ２，ｙ２，α２］は、上式により算出することが可能である。

【0089】

次に、作業機コントローラ２６は、目標刃先データに基づいて作業機を動作させる（ステップＳ１４）。

【0090】

具体的には、作業機コントローラ２６は、Ｘ、Ｙ軸の車両本体座標系におけるバケット８の刃先８ａの目標刃先データ［ｘ２，ｙ２，α２］に従って、ブーム６の傾斜角θ１’、アーム７の傾斜角θ２’、バケット８の傾斜角θ３’を算出する。作業機コントローラ２６は、ブーム６、アーム７およびバケット８の傾斜角θ１’〜θ３’に基づいてブームシリンダ長、アームシリンダ長およびバケットシリンダ長を算出する。

【0091】

そして、作業機コントローラ２６は、算出されたブームシリンダ長、アームシリンダ長およびバケットシリンダ長となるように油圧シリンダ６０に供給される作動油を調整するように方向制御弁６４を駆動する。

【0092】

これにより、バケット８の刃先８ａの位置および方向が目標刃先データとなるようにブーム６、アーム７およびバケット８が自動制御される。

【0093】

次に、作業機コントローラ２６は、作業を終了したか否かを判断する（ステップＳ１６）。作業機コントローラ２６は、作業を終了したと判断する場合とは、例えばエンジンを停止した場合である。

【0094】

ステップＳ１６において、作業機コントローラ２６は、作業を終了したと判断した場合（ステップＳ１６においてＹＥＳ）には、処理を終了する（エンド）。

【0095】

一方、ステップＳ１６において、作業機コントローラ２６は、作業を終了していないと判断した場合（ステップＳ１６においてＮＯ）には、ステップＳ２に戻り上記処理を繰り返す。

【0096】

一方、ステップＳ２において、作業機コントローラ２６は、掘削モードでないと判断した場合には操作レバー入力を受け付ける（ステップＳ１８）。

【0097】

本例においては、第１操作レバー２５Ｒおよび第２操作レバー２５Ｌの操作入力を受け付ける。

【0098】

上記したように、通常モードにおいては、第１操作レバー２５Ｒにより、ブーム６及びバケット８が操作される。また、第２操作レバー２５Ｌにより、第２操作レバー２５Ｌにより、アーム７及び旋回体３が操作される。

【0099】

そして、作業機コントローラ２６は、作業機を動作させる（ステップＳ２０）。
作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく前後方向に関する第１操作レバー２５Ｒの操作量（ブーム操作量）に従って、ブーム６を駆動するためのブームシリンダ１０に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

【0100】

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく左右方向に関する第１操作レバー２５Ｒの操作量（バケット操作量）に従って、バケット８を駆動するためのバケットシリンダ１２に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

【0101】

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく前後方向に関する第２操作レバー２５Ｌの操作量（アーム操作量）に従って、アーム７を駆動するためのアームシリンダ１１に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

【0102】

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく左右方向に関する第２操作レバー２５Ｌの操作量に従って旋回体３を駆動するための油圧アクチュエータに供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

【0103】

そして、ステップＳ１６に進む。
以降の処理は、上記で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。

【0104】

本例においては、バケット８の刃先８ａの刃先方向を算出し、バケット８の刃先８ａの方向に対してバケット８の刃先８ａの進行方向との間の成す掘削角度が所定角度Ｑとなるように掘削方向ベクトル（バケット８の開口面側への進行方向）が算出される。そして、当該掘削方向ベクトルに従ってバケット８の刃先８ａが移動するように自動制御されるためバケット８にかかる土砂抵抗は低くなる。それゆえ、バケット８にかかる土砂抵抗（負荷）を低くすることにより簡易な方式で効率的な作業機動作を実行することが可能となる。

【0105】

また、本例においては、オペレータの掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従う掘削モードに設定している期間の間、所定の掘削方向ベクトルに従ってバケット８の刃先８ａが移動する負荷の低い効率的な作業機動作となるため燃費の向上を図ることが可能である。

【0106】

また、本例においては、オペレータの掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従い掘削モードに設定することが可能であるためオペレータの意図を反映した効率的な作業機動作を実行することが可能である。

【0107】

また、本例においては、掘削モードにおいて、第１操作レバー２５Ｒによりバケット８の回転動作が実行される。また、第２操作レバー２５Ｌによりバケットの掘削方向に対する移動動作が実行される。したがって、２つの操作レバーによる操作指令により掘削処理が実行される。

【0108】

従来の油圧ショベルの掘削動作においては、ブームとアームとバケットとの３軸の操作レバーをそれぞれ動かしてバケットの動きを操作する必要があり、簡単ではなく熟練が必要であったが、本例の方式により２つの操作指令によりバケットの動きを操作することが可能となるため簡易な操作により、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。

【0109】

（変形例１）
実施形態の変形例１に従う作業車両は、オペレータの操作指示に限られず自律的に作業車両ＣＭを掘削モードで制御するようにしても良い。

【0110】

具体的には、作業機コントローラ２６は、作業機２が掘削作業を実行するか否かを判断する。

【0111】

変形例１においては、作業機２にかかる負荷に応じて作業機２が掘削作業を実行するか否かを判断する場合について説明する。

【0112】

図６は、実施形態の変形例１に基づく制御システム２００＃の構成を説明する機能ブロック図である。

【0113】

図６に示されるように、制御システム２００＃は、制御システム２００と比較して、負荷センサ２８をさらに設けた点が異なる。また、操作装置２５を操作装置２５＃に置換した点が異なる。

【0114】

操作装置２５＃は、操作装置２５と比較して、掘削モード設定ボタン２５Ｐが除かれた構成が示されている。その他の構成については、図３で説明したのと同様であるためその詳細な説明については繰り返さない。

【0115】

本例においては、負荷センサ２８は、一例としてバケット８に取り付けられているものとする。

【0116】

作業機コントローラ２６は、バケット８に取り付けられた負荷センサ２８に従って作業機２が掘削作業を実行するか否かを判断する。

【0117】

バケット８が土砂を掘削する掘削作業の場合には、負荷センサ２８の値は大きくなる。一方、バケット８が土砂を掘削しない掘削作業以外の場合には、負荷センサ２８の値は小さくなる。

【0118】

本例においては、作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従う負荷の値が所定値以上であるか否かを判断する。

【0119】

作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従う負荷の値が所定値以上である場合には、掘削作業を実行すると判断し、掘削モードに設定する。

【0120】

作業機コントローラ２６は、掘削モードに設定した場合、第１操作レバー２５Ｒによりバケット８の回転動作が実行される。また、第２操作レバー２５Ｌによりバケットの掘削方向に対する移動動作が実行される。したがって、２つの操作指令による掘削処理が実行される。

【0121】

一方、作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従う負荷の値が所定値未満である場合には、掘削モードに設定しない。この場合、作業機コントローラ２６は、通常モードとして動作する。

【0122】

作業機コントローラ２６は、通常モードに設定した場合、上記したように第１操作レバー２５Ｒにより、ブーム６及びバケット８が操作される。また、第２操作レバー２５Ｌにより、アーム７及び旋回体３が操作される。

【0123】

実施形態の変形例１に従う作業車両は、負荷センサ２８からの検出結果に基づいて自律的に作業車両ＣＭを掘削モードで制御する方式である。

【0124】

したがって、簡易な方式で効率的な作業機動作を実行することが可能となる。
なお、本例においては、負荷センサ２８をバケット８に取り付けた構成について説明したが、油圧シリンダ内の油圧を測定するセンサにより負荷を検出する構成とすることも可能である。たとえば、バケットシリンダ１２に供給する作動油の油圧をセンサにより測定することによりバケット８にかかる負荷の大小を判断するようにしても良い。

【0125】

また、掘削モードにおいて、上記においては、ステップＳ８においてオペレータによる第１操作レバー２５Ｒおよび第２操作レバー２５Ｌの操作指示に従ってバケット８を操作する方式について説明したが、特にこれに限られず自動でバケット８を制御するようにしても良い。具体的には、作業機コントローラ２６は、バケット回転量および掘削移動量を予めプログラミングにより設定されている所定値に設定して、バケット８を自動制御するようにしても良い。なお、当該所定値は、固定値に限られない。例えば、掘削モードを開始してからの時間の経過に従って当該所定値を変更するようにしても良い。一例として掘削モードを開始してからの所定期間に対応するバケット８の内部に土砂を入れる掘削処理の期間の間は第１の所定値に設定し、バケット８に入った土砂を掻き出す掘削処理の期間の間は第２の所定値に設定しても良い。

【0126】

（その他の実施形態）
図７は、他の実施形態に基づく作業車両システムの概念を説明する図である。

【0127】

図７に示されるように、他の実施形態に基づく作業車両システムは、作業車両ＣＭを外部の基地局３００から制御する制御システムを構成する。具体的には、図３で説明した作業機コントローラ２６および操作装置２５の機能が外部の基地局３００等に設けられた構成である。

【0128】

基地局３００は、作業機コントローラ２６と同様の機能を有する作業機コントローラ２６＃と、操作装置２５と同様の機能を有する操作装置２５＃とを含む。

【0129】

作業機コントローラ２６＃は、操作装置２５＃の操作指令を受け付けて、作業車両ＣＭを制御する動作指令を出力する。作業車両ＣＭは、作業機コントローラ２６＃からの動作指令に従って動作する。具体的には、作業機コントローラ２６＃は、図３で説明した方向制御弁６４を駆動する動作指令を出力する。また、作業機コントローラ２６＃は、ブームシリンダストロークセンサ１６、アームシリンダストロークセンサ１７およびバケットシリンダストロークセンサ１８のセンサ情報の入力を受ける。

【0130】

当該構成においても、図５で説明した実施形態１に基づく掘削作業の動作処理を作業機コントローラ２６＃で実行することが可能である。

【0131】

これにより、遠隔地にある基地局３００から作業車両を制御する場合においても本実施形態に従う構成を適用することが可能であり、効率的な掘削作業を実行することが可能である。

【0132】

なお、本例においては、オペレータが操作装置である操作レバーの操作入力に従って作業車両ＣＭを制御する構成について説明しているが、操作装置を設けずに自律的に作業車両ＣＭを制御する構成にも適用可能である。たとえば、掘削作業する操作指令が予めプログラミングされており、当該プログラミングされた操作指令に従って作業機コントローラが動作する場合にも適用可能である。具体的には、ユーザの指示に従って作業車両ＣＭを自律的に制御するための自律制御プログラムが起動し、当該プログラミングされた操作指令に従って作業機コントローラが動作する場合に、バケットの刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、刃先方向からバケットの開口面側への進行方向との間の掘削角度が所定角となるようにバケットの開口面側への進行方向を決定し、作業機を動作させる処理を含めるようにすれば良い。

【0133】

また、上記においては、土砂抵抗の値が最小となる所定角度Ｑを用いる場合について説明したが、これに限られず任意の所定角度を掘削角度として作業機２を制御するようにしても良い。また、当該掘削角度の値も固定値に限られない。例えば、掘削モードを開始してからの時間の経過に従って当該掘削角度の値を変更するようにしても良い。掘削モードを開始してからの所定期間に対応するバケット８の内部に土砂を入れる掘削処理の期間の間は第１の掘削角度の値に設定し、バケット８に入った土砂を掻き出す掘削処理の期間の間は第２の掘削角度の値に設定しても良い。

【0134】

＜作用効果＞
次に、本実施形態の作用効果について説明する。

【0135】

本実施形態の作業車両ＣＭには、図１に示すように車両本体１と、作業機２とが設けられる。作業機２は、車両本体１に対して回動可能なブーム６と、ブーム６に対して回動可能なアーム７と、アーム７に対して回動可能なバケット８とを有する。作業車両ＣＭには、図３に示すように作業機コントローラ２６が設けられる。作業機コントローラ２６は、バケット８の刃先８ａの方向を算出し、算出したバケット８の刃先８ａの方向と、バケット８の開口面側への進行方向との間の掘削角度が所定角度Ｑとなるように掘削方向ベクトル（バケット８の開口面側への進行方向）を決定し、進行方向への作業機動作を実行させる。

【0136】

図４に示すように、土砂抵抗の値が最小値である所定角度Ｑの掘削角度で作業機２の掘削処理を実行することにより簡易な方式で効率的な作業機動作を実行することが可能である。

【0137】

作業機コントローラ２６は、算出したバケット８の刃先８ａの方向と、バケット８の開口面側への進行方向との間の掘削角度が所定期間、所定角度Ｑとなるように掘削方向ベクトルを決定し、進行方向への作業機動作を実行させる。

【0138】

図４に示すように、土砂抵抗の値が低い掘削角度で掘削処理を所定期間の間実行することにより、効率的な作業機動作により燃費の向上を図ることが可能である。

【0139】

作業車両ＣＭには、アーム７に対するバケット８の回動量を調整する第１の操作指令を作業機コントローラ２６に出力する第１操作レバー２５Ｒと、刃先８ａの方向からバケット８の開口面側への進行方向に対するバケット８の移動量を調整する第２の操作指令を作業機コントローラ２６に出力する第２操作レバー２５Ｌとが設けられる。

【0140】

２つの操作レバーによる操作指令により掘削処理が実行されるため、従来の油圧ショベルの掘削動作における、ブームとアームとバケットとの３軸の操作レバーをそれぞれ動かしてバケットの動きを操作する場合に比べて、簡易な操作による効率的な掘削処理を実行することが可能である。

【0141】

作業機コントローラ２６は、作業機２が作業機動作である掘削作業を実行する掘削モードであるか否かを判断する。作業機コントローラ２６は、作業機２が掘削作業を実行する掘削モードであると判断した場合に、第１操作レバー２５Ｒおよび第２操作レバー２５Ｌからの第１および第２の操作指令を受け付ける。

【0142】

作業機コントローラ２６は、掘削モードであると判断した場合に、２つの操作レバーによりバケット８を操作する第１および第２の操作指令を受け付けるため掘削処理を効率的に実行することが可能である。

【0143】

作業機コントローラ２６は、オペレータの掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従って作業機２が作業機動作である掘削作業を実行する掘削モードであるか否かを判断する。

【0144】

オペレータの掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従い掘削モードであるか否かを判断することが可能であるためオペレータの意図を反映した効率的な作業機動作を実行することが可能である。

【0145】

作業車両ＣＭには、バケット８にかかる負荷を検出する負荷センサ２８が設けられる。作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８の検出結果に従って作業機２が作業機動作である掘削作業を実行する作業モードであるか否かを判断する。

【0146】

負荷センサ２８の検出結果に従って作業モードであるか否かを判断することが可能であるためオペレータの操作指示は不要であり、簡易な方式で効率的な作業機動作を実行することが可能である。

【0147】

本実施形態の作業車両ＣＭには、図１に示すように車両本体１と、作業機２とが設けられる。作業機２は、車両本体１に対して回動可能なブーム６と、ブーム６に対して回動可能なアーム７と、アーム７に対して回動可能なバケット８とを有する。当該作業車両ＣＭの制御方法では、バケット８の刃先８ａの方向を算出するステップと、算出されたバケット８の刃先８ａの方向と、バケット８の開口面側への進行方向との間の掘削角度が所定角度Ｑとなるように進行方向への作業機動作を実行させるステップとが実行される。

【0148】

図４に示すように、土砂抵抗の値が最小値である所定角度Ｑの掘削角度で作業機２の掘削処理を実行することが可能となり、簡易な方式で効率的な作業機動作を実行することが可能である。

【0149】

なお、本例においては、作業車両として、油圧ショベルを例に挙げて説明したが、ブルドーザ、ホイールローダ等の作業車両にも適用可能である。

【0150】

以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0151】

１ 車両本体、２ 作業機、３ 旋回体、４ 運転室、４Ｓ 運転席、５ 走行装置、５Ｃｒ 履帯、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、８ａ 刃先、９ エンジンルーム、１０ ブームシリンダ、１１ アームシリンダ、１２ バケットシリンダ、１３ ブームピン、１４ アームピン、１５ バケットピン、１６ ブームシリンダストロークセンサ、１７ アームシリンダストロークセンサ、１８ バケットシリンダストロークセンサ、１９ 手すり、２５，２５＃ 操作装置、２５Ｌ 第２操作レバー、２５Ｐ 掘削モード設定ボタン、２５Ｒ 第１操作レバー、２６，２６＃ 作業機コントローラ、２８ 負荷センサ、６０ 油圧シリンダ、６４ 方向制御弁、６６ 圧力センサ、２００，２００＃ 制御システム、３００ 基地局。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】