特開 2022-183744 制御システム、制御方法および作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022183744

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】制御システム、制御方法および作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20221206BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 B

E02F9/22 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021091215

(22)【出願日】2021-05-31

(71)【出願人】

【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】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 裕明

(72)【発明者】

【氏名】北尾 真一

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003BA03

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB01

2D003DB02

2D003DB04

2D003DB05

(57)【要約】

【課題】作業工具の姿勢を複数の姿勢に自動で調整する。
【解決手段】本開示の一態様は、作業工具と作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを含む作業機を有する作業機械の制御システムであって、第１の姿勢を含む少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する記憶部を有するコントローラを備える。コントローラは、作業工具の姿勢を操作する指令信号と作業工具の現在の姿勢を示す検出信号とに基づいて少なくとも３種類の目標姿勢のうちのいずれかを選択して作業工具の目標姿勢とし、可動支持部を制御する。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業工具と前記作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを含む作業機を有する作業機械の制御システムであって、
少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する記憶部を含むコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記作業工具の姿勢を操作する指令信号と前記作業工具の現在の姿勢を示す検出信号とに基づいて前記少なくとも３種類の目標姿勢のうちのいずれかを選択して前記作業工具の目標姿勢とし、前記可動支持部を制御する
制御システム。

【請求項2】

作業工具と前記作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを含む作業機を有する作業機械の制御システムであって、
第１の姿勢を含む少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する記憶部を含むコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記作業工具の姿勢を操作する指令信号を受信した場合、前記第１の姿勢を前記作業工具の目標姿勢として前記可動支持部を制御し、
前記指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、前記少なくとも３種類の目標姿勢のうち前記第１の姿勢とは異なる目標姿勢を選択して前記作業工具の目標姿勢とし、前記可動支持部を制御する
制御システム。

【請求項3】

前記少なくとも３種類の目標姿勢は、第１の姿勢と第２の姿勢と第３の姿勢とを含み、
前記指令信号は、第１の指令信号と第２の指令信号とを含み、
前記コントローラは、
前記第１の指令信号を受信した場合、前記検出信号に基づいて前記第１の姿勢または前記第２の姿勢にいずれかを前記目標姿勢として選択し、
前記第２の指令信号を受信した場合、前記検出信号に基づいて前記第１の姿勢または前記第３の姿勢のいずれかを前記目標姿勢として選択する
請求項１に記載の制御システム。

【請求項4】

前記作業工具は、第１の姿勢領域と第２の姿勢領域とに回動可能であり、
前記第１の姿勢領域は、前記第１の姿勢と前記第２の姿勢との間の姿勢領域であり、
前記第２の姿勢領域は、前記第１の姿勢と前記第３の姿勢との間の姿勢領域であり、
前記コントローラは、
前記第１の指令信号を受信し、且つ、前記作業工具の現在の姿勢が前記第２の姿勢領域である場合は、前記第１の姿勢を目標姿勢として選択し、
前記第２の指令信号を受信し、且つ、前記作業工具の現在の姿勢が前記第１の姿勢領域である場合は、前記第１の姿勢を目標姿勢として選択する
請求項３に記載の制御システム。

【請求項5】

前記少なくとも３種類の目標姿勢は、第２の姿勢と第３の姿勢とをさらに含み、
前記指令信号は、第１の指令信号と第２の指令信号とを含み、
前記コントローラは、
前記第１の指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、前記第２の姿勢を前記作業工具の前記目標姿勢として決定し、
前記第２の指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、前記第３の姿勢を前記作業工具の前記目標姿勢として決定する
請求項２に記載の制御システム。

【請求項6】

前記第１の姿勢は、前記作業工具の水平姿勢であり、
前記第２の姿勢は、前記作業工具の運搬姿勢であり、
前記第３の姿勢は、前記作業工具の排土姿勢または前記作業工具の接地姿勢である
請求項３から５のいずれか１項に記載の制御システム。

【請求項7】

前記指令信号を出力する作業工具操作装置は、第１の制御位置と第２の制御位置との間を作動可能なレバーであり、
前記第１の指令信号は、前記レバーが前記第１の制御位置へ操作された場合に出力される信号であり、
前記第２の指令信号は、前記レバーが前記第２の制御位置へ操作された場合に出力される信号である
請求項３から５のいずれか１項に記載の制御システム。

【請求項8】

前記指令信号を出力する作業工具操作装置は、第１の制御位置と第２の制御位置との間を作動可能なレバーと、スイッチとを含み、
前記第１の指令信号は、前記レバーが前記第１の制御位置の方向へ操作され、且つ前記スイッチが操作された場合に出力される信号であり、
前記第２の指令信号は、前記レバーが前記第２の制御位置の方向へ操作され、且つ前記スイッチが操作された場合に出力される信号である
請求項３から５のいずれか１項に記載の制御システム。

【請求項9】

前記指令信号を出力する作業工具操作装置は、第１のスイッチと第２のスイッチを含み、
前記第１の指令信号は、前記第１のスイッチが操作された場合に出力される信号であり、
前記第２の指令信号は、前記第２のスイッチが操作された場合に出力される信号である
請求項３から５のいずれか１項に記載の制御システム。

【請求項10】

作業工具と前記作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを含む作業機を有する作業機械の制御方法であって、
少なくとも３種類の目標姿勢を記憶するステップと、
前記作業工具の姿勢を操作する指令信号と前記作業工具の現在の姿勢を示す検出信号とに基づいて前記少なくとも３種類の目標姿勢のうちのいずれかを選択するステップと、
前記選択した目標姿勢を前記作業工具の目標姿勢として前記可動支持部を制御するステップと
を備える制御方法。

【請求項11】

作業工具と前記作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを含む作業機を有する作業機械の制御方法であって、
第１の姿勢を含む少なくとも３種類の目標姿勢を記憶するステップと、
前記作業工具の姿勢を操作する指令信号を受信した場合、前記第１の姿勢を目標姿勢として選択するステップと、
前記指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、前記少なくとも３種類の目標姿勢のうち前記第１の姿勢とは異なる目標姿勢を選択するステップと、
前記選択した目標姿勢を前記作業工具の目標姿勢として前記可動支持部を制御するステップと
を備える制御方法。

【請求項12】

作業工具と前記作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを有する作業機械であって、
前記可動支持部を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する記憶部を含み、
前記作業工具の姿勢を操作する指令信号と前記作業工具の現在の姿勢を示す検出信号とに基づいて前記少なくとも３種類の目標姿勢のうちのいずれかを選択して前記作業工具の目標姿勢とし、前記可動支持部を制御する
作業機械。

【請求項13】

作業工具と前記作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを有する作業機械であって、
前記可動支持部を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
第１の姿勢を含む少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する記憶部を含み、
前記作業工具の姿勢を操作する指令信号を受信した場合、前記第１の姿勢を前記作業工具の目標姿勢として前記可動支持部を制御し、
前記指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、前記少なくとも３種類の目標姿勢のうち前記第１の姿勢とは異なる目標姿勢を選択して前記作業工具の目標姿勢とし、前記可動支持部を制御する
作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制御システム、制御方法および作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、操作レバーが保持位置に操作された場合に、バケットを水平姿勢に自動調整するホイールローダが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１６７０９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

作業機械の一例としてのホイールローダでは、例えば、作業工具の一例であるバケットにおいてよく用いられる定型的な姿勢として、水平姿勢のほか、運搬姿勢、排土姿勢、接地姿勢等がある。しかしながら、特許文献１に記載されているホイールローダでは、バケットの姿勢を複数の定型的な姿勢に自動調整することができないという課題があった。

【0005】

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、作業工具の姿勢を複数の姿勢に自動で調整することができる制御システム、制御方法および作業機械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】

【0006】

上記課題を解決するため、本開示の第１の態様は、作業工具と作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを含む作業機を有する作業機械の制御システムであって、少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する記憶部を有するコントローラを備える。コントローラは、作業工具の姿勢を操作する指令信号と作業工具の現在の姿勢を示す検出信号とに基づいて少なくとも３種類の目標姿勢のうちのいずれかを選択して作業工具の目標姿勢とし、可動支持部を制御する。

【0007】

また、本開示の第２の態様は、作業工具と作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを含む作業機を有する作業機械の制御システムであって、第１の姿勢を含む少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する記憶部を有するコントローラを備える。コントローラは、作業工具の姿勢を操作する指令信号を受信した場合、第１の姿勢を作業工具の目標姿勢として可動支持部を制御する。コントローラは、指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、少なくとも３種類の目標姿勢のうち第１の姿勢とは異なる目標姿勢を選択して作業工具の目標姿勢とし、可動支持部を制御する。

【0008】

また、本開示の第３の態様は、作業工具と作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを含む作業機を有する作業機械の制御方法であって、以下のステップを備える。第１のステップは、少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する。第２のステップは、作業工具の姿勢を操作する指令信号と作業工具の現在の姿勢を示す検出信号とに基づいて少なくとも３種類の目標姿勢のうちのいずれかを選択する。第３のステップは、選択した目標姿勢を作業工具の目標姿勢として可動支持部を制御する。

【0009】

また、本開示の第４の態様は、作業工具と作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを含む作業機を有する作業機械の制御方法であって、以下のステップを備える。第１のステップは、第１の姿勢を含む少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する。第２のステップは、作業工具の姿勢を操作する指令信号を受信した場合、第１の姿勢を目標姿勢として選択する。第３のステップは、指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、少なくとも３種類の目標姿勢のうち第１の姿勢とは異なる目標姿勢を選択する。第４のステップは、選択した目標姿勢を作業工具の目標姿勢として可動支持部を制御する。

【0010】

また、本開示の第５の態様は、作業工具と作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを有する作業機械であって、可動支持部を制御するコントローラとを備える。コントローラは、少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する記憶部を含む。コントローラは、作業工具の姿勢を操作する指令信号と作業工具の現在の姿勢を示す検出信号とに基づいて少なくとも３種類の目標姿勢のうちのいずれかを選択して作業工具の目標姿勢とし、可動支持部を制御する。

【0011】

また、本開示の第６の態様は、作業工具と作業工具の姿勢を変化させる可動支持部とを有する作業機械であって、可動支持部を制御するコントローラとを備える。コントローラは、第１の姿勢を含む少なくとも３種類の目標姿勢を記憶する記憶部を含む。コントローラは、作業工具の姿勢を操作する指令信号を受信した場合、第１の姿勢を作業工具の目標姿勢として可動支持部を制御する。コントローラは、指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、少なくとも３種類の目標姿勢のうち第１の姿勢とは異なる目標姿勢を選択して作業工具の目標姿勢とし、可動支持部を制御する。

【発明の効果】

【0012】

本開示の各態様によれば、作業工具の姿勢を複数の姿勢に自動で調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態に係る作業機械を示す側面図である。

【図2】第１の実施形態に係る作業機械の動作例を示す側面図である。

【図3】第１の実施形態に係る作業機械の他の動作例を示す側面図である。

【図4】第１の実施形態に係る作業機械の他の動作例を示す側面図である。

【図5】第１の実施形態に係る作業機械の他の動作例を示す側面図である。

【図6】第１の実施形態に係る作業機械の制御システムの構成例を示すブロック図である。

【図7】第１の実施形態に係るバケット操作装置の構成例を示す斜視図である。

【図8】第１の実施形態に係るバケット操作装置の他の構成例を示す斜視図である。

【図9】第１の実施形態に係るコントローラの構成を示す概略ブロック図である。

【図10】第１の実施形態に係るバケットの動作例を示す模式図である。

【図11】第１の実施形態に係るコントローラの動作例を示すフローチャートである。

【図12】第２の実施形態に係るコントローラの動作例を示すフローチャートである。

【図13】第２の実施形態に係るコントローラの動作例を示すフローチャートである。

【図14】第２の実施形態に係るコントローラの動作例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本開示に係る実施形態について説明する。なお、各図において同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。

【0015】

本実施形態においては、作業機械１にローカル座標系を設定し、ローカル座標系を参照しながら各部の位置関係について説明する。ローカル座標系において、作業機械１の左右方向（車幅方向）に延伸する第１軸をＸ軸とし、作業機械１の前後方向に延伸する第２軸をＹ軸とし、作業機械１の上下方向に延伸する第３軸をＺ軸とする。Ｘ軸とＹ軸とは直交する。Ｙ軸とＺ軸とは直交する。Ｚ軸とＸ軸とは直交する。＋Ｘ方向は右方向であり、－Ｘ方向は左方向である。＋Ｙ方向は前方向であり、－Ｙ方向は後方向である。＋Ｚ方向は上方向であり、－Ｚ方向は下方向である。

【0016】

＜第１の実施形態＞
［作業機械の概要］
図１～図５は、第１の実施形態に係る作業機械１を示す側面図である。第１の実施形態に係る作業機械１は、例えばホイールローダである。以下の説明において、作業機械１を適宜、ホイールローダ１、と称する。

【0017】

図１に示すように、ホイールローダ１は、車体２と、キャブ３と、走行装置４と、作業機１０とを有する。ホイールローダ１は、走行装置４により、作業現場を走行する。ホイールローダ１は、作業現場において、作業機１０を用いて作業を実施する。ホイールローダ１は、作業機１０を用いて、掘削作業、積込作業、運搬作業、および除雪作業等の作業を実施することができる。

【0018】

キャブ３は、車体２に支持される。キャブ３の内部には、オペレータが着座する運転席３１と、後述する操作装置３２と、表示入力部３４とが配置される。

【0019】

走行装置４は、回転可能な車輪５を有する。車輪５は、車体２を支持する。ホイールローダ１は、走行装置４によって路面（あるいは地面）ＲＳを走行可能である。なお、図１では、左側の前輪５Ｆおよび後輪５Ｒのみが図示されている。

【0020】

作業機１０は、車体２に支持される。作業機１０は、作業工具の一例としてのバケット１２と、バケット１２の位置と姿勢を変化させる可動支持部１７とから構成されている。図１に示す例では、可動支持部１７は、ブーム１１と、ブームシリンダ１３と、バケットシリンダ１４と、ベルクランク１５と、リンク１６とを備える。

【0021】

ブーム１１は、車体２に対して回動可能に支持され、ブームシリンダ１３の伸縮に応じて図１～図５に示すように上下方向に移動する。ブームシリンダ１３は、ブーム１１を移動させるための動力を発生するアクチュエータであり、一端部は車体２に連結され、他端部はブーム１１に連結される。オペレータが操作装置３２に含まれるブーム操作装置（図示しない）を操作すると、ブームシリンダ１３が伸縮する。これにより、ブーム１１は上下方向に移動する。ブームシリンダ１３は、例えば油圧シリンダである。

【0022】

バケット１２は、刃先１２Ｔを有し、土砂等の掘削対象物の掘削や、積み込みを行うための作業工具である。バケット１２は、ブーム１１に対して回動可能に連結されるとともに、リンク１６の一端部に対して回動可能に連結されている。リンク１６の他端部は、ベルクランク１５の一端部に回動可能に連結されている。ベルクランク１５は、中央部がブーム１１に回動可能に連結され、他端部がバケットシリンダ１４の一端部に回動可能に連結されている。バケットシリンダ１４の他端部は車両本体２に回動可能に連結されている。バケット１２は、バケットシリンダ１４が発生する動力によって作動する。バケットシリンダ１４は、バケット１２を移動するための動力を発生するアクチュエータである。オペレータがバケット操作装置３３を操作すると、バケットシリンダ１４が伸縮する。これにより、バケット１２は揺動する。バケットシリンダ１４は、例えば油圧シリンダである。刃先１２Ｔは、山刃、平刃等の形状を有し、交換可能にバケット１２の端部に取り付けられている。

【0023】

なお、本実施形態では、図２に示すように刃先１２Ｔが下を向いているバケット１２の姿勢を、ダンプ姿勢という。ダンプ姿勢は、例えば、バケット１２内の掘削物を運搬車両等に積み込むことができる姿勢（排土姿勢）である。また、図３に示すように刃先１２Ｔが上を向いているバケット１２の姿勢を、チルト姿勢（抱え込み姿勢）という。チルト姿勢は、例えば、掘削物をバケット１２内に保持することができる姿勢（運搬姿勢）である。また、図４に示すように刃先１２Ｔが路面ＲＳと水平方向（ほぼ水平方向を含む）を向いているバケット１２の姿勢を、掘削姿勢（あるいは掘削時の走行姿勢）という。掘削姿勢は、例えば、土砂等の掘削対象物の掘削を開始するときや掘削対象物に向かって走行するときの姿勢（あるいは掘削を開始するときや走行するときに適した姿勢）である。また、図５に示すように刃先１２Ｔが路面ＲＳに接しているバケット１２の姿勢を、接地姿勢という。ホイールローダ１は、例えば、バケット１２を掘削姿勢（あるいは掘削姿勢から刃先１２Ｔが路面ＲＳより低くなる姿勢）とし、前方方向へ走行することで前方に位置する掘削対象物の掘削を開始する。なお、ホイールローダ１では、掘削姿勢は、刃先方向が路面ＲＳと実質的に水平であるということから水平姿勢と呼ぶこともできる。

【0024】

［制御システムの構成］
図６は、第１の実施形態に係るホイールローダ１の制御システムの構成例を示すブロック図である。図６に示すように、ホイールローダ１は、動力源２０１と、ＰＴＯ（Power Take Off）２０２と、油圧ポンプ２０３と、制御弁２００と、操作装置３２と、表示入力部３４と、コントローラ１００とを備える。

【0025】

動力源２０１は、作業機械を作動させるための駆動力を発生する。動力源として、内燃機関や電動機が例示される。

【0026】

ＰＴＯ２０２は、動力源２０１の駆動力の少なくとも一部を油圧ポンプ２０３に伝達する。ＰＴＯ２０２は、動力源２０１の駆動力を走行装置４と油圧ポンプ２０３とに分配する。

【0027】

油圧ポンプ２０３は、動力源２０１によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２０３から吐出された作動油の少なくとも一部は、制御弁２００を介して、ブームシリンダ１３およびバケットシリンダ１４のそれぞれに供給される。制御弁２００は、油圧ポンプ２０３からブームシリンダ１３およびバケットシリンダ１４のそれぞれに供給される作動油の流量および方向を制御する。作業機１０は、油圧ポンプ２０３からの作動油により動作する。

【0028】

操作装置３２は、キャブ３の内部に配置される。操作装置３２は、オペレータにより操作される。オペレータは、操作装置３２を操作して、ホイールローダ１の進行方向と走行速度の調整、前進または後進の切替え、および作業機１０の操作を実施する。操作装置３２は、例えば、ステアリング、シフトレバー、アクセルペダル、ブレーキペダル、および作業機１０のバケット１２を操作するためのバケット操作装置（作業工具操作装置の一例）３３を含む。バケット操作装置３３は、バケット１２の姿勢を操作する指令信号を出力する。表示入力部３４は、入力装置と表示装置の組み合わせ、タッチパネル等の入力表示装置等から構成される。オペレータは、表示入力部３４を用いて、例えば後述する作業機１０の制御における目標位置や目標姿勢の記憶値を設定する。

【0029】

図７および図８は、第１の実施形態に係るバケット操作装置３３を示す構成図である。なお、図７は、バケット操作装置３３が、操作レバー３３Ｌに、１個のスイッチ３３ｂ１を有する例を示し、図８は、バケット操作装置３３が、操作レバー３３Ｌに、２個のスイッチ３３ｂ１とスイッチ３３ｂ２を有する例を示す。図７および図８に示すように、バケット操作装置３３は、中立位置（Ｃ１）に対して前後方向に傾動位置Ａ１（第１の制御位置）から傾動位置Ｅ１（第２の制御位置）まで（Ｅ１←Ｄ１←Ｃ１→Ｂ１→Ａ１）の方向に作動可能な電気式操作レバーである操作レバー３３Ｌを備える。傾動位置Ａ１およびＥ１は、例えば操作レバー３３Ｌが後ろ方向および前方向のストロークエンドに達した位置である。バケット操作装置３３は、操作レバー３３Ｌに一定以上の操作力が掛けられていない状態で、操作レバー３３Ｌの位置を中立位置（Ｃ１）に自動的に復帰する機構を有している。本実施形態では、操作レバー３３Ｌの位置を傾動位置Ａ１または傾動位置Ｅ１に傾動させる操作を傾動保持操作という。また、操作レバー３３Ｌの位置を傾動位置Ａ１に傾動させる操作をチルト側傾動保持操作という。また、操作レバー３３Ｌの位置を傾動位置Ｅ１に傾動させる操作をダンプ側傾動保持操作という。

【0030】

バケット操作装置３３は、操作レバー３３Ｌの傾動方向と傾動量に応じた制御信号を出力する。また、バケット操作装置３３は、操作レバー３３Ｌが傾動位置Ａ１およびＥ１に傾動させる操作がされた場合にその旨を示す所定の操作パターン信号を出力する。また、バケット操作装置３３は、スイッチ３３ｂ１またはスイッチ３３ｂ２が押されているか否かを示す信号を出力する。本実施形態では、スイッチ３３ｂ１またはスイッチ３３ｂ２が押される操作を傾動保持操作としてもよい。この場合、バケット操作装置３３は、ＰＰＣ（Pressure Proportional Control）バルブを用いて構成してもよい。

【0031】

なお、バケット操作装置３３は、オペレータの手が操作レバー３３Ｌから離れると操作レバーは中立状態（Ｃ１）に復帰するが、後述するコントローラ１００は、例えば、作業機１０の位置や姿勢が所定の状態となるまで仮想的に傾動保持状態が継続しているとみなして制御を行うことができる。

【0032】

また、ホイールローダ１は、作業機負荷センサ７１と、ブーム角センサ７２と、バケット角センサ７３とを有する。

【0033】

作業機負荷センサ７１は、作業機１０にかかる負荷を検出する。作業機負荷センサ７１は、例えば、作業機１０の少なくとも一部に配置された歪ゲージやロードセル等の荷重測定デバイスである。作業機負荷センサ７１により検出された負荷データは、コントローラ１００へ出力される。なお、作業機１０にかかる負荷は、例えば、ブームシリンダ１３を駆動させる圧油の圧力を検出する油圧センサまたはバケットシリンダ１４を駆動させる圧油の圧力を検出する油圧センサを用いて検出してもよい。この場合、掘削物がバケット１２に保持されている状態と保持されていない状態とで、作業機１０に掛かる負荷が変化する。作業機負荷センサ７１は、作業機１０に掛かる負荷の変化を検出することによって、バケット１２内に保持された掘削物の有無を検出することができる。

【0034】

ブーム角センサ７２は、車体２に対するブーム１１の角度を検出し、検出データをコントローラ１００へ出力する。ブーム角センサ７２は、例えば、車体２とブーム１１との連結部に配置される角度センサである。なお、ブーム１１の角度は、ブームシリンダ１３のストローク量から算出してもよい。

【0035】

バケット角センサ７３は、バケット１２の角度を検出するためのセンサである。バケット角センサ７３は、例えば、ブーム１１とベルクランク１５との連結部に配置される角度センサである。バケット角センサ７３は、ブーム１１に対するベルクランク１５の角度を検出し、検出データをコントローラ１００へ出力する。ブーム角センサ７２が検出した車体２に対するブーム１１の角度と、バケット角センサ７３が検出したブーム１１に対するベルクランク１５の角度とに基づいて、ブーム１１（および車体２）に対するバケット１２の角度を算出することができる。なお、ブーム１１に対するバケット１２の角度は、例えば、バケット１２とブーム１１との連結部において、ブーム１１に対するバケット１２の角度を検出するセンサを用いて検出してもよい。また、ブーム１１に対するベルクランク１５の角度やブーム１１に対するバケット１２の角度は、ブームシリンダ１３のストローク量とバケットシリンダ１４のストローク量から算出してもよい。

【0036】

［コントローラの構成］
図９は、第１の実施形態に係るホイールローダ１のコントローラ１００を示す構成図である。コントローラ１００は、例えば、プロセッサ、主記憶装置、補助記憶装置、入出力装置等を有するＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やマイクロコンピュータを用いて構成される。コントローラ１００は、ハードウェアまたはハードウェアとプログラム等のソフトウェアの組み合わせから構成される機能的構成として、操作信号検出部１０１と、ブーム角取得部１０２と、バケット角算出部１０４と、記憶部１０５と、目標バケット角決定部１０７と、バケット接地検出部１１２と、バケットシリンダ制御部１０９とを備える。

【0037】

本実施形態のコントローラ１００は、バケット１２とバケット１２の位置と姿勢を変化させる可動支持部１７とを有する作業機１０を制御する装置である。そして、コントローラ１００は、バケット１２の姿勢を操作する指令信号と、バケット１２の現在の姿勢を示す検出信号とに基づいて、少なくとも３種類の目標姿勢のうちのいずれかを選択してバケット１２の目標姿勢とし、可動支持部１７を制御する。バケット１２の姿勢を操作する指令信号は、バケット操作装置３３が出力した操作レバー３３Ｌの傾動方向と傾動量に応じた制御信号と、操作信号検出部１０１が出力したバケット操作装置３３に対して傾動保持操作が行われたことを示す制御信号とを含む。バケット１２の現在の姿勢を示す検出信号は、バケット角算出部１０４が出力した現在のバケット角を示す検出信号である。

【0038】

なお、図９は、コントローラ１００が有する複数の機能のうち、操作装置３２（操作部）が有するバケット操作装置３３の操作に応じた制御に対応する構成のみを示している。また、後述するコントローラ１００の動作例では、バケット操作装置３３の操作に応じた制御のうち、図７および図８に示すバケット操作装置３３の操作レバー３３Ｌに傾動保持操作が行われた場合について説明する。

【0039】

操作信号検出部１０１は、操作装置３２内のバケット操作装置３３の操作信号を受信し、操作レバー３３Ｌの位置が傾動位置Ａ１または傾動位置Ｅ１に傾動させる傾動保持操作が行われたか否か、あるいは、スイッチ３３ｂ１に対して傾動保持操作が行われたか否かを検出した結果を、傾動保持操作が行われたことを示す制御信号として目標バケット角決定部１０７およびバケットシリンダ制御部１０９へ出力する。なお、本実施形態において、バケット１２の姿勢を操作する指令信号は、操作信号検出部１０１が出力する以下の第１の指令信号と第２の指令信号とを含む。

【0040】

第１の指令信号は、例えば、操作レバー３３Ｌが、傾動位置Ａ１（第１の制御位置）へ傾動保持操作された場合に出力される信号である。第２の指令信号は、例えば、操作レバー３３Ｌが、傾動位置Ｅ１（第２の制御位置）へ傾動保持操作された場合に出力される信号である。

【0041】

あるいは、第１の指令信号は、例えば、操作レバー３３Ｌが傾動位置Ｂ１（第１の制御位置の方向）へ操作され、かつスイッチ３３ｂ１が操作された場合に出力される信号である。第２の指令信号は、例えば、操作レバー３３Ｌが傾動位置Ｄ１（第２の制御位置の方向）へ操作され、かつスイッチ３３ｂ１が操作された場合に出力される信号である。

【0042】

あるいは、第１の指令信号は、例えば、スイッチ３３ｂ１（第１のスイッチ）が操作された場合に出力される信号である。第２の指令信号は、スイッチ３３ｂ２（第２のスイッチ）が操作された場合に出力される信号である。

【0043】

ブーム角取得部１０２は、ブーム角センサ７２が検出したデータを受信し、現在のブーム角を取得する。ブーム角取得部１０２は、取得した現在のブーム角データを目標バケット角決定部１０７と、バケット接地検出部１１２へ出力する。現在のブーム角データは、例えば、現在のブームシリンダ長を示すデータであってもよい。

【0044】

バケット角算出部１０４は、ブーム角センサ７２が検出したデータとバケット角センサ７３が検出したデータとを受信し、現在のバケット角を算出する。バケット角算出部１０４は、算出した現在のバケット角データを目標バケット角決定部１０７、バケットシリンダ制御部１０９、およびバケット接地検出部１１２へ出力する。現在のバケット角データは、例えば、現在のバケットシリンダ長を示すデータであってもよい。

【0045】

記憶部１０５は、表示入力部３４を用いて設定されたバケット１２の少なくとも３種類の目標姿勢の設定値を記憶値として記憶する。本実施形態において、少なくとも３種類の目標姿勢は、第１の姿勢と、第２の姿勢と、第３の姿勢とを含む。あるいは、後述する第２の実施形態において、少なくとも３種類の目標姿勢は、第１の姿勢を含む。また、第１の姿勢の初期値は例えば、バケット１２の水平姿勢とすることができる。また、第２の姿勢の初期値は例えば、バケット１２の運搬姿勢とすることができる。また、第３の姿勢の初期値は、例えば、バケット１２の排土姿勢または接地姿勢とすることができる。オペレータは、表示入力部３４を用いてこれらの目標姿勢の設定値を変更したり、初期化したりすることができる。

【0046】

目標バケット角決定部１０７は、操作信号検出部１０１の出力信号と、バケット角算出部１０４の出力信号と、記憶部１０５に設定されている目標姿勢の設定値とに基づいて、記憶部１０５に記憶されている少なくとも３種類の目標姿勢の設定値から１つの目標姿勢を選択する。目標バケット角決定部１０７は、選択した目標姿勢とブーム角取得部１０２の出力信号（ブーム角）とに基づいて目標バケット角を決定する。バケット１２の姿勢は、ブーム１１の角度（ブーム角）に応じて可動領域が変化するため、バケット１２の姿勢は、目標姿勢とブーム角とに基づいて決定される。なお、目標バケット角を示すデータは、例えば、バケットシリンダ長の目標値である目標バケットシリンダ長を示すデータであってもよい。目標バケット角決定部１０７は、選択した目標姿勢データをバケットシリンダ制御部１０９へ出力する。目標バケット角決定部１０７は、決定した目標バケット角をバケットシリンダ制御部１０９へ出力する。

【0047】

なお、目標バケット角決定部１０７は、操作信号検出部１０１から第１の指令信号を受信した場合、第１の姿勢および第２の姿勢のいずれかを目標姿勢として選択する。また、目標バケット角決定部１０７は、操作信号検出部１０１から第２の指令信号を受信した場合、第１の姿勢および第３の姿勢のいずれかを目標姿勢として選択する。

【0048】

なお、本実施形態では、バケット１２は、第１の姿勢領域と第２の姿勢領域とに回動可能である。第１の姿勢領域は、第１の姿勢と第２の姿勢との間の姿勢領域であり、第２の姿勢領域は、第１の姿勢と第３の姿勢との間の姿勢領域である。目標バケット角決定部１０７は、操作信号検出部１０１から第１の指令信号を受信し、かつ、バケット１２の現在の姿勢が第２の姿勢領域である場合は、第１の姿勢を目標姿勢として選択する。また、目標バケット角決定部１０７は、操作信号検出部１０１から第２の指令信号を受信し、かつ、バケット１２の現在の姿勢が第１の姿勢領域である場合は、第１の姿勢を目標姿勢として選択する。

【0049】

バケット接地検出部１１２は、ブーム角取得部１０２が出力したブーム角と、バケット角算出部１０４が算出したバケット角と、作業機負荷センサ７１が検出した作業機１０の負荷とに基づいて、バケット１２が路面（地面）ＲＳに接地したか否かを検出する。バケット接地検出部１１２は、例えば、ブーム角とバケット角に基づいてバケット１２と路面ＲＳとの間隔を推定するとともに、作業機負荷センサ７１が一定の負荷の増大を検出したときに、バケット１２が接地したと検知する。バケット接地検出部１１２は、検出結果をバケットシリンダ制御部１０９へ出力する。

【0050】

バケットシリンダ制御部１０９は、バケット操作装置３３に対して所定の傾動保持操作が行われた場合、バケット１２の姿勢を操作する指令信号とバケット１２の現在の姿勢を示す検出信号とに基づいて、目標バケット角決定部１０７が選択した目標姿勢となるようにバケットシリンダ指令を出力する。バケットシリンダ制御部は、バケット角算出部１０４が算出した現在のバケット角と、目標バケット角決定部１０７が決定した目標バケット角とを比較し、現在のバケット角が目標バケット角となるようにバケットシリンダ指令を出力する。バケットシリンダ制御部１０９は、バケットシリンダ指令を出力して制御弁２００を制御する。制御弁２００は、バケットシリンダ指令に基づいてバケットシリンダ１４を駆動し、可動支持部１７を制御する。

【0051】

［バケットの動作例］
図１０は、第１の実施形態に係るバケット１２の動作例を示す模式図である。図１０では、バケット１２を水平状態（水平姿勢）とした場合をバケット１２－１として示す。バケット１２を最大限チルトさせた状態（この状態をチルトエンドという）をバケット１２－２として示す。バケット１２を最大限ダンプさせた状態（この状態をダンプエンドという）をバケット１２－３として示す。ただし、ダンプエンドの姿勢は、バケット１２を最大限ダンプさせた状態（バケット１２－３ａとして示す）と、バケット１２が接地した状態（バケット１２－３ｂとして示す）のいずれかの姿勢となる。

【0052】

なお、以下の動作例の説明では、第１姿勢を水平姿勢、第２姿勢をチルトエンド、第３姿勢をダンプエンドとする場合について説明する。なお、バケット１２－１－２は、第１姿勢のバケット１２－１と、第２姿勢のバケット１２－２の間の姿勢である。バケット１２－１－３は、第１姿勢のバケット１２－１と、第３姿勢のバケット１２－３の間の姿勢である。

【0053】

［コントローラの動作例］
図１１は、第１の実施形態に係るコントローラ１００の動作例を示すフローチャートである。図１１に示す処理によって、コントローラ１００（バケットシリンダ制御部１０９）は、バケット姿勢を制御する。

【0054】

図１１は、所定の周期で繰り返し実行されるフローである。なお、図１１は、チルト側の処理を示し、ダンプ側の処理には「チルト側」あるいは「チルトエンド」を「（ ）」内の「（ダンプ側）」あるいは「（ダンプエンド）」に読み替えた処理となる。

【0055】

図１１に示す処理では、コントローラ１００は、まず、チルト側（ダンプ側）への傾動保持操作を検出したか否かを判断する（Ｓ１０１）。傾動保持操作を検出していない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、コントローラ１００は、図１１に示す処理を終了する。傾動保持操作を検出した場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、現在のバケット角データに基づいてバケット１２の現在の姿勢が水平姿勢よりダンプ側（チルト側）か否かを判断する（Ｓ１０２）。バケット１２の現在の姿勢が水平姿勢よりダンプ側（チルト側）である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、現在のブーム角に応じて、バケット１２が水平姿勢となる目標バケット角を決定する（Ｓ１０３）。バケット１２の現在の姿勢が水平姿勢よりダンプ側（チルト側）でない場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、コントローラ１００は、現在のブーム角に応じて、バケット１２の姿勢がチルトエンド（ダンプエンド）状態となる目標バケット角を決定する（Ｓ１０４）。次に、コントローラ１００は、現在のバケット角が目標バケット角となるように指令を出力する（Ｓ１０５）。次に、コントローラ１００は、ダンプ側（チルト側）へのレバー操作を検出したか否かを判断する（Ｓ１０６）。ダンプ側（チルト側）へのレバー操作を検出した場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、処理を中止する（Ｓ１０７）。ダンプ側（チルト側）へのレバー操作を検出しなかった場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、コントローラ１００は、図１１に示す処理を終了する。

【0056】

以上の処理によって、コントローラ１００は、バケット１２の姿勢が目標バケット姿勢となるように可動支持部１７を制御する。本実施形態では、バケット姿勢が水平姿勢（第１姿勢）よりダンプ側（チルト側）の場合、チルト側（ダンプ側）傾動保持操作によって、バケット姿勢を水平姿勢（第１姿勢）に調整することができる。

【0057】

また、コントローラ１００は、バケット姿勢が水平姿勢（第１姿勢）よりチルト側（ダンプ側）の場合、チルト側（ダンプ側）傾動保持操作によって、チルトエンド（ダンプエンド）に調整することができる。

【0058】

（作用・効果）
以上のように本実施形態によれば、バケット操作装置３３に対して所定の傾動保持操作を行うことで、作業工具の姿勢を複数の姿勢に自動で調整することができる。

【0059】

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係るコントローラ１００の動作例ついて、図１２～図１４を参照しながら詳細に説明する。なお、コントローラ１００の構成は、図９に示す第１の実施形態と同一であるため、説明を省略する。

【0060】

［コントローラの動作例］
図１２～図１４は、第２の実施形態に係るコントローラ１００の動作例を示すフローチャートである。図１２～図１４に示す処理によって、コントローラ１００（バケットシリンダ制御部１０９）は、バケット姿勢を制御する。

【0061】

図１２は、所定の周期で繰り返し実行されるメインフローである。図１３は、Ｓ２０２で実行され、Ｓ２０６で中止される処理１（傾動保持操作を１回検出したの場合の処理）の内容を示す。図１４は、Ｓ２０７で実行される処理２（例えば、1回目の傾動保持操作を検出してから所定時間内に２回目の傾動保持操作を検出した場合の処理）の内容を示す。なお、図１２～図１４は、チルト側の処理を示し、ダンプ側の処理には「チルト側」あるいは「チルトエンド」を「（ ）」内の「（ダンプ側）」あるいは「（ダンプエンド）」に読み替え、また、（Ｓ４０５）の判断を加えた処理となる。ただし、Ｓ４０５の判断の処理は、チルト側の処理で実行しても問題はない。

【0062】

図１２に示す処理では、コントローラ１００は、まず、チルト側（ダンプ側）への傾動保持操作を検出したか否かを判断する（Ｓ２０１）。傾動保持操作を検出していない場合（Ｓ２０１：Ｎｏ）、コントローラ１００は、図１２に示す処理を終了する。傾動保持操作を検出した場合（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、処理１（図１３）を開始する（Ｓ２０２）。以後、処理１内で処理１が中止されるか、または、Ｓ２０６で中止されるまで、処理１は実行される。

【0063】

図１３に示す処理１では、コントローラ１００は、まず、現在のバケット角データに基づいてバケット１２の現在の姿勢が水平姿勢よりダンプ側（チルト側）か否かを判断する（Ｓ３０１）。バケット１２の現在の姿勢が水平姿勢よりダンプ側（チルト側）でない場合（Ｓ３０１：Ｎｏ）、コントローラ１００は、図１３に示す処理１を終了する。バケット１２の現在の姿勢が水平姿勢よりダンプ側（チルト側）である場合（Ｓ３０１：Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、現在のブーム角に応じて、バケット１２の姿勢が水平姿勢となる目標バケット角を決定する（Ｓ３０２）。次に、コントローラ１００は、現在のバケット角が目標バケット角となるように指令を出力する（Ｓ３０３）。次に、コントローラ１００は、ダンプ側（チルト側）へのレバー操作を検出したか否かを判断する（Ｓ３０４）。ダンプ側（チルト側）へのレバー操作を検出した場合（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、処理を中止し（Ｓ３０４）、ダンプ側（チルト側）へのレバー操作を検出しなかった場合（Ｓ３０４：Ｎｏ）、コントローラ１００は、図１３に示す処理１を終了する。

【0064】

一方、図１２に示す処理では、コントローラ１００は、処理１（図１３）を開始した後（Ｓ２０２）、傾動保持操作検出後の時間をカウントする（Ｓ２０３）。次に、コントローラ１００は、所定時間以内にチルト側（ダンプ側）への傾動保持操作を検出したか否かを判断する（Ｓ２０４）。所定時間以内にチルト側（ダンプ側）への傾動保持操作を検出しなかった場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、コントローラ１００は、カウンタをクリアして（Ｓ２０８）、図１２に示す処理を終了する。所定時間以内にチルト側（ダンプ側）への傾動保持操作を検出した場合（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、処理１を実行中か否かを判断する（Ｓ２０５）。処理１を実行中である場合（Ｓ２０５：Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、処理１を中止する（Ｓ２０６）。処理１を実行中でない場合（Ｓ２０５：Ｎｏ）、または、処理１を中止した場合（Ｓ２０６）、コントローラ１００は、処理２（図１４）を開始し（Ｓ２０７）、カウントをクリアして（Ｓ２０８）、図１２に示す処理を終了する。

【0065】

図１４に示す処理２では、コントローラ１００は、まず、現在のブーム角に応じて、バケット１２の姿勢がチルトエンド（ダンプエンド）状態となる目標バケット角を決定する（Ｓ４０１）。次に、コントローラ１００は、現在のバケット角が目標バケット角となるように指令を出力する（Ｓ４０２）。次に、コントローラ１００は、ダンプ側（チルト側）へのレバー操作を検出したか否かを判断する（Ｓ４０３）。ダンプ側（チルト側）へのレバー操作を検出した場合（Ｓ４０３：Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、処理を中止する（Ｓ４０４）。一方、ダンプ側（チルト側）へのレバー操作を検出しなかった場合（Ｓ４０３：Ｎｏ）、コントローラ１００は、バケット１２の接地が検出されたか否かを判断する（Ｓ４０５）。バケット１２の接地が検出された場合（Ｓ４０５：Ｙｅｓ）、コントローラ１００は、処理を中止し（Ｓ４０４）、バケット１２の接地が検出されなかった場合（Ｓ４０５：Ｎｏ）、コントローラ１００は、図１４に示す処理を終了する。

【0066】

以上の処理によって、コントローラ１００は、バケット１２が第２姿勢または第１姿勢と第２姿勢間の姿勢である場合に、ダンプ側傾動保持操作が１回行われた場合、バケット１２を第１姿勢（水平姿勢）に調整する。また、コントローラ１００は、バケット１２が第３姿勢または第１姿勢と第３姿勢間の姿勢である場合に、チルト側傾動保持操作が１回行われた場合、バケット１２を第１姿勢（水平姿勢）に調整する。

【0067】

コントローラ１００は、バケット１２が任意の姿勢である場合に、チルト側傾動保持操作が所定時間内に連続的に繰り返して行われた場合、バケット１２を第２姿勢（チルトエンド）に調整する。また、コントローラ１００は、バケット１２が任意の姿勢である場合に、ダンプ側傾動保持操作が所定時間内に連続的に繰り返して行われた場合、バケット１２を第３姿勢（ダンプエンド）に調整する。

【0068】

（作用・効果）
以上のように、第２の実施形態に係るコントローラ１００によれば、コントローラ１００の目標バケット角決定部１０７は、バケット１２の姿勢を操作する指令信号を受信した場合、第１の姿勢をバケット１２の目標姿勢として可動支持部１７を制御する。また、コントローラ１００は、バケット１２の現在の姿勢を示す指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、少なくとも３種類の目標姿勢のうち第１の姿勢とは異なる目標姿勢を選択してバケット１２の目標姿勢とし、可動支持部１７を制御する。

【0069】

目標バケット角決定部１０７は、操作信号検出部１０１から第１の指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、記憶部１０５に記憶されている少なくとも３種類の目標姿勢の設定値から第２の姿勢を目標姿勢として選択してバケット１２の目標姿勢とし、可動支持部１７を制御する。また、目標バケット角決定部１０７は、操作信号検出部１０１から第２の指令信号を所定時間内に連続的に繰り返して受信した場合、記憶部１０５に記憶されている少なくとも３種類の目標姿勢の設定値から第３の姿勢を目標姿勢として選択してバケット１２の目標姿勢とし、可動支持部１７を制御する。

【0070】

本実施形態によれば、バケット操作装置３３に対して所定の傾動保持操作を行うことで、作業工具の姿勢を複数の姿勢に自動で調整することができる。

【0071】

＜本実施形態の変形例または他の実施形態＞
以上、この発明の実施形態について図面を参照して説明してきたが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【0072】

例えば、ホイールローダ１は、遠隔操作できるものとしてもよい。この場合、コントローラ１００の一部または全部と、操作装置３２とを、例えば、遠隔操作を行う場所に設けることができる。

【0073】

また、例えば、作業機械（あるいは作業車両）は、ホイールローダに限定されず、作業工具と作業工具の可動支持部とを有する作業機を備える油圧ショベル等の他の作業機械とすることができる。また、作業工具は、バケットに限られない。作業工具は、例えばアタッチメントとしてホイールローダに交換可能に取り付けられるフォーク、ベールグラブ等としてもよい。

【0074】

また、上記実施形態でコンピュータが実行するプログラムの一部または全部は、コンピュータ読取可能な記録媒体や通信回線を介して頒布することができる。

【符号の説明】

【0075】

１ ホイールローダ（作業機械）、２ 車体、３ キャブ、４ 走行装置、５ 車輪、６ タイヤ、１０ 作業機、１１ ブーム、１２ バケット（作業工具）、１２Ｔ 刃先、１３ ブームシリンダ、１４ バケットシリンダ、１５ ベルクランク、１６ リンク、１７ 可動支持部、１００ コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】