特開 2023-35986 建設機械

(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】P2023035986

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20230306BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022135766

(22)【出願日】2022-08-29

(31)【優先権主張番号】10-2021-0115394

(32)【優先日】2021-08-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】520485941

【氏名又は名称】ボルボ・コンストラクション・イクイップメント・アクチエボラグ

【氏名又は名称原語表記】ＶＯＬＶＯ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＡＢ

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100169018

【弁理士】

【氏名又は名称】網屋 美湖

(74)【代理人】

【識別番号】100217076

【弁理士】

【氏名又は名称】宅間 邦俊

(72)【発明者】

【氏名】シン・フンヂュ

(72)【発明者】

【氏名】キム・ミオク

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB04

2D003BA01

2D003BA02

2D003BA03

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB03

2D003DB04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】バケットのローテーティング操作をすると、ティルティングと回動が自動で制御される。
【解決手段】下部走行体と、上部旋回体と、ブーム、アーム、バケット、およびバケットをアームに対してティルティング可能に支持するティルティングアクチュエータとローテーティング可能に支持するローテーティングアクチュエータとで構成されるティルトローテーターを含む作業装置と、操作レバーと、前記作業装置の位置情報および姿勢情報を提供する位置情報提供部と、前記作業装置の作業領域を設定することができ、前記作業領域の平面情報を提供する作業設定部と、前記操作レバー、前記作業設定部および前記位置情報提供部のうちの一つ以上から入力される信号により前記作業装置を制御する電子制御部と、を含み、前記電子制御部は、前記バケットのローテート軸が作業領域に垂直に整列されるように前記バケットの姿勢を制御する、建設機械を提供する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部走行体と、
前記下部走行体上で回転可能に支持される上部旋回体と、
前記上部旋回体に回動可能なブーム、前記ブームに回動可能なアーム、前記アームに回動可能なバケット、および前記バケットを前記アームに対してティルティング可能に支持するティルティンアクチュエータと、前記バケットを前記アームに対してローテーティング可能に支持するローテーティングアクチュエータと、で構成されるティルトローテーターを含む作業装置と、
運転者の操作量に対応する操作信号を出力する操作レバーと、
前記作業装置の位置情報および姿勢情報を提供する位置情報提供部と、
前記作業装置の作業領域を設定することができ、前記作業領域の平面情報を提供する作業設定部と、
前記操作レバー、前記作業設定部および前記位置情報提供部のうちの一つ以上から入力される信号により前記作業装置を制御する電子制御部と、を含み、
前記電子制御部は、前記バケットのローテート軸が作業領域に垂直に整列されるように前記バケットの姿勢を制御する、建設機械。

【請求項2】

前記電子制御部は、前記バケットのローテーティング操作信号が予め設定された基準値より長く持続すると、前記バケットのローテート軸を作業領域に垂直となるように整列する、請求項１に記載の建設機械。

【請求項3】

前記電子制御部は、前記位置情報提供部から提供された作業領域の平面情報を考慮して、作業領域の法線ベクトルを算出する、請求項２に記載の建設機械。

【請求項4】

前記電子制御部は、前記バケットのローテート軸が前記法線ベクトルに整列されるときの前記バケットの目標姿勢を特定する、請求項３に記載の建設機械。

【請求項5】

前記電子制御部は、前記バケットの現在の姿勢と前記バケットの目標姿勢とを比較して、作業領域対する前記バケットの角度偏差を算出する、請求項４に記載の建設機械。

【請求項6】

前記電子制御部は、前記バケットのローテート軸と前記法線ベクトルとの角度偏差を算出する、請求項４に記載の建設機械。

【請求項7】

前記電子制御部は、前記角度偏差に対応する油圧を生成して前記バケットの油圧シリンダおよび前記ティルティングアクチュエータのうちの一つ以上に供給する、請求項５または請求項６に記載の建設機械。

【請求項8】

前記電子制御部は、前記操作レバーの操作量に対応する油圧を生成して前記ローテーティングアクチュエータに供給する、請求項７に記載の建設機械。

【請求項9】

前記位置情報提供部は、建設機械の位置情報を測定する位置測定部、建設機械の姿勢情報とそれぞれの作業装置の姿勢情報とを測定する姿勢測定部、および前記位置測定部と前記姿勢測定部から測定された位置情報および姿勢情報に基づいて座標を算出する座標算出部のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の建設機械。

【請求項10】

前記操作レバーは、電気式ジョイステックであって、運転者の操作量に比例して電気的信号を発生させて電子制御部に提供する、請求項１に記載の建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は建設機械に関し、さらに詳細にはバケットのティルティング動作のためのティルティングアクチュエータ及びバケットのローテーティング動作のためのローテーティングアクチュエータを含む建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

掘削機は、建設現場などで土地を掘り取る掘削作業、土砂を運搬する運搬作業、基礎を作るための根切り作業、建物を解体する破砕作業、地面を整地する整地作業、地面を均す均し作業などの多様な作業を遂行する建設機械である。

【0003】

図１を参照すると、掘削機のような建設機械１は、下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設置される上部旋回体３と、上部旋回体３上に上下方向に作動可能に設置される作業装置４と、を具備する。

【0004】

また、作業装置４は、多関節に形成されて、後端部が上部旋回体３に回動可能に支持されたブーム４ａと、ブーム４ａの先端に後端部が回動可能に支持されたアーム４ｂと、アーム４ｂの先端側に回動可能に設置されたバケット４ｃと、を具備する。そして、使用者のレバー操作によって作動油が供給され、ブームシリンダ（５、作業用アクチュエータ）とアームシリンダ（６、作業用アクチュエータ）とバケットシリンダ（７、作業用アクチュエータ）がそれぞれ、ブーム４ａ、アーム４ｂおよびバケット４ｃを作動させる。

【0005】

しかし、このような従来の建設機械１は、前記ブームシリンダ５とアームシリンダ６およびバケットシリンダ７によって上下方向にのみ回動作動されて掘削作業がなされるため、建設機械１の走行動作や旋回動作が難しい空間すなわち、狭い空間内での作業時に、一方向に対する掘削作業のみがなされるだけであり、掘削方向を変更できないという問題点があった。

【0006】

このような問題点を解決するために、図３のようなティルトローテーター７０が提案されている。

【0007】

詳細には、ティルトローテーター７０は、バケット３３のローテーティング動作のためのローテーティングアクチュエータ７４と、バケット３３のティルティング動作のためのティルティングアクチュエータとしての第１ティルティングシリンダ７３ａおよび第２ティルティングシリンダ７３ｂと、を含み、前記ローテーティングアクチュエータ７４と前記ティルティングアクチュエータを介して、バケット３３のティルティング動作およびローテーティング動作が可能であるように構成されて、作業空間の影響を受けずに掘削作業を迅速かつ容易に実施することができる。

【0008】

一方、作業領域に土砂を撒き散らす作業をするためには、バケット３３をその場でローテーティングしなければならない必要がある。ただし、図８（ａ）のようにバケット３３のローテート軸が作業領域に整列されないと、バケット３３のローテーティングによってバケット３３の背面部の一部が作業領域に侵入する可能性がある。

【0009】

したがって、運転者が感覚に依存して、バケット３３のローテート軸が作業領域の法線ベクトルに整列されるように、バケット３３のティルティングまたは回動を任意に調整しなければならないが、このような作業は高度の熟練技術が必要であるため、初心者が作業するには困難があるという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】韓国登録特許公報第１０－１５８２９５７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は前述した従来技術の問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、運転者がバケットのローテーティング操作をすると、ティルティングと回動が自動で制御されて、バケットのローテート軸が作業領域に垂直に整列される建設機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一側面は、下部走行体と、前記下部走行体上で回転可能に支持される上部旋回体と、前記上部旋回体に回動可能なブーム、前記ブームに回動可能なアーム、前記アームに回動可能なバケット、および前記バケットを前記アームに対してティルティング可能に支持するティルティングアクチュエータと前記バケットを前記アームに対してローテーティング可能に支持するローテーティングアクチュエータとで構成されるティルトローテーターを含む作業装置と、運転者の操作量に対応する操作信号を出力する操作レバーと、前記作業装置の位置情報および姿勢情報を提供する位置情報提供部と、前記作業装置の作業領域を設定することができ、前記作業領域の平面情報を提供する作業設定部と、前記操作レバー、前記作業設定部および前記位置情報提供部のうちの一つ以上から入力される信号により前記作業装置を制御する電子制御部と、を含み、前記電子制御部は、前記バケットのローテート軸が作業領域に垂直に整列されるように前記バケットの姿勢を制御する、建設機械を提供する。

【0013】

一実施例において、前記電子制御部は、前記バケットのローテーティング操作信号が予め設定された基準値より長く持続すると、前記バケットのローテート軸が作業領域に垂直になるように整列することができる。

【0014】

一実施例において、前記電子制御部は、前記位置情報提供部から提供された作業領域の平面情報を考慮して、作業領域の法線ベクトルを算出することができる。

【0015】

一実施例において、前記電子制御部は、前記バケットのローテート軸が前記法線ベクトルに整列されるときの前記バケットの目標姿勢を特定することができる。

【0016】

一実施例において、前記電子制御部は、前記バケットの現在の姿勢と前記バケットの目標姿勢とを比較して、作業領域に対する前記バケットの角度の角度偏差を算出することができる。

【0017】

一実施例において、前記電子制御部は、前記バケットのローテート軸と前記法線ベクトルとの角度偏差を算出することができる。

【0018】

一実施例において、前記電子制御部は、前記角度偏差に対応する油圧を生成して前記バケットの油圧シリンダおよび前記ティルティングアクチュエータのうちの一つ以上に供給することができる。

【0019】

一実施例において、前記電子制御部は、前記操作レバーの操作量に対応する油圧を生成して前記ローテーティングアクチュエータに供給することができる。

【0020】

一実施例において、前記位置情報提供部は、建設機械の位置情報を測定する位置測定部、建設機械の姿勢情報とそれぞれの作業装置の姿勢情報を測定する姿勢測定部、および前記位置測定部と前記姿勢測定部から測定された位置情報および姿勢情報に基づいて座標を算出する座標算出部のうちの少なくとも一つを含むことができる。

【0021】

一実施例において、前記操作レバーは、電気式ジョイステックであって、運転者の操作量に比例して電気的信号を発生させて電子制御部に提供することができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の一側面によると、バケットがローテート動作をする間、漸進的にローテート軸が作業領域に垂直になるので、ローテートの回転によるバケットの動きが最小化され、運転者はバケットのティルティングと回動を操作する必要がなく、ローテーターのみ操作すればよいので、方向を直観的に扱うことができる。

【0023】

本発明の効果は前記した効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明または特許請求の範囲に記載された発明の構成から推論可能なすべての効果を含むものと理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】従来技術に係る建設機械の基本構成を図示した斜視図である。

【図2】本発明の一実施例に係る建設機械の基本構成を図示した斜視図である。

【図3】本発明の一実施例に係るティルトローテーターの基本構成を図示した斜視図である。

【図4】本発明の一実施例に係る建設機械の機能構成を示すブロック図である。

【図5】本発明の一実施例に係るバケットの作業領域に対する整列を示す概略図である。

【図6】本発明の一実施例に係るバケットの姿勢制御を示す概略図である。

【図7】本発明の一実施例に係るバケットの姿勢制御を示す概略図である。

【図8】本発明の一実施例に係るバケットのローテート軸を作業領域の法線ベクトルに整列する制御を示す概略図である。

【図9】本発明の一実施例に係るバケットのローテート軸を作業領域の法線ベクトルに整列する制御を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下では、添付した図面を参照して本発明を説明する。しかし、本発明は多様な異なる形態で具現され得、したがって、ここで説明する実施例に限定されるものではない。そして、図面で本発明を明確に説明するために説明にかかわらない部分は省略し、明細書全体を通じて類似する部分に対しては類似する図面符号を付した。

【0026】

明細書全体で、或る部分が他の部分と「連結」されているとするとき、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その中間に他の部材を挟んで「間接的に連結」されている場合も含む。また、或る部分が何らかの構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対の記載がない限り他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに具備できるということを意味する。

【0027】

本明細書で使われる「第１」または「第２」のような序数を含む用語は多様な構成要素または段階を説明するために使われ得るが、該当構成要素または段階は序数によって限定されてはならない。序数を含む用語は一つの構成要素または段階を他の構成要素または段階から区別するための用途でのみ解釈されるべきである。

【0028】

以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

【0029】

図２～図４を参照すると、本発明の一実施例に係る建設機械１００は、下部走行体１０、前記下部走行体１０上で回動可能に支持される上部旋回体２０、前記上部旋回体２０により支持される作業装置３０を具備する。作業装置３０は、それぞれの油圧シリンダによって作動するブーム３１、アーム３２およびバケット３３を含む。

【0030】

併せて、建設機械１００は、前記バケット３３のティルティングのためのティルティングアクチュエータと、前記バケット３３のローテーティング動作のためのローテーティングアクチュエータ７４が備えられるティルトローテーター７０と、を含む。

【0031】

具体的には、ティルティングアクチュエータは、バケット３３をティルティング可能に支持するティルティングピン７１と、アーム３２とバケット３３との間にアタッチメントを結合するためのクランパ７２と、バケット３３をティルティングさせるための第１ティルティングシリンダ７３ａ、第２ティルティングシリンダ７３ｂと、を具備する。第１ティルティングシリンダ７３ａ、第２ティルティングシリンダ７３ｂを駆動することによって、バケット３３を、ティルティングピン７１を中心としてティルティングさせることができる。

【0032】

併せて、ローテーティングアクチュエータ７４は、バケット３３の上部に設けられ、ウォームホイールと、ウォームホイールと噛み合うウォームと、ウォームを駆動させる油圧モータと、を含んでなる。油圧モータの駆動によりウォームが回動すると、ウォームと噛み合っているウォームホイールも回動し、ローテーティングアクチュエータ７４に締結されるバケット３３がローテーティング動作をすることになる。

【0033】

ティルトローテーター７０とバケット３３とは互いに平行な状態で締結されているので、ティルトローテーター７０のローテート軸はバケット３３のローテート軸と同一になる。

【0034】

ここで、第１ティルティングシリンダ７３ａ、第２ティルティングシリンダ７３ｂは、油圧シリンダによって作動し、ローテーティングアクチュエータ７４は、ウォームとウォームホイールを駆動させる油圧モータによって作動され得るが、これに限定されるものではなく、一つの油圧モータでティルティング動作とローテーティング動作を駆動する方式など、多様な駆動方式が適用され得ることは言うまでもない。

【0035】

本発明の一実施例に係る建設機械１００は、油圧シリンダおよび油圧モータを制御するコントロールバルブ２００、前記コントロールバルブ２００のスプールを制御する電磁比例減圧バルブ３００、運転者の操作量に対応する操作信号を出力する操作レバー４００、前記作業装置３０の位置情報、姿勢情報を収集および／または計算する位置情報提供部５００、前記作業装置３０の作業領域（Ｗ、Ｗｏｒｋ Ａｒｅａ）を設定および／または選択して作業領域Ｗの平面情報を提供できる作業設定部６００、および前記操作レバー４００、前記作業設定部６００および前記位置情報提供部５００のうちの少なくとも一つから入力される信号により前記電磁比例減圧バルブ３００に対する制御信号を出力する電子制御部７００を含む。

【0036】

コントロールバルブ２００は、圧力を受けて軸線方向に移動するスプールによって流路を開閉する部材である。すなわち、コントロールバルブ２００は、油圧源である油圧ポンプによって供給される作動油の供給方向を油圧シリンダ側および油圧モータ側に切り換える役割をする。コントロールバルブ２００は、油圧配管を通じて油圧ポンプと連結され、油圧ポンプから油圧シリンダおよび油圧モータへの作動油の供給を誘導する。

【0037】

電磁比例減圧バルブ（３００、Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｖａｌｖｅ）は、電子操作方式のバルブであって、電磁力を発生させるソレノイド部および流体の流路として利用されるバルブ部で構成され得る。

【0038】

電磁比例減圧バルブ３００が電子制御部７００により印加される電気的信号に対応して油圧を生成し、生成された油圧が電磁比例減圧バルブ３００からコントロールバルブ２００に伝達される。電磁比例減圧バルブ３００からの油圧は、コントロールバルブ２００内のスプールを軸線移動させる。

【0039】

具体的には、電磁比例減圧バルブ３００は、電子制御部７００によりバケット３３が左側ティルティングコントロール区間であると判断される場合、前記電子制御部７００からの電気的信号の入力によりコントロールバルブ２００のスプールに供給される左側ティルティング信号圧力を可変調節する。この場合、バケット３３を左側にティルティングさせる第１ティルティングシリンダ７２に流体を供給できるように流体の移動方向が設定されて、流体が投入されながらティルトローテーター７０が左側に所定角度だけティルティングされ、前記ティルトローテーター７０に締結されたバケット３３も同一の角度だけティルティングされる。

【0040】

また、電磁比例減圧バルブ３００は、電子制御部７００によりバケット３３が右側ティルティングコントロール区間であると判断される場合、前記電子制御部７００からの電気的信号の入力によりコントロールバルブ２００のスプールに供給される右側ティルティング信号圧力を可変調節する。この場合、バケット３３を右側にティルティングさせる第２ティルティングシリンダ７３に流体を供給できるように流体の移動方向が設定されて、流体が投入されながらティルトローテーター７０が右側に所定角度だけティルティングされ、前記ティルトローテーター７０に締結されたバケット３３も同一の角度だけティルティングされる。

【0041】

操作レバー４００は、油圧式ジョイステックまたは電気式ジョイステック（ＥｌｅｃｔｒｉｃＪｏｙｓｔｉｃｋ）であり得、好ましくは運転者の操作量に比例して電気的信号を発生させて電子制御部７００に提供する電気式ジョイステックであり得る。

【0042】

位置情報提供部５００は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星が送出する信号を受信して建設機械１００の位置情報を測定する位置測定部５１０、建設機械１００の姿勢情報とブーム３１、アーム３２およびバケット３３の姿勢情報を測定する姿勢測定部５２０、および前記位置測定部５１０と前記姿勢測定部５２０から測定された位置情報および姿勢情報から建設機械１００の寸法情報に基づいて建設機械１００の各部位別座標を算出する座標算出部５３０を含むことができる。

【0043】

位置測定部５１０は、ＧＰＳ衛星が送出する信号を受信できる受信機を具備することができ、受信した信号から建設機械１００の位置情報を測定する。

【0044】

姿勢測定部５２０は、複数の慣性測定装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ、ＩＭＵ）、角度センサ（Ａｎｇｌｅ Ｓｅｎｏｒ）等を利用してブーム３１、アーム３２およびバケット３３の位置および／または姿勢、そして建設機械１００の本体の傾きなどを測定する。例えば、上部旋回体２０、ブーム３１、アーム３２、バケット３３およびティルトローテーター７０のそれぞれには、慣性測定装置が配置され得、これによって、前後方向、左右方向および上下方向での上部旋回体２０、ブーム３１、アーム３２およびバケット３３およびティルトローテーター７０の加速度と、前後方向、左右方向および上下方向の周囲の上部旋回体２０、ブーム３１、アーム３２およびバケット３３およびティルトローテーター７０の角速度などの姿勢情報とを計測することができる。併せて、姿勢測定部５２０は、バケット３３が作業領域Ｗに接したときの姿勢情報も計測することができる。

【0045】

座標算出部５３０は、前記位置測定部５１０と前記姿勢測定部５２０から測定された位置情報および姿勢情報から、事前に入力された建設機械１００の寸法情報に基づいて、上部旋回体２０、ブーム３１、アーム３２、バケット３３およびティルトローテーター７０のうちの少なくとも一つの座標（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する。

【0046】

また、位置情報提供部５００は、作業位置周辺の地形情報および作業位置に対する施工情報を、算出された座標にマッピングするマッピング部をさらに具備することができる。前記マッピング部は、姿勢測定部５２０で測定されたそれぞれの作業装置３０の位置および／または姿勢、そして建設機械１００の本体の傾きなどを、前記座標算出部５３０で計算された各軸により調整してマッピングする。

【0047】

作業設定部６００は、作業装置３０の作業領域Ｗを設定および／または選択することができ、設定および／または選択された作業領域の平面情報を提供する。また、バケット姿勢制御（Ｂｕｃｋｅｔ Ｐｏｓｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）モード、作業領域制限（Ｗｏｒｋ Ａｒｅａ Ｌｉｍｉｔ）モード、スイングポジションコントロール（Ｓｗｉｎｇ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）モードなど、運転者の必要に応じて多様に設定および／または選択できる作業モード機能を具備することができる。

【0048】

作業設定部６００は、前記作業領域Ｗおよび／または前記作業モードの設定および／または選択により、位置情報提供部５００から提供された地形情報、位置情報、建設機械１００の姿勢情報、および作業設定部６００で設定された作業領域Ｗの平面情報のうちの少なくとも一つをディスプレイ６１０の画面に表示する。

【0049】

すなわち、運転者は、ディスプレイ６１０の画面で作業領域Ｗおよび／または作業モードを設定および／または選択し、これによって表示された情報を利用して容易に作業することができる。このとき、前記作業領域Ｗは、運転者が作業目標とするデザイン面（Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｕｒｆａｃｅ）を意味する。例えば、運転者は、タッチスクリーン機能を提供するディスプレイ６１０を介して傾斜値を入力して、作業領域Ｗを生成することができる。

【0050】

電子制御部７００は、操作レバー４００の操作信号と、位置情報提供部５００から提供された地形情報、作業装置３０の位置情報および姿勢情報と、作業設定部６００を介して入力された作業領域Ｗの平面情報とに基づいてバケット３３の姿勢を特定し、これによって、バケット３３の姿勢を制御する。

【0051】

詳細には、電子制御部７００は、ベクトル算出部７１０、目標姿勢特定部７２０、角度偏差算出部７３０、およびバケット制御部７４０を含む。

【0052】

ベクトル算出部７１０は、運転者が作業設定部６００上で目標とする作業領域Ｗを設定すると、作業設定部６００および位置情報提供部５００から提供された作業領域Ｗの角度などを考慮して、作業領域Ｗの法線ベクトル（ベクトルＮ）を算出する。

【0053】

目標姿勢特定部７２０は、ベクトル算出部７１０から提供された作業領域Ｗの法線ベクトル（ベクトルＮ）に基づいて、バケット３３の先端部が作業領域Ｗに接するときのバケット３３の目標姿勢を特定する。ここで、バケット３３の先端部が作業領域Ｗに接するという意味は、単純にバケット３３の先端部が作業領域Ｗに接触している場合だけでなく、バケット３３のローテート軸が作業領域Ｗの法線ベクトル（ベクトルＮ）に整列される場合も含む。

【0054】

角度偏差算出部７３０は、目標姿勢特定部７２０から提供されたバケット３３の目標姿勢と現在のバケット３３の姿勢とを比較して、バケット３３のティルティング角度、ローテーティング角度および回動角度の偏差を算出する。

【0055】

バケット制御部７４０は、角度偏差算出部７３０から提供された情報に基づいて、バケット３３の姿勢を制御する。

【0056】

図５および図６を参照すると、本発明の一実施例に係る建設機械１００のバケット３３制御方式は次の通りである。

【0057】

まず、運転者が、作業設定部６００のディスプレイ６１０の画面でバケット３３の姿勢制御モードのＯＮを選択する。ただしこれに限定されるものではなく、操作レバー４００にバケット３３の姿勢制御モードのＯＮ、ＯＦＦを入力するためのスイッチを配置してもよい。

【0058】

次に、目標とする作業領域Ｗを設定する。例えば、運転者は、ディスプレイ６１０を介して、３０度の傾斜角度を有する傾斜面を作業領域Ｗとして形成することができる。

【0059】

位置情報提供部５００の作業装置３０の位置情報、作業装置３０の姿勢情報、および作業設定部６００で設定された作業領域Ｗの平面情報は、電子制御部７００に提供される。

【0060】

ベクトル算出部７１０は、提供された作業領域Ｗの平面情報で作業領域Ｗに対する法線ベクトル（ベクトルＮ）を形成する。例えば、３０度の傾斜角度を有する傾斜面に対する情報がベクトル算出部７１０に伝達されると、ベクトル算出部７１０は、前記傾斜面に対する法線ベクトル（ベクトルＮ）を形成して目標姿勢特定部７２０に提供する。

【0061】

目標姿勢特定部７２０は、ベクトル算出部７１０から提供された作業領域Ｗの法線ベクトル（ベクトルＮ）から、バケット３３の先端部が作業領域Ｗに接するときのバケット３３の目標姿勢を特定する。例えば、目標姿勢特定部７２０は、３０度の傾斜角度を有する傾斜面にバケット３３の先端部が接するとき、バケット３３のティルト、ローテーティングおよび回動角度を特定する。

【0062】

詳細には、角度偏差算出部７３０は、作業領域Ｗに対するバケット３３の先端部の正射影に基づいて、バケット３３の目標姿勢とバケット３３の現在の姿勢との角度偏差を算出する。ただし、これに限定されるものではなく、角度偏差算出部７３０は、重力に垂直な平面に対するバケット３３先端部の正射影を基準として角度偏差を算出してもよい。

【0063】

具体的には、角度偏差算出部７３０は、位置情報提供部５００の多様な位置情報および姿勢情報と目標姿勢特定部７２０で提供されたバケット３３の目標姿勢とに基づいて、バケット３３の目標姿勢のティルティング角度とバケット３３の現在の姿勢とのティルティング角度の角度偏差を算出してバケット制御部７４０に提供する。

【0064】

併せて、角度偏差算出部７３０は、位置情報提供部５００の多様な位置情報および姿勢情報と目標姿勢特定部７２０で提供されたバケット３３の目標姿勢とに基づいて、バケット３３の目標姿勢のローテーティング角度とバケット３３の現在の姿勢のローテーティング角度の角度偏差を算出してバケット制御部７４０に提供する。

【0065】

併せて、角度偏差算出部７３０は、位置情報提供部５００の多様な位置情報および姿勢情報と目標姿勢特定部７２０で提供されたバケット３３の目標姿勢とに基づいて、バケット３３の目標姿勢の回動角度θ２とバケット３３の現在の姿勢の回動角度θ１の角度偏差θを算出してバケット制御部７４０に提供する。

【0066】

例えば、図６を参照すると、バケット３３の回動角度は、アーム３２の関節、バケット３３の関節およびバケット３３の先端部がなす角度であり得る。このとき、角度偏差算出部７３０は、バケット３３の現在の姿勢の回動角度θ１とバケット３３の目標姿勢の回動角度θ２との差であるθ１－θ２を算出してこれをバケット制御部７４０に提供する。

【0067】

運転者が前記作業領域Ｗに対する掘削作業のためにブーム３１とアーム３２を操作することで、操作レバー４００の操作信号が電子制御部７００に入力されると、電子制御部７００は、バケット３３が設定された作業領域Ｗに近いかどうかを判断する。詳細には、電子制御部７００は、バケット３３と設定された作業領域Ｗとの間の距離を算出する。次に、算出された距離を予め設定された値と比較して、算出された距離が予め設定された値より小さい場合バケット３３の姿勢制御を開始する。

【0068】

一方、バケット３３と設定された作業領域Ｗとの間の距離を算出するとき、現在のバケット３３の先端部と作業領域Ｗとの間の距離を測定する場合、バケット３３の先端部の揺動により、測定された距離が不安定になり得る。したがって、相対的に揺動が少ないアーム３２の先端部またはアーム３２の先端部に結合されるバケット３３の関節を基準として、バケット３３の姿勢制御の開始を判断することが好ましい。

【0069】

具体的には、図６および図７を参照すると、アーム３２の先端部と作業領域Ｗとの間の変位に基づいて、バケット３３の姿勢制御の開始を判断することができる。バケット制御部７４０は、アーム３２の先端部と作業領域Ｗとの間の変位が予め設定された値（ｄ_ａ）より大きいと判断すると、バケット３３の姿勢制御をしない。これによって、バケット３３は、初期の回動角度であるθ１を維持しながら作業領域Ｗに近接する。

【0070】

その後、バケット制御部７４０は、アーム３２の先端部と作業領域Ｗとの間の変位が予め設定された値（ｄ_ａ）より小さいと判断した場合、角度偏差算出部７３０で算出した角度偏差θ１－θ２を電気信号に変換して電磁比例減圧バルブ３００に送出する。

【0071】

バケット制御部７４０は、角度偏差算出部７３０で算出したティルティング角度偏差に対する情報を電気信号に変換して電磁比例減圧バルブ３００に送出し、電磁比例減圧バルブ３００は、ティルティング角度偏差に対応する油圧を生成して、前記ティルティング角度が低減されるようにティルティングアクチュエータに流体を供給する。

【0072】

併せて、バケット制御部７４０は、角度偏差算出部７３０で算出したローテーティング角度偏差に対する情報を電気信号に変換して電磁比例減圧バルブ３００に送出し、電磁比例減圧バルブ３００は、ローテーティング角度偏差に対応する油圧を生成して、前記ローテーティング角度偏差が低減されるようにローテーティングアクチュエータ７４に流体を供給する。

【0073】

併せて、バケット制御部７４０は、角度偏差算出部７３０で算出した回動角度偏差に対する情報を電気信号に変換して電磁比例減圧バルブ３００に送出し、電磁比例減圧バルブ３００は、回動角度偏差に対応する油圧を生成して、前記回動角度偏差が低減されるようにバケットシリンダ６０に流体を供給する。

【0074】

好ましくは、バケット制御部７４０は、アーム３２の先端部が作業領域Ｗに近接するほど、アーム３２とバケット３３とがなす回動角度θが、バケット３３の目標姿勢の回動角度θ２に達するように制御することができる。

【0075】

具体的には、図７に示された通り、アーム３２とバケット３３とがなす回動角度θは、現在の姿勢の回動角度θ１と目標姿勢の回動角度θ２との線形的な関係式であるθ＝ａ・θ１＋（１－ａ）・θ２からなり得る。このとき、アーム３２の先端部と作業領域Ｗとの間の変位が予め設定された値（ｄ_ａ）であるときにａ＝１に設定され、バケット３３の先端部が作業領域に接するとき、すなわちアーム３２の先端部と作業領域Ｗとの間の変位がｄ_ｆであるときにａ＝０に設定され得る。

【0076】

この場合、アーム３２の先端部と作業領域Ｗとの間の変位が予め設定された値（ｄ_ａ）より小さいと、アーム３２とバケット３３とがなす回動角度θ１が次第に減少し、バケット３３の先端部が作業領域Ｗに接するとき、アーム３２とバケット３３との角度は回動角度θ２に達することになる。

【0077】

ただし、図７のようにａはアーム３２の先端部と作業領域Ｗとの間の変位によって線形的に設定され得るが、これに限定されるものではない。

【0078】

図５を参照すると、図５（ａ）のようにバケット３３が作業領域Ｗに近接すると、バケット３３のティルティング角度、ローテーティング角度および回動角度が調節されるバケット３３の姿勢制御が行われて、図５（ｂ）のようにバケット３３の先端部が作業領域Ｗに接するように位置することになる。

【0079】

一方、作業領域Ｗに土砂を撒き散らす作業をするためには、バケット３３をその場でローテーティングしなければならない必要がある。ただし、図８（ａ）に参照された通り、バケット３３のローテート軸が作業領域Ｗの法線ベクトル（ベクトルＮ）に整列されないと、バケット３３のローテーティングによって、バケット３３の背面部の一部が作業領域Ｗに侵入する可能性がある。

【0080】

したがって、運転者はバケット３３の広げられた程度またはすぼまった程度によって、バケット３３を回動したりティルティングを任意に調整したりして、バケット３３のローテート軸を作業領域Ｗの法線ベクトル（ベクトルＮ）に整列させるが、このような作業は高度の熟練技術を要する。

【0081】

したがって、本発明の一実施例に係る電子制御部７００は、運転者がバケット３３のローテート操作レバー４００を操作すると、自動でバケット３３を回動および／またはティルティングしてバケット３３のローテート軸を作業領域Ｗの法線ベクトル（ベクトルＮ）に整列するように構成される。

【0082】

運転者によるバケット３３のローテート操作レバー４００の操作信号が電子制御部７００に入力されると、位置情報提供部５００の作業装置３０の位置情報および／または設定された作業領域Ｗの位置情報が電子制御部７００に提供される。

【0083】

ベクトル算出部７１０は、提供された作業領域Ｗの位置情報で作業領域Ｗに対する法線ベクトル（ベクトルＮ）を形成する。

【0084】

目標姿勢特定部７２０は、ベクトル算出部７１０から提供された作業領域Ｗの法線ベクトル（ベクトルＮ）に基づいて、バケット３３のローテート軸が作業領域Ｗの法線ベクトル（ベクトルＮ）に整列されるときのバケット３３の目標姿勢およびバケット３３のβ角度を特定する。

【0085】

これと関連して、図８を参照すると、αはバケット３３の形状によって決定された定数であって、バケット３３の背面部とバケット３３の上部面とがなす角度であり、βはバケット３３と作業領域Ｗとがなす角度である。

【0086】

バケット３３の上部面は、ローテーティングアクチュエータ７４に水平に締結されるので、バケット３３のローテート軸はバケット３３の上部面と直交する。したがって、図８（ｂ）に示された通り、βがαと同一になると、バケット３３のローテート軸が作業領域Ｗの法線ベクトル（ベクトルＮ）と整列される。

【0087】

すなわち、目標姿勢特定部７２０は、目標姿勢でのバケット３３のβ角度をαとして特定する。

【0088】

角度偏差算出部７３０は、位置情報提供部５００の多様な位置情報および姿勢情報と目標姿勢特定部７２０で提供された目標姿勢とに基づいて、バケット３３の目標姿勢のβ角度であるαとバケット３３の現在の姿勢のβ角度との角度偏差（β－α）を算出してバケット制御部７４０に提供する。

【0089】

ただし、これに限定されるものではなく、図９に示された通り、バケット３３のローテート軸と作業領域の法線ベクトル（ベクトルＮ）とがなす角度偏差を算出してバケット制御部７４０に提供してもよい。

【0090】

バケット制御部７４０は、角度偏差算出部７３０で算出した角度偏差に対する情報を電気信号に変換して電磁比例減圧バルブ３００に送出し、電磁比例減圧バルブ３００は、前記角度偏差が低減されるように、第１ティルティングシリンダ７３ａ、第２ティルティングシリンダ７３ｂおよびバケットシリンダ６０のうちの一つ以上に流体を供給する。

【0091】

併せて、バケット制御部７４０は、ローテート操作レバー４００の作動によるパイロット圧力をローテーティングアクチュエータ７４側の電磁比例減圧バルブ３００に入力して、ローテーティングアクチュエータ７４の油圧モータに流体を供給する。

【0092】

好ましくは、角度偏差は、運転者のローテーティング操作時間により線形的に減少するように設定され得るが、これに限定されるものではない。

【0093】

好ましくは、電子制御部７００は、入力されたバケット３３のローテーティング操作信号を予め設定された値と比較して、操作信号が予め設定された値より長く持続すると、バケット３３のローテート軸を法線ベクトル（ベクトルＮ）に整列する制御を開始する。

【0094】

電子制御部７００は、入力されたバケット３３のローテーティング操作信号が予め設定された値より小さいと、単純にバケット３３の先端部の方向を切り換える意図と判断し、第１ティルティングシリンダ７３ａ、第２ティルティングシリンダ７３ｂおよびバケットシリンダ６０を制御して、バケット３３の先端部が作業領域Ｗに侵入しないようにする。

【0095】

このように、運転者がバケット３３のローテーティング操作をする間、ティルティング角度と回動角度との角度偏差が漸進的に低減されると、図９（ｂ）に示された通り、バケット３３の先端部は、目標姿勢特定部７２０で特定した目標姿勢に向かって次第に収束し、バケット３３の先端部の軌跡の半径は次第に減少する。

【0096】

すなわち、バケット３３がローテーティング動作をする間、漸進的にローテート軸を作業領域Ｗに垂直になるようにすると、ローテート軸の回転によるバケット３３の動きが最小化される。併せて、運転者はバケット３３のティルティングと回動を操作する必要がなく、ローテーターのみ操作すればよいので、方向を直観的に扱うことができる。

【0097】

前述した本発明の説明は例示のためのもので、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態に容易に変形できることが理解できるであろう。したがって、以上で記述した実施例はすべての面で例示的なものであり限定的ではないものと理解されるべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素は分散されて実施されてもよく、同様に分散されたものとして説明されている構成要素も結合された形態で実施され得る。

【0098】

本発明の範囲は後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲そしてその均等概念から導き出されるすべての変更または変形された形態は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0099】

１００：建設機械
２００：コントロールバルブ
３００：電磁比例減圧バルブ
４００：操作レバー
５００：位置情報提供部
６００：作業設定部
７００：電子制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【外国語明細書】