特開 2023-6407 作業機械、及び作業機械を制御するための方法

(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】P2023006407

(43)【公開日】2023-01-18

(54)【発明の名称】作業機械、及び作業機械を制御するための方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/85 20060101AFI20230111BHJP

【ＦＩ】

E02F3/85 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021108990

(22)【出願日】2021-06-30

(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】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】西原 健

(72)【発明者】

【氏名】石橋 永至

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA02

2D003AB04

2D003BA01

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB03

2D003DB04

2D003DB05

(57)【要約】

【課題】作業機械において、作業に応じて、ブレードのピッチ角を容易、且つ、適切に調整可能とする。
【解決手段】コントローラは、作業対象である現況地形を示す現況地形データを取得する。コントローラは、目標地形を示す目標地形データを取得する。コントローラは、ブレードの刃先が目標地形に従って移動するようにリフトアクチュエータを制御する。コントローラは、現在の刃先位置に対応する現況地形と、現在の刃先位置に対応する目標地形と、現在の刃先位置とのいずれか２つの上下方向における位置関係に基づいて、ブレードのピッチ角が変更されるようにピッチアクチュエータを制御する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体と、
前記車体に対してリフト軸回りに回動可能に支持されるリフトフレームと、
前記リフトフレームに対してピッチ軸回りに回動可能に支持されるブレードと、
前記ブレードを前記リフト軸回りに上下にリフト動作させるリフトアクチュエータと、
前記ブレードを前記ピッチ軸回りにピッチ動作させるピッチアクチュエータと、
前記ブレードの現在の刃先位置を検出するセンサと、
作業対象である現況地形を示す現況地形データを取得し、目標地形を示す目標地形データを取得し、前記ブレードの刃先が前記目標地形に従って移動するように前記リフトアクチュエータを制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記現在の刃先位置に対応する前記現況地形と、前記現在の刃先位置に対応する前記目標地形と、前記現在の刃先位置とのいずれか２つの上下方向における位置関係に基づいて、前記ブレードのピッチ角が変更されるように前記ピッチアクチュエータを制御する、
作業機械。

【請求項2】

前記コントローラは、前記目標地形が前記現況地形を含む上下方向における所定範囲の下方に位置するときには、前記ブレードを後傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記コントローラは、
前記目標地形と前記現況地形との高さの差を取得し、
前記目標地形が前記所定範囲の下方に位置するときには、前記高さの差の増大に応じて、前記ブレードのピッチ角を後傾方向に変化させる、
請求項２に記載の作業機械。

【請求項4】

前記コントローラは、前記目標地形が前記現況地形を含む上下方向における所定範囲の上方に位置するときには、前記ブレードを前傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項5】

前記コントローラは、
前記目標地形と前記現況地形との高さの差を取得し、
前記目標地形が前記所定範囲の上方に位置するときには、前記高さの差の増大に応じて、前記ブレードのピッチ角を前傾方向に変化させる、
請求項４に記載の作業機械。

【請求項6】

前記コントローラは、前記目標地形が前記現在の刃先位置を含む上下方向における所定範囲の下方に位置するときには、前記ブレードを後傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項7】

前記コントローラは、
前記目標地形と前記現在の刃先位置との高さの差を取得し、
前記目標地形が前記所定範囲の下方に位置するときには、前記高さの差の増大に応じて、前記ブレードのピッチ角を後傾方向に変化させる、
請求項６に記載の作業機械。

【請求項8】

前記コントローラは、前記目標地形が前記現在の刃先位置を含む上下方向における所定範囲の上方に位置するときには、前記ブレードを前傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項9】

前記コントローラは、
前記目標地形と前記現在の刃先位置との高さの差を取得し、
前記目標地形が前記所定範囲の上方に位置するときには、前記高さの差の増大に応じて、前記ブレードのピッチ角を前傾方向に変化させる、
請求項８に記載の作業機械。

【請求項10】

前記コントローラは、前記現在の刃先位置が前記現況地形を含む上下方向における所定範囲の下方に位置するときには、前記ブレードを後傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項11】

前記コントローラは、
前記現在の刃先位置と前記現況地形との高さの差を取得し、
前記現在の刃先位置が前記所定範囲の下方に位置するときには、前記高さの差の増大に応じて、前記ブレードのピッチ角を後傾方向に変化させる、
請求項１０に記載の作業機械。

【請求項12】

前記コントローラは、前記現在の刃先位置が前記現況地形を含む上下方向における所定範囲の上方に位置するときには、前記ブレードを前傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項13】

前記コントローラは、
前記現在の刃先位置と前記現況地形との高さの差を取得し、
前記現在の刃先位置が前記所定範囲の上方に位置するときには、前記高さの差の増大に応じて、前記ブレードのピッチ角を前傾方向に変化させる、
請求項１２に記載の作業機械。

【請求項14】

車体と、前記車体に対してリフト軸回りに回動可能に支持されるリフトフレームと、前記リフトフレームに対してピッチ軸回りに回動可能に支持されるブレードと、前記ブレードを前記リフト軸回りに上下にリフト動作させるリフトアクチュエータと、前記ブレードを前記ピッチ軸回りにピッチ動作させるピッチアクチュエータと、を備える作業機械を制御するための方法であって、
前記ブレードの現在の刃先位置を検出することと、
作業対象である現況地形を示す現況地形データを取得することと、
目標地形を示す目標地形データを取得することと、
前記ブレードの刃先が前記目標地形に従って移動するように前記リフトアクチュエータを制御することと、
前記現在の刃先位置に対応する前記現況地形と、前記現在の刃先位置に対応する前記目標地形と、前記現在の刃先位置とのいずれか２つの上下方向における位置関係に基づいて、前記ブレードのピッチ角が変更されるように前記ピッチアクチュエータを制御すること、
を備える方法。

【請求項15】

前記目標地形が前記現況地形を含む上下方向における所定範囲の下方に位置するときには、前記ブレードを後傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御すること、
をさらに備える請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記目標地形が前記現況地形を含む上下方向における所定範囲の上方に位置するときには、前記ブレードを前傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御すること、
をさらに備える請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

前記目標地形が前記現在の刃先位置を含む上下方向における所定範囲の下方に位置するときには、前記ブレードを後傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御すること、
をさらに備える請求項１４に記載の方法。

【請求項18】

前記目標地形が前記現在の刃先位置を含む上下方向における所定範囲の上方に位置するときには、前記ブレードを前傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御すること、
をさらに備える請求項１４に記載の方法。

【請求項19】

前記現在の刃先位置が前記現況地形を含む上下方向における所定範囲の下方に位置するときには、前記ブレードを後傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御すること、
をさらに備える請求項１４に記載の方法。

【請求項20】

前記現在の刃先位置が前記現況地形を含む上下方向における所定範囲の上方に位置するときには、前記ブレードを前傾方向にピッチ動作させるように、前記ピッチアクチュエータを制御すること、
をさらに備える請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械、及び作業機械を制御するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械には、オペレータの操作に応じてブレードのピッチ角を調整可能なものがある。例えば、特許文献１の作業機械では、ブレードのピッチ角を調整するための操作レバーが設けられている。操作レバーにはスイッチが設けられている。スイッチがオンのときに操作レバーが右に倒されると、ブレードがピッチダンプ（前傾）するように、油圧シリンダが制御される。スイッチがオンのときに操作レバーが左に倒されると、ブレードがピッチバック（後傾）するように、油圧シリンダが制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７－２５２８５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ブレードのピッチ角は、掘削、或いは整地などの作業性に影響を与える。しかし、ブレードのピッチ角は、作業内容に応じて、適切な角度が異なる。例えば、ピッチ角が小さい、すなわちブレードが後傾しているときには、掘削抵抗が小さく、掘削性が良好である一方、後方への土こぼれが大きく、整地性が低い。逆に、ピッチ角が大きい、すなわちブレードが前傾しているときには、ブレードの下方への貫入力が大きく、整地性が良好である一方、掘削抵抗が大きく、掘削性が低い。

【0005】

そのため、熟練したオペレータであっても、作業に応じて手動で適切なピッチ角を正確に選定することは容易ではない。本開示の目的は、作業機械において、作業に応じて、ブレードのピッチ角を容易、且つ、適切に調整可能とすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る作業機械は、車体と、リフトフレームと、ブレードと、リフトアクチュエータと、ピッチアクチュエータと、センサと、コントローラとを備える。リフトフレームは、車体に対してリフト軸回りに回動可能に支持される。ブレードは、リフトフレームに対してピッチ軸回りに回動可能に支持される。リフトアクチュエータは、ブレードをリフト軸回りに上下にリフト動作させる。ピッチアクチュエータは、ブレードをピッチ軸回りにピッチ動作させる。センサは、ブレードの現在の刃先位置を検出する。

【0007】

コントローラは、作業対象である現況地形を示す現況地形データを取得する。コントローラは、目標地形を示す目標地形データを取得する。コントローラは、ブレードの刃先が目標地形に従って移動するように、リフトアクチュエータを制御する。コントローラは、現在の刃先位置に対応する現況地形と、現在の刃先位置に対応する目標地形と、現在の刃先位置とのいずれか２つの上下方向における位置関係に基づいて、ブレードのピッチ角が変更されるようにピッチアクチュエータを制御する。

【0008】

本発明の他の態様に係る方法は、作業機械を制御するための方法である。作業機械は、車体と、リフトフレームと、ブレードと、リフトアクチュエータと、ピッチアクチュエータとを備える。リフトフレームは、車体に対してリフト軸回りに回動可能に支持される。ブレードは、リフトフレームに対してピッチ軸回りに回動可能に支持される。リフトアクチュエータは、ブレードをリフト軸回りに上下にリフト動作させる。ピッチアクチュエータは、ブレードをピッチ軸回りにピッチ動作させる。

【0009】

本態様に係る方法は、ブレードの現在の刃先位置を検出することと、作業対象である現況地形を示す現況地形データを取得することと、目標地形を示す目標地形データを取得することと、ブレードの刃先が目標地形に従って移動するように、リフトアクチュエータを制御することと、現在の刃先位置に対応する現況地形と、現在の刃先位置に対応する目標地形と、現在の刃先位置とのいずれか２つの上下方向における位置関係に基づいて、ブレードのピッチ角が変更されるようにピッチアクチュエータを制御すること、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、現在の刃先位置に対応する現況地形と、現在の刃先位置に対応する目標地形と、現在の刃先位置とのいずれか２つの上下方向における位置関係に基づいて、ブレードのピッチ角が変更される。現況地形と、目標地形と、現在の刃先位置とのいずれか２つの上下方向における位置関係は、作業機械によって実行される作業に応じて異なる。そのため、本発明によれば、作業機械において、作業に応じて、ブレードのピッチ角を容易、且つ、適切に調整可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る作業機械を示す側面図である。

【図2】作業機械の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。

【図3】ブレードのリフト動作を示す図である。

【図4】ブレードのピッチ動作を示す図である。

【図5】第１実施形態に係る作業機械の自動制御を示すフローチャートである。

【図6】現況地形と目標地形との一例を示す図である。

【図7】ピッチ角データの一例を示す図である。

【図8】目標地形が所定範囲内に位置するときのブレードの動作を示す図である。

【図9】目標地形が所定範囲より下方に位置するときのブレードの動作を示す図である。

【図10】目標地形が所定範囲より上方に位置するときのブレードの動作を示す図である。

【図11】第２実施形態に係る作業機械の自動制御を示すフローチャートである。

【図12】第３実施形態に係る作業機械の自動制御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】

【0012】

以下、実施形態に係る作業機械について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る作業機械１を示す側面図である。本実施形態に係る作業機械１は、ブルドーザである。作業機械１は、車体１１と作業機１２とを備えている。

【0013】

車体１１は、運転室１３と、エンジン室１４と、走行装置１５とを含む。運転室１３には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室１４は、運転室１３の前方に配置されている。走行装置１５は、車体１１の下部に設けられている。走行装置１５は、左右一対の履帯１６を含む。なお、図１では、左側の履帯１６のみが図示されている。履帯１６が回転することによって、作業機械１が走行する。

【0014】

作業機１２は、車体１１に取り付けられている。作業機１２は、リフトフレーム１７と、ブレード１８と、リフトアクチュエータ１９と、ピッチアクチュエータ２０とを有する。リフトフレーム１７は、車体１１に対してリフト軸Ｘ１回りに回動可能に支持される。リフト軸Ｘ１は、車体１１の横方向に延びている。リフトフレーム１７は、リフト軸Ｘ１回りに回動することで、上下にリフト動作する。なお、リフトフレーム１７は、走行装置１５に取り付けられてもよい。リフトフレーム１７は、走行装置１５の内側に配置されてもよく、或いは走行装置１５の外側に配置されてもよい。

【0015】

ブレード１８は、車体１１の前方に配置されている。ブレード１８は、リフトフレーム１７に対してピッチ軸Ｘ２回りに回動可能に支持される。ピッチ軸Ｘ２は、車体１１の横方向に延びている。ブレード１８は、ピッチ軸Ｘ２回りに回動することで、前後にピッチ動作する。ブレード１８は、リフトフレーム１７の上下動に伴って上下に移動する。

【0016】

リフトアクチュエータ１９は、車体１１とリフトフレーム１７とに連結されている。リフトアクチュエータ１９は、油圧シリンダである。リフトアクチュエータ１９が伸縮することによって、リフトフレーム１７は、上下にリフト動作する。リフトアクチュエータ１９が縮むことによって、ブレード１８が上昇する。リフトアクチュエータ１９が延びることによって、ブレード１８が下降する。なお、リフトアクチュエータ１９は、ブレード１８に取り付けられてもよい。

【0017】

ピッチアクチュエータ２０は、リフトフレーム１７とブレード１８とに連結されている。ピッチアクチュエータ２０は、油圧シリンダである。ピッチアクチュエータ２０が伸縮することによって、ブレード１８は、前後にピッチ動作する。ブレード１８の一部、例えば上端が、前後に動作することで、ブレード１８がピッチ軸Ｘ２回りにピッチ動作する。ピッチアクチュエータ２０が伸びることによって、ブレード１８は前傾する。ピッチアクチュエータ２０が縮むことによって、ブレード１８は後傾する。

【0018】

図２は、作業機械１の駆動系２と制御システム３との構成を示すブロック図である。図２に示すように、駆動系２は、エンジン２２と、油圧ポンプ２３と、動力伝達装置２４と、を備えている。油圧ポンプ２３は、エンジン２２によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２３から吐出された作動油は、リフトアクチュエータ１９とピッチアクチュエータ２０とに供給される。なお、図２では、１つの油圧ポンプが図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。

【0019】

動力伝達装置２４は、エンジン２２の駆動力を走行装置１５に伝達する。動力伝達装置２４は、例えば、HST（Hydro Static Transmission）であってもよい。或いは、動力伝達装置２４は、例えば、トルクコンバータ、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。

【0020】

制御システム３は、コントローラ２６と制御弁２７とを備える。コントローラ２６は、取得したデータに基づいて作業機械１を制御するようにプログラムされている。コントローラ２６は、記憶装置２８とプロセッサ２９とを含む。プロセッサ２９は、例えばCPUを含む。記憶装置２８は、例えばメモリと補助記憶装置とを含む。記憶装置２８は、例えば、RAM、或いはROMなどであってもよい。記憶装置２８は、半導体メモリ、或いはハードディスクなどであってもよい。記憶装置２８は、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置２８は、プロセッサ２９によって実行可能であり作業機械１を制御するためのコンピュータ指令を記録している。

【0021】

制御弁２７は、比例制御弁であり、コントローラ２６からの指令信号によって制御される。制御弁２７は、リフトアクチュエータ１９及びピッチアクチュエータ２０などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ２３との間に配置される。制御弁２７は、油圧ポンプ２３からリフトアクチュエータ１９に供給される作動油の流量を制御する。制御弁２７は、油圧ポンプ２３からピッチアクチュエータ２０に供給される作動油の流量を制御する。なお、制御弁２７は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁２７は、電磁比例制御弁であってもよい。

【0022】

制御システム３は、操作装置３１と入力装置３２とを備えている。操作装置３１は、例えばレバーを含む。或いは、操作装置３１は、ペダル、或いはスイッチを含んでもよい。オペレータは、操作装置３１を用いて、作業機械１の走行と、作業機１２の動作とを手動で操作することができる。操作装置３１は、操作装置３１の操作を示す操作信号を出力する。コントローラ２６は、操作装置３１から操作信号を受信する。

【0023】

操作装置３１は、ブレード１８のリフト動作を操作可能である。詳細には、操作装置３１は、ブレード１８の上げ操作と下げ操作との操作が可能である。オペレータが操作装置３１に対して上げ操作を行うと、コントローラ２６は、ブレード１８が上昇するように、リフトアクチュエータ１９を制御する。オペレータが操作装置３１に対して下げ操作を行うと、コントローラ２６は、ブレード１８が下降するように、リフトアクチュエータ１９を制御する。

【0024】

図３は、作業機械１のリフト動作を示す模式図である。図３において、Ｐ０は、ブレード１８の刃先の現在位置を示している。Ｐ１は、ブレード１８の刃先の最高位置を示している。Ｐ２は、ブレード１８の刃先の最低位置を示している。作業機械１は、最高位置Ｐ１と最低位置Ｐ２との間で、ブレード１８をリフト動作させることができる。

【0025】

操作装置３１は、ブレード１８のピッチ動作を操作可能である。詳細には、操作装置３１は、ブレード１８の前傾操作と後傾操作との操作が可能である。オペレータが操作装置３１に対して前傾操作を行うと、コントローラ２６は、ブレード１８が前傾するように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。オペレータが操作装置３１に対して後傾操作を行うと、コントローラ２６は、ブレード１８が後傾するように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。

【0026】

図４Ａ～図４Ｃは、ブレード１８のピッチ角を示す図である。図４Ａ～図４Ｃに示すように、ブレード１８のピッチ角θ０－θ２は、ブレード１８の刃先と履帯１６の接地面Ｇ１との間のなす角である。図４Ｂは、標準状態のブレード１８のピッチ角（以下、「標準ピッチ角」と呼ぶ）θ０を示している。図４Ａは、標準状態よりも前傾したブレード１８のピッチ角θ１を示している。図４Ｃは、標準状態よりも後傾したブレード１８のピッチ角θ２を示している。ブレード１８が前傾するほどピッチ角は大きくなる。ブレード１８が後傾するほどピッチ角は小さくなる。すなわち、θ１＞θ０＞θ２である。

【0027】

なお、操作装置３１は、油圧パイロット式の装置であってもよい。例えば、操作装置３１は、操作装置３１の操作に応じたパイロット油圧を出力してもよい。操作装置３１からのパイロット油圧によって制御弁２７が制御されることで、リフトアクチュエータ１９、或いはピッチアクチュエータ２０が制御されてもよい。コントローラ２６は、パイロット油圧を示す信号を、操作信号として受信してもよい。

【0028】

入力装置３２は、例えばタッチパネルを含む。ただし、入力装置３２は、スイッチなどの他の装置を含んでもよい。オペレータは、入力装置３２を用いて、コントローラ２６によるブレード１８のピッチ角の制御モードの設定を行うことができる。制御モードは、手動モードと自動制御とを含む。手動モードでは、オペレータは、操作装置３１を用いて、手動でブレード１８のピッチ角を変更可能である。ピッチ角の自動制御については、後に詳細に説明する。

【0029】

図２に示すように、制御システム３は、ブレード１８の刃先の現在位置（以下、「刃先位置Ｐ０」と呼ぶ）を検出するセンサ３３を備えている。センサ３３は、車体センサ３４と、フレームセンサ３５と、ブレードセンサ３６と、位置センサ３７とを含む。車体センサ３４は、車体１１に取り付けられている。車体センサ３４は、車体１１の姿勢を検出する。フレームセンサ３５は、リフトフレーム１７に取り付けられている。フレームセンサ３５は、リフトフレーム１７の姿勢を検出する。ブレードセンサ３６は、ブレード１８に取り付けられている。ブレードセンサ３６は、ブレード１８の姿勢を検出する。位置センサ３７は、車体１１の現在位置を検出する。

【0030】

車体センサ３４と、フレームセンサ３５と、ブレードセンサ３６とは、それぞれIMU（慣性計測装置、Inertial Measurement Unit）である。ただし、フレームセンサ３５とブレードセンサ３６とは、IMUに限らず、角度センサ、或いはシリンダのストロークセンサなどの他のセンサであってもよい。

【0031】

車体センサ３４は、水平に対する車体１１の前後方向の角度（車体ピッチ角）を検出する。フレームセンサ３５は、リフトフレーム１７の回転角度を検出する。ブレードセンサ３６は、ブレード１８のピッチ角を検出する。車体センサ３４と、フレームセンサ３５と、ブレードセンサ３６とは、それぞれ検出した角度を示す検出信号を出力する。

【0032】

位置センサ３７は、例えばGPS（Global Positioning System）などのGNSS(Global Navigation Satellite System)の位置センサである。位置センサ３７は、例えばGNSSレシーバとアンテナとを備える。位置センサ３７は、位置センサ３７の現在位置を検出する。位置センサ３７は、車体１１に配置されている。従って、位置センサ３７は、車体１１の現在位置を検出する。車体１１の現在位置は、地球を基準とするグローバル座標で示される。ただし、車体１１の現在位置は、作業機械１が作業を行う作業現場を基準とするローカル座標で示されてもよい。コントローラ２６は、位置センサ３７から、車体１１の現在位置を示す検出信号を取得する。

【0033】

コントローラ２６は、車体センサ３４と、フレームセンサ３５と、ブレードセンサ３６と、位置センサ３７とから検出信号を受信する。コントローラ２６は、車体１１と、リフトフレーム１７と、ブレード１８との寸法及び位置関係を示す機械寸法データを記憶している。コントローラ２６は、車体センサ３４とフレームセンサ３５とブレードセンサ３６とによって検出された角度と、位置センサ３７によって検出された車体１１の現在位置と、機械寸法データとに基づいて、ブレード１８の刃先位置Ｐ０を算出する。

【0034】

コントローラ２６は、作業機械１を自動的に制御する。以下、コントローラ２６によって実行される、第１実施形態に係る作業機械１の自動制御について説明する。図５は、第１実施形態に係る自動制御の処理を示すフローチャートである。

【0035】

図５に示すように、ステップＳ１０１では、コントローラ２６は、作業機械１の現在位置を取得する。ここでは、コントローラ２６は、上述したブレード１８の刃先位置Ｐ０を、作業機械１の現在位置として取得する。

【0036】

ステップＳ１０２では、コントローラ２６は、現況地形データを取得する。現況地形データは、作業対象の現況地形５０を示す。図６は、現況地形５０の一例を示す図である。現況地形データは、作業機械１の進行方向に位置する現況地形５０上の複数の地点の座標と高度を含む。コントローラ２６は、外部のコンピュータから、現況地形データを取得してもよい。コントローラ２６は、履帯１６の底面の軌跡により、更新された現況地形データを取得してもよい。

【0037】

ステップＳ１０３では、コントローラ２６は、目標地形データを取得する。目標地形データは、現況地形５０に対する目標地形６０を示す。目標地形データは、作業機械１の進行方向に位置する目標地形６０上の複数の地点の座標と高度を含む。図６に示すように、目標地形６０の少なくとも一部は、現況地形５０に対して鉛直方向に変位している。目標地形６０の少なくとも一部は、現況地形５０に一致、或いは概ね一致していてもよい。目標地形６０の少なくとも一部は、現況地形５０の上方に位置してもよい。目標地形６０の少なくとも一部は、現況地形５０の下方に位置してもよい。

【0038】

コントローラ２６は、現況地形５０に基づいて目標地形６０を決定してもよい。例えば、コントローラ２６は、現況地形５０を上方、又は、下方に変位させることで、目標地形６０を決定してもよい。コントローラ２６は、作業の所定の開始位置から所定角度で延びる軌道を、目標地形６０として決定してもよい。コントローラ２６は、ブレード１８の容量、或いは負荷に基づいて、目標地形６０を決定してもよい。コントローラ２６は、ブレード１８が保持している土量に基づいて、目標地形６０を決定してもよい。或いは、コントローラ２６は、外部のコンピュータから、目標地形データを取得してもよい。

【0039】

ステップＳ１０４では、コントローラは、目標地形６０に従って、作業機１２を制御する。コントローラ２６は、目標地形６０に従ってブレード１８の刃先が移動するように、リフトアクチュエータ１９を制御する。それにより、作業機械１が前進しながら、ブレード１８の刃先が目標地形６０に沿って移動するように、ブレード１８が上下にリフト動作する。なお、作業機械１の前進は、オペレータによる操作装置３１の操作によって手動で行われてもよい。或いは、作業機械１の前進は、コントローラ２６による自動制御によって行われてもよい。

【0040】

本実施形態に係る作業機械１では、コントローラ２６は、目標地形６０に従うブレード１８の高さの自動制御を実行しながら、ピッチ角の自動制御を行う。コントローラ２６は、ピッチ角の自動制御において、現況地形５０と目標地形６０との上下方向における位置関係に基づいて、ブレード１８のピッチ角が変更されるように、ピッチアクチュエータを制御する。以下、説明するステップＳ１０５からＳ１０７は、ピッチ角の自動制御の処理を示している。

【0041】

ステップＳ１０５では、コントローラ２６は、目標地形６０と現況地形５０との高さの差を取得する。コントローラ２６は、目標地形データ及び現況地形データから、目標地形６０と現況地形５０との高さの差を算出する。

【0042】

ステップＳ１０６では、コントローラ２６は、目標ピッチ角を決定する。ステップＳ１０７では、コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角が目標ピッチ角となるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。

【0043】

詳細には、コントローラ２６は、目標地形６０と現況地形５０との高さの差に基づいて、目標ピッチ角を決定する。コントローラ２６は、ピッチ角データを記憶している。ピッチ角データは、目標地形６０と現況地形５０との高さの差と、目標ピッチ角との関係を規定する。ピッチ角データは、例えばマップの形式でコントローラ２６に保存されている。ただし、ピッチ角データは、マップに限らず、数式など他の形式でコントローラ２６に保存されてもよい。

【0044】

コントローラ２６は、ピッチ角データを参照して、目標地形６０と現況地形５０との高さの差から、目標ピッチ角を決定する。図７は、ピッチ角データの一例を示す図である。図７において実線は、本実施形態におけるピッチ角データの一例を示している。図７において二点鎖線は、ピッチ角の自動制御が行われない場合のピッチ角の変化を示している。すなわち、図７において二点鎖線は、リフトフレーム１７に対するブレード１８の角度が固定されているときのピッチ角（以下、固定時のピッチ角と呼ぶ）の変化を示している。

【0045】

高さの差Ｈｄ１は、以下の式（１）で示される。
Ｈｄ１＝Ｈｔ－Ｈａ （１）
Ｈｔは、目標地形６０の高さである。Ｈａは、現況地形５０の高さである。従って、高さの差Ｈｄ１が０より大きいことは、目標地形６０が現況地形５０よりも上方に位置することを意味する。高さの差Ｈｄ１が０より小さいことは、目標地形６０が現況地形５０よりも下方に位置することを意味する。高さの差Ｈｄ１が０であることは、目標地形６０が現況地形５０と同じ高さであることを意味する。

【0046】

図７において、θｍａｘは、最大ピッチ角を示す。すなわち、最大ピッチ角θｍａｘは、前傾方向へのピッチ角の限界値である。θｍｉｎは、最小ピッチ角を示す。すなわち、最小ピッチ角θｍｉｎは、後傾方向へのピッチ角の限界値である。標準ピッチ角θ０は、最大ピッチ角θｍａｘと最小ピッチ角θｍｉｎとの間の値である。固定時には、図７の二点鎖線で示すように、目標地形６０と現況地形５０との高さの差に関わらず、目標ピッチ角は、標準ピッチ角θ０で一定である。

【0047】

ピッチ角データでは、高さの差が、ａ１以下、且つ、－ｂ１以上であるときには、目標ピッチ角は、標準ピッチ角θ０である。従って、目標地形６０が現況地形５０を含む上下方向における所定範囲Ｒ０内に位置するときには、コントローラ２６は、目標ピッチ角を標準ピッチ角θ０に設定する。所定範囲Ｒ０は、現況地形５０から上方に距離ａ１だけ離れた位置と、現況地形５０から下方に距離ｂ１だけ離れた位置との間の範囲である。

【0048】

従って、図８に示すように、目標地形６０が所定範囲Ｒ０内に位置するときには、コントローラ２６が、目標地形６０に従ってブレード１８の刃先を移動させることで、作業機械１は整地作業を行う。このとき、コントローラ２６は、ブレード１８を標準ピッチ角θ０に設定する。

【0049】

図７に示すように、ピッチ角データでは、高さの差が、－ｂ１より小さいときには、目標ピッチ角は、標準ピッチ角θ０よりも小さい。従って、目標地形６０が所定範囲Ｒ０の下方に位置するときには、コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角を標準状態よりも後傾させるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。

【0050】

そのため、図９に示すように、目標地形６０が所定範囲Ｒ０内の下方に位置するときには、コントローラ２６が、目標地形６０に従ってブレード１８の刃先を移動させることで、作業機械１は掘削作業を行う。このとき、コントローラ２６は、ブレード１８を標準ピッチ角θ０よりも後傾させる。それにより、掘削抵抗が小さくなることで、掘削の作業性が向上する。

【0051】

また、ピッチ角データでは、高さの差が、－ｂ１より小さいときには、高さの差の減少に応じて、目標ピッチ角が減少する。従って、コントローラ２６は、目標地形６０が所定範囲Ｒ０の下方に位置するときには、高さの差の絶対値の増大に応じて、ブレード１８のピッチ角を後傾方向に変化させる。なお、ピッチ角データでは、高さの差が、－ｂ２より小さいときには、目標ピッチ角は、最小ピッチ角θｍｉｎで一定である。

【0052】

図７に示すように、ピッチ角データでは、高さの差が、ａ１より大きいときには、目標ピッチ角は、標準ピッチ角θ０よりも大きい。従って、目標地形６０が所定範囲Ｒ０の上方に位置するときには、コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角を標準状態よりも前傾させるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。

【0053】

そのため、図１０に示すように、目標地形６０が所定範囲Ｒ０内の上方に位置するときには、コントローラ２６が、目標地形６０に従ってブレード１８の刃先を移動させることで、作業機械１は運土作業を行う。このとき、コントローラ２６は、ブレード１８を標準ピッチ角θ０よりも前傾させる。それにより、ブレード１８からの土こぼれが少なくなることで、運土における作業性が向上する。

【0054】

また、ピッチ角データでは、高さの差が、ａ１より大きいときには、高さの差の増大に応じて、目標ピッチ角が増大する。従って、コントローラ２６は、目標地形６０が所定範囲Ｒ０の上方に位置するときには、高さの差の絶対値の増大に応じて、ブレード１８のピッチ角を前傾方向に変化させる。なお、ピッチ角データでは、高さの差が、ａ２より大きいときには、目標ピッチ角は、最大ピッチ角θｍａｘで一定である。

【0055】

なお、ステップＳ１０５からＳ１０６の処理は、ステップＳ１０４の処理の開始後に実行されてもよい。すなわち、コントローラ２６は、目標地形６０に従ってブレード１８を移動させながら、自動制御によってブレード１８のピッチ角を変更してもよい。或いは、ステップＳ１０５からＳ１０６の処理は、ステップＳ１０４の処理の開始前に実行されてもよい。すなわち、コントローラ２６は、目標地形６０に従ってブレード１８を移動させる前に、自動制御によってブレード１８のピッチ角を変更してもよい。

【0056】

以上説明した本実施形態に係る作業機械１では、現況地形５０と目標地形６０との上下方向における位置関係に基づいて、ブレード１８のピッチ角が変更される。現況地形５０と目標地形６０との上下方向における位置関係は、作業機械１によって実行される作業に応じて異なる。そのため、本実施形態に係る作業機械１では、作業に応じて、ブレード１８のピッチ角を容易、且つ、適切に調整可能である。

【0057】

次に、第２実施形態に係るピッチ角の自動制御について説明する。コントローラ２６は、第２実施形態に係るピッチ角の自動制御において、刃先位置Ｐ０と現況地形５０との上下方向における位置関係に基づいて、ブレード１８のピッチ角が変更されるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。図１１は、第２実施形態に係る自動制御の処理を示すフローチャートである。図１１においてステップＳ２０１－Ｓ２０４は、上述した第１実施形態のステップＳ１０１－Ｓ１０４と同様である。

【0058】

ステップＳ２０５において、コントローラ２６は、刃先位置Ｐ０と現況地形５０との高さの差を取得する。コントローラ２６は、現況地形データと刃先位置Ｐ０の高さとから、刃先位置Ｐ０と現況地形５０との高さの差を算出する。高さの差Ｈｄ２は、以下の式（２）で示される。
Ｈｄ２＝Ｈｐ－Ｈａ （２）
Ｈｐは、刃先位置Ｐ０の高さである。Ｈａは、現況地形５０の高さである。従って、高さの差Ｈｄ２が０より大きいことは、刃先位置Ｐ０が現況地形５０よりも上方に位置することを意味する。高さの差Ｈｄ２が０より小さいことは、刃先位置Ｐ０が現況地形５０よりも下方に位置することを意味する。高さの差Ｈｄ２が０であることは、刃先位置Ｐ０が現況地形５０と同じ高さであることを意味する。

【0059】

ステップＳ２０６では、コントローラ２６は、目標ピッチ角を決定する。コントローラ２６は、刃先位置Ｐ０と現況地形５０との高さの差に基づいて、目標ピッチ角を決定する。コントローラ２６は、第１実施形態と同様に、ピッチ角データを参照して、目標ピッチ角を決定する。第２実施形態では、ピッチ角データは、刃先位置Ｐ０と現況地形５０との高さの差と、目標ピッチ角との関係を規定する。第２実施形態のピッチ角データは、上述した第１実施形態のピッチ角データと同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0060】

ステップＳ２０７では、コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角が目標ピッチ角となるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。図８と同様に、刃先位置Ｐ０が、現況地形５０を含む上下方向における所定範囲Ｒ０内に位置するときには、コントローラ２６は、目標ピッチ角を標準ピッチ角θ０に設定する。従って、刃先位置Ｐ０が所定範囲Ｒ０内に位置するときには、コントローラ２６が、目標地形６０に従ってブレード１８の刃先を移動させることで、作業機械１は整地作業を行う。このとき、コントローラ２６は、ブレード１８を標準ピッチ角θ０に設定する。

【0061】

図９と同様に、刃先位置Ｐ０が所定範囲Ｒ０の下方に位置するときには、コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角を標準状態よりも後傾させるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。従って、刃先位置Ｐ０が所定範囲Ｒ０内の下方に位置するときには、コントローラ２６が、目標地形６０に従ってブレード１８の刃先を移動させることで、作業機械１は掘削作業を行う。このとき、コントローラ２６は、ブレード１８を標準ピッチ角θ０よりも後傾させる。また、コントローラ２６は、刃先位置Ｐ０が所定範囲Ｒ０の下方に位置するときには、高さの差の絶対値の増大に応じて、ブレード１８のピッチ角を後傾方向に変化させる。

【0062】

図１０と同様に、刃先位置Ｐ０が所定範囲Ｒ０の上方に位置するときには、コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角を標準状態よりも前傾させるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。従って、コントローラ２６が、目標地形６０に従ってブレード１８の刃先を移動させることで、作業機械１は運土作業を行う。このとき、コントローラ２６は、ブレード１８を標準ピッチ角θ０よりも前傾させる。また、コントローラ２６は、刃先位置Ｐ０が所定範囲Ｒ０の上方に位置するときには、高さの差の絶対値の増大に応じて、ブレード１８のピッチ角を前傾方向に変化させる。

【0063】

なお、ステップＳ２０５からＳ２０６の処理は、ステップＳ２０４の処理の開始後に実行される。すなわち、コントローラ２６は、目標地形６０に従ってブレード１８を移動させながら、自動制御によってブレード１８のピッチ角を変更する。

【0064】

以上説明した第２実施形態に係るピッチ角の自動制御では、刃先位置Ｐ０と現況地形５０との上下方向における位置関係に基づいて、ブレード１８のピッチ角が変更される。刃先位置Ｐ０と現況地形５０との上下方向における位置関係は、作業機械１によって実行される作業に応じて異なる。そのため、本実施形態に係る作業機械１では、作業に応じて、ブレード１８のピッチ角を容易、且つ、適切に調整可能である。

【0065】

次に、第３実施形態に係るピッチ角の自動制御について説明する。コントローラ２６は、第３実施形態に係るピッチ角の自動制御において、目標地形６０と刃先位置Ｐ０との上下方向における位置関係に基づいて、ブレード１８のピッチ角が変更されるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。図１２は、第３実施形態に係る自動制御の処理を示すフローチャートである。図１２においてステップＳ３０１－Ｓ３０４は、上述した第１実施形態のＳ１０１－１０４と同様である。

【0066】

ステップＳ３０５において、コントローラ２６は、目標地形６０と刃先位置Ｐ０との高さの差を取得する。コントローラ２６は、目標地形データと刃先位置Ｐ０の高さとから、目標地形６０と刃先位置Ｐ０との高さの差を算出する。高さの差Ｈｄ３は、以下の式（３）で示される。
Ｈｄ３＝Ｈｔ－Ｈｐ （３）
Ｈｔは、目標地形６０の高さである。Ｈｐは、刃先位置Ｐ０の高さである。従って、高さの差Ｈｄ３が０より大きいことは、目標地形６０が刃先位置Ｐ０よりも上方に位置することを意味する。高さの差Ｈｄ３が０より小さいことは、目標地形６０が刃先位置Ｐ０よりも下方に位置することを意味する。高さの差Ｈｄ３が０であることは、目標地形６０が刃先位置Ｐ０と同じ高さであることを意味する。

【0067】

ステップＳ３０６では、コントローラ２６は、目標ピッチ角を決定する。コントローラ２６は、目標地形６０と刃先位置Ｐ０との高さの差に基づいて、目標ピッチ角を決定する。コントローラ２６は、第１実施形態と同様に、ピッチ角データを参照して、目標ピッチ角を決定する。第３実施形態では、ピッチ角データは、目標地形６０と刃先位置Ｐ０との高さの差と、目標ピッチ角との関係を規定する。第３実施形態のピッチ角データは、上述した第１実施形態のピッチ角データと同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0068】

ステップＳ３０７では、コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角が目標ピッチ角となるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。図８と同様に、目標地形６０が刃先位置Ｐ０を含む上下方向における所定範囲Ｒ０内に位置するときには、コントローラ２６は、目標ピッチ角を標準ピッチ角θ０に設定する。従って、目標地形６０が所定範囲Ｒ０内に位置するときには、コントローラ２６が、目標地形６０に従ってブレード１８の刃先を移動させることで、作業機械１は整地作業を行う。このとき、コントローラ２６は、ブレード１８を標準ピッチ角θ０に設定する。

【0069】

図９と同様に、目標地形６０が所定範囲Ｒ０の下方に位置するときには、コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角を標準状態よりも後傾させるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。従って、目標地形６０が所定範囲Ｒ０内の下方に位置するときには、コントローラ２６が、目標地形６０に従ってブレード１８の刃先を移動させることで、作業機械１は掘削作業を行う。このとき、コントローラ２６は、ブレード１８を標準ピッチ角θ０よりも後傾させる。また、コントローラ２６は、目標地形６０が所定範囲Ｒ０の下方に位置するときには、高さの差の絶対値の増大に応じて、ブレード１８のピッチ角を後傾方向に変化させる。

【0070】

図１０と同様に、目標地形６０が所定範囲Ｒ０の上方に位置するときには、コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角を標準状態よりも前傾させるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。従って、コントローラ２６が、目標地形６０に従ってブレード１８の刃先を移動させることで、作業機械１は運土作業を行う。このとき、コントローラ２６は、ブレード１８を標準ピッチ角θ０よりも前傾させる。また、コントローラ２６は、目標地形６０が所定範囲の上方に位置するときには、高さの差の絶対値の増大に応じて、ブレード１８のピッチ角を前傾方向に変化させる。

【0071】

なお、ステップＳ３０５からＳ３０６の処理は、ステップＳ３０４の処理の開始後に実行される。すなわち、コントローラ２６は、目標地形６０に従ってブレード１８を移動させながら、自動制御によってブレード１８のピッチ角を変更する。

【0072】

以上説明した第３実施形態に係るピッチ角の自動制御では、目標地形６０と刃先位置Ｐ０との上下方向における位置関係に基づいて、ブレード１８のピッチ角が変更される。目標地形６０と刃先位置Ｐ０の上下方向における位置関係は、作業機械１によって実行される作業に応じて異なる。そのため、本実施形態に係る作業機械１では、作業に応じて、ブレード１８のピッチ角を容易、且つ、適切に調整可能である。

【0073】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0074】

作業機械１は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ、モータグレーダ等の他の車両であってもよい。コントローラ２６は、互いに別体の複数のコントローラを有してもよい。複数のコントローラの一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。すなわち、作業機械１は、遠隔から制御可能であってもよい。コントローラ２６による処理は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。上述した自動制御の処理の一部が省略されてもよい。或いは、上述した処理の一部が変更されてもよい。

【0075】

リフトアクチュエータ１９と、ピッチアクチュエータ２０とは、油圧シリンダに限らない。リフトアクチュエータ１９と、ピッチアクチュエータ２０とは、例えば電動モータなどの他のアクチュエータであってもよい。位置センサ３７は、車体１１に限らず、作業機械１の他の部分に配置されてもよい。例えば、位置センサ３７はブレード１８に配置されてもよい。

【0076】

ピッチ角データは、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、ピッチ角データは、掘削作業と整地作業とにおける高さの差と目標ピッチ角との関係のみを規定してもよい。ピッチ角データは、整地作業と運土作業とにおける高さの差と目標ピッチ角との関係のみを規定してもよい。ピッチ角データは、掘削作業と運土作業とにおける高さの差と目標ピッチ角との関係のみを規定してもよい。或いは、ピッチ角データは、他の作業における高さの差と目標ピッチ角との関係を規定してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0077】

本発明によれば、作業機械において、作業に応じて、ブレードのピッチ角を容易、且つ、適切に調整可能である。

【符号の説明】

【0078】

１１ 車体
１７ リフトフレーム
１８ ブレード
１９ リフトアクチュエータ
２０ ピッチアクチュエータ
２６ コントローラ
３３ センサ
５０ 現況地形
６０ 目標地形
Ｐ０ 刃先位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】