特許 7312563 作業機械の制御システム、及び制御方法

(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】

(24)【登録日】2023-07-12

(45)【発行日】2023-07-21

(54)【発明の名称】作業機械の制御システム、及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/85 20060101AFI20230713BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20230713BHJP

【ＦＩ】

E02F3/85 D

E02F9/20 N

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2019027644

(22)【出願日】2019-02-19

(65)【公開番号】P2020133234

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2022-01-21

(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】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】原田 純仁

【審査官】吉田 英一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２０９３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１３４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８５７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３２６０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ３／８５

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機を含む作業機械の制御システムであって、
前記作業機械の後進中には、前記作業機の後進時の目標軌道に従って前記作業機を動作させるコントローラを備え、
前記コントローラは、
現況地形を示す現況地形データを取得し、
前記現況地形に基づいて、前記後進時の目標軌道を決定する、
制御システム。

【請求項2】

前記コントローラは、
前記作業機械の後進中に、前記現況地形データを更新し、
更新された前記現況地形に基づいて、前記後進時の目標軌道を決定する、
請求項１に記載の制御システム。

【請求項3】

前記作業機械は履帯を含み、
前記コントローラは、
前記作業機械の後進中に、前記履帯が通過した前記現況地形上の複数の地点の高さを取得し、
前記複数の地点の高さに基づいて、前記後進時の目標軌道を決定する、
請求項１に記載の制御システム。

【請求項4】

前記現況地形データは、前記現況地形上の複数の地点の高さを示し、
前記コントローラは、
前記作業機の刃先位置を取得し、
前記刃先位置の周囲の前記複数の地点の高さに基づいて、前記後進時の目標軌道を決定する、
請求項１に記載の制御システム。

【請求項5】

前記コントローラは、
前記作業機の刃先の車幅方向における中点位置を取得し、
前記中点位置の周囲の前記複数の地点の高さに基づいて、前記中点位置における前記作業機の目標高さを取得し、
前記目標高さに基づいて、前記後進時の目標軌道を決定する、
請求項４に記載の制御システム。

【請求項6】

前記コントローラは、
前記作業機の刃先において車幅方向に離れた少なくとも２点の位置を取得し、
前記少なくとも２点の位置のそれぞれの周囲の前記複数の地点の高さに基づいて、前記少なくとも２点の位置における目標高さを取得し、
前記少なくとも２点の位置における目標高さに基づいて、前記後進時の目標軌道を決定する、
請求項４に記載の制御システム。

【請求項7】

前記コントローラは、前記少なくとも２点の位置における前記目標高さに基づいて、前記作業機のチルト角を決定する、
請求項６に記載の制御システム。

【請求項8】

作業機を含む作業機械の制御システムであって、
前記作業機械の後進中には、前記作業機の後進時の目標軌道に従って前記作業機を動作させるコントローラと、
前記作業機のチルト角を変更するために手動操作可能な入力装置と、
を備え、
前記コントローラは、
前記入力装置の手動操作に応じて前記作業機のチルト角を変更し、
前記作業機械の後進中には、前記作業機を前記チルト角に保持しながら、前記後進時の目標軌道に応じて前記作業機を上下に動作させる、
制御システム。

【請求項9】

前記コントローラは、
前記作業機械が後進に切り換えられたかを判定し、
前記作業機械が後進に切り換えられたときに、前記作業機の後進時の目標軌道に従って前記作業機を動作させる後進制御を実行する、
請求項１又は８に記載の制御システム。

【請求項10】

前記コントローラは、
前記作業機械の前進中には、前記作業機の前進時の目標軌道に従って前記作業機を動作させる前進制御を実行する、
請求項１又は８に記載の制御システム。

【請求項11】

作業機を含む作業機械を制御するためにプロセッサによって実行される方法であって、
前記作業機械が後進中には、後進時の目標軌道に従って前記作業機を動作させることと、
現況地形を示す現況地形データを取得することと、
を備え、
前記後進時の目標軌道を決定することは、前記現況地形に基づいて、前記後進時の目標軌道を決定することを含む、
方法。

【請求項12】

前記作業機械の後進中に、前記現況地形データを更新することをさらに備え、
前記後進時の目標軌道を決定することは、更新された前記現況地形に基づいて、前記後進時の目標軌道を決定することを含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記作業機械は履帯を含み、
前記作業機械の後進中に、前記履帯が通過した前記現況地形上の複数の地点の高さを取得することをさらに備え、
前記後進時の目標軌道を決定することは、前記複数の地点の高さによって、前記後進時の目標軌道を決定することを含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記現況地形データは、前記現況地形上の複数の地点の高さを示し、
前記作業機の刃先位置を取得することをさらに備え、
前記後進時の目標軌道を決定することは、前記刃先位置の周囲の前記複数の地点の高さに基づいて、前記後進時の目標軌道を決定することを含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記作業機の刃先の車幅方向における中点位置を取得することと、
前記中点位置の周囲の前記複数の地点の高さに基づいて、前記中点位置における前記作業機の目標高さを取得すること、
をさらに備え、
前記後進時の目標軌道を決定することは、前記目標高さに基づいて、前記後進時の目標軌道を決定することを含む、
請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

作業機を含む作業機械を制御するためにプロセッサによって実行される方法であって、
前記作業機械が後進中には、後進時の目標軌道に従って前記作業機を動作させることと、
前記作業機のチルト角を変更するために手動操作可能な入力装置からの信号を受信することと、
前記入力装置の手動操作に応じて前記作業機のチルト角を変更すること、
を備え、
前記作業機を動作させることは、前記作業機械の後進中に、前記作業機を前記チルト角に保持しながら、前記後進時の目標軌道に応じて前記作業機を上下に動作させることを含む、
方法。

【請求項17】

前記作業機械が後進に切り換えられたかを判定することをさらに備え、
前記作業機械が後進に切り換えられたときに、前記作業機の後進時の目標軌道に従って前記作業機を動作させる後進制御が実行される、
請求項１１又は１６に記載の方法。

【請求項18】

前記作業機械が前進中には、前進時の目標軌道に従って前記作業機を動作させる前進制御を実行することをさらに備える、
請求項１１又は１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械の制御システム、及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ブルドーザ等の作業機械において、作業機の位置を自動的に調整する制御が提案されている。例えば、特許文献１では、コントローラは、目標設計面を決定する。目標設計面の少なくとも一部は、現況地形よりも下方に位置している。作業機械が前進中に、コントローラは、作業機を目標設計面に合わせて上下に移動させる。それにより、現況地形が掘削される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－０２１３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

作業機械は、前進だけではなく、後進する場合もある。しかし、上記の技術では、後進時の作業機械の制御については記載されていない。

【0005】

本開示の目的は、作業機械による作業の効率を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の態様は、作業機を含む作業機械の制御システムであって、コントローラを備える。コントローラは、作業機械の後進中には、作業機の後進時の目標軌道に従って作業機を動作させる。

【0007】

第２の態様は、作業機を含む作業機械を制御するためにプロセッサによって実行される方法である。当該方法は、作業機械の後進中には、後進時の目標軌道に従って作業機を動作させることを含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、作業機械の後進時において、目標軌道に従って作業機が動作する。それにより、作業機械による作業の効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る作業機械を示す側面図である。

【図2】作業機械の制御システムの構成を示すブロック図である。

【図3】作業機械を模式的に示す側面図である。

【図4】作業機械を模式的に示す正面図である。

【図5】現況地形データを示す上面図である。

【図6】現況地形データを示す側面図である。

【図7】作業機械の前進制御の処理を示すフローチャートである。

【図8】作業機械の後進制御の処理を示すフローチャートである。

【図9】刃先位置における目標高さを決定するための方法を示す図である。

【図10】作業機械の後進時の動作の一例を示す図である。

【図11】制御システムの構成の第１変形例を示すブロック図である。

【図12】制御システムの構成の第２変形例を示すブロック図である。

【図13】作業機械の制御の第１変形例を示す図である。

【図14】作業機械の制御の第２変形例を示す図である。

【図15】作業機械の制御の第２変形例を示す図である。

【図16】作業機械の制御の第３変形例を示す図である。

【図17】作業機械の制御の第４変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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、走行装置１２と、作業機１３とを備えている。

【0011】

車体１１は、運転室１４とエンジン室１５とを有する。運転室１４には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室１５は、運転室１４の前方に配置されている。走行装置１２は、車体１１の下部に取り付けられている。走行装置１２は、左右の履帯１６を有している。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。

【0012】

作業機１３は、車体１１に取り付けられている。作業機１３は、リフトフレーム１７と、ブレード１８と、リフトシリンダ１９と、チルトシリンダ２０とを含む。

【0013】

リフトフレーム１７は、軸線Ｘを中心として、上下に動作可能に車体１１に取り付けられている。軸線Ｘは、車幅方向に延びている。リフトフレーム１７は、ブレード１８を支持している。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の動作に伴って上下に移動する。リフトフレーム１７は、走行装置１２に取り付けられてもよい。

【0014】

リフトシリンダ１９は、車体１１とリフトフレーム１７とに連結されている。リフトシリンダ１９が伸縮することによって、リフトフレーム１７は、軸線Ｘを中心として上下に動作する。チルトシリンダ２０は、車体１１とブレード１８とに連結されている。チルトシリンダ２０が伸縮することによって、ブレード１８は、軸線Yを中心として傾動する。軸線Yは、前後方向に延びている。

【0015】

図２は、作業機械１の制御システム３の構成を示すブロック図である。本実施形態では、制御システム３は、作業機械１に搭載されている。図２に示すように、作業機械１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。

【0016】

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、リフトシリンダ１９とチルトシリンダ２０とに供給される。なお、図２では、１つの油圧ポンプ２３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。

【0017】

動力伝達装置２４は、エンジン２２の駆動力を走行装置１２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、トルクコンバーター、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。

【0018】

制御システム３は、入力装置２５と、コントローラ２６と、制御弁２７とを備える。入力装置２５は、運転室１４に配置されている。入力装置２５は、オペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。入力装置２５は、コントローラ２６に操作信号を出力する。

【0019】

入力装置２５は、走行装置１２と作業機１３とを操作するための操作レバー、ペダル、或いはスイッチ等の操作子を含む。入力装置２５は、タッチパネルを含んでもよい。入力装置２５の操作に応じて、作業機械１の前進及び後進などの走行が制御される。入力装置２５の操作に応じて、作業機１３の上昇及び下降などの動作が制御される。入力装置２５の操作に応じて、作業機１３のチルト角が制御される。

【0020】

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。記憶装置２８は、ROMなどの不揮発性メモリと、RAMなどの揮発性メモリとを含む。記憶装置２８は、ハードディスク、或いはSSD（Solid State Drive）などの補助記憶装置を含んでもよい。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、作業機械１を制御するためのコンピュータ指令及びデータを記憶している。

【0021】

プロセッサ２９は、例えばCPU（central processing unit）である。プロセッサ２９は、プログラムに従って、作業機械１を制御するための処理を実行する。コントローラ２６は、走行装置１２、或いは動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１を走行させる。コントローラ２６は、制御弁２７を制御することで、ブレード１８を上下に移動させる。コントローラ２６は、制御弁２７を制御することで、ブレード１８をチルト動作させる。

【0022】

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、リフトシリンダ１９及びチルトシリンダ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、リフトシリンダ１９及びチルトシリンダ２０に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ２６は、ブレード１８が動作するように、制御弁２７への指令信号を生成する。これにより、リフトシリンダ１９及びチルトシリンダ２０が制御される。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。

【0023】

制御システム３は、作業機センサ３４，３５を含む。作業機センサ３４，３５は、作業機位置データを取得する。作業機位置データは、車体１１に対する作業機１３の位置を示す。詳細には、作業機センサ３４，３５は、リフトセンサ３４とチルトセンサ３５とを含む。作業機位置データは、リフト角θliftとチルト角θtiltとを含む。リフトセンサ３４は、図３に示すように、ブレード１８のリフト角θliftを検出する。例えば、リフトセンサ３４は、リフトシリンダ１９のストローク長さを検出する。コントローラ２６は、リフトシリンダ１９のストローク長さから、ブレード１８のリフト角θliftを算出する。或いは、リフトセンサ３４は、ブレード１８の軸線X周りの回転角度を直接検出するセンサであってもよい。

【0024】

チルトセンサ３５は、図４に示すように、ブレード１８のチルト角θtiltを検出する。例えば、リフトセンサ３４は、チルトシリンダ２０のストローク長さを検出する。コントローラ２６は、チルトシリンダ２０のストローク長さから、ブレード１８のチルト角θtiltを算出する。或いは、チルトセンサ３５は、ブレード１８の軸線Y周りの回転角度を直接検出するセンサであってもよい。

【0025】

図２に示すように、制御システム３は、姿勢センサ３２と位置センサ３３とを含む。姿勢センサ３２は、車体１１の姿勢を示す姿勢データを出力する。姿勢センサ３２は、例えばIMU（慣性計測装置：Inertial Measurement Unit）を含む。姿勢データは、ピッチ角とロール角とを含む。ピッチ角は、車体１１の前後方向の水平に対する角度である。ロール角は、車体１１の車幅方向の水平に対する角度である。姿勢センサ３２は、姿勢データをコントローラ２６に出力する。

【0026】

位置センサ３３は、例えばGPS（Global Positioning System）などのGNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバを含む。位置センサ３３は、衛星より測位信号を受信し、測位信号により車体位置データを取得する。車体位置データは、車体１１のグローバル座標を示す。グローバル座標は、地理座標系における位置を示す。位置センサ３３は、車体位置データをコントローラ２６に出力する。コントローラ２６は、車体位置データにより、作業機械１の進行方向と車速とを得る。

【0027】

コントローラ２６は、作業機位置データと、車体位置データと、姿勢データとから、作業機１３の刃先位置PBを演算する。詳細には、コントローラ２６は、車体位置データに基づいて、車体１１のグローバル座標を算出する。コントローラ２６は、作業機位置データと機械データに基づいて、車体１１に対する刃先位置PBのローカル座標を算出する。ローカル座標は、車体１１を基準とする座標系における位置を示す。機械データは、記憶装置２８に記憶されている。機械データは、作業機械１に含まれる複数の構成要素の位置及び寸法を含む。すなわち、機械データは、車体１１に対する作業機１３の位置を示す。

【0028】

コントローラ２６は、車体１１のグローバル座標と、刃先位置PBのローカル座標と、姿勢データとに基づいて、刃先位置PBのグローバル座標を算出する。コントローラ２６は、刃先位置PBのグローバル座標を、刃先位置データとして取得する。なお、位置センサ３３は、ブレード１８に取り付けられてもよい。その場合、刃先位置PBは、位置センサ３３によって直接的に取得されてもよい。

【0029】

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、作業現場の現況地形を示す。現況地形データは、現況地形の三次元測量図を示す。図５は、作業機械１の周囲の現況地形５０を示す上面図である。図５に示すように、現況地形データは、現況地形５０上の複数の地点Pn（nは整数）の位置を示す。複数の地点Pnは、グリッドで区画された複数のエリア内の代表点である。現況地形データは、現況地形５０上の複数の地点Pnのグローバル座標を示す。なお、図５においては、複数の地点Pnの一部のみに符号が付されており、他の部分の符号は省略されている。

【0030】

図６は、現況地形５０の側面断面図である。図６において、縦軸は、地形の高さを示している。横軸は、作業機械１の進行方向における現在位置からの距離を示している。図６に示すように、現況地形データは、複数の地点Pnにおける高さZnを示す。複数の地点Pnは、所定間隔ごとに配置されている。所定間隔は、例えば１ｍである。しかし、所定間隔は、１ｍと異なる距離であってもよい。

【0031】

初期の現況地形データは、予め記憶装置２８に保存されている。例えば、初期の現況地形データは、レーザ測量によって得られてもよい。コントローラ２６は、作業機械１の移動中に、最新の現況地形データを取得して、現況地形データを更新する。詳細には、コントローラ２６は、履帯１６が通過した現況地形５０上の複数の地点Pnの高さを取得する。

【0032】

詳細には、図３及び図５に示すように、コントローラ２６は、車体１１のグローバル座標と機械データとに基づいて、履帯１６の底の位置PC1,PC2を取得する。位置PC1は、左側の履帯１６の底の位置である。位置PC2は、右側の履帯１６の底の位置である。コントローラは、履帯１６の底の位置PC1,PC2を、履帯１６が通過した現況地形５０上の複数の地点Pnの高さとして取得する。

【0033】

次に、コントローラ２６によって実行される、作業機械１の自動制御について説明する。なお、作業機械１の自動制御は、オペレータによる手動操作と合わせて行われる半自動制御であってもよい。例えば、作業機械１の前進と後進とが、オペレータによって操作され、作業機１３の動作がコントローラ２６によって自動制御されてもよい。或いは、作業機械１の自動制御は、オペレータによる手動操作無しで行われる完全自動制御であってもよい。

【0034】

図７は、作業機械１の自動制御の処理を示すフローチャートである。図７に示すように、ステップＳ１００では、コントローラ２６は、作業機械１の進行方向を判定する。ここでは、コントローラ２６は、入力装置２５からの信号に基づいて、作業機械１が前進しているか、又は後進しているかを判定する。作業機械１が前進しているときには、コントローラ２６は、ステップＳ１０１以降に示す前進制御の処理を実行する。ステップＳ１０１では、コントローラ２６は、刃先位置データを取得する。ここでは、コントローラ２６は、上述したように、ブレード１８の現在の刃先位置PBを取得する。

【0035】

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。例えば、コントローラ２６は、作業機械１の前方の所定範囲内の現況地形データを記憶装置２８から読み出す。

【0036】

ステップＳ１０３では、コントローラ２６は、作業機１３の前進時の目標軌道７０（以下、「前進目標軌道７０」と呼ぶ）を決定する。図６に示すように、前進目標軌道７０の少なくとも一部は、現況地形５０の下方に位置している。前進目標軌道７０は、作業におけるブレード１８の刃先の目標軌道を示す。なお、図６では、前進目標軌道７０の全体が、現況地形５０よりも下方に位置している。しかし、前進目標軌道７０の一部が、現況地形５０と同じ高さ、或いは現況地形５０よりも上方に位置してもよい。

【0037】

例えば、コントローラ２６は、現況地形５０から所定距離、下方に位置する平面を、前進目標軌道７０として決定する。ただし、前進目標軌道７０の決定方法は、これに限らず、変更されてもよい。例えば、コントローラ２６は、現況地形５０を所定距離、下方に変位させた地形を、前進目標軌道７０として決定してもよい。前進目標軌道７０は、水平であってもよい。前進目標軌道７０は、作業機械１の進行方向において、水平に対して傾斜していてもよい。前進目標軌道７０は、作業機械１の車幅方向において、水平に対して傾斜していてもよい。

【0038】

ステップＳ１０４では、コントローラ２６は、前進目標軌道７０に従って、作業機１３を動作させる。コントローラ２６は、前進目標軌道７０に従ってブレード１８の刃先位置PBが移動するように、作業機１３への指令信号を生成する。コントローラ２６は、指令信号を制御弁２７に出力する。それにより、作業機１３が前進目標軌道７０に従って動作する。作業機械１は、前進しながら、作業機１３を前進目標軌道７０に従って動作させる。それにより、現況地形５０が、作業機１３によって掘削される。

【0039】

ステップＳ１０５では、コントローラ２６は、現況地形データを更新する。上述したように、コントローラ２６は、作業機械１の前進中に、履帯１６が通過した現況地形５０上の複数の地点Pnの高さを取得する。コントローラ２６は、前進中に取得された複数の地点Pnの高さによって、現況地形データを更新する。

【0040】

作業機械１が所定の反転位置に到達すると、作業機械１が前進から後進に切り換えられる。この場合、上述したステップＳ１００において、コントローラ２６は、作業機械１が後進していると判定する。作業機械１が後進中には、コントローラ２６は、図８に示すステップＳ２０１以降に示す後進制御の処理を実行する。

【0041】

図８に示すように、ステップＳ２０１では、コントローラ２６は、刃先位置データを取得する。ここでは、コントローラ２６は、上述したように、ブレード１８の現在の刃先位置PBを取得する。

【0042】

ステップＳ２０２では、コントローラ２６は、現況地形データを取得する。例えば、コントローラ２６は、作業機械１の後方の所定範囲内の現況地形データを記憶装置２８から読み出す。

【0043】

ステップＳ２０３では、コントローラ２６は、現況地形データを更新する。コントローラ２６は、作業機械１の後進中に、履帯１６が通過した現況地形５０上の複数の地点Pnの高さを取得する。コントローラ２６は、後進中に取得された複数の地点Pnの高さによって、現況地形データを更新する。

【0044】

ステップＳ２０４では、コントローラ２６は、作業機１３の後進時の目標軌道８０（以下、「後進目標軌道８０」と呼ぶ）を決定する。コントローラ２６は、更新された現況地形５０上の複数の地点Pnの高さに基づいて、後進目標軌道８０を決定する。詳細には、コントローラ２６は、作業機１３の刃先位置PBを取得する。図５に示すように、刃先位置PBは、ブレード１８の刃先の車幅方向における中点位置である。コントローラ２６は、刃先位置PBの周囲の複数の地点Pnの高さに基づいて、後進目標軌道８０を決定する。

【0045】

例えば、図９に示すように、コントローラ２６は、刃先位置PBの前後左右に位置する４つの地点P(x1,y1)、P(x2,y1)、P(x1,y2)、P(x2,y2)の高さを取得する。４つの地点P(x1,y1)、P(x2,y1)、P(x1,y2)、P(x2,y2)の高さから、刃先位置PBにおける目標高さを算出する。コントローラ２６は、例えばバイリニア補完により、４つの地点P(x1,y1)、P(x2,y1)、P(x1,y2)、P(x2,y2)の高さから、刃先位置PBにおける目標高さを算出する。

【0046】

コントローラ２６は、以下の式（１）により、刃先位置PBにおける目標高さを算出する。
ZB = { A1 * Z(x1,y1) + A2 * Z(x1,y2) + A3 * Z(x2,y1) + A4 * Z(x2,y2) } / (A1 + A2 + A3 + A4 ) (1)
ZBは、刃先位置PBにおける目標高さである。Z(x1,y1)、Z(x2,y1)、Z(x1,y2)、Z(x2,y2)は、それぞれ刃先位置PBの周囲の複数の地点P(x1,y1)、P(x2,y1)、P(x1,y2)、P(x2,y2)の高さである。A1は、領域B1の面積である。A2は、領域B2の面積である。A3は、領域B3の面積である。A4は、領域B4の面積である。

【0047】

コントローラ２６は、刃先位置PBにおける目標高さZBを算出し、目標高さZBを更新する。作業機械１が後進している間、コントローラ２６は、目標高さZBの算出と後進とを繰り返し実行する。コントローラ２６は、刃先位置PBが目標高さZBに位置するように、後進目標軌道８０を決定する。

【0048】

コントローラ２６は、作業機械１の車幅方向において、前進目標軌道７０と平行になるように、後進目標軌道８０を決定する。或いは、コントローラ２６は、作業機械１の車幅方向において水平になるように、後進目標軌道８０を決定してもよい。或いは、コントローラ２６は、作業機械１の車幅方向において水平に対して所定角度、傾斜するように、後進目標軌道８０を決定してもよい。

【0049】

ステップＳ２０４では、コントローラ２６は、後進目標軌道８０に従って、作業機１３を動作させる。コントローラ２６は、後進目標軌道８０に従ってブレード１８の刃先位置PBが移動するように、作業機１３への指令信号を生成する。コントローラ２６は、指令信号を制御弁２７に出力する。それにより、作業機１３が後進目標軌道８０に従って動作する。作業機械１は、後進しながら、作業機１３を後進目標軌道８０に従って動作させる。

【0050】

例えば、図１０Ａに示すように、作業機械１が前進して掘削を行う時にブレード１８からこぼれた土１００（以下、「ウィンドロー１００」と呼ぶ）が、現況地形５０上に残る場合がある。本実施形態に係る制御システム３では、作業機械１が後進して次の掘削開始位置に移動するときに、コントローラ２６は、図１０Ｂに示すように、後進目標軌道８０を決定する。そして、図１０Ｃに示すように、作業機１３が後進目標軌道８０に従って動作することで、ウィンドロー１００を除去することができる。

【0051】

以上説明した、本実施形態に係る作業機械１の制御システム３では、作業機械１の前進時だけではなく、後進時においても、後進目標軌道８０に従って作業機１３が動作する。それにより、作業機械１による作業の効率を向上させることができる。

【0052】

以上、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。

【0053】

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、油圧ショベル等の他の車両であってもよい。作業機械１は、電動モータで駆動される車両であってもよい。その場合、エンジン２２及びエンジン室１５は省略されてもよい。

【0054】

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。上述した処理は、複数のコントローラに分散して実行されてもよい。

【0055】

作業機械１は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、制御システム３の一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。例えば、図１１に示すように、コントローラ２６は、リモートコントローラ２６１と車載コントローラ２６２とを含んでもよい。リモートコントローラ２６１は、作業機械１の外部に配置されてもよい。例えば、リモートコントローラ２６１は、作業機械１の外部の管理センタに配置されてもよい。車載コントローラ２６２は、作業機械１に搭載されてもよい。

【0056】

リモートコントローラ２６１と車載コントローラ２６２とは、通信装置３８,３９を介して無線により通信可能であってもよい。そして、上述したコントローラ２６の機能の一部がリモートコントローラ２６１によって実行され、残りの機能が車載コントローラ２６２によって実行されてもよい。例えば、前進目標軌道７０と後進目標軌道８０とを決定する処理がリモートコントローラ２６１によって実行されてもよい。作業機１３への指令信号を出力する処理が、車載コントローラ２６２によって実行されてもよい。

【0057】

入力装置２５は、作業機械１の外部に配置されてもよい。入力装置２５が作業機械１から省略されてもよい。その場合、運転室は、作業機械１から省略されてもよい。

【0058】

現況地形５０は、上述した位置センサ３３に限らず、他の装置によって取得されてもよい。例えば、作業機械１は、Lidar（Light Detection and Ranging）などの計測装置を備えてもよい。コントローラ２６は、計測装置が計測した現況地形５０に基づいて、現況地形データを取得してもよい。

【0059】

図１２に示すように、外部の装置からのデータを受け付けるインターフェ－ス装置３７によって現況地形５０が取得されてもよい。インターフェ－ス装置３７は、外部の計測装置４１が計測した現況地形データを無線によって受信してもよい。或いは、インターフェ－ス装置３７は、記録媒体の読み取り装置であってもよい。コントローラ２６は、外部の計測装置４１が計測した現況地形データを記録媒体を介して受け付けてもよい。

【0060】

上記の実施形態では、コントローラ２６は、車幅方向において前進目標軌道７０に平行になるように、後進目標軌道８０を決定している。しかし、コントローラ２６は、入力装置２５の手動操作に応じて、作業機１３のチルト角を変更してもよい。例えば、図１３Ａに示すように、現況地形５０が、前進目標軌道７０に対して、車幅方向において傾斜している場合がある。この場合、オペレータは、入力装置２５を操作して、ブレード１８の刃先が現況地形５０と平行になるように、手動で作業機１３のチルト角を変更してもよい。それにより、図１３Ｂに示すように、コントローラ２６は、手動操作に応じて作業機１３のチルト角を変更してもよい。その後、図１３Ｃに示すように、コントローラ２６は、作業機械１の後進中には、変更後のチルト角に作業機１３を保持しながら、後進目標軌道８０に応じて作業機１３を上下に動作させてもよい。

【0061】

後進目標軌道８０の決定方法は、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、コントローラ２６は、上記の実施形態の目標高さZBを、上下方向に所定距離、変位させてもよい。

【0062】

コントローラ２６は、ブレード１８の刃先において車幅方向に離れた少なくとも２点の位置における目標高さZBを決定してもよい。例えば、図１４に示すように、コントローラ２６は、刃先の左端位置PBLの目標高さZBL（以下、「左目標高さZBL」と呼ぶ）と、右端位置PBRの目標高さZBR（以下、「右目標高さZBR」と呼ぶ）を決定してもよい。

【0063】

コントローラ２６は、刃先の左端位置PBLの周囲の複数の地点の高さを取得してもよい。コントローラ２６は、上記の実施形態の目標高さZBの決定方法と同様にして、複数の地点の高さから、左目標高さZBLを算出してもよい。コントローラ２６は、刃先の右端位置PBRの周囲の複数の地点の高さを取得してもよい。コントローラ２６は、上記の実施形態の目標高さZBの決定方法と同様にして、複数の地点の高さから、右目標高さZBRを算出してもよい。

【0064】

コントローラ２６は、図１５に示すように、左目標高さZBLと右目標高さZBRとから、刃先位置PBにおける目標高さZBを算出してもよい。コントローラ２６は、左目標高さZBLと右目標高さZBRとの平均値を、刃先位置PBにおける目標高さZBとして決定してもよい。

【0065】

また、コントローラ２６は、左目標高さZBLと右目標高さZBRとから、目標チルト角を決定してもよい。コントローラ２６は、左目標高さZBLと右目標高さZBRとの差から、目標チルト角を算出してもよい。コントローラ２６は、ブレード１８のチルト角が目標チルト角になるように、作業機１３を自動制御してもよい。

【0066】

コントローラ２６は、ブレード１８の刃先が前進目標軌道７０を下方に越えないように、後進目標軌道８０を補正してもよい。例えば、図１６Ａに示すように、刃先の左端位置PBLが、前進目標軌道７０よりも下方に位置する場合がある。刃先の右端位置PBRは、前進目標軌道７０よりも上方に位置している。

【0067】

この場合、図１６Ｂに示すように、コントローラ２６は、刃先の右端位置PBRと、前進目標軌道７０の左端位置７０１とから、目標チルト角を決定してもよい。前進目標軌道７０の左端位置７０１は、刃先の左端位置PBLに対応する前進目標軌道７０上の位置である。

【0068】

或いは、図示を省略するが、刃先の右端位置PBRが、前進目標軌道７０よりも下方に位置し、刃先の左端位置PBLが、前進目標軌道７０よりも上方に位置している場合がある。その場合、コントローラ２６は、刃先の左端位置PBLと、前進目標軌道７０の右端位置７０２とから、目標チルト角を決定してもよい。前進目標軌道７０の右端位置７０２は、刃先の右端位置PBRに対応する前進目標軌道７０上の位置である。

【0069】

図１７Ａに示すように、刃先の左端位置PBLと右端位置PBRとの両方が、前進目標軌道７０よりも下方に位置する場合がある。この場合、図１７Ｂに示すように、コントローラ２６は、前進目標軌道７０の左端位置７０１と、前進目標軌道７０の右端位置７０２とから、目標チルト角を決定してもよい。

【0070】

上記の実施形態では、コントローラ２６は、刃先位置PBの周囲の４つの地点の高さから、後進目標軌道８０を決定している。しかし、後進目標軌道８０を決定するための地点の数は、４つより少なくてもよく、或いは４つより多くてもよい。

【0071】

或いは、コントローラ２６は、前進目標軌道７０に基づいて、後進目標軌道８０を決定してもよい。例えば、コントローラ２６は、前進目標軌道７０と同じ高さに、後進目標軌道８０を決定してもよい。或いは、コントローラ２６は、前進目標軌道７０を上下に変位させた軌道を、後進目標軌道８０として決定してもよい。

【0072】

前進制御は上記の実施形態のもの限らず、変更されてもよい。或いは、前進制御は、省略されてもよい。例えば、前進時はオペレータが手動で作業機械１を操作してもよい。その場合、上記の実施形態と同様に、コントローラ２６は、前進中に現況地形５０を取得してもよい。コントローラ２６は、前進中に取得された現況地形に基づいて後進制御を行ってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本開示によれば、作業機械による作業の効率を向上させることができる。

【符号の説明】

【0074】

１ 作業機械
１３ 作業機
２６ コントローラ
７０ 前進目標軌道（前進時の目標軌道）
８０ 後進目標軌道（後進時の目標軌道）

【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】

【図15】

【図16】

【図17】