特許 7478616 作業機械

(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】2024-04-24

(45)【発行日】2024-05-07

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/76 20060101AFI20240425BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20240425BHJP

【ＦＩ】

E02F3/76 A

E02F9/20 N

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020128936

(22)【出願日】2020-07-30

(65)【公開番号】P2022025829

(43)【公開日】2022-02-10

【審査請求日】2023-06-08

(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】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上前 健志

【審査官】彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１６７６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２１７０４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０００－１７０２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－７６４９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ３／７６

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フロントフレームと、前記フロントフレームに回動可能に連結されたリアフレームとを有する、車体フレームと、
前記車体フレームに搭載され、オペレータが搭乗するキャブと、
前記フロントフレームに連結され、前記フロントフレームに対して揺動可能なドローバと、
前記ドローバに支持され、前記ドローバに対して相対回転可能な旋回サークルと、
前記旋回サークルに支持され、前記旋回サークルに対して傾斜可能なブレードと、
前記キャブの屋根部に配置された衛星測位信号受信用のアンテナと、
前記キャブに搭載された、前記キャブの傾きを検出する第１のセンサと、
前記キャブに対する前記ドローバの傾斜角度を検出する第２のセンサと、
前記ドローバに対する前記旋回サークルの回転角度を検出する第３のセンサと、
前記旋回サークルに対する前記ブレードの傾斜角度を検出する第４のセンサと、
前記アンテナが受信する衛星測位信号と、前記第１のセンサ、前記第２のセンサ、前記第３のセンサおよび前記第４のセンサの検出結果とに基づいて、グローバル座標系での前記ブレードの位置を取得するコントローラと、を備える、作業機械。

【請求項2】

前記第１のセンサは、前記キャブの天井部に配置されている、請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記第１のセンサは、前記アンテナの真下に配置されている、請求項１または請求項２に記載の作業機械。

【請求項4】

前記第１のセンサは、前記キャブの前縁部に配置されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項5】

前記キャブは、オペレータが着座する運転席を有し、
前記第１のセンサは、前記運転席の前方に配置されている、請求項４に記載の作業機械。

【請求項6】

前記キャブは、オペレータが前記作業機械を操向操作するためのステアリングホイールと、前記ステアリングホイールを支持するステアリングコンソールとを有し、
前記第１のセンサは、前記ステアリングコンソールの真上に配置されている、請求項４または請求項５に記載の作業機械。

【請求項7】

前記キャブは、前記フロントフレームに搭載されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項8】

前記第１のセンサは、前記フロントフレームの前記リアフレームに対する回動の中心よりも前方に配置されている、請求項７に記載の作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

米国特許第１０４２８４９３号明細書（特許文献１）には、モータグレーダが少なくとも１つのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）アンテナと少なくとも１つのＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）とを備え、これらの計測結果に基づいてブレードの位置が算出され、算出されたブレード位置に基づいてブレードが自動制御される技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第１０４２８４９３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

モータグレーダによる整地作業を高効率かつ高品質に行なうためには、ブレードの位置をより精度よく取得することが望まれる。そのため、ブレードの位置を取得するための各種のアンテナおよびセンサの検出精度を高めることが求められている。

【0005】

本開示では、ブレードの位置を取得するための機器の検出精度を向上できる、作業機械が提案される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従うと、作業機械が提案される。作業機械は、フロントフレームと、フロントフレームに回動可能に連結されたリアフレームとを有する、車体フレームを備えている。作業機械は、車体フレームに搭載され、オペレータが搭乗するキャブと、フロントフレームに連結され、フロントフレームに対して揺動可能なドローバと、ドローバに支持され、ドローバに対して相対回転可能な旋回サークルと、旋回サークルに支持され、旋回サークルに対して傾斜可能なブレードと、を備えている。作業機械は、キャブの屋根部に配置された衛星測位信号受信用のアンテナと、キャブに搭載されキャブの傾きを検出する第１のセンサと、キャブに対するドローバの傾斜角度を検出する第２のセンサと、ドローバに対する旋回サークルの回転角度を検出する第３のセンサと、旋回サークルに対するブレードの傾斜角度を検出する第４のセンサと、を備えている。作業機械は、アンテナが受信する衛星測位信号と、第１のセンサ、第２のセンサ、第３のセンサおよび第４のセンサの検出結果とに基づいて、グローバル座標系でのブレードの位置を取得するコントローラを備えている。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る作業機械によると、ブレードの位置を取得するための機器の検出精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に基づくモータグレーダの構成を概略的に示す斜視図である。

【図2】図１に示されるモータグレーダの側面図である。

【図3】回動機構の構成の概略について説明する図である。

【図4】フロントフレームがリアフレームに対して回動した状態のモータグレーダの平面図である。

【図5】作業機付近を拡大して示すモータグレーダの斜視図である。

【図6】図５とは異なる角度からのモータグレーダの斜視図である。

【図7】図１に示されるモータグレーダの、ブレードの位置取得に関わる構成を示すブロック図である。

【図8】ブレードの位置を計算する処理の流れを示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0010】

図１は、実施形態に基づくモータグレーダ１の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示されるモータグレーダ１の側面図である。

【0011】

図１および図２に示されるように、実施形態に基づくモータグレーダ１は、走行輪である前輪１１と、走行輪である後輪１２と、車体フレーム２と、キャブ３と、作業機４とを主に備えている。前輪１１は、左右の片側において一輪ずつを有している。後輪１２は、左右の片側において二輪ずつを有している。図においては、片側一輪ずつの２つの前輪１１と片側二輪ずつの４つの後輪１２とからなる走行輪が示されているが、前輪および後輪の数および配置はこれに限られない。

【0012】

モータグレーダ１は、エンジン室６に配置されたエンジンなどの構成部品を備えている。作業機４は、ブレード４２を含んでいる。モータグレーダ１は、ブレード４２で整地作業、除雪作業、軽切削、材料混合などの作業を行なうことができる。

【0013】

以下の図の説明において、モータグレーダ１が直進走行する方向を、モータグレーダ１の前後方向という。モータグレーダ１の前後方向において、作業機４に対して前輪１１が配置されている側を、前方向とする。モータグレーダ１の前後方向において、作業機４に対して後輪１２が配置されている側を、後方向とする。モータグレーダ１の左右方向、または側方とは、平面視において前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。モータグレーダ１の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

【0014】

図においては、前後方向を図中矢印Ｘ、左右方向を図中矢印Ｙ、上下方向を図中矢印Ｚで示している。

【0015】

図１，２に示される車体フレーム２は、前後方向に延びている。車体フレーム２は、リアフレーム２１と、フロントフレーム２２とを含んでいる。リアフレーム２１は、フロントフレーム２２の後方に配置されている。リアフレーム２１は、外装カバー２５と、エンジン室６に配置されたエンジンなどの構成部品とを支持している。外装カバー２５はエンジン室６を覆っている。リアフレーム２１には、上記のたとえば片側二輪の後輪１２の各々がエンジンからの駆動力によって回転駆動可能に取付けられている。

【0016】

フロントフレーム２２は、リアフレーム２１の前方に配置されている。フロントフレーム２２の後端部が、リアフレーム２１の前端部と連結されている。リアフレーム２１は、フロントフレーム２２に回動可能に連結されている。フロントフレーム２２には、上記のたとえば片側一輪の前輪１１が回転可能に取り付けられている。

【0017】

車体フレーム２の前端には、カウンタウェイト５１が取り付けられている。カウンタウェイト５１は、フロントフレーム２２に取り付けられるアタッチメントの一例である。カウンタウェイト５１は、前輪１１に負荷される下向きの荷重を増加して、操舵を可能にするとともにブレード４２の押付荷重を増加するために、フロントフレーム２２に装着されている。

【0018】

モータグレーダ１は、リアフレーム２１に対してフロントフレーム２２を回動させるアーティキュレート動作が可能である。モータグレーダ１は、アーティキュレート動作を行なうための回動機構を備えている。図３は、回動機構の構成の概略について説明する図である。

【0019】

図３に示されるように、フロントフレーム２２と、リアフレーム２１とは、連結軸５３により連結されている。連結軸５３は、上下方向（図３においては紙面垂直方向）に延びている。連結軸５３は、キャブ３（図３には不図示）の下方に配置されている。

【0020】

連結軸５３は、フロントフレーム２２を、リアフレーム２１に対して回動可能に、リアフレーム２１に連結している。フロントフレーム２２は、連結軸５３を中心として、リアフレーム２１に対して両方向に旋回可能である。リアフレーム２１に対してフロントフレーム２２がなす角度が調整可能とされている。図４は、フロントフレーム２２がリアフレーム２１に対して回動した状態のモータグレーダ１の平面図である。図４には、フロントフレーム２２がリアフレーム２１に対して右方向に回動した状態が図示されている。

【0021】

なお図２に示される中心線ＣＬは、フロントフレーム２２のリアフレーム２１に対する回動の中心（アーティキュレート中心）を示す。中心線ＣＬは、連結軸５３の中心を通る上下方向に延びる直線である。図３，４においては、中心線ＣＬは、連結軸５３の中心を通り紙面垂直方向に延びる直線である。

【0022】

リアフレーム２１に対するフロントフレーム２２の回動は、キャブ３からの操作により、フロントフレーム２２とリアフレーム２１との間に連結されたアーティキュレートシリンダ５４を伸縮させることで行なわれる。リアフレーム２１には角度センサ５８が取り付けられており、リアフレーム２１に対するフロントフレーム２２の回動角度であるアーティキュレート角度を検出する。

【0023】

フロントフレーム２２をリアフレーム２１に対して回動させる（アーティキュレートさせる）ことで、モータグレーダ１の旋回時の旋回半径をより小さくすること、および、オフセット走行による溝掘や法切作業が可能である。オフセット走行とは、フロントフレーム２２をリアフレーム２１に対して回動させる方向と、前輪１１をフロントフレーム２２に対して旋回させる方向とをそれぞれ逆方向とすることにより、モータグレーダ１を直進走行させることをいう。

【0024】

図１，２に戻って、キャブ３は、フロントフレーム２２に搭載されている。キャブ３は、オペレータが搭乗するための室内空間を有しており、フロントフレーム２２の後端に配置されている。キャブ３は、リアフレーム２１に搭載されていてもよい。

【0025】

キャブ３の内部には、キャブ３に搭乗したオペレータが着座するための運転席３１が配置されている。運転席３１は、前後方向および左右方向においてキャブ３の略中央に配置されている。キャブ３は、運転席３１上方から覆う屋根部３Ｒと、屋根部３Ｒを支持する複数のピラーとを有している。屋根部３Ｒは、運転席３１の上方に配置されている。各々のピラーは、キャブ３の床部と屋根部３Ｒとに連結されている。

【0026】

キャブ３は、ＩＳＯ３４７１として規格化されているＲＯＰＳ（転倒時保護構造）およびＩＳＯ３４４９として規格化されているＦＯＰＳ（落下物保護構造）に適合した、高剛性な構造を有している。モータグレーダ１の転倒時またはキャブ３への落下物の飛来時にもキャブ３に搭乗しているオペレータが保護されるように、キャブ３の変形が効果的に抑制されている。

【0027】

キャブ３の運転席３１の前方に、オペレータがモータグレーダ１を操向操作するためのステアリングホイール３３が配置されている。ステアリングホイール３３は、ステアリングコンソール３４に取り付けられており、ステアリングコンソール３４によって支持されている。ステアリングホイール３３を操作することにより前輪１１の向きが変更され、モータグレーダ１は進行方向を変更することが可能である。キャブ３の内部にはまた、変速レバー、作業機４の操作レバー、ブレーキ、アクセルペダルなどの操作部が設けられている。

【0028】

キャブ３の屋根部３Ｒに、衛星測位信号受信用のアンテナ６０が配置されている。アンテナ６０は、屋根部３Ｒから上方に突き出している。アンテナ６０は、モータグレーダ１における、ブレード４２を立てない状態での上下方向の最も高い位置である屋根部３Ｒに取り付けられており、屋根部３Ｒよりもさらに上方に配置されている。

【0029】

キャブ３にはまた、第１の慣性計測装置（ＩＭＵ）６１が搭載されている。第１のＩＭＵ６１は、キャブ３の室内空間の天井部に配置されている。第１のＩＭＵ６１は、アンテナ６０の真下に配置されている。アンテナ６０と第１のＩＭＵ６１とは、モータグレーダ１を平面視した場合に互いに重なる位置に配置されている。

【0030】

アンテナ６０と第１のＩＭＵ６１とは、キャブ３の前縁部に配置されている。アンテナ６０と第１のＩＭＵ６１とは、運転席３１の前方に配置されている。アンテナ６０と第１のＩＭＵ６１とは、ステアリングコンソール３４の真上に配置されている。ステアリングコンソール３４と、アンテナ６０および第１のＩＭＵ６１とは、モータグレーダ１を平面視した場合に互いに重なる位置に配置されている。アンテナ６０および第１のＩＭＵ６１は、フロントフレーム２２のリアフレーム２１に対する回動の中心である中心線ＣＬよりも前方に配置されている。

【0031】

作業機４は、ドローバ４０と、旋回サークル４１と、ブレード４２と、旋回モータ４９と、各種のシリンダ４４～４８とを主に有している。図５は、作業機４付近を拡大して示すモータグレーダ１の斜視図である。図６は、図５とは異なる角度からのモータグレーダ１の斜視図である。

【0032】

ドローバ４０は、フロントフレーム２２の下方に配置されている。ドローバ４０の前端部は、玉軸部４０２を用いて、フロントフレーム２２の先端部に揺動可能に連結されている。ドローバ４０の後端部は、一対のリフトシリンダ４４，４５によってフロントフレーム２２に支持されている。リフトシリンダ４４，４５のピストンロッドの下端は、ドローバ４０に取り付けられている。一対のリフトシリンダ４４，４５の同期した伸縮によって、ドローバ４０の後端部がフロントフレーム２２に対して上下に昇降可能である。リフトシリンダ４４，４５の異なった伸縮によって、ドローバ４０は車両進行方向に沿った軸を中心に上下に揺動可能である。

【0033】

フロントフレーム２２とドローバ４０の側端部とには、ドローバシフトシリンダ４６が取り付けられている。このドローバシフトシリンダ４６の伸縮によって、ドローバ４０の後端部が、フロントフレーム２２に対して左右に移動可能である。

【0034】

旋回サークル４１は、フロントフレーム２２の下方に配置されている。旋回サークル４１は、ドローバ４０の下方に配置されている。旋回サークル４１は、ドローバ４０の後端部に支持されている。旋回モータ４９は、たとえば油圧モータである。旋回サークル４１は、旋回モータ４９によって、ドローバ４０に対し車両上方から見て時計方向または反時計方向に旋回駆動可能である。旋回サークル４１は、ドローバ４０に対して相対回転可能である。旋回サークル４１の旋回駆動によって、平面視におけるフロントフレーム２２に対するブレード４２の傾斜角度が調整される。

【0035】

旋回サークル４１の旋回中心に、スイベルジョイント４３が配置されている。スイベルジョイント４３を介して、ドローバ４０から旋回サークル４１に油圧が送られている。

【0036】

ブレード４２は、旋回サークル４１に支持されている。ブレード４２は、旋回サークル４１およびドローバ４０を介して、フロントフレーム２２に支持されている。

【0037】

ブレードシフトシリンダ４７は、旋回サークル４１およびブレード４２に取り付けられており、ブレード４２の長手方向に沿って配置されている。このブレードシフトシリンダ４７によって、ブレード４２は旋回サークル４１に対して、ブレード４２の長手方向に移動可能である。

【0038】

チルトシリンダ４８は、旋回サークル４１およびブレード４２に取り付けられている。このチルトシリンダ４８を伸縮させることによって、ブレード４２は旋回サークル４１に対してブレード４２の長手方向に延びる軸を中心に揺動して、上下方向に向きを変更することができる。チルトシリンダ４８は、車両進行方向に対するブレード４２の傾斜角度を変更することができる。

【0039】

以上のように、ブレード４２は、ドローバ４０と旋回サークル４１とを介して、車両に対する上下の昇降、車両進行方向に沿った軸を中心とする揺動、前後方向に対する傾斜角度の変更、ブレード４２の長手方向の移動、および、ブレード４２の長手方向に延びる軸を中心とする揺動を行なうことが可能に構成されている。

【0040】

ドローバ４０には、第２の慣性計測装置（ＩＭＵ）６２が搭載されている。スイベルジョイント４３上に、ドローバ４０に対する旋回サークル４１の回転角度を検出する回転角センサが配置されている。ドローバシフトシリンダ４６には、ドローバシフトシリンダ４６のシリンダ長さを検出するストロークセンサが取り付けられている。ブレードシフトシリンダ４７には、ブレードシフトシリンダ４７のシリンダ長さを検出するストロークセンサが取り付けられている。チルトシリンダ４８には、チルトシリンダ４８のシリンダ長さを検出するストロークセンサが取り付けられている。

【0041】

図７は、図１に示されるモータグレーダ１の、ブレード４２の位置取得に関わる構成を示すブロック図である。図７に示されるように、モータグレーダ１は、コントローラ７０を備えている。コントローラ７０は、たとえばモータグレーダ１の全体を制御するメインコントローラであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、不揮発性メモリ、タイマなどを有している。

【0042】

アンテナ６０は、衛星から電波（ＧＮＳＳ電波）を受信し、受信した電波に応じた信号をコントローラ７０に出力する。

【0043】

第１のＩＭＵ６１は、キャブ３の傾きを検出する。第１のＩＭＵ６１は、キャブ３の前後方向、左右方向および上下方向に対する傾斜角度を検出する。キャブ３がフロントフレーム２２に搭載されている実施形態の構成の場合、第１のＩＭＵ６１は、車体フレーム２（フロントフレーム２２）の前後方向、左右方向および上下方向に対する傾斜角度を検出するとも言える。第１のＩＭＵ６１は、キャブ３の傾きの検出結果を、コントローラ７０に出力する。キャブ３に搭載された第１のＩＭＵ６１は、キャブ３の傾きを検出する、実施形態の第１のセンサに相当する。

【0044】

第２のＩＭＵ６２は、ドローバ４０の傾きを検出する。第２のＩＭＵ６２は、ドローバ４０の前後方向、左右方向および上下方向に対する傾斜角度を検出する。第２のＩＭＵ６２は、ドローバ４０の傾斜角度の検出結果を、コントローラ７０に出力する。第１のＩＭＵ６１の検出結果と第２のＩＭＵ６２の検出結果とに基づいて、キャブ３に対するドローバ４０の傾斜角度が求められる。第２のＩＭＵ６２は、キャブ３に対するドローバ４０の傾斜角度を検出する、実施形態の第２のセンサに相当する。

【0045】

ブレードチルトストロークセンサ６３は、チルトシリンダ４８に取り付けられているストロークセンサである。ブレードチルトストロークセンサ６３は、チルトシリンダ４８のシリンダ長さを検出する。ブレードチルトストロークセンサ６３は、チルトシリンダ４８のシリンダ長さの検出結果を、コントローラ７０に出力する。ブレードチルトストロークセンサ６３で検出されたチルトシリンダ４８のシリンダ長さに基づいて、旋回サークル４１に対するブレード４２の傾斜角度が求められる。ブレードチルトストロークセンサ６３は、旋回サークル４１に対するブレード４２の傾斜角度を検出する、実施形態の第４のセンサに相当する。

【0046】

サークル回転センサ６４は、スイベルジョイント４３上に取り付けられている。サークル回転センサ６４は、ドローバ４０に対する旋回サークル４１の回転角度を検出する、実施形態の第３のセンサに相当する。サークル回転センサ６４は、旋回サークル４１の回転角度の検出結果を、コントローラ７０に出力する。

【0047】

ブレードシフトストロークセンサ６５は、ブレードシフトシリンダ４７に取り付けられているストロークセンサである。ブレードシフトストロークセンサ６５は、ブレードシフトシリンダ４７のシリンダ長さを検出する。ブレードシフトストロークセンサ６５は、ブレードシフトシリンダ４７のシリンダ長さの検出結果を、コントローラ７０に出力する。ブレードシフトシリンダ４７で検出されたブレードシフトシリンダ４７のシリンダ長さに基づいて、ブレード４２の長手方向における旋回サークル４１に対するブレード４２の移動量が求められる。

【0048】

コントローラ７０は、記憶部７２、グローバル座標演算部７４、検出情報取得部７６、およびブレード位置計算部７８とを含んでいる。

【0049】

記憶部７２は、モータグレーダ１の各種の動作を制御するためのプログラムを格納する。コントローラ７０は、記憶部７２に格納されているプログラムに基づいて、モータグレーダ１の動作を制御するための各種処理を実行する。記憶部７２は、不揮発性のメモリであり、必要なデータを記憶する領域として設けられている。

【0050】

記憶部７２は、フロントフレーム２２に対するドローバ４０の位置が中立位置である場合の、左右のリフトシリンダ４４，４５がドローバ４０に取り付けられたシリンダの付け根位置であるドローバ取付部２点位置（Ｐ１およびＰ２。図１および図５参照）の、第１のＩＭＵ６１に対する相対位置（以下、ドローバ取付部基準位置と称する）を記憶する。記憶部７２は、ドローバ４０に対する旋回サークル４１の位置が中立位置であり、旋回サークル４１に対して傾斜するブレード４２の位置が中立位置であり、ブレード４２の長手方向において旋回サークル４１に対して往復移動するブレード４２の位置が中立位置である場合の、ブレード４２の下縁のブレード４２の長手方向における両端の位置であるブレード下縁両端２点位置（Ｐ１１，Ｐ１２。図１、図５および図６参照）の、ドローバ取付部２点位置Ｐ１，Ｐ２に対する相対位置（以下、ブレード両端基準位置と称する）を記憶する。

【0051】

グローバル座標演算部７４は、アンテナ６０より入力された衛星測位信号に基づいて、グローバル座標系におけるアンテナ６０の現在の位置を演算する。グローバル座標系は、緯度、経度および高度で表される、地球を基準とする３次元座標系である。アンテナ６０の緯度、経度および高度の座標データで、グローバル座標系におけるアンテナ６０の絶対位置が規定される。

【0052】

検出情報取得部７６は、第１のＩＭＵ６１、第２のＩＭＵ６２、ブレードチルトストロークセンサ６３、サークル回転センサ６４、およびブレードシフトストロークセンサ６５のそれぞれが検出した情報を取得する。検出情報取得部７６は、キャブ３の傾き、ドローバ４０の傾き、チルトシリンダ４８のシリンダ長さ、旋回サークル４１の回転角度、およびブレードシフトシリンダ４７のシリンダ長さを取得する。

【0053】

ブレード位置計算部７８は、グローバル座標演算部７４が演算したグローバル座標系におけるアンテナ６０の位置と、検出情報取得部７６が取得した情報とに基づいて、グローバル座標系におけるブレード４２の位置を計算する。

【0054】

図８は、ブレード４２の位置を計算する処理の流れを示すフロー図である。図８を参照しながら、グローバル座標系におけるブレード４２の位置を特定する方法について説明する。

【0055】

ステップＳ１において、アンテナ６０のグローバル座標系における現在の位置を演算する。グローバル座標演算部７４は、アンテナ６０より入力された衛星測位信号に基づいて、アンテナ６０の緯度、経度および高度の座標データを演算する。

【0056】

ステップＳ２において、第１のＩＭＵ６１のグローバル座標系における現在の位置を演算する。アンテナ６０と第１のＩＭＵ６１とは、いずれもキャブ３に搭載されている。アンテナ６０と第１のＩＭＵ６１との相対位置は、モータグレーダ１の動作に関わらず一定である。そのため、グローバル座標系におけるアンテナ６０の現在の位置と、アンテナ６０と第１のＩＭＵ６１との相対位置と、に基づく演算によって、グローバル座標系における第１のＩＭＵ６１の現在の位置が取得される。

【0057】

ステップＳ３において、各センサの検出情報を取得する。検出情報取得部７６は、第１のＩＭＵ６１から、キャブ３の傾きの検出情報を取得する。検出情報取得部７６は、第２のＩＭＵ６２から、ドローバ４０の傾きの検出情報を取得する。検出情報取得部７６は、ブレードチルトストロークセンサ６３から、チルトシリンダ４８のシリンダ長さの検出情報を取得する。検出情報取得部７６は、サークル回転センサ６４から、旋回サークル４１の回転角度の検出情報を取得する。検出情報取得部７６は、ブレードシフトストロークセンサ６５から、ブレードシフトシリンダ４７のシリンダ長さの検出情報を取得する。

【0058】

ステップＳ４において、第１のＩＭＵ６１に対するドローバ取付部２点位置Ｐ１，Ｐ２の現在の相対位置を計算する。

【0059】

ブレード位置計算部７８は、検出情報取得部７６から、第１のＩＭＵ６１の検出結果と第２のＩＭＵ６２の検出結果との情報を受ける。ブレード位置計算部７８は、キャブ３の前後方向、左右方向および上下方向に対する傾斜角と、ドローバ４０の前後方向、左右方向および上下方向に対する傾斜角とから、キャブ３に対するドローバ４０の現在の傾斜角度を計算する。

【0060】

キャブ３に対するドローバ４０の傾斜角度をより精度よく検出するために、第１のＩＭＵ６１および第２のＩＭＵ６２の検出結果に加えて、ドローバシフトシリンダ４６に取り付けられたストロークセンサにより検出されるドローバシフトシリンダ４６のシリンダ長さを用いてもよい。

【0061】

ブレード位置計算部７８は、記憶部７２から読み出したドローバ取付部基準位置と、キャブ３に対するドローバ４０の現在の傾斜角度と、に基づく計算によって、第１のＩＭＵ６１に対するドローバ取付部２点位置Ｐ１，Ｐ２の現在の相対位置を取得する。

【0062】

ステップＳ５において、ドローバ取付部２点位置Ｐ１，Ｐ２に対するブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の現在の相対位置を計算する。

【0063】

ブレード位置計算部７８は、検出情報取得部７６から、サークル回転センサ６４の検出結果の情報を受ける。ブレード位置計算部７８は、ドローバ４０に対する旋回サークル４１の回転角度を取得する。ブレード４２は、旋回サークル４１と一体的に、ドローバ４０に対して相対回転する。ブレード位置計算部７８は、ドローバ４０に対するブレード４２の回転角度を取得する。

【0064】

ブレード位置計算部７８は、検出情報取得部７６から、チルトシリンダ４８のシリンダ長さの検出結果の情報を受ける。ブレード位置計算部７８は、旋回サークル４１に対するブレード４２の傾斜角度を取得する。

【0065】

ブレード位置計算部７８は、検出情報取得部７６から、ブレードシフトシリンダ４７のシリンダ長さの検出結果の情報を受ける。ブレード位置計算部７８は、ブレード４２の長手方向における、旋回サークル４１に対するブレード４２の移動量を取得する。

【0066】

ブレード位置計算部７８は、記憶部７２から読み出したブレード両端基準位置と、ドローバ４０に対するブレード４２の現在の回転角度、旋回サークル４１に対するブレード４２の現在の傾斜角度、およびブレード４２の長手方向における旋回サークル４１に対するブレード４２の現在の移動量と、に基づく演算によって、ドローバ取付部２点位置Ｐ１，Ｐ２に対するブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の現在の相対位置を取得する。

【0067】

ステップＳ６において、ブレード位置計算部７８は、グローバル座標系における第１のＩＭＵ６１の現在の位置と、第１のＩＭＵ６１とドローバ取付部２点位置Ｐ１，Ｐ２との現在の相対位置と、に基づく計算によって、グローバル座標系におけるブレード取付部２点位置Ｐ１，Ｐ２の現在の位置を取得する。ブレード位置計算部７８は、グローバル座標系における第１のＩＭＵ６１の現在の位置と、第１のＩＭＵ６１に対するドローバ取付部２点位置Ｐ１，Ｐ２の現在の相対位置と、ドローバ取付部２点位置Ｐ１，Ｐ２に対するブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の現在の相対位置と、に基づく計算によって、グローバル座標系におけるブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の現在の位置を取得する。ブレード位置計算部７８は、ブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２をむすぶ直線の、グローバル座標系における現在の上下方向位置を取得する。

【0068】

このようにして取得された、グローバル座標系におけるブレード４２の下縁の位置を、モータグレーダ１の自動制御に利用できる。たとえば、整地作業時に、ブレード４２の下縁を設計面の上下方向位置と一致させるようにブレード４２を制御して、モータグレーダ１を走行させることができる。法面の整形作業時に、ブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２のうちのいずれかを設計地形の法尻と一致させるようにブレード４２を制御して、モータグレーダ１を走行させることができる。このように自動制御することにより、モータグレーダ１は、高効率かつ高品質な作業を実行することができる。

【0069】

上述した説明と一部重複する記載もあるが、本実施形態の特徴的な構成および作用効果についてまとめて記載すると、以下の通りである。

【0070】

実施形態のモータグレーダ１は、図２に示されるように、キャブ３の屋根部３Ｒに配置された衛星測位信号受信用のアンテナ６０と、キャブ３に搭載された第１のＩＭＵ６１とを備えている。

【0071】

モータグレーダ１の車体のうち最も高い位置であるキャブ３の屋根部３Ｒにアンテナ６０を配置することで、周囲の障害物の影響が低減されるので、アンテナ６０は衛星測位信号を容易に捕捉できる。アンテナ６０と第１のＩＭＵ６１との両方が剛性の高いキャブ３に配置されるので、車体のたわみによるアンテナ６０の位置と第１のＩＭＵ６１の位置との誤差が低減されている。かつ、アンテナ６０と第１のＩＭＵ６１とが近い位置に配置されている。これにより、グローバル座標系におけるアンテナ６０の現在位置と、アンテナ６０に対する第１のＩＭＵ６１の現在相対位置と、に基づいて、グローバル座標系における第１のＩＭＵ６１の現在位置を精度よく取得できる。

【0072】

したがって、グローバル座標系における第１のＩＭＵ６１の現在位置と、第１のＩＭＵ６１に対するブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の現在の相対位置と、に基づいて、グローバル座標系におけるブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の現在位置を精度よく取得することができる。

【0073】

図２に示されるように、第１のＩＭＵ６１は、キャブ３の室内空間の天井部に配置されている。このように配置することで、屋根部３Ｒに配置されているアンテナ６０に近い位置に第１のＩＭＵ６１を確実に配置することができる。

【0074】

図２に示されるように、第１のＩＭＵ６１は、アンテナ６０の真下に配置されている。このように配置することで、アンテナ６０により近い位置に第１のＩＭＵ６１を配置することができる。

【0075】

図２に示されるように、第１のＩＭＵ６１は、キャブ３の前縁部に配置されている。キャブ３のうちブレード４２に近い位置である前縁部に第１のＩＭＵ６１を配置することで、車体のたわみによる第１のＩＭＵ６１に対するブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の相対位置の誤差を低減できる。したがって、グローバル座標系におけるブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の現在位置をより精度よく取得することができる。加えて、キャブ３内により広い室内空間を確保できるので、運転席３１などのキャブ３内に設置される要素の配置の自由度を向上することができ、またキャブ３に搭乗しているオペレータの居住性および作業性を向上することができる。

【0076】

図２に示されるように、第１のＩＭＵ６１は、キャブ３内の運転席３１の前方に配置されている。これにより、第１のＩＭＵ６１をキャブ３の前縁部に確実に配置することができる。

【0077】

図２に示されるように、第１のＩＭＵ６１は、ステアリングコンソール３４の真上に配置されている。これにより、第１のＩＭＵ６１をキャブ３の前縁部に確実に配置することができる。

【0078】

図２に示されるように、キャブ３は、フロントフレーム２２に搭載されている。キャブ３がリアフレーム２１に搭載されている場合、キャブ３に搭載された第１のＩＭＵ６１に対するブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の相対位置を取得するためには、アーティキュレート角度の補正が必要となる。キャブ３がフロントフレーム２２に搭載されていれば、アーティキュレート角度の補正が必要なく、この補正に伴う誤差を低減できる。したがって、グローバル座標系におけるブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の現在位置をより精度よく取得することができる。

【0079】

図２に示されるように、第１のＩＭＵ６１は、フロントフレーム２２のリアフレーム２１に対する回動の中心である中心線ＣＬよりも前方に配置されている。このように配置することで、第１のＩＭＵ６１をブレード４２に近いキャブ３の前縁部に確実に配置することができる。

【0080】

実施形態の説明においては、ドローバ取付部２点位置Ｐ１，Ｐ２に対するブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２の相対位置を取得するために、ブレードチルトストロークセンサ６３、サークル回転センサ６４、およびブレードシフトストロークセンサ６５の検出結果を用いる例について説明した。ブレードシフトシリンダ４７にブレードシフトストロークセンサ６５が必ずしも設けられなくてもよい。ブレード４２の長手方向における旋回サークル４１に対するブレード４２の位置を中立位置とすることを前提として、ブレード４２の位置を自動制御してもよい。オペレータがブレード４２の位置を見ながらモータグレーダ１を手動で操向操作してもよい。モータグレーダ１の操向動作が自動制御されてもよく、この場合、前輪１１のステアリング角を検出するための回転センサが追加で設けられてもよい。

【0081】

第１のＩＭＵ６１および第２のＩＭＵ６２に替えて、姿勢方位基準装置を使用してもよい。キャブ３とドローバ４０との各々にヨー角の計測が可能な姿勢方位基準装置を取り付けることで、フロントフレーム２２に対する（キャブ３に対する）ドローバ４０の左右方向へのシフト量を明確に検出できる。キャブ３に対するドローバ４０の傾斜角度の検出精度向上のためにドローバシフトシリンダ４６のシリンダ長さを補足的に用いなくてもよくなり、ドローバシフトシリンダ４６にストロークセンサを設ける必要がなくなるので、構成を簡略化することができる。

【0082】

旋回サークル４１に対するブレード４２の傾斜角度を取得するためのセンサは、ブレードチルトストロークセンサ６３に限られない。ブレードチルトストロークセンサ６３に替えて、ブレード４２に第３のＩＭＵまたは傾斜センサなどが取り付けられて、第２のＩＭＵ６２の検出結果と第３のＩＭＵまたは傾斜センサなどの検出結果とから、旋回サークル４１に対するブレード４２の傾斜角度を取得してもよい。

【0083】

アンテナ６０、第１のＩＭＵ６１、および第２のＩＭＵ６２は、それぞれ複数設けられてもよい。複数のアンテナおよび複数のＩＭＵの検出結果を用いることで、グローバル座標系におけるブレード４２の位置をより精度よく特定することができる。また、グローバル座標系におけるブレード４２の位置を特定するための構成の信頼性を向上することができる。

【0084】

グローバル座標系におけるブレード４２の下縁の上下方向位置を取得するために、ブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２とは異なるブレード４２の下縁の２点を検出するようにしてもよい。たとえば、ブレード４２の下縁の、ブレード４２の長手方向における中央位置と端部位置との２点を検出しても構わない。ブレード下縁両端２点位置Ｐ１１，Ｐ１２を用いるようにすれば、２点間の距離が最大となることで、ブレード４２の位置を検出する精度を向上することができる。

【0085】

アンテナ６０は、キャブ３の屋根面から必ずしも上方に突き出ていなくてもよい。アンテナ６０は、キャブ３の屋根部３Ｒに埋め込まれていてもよい。アンテナ６０を遮蔽することにより、アンテナ６０に障害物が衝突してアンテナ６０の検出精度が低下することを抑制することができる。

【0086】

アンテナ６０は、キャブ３の前縁部以外の位置に配置されていてもよい。たとえばアンテナ６０は、キャブ３の後縁部に配置されていてもよい。第１のＩＭＵ６１は、キャブ３の天井部以外の位置に配置されていてもよい。第１のＩＭＵ６１は、キャブ３の前縁部以外の位置に配置されていてもよい。たとえば第１のＩＭＵ６１は、運転席３１の後方に配置されていてもよい。

【0087】

今回開示された実施形態はすべ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。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0088】

１ モータグレーダ、２ 車体フレーム、３ キャブ、３Ｒ 屋根部、４ 作業機、１１ 前輪、１２ 後輪、２１ リアフレーム、２２ フロントフレーム、３１ 運転席、３３ ステアリングホイール、３４ ステアリングコンソール、４０ ドローバ、４１ 旋回サークル、４２ ブレード、４３ スイベルジョイント、４４，４５ リフトシリンダ、４６ ドローバシフトシリンダ、４７ ブレードシフトシリンダ、４８ チルトシリンダ、４９ 旋回モータ、５３ 連結軸、５４ アーティキュレートシリンダ、５８ 角度センサ、６０ アンテナ、６１ 第１の慣性計測装置、６２ 第２の慣性計測装置、６３ ブレードチルトストロークセンサ、６４ ドローバシフトストロークセンサ、６５ サークル回転センサ、６６ ブレードシフトストロークセンサ、７０ コントローラ、７２ 記憶部、７４ グローバル座標演算部、７６ 検出情報取得部、７８ ブレード位置計算部、４０２ 玉軸部、ＣＬ 中心線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】