JP2018135679A - 作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削開始前にバケット姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能な作業車両を提供する。【解決手段】作業車両は、車両本体と、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なアームと、アームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、掘削開始前の操作指令に従ってアームに対するバケットの角度を算出し、算出した角度が第１の角度となるように作業機を制御する制御部とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、作業車両に関する。

油圧ショベルは、ブームとアームとバケットとを有する作業機を備える。オペレータは、この作業機を備えた油圧ショベルの掘削作業において、ブームとアームとバケットとの３軸の操作レバーをそれぞれ動かしてバケットの動きを操作する必要がある。たとえば、油圧ショベルの掘削作業の開始時には、アームを操作して土砂にバケットを貫入する。アームの操作を続けるとバケットが土砂に深く貫入し、土砂の抵抗が大きくなるためブームを操作してバケットを上方に上げる操作を加える。これにより、バケットの土砂に対する掘削深さを適正にする。さらに、アームとバケットとを操作してバケット内に土砂が十分入るようにした後に、土砂を引き上げ、さらにブームを操作して上方までバケットを上げる。したがって、オペレータにとって効率的な掘削作業を実行することは簡単ではなく熟練が必要である。

従来、効率的な掘削作業を実行する点で掘削作業を自動制御する技術がある。
たとえば、特開昭６１−２２５４２９号公報においては、掘削作業における土砂の抵抗を軽減するためにバケット背面と掘削面との衝突を検出して、バケット背面の干渉を回避するためにバケットの姿勢を自動修正する方式が開示されている。

特開昭６２−１８９２２２号公報においては、バケットに含まれる土砂の重量を測定して、バケットに満杯に入れた際の土砂の重量となるように、バケットの掘削深さを自動調整する方式が開示されている。

特開昭６１−２２５４２９号公報 特開昭６２−１８９２２２号公報

上記公報における油圧ショベルの掘削作業においては、掘削作業中における種々の複雑な演算が必要となり制御が複雑となる可能性がある。

本発明の目的は、上記の課題を解決するためになされたものであって、掘削開始前にバケット姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能な作業車両および作業車両の制御方法を提供することである。

本発明のある局面に従う作業車両は、車両本体と、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なアームと、アームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、掘削開始前の操作指令に従ってアームに対するバケットの角度を算出し、算出した角度が第１の角度となるように作業機を制御する制御部とを備える。

本発明のある局面に従う作業車両の制御方法は、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なアームと、アームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、掘削開始前の操作指令を受け付けるステップと、操作指令に従って、アームに対するバケットの角度を算出するステップと、算出した角度が第１の角度となるように作業機を制御するステップとを備える。

本発明の作業車両および作業車両の制御方法は、掘削開始前にバケット姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。

実施形態に基づく作業車両の一例を示す斜視図である。 実施形態に基づく作業車両ＣＭを模式的に説明する図である。 実施形態に基づく作業車両ＣＭを制御する制御システム２００の構成を説明する機能ブロック図である。 実施形態に基づくバケット８の掘削角度と土砂抵抗との関係を説明する図である。 実施形態に基づく作業機２の掘削作業の動きを説明する図である。 実施形態に基づく作業車両ＣＭの掘削作業の動作処理を説明する図である。 実施形態の変形例１に基づくバケット８の姿勢について説明する図である。 実施形態の変形例１に基づく作業車両ＣＭの掘削作業の動作処理を説明する図である。 実施形態の変形例２に基づく制御システム２００Ａの構成を説明する機能ブロック図である。 実施形態の変形例２に基づく作業車両ＣＭの掘削作業の動作処理を説明する図である。 他の実施形態に基づく作業車両を制御する制御システム２００Ｂの構成を説明する機能ブロック図である。 他の実施形態に基づく作業車両システムの概念を説明する図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。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の同じである。したがって、それらについての詳細な説明については繰り返さない。

［作業車両の全体構成］
図１は、実施形態に基づく作業車両の一例を示す斜視図である。

図１に示されるように、本発明の思想を適用可能な作業車両として油圧により作動する作業機２を備える油圧ショベルＣＭを例に挙げて説明する。

油圧ショベルＣＭは、車両本体１と、作業機２とを備える。
車両本体１は、旋回体３と、運転室４と、走行装置５とを有する。

旋回体３は、走行装置５の上に配置される。走行装置５は、旋回体３を支持する。旋回体３は、旋回軸ＡＸを中心に旋回可能である。運転室４には、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられる。オペレータは、運転室４において油圧ショベルＣＭを操作する。走行装置５は、一対の履帯５Ｃｒを有する。履帯５Ｃｒの回転により、油圧ショベルＣＭが走行する。走行装置５は、車輪（タイヤ）で構成されていてもよい。

実施形態では、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準として各部の位置関係を説明する。

前後方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準とした前後方向をいう。左右方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準とした左右方向をいう。左右方向は、車両の幅方向（車幅方向）に一致する。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対する方向を前方向とし、前方向とは反対の方向を後方向とする。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対したとき右側、左側をそれぞれ右方向、左方向とする。前後方向は、Ｘ軸方向であり、左右方向は、Ｙ軸方向である。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対する方向は、前方向（＋Ｘ方向）であり、前方向の反対方向は、後方向（−Ｘ方向）である。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対したときの車幅方向の一側の方向は、右方向（＋Ｚ方向）であり、車幅方向の他側の方向は、左方向（−Ｚ方向）である。

旋回体３は、エンジンが収容されるエンジンルーム９と、旋回体３の後部に設けられるカウンタウェイトとを有する。旋回体３において、エンジンルーム９の前方に手すり１９が設けられる。エンジンルーム９に、エンジン及び油圧ポンプなどが配置される。

作業機２は、旋回体３に接続される。
作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とを有する。

ブーム６は、ブームピン１３を介して旋回体３に接続される。アーム７は、アームピン１４を介してブーム６に接続される。バケット８は、バケットピン１５を介してアーム７に接続される。ブームシリンダ１０は、ブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブーム６の基端部（ブームフート）と旋回体３とが接続される。ブーム６の先端部（ブームトップ）とアーム７の基端部（アームフート）とが接続される。アーム７の先端部（アームトップ）とバケット８の基端部とが接続される。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２はいずれも、作動油によって駆動される油圧シリンダである。

ブーム６は、回動軸であるブームピン１３を中心に旋回体３に対して回動可能である。アーム７は、ブームピン１３と平行な回動軸であるアームピン１４を中心にブーム６に対して回動可能である。バケット８は、ブームピン１３及びアームピン１４と平行な回動軸であるバケットピン１５を中心にアーム７に対して回動可能である。

ブームピン１３、アームピン１４、及びバケットピン１５のそれぞれは、Ｚ軸と平行である。ブーム６、アーム７、及びバケット８のそれぞれは、Ｚ軸と平行な軸を中心に回動可能である。

図２は、実施形態に基づく作業車両ＣＭを模式的に説明する図である。
図２に示されるように、作業車両ＣＭには、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８とが設けられる。

ブームシリンダストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０に配置され、ブームシリンダ１０のストローク長さ（ブームシリンダ長）を検出する。アームシリンダストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１に配置され、アームシリンダ１１のストローク長さ（アームシリンダ長）を検出する。バケットシリンダストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２に配置され、バケットシリンダ１２のストローク長さ（バケットシリンダ長）を検出する。

ブームシリンダ１０のストローク長さをブームシリンダ長又はブームストロークとも称する。アームシリンダ１１のストローク長さをアームシリンダ長又はアームストロークとも称する。バケットシリンダ１２のストローク長さをバケットシリンダ長又はバケットストロークとも称する。

ブームシリンダ長、アームシリンダ長およびバケットシリンダ長を総称してシリンダ長データとも称する。

ブーム６の長さＬ１は、ブームピン１３とアームピン１４との距離である。アーム７の長さＬ２は、アームピン１４とバケットピン１５との距離である。バケット８の長さＬ３は、バケットピン１５とバケット８の刃先８ａとの距離である。バケット８は、複数の刃を有する。バケット８の先端部は刃先８ａと称する。バケット８は、刃を有していなくてもよい。バケット８の先端部は、ストレート形状の鋼板で形成されていてもよい。

図２においては、ブームピン１３を基準点（基準位置）としたＸ、Ｙ軸の車両本体座標系が示されている。

ブームシリンダストロークセンサ１６が検出したシリンダ長データから、車両本体座標系の水平方向に対するブーム６の傾斜角θ１が算出される。傾斜角θ１は、水平線（Ｘ軸）と、ブームピン１３およびアームピン１４を結ぶ線分とで成す角度である。

アームシリンダストロークセンサ１７が検出したシリンダ長データから、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２が算出される。傾斜角θ２は、ブームピン１３およびアームピン１４を結ぶ線分と、アームピン１４およびバケットピン１５を結ぶ線分とで成す角度である。

バケットシリンダストロークセンサ１８が検出したシリンダ長データから、アーム７に対するバケット８が有する刃先８ａへの傾斜角θ３が算出される。傾斜角θ３は、アームピン１４およびバケットピン１５を結ぶ線分と、バケットピン１５およびバケット８の刃先８ａを結ぶ線分とで成す角度である。傾斜角θ３は、アーム７に対するバケット８の角度であるバケット角とも称する。

傾斜角θを算出する方式として、ストロークセンサを用いてストローク長さを検出し、検出結果に基づいて傾斜角θを算出する方式について説明したが、ロータリーエンコーダのような角度検出器を用いて、傾斜角を算出しても良い。水平線（水平方向）は、図示しない慣性計測装置（inertial measurement unit）により検出するが、傾斜センサ、加速度センサ等により検出してもよい。

［油圧システムの構成］
図３は、実施形態に基づく作業車両ＣＭを制御する制御システム２００の構成を説明する機能ブロック図である。

図３に示されるように、実施形態に基づく制御システム２００は、作業機２を用いる掘削作業の動作を制御する。

制御システム２００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８と、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、油圧シリンダ６０と、方向制御弁６４と、圧力センサ６６とを有する。

操作装置２５は、運転室４に配置される。操作装置２５は、オペレータにより操作される。操作装置２５は、作業機２を駆動するオペレータの操作指令を受け付ける。操作装置２５は、パイロット油圧方式の操作装置である。

方向制御弁６４は、油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量を調整する。方向制御弁６４は、供給される油によって作動する。油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２）を作動するために、その油圧シリンダに供給される油は作動油とも称する。方向制御弁６４を作動するためにその方向制御弁６４に供給される油はパイロット油と称される。パイロット油の圧力はパイロット油圧とも称される。

作動油及びパイロット油は、同一の油圧ポンプから送出されてもよい。例えば、油圧ポンプから送出された作動油の一部が減圧弁で減圧され、その減圧された作動油がパイロット油として使用されてもよい。作動油を送出する油圧ポンプ（メイン油圧ポンプ）と、パイロット油を送出する油圧ポンプ（パイロット油圧ポンプ）とは別の油圧ポンプである。

図３においては、メイン油圧ポンプから送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置２５に供給される。

操作装置２５の操作量に基づいてパイロット油圧が調整される。圧力センサ６６は、操作装置２５と接続される。圧力センサ６６は、操作装置２５のレバー操作に従い発生するパイロット油圧を検出して、作業機コントローラ２６に出力する。

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６で検出されたパイロット油圧に応じて、油圧シリンダ６０（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２）に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

操作装置２５は、第１操作レバー２５Ｒと、第２操作レバー２５Ｌと、掘削ボタン２５Ｐとを有する。第１操作レバー２５Ｒは、運転席４Ｓの右側に配置される。第２操作レバー２５Ｌは、運転席４Ｓの左側に配置される。第１操作レバー２５Ｒ及び第２操作レバー２５Ｌでは、前後左右の動作が２軸の動作に対応する。

掘削ボタン２５Ｐは、オペレータが掘削作業を開始する際に指示するボタンである。作業機コントローラ２６は、オペレータの掘削ボタン２５Ｐの押下指示に従って、掘削作業のために作業機２の姿勢を制御する。具体的には、後述するがバケット角が所定角（第１の角度）となるように調整する。

第１操作レバー２５Ｒにより、ブーム６及びバケット８が操作される。
第１操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、ブーム６の操作に対応し、前後方向の操作に応じてブーム６の下げ動作及び上げ動作が実行される。ブーム６を操作するためにレバー操作される。

第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、バケット８の操作に対応し、左右方向の操作に応じてバケット８の掘削動作及び開放動作が実行される。バケット８を操作するためにレバー操作される。

第２操作レバー２５Ｌにより、アーム７及び旋回体３が操作される。
第２操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、アーム７の操作に対応し、前後方向の操作に応じてアーム７の上げ動作及び下げ動作が実行される。アーム７を操作するためにレバー操作される。

第２操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、旋回体３の旋回に対応し、左右方向の操作に応じて旋回体３の右旋回動作及び左旋回動作が実行される。

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく前後方向に関する第１操作レバー２５Ｒの操作量（ブーム操作量）に従って、ブーム６を駆動するためのブームシリンダ１０に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく左右方向に関する第１操作レバー２５Ｒの操作量（バケット操作量）に従って、バケット８を駆動するためのバケットシリンダ１２に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく前後方向に関する第２操作レバー２５Ｌの操作量（アーム操作量）に従って、アーム７を駆動するためのアームシリンダ１１に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６の検出結果に基づく左右方向に関する第２操作レバー２５Ｌの操作量に従って旋回体３を駆動するための油圧アクチュエータに供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作がブーム６の操作に対応し、前後方向の操作がバケット８の操作に対応してもよい。第２操作レバー２５Ｌの左右方向がアーム７の操作に対応し、前後方向の操作が旋回体３の操作に対応してもよい。

［土砂抵抗］
図４は、実施形態に基づくバケット８の掘削角度と土砂抵抗との関係を説明する図である。

図４に示されるように、バケット８の掘削角度が０°付近が限界角度として示されている。

掘削角度とは、バケット８の刃先８ａの方向と、バケット８が移動する際の刃先８ａの掘削方向（進行方向）との間の角度を表わす。バケット８の刃先８ａの方向を基準にバケット８が移動する際の刃先８ａの掘削方向がバケット８の開口面側に進む場合には正の値となり、逆方向に進む場合には負の値となる。

バケット８の掘削角度が限界角度より小さい場合には、バケット８の外装あるいはバケット８の背面により土砂を押し付ける形態となり、バケット８にかかる土砂抵抗の値が急激に上昇する。

バケット８の掘削角度が所定角度Ｑにおいては、バケット８にかかる土砂抵抗の値は最小となる場合が示されている。

限界角度、所定角度Ｑは、一例でありバケット８の形態に従って異なる値に設定することが可能である。

実施形態に従う作業車両ＣＭは、土砂抵抗の値が低い掘削角度で掘削作業を実行することにより簡易な方式で効率的な掘削作業を実行する。具体的には、作業車両ＣＭは、掘削角度が所定角度Ｑとなるように掘削作業を実行する。掘削角度が所定角度Ｑとなるようにとは、掘削角度が所定角度Ｑに完全に一致することを意味するものではなく、掘削角度が所定角度Ｑの近似値となる場合も含む。

［掘削作業の概要］
図５は、実施形態に基づく作業機２の掘削作業の動きを説明する図である。

図５に示されるように、アーム７を動作させる場合が示されている。
作業機２による掘削作業の開始時には、アーム７を操作して土砂にバケット８を貫入する。その際にアーム７に対するバケット８の角度を固定すればアーム７を操作して掘削作業する場合の掘削角度は一定となる。

例えば、アーム７に対するバケット８のバケット角Ｐを設定した場合には、アーム７を操作して掘削角度Ｑで掘削作業することが可能となる。

したがって、実施形態においては、アーム７を操作して掘削作業する場合の掘削角度が最適な掘削角度（角度Ｑ）となるように、掘削開始前にアーム７に対するバケット８の角度をバケット角Ｐに調整する。掘削開始前とは、最初の掘削作業（１回目）を開始する前および以降の掘削作業（２回目以降）を開始する前のいずれの場合も含まれる。

具体的には、作業機コントローラ２６は、掘削開始前の操作指令に従ってアーム７に対するバケット８の角度を算出し、算出した角度が所定角度（角度Ｐ）となるように作業機を制御する。

以上の処理により、アーム７を操作して掘削作業する場合のバケット８にかかる土砂抵抗は低くなる。そのため、バケット８にかかる土砂抵抗（負荷）を低くすることにより簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。

従来の油圧ショベルの掘削作業においては、オペレータは、ブームとアームとバケットとの３軸の操作レバーをそれぞれ動かして掘削開始前に掘削作業する場合の掘削角度が最適となるように操作する必要があり、操作は簡単ではなく熟練が必要であった。しかし、実施形態に基づく掘削開始前の操作指令により、掘削作業する場合に最適な掘削角度となるようにバケット８のバケット角が制御される。そのため、簡易な操作により、効率的な掘削作業を実行することが可能となる。

［動作処理］
図６は、実施形態に基づく作業車両ＣＭの掘削作業の動作処理を説明する図である。

図６に示されるように、作業機コントローラ２６は、掘削ボタン２５Ｐの入力が有ったか否かを判断する（ステップＳ２）。具体的には、作業機コントローラ２６は、オペレータの操作による掘削ボタン２５Ｐの押下指示を受け付けたかどうかを判断する。

ステップＳ２において、作業機コントローラ２６は、掘削ボタン２５Ｐの入力が有ったと判断した場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）には、バケット角を算出する（ステップＳ４）。

具体的には、作業機コントローラ２６は、バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、アーム７に対するバケット８の角度（バケット角）θ３を算出する。

ステップＳ２において、作業機コントローラ２６は、掘削ボタン２５Ｐの入力が無いと判断した場合（ステップＳ２においてＮＯ）には、ステップＳ２の状態を維持する。

次に、作業機コントローラ２６は、バケット角θ３がバケット角Ｐとなるように調整する（ステップＳ６）。作業機コントローラ２６は、バケット角θ３がバケット角Ｐとなるように方向制御弁６４を駆動し、バケットシリンダ１２に供給される作動油を調整する。

そして、処理を終了する（エンド）。
作業機コントローラ２６は、アーム７のみを操作した場合に、バケット８の刃先８ａの方向に対してバケット８の刃先８ａの掘削方向との間の成す掘削角度が所定角度Ｑとなるようにバケット角θ３をバケット角Ｐに調整する。

掘削作業を開始する前である掘削開始前に、バケット８の姿勢を整える。バケット８の姿勢としてアーム７を操作した場合の掘削角度が最適な角度となるように自動制御される。これにより掘削開始の際のバケット８にかかる土砂抵抗（負荷）は低くなる。掘削開始前にバケット８の姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。

負荷の低い効率的な掘削作業が可能となるため作業車両の燃費の向上を図ることが可能である。

オペレータの掘削ボタン２５Ｐの押下指示に従い掘削作業の準備を開始することが可能であるためオペレータの意図を反映させる点で、ユーザビリティに優れた効率的な掘削作業を簡易に実行することが可能である。

（変形例１）
実施形態の変形例１に従う作業車両は、オペレータの掘削ボタン２５Ｐの操作指示に依らずに他の操作指令に従ってバケット８を制御する。

実施形態の変形例１に従う作業車両は、バケット８の姿勢が排土状態であるか否かを判断して、排土状態であれば自律的にバケット８の角度を調整する。

具体的には、作業車両は、水平線に対するバケット８の角度に基づいて排土状態であるか否かを判断する。

図７は、実施形態の変形例１に基づくバケット８の姿勢について説明する図である。
図７に示されるように、アーム７に対するバケット８の角度θ３が０の場合が示されている。

アーム７に対するバケット８の角度θ３がαの場合における、バケット８の回転中心であるバケットピン１５およびバケット８の刃先８ａを結ぶ線分と、水平線とで成すバケット対水平角度θｂが示されている。当該バケット対水平角度θｂは、水平線に対するバケット８の角度である。

バケット対水平角度θｂは、傾斜角θ１〜θ３に基づき次式に基づいて算出される。
θｂ＝１８０°＋θ１−θ２−θ３
バケット対水平角度θｂが９０°未満であればバケット８に土砂が滞留し易い状況である。バケット対水平角度θｂが９０°以上であればバケット８から土砂が排土し易い状況となる。バケット対水平角度θｂが１８０°であればバケット８から土砂が完全に排土される状況となる。

バケット対水平角度θｂが、大きくなればなるほどバケット８の姿勢は排土状態となる。

本例においては、バケット対水平角度θｂが所定角度以上であれば排土状態であると判断する。

［動作処理］
図８は、実施形態の変形例１に基づく作業車両ＣＭの掘削作業の動作処理を説明する図である。

図８に示されるように、作業機コントローラ２６は、バケット８の操作が有るか否かを判断する（ステップＳ１０）。具体的には、作業機コントローラ２６は、第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作が有るか否かを判断する。

ステップＳ１０において、作業機コントローラ２６は、バケット８の操作が有ると判断した場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）には、バケット角を算出する（ステップＳ１１）。

具体的には、作業機コントローラ２６は、バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、アーム７に対するバケット８の角度（バケット角）θ３を算出する。

ステップＳ１０において、作業機コントローラ２６は、バケット８の操作が無いと判断した場合（ステップＳ１０においてＮＯ）には、ステップＳ１０の状態を維持する。

次に、作業機コントローラ２６は、バケット対水平角度θｂを算出する（ステップＳ１２）。

具体的には、図７で説明した方式に基づいてバケットピン１５およびバケット８の刃先８ａを結ぶ線分と、水平線とで成すバケット対水平角度θｂを算出する。傾斜角θ１、θ２は、ブームシリンダストロークセンサ１６およびアームシリンダストロークセンサ１７の検出結果にそれぞれ基づいて算出される。バケット８の操作の前に傾斜角θ１、θ２が算出されている場合にはその値を利用することも可能である。

次に、作業機コントローラ２６は、算出したバケット対水平角度θｂが所定角度Ｒ以上か否かを判断する（ステップＳ１４）。所定角度Ｒは、９０°以上である。

ステップＳ１４において、作業機コントローラ２６は、算出したバケット対水平角度θｂが所定角度Ｒ以上であると判断した場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）には、バケットの操作が終了したか否かを判断する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１４において、作業機コントローラ２６は、算出したバケット対水平角度θｂが所定角度Ｒ未満であると判断した場合（ステップＳ１４においてＮＯ）には、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ１６において、作業機コントローラ２６は、バケットの操作が終了したと判断した場合（ステップＳ１６においてＹＥＳ）には、バケット角θ３がバケット角Ｐとなるように調整する（ステップＳ１８）。作業機コントローラ２６は、バケット角θ３がバケット角Ｐとなるようにバケットシリンダ１２に供給される作動油が流れる方向制御弁６４を駆動する。

そして、処理を終了する（エンド）。
作業機コントローラ２６は、アーム７のみを操作した場合に、バケット８の刃先８ａの方向に対してバケット８の刃先８ａの掘削方向との間の成す掘削角度が所定角度Ｑとなるようにバケット角θ３をバケット角Ｐに調整する。

掘削作業を開始する前である掘削開始前に、バケット８の姿勢を整える。バケット８の姿勢としてアーム７を操作した場合の掘削角度が最適な角度となるように自動制御される。これにより掘削開始の際のバケット８にかかる土砂抵抗（負荷）は低くなる。掘削開始前にバケット８の姿勢をの整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。

作業機コントローラ２６は、バケット８の操作指令に従い、水平線に対するバケット８の角度であるバケット対水平角度θｂを算出し、バケット対水平角度θｂが所定角度Ｒ以上であるか否かを判断する。バケット対水平角度θｂが所定角度Ｒ以上であると判断した場合には、バケット８の姿勢が排土状態であると判断する。作業機コントローラ２６は、排土状態であると判断した場合には、バケット８の角度をバケット角Ｐとなるように調整する。

その結果、オペレータによる掘削ボタン２５Ｐの押下指示が無い場合であっても、バケット８の操作指令に従ってバケット８を掘削開始前に所定のバケット角に自律的に制御することが可能である。したがって、オペレータの操作負荷を軽減して、効率的な掘削作業を簡易に実行することが可能である。

（変形例２）
実施形態の変形例２に従う作業車両は、作業機２にかかる負荷をさらに判断して、排土状態であれば自律的にバケット８の角度を調整する。

図９は、実施形態の変形例２に基づく制御システム２００Ａの構成を説明する機能ブロック図である。

図９に示されるように、制御システム２００Ａは、制御システム２００と比較して、負荷センサ２８をさらに設けた点が異なる。操作装置２５は、操作装置２５＃に置換した点が異なる。

操作装置２５＃は、操作装置２５と比較して、掘削ボタン２５Ｐが除かれた構成が示されている。その他の構成については、図３で説明したのと同様であるためその詳細な説明については繰り返さない。

負荷センサ２８は、バケット８に取り付けられる。
作業機コントローラ２６は、バケット８に取り付けられた負荷センサ２８に従って作業機２が排土作業を実行したか否かを判断する。

負荷センサ２８の値は、バケット８が土砂を掘削する掘削作業により大きくなる。負荷センサ２８の値は、バケット８が土砂を排土する排土作業により小さくなる。

作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従う負荷の値が第１の値以上であるか否かを判断する。作業機コントローラ２６は、第１の値以上である場合には、掘削作業を実行したと判断する。

作業機コントローラ２６は、掘削作業を実行したと判断した後、負荷センサ２８からの検出結果に従う負荷の値が第１の値よりも小さい第２の値未満となったか否かを判断する。

作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従う負荷の値が第２の値未満となった場合には、排土作業を実行したと判断する。第１の値と第２の値は同じ値としてもよい。

［動作処理］
図１０は、実施形態の変形例２に基づく作業車両ＣＭの掘削作業の動作処理を説明する図である。

図１０に示されるように、作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従い負荷が大きいか否かを判断する（ステップＳ２０）。具体的には、作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従う値が第１の値以上であるか否かを判断する。作業機コントローラ２６は、掘削作業を実行したか否かを判断する。

ステップＳ２０において、作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従い負荷が大きいと判断した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）には、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２０において、作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従い負荷が大きくないと判断した場合（ステップＳ２０においてＮＯ）には、ステップＳ２０の状態を維持する。

ステップＳ２２において、作業機コントローラ２６は、バケット８の操作が有るか否かを判断する。具体的には、作業機コントローラ２６は、第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作が有るか否かを判断する。

ステップＳ２２において、作業機コントローラ２６は、バケット８の操作が有ると判断した場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）には、次に、バケットの負荷が小さいか否かを判断する（ステップＳ２４）。具体的には、作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従う値が第２の値未満であるか否かを判断する。作業機コントローラ２６は、排土作業を実行したか否かを判断する。

ステップＳ２２において、作業機コントローラ２６は、バケット８の操作が無いと判断した場合（ステップＳ２２においてＮＯ）には、ステップＳ２２の状態を維持する。

ステップＳ２４において、作業機コントローラ２６は、バケット８の負荷が小さいと判断した場合（ステップＳ２４においてＹＥＳ）には、バケット角を算出する（ステップＳ１１）。具体的には、作業機コントローラ２６は、バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、アーム７に対するバケット８の角度（バケット角）θ３を算出する。

ステップＳ２４において、作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従い負荷が小さくないと判断した場合（ステップＳ２４においてＮＯ）には、ステップＳ２２に戻る。

次に、作業機コントローラ２６は、バケット対水平角度θｂを算出する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１〜Ｓ１８の一連の処理については、図８で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。

作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８からの検出結果に従って排土作業が実行されたか否かを判断する。作業機コントローラ２６は、排土作業が実行されたと判断した場合に、バケット８の操作指令に従いバケット対水平角度θｂを算出して、所定角度Ｒ以上であるか否かを判断する。これによりバケット８の姿勢が排土状態であるか否かを判断し、排土状態であればバケット角θ３をバケット角Ｐに調整する。

作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８の検出結果とバケット８の姿勢状態の両方に基づいて排土作業を実行したか否かを判断する。

作業機コントローラ２６は、負荷センサ２８の検出結果とバケット８の姿勢状態の両方に基づいて排土作業を実行したか否かを判断するため、確実に排土作業を実行したか否かを判断することが可能である。そして、確実に排土作業を実行したと判断した掘削開始前に、バケット角θ３をバケット角Ｐに調整する。

その結果、作業機コントローラ２６は、排土作業を実行した後の掘削開始前であることを精度よく判断し、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。

負荷センサ２８をバケット８に取り付けた構成について説明したが、油圧シリンダ内の油圧を測定するセンサにより負荷を検出する構成としてもよい。たとえば、バケットシリンダ１２に供給する作動油の油圧をセンサにより測定することによりバケット８にかかる負荷の大小を判断することが可能である。

（その他の実施形態）
図１１は、他の実施形態に基づく作業車両を制御する制御システム２００Ｂの構成を説明する機能ブロック図である。

図１１に示されるように、制御システム２００Ｂは、制御システム２００Ａと比較して、負荷センサ２８の代わりに受信部２９を設けた点が異なる。その他の構成については図９で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。

受信部２９は、受信した指令を作業機コントローラ２６に出力する。
受信部２９は、外部から送信された掘削開始指令を受信して、作業機コントローラ２６に出力する。

作業機コントローラ２６は、受信部２９で受信した掘削開始指令に応答して、アーム７に対するバケット８の角度を算出し、算出した角度が所定角度となるように作業機を制御する。

具体的には、図６で説明した掘削ボタン２５Ｐの入力の代わりに、掘削開始指令を受信した場合に、当該動作処理を実行する。

上記で説明したのと同様に、掘削作業を開始する前である掘削開始前に、バケット８の姿勢を整える。バケット８の姿勢としてアーム７を操作した場合の掘削角度が最適な角度となるように自動制御される。これにより掘削開始の際のバケット８にかかる土砂抵抗（負荷）は低くなる。掘削開始前にバケット８の姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。

外部からの操作開始指令に従って、効率的な掘削作業を実行することが可能である。
図１２は、他の実施形態に基づく作業車両システムの概念を説明する図である。

図１２に示されるように、他の実施形態に基づく作業車両システムは、作業車両ＣＭを外部の基地局３００から制御する制御システムを構成する。具体的には、図３で説明した作業機コントローラ２６および操作装置２５の機能が外部の基地局３００等に設けられた構成である。

基地局３００は、作業機コントローラ２６と同様の機能を有する作業機コントローラ２６＃と、操作装置２５と同様の機能を有する操作装置２５＃とを含む。

作業機コントローラ２６＃は、操作装置２５＃の操作指令を受け付けて、作業車両ＣＭを制御する動作指令を出力する。作業車両ＣＭは、作業機コントローラ２６＃からの動作指令に従って動作する。具体的には、作業機コントローラ２６＃は、図３で説明した方向制御弁６４を駆動する動作指令を出力する。作業機コントローラ２６＃は、ブームシリンダストロークセンサ１６、アームシリンダストロークセンサ１７およびバケットシリンダストロークセンサ１８のセンサ情報の入力を受ける。

当該構成により図６で説明した実施形態に基づく掘削作業の動作処理を作業機コントローラ２６＃で実行することが可能である。

その結果、遠隔地にある基地局３００から作業車両を制御する場合に実施形態に従う構成を適用することが可能であり、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。

オペレータが操作装置である操作レバーの操作入力に従って作業車両ＣＭを制御する構成について説明しているが、操作装置を設けずに自律的に作業車両ＣＭを制御する構成にも適用可能である。たとえば、掘削作業する操作指令が予めプログラミングされており、当該プログラミングされた操作指令に従って作業機コントローラが動作する場合にも適用可能である。具体的には、ユーザの指示に従って作業車両ＣＭを自律的に制御するための自律制御プログラムが起動し、当該プログラミングされた操作指令に従って作業機コントローラが掘削作業を開始する場合に、バケット８のアーム７に対するバケット８の角度を算出し、算出した角度が所定角度となるように作業機を動作させる処理を含めるようにすれば良い。

掘削角度として、土砂抵抗の値が最小となる所定角度Ｑを用いる場合について説明したが、これに限られず任意の所定角度を掘削角度として作業機２を制御しても良い。掘削角度の値も固定値に限られない。例えば、土質に従って所定角度Ｑの値を変更しても良い。

＜作用効果＞
上述した実施形態の作用効果について説明する。

実施形態における作業車両ＣＭには、図１に示すように車両本体１と、作業機２とが設けられる。作業機２は、車両本体１に対して回動可能なブーム６と、ブーム６に対して回動可能なアーム７と、アーム７に対して回動可能なバケット８とを有する。作業車両ＣＭには、図３に示すように作業機コントローラ２６が設けられる。作業機コントローラ２６は、掘削開始前の掘削ボタン２５Ｐの入力（掘削指令）に従ってアーム７に対するバケット８の角度を算出し、算出した角度がバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。

実施形態における作業車両ＣＭは、掘削開始前にバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。そのため、図４に示すように土砂抵抗の値が最小値である所定角度Ｑの掘削角度で作業機２の掘削作業を実行する。その結果、掘削開始前にバケット８の姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。

実施形態における作業車両ＣＭには、操作指令に従って図７に示されるような排土作業が実行されたか否かを判断する作業機コントローラ２６が設けられる。作業機コントローラ２６は、排土作業が実行されたと判断した場合にアーム７に対するバケット８の角度を算出し、算出した角度がバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。

実施形態における作業車両ＣＭは、バケット８の排土作業が実行されたか否かを判断し、掘削開始前にバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。したがって、バケット８の排土作業が実行された場合に、掘削開始前の準備を実行する。そのため簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。

実施形態における作業車両ＣＭの作業機コントローラ２６は、バケット対水平角度を算出する。バケット対水平角度θｂは、バケットピン１５およびバケット８の刃先８ａを結ぶ線分と、水平線とで成す角度である。バケット対水平角度θｂが所定角度Ｒ以上となった場合に、算出した角度がバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。

実施形態における作業車両ＣＭは、図７に示すように、バケット対水平角度が所定角度Ｒ以上となった場合に、バケット８の姿勢が排土状態であると判断し、掘削開始前にバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。したがって、バケット８の姿勢に基づいて排土状態であるか否かを判断した上で、掘削開始前の準備を実行する。そのため排土状態であることを簡易に把握することが可能であり、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。

実施形態における作業車両ＣＭには、バケット８にかかる負荷を検出する負荷センサ２８が設けられる。作業機コントローラ２６は、掘削開始前の第１操作レバー２５Ｒの操作指令および掘削中の負荷センサ２８の検出結果に従ってアーム７に対するバケット８の角度を算出し、算出した角度がバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。

実施形態における作業車両ＣＭは、負荷センサ２８の検出結果に従って排土作業が実行されたか否かを判断し、排土作業が実行されたと判断した場合に、掘削開始前にバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。したがって、負荷センサの検出結果に基づいて排土状態であるか否かを判断した上で、掘削開始前の準備を実行する。そのため排土状態であることを精度よく把握することが可能であり、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。

実施形態における作業車両ＣＭには、図１１に示すように操作開始指令を受信する受信部２９が設けられる。作業機コントローラ２６は、掘削開始前に受信部２９で受信した掘削開始指令に従って、アーム７に対するバケット８の角度を算出し、算出した角度がバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。

実施形態における作業車両ＣＭは、外部からの操作開始指令に従って、掘削開始前にバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。したがって、外部からの遠隔操作により、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。

実施形態における作業車両ＣＭには、図１に示すように、掘削開始前の操作指令に従ってバケット８を駆動するバケットシリンダ１２が設けられる。作業機コントローラ２６は、バケットシリンダ１２のストローク長に基づいてアーム７に対するバケット８の角度を算出し、算出した角度がバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。

実施形態における作業車両ＣＭは、バケットシリンダ１２のストローク長に基づいてアーム７に対するバケット８の角度を算出することが可能である。そのため、バケット８の角度を検出する検出器を設ける必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。

実施形態の作業車両ＣＭには、図１に示すように車両本体１と、作業機２とが設けられる。作業機２は、車両本体１に対して回動可能なブーム６と、ブーム６に対して回動可能なアーム７と、アーム７に対して回動可能なバケット８とを有する。当該作業車両ＣＭの制御方法では、掘削開始前の操作指令を受け付けるステップと、操作指令に従ってアーム７に対するバケット８の角度を算出するステップと、算出した角度がバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御するステップとが実行される。

実施形態の作業車両ＣＭの制御方法は、掘削開始前にバケット角Ｐとなるようにバケット８を制御する。そのため、図４に示すように土砂抵抗の値が最小値である所定角度Ｑの掘削角度で作業機２の掘削作業を実行する。その結果、掘削開始前にバケット８の姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。

作業車両として、油圧ショベルを例に挙げて説明したが、ブルドーザ、ホイールローダ等の作業車両にも適用可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 車両本体、２ 作業機、３ 旋回体、４ 運転室、４Ｓ 運転席、５ 走行装置、５Ｃｒ 履帯、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、８ａ 刃先、９ エンジンルーム、１０ ブームシリンダ、１１ アームシリンダ、１２ バケットシリンダ、１３ ブームピン、１４ アームピン、１５ バケットピン、１６ ブームシリンダストロークセンサ、１７ アームシリンダストロークセンサ、１８ バケットシリンダストロークセンサ、１９ 手すり、２５，２５＃ 操作装置、２５Ｌ 第２操作レバー、２５Ｐ 掘削ボタン、２５Ｒ 第１操作レバー、２６，２６＃ 作業機コントローラ、２８ 負荷センサ、２９ 受信部、６０ 油圧シリンダ、６４ 方向制御弁、６６ 圧力センサ、２００，２００Ａ，２００Ｂ 制御システム、３００ 基地局。

Claims (7)

1. 車両本体と、
   前記車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なアームと、前記アームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、
   掘削開始前の操作指令に従って前記アームに対する前記バケットの角度を算出し、算出した角度が第１の角度となるように前記バケットを制御する制御部とを備える、作業車両。
2. 前記制御部は、前記操作指令に従って排土作業が実行されたか否かを判断し、前記排土作業が実行されたと判断した場合に前記アームに対する前記バケットの角度を算出し、算出した角度が第１の角度となるように前記バケットを制御する、請求項１に記載の作業車両。
3. 前記制御部は、
   前記バケットの回転中心であるパケットピンおよび前記バケットの刃先を結ぶ線分と、水平線とで成すバケット対水平角度を算出し、
   前記バケット対水平角度が第２の角度以上である場合に、前記アームに対する前記バケットの算出した角度が前記第１の角度となるように前記バケットを制御する、請求項１または２に記載の作業車両。
4. 前記作業機にかかる負荷を検出する負荷検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記掘削開始前の操作指令および掘削中の前記負荷検出部の検出結果に従って前記アームに対する前記バケットの角度を算出し、算出した角度が前記第１の角度となるように前記バケットを制御する、請求項１または２に記載の作業車両。
5. 前記操作指令を受信する受信部をさらに備え、
   前記制御部は、前記掘削開始前に前記受信部で受信した前記掘削開始前の操作指令に従って前記アームに対する前記バケットの角度を算出し、算出した角度が前記第１の角度となるように前記バケットを制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の作業車両。
6. 前記掘削開始前の操作指令に従って前記バケットを駆動するバケットシリンダをさらに備え、
   前記制御部は、
   前記バケットシリンダのストローク長に基づいて前記アームに対する前記バケットの角度を算出し、算出した角度が前記第１の角度となるように前記バケットを制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の作業車両。
7. 車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なアームと、前記アームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、
   掘削開始前の操作指令を受け付けるステップと、
   前記操作指令に従って、前記アームに対する前記バケットの角度を算出するステップと、
   算出した角度が第１の角度となるように前記バケットを制御するステップとを備える、作業車両の制御方法。

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