JP2019203381A - ホイールローダ - Google Patents

Abstract

【課題】掘削対象物に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能なホイールローダを提供する。【解決手段】ホイールローダは、作業機と、取得部と、制御部とを備える。作業機は、バケットを含む。取得部は、掘削対象物の土質に関する土質情報を取得する。制御部は、取得部で取得した土質情報に基づき作業機のバケットによる掘削対象物に対する掘削動作を制御する制御部とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、ホイールローダに関する。

自走式作業車両のホイールローダは、車両を走行させるための走行装置と、掘削などの各種の作業を行うための作業機とを備えている。走行装置と作業機とは、エンジンからの駆動力によって駆動される。

このようなホイールローダは、一般的に走行と積込等の作業を同時に行う場合が多い。たとえば、掘削作業においては、車両を前進させることにより作業機を土砂の山に押し込むと共に、作業機を上昇させる。

これにより、土砂が作業機上に掬い取られる。そのため、エンジンの出力を走行装置と作業機とにバランス良く配分することが重要である。

しかし、このバランスをうまくとれるように車両の操作を行うには、熟練が必要である。

例えば、不慣れなオペレータが、掘削時にアクセルを踏みすぎて作業機を土砂に押し込み過ぎると、車両が前進できずに停止した状態となる。この状態では、車両を走行させる駆動力が大きすぎるため、作業機を上昇させる駆動力が小さくなる。このため、作業機操作部材を最大に操作しても、作業機が上昇できない。また、このような状態では、油圧ポンプを保護するために、作業機に油圧ポンプからの作動油を供給するための油圧回路がリリーフ状態となる。このように車両が動かなくなってしまったストール状態では、エンジンの出力が高い状態が続いてしまうため、燃費（燃料消費量）が増大してしまう。

この点で、オペレータによらずに例えば土石等の掘削対象物に向けて車体を自動走行させ、この走行動作によってバケットを掘削対象物に突っ込ませた後にバケットおよびアームを作動させて掘削動作を行う自動運転式のホイールローダも提案されている（特許文献１および２）。

特開２００８−８１８３号公報 特開２００８−１３３６５７号公報

一方で、ホイールローダを効率的に動作させるためには、掘削対象物に応じた掘削姿勢による掘削動作が重要である。この点については上記文献には何ら示されていない。

本発明は、上記の課題を解決するためのものであって、掘削対象物に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能なホイールローダを提供することを目的とする。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

ある局面に従うホイールローダは、作業機と、取得部と、制御部とを備える。作業機は、バケットを含む。取得部は、掘削対象物の土質に関する土質情報を取得する。制御部は、取得部で取得した土質情報に基づき作業機のバケットによる掘削対象物に対する掘削動作を制御する。

本発明によれば、制御部は、掘削対象物の土質情報に基づき掘削動作を制御するため掘削対象物に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能である。

好ましくは、取得部は、掘削対象物に含まれる水分量を示す水分情報を取得する。制御部は、取得した水分情報に基づき掘削対象物に対する掘削動作を制御する。

上記によれば、制御部は、掘削対象物の水分情報に基づき掘削動作を制御するため掘削対象物に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能である。

好ましくは、取得部は、掘削対象物の土の粒度を示す粒度情報を取得する。制御部は、取得した粒度情報に基づき掘削対象物に対する掘削動作を制御する。

上記によれば、制御部は、掘削対象物の粒度情報に基づき掘削動作を制御するため掘削対象物に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能である。

好ましくは、ホイールローダは、表示部をさらに備える。制御部は、取得部で取得した土質情報に基づき作業機のバケットによる掘削対象物に対する掘削動作の操作ガイダンスを表示部に表示する。

上記によれば、制御部は、掘削対象物の土質情報に基づき掘削動作の操作ガイダンスを表示部に表示する。これにより掘削対象物に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能である。

好ましくは、取得部は、バケットの形態に関する形態情報をさらに取得する。制御部は、取得部で取得した土質情報および形態情報に基づき作業機のバケットによる掘削動作を制御する。

上記によれば、制御部は、バケットの形態に関する形態情報および土質情報に基づき掘削動作を制御するため掘削対象物に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能である。

好ましくは、ホイールローダは、バケットの外形データを取得するセンサをさらに備える。取得部は、センサからの外形データに基づいてバケットの形態に関する形態情報を取得する。

上記によれば、制御部は、センサによりバケットの外形データを取得するため簡易に外形データを取得することが可能である。

好ましくは、ホイールローダは、負荷算出部をさらに備える。負荷算出部は、掘削対象物に対するバケットの掘削負荷を算出する。制御部は、取得部で取得した土質情報および負荷算出部の算出結果に基づいて作業機のバケットによる掘削対象物に対する掘削動作を制御する。

上記によれば、土質情報および算出された掘削負荷に基づいて掘削動作を制御するため掘削対象物に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能である。

好ましくは、負荷算出部は、バケットの取付ピンの歪み量あるいは作業機のシリンダの圧力に基づいて掘削負荷を算出する。

上記によれば、負荷算出部は、バケットの取付ピンの歪み量あるいはシリンダ圧力に基づいて掘削負荷を算出するため簡易に掘削負荷を算出することが可能である。

別の局面に従うホイールローダは、作業機と、取得部と、制御部とを備える。作業機は、バケットを含む。取得部は、バケットの形態に関する形態情報を取得する。制御部は、取得部で取得した形態情報に基づき作業機のバケットによる掘削対象物に対する掘削動作を制御する。

本発明によれば、制御部は、バケットの形態に関する形態情報に基づき掘削動作を制御するためバケットの形態に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能である。

さらに別の局面に従うホイールローダは、作業機と、負荷算出部と、制御部とを備える。作業機は、バケットを含む。負荷算出部は、掘削対象物に対するバケットの掘削負荷を算出する。制御部は、負荷算出部の算出結果に基づいて作業機のバケットによる掘削対象物に対する掘削動作を制御する。

本発明によれば、制御部は、掘削対象物に対するバケットの掘削負荷に基づき掘削動作を制御するため掘削対象物に対するバケットの掘削負荷に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能である。

本発明のホイールローダは、掘削対象物に応じた掘削姿勢による効率的な掘削動作が可能である。

実施形態１に基づくホイールローダ１の外観図である。 実施形態１に基づくホイールローダ１の構成を示す模式図である。 実施形態１に基づく作業機の掘削動作を説明する図である。 実施形態１に基づく土質が異なる掘削対象物の例を説明する図である。 実施形態１に基づくホイールローダ１の制御部１０の機能構成を説明する図である。 実施形態１の変形例に基づくホイールローダ１の制御部１０Ａの機能構成を説明する図である。 実施形態２に基づくホイールローダ１の制御部１０Ｂの機能構成を説明する図である。 実施形態２に基づく土質情報に基づいて操作ガイダンスを表示器５０に表示する場合を説明する図である。 本実施形態３に基づくバケットの形態を説明する図である。 実施形態３に基づくホイールローダ１の制御部１０Ｃの機能構成を説明する図である。 実施形態３に基づく掘削動作（掘削パターン）を説明する図である。 実施形態３に基づくホイールローダ１の制御部１０Ｃの処理の流れを説明するフロー図である。 実施形態４に基づくホイールローダ１の制御部１０＃の機能構成を説明する図である。 実施形態４に基づくホイールローダ１の制御部１０＃の処理の流れを説明するフロー図である。 実施形態５に基づくホイールローダ１の制御部１０Ｐの機能構成を説明する図である。 実施形態６に基づくホイールローダ１の制御部１０Ｑの機能構成を説明する図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。

以下、ホイールローダについて、図面を参照しながら説明する。

以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」とは、運転席に着座したオペレータを基準とする用語である。

（実施形態１）
＜全体構成＞
図１は、実施形態１に基づくホイールローダ１の外観図である。

図２は、実施形態１に基づくホイールローダ１の構成を示す模式図である。

図１および図２に示されるように、ホイールローダ１は、車輪４ａ，４ｂが回転駆動されることにより自走可能であると共に作業機３を用いて所望の作業を行うことができる。

ホイールローダ１は、車体フレーム２、作業機３、車輪４ａ，４ｂ、運転室５を備えている。

車体フレーム２は、前車体部２ａと後車体部２ｂとを有している。前車体部２ａと後車体部２ｂとは互いに左右方向に揺動可能に連結されている。

前車体部２ａと後車体部２ｂとに渡って一対のステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂが設けられている。ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂは、ステアリングポンプ１２（図２参照）からの作動油によって駆動される油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂが伸縮することによって、前車体部２ａが後車体部２ｂに対して揺動する。これにより、車両の進行方向が変更される。

なお、図１及び図２では、ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂの一方のみを図示しており他方を省略している。

前車体部２ａには、作業機３および一対の前輪４ａが取り付けられている。作業機３は、作業機ポンプ１３（図２参照）からの作動油によって駆動される。作業機３は、ブーム６と、一対のリフトシリンダ１４ａ，１４ｂと、バケット７と、ベルクランク９と、バケットシリンダ１５とを有する。

ブーム６は、前車体部２ａに回転可能に支持されている。リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの一端は前車体部２ａに取り付けられている。リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの他端は、ブーム６に取り付けられている。リフトシリンダ１４ａ，１４ｂが作業機ポンプ１３からの作動油によって伸縮することによって、ブーム６が上下に揺動する。

なお、図１及び図２では、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂのうちの一方のみを図示しており、他方は省略している。

バケット７は、ブーム６の先端に回転可能に支持されている。バケットシリンダ１５の一端は前車体部２ａに取り付けられている。バケットシリンダ１５の他端はベルクランク９を介してバケット７に取り付けられている。バケットシリンダ１５が、作業機ポンプ１３からの作動油によって伸縮することによって、バケット７が上下に揺動する。

後車体部２ｂには、運転室５及び一対の後輪４ｂが取り付けられている。運転室５は、車体フレーム２の上部に載置されており、オペレータが着座するシートや、後述する操作部８などが内装されている。

また、図２に示すように、ホイールローダ１は、駆動源としてのエンジン２１、走行装置２２、作業機ポンプ１３、ステアリングポンプ１２、操作部８、制御部１０などを備えている。

エンジン２１は、ディーゼルエンジンであり、シリンダ内に噴射する燃料量を調整することによりエンジン２１の出力が制御される。この調整は、エンジン２１の燃料噴射ポンプ２４に付設された電子ガバナ２５が制御部１０によって制御されることで行われる。ガバナ２５としては、一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられ、エンジン回転数が、後述するアクセル操作量に応じた目標回転数となるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整する。すなわち、ガバナ２５は目標回転数と実際のエンジン回転数との偏差がなくなるように燃料噴射量を増減する。エンジン回転数は、エンジン回転数センサ９１によって検出される。エンジン回転数センサ９１の検出信号は、制御部１０に入力される。

走行装置２２は、エンジン２１からの駆動力により車両を走行させる装置である。走行装置２２は、トルクコンバータ装置２３、トランスミッション２６、及び上述した前輪４ａ及び後輪４ｂなどを有する。

トルクコンバータ装置２３は、ロックアップクラッチ２７とトルクコンバータ２８を有している。ロックアップクラッチ２７は、連結状態と非連結状態とに切換可能である。ロックアップクラッチ２７が非連結状態である場合には、トルクコンバータ２８が、オイルを媒体としてエンジン２１からの駆動力を伝達する。ロックアップクラッチ２７が連結状態である場合には、トルクコンバータ２８の入力側と出力側とが直結される。ロックアップクラッチ２７は、油圧作動式のクラッチであり、ロックアップクラッチ２７への作動油の供給がクラッチ制御弁３１を介して制御部１０によって制御されることにより、連結状態と非連結状態とが切り換えられる。

トランスミッション２６は、前進走行段に対応する前進クラッチＣＦと、後進走行段に対応する後進クラッチＣＲとを有している。各クラッチＣＦ，ＣＲの連結状態・非連結状態が切り換えられることによって、車両の前進と後進とが切り換えられる。クラッチＣＦ，ＣＲが共に非連結状態のときは、車両は中立状態となる。また、トランスミッション２６は、複数の速度段に対応した複数の速度段クラッチＣ１−Ｃ４を有しており、減速比を複数段階に切り換えることができる。例えば、このトランスミッション２６では、４つの速度段クラッチＣ１−Ｃ４が設けられており、速度段を第１速から第４速までの４段階に切る換えることができる。各速度段クラッチＣ１−Ｃ４は、油圧作動式の油圧クラッチである。図示しない油圧ポンプからクラッチ制御弁３１を介してクラッチＣ１−Ｃ４へ作動油が供給される。クラッチ制御弁３１が制御部１０によって制御されて、クラッチＣ１−Ｃ４への作動油の供給が制御されることにより、各クラッチＣ１−Ｃ４の連結状態及び非連結状態が切り換えられる。

トランスミッション２６の出力軸には、トランスミッション２６の出力軸の回転数を検出するＴ／Ｍ出力回転数センサ９２が設けられている。Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２からの検出信号は、制御部１０に入力される。制御部１０は、Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２の検出信号に基づいて車速を算出する。従って、Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２は車速を検出する車速検出部として機能する。なお、トランスミッション２６の出力軸ではなく他の部分の回転速度を検出するセンサが車速センサとして用いられてもよい。トランスミッション２６から出力された駆動力は、シャフト３２などを介して車輪４ａ，４ｂに伝達される。これにより、車両が走行する。トランスミッション２６の入力軸の回転数は、Ｔ／Ｍ入力回転数センサ９３によって検出される。Ｔ／Ｍ入力回転数センサ９３からの検出信号は、制御部１０に入力される。

エンジン２１の駆動力の一部は、ＰＴＯ軸３３を介して作業機ポンプ１３及びステアリングポンプ１２に伝達される。作業機ポンプ１３及びステアリングポンプ１２は、エンジン２１からの駆動力によって駆動される油圧ポンプである。作業機ポンプ１３から吐出された作動油は、作業機制御弁３４を介してリフトシリンダ１４ａ，１４ｂ及びバケットシリンダ１５に供給される。また、ステアリングポンプ１２から吐出された作動油は、ステアリング制御弁３５を介してステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂに供給される。このように、作業機３は、エンジン２１からの駆動力の一部によって駆動される。

作業機ポンプ１３から吐出された作動油の圧力は、第１油圧センサ９４によって検出される。リフトシリンダ１４ａ，１４ｂに供給される作動油の圧力は、第２油圧センサ９５によって検出される。具体的には、第２油圧センサ９５は、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂを伸長させるときに作動油が供給されるシリンダボトム室の油圧を検出する。バケットシリンダ１５に供給される作動油の圧力は、第３油圧センサ９６によって検出される。具体的には、第３油圧センサ９６は、バケットシリンダ１５を伸長させるときに作動油が供給されるシリンダボトム室の油圧を検出する。ステアリングポンプ１２から吐出された作動油の圧力は、第４油圧センサ９７によって検出される。第１〜第４油圧センサ９４−９７からの検出信号は、制御部１０に入力される。

操作部８は、オペレータによって操作される。操作部８は、アクセル操作部材８１ａ、アクセル操作検出装置８１ｂ、ステアリング操作部材８２ａ、ステアリング操作検出装置８２ｂ、ブーム操作部材８３ａ、ブーム操作検出装置８３ｂ、バケット操作部材８４ａ、バケット操作検出装置８４ｂ、変速操作部材８５ａ、変速操作検出装置８５ｂ、ＦＲ操作部材８６ａ、及び、ＦＲ操作検出装置８６ｂなどを有する。

アクセル操作部材８１ａは、例えばアクセルペダルであり、エンジン２１の目標回転数を設定するために操作される。アクセル操作検出装置８１ｂは、アクセル操作部材８１ａの操作量を検出する。アクセル操作検出装置８１ｂは、検出信号を制御部１０へ出力する。

ステアリング操作部材８２ａは、例えばステアリングハンドルであり、車両の進行方向を操作するために操作される。ステアリング操作検出装置８２ｂは、ステアリング操作部材８２ａの位置を検出し、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ステアリング操作検出装置８２ｂからの検出信号に基づいてステアリング制御弁３５を制御する。これにより、ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂが伸縮して、車両の進行方向が変更される。

ブーム操作部材８３ａ及びバケット操作部材８４ａは、例えば操作レバーであり、作業機３を動作させるために操作される。具体的には、ブーム操作部材８３ａは、ブーム６を動作させるために操作される。バケット操作部材８４ａは、バケット７を動作させるために操作される。ブーム操作検出装置８３ｂは、ブーム操作部材８３ａの位置を検出する。バケット操作検出装置８４ｂは、バケット操作部材８４ａの位置を検出する。ブーム操作検出装置８３ｂ及びバケット操作検出装置８４ｂは、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ブーム操作検出装置８３ｂ及びバケット操作検出装置８４ｂからの検出信号に基づいて作業機制御弁３４を制御する。これにより、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂ及びバケットシリンダ１５が伸縮して、ブーム６及びバケット７が動作する。また、作業機３にはブーム角を検出するブーム角検出装置９８が設けられている。ブーム角は、前車体部２ａとブーム６との回転支持中心と、ブーム６とバケット７との回転支持中心とを結ぶ線と、前後の車輪４ａ，４ｂの軸中心を結ぶ線とに挟まれた角度をいう。ブーム角検出装置９８は、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ブーム角検出装置９８が検出したブーム角に基づいて、バケット７の高さ位置を算出する。このため、ブーム角検出装置９８はバケット７の高さを検出する高さ位置検出部として機能する。

変速操作部材８５ａは、例えばシフトレバーである。変速操作部材８５ａは、自動変速モードが選択されているときには、速度段の上限を設定するために操作される。例えば、変速操作部材８５ａが第３速に設定されている場合には、トランスミッション２６は、第２速から第３速までの間で切り換えられ、第４速には切り換えられない。また、手動変速モードが選択されているときには、トランスミッション２６は変速操作部材８５ａによって設定された速度段に切り換えられる。変速操作検出装置８５ｂは、変速操作部材８５ａの位置を検出する。変速操作検出装置８５ｂは、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、変速操作検出装置８５ｂからの検出信号に基づいて、トランスミッション２６の変速を制御する。なお、自動変速モードと手動変速モードとは図示しない変速モード切換部材によってオペレータによって切り換えられる。

ＦＲ操作部材８６ａは、車両の前進と後進とを切り換えるために操作される。ＦＲ操作部材８６ａは、前進、中立、及び後進の各位置に切り換えられることができる。ＦＲ操作検出装置８６ｂは、ＦＲ操作部材８６ａの位置を検出する。ＦＲ操作検出装置８６ｂは、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ＦＲ操作検出装置８６ｂからの検出信号に基づいてクラッチ制御弁３１を制御する。これにより、前進クラッチＣＦ及び後進クラッチＣＲが制御され、車両の前進と後進と中立状態とが切り換えられる。

制御部１０は、一般的にＣＰＵ（Central Processing Unit）により各種のプログラムを読み込むことにより実現される。

制御部１０は、メモリ６０と接続され、当該メモリ６０は、ワークメモリとして機能するとともに、ホイールローダの機能を実現するための各種のプログラムを格納する。

制御部１０は、アクセル操作量に応じた目標回転数が得られるように、エンジン指令信号をガバナ２５に送る。

制御部１０は、カメラ４０が接続され、カメラ４０で撮像した画像データの入力を受け付ける。カメラ４０は、ホイールローダ１の運転室５のルーフ側に設けられる。

制御部１０は、表示器５０とも接続される。表示器５０は、後述するがオペレータに操作ガイダンスを表示することが可能である。また、表示器５０には、タッチパネル等の入力装置が設けられ、当該タッチパネルを操作することにより制御部１０に対してコマンドを指示することが可能である。

＜掘削パターン例＞
本実施形態１のホイールローダは、一例として土砂等の掘削対象物に応じた掘削姿勢による掘削動作を実行する。

図３は、実施形態１に基づく作業機の掘削動作を説明する図である。

図３（Ａ）に示されるように、一例として、作業機３の掘削姿勢として掘削対象物Ｐに対してバケット７がバケット軌跡Ｌ１に従って掘削動作を実行する場合が示されている。

具体的には、バケット７の刃先が掘削対象物Ｐに浅く食い込んだ後にバケット７を上昇させる掘削動作が示されている（浅掘り掘削パターンとも称する）。

図３（Ｂ）に示されるように、一例として、作業機３の掘削姿勢として掘削対象物Ｐに対してバケット７がバケット軌跡Ｌ２に従って掘削動作を実行する場合が示されている。

具体的には、バケット７の刃先が掘削対象物Ｐに深く食い込んだ後にバケット７を上昇させる掘削動作が示されている（深掘り掘削パターンとも称する）。

＜土質例＞
図４は、実施形態１に基づく土質が異なる掘削対象物の例を説明する図である。

図４に示されるように、ここでは土質として土の粒径が異なる２種類の掘削対象物Ｐ１，Ｐ２の土質が示されている。

一般的に掘削対象物が積み上げられた（堆積した）際の安息角を計測することにより土質の粒径を推定することが可能である。具体的には、粒径が小さいほど安息角は小さくなり、粒径が大きいほど安息角は大きくなる。

本例においては、一例として掘削対象物Ｐ１の安息角αと、掘削対象物Ｐ２の安息角βが示されており、掘削対象物Ｐ１の安息角αの方が掘削対象物Ｐ２の安息角βよりも大きい場合が示されている。

したがって、例えば、安息角を測定することにより土質情報として掘削対象物Ｐ１の粒径の方が掘削対象物Ｐ２の粒径よりも大きいと判定することが可能である。

例えば、掘削対象物Ｐ１は粒径が大きい小石状の土質であり、掘削対象物Ｐ２は粒径が小さい砂状の土質であると判定することが可能である。

本実施形態においては、掘削対象物の土質情報に基づいて掘削動作を制御する。具体的には、掘削対象物の土質が小石状の場合には深掘り掘削パターンではなく、浅掘り掘削パターンの方が効率的な掘削動作が可能である。粒径が大きいほど貫入抵抗が大きいためバケット７を貫入する際に粒径が小さい場合と比べて車両を走行させる駆動力が必要となるとともに、作業機を上昇させる駆動力（リフト力）も十分に必要となるからである。また、粒径が大きい掘削対象物の場合には安息角が大きくなるため、深く貫入しない浅掘り掘削パターンであっても粒径が小さい掘削対象物の場合と比べてバケット７に流れ込む量は大きくなるからである。

逆に、掘削対象物の土質が砂状の場合には浅掘り掘削パターンではなく、深掘り掘削パターンの方が効率的な掘削動作が可能である。粒径が小さいほど貫入抵抗は小さくなるためバケット７を貫入する際に粒径が大きい場合と比べて車両を走行させる駆動力を低減することができるとともに、作業機を上昇させる駆動力（リフト力）も低減することが可能である。また、粒径が小さい掘削対象物の場合には安息角が小さくなるため、バケット７に流れ込む量を確保するために深く貫入する必要があるからである。

＜制御システムの構成＞
図５は、実施形態１に基づくホイールローダ１の制御部１０の機能構成を説明する図である。

図５に示されるように、制御部１０は、カメラ４０およびメモリ６０と接続されている。

制御部１０は、土質情報取得部１００と、掘削制御部１１０とを含む。

土質情報取得部１００は、カメラ画像取得部１０２と、画像解析部１０４と、土質判定部１０６とを含む。

カメラ画像取得部１０２は、カメラ４０から取得される画像データを取得する。具体的には、カメラ４０は、掘削対象物を撮像する。カメラ画像取得部１０２は、カメラ４０が撮像した掘削対象物の画像データを取得する。

画像解析部１０４は、カメラ画像取得部１０２で取得された画像データを解析する。具体的には、画像解析部１０４は、掘削対象物の画像データに基づいて安息角を計測する。

土質判定部１０６は、画像データの解析結果に基づいて土質を判定して土質情報として掘削制御部１１０に出力する。具体的には、土質判定部１０６は、画像解析部１０４の解析結果である計測した安息角に基づいて土質を判定する。例えば、土質判定部１０６は、計測した安息角が所定の閾値以上である場合には、掘削対象物の土質の粒径は大きいと判定する。一方、土質判定部１０６は、計測した安息角が所定の閾値未満である場合には、掘削対象物の土質の粒径は小さいと判定する。所定の閾値は当業者であるならば適宜設計変更可能である。

掘削制御部１１０は、土質情報取得部１００で取得した土質情報に基づいて掘削動作を制御する。

メモリ６０は、バケット軌跡Ｌ１の掘削動作（浅掘り掘削パターン）を実行するためのデータＭＤ１と、バケット軌跡Ｌ２の掘削動作（深堀り掘削パターン）を実行するためデータＭＤ２とを格納する。

データＭＤ１，ＭＤ２は、ホイールローダ１がバケット７による掘削対象物に対する掘削動作を自動制御するための各種パラメータを含むデータである。

具体的には、掘削対象物に対してそれぞれの掘削姿勢による掘削動作を実行するための作業機３のバケット７を貫入する際の車両の速度を規定するパラメータ、作業機を上昇させる駆動力（リフト力）を確保するための作動油の圧力に関するパラメータ、車両を走行させる駆動力および作業機を上昇させる駆動力（リフト力）を確保するためのエンジンの回転数に関するパラメータ等のデータを含む。当該データは一例としてシミュレーションにより予め算出したものを用いることが可能である。また、実際に駆動した場合にキャリブレーションにより補正されたデータを用いるようにしても良い。

掘削制御部１１０は、土質判定部１０６からの土質情報として掘削対象物の粒径が小さいとの判定情報を受けた場合には、データＭＤ２に基づいてバケット軌跡Ｌ２の掘削姿勢による掘削動作（深堀り掘削パターン）を実行する。

一方、掘削制御部１１０は、土質判定部１０６からの土質情報として掘削対象物の粒径が大きいとの判定情報を受けた場合には、データＭＤ１に基づいてバケット軌跡Ｌ１の掘削姿勢による掘削動作（浅掘り掘削パターン）を実行する。

当該処理により、実施形態１に基づくホイールローダは、掘削対象物の土質情報に基づく作業機の掘削姿勢による掘削動作を実行することにより効率的な掘削動作を実行することが可能である。

なお、本例における土質情報取得部１００は、カメラ４０からの撮像データに基づいて掘削対象物の土質情報を取得する場合について説明したが、特にカメラ４０からの撮像データに限られず、他のデータに基づいて土質情報を取得しても良い。例えば、ホイールローダがネットワークを介して接続される外部サーバからのダウンロード等により外部からの掘削対象物の土質情報の入力を受け付けることにより土質情報を取得するようにしても良い。

なお、本例においては、粒径に従って土質情報を分類してそれに応じた掘削姿勢による掘削動作を実行する場合について説明したが、粒径のみならず、粒の種別等に基づいて土質情報をさらに複数に分類して、それぞれに応じた掘削姿勢による掘削動作を実行することも可能である。

（変形例）
上記の実施形態１においては、土質情報取得部１００は、カメラ４０から取得される画像データに基づいて掘削対象物の土質情報（粒径）を取得する場合について説明したが、これに限られず土質情報として水分量を推定することも可能である。

＜制御システムの構成＞
図６は、実施形態１の変形例に基づくホイールローダ１の制御部１０Ａの機能構成を説明する図である。

図６に示されるように、制御部１０Ａは、環境センサ４２およびメモリ６０と接続されている。

環境センサ４２は、周囲の環境データを検知するセンサである。具体的には、環境センサ４２は、周囲の環境データとして温度や湿度等の少なくとも１つを検知する。

制御部１０Ａは、土質情報取得部１００Ａと、掘削制御部１１０とを含む。

土質情報取得部１００Ａは、水分量推定部１０１と、土質判定部１０５とを含む。

水分量推定部１０１は、環境センサ４２から取得される環境データを取得して、掘削対象物の水分量を推定する。具体的には、環境センサ４２から取得される環境データ（温度および湿度の少なくとも一方）に基づいて掘削対象物の水分量を推定する。

土質判定部１０５は、推定された掘削対象物の水分量に基づいて土質を判定して土質情報として掘削制御部１１０に出力する。例えば、土質判定部１０５は、推定された水分量と所定の閾値とを比較して掘削対象物の水分量の大小を判定する。そして、その判定結果を判定情報として掘削制御部１１０に出力する。所定の閾値は当業者であるならば適宜設計変更可能である。

掘削制御部１１０は、土質情報取得部１００Ａで取得した土質情報に基づいて掘削動作を制御する。

メモリ６０は、バケット軌跡Ｌ１の掘削動作（浅掘り掘削パターン）を実行するためのデータＭＤ１と、バケット軌跡Ｌ２の掘削動作（深堀り掘削パターン）を実行するためデータＭＤ２とを格納する。

掘削制御部１１０は、土質判定部１０５からの土質情報として掘削対象物の水分量が少ないとの判定情報を受けた場合には、データＭＤ２に基づいてバケット軌跡Ｌ２の掘削姿勢による掘削動作（深堀り掘削パターン）を実行する。

一方、掘削制御部１１０は、土質判定部１０５からの土質情報として掘削対象物の水分量が多いとの判定情報を受けた場合には、データＭＤ１に基づいてバケット軌跡Ｌ１の掘削姿勢による掘削動作（浅掘り掘削パターン）を実行する。

掘削対象物の土質の粒径の場合と同様に、水分量が多い場合には深掘り掘削パターンではなく、浅掘り掘削パターンの方が効率的な掘削動作が可能である。水分量が大きいほど貫入抵抗が大きいためバケット７を貫入する際に水分量が小さい場合と比べて車両を走行させる駆動力が必要となるとともに、作業機を上昇させる駆動力（リフト力）も十分に必要となるからである。

当該処理により、実施形態１に基づくホイールローダは、掘削対象物の土質情報に基づいて効率的な掘削動作を実行することが可能である。

なお、本例における土質情報取得部１００Ａは、環境センサからの環境データに基づいて掘削対象物の土質情報を取得する場合について説明したが、特に環境データに限られず、他のデータに基づいて土質情報を取得しても良い。例えば、ホイールローダがネットワークを介して接続される外部サーバからのダウンロード等により外部からの掘削対象物の土質情報の入力を受け付けることにより土質情報を取得するようにしても良い。あるいは、掘削対象物の一部を試料として採取して、水分量を測定して土質情報を取得するようにしても良い。

なお、上記の実施形態においては、バケット軌跡として２種類の掘削姿勢による掘削動作について説明したが、特にこれに限られずさらに複数種類の掘削姿勢による掘削動作を実行するようにすることも可能である。

（実施形態２）
上記の実施形態１においては、ホイールローダ１が土質情報に基づいてバケット軌跡の掘削動作を制御する方式について説明した。

一方で、ホイールローダ１が掘削動作を制御するのみならず、オペレータに対する作業ガイダンスとして土質情報に基づく掘削動作を表示させるようにしても良い。

＜制御システムの構成＞
図７は、実施形態２に基づくホイールローダ１の制御部１０Ｂの機能構成を説明する図である。

図７に示されるように、制御部１０Ｂは、カメラ４０と、表示器５０およびメモリ６０Ａと接続されている。

制御部１０Ｂは、土質情報取得部１００と、掘削操作ガイダンス制御部１１１とを含む。

土質情報取得部１００は、カメラ画像取得部１０２と、画像解析部１０４と、土質判定部１０６とを含む。

カメラ画像取得部１０２は、カメラ４０から取得される画像データを取得する。具体的には、カメラ４０は、掘削対象物を撮像する。カメラ画像取得部１０２は、カメラ４０が撮像した掘削対象物の画像データを取得する。

画像解析部１０４は、カメラ画像取得部１０２で取得された画像データを解析する。具体的には、画像解析部１０４は、掘削対象物の画像データに基づいて安息角を計測する。

土質判定部１０６は、画像データの解析結果に基づいて土質を判定して土質情報として掘削制御部１１０に出力する。具体的には、土質判定部１０６は、画像解析部１０４の解析結果である計測した安息角に基づいて土質を判定する。例えば、土質判定部１０６は、計測した安息角が所定の閾値以上である場合には、掘削対象物の土質の粒径は大きいと判定する。一方、土質判定部１０６は、計測した安息角が所定の閾値未満である場合には、掘削対象物の土質の粒径は小さいと判定する。所定の閾値は当業者であるならば適宜設計変更可能である。

掘削操作ガイダンス制御部１１１は、土質情報取得部１００で取得した土質情報に基づいて掘削動作の操作ガイダンスを表示器５０に表示する。

メモリ６０は、バケット軌跡Ｌ１の掘削動作（浅掘り掘削パターン）を実現するための操作ガイダンスを表示するためのデータＭＧＤ１と、バケット軌跡Ｌ２の掘削動作（深堀り掘削パターン）を実現するための操作ガイダンスを表示するためのデータＭＧＤ２とを格納する。

掘削操作ガイダンス制御部１１１は、土質判定部１０６からの土質情報として掘削対象物の粒径が大きいとの判定情報を受けた場合には、データＭＧＤ１に基づいてバケット軌跡Ｌ１の掘削動作（浅堀り掘削パターン）を実行するための操作ガイダンスを表示器５０に表示する。

図８は、実施形態２に基づく土質情報に基づいて操作ガイダンスを表示器５０に表示する場合を説明する図である。

図８に示されるように、ここでは、バケット軌跡Ｌ１の掘削動作（浅掘り掘削パターン）を実現するための操作ガイダンスが表示されている。一例として、バケット７のバケット軌跡Ｌ１がアニメーション表示されるものとする。

当該操作ガイダンスの表示により、オペレータは掘削対象物に対する効率的な掘削動作を把握することが可能である。これにより、オペレータは操作部８を効率的に操作することが可能である。

なお、操作ガイダンスとして、本例においては、一例としてバケット７のバケット軌跡を表示する場合について説明したが、これに限られず、例えば、ブーム操作部材８３ａおよびバケット操作部材８４ａの操作量等に関するガイダンスを表示したり、掘削対象物に対してバケットが貫入する際の車速に関するガイダンスを表示することも可能である。

当該処理により、実施形態２に基づくホイールローダは、掘削対象物の土質情報に基づいて効率的な掘削動作を実現することが可能である。

なお、上記の実施形態においては、バケット軌跡として２種類の掘削姿勢による掘削動作のガイダンスについて説明したが、特にこれに限られずさらに複数種類の掘削姿勢による掘削動作のガイダンスを実行するようにすることも可能である。

（実施形態３）
上記の実施形態１においては、ホイールローダ１が土質情報に基づいてバケット軌跡の掘削動作を制御する方式について説明したが、土質情報とともに、他の情報を利用することも可能である。

本実施形態３においては、土質情報およびバケットの形態に基づいて掘削動作を効率的に制御する方式について説明する。

図９は、本実施形態３に基づくバケットの形態を説明する図である。

図９（Ａ），（Ｂ）に示されるように、用途に応じた複数の形態のバケット７Ａ，７Ｂが設けられている。

本例においては、一例として大きさが異なる２つのバケット７Ａ，７Ｂのバケットが示されている。バケット７Ｂは、バケット７Ａと比較してサイズが大きく容量も大きいものとする。

＜制御システムの構成＞
図１０は、実施形態３に基づくホイールローダ１の制御部１０Ｃの機能構成を説明する図である。

図１０に示されるように、制御部１０Ｃは、カメラ４０およびメモリ６０と接続されている。

制御部１０Ｃは、土質情報取得部１００と、バケット情報取得部１００Ｃと、掘削制御部１１０とを含む。

土質情報取得部１００は、図７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。

バケット情報取得部１００Ｃは、カメラ画像取得部１０２Ｃと、画像解析部１０４Ｃと、バケット判定部１０６Ｃとを含む。

カメラ画像取得部１０２Ｃは、カメラ４０から取得される画像データを取得する。具体的には、カメラ４０は、作業機３に設けられたバケット７を撮像する。カメラ画像取得部１０２Ｃは、カメラ４０が撮像したバケット７の画像データを取得する。

画像解析部１０４Ｃは、カメラ画像取得部１０２で取得された画像データを解析する。具体的には、画像解析部１０４Ｃは、バケット７の画像データに基づいてバケットの形態を計測する。具体的には、画像解析部１０４Ｃは、画像データ中のバケットをパターンマッチングにより識別して、識別したバケットからその形態を計測する。あるいはパターンマッチングにより識別されたバケットの形態からバケットの品番情報を取得して、当該品番情報に基づいて長さ、高さ等のバケットの寸法情報を取得するようにしても良い。

バケット判定部１０６Ｃは、画像データの解析結果に基づいてバケットを判定して形態情報として掘削制御部１１０に出力する。具体的には、バケット判定部１０６Ｃは、画像解析部１０４Ｃの解析結果である計測したバケットの形態に基づいてバケットの大小を判定する。例えば、バケット判定部１０６Ｃは、計測したバケットの形態が所定の大きさ以上である場合には、バケットは大きいと判定する。一方、バケット判定部１０６Ｃは、計測したバケットの形態が所定の大きさ未満である場合には、バケットは小さいと判定する。所定の大きさは当業者であるならば適宜設計変更可能である。

掘削制御部１１０は、バケット情報取得部１００Ｃで取得した形態情報に基づいて掘削動作を制御する。

メモリ６０は、掘削データ６２と、補正データ６４とを格納する。

掘削データは、掘削対象物に対して土質情報に基づいて効率的な掘削姿勢による掘削動作を実行するための作業機３のバケット７を貫入する際の車両の速度を規定するパラメータ、作業機を上昇させる駆動力（リフト力）を確保するための作動油の圧力に関するパラメータ、車両を走行させる駆動力および作業機を上昇させる駆動力（リフト力）を確保するためのエンジンの回転数に関するパラメータ等のデータを含む。当該データは一例としてシミュレーションにより予め算出したものを用いることが可能である。また、実際に駆動した場合にキャリブレーションにより補正されたデータを用いるようにしても良い。この点で、上記のバケット軌跡Ｌ１の掘削動作（浅掘り掘削パターン）を実行するためのデータＭＤ１と、バケット軌跡Ｌ２の掘削動作（深堀り掘削パターン）を実行するためデータＭＤ２とを含んでいてもよい。

補正データ６４は、バケットの形態に基づいて掘削動作を補正するために必要なデータである。具体的には、当該補正データに基づいてバケットの形態が大きい場合には、浅堀り掘削パターン側に掘削動作を補正する。一方、バケットの形態が小さい場合には、深堀り掘削パターン側に掘削動作を補正する。例えば、種々のパラメータ（速度、圧力等）に重み付けする係数を調整することにより補正することが可能である。

掘削制御部１１０は、土質判定部１０６からの土質情報に基づいて効率的な掘削姿勢による掘削動作を決定する。そして、バケット判定部１０６Ｃからの形態情報に基づいて掘削姿勢を補正する。具体的には、バケットの形態が小さいとの判定情報を受けた場合には、バケット軌跡として深堀り掘削パターン側となるように補正する。一方、掘削制御部１１０は、バケット判定部１０６Ｃからの形態情報としてバケットの形態が大きいとの判定情報を受けた場合には、バケット軌跡として浅掘り掘削パターン側となるように補正する。

バケットの形態としてバケットが大きい場合には深掘り掘削パターン側ではなく、浅掘り掘削パターン側に補正する方が効率的な掘削動作が可能である。一方、バケットの形態としてバケットが小さい場合には浅掘り掘削パターン側ではなく、深掘り掘削パターン側に補正する方が効率的な掘削動作が可能である。バケットが大きいほど貫入抵抗が大きいためバケット７を貫入する際にバケットが小さい場合と比べて車両を走行させる駆動力が必要となるとともに、作業機を上昇させる駆動力（リフト力）も十分に必要となるからである。

当該処理により、実施形態３に基づくホイールローダは、土質情報およびバケットの形態情報に基づいて効率的な掘削動作を実行することが可能である。

図１１は、実施形態３に基づく掘削動作（掘削パターン）を説明する図である。

図１１（Ａ）から（Ｃ）には、３種類のバケット軌跡が示されている。

一例として、図１１（Ｃ）には、一例として、掘削対象物Ｐに対して土質情報に基づいて決定されたバケット軌跡Ｌ５に従って掘削動作を実行する場合が示されている。

図１１（Ａ）および（Ｂ）は、図１１（Ｃ）で示されるバケット軌跡Ｌ５を補正した掘削姿勢が示されている。

図１１（Ａ）は、一例としてバケットが大きい場合に掘削動作を補正した場合が示されている。

具体的には、バケット７の刃先が掘削対象物Ｐにある程度食い込んだ後（図１１（Ｃ）よりも浅い）にバケット７をバケット軌跡Ｌ３に従って上昇させる掘削動作が示されている。

図１１（Ｂ）は、一例としてバケットが小さい場合に掘削動作を補正した場合が示されている。

具体的には、バケット７の刃先が掘削対象物Ｐに深く食い込んだ後（図１１（Ｃ）よりも深い）にバケット７をバケット軌跡Ｌ４に従って上昇させる掘削動作が示されている。

上記の如く掘削動作を調整することにより、さらに効率的な掘削動作を実行することが可能である。

なお、上記の実施の形態１の変形例１および形態２ならびに以降の実施形態についても同様に適用可能である。

なお、本例におけるバケット情報取得部１００Ｃは、カメラ４０から取得した画像データに基づいてバケットの形態を取得する場合について説明したが、特に画像データに限られず、他のデータに基づいてバケットの形態を取得しても良い。例えば、ホイールローダがネットワークを介して接続される外部サーバからのダウンロード等により外部からのバケットの形態に関する入力を受け付けることにより形態情報を取得するようにしても良い。あるいは、オペレータによるバケットの形態に関する情報入力を受け付けることにより、バケットの形態情報を取得するようにしても良い。

図１２は、実施形態３に基づくホイールローダ１の制御部１０Ｃの処理の流れを説明するフロー図である。

図１２に示されるように、制御部１０Ｃは、土質を判定する（ステップＳ０）。具体的には、土質判定部１０６は、上述したように画像データの解析結果に基づいて土質を判定する。例えば、土質判定部１０６は、計測した安息角が所定の閾値以上である場合には、掘削対象物の土質の粒径は大きいと判定する。

次に、制御部１０Ｃは、掘削動作を決定する（ステップＳ２）。掘削制御部１１０は、土質情報に基づいてメモリ６０に格納されている掘削データ６２を利用して効率的な掘削姿勢による掘削動作を決定する。

次に、制御部１０Ｃは、バケットを判定する（ステップＳ４）。バケット判定部１０６Ｃは、画像データの解析結果に基づいてバケットを判定する。具体的には、バケット判定部１０６Ｃは、画像解析部１０４Ｃの解析結果である計測したバケットの形態に基づいてバケットの大小を判定する。

次に、制御部１０Ｃは、バケットが大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。例えば、バケット判定部１０６Ｃは、計測したバケットの形態が所定の大きさ以上であるか否かを判定する。

次に、制御部１０Ｃは、バケットが大きいと判定した場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）には、掘削動作を補正（浅堀り掘削パターン側）する（ステップＳ８）。具体的には、バケット判定部１０６Ｃは、計測したバケットの形態が所定の大きさ以上であると判定した場合には、その情報を掘削制御部１１０に出力する。掘削制御部１１０は、補正データ６４に基づいてバケット軌跡として浅掘り掘削パターン側となるように補正する。

そして、処理を終了する（エンド）。

次に、制御部１０Ｃは、バケットが大きくないと判定した場合（ステップＳ６においてＮＯ）には、バケットが小さいか否かを判定する（ステップＳ１０）。バケット判定部１０６Ｃは、計測したバケットの形態が所定の大きさ未満であるか否かを判定する。

次に、制御部１０Ｃは、バケットが小さいと判定した場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）には、掘削動作を補正（深堀り掘削パターン側）する（ステップＳ１２）。具体的には、バケット判定部１０６Ｃは、計測したバケットの形態が所定の大きさ未満であると判定した場合には、その情報を掘削制御部１１０に出力する。掘削制御部１１０は、補正データ６４に基づいてバケット軌跡として深堀り掘削パターン側となるように補正する。

そして、処理を終了する（エンド）。

次に、制御部１０Ｃは、バケットが小さくないと判定した場合（ステップＳ１０においてＮＯ）には、掘削動作を変更することなく処理を終了する（エンド）。

当該処理により、実施形態３に基づくホイールローダは、掘削対象物に対する土質情報およびバケットの形態に基づいて効率的な掘削動作を実行することが可能である。

（実施形態４）
＜制御システムの構成＞
図１３は、実施形態４に基づくホイールローダ１の制御部１０＃の機能構成を説明する図である。

図１３に示されるように、制御部１０＃は、カメラ４０、歪みセンサ７０およびメモリ６０と接続されている。歪みセンサ７０は、バケット７の取付ピンに設けられるものとする。

歪みセンサ７０として、一例としてストレインゲージを設けることが可能であり、掘削対象物に対する掘削反力を検出する。

制御部１０＃は、土質情報取得部１００と、負荷算出部１０８と、負荷判定部１０９と、掘削制御部１１０とを含む。

土質情報取得部１００は、図７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。

負荷算出部１０８は、歪みセンサ７０からのデータ（歪み量）に基づいて作業負荷を算出する。

負荷判定部１０９は、負荷算出部１０８で算出された作業負荷に基づいて負荷のレベルを判断する。

掘削制御部１１０は、負荷判定部１０９で判定された負荷のレベルに基づいて掘削動作を制御する。

メモリ６０は、掘削データ６２と、補正データ６５とを格納する。

掘削データは、掘削対象物に対して土質情報に基づいて効率的な掘削姿勢による掘削動作を実行するための作業機３のバケット７を貫入する際の車両の速度を規定するパラメータ、作業機を上昇させる駆動力（リフト力）を確保するための作動油の圧力に関するパラメータ、車両を走行させる駆動力および作業機を上昇させる駆動力（リフト力）を確保するためのエンジンの回転数に関するパラメータ等のデータを含む。当該データは一例としてシミュレーションにより予め算出したものを用いることが可能である。また、実際に駆動した場合にキャリブレーションにより補正されたデータを用いるようにしても良い。この点で、上記のバケット軌跡Ｌ１の掘削動作（浅掘り掘削パターン）を実行するためのデータＭＤ１と、バケット軌跡Ｌ２の掘削動作（深堀り掘削パターン）を実行するためデータＭＤ２とを含んでいてもよい。

補正データ６５は、作業負荷のレベルに基づいて掘削動作を補正するために必要なデータである。具体的には、当該補正データに基づいて作業負荷のレベルが大きい場合には、浅堀り掘削パターン側に掘削動作を補正する。一方、作業負荷のレベルが小さい場合には、深堀り掘削パターン側に掘削動作を補正する。例えば、種々のパラメータ（速度、圧力等）に重み付けする係数を調整することにより補正することが可能である。

掘削制御部１１０は、土質判定部１０６からの土質情報に基づいて効率的な掘削姿勢による掘削動作を決定する。そして、負荷判定部１０９からの負荷情報に基づいて掘削姿勢を補正する。具体的には、作業負荷のレベルが小さいとの判定情報を受けた場合には、バケット軌跡として深堀り掘削パターン側となるように補正する。一方、掘削制御部１１０は、負荷判定部１０９からの負荷情報に基づいて作業負荷のレベルが大きいとの判定情報を受けた場合には、バケット軌跡として浅掘り掘削パターン側となるように補正する。

作業負荷のレベルとして作業負荷が大きい場合には深掘り掘削パターン側ではなく、浅掘り掘削パターン側に補正する方が効率的な掘削動作が可能である。一方、作業負荷のレベルとして作業負荷が小さい場合には浅掘り掘削パターン側ではなく、深掘り掘削パターン側に補正する方が効率的な掘削動作が可能である。作業負荷が大きいほど作業機を上昇させる駆動力（リフト力）が十分に必要となるからである。

図１４は、実施形態４に基づくホイールローダ１の制御部１０＃の処理の流れを説明するフロー図である。

図１４に示されるように、制御部１０＃は、土質を判定する（ステップＳ０）。具体的には、土質判定部１０６は、上述したように画像データの解析結果に基づいて土質を判定する。例えば、土質判定部１０６は、計測した安息角が所定の閾値以上である場合には、掘削対象物の土質の粒径は大きいと判定する。

次に、制御部１０Ｃ＃、掘削動作を決定する（ステップＳ２）。掘削制御部１１０は、土質情報に基づいてメモリ６０に格納されている掘削データ６２を利用して効率的な掘削姿勢による掘削動作を決定する。

次に、制御部１０＃は、掘削負荷を算出する（ステップＳ１２）。具体的には、負荷算出部１０８は、歪みセンサ７０からのデータ（歪み量）に基づいて掘削負荷を算出する。

次に、制御部１０＃は、掘削負荷が大きいか否かを判断する（ステップＳ１４）。具体的には、負荷判定部１０９は、負荷算出部１０８で算出された掘削負荷に基づいて掘削負荷のレベルを判定する。例えば、負荷算出部１０８は、算出された掘削負荷が所定の範囲内であるか否かを判断する。負荷算出部１０８は、算出された掘削負荷が所定の範囲内を超える場合には、掘削負荷のレベルが大きいと判断する。また、負荷算出部１０８は、算出された掘削負荷が所定の範囲内よりも低い場合には、掘削負荷のレベルは小さいと判断する。また、負荷算出部１０８は、算出された掘削負荷が所定の範囲内であると判断した場合には、掘削負荷のレベルは通常であると判断する。なお、所定の範囲は当業者であるならば適宜設計変更可能である。

ステップＳ１４において、制御部１０＃は、掘削負荷のレベルが大きいと判断した場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）には、掘削動作を補正（浅掘り掘削パターン側）する（ステップＳ１６）。具体的には、掘削制御部１１０は、負荷判定部１０９の判定結果として掘削負荷のレベルが大きいと判断した場合には、補正データ６５に基づいてバケット軌跡として浅掘り掘削パターン側となるように補正する。

そして、処理を終了する（エンド）。

次に、ステップＳ１４において、制御部１０＃は、掘削負荷のレベルが大きくないと判断した場合（ステップＳ１４においてＮＯ）には、掘削負荷のレベルが小さいか否かを判断する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１８において、制御部１０＃は、掘削負荷のレベルが小さいと判断した場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）には、掘削動作を補正（深掘り掘削パターン側）する。具体的には、掘削制御部１１０は、負荷判定部１０９の判定結果として掘削負荷のレベルが小さいと判断した場合には、補正データ６５に基づいてバケット軌跡として深掘り掘削パターン側となるように補正する。

そして、処理を終了する（エンド）。

ステップＳ１８において、制御部１０＃は、掘削負荷のレベルが小さくないと判断した場合（ステップＳ１８においてＮＯ）には、掘削動作を変更することなく処理を終了する（エンド）。

当該処理により、実施形態４に基づくホイールローダは、掘削対象物に対する土質情報および掘削負荷に基づいて効率的な掘削動作を実行することが可能である。

なお、本例においては、歪みセンサ７０からのデータ（歪み量）に基づいて掘削負荷を算出する場合について説明したが、これに限られず、バケット７で掘削した土砂の重量に基づいて掘削負荷を算出するようにしても良い。また、作業機のシリンダに設けられた圧力センサを用いて、圧力センサの検出結果に基づいて作業負荷を算出することも可能である。掘削負荷の算出方式については何ら限定されない。

なお、掘削負荷の算出は、掘削動作中に継続して実行される。掘削制御部１１０は、随時更新される算出された掘削負荷に基づいてバケット軌跡を補正して効率的な掘削動作を実行することが可能である。

（実施形態５）
上記の実施形態においては、土質情報を用いて効率的な掘削動作を実行する場合について説明したが、土質情報を用いることなく効率的な掘削動作を実行する場合について説明する。

＜制御システムの構成＞
図１５は、実施形態５に基づくホイールローダ１の制御部１０Ｐの機能構成を説明する図である。

図１５に示されるように、制御部１０Ｐは、カメラ４０およびメモリ６０と接続されている。

制御部１０Ｐは、バケット情報取得部１００Ｃと、掘削制御部１１０とを含む。

バケット情報取得部１００Ｃは、図１０で説明したのと同様であるのでその詳細は説明は繰り返さない。

掘削制御部１１０は、バケット情報取得部１００Ｃで取得した形態情報に基づいて掘削動作を制御する。

メモリ６０は、掘削データ６２と、補正データ６４とを格納する。

掘削データは、掘削対象物に対してバケット情報に基づいて効率的な掘削姿勢による掘削動作を実行するための作業機３のバケット７を貫入する際の車両の速度を規定するパラメータ、作業機を上昇させる駆動力（リフト力）を確保するための作動油の圧力に関するパラメータ、車両を走行させる駆動力および作業機を上昇させる駆動力（リフト力）を確保するためのエンジンの回転数に関するパラメータ等のデータを含む。当該データは一例としてシミュレーションにより予め算出したものを用いることが可能である。また、実際に駆動した場合にキャリブレーションにより補正されたデータを用いるようにしても良い。この点で、上記のバケット軌跡Ｌ１の掘削動作（浅掘り掘削パターン）を実行するためのデータＭＤ１と、バケット軌跡Ｌ２の掘削動作（深堀り掘削パターン）を実行するためデータＭＤ２とを含んでいてもよい。

補正データ６４は、バケットの形態に基づいて掘削動作を補正するために必要なデータである。具体的には、当該補正データに基づいてバケットの形態が大きい場合には、浅堀り掘削パターン側に掘削動作を補正する。一方、バケットの形態が小さい場合には、深堀り掘削パターン側に掘削動作を補正する。例えば、種々のパラメータ（速度、圧力等）に重み付けする係数を調整することにより補正することが可能である。

掘削制御部１１０は、バケット情報取得部１００Ｃで取得したバケット情報に基づいて掘削動作を制御する。具体的には、バケット判定部１０６Ｃからの形態情報に基づいて掘削姿勢を補正する。バケットの形態が小さいとの判定情報を受けた場合には、バケット軌跡として深堀り掘削パターン側となるように補正する。一方、掘削制御部１１０は、バケット判定部１０６Ｃからの形態情報としてバケットの形態が大きいとの判定情報を受けた場合には、バケット軌跡として浅掘り掘削パターン側となるように補正する。

バケットの形態としてバケットが大きい場合には深掘り掘削パターン側ではなく、浅掘り掘削パターン側に補正する方が効率的な掘削動作が可能である。一方、バケットの形態としてバケットが小さい場合には浅掘り掘削パターン側ではなく、深掘り掘削パターン側に補正する方が効率的な掘削動作が可能である。バケットが大きいほど貫入抵抗が大きいためバケット７を貫入する際にバケットが小さい場合と比べて車両を走行させる駆動力が必要となるとともに、作業機を上昇させる駆動力（リフト力）も十分に必要となるからである。

当該処理により、実施形態５に基づくホイールローダは、バケットの形態情報に基づいて効率的な掘削動作を実行することが可能である。

（実施形態６）
また、土質情報を用いることなく効率的な掘削動作を実行する別の場合について説明する。

＜制御システムの構成＞
図１６は、実施形態６に基づくホイールローダ１の制御部１０Ｑの機能構成を説明する図である。

図１６に示されるように、制御部１０Ｑは、カメラ４０、歪みセンサ７０およびメモリ６０と接続されている。歪みセンサ７０は、バケット７の取付ピンに設けられるものとする。

歪みセンサ７０として、一例としてストレインゲージを設けることが可能であり、掘削対象物に対する掘削反力を検出する。

制御部１０Ｑは、負荷算出部１０８と、負荷判定部１０９と、掘削制御部１１０とを含む。

負荷算出部１０８および負荷判定部１０９は、図１３で説明したのと同様であるのでその詳細は説明は繰り返さない。

掘削制御部１１０は、負荷判定部１０９で判定された負荷のレベルに基づいて掘削動作を制御する。

メモリ６０は、掘削データ６２と、補正データ６５とを格納する。

掘削データは、掘削対象物に対して負荷情報に基づいて効率的な掘削姿勢による掘削動作を実行するための作業機３のバケット７を貫入する際の車両の速度を規定するパラメータ、作業機を上昇させる駆動力（リフト力）を確保するための作動油の圧力に関するパラメータ、車両を走行させる駆動力および作業機を上昇させる駆動力（リフト力）を確保するためのエンジンの回転数に関するパラメータ等のデータを含む。当該データは一例としてシミュレーションにより予め算出したものを用いることが可能である。また、実際に駆動した場合にキャリブレーションにより補正されたデータを用いるようにしても良い。この点で、上記のバケット軌跡Ｌ１の掘削動作（浅掘り掘削パターン）を実行するためのデータＭＤ１と、バケット軌跡Ｌ２の掘削動作（深堀り掘削パターン）を実行するためデータＭＤ２とを含んでいてもよい。

補正データ６５は、作業負荷のレベルに基づいて掘削動作を補正するために必要なデータである。具体的には、当該補正データに基づいて作業負荷のレベルが大きい場合には、浅堀り掘削パターン側に掘削動作を補正する。一方、作業負荷のレベルが小さい場合には、深堀り掘削パターン側に掘削動作を補正する。例えば、種々のパラメータ（速度、圧力等）に重み付けする係数を調整することにより補正することが可能である。

掘削制御部１１０は、負荷判定部１０９からの作業負荷情報に基づいて掘削動作を制御する。具体的には、負荷判定部１０９からの作業負荷のレベルに基づいて掘削姿勢を補正する。作業負荷のレベルが小さいとの判定情報を受けた場合には、バケット軌跡として深堀り掘削パターン側となるように補正する。一方、掘削制御部１１０は、負荷判定部１０９からの負荷情報に基づいて作業負荷のレベルが大きいとの判定情報を受けた場合には、バケット軌跡として浅掘り掘削パターン側となるように補正する。

作業負荷のレベルとして作業負荷が大きい場合には深掘り掘削パターン側ではなく、浅掘り掘削パターン側に補正する方が効率的な掘削動作が可能である。一方、作業負荷のレベルとして作業負荷が小さい場合には浅掘り掘削パターン側ではなく、深掘り掘削パターン側に補正する方が効率的な掘削動作が可能である。作業負荷が大きいほど作業機を上昇させる駆動力（リフト力）が十分に必要となるからである。

当該処理により、実施形態６に基づくホイールローダは、掘削対象物に対する作業負荷に基づいて効率的な掘削動作を実行することが可能である。

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 ホイールローダ、２ 車体フレーム、３ 作業機、４ａ，４ｂ 車輪、５ 運転室、６ ブーム、７，７Ａ，７Ｂ バケット、８ 操作部、９ ベルクランク、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 制御部、１１ａ，１１ｂ ステアリングシリンダ、１２ ステアリングポンプ、１３ 作業機ポンプ、１４ａ，１４ｂ リフトシリンダ、１５ バケットシリンダ、２１ エンジン、２２ 走行装置、２３ トルクコンバータ装置、２４ 燃料噴射ポンプ、２６ トランスミッション、２７ ロックアップクラッチ、２８ トルクコンバータ、３１ クラッチ制御弁、３２ シャフト、３３ 軸、３４ 作業機制御弁、３５ ステアリング制御弁、４０ カメラ、４２ 環境センサ、５０ 表示器、６０，６０Ａ メモリ、７０ 歪みセンサ、８１ａ アクセル操作部材、８１ｂ アクセル操作検出装置、８２ａ ステアリング操作部材、８２ｂ ステアリング操作検出装置、８３ａ ブーム操作部材、８３ｂ ブーム操作検出装置、８４ａ バケット操作部材、８４ｂ バケット操作検出装置、８５ａ 変速操作部材、８５ｂ 変速操作検出装置、８６ａ 操作部材、８６ｂ 操作検出装置、９１ エンジン回転数センサ、９２ 出力回転数センサ、９３ 入力回転数センサ、９８ ブーム角検出装置、１００，１００Ａ 土質情報取得部、１００Ｃ バケット情報取得部、１０１ 水分量推定部、１０２，１０２Ｃ カメラ画像取得部、１０４，１０４Ｃ 画像解析部、１０５，１０６ 土質判定部、１０６Ｃ バケット判定部、１０８ 負荷算出部、１０９ 負荷判定部、１１０ 掘削制御部、１１１ 掘削操作ガイダンス制御部。

Claims (10)

1. バケットを含む作業機と、
   掘削対象物の土質に関する土質情報を取得する取得部と、
   前記取得部で取得した土質情報に基づき前記作業機の前記バケットによる前記掘削対象物に対する掘削動作を制御する制御部とを備える、ホイールローダ。
2. 前記取得部は、前記掘削対象物に含まれる水分量を示す水分情報を取得し、
   前記制御部は、取得した水分情報に基づき前記掘削対象物に対する掘削動作を制御する、請求項１記載のホイールローダ。
3. 前記取得部は、前記掘削対象物の土の粒度を示す粒度情報を取得し、
   前記制御部は、取得した粒度情報に基づき前記掘削対象物に対する掘削動作を制御する、請求項１記載のホイールローダ。
4. 表示部をさらに備え、
   前記制御部は、前記取得部で取得した土質情報に基づき前記作業機の前記バケットによる前記掘削対象物に対する掘削動作の操作ガイダンスを前記表示部に表示する、請求項１記載のホイールローダ。
5. 前記取得部は、前記バケットの形態に関する形態情報をさらに取得し、
   前記制御部は、前記取得部で取得した土質情報および形態情報に基づき前記作業機の前記バケットによる掘削動作を制御する、請求項１記載のホイールローダ。
6. 前記バケットの外形データを取得するセンサをさらに備え、
   前記取得部は、前記センサからの前記外形データに基づいて前記バケットの形態に関する形態情報を取得する、請求項５記載のホイールローダ。
7. 前記掘削対象物に対する前記バケットの掘削負荷を算出する負荷算出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記取得部で取得した土質情報および前記負荷算出部の算出結果に基づいて前記作業機の前記バケットによる前記掘削対象物に対する掘削動作を制御する、請求項１記載のホイールローダ。
8. 前記負荷算出部は、前記バケットの取付ピンの歪み量あるいは前記作業機のシリンダの圧力に基づいて掘削負荷を算出する、請求項７記載のホイールローダ。
9. バケットを含む作業機と、
   前記バケットの形態に関する形態情報を取得する取得部と、
   前記取得部で取得した形態情報に基づき前記作業機の前記バケットによる前記掘削対象物に対する掘削動作を制御する制御部とを備える、ホイールローダ。
10. バケットを含む作業機と、
    掘削対象物に対する前記バケットの掘削負荷を算出する負荷算出部と、
    前記負荷算出部の算出結果に基づいて前記作業機の前記バケットによる前記掘削対象物に対する掘削動作を制御する制御部とを備える、ホイールローダ。

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