JP2022156724A - 制御装置、操作装置、制御方法および作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】操作を簡単にする。【解決手段】制御装置は、グレーダのメインフレームに取り付けられたドローバーを制御する装置であって、前記ドローバーは、少なくとも３本のアクチュエータで動きが生成されるものであり、少なくとも３自由度を持つ１本の操作レバーからの出力信号に基づき、前記１本の操作レバーの動きと前記ドローバーの動きが対応するように前記複数のアクチュエータを制御する。【選択図】図７

Description

本発明は、制御装置、操作装置、制御方法および作業車両に関する。

グレーダの作業機は、ブレード、サークル、ドローバー、リフタ等から構成され、それらの位置決めをするために複数のアクチュエータが設けられている（例えば特許文献１）。例えば、ドローバーの動きを制御するアクチュエータは、左右のブレードリフトシリンダと、ドローバーシフトシリンダの３本であるが、所望の角度にするためには複数の操作レバーにまたがる３軸の操作が必要で、操作が複雑で難しいという課題がある。

米国特許出願公開第２０２０／０１７３１３５号明細書

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、操作を簡単にすることができる制御装置、操作装置、制御方法および作業車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、グレーダのメインフレームに取り付けられたドローバーを制御する装置であって、前記ドローバーは、少なくとも３本のアクチュエータで動きが生成されるものであり、少なくとも３自由度を持つ１本の操作レバーからの出力信号に基づき、前記１本の操作レバーの動きと前記ドローバーの動きが対応するように前記複数のアクチュエータを制御する制御装置である。

また、本発明の他の態様は、前記制御装置と、前記操作レバーとを備える操作装置である。

また、本発明の他の態様は、グレーダのメインフレームに取り付けられたドローバーを制御する方法であって、前記ドローバーは、少なくとも３本のアクチュエータで動きが生成されるものであり、少なくとも３自由度を持つ１本の操作レバーからの出力信号に基づき、前記１本の操作レバーの動きと前記ドローバーの動きが対応するように前記複数のアクチュエータを制御する制御方法である。

また、本発明の他の態様は、メインフレームと、前記メインフレームに取り付けられ、玉軸によって前記メインフレームに拘束されたドローバーと、前記メインフレームに取り付けられ、前記ドローバーの姿勢を決定する３本のアクチュエータと、オペレータによって操作される１本の操作レバーと、前記操作レバーからの出力信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記操作レバーの動きと前記ドローバーの動きが対応するように前記アクチュエータを制御する作業車両である。

本発明の各態様によれば、操作を簡単にすることができる。

本発明の一実施形態に係るモータグレーダの基本的構成例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るモータグレーダの作業機の基本的構成例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るオペレータ操作装置の構成例を示す斜視図である。 図３に示すジョイスティック３２の動作例を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態に係る制御システムの構成例を示すブロック図である。 図５に示すコントローラ１００の動作例を示すフローチャートである。 図５に示す制御システム３００の動作例を示すシステム図である。 図５に示すコントローラ１００の他の動作例を示すフローチャートである。 図５に示す制御システム３００の他の動作例を示すシステム図である。 本発明の一実施形態に係るモータグレーダの動作例を説明するための平面図である。 本発明の一実施形態に係るモータグレーダの動作例を説明するための側面図である。 本発明の一実施形態に係るモータグレーダの動作例を説明するための平面図である。 本発明の一実施形態に係るモータグレーダの動作例を説明するための側面図である。 本発明の一実施形態に係るモータグレーダの動作例を説明するための平面図である。 本発明の一実施形態に係るモータグレーダの動作例を説明するための側面図である。 本発明の一実施形態に係るモータグレーダの動作例を説明するための平面図である。 本発明の一実施形態に係るモータグレーダの動作例を説明するための側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。

［作業機械の概要］
図１は、実施形態に係る作業機械１を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る作業機械１の作業機１０の基本的構成例を示す斜視図である。実施形態に係る作業機械１は、例えばモータグレーダ（単にグレーダともいう）である。以下の説明において、作業機械１を適宜、モータグレーダ１、と称する。また、モータグレーダ１は、作業車両の一例である。なお、図１と図２は異なる機種である。

なお、本実施形態においては、図１に示すように、モータグレーダ１の車両本体２を基準として車幅方向を左右方向とし、左右方向に直交する鉛直方向を上下方向とし、左右方向と上下方向に直交する車長方向を前後方向とする。

図１に示すように、モータグレーダ１は、車両本体２と、キャブ３と、走行装置４と、作業機１０とを有する。モータグレーダ１は、走行装置４により、作業現場を走行する。モータグレーダ１は、作業現場において、作業機１０を用いて作業を実施する。モータグレーダ１は、作業機１０を用いて、道路施工（路床、路盤、法面の切削整形）、道路維持補修（砂利道の切削、砂利敷均し）、除雪（積雪および圧雪の除去）、その他（広場の整地、溝掘り、除草等）の作業を実施することができる。なお、作業機械１は、少なくとも３本のアクチュエータで動きが生成されるドローバー（引っ張り棒、けん引棒）を有する作業機１０を備えるものであればよく、モータグレーダ１に限定されない。

キャブ３は、車両本体２に支持される。キャブ３の内部には、オペレータが着座する運転席３１と、モータグレーダ１を動作させるためにオペレータによって操作されるオペレータ操作装置（図示しない）が配置される。

走行装置４は、車両本体２を支持する。本実施形態において走行装置４は、回転可能な２個の前輪５と、４個の後輪６とを有する。モータグレーダ１は、走行装置４の前輪５と後輪６とによって路面ＲＳを走行可能である。なお、作業機械の走行装置は、車輪に限らず、履帯等であってもよい。

作業機１０は、車両本体２に支持される。図１および図２に示すように、作業機１０は、メインフレーム１１と、ドローバー１２と、サークル１３と、ブレード１４と、右ブレードリフトシリンダ１５と、左ブレードリフトシリンダ１６と、ドローバーシフトシリンダ１７と、リフタ２１と、リフタ２２と、玉軸２３と、ブレードシフトシリンダ２４と、パワーチルトシリンダ２５と、サークル回転モータ２６とを備える。右ブレードリフトシリンダ１５と、左ブレードリフトシリンダ１６と、ドローバーシフトシリンダ１７は、ドローバー１２の動きを生成する３本のアクチュエータである。右ブレードリフトシリンダ１５と、左ブレードリフトシリンダ１６と、ドローバーシフトシリンダ１７と、ブレードシフトシリンダ２４と、パワーチルトシリンダ２５は、油圧シリンダである。また、サークル回転モータ２６は、油圧モータである。ただし、油圧シリンダや油圧モータに限定されない。

メインフレーム１１は、各部を支える保持部であり、キャブ３付近でピン結合した２つの部分フレームから構成され、屈折（アーティキュレート）することができる。

ブレード１４は、ドローバー１２に対してシフトおよびチルトができるように支持され、掘削、運土、整形をする。サークル１３は、内側に歯を持つ大歯車であり、ブレード１４を保持し、サークル回転モータ２６によって矢印Ａ６の方向に回転させる。この場合、ブレード１４は、ドローバー１２に取り付けられている。

ドローバー１２は、１つの玉軸２３を介して端部をメインフレーム１１に対して揺動および回転自在（以下、揺動自在という）に拘束され、サークル１３を支持し、けん引力を受ける。玉軸２３は、玉継手、ボールジョイント等とも呼ばれ、メインフレーム１１とドローバー１２を連結する。この場合、ドローバー１２は、モータグレーダ１のメインフレーム１１に取り付けられている。また、ドローバー１２は、メインフレーム１１と１つの玉軸２３によって拘束されている。

右ブレードリフトシリンダ１５は、中間部がリフタ２１を介してメインフレーム１１に対して揺動自在に支持されるとともに、一方の端部がドローバー１２に対して揺動自在に支持され、矢印Ａ１の方向に伸縮する。左ブレードリフトシリンダ１６は、中間部がリフタ２２を介してメインフレーム１１に対して揺動自在に支持されるとともに、一方の端部がドローバー１２に対して揺動自在に支持され、矢印Ａ２の方向に伸縮する。ドローバーシフトシリンダ１７は、一端がメインフレーム１１に対して揺動自在に支持されるとともに、他端がドローバー１２に対して揺動自在に支持され、矢印Ａ３の方向に伸縮する。右ブレードリフトシリンダ１５と、左ブレードリフトシリンダ１６と、ドローバーシフトシリンダ１７は、ドローバー１２の位置と姿勢を制御する。

ブレードシフトシリンダ２４は、一端がドローバー１２に連結されるとともに、他端がブレード１４に支持され、矢印Ａ４方向に伸縮し、ブレード１４を横送りする。パワーチルトシリンダ２５は、一端がドローバー１２に連結されるとともに、他端がブレード１４に支持され、矢印Ａ５の回転方向にブレード１４の切削角を変化させる。切削角は、ブレード１４が路面（地面）ＲＳに接したとき、切刃の刃先と路面ＲＳとのなす角である。

［ドローバー制御と入力操作］
本実施形態では、ドローバー１２の位置と姿勢を制御する際に、ドローバー１２の拘束点である玉軸２３の揺動および回転中心を原点とする、矢印Ａｚで示す上下方向を回転軸とする回転方向αと、矢印Ａｙで示す前後方向を回転軸とする回転方向βと、矢印Ａｘで示す左右方向を回転軸とする回転方向γとを定義し、右ブレードリフトシリンダ１５と、左ブレードリフトシリンダ１６と、ドローバーシフトシリンダ１７の各直線運動を、玉軸２３周りの３軸の回転運動としてとらえて制御する。また、少なくとも３自由度を持つ１本の操作レバーの一例あるジョイスティック３２（図３および図４）を用いて、ドローバー１２を操作する際のオペレータの入力操作を行う。

図３は、本発明の一実施形態に係るオペレータ操作装置の構成例を示す斜視図である。図４は、図３に示すジョイスティック３２の動作例を説明するための模式図である。図３に示す例では、キャブ３内で、運転席３１の右側にジョイスティック３２が配置され、左側にジョイスティック３４が配置されている。本実施形態では、ジョイスティック３２は、ドローバー１２の位置、姿勢を制御する際の操作入力装置として用いられ、ジョイスティック３４は、例えば、走行装置４を制御する際の操作入力装置として用いられる。図４に示すように、ジョイスティック３２は、レバー３２Ｌを有し、レバー３２Ｌが少なくとも前後方向および左右方向に傾動可能であるとともに、上下方向を回転軸として回転可能である。なお、傾動方向は、２方向に限定されず、例えば、全方向に傾動可能であってもよい。また、ジョイスティック３２は、オペレータが操作していない状態ではレバー３２Ｌが中立状態（直立状態）で保持され、さらに、中立状態から一定の範囲内の傾動や回転を無視する不感帯領域を有している。本実施形態では、ジョイスティック３２の上下方向の軸周りの回転方向αｊを図２に示す回転方向αに対応する操作入力、前後方向を回転軸とする回転方向βｊを図２に示す回転方向βに対応する操作入力、左右方向を回転軸とする回転方向γｊを図２に示す回転方向γに対応する操作入力とする。

なお、ジョイスティック３２は、スライドスイッチ３３をさらに備える。スライドスイッチ３３は、モータグレーダ１のブレード１４の動きを操作する操作部の一例であり、オペレータは、スライドスイッチ３３を左右にスライドさせることで、ブレード１４を左右にスライドさせることができる。

ジョイスティック３２は、レバー３２Ｌの操作状態に応じて、例えば、回転角αｊ、βｊおよびγｊを表す信号（あるいは回転角αｊ、βｊおよびγｊの所定時間当たりの変化量Δαｊ、ΔβｊおよびΔγｊを表す信号）を出力する。また、ジョイスティック３２は、スライドスイッチ３３のスライド量を表す信号を出力する。

［制御システムの構成］
図５は、実施形態に係るモータグレーダ１の制御システム３００の構成例を示すブロック図である。制御システム３００は、操作装置の一例である。図２に示すように、モータグレーダ１は、動力源２０１と、ＰＴＯ（Ｐｏｗｅｒ Ｔａｋｅ Ｏｆｆ）２０２と、走行装置４と、油圧ポンプ２０３と、油圧制御弁ユニット２０４と、コントローラ１００とを備える。なお、制御システム３００は、さらに、ジョイスティック３２やスライドスイッチ３３を備えていてもよい。コントローラ１００は、制御装置の一例であって、例えば、マイクロコンピュータ等のコンピュータと、その周辺回路や周辺装置とを用いて構成することができ、コンピュータ等のハードウェアと、コンピュータが実行するプログラム等のソフトウェアとの組み合わせによって各種機能を実装する。

動力源２０１は、作業機械１を動作させるための動力を発生する。動力源２０１として、内燃機関や電動機が例示される。なお、動力源２０１は、内燃機関や電動機に限定されない。動力源２０１は、例えば内燃機関と発電電動機と蓄電装置とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド方式の装置であってもよい。また、動力源２０１は、内燃機関を有さず、蓄電装置と発電電動機とを組み合わせた構成を有していてもよい。

ＰＴＯ２０２は、動力源２０１の動力の少なくとも一部を油圧ポンプ２０３に伝達する。ＰＴＯ２０２は、動力源２０１の動力を走行装置４と油圧ポンプ２０３とに分配する。

走行装置４は、例えば、変速機、駆動軸、ブレーキ、後輪６等を有する。なお、前輪５は、例えば、図示していない油圧モータによって駆動される。

油圧制御弁ユニット２０４は、コントローラ１００の制御の下、右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６、ドローバーシフトシリンダ１７、ブレードシフトシリンダ２４、パワーチルトシリンダ２５、および、サークル回転モータ２６のそれぞれに供給される作動油の流量および方向を制御する。

また、コントローラ１００へは、ジョイスティック３２の出力信号、スライドスイッチ３３のスライド量、ジョイスティック３４の出力信号、キャブ３内に設けられたアクセルペダル３５の操作量、ドローバー回転角計３６の出力信号、シリンダ長計３７の出力信号等が入力される。なお、アクセルペダル３５はオペレータの入力操作装置であり、動力源２０１の出力を指示する。また、ドローバー回転角計３６は、図２に示すドローバー回転角（α、β、γ）を計測（算出）し、計測（算出）した結果を出力する。ドローバー回転角計３６は、玉軸２３の軸の回転角（揺動角）やドローバー１２のメインフレーム１１に対する複数個所の回転角を計測する１または複数のセンサと、センサの計測値をドローバー回転角（α、β、γ）に変換する制御ユニット等から構成することができる。シリンダ長計３７は、右ブレードリフトシリンダ１５のシリンダ長さＬ１、左ブレードリフトシリンダ１６のシリンダ長さＬ２、ドローバーシフトシリンダ１７のシリンダ長さＬ３を計測（算出）し、計測（算出）した結果を出力する。シリンダ長計３７は、シリンダ長さＬ１、Ｌ２およびＬ３を計測するセンサや、各シリンダの回転角を検知する複数のセンサの計測値をシリンダ長さ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に変換する制御ユニット等から構成することができる。

［制御システムの動作例］
図６は、図５に示すコントローラ１００の動作例を示すフローチャートである。図６に示す処理は、例えばジョイスティック３２で不感帯領域を超える入力操作が行われた場合、所定の周期で繰り返し実行される。

図６に示す処理が開始されると、コントローラ１００は、まず、ジョイスティック３２の姿勢（αｊ，βｊ，γｊ）を取得する（ステップＳ１０１）。次に、コントローラ１００は、１処理前（１周期前）の姿勢（αｊ，βｊ，γｊ）と現在の姿勢（αｊ，βｊ，γｊ）に基づき、ジョイスティック３２の姿勢変化（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ）を算出する（ステップＳ１０２）。次に、コントローラ１００は、ドローバー回転角計３６が出力したドローバー回転角（α、β、γ）を取得し、ドローバー回転角初期値（α０，β０，γ０）とする（ステップＳ１０３）。

次に、コントローラ１００は、ドローバー回転角初期値（α０，β０，γ０）とジョイスティックの姿勢変化（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ）に基づいてドローバー回転角目標値（αｔ，βｔ，γｔ）を算出する（ステップＳ１０４）。ドローバー回転角目標値（αｔ，βｔ，γｔ）は、例えば、成分毎に、ドローバー回転角初期値（α０，β０，γ０）に、ジョイスティックの姿勢変化（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ）に所定の係数を乗じた値を加算した値である。なお、所定の係数は、例えば、オペレータが一定の範囲内で調整可能な値とすることができる。

次に、コントローラ１００は、ドローバー回転角計３６が出力したドローバー回転角（α、β、γ）を取得し、現在のドローバー回転角（αｒ，βｒ，γｒ）とする（ステップＳ１０５）。次に、コントローラ１００は、ドローバー回転角目標値（αｔ，βｔ，γｔ）と現在のドローバー回転角（αｒ，βｒ，γｒ）に基づいて右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７を制御する（ステップＳ１０６）。次に、コントローラ１００は、現在のドローバー回転角（αｒ，βｒ，γｒ）がドローバー回転角目標値（αｔ，βｔ，γｔ）に到達したか否か（ドローバー回転角目標値（αｔ，βｔ，γｔ）から所定値以内であるか否か）を判定する（ステップＳ１０７）。

現在のドローバー回転角（αｒ，βｒ，γｒ）がドローバー回転角目標値（αｔ，βｔ，γｔ）に到達した場合（ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」の場合）、コントローラ１００は、図６に示す処理を終了する。一方、現在のドローバー回転角（αｒ，βｒ，γｒ）がドローバー回転角目標値（αｔ，βｔ，γｔ）に到達していない場合（ステップＳ１０７で「ＮＯ」の場合）、コントローラ１００は、ステップＳ１０５以降の処理を再度実行する。

以上の処理によって、コントローラ１００は、ジョイスティック３２のレバー３２Ｌに対する操作入力（回転角（αｊ，βｊ，γｊ）の変化分（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ））に対応するように、ドローバー１２の回転角（α，β，γ）を変化させることができる。この場合、オペレータのレバーの回転操作と同一方向にドローバー１２が動くことになる。

図７は、図６に示す動作例に対応する制御システム３００の動作例を示すシステム図である。図７に示す動作例では、オペレータ操作（Ｓ３０１）としてジョイスティック３２の操作が行われると（Ｓ３０２）、コントローラ１００内でジョイスティック信号変換（Ｓ３０４）が行われて、ジョイスティックの姿勢変化（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ）が算出される。コントローラ１００内では、さらに、ジョイスティックの姿勢変化（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ）と現在のドローバー回転角（α，β，γ）に基づいて、ドローバー回転角目標値（αｔ，βｔ，γｔ）が算出される（Ｓ３０５）。

コントローラ１００（Ｓ３０３）内では、さらに、現在のドローバー回転角（α，β，γ）とドローバー回転角目標値（αｔ，βｔ，γｔ）（の偏差）に基づいて、右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７の伸縮速度ΔＶ１、ΔＶ２およびΔＶ３が算出される（Ｓ３０６）。

次に、シリンダ、作業機動作（Ｓ３０８）として、伸縮速度ΔＶ１、ΔＶ２およびΔＶ３に基づいて、右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７の油圧バルブ制御が行われる（Ｓ３０９）。ここで、右ブレードリフトシリンダ伸縮（Ｓ３１０）と、左ブレードリフトシリンダ伸縮（Ｓ３１１）と、ドローバーシフトシリンダ伸縮（Ｓ３１２）が行われて、ドローバー１２が回転する（Ｓ３１３）。また、新たにドローバー回転角計３６によって現在の回転角が検出される（Ｓ３１４）。

なお、ブロックＳ３１５内の処理は、ブロックＳ３０７内の処理より、短い周期で実行される。

以上の処理によって、制御システム３００は、ジョイスティック３２のレバー３２Ｌに対する操作入力（回転角（αｊ，βｊ，γｊ）の変化分（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ））に対応するように、ドローバー１２の回転角（α，β，γ）を変化させることができる。この場合、オペレータのレバーの回転操作と同一方向にドローバー１２が動くことになる。

次に、図８を参照して他の動作例について説明する。図８は、図５に示すコントローラ１００の他の動作例を示すフローチャートである。図８に示す処理は、例えばジョイスティック３２で不感帯領域を超える入力操作が行われた場合、所定の周期で繰り返し実行される。

図８に示す処理が開始されると、コントローラ１００は、まず、ジョイスティック３２の姿勢（αｊ，βｊ，γｊ）を取得する（ステップＳ２０１）。次に、コントローラ１００は、１処理前の姿勢（αｊ，βｊ，γｊ）と現在の姿勢（αｊ，βｊ，γｊ）に基づき、ジョイスティック３２の姿勢変化（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ）を算出する（ステップＳ２０２）。次に、コントローラ１００は、ドローバー回転角計３６が出力したドローバー回転角（α、β、γ）を取得し、ドローバー回転角初期値（α０，β０，γ０）とする（ステップＳ２０３）。ドローバー回転角初期値（α０，β０，γ０）は、ドローバー回転角計３６を用いずに、各シリンダの現在の長さ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）から算出されるドローバー回転角（α、β、γ）の計算値を用いてもよい。この場合、事前にドローバー角度とシリンダ長さの校正を行う。

次に、コントローラ１００は、ドローバー回転角初期値（α０，β０，γ０）とジョイスティックの姿勢変化（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ）に基づいてドローバー回転角目標値（Δα，Δβ，Δγ）を算出する（ステップＳ２０４）。ドローバー回転角目標値（Δα，Δβ，Δγ）は、例えば、成分毎に、ドローバー回転角初期値（α０，β０，γ０）と、ジョイスティックの姿勢変化（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ）に所定の係数を乗じた値とに基づく値である。なお、所定の係数は、例えば、オペレータが一定の範囲内で調整可能な値とすることができる。

次に、コントローラ１００は、各シリンダの現在の長さ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を取得し、各シリンダの長さ初期値（Ｌ１ｏ，Ｌ２ｏ，Ｌ３ｏ）とする（ステップＳ２０５）。次に、コントローラ１００は、ドローバー回転角初期値（α０，β０，γ０）とドローバー回転角目標値（Δα，Δβ，Δγ）に基づいて各シリンダの長さ変化の目標値（ΔＬ１，ΔＬ２，ΔＬ３）を算出する（ステップＳ２０６）。

ステップＳ２０６において、コントローラ１００は、回転行列と座標変換行列を用いて、ドローバー回転角目標値（Δα，Δβ，Δγ）に対応するように各シリンダの長さ変化の目標値（ΔＬ１，ΔＬ２，ΔＬ３）を算出する。本実施形態において、ドローバー１２のメカニズムは、機械の運動学的に言えば、回転３自由度パラレルメカニズムのモデルに分類される。回転３自由度パラレルメカニズムでは、実現したいドローバー１２の姿勢（α，β，γ）を達成する、右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７の各シリンダ長さ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）が一つ存在する。したがって、各シリンダ長さを同時に調整すれば、ドローバー１２の姿勢（α，β，γ）を制御することが可能である。すなわち、ジョイスティック３２のレバー入力角度の信号３軸角度から、角度回転に必要なシリンダ伸縮量を算出することができる。なお、回転行列を使うことで、ドローバー１２上の各シリンダの拘束点の座標の変化が計算できる。また、車両本体２側の拘束点の座標は変化しないので、ドローバー１２の回転後の各シリンダの長さを算出することができる。

次に、コントローラ１００は、各シリンダの現在の長さ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を取得し（ステップＳ２０７）、各シリンダの現在の長さ変化（ΔＬ１ｒ，ΔＬ２ｒ，ΔＬ３ｒ）を算出する（ステップＳ２０８）。次に、コントローラ１００は、各シリンダの長さ変化の目標値（ΔＬ１，ΔＬ２，ΔＬ３）と各シリンダの現在の長さ変化（ΔＬ１ｒ，ΔＬ２ｒ，ΔＬ３ｒ）に基づいて右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７を制御する（ステップＳ２０９）。次に、コントローラ１００は、各シリンダの現在の長さ変化（ΔＬ１ｒ，ΔＬ２ｒ，ΔＬ３ｒ）が各シリンダの長さ変化の目標値（ΔＬ１，ΔＬ２，ΔＬ３）に到達したか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

到達した場合（ステップＳ２１０で「ＹＥＳ」の場合）、コントローラ１００は、図８に示す処理を終了する。一方、到達していない場合（ステップＳ２１０で「ＮＯ」の場合）、コントローラ１００は、ステップＳ２０７以降の処理を再度実行する。

以上の処理によって、コントローラ１００は、ジョイスティック３２のレバー３２Ｌに対する操作入力（回転角（αｊ，βｊ，γｊ）の変化分（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ））に対応するように、ドローバー１２の回転角（α，β，γ）を変化させることができる。この場合、オペレータのレバーの回転操作と同一方向にドローバー１２が動くことになる。

図９は、図８に示す動作例に対応する制御システム３００の動作例を示すシステム図である。図９に示す動作例では、オペレータ操作（Ｓ４０１）としてジョイスティック３２の操作が行われると（Ｓ４０２）、コントローラ１００内でジョイスティック信号変換（Ｓ４０４）が行われて、ジョイスティックの姿勢変化（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ）が算出される。コントローラ１００内では、さらに、ジョイスティックの姿勢変化（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ）と現在のドローバー回転角（α，β，γ）に基づいて、ドローバー回転角目標値（Δα，Δβ，Δγ）が算出される（Ｓ４０５）。

コントローラ１００内（Ｓ４０３）では、さらに、現在のドローバー回転角（α，β，γ）とドローバー回転角目標値（Δα，Δβ，Δγ）とシリンダ長（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）に基づいて、右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７の伸縮量ΔＬ１、ΔＬ２およびΔＬ３が算出される（４０６）。

次に、シリンダ、作業機動作（Ｓ４０８）として、伸縮量ΔＬ１、ΔＬ２およびΔＬ３に基づいて、右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７の油圧バルブ制御が行われる（Ｓ４０９）。ここで、右ブレードリフトシリンダ伸縮（Ｓ４１０）と、左ブレードリフトシリンダ伸縮（Ｓ４１１）と、ドローバーシフトシリンダ伸縮（Ｓ４１２）が行われて、ドローバー１２が回転する（Ｓ４１３）。また、新たにドローバー回転角計３６によって現在の回転角が検出される（Ｓ４１４）。また、新たにシリンダ長計３７によって現在のシリンダ長（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）が検出される（Ｓ４１５）。

なお、ブロックＳ４１６内の処理は、ブロックＳ４０７内の処理より、短い周期で実行される。

以上の処理によって、制御システム３００は、ジョイスティック３２のレバー３２Ｌに対する操作入力（回転角（αｊ，βｊ，γｊ）の変化分（Δαｊ，Δβｊ，Δγｊ））に対応するように、ドローバー１２の回転角（α，β，γ）を変化させることができる。この場合、オペレータのレバーの回転操作と同一方向にドローバー１２が動くことになる。

［モータグレーダの操作例］
次に、図１０～図１７を参照して、モータグレーダ１の操作例について説明する。図１０～図１７は、本発明の一実施形態に係るモータグレーダの動作例を説明するための平面図および側面図である。

図１０は、走行姿勢のモータグレーダ１を示す平面図である。図１１は、走行姿勢のモータグレーダ１を示す側面図である。走行姿勢に移行する場合、ブレード１４を上方向に移動させる必要がある。この場合、オペレータは、図４に示すジョイスティック３２に対して左右方向軸周りの回転操作（γｊ方向の回転操作）を行うことで、ドローバー１２が前後軸周り（図２のβ方向）に傾かずにドローバー１２を持ち上げることができ、操作が容易である。

仮に、右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７の各シリンダ長を操作する３つの操作レバーを用いて走行姿勢にする場合、右ブレードリフトシリンダ１５と左ブレードリフトシリンダ１６でドローバー１２を少し上げるとドローバー１２が傾くので、ドローバーシフトシリンダ１７で調整し、また、右ブレードリフトシリンダ１５と左ブレードリフトシリンダ１６でドローバー１２を少し上げるとドローバー１２が傾くので、ドローバーシフトシリンダ１７で調整するという操作を複数回繰り返す必要がある。

図１２は、溝掘姿勢のモータグレーダ１を示す平面図である。図１３は、溝掘姿勢のモータグレーダ１を示す側面図である。溝掘姿勢に移行する場合、ブレード１４を上方向に移動させた後、ドローバー１２の右側を下げる必要がある。この場合、オペレータは、まず、図４に示すジョイスティック３２に対して左右方向軸周りの回転操作（γｊ方向の回転操作）を行うことで、ドローバー１２が前後軸周り（図２のβ方向）に傾かずにドローバー１２を持ち上げることができる。次に、オペレータは、図４に示すジョイスティック３２に対して前後方向軸周りの回転操作（βｊ方向の回転操作）を行うことで、ドローバー１２の右側を下げることができる。この場合もγｊ方向の回転操作の際にドローバー１２を前後軸周り（図２のβ方向）に傾けずにドローバー１２を持ち上げることができるので操作が容易である。

仮に、右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７の各シリンダ長を操作する３つの操作レバーを用いて溝掘姿勢にする場合、ドローバー１２を持ち上げる際に、右ブレードリフトシリンダ１５と左ブレードリフトシリンダ１６でドローバー１２を少し上げるとドローバー１２が傾くので、ドローバーシフトシリンダ１７で調整し、また、右ブレードリフトシリンダ１５と左ブレードリフトシリンダ１６でドローバー１２を少し上げるとドローバー１２が傾くので、ドローバーシフトシリンダ１７で調整するという操作を複数回繰り返す必要がある。

図１４は、ショルダーリーチマックス（ＭＡＸ）またはミニマム（ＭＩＮ）姿勢のモータグレーダ１を示す平面図である。図１５は、ショルダーリーチマックス（ＭＡＸ）またはミニマム（ＭＩＮ）姿勢のモータグレーダ１を示す側面図である。ショルダーリーチマックス（ＭＡＸ）またはミニマム（ＭＩＮ）姿勢に移行する場合、ドローバー１２を前後軸周りに傾けずに下げ、同時にドローバー１２を例えば右側へ最大スライドさせる必要がある。この場合、オペレータは、まず、図４に示すジョイスティック３２に対して左右方向軸周りの回転操作（γｊ方向の回転操作）と上下方向軸周りの回転操作（αｊ方向の回転操作）を行うことで、ドローバー１２が前後軸周り（図２のβ方向）に傾かずにドローバー１２を下げ、また、同時にドローバー１２を右側へ最大スライドさせることができる。また、スライドスイッチ３３をシフトさせることで、ブレード１４を右方向へスライドさせることができる。

仮に、右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７の各シリンダ長を操作する３つの操作レバーを用いてショルダーリーチマックス（ＭＡＸ）にする場合、（１）まず、右ブレードリフトシリンダ１５と左ブレードリフトシリンダ１６でドローバー１２をある程度上げる（（２）の操作でドローバー１２の右側が下がるため）。（２）ドローバーシフトシリンダ１７でマックス伸ばしとする。（３）ドローバー１２が傾くので左側を下げてドローバー１２が水平になるように左ブレードリフトシリンダ１６で調整する。（４）右ブレードリフトシリンダ１５と左ブレードリフトシリンダ１６でブレード１４を地面に設置し高さを調整する。（５）次に、ブレードシフトシリンダ２４でブレード１４を右方向にスライドさせる。本実施形態と比較して操作が複雑である。

図１６は、整地作業姿勢のモータグレーダ１を示す平面図である。図１７は、整地作業姿勢のモータグレーダ１を示す側面図である。整地作業姿勢では、走行しながら、ドローバー１２の高さを微調整する必要がある。この場合、オペレータは、整地地面を目視して、目視で整地深さを確認し、図４に示すジョイスティック３２に対して左右方向軸周りの回転操作（γｊ方向の回転操作）によって前後軸周り（図２のβ方向）にドローバー１２を傾けずにドローバー１２を下げることができ、すぐに再び整地地面を目視することができる。

仮に、右ブレードリフトシリンダ１５、左ブレードリフトシリンダ１６およびドローバーシフトシリンダ１７の各シリンダ長を操作する３つの操作レバーを用いて整地作業姿勢にする場合、（１）まず、オペレータが目視で整地深さを確認し、（２）右ブレードリフトシリンダ１５と左ブレードリフトシリンダ１６でドローバー１２を平行に下げ、（３）例えば左が下がりすぎた場合、左ブレードリフトシリンダ１６で左を上げて平行になるように調整し、（４）整地地面の目視に移行する。本実施形態と比較して操作が複雑である。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して説明してきたが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上記実施形態でコンピュータが実行するプログラムの一部または全部は、コンピュータ読取可能な記録媒体や通信回線を介して頒布することができる。

以上のように、本実施形態のコントローラ１００は、グレーダのメインフレームに取り付けられたドローバーを制御する装置であって、ドローバーは、少なくとも３本のアクチュエータで動きが生成されるものであり、少なくとも３自由度を持つ１本の操作レバーからの出力信号に基づき、１本の操作レバーの動きとドローバーの動きが対応するように複数のアクチュエータを制御する制御装置である。なお、ドローバーは、メインフレームと１つの玉軸によって拘束されたものであり、操作レバーの軸回転と、ドローバーの玉軸を中心とする軸回転とが対応する。また、操作レバーが、ドローバーに取り付けられたブレードの動きを操作する操作部を有する。また、操作部が左右にスライドされた場合に、ブレードを左右にスライドさせる。また、操作レバーの傾きとドローバーの傾きとが対応する。また、本実施形態の制御システム３００は、制御装置と、操作レバーとを備える操作装置である。また、本実施形態のモータグレーダ１は、メインフレームと、メインフレームに取り付けられ、玉軸によってメインフレームに拘束されたドローバーと、メインフレームに取り付けられ、ドローバーの姿勢を決定する３本のアクチュエータと、オペレータによって操作される１本の操作レバーと、操作レバーからの出力信号に基づいてアクチュエータを制御する制御装置とを備え、制御装置は、操作レバーの動きとドローバーの動きが対応するようにアクチュエータを制御する作業車両である。これらの各態様によれば、操作を簡単にすることができる。

１…モータグレーダ（作業車両）、１１…メインフレーム、１２…ドローバー、１４…ブレード、１５…右ブレードリフトシリンダ（アクチュエータ）、１６…左ブレードリフトシリンダ（アクチュエータ）、１７…ドローバーシフトシリンダ（アクチュエータ）、２３…玉軸、１００…コントローラ（制御装置）、３００…制御システム（操作装置）、３２…ジョイスティック（操作レバー）、３３…スライドスイッチ

Claims (8)

1. グレーダのメインフレームに取り付けられたドローバーを制御する装置であって、
   前記ドローバーは、少なくとも３本のアクチュエータで動きが生成されるものであり、
   少なくとも３自由度を持つ１本の操作レバーからの出力信号に基づき、前記１本の操作レバーの動きと前記ドローバーの動きが対応するように前記複数のアクチュエータを制御する
   制御装置。
2. 前記ドローバーは、前記メインフレームと１つの玉軸によって拘束されたものであり、
   前記操作レバーの軸回転と、前記ドローバーの前記玉軸を中心とする軸回転とが対応する
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記操作レバーが、前記ドローバーに取り付けられたブレードの動きを操作する操作部を有する
   請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記操作部が左右にスライドされた場合に、前記ブレードを左右にスライドさせる
   請求項３に記載の制御装置。
5. 前記操作レバーの傾きと前記ドローバーの傾きとが対応する
   請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の制御装置と、
   前記操作レバーと
   を備える操作装置。
7. グレーダのメインフレームに取り付けられたドローバーを制御する方法であって、
   前記ドローバーは、少なくとも３本のアクチュエータで動きが生成されるものであり、
   少なくとも３自由度を持つ１本の操作レバーからの出力信号に基づき、前記１本の操作レバーの動きと前記ドローバーの動きが対応するように前記複数のアクチュエータを制御する
   制御方法。
8. メインフレームと、
   前記メインフレームに取り付けられ、玉軸によって前記メインフレームに拘束されたドローバーと、
   前記メインフレームに取り付けられ、前記ドローバーの姿勢を決定する３本のアクチュエータと、
   オペレータによって操作される１本の操作レバーと、
   前記操作レバーからの出力信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、前記操作レバーの動きと前記ドローバーの動きが対応するように前記アクチュエータを制御する
   作業車両。

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