JP5706050B1 - 作業車両 - Google Patents

Abstract

作業機の急動作の発生を抑制できる作業車両を提供する。作業車両は、作業機による作業対象の目標形状を示す設計面のデータを取得する設計面情報取得部（２０２）と、バケットの刃先の位置を演算する刃先位置演算部（２０４）と、バケットの刃先の位置と設計面との相対位置に応じて、ブームを強制的に上昇させ、刃先の位置を設計面の上方に制限する動作制限制御を実行する動作制限部（２１１）とを備えている。動作制限部（２１１）は、刃先が設計面から鉛直方向下方に所定距離以上離れた状態では、動作制限制御を実行しないように制御する。

Description

本発明は、作業車両に関する。

従来の作業車両では、フロント作業装置の動作範囲を予め与えられる所定領域内に制限する技術がある。例えば、特許文献１には、フロント作業装置の動作範囲を所定領域内に制限する制御装置において、下部走行体および上部旋回体の少なくとも一方の動作が検出されたならばフロント作業装置の動作制限を解除する構成が開示されている。

特開２００１−３２３３１号公報

また、外部から設計面情報を取得した上で、作業機の位置検出を行い、検出された作業機の位置に基づいて作業機を自動制御する作業車両が考案されつつある。

油圧ショベルを用いた整地作業において作業機を自動制御する場合、設計面よりも深く掘り込むことを回避するために、バケットの刃先が設計面よりも下がりそうなときブームを自動で強制的に上げる制御が行われる。

土地または道路を造成する際の盛土作業において、今から盛土を行う予定の領域（盛土予定領域）では、盛土の上面が設計面となる。したがって、盛土作業中に、上記のブーム強制上げの自動制御が実行される場合、盛土予定領域にバケットが入るとブームが急動作することになる。

本発明の目的は、作業機の急動作の発生を抑制できる技術を提供することである。

本発明に係る作業車両は、作業機と、設計面情報取得部と、刃先位置演算部と、動作制限部とを備えている。作業機は、ブームと、ブームの先端部に取り付けられたアームと、アームの先端部に取り付けられたバケットと、を有している。設計面情報取得部は、作業機による作業対象の目標形状を示す設計面のデータを取得する。刃先位置演算部は、バケットの刃先の位置を演算する。動作制限部は、動作制限制御を実行する。動作制限制御とは、バケットの刃先の位置と設計面との相対位置に応じて、ブームを強制的に上昇させ、刃先の位置を設計面の上方に制限する制御である。動作制限部は、刃先が設計面から鉛直方向下方に所定距離以上離れた状態では、動作制限制御を実行しないように制御する。

本発明の作業車両によれば、刃先が設計面から鉛直方向下方に所定距離以上離れた状態でブームが急動作することを防止することができる。

上記の作業車両において、設計面が水平方向に対して所定角度以上傾斜した斜面である場合、動作制限部は、動作制限制御を実行しないように制御する。このようにすれば、設計面が急斜面である場合のブームの急動作を防止することができる。

上記の作業車両において、動作制限部は、設計面よりも刃先の位置が下がらないように、ブームを制御する。このようにすれば、設計面に合わせて整地作業を行うことができるので、油圧ショベルを用いた整地作業の品質および効率を向上することができる。

上記の作業車両において、動作制限部は、設計面よりも刃先の位置が下がる場合、ブームを強制的に上昇させる。このようにすれば、設計面に合わせて整地作業を行うことができるので、油圧ショベルを用いた整地作業の品質および効率を向上することができる。

上記の作業車両は、衛星通信を介して外部との間で情報を送受信する。このようにすれば、外部との間で送受信された情報に基づく施工が可能になり、作業車両を用いた高効率かつ高精度な整地作業を実現することができる。

以上説明したように本発明によれば、作業機の急動作の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態における油圧ショベルの構成を示す概略斜視図である。 油圧ショベルのキャブ内部の斜視図である。 油圧ショベルに情報の送受信を行う構成の概略を示す模式図である。 側方から見た油圧ショベルを模式的に示す図である。 油圧ショベルの制御システムの機能構成を示すブロック図である。 油圧ショベルを用いた整地作業の概略図である。 油圧ショベルの制御システムの動作を説明するためのフローチャートである。 バケットと設計面との位置関係の一例を示す模式図である。 バケットと設計面との位置関係の他の例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
まず、本発明の技術的思想を適用可能な作業車両の一例としての油圧ショベルの構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態における油圧ショベル１の構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、油圧ショベル１は、下部走行体２と、上部旋回体３と、作業機５とを主に備えている。下部走行体２と上部旋回体３とにより、作業車両本体が構成されている。

下部走行体２は、左右一対の履帯を有している。一対の履帯が回転することにより、油圧ショベル１が自走可能なように構成されている。上部旋回体３は、下部走行体２に対して旋回自在に設置されている。

上部旋回体３は、オペレータが油圧ショベル１を操作するための空間であるキャブ４を含んでいる。キャブ４は、作業車両本体に含まれている。上部旋回体３は、後方側Ｂに、エンジンを収納するエンジンルーム、およびカウンタウェイトを含んでいる。なお、本実施形態では、オペレータがキャブ４内に着座したときに、オペレータの前方側（正面側）を上部旋回体３の前方側Ｆと称し、これと反対側、つまりオペレータの後方側を上部旋回体３の後方側Ｂと称し、着座状態でのオペレータの左側を上部旋回体３の左側Ｌと称し、着座状態でのオペレータの右側を上部旋回体３の右側Ｒと称する。以下では、上部旋回体３の前後左右と油圧ショベル１の前後左右とは一致しているものとする。

土砂の掘削などの作業を行う作業機５は、上下方向に作動可能に、上部旋回体３により軸支されている。作業機５は、上部旋回体３の前方側Ｆの略中央部に上下方向に作動可能に取り付けられたブーム６と、ブーム６の先端部に前後方向に作動可能に取り付けられたアーム７と、アーム７の先端部に前後方向に作動可能に取り付けられたバケット８とを有している。バケット８は、その先端に刃先８ａを有している。ブーム６、アーム７およびバケット８はそれぞれ、油圧シリンダであるブームシリンダ９、アームシリンダ１０およびバケットシリンダ１１によって、駆動されるように構成されている。

キャブ４は、上部旋回体３の前方側Ｆの左側Ｌに配置されている。作業機５は、キャブ４に対し、キャブ４の一方の側部側である右側Ｒに設けられている。なお、キャブ４と作業機５との配置は図１に示す例に限られるものではなく、たとえば上部旋回体３の前方右側に配置されたキャブ４の左側に作業機５が設けられていてもよい。

図２は、油圧ショベル１のキャブ４内部の斜視図である。図２に示すように、キャブ４の内部には、オペレータが前方側Ｆを向いて着座する運転席２４が配置されている。キャブ４は、運転席２４を覆って配置されている屋根部分と、屋根部分を支持する複数のピラーとを含んでいる。複数のピラーは、運転席２４に対し前方側Ｆに配置されたフロントピラーと、運転席２４に対し後方側Ｂに配置されたリアピラーと、フロントピラーとリアピラーとの間に配置された中間ピラーとを有している。各々のピラーは、水平面に対し直交する垂直方向に沿って延在し、キャブ４の床部と屋根部分とに連結されている。

各々のピラーと、キャブ４の床部および屋根部分とによって囲まれた空間は、キャブ４の室内空間を形成している。運転席２４は、キャブ４の室内空間に収容されており、キャブ４の床部のほぼ中央部に配置されている。キャブ４の左側Ｌの側面には、オペレータがキャブ４に乗降するためのドアが設けられている。

運転席２４に対し前方側Ｆに、前窓が配置されている。前窓は、透明材料により形成されており、運転席２４に着座しているオペレータは前窓を通してキャブ４の外部を視認可能である。たとえば図２に示すように、運転席２４に着座しているオペレータは、前窓を通して、土砂を掘削するバケット８を直接見ることができる。

キャブ４内部の前方側Ｆには、モニタ装置２６が設置されている。モニタ装置２６は、キャブ４内の右前側の角部に配置されており、キャブ４の床部から延びる支持台により支持されている。モニタ装置２６は、フロントピラーに対し運転席２４側に配置されている。モニタ装置２６は、運転席２４に着座しているオペレータから見て、フロントピラーの手前側に配置されている。

モニタ装置２６は、多目的に使用されるため、各種のモニタ機能を有する平面状の表示面２６ｄと、多機能が割り当てられた複数のスイッチを有するスイッチ部２７と、表示面２６ｄに表示される内容を音声で表現する音声発生器２８とを備えている。この表示面２６ｄは液晶表示器、有機ＥＬ表示器などの、グラフィック表示器により構成されている。スイッチ部２７は複数のキースイッチから成っているが、これに限定されずタッチパネル式のタッチスイッチであっても構わない。

運転席２４の前方側Ｆには、左右各履帯の走行操作レバー（左右走行操作レバー）２２ａ，２２ｂが設けられている。左右走行操作レバー２２ａ，２２ｂは、下部走行体２を操作するための走行操作部２２を構成している。

運転席２４の右側Ｒには、キャブ４に搭乗しているオペレータが作業機５のうちブーム６およびバケット８の駆動を操作するための、第１操作レバー４４が設けられている。運転席２４の右側Ｒにはまた、各種のスイッチ類が装着されているスイッチパネル２９が設けられている。運転席２４の左側Ｌには、オペレータが作業機５のうちアーム７の駆動、および上部旋回体３の旋回を操作するための、第２操作レバー４５が設けられている。

モニタ装置２６の上方には、モニタ２１が配置されている。モニタ２１は、平面状の表示面２１ｄを有している。モニタ２１は、一対のフロントピラーのうち、作業機５に近接する側の右側Ｒのフロントピラーに取り付けられている。モニタ２１は、運転席２４に着座しているオペレータの右前方への視線の中で、フロントピラーの手前側に配置されている。キャブ４の右側Ｒに作業機５を備えている油圧ショベル１において、モニタ２１を右側Ｒのフロントピラーに取付けることにより、オペレータは、作業機５とモニタ２１との両方を、小さい視線移動量で見ることができる。

図３は、油圧ショベル１に情報の送受信を行う構成の概略を示す模式図である。油圧ショベル１は、コントローラ２０を備えている。コントローラ２０は、作業機５の動作、上部旋回体３の旋回、および下部走行体２の走行駆動などを制御する機能を有している。コントローラ２０とモニタ２１とは、双方向のネットワーク通信ケーブル２３を介して接続されており、油圧ショベル１内の通信ネットワークを形成している。モニタ２１およびコントローラ２０は、ネットワーク通信ケーブル２３を経由して互いに情報を送受信可能となっている。なお、モニタ２１およびコントローラ２０はそれぞれ、マイクロコンピュータなどのコンピュータ装置を主体として構成されている。

コントローラ２０と外部の監視局９６との間で、情報の送受信が可能となっている。本実施形態では、コントローラ２０と監視局９６とは、衛星通信を介して通信している。コントローラ２０には、衛星通信アンテナ９２を有する通信端末９１が接続されている。衛星通信アンテナ９２は、図１に示すように、左右方向に間隔を空けて上部旋回体３に搭載されている。地上の監視局９６には、通信衛星９３と専用通信回線で通信する通信地球局９４に専用回線で結ばれたネットワーク管制局９５が、インターネットなどを経由して接続されている。これにより、通信端末９１、通信衛星９３、通信地球局９４およびネットワーク管制局９５を経由して、コントローラ２０と所定の監視局９６との間でデータが送受信される。

３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）で作成された施工設計データは、予めコントローラ２０に保存されている。モニタ２１は、外部から受信した油圧ショベル１の現状位置を画面上にリアルタイムで更新表示し、オペレータが油圧ショベル１の作業状態を常時確認できるようになっている。

コントローラ２０は、施工設計データと作業機５の位置および姿勢をリアルタイムで比較し、その比較結果に基づいて油圧回路を駆動することにより、作業機５を制御する。より具体的には、作業対象の施工設計データに従った目標形状（設計面）と、バケット８の位置とを比較して、設計面以上は掘り込まないように、バケット８の刃先８ａが設計面よりも低く位置しないように制御される。これにより、施工効率および施工精度を向上することができ、高品質の建設施工を容易に行うことが可能になる。

図４は、側方から見た油圧ショベル１を模式的に示す図である。図４に示すように、ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して、上部旋回体３の前部に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介して、ブーム６の先端部に取り付けられている。バケット８は、バケットピン１５を介して、アーム７の先端部に取り付けられている。

ブームシリンダ９、アームシリンダ１０およびバケットシリンダ１１には、それぞれ第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８が設けられている。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ９のストローク長さを検出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１０のストローク長さを検出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１１のストローク長さを検出する。図４中に示す傾斜角θ１〜θ３については後述する。

上部旋回体３には、グローバル座標演算器２５が設けられている。衛星通信アンテナ９２で受信した信号は、グローバル座標演算器２５に入力される。グローバル座標演算器２５は、衛星通信アンテナ９２の位置を演算する。

図５は、油圧ショベル１の制御システム２００の機能構成を示すブロック図である。図５に示すように、本実施形態における油圧ショベル１を制御するための制御システム２００は、操作装置４０と、コントローラ２０と、入力部９０とを備えている。入力部９０は、上述したグローバル座標演算器２５と、通信端末９１とを有している。

操作装置４０は、作業機５を駆動するオペレータ操作を受け付け、オペレータ操作に応じた操作信号を出力する。操作装置４０は、第１操作レバー装置４１と、第２操作レバー装置４２とを有している。第１操作レバー装置４１は、オペレータによって操作される第１操作レバー４４と、ブーム操作検出部４１Ａおよびバケット操作検出部４１Ｂとを有している。第２操作レバー装置４２は、オペレータによって操作される第２操作レバー４５と、旋回操作検出部４２Ａおよびアーム操作検出部４２Ｂとを有している。

第１操作レバー４４は、オペレータによるブーム６の操作と、オペレータによるバケット８の操作とを受け付ける。ブーム操作検出部４１Ａは、第１操作レバー４４の操作に応じて、ブーム操作信号を出力する。バケット操作検出部４１Ｂは、第１操作レバー４４の操作に応じて、バケット操作信号を出力する。

第２操作レバー４５は、オペレータによる上部旋回体３の旋回操作と、オペレータによるアーム７の操作とを受け付ける。旋回操作検出部４２Ａは、第２操作レバー４５の操作に応じて、旋回操作信号を出力する。アーム操作検出部４２Ｂは、第２操作レバー４５の操作に応じて、アーム操作信号を出力する。

コントローラ２０は、記憶部２０１と、設計面情報取得部２０２と、作業機角度演算部２０３と、刃先位置演算部２０４と、距離計算部２０５と、設計面角度計算部２０６と、演算処理部２１０とを有している。

記憶部２０１には、各種情報、プログラム、閾値、マップなどが記憶されている。コントローラ２０は、必要に応じてデータを記憶部２０１から読み出したり、記憶部２０１にデータを格納したりする。

設計面情報取得部２０２は、作業機５による作業対象の３次元の目標対象を示す設計面のデータを取得する。設計面のデータが記憶部２０１に予め入力されており、記憶部２０１が設計面のデータを記憶している場合、設計面情報取得部２０２は、設計面のデータを記憶部２０１から読み出す。または、設計面情報取得部２０２は、随時更新される設計面のデータを、通信端末９１を経由して外部から取得してもよい。

作業機角度演算部２０３は、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８から、ブームシリンダ長さ、アームシリンダ長さおよびバケットシリンダ長さに係るデータを取得する。作業機角度演算部２０３はまた、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長さから、作業車両本体の座標系の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。作業機角度演算部２０３はまた、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長さから、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。作業機角度演算部２０３はまた、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ長さから、アーム７に対するバケット８の刃先８ａの傾斜角θ３を算出する。

刃先位置演算部２０４は、作業機角度演算部２０３から、傾斜角θ１〜θ３を取得して、作業車両本体に対するバケット８の刃先８ａの相対位置を演算する。刃先位置演算部２０４はまた、グローバル座標演算器２５から、衛星通信アンテナ９２の位置を取得する。刃先位置演算部２０４は、衛星通信アンテナ９２の位置、および作業車両本体に対するバケット８の刃先８ａの相対位置に基づいて、刃先８ａの現在位置を算出する。

距離計算部２０５は、刃先位置演算部２０４から、バケット８の刃先８ａの現在位置を取得するとともに、設計面情報取得部２０２から、設計面のデータを取得する。距離計算部２０５は、設計面に対する刃先８ａの相対位置を演算する。より詳細には、距離計算部２０５は、刃先８ａが設計面に対して上方または下方にあること、および、設計面に対する垂直方向における設計面と刃先８ａとの距離を算出する。

設計面角度計算部２０６は、設計面情報取得部２０２から設計面のデータを取得し、水平方向に対する設計面の傾斜角度を算出する。

演算処理部２１０は、操作装置４０から旋回操作信号、ブーム操作信号、アーム操作信号およびバケット操作信号を取得し、これらの情報に基づいて比例電磁弁６３に制御信号を出力することによって、旋回体の旋回動作および作業機５の駆動を行う。

比例電磁弁６３は、第１操作レバー装置４１および第２操作レバー装置４２と、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０およびバケットシリンダ１１のそれぞれへの作動油の供給および排出を制御するパイロット切替弁とを接続する、パイロット回路中に設けられている。比例電磁弁６３は、コントローラ２０からの制御信号に応じて、その開度を調整する。各々のパイロット切替弁のパイロットポートに、比例電磁弁６３の開度に応じたパイロット圧が印加されることにより、ブーム６、アーム７およびバケット８が駆動される。

演算処理部２１０は、演算処理によって実現される制御機能を示す、複数の機能ブロックを有している。演算処理部２１０は、動作制限部２１１と、制限解除部２１２とを有している。

演算処理部２１０は、設計面情報取得部２０２から取得した設計面のデータ、および刃先位置演算部２０４から取得した刃先８ａの現在位置に基づいて、現在の刃先８ａと設計面との位置関係を演算する。動作制限部２１１は、油圧ショベル１の動作が所定の条件を満たす場合に、動作制限制御の実行を指示する。

具体的には、動作制限部２１１は、バケット８の刃先８ａと設計面との距離が基準値以内である状態で、アーム操作検出部４２Ｂによるアーム操作信号の出力に基づいて、アーム７の操作指令を検出した場合、刃先８ａが設計面を侵食すると予想されるときにブーム６を強制的に上昇させる動作制限制御を実行する。これにより、バケット８の刃先８ａを設計面に沿って移動させる自動制御（ならい制御）が行われる。

制限解除部２１２は、油圧ショベル１の動作が所定の条件を満たす場合に、動作制限部２１１に対し、動作制限制御としてのならい制御の解除を指示する。具体的には、刃先８ａが設計面よりも鉛直方向下方にある状態においても、刃先８ａが設計面から所定距離以上離れているときには、動作制限制御が解除される。これにより、動作制限部２１１は、刃先８ａが設計面から鉛直方向下方に所定距離以上離れた状態では、動作制限制御の実行を指示しない。

また、設計面角度計算部２０６から取得した水平方向に対する設計面の傾斜角度のデータに基づいて、設計面が急斜面であるときには、動作制限制御が解除される。これにより、動作制限部２１１は、設計面が水平方向に対して所定角度以上傾斜した斜面である場合、動作制限制御の実行を指示しない。

動作制限部２１１が動作制限制御の実行を指示しない場合、演算処理部２１０は、比例電磁弁６３への出力を補正せずに、そのまま比例電磁弁６３に出力する。これにより、オペレータによる操作装置４０の操作に従って、オペレータの意図する通りに作業機５は動作する。

なお、図５には、制御システム２００を使用した油圧ショベル１の制御によって実現される制御機能のうち、本実施形態に係る油圧ショベル１の制御に関連する一部の機能に対応する機能ブロックのみが、代表的に示されている。図示された各機能ブロックは、いずれもコントローラ２０がプログラムを実行することにより実現されるソフトウェアとして機能してもよいが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは、記憶媒体に記録されて油圧ショベル１に搭載されてもよく、通信端末９１を経由して油圧ショベル１に入力されてもよい。

以上の構成を備えている油圧ショベル１を用いた整地作業について、以下説明する。図６は、油圧ショベル１を用いた整地作業の概略図である。図６に示す設計面Ｓは、コントローラ２０の記憶部２０１（図５）に予め保存されている施工設計データに従った、作業機５による作業対象の目標形状を示している。コントローラ２０は、施工設計データと作業機５の現在位置情報とに基づいて、上述したならい制御を実行する。図６中の矢印に示す通り、バケット８の刃先８ａが設計面Ｓに沿って移動するように作業機５を動作させることで、バケット８の刃先８ａによって地面が水平に均され、設計地形への整地が行われる。

バケット８の刃先８ａは円弧状の軌跡を描いて移動するため、設計面Ｓが平坦面の場合には、ブーム６の下げ操作を行わなければ、バケット８の刃先８ａが設計面から離れてしまう。このため、ならい制御で整地作業を行う場合、作業機５を操作するオペレータは、アーム７を車体側に引き寄せる操作を行うとともに、ブーム６を下降させる操作を行う。

オペレータのこれらの操作に従って作業機５を操作するとバケット８の刃先８ａが設計面Ｓよりも下方に移動して掘り過ぎてしまうことになる場合には、コントローラ２０からブーム６を強制的に上昇させる指令が出力される。コントローラ２０は、バケット８の刃先８ａが設計面Ｓよりも下に移動しそうなときに、設計面Ｓよりもバケット８の刃先８ａが下がらないように、ブーム６を自動で上げる制御をする。

ブーム６の上げ動作を継続するとバケット８の刃先８ａが地面から離れてしまうことになる場合には、ブーム６の強制的な上昇が中止されて、オペレータによるブーム６の下げ操作に従ってコントローラ２０からブーム６を下降させる指令が出力され、その結果、ブーム６の下げ動作が行われる。

図７は、油圧ショベル１の制御システム２００の動作を説明するためのフローチャートである。図７には、制御システム２００がならい制御を実行するときの動作が示されている。まずステップＳ１０において、制御システム２００は、自動モードと手動モードとのうち、自動モードが選択されているか否かを判断する。自動モードと手動モードとの切り替えは、オペレータの操作によって行われる。手動モードが選択されている場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、手動モードで作業機５が駆動されることになる。

自動モードが選択されている場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２０に進み、ならい制御が機能した状態で作業機５が駆動されることになる。図５に示す動作制限部２１１は、バケット８の刃先８ａと設計面との距離が基準値以内である状態で、アーム７の操作指令を検出した場合、ならい制御を実行する。図５に示す操作装置４０から演算処理部２１０へアーム操作信号が出力されており、演算処理部２１０がアーム操作信号を取得していれば、アーム操作ありと判断される。

続いてステップＳ３０において、制御システム２００は、水平方向に対する設計面Ｓの傾斜角度が所定角度以上であるか否かを判断する。図５に示す演算処理部２１０は、設計面Ｓの傾斜角度の閾値を記憶部２０１から読み出し、この閾値と設計面角度計算部２０６が算出した設計面Ｓの傾斜角度とを比較して、傾斜角度が閾値以上であるか否かを判断する。

図７に示すように、傾斜角度の閾値は、７０°であってもよい。傾斜角度が７０°を超える急斜面は、崖状地形であるので、斜面を精度良く整地する必要性が低いと考えられるためである。

ステップＳ３０の判断において、設計面Ｓの傾斜角度が７０°未満と判断されれば、処理はステップＳ４０に進む。ステップＳ４０において、制御システム２００は、バケット８の刃先８ａが設計面より所定距離以上下方にあるか否かを判断する。図５に示す演算処理部２１０は、設計面情報取得部２０２から設計面Ｓのデータを取得し、また刃先位置演算部２０４から刃先８ａの現在位置を取得する。演算処理部２１０は、設計面Ｓと刃先８ａの現在位置とを比較して、設計面Ｓと刃先８ａとの距離を算出する。演算処理部２１０はさらに、設計面Ｓと刃先８ａとの距離の閾値を記憶部２０１から読み出し、設計面Ｓと刃先８ａとの間の距離と、当該閾値とを比較して、刃先８ａが設計面Ｓから所定距離以上離れているか否かを判断する。

図７に示すように、設計面Ｓと刃先８ａとの距離の閾値は、たとえば３００ｍｍであってもよい。３００ｍｍ未満の距離であれば、刃先８ａを設計面Ｓまで移動させるために作業機５が移動する距離が小さいので、作業機５の移動が急激な動作とならない、または、急動作による作業機５の移動量を小さく抑えられるためである。

ステップＳ４０の判断において、設計面Ｓと刃先８ａとの距離が３００ｍｍ未満と判断された場合、ならい制御が継続され、ならい制御が機能した状態で作業機５が駆動される。動作制限部２１１は、刃先８ａと設計面Ｓとの距離が基準値内の状態でアーム７の操作指令を検出したときに、ならい制御を実行する。

ステップＳ３０の判断において設計面Ｓの傾斜角度が７０°以上であると判断された場合、および、ステップＳ４０の判断において設計面Ｓと刃先８ａとの距離が３００ｍｍ以上であると判断された場合、ならい制御が解除される。これにより、手動モードで作業機５が駆動されることになる。この場合、バケット８の刃先８ａが設計面Ｓよりも鉛直方向下方にある状態でアーム７の操作指令を検出しても、ブーム６を強制的に上昇させる指令信号は出力されない。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の油圧ショベル１は、図５に示すように、設計面Ｓのデータを取得する設計面情報取得部２０２と、バケット８の刃先８ａの位置を演算する刃先位置演算部２０４と、バケット８の刃先８ａと設計面Ｓとの相対位置に応じてブーム６を強制的に上昇させ、刃先８ａの位置を設計面Ｓの上方に制限する動作制限制御を実行する動作制限部２１１とを備えている。図７に示すように、動作制限部２１１は、刃先８ａが設計面Ｓから鉛直方向下方に所定距離以上離れた状態では、動作制限制御を実行しないように制御する。

図８は、バケット８と設計面Ｓとの位置関係の一例を示す模式図である。図８中の符号Ｇは、現状地形における地面を示す。図８中の符号Ｓは、上述した設計面である。図８には、今から盛土作業を行う予定の地形が示されており、図８に示す設計面Ｓは、盛土の上面に相当している。図８中の符号Ｄは、鉛直方向における設計面Ｓとバケット８の刃先８ａとの距離を示す。

油圧ショベル１は、図８中の白抜き矢印で示すように、地面Ｇ上を走行する。図８中の右から左に向かって油圧ショベル１が走行し、図８中の左側の油圧ショベル１は、設計面Ｓよりも下方の領域に入り込んでいる。

図８において、油圧ショベル１の走行中は、通常、アーム７の操作は行われないため、ブームを強制的に上昇させるならい制御は働かない。そのため刃先８ａは、設計面Ｓに向かって移動することなく、図８中の左側に示されるように、油圧ショベル１は、設計面Ｓよりも下方の領域に入り込む。バケット８が設計面Ｓよりも下方にある状態でアーム７が操作されならい制御が開始されると、刃先８ａが設計面Ｓに到達するまでブーム６が強制的に急上昇することになる。この場合、バケット８の刃先８ａは、図８に示す距離Ｄを移動することになり、急上昇中の作業機５の移動量は大きい。

本実施形態のように、刃先８ａが設計面Ｓから鉛直方向下方に所定距離以上離れた状態でアーム７の操作指令を検出したときに、動作制限制御としてのならい制御を実行しないように制御することで、ブーム６の急動作を防止することができる。または、作業機５が急動作したとしても、作業機の移動量を小さく抑えることができる。

また図７に示すように、設計面Ｓが水平方向に対して所定角度以上傾斜した斜面である場合、動作制限部２１１は、動作制限制御を実行しないように制御する。

図９は、バケット８と設計面Ｓとの位置関係の他の例を示す模式図である。図９中の符号Ｓは、上述した設計面である。図９中の符号Ｈは、水平方向を示す。図９中の符号αは、水平方向に対する斜面の傾斜角度を示す。図９には、水平方向Ｈに対して角度αで傾斜した斜面の成形作業中に、作業機５が斜面を掘り込んだ状態が示されている。図９中の符号Ｄは、鉛直方向における設計面Ｓとバケット８の刃先８ａとの距離を示す。図９中の符号ｅは、斜面の上端を示す。図９中の符号Ｌは、斜面の上端ｅを通り鉛直方向に延びる直線を示す。

急斜面を成形する場合、図９に示すように斜面を掘り込んだとき、バケット８の刃先８ａが、直線Ｌを跨いで斜面の内側にまで入り込み易い。このとき刃先８ａは、斜面よりも上の設計面Ｓに対して鉛直方向下方に存在しているため、動作制限制御としてのならい制御が働けば、刃先８ａが設計面Ｓに到達するまでブーム６が強制的に急上昇することになる。この場合、バケット８の刃先８ａは、図９に示す距離Ｄを移動することになり、急上昇中の作業機５の移動量は大きい。

本実施形態のように、設計面Ｓが水平方向に対して所定角度以上傾斜した斜面である場合に動作制限制御を実行しないように制御することで、ブーム６の急動作を防止することができる。または、作業機５が急動作したとしても、作業機の移動量を小さく抑えることができる。

また図６に示すように、動作制限部２１１は、刃先８ａと設計面Ｓとの距離が基準値内の状態でアーム７の操作指令を検出したときに、ならい制御を働かせる。これにより、刃先８ａを設計面Ｓに沿って移動させるならい制御を、アーム７を車体側に引き寄せる操作のみで、設計面Ｓを精度よく成形することができる。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、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、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すべての変更が含まれることが意図される。

１ 油圧ショベル、２ 下部走行体、３ 上部旋回体、５ 作業機、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、８ａ 刃先、９ ブームシリンダ、１０ アームシリンダ、１１ バケットシリンダ、１６ 第１ストロークセンサ、１７ 第２ストロークセンサ、１８ 第３ストロークセンサ、２０ コントローラ、４０ 操作装置、４１ 第１操作レバー装置、４１Ａ ブーム操作検出部、４１Ｂ バケット操作検出部、４２ 第２操作レバー装置、４２Ａ 旋回操作検出部、４２Ｂ アーム操作検出部、４４ 第１操作レバー、４５ 第２操作レバー、６３ 比例電磁弁、９０ 入力部、９１ 通信端末、２００ 制御システム、２０１ 記憶部、２０２ 設計面情報取得部、２０３ 作業機角度演算部、２０４ 刃先位置演算部、２０５ 距離計算部、２０６ 設計面角度計算部、２１０ 演算処理部、２１１ 動作制限部、２１２ 制限解除部。

Claims (6)

1. ブームと、前記ブームの先端部に取り付けられたアームと、前記アームの先端部に取り付けられたバケットと、を有する作業機と、
   前記作業機による作業対象の目標形状を示す設計面のデータを取得する設計面情報取得部と、
   前記バケットの刃先の位置を演算する刃先位置演算部と、
   前記バケットの刃先の位置と前記設計面との相対位置に応じて、前記ブームを強制的に上昇させ、前記刃先の位置を前記設計面の上方に制限する動作制限制御を実行する動作制限部とを備え、
   前記動作制限部は、前記刃先が前記設計面から鉛直方向下方に所定距離以上離れた状態では、前記動作制限制御を実行しないように制御する、作業車両。
2. 前記動作制限部は、前記動作制限制御が機能した状態で、前記刃先が前記設計面から鉛直方向下方に所定距離以上離れた状態では、前記動作制限制御を実行しないように制御する、請求項１に記載の作業車両。
3. 前記設計面が水平方向に対して所定角度以上傾斜した斜面である場合、前記動作制限部は、前記動作制限制御を実行しないように制御する、請求項１に記載の作業車両。
4. 前記動作制限部は、前記設計面よりも前記刃先の位置が下がらないように、前記ブームを制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業車両。
5. 前記動作制限部は、前記設計面よりも前記刃先の位置が下がる場合、前記ブームを強制的に上昇させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業車両。
6. 衛星通信を介して外部との間で情報を送受信する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の作業車両。

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