JP6058218B2 - 作業車両及びチルト角度の取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両及びチルト角度の取得方法に関する。

従来、チルト軸を中心として回動可能なチルト式バケットを備える作業車両が知られている。チルト式バケットは、バケットに連結されるチルトシリンダによって回動される。

ここで、チルト軸を中心とするバケットの回転角度であるチルト角度を取得するために、バケットの傾斜角を検出する傾斜角センサをバケットに取り付ける手法が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１４−５５４０７号公報

傾斜角センサとして、例えば、バケットの動きに応じた液面の変化に基づき傾斜角度を検出する液式の傾斜角センサがある。液式の傾斜角センサを用いた場合、ブーム、アーム等の作業機の動作に応じたバケットの姿勢次第では、チルト角度データを取得することが困難になり、精度の良いチルト角度データ精度良く検出できない可能性がある。

そこで、チルトシリンダのストローク長さを検出し、余弦定理を用いてストローク長さからチルト角度を算出する手法が考えられる。この手法によれば、バケットの姿勢に依存せず、チルト角度を精度良く検出することができる。しかしながら、バケットを車両本体側から見た場合、チルトシリンダが、伸張によってバケットを時計回りに回動させるように配置されているか、収縮によってバケットを時計回りに回動させるように配置されているかによって、チルト角度の算出手法が異なるため、チルトシリンダの配置をオペレータが予め入力しなければならず煩雑である。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、チルト角度を簡便に取得可能な作業車両及びチルト角度の取得方法を提供することを目的とする。

第１の態様に係る作業車両は、車両本体と、作業機と、チルトシリンダと、ストローク長検出部と、チルトシリンダ配置データ生成部と、バケット情報演算部とを備える。作業機は、チルト軸を中心として回動可能なバケットを有する。チルトシリンダは、チルト軸を中心としてバケットを回動させる。ストローク長検出部は、チルトシリンダのストローク長さを検出する。チルトシリンダ配置データ生成部は、チルトシリンダの配置が、バケットを車両本体側から見た場合に、伸張によってバケットを時計回りに回動させる第１配置と、収縮によってバケットを時計回りに回動させる第２配置のいずれであるかを示すチルトシリンダ配置データを生成する。バケット情報演算部は、チルトシリンダ配置データに基づいて、ストローク長さからバケットのチルト角度を取得する。

第１の態様に係る作業車両によれば、チルトシリンダが第１配置であるか第２配置であるかに応じた適切なチルト角度の算出手法を用いることができるため、チルト角度を簡便に取得することができる。

第２の態様に係る作業車両は、表示部と、表示制御部とを備える。表示制御部は、第１配置であるか、第２配置であるかを選択させる選択画面を表示部に表示させる。チルトシリンダ配置データ生成部は、選択画面による選択結果に基づいて、チルトシリンダ配置データを生成する。

第３の態様に係る作業車両は、第２の態様に係り、前記表示制御部は、前記バケットを前記車両本体側から見た場合に、前記チルトシリンダのうち前記バケットに連結される第１端部が前記チルト軸よりも左方に位置し、かつ、前記チルトシリンダのうち前記第１端部の反対に設けられる第２端部が前記チルト軸と前記第１端部とを連結する連結線よりも下方に位置する第１パターンと、前記バケットを前記車両本体側から見た場合に、前記第１端部が前記チルト軸よりも右方に位置し、かつ、前記第２端部が前記連結線よりも上方に位置する第２パターンとを前記第１配置として前記表示部に表示させる。表示制御部は、前記バケットを前記車両本体側から見た場合に、前記第１端部が前記チルト軸よりも右方に位置し、かつ、前記第２端部が前記連結線よりも下方に位置する第３パターンと、前記バケットを前記車両本体側から見た場合に、前記第１端部が前記チルト軸よりも左方に位置し、かつ、前記第２端部が前記連結線よりも上方に位置する第４パターンとを前記第２配置として前記表示部に表示させる。

第４の態様に係る作業車両は、第１乃至第３のいずれかの態様に係り、バケット情報演算部は、前記チルトシリンダ配置データに基づいて、前記第１配置に対応する第１演算式と前記第２配置に対応する第２演算式の一方を選択し、選択した演算式を用いて前記ストローク長さから前記バケットのチルト角度を取得する。

第５の態様に係る作業車両は、第２又は３の態様に係り、表示制御部は、チルトシリンダ配置データを示すバケットファイルを表示部に表示させる。チルトシリンダ配置データ生成部は、前記バケットファイルの選択結果に基づいて、前記チルトシリンダ配置データを取得する。

第６の態様に係るチルト角度の取得方法は、車両本体の前方に配置されたバケットを回動させるチルトシリンダの配置が、バケットを車両本体側から見た場合に、伸張によってバケットを時計回りに回動させる第１配置と、収縮によってバケットを時計回りに回動させる第２配置のいずれであるかを示すチルトシリンダ配置データを生成する工程と、チルトシリンダ配置データに基づいて、チルトシリンダのストローク長さからバケットのチルト角度を取得する工程とを備える。

本発明によれば、チルト角度を簡便に取得可能な作業車両及びチルト角度の取得方法を提供することができる。

油圧ショベルを示す斜視図である。 チルトシリンダ及びバケット周辺の構成を示す側断面図である。 車両本体側から見たチルトシリンダ及びバケット周辺の構成を示す正面図である。 車両本体側から見たチルトシリンダ及びバケット周辺の構成を示す正面図である。 車両本体側から見たチルトシリンダ及びバケット周辺の構成を示す正面図である。 車両本体側から見たチルトシリンダ及びバケット周辺の構成を示す正面図である。 油圧ショベルを模式的に示す側面図である。 油圧ショベルを模式的に示す背面図である。 油圧ショベルを模式的に示す平面図である。 バケットを模式的に示す側面図である。 バケットを模式的に示す正面図である。 制御システムの機能構成を示すブロック図である。 チルト角度の取得方法を説明するための模式図である。 チルト角度の取得方法を説明するための模式図である。 車両本体側から見たチルトシリンダの第１配置と第２配置の選択画面を示す図である。 表示部の寸法入力画面を示す図である。 チルト角度の取得方法を説明するためのフロー図 表示部の他の選択画面を示す図である。

（油圧ショベルＣＭの全体構成）
以下、実施形態に係る作業車両の一例として油圧ショベルＣＭの構成について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、グローバル座標系及びローカル座標系それぞれを参照しながら各構成の位置関係について説明する。

グローバル座標系は、作業エリアに位置し、地球に固定された原点Ｐｇ（図７参照）を基準とする座標系である。グローバル座標系は、ＸｇＹｇＺｇ直交座標系によって規定される。Ｘｇ軸方向は水平面内の一方向であり、Ｙｇ軸方向は水平面内においてＸｇ軸方向と直交する方向であり、Ｚｇ軸方向はＸｇ軸方向及びＹｇ軸方向それぞれと直交する方向である。従って、Ｘｇ軸はＹｇＺｇ平面と直交し、Ｙｇ軸はＸｇＺｇ平面と直交し、Ｚｇ軸はＸｇＹｇ平面と直交する。ＸｇＹｇ平面は水平面と平行であり、Ｚｇ軸方向は鉛直方向である。また、Ｘｇ軸、Ｙｇ軸、及びＺｇ軸まわりの回動方向それぞれは、θＸｇ、θＹｇ及びθＺｇ方向である。

ローカル座標系は、油圧ショベルＣＭの車両本体１に固定された原点Ｐ０（図７参照）を基準とする座標系である。ローカル座標系の基準位置である原点Ｐ０は、旋回体３の旋回中心ＡＸに位置する。ローカル座標系は、ＸＹＺ直交座標系によって規定される。Ｘ軸方向は所定の平面内の一方向であり、Ｙ軸方向は所定の平面内においてＸ軸方向と直交する方向であり、Ｚ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれと直交する方向である。Ｘ軸はＹＺ平面と直交し、Ｙ軸はＸＺ平面と直交し、Ｚ軸はＸＹ平面と直交する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回動方向それぞれは、θｘ、θｙ、及びθｚ方向である。

図１は、油圧ショベルＣＭの全体構成を示す斜視図である。油圧ショベルＣＭは、車両本体１と作業機２を備える。油圧ショベルＣＭには、掘削制御を実行する制御システム２００が搭載されている。

以下の説明において、「前」「後」「左」「右」とは、車両本体１からみて作業機２の取付位置を前方向としたときの位置関係で定義される。前後方向は、Ｘ軸方向であり、左右方向は、Ｙ軸方向である。左右方向は、車両の幅方向（以下、「車幅方向」という。）に一致する。

車両本体１は、旋回体３、運転室４及び走行装置５を有する。旋回体３は、走行装置５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。一対の履帯５Ｃｒの回転により、油圧ショベルＣＭは走行する。

旋回体３は、エンジンおよび油圧ポンプなど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には、エンジンルーム９の前方に手すり２２が設けられる。

作業機２は、旋回体３に接続される。作業機２は、ブーム６、アーム７、バケット８、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及びチルトシリンダ（バケットチルトシリンダ）３０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及びチルトピン８０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及びチルトシリンダ３０は、バケット８を駆動する。ブーム６の基端部は、旋回体３に接続される。ブーム６の先端部は、アーム７の基端部に接続される。アーム７の先端部は、バケット８の基端部に接続される。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及びチルトシリンダ３０それぞれは、作動油によって駆動される油圧シリンダである。

作業機２は、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７、第３ストロークセンサ１８及び第４ストロークセンサ１９を有する。第１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（以下、「ブームシリンダ長」という。）を検出する。第２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（以下、「アームシリンダ長」という。）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１２に配置され、バケットシリンダ１２のストローク長さ（以下、「バケットシリンダ長」という。）を検出する。第４ストロークセンサ１９は、チルトシリンダ３０に配置され、チルトシリンダ３０のストローク長さ（以下、「チルトシリンダ長」という。）を検出する。

第４ストロークセンサ１９は、本実施形態に係る「ストローク長検出部」の一例である。バケット８、チルトシリンダ３０及び第４ストロークセンサ１９は、本実施形態に係る「バケット装置」を構成する。

ブーム６は、回動軸であるブーム軸Ｊ１を中心に旋回体３に対して回動可能である。アーム７は、ブーム軸Ｊ１と平行な回動軸であるアーム軸Ｊ２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、ブーム軸Ｊ１及びアーム軸Ｊ２と平行な回動軸であるバケット軸Ｊ３を中心にアーム７に対して回動可能である。バケット８は、バケット軸Ｊ３と直交する回動軸であるチルト軸Ｊ４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は、ブーム軸Ｊ１を有する。アームピン１４は、アーム軸Ｊ２を有する。バケットピン１５は、バケット軸Ｊ３を有する。チルトピン８０は、チルト軸Ｊ４を有する。

ブーム軸Ｊ１、アーム軸Ｊ２、及びバケット軸Ｊ３それぞれは、Ｙ軸と平行である。チルト軸Ｊ４は、Ｙ軸と垂直である。ブーム６、アーム７及びバケット８それぞれは、θｙ方向に回動可能である。

（バケット８の構成）
次に、バケット８の構成について説明する。図２は、チルト軸Ｊ４に垂直な径方向から見たチルトシリンダ３０及びバケット８周辺の構成を示す側断面図である。図３は、チルト軸Ｊ４に平行な軸方向から見たチルトシリンダ３０及びバケット８周辺の構成を示す正面図である。

図２では、基準位置に配置されたバケット８が図示されている。図３では、車両本体１側から見たバケット８が図示されている。図３では、基準位置に配置されたバケット８が実線で図示され、左右のチルトエンド位置までチルトしたバケット８が破線で図示されている。バケット８の基準位置とは、チルト軸Ｊ４が水平面に含まれると想定したときにバケット８の上辺または下辺が水平面と平行となる状態でのバケット８の位置を言う。バケット８の基準位置では、バケット８のチルト角度が「０度」となる。チルトエンド位置とは、バケット８が最大チルト角度までチルトしたときのバケット８の位置を意味する。

バケット８は、チルト式バケットである。作業機２は、バケット軸Ｊ３及びバケット軸Ｊ３と直交するチルト軸Ｊ４それぞれを中心にアーム７に対して回動可能なバケット８を有する。バケット８は、バケットピン１５のバケット軸Ｊ３を中心として回動可能にアーム７に支持されている。バケット８は、チルトピン８０のチルト軸Ｊ４を中心として回動可能にアーム７に支持される。

バケット８は、接続部材９０を介して、アーム７の先端部に接続される。バケットピン１５は、アーム７と接続部材９０とを連結する。チルトピン８０は、接続部材９０とバケット８とを連結する。バケット８は、接続部材９０を介して、アーム７に回動可能に接続される。

バケット８は、底板８１、背板８２、上板８３、左側板８４及び右側板８５を有する。底板８１、上板８３、左側板８４及び右側板８５によって、バケット８の開口部８６が形成される。

バケット８は、上板８３の上部に設けられたブラケット８７を有する。ブラケット８７は、接続部材９０とチルトピン８０に連結される。

接続部材９０は、プレート部材９１とブラケット９２，９３を有する。ブラケット９２は、プレート部材９１の上面に設けられる。ブラケット９３は、プレート部材９１の下面に設けられる。ブラケット９２は、アーム７と後述する第２リンク部材９５に連結される。ブラケット９３は、ブラケット８７の上部に設置され、チルトピン８０とブラケット８７に連結される。

バケットピン１５は、接続部材９０のブラケット９２とアーム７の先端部とに連結される。チルトピン８０は、接続部材９０のブラケット９３とバケット８のブラケット８７とに連結される。これにより、アーム７に対して接続部材９０及びバケット８がバケット軸Ｊ３を中心に回動可能となり、接続部材９０に対してバケット８がチルト軸Ｊ４を中心に回動可能となっている。

作業機２は、第１リンク部材９４と第２リンク部材９５とを有する。第１リンク部材９４は、第１リンクピン９４Ｐを介して、アーム７に回動可能に接続される。第２リンク部材９５は、第２リンクピン９５Ｐを介して、ブラケット９２に回動可能に接続される。

第１リンク部材９４の基端部が第１リンクピン９４Ｐを介してアーム７に接続される。第２リンク部材９５の基端部が第２リンクピン９５Ｐを介してブラケット９２に接続される。第１リンク部材９４の先端部と第２リンク部材９５の先端部とは、バケットシリンダトップピン９６を介して連結される。

バケットシリンダ１２の先端部は、バケットシリンダトップピン９６を介して、第１リンク部材９４の先端部と第２リンク部材９５の先端部とに回動可能に接続される。接続部材９０は、バケットシリンダ１２の伸縮によってバケット８とともにバケット軸Ｊ３を中心として回動する。チルトピン８０のチルト軸Ｊ４は、バケット軸Ｊ３を中心とするバケット８の回動によってバケット８とともにバケット軸Ｊ３を中心にして回動する。

チルトシリンダ３０は、図３に示すように、バケット８と接続部材９０とに連結される。チルトシリンダ３０は、チルト軸Ｊ４を中心としてバケット８を左右に回動させる。チルトシリンダ３０の第１端部３０Ａは、バケット８に設けられたブラケット８８に回動可能に連結される。第１端部３０Ａは、第１シリンダ回動軸Ｊ５を中心として回動可能である。第１端部３０Ａは、チルトシリンダ３０のうちシリンダ本体の先端部である。ブラケット８８は、車幅方向においてチルト軸Ｊ４から離れた位置に配置される。ブラケット８８は、車幅方向におけるバケット８の上端部に配置されている。チルトシリンダ３０の第２端部３０Ｂは、接続部材９０に設けられたブラケット９７に回動可能に接続される。第２端部３０Ｂは、第２シリンダ回動軸Ｊ６を中心として回動可能である。ブラケット９７は、プレート部材９１の下面に設けられる。ブラケット９７は、正面視において略三角形状に形成される。

本実施形態において、チルトシリンダ３０の第１端部３０Ａは、バケット８を車両本体１側から見た場合であって、バケット８が基準位置に配置されているとき、チルト軸Ｊ４よりも下方に位置する。第１端部３０Ａは、チルト軸Ｊ４とバケット８の間に位置する。第１端部３０Ａは、チルト軸Ｊ４を通る水平線（Ｙ軸）を基準としてバケット８と同じ側に位置している。

第１端部３０Ａは、バケット８を車両本体１側から見た場合であって、バケット８が基準位置に配置されているとき、車幅方向においてチルト軸Ｊ４から離れている。本実施形態において、第１端部３０Ａは、チルト軸Ｊ４よりも左方に位置する。第１端部３０Ａは、チルト軸Ｊ４を通る鉛直線（Ｚ軸）を基準として、左側板８４と同じ側に位置している。第１端部３０Ａは、バケット８の左側板８４とチルト軸Ｊ４の間に位置する。

また、チルトシリンダ３０の第２端部３０Ｂは、バケット８を車両本体１側から見た場合であって、バケット８が基準位置に配置されているとき、チルト軸Ｊ４と第１シリンダ回動軸Ｊ５とを通る軸連結線Ｗ（「連結線」の一例）から離れている。すなわち、第２端部３０Ｂは、軸連結線Ｗ上に配置されていない。本実施形態において、第２端部３０Ｂは、軸連結線Ｗよりも下方に位置する。第２端部３０Ｂは、軸連結線Ｗとバケット８の間に位置する。第２端部３０Ｂは、軸連結線Ｗを基準としてバケット８と同じ側に位置している。第２端部３０Ｂは、水平線を基準としてバケット８と同じ側に位置している。

このように、バケット８を車両本体１側から見た場合、第１端部３０Ａはチルト軸Ｊ４よりも左方に位置し、かつ、第２端部３０Ｂは軸連結線Ｗよりも下方に位置している。そのため、チルトシリンダ３０は、伸張によってバケット８を時計回りに回動させ、収縮によってバケット８を反時計回りに回動させる。本実施形態では、伸張によってバケット８を時計回りに回動させるようなチルトシリンダ３０の配置を「第１配置Ｐ１」と称する。本実施形態では、第１端部３０Ａはチルト軸Ｊ４よりも左方に位置し、かつ、第２端部３０Ｂは軸連結線Ｗよりも下方に位置する場合を、「第１パターンＰＴ１」と称する。

また、チルトシリンダ３０の「第１配置Ｐ１」には、図４に示すチルトシリンダ３０ａのように、バケット８を車両本体１側から見た場合に、第１端部３０Ａがチルト軸Ｊ４よりも右方に位置し、かつ、第２端部３０Ｂが軸連結線Ｗよりも上方に位置する場合が含まれる。この場合においても、チルトシリンダ３０ａは、伸張によってバケット８を時計回りに回動させることができる。本実施形態では、第１端部３０Ａがチルト軸Ｊ４よりも右方に位置し、かつ、第２端部３０Ｂが軸連結線Ｗよりも上方に位置する場合を、「第２パターンＰＴ２」と称する。

一方、本実施形態では、収縮によってバケット８を時計回りに回動させるようなチルトシリンダ３０の配置を「第２配置Ｐ２」と称する。

チルトシリンダ３０の「第２配置Ｐ２」には、図５に示すチルトシリンダ３０ｂのように、バケット８を車両本体１側から見た場合に、第１端部３０Ａがチルト軸Ｊ４よりも右方に位置し、かつ、第２端部３０Ｂが軸連結線Ｗよりも下方に位置する場合が含まれる。この場合、チルトシリンダ３０ｂは、収縮によってバケット８を時計回りに回動させることができる。本実施形態では、第１端部３０Ａがチルト軸Ｊ４よりも右方に位置し、かつ、第２端部３０Ｂが軸連結線Ｗよりも下方に位置する場合を、「第３パターンＰＴ３」と称する。

チルトシリンダ３０の「第２配置Ｐ２」には、図６に示すチルトシリンダ３０ｃのように、バケット８を車両本体１側から見た場合に、第１端部３０Ａがチルト軸Ｊ４よりも左方に位置し、かつ、第２端部３０Ｂが軸連結線Ｗよりも上方に位置する場合が含まれる。この場合、チルトシリンダ３０ｃは、収縮によってバケット８を時計回りに回動させることができる。本実施形態では、第１端部３０Ａがチルト軸Ｊ４よりも左方に位置し、かつ、第２端部３０Ｂが軸連結線Ｗよりも上方に位置する場合を、「第４パターンＰＴ４」と称する。

（油圧ショベルＣＭの姿勢）
図７は、油圧ショベルＣＭを模式的に示す側面図である。図８は、油圧ショベルＣＭを模式的に示す背面図である。図９は、油圧ショベルＣＭを模式的に示す平面図である。

以下の説明では、ブーム軸Ｊ１とアーム軸Ｊ２との距離をブーム長さＬ１とし、アーム軸Ｊ２とバケット軸Ｊ３との距離をアーム長さＬ２とし、バケット軸Ｊ３とバケット８の先端部８ａとの距離をバケット長さＬ３とする。バケット８の先端部８ａは、バケット８の刃先である。

油圧ショベルＣＭは、位置検出装置２０を備える。位置検出装置２０は、車両本体１の現在位置を示す車両本体位置データＰと、車両本体１の姿勢を示す車両本体姿勢データＱとを検出する。車両本体位置データＰは、グローバル座標系における車両本体１の現在位置（Ｘｇ位置、Ｙｇ位置及びＺｇ位置）を示す情報を含む。車両本体姿勢データＱは、θＸｇ方向、θＹｇ方向及びθＺｇ方向に関する旋回体３の位置情報を含む。

車両本体姿勢データＱは、水平面（ＸｇＹｇ平面）に対する旋回体３の左右方向における傾斜角度（ロール角）θ１（図８）と、水平面に対する旋回体３の前後方向における傾斜角度（ピッチ角）θ２（図７）と、グローバル座標の基準方位（例えば北）と旋回体３（作業機２）が向いている方位とがなす角度（ヨー角）θ３（図９）とを含む。

位置検出装置２０は、アンテナ２１、位置センサ２３及び傾斜センサ２４を有する。アンテナ２１は、車両本体１の現在位置を検出するためのアンテナである。アンテナ２１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）用のアンテナである。アンテナ２１は、受信した電波（ＧＮＳＳ電波）に応じた信号を位置センサ２３に出力する。

位置センサ２３は、３次元位置センサ及びグローバル座標演算部を含む。位置センサ２３は、グローバル座標系におけるアンテナ２１の設置位置Ｐｒを検出する。グローバル座標演算部は、グローバル座標系におけるアンテナ２１の設置位置Ｐｒに基づき、車両本体１の現在位置を示す車両本体位置データＰを算出する。グローバル座標系は、作業エリアに設置された基準位置Ｐｇを基準とする３次元座標系である。図７に示すように、基準位置Ｐｇは、作業エリアに設定された基準杭の先端位置である。

傾斜センサ２４は、旋回体３に設けられる。傾斜センサ２４は、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）を有する。位置検出装置２０は、傾斜センサ２４を使って、ロール角θ１及びピッチ角θ２を含む車両本体姿勢データＱを取得する。

図１０は、バケット８を模式的に示す側面図である。図１１は、バケット８を模式的に示す正面図である。

以下の説明では、バケット軸Ｊ３とチルト軸Ｊ４の距離をチルト長さＬ４とし、左側板８４と右側板８５との距離をバケット８の幅Ｌ５とする。

チルト角度δは、チルト軸を中心とするバケットの回転角度であり、ローカル座標系におけるＸＹ平面に対するバケット８の傾斜角度である。チルト角度δの取得方法については後述する。チルト軸角度εは、ローカル座標系におけるＸＹ平面に対するチルト軸Ｊ４の傾斜角度である。グローバル座標系の水平面に対するチルト軸Ｊ４の傾斜角度（チルト軸絶対角）は、後述するセンサコントローラ３２によって算出される。

（制御システム２００の構成）
図１２は、油圧ショベルＣＭに搭載される制御システム２００の機能構成を示すブロック図である。

制御システム２００は、位置検出装置２０、操作装置２５、作業機コントローラ２６、圧力センサ６６、制御弁２７、方向制御弁６４、表示コントローラ２８、表示部２９、入力部３６及びセンサコントローラ３２を備える。

表示部２９は、例えばモニタである。表示部２９には、バケット８の設定画面や後述する目標設計地形などが表示される。表示部２９は、情報化施工用のガイダンスモニタとしてのＨＭＩ（Human Machine Interface）モニタを含む。

入力部３６は、オペレータによる入力操作を受け付ける。入力部３６としては、表示部２９上のタッチパネルなどが挙げられる。入力部３６は、オペレータによる入力操作の内容を表示コントローラ２８に通知する。

操作装置２５は、運転室４に配置される。操作装置２５は、オペレータによって操作される。操作装置２５は、作業機２を駆動するオペレータ操作を受け付ける。操作装置２５は、パイロット油圧方式の操作装置である。操作装置２５は、第１操作レバー２５Ｒと、第２操作レバー２５Ｌと、第３操作レバー２５Ｐとを有する。

第１操作レバー２５Ｒは、例えば運転席４Ｓの右側に配置される。第２操作レバー２５Ｌは、例えば運転席４Ｓの左側に配置される。第３操作レバー２５Ｐは、例えば第１操作レバー２５Ｒに配置される。なお、第３操作レバー２５Ｐは、第２操作レバー２５Ｌに配置されてもよい。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軸の動作に対応している。

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。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。第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作により、バケット軸Ｊ３を中心とするバケット８の回動が操作される。

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の開放動作及び掘削動作が実行される。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。

第３操作レバー２５Ｐにより、チルト軸Ｊ４を中心とするバケット８のチルト動作が操作される。

操作装置２５の操作量に応じてパイロット油圧ライン４５０のパイロット油圧が調整され、これによって方向制御弁６４が駆動される。方向制御弁６４は、各油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、及びチルトシリンダ３０）に供給される作動油量を調整する。パイロット油圧ライン４５０には、パイロット油圧を検出する圧力センサ６６が配置される。圧力センサ６６の検出結果は、作業機コントローラ２６に出力される。制御弁２７は、電磁比例制御弁である。制御弁２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいてパイロット油圧を調整する。

センサコントローラ３２は、作業機角度演算部２８１Ａ、バケット情報演算部２８２Ａ及びチルト軸角度演算部２８３Ａを有する。

作業機角度演算部２８１Ａは、第１ストロークセンサ１６の検出結果に基づいて取得されるブームシリンダ長から、車両本体１の垂直方向に対するブーム６の回動角度αを算出する。作業機角度演算部２８１Ａは、第２ストロークセンサ１７の検出結果に基づいて取得されるアームシリンダ長から、ブーム６に対するアーム７の回動角度βを算出する。作業機角度演算部２８１Ａは、第３ストロークセンサ１８の検出結果に基づいて取得されるバケットシリンダ長から、アーム７に対するバケット８の回動角度γを算出する。

バケット情報演算部２８２Ａは、第４ストロークセンサ１９の検出結果に基づいて取得されるチルトシリンダ長から、ローカル座標系におけるＸＹ平面に対するバケット８のチルト角度δを算出する。

ここで、図１３及び図１４は、バケット情報演算部２８２Ａによるチルト角度δの算出手法を説明するための模式図である。図１３では基準位置のバケット８が図示されており、図１４ではチルトされたバケット８が図示されている。

バケット情報演算部２８２Ａは、チルトシリンダ３０の第１端部３０Ａとチルト軸Ｊ４を結ぶ第１線分ａの長さＭ１を表示コントローラ２８から取得する。第１線分ａの長さＭ１は、第１シリンダ回動軸Ｊ５とチルト軸Ｊ４との直線距離である。

バケット情報演算部２８２Ａは、チルトシリンダ３０の第２端部３０Ｂとチルト軸Ｊ４を結ぶ第２線分ｂの長さＭ２を表示コントローラ２８から取得する。第２線分ｂの長さＭ２は、第２シリンダ回動軸Ｊ６とチルト軸Ｊ４との直線距離である。

バケット情報演算部２８２Ａは、バケット８が基準位置に配置されているときに第１線分ａと第２線分ｂとが成す基準角度ω’（図１３参照）を表示コントローラ２８から取得する。

バケット情報演算部２８２Ａは、第１線分ａの長さＭ１と、第２線分ｂの長さＭ２と基準角度ω’を記憶する。

バケット情報演算部２８２Ａは、第４ストロークセンサ１９の検出結果に基づいてチルトシリンダ長を算出する。バケット情報演算部２８２Ａは、余弦定理を用いて、第１線分ａの長さＭ１、第２線分ｂの長さＭ２及びチルトシリンダ長からチルト動作された状態の現在の傾斜角度ω（図１４参照）を算出する。

バケット情報演算部２８２Ａは、チルトシリンダ３０が第１配置Ｐ１と第２配置Ｐ２のいずれに配置されているかを示す「チルトシリンダ配置データ」を表示コントローラ２８から取得する。第１配置Ｐ１とは、図３及び図４に示したように、伸張によってバケット８を時計回りに回動させるチルトシリンダ３０及びチルトシリンダ３０ａの配置を意味する。第２配置Ｐ２とは、図５及び図６に示したように、収縮によってバケット８を時計回りに回動させるチルトシリンダ３０ｂ及びチルトシリンダ３０ｃの配置を意味する。

バケット情報演算部２８２Ａは、チルトシリンダ配置データに基づいて、以下の第１演算式Ｅｑ１と第２演算式Ｅｑ２の一方を選択する。

第１演算式Ｅｑ１ ω−ω’＝ 時計回りのチルト角度δ
第２演算式Ｅｑ２ ω−ω’＝反時計回りのチルト角度δ

第１演算式Ｅｑ１は、第１配置Ｐ１に対応する演算式である。第１演算式Ｅｑ１において、傾斜角度ωから基準角度ω’を引いた値は、時計回りのチルト角として算出される。これは、第１配置Ｐ１に配置されたチルトシリンダ３０の伸張によってバケット８は時計回りに回動するからである。

第２演算式Ｅｑ２は、第２配置Ｐ２に対応する演算式である。第２演算式Ｅｑ２において、傾斜角度ωから基準角度ω’を引いた値は、反時計回りのチルト角として算出される。これは、第２配置Ｐ２に配置されたチルトシリンダ３０の伸張によってバケット８は反時計回りに回動するからである。

バケット情報演算部２８２Ａは、チルトシリンダ配置データを参照して、チルトシリンダ３０が第１配置Ｐ１に配置されていることを検出した場合、第１演算式Ｅｑ１を選択する。バケット情報演算部２８２Ａは、チルトシリンダ配置データを参照して、チルトシリンダ３０が第２配置Ｐ２に配置されていることを検出した場合、第２演算式Ｅｑ２を選択する。バケット情報演算部２８２Ａは、傾斜角度ωと基準角度ω’とに基づいて、時計回り又は反時計回りのチルト角度δを取得する。なお、図１３に示すようにバケット８が基準位置に配置されている場合には、傾斜角度ωと基準角度ω’とが一致するため、チルト角度は「０度」である。

バケット情報演算部２８２Ａは、作業機角度演算部２８１Ａで算出された回動角度α〜γと、傾斜センサ２４で取得される車両本体姿勢データＱと、チルト角度δとに基づいて、作業機２の動作平面におけるバケット８の外形及び位置を示すバケットデータＲを生成する。

チルト軸角度演算部２８３Ａは、回動角度α〜γと車両本体姿勢データＱとに基づいて水平面に対するチルト軸Ｊ４の角度（チルト軸絶対角）を算出する。具体的に、チルト軸角度演算部２８３Ａは、回動角度α〜γに基づいてローカル座標系におけるチルト軸Ｊ４の角度（チルト軸角度ε）を算出し、チルト軸角度εと車両本体姿勢データＱとに基づいてグローバル座標系におけるチルト軸絶対角を算出する。

センサコントローラ３２は、回動角度α〜γ、チルト軸角度ε、チルト軸絶対角及びバケットデータＲを表示コントローラ２８及び作業機コントローラ２６それぞれに出力する。

表示コントローラ２８は、位置検出装置２０から車両本体位置データＰと車両本体姿勢データＱを取得する。表示コントローラ２８は、センサコントローラ３２からバケットデータＲを取得する。表示コントローラ２８は、目標設計地形取得部２８４Ａと目標設計地形演算部２８４Ｂと表示制御部２８４Ｃとチルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄを有する。

目標設計地形取得部２８４Ａは、掘削対象の３次元の目標形状である立体設計地形を示す目標施工情報（３次元設計地形データＳ）を記憶している。３次元設計地形データＳは、目標設計地形データＴを生成するために必要とされる目標設計地形の座標データ及び角度データを含む。ただし、３次元設計地形データＳは、例えば無線通信装置を介して表示コントローラ２８に入力されてもよいし、外部メモリなどから表示コントローラ２８に入力されてもよい。

目標設計地形演算部２８４Ｂは、車両本体位置データＰ、車両本体姿勢データＱ、バケットデータＲ及び３次元設計地形データＳに基づいて、作業機２の動作平面における掘削対象の２次元の目標形状である目標設計地形を示す目標設計地形データＴを生成する。目標設計地形演算部２８４Ｂは、目標設計地形データＴを作業機コントローラ２６に出力する。

目標設計地形演算部２８４Ｂは、車両本体位置データＰ、車両本体姿勢データＱ及びバケットデータＲに基づいて、グローバル座標系で見たときのローカル座標の位置を算出可能である。目標設計地形演算部２８４Ｂは、作業機コントローラ２６に出力する目標設計地形データＴをローカル座標に変換するが、それ以外の演算はグローバル座標系で行う。

表示制御部２８４Ｃは、目標設計地形演算部２８４Ｂで生成した目標設計地形データＴに基づいて、表示部２９に目標設計地形を表示させる。また、表示制御部２８４Ｃは、バケットデータＲに基づいて、目標設計地形に対する油圧ショベルＣＭの姿勢を表示部２９に表示させる。

表示制御部２８４Ｃは、チルトシリンダ３０が第１配置Ｐ１であるか、第２配置Ｐ２であるかを選択させる選択画面を表示部２９に表示させる。図１５は、選択画面の一例である。図１５では、図３〜図６に示したチルトシリンダ３０（右下）、チルトシリンダ３０ａ（左上）、チルトシリンダ３０ｂ（左下）及びチルトシリンダ３０ｃ（右上）の４形態が図示されている。図１５の選択画面では、図３〜図６と同様に、車両本体１側から見たチルトシリンダ３０、チルトシリンダ３０ａ、チルトシリンダ３０ｂ及びチルトシリンダ３０ｃが表示されている。チルトシリンダ３０とチルトシリンダ３０ａは、第１配置Ｐ１のチルトシリンダの一例であり、チルトシリンダ３０ｂとチルトシリンダ３０ｃは、第２配置Ｐ２のチルトシリンダの一例である。また、チルトシリンダ３０は第１パターンＰＴ１の一例であり、チルトシリンダ３０ａは第２パターンＰＴ２の一例であり、チルトシリンダ３０ｂは第３パターンＰＴ３の一例であり、チルトシリンダ３０ｃは第４パターンＰＴ４の一例である。

上述のとおり、バケット情報演算部２８２Ａにおけるチルト角度の演算では、チルトシリンダが第１配置Ｐ１と第２配置Ｐ２のいずれに配置されているかさえ分かればよいが、図１５に示すように、４パターンＰＴ１〜Ｐ４の配置を選択画面に表示することによって、オペレータは現実のチルトシリンダの外形に合ったものを容易に選択することができる。

表示制御部２８４Ｃは、入力部３６がオペレータの選択操作を受付けると、選択されたチルトシリンダにチェックマークを入れる。本実施形態では、第１パターンＰＴ１のチルトシリンダ３０が選択されることを想定しているので、図１５に示すように、チルトシリンダ３０にチェックマークが入れられている。

また、表示制御部２８４Ｃは、オペレータによって選択されたチルトシリンダ３０の寸法入力画面を表示部２９に表示させる。図１６は、寸法入力画面の一例である。図１６では、第１線分ａの長さＭ１、第２線分ｂの長さＭ２及び基準角度ω’の入力欄が図示されている。表示制御部２８４Ｃは、オペレータによって入力された数値を入力欄に表示する。

チルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄは、第１配置Ｐ１のチルトシリンダがオペレータによって選択されたことが入力部３６から通知されると、第１配置Ｐ１であることを示すチルトシリンダ配置データを生成する。

チルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄは、第２配置Ｐ２のチルトシリンダがオペレータによって選択されたことが入力部３６から通知されると、第２配置Ｐ２であることを示すチルトシリンダ配置データを生成する。

本実施形態では、チルトシリンダ３０が選択されることを想定しているので、チルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄは、第１配置Ｐ１であることを示すチルトシリンダ配置データを生成する。チルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄは、生成したチルトシリンダ配置データをセンサコントローラ３２のバケット情報演算部２８２Ａに送信する。

また、チルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄは、入力部３６に入力された第１線分ａの長さＭ１、第２線分ｂの長さＭ２及び基準角度ω’もバケット情報演算部２８２Ａに送信する。

作業機コントローラ２６は、作業機制御部２６Ａと記憶部２６Ｃとを有する。作業機制御部２６Ａは、表示コントローラ２８から取得する目標設計地形データＴとバケットデータＲに基づいて、制御弁２７への制御指令を生成することによって作業機２の動作を制御する。作業機制御部２６Ａは、例えば、作業機２の動作の少なくとも一部を自動で制御する制限掘削制御を実行する。具体的に、作業機制御部２６Ａは、目標設計地形とバケット８の距離に応じて制限速度を決定し、作業機２が目標設計地形に接近する方向の速度が制限速度以下になるように作業機２を制御する。これによって、目標設計地形に対するバケット８の位置が制御されて、目標設計地形へのバケット８の侵入が抑制される。なお、作業機制御部２６Ａは、目標設計地形に沿ってバケット８を移動させる整地作業の一部を自動で制御してもよい。

記憶部２６Ｃには、作業機制御部２６Ａが作業機の動作を制御するために必要な各種プログラム及びデータが格納されている。

（チルト角度δの取得方法）
制御システム２００によるチルト角度δの取得方法について、図面を参照しながら説明する。図１７は、チルト角度δの取得方法を説明するためのフロー図である。

ステップＳ１において、入力部３６は、第１配置Ｐ１のチルトシリンダと第２配置Ｐ２のチルトシリンダのいずれかを選択するオペレータ操作を受付ける。

ステップＳ２において、入力部３６は、第１配置Ｐ１と第２配置Ｐ２のいずれが選択されたかをチルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄに通知する。

ステップＳ３において、チルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄは、チルトシリンダ３０の配置が第１配置Ｐ１であるか第２配置Ｐ２であるかを示すチルトシリンダ配置データを生成して、バケット情報演算部２８２Ａに送信する。

ステップＳ４において、バケット情報演算部２８２Ａは、第４ストロークセンサ１９の検出結果に基づいて、チルトシリンダ３０のチルトシリンダ長を算出する。

ステップＳ５において、バケット情報演算部２８２Ａは、余弦定理を用いて、第１線分ａの長さＭ１、第２線分ｂの長さＭ２及びチルトシリンダ長から現在の傾斜角度ω（図１４参照）を算出する。

ステップＳ６において、バケット情報演算部２８２Ａは、チルトシリンダ配置データに基づいて、第１配置Ｐ１に対応する第１演算式Ｅｑ１と第２配置Ｐ２に対応する第２演算式Ｅｑ２のいずれかを選択する。

ステップＳ７において、バケット情報演算部２８２Ａは、選択された演算式（第１演算式Ｅｑ１又は第２演算式Ｅｑ２）を用いて、傾斜角度ωから基準角度ω’を引くことによってチルト角度δとして取得する。

（特徴）
油圧ショベルＣＭ（作業車両の一例）は、チルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄと、バケット情報演算部２８２Ａとを備える。チルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄは、チルトシリンダ３０の配置が、バケット８を車両本体１側から見た場合に、伸張によってバケット８を時計回りに回動させる第１配置Ｐ１と、収縮によってバケット８を時計回りに回動させる第２配置Ｐ２のいずれであるかを示すチルトシリンダ配置データを生成する。バケット情報演算部２８２Ａは、チルトシリンダ配置データに基づいて、第１配置Ｐ１に対応する第１演算式Ｅｑ１と第２配置Ｐ２に対応する第２演算式Ｅｑ２の一方を選択し、選択した演算式を用いてストローク長さからバケット８のチルト角度δを取得する。

このように、チルトシリンダ３０が第１配置Ｐ１であるか第２配置Ｐ２であるかに応じて適切な演算式が選択されるため、チルト角度δを簡便に取得することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記実施形態において、表示制御部２８４Ｃは、第１配置Ｐ１のチルトシリンダと第２配置Ｐ２のチルトシリンダの選択画面を表示部２９に表示させることとしたが、これに限られるものではない。例えば、表示制御部２８４Ｃは、図１８に示すように、以前に生成されたチルトシリンダ配置データを示すバケットファイルを表示部２９に表示させてもよい。この場合、オペレータが入力部３６を介して所望のバケットファイルを選択すると、チルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄは、選択されたバケットファイルを参照して、バケットファイルに含まれるチルトシリンダ配置データを取り出す。そして、チルトシリンダ配置データ生成部２８４Ｄは、取り出したチルトシリンダ配置データをバケット情報演算部２８２Ａに送信する。

上記実施形態において、ブーム６の回動角度α、アーム７の回動角度β、及びバケット８の回動角度γは、ストロークセンサによって検出されることとしたが、例えばロータリーエンコーダのような角度検出器で検出されてもよい。

上記実施形態において、油圧ショベルＣＭは、運転室４を備えることとしたが、運転室４を備えていなくてもよい。

上記実施形態では、作業車両として油圧ショベルＣＭ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。

本発明によれば、チルト角度を簡便に取得可能であるため、作業車両分野において有用である。

１ 車両本体
２ 作業機
６ ブーム
７ アーム
８ バケット
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
１６〜１９ 第１〜第４ストロークセンサ
２６ 作業機コントローラ
２８ 表示コントローラ
２９ 表示部
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ， チルトシリンダ
３２ センサコントローラ
３６ 入力部
７０ チルト角度センサ
２８２Ａ バケット情報演算部
２８４Ｄ チルトシリンダ配置データ生成部
Ｐ１ 第１配置
Ｐ２ 第２配置
ＰＴ１〜ＰＴ４ 第１乃至第４パターン

Claims (6)

1. 車両本体と、
   チルト軸を中心として回動可能なバケットを有する作業機と、
   前記チルト軸を中心として前記バケットを回動させるチルトシリンダと、
   前記チルトシリンダのストローク長さを検出するストローク長検出部と、
   前記チルトシリンダの配置が、前記バケットを前記車両本体側から見た場合に、伸張によって前記バケットを時計回りに回動させる第１配置と、収縮によって前記バケットを時計回りに回動させる第２配置のいずれであるかを示すチルトシリンダ配置データを生成するチルトシリンダ配置データ生成部と、
   前記チルトシリンダ配置データに基づいて、前記ストローク長さから前記バケットのチルト角度を取得するバケット情報演算部と、
   を備える作業車両。
2. 表示部と、
   前記第１配置であるか、前記第２配置であるかを選択させる選択画面を前記表示部に表示させる表示制御部と、
   をさらに備え、
   前記チルトシリンダ配置データ生成部は、前記選択画面による選択結果に基づいて、前記チルトシリンダ配置データを生成する請求項１に記載の作業車両。
3. 前記表示制御部は、
   前記バケットを前記車両本体側から見た場合に、前記チルトシリンダのうち前記バケットに連結される第１端部が前記チルト軸よりも左方に位置し、かつ、前記チルトシリンダのうち前記第１端部の反対に設けられる第２端部が前記チルト軸と前記第１端部とを連結する連結線よりも下方に位置する第１パターンと、
   前記バケットを前記車両本体側から見た場合に、前記第１端部が前記チルト軸よりも右方に位置し、かつ、前記第２端部が前記連結線よりも上方に位置する第２パターンと、
   を前記第１配置として前記表示部に表示させ、
   前記バケットを前記車両本体側から見た場合に、前記第１端部が前記チルト軸よりも右方に位置し、かつ、前記第２端部が前記連結線よりも下方に位置する第３パターンと、
   前記バケットを前記車両本体側から見た場合に、前記第１端部が前記チルト軸よりも左方に位置し、かつ、前記第２端部が前記連結線よりも上方に位置する第４パターンと、
   を前記第２配置として前記表示部に表示させる、
   請求項２に記載の作業車両。
4. 前記バケット情報演算部は、前記チルトシリンダ配置データに基づいて、前記第１配置に対応する第１演算式と前記第２配置に対応する第２演算式の一方を選択し、選択した演算式を用いて前記ストローク長さから前記バケットのチルト角度を取得する、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の作業車両。
5. 前記表示制御部は、前記チルトシリンダ配置データを示すバケットファイルを前記表示部に表示させ、
   前記チルトシリンダ配置データ生成部は、前記バケットファイルの選択結果に基づいて、前記チルトシリンダ配置データを取得する、
   請求項２又は３に記載の作業車両。
6. 車両本体の前方に配置されたバケットを回動させるチルトシリンダの配置が、前記バケットを前記車両本体側から見た場合に、伸張によって前記バケットを時計回りに回動させる第１配置と、収縮によって前記バケットを時計回りに回動させる第２配置のいずれであるかを示すチルトシリンダ配置データを生成する工程と、
   前記チルトシリンダ配置データに基づいて、前記チルトシリンダのストローク長さから前記バケットのチルト角度を取得する工程と、
   を備えるチルト角度の取得方法。

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