JP6917471B2 - 作業機 - Google Patents

Description

本発明は、作業場所において所定の作業を行いつつ、作業場所を自走する作業機に関する。

芝刈機、除雪機等の作業機は、モータ等の駆動源を有し、駆動源の回転駆動力を用いて所定の作業を行う。この場合、作業場所の状態（芝が多い、雪が固い等）によって、作業時にモータが受ける負荷が変化する。そのため、負荷の低い作業場所と負荷の高い作業場所とで、モータが同じ回転速度で回転する設定であると、電力が過大に消費される、作業状態にムラが生じる等の不都合が生じる。

このようなことから、特開平９−２０１１２６号公報に開示の作業機（電動芝刈機）は、モータにかかる負荷に応じてモータの回転速度を増減する構成となっている。すなわち、負荷の低い場所では低速で駆動することで省電力化等が図られ、負荷の高い場所では高速で駆動することで芝を充分に刈ることが可能となる。

ところで、作業機は、モータにより自走するように構成することも可能であり、このように自走する構成では、負荷の低い場所と高い場所とを同じ走行速度で移動しても、作業状態にムラが生じることになる。従って、作業機は、所定の作業を実施する際に、走行速度も適切に制御することが望ましい。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、作業場所から受ける負荷に応じて、走行速度を適切に変動可能とすることで、作業ムラの発生の抑制や省電力化をより促進することができる作業機を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、所定の作業を行う作業部を有する本体部と、前記本体部を走行させる回転駆動力を発生させる走行モータと、前記作業部に設けられ前記所定の作業を行うための動力を付与する作業モータと、前記走行モータの回転速度に関わる情報を指示する走行操作部と、前記走行操作部から指示された前記走行モータの回転速度を、前記作業部にかかる負荷の変動に基づき変速する制御部と、を備え、前記制御部は、前記作業モータを低速回転させる低速ステータスと、前記作業モータを高速回転させる高速ステータスと、に変更可能であり、前記負荷が増加して第１作業閾値を当該負荷が上回ることに基づき低速ステータスから高速ステータスに移行し、前記第１作業閾値よりも低い第２作業閾値を前記負荷が下回ることに基づき高速ステータスから低速ステータスに移行し、且つ前記制御部は、前記走行モータを変速する際に前記負荷と比較する走行判定閾値を有し、前記走行判定閾値は、前記第１作業閾値よりも高く設定されていることを特徴とする。

この場合、前記制御部は、前記負荷の増加に基づき前記走行モータの回転速度を減速させる構成であるとよい。

またさらに、前記制御部は、前記作業モータの回転速度を作業目標回転数に変更している最中である回転数変更中と、前記作業モータの回転速度が前記作業目標回転数に略一致している一定回転中と、に区分される現在ステータスの情報を取得し、且つ前記一定回転中を判定した場合に、前記走行モータの減速を許容するとよい。

ここで、前記制御部は、前記走行モータの回転速度に関わる情報に基づき基準回転数を設定し、且つ前記負荷に基づき前記変速を行う場合に、前記負荷に応じた前記基準回転数の速度比を示す対応マップに基づき、前記基準回転数を変更して目標走行回転数を設定する構成にするとよい。

そして、前記走行操作部は、ユーザの操作に基づき前記基準回転数を変動可能であるとより好ましい。

本発明によれば、作業機は、制御部により走行操作部から指示されたモータの回転速度を、作業部にかかる負荷の変動に基づき変速する。これにより例えば、負荷が大きい場合に速度を遅くすることで、単位時間当たりに処理する作業対象の量を減らすことができる。その結果、作業機は、作業部の過負荷状態を回避することが可能となり、不用意な作業部のストール停止を回避して作業を良好に継続することができる。すなわち、作業機は、作業場所に対する所定の作業において、作業ムラの発生の抑制や省電力化をより促進することができる。

本発明の一実施形態に係る作業機である芝刈機の全体構成を示す側面図である。 芝刈機の作業制御部の構成を示すブロック図である。 芝刈機の走行制御部の構成を示すブロック図である。 作業部の現在ステータスの遷移を示す状態遷移図である。 走行制御部の対応マップの一例を示すグラフである。 作業モータの駆動時の制御を示す第１フローチャートである。 作業モータの駆動時の制御を示す第２フローチャートである。 走行モータの駆動時の制御を示すフローチャートである。 負荷の変動に基づく作業目標回転数及び走行目標回転数の変動をシミュレートしたタイムチャートである。

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る作業機１０は、作業場所に生えている芝を切断及び回収する芝刈機１２として構成されている。よって以下では、作業機１０を芝刈機１２ともいう。なお、本発明に係る作業機１０の構成は、芝刈機１２に限定されるものではなく、適宜の改変を施すことで、草刈機、除雪機、耕耘機等の作業機１０にも適用し得る。

芝刈機１２は、本体部１４と、本体部１４に設けられ該本体部１４を走行させる走行装置１６と、芝刈機１２のユーザが本体部１４の動作を操作する操作部１８と、を備える。本体部１４の内部には、芝を直接刈る（所定の作業を行う）部分である作業部２０と、芝刈機１２の電気的要素に電力を供給可能なバッテリ２２と、走行装置１６及び作業部２０の駆動制御を行う制御部２４と、が設けられている。

また、本体部１４は、本体部１４の外観を構成し、比較的厚く形成された円盤状のハウジング２６を備える。本体部１４は、ハウジング２６内の中央部且つ下方側に作業部２０を配置し、またハウジング２６内の上方側にバッテリ２２を配置している。

作業部２０は、本体部１４の下面から露出されて、作業場所の地面に対して所定間隔離間した位置に対向配置される。作業部２０は、作業モータ２８と、作業モータ２８の回転駆動力が伝達されることで回転するブレード３０と、ブレード３０により刈られた芝を吸い上げる図示しない流動機構と、流動機構により流動した芝を収容するグラスバッグ３２と、を備える。

作業モータ２８は、作業インバータ部３４（図２参照）を介して制御部２４に接続され、また下方に向かって突出する出力軸２８ａを有している。作業インバータ部３４は、制御部２４のパルス信号に基づきバッテリ２２から供給される直流電力を三相交流に変換することで、作業モータ２８の出力軸２８ａを回転させる。作業インバータ部３４は、パルス信号（パルス幅）に応じて三相交流の位相を適宜調整することで、作業モータ２８の状態（回転速度、トルク等）を変動する。

作業部２０のブレード３０は、出力軸２８ａに固定され、出力軸２８ａと直交する方向（作業場所の地面に対し略平行）に延在している。ブレード３０は、出力軸２８ａと一体に回転することで、芝を切断する。また、ブレード３０は、流動機構の一部を構成しており、回転に伴い気流を生じさせて切断した芝を吸い上げる。なお、ブレード３０は、作業場所に対して高さ調整可能に構成されていることが好ましい。

また、芝刈機１２の走行装置１６は、走行モータ３６と、本体部１４の幅方向側面に設けられる一対の前輪３８及び一対の後輪４０と、走行モータ３６の回転駆動力を所定の車輪（本実施形態では後輪４０）に伝達して所定の車輪を回転させる伝達機構部４２と、を備える。

走行モータ３６は、本体部１４内において作業モータ２８の後方側に配置され、伝達機構部４２に向かって図示しない出力軸を突出している。走行モータ３６も、走行インバータ部４４（図３参照）を介して制御部２４に接続されている。走行インバータ部４４は、制御部２４のパルス信号に基づきバッテリ２２から供給される直流電力を三相交流に変換することで、走行モータ３６の出力軸を回転させる。走行インバータ部４４は、パルス信号（パルス幅）に応じて三相交流の位相を適宜調整することで、走行モータ３６の状態（走行速度等）を変動する。

伝達機構部４２は、ギア、プーリ、ベルト等により構成され、走行モータ３６の出力軸の回転駆動力を適宜変換して、後輪シャフト４０ａを回転させる。

なお、本実施形態に係る芝刈機１２は、動力を生じさせるモータ４６を２つ（作業モータ２８、走行モータ３６）備えている。そして作業モータ２８により作業部２０の動作（所定の作業）を行い、走行モータ３６により走行装置１６の走行を行うように構成している。芝刈機１２は、これに限らず、１つのモータ４６によって所定の作業と走行とを行う構成でもよい。この場合、１つのモータ４６の出力軸にクラッチ機能を有する伝達機構（不図示）を接続して、伝達機構が作業部２０と走行装置１６のそれぞれに適宜の回転速度に変換した回転駆動力を伝達する構成であるとよい。

一方、操作部１８は、本体部１４に一端部が固定され一端部から後方且つ斜め上方に一対で延在し他端部（上部）において架橋するバー４８と、バー４８の他端部に設けられユーザが操作を入力するための入力装置５０と、を有する。入力装置５０は、芝を刈る動作（つまり作業部２０）に対応した作業操作部５２（図２参照）と、走行装置１６の走行に対応した走行操作部５４（図３参照）と、を有する。

作業操作部５２は、作業部２０の駆動及び駆動停止（作業モータ２８の回転及び回転停止）を切り換える作業動作スイッチ（不図示）を有する。なお、芝刈機１２は、作業モータ２８の回転速度をユーザの操作により調整可能な構成でもよく、作業操作部５２は、図示しない作業速度可変スイッチを備えていてもよい。

走行操作部５４は、走行モータ３６の回転と回転停止を切り換える走行動作スイッチと、走行装置１６の走行速度を設定する速度調整スイッチと、を有する（共に不図示）。速度調整スイッチは、例えば、ユーザの操作に基づき低速走行、中速走行、高速走行等のように走行速度を段階的に変更させる。

制御部２４は、プロセッサ、メモリ、入出力インターフェース（共に不図示）を有するコンピュータであり、芝刈機１２の起動に伴いメモリに記憶されているプログラムをプロセッサが処理することで、内部に機能部を構築する。具体的には、制御部２４は、作業部２０の動作を制御する作業制御部６０と、走行装置１６の動作を制御する走行制御部８０と、を構築し、作業部２０及び走行装置１６を相互に連動させて制御する。

作業制御部６０は、作業部２０の動作時に、作業対象である芝からブレード３０（つまり作業モータ２８）にかかる負荷に基づき、作業モータ２８の回転速度（回転数）を増減する制御を行う。例えば、作業モータ２８にかかる負荷が低い場合には、作業モータ２８の回転数を小さくすることで、バッテリ２２の電力消費を抑える。一方、作業モータ２８にかかる負荷が高い場合には、作業モータ２８の回転数を大きくすることで、作業対象（芝）の処理量を増加させる。これにより、作業制御部６０は、エネルギー効率を高めて作業部２０を動作させることができる。

このため図２に示すように、作業制御部６０は、作業駆動判定部６２、作業回転数設定部６４、作業駆動指令部６６、トルク取得部６８、トルク判定部７０及びステータス監視部７２を内部に有し、作業動作スイッチのオンに伴い動作を行う。また、作業制御部６０は、制御部２４のメモリ内に作業用記憶領域７４を構築しており、この作業用記憶領域７４には、作業部２０の動作において用いられる種々の情報が記憶される。

作業駆動判定部６２は、ユーザによる作業動作スイッチのオン又はオフの指示信号を作業操作部５２から取得し、作業モータ２８の駆動及び駆動停止を判定する。そして、作業駆動判定部６２は、オン時に、作業用記憶領域７４に記憶されている作業モータ２８の初期設定回転数（不図示）を読み出して、作業回転数設定部６４に提供する。なお、作業操作部５２により速度が調整される構成の場合は、作業駆動判定部６２は、作業用記憶領域７４に複数記憶された初期設定回転数の中から、速度の指示信号に基づき適宜の初期設定回転数を読み出せばよい。

作業回転数設定部６４は、作業モータ２８の回転速度の目標値である作業目標回転数を設定し、この作業目標回転数を作業駆動指令部６６に出力する機能部である。例えば、作業回転数設定部６４は、駆動開始時において、作業駆動判定部６２から提供された初期設定回転数をそのまま作業目標回転数に設定する。駆動開始後は、作業用記憶領域７４に記憶された作業目標回転数を設定する。

すなわち、作業回転数設定部６４は、後述するトルク判定部７０の判定結果に基づき作業目標回転数を変更し、変更した作業目標回転数を作業用記憶領域７４に記憶する。この作業目標回転数の変更については後に詳述する。

作業駆動指令部６６は、作業インバータ部３４に駆動指令を行う（パルス信号を出力する）ドライバとして機能する。さらに本実施形態おいて、作業駆動指令部６６は、作業モータ２８との間でフィードバック制御を行い作業目標回転数に沿うように回転駆動を制御する。すなわち、作業駆動指令部６６は、作業インバータ部３４に作業目標回転数に基づく駆動指令を出力すると共に、作業モータ２８の実回転数を検出する。そして、実回転数と作業目標回転数との一致又は不一致を判定し、実回転数が作業目標回転数に近づくように制御する。

ここで、芝が生えている作業場所は、既述したように、芝の密生度や生育度、作業場所の状態等の種々の要素によって作業モータ２８に与える負荷が異なる。このため、本実施形態に係る芝刈機１２は、負荷に基づき作業部２０の目標回転数を変更する構成となっている。すなわち、作業モータ２８に低い負荷がかかる（芝等から受ける抵抗が小さい）場合、芝刈機１２は、作業目標回転数に合うように作業モータ２８を安定的に回転させる。その一方で、作業モータ２８に高い負荷がかかる（芝等から受ける抵抗が大きい）場合には、作業目標回転数に合わせることが難しくなるため、芝刈機１２は、作業目標回転数自体を高くすることで、作業部２０の作業能力を向上させる処理を行う。

具体的には、芝刈機１２は、バッテリ２２から作業インバータ部３４に供給される電力（直流電流及び直流電圧）を検出する電流計７６及び電圧計７８を備える。電流計７６及び電圧計７８は、作業モータ２８の駆動時に検出した電流値及び電圧値をそれぞれ作業制御部６０に出力する。そして、作業制御部６０のトルク取得部６８は、電流計７６及び電圧計７８から電流値及び電圧値を受信して、所定の算出方法に基づき作業モータ２８にかかるトルク（すなわち、負荷）を算出する。なお、作業モータ２８のトルクは、概ね電流値に連動することから、トルク取得部６８は電流値のみを取得してトルクを算出する構成でもよい。

そして、作業制御部６０のトルク判定部７０は、トルク取得部６８が取得したトルクに基づき、作業モータ２８の回転速度の変更を行うか否かを判定する。トルク判定部７０は、作業用記憶領域７４に予め記憶されている作業閾値Ｔｏを読み出して、取得したトルクと作業閾値Ｔｏとの比較を行う。

本実施形態において、作業制御部６０（作業回転数設定部６４）は、負荷が低い場合に低い目標回転数で作業モータ２８を動作させる低速回転を設定し、負荷が大きい場合に高い目標回転数で作業モータ２８を動作させる高速回転を設定する。つまり作業モータ２８の速度の状態として低速ステータスＬＳと高速ステータスＨＳの２種類がある。

そして、作業閾値Ｔｏは、作業モータ２８の低速ステータスＬＳで目標回転数を上げるか否かを判定する第１作業閾値Ｔｏ１と、作業モータ２８の高速ステータスＨＳで目標回転数を下げるか否かを判定する第２作業閾値Ｔｏ２と、に分けられている。すなわち、トルク判定部７０は、作業モータ２８の低速状態で、第１作業閾値Ｔｏ１を用いて、作業モータ２８を低速回転のまま維持する第１パターンと、作業モータ２８を高速回転に移行する第２パターンと、に判別する。その一方で、トルク判定部７０は、作業モータ２８の高速回転で、第２作業閾値Ｔｏ２を用いて、作業モータ２８を高速回転のまま維持する第３パターンと、作業モータ２８を低速回転に移行する第４パターンと、に判別する。

このため、作業制御部６０は、現在の作業モータ２８の速度状態を監視するステータス監視部７２を有している。このステータス監視部７２は、現在の速度の状態（速度ステータスＳＳ）である低速ステータスＬＳと高速ステータスＨＳとを作業用記憶領域７４に記憶すると共に、トルクの判定時に読み出して、速度ステータスＳＳをトルク判定部７０に知らせる。これにより、トルク判定部７０は、第１及び第２作業閾値Ｔｏ１、Ｔｏ２を適宜読み出して、取得したトルクとの比較を行う。

トルク判定部７０は、第１〜第４パターンの判定結果を作業回転数設定部６４に出力する。作業回転数設定部６４は、この第１〜第４パターンの判定結果に基づき作業モータ２８の作業目標回転数を維持又は変更（増減）する。つまり、第１パターンの場合には、作業目標回転数を変更しない（低速状態を維持する）。第２パターンの場合には、作業目標回転数を増加させる（低速状態から高速状態に変動させる）。第３パターンの場合には、作業目標回転数を変更しない（高速状態を維持する）。第４パターンの場合には、作業目標回転数を低下させる（高速状態から低速状態に変動させる）。

図１に戻り、芝刈機１２の走行制御部８０は、作業部２０の動作時に作業モータ２８にかかる負荷に基づき、走行装置１６による本体部１４の走行速度（走行モータ３６の回転数）を増減する制御を行う。例えば、作業モータ２８にかかる負荷が低い場合には、走行装置１６の走行速度を基準の速度（基準回転数）に保つことで、作業場所の芝を効率的に刈るように作業部２０を移動させる。一方、作業モータ２８にかかる負荷が高い場合には、走行装置１６の走行速度を基準回転数から低くすることで、作業部２０の移動を遅くし単位時間あたりに処理する芝の量を減らす。特に、本実施形態に係る芝刈機１２は、作業モータ２８の回転速度とも連動するように、ユーザに指示された基準回転数を維持又は増減させる。

このため図３に示すように、走行制御部８０は、基準回転数取得部８２、作業トルク取得部８４、作業状態取得部８６、作業内容判定部８８、走行速度設定部９０及び走行駆動指令部９２を内部に有し、走行動作スイッチのオンに伴い動作を行う。また、走行制御部８０は、制御部２４のメモリ内に走行用記憶領域９４を構築しており、この走行用記憶領域９４には、走行装置１６の動作において用いられる種々の情報が記憶される。

基準回転数取得部８２は、ユーザが設定した走行モータ３６の基準回転数に関わる情報を走行操作部５４から取得する。上述したように走行装置１６は、ユーザ側において速度調整スイッチにより複数段階（例えば、低速走行、中速走行、高速走行）で走行速度を設定することができる。そのため、基準回転数取得部８２は、速度の段階の情報を走行操作部５４から受信すると、走行用記憶領域９４に保有している速度参照マップ（不図示）を参照して、各速度の段階に紐付いている走行モータ３６の回転数を抽出し、基準回転数とする。

作業トルク取得部８４は、作業制御部６０から作業モータ２８のトルク（負荷）を取得する。上述したように作業制御部６０は、作業中に作業モータ２８にかかるトルクを算出しており、作業トルク取得部８４の要求に基づきこのトルクの情報を走行制御部８０に送信する。

一方、作業状態取得部８６は、作業制御部６０から作業モータ２８の現在ステータスＰＳを取得する。ここで、現在ステータスＰＳとは、作業モータ２８の速度の目標を示す情報である速度ステータスＳＳ（低速ステータスＬＳ、高速ステータスＨＳ）と異なり、作業状態取得部８６への情報送信時に作業モータ２８が行っている最中の動作の情報である。

図４に示すように、例えば、現在ステータスＰＳとしては、回転停止中から駆動開始に伴い、作業目標回転数（初期設定回転数）に向かって作業モータ２８の回転を加速させる過程である加速中があげられる。また現在ステータスＰＳとしては、作業モータ２８が作業目標回転数に達することで、速度を一定に保つ（フィードバック制御のみを行う）過程である一定回転中があげられる。さらに現在ステータスＰＳとしては、一定回転中から作業目標回転数が変更となることで、作業モータ２８の速度を増減させる過程である目標回転数変更中があげられる。これに加えて本実施形態では、バッテリ２２の電力消費を抑制するため、作業モータ２８の加速において急激な回転数の上昇が所定時間続くことを制限するように構成しており、現在ステータスＰＳとしては、この回転数の上昇を抑制する過程である上昇抑制中があげられる。

つまり、現在ステータスＰＳの情報の種類としては、停止中であるステータスＰＳ０、加速中であるステータスＰＳ１、一定回転中であるステータスＰＳ２、目標回転数変更中であるステータスＰＳ３、上昇抑制中であるステータスＰＳ４がある。ステータスＰＳ０からステータスＰＳ１へは、作業モータ２８の駆動開始時に目標回転数に向けて回転数をあげることで遷移する。ステータスＰＳ１からステータスＰＳ２へは、作業モータ２８の目標回転数、作業インバータ部３４への指令回転数、作業モータ２８の実回転数が等しい場合に（条件１が成立することで）遷移する。ステータスＰＳ２からステータスＰＳ３へは、作業モータ２８の目標回転数が変更した場合に遷移し、逆にステータスＰＳ３からステータスＰＳ２へは、上記の条件１が成立することで遷移する。

また作業制御部６０は、図示しないタイマ部により作業モータ２８の回転数を上げている時間を計測しており、ステータスＰＳ１からステータスＰＳ４へは、計測時間が回転数の判定時間を超過した場合に（条件２が成立することで）遷移する。ステータスＰＳ４からステータスＰＳ３へは、作業モータ２８の目標回転数が変更した場合に遷移し、逆にステータスＰＳ３からステータスＰＳ４へは、上記の条件２が成立することで遷移する。また作業モータ２８の停止時には、作業制御部６０において作業モータ２８の目標回転数が０に設定されることで、ステータスＰＳ２又はＰＳ４からステータスＰＳ０に遷移する。

図２に示す作業制御部６０（ステータス監視部７２）は、作業モータ２８の駆動中に、速度ステータスＳＳの監視と共に、この現在ステータスＰＳも監視している。そして適宜のタイミングで、監視情報（現在ステータスＰＳ）を走行制御部８０の作業状態取得部８６に通知する。

すなわち、芝刈機１２は、作業モータ２８の負荷に応じて走行速度を変更する場合、作業モータ２８の回転数が変化している際に速度を変更してしまうと、動作の変動が激しくなることが想定される。例えば、作業モータ２８を高速状態にした分だけ芝を充分に刈れる筈だったのに、走行速度をも遅くすると、負荷が直ぐに下がって作業モータ２８が低速に戻ると共に、走行装置１６の走行速度も戻ることになり、再び負荷が増す可能性がある（同様の動作が繰り返される可能性がある）。そのため走行速度の変更は、作業モータ２８が目標回転数を変更している間（加速中、減速中：目標回転数変更中）には行わず、作業モータ２８の回転数が安定化している間に行う構成としている。これにより、制御部２４は、作業モータ２８にかかる負荷が大きい場合に、まず作業モータ２８を高速ステータスＨＳにして負荷に対処し、それでも負荷が大きくかかった場合に、走行装置１６の走行速度を下げるように制御することが可能となる。

走行制御部８０の作業内容判定部８８は、以上の作業部２０の状態を判定する機能部である。作業内容判定部８８は、作業状態取得部８６が取得した現状ステータスＰＳに基づき、まず走行装置１６の速度を変更するタイミングか否かを判定する。つまり、現在ステータスＰＳがＰＳ０、ＰＳ１、ＰＳ３の場合には、走行速度を変更するタイミングではないと判定し、現在ステータスＰＳがＰＳ２、ＰＳ４の場合には、走行速度の変更を許容する。

そして、現在ステータスＰＳがＰＳ２、ＰＳ４の場合に、作業内容判定部８８は、走行用記憶領域９４に記憶された走行判定閾値Ｔｒを読み出して、取得したトルクと走行判定閾値Ｔｒを比較する。走行判定閾値Ｔｒは、作業閾値Ｔｏ（第１作業閾値Ｔｏ１）よりも高い値である。これにより作業モータ２８に高い負荷がかかった場合に、低負荷、中負荷領域では作業モータ２８を高速ステータスＨＳにする処理を行い、高負荷領域では、さらに走行モータ３６を減速する処理を行うことができる。

そして、作業内容判定部８８は、作業モータ２８のトルクが走行判定閾値Ｔｒよりも低い場合に、走行速度を維持する指示を走行速度設定部９０に出力する。その一方で、作業内容判定部８８は、作業モータ２８のトルクが走行判定閾値Ｔｒよりも高い場合に、作業モータ２８のトルク及び走行速度を減速させる指示を走行速度設定部９０に出力する。

走行速度設定部９０は、基本的に（作業内容判定部８８から走行速度の減速指示がない状態で）、基準回転数取得部８２が取得した走行モータ３６の基準回転数をそのまま走行モータ３６の走行目標回転数に設定する。そして、作業内容判定部８８から走行速度の減速指示があると、走行用記憶領域９４に予め記憶している対応マップ９６を読み出して、基準回転数を対応マップ９６に基づき減速させる処理を行う。

対応マップ９６は、例えば、図５に示すように、作業モータ２８のトルクと走行モータ３６の速度比とを対応付けしたグラフで表すことができる。すなわち、トルクが対応マップ９６の第１値Ａ１までの場合は、１００％（基準回転数のまま）の走行目標回転数に設定するが、トルクが対応マップ９６の第１値Ａ１〜第２値Ａ２の範囲では、基準回転数を１００％から５０％の減速比に線形的に減少させた走行目標回転数とする。またトルクが第２値Ａ２よりも大きい場合は、５０％に下げた基準回転数を走行目標回転数とする。

走行速度設定部９０は、基準回転数や対応マップ９６に基づく走行目標回転数を設定すると、走行駆動指令部９２にその設定データを出力する。走行駆動指令部９２は、走行インバータ部４４に駆動指令を行う（パルス信号を出力する）ドライバとして機能する。さらに本実施形態おいて、走行駆動指令部９２は、走行モータ３６との間でフィードバック制御を行い走行目標回転数に沿うように回転駆動を制御する。すなわち、走行駆動指令部９２は、走行目標回転数に基づく駆動指令を走行インバータ部４４に出力すると共に、走行モータ３６の実回転数を検出する。そして、実回転数と走行目標回転数との一致又は不一致を判定し、実回転数が走行目標回転数に近づくように（略一致するように）制御する。

本実施形態に係る芝刈機１２（作業機１０）は、基本的には以上のように構成され、以下、その動作について説明する。

作業機１０は、ユーザによる駆動開始に伴い、作業部２０において回転駆動力を生じさせて所定の作業を行うと共に、走行装置１６により作業場所上を自走する。作業部２０は、作業制御部６０の制御下に、作業モータ２８が適宜回転駆動して、作業場所の芝を切断及び回収していく。

図６に示すように、作業制御部６０の作業駆動判定部６２は、制御部２４の起動に伴い、作業動作スイッチがオンとなっている否かを判定する（ステップＳ１０）。そして作業動作スイッチがオンの場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、作業制御部６０は、作業回転数設定部６４により作業モータ２８の作業目標回転数を取得する処理を行う（ステップＳ１１）。

目標回転数を取得する処理では、作業モータ２８の動作開始時であれば、作業用記憶領域７４に予め記憶されている初期設定回転数を目標回転数に設定する。その一方で、作業モータ２８の動作過程では、前回設定された目標回転数（速度ステータスＳＳの情報）を作業用記憶領域７４から読み出して、この前回の目標回転数を設定する。

作業駆動指令部６６は、作業回転数設定部６４により設定された作業目標回転数に、作業モータ２８の実回転数を合わせるフィードバック制御を行う（ステップＳ１２）。そして作業モータ２８の駆動時に、作業制御部６０は、トルク取得部６８にて作業モータ２８の電流値及び電圧値を取得し、トルクを算出する（ステップＳ１３）。算出されたトルクは、トルク判定部７０に出力される。

また、作業制御部６０のステータス監視部７２は、作業モータ２８の駆動時に、作業モータ２８の低速ステータスＬＳ又は高速ステータスＨＳを監視し、作業モータ２８が現在設定されている速度ステータスＳＳの情報をトルク判定部７０に提供する。トルク判定部７０は、この速度ステータスＳＳを判別して（ステップＳ１４）、第１及び第２作業閾値Ｔｏ１、Ｔｏ２の一方を読み出す。

すなわち低速ステータスＬＳを判別した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、第１作業閾値Ｔｏ１を読み出し、次にこの第１作業閾値Ｔｏ１とトルクとの比較を行う（ステップＳ１５）。そして、第１作業閾値Ｔｏ１＞トルクの場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）には、作業モータ２８の低速ステータスＬＳを維持する選択をし、作業回転数設定部６４は、現在の作業目標回転数（低速ステータスＬＳ）を作業用記憶領域７４に記憶する（ステップＳ１６）。そのため、作業制御部６０は、次の処理フローのステップＳ１１において、この作業目標回転数を読み込むことになる。

一方、第１作業閾値Ｔｏ１≦トルクの場合（ステップＳ１５：ＮＯ）には、低速ステータスＬＳから高速ステータスＨＳに変更する選択をし、作業回転数設定部６４は、高速ステータスＨＳの作業目標回転数を作業用記憶領域７４に記憶する（ステップＳ１７）。そのため、作業制御部６０は、次の処理フローのステップＳ１１において、高速ステータスＨＳに切り換わった作業目標回転数を読み込むことになる。

またトルク判定部７０は、図７に示すように、高速ステータスＨＳを判別した場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、第２作業閾値Ｔｏ２を読み出し、次にこの第２作業閾値Ｔｏ２とトルクとの比較を行う（ステップＳ１８）。そして、第２作業閾値Ｔｏ２＞トルクの場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）には、高速ステータスＨＳから低速ステータスＬＳに変更する選択をし、作業回転数設定部６４は、低速ステータスＬＳの作業目標回転数を作業用記憶領域７４に記憶する（ステップＳ１９）。

逆に、第２作業閾値Ｔｏ２≦トルクの場合（ステップＳ１８：ＮＯ）には、作業モータ２８の高速ステータスＨＳを維持する選択をし、作業回転数設定部６４は、現在の作業目標回転数（高速ステータスＨＳ）を作業用記憶領域７４に記憶する（ステップＳ２０）。

そして図６に戻り、作業制御部６０は、ステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２０の処理を行うと、スタートに戻って以下同様の処理を繰り返す。

また、作業制御部６０は、作業動作スイッチがオンとなっていない、又はオンからオフに切り換わった場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）には、作業モータ２８の回転停止処理を選択する（ステップＳ２１）。回転停止処理では、作業回転数設定部６４により作業モータ２８の目標回転数を０に変更することで、作業駆動指令部６６は、作業モータ２８の回転を停止する（ステップＳ２２）。従ってステップＳ２２の処理後は、ステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２０と同様に、スタートに戻るが、作業動作スイッチがオンでなければ、この目標回転数＝０が継続する。つまり作業制御部６０は、作業部２０の回転駆動を停止させることができる。

また、走行装置１６は、走行制御部８０の制御下に、走行モータ３６を適宜回転駆動させて、本体部１４を移動させる。図８に示すように、走行制御部８０は、制御部２４の起動に伴い、走行動作スイッチがオンとなっている否かを判定する（ステップＳ３０）。

そして走行動作スイッチがオンの場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、走行制御部８０の基準回転数取得部８２は、速度調整スイッチからユーザが設定した速度に基づき基準回転数を抽出する（ステップＳ３１）。さらに、作業トルク取得部８４は、作業制御部６０からトルクを取得すると共に（ステップＳ３２）、作業状態取得部８６は、作業制御部６０から現在ステータスＰＳを取得する（ステップＳ３３）。

そして、作業内容判定部８８は、取得した現在ステータスＰＳがステータスＰＳ２又はＰＳ４であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。現在ステータスＰＳがステータスＰＳ２又はＰＳ４の場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）には、ステップＳ３５に進む一方で、現在ステータスＰＳがステータスＰＳ０、ＰＳ１、ＰＳ３の場合（ステップＳ３４：ＮＯ）には、ステップＳ３５〜Ｓ３７を飛ばしてステップＳ３８に進む。

作業内容判定部８８は、ステップＳ３５において、走行用記憶領域９４から走行判定閾値Ｔｒを読み出し、取得したトルクと比較を行う。つまり、トルクが走行判定閾値Ｔｒ以上か否かを判定し、トルクが走行判定閾値Ｔｒ以上の場合にはステップＳ３６に進み、トルクが走行判定閾値Ｔｒより小さい場合にはステップＳ３６、Ｓ３７を飛ばしてステップＳ３８に進む。

走行速度設定部９０は、ステップＳ３６において、走行用記憶領域９４から対応マップ９６を読み出し、対応マップ９６とトルクに基づき基準回転数の速度比を抽出する。さらに、走行速度設定部９０は、抽出した速度比を基準回転数に積算することで、走行モータ３６の走行目標回転数を設定する（ステップＳ３７）。

そして、走行駆動指令部９２は、走行速度設定部９０により設定された走行目標回転数に、走行モータ３６の実回転数を合わせるフィードバック制御を行う（ステップＳ３８）。ステップＳ３８を終了すると、スタートに戻り、以下同様の処理を行う。

また、走行制御部８０は、走行動作スイッチがオンとなっていない、又はオンからオフに切り換わった場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）には、走行モータ３６の回転停止処理を選択する（ステップＳ３９）。回転停止処理では、走行速度設定部９０により走行モータ３６の走行目標回転数を０に変更することで、走行駆動指令部９２は、作業モータ２８の回転を停止する（ステップＳ４０）。従ってステップＳ４０の処理後は、ステップＳ３８と同様に、スタートに戻るが、走行動作スイッチがオンでなければ、この走行目標回転数＝０が継続する。つまり走行制御部８０は、走行装置１６の走行を停止させることができる。

以上の処理を行うことで、芝刈機１２は、作業部２０と走行装置１６の両方で作業場所から作業モータ２８に受ける負荷に良好に対処することができる。以上の処理フローに基づき負荷を変動した場合の作業モータ２８の目標回転数、走行モータ３６の目標回転数についてシミュレーションを実施した。その結果を図９に示す。

図９中において、横軸は時間であり、縦軸の波形は、作業モータ２８のトルク、作業モータ２８の作業目標回転数、走行モータ３６の走行目標回転数を順に並べたものである。時点ｔ１までの間に、作業モータ２８に高いトルクがかかった場合、作業モータ２８の作業目標回転数が上昇し始める（高速ステータスＨＳに移行する）。さらに、作業モータ２８の上昇を一旦抑制した時点ｔ２（図４中の上昇抑制中：ステータスＰＳ４）において、走行モータ３６の走行目標回転数が低下する。

そして、時点ｔ３においてトルクが下がり始めると、走行モータ３６はトルクの変化に応じて走行モータ３６の走行目標回転数を上昇させる。さらに時点ｔ４において、トルクが第２作業閾値Ｔｏ２を下回ると、作業モータ２８の作業目標回転数も低下する（低速ステータスＬＳに移行する）。また時点ｔ５から時点ｔ６において、トルクが短い期間だけ上昇した場合は、作業モータ２８の作業目標回転数が上昇するものの、走行モータ３６の減速が行われない。作業モータ２８の作業目標回転数の上昇中にトルクが低下してしまうからである。

また時点ｔ７においてトルクが再び上昇し、その期間がある程度続くと、作業目標回転数が上昇すると共に、走行目標回転数が低下する。またさらに、時点ｔ８からｔ９において、トルクが第２作業閾値Ｔｏ２まで下がらずに上下に変動すると、作業目標回転数が略一定のまま、走行目標回転数がトルクに追従して速度を変動させる。

以上のように、本実施形態に係る作業機１０（芝刈機１２）は、制御部２４により走行操作部５４から指示された走行モータ３６（モータ４６）の回転速度（基準回転数）を、作業部２０にかかる負荷（トルク）の変動に基づき変速する。これにより例えば、負荷が大きい場合に速度を遅くすることで、単位時間当たりに処理する作業対象である芝の量を減らすことができる。その結果、芝刈機１２は、作業モータ２８の過負荷状態（芝詰まり等）を回避することが可能となり、不用意な作業モータ２８のストール停止を防止して作業を良好に継続することができる。すなわち、芝刈機１２は、作業場所に対する芝刈りにおいて、作業ムラの発生の抑制や省電力化をより促進することができる。

特に、制御部２４は、負荷の増加に基づき走行モータ３６（モータ４６）の回転速度を減速させる。このため走行速度が遅くなった作業部２０は、少ない作業範囲に対し処理をより確実に行うことができる。

この場合、芝刈機１２は、作業モータ２８と走行モータ３６を個別に有することで、各モータをそれぞれ詳細に制御することができる。そして、制御部２４は、負荷の増加に基づき作業モータ２８の回転速度を増加させる構成であることで、負荷が大きい場合に、単位時間当たりに処理できる芝の量を増加させることができ、作業モータ２８をエネルギー効率のよい条件下で運転することができる。

また、制御部２４は、第１作業閾値Ｔｏ１に基づき低速ステータスＬＳから高速ステータスＨＳに移行し、第１作業閾値Ｔｏ１よりも低い第２作業閾値Ｔｏ２に基づき高速ステータスＨＳから低速ステータスＬＳに移行する。これにより芝刈機１２は、負荷が多少変動しても低速ステータスＬＳ及び高速ステータスＨＳを継続することができる。

さらに、芝刈機１２は、走行判定閾値Ｔｒが第１作業閾値Ｔｏ１よりも高いことで、先に作業モータ２８を高速回転させて負荷に対処し、それでも負荷が低下しない場合に本体部１４を減速して作業部２０の負荷を減らすことができる。これにより、芝刈機１２は、一層効率的に作業を行っていくことが可能となる。

またさらに、制御部２４は、作業モータ２８の現在ステータスＰＳを取得して一定回転中に走行モータ３６の減速を行うことで、作業モータ２８の高速ステータスＨＳへの移行と走行モータ３６の減速とを時間的にずらすことができる。これにより、負荷の変動によって作業モータ２８と走行モータ３６の動作が安定しなくなることを抑制することができる。

そして、制御部２４は、対応マップ９６を参照して、基準回転数を負荷に応じた適宜の目標走行回転数に設定することで、作業部２０の処理量を大きく低下させずに、作業部２０による作業を継続することができる。

しかも芝刈機１２は、ユーザの操作に基づき基準回転数を変動可能であることで、ユーザの好みや判断等に応じて芝を適切に刈ることができる。そして、負荷に応じて目標走行回転数が自動的に変わるので、負荷の高い箇所でも良好に対処して芝の刈り残し等を抑制することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。

Claims (5)

1. 所定の作業を行う作業部（２０）を有する本体部（１４）と、
   前記本体部（１４）を走行させる回転駆動力を発生させる走行モータ（３６）と、
   前記作業部（２０）に設けられ前記所定の作業を行うための動力を付与する作業モータ（２８）と、
   前記走行モータ（３６）の回転速度に関わる情報を指示する走行操作部（５４）と、
   前記走行操作部（５４）から指示された前記走行モータ（３６）の回転速度を、前記作業部（２０）にかかる負荷の変動に基づき変速する制御部（２４）と、を備え、
   前記制御部（２４）は、前記作業モータ（２８）を低速回転させる低速ステータス（ＬＳ）と、前記作業モータ（２８）を高速回転させる高速ステータス（ＨＳ）と、に変更可能であり、
   前記負荷が増加して第１作業閾値（Ｔｏ１）を当該負荷が上回ることに基づき低速ステータス（ＬＳ）から高速ステータス（ＨＳ）に移行し、前記第１作業閾値（Ｔｏ１）よりも低い第２作業閾値（Ｔｏ２）を前記負荷が下回ることに基づき高速ステータス（ＨＳ）から低速ステータス（ＬＳ）に移行し、
   且つ前記制御部（２４）は、前記走行モータ（３６）を変速する際に前記負荷と比較する走行判定閾値（Ｔｒ）を有し、
   前記走行判定閾値（Ｔｒ）は、前記第１作業閾値（Ｔｏ１）よりも高く設定されている
   ことを特徴とする作業機（１０）。
2. 請求項１記載の作業機（１０）において、
   前記制御部（２４）は、前記負荷の増加に基づき前記走行モータ（３６）の回転速度を減速させる
   ことを特徴とする作業機（１０）。
3. 請求項１記載の作業機（１０）において、
   前記制御部（２４）は、前記作業モータ（２８）の回転速度を作業目標回転数に変更している最中である回転数変更中と、前記作業モータ（２８）の回転速度が前記作業目標回転数に略一致している一定回転中と、に区分される現在ステータス（ＰＳ）の情報を取得し、
   且つ前記一定回転中を判定した場合に、前記走行モータ（３６）の減速を許容する
   ことを特徴とする作業機（１０）。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業機（１０）において、
   前記制御部（２４）は、前記走行モータ（３６）の回転速度に関わる情報に基づき基準回転数を設定し、
   且つ前記負荷に基づき前記変速を行う場合に、前記負荷に応じた前記基準回転数の速度比を示す対応マップ（９６）に基づき、前記基準回転数を変更して目標走行回転数を設定する
   ことを特徴とする作業機（１０）。
5. 請求項４記載の作業機（１０）において、
   前記走行操作部（５４）は、ユーザの操作に基づき前記基準回転数を変動可能である
   ことを特徴とする作業機（１０）。

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