JP7024139B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、ブレードが走行体に設けられ且つ旋回体が走行体の上側に旋回可能に設けられた作業機械に関する。

特許文献１は、走行可能な車体と、車体の前側に昇降可能に設けられたブレードとを備えたブルドーザにおいて、車体の位置及びブレードの位置を取得する技術を開示する。このブルドーザは、車体の上部に取り付けられ、人工衛星からの信号を受信する第１及び第２のアンテナと、ブレードに連結された柱の上端に取り付けられ、人工衛星からの信号を受信する第３のアンテナと、第１及び第２のアンテナで受信した信号を用いて車体の位置を測定すると共に、第３のアンテナで受信した信号を用いてブレードの位置を測定する制御モジュールとを備える。なお、前述したアンテナ及び制御モジュールは、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を構成する。

特許第５３５６１４１号公報

作業機械の一つである油圧ショベルは、走行可能な走行体と、走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、旋回体の前側に連結され、掘削作業等を行うための作業装置と、走行体の前側に昇降可能に設けられ、均し作業等を行うためのブレードとを備える。

上述した油圧ショベルにおいて、例えば運転者の支援のためにブレードの水平座標等を算出して表示することを目的として、特許文献１に記載の技術を適用する場合を想定する。すなわち、ブレードに柱を連結し、この柱の上端にアンテナを取り付け、アンテナで受信した信号を用いてブレードの水平座標を算出する場合を想定する。しかし、この場合、作業装置が柱やアンテナと干渉する可能性がある。

上述した理由から、２つのアンテナを旋回体だけに取り付け、アンテナで受信した信号を用いて旋回体の水平座標及び方位を算出する場合を想定する。しかし、この場合、走行体の方位が不明であるため、ブレードの水平座標を算出することができない。

本発明の目的は、ブレードが走行体に設けられ且つ旋回体が走行体の上側に旋回可能に設けられた作業機械において、ブレードの水平座標を算出することができる作業機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、走行可能な走行体と、前記走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、前記旋回体の前側に連結された作業装置と、前記走行体の前側に昇降可能に設けられたブレードと、前記ブレードを昇降するリフトシリンダとを備えた作業機械において、前記旋回体の水平座標及び方位を取得する旋回体位置取得装置と、前記旋回体の旋回を検出する旋回検出装置と、前記走行体の走行を検出する走行検出装置と、前記走行体の方位及び前記ブレードの水平座標を算出するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記旋回体の旋回が検出されず且つ前記走行体の走行が検出された場合に、前記旋回体位置取得装置で取得された前記旋回体の水平座標の軌跡を用いて、前記走行体の方位を算出し、算出された前記走行体の方位と前記旋回体位置取得装置で取得された前記旋回体の水平座標及び方位に基づいて、前記ブレードの水平座標を算出する。

本発明によれば、ブレードが走行体に設けられ且つ旋回体が走行体の上側に旋回可能に設けられた作業機械において、ブレードの水平座標を算出することができる。

本発明の第１の実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。 本発明の第１の実施形態における油圧駆動装置の構成を表す概略図である。 本発明の第１の実施形態における支援装置の構成を表すブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるコントローラの処理手順を表すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における支援装置の構成を表すブロック図である。 本発明の第３の実施形態における油圧駆動装置の構成を表す概略図である。 本発明の第３の実施形態における支援装置の構成を表すブロック図である。 本発明の第４の実施形態における支援装置の構成を表す図である。図である。 本発明の第５の実施形態における支援装置の構成を表すブロック図である。 本発明の第５の実施形態におけるコントローラの処理手順を表すフローチャートである。

本発明の適用対象として油圧ショベルを例にとり、本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。

本実施形態の油圧ショベルは、走行可能な走行体１と、走行体１の上側に旋回可能に設けられた旋回体２と、旋回体２の前側に連結された作業装置３と、走行体１の前側に連結された排土装置４とを備える。

走行体１は、トラックフレーム５を備える。トラックフレーム５は、走行体１の左右方向に延在するセンタフレーム（図示せず）と、センタフレームの左側に連結されて走行体１の前後方向に延在する左サイドフレーム（図１参照）と、センタフレームの右側に連結されて走行体１の前後方向に延在する右サイドフレーム（図示せず）とで構成されている。

左サイドフレームの後端には駆動輪６が配置され、左サイドフレームの前端には従動輪７が配置され、これら駆動輪６と従動輪７とで履帯（クローラ）８が掛けまわされている。そして、左側の走行モータ９Ａの前方向又は後方向の回転によって左側の駆動輪６が前方向又は後方向に回転し、ひいては左側の履帯８が前方向又は後方向に回転するようになっている。

同様に、右サイドフレームの後端には駆動輪が配置され、右サイドフレームの前端には従動輪が配置され、これら駆動輪と従動輪とで履帯が掛けまわされている。そして、右側の走行モータ９Ｂ（後述の図２参照）の前方向又は後方向の回転によって右側の駆動輪が前方向又は後方向に回転し、ひいては右側の履帯が前方向又は後方向に回転するようになっている。

旋回体２は、旋回輪を介しセンタフレームに旋回可能に設けられている。そして、旋回モータ１０の一方向又は反対方向の回転によって旋回体２が左方向又は右方向に旋回するようになっている。

排土装置４は、センタフレームの前側に上下方向に回動可能に連結されたリフトアーム１１と、リフトアーム１１の先端部に連結され、走行体１の左右方向に延在するブレード（排土板）１２とを備える。すなわち、ブレード１２が走行体１の前側に昇降可能に設けられている。そして、リフトシリンダ１３の伸長又は縮短によってリフトアーム１１が下方向又は上方向に回動し、ひいてはブレード１２が下降又は上昇するようになっている。

作業装置３は、旋回体２の前側に上下方向に回動可能に連結されたブーム１４と、ブーム１４の先端部に上下方向に回動可能に連結されたアーム１５と、アーム１５の先端部に上下方向に回動可能に連結されたバケット１６とを備える。そして、ブームシリンダ１７の伸長又は縮短によってブーム１４が上方向又は下方向に回動し、アームシリンダ１８の伸長又は縮短によってアーム１５がクラウド方向（引込み方向）又はダンプ方向（押出し方向）に回動し、バケットシリンダ１９の伸長又は縮短によってバケット１６がバケットクラウド方向又はダンプ方向に回動するようになっている。

旋回体２は、基礎構造体をなす旋回フレーム２０と、旋回フレーム２０の前部に設けられた運転室２１とを備える。旋回体２には、原動機としてのエンジン２２や、後述の図２で示す油圧ポンプ２３Ａ、２３Ｂ及びコントロールバルブ装置２４等の機器が搭載されている。

運転室２１には、運転者が着座する運転席（図示せず）が設けられている。運転席の前側には、走行モータ９Ａの駆動及び走行モータ９Ｂの駆動をそれぞれ指示する走行操作装置２５Ａ、２５Ｂ（後述の図２参照）が設けられている。運転席の左側には、アームシリンダ１８の駆動及び旋回モータ１０の駆動を選択的に指示する作業操作装置２６Ａ（後述の図２参照）が設けられている。運転席の右側には、ブームシリンダ１７の駆動及びバケットシリンダ１９の駆動を選択的に指示する作業操作装置２６Ｂ（後述の図２参照）が設けられている。作業操作装置２６Ｂの右側には、リフトシリンダ１３の駆動を指示するブレード操作装置２７（後述の図２参照）が設けられている。運転席の前方右側にはモニタ３０（後述の図３参照）が設けられている。

油圧ショベルは、上述した操作装置の操作に応じて油圧アクチュエータを駆動する油圧駆動装置を備える。この油圧駆動装置の構成を、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態における油圧駆動装置の構成を表す概略図である。

本実施形態の油圧駆動装置は、エンジン２２と、エンジン２２によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ２３Ａ、２３Ｂと、油圧ポンプ２３Ａ、２３Ｂからの圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータ（詳細には、上述した走行モータ９Ａ、９Ｂ、旋回モータ１０、リフトシリンダ１３、ブームシリンダ１７、アームシリンダ１８、及びバケットシリンダ１９）と、油圧ポンプ２３Ａ、２３Ｂから複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御するコントロールバルブ装置２４と、複数の操作装置（詳細には、上述した走行操作装置２５Ａ、２５Ｂ、作業操作装置２６Ａ、２６Ｂ、及びブレード操作装置２７）とを備える。

走行操作装置２５Ａは、図示しないものの、前後方向に操作可能な操作レバーと、操作レバーの前側の操作量に応じて前走行パイロット圧（油圧）を生成して出力する左側走行パイロット弁と、操作レバーの後側の操作量に応じて後走行パイロット圧（油圧）を生成して出力する左側走行パイロット弁とを有する。

同様に、走行操作装置２５Ｂは、図示しないものの、前後方向に操作可能な操作レバーと、操作レバーの前側の操作量に応じて前走行パイロット圧（油圧）を生成して出力する右側走行パイロット弁と、操作レバーの後側の操作量に応じて後走行パイロット圧（油圧）を生成して出力する右側走行パイロット弁とを有する。

作業操作装置２６Ａは、図示しないものの、左右方向及び前後方向に操作可能な操作レバーと、操作レバーの左側の操作量に応じてアームダンプパイロット圧（油圧）を生成して出力するアームパイロット弁と、操作レバーの右側の操作量に応じてアームクラウドパイロット圧（油圧）を生成して出力するアームパイロット弁と、操作レバーの前側の操作量に応じて右旋回パイロット圧（油圧）を生成して出力する旋回パイロット弁と、操作レバーの後側の操作量に応じて左旋回パイロット圧（油圧）を生成して出力する旋回パイロット弁とを有する。

作業操作装置２６Ｂは、図示しないものの、左右方向及び前後方向に操作可能な操作レバーと、操作レバーの左側の操作量に応じてバケットクラウドパイロット圧（油圧）を生成して出力するバケットパイロット弁と、操作レバーの右側の操作量に応じてバケットダンプパイロット圧（油圧）を生成して出力するバケットパイロット弁と、操作レバーの前側の操作量に応じてブーム下げパイロット圧（油圧）を生成して出力するブームパイロット弁と、操作レバーの後側の操作量に応じてブーム上げパイロット圧（油圧）を生成して出力するブームパイロット弁とを有する。

ブレード操作装置２７は、図示しないものの、前後方向に操作可能な操作レバーと、操作レバーの前側の操作量に応じてブレード下げパイロット圧（油圧）を生成して出力するブレードパイロット弁と、操作レバーの後側の操作量に応じてブレード上げパイロット圧（油圧）を生成して出力するブレードパイロット弁とを有する。

コントロールバルブ装置２４は、図示しないものの、油圧パイロット方式の左側走行制御弁、右側走行制御弁、アーム制御弁、旋回制御弁、バケット制御弁、ブーム制御弁、及びブレード制御弁を備える。

左側走行制御弁は、走行操作装置２５Ａからの前走行パイロット圧又は後走行パイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプから左側の走行モータ９Ａへの圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、左側の走行モータ９Ａが前方向又は後方向に回転するようになっている。

同様に、右側走行制御弁は、走行操作装置２５Ｂからの前走行パイロット圧又は後走行パイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプから右側の走行モータ９Ｂへの圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、右側の走行モータ９Ｂが前方向又は後方向に回転するようになっている。

アーム制御弁は、作業操作装置２６Ａからのアームクラウドパイロット圧又はアームダンプパイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプからアームシリンダ１８への圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、アームシリンダ１８が伸長又は縮短するようになっている。

旋回制御弁は、作業操作装置２６Ａからの左旋回パイロット圧又は右旋回パイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプから旋回モータ１０への圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、旋回モータ１０が一方向又は反対方向に回転するようになっている。

バケット制御弁は、作業操作装置２６Ｂからのバケットクラウドパイロット圧又はバケットダンプパイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプからバケットシリンダ１９への圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、バケットシリンダ１９が伸長又は縮短するようになっている。

ブーム制御弁は、作業操作装置２６Ｂからのブーム上げパイロット圧又はブーム下げパイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプからブームシリンダ１７への圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、ブームシリンダ１７が伸長又は縮短するようになっている。

ブレード制御弁は、ブレード操作装置２７からのブレード下げパイロット圧又はブレード上げパイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプからリフトシリンダ１３への圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、リフトシリンダ１３が伸長又は縮短するようになっている。

本実施形態の油圧ショベルは、運転者の支援のためにブレード１２の位置（詳細には、ブレード１２の水平座標及び高さ）を算出して表示する支援装置を備える。この支援装置の構成を、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態における支援装置の構成を表すブロック図である。

本実施形態の支援装置は、アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、受信機３２Ａ、３２Ｂ、旋回センサ３３Ａ、３３Ｂ、リフトセンサ３４、コントローラ３５、及びモニタ３０を備える。

アンテナ３１Ａ、３１Ｂ及び受信機３２Ａ、３２Ｂは、ＧＮＳＳ等の衛星測位システムを構成する。アンテナ３１Ａ、３１Ｂは、上述の図１で示すように旋回体２の上部に設けられており、人工衛星からの信号を受信する。受信機３２Ａ、３２Ｂは、アンテナ３１Ａ、３１Ｂにそれぞれ接続されている。受信機３２Ａは、アンテナ３１Ａで受信された人工衛星からの信号を用いて、地球上のアンテナ３１Ａの位置（詳細には、アンテナ３１Ａの水平座標及び高さ）を測定し、測定したアンテナ３１Ａの位置をコントローラ３５へ出力する。同様に、受信機３２Ｂは、アンテナ３１Ｂで受信された人工衛星からの信号を用いて、地球上のアンテナ３１Ｂの位置を測定し、測定したアンテナ３１Ｂの位置をコントローラ３５へ出力する。

旋回センサ３３Ａ又は３３Ｂは、上述の図２で示すように、作業操作装置２６Ａの旋回パイロット弁とコントロールバルブ装置２４の旋回制御弁の間に設けられた圧力センサである。旋回センサ３３Ａ又は３３Ｂは、旋回パイロット圧を検出してコントローラ３５へ出力する。

リフトセンサ３４は、ブレード１２の昇降に係わる状態量として、リフトシリンダ１３のストロークを検出する変位センサである。リフトセンサ３４は、リフトシリンダ１３のストロークを検出してコントローラ３５へ出力する。

モニタ３０は、図示しないものの、例えば、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや処理結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）と、操作スイッチと、画面表示部とを有する。モニタ３０の制御部は、操作スイッチの操作に応じてブレード位置算出モードを含む複数のモードのうちのいずれかを選択し、選択されたモードに応じて画面表示部の表示を制御する。

詳しく説明すると、モニタ３０は、ブレード位置算出モードが選択された場合に、ブレード位置算出の開始指令をコントローラ３５へ送信する。そして、コントローラ３５で算出されたブレード１２の位置を受信して、画面表示部に表示する。具体的には、ブレード１２の位置を数値で表示してもよいし、若しくは、図形で表現してもよい。一方、他のモードが選択された場合に、ブレード位置算出の終了指令をコントローラ３５へ送信する。そして、画面表示部にブレードの位置を表示しないようになっている。

コントローラ３５は、図示しないものの、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや処理結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）とを有する。コントローラ３５は、モニタ３０からのブレード位置算出の開始指令に応じてブレード位置算出制御を開始し、モニタ３０からのブレード位置算出の終了指令に応じてブレード位置算出制御を終了する。コントローラ３５は、ブレード位置算出制御に係わる機能的構成として、旋回体位置算出部３６、走行体方位算出部３７、ブレード水平座標算出部３８、及びブレード高さ算出部３９を有する。

コントローラ３５の旋回体位置算出部３６は、受信機３２Ａ、３２Ｂからアンテナ３１Ａ、３１Ｂの水平座標を受信し、旋回体２の水平座標として、アンテナ３１Ａ、３１Ｂの中間点の水平座標（詳細には、アンテナ３１Ａとアンテナ３１Ｂを結ぶ線分の中間点の水平座標であって、旋回体２の旋回中心線上で予め定められた旋回中心点の水平座標とは異なるもの）を算出する。また、旋回体位置算出部３６は、アンテナ３１Ａ、３１Ｂの水平座標に基づいて、旋回体２の方位を算出する。なお、旋回体２の方位とは、旋回フレーム２０の前側（詳細には、作業装置３が連結された部分）が向いている方位である。

また、コントローラ３５の旋回体位置算出部３６は、受信機３２Ａ、３２Ｂからアンテナ３１Ａ、３１Ｂの高さを受信し、旋回体２の高さとして、それらの平均値を算出するか、若しくは、一方のアンテナの高さを選択する。

コントローラ３５の走行体方位算出部３７は、走行体１の方位を算出する（詳細は後述）。なお、走行体１の方位とは、トラックフレーム５の前側（詳細には、リフトアーム１１を介しブレード１２が連結された部分）が向いている方位である。

コントローラ３５のブレード水平座標算出部３８は、走行体方位算出部３７で算出された走行体１の方位と旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標及び方位に基づいて、ブレード１２の水平座標（詳細には、ブレード１２の中心点の水平座標）を算出する。詳しく説明すると、アンテナ３１Ａ、３１Ｂの中間点と旋回体２の旋回中心点との位置関係を予め記憶しており、これを用いて旋回体２の水平座標及び方位から旋回体２の旋回中心点の水平座標を算出する。また、旋回体２の旋回中心点とブレード１２の中心点との位置関係を予め記憶しており、これを用いて旋回体２の旋回中心点の水平座標及び走行体１の方位からブレード１２の水平座標を算出する。

コントローラ３５のブレード高さ算出部３９は、リフトセンサ３４で検出されたリフトシリンダ１３のストロークと旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の高さに基づいて、ブレード１２の高さ（詳細には、ブレード１２の下端の高さ）を算出する。詳しく説明すると、リフトシリンダ１３のストロークと旋回体２の旋回中心点に対するブレード１２の相対高さとの関係を予め記憶しており、これを用いてリフトシリンダ１３のストロークからブレード１２の相対高さを算出する。また、アンテナ３１Ａ、３１Ｂの中間点と旋回体２の旋回中心点との位置関係を予め記憶しており、これを用いて旋回体２の高さから旋回体２の旋回中心点の高さを算出する。そして、旋回体２の旋回中心点の高さ及びブレード１２の相対高さにより、ブレード１２の絶対高さを算出する。

次に、本実施形態におけるコントローラ３５の表示制御の処理内容を、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態におけるコントローラの処理手順を表すフローチャートである。

ステップＳ１にて、コントローラ３５の走行体方位算出部３７は、例えば、旋回センサ３３Ａ、３３Ｂで検出された旋回パイロット圧のうちの大きい方が予め設定された閾値以上であるかどうかを判定することにより、旋回体２が旋回しているかどうかを判定する。また、例えば、旋回センサ３３Ａ、３３Ｂで検出された旋回パイロット圧の両方が閾値未満となってからの経過時間を算出し、この経過時間が予め設定された閾値未満であれば、旋回体２がまだ旋回していると判定してもよい。

ステップＳ１にて旋回体２が旋回していないと判定した場合（言い換えれば、旋回体２の旋回を検出しない場合）、ステップＳ１の判定がＮＯとなって、ステップＳ２に移る。ステップＳ２にて、コントローラ３５の走行体方位算出部３７は、例えば、旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標及び方位に基づいて旋回体２の旋回中心点の水平座標を算出しており、旋回体２の旋回中心点の水平座標が変化しているかどうかを判定することにより、走行体１が走行しているかどうかを判定する。

ステップＳ２にて走行体１が走行していると判定した場合（言い換えれば、走行体１の走行を検出した場合）、ステップＳ２の判定がＹＥＳとなって、ステップＳ３に移る。ステップＳ３にて、コントローラ３５の走行体方位算出部３７は、旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標の軌跡（履歴）を用い、走行体１の現在の進行方向を算出し、これを走行体１の方位とする。

ステップＳ３の後、ステップＳ４に進む。ステップＳ４にて、コントローラ３５の走行体方位算出部３７は、算出された走行体１の方位と旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の方位との相対関係（相対角度）を記憶（更新）する。

ステップＳ２にて走行体１が走行していないと判定した場合（言い換えれば、走行体１の走行を検出しない場合）、ステップＳ２の判定がＮＯとなって、ステップＳ５に移る。ステップＳ５にて、コントローラ３５の走行体方位算出部３７は、走行体１の方位と旋回体２の方位との相対関係を記憶しているかどうかを判定する。

ステップＳ５にて走行体１の方位と旋回体２の方位との相対関係を記憶している場合、ステップＳ５の判定がＹＥＳとなって、ステップＳ６に移る。ステップＳ６にて、コントローラ３５の走行体方位算出部３７は、記憶された走行体１の方位と旋回体２の方位との相対関係を用い、旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の現在の方位から走行体１の現在の方位を算出する。これにより、走行体１がスピーンターンしても、その方位を算出することが可能である。

ステップＳ４又はＳ６の後、ステップＳ７に進む。ステップＳ７にて、コントローラ３５のブレード水平座標算出部３８は、上述のステップＳ３又はＳ６で算出された走行体１の方位と旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標及び方位に基づいて、ブレード１２の水平座標を算出する。コントローラ３５のブレード高さ算出部３９は、リフトセンサ３４で検出されたリフトシリンダ１３のストロークと旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の高さに基づいて、ブレード１２の高さを算出する。

ステップＳ７の後、ステップＳ８に進む。ステップＳ８にて、コントローラ３５は、算出されたブレード１２の水平座標及び高さと共に、ブレード位置の表示指令をモニタ３０へ送信する。これにより、モニタ３０は、ブレード１２の位置を表示する。

ステップＳ１にて旋回体２が旋回していると判定した場合（言い換えれば、旋回体２の旋回を検出した場合）、ステップＳ１の判定がＹＥＳとなって、ステップＳ９に移る。ステップＳ９にて、コントローラ３５の走行体方位算出部３７は、走行体１の方位と旋回体２の方位との相対関係の記憶を削除する。

ステップＳ９の後、ステップＳ１０に進む。また、ステップＳ５にて走行体１の方位と旋回体２の方位との相対関係を記憶していない場合、ステップＳ５の判定がＮＯとなって、ステップＳ１０に移る。ステップＳ１０にて、コントローラ３５の走行体方位算出部３７は、ブレード位置が不明である旨の表示指令をモニタ３０へ送信する。これにより、モニタ３０は、ブレード位置が不明である旨を表示する。具体的には、数値表示欄をブランクとしてもよいし、若しくは、図形を削除してもよい。

以上のように、本実施形態では、ブレード１２が走行体１に設けられ且つ旋回体２が走行体１の上側に旋回可能に設けられた油圧ショベルにおいて、ブレード１２の水平座標及び高さを算出することができる。そして、ブレード１２の水平座標及び高さを表示して、運転者を支援することができる。

なお、上記において、アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、受信機３２Ａ、３２Ｂ、及びコントローラ３５の旋回体位置算出部３６は、請求の範囲に記載の旋回体の水平座標及び方位を取得する旋回体位置取得装置を構成し、且つ、旋回体の高さを更に取得する旋回体位置取得装置を構成する。また、旋回パイロット圧に基づいて旋回体２が旋回しているかどうかを判定するコントローラ３５の機能は、旋回体の旋回を検出する旋回検出装置を構成する。また、旋回体２の旋回中心点の水平座標に基づいて走行体１が走行しているかどうかを判定するコントローラ３５の機能は、走行体の走行を検出する走行検出装置を構成する。

また、モニタ３０は、ブレードの位置を算出するブレード位置算出モードとブレードの位置を算出しない他のモードのうちの一方を選択するモード選択装置を構成し、且つ、コントローラで算出されたブレードの水平座標及び高さを表示する表示装置を構成する。

本発明の第２の実施形態を、図５を用いて説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

図５は、本実施形態における支援装置の構成を表すブロック図である。

本実施形態の支援装置は、傾斜角センサ４０を更に備える。傾斜角センサ４０は、走行体１の前後方向及び左右方向の傾斜角を検出してコントローラ３５Ａへ出力する。

本実施形態のコントローラ３５Ａのブレード水平座標算出部３８Ａは、走行体方位算出部３７で算出された走行体１の方位と旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標及び方位と傾斜角センサ４０で検出された走行体１の傾斜角に基づいて、ブレード１２の水平座標を算出する。詳しく説明すると、旋回体２の方位と走行体１の方位及び傾斜角に基づいて、旋回体２の傾斜角を算出する。そして、旋回体２の水平座標、方位、及び傾斜角に基づいて、旋回体２の旋回中心点の水平座標を算出する。そして、旋回体２の旋回中心点の水平座標と走行体１の方位及び傾斜角に基づいて、ブレード１２の水平座標を算出する。

コントローラ３５Ａのブレード高さ算出部３９Ａは、リフトセンサ３４で検出されたリフトシリンダ１３のストロークと旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の高さと傾斜角センサ４０で検出された走行体１の傾斜角に基づいて、ブレード１２の高さを算出する。詳しく説明すると、リフトシリンダ１３のストロークからブレード１２の相対高さを算出する。また、旋回体２の方位と走行体１の方位及び傾斜角に基づいて、旋回体２の傾斜角を算出する。そして、旋回体２の高さ、方位、及び傾斜角に基づいて、旋回体２の旋回中心点の高さを算出する。そして、旋回体２の旋回中心点の高さ及びブレード１２の相対高さにより、ブレード１２の絶対高さを算出する。

以上のように構成された本実施形態でも、第１の実施形態と同様、ブレード１２の水平座標及び高さを算出することができる。そして、ブレード１２の水平座標及び高さを表示して、運転者を支援することができる。また、第１の実施形態と比べ、ブレード１２の水平座標及び高さの精度を高めることができる。

本発明の第３の実施形態を、図６及び図７を用いて説明する。なお、本実施形態において、第１及び第２の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

第１及び第２の実施形態では、走行体１の前進走行によるブレード１２の均し作業等を想定する。これに対し、本実施形態では、走行体１の前進走行又は後進走行によるブレード１２の均し作業等を想定する。そのため、本実施形態の支援装置は、走行操作装置２５Ａ、２５Ｂの後走行パイロット圧を検出する後走行センサ４１Ａ、４１Ｂを備える。

本実施形態のコントローラ３５Ｂの走行体方位算出部３７は、上述の図４のステップＳ２にて走行体１が走行していると判定した場合、後走行センサ４１Ａ、４１Ｂで検出された後走行パイロット圧の両方が予め設定された閾値以上であるかどうかを判定する。そして、後走行パイロット圧の両方が閾値以上であれば、走行体１が後進走行していると判定し（言い換えれば、後進走行を検出し）、後走行パイロット圧の両方が閾値未満であれば、走行体１が前進走行していると判定する（言い換えれば、前進走行を検出する）。

コントローラ３５Ｂの走行体方位算出部３７は、上述の図４のステップＳ３にて、旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標の軌跡と走行体１の前進走行及び後進走行のうちのいずれであるかの検出結果を用いて、走行体１の方位を算出する。詳しく説明すると、走行体１の前進走行を検出した場合、旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標の軌跡を用い、走行体１の現在の進行方向を算出し、この進行方向を走行体１の方位とする。一方、走行体１の後進走行を検出した場合、旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標の軌跡を用い、走行体１の現在の進行方向を算出し、この進行方向とは反対方向を走行体１の方位とする。

以上のように構成された本実施形態でも、第１及び第２の実施形態と同様、ブレード１２の水平座標及び高さを算出することができる。そして、ブレード１２の水平座標及び高さを表示して、運転者を支援することができる。また、第１及び第２の実施形態とは異なり、走行体１の後進走行によるブレード１２の均し作業等にも対応することができる。

なお、上記において、旋回体２の旋回中心点の水平座標に基づいて走行体１が走行しているかどうかを判定すると共に、後走行パイロット圧に基づいて走行体１の走行が後進であるかどうかを判定するコントローラ３５Ｂの機能は、走行体の前進走行及び後進走行を検出する走行検出装置を構成する。

本発明の第４の実施形態を、図８を用いて説明する。なお、本実施形態において、第１及び第２の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本実施形態では、作業操作装置２６Ａの旋回パイロット弁とコントロールバルブ装置２４の旋回制御弁の間には、旋回制限弁４２（旋回制限装置）が設けられている。旋回制限弁４２は、連通位置と遮断位置に切換可能な電磁式切換弁である。

本実施形態のコントローラ３５Ｃは、第２の実施形態のコントローラ３５Ａと同様、旋回体位置算出部３６、走行体方位算出部３７、ブレード水平座標算出部３８Ａ、及びブレード高さ算出部３９Ａを有する。また、コントローラ３５Ｃは、モニタ３０からのブレード位置算出の開始指令に応じて、旋回制限弁４２を制御して連通位置から遮断位置へ切換える。また、コントローラ３５Ｃは、モニタ３０からのブレード位置算出の終了指令に応じて、旋回制限弁４２を制御して遮断位置から連通位置へ切換える。

旋回制限弁４２が連通位置にある場合は、旋回パイロット弁と旋回制御弁の間の油路を連通状態とする。これにより、旋回パイロット弁から旋回制御弁へ旋回パイロット圧を出力可能となる。すなわち、旋回体２の旋回を制限しない。一方、旋回制限弁４２が遮断位置にある場合は、旋回パイロット弁と旋回制御弁の間の油路を遮断状態とする。これにより、旋回パイロット弁から旋回制御弁へ旋回パイロット圧を出力不能となる。すなわち、旋回体２の旋回を制限する。

以上のように構成された本実施形態でも、第１及び第２の実施形態と同様、ブレード１２の水平座標及び高さを算出することができる。そして、ブレード１２の水平座標及び高さを表示して、運転者を支援することができる。また、第１及び第２の実施形態とは異なり、モニタ３０でブレード位置算出モードが選択されたときに、旋回制限弁４２で旋回体２の旋回を制限するので、ブレード位置の算出及び表示を促進することができる。

なお、第４の実施形態において、旋回制限装置は、旋回制限弁４２である場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。旋回制限装置は、例えば、摩擦力によって旋回体２の旋回を制限する旋回ブレーキであってもよい。

また、第４の実施形態において、特に説明しなかったが、第３の実施形態と同様、コントローラ３５Ｃの走行体方位算出部３７は、後走行パイロット圧に基づいて走行体１の走行が後進であるかどうかを判定してもよい。そして、旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標の軌跡と走行体１の前進走行及び後進走行のうちのいずれであるかの検出結果を用いて、走行体１の方位を算出してもよい。

また、第１～第４の実施形態において、コントローラの走行体方位算出部３７は、旋回体２の旋回が検出されず且つ走行体１の走行が検出された場合に、算出された走行体１の方位と旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の方位との相対関係を記憶し、旋回体２の旋回が検出されず且つ走行体１の走行が検出されない場合に、記憶された走行体１の方位と旋回体２の方位との相対関係を用い、旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の現在の方位から走行体１の現在の方位を算出する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、コントローラの走行体方位算出部３７は、旋回体２の旋回が検出されず且つ走行体１の走行が検出された場合に、走行体１の方位と旋回体２の方位との相対関係を記憶しなくてもよい（すなわち、上述の図４のステップＳ４を実行しなくてもよい）。そして、コントローラの走行体方位算出部３７は、旋回体２の旋回が検出されず且つ走行体１の走行が検出されない場合に、ブレード位置が不明である旨の表示指令を出力してもよい（すなわち、上述の図４のステップＳ２の判定がＮＯとなる場合に、ステップＳ１０に移ってもよい）。

また、第１～第４の実施形態において、支援装置は、リフトセンサ３４を備え、コントローラは、旋回体２の高さ及びブレード１２の高さを算出し、モニタ３０は、ブレード１２の高さを表示する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、支援装置は、リフトセンサ３４を備えず、コントローラは、旋回体２の高さ及びブレード１２の高さを算出せず、モニタ３０は、ブレード１２の高さを表示しなくてもよい。

本発明の第５の実施形態を、図９を用いて説明する。なお、本実施形態において、第１及び第２の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

図９は、本実施形態における支援装置の構成を表すブロック図である。

本実施形態の支援装置は、ブレード１２の水平座標及び高さを算出し、それらに基づいてリフトシリンダ１３の動作を制御するブレード自動制御を行う。そのため、油圧ショベルは、電磁式のブレードパイロット弁４３Ａ、４３Ｂを備える。

本実施形態のコントローラ３５Ｄは、第２の実施形態のコントローラ３５Ａと同様、旋回体位置算出部３６、走行体方位算出部３７、ブレード水平座標算出部３８Ａ、及びブレード高さ算出部３９Ａを有する。また、コントローラ３５Ｄは、ブレード水平座標算出部３８Ａで算出されたブレード１２の水平座標とブレード高さ算出部３９Ａで算出されたブレード１２の高さに基づいて、ブレードパイロット弁４３Ａ、４３Ｂを制御するブレード自動制御を実行する。コントローラ３５Ｄは、オペレータの操作によるモニタ３０からのブレード位置算出の開始指令に応じてブレード自動制御を開始し、モニタ３０からのブレード位置算出の終了指令に応じてブレード自動制御を終了する。

ブレードパイロット弁４３Ａは、コントローラ３５Ｄからの信号に応じてブレード下げパイロット圧を生成して出力し、ブレードパイロット弁４３Ｂは、コントローラ３５Ｄからの信号に応じてブレード上げパイロット圧を生成して出力する。ブレード制御弁は、前述したブレード下げパイロット圧又はブレード上げパイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプからリフトシリンダ１３への圧油の流れを制御する。

コントローラ３５Ｄは、モニタ３０で設定された地形の目標面を予め記憶する。あるいは、外部のコンピュータで設定された地形の目標面を、通信ネットワーク又は記憶媒体を介し入力して予め記憶する。なお、モニタ３０又は外部のコンピュータは、目標面を設定する目標面設定装置を構成する。

次に、本実施形態におけるコントローラのブレード自動制御の処理内容を、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態におけるコントローラの処理手順を表すフローチャートである。

ステップＳ１～Ｓ７及びＳ９は、上記実施形態と同じであるため、それらの説明を省略する。

ブレード１２の水平座標及び高さが算出された場合（すなわち、ステップＳ７の後）、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１にて、コントローラ３５Ｄは、ブレード１２（詳細には、ブレード１２の下端）が予め記憶された目標面に近づくようにブレードパイロット弁４３Ａ、４３Ｂを制御する。

ブレード１２の水平座標及び高さのうちの少なくとも一方が算出されない場合（すなわち、ステップＳ９の後、若しくは、ステップＳ５の判定がＮＯとなる場合）、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２にて、コントローラ３５Ｄは、ブレード１２が目標面から上方向に離れるようにブレードパイロット弁４３Ａ、４３Ｂを制御する。

以上のように構成された本実施形態でも、ブレード１２が走行体１に設けられ且つ旋回体２が走行体１の上側に旋回可能に設けられた油圧ショベルにおいて、ブレード１２の水平座標及び高さを算出することができる。そして、ブレード１２の水平座標及び高さに基づいてリフトシリンダ１３の動作を制御して、運転者を支援することができる。

なお、第５の実施形態において、特に説明しなかったが、第１～第４の実施形態と同様、モニタ３０は、コントローラ３５Ｄで算出されたブレード１２の位置を表示してもよい。また、第５の実施形態において、特に説明しなかったが、第３の実施形態と同様、コントローラ３５Ｄの走行体方位算出部３７は、後走行パイロット圧に基づいて走行体１の走行が後進であるかどうかを判定してもよい。そして、旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標の軌跡と走行体１の前進走行及び後進走行のうちのいずれであるかの検出結果を用いて、走行体１の方位を算出してもよい。

また、第５の実施形態において、コントローラ３５Ｄの走行体方位算出部３７は、上述の図１０で示すように、旋回体２の旋回が検出されず且つ走行体１の走行が検出された場合に、算出された走行体１の方位と旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の方位との相対関係を記憶し、旋回体２の旋回が検出されず且つ走行体１の走行が検出されない場合に、記憶された走行体１の方位と旋回体２の方位との相対関係を用い、旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の現在の方位から走行体１の現在の方位を算出する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、コントローラ３５Ｄの走行体方位算出部３７は、旋回体２の旋回が検出されず且つ走行体１の走行が検出された場合に、走行体１の方位と旋回体２の方位との相対関係を記憶しなくてもよい（すなわち、上述の図１０のステップＳ４を実行しなくてもよい）。そして、コントローラ３５Ｄの走行体方位算出部３７は、旋回体２の旋回が検出されず且つ走行体１の走行が検出されない場合に、ブレード１２が目標面から上方向に離れるようにブレードパイロット弁４３Ａ、４３Ｂを制御してもよい（すなわち、上述の図１０のステップＳ２の判定がＮＯとなる場合に、ステップＳ１２に移ってもよい）。

また、第３～第５の実施形態において、第２の実施形態と同様、支援装置は、傾斜角センサ４０を備え、コントローラ３５Ｂ、３５Ｃ、又は３５Ｄのブレード水平座標算出部は、走行体方位算出部３７で算出された走行体１の方位と旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標及び方位と傾斜角センサ４０で検出された走行体１の傾斜角に基づいて、ブレード１２の水平座標を算出する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、第１の実施形態と同様、支援装置は、傾斜角センサ４０を備えず、コントローラ３５Ｂ、３５Ｃ、又は３５Ｄのブレード水平座標算出部は、走行体方位算出部３７で算出された走行体１の方位と旋回体位置算出部３６で算出された旋回体２の水平座標及び方位に基づいて、ブレード１２の水平座標を算出してもよい。

また、第１～第５の実施形態において、コントローラは、旋回体２の旋回中心点が変化しているかどうかを判定することにより、走行体１が走行しているかどうかを判定する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、走行操作装置２５Ａ、２５Ｂの前走行パイロット圧を検出する前走行センサを設け、コントローラは、前走行センサで検出された前走行パイロット圧の両方が予め設定された閾値以上であるかどうかを判定することにより、走行体が走行（詳細には、前進走行）しているかどうかを判定してもよい。

また、第１～第５の実施形態において、旋回センサ３３Ａ、３３Ｂは、作業操作装置２６Ａの旋回パイロット圧を検出する圧力センサであり、コントローラは、旋回センサ３３Ａ、３３Ｂで検出された旋回パイロット圧に基づいて旋回体２が旋回しているかどうかを判定する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、旋回センサは、作業操作装置２６Ａの操作レバーの前後方向の変位量を検出する変位センサであり、コントローラは、旋回センサで検出された操作レバーの前後方向の変位量に基づいて旋回体２が旋回しているかどうかを判定してもよい。

また、第１～第５の実施形態において、リフトセンサ３４は、リフトシリンダ１３のストロークを検出する変位センサであり、コントローラは、リフトセンサ３４で検出されたリフトシリンダ１３のストロークに基づいてブレード１２の相対高さを算出する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、リフトセンサは、リフトアーム１１の角度を検出する角度センサであり、コントローラは、リフトセンサで検出されたリフトアーム１１の角度に基づいてブレード１２の相対高さを算出してもよい。

また、第１～第５の実施形態において、旋回体位置算出部、走行体方位算出部、ブレード水平座標算出部、及びブレード高さ算出部を有するコントローラを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。旋回体位置算出部、走行体方位算出部、ブレード水平座標算出部、及びブレード高さ算出部を別々に有する複数のコントローラを備えてもよい。

なお、以上においては、本発明の適用対象として油圧ショベルを例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、ブレードが走行体に設けられ且つ旋回体が走行体の上側に旋回可能に設けられた作業機械であればよい。

１ 走行体
２ 旋回体
３ 作業装置
１２ ブレード
１３ リフトシリンダ
３０ モニタ
３１Ａ、３１Ｂ アンテナ
３２Ａ、３２Ｂ 受信機
３３Ａ、３３Ｂ 旋回センサ
３４ リフトセンサ
３５、３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄ コントローラ
３６ 旋回体位置算出部
３７ 走行体方位算出部
３８、３８Ａ ブレード水平座標算出部
３９、３９Ａ ブレード高さ算出部
４０ 傾斜角センサ
４２ 旋回制限弁
４３Ａ、４３Ｂ ブレードパイロット弁

Claims (11)

1. 走行可能な走行体と、
   前記走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、
   前記旋回体の前側に連結された作業装置と、
   前記走行体の前側に昇降可能に設けられたブレードと、
   前記ブレードを昇降するリフトシリンダとを備えた作業機械において、
   前記旋回体の水平座標及び方位を取得する旋回体位置取得装置と、
   前記旋回体の旋回を検出する旋回検出装置と、
   前記走行体の走行を検出する走行検出装置と、
   前記走行体の方位及び前記ブレードの水平座標を算出するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   前記旋回体の旋回が検出されず且つ前記走行体の走行が検出された場合に、前記旋回体位置取得装置で取得された前記旋回体の水平座標の軌跡を用いて、前記走行体の方位を算出し、
   算出された前記走行体の方位と前記旋回体位置取得装置で取得された前記旋回体の水平座標及び方位に基づいて、前記ブレードの水平座標を算出することを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記コントローラで算出された前記ブレードの水平座標を表示する表示装置を更に備え、
   前記コントローラは、前記旋回体の旋回が検出された場合に、前記ブレードの位置が不明である旨の表示指令を前記表示装置へ出力することを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記コントローラは、
   前記旋回体の旋回が検出されず且つ前記走行体の走行が検出された場合に、算出された前記走行体の方位と前記旋回体位置取得装置で取得された前記旋回体の方位との相対関係を記憶し、
   前記旋回体の旋回が検出されず且つ前記走行体の走行が検出されない場合に、記憶された前記走行体の方位と前記旋回体の方位との相対関係を用い、前記旋回体位置取得装置で取得された前記旋回体の方位から前記走行体の方位を算出することを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記走行体の傾斜角を検出する傾斜角センサを更に備え、
   前記コントローラは、算出された前記走行体の方位と前記旋回体位置取得装置で取得された前記旋回体の水平座標及び方位と前記傾斜角センサで検出された前記走行体の傾斜角に基づいて、前記ブレードの水平座標を算出することを特徴とする作業機械。
5. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記ブレードの昇降に係わる状態量を検出するリフトセンサを備え、
   前記旋回体位置取得装置は、前記旋回体の高さを更に取得しており、
   前記コントローラは、前記リフトセンサで検出された状態量と前記旋回体位置取得装置で取得された前記旋回体の高さに基づいて、前記ブレードの高さを算出することを特徴とする作業機械。
6. 請求項５に記載の作業機械において、
   前記走行体の傾斜角を検出する傾斜角センサを更に備え、
   前記コントローラは、前記リフトセンサで検出された状態量と前記旋回体位置取得装置で取得された前記旋回体の方位及び高さと前記傾斜角センサで検出された前記走行体の傾斜角と算出された前記ブレードの方位に基づいて、前記ブレードの高さを算出することを特徴とする作業機械。
7. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記走行検出装置は、前記走行体の前進走行及び後進走行を検出しており、
   前記コントローラは、前記旋回体の旋回が検出されず且つ前記走行体の前進走行及び後進走行のうちの一方が検出されたときに、前記旋回体位置取得装置で取得された前記旋回体の水平座標の軌跡と前記走行体の前進走行及び後進走行のうちのいずれであるかの検出結果を用いて、前記走行体の方位を算出することを特徴とする作業機械。
8. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記ブレードの位置を算出するブレード位置算出モードと前記ブレードの位置を算出しない他のモードのうちの一方を選択するモード選択装置と、
   前記旋回体の旋回を制限させる旋回制限装置とを備え、
   前記コントローラは、前記モード選択装置でブレード位置算出モードが選択されたときに、前記旋回制限装置により前記旋回体の旋回を制限させることを特徴とする作業機械。
9. 請求項５に記載の作業機械において、
   前記コントローラで算出された前記ブレードの水平座標及び高さを表示する表示装置を備えたことを特徴とする作業機械。
10. 請求項５に記載の作業機械において、
    前記コントローラは、
    前記リフトシリンダの動作を制御するブレード自動制御を実行可能とし、
    前記ブレード自動制御の実行中、前記ブレードの水平座標及び高さが算出された場合には、前記ブレードの水平座標及び高さに基づいて、前記ブレードが予め記憶された目標面に近づくように前記リフトシリンダの動作を制御し、前記ブレード自動制御の実行中、前記ブレードの水平座標及び高さのうちの少なくとも一方が算出されていない場合には、前記ブレードが前記目標面から上方向に離れるように前記リフトシリンダの動作を制御することを特徴とする作業機械。
11. 請求項１０に記載の作業機械において、
    前記ブレードの位置を算出するブレード位置算出モードと前記ブレードの位置を算出しない他のモードのうちの一方を選択するモード選択装置を更に備え、
    前記コントローラは、前記モード選択装置でブレード位置算出モードが選択されたときに、前記ブレード自動制御を実行し、前記モード選択装置で他のモードが選択されたときに、前記ブレード自動制御を実行しないことを特徴とする作業機械。

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