WO2016125232A1 - 作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents

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WO2016125232A1
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bucket
axis
angle
tilt
work
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PCT/JP2015/052837
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了 新谷
悠人 藤井
正暢 関
市原 将志
義樹 上
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株式会社小松製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a work vehicle.
  • a work vehicle such as a hydraulic excavator includes a work machine having a boom, an arm, and a bucket.
  • excavation control is known in which the cutting edge of a bucket is controlled based on a target design landform that is a target shape to be excavated.
  • a tilt type bucket tilt bucket
  • both ends of the bucket in the vehicle width direction can be tilted with respect to an axis in the vehicle width direction.
  • the tilt type bucket is tilted by a tilt actuator that tilts the bucket with respect to the arm as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-74319.
  • the tilt type bucket it is possible to acquire the tilt angle data of the bucket using the tilt angle sensor.
  • the bucket is inclined with respect to the axis in the vehicle width direction by driving the actuator for tilting, and is also inclined with respect to the axis in the longitudinal direction of the vehicle by the normal operation of the work implement. For this reason, it may be difficult for the tilt angle sensor to acquire tilt angle data based on the drive of the tilt actuator due to the operation of the work implement. In such a case, excavation control cannot be performed based on accurate tilt angle data, and the accuracy of excavation control may be reduced.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a technique for preventing a decrease in excavation control accuracy in a work vehicle using a tilt bucket.
  • a work vehicle includes a vehicle main body, a work implement, an angle sensor, and a work implement control unit.
  • the work machine has a boom, an arm, and a bucket.
  • the boom is rotatable with respect to the vehicle body about the boom axis.
  • the arm is rotatable with respect to the boom about an arm axis parallel to the boom axis.
  • the bucket is rotatable with respect to the arm about each of a bucket axis parallel to the arm axis and a tilt axis orthogonal to the bucket axis.
  • the angle sensor is provided in the bucket and detects an inclination angle of the bucket with respect to a horizontal plane.
  • the work implement control unit executes work implement control for automatically controlling at least partly the operation of the work implement based on the design landform indicating the target shape of the work target by the work implement.
  • the work implement control unit starts work implement control when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is less than the first threshold value, and the bucket inclination angle detected by the angle sensor is greater than or equal to the first threshold value. Do not start work implement control.
  • the work implement control unit starts work implement control when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is less than the first threshold, and the bucket inclination angle detected by the angle sensor is equal to the first inclination angle. If it is equal to or greater than the threshold, the work implement control is executed in a state in which the bucket inclination angle detection accuracy is high by not starting the work implement control, and the bucket inclination angle detection accuracy is lowered. By prohibiting the control, the excavation accuracy can be improved and the intended construction can be executed.
  • the work implement control unit starts work implement control when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is less than the first threshold value or greater than or equal to the second threshold value, and is detected by the angle sensor.
  • the work implement control is not started.
  • the work implement control unit executes the work implement control when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is less than the first threshold value or the second threshold value, and the bucket inclination detected by the angle sensor.
  • the work implement control is executed in a state where the detection accuracy of the bucket inclination angle is high by not executing the work implement control.
  • the work vehicle further includes an inclination detection unit, an attitude state acquisition unit, and a tilt axis angle calculation unit.
  • the inclination detection unit detects the inclination of the vehicle body with respect to the horizontal plane.
  • the posture state acquisition unit acquires posture information regarding the posture of the work machine.
  • the tilt axis angle calculation unit calculates the tilt angle of the tilt axis with respect to the horizontal plane based on the inclination of the vehicle body and the attitude information of the work implement.
  • the work implement control unit starts work implement control when the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is less than the second threshold, and the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is If it is equal to or greater than the second threshold value, the work implement control is not started.
  • the work implement control unit further performs work implement control when the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is less than the second threshold, and the tilt axis angle calculation unit calculates When the tilt angle of the tilt axis is equal to or greater than the second threshold, the work implement is executed in a state where the detection accuracy of the bucket tilt angle is high, and the detection accuracy of the bucket tilt angle is not executed. By prohibiting the work machine in a state where the sag is lowered, the excavation accuracy can be further improved and the intended construction can be executed.
  • the work vehicle further includes an operation unit.
  • the operation unit can receive an instruction to start work implement control from the operator.
  • the work implement control unit executes work implement control according to a start instruction from the operation unit, and the operation unit performs work implement control from the operator when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is equal to or greater than the first threshold value.
  • the instruction to start is not accepted.
  • the work vehicle further includes a display unit and a display control unit.
  • the display control unit controls display contents on the display unit.
  • the display control unit displays information on the display unit that the work implement control from the operator cannot be started when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is equal to or greater than the first threshold value.
  • a work vehicle includes a vehicle main body, a work implement, a tilt detection unit, a posture state acquisition unit, a tilt axis angle calculation unit, and a work implement control unit.
  • the work machine has a boom, an arm, and a bucket.
  • the boom is rotatable with respect to the vehicle body about the boom axis.
  • the arm is rotatable with respect to the boom about an arm axis parallel to the boom axis.
  • the bucket is rotatable with respect to the arm about each of a bucket axis parallel to the arm axis and a tilt axis orthogonal to the bucket axis.
  • the inclination detection unit detects the inclination of the vehicle body with respect to the horizontal plane.
  • the posture state acquisition unit acquires posture information regarding the posture of the work machine.
  • the tilt axis angle calculation unit calculates the tilt angle of the tilt axis with respect to the horizontal plane based on the inclination of the vehicle body and the attitude information of the work implement.
  • the work implement control unit executes work implement control for automatically controlling at least partly the operation of the work implement based on the design landform indicating the target shape of the work target by the work implement.
  • the work implement control unit starts the work implement control when the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is less than the first threshold, and the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is If it is equal to or greater than the first threshold value, the work implement control is not started.
  • the work implement control unit executes the work implement control when the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is less than the first threshold, and the tilt calculated by the tilt axis angle calculation unit.
  • the work implement control is executed in a state in which the bucket inclination angle detection accuracy is high, and the bucket inclination angle detection accuracy is not executed.
  • the work implement control unit starts the work implement control when the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is less than the first threshold value or greater than or equal to the second threshold value.
  • the work implement control is not started.
  • the work implement control unit executes the work implement control when the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is less than the first threshold value or the second threshold value, and calculates the tilt axis angle.
  • the work implement control is not performed, so that the bucket tilt angle detection accuracy is high in a range state. Executing the work implement control and prohibiting the work implement control in a range state where the detection accuracy of the bucket inclination angle is lowered can improve the excavation accuracy and execute the intended construction.
  • the work vehicle further includes an operation unit.
  • the operation unit can receive an instruction to start work implement control from the operator.
  • the work implement control unit executes work implement control in accordance with a start instruction from the operation unit.
  • the operation unit does not accept an instruction to start work implement control from the operator when the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is equal to or greater than the first threshold.
  • the work vehicle further includes a display unit and a display control unit.
  • the display control unit controls display contents on the display unit.
  • the display control unit displays information on the display unit that the work implement control from the operator cannot be started when the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is equal to or greater than the first threshold value.
  • a work vehicle includes a work implement, an angle sensor, a posture state acquisition unit, and a display control unit.
  • the work machine has a boom, an arm, and a bucket.
  • the boom is rotatable with respect to the vehicle body about the boom axis.
  • the arm is rotatable with respect to the boom about an arm axis parallel to the boom axis.
  • the bucket is rotatable with respect to the arm about each of a bucket axis parallel to the arm axis and a tilt axis orthogonal to the bucket axis.
  • the angle sensor is provided in the bucket and detects an inclination angle of the bucket with respect to a horizontal plane.
  • the posture state acquisition unit acquires posture information related to the posture of the work implement based on the detection result of the angle sensor.
  • the display control unit displays the posture state of the bucket with respect to the design landform indicating the target shape of the work target by the work implement based on the posture information.
  • the display control unit displays the posture state of the bucket according to the bucket inclination angle detected by the angle sensor when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is less than the first threshold, and the bucket detected by the angle sensor When the inclination angle is equal to or larger than the first threshold, the posture state of the bucket is displayed based on the detection result of the angle sensor when the inclination angle of the bucket detected by the angle sensor is less than the first threshold.
  • the display control unit displays the bucket posture state according to the bucket inclination angle detected by the angle sensor, and the angle sensor If the bucket inclination angle detected in step 1 is equal to or greater than the first threshold, the attitude state of the bucket is displayed based on the detection result of the angle sensor when the bucket inclination angle is less than the first threshold.
  • the work vehicle further includes a tilt detection unit and a tilt axis angle calculation unit.
  • the inclination detection unit detects the inclination of the vehicle body with respect to the horizontal plane.
  • the tilt axis angle calculation unit calculates the tilt angle of the tilt axis with respect to the horizontal plane based on the inclination of the vehicle body and the attitude information of the work implement.
  • the display control unit uses the angle sensor when the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is less than the second threshold value and the bucket tilt angle detected by the angle sensor is less than the first threshold value.
  • the posture state of the bucket according to the detected tilt angle of the bucket is displayed, and the tilt angle of the tilt axis calculated by the tilt axis angle calculation unit is greater than or equal to the second threshold, or the tilt angle of the bucket detected by the angle sensor is the first If the angle is equal to or greater than the threshold, the bucket attitude state is displayed based on the detection result of the angle sensor when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is less than the first threshold.
  • the display control unit displays the bucket posture state according to the bucket tilt angle detected by the angle sensor.
  • the bucket is based on the detection result of the angle sensor when the tilt angle of the bucket is less than the first threshold value. Displays the posture state of.
  • the display control unit detects the angle sensor when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is less than the first threshold when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is equal to or greater than the first threshold value. Based on the detection result, the posture state of the bucket is fixedly displayed.
  • the display control unit when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is greater than or equal to the first threshold value, the display control unit is configured such that the bucket inclination angle detected by the angle sensor is less than the first threshold value.
  • the display control unit further displays an icon indicating the detection accuracy of the angle sensor, and changes the state of the icon based on the inclination angle of the bucket detected by the angle sensor.
  • a work vehicle control method includes a boom that is rotatable with respect to a vehicle body about a boom axis, an arm that is rotatable with respect to a boom about an arm axis parallel to the boom axis, and an arm
  • a control method for a work vehicle including a work machine, having a bucket shaft parallel to the shaft and a bucket that is rotatable with respect to an arm about each of a tilt shaft orthogonal to the bucket shaft.
  • the control method includes a step of detecting an inclination angle of the bucket with respect to a horizontal plane, and when the detected inclination angle of the bucket is less than a first threshold, based on a design terrain indicating a target shape of a work target by the work implement, A step of starting work implement control for automatically controlling the operation of the implement at least partially, and a step of not starting work implement control when the detected bucket inclination angle is equal to or greater than a first threshold value.
  • the work implement control is started when the detected bucket inclination angle is less than the first threshold value, and when the bucket inclination angle detected by the angle sensor is equal to or greater than the first threshold value, the work implement control is started.
  • the work implement control is performed in a state where the detection accuracy of the bucket inclination angle is high, and the excavation accuracy is prohibited by prohibiting the work implement control in a state where the detection accuracy of the bucket inclination angle is lowered.
  • the expected construction can be executed.
  • a work vehicle control method includes a boom that is rotatable with respect to a vehicle body about a boom axis, an arm that is rotatable with respect to the boom about an arm axis parallel to the boom axis,
  • the control method includes detecting a tilt of the vehicle main body with respect to the horizontal plane, obtaining posture information regarding the posture of the work implement, and the tilt axis with respect to the horizontal plane based on the tilt of the vehicle main body and the posture information of the work implement.
  • the step of calculating the tilt angle and, when the calculated tilt angle of the tilt axis is less than the first threshold, the operation of the work implement is at least partially automatically based on the design landform indicating the target shape of the work target by the work implement. And a step of starting the work implement control when the calculated tilt angle of the tilt axis is equal to or greater than the first threshold value.
  • the work implement control is executed when the calculated tilt angle of the tilt axis is less than the first threshold, and the work implement control is performed when the calculated tilt angle of the tilt axis is greater than or equal to the first threshold. Is not executed, the work implement control is performed in a state where the detection accuracy of the bucket inclination angle is high, and the excavation accuracy is reduced by prohibiting the work implement control in a state where the detection accuracy of the bucket inclination angle is reduced. It is possible to improve and execute the desired construction.
  • a work vehicle control method includes a boom that is rotatable with respect to a vehicle body about a boom axis, and an arm that is rotatable with respect to the boom about an arm axis parallel to the boom axis.
  • a control method for a work vehicle including a work machine, having a bucket axis parallel to the arm axis and a bucket that is rotatable with respect to the arm about each of a tilt axis orthogonal to the bucket axis.
  • the control method includes a step of detecting a tilt angle of the bucket with respect to a horizontal plane, a step of acquiring posture information related to the posture of the work implement based on the detected tilt angle of the bucket, and the detected tilt angle of the bucket is a first threshold value. If it is less than the step, the step of displaying the posture state of the bucket with respect to the design terrain indicating the target shape of the work target by the work implement based on the posture information, and when the detected bucket inclination angle is greater than or equal to the first threshold value Includes obtaining posture information based on the bucket inclination angle when the bucket inclination angle is less than the first threshold, and displaying the bucket posture state based on the posture information.
  • the posture state of the bucket according to the detected bucket inclination angle is displayed, and the detected bucket inclination angle is equal to or greater than the first threshold value.
  • posture information based on the bucket inclination angle when the bucket inclination angle is less than the first threshold is acquired, and the bucket posture state is displayed based on the posture information.
  • the work vehicle can prevent a decrease in the accuracy of excavation control.
  • 1 is a side view schematically showing a hydraulic excavator CM based on an embodiment. It is a rear view which shows typically excavator CM based on an embodiment. It is a top view showing typically excavator CM based on an embodiment. It is a side view which shows typically the bucket 8 based on embodiment. It is a front view showing typically bucket 8 based on an embodiment. It is a figure which shows typically an example of operation
  • the global coordinate system is a coordinate system based on the origin Pr (see FIG. 4) fixed to the earth.
  • the local coordinate system is a coordinate system based on the origin P0 (see FIG. 4) fixed to the vehicle body 1 of the work vehicle CM.
  • the local coordinate system may be referred to as a vehicle body coordinate system.
  • the global coordinate system is indicated by an XgYgZg orthogonal coordinate system.
  • the reference position (origin) Pg of the global coordinate system is located in the work area.
  • One direction in the horizontal plane is defined as the Xg axis direction
  • a direction orthogonal to the Xg axis direction in the horizontal plane is defined as the Yg axis direction
  • a direction orthogonal to each of the Xg axis direction and the Yg axis direction is defined as the Zg axis direction.
  • the rotation (tilt) directions around the Xg axis, the Yg axis, and the Zg axis are the ⁇ Xg, ⁇ Yg, and ⁇ Zg directions, respectively.
  • the Xg axis is orthogonal to the YgZg plane.
  • the Yg axis is orthogonal to the XgZg plane.
  • the Zg axis is orthogonal to the XgYg plane.
  • the XgYg plane is parallel to the horizontal plane.
  • the Zg axis direction is the vertical direction.
  • the local coordinate system is indicated by an XYZ orthogonal coordinate system.
  • the reference position (origin) P0 of the local coordinate system is located at the turning center AX of the turning body 3.
  • One direction in a certain plane is defined as an X-axis direction
  • a direction orthogonal to the X-axis direction in the plane is defined as a Y-axis direction
  • a direction orthogonal to each of the X-axis direction and the Y-axis direction is defined as a Z-axis direction.
  • the rotation (inclination) directions around the X axis, Y axis, and Z axis are the ⁇ X, ⁇ Y, and ⁇ Z directions, respectively.
  • the X axis is orthogonal to the YZ plane.
  • the Y axis is orthogonal to the XZ plane.
  • the Z axis is orthogonal to the XY plane.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a work vehicle based on the embodiment.
  • a hydraulic excavator CM including a work machine 2 that operates by hydraulic pressure as a work vehicle will be described as an example.
  • the hydraulic excavator CM includes a vehicle body 1 and a work machine 2. As will be described later, the excavator CM is equipped with a control system 200 that executes excavation control.
  • the vehicle body 1 includes a turning body 3, a cab 4, and a traveling device 5.
  • the swing body 3 is disposed on the traveling device 5.
  • the traveling device 5 supports the revolving unit 3.
  • the revolving structure 3 can revolve around the revolving axis AX.
  • the driver's cab 4 is provided with a driver's seat 4S on which an operator is seated.
  • the operator operates the excavator CM in the cab 4.
  • the traveling device 5 has a pair of crawler belts 5Cr.
  • the hydraulic excavator CM runs by the rotation of the crawler belt 5Cr.
  • the traveling apparatus 5 may be comprised with the wheel (tire).
  • the front-rear direction refers to the front-rear direction based on the operator seated on the driver's seat 4S.
  • the left-right direction refers to the left-right direction based on the operator seated on the driver's seat 4S.
  • the left-right direction coincides with the vehicle width direction (vehicle width direction).
  • the direction in which the operator seated on the driver's seat 4S faces the front is defined as the front direction, and the direction opposite to the front direction is defined as the rear direction.
  • the right side and the left side are the right direction and the left direction, respectively.
  • the front-rear direction is the X-axis direction
  • the left-right direction is the Y-axis direction.
  • the direction in which the operator seated on the driver's seat 4S faces the front is the front direction (+ X direction), and the opposite direction to the front direction is the rear direction ( ⁇ X direction).
  • the opposite direction to the front direction is the rear direction ( ⁇ X direction).
  • one direction in the vehicle width direction is the right direction (+ Y direction)
  • the other direction in the vehicle width direction is the left direction ( ⁇ Y direction).
  • the swing body 3 includes an engine room 9 in which the engine is accommodated, and a counterweight provided at the rear portion of the swing body 3.
  • a handrail 19 is provided in front of the engine room 9.
  • an engine, a hydraulic pump, and the like are arranged.
  • the work machine 2 is connected to the swing body 3.
  • the work implement 2 includes a boom 6, an arm 7, a bucket 8, a boom cylinder 10, an arm cylinder 11, a bucket cylinder 12, and a tilt cylinder 30.
  • the boom 6 is connected to the swivel body 3 via a boom pin 13.
  • the arm 7 is connected to the boom 6 via an arm pin 14.
  • the bucket 8 is connected to the arm 7 via the bucket pin 15 and the tilt pin 80.
  • the boom cylinder 10 drives the boom 6.
  • the arm cylinder 11 drives the arm 7.
  • the bucket cylinder 12 drives the bucket 8.
  • the base end (boom foot) of the boom 6 and the revolving structure 3 are connected.
  • the tip end portion (boom top) of the boom 6 and the base end portion (arm foot) of the arm 7 are connected.
  • the distal end portion (arm top) of the arm 7 and the proximal end portion of the bucket 8 are connected.
  • the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, the bucket cylinder 12, and the tilt cylinder 30 are all hydraulic cylinders that are driven by hydraulic oil.
  • the work machine 2 includes a first stroke sensor 16, a second stroke sensor 17, and a third stroke sensor 18.
  • the first stroke sensor 16 is disposed in the boom cylinder 10 and detects the stroke length (boom cylinder length) of the boom cylinder 10.
  • the second stroke sensor 17 is disposed in the arm cylinder 11 and detects the stroke length (arm cylinder length) of the arm cylinder 11.
  • the third stroke sensor 18 is disposed in the bucket cylinder 12 and detects the stroke length (bucket cylinder length) of the bucket cylinder 12.
  • the boom 6 can rotate with respect to the revolving body 3 around a boom axis J1 which is a rotation axis.
  • the arm 7 is rotatable with respect to the boom 6 about an arm axis J2 which is a rotation axis parallel to the boom axis J1.
  • the bucket 8 is rotatable with respect to the arm 7 about a bucket axis J3 that is a rotation axis parallel to the boom axis J1 and the arm axis J2.
  • the bucket 8 is rotatable with respect to the arm 7 about a tilt axis J4 that is a rotation axis orthogonal to the bucket axis J3.
  • the boom pin 13 has a boom axis J1.
  • the arm pin 14 has an arm axis J2.
  • the bucket pin 15 has a bucket shaft J3.
  • the tilt pin 80 has a tilt axis J4.
  • Each of the boom axis J1, the arm axis J2, and the bucket axis J3 is parallel to the Y axis.
  • Each of the boom 6, the arm 7, and the bucket 8 can rotate in the ⁇ y direction.
  • the stroke length of the boom cylinder 10 is also referred to as a boom cylinder length or a boom stroke.
  • the stroke length of the arm cylinder 11 is also referred to as an arm cylinder length or an arm stroke.
  • the stroke length of the bucket cylinder 12 is also referred to as a bucket cylinder length or a bucket stroke.
  • the stroke length of the tilt cylinder 30 is also referred to as a tilt cylinder length.
  • boom cylinder length, arm cylinder length, bucket cylinder length, and tilt cylinder length are also collectively referred to as cylinder length data.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing an example of the bucket 8 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a front view illustrating an example of the bucket 8 according to the embodiment.
  • the bucket 8 is a tilt type bucket. As shown in FIGS. 2 and 3, the work machine 2 includes a bucket 8 that can rotate with respect to the arm 7 about a bucket axis J3 and a tilt axis J4 orthogonal to the bucket axis J3.
  • the bucket 8 is rotatably supported by the arm 7 around a bucket pin 15 (bucket shaft J3).
  • the bucket 8 is rotatably supported by the arm 7 around a tilt pin 80 (tilt axis J4).
  • the bucket 8 is connected to the tip of the arm 7 via a connecting member (frame) 90.
  • the bucket pin 15 connects the arm 7 and the connection member 90.
  • the tilt pin 80 connects the connection member 90 and the bucket 8.
  • the bucket 8 is rotatably connected to the arm 7 via a connection member 90.
  • the bucket 8 has a bottom plate 81, a back plate 82, an upper plate 83, a side plate 84, and a side plate 85.
  • the bottom plate 81, the upper plate 83, the side plate 84, and the side plate 85 define the opening 86 of the bucket 8.
  • the bucket 8 has a bracket 87 provided on the upper part of the upper plate 83.
  • the bracket 87 is installed at the front and rear positions of the upper plate 83.
  • the bracket 87 is coupled to the connection member 90 and the tilt pin 80.
  • the connection member 90 includes a plate member 91 and brackets 92 and 93.
  • the bracket 92 is provided on the upper surface of the plate member 91.
  • the bracket 93 is provided on the lower surface of the plate member 91.
  • the bracket 92 is connected to the arm 7 and a second link member 95 described later.
  • the bracket 93 is installed on the upper portion of the bracket 87 and is connected to the tilt pin 80 and the bracket 87.
  • the bucket pin 15 connects the bracket 92 of the connection member 90 and the tip of the arm 7.
  • the tilt pin 80 connects the bracket 93 of the connection member 90 and the bracket 87 of the bucket 8.
  • the work machine 2 includes a first link member 94 and a second link member 95.
  • the first link member 94 is rotatably connected to the arm 7 via the first link pin 94P.
  • the second link member 95 is rotatably connected to the bracket 92 via the second link pin 95P.
  • the base end portion of the first link member 94 is connected to the arm 7 via the first link pin 94P.
  • the base end portion of the second link member 95 is connected to the bracket 92 via the second link pin 95P.
  • the distal end portion of the first link member 94 and the distal end portion of the second link member 95 are connected via a bucket cylinder top pin 96.
  • the tip of the bucket cylinder 12 is rotatably connected to the tip of the first link member 94 and the tip of the second link member 95 via the bucket cylinder top pin 96.
  • the connecting member 90 rotates around the bucket axis J ⁇ b> 3 together with the bucket 8.
  • the tilt cylinder 30 is connected to a bracket 97 provided on the connection member 90 and a bracket 88 provided on the bucket 8.
  • the rod of the tilt cylinder 30 is connected to the bracket 97 via a pin.
  • the main body of the tilt cylinder 30 is connected to the bracket 88 via a pin.
  • the bucket 8 rotates around the bucket axis J3 by the operation of the bucket cylinder 12.
  • the bucket 8 rotates around the tilt axis J ⁇ b> 4 by the operation of the tilt cylinder 30.
  • the tilt pin 80 tilt axis J4 rotates (tilts) together with the bucket 8 by the rotation of the bucket 8 about the bucket axis J3.
  • the work implement 2 detects the bucket angle data indicating the rotation angle (tilt angle) ⁇ of the bucket 8 around the tilt axis J4 and the rotation angle (pitch angle) ⁇ of the bucket 8 around the bucket axis J3.
  • a sensor 70 is included.
  • the tilt angle sensor 70 detects the angle of the bucket 8 with respect to the horizontal plane in the global coordinate system.
  • the tilt angle sensor 70 is an angle sensor that can detect angles with respect to two orthogonal axes included in the horizontal plane, and detects tilt angles in two directions related to the ⁇ Xg direction and the ⁇ Yg direction.
  • the tilt angle sensor 70 is provided on the bucket 8.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing a hydraulic excavator CM based on the embodiment.
  • FIG. 5 is a rear view schematically showing the excavator CM based on the embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing a hydraulic excavator CM based on the embodiment.
  • the distance L1 between the boom axis J1 and the arm axis J2 is the boom length L1.
  • a distance L2 between the arm axis J2 and the bucket axis J3 is defined as an arm length L2.
  • a distance L3 between the bucket shaft J3 and the tip 8a of the bucket 8 is defined as a bucket length L3.
  • the tip 8 a of the bucket 8 is a cutting edge of the bucket 8.
  • the hydraulic excavator CM includes a position detection device 20 capable of detecting vehicle body position data P indicating the current position of the vehicle body 1 and vehicle body attitude data Q indicating the attitude of the vehicle body 1.
  • the vehicle body position data P includes information on the current position (Xg position, Yg position, and Zg position) of the vehicle body 1 in the global coordinate system.
  • the vehicle body posture data Q includes position information of the revolving structure 3 in the ⁇ Xg direction, the ⁇ Yg direction, and the ⁇ Zg direction.
  • the vehicle body attitude data Q of the vehicle body 1 includes an inclination angle (roll angle) ⁇ 1 of the swing body 3 with respect to the horizontal plane (XgYg plane), and an inclination angle (pitch angle) ⁇ 2 of the swing body 3 with respect to the horizontal plane.
  • the angle (yaw angle) ⁇ 3 formed by the reference direction (for example, north) of the global coordinates and the direction in which the revolving unit 3 (work machine 2) is directed.
  • the position detection device 20 includes an antenna 21, a position sensor 23, and a tilt sensor 24.
  • the antenna 21 is an antenna for detecting the current position of the vehicle body 1.
  • the antenna 21 is an antenna for GNSS (Global Navigation Satellite Systems).
  • the antenna 21 outputs a signal corresponding to the received radio wave (GNSS radio wave) to the position sensor 23.
  • the position sensor 23 includes a three-dimensional position sensor and a global coordinate calculation unit, and detects the installation position Pr of the antenna 21 in the global coordinate system.
  • the global coordinate system is a three-dimensional coordinate system based on the reference position Pg installed in the work area. As shown in FIG. 4, the reference position Pg is the position of the tip of the reference pile set in the work area.
  • the tilt sensor 24 is provided on the revolving unit 3.
  • the inclination sensor 24 has an IMU (Inertial Measurement Unit).
  • the position detection device 20 uses the inclination sensor 24 to acquire the vehicle body posture data Q having the roll angle ⁇ 1 and the pitch angle ⁇ 2.
  • FIG. 7 is a side view schematically showing the bucket 8 based on the embodiment.
  • FIG. 8 is a front view schematically showing the bucket 8 based on the embodiment.
  • a distance L4 between the bucket axis J3 and the tilt axis J4 is a tilt length L4.
  • a distance L5 between the side plate 84 and the side plate 85 is defined as a width L5 of the bucket 8.
  • the tilt angle ⁇ is the inclination angle of the bucket 8 with respect to the horizontal plane (XgYg plane).
  • the tilt angle ⁇ is derived from the detection result of the tilt angle sensor 70.
  • the tilt axis angle ⁇ is the tilt angle of the tilt axis J4 (tilt pin 80) with respect to the XY plane in the local coordinate system.
  • the tilt angle (tilt axis absolute angle) of the tilt axis J4 with respect to the horizontal plane (XgYg plane) of the global coordinate system is calculated by the sensor controller 32 (FIG. 9).
  • the control system 200 controls excavation operation using the work machine 2.
  • the control of excavation operation includes limited excavation control as an example.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an example of the operation of the work machine 2 when the limited excavation control (intervention control) is performed.
  • the limited excavation control is performed so that the bucket 8 does not enter the target design landform indicating the two-dimensional target shape of the excavation target on the work machine operation plane MP orthogonal to the bucket axis J3.
  • control system 200 automatically controls the boom 6 to be raised in response to the excavation operation of the arm 7.
  • intervention control having the raising operation of the boom 6 is executed so that the bucket 8 does not enter the target design terrain.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a functional configuration of the control system 200 based on the embodiment.
  • the control system 200 includes a position detection device 20, a tilt angle sensor 70, an operation device 25, a work machine controller 26, a pressure sensor 66, a control valve 27, and a direction control valve 64.
  • a display controller 28 a display unit 29, an input unit 36, and a sensor controller 32.
  • the display unit 29 displays predetermined information such as the target design topography to be excavated based on the control of the display controller 28.
  • the input unit 36 can use a touch panel or the like for input on the display unit, and is input by an operator. When operated by the operator, the input unit 36 generates an operation signal based on the operation of the operator and outputs the operation signal to the display controller 28.
  • the operating device 25 is disposed in the cab 4.
  • the operating device 25 is operated by the operator.
  • the operation device 25 receives an operator operation for driving the work machine 2.
  • the operating device 25 is a pilot hydraulic type operating device.
  • oil supplied to the hydraulic cylinder for operating the hydraulic cylinders (the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, the bucket cylinder 12, and the tilt cylinder 30) is also referred to as hydraulic oil.
  • the hydraulic oil and pilot oil may be delivered from the same hydraulic pump.
  • the operating device 25 includes a first operating lever 25R, a second operating lever 25L, and a third operating lever 25P.
  • the first operating lever 25R is disposed on the right side of the driver's seat 4S, for example.
  • the second operation lever 25L is disposed on the left side of the driver's seat 4S, for example.
  • the third operation lever 25P is disposed, for example, on the first operation lever 25R. Note that the third operation lever 25P may be disposed on the second operation lever 25L.
  • the front / rear and left / right operations correspond to the biaxial operations.
  • the boom 6 and the bucket 8 are operated by the first operation lever 25R.
  • the operation in the front-rear direction of the first operation lever 25R corresponds to the operation of the boom 6, and the lowering operation and the raising operation of the boom 6 are executed according to the operation in the front-rear direction.
  • the operation in the left-right direction of the first operation lever 25R corresponds to the operation of the bucket 8, and the excavation operation and the opening operation of the bucket 8 are executed according to the operation in the left-right direction.
  • the arm 7 and the swing body 3 are operated by the second operation lever 25L.
  • the operation in the front-rear direction of the second operation lever 25L corresponds to the operation of the arm 7, and the opening operation and the excavation operation of the arm 7 are executed according to the operation in the front-rear direction.
  • the left / right operation of the second operation lever 25L corresponds to the turning of the revolving structure 3, and the right turning operation and the left turning operation of the revolving structure 3 are executed according to the left / right operation.
  • the bucket 8 is operated by the third operation lever 25P.
  • the rotation of the bucket 8 about the bucket axis J3 is operated by the first operation lever 25R.
  • the rotation (tilt) of the bucket 8 about the tilt axis J4 is operated by the third operation lever 25P.
  • Pilot oil sent from the pilot hydraulic pump and reduced to pilot hydraulic pressure by the control valve is supplied to the operating device 25.
  • the pilot oil pressure is adjusted based on the operation amount of the operating device 25, and the hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinders (the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, the bucket cylinder 12, and the tilt cylinder 30) flows according to the pilot oil pressure.
  • the direction control valve 64 is driven.
  • a pressure sensor 66 is disposed in the pilot hydraulic line 450. The pressure sensor 66 detects pilot oil pressure. The detection result of the pressure sensor 66 is output to the work machine controller 26.
  • the control valve 27 is an electromagnetic proportional control valve, and adjusts the pilot hydraulic pressure based on a control signal from the work machine controller 26.
  • the sensor controller 32 includes a work machine angle calculation unit 281A, a bucket data calculation unit 282A, and a tilt axis angle calculation unit 283A.
  • the work machine angle calculation unit 281A calculates the rotation angle ⁇ of the boom 6 with respect to the vertical direction of the vehicle body 1 from the boom cylinder length acquired based on the detection result of the first stroke sensor 16.
  • the work machine angle calculation unit 281A calculates the rotation angle ⁇ of the arm 7 with respect to the boom 6 from the arm cylinder length acquired based on the detection result of the second stroke sensor 17.
  • the work machine angle calculation unit 281A calculates the rotation angle ⁇ of the bucket 8 with respect to the arm 7 from the bucket cylinder length acquired based on the detection result of the third stroke sensor 18.
  • the rotation angle ⁇ of the boom 6, the rotation angle ⁇ of the arm 7, and the rotation angle ⁇ of the bucket 8 may not be detected by the stroke sensor.
  • the rotation angle ⁇ of the boom 6 may be detected by an angle detector such as a rotary encoder.
  • the angle detector detects the bending angle of the boom 6 with respect to the revolving structure 3 and detects the rotation angle ⁇ .
  • the rotation angle ⁇ of the arm 7 may be detected by an angle detector attached to the arm 7.
  • the rotation angle ⁇ of the bucket 8 may be detected by an angle detector attached to the bucket 8.
  • the tilt axis angle calculation unit 283A is based on the rotation angles ⁇ to ⁇ calculated by the work implement angle calculation unit 281A and the vehicle body attitude data Q indicating the vehicle body inclination angle acquired by the tilt sensor 24.
  • the angle of the tilt axis J4 tilt axis absolute angle
  • the tilt axis angle calculation unit 283A calculates the angle of the tilt axis J4 (tilt axis angle ⁇ ) in the local coordinate system based on the rotation angles ⁇ to ⁇ calculated by the work implement angle calculation unit 281A. Then, the tilt axis angle calculation unit 283A calculates the tilt axis absolute angle in the global coordinate system based on the tilt axis angle ⁇ and the vehicle body attitude data Q.
  • the bucket data calculation unit 282A determines the outer shape of the cross section of the bucket 8 in the work machine operation plane (the position of the bucket 8 and the like). Generate bucket data indicating.
  • the sensor controller 32 outputs the rotation angles ⁇ to ⁇ , the tilt axis absolute angle, and the bucket data to the display controller 28 and the work machine controller 26, respectively.
  • the display controller 28 acquires vehicle body position data P and vehicle body attitude data Q from the position detection device 20.
  • the tilt angle sensor 70 outputs bucket angle data to the sensor controller 32, the work machine controller 26, and the display controller 28. Specifically, the tilt angle sensor 70 outputs the tilt angle ⁇ to the sensor controller 32. The tilt angle sensor 70 outputs the pitch angle ⁇ to the work machine controller 26 and the display controller 28.
  • the display controller 28 includes a target design landform acquisition unit 283C and a target design landform calculation unit 284A.
  • the display controller 28 calculates target design landform data and outputs it to the work machine controller 26.
  • the target design terrain acquisition unit 283C obtains target construction information (three-dimensional design terrain data) indicating the three-dimensional design terrain that is a three-dimensional target shape to be excavated, and the vehicle main body position data P and the vehicle main body posture data Q from the position detection device 20. To get.
  • target construction information three-dimensional design terrain data
  • the target design landform calculation unit 284A obtains a target design landform that is a two-dimensional target shape to be excavated on the work machine operation plane from the data acquired by the target design landform acquisition unit 283C and the bucket data acquired from the bucket data calculation unit 282A. Generate target design terrain data to show.
  • the target construction information includes coordinate data and angle data required to generate target design landform data.
  • the target construction information may be supplied to the display controller 28 via a wireless communication device or may be supplied to the display controller 28 by an external memory or the like.
  • the display controller 28 causes the display unit 29 to display the target design landform based on the target design landform data generated by the target design landform calculation unit 284A.
  • the display controller 28 causes the display unit 29 to display the target design landform based on the target design landform data and the bucket data, the posture state of the bucket corresponding thereto, and the like.
  • the display unit 29 is a monitor, for example, and displays various types of information on the hydraulic excavator CM.
  • the display unit 29 has an HMI (Human Machine Interface) monitor as a guidance monitor for computerized construction.
  • HMI Human Machine Interface
  • the display controller 28 can calculate the position of the local coordinates when viewed in the global coordinate system based on the detection result by the position detection device 20.
  • the target design landform data output to the work machine controller 26 is converted into local coordinates, but other calculations in the display controller 28 are performed in the global coordinate system.
  • the input from the sensor controller 32 is also converted into the global coordinate system in the display controller 28.
  • the work machine controller 26 includes a work machine control unit 26A, a limited excavation control reception prohibition unit 26B, and a storage unit 26C.
  • the work machine control unit 26A controls the operation of the work machine.
  • the work implement control unit 26A executes limited excavation control that automatically controls at least partly the operation of the work implement.
  • the storage unit 26C stores various programs and data necessary for the work implement control unit 26A to control the operation of the work implement.
  • the work machine control unit 26A acquires target design landform data and bucket data from the display controller 28.
  • the work machine control unit 26A generates a control command to the control valve 27 based on the target design landform data and bucket data.
  • the work machine control unit 26A sets the speed limit according to the distance between the target design landform and the bucket 8, based on the target design landform indicating the design landform that is the target shape of the excavation target and the bucket data indicating the position of the bucket 8. Then, the work machine 2 is controlled so that the speed in the direction in which the work machine 2 approaches the target design landform is equal to or lower than the speed limit.
  • a control signal is output to the control valve 27 connected to the boom cylinder 10 to control the position of the boom 6 so that the penetration of the bucket 8 into the target design landform is suppressed.
  • the limited excavation control reception prohibition unit 26B prohibits execution of the limited excavation control when a predetermined condition is satisfied. In this example, execution of limited excavation control is prohibited based on the pitch angle ⁇ acquired from the tilt angle sensor 70 and the tilt axis absolute angle acquired from the sensor controller 32.
  • the tilt angle sensor 70 detects the tilt angle ⁇ of the bucket 8 with respect to the horizontal plane in the global coordinate system.
  • the tilt angle sensor 70 is disposed in the bucket 8, and when the bucket 8 is tilted with respect to the horizontal plane, tilt angle data corresponding to the tilt angle is output to the sensor controller 32 or the like.
  • the bucket data calculation unit 282A uses the rotation angle ⁇ to ⁇ , the vehicle body attitude data Q, and the tilt angle ⁇ from the tilt angle sensor 70 to determine the outer shape (bucket 8) To generate bucket data indicating the position and the like.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the principle of the tilt angle sensor 70 based on the embodiment.
  • the tilt angle sensor 70 detects a tilt angle with respect to a horizontal plane (XgYg plane) in the global coordinate system.
  • a liquid type tilt sensor can be used as the tilt angle sensor 70.
  • the tilt angle sensor 70 is a biaxial angle sensor that detects tilt angles in two directions related to the ⁇ Xg direction and the ⁇ Yg direction.
  • the tilt angle sensor 70 has a reference surface 70R, and detects an inclination angle of the reference surface 70R with respect to a horizontal plane.
  • the tilt angle sensor 70 includes a rotation angle (tilt angle) ⁇ of the bucket 8 about the tilt axis J4 in the ⁇ Xg direction and a rotation angle (pitch angle) of the bucket 8 about the bucket axis J3 in the ⁇ Yg direction. ) Detecting ⁇
  • the bucket 8 has an installation surface on which the tilt angle sensor 70 is installed in the vicinity of the tilt pin.
  • the bucket 8 When the installation surface of the bucket 8 and the horizontal plane are parallel, the bucket 8 assumes an initial posture (horizontal posture). In a state where the bucket 8 is in the initial posture, the tilt angle sensor 70 is installed on the installation surface of the bucket 8 so that the reference surface 70R and the horizontal surface (installation surface) are parallel to each other.
  • the tilt angle detection accuracy by the tilt angle sensor 70 is the highest. In the state where the reference surface 70R and the horizontal plane are orthogonal, the tilt angle detection accuracy by the tilt angle sensor 70 is the lowest. When the reference surface 70R is horizontal, the detection accuracy of the tilt angle sensor 70 is improved, and when the reference surface 70R is vertical, the detection accuracy of the tilt angle sensor 70 is decreased.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the detection accuracy of the tilt angle sensor based on the embodiment. As shown in FIG. 12, even when the posture of the bucket 8 is changed by the operation of the boom 6 and the arm 7, the tilt angle detection accuracy by the tilt angle sensor 70 may be lowered. For example, the accuracy of tilt angle detection by the tilt angle sensor 70 decreases as the work implement 2 is extended so that the reference surface 70R approaches vertical (the pitch angle approaches vertical to the horizontal plane).
  • the tilt angle sensor 70 is an angle sensor of two axes ( ⁇ Xg direction and ⁇ Yg direction) with respect to the horizontal plane, and is a case where the tilt surface is rotated about the tilt axis J4 by driving the tilt cylinder 30 when the reference plane 70R approaches vertical.
  • the reference surface 70R of the tilt angle sensor 70 rotates while maintaining the vertical direction, it is difficult to detect a change in one axis ( ⁇ Xg direction) with respect to the horizontal plane.
  • the reference surface 70R of the tilt angle sensor 70 and the tilt axis J4 may not be parallel.
  • the bucket 8 rotates about the tilt axis J4, but the detection accuracy of the tilt angle sensor 70 may decrease as the tilt axis J4 approaches vertical (the tilt axis absolute angle is perpendicular to the horizontal plane).
  • the tilt angle sensor 70 is a two-axis ( ⁇ Xg direction and ⁇ Yg direction) angle sensor with respect to the horizontal plane, and when the tilt axis J4 approaches the vertical, the tilt cylinder 30 is driven to rotate about the tilt axis J4. In addition, since the reference surface 70R of the tilt angle sensor 70 rotates about the vertical direction, it is difficult to detect a change in one axis ( ⁇ Xg direction) with respect to the horizontal plane.
  • the detection accuracy of the tilt angle by the tilt angle sensor 70 decreases.
  • the tilt angle detection accuracy by the tilt angle sensor 70 can be lowered even when the tilt angle of the tilt axis J4 approaches the vertical direction. There is sex.
  • the limited excavation control is executed based on the tilt angle data (monitor data) acquired in real time from the tilt angle sensor 70, the limited excavation control is performed using the tilt angle data output from the tilt angle sensor 70 whose detection accuracy is reduced. May result in a decrease in excavation accuracy.
  • the limited excavation control mode is set by operating the input unit 36 of the control system 200.
  • the input unit 36 has a button (excavation control mode switching button) for instructing whether or not to perform limited excavation control.
  • At least one command signal for starting and ending the limited excavation control mode is output to the work machine controller 26.
  • the start time of the limited excavation control mode is the time when the excavation control mode switching button is operated so that the limited excavation control mode is started.
  • the end time of the limited excavation control mode is the time when the excavation control mode switching button is operated so as to end the limited excavation control mode.
  • the limited excavation control acceptance prohibiting unit 26B of the work implement controller 26 instructs the work implement control unit 26A to prohibit the shift to the limited excavation control mode.
  • the limited excavation control reception prohibition unit 26B prohibits the shift to the limited excavation control mode based on the pitch angle data (pitch angle ⁇ ) input from the tilt angle sensor 70. Further, the shift to the limited excavation control mode is prohibited based on the tilt axis absolute angle input from the tilt axis angle calculation unit 283A of the sensor controller 32.
  • FIG. 13 is a flowchart for controlling the transition to the limited excavation control mode of the limited excavation control reception prohibition unit 26B.
  • the restricted excavation control acceptance prohibiting unit 26B acquires pitch angle data (step SA1). Specifically, the limited excavation control reception prohibition unit 26 ⁇ / b> B acquires the pitch angle data of the pitch angle ⁇ from the tilt angle sensor 70.
  • the limited excavation control reception prohibition unit 26B acquires the tilt axis absolute angle (step SA2). Specifically, the limited excavation control reception prohibition unit 26B acquires the tilt axis absolute angle calculated by the tilt axis angle calculation unit 283A.
  • the limited excavation control reception prohibition unit 26B determines whether or not the pitch angle ⁇ is less than the first threshold or greater than or equal to the second threshold (step SA3). Specifically, by determining whether the pitch angle ⁇ of the bucket 8 is less than the first threshold value or greater than the second threshold value, the reference plane 70R of the tilt angle sensor 70 attached to the bucket 8 is vertical. It is determined whether or not it is a neighborhood. In the present example, the second threshold value is larger than the first threshold value.
  • the reference surface 70R is close to the vertical, and the tilt angle data detection accuracy of the tilt angle sensor 70 decreases.
  • the range in which the pitch angle ⁇ is less than the first threshold or greater than or equal to the second threshold is a state in which the tilt angle data detection accuracy of the tilt angle sensor 70 can be ensured.
  • Restricted excavation control reception prohibition unit 26B prohibits the transition to the limited excavation control mode when the pitch angle ⁇ is greater than or equal to the first threshold value and less than the second threshold value (NO in step SA3). (Instruction SA6).
  • the reference surface 70R of the tilt angle sensor 70 attached to the bucket 8 is in the vicinity of the vertical, the detection accuracy of the tilt angle sensor 70 is lowered, so that the shift to the limited excavation control mode is prohibited.
  • the limited excavation control acceptance prohibiting unit 26B has the tilt axis absolute angle less than the third threshold value or the second threshold value. It is determined whether or not the threshold value is 4 or more (step SA4). Specifically, it is determined whether or not the tilt axis J4 is near the vertical by determining whether or not the tilt axis absolute angle is less than the third threshold value or greater than or equal to the fourth threshold value. In the present example, the fourth threshold value is larger than the third threshold value.
  • the tilt axis J4 In the range where the tilt axis absolute angle is greater than or equal to the third threshold value and less than the fourth threshold value, the tilt axis J4 is in the vicinity of the vertical, and the detection accuracy of the tilt angle data of the tilt angle sensor 70 is lowered.
  • the range when the tilt axis absolute angle is less than the third threshold value or greater than or equal to the fourth threshold value is a state in which the detection accuracy of the tilt angle data of the tilt angle sensor 70 can be ensured.
  • Restricted excavation control acceptance prohibiting unit 26B prohibits the transition to the limited excavation control mode when the tilt axis absolute angle is greater than or equal to the third threshold and less than the fourth threshold (NO in step SA4) (work machine control). Prohibition instruction) (step SA6).
  • the tilt axis J4 is in the vicinity of the vertical, the detection accuracy of the tilt angle sensor 70 is lowered, so that the shift to the limited excavation control mode is prohibited.
  • restricted excavation control reception prohibition unit 26B permits the transition to the limited excavation control mode (Work implement control start instruction) (step SA5).
  • the reference surface 70R of the tilt angle sensor 70 is not near the vertical, and when the tilt axis J4 is not near the vertical, the detection accuracy of the tilt angle sensor 70 can be ensured, so that the limited excavation control mode is entered. Allow migration.
  • This configuration prohibits limited excavation control with the tilt angle data output from the tilt angle sensor 70 with reduced detection accuracy, and executes limited excavation control with tilt angle data with high detection accuracy. Thereby, excavation accuracy can be improved and desired construction can be executed.
  • the transition to the limited excavation control mode is prohibited when the pitch angle ⁇ is equal to or greater than the first threshold value and less than the second threshold value.
  • the pitch angle ⁇ is equal to or greater than the first threshold value.
  • the transition to the limited excavation control mode may be prohibited.
  • the tilt axis absolute angle is greater than or equal to the third threshold and less than the fourth threshold. In this case, the transition to the limited excavation control mode may be prohibited.
  • the limited excavation control reception prohibition unit 26B may prohibit reception of a button (excavation control mode switching button) for instructing whether or not to perform the limited excavation control of the input unit 36.
  • the button may be set to be invalid. Thereby, it is possible to make the operator recognize that the excavation accuracy is lowered, and it is possible to prompt the execution of the limited excavation control in a state where the excavation accuracy is high.
  • the button when the button is displayed on the display unit 29, it may not be displayed. Further, the display may be changed (for example, blackened) to indicate that the button is invalid.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the display unit 29 based on the embodiment.
  • the display unit 29 displays the target design terrain and the posture state of the bucket 8 corresponding to the target design terrain based on the target design terrain data and the bucket data.
  • the screen of the display unit 29 has a front view 282 showing the tilt angle of the bucket 8 and a side view 281 showing the target design landform and the bucket 8.
  • the front view 282 has an icon 101 indicating the bucket 8.
  • the side view 281 has an icon 103 indicating the bucket 8 and a line 104 indicating the surface of the target design landform on the work machine operation plane.
  • the icon 103 indicates the outer shape of the bucket 8 on the work machine operation plane.
  • the side view 281 shows the angle between the distance data 291B indicating the distance between the target design landform and the bucket 8 (the shortest distance between the target design landform and the bucket 8) and the angle formed between the target design landform and the bottom surface of the bucket 8. Data 292B.
  • This display identifies the control object based on the work machine operation plane, and the limited excavation control is performed with high accuracy.
  • the display controller 28 changes the state of the icon 284 according to the state of detection accuracy of the tilt angle data. Specifically, the state of the icon 284 is switched between a state where the detection accuracy of the tilt angle data is lowered and a state where the detection accuracy of the tilt angle data can be ensured.
  • the static mode can be changed by changing the form of the icon.
  • the dynamic mode may be changed by changing the speed of blinking or the like.
  • the mode of the icon may be changed between a case where the reference surface 70R of the tilt angle sensor 70 is close to a horizontal plane and the detection accuracy of the tilt angle data is higher and a state where the detection accuracy is high. Further, it can be changed according to the tilt angle data.
  • FIG. 15 is a flowchart for explaining the display processing of the display controller 28 according to another embodiment.
  • the target design landform acquisition unit 283C of the display controller 28 acquires parameters (step SB1). Specifically, the target design landform acquisition unit 283C acquires parameters such as posture information related to the posture of the work machine.
  • the target design landform acquisition unit 283C acquires vehicle body position data P, vehicle body posture data Q, target construction information, bucket data from the bucket data calculation unit 282A, and the like.
  • the target design landform acquisition unit 283C acquires pitch angle data (step SB2). Specifically, the target design landform acquisition unit 283C acquires the pitch angle data of the pitch angle ⁇ from the tilt angle sensor 70.
  • the target design landform acquisition unit 283C acquires the tilt axis absolute angle (step SB3). Specifically, the target design landform acquisition unit 283C acquires the tilt axis absolute angle calculated by the tilt axis angle calculation unit 283A.
  • the target design landform calculation unit 284A calculates target design landform data (step SB4).
  • the target design landform calculation unit 284A generates target design landform data based on the parameter data acquired by the target design landform acquisition unit 283C.
  • the target design landform calculator 284A determines whether or not the pitch angle ⁇ is less than the first threshold or greater than or equal to the second threshold (step SB5). Specifically, by determining whether the pitch angle ⁇ of the bucket 8 is less than the first threshold value or greater than the second threshold value, the reference plane 70R of the tilt angle sensor 70 attached to the bucket 8 is vertical. It is determined whether or not it is a neighborhood. The range in which the pitch angle ⁇ is greater than or equal to the first threshold and less than the second threshold is when the reference surface 70R is near the vertical and the detection accuracy of the tilt angle data of the tilt angle sensor 70 is reduced. The range in which the pitch angle ⁇ is less than the first threshold or greater than or equal to the second threshold is a state in which the tilt angle data detection accuracy of the tilt angle sensor 70 can be ensured.
  • the target design landform calculation unit 284A performs display control based on the fixed bucket data (step SB8). ).
  • the reference surface 70R of the tilt angle sensor 70 attached to the bucket 8 is near the vertical, the detection accuracy of the tilt angle sensor 70 is lowered.
  • display control based on bucket data with a high detection accuracy is executed. Specifically, when the pitch angle ⁇ is greater than or equal to the first threshold and less than the second threshold, the tilt angle data when the pitch angle ⁇ is less than the first threshold or greater than or equal to the second threshold is used. Display control based on the tilt angle data is executed. As described above, if the tilt angle data is held when the pitch angle ⁇ is less than the first threshold or greater than or equal to the second threshold and the tilt angle data is fixed, the display based on the highly accurate tilt angle data is performed. It can be performed. In the front view 282 of FIG. 14, the bucket 8 based on the fixed tilt angle data is displayed as an example.
  • target design landform calculator 284A determines that pitch angle ⁇ is less than the first threshold or greater than or equal to the second threshold (YES in step SB5), tilt axis absolute angle is less than the third threshold or the second threshold. It is determined whether or not the threshold value is 4 or more (step SB6). Specifically, it is determined whether or not the tilt axis J4 is near the vertical by determining whether or not the tilt axis absolute angle is less than the third threshold value or greater than or equal to the fourth threshold value. In a range where the tilt axis absolute angle is greater than or equal to the third threshold value and less than the fourth threshold value, the tilt axis J4 is close to the vertical, and the tilt angle data 70 is not accurately detected. The range when the tilt axis absolute angle is less than the third threshold value or greater than or equal to the fourth threshold value is a state in which the detection accuracy of the tilt angle data of the tilt angle sensor 70 can be ensured.
  • target design landform calculation unit 284A executes display control based on the fixed bucket data (step SB6). SB8).
  • the reference surface 70R of the tilt angle sensor 70 attached to the bucket 8 is in the vicinity of the vertical, the detection accuracy of the tilt angle sensor 70 is lowered, so display control based on bucket data in a state where the detection accuracy is high is executed.
  • the target design landform calculation unit 284A performs display control based on the currently acquired bucket data. Execute (Step SB7).
  • the reference surface 70R of the tilt angle sensor 70 is not near the vertical, and when the tilt axis J4 is not near the vertical, the detection accuracy of the tilt angle sensor 70 can be ensured. Display control based on the bucket data calculated in 282A is executed.
  • This configuration prohibits bucket display control using the tilt angle data output from the tilt angle sensor 70 with reduced detection accuracy, and executes bucket display control using tilt angle data with high detection accuracy. Thereby, excavation accuracy can be improved and desired construction can be executed.
  • Display control based on fixed bucket data may be executed when the threshold is equal to or greater than the threshold. Further, the case where the display control based on the fixed bucket data is executed when the tilt axis absolute angle is equal to or larger than the third threshold and less than the fourth threshold has been described. However, the tilt axis absolute angle is equal to the third threshold. In the above case, display control based on fixed bucket data may be executed.
  • the display unit 29 When the display control of the bucket based on the fixed tilt angle data is performed on the display unit 29, even if the tilt angle ⁇ of the bucket 8 is changed according to the operation of the operator, the display unit 29 The posture state of the bucket 8 is fixedly displayed.
  • the display based on the information with the lowered detection accuracy is stopped, and the display is switched to the display based on the information with high detection accuracy before the detection accuracy is lowered. It is possible to improve visibility. Thereby, it is possible to suppress the misrecognition with respect to the operator regarding the display of a bucket, and to perform a highly accurate excavation operation. Further, when the detection accuracy returns to the original state, it is possible to return from the state early and display with high accuracy.
  • the distance between the target design landform and the bucket 8 described in FIG. 15 (the shortest distance between the target design landform and the bucket 8) is shown.
  • the values of the distance data 291B and the angle data 292B indicating the angle formed between the target design landform and the bottom surface of the bucket 8 may fluctuate (fluctuate). It is possible to improve visibility by canceling and switching to display based on information with high detection accuracy.
  • shaft of the inclination angle of the bucket 8 may increase another axis
  • vertical to a horizontal surface may be sufficient.
  • a sensor capable of detecting an angle with respect to each of the three axes may be employed as the tilt angle sensor.
  • the vehicle body position data P and vehicle body attitude data Q of the hydraulic excavator CM in the global coordinate system are acquired, and the position of the bucket 8 (bucket data S) obtained in the local coordinate system and the vehicle body position are obtained.
  • the relative position between the target design landform and the bucket 8 in the global coordinate system is acquired.
  • the target design terrain data may be defined in the local coordinate system, and the relative position between the target design terrain and the bucket 8 in the local coordinate system may be acquired. The same applies to the following embodiments.
  • a hydraulic excavator is cited as an example of a work vehicle, but the present invention is not limited to a hydraulic excavator and may be applied to other types of work vehicles.
  • the acquisition of the position of the hydraulic excavator CM in the global coordinate system is not limited to GNSS, and may be performed by other positioning means. Therefore, acquisition of the distance between the tip of the bucket and the target design landform is not limited to GNSS, and may be performed by other positioning means.
  • the boom operation amount, arm operation amount, and bucket operation amount may be acquired based on an electrical signal indicating the position of the operation lever (25R, 25L).
  • a hydraulic excavator has been described as an example of a work vehicle.
  • the present invention can also be applied to a work vehicle such as a bulldozer or a wheel loader.
  • SYMBOLS 1 Vehicle main body, 2 working machines, 3 revolving body, 4 cab, 4S driver's seat, 5 traveling device, 5Cr crawler, 6 boom, 7 arm, 8 bucket, 9 engine room, 10 boom cylinder, 11 arm cylinder, 12 bucket Cylinder, 13 boom pin, 14 arm pin, 15 bucket pin, 16-18 first to third stroke sensor, 19 handrail, 20 position detector, 21 antenna, 21A first antenna, 21B second antenna, 23 position sensor, 24 tilt Sensor, 25 operating device, 26 work implement controller, 26A work implement control section, 26B restricted excavation control acceptance prohibition section, 28 display controller, 29 display section, 30 tilt cylinder, 32 sensor controller, 36 input section, 70 tilt angle sensor, M hydraulic excavator.

Landscapes

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Abstract

 作業車両は、車両本体と、作業機と、角度センサと、作業機制御部とを備える。作業機は、ブームと、アームと、バケットとを有する。ブームは、ブーム軸を中心に車両本体に対して回転可能である。アームは、ブーム軸と平行なアーム軸を中心にブームに対して回転可能である。バケットは、アーム軸と平行なバケット軸及びバケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心にアームに対して回転可能である。角度センサは、バケットに設けられ、水平面に対するバケットの傾斜角度を検出する。作業機制御部は、作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に基づいて、作業機の動作を少なくとも一部自動で制御する作業機制御を実行する。作業機制御部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合、作業機制御を開始し、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合、作業機制御を開始しない。

Description

作業車両および作業車両の制御方法
 本発明は、作業車両に関する。
 油圧ショベルのような作業車両は、ブームとアームとバケットとを有する作業機を備える。作業車両の制御において、掘削対象の目標形状である目標設計地形に基づいてバケットの刃先を制御する掘削制御が知られている。また、車幅方向におけるバケットの両端を車幅方向の軸に対して傾けることが可能なチルト式バケット(チルトバケット)が知られている。チルト式バケットは、特開2014-74319号公報に示されるようにアームに対してバケットをチルトさせるチルト用アクチュエータによって傾けられる。
特開2014-74319号公報
 一方で、チルト式バケットにおいて、チルト角度センサを使ってバケットのチルト角度データを取得することが可能である。
 バケットは、チルト用アクチュエータの駆動によって車幅方向の軸に対して傾斜するとともに、作業機の通常動作によっても車両前後方向の軸に対して傾斜する。そのため、作業機の動作により、チルト角度センサは、チルト用アクチュエータの駆動に基づくチルト角度データを取得することが困難となる可能性がある。このような場合、精度の良いチルト角度データに基づいて掘削制御を行うことができず、掘削制御の精度が低下する可能性がある。
 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、チルト式バケットを用いる作業車両において、掘削制御の精度の低下を防止する技術を提供することを目的とする。
 本発明のある局面に従う作業車両は、車両本体と、作業機と、角度センサと、作業機制御部とを備える。作業機は、ブームと、アームと、バケットとを有する。ブームは、ブーム軸を中心に車両本体に対して回転可能である。アームは、ブーム軸と平行なアーム軸を中心にブームに対して回転可能である。バケットは、アーム軸と平行なバケット軸及びバケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心にアームに対して回転可能である。角度センサは、バケットに設けられ、水平面に対するバケットの傾斜角度を検出する。作業機制御部は、作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に基づいて、作業機の動作を少なくとも一部自動で制御する作業機制御を実行する。作業機制御部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合、作業機制御を開始し、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合、作業機制御を開始しない。
 上記によれば、作業機制御部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合に作業機制御を開始し、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合には作業機制御を開始しないことにより、バケットの傾斜角度の検出精度が高い状態での作業機制御を実行し、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する状態での作業機制御を禁止することにより、掘削精度を向上させ、所期の施工を実行することができる。
 好ましくは、作業機制御部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合、あるいは第2の閾値以上である場合、作業機制御を開始し、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上でありかつ第2の閾値未満である場合、作業機制御を開始しない。
 上記によれば、作業機制御部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満あるいは第2の閾値である場合に作業機制御を実行し、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上でありかつ第2の閾値未満である場合には作業機制御を実行しないことにより、バケットの傾斜角度の検出精度が高い範囲状態での作業機制御を実行し、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する範囲状態での作業機制御を禁止することにより、掘削精度を向上させ、所期の施工を実行することができる。
 好ましくは、作業車両は、傾き検出部と、姿勢状態取得部と、チルト軸角度算出部とをさらに備える。傾き検出部は、水平面に対する車両本体の傾きを検出する。姿勢状態取得部は、作業機の姿勢に関する姿勢情報を取得する。チルト軸角度算出部は、車両本体の傾きと作業機の姿勢情報とに基づいて水平面に対するチルト軸の傾斜角度を算出する。作業機制御部は、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第2の閾値未満である場合、作業機制御を開始し、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第2の閾値以上である場合、作業機制御を開始しない。
 上記によれば、作業機制御部は、さらにチルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第2の閾値未満である場合に作業機制御を実行し、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第2の閾値以上である場合には作業機制御を実行しないことにより、バケットの傾斜角度の検出精度が高い状態での作業機を実行し、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する状態での作業機を禁止することにより、さらに掘削精度を向上させ、所期の施工を実行することができる。
 好ましくは、作業車両は、操作部をさらに備える。操作部は、オペレータからの作業機制御の開始の指示を受け付けることが可能である。作業機制御部は、操作部からの開始の指示に従って作業機制御を実行し、操作部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合にオペレータからの作業機制御の開始の指示を受け付けない。
 上記によれば、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する状態でオペレータの作業機制御の開始の指示を受け付けないことにより、オペレータに対して掘削精度が低下していることを認知させ、掘削精度の高い状態での作業機制御の実行を促すことができる。
 好ましくは、作業車両は、表示部と、表示制御部とをさらに備える。表示制御部は、表示部の表示内容を制御する。表示制御部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合にオペレータからの作業機制御の開始ができない旨の情報を表示部に表示する。
 上記によれば、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する状態でオペレータに対して掘削精度が低下していることを報知することにより、掘削精度の高い状態での作業機制御の実行を促すことができる。
 本発明の別の局面に従う作業車両は、車両本体と、作業機と、傾き検出部と、姿勢状態取得部と、チルト軸角度算出部と、作業機制御部とを備える。作業機は、ブームと、アームと、バケットとを有する。ブームは、ブーム軸を中心に車両本体に対して回転可能である。アームは、ブーム軸と平行なアーム軸を中心にブームに対して回転可能である。バケットは、アーム軸と平行なバケット軸及びバケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心にアームに対して回転可能である。傾き検出部は、水平面に対する車両本体の傾きを検出する。姿勢状態取得部は、作業機の姿勢に関する姿勢情報を取得する。チルト軸角度算出部は、車両本体の傾きと作業機の姿勢情報とに基づいて、水平面に対するチルト軸の傾斜角度を算出する。作業機制御部は、作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に基づいて、作業機の動作を少なくとも一部自動で制御する作業機制御を実行する。作業機制御部は、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値未満である場合、作業機制御を開始し、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値以上である場合、作業機制御を開始しない。
 上記によれば、作業機制御部は、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値未満である場合に作業機制御を実行し、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値以上である場合には作業機制御を実行しないことにより、バケットの傾斜角度の検出精度が高い状態での作業機制御を実行し、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する状態での作業機制御を禁止することにより、掘削精度を向上させ、所期の施工を実行することができる。
 好ましくは、作業機制御部は、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値未満である場合、あるいは第2の閾値以上である場合、作業機制御を開始し、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値以上でありかつ第2の閾値未満である場合、作業機制御を開始しない。
 上記によれば、作業機制御部は、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値未満あるいは第2の閾値である場合に作業機制御を実行し、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値以上でありかつ第2の閾値未満である場合には作業機制御を実行しないことにより、バケットの傾斜角度の検出精度が高い範囲状態での作業機制御を実行し、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する範囲状態での作業機制御を禁止することにより、掘削精度を向上させ、所期の施工を実行することができる。
 好ましくは、作業車両は、操作部をさらに備える。操作部は、オペレータからの作業機制御の開始の指示を受け付けることが可能である。作業機制御部は、操作部からの開始の指示に従って作業機制御を実行する。操作部は、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値以上である場合にオペレータからの作業機制御の開始の指示を受け付けない。
 上記によれば、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する状態でオペレータの作業機の開始の指示を受け付けないことにより、オペレータに対して掘削精度が低下していることを認知させ、掘削精度の高い状態での作業機制御の実行を促すことができる。
 好ましくは、作業車両は、表示部と、表示制御部とをさらに備える。表示制御部は、表示部の表示内容を制御する。表示制御部は、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値以上である場合にオペレータからの作業機制御の開始ができない旨の情報を表示部に表示する。
 上記によれば、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する状態でオペレータに対して掘削精度が低下していることを報知することにより、掘削精度の高い状態での作業機制御の実行を促すことができる。
 本発明のさらに別の局面に従う作業車両は、作業機と、角度センサと、姿勢状態取得部と、表示制御部とを備える。作業機は、ブームと、アームと、バケットとを有する。ブームは、ブーム軸を中心に車両本体に対して回転可能である。アームは、ブーム軸と平行なアーム軸を中心にブームに対して回転可能である。バケットは、アーム軸と平行なバケット軸及びバケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心にアームに対して回転可能である。角度センサは、バケットに設けられ、水平面に対するバケットの傾斜角度を検出する。
 姿勢状態取得部は、角度センサの検出結果に基づいて作業機の姿勢に関する姿勢情報を取得する。表示制御部は、姿勢情報に基づいて作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に対するバケットの姿勢状態を表示する。表示制御部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合には角度センサで検出したバケットの傾斜角度に従うバケットの姿勢状態を表示し、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合には角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときの角度センサの検出結果に基づいてバケットの姿勢状態を表示する。
 上記によれば、表示制御部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合には角度センサで検出したバケットの傾斜角度に従うバケットの姿勢状態を表示し、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合にはバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときの角度センサの検出結果に基づいてバケットの姿勢状態を表示する。バケットの傾斜角度の検出精度が高い状態でのバケットの姿勢状態を表示することにより、検出精度が高い情報に基づく表示により精度の高い掘削作業を実行することができる。
 好ましくは、作業車両は、傾き検出部と、チルト軸角度算出部とをさらに備える。傾き検出部は、水平面に対する車両本体の傾きを検出する。チルト軸角度算出部は、車両本体の傾きと作業機の姿勢情報とに基づいて水平面に対するチルト軸の傾斜角度を算出する。表示制御部は、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第2の閾値未満であり、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合には角度センサで検出したバケットの傾斜角度に従うバケットの姿勢状態を表示し、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第2の閾値以上、あるいは、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合には角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときの角度センサの検出結果に基づいてバケットの姿勢状態を表示する。
 上記によれば、表示制御部は、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第2の閾値未満である場合には角度センサで検出したバケットの傾斜角度に従うバケットの姿勢状態を表示し、チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第2の閾値以上である場合にはバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときの角度センサの検出結果に基づいてバケットの姿勢状態を表示する。バケットの傾斜角度の検出精度が高い状態でのバケットの姿勢状態を表示することにより、さらに精度の高い掘削作業を実行することができる。
 好ましくは、表示制御部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合には角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときの角度センサの検出結果に基づいてバケットの姿勢状態を固定表示する。
 上記によれば、表示制御部は、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合には角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときの角度センサの検出結果に基づいてバケットの姿勢状態を固定表示することにより、検出精度が高い情報に基づく固定表示によりオペレータに対する誤認識を抑制することができる。
 好ましくは、表示制御部は、角度センサの検出精度を示すアイコンをさらに表示し、角度センサで検出したバケットの傾斜角度に基づいてアイコンの状態を変化させる。
 上記によれば、オペレータに検出精度の状況を瞬時に把握させることが可能であり、精度の高い掘削作業を実行することが可能である。
 本発明のある局面に従う作業車両の制御方法は、ブーム軸を中心に車両本体に対して回転可能なブームと、ブーム軸と平行なアーム軸を中心にブームに対して回転可能なアームと、アーム軸と平行なバケット軸及びバケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心にアームに対して回転可能なバケットとを有する、作業機を含む作業車両の制御方法である。当該制御方法は、水平面に対するバケットの傾斜角度を検出するステップと、検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合、作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に基づいて、作業機の動作を少なくとも一部自動で制御する作業機制御を開始するステップと、検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合、作業機制御を開始しないステップとを備える。
 上記によれば、検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合に作業機制御を開始し、角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合には作業機制御を開始しないことにより、バケットの傾斜角度の検出精度が高い状態での作業機制御を実行し、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する状態での作業機制御を禁止することにより、掘削精度を向上させ、所期の施工を実行することができる。
 本発明の別の局面に従う作業車両の制御方法は、ブーム軸を中心に車両本体に対して回転可能なブームと、ブーム軸と平行なアーム軸を中心にブームに対して回転可能なアームと、アーム軸と平行なバケット軸及びバケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心にアームに対して回転可能なバケットとを有する、作業機を含む作業車両の制御方法である。当該制御方法は、水平面に対する車両本体の傾きを検出するステップと、作業機の姿勢に関する姿勢情報を取得するステップと、車両本体の傾きと作業機の姿勢情報とに基づいて、水平面に対するチルト軸の傾斜角度を算出するステップと、算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値未満である場合、作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に基づいて、作業機の動作を少なくとも一部自動で制御する作業機制御を開始するステップと、算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値以上である場合、作業機制御を開始しないステップとを備える。
 上記によれば、算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値未満である場合に作業機制御を実行し、算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値以上である場合には作業機制御を実行しないことにより、バケットの傾斜角度の検出精度が高い状態での作業機制御を実行し、バケットの傾斜角度の検出精度が低下する状態での作業機制御を禁止することにより、掘削精度を向上させ、所期の施工を実行することができる。
 本発明のさらに別の局面に従う作業車両の制御方法は、ブーム軸を中心に車両本体に対して回転可能なブームと、ブーム軸と平行なアーム軸を中心にブームに対して回転可能なアームと、アーム軸と平行なバケット軸及びバケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心にアームに対して回転可能なバケットとを有する、作業機を含む作業車両の制御方法である。当該制御方法は、水平面に対するバケットの傾斜角度を検出するステップと、検出したバケットの傾斜角度に基づいて作業機の姿勢に関する姿勢情報を取得するステップと、検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合、作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に対するバケットの姿勢状態を、姿勢情報に基づいて表示するステップと、検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合にはバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときのバケットの傾斜角度に基づく姿勢情報を取得し、当該姿勢情報に基づいてバケットの姿勢状態を表示するステップとを備える。
 上記によれば、検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合には検出したバケットの傾斜角度に従うバケットの姿勢状態を表示し、検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合にはバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときのバケットの傾斜角度に基づく姿勢情報を取得し、当該姿勢情報に基づいてバケットの姿勢状態を表示する。バケットの傾斜角度の検出精度が高い状態でのバケットの姿勢状態を表示することにより、検出精度が高い情報に基づく表示により精度の高い掘削作業を実行することができる。
 作業車両は、掘削制御の精度の低下を防止することが可能である。
実施形態に基づく作業車両の一例を示す斜視図である。 実施形態に係るバケット8の一例を示す側断面図である。 実施形態に係るバケット8の一例を示す正面図である。 実施形態に基づく油圧ショベルCMを模式的に示す側面図である。 実施形態に基づく油圧ショベルCMを模式的に示す背面図である。 実施形態に基づく油圧ショベルCMを模式的に示す平面図である。 実施形態に基づくバケット8を模式的に示す側面図である。 実施形態に基づくバケット8を模式的に示す正面図である。 制限掘削制御(介入制御)が行われるときの作業機2の動作の一例を模式的に示す図である。 実施形態に基づく制御システム200の機能構成を示すブロック図である。 実施形態に基づくチルト角度センサ70の原理を説明するための模式図である。 実施形態に基づくチルト角度センサの検出精度を説明する図である。 制限掘削制御受付禁止部26Bの制限掘削制御モードへの移行を制御するフロー図である。 実施形態に基づく表示部29の一例を示す図である。 別の実施形態に基づく表示コントローラ28の表示処理を説明するフロー図である。
 以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
 以下の説明においては、グローバル座標系及びローカル座標系のそれぞれを設定し、それら座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。グローバル座標系は、地球に固定された原点Pr(図4参照)を基準とした座標系である。ローカル座標系は、作業車両CMの車両本体1に固定された原点P0(図4参照)を基準とした座標系である。ローカル座標系を、車両本体座標系、と称してもよい。
 また、以下の説明においては、グローバル座標系を、XgYgZg直交座標系で示す。後述するように、グローバル座標系の基準位置(原点)Pgは、作業エリアに位置する。水平面内の一方向をXg軸方向、水平面内においてXg軸方向と直交する方向をYg軸方向、Xg軸方向及びYg軸方向のそれぞれと直交する方向をZg軸方向とする。また、Xg軸、Yg軸、及びZg軸まわりの回転(傾斜)方向をそれぞれ、θXg、θYg、及びθZg方向とする。Xg軸は、YgZg平面と直交する。Yg軸は、XgZg平面と直交する。Zg軸は、XgYg平面と直交する。XgYg平面は、水平面と平行である。Zg軸方向は、鉛直方向である。
 また、以下の説明においては、ローカル座標系を、XYZ直交座標系で示す。後述するように、ローカル座標系の基準位置(原点)P0は、旋回体3の旋回中心AXに位置する。ある平面内の一方向をX軸方向、その平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれと直交する方向をZ軸方向とする。また、X軸、Y軸、及びZ軸まわりの回転(傾斜)方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。X軸は、YZ平面と直交する。Y軸は、XZ平面と直交する。Z軸は、XY平面と直交する。
 [作業車両の全体構成]
 図1は、実施形態に基づく作業車両の一例を示す斜視図である。
 図1に示されるように、本例においては、作業車両として油圧により作動する作業機2を備える油圧ショベルCMを例に挙げて説明する。
 油圧ショベルCMは、車両本体1と、作業機2とを備える。後述するように、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。
 車両本体1は、旋回体3と、運転室4と、走行装置5とを有する。
 旋回体3は、走行装置5の上に配置される。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。履帯5Crの回転により、油圧ショベルCMが走行する。なお、走行装置5が車輪(タイヤ)で構成されていてもよい。
 本実施形態では、運転席4Sに着座したオペレータを基準として各部の位置関係を説明する。
 前後方向とは、運転席4Sに着座したオペレータを基準とした前後方向をいう。左右方向とは、運転席4Sに着座したオペレータを基準とした左右方向をいう。左右方向は、車両の幅方向(車幅方向)に一致する。運転席4Sに着座したオペレータが正面に正対する方向を前方向とし、前方向とは反対の方向を後方向とする。運転席4Sに着座したオペレータが正面に正対したとき右側、左側をそれぞれ右方向、左方向とする。前後方向は、X軸方向であり、左右方向は、Y軸方向である。運転席4Sに着座したオペレータが正面に正対する方向は、前方向(+X方向)であり、前方向の反対方向は、後方向(-X方向)である。運転席4Sに着座したオペレータが正面に正対したときの車幅方向の一側の方向は、右方向(+Y方向)であり、車幅方向の他側の方向は、左方向(-Y方向)である。
 旋回体3は、エンジン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において、エンジンルーム9の前方に手すり19が設けられる。エンジンルーム9に、エンジン及び油圧ポンプなどが配置される。
 作業機2は、旋回体3に接続される。
 作業機2は、ブーム6と、アーム7と、バケット8と、ブームシリンダ10と、アームシリンダ11と、バケットシリンダ12と、チルトシリンダ30とを有する。
 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は、バケット8を駆動する。ブーム6の基端部(ブームフート)と旋回体3とが接続される。ブーム6の先端部(ブームトップ)とアーム7の基端部(アームフート)とが接続される。アーム7の先端部(アームトップ)とバケット8の基端部とが接続される。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はいずれも、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と、第2ストロークセンサ17と、第3ストロークセンサ18とを有する。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(ブームシリンダ長)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(アームシリンダ長)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(バケットシリンダ長)を検出する。
 ブーム6は、回転軸であるブーム軸J1を中心に旋回体3に対して回転可能である。アーム7は、ブーム軸J1と平行な回転軸であるアーム軸J2を中心にブーム6に対して回転可能である。バケット8は、ブーム軸J1及びアーム軸J2と平行な回転軸であるバケット軸J3を中心にアーム7に対して回転可能である。バケット8は、バケット軸J3と直交する回転軸であるチルト軸J4を中心にアーム7に対して回転可能である。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のそれぞれは、Y軸と平行である。ブーム6、アーム7、及びバケット8のそれぞれは、θy方向に回転可能である。
 以下の説明においては、ブームシリンダ10のストローク長さをブームシリンダ長又はブームストロークとも称する。また、アームシリンダ11のストローク長さをアームシリンダ長又はアームストロークとも称する。また、バケットシリンダ12のストローク長さをバケットシリンダ長又はバケットストロークとも称する。チルトシリンダ30のストローク長さをチルトシリンダ長とも称する。
 また、以下の説明において、ブームシリンダ長、アームシリンダ長、バケットシリンダ長、及びチルトシリンダ長を総称してシリンダ長データとも称する。
 [バケットの構成]
 次に、実施形態に基づくバケット8について説明する。
 図2は、実施形態に係るバケット8の一例を示す側断面図である。図3は、実施形態に係るバケット8の一例を示す正面図である。
 バケット8は、チルト式バケットである。
 図2及び図3に示されるように、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のそれぞれを中心にアーム7に対して回転可能なバケット8を有する。バケット8は、バケットピン15(バケット軸J3)を中心にアーム7に回転可能に支持されている。バケット8は、チルトピン80(チルト軸J4)を中心にアーム7に回転可能に支持される。
 バケット8は、接続部材(台枠)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に回転可能に接続される。
 バケット8は、底板81と、背板82と、上板83と、側板84と、側板85とを有する。底板81と上板83と側板84と側板85とによって、バケット8の開口部86が規定される。
 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、上板83の前後位置に設置される。ブラケット87は、接続部材90及びチルトピン80と連結される。
 接続部材90は、プレート部材91と、ブラケット92,93とを有する。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及び後述する第2リンク部材95と連結される。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及びブラケット87と連結される。
 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の先端部とを連結する。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とを連結する。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を中心に回転可能となり、接続部材90に対してバケット8がチルト軸J4を中心に回転可能となる。
 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に回転可能に接続される。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に回転可能に接続される。
 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の先端部とが、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の先端部及び第2リンク部材95の先端部と回転可能に接続される。バケットシリンダ12の伸縮によって、接続部材90がバケット8と一緒にバケット軸J3を中心に回転する。
 チルトシリンダ30は、接続部材90に設けられたブラケット97、及びバケット8に設けられたブラケット88にそれぞれ接続される。チルトシリンダ30のロッドがピンを介してブラケット97に接続される。チルトシリンダ30の本体部がピンを介してブラケット88に接続される。チルトシリンダ30の伸縮によって、バケット8はチルト軸J4を中心に回転する。
 このように、バケット8は、バケットシリンダ12の作動により、バケット軸J3を中心に回転する。バケット8は、チルトシリンダ30の作動により、チルト軸J4を中心に回転する。バケット軸J3を中心とするバケット8の回転により、チルトピン80(チルト軸J4)が、バケット8と一緒に回転(傾斜)する。
 作業機2は、チルト軸J4を中心とするバケット8の回転角度(チルト角度)δおよびバケット軸J3を中心とするバケット8の回転角度(ピッチ角度)φを示すバケット角度データを検出するチルト角度センサ70を有する。
 具体的には、チルト角度センサ70は、グローバル座標系における水平面に対するバケット8の角度を検出する。チルト角度センサ70は、水平面に含まれる直交する2つの軸に対する角度をそれぞれ検出可能な角度センサであり、θXg方向、及びθYg方向に関する2つの方向に関する傾斜角度を検出する。チルト角度センサ70は、バケット8に設けられる。
 [油圧ショベルの構造]
 図4は、実施形態に基づく油圧ショベルCMを模式的に示す側面図である。図5は、実施形態に基づく油圧ショベルCMを模式的に示す背面図である。図6は、実施形態に基づく油圧ショベルCMを模式的に示す平面図である。
 ブーム軸J1とアーム軸J2との距離L1を、ブーム長さL1とする。アーム軸J2とバケット軸J3との距離L2を、アーム長さL2とする。バケット軸J3とバケット8の先端部8aとの距離L3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、車両本体1の現在位置を示す車両本体位置データP、及び車両本体1の姿勢を示す車両本体姿勢データQを検出可能な位置検出装置20を備えている。
 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)の情報を含む。
 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1の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の左右方向の傾斜角度(ロール角)θ1と、水平面に対する旋回体3の前後方向の傾斜角度(ピッチ角)θ2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とを有する。
 位置検出装置20は、アンテナ21と、位置センサ23と、傾斜センサ24とを有する。
 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み、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。グローバル座標系は、作業エリアに設置した基準位置Pgを元にした3次元座標系である。図4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の位置である。
 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を有する車両本体姿勢データQを取得する。
 図7は、実施形態に基づくバケット8を模式的に示す側面図である。図8は、実施形態に基づくバケット8を模式的に示す正面図である。
 バケット軸J3とチルト軸J4との距離L4を、チルト長さL4とする。
 側板84と側板85との距離L5を、バケット8の幅L5とする。
 チルト角度δは、水平面(XgYg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は、チルト角度センサ70の検出結果から導出される。
 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(チルトピン80)の傾斜角度である。グローバル座標系の水平面(XgYg平面)に対するチルト軸J4の傾斜角度(チルト軸絶対角)は、センサコントローラ32(図9)によって算出される。
 次に、実施形態に基づく制御システム200の概要について説明する。制御システム200は、作業機2を用いた掘削動作を制御する。掘削動作の制御は、一例として制限掘削制御を有する。
 [制限掘削制御]
 図9は、制限掘削制御(介入制御)が行われるときの作業機2の動作の一例を模式的に示す図である。
 図9に示されるように、バケット軸J3と直交する作業機動作平面MPにおける掘削対象の2次元の目標形状を示す目標設計地形にバケット8が侵入しないように、制限掘削制御が行われる。
 バケット8による掘削において、アーム7の掘削操作に対してブーム6が上がるように、制御システム200が自動で制御する。掘削において、バケット8が目標設計地形に侵入しないように、ブーム6の上げ動作を有する介入制御が実行される。
 [制御システムの構成]
 図10は、実施形態に基づく制御システム200の機能構成を示すブロック図である。
 図10に示されるように、制御システム200は、位置検出装置20と、チルト角度センサ70と、操作装置25と、作業機コントローラ26と、圧力センサ66と、制御弁27と、方向制御弁64と、表示コントローラ28と、表示部29と、入力部36と、センサコントローラ32とを備えている。
 表示部29は、表示コントローラ28の制御に基づいて、掘削を行うべき目標設計地形等の所定の情報を表示する。
 入力部36は、表示部で入力を行うタッチパネル等を用いることが可能であり、オペレータに入力操作される。オペレータに操作されることにより、入力部36は、オペレータの操作に基づく操作信号を生成して、表示コントローラ28に出力する。
 操作装置25は、運転室4に配置される。オペレータにより操作装置25が操作される。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。
 なお、ここでは、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)の作動のために油圧シリンダに供給される油を作動油とも称する。作動油及びパイロット油は、同一の油圧ポンプから送出されてもよい。
 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、バケット8が操作される。第1操作レバー25Rにより、バケット軸J3を中心とするバケット8の回転が操作される。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の回転(チルト)が操作される。
 パイロット油圧ポンプから送出され、制御弁によってパイロット油圧に減圧されたパイロット油が操作装置25に供給される。操作装置25の操作量に基づいてパイロット油圧が調整され、そのパイロット油圧に応じて、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が流れる方向制御弁64が駆動される。パイロット油圧ライン450には、圧力センサ66が配置されている。圧力センサ66は、パイロット油圧を検出する。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り、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と、バケットデータ演算部282Aと、チルト軸角度演算部283Aとを含む。
 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た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の回転角度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たアームシリンダ長から、ブーム6に対するアーム7の回転角度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たバケットシリンダ長から、アーム7に対するバケット8の回転角度γを算出する。
 なお、ブーム6の回転角度α、アーム7の回転角度β、及びバケット8の回転角度γは、ストロークセンサで検出されなくてもよい。例えば、ロータリーエンコーダのような角度検出器でブーム6の回転角度αが検出されてもよい。角度検出器は、旋回体3に対するブーム6の屈曲角度を検出して、回転角度αを検出する。同様に、アーム7の回転角度βがアーム7に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。バケット8の回転角度γがバケット8に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。
 チルト軸角度演算部283Aは、作業機角度演算部281Aで算出された回転角度α~γと、傾斜センサ24で取得される車両本体の傾斜角度を示す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。
 具体的には、チルト軸角度演算部283Aは、作業機角度演算部281Aで算出された回転角度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)を算出する。そして、チルト軸角度演算部283Aは、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。
 バケットデータ演算部282Aは、回転角度α~γ、車両本体姿勢データQおよびチルト角度センサ70からのチルト角度δに基づいて、作業機動作平面におけるバケット8の断面の外形(バケット8の位置等)を示すバケットデータを生成する。
 センサコントローラ32は、回転角度α~γ、チルト軸絶対角およびバケットデータを表示コントローラ28及び作業機コントローラ26の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及び車両本体姿勢データQを取得する。
 チルト角度センサ70は、バケット角度データを、センサコントローラ32、作業機コントローラ26および表示コントローラ28に出力する。具体的には、チルト角度センサ70は、チルト角度δをセンサコントローラ32に出力する。また、チルト角度センサ70は、ピッチ角度φを作業機コントローラ26および表示コントローラ28に出力する。
 表示コントローラ28は、目標設計地形取得部283Cと、目標設計地形演算部284Aとを有する。
 表示コントローラ28は、目標設計地形データを算出し、作業機コントローラ26へ出力する。
 目標設計地形取得部283C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)および位置検出装置20から車両本体位置データP及び車両本体姿勢データQを取得する。
 目標設計地形演算部284Aは、目標設計地形取得部283Cで取得したデータと、バケットデータ演算部282Aより取得したバケットデータより作業機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を生成する。目標施工情報は、目標設計地形データを生成するために必要とされる座標データ及び角度データを有する。なお、目標施工情報は、例えば無線通信装置を介して表示コントローラ28に供給されても外部メモリ等により表示コントローラ28に供給されてもよい。
 表示コントローラ28は、目標設計地形演算部284Aで生成した目標設計地形データに基づいて表示部29に目標設計地形を表示させる。
 また、表示コントローラ28は、目標設計地形データ及びバケットデータに基づく目標設計地形とそれに対応するバケットの姿勢状態等を表示部29に表示させる。
 表示部29は、例えばモニタであり、油圧ショベルCMの各種の情報を表示する。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)モニタを有する。
 表示コントローラ28は、位置検出装置20による検出結果に基づいて、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。作業機コントローラ26に出力される目標設計地形データはローカル座標に変換されるが、それ以外の表示コントローラ28中の演算はグローバル座標系で行われる。
 センサコントローラ32からの入力も表示コントローラ28内でグローバル座標系に変換される。
 作業機コントローラ26は、作業機制御部26Aと、制限掘削制御受付禁止部26Bと、記憶部26Cとを有する。
 作業機制御部26Aは、作業機の動作を制御する。一例として作業機制御部26Aは、作業機の動作を少なくとも一部自動で制御する制限掘削制御を実行する。
 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およびデータが格納されている。
 作業機制御部26Aは、表示コントローラ28から目標設計地形データおよびバケットデータを取得する。
 作業機制御部26Aは、目標設計地形データおよびバケットデータに基づいて、制御弁27への制御指令を生成する。
 作業機制御部26Aは、掘削対象の目標形状である設計地形を示す目標設計地形とバケット8の位置を示すバケットデータとに基づいて、目標設計地形とバケット8と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。
 これにより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に対するバケット8の侵入を抑制して、設計地形に応じた面を作る制限掘削作業を実行することが可能となる。
 制限掘削制御としては、上述のような、目標設計地形へのバケット8の侵入を抑制する停止制御の他に、平坦な目標設計地形に沿った整地作業を一部自動で行う制御も存在する。
 制限掘削制御(介入制御)においては、目標設計地形に対するバケット8の侵入が抑制されるように、ブームシリンダ10に接続された制御弁27に制御信号が出力され、ブーム6の位置が制御される。
 制限掘削制御受付禁止部26Bは、所定条件が成立する場合に制限掘削制御の実行を禁止する。本例においては、チルト角度センサ70から取得するピッチ角度φおよびセンサコントローラ32から取得するチルト軸絶対角に基づいて制限掘削制御の実行を禁止する。
 [チルト角度センサ]
 上述したように、チルト角度センサ70は、グローバル座標系における水平面に対するバケット8のチルト角度δを検出する。チルト角度センサ70は、バケット8に配置されており、バケット8が水平面に対して傾斜することによって、その傾斜角度に応じたチルト角度データをセンサコントローラ32等に出力する。
 上述したようにバケットデータ演算部282Aは、回転角度α~γ、車両本体姿勢データQおよびチルト角度センサ70からのチルト角度δに基づいて、作業機動作平面におけるバケット8の断面の外形(バケット8の位置等)を示すバケットデータを生成する。
 図11は、実施形態に基づくチルト角度センサ70の原理を説明するための模式図である。
 図11に示されるように、チルト角度センサ70は、グローバル座標系における水平面(XgYg平面)に対するチルト角度を検出する。チルト角度センサ70としては、例えば、液式の傾斜センサを利用することが可能である。
 チルト角度センサ70は、θXg方向、及びθYg方向に関する2つの方向に関する傾斜角度を検出する2軸の角度センサである。チルト角度センサ70は、基準面70Rを有し、水平面に対する基準面70Rの傾斜角度を検出する。具体的には、チルト角度センサ70は、θXg方向のチルト軸J4を中心とするバケット8の回転角度(チルト角度)δおよびθYg方向のバケット軸J3を中心とするバケット8の回転角度(ピッチ角度)φを検出する
 バケット8は、チルトピン近傍にチルト角度センサ70が設置される設置面を有する。バケット8の設置面と水平面とが平行である場合、バケット8は初期姿勢(水平姿勢)となる。バケット8が初期姿勢の状態において、基準面70Rと水平面(設置面)とが平行となるように、チルト角度センサ70がバケット8の設置面に設置される。
 基準面70Rと水平面とが平行な状態において、チルト角度センサ70によるチルト角度の検出精度は最も高い。基準面70Rと水平面とが直交する状態において、チルト角度センサ70によるチルト角度の検出精度は最も低い。基準面70Rが水平になると、チルト角度センサ70の検出精度が向上し、基準面70Rが鉛直になると、チルト角度センサ70の検出精度が低下する。
 したがって、チルト角度センサ70が設置されているバケット8の姿勢が変化すると、チルト角度センサ70の検出精度が変化する。
 図12は、実施形態に基づくチルト角度センサの検出精度を説明する図である。
 図12に示されるように、ブーム6及びアーム7の動作によってバケット8の姿勢が変化した場合においても、チルト角度センサ70によるチルト角度の検出精度が低下する可能性がある。例えば、作業機2が伸長されて基準面70Rが鉛直に近づく(ピッチ角度が水平面に対して垂直に近づく)につれて、チルト角度センサ70によるチルト角度の検出精度が低下する。
 チルト角度センサ70は、水平面に対する2軸(θXg方向及びθYg方向)の角度センサであり、基準面70Rが鉛直に近付くと、チルトシリンダ30の駆動によりチルト軸J4を中心に回転した場合であってもチルト角度センサ70の基準面70Rは鉛直方向を維持した状態で回転するため水平面に対する1軸(θXg方向)の変化を検出することが難しくなる。
 また、チルト角度センサ70のバケット8への設置において、チルト角度センサ70の基準面70Rとチルト軸J4とが平行でない可能性がある。バケット8は、チルト軸J4を中心に回転するが、当該チルト軸J4が鉛直(チルト軸絶対角が水平面に対して垂直)に近づくにつれてチルト角度センサ70の検出精度が低下する可能性がある。
 チルト角度センサ70は、水平面に対する2軸(θXg方向及びθYg方向)の角度センサであり、チルト軸J4が鉛直に近付くと、チルトシリンダ30の駆動によりチルト軸J4を中心に回転した場合であってもチルト角度センサ70の基準面70Rは鉛直方向を軸として回転するため水平面に対する1軸(θXg方向)の変化を検出することが難しくなる。
 このように、チルト角度センサ70の基準面70Rの角度がグローバル座標系の鉛直方向に近づくと、チルト角度センサ70によるチルト角度の検出精度が低下する。また、チルト角度センサ70の基準面70Rとチルト軸J4とが平行でない場合には、チルト軸J4の傾斜角度が鉛直方向に近づくことによってもチルト角度センサ70によるチルト角度の検出精度が低下する可能性がある。
 その結果、チルト角度センサ70からリアルタイムで取得されるチルト角度データ(モニタデータ)に基づいて制限掘削制御を実行すると、検出精度が低下したチルト角度センサ70から出力されたチルト角度データで制限掘削制御が行われ、掘削精度が低下する可能性がある。
 [制限掘削制御の禁止]
 本実施形態においては、制限掘削制御を実行する場合には、制御システム200の入力部36の操作により制限掘削制御モードに設定する。
 入力部36は、制限掘削制御を行うか否かを指令するボタン(掘削制御モード切替ボタン)を有する。
 オペレータにより掘削制御モード切替ボタンが操作されると、制限掘削制御モードの開始及び終了の少なくとも一方の指令信号が作業機コントローラ26に出力される。
 入力部36の操作により、制限掘削制御モードの開始指令及び終了指令の少なくとも一方が作業機コントローラ26に出力される。制限掘削制御モードの開始時点は、制限掘削制御モードが開始されるように掘削制御モード切替ボタンが操作された時点である。制限掘削制御モードの終了時点は、制限掘削制御モードが終了するように掘削制御モード切替ボタンが操作された時点である。
 チルト角度センサ70のチルト角度データの検出精度が低下する場合には、制限掘削制御モードへの移行を禁止する。具体的には、作業機コントローラ26の制限掘削制御受付禁止部26Bが作業機制御部26Aに指示して制限掘削制御モードへの移行を禁止する。
 制限掘削制御受付禁止部26Bは、チルト角度センサ70から入力されるピッチ角度データ(ピッチ角度φ)に基づいて制限掘削制御モードへの移行を禁止する。また、センサコントローラ32のチルト軸角度演算部283Aから入力されるチルト軸絶対角に基づいて制限掘削制御モードへの移行を禁止する。
 図13は、制限掘削制御受付禁止部26Bの制限掘削制御モードへの移行を制御するフロー図である。
 図13に示されるように、制限掘削制御受付禁止部26Bは、ピッチ角度データを取得する(ステップSA1)。具体的には、制限掘削制御受付禁止部26Bは、チルト角度センサ70からのピッチ角度φのピッチ角度データを取得する。
 次に、制限掘削制御受付禁止部26Bは、チルト軸絶対角を取得する(ステップSA2)。具体的には、制限掘削制御受付禁止部26Bは、チルト軸角度演算部283Aで演算されたチルト軸絶対角を取得する。
 次に、制限掘削制御受付禁止部26Bは、ピッチ角度φが第1の閾値未満あるいは第2の閾値以上であるか否かを判断する(ステップSA3)。具体的には、バケット8のピッチ角度φが第1の閾値未満あるいは第2の閾値以上であるか否かを判断することにより、バケット8に取り付けられたチルト角度センサ70の基準面70Rが鉛直近傍であるか否かを判断する。本例において第2の閾値は、第1の閾値よりも大きい値である。
 ピッチ角度φが第1の閾値以上および第2の閾値未満の範囲では、基準面70Rが鉛直近傍となり、チルト角度センサ70のチルト角度データの検出精度が低下する。ピッチ角度φが第1の閾値未満あるいは第2の閾値以上である場合の範囲は、チルト角度センサ70のチルト角度データの検出精度を確保することが可能な状態である。
 制限掘削制御受付禁止部26Bは、ピッチ角度φが第1の閾値以上および第2の閾値未満である場合(ステップSA3においてNO)には制限掘削制御モードへの移行を禁止する(作業機制御禁止指示)(ステップSA6)。バケット8に取り付けられたチルト角度センサ70の基準面70Rが鉛直近傍である場合には、チルト角度センサ70の検出精度が低下するために制限掘削制御モードへの移行を禁止する。
 一方、制限掘削制御受付禁止部26Bは、ピッチ角度φが第1の閾値未満あるいは第2の閾値以上である場合(ステップSA3においてYES)には、チルト軸絶対角が第3の閾値未満あるいは第4の閾値以上であるか否かを判断する(ステップSA4)。具体的には、チルト軸絶対角が第3の閾値未満あるいは第4の閾値以上であるか否かを判断することにより、チルト軸J4が鉛直近傍であるか否かを判断する。本例において第4の閾値は、第3の閾値よりも大きい値である。
 チルト軸絶対角が第3の閾値以上および第4の閾値未満の範囲では、チルト軸J4が鉛直近傍となり、チルト角度センサ70のチルト角度データの検出精度が低下する。チルト軸絶対角が第3の閾値未満あるいは第4の閾値以上である場合の範囲は、チルト角度センサ70のチルト角度データの検出精度を確保することが可能な状態である。
 制限掘削制御受付禁止部26Bは、チルト軸絶対角が第3の閾値以上および第4の閾値未満である場合(ステップSA4においてNO)には制限掘削制御モードへの移行を禁止する(作業機制御禁止指示)(ステップSA6)。チルト軸J4が鉛直近傍である場合には、チルト角度センサ70の検出精度が低下するために制限掘削制御モードへの移行を禁止する。
 一方、制限掘削制御受付禁止部26Bは、チルト軸絶対角が第3の閾値未満あるいは第4の閾値以上である場合(ステップSA4においてYES)には、制限掘削制御モードへの移行を許可する(作業機制御開始指示)(ステップSA5)。チルト角度センサ70の基準面70Rが鉛直近傍でない場合、かつ、チルト軸J4が鉛直近傍でない場合には、チルト角度センサ70の検出精度を確保することが可能であるために制限掘削制御モードへの移行を許可する。
 当該構成により、検出精度が低下したチルト角度センサ70から出力されたチルト角度データでの制限掘削制御を禁止し、検出精度が高いチルト角度データでの制限掘削制御を実行する。これにより掘削精度を向上させ、所期の施工を実行することができる。
 なお、上記においては、ピッチ角度φおよびチルト軸絶対角の両方のパラメータを利用してチルト角度データの検出精度が低下する状態に制限掘削制御モードへの移行を禁止する場合について説明したが、いずれか一方のみを用いるようにすることも可能である。
 また、上記においては、ピッチ角度φが第1の閾値以上および第2の閾値未満である場合に制限掘削制御モードへの移行を禁止する場合について説明したが、ピッチ角度φが第1の閾値以上である場合に制限掘削制御モードへの移行を禁止するようにしてもよい。また、チルト軸絶対角が第3の閾値以上および第4の閾値未満である場合に制限掘削制御モードへの移行を禁止する場合について説明したが、チルト軸絶対角が第3の閾値以上である場合に制限掘削制御モードへの移行を禁止するようにしてもよい。
 制限掘削制御受付禁止部26Bは、入力部36の制限掘削制御を行うか否かを指令するボタン(掘削制御モード切替ボタン)の受付を禁止するようにしても良い。具体的には、当該ボタンを無効に設定するようにしても良い。これにより、オペレータに掘削精度が低下していることを認知させることが可能となり、掘削精度の高い状態での制限掘削制御の実行を促すことが可能である。
 また、当該ボタンが表示部29に表示されている場合には表示しないようにしても良い。また、当該ボタンが無効であることを示すように表示を変更(例えば黒くする等)するようにしても良い。
 また、制限掘削制御が実行できない旨を表示するようにしても良い。
 図14は、実施形態に基づく表示部29の一例を示す図である。
 図14に示されるように、表示部29は、目標設計地形データ及びバケットデータに基づいて目標設計地形とそれに対応するバケット8の姿勢状態等を表示する。
 表示部29の画面は、バケット8のチルト角度を示す正面図282と、目標設計地形とバケット8とを示す側面図281とを有する。正面図282は、バケット8を示すアイコン101を有する。
 側面図281は、バケット8を示すアイコン103と、作業機動作平面における目標設計地形の表面を示す線104とを有する。アイコン103は、作業機動作平面におけるバケット8の外形を示す。また、側面図281は、目標設計地形とバケット8との距離(目標設計地形とバケット8との最短距離)を示す距離データ291Bと、目標設計地形とバケット8の底面とがなす角度を示す角度データ292Bとを有する。
 当該表示により、作業機動作平面を基準として制御対象が特定され、制限掘削制御が精度良く行われる。
 本例においては、表示部29において制限掘削制御が実行できない旨のメッセージ283が表示される場合が示されている。
 このように、オペレータに掘削精度が低下していることを報知することにより、掘削精度の高い状態での制限掘削制御の実行を促すことが可能となる。
 また、チルト角度データの検出精度を示すアイコン284を設けることも可能である。表示コントローラ28は、チルト角度データの検出精度の状態に応じてアイコン284の状態を変化させる。具体的には、チルト角度データの検出精度が低下している状態と、チルト角度データの検出精度を確保可能な状態とでアイコン284の状態を切り替える。
 当該状態の切り替えによりオペレータにチルト角度データの検出精度の状況を瞬時に把握させることが可能であり、精度の高い掘削作業を実行することが可能である。
 状態の切り替え方としては、色を変化させることにより状態を変化させることが可能である。あるいは、アイコンの形態を変化させたりして静的な態様を変化させることが可能である。あるいは、点滅等の速さを変更することにより動的な態様を変化させるようにしても良い。また、2段階に変化させる場合のみならず、さらに複数段階に態様を変化させるようにしても良い。例えば、チルト角度センサ70の基準面70Rが水平面に近い、チルト角度データの検出精度がより高い状態の場合と、検出精度が高い状態の場合とでアイコンの態様を変化させるようにしても良い。さらにチルト角度データに応じて変化させることも可能である。
 これによりオペレータに掘削精度が低下していることを報知することにより、掘削精度の高い状態での掘削作業の実行を促すことが可能となる。掘削精度が低下していることを報知する方法としては、上記に加えてスピーカから音声で報知しても良い。また、図示しない振動させることが可能な振動部材を振動させることで報知させても良い。また、これらを組み合わせた方式で報知させても良い。
 (別の実施形態)
 別の実施形態としてチルト角度データの検出精度に基づいて表示部に表示する目標設計地形等の表示制御を実行することも可能である。
 図15は、別の実施形態に基づく表示コントローラ28の表示処理を説明するフロー図である。
 図15に示されるように、表示コントローラ28の目標設計地形取得部283Cは、パラメータを取得する(ステップSB1)。具体的には、目標設計地形取得部283Cは、作業機の姿勢に関する姿勢情報等のパラメータを取得する。目標設計地形取得部283Cは、車両本体位置データP、車両本体姿勢データQ、目標施工情報、バケットデータ演算部282Aからのバケットデータ等を取得する。
 次に、目標設計地形取得部283Cは、ピッチ角度データを取得する(ステップSB2)。具体的には、目標設計地形取得部283Cは、チルト角度センサ70からのピッチ角度φのピッチ角度データを取得する。
 次に、目標設計地形取得部283Cは、チルト軸絶対角を取得する(ステップSB3)。具体的には、目標設計地形取得部283Cは、チルト軸角度演算部283Aで演算されたチルト軸絶対角を取得する。
 次に、目標設計地形演算部284Aは、目標設計地形データを算出する(ステップSB4)。目標設計地形演算部284Aは、目標設計地形取得部283Cで取得したパラメータデータに基づいて目標設計地形データを生成する。
 次に、目標設計地形演算部284Aは、ピッチ角度φが第1の閾値未満あるいは第2の閾値以上であるか否かを判断する(ステップSB5)。具体的には、バケット8のピッチ角度φが第1の閾値未満あるいは第2の閾値以上であるか否かを判断することにより、バケット8に取り付けられたチルト角度センサ70の基準面70Rが鉛直近傍であるか否かを判断する。ピッチ角度φが第1の閾値以上および第2の閾値未満の範囲は、基準面70Rが鉛直近傍であり、チルト角度センサ70のチルト角度データの検出精度が低下する場合である。ピッチ角度φが第1の閾値未満あるいは第2の閾値以上である場合の範囲は、チルト角度センサ70のチルト角度データの検出精度を確保することが可能な状態である。
 目標設計地形演算部284Aは、ピッチ角度φが第1の閾値以上および第2の閾値未満である場合(ステップSB5においてNO)には、固定されたバケットデータに基づく表示制御を実行する(ステップSB8)。バケット8に取り付けられたチルト角度センサ70の基準面70Rが鉛直近傍である場合には、チルト角度センサ70の検出精度が低下する。
 したがって、本例においては、検出精度が高い状態のバケットデータに基づく表示制御を実行する。具体的には、ピッチ角度φが第1の閾値以上および第2閾値未満である場合には、ピッチ角度φが第1の閾値未満あるいは第2の閾値以上のときのチルト角度データを用い、当該チルト角度データに基づく表示制御を実行する。このように、ピッチ角度φが第1の閾値未満あるいは第2の閾値以上のときのチルト角度データを保持し、チルト角度データを固定することにすれば、精度の高いチルト角度データに基づいた表示を行うことができる。図14の正面図282には、固定化されたチルト角度データに基づくバケット8が一例として表示されている。
 目標設計地形演算部284Aは、ピッチ角度φが第1の閾値未満あるいは第2の閾値以上であると判断した場合(ステップSB5においてYES)には、チルト軸絶対角が第3の閾値未満あるいは第4の閾値以上であるか否かを判断する(ステップSB6)。具体的には、チルト軸絶対角が第3の閾値未満あるいは第4の閾値以上であるか否かを判断することにより、チルト軸J4が鉛直近傍であるか否かを判断する。チルト軸絶対角が第3の閾値以上および第4の閾値未満の範囲では、チルト軸J4が鉛直近傍となり、チルト角度センサ70のチルト角度データの検出精度が低下する。チルト軸絶対角が第3の閾値未満あるいは第4の閾値以上である場合の範囲は、チルト角度センサ70のチルト角度データの検出精度を確保することが可能な状態である。
 目標設計地形演算部284Aは、チルト軸絶対角が第3の閾値以上および第4の閾値未満である場合(ステップSB6においてNO)には、固定されたバケットデータに基づく表示制御を実行する(ステップSB8)。バケット8に取り付けられたチルト角度センサ70の基準面70Rが鉛直近傍である場合には、チルト角度センサ70の検出精度が低下するため検出精度が高い状態のバケットデータに基づく表示制御を実行する。
 一方、目標設計地形演算部284Aは、チルト軸絶対角が第3の閾値未満あるいは第4の閾値以上である場合(ステップSB6においてYES)には、現在取得されているバケットデータに基づく表示制御を実行する(ステップSB7)。チルト角度センサ70の基準面70Rが鉛直近傍でない場合、かつ、チルト軸J4が鉛直近傍でない場合には、チルト角度センサ70の検出精度を確保することが可能であるため当該状態のバケットデータ演算部282Aで演算されたバケットデータに基づく表示制御を実行する。
 当該構成により、検出精度が低下したチルト角度センサ70から出力されたチルト角度データでのバケットの表示制御を禁止し、検出精度が高いチルト角度データでのバケットの表示制御を実行する。これにより掘削精度を向上させ、所期の施工を実行することができる。
 なお、上記においては、ピッチ角度φおよびチルト軸絶対角の両方のパラメータを利用してチルト角度データの検出精度が低下する状態に固定されたチルト角度データに基づく表示制御に移行する場合について説明したが、いずれか一方のみを用いるようにすることも可能である。
 また、上記においては、ピッチ角度φが第1の閾値以上および第2の閾値未満である場合に、固定されたバケットデータに基づく表示制御を実行する場合について説明したが、ピッチ角度φが第1の閾値以上である場合に固定されたバケットデータに基づく表示制御を実行するようにしてもよい。また、チルト軸絶対角が第3の閾値以上および第4の閾値未満である場合に、固定されたバケットデータに基づく表示制御を実行する場合について説明したが、チルト軸絶対角が第3の閾値以上である場合に固定されたバケットデータに基づく表示制御を実行するようにしてもよい。
 表示部29に、固定されたチルト角度データに基づくバケットの表示制御が実行されている場合には、オペレータの操作に従ってバケット8のチルト角度δが変更される場合であっても、表示部29におけるバケット8の姿勢状態は固定表示される。
 これにより、検出精度が低下するチルト角度センサ70から出力されたチルト角度データに基づいてバケットデータが生成されて表示されることを回避することが可能である。
 検出精度が低下した場合には、誤差により表示部29に表示されるバケットの動きが急激に変化する(ふらつく)可能性がある。この場合、操作レバーの操作による実際のバケット8の状態と表示部29に表示されるバケットの状態との間に乖離が生じ、オペレータに誤認識させる可能性があり、精度の高い掘削作業を実行することができない。例えば、操作レバーを操作していないにも拘わらず、表示部29に表示されるバケットが動作しているように表示される可能性がある。
 当該方式によりチルト角度センサ70の検出精度が低下した場合には、当該検出精度が低下した情報に基づく表示を中止して、検出精度が低下する前の検出精度が高い情報に基づく表示に切り替えることにより視認性をよくすることが可能である。これにより、バケットの表示に関するオペレータに対する誤認識を抑制して、精度の高い掘削作業を実行することが可能である。また、検出精度が元の状態に戻る場合には、当該状態から早期に復帰して精度の高い表示が可能である。
 また、検出精度が低下するチルト角度センサ70から出力されたチルト角度データに基づいて、図15で説明した目標設計地形とバケット8との距離(目標設計地形とバケット8との最短距離)を示す距離データ291Bと、目標設計地形とバケット8の底面とがなす角度を示す角度データ292Bとの値が変動(ふらつく)可能性があるが、当該方式により、当該検出精度が低下した情報に基づく表示を中止して、検出精度が高い情報に基づく表示に切り替えることにより視認性をよくすることが可能である。
 <その他>
 なお、バケット8の傾斜角度の軸は、もう1軸増えてもよく、水平面に垂直な軸(鉛直軸)に対して傾くバケットであってもよい。この場合、チルト角度センサとしては、3軸それぞれに対する角度を検出可能なセンサを採用すればよい。
 なお、実施形態においては、グローバル座標系における油圧ショベルCMの車両本体位置データP及び車両本体姿勢データQを取得し、ローカル座標系で求めたバケット8の位置(バケットデータS)と、車両本体位置データP及び車両本体姿勢データQを用いて、グローバル座標系における目標設計地形とバケット8との相対位置を取得することとした。目標設計地形データをローカル座標系で規定して、ローカル座標系における目標設計地形とバケット8との相対位置を取得してもよい。以下の実施形態においても同様である。
 上記の実施形態では、作業車両の一例として油圧ショベルを挙げているが油圧ショベルに限らず、他の種類の作業車両に本発明が適用されてもよい。
 グローバル座標系における油圧ショベルCMの位置の取得は、GNSSに限らず、他の測位手段によって行われてもよい。従って、バケットの先端部と目標設計地形との距離の取得は、GNSSに限らず、他の測位手段によって行われてもよい。
 ブーム操作量とアーム操作量とバケット操作量とは、操作レバー(25R、25L)の位置を示す電気的な信号に基づいて取得されてもよい。
 なお、本例においては、作業車両として、油圧ショベル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。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全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全ての変更が含まれることが意図される。
 1 車両本体、2 作業機、3 旋回体、4 運転室、4S 運転席、5 走行装置、5Cr 履帯、6 ブーム、7 アーム、8 バケット、9 エンジンルーム、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、13 ブームピン、14 アームピン、15 バケットピン、16~18 第1~第3ストロークセンサ、19 手すり、20 位置検出装置、21 アンテナ、21A 第1アンテナ、21B 第2アンテナ、23 位置センサ、24 傾斜センサ、25 操作装置、26 作業機コントローラ、26A 作業機制御部、26B 制限掘削制御受付禁止部、28 表示コントローラ、29 表示部、30 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、CM 油圧ショベル。

Claims (16)

  1.  車両本体と、
     ブーム軸を中心に前記車両本体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを有する、作業機と、
     前記バケットに設けられ、水平面に対するバケットの傾斜角度を検出する角度センサと、
     前記作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に基づいて、前記作業機の動作を少なくとも一部自動で制御する作業機制御を実行する作業機制御部とを備え、
     前記作業機制御部は、
     前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合、前記作業機制御を開始し、
     前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が前記第1の閾値以上である場合、前記作業機制御を開始しない、作業車両。
  2.  前記作業機制御部は、
     前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合、あるいは第2の閾値以上である場合、前記作業機制御を開始し、
     前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が前記第1の閾値以上でありかつ第2の閾値未満である場合、前記作業機制御を開始しない、請求項1記載の作業車両。
  3.  水平面に対する車両本体の傾きを検出する傾き検出部と、
     作業機の姿勢に関する姿勢情報を取得する姿勢状態取得部と、
     前記車両本体の傾きと前記作業機の姿勢情報とに基づいて水平面に対するチルト軸の傾斜角度を算出するチルト軸角度算出部とをさらに備え、
     前記作業機制御部は、
     前記チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第2の閾値未満である場合、前記作業機制御を開始し、
     前記チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が前記第2の閾値以上である場合、前記作業機制御を開始しない、請求項1記載の作業車両。
  4.  オペレータからの前記作業機制御の開始の指示を受け付けることが可能な操作部をさらに備え、
     前記作業機制御部は、前記操作部からの開始の指示に従って前記作業機制御を実行し、
     前記操作部は、前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合に前記オペレータからの前記作業機制御の開始の指示を受け付けない、請求項1記載の作業車両。
  5.  表示部と、
     前記表示部の表示内容を制御する表示制御部とをさらに備え、
     前記表示制御部は、前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値以上である場合に前記オペレータからの前記作業機制御の開始ができない旨の情報を前記表示部に表示する、請求項4記載の作業車両。
  6.  車両本体と、
     ブーム軸を中心に前記車両本体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを有する、作業機と、
     水平面に対する車両本体の傾きを検出する傾き検出部と、
     作業機の姿勢に関する姿勢情報を取得する姿勢状態取得部と、
     前記車両本体の傾きと前記作業機の姿勢情報とに基づいて、水平面に対するチルト軸の傾斜角度を算出するチルト軸角度算出部と、
     前記作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に基づいて、前記作業機の動作を少なくとも一部自動で制御する作業機制御を実行する作業機制御部とを備え、
     前記作業機制御部は、
     前記チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値未満である場合、前記作業機制御を開始し、
     前記チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が前記第1の閾値以上である場合、前記作業機制御を開始しない、作業車両。
  7.  前記作業機制御部は、
     前記チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値未満である場合、あるいは第2の閾値以上である場合、前記作業機制御を開始し、
     前記チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が前記第1の閾値以上でありかつ第2の閾値未満である場合、前記作業機制御を開始しない、請求項6記載の作業車両。
  8.  オペレータからの前記作業機制御の開始の指示を受け付けることが可能な操作部をさらに備え、
     前記作業機制御部は、前記操作部からの開始の指示に従って前記作業機制御を実行し、
     前記操作部は、前記チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値以上である場合に前記オペレータからの前記作業機制御の開始の指示を受け付けない、請求項6記載の作業車両。
  9.  表示部と、
     前記表示部の表示内容を制御する表示制御部とをさらに備え、
     前記表示制御部は、前記チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値以上である場合に前記オペレータからの前記作業機制御の開始ができない旨の情報を前記表示部に表示する、請求項8記載の作業車両。
  10.  車両本体と、
     ブーム軸を中心に前記車両本体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを有する、作業機と、
     前記バケットに設けられ、水平面に対するバケットの傾斜角度を検出する角度センサと、
     前記角度センサの検出結果に基づいて前記作業機の姿勢に関する姿勢情報を取得する姿勢状態取得部と、
     前記姿勢情報に基づいて前記作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に対する前記バケットの姿勢状態を表示する表示制御部とを備え、
     前記表示制御部は、
     前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合には前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度に従う前記バケットの姿勢状態を表示し、
     前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が前記第1の閾値以上である場合には前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときの前記角度センサの検出結果に基づいて前記バケットの姿勢状態を表示する、作業車両。
  11.  車両本体の傾きを検出する傾き検出部と、
     前記車両本体の傾きと前記作業機の姿勢情報とに基づいて水平面に対するチルト軸の傾斜角度を算出するチルト軸角度算出部とをさらに備え、
     前記表示制御部は、
     前記チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が第2の閾値未満であり、前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合には前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度に従う前記バケットの姿勢状態を表示し、
     前記チルト軸角度算出部で算出したチルト軸の傾斜角度が前記第2の閾値以上、あるいは、前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が前記第1の閾値以上である場合には前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときの前記角度センサの検出結果に基づいて前記バケットの姿勢状態を表示する、請求項10記載の作業車両。
  12.  前記表示制御部は、前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が前記第1の閾値以上である場合には前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときの前記角度センサの検出結果に基づいて前記バケットの姿勢状態を固定表示する、請求項10記載の作業車両。
  13.  前記表示制御部は、前記角度センサの検出精度を示すアイコンをさらに表示し、
     前記角度センサで検出したバケットの傾斜角度に基づいて前記アイコンの状態を変化させる、請求項10記載の作業車両。
  14.  ブーム軸を中心に車両本体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを有する、作業機を含む作業車両の制御方法であって、
     水平面に対するバケットの傾斜角度を検出するステップと、
     検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合、前記作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に基づいて、前記作業機の動作を少なくとも一部自動で制御する作業機制御を開始するステップと、
     検出したバケットの傾斜角度が前記第1の閾値以上である場合、前記作業機制御を開始しないステップとを備える、作業車両の制御方法。
  15.  ブーム軸を中心に車両本体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを有する、作業機を含む作業車両の制御方法であって、
     水平面に対する車両本体の傾きを検出するステップと、
     前記作業機の姿勢に関する姿勢情報を取得するステップと、
     前記車両本体の傾きと前記作業機の姿勢情報とに基づいて、水平面に対するチルト軸の傾斜角度を算出するステップと、
     算出したチルト軸の傾斜角度が第1の閾値未満である場合、作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に基づいて、前記作業機の動作を少なくとも一部自動で制御する作業機制御を開始するステップと、
     算出したチルト軸の傾斜角度が前記第1の閾値以上である場合、前記作業機制御を開始しないステップとを備える、作業車両の制御方法。
  16.  ブーム軸を中心に前記車両本体に対して回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸を中心に前記ブームに対して回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸及び前記バケット軸と直交するチルト軸のそれぞれを中心に前記アームに対して回転可能なバケットとを有する、作業機を含む作業車両の制御方法であって、
     水平面に対するバケットの傾斜角度を検出するステップと、
     検出したバケットの傾斜角度に基づいて前記作業機の姿勢に関する姿勢情報を取得するステップと、
     検出したバケットの傾斜角度が第1の閾値未満である場合、前記作業機による作業対象の目標形状を示す設計地形に対する前記バケットの姿勢状態を、前記姿勢情報に基づいて表示するステップと、
     検出したバケットの傾斜角度が前記第1の閾値以上である場合にはバケットの傾斜角度が第1の閾値未満であったときのバケットの傾斜角度に基づく姿勢情報を取得し、当該姿勢情報に基づいて前記バケットの姿勢状態を表示するステップとを備える、作業車両の制御方法。
     
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