WO2021193321A1 - 作業機械および作業機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

ホイールローダ（１）は、車体（２）と、作業機（３）と、対地バケット角度検出部（２０）と、制御部（９）と、を備える。作業機（３）は、車体（２）に対し動作し、バケット（１５）またはフォーク（１９）を有する。対地バケット角度検出部（２０）は、バケット（１５）またはフォーク（１９）の重力方向に対する傾斜角度に関する情報を検出する。制御部（９）は、対地バケット角度検出部（２０）の検出値に基づいて、バケット（１５）またはフォーク（１９）の重力方向Ｇに対する傾斜角度を制御する。

Description

作業機械および作業機械の制御方法

　本発明は、作業機械および作業機械の制御方法に関する。

　ホイールローダは、ダンプ動作を担い、ブームのリフトによってバケットを上昇し、バケットの回転で土砂を積み込む。

　積み荷状態では、積み荷の落下を防ぐためブームの上昇時に地面に対してバケットの角度を維持することが望まれるが、ブームが回転リンクであるため、構造的にブームを上昇させるとバケットの角度が変化する。そのため、ブームの動作に対応してバケット角度を動作させてバケットの角度を維持するようにパラレルリンク制御が行われている。

　また、ホイールローダには、フォークリフト作業を行うために、バケットに代わりフォークを装着可能なものがあるが、その場合においてもフォークの角度を維持するようにパラレルリンク制御が行われる（例えば、特許文献１参照。）。

米国特許明細書５１８８５０２号

　しかしながら、特許文献１の作業機械では車体基準でパラレルリンク制御を行うため、車体が傾斜地面に配置されている状態ではブームを上昇させるとバケットの角度が維持されない場合がある。

　本開示は、傾斜状態においてもアタッチメントの角度を維持することが可能な作業機械および作業機械の制御方法を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）

　第１の態様に係る作業機械は、本体と、作業機と、アタッチメント傾斜角度検出部と、制御部と、を備える。作業機は、本体に対し動作し、アタッチメントを有する。アタッチメント傾斜角度検出部は、アタッチメントの重力方向に対する傾斜角度を検出する。制御部は、アタッチメント傾斜角度検出部の検出値に基づいて、重力方向に対するアタッチメントの傾斜角度を制御する。

　第２の態様の作業機械の制御方法は、本体と、本体に対し動作し、アタッチメントを有する作業機と、を備えた作業機械の制御方法であって、アタッチメント傾斜角度検出ステップと、制御ステップと、を備える。アタッチメント傾斜角度検出ステップは、アタッチメントの重力方向に対する傾斜角度を検出する。制御ステップは、アタッチメント傾斜角度検出ステップにおける検出値に基づいて、重力方向に対するアタッチメントの傾斜角度を制御する。
（発明の効果）

　本開示によれば、傾斜状態においてもアタッチメントの角度を維持することが可能な作業機械および作業機械の制御方法を提供することができる。

本開示にかかる実施の形態１のホイールローダを示す側面図。 図１のホイールローダの作業機を示す側面図。 図１のホイールローダの水平状態における作業機の制御を示す側面図。 図１のホイールローダの傾斜状態における作業機の制御を示す側面図。 図１のホイールローダにバケットに代わりフォークを取り付けた状態を示す側面図。 図１のホイールローダの制御構成を示すブロック図。 （ａ）水平面に配置されたホイールローダを示す側面図、（ｂ）傾斜面に配置されたホイールローダの対地制御におけるバケットの状態を示す側面図、（ｃ）傾斜面に配置されたホイールローダの対車体制御におけるバケットの状態を示す側面図。 本開示にかかる実施の形態１のホイールローダの制御動作を示すフロー図。 本開示にかかる実施の形態２のホイールローダの制御構成を示すブロック図。 本開示にかかる実施の形態２のホイールローダの制御動作を示すフロー図。

　本開示にかかる作業機械の一例としてのホイールローダについて図面を参照しながら以下に説明する。

　（実施の形態１）
　以下の実施の形態１のホイールローダについて説明する。
　＜構成＞
　（ホイールローダの概要）
　図１は、本実施の形態のホイールローダ１の構成を示す模式図である。

　本実施の形態のホイールローダ１（作業機械の一例）は、車体２（本体の一例）と、作業機３と、を備える。車体２は、車体フレーム１０と、一対のフロントタイヤ４と、キャブ５と、エンジンルーム６と、一対のリアタイヤ７と、一対のステアリングシリンダ８と、制御部９（図６参照）と、対地バケット角度検出部２０（アタッチメント傾斜角度検出部の一例）（図６参照）と、操作部５０（図６参照）と、を有している。

　ホイールローダ１は、作業機３を用いて土砂積み込み作業などを行う。

　車体フレーム１０は、いわゆるアーティキュレート式であり、フロントフレーム１１とリアフレーム１２と、連結軸部１３と、を有している。フロントフレーム１１は、リアフレーム１２の前方に配置されている。連結軸部１３は、車幅方向の中央に設けられており、フロントフレーム１１とリアフレーム１２を互いに揺動可能に連結する。

　一対のステアリングシリンダ８は、油圧によって駆動される。一対のステアリングシリンダ８は、連結軸部１３を挟んで車幅方向の左右側に並んで配置されている。ステアリングシリンダ８は、それぞれの一端がフロントフレーム１１に取り付けられており、それぞれの他端が、リアフレーム１２に取り付けられている。

　キャブ５は、リアフレーム１２に設けられ、運転席が配置される。エンジンルーム６は、キャブ５の後方に配置されており、エンジン等を収納する。

　一対のフロントタイヤ４は、フロントフレーム１１の左右に取り付けられている。また、一対のリアタイヤ７は、リアフレーム１２の左右に取り付けられている。

　作業機３は、作業機ポンプからの作動油によって駆動される。対地バケット角度検出部２０は、作業機３のバケット１５の重力方向Ｇに対する傾斜角度に関する情報を検出し、検出値を制御部９に送る。制御部９は、検出値に情報に基づいて、バケット１５の対地制御（後述する）を行う。操作部５０は、オペレータによって対地制御の実行の設定が行われる。

　（作業機３）
　図２は、作業機３の拡大側面図である。

　作業機３は、ブーム１４と、バケット１５（アタッチメントの一例）と、ブームシリンダ１６と、バケットシリンダ１７と、ベルクランク１８と、を有する。

　ブーム１４の一方の取付部１４ａはフロントフレーム１１の前部に回動可能に取り付けられている。ブーム１４の他方の取付部１４ｂは、バケット１５の後部に回動可能に取り付けられている。ブーム１４の取付部１４ａと取付部１４ｂの間に設けられた取付部１４ｃには、ブームシリンダ１６のシリンダロッド１６ａの先端が回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ１６のシリンダ本体は、取付部１６ｂにおいてフロントフレーム１１に回動可能に取り付けられている。

　ベルクランク１８は、ベルクランク本体１８ｅと、ロッド１８ｆと、を有する。ベルクランク本体１８ｅの一方の端部に設けられた取付部１８ａは、バケットシリンダ１７のシリンダロッド１７ａの先端に回動可能に取り付けられている。ロッド１８ｆの一端は、ベルクランク本体１８ｅの他方の端部に設けられた取付部１８ｂに回動可能に取り付けられている。ロッド１８ｆの他端は、取付部１８ｇにおいてバケット１５の後部に回動可能に取り付けられている。ベルクランク本体１８ｅは、取付部１８ａと取付部１８ｂの間に設けられた取付部１８ｃにおいてブーム１４の中央近傍のベルクランクサポート１４ｄに回動可能に支持されている。バケットシリンダ１７のシリンダ本体は、取付部１７ｂにおいてフロントフレーム１１に回動可能に取り付けられている。バケットシリンダ１７の伸縮力は、ベルクランク１８によって回転運動に変換されてバケット１５に伝達される。

　バケットシリンダ１７の伸縮によって、バケット１５はブーム１４に対して回動し、チルト動作（矢印Ｊ参照）およびダンプ動作（矢印Ｋ参照）を行う。バケット１５は、底面１５ａを有している。底面１５ａは、取付部１４ｂの下側から前方に伸びている。また、底面１５ａの先端には爪１５ｃが配置されている。
　ここで、バケット１５のチルト動作とは、バケット１５の開口部１５ｂおよび爪１５ｃがキャブ５に向かって回動することにより傾く動作である。バケット１５のダンプ動作とは、チルト動作とは反対であって、バケット１５の開口部１５ｂおよび爪１５ｃがキャブ５から遠ざかるように回動することにより傾く動作である。

　本実施の形態のホイールローダ１では、図３に示すように、キャブ５内の操作レバーを操作してブーム１４を上下動する際に、バケット１５が重力方向Ｇに対して所定の傾斜角度θｅを維持するような制御（対地制御）を行うことができる。図３では、上方位置および下方位置のバケット１５が二点鎖線で示されている。バケット１５の重力方向Ｇに対する傾斜角度（対地角度）は、例えば、爪１５ｃと重力方向Ｇの成す角度であり、図３では、９０度であり、爪１５ｃが水平方向を向いている。

　図３では、ホイールローダ１は水平な路面Ｒに配置されているが、図４に示すように、本実施の形態のホイールローダ１は、傾斜している路面Ｒに配置されている場合においてもブーム１４を上下動させる際に、バケット１５が重力方向Ｇに対して所定の傾斜角度を維持するように対地制御を行うことができる。

　また、図５に示すように、ホイールローダ１には、バケット１５に換えてフォーク１９を取り付けることができる。図２に示す取付部１４ｂと取付部１８ｇにフォーク１９が取り付けられる。図５に示すように、傾斜状態においてブーム１４を上下動させた場合であってもフォーク１９を水平（重力方向Ｇに対して９０度傾斜した状態（傾斜角度θｅ＝９０°））に維持することができる。

　（対地バケット角度検出部２０）
　図６は、本実施の形態のホイールローダ１の制御構成を示すブロック図である。
　対地バケット角度検出部２０は、相対位置検出部２５と、車体傾斜角度センサ２３（本体傾斜角度検出部の一例）と、アーティキュレート角度センサ２４（回転角度検出部の一例）と、を有する。

　相対位置検出部２５は、バケット１５の車体２に対する相対位置に関する情報を検出し、検出値を制御部９に送信する。

　相対位置検出部２５は、ブーム角度センサ２１（ブーム角度検出部の一例）と、ベルクランク角度センサ２２（アタッチメント角度検出部の一例）と、を有する。

　ブーム角度センサ２１は、ブーム１４の取付部１４ａに設けられている。ブーム角度センサ２１としては、例えばポテンショメータを用いることができる。ブーム角度センサ２１は、ブーム１４の中心線Ｌ１と水平線Ｈとの間のブーム角度（図においてθａで示す）を電圧値として検出し、検出した検出電圧を出力する。ブーム１４の中心線Ｌ１は、ブーム１４の取付部１４ａと取付部１４ｂを結ぶ線である。ブーム角度は、中心線Ｌ１が水平線Ｈよりも路面Ｒ（図１参照）側に傾斜している場合には、負の値となる。なお、検出電圧が、傾斜角度に関する情報、相対位置に関する情報、およびブームの回転角度に関する情報の一例に相当する。また、ブーム角度センサ２１は、ブームシリンダ１６のシリンダ長を検出してもよく、シリンダ長からブーム１４の回転角度を演算することができる。

　ベルクランク角度センサ２２は、ベルクランク１８の取付部１８ｃに設けられている。ベルクランク角度センサ２２としては、例えばポテンショメータを用いることができる。ベルクランク角度センサ２２は、ベルクランク１８の取付部１８ａと取付部１８ｃを結ぶ線Ｌ２と、ブーム１４の中心線Ｌ１との間のベルクランク角度（図においてθｂで示す）を電圧値として検出し、検出した検出電圧を出力する。なお、検出電圧が、傾斜角度に関する情報、相対位置に関する情報、およびアタッチメントの回転角度に関する情報の一例に相当する。また、ベルクランク角度センサ２２は、バケットシリンダ１７のシリンダ長を検出してもよく、シリンダ長からベルクランク１８の回転角度を演算することができる。

　車体傾斜角度センサ２３は、例えばＩＭＵ（inertial measurement unit）を用いることができる。車体傾斜角度センサ２３は、重力方向Ｇに対する車体２の傾斜角度を検出し、検出した傾斜角度（傾斜角度に関する情報の一例）を出力する。車体傾斜角度センサ２３は、リアフレーム１２とフロントフレーム１１のいずれに配置されていてもよいが、傾斜状態でのアーティキュレート動作時における傾斜角の誤差（後述する）を補正しなくてよいため、フロントフレーム１１に設けられている方が好ましい。

　アーティキュレート角度センサ２４は、リアフレーム１２に対するフロントフレーム１１の回転角度を検出し、回転角度（傾斜角度に関する情報の一例）を出力する。アーティキュレート角度センサ２４としては、ポテンショメータを用いることができるが、一対のステアリングシリンダ８のシリンダ長を検出してもよい。ステアリングシリンダ８のシリンダ長からアーティキュレート角度を検出することができる。

　（操作部５０）
　操作部５０は、キャブ５の内部に設けられている。操作部５０は、図６に示すように、対地制御設定部５１と、目標値設定部５２と、を有する。対地制御設定部５１は、対地制御の設定および対地制御の解除を行う。例えば、液晶パネルに表示されたボタン等であって、オペレータが実行ボタンを選択することによって対地制御が実行され、解除ボタンを選択することによって対地制御が解除される。目標値設定部５２は、対地制御の際のバケット１５の重力方向Ｇに対する傾斜角度を設定する。目標値設定部５２は、例えば、液晶パネル上に表示されたテンキー等であってもよい。

　（制御部９）
　制御部９は、プロセッサと、記憶装置を含む。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。或いは、プロセッサは、ＣＰＵと異なるプロセッサであってもよい。プロセッサは、プログラムに従ってホイールローダ１の制御のための処理を実行する。記憶装置は、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリおよびＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含む。記憶装置は、ハードディスク、あるいはＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置を含んでいてもよい。記憶装置は、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置は、ホイールローダ１を制御するためのプログラムおよびデータを記憶している。

　制御部９には、ブーム角度センサ２１の検出値、ベルクランク角度センサ２２の検出値、車体傾斜角度センサ２３の検出値、およびアーティキュレート角度センサ２４の検出値が入力される。制御部９は、入力された検出値および記憶装置に記憶されているデータを利用しながらプログラムを実行することにより、以下の各部の機能を有する。

　制御部９は、対車体バケット角度算出部３１と、対地バケット角度算出部３２と、対車体／対地制御判定部３３と、バケット制御量決定部３４と、を有する。

　（対車体バケット角度算出部３１）
　対車体バケット角度算出部３１は、ブーム角度センサ２１の検出値とベルクランク角度センサ２２の検出値に基づいて、バケット１５の車体２に対する角度である対車体バケット角度を算出する。対車体バケット角度は、車体２を基準としたときのバケット１５の角度である。

　ブーム角度センサ２１の検出値とベルクランク角度センサ２２の検出値によって、作業機３の姿勢が定まるため、バケット１５の車体２に対する相対的な位置を検出することができる。このためブーム角度センサ２１の検出値とベルクランク角度センサ２２の検出値を用いることによって、バケット１５の対車体バケット角度を求めることができる。

　対車体バケット角度は、車体２を基準としてバケット１５の角度を設定すればよく、例えば、車体フレーム（望ましくはフロントフレーム１１）の２点を結ぶ線と平行な線と、バケット１５の爪１５ｃの成す角度θｃのように設定することができる。なお、２点としては車体剛性が高い部分が望ましく、例えばブーム取付部が１点として挙げられる。

　（対地バケット角度算出部３２）
　対地バケット角度算出部３２は、対車体バケット角度算出部３１で算出された対車体バケット角度と、車体傾斜角度センサ２３の検出値と、アーティキュレート角度センサ２４の検出値に基づいて、重力方向Ｇに対するバケット１５の角度である対地バケット角度を算出する。

　ここで、ホイールローダ１が傾斜面に沿って配置され、フロントフレーム１１がリアフレーム１２に対して直線状に配置されている場合には、対車体バケット角度と車体傾斜角度センサ２３の検出値からバケット１５の重力方向Ｇに対する傾斜角度（対地バケット角度）を算出することができる。例えば、傾斜角度θｄ（図４参照）とし、対車体バケット角度をθｃ（図３参照）とすると、θｄ＋θｃで水平方向に対するバケット１５の爪１５ｃの傾斜角度が算出できるため、θｄ＋θｃ＋９０度で重力方向Ｇに対する傾斜角度である対地バケット角度を算出することができる。

　なお、ホイールローダ１が傾斜面に配置され、フロントフレーム１１がリアフレーム１２に対して回転していると、車体傾斜角度センサ２３がリアフレーム１２に配置されている場合には、フロントフレーム１１とリアフレーム１２では重力方向Ｇに対する傾斜角度が異なる。すなわち、リアフレーム１２が傾斜に沿っている場合には、回動しているフロントフレーム１１の重力方向Ｇに対する傾斜角度は、リアフレーム１２の重力方向Ｇに対する傾斜角度よりも小さくなるときがある。このため、アーティキュレート角度センサ２４による検出値を用いて、車体傾斜角度センサ２３の検出値を補正することによって、より正確に対地バケット角度を算出することができる。

　（対車体／対地制御判定部３３）
　対車体／対地制御判定部３３は、対地制御および対車体制御のいずれの制御を行うかを判定する。対車体／対地制御判定部３３には、オペレータが目標値設定部５２で設定した目標値が入力される。

　図７（ａ）～図７（ｃ）は、対車体制御および対地制御を説明するための図である。

　図７（ａ）に示すように、ホイールローダ１が水平面に配置されている状態において爪１５ｃが水平に配置されるような角度にバケット１５の回転角度が設定されている。

　対地制御は、バケット１５が重力方向Ｇに対して所望の角度を保つように制御を行うことであって、ホイールローダ１が配置されている地面の傾斜にかかわらずバケット１５を重力方向Ｇに対して所望の角度に保つことができる。このため、図７（ｂ）に示すように、ホイールローダ１が傾斜面に配置され、ブーム１４が上方に回転した場合であっても、バケット１５の底面１５ａが重力方向Ｇに対して一定の角度を維持する。なお、図７（ｂ）に示す例では、一定の角度は、バケット１５の底面１５ａと水平面が平行になる角度である。
　また、バケット１５の重力方向Ｇに対する角度とは、底面１５ａを基準に決めなくてもよく、バケット１５において線分またはベクトルを形成するいずれかの構成を基準にすればよい。

　一方、対車体制御は、車体２に対してバケット１５が所望の角度を保つように制御を行うことであって、車体２に対するバケット１５の角度は一定に保つことができるが、図７（ｃ）に示すように、ホイールローダ１が配置されている地面の傾斜によって、ブーム１４を回動した場合に重力方向Ｇに対する角度は変化する。このため、図７（ｃ）では、バケット１５は、爪１５ｃが水平よりも上方を向く角度に配置されている。

　対車体／対地制御判定部３３は、バケット１５の対地バケット角度を目標値にするための作業機３の姿勢が可動限界外若しくは可動限界から遠ざかる場合に、対地制御を実行する。また、対車体／対地制御判定部３３は、バケット１５の対地バケット角度を目標値にするための作業機３の姿勢が可動限界内若しくは可動限界に近づく場合に、対地制御を実行せず対車体制御を実行する。

　作業機３の姿勢の可動限界に関する情報ついては、制御部９に記憶されている。可動限界に関する情報として、制御部９は、例えば、ブーム１４の回転可能範囲、ブーム１４の各々の回転角度におけるベルクランク１８の回転可能範囲を記憶している。

　操作レバーを操作してブーム１４の回転角度が変化すると、対車体／対地制御判定部３３は、バケット１５の対地バケット角度を目標値に維持するためのベルクランク１８の回転角度を算出する。そして、算出されたベルクランク１８の回転角度がブーム１４の目標回転角度において可動範囲内であるか否かを判定し、可動範囲内であれば、対地制御が実行され、可動範囲外であれば対車体制御が実行される。このように、対車体／対地制御判定部３３は、対車体制御と対地制御の切り替えを行う。

　なお、対車体制御に切り替えた後であっても、作業機３の姿勢が可動限界外若しくは可動限界から遠ざかる場合には、対車体／対地制御判定部３３は、再度対地制御に戻すことができる。

　（バケット制御量決定部３４）
　対地制御を実行する場合、バケット制御量決定部３４は、対地バケット角度算出部３２で算出された対地バケット角度と、目標値との差分を求め、対地バケット角度が目標値になるようにバケットシリンダ１７の制御量を決定する。これにより、ブーム１４を上下動させた場合に、バケット１５の重力方向Ｇに対する角度を所望の角度に維持するように制御量を決定することができる。

　一方、対車体制御を実行する場合、バケット制御量決定部３４は、対車体バケット角度算出部３１で算出された対車体バケット角度を維持するように、バケットシリンダ１７の制御量を決定する。これにより、ブーム１４を上下動させた場合に、車体２に対するバケット１５の角度を所望の角度に維持するように制御量を決定することができる。

　バケット制御量決定部３４で決定した制御量に基づいて、バケットシリンダ１７の制御が行われる。

　＜動作＞
　次に、本発明にかかる実施の形態のホイールローダ１の動作について説明するとともに、作業機械の制御方法についても同時に述べる。

　はじめにステップＳ１０において、オペレータによって対地制御の設定が行われる。オペレータは、キャブ５内の操作部によって対地制御を行うことを設定する。

　次に、ステップＳ２０において、オペレータによって設定された、対地バケット角度の目標値が、制御部９に入力される。

　次に、ステップＳ３０において、対車体バケット角度算出部３１が、ブーム角度センサ２１の検出値およびベルクランク角度センサ２２の検出値に基づいて、バケット１５の車体２に対する角度（対車体バケット角度）を算出する。

　次に、ステップＳ４０（アタッチメント傾斜角度検出ステップの一例）において、対地バケット角度算出部３２が、対車体バケット角度と、車体傾斜角度センサ２３の検出値とアーティキュレート角度センサ２４の検出値に基づいて、バケット１５の重力方向Ｇに対する角度（対地バケット角度）を算出する。

　次に、ステップＳ５０において、対車体／対地制御判定部３３が、対地制御および対車体制御のいずれの制御を行うかを判定する。対車体／対地制御判定部３３は、入力された目標値にするための作業機３の姿勢が可動限界に含まれない場合若しくは可動限界から遠ざかる場合に、対地制御を実行すると判定し、制御はステップＳ６０に進む。一方、対車体／対地制御判定部３３は、入力された目標値にするための作業機３の姿勢が可動限界内若しくは可動限界に近づく場合に、対車体制御を実行すると判定し、フローはステップＳ７０に進む。

　ステップＳ６０では、バケット制御量決定部３４が、対地バケット角度算出部で算出された対地バケット角度と、目標値との差分を求め、対地バケット角度が目標値になるようにバケットシリンダ１７の制御量を決定し、制御はステップＳ８０に進む。

　一方、ステップＳ７０では、バケット制御量決定部３４が、対車体バケット角度算出部３１で算出された対車体バケット角度を維持するように、バケットシリンダ１７の制御量を決定し、制御はステップＳ８０に進む。

　ステップＳ８０（制御ステップの一例）では、決定した制御量に基づいて、バケットシリンダ１７の制御が行われる。

　次に、ステップＳ９０において、制御部９は、オペレータによって対地制御の設定が解除されたか否かを判定する。オペレータによって対地制御の設定が解除されていない場合には、制御はステップＳ３０に戻り、ステップＳ３０～ステップＳ８０が繰り返される。
一方、オペレータによって対地制御設定が解除された場合には、対地制御は終了する。

　これにより、対地制御を設定して操作レバーによってブーム１４を上下動作させる際に、バケット１５を重力方向Ｇに対して所定の傾斜角度を維持することができる。また、バケット１５を目標値に維持しようとすると作業機３が可動限界若しくは可動限界に近づく場合には、対車体制御に切り替えることができる。

　（実施の形態２）
　以下に、実施の形態２のホイールローダについて説明する。本実施の形態２のホイールローダは、実施の形態１と制御構成が異なっている。そのため、本実施の形態２では相違点を中心に説明する。

　＜構成＞
　図９は、本実施の形態２のホイールローダの制御構成を示すブロック図である。

　本実施の形態２のホイールローダは、実施の形態１と比較して、車体傾斜角度センサ２３が設けられておらず、バケットＩＭＵ４１（対地バケット角度検出部の一例）が設けられている。バケットＩＭＵ４１は、バケット１５に設けられてＩＭＵである。

　本実施の形態２のホイールローダ１の制御部９´は、対車体バケット角度算出部３１´と、対地バケット角度算出部３２´と、対車体／対地制御判定部３３と、バケット制御量決定部３４と、を有する。

　対地バケット角度算出部３２´は、バケットＩＭＵ４１の検出値からバケット１５の重力方向Ｇに対する傾斜角度（対地バケット角度）を算出する。

　対車体バケット角度算出部３１´は、ブーム角度センサ２１の検出値と、ベルクランク角度センサ２２の検出値に基づいて、バケット１５の車体２に対する角度（対車体バケット角度）を算出する。ブーム角度センサ２１の検出値とベルクランク角度センサ２２の検出値によって、車体２に対するバケット１５の相対的な位置を検出できるため、この相対的な位置と対地バケット角度から対車体バケット角度を算出することができる。
　なお、ブーム角度センサ２１の代わりにブーム１４にブームＩＭＵを設け、ベルクランク角度センサ２２の代わりにベルクランク１８にベルクランクＩＭＵを設けた場合には、対車体バケット角度算出部３１´は、ブームＩＭＵの検出値とベルクランクＩＭＵの検出値に加えて対地バケット角度算出部３２´で算出された対地バケット角度に基づいて対車体バケット角度を算出する。

　対車体／対地制御判定部３３およびバケット制御量決定部３４は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

　＜動作＞
　次に、実施の形態２のホイールローダ１の動作について説明するとともに、作業機械の制御方法の一例についても同時に述べる。図１０は、本実施の形態２のホイールローダ１の動作を示すフロー図である。

　本実施の形態２では、実施の形態１と比較して、ステップＳ３０とステップＳ４０が異なっている。

　すなわち、ステップＳ１０、Ｓ２０の次に、ステップＳ３０´（アタッチメント傾斜角度検出ステップの一例）において、対地バケット角度算出部３２´は、バケットＩＭＵ４１の検出値からバケット１５の重力方向Ｇに対する傾斜角度（対地バケット角度）を算出する。

　次に、ステップＳ４０´において、対車体バケット角度算出部３１´は、ブーム角度センサ２１の検出値と、ベルクランク角度センサ２２の検出値と、対地バケット角度算出部３２´で算出された対地バケット角度に基づいて、バケット１５の車体２に対する角度（対車体バケット角度）を算出する。

　以降のステップＳ５０～Ｓ９０は、実施の形態１と同様のため省略する。

　＜特徴＞
　（１）
　実施の形態１、２のホイールローダ１は、車体２と、作業機３と、対地バケット角度検出部２０またはバケットＩＭＵ４１と、制御部９、９´と、を備える。作業機３は、車体２に対し動作し、バケット１５またはフォーク１９を有する。対地バケット角度検出部２０またはバケットＩＭＵ４１は、アタッチメントの重力方向に対する傾斜角度に関する情報を検出する。制御部９、９´は、対地バケット角度検出部２０またはバケットＩＭＵ４１の検出値に基づいて、バケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度を制御する。

　このように、バケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度に関する情報を検出し、その傾斜角度に基づいて制御を行うことによって、ホイールローダ１が傾斜した状態であってもバケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度を一定に維持することができる。

　（２）
　実施の形態１のホイールローダ１では、対地バケット角度検出部２０は、車体傾斜角度センサ２３と、相対位置検出部２５と、を有する。車体傾斜角度センサ２３は、車体２の重力方向Ｇに対する傾斜角度を検出する。相対位置検出部２５は、バケット１５またはフォーク１９の車体２に対する相対的な位置に関する情報を検出する。制御部９は、相対位置検出部２５の検出値からバケット１５またはフォーク１９の車体２に対する傾斜角度（対車体バケット角度）を算出し、算出した対車体バケット角度と車体傾斜角度センサ２３の検出値からバケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度を算出する。

　このように、バケット１５またはフォーク１９の車体２に対する相対的な位置と、車体２の重力方向Ｇに対する傾斜角度から、バケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度を算出することができる。

　（３）
　実施の形態１のホイールローダ１では、作業機３は、車体２に回転可能に接続されるブーム１４を更に有する。バケット１５またはフォーク１９は、ブーム１４に回転可能に接続されている。相対位置検出部２５は、ブーム角度センサ２１と、ベルクランク角度センサ２２、と、を有する。ブーム角度センサ２１は、ブーム１４の回転角度に関する情報を検出する。ベルクランク角度センサ２２は、バケット１５またはフォーク１９の回転角度に関する情報を検出する。制御部９は、ブーム角度センサ２１の検出値とベルクランク角度センサ２２の検出値を用いて、バケット１５またはフォーク１９の車体２に対する傾斜角度を算出する。

　このように、バケット１５またはフォーク１９の車体２に対する相対位置は、ブーム１４の回転角度に関する情報とバケット１５またはフォーク１９の回転角度に関する情報で特定することができる。

　（４）
　実施の形態１のホイールローダ１では、制御部９は、対地バケット角度検出部２０の検出値に基づいて、バケット１５またはフォーク１９の車体２に対する傾斜角度に基づく制御、若しくは、バケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度に基づく制御を行う。

　これにより、車体２に対するバケット１５またはフォーク１９の相対的な傾斜角度に基づく制御と、重力方向Ｇに対するバケット１５またはフォーク１９の傾斜角度に基づく制御のうちいずれかの制御を行うことができる。

　例えば、バケット１５またはフォーク１９の回転角度とブーム１４の回転角度から求められる作業機３の姿勢では、バケット１５またはフォーク１９の重力方向に対する傾斜角度に基づく制御を行うことが出来ないと判断される場合には、バケット１５またはフォーク１９の車体２に対する傾斜角度に基づく制御を行うように切り替えることができる。
　（５）
　実施の形態１のホイールローダ１では、作業機３は、車体２に回転可能に接続されるブーム１４を更に有する。バケット１５またはフォーク１９は、ブーム１４に回転可能に接続されている。制御部９は、ブーム１４を上昇させる際に、バケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度を一定に維持する。
　これにより、例えば、傾斜地を上りながらブーム１４を上昇させる際に、重力方向Ｇに対するバケット１５またはフォーク１９の角度を一定にすることができる。

　（６）
　実施の形態１のホイールローダ１では、車体２は、フロントフレーム１１と、リアフレーム１２と、フロントタイヤ４と、リアタイヤ７と、を有する。フロントフレーム１１には、作業機３が接続される。リアフレーム１２は、フロントフレーム１１の後側に配置されている。フロントタイヤ４は、フロントフレーム１１に設けられている。リアタイヤ７は、リアフレーム１２に設けられている。ホイールローダ１は、リアフレーム１２に対するフロントフレーム１１の回転角度を検出するアーティキュレート角度センサ２４を更に備える。制御部９は、対地バケット角度検出部２０の検出値とアーティキュレート角度センサ２４の検出値に基づいて、重力方向Ｇに対するバケット１５またはフォーク１９の傾斜角度を制御する。

　ホイールローダ１が傾斜面に配置されている場合、フロントフレーム１１がリアフレーム１２に対して回転すると、バケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度が傾斜面とズレが発生することがある。このため、対地バケット角度検出部２０の検出値をアーティキュレート角度で補正することによって、より正確にバケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度を算出することができる。

　（７）
　実施の形態２のホイールローダ１は、相対位置検出部２５を更に備える。相対位置検出部２５は、バケット１５またはフォーク１９の車体２に対する相対的な位置を検出する。制御部９´は、ＩＭＵ４１の検出値、および相対位置検出部２５の検出値に基づいて、重力方向Ｇに対するバケット１５またはフォーク１９の傾斜角度を制御する。

　これにより、対地バケット角度検出部２０の検出値および相対位置検出部２５の検出値に基づいて、重力方向Ｇに対するバケット１５またはフォーク１９の傾斜角度を制御することができる。

　（８）
　実施の形態１、２のホイールローダ１では、制御部９、９´は、バケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度が、所定の角度になるように制御する。

　これにより、重力方向Ｇに対するバケット１５またはフォーク１９の角度を一定にするように制御を行うことができる。

　（９）
　本実施の形態１、２のホイールローダ１の制御方法は、車体２と、車体２に対し動作し、バケット１５またはフォーク１９を有する作業機３と、を備えたホイールローダ１の制御方法であって、ステップＳ４０またはステップＳ３０´（アタッチメント傾斜角度検出ステップの一例）と、ステップＳ８０（制御ステップの一例）と、を備える。ステップＳ４０またはステップＳ３０´は、バケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度を求める。ステップＳ８０は、ステップＳ４０またはステップＳ３０´における検出値に基づいて、重力方向に対するバケット１５またはフォーク１９の傾斜角度を制御する。

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

　（Ａ）
　上記実施の形態１、２では、対車体／対地制御判定部３３が設けられており、自動的に制御が切り換えられているが、対地制御を行わない判定をした場合、オペレータによって対車体制御を行うか否かの選択が行われてもよい。

　（Ｂ）
　上記実施の形態１、２では、操作部５０に対地制御設定部５１が設けられているが、対車体制御の実行を設定する対車体制御設定部が更に設けられていてもよい。

　（Ｃ）
　上記実施の形態１、２では、対車体／対地制御判定部３３が設けられ、バケット１５の対地角度を設定された目標値にするための作業機３の姿勢が可動限界内若しくは可動限界に近づく場合に、対車体制御への切り替えが行われるが、切り替えずに制御を停止してもよい。

　すなわち、制御部９、９´は、ブーム角度センサ２１の検出値とベルクランク角度センサ２２の検出値に基づいて、重力方向Ｇに対するアタッチメントの傾斜角度の制御を停止する。

　これにより、バケット１５またはフォーク１９の回転角度とブーム１４の回転角度から求められる作業機３の姿勢では、バケット１５またはフォーク１９の重力方向Ｇに対する傾斜角度に基づく制御を行うことが出来ないと判断される場合には、制御を停止することができる。

　また、オペレータに警告表示を行ってもよい。警告表示は、キャブ５内に設けることができる。

　（Ｄ）
　上記実施の形態１では、車体傾斜角度センサ２３がリアフレーム１２に設けられているため、アーティキュレート角度センサ２４によって車体傾斜角度センサ２３が補正されているが、車体傾斜角度センサ２３がフロントフレーム１１に配置されている場合には、アーティキュレート角度センサ２４は設けられていなくてもよい。この場合、車体傾斜角度センサ２３は、フロントフレーム１１の作業機３の近傍に配置されている方がより好ましい。

　（Ｅ）
　上記実施の形態１、２では、相対位置検出部２５として、ブーム角度センサ２１とベルクランク角度センサ２２が設けられているが、これに限らなくてもよい。例えばベルクランク角度センサ２２に代えてブーム１４に対するバケット１５の回転角度をセンサによって検出し、その検出値とブーム角度センサ２１の検出値を用いて対車体バケット角度を算出してもよい。

　（Ｆ）
　上記実施の形態２では、相対位置検出部２５として、ブーム角度センサ２１とベルクランク角度センサ２２が設けられているが、これにかぎらなくてもよい。ブーム角度センサ２１とベルクランク角度センサ２２と車体傾斜角度センサ２３のうちいずれか２つが設けられていれば、車体２に対するバケット１５の相対的に位置が分かるため、対車体バケット角度を算出し、対車体制御を行うか対地制御を行うか否かの判定も行うことができる。また、車体傾斜角度センサ２３については、アーティキュレート角度センサ２４を組み合わせてもよい。

　本発明の作業機械および作業機械の制御方法によれば、傾斜状態においてもアタッチメントの角度を維持することが可能な効果を有し、油圧ショベル、ホイールローダ等として有用である。

１　　　　　：ホイールローダ
２　　　　　：車体
３　　　　　：作業機
９　　　　　：制御部
１５　　　　：バケット
１９　　　　：フォーク
２０　　　　：対地バケット角度検出部

Claims (10)

1. 　本体と、
   　前記本体に対し動作し、アタッチメントを有する作業機と、
   　前記アタッチメントの重力方向に対する傾斜角度に関する情報を検出するアタッチメント傾斜角度検出部と、
   　前記アタッチメント傾斜角度検出部の検出値に基づいて、前記アタッチメントの重力方向に対する傾斜角度を制御する制御部と、を備えた、
   作業機械。
2. 　前記アタッチメント傾斜角度検出部は、
   　前記本体の重力方向に対する傾斜角度を検出する本体傾斜角度検出部と、
   　前記アタッチメントの前記本体に対する相対的な位置に関する情報を検出する相対位置検出部と、を有し、
   　前記制御部は、前記相対位置検出部の検出値から前記アタッチメントの前記本体に対する傾斜角度を算出し、算出した前記傾斜角度と前記本体傾斜角度検出部の検出値から前記アタッチメントの重力方向に対する傾斜角度を算出する、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 　前記作業機は、前記本体に回転可能に接続されるブームを更に有し、
   　前記アタッチメントは、前記ブームに回転可能に接続され、
   　前記相対位置検出部は、
   　前記ブームの回転角度に関する情報を検出するブーム角度検出部と、
   　前記アタッチメントの回転角度に関する情報を検出するアタッチメント角度検出部と、を有し、
   　前記制御部は、前記ブーム角度検出部の検出値と前記アタッチメント角度検出部の検出値を用いて、前記アタッチメントの前記本体に対する傾斜角度を算出する、
   請求項２に記載の作業機械。
4. 　前記制御部は、
   　前記アタッチメント傾斜角度検出部の検出値に基づいて、
   　前記アタッチメントの前記本体に対する傾斜角度に基づく制御、若しくは、
   　前記アタッチメントの重力方向に対する角度に基づく制御を行う、
   請求項２に記載の作業機械。
5. 　前記制御部は、
   　前記ブーム角度検出部の検出値と前記アタッチメント角度検出部の検出値に基づいて、重力方向に対する前記アタッチメントの傾斜角度の制御を停止する、
   請求項３に記載の作業機械。
6. 　前記作業機は、前記本体に回転可能に接続されるブームを更に有し、
   　前記アタッチメントは、前記ブームに回転可能に接続され、
   　前記制御部は、
   　前記ブームを上昇させる際に、前記アタッチメントの重力方向に対する傾斜角度を一定に維持する、
   請求項１に記載の作業機械。
7. 　前記作業機械は、ホイールローダであって、
   　前記本体は、
   　前記作業機が接続されるフロントフレームと
   　前記フロントフレームの後側に配置されたリアフレームと、
   　前記フロントフレームに設けられたフロントタイヤと、
   　前記リアフレームに設けられたリアタイヤと、
   を有し、
   　前記リアフレームに対する前記フロントフレームの回転角度を検出する回転角度検出部を更に備え、
   　前記制御部は、前記アタッチメント傾斜角度検出部の検出値と前記回転角度検出部の検出値に基づいて、重力方向に対する前記アタッチメントの傾斜角度を制御する、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の作業機械。
8. 　前記アタッチメントの前記本体に対する相対的な位置を検出する相対位置検出部を更に備え、
   　前記制御部は、前記アタッチメント傾斜角度検出部の検出値、および前記相対位置検出部の検出値に基づいて、重力方向に対する前記アタッチメントの傾斜角度を制御する、
   請求項１に記載の作業機械。
9. 　前記制御部は、前記アタッチメントの重力方向に対する傾斜角度が、所定の角度になるように制御する、
   請求項１～８のいずれか１項に記載の作業機械。
10. 　本体と、前記本体に対し動作し、アタッチメントを有する作業機と、を備えた作業機械の制御方法であって、
    　前記アタッチメントの重力方向に対する傾斜角度を検出するアタッチメント傾斜角度検出ステップと、
    　前記アタッチメント傾斜角度検出ステップにおける検出値に基づいて、重力方向に対する前記アタッチメントの傾斜角度を制御する制御ステップと、を備えた、
    作業機械の制御方法。
     
     

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