WO2023145196A1 - 作業機械、作業機械を制御するための方法、及び、作業機械の制御システム - Google Patents

Abstract

作業機械は、車体と、作業機と、姿勢センサと、物体センサと、コントローラとを備える。作業機は、車体に対して動作可能に取り付けられる。姿勢センサは、作業機の姿勢を検出する。物体センサは、作業機に取り付けられる。コントローラは、物体センサの検出判定範囲を設定する。コントローラは、物体センサからの信号に基づいて、検出判定範囲内の物体の有無を判定する。コントローラは、作業機の姿勢に基づいて、センサ姿勢データを算出する。センサ姿勢データは、物体センサの位置と向きとの少なくとも一方を含む。コントローラは、センサ姿勢データに応じて、検出判定範囲を変更する。

Description

作業機械、作業機械を制御するための方法、及び、作業機械の制御システム

　本発明は、作業機械、作業機械を制御するための方法、及び、作業機械の制御システムに関する。

　従来、作業機械において、レーダーなどの物体センサによって、周辺の人、或いは障害物を検出する技術が用いられている。例えば、特許文献１の作業機械は、後方センサを備えている。この作業機械は、車体と作業機とを備えている。作業機は、車体の後部に昇降可能に装着されている。後方センサは、作業機に取り付けられ、作業機の後方の障害物を検出する。

特開２０２１－２６３４９号公報

　上述のように作業機械には、作業機が車体に取り付けられたものがある。このような作業機械において、車体に物体センサが取り付けられると、物体センサの検出範囲に作業機が入り込むことで、物体センサの検出範囲が狭まってしまう。そのため、物体センサは、作業機に取り付けられることが望まれる。

　一方、作業機が動作可能である場合、作業機の動作に応じて、作業機の姿勢が変化する。従って、物体センサが作業機に取り付けられている場合には、作業機の姿勢の変化に応じて、物体センサの位置、或いは、向きが変化する。その場合、物体センサの検出範囲が変化することで、作業機械の周辺の物体を適切に検出することが困難になる。例えば、作業機の姿勢の変化によって物体センサの位置が上方に変化した場合、物体センサの下方の死角が大きくなってしまう。本発明の目的は、物体センサの検出範囲を広く確保すると共に、作業機の姿勢が変化しても作業機械の周辺の物体を適切に検出することにある。

　本発明の第１の態様に係る作業機械は、車体と、作業機と、姿勢センサと、物体センサと、コントローラとを備える。作業機は、車体に対して動作可能に取り付けられる。姿勢センサは、作業機の姿勢を検出する。物体センサは、作業機に取り付けられる。物体センサは、作業機械の周辺において物体を検出する。物体センサは、物体の有無を示す信号を出力する。

　コントローラは、物体センサの検出判定範囲を設定する。コントローラは、物体センサからの信号に基づいて、検出判定範囲内の物体の有無を判定する。コントローラは、作業機の姿勢に基づいて、センサ姿勢データを算出する。センサ姿勢データは、物体センサの位置と向きとの少なくとも一方を含む。コントローラは、センサ姿勢データに応じて、検出判定範囲を変更する。

　本発明の第２の態様に係る方法は、作業機械を制御するための方法である。作業機械は、車体と、作業機と、物体センサとを含む。作業機は、車体に対して動作可能に取り付けられる。物体センサは、作業機に取り付けられる。物体センサは、作業機械の周辺において物体を検出する。物体センサは、物体の有無を示す信号を出力する。本態様に係る方法は、作業機の姿勢を検出することと、物体センサの検出判定範囲を設定することと、物体センサからの信号に基づいて、検出判定範囲内の物体の有無を判定することと、作業機の姿勢に基づいて、物体センサの位置と向きとの少なくとも一方を含むセンサ姿勢データを算出することと、センサ姿勢データに応じて、検出判定範囲を変更すること、を備える。

　本発明の第３の態様に係る制御システムは、作業機械の制御システムである。作業機械は、車体と作業機とを含む。作業機は、車体に対して動作可能に取り付けられる。本態様に係る制御システムは、姿勢センサと、物体センサと、コントローラとを備える。姿勢センサは、作業機の姿勢を検出する。物体センサは、作業機に取り付けられる。物体センサは、作業機械の周辺において物体を検出する。物体センサは、物体の有無を示す信号を出力する。コントローラは、物体センサの検出判定範囲を設定する。コントローラは、物体センサからの信号に基づいて、検出判定範囲内の物体の有無を判定する。コントローラは、作業機の姿勢に基づいて、センサ姿勢データを算出する。センサ姿勢データは、物体センサの位置と向きとの少なくとも一方を含む。コントローラは、センサ姿勢データに応じて、検出判定範囲を変更する。

　本発明では、作業機械において、物体センサが作業機に取り付けられる。そのため、物体センサが車体に取り付けられる場合と比べて、物体センサの検出範囲が広く確保される。また、作業機の姿勢に基づいて、物体センサの位置と向きとの少なくとも一方を含むセンサ姿勢データが算出される。そして、センサ姿勢データに応じて、物体センサの検出判定範囲が変更される。従って、作業機の姿勢の変化によって物体センサの位置、又は、向きが変化した場合に、物体センサの位置、又は、向きの変化に応じて、物体センサの検出判定範囲が変更される。それにより、作業機の姿勢の変化に応じて検出判定範囲が適切に変更されることで、作業機械の周辺の物体を適切に検出することができる。

実施形態に係る作業機械の側面図である。 作業機械の前部の斜視図である。 作業機械の駆動系及び制御システムを示す模式図である。 作業機械の周辺において物体を検出するための処理を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る検出判定範囲を示す側面図である。 第１実施形態に係る検出判定範囲を示す側面図である。 第１実施形態の変形例に係る検出判定範囲を示す側面図である。 第２実施形態に係る検出判定範囲を示す上面図である。 第２実施形態に係る検出判定範囲を示す上面図である。 第２実施形態に係る検出判定範囲を示す上面図である。 第３実施形態に係る検出判定範囲を示す側面図である。 第３実施形態に係る検出判定範囲を示す側面図である。 第４実施形態に係る検出判定範囲を示す上面図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る作業機械１の側面図である。図２は、作業機械１の前部の斜視図である。本実施形態に係る作業機械１は、モータグレーダである。図１に示すように、作業機械１は、車体２と、第１作業機３と、第２作業機４とを備える。第１作業機３は、車体２に取り付けられる。第２作業機４は、車体２の後部に取り付けられる。第１作業機３と第２作業機４とは、車体２に対して動作可能である。車体２は、車体フレーム５と、前輪６と、後輪７Ａ，７Ｂと、タンデムドライブ８を含む。本実施形態においては、第１作業機３は、前輪６と後輪７Ａとの間に配置されるブレード１６を含む。第２作業機４は、車体２の後端よりも後側に取り付けられる。本実施形態においては、第２作業機４はリッパーであり、後輪７Ｂよりも後方に配置されるツース５６を含む。

　車体フレーム５は、フロントフレーム１１とリアフレーム１２とを含む。リアフレーム１２は、フロントフレーム１１に接続されている。フロントフレーム１１は、リアフレーム１２に対して、左右にアーティキュレート可能である。なお、以下の説明において、前後左右の各方向は、アーティキュレート角が０、すなわち、フロントフレーム１１とリアフレーム１２とが真っすぐな状態での車体２の前後左右の各方向を意味するものとする。

　リアフレーム１２上には、キャブ１３と動力室１４とが配置されている。キャブ１３には、図示しない運転席が配置されている。動力室１４には、後述する駆動系が配置されている。フロントフレーム１１は、リアフレーム１２から前方へ延びている。前輪６は、フロントフレーム１１に取り付けられている。タンデムドライブ８は、リアフレーム１２に接続されている。タンデムドライブ８は、後輪７Ａ，７Ｂを支持すると共に、後輪７Ａ，７Ｂを駆動する。なお、図１では、左側の後輪７Ａ，７Ｂのみが図示されている。

　第１作業機３は、車体２に対して可動的に接続されている。第１作業機３は、支持部材１５とブレード１６とを含む。支持部材１５は、車体２に可動的に接続されている。支持部材１５は、ブレード１６を支持している。支持部材１５は、ドローバ１７とサークル１８とを含む。ドローバ１７とサークル１８とは、フロントフレーム１１の下方に配置される。

　図２に示すように、ドローバ１７は、フロントフレーム１１の軸支部１９に接続されている。軸支部１９は、フロントフレーム１１の前部に配置されている。ドローバ１７は、フロントフレーム１１の前部から後方へ延びている。ドローバ１７は、フロントフレーム１１に対して、少なくとも車体２の上下方向と左右方向とに揺動可能に支持されている。例えば、軸支部１９は、ボールジョイントを含む。ドローバ１７は、ボールジョイントを介して、フロントフレーム１１に対して回転可能に接続されている。

　サークル１８は、ドローバ１７の後部に接続されている。サークル１８は、ドローバ１７に対して回転可能に支持される。ブレード１６は、サークル１８に接続される。ブレード１６は、サークル１８を介して、ドローバ１７に支持されている。ブレード１６は、チルト軸２１回りに回転可能にサークル１８に支持されている。チルト軸２１は、左右方向に延びている。ブレード１６は、左右方向にスライド可能にサークル１８に支持されている。

　作業機械１は、第１作業機３の姿勢を変更するための複数のアクチュエータ２２－２７を備えている。複数のアクチュエータ２２－２７は、複数の油圧シリンダ２２－２６を含む。複数の油圧シリンダ２２－２６は、第１作業機３に接続されている。複数の油圧シリンダ２２－２６は、油圧によって伸縮する。複数の油圧シリンダ２２－２６は、伸縮することで、車体２に対する第１作業機３の姿勢を変更する。以下の説明では、油圧シリンダの伸縮を「ストローク動作」と呼ぶ。

　詳細には、複数の油圧シリンダ２２－２６は、左リフトシリンダ２２と、右リフトシリンダ２３と、ドローバシフトシリンダ２４と、ブレードチルトシリンダ２５と、ブレードシフトシリンダ２６とを含む。左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とは、左右方向に互いに離れて配置されている。左リフトシリンダ２２は、ドローバ１７の左部分に接続されている。右リフトシリンダ２３は、ドローバ１７の右部分に接続されている。左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とは、ドローバ１７に対して左右に揺動可能に接続されている。

　左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とは、フロントフレーム１１に対して、左右に揺動可能に接続されている。詳細には、左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とは、リフタブラケット２９を介して、フロントフレーム１１に接続されている。リフタブラケット２９は、フロントフレーム１１に接続されている。リフタブラケット２９は、左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とを左右に揺動可能に支持している。左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とのストローク動作により、ドローバ１７は、軸支部１９回りに上下に揺動する。それにより、ブレード１６が上下に移動する。

　ドローバシフトシリンダ２４は、ドローバ１７とフロントフレーム１１とに接続されている。ドローバシフトシリンダ２４は、リフタブラケット２９を介してフロントフレーム１１に接続されている。ドローバシフトシリンダ２４は、フロントフレーム１１に対して、揺動可能に接続されている。ドローバシフトシリンダ２４は、ドローバ１７に対して、揺動可能に接続されている。ドローバシフトシリンダ２４は、フロントフレーム１１からドローバ１７に向かって、斜め下方に延びている。ドローバシフトシリンダ２４は、フロントフレーム１１の左右の一側方から反対の側方へ向かって延びている。ドローバシフトシリンダ２４のストローク動作により、ドローバ１７は、軸支部１９回りに左右に揺動する。

　図１に示すように、ブレードチルトシリンダ２５は、サークル１８とブレード１６とに接続されている。ブレードチルトシリンダ２５のストローク動作により、ブレード１６がチルト軸２１回りに回転する。図２に示すように、ブレードシフトシリンダ２６は、サークル１８とブレード１６とに接続されている。ブレードシフトシリンダ２６のストローク動作により、ブレード１６がサークル１８に対して左右にスライドする。

　複数のアクチュエータ２２－２７は、回転アクチュエータ２７を含む。回転アクチュエータ２７は、ドローバ１７とサークル１８とに接続されている。回転アクチュエータ２７は、油圧モータである。ただし、回転アクチュエータ２７は、電動モータであってもよい。回転アクチュエータ２７は、ドローバ１７に対してサークル１８を回転させる。それにより、ブレード１６が、上下方向に延びる回転軸回りに回転する。

　前述した通り、本実施形態において、第２作業機４は、リッパーである。図１に示すように、第２作業機４は、リッパーブラケット５１と、リンク５２，５３と、ツースブラケット５４と、リッパーアクチュエータ２８と、ツース５６とを含む。リッパーブラケット５１は、車体２の背面に取り付けられている。リンク５２，５３は、リッパーブラケット５１とツースブラケット５４とに接続されている。リンク５２，５３は、リッパーブラケット５１に対して回転可能である。リンク５２，５３は、ツースブラケット５４に対して回転可能である。

　ツース５６は、ツースブラケット５４に接続されている。リッパーアクチュエータ２８は、ツースブラケット５４を介して、ツース５６に接続されている。リッパーアクチュエータ２８は、油圧シリンダである。リッパーアクチュエータ２８が伸縮することで、ツース５６が上下に移動する。

　図３は、作業機械１の制御システム９と駆動系１０とを示す模式図である。図３に示すように、作業機械１は、駆動源３１と、油圧ポンプ３２と、動力伝達装置３３と、制御弁３４とを備えている。駆動源３１は、例えば内燃機関である。或いは、駆動源３１は、電動モータ、或いは内燃機関と電動モータとのハイブリッドであってもよい。油圧ポンプ３２は、駆動源３１によって駆動されることで、作動油を吐出する。

　制御弁３４は、油圧回路を介して油圧ポンプ３２と複数のアクチュエータ２２－２８とに接続されている。制御弁３４は、複数のアクチュエータ２２－２８にそれぞれ接続される複数の弁を含む。制御弁３４は、油圧ポンプ３２から複数のアクチュエータ２２－２８に供給される作動油の流量を制御する。

　動力伝達装置３３は、駆動源３１からの駆動力を後輪７Ａ，７Ｂに伝達する。動力伝達装置３３は、トルクコンバータ、及び／又は、複数の変速ギアを含んでもよい。或いは、動力伝達装置３３は、ＨＳＴ（Hydraulic Static Transmission）、或いは、ＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）などのトランスミッションであってもよい。

　図３に示すように、作業機械１は、操作装置３５とコントローラ３６とを備えている。操作装置３５は、第１作業機３の姿勢を変更するためにオペレータによって操作可能である。第１作業機３の姿勢は、車体２に対するブレード１６の位置と向きとを示す。操作装置３５は、例えば複数のレバーを含む。操作装置３５の操作に応じて、複数のアクチュエータ２２－２６のストローク動作と、回転アクチュエータ２７の回転動作とが制御される。それにより、第１作業機３の姿勢が変更される。

　操作装置３５は、第２作業機４の姿勢を変更するためにオペレータによって操作可能である。第２作業機４の姿勢は、車体２に対するツース５６の位置と向きとを示す。操作装置３５の操作に応じて、リッパーアクチュエータ２８のストローク動作が制御される。それにより、第２作業機４の姿勢が変更される。

　コントローラ３６は、駆動源３１及び動力伝達装置３３を制御することで、作業機械１を走行させる。コントローラ３６は、油圧ポンプ３２と制御弁３４とを制御することで、第１作業機３を動作させる。また、コントローラ３６は、油圧ポンプ３２と制御弁３４とを制御することで、第２作業機４を動作させる。

　コントローラ３６は、プロセッサ３７と記憶装置３８とを含む。プロセッサ３７は、例えばＣＰＵであり、作業機械１を制御するためのプログラムを実行する。記憶装置３８は、ＲＡＭ及びＲＯＭなどのメモリと、ＳＳＤ或いはＨＤＤなどの補助記憶装置を含む。記憶装置３８は、作業機械１を制御するためのプログラムとデータとを記憶している。

　図３に示すように、作業機械１は、姿勢センサ４１を備えている。姿勢センサ４１は、第２作業機４の姿勢を検出する。姿勢センサ４１は、第２作業機４の姿勢を示す信号を出力する。姿勢センサ４１は、例えば第２作業機４に装着されたＩＭＵ（慣性計測装置）である。或いは、姿勢センサ４１は、リンク５２，５３と、ツースブラケット５４との角度を検出するセンサであってもよい。その場合、コントローラ３６は、リンク５２，５３とツースブラケット５４との角度から、ツース５６の位置と向きとを算出してもよい。或いは、姿勢センサ４１は、リッパーアクチュエータ２８のストローク長さを検出するセンサであってもよい。その場合、コントローラ３６は、リッパーアクチュエータ２８のストローク長さから、ツース５６の位置と向きとを算出してもよい。

　図３に示すように、作業機械１は、物体センサ４２と、方向変更装置４３と、出力装置４４とを備えている。物体センサ４２は、作業機械１の周辺の物体を検出する。物体センサ４２は、例えば、ミリ波レーダーなどのレーダー装置である。或いは、物体センサ４２は、超音波センサ、カメラ、LIDAR（Light Detection and Ranging）装置などの他の種類のセンサであってもよい。物体センサ４２は、検出可能範囲内における物体の有無を示す信号を出力する。

　図１に示すように、本実施形態では、物体センサ４２は、第２作業機４に取り付けられている。詳細には、物体センサ４２は、ツース５６の上部に取り付けられている。物体センサ４２は、作業機械１の後方へ向けて配置されている。物体センサ４２は、作業機械１の後方における物体の有無を検出する。このように、物体センサ４２が第２作業機４に取り付けられることで、物体センサ４２が車体に取り付けられる場合と比べて、物体センサ４２の検出範囲が広く確保される。

　図３に示すように、方向変更装置４３は、物体センサ４２に接続されている。方向変更装置４３は、物体センサ４２の向きを変更する。方向変更装置４３は、例えば電動モータを含む。方向変更装置４３は、物体センサ４２の向きを、上下方向及び左右方向に変更する。

　出力装置４４は、例えばディスプレイである。出力装置４４は、コントローラ３６からの指令信号に応じて画像を表示する。或いは、出力装置４４は、スピーカーであってもよい。出力装置４４は、コントローラ３６からの指令信号に応じて音声を出力してもよい。

　コントローラ３６は、作業機械１の周辺に検出判定範囲を設定し、物体センサ４２からの信号に基づいて、検出判定範囲内の物体の有無を判定する。例えば、コントローラ３６は、車体２の後方に検出判定範囲を設定する。コントローラ３６は、検出判定範囲内に物体を検出した場合には、出力装置４４に警報を出力させる。

　上述したように、第２作業機４は、車体２に対して動作可能である。そのため、物体センサ４２の姿勢は、第２作業機４の動作に応じて変化する。コントローラは、物体センサ４２の姿勢の変化に応じて、検出判定範囲を変更する。以下、第１実施形態に係る物体の検出方法について説明する。

　図４は、作業機械１の周辺において物体を検出するための処理を示すフローチャートである。図５及び図６は、第１実施形態に係る検出判定範囲を示す側面図である。図４に示すように、ステップＳ１では、コントローラ３６は、作業機姿勢データを取得する。作業機姿勢データは、第２作業機４の姿勢を示す。図５及び図６に示すように、オペレータの操作によって、第２作業機４（リッパー）のツース５６は、上下に移動する。第１実施形態においては、作業機姿勢データは、ツース５６の位置を示す。詳細には、第１実施形態においては、作業機姿勢データは、ツース５６の高さを示す。コントローラ３６は、姿勢センサ４１からの信号により、作業機姿勢データを取得する。

　ステップＳ２では、コントローラ３６は、センサ姿勢データを算出する。図５に示すように、センサ姿勢データは、物体センサ４２の高さＨ１を示す。コントローラ３６は、作業機姿勢データに基づいて、物体センサ４２の高さＨ１を、センサ姿勢データとして算出する。

　ステップＳ３では、コントローラ３６は、検出判定範囲６０を設定する。コントローラ３６は、センサ姿勢データが示す物体センサ４２の高さＨ１に応じて、検出判定範囲６０を設定する。図５に示すように、車両側面視で、検出判定範囲６０は、下限線６１と、上限線６２と、後限線６３とを有する。検出判定範囲６０は、下限線６１と、上限線６２と、後限線６３とに囲まれた範囲である。

　下限線６１は、検出判定範囲６０の下方への限界位置を示す。上限線６２は、検出判定範囲６０の上方への限界位置を示す。後限線６３は、検出判定範囲６０の後方への限界位置を示す。検出判定範囲６０は、物体センサ４２に対して固定されている。下限線６１と上限線６２との間の角度は、物体センサ４２のセンサ性能に応じた固定値である。検出判定範囲６０の位置は、物体センサ４２の位置及び向きの変化に応じて、変化する。

　コントローラ３６は、センサ姿勢データに応じて、方向変更装置４３によって物体センサ４２の向きを変更することで、検出判定範囲６０を変更する。物体センサ４２の向きは、センサ角度θで示される。センサ角度θは、物体センサ４２の上下方向の向きを示す。センサ角度θは、物体センサ４２の中心軸Ｃ１の水平方向に対する角度である。コントローラ３６は、物体センサ４２から、下限線６１と地面１００とが交わる地点Ｐ１までの距離が目標距離Ｄｔとなるセンサ角度θの目標角度θ１を算出する。コントローラ３６は、物体センサ４２の高さＨ１と目標距離Ｄｔとから、目標角度θ１を算出する。目標距離Ｄｔは、例えば固定値であり、コントローラ３６に記憶されている。或いは、目標距離Ｄｔは可変であってもよい。

　コントローラ３６は、センサ角度θが目標角度θ１となるように、方向変更装置４３によって物体センサ４２の向きを変更する。それにより、図５に示すように、物体センサ４２から地点Ｐ１までの距離が目標距離Ｄｔとなるように、検出判定範囲６０が設定される。

　ステップＳ４では、コントローラ３６は、物体センサ４２からの信号に基づいて、検出判定範囲６０内の物体の有無を判定する。検出判定範囲６０内において物体がある場合には、コントローラ３６は、ステップＳ５において、出力装置４４に警報を出力させる。そして、処理はステップＳ１に戻り、ステップＳ１～Ｓ５の処理が繰り返される。

　図６に示すように、ツース５６が上昇するように第２作業機４が動作した場合、コントローラ３６は、ステップＳ１において、ツース５６の高さを取得する。コントローラ３６は、ステップＳ２において、ツース５６の高さから、物体センサ４２の高さＨ２を算出する。ステップＳ３において、コントローラ３６は、物体センサ４２の高さＨ２に基づいて、検出判定範囲６０を設定する。コントローラ３６は、物体センサ４２から地点Ｐ１までの距離が目標距離Ｄｔとなるセンサ角度θの目標角度θ２を算出する。コントローラ３６は、物体センサ４２の高さＨ２と目標距離Ｄｔとから、目標角度θ２を算出する。

　コントローラ３６は、センサ角度θが目標角度θ２となるように、方向変更装置４３によって物体センサ４２の向きを変更する。それにより、図６に示すように、コントローラ３６は、物体センサ４２の高さがＨ１からＨ２に変化しても、物体センサ４２から地点Ｐ１までの距離が目標距離Ｄｔに維持されるように、検出判定範囲６０を変更する。すなわち、コントローラ３６は、物体センサ４２の高さの変化による検出判定範囲６０の変化を低減するように、検出判定範囲６０を変更する。

　以上説明した第１実施形態に係る物体の検出方法では、コントローラ３６は、第２作業機４の姿勢の変化による物体センサ４２の高さの変化に応じて、方向変更装置４３によって物体センサ４２の向きを上下方向に変更することで、検出判定範囲６０を変更する。そのため、第２作業機４の姿勢が変化しても、検出判定範囲６０の死角の拡大が抑えられる。それにより、作業機械１の周辺の物体を適切に検出することができる。

　図７は、第１実施形態の変形例に係る検出判定範囲６０を示す図である。図７に示すように、コントローラ３６は、物体センサ４２から、物体センサ４２の中心軸Ｃ１と地面１００とが交わる地点Ｐ２までの距離が目標距離Ｌｔとなるように、センサ角度θの目標角度θ１を算出してもよい。

　次に、第２実施形態に係る物体の検出方法について説明する。図８から図１０は、第２実施形態に係る検出判定範囲６０を示す上面図である。第２実施形態に係る物体の検出方法を示すフローチャートは、図４に示す第１実施形態に係る物体の検出方法を示すフローチャートと同様である。

　ステップＳ１では、コントローラ３６は、作業機姿勢データを取得する。図８及び図９に示すように、オペレータの操作によって、第２作業機４（リッパー）のツース５６は、左右に回動する。従って、第２実施形態においては、作業機姿勢データは、ツース５６の左右方向の向きを示す。すなわち、作業機姿勢データは、ツース５６の左右方向の回転角度である。

　ステップＳ２では、コントローラ３６は、センサ姿勢データを算出する。図９に示すように、センサ姿勢データは、物体センサ４２のセンサ角度λを含む。センサ角度λは、物体センサ４２の左右方向の向きを示す。センサ角度λは、車両平面視で、車体２の中心線Ｃ２に対する物体センサ４２の中心軸Ｃ１の角度である。コントローラ３６は、作業機姿勢データに基づいて、物体センサ４２のセンサ角度λを、センサ姿勢データとして算出する。

　ステップＳ３では、コントローラ３６は、検出判定範囲６０を設定する。コントローラ３６は、センサ姿勢データが示す物体センサ４２の向きに応じて、検出判定範囲６０を設定する。図８に示すように、検出判定範囲６０は、左限線６４と右限線６５とを含む。左限線６４は、検出判定範囲６０の左方への限界位置を示す。左限線６４は、左最外線６６を越えないように設定される。右限線６５は、検出判定範囲６０の右方への限界位置を示す。右限線６５は、右最外線６７を越えないように設定される。

　左右の最外線６６，６７は、予め定められて、コントローラ３６に記憶されている。左右の最外線６６，６７は、例えば車体２の幅に応じて決定される。或いは、左右の最外線６６，６７は、ツース５６の幅に応じて決定されてもよい。左限線６４と右限線６５との間の角度は、物体センサ４２のセンサ性能に応じた固定値である。検出判定範囲６０の位置は、物体センサ４２の位置及び向きの変化に応じて、変化する。

　図９に示すようにツース５６が左右に回動した場合、コントローラ３６は、図１０に示すように、センサ姿勢データに応じて、方向変更装置４３によって物体センサ４２の向きを変更することで、検出判定範囲６０を変更する。コントローラ３６は、ツース５６の回動によるセンサ角度λをキャンセルするよう、方向変更装置４３によって物体センサ４２の左右方向の向きを変更する。すなわち、コントローラ３６は、センサ角度λが０度となるように、物体センサ４２をツース５６の回動方向と反対の方向に回動させる。それにより、図１０に示すように、検出判定範囲６０が設定される。ステップＳ４，Ｓ５の処理については、上述した第１実施形態と同様である。

　以上説明した第２実施形態に係る物体の検出方法では、コントローラ３６は、第２作業機４の姿勢の変化による物体センサ４２の左右方向の向きの変化に応じて、方向変更装置４３によって物体センサ４２の向きを左右方向に変更することで、検出判定範囲６０を変更する。そのため、第２作業機４の姿勢が変化しても、検出判定範囲６０の死角の拡大が抑えられる。それにより、作業機械１の周辺の物体を適切に検出することができる。

　次に、第３実施形態に係る物体の検出方法について説明する。図１１及び図１２は、第２実施形態に係る検出判定範囲６０を示す側面図である。第３実施形態に係る物体の検出方法を示すフローチャートは、図４に示す第１実施形態に係る物体の検出方法を示すフローチャートと同様である。

　ステップＳ１では、コントローラ３６は、作業機姿勢データを取得する。図１１及び図１２に示すように、第１実施形態と同様に、オペレータの操作によって、第２作業機４（リッパー）のツース５６は、上下に移動する。ツース５６を上下に移動させる。従って、第３実施形態においては、作業機姿勢データは、ツース５６の高さを示す。

　ステップＳ２では、コントローラ３６は、センサ姿勢データを算出する。図１１に示すように、センサ姿勢データは、物体センサ４２の高さＨ１を含む。コントローラ３６は、作業機姿勢データに基づいて、物体センサ４２の高さＨ１を、センサ姿勢データとして算出する。

　ステップＳ３では、コントローラ３６は、検出判定範囲６０を設定する。図１１に示すように、物体センサ４２は、検出可能範囲７０内において物体を検出する。検出可能範囲７０は、下限線７１と上限線７２とを含む。下限線７１は、検出可能範囲７０の下方への限界位置を示す。上限線７２は、検出可能範囲７０の上方への限界位置を示す。

　コントローラ３６は、検出可能範囲７０内において、検出判定範囲６０の設定を行う。コントローラ３６は、センサ姿勢データが示す物体センサ４２の高さに応じて、検出可能範囲７０内において検出判定範囲６０を設定する。検出判定範囲６０は、上限角度αと下限角度βとを有する。上限角度αは、車両側面視において、物体センサ４２の中心軸Ｃ１に対する上限線６２の角度である。下限角度βは、車両側面視において、物体センサ４２の中心軸Ｃ１に対する下限線６１の角度である。

　コントローラ３６は、物体センサ４２から、下限線６１と地面１００とが交わる地点Ｐ１までの距離が目標距離Ｄｔとなるように、検出判定範囲６０の下限角度βの目標角度β１を算出する。コントローラ３６は、物体センサ４２の高さＨ１と目標距離Ｄｔとから、下限角度βの目標角度β１を算出する。

　図１２に示すように、ツース５６が上昇して、物体センサ４２の高さがＨ１からＨ２に変化すると、コントローラ３６は、高さＨ２に応じて、検出可能範囲７０内における検出判定範囲６０を変更する。コントローラ３６は、高さＨ２と目標距離Ｄｔとから下限角度βの目標角度β２を算出する。

　上限角度αは、固定値であってもよい。その場合、図１１に示す上限角度の目標角度α１と、図１２に示す上限角度αの目標角度α２とは等しい。上限角度αは、物体センサ４２のセンサ性能に応じて定められていてもよい。或いは、上限角度αは可変であってもよい。上限角度αは、仰角に限らず、俯角であってもよい。

　以上のように、図１２に示すように検出可能範囲７０内において、検出判定範囲６０が設定される。ステップＳ４，Ｓ５の処理については、上述した第１実施形態と同様である。

　以上説明した第３実施形態に係る物体の検出方法では、コントローラ３６は、第２作業機４の姿勢の変化による物体センサ４２の高さの変化に応じて、検出判定範囲６０の向きを上下方向に変更するように、検出可能範囲７０内における検出判定範囲６０の設定を行う。そのため、第２作業機４の姿勢が変化しても、検出判定範囲６０の死角の拡大が抑えられる。それにより、作業機械１の周辺の物体を適切に検出することができる。

　次に、第４実施形態に係る物体の検出方法について説明する。図１３は、第４実施形態に係る検出判定範囲６０を示す上面図である。第４実施形態に係る物体の検出方法を示すフローチャートは、図４に示す第１実施形態に係る物体の検出方法を示すフローチャートと同様である。

　ステップＳ１では、コントローラ３６は、作業機姿勢データを取得する。第２実施形態と同様に、オペレータの操作によって、第２作業機４（リッパー）のツース５６は、左右に回動する。従って、第４実施形態においては、第２実施形態と同様に、作業機姿勢データは、ツース５６の左右方向の向きを示す。ステップＳ２では、コントローラ３６は、センサ姿勢データを算出する。第２実施形態と同様に、センサ姿勢データは、物体センサ４２のセンサ角度λを含む。

　ステップＳ３では、コントローラ３６は、検出判定範囲６０を設定する。コントローラ３６は、検出可能範囲７０内において、検出判定範囲６０を設定する。検出可能範囲７０は、左限線７４と右限線７５とを含む。左限線７４は、検出可能範囲７０の左方への限界位置を示す。右限線７５は、検出可能範囲７０の右方への限界位置を示す。

　検出判定範囲６０は、左限角度γと右限角度φとを有する。左限角度γは、物体センサ４２の中心軸Ｃ１と、検出判定範囲６０の左限線６４との間の角度である。右限角度φは、物体センサ４２の中心軸Ｃ１と、検出判定範囲６０の右限線６５との間の角度である。

　コントローラ３６は、センサ姿勢データが示す物体センサ４２の向きに応じて、左限角度γの目標角度γ１と右限角度φの目標角度φ１とを算出する。コントローラ３６は、物体センサ４２から、車両上面視で左限線６４と左最外線６６とが交わる地点Ｐ３までの距離が、目標距離Ｗｔとなるように、左限角度γの目標角度γ１を算出する。コントローラ３６は、物体センサ４２から、車両上面視で右限線６５と右最外線６７とが交わる地点Ｐ４までの距離が、目標距離Ｖｔとなるように、右限角度φの目標角度φ１を算出する。目標距離Ｗｔ，Ｖｔは、例えば固定値であり、コントローラ３６に記憶されている。目標距離Ｗｔ，Ｖｔは、可変であってもよい。

　ツース５６が左右に回動した場合、コントローラ３６は、ツース５６の回動によるセンサ角度λをキャンセルするように、検出可能範囲７０内における検出判定範囲６０の設定を行う。すなわち、コントローラ３６は、センサ角度λが変化しても、物体センサ４２から地点Ｐ３までの距離が、目標距離Ｗｔに維持されるように、検出判定範囲６０の左限角度γを変更する。また、コントローラ３６は、センサ角度λが変化しても、物体センサ４２から地点Ｐ４までの距離が、目標距離Ｖｔに維持されるように、検出判定範囲６０の右限角度φを変更する。それにより、図１３に示すように、検出判定範囲６０が設定される。ステップＳ４，Ｓ５の処理については、上述した第１実施形態と同様である。

　以上説明した第４実施形態に係る物体の検出方法では、コントローラ３６は、第２作業機４の姿勢の変化による物体センサ４２の左右方向の向きの変化に応じて、検出判定範囲６０の向きを左右方向に変更するように、検出可能範囲７０内における検出判定範囲６０の設定を行う。そのため、第２作業機４の姿勢が変化しても、検出判定範囲６０の死角の拡大が抑えられる。それにより、作業機械１の周辺の物体を適切に検出することができる。

　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。

　作業機械１は、モータグレーダに限らず、他の種類の作業機械であってもよい。作業機械１の構成は、上記のものに限らず、変更されてもよい。例えば、第１作業機３の構成が変更されてもよい。第２作業機４の構成が変更されてもよい。例えば、第２作業機４は、リッパーに限らず、ブレード、或いは、バケットなどの他の作業機を含んでもよい。第２作業機４が車体２の前端よりも前側に取り付けられ、物体センサ４２が作業機械１の前方の障害物を検出するように構成されてもよい。典型的には、車体前方にブレードを有するブルドーザに、本発明が適用されてもよい。

　作業機械１の制御システムの一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。例えば、操作装置３５は、作業機械１の外部に配置されてもよい。出力装置４４は、作業機械１の外部に配置されてもよい。

　コントローラ３６は、複数のコントローラによって構成されてもよい。上述した処理は、複数のコントローラに分散して実行されてもよい。複数のコントローラの一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。

　物体が検出判定範囲６０内で検出された場合の処理は、上記の実施形態のものに限らず変更されてもよい。例えば、物体が検出判定範囲６０内で検出された場合、コントローラ３６は、第２作業機４、及び／又は、車体２を停止させる、或いは動作を制限するなどの処理を行ってもよい。

　検出判定範囲６０は、車体２の後方に限らず、車体２の前方に設定されてもよい。検出判定範囲６０は、車体２の前方と後方とにそれぞれ設定されてもよい。検出判定範囲６０は、車体２の側方に設定されてもよい。

　本発明によれば、物体センサの検出範囲を広く確保すると共に、作業機の姿勢が変化しても作業機械の周辺の物体を適切に検出することができる。

２：車体
４：第２作業機
３６：コントローラ
４１：姿勢センサ
４２：物体センサ
４３：方向変更装置
６０：検出判定範囲
７０：検出可能範囲
 

Claims (19)

1. 　作業機械であって、
   　車体と、
   　前記車体に対して動作可能に取り付けられる作業機と、
   　前記作業機の姿勢を検出する姿勢センサと、
   　前記作業機に取り付けられ、前記作業機械の周辺において物体を検出し、前記物体の有無を示す信号を出力する物体センサと、
   　前記物体センサの検出判定範囲を設定し、前記物体センサからの信号に基づいて、前記検出判定範囲内の前記物体の有無を判定するコントローラと、
   を備え、
   　前記コントローラは、
   　　前記作業機の姿勢に基づいて、前記物体センサの位置と向きとの少なくとも一方を含むセンサ姿勢データを算出し、
   　　前記センサ姿勢データに応じて、前記検出判定範囲を変更する、
   作業機械。
2. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの位置を含み、
   　前記コントローラは、前記物体センサの位置の変化による前記検出判定範囲の変化を低減するように、前記検出判定範囲を変更する、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの向きを含み、
   　前記コントローラは、前記物体センサの向きの変化による前記検出判定範囲の変化を低減するように、前記検出判定範囲を変更する、
   請求項１又は２に記載の作業機械。
4. 　前記物体センサに接続され、前記物体センサの向きを変更する方向変更装置をさらに備え、
   　前記コントローラは、前記センサ姿勢データに応じて、前記方向変更装置によって前記物体センサの向きを変更することで、前記検出判定範囲を変更する、
   請求項１に記載の作業機械。
5. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの高さを含み、
   　前記コントローラは、前記作業機の姿勢の変化による前記物体センサの高さの変化に応じて、前記方向変更装置によって前記物体センサの向きを上下方向に変更することで、前記検出判定範囲を変更する、
   請求項４に記載の作業機械。
6. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの左右方向の向きを含み、
   　前記コントローラは、前記作業機の姿勢の変化による前記物体センサの左右方向の向きの変化に応じて、前記方向変更装置によって前記物体センサの向きを左右方向に変更することで、前記検出判定範囲を変更する、
   請求項４又は５に記載の作業機械。
7. 　前記物体センサは、前記物体センサの検出可能範囲内において前記物体を検出し、
   　前記コントローラは、
   　　前記検出可能範囲内において前記検出判定範囲の設定を行い、
   　　前記センサ姿勢データに応じて、前記検出可能範囲内における前記検出判定範囲の設定を変更することで、前記検出判定範囲を変更する、
   請求項１に記載の作業機械。
8. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの高さを含み、
   　前記コントローラは、前記作業機の姿勢の変化による前記物体センサの高さの変化に応じて、前記検出可能範囲内において前記検出判定範囲を上下方向に変更するように、前記検出判定範囲の設定を行う、
   請求項７に記載の作業機械。
9. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの左右方向の向きを含み、
   　前記コントローラは、前記作業機の姿勢の変化による前記物体センサの左右方向の向きの変化に応じて、前記検出可能範囲内において前記検出判定範囲を左右方向に変更するように、前記検出判定範囲の設定を行う、
   請求項７又は８に記載の作業機械。
10. 　作業機械を制御するための方法であって、前記作業機械は、車体と、前記車体に対して動作可能に取り付けられる作業機と、前記作業機に取り付けられ、前記作業機械の周辺において物体を検出し、前記物体の有無を示す信号を出力する物体センサと、を含み、前記方法は、
    　前記作業機の姿勢を検出することと、
    　前記物体センサの検出判定範囲を設定することと、
    　前記物体センサからの信号に基づいて、前記検出判定範囲内の前記物体の有無を判定することと、
    　前記作業機の姿勢に基づいて、前記物体センサの位置と向きとの少なくとも一方を含むセンサ姿勢データを算出することと、
    　前記センサ姿勢データに応じて、前記検出判定範囲を変更すること、
    を備える方法。
11. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの位置を含み、
    　前記物体センサの位置の変化による前記検出判定範囲の変化を低減するように、前記検出判定範囲を変更することをさらに備える、
    請求項１０に記載の方法。
12. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの向きを含み、
    　前記物体センサの向きの変化による前記検出判定範囲の変化を低減するように、前記検出判定範囲を変更することをさらに備える、
    請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 　前記センサ姿勢データに応じて、前記物体センサの向きを変更することで、前記検出判定範囲を変更することをさらに備える、
    請求項１０に記載の方法。
14. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの高さを含み、
    　前記作業機の姿勢の変化による前記物体センサの高さの変化に応じて、前記物体センサの向きを上下方向に変更することで、前記検出判定範囲を変更することをさらに備える、
    請求項１３に記載の方法。
15. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの左右方向の向きを含み、
    　前記作業機の姿勢の変化による前記物体センサの左右方向の向きの変化に応じて、前記物体センサの向きを左右方向に変更することで、前記検出判定範囲を変更することをさらに備える、
    請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 　前記物体センサは、前記物体センサの検出可能範囲内において前記物体を検出し、
    　前記検出可能範囲内において前記検出判定範囲の設定を行うことと、
    　前記センサ姿勢データに応じて、前記検出可能範囲内における前記検出判定範囲の設定を変更することで、前記検出判定範囲を変更すること、
    をさらに備える請求項１０に記載の方法。
17. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの高さを含み、
    　前記作業機の姿勢の変化による前記物体センサの高さの変化に応じて、前記検出可能範囲内において前記検出判定範囲を上下方向に変更するように、前記検出判定範囲の設定を行うことをさらに備える、
    請求項１６に記載の方法。
18. 　前記センサ姿勢データは、前記物体センサの左右方向の向きを含み、
    　前記作業機の姿勢の変化による前記物体センサの左右方向の向きの変化に応じて、前記検出可能範囲内において前記検出判定範囲を左右方向に変更するように、前記検出判定範囲の設定を行うことをさらに備える、
    請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 　作業機械の制御システムであって、前記作業機械は、車体と、前記車体に対して動作可能に取り付けられる作業機とを含み、前記制御システムは、
    　前記作業機の姿勢を検出する姿勢センサと、
    　前記作業機に取り付けられ、前記作業機械の周辺において物体を検出し、前記物体の有無を示す信号を出力する物体センサと、
    　前記物体センサの検出判定範囲を設定し、前記物体センサからの信号に基づいて、前記検出判定範囲内の前記物体の有無を判定するコントローラと、
    を備え、
    　前記コントローラは、
    　　前記作業機の姿勢に基づいて、前記物体センサの位置と向きとの少なくとも一方を含むセンサ姿勢データを算出し、
    　　前記センサ姿勢データに応じて、前記検出判定範囲を変更する、
    制御システム。
     

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