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公開番号2025068002
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2025022309,2023203304
出願日2025-02-14,2019-11-27
発明の名称作業機械の制御システムおよび作業機械の制御方法
出願人株式会社小松製作所
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類E02F 3/43 20060101AFI20250417BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】目標設計面に沿ってチルトバケットが移動するように、作業機を自動制御する。
【解決手段】距離算出部は、バケット上の点である第1バケット点と掘削対象の目標形状を示す目標設計面との距離である第1距離を算出する。距離算出部は、第1バケット点を通りかつバケットの刃先に平行な直線上におけるバケット上の点である第2バケット点と目標設計面との距離である第2距離を算出する。チルト制御部は、第1距離と第2距離とを比較してバケットをチルト軸回りに回転させるチルト制御量を算出する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
ブーム軸回りに回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸回りに回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸回りに回転可能かつ前記バケット軸と直交するチルト軸回りに回転可能なバケットと備える作業機械の制御システムであって、
前記バケット上の点である第１バケット点と掘削対象の目標形状を示す目標設計面との距離である第１距離、および前記第１バケット点を通りかつ前記バケットの刃先に平行な直線上における前記バケット上の点である第２バケット点と前記目標設計面との距離である第２距離を算出する距離算出部と、
前記第１距離と前記第２距離の少なくとも大きい方の値に基づいて前記バケットを前記チルト軸回りに回転させるチルト制御量を算出するチルト制御部と
を備える作業機械の制御システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記チルト制御部は、前記第１距離と前記第２距離との差が所定の閾値以下である場合に、前記チルト軸回りの回転を実施しない
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項３】
前記第１バケット点および前記第２バケット点は、前記バケットの刃先の両端の点であり、
前記閾値は、前記目標設計面に対する高さの許容誤差以下の値である
請求項２に記載の作業機械の制御システム。
【請求項４】
前記チルト制御部は、前記第１距離と前記第２距離との差に応じた角速度に係る前記チルト制御量を算出する
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の作業機械の制御システム。
【請求項５】
前記目標設計面は、複数の多角形面によって構成され、
前記距離算出部は、前記目標設計面のうち前記バケットに対向する２以上の多角形面が存在する場合に、前記２以上の多角形面のうち１つを通る平面を特定し、前記第１距離として前記平面と前記第１バケット点との距離を算出し、前記第２距離として前記平面と前記第２バケット点との距離を算出する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業機械の制御システム。
【請求項６】
前記平面は、前記２以上の多角形面のうち、前記バケットとの距離が最も近い多角形面を通る
請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項７】
ブーム軸回りに回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸回りに回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸回りに回転可能かつ前記バケット軸と直交するチルト軸回りに回転可能なバケットと備える作業機械の制御システムであって、
前記バケットの刃先と掘削対象の目標形状を示す目標設計面とが平行に近づくように、前記バケットを前記チルト軸回りに回転させるチルト制御量を算出し、前記バケットの刃先と掘削対象の目標形状を示す目標設計面とのなす角が所定の閾値以下である場合に、前記チルト軸回りの回転を停止させるチルト制御部
を備える作業機械の制御システム。
【請求項８】
ブーム軸回りに回転可能なブームと、
前記ブーム軸と平行なアーム軸回りに回転可能なアームと、
前記アーム軸と平行なバケット軸回りに回転可能かつ前記バケット軸と直交するチルト軸回りに回転可能なバケットと、
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の作業機械の制御システムと
を備える作業機械。
【請求項９】
ブーム軸回りに回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸回りに回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸回りに回転可能かつ前記バケット軸と直交するチルト軸回りに回転可能なバケットと備える作業機械の制御方法であって、
前記バケット上の点である第１バケット点と掘削対象の目標形状を示す目標設計面との距離である第１距離、および前記第１バケット点を通りかつ前記バケットの刃先に平行な直線上における前記バケット上の点である第２バケット点と前記目標設計面との距離である第２距離を算出するステップと、
前記第１距離と前記第２距離との少なくとも大きい方の値に基づいて前記バケットを前記チルト軸回りに回転させるチルト制御量を算出するステップと
を備える作業機械の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、作業機械の制御システム、作業機械、および作業機械の制御方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルに取り付けられるバケットとして、作業機の動作平面に対する角度を調整可能なチルトバケットが知られている（例えば、特許文献１を参照）チルトバケットは、動作平面に直交するバケット軸回りに回転可能、かつバケット軸に直交するチルト軸回りに回転可能に構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４－７４３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、油圧ショベルのような作業機械においては、掘削対象の目標形状を示す目標設計面に沿ってバケットが移動するように、作業機を自動制御する技術が知られている。特許文献１に開示されるチルトバケットにおいても、目標設計面に沿ってチルトバケットが移動するように、作業機を自動制御することが望まれている。
本開示の目的は、目標設計面に沿ってチルトバケットが移動するように、作業機を自動制御する作業機械の制御システム、作業機械、および作業機械の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一の態様によれば、作業機械の制御システムは、ブーム軸回りに回転可能なブームと、前記ブーム軸と平行なアーム軸回りに回転可能なアームと、前記アーム軸と平行なバケット軸回りに回転可能かつ前記バケット軸と直交するチルト軸回りに回転可能なバケットと備える作業機械の制御システムであって、前記バケット上の点である第１バケット点と掘削対象の目標形状を示す目標設計面との距離である第１距離、および前記第１バケット点を通りかつ前記バケットの刃先に平行な直線上における前記バケット上の点である第２バケット点と前記目標設計面との距離である第２距離を算出する距離算出部と、前記第１距離と前記第２距離との少なくとも大きい方の値に基づいて前記バケットを前記チルト軸回りに回転させるチルト制御量を算出するチルト制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
上記態様によれば、作業機械の制御システムは、目標設計面に沿ってチルトバケットが移動するように、作業機を自動制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
作業機械および作業機の姿勢の例を示す図である。
第１の実施形態に係る作業機械の構成を示す概略図である。
第１の実施形態に係るバケットの構成を示す正面図である。
第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。
第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
第１の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
チルト自動制御における目標設計面と刃先上の点との関係を示す図である。
第１の実施形態に係るバケットの距離差とチルト角速度の目標値の関係を示すチルト関数の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〈座標系〉
図１は、作業機械１００および作業機１５０の姿勢の例を示す図である。
以下の説明においては、三次元の現場座標系（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）および三次元の車体座標系（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）を規定して、これらに基づいて位置関係を説明する。
【０００９】
現場座標系は、施工現場に設けられたＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）基準局の位置を基準点として南北に伸びるＸｇ軸、東西に伸びるＹｇ軸、鉛直方向に伸びるＺｇ軸から構成される座標系である。ＧＮＳＳの例としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられる。なお、他の実施形態においては、現場座標系に代えて緯度および経度などで表されるグローバル座標系を用いてもよい。
車体座標系は、作業機械１００の旋回体１３０に規定された代表点Ｏを基準として、後述する運転室１７０内のオペレータの着座位置から見て前後に伸びるＸｍ軸、左右に伸びるＹｍ軸、上下に伸びるＺｍ軸から構成される座標系である。旋回体１３０の代表点Ｏを基準として前方を＋Ｘｍ方向、後方を－Ｘｍ方向、左方を＋Ｙｍ方向、右方を－Ｙｍ方向、上方向を＋Ｚｍ方向、下方向を－Ｚｍ方向とよぶ。
現場座標系と車体座標系とは、現場座標系における作業機械１００の位置および傾きを特定することで、互いに変換することができる。
【００１０】
〈第１の実施形態〉
《作業機械１００の構成》
図２は、第１の実施形態に係る作業機械１００の構成を示す概略図である。
作業機械１００は、施工現場にて稼働し、土砂などの掘削対象を施工する。第１の実施形態に係る作業機械１００は、油圧ショベルである。
作業機械１００は、走行体１１０、旋回体１３０、作業機１５０、運転室１７０、制御装置１９０を備える。
走行体１１０は、作業機械１００を走行可能に支持する。走行体１１０は、例えば左右１対の無限軌道である。旋回体１３０は、走行体１１０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。作業機１５０は、油圧により駆動する。作業機１５０は、旋回体１３０の前部に上下方向に駆動可能に支持される。運転室１７０は、オペレータが搭乗し、作業機械１００の操作を行うためのスペースである。運転室１７０は、旋回体１３０の前部に設けられる。制御装置１９０は、オペレータの操作に基づいて、走行体１１０、旋回体１３０、および作業機１５０を制御する。制御装置１９０は、例えば運転室１７０の内部に設けられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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