(57)【要約】【課題】施工面のうねりを効果的に抑制することができるブレード制御装置を提供する。【解決手段】ブレード制御装置１００において、ブレード動作制御部１５は、ブレード負荷ｆが第２負荷閾値ｆ２以下の場合には、ブレード位置演算部１２により演算されたブレード位置ｘとブレード目標位置ｘｒｅｆとの位置偏差Δｘがゼロに近づくようにブレード４を昇降させるための指令を出力し、ブレード負荷ｆが第２負荷閾値ｆ２よりも大きい場合には、ブレード４を上昇させるための指令を出力する。目標位置設定部１４は、ブレード負荷ｆと第１負荷閾値ｆ１とを関連づけて予め設定された更新条件が満たされた場合に、当該更新条件が満たされたときの前記ブレード位置ｘを基準にして前記ブレード目標位置ｘｒｅｆを更新する。【選択図】図２
2020033789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械本体と前記機械本体に対して昇降可能に取り付けられたブレードとを備えた作業機械に設けられ、前記ブレードの昇降動作を制御するためのブレード制御装置であって、
前記ブレードによる掘削対象の目標形状を特定する目標設計面を設定する目標設計面設定部と、
前記作業機械に関する位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報取得部により取得された前記位置情報に基づいて前記ブレードの位置であるブレード位置を演算するブレード位置演算部と、
前記ブレードにかかる負荷であるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、
前記ブレード負荷の閾値である第１負荷閾値及び前記ブレード負荷の閾値であって前記第１負荷閾値よりも大きい第２負荷閾値を記憶する記憶部と、
前記ブレード位置の目標となる位置であって前記目標設計面よりも上方の位置であるブレード目標位置を設定する目標位置設定部と、
前記ブレード負荷取得部により取得された前記ブレード負荷が前記第２負荷閾値以下の場合には、前記ブレード位置演算部により演算された前記ブレード位置と前記ブレード目標位置との偏差である位置偏差がゼロに近づくように前記ブレードを昇降させるための指令を出力し、前記ブレード負荷取得部により取得された前記ブレード負荷が前記第２負荷閾値よりも大きい場合には、前記ブレードを上昇させるための指令を出力するブレード動作制御部と、を備え、
前記目標位置設定部は、前記ブレード負荷と前記第１負荷閾値とを関連づけて予め設定された更新条件が満たされた場合に、当該更新条件が満たされたときの前記ブレード位置を基準にして前記ブレード目標位置を更新する、ブレード制御装置。
【請求項２】
前記更新条件は、前記第１負荷閾値に前記ブレード負荷が到達するという条件、又は前記ブレード負荷が前記第１負荷閾値に近づいたことを判定するために前記第１負荷閾値に基づいて設定された判定値に前記ブレード負荷が到達するという条件を含む、請求項１に記載のブレード制御装置。
【請求項３】
前記記憶部は、前記ブレード負荷が予め設定された閾値であるフラグ閾値よりも大きくなると前記ブレード目標位置の更新を許容することを示す第１状態を記憶する一方で、前記ブレード目標位置が更新されると前記ブレード目標位置の更新を許容しないことを示す第２状態を前記第１状態に代えて記憶するように構成され、
前記更新条件は、前記第１状態が前記記憶部に記憶されているときに、前記第１負荷閾値に前記ブレード負荷が到達するという条件、又は前記第１状態が前記記憶部に記憶されているときに、前記ブレード負荷が前記第１負荷閾値に近づいたことを判定するために前記第１負荷閾値に基づいて設定された判定値に前記ブレード負荷が到達するという条件を含む、請求項１に記載のブレード制御装置。
【請求項４】
前記目標位置設定部により更新される前記ブレード目標位置は、前記更新条件が満たされたときの前記ブレード位置を通り前記目標設計面に平行な平面上の位置に設定される、請求項１〜３の何れか１項に記載のブレード制御装置。
【請求項５】
前記記憶部は、前記ブレード負荷が増加しながら前記第１負荷閾値に近づくときの前記ブレード負荷の増加プロセスの目標となる目標軌跡を記憶し、
前記ブレード動作制御部は、前記目標位置設定部により前記ブレード目標位置が設定される前には、前記ブレード負荷が前記目標軌跡に近い増加プロセスをたどりながら前記第１負荷閾値に近づくように前記ブレードを昇降させるための指令を出力する、請求項１〜４の何れか１項に記載のブレード制御装置。
【請求項６】
前記第１負荷閾値を設定する負荷閾値設定部をさらに備え、
前記位置情報取得部は、前記機械本体の位置である車体位置を取得する車体位置取得部を含み、
前記負荷閾値設定部は、前記車体位置取得部により取得される前記車体位置と前記目標設計面との距離である本体距離が第１距離であるときよりも、前記本体距離が前記第１距離よりも小さい第２距離であるときの方が、前記第１負荷閾値が小さくなるように前記第１負荷閾値を更新する、請求項１〜５の何れか１項に記載のブレード制御装置。
【請求項７】
前記ブレード動作制御部は、前記ブレード位置と前記ブレード目標位置との高低差である位置偏差を変数として含むとともに当該位置偏差に乗じる位置ゲインを含む項を有する関数に基づいて前記指令を出力し、
前記ブレード制御装置は、前記位置ゲインを設定する位置ゲイン設定部をさらに備え、
前記位置ゲイン設定部は、前記ブレード位置が前記ブレード目標位置よりも下方にある場合に前記位置偏差に基づいて前記ブレードの上昇速度が高まるように前記位置ゲインを更新する、請求項１〜６の何れか１項に記載のブレード制御装置。
【請求項８】
前記関数は、前記ブレード負荷から前記第２負荷閾値を引き算することにより得られる偏差である負荷偏差を変数として含むとともに当該負荷偏差に乗じる負荷ゲインを含む項をさらに有し、
前記ブレード制御装置は、前記負荷ゲインを設定する負荷ゲイン設定部をさらに備え、
前記負荷ゲイン設定部は、前記ブレード負荷が前記第２負荷閾値よりも大きい場合に前記負荷偏差基づいて前記ブレードの上昇速度が高まるように前記負荷ゲインを更新する、請求項７に記載のブレード制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレードを備えた作業機械に設けられるブレード制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地面の掘削、整地、土砂の運搬などに使用されるブレードを備える作業機械が広く用いられている。特許文献１は、ブレードにかかるブレード負荷がほぼ一定になるようにブレードの上昇及び下降の動作を自動制御するブルドーザの負荷制御装置を開示している。しかし、特許文献１に記載の負荷制御装置では、ブレードを昇降させることにより発生する施工面のうねりが課題となる。
【０００３】
特許文献２は、特許文献１の上記課題に対処するためのブレード制御装置を開示している。特許文献２は、ブレードが仮想設計面よりも設計面に近づかないように当該ブレードが制御され、ブレードが大きく下降することを抑えることができることを開示し、これにより連続したうねりが掘削面に形成されることを抑制できることを開示している。特許文献２に記載のブレード制御装置では、ブレード負荷が第１の設定負荷値よりも小さい場合にブレードを下降させ、ブレード負荷が前記第１の設定負荷値よりも大きな第２の設定負荷値よりも大きい場合にブレードを上昇させる。すなわち、特許文献２に記載のブレード制御装置では、ブレードの昇降動作は、ブレード負荷と第１の設定負荷値及び第２の設定負荷値との比較に基づいて制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５３７１８２号公報
【特許文献２】特許第５２８５８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような特許文献２に記載のブレード制御装置では、ブレードが仮想設計面よりも上方にあるときには、当該ブレードの昇降動作は、ブレード負荷に基づいて制御され、ブレードの位置に基づいて制御されるわけではないので、施工面のうねりは、ブレード負荷の増減に大きく左右される。このため、特許文献２のブレード制御装置では、施工面のうねりを抑制する効果は限定的になるため必ずしも十分とは言えない。
【０００６】
本発明は、ブレードを備えた作業機械に設けられ、前記ブレードの昇降動作を制御するためのブレード制御装置であって、施工面のうねりを効果的に抑制することができるブレード制御装置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】
【０００７】
提供されるのは、機械本体と前記機械本体に対して昇降可能に取り付けられたブレードとを備えた作業機械に設けられ、前記ブレードの昇降動作を制御するためのブレード制御装置であって、前記ブレードによる掘削対象の目標形状を特定する目標設計面を設定する目標設計面設定部と、前記作業機械に関する位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報取得部により取得された前記位置情報に基づいて、グローバル座標系における前記ブレードの位置であるブレード位置を演算するブレード位置演算部と、前記ブレードにかかる負荷であるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、前記ブレード負荷の閾値である第１負荷閾値及び前記ブレード負荷の閾値であって前記第１負荷閾値よりも大きい第２負荷閾値を記憶する記憶部と、前記ブレード位置の目標となる位置であって前記目標設計面よりも上方の位置であるブレード目標位置を設定する目標位置設定部と、前記ブレード負荷取得部により取得された前記ブレード負荷が前記第２負荷閾値以下の場合には、前記ブレード位置演算部により演算された前記ブレード位置と前記ブレード目標位置との偏差である位置偏差がゼロに近づくように前記ブレードを昇降させるための指令を出力し、前記ブレード負荷取得部により取得された前記ブレード負荷が前記第２負荷閾値よりも大きい場合には、前記ブレードを上昇させるための指令を出力するブレード動作制御部と、を備え、前記目標位置設定部は、前記ブレード負荷と前記第１負荷閾値とを関連づけて予め設定された更新条件が満たされた場合に、当該更新条件が満たされたときの前記ブレード位置を基準にして前記ブレード目標位置を更新する。
【０００８】
本発明のブレード制御装置は、ブレード負荷が第２負荷閾値よりも大きい場合には、ブレードを上昇させる制御を行うことにより、過大負荷によるスタック等を未然に防止して作業機械の安定した走行を可能にする。その一方で、ブレード負荷が第２負荷閾値以下の場合には、前記ブレード位置と前記ブレード目標位置との前記位置偏差がゼロに近づくように前記ブレードの昇降動作を制御する。このようにブレード負荷が第２負荷閾値以下の場合においても前記位置偏差がゼロに近づくようにブレードの位置制御を行うことは、上述の特許文献２のようにブレード負荷が第２の設定負荷値以下の場合においてもブレード負荷に基づいてブレードの昇降動作が制御される特許文献２に記載の装置に比べて、施工面のうねりを効果的に抑制することを可能にする。そして、このような施工面のうねりの効果的な抑制は、掘削作業の効率を向上させる。
【０００９】
また、本発明のブレード制御装置において、前記第１負荷閾値は、作業機械が安定して走行可能な適正なブレード負荷に対応する値に設定される。そして、前記更新条件は、掘削作業中に変動する実際の前記ブレード負荷と、適正なブレード負荷に対応する値である前記第１負荷閾値とを関連づけて予め設定されたものである。そして、前記ブレード目標位置は、前記更新条件が満たされたときのブレード位置を基準にして更新されるので、ブレード負荷が適正なときのブレード位置に関連づけられたものとなる。したがって、掘削作業において前記ブレード目標位置の更新が繰り返されることにより、掘削対象の地面の状態（例えば、土砂の固さ、土砂の種類など）にかかわらず、掘削作業中のブレード負荷が安定しやすくなる。
【００１０】
また、本発明のブレード制御装置において、前記第２負荷閾値は、ブレード負荷が過大になってスタック等が発生するという事態の発生を未然に防止するために設定された値であり、前記第１負荷閾値よりも大きい値である。本発明では、ブレード負荷が第２負荷閾値よりも大きくなった場合には、ブレードを上昇させる制御が行われる。このことは、上述したようにブレード負荷を低減し、過大負荷によるスタック等を未然に防止して作業機械の安定した走行を可能にする。
【００１１】
以上のことから、本発明のブレード制御装置は、施工面のうねりを効果的に抑制することができ、しかも、作業機械の安定した効率のよい掘削動作を可能にする。
【００１２】
前記ブレード制御装置において、前記更新条件は、前記第１負荷閾値に前記ブレード負荷が到達するという条件、又は前記ブレード負荷が前記第１負荷閾値に近づいたことを判定するために前記第１負荷閾値に基づいて設定された判定値に前記ブレード負荷が到達するという条件を含むことが好ましい。この態様では、前記ブレード目標位置は、ブレード負荷が前記第１負荷閾値に到達したとき又は近づいたときのブレード位置を基準にして更新されるので、ブレード負荷が適正なときのブレード位置にほぼ一致したものとなる。したがって、掘削作業中のブレード負荷がより安定しやすくなる。
【００１３】
前記ブレード制御装置において、前記記憶部は、前記ブレード負荷が予め設定された閾値であるフラグ閾値よりも大きくなると前記ブレード目標位置の更新を許容することを示す第１状態を記憶する一方で、前記ブレード目標位置が更新されると前記ブレード目標位置の更新を許容しないことを示す第２状態を前記第１状態に代えて記憶するように構成され、前記更新条件は、前記第１状態が前記記憶部に記憶されているときに、前記第１負荷閾値に前記ブレード負荷が到達するという条件、又は前記第１状態が前記記憶部に記憶されているときに、前記ブレード負荷が前記第１負荷閾値に近づいたことを判定するために前記第１負荷閾値に基づいて設定された判定値に前記ブレード負荷が到達するという条件を含んでいてもよい。この態様では、ブレード目標位置の更新フラグが第１状態にあるときにブレード目標位置の更新が許容される一方で、前記更新フラグが第２状態にあるときにはブレード目標位置の更新が許容されないので、ブレード目標位置が頻繁に更新されるのを抑制できる。
【００１４】
前記ブレード制御装置において、前記目標位置設定部により更新される前記ブレード目標位置は、前記更新条件が満たされたときの前記ブレード位置を通り前記目標設計面に平行な平面上の位置に設定されるのが好ましい。この態様では、前記目標設計面に平行な平面上の位置に設定されたブレード目標位置と前記ブレード位置との前記位置偏差がゼロに近づくように前記ブレードの昇降動作が制御されるので、施工面を目標設計面に近づける掘削作業の効率がより向上する。
【００１５】
前記ブレード制御装置において、前記記憶部は、前記ブレード負荷が増加しながら前記第１負荷閾値に近づくときの前記ブレード負荷の増加プロセスの目標となる目標軌跡を記憶し、前記ブレード動作制御部は、前記目標位置設定部により前記ブレード目標位置が設定される前には、前記ブレード負荷が前記目標軌跡に近い増加プロセスをたどりながら前記第１負荷閾値に近づくように前記ブレードを昇降させるための指令を出力するように構成されていてもよい。この態様のように目標軌跡が設定されている場合には、ブレード目標位置が設定される前の段階においても、ブレード負荷が前記目標軌跡に近い増加プロセスをたどりながら前記第１負荷閾値に近づくので、ブレードが適度な降下速度で地中へ入り込み、ブレード負荷が前記第１負荷閾値に到達するときのブレードの地中への入り込み深さが大きくなるのを抑制できる。これにより、作業機械の走行距離に対するブレード上の土量の変化が小さく、ブレード負荷の変動も小さくなる。その結果、施工面のうねりを抑制する効果をより高めることができる。そして、本態様では、ブレード負荷が前記目標軌跡に近い増加プロセスをたどりながら前記第１負荷閾値に到達し又は近づいて前記更新条件が満たされると、前記目標位置設定部により前記ブレード目標位置が設定される。そして、当該ブレード目標位置が設定された後には、前記ブレード動作制御部は、前記ブレード位置と前記ブレード目標位置との位置偏差がゼロに近づくようにブレードの昇降動作を制御する。
【００１６】
前記ブレード制御装置は、前記第１負荷閾値を設定する負荷閾値設定部をさらに備え、前記位置情報取得部は、前記機械本体の位置である車体位置を取得する車体位置取得部を含み、前記負荷閾値設定部は、前記車体位置取得部により取得される前記車体位置と前記目標設計面との距離である本体距離が第１距離であるときよりも、前記本体距離が前記第１距離よりも小さい第２距離であるときの方が、前記第１負荷閾値が小さくなるように前記第１負荷閾値を更新するように構成されていてもよい。この態様では、前記本体距離が前記第２距離である場合（すなわち、前記機械本体が前記目標設計面に近い場合）には、前記本体距離が前記第１距離である場合（すなわち、前記機械本体が前記目標設計面から遠い場合）に比べて、前記ブレード負荷が前記第１負荷閾値に到達しやすくなる。このことは、前記ブレード目標位置の更新頻度を高め、ブレード目標位置が掘削対象の地面の状態に対応してより適正な位置に設定される可能性を高める。本態様の具体例としては次のようなものが挙げられる。例えば、作業機械による作業の最終段階における整地動作が行われるときの前記第１負荷閾値が、前記作業の初期段階や中間段階における掘削動作が行われるときの前記第１負荷閾値よりも小さい値に設定される。かかる場合には、整地動作に比べて迅速な掘削作業が重視される掘削動作と、施工面を目標設計面に近づける精度が重視される整地動作の両方が、同様の制御アルゴリズムを用いて実施可能になる。
【００１７】
前記ブレード制御装置において、前記ブレード動作制御部は、前記ブレード位置と前記ブレード目標位置との高低差である位置偏差を変数として含むとともに当該位置偏差に乗じる位置ゲインを含む項を有する関数に基づいて前記指令を出力し、前記ブレード制御装置は、前記位置ゲインを設定する位置ゲイン設定部をさらに備え、前記位置ゲイン設定部は、前記ブレード位置が前記ブレード目標位置よりも下方にある場合に前記位置偏差に基づいて前記ブレードの上昇速度が高まるように前記位置ゲインを更新するのが好ましい。この態様では、ブレード位置がブレード目標位置よりも下方にある場合にブレードの上昇速度が高められるので、掘削対象の地面がブレード目標位置よりも下方に掘削されることを抑制する効果がより高められ、その結果、当該地面が目標設計面よりも下方に掘削されることを抑制する効果がより高められる。
【００１８】
前記ブレード制御装置において、前記関数は、前記ブレード負荷から前記第２負荷閾値を引き算することにより得られる偏差である負荷偏差を変数として含むとともに当該負荷偏差に乗じる負荷ゲインを含む項をさらに有し、前記ブレード制御装置は、前記負荷ゲインを設定する負荷ゲイン設定部をさらに備え、前記負荷ゲイン設定部は、前記ブレード負荷が前記第２負荷閾値よりも大きい場合に前記負荷偏差に基づいて前記ブレードの上昇速度が高まるように前記負荷ゲインを更新するのが好ましい。この態様では、ブレード負荷が第２負荷閾値よりも大きい場合にブレードの上昇速度が高められるので、ブレード負荷をより迅速に低減し、過大負荷によるスタック等を未然に防止して作業機械の安定した走行を可能にするという効果がより高められる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、施工面のうねりを効果的に抑制することができるブレード制御装置提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るブレード制御装置が搭載される作業機械の例である油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】前記ブレード制御装置の主要な機能を示すブロック図である。
【図３】前記ブレード制御装置において、ブレード位置、ブレード目標位置、及びブレードの昇降動作の関係を示すグラフである。
【図４】前記ブレード制御装置において、ブレード負荷、第１負荷閾値、第２負荷閾値、及びブレードの昇降動作の関係を示すグラフである。
【図５】前記ブレード制御装置に含まれるコントローラが実行する制御動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】前記ブレード制御装置において、ブレード負荷の目標軌道と実際のブレード負荷の推移とを示すグラフである。
【図７】前記ブレード制御装置において、ブレード負荷に基づいて更新されるブレード目標位置について説明するためのタイムチャートの一例である。
【図８】前記ブレード制御装置において、ブレード負荷に基づいて更新されるブレード目標位置について説明するためのタイムチャートの他の例である。
【図９】前記ブレード制御装置において、機械本体の車体位置と目標設計面との距離に基づいて第１負荷閾値を更新することを説明するための概略図である。
【図１０】前記ブレード制御装置において、機械本体の車体位置と目標設計面との距離に基づいて第１負荷閾値を更新することを説明するためのグラフである。
【図１１】前記ブレード制御装置において、ブレード位置とブレード目標位置との偏差に基づいて位置ゲインを更新することを説明するためのグラフである。
【図１２】前記ブレード制御装置において、ブレード負荷と第２負荷閾値との偏差に基づいて負荷ゲインを更新することを説明するためのグラフである。
【図１３】前記ブレード制御装置を備えた作業機械による施工面と、従来の作業機械による施工面とを比較した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
［作業機械の全体構造］
図１は、本発明の実施の形態に係るブレード制御装置が搭載される作業機械の例である油圧ショベル１を示す側面図である。この油圧ショベル１は、地面Ｇの上を走行可能な走行装置２（下部走行体）と、前記走行装置２に搭載される車体３（上部旋回体）と、車体３に搭載される作業装置と、走行装置２又は車体３に搭載されるブレード４と、を備える。前記走行装置２及び前記車体３は、前記作業機械の機械本体を構成する。前記車体３は、旋回フレーム、エンジン、運転室などを有する。
【００２３】
前記車体３に搭載される前記作業装置は、ブーム５、アーム６及びバケット７を含む。前記ブーム５は、前記旋回フレームの前端に起伏可能すなわち水平軸回りに回動可能に支持される基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記アーム６は、前記ブーム５の先端部に水平軸回りに回動可能に取付けられる基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記バケット７は、前記アーム６の先端部に回動可能に取付けられる。
【００２４】
油圧ショベル１は、ブーム５、アーム６及びバケット７のそれぞれについて設けられるブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダを有する。前記ブームシリンダは、前記車体３と前記ブーム５との間に介在し、当該ブーム５に起伏動作を行わせるように伸縮する。前記アームシリンダは、前記ブーム５と前記アーム６との間に介在し、当該アーム６に回動動作を行わせるように伸縮する。前記バケットシリンダは、前記アーム６と前記バケット７との間に介在し、当該バケット７に回動動作を行わせるように伸縮する。
【００２５】
前記走行装置２又は車体３に搭載される前記ブレード４は、地面の掘削、整地、土砂の運搬などの作業を行うために設けられている。具体的には、ブレード４は、リフトフレーム４ａに支持されており、当該リフトフレーム４ａは、走行装置２に対して水平軸４ｂ回りに回動可能に支持されている。したがって、ブレード４は、走行装置２に対して上下方向に変位することができる。
【００２６】
油圧ショベル１は、ブレード４について設けられるリフトシリンダ８を有する。当該リフトシリンダ８は、ヘッド側室８ｈ及びロッド側室８ｒ（図１参照）を有し、当該ヘッド側室８ｈに作動油が供給されることにより伸長してブレード４を下げ方向に動かすとともに前記ロッド側室８ｒ内の作動油を排出する一方、前記ロッド側室８ｒに作動油が供給されることにより収縮してブレード４を上げ方向に動かすとともに前記ヘッド側室８ｈ内の作動油を排出する。
【００２７】
油圧ショベル１は、図略の油圧回路を有する。前記油圧回路は、前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、前記バケットシリンダ、及び前記リフトシリンダ８を含む。また、前記油圧回路は、油圧ポンプ９（図１参照）と、リフトシリンダ制御用比例弁４１（図２参照）と、図略のリフトシリンダ流量制御弁と、をさらに含む。
【００２８】
［ブレード制御装置］
図２は、ブレード制御装置１００の主要な機能を示すブロック図である。ブレード制御装置１００は、ブレード４の昇降動作を制御するために設けられている。ブレード制御装置１００は、コントローラ１０（メカトロコントローラ）と、位置情報取得部と、ブレード負荷取得部３４と、自動制御スイッチ３５と、走行レバー３６と、を備える。前記コントローラ１０は、例えばマイクロコンピュータからなり、前記油圧回路に含まれる各要素の動作を制御する。
【００２９】
前記位置情報取得部は、油圧ショベル１に関する位置情報を取得する機能を有する。具体的には、本実施形態では、前記位置情報取得部は、車体位置取得部３１と、車体角度取得部３２と、ブレード角度取得部３３と、を含む。前記車体位置取得部３１は、前記機械本体の位置である車体位置を取得する機能を有する。前記車体位置取得部３１は、例えばＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）のレシーバ（ＧＮＳＳセンサ）によって構成され、機械本体の位置を示すＧＮＳＳデータを受信する。車体角度取得部３２は、前記機械本体の角度を取得する機能を有する。車体角度取得部３２は、グローバル座標系における機械本体の角度（本実施形態では、車体３の角度）を検出する車体角度センサによって構成されている。前記ブレード角度取得部３３は、前記ブレード４の角度を取得する機能を有する。ブレード角度取得部３３は、グローバル座標系におけるブレード４の角度を検出するブレード角度センサによって構成されている。
【００３０】
図１に示すように、車体位置取得部３１及び車体角度取得部３２は車体３の上部に取り付けられており、ブレード角度取得部３３はブレード４の上部に取り付けられるが、これらの取り付け位置は図１に示す具体例に限られない。これらの取得部３１，３２，３３により生成される電気信号である検出信号は、前記コントローラ１０に入力される。
【００３１】
本実施形態では、前記ブレード負荷取得部３４は、掘削作業時に前記ブレード４にかかる負荷であるブレード負荷を取得する機能を有する。当該ブレード負荷は、例えばブレード４を駆動する油圧ポンプ９のポンプ圧に対応するものである。したがって、ブレード負荷取得部３４は、前記ポンプ圧を検出することにより前記ブレード負荷を検出可能である。本実施形態では、前記ブレード負荷取得部３４は、リフトシリンダ８のヘッド側室８ｈにおける作動油の圧力であるヘッド圧Ｐ１を検出するヘッド圧センサ３４Ｈと、リフトシリンダ８のロッド側室８ｒにおける作動油の圧力であるロッド圧Ｐ２を検出するロッド圧センサ３４Ｒと、を含む。前記センサ３４Ｈ及び３４Ｒのそれぞれは、その検出した物理量をこれに対応する電気信号である検出信号に変換して前記コントローラ１０に入力する。
【００３２】
自動制御スイッチ３５は、運転室内に配置されるとともに、前記コントローラ１０に電気的に接続される。当該自動制御スイッチ３５は、前記コントローラ１０の制御モードを手動操作モードから自動制御モードに切換えるための操作を受けて当該操作に係るモード指令信号を前記コントローラ１０に入力する。前記コントローラ１０は、前記自動制御スイッチ３５から入力されるモード指令信号により前記手動操作モードから前記自動制御モードに切換えられる。
【００３３】
前記自動制御モードでは、当該コントローラ１０は、ブレード４により施工される施工面が予め設定された目標設計面に近づくように前記リフトシリンダ８の動作を自動制御するように構成されている。リフトシリンダ８の動作を制御するための前記リフトシリンダ制御用比例弁４１への指令値（指令電流）が当該コントローラ１０から出力されると、当該指令値に応じて比例弁４１の２次圧が変化し、その２次圧に応じて前記リフトシリンダ流量制御弁の開度が変化する。その結果、前記油圧ポンプ９からリフトシリンダ８へ供給される作動油の供給流量及び供給方向が変化し、リフトシリンダ８の動作速度や駆動方向が制御される。
【００３４】
前記コントローラ１０は、前記自動制御を実行するための機能として、目標設計面設定部１１と、ブレード位置演算部１２と、記憶部１３と、目標位置設定部１４と、ブレード動作制御部１５と、負荷閾値設定部１６と、位置ゲイン設定部１７と、負荷ゲイン設定部１８と、距離演算部１９と、を有する。
【００３５】
前記目標設計面設定部１１は、前記ブレード４による掘削対象の目標形状を特定する目標設計面（図１０参照）を設定する。前記目標設計面設定部１１は、前記運転室内に設けられた目標設計面入力部により入力された設計面を記憶し、これを目標設計面として目標位置設定部１４に入力する。この目標設計面は、掘削対象である地盤の目標形状であって３次元の設計地形を特定する面である。当該目標設計面は、ＣＩＭなどの外部データによって特定されてもよいし、機体位置を基準にして設定されたものでもよい。
【００３６】
前記ブレード位置演算部１２は、前記位置情報取得部により取得された前記位置情報に基づいて、グローバル座標系における前記ブレード４の位置であるブレード位置ｘを演算する。本実施形態では、ブレード位置演算部１２は、車体位置取得部３１により取得された前記車体位置と、車体角度取得部３２により取得された前記機械本体の角度と、ブレード角度取得部３３により取得された前記ブレード４の角度とに基づいて、前記ブレード位置ｘを演算する。すなわち、基準点から前記車体位置までのベクトルと前記車体位置から前記ブレード位置までのベクトルとの和から前記ブレード位置ｘが演算される。このように本実施形態では、グローバル座標系における前記機械本体の角度と前記ブレード４の角度の相対角度によりブレード位置ｘを演算しているが、ブレード位置ｘの演算方法はこれに限られない。ブレード位置ｘは、例えばリフトシリンダ８の長さに基づいて演算されてもよく、ブレード４にＧＮＳＳのレシーバ（ＧＮＳＳセンサ）を取り付け、当該ＧＮＳＳセンサが受信するＧＮＳＳデータに基づいて演算されてもよい。
【００３７】
本実施形態では、前記ブレード位置ｘは、ブレード４の先端である刃先位置（ブレード４の先端の下縁の位置）に設定されているが、ブレード４の他の部位に設定されていてもよい。
【００３８】
前記記憶部１３は、前記ブレード負荷ｆの閾値である第１負荷閾値ｆ１及び前記ブレード負荷ｆの閾値であって前記第１負荷閾値ｆ１よりも大きい第２負荷閾値ｆ２を記憶する。前記第１負荷閾値ｆ１は、油圧ショベル１が安定して走行可能な適正なブレード負荷ｆに対応する値に設定される。前記第２負荷閾値ｆ２は、ブレード負荷ｆが過大になってスタック等が発生するという事態の発生を未然に防止するために設定された値である。すなわち、第２負荷閾値ｆ２は、安定して効率のよい掘削動作を実現するために設定された値である。これらの負荷閾値ｆ１，ｆ２は、作業者が掘削作業前にコントローラ１０に手動で入力してもよく、掘削作業中にコントローラ１０により適宜演算されて記憶されるものであってもよい。
【００３９】
また、前記記憶部１３は、予め設定された更新条件を記憶する。当該更新条件は、前記ブレード負荷ｆと前記第１負荷閾値とを関連づけて予め設定された条件であり、前記目標位置設定部１４が前記ブレード目標位置ｘｒｅｆを更新するか否かを判定する基準となるものである。更新条件は、ブレード負荷ｆが第１負荷閾値ｆ１に近づいてこれらの偏差が十分に小さくなったことを条件に含む。本実施形態では、前記更新条件は、前記第１負荷閾値ｆ１に前記ブレード負荷ｆが到達するという条件、又は前記ブレード負荷ｆが前記第１負荷閾値ｆ１に近づいたことを判定するために前記第１負荷閾値ｆ１に基づいて設定された判定値に前記ブレード負荷ｆが到達するという条件を含む。前記判定値は、ブレード負荷ｆから第１負荷閾値ｆ１を引き算した偏差（ｆ−ｆ１）が十分に小さくなったことを判定可能な値である。当該判定値は、シミュレーションや実験などを通じて予め設定される閾値である。
【００４０】
また、前記記憶部１３は、目標軌跡を記憶する（後述する図６参照）。当該目標軌跡は、前記ブレード負荷ｆが増加しながら前記第１負荷閾値ｆ１に近づくときの前記ブレード負荷ｆの増加プロセスの目標となるものである。当該目標軌跡は、自動制御モードが選択された掘削作業の開始時においてブレード目標位置ｘｒｅｆが設定されていない場合に、ブレード負荷ｆが第１負荷閾値ｆ１まで好ましい増加プロセスをたどって増加するようにブレード４の昇降動作を制御するために予め設定されたものである。
【００４１】
前記目標位置設定部１４は、前記ブレード位置ｘの目標となる位置であって前記目標設計面よりも上方の位置であるブレード目標位置ｘｒｅｆを設定する。前記目標位置設定部１４は、例えば、前記ブレード負荷ｆと前記ブレード位置ｘとに基づいて前記ブレード目標位置ｘｒｅｆを設定する。
【００４２】
前記負荷閾値設定部１６は、前記第１負荷閾値ｆ１を設定する。前記位置ゲイン設定部１７は、前記位置ゲインｋｘを設定する。前記負荷ゲイン設定部１８は、前記負荷ゲインｋｆを設定する。これらの負荷閾値設定部１６、位置ゲイン設定部１７及び負荷ゲイン設定部１８の詳細については後述する。
【００４３】
前記ブレード動作制御部１５は、リフトシリンダ８の動作を制御するための前記リフトシリンダ制御用比例弁４１への指令値を演算し出力する。具体的には次の通りである。
【００４４】
図３は、ブレード制御装置１００において、ブレード位置ｘ、ブレード目標位置ｘｒｅｆ、及びブレード４の昇降動作の関係を示すグラフである。前記ブレード動作制御部１５は、前記ブレード位置演算部１２により演算された前記ブレード位置ｘと前記ブレード目標位置ｘｒｅｆとの偏差である位置偏差Δｘがゼロに近づくように前記ブレード４を昇降させるための指令（指令値）を演算して出力する。
【００４５】
ブレード位置ｘの制御は、ブレード位置ｘと、ブレード目標位置ｘｒｅｆとの偏差である位置偏差Δｘの大きさに応じて制御量を変化させるフィードバック制御である。具体的には、前記ブレード動作制御部１５は、前記ブレード位置ｘと前記ブレード目標位置ｘｒｅｆとの高低差である位置偏差Δｘを変数として含むとともに当該位置偏差Δｘに乗じる位置ゲインｋｘを含む項を有する関数に基づいて前記指令を演算して出力する。なお、図３において、ブレード目標位置ｘｒｅｆは、グラフの横軸における原点に対応する位置にあり、ハンチングを抑止するためのヒステリシスが与えられている。すなわち、ブレード位置ｘがブレード目標位置ｘｒｅｆを基準とした所定範囲（例えば、図３に示されるようにブレード目標位置ｘｒｅｆ±αの範囲）に含まれる場合には、ブレード動作制御部１５は、ブレード位置ｘの制御を行わない。
【００４６】
図４は、ブレード制御装置１００において、ブレード負荷ｆ、第１負荷閾値ｆ１、第２負荷閾値ｆ２、及びブレード４の昇降動作の関係を示すグラフである。図４に示すように、ブレード動作制御部１５は、前記ブレード負荷取得部３４により取得された前記ブレード負荷ｆが前記第２負荷閾値ｆ２よりも大きい場合には、前記ブレード４を上昇させるための指令（指令値）を演算して出力する。具体的には、ブレード動作制御部１５は、例えば、前記ブレード負荷ｆから前記第２負荷閾値ｆ２を引き算することにより得られる偏差（ｆ−ｆ２）である負荷偏差Δｆを変数として含むとともに当該負荷偏差Δｆに乗じる負荷ゲインｋｆを含む項を有する関数に基づいて前記指令を演算し出力する。
【００４７】
本実施形態では、図３に示すようなブレード４の位置制御が優先される。その一方で、ブレード負荷ｆが第２負荷閾値ｆ２よりも大きくなる場合には、ブレード４が速やかに上げ動作するようにブレード位置が制御される。このような位置制御優先の制御が行われることにより、施工面のうねりを抑制しつつ、安定した効率のよい掘削作業が可能になる。
【００４８】
次に、前記自動制御モードにおいて前記コントローラ１０が前記ブレード４の駆動について行う制御動作を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４９】
コントローラ１０は、自動制御スイッチ３５がオンになっているか否か、すなわち、前記自動制御モードが選択されているか否かを判定する（ステップＳ１）。当該自動制御モードが選択されていない場合には（ステップＳ１においてＮＯ）、コントローラ１０は自動制御モードの制御を行わずに処理を終了する。
【００５０】
前記自動制御モードが選択されている場合には（ステップＳ１においてＹＥＳ）、コントローラ１０は、当該コントローラ１０に入力される信号、具体的には各センサの検出信号や指定信号を取り込む（ステップＳ２）。当該指定信号には、オペレータによる目標設計面の入力部の操作により指定される目標設計面についての信号や、ブレード負荷取得部３４により取得されるブレード負荷ｆについての信号、車体位置取得部３１により取得される前記車体位置についての信号、車体角度取得部３２により取得される前記機械本体の角度についての信号、ブレード角度取得部３３により取得される前記ブレード４の角度についての信号、走行レバー３６が受ける操作に対応する走行速度についての信号などが含まれる。これらの指定信号に基づき、前記コントローラ１０は、油圧ショベル１の初期状態を取得する。また、コントローラ１０の目標設計面設定部１１は、前記目標設計面についての前記信号に基づいて、目標設計面を設定する。
【００５１】
次に、コントローラ１０は、ブレード目標位置ｘｒｅｆが設定されているか否かを判定する（ステップＳ３）。当該ブレード目標位置ｘｒｅｆが設定されていない場合（ステップＳ３においてＮＯ）、前記ブレード動作制御部１５は、前記ブレード負荷ｆが前記目標軌跡に近い増加プロセスをたどりながら前記第１負荷閾値ｆ１に近づくように前記ブレード４を昇降させるための指令を出力する（ステップＳ４）。本発明のブレード制御装置において前記目標軌跡の設定は必須のものではないが、本実施形態のように前記目標軌跡が設定され、当該目標軌跡に基づいてブレード位置ｘが制御されることにより、次のようなメリットがある。具体的には次の通りである。
【００５２】
図６は、前記ブレード制御装置１００において、ブレード負荷ｆの目標軌道と実際のブレード負荷ｆの推移とを示すグラフである。図６において一点鎖線で示される曲線は、前記目標軌道であり、実線で示される曲線は、実際のブレード負荷ｆの推移である。
【００５３】
図６に示すような前記目標軌跡が設定されていない場合には、ブレード目標位置ｘｒｅｆが設定される前の段階において掘削作業が開始されと、ブレード４が大きな降下速度で地中へ入り込むことがあり、ブレード負荷ｆが前記第１負荷閾値ｆ１に到達するときのブレード４の地中への入り込み深さが大きくなりやすい。かかる場合、油圧ショベル１の走行距離に対するブレード４上の土量の変化が大きく、ブレード負荷ｆの変動も大きくなることがある。
【００５４】
一方、本実施形態のように図６に示す目標軌跡が設定されている場合には、ブレード目標位置ｘｒｅｆが設定される前の段階においても、ブレード負荷ｆが前記目標軌跡に近い増加プロセスをたどりながら前記第１負荷閾値ｆ１に近づくので、ブレード４が適度な降下速度で地中へ入り込み、ブレード負荷ｆが前記第１負荷閾値ｆ１に到達するときのブレード４の地中への入り込み深さが大きくなるのを抑制できる。これにより、油圧ショベル１の走行距離に対するブレード４上の土量の変化が小さく、ブレード負荷ｆの変動も小さくなる。その結果、施工面のうねりを抑制する効果をより高めることができる。
【００５５】
そして、本実施形態では、ブレード負荷ｆが前記目標軌跡に近い増加プロセスをたどりながら前記第１負荷閾値ｆ１に近づいて、これらの偏差である前記負荷偏差が十分に小さくなるという条件が満たされると、前記目標位置設定部１４により前記ブレード目標位置ｘｒｅｆが設定される。本実施形態では、当該条件は、ブレード負荷ｆが第１負荷閾値ｆ１に到達すること、より具体的には、これらの偏差（ｆ−ｆ１）である負荷偏差が負の値から正の値になるという条件である。本実施形態では、前記目標位置設定部１４により設定される前記ブレード目標位置ｘｒｅｆは、前記条件が満たされたときの前記ブレード位置ｘを通り前記目標設計面に平行な平面上の位置に設定される。当該ブレード目標位置ｘｒｅｆが設定された後には、前記ブレード動作制御部１５は、前記ブレード位置ｘと前記ブレード目標位置ｘｒｅｆとの位置偏差Δｘがゼロに近づくようにブレード４の昇降動作を制御する。
【００５６】
次に、コントローラ１０は、前記ブレード負荷取得部３４により取得された前記ブレード負荷ｆと予め設定された閾値であるフラグ閾値との比較をする（ステップＳ５）。本実施形態では、前記フラグ閾値は、第２負荷閾値ｆ２と同じであるが、これに限られず、第２負荷閾値ｆ２と異なるものであってもよい。ただし、フラグ閾値は、第１負荷閾値ｆ１よりも大きな値に設定される。
【００５７】
前記記憶部１３は、前記ブレード負荷ｆが第２負荷閾値ｆ２（フラグ閾値）よりも大きい場合には（ｆ＞ｆ２、ステップＳ５においてＮＯ）、前記ブレード目標位置ｘｒｅｆの更新を許容することを示す第１状態（更新フラグ＝１）を記憶する（ステップＳ６）。一方、ブレード負荷ｆが第２負荷閾値ｆ２（フラグ閾値）以下である場合には（ｆ≦ｆ２、ステップＳ５においてＹＥＳ）、更新フラグの記憶の変更は行われない。
【００５８】
次に、コントローラ１０は、第１状態が記憶部１３に記憶されていること（更新フラグ＝１）と、ブレード負荷ｆが第１負荷閾値ｆ１に到達することとを含む条件（更新条件）が満たされるか否かを判定する（ステップＳ７）。具体的には、本実施形態では、コントローラ１０は、第１状態が記憶部１３に記憶されていること（更新フラグ＝１）である第１条件と、ブレード負荷取得部３４により今回取得されたブレード負荷ｆが第１負荷閾値ｆ１よりも大きいこと（ｆ＞ｆ１）である第２条件と、ブレード負荷取得部３４により前回取得されたブレード負荷ｆが第１負荷閾値ｆ１よりも小さいこと（ｆ＜ｆ１）である第３条件とを含む更新条件が満たされるか否かを判定する（ステップＳ７）。
【００５９】
当該更新条件が満たされている場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、目標位置設定部１４は、ブレード目標位置ｘｒｅｆを更新する（ステップＳ８）。本実施形態では、前記目標位置設定部１４により更新される前記ブレード目標位置ｘｒｅｆは、前記更新条件が満たされたときの前記ブレード位置ｘを通り前記目標設計面に平行な平面上の位置に設定される。当該ブレード目標位置ｘｒｅｆが更新されると、記憶部１３は、前記ブレード目標位置ｘｒｅｆの更新を許容しないことを示す第２状態（更新フラグ＝０）を前記第１状態に代えて記憶する（ステップＳ８）。
【００６０】
ステップＳ５〜Ｓ８の処理を、図７を参照してより具体的に説明する。図７は、前記ブレード制御装置１００において、ブレード負荷ｆに基づいて更新されるブレード目標位置ｘｒｅｆについて説明するためのタイムチャートの一例である。
【００６１】
図７に示す時間ｔ１及びｔ２においては、前記更新条件のうちの前記第２条件及び第３条件が満たされている。しかし、時間ｔ１及びｔ２においては、記憶部１３は前記ブレード目標位置ｘｒｅｆの更新を許容しないことを示す第２状態（更新フラグ＝０）を記憶しているので、前記更新条件のうちの第１条件が満たされていない。したがって、時間ｔ１及びｔ２においては、前記更新条件が満たされていないので（ステップＳ７においてＮＯ）、目標位置設定部１４は、ブレード目標位置ｘｒｅｆを更新しない。
【００６２】
一方、図７に示す時間ｔ３において、前記ブレード負荷ｆが第２負荷閾値ｆ２（フラグ閾値）よりも大きくなり、記憶部１３が第１状態（更新フラグ＝１）を記憶しているので（ステップＳ６）、時間ｔ４においては、前記更新条件のすべてが満たされている（ステップＳ７においてＹＥＳ）。したがって、時間ｔ４においては、目標位置設定部１４は、ブレード目標位置ｘｒｅｆを更新する。
【００６３】
なお、ブレード目標位置ｘｒｅｆの更新は、図７に示す態様に限られない。図８は、ブレード負荷ｆに基づいて更新されるブレード目標位置ｘｒｅｆについて説明するためのタイムチャートの他の例である。図８に示す態様では、更新条件は、前記第１条件、前記第２条件及び前記第３条件のうち、第１条件を含まず、第２条件及び第３条件を含む。図７に示す態様では、更新条件が満たされる時間、すなわち前記第２条件及び前記第３条件が満たされる時間ｔ１，ｔ２，ｔ４のそれぞれにおいて、目標位置設定部１４は、ブレード目標位置ｘｒｅｆを更新する。
【００６４】
図７に示す態様では、ブレード目標位置ｘｒｅｆの更新フラグが第１状態（更新フラグ＝１）にあるときにブレード目標位置ｘｒｅｆの更新が許容される一方で、前記更新フラグが第２状態（更新フラグ＝０）にあるときにはブレード目標位置ｘｒｅｆの更新が許容されないので、ブレード目標位置ｘｒｅｆが頻繁に更新されるのを抑制できる。
【００６５】
次に、前記ブレード動作制御部１５は、リフトシリンダ８の動作を制御するための前記リフトシリンダ制御用比例弁４１への指令値を演算する（ステップＳ９）。ブレード動作制御部１５は、当該指令値が予め設定された上限値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。当該指令値が予め設定された上限値以下である場合には（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ブレード動作制御部１５は前記指令値を出力し、出力された当該指令値は、比例弁４１（図２参照）に入力され、当該制御が適用される（ステップＳ１２）。一方、当該指令値が予め設定された上限値より大きい場合には（ステップＳ１０においてＮＯ）、ブレード動作制御部１５は、前記上限値にカットオフされたものを指令値とし（ステップＳ１１）、このカットオフされた指令値を出力し、出力された当該指令値は、比例弁４１（図２参照）に入力され、当該制御が適用される（ステップＳ１２）。
【００６６】
本実施形態では、ステップＳ９においてブレード動作制御部１５により演算される当該指令値は、例えば次の式（１）に表される関数に基づいて演算される。
【００６７】
指令値＝ｋｘ（Δｘ）×Δｘ＋ｋｆ（Δｆ）×Δｆ    ・・・（１）
上記の式（１）に表される前記関数は、前記ブレード位置ｘと前記ブレード目標位置ｘｒｅｆとの高低差である位置偏差Δｘを変数として含むとともに当該位置偏差Δｘに乗じる位置ゲインｋｘを含む項と、前記ブレード負荷ｆから前記第２負荷閾値ｆ２を引き算することにより得られる偏差（ｆ−ｆ２）である負荷偏差Δｆを変数として含むとともに当該負荷偏差に乗じる負荷ゲインｋｆを含む項を有する。
【００６８】
図９は、前記ブレード制御装置１００において、機械本体の車体位置と目標設計面との距離に基づいて第１負荷閾値ｆ１を更新することを説明するための概略図であり、図１０は、その説明のためのグラフである。
【００６９】
図９及び図１０に示すように、前記負荷閾値設定部１６は、前記車体位置取得部３１により取得される前記車体位置と前記目標設計面との距離である本体距離Ｚが第１距離Ｚ１であるときよりも、前記本体距離Ｚが前記第１距離Ｚ１よりも小さい第２距離Ｚ２であるときの方が、前記第１負荷閾値ｆ１が小さくなるように前記第１負荷閾値ｆ１を更新するように構成されている。前記距離演算部１９は、前記目標設計面と前記車体位置とに基づいて前記本体距離Ｚを演算する。
【００７０】
このような本実施形態では、前記本体距離Ｚが前記第２距離Ｚ２である場合（すなわち、前記機械本体が前記目標設計面に近い場合）には、前記本体距離Ｚが前記第１距離Ｚ１である場合（すなわち、前記機械本体が前記目標設計面から遠い場合）に比べて、前記ブレード負荷ｆが前記第１負荷閾値ｆ１に到達しやすくなる。前者の場合の車体位置とブレード目標位置ｘｒｅｆとの距離ΔＺ２は、後者の場合の車体位置とブレード目標位置ｘｒｅｆとの距離ΔＺ１よりも小さくなるためである。このことは、前記ブレード目標位置ｘｒｅｆの更新頻度を高め、ブレード目標位置ｘｒｅｆが掘削対象の地面の状態に対応してより適正な位置に設定される可能性を高める。
【００７１】
本態様の具体例としては次のようなものが挙げられる。例えば、油圧ショベル１による作業の最終段階における整地動作が行われるときの前記第１負荷閾値ｆ１が、前記作業の初期段階や中間段階における掘削動作が行われるときの前記第１負荷閾値ｆ１よりも小さい値に設定される。かかる場合には、整地動作に比べて迅速な掘削作業が重視される掘削動作と、施工面を目標設計面に近づける精度が重視される整地動作の両方が、同様の制御アルゴリズムを用いて実施可能になる。
【００７２】
本実施形態では、図１０に示されているように、負荷閾値設定部１６は、前記本体距離Ｚの全範囲のうち、前記第１距離Ｚ１及び前記第２距離Ｚ２を含む一部の範囲において、前記本体距離Ｚが小さくなるにつれて第１負荷閾値ｆ１が小さくなるように第１負荷閾値ｆ１を更新する。そして、負荷閾値設定部１６は、前記本体距離Ｚが前記一部の範囲より大きい範囲と、前記本体距離Ｚが前記一部の範囲より小さい範囲とにおいては、第１負荷閾値ｆ１を更新しない。ただし、第１負荷閾値ｆ１の更新は、図１０に示される具体例に限定されない。
【００７３】
図１１は、前記ブレード制御装置１００において、ブレード位置ｘとブレード目標位置ｘｒｅｆとの偏差（ｘ−ｘｒｅｆ）である位置偏差Δｘに基づいて位置ゲインｋｘを更新することを説明するためのグラフである。
【００７４】
図１１に示すように、前記位置ゲイン設定部１７は、前記ブレード位置ｘが前記ブレード目標位置ｘｒｅｆよりも下方にある場合に前記位置偏差Δｘに基づいて前記ブレード４の上昇速度が高まるように前記位置ゲインｋｘを更新する。この態様では、ブレード位置ｘがブレード目標位置ｘｒｅｆよりも下方にある場合にブレード４の上昇速度が高められるので、掘削対象の地面がブレード目標位置ｘｒｅｆよりも下方に掘削されることを抑制する効果がより高められ、その結果、当該地面が目標設計面よりも下方に掘削されることを抑制する効果がより高められる。
【００７５】
また、ブレード動作制御部１５は、ブレード負荷ｆが第２負荷閾値ｆ２よりも大きい場合には（ステップＳ５においてＹＥＳ）、前記ブレード４を上昇させるための指令値を出力する。図１２は、前記ブレード制御装置１００において、ブレード負荷ｆと第２負荷閾値ｆ２との偏差Δｆに基づいて負荷ゲインｋｆを更新することを説明するためのグラフである。
【００７６】
図１２に示すように、前記負荷ゲイン設定部１８は、前記ブレード負荷ｆが前記第２負荷閾値ｆ２よりも大きい場合に前記負荷偏差Δｆに基づいて前記ブレード４の上昇速度が高まるように前記負荷ゲインｋｆを更新する。これにより、ブレード負荷ｆが第２負荷閾値ｆ２よりも大きい場合にブレード４の上昇速度が高められるので、ブレード負荷ｆをより迅速に低減し、過大負荷によるスタック等を未然に防止して油圧ショベル１の安定した走行を可能にするという効果がより高められる。
【００７７】
以上説明した装置によれば、例えば図１３に示すように、従来の油圧ショベル１による施工面に比べて、本実施形態に係るブレード制御装置１００を備えた油圧ショベル１による施工面は、うねりが効果的に抑制される。
【００７８】
なお、本発明は以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような態様を包含する。
【００７９】
本発明に係るブレード制御装置が適用される作業機械は油圧ショベルに限らない。本発明は、例えばホイールローダ、ブルドーザ、グレーダなどのようにブレードを備える他の作業機械に広く適用されることが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  油圧ショベル（作業機械の一例）
２  走行装置（機械本体の一部）
３  車体（機械本体の一部）
４  ブレード
８  リフトシリンダ
１０  コントローラ
１１  目標設計面設定部
１２  ブレード位置演算部
１３  記憶部
１４  目標位置設定部
１５  ブレード動作制御部
１６  負荷閾値設定部
１７  位置ゲイン設定部
１８  負荷ゲイン設定部
３１  車体位置取得部
３２  車体角度取得部
３３  ブレード角度取得部
３４  ブレード負荷取得部
１００  ブレード制御装置
ｆ  ブレード負荷
ｆ１  第１負荷閾値
ｆ２  第２負荷閾値
ｋｆ  負荷ゲイン
ｋｘ  位置ゲイン
ｘ  ブレード位置
ｘｒｅｆ  ブレード目標位置
Δｆ  ブレード負荷と第２負荷閾値との負荷偏差
Δｘ  ブレード位置とブレード目標位置との位置偏差
Ｚ  車体位置と目標設計面との距離である本体距離
Ｚ１，Ｚ２  第１距離，第２距離
【図１】
2020033789.tif 000003
【図２】
2020033789.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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