(57)【要約】【課題】掘削面がうねることを抑制可能なブレード制御装置、作業機械及びブレード制御方法を提供する。【解決手段】ブレード制御装置２００は、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOW以上の値から第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さい値に下がった場合、設計面ＡSTDよりもブレード４０の近くに仮想設計面ＡTEMPを設定し、仮想設計面ＡTEMPの上方にブレード４０の揺動を制限する。【選択図】図６
2014084683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下揺動可能に車体に取り付けられる作業機であるブレードの上下位置を制御するためのブレード制御装置であって、
前記ブレードに掛かるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、
前記ブレード負荷が第１の設定負荷値よりも小さい場合に前記ブレードを下降させ、前記ブレード負荷が前記第１の設定負荷値より大きな第２の設定負荷値よりも大きい場合に前記ブレードを上昇させるとともに、掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限するブレード制御部と、
前記設計面と前記ブレードとの距離を取得する距離取得部と、
前記ブレード負荷が前記第１の設定負荷値以上の値から前記第１の設定負荷値よりも小さい値に下がったときに前記距離取得部によって取得される基準距離に基づいて、前記設計面に平行な仮想設計面を前記設計面よりも前記ブレードの近くに設定する仮想設計面設定部と、
を備え、
前記ブレード制御部は、前記ブレード負荷が前記第１の設定負荷値よりも小さい値になった場合であっても、前記仮想設計面設定部によって前記仮想設計面が設定されたときには、前記仮想設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限する、
ブレード制御装置。
【請求項２】
前記仮想設計面設定部は、前記仮想設計面と前記設計面との距離が前記基準距離と一致するように前記仮想設計面を設定する、
請求項１に記載のブレード制御装置。
【請求項３】
前記仮想設計面設定部は、前記仮想設計面と前記設計面との距離が前記基準距離よりも小さくなるように前記仮想設計面を設定する、
請求項１に記載のブレード制御装置。
【請求項４】
前記仮想設計面設定部は、前回設定した仮想設計面よりも前記設計面から離れた位置に前記仮想設計面を設定する、
請求項３に記載のブレード制御装置。
【請求項５】
車体と、
前記車体に上下搖動可能に取り付けられる作業機であるブレードと、
請求項１に記載のブレード制御装置と、
を備える作業機械。
【請求項６】
上下揺動可能に車体に取り付けられる作業機であるブレードの上下位置を制御するためのブレード制御方法であって、
前記ブレードに掛かるブレード負荷が第１の設定負荷値以上の値から第１の設定負荷値よりも小さい値に下がったときの掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面と前記ブレードとの基準距離に基づいて、前記設計面に平行な仮想設計面を前記設計面よりも前記ブレードの近くに設定する工程と、
前記仮想設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限する工程と、
を備えるブレード制御方法。
【請求項７】
作業機械の車体に上下揺動可能に取り付けられ、掘削に用いられる作業機であるブレードの上下位置を制御するためのブレード制御方法であって、
前記掘削時に前記ブレードに掛かるブレード負荷を取得する工程と、
前記ブレード負荷が第１の設定負荷値より小さくなると前記ブレードを下降させ、前記ブレード負荷が前記第１の設定負荷値より大きな第２の設定負荷値より大きくなると前記ブレードを上昇させるとともに、掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限する工程と、
を備え、
前記ブレードを下降させる工程は、
前記設計面より上方に仮想設計面を設定する工程と、
前記仮想設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限する工程と、
を含むブレード制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレードの高さを制御するブレード制御装置、作業機械及びブレード制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地面の掘削及び整地や土砂の運搬などに使用される作業機であるブレードを備える作業機械が広く用いられている。また、このような作業機械において、ブレードに掛かるブレード負荷が目標範囲に入るようにブレードの高さを自動調節する手法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−５４３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の手法によると、ブレード負荷が目標範囲の上限値よりも大きくなったことに応じてブレードが上昇された後、ブレード負荷が目標範囲の下限値よりも小さくなったことに応じてブレードが下降される。そのため、特許文献１に記載の手法によると、連続したうねりが掘削面に形成されてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、掘削面がうねることを抑制可能なブレード制御装置、作業機械及びブレード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】
【０００６】
第１の態様に係るブレード制御装置は、上下揺動可能に車体に取り付けられる作業機であるブレードの上下位置を制御するために用いられる。ブレード制御装置は、ブレード負荷取得部と、ブレード制御部と、距離取得部と、仮想設計面設定部と、を備える。ブレード負荷取得部は、ブレードに掛かるブレード負荷を取得する。ブレード制御部は、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とともに、掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面の上方にブレードの揺動を制限する。距離取得部は、設計面とブレードとの距離を取得する。仮想設計面設定部は、ブレード負荷が第１の設定負荷値以上の値から第１の設定負荷値よりも小さい値に下がったときに距離取得部によって取得される基準距離に基づいて、設計面に平行な仮想設計面を設計面よりもブレードの近くに設定する。ブレード制御部は、ブレード負荷が第１の設定負荷値よりも小さい値になった場合であっても、仮想設計面設定部によって仮想設計面が設定されたときには仮想設計面の上方にブレードの揺動を制限する。
【０００７】
第１の態様に係るブレード制御装置によれば、掘削作業中にブレード負荷が第２の設定負荷値よりも大きくなったことに応じてブレードが上昇された後、ブレード負荷が第１の設定負荷値よりも小さくなった場合であっても、仮想設計面よりも設計面に近づかないようにブレードが制御されるため、ブレードが大きく下降されること抑えることができる。そのため、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。
【０００８】
第２の態様に係るブレード制御装置は、第１の態様に係り、仮想設計面設定部は、仮想設計面と設計面との距離が基準距離と一致するように仮想設計面を設定する。
【０００９】
第３の態様に係るブレード制御装置は、第１の態様に係り、仮想設計面設定部は、仮想設計面と設計面との距離が基準距離よりも小さくなるように仮想設計面を設定する。
【００１０】
第３の態様に係るブレード制御装置によれば、掘削面に大きなうねりが形成されないようにしながら、土工量の確保を図ることができる。
【００１１】
第４の態様に係るブレード制御装置は、第３の態様に係り、仮想設計面設定部は、前回設定した仮想設計面よりも設計面から離れた位置に仮想設計面を設定する。
【００１２】
第４の態様に係るブレード制御装置によれば、仮想設計面と設計面との距離が基準距離よりも小さくなるように仮想設計面が設定される場合であっても、更新された仮想設計面が前回の仮想設計面よりも下に設定されることを抑制できる。そのため、うねりが掘削面に形成されることをさらに抑制できる。
請求項３に記載のブレード制御装置。
【００１３】
第５の態様に係る作業機械は、車体と、車体に上下揺動可能に取り付けられる作業機であるブレードと、第１の態様に係るブレード制御装置と、を備える。
【００１４】
第６の態様に係るブレード制御方法は、上下揺動可能に車体に取り付けられる作業機であるの上下位置を制御するために用いられる。ブレードに掛かるブレード負荷が第１の設定負荷値以上の値から第１の設定負荷値よりも小さい値に下がったときの掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面とブレードとの基準距離に基づいて、設計面に平行な仮想設計面を設計面よりもブレードの近くに設定する工程と、仮想設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限する工程と、を備える。
【００１５】
第７の態様に係るブレード制御方法は、作業機械の車体に上下揺動可能に取り付けられ、掘削に用いられる作業機であるブレードの上下位置を制御するために用いられる。ブレード制御方法は、掘削時にブレードに掛かるブレード負荷を取得する工程と、ブレード負荷が第１の設定負荷値より小さくなるとブレードを下降させ、ブレード負荷が第２の設定負荷値より大きくなるとブレードを上昇させるとともに、掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面の上方にブレードの揺動を制限する工程と、を備える。ブレードを下降させる工程は、設計面より上方に仮想設計面を設定する工程と、仮想設計面の上方にブレードの揺動を制限する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、掘削面がうねることを抑制可能なブレード制御装置、作業機械及びブレード制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ブルドーザの全体構成を示す側面図
【図２】ブルドーザの構成を示す模式図
【図３】ブレード制御装置の構成を示すブロック図
【図４】ブレードコントローラの機能を示すブロック図
【図５】ブルドーザによる掘削作業の様子を説明するための模式図
【図６】ブルドーザによる掘削作業の様子を説明するための模式図
【図７】ブルドーザによる掘削作業の様子を説明するための模式図
【図８】掘削作業におけるブレード負荷の推移を示すグラフ
【図９】ブレード制御装置の動作を説明するためのフローチャート表
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、「作業機械」の一例であるブルドーザについて、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」とは、運転席に着座したオペレータを基準とする用語である。
【００１９】
《ブルドーザ１００の全体構成》
図１は、ブルドーザ１００の全体構成を示す側面図である。
【００２０】
ブルドーザ１００は、車体１０と、走行装置２０と、リフトフレーム３０と、ブレード４０と、リフトシリンダ５０と、アングルシリンダ６０と、チルトシリンダ７０と、ＧＰＳレシーバ８０と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）９０と、一対のスプロケット９５と、を備える。また、ブルドーザ１００は、ブレード制御装置２００を搭載している。ブレード制御装置２００の構成および動作については後述する。
【００２１】
車体１０は、運転室１１とエンジン室１２とを有する。運転室１１には、図示しない運転席や各種操作装置が内装される。エンジン室１２は、運転室１１の前方に配置される。
【００２２】
走行装置２０は、一対の履帯（図１では、左側の履帯のみ図示）によって構成される。走行装置２０は、車体１０の下部に取り付けられる。一対のスプロケット９５の駆動に応じて一対の履帯が回転することによってブルドーザ１００は走行する。
【００２３】
リフトフレーム３０は、車幅方向（すなわち、左右方向）において走行装置２０の内側に配置される。リフトフレーム３０は、車幅方向に平行な軸線Ｘを中心として上下揺動可能に車体１０に取り付けられる。リフトフレーム３０は、球関節部３１と、ピッチ支持リンク３２と、支柱部３３とを介してブレード４０を支持している。
【００２４】
ブレード４０は、車体１０の前方に配置される。ブレード４０は、球関節部３１に連結される自在継手４１と、ピッチ支持リンク３２に連結されるピッチング継手４２と、を有する。ブレード４０は、リフトフレーム３０の上下揺動に伴って上下に移動する。ブレード４０の下端部には、整地作業や掘削作業において地面に挿入される刃先４０Ｐが形成されている。
【００２５】
リフトシリンダ５０は、車体１０とリフトフレーム３０とに連結される。リフトシリンダ５０が伸縮することによって、リフトフレーム３０は、軸線Ｘを中心として上下揺動される。
【００２６】
ここで、図２は、ブルドーザ１００の構成を示す模式図である。図２では、リフトフレーム３０の原点位置が二点鎖線で示されている。リフトフレーム３０が原点位置に位置する場合、ブレード４０の刃先４０Ｐは地面に接地する。図２に示すように、ブルドーザ１００は、リフトシリンダセンサ５０Ｓを備える。リフトシリンダセンサ５０Ｓは、ロッドの位置を検出するための回転ローラと、ロッドの位置を原点復帰するための磁力センサと、によって構成される。リフトシリンダセンサ５０Ｓは、リフトシリンダ５０のストローク長さ（以下、「リフトシリンダ長Ｌ」という。）を検出する。後述するように、ブレードコントローラ２１０（図３参照）は、リフトシリンダ長Ｌに基づいてブレード４０のリフト角θを算出する。リフト角θは、ブレード４０の原点位置からの下降角度、すなわち、刃先４０Ｐの地中への貫入深さに対応する。ブレード４０を原点位置から下降させた状態で前進することによって、ブルドーザ１００による掘削作業が行われる。
【００２７】
アングルシリンダ６０は、リフトフレーム３０とブレード４０とに連結される。アングルシリンダ６０が伸縮することによって、ブレード４０は、自在継手４１およびピッチング継手４２それぞれの回動中心を通る軸線Ｙを中心として揺動する。
【００２８】
チルトシリンダ７０は、リフトフレーム３０の支柱部３３とブレード４０の右上端部とに連結される。チルトシリンダ７０が伸縮することによって、ブレード４０は、球関節部３１とピッチ支持リンク３２の下端部とを結んだ軸線Ｚを中心として揺動する。
【００２９】
ＧＰＳレシーバ８０は、運転室１１上に配置される。ＧＰＳレシーバ８０は、ＧＰＳ（Global Positioning System；全地球測位システム）用のアンテナである。ＧＰＳレシーバ８０は、自機の位置を示すＧＰＳデータを受信する。
【００３０】
ＩＭＵ９０は、慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）であり、前後左右方向における車体傾斜角を示す車体傾斜角データを取得する。ＩＭＵ９０は、車体傾斜角データをブレードコントローラ２１０に送信する。
【００３１】
一対のスプロケット９５は、エンジン室１２に収容されるエンジン（不図示）によって駆動される。一対のスプロケット９５の駆動に応じて走行装置２０が駆動される。
【００３２】
《ブレード制御装置２００の構成》
図３は、実施形態に係るブレード制御装置２００の構成を示すブロック図である。
【００３３】
ブレード制御装置２００は、上述のリフトシリンダ５０、リフトシリンダセンサ５０Ｓ、ＧＰＳレシーバ８０、ＩＭＵ９０のほか、ブレードコントローラ２１０、設計面データ格納部２２０、比例制御弁２３０、油圧ポンプ２４０及び油圧センサ２５０を備える。
【００３４】
ブレードコントローラ２１０は、リフトシリンダセンサ５０Ｓからリフトシリンダ長Ｌを取得する。ブレードコントローラ２１０は、ＧＰＳレシーバ８０からＧＰＳデータを取得する。ブレードコントローラ２１０は、ＩＭＵ９０から車体傾斜角データを取得する。ブレードコントローラ２１０は、油圧ポンプ２４０から一対のスプロケット９５に供給される作動油の圧力データを油圧センサ２５０から取得する。ブレードコントローラ２１０は、これらのデータに基づいて、制御信号（電流）を比例制御弁２３０に出力する。これによって、ブレードコントローラ２１０は、ブレード４０に掛かる負荷（以下、「ブレード負荷」という。）が目標範囲に入るようにブレード４０の高さを自動調節する。ブレードコントローラ２１０の機能については後述する。
【００３５】
設計面データ格納部２２０は、作業エリア内における掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形（以下、「設計面ＡSTD」という。）の位置および形状を示す設計面データを予め記憶している。
【００３６】
比例制御弁２３０は、リフトシリンダ５０と油圧ポンプ２４０との間に配置される。比例制御弁２３０の開口度は、ブレードコントローラ２１０からの制御信号としての電流によって制御される。
【００３７】
油圧ポンプ２４０は、エンジンと連動しており、一対のスプロケット９５を駆動するために作動油を供給する。油圧ポンプ２４０は、比例制御弁２３０を介してリフトシリンダ５０に作動油を供給する。
【００３８】
油圧センサ２５０は、油圧ポンプ２４０から一対のスプロケット９５に供給される作動油の圧力を検出する。油圧センサ２５０によって検出される圧力は、走行装置２０の牽引力に対応しているため、検出される圧力に基づいてブレード負荷を把握することができる。
【００３９】
《ブレードコントローラ２１０の機能》
図４は、ブレードコントローラ２１０の機能を示すブロック図である。図５乃至図７は、ブルドーザ１００による掘削作業の様子を説明するための模式図である。図５乃至図７では、ブルドーザ１００による掘削作業の様子が時系列順に並べられている。
【００４０】
図４に示すように、ブレードコントローラ２１０は、ブレード負荷取得部２１１と、ブレード負荷判定部２１２と、ブレード座標取得部２１３と、距離演算部２１４と、仮想設計面設定部２１５と、ブレード制御部２１６と、記憶部２１７と、を有する。
【００４１】
ブレード負荷取得部２１１は、一対のスプロケット９５に供給される作動油の圧力データを油圧センサ２５０から取得する。ブレード負荷取得部２１１は、圧力データに基づいて、ブレード４０に掛かるブレード負荷を取得する。
【００４２】
ブレード負荷判定部２１２は、ブレード負荷取得部２１１によって取得されたブレード負荷が所定範囲に入っているか否かを判定する。具体的に、ブレード負荷判定部２１２は、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さいか否かを判定する。また、ブレード負荷判定部２１２は、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOWよりも大きな第２の設定負荷値ＦHIGHよりも大きいか否かを判定する。ブレード負荷判定部２１２は、判定結果を仮想設計面設定部２１５及びブレード制御部２１６に通知する。なお、第１の設定負荷値ＦLOWは、目標負荷Ｆ０（例えば、ブルドーザ１００の重量の０．４〜０．８倍程度）よりも所定負荷αだけ小さい値とすることができる。第２の設定負荷値ＦHIGHは、目標負荷Ｆ０よりも所定負荷αだけ大きい値とすることができる。
【００４３】
ブレード座標取得部２１３は、リフトシリンダ長Ｌと、ＧＰＳデータと、車体傾斜角データと、を取得する。ブレード座標取得部２１３は、ＧＰＳデータに基づいて、ＧＰＳレシーバ８０のグローバル座標を演算する。ブレード座標取得部２１３は、リフトシリンダ長Ｌに基づいて、リフト角θ（図２参照）を算出する。ブレード座標取得部２１３は、リフト角θと車体寸法データに基づいて、ＧＰＳレシーバ８０に対するブレード４０（具体的には、ブレード刃先４０Ｐ）のローカル座標を演算する。ブレード座標取得部２１３は、ＧＰＳレシーバ８０のグローバル座標とブレード４０のローカル座標と車体傾斜角データに基づいて、ブレード４０のグローバル座標を演算する。
【００４４】
距離演算部２１４（距離取得部の一例）は、ブレード４０のグローバル座標と、設計面データと、を取得する。距離演算部２１４は、ブレード４０のグローバル座標と設計面データに基づいて、設計面ＡSTDとブレード４０の距離（以下、「基準距離ＤSTD」という）を演算する。本実施形態において、距離演算部２１４は、基準距離ＤSTDとして、設計面ＡSTDに垂直な方向（以下、「垂直方向」という。）における設計面ＡSTDから刃先４０Ｐまでの距離を演算する。
【００４５】
仮想設計面設定部２１５は、ブレード負荷判定部２１２の判定結果を取得する。仮想設計面設定部２１５は、ブレード負荷判定部２１２の判定結果に基づいて、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOW以上の値から第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さい値に下がったことを認識する。これに応じて、仮想設計面設定部２１５は、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さい値に下がったときの基準距離ＤSTDを距離演算部２１４から取得する。そして、仮想設計面設定部２１５は、この基準距離ＤSTDに基づいて、設計面ＡSTDよりもブレード４０の近くに仮想設計面ＡTEMPを設定する。仮想設計面設定部２１５は、設計面ＡSTDと平行に仮想設計面ＡTEMPを設定する。仮想設計面設定部２１５は、仮想設計面ＡTEMPと設計面ＡSTDとの距離が基準距離ＤSTDと一致するように仮想設計面ＡTEMPを設定してもよく、仮想設計面ＡTEMPと設計面ＡSTDとの距離が基準距離ＤSTDよりも小さくなるように仮想設計面ＡTEMPを設定してもよい。すなわち、仮想設計面設定部２１５は、ブレード４０の刃先４０Ｐを通るように仮想設計面ＡTEMPを設定してもよく、ブレード４０よりも設計面ＡSTDの近くに仮想設計面ＡTEMPを設定してもよい。
【００４６】
本実施形態において、仮想設計面設定部２１５は、補正間隔ΔＤ（例えば、数ｃｍ程度）だけブレード４０から設計面ＡSTDに近い位置に仮想設計面ＡTEMPを設定することとする。すなわち、仮想設計面ＡTEMPと設計面ＡSTDとの仮想距離ＤTEMPは、以下の式（１）によって求められる。
【００４７】
ＤTEMP＝ＤSTD−ΔＤ      ・・・（１）
また、仮想設計面設定部２１５は、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOW以上の値に一旦上がった後に再び第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さい値に下がった場合には、再取得する基準距離ＤSTDに基づいて仮想設計面ＡTEMPを再設定（すなわち、更新）する。この際、仮想設計面設定部２１５は、前回よりも設計面ＡSTDから離れた位置に仮想設計面ＡTEMPを設定する。すなわち、仮想設計面ＡTEMPは、更新される度に設計面ＡSTDから離れていく。
【００４８】
ブレード制御部２１６は、ブレード負荷判定部２１２の判定結果を取得する。ブレード制御部２１６は、ブレード負荷判定部２１２の判定結果に基づいて、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さい場合にブレード４０を下降させ、ブレード負荷が第２の設定負荷値ＦHIGHよりも大きい場合にブレード４０を上昇させる。ブレード制御部２１６は、制御信号を比例制御弁２３０に出力することによって、ブレード４０を下降及び上昇させることができる。ブレード制御部２１６は、ブレード４０の下降速度及び上昇速度それぞれを独立して調整してもよい。
【００４９】
また、ブレード制御部２１６は、ブレード負荷が所定範囲よりも小さい場合であっても、仮想設計面設定部２１５によって仮想設計面ＡTEMPが設定されているときには、ブレード４０が仮想設計面ＡTEMPよりも設計面ＡSTDに近づかないようにブレード４０の高さを制御する。すなわち、ブレード制御部２１６は、ブレード負荷が足りない場合であっても、ブレード４０が仮想設計面ＡTEMPよりも下方に侵入しないように制御する。
【００５０】
ここで、ブレード負荷の推移と仮想設計面ＡTEMPの設定との関係について、その一例を図面を参照しながら説明する。図８は、掘削作業におけるブレード負荷の推移を示すグラフである。図８では、横軸が時間を示し、縦軸がブレード負荷の大きさを示している。また、図８において、時刻Ｔ１〜Ｔ３は、図５乃至図７それぞれのタイミングに対応している。
【００５１】
図８に示すように、ブレード負荷は掘削作業の開始から徐々に増大していき、時刻Ｔ１において第２の設定負荷値ＦHIGHよりも大きくなる。ブレード制御部２１６は、ブレード負荷が第２の設定負荷値ＦHIGHよりも大きいため、ブレード４０を上昇させる。
【００５２】
その後、ブレード負荷は徐々に軽減していき、時刻Ｔ２において第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さくなる。このとき、仮想設計面設定部２１５は、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOW以上の値から第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さい値に下がったことを認識して、設計面ＡSTDから仮想距離ＤTEMP1（基準距離ＤSTD1−補正間隔ΔＤ）の位置に仮想設計面ＡTEMP1を設定する（図６参照）。
【００５３】
その後、ブレード制御部２１６は、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さいため、ブレード４０をできるだけ下降させるものの、仮想設計面ＡTEMP1よりも下には侵入しないように制御する。これによって、ブレード負荷は徐々に上昇していって第２の設定負荷値ＦHIGHよりも大きくなるため、ブレード制御部２１６は、ブレード４０を再び上昇させる。
【００５４】
その後、ブレード負荷は徐々に軽減していき、時刻Ｔ３において第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さくなる。このとき、仮想設計面設定部２１５は、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOW以上の値から第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さい値に下がったことを認識して、設計面ＡSTDから仮想距離ＤTEMP2（基準距離ＤSTD2−補正間隔ΔＤ）の位置に仮想設計面ＡTEMP2を設定する（図７参照）。
【００５５】
その後、仮想設計面設定部２１５及びブレード制御部２１６は以上の工程を繰り返すが、仮想設計面設定部２１５は、オペレータがブルドーザ１００を後進させることに応じて、前回の仮想設計面ＡTEMPのデータを破棄する。また、仮想設計面設定部２１５は、仮想設計面ＡTEMPが地表面ＧＲＤと一致した場合には、仮想設計面ＡTEMPの更新を終了させてもよい。
【００５６】
記憶部２１７は、ブレード負荷判定部２１２及びブレード制御部２１６に用いられる第１の設定負荷値ＦLOW及び第２の設定負荷値ＦHIGHを記憶する。第２の設定負荷値ＦHIGHは、第１の設定負荷値ＦLOWよりも大きい。記憶部２１７に記憶される情報は、オペレータがインプット装置２６０によって書き換え可能であってもよい。
【００５７】
《ブレード制御装置２００の動作》
図９は、ブレード制御装置２００の動作を説明するためのフローチャートである。
【００５８】
なお、以下の動作は、以下の動作を作動させる制御モードをオペレータが選択することにより作動する。
【００５９】
ステップＳ１において、ブレードコントローラ２１０は、オペレータがブルドーザ１００を後進させたか否かを判定する。オペレータがブルドーザ１００を後進させた場合、処理は終了する。オペレータがブルドーザ１００を後進させない場合、処理はステップＳ２に進む。
【００６０】
ステップＳ２において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード４０のグローバル座標を演算する。
【００６１】
ステップＳ３において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード４０の高さ座標が設計面ＡSTD又は仮想設計面ＡTEMPの高さ以上であるか否かを判定する。ブレード４０の高さ座標が設計面ＡSTD又は仮想設計面ＡTEMPの高さ以上ではない場合、ステップＳ４において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード４０を上昇させる。ブレード４０の高さ座標が設計面ＡSTD又は仮想設計面ＡTEMPの高さ以上である場合、処理はステップＳ１０に進む。
【００６２】
ステップＳ１０において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード４０に掛かるブレード負荷を取得する。
【００６３】
ステップＳ２０において、ブレードコントローラ２１０は、今回取得したブレード負荷が第２の設定負荷値ＦHIGH以下か否かを判定する。今回取得したブレード負荷が第２の設定負荷値ＦHIGH以下ではない場合、ステップＳ３０において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード４０を上昇させる。今回取得したブレード負荷が第２の設定負荷値ＦHIGH以上である場合、処理はステップＳ４０に進む。
【００６４】
ステップＳ４０において、ブレードコントローラ２１０は、今回取得したブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOWより小さいか否かを判定する。ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOW以上である場合、処理はステップＳ１に戻る。ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOWより小さい場合、処理はステップＳ５０に進む。
【００６５】
ステップＳ５０において、ブレードコントローラ２１０は、前回取得したブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOW以上であった否かを判定する。ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOW以上ではなかった場合、ステップＳ６０において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード４０を下降させる。ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOW以上であった場合、処理はステップＳ８０に進む。ステップＳ１０からステップＳ６０の処理によって、作業時のブレード４０の負荷は適切な範囲に制御される。
【００６６】
ステップＳ８０において、ブレードコントローラ２１０は、設計面ＡSTDとブレード４０の基準距離ＤSTDを演算する。
【００６７】
ステップＳ９０において、ブレードコントローラ２１０は、今回の基準距離ＤSTDが前回の基準距離ＤSTDよりも大きいか否かを判定する。今回の基準距離ＤSTDが前回の基準距離ＤSTDよりも大きい場合、処理はステップＳ１００に進む。今回の基準距離ＤSTDが前回の基準距離ＤSTDよりも大きくない場合、処理はステップＳ１２０に進む。
【００６８】
ステップＳ１００において、ブレードコントローラ２１０は、設計面ＡSTDよりもブレード４０の近くに仮想設計面ＡTEMPを設定する。具体的に、ブレードコントローラ２１０は、設計面ＡSTDから仮想距離ＤTEMP（基準距離ＤSTD−補正間隔ΔＤ）だけ上方の位置に仮想設計面ＡTEMPを設定する。その後、処理はステップＳ１に戻る。
【００６９】
《作用および効果》
（１）ブレード制御装置２００は、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOW以上の値から第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さい値に下がった場合、設計面ＡSTDよりもブレード４０の近くに仮想設計面ＡTEMPを設定し、仮想設計面ＡTEMPの上方にブレード４０の揺動を制限する。
【００７０】
従って、掘削作業中にブレード負荷が第２の設定負荷値ＦHIGHよりも大きくなったことに応じてブレードが上昇された後、ブレード負荷が第１の設定負荷値ＦLOWよりも小さくなった場合であっても、仮想設計面ＡTEMPよりも設計面ＡSTDに近づかないようにブレード４０が制御されるため、ブレード４０が大きく下降されること抑えることができる。そのため、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。
【００７１】
（２）ブレード制御装置２００は、仮想設計面ＡTEMPと設計面ＡSTDとの距離が、ブレード４０と設計面ＡSTDとの基準距離ＤSTDよりも小さくなるように仮想設計面ＡTEMPを設定する。
【００７２】
従って、掘削面に大きなうねりが形成されないようにしながら、土工量の確保を図ることができる。
【００７３】
（３）ブレード制御装置２００は、前回設定した仮想設計面ＡTEMPよりも設計面ＡSTDとから離れた位置に新たな仮想設計面ＡTEMPを設定する。
【００７４】
従って、仮想設計面ＡTEMPと設計面ＡSTDとの距離が基準距離ＤSTDよりも小さくなるように仮想設計面ＡTEMPが設定される場合であっても、更新された仮想設計面ＡTEMPが前回の仮想設計面ＡTEMPよりも下に設定されることを抑制できる。そのため、うねりが掘削面に形成されることをさらに抑制できる。
【００７５】
《その他の実施形態》
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。
【００７６】
（Ａ）上記実施形態において、仮想設計面ＡTEMPは、仮想設計面ＡTEMPと設計面ＡSTDとの距離が、ブレード４０と設計面ＡSTDとの基準距離ＤSTDよりも小さくなるように設定されることとしたが、これに限られるものではない。仮想設計面ＡTEMPは、仮想設計面ＡTEMPと設計面ＡSTDとの距離が、ブレード４０と設計面ＡSTDとの基準距離ＤSTDと一致するように設定してもよい。
【００７７】
（Ｂ）上記実施形態において、ブレードコントローラ２１０は、垂直方向における設計面ＡSTDから刃先４０Ｐまでの距離を演算することとしたが、これに限られるものではない。ブレードコントローラ２１０は、垂直方向と交差する方向における距離を演算してもよい。また、ブレードコントローラ２１０は、設計面ＡSTDからブレード４０のうち刃先４０Ｐ以外の部分までの距離を演算してもよい。
【００７８】
（Ｃ）上記実施形態では、作業機械としてブルドーザを例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、モータグレーダ等の他の作業機械であってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０        車体
２０        走行装置
３０        リフトフレーム
４０        ブレード
５０        リフトシリンダ
６０        アングルシリンダ
７０        チルトシリンダ
８０        ＧＰＳレシーバ
９０        ＩＭＵ
９５        スプロケット
１００      ブルドーザ
２００      ブレード制御装置
２１０      ブレードコントローラ
２２０      設計面データ格納部
２３０      比例制御弁
２４０      油圧ポンプ
２５０      油圧センサ
【図１】
2014084683.tif 000003
【図２】
2014084683.tif 000004
【図３】
2014084683.tif 000005
【図４】
2014084683.tif 000006
【図５】
2014084683.tif 000007
【図６】
2014084683.tif 000008
【図７】
2014084683.tif 000009
【図８】
2014084683.tif 000010
【図９】
2014084683.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月12日(2013.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下揺動可能に車体に取り付けられる作業機であるブレードの上下位置を制御するためのブレード制御装置であって、
前記ブレードに掛かるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、
前記ブレード負荷が第１の設定負荷値よりも小さい場合に前記ブレードを下降させ、前記ブレード負荷が前記第１の設定負荷値より大きな第２の設定負荷値よりも大きい場合に前記ブレードを上昇させ、かつ、掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限するブレード制御部と、
前記設計面と前記ブレードとの距離を取得する距離取得部と、
前記ブレード負荷が前記第１の設定負荷値以上の値から前記第１の設定負荷値よりも小さい値に下がったときに前記距離取得部によって取得される基準距離に基づいて、前記設計面に平行な仮想設計面を前記設計面よりも前記ブレードの近くに設定する仮想設計面設定部と、
を備え、
前記ブレード制御部は、前記ブレード負荷が前記第１の設定負荷値よりも小さい値になった場合であっても、前記仮想設計面設定部によって前記仮想設計面が設定されたときには、前記仮想設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限する、
ブレード制御装置。
【請求項２】
前記仮想設計面設定部は、前記仮想設計面と前記設計面との距離が前記基準距離と一致するように前記仮想設計面を設定する、
請求項１に記載のブレード制御装置。
【請求項３】
前記仮想設計面設定部は、前記仮想設計面と前記設計面との距離が前記基準距離よりも小さくなるように前記仮想設計面を設定する、
請求項１に記載のブレード制御装置。
【請求項４】
前記仮想設計面設定部は、前回設定した仮想設計面よりも前記設計面から離れた位置に前記仮想設計面を設定する、
請求項３に記載のブレード制御装置。
【請求項５】
車体と、
前記車体に上下搖動可能に取り付けられる作業機であるブレードと、
請求項１に記載のブレード制御装置と、
を備える作業機械。
【請求項６】
上下揺動可能に車体に取り付けられる作業機であるブレードの上下位置を制御するためのブレード制御方法であって、
前記ブレードに掛かるブレード負荷が第１の設定負荷値以上の値から第１の設定負荷値よりも小さい値に下がったときの掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面と前記ブレードとの基準距離に基づいて、前記設計面に平行な仮想設計面を前記設計面よりも前記ブレードの近くに設定する工程と、
前記仮想設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限する工程と、
を備えるブレード制御方法。
【請求項７】
前記ブレード負荷が前記第１の設定負荷値より小さくなると前記ブレードを下降させ、前記ブレード負荷が前記第１の設定負荷値より大きな第２の設定負荷値より大きくなると前記ブレードを上昇させ、かつ、掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限する工程をさらに備え、
前記仮想設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限する工程において、前記ブレード負荷が前記第１の設定負荷値よりも小さい値になった場合であっても、前記仮想設計面設定部によって前記仮想設計面が設定されたときには、前記仮想設計面の上方に前記ブレードの揺動を制限する、
請求項６に記載のブレード制御方法。