(57)【要約】  積込機械の制御システムは、積込機械の車体に回転可能に支持されるブームの位置を算出するブーム位置算出部と、ブームに回転可能に支持されるバケットの姿勢を算出するバケット姿勢算出部と、姿勢とダンプ動作におけるバケットの基準姿勢とに基づいて、姿勢が所定条件を満足するか否かを判定する判定部と、バケットをダンプ動作させ、姿勢が所定条件を満足すると判定されたとき、ブームを上昇動作させる制御信号を出力する作業機制御部と、を備える。
2017126182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積込機械の車体に回転可能に支持されるブームの位置を算出するブーム位置算出部と、
前記ブームに回転可能に支持されるバケットの姿勢を算出するバケット姿勢算出部と、
前記姿勢とダンプ動作における前記バケットの基準姿勢とに基づいて、前記姿勢が所定条件を満足するか否かを判定する判定部と、
前記バケットをダンプ動作させ、前記姿勢が前記所定条件を満足すると判定されたとき、前記ブームを上昇動作させる制御信号を出力する作業機制御部と、
を備える積込機械の制御システム。
【請求項２】
前記姿勢が前記所定条件を満足しないと判定されたとき、前記作業機制御部は、前記バケットのダンプ動作において、前記ブームの位置を維持する制御信号を出力する、
請求項１に記載の積込機械の制御システム。
【請求項３】
前記姿勢は、前記バケットの姿勢の検出データに基づいて算出された角度である検出角度を含み、
前記基準姿勢は、前記バケットの基準となる角度である基準角度を含み、
前記作業機制御部は、前記ブームを排土作業開始位置に配置した後、前記バケットのダンプ動作を開始し、
前記検出角度が前記基準角度よりも大きい前記バケットの第１回転区間において、前記ブームが前記排土作業開始位置に維持された状態で前記バケットがダンプ動作し、
前記検出角度が前記基準角度以下の前記バケットの第２回転区間において、前記ブームが上昇動作しながら前記バケットがダンプ動作する、
請求項１又は２に記載の積込機械の制御システム。
【請求項４】
１つの排出対象に前記バケットから土砂が排出される排土作業が実施される排土回数をカウントする排土回数カウント部を備え、
前記作業機制御部は、前記排土回数に基づいて、前記ブームの排土作業開始位置を変更する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の積込機械の制御システム。
【請求項５】
前記作業機制御部は、前記排土回数が多いほど、前記ブームの排土作業開始位置を高くする、
請求項４に記載の積込機械の制御システム。
【請求項６】
前記バケットが空荷状態か積荷状態かを検知する積荷検知装置と、
操作装置により生成された前記ダンプ動作の制御開始を指令する開始信号を取得する開始信号取得部と、を備え、
前記作業機制御部は、前記開始信号が取得され、前記積荷検知装置が前記バケットは積荷状態であることを検知し、前記ブームの検出角度が閾値以上であると判定されたとき、前記制御信号の出力を開始する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の積込機械の制御システム。
【請求項７】
前記作業機制御部は、前記積荷検知部装置が前記バケットは空荷状態であること検知し、前記積込機械が後進していると判定されたとき、前記制御信号の出力を解除する、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の積込機械の制御システム。
【請求項８】
ブームに回転可能に支持されるバケットのダンプ動作において、前記バケットの姿勢を算出することと、
前記姿勢が所定条件を満足したとき、前記ブームを上昇動作させることと、
を含む積込機械の制御方法。
【請求項９】
１つの排出対象に前記バケットから土砂が排出される排土作業が実施される排土回数をカウントすることと、
前記排土回数に基づいて、前記ブームの排土作業開始位置を変更することと、
を含む請求項８に記載の積込機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積込機械の制御システム及び積込機械の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
施工現場において運搬車両に土砂を積み込む積込機械が稼働する。積込機械の一種としてホイールローダが知られている。ホイールローダは、ブーム及びバケットを含む作業機を有し、バケットですくった土砂を運搬車両の一種であるダンプトラックのベッセルに排出する。ホイールローダのオペレータは、操作レバーを操作して、ブームの位置及びバケットの角度を調整しながら、バケットの土砂をベッセルに排出する排土作業を実施する。特許文献１には、バケットから土砂がこぼれ落ちることを防止するためにブームシリンダ及びバケットシリンダを制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０５２２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ホイールローダによる排土作業の進行に伴って、ベッセルにおける土砂の高さが徐々に高くなる。そのため、ブームが低い位置に配置された状態で排土作業が継続されると、やがてバケットとベッセルの土砂とが接触し、円滑な排土作業が困難となる可能性がある。一方、ブームが高い位置に配置された状態で排土作業が実施されると、土砂が高い位置からベッセルに落下することとなり、ダンプトラックに大きな衝撃力がもたらされる。ダンプトラックに大きな衝撃力がもたらされると、ダンプトラックの少なくとも一部が損傷したり、ダンプトラックのオペレータに不快感を与えたりする可能性がある。ホイールローダの運転に慣れている熟練オペレータは、バケットがダンプ動作しながらブームが上昇するように操作レバーを操作することができる。そのため、熟練オペレータに操作されるホイールローダは、ベッセルにおける土砂の高さに応じて円滑な排土作業を実施することができる。しかし、ホイールローダの運転に慣れていない未熟練オペレータは、バケットがダンプ動作しながらブームが上昇するように操作レバーを操作することが困難である。そのため、未熟練オペレータに操作されるホイールローダでは、ベッセルにおける土砂の高さに応じてブームの高さを調整しながら円滑な排土作業を実施することが困難である。【０００５】
本発明の態様は、排土作業を円滑に実施できる積込機械の制御システム及び積込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】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、積込機械の車体に回転可能に支持されるブームの位置を算出するブーム位置算出部と、前記ブームに回転可能に支持されるバケットの姿勢を算出するバケット姿勢算出部と、前記姿勢とダンプ動作における前記バケットの基準姿勢とに基づいて、前記姿勢が所定条件を満足するか否かを判定する判定部と、前記バケットをダンプ動作させ、前記姿勢が前記所定条件を満足すると判定されたとき、前記ブームを上昇動作させる制御信号を出力する作業機制御部と、を備える積込機械の制御システムが提供される。【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、ブームに回転可能に支持されるバケットのダンプ動作において、前記バケットの姿勢を算出することと、前記姿勢が所定条件を満足したとき、前記ブームを上昇動作させることと、を含む積込機械の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様によれば、排土作業を円滑に実施できる積込機械の制御システム及び積込機械の制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係る積込機械の一例を模式的に示す側面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る作業機の一例を模式的に示す図である。
【図３】図３は、従来例に係るホイールローダを用いる排土作業の一例を模式的に示す図である。
【図４】図４は、従来例に係るホイールローダを用いる排土作業の一例を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本実施形態に係るホイールローダを用いる排土作業の一例を模式的に示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係るホイールローダを用いる排土作業の一例を模式的に示す図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る自動排土制御において排土作業が実施された回数を示す排土回数と、ブームの先端部の排土作業開始位置と、ブームの先端部の排土作業終了位置との関係を模式的に示す図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る自動排土制御における作業機３の動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本実施形態に係る自動排土制御におけるバケットのダンプ動作とブームの上昇動作との関係を説明するための模式図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る運転室の一例を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る積込機械の制御システムの一例を示す図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る積込機械の制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る積込機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る積込機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る表示装置に表示させるインジケータの一例を示す図である。
【図１６】図１６は、本実施形態に係る表示装置に表示させるインジケータの一例を示す図である。
【図１７】図１７は、本実施形態に係るブーム偏差角と作動油の目標流量との関係を示す相関データの一例を示す図である。
【図１８】図１８は、本実施形態に係るバケット偏差長と作動油の目標流量との関係を示す相関データの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００１１】
［積込機械］
図１は、本実施形態に係る積込機械１の一例を模式的に示す側面図である。本実施形態においては、積込機械１がホイールローダである例について説明する。ホイールローダ１は、バケット３２ですくった土砂ＳＲをダンプトラックのベッセルに積み込む建設機械である。
【００１２】
図１に示すように、ホイールローダ１は、車体２と、車体２に支持される作業機３と、作業機３を駆動する油圧シリンダ４と、車体２を支持して移動可能な走行装置５とを備える。
【００１３】
車体２は、前部と、後部と、前部と後部とを連結する屈曲部とを有する。また、車体２は、作業機３を支持する。車体２に運転室６が設けられる。運転室６にシート７及び操作レバー８が設けられる。ホイールローダ１のオペレータは、シート７に座って操作レバー８を操作する。
【００１４】
走行装置５は、４つの車輪９を有する。４つの車輪９のそれぞれにタイヤ１０が装着される。タイヤ１０は、地面ＧＲと接触する。車輪９が回転することにより、ホイールローダ１は走行する。
【００１５】
以下の説明においては、上下方向、左右方向、及び前後方向という用語を用いて各部の位置関係について説明する。上下方向とは、地面ＧＲと接触するタイヤ１０の接地面と直交する方向をいう。上下方向は、タイヤ１０の接地面と直交する高さ方向と同義である。左右方向とは、ホイールローダ１の車輪９の回転軸と平行な方向をいう。左右方向は、ホイールローダ１の車幅方向と同義である。前後方向とは、左右方向及び上下方向と直交する方向をいう。前後方向は、ホイールローダ１の走行方向と同義である。
【００１６】
上方とは、上下方向の一方向をいい、タイヤ１０の接地面から離れる方向をいう。下方とは、上下方向において上方の反対方向をいい、タイヤ１０の接地面に近付く方向をいう。左方とは、左右方向の一方向をいい、シート７に座ったホイールローダ１のオペレータを基準として左側の方向をいう。右方とは、左右方向において左方の反対方向をいい、シート７に座ったホイールローダ１のオペレータを基準として右側の方向をいう。前方とは、前後方向の一方向をいい、シート７から作業機３が存在する方に向かう方向をいう。後方とは、前後方向において前方の反対方向をいい、作業機３からシート７が存在する方に向かう方向をいう。
【００１７】
上部とは、上下方向において部材又は空間の上側の部分をいい、タイヤ１０の接地面から離れた部分をいう。下部とは、上下方向において部材又は空間の下側の部分をいい、タイヤ１０の接地面に近い部分をいう。左部とは、シート７に座ったホイールローダ１のオペレータを基準としたときの部材又は空間の左側の部分をいう。右部とは、シート７に座ったホイールローダ１のオペレータを基準としたときの部材又は空間の右側の部分をいう。前部とは、前後方向において部材又は空間の前側の部分をいう。後部とは、前後方向において部材又は空間の後側の部分をいう。
【００１８】
車輪９は、車体２の前部に設けられる前輪９Ｆと、車体２の後部に設けられる後輪９Ｒとを含む。タイヤ１０は、前輪９Ｆに装着される前タイヤ１０Ｆと、後輪９Ｒに装着される後タイヤ１０Ｒとを含む。車体２は、前輪９Ｆと後輪９Ｒとの間に屈曲部を有する。車体２の屈曲部が屈曲することにより、ホイールローダ１が操舵される。
【００１９】
作業機３は、車体２の前部に支持される。作業機３は、車体２に連結されるブーム３１と、ブーム３１に連結されるバケット３２とを含む。
【００２０】
ブーム３１は、車体２の前部に回転可能に支持される。ブーム３１は、ブーム回転軸ＡＸａを支点として回転可能である。ブーム回転軸ＡＸａは、車幅方向に延在する。ブーム３１は、基端部と先端部とを有する。ブーム３１の基端部が車体２の前部に連結される。ブーム３１の先端部にバケット３２が連結される。
【００２１】
バケット３２は、ブーム３１の先端部に回転可能に支持される。バケット３２は、バケット回転軸ＡＸｂを支点として回転可能である。バケット回転軸ＡＸｂは、車幅方向に延在する。バケット３２は、開口部３２Ｍ及び刃３２Ｔを有する。バケット３２は、土砂ＳＲをすくい取る。ホイールローダ１は、バケット３２ですくった土砂ＳＲをダンプトラックのベッセルに排出する。バケット３２から排出された土砂ＳＲは、ダンプトラックのベッセルに積み込まれる。
【００２２】
油圧シリンダ４は、ブーム３１を駆動するブームシリンダ４１と、バケット３２を駆動するバケットシリンダ４２とを含む。
【００２３】
ブームシリンダ４１は、車体２とブーム３１との間に設けられる。具体的には、ブームシリンダ４１の一端部は車体２の前部に連結され、ブームシリンダ４１の他端部はブーム３１に連結される。ブームシリンダ４１が伸縮することにより、ブーム３１は、ブーム回転軸ＡＸａを支点として回転する。
【００２４】
バケットシリンダ４２は、車体２とベルクランク３３との間に設けられる。具体的には、バケットシリンダ４２の一端部は車体２に連結され、バケットシリンダ４２の他端部はベルクランク３３に連結される。ベルクランク３３の一端部はバケットシリンダ４２に連結され、ベルクランク３３の他端部は、バケットリンク３４を介してバケット３２に連結される。バケットシリンダ４２が伸縮することにより、バケット３２は、バケット回転軸ＡＸｂを中心に回転する。
【００２５】
操作レバー８は、オペレータに操作される。操作レバー８が操作されることにより、ブームシリンダ４１及びバケットシリンダ４２の少なくとも一方が駆動する。運転室６に搭乗したオペレータは、操作レバー８を操作して、ブームシリンダ４１及びバケットシリンダ４２の少なくとも一方を伸縮させる。
【００２６】
［作業機］
図２は、本実施形態に係る作業機３の一例を模式的に示す図である。図２に示すように、作業機３のブーム３１の基端部は、連結ピン３１Ｐを介して車体２の前部に連結される。連結ピン３１Ｐは、ブーム回転軸ＡＸａを含む。ブーム３１は、ブーム回転軸ＡＸａを支点として回転可能に車体２に連結される。ブーム３１の中間部にブラケット３１Ｂが設けられる。
【００２７】
ブームシリンダ４１の一端部は、連結ピン４１Ｐを介して車体２の前部に連結される。ブームシリンダ４１の他端部は、連結ピン４１Ｑを介してブラケット３１Ｂに連結される。すなわち、ブームシリンダ４１の先端部は、ブラケット３１Ｂを介してブーム３１に連結される。
【００２８】
ブームシリンダ４１が伸縮することにより、ブーム３１は、ブーム回転軸ＡＸａを中心に回転する。ブーム回転軸ＡＸａを支点としてブーム３１の基端部が回転することにより、ブーム３１の先端部は上下方向に移動する。
【００２９】
バケット３２は、連結ピン３２Ｐを介してブーム３１の先端部に連結される。連結ピン３２Ｐは、バケット回転軸ＡＸｂを含む。バケット３２は、バケット回転軸ＡＸｂを支点として回転可能にブーム３１に連結される。
【００３０】
バケットシリンダ４２の一端部は、連結ピン４２Ｐを介して車体２の前部に連結される。バケットシリンダ４２の他端部は、連結ピン３３Ｐを介してベルクランク３３の一端部に連結される。ベルクランク３３の他端部は、連結ピン３３Ｑを介してバケットリンク３４の一端部と連結される。バケットリンク３４の他端部は、連結ピン３２Ｑを介してバケット３２と連結される。
【００３１】
ブーム３１の中間部に支持部材３５が設けられる。支持部材３５は、ベルクランク３３を支持する。ベルクランク３３の中間部は、連結ピン３３Ｒを介して支持部材３５と連結される。連結ピン３３Ｒは、ベルクランク回転軸ＡＸｃを含む。ベルクランク３３は、ベルクランク回転軸ＡＸｃを支点として回転する。ベルクランク回転軸ＡＸｃは、車幅方向に延在する。
【００３２】
バケットシリンダ４２が伸縮することにより、ベルクランク３３は、ベルクランク回転軸ＡＸｃを支点として回転し、バケット３２は、バケット回転軸ＡＸｂを支点として回転する。バケット回転軸ＡＸｂを支点としてバケット３２が回転することにより、バケット回転軸ＡＸｂを中心とするバケット３２の角度が変化する。
【００３３】
バケットシリンダ４２が縮むと、ベルクランク３３は、ベルクランク３３の一端部が後方に移動し、ベルクランク３３の他端部が前方に移動するように、ベルクランク回転軸ＡＸｃを支点として回転する。ベルクランク３３の他端部が前方に移動すると、バケット３２は、バケットリンク３４によって前方に押される。バケット３２がバケットリンク３４によって前方に押されることにより、バケット３２はダンプ動作する。
【００３４】
バケットシリンダ４２が伸びると、ベルクランク３３は、ベルクランク３３の一端部が前方に移動し、ベルクランク３３の他端部が後方に移動するように、ベルクランク回転軸ＡＸｃを支点として回転する。ベルクランク３３の他端部が後方に移動すると、バケット３２は、バケットリンク３４によって後方に引かれる。バケット３２がバケットリンク３４によって後方に引かれることにより、バケット３２はチルト動作する。
【００３５】
バケット３２のダンプ動作とは、開口部３２Ｍが下方を向き刃３２Ｔが地面ＧＲに近付くようにバケット３２が回転する動作をいう。バケット３２のチルト動作とは、開口部３２Ｍが上方を向き刃３２Ｔが地面ＧＲから離れるようにバケット３２が回転する動作をいう。バケット３２のダンプ動作が実施されることにより、バケット３２ですくい上げられた土砂ＳＲがバケット３２から排出される。バケット３２のチルト動作が実施されることにより、バケット３２は土砂ＳＲをすくい取る。
【００３６】
［センサ］
図２に示すように、ホイールローダ１は、ブーム角度αを検出するブーム角度センサ４６と、バケット角度βを検出するバケット角度センサ４７とを備える。
【００３７】
本実施形態において、ブーム角度αとは、ブーム回転軸ＡＸａと直交する平面内において、ブーム回転軸ＡＸａと直交しタイヤ１０の接地面と平行な基準線Ｌｒと、ブーム回転軸ＡＸａとバケット回転軸ＡＸｂとを結ぶ直線Ｌａとがなす角度をいう。
【００３８】
すなわち、本実施形態において、ブーム角度αは、基準線Ｌｒに対するブーム３１の角度をいう。ブーム３１が下降し、直線Ｌａが基準線Ｌｒよりも地面ＧＲの近くに配置される場合、ブーム角度αは負の値である。直線Ｌａと基準線Ｌｒとが一致する場合、ブーム角度αは０［°］である。ブーム３１が上昇し、直線Ｌａが基準線Ｌｒよりも地面ＧＲから離れる場合、ブーム角度αは正の値である。ブーム３１が上昇するとブーム角度αは大きくなり、ブーム３１が下降するとブーム角度αは小さくなる。
【００３９】
本実施形態において、バケット角度βとは、バケット回転軸ＡＸｂと直交する平面内において、バケット回転軸ＡＸｂと直交しタイヤ１０の接地面と平行な基準線Ｌｒと、バケット回転軸ＡＸｂと直交しバケット３２の底面３２Ｂと平行な直線Ｌｂとがなす角度をいう。
【００４０】
すなわち、本実施形態において、バケット角度βは、基準線Ｌｒに対するバケット３２の角度をいう。バケット３２がダンプ動作し、直線Ｌｂが基準線Ｌｒよりも地面ＧＲの近くに配置される場合、バケット角度βは負の値である。直線Ｌｂと基準線Ｌｒとが一致する場合、バケット角度βは０［°］である。バケット３２がチルト動作し、直線Ｌｂが基準線Ｌｒよりも地面ＧＲから離れる場合、バケット角度βは正の値である。バケット３２がチルト動作するとバケット角度βは大きくなり、バケット３２がダンプ動作するとバケット角度βは小さくなる。
【００４１】
本実施形態において、基準線Ｌｒは、水平面と平行であることとする。なお、基準線Ｌｒは、水平面に対して傾斜してもよい。
【００４２】
ブーム角度センサ４６は、ブーム回転軸ＡＸａを含む連結ピン３１Ｐに設けられる。バケット角度センサ４７は、ベルクランク回転軸ＡＸｃを含む連結ピン３３Ｒに設けられる。バケット角度センサ４７は、ベルクランク３３の姿勢を検出することによって、バケット３２の姿勢を検出する。バケット３２の姿勢は、バケット角度βを含む。本実施形態において、ブーム角度センサ４６及びバケット角度センサ４７はそれぞれ、ポテンショメータを含む。
【００４３】
また、ホイールローダ１は、ブームシリンダ４１の作動油の圧力を検出するブームシリンダ圧力センサ４８と、走行装置５の走行速度を検出する車速センサ４９とを備える。
【００４４】
ブームシリンダ圧力センサ４８は、ブームシリンダ４１に充填される作動油のボトム圧力を検出する。ブームシリンダ４１のボトム圧力とバケット３２の総重量とは、相関する。すなわち、バケット３２に収容される土砂の重量が大きいほど、ブームシリンダ４１のボトム圧力は高くなり、バケット３２に収容される土砂の重量が小さいほど、ブームシリンダ４１のボトム圧力は低くなる。ブームシリンダ４１のボトム圧力とバケット３２の総重量との関係を示す相関データは既知データである。したがって、ブームシリンダ圧力センサ４８の検出データと相関データとに基づいて、バケット３２に収容される土砂の重量が算出される。バケット３２に収容される土砂の重量とバケット３２から排出される土砂の重量とは等価である。したがって、ブームシリンダ圧力センサ４８の検出データと相関データとに基づいて、バケット３２からダンプトラックのベッセルに排出される土砂の重量が算出される。本実施形態において、ブームシリンダ圧力センサ４８は、バケット３２に収容される土砂の重量及びバケット３２から排出される土砂の重量を検出する重量センサとして機能する。また、ブームシリンダ圧力センサ４８は、バケット３２が空荷状態か積荷状態かを検知する積荷検知装置として機能する。バケット３２が空荷状態とは、バケット３２が土砂を収容していない状態をいう。バケット３２が積荷状態とは、バケット３２が土砂を収容している状態をいう。
【００４５】
［自動排土制御］
次に、本実施形態に係るホイールローダ１の動作及び従来例に係るホイールローダ１Ｊの動作について説明する。
【００４６】
従来例に係るホイールローダ１Ｊの動作について説明する。図３及び図４は、従来例に係るホイールローダ１Ｊを用いる排土作業の一例を模式的に示す図である。図３及び図４は、ホイールローダ１Ｊがバケット３２ですくった土砂ＳＲをダンプトラック５００のベッセル５０１に排出する排土作業を示す。図３及び図４に示すように、ホイールローダ１Ｊは、例えば、ダンプトラック５００のベッセル５０１に土砂を満たすために、排土作業を複数回実施する。第１回目の排土作業前においては、ベッセル５０１に土砂ＳＲは存在しない。排土作業が順次実施されることにより、ダンプトラック５００のベッセル５０１における土砂ＳＲの量は徐々に増え、土砂ＳＲの高さは徐々に高くなる。
【００４７】
図３は、ブーム３１の先端部が低い位置Ｚｓａに配置された状態で、排土作業が複数回実施される例を示す。なお、図３から図６において、バケット３２をダンプ動作させる前のバケット３２の姿勢を二点鎖線で示し、ダンプ動作中又はダンプ動作後のバケット３２の姿勢を実線で示す。位置Ｚｓａは、基準線Ｌｒを含む平面（本実施形態においては水平面）と直交する上下方向（高さ方向）の位置である。ブーム３１の先端部の位置が低いことは、上下方向におけるブーム３１の先端部とベッセル５０１との距離が短いことを含む。すなわち、図３は、上下方向においてブーム３１の先端部がベッセル５０１に近い位置Ｚｓａに配置された状態で、バケット３２がダンプ動作する例を示す。複数回の排土作業のそれぞれにおいて、上下方向におけるブーム３１の先端部の位置Ｚｓａは一定である。
【００４８】
図３に示すように、ホイールローダ１Ｊによる排土作業の進行に伴って、ベッセル５０１における土砂ＳＲの高さは徐々に高くなる。そのため、図３に示すように、第１回目の排土作業においては、バケット３２とベッセル５０１の土砂ＳＲとが接触する可能性は低いものの、例えば第４回目の排土作業においては、バケット３２とベッセル５０１の土砂ＳＲとが接触する可能性が高くなる。すなわち、ブーム３１の先端部が低い位置Ｚｓａに配置された状態で複数回の排土作業が継続されると、やがて排土作業においてバケット３２とベッセル５０１の土砂ＳＲとが接触する可能性が高くなる。バケット３２とベッセル５０１の土砂ＳＲとが接触すると、排土作業を円滑に実施することが困難となる可能性がある。
【００４９】
図４は、ブーム３１の先端部が高い位置Ｚｓｂに配置された状態で、排土作業が複数回実施される例を示す。位置Ｚｓｂは、基準線Ｌｒを含む平面（本実施形態においては水平面）と直交する上下方向（高さ方向）の位置である。ブーム３１の先端部の位置が高いことは、上下方向におけるブーム３１の先端部とベッセル５０１との距離が長いことを含む。すなわち、図４は、上下方向においてブーム３１の先端部がベッセル５０１から離れた位置Ｚｓｂに配置された状態で、バケット３２がダンプ動作する例を示す。複数回の排土作業のそれぞれにおいて、上下方向におけるブーム３１の先端部の位置Ｚｓｂは一定である。
【００５０】
図４に示すように、ブーム３１の先端部が高い位置Ｚｓｂに配置された状態で排土作業が実施されると、例えば第１回目の排土作業においては、バケット３２とベッセル５０１との距離が長く、土砂ＳＲが高い位置からベッセル５０１に落下することとなる。土砂ＳＲが高い位置Ｚｓｂからベッセル５０１に落下すると、ダンプトラック５００に大きな衝撃力がもたらされる。ダンプトラック５００に大きな衝撃力がもたらされると、ダンプトラック５００の少なくとも一部が損傷したり、ダンプトラック５００のオペレータに不快感を与えたりする可能性がある。
【００５１】
次に、本実施形態に係るホイールローダ１の動作の一例について説明する。図５及び図６は、本実施形態に係るホイールローダ１を用いる排土作業の一例を模式的に示す図である。
【００５２】
本実施形態において、ホイールローダ１は、自動排土制御を実施する。自動排土制御とは、排土作業において、バケット３２のダンプ動作の少なくとも一部と並行してブーム３１が上昇動作するように、ホイールローダ１の油圧シリンダ４を制御することをいう。自動排土制御において、油圧シリンダ４は、ホイールローダ１に搭載されている制御装置２００から出力された制御信号に基づいて制御される。
【００５３】
図５は、自動排土制御に基づいて実施されるホイールローダ１の排土作業のうち、第１回目の排土作業を模式的に示す図である。図６は、自動排土制御に基づいて実施されるホイールローダ１の排土作業のうち、第４回目の排土作業を模式的に示す図である。ホイールローダ１は、１台のダンプトラック５００について排土作業を複数回実施する。
【００５４】
図５（Ａ）に示すように、第１回目の排土作業前においては、ベッセル５０１に土砂ＳＲは存在しない。第１回目の排土作業における自動排土制御の開始時点において、ブーム３１の先端部は、低い位置Ｚｓ１に配置される。ブーム３１の先端部の低い位置Ｚｓ１とは、上下方向においてベッセル５０１に近い位置をいう。
【００５５】
制御装置２００は、ブーム３１の先端部が位置Ｚｓ１に配置された後、ブーム３１の先端部が徐々に上昇するようにブームシリンダ４１を制御する。図５に示す例では、制御装置２００は、ブーム３１の先端部が位置Ｚｓ１から上方に移動を開始し、図５（Ｂ）に示すように位置Ｚｓ１よりも高い位置Ｚｍを通過した後、図５（Ｃ）に示すように位置Ｚｍよりも高い位置Ｚｅ１に到達するように、ブームシリンダ４１を制御する。また、制御装置２００は、ブーム３１の上昇動作の少なくとも一部と並行して、バケット３２がダンプ動作するように、バケットシリンダ４２を制御する。
【００５６】
位置Ｚｓ１、位置Ｚｍ、及び位置Ｚｅ１はそれぞれ、基準線Ｌｒを含む平面（本実施形態においては水平面）と直交する上下方向（高さ方向）の位置である。位置Ｚｓ１は、第１回目の排土作業開始時点におけるブーム３１の先端部の排土作業開始位置である。位置Ｚｅ１は、第１回目の排土作業終了時点におけるブーム３１の先端部の排土作業終了位置である。
【００５７】
第１回目の排土作業の開始時点においては、ブーム３１の先端部が低い位置Ｚｓ１に配置されているので、バケット３２とベッセル５０１との距離が短い状態で、土砂ＳＲを低い位置からベッセル５０１に落下させることができる。これにより、ダンプトラック５００に大きな衝撃力がもたらされることが抑制される。また、バケット３２のダンプ動作の少なくとも一部と並行してブーム３１の上昇動作が実施されるので、ベッセル５０１に積み込まれた土砂ＳＲとバケット３２との接触が抑制される。
【００５８】
図６（Ａ）に示すように、第４回目の排土作業前においては、ベッセル５０１に土砂ＳＲが存在する。第４回目の排土作業における自動排土制御の開始時点において、ブーム３１の先端部は、位置Ｚｓ１よりも高い位置Ｚｓ４に配置される。上下方向におけるブーム３１の先端部の位置Ｚｓ４とベッセル５０１との距離は、ブーム３１の先端部の位置Ｚｓ１とベッセル５０１との距離よりも長い。
【００５９】
制御装置２００は、ブーム３１の先端部が位置Ｚｓ４に配置された後、ブーム３１の先端部が徐々に上昇するようにブームシリンダ４１を制御する。図６に示す例では、制御装置２００は、ブーム３１の先端部が位置Ｚｓ４から上方に移動を開始し、図６（Ｂ）に示すように位置Ｚｓ４よりも高い位置Ｚｍを通過した後、図６（Ｃ）に示すように位置Ｚｍよりも高い位置Ｚｅ４に到達するように、ブームシリンダ４１を制御する。また、制御装置２００は、バケット３２のダンプ動作の少なくとも一部と並行してブーム３１が上昇動作するように、バケットシリンダ４２を制御する。
【００６０】
位置Ｚｓ４、位置Ｚｍ、及び位置Ｚｅ４はそれぞれ、基準線Ｌｒを含む平面（本実施形態においては水平面）と直交する上下方向（高さ方向）の位置である。位置Ｚｓ４は、第４回目の排土作業開始時点におけるブーム３１の先端部の排土作業開始位置である。位置Ｚｅ４は、第４回目の排土作業終了時点におけるブーム３１の先端部の排土作業終了位置である。
【００６１】
第４回目の排土作業の開始時点においては、ブーム３１の先端部が位置Ｚｓ１よりも高い位置Ｚｓ４に配置されているので、バケット３２とベッセル５０１との距離が長い状態で、バケット３２のダンプ動作を実施することができる。図６に示すように、第４回目の排土作業の開始時点においては、既にベッセル５０１に土砂ＳＲが積み込まれている。ブーム３１の先端部が位置Ｚｓ４に配置された状態で、バケット３２のダンプ動作が開始されることにより、ベッセル５０１に積み込まれている土砂ＳＲとバケット３２との接触が抑制される。また、バケット３２のダンプ動作の少なくとも一部と並行してブーム３１が上昇するので、ベッセル５０１に積み込まれた土砂ＳＲの高さが上昇しても、ベッセル５０１の土砂ＳＲとバケット３２との接触が抑制される。
【００６２】
図７は、本実施形態に係る自動排土制御において１台のダンプトラック５００のベッセル５０１について排土作業が実施された回数を示す排土回数と、ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓと、ブーム３１の先端部の排土作業終了位置Ｚｅとの関係を模式的に示す図である。図８は、本実施形態に係る自動排土制御における作業機３の動作の一例を示すフローチャートである。
【００６３】
図７及び図８に示す例では、第１回目の排土作業、第２回目の排土作業、第３回目の排土作業、及び第４回目の排土作業により、ダンプトラック５００のベッセル５０１が土砂ＳＲで満載状態になることとする。
【００６４】
本実施形態においては、排土回数に基づいて、ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓが変更される。制御装置２００は、排土対象である１つのベッセル５０１にバケット３２から土砂ＳＲが排出される排土作業が実施される排土回数をカウントする。制御装置２００は、排土回数に基づいて、ブーム３１の排土作業開始位置Ｚｓを変更する。
【００６５】
第１回目の排土作業においては、ブーム３１の先端部が排土作業開始位置Ｚｓ１に配置された後（ステップＳ１ｓ）、バケット３２のダンプ動作の少なくとも一部と並行して、ブーム３１の先端部が上昇して、矢印Ａ１で示すように、排土作業終了位置Ｚｅ１まで移動する（ステップＳ１ｅ）。
【００６６】
第２回目の排土作業においては、ブーム３１の先端部が排土作業開始位置Ｚｓ２に配置された後（ステップＳ２ｓ）、バケット３２のダンプ動作の少なくとも一部と並行して、ブーム３１の先端部が上昇して、矢印Ａ２で示すように、排土作業終了位置Ｚｅ２まで移動する（ステップＳ２ｅ）。
【００６７】
第３回目の排土作業においては、ブーム３１の先端部が排土作業開始位置Ｚｓ３に配置された後（ステップＳ３ｓ）、バケット３２のダンプ動作の少なくとも一部と並行して、ブーム３１の先端部が上昇して、矢印Ａ３で示すように、排土作業終了位置Ｚｅ３まで移動する（ステップＳ３ｅ）。
【００６８】
第４回目の排土作業においては、ブーム３１の先端部が排土作業開始位置Ｚｓ４に配置された後（ステップＳ４ｓ）、バケット３２のダンプ動作の少なくとも一部と並行して、ブーム３１の先端部が上昇して、矢印Ａ４で示すように、排土作業終了位置Ｚｅ４まで移動する（ステップＳ４ｅ）。
【００６９】
本実施形態においては、排土回数が多いほど、ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓは高くなる。すなわち、排土作業開始位置Ｚｓ１、排土作業開始位置Ｚｓ２、排土作業開始位置Ｚｓ３、及び排土作業開始位置Ｚｓ４のうち、排土作業開始位置Ｚｓ１が最も低く、排土作業開始位置Ｚｓ１に次いで排土作業開始位置Ｚｓ２が低く、排土作業開始位置Ｚｓ２に次いで排土作業開始位置Ｚｓ３が低く、排土作業開始位置Ｚｓ４が最も高い。
【００７０】
本実施形態において、排土作業終了位置Ｚｅ１と、排土作業終了位置Ｚｅ２と、排土作業終了位置Ｚｅ３と、排土作業終了位置Ｚｅ４とは、等しい。ブーム３１は上下方向に可動範囲を有する。ブーム３１の可動範囲は、例えばブームシリンダ４１の可動範囲によって規定される。本実施形態において、排土作業終了位置Ｚｅ１、排土作業終了位置Ｚｅ２、排土作業終了位置Ｚｅ３、及び排土作業終了位置Ｚｅ４は、ブーム３１の可動範囲のうちブーム３１が最も上方に移動したときのブーム３１の先端部の位置である。すなわち、排土作業終了位置Ｚｅ１、排土作業終了位置Ｚｅ２、排土作業終了位置Ｚｅ３、及び排土作業終了位置Ｚｅ４は、ブーム３１が可動範囲の上端部に移動したときのブーム３１の先端部の位置である。
【００７１】
なお、排土作業終了位置Ｚｅ１、排土作業終了位置Ｚｅ２、排土作業終了位置Ｚｅ３、及び排土作業終了位置Ｚｅ４は、ブーム３１が最も上方に移動したときのブーム３１の先端部の位置でなくてもよい。また、排土作業終了位置Ｚｅ１と、排土作業終了位置Ｚｅ２と、排土作業終了位置Ｚｅ３と、排土作業終了位置Ｚｅ４とは、異なる位置でもよい。すなわち、排土作業終了位置Ｚｅ１は、排土作業開始位置Ｚｓ１よりも高い位置にあればよい。排土作業終了位置Ｚｅ２は、排土作業開始位置Ｚｓ２よりも高い位置にあればよい。排土作業終了位置Ｚｅ３は、排土作業開始位置Ｚｓ３よりも高い位置にあればよい。排土作業終了位置Ｚｅ４は、排土作業開始位置Ｚｓ４よりも高い位置にあればよい。
【００７２】
図９は、本実施形態に係る自動排土制御におけるバケット３２のダンプ動作とブーム３１の上昇動作との関係を説明するための模式図である。
【００７３】
自動排土制御に基づいて第ｎ回目の排土作業が実施される場合、ブーム３１の先端部が排土作業開始位置Ｚｓに配置された後、バケット３２のダンプ動作の少なくとも一部と並行して、ブーム３１の先端部が上昇して排土作業終了位置Ｚｅまで移動する。図９（Ａ）に示すように、ブーム３１の先端部が排土作業開始位置Ｚｓに配置された後、バケット３２のダンプ動作が開始される。
【００７４】
本実施形態においては、バケット３２のダンプ動作が開始されても、バケット３２の姿勢が所定条件を満足しないとき、ブーム３１は上昇動作を開始せず、上下方向におけるブーム３１の位置が維持される。本実施形態において、所定条件は、バケット角度βがバケット３２の基準角度を示す閾値Ａ以下である条件を含む。閾値Ａは、バケット角度βについての閾値であり、バケット３２について規定された基準角度である。本実施形態においては、バケット角度βが閾値Ａ以下である条件を満足しない場合、すなわち、バケット角度βが閾値Ａよりも大きい場合、バケット３２のダンプ動作において、ブーム３１は上昇動作を開始せず、ブーム３１の先端部が排土作業開始位置Ｚｓに維持される。
【００７５】
一方、図９（Ｂ）に示すように、ベッセル３２がダンプ動作して、バケット３２の姿勢が所定条件を満足するとき、すなわち、バケット角度βが閾値Ａ以下である条件を満足する場合、バケット３２がダンプ動作するとともに、バケット３２のダンプ動作と並行してブーム３１が上昇動作する。
【００７６】
バケット３２の１回のダンプ動作において、バケット角度βは、閾値Ａよりも大きい状態から閾値Ａ以下の状態に変化する。すなわち、本実施形態においては、バケット３２の検出角度であるバケット角度βが、基準角度である閾値Ａよりも大きい、「バケット３２の第１回転区間」において、ブーム３１が排土作業開始位置Ｚｓに維持された状態でバケット３２がダンプ動作する。更に、バケット３２の検出角度であるバケット角度βが、基準角度である閾値Ａ以下である、「バケット３２の第２回転区間」において、ブーム３１が上昇動作しながらバケット３２がダンプ動作する。
【００７７】
本実施形態において、基準角度を示す閾値Ａは、例えば０［°］に設定される。本実施形態においては、バケット３２のダンプ動作が開始されても、ブーム角度βが０［°］よりも大きい正の値のとき、すなわち、バケット３２の底面３２Ｂが基準線Ｌｒよりも上方に存在する状態においては、ブーム３１は上昇動作を開始せず、ブーム３１の先端部が排土作業開始位置Ｚｓに維持された状態で、バケット３２のダンプ動作が実施される。なお、基準角度を示す閾値Ａとして、０［°］以外の角度が設定されてもよい。
【００７８】
ブーム角度βが０［°］以下のとき、すなわち、バケット３２の底面３２Ｂが基準線Ｌｒよりも下方に存在する状態においては、ブーム３１の上昇動作と並行して、バケット３２のダンプ動作が実行される。
【００７９】
すなわち、本実施形態においては、ブーム角度βが閾値Ａ以下のときには、ブーム３１の上昇動作とバケット３２のダンプ動作とが連動して実施される。ブーム角度βが閾値Ａよりも大きいときには、ブーム３１の上昇動作は実施されず、バケット３２のダンプ動作が単独で実施される。
【００８０】
以下の説明においては、ブーム角度βが閾値Ａ以下であり、バケット３２のダンプ動作と並行してブーム３１の上昇動作が実施されることを適宜、作業機３の連動動作、と称し、ブーム角度βが閾値Ａよりも大きく、ブーム３１の上昇動作が実施されずにバケット３２のダンプ動作が実施されることを適宜、作業機３の単独動作、と称する。
【００８１】
［運転室］
図１０は、本実施形態に係る運転室６の一例を模式的に示す図である。図１０に示すように、ホイールローダ１の運転室６には、モニタ装置６０と、シート７と、作業機３を操作するための操作レバー８と、ホイールローダ１を操舵するためのステアリングレバー７０と、アクセルペダル７１と、右ブレーキペダル７２Ｒと、左ブレーキペダル７２Ｌと、前後進切り替えスイッチ７３とが設けられる。
【００８２】
操作レバー８は、ブームシリンダ４１を操作するためのブーム操作レバー８１と、バケットシリンダ４２を操作するためのバケット操作レバー８２とを含む。
【００８３】
ホイールローダ１のオペレータは、シート７に座って、操作レバー８を操作する。本実施形態においては、ブーム操作レバー８１が前方に倒されると、ブーム３１が下降する。ブーム操作レバー８１が後方に倒されると、ブーム３１が上昇する。バケット操作レバー８２が前方に倒されると、バケット３２がダンプ動作する。バケット操作レバー８２が後方に倒されると、バケット３２がチルト動作する。
【００８４】
前後進切り替えスイッチ７３は、オペレータに操作されることにより、ホイールローダ１の前進と後進とを切り替える制御信号を生成する。前後進切り替えスイッチ７３が操作され、ホイールローダ１を前進させるための制御信号が生成されると、オペレータによるアクセルペダル７１の操作に応じてホイールローダ１は前進する。前後進切り替えスイッチ７３が操作され、ホイールローダ１を後進させるための制御信号が生成されると、オペレータによるアクセルペダル７１の操作に応じてホイールローダ１は後進する。ホイールローダ１の前進とは、作業機３が連結されている車体２の前部が進行方向前方を向くように走行装置５が走行することをいう。ホイールローダ１の前進とは、作業機３が連結されていない車体２の後部が進行方向前方を向くように走行装置５が走行することをいう。
【００８５】
また、ホイールローダ１の運転室６には、自動排土制御スイッチ８３と、リセットスイッチ８４と、ポジショナ設定スイッチ８５とが設けられる。本実施形態において、自動排土制御スイッチ８３及びリセットスイッチ８４は、バケット操作レバー８２に設けられる。自動排土制御スイッチ８３、リセットスイッチ８４、ポジショナ設定スイッチ８５は、ホイールローダ１のオペレータに操作される。なお、自動排土制御スイッチ８３、リセットスイッチ８４、及びポジショナ設定スイッチ８５は、シート７に座っているオペレータが操作可能な運転室６の任意の位置に設けられてもよい。
【００８６】
自動排土制御スイッチ８３は、オペレータに操作されることにより、自動排土制御を開始させる開始信号を生成する。開始信号が生成されることにより、自動排土制御が開始される。
【００８７】
リセットスイッチ８４は、オペレータに操作されることにより、排土作業が実施された回数を示す排土回数カウント値をリセットするリセット信号を生成する。
【００８８】
ポジショナ設定スイッチ８５は、オペレータに操作されることにより、ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓを設定するための設定信号を生成する。
【００８９】
［制御システム］
図１１は、本実施形態に係るホイールローダ１の制御システム１００の一例を示す図である。制御システム１００は、ホイールローダ１に搭載される。制御システム１００は、少なくとも作業機３を制御する。図１１に示すように、制御システム１００は、油路１１と、油圧ポンプ１２と、ブーム操作弁１３と、バケット操作弁１４と、電磁比例制御弁２０と、制御装置２００とを備える。
【００９０】
また、制御システム１００は、ブーム角度センサ４６と、バケット角度センサ４７と、ブームシリンダ圧力センサ４８と、車速センサ４９と、第１ポテンショメータ５１と、第２ポテンショメータ５２と、前後切り替えスイッチ７３と、自動排土制御スイッチ８３と、リセットスイッチ８４と、ポジショナ設定スイッチ８５と、モニタ装置６０とを備える。
【００９１】
また、制御システム１００は、動力発生源であるエンジン１６と、エンジン１６の動力を取り出すパワーテイクオフ（Power  Take  Off：ＰＴＯ）１７と、変速機１８とを備える。エンジン１６で発生した動力は、パワーテイクオフ１７を介して、油圧ポンプ１２及び変速機１８のそれぞれに供給される。
【００９２】
油圧ポンプ１２は、パワーテイクオフ１７を介してエンジン１６から供給された動力に基づいて駆動する。油圧ポンプ１２は、油路１１に作動油を吐出する。
【００９３】
変速機１８は、パワーテイクオフ１７を介してエンジンから供給された動力を車輪９に伝達する。車輪９は、パワーテイクオフ１７及び変速機１８を介してエンジン１６から供給された動力に基づいて回転する。車輪９が回転することにより、ホイールローダ１は走行する。
【００９４】
油路１１は、油圧ポンプ１２の吐出口と接続される。油圧ポンプ１２の吐出口から吐出された作動油は、油路１１を流れる。油路１１は、ブーム操作弁１３及びバケット操作弁１４のそれぞれと接続される。本実施形態において、ブーム操作弁１３及びバケット操作弁１４は、油圧パイロット方式の操作弁である。ブーム操作弁１３は、ブームシリンダ４１と接続される。バケット操作弁１４は、バケットシリンダ４２と接続される。
【００９５】
ブーム操作弁１３は、ブームシリンダ４１に供給される作動油を調整する。ブーム操作弁１３は、ブーム３１が上昇するようにブームシリンダ４１に作動油を供給する第１位置、ブーム３１が下降するようにブームシリンダ４１に作動油を供給する第２位置、及びブーム３１の位置が維持されるようにブームシリンダ４１に作動油を供給する第３位置のそれぞれに移動可能である。
【００９６】
バケット操作弁１４は、バケットシリンダ４２に供給される作動油を調整する。バケット操作弁１４は、バケット３２がチルト動作するようにバケットシリンダ４２に作動油を供給する第４位置、バケット３２がダンプ動作するようにバケットシリンダ４２に作動油を供給する第５位置、及びバケット３２の角度が維持されるようにバケットシリンダ４２に作動油を供給する第６位置のそれぞれに移動可能である。
【００９７】
ブーム操作弁１３のパイロット受圧部及びバケット操作弁１４のパイロット受圧部のそれぞれは、電磁比例制御弁２０を介して油圧ポンプ１２と接続される。油圧ポンプ１２は、電磁比例制御弁２０を介して、ブーム操作弁１３のパイロット受圧部及びバケット操作弁１４のパイロット受圧部のそれぞれにパイロット圧を付与する。
【００９８】
電磁比例制御弁２０は、ブーム下げ電磁比例制御弁２１、ブーム上げ電磁比例制御弁２２、バケットダンプ電磁比例制御弁２３、及びバケットチルト電磁比例制御弁２４を含む。
【００９９】
ブーム下げ電磁比例制御弁２１は、ソレノイド制御部２１Ｓを有する。ブーム下げ電磁比例制御弁２１は、ブーム操作弁１３の一方のパイロット受圧部に接続される。
【０１００】
ブーム上げ電磁比例制御弁２２は、ソレノイド制御部２２Ｓを有する。ブーム上げ電磁比例制御弁２２は、ブーム操作弁１３の他方のパイロット受圧部に接続される。
【０１０１】
バケットダンプ電磁比例制御弁２３は、ソレノイド制御部２３Ｓを有する。バケットダンプ電磁比例制御弁２３は、バケット操作弁１４の一方のパイロット受圧部に接続される。
【０１０２】
バケットチルト電磁比例制御弁２４は、ソレノイド制御部２４Ｓを有する。バケットチルト電磁比例制御弁２４は、バケット操作弁１４の他方のパイロット受圧部に接続される。
【０１０３】
ソレノイド制御部２１Ｓ、ソレノイド制御部２２Ｓ、ソレノイド制御部２３Ｓ、及びソレノイド制御部２４Ｓのそれぞれは、制御装置２００と接続される。制御装置２００は、ソレノイド制御部２１Ｓ、ソレノイド制御部２２Ｓ、ソレノイド制御部２３Ｓ、及びソレノイド制御部２４Ｓの少なくとも一つに制御信号を出力する。
【０１０４】
ブーム下げ電磁比例制御弁２１、ブーム上げ電磁比例制御弁２２、ブーム操作弁１３、及びブームシリンダ４１は、ブーム３１の先端部の上下方向の位置を変化させるブーム駆動部として機能する。バケットダンプ電磁比例制御弁２３、バケットチルト電磁比例制御弁２４、バケット操作弁１４、及びバケットシリンダ４２は、バケット回転軸ＡＸｂを支点としてバケット３２の角度を変化させるバケット駆動部として機能する。
【０１０５】
制御装置２００は、コンピュータシステムを含む。制御装置２００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなプロセッサを含む演算処理装置２００Ａと、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）のような揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）のような不揮発性メモリを含む記憶装置２００Ｂとを有する。演算処理装置２００Ａは、記憶装置２００Ｂに記憶されているコンピュータプログラム２００Ｃに従って演算処理を実施する。
【０１０６】
制御装置２００は、ブーム角度センサ４６、バケット角度センサ４７、ブームシリンダ圧力センサ４８、車速センサ４９、第１ポテンショメータ５１、第２ポテンショメータ５２、前後切り替えスイッチ７３、自動排土制御スイッチ８３、リセットスイッチ８４、ポジショナ設定スイッチ８５、及びモニタ装置６０と接続される。
【０１０７】
ブーム角度センサ４６の検出データ、バケット角度センサ４７の検出データ、ブームシリンダ圧力センサ４８の検出データ、及び車速センサ４９の検出データは、制御装置２００に出力される。
【０１０８】
第１ポテンショメータ５１は、ブーム操作レバー８１の操作量を検出する。第２ポテンショメータ５２は、バケット操作レバー８２の操作量を検出する。第１ポテンショメータ５１の検出データは、制御装置２００に出力される。第２ポテンショメータ５２の検出データは、制御装置２００に出力される。
【０１０９】
前後切り替えスイッチ７３が操作されることにより生成された制御信号、自動排土制御スイッチ８３が操作されることにより生成された開始信号、リセットスイッチ８４が操作されることにより生成されたリセット信号、及びポジショナ設定スイッチ８５が操作されることにより生成された設定信号は、制御装置２００に出力される。
【０１１０】
モニタ装置６０は、表示装置６１と入力装置６２とを含む。表示装置６１は、液晶ディスプレイ（Liquid  Crystal  Display：ＬＣＤ）又は有機ＥＬディスプレイ（Organic  Electroluminescence  Display：ＯＥＬＤ）のようなフラットパネルディスプレイを含む。入力装置６２は、スイッチボタン、コンピュータ用キーボード、マウス、及び表示装置６１の表示画面に設けられたタッチセンサの少なくとも一つを含む。制御装置２００は、表示装置６１に表示データを出力する。表示装置６１は、制御装置２００から出力された表示データを表示画面に表示する。入力装置６２は、ホイールローダ１のオペレータによって操作される。オペレータに操作されることにより、入力装置６２は、入力データを生成し、制御装置２００に出力する。
【０１１１】
第１ポテンショメータ５１は、オペレータにより操作されたブーム操作レバー８１の操作量を検出する。第１ポテンショメータ５１の検出データは、制御装置２００に出力される。制御装置２００は、第１ポテンショメータ５１の検出データに基づいて、ブーム下げ電磁比例制御弁２１のソレノイド制御部２１Ｓ及びブーム上げ電磁比例制御弁２２のソレノイド制御部２２Ｓの少なくとも一方にブームシリンダ４１を駆動させるための制御信号を出力する。ソレノイド制御部２１Ｓ及びソレノイド制御部２２Ｓの少なくとも一方に制御信号が出力されることにより、ブームシリンダ４１が伸縮する。ブームシリンダ４１が伸縮することにより、ブーム３１の先端部が上下方向に移動する。
【０１１２】
第２ポテンショメータ５２は、オペレータにより操作されたバケット操作レバー８２の操作量を検出する。第２ポテンショメータ５２の検出データは、制御装置２００に出力される。制御装置２００は、第２ポテンショメータ５２の検出データに基づいて、バケットダンプ電磁比例制御弁２３のソレノイド制御部２３Ｓ及びバケットチルト電磁比例制御弁２４のソレノイド制御部２４Ｓの少なくとも一方にバケットシリンダ４２を駆動させるための制御信号を出力する。ソレノイド制御部２３Ｓ及びソレノイド制御部２４Ｓの少なくとも一方に制御信号が出力されることにより、バケットシリンダ４２が伸縮する。バケットシリンダ４２が伸縮することにより、バケット３２がチルト動作又はダンプ動作する。
【０１１３】
［制御装置］
図１２は、本実施形態に係るホイールローダ１の制御装置２００の一例を示す機能ブロック図である。図１２に示すように、制御装置２００は、検出データ取得部２０１と、入力データ取得部２０２と、開始信号取得部２０３と、排土回数カウント部２０４と、リセット部２０５と、ブーム位置算出部２０６と、バケット姿勢算出部２０７と、判定部２０８と、目標値算出部２０９と、作業機制御部２１０と、表示制御部２１１と、記憶部２１２と、入出力部２１３とを有する。
【０１１４】
制御装置２００の入出力部２１３は、ブーム角度センサ４６、バケット角度センサ４７、ブームシリンダ圧力センサ４８、車速センサ４９、第１ポテンショメータ５１、第２ポテンショメータ５２、前後進切り替えスイッチ７３、自動排土制御スイッチ８３、リセットスイッチ８４、ポジショナ設定スイッチ８５、モニタ装置６０、及び電磁比例制御弁２０と接続される。
【０１１５】
検出データ取得部２０１は、ブーム角度センサ４６の検出データ、バケット角度センサ４７の検出データ、ブームシリンダ圧力センサ４８の検出データ、車速センサ４９の検出データ、第１ポテンショメータ５１の検出データ、及び第２ポテンショメータ５２の検出データを取得する。
【０１１６】
入力データ取得部２０２は、前後進切り替えスイッチ７３が操作されることにより生成された制御信号、及び入力装置６２が操作されることにより生成された入力データを取得する。
【０１１７】
開始信号取得部２０３は、操作装置の一種である自動排土制御スイッチ８３により生成された、自動排土制御の制御開始を指令する開始信号を取得する。
【０１１８】
排土回数カウント部２０４は、土砂ＳＲの排出対象である１つのベッセル５０１にバケット３２から土砂が排出される排土作業が実施される排土回数をカウントする。本実施形態において、排土回数カウント部２０４は、ブームシリンダ圧力センサ４８の検出データに基づいて、排土回数をカウントする。上述のように、ブームシリンダ圧力センサ４８は、バケット３２に収容される土砂の重量を検出する重量センサ及びバケット３２が空荷状態か積荷状態かを検知する積荷検知装置として機能する。排土回数カウント部２０４は、ブームシリンダ圧力センサ４８の検出データに基づいて、バケット３２が土砂を収容していない空荷状態であるか又はバケット３２が土砂を収容している積荷状態であるかを判定することができる。排土回数カウント部２０４は、ブームシリンダ圧力センサ４８の検出データに基づいて、バケット３２が積荷状態から空荷状態に変化したと判定したとき、１回の排土作業が実施されたと判定する。
【０１１９】
リセット部２０５は、リセットスイッチ８４が操作されることにより生成されたリセット信号を取得する。リセット部２０５は、リセット信号を取得したとき、排土回数カウント部２０４でカウントされた排土作業が実施された回数を示す排土回数カウント値をリセットする。
【０１２０】
ブーム位置算出部２０６は、ホイールローダ１の車体２に回転可能に支持されるブーム３１の位置を算出する。ブーム位置算出部２０６は、ブーム角度センサ４６の検出データと、記憶部２１２に記憶されている作業機データとに基づいて、ブーム３１の位置を算出する。ブーム３１の位置は、ブーム角度センサ４６の検出データと、記憶部２１２に記憶されている作業機データとに基づいて算出される、上下方向におけるブーム３１の先端部の位置を含む。
【０１２１】
作業機データは、例えば、ブーム３１の外形データ及び寸法データを含む。作業機データは、作業機３の諸元データから導出される既知データであり、記憶部２１２に記憶される。ブーム位置算出部２０６は、ブーム角度センサ４６の検出データと、記憶部２１２に記憶されている作業機データとに基づいて、上下方向におけるブーム３１の先端部の位置を算出することができる。
【０１２２】
バケット姿勢算出部２０７は、ブーム３１に回転可能に支持されるバケット３２の姿勢を算出する。バケット姿勢算出部２０６は、バケット角度センサ４７の検出データと、記憶部２１２に記憶されている作業機データとに基づいて、バケット３２の姿勢を算出する。バケット３２の姿勢は、バケット３２の姿勢の検出データに基づいて算出された検出角度であるバケット角度βを含む。本実施形態において、バケット３２の姿勢は、バケット角度センサ４７の検出データと、記憶部２１２に記憶されている作業機データとに基づいて算出され、バケット３２の検出角度であるバケット角度βを含む。また、バケット３２の姿勢は、基準線Ｌｒに対するバケット３２の底面３２Ｂの角度及び位置を含む。
【０１２３】
作業機データは、バケット３２の外形データ及び寸法データを含む。作業機データは、作業機３の諸元データから導出される既知データであり、記憶部２１２に記憶される。バケット姿勢算出部２０７は、バケット角度センサ４７の検出データと、記憶部２１２に記憶されている作業機データとに基づいて、バケット角度β及び上下方向におけるバケット３２の位置を算出することができる。
【０１２４】
判定部２０８は、バケット姿勢算出部２０７で算出されたバケット３２の姿勢と、ダンプ動作におけるバケット３２の基準角度とに基づいて、バケット３２の姿勢が所定条件を満足するか否かを判定する。バケット３２の基準角度は、バケット３２の基準となる姿勢である基準姿勢の角度を示す閾値Ａを含む。判定部２０８は、バケット３２の検出角度であるバケット角度βが閾値Ａ以下である条件を満足するか否かを判定する。
【０１２５】
目標値算出部２０９は、自動排土制御における目標値を算出する。本実施形態において、目標値算出部２０９は、ポジショナ設定スイッチ８５が操作されることにより生成された設定信号を取得する。目標値算出部２０９は、取得した設定信号に基づいて、ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓの目標位置を設定する。
【０１２６】
すなわち、本実施形態において、排土作業開始位置Ｚｓは、ポジショナ設定スイッチ８５の操作に基づいて設定される。例えば、ホイールローダ１のオペレータは、操作レバー８を操作して、ブーム３１の先端部を所望の位置に配置したときに、ポジショナ設定スイッチ８５を操作して、ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓをティーチングする。ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓのティーチングは、排土作業の開始前に予め実施されてもよい。ティーチングより設定されたブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓは、記憶部２１２に記憶される。
【０１２７】
なお、目標値算出部２０９は、記憶部２１２に記憶されているダンプトラック５００の外形データ及び寸法データに基づいて、ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓの目標位置を設定してもよい。例えば、ダンプトラック２の車高が高い場合、排土作業開始位置Ｚｓの目標位置は高い位置に設定される。ダンプトラック２の車高が低い場合、排土作業開始位置Ｚｓの目標位置は低い位置に設定される。また、目標値算出部２０９は、ダンプトラック５００の停車位置における地面の高さと、排土作業のためにダンプトラック５００に接近したホイールローダ１の位置における地面の高さとの関係に基づいて、ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓの目標位置を設定してもよい。この場合、既知の目標位置を記憶部２１２に記憶させておき、記憶部２１２に記憶されている目標位置を排土作業開始位置Ｚｓの目標位置として用いてもよいし、高さを検知するセンサによって求められた高さ位置を排土作業開始位置Ｚｓの目標位置として用いてもよい。
【０１２８】
作業機制御部２１０は、目標値算出部２０９で算出された目標値に従って、フィードバック制御のための制御信号を出力する。
【０１２９】
本実施形態において、作業機制御部２１０は、判定部２０８においてバケット３２の姿勢が所定条件を満足すると判定されたとき、バケット３２をダンプ動作させるとともに、バケットのダンプ動作の少なくとも一部と並行してブーム３１を上昇動作させる制御信号を出力する。
【０１３０】
本実施形態において、作業機制御部２１０は、判定部２０８においてバケット３２の姿勢が所定条件を満足しないと判定されたとき、バケット３２のダンプ動作において、ブーム３１の位置を維持する制御信号を出力する。
【０１３１】
本実施形態において、作業機制御部２１０は、バケット３２の検出角度であるバケット角度βがバケット３２の基準角度を示す閾値Ａ以下である条件を満足すると判定されたとき、バケット３２のダンプ動作の少なくとも一部と並行してブーム３１を上昇動作させる制御信号を出力する。作業機制御部２１０は、バケット３２の検出角度であるバケット角度βがバケット３２の基準角度を示す閾値Ａ以下である条件を満足しないと判定されたとき、バケット３２のダンプ動作において、上下方向のブーム３１の先端部の位置を維持する制御信号を出力する。
【０１３２】
作業機制御部２１０は、ブーム３１を排土作業開始位置Ｚｓに配置した後、バケット３２のダンプ動作を開始する。オペレータが自動排土制御スイッチ８３を操作することにより生成された開始信号が作業機制御部２１０に取得されることによって、バケット３のダンプ動作が実行される。バケット３２の１回のダンプ動作において、作業機制御部２１０は、検出角度であるバケット角度βが基準角度である閾値Ａよりも大きい、「バケット３２の第１回転区間」において、ブーム３１が排土作業開始位置Ｚｓに維持された状態でバケット３２がダンプ動作し、バケット角度βが閾値Ａ以下である、「バケット３２の第２回転区間」において、ブーム３１が上昇動作しながらバケット３２がダンプ動作するように、制御信号を出力する。
【０１３３】
すなわち、作業機制御部２１０は、バケット角度βが閾値Ａ以下のとき、作業機３が複合動作するように制御信号を出力し、バケットβが閾値Ａよりも大きいとき、作業機３が単独動作するように制御信号を出力する。
【０１３４】
また、作業機制御部２１０は、排土回数カウント部２０４でカウントされた排土回数に基づいて、ブーム３１の排土作業開始位置Ｚｓを変更する。本実施形態において、作業機制御部２１０は、排土回数が多いほど、ブーム３１の排土作業開始位置Ｚｓを高くする。
【０１３５】
また、作業機制御部２１０は、自動排土制御スイッチ８３の操作により生成された開始信号が取得され、バケット３２が積荷状態であり、ブーム角度センサ４６によって検出されるブーム３１の検出角度であるブーム角度αが閾値Ａ以上であると判定されたとき、自動排土制御のための制御信号の出力を開始する。
【０１３６】
また、作業機制御部２１０は、バケット３２が空荷状態であり、前後進切り替えスイッチ７３の操作により生成された制御信号が取得されホイールローダ１が後進していると判定されたとき、自動排土制御のための制御信号の出力を解除する。
【０１３７】
表示制御部２１１は、表示装置６１を制御する。表示制御部２１１は、表示装置６１に表示させるための表示データを生成して表示装置６１に出力する。
【０１３８】
［制御方法］
次に、本実施形態に係るホイールローダ１の制御方法について説明する。図１３及び図１４は、本実施形態に係るホイールローダ１の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【０１３９】
表示制御部２１１は、モニタ装置６０の表示装置６１に、自動排土制御を実施するか否かをオペレータに選択させるための表示データを表示させる（ステップＳ１０）。
【０１４０】
ホイールローダ１のオペレータは、表示装置６１の表示データを視認して、自動排土制御を実施するか否かを選択し、入力装置６２を操作する。入力装置６２が操作されることにより生成された入力データは、入力データ取得部２０２に取得される。
【０１４１】
判定部２０８は、入力データに基づいて、自動排土制御モードを有効にするか否かを判定する（ステップＳ２０）。
【０１４２】
ステップＳ２０において、自動排土制御モードを有効にすると判定された場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、表示制御部２１１は、自動排土制御モードが有効であることを示すインジケータを表示装置６１に表示させる（ステップＳ３０）。
【０１４３】
図１５は、本実施形態に係る表示装置６１に表示されるインジケータ６３の一例を示す図である。自動排土制御モードが有効である場合、表示制御部２１１は、図１５に示すような、自動排土制御モードが有効であることを示すインジケータ６３を表示装置６１に表示させる。なお、表示装置６１は、インジケータ６３の表示とともに、自動排土制御モードが有効であることを示す音声を出力してもよい。
【０１４４】
一方、ステップＳ２０において、自動排土制御モードを有効にしないと判定された場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）、表示制御部２１１は、表示装置６１において、自動排土制御モードが有効であることを示すインジケータを非表示にする（ステップＳ２４０）。
【０１４５】
オペレータは、操作レバー８を操作して、土砂ＳＲをバケット３２ですくう。オペレータは、自動排土制御の実施を希望する場合、自動排土制御スイッチ８３を操作する。自動排土制御スイッチ８３が操作されることにより生成された開始信号は、開始信号取得部２０３に出力される。
【０１４６】
判定部２０８は、自動排土制御スイッチ８３の操作により生成された開始信号を開始信号取得部２０３が取得したか否かを判定する（ステップＳ４０）。
【０１４７】
ステップＳ４０において、開始信号を取得したと判定された場合（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、リセット部２０５は、上下方向におけるブーム３１の先端部の目標位置を初期化する（ステップＳ５０）。
【０１４８】
目標値算出部２０９は、排土回数カウント部２０４でカウントされている排土回数に基づいて、排土作業開始時点におけるブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓの目標位置を設定する。第１回目の排土作業の場合、目標値算出部２０９は、ブーム３１の先端部の目標位置を排土作業開始位置Ｚｓ１に設定する。第２回目の排土作業の場合、目標値算出部２０９は、ブーム３１の先端部の目標位置を排土作業開始位置Ｚｓ１よりも高い排土作業開始位置Ｚｓ２に設定する。第３回目の排土作業の場合、目標値算出部２０９は、ブーム３１の先端部の目標位置を排土作業開始位置Ｚｓ２よりも高い排土作業開始位置Ｚｓ３に設定する。第４回目の排土作業の場合、目標値算出部２０９は、ブーム３１の先端部の目標位置を排土作業開始位置Ｚｓ３よりも高い排土作業開始位置Ｚｓ４に設定する。
【０１４９】
目標値算出部２０９は、排土作業開始位置Ｚｓの目標位置を設定する。上述のように、記憶部２１２には、ティーチングにより設定された排土作業開始位置Ｚｓを示す設定データが記憶されている。目標値算出部２０９は、記憶部２１２に記憶されている設定データに基づいて、ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓの目標位置を設定する。なお、目標値算出部２０９は、記憶部２１２に記憶されているダンプトラック５００の外形データ及び寸法データに基づいて、ブーム３１の先端部の排土作業開始位置Ｚｓの目標位置を設定してもよい。
【０１５０】
判定部２０８は、自動排土制御の終了条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ６０）。
【０１５１】
本実施形態において、ステップＳ２０において説明した自動排土制御モードが有効でないこと、バケット角度センサ４６の検出データを取得できないこと、ブーム角度センサ４７の検出データを取得できないこと、及びブームシリンダ圧力センサ４８の検出データを取得できないことの少なくとも一つの条件が満たされたとき、自動排土制御の終了条件が成立する。
【０１５２】
ステップＳ６０において、終了条件が成立していないと判定された場合（ステップＳ６０）：Ｎｏ）、判定部２０８は、バケット３２が積荷状態か否かを判定する（ステップＳ７０）。
【０１５３】
ブームシリンダ圧力センサ４８の検出データが検出データ取得部２０１に出力される。判定部２０８は、検出データ取得部２０１で取得されたブームシリンダ圧力センサ４８の検出データに基づいて、バケット３２が積荷状態か否かを判定する。
【０１５４】
ステップＳ７０において、バケット３２が積荷状態であると判定された場合（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、判定部２０８は、ブーム３１の位置が閾値Ｆ以上か否かを判定する（ステップＳ８０）。
【０１５５】
上述のように、ブーム３１の先端部の位置は、ブーム３１の検出角度であるブーム角度αと作業機データとに基づいて一義的に定められる。本実施形態においては、ブーム３１の検出角度であるブーム角度αが０［°］以上か否かが判定される。すなわち、本実施形態において、閾値Ｆは、ブーム角度αが０［°］のときのブーム３１の先端部の位置である。
【０１５６】
ブーム３１の検出角度であるブーム角度αは、ブーム角度センサ４６によって検出される。ブーム角度センサ４６の検出データは、検出データ取得部２０１に出力される。判定部２０８は、検出データ取得部２０１で取得されたブーム角度センサ４６の検出データに基づいて、ブーム角度αが０［°］以上か否かを判定する。なお、ブーム角度αについての閾値Ｆは、０［°］でなくてもよい。
【０１５７】
ステップＳ８０において、ブーム角度αが０［°］以上であると判定された場合（ステップＳ８０：Ｙｅｓ）、作業機制御部２１０は、自動排土制御を開始する。すなわち、作業機制御部２１０は、開始信号が取得され、バケット３２が積荷状態であり、ブーム３１の検出角度αが０［°］以上であると判定されたとき、自動排土制御のための制御信号の出力を開始する。
【０１５８】
表示制御部２１１は、自動排土制御が開始されたことを示すインジケータを表示装置６１に表示させる（ステップＳ９０）。
【０１５９】
図１６は、本実施形態に係る表示装置６０に表示されるインジケータ６４の一例を示す図である。自動排土制御が開始された場合、表示制御部２１１は、図１６に示すような、自動排土制御が実施されていることを示すインジケータ６４を表示装置６１に表示させる。
【０１６０】
判定部２０８は、バケット３２の検出角度であるバケット角度βが閾値Ａ以下か否かを判定する（ステップＳ１００）。
【０１６１】
なお、ステップＳ４０において、開始信号を取得してないと判定された場合（ステップＳ４０：Ｎｏ）、ステップＳ４０の処理に戻る。また、ステップＳ６０において、終了条件が成立していると判定された場合（ステップＳ６０：Ｙｅｓ）、ステップＳ７０において、バケット３２が積荷状態でないと判定された場合（ステップＳ７０：Ｎｏ）、及びステップＳ８０において、ブーム角度αが０［°］以上でないと判定された場合（ステップＳ８０：Ｎｏ）、ブーム３１の目標位置が初期化され、ブーム３１の現在位置に設定された後（ステップＳ２５０）、ステップＳ４０の処理に戻る。
【０１６２】
本実施形態において、ステップＳ１００の処理における閾値Ａは、排土作業においてバケット３２とベッセル５０１の土砂ＳＲとが接触する可能性が高いバケット角度βに設定される。本実施形態において、ステップＳ１００の処理における閾値Ａは、０［°］である。ステップＳ１００において、判定部２０８は、バケット角度βが０［°］以下か否かを判定する。なお、閾値Ａは、０［°］でなくてもよく、例えば−５［°］以上＋５［°］以下のバケット角度βの範囲で定められてもよい。
【０１６３】
ステップＳ１００において、バケット角度βが閾値Ａよりも大きいと判定された場合（ステップＳ１００：Ｎｏ）、目標値算出部２０９は、作業機３の単独動作におけるブーム３１の先端部の目標位置を算出する（ステップＳ１１０）。
【０１６４】
本実施形態において、目標値算出部２０９は、ブーム角度センサ４６で検出された現在のブーム角度αに基づいて算出される現在のブーム３１の先端部の位置を、ブーム３１の先端部の目標位置に設定する。目標値算出部２０９は、ブーム角度センサ４６の検出データより算出されたブーム３１の先端部の現在位置を、上下方向におけるブーム３１の先端部の目標位置に設定する。目標値算出部２０９は、ブーム角度センサ４６の検出データと、記憶部２１２に記憶されている既知データである作業機データとに基づいて、上下方向におけるブーム３１の先端部の現在位置を算出することができる。
【０１６５】
また、目標値算出部２０９は、作業機３の単独動作におけるバケット３２の目標角度及び目標位置を算出する（ステップＳ１２０）。
【０１６６】
目標値算出部２０９は、バケット角度センサ４７で検出された現在のバケット角度βから所定の角度指令値Ｂを減算することによって、バケット角度βの目標値を算出する。また、目標値算出部２０９は、バケット角度センサ４７の検出データに基づいて、現在のバケットシリンダ４２のストローク長を算出する。バケット角度βとバケットシリンダ４２のストローク長とは相関する。バケット角度βとバケットシリンダ４２のストローク長との相関データは既知データであり、記憶部２１２に記憶されている。目標値算出部２０９は、バケット角度センサ４７の検出データに基づいて、現在のバケットシリンダ４２のストローク長を算出することができる。目標値算出部２０９は、バケット角度βを目標値にするためのバケットシリンダ４２のストローク長の目標値を算出する。
【０１６７】
また、目標値算出部２０９は、バケット角度センサ４７の検出データに基づいて、上下方向における現在のバケット３２の位置を算出する。バケット角度βとバケット３２の位置とは相関する。バケット角度βとバケット３２の位置との相関データは既知データであり、記憶部２１２に記憶されている。目標値算出部２０９は、バケット角度センサ４７の検出データに基づいて、現在のバケット３２の位置を算出することができる。目標値算出部２０９は、バケット３２を目標位置にするためのバケットシリンダ４２のストローク長の目標値を算出する。
【０１６８】
すなわち、目標値算出部２０９は、作業機３の単独操作において、時間経過に伴ってバケットシリンダ４２のシリンダ長が徐々に短くなり、時間経過に伴ってバケット角度βが徐々に小さくなるように、バケットシリンダ４２のシリンダ長の目標値、及びバケット角度βの目標値を算出する。
【０１６９】
ステップＳ１００において、バケット角度βが閾値Ａ以下であると判定された場合（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、目標値算出部２０９は、作業機３の連動動作におけるブーム３１の目標位置を算出する（ステップＳ１３０）。
【０１７０】
本実施形態において、目標値算出部２０９は、ブーム角度センサ４６で検出された、時間経過に伴って変化する現在のブーム角度αに、所定の角度指令値Ｃを加算することによって、ブーム角度αの目標値を算出する。また、目標値算出部２０９は、ブーム角度センサ４６の検出データに基づいて、現在のブームシリンダ４１のストローク長を算出する。ブーム角度αとブームシリンダ４１のストローク長とは相関する。ブーム角度αとブームシリンダ４１のストローク長との相関データは既知データであり、記憶部２１２に記憶されている。目標値算出部２０９は、ブーム角度センサ４６の検出データに基づいて、現在のブームシリンダ４１のストローク長を算出することができる。目標値算出部２０９は、ブーム角度αを目標値にするためのブームシリンダ４１のストローク長の目標値を算出する。
【０１７１】
また、目標値算出部２０９は、ブーム角度センサ４６の検出データに基づいて、現在のブーム３１の先端部の位置を算出する。ブーム角度αとブーム３１の先端部の位置とは相関する。ブーム角度αとブーム３１の先端部の位置との相関データは既知データであり、記憶部２１２に記憶されている。目標値算出部２０９は、ブーム角度センサ４６の検出データに基づいて、現在のブーム３１の先端部の位置を算出することができる。目標値算出部２０９は、ブーム３１の先端部を目標位置にするためのブームシリンダ４１のストローク長の目標値を算出する。
【０１７２】
また、目標値算出部２０９は、作業機３の連動動作におけるバケット３２の目標角度及び目標位置を算出する（ステップＳ１４０）。
【０１７３】
本実施形態において、目標値算出部２０９は、バケット角度センサ４７で検出された現在のバケット角度βから所定の角度指令値Ｄを減算することによって、バケット角度βの目標値を算出する。角度指令値Ｄは、角度指令値Ｂとは異なる。また、目標値算出部２０９は、バケット角度センサ４７の検出データに基づいて、現在のバケットシリンダ４２のストローク長を算出する。バケット角度βとバケットシリンダ４２のストローク長とは相関する。バケット角度βとバケットシリンダ４２のストローク長との相関データは既知データであり、記憶部２１２に記憶されている。目標値算出部２０９は、バケット角度センサ４７の検出データに基づいて、現在のバケットシリンダ４２のストローク長を算出することができる。目標値算出部２０９は、バケット角度βを目標値にするためのバケットシリンダ４２のストローク長の目標値を算出する。
【０１７４】
また、目標値算出部２０９は、バケット角度センサ４７の検出データに基づいて、現在のバケット３２の位置を算出する。バケット角度βとバケット３２の位置とは相関する。バケット角度βとバケット３２の位置との相関データは既知データであり、記憶部２１１に記憶されている。目標値算出部２０９は、バケット角度センサ４７の検出データに基づいて、現在のバケット３２の位置を算出することができる。目標値算出部２０９は、バケット３２を目標位置にするためのバケットシリンダ４２のストローク長の目標値を算出する。
【０１７５】
すなわち、目標値算出部２０９は、作業機３の連動操作において、時間経過に伴ってバケットシリンダ４２のシリンダ長が徐々に短くなり、時間経過に伴ってバケット角度βが徐々に小さくなるように、バケットシリンダ４２のシリンダ長の目標値、及びバケット角度βの目標値を算出する。また、目標値算出部２０９は、作業機３の連動操作において、時間経過に伴ってブームシリンダ４１のシリンダ長が徐々に長くなり、時間経過に伴ってブーム角度αが徐々に大きくなり、ブーム３１の先端部の位置が徐々に高くなるように、ブームシリンダ４１のシリンダ長の目標値、ブーム角度αの目標値、及びブーム３１の先端部の位置の目標値を算出する。
【０１７６】
判定部２０８は、ブーム角度センサ４６の検出データに基づいて、ブームシリンダ４１が可動範囲の端部に到達し、ブーム３１の先端部が排土作業終了位置Ｚｅである最高位置に到達したか否かを判定する（ステップＳ１５０）。
【０１７７】
ステップＳ１５０において、ブーム３１の先端部が最高位置に到達したと判定された場合（ステップＳ１５０：Ｙｅｓ）、目標値算出部２０９は、ブーム３１の先端部の目標位置を算出する（ステップＳ１６０）。ブーム３１の先端部の目標位置は、ブーム角度センサ４６の検出データに基づいて規定されるブーム３１の先端部の現在位置に設定される。
【０１７８】
判定部２０８は、バケット角度センサ４７の検出データに基づいて、バケットシリンダ４２が可動範囲の端部に到達し、バケット３２がダンプ動作における可動範囲の下端部である最低位置に到達したか否かを判定する（ステップＳ１７０）。
【０１７９】
ステップＳ１７０において、バケット３２が最低位置に到達したと判定された場合（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、目標値算出部２０９は、バケット３２の目標位置を算出する（ステップＳ１８０）。バケット３２の目標位置は、バケット角度センサ４７の検出データに基づいて規定されるバケット３２の現在位置に設定される。
【０１８０】
作業機制御部２１０は、ブーム３１の目標位置とブーム３１の現在位置との偏差量を示すブーム偏差量を算出し、バケット３２の目標位置とバケット３２の現在位置との偏差量を示すバケット偏差量を算出する（ステップＳ１９０）。すなわち、作業機制御部２１０は、ブーム３１の目標位置に対するブーム角度αとブーム３１の現在位置に対するブーム角度αとを求め、それらの偏差角をブーム偏差角として算出する。また、作業機制御部２１０は、バケット３２の目標位置に対するバケット角度βとバケット３２の現在位置に対するバケット角度βとを求め、それらの偏差角に対応するバケットシリンダ４２のストローク量を換算してバケット偏差長として算出する。
【０１８１】
作業機制御部２１０は、算出されたブーム偏差量と、記憶部２１２に記憶されているブーム偏差角とブームシリンダ４１に供給される作動油の目標流量との関係を示す相関データとに基づいて、ブーム３１を目標位置に移動するためのブーム操作レバー８１の操作量を算出する。すなわち、作業機制御部２１０は、算出されたブーム偏差角に対する作動油の目標流量を、図１７に示す相関データから求め、目標流量に対応するブーム操作レバー８１の操作量を算出する。作業機制御部２１０は、算出されたブーム操作レバー８１の操作量に対応する制御信号を生成する（ステップＳ２００）。
【０１８２】
作業機制御部２１０は、算出されたバケット偏差量と、記憶部２１２に記憶されているバケット偏差長とバケットシリンダ４２に供給される作動油の目標流量との関係を示す相関データとに基づいて、バケット３２を目標位置に移動するためのバケット操作レバー８２の操作量を算出する。すなわち、作業機制御部２１０は、算出されたバケット偏差長に対する作動油の目標流量を、図１８に示す相関データから求め、目標流量に対応するバケット操作レバー８２の操作量を算出する。作業機制御部２１０は、算出されたバケット操作レバー８２の操作量に対応する制御信号を生成する（ステップＳ２１０）。
【０１８３】
図１７は、本実施形態に係る記憶部２１２に記憶されているブーム偏差角とブームシリンダ４１に供給される作動油の目標流量との関係を示す相関データの一例である。図１８は、本実施形態に係る記憶部２１２に記憶されているバケット偏差長とバケットシリンダ４２に供給される作動油の目標流量との関係を示す相関データの一例である。
【０１８４】
制御信号が生成された後、作業機制御部２１０は、ブームシリンダ４１及びバケットシリンダ４２を制御する制御信号を出力する（ステップＳ２２０）。
【０１８５】
判定部２０８は、ブームシリンダ圧力センサ４８の検出データ及び前後進切り替えスイッチ７３で生成された制御信号に基づいて、バケット３２が空荷状態であり、ホイールローダ１が後進しているか否かを判定する（ステップＳ２３０）。
【０１８６】
ステップＳ２３０において、バケット３２が空荷状態であり、ホイールローダ１が後進状態していると判定されない場合（ステップＳ２３０：Ｎｏ），ステップＳ６０に戻り、上述のステップの処理が継続される。
【０１８７】
ステップＳ２３０において、バケット３２が空荷状態であり、ホイールローダ１が後進していると判定された場合（ステップＳ２３０：Ｙｅｓ），１回の排土作業が終了する。
【０１８８】
なお、ステップＳ１５０において、ブーム３１の先端部が最高位置に到達していないと判定された場合（ステップＳ１５０：Ｎｏ）、ステップＳ１６０の処理が実施されずに、ステップＳ１７０の処理が実施される。ステップＳ１７０において、バケット３２が最低位置に到達していない判定された場合（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、ステップＳ１８０の処理が実施されずに、ステップＳ１９０の処理が実施される。
【０１８９】
上述のステップＳ６０からステップＳ２３０の処理は、所定のサンプリング周期で実施される。
【０１９０】
なお、本実施形態において、自動排土制御に基づいて、バケット３２のダンプ動作と並行してブーム３１が上昇動作しているときに、オペレータによりブーム操作レバー８１が前方に操作されたとき、自動排土制御が終了し、ブーム３１の上昇動作は停止する。
【０１９１】
［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、ホイールローダ１の車体２に回転可能に支持されるブーム３１の位置が算出され、ブーム３１に回転可能に支持されるバケット３２の姿勢が算出され、算出されたバケット３２の姿勢とダンプ動作におけるバケット３２の基準姿勢とに基づいて、算出されたバケット３２の姿勢が所定条件を満足するか否かが判定され、バケット３２をダンプ動作させ、算出されたバケット３２の姿勢が所定条件を満足すると判定されたとき、ブーム３１を上昇動作させる自動排土制御が実行される。
【０１９２】
これにより、ホイールローダ１は、ベッセル５０１における土砂ＳＲの高さに応じて円滑な排土作業を実施することができる。したがって、バケット３２から土砂ＳＲを排出する排土作業が円滑に実施される。
【０１９３】
以上、本実施形態を説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【０１９４】
１…ホイールローダ（積込機械）、２…車体、３…作業機、４…油圧シリンダ、５…走行装置、６…運転室、７…シート、８…操作レバー、９…車輪、９Ｆ…前輪、９Ｒ…後輪、１０…タイヤ、１０Ｆ…前タイヤ、１０Ｒ…後タイヤ、１１…油路、１２…油圧ポンプ、１３…ブーム操作弁、１４…バケット操作弁、１６…エンジン、１７…パワーテイクオフ、１８…変速機、２０…電磁比例制御弁、２１…ブーム下げ電磁比例制御弁、２１Ｓ…ソレノイド制御部、２２…ブーム上げ電磁比例制御弁、２２Ｓ…ソレノイド制御部、２３…バケットダンプ電磁比例制御弁、２３Ｓ…ソレノイド制御部、２４…バケットチルト電磁比例制御弁、２４Ｓ…ソレノイド制御部、３１…ブーム、３１Ｂ…ブラケット、３１Ｐ…連結ピン、３１Ｑ…連結ピン、３２…バケット、３２Ｂ…底面、３２Ｍ…開口部、３２Ｐ…連結ピン、３２Ｑ…連結ピン、３２Ｔ…刃、３３…ベルクランク、３３Ｐ…連結ピン、３３Ｑ…連結ピン、３３Ｒ…連結ピン、３４…バケットリンク、３５…支持部材、４１…ブームシリンダ、４１Ｐ…連結ピン、４１Ｑ…連結ピン、４２…バケットシリンダ、４２Ｐ…連結ピン、４６…ブーム角度センサ、４７…バケット角度センサ、４８…ブームシリンダ圧力センサ、４９…車速センサ、５１…第１ポテンショメータ、５２…第２ポテンショメータ、６０…モニタ装置、６１…表示装置、６２…入力装置、６３…インジケータ、７０…ステアリングレバー、７１…アクセルペダル、７２Ｒ…右ブレーキペダル、７２Ｌ…左ブレーキペダル、７３…前後進切り替えスイッチ、８１…ブーム操作レバー、８２…バケット操作レバー、８３…自動排土制御スイッチ、８４…リセットスイッチ、８５…ポジショナ設定スイッチ、１００…制御システム、２００…制御装置、２００Ａ…演算処理装置、２００Ｂ…記憶装置、２００Ｃ…コンピュータプログラム、２０１…検出データ取得部、２０２…入力データ取得部、２０３…開始信号取得部、２０４…排土回数カウント部、２０５…リセット部、２０６…ブーム位置算出部、２０７…バケット姿勢算出部、２０８…判定部、２０９…目標値算出部、２１０…作業機制御部、２１１…表示制御部、２１２…記憶部、２１３…入出力部、５００…ダンプトラック、５０１…ベッセル、ＡＸａ…ブーム回転軸、ＡＸｂ…バケット回転軸、ＡＸｃ…ベルクランク回転軸、ＧＲ…地面、Ｌａ…直線、Ｌｂ…直線、Ｌｒ…基準線、ＳＲ…土砂、Ｚｅ…排土作業終了位置、Ｚｅ１…排土作業終了位置、Ｚｅ２…排土作業終了位置、Ｚｅ３…排土作業終了位置、Ｚｅ４…排土作業終了位置、Ｚｍ…位置、Ｚｓ…排土作業開始位置、Ｚｓａ…位置、Ｚｓｂ…位置、Ｚｓ１…排土作業開始位置、Ｚｓ２…排土作業開始位置、Ｚｓ３…排土作業開始位置、Ｚｓ４…排土作業開始位置。
【図１】
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【図２】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月25日(2017.8.25)
【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】
積込機械の車体に回転可能に支持されるブームの位置を算出するブーム位置算出部と、
前記ブームに回転可能に支持されるバケットの姿勢を算出するバケット姿勢算出部と、
前記姿勢とダンプ動作における前記バケットの基準姿勢とに基づいて、前記姿勢が所定条件を満足するか否かを判定する判定部と、
前記バケットをダンプ動作させ、前記姿勢が前記所定条件を満足すると判定されたとき、前記ブームを上昇動作させる制御信号を出力する作業機制御部と、
を備える積込機械の制御システム。
【請求項２】
前記姿勢が前記所定条件を満足しないと判定されたとき、前記作業機制御部は、前記バケットのダンプ動作において、前記ブームの位置を維持する制御信号を出力する、
請求項１に記載の積込機械の制御システム。
【請求項３】
前記姿勢は、前記バケットの姿勢の検出データに基づいて算出された角度である検出角度を含み、
前記基準姿勢は、前記バケットの基準となる角度である基準角度を含み、
前記作業機制御部は、前記ブームを排土作業開始位置に配置した後、前記バケットのダンプ動作を開始し、
前記検出角度が前記基準角度よりも大きい前記バケットの第１回転区間において、前記ブームが前記排土作業開始位置に維持された状態で前記バケットがダンプ動作し、
前記検出角度が前記基準角度以下の前記バケットの第２回転区間において、前記ブームが上昇動作しながら前記バケットがダンプ動作する、
請求項１又は２に記載の積込機械の制御システム。
【請求項４】
１つの排出対象に前記バケットから土砂が排出される排土作業が実施される排土回数をカウントする排土回数カウント部を備え、
前記作業機制御部は、前記排土回数に基づいて、前記ブームの排土作業開始位置を変更する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の積込機械の制御システム。
【請求項５】
前記作業機制御部は、前記排土回数が多いほど、前記ブームの排土作業開始位置を高くする、
請求項４に記載の積込機械の制御システム。
【請求項６】
前記バケットが空荷状態か積荷状態かを検知する積荷検知装置と、
操作装置により生成された前記ダンプ動作の制御開始を指令する開始信号を取得する開始信号取得部と、を備え、
前記作業機制御部は、前記開始信号が取得され、前記積荷検知装置が前記バケットは積荷状態であることを検知し、前記ブームの検出角度が閾値以上であると判定されたとき、前記制御信号の出力を開始する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の積込機械の制御システム。
【請求項７】
前記作業機制御部は、前記積荷検知装置が前記バケットは空荷状態であること検知し、前記積込機械が後進していると判定されたとき、前記制御信号の出力を解除する、
請求項６に記載の積込機械の制御システム。
【請求項８】
ブームに回転可能に支持されるバケットのダンプ動作において、前記バケットの姿勢を算出することと、
前記姿勢が所定条件を満足したとき、前記ブームを上昇動作させることと、
を含む積込機械の制御方法。
【請求項９】
１つの排出対象に前記バケットから土砂が排出される排土作業が実施される排土回数をカウントすることと、
前記排土回数に基づいて、前記ブームの排土作業開始位置を変更することと、
を含む請求項８に記載の積込機械の制御方法。
【国際調査報告】
2017126182.tif 000021
2017126182.tif 000022
2017126182.tif 000023
2017126182.tif 000024