【手続補正書】
【提出日】令和1年6月11日(2019.6.11)
【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】
作業機を有する作業車両の制御システムであって、
前記作業機の第１操作レバーと、
前記第１操作レバーに設けられた第１操作部材と、
前記作業機の自動制御を行うコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記第１操作レバーが操作されていないことを含む実行条件が満たされているときに、前記第１操作部材の操作に応じて、前記第１操作部材に割り当てられた前記自動制御の機能を実行する、
作業車両の制御システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記自動制御において、作業対象の目標形状を表す設計地形に基づいて前記作業機を制御する、
請求項１に記載の作業車両の制御システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記実行条件が満たされているときに、前記第１操作部材の操作に応じて前記設計地形の位置を変更する、
請求項２に記載の作業車両の制御システム。
【請求項４】
前記第１操作部材は、前記自動制御の第１の機能を実行させるための操作部材であり、
前記自動制御の前記第１の機能と異なる第２の機能を実行させるための第２操作部材をさらに備える、
請求項１から３のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記実行条件が満たされているときに、前記第２操作部材の操作に応じて前記自動制御を有効化、又は、無効化する、
請求項４に記載の作業車両の制御システム。
【請求項６】
前記第１操作部材と前記第２操作部材とは、共に前記第１操作レバーに設けられ、
前記コントローラは、前記実行条件が満たされているときに、前記第１操作部材の操作に応じて前記第１の機能を実行し、前記実行条件が満たされているときに、前記第２操作部材の操作に応じて前記第２の機能を実行する、
請求項４に記載の作業車両の制御システム。
【請求項７】
前記第２操作部材が設けられる第２操作レバーをさらに備える、
請求項４に記載の作業車両の制御システム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記第１操作レバーが操作されていないことを含む第１の実行条件が満たされているときに前記第１操作部材の操作に応じて前記第１の機能を実行し、前記第２操作レバーが操作されていないことを含む第２の実行条件が満たされているときに前記第２操作部材の操作に応じて前記第２の機能を実行する、
請求項７に記載の作業車両の制御システム。
【請求項９】
前記実行条件は、前記第１操作レバーが操作されていないこと、及び、前記第２操作レバーが操作されていないことを含み、
前記コントローラは、前記実行条件が満たされているときに前記第１操作部材の操作に応じて前記第１の機能を実行し、前記実行条件が満たされたときに前記第２操作部材の操作に応じて前記第２の機能を実行する、
請求項７に記載の作業車両の制御システム。
【請求項１０】
前記第１操作レバーに設けられた第３操作部材をさらに備え、
前記実行条件は、前記第３操作部材が操作されていることをさらに含む、
請求項１から９のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記第１操作レバーが操作されていないこと、及び、前記第３操作部材が操作されていないことを含む第１の実行条件が満たされているときに、前記第１操作部材の操作に応じて前記自動制御の第１の機能を実行し、前記第１操作レバーが操作されていないこと、及び、前記第３操作部材が操作されていることを含む第３の実行条件が満たされているときには、前記第１操作部材の操作に応じて前記第１の機能と異なる第３の機能を実行する、
請求項１０に記載の作業車両の制御システム。
【請求項１２】
作業機を有する作業車両の制御方法であって、
前記第１操作レバーに設けられた第１操作部材の操作を示す操作信号を受信するステップと、
前記第１操作レバーが操作されていないことを含む実行条件が満たされているか否かを判定するステップと、
前記実行条件が満たされているときに、前記第１操作部材の操作に応じて前記第１操作部材に割り当てられた前記作業機の自動制御の機能を実行するステップと、
を備える作業車両の制御方法。
【請求項１３】
作業機と、
前記作業機の第１操作レバーと、
前記第１操作レバーに設けられたた第１操作部材と、
前記作業機の自動制御を行うコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記第１操作レバーが操作されていないことを含む実行条件が満たされているときに、前記第１操作部材の操作に応じて前記第１操作部材に割り当てられた前記自動制御の機能を実行する、
作業車両。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業車両の制御システムには、作業機の自動制御を行うものがある。例えば、特許文献１の油圧ショベルでは、作業機のバケットが、予め設定された設計地形を超えないように作業機が制御される。
【０００３】
また、作業車両の制御システムには、自動制御の機能を操作するための操作部材が設けられている。例えば上述した油圧ショベルでは、設計地形の位置を変更するための操作部材が設けられており、操作部材は、作業機の操作レバーの後方に配置されたコンソールボックスに設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８６９７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した油圧ショベルのように、自動制御の操作部材がコンソールボックスに設けられている場合、作業車両のオペレータは、作業機の操作レバーから手を離して操作部材を操作する必要がある。そのため、操作部材を操作するための動作が多くなり、煩雑である。
【０００６】
本発明の課題は、自動制御の機能を容易に操作することができる作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様に係る作業車両の制御システムは、作業機の第１操作レバーと、第１操作部材と、コントローラとを備える。第１操作部材は、第１操作レバーに設けられる。コントローラは、作業機の自動制御を行う。コントローラは、第１操作レバーが操作されていないことを含む実行条件が満たされているときに、第１操作部材の操作に応じて第１操作部材に割り当てられた自動制御の機能を実行する。
【０００８】
本態様に係る作業車両の制御システムでは、第１操作部材が第１操作レバーに設けられている。そのため、オペレータは、第１操作レバーを握ったまま、第１操作部材を操作することができる。これにより、自動制御の機能を容易に操作することができる。
【０００９】
また、第１操作部材が第１操作レバーに設けられる場合、第１操作部材の操作中に、誤操作により第１操作レバーが動くことが懸念される。その場合、第１操作部材に割り当てられた自動制御の機能の実行と、第１操作レバーによる作業機の動作とが同時に行われることにより、オペレータが意図しない作業機の動作が起きる可能性がある。そのような意図しない動作が起きると、自動制御による品質の良い施工を行うことが困難になる。
【００１０】
そこで、本態様に係る作業車両の制御システムでは、第１操作レバーが操作されていないことを含む実行条件が満たされているときに、第１操作部材の操作に応じて第１操作部材に割り当てられた自動制御の機能が実行される。そのため、第１操作部材の操作中に第１操作レバーが動いたとしても、第１操作部材に割り当てられた自動制御の機能の実行と、第１操作レバーによる作業機の動作とが同時に行われることを防止することができる。それにより、誤操作による意図しない作業機の動作を防止することができ、自動制御による品質の良い施工を行うことができる。
【００１１】
コントローラは、自動制御において、作業対象の目標形状を表す設計地形に基づいて作業機を制御してもよい。この場合、自動制御によって設計地形に従った品質の良い施工を行うことができる。
【００１２】
コントローラは、実行条件が満たされているときに、第１操作部材の操作に応じて設計地形の位置を変更してもよい。この場合、オペレータは、第１操作部材を操作することで、第１操作レバーを握ったまま、容易に設計地形の位置を変更することができる。また、第１操作部材によって設計地形の位置を変更しようとしているときに、誤操作によって第１操作レバーが動いても、設計地形の位置の変更は実行されない。或いは、第１操作レバーの操作中に、誤って第１操作部材が操作されても、設計地形の位置の変更は実行されない。そのため、作業機が設計地形を超えて地面を掘り込んでしまうことを抑えることができる。
【００１３】
第１操作部材は、自動制御の第１の機能を実行させるための操作部材であってもよい。作業車両の制御システムは、自動制御の第２の機能を実行させるための第２操作部材をさらに備えてもよい。第２の機能は、第１の機能と異なってもよい。この場合、オペレータは第１、第２操作部材によって、自動制御の複数の機能の実行を操作することができる。
【００１４】
コントローラは、実行条件が満たされているときに、第２操作部材の操作に応じて自動制御を有効化、又は、無効化してもよい。この場合、オペレータは、第２操作部材を操作することで、第１操作レバーを握ったまま、自動制御を有効化、又は、無効化することができる。
【００１５】
第１操作部材と第２操作部材とは、共に第１操作レバーに設けられてもよい。コントローラは、実行条件が満たされているときに第１操作部材の操作に応じて第１の機能を実行してもよい。コントローラは、実行条件が満たされているときに第２操作部材の操作に応じて第２の機能を実行してもよい。
【００１６】
この場合、オペレータは、第１操作レバーを握ったまま、第１操作部材と第２操作部材とを容易に操作することができる。また、第１操作レバーが操作されているときには、第１操作部材が操作されても第１の機能は実行されず、第２操作部材が操作されても第２の機能は実行されない。そのため、誤操作による意図しない作業機の動作を防止することができ、自動制御による品質の良い施工を行うことができる。
【００１７】
作業車両の制御システムは、第２操作レバーをさらに備えてもよい。第１操作部材が第１操作レバーに設けられ、第２操作レバーに第２操作部材が設けられてもよい。この場合、オペレータは、第１操作レバーを握ったまま、第１操作部材を容易に操作することができる。また、オペレータは、第２操作レバーを握ったまま、第２操作部材を容易に操作することができる。
【００１８】
コントローラは、第１操作レバーが操作されていないことを含む第１の実行条件が満たされているときに第１操作部材の操作に応じて第１の機能を実行してもよい。コントローラは、第２操作レバーが操作されていないことを含む第２の実行条件が満たされているときに第２操作部材の操作に応じて第２の機能を実行してもよい。
【００１９】
この場合、第１操作レバーが操作されているときには、第１操作部材が操作されても、第１の機能は実行されない。また、第２操作レバーが操作されているときには、第２操作部材が操作されても、第２の機能は実行されない。そのため、誤操作による意図しない作業機の動作を防止することができ、自動制御による品質の良い施工を行うことができる。
【００２０】
実行条件は、第１操作レバーが操作されていないこと、及び、第２操作レバーが操作されていないことを含んでもよい。コントローラは、実行条件が満たされているときに第１操作部材の操作に応じて第１の機能を実行してもよい。コントローラは、実行条件が満たされているときに第２操作部材の操作に応じて第２の機能を実行してもよい。
【００２１】
この場合、第１操作レバーと第２操作レバーとの少なくとも一方が操作されているときには、第１操作部材が操作されても、第１の機能は実行されない。また、第１操作レバーと第２操作レバーとの少なくとも一方が操作されているときには、第２操作部材が操作されても、第２の機能は実行されない。そのため、誤操作による意図しない作業機の動作を防止することができ、自動制御による品質の良い施工を行うことができる。
【００２２】
作業車両の制御システムは、第１操作レバーに設けられた第３操作部材をさらに備えてもよい。実行条件は、第３操作部材が操作されていることをさらに含んでもよい。この場合、第１操作レバーが操作されておらず、且つ、第３操作部材が操作されている状態で、第１操作部材が操作されることによって、第１操作部材に割り当てられた自動制御の機能が実行される。そのため、誤操作による意図しない作業機の動作をさらに精度良く防止することができる。
【００２３】
コントローラは、第１の実行条件が満たされているときに、第１操作部材の操作に応じて自動制御の第１の機能を実行してもよい。第１の実行条件は、第１操作レバーが操作されていないこと、及び、第３操作部材が操作されていないことを含んでもよい。コントローラは、第３の実行条件が満たされているときには、第１操作部材の操作に応じて第１の機能と異なる第３の機能を実行してもよい。第３の実行条件は、第１操作レバーが操作されていないこと、及び、第３操作部材が操作されていることを含む。
【００２４】
この場合、第３操作部材の操作の有無に応じて、第１操作部材によって、第１機能と第２機能とを実行させることができる。これにより、少ない操作部材によって多くの機能を操作することができる。
【００２５】
第２の態様に係る作業車両の制御方法は以下のステップを備える。第１ステップでは、第１操作レバーに設けられた第１操作部材の操作を示す操作信号を受信する。第２ステップでは、第１操作レバーが操作されていないことを含む実行条件が満たされているか否かを判定する。第３ステップでは、上記の実行条件が満たされているときに、第１操作部材の操作に応じて第１操作部材に割り当てられた作業機の自動制御の機能を実行する。
【００２６】
本態様に係る作業車両の制御方法では、第１操作レバーに設けられた第１操作部材に、作業機の自動制御の機能が割り当てられている。そのため、オペレータは、第１操作レバーを握ったまま、第１操作部材を操作することができる。これにより、自動制御の機能を容易に操作することができる。
【００２７】
また、第１操作部材の操作中に第１操作レバーが動いたとしても、第１操作部材に割り当てられた自動制御の機能は実行されない。そのため、自動制御の機能の実行と、第１操作レバーによる作業機の動作とが同時に行われることを防止することができる。それにより、誤操作による意図しない作業機の動作を防止することができ、自動制御による品質の良い施工を行うことができる。
【００２８】
第３の態様に係る作業車両は、作業機と、作業機の第１操作レバーと、第１操作部材と、コントローラとを備える。第１操作部材は、第１操作レバーに設けられている。コントローラは、作業機の自動制御を行う。コントローラは、第１操作レバーが操作されていないことを含む実行条件が満たされているときに、第１操作部材の操作に応じて第１操作部材に割り当てられた自動制御の機能を実行する。
【００２９】
本態様に係る作業車両では、第１操作部材が第１操作レバーに設けられている。そのため、オペレータは、第１操作レバーを握ったまま、第１操作部材を操作することができる。これにより、自動制御の機能を容易に操作することができる。
【００３０】
また、第１操作部材の操作中に第１操作レバーが動いたとしても、第１操作部材に割り当てられた自動制御の機能は実行されない。そのため、自動制御の機能の実行と、第１操作レバーによる作業機の動作とが同時に行われることが防止される。それにより、誤操作による意図しない作業機の動作を防止することができ、自動制御による品質の良い施工を行うことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明よれば、自動制御の機能を容易に操作することができると共に、誤操作による意図しない作業機の動作を防止することができ、自動制御による品質の良い施工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態に係る作業車両の斜視図である。
【図２】作業車両の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図３】作業車両の構成を模式的に示す側面図である。
【図４】設計地形の一例を示す模式図である。
【図５】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図６】作業機と設計面との間の距離を示す模式図である。
【図７】整地制御での作業機の速度制御を示す図である。
【図８】案内画面の一例を示す図である。
【図９】第１操作レバーを示す図である。
【図１０】第２操作レバーを示す図である。
【図１１】操作部材の操作時の案内画面の一例を示す図である。
【図１２】操作部材の操作時の案内画面の一例を示す図である。
【図１３】操作部材の操作時の案内画面の一例を示す図である。
【図１４】操作部材の操作時の案内画面の一例を示す図である。
【図１５】操作部材の操作時の処理を示すフローチャートである。
【図１６】角度保持制御時の作業機の動作を示す図である。
【図１７】操作部材の操作時の案内画面の一例を示す図である。
【図１８】操作部材の操作時の案内画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る作業車両１００の斜視図である。本実施形態において、作業車両１００は油圧ショベルである。作業車両１００は、車両本体１と、作業機２とを有する。
【００３４】
車両本体１は、旋回体３と走行装置５とを有する。旋回体３は、後述するエンジン及び油圧ポンプなどを収容している。旋回体３には運転室４が載置されている。走行装置５は履帯５ａ，５ｂを有しており、履帯５ａ，５ｂが回転することにより作業車両１００が走行する。
【００３５】
作業機２は、車両本体１に取り付けられている。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、を有する。ブーム６の基端部は、車両本体１の前部に動作可能に取り付けられている。アーム７の基端部は、ブーム６の先端部に動作可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケット８が動作可能に取り付けられている。
【００３６】
なお、バケット８は、作業具の一例である。バケット８以外の作業具がアーム７の先端部に取り付けられてもよい。
【００３７】
作業機２は、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２と、を有する。ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。
【００３８】
図２は、作業車両１００の駆動系２００と制御システム３００との構成を示すブロック図である。図２に示すように、駆動系２００は、エンジン２１と、油圧ポンプ２２，２３とを備える。
【００３９】
油圧ポンプ２２，２３は、エンジン２１によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２２，２３から吐出された作動油は、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とに供給される。また、作業車両１００は、旋回モータ２４を備える。旋回モータ２４は、油圧モータであり、油圧ポンプ２２，２３から吐出された作動油によって駆動される。旋回モータ２４は、旋回体３を旋回させる。
【００４０】
なお、図２では、２つの油圧ポンプ２２，２３が図示されているが、１つの油圧ポンプのみが設けられてもよい。旋回モータ２４は、油圧モータに限らず、電気モータであってもよい。
【００４１】
制御システム３００は、操作装置２５と、コントローラ２６と、制御弁２７とを備える。操作装置２５は、作業機２を操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２を駆動するためのオペレータによる操作を受け付け、操作量に応じた位置信号を出力する。操作装置２５は、第１操作レバー２８と第２操作レバー２９とを有する。
【００４２】
第１操作レバー２８は、前後左右の４方向に操作可能に設けられている。第１操作レバー２８の４つの操作方向のうち２つが、ブーム６の上げ操作と下げ操作とに割り当てられている。第１操作レバー２８の残りの２つの操作方向が、バケット８の上げ操作と下げ操作とに割り当てられている。
【００４３】
第２操作レバー２９は、前後左右の４方向に操作可能に設けられている。第２操作レバー２９の４つの操作方向のうち２つが、アーム７の上げ操作（アームダンプ操作）と下げ操作（アーム掘削操作）とに割り当てられている。第２操作レバー２９の残りの２つの操作方向が、旋回体３の右旋回操作と左旋回操作とに割り当てられている。
【００４４】
なお、第１操作レバー２８と第２操作レバー２９とに割り当てられる操作内容は、上記のものに限らず、変更されてもよい。
【００４５】
操作装置２５は、ブーム操作部３１とバケット操作部３２とを有する。ブーム操作部３１は、ブーム６を操作するための第１操作レバー２８の操作量（以下、「ブーム操作量」と呼ぶ）に応じた位置信号を出力する。バケット操作部３２は、バケット８を操作するための第１操作レバー２８の操作量（以下、「バケット操作量」と呼ぶ）に応じた位置信号を出力する。
【００４６】
操作装置２５は、アーム操作部３３と旋回操作部３４とを有する。アーム操作部３３は、アーム７を操作するための第２操作レバー２９の操作量（以下、「アーム操作量」と呼ぶ）に応じた位置信号を出力する。旋回操作部３４は、旋回体３の旋回を操作するための第２操作レバー２９の操作量に応じた位置信号を出力する。各操作部３１−３４からの位置信号は、コントローラ２６に入力される。
【００４７】
コントローラ２６は、取得した情報に基づいて作業車両１００を制御するようにプログラムされている。コントローラ２６は、記憶部３８と演算部３５とを有する。記憶部３８は、例えばＲＡＭ及びＲＯＭなどのメモリーと、補助記憶装置とから構成される。演算部３５は、例えばＣＰＵ等の処理装置によって構成される。コントローラ２６は、ブーム操作部３１、アーム操作部３３、バケット操作部３２、及び、旋回操作部３４からの位置信号を取得する。コントローラ２６は、これらの位置信号に基づいて、制御弁２７を制御する。
【００４８】
制御弁２７は、電磁比例制御弁であり、コントローラ２６からの指令信号によって制御される。制御弁２７は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、及び旋回モータ２４などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ２２，２３との間に配置される。制御弁２７は、油圧ポンプ２２，２３からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、及び、旋回モータ２４に供給される作動油の流量を制御する。
【００４９】
コントローラ２６は、上述した各操作レバー２８，２９の操作量に応じた速度で作業機２が動作するように、制御弁２７への指令信号を制御する。これにより、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、及び旋回モータ２４などの出力が、各操作レバー２８，２９の操作量に応じて、制御される。
【００５０】
なお、制御弁２７は、圧力比例制御弁であってもよい。その場合、ブーム操作部３１とバケット操作部３２とアーム操作部３３と旋回操作部３４からは、各操作部材の操作量に応じたパイロット圧が出力され、制御弁２７に入力される。制御弁２７は、入力されたパイロット圧に応じて、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、及び、旋回モータ２４に供給される作動油の流量を制御する。この場合、各操作部３１−３４からの位置信号は、各操作部３１−３４から出力されるパイロット圧を示す信号であってもよい。
【００５１】
制御システム３００は、第１ストロークセンサ１６と第２ストロークセンサ１７と第３ストロークセンサ１８とを有する。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さ（以下、「ブームシリンダ長」という。）を検出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さ（以下、「アームシリンダ長」という。）を検出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さ（以下、「バケットシリンダ長」という。）を検出する。ストロークの計測には角度センサ等を用いてもよい。
【００５２】
制御システム３００は、傾斜角度センサ１９を備える。傾斜角度センサ１９は、旋回体３に配置される。傾斜角度センサ１９は、旋回体３の車両前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）、および車両横方向の水平に対する角度（ロール角）を検出する。
【００５３】
これらのセンサ１６−１９は、検出信号をコントローラ２６に送る。なお、旋回角度は後述するＧＮＳＳアンテナ３７の位置情報より取得してもよい。コントローラ２６は、センサ１６−１９からの検出信号に基づいて、作業機２の姿勢を判定する。
【００５４】
制御システム３００は、位置検出部３６を備えている。位置検出部３６は、作業車両１００の現在位置を検出する。位置検出部３６は、ＧＮＳＳアンテナ３７と３次元位置センサ３９とを有する。ＧＮＳＳアンテナ３７は、旋回体３に設けられている。ＧＮＳＳアンテナ３７は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）用のアンテナである。ＧＮＳＳアンテナ３７で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号が、３次元位置センサ３９に入力される。
【００５５】
図３は、作業車両１００の構成を模式的に示す側面図である。３次元位置センサ３９は、グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ３７の設置位置Ｐ１を検出する。グローバル座標系は、作業エリアに設置した基準位置Ｐ２を元にした３次元座標系である。図３に示すように、基準位置Ｐ２は、例えば、作業エリアに設定された基準杭の先端に位置する。コントローラ２６は、位置検出部３６による検出結果と作業機２の姿勢とに基づいて、グローバル座標系で見たときの作業機２の刃先Ｐ４の位置を演算する。なお、作業機２の刃先Ｐ４は、バケット８の刃先Ｐ４と表現してもよい。
【００５６】
コントローラ２６は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長から、ローカル座標系の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。コントローラ２６は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。コントローラ２６は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ長から、アーム７に対するバケット８の傾斜角θ３を算出する。
【００５７】
コントローラ２６の記憶部３８は、作業機データを記憶している。作業機データは、ブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３を含む。また、作業機データは、ローカル座標系の基準位置Ｐ３に対するブームピン１３の位置情報を含む。ここでローカル座標系とは作業車両１００を基準とする３次元座標系である。ローカル座標系の基準位置Ｐ３は、例えば、旋回体３の旋回中心に位置する。
【００５８】
コントローラ２６は、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、バケット８の傾斜角θ３、ブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３、及び、ブームピン１３の位置情報から、ローカル座標系における刃先Ｐ４の位置を算出する。
【００５９】
また、作業機データは、ローカル座標系の基準位置Ｐ３に対するＧＮＳＳアンテナ３７の設置位置Ｐ１の位置情報を含む。コントローラ２６は、位置検出部３６による検出結果とＧＮＳＳアンテナ３７の位置情報とから、ローカル座標系における刃先Ｐ４の位置を、グローバル座標系における刃先Ｐ４の位置に変換する。これにより、コントローラ２６は、グローバル座標系で見たときの刃先Ｐ４の位置情報を取得する。
【００６０】
コントローラ２６の記憶部３８は、作業エリア内の３次元の設計地形の形状および位置を示す施工情報を記憶している。図４は、設計地形の一例を示す模式図である。図４に示すように、設計地形は、ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４１によって構成されている。複数の設計面４１それぞれは、作業機２による掘削対象の目標形状を示している。なお、図４では複数の設計面４１のうちの１つのみに符号４１が付されており、他の設計面４１の符号は省略されている。
【００６１】
コントローラ２６は、設計面４１を考慮に入れた作業機２の自動制御を行う。当該自動制御には、バケット８が設計面４１を浸食すること防止するための作業機２の制御を含む。コントローラ２６は、自動制御において、上述した施工情報と作業機２の位置情報とに基づいて作業機２を制御する。作業機２の自動制御とは、操作装置２５を介したオペレータの操作指示に基づいた作業機２の動作制御とは別個に、コントローラ２６が独自に行う作業機２の動作制御を意味する。作業機２の自動制御には、或る作業を実行する上での完全自動制御、及び半自動制御が含まれる。以下、コントローラ２６によって実行される作業機２の自動制御について詳細に説明する。
【００６２】
図５は、コントローラ２６の構成を示すブロック図である。コントローラ２６の演算部３５は、距離取得部５１と、作業局面判定部５２と、自動制御部５３と、作業機制御部５４とを有する。距離取得部５１は、図６に示すように、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１を取得する。詳細には、距離取得部５１は、上述した作業機２の刃先Ｐ４の位置情報と、設計面４１の位置情報とに基づいて、作業機２の刃先Ｐ４と設計面４１との間の距離ｄ１を算出する。
【００６３】
作業局面判定部５２は、作業機２による作業局面を判定する。作業局面判定部５２は、上述したブーム操作部３１、アーム操作部３３、バケット操作部３２からの位置信号に基づいて、作業機２による作業局面が、掘削、或いは整地などの作業であるのかを判定する。例えば、作業局面判定部５２は、ブーム操作、又は、バケット操作が行われているが、アーム操作が行われていない場合に、作業局面が、掘削作業であると判定する。作業局面判定部５２は、アーム操作が行われている場合に、作業局面が、整地作業であると判定する。
【００６４】
作業局面が掘削作業であるときには、自動制御部５３は、速度制限制御を行う。自動制御部５３は、速度制限制御において、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１が小さくなるほど作業機２の速度を制限する。すなわち、自動制御部５３は、速度制限制御において、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１が小さくなるほど作業機２の速度の上限を小さくする。これにより、掘削時に、作業機２が設計面４１を超えて掘削してしまうことを抑えることができる。
【００６５】
作業局面が整地作業であるときには、自動制御部５３は、整地制御を実行する。整地制御は、作業機２が設計面４１に沿って移動するように作業機２を制御する制御である。図７に示すように、作業機２の刃先Ｐ４が設計面４１に近づくように速度Ｖ１で移動している場合、自動制御部５３は、速度Ｖ１の設計面４１に垂直な速度成分Ｖ１ａを算出する。自動制御部５３は、垂直な速度成分Ｖ１ａを相殺するように、ブーム６を上昇させる速度を決定する。これにより、整地制御によって、刃先Ｐ４が設計面４１に沿って移動するように、作業機２が制御される。
【００６６】
作業機制御部５４は、上述した制御弁２７への指令信号を出力することで、作業機２を制御する。作業機制御部５４は、作業機２の操作量に応じて、制御弁２７への指令信号の出力値を決定する。また、作業機制御部５４は、自動制御の実行中には、自動制御部５３が決定した作業機２の速度に基づいて、制御弁２７への指令信号の出力値を決定する。
【００６７】
図２に示すように、制御システム３００は、表示部４０を備えている。表示部４０は、例えばモニタであり、作業車両１００に関する情報を表示する。コントローラ２６は、設計地形や上述した各種のセンサからの検出結果などに基づいて、案内画面を表示部４０に表示させる。図８は、案内画面６１の一例を示す図である。図８に示すように、案内画面６１は、設計面４１と作業機２との位置関係を示している。
【００６８】
詳細には、案内画面６１は、第１案内画面６２と第２案内画面６３とを含む。第１案内画面６２は、設計面４１と作業機２とを側面図で示している。第２案内画面６３は、設計面４１と作業機２とを斜視図で示している。案内画面６１は、作業機２と設計面４１との間の距離を示す距離表示６５を含む。なお、第１案内画面６２と第２案内画面６３との一方が省略されてもよい。
【００６９】
図２に示すように、制御システム３００は、入力部４２を備えている。入力部４２は、上述した自動制御の設定を入力するための装置である。オペレータは、入力部４２を操作することによって、自動制御の設定を変更することができる。本実施形態において、入力部４２は、表示部４０と一体的に設けられたタッチパネル装置である。ただし、入力部４２は、表示部４０と別体に設けられてもよい。
【００７０】
次に、第１操作レバー２８及び第２操作レバー２９による自動制御の操作について詳細に説明する。図９（Ａ）は、第１操作レバー２８の正面図である。図９（Ｂ）は、第１操作レバー２８の側面図である。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、第１操作レバー２８には、複数の操作部材Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５が設けられている。操作部材Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、第１操作レバー２８の正面に設けられている。操作部材Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、第１操作レバー２８の上部に設けられている。操作部材Ａ５は、第１操作レバー２８の背面に設けられている。
【００７１】
操作部材Ａ１，Ａ２，Ａ３は、押しボタン式のスイッチである。操作部材Ａ１，Ａ２，Ａ３の押圧のＯＮ／ＯＦＦを示す操作信号が、操作部材Ａ１，Ａ２，Ａ３からコントローラ２６に入力される。操作部材Ａ４は、スライド式、或いは回転式のスイッチである。操作部材Ａ４の操作位置に応じた操作信号が操作部材Ａ４からコントローラ２６に入力される。操作部材Ａ５はトリガー式のスイッチである。操作部材Ａ５の押圧のＯＮ／ＯＦＦを示す操作信号が、操作部材Ａ５からコントローラ２６に入力される。
【００７２】
図１０（Ａ）は、第２操作レバー２９の正面図である。図１０（Ｂ）は、第２操作レバー２９の側面図である。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、第２操作レバー２９には、複数の操作部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５が設けられている。操作部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は、第２操作レバー２９の正面に設けられている。操作部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は、第２操作レバー２９の上部に設けられている。操作部材Ｂ５は、第２操作レバー２９の背面に設けられている。
【００７３】
操作部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、押しボタン式のスイッチである。操作部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の押圧のＯＮ／ＯＦＦを示す操作信号が、操作部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３からコントローラ２６に入力される。操作部材Ｂ４は、スライド式、或いは回転式のスイッチである。操作部材Ｂ４の操作位置に応じた操作信号が操作部材Ｂ４からコントローラ２６に入力される。操作部材Ｂ５はトリガー式のスイッチである。操作部材Ｂ５の押圧のＯＮ／ＯＦＦを示す操作信号が、操作部材Ｂ５からコントローラ２６に入力される。
【００７４】
これらの操作部材Ａ１−Ａ５，Ｂ１−Ｂ５の一部には、自動制御の機能が割り当てられている。本実施形態においては、操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５に、自動制御の機能が割り当てられている。
【００７５】
なお、操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５以外の操作部材には、作業機２に関する操作、及び、車両本体１に関する操作が割り当てられている。作業機２に関する操作は、例えば、バケット８に代えてブレーカ等の作業具が作業機２に設けられた場合の作業具の操作である。車両本体１に関する操作は、例えばエンジン出力を増大させる操作、或いは、警笛を鳴らす操作などである。
【００７６】
詳細には、操作部材Ａ２には、設計面４１の位置を上昇させる機能が割り当てられている。操作部材Ａ２が操作されることにより、設計面４１の位置が上方に変更される。操作部材Ａ２の一回の操作ごとに、設計面４１の位置が、所定距離、上方に変更される。
【００７７】
図１１は、操作部材Ａ２が１回、押されることによって、案内画面６１において、設計面４１が、当初の位置（図８参照）から上方に所定距離、移動した状態を示している。図１２は、操作部材Ａ２がさらにもう一回、押されることによって、案内画面６１において、設計面４１がさらに上方に所定距離、移動した状態を示している。
【００７８】
操作部材Ｂ２には、設計面４１の位置を下降させる機能が割り当てられている。操作部材Ｂ２が操作されることにより、設計面４１の位置が下方に変更される。操作部材Ｂ２の一回の操作ごとに、設計面４１の位置が、所定距離、下方に変更される。図１３は、操作部材Ｂ２が一回、押されることによって、案内画面６１において、設計面４１が、当初の位置（図８参照）から下方に所定距離、移動した状態を示している。図１４は、操作部材Ｂ２がさらにもう一回、押されることによって、案内画面６１において、設計面４１がさらに下方に所定距離、移動した状態を示している。
【００７９】
以上のように、操作部材Ａ２，Ｂ２が操作されることにより、案内画面６１における設計面４１の位置が上下に変更される。そして、変更された設計面４１の位置に基づいて上述した自動制御が実行される。なお、上述した所定距離は入力部４２の操作によって変更可能であってもよい。或いは、上述した所定距離は固定値であってもよい。
【００８０】
操作部材Ａ５には、自動制御の有効化／無効化の機能が割り当てられている。操作部材Ａ５が操作されるごとに、自動制御の有効化と無効化とが交互に切り換えられる。自動制御の有効化は、自動制御が許可されることを意味している。自動制御の無効化は、自動制御が許可されず、作業機２の操作モードが、作業機２を手動で操作するマニュアルモードとなることを意味している。
【００８１】
上述したように、オペレータは、操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５を操作することによって、操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５のそれぞれに割り当てられている自動制御の機能を実行させることができる。ただし、コントローラ２６は、実行条件が満たされていることを条件として、操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５に割り当てられた自動制御の機能を実行する。
【００８２】
実行条件は、作業機２を動作させるためのオペレータによる操作レバーの操作がないことである。本実施形態において、実行条件は、第１操作レバー２８が中立位置にあり、且つ、第２操作レバー２９が中立位置にあることである。従って、第１操作レバー２８と第２操作レバー２９とが共に中立位置にあるときに、操作部材Ａ２が操作されることで、設計面４１の位置が上方に移動する。第１操作レバー２８と第２操作レバー２９とが中立位置にあるときに、操作部材Ｂ２が操作されることで、設計面４１の位置が下方に移動する。第１操作レバー２８と第２操作レバー２９との少なくとも一方が中立位置と異なる位置に操作されているときには、操作部材Ａ２、Ｂ２が操作されても、設計面４１の位置は変更されない。
【００８３】
また、第１操作レバー２８と第２操作レバー２９とが中立位置にあるときに、操作部材Ａ５が操作されることで、自動制御の有効化／無効化が切り換えられる。第１操作レバー２８と第２操作レバー２９との少なくとも一方が中立位置と異なる位置に操作されているときには、操作部材Ａ５が操作されても、自動制御の有効化／無効化は切り換えられない。
【００８４】
図１５は、上述した操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５の操作時の処理を示すフローチャートである。ここでは一例として、操作部材Ａ２が操作された場合について説明する。
【００８５】
図１５に示すように、ステップＳ１では、操作部材Ａ２の操作が検出される。ここでは、コントローラ２６が、操作部材Ａ２からの操作信号を受信することで、操作部材Ａ２の操作を検出する。
【００８６】
ステップＳ２では、操作レバー２８，２９の位置が検出される。ここでは、コントローラ２６が、第１操作レバー２８の位置を示す位置信号を操作装置２５から受信することで、第１操作レバー２８の位置を検出する。また、コントローラ２６が、第２操作レバー２９の位置を示す位置信号を操作装置２５から受信することで、第２操作レバー２９の位置を検出する。
【００８７】
ステップＳ３では、実行条件が満たされているか否かが判定される。ここでは、コントローラ２６は、第１操作レバー２８が中立位置にあり、且つ、第２操作レバー２９が中立位置にあるか否かを判定する。第１操作レバー２８と第２操作レバー２９との両方が中立位置にある場合には、コントローラ２６は、実行条件が満たされていると判定する。第１操作レバー２８と第２操作レバー２９との少なくとも一方が中立位置と異なる位置にある場合には、コントローラ２６は、実行条件が満たされていないと判定する。
【００８８】
実行条件が満たされているときには、ステップＳ４において、操作部材Ａ２の機能が実行される。ここでは、コントローラ２６は、設計面４１の位置を上方に変更する。実行条件が満たされていないときには、操作部材Ａ２が操作されていても、操作部材Ａ２の機能は実行されない。すなわち、実行条件が満たされていないときには、操作部材Ａ２が操作されていても、設計面４１の位置は変更されない。
【００８９】
なお、操作部材Ｂ２が操作された場合には、ステップＳ４において、設計面４１の位置が下方に変更される。操作部材Ａ５が操作された場合には、ステップＳ４において、自動制御の有効化と無効化とが切り換えられる。なお、操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５に割り当てられている機能は、入力部４２によっても操作可能である。
【００９０】
以上説明した本実施形態に係る作業車両１００の制御システム３００では、操作部材Ａ２、Ａ５が第１操作レバー２８に設けられている。そのため、オペレータは、第１操作レバー２８を握ったまま、操作部材Ａ２，Ａ５を操作することができる。これにより、操作部材Ａ２，Ａ５に割り当てられた自動制御の機能を容易に操作することができる。同様に、操作部材Ｂ２が第２操作レバー２９に設けられている。そのため、オペレータは、第２操作レバー２９を握ったまま、操作部材Ｂ２を操作することができる。これにより、操作部材Ｂ２に割り当てられた自動制御の機能を容易に操作することができる。
【００９１】
具体的には、オペレータは、第１操作レバー２８と第２操作レバー２９とを握ったまま、操作部材Ａ２，Ｂ２を操作することで、設計面４１の位置を上下に変更することができる。また、オペレータは、第１操作レバー２８を握ったまま、操作部材Ａ５を操作することで、自動制御の有効化と無効化とを切り換えることができる。
【００９２】
また、第１操作レバー２８と第２操作レバー２９との少なくとも一方が中立位置と異なる位置にあるときには、操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５が操作されても、各操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５に割り当てられた自動制御の機能は実行されない。そのため、操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５の操作中に第１操作レバー２８又は第２操作レバー２９が動いたとしても、各操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５に割り当てられた自動制御の機能の実行と、第１操作レバー２８又は第２操作レバー２９による作業機２の動作とが同時に行われることを防止することができる。それにより、誤操作による意図しない作業機２の動作を防止することができ、自動制御による品質の良い施工を行うことができる。
【００９３】
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。
【００９４】
作業車両１００は、油圧ショベルに限らず、ブルドーザー、或いはホイールローダなどの作業機を有する車両であればよい。
【００９５】
作業車両１００は、遠隔操作可能であってもよい。すなわち、コントローラ２６が、作業車両１００の外部に配置されるリモートコントローラと、作業車両１００の内部に配置される車載コントローラとに分けられて、互いに通信可能に構成されてもよい。
【００９６】
作業機２の刃先Ｐ４の位置の決定方法は、上記の実施形態のものに限られず、変更されてもよい。例えば、作業機２の刃先Ｐ４に位置検出部３６が配置されてもよい。
【００９７】
作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１の検出方法は、上記の実施形態のものに限られず、変更されてもよい。例えば、光学式、超音波式、或いはレーザー光線式の距離測定装置により、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１が検出されてもよい。
【００９８】
各操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５の操作に応じた自動制御の機能の実行条件が互いに異なっていてもよい。例えば、第１操作レバー２８の操作部材Ａ２，Ａ５が操作されたときの実行条件（第１の実行条件）は、第１操作レバー２８が中立位置にあることを含み、第２操作レバー２９が中立位置にあることを含まなくてもよい。また、第２操作レバー２９の操作部材Ｂ２が操作されたときの実行条件（第２の実行条件）は、第２操作レバー２９が中立位置にあることを含み、第１操作レバー２８が中立位置にあることを含まなくてもよい。
【００９９】
上記の実施形態では、設計面４１の位置を上方に変更するための操作部材Ａ２（第１操作部材）と、設計面４１の位置を下方に変更するための操作部材Ｂ２（第２操作部材）とが、それぞれ別の操作レバー２８，２９に設けられている。しかし、操作部材Ａ２と操作部材Ｂ２とが共通の操作レバーに設けられてもよい。或いは、操作部材Ａ４、又は、操作部材Ｂ４のように上下に操作可能な操作部材に、設計面４１の位置を上下に変更する機能が割り当てられてもよい。
【０１００】
第１操作レバー２８及び第２操作レバー２９の構造が変更されてもよい。第１操作レバー２８に設けられる操作部材、及び、第２操作レバー２９に設けられる操作部材の数、配置、或いは、形状が変更されてもよい。自動制御の機能が割り当てられる操作部材は、操作部材Ａ２，Ｂ２，Ａ５に限らず、他の操作部材であってもよい。
【０１０１】
操作部材に割り当てられる自動制御の機能は、設計面４１の位置の変更と、自動制御の有効化／無効化の切換に限らず、他の機能であってもよい。自動制御に含まれる機能のうち使用頻度の高いものが、操作部材に割り当てられることが好ましい。例えば、図１６に示すように、自動制御は、整地制御において、設計面４１に対するバケット８の角度Ａｎを一定に保持する角度保持制御を含んでもよい。角度保持制御の有効化／無効化の切換が、操作部材に割り当てられてもよい。
【０１０２】
複数の設計面４１のうち特定の設計面を選択する機能が、操作部材に割り当てられてもよい。例えば、図１７に示すように、刃先Ｐ４の直下に位置する設計面４１ａを選択する機能が操作部材に割り当てられてもよい。選択された設計面４１ａに基づいて、上述した自動制御が実行されてもよい。或いは、選択された設計面４１ａが、他の設計面４１と異なる態様（例えば異なる色）で示されてもよい。或いは、選択された設計面４１ａに対して作業車両１００が正対しているのか否かが、案内画面６１において示されてもよい。図１７においては、選択された設計面４１ａに対して作業車両１００が正対しているのか否かが、案内画面６１においてコンパス型のアイコン６４で示されている。
【０１０３】
案内画面６１における表示スケールを変更する機能が、操作部材に割り当てられてもよい。例えば、図１７に示すような概略表示の案内画面６１と、図１８に示す詳細表示の案内画面６１’とを切り換える機能が、操作部材に割り当てられてもよい。図１８に示す詳細表示では、図１７に示す概略表示よりも、設計面４１，４１ａが大きく表示されてもよい。また、図１７に示す概略表示では作業車両１００全体が案内画面６１に表示されてもよい。これに対して、図１８に示す詳細表示では、バケット８のみが、概略表示よりも大きなスケールで案内画面６１’に表示されてもよい。
【０１０４】
操作部材の操作に応じた自動制御の機能の実行条件は、当該操作部材以外の操作部材が操作されていることをさらに含んでもよい。例えば、第１操作レバー２８が中立であり、且つ、操作部材Ａ４が操作された状態のまま、操作部材Ａ２が操作されることで、自動制御の機能が実行されてもよい。或いは、第２操作レバー２９が中立であり、且つ、操作部材Ｂ４が操作された状態のまま、操作部材Ｂ２が操作されることで、自動制御の機能が実行されてもよい。
【０１０５】
或いは、第１操作レバー２８が中立であり、且つ、操作部材Ａ４が操作されていない状態で操作部材Ａ２が操作されることで、自動制御の所定の機能（第１の機能）が実行されてもよい。また、第２操作レバー２９が中立であり、且つ、操作部材Ａ４が操作された状態のまま、操作部材Ａ２が操作されることで、第１の機能と異なる自動制御の所定の機能（第３の機能）が実行されてもよい。
【０１０６】
例えば、第１の機能は、上述した設計面４１の位置を上方、又は、下方に変更する機能であってもよい。第３の機能は、設計面４１を選択する機能であってもよい。或いは、第３の機能は、案内画面６１の表示スケールを変更する機能であってもよい。第１の機能、及び、第３の機能は、上述した機能と異なる機能であってもよい。
【０１０７】
上述した実行条件に含まれる条件は変更されてもよい。或いは、実行条件に含まれる条件に、上述した条件と異なる条件が追加されてもよい。実行条件は、操作レバーが中立位置にあることに限らず、オペレータによる操作レバーの操作がないことを示す他の条件を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明よれば、自動制御の機能を容易に操作することができると共に、誤操作による意図しない作業機の動作を防止することができ、自動制御による品質の良い施工を行うことができる。
【符号の説明】
【０１０９】
２      作業機
２８    第１操作レバー
２９    第２操作レバー
Ａ２    第１操作部材
Ｂ２    第２操作部材
Ａ４    第３操作部材
２６    コントローラ
１００  作業車両
３００  制御システム