JP6969475B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に関する。

従来、例えば特許文献１，２に見られるように、ブーム、アーム及びバケットを備える建設機械において、掘削作業時に、バケットを振動させるように、ブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダのいずれかの油圧シリンダを作動させることで、掘削抵抗（地面内部に進入させるバケットの移動抵抗）を低減する技術が知られている。

特開平８−１６５６７８号公報 特開平２−２４４２４号公報

ところで、特許文献１，２に見られる如き建設機械に備えられているブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダは、通常、比較的大きな容量の油圧シリンダである。このため、先端のバケットを素早く（比較的短い周期で）振動させることが難しい。

また、ブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダのそれぞれは、通常、ブーム、アーム、バケットのそれぞれをピッチ方向に回動させるものであるため、これらの油圧シリンダの作動制御によるバケットの振動は、ピッチ方向の回動振動となる。

このため、ブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダのそれぞれの作動制御によりバケットを振動させる従来の技術では、掘削作業により形成される施工面のうねりや凹凸が発生しやすい。

また、例えば地面を平滑化する整地作業時において、バケットの移動抵抗を軽減するために、ブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダのいずれかの作動制御によりバケットを振動させるようにすると、地面を滑らかに平滑化することが困難となる。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、掘削作業又は整地作業におけるバケットの移動抵抗を軽減することができると共に、該掘削作業又は整地作業で実現される施工面の滑らかさを向上することができる建設機械を提供することを目的とする。

本発明の建設機械の第１の態様は、上記の目的を達成するために、先端部にバケットが取り付けられた作業装置が機体に搭載された建設機械であって、
前記バケットは、前記作業装置の先端部に対してピッチ方向の回動動作と、ヨー方向の回動動作又はチルト方向の回動動作とを行い得るように前記作業装置に取付けられており、
前記作業装置は、前記バケットのピッチ方向の回動動作を行わせる第１アクチュエータと、前記バケットのヨー方向の回動動作を行わせる第２アクチュエータ、又は前記バケットのチルト方向の回動動作を行わせる第３アクチュエータとを備えており、
前記バケットの爪部を地面に食い込ませた状態で該バケットを移動させることにより該地面の掘削を行う掘削作業時に、前記バケットをヨー方向又はチルト方向に周期的に振動させるように前記第２アクチュエータ又は第３アクチュエータを制御する機能を有する制御装置を備えることを特徴とする（第１発明）。

なお、本発明において、バケットのピッチ方向の回動動作というのは、バケットの幅方向に一致もしくはほぼ一致する方向の軸心周りの方向の回動動作を意味し、ヨー方向の回動動作というのは、バケットの底部から爪部に至る壁面に垂直もしくはほぼ垂直な方向の軸心周りの方向の回動動作を意味し、チルト方向の回動動作というのは、バケットの爪部の延在方向に一致もしくはほぼ一致する方向の軸心周りの方向の回動動作を意味する。

上記第１発明によれば、バケットのヨー方向又はチルト方向の回動動作を行わせる第２アクチュエータ又は第３アクチュエータは、バケットのピッチ方向の回動動作を行わせる第１アクチュエータに比して小型なものを使用できるので、バケットのヨー方向又はチルト方向の振動を比較的短い周期で素早く行わせることができる。このため、掘削作業時に、バケットをヨー方向又はチルト方向に周期的に振動させることで、バケットの地面に対する移動抵抗を効果的に軽減することが可能となる。

また、バケットのヨー方向の回動動作では、掘削作業時に、バケットの底部から爪部に至る壁面をほぼ一定の姿勢に維持することが可能である。また、バケットのチルト方向の回動動作では、掘削作業時に、バケットの爪部の延在方向を、バケットの移動方向（掘削方向）とほぼ同方向に維持することが可能である。

このため、掘削作業により形成される施工面のうねり等が生じにくいようにバケットを移動させることができる。

よって、第１発明によれば、掘削作業におけるバケットの移動抵抗を軽減することができると共に、該掘削作業で実現される施工面の滑らかさを向上することができる。

上記第１発明では、前記バケットが、前記ヨー方向の回動動作を行い得るように前記作業装置に取り付けられている場合には、前記制御装置は、前記掘削作業時に、前記バケットの底部から爪部に至る壁面、又は該爪部の先端部を、目標の施工面に沿わせるように該バケットを移動させるように、前記作業装置を作動させる機能を含むように構成されていることが好ましい（第２発明）。

これによれば、掘削作業時に、前記バケットの前記壁面、又は爪部の先端部を、目標の施工面に沿わせた状態で該バケットを移動させることができるので、掘削作業により実現される施工面を目標の施工面に精度よく合致させることが可能となる。

上記第１発明又第２発明では、前記バケットが、前記ヨー方向の回動動作を行い得るように前記作業装置に取り付けられている場合には、前記制御装置は、前記バケットの底部から爪部に至る壁面を地面に押し付けた状態で該バケットを移動させることにより該地面の整地を行う整地作業時に、前記バケットをヨー方向に周期的に振動させるように前記第２アクチュエータを制御する機能をさらに備えることが好ましい（第３発明）。

ここで、バケットのヨー方向の回動動作では、バケットの前記壁面をほぼ一定の姿勢に維持することが可能である。このため、第３発明によれば、地面を滑らかな面に整地することができる。

上記第３発明では、前記制御装置は、前記整地作業時に、前記バケットの前記壁面を、目標の施工面に沿わせるように該バケットを移動させるように、前記作業装置を作動させる機能を含むように構成されていることが好ましい（第４発明）。

これによれば、整地作業時に、前記バケットの前記壁面を目標の施工面に沿わせた状態で該バケットを移動させることができるので、整地作業により実現される施工面を目標の施工面に精度よく合致させることが可能となる。

前記第１発明では、前記バケットが、前記チルト方向の回動動作を行い得るように前記作業装置に取り付けられている場合には、前記制御装置は、前記掘削作業時に、前記バケットのチルト方向の振動における最大の回動量だけ、該バケットをチルト方向に回動させたときに、該バケットの爪部のうちの最も下方の爪部が目標の施工面に沿うように該バケットを移動させるように、前記作業装置を作動させる機能を含むように構成されていることが好ましい（第５発明）。

これによれば、掘削作業により実現される施工面が、目標の施工面よりも深い施工面になってしまうのを防止することができる。

また、本発明の建設機械の第２の態様は、先端部にバケットが取り付けられた作業装置が機体に搭載された建設機械であって、
前記バケットは、前記作業装置の先端部に対してピッチ方向の回動動作と、ヨー方向の回動動作を行い得るように前記作業装置に取付けられており、
前記作業装置は、前記バケットのピッチ方向の回動動作を行わせる第１アクチュエータと、前記バケットのヨー方向の回動動作を行わせる第２アクチュエータとを備えており、
前記バケットの底部から爪部に至る壁面を地面に押し付けた状態で該バケットを移動させることにより該地面の整地を行う整地作業時に、前記バケットをヨー方向に周期的に振動させるように前記第２アクチュエータを制御する機能を有する制御装置を備えることを特徴とする（第６発明）。

上記第６発明によれば、バケットのヨー方向の回動動作を行わせる第２アクチュエータは、バケットのピッチ方向の回動動作を行わせる第１アクチュエータに比して小型なものを使用できるので、バケットのヨー方向の振動を比較的短い周期で素早く行わせることができる。このため、整地作業時に、バケットをヨー方向に周期的に振動させることで、バケットの地面に対する移動抵抗を効果的に軽減することが可能となる。

また、バケットのヨー方向の回動動作では、掘削作業時に、バケットの底部から爪部に至る壁面をほぼ一定の姿勢に維持することが可能である。このため、整地作業により実現される施工面を滑らかな面にすることができる。

よって、第６発明によれば、整地作業におけるバケットの移動抵抗を軽減することができると共に、該整地作業で実現される施工面の滑らかさを向上することができる。

上記第６発明では、前記制御装置は、前記整地作業時に、前記バケットの前記壁面を、目標の施工面に沿わせるように該バケットを移動させるように、前記作業装置を作動させる機能を含むように構成されていることが好ましい（第７発明）。

これによれば、整地作業時に、前記バケットの前記壁面を目標の施工面に沿わせた状態で該バケットを移動させることができるので、整地作業により実現される施工面を目標の施工面に精度よく合致させることが可能となる。

また、上記第１〜第７発明では、前記制御装置は、前記バケットの振動の周期及び振幅のうちの少なくともいずれか一方を変更し得るように構成されていることが好ましい（第８発明）。

これによれば、前記バケットの振動の周期又は振幅を、作業対象の地面の状態等に適したものにすることが可能となる。

本発明の第１実施形態の建設機械（油圧ショベル）の全体構成を示す側面図。 第１実施形態におけるバケットに係る要部構成を示す図。 第１実施形態の建設機械の運転制御に係る構成を示すブロック図。 第１実施形態におけるバケットのヨー方向の振動動作を説明するためのグラフ。 第１実施形態におけるバケットのヨー方向の振動動作を説明するための図。 第１実施形態の建設機械のバケットに係る構成を要部構成を示す図。 本発明の第２実施形態の建設機械のバケットに係る要部構成を示す図。 第２実施形態の建設機械の運転制御に係る構成を示すブロック図。 第２実施形態におけるバケットのチルト方向の振動動作を説明するためのグラフ。 第２実施形態におけるバケットのチルト方向の振動動作を説明するための図。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１〜図６を参照して以下に説明する。図１を参照して、本実施形態の建設機械１は、例えば、油圧ショベルである。この建設機械１は、クローラ式の走行体２と、走行体２上に旋回可能に搭載された機体としての旋回体３と、旋回体３に取付けられた作業装置４とを備える。走行体２の走行動作と旋回体３の旋回動作とはそれぞれ図示を省略する油圧モータにより駆動される。

旋回体３は前部に運転室３ａを備え、後部に機械室３ｂを備える。機械室３ｂには、図を省略するエンジンや、種々の油圧機器（油圧ポンプ、方向切換弁等）が搭載されている。

作業装置４は、旋回体３の運転室３ａの側方箇所から延設されたブーム１０と、ブーム１０の先端部から延設されたアーム２０と、アーム２０の先端部に取付けられたバケット３０とを備える。

ブーム１０は、旋回体３に対してピッチ方向（旋回体３の左右方向の軸周り方向）に回動し得るように支軸１１を介して旋回体３に軸支されている。そして、ブーム１０は、ブーム用油圧シリンダ１２（以降、ブームシリンダ１２という）を介して旋回体３に連結され、該ブームシリンダ１２の伸縮動作により支軸１１の軸心周りに（ピッチ方向に）回動する。

アーム２０は、ブーム１０に対してピッチ方向に回動し得るように支軸２１を介してブーム１０の先端部に軸支されている。そして、アーム２０は、アーム用油圧シリンダ２２（以降、アームシリンダ２２という）を介してブーム１０に連結され、該アーム用油圧シリンダ２２の伸縮動作により支軸２１の軸心周りに（ピッチ方向に）回動する。

バケット３０は、アーム２０に対してピッチ方向に回動し、且つ、ヨー方向に回動し得るように、作業装置４の先端部としてのアーム２０の先端部に取付けられている。さらに詳細には、図２を参照して、バケット３０は、その開口端の下辺部から突設された複数の爪部３０ａと、バケット３０の爪部３０ａと反対側の端部に一体に形成された（又は該端部に固定された）バケット側取付け部材３０ｃとを有し、該バケット側取付け部材３０ｃがアーム側取付け部材３３を介してアーム２０に取付けられている。

上記アーム側取付け部材３３は、アーム２０に対してピッチ方向に回動し得るように支軸３１を介してアーム２０の先端部に軸支されていると共に、一対のリンクアーム３４，３４を介してアーム２０に連結されている。この場合、リンクアーム３４，３４は互いに相対回動可能に連接されていると共に、一方側のリンクアーム３４の端部がアーム側取付け部材３３に軸支され、他方側のリンクアーム３４の端部がアーム２０に軸支されている。

そして、図１に示すように、リンクアーム３４，３４の連結部分がバケット用油圧シリンダ３２（以降、バケットシリンダ３２という）を介してアーム２０に連結されており、該バケットシリンダ３２の伸縮動作により、アーム側取付け部材３３が支軸３１の軸心周りに（ピッチ方向に）回動する。

また、バケット側取付け部材３０ｃは、アーム側取付け部材３３に対して回動軸心Ｃ１の周りに回動し得るように該アーム側取付け部材３３に支持されている。この場合、回動軸心Ｃ１は、バケット３０の底部から爪部３０ａに至る壁面３０ｂに直交もしくはほぼ直交する方向の軸心であると共に、アーム側取付け部材３３のピッチ方向の回動軸心である支軸３１の軸心と直交もしくはほぼ直交する方向の軸心である。

そして、バケット側取付け部材３０ｃは、アーム側取付け部材３３に取付けられたアクチュエータとしての油圧モータ３５の回動軸に連結されており、該油圧モータ３５（以降、バケット回動モータ３５という）の作動により、回動軸心Ｃ１の周りに（ヨー方向に）回動する。

上記の如くバケット３０のバケット側取付け部材３０ｃがアーム側取付け部材３３を介してアーム２０に取付けられているので、バケット３０は、バケットシリンダ３２の伸縮動作により支軸３１の軸心周りに（ピッチ方向に）回動すると共に、バケット回動モータ３５の作動により回動軸心Ｃ１の周りに（ヨー方向に）回動するようになっている。

なお、本実施形態ではバケットシリンダ３２が本発明における第１アクチュエータに相当し、バケット回動モータ３５が本発明における第２アクチュエータに相当する。

補足すると、バケット３０をヨー方向に回動させるアクチュエータ（第２アクチュエータ）は、バケット回動モータ３５以外のアクチュエータであってもよい。該第２アクチュエータは、例えば、クランアーム等の直動／回動変換機構を介してバケット取付け部材３０ｃを回動軸心Ｃ１の周りに回動させる油圧シリンダであってもよい。あるいは、該第２アクチュエータは、例えば電動モータであってもよい。

次に、本実施形態の建設機械１の運転制御に関する構成を図３を参照して説明する。本実施形態の建設機械１は、地面を掘削する掘削作業、又は、地面を平らに整地する整地作業におけるバケット３０の移動を自動操縦することが可能である。このため、建設機械１は、図３のブロック図で示す構成を備えている。

すなわち、建設機械１は、前記ブームシリンダ１２、アームシリンダ２２、バケットシリンダ３２及びバケット回動モータ３５のそれぞれの作動油供給路に備えられたパイロット駆動方式の方向切換弁７１，７２，７３，７４を含むコントロールバルブユニット７０と、該コンロトールバルブユニット７０の各方向切換弁７１，７２，７３，７４に付与するパイロット圧を制御するための複数の比例弁６６を含む比例弁群６５と、これらの比例弁６６を通電制御可能なコントローラ６０とを備える。

この場合、各方向切換弁７１，７２，７３，７４は、２つのパイロットポートを有するので、比例弁６６は、各方向切換弁７１，７２，７３，７４毎に、２つずつ備えられている。なお、コントロールバルブユニット７０は、走行体２の走行動作用の油圧モータ、及び旋回体３の旋回動作用の油圧モータのそれぞれの作動用の方向切換弁を含み得る。そして、比例弁群６５は、これらの油圧モータに対応する方向切換弁のパイロット圧の制御用の比例弁を含み得る。

また、建設機械１には、該建設機械１の存在位置を検出するためのＧＮＳＳ受信機５０（ＧＮＮＳ：Grobal Navigation Satellite System）と、作業装置４の姿勢状態を検出するための姿勢検出用センサ５１と、旋回体３（機体）の傾斜角を検出する傾斜センサ５２と、ブームシリンダ１２、アームシリンダ２２、バケットシリンダ３２及びバケット回動モータ３５を含む各油圧アクチュエータの操作状態を検出するためのアクチュエータ操作検出用センサ５３と、バケット３０のヨー方向の回動動作に関する設定操作を行うためのバケット動作設定操作器５４と、掘削作業又は整地作業におけるバケット３０の移動の自動操縦を行うか否かを設定する（該自動操縦のＯＮ／ＯＦＦ操作を行う）ための自動操縦スイッチ５５とが備えられている。

姿勢検出用センサ５１は、例えば、旋回体３に対するブーム１０のピッチ方向（支軸１１の軸心周り方向）の回転角を検出する角度センサと、ブーム１０に対するアーム２０のピッチ方向（支軸２１の軸心周り方向）の回転角を検出する角度センサと、アーム２０に対するバケット３０のピッチ方向（支軸３１の軸心周り方向）の回転角を検出する角度センサと、アーム２０に対するバケット３０のヨー方向（回動軸心Ｃ１周りの方向）の回転角を検出する角度センサとから構成される。これらの角度センサは、例えばロータリーエンコーダ、レゾルバ等により構成され得る。

なお、姿勢検出用センサ５１は、ブーム１０、アーム２０及びバケット３０のそれぞれのピッチ方向の回転角を検出する角度センサの代わりに、例えば、ブームシリンダ１２、アームシリンダ２２及びバケットシリンダ３２のストローク変位量を検出する変位センサを備えていてもよい。

傾斜センサ５２は、例えば加速度センサ及び角速度センサから成る慣性センサを含んでおり、該慣性センサの検出信号からストラップダウン方式等により旋回体３の傾斜角を検出する。

アクチュエータ操作検出用センサ５３は、例えば、各方向切換弁７１，７２，７３，７４の２つのパイロットポートにそれぞれ付与されるパイロット圧を検出する圧力センサにより構成される。

バケット動作設定操作器５４及び自動操縦スイッチ５５は、運転室３ａに配置されている。そして、バケット動作設定操作器５４は、本実施形態では、掘削作業時又は整地作業時に、バケット３０のヨー方向の回動振動（バケット３０を、回動軸心Ｃ１周りの正転方向及び逆転方向に所定角度ずつ、交互に周期的に回動させる動作）を行うか否か、該回動振動の周期（又は周波数）、並びに、該回動振動の振幅（正転方向及び逆転方向への最大回転角）の設定操作を行い得るように構成されている。この場合、回動振動の周期（又は周波数）と、該回動振動の振幅とは既定の範囲内で設定可能である。

なお、バケット動作設定操作器５４は、バケット３０の動作に関する設定だけでなく、建設機械１の種々の設定操作を行い得る操作器であってもよい。また、バケット動作設定操作器５４及び自動操縦スイッチ５５は、一体に構成されていてもよい。

コントローラ６０は、本発明における制御装置に相当し、マイコン、メモリ、インターフェース回路等を含む電子回路ユニットにより構成される。該コントローラ６０には、ＧＮＳＳ受信機５０で受信されるＧＮＳＳ信号（建設機械１の存在位置の検出信号）と、姿勢検出用センサ５１、傾斜センサ５２及びアクチュエータ操作検出用センサ５３のそれぞれの検出信号と、バケット動作設定操作器５４及び自動操縦スイッチ５５のそれぞれの操作信号とが入力される。

また、コントローラ６０には、建設機械１による作業を行う作業現場の地形情報と、作業により実現しようとする目標の地形情報とを示す３次元のマップデータがあらかじめ保存され、あるいは、外部のサーバ等からダウンロードされている。

そして、コントローラ６０は、実装されたハードウェア構成及びプログラム（ソフトウェア構成）の両方又は一方により実現される機能によって、掘削作業時又は整地作業時に、各比例弁６６を制御する（ひいては、方向切換弁７１〜７４を介してブームシリンダ１２、アームシリンダ２２、バケットシリンダ３２、バケット回動モータ３５の動作を制御する）ことが可能である。

次に、掘削作業時及び整地作業時における建設機械１の作動を説明する。本実施形態の建設機械１では、バケット３０のヨー方向の回動振動を行いながら、掘削作業又は整地作業を行うことが可能である。この場合、掘削作業は、例えば次のように行われる。

建設機械１の運転者は、バケット動作設定操作器５４を操作することで、バケット３０のヨー方向の回動振動の周期（又は周波数）と、振幅とを設定し、さらに、該回動振動を実行すべき旨の設定操作（回動振動のＯＮ操作）を行う。

さらに、運転者は、建設機械１を作業場所に移動させ、該作業場所にて、作業装置４の操作用の操作レバー（図示省略）を操作することで、バケット３０を掘削作業の開始位置に移動させる。

次いで、運転者は、自動操縦スイッチ５５をＯＮ操作し、さらに、バケット３０の実際の移動を開始するための所定の操作レバー（例えば、アーム２０の操作用の操作レバー）を操作する。このとき、コントローラ６０は、ＧＮＳＳ受信機５０のＧＮＳＳ信号により示される建設機械１の現在位置と、傾斜センサ５２の検出信号により示される旋回体３の傾斜角と、作業現場の地形情報と、掘削作業による目標の地形情報（目標の施工面の位置及び姿勢の情報）とを基に、バケット３０の目標移動経路を決定し、さらに該目標移動経路を実現するためのブーム１０、アーム２０、及びバケット３０のピッチ方向の目標姿勢の軌道（時系列パターン）を決定する。

この場合、バケット３０の目標姿勢は、例えばバケット３０の爪部３０ａを地面の内部に食い込ませた後、図２に示すように、バケット３０の底部から爪部３０ａに至る壁面３０ｂ（又は爪部３０ａの先端部）が目標の施工面に沿うように決定される。

また、コントローラ６０は、バケット３０を、バケット動作設定操作器５４で設定された周期及び振幅でヨー方向に回動振動させるように、バケット３０のヨー方向の回転角（回動軸心Ｃ１の周りの回転角）の目標の波形パターン（該回転角の目標値の経時変化のパターン）を決定する。該波形パターンは、例えば図４に例示する如く三角波形状のパターンに設定される。ただし、目標の波形パターンは、三角波形状のパターンに限らず、例えば、正弦波状のパターン等の滑らかな曲線状のパターンであってもよい。

なお、図４において、バケット３０のヨー方向のゼロの回転角は、バケット３０の幅方向（爪部３０ａの並列方向）が、バケット３０のピッチ方向の回動軸心（支軸３１の軸心）の方向に一致もしくはほぼ一致する状態（バケット３０のヨー方向での標準姿勢状態）での該バケット３０の回転角である。

そして、コントローラ６０は、姿勢検出用センサ５１の検出信号により示されるブーム１０、アーム２０、及びバケット３０のピッチ方向の実際の姿勢を目標姿勢に追従させるように、方向切換弁７１〜７３のそれぞれに対応する比例弁６６の通電制御を行うことで、方向切換弁７１〜７３に付与するパイロット圧を制御する。これにより、ブーム１０、アーム２０、及びバケット３０のピッチ方向の実際の姿勢が目標姿勢に追従するように、ブームシリンダ１２、アームシリンダ２２及びバケットシリンダ３２の作動が制御される。

また、コントローラ６０は、姿勢検出用センサ５１の検出信号により示されるバケット３０のヨー方向の実際の回転角を目標の波形パターンで変化させるように、方向切換弁７４に対応する比例弁６６の通電制御を行うことで、該方向切換弁７４に付与するパイロット圧を制御する。これにより、バケット３０のヨー方向の実際の回転角が目標の波形パターンに追従するように変化する。すなわち、図５に示す如く、バケット３０の回転角が正転方向及び逆転方向に一定の振幅及び周期で交互に変化するように、バケット３０の回動振動が行われる。

掘削作業時に、上記のように作業装置４の作動制御が行われることで、バケット３０のヨー方向の回動振動が行われながら、バケット３０が目標移動経路に沿って移動し、地面の掘削作業が行われる。

この場合、バケット３０をヨー方向に回動駆動するバケット回動モータ３５は、比較的小型なものでよいので、該バケット３０を比較的短い周期で回動振動させることができる。ひいては、掘削作業時のバケット３０の単位移動量当たりのヨー方向の回動の繰り返し回数を比較的多くすることができる。これにより、爪部３０ａを地中に食い込ませたバケット３０の移動時の抵抗を効果的に軽減することができる。

また、バケット３０の壁面３０ｂ（又は爪部３０ａの先端部）を目標の施工面に定常的に沿わせた状態で、バケット３０をヨー方向に回動振動させながら、移動させることができるので、施工面を滑らかに形成することができる。

次に、整地作業は、例えば次のように行われる。建設機械１の運転者は、掘削作業の場合と同様に、バケット動作設定操作器５４を操作することで、バケット３０のヨー方向の回動振動の周期（又は周波数）と、振幅とを設定し、さらに、該回動振動のＯＮ操作を行う。さらに、運転者は、建設機械１を作業場所に移動させ、該作業場所にて、作業装置４の操作用の操作レバー（図示省略）を操作することで、バケット３０を整地作業の開始位置に移動させる。

次いで、運転者は、自動操縦スイッチ５５をＯＮ操作し、さらに、バケット３０の実際の移動を開始するための所定の操作レバー（例えば、アーム２０の操作用の操作レバー）を操作する。このとき、コントローラ６０は、掘削作業の場合と同様に、バケット３０の目標移動経路を決定し、さらに該目標移動経路を実現するためのブーム１０、アーム２０、及びバケット３０のピッチ方向の目標姿勢の軌道（時系列パターン）を決定する。

この場合、バケット３０の目標移動経路及び目標姿勢は、図６に示すように、バケット３０の底部から爪部３０ａに至る壁面３０ｂが目標の施工面（目標の地面表面）に沿うように決定される。

また、コントローラ６０は、掘削作業の場合と同様に、バケット３０を、バケット動作設定操作器５４で設定された周期及び振幅でヨー方向に回動振動させるように、バケット３０のヨー方向の回転角の目標の波形パターンを決定する。

そして、コントローラ６０は、掘削作業の場合と同様に、ブーム１０、アーム２０、及びバケット３０のピッチ方向の実際の姿勢を目標姿勢に追従させるように、方向切換弁７１〜７３のそれぞれに対応する比例弁６６の通電制御を行うことで、ブームシリンダ１２、アームシリンダ２２及びバケットシリンダ３２の作動を制御する。

また、コントローラ６０は、掘削作業の場合と同様に、バケット３０のヨー方向の実際の回転角を目標の波形パターンで変化させるように、方向切換弁７４に対応する比例弁６６の通電制御を行うことで、バケット回動モータ３５の作動を制御し、バケット３０の回動振動を行わせる。

整地作業時に、上記のように作業装置４の作動制御が行われることで、バケット３０のヨー方向の回動振動が行われながら、バケット３０が目標移動経路に沿って移動し、地面の整地作業が行われる。

この場合、掘削作業時と同様に、バケット３０を比較的短い周期で回動振動させることができるので、壁面３０ｂが地面に押し付けられるバケット３０の移動時の抵抗を効果的に軽減することができる。

また、バケット３０の壁面３０ｂ（又は爪部３０ａの先端部）を目標の施工面に定常的に沿わせた状態で、バケット３０をヨー方向に回動振動させながら、移動させることができるので、施工面を滑らかに形成することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図７〜図１０を参照して以下に説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態のものと一部の構成が相違するものであるので、第１実施形態と同一の事項については説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態では、バケット３０は、アーム２０に対してピッチ方向に回動し、且つ、チルト方向に回動し得るように、アーム２０の先端部に取付けられている。さらに詳細には、バケット３０は、第１実施形態のものと同様に、複数の爪部３０ａと、バケット側取付け部材３０ｃとを有する。この場合、バケット側取付け部材３０ｃには、バケット３０の爪部３０ａの延在方向と同方向もしくはほぼ同方向の軸心Ｃ２を有する回動軸３０ｄが固定されている。

そして、この回動軸３０ｄが、アーム２０に第１実施形態のものと同様にピッチ方向に回動可能に取り付けられたアーム側付け部材３３に、軸受け３３ａ，３３ａを介して回動可能に支承されている。また、該回動軸３０ｄを回転駆動するアクチュエータ（ひいてはバケット３０をチルト方向に回動させるアクチュエータ）としての左右一対の油圧シリンダ３６が、バケット３０とアーム側付け部材３３との間に連結されている（図７では、左側の油圧シリンダ３６のみを図示している）。この場合、各油圧シリンダ３６の筒部がアーム側付け部材３３に固定されたブラケット３３ｂに、回動軸心Ｃ２と同方向の軸心周りに揺動可能に軸支され、各油圧シリンダ３６のロッド部が、バケット３０に固定されたブラケット３０ｅに、回動軸心Ｃ２と同方向の軸心周りに揺動可能に軸支されている。

これにより、バケット３０は、バケットシリンダ３２の伸縮動作により支軸３１の軸心周りに（ピッチ方向に）回動すると共に、油圧シリンダ３６（以降、バケットチルトシリンダ３６という）の伸縮動作により回動軸心Ｃ２の周りに（チルト方向に）回動するようになっている。なお、本実施形態では、バケットチルトシリンダ３６が本発明における第３アクチュエータに相当する。

補足すると、バケット３０をチルト方向に回動させるアクチュエータ（第３アクチュエータ）は、バケットチルトシリンダ３６以外のアクチュエータであってもよい。該第３アクチュエータは、例えば、回動軸３０ｄを回動させる（ひいては、バケット３０を回動軸心Ｃ２の周りに回動させる）油圧モータであってもよい。また、例えば、該第３アクチュエータは、電動モータであってもよい。

また、図８は、本実施形態の建設機械１の運転制御に関する構成を示している。この場合、本実施形態では、第１実施形態で説明したバケット回動モータ３５と、これに対応する方向切換弁７４及び比例弁６６の代わりに、バケットチルトシリンダ３６と、これに対応する方向切換弁７５及び比例弁６６を備えている。これ以外の構成（運転制御に関する構成）は、第１実施形態のものと同じである。

ただし、本実施形態では、姿勢検出用センサ５１は、バケット３０のヨー方向の回転角を検出する角度センサの代わりに、バケット３０のチルト方向の回転角（回動軸心Ｃ２の周りの回転角）を検出する角度センサを備える。

また、本実施形態では、バケット動作設定操作器５４は、建設機械１による掘削作業時に、バケット３０のチルト方向の回動振動（バケット３０を、回動軸心Ｃ２周りの正転方向及び逆転方向に所定角度ずつ、交互に周期的に回動させる動作）を行うか否か、該回動振動の周期（又は周波数）、並びに、該回動振動の振幅（正転方向及び逆転方向への最大回転角）の設定操作を行い得るように構成されている。この場合、チルト方向の回動振動の周期（又は周波数）と、該回動振動の振幅とは既定の範囲内で設定可能である。

次に、掘削作業時における本実施形態の建設機械１の作動を説明する。本実施形態の建設機械１では、バケット３０のチルト方向の回動振動を行いながら、掘削作業を行うことが可能である。この場合、掘削作業は、例えば次のように行われる。

建設機械１の運転者は、バケット動作設定操作器５４を操作することで、バケット３０のチルト方向の回動振動の周期（又は周波数）と、振幅とを設定し、さらに、該回動振動を実行すべき旨の設定操作（回動振動のＯＮ操作）を行う。

さらに、運転者は、建設機械１を作業場所に移動させ、該作業場所にて、作業装置４の操作用の操作レバー（図示省略）を操作することで、バケット３０を掘削作業の開始位置に移動させる。

次いで、運転者は、自動操縦スイッチ５５をＯＮ操作し、さらに、バケット３０の実際の移動を開始するための所定の操作レバー（例えば、アーム２０の操作用の操作レバー）を操作する。このとき、コントローラ６０は、第１実施形態のものと同様に、バケット３０の目標移動経路を決定し、さらに該目標移動経路を実現するためのブーム１０、アーム２０、及びバケット３０のピッチ方向の目標姿勢の軌道（時系列パターン）を決定する。

この場合、バケット３０の目標移動経路及び目標姿勢は、バケット３０の爪部３０ａを地面の内部に食い込ませた後、バケット３０を、バケット動作設定操作器５４により設定された振幅で正転方向及び逆転方向のそれぞれの方向に最大角度まで、チルト方向（回動軸心Ｃ２周りの方向）に回動させたときに、バケット３０の爪部３０ａのうちの最も下方の爪部３０ａが目標の施工面に沿うように決定される（図１０を参照）。

また、コントローラ６０は、バケット３０を、バケット動作設定操作器５４で設定された周期及び振幅でチルト方向に回動振動させるように、バケット３０のチルト方向の回転角（回動軸心Ｃ２の周りの回転角）の目標の波形パターン（該回転角の目標値の経時変化のパターン）を決定する。該波形パターンは、例えば図９に例示する如く三角波形状のパターンに設定される。ただし、目標の波形パターンは、三角波形状のパターンに限らず、例えば、正弦波状のパターン等の滑らかな曲線状のパターンであってもよい。

なお、図９において、バケット３０のチルト方向のゼロの回転角は、バケット３０の幅方向（爪部３０ａの並列方向）が、バケット３０のピッチ方向の回動軸心（支軸３１の軸心）の方向に一致もしくはほぼ一致する状態（バケット３０のチルト方向での標準姿勢状態）での該バケット３０の回転角である。

そして、コントローラ６０は、第１実施形態と同様に、ブーム１０、アーム２０、及びバケット３０のピッチ方向の実際の姿勢を目標姿勢に追従させるように、方向切換弁７１〜７３のそれぞれに対応する比例弁６６の通電制御を行うことで、ブームシリンダ１２、アームシリンダ２２及びバケットシリンダ３２の作動を制御する。

また、コントローラ６０は、姿勢検出用センサ５１の検出信号により示されるバケット３０のチルト方向の実際の回転角を目標の波形パターンで変化させるように、方向切換弁７５に対応する比例弁６６の通電制御を行うことで、該方向切換弁７５に付与するパイロット圧を制御する。これにより、バケット３０のチルト方向の実際の回転角が目標の波形パターンに追従するように変化する。すなわち、図１０に示す如く、バケット３０のチルト方向の回転角（回動軸心Ｃ２周りの回転角）が正転方向及び逆転方向に一定の振幅及び周期で交互に変化するように、バケット３０の回動振動が行われる。

本実施形態では、掘削作業時に、上記のように作業装置４の作動制御が行われることで、バケット３０のチルト方向の回動振動が行われながら、バケット３０が目標移動経路に沿って移動し、地面の掘削作業が行われる。

この場合、バケット３０をチルト方向に回動駆動するバケットチルトシリンダ３６は、比較的小型なものでよいので、該バケット３０を比較的短い周期で回動振動させることができる。ひいては、掘削作業時のバケット３０の単位移動量当たりのチルト方向の回動の繰り返し回数を比較的多くすることができる。これにより、爪部３０ａを地中に食い込ませたバケット３０の移動時の抵抗を効果的に軽減することができる。

また、バケット３０のチルト方向の回動振動では、バケット３０の爪部３０ａの向きをバケット３０の移動方向と同方向に維持できるので、掘削作業により実現される施工面の滑らかさを確保することができる。

さらに、バケット３０を、チルト方向の回動振動における正転方向及び逆転方向のそれぞれの方向に最大角度まで回動させたときに、バケット３０の爪部３０ａのうちの最も下方の爪部３０ａが目標の施工面に沿うようにバケット３０が移動するので、掘削作業で実現される施工面が、目標の施工面よりも深いものになるのを防止することができる。

なお、以上説明した各実施形態では、自動操縦により掘削作業や整地作業を行う場合にに、バケット３０をヨー方向又はチルト方向に回動振動させるものを例示した。ただし、運転者による操縦操作によって掘削作業や整地作業を行うときに、所定の操作ボタンの操作等に応じて、バケット３０をヨー方向又はチルト方向に回動振動させるようにしてもよい。

また、前記第１実施形態及び第２実施形態では、バケット３０が、ヨー方向及びチルト方向のいずれか一方の方向に回動し得るものを例示した。ただし、バケット３０は、ヨー方向及びチルト方向の両方向に回動し得るようにアーム２０に取付けられていてもよい。

また、前記第１実施形態及び第２実施形態では、バケット３０のヨー方向又はチルト方向の回動振動の振幅と周期と可変的に設定し得るものを示した。ただし、該振幅及び周期のいずれか一方だけを可変的に設定し得るようにしてもよく、あるいは、該振幅及び周期は一定値に定められていてもよい。

また、前記第１実施形態及び第２実施形態では、建設機械１として、クローラ式の油圧ショベルを例示した。ただし、本発明の建設機械は、例えば、車輪型のショベルであってもよい。また、建設機械は、旋回体を備えないものであってもよい。また、作業装置４のブーム１０は、例えば、ピッチ方向の回動動作に加えて、ヨー方向の回動動作、もしくは、旋回体３の幅方向へのスライド動作を行い得るように構成されていてもよい。

１…建設機械、４…作業装置、３０…バケット、３０ａ…バケットの爪部、３０ｂ…バケットの壁面、３２…バケットシリンダ（第１アクチュエータ）、３５…バケット回動モータ（第２アクチュエータ）、３６…バケットチルトシリンダ（第３アクチュエータ）、６０…コントローラ（制御装置）。

Claims (8)

1. 先端部にバケットが取り付けられた作業装置が機体に搭載された建設機械であって、
   前記バケットは、前記作業装置の先端部に対してピッチ方向の回動動作と、ヨー方向の回動動作又はチルト方向の回動動作とを行い得るように前記作業装置に取付けられており、
   前記作業装置は、前記バケットのピッチ方向の回動動作を行わせる第１アクチュエータと、前記バケットのヨー方向の回動動作を行わせる第２アクチュエータ、又は前記バケットのチルト方向の回動動作を行わせる第３アクチュエータとを備えており、
   前記バケットの爪部を地面に食い込ませた状態で該バケットを移動させることにより該地面の掘削を行う掘削作業時に、前記バケットをヨー方向又はチルト方向に周期的に振動させるように前記第２アクチュエータ又は第３アクチュエータを制御する機能を有する制御装置を備えることを特徴とする建設機械。
2. 請求項１記載の建設機械において、
   前記バケットは、前記ヨー方向の回動動作を行い得るように前記作業装置に取り付けられており、前記制御装置は、前記掘削作業時に、前記バケットの底部から爪部に至る壁面、又は該爪部の先端部を、目標の施工面に沿わせるように該バケットを移動させるように、前記作業装置を作動させる機能を含むように構成されていることを特徴とする建設機械。
3. 請求項１又は２記載の建設機械において、
   前記バケットは、前記ヨー方向の回動動作を行い得るように前記作業装置に取り付けられており、前記制御装置は、前記バケットの底部から爪部に至る壁面を地面に押し付けた状態で該バケットを移動させることにより該地面の整地を行う整地作業時に、前記バケットをヨー方向に周期的に振動させるように前記第２アクチュエータを制御する機能をさらに備えることを特徴とする建設機械。
4. 請求項３記載の建設機械において、
   前記制御装置は、前記整地作業時に、前記バケットの前記壁面を、目標の施工面に沿わせるように該バケットを移動させるように、前記作業装置を作動させる機能を含むように構成されていることを特徴とする建設機械。
5. 請求項１記載の建設機械において、
   前記バケットは、前記チルト方向の回動動作を行い得るように前記作業装置に取り付けられており、前記制御装置は、前記掘削作業時に、前記バケットのチルト方向の振動における最大の回動量だけ、該バケットをチルト方向に回動させたときに、該バケットの爪部のうちの最も下方の爪部が目標の施工面に沿うように該バケットを移動させるように、前記作業装置を作動させる機能を含むように構成されていることを特徴とする建設機械。
6. 先端部にバケットが取り付けられた作業装置が機体に搭載された建設機械であって、
   前記バケットは、前記作業装置の先端部に対してピッチ方向の回動動作と、ヨー方向の回動動作を行い得るように前記作業装置に取付けられており、
   前記作業装置は、前記バケットのピッチ方向の回動動作を行わせる第１アクチュエータと、前記バケットのヨー方向の回動動作を行わせる第２アクチュエータとを備えており、
   前記バケットの底部から爪部に至る壁面を地面に押し付けた状態で該バケットを移動させることにより該地面の整地を行う整地作業時に、前記バケットをヨー方向に周期的に振動させるように前記第２アクチュエータを制御する機能を有する制御装置を備えることを特徴とする建設機械。
7. 請求項６記載の建設機械において、
   前記制御装置は、前記整地作業時に、前記バケットの前記壁面を、目標の施工面に沿わせるように該バケットを移動させるように、前記作業装置を作動させる機能を含むように構成されていることを特徴とする建設機械。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の建設機械において、
   前記制御装置は、前記バケットの振動の周期及び振幅のうちの少なくともいずれか一方を変更し得るように構成されていることを特徴とする建設機械。
   

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