特開 2024-101422 作業機械用シミュレータ、作業機械用シミュレータのシステムおよび作業機械用シミュレータの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024101422

(43)【公開日】2024-07-29

(54)【発明の名称】作業機械用シミュレータ、作業機械用シミュレータのシステムおよび作業機械用シミュレータの制御方法

(51)【国際特許分類】

   G09B 9/04 20060101AFI20240722BHJP

   G09B 9/05 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

G09B9/04 Z

G09B9/05

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023005392

(22)【出願日】2023-01-17

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大田 康平

(57)【要約】

【課題】シミュレータにかかる負荷を抑えつつ操作技能の評価が可能な作業機械用シミュレータおよび作業機械用シミュレータの制御方法を提供する。
【解決手段】操作装置１は、操作者により操作される。表示装置３は、体積の異なる複数の粒Ｒからなる掘削対象物ＥＯの画像、ベッセル２１の画像およびバケット１８の画像を表示する。コントローラ２は、体積の異なる複数の粒ＲＢ、ＲＳのそれぞれに異なる重み付けを付与し、操作装置１の操作に基づいてバケット１８の画像が掘削対象物ＥＯの画像を掘削してベッセル２１の画像に積み込むよう表示装置３の表示を制御し、ベッセル２１に積み込まれた掘削対象物ＥＯの粒Ｒの重み付けの総和を算出する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作者により操作される操作装置と、
体積の異なる複数の粒からなる掘削対象物の画像、被積込体の画像およびバケットの画像を表示する表示装置と、
前記操作装置の操作に基づいて前記バケットの画像が前記掘削対象物の画像を掘削して前記被積込体の画像に積み込むよう前記表示装置の表示を制御し、体積の異なる前記複数の粒のそれぞれに異なる重み付けを付与し、前記被積込体に積み込まれた前記掘削対象物の粒の重み付けの総和を算出するコントローラと、を備えた、作業機械用シミュレータ。

【請求項2】

前記コントローラは、前記掘削対象物を構成する前記複数の粒のうち体積の大きい第１粒の重み付けが体積の小さい第２粒の重み付けよりも大きくなるように、かつ前記第２粒の単位体積あたりの重み付けが前記第１粒の単位体積あたりの重み付けよりも大きくなるように前記複数の粒に重み付けを付与する、請求項１に記載の作業機械用シミュレータ。

【請求項3】

前記コントローラは、前記バケットの画像による前記掘削対象物の掘削開始前において、前記第２粒の上に前記第１粒を配置するように前記表示装置の表示を制御する、請求項２に記載の作業機械用シミュレータ。

【請求項4】

前記コントローラは、模擬訓練開始から所定時間の経過後に前記被積込体に積み込まれた前記掘削対象物の粒の重み付けの総和の算出を終了する、請求項１に記載の作業機械用シミュレータ。

【請求項5】

前記コントローラは、算出した前記掘削対象物の粒の重み付けの総和を前記表示装置に表示する、請求項１に記載の作業機械用シミュレータ。

【請求項6】

前記コントローラは、算出した前記掘削対象物の粒の重み付けの総和を前記表示装置にリアルタイムで表示する、請求項５に記載の作業機械用シミュレータ。

【請求項7】

操作者により操作される操作装置と、体積の異なる複数の粒からなる掘削対象物の画像、被積込体の画像およびバケットの画像を表示する表示装置と、を有する作業機械用シミュレータの制御方法であって、
前記操作装置の操作に基づいて前記バケットの画像が前記掘削対象物の画像を掘削して前記被積込体の画像に積み込むよう前記表示装置の表示を制御するステップと、
体積の異なる前記複数の粒のそれぞれに異なる重み付けを付与するステップと、
前記被積込体に積み込まれた前記掘削対象物の粒の重み付けの総和を算出するステップと、を備えた、作業機械用シミュレータの制御方法。

【請求項8】

操作者により操作される操作装置と、
体積の異なる複数の粒からなる掘削対象物の画像、被積込体の画像およびバケットの画像を表示する表示装置と、
前記操作装置の操作に基づいて前記バケットの画像が前記掘削対象物の画像を掘削して前記被積込体の画像に積み込むよう前記表示装置の表示を制御し、体積の異なる前記複数の粒のそれぞれに異なる重み付けを付与し、前記被積込体に積み込まれた前記掘削対象物の粒の重み付けの総和を算出するコントローラと、を備えた、作業機械用シミュレータのシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械用シミュレータ、作業機械用シミュレータのシステムおよび作業機械用シミュレータの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベルなどの作業機械における操作の練習、体験などのために作業機械用シミュレータを使用することが考えられる。作業機械用シミュレータを使用することで、作業機械の実機を使用する必要がなくなる。このため実機を用いた場合と比較して、操作の練習、体験などに要する場所および機材数を縮小することができる。このような作業機械用シミュレータは、たとえば特開２０００－３９８３６号公報（特許文献１）に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－３９８３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

油圧ショベルなどの作業機械用シミュレータにおいて操作技能を評価したいとの要望があった。

【0005】

本開示の目的は、操作技能の評価が可能な作業機械用シミュレータ、作業機械用シミュレータのシステムおよび作業機械用シミュレータの制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の作業機械用シミュレータおよび作業機械用シミュレータのシステムの各々は、操作装置と、表示装置と、コントローラとを備えている。操作装置は、操作者により操作される。表示装置は、体積の異なる複数の粒からなる掘削対象物の画像、被積込体の画像およびバケットの画像を表示する。コントローラは、操作装置の操作に基づいてバケットの画像が掘削対象物の画像を掘削して被積込体の画像に積み込むよう表示装置の表示を制御し、体積の異なる複数の粒のそれぞれに異なる重み付けを付与し、被積込体に積み込まれた掘削対象物の粒の重み付けの総和を算出する。

【0007】

本開示の作業機械用シミュレータの制御方法は、操作者により操作される操作装置と、体積の異なる複数の粒からなる掘削対象物の画像、被積込体の画像およびバケットの画像を表示する表示装置と、を有する作業機械用シミュレータの制御方法であって、以下のステップを有する。

【0008】

操作装置の操作に基づいてバケットの画像が掘削対象物の画像を掘削して被積込体の画像に積み込むよう表示装置の表示が制御される。体積の異なる複数の粒のそれぞれに異なる重み付けが付与される。被積込体に積み込まれた掘削対象物の粒の重み付けの総和が算出される。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、操作技能の評価が可能な作業機械用シミュレータ、作業機械用シミュレータのシステムおよび作業機械用シミュレータの制御方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の一実施形態における作業機械用シミュレータの構成を示す斜視図である。

【図2】油圧ショベルの構成を示す斜視図である。

【図3】図１に示すコントローラの機能ブロックを示す図である。

【図4】図１に示す表示装置において掘削前の様子を示す表示画面を示す図である。

【図5】図１に示す表示装置において掘削の様子を示す表示画面を示す図である。

【図6】図１に示す表示装置において被積込体への積込の様子を示す表示画面を示す図である。

【図7】本開示の一実施形態における作業機械用シミュレータにおいて掘削対象物としての粒の配置を示す概念図である。

【図8】本開示の一実施形態における作業機械用シミュレータの制御方法を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

【0012】

明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。

【0013】

＜作業機械用シミュレータの構成＞

【0014】

図１は、本開示の一実施形態における作業機械用シミュレータの構成を概略的に示す斜視図である。図１に示されるように、本実施形態の作業機械用シミュレータ（模擬訓練装置）１００は、操作装置１と、コントローラ２と、表示装置３と、操作席４とを有している。

【0015】

操作席４は、作業機械用シミュレータ１００の操作者が着座する箇所である。操作席４に着座した操作者のたとえば左右両側に操作装置１が配置されている。操作装置１は、作業機械用シミュレータ１００の操作者により操作される。操作席４に着座した操作者のたとえば前方に表示装置３が配置されている。表示装置３は、作業機械の運転席に実際に搭乗した運転者が視認する視界を模した画面を模擬視界として表示する。表示装置３に表示された模擬視界は、操作者による操作装置１の操作に基づいて変化する。操作席４に着座した操作者は、表示装置３において模擬視界を確認しながら操作装置１を操作することにより作業機械の模擬訓練を行うことができる。

【0016】

操作装置１は、第１操作レバー１ａと、第２操作レバー１ｂとを含んでいる。第１操作レバー１ａは、操作席４のたとえば左側に配置されている。第２操作レバー１ｂは、操作席４のたとえば右側に配置されている。第１操作レバー１ａおよび第２操作レバー１ｂでは、前後左右の動作が２軸の動作に対応する。

【0017】

第１操作レバー１ａにより、たとえば図２に示す油圧ショベル１０のアーム１７および旋回体１３が操作される。第１操作レバー１ａの左右方向の操作は、たとえば旋回体１３の旋回に対応する。第１操作レバー１ａの左右方向の操作に応じて旋回体１３の右旋回動作および左旋回動作が実行される。第１操作レバー１ａの前後方向の操作は、たとえばアーム１７の操作に対応する。第１操作レバー１ａの前後方向の操作に応じてアーム１７のダンプ方向（上向き）および掘削方向（下向き）への動作が実行される。

【0018】

第２操作レバー１ｂにより、たとえば図２に示す油圧ショベル１０のブーム１６およびバケット１８が操作される。第２操作レバー１ｂの前後方向の操作は、たとえばブーム１６の操作に対応する。第２操作レバー１ｂの前後方向の操作に応じてブーム１６が下降する動作および上昇する動作が実行される。第２操作レバー１ｂの左右方向の操作は、たとえばバケット１８の操作に対応する。第２操作レバー１ｂの左右方向の操作に応じてバケット１８の掘削方向（上向き）およびダンプ方向（下向き）への動作が実行される。

【0019】

なお、第１操作レバー１ａの左右方向の操作がアーム１７の操作に対応し、前後方向の操作が旋回体１３の操作に対応してもよい。また第２操作レバー１ｂの左右方向の操作がブーム１６の操作に対応し、前後方向の操作がバケット１８の操作に対応してもよい。

【0020】

操作装置１は、操作者の操作に応じた操作信号を出力する。操作装置１は操作量センサ（図示せず）を有している。操作量センサは、操作装置１の操作量を検出する。操作量センサは、たとえばポテンショメータ、ホール素子などである。操作量センサにより検出された操作量の信号は、操作信号としてコントローラ２に入力される。

【0021】

コントローラ２は、操作装置１からの操作信号に基づいて模擬視界を生成する。コントローラ２は、生成した模擬視界の信号を表示装置３に出力することにより、表示装置３における表示内容（模擬視界）を制御する。コントローラ２の機能ブロックについては後述する。

【0022】

表示装置３は、コントローラ２により生成された模擬視界を表示する。表示装置３は、作業機械の運転席に実際に搭乗した運転者が視認する前後左右の視界を模した画面を模擬視界として表示する。これにより模擬訓練を行う操作者は、作業機械の運転席に実際に搭乗している感覚を得られる。

【0023】

表示装置３の表示パネルは、操作者が作業機械に実際に搭乗している感覚を得られるように、操作席４に着座した操作者を囲むように配置されている。表示装置３は、単一の表示パネルから構成されていてもよく、複数の表示パネルから構成されていてもよい。

【0024】

＜作業機械の構成＞

【0025】

次に、操作者が模擬訓練を行う作業機械の一例として油圧ショベルの構成について図２を用いて説明する。なお作業機械用シミュレータの操作者は、作業機械を実際に運転するのではなく、作業機械用シミュレータの操作を行うことにより、以下に説明する作業機械をあたかも実際に運転しているような感覚で模擬訓練を行うことができる。模擬訓練を行う作業機械は油圧ショベルに限定されず、電動ショベル、ハイブリッド駆動ショベルであってもよく、ホイールローダなどであってもよい。模擬訓練を行う作業機械は、被積込体に掘削対象物を積み込むためのバケットを有するものであればよい。

【0026】

図２は、油圧ショベルの構成を示す斜視図である。図２に示されるように、油圧ショベル１０は、本体１１と、油圧により作動する作業機１２とを有している。本体１１は、旋回体１３と、走行体１５とを有している。

【0027】

走行体１５は、一対の履帯１５Ｃｒと、走行モータ１５Ｍとを有している。油圧ショベル１０は、履帯１５Ｃｒの回転により走行可能である。走行モータ１５Ｍは、走行体１５の駆動源として設けられている。

【0028】

旋回体１３は、走行体１５の上に配置され、かつ走行体１５により支持されている。旋回体１３は、旋回モータ（図示せず）により旋回軸ＲＸを中心として走行体１５に対して旋回可能である。旋回軸ＲＸは、旋回体１３の旋回中心となる仮想の直線である。

【0029】

旋回体１３は、運転室１４（キャブ）を有している。運転室１４内には、オペレータが着座する運転席１４Ｓが設けられている。運転者（乗員）は、運転室１４に搭乗して、作業機１２の操作、走行体１５に対する旋回体１３の旋回操作、および走行体１５による油圧ショベル１０の走行操作が可能である。本実施形態の作業機械用シミュレータ１００を操作する操作者は、あたかも運転席１４Ｓに着座して各部を操作している感覚で模擬訓練を実施できる。

【0030】

作業機１２は、旋回体１３に支持されている。作業機１２は、ブーム１６と、アーム１７と、バケット１８とを有している。作業機１２は、ブームシリンダ１９ａと、アームシリンダ１９ｂと、バケットシリンダ１９ｃとをさらに有している。

【0031】

ブーム１６は、本体１１に回動可能に接続されている。具体的にはブーム１６の基端部は、ブームフートピンＢＦを支点として旋回体１３に回動可能に接続されている。アーム１７は、ブーム１６に回動可能に接続されている。具体的にはアーム１７の基端部は、ブームトップピンＢＴを支点としてブーム１６の先端部に回動可能に接続されている。バケット１８は、アーム１７に回転可能に接続されている。具体的にはバケット１８の基端部は、アームトップピンＡＴを支点としてアーム１７の先端部に回動可能に接続されている。

【0032】

ブーム１６は、ブームシリンダ１９ａにより本体１１に対して駆動可能である。この駆動により、ブーム１６は、ブームフートピンＢＦを支点として旋回体１３に対して上下方向に回動可能である。

【0033】

アーム１７は、アームシリンダ１９ｂによりブーム１６に対して駆動可能である。この駆動により、アーム１７は、ブームトップピンＢＴを支点としてブーム１６に対して上下方向または前後方向に回動可能である。

【0034】

バケット１８は、バケットシリンダ１９ｃによりアーム１７に対して駆動可能である。この駆動により、バケット１８は、アームトップピンＡＴを支点としてアーム１７に対して上下方向に回動可能である。

【0035】

＜コントローラ＞

【0036】

次に、図１に示されるコントローラの機能ブロックについて図３を用いて説明する。

【0037】

図３は、図１に示すコントローラの機能ブロックを示す図である。図３に示されるように、コントローラ２は、操作信号取得部３１と、作業機速度演算部３２と、作業機モデル動作部３３と、物理シミュレーション部３４と、粒集計部３５と、総和算出部３６と、表示制御部３７と、記憶部３８とを有している。

【0038】

操作信号取得部３１は、操作装置１からの操作信号を取得する。操作信号取得部３１は、取得した操作信号を作業機速度演算部３２へ出力する。

【0039】

作業機速度演算部３２は、取得した操作信号を演算して作業機１２の各部（ブーム１６、アーム１７、バケット１８）の動作方向および動作速度に変換する。作業機速度演算部３２は、取得した操作信号に基づいてブームシリンダ１９ａ、アームシリンダ１９ｂおよびバケットシリンダ１９ｃの各々の動作方向および動作速度を算出し、各シリンダ１９ａ～１９ｃの動作方向および動作速度から作業機１２の各部の動作方向および動作速度を算出する。作業機速度演算部３２は、記憶部３８に記憶された操作信号の値と作業機１２の各部の動作方向および動作速度との関係を示すテーブルを参照して、取得した操作信号に基づいて作業機１２の各部の動作方向および動作速度を算出してもよい。作業機速度演算部３２は、変換した作業機１２の動作方向および動作速度の信号を作業機モデル動作部３３へ出力する。

【0040】

作業機モデル動作部３３は、取得した作業機１２の動作方向および動作速度の信号に基づいて作業機モデルの動作信号を生成する。作業機モデルは、ブーム１６、アーム１７およびバケット１８の各々のモデルを含む。作業機モデルは、たとえば記憶部３８に記憶されている。作業機モデル動作部３３は、作業機モデルの動作信号を生成する際に、記憶部３８に記憶された作業機モデルの情報を参照する。作業機モデルの動作信号とは、ブーム１６、アーム１７およびバケット１８の各々のモデルの動作を示す信号を含む。作業機モデル動作部３３は、生成した作業機モデルの動作信号を物理シミュレーション部３４へ出力する。

【0041】

物理シミュレーション部３４は、取得した作業機１２のモデルの動作信号に基づいて、掘削対象物ＥＯの掘削動作、被積込体２１への積込動作などにおける各部モデルの動作信号を生成する。各部モデルは、掘削対象物ＥＯのモデルを含む。掘削対象物ＥＯのモデルは、複数の粒Ｒから構成される。各部モデルは、たとえば記憶部３８に記憶されている。物理シミュレーション部３４は、各部モデルの動作信号を生成する際に、記憶部３８に記憶された各部モデルの情報を参照する。

【0042】

各部モデルの動作信号は、掘削対象物ＥＯのモデルの動作を示す信号を含む。掘削対象物ＥＯのモデルの動作を示す信号は、掘削による粒Ｒの動作を示す信号と積込による粒Ｒの動作を示す信号とを含む。掘削による粒Ｒの動作を示す信号は、バケット１８のモデルの中にすくい取られる粒Ｒと、バケット１８のモデルにより押されて移動する粒Ｒとの動作を示す信号を含む。積込による粒Ｒの動作を示す信号は、バケット１８のモデルの中から落ちて被積込体２１のモデルに積み込まれる粒Ｒと、被積込体２１に積み込まれずに被積込体２１以外の箇所に落ちる粒Ｒとの動作を示す信号を含む。

【0043】

掘削対象物ＥＯのモデルを構成する複数の粒Ｒは、互いに体積の異なる第１粒ＲＢと第２粒ＲＳとを含む。第１粒ＲＢの体積は第２粒ＲＳの体積よりも大きい。掘削対象物ＥＯのモデルを構成する複数の粒Ｒには、複数の第１粒ＲＢと、複数の第２粒ＲＳとが含まれていてもよい。掘削対象物ＥＯのモデルを構成する複数の粒Ｒは、第１粒ＲＢおよび第２粒ＲＳの双方と異なる体積を有する粒を含んでいてもよい。

【0044】

被積込体２１のモデルは、たとえばダンプトラック２０のベッセル２１であってもよい。物理シミュレーション部３４は、生成した各部モデルの動作信号を表示制御部３７および粒集計部３５の各々へ出力する。

【0045】

表示制御部３７は、取得した作業機１２のモデルと各部モデルとの動作信号に基づいて、作業機１２のモデルの画像信号と、掘削対象物ＥＯのモデルの画像信号と、被積込体２１の画像信号とを表示装置３へ出力する。

【0046】

表示装置３は、取得した各種画像信号に基づいて、バケット１８を含む作業機１２の画像と、掘削対象物ＥＯの画像と、被積込体２１の画像とを表示する。表示装置３は、作業機１２のモデルと各部モデルとの動作信号に基づいて、各画像を表示装置３上において動作（変化）させる。これにより操作者の操作装置１の操作にしたがって表示装置３上の各画像が動作する。

【0047】

粒集計部３５は、取得した各部モデルの動作信号に基づいて、被積込体２１に積み込まれた掘削対象物ＥＯとしての粒Ｒを集計する。具体的には粒集計部３５は、被積込体２１に積み込まれた掘削対象物ＥＯとしての粒Ｒの種類を識別して、各種類の粒Ｒの数を集計する。粒Ｒの種類は、粒Ｒの体積に基づいて識別される。具体的には粒Ｒの種類は第１粒ＲＢと第２粒ＲＳとに識別される。粒Ｒの種類には第１粒ＲＢと第２粒ＲＳ以外の粒があってもよい。粒集計部３５は、集計結果を示す信号を総和算出部３６へ出力する。

【0048】

総和算出部３６は、体積の異なる粒Ｒ毎に異なる重み付け（たとえば点数）を付与して、被積込体２１に積み込まれた粒Ｒの重み付けの総和を算出する。具体的には総和算出部３６は、複数の粒Ｒのうち体積の大きい第１粒ＲＢの重み付けが体積の小さい第２粒ＲＳの重み付けよりも大きくなるように複数の粒Ｒに重み付けを付与する。また総和算出部３６は、第２粒ＲＳの単位体積あたりの重み付けが第１粒ＲＢの単位体積あたりの重み付けよりも大きくなるように複数の粒Ｒに重み付けを付与する。そのうえで総和算出部３６は、被積込体２１に積み込まれた粒Ｒの重み付けの総和を算出する。総和算出部３６は、算出した粒Ｒの重み付けの総和の信号を表示制御部３７へ出力する。

【0049】

表示制御部３７は、取得した重み付けの総和の信号に基づいて、重み付けの総和を得点として表示装置３に表示させるように表示装置３を制御する。

【0050】

表示装置３は、取得した重み付けの総和を得点として表示する。コントローラ２は、算出した掘削対象物の粒の重み付けの総和を表示装置３にリアルタイムで表示する。

【0051】

コントローラ２は、プロセッサと、メインメモリと、ストレージとを含む。プロセッサはたとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）などである。メインメモリは、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリおよびＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含む。コントローラ２は、たとえばパーソナルコンピュータであってもよい。

【0052】

コントローラ２は、操作装置１、表示装置３などと有線により接続されていてもよく、また無線により接続されていてもよい。作業機械用シミュレータのシステムとして、コントローラ２は、操作装置１、表示装置３および操作席４から遠く離れた場所に設置されたサーバに格納されていてもよい。

【0053】

コントローラ２は、ストレージに記憶されているプログラムを読み出してメインメモリに展開し、プログラムに従って所定の処理を実行する。プログラムは、コントローラ２の記憶部３８に記憶されていてもよく、ネットワークを介してコントローラ２に配信されてもよい。

【0054】

＜表示画像の遷移＞

【0055】

次に、本実施形態における作業機械用シミュレータの表示装置に表示される表示画像の遷移の一例について図４～図７を用いて説明する。

【0056】

図４、図５および図６は、図１に示す表示装置に表示された掘削前の様子、掘削の様子および積込の様子を示す表示画面を示す図である。図７は、本開示の一実施形態における作業機械用シミュレータにおいて掘削対象物としての粒の配置を示す概念図である。

【0057】

図４に示されるように、この状態は、作業機１２が掘削対象物ＥＯを掘削する前の状態を示している。表示装置３は、油圧ショベルの運転席に実際に搭乗した運転者の視界を模した画面を模擬視界として表示する。

【0058】

表示装置３には、たとえば作業機１２の画像と、被積込体２１の画像と、掘削対象物ＥＯの画像とが表示される。作業機１２の画像として、ブーム１６、アーム１７およびバケット１８の各々の画像が表示装置３に表示される。被積込体２１の画像として、たとえばダンプトラック２０におけるベッセル２１の画像が表示装置３に表示される。

【0059】

掘削対象物ＥＯの画像として、掘削対象物ＥＯを構成する複数の粒Ｒの画像が表示装置３に表示される。複数の粒Ｒは、たとえば岩を模した画像として表示される。複数の粒Ｒは、たとえば土の塊、砂粒などを模した画像として表示されてもよい。複数の粒Ｒは、互いに上下方向に積み重なるように表示されている。

【0060】

図７に示されるように、複数の粒Ｒは、互いに体積の異なる第１粒ＲＢと第２粒ＲＳとを含む。第１粒ＲＢの体積は第２粒ＲＳの体積よりも大きい。掘削対象物を構成する複数の粒Ｒには、複数の第１粒ＲＢと、複数の第２粒ＲＳとが含まれていてもよい。掘削開始前において、第２粒ＲＳの上に第１粒ＲＢが配置するようにコントローラ２は表示装置３の表示を制御する。

【0061】

この後、操作者は操作装置１を操作して作業機１２による掘削対象物ＥＯの掘削を開始する。操作者による操作装置１の操作に応じて、表示装置３における作業機１２の画像が動作する。

【0062】

図５に示されるように、この状態は、バケット１８が掘削対象物ＥＯに突っ込み、掘削が実施されている状態を示している。この状態において、バケット１８の画像は、掘削対象物ＥＯに突っ込んでいる。掘削により、バケット１８の画像内に掘削対象物ＥＯの粒Ｒの画像がすくい込まれて取り込まれる。

【0063】

この後、操作者は操作装置１を操作して、粒Ｒを取り込んだバケット１８を上方に持ち上げるとともに旋回体１３を旋回させることにより、バケット１８をベッセル２１の真上に移動させる。その後、操作者は操作装置１を操作してバケット１８内の粒Ｒをベッセル２１内に積み込む。

【0064】

図６に示されるように、この状態は、バケット１８内の粒Ｒをベッセル２１内に積み込んだ状態を示している。積込により粒Ｒの画像がベッセル２１の画像の範囲内に積み込まれている。

【0065】

この後、操作者は操作装置１を操作して旋回体１３を旋回させて、図４に示す状態となり図５に示す掘削と図６に示す積込とを繰り返す。

【0066】

＜作業機械用シミュレータの制御方法＞

【0067】

次に、本実施形態における作業機械用シミュレータの制御方法について図３および図８を主に用いて説明する。

【0068】

図８は、本開示の一実施形態における作業機械用シミュレータの制御方法を示すフロー図である。図３および図８に示されるように、操作者が作業機械用シミュレータ１００における模擬訓練の開始操作をする。この開始操作は、たとえば模擬訓練開始スイッチまたはボタンの操作であってもよく、操作装置１の操作であってもよく、作業機械用シミュレータ１００の電源ＯＮの操作であってもよい。

【0069】

模擬訓練が開始された後、操作者が操作装置１を操作する（ステップＳ１：図８）。これによりコントローラ２の操作信号取得部３１は、操作装置１から操作信号を取得する。

【0070】

操作信号取得部３１は、取得した操作信号を作業機速度演算部３２へ出力する。コントローラ２の作業機速度演算部３２は、取得した操作信号を演算して作業機１２の各部の動作方向および動作速度に変換する（ステップＳ２：図８）。

【0071】

作業機速度演算部３２は、変換した作業機１２の動作方向および動作速度の信号を作業機モデル動作部３３へ出力する。コントローラ２の作業機モデル動作部３３は、取得した作業機１２の動作方向および動作速度の信号に基づいて作業機１２のモデルの動作信号を生成する（ステップＳ３：図８）。

【0072】

作業機モデル動作部３３は、生成した作業機１２のモデルの動作信号を物理シミュレーション部３４へ出力する。物理シミュレーション部３４は、取得した作業機１２のモデルの動作信号に基づいて、掘削対象物ＥＯの掘削動作、積込動作などにおける各部モデルの動作信号を生成する。

【0073】

コントローラ２の物理シミュレーション部３４は、掘削動作においては、作業機１２のモデルにおけるバケット１８が掘削対象物ＥＯのモデルにおける粒Ｒをすくって取り込む動作信号を生成する（ステップＳ４：図８）。またコントローラ２の物理シミュレーション部３４は、積込動作においては、作業機１２のモデルにおけるバケット１８内に取り込んだ粒Ｒを被積込体２１に積み込む動作信号を生成する（ステップＳ５：図８）。

【0074】

物理シミュレーション部３４は、生成した各部モデルの動作信号を表示制御部３７および粒集計部３５の各々へ出力する。

【0075】

コントローラ２の表示制御部３７は、取得した各部モデルの動作信号に基づいて、作業機１２のモデルの画像信号と、掘削対象物ＥＯのモデルの画像信号と、被積込体２１の画像信号とを表示装置３へ出力する。表示装置３は、取得した各種画像信号に基づいて、バケット１８を含む作業機１２の画像と、掘削対象物ＥＯの画像と、被積込体２１の画像とを表示する。

【0076】

コントローラ２の粒集計部３５は、取得した各部モデルの動作信号に基づいて、被積込体２１に積み込まれた掘削対象物ＥＯとしての粒Ｒの種類と個数とを集計する（ステップＳ６：図８）。粒Ｒの種類は粒Ｒの体積により識別される。具体的には粒集計部３５は、被積込体２１に積み込まれた体積の大きい第１粒ＲＢの個数と体積の小さい第２粒ＲＳの個数とを識別する。粒集計部３５は、集計結果を示す信号を総和算出部３６へ出力する。

【0077】

コントローラ２の総和算出部３６は、体積の異なる粒Ｒ毎に異なる重み付けを付与して、被積込体２１に積み込まれた粒Ｒの重み付けの総和を算出する（ステップＳ７：図８）。具体的には総和算出部３６は、体積の大きい第１粒ＲＢの重み付けが体積の小さい第２粒ＲＳの重み付けよりも大きくなるように複数の粒Ｒに重み付けを付与する。また総和算出部３６は、第２粒ＲＳの単位体積あたりの重み付けが第１粒ＲＢの単位体積あたりの重み付けよりも大きくなるように複数の粒Ｒに重み付けを付与する。そのうえで総和算出部３６は、被積込体２１に積み込まれた粒Ｒの重み付けの総和を算出する。総和の算出は、（第１粒ＲＢの個数）×（第１粒ＲＢの重み付け）＋（第２粒ＲＳの個数）×（第２粒ＲＳの重み付け）の式により実施される。総和算出部３６は、算出した重み付けの総和の信号を表示制御部３７へ出力する。

【0078】

表示制御部３７は、取得した重み付けの総和の信号に基づいて、重み付けの総和を得点として表示装置３に表示させるように表示装置３を制御する（ステップＳ８：図８）。表示装置３は、取得した重み付けの総和を得点として表示する。コントローラ２は、算出した掘削対象物ＥＯの粒Ｒの重み付けの総和を表示装置３にリアルタイムで表示する。

【0079】

この後、コントローラ２は、模擬訓練開始から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ９：図８）。コントローラ２が模擬訓練開始から所定時間が経過していないと判定した場合には、上記ステップＳ１からの処理を繰り返す。またコントローラ２が模擬訓練開始から所定時間が経過したと判定した場合には、模擬訓練は終了する。

【0080】

上記のように本実施形態における作業機械用シミュレータの制御方法は実施される。

【0081】

＜効果＞

【0082】

次に、本実施形態の効果について説明する。

【0083】

作業機械１０の操作技能を評価するにあたり、掘削量（重量）と、規定量までの掘削・積込時間と、掘削量当たりの掘削・積込速度とが指標となる。このため掘削量が多く、かつ掘削時間が短いことが望ましい。そのためにはバケット１８の口に掘削対象物を押し当てることによりバケット１８内に取り込む掘削対象物の密度を高める必要がある。

【0084】

本実施形態においては図８に示されるように、コントローラ２は、体積の異なる複数の粒ＲＢ、ＲＳのそれぞれに異なる重み付けを付与し、被積込体２１に積み込まれた掘削対象物ＥＯの粒ＲＢ、ＲＳの重み付けの総和を算出する。このように異なる体積の粒Ｒ毎に異なる重み付けを付与することにより、バケット１８および被積込体２１の各々に高い密度で掘削対象物ＥＯを入れた場合に重み付けの総和（得点）が高くなるように設定でき、その得点により操作技能を評価することができる。

【0085】

またバケット１８内に体積の大きな第１粒ＲＢのみが積み込まれると第１粒ＲＢ間の隙間が大きくなり、バケット１８内の掘削対象物の密度が小さくなる。一方、バケット１８内に体積の小さな第２粒ＲＳのみが積み込まれると第２粒ＲＳ間の隙間が小さくなり、バケット１８内の掘削対象物の密度が大きくなる。

【0086】

本実施形態においては図８に示されるように、コントローラ２は、掘削対象物ＥＯを構成する複数の粒Ｒのうち体積の大きい第１粒ＲＢの重み付けが体積の小さい第２粒ＲＳの重み付けよりも大きくなるように、かつ第２粒ＲＳの単位体積あたりの重み付けが第１粒ＲＢの単位体積あたりの重み付けよりも大きくなるように複数の粒Ｒに重み付けを付与する。これによりバケット１８および被積込体２１の各々に高い密度で掘削対象物ＥＯを入れた場合に重み付けの総和（得点）が高くなるように設定でき、その得点により操作技能を評価することができる。

【0087】

本実施形態においては図７に示されるように、コントローラ２は、掘削開始前において、第２粒ＲＳの上に第１粒ＲＢを配置するように表示装置３の表示を制御する。これにより上手な掘削ができた場合には体積の小さな第２粒ＲＳがバケット１８内に入るようになる。また一度掘削した場所では第１粒ＲＢと第２粒ＲＳとが入り乱れた状態となるため、掘削する場所の順番を考慮しなければ得点が伸びない。このように模擬訓練の難易度を変えることもできる。

【0088】

本実施形態においては図８に示されるように、コントローラ２は、模擬訓練開始から所定時間の経過後に被積込体２１に積み込まれた掘削対象物ＥＯの粒Ｒの重み付けの総和の算出を終了する。これにより所定時間内における運転技術を評価することができる。

【0089】

本実施形態においては図８に示されるように、コントローラ２は、算出した掘削対象物ＥＯの粒Ｒの重み付けの総和を表示装置３に表示する。これにより操作者は表示装置３において自己の得点を確認することができる。

【0090】

本実施形態においては図８に示されるように、コントローラ２は、算出した掘削対象物ＥＯの粒Ｒの重み付けの総和を表示装置３にリアルタイムで表示する。これにより操作者は、表示装置３において自己の得点を確認しながら掘削・積込操作を続行することができる。

【0091】

＜付記＞

【0092】

以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。

【0093】

（付記１）
操作者により操作される操作装置と、
体積の異なる複数の粒からなる掘削対象物の画像、被積込体の画像およびバケットの画像を表示する表示装置と、
前記操作装置の操作に基づいて前記バケットの画像が前記掘削対象物の画像を掘削して前記被積込体の画像に積み込むよう前記表示装置の表示を制御し、体積の異なる前記複数の粒のそれぞれに異なる重み付けを付与し、前記被積込体に積み込まれた前記掘削対象物の粒の重み付けの総和を算出するコントローラと、を備えた、作業機械用シミュレータ。

【0094】

（付記２）
前記コントローラは、前記掘削対象物を構成する前記複数の粒のうち体積の大きい第１粒の重み付けが体積の小さい第２粒の重み付けよりも大きくなるように、かつ前記第２粒の単位体積あたりの重み付けが前記第１粒の単位体積あたりの重み付けよりも大きくなるように前記複数の粒に重み付けを付与する、付記１に記載の作業機械用シミュレータ。

【0095】

（付記３）
前記コントローラは、前記バケットの画像による前記掘削対象物の掘削開始前において、前記第２粒の上に前記第１粒を配置するように前記表示装置の表示を制御する、付記２に記載の作業機械用シミュレータ。

【0096】

（付記４）
前記コントローラは、模擬訓練開始から所定時間の経過後に前記被積込体に積み込まれた前記掘削対象物の粒の重み付けの総和の算出を終了する、付記１から付記３のいずれか１つに記載の作業機械用シミュレータ。

【0097】

（付記５）
前記コントローラは、算出した前記掘削対象物の粒の重み付けの総和を前記表示装置に表示する、付記１から付記４のいずれか１つに記載の作業機械用シミュレータ。

【0098】

（付記６）
前記コントローラは、算出した前記掘削対象物の粒の重み付けの総和を前記表示装置にリアルタイムで表示する、付記５に記載の作業機械用シミュレータ。

【0099】

（付記７）
操作者により操作される操作装置と、体積の異なる複数の粒からなる掘削対象物の画像、被積込体の画像およびバケットの画像を表示する表示装置と、を有する作業機械用シミュレータの制御方法であって、
前記操作装置の操作に基づいて前記バケットの画像が前記掘削対象物の画像を掘削して前記被積込体の画像に積み込むよう前記表示装置の表示を制御するステップと、
体積の異なる前記複数の粒のそれぞれに異なる重み付けを付与するステップと、
前記被積込体に積み込まれた前記掘削対象物の粒の重み付けの総和を算出するステップと、を備えた、作業機械用シミュレータの制御方法。

【0100】

（付記８）
操作者により操作される操作装置と、
体積の異なる複数の粒からなる掘削対象物の画像、被積込体の画像およびバケットの画像を表示する表示装置と、
前記操作装置の操作に基づいて前記バケットの画像が前記掘削対象物の画像を掘削して前記被積込体の画像に積み込むよう前記表示装置の表示を制御し、体積の異なる前記複数の粒のそれぞれに異なる重み付けを付与し、前記被積込体に積み込まれた前記掘削対象物の粒の重み付けの総和を算出するコントローラと、を備えた、作業機械用シミュレータのシステム。

【0101】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0102】

１ 操作装置、１ａ 第１操作レバー、１ｂ 第２操作レバー、２ コントローラ、３ 表示装置、４ 操作席、１０ 作業機械、１１ 本体、１２ 作業機、１３ 旋回体、１４ 運転室、１４Ｓ 運転席、１５ 走行体、１５Ｃｒ 履帯、１５Ｍ 走行モータ、１６ ブーム、１７ アーム、１８ バケット、１９ａ ブームシリンダ、１９ｂ アームシリンダ、１９ｃ バケットシリンダ、２０ ダンプトラック、２１ ベッセル、３１ 操作信号取得部、３２ 作業機速度演算部、３３ 作業機モデル動作部、３４ 物理シミュレーション部、３５ 粒集計部、３６ 総和算出部、３７ 表示制御部、３８ 記憶部、１００ 作業機械用シミュレータ、ＡＴ アームトップピン、ＢＦ ブームフートピン、ＢＴ ブームトップピン、ＥＯ 掘削対象物、Ｒ 粒、ＲＢ 第１粒、ＲＳ 第２粒、ＲＸ 旋回軸。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】