特開 2024-104145 作業機械の自動制御システムおよび作業機械の制御方法

(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】P2024104145

(43)【公開日】2024-08-02

(54)【発明の名称】作業機械の自動制御システムおよび作業機械の制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20240726BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20240726BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20240726BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 A

E02F3/43 M

E02F9/20 N

E02F9/22 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023008228

(22)【出願日】2023-01-23

(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】藤井 悠人

(72)【発明者】

【氏名】綱野 雄太

(72)【発明者】

【氏名】平間 貴大

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB02

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA03

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB04

(57)【要約】

【課題】作業具と積込対象との干渉を抑制できる作業機械の自動制御システムおよび作業機械の制御方法を提供する。
【解決手段】作業機姿勢センサ２０は、作業機２の姿勢を検出する。コントローラ５０は、作業機姿勢センサ２０の検出結果に基づいて旋回体３の旋回時にバケット８が通過する通過点Ｐ１Ａを特定し、通過点Ｐ１Ａの高さ位置ＨＡの上方にバケット８の形状データに基づく寸法を加算することにより修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃを算出し、旋回時にバケット８が修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃを通過するように制御する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

旋回する旋回体と、
旋回体に取り付けられ、作業具を有する作業機と、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサと、
前記作業機姿勢センサの検出結果に基づいて前記旋回体の旋回時に前記作業具が通過する通過点を特定し、前記通過点の高さ位置の上方に前記作業具の形状データに基づく寸法を加算することにより修正通過点を算出し、旋回時に前記作業具が前記修正通過点を通過するように制御するコントローラと、を備えた、作業機械の自動制御システム。

【請求項2】

前記コントローラは、前記通過点の高さ位置の上方に前記作業具の高さ方向の寸法に基づく寸法を加算して前記修正通過点を算出する、請求項１に記載の作業機械の自動制御システム。

【請求項3】

前記コントローラは、前記通過点の高さ位置の上方に前記作業具の側面視における最長寸法に基づく寸法を加算して前記修正通過点を算出する、請求項１に記載の作業機械の自動制御システム。

【請求項4】

前記作業機を駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動させるための手動運転の動作指令を出力する操作部と、
前記動作指令を出力して前記作業機を動作させた際に前記通過点を指示する指示部と、をさらに備えた、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械の自動制御システム。

【請求項5】

旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられ、作業具を有する作業機と、を備えた作業機械の制御方法であって、
作業機の姿勢の検出結果に基づいて前記旋回体の旋回時に前記作業具が通過する通過点を特定するステップと、
前記通過点の高さ位置の上方に前記作業具の形状データに基づく寸法を加算することにより修正通過点を算出するステップと、
旋回時に前記作業具が前記修正通過点を通過するように制御するステップと、を備えた、作業機械の制御方法。

【請求項6】

前記通過点を特定するステップにおいては、手動操作に基づく操作信号の入力時における前記作業機の姿勢の検出結果に基づいて前記通過点を特定する、請求項５に記載の作業機械の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械の自動制御システムおよび作業機械の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１９－１９０２３４号公報（特許文献１）には、自動積込における旋回体の旋回中にバケットが積込対象に干渉しないように目標旋回速度を変更する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１９０２３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら特許文献１に記載の技術では、バケットなどの作業具を有する作業機の姿勢によっては作業具が積込対象に干渉するおそれがある。

【0005】

本開示の目的は、作業具と積込対象との干渉を抑制できる作業機械の自動制御システムおよび作業機械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】

本開示の作業機械の自動制御システムは、旋回体と、作業機と、作業機姿勢センサと、コントローラとを備える。旋回体は旋回する。作業機は、旋回体に取り付けられ、作業具を有する。作業機姿勢センサは、作業機の姿勢を検出する。コントローラは、作業機姿勢センサの検出結果に基づいて旋回体の旋回時に作業具が通過する通過点を特定し、通過点の高さ位置の上方に作業具の形状データに基づく寸法を加算することにより修正通過点を算出し、旋回時に作業具が修正通過点を通過するように制御する。

【0007】

本開示の作業機械の制御方法は、旋回する旋回体と、旋回体に取り付けられ、作業具を有する作業機と、を備えた作業機械の制御方法であって、以下のステップを備える。

【0008】

作業機の姿勢の検出結果に基づいて旋回体の旋回時に作業具が通過する通過点が特定される。通過点の高さ位置の上方に作業具の形状データに基づく寸法を加算することにより修正通過点が算出される。旋回時に作業具が修正通過点を通過するように制御される。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、作業具と積込対象との干渉を抑制できる作業機械の自動制御システムおよび作業機械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の一例として油圧ショベルの構成を示す図である。

【図2】油圧ショベルによる掘削積込の動作フローを示す図である。

【図3】油圧ショベルが自動積込を行なう様子を示す斜視図である。

【図4】油圧ショベルにおけるバケットの異なる姿勢を示す側面図である。

【図5】図１の油圧ショベルの自動制御システムを示すブロック図である。

【図6】干渉回避点（通過点）の較正を説明するためのバケットの側面図である。

【図7】本開示の一実施形態における油圧ショベル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】

以下の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」とは、図１に示す運転室４内の運転席４Ｓに着座したオペレータを基準とした方向である。

【0014】

＜作業機械の構成＞
本開示の作業機械の一例として油圧ショベルの構成について図１を用いて説明する。

【0015】

図１は、本開示の一実施形態における油圧ショベルの構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、本実施形態の油圧ショベル１００は、本体１と、油圧により作動する作業機２とを有している。本体１は、旋回体３と、走行体５とを有している。

【0016】

走行体５は、一対の履帯５Ｃｒと、走行モータ５Ｍとを有している。油圧ショベル１００は、履帯５Ｃｒの回転により走行可能である。走行モータ５Ｍは、走行体５の駆動源として設けられている。走行モータ５Ｍは、油圧により作動する油圧モータである。なお、走行体５は車輪（タイヤ）を有していてもよい。

【0017】

旋回体３は、走行体５の上に配置され、かつ走行体５により支持されている。旋回体３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５に対して旋回可能である。旋回モータは、油圧により作動する油圧モータである。旋回軸ＲＸは、旋回体３の旋回中心となる仮想の直線である。なお走行モータ５Ｍあるいは旋回モータは電動モータであってもよい。

【0018】

旋回体３は、運転室４（キャブ）を有している。運転室４内には、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられている。オペレータ（乗員）は、運転室４に搭乗して、作業機２の操作、走行体５に対する旋回体３の旋回操作、および走行体５による油圧ショベル１００の走行操作が可能である。旋回体３は、外装カバー９を有している。外装カバー９は、機械室を覆っている。油圧ショベル１００は、遠隔操作されるものでもよい。

【0019】

作業機２は、旋回体３に支持されている。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８とを有している。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とをさらに有している。

【0020】

ブーム６は、本体１に回動可能に接続されている。具体的にはブーム６の基端部は、ブームフートピン１３を支点として旋回体３に回動可能に接続されている。アーム７は、ブーム６に回動可能に接続されている。具体的にはアーム７の基端部は、ブームトップピン１４を支点としてブーム６の先端部に回動可能に接続されている。バケット８は、アーム７に回転可能に接続されている。具体的にはバケット８の基端部は、アームトップピン１５を支点としてアーム７の先端部に回動可能に接続されている。バケット８は、グラップルのような他の作業具であってもよい。グラップルは爪の開閉状態によって全長が異なるため、グラップルの状態または姿勢の変化で積込対象２００に干渉するおそれがある。このように状態または姿勢によって高さ方向の長さが異なる作業具、あるいは、換言すれば後述する積込対象２００との相対位置関係が変化する作業機であれば本開示を適用することができる。

【0021】

ブームシリンダ１０の一端は旋回体３に接続され、他端はブーム６に接続されている。ブーム６は、ブームシリンダ１０により本体１に対して駆動可能である。この駆動により、ブーム６は、ブームフートピン１３を支点として旋回体３に対して上下方向に回動可能である。

【0022】

アームシリンダ１１の一端はブーム６に接続され、他端はアーム７に接続されている。アーム７は、アームシリンダ１１によりブーム６に対して駆動可能である。この駆動により、アーム７は、ブームトップピン１４を支点としてブーム６に対して上下方向または前後方向に回動可能である。

【0023】

バケットシリンダ１２の一端はアーム７に接続され、他端はバケットリンク１７に接続されている。バケット８は、バケットシリンダ１２によりアーム７に対して駆動可能である。この駆動により、バケット８は、アームトップピン１５を支点としてアーム７に対して上下方向に回動可能である。

【0024】

ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２の各々は、油圧により駆動する油圧シリンダであるが、電動シリンダなどの他のアクチュエータであってもよい。

【0025】

油圧ショベル１００は、作業機姿勢センサ２０（図５）と、位置方位センサ２１と、傾斜センサ２２（図５）と、検出センサ２３とをさらに有している。作業機姿勢センサ２０は、作業機２の姿勢を検出し、作業機２の姿勢を示す姿勢信号を出力する。作業機姿勢センサ２０は、ブーム６、アーム７、バケット８の各々の姿勢を検出することができる。作業機姿勢センサ２０は、ブーム６、アーム７、バケット８の各々に配置されたセンサを含む。作業機姿勢センサ２０は、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）、ストロークセンサ、ポテンショメータ、撮像装置などのいずれか、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。

【0026】

位置方位センサ２１は、たとえばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）受信機である。位置方位センサ２１は、２つのＧＮＳＳ受信機２１ａ、２１ｂを含む。２つのＧＮＳＳ受信機２１ａ、２１ｂの各々は、旋回体３の異なる位置に設置される。ＧＮＳＳ受信機２１ａ、２１ｂの各々は、グローバル座標系における旋回体３の位置を示す衛星測位信号を衛星から受信する。位置方位センサ２１は、受信したグローバル座標系における旋回体３の位置を示す衛星測位信号を出力する。コントローラ５０は、この衛星測位信号から、グローバル座標系における旋回体３の位置と、旋回体３の向く方位とを演算する。

【0027】

位置方位センサ２１は、旋回角度センサを有していてもよい。旋回角度センサは、たとえば旋回体３に固定されている。旋回角度センサは、走行体５に対する旋回体３の旋回角度を検出し、旋回体３の旋回角度を示す旋回角度信号を出力する。旋回角度センサにより機械座標系（ローカル座標系）における旋回角度を検出することができる。旋回角度センサは、ＩＭＵ、ポテンショメータ、撮像装置などのいずれか、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。機械座標系とは、旋回体３の旋回中心を原点とし、前後方向に伸びる軸、左右方向に伸びる軸、上下方向に伸びる軸（旋回軸ＲＸ）で表される直交座標系である。

【0028】

傾斜センサ２２は、旋回体３の加速度および角速度（旋回速度）を計測し、計測結果に基づいて旋回体３の姿勢（たとえばロール角、ピッチ角、ヨー角）を検出する。傾斜センサ２２は、たとえば旋回体３の下面に設置される。傾斜センサ２２は、たとえばＩＭＵである。傾斜センサ２２は、計測により得た傾斜信号を出力する。

【0029】

検出センサ２３は、油圧ショベル１００の作業現場周囲の地形または物体を検出する。検出センサ２３は、たとえば運転室４に取り付けられてもよく、外装カバー９に取り付けられてもよく、またこれら以外に取り付けられてもよい。検出センサ２３は、検出した検出信号を出力する。

【0030】

検出センサ２３は、たとえばレーザ光を射出して対象物の情報を取得するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）である。検出センサ２３は、電波を射出することにより対象物の情報を取得するＲａｄａｒ（Radio Detection and Ranging）であってもよい。Ｒａｄａｒは、たとえば送信アンテナから発したミリ波帯の電波が物体の表面で反射して戻ってくる様子を受信アンテナで検出するミリ波レーダであってもよい。検出センサ２３は、カメラを含む視覚センサであってもよい。なお、検出センサ２３が、作業機姿勢センサ２０と同様に作業機２の姿勢を検出する機能を備えていてもよい。たとえば、上記ＬｉＤＡＲによってレーザ光を作業機２に向けて射出することによって作業機２の姿勢が検出されてもよい。

【0031】

油圧ショベル１００は、指示部２４（図５）と、操作部２５（図５）とをさらに有している。指示部２４および操作部２５の各々は、運転室４内に配置されている。指示部２４および操作部２５は、運転室４内に搭乗したオペレータにより手動操作され、手動運転による動作指令を出力する。指示部２４は、自動積込制御においてバケット８が通過すべき点を指示するための部分である。操作部２５は、ブーム６、アーム７およびバケット８の動作と、旋回と、走行との各々を操作するための部分である。

【0032】

＜掘削積込の動作フローおよび自動積込制御＞
次に、作業機械の掘削積込の動作フローおよび自動積込制御について図２～図４を用いて説明する。

【0033】

図２は、油圧ショベルによる掘削積込の動作フローを示す図である。図３は、油圧ショベルが自動積込を行なう様子を示す斜視図である。図４は、油圧ショベルにおけるバケットの異なる姿勢を示す側面図である。

【0034】

図２および図３に示されるように、油圧ショベル１００による掘削積込においては、まず掘削が行なわれる（ステップＳＡ）。この掘削により土砂などの荷がバケット８内に積み込まれる。掘削後に、バケット８内に荷を積み込んだ状態で旋回体３は旋回する（ステップＳＢ）。この旋回はいわゆる積込旋回である。この積込旋回時にバケット８は積込対象２００に干渉しないように動作制御される。積込対象２００は、たとえばダンプトラックである。ダンプトラック２００は、バケット８内の荷を積み込むためのベッセル２００Ａを有している。

【0035】

積込旋回によりバケット８内の荷をベッセル２００Ａに排土する点にバケット８が達すると旋回体３の旋回は停止する。この後、バケット８内の荷がダンプトラック２００のベッセル２００Ａに排出（排土）される（ステップＳＣ）。排土後に、再度掘削するために旋回体３は戻り旋回をする（ステップＳＤ）。

【0036】

図３に示されるように、上記積込作業を自動化するために、積込動作時にバケット８が通過する点を特定する必要がある。この自動化においては、作業具であるバケット８がベッセル２００Ａに干渉しないように作業機２の動作を制御する必要がある。積込動作時にバケット８が通過すべき点として、たとえば通過点（干渉回避点）Ｐ１Ａと、排土点Ｐ２と、戻り点（掘削点）Ｐ３とが少なくとも特定される。

【0037】

通過点Ｐ１Ａは、積込対象２００の側端縁ＳＥ（たとえばベッセル２００Ａの側端縁）の真上にアームトップピン１５の左右方向の中心が位置する点である。排土点Ｐ２は、積込対象２００（たとえばベッセル２００Ａ）の真上にアームトップピン１５の左右方向の中心が位置する点である。戻り点Ｐ３は、掘削を行なう箇所の真上にアームトップピン１５の左右方向の中心が位置する点である。ここでは、通過点Ｐ１Ａ、排土点Ｐ２、戻り点Ｐ３を特定するために、アームトップピン１５の左右方向の中心が位置する点として上記点Ｐ１Ａ、Ｐ２、Ｐ３を説明するが、上記点Ｐ１Ａ、Ｐ２、Ｐ３の各々は他の点を用いて特定されてもよい。たとえば、バケット８の刃先８Ｔの点を用いて通過点Ｐ１Ａ、排土点Ｐ２、戻り点Ｐ３が特定されてもよい。また、たとえば、外界センサなどで積込対象２００の位置を検知し、指示部２４が操作された時に、作業機２と積込対象２００との相対距離が最も近い作業機２上の点を用いて通過点Ｐ１Ａ、排土点Ｐ２、戻り点Ｐ３が特定されてもよい。

【0038】

通過点Ｐ１Ａ、排土点Ｐ２および戻り点Ｐ３の各々は、旋回体３の旋回中にたとえばオペレータが指示部２４を操作することにより特定される。具体的にはオペレータは旋回体３の旋回において積込対象２００の側端縁ＳＥ（たとえばベッセル２００Ａの側端縁）の真上にアームトップピン１５の左右方向の中心が位置したと目視で判定したときに指示部２４を操作する。またオペレータは旋回体３の旋回においてバケット８内の荷を排土すべき点の真上にアームトップピン１５の左右方向の中心が位置したと目視で判定したときに指示部２４を操作する。またオペレータは旋回体３の旋回において掘削すべき点の真上にアームトップピン１５の左右方向の中心が位置したと目視で判定したときに指示部２４を操作する。

【0039】

オペレータが指示部２４を操作したタイミングにおける作業機２の姿勢と旋回体３の旋回角度とに基づいて各点Ｐ１Ａ、Ｐ２、Ｐ３の機械座標系における座標が演算される。これにより各点Ｐ１Ａ、Ｐ２、Ｐ３が特定される。各点Ｐ１Ａ、Ｐ２、Ｐ３の特定は、たとえば排土後の戻り旋回時に行なわれる。自動積込制御においては、アームトップピン１５の左右方向の中心が戻り点Ｐ３から通過点Ｐ１Ａを通過して排土点Ｐ２へ到達するように作業機２の動作および旋回体３の旋回が制御される。

【0040】

上記通過点Ｐ１Ａは、バケット８が積込対象２００と干渉しないように特定される。しかしながらバケット８の姿勢によってはバケット８が積込対象２００と干渉するおそれがある。具体的には図４に示されるように、排土をするためにバケット８はバケットダンプの姿勢８Ａとなる。姿勢８Ａは、バケット８の開口部が下に向いた姿勢である。このバケットダンプの姿勢のまま戻り旋回をして通過点Ｐ１Ａが特定される場合がある。この場合、バケット８が姿勢８Ａの状態であれば、バケット８と積込対象２００との干渉は避けられる。しかしながら積込動作時においてバケット８が荷を積み込んだ積荷姿勢８Ｂになっていると、バケット８が積込対象２００に干渉するおそれがある。積荷姿勢８Ｂは、バケット８の開口部が上に向いた姿勢である。またバケット８が刃先８Ｔが下端となるような姿勢８Ｃになっている場合にも、バケット８が積込対象２００に干渉するおそれがある。姿勢８Ｃは、バケット８の開口部が油圧ショベル１００の本体１に向いた姿勢である。

【0041】

そこで本開示においては、自動積込制御時においてバケット８がその姿勢によらずに積込対象２００に干渉しないよう通過点Ｐ１Ａが修正通過点Ｐ１Ｂ、Ｐ１Ｃ（図６）に較正される。通過点Ｐ１Ａを修正通過点Ｐ１Ｂ、Ｐ１Ｃ（図６）に較正する作業機械の自動制御システムおよび作業機械の制御方法を以下に説明する。

【0042】

＜作業機械の自動制御システム＞
まず本実施形態における自動制御システムの構成について図５を用いて説明する。

【0043】

図５は、本開示における油圧ショベルの自動制御システムを示すブロック図である。図５に示されるように、自動制御システムはコントローラ５０を有している。コントローラ５０は、プロセッサと、メインメモリと、記憶部５３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５０は、記憶部５３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。

【0044】

コントローラ５０は、指示点特定部５１と、修正通過点算出部５２と、記憶部５３と、ＥＰＣ弁制御部５４とを有している。

【0045】

指示点特定部５１は、作業機姿勢センサ２０から出力された姿勢信号を取得する。指示点特定部５１は、位置方位センサ２１から出力された衛星測位信号と旋回角度信号とを取得する。指示点特定部５１は、傾斜センサ２２から出力された傾斜信号を取得する。指示点特定部５１は、検出センサ２３から出力された検出信号を取得する。指示点特定部５１は、指示部２４から出力された指示信号を取得する。

【0046】

指示点特定部５１は、自動積込制御においてバケットが通過すべき点の座標を特定する。具体的には指示点特定部５１は、指示部２４から指示信号を取得したタイミングにおけるアームトップピン１５の左右方向の中心位置の座標を算出する。

【0047】

オペレータが通過点Ｐ１Ａの取得を目的として指示部２４を操作した場合、指示部２４が操作されたタイミングにおけるアームトップピン１５の左右方向の中心位置の座標が通過点Ｐ１Ａの座標として通過点特定部５１Ａにより算出される。またオペレータが排土点Ｐ２の取得を目的として指示部２４を操作した場合、指示部２４が操作されたタイミングにおけるアームトップピン１５の左右方向の中心位置の座標が排土点Ｐ２の座標として排土点特定部５１Ｂにより算出される。またオペレータが戻り点Ｐ３の取得を目的として指示部２４を操作した場合、指示部２４が操作されたタイミングにおけるアームトップピン１５の左右方向の中心位置の座標が戻り点Ｐ３の座標として戻り点特定部５１Ｃにより算出される。

【0048】

各点Ｐ１Ａ、Ｐ２、Ｐ３の座標の算出は、作業機姿勢センサ２０、位置方位センサ２１および傾斜センサ２２の各々から取得した信号に基づいて実行される。この際、指示点特定部５１は、記憶部５３に記憶された作業機２の各構成部品の寸法などを参照してもよい。指示点特定部５１は、特定した通過点Ｐ１Ａ、排土点Ｐ２および戻り点Ｐ３の各々の座標信号を修正通過点算出部５２へ出力する。

【0049】

なお図において通過点特定部５１Ａ、排土点特定部５１Ｂおよび戻り点特定部５１Ｃが分けて示されているが、通過点特定部５１Ａ、排土点特定部５１Ｂおよび戻り点特定部５１Ｃは分かれておらず、同じ部分であってもよい。つまり各点Ｐ１Ａ、Ｐ２、Ｐ３は、指示点特定部５１の同じ部分により特定されてもよい。また指示点特定部５１は、特定した排土点Ｐ２および戻り点Ｐ３の各々の座標信号を修正通過点算出部５２ではなくＥＰＣ弁制御部５４へ直接出力してもよい。

【0050】

修正通過点算出部５２は、通過点Ｐ１Ａの座標信号を通過点特定部５１Ａから取得する。修正通過点算出部５２は、取得した通過点Ｐ１Ａの座標を修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃに較正する。

【0051】

通過点Ｐ１Ａの座標の較正は、通過点Ｐ１Ａの高さ位置の上方にバケット８の形状データに基づく寸法を加算して修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃの座標を算出することにより行なわれる。

【0052】

図６は、通過点（干渉回避点）Ｐ１Ａの較正を説明するためのバケットの側面図である。図６に示されるように、通過点Ｐ１Ａの高さ位置ＨＡは、アームトップピン１５の左右方向の中心位置により決定される。しかし上記したように積込動作時において積荷姿勢８Ｂまたは刃先８Ｔが下端となる姿勢８Ｃにバケット８がなっていると、バケット８が積込対象２００（ベッセル２００Ａ）に干渉するおそれがある。

【0053】

そこで通過点Ｐ１Ａの高さ位置ＨＡの上方に積荷姿勢８Ｂ（積荷状態）におけるバケット８の高さ方向の寸法ｈ１に基づく寸法（ｈ１＋α）を加算することにより修正通過点Ｐ１Ｂが算出される。バケット８の高さ方向の寸法ｈ１は、バケット８の側面視におけるバケット８の開口部からバケット８の背面までの距離における最長寸法とされてもよい。また通過点Ｐ１Ａの高さ位置ＨＡの上方にバケット８の側面視における最長寸法ｈ２に基づく寸法（ｈ２＋α）を加算することにより修正通過点Ｐ１Ｃが算出されてもよい。バケット８の側面視における最長寸法ｈ２は、バケット８の刃先８Ｔからアームトップピン１５が挿入される穴の中心までの寸法とされてもよい。

【0054】

ここでαは、制御上の余裕である。たとえばバケット８が大きい荷を積んだときにはバケット８の沈み込み量も大きくなるため、その沈み込み量も考慮してαは決定されてもよい。

【0055】

図５に示されるように、修正通過点算出部５２は、修正通過点Ｐ１Ｂ、Ｐ１Ｃを算出するに際し、記憶部５３に記憶されたバケット８の形状データ、制御上の余裕αなどを参照する。記憶部５３には、作業機２の各構成部品の寸法、制御上の余裕αなどが記憶されている。制御上の余裕に相当するαの値は、入力装置２６を用いて任意の値に設定されてもよい。

【0056】

記憶部５３には、入力装置２６から各種の情報が入力される。入力装置２６は、タッチパネル、キーボードなどであってもよい。入力装置２６は、油圧ショベル１００に搭載されていてもよく、また油圧ショベル１００とは離れた位置にありコントローラ５０と有線または無線で接続されるものであってもよい。また記憶部５３には予めバケット８（作業具）の形状データ、制御上の余裕αなどが記憶されていてもよく、入力装置２６により外部から記憶部５３へ無線で送信されてもよい。

【0057】

修正通過点算出部５２は、算出した修正通過点Ｐ１Ｂ、Ｐ１Ｃと、排土点Ｐ２と、戻り点Ｐ３との各座標を示す信号をＥＰＣ弁制御部５４へ出力する。ＥＰＣ弁制御部５４は、取得した修正通過点Ｐ１Ｂ、Ｐ１Ｃ、排土点Ｐ２および戻り点Ｐ３の各々の座標を示す信号に基づいてＥＰＣ弁２８を制御する。

【0058】

ＥＰＣ弁２８は、コントローラ５０のＥＰＣ弁制御部５４からの指令電流に基づいて油圧バルブ３０を制御する。これにより油圧ポンプ２７により油タンク（図示せず）から汲み上げられた油のアクチュエータ２９への供給が油圧バルブ３０を介して制御される。アクチュエータ２９は、たとえば油圧アクチュエータであり、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、旋回モータなどである。

【0059】

ＥＰＣ弁制御部５４によりＥＰＣ弁２８が制御されることにより、自動積込制御においてアームトップピン１５の左右方向の中心が戻り点Ｐ３から修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃを通過して排土点Ｐ２に達するように各油圧アクチュエータが制御される。これによりバケット８と積込対象２００との干渉が抑制された自動積込制御が可能となる。

【0060】

なおＥＰＣ弁制御部５４は、操作部２５からの操作信号を取得する。ＥＰＣ弁制御部５４は、操作部２５から出力された手動運転の動作指令に基づいてＥＰＣ弁２８を制御してもよい。これによりオペレータによる手動運転により作業機２の動作、旋回体３の旋回を操作することが可能となる。これによりオペレータが通過点Ｐ１Ａ、排土点Ｐ２および戻り点Ｐ３の各点となる位置へ作業機を移動させることができる。

【0061】

また検出センサ２３の検出信号に基づいて図２に示す一連の掘削積込動作が完全自動化されてもよい。検出センサ２３が油圧ショベル１００の周囲の状況および物体を検出することにより、油圧ショベル１００と掘削点または積込対象２００との相対的な位置関係を検出することが可能となる。このため自動での戻り旋回ＳＤ（図２）時に通過点Ｐ１Ａ、排土点Ｐ２および戻り点Ｐ３の各点を自動で特定することも可能となる。また検出センサ２３が油圧ショベル１００の周囲の地形などを検出することにより、掘削ＳＡ（図２）も自動で行うことが可能となる。これにより自動積込制御との組合わせで掘削積込の一連の作業を完全自動化することが可能となる。

【0062】

コントローラ５０、指示部２４、操作部２５および入力装置２６の各々は、油圧ショベル１００に搭載されていてもよく、油圧ショベル１００の外部に離れて配置されていてもよい。コントローラ５０、指示部２４、操作部２５および入力装置２６の各々が油圧ショベル１００の外部に離れて配置されている場合、コントローラ５０、指示部２４、操作部２５および入力装置２６の各々は、各種センサ２０～２３、ＥＰＣ弁２８などと無線により接続されていてもよい。コントローラ５０は、油圧ショベル１００から離れたサーバに格納されていてもよい。また操作部２５が油圧ショベル１００から離れていることにより、オペレータは油圧ショベル１００の運転席４内に搭乗せずに、遠隔で油圧ショベル１００を操作してもよい。

【0063】

＜作業機械の制御方法＞
次に、本実施形態における作業機械の制御方法について図５および図７を用いて説明する。

【0064】

図７は、本開示の一実施形態における油圧ショベルの制御方法を示すフロー図である。図５および図７に示されるように、コントローラ５０の指示点特定部５１は、作業機姿勢センサ２０から出力された姿勢信号（作業機姿勢情報）を取得する（ステップＳ１：図７）。コントローラ５０の指示点特定部５１は、位置方位センサ２１から出力された衛星測位信号と旋回角度信号（旋回角度情報）とを取得する（ステップＳ２：図７）。コントローラ５０の指示点特定部５１は、傾斜センサ２２から出力された傾斜信号を取得する。コントローラ５０の指示点特定部５１は、検出センサ２３から出力された検出信号を取得する。コントローラ５０の指示点特定部５１は、指示部２４から出力された指示信号を取得する。

【0065】

コントローラ５０の指示点特定部５１は、自動積込制御においてバケット８が通過すべき点の座標を特定する。具体的には指示点特定部５１は、指示部２４から指示信号を取得したタイミングにおけるアームトップピン１５の左右方向の中心位置の座標を算出する。

【0066】

アームトップピン１５の左右方向の中心が積込対象２００の側端縁の真上に位置したとオペレータが判断して指示部２４を操作した場合または検出センサ２３が判断した場合、そのタイミングにおけるアームトップピン１５の左右方向の中心位置の座標が通過点Ｐ１Ａの座標として通過点特定部５１Ａにより算出される。これにより通過点Ｐ１Ａが特定される（ステップＳ３：図７）。

【0067】

またアームトップピン１５の左右方向の中心が荷を排土すべき点の真上に位置したとオペレータが判断して指示部２４を操作した場合または検出センサ２３が判断した場合、そのタイミングにおけるアームトップピン１５の左右方向の中心位置の座標が排土点Ｐ２の座標として排土点特定部５１Ｂにより算出される。これにより排土点Ｐ２が特定される。

【0068】

またアームトップピン１５の左右方向の中心が掘削すべき点の真上に位置したとオペレータが判断して指示部２４を操作した場合または検出センサ２３が判断した場合、そのタイミングにおけるアームトップピン１５の左右方向の中心位置の座標が戻り点Ｐ３の座標として戻り点特定部５１Ｃにより算出される。これにより戻り点Ｐ３が特定される。

【0069】

指示点特定部５１は、特定した通過点Ｐ１Ａ、排土点Ｐ２および戻り点Ｐ３の各々の座標信号を修正通過点算出部５２へ出力する。なお指示点特定部５１は、特定した排土点Ｐ２および戻り点Ｐ３の各々の座標信号を修正通過点算出部５２ではなくＥＰＣ弁制御部５４へ直接出力してもよい。

【0070】

修正通過点算出部５２は、通過点Ｐ１Ａの座標信号を通過点特定部５１Ａから取得すると、取得した通過点Ｐ１Ａの座標を修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃに較正する。つまりコントローラ５０の修正通過点算出部５２は、通過点Ｐ１Ａを修正した修正通過点を算出する（ステップＳ４：図７）。

【0071】

通過点Ｐ１Ａの座標の較正は、図６を用いて説明したように、通過点Ｐ１Ａの高さ位置の上方にバケット８の形状データに基づく寸法を加算して修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃの座標を算出することにより行なわれる。

【0072】

修正通過点算出部５２は、算出した修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃと、排土点Ｐ２と、戻り点Ｐ３との各座標を示す信号をＥＰＣ弁制御部５４へ出力する。ＥＰＣ弁制御部５４は、取得した修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃ、排土点Ｐ２および戻り点Ｐ３の各座標を示す信号に基づいてＥＰＣ弁２８を制御する。

【0073】

ＥＰＣ弁制御部５４によりＥＰＣ弁２８が制御されることにより、自動積込制御においてアームトップピン１５の左右方向の中心が戻り点Ｐ３から修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃを通過して排土点Ｐ２に達するように各油圧アクチュエータが制御される（ステップＳ５：図７）。これによりバケット８と積込対象２００との干渉が抑制された自動積込制御が可能となる。

【0074】

＜効果＞
次に、本実施形態の効果について説明する。

【0075】

本実施形態においては図６に示されるように、通過点Ｐ１Ａの高さ位置ＨＡの上方にバケット８（作業具）の形状データに基づく寸法ｈ１＋αまたはｈ２＋αが加算されることにより修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃが算出される。そして旋回時に修正通過点Ｐ１ＢまたはＰ１Ｃを通過するように作業機２の動作が制御される。これにより自動積込制御時においてもバケット８と積込対象２００との干渉を抑制することが可能となる。

【0076】

また本実施形態においては図６に示されるように、通過点Ｐ１Ａの高さ位置ＨＡの上方に積荷状態におけるバケット８の高さ方向の寸法ｈ１に基づく寸法ｈ１＋αが加算されて修正通過点Ｐ１Ｂが算出される。これにより、修正通過点Ｐ１Ｂに基づいて自動積込制御が実行されるため、自動積込制御時においてバケット８が積荷姿勢８Ｂになっている場合でもバケット８と積込対象２００との干渉を抑制することが可能となる。

【0077】

また本実施形態においては図６に示されるように、通過点Ｐ１Ａの高さ位置ＨＡの上方にバケット８の側面視における最長寸法ｈ２に基づく寸法ｈ２＋αが加算されて修正通過点Ｐ１Ｃが算出される。これにより、修正通過点Ｐ１Ｃに基づいて自動積込制御が実行されるため、自動積込制御時においてバケット８が如何なる姿勢になってもバケット８と積込対象２００との干渉を抑制することが可能となる。

【0078】

また本実施形態においては図５に示されるように、自動制御システムは、アクチュエータ２９を駆動させるための手動運転の動作指令を出力する操作部２５と、動作指令を出力して作業機２を動作させた際に通過点Ｐ１Ａを指示する指示部２４とを有している。これによりオペレータが手動運転で作業機２および旋回体３を動作させて、通過点Ｐ１Ａを特定することができる。

【0079】

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】

【0080】

１ 本体、２ 作業機、３ 旋回体、４ 運転室、４Ｓ 運転席、５ 走行体、５Ｃｒ 履帯、５Ｍ 走行モータ、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、８Ｔ 刃先、９ 外装カバー、１０ ブームシリンダ、１１ アームシリンダ、１２ バケットシリンダ、１３ ブームフートピン、１４ ブームトップピン、１５ アームトップピン、１７ バケットリンク、２０ 作業機姿勢センサ、２１ 位置方位センサ、２１ａ，２１ｂ 受信機、２２ 傾斜センサ、２３ 検出センサ、２４ 指示部、２５ 操作部、２６ 入力装置、２７ 油圧ポンプ、２８ ＥＰＣ弁、２９ アクチュエータ、５０ コントローラ、５１ 指示点特定部、５１Ａ 通過点特定部、５１Ｂ 排土点特定部、５１Ｃ 戻り点特定部、５２ 修正通過点算出部、５３ 記憶部、５４ ＥＰＣ弁制御部、１００ 油圧ショベル、２００ 積込対象（ダンプトラック）、２００Ａ ベッセル、Ｐ１Ａ 通過点、Ｐ１Ｃ，Ｐ１Ｂ 修正通過点、Ｐ２ 排土点、Ｐ３ 戻り点、ＲＸ 旋回軸、ＳＥ 側端縁。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】