特開 2024-117290 作業機械を制御するためのシステム及び方法

(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】P2024117290

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】作業機械を制御するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240822BHJP

   E02F 3/84 20060101ALI20240822BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 C

E02F3/84 A

E02F9/26 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023305

(22)【出願日】2023-02-17

(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】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】清水 修

(72)【発明者】

【氏名】津村 総一

(72)【発明者】

【氏名】安藤 友起

(72)【発明者】

【氏名】中野 圭

(72)【発明者】

【氏名】岡田 崇人

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D003AA02

2D003AB01

2D003AB03

2D003AC02

2D003BA01

2D003BA03

2D003BA04

2D003BB04

2D003BB05

2D003BB07

2D003BB10

2D003BB11

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB03

2D003DB04

2D003DB05

2D003DC01

2D003DC04

2D003FA02

2D015HA03

(57)【要約】

【課題】作業機械の自動制御によって、効率よく整地作業を行う。
【解決手段】コントローラは、ワークサイトの現況地形を示す現況地形データを取得する。コントローラは、少なくとも一部が現況地形よりも下方に位置する目標設計面を取得する。コントローラは、目標設計面から上方に向けて、順次、目標掘削面を決定する。コントローラは、目標掘削面上において所定の作業方向にそれぞれ延び、所定の作業方向と交差する方向に互いに並ぶ複数の掘削パスを決定する。コントローラは、複数の掘削パスに従って作業機械を制御する。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械を制御するためのシステムであって、
前記作業機械の位置を示す位置データを出力する位置センサと、
前記位置センサから前記位置データを取得するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
ワークサイトの現況地形を示す現況地形データを取得し、
少なくとも一部が前記現況地形よりも下方に位置する目標設計面を取得し、
前記目標設計面から上方に向けて、順次、目標掘削面を決定し、
前記目標掘削面上において所定の作業方向にそれぞれ延び、前記所定の作業方向と交差する方向に互いに並ぶ複数の掘削パスを決定し、
前記複数の掘削パスに従って前記作業機械を制御する、
システム。

【請求項2】

前記目標設計面は、
前記目標設計面の底に位置する最終設計面と、
前記最終設計面から前記所定の作業方向と逆方向、且つ、上方に延びるハイウォール設計面と、
を含み、
前記コントローラは、
前記最終設計面から上方に所定高さごとに位置する前記ハイウォール設計面上の参照点を決定し、
前記参照点を通る仮の掘削面を決定し、
前記仮の掘削面に基づいて、前記目標掘削面を決定する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記目標設計面は、
前記目標設計面の底に位置する最終設計面と、
前記最終設計面から前記所定の作業方向と逆方向、且つ、上方に延びるハイウォール設計面と、
を含み、
前記コントローラは、
前記ハイウォール設計面の最上点から上方に延びる半直線を決定し、
前記最終設計面から上方に所定高さごとに位置する前記ハイウォール設計面、及び、前記半直線上の参照点を通る仮の掘削面を決定し、
前記仮の掘削面に基づいて、前記目標掘削面を決定する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記目標設計面は、
前記最終設計面から前記所定の作業方向、且つ、上方に延びるロウウォール設計面と、
前記ロウウォール設計面と前記現況地形とが交差するピボットポイントと、
をさらに含み、
前記コントローラは、
前記参照点と前記ピボットポイントとを結ぶ平面を、前記仮の掘削面として決定する、
請求項２又は３に記載のシステム。

【請求項5】

前記コントローラは、
前記ハイウォール設計面上の第１参照点と前記ピボットポイントとを結ぶ平面を、第１仮の掘削面として決定し、
前記第１参照点から上方に前記所定高さに位置する前記ハイウォール設計面上の第２参照点と前記ピボットポイントとを結ぶ平面を、第２仮の掘削面として決定し、
前記第１仮の掘削面の水平方向に対する第１傾斜角度が所定の角度閾値以下である場合には、前記第１仮の掘削面を第１目標掘削面として決定し、
前記第２仮の掘削面の水平方向に対する第２傾斜角度が前記角度閾値より大きい場合には、前記第２参照点を通り、前記第１仮の掘削面と平行な平面を第２目標掘削面として決定する、
請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記コントローラは、
前記ハイウォール設計面上の第１参照点と前記ピボットポイントとを結ぶ平面を、第１仮の掘削面として決定し、
前記第１参照点から上方に前記所定高さに位置する前記ハイウォール設計面上の第２参照点と前記ピボットポイントとを結ぶ平面を、第２仮の掘削面として決定し、
前記第１仮の掘削面の水平方向に対する第１傾斜角度が所定の角度閾値以下である場合には、前記第１仮の掘削面を第１目標掘削面として決定し、
前記第２仮の掘削面の水平方向に対する第２傾斜角度が前記角度閾値より大きい場合には、前記第２参照点を通り、前記水平方向に対して前記角度閾値で傾斜した平面を第２目標掘削面として決定する、
請求項４に記載のシステム。

【請求項7】

作業機械を制御するための方法であって、
ワークサイトの現況地形を示す現況地形データを取得することと、
少なくとも一部が前記現況地形よりも下方に位置する目標設計面を取得することと、
前記目標設計面から上方に向けて、順次、目標掘削面を決定することと、
前記目標掘削面上において所定の作業方向にそれぞれ延び、前記所定の作業方向と交差する方向に互いに並ぶ複数の掘削パスを決定することと、
前記複数の掘削パスに従って前記作業機械を制御すること、
を備える方法。

【請求項8】

前記目標設計面は、
前記目標設計面の底に位置する最終設計面と、
前記最終設計面から前記所定の作業方向と逆方向、且つ、上方に延びるハイウォール設計面と、
を含み、
前記最終設計面から上方に所定高さごとに位置する前記ハイウォール設計面上の参照点を通る仮の掘削面を決定することと、
前記仮の掘削面に基づいて、前記目標掘削面を決定すること、
を備える請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記目標設計面は、
前記目標設計面の底に位置する最終設計面と、
前記最終設計面から前記所定の作業方向と逆方向、且つ、上方に延びるハイウォール設計面と、
を含み、
前記ハイウォール設計面の最上点から上方に延びる半直線を決定することと、
前記最終設計面から上方に所定高さごとに位置する前記ハイウォール設計面、及び、前記半直線上の参照点を通る仮の掘削面を決定することと、
前記仮の掘削面に基づいて、前記目標掘削面を決定すること、
を備える請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記目標設計面は、
前記最終設計面から前記所定の作業方向、且つ、上方に延びるロウウォール設計面と、
前記ロウウォール設計面と前記現況地形とが交差するピボットポイントと、
をさらに含み、
前記参照点と前記ピボットポイントとを結ぶ平面を、前記仮の掘削面として決定することをさらに備える、
請求項８又は９に記載の方法。

【請求項11】

前記ハイウォール設計面上の第１参照点と前記ピボットポイントとを結ぶ平面を、第１仮の掘削面として決定することと、
前記第１参照点から上方に前記所定高さに位置する前記ハイウォール設計面上の第２参照点と前記ピボットポイントとを結ぶ平面を、第２仮の掘削面として決定することと、
前記第１仮の掘削面の水平方向に対する第１傾斜角度が所定の角度閾値以下である場合には、前記第１仮の掘削面を第１目標掘削面として決定することと、
前記第２仮の掘削面の水平方向に対する第２傾斜角度が前記角度閾値より大きい場合には、前記第２参照点を通り、前記第１仮の掘削面と平行な平面を、第２目標掘削面として決定すること、
をさらに備える請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記ハイウォール設計面上の第１参照点と前記ピボットポイントとを結ぶ平面を、第１仮の掘削面として決定することと、
前記第１参照点から上方に前記所定高さに位置する前記ハイウォール設計面上の第２参照点と前記ピボットポイントとを結ぶ平面を、第２仮の掘削面として決定することと、
前記第１仮の掘削面の水平方向に対する第１傾斜角度が所定の角度閾値以下である場合には、前記第１仮の掘削面を第１目標掘削面として決定することと、
前記第２仮の掘削面の水平方向に対する第２傾斜角度が前記角度閾値より大きい場合には、前記第２参照点を通り、前記水平方向に対して前記角度閾値で傾斜した平面を、第２目標掘削面として決定すること、
をさらに備える請求項１０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械を制御するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械には、整地作業を行うものがある。例えば、鉱山では、発破により、規定の区画の土砂が粉砕された後に、バルクプッシュが行われる。バルクプッシュは、地表を掘削し、掘削された土砂を所定の排土位置に運ぶ作業である。バルクプッシュが繰り返されることで、地表面が徐々に下がる。発破により土砂が粉砕された直後は、地表面は不均一である。そのため、地表面を均一にならす整地作業が行われる。或いは、鉱山以外のワークサイトにおいても、作業機械によって整地作業が行われることがある。

【0003】

例えば、特許文献１では、作業機械の自動制御によって整地作業を行う技術が開示されている。当該技術では、作業機械のコントローラは、現況地形の上方から目標設計面に向けて、順次、仮の掘削面を決定する。コントローラは、現況地形において仮の掘削面よりも上方に位置する部分を、目標掘削部分として決定する。コントローラは、目標掘削部分の土量を算出する。コントローラは、目標掘削部分の土量が閾値以上であるかを判定する。コントローラは、目標掘削部分の土量が閾値以上であるときに仮の掘削面を目標掘削面として決定する。コントローラは、目標掘削面に従って、作業機械を制御する。それにより、目標掘削部分が掘削されることで、整地作業が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１０１０７８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した作業機械の自動制御によれば、熟練したオペレータでなくても、作業機械によって整地作業を容易に行うことができる。しかし、作業機械によって、さらに効率よく整地作業を行うことが求められている。本開示の目的は、作業機械の自動制御によって、効率よく整地作業を行うことにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係るシステムは、作業機械を制御するためのシステムであって、位置センサとコントローラとを備える。位置センサは、作業機械の位置を示す位置データを出力する。コントローラは、位置センサから位置データを取得する。コントローラは、ワークサイトの現況地形を示す現況地形データを取得する。コントローラは、少なくとも一部が現況地形よりも下方に位置する目標設計面を取得する。コントローラは、目標設計面から上方に向けて、順次、目標掘削面を決定する。コントローラは、目標掘削面上において所定の作業方向にそれぞれ延び、所定の作業方向と交差する方向に互いに並ぶ複数の掘削パスを決定する。コントローラは、複数の掘削パスに従って作業機械を制御する。

【0007】

本開示の他の態様に係る方法は、作業機械を制御するための方法であって、ワークサイトの現況地形を示す現況地形データを取得することと、少なくとも一部が現況地形よりも下方に位置する目標設計面を取得することと、目標設計面から上方に向けて、順次、目標掘削面を決定することと、目標掘削面上において所定の作業方向にそれぞれ延び、所定の作業方向と交差する方向に互いに並ぶ複数の掘削パスを決定することと、複数の掘削パスに従って作業機械を制御すること、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、作業機械の自動制御によって、効率よく整地作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る作業機械を示す斜視図である。

【図2】作業機械の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。

【図3】ワークサイトの現況地形の一例を示す側面図である。

【図4】作業機械の自動制御の処理を示すフローチャートである。

【図5】現況地形と目標設計面の一例を示す側面図である。

【図6】仮の掘削面の決定方法を示す図である。

【図7】仮の掘削面の決定方法を示す図である。

【図8】目標掘削面の決定方法を示す図である。

【図9】目標掘削面の決定方法を示す図である。

【図10】掘削パスの一例を示す図である。

【図11】変形例に係る目標掘削面の決定方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態に係る作業機械の制御システムおよび制御方法について、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機械１を示す斜視図である。本実施形態に係る作業機械１は、ブルドーザである。作業機械１は、車体１１と、作業機１３とを備えている。

【0011】

車体１１は、走行装置１２と、運転室１４と、駆動源室１５とを有する。運転室１４には、図示しない運転席が配置されている。駆動源室１５は、運転室１４の前方に配置されている。走行装置１２は、車体１１の下部に取り付けられている。走行装置１２は、左右一対の履帯１６を有している。なお、図１では、左側の履帯１６のみが図示されている。履帯１６が回転することによって、作業機械１が走行する。

【0012】

作業機１３は、車体１１に取り付けられている。作業機１３は、リフトフレーム１７と、ブレード１８と、リフトシリンダ１９Ａ，１９Ｂと、を有する。リフトフレーム１７は、上下に動作可能に車体１１に取り付けられている。リフトフレーム１７は、ブレード１８を支持している。

【0013】

ブレード１８は、車体１１の前方に配置されている。ブレード１８は、リフトフレーム１７の上下動に伴って上下に動作する。リフトシリンダ１９Ａ，１９Ｂは、車体１１とブレード１８とに連結されている。リフトシリンダ１９Ａ，１９Ｂは、リフトフレーム１７に連結されてもよい。リフトシリンダ１９Ａ，１９Ｂが伸縮することによって、ブレード１８は、上下に動作する。

【0014】

図２は、作業機械１の駆動系２と制御システム３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２は、駆動源２２と、油圧ポンプ２３と、動力伝達装置２４とを備えている。駆動源２２は、例えば内燃エンジンである。ただし、駆動源２２は、電動モータを含んでもよい。

【0015】

油圧ポンプ２３は、駆動源２２によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２３から吐出された作動油は、油圧アクチュエータ２５に供給される。油圧アクチュエータ２５は、上述したリフトシリンダ１９を含む。なお、図２では、１つの油圧ポンプ２３が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。

【0016】

油圧アクチュエータ２５と油圧ポンプ２３との間には、制御弁２６が配置されている。制御弁２６は、比例制御弁であり、油圧ポンプ２３からリフトシリンダ１９に供給される作動油の流量を制御する。なお、制御弁２６は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁２６は、電磁比例制御弁であってもよい。

【0017】

動力伝達装置２４は、駆動源２２の駆動力を走行装置１２に伝達する。動力伝達装置２４は、例えば、トルクコンバーター、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。或いは、動力伝達装置２４は、HST（Hydro Static Transmission）などの他の方式の動力伝達装置であってもよい。

【0018】

制御システム３は、コントローラ３１と、機械位置センサ３２と、通信装置３３と、ストレージ３４と、入力装置３５とを備える。コントローラ３１は、取得したデータに基づいて作業機械１を制御するようにプログラムされている。コントローラ３１は、メモリ３８とプロセッサ３９とを含む。メモリ３８は、例えばRAM（Random Access Memory）とROM（Read Only Memory）とを含む。ストレージ３４は、例えば、半導体メモリ、或いはハードディスクなどを含む。メモリ３８とストレージ３４とは、作業機械１を制御するためのコンピュータ指令およびデータを記録している。

【0019】

プロセッサ３９は、例えばCPUであるが、他の種類のプロセッサであってもよい。プロセッサ３９は、メモリ３８或いはストレージ３４に記憶されたコンピュータ指令およびデータに基づいて、作業機械１を制御するための処理を実行する。通信装置３３は、例えば無線通信用のモジュールであり、作業機械１の外部の機器と通信を行う。通信装置３３は、モバイル通信ネットワークを利用するものであってもよい。或いは、通信装置３３は、LAN（Local Area Network）、或いはインターネットなどの他のネットワークを利用するものであってもよい。

【0020】

機械位置センサ３２は、作業機械１の位置を検出する。機械位置センサ３２は、例えば、GPS（Global Positioning System）などのGNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバを含む。機械位置センサ３２は、車体１１に搭載されている。或いは、機械位置センサ３２は、作業機１３などの他の位置に搭載されてもよい。コントローラ３１は、作業機械１の現在位置を示す現在位置データを機械位置センサ３２から取得する。

【0021】

入力装置３５は、オペレータによって操作可能である。入力装置３５は、例えばタッチスクリーンを含む。或いは、入力装置３５は、ハードキーなどの他の操作子を含んでもよい。入力装置３５は、オペレータによる操作を受け付け、オペレータの操作を示す信号をコントローラ３１に出力する。

【0022】

コントローラ３１は、駆動源２２、油圧ポンプ２３、動力伝達装置２４、及び制御弁２６に指令信号を出力することで、これらの装置を制御する。例えば、コントローラ３１は、油圧ポンプ２３の容量、及び、制御弁２６の開度を制御することで、油圧アクチュエータ２５を動作させる。これにより、コントローラ３１は、作業機１３を動作させる。

【0023】

コントローラ３１は、駆動源２２の回転速度、及び、動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１を走行させる。例えば、動力伝達装置２４がHSTの場合、コントローラ３１は、HSTの油圧ポンプの容量と油圧モータの容量とを制御する。動力伝達装置２４が複数の変速ギアを有するトランスミッションの場合、コントローラ３１は、ギアシフト用のアクチュエータを制御する。また、コントローラ３１は、左右の履帯１６に速度差が生じるように、動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１を旋回させる。

【0024】

次に、コントローラ３１によって実行される、作業機械１の自動制御について説明する。コントローラ３１は、駆動源２２及び動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１を自動的に走行させる。また、コントローラ３１は、駆動源２２、油圧ポンプ２３、及び制御弁２６を制御することで、作業機１３を自動的に制御する。

【0025】

以下、ワークサイトにおいて作業機械１によって行われる整地作業の自動制御について説明する。図３は、ワークサイトの現況地形４０の側面図である。図４は、作業機械１の自動制御の処理を示すフローチャートである。図４に示すように、ステップＳ１０１では、コントローラ３１は、現在位置データを取得する。コントローラ３１は、機械位置センサ３２から、作業機械１の現在位置データを取得する。

【0026】

ステップＳ１０２では、コントローラ３１は、現況地形データを取得する。現況地形データは、ワークサイトの現況地形４０を示すデータである。例えば、現況地形データは、現況地形４０の表面の平面座標と高さとを含む。現況地形データは、予めストレージ３４に記憶されていてもよい。コントローラ３１は、作業機１３、或いは走行装置１２の底部の軌跡を記録することで、現況地形データを取得してもよい。或いは、現況地形データは、ライダ（LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging）或いは、カメラなどの測定機器によって測定されてもよい。コントローラ３１は、測定機器から現況地形データを取得してもよい。測定機器は、作業機械１に搭載されてもよい。測定機器は、作業機械１の外部に配置されてもよい。

【0027】

ステップＳ１０３では、コントローラ３１は、目標設計面５０を取得する。図３に示すように、目標設計面５０の少なくとも一部は、現況地形４０よりも下方に位置する。目標設計面５０は、作業機械１の作業による目標地形の形状を示す。目標設計面５０は、予め定められて、ストレージ３４に記憶されていてもよい。目標設計面５０は、入力装置３５を介して、オペレータによって入力されてもよい。或いは、コントローラ３１は、通信装置３３を介して、外部のコンピュータから目標設計面５０を取得してもよい。

【0028】

詳細には、目標設計面５０は、最終設計面５１と、ロウウォール設計面５２と、ハイウォール設計面５３と、ピボットポイント５４とを含む。最終設計面５１は、目標設計面５０の底に位置する。最終設計面５１は、所定の作業方向Ａ１に延びている。所定の作業方向Ａ１については後述する。最終設計面５１は、例えば水平である。ただし、最終設計面５１は、水平方向に対して傾斜していてもよい。

【0029】

ロウウォール設計面５２は、最終設計面５１から所定の作業方向Ａ１、且つ、上方に延びる。ロウウォール設計面５２は、最終設計面５１に対して傾斜している。ハイウォール設計面５３は、最終設計面５１から所定の作業方向Ａ１と逆方向、且つ、上方に延びる。ハイウォール設計面５３は、最終設計面５１に対して傾斜している。ピボットポイント５４は、ロウウォール設計面５２と現況地形４０との交点に基づいて決定される。例えば、ピボットポイント５４は、ロウウォール設計面５２と初期の現況地形４０との交点である。

【0030】

整地作業の自動制御において、コントローラ３１は、現況地形４０がハイウォール設計面５３と最終設計面５１の形状となるように、現況地形４０を掘削する。コントローラ３１は、現況地形４０がロウウォール設計面５２の形状となるように、掘削された土砂を、現況地形４０上に積み上げる。

【0031】

図３に示すように、コントローラ３１は、目標設計面５０に基づいて、目標掘削面６０を決定する。目標掘削面６０は、最終設計面５１から上方に向かって順に配置された複数の目標掘削面６１－６４を含む。コントローラ３１は、最も上方に位置する目標掘削面６４から、最も下方に位置する目標掘削面６１までの順に、各目標掘削面６１－６４に従って、作業機械１による掘削を行う。それにより、現況地形４０が、ハイウォール設計面５３と最終設計面５１の形状となるように、掘削される、以下、目標掘削面６０を決定するための処理について説明する。

【0032】

図４に示すように、ステップＳ１０４では、コントローラ３１は、仮の掘削面を決定する。コントローラ３１は、目標設計面５０から上方に向けて、順次、仮の掘削面を決定する。

【0033】

詳細には、図５に示すように、コントローラ３１は、ハイウォール設計面５３の最上点５３１から上方に延びる半直線Ｌｖ１を決定する。なお、「上方」とは重力方向における上方を意味する。図６に示すように、コントローラ３１は、最終設計面５１から上方に、所定高さＨ１ごとに位置する最終設計面５１に平行な直線Ｌｈ１－Ｌｈ７を決定する。所定高さＨ１は、例えば、０．５ｍ～３．０ｍの範囲で決定される。所定高さＨ１は、例えば、１．２ｍであってもよい。コントローラ３１は、各直線Ｌｈ１－Ｌｈ７と、ハイウォール設計面５３及び半直線Ｌｖ１との交点を参照点Ｒ１－Ｒ７として決定する。図７に示すように、コントローラ３１は、最も下方に位置する第１参照点Ｒ１とピボットポイント５４とを結ぶ平面を第１仮の掘削面７１として決定する。

【0034】

ステップＳ１０５で、コントローラ３１は、目標掘削面６０を決定する。コントローラ３１は、仮の掘削面に基づいて目標掘削面６０を決定する。詳細には、コントローラ３１は、仮の掘削面の水平方向に対する傾斜角度が、所定の角度閾値以下である場合に、その仮の掘削面を目標掘削面６０として決定する。例えば、図７に示すように、コントローラ３１は、第１仮の掘削面７１の水平方向に対する傾斜角度θ１が角度閾値以下である場合には、第１仮の掘削面７１を、図８に示す第１目標掘削面６１として決定する。角度閾値は、例えば、作業機械１が走行可能な傾斜角度に基づいて決定される。角度閾値は、例えば、１５度～３０度の範囲で決定される。角度閾値は、例えば、１５度であってもよい。

【0035】

ステップＳ１０６では、コントローラ３１は、目標掘削面６０に現況地形４０との交点があるか否かを判定する。目標掘削面６０に現況地形４０との交点がある場合には、処理はステップＳ１０４に戻る。ステップＳ１０４～ステップＳ１０６の処理が繰り返されることで、図７及び図８に示すように、コントローラ３１は、第２参照点Ｒ２とピボットポイント５４とを結ぶ第２仮の掘削面７２を、第２目標掘削面６２として決定する。コントローラ３１は、第３参照点Ｒ３とピボットポイント５４とを結ぶ第３仮の掘削面７３を、第３目標掘削面６３として決定する。

【0036】

一方、ステップＳ１０５において、ある参照点を通る仮の掘削面の傾斜角度が角度閾値より大きい場合には、コントローラ３１は、その参照点を通り、１つ下に位置する仮の掘削面と平行な平面を、目標掘削面として決定する。例えば、図７に示すように、第４参照点Ｒ４を通る第４仮の掘削面７４の傾斜角度θ４が角度閾値より大きい場合には、コントローラ３１は、図８に示すように、第４参照点Ｒ４を通り、第３目標掘削面６３と平行な平面を、第４目標掘削面６４として決定する。

【0037】

図７に示すように、第５～第７仮の掘削面７５－７７についても同様に、第５～第７仮の掘削面７５－７７のそれぞれの傾斜角度が角度閾値より大きい場合には、コントローラ３１は、図８に示すように、第５～第７参照点Ｒ５－Ｒ７を通り、第３目標掘削面６３と平行な平面を、それぞれ第５～第７目標掘削面６５－６７として決定する。

【0038】

以上の処理が繰り返されることで、コントローラ３１は、最も下方に位置する目標掘削面６１から上方に向かって順次、次の目標掘削面６２－６７を決定し、目標掘削面６０に現況地形４０との交点がなくなるまで目標掘削面６０を決定する。例えば、図８に示すように、第７目標掘削面６７は、現況地形４０との交点を有さない。この場合、コントローラ３１は、第７目標掘削面６７を目標掘削面６０から除外する。

【0039】

また、コントローラ３１は、ある目標掘削面が現況地形４０との交点を有する場合であっても、その目標掘削面上の現況地形４０の高さが所定の高さ閾値以下である場合には、その目標掘削面を除外する。例えば、図８に示すように、第６目標掘削面６６上の現況地形４０の部分４１の高さが高さ閾値以下である場合には、コントローラ３１は、第６目標掘削面６６を目標掘削面６０から除外する。それにより、図９に示すように、コントローラ３１は、第１～第５目標掘削面６１－６５を目標掘削面６０として決定する。所定高さ閾値は、例えば、０．５ｍ～１．５ｍの範囲で決定される。所定高さ閾値は、例えば１．０ｍであってもよい。あるいは、所定高さ閾値は、所定高さＨ１に基づいて決定されてもよい。所定高さ閾値は、例えば、所定高さＨ１の半分であってもよい。

【0040】

なお、現況地形４０の部分４１の高さは、目標掘削面６０に垂直な方向の寸法であってもよい。或いは、現況地形４０の部分４１の高さは、重力方向における寸法であってもよい。ステップＳ１０６において、目標掘削面６０に現況地形４０との交点がなくなった場合には、処理はステップＳ１０８に進む。

【0041】

ステップＳ１０８で、コントローラ３１は、複数の掘削パスＰ１－Ｐ６を決定する。図１０は、ワークサイトの現況地形４０の上面図である。図１０に示すように、コントローラ３１は、所定の作業エリア１００内において、複数の掘削パスＰ１－Ｐ６を決定する。掘削パスＰ１－Ｐ６のそれぞれは、所定の作業方向Ａ１に延びている。所定の作業エリア１００と所定の作業方向Ａ１とは、予め決められて、ストレージ３４に保存されている。或いは、所定の作業エリア１００と所定の作業方向Ａ１とは、入力装置３５を介してオペレータによって決定されてもよい。

【0042】

複数の掘削パスＰ１－Ｐ６は、横方向に互いに並んでいる。横方向は、所定の作業方向Ａ１と交差する方向である。例えば、コントローラ３１は、横方向に一定間隔で並ぶように、複数の掘削パスＰ１－Ｐ６を決定してもよい。或いは、コントローラ３１は、掘削される土量を考慮して、複数の掘削パスＰ１－Ｐ６を決定してもよい。コントローラ３１は、各目標掘削面６１－６５上において所定の作業方向Ａ１に延び、且つ、横方向に並ぶように、複数の掘削パスＰ１－Ｐ６を決定する。

【0043】

ステップＳ１０９では、コントローラ３１は、複数の掘削パスＰ１－Ｐ６に従って、作業機械１を制御する。例えば、コントローラ３１は、第１掘削パスＰ１に従って作業機械１を前進させると共に、最も上方に位置する第５目標掘削面６５に従って、作業機１３を動作させる。第１掘削パスＰ１に従う掘削が終了すると、コントローラ３１は、作業機械１を後退させる。次に、コントローラ３１は、第２掘削パスＰ２に従って作業機械１を前進させると共に、第５目標掘削面６５に従って、作業機１３を動作させる。以降、同様に、残りの掘削パスＰ３－Ｐ６のそれぞれに従って作業機械１を前進させると共に、各掘削パスＰ３－Ｐ６において、第５目標掘削面６５に従って、作業機１３を動作させる。それにより、作業エリア１００内の現況地形４０が、第５目標掘削面６５の形状となるように掘削される。

【0044】

次に、コントローラ３１は、掘削パスＰ１－Ｐ６のそれぞれに従って作業機械１を前進させると共に、各掘削パスＰ１－Ｐ６において、第５目標掘削面６５の下方に位置する第４目標掘削面６４に従って、作業機１３を動作させる。それにより、作業エリア１００内の現況地形４０が、第４目標掘削面６４の形状となるように掘削される。以下、第３～第１目標掘削面６３－６１に従って、順次、上記と同様の作業が繰り返され、その後、最終設計面５１まで掘削される。なお、詳細な説明は省略するが、コントローラ３１は、上記の掘削作業によって掘削された土砂を運搬して、ロウウォール設計面５２の形状となるように積み上げる。以上の作業により、現況地形４０が目標設計面５０の形状となる。

【0045】

以上説明した本実施形態に係る作業機械１の制御システムおよび制御方法では、上述のように目標掘削面６１－６５と掘削パスＰ１－Ｐ６とが決定され、作業機械１が目標掘削面６１－６５と掘削パスＰ１－Ｐ６とに従って、自動的に制御される。そのため、作業機械１の自動制御によって、容易に整地作業を行うことができる。

【0046】

また、目標掘削面６１－６５は、下方に位置する目標掘削面から上方に向かって順に決定される。下方に位置する目標掘削面ほど、掘削される面積が大きいことが多い。そのため、目標掘削面６１－６５が下方に位置するものから決定されることで、効率よく掘削を行うことができる。

【0047】

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。作業機械１は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ等の他の機械であってもよい。走行装置１２は、履帯に限らず、タイヤを含んでもよい。作業機械１は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、作業機械１から運転室が省略されてもよい。

【0048】

コントローラ３１は、互いに別体の複数のコントローラを有してもよい。上述したコントローラ３１による処理は、複数のコントローラによって分散して実行されてもよい。

【0049】

複数の作業機械によって同時に整地作業が行われてもよい。その場合、複数の作業機械に搭載されたコントローラがそれぞれ自律的に上記の整地作業のための処理を実行してもよい。或いは、複数の作業機械に共通のコントローラが、複数の作業機械に対して上記の整地作業のための処理を実行してもよい。コントローラは、作業機械の外部から遠隔で作業機械に対して上記の整地作業のための処理を実行してもよい。

【0050】

整地作業を行うための処理は、上述した処理に限らず、変更されてもよい。例えば、上記の処理の一部が、変更、或いは省略されてもよい。整地作業を行うための処理に、上記の処理と異なる処理が追加されてもよい。

【0051】

例えば、上記の実施形態では、ある参照点に対する仮の掘削面の傾斜角度が角度閾値より大きい場合には、コントローラ３１は、その参照点を通り、その仮の掘削面の１つ下の仮の掘削面と平行な平面を、目標掘削面として決定している。しかし、コントローラ３１は、ある参照点に対する仮の掘削面の傾斜角度が角度閾値より大きい場合には、その参照点を通り、水平方向に対して角度閾値で傾斜した平面を、目標掘削面として決定してもよい。

【0052】

参照点の数、仮の掘削面の数、目標掘削面の数、或いは掘削パスの数は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。仮の掘削面、或いは目標掘削面を決定する方法は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、図１１に示すように、コントローラ３１は、ハイウォール設計面５３上の参照点Ｒ１－Ｒ５とピボットポイント５４とを結ぶ平面を、それぞれ目標掘削面６１－６５として決定してもよい。また、コントローラ３１は、半直線Ｌｖ１上の参照点Ｒ６，Ｒ７を通り、ハイウォール設計面５３上の参照点Ｒ５を通る最も近くの目標掘削面６５と平行な平面を、目標掘削面６６，６７として決定してもよい。

【0053】

コントローラ３１は、現況地形４０において仮の掘削面より上方に位置する部分を、目標掘削部分として決定してもよい。コントローラ３１は、目標掘削部分の高さを算出してもよい。コントローラ３１は、目標掘削部分の高さが所定の高さ閾値以下である場合に、対応する仮の掘削面を目標掘削面６０として決定してもよい。高さ閾値は、例えば、ブレードの掘削可能高さに基づいて決定されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本開示によれば、作業機械の自動制御によって、効率よく整地作業を行うことができる。

【符号の説明】

【0055】

１：作業機械
３１：コントローラ
３２：機械位置センサ
４０：現況地形
５０：目標設計面
５１：最終設計面
５３：ハイウォール設計面
５２：ロウウォール設計面
５４：ピボットポイント
６０：目標掘削面
７１－７７：仮の掘削面
Ｌｖ１：半直線
Ｐ１－Ｐ６：掘削パス
Ｒ１－Ｒ７：参照点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】