特開 2024-119549 作業機械を含むシステム、作業機械用コントローラ、および作業機械の経路生成方法

(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】P2024119549

(43)【公開日】2024-09-03

(54)【発明の名称】作業機械を含むシステム、作業機械用コントローラ、および作業機械の経路生成方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20240827BHJP

【ＦＩ】

E02F9/26 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023026535

(22)【出願日】2023-02-22

(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】松山 高史

【テーマコード（参考）】

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D015HA03

2D015HB07

(57)【要約】

【課題】掘削積込作業を自動制御するときの走行の経路を適切に設定する。
【解決手段】作業機械本体の周辺の物体は、作業機で掘削されるマテリアルの山である掘削対象２００を含んでいる。走行体の走行経路を生成するコントローラは、センサの検出結果に基づき掘削対象２００を認識し、作業機械が掘削対象２００を掘削する掘削位置Ｂ２を選定し、作業機に積載されたマテリアルを積み込む積込対象３００にマテリアルを積み込むときの積込位置Ａ２が、掘削位置Ｂ２から離れるべき最小の距離ｘ２を、作業機械の寸法により算出する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械を含むシステムであって、
走行体を有する作業機械本体と、
前記作業機械本体に取り付けられた作業機と、
前記作業機械本体の周辺の物体を検出するセンサと、
前記走行体の走行経路を生成するコントローラと、を備え、
前記物体は、前記作業機で掘削されるマテリアルの山である掘削対象を含み、
前記走行経路は、前記作業機械が前記掘削対象を掘削する掘削位置と、前記マテリアルを積み込む積込対象に前記マテリアルを積み込むときの積込位置とを含み、
前記コントローラは、前記センサの検出結果に基づき前記掘削対象を認識し、前記掘削位置を選定し、前記積込位置が前記掘削位置から離れるべき最小距離を、前記作業機械の寸法により算出する、システム。

【請求項2】

前記作業機械の寸法は、前記作業機械の前後方向における寸法を含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記コントローラは、前記掘削対象を掘削する前記作業機械が、前記作業機に一定量の前記マテリアルを積載するために前記掘削対象へ向かって前進する走行距離を最小にできる位置を、前記掘削位置に選定する、請求項１または請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記コントローラは、前記掘削位置から前記最小距離よりも大きく離れる位置に、前記マテリアルを前記積込対象に積み込むときの前記積込位置を決定する、請求項１または請求項２に記載のシステム。

【請求項5】

前記コントローラは、前記マテリアルを前記積込対象に積み込むときの前記積込位置を、前記積込対象へ送信する、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、前記作業機械を積荷後進から積荷前進へ切り換える切り返し位置を、前記作業機械の寸法により決定する、請求項１または請求項２に記載のシステム。

【請求項7】

前記作業機械本体は、前フレームと、前記前フレームに対して屈曲可能な後フレームとを有する、請求項１または請求項２に記載のシステム。

【請求項8】

前記作業機械は、前記掘削対象を掘削するとき、および、前記作業機に積載された前記マテリアルを前記積込対象に積み込むとき、前記前フレームと前記後フレームとが互いに屈曲しない直進姿勢をとる、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記コントローラは、前記掘削対象の形状を認識し、前記掘削位置を前記掘削対象の形状に基づいて選定する、請求項１または請求項２に記載のシステム。

【請求項10】

走行体と作業機とを備える作業機械の、前記走行体の走行経路を生成する、作業機械用コントローラであって、
前記走行経路は、前記作業機で掘削されるマテリアルの山である掘削対象を前記作業機械が掘削する掘削位置と、前記マテリアルを積み込む積込対象に前記マテリアルを積み込むときの積込位置とを含み、
作業機械本体の周辺の物体を検出するセンサの検出結果に基づき、前記掘削対象を認識し、
前記掘削位置を選定し、
前記積込位置が前記掘削位置から離れるべき最小距離を、前記作業機械の寸法により算出する、作業機械用コントローラ。

【請求項11】

走行体と作業機とを備える作業機械の、前記走行体の走行経路を生成する、作業機械の経路生成方法であって、
前記走行経路は、前記作業機で掘削されるマテリアルの山である掘削対象を前記作業機械が掘削する掘削位置と、前記マテリアルを積み込む積込対象に前記マテリアルを積み込むときの積込位置とを含み、
作業機械本体の周辺の物体を検出するセンサの検出結果に基づき、前記掘削対象を認識することと、
前記掘削位置を選定することと、
前記積込位置が前記掘削位置から離れるべき最小距離を、前記作業機械の寸法により算出することと、を備える、作業機械の経路生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械を含むシステム、作業機械用コントローラ、および作業機械の経路生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のホイールローダは、たとえば特開２０２２－１５７２５９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２０２２－１５７２５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ホイールローダは、掘削作業と積込作業とを繰り返し行う。掘削作業と積込作業とを自動化するために、自動制御による走行の経路を適切に設定することが求められる。

【0005】

本開示では、掘削積込作業を自動制御するときの走行の経路を適切に設定できる、作業機械を含むシステム、作業機械用コントローラ、および作業機械の経路生成方法が提案される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のある局面に係る作業機械を含むシステムは、走行体を有する作業機械本体と、作業機械本体に取り付けられた作業機と、作業機械本体の周辺の物体を検出するセンサと、走行体の走行経路を生成するコントローラと、を備えている。作業機械本体の周辺の物体は、作業機で掘削されるマテリアルの山である掘削対象を含んでいる。走行体の走行経路は、作業機械が掘削対象を掘削する掘削位置と、マテリアルを積み込む積込対象にマテリアルを積み込むときの積込位置とを含んでいる。コントローラは、センサの検出結果に基づき掘削対象を認識し、掘削位置を選定し、積込位置が掘削位置から離れるべき最小距離を、作業機械の寸法により算出する。

【0007】

本開示のある局面に係る作業機械用コントローラは、走行体と作業機とを備える作業機械の、走行体の走行経路を生成する。走行体の走行経路は、作業機で掘削されるマテリアルの山である掘削対象を作業機械が掘削する掘削位置と、マテリアルを積み込む積込対象にマテリアルを積み込むときの積込位置とを含んでいる。コントローラは、作業機械本体の周辺の物体を検出するセンサの検出結果に基づき、掘削対象を認識する。コントローラは、掘削位置を選定する。コントローラは、積込位置が掘削位置から離れるべき最小距離を、作業機械の寸法により算出する。

【0008】

本開示のある局面に係る作業機械の経路生成方法は、走行体と作業機とを備える作業機械の、走行体の走行経路を生成する方法である。走行体の走行経路は、作業機で掘削されるマテリアルの山である掘削対象を作業機械が掘削する掘削位置と、マテリアルを積み込む積込対象にマテリアルを積み込むときの積込位置とを含んでいる。経路生成方法は、以下のステップを備えている。第１のステップは、作業機械本体の周辺の物体を検出するセンサの検出結果に基づき、掘削対象を認識することである。第２のステップは、掘削位置を選定することである。第３のステップは、積込位置が掘削位置から離れるべき最小距離を、作業機械の寸法により算出することである。

【発明の効果】

【0009】

本開示の作業機械を含むシステム、作業機械用コントローラ、および作業機械の経路生成方法によると、掘削積込作業を自動制御するときの走行の経路を適切に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】作業機械の一例としてのホイールローダの側面図である。

【図2】図１に示されるホイールローダの平面図である。

【図3】ホイールローダによる掘削積込作業を説明する図である。

【図4】ホイールローダの制御システムの概略構成を示すブロック図である。

【図5】ホイールローダの自動制御システムの構成を示すブロック図である。

【図6】ダンプトラックのベッセルを側方から見た模式図である。

【図7】掘削積込作業を行うホイールローダの走行経路を示す模式図である。

【図8】ホイールローダの走行経路を生成する処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】ベッセルに対する積込位置の例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。実施形態から任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも、当初から予定されている。

【0012】

＜ホイールローダ１の全体構成＞
実施形態においては、作業機械の一例としてホイールローダ１について説明する。図１は、作業機械の一例としてのホイールローダ１の側面図である。図２は、図１に示されるホイールローダ１の平面図である。

【0013】

図１，２に示されるように、ホイールローダ１は、車体フレーム２と、作業機３と、走行装置４と、キャブ５とを主に備えている。車体フレーム２、キャブ５などからホイールローダ１の車体が構成されている。ホイールローダ１の車体には、作業機３および走行装置４が取り付けられている。ホイールローダ１の本体（作業機械本体）は、車体と、走行装置４とを有している。

【0014】

走行装置４は、ホイールローダ１の車体を走行させるものであり、走行輪４ａ，４ｂを含んでいる。ホイールローダ１は、車体の左右方向の両側に走行用回転体として走行輪４ａ，４ｂを備える装輪車両である。ホイールローダ１は、走行輪４ａ，４ｂが回転駆動されることにより自走可能であり、作業機３を用いて所望の作業を行うことができる。走行装置４は、「走行体」の一例に対応する。

【0015】

本明細書中において、ホイールローダ１が直進走行する方向を、ホイールローダ１の前後方向という。ホイールローダ１の前後方向において、車体フレーム２に対して作業機３が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。ホイールローダ１の左右方向とは、平坦な地面上にあるホイールローダ１を平面視したときに前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。ホイールローダ１の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

【0016】

車体フレーム２は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとを含んでいる。前フレーム２ａは、後フレーム２ｂの前方に配置されている。前フレーム２ａと後フレーム２ｂとは、センタピン１０により、互いに左右方向に動作可能に取り付けられている。

【0017】

前フレーム２ａと後フレーム２ｂとに亘って、左右一対のステアリングシリンダ１１が取り付けられている。ステアリングシリンダ１１は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１が図示しないステアリングポンプからの作動油によって伸縮することによって、ホイールローダ１の進行方向が左右に変更される。前フレーム２ａと後フレーム２ｂとにより、アーティキュレート構造の車体フレーム２が構成されている。ホイールローダ１は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとが屈曲動作可能に連結されたアーティキュレート式の作業機械である。

【0018】

前フレーム２ａには、作業機３および一対の走行輪（前輪）４ａが取り付けられている。作業機３は、ホイールローダ１の車体の前方に取り付けられている。作業機３は、ホイールローダ１の車体によって支持されている。作業機３は具体的には、車体フレーム２、より特定的には前フレーム２ａによって、回転可能に支持されている。作業機３は、車体フレーム２の前方に配置されている。

【0019】

作業機３は、ブーム１４を含んでいる。ブーム１４の基端部は、ブームピン９によって前フレーム２ａに回転自在に取付けられている。ブーム１４は、左ブーム部材１４Ｌと、右ブーム部材１４Ｒとを含んでいる。左ブーム部材１４Ｌと右ブーム部材１４Ｒとが左右方向に延びる接合部材により互いに相対移動不能に接合されて、一体構造のブーム１４が形成されている。ブームピン９は、左右一対の左ブームピン９Ｌと右ブームピン９Ｒとを含んでいる。ブーム１４は、左ブームピン９Ｌおよび右ブームピン９Ｒを回転中心として、前フレーム２ａに対して回転可能である。左ブームピン９Ｌと右ブームピン９Ｒとは、作業機３を車体フレーム２に対して回転可能に支持している。

【0020】

作業機３は、バケット６を含んでいる。バケット６は、作業機３の先端に配置されている。バケット６は、掘削・積込用の作業具である。刃先６ａは、バケット６の先端部である。背面６ｂは、バケット６の外面の一部である。背面６ｂは、平面で形成されている。背面６ｂは、刃先６ａから後方に延びている。バケット６は、ブーム１４の先端に位置するバケットピン１７によって、回転自在にブーム１４に取付けられている。バケット６は、左ブーム部材１４Ｌが取り付けられる左ブーム取付部と、右ブーム部材１４Ｒが取り付けられる右ブーム取付部とを有している。

【0021】

作業機３は、ベルクランク１８と、リンク１５とをさらに含んでいる。ベルクランク１８は、そのほぼ中央部が、ブーム１４の長手方向のほぼ中央に位置する支持ピン１８ａによって、ブーム１４に回転自在に支持されている。リンク１５は、ベルクランク１８の下端部（先端部）に設けられた連結ピン１８ｃに連結されている。リンク１５は、ベルクランク１８とバケット６とを連結している。ベルクランク１８とリンク１５とは、左右方向において、左ブーム部材１４Ｌと右ブーム部材１４Ｒとの間に配置されている。

【0022】

前フレーム２ａとブーム１４とは、一対のブームシリンダ１６により連結されている。ブームシリンダ１６は、油圧シリンダである。ブームシリンダ１６は、ブーム１４を、ブームピン９を中心として上下に回転駆動する。ブームシリンダ１６の基端は、前フレーム２ａに取り付けられている。ブームシリンダ１６の先端は、ブーム１４に取り付けられている。ブームシリンダ１６は、ブーム１４を前フレーム２ａに対し上下に動作させる油圧アクチュエータである。ブーム１４の昇降に伴って、ブーム１４の先端に取り付けられたバケット６も昇降する。

【0023】

バケットシリンダ１９は、ベルクランク１８と前フレーム２ａとを連結している。バケットシリンダ１９の基端は、前フレーム２ａに取り付けられている。バケットシリンダ１９の先端は、ベルクランク１８の上端部（基端部）に設けられた連結ピン１８ｂに取り付けられている。バケットシリンダ１９は、バケット６をブーム１４に対し上下に回動させる油圧アクチュエータである。バケットシリンダ１９は、バケット６を駆動する作業具シリンダである。バケットシリンダ１９は、バケット６を、バケットピン１７を中心として回転駆動する。バケット６は、ブーム１４に対し動作可能に構成されている。バケット６は、前フレーム２ａに対し動作可能に構成されている。

【0024】

ブームシリンダ１６と、バケットシリンダ１９とは、作業機３を駆動する作業機アクチュエータを構成している。

【0025】

後フレーム２ｂには、オペレータが搭乗するキャブ５、および一対の走行輪（後輪）４ｂが取り付けられている。箱状のキャブ５は、ブーム１４の後方に配置されている。キャブ５は、後フレーム２ｂに搭載されている。キャブ５は、車体フレーム２上に載置されている。キャブ５内には、ホイールローダ１のオペレータが着座するシート、および後述する操作装置８などが配置されている。

【0026】

キャブ５には、知覚装置１１１が設けられている。知覚装置１１１は、たとえばキャブ５の天井部に配置されている。知覚装置１１１は、たとえばキャブ５の上面に搭載されている。知覚装置１１１は、たとえばキャブ５の前部に配置されている。知覚装置１１１は、たとえば前方を向いてキャブ５に取り付けられており、キャブ５の前方の情報を取得可能である。知覚装置１１１の詳細は後述する。

【0027】

図１に示される長さＬ１は、前後方向における、バケット６の刃先６ａから車体の後端までの長さ（ホイールローダ１の全長）である。長さＬ２は、前後方向における、前輪４ａの前端から車体の後端までの長さ（ホイールローダ１の車体長）である。長さＬ３は、前後方向における、前輪４ａの中心から後輪４ｂの中心までの長さ（ホイールベース長）である。長さＬ４は、前後方向における、前輪４ａの中心から前フレーム２ａと後フレーム２ｂとの屈曲中心までの長さである。長さＬ５は、前後方向における、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとの屈曲中心から後輪４ｂの中心までの長さである。

【0028】

図２に示される長さＬ９は、左右方向における、バケット６の左端から右端までの長さ（バケット幅）である。バケット６の幅方向中心６ｃは、左右方向におけるバケット６の中心点である。

【0029】

図１，２に示される長さＬ１～Ｌ５，Ｌ９は、ホイールローダ１の仕様値に含まれる。ホイールローダ１の仕様値はさらに、車体の最小旋回半径を含む。ホイールローダ１は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとが互いに屈曲可能なアーティキュレート構造を備えていることにより、リジッド構造と比較して、車体の最小旋回半径が小さくなっている。ホイールローダ１の仕様値は、ホイールローダ１の個体ごとに固有の値であり、後述する車体コントローラ５０に記憶されている。

【0030】

＜掘削積込作業＞
本実施形態のホイールローダ１は、マテリアルをバケット６に掬い取り、ダンプトラックなどの積込対象にバケット６内のマテリアルを積み込む、掘削積込作業を実行する。マテリアルは、作業現場で掘削された、またはダンプトラックなどの運搬機械により作業現場に搬入された、土砂、岩石または鉱石などである。図３は、実施形態に基づくホイールローダ１による掘削積込作業を説明する図である。

【0031】

図３（Ａ）には、空荷前進をするホイールローダ１が図示されている。ホイールローダ１は、マテリアルの山である掘削対象２００に向かって前進走行する。作業機３をブーム１４の先端が低い位置にありバケット６が水平を向いた掘削姿勢にするように、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９が動作する。

【0032】

図３（Ｂ）（Ｃ）には、掘削動作をするホイールローダ１が図示されている。ホイールローダ１は、バケット６の刃先６ａを掘削対象２００へ突っ込み、前進走行を停止する。図３（Ｂ）に示される掘削（突込み）動作によって、バケット６の刃先６ａが掘削対象２００に食い込む。その状態で、ブーム１４およびバケット６が上昇するとともにバケット６がチルトバックすることにより、図３（Ｃ）中の矢印のようにバケット軌跡ＢＬに沿ってバケット６が移動する。この動作によって、図３（Ｃ）に示される、バケット６内に掘削対象２００を掬い取る掘削（掬込み）動作が実行される。

【0033】

掘削対象２００の種類によって、バケット６を１回チルトバックさせるだけで掘削（掬込み）動作が完了する場合がある。または、掘削（掬込み）動作において、バケット６をチルトバックさせ、中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場合もある。

【0034】

図３（Ｄ）には、積荷後進をするホイールローダ１が図示されている。ホイールローダ１は、バケット６内に掘削対象２００が積み込まれた状態で後進走行する。ホイールローダ１は、後進走行しながらバケット６を上昇させてもよい。

【0035】

図３（Ｅ）には、積荷前進をするホイールローダ１が図示されている。ホイールローダ１は、バケット６を上昇させながら、またはバケット６を上昇させた状態を維持しながら、積込対象３００へ向かって前進走行する。ホイールローダ１は、バケット６が積込対象３００の荷台のほぼ真上に位置する所定位置に到達するまで、積込対象３００に接近する。

【0036】

図３（Ｆ）には、積込対象３００への排土動作をするホイールローダ１が図示されている。ホイールローダ１は、積込対象３００に接近して所定位置に到達すると、バケット６をダンプして、バケット６内のマテリアルを積込対象３００に積み込む。その後、ホイールローダ１は、図３（Ｅ）で前進走行を開始した位置まで後進しながら、ブーム１４を下降させて作業機３を掘削姿勢に戻す。

【0037】

以上が、掘削積込作業の１サイクルをなす典型的な動作である。ホイールローダ１は、上述した複数の動作を順次に行うことを繰り返して、掘削対象２００を掘削し、ダンプトラックなどの積込対象３００に掘削したマテリアルを積み込んでいる。

【0038】

ホイールローダ１は、図３（Ｂ）（Ｃ）に示される掘削対象２００を掘削するとき、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとが互いに屈曲しない、直進姿勢をとっている。ホイールローダ１は、図３（Ｆ）に示されるバケット６内のマテリアルを積込対象３００に積み込むとき、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとが互いに屈曲しない、直進姿勢をとっている。

【0039】

＜システム構成＞
図４は、ホイールローダ１を制御する制御システムの概略構成を示すブロック図である。

【0040】

エンジン２１は、作業機３および走行装置４を駆動するための駆動力を発生する駆動源であり、たとえばディーゼルエンジンである。駆動源として、エンジン２１に代えて、蓄電体により駆動するモータが用いられてもよく、またエンジンとモータとの双方が用いられてもよい。エンジン２１の出力は、エンジン２１のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより制御される。

【0041】

エンジン２１の発生する駆動力は、トランスミッション２３へ伝達される。トランスミッション２３は、駆動力を適切なトルクおよび回転速度に変速する。トランスミッション２３の出力軸に、アクスル２５が接続されている。トランスミッション２３で変速された駆動力は、アクスル２５に伝達される。アクスル２５から走行輪４ａ，４ｂ（図１，２）に、駆動力が伝達される。これにより、ホイールローダ１が走行する。実施形態のホイールローダ１においては、走行輪４ａと走行輪４ｂとの両方が、駆動力を受けてホイールローダ１を走行させる駆動輪を構成している。

【0042】

エンジン２１の駆動力の一部は、作業機ポンプ１３に伝達される。作業機ポンプ１３は、エンジン２１により駆動され、吐出する作動油によって作業機３を作動させる油圧ポンプである。作業機３は、作業機ポンプ１３からの作動油によって駆動される。作業機ポンプ１３から吐出された作動油は、メインバルブ３２を介して、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９に供給される。ブームシリンダ１６が作動油の供給を受けて伸縮することによって、ブーム１４が昇降する。バケットシリンダ１９が作動油の供給を受けて伸縮することによって、バケット６が上下に回動する。

【0043】

ホイールローダ１は、車体コントローラ５０を備えている。車体コントローラ５０は、エンジンコントローラ６０と、トランスミッションコントローラ７０と、作業機コントローラ８０とを含んでいる。

【0044】

車体コントローラ５０は、一般的にＣＰＵ（Central Processing Unit）により各種のプログラムを読み込むことにより実現される。車体コントローラ５０は、図示しないメモリを有している。メモリは、ワークメモリとして機能するとともに、ホイールローダ１の機能を実現するための各種のプログラムを格納する。

【0045】

操作装置８は、キャブ５に設けられている。操作装置８は、オペレータによって操作される。操作装置８は、オペレータがホイールローダ１を動作させるために操作する、複数種類の操作部材を備えている。操作装置８は、アクセルペダル４１と、作業機操作レバー４２とを含んでいる。操作装置８は、図示しないステアリングハンドル、シフトレバーなどを含んでいてもよい。

【0046】

アクセルペダル４１は、エンジン２１の目標回転数を設定するために操作される。エンジンコントローラ６０は、アクセルペダル４１の操作量に基づいて、エンジン２１の出力を制御する。アクセルペダル４１の操作量（踏み込み量）を増大すると、エンジン２１の出力が増大する。アクセルペダル４１の操作量を減少すると、エンジン２１の出力が減少する。トランスミッションコントローラ７０は、アクセルペダル４１の操作量に基づいて、トランスミッション２３を制御する。

【0047】

作業機操作レバー４２は、作業機３を動作させるために操作される。作業機コントローラ８０は、作業機操作レバー４２の操作量に基づいて、電磁比例制御弁３５，３６を制御する。

【0048】

電磁比例制御弁３５は、バケットシリンダ１９を縮めて、バケット６がダンプ方向（バケット６の刃先が下がる方向）に移動するように、メインバルブ３２を切り換える。また電磁比例制御弁３５は、バケットシリンダ１９を伸ばして、バケット６がチルト方向（バケット６の刃先が上がる方向）に移動するように、メインバルブ３２を切り換える。電磁比例制御弁３６は、ブームシリンダ１６を縮めて、ブーム１４が下がるようにメインバルブ３２を切り換える。また電磁比例制御弁３６は、ブームシリンダ１６を伸ばして、ブーム１４が上がるようにメインバルブ３２を切り換える。

【0049】

機械モニタ５１は、車体コントローラ５０から指令信号の入力を受けて、各種情報を表示する。機械モニタ５１に表示される各種情報は、たとえば、ホイールローダ１により実行される作業に関する情報、燃料残量、冷却水温度および作動油温度などの車体情報、ホイールローダ１の周辺を撮像した周辺画像などであってもよい。機械モニタ５１はタッチパネルであってもよく、この場合、オペレータが機械モニタ５１の一部に触れることにより生成される信号が、機械モニタ５１から車体コントローラ５０に出力される。

【0050】

＜ホイールローダ１の自動制御システム＞
ホイールローダ１の作業を自動化するにあたり、熟練オペレータの操作を自動制御によって再現することが望まれている。図５は、ホイールローダ１の自動制御システムの構成を示すブロック図である。

【0051】

自動化コントローラ１００は、図４を参照して説明した車体コントローラ５０との間で信号の送受信が可能に構成されている。自動化コントローラ１００はまた、外界情報取得部１１０との間で信号の送受信が可能に構成されている。外界情報取得部１１０は、知覚装置１１１と、位置情報取得装置１１２とを有している。知覚装置１１１と位置情報取得装置１１２とは、ホイールローダ１に搭載されている。

【0052】

知覚装置１１１は、ホイールローダ１の周囲の情報を取得する。知覚装置１１１は、たとえばキャブ５の上面の前部に取り付けられている。知覚装置１１１は、ホイールローダ１の本体（作業機械本体）の周辺の物体を検出する「物体センサ」の一例に対応する。

【0053】

知覚装置１１１は、ホイールローダ１の外部の対象物の方向および対象物までの距離を、非接触で検出する。知覚装置１１１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。知覚装置１１１は、カメラを含む視覚センサであってもよい。知覚装置１１１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。知覚装置１１１は、赤外線センサであってもよい。

【0054】

位置情報取得装置１１２は、ホイールローダ１の現在位置の情報を取得する。位置情報取得装置１１２はたとえば、衛星測位システムを利用して、地球を基準としたグローバル座標系におけるホイールローダ１の位置情報を取得する。位置情報取得装置１１２はたとえば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）を用いるものであり、ＧＮＳＳレシーバを有している。衛星測位システムは、ＧＮＳＳレシーバが衛星から受信した測位信号により、ＧＮＳＳレシーバのアンテナの位置を演算して、ホイールローダ１の位置を算出する。

【0055】

知覚装置１１１によるホイールローダ１の外界情報、および、位置情報取得装置１１２によるホイールローダ１の位置情報は、自動化コントローラ１００に入力される。

【0056】

車体コントローラ５０は、車両情報取得部１２０との間で信号の送受信が可能に構成されており、車両情報取得部１２０が取得するホイールローダ１の情報の入力を受ける。車両情報取得部１２０は、ホイールローダ１に搭載されている各種のセンサにより構成されている。車両情報取得部１２０は、アーティキュレート角度センサ１２１、車両速度センサ１２２、ブーム角度センサ１２３、バケット角度センサ１２４、およびブームシリンダ圧力センサ１２５を有している。

【0057】

アーティキュレート角度センサ１２１は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとのなす角度であるアーティキュレート角度を検出し、検出したアーティキュレート角度の信号を発生する。アーティキュレート角度センサ１２１は、アーティキュレート角度の信号を車体コントローラ５０に出力する。

【0058】

車両速度センサ１２２は、たとえば、トランスミッション２３の出力軸の回転速度を検出することにより、走行装置４によるホイールローダ１の移動速度を検出し、検出した車速の信号を発生する。車両速度センサ１２２は、車速の信号を車体コントローラ５０に出力する。車両速度センサ１２２は、走行装置４（走行体）の進行状況を検出する走行センサの一例に対応する。

【0059】

ブーム角度センサ１２３は、たとえば、ブーム１４の車体フレーム２に対する取付部であるブームピン９に設けられたロータリーエンコーダで構成される。ブーム角度センサ１２３は、水平方向に対するブーム１４の角度（ブーム角度）を検出し、検出したブーム１４の角度の信号を発生する。ブーム角度センサ１２３は、ブーム１４の角度の信号を車体コントローラ５０に出力する。

【0060】

バケット角度センサ１２４は、たとえば、ベルクランク１８の回転軸である支持ピン１８ａに設けられたロータリーエンコーダで構成される。バケット角度センサ１２４は、ブーム１４に対するベルクランク１８の角度（ベルクランク角度）を検出し、検出したベルクランク１８の角度の信号を発生する。車両情報取得部１２０、または車体コントローラ５０は、検出したベルクランク１８の角度から、ブーム１４に対するバケット６の角度（バケット角度）を算出する。

【0061】

ブーム角度センサ１２３と、バケット角度センサ１２４とは、作業機３の姿勢を検出する作業機姿勢センサの一例に対応する。ブーム角度センサ１２３は、ブームシリンダ１６に配置されたストロークセンサであってもよい。バケット角度センサ１２４は、バケットピン１７に取り付けられたポテンショメータまたは近接スイッチであってもよく、バケットシリンダ１９に配置されたストロークセンサであってもよい。

【0062】

ブームシリンダ圧力センサ１２５は、ブームシリンダ１６のボトム側の圧力（ブームボトム圧）を検出し、検出したブームボトム圧の信号を発生する。ブームボトム圧は、バケット６に荷が積まれた場合に高くなり、空荷の場合に低くなる。ブームシリンダ圧力センサ１２５は、ブームボトム圧の信号を車体コントローラ５０に出力する。

【0063】

車体コントローラ５０は、車両情報取得部１２０から入力された情報を、自動化コントローラ１００へ出力する。自動化コントローラ１００は、車体コントローラ５０を介して、車両速度センサ１２２、ブーム角度センサ１２３およびバケット角度センサ１２４の検出値を入力する。

【0064】

アクチュエータ１４０は、車体コントローラ５０との間で信号の送受信が可能に構成されている。車体コントローラ５０からの指令信号を受けて、アクチュエータ１４０が駆動する。アクチュエータ１４０は、走行装置４のブレーキを作動させるためのブレーキＥＰＣ（電磁比例制御弁）１４１と、ホイールローダ１の走行方向を調節するためのステアリングＥＰＣ１４２と、作業機３を動作させるための作業機ＥＰＣ１４３と、ＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）１４４とを含んでいる。

【0065】

図４に示される電磁比例制御弁３５，３６は、作業機ＥＰＣ１４３を構成している。図４に示されるトランスミッション２３は、電子制御を活用したＨＭＴ１４４として実現される。トランスミッション２３は、ＨＳＴ（Hydro-Static Transmission）であってもよい。エンジン２１から走行輪４ａ，４ｂへ動力を伝達する動力伝達装置は、ディーゼル・エレクトリック方式などの電気式駆動装置を含んでもよく、ＨＭＴ、ＨＳＴ、電気式駆動装置のいずれかの組み合わせを含んでもよい。

【0066】

トランスミッションコントローラ７０は、ブレーキ制御部７１と、アクセル制御部７２とを有している。ブレーキ制御部７１は、ブレーキＥＰＣ１４１に対して、ブレーキの作動を制御するための指令信号を出力する。アクセル制御部７２は、ＨＭＴ１４４に対して、車速を制御するための指令信号を出力する。

【0067】

作業機コントローラ８０は、ステアリング制御部８１と、作業機制御部８２とを有している。ステアリング制御部８１は、ステアリングＥＰＣ１４２に対して、ホイールローダ１の走行方向を制御するための指令信号を出力する。作業機制御部８２は、作業機ＥＰＣ１４３に対して、作業機３の動作を制御するための指令信号を出力する。

【0068】

自動化コントローラ１００は、位置推定部１０１と、パスプランニング部１０２と、経路追従制御部１０３とを有している。

【0069】

位置推定部１０１は、位置情報取得装置１１２が取得した位置情報によって、ホイールローダ１の自己位置を推定する。また位置推定部１０１は、知覚装置１１１が取得した外界情報によって、目標位置を認識する。目標位置は、たとえば、掘削対象２００における、ホイールローダ１がバケット６で掘削対象２００を掘削する掘削位置である。またたとえば、目標位置は、積込対象３００における、マテリアルを積込対象３００に積み込むときの積込対象３００に対する作業機３（バケット６）の相対位置である積込位置である。知覚装置１１１が目標位置を認識して自動化コントローラ１００に入力してもよく、知覚装置１１１が検出した検出結果に基づいて位置推定部１０１が目標位置を認識してもよい。

【0070】

パスプランニング部１０２は、ホイールローダ１を自動制御するときの、ホイールローダ１の最適経路を生成する。最適経路は、走行装置４による走行の経路と、作業機３の動作の経路とを含んでいる。

【0071】

たとえば、パスプランニング部１０２は、掘削対象２００へ向かって空荷前進するホイールローダ１の走行の経路を生成する。パスプランニング部１０２は、掘削作業における作業機３の動作の経路を生成する。パスプランニング部１０２は、積荷後進して掘削対象２００から離れるホイールローダ１の走行の経路と、積荷後進中の作業機３の動作の経路とを生成する。パスプランニング部１０２は、積込対象３００へ向かって積荷前進するホイールローダ１の走行の経路と、積荷前進中の作業機３の動作の経路とを生成する。パスプランニング部１０２は、バケット６に掬い込んだマテリアルを積込対象３００に排土する作業機３の動作の経路を生成する。パスプランニング部１０２は、空荷後進して積込対象３００から離れるホイールローダ１の走行の経路と、空荷後進中の作業機３の動作の経路とを生成する。

【0072】

パスプランニング部１０２はまた、掘削積込作業を実行中に、ホイールローダ１の現在の自己位置と、ホイールローダ１がこれから向かう目標位置と、をむすぶ最適経路を生成する。

【0073】

経路追従制御部１０３は、走行装置４および作業機３の動作を指令する。経路追従制御部１０３は、パスプランニング部１０２が生成した最適経路に追従してホイールローダ１が走行するように、アクセル、ブレーキおよびステアリングを制御する。経路追従制御部１０３から、ブレーキ制御部７１、アクセル制御部７２およびステアリング制御部８１に、ホイールローダ１を最適経路に沿って走行させるための指令信号が出力される。経路追従制御部１０３は、パスプランニング部１０２が生成した最適経路に沿って作業機３が動作するように、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を制御する。経路追従制御部１０３から、作業機制御部８２に、作業機３を最適経路に沿って移動させるための指令信号が出力される。

【0074】

インターフェース１３０は、車体コントローラ５０との間で信号の送受信が可能に構成されている。インターフェース１３０は、自動化切替スイッチ１３１、エンジン緊急停止スイッチ１３２、およびモードランプ１３３を有している。

【0075】

自動化切替スイッチ１３１は、オペレータによって操作される。オペレータは、自動化切替スイッチ１３１を操作することにより、ホイールローダ１をマニュアルで操作するか、ホイールローダ１を自動制御するかを切り替える。エンジン緊急停止スイッチ１３２は、オペレータによって操作される。エンジン２１を緊急停止させることが求められる事象が発生したとき、オペレータは、エンジン緊急停止スイッチ１３２を操作する。自動化切替スイッチ１３１およびエンジン緊急停止スイッチ１３２の操作の信号は、車体コントローラ５０に入力される。

【0076】

モードランプ１３３は、ホイールローダ１が現在、オペレータによるマニュアル操作されるモードであるか、または自動制御されるモードであるか、を表示する。車体コントローラ５０からモードランプ１３３に、ランプの点灯を制御するための指令信号が出力される。

【0077】

自動化コントローラ１００はまた、通信装置１５０との間で信号の送受信が可能に構成されている。ホイールローダ１の自動制御システムは、自動化コントローラ１００が持つ情報を、通信装置１５０を介して、ダンプトラックなどの積込対象３００へ指令できるように構成されている。

【0078】

＜ベッセル３０１＞
積込対象３００の一例としてのダンプトラックは、ベッセル３０１を有している。ベッセル３０１は、作業機３（バケット６）に積載されたマテリアルが積み込まれる容器の一例である。図６は、ダンプトラックのベッセル３０１を側方から見た模式図である。図６および後続の図９には、ダンプトラックの左側から見たベッセル３０１の概略形状が図示されている。図中の太線は、ベッセル３０１の内部形状を構成する面をダンプトラックの左方から見たときの概略形状を示している。

【0079】

図６，９においては、図中の左右方向がダンプトラックの前後方向（ベッセル３０１の前後方向）に相当する。図６，９における、図中の左方向がダンプトラック（ベッセル３０１）の前方向であり、図中の右方向がダンプトラック（ベッセル３０１）の後方向である。図６，９においては、紙面垂直方向がダンプトラックの左右方向（ベッセル３０１の左右方向）に相当する。図６，９においては、図中の上下方向がダンプトラックの上下方向（ベッセル３０１の上下方向）に相当する。

【0080】

ベッセル３０１は、ダンプトラックの後部に設けられている。ダンプトラックの前部にはキャブが設けられており、ベッセル３０１はキャブの後方に配置されている。ベッセル３０１は、土砂、砕石などの、重量のあるマテリアルを積載可能な構造とされている。

【0081】

図６に示されるように、ベッセル３０１は、底面３０２と、前方壁面３０３と、後方傾斜面３０５とを有している。底面３０２は、平坦な形状を有している。底面３０２は、ダンプトラック（ベッセル３０１）の前後方向および左右方向に延びる平面形状を有している。

【0082】

前方壁面３０３は、平坦な形状を有している。前方壁面３０３は、底面３０２の前端から前方かつ上方に向かって延びている。前方壁面３０３は、上方に向かうに従って前方側に向かって傾斜するように延びている。前方壁面３０３は、ベッセル３０１の前方の壁面を構成している。ベッセル３０１の前方の壁面は、前方に向かうに従って上方に傾斜している。前方壁面３０３は、前上縁３０４を有している。前上縁３０４は左右方向に延びている。前上縁３０４は、ベッセル３０１の前方の縁部を構成している。

【0083】

後方傾斜面３０５は、平坦な形状を有している。後方傾斜面３０５は、底面３０２の後端から後方かつ上方に向かって延びている。後方傾斜面３０５は、上方に向かうに従って後方側に向かって傾斜するように延びている。後方傾斜面３０５は、後方に向かうに従って上方に傾斜している。後方傾斜面３０５は、後上縁３０６を有している。後上縁３０６は左右方向に延びている。後上縁３０６は、ベッセル３０１の後方の縁部を構成している。後上縁３０６は、前上縁３０４よりも低い位置にある。

【0084】

図６には、テールゲートの無いベッセル３０１の形状が例示されている。ベッセル３０１がテールゲートを有する場合には、テールゲートは、後方傾斜面３０５の後端から上方に向かって延びるように配置される。テールゲートの上縁が、後上縁３０６を構成する。

【0085】

＜自動掘削積込作業時の走行経路生成処理＞
図３を参照して説明した掘削積込作業を自動制御するときの、ホイールローダ１の走行の経路を生成する処理について、以下に説明する。図７は、掘削積込作業を行うホイールローダ１の走行経路を示す模式図である。図８は、ホイールローダ１の走行経路を生成する処理の流れを示すフローチャートである。

【0086】

図７に示される掘削対象２００は、ホイールローダ１のバケット６で掘削されるマテリアルの山である。掘削対象２００は、ストックヤードなどのマテリアル集積地に集積されたマテリアルの山であってもよい。掘削対象２００は、更地に形成されたマテリアルの山であってもよい。掘削対象２００は、山高さが最も高い山頂部２０１と、手前側（ホイールローダ１が掘削対象２００を掘削する側。図７においては図中の下側）の裾野２０２とを有している。裾野２０２は模式的に、直線状に図示されている。掘削対象２００の山高さは、均一ではなく、山頂部２０１から裾野２０２へ向かうにしたがって山高さが次第に低くなっている。

【0087】

掘削対象２００は、裾野２０２の近傍において、マテリアルの集積量が小さく山高さが低い低山領域２０３と、マテリアルの集積量が低山領域２０３よりも大きく山高さが低山領域２０３よりも高い集積領域２０４とを有している。

【0088】

図８に示されるように、まずステップＳ２１において、ホイールローダ１に搭載された知覚装置１１１が、掘削対象２００を検出する。知覚装置１１１が検出するホイールローダ１の周辺の物体は、掘削対象２００を含む。知覚装置１１１は、掘削対象２００の検出結果を、自動化コントローラ１００の位置推定部１０１に入力する。位置推定部１０１は、知覚装置１１１の検出結果に基づき、掘削対象２００であるマテリアルの山の位置および形状を認識する。

【0089】

ステップＳ２２において、自動化コントローラ１００のパスプランニング部１０２は、掘削対象２００の形状に基づいて、掘削位置Ｂ２を選定する。ホイールローダ１が掘削対象２００を掘削するときに、掘削対象２００の裾野２０２の延びる方向（図７においては図中の左右方向）における、バケット６の幅方向中心６ｃ（図２）が向かうべき位置を、掘削位置Ｂ２とする。パスプランニング部１０２は、掘削対象２００を掘削するホイールローダ１が、バケット６内にマテリアルを掬い込み作業機３に一定量のマテリアルを積載するために、典型的にはバケット６内にマテリアルを満載するために、掘削対象２００へ向かって前進する走行距離を最小にできる距離を、掘削位置Ｂ２に選定することができる。

【0090】

図７に示される例の場合、掘削対象２００は、裾野２０２の近傍において、低山領域２０３と、集積領域２０４とを有している。ホイールローダ１は、低山領域２０３に向かって前進走行して掘削対象２００を掘削するよりも、集積領域２０４に向かって前進走行して掘削対象２００を掘削するほうが、短い走行距離でバケット６内により多くのマテリアルを掬い込むことができる。ホイールローダ１は、集積領域２０４に向かって前進走行して掘削対象２００を掘削することで、裾野２０２により近い位置でバケット６内にマテリアルを満載できる。そこで、パスプランニング部１０２は、裾野２０２の延びる方向における集積領域２０４のほぼ中央の位置を、掘削位置Ｂ２に選定することができる。

【0091】

ステップＳ２３において、パスプランニング部１０２は、掘削対象２００の裾野２０２と、積込対象３００のベッセル３０１の左側面とのなす角度θ２を決定する。角度θ２は、任意の角度に決定することができる。一例として、角度θ２は、掘削積込作業に望ましい６０°の角度とすることができる。角度θ２は、作業現場の状況または周囲の環境に応じて、６０°とは異なる他の角度に決定されてもよい。

【0092】

ステップＳ２４において、パスプランニング部１０２は、ダンプトラックなどの積込対象３００における、マテリアルを積込対象３００に積み込むときの積込対象３００に対する作業機３（バケット６）の相対位置である積込位置Ａ２が、掘削対象２００の裾野２０２から離れる距離を決定する。

【0093】

図９は、ベッセル３０１に対する積込位置Ａ２の例を示す模式図である。図９には、積込対象３００の左側から見たベッセル３０１が模式的に図示されている。図９にはまた、ホイールローダ１の後方から見た（前方向に向いて見た）バケット６が、模式的に図示されている。バケット６は、幅方向に延びる刃先６ａを有している。中心点６ａＣは、バケット６の幅方向における刃先６ａの中心点である。図９に示されるバケット６は、フルダンプ姿勢にある。図９に示される姿勢をとるバケット６は、ダンプ方向に最大限移動している。バケット６が図９に示される姿勢をとるとき、バケットシリンダ１９のシリンダストローク長さが最小になっている。

【0094】

図７に示されるように、ホイールローダ１は積込対象３００の側方（左方）からベッセル３０１へ向かって前進走行して、積込作業を行う。積込作業中のバケット６の幅方向は、積込対象３００（ベッセル３０１）の前後方向（図９においては、図中の左右方向）に一致する。積込作業中、ホイールローダ１は直進姿勢をとっているので、ホイールローダ１の左右方向と、バケット６の幅方向とは一致している。

【0095】

図９には、バケット６から積込対象３００のベッセル３０１に積み込まれたマテリアルＭが示されている。パスプランニング部１０２は、ベッセル３０１に積み込まれるマテリアルＭがベッセル３０１からこぼれないときの、積込対象３００の前後方向における、バケット６の刃先６ａの中心点６ａＣに相当する、ベッセル３０１の左側面上端の位置を、積込位置Ａ２として認識する。

【0096】

積込位置Ａ２は、フルダンプ姿勢のバケット６を、ホイールローダ１の後方から見た（前方向に向いて見た）ときに、バケット６の右側の端部がベッセル３０１の後上縁３０６から所定距離だけ離れる位置として、設定される。バケット６の幅方向の寸法から、刃先６ａの中心点６ａＣに対するバケット６の右側の端部の相対位置が算出される。バケット６が積込位置Ａ２にあるとき、バケット６の右側の端部は、積込対象３００の前後方向において、後上縁３０６から所定距離だけ前方に離れている。

【0097】

具体的には、パスプランニング部１０２は、マテリアルＭがその安息角を成してベッセル３０１に積み込まれるときにマテリアルＭがベッセル３０１からこぼれない位置に、積込位置Ａ２を決定する。たとえば、砂の安息角３０°を使って、後上縁３０６（図６）においてマテリアルＭが積込対象３００の前後方向に対して成す角度が３０°以下になるように、積込位置Ａ２を決定することができる。

【0098】

パスプランニング部１０２は、積込対象３００が掘削対象２００と干渉しない、かつ、積込位置Ａ２へ向かって走行し積込位置Ａ２においてバケット６内のマテリアルを積込対象３００に積み込むホイールローダ１が掘削対象２００と干渉しないような、積込位置Ａ２が掘削対象２００から離れる距離を決定する。パスプランニング部１０２は、直線状に延びる裾野２０２に対して直交する方向における、積込位置Ａ２と裾野２０２との距離を決定する。パスプランニング部１０２は、掘削対象２００に向かって直進するホイールローダ１の走行方向（図７においては図中の上下方向）における、積込位置Ａ２と裾野２０２との距離を決定する。

【0099】

ステップＳ２５において、パスプランニング部１０２は、ホイールローダ１の仕様値から、ホイールローダ１を停車させたまま操舵する据え切りをせずにＶシェープ走行できる積込位置Ａ２を決定する。Ｖシェープ走行とは、ホイールローダ１が掘削積込作業を行うときの典型的な走行の経路であり、ホイールローダ１の走行経路がＶ字形状をなす。ホイールローダ１がＶシェープ走行して掘削積込作業を行う場合、ホイールローダ１の走行距離が最小となるため、効率のよい走行経路とされている。

【0100】

図３および図７を参照して、ホイールローダ１は、掘削対象２００を掘削した後、前進から後進へ切り換えられ、積荷後進する。ホイールローダ１は、後進から前進へ切り換えられ、積込対象３００の積込位置Ａ２へ向かって、積荷前進する。ホイールローダ１の動作が積荷後進から積荷前進へ切り換わる位置を、切り返し位置と称する。積荷後進するホイールローダ１は、掘削対象２００から切り返し位置へ直進してもよい。積荷前進するホイールローダ１が積込対象３００の積込位置Ａ２へ向かって走行する経路は、少なくとも一部が、曲線状、典型的には円弧状であってもよい。

【0101】

ホイールローダ１の仕様値は、図１，２を参照して説明したホイールローダ１の各部の長さＬ１～Ｌ５，Ｌ９を含む。図１を参照して説明したとおり、長さＬ１は、ホイールローダ１の全長であり、ホイールローダ１の前後方向における寸法である。ホイールローダ１の仕様値はまた、ホイールローダ１が据え切りをせずに旋回可能な最小半径を含む。

【0102】

ホイールローダ１は、バケット６内のマテリアルを積込対象３００のベッセル３０１に積み込むとき、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとが互いに屈曲しない、直進姿勢をとる。ホイールローダ１は、バケット６内のマテリアルを積込対象３００のベッセル３０１に積み込むとき、積込対象３００のベッセル３０１に作業機３（バケット６）の位置姿勢を合わせる。具体的に、ホイールローダ１は、バケット６の幅方向が積込対象３００の前後方向に一致し、バケット６の幅方向中心６ｃ（図２）を積込位置Ａ２に合わせた姿勢をとる。

【0103】

図７に示されるように、パスプランニング部１０２は、バケット６の刃先６ａの中心点６ａＣ（図９）が掘削対象２００の裾野２０２上の掘削位置Ｂ２から長さＬ１離れる位置を、切り返し位置Ｔとすることができる。

【0104】

切り返し位置Ｔを決定するためのホイールローダ１の寸法は、長さＬ１に限られない。ホイールローダ１の車体に対して作業機３は姿勢を変更可能であり、長さＬ１は作業機３の移動に伴って変動することがある。バケット６を交換することで長さＬ１が変動することもある。一方、ホイールローダ１の本体寸法の一例である長さＬ２は、ホイールローダ１の前後方向における寸法であって、作業機３に依らず一定の寸法である。パスプランニング部１０２は、長さＬ２を基準として、切り返し位置Ｔを決定してもよい。

【0105】

パスプランニング部１０２は、ホイールローダ１が、切り返し位置Ｔにあるときのバケット６の幅方向中心６ｃを起点とする、曲線状の経路Ｐを設定する。パスプランニング部１０２は、バケット６の幅方向中心６ｃが、ステップＳ２４で決定した距離だけ掘削対象２００の裾野２０２から離れた位置に到達するときに、バケット６の幅方向が、掘削対象２００の裾野２０２に対して角度θ２をなして停車する積込対象３００の前後方向に一致する経路Ｐを設定する。

【0106】

パスプランニング部１０２は、経路Ｐに沿って走行するホイールローダ１が据え切りをせずに旋回可能なように、経路Ｐを設定する。経路Ｐに沿って走行するホイールローダ１は、据え切りをせずに旋回可能な最小半径よりも大きい旋回半径で、旋回する。経路Ｐは、ホイールローダ１が据え切りをせずに旋回可能な旋回半径で旋回するときの、バケット６の幅方向中心６ｃが辿る軌跡となる。パスプランニング部１０２は、経路Ｐに沿って走行するホイールローダ１が、据え切りをせずに走行可能であることを確認する。

【0107】

パスプランニング部１０２は、切り返し位置Ｔを始点とするときの経路Ｐの終点を、積込位置Ａ２として決定する。切り返し位置Ｔから経路Ｐに沿って積込位置Ａ２に積荷前進するホイールローダ１は、据え切りをせずに旋回可能であり、かつ、積込位置Ａ２において積込対象３００のベッセル３０１に作業機３（バケット６）の位置および姿勢を適切に合わせることが可能である。

【0108】

図７に示されるように、掘削対象２００の裾野２０２に対して角度θ２をなして停車する積込対象３００の左右方向における、切り返し位置Ｔと積込位置Ａ２との距離が、ホイールローダ１の全長である長さＬ１であってもよい。

【0109】

ステップＳ２６において、パスプランニング部１０２は、ステップＳ２５で決定された積込位置Ａ２に対応する、掘削対象２００の裾野２０２の延びる方向（図７においては図中の左右方向）における距離ｘ２を計算する。パスプランニング部１０２は、掘削対象２００の裾野２０２の延びる方向における、切り返し位置Ｔから積込位置Ａ２までの距離を、距離ｘ２と設定することができる。

【0110】

図７に示されるように、掘削位置Ｂ２と積込位置Ａ２とは、裾野２０２の延びる方向において距離ｘ２離れている。距離ｘ２は、積込対象３００にマテリアルを積み込む位置として決定される積込位置Ａ２が、ホイールローダ１が掘削対象２００を掘削する掘削位置Ｂ２から離れるべき最小距離として設定される。

【0111】

ステップＳ２７において、パスプランニング部１０２は、掘削対象２００の裾野２０２の延びる方向において、積込位置Ａ２よりも掘削位置Ｂ２から離れる位置に、積込位置Ａｘを選定する。パスプランニング部１０２は、掘削位置Ｂ２から距離ｘ２よりも大きく離れる位置に、積込位置Ａｘを選定する。積込位置Ａ２は、掘削位置Ｂ２と積込位置Ａ２との距離を最小の距離ｘ２にできる位置であり、積込位置Ａ２よりも掘削対象２００から離れる位置に積込対象３００を配置してもよい。掘削位置Ｂ２と積込位置Ａｘとの距離は、距離ｘ２よりも大きくてもよい。

【0112】

作業現場の状況または周囲の環境などの他の要因を考慮しながら、積込位置Ａｘを選定してもよい。たとえば積込位置Ａ２に窪みまたはぬかるみなどが存在することが認識された場合に、積込対象３００を掘削対象２００から離して、積込対象３００がその窪みまたはぬかるみを避けて走行できるように、積込位置Ａｘを選定してもよい。

【0113】

ステップＳ２８において、パスプランニング部１０２は、積込位置Ａｘと掘削位置Ｂ２とを結ぶ最短経路を生成する。パスプランニング部１０２は、掘削位置Ｂ２を起点として掘削対象２００の裾野２０２から長さＬ１離れる位置を、切り返し位置Ｔとして決定している。パスプランニング部１０２は、掘削位置Ｂ２と切り返し位置Ｔとを結ぶ直線の経路を、ホイールローダ１が掘削対象２００へ向かう空荷前進の経路として、およびホイールローダ１が掘削対象２００から離れる積荷後進の経路として、生成することができる。

【0114】

パスプランニング部１０２は、その切り返し位置Ｔから積荷前進を開始するホイールローダ１が、積込対象３００の積込位置Ａｘにバケット６の刃先６ａの中心点６ａＣを到達させ、到達したときのバケット６の幅方向が積込対象３００の前後方向に一致するような、直線および任意の曲率を有する曲線を組み合わせた経路を生成することができる。この経路に含まれる曲線の曲率半径は、ホイールローダ１が据え切りをせずに旋回可能な最小半径よりも大きいので、ホイールローダ１は、据え切りをせずに、切り返し位置Ｔから積込位置Ａｘへ前進走行することができる。パスプランニング部１０２は、この生成した経路を、ホイールローダ１が積込対象３００へ向かう積荷前進の経路、およびホイールローダ１が積込対象３００から離れる空荷後進の経路とすることができる。

【0115】

切り返し位置から距離ｘ２よりも大きく離れる位置を積込位置Ａｘとすることにより、切り返し位置から積込位置Ａｘへ向かって積荷前進するホイールローダ１は、据え切りをせずに、バケット６が積込位置Ａｘに到達するときにバケット６の幅方向を積込対象３００の前後方向に一致させることが可能になる。

【0116】

パスプランニング部１０２は、切り返し位置におけるホイールローダ１が直進姿勢をとるように経路を生成してもよい。パスプランニング部１０２は、切り返し位置において前フレーム２ａと後フレーム２ｂとが互いに屈曲する姿勢をとるように経路を生成してもよい。

【0117】

ステップＳ２９において、パスプランニング部１０２は、ダンプトラックなどの積込対象３００に、積込位置Ａｘと角度θ２とを指令する。自動化コントローラ１００は、通信装置１５０（図５）に、積込位置Ａｘおよび角度θ２を示す情報を出力する。通信装置１５０を介して、積込位置Ａｘおよび角度θ２を示す情報が積込対象３００に送信されて、積込対象３００が停車すべき位置および積込対象３００の停車位置への進行方向が、積込対象３００に指令される。

【0118】

このようにして、ホイールローダ１の走行の経路を生成する一連の処理が終了する（図８の「エンド」）。

【0119】

＜作用および効果＞
上述した説明と一部重複する記載もあるが、本実施形態の特徴的な構成および作用効果についてまとめて記載すると、以下の通りである。

【0120】

図５、図７および図８に示されるように、自動化コントローラ１００の位置推定部１０１は、知覚装置１１１の検出結果に基づき、作業機３で掘削されるマテリアルの山である掘削対象２００を認識する。自動化コントローラ１００のパスプランニング部１０２は、掘削対象２００を掘削する掘削位置Ｂ２を、掘削対象２００の形状に基づいて選定する。パスプランニング部１０２は、掘削積込作業を実行するホイールローダ１が、据え切りをせずに旋回して積込対象３００に作業機３のバケット６の位置姿勢を合わせてマテリアルを積込対象３００に積み込むときの積込位置が、掘削位置Ｂ２から離れるべき最小の距離ｘ２を、ホイールローダ１の寸法により算出する。

【0121】

ホイールローダ１の寸法から、ホイールローダ１の旋回能力で据え切りなしで走行できる最短経路を決定することで、掘削積込作業を自動制御するときの走行の経路を適切に設定することができる。ホイールローダ１がＶシェープ走行できる最短経路を設定することができ、掘削積込作業を効率的に実行することが可能になる。

【0122】

図１および図７に示されるように、ホイールローダ１の寸法は、ホイールローダ１の前後方向における寸法を含んでもよい。前後方向におけるホイールローダ１の全長である長さＬ１などにより、距離ｘ２を算出することができ、掘削積込作業を自動制御するときの走行の経路を適切に設定することができる。

【0123】

図７に示されるように、パスプランニング部１０２は、掘削対象２００を掘削するホイールローダ１が、作業機３に一定量のマテリアルを積載するために掘削対象２００へ向かって前進する走行距離を最小にできる位置を、掘削位置Ｂ２に選定してもよい。ホイールローダ１が掘削作業を実行するときの走行の経路を最短経路に設定することで、掘削作業を効率的に実行することができる。

【0124】

図７に示されるように、パスプランニング部１０２は、掘削位置Ｂ２から距離ｘ２よりも大きく離れる位置に、マテリアルを積込対象３００に積み込むときの積込位置Ａｘを決定してもよい。距離ｘ２はホイールローダ１が据え切りをせずに旋回可能な最小の距離であり、掘削位置Ｂ２と積込位置Ａｘとの距離を距離ｘ２よりも大きくすることで、ホイールローダ１を据え切りなしで走行させることができる。作業現場の状況または周囲の環境などを考慮した、適切な積込位置Ａｘを決定することができる。

【0125】

図５および図８に示されるように、自動化コントローラ１００は、マテリアルを積込対象３００に積み込むときの積込位置Ａｘを、積込対象３００へ送信してもよい。信号を受信した積込対象３００を、積込位置Ａｘに合わせて停車させることにより、ホイールローダ１を最短経路でＶシェープ走行させることができ、掘削積込作業を効率的に実行することができる。

【0126】

図７に示されるように、パスプランニング部１０２は、ホイールローダ１を積荷後進から積荷前進へ切り換える切り返し位置Ｔを、ホイールローダ１の寸法により決定してもよい。パスプランニング部１０２は、掘削位置Ｂ２を起点として掘削対象２００から長さＬ１離れる位置を、切り返し位置Ｔとして決定することができ、掘削積込作業を自動制御するときの走行の経路を適切に設定することができる。

【0127】

図１および図２に示されるように、ホイールローダ１の本体は、前フレーム２ａと、前フレーム２ａに対して屈曲可能な後フレーム２ｂとを有していてもよい。ホイールローダ１が前フレーム２ａと後フレーム２ｂとが互いに屈曲可能なアーティキュレート構造を備えていることにより、旋回走行時の旋回半径を小さくすることができる。ホイールローダ１が掘削積込作業を実行するときの走行の経路を短くすることができる。

【0128】

図７に示されるように、ホイールローダ１は、掘削対象２００を掘削するとき、および、作業機３に積載されたマテリアルを積込対象３００に積み込むとき、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとが互いに屈曲しない直進姿勢をとってもよい。掘削対象２００を掘削するときにホイールローダ１を直進姿勢にすることで、車両の牽引力を作業機３の先端のバケット６に十分に伝達することができる。マテリアルを積込対象３００に積み込むときにホイールローダ１を直進姿勢にすることで、車両を安定させることができる。

【0129】

上記の実施形態では、自動化コントローラ１００の位置推定部１０１は、知覚装置１１１の検出結果に基づいて積込対象３００の位置を認識した。これに限られず、通信装置１５０を介した自動化コントローラ１００と積込対象３００との車車間通信によって、積込対象３００の自己位置の情報が積込対象３００から自動化コントローラ１００に入力されてもよい。位置推定部１０１は、位置情報取得装置１１２で取得されるホイールローダ１の現在位置の情報と、積込対象３００の自己位置の情報とから、ホイールローダ１に対する積込対象３００の相対位置を認識することができる。位置推定部１０１は、知覚装置１１１で取得される掘削対象２００の情報と、ホイールローダ１に対する積込対象３００の相対位置とから、掘削対象２００に対する積込対象３００の相対位置を認識することができる。

【0130】

上記の実施形態で説明した、ホイールローダ１の自動制御システムを構成する自動化コントローラ１００は、必ずしもホイールローダ１に搭載されていなくてもよい。ホイールローダ１の外部のコントローラが、自動化コントローラ１００を構成するシステムを構築してもよい。ホイールローダ１に搭載されたコントローラが、外界情報取得部１１０および車両情報取得部１２０などによって取得された情報を、外部のコントローラへ送信する処理を行い、信号を受信した外部のコントローラが、ホイールローダ１の走行経路を生成してもよい。

【0131】

外部のコントローラは、ホイールローダ１の作業現場に配置されてもよく、ホイールローダ１の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。外部のコントローラは、可搬式の機器であってもよい。外部のコントローラは、ノートパソコン、タブレットコンピュータ、スマートフォンなどの、作業者が携帯して使用可能な携帯機器であってもよい。

【0132】

実施形態では、積込対象３００としてダンプトラックを例示して、作業機３（バケット６）に積載されたマテリアルをベッセル３０１に積み込む作業について説明した。バケット６内のマテリアルを積み込むための積込対象３００は、ダンプトラックのベッセル３０１に限られず、たとえばホッパなどであってもよい。

【0133】

実施形態では、ホイールローダ１に搭載された知覚装置１１１により掘削対象２００および積込対象３００を検出する例について説明した。ホイールローダ１の本体（作業機械本体）の周辺の物体を検出する物体センサは、必ずしもホイールローダ１に搭載されていなくてもよい。物体センサは、作業機械の外部に配置されてもよい。たとえば、物体センサは、作業現場の所定地点に配置されてもよく、他の作業機械に搭載されてもよく、ドローンなどの無人航空機に搭載されてもよい。

【0134】

実施形態では、ホイールローダ１はキャブ５を備えており、オペレータがキャブ５に搭乗する有人車両である例について説明した。ホイールローダ１は、無人車両であってもよい。ホイールローダ１は、オペレータが搭乗して操作するためのキャブ５を備えていなくてもよい。ホイールローダ１は、搭乗したオペレータによる操縦機能を搭載していなくてもよい。ホイールローダ１は、遠隔操縦専用の作業機械であってもよい。ホイールローダ１の操縦は、遠隔操縦装置からの無線信号により行われてもよい。

【0135】

＜付記＞
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。

【0136】

（付記１）
作業機械を含むシステムであって、
走行体を有する作業機械本体と、
前記作業機械本体に取り付けられた作業機と、
前記作業機械本体の周辺の物体を検出するセンサと、
前記走行体の走行経路を生成するコントローラと、を備え、
前記物体は、前記作業機で掘削されるマテリアルの山である掘削対象を含み、
前記走行経路は、前記作業機械が前記掘削対象を掘削する掘削位置を含み、
前記コントローラは、前記センサの検出結果に基づき前記掘削対象を認識し、前記掘削位置を選定し、前記作業機に積載された前記マテリアルを積み込む積込対象に前記マテリアルを積み込むときの積込位置が、前記掘削位置から離れるべき最小距離を、前記作業機械の寸法により算出する、システム。

【0137】

（付記２）
前記作業機械の寸法は、前記作業機械の前後方向における寸法を含む、付記１に記載のシステム。

【0138】

（付記３）
前記コントローラは、前記掘削対象を掘削する前記作業機械が、前記作業機に一定量の前記マテリアルを積載するために前記掘削対象へ向かって前進する走行距離を最小にできる位置を、前記掘削位置に選定する、付記１または付記２に記載のシステム。

【0139】

（付記４）
前記コントローラは、前記掘削位置から前記最小距離よりも大きく離れる位置に、前記マテリアルを前記積込対象に積み込むときの前記積込位置を決定する、付記１から付記３のいずれか１つに記載のシステム。

【0140】

（付記５）
前記コントローラは、前記マテリアルを前記積込対象に積み込むときの前記積込位置を、前記積込対象へ送信する、付記４に記載のシステム。

【0141】

（付記６）
前記コントローラは、前記作業機械を積荷後進から積荷前進へ切り換える切り返し位置を、前記作業機械の寸法により決定する、付記１から付記５のいずれか１つに記載のシステム。

【0142】

（付記７）
前記作業機械本体は、前フレームと、前記前フレームに対して屈曲可能な後フレームとを有する、付記１から付記６のいずれか１つに記載のシステム。

【0143】

（付記８）
前記作業機械は、前記掘削対象を掘削するとき、および、前記作業機に積載された前記マテリアルを前記積込対象に積み込むとき、前記前フレームと前記後フレームとが互いに屈曲しない直進姿勢をとる、付記７に記載のシステム。

【0144】

（付記９）
前記コントローラは、前記掘削対象の形状を認識し、前記掘削位置を前記掘削対象の形状に基づいて選定する、付記１から付記８のいずれか１つに記載のシステム。

【0145】

今回開示された実施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、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】

【0146】

１ ホイールローダ、２ 車体フレーム、２ａ 前フレーム、２ｂ 後フレーム、３ 作業機、４ 走行装置、４ａ 前輪、４ｂ 後輪、６ バケット、６ａ 刃先、６ａＣ 中心点、６ｃ 幅方向中心、１４ ブーム、５０ 車体コントローラ、６０ エンジンコントローラ、７０ トランスミッションコントローラ、８０ 作業機コントローラ、１００ 自動化コントローラ、１０１ 位置推定部、１０２ パスプランニング部、１０３ 経路追従制御部、１１０ 外界情報取得部、１１１ 知覚装置、１２０ 車両情報取得部、１５０ 通信装置、２００ 掘削対象、２０１ 山頂部、２０２ 裾野、２０３ 低山領域、２０４ 集積領域、３００ 積込対象、３０１ ベッセル、３０６ 後上縁、Ａｘ 積込位置、Ｂ２ 掘削位置、Ｐ 経路、Ｔ 切り返し位置、ｘ２ 距離。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】