2024-131641 作業機械の制御装置、遠隔操作システムおよび制御方法

(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】P2024131641

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】作業機械の制御装置、遠隔操作システムおよび制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023042036

(22)【出願日】2023-03-16

(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】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】根田 知樹

(72)【発明者】

【氏名】衞藤 朋幸

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB04

2D003BA02

2D003BA03

2D003BA04

2D003BA06

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB03

2D003DB04

2D003DB05

2D003DC07

2D003FA02

(57)【要約】

【課題】作業機械の制御装置は積込作業において作業具から荷を下ろしきったか否かを判断可能とする。
【解決手段】残留推定部は、荷が作業具に残っているか否かを推定する。出力部は、荷が作業具に残っているか否かの推定結果を出力する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体を支持する支持部と、作業具を有する前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える作業機械の制御装置であって、
荷が前記作業具に残っているか否かを推定する残留推定部と、
前記荷が前記作業具に残っているか否かの推定結果に基づく出力をする出力部と、
を備える作業機械の制御装置。

【請求項2】

前記出力部は、前記作業具を積込対象の上から前記積込対象の外側へ移動させる自動制御の開始時に、前記荷が前記作業具に残っていないと推定される場合に、前記旋回体を前記積込対象の内側から外側へ向けて旋回させる自動操作信号を出力し、前記自動制御の開始時に前記荷が前記作業具に残っていると推定される場合に、前記旋回体を前記積込対象の内側から外側へ向けて旋回させる自動操作信号を出力しない
請求項１に記載の作業機械の制御装置。

【請求項3】

前記旋回体を前記積込対象の内側から外側へ向けて旋回させる自動操作信号は、上方からの平面視において前記旋回体を前記積込対象の内側から外側へ向けて旋回させる自動操作信号である、
請求項２に記載の作業機械の制御装置。

【請求項4】

前記出力部は、
前記自動制御の開始時に前記荷が前記作業具に残っていると推定される場合に、前記作業機を排土させる自動操作信号を出力し、
前記荷が前記作業具に残っていないと推定された後に、前記旋回体を前記積込対象の内側から外側へ向けて旋回させる自動操作信号を出力する
請求項２に記載の作業機械の制御装置。

【請求項5】

前記作業機を排土させる自動操作信号は、前記旋回体を旋回しながら前記作業機を排土させる自動操作信号である、
請求項４に記載の作業機械の制御装置。

【請求項6】

前記作業機を旋回しながら排土させる自動操作信号に係る旋回速度は、排土せずに前記作業機を旋回させるときの旋回速度と比較して遅い、
請求項５に記載の作業機械の制御装置。

【請求項7】

前記残留推定部は、前記作業具の姿勢が積込姿勢に至っていない場合に、荷が前記作業具に残っていると推定する
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。

【請求項8】

前記残留推定部は、積込対象の上方からの平面視において、前記作業具が前記積込対象の内側に存在するときに、前記荷が前記作業具に残っているか否かを推定する
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。

【請求項9】

前記残留推定部は、前記作業機の姿勢に基づいて前記荷が前記作業具に残っているか否かを推定する
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。

【請求項10】

前記残留推定部は、前記作業具の姿勢に基づいて前記荷が前記作業具に残っているか否かを推定する
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。

【請求項11】

前記残留推定部は、少なくとも前記作業機のシリンダ圧力センサ情報を用いて、前記荷が前記作業具に残っていか否かを推定する
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。

【請求項12】

オペレータから、前記自動制御の開始指示の入力を受け付ける入力部を備える
請求項２から請求項６の何れか１項に記載の作業機械の制御装置。

【請求項13】

旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体を支持する支持部と、作業具を有する前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える作業機械の制御方法であって、
荷が前記作業具に残っているか否かを推定するステップと、
前記荷が前記作業具に残っているか否かの推定結果に基づく出力をするステップと、
を備える作業機械の制御方法。

【請求項14】

旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体を支持する支持部と、作業具を有する前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える作業機械の遠隔操作システムであって、
荷が前記作業具に残っているか否かを推定する残留推定部と、
前記荷が前記作業具に残っているか否かの推定結果に基づく出力をする出力部と、
を備える作業機械の遠隔操作システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械の制御装置、遠隔操作システムおよび制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、作業機械の半自動制御に関する技術が開示されている。特許文献１に係る半自動制御は、ダンプトラックなどの積込対象に対する積込完了後に、オペレータから掘削指示を受け付け、制御装置が作業機械の旋回及び作業機の駆動を制御することで、掘削位置までバケットを自動的に移動させる制御である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－０４１３５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、オペレータは、荷がバケットなどの作業具に残った状態で、旋回の自動制御を開始してしまう可能性がある。
本開示の目的は、積込作業において作業具から荷を下ろしきったか否かを判断できる作業機械の制御装置および制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によれば、作業機械の制御装置は、旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体を支持する支持部と、作業具を有する前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える作業機械の制御装置であって、荷が前記作業具に残っているか否かを推定する残留推定部と、前記荷が前記作業具に残っているか否かの推定結果に基づく出力をする出力部と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

上記態様によれば、作業機械の制御装置は積込作業において作業具から荷を下ろしきったか否かを判断可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第一実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。

【図2】第一実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。

【図3】第一実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。

【図4】第一実施形態に係る第一旋回における積込機械の動きの例を示す図である。

【図5】第一実施形態に係る第二旋回における積込機械の動きの例を示す図である。

【図6】第一実施形態に係る制御装置による第一旋回制御を示すフローチャートである。

【図7】第一実施形態に係る制御装置による第二旋回制御を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

〈第一実施形態〉
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。

【0009】

《積込機械１００の構成》
図１は、第一実施形態に係る積込機械１００の構成を示す概略図である。
積込機械１００は、施工現場にて稼働し、土砂などの施工対象を掘削し、掘削した土砂を荷としてダンプトラックなどの積込対象Ｔに積み込む。積込機械１００は作業機械の一例である。積込機械１００の例としては、フェイスショベル、バックホウショベル、ロープショベルなどが挙げられる。また積込機械１００は電動駆動するものであってもよいし、油圧駆動するものであってもよい。第一実施形態に係る積込機械１００は、バックホウショベルである。積込機械１００は、走行体１１０、旋回体１２０、作業機１３０及び運転室１４０を備える。積込対象Ｔの例としては、ダンプトラック、ホッパなどが挙げられる。

【0010】

走行体１１０は、積込機械１００を走行可能に支持する。走行体１１０は、左右に設けられた２つの無限軌道１１１と、各無限軌道１１１を駆動するための２つの走行モータ１１２を備える。走行体１１０は、支持部の一例である。
旋回体１２０は、走行体１１０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。
作業機１３０は、油圧により駆動する。作業機１３０は、旋回体１２０の前部に上下方向に駆動可能に支持される。
運転室１４０は、オペレータが搭乗し、積込機械１００の操作を行うためのスペースである。運転室１４０は、旋回体１２０の左前部に設けられる。
ここで、旋回体１２０のうち作業機１３０が取り付けられる部分を前部という。また、旋回体１２０について、前部を基準に、反対側の部分を後部、左側の部分を左部、右側の部分を右部という。

【0011】

《旋回体１２０の構成》
旋回体１２０は、エンジン１２１、油圧ポンプ１２２、コントロールバルブ１２３、旋回モータ１２４を備える。
エンジン１２１は、油圧ポンプ１２２を駆動する原動機である。エンジン１２１は、動力源の一例である。
油圧ポンプ１２２は、エンジン１２１により駆動される可変容量ポンプである。油圧ポンプ１２２は、コントロールバルブ１２３を介して各アクチュエータ（ブームシリンダ１３１Ｃ、アームシリンダ１３２Ｃ、バケットシリンダ１３３Ｃ、走行モータ１１２、及び旋回モータ１２４）に作動油を供給する。
コントロールバルブ１２３は、油圧ポンプ１２２から供給される作動油の流量を制御する。
旋回モータ１２４は、コントロールバルブ１２３を介して油圧ポンプ１２２から供給される作動油によって駆動し、旋回体１２０を旋回させる。

【0012】

《作業機１３０の構成》
作業機１３０は、ブーム１３１、アーム１３２、作業具としてのバケット１３３、ブームシリンダ１３１Ｃ、アームシリンダ１３２Ｃ、及びバケットシリンダ１３３Ｃを備える。作業具の他の例として、クラムバケット、チルトバケット、チルトローテートバケット、グラップル、リフティングマグネットなどの先端アタッチメントが挙げられる。

【0013】

ブーム１３１の基端部は、旋回体１２０にブームピンを介して回転可能に取り付けられる。なお、図１に示す積込機械１００においては、ブーム１３１が旋回体１２０の正面中央部分に設けられるが、これに限られず、ブーム１３１は左右方向にオフセットして取り付けられたものであってもよい。この場合、旋回体１２０の旋回中心は作業機１３０の動作平面上に位置しない。
アーム１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にアームピンを介して回転可能に取り付けられる。
バケット１３３は、アーム１３２の先端部にピンを介して回転可能に取り付けられる。バケット１３３は、掘削した土砂を収容するための容器として機能する。バケット１３３は、開口が旋回体１２０側（後方）を向くように取り付けられる。つまり、バックホウショベルである積込機械１００は、バケット１３３を旋回体１２０の手前側に引き寄せることで掘削を行う。

【0014】

ブームシリンダ１３１Ｃは、ブーム１３１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１３１Ｃの基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３１Ｃの先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。
アームシリンダ１３２Ｃは、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３２Ｃの基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３２Ｃの先端部は、アーム１３２に取り付けられる。
バケットシリンダ１３３Ｃは、バケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３３Ｃの基端部は、アーム１３２に取り付けられる。バケットシリンダ１３３Ｃの先端部は、バケット１３３を回動させるリンク機構に取り付けられる。

【0015】

《運転室１４０の構成》
図２は、第一実施形態に係る運転室１４０の内部の構成を示す図である。
運転室１４０内には、運転席１４１、操作端末１４２及び操作装置１４３が設けられる。操作端末１４２は、運転席１４１の近傍に設けられ、後述する制御装置１６０とのユーザインタフェースである。操作端末１４２は、例えばタッチパネルで構成された表示装置であり、オペレータが操作する操作部と、操作を受け付ける入力受付部があってもよい。また、表示装置には、エンジン水温計、燃料計の計測データなどが表示されている。また、操作端末１４２は、ＬＣＤなどの表示部を備えるものであってよい。前記タッチパネルは表示部の一例である。また、他の実施形態では、表示部と操作部とが別体として設けられていてもよい。

【0016】

操作装置１４３は、オペレータの手動操作によって走行体１１０、旋回体１２０及び作業機１３０を駆動させるための装置である。操作装置１４３は、左操作レバー１４３ＬＯ、右操作レバー１４３ＲＯ、左フットペダル１４３ＬＦ、右フットペダル１４３ＲＦ、左走行レバー１４３ＬＴ、右走行レバー１４３ＲＴ、旋回ブレーキペダル１４３ＴＢ、開始スイッチ１４３ＳＷを備える。

【0017】

左操作レバー１４３ＬＯは、運転席１４１の左側に設けられる。右操作レバー１４３ＲＯは、運転席１４１の右側に設けられる。

【0018】

左操作レバー１４３ＬＯは、旋回体１２０の旋回動作、及び、アーム１３２の掘削／ダンプ動作を行うための操作機構である。具体的には、積込機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを前方に倒すと、アーム１３２がダンプ動作する。また、積込機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを後方に倒すと、アーム１３２が掘削動作する。また、積込機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを右方向に倒すと、旋回体１２０が右旋回する。また、積込機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを左方向に倒すと、旋回体１２０が左旋回する。なお、他の実施形態においては、左操作レバー１４３ＬＯを前後方向に倒した場合に旋回体１２０が右旋回又は左旋回し、左操作レバー１４３ＬＯが左右方向に倒した場合にアーム１３２が掘削動作又はダンプ動作してもよい。

【0019】

右操作レバー１４３ＲＯは、バケット１３３の掘削／ダンプ動作、及び、ブーム１３１の上げ／下げ動作を行うための操作機構である。具体的には、積込機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを前方に倒すと、ブーム１３１の下げ動作が実行される。また、積込機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを後方に倒すと、ブーム１３１の上げ動作が実行される。また、積込機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを右方向に倒すと、バケット１３３のダンプ動作が行われる。また、積込機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを左方向に倒すと、バケット１３３の掘削動作が行われる。なお、他の実施形態においては、右操作レバー１４３ＲＯを前後方向に倒した場合に、バケット１３３がダンプ動作又は掘削動作し、右操作レバー１４３ＲＯを左右方向に倒した場合にブーム１３１が上げ動作又は下げ動作してもよい。

【0020】

左フットペダル１４３ＬＦは、運転席１４１の前方の床面の左側に配置される。右フットペダル１４３ＲＦは、運転席１４１の前方の床面の右側に配置される。左走行レバー１４３ＬＴは、左フットペダル１４３ＬＦに軸支され、左走行レバー１４３ＬＴの傾斜と左フットペダル１４３ＬＦの押し下げが連動するように構成される。右走行レバー１４３ＲＴは、右フットペダル１４３ＲＦに軸支され、右走行レバー１４３ＲＴの傾斜と右フットペダル１４３ＲＦの押し下げが連動するように構成される。

【0021】

左フットペダル１４３ＬＦ及び左走行レバー１４３ＬＴは、走行体１１０の左側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、積込機械１００のオペレータが左フットペダル１４３ＬＦ又は左走行レバー１４３ＬＴを前方に倒すと、左側履帯は前進方向に回転する。また、積込機械１００のオペレータが左フットペダル１４３ＬＦ又は左走行レバー１４３ＬＴを後方に倒すと、左側履帯は後進方向に回転する。

【0022】

右フットペダル１４３ＲＦ及び右走行レバー１４３ＲＴは、走行体１１０の右側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、積込機械１００のオペレータが右フットペダル１４３ＲＦ又は右走行レバー１４３ＲＴを前方に倒すと、右側履帯は前進方向に回転する。また、積込機械１００のオペレータが右フットペダル１４３ＲＦ又は右走行レバー１４３ＲＴを後方に倒すと、右側履帯は後進方向に回転する。

【0023】

開始スイッチ１４３ＳＷは、例えば左操作レバー１４３ＬＯのハンドル部分に設けられる。なお、開始スイッチ１４３ＳＷは、運転席１４１に着座したオペレータの近傍に位置するように配置されればよい。開始スイッチ１４３ＳＷが押下されると、制御装置１６０に自動制御指示信号が出力される。制御装置１６０は、自動制御指示信号の入力を受け付けると、自動制御を開始する。

【0024】

自動制御は、所定の動作を実現するために積込機械１００が自律的に作業機１３０および旋回体１２０の駆動を制御することである。第１の実施形態における自動制御は、掘削対象の掘削によって積込対象Ｔの外側にバケット１３３が位置する状態から、ブーム１３１を上げながら積込対象Ｔを向く方位まで旋回する一連の動作である第一旋回（図４）と、積込によって積込対象Ｔの上にバケット１３３が位置する状態から、積込対象Ｔの外側へ移動させるためにブーム１３１を下げながら所定の方位まで旋回する一連の動作である第二旋回（図５）とを、積込機械１００が自律的に行う制御である。なお、図４、５に示す例では、積込対象Ｔの高さが掘削高さより高いため、第一旋回においてブーム１３１を上げ、第二旋回においてブーム１３１を下げるが、これに限られない。例えば、積込対象Ｔの高さが掘削高さより低い場合、第一旋回においてブーム１３１を下げ、第二旋回においてブーム１３１を上げることとなる。なお、他の実施形態に係る自動制御は、第二旋回のみを行うものであってもよい。第一実施形態においては、第一旋回および第二旋回における旋回体１２０の目標方位およびバケット１３３の目標姿勢は、それぞれ予め指定された方位および姿勢とする。なお、通常、掘削対象は積込対象Ｔの高さより低い位置となる。そのため、積込機械１００は、第一旋回および第二旋回において、積込対象Ｔと作業機１３０とが接触しないように作業機１３０の駆動を制御する。自動制御の詳細は後述する。
開始スイッチ１４３ＳＷの押下の度に実行される自動制御が第一旋回と第二旋回とで切り替わる。また、他の実施形態においては、操作装置１４３が２つの開始スイッチ１４３ＳＷを備え、それぞれに第一旋回と第二旋回とが割り当てられてもよい。

【0025】

《計測系の構成》
図１に示すように、積込機械１００は、位置方位演算器１５１、傾斜計測器１５２、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４、バケットストロークセンサ１５５を備える。

【0026】

位置方位演算器１５１は、旋回体１２０の位置及び旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位演算器１５１は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。２つの受信器は、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。位置方位演算器１５１は、受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点（ショベル座標系の原点）の位置を検出する。
位置方位演算器１５１は、２つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体１２０の向く方位を演算する。旋回体１２０が向く方位とは、旋回体１２０の正面に直交する方向である。旋回体１２０が向く方位は、作業機１３０のブーム１３１からバケット１３３へ伸びる直線の延在方向の水平成分に等しい。

【0027】

傾斜計測器１５２は、旋回体１２０の加速度及び角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の姿勢（例えば、ロール角、ピッチ角、ヨー角）および旋回速度を検出する。傾斜計測器１５２は、例えば旋回体１２０の下面に設置される。傾斜計測器１５２は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いることができる。

【0028】

ブームストロークセンサ１５３は、ブームシリンダ１３１Ｃに取り付けられ、ブームシリンダ１３１Ｃのシリンダ長を検出する。ブームシリンダ１３１Ｃのシリンダ長は、旋回体１２０に対するブーム１３１の相対角度に換算可能である。
アームストロークセンサ１５４は、アームシリンダ１３２Ｃに取り付けられ、アームシリンダ１３２Ｃのシリンダ長を検出する。アームシリンダ１３２Ｃのシリンダ長は、ブーム１３１に対するアーム１３２の相対角度に換算可能である。
バケットストロークセンサ１５５は、バケットシリンダ１３３Ｃに取り付けられ、バケットシリンダ１３３Ｃのシリンダ長を検出する。バケットシリンダ１３３Ｃのシリンダ長は、アーム１３２に対するバケット１３３の相対角度に換算可能である。
第一実施形態に係る積込機械１００は、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４、及びバケットストロークセンサ１５５を用いて作業機１３０の各リンク部品の角度を特定するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態においては、ストロークセンサに代えて、リンク部品の相対回転角を検出するポテンショメータを備えてもよいし、各リンク部品の対地角を検出する傾斜センサを備えてもよい。

【0029】

《制御装置１６０の構成》
図３は、第一実施形態に係る制御装置１６０の構成を示す概略ブロック図である。
積込機械１００は、制御装置１６０を備える。制御装置１６０は、操作端末１４２に実装されるものであってもよいし、操作端末１４２と別個に設けられ、操作端末１４２からの入出力を受け付けるものであってもよい。制御装置１６０は、操作装置１４３から操作信号を受信する。制御装置１６０は、受信した操作信号又は自動制御のために生成された操作信号をコントロールバルブ１２３に出力することで、作業機１３０、旋回体１２０及び走行体１１０を駆動させる。以下、操作装置１４３から受信した操作信号を手動操作信号ともよび、自動制御のために生成された操作信号を自動操作信号ともよぶ。なお、自動操作信号は、旋回体１２０および作業機１３０を駆動させる操作信号からなり、走行体１１０を駆動させる操作信号を含まない。自動制御中に、オペレータによる手動操作信号を受信した場合、制御装置１６０は自動制御を停止してもよい。

【0030】

制御装置１６０は、プロセッサ６１０、メインメモリ６３０、ストレージ６５０、インタフェース６７０を備えるコンピュータである。ストレージ６５０は、プログラムを記憶する。プロセッサ６１０は、プログラムをストレージ６５０から読み出してメインメモリ６３０に展開し、プログラムに従った処理を実行する。

【0031】

ストレージ６５０の例としては、半導体メモリ、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク等が挙げられる。ストレージ６５０は、制御装置１６０の共通通信線に直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース６７０を介して制御装置１６０に接続される外部メディアであってもよい。メインメモリ６３０及びストレージ６５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。

【0032】

プロセッサ６１０は、プログラムの実行により、計測データ取得部６１１、操作信号入力部６１２、作業機位置特定部６１３、基準特定部６１４、角度特定部６１５、残留推定部６１６、移動制御部６１７、操作信号出力部６１８を備える。

【0033】

計測データ取得部６１１は、積込機械１００の計測系による計測データを取得する。具体的には、計測データ取得部６１１は、位置方位演算器１５１、傾斜計測器１５２、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４およびバケットストロークセンサ１５５から計測データを取得する。計測データ取得部６１１は、傾斜計測器１５２が計測した旋回体１２０の角速度を積分することで、旋回体１２０の角度を算出する。

【0034】

操作信号入力部６１２は、操作装置１４３からオペレータが手動で操作された操作信号の入力を受け付ける。操作信号には、ブーム１３１の上げ操作や下げ操作をする駆動信号、アーム１３２の上げ操作や下げ操作をする駆動信号、バケット１３３のダンプ操作や掘削操作をする駆動信号、旋回体１２０の右旋回操作や左旋回操作をする駆動信号、走行体１１０の走行操作をする駆動信号、ならびに積込機械１００の自動制御指示信号が含まれる。つまり、操作信号入力部６１２は、オペレータから、自動制御の開始指示の入力を受け付ける入力部の一例である。

【0035】

作業機位置特定部６１３は、計測データ取得部６１１が取得した計測データに基づいて、旋回体１２０を基準とする車体座標系におけるアーム１３２の先端Ｐの位置（図４）およびバケット１３３の最下点Ｑの位置（図４）を特定する。バケット１３３の最下点Ｑとは、バケット１３３の外形のうち地表面からの距離が最も短い点をいう。

【0036】

作業機位置特定部６１３は、ブーム１３１の傾斜角と既知のブーム１３１の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、ブーム１３１の長さの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。同様に、作業機位置特定部６１３は、アーム１３２の長さの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。作業機位置特定部６１３は、積込機械１００の位置から、積込機械１００の方位及び姿勢から特定される方向に、ブーム１３１及びアーム１３２の長さの垂直方向成分の和及び水平方向成分の和だけ離れた位置を、アーム１３２の先端Ｐの位置として特定する。また、作業機位置特定部６１３は、バケット１３３の傾斜角と既知のバケット１３３の形状とに基づいて、バケット１３３の最下点Ｑの位置を特定する。例えば、作業機位置特定部６１３は、バケット１３３の傾斜角に基づいてバケット１３３の外殻の複数の点それぞれの位置を算出し、当該複数の点のうち最も高さが低い点を、最下点Ｑとして特定する。また、例えば、作業機位置特定部６１３は、バケット１１３のうちバケットピンから最も離れた点とバケットピンとの距離を、バケットピンから高さ方向下方にオフセットさせた点を最下点Ｑとしてもよい。また、例えば、作業機位置特定部６１３は、最大のバケット可動範囲の量を、バケットピンから高さ方向下方にオフセットさせた点を最下点Ｑとしてもよい。また作業機位置特定部６１３は、制御誤差や計測誤差を加味して、上記で特定した高さより余裕を持たせた高さをオフセットさせた点を、最下点Ｑとしてもよい。

【0037】

基準特定部６１４は、自動制御を実行する前に、自動制御の基準点として、オペレータからバケット１３３の掘削準備位置、干渉回避位置、および積込位置のティーチングを受け付ける。ティーチングは、例えば以下の手順で行われる。
基準特定部６１４は、操作端末１４２にバケット１３３を掘削のための位置である掘削準備位置へ移動させる指示を表示させる。オペレータは、操作装置１４３を操作してバケット１３３を掘削準備位置へ移動させ、操作端末１４２に掘削準備位置への移動完了を入力する。基準特定部６１４は、作業機位置特定部６１３によって特定された作業機１３０の姿勢を第二旋回の目標姿勢とし、アーム１３２の先端Ｐの位置を第二旋回の目標位置とし、旋回体１２０が向く方位を第二旋回の目標方位としてストレージ６５０に記録する。
次に、基準特定部６１４は、操作端末１４２にバケット１３３の刃先を、積込対象Ｔのベッセルの壁の上端よりも高く、かつ作業機１３０と積込対象Ｔとが上方からの平面視において重ならない位置である干渉回避位置に移動させる指示を表示させる。オペレータは、操作装置１４３を操作してバケット１３３の刃先を干渉回避位置へ移動させ、操作端末１４２に干渉回避位置への移動完了を入力する。干渉回避位置は、積込対象Ｔの右端および左端の両方について入力されてよい。また、干渉回避位置は、積込対象Ｔの右端または左端のいずれか一方であってもよい。これにより、基準特定部６１４は、積込対象Ｔの荷台の範囲を特定することができる。なお、干渉回避位置の高さは、制御誤差や計測誤差を加味して、余裕を持たせた高さを上方向にオフセットさせたものであってもよい。
基準特定部６１４は、旋回体１２０が向く方位を干渉回避方位として、ストレージ６５０に記録する。
次に、基準特定部６１４は、操作端末１４２にバケット１３３を積込対象Ｔの上方の積込位置に移動させる指示を表示させる。オペレータは、操作装置１４３を操作してバケット１３３を積込位置へ移動させ、操作端末１４２に積込位置への移動完了を入力する。基準特定部６１４は、作業機１３０の姿勢を第一旋回の目標姿勢とし、アーム１３２の先端Ｐの位置を第一旋回の目標位置とし、作業機位置特定部６１３によって特定された旋回体１２０が向く方位を第一旋回の目標方位として、ストレージ６５０に記録する。

【0038】

また基準特定部６１４は、操作端末１４２を介してオペレータからバケット１３３の積込姿勢の入力を受け付ける。例えば、オペレータは操作端末１４２に積込動作が完了している状態のバケット角度を手動で入力し、積込姿勢とする。例えば、オペレータは、操作装置１４３を操作してバケット１３３を積込動作が完了した姿勢にし、操作端末１４２に積込姿勢を入力する。バケット１３３の積込姿勢は、バケット１３３に保持されていた荷が全て落下する程度に傾いた姿勢である。積込姿勢は、旋回体１２０を基準とする車体座標系に係る姿勢として特定される。基準特定部６１４は、積込姿勢をストレージ６５０に記録する。基準特定部６１４が特定する位置および姿勢は、傾斜計測器１５２によって計測された旋回体１２０のピッチ角やロール角などの車体傾斜情報に基づいて補正されてもよい。例えば積込姿勢は、車体座標系ではなく、水平面に対する姿勢として表されてもよい。

【0039】

角度特定部６１５は、操作信号入力部６１２に自動制御指示信号が入力されたときに旋回体１２０が向く初期方位と、ストレージ６５０に記録された目標方位との間の角度を目標旋回角度として特定する。角度特定部６１５は、操作信号入力部６１２に自動制御指示信号が入力されたときに旋回体１２０が向く初期方位と、ストレージ６５０に記録された干渉回避方位の間の角度を干渉回避角度として特定する。干渉回避角度は、当該干渉回避角度まで旋回体１２０を旋回させたときに、作業機１３０と積込対象Ｔとが、上方からの平面視において重ならないような旋回角度である。

【0040】

残留推定部６１６は、バケット１３３に荷が残っているか否かを推定する。作業機位置特定部６１３が特定したバケット１３３の姿勢と、ストレージ６５０に記録されたバケット１３３の積込姿勢とを比較し、バケット１３３の車体座標系における傾斜角が積込姿勢に係る傾斜角以上であるか否かを判定する。バケット１３３の傾斜角が積込姿勢に係る傾斜角未満である場合、すなわちバケット１３３の姿勢より積込姿勢のほうがダンプ側に傾いている場合、残留推定部６１６はバケット１３３に荷が残っていると推定する。他方、バケット１３３の傾斜角が積込姿勢に係る傾斜角以上である場合、すなわちバケット１３３の姿勢が積込姿勢よりダンプ側に傾いている場合、残留推定部６１６はバケット１３３に荷が残っていないと推定する。残留推定部６１６で比較するバケット１３３の傾斜角は、傾斜計測器１５２に基づいて計測された旋回体１２０のピッチ角やロール角などの車体傾斜情報を加味して補正してもよい。

【0041】

移動制御部６１７は、操作信号入力部６１２が自動制御指示信号の入力を受け付けた場合に、自動制御を実現する自動操作信号を生成する。自動制御指示信号が入力されたときに、バケット１３３を積込位置まで移動させる第一旋回を実現する自動制御、またはバケット１３３を掘削準備位置まで移動させる第二旋回を実現する自動制御を実行する。移動制御部６１６は、自動制御において第一旋回を実行するか第二旋回を実行するかを、自動制御指示信号の入力時に上方からの平面視でバケット１３３が積込対象Ｔの荷台の範囲内にあるか否かによって決定する。上方からの平面視でバケット１３３が積込対象Ｔの荷台の範囲内にない場合、移動制御部６１６は第一旋回を実行し、上方からの平面視でバケット１３３が積込対象Ｔの荷台の範囲内にある場合、移動制御部６１６は第二旋回を実行する。このとき、移動制御部６１６は、ストレージ６５０が記憶する干渉回避角度に基づいて、積込対象Ｔと作業機１３０とが接触しないよう旋回体１２０および作業機１３０を制御する。

【0042】

具体的には、移動制御部６１７は、第一旋回において、第一干渉回避角度θ１（図４）に到達するまでに旋回体１２０と作業機１３０との複合動作を実現させる。旋回体１２０が第一干渉回避角度θ１まで旋回している間、作業機１３０と積込対象Ｔとが上方からの平面視において重ならない。第一旋回において、旋回体１２０の旋回角度が第一干渉回避角度θ１（図４）に到達するまでにバケット１３３の高さが積込位置の高さに至らない場合、旋回体１２０の旋回操作信号を生成せず、作業機１３０の操作信号のみを生成する。例えば、第一旋回における複合動作中において、ブーム上げのみが動作する。他方、移動制御部６１７は、旋回による旋回角度が第一干渉回避角度θ１に到達するまでにバケット１３３の高さが積込位置の高さに到達する場合、旋回体１２０の旋回操作信号及び作業機１３０の操作信号を生成し、旋回体１２０と作業機１３０との複合動作を実現する。つまり、第一旋回における複合動作において、ブーム１３１の上げ動作と旋回体１２０を旋回させる動作が同時に行われる。バケット１３３の高さが、第一干渉回避角度θ１（図４）で積込位置の高さに到達した後は、移動制御部６１７は、作業機１３０を動かさずに旋回体１２０を旋回させる。
また、移動制御部６１６は、第一旋回と反対に旋回する第二旋回において、旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ２（図５）に到達するまで、バケット１３３の最下点が下がらないよう制御する。最下点が下がらない制御は、作業機１３０を動かさずに旋回体１２０を旋回させ、最下点の高さを維持する制御であってもよいし、最下点を制御前の最下点より高くすることで積込対象Ｔとバケット１３３との間に隙間を設ける制御であってもよい。旋回体１２０が第二干渉回避角度θ２まで旋回することで、作業機１３０と積込対象Ｔとが上方からの平面視において重なった状態から、重なっていない状態に変化する。旋回角度が第二干渉回避角度θ２に到達した後、移動制御部６１６は、旋回体１２０の旋回操作信号及び作業機１３０の操作信号を生成し、旋回体１２０と作業機１３０との複合動作を実現する。ただし、移動制御部６１６は、第二旋回において自動制御指示信号の入力を受け付けたときに、残留推定部６１６によって荷がバケット１３３に残っていると推定された場合に、旋回体１２０を旋回させる前に、バケット１３３をダンプ方向へ回転させる。たとえば、移動制御部６１６は、旋回体１２０を旋回させながら、バケット１３３をダンプ方向へ回転させてもよい。旋回体１２０を旋回させながら、バケット１３３をダンプ方向へ回転させる場合、移動制御部６１６は、バケット１３３をダンプ方向へ回転させないときに対して旋回速度を遅くするのが好ましい。バケット１３３をダンプ方向へ回転させることは、荷がバケット１３３に残っているか否かの推定結果の出力の一態様である。また、バケット１３３をダンプ方向へ回転させないことは、荷がバケット１３３に残っているか否かの推定結果の出力の一態様である。バケット１３３をダンプ方向へ回転することは、バケット１３３の荷を捨てるために動作することである。つまり、バケット１３３をダンプ方向へ回転することは、荷を排土する一例である。

【0043】

操作信号出力部６１８は、操作信号入力部６１２に入力された手動操作信号、又は移動制御部６１６が生成した自動操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する。つまり、操作信号出力部６１８は、荷がバケット１３３に残っているか否かの推定結果に基づく出力をする出力部の一例である。

【0044】

《自動制御時の動作》
ここで、図面を参照しながら、第一実施形態に係る自動制御時の積込機械１００の動きについて説明する。
図４は、第一実施形態に係る第一旋回における積込機械１００の動きの例を示す図である。図５は、第一実施形態に係る第二旋回における積込機械１００の動きの例を示す図である。

【0045】

第一旋回に係る自動制御が開始されると、図４に示すように制御装置１６０は、まず作業機１３０（ブーム１３１、アーム１３２、およびバケット１３３）の駆動を開始し、ブーム１３１の上げ動作でバケット１３３を上方へ移動させる。第一旋回に係るバケット１３３の目標位置は、積込対象Ｔの上方の積込位置である。遅れて、制御装置１６０は、旋回体１２０の旋回を開始させる。制御装置１６０は、旋回体１２０の旋回角度が第一干渉回避角度θ１と一致するまでに、作業機１３０の姿勢が第一旋回に係る目標姿勢となるように、旋回開始タイミングを調整する。なお、旋回体１２０の旋回角度が第一干渉回避角度θ１と一致するまでに作業機１３０の姿勢が第一旋回における目標姿勢となっている場合、つまりバケット１３３の最下点Ｑの高さが積込対象Ｔのベッセルの壁の上端の高さより高い場合、旋回体１２０の旋回によって作業機１３０が積込対象Ｔに接触することがない。その後、バケット１３３が積込位置に到達すると、自動制御を終了する。その後、オペレータは、手動操作によってバケット１３３をダンプ方向に回動させるダンプ操作を行う。

【0046】

オペレータは、バケット１３３に荷が残っている状態で、第二旋回に係る自動制御を開始することがある。第二旋回に係る自動制御が開始されると、制御装置１６０はバケット１３３に荷が残っているか否かを判定する。すなわち、作業機位置特定部６１３が特定したバケット１３３の姿勢と、ストレージ６５０に記録されたバケット１３３の積込姿勢とを比較し、バケット１３３の車体座標系における傾斜角が 積込姿勢に係る傾斜角以上であるか否かを判定する。荷がバケット１３３に残っていると推定された場合に、バケット１３３をダンプ方向へ回転させる。積込姿勢になると、旋回体１２０の旋回を開始する。制御装置１６０は、旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ２を超えるまで、作業機１３０を動かさずに旋回体１２０を旋回させ、バケット１３３の最下点の高さを維持する。旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ２を超えると、制御装置１６０はブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３を駆動させる。このとき、制御装置１６０は、旋回開始時の姿勢と目標姿勢との関係から、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３をすべて駆動させることもあれば、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の一部を駆動させることもある。旋回体１２０の旋回角度が目標旋回角度θ０に至ると、制御装置１６０は旋回体１２０の駆動を終了する。また作業機１３０の姿勢が掘削開始時の目標姿勢となると、制御装置１６０は作業機１３０の駆動を終了する。
なお、図４および図５は、掘削位置と積込対象Ｔとの位置関係が、旋回体１２０を中心として約９０度である例を示すが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態においては、掘削位置と積込対象Ｔとの位置関係が、旋回体１２０を中心として約１８０度であるなど、他の旋回角度位置であってもよい。

【0047】

《制御装置１６０の動作》
図６は、第一実施形態に係る制御装置１６０による第一旋回制御を示すフローチャートである。図７は、第一実施形態に係る制御装置１６０による第二旋回制御を示すフローチャートである。
オペレータによって開始スイッチ１４３ＳＷが押下されると、制御装置１６０の操作信号入力部６１２は自動制御指示信号の入力を受け付ける。制御装置１６０は、自動積込指示信号が入力されると、上方からの平面視においてバケット１３３が積込対象Ｔの平面視での荷台の範囲内にあるか否かに基づいて、第一旋回を実行するか第二旋回を実行するかを決定する。バケット１３３が、積込対象Ｔの荷台の範囲内にある場合、第二旋回を実行する。バケット１３３が、積込対象Ｔの荷台の範囲外にある場合、第一旋回を実行する。

【0048】

第一旋回を実行する場合、制御装置１６０は図６に示す第一旋回制御を実行する。まず、計測データ取得部６１１は積込機械１００の方位の計測データを取得する（ステップＳ１）。移動制御部６１６は、ストレージ６５０から旋回体１２０の目標方位（積込対象Ｔを向く方位）、目標姿勢、および干渉回避方位を読み出す（ステップＳ２）。角度特定部６１５は、ステップＳ１で特定した旋回体１２０の向く方位ならびにステップＳ２で読み出した目標方位および干渉回避方位に基づいて、目標旋回角度θ０および第一干渉回避角度θ１を特定する（ステップＳ３）。

【0049】

次に、計測データ取得部６１１は積込機械１００の位置および方位、傾斜角、旋回速度および各シリンダのシリンダ長の計測データを取得し、作業機位置特定部６１３は計測データに基づいて作業機１３０の姿勢を特定する（ステップＳ４）。なお、計測データ取得部６１１は積込機械１００の方位、傾斜角、旋回速度および各シリンダのシリンダ長の計測データを取得し、作業機位置特定部６１３は計測データに基づいて作業機１３０の姿勢を特定してもよい。すなわち、作業機位置特定部６１３は積込機械１００の位置を参照せずに、作業機１３０の姿勢を特定してもよい。作業機位置特定部６１３はアーム１３２の先端Ｐの位置、バケット１３３の最下点Ｑの位置およびバケット１３３の姿勢を特定する（ステップＳ５）。

【0050】

移動制御部６１７は、ステップＳ２で読み出した目標方位、目標姿勢およびステップＳ３で特定した第一干渉回避角度θ１に基づいて、バケット１３３を積込対象Ｔの上方まで移動させるための自動操作信号を生成する。すなわち、移動制御部６１７は、バケット１３３が、第一干渉回避角度θ１で表される干渉回避位置を経由して、目標方位および目標姿勢で表される積込位置に到達するように、自動操作信号を生成する。このとき、移動制御部６１７は、ブーム１３１およびアーム１３２が駆動してもバケット１３３の対地角度が変化しないように、バケット１３３の自動操作信号を生成する。
具体的には、移動制御部６１７は、以下の手順で自動操作信号を生成する。
まず、移動制御部６１７は、ステップＳ５で特定された作業機１３０の姿勢が、ステップＳ１で取得した目標姿勢と近似するか否かを判定する（ステップＳ６）。例えば、移動制御部６１７は、目標姿勢におけるアーム１３２の先端の位置と、現在のアーム１３２の先端の位置との差が所定値以下である場合に、作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似していると判定する。

【0051】

作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似していない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、移動制御部６１７は、ブーム１３１及びアーム１３２を目標姿勢に近づける自動操作信号を生成する（ステップＳ７）。このとき、移動制御部６１６は、ステップＳ４で取得した計測データから特定されるブーム１３１及びアーム１３２の位置及び速度に基づいて、自動操作信号を生成する。

【0052】

また移動制御部６１７は、生成したブーム１３１及びアーム１３２の自動操作信号に基づいてブーム１３１及びアーム１３２の駆動速度の和を算出し、当該駆動速度の和と同じ速度でバケット１３３を駆動させる自動操作信号を生成する（ステップＳ８）。これにより、移動制御部６１７は、バケット１３３の対地角を保持する操作信号を生成することができる。

【0053】

移動制御部６１７は、作業機１３０が旋回中であるか否かを判定する（ステップＳ９）。移動制御部６１７は、例えば旋回体１２０の旋回速度が所定速度以上である場合に旋回中であると判定する。作業機１３０が旋回中でない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、移動制御部６１７は、ステップＳ７で特定したブーム１３１及びアーム１３２の速度に基づいて作業機１３０が目標姿勢となるまでの完了時間を算出する（ステップＳ１０）。また、移動制御部６１７は、旋回体１２０が旋回を開始した場合に旋回角度がステップＳ３で特定した第一干渉回避角度θ１に到達するまでの到達時間を算出する（ステップＳ１１）。移動制御部６１７は、ステップＳ１０で算出した完了時間がステップＳ１１で算出した到達時間未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。つまり、移動制御部６１７は、旋回角度が第一干渉回避角度θ１に到達するときに作業機１３０が目標姿勢となるか否かを判定する。

【0054】

完了時間が到達時間以上である場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、すなわち旋回角度が第一干渉回避角度θ１に到達するまでに作業機１３０が目標姿勢とならない場合、移動制御部６１７は旋回体１２０の旋回操作信号を生成しない。他方、完了時間が到達時間未満である場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、すなわち旋回角度が第一干渉回避角度θ１に到達するまでに作業機１３０が目標姿勢となる場合、移動制御部６１７は旋回体１２０の旋回操作信号を生成する（ステップＳ１３）。これにより、制御装置１６０は、作業機１３０の高さが低いまま旋回してしまうことにより積込対象Ｔと接触することを防ぐことができる。

【0055】

操作信号出力部６１８は、生成された自動操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する（ステップＳ１４）。これにより、積込機械１００が駆動する。そして、制御装置１６０は、処理をステップＳ４に戻し、制御を継続する。

【0056】

他方、ステップＳ９にて作業機１３０が旋回中であると判定された場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、移動制御部６１７は、ステップＳ４で特定した作業機１３０の旋回速度に基づいて、旋回の操作信号を停止した場合に、惰性による旋回によって旋回角度が目標旋回角度に到達するか否かを判定する（ステップＳ１５）。惰性による旋回では旋回角度が目標旋回角度に到達しない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、移動制御部６１７はステップＳ１３にて旋回操作信号を生成し、操作信号出力部６１７はステップＳ１４にて旋回操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する。

【0057】

他方、惰性による旋回によって旋回角度が目標旋回角度に到達すると判定された場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、旋回角度が目標旋回角度に到達し、かつ作業機１３０の姿勢が目標姿勢になっているか否かを判定する（ステップＳ１６）。旋回角度が目標旋回角度に到達し、かつ作業機１３０の姿勢が目標姿勢になっていない場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、制御装置１６０は処理をステップＳ４に戻す。

【0058】

他方、旋回角度が目標旋回角度に到達し、かつ作業機１３０の姿勢が目標姿勢になった場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、制御装置１６０は第一旋回処理を終了する。

【0059】

図７は、第一実施形態に係る制御装置１６０の第二旋回制御を示すフローチャートである。
オペレータによって開始スイッチ１４３ＳＷが押下されると、制御装置１６０の操作信号入力部６１２は自動制御指示信号の入力を受け付ける。

【0060】

第二旋回を実行する場合、制御装置１６０は図７に示す第二旋回制御を実行する。まず、計測データ取得部６１１は積込機械１００の方位の計測データを取得する（ステップＳ２１）。移動制御部６１７は、ストレージ６５０から旋回体１２０の目標方位（積込対象Ｔの外側を向く方位）、目標姿勢、および干渉回避方位を読み出す（ステップＳ２２）。角度特定部６１５は、ステップＳ２１で特定した旋回体１２０の向く方位ならびにステップＳ２２で読み出した目標方位および干渉回避方位に基づいて、目標旋回角度θ０および第二干渉回避角度θ２を特定する（ステップＳ２３）。

【0061】

次に、計測データ取得部６１１は積込機械１００の位置および方位、傾斜角、旋回速度および各シリンダのシリンダ長の計測データを取得し、作業機位置特定部６１３は計測データに基づいて作業機１３０の姿勢を特定する（ステップＳ２４）。作業機位置特定部６１３はアーム１３２の先端Ｐの位置、バケット１３３の最下点Ｑの位置およびバケット１３３の姿勢を特定する（ステップＳ２５）。

【0062】

残留推定部６１６は、ステップＳ２５で特定したバケット１３３の姿勢と、ストレージ６５０に記録された積込姿勢とを比較して、バケット１３３に荷が残っている可能性があるか否かを推定する（ステップＳ２６）。バケット１３３に荷が残っていると推定された場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、移動制御部６１７はバケット１３３をダンプ方向へ回転させる自動操作信号を生成する（ステップＳ２７）。また、バケット１３３を回転させる自動操作信号は、ストレージ６５０から呼び出されたバケット軸の任意の速度目標値に基づいてバケット１３３を動作させるための信号であり、速度目標値は一定速度である。また、バケット１３３をダンプ方向に移動させる自動操作信号は、例えば、アーム１３２をダンプ方向に回転させてバケット１３３を地平線に対してダンプ方向に動かすものであってもよい。また、バケット１３３を回転させる自動操作信号は、アーム１３２とバケット１３３を同時に動かしてダンプを実現させるものであっても良い。また移動制御部６１７は、バケット１３３の回転に伴う最下点Ｑの高さの変化をキャンセルするブーム１３１の自動操作信号を生成する（ステップＳ２８）。また、バケット１３３の回転に伴い最下点Ｑの高さが上昇する場合、移動制御部６１７は、バケット１３３のみ回転させる。このとき、移動制御部６１６は旋回体１２０を旋回させる自動操作信号を生成しない。その後、制御装置１６０は、バケット１３３を回転させる自動操作信号を出力する（ステップＳ２９）。その後、制御装置１６０は処理をステップＳ２４に戻す。

【0063】

他方、バケット１３３に荷が残っていないと推定された場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、移動制御部６１７は、ステップＳ２４で特定した作業機１３０の旋回速度の計測データに基づいて、旋回の操作信号を停止した場合に、惰性による旋回によって作業機１３０の旋回角度が目標旋回角度に到達するか否かを判定する（ステップＳ３０）。惰性による旋回では作業機１３０の旋回角度が目標旋回角度に到達しない場合（ステップＳ３０：ＮＯ）、移動制御部６１６は旋回体１２０を旋回させる自動操作信号を生成する（ステップＳ３１）。当該自動操作信号は、上方からの平面視においてバケット１３３を積込対象Ｔの内側から外側へ向けて旋回させるための操作信号である。

【0064】

次に、移動制御部６１６は自動制御開始時から現時点までの旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ２未満であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。旋回角度が第二干渉回避角度θ２未満である場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、移動制御部６１６は作業機１３０の姿勢を維持する操作信号（中立信号）を生成する。

【0065】

ステップＳ３２において、旋回角度が第二干渉回避角度θ２以上である場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、移動制御部６１６は、ステップＳ２４で特定された作業機１３０の姿勢が、ステップＳ２２で特定した目標姿勢と近似するか否かを判定する（ステップＳ３３）。作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似していない場合（ステップＳ３３：ＮＯ）、移動制御部６１６は、ブーム１３１、アーム１３２及びバケット１３３を目標姿勢に近づける自動操作信号を生成する（ステップＳ３４）。作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似している場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、移動制御部６１６は作業機１３０の姿勢を維持する中立信号を生成する。

【0066】

そして、操作信号出力部６１７は、生成された自動操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する（ステップＳ３５）。移動制御部６１６は、旋回角度が目標旋回角度に到達し、かつ作業機１３０の姿勢が目標姿勢になっているか否かを判定する（ステップＳ３６）。旋回角度が目標旋回角度に到達せず、または作業機１３０の姿勢が目標姿勢になっていない場合（ステップＳ３６：ＮＯ）、制御装置１６０は処理をステップＳ２４に戻す。他方旋回角度が目標旋回角度に到達し、かつ作業機１３０の姿勢が目標姿勢になった場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、自動制御処理を終了する。

【0067】

《作用・効果》
このように、第一実施形態に係る制御装置１６０は、バケット１３３を積込対象Ｔの上から積込対象Ｔの外側へ移動させる第二旋回に係る自動制御の開始時に荷がバケット１３３に残っているか否かを推定し、バケット１３３に荷が残っていると推定される場合に、バケット１３３をダンプ方向に移動させる自動操作信号を出力する。その後、荷がバケット１３３に残っていないと推定された後に、第二旋回に係る自動操作信号を出力する。これにより、バケット１３３に荷が残った状態で自動制御開始指示が入力された場合にも、バケット１３３の荷が積込対象Ｔの外側にこぼれることを防ぐことができる。

【0068】

なお、他の実施形態に係る制御装置１６０は、バケット１３３に荷が残っていると推定される場合に、バケット１３３をダンプ方向に移動させる自動操作信号を出力せず、単に第二旋回に係る自動操作信号を出力しないものであってもよい。この場合、制御装置１６０は操作端末１４２にアラートを出力させるものであってもよい。これにより、当該アラートを視認したオペレータがバケット１３３に荷がなくなった後に再度開始スイッチ１４３ＳＷを押下することで、第二旋回が実行される。このような構成であっても、バケット１３３の荷が積込対象Ｔの外側にこぼれることを防ぐことができる。

【0069】

また、他の実施形態に係る制御装置１６０は、自動制御を行わないものであってもよい。つまり、他の実施形態に係る制御装置１６０は、手動で操作しているときに、荷がバケット１３３に残っているか否かを推定し、その推定結果を操作端末１４２に出力させるものであってもよい。この場合、制御装置１６０は、積込作業時に荷がバケット１３３に残っているか否かを推定し、当該推定結果を操作端末１４２に表示させるものであってよい。これにより、オペレータは、積込作業においてバケット１３３から荷を下ろしきったか否かを判断可能とすることができる。この場合、操作端末１４２は、荷がバケット１３３に残っているか否かの推定結果に基づく出力をする出力部の一例である。

【0070】

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。

【0071】

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置１６０の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御装置１６０として機能するものであってもよい。このとき、制御装置１６０を構成する一部のコンピュータが積込機械１００の内部に搭載され、他のコンピュータが積込機械１００の外部に設けられてもよい。

【0072】

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、バケット１３３の姿勢が積込姿勢に至っていない場合に、荷がバケット１３３に残っていると推定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、作業機１３０がペイロードセンサを備える場合に、制御装置１６０が当該ペイロードセンサの計測データに基づいて荷がバケット１３３に残っているか否かを推定してもよい。ペイロードセンサは、例えば、作業機シリンダ（ブームシリンダ、アームシリンダまたはバケットシリンダ）のボトム側とヘッド側に装着された圧力センサの計測情報と作業機姿勢角に基づいて荷の重量を推定するものであってよい。また他の実施形態においては、積込機械１００がカメラを備える場合に、制御装置１６０が当該カメラが撮像した画像に写るバケット１３３の部分を解析することで、荷がバケット１３３に残っているか否かを推定してもよい。例えば制御装置１６０は、バケット１３３が写る撮像画像からバケット１３３の姿勢が所定のダンプ姿勢であるか否かを推定し、バケット１３３の姿勢がダンプ姿勢である場合、荷が残っていないと判定し、バケット１３３の姿勢がダンプ姿勢に至っていない場合、荷が残っていると判断してもよい。また制御装置１６０は、バケット１３３が写る撮像画像においてバケット１３３の中が写っている場合、当該バケットの中の画像に基づいて荷が残っているか否かを推定してもよい。また他の実施形態においては、制御装置１６０が積込対象Ｔが備えるペイロードセンサの計測データを受信し、当該計測データの変化量に基づいて、荷がバケット１３３に残っているか否かを推定してもよい。

【0073】

上述した実施形態に係る目標姿勢、目標方位および干渉回避方位は、ティーチングによってストレージ６５０に記録されるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、ステレオカメラやＬｉＤａｒなどの三次元計測装置を備えることで、積込対象Ｔの位置および形状を認識し、これに基づいて目標姿勢、目標方位および干渉回避方位を特定してもよい。また、他の実施形態においては、積込対象Ｔとの通信によって積込対象Ｔの位置および方位を受信し、これと既知の積込対象Ｔの形状とに基づいて目標姿勢、目標方位および干渉回避方位を特定してもよい。また、他の実施形態において、積込対象Ｔが管制装置との通信によって自動走行する場合、管制装置から積込対象Ｔの位置および方位を受信し、これと既知の積込対象Ｔの形状とに基づいて目標姿勢、目標方位および干渉回避方位を特定してもよい。

【0074】

また、上述した実施形態に係る積込姿勢は、操作端末１４２への入力によって特定されるが、これに限られず、ティーチングによって特定されてもよい。

【0075】

また、上述した実施形態に係る制御装置１６０は、作業機１３０の姿勢を計測するセンサの計測データに基づいて作業機１３０の姿勢を特定するがこれに限られない。例えば、他の実施形態において、積込機械１００がステレオカメラやＬｉＤａｒなどの三次元計測装置を備える場合、当該三次元計測装置の計測データに基づいて作業機１３０の姿勢、特にバケット１３３の最下点Ｑの高さを認識し、これに基づいて自動制御を行ってもよい。

【0076】

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、傾斜計測器１５２が計測した旋回体１２０の角速度を積分することで、旋回体１２０の角度を算出するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、位置方位演算器１５１が計測する方位の差分に基づいて旋回体１２０の角度を算出してもよい。また他の実施形態においては、旋回モータ１２４に設けた回転角センサの検出値を用いて旋回体１２０の角度を特定してもよい。

【0077】

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、旋回角度と干渉回避角度の比較に基づいて自動制御を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、バケット１３３の位置と積込対象Ｔの外形のうち旋回体１２０の旋回方向の最も後方の点との比較に基づいて自動制御を行ってもよい。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、バケット１３３が旋回体１２０の旋回方向の最も後方の点の近傍の領域に位置するように旋回開始タイミングを調整してよい。
また他の実施形態においては、制御装置１６０は、バケット１３３が予め指定された軌跡を通るように、各リンク部品および旋回体１２０の自動制御信号を生成してもよい。軌跡は、例えば所定の曲線関数とのフィッティングによって決定されてもよいし、手動操作によるティーチングによって決定されてもよい。軌跡は、バケット１３３の姿勢、各リンク部品および旋回体１２０の姿勢、または操作信号を、時系列に並べたものによって表されてよい。

【0078】

上述した実施形態に係る積込機械１００は、オペレータが運転室１４０に搭乗して直接操作するものであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、遠隔操作により動作するものであってもよい。すなわち、他の実施形態では、遠隔に設けられた操作装置１４３から通信によって操作信号が制御装置１６０に伝送されてよい。また、制御装置１６０は、遠隔地に設けられたコンピュータによって構成されてもよいし、積込機械１００と遠隔地とのそれぞれに設けられたコンピュータに機能を分担させた制御システムで構成されてもよい。

【0079】

上述した実施形態に係る自動制御は、バケット１３３を掘削完了時の位置から、積込点へ移動させる第一旋回と、次の掘削を開始するための位置へ移動させる第二旋回とをそれぞれ実行するものであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、制御装置１６０は、第一旋回、排土および第二旋回の一連の動作を自動実行する全自動制御を行うものであってもよい。また例えば、他の実施形態においては、制御装置１６０は、第一旋回を実行せず、第二旋回のみを実行するものであってもよい。
また、上述した実施形態に係る自動制御は、オペレータによる開始スイッチ１４３ＳＷの押下をトリガに開始されるものであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、制御装置１６０が自動制御の開始タイミングを自律的に判定し、開始スイッチ１４３ＳＷの押下によらず自動制御を開始するものであってもよい。

【符号の説明】

【0080】

１００…積込機械 １１０…走行体 １１１…無限軌道 １１２…走行モータ １２０…旋回体 １２１…エンジン １２２…油圧ポンプ １２３…コントロールバルブ １２４…旋回モータ １３０…作業機 １３１…ブーム １３１Ｃ…ブームシリンダ １３２…アーム １３２Ｃ…アームシリンダ １３３…バケット １３３Ｃ…バケットシリンダ １４０…運転室 １４１…運転席 １４２…操作端末 １４３…操作装置 １５１…位置方位演算器 １５２…傾斜計測器 １５３…ブームストロークセンサ １５４…アームストロークセンサ １５５…バケットストロークセンサ １６０…制御装置 ６１０…プロセッサ ６１１…計測データ取得部 ６１２…操作信号入力部 ６１３…作業機位置特定部 ６１４…基準特定部 ６１５…角度特定部 ６１６…残留推定部 ６１７…移動制御部 ６１８…操作信号出力部 ６３０…メインメモリ ６５０…ストレージ ６７０…インタフェース Ｔ…積込対象

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】