特開 2024-52161 作業機械の制御システム及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】P2024052161

(43)【公開日】2024-04-11

(54)【発明の名称】作業機械の制御システム及び作業機械の制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240404BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 N

E02F9/20 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022158691

(22)【出願日】2022-09-30

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 将崇

(72)【発明者】

【氏名】峯後 俊秀

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 匠真

(72)【発明者】

【氏名】本村 拓斗

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA02

2D003AB01

2D003AB04

2D003AC01

2D003BA03

2D003BA04

2D003BA07

2D003BB07

2D003DA04

2D003DB08

2D003FA02

(57)【要約】

【課題】作業機械の走行を適正に停止させること。
【解決手段】車体と、車体を支持して走行する走行装置と、車体よりも前方に配置される掘削作業機の掘削ブレードと、を有する作業機械の制御システムは、作業機械の周辺を検出するセンサの検出データを取得する検出データ取得部と、センサの検出データに基づいて、作業機械の前方に下り崖が存在するか否かを判定する判定部と、下り崖が存在すると判定された場合、掘削ブレードよりも後方に設定された前進停止位置と下り崖との相対位置に基づいて、走行装置を制御する走行制御部と、を備える。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体と、前記車体を支持して走行する走行装置と、前記車体よりも前方に配置される掘削作業機の掘削ブレードと、を有する作業機械の制御システムであって、
前記作業機械の周辺を検出するセンサの検出データを取得する検出データ取得部と、
前記センサの検出データに基づいて、前記作業機械の前方に下り崖が存在するか否かを判定する判定部と、
前記下り崖が存在すると判定された場合、前記掘削ブレードよりも後方に設定された前進停止位置と前記下り崖との相対位置に基づいて、前記走行装置を制御する走行制御部と、を備える、
作業機械の制御システム。

【請求項2】

前記前進停止位置は、前記車体の後端部よりも前方に設定される、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。

【請求項3】

前記走行制御部は、前記前進停止位置が前記下り崖の開始位置に一致するように、前記走行装置の前進を停止させる、
請求項２に記載の作業機械の制御システム。

【請求項4】

前記判定部は、前記センサの検出データに基づいて、前記作業機械の前方に上り崖が存在するか否かを判定し、
前記走行制御部は、前記上り崖が存在すると判定された場合、前記掘削ブレードよりも前方に設定された前進停止位置と前記上り崖との相対位置に基づいて、前記走行装置の前進を停止させる、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。

【請求項5】

前記走行制御部は、前記前進停止位置が前記上り崖の開始位置に一致するように、前記走行装置の前進を停止させる、
請求項４に記載の作業機械の制御システム。

【請求項6】

前記作業機械は、前記車体よりも後方に配置されるリッパ作業機のシャンクを有し、
前記判定部は、前記センサの検出データに基づいて、前記作業機械の後方に下り崖が存在するか否かを判定し、
前記走行制御部は、前記下り崖が存在すると判定された場合、前記シャンクよりも前方に設定された後進停止位置と前記下り崖との相対位置に基づいて、前記走行装置の後進を停止させる、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。

【請求項7】

前記後進停止位置は、前記車体の前端部よりも後方に設定される、
請求項６に記載の作業機械の制御システム。

【請求項8】

前記走行制御部は、前記後進停止位置が前記下り崖の開始位置に一致するように、前記走行装置の後進を停止させる、
請求項７に記載の作業機械の制御システム。

【請求項9】

前記判定部は、前記センサの検出データに基づいて、前記作業機械の後方に上り崖が存在するか否かを判定し、
前記走行制御部は、前記上り崖が存在すると判定された場合、前記シャンクよりも後方に設定された後進停止位置と前記上り崖との相対位置に基づいて、前記走行装置の後進を停止させる、
請求項６に記載の作業機械の制御システム。

【請求項10】

前記走行制御部は、前記後進停止位置が前記上り崖の開始位置に一致するように、前記走行装置の後進を停止させる、
請求項９に記載の作業機械の制御システム。

【請求項11】

車体と、前記車体を支持して走行する走行装置と、前記車体よりも前方に配置される掘削作業機の掘削ブレードと、を有する作業機械の制御方法であって、
前記作業機械の周辺を検出するセンサの検出データを取得することと、
前記センサの検出データに基づいて、前記作業機械の前方に下り崖が存在するか否かを判定することと、
前記下り崖が存在すると判定された場合、前記掘削ブレードよりも後方に設定された前進停止位置と前記下り崖との相対位置に基づいて、前記走行装置を制御することと、を含む、
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、作業機械の制御システム及び作業機械の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような作業車両が知られている。また、特許文献２に開示されているような、障害物を検出する物体検出装置を備える作業機械が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２１４８６８号公報

【特許文献2】特開２０２１－０２８２６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

鉱山のような作業現場においては崖が存在する可能性がある。崖には上り崖と下り崖とが存在する。崖の種類を考慮せずに作業機械の走行停止制御が実施されると、作業機械の走行を適正に停止させることが困難となる可能性がある。

【0005】

本開示は、作業機械の走行を適正に停止させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従えば、車体と、車体を支持して走行する走行装置と、車体よりも前方に配置される掘削作業機の掘削ブレードと、を有する作業機械の制御システムであって、作業機械の周辺を検出するセンサの検出データを取得する検出データ取得部と、センサの検出データに基づいて、作業機械の前方に下り崖が存在するか否かを判定する判定部と、下り崖が存在すると判定された場合、掘削ブレードよりも後方に設定された前進停止位置と下り崖との相対位置に基づいて、走行装置を制御する走行制御部と、を備える、作業機械の制御システムが提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、作業機械の走行を適正に停止させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る作業現場の管理システムを模式的に示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る作業機械を模式的に示す側面図である。

【図3】図３は、実施形態に係る３次元センサ及び障害物センサを模式的に示す平面図である。

【図4】図４は、実施形態に係る作業機械の動作の一例を模式的に示す図である。

【図5】図５は、実施形態に係る作業機械の検出システムを示すブロック図である。

【図6】図６は、実施形態に係る現況地形データ記憶部に記憶される記憶データを説明するための図である。

【図7】図７は、実施形態に係る作業機械に設定される警報範囲及び停止範囲を模式的に示す平面図である。

【図8】図８は、実施形態に係る作業機械に設定される警報範囲及び停止範囲を模式的に示す側面図である。

【図9】図９は、実施形態に係る作業機械に設定される警報範囲及び停止範囲を模式的に示す平面図である。

【図10】図１０は、実施形態に係る作業機械に設定される警報範囲及び停止範囲を模式的に示す側面図である。

【図11】図１１は、実施形態に係る作業機械に設定される警報範囲及び停止範囲を模式的に示す平面図である。

【図12】図１２は、実施形態に係る作業機械に設定される警報範囲及び停止範囲を模式的に示す側面図である。

【図13】図１３は、実施形態に係る作業機械に設定される警報範囲及び停止範囲を模式的に示す平面図である。

【図14】図１４は、実施形態に係る作業機械に設定される警報範囲及び停止範囲を模式的に示す側面図である。

【図15】図１５は、実施形態に係る作業機械に設定される警報範囲及び停止範囲を模式的に示す平面図である。

【図16】図１６は、実施形態に係る作業機械に設定される警報範囲及び停止範囲を模式的に示す側面図である。

【図17】図１７は、実施形態に係る作業機械の制御方法を示すフローチャートである。

【図18】図１８は、実施形態に係るコンピュータシステムを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0010】

［管理システム］
図１は、実施形態に係る作業現場の管理システム１を模式的に示す図である。実施形態において、作業現場は、鉱山である。鉱山とは、鉱物を採掘する場所又は事業所をいう。鉱山として、金属を採掘する金属鉱山、石灰石を採掘する非金属鉱山、又は石炭を採掘する石炭鉱山が例示される。作業現場において、複数の作業機械２が稼働する。実施形態において、作業機械２は、ブルドーザである。作業機械２は、作業現場において所定の作業を実施する。作業機械２が実施する作業として、掘削作業、押土作業、及び整地作業が例示される。

【0011】

管理システム１は、管理装置３と、通信システム４とを備える。管理装置３は、コンピュータシステムを含む。管理装置３は、作業機械２の外部に配置される。管理装置３は、作業現場の管制施設５に設置される。管理装置３は、作業現場及び作業機械２を管理する。管制施設５に管理者が存在する。通信システム４として、インターネット（internet）、携帯電話通信網、衛星通信網、又はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）が例示される。ローカルエリアネットワークとして、無線ＬＡＮの１つの規格であるＷｉ－Ｆｉ（登録商標）が例示される。

【0012】

作業機械２は、制御装置６と、無線通信機４Ａとを有する。制御装置６は、コンピュータシステムを含む。無線通信機４Ａは、制御装置６に接続される。通信システム４は、制御装置６に接続される無線通信機４Ａと、管理装置３に接続される無線通信機４Ｂとを含む。管理装置３と作業機械２の制御装置６とは、通信システム４を介して無線通信する。

【0013】

［作業機械］
図２は、実施形態に係る作業機械２を模式的に示す側面図である。図２に示すように、作業機械２は、車体７と、走行装置８と、掘削作業機９と、リッパ作業機１０と、位置センサ１１と、傾斜センサ１２と、３次元センサ１３と、障害物センサ１４とを備える。車体７は、エンジン室１５を有する。エンジン室１５にエンジン１６が収容される。エンジン１６は、作業機械２の駆動源である。走行装置８は、車体７を支持して走行する。走行装置８は、一対の履帯１７を有する。履帯１７が回転することにより、作業機械２が走行する。

【0014】

掘削作業機９は、作業対象の掘削作業、押土作業、又は整地作業を実施する。掘削作業機９は、車体７に取り付けられる。掘削作業機９の少なくとも一部は、車体７の前方に配置される。掘削作業機９は、掘削ブレード１８と、リフトフレーム１９と、チルトシリンダ２０と、リフトシリンダ２１とを有する。

【0015】

掘削ブレード１８は、車体７よりも前方に配置される。掘削ブレード１８は、切刃１８Ａを有する。リフトフレーム１９は、掘削ブレード１８を支持する。リフトフレーム１９の一端部は、回動機構を介して掘削ブレード１８の背面に連結される。リフトフレーム１９の他端部は、回動機構を介して車体７に連結される。なお、リフトフレーム１９の他端部は、回動機構を介して走行装置８に連結されてもよい。

【0016】

チルトシリンダ２０及びリフトシリンダ２１のそれぞれは、掘削ブレード１８を動作させる。チルトシリンダ２０は、掘削ブレード１８をチルト動作させるために駆動する。リフトシリンダ２１は、掘削ブレード１８を上下動作させるために駆動する。チルトシリンダ２０の一端部は、回動機構を介して掘削ブレード１８の背面に連結される。チルトシリンダ２０の他端部は、リフトフレーム１９の上面に接続される。チルトシリンダ２０が伸縮することにより、掘削ブレード１８のチルト角が変化する。リフトシリンダ２１の一端部は、回動機構を介してリフトフレーム１９に連結される。リフトシリンダ２１の他端部は、回動機構を介して車体７に接続される。リフトシリンダ２１が伸縮することにより、掘削ブレード１８が上下方向に移動する。

【0017】

リッパ作業機１０は、作業対象の切削又は破砕を含むリッピング作業を実施する。リッパ作業機１０は、車体７に取り付けられる。リッパ作業機１０の少なくとも一部は、車体７よりも後方に配置される。リッパ作業機１０は、シャンク２２と、リッパアーム２３と、チルトシリンダ２４と、リフトシリンダ２５と、ビーム２６とを有する。シャンク２２は、車体７の後方に配置される。シャンク２２は、リッパポイント２２Ａを有する。リッパポイント２２Ａは、シャンク２２の先端部に設けられる。リッパアーム２３は、シャンク２２を支持する。リッパアーム２３は、車体７とシャンク２２とを連結する。リッパアーム２３の一端部は、回動機構を介して車体７の後部に連結される。リッパアーム２３の他端部は、ビーム２６に連結される。ビーム２６は、リッパアーム２３に回動可能に連結される。シャンク２２は、ビーム２６を介してリッパアーム２３に連結される。

【0018】

チルトシリンダ２４及びリフトシリンダ２５のそれぞれは、シャンク２２を動作させる。チルトシリンダ２４及びリフトシリンダ２５のそれぞれは、車体７に連結される。チルトシリンダ２４は、シャンク２２をチルト動作させるために駆動する。リフトシリンダ２５は、シャンク２２を上下動作させるために駆動する。チルトシリンダ２４の一端部は、回動機構を介してビーム２６に連結される。チルトシリンダ２４の他端部は、車体７の後部に連結される。チルトシリンダ２４が伸縮することにより、シャンク２２のチルト角が変化する。チルトシリンダ２４は、シャンク２２を前後方向に移動させる。リフトシリンダ２５の一端部は、回動機構を介してビーム２６に連結される。リフトシリンダ２５の他端部は、車体７の後部に連結される。リフトシリンダ２５が伸縮することにより、シャンク２２が上下方向に移動する。リフトシリンダ２５は、シャンク２２を上下方向に移動させる。

【0019】

リッパ作業機１０は、リッパポイント２２Ａを作業対象に突き刺す。リッパポイント２２Ａが作業対象に突き刺された状態で走行装置８が走行することにより、作業対象が切削又は破砕される。走行装置８が走行中に、シャンク２２が上下方向及び前後方向に移動されてもよい。

【0020】

位置センサ１１は、作業機械２の位置を検出する。作業機械２の位置は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用して検出される。全地球航法衛星システムは、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）を含む。全地球航法衛星システムは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定されるグローバル座標系の位置を検出する。グローバル座標系とは、地球に固定された座標系をいう。位置センサ１１は、ＧＮＳＳ受信機を含む。位置センサ１１は、グローバル座標系における作業機械２の位置を検出する。位置センサ１１は、車体７に配置される。

【0021】

傾斜センサ１２は、車体７の傾きを検出する。傾斜センサ１２は、水平面に対する車体７の傾斜角度を検出する。傾斜センサ１２は、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を含む。傾斜センサ１２は、車体７に配置される。

【0022】

３次元センサ１３は、検出対象の３次元形状を検出する。３次元センサ１３は、検出対象に非接触で検出対象の３次元形状を検出する。３次元センサ１３の検出対象は、作業現場を含む。３次元センサ１３は、作業現場の３次元形状を検出する。作業現場の３次元形状は、作業現場の地形を含む。３次元センサ１３は、検出対象の表面までの距離を検出する。３次元センサ１３は、検出対象の表面の複数の検出点のそれぞれとの相対距離を検出することにより、検出対象の表面の３次元形状を検出する。検出対象の３次元形状を示す３次元データは、複数の検出点からなる点群データを含む。３次元データは、３次元センサ１３と検出対象に規定される複数の検出点のそれぞれとの相対距離及び相対位置を含む。３次元データは、複数の検出点のそれぞれの高さデータを含む。３次元センサ１３として、レーザ光を射出することにより検出対象を検出するレーザセンサ（ＬＩＤＡＲ：Light Detection and Ranging）が例示される。なお、３次元センサ１３は、ステレオカメラのような３次元カメラでもよい。３次元センサ１３は、車体７に配置される。

【0023】

障害物センサ１４は、作業機械２の周辺に存在する物体を検出する。障害物センサ１４は、作業現場に存在する作業機械２の障害物を検出する。障害物センサ１４は、障害物に非接触で障害物を検出する。障害物センサ１４として、電波を射出することにより障害物を検出するレーダセンサ（ＲＡＤＡＲ：Radio Detection and Ranging）が例示される。なお、障害物センサ１４は、赤外光を射出することにより障害物を検出する赤外線センサでもよい。障害物センサ１４は、車体７に配置される。

【0024】

図３は、実施形態に係る３次元センサ１３及び障害物センサ１４を模式的に示す平面図である。図３に示すように、３次元センサ１３は、検出範囲１３０を有する。３次元センサ１３は、検出範囲１３０に配置された検出対象の３次元データを検出する。実施形態において、３次元センサ１３は、車体７の前方の３次元データを検出する３次元センサ１３Ｆと、車体７の後方の３次元データを検出する３次元センサ１３Ｂとを含む。３次元センサ１３の検出範囲１３０は、３次元センサ１３Ｆの検出範囲１３０Ｆと、３次元センサ１３Ｂの検出範囲１３０Ｂとを含む。検出範囲１３０Ｆの少なくとも一部は、掘削作業機９よりも前方に規定される。検出範囲１３０Ｂの少なくとも一部は、リッパ作業機１０よりも後方に規定される。

【0025】

図３に示すように、障害物センサ１４は、検出範囲１４０を有する。障害物センサ１４は、検出範囲１４０に配置された障害物を検出する。実施形態において、障害物センサ１４は、車体７の後方の障害物を検出する。障害物センサ１４は、左右方向において車体７の中心よりも左側に配置される障害物センサ１４Ｌと、右側に配置される障害物センサ１４Ｒとを含む。障害物センサ１４の検出範囲１４０は、障害物センサ１４Ｌの検出範囲１４０Ｌと、障害物センサ１４Ｒの検出範囲１４０Ｒとを含む。検出範囲１４０Ｌの少なくとも一部及び検出範囲１４０Ｒの少なくとも一部は、車体７の後方に規定される。検出範囲１４０Ｌの少なくとも一部は、車体７よりも左方に規定される。検出範囲１４０Ｒの少なくとも一部は、車体７よりも右方に規定される。

【0026】

［作業機械の動作］
図４は、実施形態に係る作業機械２の動作の一例を模式的に示す図である。実施形態において、作業機械２は、スロットドージング（slot dozing）を実施することができる。スロットドージングとは、作業対象に形成されたスロット状の掘削レーンに沿って作業機械２が前進と後進とを繰り返しながら作業対象を掘削する施工法をいう。実施形態において、作業機械２は、自動制御によりスロットドージングを実施する。図４に示すように、作業機械２は、現況地形が最終設計面２７Ｚに沿った形状になるように、スロットドージングする。図４に示す例において、作業機械２は、第１回目の掘削において、現況地形が第１中間設計面２７Ａに沿った形状になるように、掘削開始点２７Ｓから前進しながら掘削作業機９で作業対象を掘削する。第１回目の掘削が終了した後、作業機械２は、掘削開始点２７Ｓに戻るために後進する。作業機械２は、第２回目の掘削において、現況地形が第２中間設計面２７Ｂに沿った形状になるように、掘削開始点２７Ｓから前進しながら掘削作業機９で作業対象を掘削する。作業機械２は、現況地形が最終設計面２７Ｚに沿って形状になるまで、前進と後進とを繰り返す。

【0027】

なお、作業機械２の自動制御は、操作者による手動操作と合わせて実施される半自動制御でもよいし、手動操作無しで実施される完全自動制御でもよい。半自動制御の場合、手動操作のための操作装置が作業機械２に搭載され、作業機械２に搭乗した操作者により搭乗操作されてもよい。手動操作のための操作装置が作業機械２の外部に配置され、作業機械２の外部に存在する操作者により遠隔操作されてもよい。

【0028】

［制御システム］
図５は、実施形態に係る作業機械２の制御システム１００を示すブロック図である。管理システム１は、制御システム１００を含む。制御システム１００は、作業機械２の走行停止制御を実施する。制御システム１００は、制御装置６と、位置センサ１１と、傾斜センサ１２と、３次元センサ１３と、障害物センサ１４と、警報装置３０と、走行装置８とを有する。制御装置６は、位置データ取得部６１と、３次元データ取得部６２と、障害物データ取得部６３と、判定部６４と、位置設定部６５と、警報制御部６６と、走行制御部６７と、現況地形データ作成部６８と、現況地形データ記憶部６９とを有する。

【0029】

位置データ取得部６１は、作業機械２の現況位置を示す位置データを取得する。作業機械２の現況位置は、位置センサ１１の検出データを含む。位置データ取得部６１は、位置データとして、位置センサ１１の検出データを取得する。位置データ取得部６１は、作業機械２の姿勢を示す姿勢データを取得する。作業機械２の姿勢は、傾斜センサ１２の検出データを含む。位置データ取得部６１は、姿勢データとして、傾斜センサ１２の検出データを取得する。

【0030】

３次元データ取得部６２は、作業機械２が稼働する作業現場の３次元形状を示す３次元データを取得する。作業現場の３次元データは、３次元センサ１３の検出データを含む。３次元データ取得部６２は、３次元データとして、３次元センサ１３の検出データを取得する。また、３次元センサ１３は、作業機械２の進行方向に存在する物体を検出する。
３次元データ取得部６２は、作業機械２の進行方向に存在する物体を検出する３次元センサ１３の検出データを取得する。また、３次元センサ１３は、作業機械２の周辺を検出する。３次元データ取得部６２は、作業機械２の周辺を検出する３次元センサ１３の検出データを取得する。

【0031】

障害物データ取得部６３は、作業機械２の周辺に存在する障害物を示す障害物データを取得する。障害物データは、障害物センサ１４の検出データを含む。障害物データ取得部６３は、障害物データとして、障害物センサ１４の検出データを取得する。障害物データは、３次元センサ１３の検出対象の３次元形状を示す３次元データを含んでもよい。障害物データ取得部６３は、３次元データに含まれる点群データから検出される立駐物の代表点と障害物センサ１４の検出データとを統合して求められた位置を、障害物データとして取得してもよい。

【0032】

判定部６４は、３次元センサ１３の検出データに基づいて、作業機械２の進行方向に存在する崖の種類を判定する。３次元センサ１３は、作業機械２の周辺の３次元形状を検出する。判定部６４は、３次元センサ１３により検出された作業機械２の周辺の３次元形状を示す３次元データに基づいて、崖の種類を判定する。崖の種類は、上り崖と下り崖とを含む。判定部６４は、３次元センサ１３の検出データに基づいて、作業機械２の進行方向に上り崖が存在するか否かを判定する。判定部６４は、３次元センサ１３の検出データに基づいて、作業機械２の進行方向に下り崖が存在するか否かを判定する。

【0033】

位置設定部６５は、判定部６４により判定された崖の種類に基づいて、作業機械２の警報範囲を変更する。また、位置設定部６５は、判定部６４により判定された崖の種類に基づいて、作業機械２の停止位置を変更する。

【0034】

警報制御部６６は、位置設定部６５により設定された警報範囲に基づいて、警報装置３０を制御する。警報装置３０は、例えば作業機械２の運転室に配置される。警報装置３０は、警報音を出力する音声出力装置でもよいし、警報表示データを表示する表示装置でもよい。

【0035】

走行制御部６７は、位置設定部６５により設定された停止位置に基づいて、走行制御部６７を制御する。走行制御部６７は、位置設定部６５により設定された停止位置に基づいて、作業機械２の走行を停止させる。

【0036】

現況地形データ作成部６８は、３次元データ取得部６２により取得された３次元データ、位置データ取得部６１により取得された作業機械２の現況位置を示す位置データ、及び位置データ取得部６１により取得された作業機械２の姿勢を示す姿勢データに基づいて、作業現場の現況地形データを作成する。現況地形データ作成部６８は、３次元センサ１３の検出データ、位置センサ１１の検出データ、及び傾斜センサ１２の検出データに基づいて、作業現場の現況地形データを作成する。

【0037】

現況地形データ記憶部６９は、現況地形データ作成部６８により作成された作業現場の現況地形データを記憶する。現況地形データ記憶部６９は、現況地形データと時刻と現況地形データに付与される属性データとを対応付けて記憶する。また、現況地形データ記憶部６９は、位置データ取得部６１により取得された作業機械２の現況位置を示す位置データに基づいて、現況地形データと現況地形データが取得された時刻と現況地形データが取得された作業機械２の現況位置とを対応付けて記憶する。

【0038】

管理装置３は、現況地形データ作成部３Ａと、現況地形データ記憶部３Ｂとを有する。上述のように、作業現場に複数の作業機械２が存在する。複数の作業機械２のそれぞれは、現況地形データ記憶部６９に記憶されている現況地形データを、通信システム４を介して管理装置３に送信する。現況地形データ作成部３Ａは、複数の作業機械２のそれぞれから送信された現況地形データを統合して、作業現場の現況地形データを作成する。現況地形データ記憶部３Ｂは、現況地形データ作成部３Ａにより作成された現況地形データを記憶する。複数の作業機械２のそれぞれは、現況地形データを所定の時間間隔で管理装置３に送信する。複数の作業機械２のそれぞれは、例えば１秒ごとに現況地形データを管理装置３に送信する。現況地形データ作成部３Ａは、現況地形データを受信する度に現況地形データを作成する。現況地形データ作成部３Ａが現況地形データを作成する度に、現況地形データ記憶部３Ｂに記憶される現況地形データが更新される。

【0039】

［記憶データ］
図６は、実施形態に係る現況地形データ記憶部６９に記憶される記憶データを説明するための図である。図６に示すように、作業現場の３次元データは、作業現場の地形の表面に規定される複数の検出点２８のそれぞれの高さデータを含む。３次元データが取得されたときの作業機械２の現況位置、作業機械２の姿勢、及び３次元データに基づいて、グローバル座標系における複数の検出点２８のそれぞれの位置が定められる。なお、検出点２８の位置は、グローバル座標系において規定されてもよいし、作業機械２に設定されたローカル座標系のような所定の座標系において規定されてもよい。複数の検出点２８のそれぞれに、時刻を示す時刻データが付与される。時刻データが示す時刻とは、３次元データ取得部６２が検出点２８を取得した時刻、又は位置データ取得部６１が検出点２８に対応する位置データを取得した時刻をいう。なお、時刻データの時刻は、３次元センサ１３が検出点２８を検出した時刻とみなされてもよい。時刻データは、複数の検出点２８のそれぞれに対応付けて記憶される。また、複数の検出点２８のそれぞれに、属性を示す属性データが付与される。属性データが示す属性とは、検出点２８の属性をいう。検出点２８の属性は、作業現場の地形に係る属性及び作業現場に存在する障害物に係る属性を含む。属性データは、複数の検出点２８のそれぞれに対応付けて記憶される。

【0040】

［停止位置の設定方法］
図７は、実施形態に係る作業機械２に設定される警報範囲３１及び停止範囲３２を模式的に示す平面図である。図８は、実施形態に係る作業機械２に設定される警報範囲３１及び停止範囲３２を模式的に示す側面図である。図７及び図８のそれぞれは、前進する作業機械２の前方に上り崖が存在するときの警報範囲３１Ａ及び停止範囲３２Ａを示す。上り崖に向かって前進する作業機械２の警報範囲３１Ａに上り崖が配置されると、警報制御部６６は、警報装置３０を作動させる。停止範囲３２Ａは、前進する作業機械２の目標停止位置を示す前進停止位置を含む。前進停止位置を含む停止範囲３２Ａは、掘削作業機９の掘削ブレード１８よりも前方に設定される。前進停止位置は、停止範囲３２Ａの前端部に規定されてもよいし、停止範囲３２Ａの後端部に規定されてもよいし、停止範囲３２Ａの前端部と後端部との間に規定されてもよい。上り崖に向かって前進する作業機械２の停止範囲３２Ａに上り崖が配置されると、走行制御部６７は、走行装置８を制御する。走行制御部６７は、作業機械２が上り崖に接触しないように、作業機械２の走行を停止させる。

【0041】

判定部６４は、３次元センサ１３の検出データに基づいて、作業機械２の前方に上り崖が存在するか否かを判定する。図７及び図８に示すように、作業機械２の進行方向である前方に存在する崖の種類が上り崖であると判定部６４により判定された場合、位置設定部６５は、作業機械２よりも前方側に停止範囲３２Ａを設定する。走行制御部６７は、作業機械２の前方に上り崖が存在すると判定された場合、掘削ブレード１８よりも前方に設定された前進停止位置と上り崖との相対位置に基づいて、走行装置８を制御する。走行制御部６７は、作業機械２の前方に上り崖が存在すると判定された場合、掘削ブレード１８よりも前方に設定された前進停止位置と上り崖との相対位置に基づいて、走行装置８の走行（前進）を停止させる。走行制御部６７は、前進停止位置が上り崖に進入する前に又は前進停止位置が上り崖の開始位置３３に一致するように、走行装置８の走行（前進）を停止させる。

【0042】

図９は、実施形態に係る作業機械２に設定される警報範囲３１及び停止範囲３２を模式的に示す平面図である。図１０は、実施形態に係る作業機械２に設定される警報範囲３１及び停止範囲３２を模式的に示す側面図である。図９及び図１０のそれぞれは、前進する作業機械２の前方に下り崖が存在するときの警報範囲３１Ｂ及び停止範囲３２Ｂを示す。下り崖に向かって前進する作業機械２の警報範囲３１Ｂに下り崖が配置されると、警報制御部６６は、警報装置３０を作動させる。停止範囲３２Ｂは、前進する作業機械２の目標停止位置を示す前進停止位置を含む。前進停止位置を含む停止範囲３２Ｂは、掘削作業機９の掘削ブレード１８よりも後方に設定される。前進停止位置を含む停止範囲３２Ｂは、車体７の後端部よりも前方に設定される。前進停止位置は、停止範囲３２Ｂの前端部に規定されてもよいし、停止範囲３２Ｂの後端部に規定されてもよいし、停止範囲３２Ｂの前端部と後端部との間に規定されてもよい。下り崖に向かって前進する作業機械２の停止範囲３２Ｂに下り崖が配置されると、走行制御部６７は、作業機械２が下り崖に落ちないように、作業機械２の走行を停止させる。

【0043】

判定部６４は、３次元センサ１３の検出データに基づいて、作業機械２の前方に下り崖が存在するか否かを判定する。図９及び図１０に示すように、作業機械２の進行方向である前方に存在する崖の種類が下り崖であると判定部６４により判定された場合、位置設定部６５は、作業機械２の前端部よりも後方側に停止範囲３２Ｂを設定する。また、位置設定部６５は、作業機械２の後端部よりも前方側に停止範囲３２Ｂを設定する。作業機械２の前端部は、掘削作業機９の前端部を含む。作業機械２の後端部は、リッパ作業機１０の後端部を含む。上述のように、実施形態においては、停止範囲３２Ｂは、掘削ブレード１８よりも後方且つ車体７の後端部よりも前方に設定される。走行制御部６７は、作業機械２の前方に下り崖が存在すると判定された場合、掘削ブレード１８よりも後方に設定された前進停止位置と下り崖との相対位置に基づいて、走行装置８を制御する。走行制御部６７は、作業機械２の前方に下り崖が存在すると判定された場合、掘削ブレード１８よりも後方に設定された前進停止位置と下り崖との相対位置に基づいて、走行装置８の走行（前進）を停止させる。走行制御部６７は、前進停止位置が下り崖に進入する前に又は前進停止位置が下り崖の開始位置３４に一致するように、走行装置８の走行（前進）を停止させる。

【0044】

図１１は、実施形態に係る作業機械２に設定される警報範囲３１及び停止範囲３２を模式的に示す平面図である。図１２は、実施形態に係る作業機械２に設定される警報範囲３１及び停止範囲３２を模式的に示す側面図である。図１１及び図１２のそれぞれは、後進する作業機械２の後方に上り崖が存在するときの警報範囲３１Ｃ及び停止範囲３２Ｃを示す。上り崖に向かって後進する作業機械２の警報範囲３１Ｃに上り崖が配置されると、警報制御部６６は、警報装置３０を作動させる。停止範囲３２Ｃは、後進する作業機械２の目標停止位置を示す後進停止位置を含む。後進停止位置を含む停止範囲３２Ｃは、リッパ作業機１０のシャンク２２よりも後方に設定される。後進停止位置は、停止範囲３２Ｃの前端部に規定されてもよいし、停止範囲３２Ｃの後端部に規定されてもよいし、停止範囲３２Ｃの前端部と後端部との間に規定されてもよい。上り崖に向かって後進する作業機械２の停止範囲３２Ｃに上り崖が配置されると、走行制御部６７は、走行装置８を制御する。走行制御部６７は、作業機械２が上り崖に接触しないように、作業機械２の走行を停止させる。

【0045】

判定部６４は、３次元センサ１３の検出データに基づいて、作業機械２の後方に上り崖が存在するか否かを判定する。図１１及び図１２に示すように、作業機械２の進行方向である後方に存在する崖の種類が上り崖であると判定部６４により判定された場合、位置設定部６５は、作業機械２よりも後方側に停止範囲３２Ｃを設定する。走行制御部６７は、作業機械２の後方に上り崖が存在すると判定された場合、シャンク２２よりも後方に設定された後進停止位置と上り崖との相対位置に基づいて、走行装置８を制御する。走行制御部６７は、作業機械２の後方に上り崖が存在すると判定された場合、シャンク２２よりも後方に設定された後進停止位置と上り崖との相対位置に基づいて、走行装置８の走行（後進）を停止させる。走行制御部６７は、後進停止位置が上り崖に進入する前に又は後進停止位置が上り崖の開始位置３３に一致するように、走行装置８の走行（後進）を停止させる。

【0046】

図１３は、実施形態に係る作業機械２に設定される警報範囲３１及び停止範囲３２を模式的に示す平面図である。図１４は、実施形態に係る作業機械２に設定される警報範囲３１及び停止範囲３２を模式的に示す側面図である。図１３及び図１４のそれぞれは、後進する作業機械２の後方に下り崖が存在するときの警報範囲３１Ｄ及び停止範囲３２Ｄを示す。下り崖に向かって後進する作業機械２の警報範囲３１Ｄに下り崖が配置されると、警報制御部６６は、警報装置３０を作動させる。停止範囲３２Ｄは、後進する作業機械２の目標停止位置を示す後進停止位置を含む。後進停止位置を含む停止範囲３２Ｄは、リッパ作業機１０のシャンク２２よりも前方に設定される。後進停止位置を含む停止範囲３２Ｄは、車体７の前端部よりも後方に設定される。後進停止位置は、停止範囲３２Ｄの前端部に規定されてもよいし、停止範囲３２Ｄの後端部に規定されてもよいし、停止範囲３２Ｄの前端部と後端部との間に規定されてもよい。下り崖に向かって後進する作業機械２の停止範囲３２Ｄに下り崖が配置されると、走行制御部６７は、走行装置８を制御する。走行制御部６７は、作業機械２が下り崖に落ちないように、作業機械２の走行を停止させる。

【0047】

判定部６４は、３次元センサ１３の検出データに基づいて、作業機械２の後方に下り崖が存在するか否かを判定する。図１３及び図１４に示すように、作業機械２の進行方向である後方に存在する崖の種類が下り崖であると判定部６４により判定された場合、位置設定部６５は、作業機械２の後端部よりも前方側に停止範囲３２Ｄを設定する。また、位置設定部６５は、作業機械２の前端部よりも後方側に停止範囲３２Ｄを設定する。作業機械２の後端部は、リッパ作業機１０の後端部を含む。作業機械２の前端部は、掘削作業機９の前端部を含む。上述のように、実施形態においては、停止範囲３２Ｄは、シャンク２２よりも前方且つ車体７の前端部よりも後方に設定される。走行制御部６７は、作業機械２の後方に下り崖が存在すると判定された場合、シャンク２２よりも後方に設定された後進停止位置と下り崖との相対位置に基づいて、走行装置８を制御する。走行制御部６７は、作業機械２の後方に下り崖が存在すると判定された場合、シャンク２２よりも後方に設定された後進停止位置と下り崖との相対位置に基づいて、走行装置８の走行（後進）を停止させる。走行制御部６７は、後進停止位置が下り崖に進入する前に又は後進停止位置が下り崖の開始位置３４に一致するように、走行装置８の走行（後進）を停止させる。

【0048】

図１５は、実施形態に係る作業機械２に設定される警報範囲３１及び停止範囲３２を模式的に示す平面図である。図１６は、実施形態に係る作業機械２に設定される警報範囲３１及び停止範囲３２を模式的に示す側面図である。図１５及び図１６のそれぞれは、後進する作業機械２の後方に物体（障害物）が存在するときの警報範囲３１Ｅ及び停止範囲３２Ｅを示す。図１６に示す例において、物体は、他の作業機械２Ｂである。他の作業機械２Ｂに向かって後進する作業機械２の警報範囲３１Ｅに他の作業機械２Ｂが配置されると、警報制御部６６は、警報装置３０を作動させる。停止範囲３２Ｅは、後進する作業機械２の目標停止位置を示す後進停止位置を含む。後進停止位置を含む停止範囲３２Ｅは、リッパ作業機１０のシャンク２２よりも後方に設定される。後進停止位置は、停止範囲３２Ｅの前端部に規定されてもよいし、停止範囲３２Ｅの後端部に規定されてもよいし、停止範囲３２Ｅの前端部と後端部との間に規定されてもよい。他の作業機械２Ｂに向かって後進する作業機械２の停止範囲３２Ｅに他の作業機械２Ｂが配置されると、走行制御部６７は、走行装置８を制御する。走行制御部６７は、作業機械２が他の作業機械２Ｂに接触しないように、作業機械２の走行を停止させる。

【0049】

障害物センサ１４は、作業機械２の周辺に存在する物体（障害物）を検出する。判定部６４は、障害物センサ１４の検出データに基づいて、作業機械２の周辺に物体（障害物）が存在するか否かを判定する。判定部６４は、障害物センサ１４の検出データと３次元センサ１３の検出対象の３次元形状を示す３次元データとに基づいて、作業機械２の周辺に物体（障害物）が存在するか否かを判定してもよい。判定部６４は、３次元データに含まれる点群データから検出される立駐物の代表点と障害物センサ１４の検出データを統合して求めた位置に物体（障害物）が存在すると判定してもよい。図１５及び図１６に示す例において、判定部６４は、障害物センサ１４の検出データに基づいて、作業機械２の後方に他の作業機械２Ｂが存在するか否かを判定する。図１５及び図１６に示すように、作業機械２の進行方向である後方に他の作業機械２Ｂが存在すると判定部６４により判定された場合、位置設定部６５は、作業機械２よりも後方側に停止範囲３２Ｅを設定する。走行制御部６７は、作業機械２の後方に他の作業機械２Ｂが存在すると判定された場合、シャンク２２よりも後方に設定された後進停止位置と他の作業機械２Ｂとの相対位置に基づいて、走行装置８を制御する。走行制御部６７は、作業機械２の後方に他の作業機械２Ｂが存在すると判定された場合、シャンク２２よりも後方に設定された後進停止位置と他の作業機械２Ｂとの相対位置に基づいて、走行装置８の走行（後進）を停止させる。走行制御部６７は、後進停止位置が他の作業機械２Ｂに進入する前に、走行装置８の走行（後進）を停止させる。

【0050】

［制御方法］
図１７は、実施形態に係る作業機械２の制御方法を示すフローチャートである。判定部６４は、作業機械２が前進しているか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、作業機械２が前進していると判定した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、判定部６４は、３次元センサ１３Ｆの検出データに基づいて、作業機械２の前方に上り崖が存在するか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、上り崖が存在すると判定された場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、走行制御部６７は、図７及び図８を参照して説明した停止範囲３２Ａに含まれる第１の前進停止位置に基づいて、作業機械２の前進を停止させる。ステップＳ２において、下り崖が存在すると判定された場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、走行制御部６７は、図９及び図１０を参照して説明した停止範囲３２Ｂに含まれる第２の前進停止位置に基づいて、作業機械２の前進を停止させる。

【0051】

ステップＳ１において、作業機械２が後進していると判定した場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、判定部６４は、３次元センサ１３Ｂの検出データに基づいて、作業機械２の後方に上り崖が存在するか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、上り崖が存在すると判定された場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、走行制御部６７は、図１１及び図１２を参照して説明した停止範囲３２Ｃに含まれる第１の後進停止位置に基づいて、作業機械２の後進を停止させる。ステップＳ５において、下り崖が存在すると判定された場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、走行制御部６７は、図１３及び図１４を参照して説明した停止範囲３２Ｄに含まれる第２の後進停止位置に基づいて、作業機械２の後進を停止させる。

【0052】

［コンピュータシステム］
図１８は、実施形態に係るコンピュータシステム１０００を示すブロック図である。上述の管理装置３及び制御装置６のそれぞれは、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述の管理装置３及び制御装置６のそれぞれの機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、コンピュータプログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、プログラムに従って上述の処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。

【0053】

コンピュータシステム１０００又はコンピュータプログラムは、上述の実施形態に従って、作業機械２の周辺を検出する３次元センサ１３の検出データを取得することと、３次元センサ１３の検出データに基づいて、作業機械２の前方に下り崖が存在するか否かを判定することと、下り崖が存在すると判定された場合、掘削ブレード１８よりも後方に設定された前進停止位置と下り崖との相対位置に基づいて、走行装置８の前進を停止させることと、を実行することができる。

【0054】

［効果］
以上説明したように、実施形態に係る作業機械２の制御システム１００は、作業機械２の周辺を検出する３次元センサ１３の検出データを取得する３次元データ取得部６２と、３次元センサ１３の検出データに基づいて、作業機械２の前方に下り崖が存在するか否かを判定する判定部６４と、下り崖が存在すると判定された場合、掘削ブレード１８よりも後方に設定された前進停止位置と下り崖との相対位置に基づいて、走行装置８の前進を停止させる走行制御部６７と、を備える。これにより、下り崖が存在する作業現場において、作業機械２の走行が適正に停止される。下り崖の開始位置３４から離れた位置で停止してしまうと、作業機械２の走行距離が短くなるため、作業機械２の作業性が低下する可能性がある。下り崖の開始位置３４を大きく超えた位置で停止してしまうと、作業機械２が下り崖に落ちてしまう可能性がある。下り崖に応じた前進停止位置が適正に設定されることにより、作業機械２の作業性の低下を抑制しつつ、作業機械２を適正な位置で停止させることができる。

【0055】

［その他の実施形態］
上述の実施形態において、現況地形データ作成部６８は、少なくとも３次元データ取得部６２により取得された３次元データに基づいて、作業現場の現況地形データを作成してもよい。また、現況地形データ作成部６８は、少なくとも位置データ取得部６１により取得された作業機械２の現況位置を示す位置データに基づいて、作業現場の現況地形データを作成してもよい。

【0056】

上述の実施形態において、判定部６４は、現況地形データ作成部６８により作成された作業現場の現況地形データに基づいて、作業機械２の進行方向に存在する崖の種類を判定してよい。判定部６４は、現況地形データ作成部６８により作成された作業現場の現況地形データに基づいて、作業機械２の進行方向に上り崖が存在するか否かを判定してよい。判定部６４は、現況地形データ作成部６８により作成された作業現場の現況地形データに基づいて、作業機械２の進行方向に下り崖が存在するか否かを判定してよい。

【0057】

上述の実施形態において、制御装置６の機能の少なくとも一部が、管理装置３に設けられてもよい。管理装置３の機能の少なくとも一部が、制御装置６に設けられてもよい。

【0058】

上述の実施形態において、例えば、位置データ取得部６１、３次元データ取得部６２、障害物データ取得部６３、判定部６４、位置設定部６５、警報制御部６６、走行制御部６７、現況地形データ作成部６８、及び現況地形データ記憶部６９のそれぞれが、別々のハードウエアにより構成されてもよい。

【0059】

上述の実施形態において、作業機械２は、ブルドーザであることとした。作業機械２は油圧ショベル、ホイールローダ、モータグレーダ等の他の作業機械でもよい。

【符号の説明】

【0060】

１…管理システム、２…作業機械、３…管理装置、３Ａ…現況地形データ作成部、３Ｂ…現況地形データ記憶部、４…通信システム、４Ａ…無線通信機、４Ｂ…無線通信機、５…管制施設、６…制御装置、７…車体、８…走行装置、９…掘削作業機、１０…リッパ作業機、１１…位置センサ、１２…傾斜センサ、１３…３次元センサ、１３Ｆ…３次元センサ、１３Ｂ…３次元センサ、１４…障害物センサ、１４Ｌ…障害物センサ、１４Ｒ…障害物センサ、１５…エンジン室、１６…エンジン、１７…履帯、１８…掘削ブレード、１８Ａ…切刃、１９…リフトフレーム、２０…チルトシリンダ、２１…リフトシリンダ、２２…シャンク、２２Ａ…リッパポイント、２３…リッパアーム、２４…チルトシリンダ、２５…リフトシリンダ、２６…ビーム、２７Ａ…第１中間設計面、２７Ｂ…第２中間設計面、２７Ｓ…掘削開始点、２７Ｚ…最終設計面、２８…検出点、３０…警報装置、３１…警報範囲、３１Ａ…警報範囲、３１Ｂ…警報範囲、３１Ｃ…警報範囲、３１Ｄ…警報範囲、３１Ｅ…警報範囲、３２…停止範囲、３２Ａ…停止範囲、３２Ｂ…停止範囲、３２Ｃ…停止範囲、３２Ｄ…停止範囲、３２Ｅ…停止範囲、３３…開始位置、３４…開始位置、６１…位置データ取得部、６２…３次元データ取得部、６３…障害物データ取得部、６４…判定部、６５…位置設定部、６６…警報制御部、６７…走行制御部、６８…現況地形データ作成部、６９…現況地形データ記憶部、１００…制御システム、１３０…検出範囲、１３０Ｆ…検出範囲、１３０Ｂ…検出範囲、１４０…検出範囲、１４０Ｌ…検出範囲、１４０Ｒ…検出範囲、１０００…コンピュータシステム、１００１…プロセッサ、１００２…メインメモリ、１００３…ストレージ、１００４…インターフェース。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】