(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】P2024053752
(43)【公開日】2024-04-16
(54)【発明の名称】作業機械の自動運転制御システム
(51)【国際特許分類】
E02F 9/20 20060101AFI20240409BHJP
G06F 9/48 20060101ALI20240409BHJP
E02F 3/43 20060101ALI20240409BHJP
E02F 9/22 20060101ALI20240409BHJP
E02F 9/26 20060101ALI20240409BHJP
【ＦＩ】
E02F9/20 Q
G06F9/48 300A
E02F3/43 E
E02F9/22 P
E02F9/26
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022160147
(22)【出願日】2022-10-04
(71)【出願人】
【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】塩飽 晃司
(72)【発明者】
【氏名】伊東 勝道
(72)【発明者】
【氏名】辺見 森象
(72)【発明者】
【氏名】山本 慎二郎
(72)【発明者】
【氏名】石井 宏紀
(72)【発明者】
【氏名】小川 雄一
【テーマコード（参考）】
2D003
2D015
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003BA03
2D003CA02
2D003DA04
2D003FA02
2D015HA03
(57)【要約】
【課題】連続的にタスクアプリを使用する際でも、全体として不具合なく動作できるような計画生成を可能にする作業機械の自動運転制御システムを提供する。
【解決手段】アクチュエータを動作させるための複数のタスクアプリを実行する場合に、該複数のタスクアプリを実行する順序を設定する順序選択部と、タスクアプリに入力するパラメータを設定するパラメータ設定部と、タスクアプリを実行する順序及びパラメータに基づいて複数のタスクアプリ毎の実行計画を生成する全体計画部と、複数のタスクアプリ毎に実行計画が生成される毎に、該実行計画の内容の少なくとも一部を出力する、共有情報出力部と、を備える。
【選択図】図３
【解決手段】アクチュエータを動作させるための複数のタスクアプリを実行する場合に、該複数のタスクアプリを実行する順序を設定する順序選択部と、タスクアプリに入力するパラメータを設定するパラメータ設定部と、タスクアプリを実行する順序及びパラメータに基づいて複数のタスクアプリ毎の実行計画を生成する全体計画部と、複数のタスクアプリ毎に実行計画が生成される毎に、該実行計画の内容の少なくとも一部を出力する、共有情報出力部と、を備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
作業機械を駆動するアクチュエータを自動で制御する作業機械の自動運転制御システムであって、
前記アクチュエータを動作させるための複数のタスクアプリを実行する場合に、該複数のタスクアプリを実行する順序を設定する順序選択部と、
前記タスクアプリに入力するパラメータを設定するパラメータ設定部と、
前記タスクアプリを実行する順序及び前記パラメータに基づいて前記複数のタスクアプリ毎の実行計画を生成する全体計画部と、
前記複数のタスクアプリ毎に実行計画が生成される毎に、該実行計画の内容の少なくとも一部を出力する、共有情報出力部と、を備える、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
前記アクチュエータを動作させるための複数のタスクアプリを実行する場合に、該複数のタスクアプリを実行する順序を設定する順序選択部と、
前記タスクアプリに入力するパラメータを設定するパラメータ設定部と、
前記タスクアプリを実行する順序及び前記パラメータに基づいて前記複数のタスクアプリ毎の実行計画を生成する全体計画部と、
前記複数のタスクアプリ毎に実行計画が生成される毎に、該実行計画の内容の少なくとも一部を出力する、共有情報出力部と、を備える、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
【請求項2】
請求項１に記載の作業機械の自動運転制御システムであって、
前記共有情報出力部は、該共有情報出力部が出力する情報を、ネットワークを介して接続された共有情報表示装置に出力する、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
前記共有情報出力部は、該共有情報出力部が出力する情報を、ネットワークを介して接続された共有情報表示装置に出力する、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
【請求項3】
請求項１に記載の作業機械の自動運転制御システムであって、
前記複数のタスクアプリに対して前記実行計画が生成される毎に、前記共有情報出力部の出力結果を、実行する順序が次に設定された前記タスクアプリである次タスクアプリに入力するパラメータとして設定する情報伝達部をさらに備える、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
前記複数のタスクアプリに対して前記実行計画が生成される毎に、前記共有情報出力部の出力結果を、実行する順序が次に設定された前記タスクアプリである次タスクアプリに入力するパラメータとして設定する情報伝達部をさらに備える、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
【請求項4】
請求項３に記載の作業機械の自動運転制御システムであって、
前記情報伝達部が前記共有情報出力部の出力結果を前記次タスクアプリに入力するパラメータとして設定する場合に、該出力結果のパラメータ種を、該次タスクアプリに設定されたパラメータ種に変換する入力情報変換部をさらに備える、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
前記情報伝達部が前記共有情報出力部の出力結果を前記次タスクアプリに入力するパラメータとして設定する場合に、該出力結果のパラメータ種を、該次タスクアプリに設定されたパラメータ種に変換する入力情報変換部をさらに備える、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
【請求項5】
請求項４に記載の作業機械の自動運転制御システムであって、
前記共有情報出力部が出力する情報は、前記作業機械の位置情報、動作情報、車体構造情報、及び周辺環境情報のうち少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
前記共有情報出力部が出力する情報は、前記作業機械の位置情報、動作情報、車体構造情報、及び周辺環境情報のうち少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
【請求項6】
請求項１に記載の作業機械の自動運転制御システムであって、
前記全体計画部が計画した前記複数のタスクアプリ毎の実行計画を、前記順序選択部が設定した実行順序に従って実行する全体実行部をさらに備える、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
前記全体計画部が計画した前記複数のタスクアプリ毎の実行計画を、前記順序選択部が設定した実行順序に従って実行する全体実行部をさらに備える、
ことを特徴とする作業機械の自動運転制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、作業機械を自動運転する作業機械の自動運転制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
作業機械の自動運転システムにおいて、作業目的（以下タスク）毎に車体の動作を事前計画し、そののちに計画に沿って車体のアクチュエータ動作を行う、自動運転建機（以下タスク指令型建機）が提案されている。たとえば特許文献１はショベルの積み込み動作の自動運転制御に関するものである。また、特許文献２及び特許文献３においても、特定のタスクを実行する作業機械においてタスクを自動運転制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－３３８２６号公報
【特許文献2】特開２０２１－７３４０１号公報
【特許文献3】特開２０１９－６０１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の技術によれば、ダンプへの積み込み作業において、オペレータが放土位置を入力することで、自動で、旋回から放土動作を計画し、車体が計画に沿った動作をおこなうことができる。
【0005】
しかしながら、このようなタスクの事前計画を行い、計画に沿った動作を実行する作業機械の自動運転制御システムにおいて、連続的にタスクが計画・実行される場合、Ｎ＋１回目のタスク内容はＮ回目のタスクの実行結果に依存する場合がある。以下では、簡便化のために、上記の計画および実行を行うシステム上の演算部をまとめてタスクアプリと呼称する。
【0006】
たとえば、特許文献１にある積み込み動作タスクアプリを演算する直前には、バケット内に土を格納する動作（以下掘削タスクと呼称）が必ず存在する。このような掘削タスクを自動化した場合、掘削タスクアプリ終了時の車体姿勢（例えばブーム角度、アーム角度、バケット角度）が積み込み動作タスクアプリ開始計画時の車体姿勢と一致している必要がある。仮に、姿勢が異なる場合、一連の計画を行うことができない、あるいは計画をしても、計画動作が不連続となり、実現する術がない。特許文献２及び特許文献３についても同様である。
【0007】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、タスク毎に車体の動作計画と計画に沿った動作を実行する制御システム「タスクアプリ」を自動で実行するように設計された作業機械の一形態「タスク指令型建機」において、連続的にタスクアプリを使用する際でも、全体として不具合なく動作できるような計画生成を可能にする作業機械の制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明に係る作業機械の自動運転制御システムは、アクチュエータを動作させるための複数のタスクアプリを実行する場合に、該複数のタスクアプリを実行する順序を設定する順序選択部と、タスクアプリに入力するパラメータを設定するパラメータ設定部と、タスクアプリを実行する順序及びパラメータに基づいて複数のタスクアプリ毎の実行計画を生成する全体計画部と、複数のタスクアプリ毎に実行計画が生成される毎に、該実行計画の内容の少なくとも一部を出力する、共有情報出力部と、を備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、連続的にタスクアプリを使用する際でも、全体として不具合なく動作できるような計画生成が可能になる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施例１に係る制御システムを搭載した作業機械１の一例である油圧ショベルの側面図。
【図2】タスクアプリの機能の一例を示す機能ブロック図。
【図3】作業機械の動作を制御する制御システムの構成を示す機能ブロック図。
【図4】実施例１に係る制御システムを用いて実行する処理を示すフローチャート。
【図5】制御システムが取り扱う共有情報の種類及びパラメータ値の一例を示す図表。
【図6】実施例２に係る制御システムの構成を示す機能ブロック図。
【図7】実施例２に係る制御システムを用いて実行する処理を示すフローチャート。
【図8】実施例３に係る制御システムの構成を示す機能ブロック図。
【図9】実施例３に係る制御システムを用いて実行する処理を示すフローチャート。
【図10】実施例４に係る制御システムの構成を示す機能ブロック図。
【図11】実施例４に係る制御システムが利用するタスクアプリの機能を示す機能ブロック図。
【図12】実施例４に係る制御システムを用いて実行する処理を示すフローチャート。
【図13】実施例５に係る制御システムが使用する掘削アプリの機能構成を示すブロック図。
【図14】掘削アプリを用いて実行する処理を示すフローチャート。
【図15】掘削処理及び掘削アプリに入力するデータ種の具体例を示す図。
【図16】実施例６に係る制御システムを搭載した作業機械１の一例である油圧ショベルの側面図。
【図17】実施例６に係る制御システムが使用するピック＆プレースアプリの機能構成を示すブロック図。
【図18】ピック＆プレースアプリを用いて実行する処理を示すフローチャート。
【図19】実施例７に係る制御システムが使用する面成型アプリの機能構成を示すブロック図。
【図20】面成型アプリを用いて実行する処理を示すフローチャート。
【図21】実施例７に係る制御システムが使用する土羽打ちアプリの機能構成を示すブロック図。
【図22】土羽打ちアプリを用いて実行する処理を示すフローチャート。
【図23】実施例８に係る制御システムを搭載した作業機械１の一例である油圧ショベルの側面図。
【図24】実施例８に係る制御システムが使用するバケット変更アプリの機能構成を示すブロック図。
【図25】バケット変更アプリを用いて実行する処理を示すフローチャート。
【図26】制御システムが使用可能なタスクアプリ例、それぞれのタスクアプリに入力されるパラメータ値及びアプリにより実現される動作の一覧。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面に従って実施例を説明する。
【0012】
［実施例１］
図１は本発明の実施例１に係る制御システムを搭載した作業機械１の一例である油圧ショベルの斜視図である。油圧ショベル１は、下部走行体１Ｃと、旋回装置３を介し下部走行体１Ｃに回動可能なように備え付けられた上部旋回体１Ｂと、上部旋回体１Ｂに取り付けられた作業機械１Ａとを備えている。作業機械１Ａは、上部旋回体１Ｂに回動可能に取り付けられたブーム７と、ブーム７に回動可能に取り付けられたアーム８と、アーム８に回動可能に取り付けられたバケット９と、バケット９及びアーム８に回動可能に取り付けられたバケットリンク１１と、ブーム７及び上部旋回体１Ｂに接続され、ブーム７と上部旋回体１Ｂとの間の回動角度を任意に変更可能にするブームシリンダ４と、ブーム７及びアーム８に接続され、ブーム７とアーム８との間の回動角度を任意に変更可能なアームシリンダ５と、アーム８及びバケットリンク１１に接続され、バケット９の回動角度を任意に変更可能なバケットシリンダ６を有する。下部走行体１Ｃは、走行モータ２により駆動され、車体を任意位置へ移動させる。旋回装置３は下部走行体１Ｃと上部旋回体１Ｂとの間の回動角度を任意に変更する旋回モータによって構成される。上部旋回体１Ｂ上には油圧ショベル１の各種制御を行うコントローラ１０が設置されている。
図１は本発明の実施例１に係る制御システムを搭載した作業機械１の一例である油圧ショベルの斜視図である。油圧ショベル１は、下部走行体１Ｃと、旋回装置３を介し下部走行体１Ｃに回動可能なように備え付けられた上部旋回体１Ｂと、上部旋回体１Ｂに取り付けられた作業機械１Ａとを備えている。作業機械１Ａは、上部旋回体１Ｂに回動可能に取り付けられたブーム７と、ブーム７に回動可能に取り付けられたアーム８と、アーム８に回動可能に取り付けられたバケット９と、バケット９及びアーム８に回動可能に取り付けられたバケットリンク１１と、ブーム７及び上部旋回体１Ｂに接続され、ブーム７と上部旋回体１Ｂとの間の回動角度を任意に変更可能にするブームシリンダ４と、ブーム７及びアーム８に接続され、ブーム７とアーム８との間の回動角度を任意に変更可能なアームシリンダ５と、アーム８及びバケットリンク１１に接続され、バケット９の回動角度を任意に変更可能なバケットシリンダ６を有する。下部走行体１Ｃは、走行モータ２により駆動され、車体を任意位置へ移動させる。旋回装置３は下部走行体１Ｃと上部旋回体１Ｂとの間の回動角度を任意に変更する旋回モータによって構成される。上部旋回体１Ｂ上には油圧ショベル１の各種制御を行うコントローラ１０が設置されている。
【0013】
コントローラ１０は、例えばＣＰＵ及びプロセッサを有するコンピュータとして構成される。そして、メモリに格納された各種タスクアプリ及びプログラムをＣＰＵが実行することによって以下に説明する各種の機能を発揮する。なお、コントローラ１０は本実施例では上部旋回体１Ｂ上に配置されているが、アクチュエータへの動作指示が可能であれば、油圧ショベル１上に設置せずに、コントローラ１０に通信機能をさらに備えさせ、遠隔地から無線を介して制御を行ってもよい。
【0014】
図２はコントローラ１０に搭載されたタスクアプリ２００の機能の一例を示す機能ブロック図である。タスクアプリ２００は、タスクアプリ２００を実行するためのパラメータ（図５に示す）が入力される入力部と、入力されたパラメータに応じてアプリ固有の動作計画を生成する計画部２０２と、生成された動作計画のうち、アクチュエータの動作結果である位置データ等を保存する保存部２０３と、を有する。なお、アクチュエータの位置データとは、ブームシリンダ４、アームシリンダ５、及びバケットシリンダ６の変位情報である。
【0015】
図３はコントローラ１０に実装される、作業機械の動作を制御する制御システム３００の構成の一例を示す機能ブロック図である。制御システム３００は、パラメータ設定部３０１、順序選択部３０２、全体計画部３０３、共有情報出力部３０４、及びタスクアプリ記憶部３０５を有する。また、共有情報出力部３０４は、ネットワークを介して外部に設置された共有情報表示装置３０６に接続されている。
【0016】
パラメータ設定部３０１は、各タスクアプリに入力されるべきパラメータ値を設定する。このパラメータ値は、タスクアプリの入力部２０１に入力された入力変数（パラメータ）に対応する変数として格納される。順序選択部３０２は、作業機械が実行するべき作業を実行可能なタスクアプリをタスクアプリ記憶部３０５から検索し、実行する順序を設定する。全体計画部３０３は、順序選択部３０２で選択されたタスク順序とパラメータ設定部３０１で設定された変数を用いて、各タスクアプリの計画部２０２を実行する。共有情報出力部３０４は、計画部２０２によって演算された結果が保存された保存部２０３から、アクチュエータの動作結果である位置データの最終値を抽出し、外部の共有情報表示装置３０６に情報を表示する。共有情報表示装置３０６は、例えば作業機械のオペレータが情報を視認・把握できるように、オペレータ室等に設置されるモニタである。
【0017】
図４は、実施例１に係る制御システムを用いて実行する処理を示すフローチャートである。まず、順序選択部３０２にてタスク順序が選択される（ステップＳ４０１）。順序選択部３０２で選択されたタスクが一つ目の場合、パラメータ設定部３０１でパラメータが設定されるのを待つ（ステップＳ４０２、ステップＳ４０３）。選択されたタスクが二番目以降の場合、共有情報出力部３０４にて前タスクの保存部２０３を参照し、その時系列データのうちアクチュエータ位置の最終データを抽出し、共有情報表示装置３０６に姿勢データを表示する（ステップＳ４０７）。パラメータ設定部３０１にパラメータ値が入力された場合、全体計画部３０３が該当するタスクアプリの入力部２０１にパラメータ設定部３０１で設定されたパラメータ値を入力する（ステップＳ４０４）。全体計画部３０３は各タスクアプリの計画部２０２を実行し、動作計画を生成する（ステップＳ４０５）。計画部２０２で演算された計画は保存部２０３に保存される（ステップＳ４０６）。
【0018】
なお、パラメータ設定部３０１や順序選択部３０２にパラメータ値及び順序を選択・設定するのは、システムでも、ＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を介した人でもよい。
【0019】
また、各タスクアプリに入力されるパラメータ種は、そのタスクアプリによって実現される作業機械の動作の種類や、その動作に必要な情報によって適宜選択されるが、例えば図５に示すようなものが挙げられる。
【0020】
以上説明した本実施例によれば、連続的にタスクを設定する場合において、２つ目以降のタスクを入力する際に、前回タスク終了時の情報が利用できるため、タスクアプリ実施間の車体動作を滑らかに維持し続けることができる。
【0021】
［実施例２］
続いて、実施例２に係る制御システムについて、図６及び図７を用いて説明する。実施例２に係る制御システム３００が実施例１と異なる点は、共有情報出力部３０４が、全体計画部３０３が演算した動作計画を、共有情報出力部３０４ではなく、次情報伝達部６０１に出力する点である。なお、以下では、すでに説明した構成・処理については同一の符号を付し、説明を省略する。実施例３以降も同様とする。
続いて、実施例２に係る制御システムについて、図６及び図７を用いて説明する。実施例２に係る制御システム３００が実施例１と異なる点は、共有情報出力部３０４が、全体計画部３０３が演算した動作計画を、共有情報出力部３０４ではなく、次情報伝達部６０１に出力する点である。なお、以下では、すでに説明した構成・処理については同一の符号を付し、説明を省略する。実施例３以降も同様とする。
【0022】
次情報伝達部６０１は、他の機能部と同様に制御システム３００に搭載された不図示のＣＰＵにより実現される機能部であり、共有情報出力部３０４より出力された情報をパラメータ設定部３０１に設定する機能を有する。具体的には、例えば実行するタスクの順序を順序選択部３０２で図６のようにタスクＡ、タスクＡ’、タスクＢ、のように設定したとする。そして、パラメータ設定部３０１においてまずタスクＡを実行するタスクアプリの入力部２０１に所定のパラメータ値を設定する。すると、全体計画部３０３において、タスクアプリの計画部２０２が実行されることによりタスクＡを実行した場合の結果（例えばアクチュエータの位置情報）が演算され、保存部２０３に保存される。共有情報出力部３０４は、保存部２０３に保存された結果を、次情報伝達部６０１に送信する。そして、次情報伝達部６０１は、この出力結果（例えばアクチュエータの位置情報）を、タスクＡの次に実行されるタスクＡ’を実行するタスクアプリの入力部２０１に入力する。同様に、タスクＡ’の実行結果（例えばアクチュエータの位置情報）は、タスクＢを実行するタスクアプリの入力部２０１に入力される。
【0023】
図７は、実施例２に係る制御システムが実行する処理を示すフローチャートである。図７に示す、実施例２に係る制御システムが実行する処理は、実施例１と比較して、ステップＳ４０２において選択されたタスクの順序が１番目でないときの処理が異なる。選択されたタスクの順序が２番目以降の場合、次情報伝達部６０１は、共有情報出力部３０４から出力された、一つ前に演算されたタスクアプリの保存部２０３に保存されている出力結果を受け取り、次のタスクアプリの入力部２０１に入力されるパラメータ値としてパラメータ設定部３０１に設定する（ステップＳ７０１）。その後は実施例１と同様である。
【0024】
以上説明した本実施例によれば、次情報伝達部６０１によって次に実行されるタスクアプリの入力部２０１にパラメータ値が自動的に設定されるため、実行順序が移行する毎にパラメータ設定部３０１でパラメータ値を手動で入力する手間を省略することが可能になり、処理にかかる時間や労力を節約できる。
【0025】
［実施例３］
次に、実施例３に係る制御システムについて図８及び図９を用いて説明する。実施例３に係る制御システム３００は、図６に示す実施例２に係る制御システム３００に、入力情報変換部８０１をさらに加えた構成を有している。
次に、実施例３に係る制御システムについて図８及び図９を用いて説明する。実施例３に係る制御システム３００は、図６に示す実施例２に係る制御システム３００に、入力情報変換部８０１をさらに加えた構成を有している。
【0026】
入力情報変換部８０１は、他の機能部と同様に制御システム３００に搭載された不図示のＣＰＵにより実現される機能部であり、次情報伝達部６０１より出力されたパラメータ値を、次に実行されるタスクアプリに設定された適切な変数に変換する機能を有する。これはすなわち、タスクアプリの計画実行の結果出力される情報としては、次のタスクアプリに入力されるパラメータ値の場合には例えばアーム先端の三次元座標のほうが簡便であるが、共有情報として保存されるべきなのは汎用性のあるブーム、アーム、バケットの関節角のほうがよい、といった場合があるからである。
【0027】
図９は、実施例３に係る制御システム３００が実行する処理を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、図７に示される実施例３におけるフローチャートにおいて、ステップＳ７０１に代わり、次情報伝達部より出力された情報を入力情報変換部８０１で適切な情報に変換し、パラメータ設定部に格納する処理を実行する（ステップＳ９０１）。
【0028】
上記で説明した実施例によれば、タスクアプリの入力部２０１で必要な情報の種類と、共有すべき姿勢情報とが分離でき、タスクアプリへの入力変数を任意に設定できるようになる。
【0029】
［実施例４］
続いて、実施例４に係る制御システム３００について、図１０－１２を用いて説明する。図１０に示す実施例４に係る制御システム３００は、図３に示す実施例１の制御システム３００において、さらに全体実行部１００１を加えた構成を有する。また、本実施例において使用されるタスクアプリ２００は、図１１に示すように、図２に示す実施例１のタスクアプリ２００に、さらに実行部１１０１を加えた機能構成を備える。
続いて、実施例４に係る制御システム３００について、図１０－１２を用いて説明する。図１０に示す実施例４に係る制御システム３００は、図３に示す実施例１の制御システム３００において、さらに全体実行部１００１を加えた構成を有する。また、本実施例において使用されるタスクアプリ２００は、図１１に示すように、図２に示す実施例１のタスクアプリ２００に、さらに実行部１１０１を加えた機能構成を備える。
【0030】
全体実行部１００１は、他の機能部と同様に制御システム３００に搭載された不図示のＣＰＵにより実現される機能部であり、すでに説明した、全体計画部３０３によって作成された計画に従って、タスクアプリの実行部１１０１を実行することによって実際にタスクを実行する機能を有する。また、タスクアプリ２００の実行部１１０１は、保存部２０３に保存された、計画部２０２によって設定された計画を実際に実行させ、アクチュエータを作動させる。
【0031】
図１２は、本実施例における全体実行部１００１が実行する処理を示すフローチャートである。全体計画部３０３によって動作計画の導出が完了すると、全体実行部１００１が呼び出される（ステップＳ１２０１）。全体実行部１００１は、順序選択部３０２で設定したタスクアプリの順序に従い、各タスクアプリの実行部１１０１を実行する（ステップＳ１２０２）。そして全体実行部１００１は最後に、ステップＳ１２０２において実行したタスクが最後か否かを判定し、最後に達した場合、フローを終了する（ステップＳ１２０３）。この際、タスクアプリの実行部１１０１は、保存部２０３に保存された時系列のアクチュエータ動作計画に従い、アクチュエータを制御する。
【0032】
以上説明した本実施例によれば、実施例１－３で立案した計画を実際に実行することができる。
【0033】
［実施例５］
次に、本発明の実施例５に係る制御システム３００について図１３－１５を用いて説明する。
実施例５に係る制御システム３００のシステム構成については図１０に示す実施例４と同様である。実施例５に係る制御システムは、タスクアプリとして、油圧ショベルのバケットを用いて地面を掘削する動作を制御する掘削アプリを使用するものである。
次に、本発明の実施例５に係る制御システム３００について図１３－１５を用いて説明する。
実施例５に係る制御システム３００のシステム構成については図１０に示す実施例４と同様である。実施例５に係る制御システムは、タスクアプリとして、油圧ショベルのバケットを用いて地面を掘削する動作を制御する掘削アプリを使用するものである。
【0034】
図１３は掘削アプリの有する機能構成ブロック図の一例であり、図１４は、本実施例において制御システム３００が実行する処理を示すフローチャートである。まず開始位置が次情報伝達部６０１より取得したアクチュエータ位置をもとに計算した位置（現在位置と呼称）と異なる場合、現在位置と開始位置の間で初期位置に移動する動作を最初に生成する（ステップＳ１４０１）。この工程は以後の実施例においても同様に実行される。
【0035】
次に、次情報伝達部６０１から自動的に入力された情報以外に、掘削動作を実施するために必須の情報があれば、入力部２０１から入力する（ステップＳ１４０２）。連続的に呼び出された掘削アプリは、計画部２０２を実行し、入力された情報に基づいて掘削軌跡を導出する（ステップＳ１４０３）。そして、導出した掘削軌跡を実現するアクチュエータの動作計画を導出し、保存部２０３に保存する（ステップＳ１４０４、Ｓ１４０５）。最後に、次情報伝達部６０１より得られた掘削範囲の地形と掘削軌跡をもとに、アプリ実行完了後の掘削範囲の地形を予測し、共有情報出力部３０４に出力するとともに、保存部２０３に保存する（ステップＳ１４０６）。
【0036】
なお、例えば、アクチュエータの最終位置を演算する方法は、掘削軌跡の最終位置とアクチュエータの接続位置、関節配置、リンクの幾何情報をもとに、演算する。一方の掘削範囲の地形は、簡素には次情報伝達部より受け取った地形データから、掘削軌跡のバケットが通過した場所を減ずるなどして求めればよい。あるいは、高度には土質より、土の力学的特性を考慮し、シミュレーション的に変化形状を求めてもよい。
【0037】
図１５に、掘削処理及び掘削アプリに入力するデータ種の例を示す。入力するデータが掘削する深さと掘削の開始位置／終了位置である場合には、図１５（ａ）に示すように、入力部２０１に入力されるパラメータは三次元座標が設定される。入力するデータが掘削の開始位置と掘削範囲の場合には、同様に、図１５（ｂ）に示すようにそれぞれ三次元座標が設定される。入力するデータが掘削の開始位置と掘削する土量の場合には、図１５（ｃ）に示すようにそれぞれ三次元座標と土の重量（ｔ）が設定される。入力するデータが掘削の開始位置と、掘削対象の土量及び土質の場合には、図１５（ｄ）に示すようにそれぞれ三次元座標、土の重量、及び土質が柔らかいか硬いか、あるいは土の種類といった定性的パラメータや、土粒子の平均径等の定量的パラメータが設定される。
【0038】
以上説明した本実施例によれば、掘削アプリを連続的に使用する場合において、掘削アプリの二回目以降に関して掘削範囲の地形等が自動で入力される。
【0039】
［実施例６］
次に、本発明の実施例６に係る制御システムについて図１６－１８を用いて説明する。
実施例６に係る制御システム３００の構成は実施例４及び５と同様である。実施例６においては、その制御する対象である作業機械が、図１６に示すように、図１に示すショベルカーから、バケット９とバケットシリンダ６に代えて、把持装置（フォーク）１２及び把持装置シリンダ１３を配した構成を有するショベルカーである点が異なる。また、使用するタスクアプリはピック＆プレースアプリである。ピック＆プレースアプリは、フォークによって物体を挟み込み、所望の位置まで移動させる動作を制御するアプリである。
次に、本発明の実施例６に係る制御システムについて図１６－１８を用いて説明する。
実施例６に係る制御システム３００の構成は実施例４及び５と同様である。実施例６においては、その制御する対象である作業機械が、図１６に示すように、図１に示すショベルカーから、バケット９とバケットシリンダ６に代えて、把持装置（フォーク）１２及び把持装置シリンダ１３を配した構成を有するショベルカーである点が異なる。また、使用するタスクアプリはピック＆プレースアプリである。ピック＆プレースアプリは、フォークによって物体を挟み込み、所望の位置まで移動させる動作を制御するアプリである。
【0040】
図１７は、ピック＆プレースアプリの機能構成を示すブロック図の一例であり、図１８は、該アプリによって実行される処理を示すフローチャートである。ピック＆プレースアプリは入力部２０１にて、開始位置、移動完了位置姿勢、把持位置のうち、移動完了位置姿勢を含めたすくなくとも一つ以上のデータが入力される（図１８中ステップＳ１８０１）。
【0041】
次に、入力されたデータと、次情報伝達部６０１から取得したアクチュエータ位置と対象物・位置姿勢をもとに、計画部２０２にて、ブーム７及びアーム８の先端軌跡と把持装置の開閉度合いの動作計画を導出する（ステップＳ１８０２）。一方、計画部２０２にて演算されたアーム先端の軌跡と把持装置の開閉度合いの動作計画をもとにブームシリンダ４、アームシリンダ５、把持装置シリンダ１３の動作計画が導出され、保存部２０３に保存される（ステップＳ１８０３及びＳ１８０４）。また計画部２０２では、アーム先端軌跡より、ブームシリンダ４およびアームシリンダ５の最終位置を演算し、また入力部２０１より得た移動完了位置姿勢を、共有情報出力部３０４へ出力するとともに保存部２０３に保存する（ステップＳ１８０５）。
【0042】
なお、例えば、アクチュエータの最終位置を演算する方法は、掘削軌跡の最終位置とアクチュエータの接続位置、関節配置、リンクの幾何情報をもとに、演算する。また、把持装置１２を駆動させるアクチュエータは油圧モータや電動モータ、電動シリンダなど、開閉度合いを制御できる把持装置１２とアクチュエータの組み合わせであればその形態は問わない。
【0043】
一方の、完了位置姿勢は本実施例では入力値を用いているが、把持位置や最初の対象物の位置姿勢と把持装置１２の関係をもとにシミュレーションし、最終位置を求めてもよい。
【0044】
以上説明した本実施例によれば、ピック＆プレースアプリを連続的に使用する場合において、二回目以降の使用に関して対象物の位置姿勢の初期位置が自動で入力される。
【0045】
［実施例７］
次に、本発明の実施例７に係る制御システム３００について、図１９－２２を用いて説明する。
実施例７に係る制御システム３００についても、そのシステム構成は実施例４－６と同様である。また、制御対象の作業機械は、図１に示す構成を有するものである。実施例７に係る制御システム３００は、タスクアプリとして面成型アプリ及び土羽打ちアプリを使用する。ここで、面成型アプリとは、対象領域を指定された面形状に（指定された面圧で）成形する面成型動作を実行させるアプリであり、土羽打ちアプリとは、指定された面形領域上を指定回数バケットでたたきつける土羽打ち動作を実行させるアプリである。
次に、本発明の実施例７に係る制御システム３００について、図１９－２２を用いて説明する。
実施例７に係る制御システム３００についても、そのシステム構成は実施例４－６と同様である。また、制御対象の作業機械は、図１に示す構成を有するものである。実施例７に係る制御システム３００は、タスクアプリとして面成型アプリ及び土羽打ちアプリを使用する。ここで、面成型アプリとは、対象領域を指定された面形状に（指定された面圧で）成形する面成型動作を実行させるアプリであり、土羽打ちアプリとは、指定された面形領域上を指定回数バケットでたたきつける土羽打ち動作を実行させるアプリである。
【0046】
図１９は面成型アプリの機能構成を示すブロック図の一例であり、図２０は、面成型アプリによって実行される処理を示すフローチャートである。面成型アプリを使用する場合は、入力部２０１にて、開始位置、対象面のうち、対象面を含めた少なくとも一つ以上のデータが入力される（ステップＳ２００１）。計画部２０２は、入力されたデータと、次情報伝達部６０１から取得したアクチュエータ位置をもとに、バケット９の任意面が目標面と一致するようにブーム７、アーム８、バケット９の動作計画を演算する（ステップＳ２００２）。また、計画部２０２にてブーム７、アーム８、バケット９の動作計画をもとにブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６の動作計画が演算され、保存部２０３に保存される（ステップＳ２００３及びＳ２００４）。
【0047】
また計画部２０２は、ブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６の動作計画から導出した最終位置と、面へ与えることのできる圧力（以下面圧）を演算し、共有情報出力部３０４へ出力するとともに保存部２０３に保存する（Ｓ２００５）。
【0048】
なお、例えば、アクチュエータの最終位置を演算する方法は、掘削軌跡の最終位置とアクチュエータの接続位置、関節配置、リンクの幾何情報をもとに、演算する。また、面圧の演算方法は、簡素には、各リンクの姿勢とアクチュエータの最大直動力をもとに時系列毎に静的に求めてもよいし、各シリンダやリンクの動作計画をもとに位置、速度を導出し、動力学的に求めてもよい。
【0049】
本実施例においては、上記のようにして面成型アプリが実行された後に、土羽打ちアプリが実行される。図２１は、土羽打ちアプリの有する機能構成図の一例であり、図２２は、土羽打ちアプリによって実行される処理を示すフローチャートである。土羽打ちアプリを使用する場合には、入力部２０１にて、開始位置、対象面、面の転圧力のうち、対象面と面の転圧力のデータが入力される（ステップＳ２２０１）。入力された転圧力とデータと次情報伝達部６０１から取得した面圧をもとに現在面圧と土羽打ち回数と土羽打ち後面圧の関係を表した予め定められたマップなどから、土羽打ち回数を導出する（ステップＳ２２０２）。このマップは、例えば面圧を１０Ｐａ→２０Ｐａに上昇させるにはバケットを３回叩き付ける必要がある、等の情報を記憶するものである。この情報は、シミュレーションによって得ても、経験則的に得てもよい。得られた土羽打ち回数と位置をもとに、ブーム７、アーム８、バケット９の動作計画を演算する（ステップＳ２２０３及びＳ２２０４）。また、計画部２０２にてブーム７、アーム８、バケット９の動作計画をもとにブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６の動作計画が演算され、保存部２０３に保存される（ステップＳ２２０５）。
【0050】
また、計画部２０２では、ブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６の動作計画から導出した最終位置と、入力部にて入力された転圧力を、共有情報出力部３０４へ出力するとともに保存部２０３に保存する（ステップＳ２２０６）。
【0051】
なお、例えば、アクチュエータの最終位置を演算する方法は、掘削軌跡の最終位置とアクチュエータの接続位置、関節配置、リンクの幾何情報をもとに、演算する。また、共有情報出力部３０４に出力する面圧は、上記の予め定められたマップをもとに導出してもよい。
【0052】
上記説明した本実施例によれば、面成型アプリと土羽打ちアプリを連続的に使用する際に、面成型アプリ実行完了後の面圧が自動で入力される。
【0053】
［実施例８］
最後に、本発明の実施例８に係る制御システム３００について図２３－２５を用いて説明する。
実施例８に係る制御システム３００は、そのシステム構成については実施例４－７と同様である。本実施例に係る制御システム３００においては、実行するタスクアプリとしてバケット変更アプリを使用する。また、制御対象の作業機械としては、図２３に示すように、図１に示すショベルカーにおいて、バケット９とアーム８との間に、バケット９を交換可能なバケット交換装置１４と付け外し用アクチュエータ１５を備えた構成を有する油圧ショベルが採用される。
最後に、本発明の実施例８に係る制御システム３００について図２３－２５を用いて説明する。
実施例８に係る制御システム３００は、そのシステム構成については実施例４－７と同様である。本実施例に係る制御システム３００においては、実行するタスクアプリとしてバケット変更アプリを使用する。また、制御対象の作業機械としては、図２３に示すように、図１に示すショベルカーにおいて、バケット９とアーム８との間に、バケット９を交換可能なバケット交換装置１４と付け外し用アクチュエータ１５を備えた構成を有する油圧ショベルが採用される。
【0054】
図２４は、バケット交換アプリの機能構成を示すブロック図の一例であり、図２５は、バケット交換アプリによって実行される処理を示すフローチャートである。
バケット交換アプリを使用する際には、入力部２０１に、開始位置、変更バケット情報が入力される（ステップＳ２５０１）。ブーム７およびアーム８は入力された変更バケット情報と紐づいて予め定められた取り付け用動作軌跡と、次情報伝達部６０１から取得したバケット種類と紐づいて予め定められた取り外し用動作軌跡をもとに、計画部２０２にて、ブーム７、アーム８、バケット９、付け外し用アクチュエータ１５の動作計画を演算する（ステップＳ２５０２）。また、計画部２０２にてブーム７、アーム８、バケット９の動作計画をもとにブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６の動作計画が演算され、付け外し用アクチュエータ１５の動作計画とともに保存部２０３に保存される（ステップＳ２５０３及びＳ２５０４）。
バケット交換アプリを使用する際には、入力部２０１に、開始位置、変更バケット情報が入力される（ステップＳ２５０１）。ブーム７およびアーム８は入力された変更バケット情報と紐づいて予め定められた取り付け用動作軌跡と、次情報伝達部６０１から取得したバケット種類と紐づいて予め定められた取り外し用動作軌跡をもとに、計画部２０２にて、ブーム７、アーム８、バケット９、付け外し用アクチュエータ１５の動作計画を演算する（ステップＳ２５０２）。また、計画部２０２にてブーム７、アーム８、バケット９の動作計画をもとにブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６の動作計画が演算され、付け外し用アクチュエータ１５の動作計画とともに保存部２０３に保存される（ステップＳ２５０３及びＳ２５０４）。
【0055】
また計画部２０２では、入力部２０１で入力された変更バケット情報を、共有情報出力部３０４へ出力し、保存部２０３に保存する（ステップＳ２５０５）。
【0056】
なお、例えば、アクチュエータの最終位置を演算する方法は、掘削軌跡の最終位置とアクチュエータの接続位置、関節配置、リンクの幾何情報をもとに、演算する。また、変更バケット情報は取付動作軌跡と取り外し動作軌跡が定まる情報があればなんでもよく、ハード固有番号や種類などであってもよい。
【0057】
以上説明した本実施例においては、バケット交換動作を頻繁に使用する際に、交換前のバケット情報が自動で入力される。
【0058】
以上、具体的なタスクアプリを使用するいくつかの実施例について説明した。しかし、本発明においては、上記で説明したタスクアプリの他、図２６に示すようなタスクアプリについても採用可能である。
【0059】
以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）作業機械を駆動するアクチュエータを自動で制御する作業機械の制御システムであって、アクチュエータを動作させるための複数のタスクアプリを実行する場合に、該複数のタスクアプリを実行する順序を設定する順序選択部と、タスクアプリに入力するパラメータを設定するパラメータ設定部と、タスクアプリを実行する順序及びパラメータに基づいて複数のタスクアプリ毎の実行計画を生成する全体計画部と、複数のタスクアプリ毎に実行計画が生成される毎に、該実行計画の内容の少なくとも一部を出力する、共有情報出力部と、を備える。
（１）作業機械を駆動するアクチュエータを自動で制御する作業機械の制御システムであって、アクチュエータを動作させるための複数のタスクアプリを実行する場合に、該複数のタスクアプリを実行する順序を設定する順序選択部と、タスクアプリに入力するパラメータを設定するパラメータ設定部と、タスクアプリを実行する順序及びパラメータに基づいて複数のタスクアプリ毎の実行計画を生成する全体計画部と、複数のタスクアプリ毎に実行計画が生成される毎に、該実行計画の内容の少なくとも一部を出力する、共有情報出力部と、を備える。
【0060】
上記構成によれば、順序選択とパラメータ設定が完了されたタスクアプリの最終出力を次のタスクアプリのパラメータ入力に利用できるため、タスクアプリ実行間の車体動作を滑らかに維持することができる。
【0061】
（２）共有情報出力部は、該共有情報出力部が出力する情報を、ネットワークを介して接続された共有情報表示装置に出力する。これにより、作業者がタスクアプリの出力結果を視覚的に把握することが可能になり、システムの実施をより簡便かつ迅速に行うことが可能になる。
【0062】
（３）複数のタスクアプリに対して実行計画が生成される毎に、共有情報出力部の出力結果を、実行する順序が次に設定されたタスクアプリである次タスクアプリに入力するパラメータとして設定する情報伝達部をさらに備える。これにより、タスクアプリの実行移行時にパラメータが自動的に入力されることになり、作業者が手動で入力する手間を削減できる。
【0063】
（４）情報伝達部が共有情報出力部の出力結果を次タスクアプリに入力するパラメータとして設定する場合に、該出力結果のパラメータ種を、該次タスクアプリに設定されたパラメータ種に変換する入力情報変換部をさらに備える。これにより、タスク入力部の入力情報と共有情報の入力情報を異なる種類にできるため、人の手による入力とシステムからの入力双方を任意に設定することが可能になる。
【0064】
（５）共有情報出力部が出力する情報は、作業機械の位置情報、動作情報、車体構造情報、及び周辺環境情報のうち少なくとも１つを含む。これにより、出力結果として作業機械のタスクに適した複数の情報を含むため、よりタスクアプリに適した入力情報を提供できる。
【0065】
（６）全体計画部が計画した複数のタスクアプリ毎の実行計画を、順序選択部が設定した実行順序に従って実行する全体実行部をさらに備える。これにより、計画に即した動作を実現できる作業機械の制御システムを提供できる。
【0066】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【0067】
１ 作業機械、２００ タスクアプリ、３００ 制御システム、３０１ パラメータ設定部、３０２ 順序選択部、３０３ 全体計画部、３０４ 共有情報出力部、３０６ 共有情報表示装置、６０１ 次情報伝達部、８０１ 入力情報変換部、１００１ 全体実行部
【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】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】