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(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】P2024055125
(43)【公開日】2024-04-18
(54)【発明の名称】作業機械
(51)【国際特許分類】
E02F 9/20 20060101AFI20240411BHJP
E02F 9/26 20060101ALI20240411BHJP
E02F 3/43 20060101ALI20240411BHJP
【ＦＩ】
E02F9/20 M
E02F9/26 B
E02F3/43 B
E02F9/20 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022161786
(22)【出願日】2022-10-06
(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】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】笠井 慎也
(72)【発明者】
【氏名】森木 秀一
(72)【発明者】
【氏名】中村 敏明
(72)【発明者】
【氏名】笹谷 聡
(72)【発明者】
【氏名】塩飽 晃司
【テーマコード（参考）】
2D003
2D015
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB00
2D003BA02
2D003BA06
2D003CA02
2D003DA04
2D003DB04
2D003DB05
2D015HA03
(57)【要約】
【課題】掘削後における運搬車両の走行路の凹みの発生を抑制することができ、整地作業時間を抑制することができる作業機械を提供すること。
【解決手段】掘削対象物を掘削して所定の放土位置に放土するための作業装置と、掘削対象物について予め定めた掘削目標面上およびその上方の領域内で作業装置が動くように制御する制御装置とを備えた作業機械において、周辺環境を認識する外界認識装置をさらに備え、制御装置は、外界認識装置の認識結果に基づいて、掘削対象物の掘削後の目標形状を定めた設計面から作業機械が乗っている掘削対象物の上面までの高さであるベンチ高さを計測し、ベンチ高さと、予め取得した現場環境に関する情報とに基づいて、掘削目標面を設計面よりも高くなるように設定する。
【選択図】 図６
【解決手段】掘削対象物を掘削して所定の放土位置に放土するための作業装置と、掘削対象物について予め定めた掘削目標面上およびその上方の領域内で作業装置が動くように制御する制御装置とを備えた作業機械において、周辺環境を認識する外界認識装置をさらに備え、制御装置は、外界認識装置の認識結果に基づいて、掘削対象物の掘削後の目標形状を定めた設計面から作業機械が乗っている掘削対象物の上面までの高さであるベンチ高さを計測し、ベンチ高さと、予め取得した現場環境に関する情報とに基づいて、掘削目標面を設計面よりも高くなるように設定する。
【選択図】 図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
掘削対象物を掘削して所定の放土位置に放土するための作業装置と、
前記掘削対象物について予め定めた掘削目標面上およびその上方の領域内で前記作業装置が動くように制御する制御装置とを備えた作業機械において、
周辺環境を認識する外界認識装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記外界認識装置の認識結果に基づいて、前記掘削対象物の掘削後の目標形状を定めた設計面から前記作業機械が乗っている前記掘削対象物の上面までの高さであるベンチ高さを計測し、
前記ベンチ高さと、予め取得した現場環境に関する情報とに基づいて、前記掘削目標面を前記設計面よりも高くなるように設定することを特徴とする作業機械。
前記掘削対象物について予め定めた掘削目標面上およびその上方の領域内で前記作業装置が動くように制御する制御装置とを備えた作業機械において、
周辺環境を認識する外界認識装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記外界認識装置の認識結果に基づいて、前記掘削対象物の掘削後の目標形状を定めた設計面から前記作業機械が乗っている前記掘削対象物の上面までの高さであるベンチ高さを計測し、
前記ベンチ高さと、予め取得した現場環境に関する情報とに基づいて、前記掘削目標面を前記設計面よりも高くなるように設定することを特徴とする作業機械。
【請求項2】
請求項１に記載の作業機械において、
前記制御装置は、
前記外界認識装置の認識結果に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の最大積載量を計算し、
計算した前記運搬車両の最大積載量が大きくなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を設定することを特徴とする作業機械。
前記制御装置は、
前記外界認識装置の認識結果に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の最大積載量を計算し、
計算した前記運搬車両の最大積載量が大きくなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を設定することを特徴とする作業機械。
【請求項3】
請求項１に記載の作業機械において、
情報を取得する通信装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記通信装置を介して取得した情報に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の最大積載量を計算し、
計算した前記運搬車両の最大積載量が大きくなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を設定することを特徴とする作業機械。
情報を取得する通信装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記通信装置を介して取得した情報に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の最大積載量を計算し、
計算した前記運搬車両の最大積載量が大きくなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を設定することを特徴とする作業機械。
【請求項4】
請求項１に記載の作業機械において、
前記制御装置は、
前記外界認識装置の認識結果に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の走行による轍高さを計測し、
前記轍高さが大きくなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を設定することを特徴とする作業機械。
前記制御装置は、
前記外界認識装置の認識結果に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の走行による轍高さを計測し、
前記轍高さが大きくなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を設定することを特徴とする作業機械。
【請求項5】
請求項１に記載の作業機械において、
前記制御装置は、
前記作業機械に近くなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を勾配をもって設定することを特徴とする作業機械。
前記制御装置は、
前記作業機械に近くなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を勾配をもって設定することを特徴とする作業機械。
【請求項6】
請求項１に記載の作業機械において、
前記制御装置は、
記外界認識装置の認識結果に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の進行方向を認識し、
前記運搬車両の進行方向に進むほど前記設計面との高さの差が小さくなるように前記掘削目標面を勾配をもって設定することを特徴とする作業機械。
前記制御装置は、
記外界認識装置の認識結果に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の進行方向を認識し、
前記運搬車両の進行方向に進むほど前記設計面との高さの差が小さくなるように前記掘削目標面を勾配をもって設定することを特徴とする作業機械。
【請求項7】
請求項１に記載の作業機械において、
情報を取得する通信装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記通信装置を介して取得した情報に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の進行方向を認識し、
前記運搬車両の進行方向に進むほど前記設計面との高さの差が小さくなるように前記掘削目標面を勾配をもって設定することを特徴とする作業機械。
情報を取得する通信装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記通信装置を介して取得した情報に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の進行方向を認識し、
前記運搬車両の進行方向に進むほど前記設計面との高さの差が小さくなるように前記掘削目標面を勾配をもって設定することを特徴とする作業機械。
【請求項8】
請求項１に記載の作業機械において、
前記制御装置は、
前記掘削対象物の上面に接続する下り傾斜面の下方であって傾斜が終わる地点から、前記掘削対象物の上面までの高さをベンチ高さとすることを特徴とする作業機械。
前記制御装置は、
前記掘削対象物の上面に接続する下り傾斜面の下方であって傾斜が終わる地点から、前記掘削対象物の上面までの高さをベンチ高さとすることを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、作業機械に関する。
【背景技術】
【0002】
自動で様々な作業を行う作業機械に係る技術としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、自走可能な作業機械の作業支援システムであって、作業機械の１回の掘削動作による想定掘削量に基づいて、作業機械の１回の掘削動作により掘削対象から前記想定掘削量が得られる領域を掘削領域として決定し、掘削領域に基づいて次回の掘削動作を行う際の作業機械の作業位置を算出するするとともに、作業位置に関する情報を表示装置に表示する作業機械の作業支援システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－１４７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来技術では、作業機械が掘削対象物の上部にて掘削対象上面の端部からフロント作業装置を下方へ伸ばして行う掘削動作において、掘削対象上面から走行路までの距離を掘削対象物の高さ方向の変化に対して掘削量を維持するため、掘削対象物の高さ（掘削対象上面から走行路までの距離）を掘削高さ（制限高さ）として、作業機械のフロント作業装置の姿勢を誘導する。
【0005】
しかしながら、掘削高さを掘削対象物の高さに固定した場合、走行路へ整地する際の高さマージンがほぼ無いため、走行路の設計値に対して誤差が生じる場合がある。例えば、走行路の設計値に対して凹みが発生する場合があり、この場合には埋める作業などが必要になるので、整地作業時間が長くなってしまう。具体的には、設計値に対してマージンの無い走行路を設定すると、ダンプ走行による削りや沈み込みなどの凹みが大きく発生し、整地作業において埋める必要が出てくる。場合によっては作業機械による作業を一時的に中断にする必要も生じる。また、走行路に凹みが生じることにより、運搬車両がスタックしてしまうことも考えられる。
【0006】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、掘削後における運搬車両の走行路の凹みの発生を抑制することができ、整地作業時間を抑制することができる作業機械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】
【0007】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、掘削対象物を掘削して所定の放土位置に放土するための作業装置と、前記掘削対象物について予め定めた掘削目標面上およびその上方の領域内で前記作業装置が動くように制御する制御装置とを備えた作業機械において、周辺環境を認識する外界認識装置をさらに備え、前記制御装置は、前記外界認識装置の認識結果に基づいて、前記掘削対象物の掘削後の目標形状を定めた設計面から前記作業機械が乗っている前記掘削対象物の上面までの高さであるベンチ高さを計測し、前記ベンチ高さと、予め取得した現場環境に関する情報とに基づいて、前記掘削目標面を前記設計面よりも高くなるように設定するものとする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、掘削後における運搬車両の走行路の凹みの発生を抑制することができるので、運搬車両のスタックの発生や、凹みの埋め戻し作業による整地作業時間の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。
【図2】作業現場における油圧ショベル及び周辺の様子を模式的に示す側面図である。
【図3】油圧ショベルのコントローラを油圧駆動装置と共に抜き出して示す図である。
【図5】制御システムの概要を示すハードウェア構成図である。
【図6】コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
【図7】ベンチ高さ計測部におけるベンチ高さ計測処理の内容を示すフローチャートである。
【図8】ダンプ積載量計測部におけるダンプ積載量計測処理の内容を示すフローチャートである。
【図9】目標高さ勾配計算部における目標高さ勾配計算処理の内容を示すフローチャートである。
【図10】目標高さ勾配計算部で用いるマップの一例を示す図である。
【図11】目標高さ演算部における目標高さ演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図12】目標高さ計算部で用いるマップの一例を示す図である。
【図13】第２の実施の形態に係るコントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
【図14】ダンプ轍高さ計測部におけるダンプ轍高さ計測処理の内容を示すフローチャートである。
【図15】目標高さ勾配計算部における目標高さ勾配計算処理の内容を示すフローチャートである。
【図16】目標高さ計算部における目標高さ計算処理の内容を示すフローチャートである。
【図17】目標高さ計算部で用いるマップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として作業装置の先端に作業具であるバケットを設けた油圧ショベルを例示して説明するが、複数のリンク部材（アタッチメント、アーム、ブーム等）を連結して構成される多関節型の作業装置を有するものであれば他の作業機械においても本発明を適用することが可能である。
【0011】
また、以下の説明においては、同一の構成要素が複数存在する場合、符号（数字）の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば、左右１つずつの走行油圧モータ４ａ、４ｂが存在するとき、これらをまとめて走行油圧モータ４と表記することがある。
【0012】
【0013】
図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図であり、図２は作業現場における油圧ショベル及び周辺の様子を模式的に示す側面図である。また、図３は、油圧ショベルのコントローラを油圧駆動装置と共に抜き出して示す図であり、図４は図２中の電磁弁ユニットの詳細を示す図である。
【0014】
図１において、油圧ショベル１は、多関節型の作業フロント２と、走行体３で構成されている。走行体３は、左右一対の走行油圧モータ４ｂ（４ａ）により走行する下部走行部３ａと、下部走行部３ａの上に取り付けられ、旋回油圧モータ５により旋回する上部旋回部３ｂとからなる。なお、図１においては、左右一対のうち一方の走行油圧モータ４ｂのみを図示し、他方の走行油圧モータ４ａについては括弧書きの符号で示している。
【0015】
作業フロント２（作業装置）は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム６、アーム７及びバケット８）を連結して構成される多関節型の作業装置である。ブーム６の基端は上部旋回部３ｂの前部においてブームピンを介して回動可能に支持されている。ブーム６の先端にはアームピンを介してアーム７が回動可能に連結されており、アーム７の先端にはバケットピンを介してバケット８が回動可能に連結されている。ブーム６はブームシリンダ６１によって駆動され、アーム７はアームシリンダ７１によって駆動され、バケット８はバケットシリンダ８１によって駆動される。
【0016】
ブーム６、アーム７、バケット８の回動を測定可能にするため、ブームピンにブーム角度センサ６２、アームピンにアーム角度センサ７２、バケットリンク９にバケット角度センサ８２が取付けられ、上部旋回部３ｂには基準面（例えば水平面）に対する上部旋回部３ｂの傾斜角を検出する車体傾斜角センサ３１が取付けられている。なお、角度センサ６２，７２，８２はそれぞれ基準面（例えば水平面）に対する角度センサに代替可能である。
【0017】
上部旋回部３ｂと下部走行部３ａの相対角度を測定可能なように旋回中心軸に旋回角度センサ３２が取り付けられている。
【0018】
上部旋回部３ｂに設けられた運転室１３内には、油圧ショベルを操作するための操作装置１０が設置されている。操作装置１０は、ブームシリンダ６１（ブーム６）及びバケットシリンダ８１（バケット８）を操作するための操作右レバー１０ａと、アームシリンダ７１（アーム７）及び旋回油圧モータ５（上部旋回部３ｂ）を操作するための操作左レバー１０ｂと、走行右油圧モータ４ａ（下部走行部３ａ）を操作するための操作右レバー１０ｃと、走行左油圧モータ４ｂ（下部走行部３ａ）を操作するための操作左レバー１０ｄと、から構成される。また以下では、操作右レバー１０ａ、操作左レバー１０ｂ、走行右レバー１０ｃおよび走行左レバー１０ｄを操作装置１０と総称する場合もある。
【0019】
また、図２に示すように、油圧ショベル１の周囲の情報を取得するための外界認識装置６１０（後述）が設けられている。外界認識装置６１０は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）やカメラ（ステレオカメラ等を含む）などであり、油圧ショベル１の周囲の地形情報や他の作業機械（運搬車両を含む）の情報を取得することができる。
【0020】
上部旋回部３ｂには、原動機であるエンジン１１が搭載されている。図３に示すように、エンジン１１は、油圧ポンプ２０ａ，２０ｂとパイロットポンプ３０を駆動する。油圧ポンプ２０ａ，２０ｂはレギュレータ２０ａａ，２０ｂａによって容量が制御される可変容量型ポンプであり、パイロットポンプ３０は固定容量型ポンプである。油圧ポンプ２０およびパイロットポンプ３０はタンク２００より作動油を吸引する。本実施の形態においては、コントローラ４０から出力された制御信号が、レギュレータ２０ａａ，２０ｂａに入力される。レギュレータ２０ａａ，２０ｂａの詳細構成は省略するが、油圧ポンプ２０ａ，２０ｂの吐出流量が当該制御信号に応じて制御される。
【0021】
パイロットポンプ３０の吐出配管であるポンプライン１４８ａはロック弁３９を通った後、電磁弁ユニット１６０内の各電磁弁に接続している。ロック弁３９は例えば電磁切換弁であり、その電磁駆動部は運転室１３に配置されたゲートロックレバーの位置検出器１２と電気的に接続している。ゲートロックレバーのポジションは位置検出器１２で検出され、その位置検出器１２からロック弁３９に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁３９が閉じてポンプライン１４８ａが遮断され、ロック解除位置にあればロック弁３９が開いてポンプライン１４８ａが開通する。つまり、ポンプライン１４８ａが遮断された状態では操作装置１０による操作が無効化され、走行、旋回、掘削等の動作が禁止される。
【0022】
操作装置１０は、電気レバー方式であり、オペレータの操作量と操作方向に応じた電気信号を発生させる。このように発生した電気信号はコントローラ４０に入力され、操作装置１０に入力された操作に応じた電磁比例弁５４，５５，５６，５７，５８，５９を駆動させるべくコントローラ４０は電磁弁ユニット１６０に電気信号を出力する。電磁比例弁５４，５５，５６，５７，５８，５９は、入力された電気信号に応じて対応する流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの油圧駆動部１５０ａ，１５０ｂ，１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ，１５３ａ，１５３ｂ，１５４ａ，１５４ｂ，１５５ａ，１５５ｂ（以降、油圧駆動部１５０ａ，点）にパイロットライン１４４ａ，１４４ｂ，１４５ａ，１４５ｂ，１４６ａ，１４６ｂ，１４７ａ，１４７ｂ，１４８ａ，１４８ｂ，１４９ａ，１４９ｂを介して供給され、これら流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆを駆動する制御信号として利用される。
【0023】
油圧ポンプ２０から吐出された圧油は、流量制御弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆを介して走行右油圧モータ４ａ、走行左油圧モータ４ｂ、旋回油圧モータ５、ブームシリンダ６１、アームシリンダ７１、バケットシリンダ８１に供給される。供給された圧油によってブームシリンダ６１、アームシリンダ７１、バケットシリンダ８１が伸縮することで、ブーム６、アーム７、バケット８がそれぞれ回動し、バケット８の位置及び姿勢が変化する。また、供給された圧油によって旋回油圧モータ５が回転することで、下部走行部３ａに対して上部旋回部３ｂが旋回する。そして、供給された圧油によって走行右油圧モータ４ａ、走行左油圧モータ４ｂが回転することで、下部走行部３ａが走行する。
【0024】
ブームシリンダ６１、アームシリンダ７１、バケットシリンダ８１には、そのシリンダ圧が検出できるように負荷検出装置１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｅ，１６ｆが備えられる。負荷検出装置１６は、例えば、圧力センサであり、ブームシリンダ６１、アームシリンダ７１、バケットシリンダ８１のそれぞれのボトム側の圧力とロッド側の圧力を検出し、電気信号としてコントローラ４０へ出力する。
【0025】
図４に示すように、フロント制御用油圧ユニット１６０は、一次ポート側がポンプライン１４８ａを介してパイロットポンプ３０に接続されパイロットポンプ３０からのパイロット圧を減圧してパイロットライン１４４ａ，１４４ｂ，１４５ａ，１４５ｂ，１４６ａ，１４６ｂに出力する電磁比例弁５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂと、同様にパイロットポンプ３０からのパイロット圧を減圧してパイロットライン１４７ａ，１４７ｂ，１４８ａ，１４８ｂ，１４９ａ，１４９ｂに出力する電磁比例弁５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂ（図３参照）を備えている。
【0026】
電磁比例弁５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂは、非通電時には開度が最小で、コントローラ４０からの制御信号である電流を増大させるほど開度は大きくなる。このように各電磁比例弁５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂの開度はコントローラ４０からの制御信号に応じたものとなる。
【0027】
上術のように構成される制御用油圧ユニット１６０において、コントローラ４０から制御信号を出力して電磁比例弁５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ，５８ａ，５８ｂ，５９ａ，５９ｂを駆動すると、対応する操作装置１０のオペレータ操作が無い場合にもパイロット圧を発生できるので、各アクチュエータ４，５，６１，７１，８１の動作を強制的に発生できる。
【0028】
図５は、制御システムの概要を示すハードウェア構成図である。
【0029】
図５において、制御システムは、姿勢検出装置５０と、操作装置１０と、運転室１３内に設置され、後述する操縦モードに関して現在の操縦モードを表示可能な表示装置（例えば液晶ディスプレイ）５３と、運転室内１３に設置され、後述する操縦モードの変更を入力するための入力装置（例えばタッチパネルディスプレイ）と、ブームシリンダ６１、アームシリンダ７１、バケットシリンダ８１に備えられた圧力センサである負荷検出装置１６と、制御を司るコンピュータであるコントローラ（制御装置）４０とを備えている。
【0030】
姿勢検出装置５０は、車体傾斜角センサ３１、旋回角度センサ３２、ブーム、角度センサ６２、アーム角度センサ７２、バケット角度センサ８２から構成される。これらの角度センサ３２，６２，７２，８２は作業フロント２の姿勢センサとして機能している。
【0031】
コントローラ４０は、入力インターフェース部９１と、プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）９２と、記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と、出力インターフェース部９５とを有している。入力インターフェース部９１は、姿勢検出装置５０である角度センサ３２，６２，７２，８２及び傾斜角センサ３１からの信号と、操作装置１０からの操作量を示す信号と、負荷検出装置１６である各シリンダ６１，７１，８１に備えられた負荷検出装置１６の圧力センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆの信号と、管制からのダンプなどの運搬車両の情報などを取得する通信装置６００の信号と、作業機械の周辺環境情報を取得する外界認識装置６１０の信号と、を入力し、ＣＰＵ９２が演算可能なように変換する。ＲＯＭ９３は、後述するフローチャートに係る処理を含めた制御内容を実行するための制御プログラムと、当該フローチャートの実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり、ＣＰＵ９２は、ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムに従って入力部９１及びメモリ９３，９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力インターフェース部９５は、ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を電磁比例弁５４，５５，５６，５７，５８，５９または表示装置５３に出力することで、油圧アクチュエータ４，５，６１，７１，８１を駆動・制御したり、後述するパラメータ推定するためのガイダンス動作を表示装置５３の画面上に表示させたりする。
【0032】
なお、図４のコントローラ４０は、記憶装置としてＲＯＭ９３及びＲＡＭ９４という半導体メモリを備えているが、記憶装置であれば特に代替可能であり、例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えても良い。
【0033】
図６は、コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
【0034】
図６において、コントローラ４０は、電磁比例弁制御部４１と、表示制御部４２と、自動運転制御部４３と、目標高さ演算部４００を備えている。
【0035】
電磁比例弁制御部４１は、自動運転制御部４３から出力される信号に応じて電磁比例弁５４，５５，５６，５７，５８，５９に制御指令を出力する。
【0036】
表示制御部４２は、目標高さ演算部４００から出力される掘削面に応じて表示装置５３を制御する部分である。表示制御部４２には、油圧ショベル１の画像及びアイコンを含む表示関連データが多数格納されている表示ＲＯＭが備えられており、表示制御部４２が、入力情報に含まれるフラグに基づいて所定のプログラムを読み出すとともに、表示装置５３における表示制御をする。
【0037】
自動運転制御部４３は、姿勢検出装置５０から出力される作業フロント２の姿勢情報と、目標高さ計算部４０４から出力される信号と、を基に、その演算結果を電磁比例弁制御部４１に出力する。例えば掘削対象物のバケット爪先高さ範囲を示す掘削面に対してバケット爪先高さを沿わせるためにブーム６、アーム７、バケット８がそれぞれ回動するためのブームシリンダ６１、アームシリンダ７１、バケットシリンダ８１の移動量を演算し、その演算結果を電磁比例弁制御部４１に出力する。ただし、自動運転制御部４３の具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
【0038】
目標高さ演算部４００はベンチ高さ計測部４０１、ダンプ積載量計測部４０２、目標高さ勾配計算部４０３、目標高さ計算部４０４を備えている。
【0039】
ベンチ高さ計測部４０１は外界認識装置６１０からの入力によりベンチ高さを演算する。演算したベンチ高さを目標高さ計算部４０４へ出力する。例えば、外界認識装置６１０の信号から作業機械が掘削作業時に載る掘削対象物上面、掘削対象物上面に接続する下り傾斜の掘削対象面、掘削対象面の傾斜が終わる終了点を検知して、掘削対象物上面と終了点の垂直方向の距離をベンチ高さとして計測する。ただし、ベンチ高さ計測部４０１の具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
【0040】
ダンプ積載量計測部４０２は外界認識装置６１０または通信装置６００からの入力を基にダンプ最大積載量を計測する。計測したダンプ最大積載量を目標高さ計算部４０４へ出力する。例えば、外界認識装置６１０の信号から積込対象のダンプトレイサイズを検知してダンプサイズを推定し、ダンプの最大積載量を計測する。あるいは、通信装置６００の信号から積込対象のダンプ情報を取得し、ダンプの最大積載量を計測する。ただし、ダンプ積載量計測部４０２の具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
【0041】
目標高さ勾配計算部４０３は姿勢検出装置５０からの入力を基に勾配を演算する。演算した勾配を目標高さ計算部４０４へ出力する。例えば、姿勢検出装置５０の信号からバケット爪先位置を計算し、作業機械の旋回中心からバケット爪先位置の距離が所定値以上になるバケット爪先位置を基準位置とする。基準位置からバケット爪先位置が旋回中心に近づく距離に応じて勾配を増加するように計算する。ただし、目標高さ勾配計算部４０３の具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
【0042】
目標高さ計算部４０４は、ベンチ高さ計測部４０１、ダンプ積載量計測部４０２と目標高さ勾配計算部４０３からの入力を基に掘削面を演算する。演算した掘削面を自動運転制御部４３へ出力する。例えば、ベンチ高さ計測部４０１のベンチ高さからダンプ積載量計測部４０２のダンプ最大積載量に対する高さマージン分を減算して目標高さを演算する。演算した目標高さと目標高さ勾配計算部４０３のバケット爪先距離に応じた勾配を掛けることでバケット爪先範囲を演算し、目標掘削面として出力する。ただし、目標高さ計算部４０４の具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
【0043】
図７は、ベンチ高さ計測部におけるベンチ高さ計測処理の内容を示すフローチャートである。
【0044】
図７に示すフローチャートの処理は、外界認識装置６１０から情報が入力されることで実施される。
【0045】
ベンチ高さ計測部４０１は、まず、外界認識装置６１０からの入力信号を検出すると（ステップＳ１００）、検出した信号から作業機械が掘削作業時に載る掘削対象物上面と、掘削対象物上面に接続する下り傾斜の掘削対象面と、掘削対象面の傾斜が終わる終了点とを検出する（ステップＳ１１０）。
【0046】
続いて、掘削対象物上面と終了点の垂直方向の距離差を計算し、距離差をベンチ高さとして出力し（ステップＳ１２０）、処理を終了する。
【0047】
図８は、ダンプ積載量計測部におけるダンプ積載量計測処理の内容を示すフローチャートである。
【0048】
図８に示すフローチャートの処理は、外界認識装置６１０または通信装置６００から情報が入力されることで実施される。
【0049】
ダンプ積載量計測部４０２は、まず、外界認識装置６１０または通信装置６００からの入力信号を検出し（ステップＳ２００）、検出した入力信号が外界認識装置６１０の信号か否かを判定する（ステップＳ２１０）。
【0050】
ステップＳ２１０での判定結果がＹＥＳの場合には、検出した外界認識装置６１０からの入力信号による認識結果からダンプサイズを検出し（ステップＳ２２１）、取得したダンプサイズよりダンプの最大積載量を計算し、ダンプ最大積載量として出力して（ステップＳ２３０）、処理を終了する。
【0051】
また、ステップＳ２１０での判定結果がＮＯの場合には、検出した通信装置６００からの入力信号によるダンプ情報からダンプサイズを取得し（ステップＳ２２０）、取得したダンプサイズよりダンプの最大積載量を計算し、ダンプ最大積載量として出力して（ステップＳ２３０）、処理を終了する。
【0052】
図９は、目標高さ勾配計算部における目標高さ勾配計算処理の内容を示すフローチャートである。
【0053】
図９に示すフローチャートの処理は、姿勢検出装置５０から情報が入力されることで実施される。
【0054】
目標高さ勾配計算部４０３は、まず、姿勢検出装置５０からの入力信号を検出し（ステップＳ３００）、検出した信号よりバケット爪先の位置を計算する（ステップＳ３１０）。
【0055】
続いて、ステップＳ３１０で計算したバケット爪先位置が所定値（例えば、１５ｍ前方など）以上かどうかを判定し（ステップＳ３２０）、判定結果がＹＥＳであれば、勾配無しの数値を出力し（ステップＳ３３０）、処理を終了する。
【0056】
また、ステップＳ３２０での判定結果がＮＯの場合には、バケット爪先位置が旋回中心に近づく距離に応じた勾配の数値を出力し（ステップＳ３３１）、処理を終了する。
【0057】
図１０は、目標高さ勾配計算部で用いるマップの一例を示す図である。
【0058】
図１０において、マップはショベルからの距離と高さマージンとの関係を示しており、目標高さ勾配計算部４０３での処理（ステップＳ３３１参照）において、当該マップに応じて、ショベルからの距離に応じて高さマージン（勾配の数値）を算出する。
【0059】
図１１は、目標高さ演算部における目標高さ演算処理の内容を示すフローチャートである。
【0060】
図１１に示すフローチャートの処理は、ベンチ高さ計測部４０１、ダンプ積載量計測部４０２、及び、目標高さ勾配計算部４０３からの情報が入力されることで実施される。
【0061】
目標高さ計算部４０４は、まず、ベンチ高さ計測部４０１、ダンプ積載量計測部４０２、及び、目標高さ勾配計算部４０３からの入力信号を検出し（ステップＳ４００）、検出したベンチ高さ計測部４０１およびダンプ積載量計測部４０２の信号を基にベンチ高さからダンプ最大積載量に応じた高さ分を減算した目標高さを計算し（ステップＳ４１０）、ステップＳ４００で検出した目標高さ勾配計算部４０３の勾配と、ステップＳ４１０で計算した目標高さから、バケット爪先範囲を演算し、演算したバケット爪先範囲を目標掘削面として出力して（ステップＳ４２０）、処理を終了する。
【0062】
図１２は、目標高さ計算部で用いるマップの一例を示す図である。
【0063】
図１２において、マップはダンプの最大積載量と高さマージンとの関係を示しており、目標高さ計算部４０４での処理（ステップＳ４１０参照）において、当該マップに応じて、ダンプの最大積載量から高さマージン（減算量）を算出する。
【0064】
以上のように構成した本実施の形態においては、掘削作業跡の整地代を確保した目標掘削面に沿って自動掘削作業ができる。また、自動掘削の作業跡に凹が発生したとしても埋める整地作業のための土のマージンがあるため、整地作業時間を抑制できる。ダンプ走行による削りや沈み込みが発生した場合でも埋める整地作業のための土のマージンがあるため、整地作業時間を抑制できる。さらに、掘削作業跡に勾配がつくため、ダンプの停車向きによっては整地作業なしでダンプがスタックしない走行路へ転用できるため、整地作業時間を抑制できる。
【0065】
【0066】
本実施の形態は、通信装置を介して得たダンプ情報を用いて処理を行うものである。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同様の部材や機能などには同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
【0067】
図１３は、本実施の形態に係るコントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
【0068】
図１３において、コントローラ４０Ａの目標高さ演算部４００Ａは、ベンチ高さ計測部４０１と、ダンプ轍高さ計測部４０２Ａと、目標高さ勾配計算部４０３Ａと、目標高さ計算部４０４Ａとを有している。
【0069】
ダンプ轍高さ計測部４０２Ａは、外界認識装置６１０からの入力を基にダンプの轍高さを計測する。計測したダンプ轍高さを目標高さ計算部４０４Ａへ出力する。例えば、外界認識装置６１０の信号から積込対象ダンプの走行路と轍を検知して走行路に対する轍高さを計測する。ただし、ダンプ轍高さ計測部４０２Ａの具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
【0070】
目標高さ勾配計算部４０３Ａは、外界認識装置６１０または通信装置６００からの入力を基に勾配を演算する。演算した勾配を目標高さ計算部４０４Ａへ出力する。例えば、外界認識装置６１０の信号から接近中のダンプを検知して進行方向を推定し、ダンプ進行方向を取得する。取得したダンプ進行方向に対して作業機械から離れる距離に応じた勾配を計算する。あるいは、通信装置６００の信号から積込対象のダンプの進行経路情報を取得し、ダンプ進行方向を取得する。取得したダンプ進行方向に対して作業機械から離れる距離に応じて勾配を減少するように計算する。ただし、目標高さ勾配計算部４０３Ａの具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
【0071】
目標高さ計算部４０４Ａは、ベンチ高さ計測部４０１、ダンプ轍高さ計測部４０２Ａ、目標高さ勾配計算部４０３Ａからの入力を基に掘削面を演算する。演算した掘削面を自動運転制御部４３へ出力する。例えば、ベンチ高さ計測部４０１のベンチ高さからダンプ轍高さ計測部４０２Ａのダンプ轍高さに対する高さマージン分を減算して目標高さを演算する。演算した目標高さと目標高さ勾配計算部４０３Ａのダンプ進行方向の勾配を掛けることでバケット爪先範囲を演算し、目標掘削面として出力する。ただし、目標高さ計算部４０４Ａの具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
【0072】
図１４は、ダンプ轍高さ計測部におけるダンプ轍高さ計測処理の内容を示すフローチャートである。
【0073】
図１４に示すフローチャートの処理は、外界認識装置６１０から情報が入力されることで実施される。
【0074】
ダンプ轍高さ計測部４０２Ａは、まず、外界認識装置６１０からの入力信号を検出し（ステップＳ５００）、検出した信号より積込対象ダンプの走行路と轍を検知し（ステップＳ５１０）、検知した積込対象ダンプの走行路と轍から走行路に対する轍の高さを計算し、ダンプ轍高さを出力して（ステップＳ５２０）、処理を終了する。
【0075】
図１５は、目標高さ勾配計算部における目標高さ勾配計算処理の内容を示すフローチャートである。
【0076】
図１５に示すフローチャートの処理は、外界認識装置６１０または通信装置６００から情報が入力されることで実施される。
【0077】
目標高さ勾配計算部４０３Ａは、まず、外界認識装置６１０または通信装置６００からの入力信号を検出し（ステップＳ６００）、検出した入力信号が外界認識装置６１０の信号か否かを判定する（ステップＳ６１０）。
【0078】
ステップＳ６１０での判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ６００で検出した外界認識装置６１０からの入力信号による認識結果からダンプ進行方向を検出し（ステップＳ６２１）、取得したダンプ進行方向に対して作業機械から離れる距離に応じて勾配を減少するように計算し、ダンプ最大積載量として出力して（ステップＳ６３０）、処理を終了する。
【0079】
また、ステップＳ６１０での判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ６００で検出した通信装置６００からの入力信号によるダンプ情報からダンプ進行方向を取得し（ステップＳ６２０）、取得したダンプ進行方向に対して作業機械から離れる距離に応じて勾配を減少するように計算し、ダンプ最大積載量として出力して（ステップＳ６３０）、処理を終了する。
【0080】
図１６は、目標高さ計算部における目標高さ計算処理の内容を示すフローチャートである。
【0081】
図１６に示すフローチャートの処理は、ベンチ高さ計測部４０１、ダンプ轍高さ計測部４０２Ａ、及び、目標高さ勾配計算部４０３Ａから情報が入力されることで実施される。
【0082】
目標高さ計算部４０４Ａは、まず、ベンチ高さ計測部４０１、ダンプ轍高さ計測部４０２Ａ、及び、目標高さ勾配計算部４０３Ａからの入力信号を検出し（ステップＳ７００）、検出したベンチ高さ計測部４０１及びダンプ轍高さ計測部４０２Ａからの信号を基にベンチ高さからダンプ轍高さ分を減算した目標高さを計算し（ステップＳ７１０）、ステップＳ７００で検出した目標高さ勾配計算部４０３Ａからの勾配と、ステップＳ７１０で計算した目標高さからバケット爪先範囲を演算し、演算したバケット爪先範囲を目標掘削面として出力して（ステップＳ７２０）、処理を終了する。
【0083】
図１７は、目標高さ計算部で用いるマップの一例を示す図である。
【0084】
図１７において、マップはダンプの轍高さと高さマージンとの関係を示しており、目標高さ計算部４０４Ａでの処理（ステップＳ７１０参照）において、当該マップに応じて、ダンプの轍高さから高さマージン（減算量）を算出する。
【0085】
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【0086】
以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0087】
また、天候などによって周辺環境が変化する場合でもあっても掘削作業跡の整地代を確保した目標掘削面に沿って自動掘削作業ができる。特に雨天時などのダンプ走行による削りや沈み込みが大きく発生した場合でも、埋める整地作業のための土のマージンを調整できるため整地作業時間を抑制できる。さらに、ダンプの停車向きに合わせて掘削作業跡に勾配がつくことで整地作業なしでダンプがスタックしない走行路へ転用できるため、整地作業時間を抑制できる。
【0088】
＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。
【0089】
例えば、上記の実施の形態においては、ブーム６、アーム７、バケット８の角度を検出する角度センサを用いたが、角度センサではなくシリンダストロークセンサによりショベルの姿勢情報を算出するとしても良い。また、操作装置１０を電気レバー式のショベルにした例で説明したが、油圧パイロット式のショベルであれば油圧パイロットから生成される指令パイロット圧を制御するような構成としても良い。
【0090】
また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【0091】
１…油圧ショベル、２…作業フロント、３ａ…下部走行部、３ｂ…上部旋回部、４…走行油圧モータ、５…旋回油圧モータ、６…ブーム、７…アーム、８…バケット、９…バケットリンク、１０…操作装置、１１…エンジン、１２…位置検出器、１３…運転室、２０…油圧ポンプ、３１…車体傾斜角センサ、３２…旋回角度センサ、３９…ロック弁、４０，４０Ａ…コントローラ（制御装置）、４１…電磁比例弁制御部、４２…表示制御部、４３…自動運転制御部、５０…姿勢検出装置、５３…表示装置、５４，…，５９…電磁比例弁、６１…ブームシリンダ、６２…ブーム角度センサ、７１…アームシリンダ、７２…アーム角度センサ、８１…バケットシリンダ、８２…バケット角度センサ、９１…入力部、９１…入力インターフェース部、９２…中央処理装置（ＣＰＵ）、９３，９４…メモリ、９５…出力インターフェース部、４００，４００Ａ…目標高さ演算部、４０１…ベンチ高さ計測部、４０２…ダンプ積載量計測部、４０２Ａ…ダンプ轍高さ計測部、４０３，４０３Ａ…目標高さ勾配計算部、４０４，４０４Ａ…目標高さ計算部、６００…通信装置、６１０…外界認識装置
【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】