特開 2024-65639 積載状況推定装置および積載状況推定方法

(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】P2024065639

(43)【公開日】2024-05-15

(54)【発明の名称】積載状況推定装置および積載状況推定方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240508BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20240508BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 M

E02F9/26 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022174614

(22)【出願日】2022-10-31

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(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】松村 幸紀

(72)【発明者】

【氏名】奥田 浩詞

(72)【発明者】

【氏名】大山 潤爾

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003BA01

2D003BA06

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB04

2D003DB05

2D015HA03

2D015HB05

(57)【要約】

【課題】積込対象の全域における積載状況を推定する。
【解決手段】積込判定部は、積込機械が備える作業具に保持された荷が積込対象に積み込まれたか否かを判定する。相対位置特定部は、荷が積込対象に積み込まれたときにおける作業具と積込対象との相対的な位置関係を特定する。分布推定部は、積込対象に積み込まれた荷の粘度に基づいて、積込対象に積み込まれた荷の分布を推定する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積込機械が備える作業具に保持された荷が積込対象に積み込まれたか否かを判定する積込判定部と、
前記荷が前記積込対象に積み込まれたときにおける前記作業具と前記積込対象との相対的な位置関係を特定する相対位置特定部と、
前記積込対象に積み込まれた前記荷の粘度に基づいて、前記積込対象に積み込まれた荷の分布を推定する分布推定部と、
を備える積載状況推定装置。

【請求項2】

積み込まれた前記荷の粘度を推定する粘度推定部を備える、
請求項１に記載の積載状況推定装置。

【請求項3】

積み込まれた前記荷の粘度の入力を受け付ける粘度入力部を備える、
請求項１に記載の積載状況推定装置。

【請求項4】

積み込まれた前記荷の量を推定する積込量推定部を備え、
前記分布推定部は、前記荷の粘度と前記荷の量とに基づいて前記荷の分布を推定する、
請求項１に記載の積載状況推定装置。

【請求項5】

前記粘度推定部は、前記荷が前記積込対象に積み込まれたときの前記作業具の角度に基づいて前記荷の粘度を推定する
請求項２に記載の積載状況推定装置。

【請求項6】

前記積込判定部は、前記作業具の角度に基づいて前記荷が積込対象に積み込まれたか否かを判定する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の積載状況推定装置。

【請求項7】

前記積込判定部は、前記積込機械または前記積込対象の重量を計測する重量センサの計測データの変化に基づいて前記荷が積込対象に積み込まれたか否かを判定する
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の積載状況推定装置。

【請求項8】

前記分布推定部は、作業具であるバケットの最大容量における荷の分布を推定する、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の積載状況推定装置。

【請求項9】

前記荷の分布を示す画像を表示させる表示制御部を備える請求項１から請求項５の何れか１項に記載の積載状況推定装置。

【請求項10】

積込機械が備える作業具に保持された荷が積込対象に積み込まれたか否かを判定するステップと、
前記荷が前記積込対象に積み込まれたときにおける前記作業具と前記積込対象との相対的な位置関係を特定するステップと、
前記積込対象に積み込まれた前記荷の粘度に基づいて、前記積込対象に積み込まれた荷の分布を推定するステップと
を備える積載状況推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、積載状況推定装置および積載状況推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、積込対象の全域にわたって万遍なく運搬物を積み込むことを支援するために、積込機械に設けられた撮像装置に基づいて荷台上の荷の形状を検知し、比較的荷が少ない領域を目標積込ポイントとして算出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２０２２－５６１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

荷台全体の積載状況は、積込機械の操縦者から認識することが困難である。また特許文献１に記載の技術では、撮像装置と積込対象との位置関係によっては撮像画像において死角が生じる可能性があり、必ずしも積込対象の全域の荷の形状を検知できるとは限らない。
本開示の目的は、積込対象の全域における積載状況を推定することができる積載状況推定装置および積載状況推定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】

本発明の一態様によれば、積載状況推定装置は、積込機械が備える作業具に保持された荷が積込対象に積み込まれたか否かを判定する積込判定部と、前記荷が前記積込対象に積み込まれたときにおける前記作業具と前記積込対象との相対的な位置関係を特定する相対位置特定部と、前記積込対象に積み込まれた前記荷の粘度に基づいて、前記積込対象に積み込まれた荷の分布を推定する分布推定部と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

上記態様によれば、積載状況推定装置は、積込対象の全域における積載状況を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第一実施形態に係る積込場の構成を示す図である。

【図2】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3】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4】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5】第一実施形態に係る粘度の入力画面の例を示す図である。

【図6】第一実施形態に係る分布画像の一例である。

【図7】第一実施形態に係る分布画像の表示方法を示すフローチャートである。

【図8】第二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9】第二実施形態に係る分布画像の表示方法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。
図１は、第一実施形態に係る積込場の構成を示す図である。
作業現場には、積込機械１００と積込対象２００とが配備される。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、荷Ｌとしてダンプトラックなどの積込対象２００に積み込む。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２００の例としては、ダンプトラック、ホッパなどが挙げられる。積込対象２００は、荷Ｌを収容する容器であるベッセル２１０を備える。ベッセル２１０には、ベッセル２１０に積み込まれた荷Ｌの重量を計測するペイロードメータ２１１が設けられる。また積込対象２００は、位置方位演算器２２０および通信装置２３０を備える。位置方位演算器２２０は、積込対象２００の位置および方位を演算する。位置方位演算器２２０は、例えば、ＧＮＳＳを構成する人工衛星からの測位信号に基づいて、積込対象２００の位置及び方位を演算する。通信装置２３０は、ペイロードメータ２１１および位置方位演算器２２０の計測データを積込機械１００に送信する。通信装置２３０は、例えば近距離無線通信などにより積込機械１００との通信を行う。

【0009】

《積込機械１００の構成》
図２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。
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。

【0010】

《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。

【0011】

《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などが挙げられる。

【0012】

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２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、荷Ｌ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。

【0013】

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、ブーム１３１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を回動可能にするリンク機構に取り付けられる。

【0014】

《運転室１４０の構成》
図３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、積込作業中、操作端末１４２には、積込作業を補助するために、積込対象２００のベッセル２１０に積み込まれた荷Ｌのベッセル２１０上における分布に関する情報が表示される。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。操作端末１４２は表示装置の一例である。また、他の実施形態においては、積込機械１００は、操作端末１４２に代えて、運転室１４０のフロントガラスに画像を投影するヘッドアップディスプレイを備えてもよい。

【0015】

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。

【0016】

《計測系の構成》
図２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。

【0017】

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。また、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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

《制御装置１６０の構成》
図４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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

プロセッサ６１０は、プログラムの実行により、データ取得部６１１、データ受信部６１２、粘度入力部６１３、バケット姿勢特定部６１４、相対位置特定部６１５、積込判定部６１６、積込量推定部６１７、分布推定部６１８、表示制御部６１９を備える。

【0024】

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、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。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。
データ受信部６１２は、積込対象２００の通信装置２３０から、積込対象２００の位置および方位、ならびに荷Ｌの重量の計測データを受信する。

【0025】

粘度入力部６１３は、オペレータの操作によって、荷Ｌの粘度の入力を受け付ける。荷Ｌの粘度は、荷Ｌを積み込んだときの広がり方、および荷Ｌがバケット１３３から離れるときのバケット１３３の角度に影響する。例えば、荷Ｌの粘度が低い場合、ベッセル２１０に積み込まれた荷Ｌは浅く広く分布する。他方、荷Ｌの粘度が高い場合、ベッセル２１０に積み込まれた荷Ｌは高く狭く分布する。また、荷Ｌの粘度が低い場合、バケット１３３の角度が鉛直下方を向く前からバケット１３３から荷Ｌが離れ始める。他方、荷Ｌの粘度が高い場合、バケット１３３の角度が鉛直下方を超えた後にバケット１３３から荷Ｌが離れる。

【0026】

図５は、第一実施形態に係る粘度の入力画面の例を示す図である。粘度入力部６１３は、操作端末１４２に図５に示すような粘度の入力画面を表示し、当該入力画面の操作によって粘度の入力を受け付けてもよい。図５に示す例では、入力画面にはスライダーＵ１と、モデル画像Ｕ２とが表示される。スライダーＵ１は、ハンドルを左右に移動させることで、粘度の値を設定する入力インタフェースである。例えば、スライダーＵ１は、ハンドルが左側に位置するほど粘度が高いことを表し、ハンドルが右側に位置するほど粘度が低いことを表す。モデル画像Ｕ２は、スライダーＵ１のハンドルの位置に応じた粘度を荷Ｌが有する場合におけるバケット１３３から排土された荷Ｌの分布と荷Ｌが離れるときのバケット１３３の角度とを表す。モデル画像Ｕ２は、スライダーＵ１のハンドルが移動されるたびに更新される。例えば、オペレータは、実際に荷Ｌを排土したときのバケット１３３の角度及び荷Ｌの分布とモデル画像Ｕ２とを比較する。オペレータは、モデル画像Ｕ２が表す荷Ｌの粘度より実際の荷Ｌの粘度が低いと判断した場合、スライダーＵ１のハンドルを右に移動させる。これにより、モデル画像Ｕ２に表示されているバケット１３３はより掘削方向に傾き、荷Ｌは高さが低くかつ幅が広くなる。他方、オペレータは、モデル画像Ｕ２が表す荷Ｌの粘度より実際の荷Ｌの粘度が低いと判断した場合、スライダーＵ１のハンドルを左に移動させる。これにより、モデル画像Ｕ２に表示されているバケット１３３はよりダンプ方向に傾き、荷Ｌは高さが高くかつ幅が狭くなる。これにより、オペレータは、モデル画像Ｕ２を確認することで、実際の荷Ｌの挙動に近づくように荷Ｌの粘度を入力することができる。粘度入力部６１３に入力された粘度の値はメインメモリ６３０に記録される。なお、荷Ｌの粘度とバケット角度及び荷Ｌの分布との関係は予め特定されてプログラムに組み込まれ、またはメインメモリ６３０やストレージ６５０に記録されている。

【0027】

バケット姿勢特定部６１４は、データ取得部６１１が取得した計測データに基づいて、グローバル座標系におけるバケット１３３の刃先の位置及び姿勢（対地角）を特定する。具体的にはバケット姿勢特定部６１４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およびバケットストロークセンサ１５５の計測データと、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の既知の形状データとに基づいて、旋回体１２０を基準とする車体座標系におけるバケット１３３の刃先の位置及び角度を計算する。またバケット姿勢特定部６１４は、位置方位演算器１５１および傾斜計測器１５２の計測データに基づいて、車体座標系におけるバケット１３３の刃先の位置及び角度を、グローバル座標系における位置及び座標に変換する。

【0028】

相対位置特定部６１５は、バケット１３３と積込対象２００のベッセル２１０との相対的な位置関係を特定する。具体的には、相対位置特定部６１５は、積込対象２００の位置及び姿勢と既知の積込対象２００の形状に基づいてグローバル座標系における積込対象２００のベッセル２１０が存在する範囲を特定する。相対位置特定部６１５は、バケット姿勢特定部６１４が特定したバケット１３３の位置と、特定したベッセル２１０が存在する範囲とに基づいて、バケット１３３とベッセル２１０との相対的な位置関係を特定する。

【0029】

積込判定部６１６は、相対位置特定部６１５が特定したバケット１３３とベッセル２１０との相対的な位置関係、データ受信部６１２が受信した積込対象２００の位置及び姿勢、ならびに粘度入力部６１３に入力された荷Ｌの粘度に基づいて、荷Ｌが積込対象２００に積み込まれたか否かを判定する。具体的には、第一実施形態に係る積込判定部６１６は、以下の手順で荷Ｌが積込対象２００に積み込まれたか否かを判定する。積込判定部６１６は、相対位置特定部６１５が特定したバケット１３３とベッセル２１０との相対的な位置関係に基づいて、バケット１３３がベッセル２１０の上に位置するか否かを判定する。積込判定部６１６は、粘度入力部６１３に入力された粘度に基づいて、荷Ｌがバケット１３３から離れる角度を特定する。積込判定部６１６は、バケット１３３がベッセル２１０の上に位置し、かつバケット１３３の角度が排土方向に傾き荷Ｌが離れる角度を超えている場合に、荷Ｌが積込対象２００に積み込まれたと判定する。

【0030】

積込量推定部６１７は、データ受信部６１２が受信した積込対象２００の重量に基づいて、荷Ｌの積込量を特定する。具体的には、前回の積込時の積込対象２００の重量と、荷Ｌが積み込まれた後の積込対象２００の重量との差を、荷Ｌの重量として推定する。そして、積込量推定部６１７は、荷Ｌの重量と粘度とに基づいて、荷Ｌの体積（積込量）を推定する。なお、荷Ｌの重量および荷Ｌの体積は、いずれも荷Ｌの積込量の一例である。

【0031】

分布推定部６１８は、荷Ｌが積込対象２００に積み込まれたときにおける、積込対象２００に対するバケット１３３の位置と、積込量推定部６１７によって推定された積込量と、荷Ｌの粘度とを用いたシミュレーションによって、ベッセル２１０における荷Ｌの分布を推定する。例えば、分布推定部６１８は、荷Ｌをパーティクルとするパーティクルシミュレーションによって、ベッセル２１０における荷Ｌの分布を推定する。なお、他の実施形態に係る分布推定部６１８は、例えば、積込量推定部６１７によって推定された積込量の代わりに、予め決められた積込量（例えば、バケットの最大積込量）と、荷Ｌの粘度とも用いたシミュレーションによって、ベッセル２１０における荷Ｌの分布を推定してもよい。

【0032】

表示制御部６１９は、分布推定部６１８が推定した荷Ｌの分布を、操作端末１４２の表示部に表示させる。図６は、第一実施形態に係る分布画像の一例である。分布画像は、操作端末１４２に表示される荷Ｌの積込状況を示す画像である。図６に示す分布画像は、上方から見たときの平面視に係る積込対象２００が描画され、積込対象２００のベッセル２１０部分をメッシュで区切り、メッシュごとの土砂の高さをヒートマップ表示した画像である。なお、他の実施形態に係る分布画像は、ヒートマップ表示ではなく等高線図として描画されてもよいし、陰影を付した立体的なグラフィックスで描画されてもよい。図６に示す分布画像によれば、ベッセルの左奥に荷Ｌが多く積まれ、右手前の荷Ｌが少ないことが分かる。なお、他の実施形態において、積込機械１００が操作端末１４２に代えて、入力機能を有しない表示装置を備える場合、表示制御部６１９は、このような表示装置に分布画像を表示させてもよい。

【0033】

《分布画像の表示》
図７は、第一実施形態に係る分布画像の表示方法を示すフローチャートである。制御装置１６０は、分布画像の表示処理を開始すると、図７に示すフローチャートを繰り返し実行する。なお、分布画像の表示処理を開始する前に、予め粘度入力部６１３によってメインメモリ６３０に粘度の値が記録されているものとする。またはメインメモリ６３０には粘度の初期設定値が記録されていてもよい。

【0034】

まず、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（ステップＳ１）。次に、データ受信部６１２は、積込対象２００の通信装置２３０から、積込対象２００の位置および方位、ならびに荷Ｌの重量の計測データを受信する（ステップＳ２）。次に、バケット姿勢特定部６１４は、ステップＳ１で取得した計測データに基づいて、グローバル座標系におけるバケット１３３の刃先の位置及び姿勢を特定する（ステップＳ３）。

【0035】

相対位置特定部６１５は、ステップＳ２で受信した積込対象２００の位置及び姿勢の計測データと、既知の積込対象２００の形状に基づいてグローバル座標系における積込対象２００のベッセル２１０が存在する範囲または位置を特定する（ステップＳ４）。これにより、相対位置特定部６１５は、ステップＳ３で特定されたバケット１３３の刃先の位置とベッセル２１０が存在する範囲または位置とから、バケット１３３とベッセル２１０の相対的な位置を特定することができる。次に、積込判定部６１６は、バケット１３３とベッセル２１０の相対的な位置関係に基づいてバケット１３３がベッセル２１０の上に位置するか否かを判定する（ステップＳ５）。即ち、積込判定部６１６は、ステップＳ３で特定した位置が、ステップＳ４で特定した範囲の内側に存在するか否かを判定する。このとき、積込判定部６１６は、ベッセル２１０に対するバケット１３３の相対位置を特定する。

【0036】

バケット１３３がベッセル２１０の上に位置する場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、積込判定部６１６は、メインメモリ６３０に記憶された粘度に基づいて、荷Ｌがバケット１３３から離れる角度を特定する（ステップＳ６）。次に、積込判定部６１６は、ステップＳ３で特定したバケット１３３の角度がステップＳ６で特定した角度を超えるか否かを判定する（ステップＳ７）。

【0037】

バケット１３３の角度が荷Ｌが離れる角度を超える場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、データ受信部６１２は、積込対象２００から重量の計測データを受信する（ステップＳ８）。データ受信部６１２は、重量の変化量が所定の閾値を下回るまで積込対象２００から重量の計測データを受信し続ける。これにより、データ受信部６１２は、バケット１３３に収容されていた荷Ｌが積込対象２００にすべて積み込まれたときの重量を受信することができる。

【0038】

積込量推定部６１７は、ステップＳ８で受信した積込対象２００の重量と前回の積込時の積込対象２００の重量との差と荷Ｌの粘度とに基づいて、荷Ｌの体積を推定する（ステップＳ９）。積込量推定部６１７は、ステップＳ８で受信した重量の計測データを、次回の計算に用いるためにメインメモリ６３０に記録する。

【0039】

次に、分布推定部６１８は、ステップＳ５で特定したベッセル２１０に対するバケット１３３の相対位置すなわち荷Ｌの積込位置と、荷Ｌの粘度と、荷Ｌの積込量とに基づいて、ベッセル２１０に積み込まれた荷Ｌの挙動をシミュレートし、ベッセル２１０における荷Ｌの分布を推定する（ステップＳ１０）。分布推定部６１８は、次回の計算に用いるために、ステップＳ１０によるシミュレーションの結果をメインメモリに記録する。そして、表示制御部６１９は、ステップＳ１０で推定した荷Ｌの分布を示す分布画像を生成し、操作端末１４２に表示させる（ステップＳ１１）。

【0040】

なお、バケット１３３がベッセル２１０の上に位置しない場合（ステップＳ５：ＮＯ）、またはバケット１３３の姿勢が荷Ｌが離れる角度を超えない場合（ステップＳ７：ＮＯ）、制御装置１６０は、操作端末１４２に表示される分布画像を更新せずに、処理を終了する。

【0041】

《作用・効果》
このように、第一実施形態に係る制御装置１６０は、相対位置特定部６１５と、積込量推定部６１７と、分布推定部６１８とを備える。相対位置特定部６１５は、荷Ｌが積込対象２００に積み込まれたときにおけるバケット１３３と積込対象２００との相対的な位置関係を特定する。分布推定部６１８は、前記積込対象に積み込まれた前記荷の粘度に基づいて、積込対象２００に積み込まれた荷Ｌの分布を推定する。このように、第一実施形態に係る制御装置１６０は、荷Ｌの積込位置から荷Ｌの分布を推定するため、撮像装置の死角によらず、積込対象２００の全域における積載状況を推定することができる。

【0042】

また、第一実施形態に係る制御装置１６０は、操作端末１４２に荷Ｌの分布を示す画像を表示させる表示制御部を備える。これにより、オペレータは、操作端末１４２を視認することで、ベッセル２１０のうち荷Ｌを積載すべき位置を容易に認識することができる。

【0043】

〈第二実施形態〉
第一実施形態に係る制御装置１６０は、粘度入力部６１３に入力された粘度に基づいて、荷Ｌの積込位置を推定する。これに対し、第二実施形態に係る制御装置１６０は、自動的に荷Ｌの粘度を推定する。

【0044】

《制御装置１６０の構成》
図８は、第二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。第二実施形態に係る制御装置１６０は、第一実施形態に係る粘度入力部６１３に代えて、粘度推定部６２０を備える。また、第二実施形態に係る制御装置１６０は、第一実施形態と積込判定部６１６の処理が異なる。

【0045】

第二実施形態に係る積込判定部６１６は、積込対象２００の重量の変化量に基づいて、荷Ｌが積み込まれたか否かを判定する。具体的には、積込判定部６１６は積込対象２００の重量の変化量が閾値を超えたときに、荷Ｌが積み込まれたと判定する。

【0046】

粘度推定部６２０は、積込判定部６１６によって積込が開始されたと判定されたときのバケット１３３の角度に基づいて、荷Ｌの粘度を推定する。つまり、第一実施形態に係る制御装置１６０は荷Ｌの粘度に基づいて荷Ｌが離れるときのバケット１３３の角度を特定したが、第二実施形態に係る制御装置１６０は、荷Ｌが離れるときのバケット１３３の角度に基づいて荷Ｌの粘度を推定する。

【0047】

《分布画像の表示》
図９は、第二実施形態に係る分布画像の表示方法を示すフローチャートである。制御装置１６０は、分布画像の表示処理を開始すると、図９に示すフローチャートを繰り返し実行する。

【0048】

まず、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（ステップＳ２１）。次に、データ受信部６１２は、積込対象２００の通信装置２３０から、積込対象２００の位置および方位、ならびに荷Ｌの重量の計測データを受信する（ステップＳ２２）。次に、バケット姿勢特定部６１４は、ステップＳ２１で取得した計測データに基づいて、グローバル座標系におけるバケット１３３の刃先の位置及び姿勢を特定する（ステップＳ２３）。

【0049】

相対位置特定部６１５は、ステップＳ２２で受信した積込対象２００の位置及び姿勢の計測データと、既知の積込対象２００の形状に基づいてグローバル座標系における積込対象２００のベッセル２１０が存在する範囲または位置を特定する（ステップＳ２４）。相対位置特定部６１５は、ステップＳ２３で特定したバケット１３３の位置とベッセル２１０が存在する範囲または位置とに基づいて、バケット１３３とベッセル２１０との相対的な位置関係を特定する。次に、積込判定部６１６は、バケット１３３とベッセル２１０との相対的な位置関係に基づいてバケット１３３がベッセル２１０の上に位置するか否かを判定する（ステップＳ２５）。このとき、積込判定部６１６は、ベッセル２１０に対するバケット１３３の相対位置を特定する。

【0050】

バケット１３３がベッセル２１０の上に位置する場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、積込判定部６１６は、ステップＳ２で受信した積込対象２００の重量の計測データに基づいて荷Ｌの重量の変化量を算出する（ステップＳ２６）。積込判定部６１６は、荷Ｌの重量の変化量が所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ２７）。

【0051】

荷Ｌの重量の変化量が所定の閾値を超えた場合（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、積込判定部６１６は、荷Ｌが積込対象２００に積み込まれたと判定する。粘度推定部６２０は、荷Ｌが積込対象２００に積み込まれたと判定したときのバケットの角度に基づいて、荷Ｌの粘度を推定する（ステップＳ２８）。

【0052】

次に、データ受信部６１２は、重量の変化量が所定の閾値を下回るまで積込対象２００から重量の計測データを受信し、バケット１３３に収容されていた荷Ｌが積込対象２００にすべて積み込まれたときの重量を特定する（ステップＳ２９）。

【0053】

積込量推定部６１７は、ステップＳ２９で受信した積込対象２００の重量と前回の積込時の積込対象２００の重量との差と荷Ｌの粘度とに基づいて、荷Ｌの体積を推定する（ステップ３０）。積込量推定部６１７は、ステップＳ２９で受信した重量の計測データを、次回の計算に用いるためにメインメモリ６３０に記録する。

【0054】

次に、分布推定部６１８は、ステップＳ２５で特定した荷Ｌの積込位置と、ステップＳ２８で推定した荷Ｌの粘度と、荷Ｌの積込量とに基づいて、ベッセル２１０に積み込まれた荷Ｌの挙動をシミュレートし、ベッセル２１０における荷Ｌの分布を推定する（ステップＳ３１）。分布推定部６１８は、次回の計算に用いるために、ステップＳ３１によるシミュレーションの結果をメインメモリに記録する。そして、表示制御部６１９は、ステップＳ３１で推定した荷Ｌの分布を示す分布画像を生成し、操作端末１４２に表示させる（ステップＳ３２）。

【0055】

なお、バケット１３３がベッセル２１０の上に位置しない場合（ステップＳ２５：ＮＯ）、または荷Ｌの重量の変化量が所定の閾値を超えない場合（ステップＳ２７：ＮＯ）、制御装置１６０は、操作端末１４２に表示される分布画像を更新せずに、処理を終了する。

【0056】

《作用・効果》
このように、第二実施形態に係る制御装置１６０は、積み込まれた荷Ｌの粘度を推定する粘度推定部を備える。これにより、制御装置１６０は、オペレータによる粘度の入力を受け付けることなく、粘度に基づく荷Ｌの分布の推定を行うことができる。

【0057】

なお、第二実施形態に係る制御装置１６０は、積み込まれた荷Ｌの粘度を推定し、また積込対象２００の重量の変化に基づいて荷Ｌが積み込まれたか否かの判定を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に制御装置１６０は、第一実施形態のように粘度入力部６１３を備えて荷Ｌの粘度の入力を受け付け、積込対象２００の重量の変化に基づいて荷Ｌが積み込まれたか否かの判定を行ってもよい。また例えば、他の実施形態に制御装置１６０は、積み込まれた荷Ｌの粘度を推定したうえで、第一実施形態のようにバケット１３３の角度に基づいて荷Ｌが積み込まれたか否かの判定を行ってもよい。この場合、粘度推定部６２０は、荷Ｌの積込時の角度以外の情報に基づいて積込の判定を行ってよい。例えば、粘度推定部６２０は、掘削時に作業機１３０が受ける抵抗力の大きさから粘度を推定してもよい。

【0058】

〈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。
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の内部に搭載され、他のコンピュータが積込機械の外部に設けられてもよい。例えば、積込機械１００が遠隔操作される場合に、運転室１４０および制御装置１６０を構成する一部のコンピュータが、積込機械１００から離れた場所に設けられてもよい。また、積込機械１００が遠隔操作される場合、制御装置１６０を構成する全てのコンピュータが、積込機械１００から離れた場所に設けられてもよい。積込機械１００を遠隔運転する場合、積込機械１００が撮像装置を備え、遠隔の運転室１４０が撮像装置が撮像した画像を表示するための表示装置を備える。この場合、分布画像は表示装置に表示されてもよい。

【0059】

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、分布画像を操作端末１４２に表示させるが、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、オペレータが装着する透過型ヘッドマウントディスプレイに分布画像を表示させてもよい。この場合の分布画像は、図６に示すような上面図でなくてもよく、例えば透過型ヘッドマウントディスプレイを介して視認される積込対象２００に、荷Ｌの分布を表す三次元モデルを重畳して表示させてもよい。このとき、表示制御部６１９は、データ受信部６１２が受信した積込対象２００の位置及び姿勢と、オペレータの視点の位置とに基づいて、荷Ｌの三次元モデルの位置および向きを決定する。また、表示制御部６１９は、ベッセル２１０の輪郭を強調するワイヤフレームを荷Ｌの三次元モデルとともに表示させることで、荷Ｌが透けて見えるような画像を生成してもよい。

【0060】

また、他の実施形態においては、図６に示す図に限られず、操作端末１４２に表示される分布画像は、斜め上方らの俯瞰画像であってもよいし、側面図であってもよい。分布画像が側面図によって表される場合、荷Ｌの分布は、横軸を積込対象２００の長さ方向の位置とし、縦軸を荷Ｌの高さとするグラフとして表される。側面図には、積込対象２００の幅方向における分布が表れないため、分布画像は例えば幅方向の位置ごとに異なる線種で描画されたグラフを含むものであってよい。また、他の実施形態に係る分布画像は、「左奥：〇、右手前：×」のような文字情報を表示するものであってもよい。

【0061】

また、他の実施形態に係る制御装置１６０は、分布画像としてではなく、音声によって分布を通知してもよい。例えば、制御装置１６０は、運転室１４０内に設けられたスピーカに、荷Ｌの分布から推奨される積込位置を発声させてもよい。また他の実施形態に係る制御装置１６０は、バケット１３３がベッセル２１０のうち荷Ｌが積載可能高さに近い位置にあるときに、積込位置の変更を促す音声を出力させてもよい。

【0062】

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、ベッセル２１０に設けられたペイロードメータ２１１の計測データに基づいて荷Ｌの重量を特定するが、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、積込対象２００のタイヤや車体の歪みを計測する歪みセンサの計測データ、慣性センサの計測データから算出される車体の沈み込み量などに基づいて算出されてもよい。また、他の実施形態に係る制御装置１６０は、積込機械１００に設けられたペイロードメータの計測データに基づいて荷Ｌの重量を特定してもよい。積込機械１００に設けられたペイロードメータは、例えば旋回体１２０の傾きとブームシリンダに掛かる負荷とからペイロードを計測するものであってよい。
また、他の実施形態に係る制御装置１６０は、荷Ｌの重量から体積を算出せず、バケット１３３の中を撮像する撮像装置による撮像データに基づいて体積を算出してもよい。

【0063】

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、積込対象２００から位置及び向きの計測データを受信するが、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、旋回体１２０の前方に設けられた撮像装置の撮像データに基づいて積込対象２００の位置及び向きを特定してもよい。

【符号の説明】

【0064】

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 ２００…積込対象 ２１０…ベッセル ２１１…ペイロードメータ ２２０…位置方位演算器 ２３０…通信装置 ６１０…プロセッサ ６１１…データ取得部 ６１２…データ受信部 ６１３…粘度入力部 ６１４…バケット姿勢特定部 ６１５…相対位置特定部 ６１６…積込判定部 ６１７…積込量推定部 ６１８…分布推定部 ６１９…表示制御部 ６３０…メインメモリ ６５０…ストレージ ６７０…インタフェース Ｌ…荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】