2025-29515 作業機械の制御システム

(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】P2025029515

(43)【公開日】2025-03-06

(54)【発明の名称】作業機械の制御システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20250227BHJP

   E02F 9/24 20060101ALI20250227BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 M

E02F9/24 B

E02F9/20 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023134241

(22)【出願日】2023-08-21

(71)【出願人】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(71)【出願人】

【識別番号】000246273

【氏名又は名称】コベルコ建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100178582

【弁理士】

【氏名又は名称】行武 孝

(72)【発明者】

【氏名】岡田 共史

(72)【発明者】

【氏名】秋山 将貴

(72)【発明者】

【氏名】山本 透

(72)【発明者】

【氏名】増田 洸一

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB01

2D003AB02

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA01

2D003BA02

2D003BA03

2D003BA04

2D003BA06

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB04

2D003DB05

2D003DC03

2D003DC07

2D015GA03

2D015GB04

(57)【要約】

【課題】作業現場において複数の作業機械によって効率的に作業を行うことが可能な作業機械の制御システムを提供する。
【解決手段】第１作業機械（１Ａ）および第２作業機械（１Ｂ）の各々が作業する作業現場において、少なくとも前記第２作業機械の動作を制御する作業機械の制御システム（１００）は、前記第１作業機械と前記第２作業機械とが干渉することを防止するように、前記第１作業機械の動きに応じて前記第２作業機械が協調して動作するための指令信号を生成する制御部（５０）を備える。指令信号の生成には、第１特定部位と第２特定部位との間に仮想的に設定されたばねダンパの特性に関する特性情報が用いられる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１作業機械および第２作業機械が作業する作業現場において、少なくとも前記第２作業機械の動作を制御する作業機械の制御システムであって、
前記第１作業機械と前記第２作業機械とにおける機械同士の干渉および作業同士の干渉のうちの少なくとも一方の干渉が発生することを防止するように、前記第１作業機械の動きに応じて前記第２作業機械が協調して動作するための指令信号を生成する制御部を備え、
前記制御部は、少なくとも前記第１作業機械の動きに関する動作情報に基づいて、前記第１作業機械の第１特定部位と前記第２作業機械の第２特定部位との間の距離に応じて変位するように前記第１特定部位と前記第２特定部位との間に仮想的に設定されたばねダンパの特性に関する特性情報と、前記第２作業機械を制御するための制御パラメータとを決定し、決定された前記特性情報と前記制御パラメータとに基づいて前記指令信号を生成する、作業機械の制御システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記動作情報と、予め設定された前記第２作業機械の動きを停止させるための自動停止情報とに基づいて、前記特性情報と前記制御パラメータとを決定する、請求項１に記載の作業機械の制御システム。

【請求項3】

前記第１作業機械の動きに対応する基準動作情報と、前記特性情報に対応する基準特性情報と、前記制御パラメータに対応する基準制御パラメータとを互いに関連付けて予め記憶するデータベースを更に備え、
前記制御部は、現在の前記第１作業機械の前記動作情報である入力情報を前記データベースに入力し、前記入力情報に対応する前記基準動作情報を特定し、当該特定した基準動作情報に対応する前記基準特性情報および前記基準制御パラメータを用いて前記指令信号を生成する、請求項１または２に記載の作業機械の制御システム。

【請求項4】

前記第１作業機械は搭乗した操作者によって操作され動作するもの、または、遠隔制御によって動作するものであり、前記第２作業機械は自動制御によって動作するものである、請求項１または２に記載の作業機械の制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械の制御システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、機体と、前記機体に起伏可能に支持された作業アタッチメントとを備えた作業機械が知られている。例えば、前記作業アタッチメントは、ブームと、アームと、バケットとを含む。特許文献１には、このような作業機械を自動運転機として自動制御する技術が開示されている。

【0003】

このような作業機械の自動運転機を作業現場に適用することによって、生産性を向上することができる。例えば、自動運転機は、予め決められたエリアで動作するような単純作業を行うことができる。この結果、手が空いた操縦者は、自動運転機の動作に並行して他の作業を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１３１００４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

多くの作業現場では、土を運ぶ等の作業時に、複数の作業機械同士が互いに近接した位置関係で動作することがある。仮に、これらの作業機械がいずれも人によって操作される場合は、互いに相手の作業機械の動きを見ながら、自らの作業を止めることなく操作することができる。しかしながら、特許文献１に記載されたような自動運転機は、予め決められた作業計画に沿って動作するため、周辺の作業機械が予期せずに近づいた場合、両者が接触、干渉する可能性が生じてしまう。

【0006】

本発明の目的は、作業現場において複数の作業機械によって効率的に作業を行うことが可能な作業機械の制御システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の局面によって提供されるのは、第１作業機械および第２作業機械が作業する作業現場において、少なくとも前記第２作業機械の動作を制御する作業機械の制御システムであって、前記第１作業機械と前記第２作業機械とにおける機械同士の干渉および作業同士の干渉のうちの少なくとも一方の干渉が発生することを防止するように、前記第１作業機械の動きに応じて前記第２作業機械が協調して動作するための指令信号を生成する制御部を備え、前記制御部は、少なくとも前記第１作業機械の動きに関する動作情報に基づいて、前記第１作業機械の第１特定部位と前記第２作業機械の第２特定部位との間の距離に応じて変位するように前記第１特定部位と前記第２特定部位との間に仮想的に設定されたばねダンパの特性に関する特性情報と、前記第２作業機械を制御するための制御パラメータとを決定し、決定された前記特性情報と前記制御パラメータとに基づいて前記指令信号を生成する。

【0008】

本構成によれば、協調側の第２作業機械の動作を最適化することで、機械同士が接触すること、又は、作業同士が干渉することを防止しながら効率的な作業を行うことができる。

【0009】

本発明の第２の局面に係る制御システムは、上記の第１の局面に係る制御システムにおいて、前記制御部は、前記動作情報と、予め設定された前記第２作業機械の動きを停止させるための自動停止情報とに基づいて、前記特性情報と前記制御パラメータとを決定するものでもよい。

【0010】

本構成によれば、予め第２作業機械の動きを停止させるための停止情報を考慮して、特性情報および制御パラメータが決定されるため、第１作業機械と第２作業機械との干渉を高い精度で防止することができる。

【0011】

本発明の第３の局面に係る制御システムは、上記の第１又は第２の局面に係る制御システムにおいて、前記第１作業機械の動きに対応する基準動作情報と、前記特性情報に対応する基準特性情報と、前記制御パラメータに対応する基準制御パラメータとを互いに関連付けて予め記憶するデータベースを更に備え、前記制御部は、現在の前記第１作業機械の前記動作情報である入力情報を前記データベースに入力し、前記入力情報に対応する前記基準動作情報を特定し、当該特定した基準動作情報に対応する前記基準特性情報および前記基準制御パラメータを用いて前記指令信号を生成するものでもよい。

【0012】

本構成によれば、データベースに格納された複数のデータセットの中から最適な制御パラメータ、特性情報を抽出することで、第１作業機械と第２作業機械との干渉を高い精度で防止することができる。

【0013】

本発明の第４の局面に係る制御システムは、上記の第１乃至第３の何れか１の局面に係る制御システムにおいて、前記第１作業機械は搭乗した操作者によって操作され動作するもの、または、遠隔制御によって動作するものであり、前記第２作業機械は自動制御によって動作するものであってもよい。

【0014】

本構成によれば、オペレータが遠隔地から第１作業機械を操作する場合であっても、第２作業機械の動きに大きな注意を払う必要がなく、第１作業機械と第２作業機械との干渉を防止しながら、両機の作業を効率的に行うことができる。特に、第１作業機械が遠隔制御の場合、データベースにはオペレータの特性も制御パラメータ等と併せて格納されることで、現在の遠隔操縦オペレータの技量や操作の特徴に合わせた第２作業機械の協調を行うことができる。これにより、第２作業機械が遠隔操縦オペレータの技量や操作の特徴、作業ペースに合わせて動作することができ、オペレータの作業中の快適性を向上させることができる。例えば、オペレータは、自分のペースで作業できるとともに、第２作業機械を気にかけて作業しなくてもよくなる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、作業現場において複数の作業機械によって効率的に作業を行うことが可能な作業機械の制御システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る作業機械の側面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る作業機械の作業現場の様子を示す模式図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る第１作業機械および第２作業機械の作業計画を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る制御システムのブロック図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る制御システムが仮想的に設定するばねダンパを説明する模式図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る制御システムが実行する処理全体のフローチャートである。

【図7】本発明の一実施形態に係る制御システムが実行する演算処理の詳細を説明するためのフローチャートである。

【図8】本発明の一実施形態に係る制御システムが実行する演算処理の模式図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る制御システムのデータベースの模式図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る制御システムが、特性情報と制御パラメータとを算出する様子を示すフローチャートである。

【図11】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回動作を模式化した模式図である。

【図12】本発明の他の実施形態に係る制御システムが、特性情報と制御パラメータとを算出する様子を示すフローチャートである。

【図13】本発明の一実施形態に係る制御システムによって制御された作業機械の動きを説明する模式図である。

【図14】本発明の一実施形態に係る制御システムによって制御された作業機械の動きを説明する模式図である。

【図15】本発明の一実施形態に係る制御システムによって制御された作業機械の動きを説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【0018】

図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル１（作業機械）の側面図を示す。油圧ショベル１は、地面Ｇ（走行面）上を走行可能な下部走行体１０（下部本体）および下部走行体１０に旋回可能に支持される上部旋回体１２（上部本体）と、上部旋回体１２に搭載される可動式の作業アタッチメント２０（アタッチメント）とを備える。下部走行体１０および上部旋回体１２は、油圧ショベル１の機体に相当する。

【0019】

下部走行体１０は、地面Ｇ上を走行可能である。一例として、下部走行体１０は、クローラ式の走行部を含む。

【0020】

上部旋回体１２は、前記下部走行体１０に支持される旋回フレーム１２１と、当該旋回フレーム１２１上に搭載されるキャブ１３と、カウンタウエイト１５とを有する。キャブ１３は、オペレータ（作業者、操作者）が搭乗することを許容するものであり、油圧ショベル１を操作するための各種の装置が配置されている。カウンタウエイト１５は、旋回フレーム１２１の後側部分に配置され、油圧ショベル１のバランスをとる錘として機能する。

【0021】

作業アタッチメント２０は、上部旋回体１２に対して相対移動可能なように上部旋回体１２に装着（支持）され、地面などに対する所定の作業を行う。作業アタッチメント２０は、旋回フレーム１２１の前端部に水平な回転中心軸回りに起伏方向に回動可能に連結されるブーム２１と、当該ブーム２１の先端部に水平な回転中心軸回りに回動可能に連結されるアーム２２と、当該アーム２２の先端部に水平な回転中心軸回りに回動可能に連結されるバケット２３（先端アタッチメント）とを含む。本実施形態では、ブーム２１、アーム２２およびバケット２３の回転中心軸は互いに平行に設定されている。ブーム２１およびアーム２２は、油圧ショベル１の起伏体を構成する。また、油圧ショベル１は、ブーム２１を起伏（回動）させるように伸縮するブームシリンダ２１Ｓと、アーム２２を回動させるように伸縮するアームシリンダ２２Ｓと、バケット２３を回動させるように伸縮するバケットシリンダ２３Ｓとを更に有する。これらのシリンダの各々は油圧式シリンダから構成される。

【0022】

バケット２３は、複数のツース２３Ｈ（先端部、爪部）を含む。複数のツース２３Ｈは、図１の紙面と直交する方向（左右方向）に間隔をおいて配置され、バケット２３の本体部から突出するように設けられている。油圧ショベル１が地面Ｇの掘削作業を行う際、バケット２３の複数のツース２３Ｈが地面に貫入するように、作業アタッチメント２０が動く。

【0023】

キャブ１３は、旋回フレーム１２１の前部に搭載され、油圧ショベル１の操縦を行うための運転室を構成する。すなわち、当該キャブ１３内において、オペレータは、下部走行体１０の走行、上部旋回体１２の旋回、及び作業アタッチメント２０の作動のための各操作を行うことができる。なお、後記のように、油圧ショベル１は遠隔操作や自動制御を受ける場合は、必ずしもオペレータがキャブ１３に搭乗している必要はない。

【0024】

図２は、本実施形態に係る油圧ショベル１の作業現場の様子を示す模式図である。図３は、本実施形態に係るα機１Ａ（遠隔制御機、第１作業機械）およびβ機１Ｂ（自動制御機、第２作業機械）の作業計画を示す図である。図３では、各作業内容とその開始時刻がそれぞれ図示されている。なお、α機１Ａ、β機１Ｂは、前述の油圧ショベル１に相当し、説明のために識別可能な名称を付している。本実施形態では、図２、図３に示すように、作業現場において、α機１Ａが地点Ａ１から地点Ｂ１に土を運び、β機１Ｂが地点Ｂ２から地点Ｃ１に土を運ぶ（以後、Ａ１、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１と称する）。β機１Ｂは、Ｃ１においてトラックの荷台に土を排土する。Ｂ１およびＢ２は近接して設定されており、図２に示すように、一つの土山Ｂを構成する。このように、本実施形態では、α機１Ａおよびβ機１Ｂが協同してＡ１の土をトラックの荷台に運ぶ。なお、図２を含む以後の一部の図では、説明を容易とするために、α機１Ａ、β機１Ｂを平面図、すなわち機体上方から見た図で図示している。一方、土山Ｂやダンプなどは水平方向から見た側面図で示している。α機１Ａ及びβ機１Ｂは、平面視でワイパーのように旋回動作を往復して行うことで、上記の作業を行うことができる。具体的には、α機１Ａおよびβ機１Ｂは、互いの作業、動きを妨げることなく、交互に土山Ｂで作業するように旋回動作を往復して行う。

【0025】

ここで、α機１Ａはオペレータが遠隔地から操作する遠隔制御機であり、β機１Ｂは協調性を有する自動制御機である。すなわち、α機１Ａは、オペレータが遠隔地から図３の作業計画に沿って操作し、この操作に応じて図２に示すような作業を実行する。また、前記作業計画には、Ａ１とＢ１との間を行き来するバケット２３のツース２３Ｈの位置情報が含まれており、このツース２３Ｈの位置を実現するための、前記作業計画には、作業アタッチメント２０の姿勢の変化（軌跡）に関する情報が含まれていても良い。更に、各作業計画は、油圧ショベル１が２つの地点をｎ回（ｎは自然数）往復するように予め設定されてもよい。

【0026】

一方、自動で動作するように設定されたβ機１Ｂは、予め設定された作業計画に沿って動作可能であるが、本実施形態では、α機１Ａとβ機１Ｂとの干渉を防止するために、β機１Ｂの作業計画が必要に応じて修正される。すなわち、β機１Ｂは、α機１Ａの動きに応じて協調して動作することができる。この結果、α機１Ａとβ機１Ｂとの干渉を回避しながら、作業現場において効率的に作業を行うことができる。換言すれば、α機１Ａを遠隔で操作するオペレータは、β機１Ｂとの干渉に大きな注意を払うことなく作業を行うことができる。本実施形態では、このようなβ機１Ｂの協調動作が、制御システム１００によって制御される。

【0027】

図４は、本実施形態に係る制御システム１００のブロック図である。なお、図４では、β機１Ｂの一部の構成も図示されている。

【0028】

油圧ショベル１（α機１Ａ、β機１Ｂ）は、操作部６１と、ショベル制御部６２と、駆動部６３とを備える。

【0029】

操作部６１は、オペレータによって操作される操作レバーなどを含む。すなわち、操作部６１は、油圧ショベル１を操作するための操作を受け付ける。当該操作には、下部走行体１０の走行、上部旋回体１２の旋回、作業アタッチメント２０（ブーム２１、アーム２２、バケット２３）の駆動などが含まれる。なお、通常、操作部６１はキャブ１３内に配置されているが、α機１Ａのように遠隔で操作される場合は、操作部６１または操作部６１と同じ構造を有する操作部が遠隔地に配置されている。また、β機１Ｂのように自動制御機の場合は、自動制御中、操作部６１は機能しない。

【0030】

また、操作部６１は、タッチパネル、入力ボタン、スイッチなどの入力部を含む。当該入力部は、各種の情報の入力を受け付ける。一例として、入力部は、油圧ショベル１の自動制御、手動制御、半自動制御（アシスト制御）、遠隔制御などを切り換えるための情報を受け付ける。

【0031】

また、油圧ショベル１のキャブ１３内には、不図示の表示装置が配置されている。当該表示装置は、キャブ１３内に設けられた液晶ディスプレイであり、油圧ショベル１の作動、制御システム１００による処理の進捗状況などに関する各種の情報を表示して、オペレータに報知する。この際、表示装置は、所定の表示指令信号を受け入れ、当該表示指令信号に応じて、オペレータに報知する各種の情報を表示する。当該情報には、作業アタッチメント２０の姿勢情報や各油圧ショベル１の位置情報などが含まれる。また、表示装置は、作業現場におけるマップ情報を表示することが可能であり、当該マップ上に、α機１Ａ、β機１Ｂの位置情報を表示することができる。なお、上記のディスプレイは、一例であり、例えばキャブ１３外に配置されてもよい。すなわち、ディスプレイは、各情報をオペレータに通知する他に、現場管理者に通知する態様でもよい。なお、本実施形態では、β機１Ｂは自動制御機であるため、キャブ１３にオペレータが搭乗していない可能性がある。このため、上記の表示装置と同様の他の表示装置が遠隔地や作業現場内の管理事務所などに配置されてもよい。

【0032】

ショベル制御部６２は、通常の作業時には、操作部６１が受ける操作の内容に応じて、駆動部６３に駆動指令信号を入力する。この結果、下部走行体１０、上部旋回体１２および作業アタッチメント２０などの動作が制御される。また、ショベル制御部６２は、油圧ショベル１が自動運転モードで作動する場合に、予め設定された設計面に沿ってバケット２３のツース２３Ｈが移動するように、駆動部６３に駆動指令信号を入力する。当該駆動指令信号は、作業現場においてツース２３Ｈが移動する仮想的な軌跡に基づくものであり、当該軌跡は予めティーチングなどによってα機１Ａが有する記憶部に記憶されてもよい。

【0033】

駆動部６３は、油圧ショベル１（α機１Ａ、β機１Ｂ）の各種構造体を駆動するものであり、操作部６１によって操作される下部走行体１０、上部旋回体１２、作業アタッチメント２０などを駆動する。特に、駆動部６３は、バケット２３が地面を掘削するように作業アタッチメント２０を動かすことが可能である。この際、駆動部６３は、所定の指令信号（駆動指令信号）を受け入れ当該指令信号に応じて作業アタッチメント２０を駆動する。この結果、上部旋回体１２に対する作業アタッチメント２０の姿勢を変化させることができる。また、駆動部６３は、前記指令信号に応じて上部旋回体１２を旋回させる。この結果、上部旋回体１２は、図２に示すように、２つの地点間を往復移動することができる。なお、駆動部６３は、油圧ポンプ、油圧モータ、コントロールバルブなどの油圧回路を含む。

【0034】

一方、制御システム１００は、制御装置５０と、第１動作検出部６４と、第２動作検出部７１とを備える。

【0035】

制御装置５０は、例えば、作業現場に隣接する管理事務所などに設置されている。制御装置５０は、例えば無線通信などを通じてα機１Ａおよびβ機１Ｂとの間でそれぞれ双方向通信を行い、指令信号などの送受信を行うことができる。他の実施形態において、制御装置５０は、作業現場から離れた遠隔地に設けられても良い。また、β機１Ｂが制御装置５０を備えるものでもよい。

【0036】

制御装置５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。制御装置５０は、前記ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、動作計画取得部５１、最適演算部５２、旋回制御部５３および記憶部５４の各機能部を備えるように機能する。これらの機能部は、実体を有するものではなく、前記制御プログラムによって実行される機能の単位に相当する。

【0037】

なお、制御装置５０のすべてまたは一部は、油圧ショベル１に設けられるものに限定されず、油圧ショベル１がリモート制御される場合には、油圧ショベル１とは異なる位置に制御装置５０が配置されても良い。また、前記制御プログラムは遠隔地のサーバ（管理装置）やクラウドなどから制御装置５０に送信され実行されるものでもよいし、前記サーバーやクラウド上で前記制御プログラムが実行され、生成された各種の制御信号が制御装置５０に送信されるものでもよい。

【0038】

動作計画取得部５１は、α機１Ａおよびβ機１Ｂの協同作業の開始に伴って、予め設定され記憶部５４に記憶された作業計画に関する情報を取得する。なお、制御装置５０が、α機１Ａ、β機１Ｂとそれぞれ通信を行い、各油圧ショベル１の記憶部に記憶された作業計画に関する情報を動作計画取得部５１が取得してもよい。また、本実施形態では、α機１Ａは遠隔制御機であるため、当該遠隔地に滞在するオペレータがα機１Ａの作業計画に関する情報を把握していればよい。このため、動作計画取得部５１は、α機１Ａの作業計画を取得することなく、β機１Ｂの作業計画のみを取得してもよい。

【0039】

最適演算部５２は、協同作業においてα機１Ａとβ機１Ｂとが干渉すること、またはその作業同士が干渉することを防止するように、α機１Ａの動きに応じてβ機１Ｂが協調して動作するための指令信号を生成する。ここで、α機１Ａとβ機１Ｂとが干渉するとは、機械同士の干渉（接触）を意味し、作業同士が干渉するとは、一方の作業機械の作業を実現するために他方の作業機械が一時的に待機することなどを意味する。本実施形態では、最適演算部５２は、第１動作検出部６４が取得したα機１Ａの動き（動作速度）に基づいて、両者が干渉すること、あるいはその作業が干渉することを防止するように、β機１Ｂの動きを修正するための指令信号を生成する。旋回制御部５３は、最適演算部５２によって修正された指令信号をβ機１Ｂに入力する。この結果、β機１Ｂは、予め設定された作業計画に対してその一部が変更されたように動作する。

【0040】

記憶部５４は、油圧ショベル１の作業計画に関する情報を記憶している。当該情報は、所定の作業開始時間を基準として、加速度、減速度、最大速度、加速開始時刻、減速開始時刻などの各パラメータの時間推移として準備されている。なお、作業計画に関する情報の格納方法は、これに限定されるものではない。

【0041】

第１動作検出部６４（第１位置情報取得部）は、α機１Ａの動作に関する情報を検出し、制御装置５０に入力する。同様に、第２動作検出部７１（第２位置情報取得部）は、β機１Ｂの動作に関する情報を検出し、制御装置５０に入力する。第１動作検出部６４および第２動作検出部７１の構成は同様であるので、以下では第１動作検出部６４の構成について説明する。

【0042】

第１動作検出部６４は、第１に、上部旋回体１２に対する作業アタッチメント２０の姿勢に関する情報を検出し取得する。一例として、第１動作検出部６４は、前述のブームシリンダ２１Ｓ、アームシリンダ２２Ｓおよびバケットシリンダ２３Ｓにそれぞれ装着される３つのセンサを含み、各シリンダのストローク（伸長量、長さ）を検出する。各センサによって検出された各シリンダのストロークは、ブーム２１、アーム２２およびバケット２３の位置や姿勢を演算するために使用される。なお、ブーム２１、アーム２２およびバケット２３の位置や姿勢を演算するために、シリンダストロークセンサに代えて、ブーム２１、アーム２２およびバケット２３の回動角度をそれぞれ検出するアングルセンサが用いられても良い。

【0043】

第２に、第１動作検出部６４は、油圧ショベル１の位置情報を取得する。一例として、第１動作検出部６４は、予め上部旋回体１２に設けられた本体基準点の作業現場における絶対座標に関する情報である本体座標情報を取得することが可能である。第１動作検出部６４は、本体基準点を構成するアンテナを有する。アンテナは、例えばキャブ１３の上面部に配置されており、ＧＮＳＳ移動局として機能する。一方、上記の本体座標情報を取得するために、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ／全球測位衛星システム）基準局が設けられている（不図示）。ＧＮＳＳ基準局は、作業現場に配置された、または、作業現場に最も近い位置に配置された基準局である。なお、ＧＮＳＳとして、公知のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に加え、ＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、Ｇａｌｉｌｅｏ、準天頂衛星（ＱＺＳＳ：Ｑｕａｓｉ－Ｚｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等の衛星測位システムが採用されてもよい。

【0044】

第３に、第１動作検出部６４は、地面に対する油圧ショベル１の姿勢を検出することが可能であってもよい。この場合、第１動作検出部６４は、上部旋回体１２に装着されたＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）を含む。ＩＭＵは、地面Ｇに対する油圧ショベル１（上部旋回体１２）の姿勢に関する情報を検出する。すなわち、ＩＭＵは、油圧ショベル１の機体の姿勢、角度（傾き）を検出する。

【0045】

上記のような第１動作検出部６４によって、α機１Ａのバケット２３（第１特定部位）の位置情報を取得することができる。この際、第１動作検出部６４は、作業現場における所定の特定位置を原点として、α機１Ａのバケット２３の位置を３次元座標に基づいて検出することができる。

【0046】

同様の構成によって、第２動作検出部７１も、前記特定位置を原点として、β機１Ｂのバケット２３（第２特定部位）の位置を３次元座標に基づいて検出することができる。

【0047】

図５は、本実施形態に係る制御システム１００が仮想的に設定するばねダンパを説明する模式図である。図５では、遠隔で制御されるα機１Ａと、自動で制御されるβ機１Ｂとが模式的に図示されている。制御システム１００は、α機１Ａのバケット２３とβ機１Ｂのバケット２３との間の距離に応じて変位するように、各バケット２３の間に仮想的にばねダンパを設定する。当該ばねダンパにおける、ダンパの粘性係数がｃと定義され、ばねのばね定数がｋｓで定義される（いずれも、ばねダンパの特性に関する特性情報）。２つのバケット２３同士が急激に近づいた場合、仮想的なダンパがブレーキを掛けるとともに、ばねの弾性エネルギーが蓄積される。換言すれば、制御システム１００は、バケット２３同士が急激に近づく場合、粘性係数ｃおよびばね定数ｋｓを最適な値に設定することで、バケット２３同士の干渉を抑止することができる。この際、最適値に設定された上記の特性情報に沿った挙動をβ機１Ｂのバケット２３が示すように、制御システム１００がβ機１Ｂの動作を制御する。

【0048】

図６は、本実施形態に係る制御システム１００が実行する処理全体のフローチャートである。例えば、遠隔地に滞在するα機１Ａのオペレータが所定のスタートボタンを押圧すると、制御システム１００によるα機１Ａ、β機１Ｂの協同動作処理が開始される。前記スタートボタンは、キャブ１３内に配置されるものに限定されず、キャブ１３外に配置された端末（ＰＣ、タブレット、スマートフォン）や遠隔操作装置に備えられても良い。当該処理では、前記オペレータがα機１Ａを自らの操作で遠隔制御する一方、β機１Ｂが予め設定された作業計画に沿って自動制御される。更に、β機１Ｂの動作は、α機１Ａとの干渉を回避するように、制御システム１００によって随時修正される。なお、予め作業現場の作業者によって、α機１Ａのバケット２３が図２のＡ１に配置され、β機１Ｂのバケット２３がＣ１に配置されている。なお、このようなバケット２３の初期位置は作業者によって配置されるものに限定されない。

【0049】

前記処理が開始されると、制御システム１００の制御装置５０の動作計画取得部５１が、自動制御側のβ機１Ｂの作業計画、作業条件を取得する（ステップＳ１）。この作業条件とは、予め設定され、記憶部５４に記憶された自動停止位置に関する情報である（自動停止情報）。一例として、この自動停止位置が、図５の破線Ｐで示されている。当該情報は、β機１Ｂのバケット２３がα機１Ａのバケット２３に近づく場合に、その干渉を防止するために、β機１Ｂの旋回動作を自動停止させる位置である。なお、この位置は、α機１Ａのバケット２３に対する相対的な位置として設定されている。このように自動停止情報が予め設定されることで、α機１Ａのバケット２３とβ機１Ｂのバケット２３とが所定の閾値を超えて接近する場合、β機１Ｂは予め設定された自動停止位置で動作を停止する。そして、α機１Ａの排土作業が終了して、α機１Ａが土山Ｂ（図２）から遠ざかった後に、β機１Ｂは作業を再開することができる。

【0050】

一方、図６において、ステップＳ１と並行して、動作計画取得部５１は遠隔制御側のα機１Ａの旋回データを取得する（ステップＳ２）。当該旋回データは、遠隔地のオペレータによって操作されるα機１Ａの旋回動作に関するデータであり、刻々と変化する旋回角度の情報を含む。前述のとおり、この情報は、第１動作検出部６４によって検出される。

【0051】

次に、制御装置５０の最適演算部５２（図４）が、上記で取得した旋回角度の情報から、現在のα機１Ａの旋回速度（角速度）を推定する（ステップＳ３）。公知の手法により、旋回角度の推移を微分することによって、旋回速度を算出することができる。次に、最適演算部５２は、遠隔制御側のα機１Ａの旋回速度に基づいて、自動制御側のβ機１Ｂの旋回速度を決定する（ステップＳ４）。一例として、最適演算部５２は、α機１Ａの旋回速度とβ機１Ｂの旋回速度とが同じになるように、β機１Ｂの旋回速度を決定する。

【0052】

次に、最適演算部５２は、β機１Ｂの制御パラメータを決定する（ステップＳ５）。当該制御パラメータは、β機１Ｂの動きを制御するための各種パラメータを含む。また、最適演算部５２は、仮想的なばねダンパのパラメータ（特性情報）も、同様に決定する。

【0053】

次に、最適演算部５２によって決定されたパラメータに基づいて、旋回制御部５３（図４）がβ機１Ｂのショベル制御部６２に指令信号を入力することで、β機１Ｂの駆動部６３が駆動され、自動制御側のβ機１Ｂの旋回動作が実行される（ステップＳ６）。

【0054】

次に、旋回制御部５３は、第２動作検出部７１の検出結果に基づいて、現在のβ機１Ｂの位置（旋回角度）を認識する。この結果、予め設定された作業計画に対して、β機１Ｂの作業が完了した場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、制御装置５０は協調制御処理を終了する。一方、予め設定された作業計画に対して、β機１Ｂの作業が完了していない場合には（ステップＳ７でＮＯ）、制御装置５０はステップＳ２に戻って、以後の処理を継続する。

【0055】

図７は、本実施形態に係る制御システム１００が実行する演算処理の詳細を更に説明するためのフローチャートである。なお、図７において破線で囲まれた部分の処理は、α機１Ａの１回の旋回動作ごとに実行される。

【0056】

図７において、処理Ｇ１では、遠隔ショベル、すなわち、α機１Ａの旋回速度が推定される。この処理は、図６のステップＳ３に対応し、このために、処理Ｇ１に際して、制御装置５０には、α機１Ａの１回の旋回動作分の時系列データ（旋回角度の推移）が入力される。処理Ｇ１を通じて、α機１Ａの旋回速度σが推定されると、これに応じて自動制御側のβ機１Ｂの旋回速度が決定される（処理Ｇ４、ステップＳ４）。また、この推定された旋回速度σは、後記の処理Ｇ５においても使用される。

【0057】

処理Ｇ４においてβ機１Ｂの旋回速度が決定されると、処理Ｇ６においてβ機１Ｂの制御パラメータが決定される。この処理Ｇ６は、図６のステップＳ５に対応する。また、本実施形態では、この制御パラメータは後記のＫｐ、Ｋｄを含む。

【0058】

一方、図７の処理Ｇ５では、制御装置５０の最適演算部５２が仮想的なばねダンパのパラメータを決定する。これに先立って、最適演算部５２は、記憶部５４からβ機１Ｂの自動停止位置に関する情報を取得している。ばね定数ｋｓ、粘性係数ｃから構成される特性情報が決定すると、処理Ｇ７においてばねダンパによるトルクが算出される。このトルクは、決定された各特性を含むばねダンパが、β機１Ｂの上部旋回体１２にもたらすトルクである。

【0059】

なお、図７に示すように、処理Ｇ７のトルク算出のためには、予め処理Ｇ２、Ｇ３が行われる。処理Ｇ２は、第１動作検出部６４から取得されるα機１Ａの先端アタッチメント（バケット２３）の位置情報と、第２動作検出部７１から取得されるβ機１Ｂのバケット２３の位置情報とに基づいて、２つの先端アタッチメント間の距離が算出される。なお、図７では図示していないが、α機１Ａの実際の旋回角度の情報も用いられる。

【0060】

一方、両先端アタッチメントの位置情報は、処理Ｇ３においても使用される。具体的に、２つの先端アタッチメントの相対的な位置関係に基づいて、ばねダンパ力が発生するか否かが、処理Ｇ３において判定される。なお、２つの先端アタッチメントが大きく離れている場合でも、ばねダンパ力が生じるパターンが存在する。例えば、図２においてα機がＡ１に向かって旋回中にＡ１とＢ１の中間にあるとき、β機がＣ１からＢ２に向かって旋回する場合、α機にペースを合わせるために、ばねダンパ力により増速される。また、Ｂ２やＣ１での掘削排土作業中、Ｂ２付近にアタッチメントがあり、まもなく停止する場合などといった作業状況に応じて、ばねダンパが発生するかどうかを決定する。このため、そもそもばねダンパ力が発生しない場合は、処理Ｇ７に対してトルクの算出が不要（またはトルクがゼロ）であるという情報が入力される。

【0061】

処理Ｇ６において自動制御側のβ機１Ｂの制御パラメータが決定され、処理Ｇ７においてばねダンパによるトルクが算出されると、これらの情報に基づいて、処理Ｇ８においてβ機１Ｂの旋回制御が実行される。この処理は、図６のステップＳ６に相当する。処理Ｇ８には、処理Ｇ６において決定された制御パラメータＫｐ、Ｋｄが入力される一方、β機１Ｂの作業計画（目標旋回角度）の情報と、実際のβ機１Ｂの旋回角度に関する情報の差分に相当する情報も入力される。

【0062】

処理Ｇ８において設定されたβ機１Ｂの旋回制御のためのパラメータはトルク値に換算されたのち、処理７において算出されたばねダンパ力によるトルク値と合算され、旋回トルク指令値に換算される。この指令値が処理Ｇ９においてβ機１Ｂの機体制御（油圧制御）に用いられ、最終的に処理Ｇ１０において、β機１Ｂの旋回動作が実行される。このβ機１Ｂの旋回動作によって変化する旋回角度の情報は、処理Ｇ８にもフィードバックされる。

【0063】

図８は、本実施形態に係る制御システム１００が実行する演算処理の模式図である。図９は、制御システム１００のデータベースの模式図である。制御システム１００の記憶部５４（図４）は、図８、図９に示すデータベースを含んでいる。データベースには、図９に示すように、σ、Ｘｓ、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄ、ｋｓ、ｃの各パラメータを含むデータセットを付番の数字と共に複数組、格納している。データベースに格納されたこれらの情報は、本発明における基準動作情報（σ）、基準制御パラメータ（Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄ）、基準特性情報（ｋｓ、ｃ）に相当する。以下に、このデータベースを用いた各パラメータの算出方法について詳述する。なお、以下の説明は、ＰＤ制御器を用いる例であるため、この場合の図９のデータベースでは、Ｋｉ＝０として格納される。

【0064】

第１の処理として、制御装置５０の最適演算部５２は、α機１Ａの旋回速度σ（ｔ）、β機１Ｂの自動停止位置Ｘｓ（ｔ）に関するデータを取得する。これらは、いずれも時間ｔを変数とする関数である。

【0065】

第２の処理として、最適演算部５２は、近傍データセットを算出する。ここで、各データセットの距離をｄ１、ｄ２、ｄ３・・・とすると、以下の式１によってｄｉが定義される。そして、最適演算部５２は、式１に基づいてｄｉの小さいものから順にデータベースから近傍データセットをｎ個選択する。

【0066】

【数1】

【0067】

第３の処理として、最適演算部５２は、距離ｄｉに応じた重みづけ処理を行う。この際、以下の式２に示すように、重みづけｗｉが設定される。

【0068】

【数2】

【0069】

第４の処理として、最適演算部５２は、公知の局所線形平均法に基づいて、各パラメータの算出を行う。一例として、Ｋｐについて、近傍データセットの数ｎ＝３とすると、以下の式３によって、最新のＫｐであるＫｐ＿ｎｅｗが算出される。

【0070】

【数3】

【0071】

上記では、Ｋｐについて示したが、その他のパラメータについても同様に最新の値が算出される。

【0072】

第５の処理として、最適演算部５２は、上記で算出された新規データセットをデータベースに格納するとともに、冗長データの削除を実行する。なお、新規データセットは、［σ（ｔ）、Ｘｓ（ｔ）、Ｋｐ＿ｎｅｗ、Ｋｉ＿ｎｅｗ、Ｋｄ＿ｎｅｗ、ｋｓ＿ｎｅｗ、ｃ＿ｎｅｗ］から構成される。ここで、冗長データセットの削除は、新規データセットと非常に類似したデータセットが既に存在する場合にのみ実行されればよい。

【0073】

ここで、最適演算部５２による各パラメータの算出は、上記のようにデータベースを用いる手法と、データベースを用いない手法とをそれぞれ採用することができる。

【0074】

図１０は、本実施形態に係る制御システム１００が、特性情報と制御パラメータとを算出する様子を示すフローチャートである。図１０のフローチャートは、各パラメータ別の算出の流れを説明するために、図６、図７のフローチャートの一部を簡易化したものである。なお、このフローチャートは、図７の破線部分に相当し、他の部分とは異なるタイミングで処理が実行される。例えば、他の部分の制御は周期０．１ｓｅｃごとに実行される一方、図７の破線部分の制御は、α機１Ａの１回分の旋回動作の終了が第１動作検出部６４によって検知される度に実行される。図１０のように、ステップＳ１１において遠隔制御のα機１Ａの旋回データを取得すると、ステップＳ１２においてα機１Ａの旋回速度を推定する。更に、ステップＳ１３においてβ機１Ｂの制御パラメータＫｐ、Ｋｄが算出され、ステップＳ１４において、β機１Ｂの旋回制御が実行される。

【0075】

一方、ステップＳ２１においてβ機１Ｂの自動停止位置の情報が取得されると、ステップＳ２２においてばねダンパのばね定数ｋｓ、粘性係数ｃが算出され、ステップＳ２３においてばねダンパによるトルクが算出される。

【0076】

ここで、前述の説明のように、ステップＳ１３、Ｓ２２においてデータベースを用いた算出手法が採用できる。

【0077】

次に、β機１Ｂの自動停止位置と遠隔旋回速度σに基づいて、β機１Ｂの制御パラメータが算出され、ばねダンパの特性情報がデータベースを用いて決定される態様について説明する。図１１は、本実施形態に係る油圧ショベル１の旋回動作を模式化した模式図である。図１２は、本発明の他の実施形態に係る制御システム１００が、特性情報と制御パラメータとを算出する様子を示すフローチャートである。この他の実施形態では、ばねダンパの特性情報（ｋｓ、ｃ）の算出にはデータベースを用いるものの、β機１Ｂの制御パラメータ（Ｋｐ、Ｋｄ）の算出にはデータベースを用いずに、所定の算出式を用いる点で、先の実施形態と相違する。

【0078】

具体的に、図１２のように、ステップＳ３１において遠隔制御のα機１Ａの旋回データを取得すると、ステップＳ３２においてα機１Ａの旋回速度を推定する。更に、ステップＳ３３においてβ機１Ｂの制御パラメータＫｐ、Ｋｄが算出され、ステップＳ３４において、β機１Ｂの旋回制御が実行される。

【0079】

一方、ステップＳ４１においてβ機１Ｂの自動停止位置の情報が取得されると、先のステップＳ３２で取得されたα機１Ａの旋回速度σを用いて、ステップＳ４２においてばねダンパのばね定数ｋｓ、粘性係数ｃがデータベースから算出され、ステップＳ４３においてばねダンパによるトルクが算出される。

【0080】

ここで、ステップＳ３３における制御パラメータの算出方法について、更に詳述する。図１１を参照して、α機１Ａおよびβ機１Ｂの動きを回転棒の運動方程式と見做すと、その動きを以下の式４のように表すことができる。

【0081】

【数4】

【0082】

ここで、Ｉは慣性モーメント（ｋｇ・ｍ^２）であり、ωは角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）であり、τはトルク（Ｎ・ｍ）であり、Ｄは油圧ショベル１の作業アタッチメント２０の動き（油圧や摩擦など）における粘性係数（Ｐａ・ｓｅｃ）であり、θはアーム角度（ｒａｄ）である。なお、式４の符号の上にドットが付されているものは、微分を意味する。ここで、Ｍは油圧ショベル１の機体の重量（ｋｇ）であり、Ｌはアームの長さ（ｍ）である。

【0083】

式４を公知の手法でラプラス変換すると、以下の式５のように表すことができる。

【0084】

【数5】

【0085】

なお、ｓは公知のとおり、ラプラス変換後の変数を意味する。式５は、一次遅れと積分系の要素を含んでおり、公知のＰＤ制御器と見做すことで、その解を求めることができる。そこで、式６に示すような閉ループ伝達関数を考える。

【0086】

【数6】

【0087】

式６の伝達関数を解くにあたって、以下の式７のような参照軌道を定義する。

【0088】

【数7】

【0089】

ここで、α_２＝Ｍ_２×Ｌ_２ ^２、β_２＝３×Ｄ_２、Ｋ_２＝３とすると、以下の式８、式９によって、β機１Ｂが参照軌道に追従して旋回可能な制御パラメータ（ゲインＫ_ｐ、Ｋ_ｄ）がそれぞれ示される。

【0090】

【数8】

【0091】

【数9】

【0092】

なお、ばね定数ｋｓ、粘性係数ｃは、以下の手法を用いて算出してもよい。具体的に、β機１Ｂの自動運転停止位置が、旋回角度１２０度の位置に設定されているとすると、この１２０度の位置において制御器の入力とばねによるトルクとが釣り合うように、ばね係数が決定される。上記の制御器の入力とばねによるトルクとの関係が、以下の式１０に示される。

【0093】

【数10】

【0094】

式１０の末尾のＤｉｓ＿ａｔｔは、α機１Ａとβ機１Ｂとのバケット２３（先端アタッチメント）間の距離に相当する。このため、式１０の末尾の等式を解くことで、ばね定数ｋｓを決定することができる。

【0095】

一方、粘性係数ｃについて、β機１Ｂの最大加速時の旋回動作でオーバーシュートすることなく、目標旋回角度に収束させることを考える。ここで、図２にある作業の条件において、最大加速時とは、α機１Ａが１８０度、すなわち地点Ａに位置し、β機１Ｂが０度、すなわち地点Ｃに位置する状態で、β機１Ｂが地点Ｂ２に向かって旋回し始める場合を意味する。この場合、予めシミュレーション計算によって最適なｃを試行錯誤的に選定しておく。そして、図９を用いて説明した第１の処理から第５の処理までと同様の方法で粘性係数ｃのみをデータベースから算出すればよい。

【0096】

次に、上記の各形態における算出方法から得られる、β機１Ｂの旋回動作が制御されるパターンについて説明する。図１３、図１４、図１５は、本発明の一実施形態に係る制御システム１００によって制御された油圧ショベル１の動きを説明する模式図である。

【0097】

図１３の例では、遠隔で制御されるα機１Ａが地点Ｂ１からＡ１側に旋回動作を行っていることに対して、自動制御器のβ機１Ｂが地点Ｂ２に向かって矢印Ｄ１に示すように遅れて旋回している場合に相当する。この場合、仮想的なばねダンパによってβ機１Ｂの旋回動作を速めるようなトルクが生成される。この結果、β機１Ｂの旋回動作が加速され、α機１Ａとβ機１Ｂとの干渉が抑止されながら、β機１Ｂの作業を効率的に行うことができる。

【0098】

図１４の例では、遠隔で制御されるα機１Ａが地点Ａ１からＢ１に向かう旋回動作を行っていることに対して、自動制御器のβ機１Ｂが地点Ｂ２に向かって矢印Ｄ２に示すように遅れて旋回している場合に相当する。この場合、仮想的なばねダンパによってβ機１Ｂの旋回速度を遅くするようなトルクが生成される。この結果、β機１Ｂの旋回動作が減速され、α機１Ａとβ機１Ｂとの干渉が抑止されながら、α機１Ａが地点Ｂ１からＡ１に向かって旋回した後に、β機１Ｂを地点Ｂ２に到達させることができる。

【0099】

図１５の例は、遠隔で制御されるα機１Ａが地点Ｂ１に位置し、地点Ａ１への旋回動作が始まっていない状態で、β機１Ｂが地点Ｂ２に向かって近づいている場合に相当する。すなわち、両者の衝突の可能性がある領域に向かって、β機１Ｂが旋回している場合に相当する。この場合、仮想的なばねダンパによってβ機１Ｂの旋回速度を遅くするようなトルクが矢印Ｄ３のように生成される。また、β機１Ｂについて予め設定された自動停止位置Ｐにおいて、制御器が生成するトルク指令値と、ばねダンパが発生するトルクとが釣り合うように、β機１Ｂの制御パラメータ、ばねダンパの特性情報が設定される。

【0100】

以上のように、本発明の各実施形態に係る制御システム１００では、制御装置５０がα機１Ａとβ機１Ｂとが干渉すること、又は、作業同士が干渉することを防止するように、遠隔制御されるα機１Ａの動きに応じて自動制御されるβ機１Ｂが協調して動作するための指令信号を生成する。より詳しくは、制御装置５０は、α機１Ａの動きに関する動作情報に基づいて、α機１Ａのバケット２３とβ機１Ｂのバケット２３との間の距離に応じて変位するように両バケット２３の間に仮想的に設定されたばねダンパの特性に関する特性情報ｋｓおよびｃと、β機１Ｂを制御するための制御パラメータＫｐ、Ｋｄとを決定し、決定された前記特性情報と前記制御パラメータとに基づいてβ機１Ｂに対する前記指令信号（駆動指令信号）を生成する。

【0101】

このような構成によれば、協調側のβ機１Ｂの動作を最適化することで、機械同士が接触することを防止しながら効率的な作業を行うことができる。なお、このように、一方のβ機１Ｂが他方のα機１Ａの動きに合わせて協調的に動作する態様は、α機１Ａ、β機１Ｂの動作モードが、自動モード、手動モード、半自動モードのいずれであってもよい。手動モード、半自動モードの場合は、制御システムが出力する指令信号（アシスト信号）が油圧ショベル１のショベル制御部６２に入力されることで、オペレータの操作をアシストすることが可能になる。また、油圧ショベル１に代表される作業機械は、ブルドーザなどのその他の機械でも良い。

【0102】

上記の構成において、制御装置５０は、前記動作情報と、予め設定されたβ機１Ｂの動きを停止させるための自動停止情報とに基づいて、前記特性情報と前記制御パラメータとを決定するものでもよい。

【0103】

本構成によれば、予めβ機１Ｂの動きを停止させるための停止情報を考慮して、特性情報および制御パラメータが決定されるため、α機１Ａとβ機１Ｂとの干渉を高い精度で防止することができる。

【0104】

また、本実施形態では、α機１Ａの動きに対応する基準動作情報と、前記特性情報に対応する基準特性情報と、前記制御パラメータに対応する基準制御パラメータとを互いに関連付けて予め記憶するデータベースを更に備える。制御装置５０は、現在のα機１Ａの前記動作情報である入力情報を前記データベースに入力し、前記入力情報に対応する前記基準動作情報を特定し、当該特定した基準動作情報に対応する前記基準特性情報および前記基準制御パラメータを用いて前記指令信号を生成する。なお、各種の基準情報は、予め実験などによって取得され、データベースに格納された情報である。一方、入力情報は、第１動作検出部６４などによって検出された現在の動作情報である。基準動作情報は、データベースに格納された情報の中で入力情報に最適な（最も近い）データであり、基準特性情報、基準制御パラメータは、前記基準動作情報に関連付けられた、一のデータセットに含まれる情報である。

【0105】

本構成によれば、データベースに格納された複数のデータセットの中から最適な制御パラメータ、特性情報を抽出することで、α機１Ａとβ機１Ｂとの干渉を高い精度で防止することができる。

【0106】

上記の構成において、α機１Ａは搭乗した操作者によって操作され動作するもの、または、遠隔制御によって動作するものであり、β機１Ｂは自動制御によって動作するものであってもよい。

【0107】

本構成によれば、オペレータがα機１Ａに搭乗して操作する場合や、遠隔地からα機１Ａを操作する場合であっても、β機１Ｂの動きに大きな注意を払う必要がなく、α機１Ａとβ機１Ｂとの干渉を防止しながら、両機の作業を効率的に行うことができる。特に、α機１Ａが遠隔制御の場合、データベースにはオペレータの特性も制御パラメータ等と併せて格納されることで、現在の遠隔操縦オペレータの技量や操作の特徴に合わせたβ機１Ｂの協調を行うことができる。これにより、β機１Ｂが遠隔操縦オペレータの技量や操作の特徴、作業ペースに合わせて動作することができ、オペレータの作業中の快適性を向上させることができる。例えば、オペレータは、自分のペースで作業できるとともに、β機１Ｂを気にかけて作業しなくてもよくなる。

【0108】

なお、上記で説明した実施形態に係る制御システム１００は、以下のような特徴的な技術思想を含むことができる。すなわち、リアルタイムで取得される遠隔側のα機１Ａの動作情報を用いて、その動作速度を推定する。更に、遠隔側のα機１Ａの動作速度に合わせて、自動側のβ機１Ｂの動作速度を更新する。その上で、遠隔側のα機１Ａと自動側のβ機１Ｂとの間に仮想的なばねダンパの力が発生するとみなし、その力により自動側のβ機１Ｂの動作速度を調整する。この結果、遠隔側のα機１Ａの動きに合わせた、自動側のβ機１Ｂの連携動作を実現することができる。

【0109】

このように、遠隔側のα機１Ａの動作に合わせた自動側のβ機１Ｂの連携動作の実現によって、複数の作業機械を有する作業現場の作業生産性を向上することができる。また、遠隔操縦者の作業速度や操縦スキルに合わせた自動側の動作を行うことができる。更に、α機１Ａを操作する遠隔操縦者は、自動制御側のβ機１Ｂの動作を意識する必要なく快適、かつ、安全に自らの作業に集中できる。また、自動制御側のβ機１Ｂは、遠隔操縦者に合わせた速度の中で効率的に作業を行うことができる。

【0110】

また、本実施形態では、データベースが各種の情報を格納することができるため、遠隔操縦者の動作速度や作業条件（安全を考慮して自動側のβ機１Ｂが接触回避するための停止位置など）と、その条件で効率的な連携作業が実現可能な自動側のβ機１Ｂの制御パラメータや仮想的なばねダンパのパラメータを、予め格納しておくことができる。また、推定された遠隔側のα機１Ａの動作速度と、指定された停止位置などの作業条件とを入力として、データベースを用いて自動側のβ機１Ｂの制御パラメータ等を適宜調整することができる。この際、データベースの更新に基づいて、過去に得られたデータを有効に活用することができる。

【0111】

なお、上記では、遠隔制御のα機１Ａと自動制御のβ機１Ｂとを用いて説明したが、α機１Ａは遠隔操作を受ける代わりに、実際にオペレータがキャブ１３に搭乗して操作しても良いし、β機１Ｂと同様に自動運転制御されても良い。なお、この場合、α機１Ａ、β機１Ｂともに自動運転制御となるため、予めいずれの油圧ショベル１の作業が優先されるべきかが設定されておくことが望ましい。

【0112】

以上、本発明に係る作業機械の制御システム１００の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

【0113】

上記の実施形態では、制御システム１００が作業現場の一部や油圧ショベル１に搭載された態様にて説明したが、制御システム１００の一部が油圧ショベル１から離れた位置に配置されてもよい。この場合、制御システム１００のうち油圧ショベル１に搭載された構造と油圧ショベル１から離れた位置に配置される構造とは無線通信などで情報を送受すればよい。

【0114】

上記の実施形態では、各油圧ショベル１の特定部位としてバケット２３を用いて説明したが、特定部位は作業アタッチメント２０のうちバケット２３以外の部位でもよい。また、油圧ショベル１のうち作業アタッチメント２０以外の部位が特定部位でもよい。

【符号の説明】

【0115】

１ 油圧ショベル（作業機械）
１０ 下部走行体
１００ 制御システム
１２ 上部旋回体
１３ キャブ
１Ａ α機（第１作業機械）
１Ｂ β機（第２作業機械）
２０ 作業アタッチメント
２１ ブーム
２２ アーム
２３ バケット
５０ 制御装置（制御部）
５１ 動作計画取得部
５２ 最適演算部
５３ 旋回制御部
５４ 記憶部
６１ 操作部
６２ ショベル制御部
６３ 駆動部
６４ 第１動作検出部（第１位置情報取得部）
７１ 第２動作検出部（第２位置情報取得部）

【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】