(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-09
(45)【発行日】2022-08-18
(54)【発明の名称】積込機械の制御装置及び積込機械の制御方法
(51)【国際特許分類】
E02F 9/20 20060101AFI20220810BHJP
【ＦＩ】
E02F9/20 M
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2018087775
(22)【出願日】2018-04-27
(65)【公開番号】P2019190238
(43)【公開日】2019-10-31
【審査請求日】2021-03-01
【前置審査】
(73)【特許権者】
【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】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】関 洋平
(72)【発明者】
【氏名】尾崎 将崇
【審査官】亀谷 英樹
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－１３６５４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０４３０９１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平１０－０８８６２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２４８５２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１０／１０４１３８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１１／０７４５８３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０４３１０４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平１１－３５０５３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－３１０９３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００８０１９３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／１４６７８２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ９／２０－９／２２
Ｅ０２Ｆ ３／４２－３／４３
Ｅ０２Ｆ ３／８４－３／８５
Ｇ０５Ｄ １／００－１／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
作業機を有する積込機械の車体前部に支持され、前記車体よりも前方の計測対象を計測する計測装置の計測データを取得する計測データ取得部と、前記計測データに基づいて、前記車体よりも前方の前記作業機のバケットにより掘削された掘削物が積み込まれる積込対象の上端部の位置を算出する対象算出部と、
前記バケットの位置データを算出するバケット算出部と、
側面から見た真の積込対象の上端部と前記バケットとが重複しているか否かを判定する重複判定部と、
前記重複せずに前記積込対象の上端部が前記バケットに遮られずに前記計測装置の計測範囲に配置される規定条件を満足するときに、前記対象算出部により算出された前記積込対象の上端部の位置に基づいて、前記作業機を制御し、前記重複して前記規定条件を満足しないときに、前記積込対象の上端部の位置を参照することなく前記作業機を制御する又は前記作業機を制御しない作業機制御部と、を備える
積込機械の制御装置。
【請求項2】
前記バケット算出部は、前記バケットの下端部の位置を算出し、前記対象算出部は、前記計測装置と、前記積込対象の上端部と、前記バケットの下端部とに基づいて規定される角度が所定角度以上のときに、前記積込対象の上端部の位置を算出する、
請求項１に記載の積込機械の制御装置。
【請求項3】
前記対象算出部は、前記計測データ及び前記バケットの位置データに基づいて、前記積込機械から前記積込対象までの距離を算出し、前記作業機制御部は、前記真の積込対象の上端部と前記バケットとが重複していないと判定された場合に、前記積込対象の上端部の位置及び前記距離に基づいて、前記作業機を制御し、前記真の積込対象の上端部と前記バケットとが重複していると判定された場合に、前記距離に基づいて、前記作業機を制御する、
請求項１又は請求項２に記載の積込機械の制御装置。
【請求項4】
前記計測装置は、撮像装置を含み、前記計測データは、画像データを含み、
前記重複判定部は、前記画像データに基づく画像解析により前記重複しているか否かを判定する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の積込機械の制御装置。
【請求項5】
作業機を有する積込機械の車体前部に支持され、前記車体よりも前方の計測対象を計測する計測装置の計測データを取得する計測データ取得部と、前記計測データに基づいて、前記車体よりも前方の前記作業機のバケットにより掘削された掘削物が積み込まれる積込対象の位置を算出する対象算出部と、
前記バケットの位置データを算出するバケット算出部と、
側面から見た前記計測データにおいて前記積込対象と前記バケットとが重複しているか否かを判定する重複判定部と、
前記計測データ上の前記積込対象の全体の領域に対して、所定割合よりも大きくバケットと重複していると判定されたときに、前記作業機を制御せず、前記計測データ上の前記積込対象の全体の領域に対して、所定割合未満だけバケットと重複していると判定されたときに、前記対象算出部により算出された前記積込対象の位置に基づいて、前記作業機を制御する作業機制御部と、を備える
積込機械の制御装置。
【請求項6】
作業機を有する積込機械の車体前部に支持され、前記車体よりも前方の計測対象を計測する計測装置の計測データを取得する計測データ取得部と、前記計測データに基づいて、前記車体よりも前方の前記作業機のバケットにより掘削された掘削物が積み込まれる積込対象の上端部の位置を算出する対象算出部と、
前記バケットの位置データを算出するバケット算出部と、
側面から見た真の積込対象の上端部と前記バケットとが重複しているか否かを判定する重複判定部と、
前記重複せずに前記積込対象の上端部が前記バケットに遮られずに前記計測装置の計測範囲に配置される規定条件を満足するときに、前記対象算出部により算出された前記積込対象の上端部の位置に基づいて、前記作業機を制御し、前記重複して前記規定条件を満足しないときに、前記積込対象の上端部の位置を参照することなく前記作業機を制御する又は前記作業機を制御しない作業機制御部と、を備え、
前記対象算出部は、前記真の積込対象の上端部と前記バケットとが重複していないと判定された場合に、前記積込対象の上端部の位置を記憶し、
前記作業機制御部は、真の前記積込対象の上端部と前記バケットとが重複していると判定された場合に、記憶された前記積込対象の上端部の位置に基づいて、前記作業機を制御する、
積込機械の制御装置。
【請求項7】
作業機を有する積込機械の車体前部に支持され、前記車体よりも前方の計測対象を計測するに搭載された計測装置の計測データを取得することと、前記計測データに基づいて、前記車体よりも前方の前記作業機のバケットにより掘削された掘削物が積み込まれる積込対象の上端部の位置を算出することと、
前記バケットの位置データを算出することと、
側面から見た真の積込対象の上端部と前記バケットとが重複しているか否かを判定することと、
前記重複せずに前記積込対象の上端部が前記バケットに遮られずに前記計測装置の計測範囲に配置される規定条件を満足するときに、前記算出された前記積込対象の上端部の位置に基づいて、前記作業機を制御し、前記重複して前記規定条件を満足しないときに、前記積込対象の上端部の位置を参照することなく前記作業機を制御する又は前記作業機を制御しないことと、を含む
積込機械の制御方法。
【請求項8】
側面から見た前記真の積込対象の上端部と前記バケットとが重複しているか否かを判定する、請求項７に記載の積込機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、積込機械の制御装置及び積込機械の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
作業現場において積込機械が使用される。掘削対象物及び積み込み対象までの距離を求めるための計測器を備える自動掘削機の一例が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平１０－０８８６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
積込機械による積込作業の自動化を実現する場合、積込機械と積込対象との相対位置を良好に計測できる技術が要望される。
【0005】
本発明の態様は、積込機械と積込対象との相対位置を良好に計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の態様に従えば、作業機を有する積込機械に搭載された計測装置の計測データを取得する計測データ取得部と、前記計測データに基づいて、前記作業機のバケットにより掘削された掘削物が積み込まれる積込対象の上端部の位置を算出する対象算出部と、前記バケットの位置データを算出するバケット算出部と、前記計測データ上の前記積込対象の上端部と前記バケットとが重複しているか否かを判定する重複判定部と、前記重複していないと判定されたときに、計測された前記積込対象の上端部の位置に基づいて、前記作業機を制御する作業機制御部と、を備える積込機械の制御装置が提供される。
【発明の効果】
【0007】
本発明の態様によれば、積込機械と積込対象との相対位置を良好に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明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、本発明はこれに限定されない。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】
［ホイールローダ］
図１は、本実施形態に係る積込機械１の一例を示す側面図である。積込機械１は、作業現場において所定の作業を実施する。本実施形態においては、積込機械１がアーティキュレート積込機械の一種であるホイールローダ１であることとする。所定の作業は、掘削作業及び積込作業を含む。作業対象は、掘削対象及び積込対象を含む。ホイールローダ１は、掘削対象を掘削する掘削作業、及び掘削作業により掘削した掘削物を積込対象に積み込む積込作業を実施する。積込作業は、掘削物を排出対象に排出する排出作業を含む概念である。掘削対象として、地山、岩山、石炭、及び壁面の少なくとも一つが例示される。地山は、土砂により構成される山である。岩山は、岩又は石により構成される山である。積込対象として、運搬車両、作業現場の所定エリア、ホッパ、ベルトコンベヤ、及びクラッシャの少なくとも一つが例示される。
図１は、本実施形態に係る積込機械１の一例を示す側面図である。積込機械１は、作業現場において所定の作業を実施する。本実施形態においては、積込機械１がアーティキュレート積込機械の一種であるホイールローダ１であることとする。所定の作業は、掘削作業及び積込作業を含む。作業対象は、掘削対象及び積込対象を含む。ホイールローダ１は、掘削対象を掘削する掘削作業、及び掘削作業により掘削した掘削物を積込対象に積み込む積込作業を実施する。積込作業は、掘削物を排出対象に排出する排出作業を含む概念である。掘削対象として、地山、岩山、石炭、及び壁面の少なくとも一つが例示される。地山は、土砂により構成される山である。岩山は、岩又は石により構成される山である。積込対象として、運搬車両、作業現場の所定エリア、ホッパ、ベルトコンベヤ、及びクラッシャの少なくとも一つが例示される。
【0011】
図１に示すように、ホイールローダ１は、車体２と、運転席が設けられる運転台３と、車体２を支持する走行装置４と、車体２に支持される作業機１０と、作業機１０の角度を検出する角度センサ５０と、トランスミッション装置３０と、車体２よりも前方の計測対象を計測する三次元計測装置２０と、制御装置８０とを備える。
【0012】
車体２は、車体前部２Ｆと車体後部２Ｒとを含む。車体前部２Ｆと車体後部２Ｒとは、関節機構９を介して屈曲可能に連結される。
【0013】
運転台３は、車体２に支持される。ホイールローダ１の少なくとも一部は、運転台３に搭乗した運転者によって操作される。
【0014】
走行装置４は、車体２を支持する。走行装置４は、車輪５を有する。車輪５は、車体２に搭載されているエンジンが発生する駆動力により回転する。タイヤ６が車輪５に装着される。車輪５は、車体前部２Ｆに装着される２つの前輪５Ｆと、車体後部２Ｒに装着される２つの後輪５Ｒとを含む。タイヤ６は、前輪５Ｆに装着される前タイヤ６Ｆと、後輪５Ｒに装着される後タイヤ６Ｒとを含む。走行装置４は、地面ＲＳを走行可能である。
【0015】
前輪５Ｆ及び前タイヤ６Ｆは、回転軸ＦＸを中心に回転可能である。後輪５Ｒ及び後タイヤ６Ｒは、回転軸ＲＸを中心に回転可能である。
【0016】
以下の説明においては、前輪５Ｆの回転軸ＦＸと平行な方向を適宜、車幅方向、と称し、地面ＲＳと接触する前タイヤ６Ｆの接地面と直交する方向を適宜、上下方向、と称し、車幅方向及び上下方向の両方と直交する方向を適宜、前後方向、と称する。ホイールローダ１の車体２が直進状態で走行するとき、回転軸ＦＸと回転軸ＲＸとは平行である。
【0017】
走行装置４は、駆動装置４Ａと、ブレーキ装置４Ｂと、操舵装置４Ｃとを有する。駆動装置４Ａは、ホイールローダ１を加速させるための駆動力を発生する。駆動装置４Ａは、ディーゼルエンジンのような内燃機関を含む。駆動装置４Ａで発生した駆動力がトランスミッション装置３０を介して車輪５に伝達され、車輪５が回転する。ブレーキ装置４Ｂは、ホイールローダ１を減速又は停止させるための制動力を発生する。操舵装置４Ｃは、ホイールローダ１の走行方向を調整可能である。ホイールローダ１の走行方向は、車体前部２Ｆの向きを含む。操舵装置４Ｃは、油圧シリンダによって車体前部２Ｆを屈曲させることによって、ホイールローダ１の走行方向を調整する。
【0018】
本実施形態において、走行装置４は、運転台３に搭乗した運転者によって操作される。作業機１０は、制御装置８０に制御される。走行装置４を操作する走行操作装置４０が運転台３に配置される。運転者は、走行操作装置４０を操作して、走行装置４を作動させる。走行操作装置４０は、アクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングレバー、及び前後進を切り換えるためのシフトレバー４１を含む。アクセルペダルが操作されることにより、ホイールローダ１の走行速度が増大する。ブレーキペダルが操作されることにより、ホイールローダ１の走行速度が減少したり走行が停止したりする。ステアリングレバーが操作されることにより、ホイールローダ１が旋回する。シフトレバー４１が操作されることにより、ホイールローダ１の前進又は後進が切り換えられる。
【0019】
トランスミッション装置３０は、駆動装置４Ａで発生した駆動力を車輪５に伝達する。
【0020】
作業機１０は、車体前部２Ｆに回動可能に連結されるブーム１１と、ブーム１１に回動可能に連結されるバケット１２と、ベルクランク１５と、リンク１６とを有する。
【0021】
ブーム１１は、ブームシリンダ１３が発生する動力によって作動する。ブームシリンダ１３が伸縮することにより、ブーム１１は上げ動作又は下げ動作する。
【0022】
バケット１２は、刃先を含む先端部１２Ｂを有する作業部材である。バケット１２は、前輪５Ｆよりも前方に配置される。バケット１２は、ブーム１１の先端部に連結される。バケット１２は、バケットシリンダ１４が発生する動力によって作動する。バケットシリンダ１４が伸縮することにより、バケット１２はダンプ動作又はチルト動作する。
【0023】
バケット１２のダンプ動作が実施されることにより、バケット１２ですくい上げられた掘削物がバケット１２から排出される。バケット１２のチルト動作が実施されることにより、バケット１２は掘削物をすくい取る。
【0024】
角度センサ５０は、作業機１０の角度を検出する。角度センサ５０は、ブーム１１の角度を検出するブーム角度センサ５１と、バケット１２の角度を検出するバケット角度センサ５２とを含む。ブーム角度センサ５１は、例えば車体前部２Ｆに規定された車体座標系の基準軸に対するブーム１１の角度を検出する。バケット角度センサ５２は、ブーム１１に対するバケット２１の角度を検出する。角度センサ５０は、ポテンショメータでもよいし、油圧シリンダのストロークを検出するストロークセンサでもよい。
【0025】
［三次元計測装置］
三次元計測装置２０は、ホイールローダ１に搭載される。三次元計測装置２０は、ハウジング１７に支持される。三次元計測装置２０は、車体前部２Ｆよりも前方の計測対象を計測する。計測対象は、作業機１０により掘削された掘削物が積み込まれる積込対象を含む。三次元計測装置２０は、計測対象の三次元形状を計測する。三次元計測装置２０は、三次元計測装置２０から計測対象の表面の複数の各計測点までの相対位置を計測して、計測対象の三次元形状を計測する。制御装置８０は、計測された積込対象の三次元形状に基づいて、積込対象に関するパラメータを算出する。積込対象に関するパラメータは、積込対象までの距離、積込対象の上端部の位置、及び積込対象の高さの少なくとも一つを含む。
三次元計測装置２０は、ホイールローダ１に搭載される。三次元計測装置２０は、ハウジング１７に支持される。三次元計測装置２０は、車体前部２Ｆよりも前方の計測対象を計測する。計測対象は、作業機１０により掘削された掘削物が積み込まれる積込対象を含む。三次元計測装置２０は、計測対象の三次元形状を計測する。三次元計測装置２０は、三次元計測装置２０から計測対象の表面の複数の各計測点までの相対位置を計測して、計測対象の三次元形状を計測する。制御装置８０は、計測された積込対象の三次元形状に基づいて、積込対象に関するパラメータを算出する。積込対象に関するパラメータは、積込対象までの距離、積込対象の上端部の位置、及び積込対象の高さの少なくとも一つを含む。
【0026】
ホイールローダ１と計測対象との相対位置は、ホイールローダ１と計測対象との相対距離（三次元距離）を含む。三次元計測装置２０は、計測対象の表面の複数の計測点のそれぞれとの距離を計測することによって、計測対象の三次元形状及び計測対象との相対位置を計測することができる。
【0027】
三次元計測装置２０は、レーザ計測装置の一種であるレーザレーダ２１と、写真計測装置の一種であるステレオカメラ２２とを含む。
【0028】
レーザレーダ２１で取得された計測データは、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、レーザレーダ２１による計測データに基づいて、計測対象の三次元形状を計測する。
【0029】
ステレオカメラ２２は、計測対象を撮像して、計測対象を計測する。ステレオカメラ２２は、第１カメラ２２Ａと第２カメラ２２Ｂとを有する。第１カメラ２２Ａに取得された画像データ及び第２カメラ２２Ｂに取得された画像データは、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、第１カメラ２２Ａに取得された画像データと第２カメラ２２Ｂに取得された画像データとに基づいてステレオ処理を実施して、計測対象の三次元形状を計測する。画像データは、計測データの一例である。
【0030】
［動作］
図２は、本実施形態に係るホイールローダ１の動作を示す模式図である。ホイールローダ１は、複数の作業モードで作業する。作業モードは、作業機１０のバケット１２で掘削対象を掘削する掘削作業モードと、掘削作業モードによりバケット１２ですくい取った掘削物を積込対象に積み込む積込作業モードとを含む。掘削対象として、地面ＲＳに置かれた地山ＤＳが例示される。積込対象として、地面を走行可能な運搬車両ＬＳのベッセルＢＥが例示される。運搬車両ＬＳとして、ダンプトラックが例示される。
図２は、本実施形態に係るホイールローダ１の動作を示す模式図である。ホイールローダ１は、複数の作業モードで作業する。作業モードは、作業機１０のバケット１２で掘削対象を掘削する掘削作業モードと、掘削作業モードによりバケット１２ですくい取った掘削物を積込対象に積み込む積込作業モードとを含む。掘削対象として、地面ＲＳに置かれた地山ＤＳが例示される。積込対象として、地面を走行可能な運搬車両ＬＳのベッセルＢＥが例示される。運搬車両ＬＳとして、ダンプトラックが例示される。
【0031】
掘削作業モードにおいて、ホイールローダ１は、作業機１０のバケット１２に掘削物が保持されていない状態で、作業機１０のバケット１２で地山ＤＳを掘削するために地山ＤＳに向かって前進する。ホイールローダ１の運転者は、走行操作装置４０を操作して、図２の矢印Ｍ１で示すように、ホイールローダ１を前進させて地山ＤＳに接近させる。制御装置８０は、バケット１２で地山ＤＳが掘削されるように、作業機１０を制御する。
【0032】
地山ＤＳがバケット１２により掘削され、掘削物がバケット１２にすくい取られた後、ホイールローダ１は、作業機１０のバケット１２に掘削物が保持されている状態で、地山ＤＳから離れるように後進する。ホイールローダ１の運転者は、走行操作装置４０を操作して、図２の矢印Ｍ２で示すように、ホイールローダ１を後進させて地山ＤＳから離間させる。
【0033】
次に、積込作業モードが実施される。積込作業モードにおいて、ホイールローダ１は、作業機１０のバケット１２に掘削物が保持されている状態で、作業機１０のバケット１２により掘削された掘削物を積み込むために運搬車両ＬＳに向かって前進する。ホイールローダ１の運転者は、走行操作装置４０を操作して、図２の矢印Ｍ３で示すように、ホイールローダ１を旋回させながら前進させて運搬車両ＬＳに接近させる。ホイールローダ１に搭載されている三次元計測装置２０は、運搬車両ＬＳを計測する。制御装置８０は、三次元計測装置２０の計測データに基づいて、バケット１２に保持されている掘削物が運搬車両ＬＳのベッセルＢＥに積み込まれるように、作業機１０を制御する。すなわち、制御装置８０は、ホイールローダ１が運搬車両ＬＳに接近するように前進している状態で、ブーム１１が上げ動作するように、作業機１０を制御する。ブーム１１が上げ動作し、バケット１２がベッセルＢＥの上方に配置された後、制御装置８０は、バケット１２がチルト動作するように、作業機１０を制御する。これにより、バケット１２から掘削物が排出され、ベッセルＢＥに積み込まれる。
【0034】
バケット１２から掘削物が排出され、ベッセルＢＥに積み込まれた後、ホイールローダ１は、作業機１０のバケット１２に掘削物が保持されていない状態で、運搬車両ＬＳから離れるように後進する。運転者は、走行操作装置４０を操作して、図２の矢印Ｍ４で示すように、ホイールローダ１を後進させて運搬車両ＬＳから離間させる。
【0035】
運転者及び制御装置８０は、ベッセルＢＥに掘削物が満載されるまで、上述の動作を繰り返す。
【0036】
図３は、本実施形態に係るホイールローダ１の積込作業モードを示す模式図である。ホイールローダ１の運転者は、走行操作装置４０を操作して、ホイールローダ１を前進させて運搬車両ＬＳに接近させる。図３（Ａ）に示すように、ホイールローダ１に搭載されている三次元計測装置２０は、運搬車両ＬＳの三次元形状を計測する。制御装置８０は、三次元計測装置２０の計測データに基づいて、ホイールローダ１と運搬車両ＬＳとの距離及びベッセルＢＥの上端部の高さを検出する。ホイールローダ１から運搬車両ＬＳまでの距離は、バケット１２の先端部１２Ｂから運搬車両ＬＳまでの距離、バケット１２の任意の点から運搬車両ＬＳまでの距離、ホイールローダ１本体の任意の点から運搬車両ＬＳまでの距離、及び三次元計測装置２０から運搬車両ＬＳまでの距離を含む。バケット１２の先端部１２Ｂからの距離は、先端部１２Ｂの中央部からの距離、及び先端部１２Ｂの両端のいずれかの点からの距離を含む。ホイールローダ１から運搬車両ＬＳまでの距離は、バケット１２の先端部１２Ｂから車体前部２Ｆの進行方向に延ばして運搬車両ＬＳと交差した点までの距離、及びバケット１２の先端部１２Ｂから運搬車両ＬＳまでの最短距離を含む。ホイールローダ１から運搬車両ＬＳまでの距離は、水平距離、及び地面ＲＳと平行な方向の距離を含む。また、運搬車両ＬＳまでの距離は、運搬車両ＬＳの最近接点、すなわち運搬車両ＬＳにおけるホイールローダ１側で最も近接した点までの距離を含む。
【0037】
図３（Ｂ）に示すように、制御装置８０は、ホイールローダ１が運搬車両ＬＳに接近するように前進している状態で、三次元計測装置２０の計測データに基づいて、バケット１２がベッセルＢＥの上端部よりも上方に配置されるように、且つ、バケット１２に保持されている掘削物がバケット１２からこぼれないように、バケット１２の角度を制御しながら、ブーム１１を上げ動作させる。
【0038】
図３（Ｃ）に示すように、ブーム１１が上げ動作し、バケット１２がベッセルＢＥの上方に配置された後、制御装置８０は、バケット１２がチルト動作するように、作業機１０を制御する。これにより、バケット１２から掘削物が排出され、ベッセルＢＥに積み込まれる。
【0039】
［制御装置］
図４は、本実施形態に係るホイールローダ１の制御装置８０を示す機能ブロック図である。制御装置８０は、コンピュータシステムを含む。
図４は、本実施形態に係るホイールローダ１の制御装置８０を示す機能ブロック図である。制御装置８０は、コンピュータシステムを含む。
【0040】
制御装置８０に、作業機１０、トランスミッション装置３０、走行装置４、三次元計測装置２０、角度センサ５０、及び走行操作装置４０が接続される。
【0041】
制御装置８０は、計測データ取得部８１と、記憶部８２と、バケット算出部８３と、対象算出部８６と、重複判定部８４と、作業機制御部８７とを有する。
【0042】
計測データ取得部８１は、三次元計測装置２０の計測データを三次元計測装置２０から取得する。三次元計測装置２０は、計測データを制御装置８０に出力する。
【0043】
また、記憶部８２は、作業機データを記憶する。作業機データは、作業機１０の設計データ又は諸元データを含む。作業機１０の設計データは、例えば作業機１０のＣＡＤ（Computer Aided Design）データを含む。作業機データは、作業機１０の外形データを含む。作業機１０の外形データは、作業機１０の寸法データを含む。本実施形態において、作業機データは、ブーム長さ、バケット長さ、及びバケット外形を含む。ブーム長さとは、ブーム回転軸とバケット回転軸との距離をいう。バケット長さとは、バケット回転軸とバケット１２の先端部１２Ｂとの距離をいう。ブーム回転軸とは、車体前部２Ｆに対するブーム１１の回転軸をいい、車体前部２Ｆとブーム１１とを連結する連結ピンを含む。バケット回転軸とは、ブーム１１に対するバケット１２の回転軸をいい、ブーム１１とバケット１２とを連結する連結ピンを含む。バケット外形は、バケット１２の形状及び寸法を含む。バケット１２の寸法は、バケット１２の左端と右端との距離を示すバケット幅、バケット１２の開口部の高さ、及びバケット底面の長さなどを含む。
【0044】
バケット算出部８３は、角度センサ５０により検出された作業機１０の角度データと、記憶部８２に記憶されている作業機１０の作業機データとに基づいて、作業機１０の位置データを算出する。バケット算出部８３は、例えば車体座標系におけるバケット１２の位置データを算出する。バケット算出部８３は、少なくともバケット１２の先端部１２Ｂの位置、バケット１２の下端部１２Ｅの位置および高さを算出する。
【0045】
対象算出部８６は、計測データ取得部８１により取得された計測データに基づいて、三次元計測装置２０により計測されたベッセルＢＥを含む運搬車両ＬＳの三次元データを算出する。運搬車両ＬＳの三次元データは、運搬車両ＬＳの三次元形状を示す。
【0046】
対象算出部８６は、運搬車両ＬＳの三次元データに基づいて、運搬車両ＬＳに関するパラメータを算出する。運搬車両ＬＳに関するパラメータは、ホイールローダ１から運搬車両ＬＳまでの距離、及びベッセルＢＥの上端部ＢＥｔの高さの少なくとも一つを含む。ベッセルＢＥの上端部ＢＥｔの高さは、積込対象の上端部の位置、積込対象の高さ、運搬車両ＬＳの上端部の位置、及び運搬車両ＬＳの高さの一例である。
【0047】
重複判定部８４は、計測データにおいてベッセル上端部ＢＥｔとバケット１２とが重複しているか否かを判定する。
【0048】
重複判定部８４は、三次元計測装置２０の位置と、ベッセルＢＥの上端部ＢＥｔの位置と、バケット１２との相対位置に基づいて、ベッセル上端部ＢＥｔとバケット１２とが重複しているか否かを判定する。
【0049】
対象算出部８６は、重複判定部８４においてベッセル上端部ＢＥｔとバケット１２とが重複していないと判定されたときに、ベッセルＢＥの上端部ＢＥｔの高さを算出する。
【0050】
本実施形態において、バケット算出部８３は、ホイールローダ１の車体座標系におけるバケット１２の位置を算出する。対象算出部８６は、三次元計測装置２０の位置と、ベッセルＢＥの上端部ＢＥｔの位置と、バケット１２の下端部の位置とに基づいて規定される角度が所定角度以上のときに、ベッセル上端部ＢＥｔの位置を算出する。
【0051】
作業機制御部８７は、対象算出部８６により算出された運搬車両ＬＳまでの距離及びベッセルＢＥの上端部ＢＥｔの高さに基づいて、ベッセルＢＥに掘削物を積み込む作業機１０の動作を制御する。作業機制御部８７は、重複判定部８４においてベッセル上端部ＢＥｔとバケット１２とが重複していないと判定されたときに、ベッセル上端部ＢＥｔの位置に基づいて、作業機１０を制御する。
【0052】
作業機１０の動作の制御は、ブームシリンダ１３及びバケットシリンダ１４の少なくとも一方の動作の制御を含む。ホイールローダ１は、油圧ポンプと、油圧ポンプからブームシリンダ１３に供給される作動油の流量及び方向を制御するブーム制御弁と、油圧ポンプからバケットシリンダ１４に供給される作動油の流量及び方向を制御するバケット制御弁とを有する。作業機制御部８７は、ブーム制御弁及びバケット制御弁に制御信号を出力して、ブームシリンダ１３及びバケットシリンダ１４に供給される作動油の流量及び方向を制御して、ブーム１１の上げ下げ動作及びバケット１２の上げ下げ動作を制御することができる。
【0053】
本実施形態において、対象算出部８６は、バケット算出部８３により算出された作業機１０の位置データに基づいて、計測データから作業機１０の少なくとも一部を示す部分データを除去し、部分データが除去された計測データに基づいて、ベッセル上端部ＢＥｔの高さデータ及び運搬車両ＬＳまでの距離データを算出する。
【0054】
本実施形態において、ホイールローダ１は、トランスミッション制御部８８と、走行制御部８９とを有する。
【0055】
トランスミッション制御部８８は、ホイールローダ１の運転者による走行操作装置４０の操作に基づいて、トランスミッション装置３０の動作を制御する。トランスミッション装置３０の動作の制御は、シフトチェンジの制御を含む。
【0056】
走行制御部８９は、ホイールローダ１の運転者による走行操作装置４０の操作に基づいて、走行装置４の動作を制御する。走行制御部８９は、駆動装置４Ａを作動するためのアクセル指令、ブレーキ装置４Ｂを作動するためのブレーキ指令、及び操舵装置４Ｃを作動するためのステアリング指令を含む運転指令を出力する。
【0057】
［作業機制御部の処理］
本実施形態において、作業機制御部８７は、対象算出部８６により算出されたベッセルＢＥの上端部の位置と、バケット算出部８３により算出されたバケット１２の下端部との位置とに基づいて、ベッセルＢＥの上端部とバケット１２の下端部との相対位置が規定条件を満足するか否かを判定する。
本実施形態において、作業機制御部８７は、対象算出部８６により算出されたベッセルＢＥの上端部の位置と、バケット算出部８３により算出されたバケット１２の下端部との位置とに基づいて、ベッセルＢＥの上端部とバケット１２の下端部との相対位置が規定条件を満足するか否かを判定する。
【0058】
図５、図６、及び図７は、三次元計測装置２０の計測範囲ＡＲの一例として、ステレオカメラ２２における計測範囲を示す図である。三次元計測装置２０で計測対象を計測するとき、作業機１０の少なくとも一部が三次元計測装置２０の計測範囲ＡＲに配置されてしまう可能性がある。三次元計測装置２０がステレオカメラ２２である場合、三次元計測装置２０の計測範囲は、ステレオカメラ２２の撮像範囲（ステレオカメラ２２の光学系の視野領域）を含む。三次元計測装置２０がレーザレーダ２１である場合、三次元計測装置２０の計測範囲は、レーザレーダ２１から射出されるレーザ光の照射範囲を含む。
【0059】
規定条件は、ベッセルＢＥの上端部が作業機１０のバケット１２に遮られずに三次元計測装置２０の計測範囲ＡＲに配置される条件を含む。
【0060】
図５は、バケット１２が三次元計測装置２０の計測範囲ＡＲに配置され、バケット１２の下端部１２ＥがベッセルＢＥの上端部よりも下方に配置されている例を示す。図６に示すように、ベッセルＢＥの上端部とバケット１２の下端部１２Ｅとの相対位置によっては、ベッセルＢＥの上端部がバケット１２によって隠れてしまう場合がある。
【0061】
図６は、バケット１２が三次元計測装置２０の計測範囲ＡＲに配置されているものの、バケット１２の下端部１２ＥがベッセルＢＥの上端部よりも上方に配置されている例を示す。図６に示すように、ベッセルＢＥの上端部とバケット１２の下端部１２Ｅとの相対位置によっては、ベッセルＢＥの上端部がバケット１２によって隠れることなく、計測範囲ＡＲに現れる場合がある。
【0062】
図７は、バケット１２が三次元計測装置２０の計測範囲ＡＲに配置され、バケット１２の上端部１２ＴがベッセルＢＥの上端部よりも下方に配置されている例を示す。図７に示すように、ベッセルＢＥの上端部とバケット１２の上端部１２Ｔとの相対位置によっては、ベッセルＢＥの上端部がバケット１２によって隠れることなく、計測範囲ＡＲに現れる場合がある。
【0063】
図５に示す状態の場合、作業機制御部８７は、ベッセルＢＥの上端部とバケット１２の下端部との相対位置が規定条件を満足しないと判定する。作業機制御部８７は、規定条件を満足しないと判定したとき、例えば、水平方向においてホイールローダ１に最も近い運搬車両ＬＳの部位を示す最近接点との距離に基づいて、作業機１０の動作を制御する。なお、作業機制御部８７は、三次元計測装置２０と運搬車両ＬＳの最近接点との距離に基づいて、ブーム１１を所定の上昇速度で上昇させてもよい。
【0064】
図６に示す状態の場合、作業機制御部８７は、ベッセルＢＥの上端部とバケット１２の下端部との相対位置が規定条件を満足すると判定する。作業機制御部８７は、規定条件を満足すると判定したとき、例えばベッセルＢＥの上端部の高さ及びホイールローダ１と運搬車両ＬＳの最近接点との距離に基づいて、作業機１０の動作を制御する。
【0065】
図７に示す状態の場合、作業機制御部８７は、ベッセルＢＥの上端部とバケット１２の下端部との相対位置が規定条件を満足すると判定する。作業機制御部８７は、規定条件を満足すると判定したとき、例えばベッセルＢＥの上端部の高さ及びホイールローダ１と運搬車両ＬＳの最近接点との距離に基づいて、作業機１０の動作を制御する。
【0066】
［規定条件の判定方法］
図８は、本実施形態に係るホイールローダ１の制御方法を示すフローチャートであって、規定条件の判定方法を含むフローチャートである。図９、図１０、及び図１１は、規定条件の判定方法を説明するための図である。
図８は、本実施形態に係るホイールローダ１の制御方法を示すフローチャートであって、規定条件の判定方法を含むフローチャートである。図９、図１０、及び図１１は、規定条件の判定方法を説明するための図である。
【0067】
ホイールローダ１が作業機１０により掘削された掘削物を積み込むために運搬車両ＬＳに向かって前進する積込作業モードにおいて、三次元計測装置２０は、少なくとも運搬車両ＬＳを含む計測対象を計測する。三次元計測装置２０の計測データは、制御装置８０に出力される。計測データ取得部８１は、三次元計測装置２０から計測データを取得する（ステップＳ１０）。
【0068】
対象算出部８６は、計測データ取得部８１により取得された計測データ及びバケットの位置データに基づいて、バケット先端部１２Ｂと運搬車両ＬＳとの距離Ｄｂを算出する（ステップＳ２０）。バケットの位置データであるバケット１２の刃先１２Ｂの位置は、バケット１２の作業機データ及び作業機の角度データを用いて求めることができる。作業機の角度データは、角度センサ５０によって検出される。作業機１０の角度は、ブーム角度センサ５１によって検出されるブーム１１の角度と、バケット角度センサ５２によって検出されるバケット１２の角度とを含む。作業機１０の角度を示す角度データは、バケット算出部８３に出力される。
【0069】
バケット算出部８３は、作業機１０の角度データと、記憶部８２に記憶されている作業機１０の作業機データとに基づいて、バケット１２の下端部１２Ｅの位置を算出する。バケット１２の下端部１２Ｅの位置は、例えばホイールローダ１の車体座標系において規定される（ステップＳ３０）。バケット１２の下端部１２Ｅの位置は、予め定められている位置ではなく、三次元計測装置２０から見たバケット外形の下端部の位置から特定される。
【0070】
例えば図９に示すように、バケット１２の下端部１２ＥがベッセルＢＥの上端部ＢＥｔよりも下方に配置されている場合、図５を参照して説明したように、ベッセルＢＥの上端部ＢＥｔがバケット１２によって隠れ、三次元計測装置２０の計測範囲ＡＲにベッセルＢＥの上端部ＢＥｔが配置されない。この状態では、図９における計測データ上のベッセルＢＥの上端部ＢＥｓがベッセル１２の上端部と判断されることになるが、図９が示す通り、計測データ上のベッセルＢＥの上端部ＢＥｓの位置は真のベッセルＢＥの上端部ＢＥｔとは一致しないため、、この判断は誤りとなる。そのため、図５及び図９に示す状態の場合、作業機制御部８７は、ベッセルＢＥの上端部ＢＥｔの位置を算出できないと判定する。
【0071】
重複判定部８４は、真のベッセルＢＥの上端部ＢＥｔとバケット１２とが重複していないか判定する。両者が重複していないと判定された場合、図１０のように、計測データ上のベッセルＢＥの上端部ＢＥｓの位置は真のベッセルＢＥの上端部ＢＥｔと一致するため、計測データ上のベッセルＢＥの上端部ＢＥｓの高さが真のベッセルＢＥの上端部ＢＥｔの高さであると判定することができる。
【0072】
例えば図１０に示すように、三次元計測装置２０と計測データ上のベッセルＢＥの上端部ＢＥｓとを結ぶ仮想線Ｌ１と、三次元計測装置２０とバケットＢＥの下端部１２Ｅとを結ぶ仮想線Ｌ２とがなす角度θ１が所定角度以上の場合、図６を参照して説明したように、ベッセルＢＥの上端部ＢＥｔは現れ、三次元計測装置２０の計測範囲ＡＲにベッセルＢＥの上端部ＢＥｔが配置される。図６及び図１０に示す状態の場合、重複判定部８４は、バケット１２と運搬車両ＬＳとが重複していないと判定することができる。一方、図９のように、角度θ１がほぼ０度である場合、真の上端部ＢＥｔがバケット１２に重複している可能性が高い。この場合、重複判定部８４は、真の上端部ＢＥｔを算出できないと判断する。
【0073】
対象算出部８６は、計測データ取得部８１により取得された計測データに基づいて、計測データ上の上端部ＢＥｓの位置を算出する。ベッセルＢＥの上端部ＢＥｓの位置は、例えばホイールローダ１の車体座標系において規定される（ステップＳ６０）。
【0074】
算出されたバケット１２の下端部１２Ｅの位置、算出された計測データ上のベッセルＢＥの上端部ＢＥｓの位置、及び三次元計測装置２０の車体座標系における位置に基づいて、作業機制御部８７は、判定角度θ１を算出する（ステップＳ７０）。車体座標系における三次元計測装置２０の位置は既知であり記憶部８２に記憶されている。また、バケット１２の下端部１２Ｅの位置及び計測データ上のベッセルＢＥの上端部ＢＥｓの位置は、車体座標系において規定される。したがって、作業機制御部８７は、判定角度θ１を算出することができる。
【0075】
作業機制御部８７は、判定角度θが予め定められている閾値以上か否かを判定する（ステップＳ８０）。閾値は、０［°］よりも大きい角度である。本実施形態において、閾値は、例えば５［°］である。仮想線Ｌ１と仮想線Ｌ２とがある程度離れていないと、計測データ上のベッセルＢＥの上端部ＢＥｓが真のベッセルＢＥの上端部ＢＥｔであるか判別できないためである。
【0076】
ステップＳ８０において、判定角度θ１が閾値以上ではないと判定した場合（ステップＳ８０：Ｎｏ）、作業機制御部８７は、ホイールローダ１から運搬車両ＬＳまでの距離Ｄｂに基づいて、作業機１０の動作を制御する（ステップＳ５０）。
【0077】
ステップＳ８０において、判定角度θが閾値以上であると判定した場合（ステップＳ８０：Ｙｅｓ）、対象算出部８６は、ベッセルＢＥの上端部の位置に基づいて、地面ＲＳからのベッセルＢＥの上端部ＢＥｔの高さＨｂを算出する（ステップＳ８５）。
【0078】
作業機制御部８７は、ベッセルＢＥの上端部の高さＨｂ及びホイールローダ１から運搬車両ＬＳまでの距離Ｄｂに基づいて、作業機１０の動作を制御する（ステップＳ９０）。
【0079】
すなわち、図３を参照して説明したように、作業機制御部８７は、ホイールローダ１が運搬車両ＬＳに接近するように前進している状態で、対象算出部８６により算出されたベッセルＢＥの上端部の高さ及び運搬車両ＬＳまでの距離に基づいて、バケット１２がベッセルＢＥの上端部よりも上方に配置されるように、且つ、バケット１２に保持されている掘削物がバケット１２からこぼれないように、バケット１２の角度を制御しながら、ブーム１１を上げ動作させる。ブーム１１が上げ動作し、バケット１２がベッセルＢＥの上方に配置された後、作業機制御部８７は、バケット１２がチルト動作するように、作業機１０を制御する。これにより、バケット１２から掘削物が排出され、ベッセルＢＥに積み込まれる。
【0080】
また、ホイールローダ１の走行速度及び現時点でのバケット高さも考慮してもよい。これにより、刃先１２Ｂが運搬車両ＬＳの最近接点に到達する直前に刃先１２Ｂの位置がベッセルＢＥの上端部ＢＥｔよりも高い位置になるよう作業機１０を最適な上昇速度で制御することができる。
【0081】
本実施形態においては、計測範囲ＡＲにベッセルＢＥの上端部が現れたとしても、判定角度θ１が閾値以上になったと判定されるまで、作業機制御部８７は、ベッセルＢＥの上端部の高さを参照せずに、ベッセルＢＥまでの距離のみに基づいて、作業機１０を制御する。
【0082】
なお、本実施形態においては、判定角度θ１に基づいて、規定条件を満足するか否かを判定することとした。図１１に示すように、バケット１２が下方に位置する場合、三次元計測装置２０とベッセル上端部ＢＥｔとを結ぶ仮想線Ｌ１と、三次元計測装置２０とバケット上端部１２Ｔとを結ぶ仮想線Ｌ２とのなす角度θ２が所定角度（θ１とは逆方向）以上である場合に、真のバケット上端部ＢＥｔを算出できると判定してもよい。また、バケット１２が下方に位置する場合、少しでもベッセルＢＥが検出された場合には、図１１に示されるように、計測データ上のベッセル上端ＢＥｓの位置は、真のベッセル上端部ＢＥｔと一致するため、真のバケット上端部ＢＥｔを算出できると判定してもよい。
【0083】
重複判定部８４は、計測データ上のバケット上端部ＢＥｓにおけるすべての領域がバケットと重なっている場合に重複していると判定する場合に限られず、例えば計測データ上のバケット上端部ＢＥｓにおける所定割合の領域がバケットと重なっている場合に重複していると判定してもよい。
【0084】
なお、地面ＲＳを基準とするバケット下端部１２Ｅの地面ＲＳからの高さＨｅに基づいて、規定条件を満足するか否かが判定されてもよい。例えば、バケット下端部１２Ｅの高さＨｅが、計測データ上のベッセル上端部ＢＥｓの高さよりも所定距離以上高い場合に計測データ上のベッセル上端部ＢＥｓの高さを求めるようにしてもよい。地面ＲＳは、例えばタイヤ６の接地面に基づいて規定されてもよい。タイヤ６の接地面の位置は、例えば車体座標系において規定される既知データである。
【0085】
なお、ホイールローダ１に慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）又は傾斜センサが設けられている場合、慣性計測装置又は傾斜センサの検出データに基づいて、地面ＲＳの位置が特定されてもよい。
【0086】
［ステレオカメラの計測データに基づくベッセルの上端部の位置の算出方法］
次に、ステレオカメラ２２の計測データ上のベッセル上端部ＢＥｓの位置の算出方法について説明する。
次に、ステレオカメラ２２の計測データ上のベッセル上端部ＢＥｓの位置の算出方法について説明する。
【0087】
ホイールローダ１が作業機１０による掘削された掘削物を積み込むために運搬車両ＬＳに向かって前進する積込作業モードにおいて、ステレオカメラ２２は、運搬車両ＬＳを計測する。計測データ取得部８１は、ステレオカメラ２２から、運搬車両ＬＳを計測したステレオカメラ２２の計測データを取得する。
【0088】
ステレオカメラ２２は、運搬車両ＬＳの表面の複数の計測点ＰＩのそれぞれとの距離を計測する。
【0089】
図１２は、本実施形態に係るステレオカメラ２２により取得された運搬車両ＬＳを含む画像データの一例を示す図である。図１２において、バケット１２を示す画像は省略する。なお、図１２においては、計測点ＰＩ（点データ）を１つしか記載されていないが、図１２に示す画像データの画素ごとに計測点ＰＩが設定される。ステレオカメラ２２は、画像データに対してステレオ処理を行うことにより各画素毎に対応する点群データ、すなわち三次元データを得ることができる。
【0090】
対象算出部８６は、ステレオカメラ２２の計測データである画像データに基づいて、車体座標系におけるステレオカメラ２２から各画素に写る運搬車両ＬＳの表面における複数の計測点ＰＩまでの距離を算出する。算出部８６は、運搬車両ＬＳの表面の複数の計測点ＰＩのそれぞれまでの距離に基づいて、運搬車両ＬＳの三次元形状を算出する。
【0091】
次に、対象算出部８６は、ステレオカメラ２２からの距離と、その距離を示す計測点ＰＩのデータ数との関係を示すヒストグラムを作成する。
【0092】
図１３は、ステレオカメラ２２から計測点ＰＩまでの距離と、各距離に存在する計測点ＰＩのデータ数との関係を示すヒストグラムを示す模式図である。各距離は一定の距離は場を有するものである。
【0093】
図１２に示す画像データにおいては、例えば地面のような運搬車両ＬＳ以外の計測対象が含まれているため、図１３に示すように、幅広い距離においてヒストグラムのデータが存在する。一方、図１２に示す画像データにおいては、運搬車両ＬＳの側面領域が占める割合が大きい。また、運搬車両ＬＳの側面は地面からほぼ垂直に立っており、ステレオカメラ２２から運搬車両ＬＳの側面の各計測点までの距離はほぼ一定である。そのため、ヒストグラムにおいて、ステレオカメラ２２から運搬車両ＬＳの計測点ＰＩまでの距離において多くのデータがカウントされる。対象算出部８６は、多くのデータがカウントされた距離幅に入っている三次元データを運搬車両ＬＳの計測データと判断する。そして、運搬車両ＬＳの計測データと判断された三次元データとバケット１２の位置データとに基づき、ホイールローダ１から運搬車両ＬＳまでの距離Ｄｂを算出する。また、運搬車両ＬＳの計測データと判断された三次元データに基づいて、計測データ上のバケット上端ＢＥｓの高さを算出する。
【0094】
作業機制御部８７は、対象算出部８６により算出されたベッセルＢＥの上端部の高さＨｂ及び運搬車両ＬＳまでの距離Ｄｂに基づいて、作業機１０を制御する。
【0095】
［レーザレーダの計測データに基づくベッセルの上端部の位置の算出方法］
次に、レーザレーダ２１の計測データに基づくベッセルＢＥの上端部の位置の算出方法について説明する。
次に、レーザレーダ２１の計測データに基づくベッセルＢＥの上端部の位置の算出方法について説明する。
【0096】
図１４は、レーザレーダ２１による計測方法を模式的に示す。なお、図１４においてバケット１２を示す図は省略する。図１４に示すように、レーザレーダ２１は、運搬車両ＬＳの表面の複数の照射点ＰＪのそれぞれとの距離を計測する。計測データ取得部８１は、各照射点ＰＪの位置データからなる三次元データを取得する。対象算出部８６は、計測された三次元データを地面グループと運搬車両グループとに分割する。
【0097】
対象算出部８６は、運搬車両グループにおける三次元データと作業機の位置データとから、ホイールローダ１から運搬車両ＬＳまでの距離Ｄｂを算出する。
【0098】
対象算出部８６は、運搬車両グループにおける三次元データのうち最も高い位置に存在する照射点ＰＪを抽出し、この照射点ＰＪに基づいて、ベッセル上端部ＢＥｔの高さＨｂを算出する。
【0099】
［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、ベッセルＢＥの上端部とバケット１２の下端部との相対位置が規定条件を満足するときに、作業機制御部８７は、ベッセルＢＥの上端部の位置およびホイールローダ１から運搬車両ＬＳまでの距離に基づいて、作業機１０を制御する。ベッセルＢＥの上端部がバケット１２に隠れてしまっている状態においては、対象算出部８６によって算出される計測データ上のベッセル上端部ＢＥｓの位置は、真のベッセル上端部ＢＥｔと一致していない可能性が高い。本実施形態においては、作業機制御部８７は、ベッセルＢＥの上端部がバケット１２に遮られずに三次元計測装置２０の計測範囲ＡＲに配置される規定条件を満足するときに、対象算出部８６により算出されたベッセルＢＥの上端部の位置に基づいて、作業機１０を制御する。これにより、作業機制御部８７は、高精度に算出されたベッセルＢＥの上端部の位置に基づいて、作業機１０を制御することができる。また、作業機制御部８７は、規定条件を満足しないときに、ベッセルＢＥの上端部の位置を参照することなく、作業機１０を制御する。これにより、作業機制御部８７は、不正確な計測データに基づいて、作業機１０を制御することを防ぐことができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、ベッセルＢＥの上端部とバケット１２の下端部との相対位置が規定条件を満足するときに、作業機制御部８７は、ベッセルＢＥの上端部の位置およびホイールローダ１から運搬車両ＬＳまでの距離に基づいて、作業機１０を制御する。ベッセルＢＥの上端部がバケット１２に隠れてしまっている状態においては、対象算出部８６によって算出される計測データ上のベッセル上端部ＢＥｓの位置は、真のベッセル上端部ＢＥｔと一致していない可能性が高い。本実施形態においては、作業機制御部８７は、ベッセルＢＥの上端部がバケット１２に遮られずに三次元計測装置２０の計測範囲ＡＲに配置される規定条件を満足するときに、対象算出部８６により算出されたベッセルＢＥの上端部の位置に基づいて、作業機１０を制御する。これにより、作業機制御部８７は、高精度に算出されたベッセルＢＥの上端部の位置に基づいて、作業機１０を制御することができる。また、作業機制御部８７は、規定条件を満足しないときに、ベッセルＢＥの上端部の位置を参照することなく、作業機１０を制御する。これにより、作業機制御部８７は、不正確な計測データに基づいて、作業機１０を制御することを防ぐことができる。
【0100】
［コンピュータシステム］
図１５は、コンピュータシステム１０００の一例を示すブロック図である。上述の制御装置８０は、コンピュータシステム１０００によって構成される。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。上述の制御装置８０の機能は、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、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、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。
図１５は、コンピュータシステム１０００の一例を示すブロック図である。上述の制御装置８０は、コンピュータシステム１０００によって構成される。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。上述の制御装置８０の機能は、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、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、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。
【0101】
［その他の実施形態］
なお、上述の実施形態においては、三次元計測装置２０としてレーザレーダ２１及びステレオカメラ２２の両方がホイールローダ１に設けられることとした。レーザレーダ２１及びステレオカメラ２２の一方がホイールローダ１に設けられてもよい。また、三次元計測装置２０は、作業対象の三次元形状及び作業対象との相対位置を計測できればよく、レーザレーダ２１及びステレオカメラ２２に限定されない。
なお、上述の実施形態においては、三次元計測装置２０としてレーザレーダ２１及びステレオカメラ２２の両方がホイールローダ１に設けられることとした。レーザレーダ２１及びステレオカメラ２２の一方がホイールローダ１に設けられてもよい。また、三次元計測装置２０は、作業対象の三次元形状及び作業対象との相対位置を計測できればよく、レーザレーダ２１及びステレオカメラ２２に限定されない。
【0102】
上述の実施形態において、三次元計測装置２０に代えて、計測装置としての撮像装置を用いて計測対象の画像を取得して、人工知能（ＡＩ：Artificial Intelligence）などの画像認識によりバケット１２がベッセルＢＥの上端部に重なっているか否かが判定されてもよい。また、三次元計測装置２０によって計測された三次元データに基づいて、ＡＩなどによる解析によって、バケット１２とベッセルＢＥの上端部との重なりを判定してもよい。
【0103】
上述の実施形態において、計測データ上のベッセル上端部ＢＥｓがバケット１２によって隠れているか否かを判定したが、その形態に限られず、例えば計測データ上の運搬車両ＬＳ全体がバケット１２によって隠れているか否かを判定し、例えば計測データ上の運搬車両ＬＳ全体の領域に対して所定割合よりも大きい領域がバケット１２によって重複している場合に、作業機制御部８７が作業機の制御を行わず、運搬車両ＬＳ全体の領域に対して、所定割合以下の領域だけバケットと重複していると判定されたときに、計測された前記積込対象の位置に基づいて、前記作業機を制御する、としてもよい。
【0104】
上述の実施形態において、計測データ上のベッセル上端部ＢＥｓがバケット１２によって隠れていると判定された場合に、運搬車両ＬＳまでの距離Ｄｂに基づいて作業機１０を制御するようにしたが、その形態に限られず、例えば計測データ上のベッセル上端部ＢＥｓがバケット１２によって隠れていると判定された場合に、作業機の制御を行わない、または所定の上昇速度で作業来１０を上昇するよう制御するようにしてもよい。
【0105】
または、対象算出部８６は、図１１のような状態において計測されたベッセル上端部ＢＥｔの高さＨｂを記憶部８２に記憶させておき、図９のような状態においてベッセル上端部ＢＥｔがバケット１２によって隠れていると判定された場合であっても、記憶されたベッセル上端部ＢＥｔの高さＨｂに基づいて、作業機１０を制御するようにしてもよい。
【0106】
なお、上述の各実施形態において、ホイールローダ１が作業を実施する作業現場は、鉱山の採掘現場でもよいし、施工現場又は建設現場でもよい。
【0107】
なお、ホイールローダ１は、除雪作業に使用されてもよいし、農畜産業における作業に使用されてもよいし、林業における作業に使用されてもよい。
【0108】
なお、上述の実施形態において、バケット１２は、複数の刃を有してもよいし、ストレート状の刃先を有してもよい。
【0109】
なお、ブーム１１の先端部に連結される作業部材は、バケット１２でなくてもよく、除雪作業に使用されるスノープラウ又はスノーバケットでもよいし、農畜産業の作業において使用されるベールグラブ又はフォークでもよいし、林業の作業において使用されるフォーク又はバケットでもよい。
【0110】
なお、作業機械は、ホイールローダに限定されず、例えば油圧ショベル又はブルドーザのような作業機を有する作業機械に上述の実施形態で説明した制御装置８０及び制御方法を適用することができる。
【符号の説明】
【0111】
１…ホイールローダ（積込機械）、２…車体、２Ｆ…車体前部、２Ｒ…車体後部、３…運転台、４…走行装置、４Ａ…駆動装置、４Ｂ…ブレーキ装置、４Ｃ…操舵装置、５…車輪、５Ｆ…前輪、５Ｒ…後輪、６…タイヤ、６Ｆ…前タイヤ、６Ｒ…後タイヤ、７…フロントフェンダ、７Ａ…第１部材、７Ｂ…第２部材、８…前照灯、９…関節機構、１０…作業機、１１…ブーム、１２…バケット、１２Ｂ…先端部、１２Ｅ…下端部、１３…ブームシリンダ、１４…バケットシリンダ、１５…ベルクランク、１６…リンク、２０…三次元計測装置、２１…レーザレーダ、２２…ステレオカメラ、２２Ａ…第１カメラ、２２Ｂ…第２カメラ、３０…トランスミッション装置、４０…走行操作装置、５０…角度センサ、５１…ブーム角度センサ、５２…バケット角度センサ、８０…制御装置、８１…計測データ取得部、８２…記憶部、８３…バケット算出部、８６…対象算出部、８７…作業機制御部、８８…トランスミッション制御部、８９…走行制御部、ＡＲ…計測範囲、ＢＥ…ベッセル（積込対象）、ＤＡ…分割データ、ＤＳ…地山（掘削対象）、ＦＸ…回転軸、ＬＳ…運搬車両、ＰＪ…照射点、ＲＸ…回転軸、ＲＳ…地面、ＳＨ…閾値。
【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】