(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】2022-12-19
(45)【発行日】2022-12-27
(54)【発明の名称】積込機械の制御装置および制御方法
(51)【国際特許分類】
E02F 3/43 20060101AFI20221220BHJP
E02F 9/22 20060101ALI20221220BHJP
【FI】
E02F3/43 B
E02F9/22 E
(21)【出願番号】P 2018163417
(22)【出願日】2018-08-31
【審査請求日】2021-07-01
(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】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】根田 知樹
(72)【発明者】
【氏名】畠 一尋
【審査官】彦田 克文
(56)【参考文献】
【文献】特開昭52-064105(JP,A)
【文献】特開昭64-090327(JP,A)
【文献】特開平09-195321(JP,A)
【文献】特開2000-179008(JP,A)
【文献】特開2001-123479(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E02F 3/43
E02F 9/22
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御装置であって、
前記バケットを積込対象の上方の積込位置へ移動させるための積込指示信号を受け付けた場合に
、前記作業機が前記積込位置に位置するときに前記旋回体が向く方
位より旋回方向手前
側において、前記バケットに排土させるための排土操作信号を出力する操作信号出力部
を備える積込機械の制御装置。
【請求項2】
前記
操作信号出力部は、前記バケットの全体と前記積込対象とが上方からの平面視において重なるときに前記旋回体が向く方位より旋回方向手前側の方位
において前記バケットを排土させるための前記排土操作信号を出力する
請求項1に記載の積込機械の制御装置。
【請求項3】
前記積込対象の位置と前記旋回体の旋回速度とに基づいて
前記バケットを排土させる方位を算出する排土開始方位算出部を備える
請求項1または請求項2に記載の積込機械の制御装置。
【請求項4】
前記排土操作信号を出力する方位は、あらかじめ定められた方位である
請求項1または請求項2に記載の積込機械の制御装置。
【請求項5】
前記旋回体の向く方位が、排土操作を実行しない第1領域と排土操作を実行する第2領域のいずれにあるかを判定する領域判定部を備える
請求項1に記載の積込機械の制御装置。
【請求項6】
前記領域判定部によって前記旋回体の向く方位が前記第2領域に含まれると判定された場合、前記操作信号出力部は前記バケットを排土させるための前記排土操作信号を出力する
請求項5に記載の積込機械の制御装置。
【請求項7】
旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御方法であって、
前記バケットを積込対象の上方の積込位置へ移動させるための積込指示信号を受け付けた場合に、前記作業機が前記積込位置に位置するときに前記旋回体が向く方
位より旋回方向手前側
において、前記バケットに排土させるための排土操作信号を出力するステップ、
を備える積込機械の制御方法。
【請求項8】
旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の遠隔制御システムであって、
前記バケットを積込対象の上方の積込位置へ移動させるための積込指示信号を受け付けた場合に、前記旋回体が、前記作業機が前記積込位置に位置するときに前記旋回体が向く方位より旋回方向手前側において、前記バケットに排土させるための排土操作信号を出力する操作信号出力部
を備える積込機械の遠隔制御システム。
【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および制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、積込機械の自動積込制御に関する技術が開示されている。自動積込制御とは、制御装置が積込機械のオペレータ等から積込点の指定を受け付け、制御装置が積込機械および作業機の動作を制御することで、バケットを積込点へ移動させる制御である。特許文献1に記載の技術によれば、制御装置は、予め作業機の位置の時系列を記憶しておき、当該時系列に従って作業機を作動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の技術によれば、作業機は予め記憶された積込点まで自動的に移動し、積込点において排土がなされる。一方で、自動積込においてサイクルタイムを短縮したいという要望がある。
本発明の目的は、自動積込制御においてサイクルタイムを短縮することができる積込機械の制御装置および制御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】
本発明の第1の態様によれば、積込機械の制御装置は、旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御装置であって、前記バケットを積込対象の上方の積込位置へ移動させるための積込指示信号を受け付けた場合に、前記作業機が前記積込位置に位置するときに前記旋回体が向く方位より旋回方向手前側において、前記バケットに排土させるための排土操作信号を出力する操作信号出力部と、を備える。
【発明の効果】
【0006】
上記態様によれば、積込機械の制御装置は、自動積込制御においてサイクルタイムを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図1】第1の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。
【
図2】第1の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3】第1の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。
【
図4】第1の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。
【
図5】第1の実施形態に係る自動積込制御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】
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。
〈第1の実施形態〉
《積込機械の構成》
図1は、第1の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。
積込機械100は、土砂を運搬車両などの積込点へ積込を行う作業機械である。第1の実施形態に係る積込機械100は、油圧ショベルである。なお、他の実施形態に係る積込機械100は、油圧ショベル以外の積込機械であってもよい。また
図1に示す積込機械100はバックホウショベルであるが、フェイスショベルやロープショベルであってもよい。
積込機械100は、走行体110と、走行体110に支持される旋回体120と、油圧により作動し旋回体120に支持される作業機130とを備える。旋回体120は、旋回中心回りに旋回自在に支持される。
【0009】
作業機130は、ブーム131と、アーム132と、バケット133と、ブームシリンダ134と、アームシリンダ135と、バケットシリンダ136と、ブーム角度センサ138と、アーム角度センサ139と、バケット角度センサ140とを備える。
【0010】
ブーム131の基端部は、旋回体120にピンを介して取り付けられる。
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の先端部にピンを介して取り付けられる。
バケット133は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を搬送するための容器とを備える。バケット133の基端部は、アーム132の先端部にピンを介して取り付けられる。
【0011】
ブームシリンダ134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134の基端部は、旋回体120に取り付けられる。ブームシリンダ134の先端部は、ブーム131に取り付けられる。
アームシリンダ135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135の基端部は、ブーム131に取り付けられる。アームシリンダ135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136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136の基端部は、アーム132に取り付けられる。バケットシリンダ136の先端部は、バケット133を回動させるリンク機構に取り付けられる。
【0012】
ブーム角度センサ138は、ブームシリンダ134のストローク量を計測する。ブームシリンダ134のストローク量は、旋回体120に対するブーム131の傾斜角に換算可能である。以下、旋回体120に対する傾斜角を、絶対角度ともいう。つまり、ブームシリンダ134のストローク量は、ブーム131の絶対角度に換算可能である。
アーム角度センサ139は、アームシリンダ135のストローク量を計測する。アームシリンダ135のストローク量は、ブーム131に対するアーム132の傾斜角に換算可能である。以下、ブーム131に対するアーム132の傾斜角を、アーム132の相対角度ともいう。
バケット角度センサ140は、バケットシリンダ136のストローク量を計測する。バケットシリンダ136のストローク量は、アーム132に対するバケット133の傾斜角に換算可能である。以下、アーム132に対するバケット133の傾斜角をバケット133の相対角度ともいう。
なお、他の実施形態に係る積込機械100は、ブーム角度センサ138、アーム角度センサ139、およびバケット角度センサ140に代えて、地平面に対する傾斜角または旋回体120に対する傾斜角を検出する角度センサを備えてもよい。
【0013】
旋回体120には、運転室121が設けられる。運転室121の内部には、オペレータが着座するための運転席122、積込機械100を操作するための操作装置123、検出方向に存在する対象物の3次元位置を検出するための検出装置124が設けられる。操作装置123は、オペレータの操作に応じて、ブーム131の上げ操作信号および下げ操作信号、アーム132の押し操作信号および引き操作信号、バケット133のダンプ操作信号および掘削操作信号、旋回体120の左右への旋回操作信号を生成し、制御装置128に出力する。また操作装置123は、オペレータの操作に応じて作業機130に自動積込制御を開始させるための積込指示信号を生成し、制御装置128に出力する。操作装置123は、例えばレバー、スイッチおよびペダルにより構成される。積込指示信号は自動制御用のスイッチの操作により生成される。例えば、スイッチがONになったときに、積込指示信号が出力される。操作装置123は、運転席122の近傍に配置される。操作装置123は、オペレータが運転席122に座ったときにオペレータの操作可能な範囲内に位置する。
検出装置124の例としては、ステレオカメラ、レーザスキャナ、UWB(Ultra Wide Band)測距装置などが挙げられる。検出装置124は、例えば検出方向が積込機械100の運転室121の前方を向くように設けられる。検出装置124は、対象物の3次元位置を、検出装置124の位置を基準とした座標系で特定する。
なお、第1の実施形態に係る積込機械100は、運転席122に着座するオペレータの操作に従って動作するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械100は、積込機械100の外部で操作するオペレータの遠隔操作によって操作信号や積込指示信号が送信され動作するものであってもよい。
【0014】
積込機械100は、位置方位演算器125、傾斜計測器126、油圧装置127、制御装置128を備える。
【0015】
位置方位演算器125は、旋回体120の位置および旋回体120が向く方位を演算する。位置方位演算器125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125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125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の正面方向であって、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。
【0016】
傾斜計測器126は、旋回体120の加速度および角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体120の姿勢(例えば、ロール角およびピッチ角)を検出する。傾斜計測器126は、例えば旋回体120の下面に設置される。傾斜計測器126は、例えば、慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)を用いることができる。
【0017】
油圧装置127は、作動油タンク、油圧ポンプ、および流量制御弁を備える。油圧ポンプは、図示しないエンジンの動力で駆動し、流量制御弁を介して走行体110を走行させる図示しない走行油圧モータ、旋回体120を旋回させる図示しない旋回油圧モータ、ブームシリンダ134、アームシリンダ135、およびバケットシリンダ136に作動油を供給する。流量制御弁はロッド状のスプールを有し、スプールの位置によって走行油圧モータ、旋回油圧モータ、ブームシリンダ134、アームシリンダ135、およびバケットシリンダ136に供給する作動油の流量を調整する。スプールは、制御装置128から受信する制御指令に基づいて駆動される。つまり、走行油圧モータ、旋回油圧モータ、ブームシリンダ134、アームシリンダ135、およびバケットシリンダ136に供給される作動油の量は、制御装置128によって制御される。上記のとおり、ブームシリンダ134、アームシリンダ135、およびバケットシリンダ136は共通の油圧装置127から供給される作動油によって駆動する。なお、走行油圧モータまたは旋回油圧モータが斜板式可変容量モータである場合、制御装置128は斜板の傾転角により回転速度を調整してもよい。
【0018】
制御装置128は、操作装置123から操作信号を受信する。制御装置128は、受信した操作信号に基づいて、作業機130、旋回体120、または走行体110を駆動させる。
【0019】
《制御装置の構成》
図2は、第1の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。
制御装置128は、プロセッサ1100、メインメモリ1200、ストレージ1300、インタフェース1400を備えるコンピュータである。ストレージ1300は、プログラムを記憶する。プロセッサ1100は、プログラムをストレージ1300から読み出してメインメモリ1200に展開し、プログラムに従った処理を実行する。
【0020】
ストレージ1300の例としては、HDD、SSD、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM等が挙げられる。ストレージ1300は、制御装置128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1400を介して制御装置128に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ1300は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【0021】
プロセッサ1100は、プログラムの実行により、車両情報取得部1101、検出情報取得部1102、操作信号入力部1103、バケット位置特定部1104、積込位置特定部1105、回避位置特定部1106、移動処理部1107、排土開始方位算出部1108、領域判定部1109、操作信号出力部1110を備える。
【0022】
車両情報取得部1101は、旋回体120の旋回速度、位置および方位、ブーム131、アーム132およびバケット133の傾斜角、ならびに旋回体120の姿勢を取得する。以下、車両情報取得部1101が取得する積込機械100に係る情報を車両情報とよぶ。
【0023】
検出情報取得部1102は、検出装置124から3次元位置情報を取得し、積込対象200(例えば、運搬車両やホッパ)の位置および形状を特定する。
【0024】
操作信号入力部1103は、操作装置123から操作信号の入力を受け付ける。操作信号にはブーム131の上げ操作信号および下げ操作信号、アーム132の押し操作信号および引き操作信号、バケット133のダンプ操作信号および掘削操作信号、旋回体120の旋回操作信号、走行体110の走行操作信号、ならびに積込機械100の積込指示信号が含まれる。バケット133のダンプ操作信号は、排土操作信号の一例である。
【0025】
バケット位置特定部1104は、車両情報取得部1101が取得した車両情報に基づいて、ショベル座標系におけるアーム132の先端部の位置Pおよびアーム132の先端からバケット133の最下通過点までの高さHbを特定する。バケット133の最下通過点とは、バケット133のダンプ操作の間に刃先と地表面との距離が最も短くなるときに刃先が位置する点をいう。すなわち、アーム132の先端からバケット133の最下通過点までの高さHbは、バケット133の基端部のピンから刃先までの長さと一致する。
また、バケット位置特定部1104は、積込指示信号の入力を受け付けたときのアーム132の先端部の位置Pを掘削完了位置P10として特定する。
図3は、第1の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。
【0026】
具体的には、バケット位置特定部1104は、以下の手順でアーム132の先端部の位置Pを特定する。バケット位置特定部1104は、ブームシリンダ134のストローク量から求められるブーム131の絶対角度と既知のブーム131の長さ(基端部のピンから先端部のピンまでの距離)とに基づいて、ブーム131の先端部の位置を求める。バケット位置特定部1104は、ブーム131の絶対角度と、アームシリンダ135のストローク量から求められるアーム132の相対角度とに基づいて、アーム132の絶対角度を求める。バケット位置特定部1104は、ブーム131の先端部の位置と、アーム132の絶対角度と、既知のアーム132の長さ(基端部のピンから先端部のピンまでの距離)とに基づいて、アーム132の先端部の位置Pを求める。
【0027】
積込位置特定部1105は、操作信号入力部1103に積込指示信号が入力された場合に、検出情報取得部1102が特定した積込対象200の位置および形状に基づいて、積込位置P13を特定する。積込位置特定部1105は、車両情報取得部1101が取得した旋回体120の位置、方位および姿勢に基づいて積込対象200の位置情報が示す積込点P21を現場座標系からショベル座標系に変換する。積込位置特定部1105は、特定した積込点P21を、積込位置P13の平面位置として特定する。つまり、アーム132の先端が積込位置P13に位置するとき、アーム132の先端は積込点P21の上方に位置することとなる。積込点P21の例としては、積込対象200がダンプトラックの場合におけるベッセルの中心点、および積込対象200がホッパの場合における開口の中心点が挙げられる。積込位置特定部1105は、積込対象200の高さHtに、バケット位置特定部1104が特定したアーム132の先端からバケット133最下点までの高さHbと、バケット133の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置P13の高さを特定する。なお、他の実施形態においては、積込位置特定部1105は、制御余裕分の高さを加算せずに積込位置P13を特定してもよい。すなわち、積込位置特定部1105は、高さHtに高さHbを加算することで、積込位置P13の高さを特定してもよい。なお、第1の実施形態に係る高さHtは、地面からベッセルの上面までの高さである。
【0028】
回避位置特定部1106は、積込位置特定部1105が特定した積込位置P13と、車両情報取得部1101が取得した積込機械100の位置と、検出情報取得部1102が特定した積込対象200の位置および形状に基づいて、作業機130と積込対象200とが上方からの平面視において干渉しない点である干渉回避位置P12を特定する。干渉回避位置P12は、積込位置P13と同じ高さを有し、かつ旋回体120の旋回中心からの距離が、当該旋回中心から積込位置P13までの距離と等しく、かつ下方に積込対象200が存在しない位置である。回避位置特定部1106は、例えば、旋回体120の旋回中心を中心とし、当該旋回中心と積込位置P13との距離を半径とする円を特定し、当該円上の位置のうち、バケット133の外形が上方からの平面視で積込対象200と干渉せず、かつ積込位置P13に最も近い位置を、干渉回避位置P12と特定する。回避位置特定部1106は、積込対象200の位置および形状、ならびにバケット133の既知の形状に基づいて、積込対象200とバケット133とが干渉するか否かを判定することができる。ここで、「同じ高さ」、「距離が等しい」とは、必ずしも高さまたは距離が完全に一致するものに限られず、多少の誤差やマージンが許容されるものとする。
【0029】
移動処理部1107は、操作信号入力部1103が積込指示信号の入力を受け付けた場合に、積込位置特定部1105が特定した積込位置P13、回避位置特定部1106が特定した干渉回避位置P12に基づいて、バケット133を積込位置P13まで移動させるための回動操作信号を生成する。すなわち、移動処理部1107は、掘削完了位置P10から、旋回開始位置P11および干渉回避位置P12を経由して、積込位置P13に到達するように、回動操作信号を生成する。また、移動処理部1107は、ブーム131およびアーム132が駆動してもバケット133の対地角度が変化しないように、バケット133の回動操作信号を生成する。移動処理部1107が生成する操作信号は、最大の操作量で操作装置123のレバーまたはペダルを操作したときに操作信号入力部1103に入力される操作信号に係る駆動量での駆動を指示する信号である。駆動量は、例えば作動油の油量またはスプールの開度である。
なお、積込機械100が遠隔操作によって駆動する場合、移動処理部1107が生成する操作信号は、最大の操作量に係る駆動量より大きい駆動量での駆動を指示する信号であってよい。これは、有人運転に係る積込機械100は、オペレータの乗り心地のために操作装置123の最大操作量が制限されるところ、遠隔操作に係る積込機械100は、オペレータの乗り心地による制限がないためである。
【0030】
排土開始方位算出部1108は、積込対象200の位置と、旋回体120の旋回速度と、バケット133のダンプ操作指示の出力時刻から土砂が排出され始める時刻までの排土遅れ時間とに基づいて、排土開始方位D0を算出する。排土開始方位D0とは、旋回体120の旋回中において旋回体120が当該方位を向くときにダンプ操作指示を出力した場合に、土砂がこぼれることなく積込対象200に排出される方位である。なお、バケット133の排土遅れ時間は、積込機械100の機種ごとに既知である。
例えば、排土開始方位算出部1108は、以下の手順で排土開始方位D0を算出する。排土開始方位算出部1108は、バケット133の最下点から積込対象200までの距離に基づいて、土砂がバケット133から積込対象200に到達するまでの土砂到達時間を算出する。排土開始方位算出部1108は、旋回速度に排土遅れ時間と土砂到達時間の和を乗算することで、排土旋回角度θを算出する。排土開始方位算出部1108は、上方からの平面視において、バケット133の刃先の幅の全体が積込対象200と重なるときに旋回体120が向く方位D1から、旋回方向手前側へ排土旋回角度θだけ回転した方位を、排土開始方位D0として算出する。
【0031】
領域判定部1109は、旋回体120の向く方位が、排土操作を実行しない第1領域R1または排土操作を実行する第2領域R2のいずれにあるかを判定する。第1領域R1は、積込指示信号の入力を受け付けたときに旋回体120が向く方位(起点方位)から、排土開始方位D0までの領域である。第2領域R2は、排土開始方位D0から作業機130が積込位置P13に位置するときに旋回体120が向く方位(終点方位)までの領域である。なお、排土開始方位D0は、常に終点方位より旋回方向手前側に位置する。
【0032】
操作信号出力部1110は、操作信号入力部1103に入力された操作信号、または移動処理部1107が生成した操作信号を出力する。具体的には、操作信号出力部1110は、自動積込制御中である場合に、移動処理部1107が生成した自動制御に係る操作信号を出力し、自動積込制御中でない場合に、操作信号入力部1103に入力されたオペレータの手動操作に係る操作信号を出力する。
【0033】
《動作》
積込機械100のオペレータは、積込機械100と積込対象200とが積込処理可能な位置関係にあると判断すると、操作装置123の自動制御用のスイッチをONにする。これにより、操作装置123は、積込指示信号を生成し出力する。
【0034】
図4-
図5は、第1の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。制御装置128は、オペレータから積込指示信号の入力を受け付けると、
図4-
図5に示す自動積込制御を実行する。
【0035】
車両情報取得部1101は、旋回体120の位置および方位、ブーム131、アーム132およびバケット133の傾斜角、ならびに旋回体120の姿勢を取得する(ステップS1)。車両情報取得部1101は、取得した旋回体120の位置および方位に基づいて、旋回体120の旋回中心の位置を特定する(ステップS2)。また検出情報取得部1102は、検出装置124から、積込対象200の3次元位置情報を取得し、3次元位置情報から積込対象200の位置および形状を特定する(ステップS3)。
【0036】
バケット位置特定部1104は、車両情報取得部1101が取得した車両情報に基づいて、積込指示信号の入力時のアーム132の先端部の位置P、およびアーム132の先端からバケット133の最下通過点までの高さHbを特定する(ステップS4)。バケット位置特定部1104は、当該位置Pを掘削完了位置P10と特定する。
【0037】
積込位置特定部1105は、ステップS1で取得した旋回体120の位置、方位および姿勢に基づいて検出情報取得部1102が取得した積込対象200の位置情報を現場座標系からショベル座標系に変換する。積込位置特定部1105は、検出情報取得部1102が特定した積込対象200の位置および形状に基づいて、積込位置P13の平面位置を特定する(ステップS5)。このとき、積込位置特定部1105は、積込対象200の高さHtに、ステップS4で特定したアーム132の先端部からバケット133の最下点までの高さHbと、バケット133の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置P13の高さを特定する(ステップS6)。
【0038】
回避位置特定部1106は、ステップS2で特定した旋回体120の旋回中心の位置から積込位置P13の平面位置までの平面距離を特定する(ステップS7)。回避位置特定部1106は、旋回中心から特定した平面距離だけ離れた位置であって、バケット133の外形が平面視で積込対象200と干渉せず、かつ積込位置P13から最も近い位置を、干渉回避位置P12として特定する(ステップS8)。
【0039】
移動処理部1107は、アーム132の先端部の位置Pが積込位置P13に至ったか否かを判定する(ステップS9)。アーム132の先端部の位置Pが積込位置P13に至っていない場合(ステップS9:NO)、移動処理部1107は、アーム132の先端部の位置Pが干渉回避位置P12の近傍にあるか否かを判定する(ステップS10)。例えば、移動処理部1107は、アーム132の先端の高さと干渉回避位置P12の高さとの差が所定の閾値未満であり、または旋回体120の旋回中心からアーム132の先端までの平面距離と旋回中心から干渉回避位置P12までの平面距離との差が所定の閾値未満であるか否かを判定する(ステップS10)。アーム132の先端部の位置Pが干渉回避位置P12の近傍にない場合(ステップS10:NO)、移動処理部1107は、ブーム131およびアーム132を干渉回避位置P12の高さまで上昇させる操作信号を生成する(ステップS11)。このとき、移動処理部1107は、ブーム131およびアーム132の位置および速度に基づいて、操作信号を生成する。
【0040】
また移動処理部1107は、生成したブーム131およびアーム132の操作信号に基づいてブーム131およびアーム132の角速度の和を算出し、当該角速度の和と同じ速度でバケット133を回動させる操作信号を生成する(ステップS12)。これにより、移動処理部1107は、バケット133の対地角を保持する操作信号を生成することができる。なお、他の実施形態においては、移動処理部1107は、ブーム角度センサ138、アーム角度センサ139およびバケット角度センサ140の検出値より算出されるバケット133の対地角度が、自動制御開始時の対地角度と等しくなるようにバケット133を回動させる操作信号を生成してもよい。
【0041】
アーム132の先端部の位置Pが干渉回避位置P12の近傍にある場合(ステップS10:YES)、移動処理部1107は、ブーム131、アーム132およびバケット133の操作信号を生成しない。つまり、アーム132の先端部の位置Pが干渉回避位置P12の近傍にある場合、移動処理部1107は、作業機130を積込点へ移動させるための作業機130の操作信号の出力を禁止する。
【0042】
移動処理部1107は、車両情報取得部1101が取得した車両情報に基づいて、旋回体120の旋回速度が所定速度未満であるか否かを判定する(ステップS13)。すなわち、移動処理部1107は、旋回体120が旋回中であるか否かを判定する。
旋回体120の旋回速度が所定速度未満である場合(ステップS13:YES)、移動処理部1107は、バケット133の高さが掘削完了位置P10の高さから干渉回避位置P12の高さに至るまでの時間である上昇時間を特定する(ステップS14)。移動処理部1107は、バケット133の上昇時間に基づいて、現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム132の先端が干渉回避位置P12または干渉回避位置P12より高い点を通過することになるか否かを判定する(ステップS15)。現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム132の先端が干渉回避位置P12または干渉回避位置P12より高い点を通過することになる場合(ステップS15:YES)、移動処理部1107は、旋回操作信号を生成する(ステップS16)。
現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム132の先端が干渉回避位置P12より低い点を通過することになる場合(ステップS15:NO)、移動処理部1107は、旋回操作信号を生成しない。つまり、アーム132の先端が干渉回避位置P12より低い点を通過することになる場合、移動処理部1107は、旋回操作信号の出力を禁止する。
【0043】
旋回体120の旋回速度が所定速度以上である場合(ステップS13:NO)、移動処理部1107は、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム132の先端が積込位置P13に到達するか否かを判定する(ステップS17)。なお、旋回体120は、旋回操作信号の出力の停止後、減速しながらも慣性により旋回し続け、その後停止する。現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム132の先端が積込位置P13に到達する場合(ステップS17:YES)、移動処理部1107は、旋回操作信号を生成しない。つまり、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム132の先端が積込位置P13に到達する場合、移動処理部1107は、旋回操作信号の出力を禁止する。これにより、旋回体120は減速を始める。
他方、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム132の先端が積込位置P13より手前で停止することになる場合(ステップS17:NO)、移動処理部1107は、旋回操作信号を生成する(ステップS18)。
【0044】
ステップS9からステップS18の処理でブーム131、アーム132およびバケット133の回動操作信号、並びに旋回体120の旋回操作信号の少なくともいずれか1つを生成すると、操作信号出力部1110は、生成した操作信号を油圧装置127に出力する(ステップS19)。
【0045】
次に、排土開始方位算出部1108は、積込対象200の位置と旋回体120の旋回速度と排土遅れ時間とに基づいて、排土開始方位D0を算出する(ステップS20)。領域判定部1109は、旋回体120が向く方位が、排土開始方位D0から終点方位までの第2領域R2に含まれるか否かを判定する(ステップS21)。旋回体120が向く方位が第1領域R1に含まれる場合(ステップS21:NO)、操作信号出力部1110は、バケット133のダンプ操作信号を油圧装置127に出力しない。他方、旋回体120が向く方位が第2領域R2に含まれる場合(ステップS21:YES)、操作信号出力部1110は、バケット133のダンプ操作信号を油圧装置127に出力する(ステップS22)。
【0046】
なお、旋回体120が向く方位が第2領域R2に含まれる場合、アーム132の先端の高さは、干渉回避位置P12以上の高さとなっている。これは、ステップS15-S16において、移動処理部1107が、アーム132の先端が上方向からの平面視において干渉回避位置P12に位置するときにアーム132の先端の高さが干渉回避位置P12以上の高さとなるように旋回操作信号を生成するためである。アーム132の先端が上方向からの平面視において干渉回避位置P12に位置するときに旋回体120が向く方位は、排土開始方位D0より旋回方向手前側に位置する。
また、旋回体120が向く方位が第1領域R1に含まれる場合であっても、アーム132の先端の高さは、必ずしも干渉回避位置未満の高さであるとは限らない。例えば、アーム132の高さを干渉回避位置P12以上の高さまで上昇させるために必要な時間が、アーム132の先端が上方向からの平面視において干渉回避位置P12に位置するまで旋回体120を旋回させるために必要な時間より短い場合、アーム132の先端の高さが干渉回避位置P12以上の高さまで上昇したときに、旋回体120が向く方位が第1領域R1に含まれる可能性がある。
【0047】
そして、車両情報取得部1101は、車両情報を取得する(ステップS23)。これにより、車両情報取得部1101は、出力した操作信号によって作動した後の車両情報を取得することができる。制御装置128は、処理をステップS9に戻し、操作信号の生成を繰り返し実行する。
【0048】
他方、ステップS9にて、アーム132の先端部の位置Pが積込位置P13に至った場合(ステップS9:YES)、制御装置128は、自動積込制御を終了する。
【0049】
ここで、
図3を用いて、自動積込制御時の積込機械100の動作について説明する。
自動積込制御が開始されると、ブーム131およびアーム132は、掘削完了位置P10から旋回開始位置P11へ向けて上昇する。このとき、バケット133は、掘削終了時の対地角度を維持するように駆動する。
【0050】
制御装置128は、アーム132の先端が旋回開始位置P11に到達すると、旋回体120は積込位置P13へ向けて旋回を開始する。このとき、アーム132の先端は干渉回避位置P12の高さに至っていないため、ブーム131およびアーム132の上昇は継続される。アーム132の先端が旋回開始位置P11から干渉回避位置P12へ移動する途中で、アーム132の先端の高さが干渉回避位置P12と等しくなるように、ブーム131、アーム132およびバケット133は減速する。
【0051】
アーム132の先端が干渉回避位置P12に達すると、ブーム131およびアーム132の駆動は停止する。一方、旋回体120は旋回を継続する。すなわち、干渉回避位置P12から積込位置P13までの間、アーム132の先端は、ブーム131およびアーム132の駆動によらず、旋回体120の旋回のみにより移動する。アーム132の先端が旋回開始位置P11から積込位置P13へ移動する途中で、アーム132の先端部の位置Pが積込位置P13と等しくなるように、旋回体120は減速する。
【0052】
アーム132の先端が旋回開始位置P11から積込位置P13へ移動する途中で、旋回体120が排土開始方位D0を向く。このとき、制御装置128は、バケット133にダンプ操作信号の出力を開始する。旋回体120は旋回を継続し、ダンプ操作信号の出力時刻から排土遅れ時間が経過したときに、バケット133がダンプ方向に回動し始め、バケット133から土砂が排出され始める。土砂が排出され始めたとき、旋回体120が向く方位は、バケット133の刃先の幅が積込対象200と重なる方位D1より旋回方向手前側である。バケットから排出された土砂は、土砂到達時間後に積込対象200の高さに到達する。積込機械100は、旋回しながら土砂を排出するため、バケット133から排出された土砂は、旋回速度に応じた慣性により、接線方向の水平速度成分をもった放物線を描いて、排土開始点より旋回方向奥側へ落下する。つまり、排土開始方位D0はバケット133が積込対象200の直上から外れた方位であるが、旋回体120が排土開始方位D0を向くときにダンプ操作信号の出力を開始すると、排土遅れ時間および土砂の水平速度成分のために、土砂は積込対象200内に収まる。したがって、制御装置128は、旋回体120が排土開始方位D0を向くときにバケット133にダンプ操作信号の出力を開始することで、土砂をこぼすことなく積込対象200に積み込むことができる。
【0053】
アーム132の先端が積込位置P13に到達して、かつ、バケット133のダンプ操作が完了すると、作業機130および旋回体120の駆動は停止する。
【0054】
上述の自動積込制御により、積込機械100は、バケット133がすくった土砂を積込対象200に積込むことができる。オペレータは、作業機130による掘削と、積込指示信号の入力による自動積込制御とを、積込対象200の積載量が最大積載量を超えない程度に繰り返し実行する。
【0055】
《作用・効果》
このように、第1の実施形態に係る積込機械100の制御装置128は、自動積込制御中、旋回体120が終点方位より旋回方向手前側の排土開始方位D0を向くときに、バケット133のダンプ操作信号を油圧装置127に出力する。これにより、制御装置128は、バケット133が積込位置P13に達する前から排土を開始することができ、積込処理のサイクルタイムを短縮することができる。なお、第1の実施形態に係る制御装置128は、旋回体の方位が第1領域に含まれるか第2領域に含まれるかに基づいてダンプ操作信号の出力の可否を決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置128は、旋回体の方位が排土開始方位D0を超えたか否かに基づいてダンプ操作信号の出力の可否を決定してもよい。
【0056】
また、第1の実施形態に係る排土開始方位D0は、バケット133の刃先の幅と積込対象200とが上方からの平面視において重なるときに旋回体120が向く方位D1より、旋回方向手前側の方位である。これにより、制御装置128は、ダンプ操作信号の出力開始タイミングを早め、サイクルタイムを短縮することができる。他方、他の実施形態においてはこれに限られず、制御装置128は、バケット133の刃先の幅と積込対象200とが上方からの平面視において重なるときにダンプ操作信号の出力を開始してもよい。この場合、制御装置128は、土砂が積込対象200からこぼれることを確実に防ぐことができる。
【0057】
また、第1の実施形態に係る制御装置128は、積込対象200の位置と旋回体120の旋回速度とに基づいて排土開始方位D0を算出する。これにより、制御装置128は、旋回体120の旋回速度に応じて、ダンプ操作信号の出力開始タイミングを適切に決定することができる。なお、他の実施形態においてはこれに限られず、制御装置128は、あらかじめ定められた排土開始方位D0に基づいてダンプ操作信号の出力を開始してもよい。
【0058】
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。
例えば、第1の実施形態においては、排土開始方位D0を、積込対象200の位置と旋回体120の旋回速度と排土遅れ時間と土砂到達時間とに基づいて算出した位置としたが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、排土開始方位D0は、排土遅れ時間または土砂到達時間を加味せずに算出したものであってもよい。また、他の実施形態においては、排土開始方位D0は、上方からの平面視においてアーム132の先端が積込対象200に干渉する方位のうち、最も起点方位に近い方位であってもよい。また、他の実施形態においては、排土開始方位D0は、上方からの平面視においてアーム132の先端が積込対象200に干渉する方位のうち、起点方位側の任意の方位に設定されてもよい。また、他の実施形態においては、排土開始方位D0は、上方からの平面視においてアーム132の先端が積込対象200に干渉しない方位のうち、終点方位側の任意の方位に設定されてもよい。また他の実施形態においては、排土開始方位D0は、アーム132の先端が干渉回避位置P12に位置するときに旋回体が向く方位に設定されてもよい。
【0059】
また、第1の実施形態に係る積込機械100はバケット133を備えるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械100は、バックオールとクラムシェルとを開閉可能に備えるクラムバケットを備えるものであってもよい。この場合における排土操作信号は、クラムシェルを回動させる操作信号である。
【0060】
また、第1の実施形態に係る積込機械100は、オペレータが搭乗して操作する有人運転車両であるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械100は、遠隔の事務所にいるオペレータがモニタの画面を見ながら操作する遠隔操作装置から、通信により取得する操作信号によって作動する遠隔運転車両であってもよい。この場合、制御装置128の一部の機能が遠隔操作装置に設けられてもよい。また、第1の実施形態に係る積込機械100は、自動積込制御において、
図4および
図5に示す制御を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械100は、掘削作業と積込作業を繰り返し自動で行う自動掘削積込制御に
図4および
図5に示す制御がなされてもよい。
【符号の説明】
【0061】
100…積込機械 110…走行体 120…旋回体 130…作業機 131…ブーム 132…アーム 133…バケット 134…ブームシリンダ 135…アームシリンダ 136…バケットシリンダ 128…制御装置 1101…車両情報取得部 1102…検出情報取得部 1103…操作信号入力部 1104…バケット位置特定部 1105…積込位置特定部 1106…回避位置特定部 1107…移動処理部 1108…排土開始方位算出部 1109…領域判定部 1110…操作信号出力部 200…積込対象 P10…掘削完了位置 P11…旋回開始位置 P12…干渉回避位置 P13…積込位置 R1…第1領域 R2…第2領域 D0…排土開始方位 θ…排土旋回角度