(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】2023-09-20
(45)【発行日】2023-09-28
(54)【発明の名称】作業機械を制御するためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
E02F 3/84 20060101AFI20230921BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20230921BHJP
E02F 9/26 20060101ALI20230921BHJP
【ＦＩ】
E02F3/84 A
E02F9/20 N
E02F9/26 B
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2019233051
(22)【出願日】2019-12-24
(65)【公開番号】P2021101078
(43)【公開日】2021-07-08
【審査請求日】2022-11-09
(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】110000202
【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー
(72)【発明者】
【氏名】平山 雅己
【審査官】高橋 雅明
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１９６６３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０２１３４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０２１３４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０９７５２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１０７７１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１８７７７０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００８－０６７６１７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ３／８４
Ｅ０２Ｆ ９／２０
Ｅ０２Ｆ ９／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
作業機械を制御するためのシステムであって、前記作業機械の位置を示す位置データを出力する位置センサと、
前記位置センサから前記位置データを取得するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
ワークサイトの現況地形を示す現況地形データを取得し、
少なくとも一部が前記現況地形よりも下方に位置する目標設計面を取得し、
前記現況地形の上方から前記目標設計面に向けて、順次、仮の掘削面を決定し、
前記現況地形において前記仮の掘削面よりも上方に位置する部分を目標掘削部分として決定し、
前記目標掘削部分の土量を算出し、
前記目標掘削部分の土量が閾値以上であるかを判定し、
前記目標掘削部分の土量が前記閾値以上であるときに前記仮の掘削面を目標掘削面として決定し、
前記ワークサイトの上面視で所定の作業方向にそれぞれ延び、前記ワークサイトの上面視で前記所定の作業方向と交差する方向に互いに並び、前記目標掘削面上において前記目標掘削部分と重なる複数の掘削パスを決定し、
前記複数の掘削パスに従って前記作業機械を制御する、
システム。
【請求項2】
前記コントローラは、前記目標掘削部分の土量が前記閾値より小さいときには、前記仮の掘削面を下方に変位させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記作業機械は、ブレードを含み、前記閾値は、前記ブレードの容量よりも大きい、
請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記コントローラは、前記複数の掘削パスと前記目標掘削部分との交点に基づいて、掘削の開始位置を決定し、
前記作業機械を前進させて、前記開始位置から掘削を開始させる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記コントローラは、前記複数の掘削パスと前記目標掘削部分との交点に基づいて、排土位置を決定し、
前記作業機械が前記排土位置に到達したかを判定し、
前記作業機械が前記排土位置に到達したときには、前記作業機械を後退させる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記複数の掘削パスは、第１掘削パスと第２掘削パスとを含み、前記コントローラは、
前記第１掘削パスに従って、前記作業機械を制御し、
前記第１掘削パスの後に前記第２掘削パスに従って、前記作業機械を制御する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記コントローラは、前記現況地形において前記目標掘削部分が無くなったかを判定し、
前記現況地形において前記目標掘削部分が無くなったときには、前記目標掘削面を更新する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記仮の掘削面は、前記目標設計面に平行な平面である、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
作業機械を制御するための方法であって、ワークサイトの現況地形を示す現況地形データを取得することと、
少なくとも一部が前記現況地形よりも下方に位置する目標設計面を取得することと、
前記現況地形の上方から前記目標設計面に向けて、順次、仮の掘削面を決定することと、
前記現況地形において前記仮の掘削面よりも上方に位置する部分を目標掘削部分として決定することと、
前記目標掘削部分の土量を算出することと、
前記目標掘削部分の土量が閾値以上であるかを判定することと、
前記目標掘削部分の土量が前記閾値以上であるときに前記仮の掘削面を目標掘削面として決定することと、
前記ワークサイトの上面視で所定の作業方向にそれぞれ延び、前記ワークサイトの上面視で前記所定の作業方向と交差する方向に互いに並び、前記目標掘削面上において前記目標掘削部分と重なる複数の掘削パスを決定することと、
前記複数の掘削パスに従って前記作業機械を制御すること、
を備える方法。
【請求項10】
前記目標掘削部分の土量が前記閾値より小さいときには、前記仮の掘削面を下方に変位させることをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記作業機械は、ブレードを含み、前記閾値は、前記ブレードの容量よりも大きい、
請求項９に記載の方法。
【請求項12】
前記複数の掘削パスと前記目標掘削部分との交点に基づいて、掘削の開始位置を決定することと、前記作業機械を前進させて、前記開始位置から掘削を開始させること、
をさらに備える、
請求項９に記載の方法。
【請求項13】
前記複数の掘削パスと前記目標掘削部分との交点に基づいて、排土位置を決定することと、前記作業機械が前記排土位置に到達したかを判定することと、
前記作業機械が前記排土位置に到達したときには、前記作業機械を後退させること、
をさらに備える、
請求項９に記載の方法。
【請求項14】
前記複数の掘削パスは、第１掘削パスと第２掘削パスとを含み、前記第１掘削パスに従って、前記作業機械を制御することと、
前記第１掘削パスの後に前記第２掘削パスに従って、前記作業機械を制御すること、
をさらに備える、
請求項９に記載の方法。
【請求項15】
前記現況地形において前記目標掘削部分が無くなったかを判定することと、前記現況地形において前記目標掘削部分が無くなったときには、前記目標掘削面を更新すること、
をさらに備える、
請求項９に記載の方法。
【請求項16】
前記仮の掘削面は、前記目標設計面に平行な平面である、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、作業機械を制御するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
作業機械には、整地作業を行うものがある。例えば、鉱山では、発破により、規定の区画の土砂が粉砕された後に、バルクプッシュが行われる。バルクプッシュは、地表を掘削し、掘削された土砂を所定の排土位置に運ぶ作業である。バルクプッシュが繰り返されることで、地表面が徐々に下がる。発破により土砂が粉砕された直後は、地表面は不均一である。そのため、地表面を均一にならす整地作業が行われる。或いは、鉱山以外のワークサイトにおいても、作業機械によって整地作業が行われることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許第７，５０９，１９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来、整地作業は、熟練したオペレータが、周囲の状況を判断しながら、作業機械を手動で操作することで行われている。整地作業は、熟練した技術を必要とする。そのため、経験の少ないオペレータにとっては、整地作業は、容易ではない。本開示は、作業機械の自動制御によって容易に整地作業を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の第１の態様に係るシステムは、作業機械を制御するためのシステムである。本態様に係るシステムは、位置センサとコントローラとを備える。位置センサは、作業機械の位置を示す位置データを出力する。コントローラは、位置センサから位置データを取得する。コントローラは、ワークサイトの現況地形を示す現況地形データを取得する。コントローラは、現況地形の上方から目標設計面に向けて、順次、仮の掘削面を決定する。コントローラは、現況地形において仮の掘削面よりも上方に位置する部分を、目標掘削部分として決定する。コントローラは、目標掘削部分の土量を算出する。コントローラは、目標掘削部分の土量が閾値以上であるかを判定する。コントローラは、目標掘削部分の土量が閾値以上であるときに仮の掘削面を目標掘削面として決定する。コントローラは、複数の掘削パスを決定する。複数の掘削パスのそれぞれは、所定の作業方向に延びている。複数の掘削パスは、所定の作業方向と交差する方向に互いに並んでいる。複数の掘削パスは、目標掘削面上において目標掘削部分と重なる。コントローラは、複数の掘削パスに従って作業機械を制御する。
【0006】
本開示の第２の態様は、作業機械を制御するための方法である。本態様に係る方法は、以下の処理を備える。第１の処理は、ワークサイトの現況地形を示す現況地形データを取得することである。第２の処理は、現況地形の上方から目標設計面に向けて、順次、仮の掘削面を決定することである。第３の処理は、現況地形において仮の掘削面よりも上方に位置する部分を、目標掘削部分として決定することである。第４の処理は、目標掘削部分の土量を算出することである。第５の処理は、目標掘削部分の土量が閾値以上であるかを判定することである。第６の処理は、目標掘削部分の土量が閾値以上であるときに、仮の掘削面を目標掘削面として決定することである。第７の処理は、複数の掘削パスを決定することである。複数の掘削パスのそれぞれは、所定の作業方向に延びている。複数の掘削パスは、所定の作業方向と交差する方向に互いに並んでいる。複数の掘削パスは、目標掘削面上において目標掘削部分と重なる。第８の処理は、複数の掘削パスに従って作業機械を制御することである。なお、上記の処理が実行される順番は、上記の記載の順番に限らず、変更されてもよい。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、作業機械の自動制御によって容易に整地作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態に係る作業機械を示す側面図である。
【図2】作業機械の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。
【図3】ワークサイトの現況地形の一例を示す側面図である。
【図4】作業機械の自動制御の処理を示すフローチャートである。
【図5A】目標掘削部分の一例を示すワークサイトの上面図である。
【図5B】目標掘削部分を示すワークサイトの側面図である。
【図6】掘削パスの一例を示す図である。
【図7A】第１掘削パス上の開始位置を示す図である。
【図7B】第１掘削パス上の排土位置を示す図である。
【図8】作業機械の自動制御の処理を示すフローチャートである。
【図9】更新された目標掘削面の一例を示す図である。
【図10】他の実施形態に係る作業機械の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。
【図11】他の実施形態に係る掘削パスの決定方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態に係る作業機械１の制御システムおよび制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る作業機械１を示す側面図である。本実施形態に係る作業機械１は、ブルドーザである。作業機械１は、車体１１と、走行装置１２と、作業機１３と、を備えている。
【0010】
車体１１は、運転室１４とエンジン室１５とを有する。運転室１４には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室１５は、運転室１４の前方に配置されている。走行装置１２は、車体１１の下部に取り付けられている。走行装置１２は、左右一対の履帯１６を有している。なお、図１では、左側の履帯１６のみが図示されている。履帯１６が回転することによって、作業機械１が走行する。
【0011】
作業機１３は、車体１１に取り付けられている。作業機１３は、リフトフレーム１７と、ブレード１８と、リフトシリンダ１９と、を有する。リフトフレーム１７は、上下に動作可能に車体１１に取り付けられている。リフトフレーム１７は、ブレード１８を支持している。
【0012】
ブレード１８は、車体１１の前方に配置されている。ブレード１８は、リフトフレーム１７の上下動に伴って上下に動作する。リフトシリンダ１９は、車体１１とリフトフレーム１７とに連結されている。リフトシリンダ１９が伸縮することによって、リフトフレーム１７は、上下に動作する。
【0013】
【0014】
油圧ポンプ２３は、エンジン２２によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２３から吐出された作動油は、油圧アクチュエータ２５に供給される。油圧アクチュエータ２５は、上述したリフトシリンダ１９を含む。なお、図２では、１つの油圧ポンプ２３が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。
【0015】
油圧アクチュエータ２５と油圧ポンプ２３との間には、制御弁２６が配置されている。制御弁２６は、比例制御弁であり、油圧ポンプ２３からリフトシリンダ１９に供給される作動油の流量を制御する。なお、制御弁２６は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁２６は、電磁比例制御弁であってもよい。
【0016】
動力伝達装置２４は、エンジン２２の駆動力を走行装置１２に伝達する。動力伝達装置２４は、例えば、トルクコンバーター、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。或いは、動力伝達装置２４は、HST（Hydro Static Transmission）などの他の方式の動力伝達装置であってもよい。
【0017】
制御システム３は、コントローラ３１と、機械位置センサ３２と、通信装置３３と、ストレージ３４と、入力装置３５とを備える。コントローラ３１は、取得したデータに基づいて作業機械１を制御するようにプログラムされている。コントローラ３１は、メモリ３８とプロセッサ３９とを含む。メモリ３８は、例えばRAM（Random Access Memory）とROM（Read Only Memory）とを含む。ストレージ３４は、例えば、半導体メモリ、或いはハードディスクなどを含む。メモリ３８とストレージ３４とは、作業機械１を制御するためのコンピュータ指令およびデータを記録している。
【0018】
プロセッサ３９は、例えばCPUであるが、他の種類のプロセッサ３９であってもよい。プロセッサ３９は、メモリ３８或いはストレージ３４に記憶されたコンピュータ指令およびデータに基づいて、作業機械１を制御するための処理を実行する。通信装置３３は、例えば無線通信用のモジュールであり、作業機械１の外部の機器と通信を行う。通信装置３３は、モバイル通信ネットワークを利用するものであってもよい。或いは、通信装置３３は、LAN（Local Area Network）、或いはインターネットなどの他のネットワークを利用するものであってもよい。
【0019】
機械位置センサ３２は、作業機械１の位置を検出する。機械位置センサ３２は、例えば、GPS（Global Positioning System）などのGNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバを含む。機械位置センサ３２は、車体１１に搭載されている。或いは、機械位置センサ３２は、作業機１３などの他の位置に搭載されてもよい。コントローラ３１は、作業機械１の現在位置を示す現在位置データを機械位置センサ３２から取得する。
【0020】
入力装置３５は、オペレータによって操作可能である。入力装置３５は、例えばタッチスクリーンを含む。或いは、入力装置３５は、ハードキーなどの他の操作子を含んでもよい。入力装置３５は、オペレータによる操作を受け付け、オペレータの操作を示す信号をコントローラ３１に出力する。
【0021】
コントローラ３１は、エンジン２２、油圧ポンプ２３、動力伝達装置２４、及び制御弁２６に指令信号を出力することで、これらの装置を制御する。例えば、コントローラ３１は、油圧ポンプ２３の容量、及び、制御弁２６の開度を制御することで、油圧アクチュエータ２５を動作させる。これにより、作業機１３を動作させることができる。
【0022】
コントローラ３１は、エンジン２２の回転速度、及び、動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１を走行させる。例えば、動力伝達装置２４がHSTの場合、コントローラ３１は、HSTの油圧ポンプの容量と油圧モータの容量とを制御する。動力伝達装置２４が複数の変速ギアを有するトランスミッションの場合、コントローラ３１は、ギアシフト用のアクチュエータを制御する。また、コントローラ３１は、左右の履帯１６に速度差が生じるように、動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１を旋回させる。
【0023】
次に、コントローラ３１によって実行される、作業機械１の自動制御について説明する。コントローラ３１は、エンジン２２及び動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１を自動的に走行させる。また、コントローラ３１は、エンジン２２、油圧ポンプ２３、及び制御弁２６を制御することで、作業機１３を自動的に制御する。
【0024】
以下、ワークサイトにおいて作業機械１によって行われる作業の一例として、整地作業の自動制御について説明する。図３は、ワークサイトの現況地形４０の側面図である。図４は、作業機械１の自動制御の処理を示すフローチャートである。図４に示すように、ステップＳ１０１では、コントローラ３１は、現在位置データを取得する。コントローラ３１は、機械位置センサ３２から現在位置データを取得する。
【0025】
ステップＳ１０２では、コントローラ３１は、現況地形データを取得する。現況地形データは、ワークサイトの現況地形４０を示すデータである。例えば、現況地形データは、現況地形４０の表面の平面座標と高さとを含む。現況地形データは、予めストレージ３４に記憶されていてもよい。コントローラ３１は、作業機１３、或いは走行装置１２の底部の軌跡を記録することで、現況地形データを取得してもよい。或いは、現況地形データは、ライダ（LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging）或いは、カメラなどの測定機器によって測定されてもよい。コントローラ３１は、測定機器から現況地形データを取得してもよい。測定機器は、作業機械１に搭載されてもよい。測定機器は、作業機械１の外部に配置されてもよい。
【0026】
ステップＳ１０３では、コントローラ３１は、目標設計面５０を取得する。図３に示すように、目標設計面５０の少なくとも一部は、現況地形４０よりも下方に位置する。目標設計面５０は、水平面に対して所定角度で傾斜している。ただし、目標設計面５０は、水平であってもよい。目標設計面５０は、予め定められて、ストレージ３４に記憶されていてもよい。目標設計面５０は、入力装置３５を介して、オペレータによって入力されてもよい。或いは、コントローラ３１は、通信装置３３を介して、外部のコンピュータから目標設計面５０を取得してもよい。
【0027】
ステップＳ１０４では、コントローラ３１は、仮の掘削面６０を決定する。コントローラ３１は、目標設計面５０に基づいて、仮の掘削面６０を決定する。図３に示すように、仮の掘削面６０は、目標設計面５０に平行な平面である。例えば、コントローラ３１は、目標設計面５０に平行で現況地形４０よりも所定距離だけ上方に位置する平面を、初期の仮の掘削面６０として決定する。ただし、仮の掘削面６０は、目標設計面５０と異なる角度で傾斜していてもよい。
【0028】
ステップＳ１０５では、コントローラ３１は、目標掘削部分を決定する。コントローラ３１は、目標掘削部分は、現況地形４０において仮の掘削面６０よりも上方に位置する部分を、目標掘削部分として決定する。ステップＳ１０６では、コントローラ３１は、目標掘削部分の土量を算出する。ステップＳ１０７では、コントローラ３１は、目標掘削部分の土量が閾値以上であるかを判定する。閾値は、例えばブレード１８の容量よりも大きい。
【0029】
図３に示すように、初期の仮の掘削面６０は、現況地形４０において仮の掘削面６０よりも上方に位置する部分を有していない。そのため、目標掘削部分の土量は０である。従って、処理は、ステップＳ１０４に戻る。コントローラ３１は、前回の仮の掘削面６０から下方に所定距離だけ変位した平面を、次の仮の掘削面６１として決定する。そして、目標掘削部分の土量が閾値以上になるまで、コントローラ３１は、ステップＳ１０４からステップＳ１０７までの処理を繰り返す。それにより、コントローラ３１は、仮の掘削面６２－６５を順次、決定する。
【0030】
図５Ａは、目標掘削部分７０を示すワークサイトの上面図である。図５Ｂは、目標掘削部分７０を示すワークサイトの側面図である。図５Ａおよび図５Ｂでは、仮の掘削面６５の少なくとも一部が、現況地形４０よりも下方に位置している。ステップＳ１０５では、図５Ａに示すように、コントローラ３１は、ワークサイトの所定の作業範囲１００内の現況地形４０において、仮の掘削面６５よりも上方に位置する部分を、目標掘削部分７０として決定する。コントローラ３１は、目標掘削部分７０の形状および位置を示す掘削部分データを取得する。コントローラ３１は、現況地形４０と仮の掘削面６０とに基づいて、目標掘削部分７０の形状および位置を算出することで、掘削部分データを取得する。
【0031】
なお、作業機械１の所定の作業範囲１００は、予め決定されて、ストレージ３４に保存されていてもよい。或いは、作業機械１の所定の作業範囲１００は、入力装置３５を介して、オペレータによって入力されてもよい。
【0032】
ステップＳ１０６で、コントローラ３１は、目標掘削部分７０の土量を算出する。ステップＳ１０７で、コントローラ３１は、目標掘削部分７０の土量が閾値以上であるかを判定する。
【0033】
ステップＳ１０７で、目標掘削部分７０の土量が閾値以上であるときには、処理は、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、図５Ｂに示すように、コントローラ３１は、目標掘削部分７０の土量が閾値以上であるときの仮の掘削面６５を目標掘削面８０として決定する。
【0034】
ステップＳ１０８で、コントローラ３１は、複数の掘削パスＰ１－Ｐ７を決定する。図６に示すように、複数の掘削パスＰ１－Ｐ７のそれぞれは、所定の作業方向Ａ１に延びている。所定の作業方向Ａ１は、予め決められて、ストレージ３４に保存されている。或いは、所定の作業方向Ａ１は、入力装置３５を介してオペレータによって決定されてもよい。
【0035】
複数の掘削パスＰ１－Ｐ７は、横方向に互いに並んでいる。横方向は、所定の作業方向Ａ１と交差する方向である。複数の掘削パスＰ１－Ｐ７は、目標掘削面８０上において目標掘削部分７０と重なる。例えば、コントローラ３１は、横方向に一定間隔で並ぶように、複数の掘削パスＰ１－Ｐ７を決定してもよい。或いは、コントローラ３１は、掘削される土量を考慮して、複数の掘削パスＰ１－Ｐ７を決定してもよい。
【0036】
ステップＳ１０９では、コントローラ３１は、複数の掘削パスＰ１－Ｐ７に従って、作業機械１を制御する。図６に示すように、コントローラ３１は、複数の掘削パスＰ１－Ｐ７のそれぞれに対して、掘削の開始位置Ｓ１－Ｓ７と排土位置Ｅ１－Ｅ７とを決定する。コントローラ３１は、目標掘削面８０上において、各掘削パスＰ１－Ｐ７と目標掘削部分７０との交点から、開始位置Ｓ１－Ｓ７と排土位置Ｅ１－Ｅ７とを決定する。所定の作業方向Ａ１において、開始位置Ｓ１－Ｓ７は、排土位置Ｅ１－Ｅ７よりも上流側に位置する。所定の作業方向Ａ１において、排土位置Ｅ１－Ｅ７は、開始位置Ｓ１－Ｓ７よりも下流側に位置する。
【0037】
例えば、図６に示す例では、複数の掘削パスＰ１－Ｐ７は、第１～第７掘削パスＰ１－Ｐ７を含む。図７Ａおよび図７Ｂは、第１掘削パスＰ１上の開始位置Ｓ１と排土位置Ｅ１とを示す図である。コントローラ３１は、第１掘削パスＰ１に従って、作業機械１を走行させる。図７Ａに示すように、コントローラ３１は、作業機械１を前進させて、開始位置Ｓ１から掘削を開始させる。コントローラ３１は、作業機１３が排土位置Ｅ１に到達したかを判定する。図７Ｂに示すように、作業機１３が排土位置Ｅ１に到達したときには、コントローラ３１は、作業機械１を後退させる。それにより、第１掘削パスＰ１に従った作業が終了する。
【0038】
コントローラ３１は、第１掘削パスＰ１の後に第２掘削パスＰ２に従って、作業機械１を制御する。第１掘削パスＰ１と同様に、コントローラ３１は、第２掘削パスＰ２に従って、作業機械１を走行させる。コントローラ３１は、第２掘削パスＰ２の開始位置Ｓ２から掘削を開始させる。コントローラ３１は、作業機１３が第２掘削パスＰ２の排土位置Ｅ２に到達すると、作業機械１を後退させる。それにより、第２掘削パスＰ２に従った作業が終了する。その後、コントローラ３１は、第１、第２掘削パスＰ２に従った作業と同様に、第３～第７掘削パスＰ３－Ｐ７に従った作業を順次、作業機械１に実行させる。
【0039】
図８に示すように、ステップＳ１１１で、コントローラ３１は、現況地形４０において目標掘削部分７０が無くなったかを判定する。コントローラ３１は、現況地形４０において目標掘削面８０よりも上方に位置する部分が無くなったときに、目標掘削部分７０が無くなったと判定する。或いは、コントローラ３１は、全ての掘削パスＰ１－Ｐ７に従う作業が完了したときに、目標掘削部分７０が無くなったと判定してもよい。或いは、コントローラ３１は、現況地形４０において目標掘削面８０よりも上方に位置する目標掘削部分７０の土量が所定量以下となったときに、目標掘削部分７０が無くなったと判定してもよい。現況地形４０において目標掘削部分７０が残っているときには、処理は、ステップＳ１１０に戻る。現況地形４０において目標掘削部分７０が無くなったときには、処理は、ステップＳ１１２に進む。
【0040】
ステップＳ１１２では、コントローラ３１は、現況地形４０が規定勾配に到達したかを判定する。規定勾配は、上述した目標設計面５０であってもよい。或いは、コントローラ３１は、目標設計面５０に基づいて規定勾配を決定してもよい。規定勾配は、目標設計面５０よりも上方に位置してもよい。現況地形４０が規定勾配に到達していないときには、処理は、ステップＳ１０４に戻る。そして、コントローラ３１は、ステップＳ１０４～Ｓ１０８の処理を、新たな現況地形４１に基づいて実行することで、目標掘削面８０を更新する。図９に示すように、コントローラ３１は、新たな現況地形４１に基づいて、更新された目標掘削面８１と更新された目標掘削部分７１を決定する。
【0041】
ステップＳ１０９で、コントローラ３１は、上述した処理と同様に、更新された目標掘削面８１から、掘削パスを決定する。コントローラ３１は、ステップＳ１１０で、上述した処理と同様に、掘削パスに従って作業機械１を制御する。以上のように、現況地形４０が規定勾配に到達するまで、ステップＳ１０１～Ｓ１１２が繰り返される。
【0042】
以上説明した本実施形態に係る作業機械１の制御システムおよび制御方法では、掘削される土量に基づいて、目標掘削部分７０と目標掘削面８０とが決定される。そして、目標掘削面８０に基づいて、掘削パスＰ１－Ｐ７が決定される。そのため、作業機械１の自動制御によって、容易に整地作業を行うことができる。
【0043】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。作業機械１は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ等の他の機械であってもよい。走行装置１２は、履帯に限らず、タイヤを含んでもよい。作業機械１は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、作業機械１から運転室が省略されてもよい。
【0044】
制御システム３の一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ３１は、互いに別体の複数のコントローラを有してもよい。図１０に示すように、コントローラ３１は、作業機械１の外部に配置されるリモートコントローラ３１１と、作業機械１に搭載される車載コントローラ３１２とを含んでもよい。リモートコントローラ３１１と車載コントローラ３１２とは通信装置３３,３６を介して無線により通信可能であってもよい。そして、上述したコントローラ３１の機能の一部がリモートコントローラ３１１によって実行され、残りの機能が車載コントローラ３１２によって実行されてもよい。例えば、掘削パスＰ１－Ｐ７を決定する処理がリモートコントローラ３１１によって実行され、作業機械１を動作させる処理が車載コントローラ３１２によって実行されてもよい。
【0045】
作業機械１の自動制御は、オペレータによる手動操作と合わせて行われる半自動制御であってもよい。或いは、自動制御は、オペレータによる手動操作無しで行われる完全自動制御であってもよい。例えば、図１０に示すように、作業機械１の外部に配置された操作装置３７をオペレータが操作することによって作業機械１が遠隔操作されてもよい。
【0046】
整地作業を行うための処理は、上述した処理に限らず、変更されてもよい。例えば、上記の処理の一部が、変更、或いは省略されてもよい。整地作業を行うための処理に、上記の処理と異なる処理が追加されてもよい。
【0047】
掘削パスを決定するための処理が変更されてもよい。例えば、図１１に示すように、コントローラ３１は、掘削パスの複数の候補Ｍ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，・・・）を決定してもよい。例えば、コントローラ３１は、複数の参照点Ｒ（ｎ）を通る直線を、掘削パスの複数の候補Ｍ（ｎ）として決定してもよい。複数の参照点Ｒ（ｎ）は、目標掘削部分７０の輪郭に沿って所定距離ごとに位置してもよい。コントローラ３１は、複数の候補Ｍ（ｎ）のそれぞれに対して、評価関数を算出してもよい。評価関数は、例えば掘削される土量に関する関数を含んでもよい。コントローラ３１は、掘削部分データから、評価関数を算出してもよい。
【0048】
例えば、コントローラ３１は、複数の候補Ｍ（ｎ）のそれぞれに対して、評価関数を演算する。評価関数は、Ａ＊アルゴリズムにおける関数であってもよい。或いは、評価関数は、他の経路探索アルゴリズムにおける関数であってもよい。評価関数は、目標掘削部分７０の残りの土量を示す関数を含む。なお、評価関数は、作業機械１による作業時間、燃料消費量、或いは走行距離を示す関数を含んでもよい。或いは、評価関数は、現況地形４０の勾配に応じた作業機械１の転倒確率などの他のパラメータを示す関数を含んでもよい。コントローラ３１は、複数の候補Ｍ（ｎ）のうち評価関数を最小とするものを掘削パスとして決定してもよい。
【0049】
或いは、コントローラ３１は、作業方向に沿って延び、目標掘削面と直交する第２の仮想面を設定してもよい。コントローラ３１は、目標掘削面と、第２の仮想面と、現況地形とから算出される土量に基づいて、掘削パスを決定しても良い。
【0050】
複数の作業機械によって同時に整地作業が行われてもよい。その場合、複数の作業機械に搭載されたコントローラがそれぞれ自律的に上記の制御を実行してもよい。或いは、複数の作業機械に共通のコントローラが、複数の作業機械に対して上記の制御を実行してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本開示によれば、作業機械の自動制御によって容易に整地作業を行うことができる。
【符号の説明】
【0052】
１ 作業機械
１２ 走行装置
１３ 作業機
３１ コントローラ
３２ 位置センサ
５０ 目標設計面
６０－６５ 仮の掘削面
７０，７１ 目標掘削部分
８０，８１ 目標掘削面
Ｐ１－Ｐ７ 掘削パス
Ｓ１－Ｓ７ 開始位置
Ｅ１－Ｅ７ 排土位置
１２ 走行装置
１３ 作業機
３１ コントローラ
３２ 位置センサ
５０ 目標設計面
６０－６５ 仮の掘削面
７０，７１ 目標掘削部分
８０，８１ 目標掘削面
Ｐ１－Ｐ７ 掘削パス
Ｓ１－Ｓ７ 開始位置
Ｅ１－Ｅ７ 排土位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】