特許 7573136 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-16

(45)【発行日】2024-10-24

(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 20060101AFI20241017BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Q

E02F9/20 N

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024510907

(86)(22)【出願日】2022-03-30

(86)【国際出願番号】 JP2022016064

(87)【国際公開番号】W WO2023188132

(87)【国際公開日】2023-10-05

【審査請求日】2023-12-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森木 秀一

(72)【発明者】

【氏名】関根 和也

(72)【発明者】

【氏名】堤 芳明

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３１４２３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０３９１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１５８９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０５１６５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械に対する一連の作業指示を取得する作業指示取得部と、
前記作業指示取得部により取得された前記作業指示に含まれる各タスクを実行するように前記作業機械の動作を制御する動作制御部と、
を備える作業機械の制御システムであって、
前記作業機械が対象物を積載しているか否かを判定する積載判定部を備え、
前記動作制御部は、前記作業指示に含まれる複数のタスクのうち、優先して実行する割込タスクと該割込タスクを除いた非割込タスクとが含まれる場合であって、
前記積載判定部により前記作業機械が前記対象物を積載していると判定された場合には、実行中のタスクで指示された前記作業機械の動作を行った後に前記割込タスクを実行し、
前記積載判定部により前記作業機械が前記対象物を積載していないと判定された場合には、実行中のタスクで指示された前記作業機械の動作が完了する前に前記割込タスクを実行することを特徴とする作業機械の制御システム。

【請求項2】

前記動作制御部は、
前記作業指示取得部により取得された前記作業指示に含まれる複数のタスクを、前記割込タスクと前記非割込タスクとに分けるタスク入力処理部と、
前記割込タスクを格納する割込タスクバッファと、
前記非割込タスクを前記作業指示に指示された順序に従って格納するキューと、
実行中のタスクを格納するカレントタスクバッファと、
前記カレントタスクバッファに格納される実行中のタスクと、前記作業指示に含まれるマップデータと、前記作業機械の位置情報と、前記作業機械に積載される対象物の荷重情報とに基づき、前記作業機械の動作モード及び目標位置を設定するとともに、実行中のタスクが完了した場合にタスク完了フラグを出力するタスク実行処理部と、
前記タスク実行処理部により出力されるタスク完了フラグの有無と、前記キューに格納される前記非割込タスクと、前記割込タスクバッファに格納される前記割込タスクとに基づいて、前記カレントタスクバッファのタスクを更新するタスク更新処理部と、
を備え、
前記タスク更新処理部は、前記キューに格納される前記非割込タスクよりも前記割込タスクバッファに格納される前記割込タスクを優先して前記カレントタスクバッファに移し替えることで、前記カレントタスクバッファのタスクを更新する請求項１に記載の作業機械の制御システム。

【請求項3】

前記積載判定部は、
前記作業機械に積載される対象物の荷重情報と、前記タスク実行処理部により設定された動作モードとに基づき、前記作業機械が対象物を積載しているか否かを判定し、判定した結果を前記タスク更新処理部に出力し、
前記タスク更新処理部は、前記作業機械が対象物を積載していないと判定されて且つ前記割込タスクバッファに前記割込タスクが格納された場合、前記割込タスクバッファに格納される前記割込タスクを前記カレントタスクバッファに移し替える請求項２に記載の作業機械の制御システム。

【請求項5】

前記作業指示には作業量又は作業回数の指示が含まれ、
前記タスク実行処理部は、実行中のタスクの途中で前記割込タスクを実行してから元のタスクを再開する場合、元のタスクに対し、既に終わった作業量又は作業回数を反映した残りの作業量又は作業回数を設定する請求項２～４のいずれか一項に記載の作業機械の制御システム。

【請求項6】

前記作業機械の動作は積込動作を含み、
前記動作制御部は、実行中のタスクで指示された前記作業機械の積込動作を行った後に前記割込タスクを実行する請求項１～５のいずれか一項に記載の作業機械の制御システム。

【請求項7】

前記作業指示取得部及び前記動作制御部は、前記作業機械に設けられ、又は前記作業機械と通信可能な外部サーバ装置に設けられている請求項１～６のいずれか一項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。

【背景技術】

【0002】

従来から、対象物を自動的に掘削し、掘削した対象物を所定の位置に自動的に積込む作業機械の制御システムが提案されている。例えば、特許文献１に記載された作業機械の制御システムは、掘削目標位置を演算する掘削目標位置演算手段と、積込目標位置を演算する積込目標位置演算手段と、演算された掘削目標位置及び積込目標位置に作業機械を自動位置決めする自動位置決め手段と、掘削目標位置で対象物を自動掘削する自動掘削制御手段と、積込目標位置で対象物を自動積込する自動積込制御手段とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１０－８８６２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された作業機械の制御システムでは、優先して実行する割込タスクのような突発的な作業指示があった場合、現場環境と作業機械の設定をやり直す必要があるので、割込タスクに対応し難いという問題があった。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は割込タスクに容易に対応できる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】

【0006】

本発明に係る作業機械の制御システムは、作業機械に対する一連の作業指示を取得する作業指示取得部と、前記作業指示取得部により取得された前記作業指示に含まれる各タスクを実行するように前記作業機械の動作を制御する動作制御部と、を備える作業機械の制御システムであって、前記動作制御部は、前記作業指示に含まれる複数のタスクのうち、優先して実行する割込タスクと該割込タスクを除いた非割込タスクとが含まれる場合、実行中のタスクで指示された前記作業機械の動作を行った後に前記割込タスクを実行することを特徴としている。

【0007】

本発明に係る作業機械の制御システムでは、動作制御部は、作業指示に含まれる複数のタスクのうち、優先して実行する割込タスクと該割込タスクを除いた非割込タスクとが含まれる場合、実行中のタスクで指示された前記作業機械の動作を行った後に前記割込タスクを実行するので、割込タスクに容易に対応することができる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、割込タスクに容易に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】作業機械を示す斜視図である。

【図2】作業機械を示す模式図である。

【図3】作業機械の自動運転制御装置を示す機能ブロック図である。

【図4】作業指示に含まれるマップデータの一例である。

【図5】作業指示に含まれるタスクデータの一例である。

【図6】作業指示に含まれる割込タスクの一例である。

【図7】第１実施形態に係る作業機械の制御システムを示す機能ブロック図である。

【図8】タスク入力処理部で行う処理を示すフローチャートである。

【図9】タスク更新処理部で行う処理を示すフローチャートである。

【図10】タスク実行処理部で行う処理を示すフローチャートである。

【図11】タスク実行処理部で行う積込タスクの処理を示すフローチャートである。

【図12】第２実施形態に係る作業機械の制御システムを示す機能ブロック図である。

【図13】第２実施形態に係る作業機械の制御システムのタスク更新処理部で行う処理を示すフローチャートである。

【図14】第２実施形態に係る作業機械の制御システムの積載判定部で行う処理を示すフローチャートである。

【図15】第３実施形態に係る作業機械の制御システムのタスク更新処理部で行う処理を示すフローチャートである。

【図16】第４実施形態に係る作業機械の制御システムの作業指示に含まれるタスクデータの一例である。

【図17】第４実施形態に係る作業機械の制御システムの作業指示に含まれる割込タスクの一例である。

【図18】第４実施形態に係る作業機械の制御システムのタスク実行処理部で行う積込タスクの処理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】

【0010】

以下、図面を参照して本発明に係る作業機械の制御システムの実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。また、以下の説明において、作業機械がホイールローダである例を挙げて説明するが、本発明の作業機械はホイールローダに限定されず、油圧ショベル等の作業機械であってもよい。更に、以下の説明において、上下、左右、前後の方向及び位置は、作業機械の運転席から見た方向を基準とする。

【0011】

また、本発明に係る作業機械の制御システムは、作業機械に設けられてもよく（すなわち、作業機械に搭載される）、制御システムの一部又は全部が作業機械と通信可能な外部サーバ装置に設けられてもよいが、ここでは作業機械に搭載される例を挙げて説明する。

【0012】

［第１実施形態］
本実施形態に係る作業機械の制御システム２００は、作業機械１に対する作業指示に基づき作業機械１の動作を制御するためのシステムであって、主に、後述する通信インタフェース１８及び動作制御部１１０を備えている。そして、通信インタフェース１８及び動作制御部１１０は、それぞれ作業機械１に設けられている。

【0013】

図１は作業機械を示す斜視図であり、図２は作業機械を示す模式図である。図１に示すように、作業機械１は、例えば電動駆動式のホイールローダであって、作業機械１の前方に配置されたバケット（作業具ともいう）２と、バケット２を回動可能に支持する左右一対のリフトアーム３を備えている。リフトアーム３は、作業機械１の車体に回動可能に支持されている。リフトアーム３が回動すると、バケット２が上下動する。また、リフトアーム３は、ベルクランク４を回動可能に支持している。ベルクランク４が回動すると、バケットリンク５を介してバケット２もリフトアーム３に対して回動するようになっている。

【0014】

作業機械１は、前方左タイヤ６ＦＬ、前方右タイヤ６ＦＲ、後方左タイヤ６ＲＬ、及び後方右タイヤ６ＲＲを備えており、これらのタイヤを駆動することで走行する。また、作業機械１は、アーティキュレート型の操舵機構を備え、車体鉛直方向を軸として車体前方と車体後方とに角度差を生じさせることで旋回する。

【0015】

図２に示すように、作業機械１は、動力源としてエンジン７を備えている。エンジン７は、油圧ポンプ８及び駆動力伝達装置９を駆動する。駆動力伝達装置９は、センタジョイント１０及びフロント差動装置１１Ｆとリア差動装置１１Ｒを介して、それぞれ前方左タイヤ６ＦＬと前方右タイヤ６ＦＲ、後方左タイヤ６ＲＬと後方右タイヤ６ＲＲにエンジン７の駆動力を伝達し、作業機械１を加速走行させる。

【0016】

一方、油圧ポンプ８は、エンジン７の駆動によってコントロールバルブ１２に作動油を供給する。作動油は、コントロールバルブ１２により分配され、ステアシリンダ１３、リフトシリンダ１４、バケットシリンダ１５、ブレーキ１６Ｆ，１６Ｒにそれぞれ供給される。ステアシリンダ１３、リフトシリンダ１４、及びバケットシリンダ１５は、供給される作動油によってそれぞれ伸縮し、これによって、車体前方と車体後方との角度、車体に対するリフトアーム３の角度、バケット２の角度がそれぞれ変化する。また、ブレーキ１６Ｆ，１６Ｒは、供給される作動油で閉じることにより、前方左タイヤ６ＦＬ、前方右タイヤ６ＦＲ、後方左タイヤ６ＲＬ、後方右タイヤ６ＲＲの回転を抑制し、これによって作業機械１が減速停止する。

【0017】

更に、作業機械１は、測位装置１７、通信インタフェース１８、圧力センサ１９、エンジン制御装置２０、油圧制御装置２１、走行制御装置２２、及び自動運転制御装置１００を備えている。測位装置１７は、例えば測位衛星からの信号を受信して位置を測定する２つのＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機（図１参照）により構成され、測定した作業機械１の位置情報を自動運転制御装置１００に出力する。なお、測位装置１７は、ＧＮＳＳ受信機に限定されるものではなく、カメラやＬｉＤＡＲを用いた公知のＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）を採用してもよい。

【0018】

通信インタフェース１８は、特許請求の範囲に記載された「作業指示取得部」に相当するものであり、作業機械１に対する一連の作業指示を工程管理端末３０から取得し、取得した作業指示を自動運転制御装置１００に出力する。後述するが、作業指示には作業に関するタスクデータ及びマップデータなどが含まれている。なお、作業指示取得部は、工程管理端末３０から作業指示を取得できるものであればよく、通信インタフェース１８の他に無線通信器等であってもよい。

【0019】

圧力センサ１９は、リフトシリンダ１４の油圧又はリフトシリンダ１４の応力に基づいて作業機械１に積載される対象物（すなわち、バケット２に収容される対象物）の荷重情報を検出し、検出した荷重情報を自動運転制御装置１００に出力する。

【0020】

自動運転制御装置１００は、例えば、演算を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、記憶されたプログラムの実行によって作業機械１の自動運転に関する各演算、設定、判定、及び生成などの処理を行う。

【0021】

例えば、自動運転制御装置１００は、通信インタフェース１８を介して取得した工程管理端末３０からの作業指示と、測位装置１７により測定された作業機械１の位置情報と、圧力センサ１９により検出された荷重情報とに基づいて、エンジン制御信号、油圧制御信号、及び走行制御信号をそれぞれ生成し、生成したエンジン制御信号をエンジン制御装置２０に、油圧制御信号を油圧制御装置２１に、走行制御信号を走行制御装置２３にそれぞれ出力する。

【0022】

エンジン制御装置２０は、自動運転制御装置１００からのエンジン制御信号に基づいてエンジン７の回転数を制御する。油圧制御装置２１は、自動運転制御装置１００からの油圧制御信号に基づいてコントロールバルブ１２の開閉度合を制御する。走行制御装置２２は、自動運転制御装置１００からの走行制御信号に基づいて駆動力伝達装置９の変速比と回転方向を制御する。

【0023】

工程管理端末３０は、現場に稼働する各作業機械１に作業指示を送信するための端末であり、現場管理者等が手動で作業指示を作成して送信するものであってもよく、センサ等で現場全体の作業の進捗情報を自動的に取得して作業指示を自動的に生成して送信するものであってもよい。

【0024】

次に、図３を基に自動運転制御装置１００を詳細に説明する。図３は作業機械の自動運転制御装置を示す機能ブロック図である。図３に示すように、自動運転制御装置１００は、動作制御部１１０、経路計画部１２０及び動作生成部１３０を備えている。

【0025】

動作制御部１１０は、演算を実行するＣＰＵと、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭと、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭとを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成され、通信インタフェース１８により取得された作業指示に含まれる各タスクを実行するように作業機械１の動作を制御する。

【0026】

例えば動作制御部１１０は、通信インタフェース１８を介して取得した工程管理端末３０からの作業指示と、測位装置１７により測定された作業機械１の位置情報と、圧力センサ１９により検出された荷重情報とに基づいて、作業機械１の動作モード及び目標位置を設定する。また、動作制御部１１０は、設定した動作モードを動作生成部１３０に、設定した目標位置を経路計画部１２０にそれぞれ出力する。なお、動作制御部１１０に関する詳細説明は後述する。

【0027】

動作モードとしては、例えば走行モード、掘削モード、積込モード等が挙げられる。また、本実施形態でいう「積込」は、作業機械１が対象物を運搬用車両の荷台に積込むこと、及び、掘削した対象物を目的地まで運搬して放土することを含む。従って、本実施形態でいう「積込動作」には、作業機械１が対象物を運搬用車両の荷台に積込む動作と、掘削した対象物を目的地まで運搬して放土する動作とが含まれる。

【0028】

経路計画部１２０は、通信インタフェース１８を介して取得した工程管理端末３０からの作業指示と、測位装置１７により測定された作業機械１の位置情報と、動作制御部１１０により設定された目標位置とに基づいて、目標経路を設定する。具体的には、経路計画部１２０は、作業指示に含まれるマップデータを用いて、作業機械１の現在位置から目標位置までの目標経路を設定する。また、経路計画部１２０は、設定した目標経路を動作生成部１３０に出力する。

【0029】

動作生成部１３０は、動作制御部１１０により設定された動作モードと、経路計画部１２０により設定された目標経路と、測位装置１７により測定された作業機械１の位置情報とに基づいて、エンジン制御装置２０、油圧制御装置２１及び走行制御装置２２を制御するための動作を生成する。具体的には、動作生成部１３０は、経路計画部１２０により設定された目標経路と、測位装置１７により測定された作業機械１の位置情報とに基づいて、作業機械１の現在位置から目標経路に沿うように作業機械１を走行させるための走行動作を生成する。また、動作生成部１３０は、動作制御部１１０により設定された動作モードに基づいて掘削や積込等のバケット２の作業動作を生成する。

【0030】

そして、動作生成部１３０は、生成した走行動作を走行制御信号として走行制御装置２２に、生成した作業動作を油圧制御信号として油圧制御装置２１にそれぞれ出力する。走行制御信号は、例えば従来の手動操作と同様に、アクセルとブレーキのペダル操作量および前後進スイッチの切替信号としてもよい。油圧制御信号は、例えば従来の手動操作と同様に、リフトアーム３とバケット２のレバー操作量としてもよい。更に、動作生成部１３０は、生成した走行動作と作業動作とに基づいて必要なエンジン回転数を演算し、演算した結果をエンジン制御信号としてエンジン制御装置２０に出力する。

【0031】

次に、図４～図６を基に作業指示に含まれるマップデータ及びタスクデータを説明する。作業指示には、作業に関するマップデータとタスクデータとがそれぞれ含まれている。タスクデータは、優先して実行する割込タスクと該割込タスクを除いた非割込タスクとを含むものである。割込タスクは、非割込タスクよりも優先して行うタスクを指し、例えば後述する処理方法が数字「２」で示すタスクのことである。一方、非割込タスクは、優先度の区別がない通常のタスク（例えば後述する処理方法が数字「０」、「１」で示すタスク）を指し、タスク指示リストに記載された順に従って順次に行うタスクのことである。

【0032】

図４は作業指示に含まれるマップデータの一例である。図４に示すように、マップデータは、複数の座標点（ｐ０～ｐ９）とそれらを接続する線分として与えられる。図４中のＱ１及びＱ２は掘削位置、Ｒ１及びＲ２は積込位置、Ｏ１は障害物をそれぞれ示す。これらの掘削位置、積込位置及び障害物は、座標と紐づいた属性情報が与えられている。

【0033】

図５は作業指示に含まれるタスクデータの一例である。図５に示すように、タスクデータは、対象物、掘削位置、積込位置をセットとしたタスク指示リストである。例えば、Ｍ１積込タスクでは、作業機械１が対象物Ｍ１を掘削位置Ｑ１で掘削し、積込位置Ｒ１へ積込み、積込位置Ｒ１への積込が終了したら、該Ｍ１積込タスクを完了とし、次のＭ２積込タスクに移行する。Ｍ２積込タスクでは、作業機械１が対象物Ｍ２を掘削位置Ｑ２で掘削し、積込位置Ｒ２へ積込み、Ｍ２積込タスクが完了したら、タスク指示リストに記載された順に従って次のタスクに移行する。そして、タスク指示リストに記載された最後のタスクでは、作業機械１が待機位置に待機する。

【0034】

また図５に示すように、タスクデータでは、タスク毎に処理方法が指定されている。この処理方法は例えば「０」、「１」、「２」といった数字で示されている。本実施形態では、例えば「０」は取得済のタスクを破棄する処理方法を示し、「１」はタスク指示リストに記載された順に従ってタスクを順次に実行する処理方法を示す。一方、「２」は「１」よりも優先度の高い処理方法を示し、すなわち「１」よりも優先して実行する割込タスクを示す。

【0035】

図６は作業指示に含まれる割込タスクの一例である。ここでは、処理方法を数字の「２」とすることで割込タスクとして指定している。なお、割込タスクは、一時的な（言い換えれば、突発的な）割込処理を行わせるためのものであり、取得済のタスクに対して複数のタスクを優先して実行させたい場合は、取得済のタスクを破棄してから割込タスクを行うことが望ましい。例えば上述したように、処理方法を数字の「０」とすることで取得済のタスクを破棄してから数字の「２」の割込タスクを実行する。

【0036】

図７は第１実施形態に係る作業機械の制御システムを示す機能ブロック図である。図７に示すように、作業機械の制御システム２００の動作制御部１１０は、マップデータ入力処理部１１１と、タスク入力処理部１１２と、タスク更新処理部１１３と、タスク実行処理部１１４と、マップメモリ１１６と、キュー１１７、割込タスクバッファ１１８、及びカレントタスクバッファ１１９とを備えている。

【0037】

図７に示すように、動作制御部１１０に接続された通信インタフェース１８は、工程管理端末３０から取得した作業指示に含まれたマップデータとタスクデータとをそれぞれ抽出し、抽出したマップデータをマップデータ入力処理部１１１に、抽出したタスクデータをタスク入力処理部１１２にそれぞれ出力する。

【0038】

マップデータ入力処理部１１１は、通信インタフェース１８を介して取得したマップデータをマップメモリ１１６に記憶させる。

【0039】

タスク入力処理部１１２は、通信インタフェース１８を介して取得したタスクデータを、割込タスクと非割込タスクとに分けるとともに、割込タスクを割込タスクバッファ１１８に、非割込タスクをキュー１１７にそれぞれ格納する。具体的には、タスク入力処理部１１２は、タスクデータに含まれた処理方法の数字に基づいて、取得したタスクを割込タスク（例えば処理方法の数字が「２」であるタスク）と非割込タスク（例えば処理方法の数字が「１」であるタスク）とに分けて、割込タスクを割込タスクバッファ１１８に格納し、非割込タスクをキュー１１７に格納する。

【0040】

なお、以下の説明において、キュー１１７、割込タスクバッファ１１８及びカレントタスクバッファ１１９にそれぞれ格納されるタスクを区別するために、キュー１１７に格納されるタスクを「キュー内のタスク」、割込タスクバッファ１１８に格納されるタスクを「割込タスク」、カレントタスクバッファ１１９に格納されるタスクを「カレントタスク」又は「実行中のタスク」とそれぞれ呼ぶ場合がある。そして、「キュー内のタスク」は非割込タスクでしかなく、「カレントタスク」又は「実行中のタスク」は割込タスクである場合もあるし、非割込タスクである場合もがある。

【0041】

タスク実行処理部１１４は、カレントタスクバッファ１１９に格納されるカレントタスク（すなわち、実行中のタスク）と、マップメモリ１１６に記憶されたマップデータと、測位装置１７により測定された作業機械１の位置情報と、圧力センサ１９により検出された荷重情報とに基づいて、作業機械１の動作モード及び目標位置を設定する。また、タスク実行処理部１１４は、設定した動作モードを動作生成部１３０に、設定した目標位置を経路計画部１２０にそれぞれ出力する。更に、タスク実行処理部１１４は、カレントタスク（実行中のタスク）が完了したと判定した場合、タスク完了フラグをタスク更新処理部１１３に出力する。なお、タスク実行処理部１１４については、後述する。

【0042】

タスク更新処理部１１３は、タスク実行処理部１１４により出力されるタスク完了フラグの有無と、キュー１１７に格納されるタスク（キュー内のタスク）と、割込タスクバッファ１１８に格納される割込タスクとに基づいて、カレントタスクバッファ１１９のタスクを更新する。

【0043】

次に、図８～図１１を基に動作制御部１１０で行う各処理を詳細に説明する。なお、動作制御部１１０で行う各処理は非同期で周期的に行われている。以下では、タスク入力処理部１１２、タスク更新処理部１１３、タスク実行処理部１１４の順に説明する。

【0044】

図８はタスク入力処理部で行う処理を示すフローチャートである。図８に示すように、ステップＳ１１２１では、タスク入力処理部１１２は、通信インタフェース１８からのタスクデータの有無に基づき、作業指示を取得したか否かを判定する。タスクデータがあった場合、作業指示を取得したと判定されて、処理はステップＳ１１２２に進む。

【0045】

ステップＳ１１２２では、タスク入力処理部１１２は、取得したタスクデータの中に割込タスクがあるか否かを判定する。このとき、タスク入力処理部１１２は、上述したように、取得したタスクを割込タスクと非割込タスクとに分けて、その結果に基づき割込タスクの有無を判定する。

【0046】

割込タスクがないと判定された場合（言い換えれば、全て非割込タスクの場合）、処理はステップＳ１１２３に進む。ステップＳ１１２３では、タスク入力処理部１１２は、作業指示に含まれるタスクを順にキュー１１７に格納する。このとき、タスク入力処理部１１２は、上記タスク指示リストに記載された順に従って各タスクをキュー１１７に格納する。一方、割込タスクがあると判定された場合、処理はステップＳ１１２４に進む。ステップＳ１１２４では、タスク入力処理部１１２は、割込タスクを割込タスクバッファ１１８に格納する。

【0047】

図９はタスク更新処理部で行う処理を示すフローチャートである。図９に示すように、ステップＳ１１３１では、タスク更新処理部１１３は、カレントタスクバッファ１１９にカレントタスク（すなわち、実行中のタスク）があるか否かを判定する。カレントタスクがあると判定された場合、処理はステップＳ１１３２に進む。一方、カレントタスクがないと判定された場合、処理はステップＳ１１３４に進む。

【0048】

ステップＳ１１３２では、タスク更新処理部１１３は、タスク実行処理部１１４により出力されるタスク完了フラグの有無に基づき、カレントタスクが完了した否かを判定する。タスク完了フラグがあった場合、カレントタスクが完了したと判定されて、処理はステップＳ１１３３に進む。ステップＳ１１３３では、タスク更新処理部１１３は、完了したカレントタスクを破棄する。一方、タスク完了フラグがない場合、カレントタスクが完了していないと判定されて、処理は「ＲＥＴＵＲＮ」になる。

【0049】

ステップＳ１１３４では、タスク更新処理部１１３は、割込タスクバッファ１１８に割込タスクがあるか否かを判定する。割込タスクがあると判定された場合、処理はステップＳ１１３５に進む。

【0050】

ステップＳ１１３５では、タスク更新処理部１１３は、割込タスクバッファ１１８に格納されている割込タスクをカレントタスクバッファ１１９に移し替えることで、カレントタスクバッファ１１９のタスクを更新する。このようにすれば、割込タスクバッファ１１８に格納されている割込タスクを、キュー１１７に格納されているタスク（すなわち、非割込タスク）よりも優先してカレントタスクバッファ１１９に移し替えることができ、非割込タスクよりも優先して実行することができる。

【0051】

一方、ステップＳ１１３４において割込タスクがないと判定された場合、処理はステップＳ１１３６に進む。ステップＳ１１３６では、タスク更新処理部１１３は、キュー１１７にタスク（すなわち、非割込タスク）があるか否かを判定する。キュー１１７にタスクがあると判定された場合、処理はステップＳ１１３７に進む。

【0052】

ステップＳ１１３７では、タスク更新処理部１１３は、キュー内のタスクをカレントタスクバッファ１１９に移し替える。例えば、タスク更新処理部１１３は、キュー１１７に格納された複数のタスクの中から最も先に格納されたタスク（言い換えれば、タスク指示リストに一番上に記載されたタスク）をカレントタスクバッファ１１９に移し替えることで、カレントタスクバッファ１１９のタスクを更新する。このようにすれば、キュー１１７に格納されているタスクが順次にカレントタスクバッファ１１９に移し替えられ、順に実行される。

【0053】

図１０はタスク実行処理部で行う処理を示すフローチャートである。図１０に示すように、ステップＳ１１４１では、タスク実行処理部１１４は、カレントタスクバッファ１１９に格納されているカレントタスクを参照する。

【0054】

ステップＳ１１４１に続くステップＳ１１４２では、タスク実行処理部１１４は、カレントタスクバッファ１１９に格納されるカレントタスクが更新されたか否かを判定する。カレントタスクが更新されたか否かの判定は、例えばカレントタスクの内容が変化したか否かに基づいて行われる。カレントタスクが更新されていないと判定された場合、処理はステップＳ１１４３に進む。ステップＳ１１４３では、タスク実行処理部１１４は、現在実行中のタスクの処理を継続する。

【0055】

一方、カレントタスクが更新されたと判定された場合、処理はステップＳ１１４４に進む。ステップＳ１１４４では、タスク実行処理部１１４は、タスク実行処理を初期化する。例えば後述する図１１に示す積込タスクの処理の場合、タスク実行処理部１１４は最初（ＳＴＡＲＴ）から処理を開始する。また、タスクにおいて初期位置が指定されている場合、タスク実行処理部１１４は作業機械１が初期位置に戻るような初期化を行ってもよい。

【0056】

図１１はタスク実行処理部で行う積込タスクの処理を示すフローチャートである。ここでは、図５に示すＭ１積込タスク（作業機械１が掘削位置Ｑ１で掘削し、積込位置Ｒ１へ積込み、積込位置Ｒ１への積込が終了したら該Ｍ１積込タスクを完了とするタスク）を挙げて説明する。ステップＳ１００１では、タスク実行処理部１１４は、タスクデータ（より具体的には、カレントタスク）に記載された掘削位置を目標位置に設定し、設定した目標位置を経路計画部１２０へ出力する。具体的には、タスク実行処理部１１４は、カレントタスクに記載された掘削位置Ｑ１とマップメモリ１１６に記憶されたマップデータとに基づいて、該掘削位置Ｑ１を目標位置として設定する。設定した目標位置は、例えばＱ１の座標である。

【0057】

ステップＳ１００１に続くステップＳ１００２では、現在位置から掘削位置Ｑ１まで走行するために、タスク実行処理部１１４は作業機械１の動作モードを走行モードに設定し、設定した動作モードを動作生成部１３０に出力する。

【0058】

ステップＳ１００２に続くステップＳ１００３では、タスク実行処理部１１４は、ステップＳ１００１で設定した目標位置と測位装置１７により測定された作業機械１の位置情報とに基づいて、作業機械１が掘削位置Ｑ１（すなわち目標位置）に到達したか否かを判定する。掘削位置Ｑ１に到達していないと判定された場合、処理はステップＳ１００２に戻る。一方、掘削位置Ｑ１に到達したと判定された場合、処理はステップＳ１００４に進む。

【0059】

ステップＳ１００４では、タスク実行処理部１１４は、カレントタスクに記載された順序に従い、作業機械１の動作モードを掘削モードに設定し、設定した動作モードを動作生成部１３０に出力する。

【0060】

ステップＳ１００４に続くステップＳ１００５では、タスク実行処理部１１４は、圧力センサ１９により検出された荷重情報に基づいて、掘削モードにおける掘削動作が終了したか否かを判定する。掘削動作が終了していないと判定された場合、処理はステップＳ１００４に戻る。一方、掘削動作が終了したと判定された場合、処理はステップＳ１００６に進む。なお、掘削動作の終了判定は、荷重情報の他に、バケット２の高さや姿勢に関する情報に基づいて行われてもよい。

【0061】

ステップＳ１００６では、タスク実行処理部１１４は、カレントタスクに記載された積込位置Ｒ１とマップメモリ１１６に記憶されたマップデータとに基づいて、該積込位置Ｒ１を目標位置に設定し、設定した目標位置を経路計画部１２０に出力する。設定した目標位置は、例えばＲ１の座標である。

【0062】

ステップＳ１００６に続くステップＳ１００７では、現在位置（ここでは、掘削位置Ｑ１）から積込位置Ｒ１まで走行するために、タスク実行処理部１１４は作業機械１の動作モードを走行モードに設定し、設定した動作モードを動作生成部１３０に出力する。

【0063】

ステップＳ１００７に続くステップＳ１００８は、タスク実行処理部１１４は、ステップＳ１００６で設定した目標位置と測位装置１７により測定された作業機械１の位置情報とに基づいて、作業機械１が積込位置Ｒ１（すなわち目標位置）に到達したか否かを判定する。積込位置Ｒ１に到達していないと判定された場合、処理はステップＳ１００７に戻る。一方、積込位置Ｒ１に到達したと判定された場合、処理はステップＳ１００９に進む。

【0064】

ステップＳ１００９では、タスク実行処理部１１４は、カレントタスクに記載された順序に従って、作業機械１の動作モードを積込モードに設定し、設定した動作モードを動作生成部１３０に出力する。

【0065】

ステップＳ１００９に続くステップＳ１０１０では、タスク実行処理部１１４は、圧力センサ１９により検出された荷重情報に基づいて、積込モードにおける積込動作が終了したか否かを判定する。積込動作が終了していないと判定された場合、処理はステップＳ１００９に戻る。一方、積込動作が終了したと判定された場合、処理はステップＳ１０１１に進む。なお、積込動作の終了判定は、荷重情報の他に、バケット２の高さや姿勢に関する情報に基づいて行われてもよい。

【0066】

ステップＳ１０１１では、タスク実行処理部１１４は、カレントタスクに記載されたＭ１積込タスクが完了したと判定し、タスク完了フラグをタスク更新処理部１１３に出力する。

【0067】

本実施形態に係る作業機械の制御システム２００では、工程管理端末３０からの作業指示に含まれる複数のタスクのうち、割込タスクと非割込タスクとが含まれる場合、動作制御部１１０のタスク入力処理部１１２はその割込タスクを割込タスクバッファ１１８に格納し、タスク更新処理部１１３は割込タスクバッファ１１８に格納される割込タスクをカレントタスクバッファ１１９に移し替える。これによって、実行中のタスクで指示された作業機械１の動作（例えば積込動作）を行った後に、非割込タスクよりも優先して割込タスクを実行することができるので、割込タスクに容易に対応することができる。特に、実行中のタスクで指示された作業機械１の積込動作を行った後に、作業機械１が無積載状態であるので、割込タスクをより容易に実行することができる。

【0068】

[第２実施形態]
次に、図１２～図１４を参照して作業機械の制御システムの第２実施形態を説明する。本実施形態に係る作業機械の制御システム２００Ａは、動作制御部１１０Ａが積載判定部１１５を更に備える点と、タスク更新処理部１１３Ａの処理内容において上記第１実施形態と相違している。以下では、その相違点のみを説明する。

【0069】

図１２は第２実施形態に係る作業機械の制御システムを示す機能ブロック図である。図１２に示すように、作業機械の制御システム２００Ａの動作制御部１１０Ａは、更に積載判定部１１５を備えている。積載判定部１１５は、圧力センサ１９により検出された荷重情報と、タスク実行処理部１１４により設定された動作モードとに基づき、作業機械１が対象物を積載しているか否か（言い換えれば、積載あり又は積載なし）を判定し、判定した結果をタスク更新処理部１１３Ａに出力する。積載判定部１１５で行う処理は後述する。

【0070】

一方、タスク更新処理部１１３Ａは、タスク実行処理部１１４により出力されるタスク完了フラグの有無と、キュー１１７に格納されるタスクと、割込タスクバッファ１１８に格納される割込タスクと、積載判定部１１５により判定された結果とに基づいて、カレントタスクバッファ１１９のタスクを更新する。

【0071】

図１３は第２実施形態に係る作業機械の制御システムのタスク更新処理部で行う処理を示すフローチャートである。図１３に示す処理は、第１実施形態のタスク更新処理部で行う処理（図９参照）に対してステップＳ１１３８及びステップＳ１１３９を更に追加したものである。ここでは、追加したステップＳ１１３８及びステップＳ１１３９のみを説明する。

【0072】

具体的には、ステップＳ１１３２においてカレントタスクが完了していないと判定された場合、処理はステップＳ１１３８に進む。ステップＳ１１３８では、タスク更新処理部１１３Ａは、割込タスクバッファ１１８に格納された割込タスクの有無と積載判定部１１５の判定結果とに基づき、作業機械１が「割込タスクあり且つ積載なし」であるか否かを判定する。

【0073】

例えば割込タスク及び積載が両方ある場合、割込タスク及び積載が両方ない場合、あるいは割込タスクがないが積載がある場合、「割込タスクあり且つ積載なし」でないと判定されて、処理は「ＲＥＴＵＲＮ」になる。一方、「割込タスクあり且つ積載なし」であると判定された場合、処理はステップＳ１１３９に進む。

【0074】

ステップＳ１１３９では、タスク更新処理部１１３Ａは、割込タスクバッファ１１８に格納されている割込タスクをカレントタスクバッファ１１９に移し替えることで、カレントタスクバッファ１１９のタスクを更新する。このようにすれば、カレントタスクが完了していなくても、積載がない場合には、割込タスクバッファ１１８に格納されている割込タスクをカレントタスクバッファ１１９に移し替えて、割込タスクをカレントタスクとして直ちに実行することができる。また、逆に積載がある状態で割込タスクを実行させないことにより、既に進行中の動作を中断させることを防止できる。

【0075】

図１４は第２実施形態に係る作業機械の制御システムの積載判定部で行う処理を示すフローチャートである。図１４に示すように、ステップＳ１１５１では、積載判定部１１５は、タスク実行処理部１１４により設定された動作モードが掘削モードであるか否かを判定する。掘削モードであると判定された場合、処理はステップＳ１１５５に進む。一方、掘削モードでないと判定された場合、処理はステップＳ１１５２に進む。

【0076】

ステップＳ１１５２では、積載判定部１１５は、タスク実行処理部１１４により設定された動作モードが積込モードであるか否かを判定する。積込モードであると判定された場合、処理はステップＳ１１５５に進む。一方、積込モードでないと判定された場合、処理はステップＳ１１５３に進む。

【0077】

ステップＳ１１５３では、積載判定部１１５は、圧力センサ１９により検出された荷重情報に基づき、荷重が予め設定された所定値以上であるか否かを判定する。荷重が所定値以上であると判定された場合、処理はステップＳ１１５５に進む。一方、荷重が所定値以上でないと判定された場合、処理はステップＳ１１５４に進む。

【0078】

ステップＳ１１５４では、積載判定部１１５は積載なしと判定するとともに、その判定結果をタスク更新処理部１１３Ａに出力する。ステップＳ１１５５では、積載判定部１１５は積載ありと判定するするとともに、その判定結果をタスク更新処理部１１３Ａに出力する。以上のようにすれば、例えば掘削作業中又は積込作業中において積載ありと判定することで、積載の状態が変化している最中にタスク更新処理部１１３Ａによるタスクの更新を防ぐことができる。

【0079】

[第３実施形態]
次に、図１５を参照して作業機械の制御システムの第３実施形態を説明する。本実施形態に係る作業機械の制御システムは、タスク更新処理部１１３Ａの処理内容において上記第２実施形態と相違している。以下では、その相違点のみを説明する。

【0080】

図１５は第３実施形態に係る作業機械の制御システムのタスク更新処理部で行う処理を示すフローチャートである。図１５に示す処理は、第２実施形態のタスク更新処理部１１３Ａの処理（図１３参照）のステップＳ１１３９をステップＳ１１３９’に置き換えるものである。

【0081】

具体的には、ステップＳ１１３８において「割込タスクあり且つ積載なし」であると判定された場合、処理はステップＳ１１３９’に進む。ステップＳ１１３９’では、タスク更新処理部は、割込タスクバッファ１１８に格納されている割込タスクとカレントタスクバッファ１１９に格納されているカレントタスクを入れ替える。すなわち、割込タスクバッファ１１８に格納されている割込タスクをカレントタスクバッファ１１９に移し替えるとともに、実行中のタスクをカレントタスクバッファ１１９から割込タスクバッファ１１８に移し替える。

【0082】

このようにすれば、現在実行中のカレントタスクが完了していなくても、積載がない場合には、割込タスクバッファ１１８に格納されている割込タスクをカレントタスクとして直ちに実行することができる。また、実行中であったタスクを割込タスクバッファ１１８に移し替えることで、割込タスクの完了後に該タスクをカレントタスクバッファ１１９に移し替えて、再開することができる。

【0083】

[第４実施形態]
次に、図１６～図１８を参照して作業機械の制御システムの第４実施形態を説明する。本実施形態に係る作業機械の制御システムは、タスクデータに作業回数に関する指示が追加される点と、タスク実行処理部１１４の処理内容において上記第１実施形態と相違している。以下では、その相違点のみを説明する。

【0084】

図１６は第４実施形態に係る作業機械の制御システムの作業指示に含まれるタスクデータの一例であり、図１７は第４実施形態に係る作業機械の制御システムの作業指示に含まれる割込タスクの一例である。図１６に示すように、本実施形態の作業指示に含まれるタスクデータは、第１実施形態の作業指示に含まれるタスクデータ（図５参照）と比べて、「作業回数」という項目が追加されている。また、図１７に示すように、本実施形態の割込タスクデータは、第１実施形態の割込タスク（図６参照）と比べて、「作業回数」という項目も追加されている。「作業回数」は、例えば積込回数を示す。

【0085】

これによって、Ｍ１積込タスクという作業指示では、作業機械１が対象物Ｍ１を掘削位置Ｑ１で掘削し、積込位置Ｒ１へ積込み、積込回数がＮ１に達したら、該Ｍ１積込タスクを完了とし、次のＭ２積込タスクに移行する。また、割込タスクにおいても同様である。このように積込回数が指定されている場合には、指定された積込回数に達するまでタスクが実行される。なお、「作業回数」に代えて、「作業量」（例えば積込量）を指定してもよい。

【0086】

図１８は第４実施形態に係る作業機械の制御システムのタスク実行処理部で行う積込タスクの処理を示すフローチャートである。図１８に示すように、本実施形態のタスク実行処理部１１４で行う積込タスクの処理は、第１実施形態の積込タスクの処理（図１１参照）に対してステップＳ１０１０－１及びＳ１０１０－２を更に追加したものである。

【0087】

ステップＳ１０１０－１及びＳ１０１０－２は、ステップＳ１０１０とＳ１０１１との間に追加されている。具体的には、ステップＳ１０１０において積込動作が終了したと判定された場合、処理はステップＳ１０１０－１に進む。ステップＳ１０１０－１では、タスク実行処理部１１４は、実行中のタスクの積込回数を減算する。このとき、タスク実行処理部１１４は、タスクデータ（より具体的には、カレントタスク）に含まれた作業回数（ここでは積込回数）から、終了した積込動作の積込回数を減算する。

【0088】

ステップＳ１０１０－１に続くステップＳ１０１０－２では、タスク実行処理部１１４は、減算で得られた差分が０（ゼロ）より大きいか否かを判定する。差分が０より大きいと判定された場合、処理はステップＳ１００１へ戻る。一方、差分が０以下であると判定された場合、処理はステップＳ１０１１に進む。ステップＳ１０１１では、タスク実行処理部１１４はタスク完了フラグを出力する。

【0089】

本実施形態に係る作業機械の制御システムでは、タスク実行処理部１１４がタスクデータに含まれた作業回数（積込回数）から終了した積込動作の積込回数を減算しておくことで、実行中のタスクの途中で割込タスクを実行してから元のタスクを再開する場合、元のタスクに対し、既に終わった積込回数を反映した積込回数を設定することができる。例えばＭ１積込タスク（例えば積込回数Ｎ１＝５）の途中（例えば、終了した積込動作の積込回数が３回である時点）で割込タスクを優先して実行し、割込タスクの実行後に元のＭ１積込タスクを再開する場合、タスク実行処理部１１４は、再開するＭ１積込タスクに対し残り２回（Ｎ１－３＝５－３＝２）の積込動作を行うように作業機械１を制御する。なお、積込回数に代えて積込量を用いた場合、掘削動作の終了後から積込動作の開始前に対象物の量を計測し、積込回数と同様に積込量を減算すればよい。

【0090】

上述した実施形態では、作業機械の制御システム２００，２００Ａが作業機械１に搭載される例を挙げて説明したが、例えば通信インタフェース１８及び動作制御部１１０，１１０Ａを、工程管理端末３０及び作業機械１とそれぞれ通信可能に構成された外部サーバ装置等に設けてもよく、あるいは動作制御部１１０，１１０Ａのみを外部サーバ装置等に設けてもよい。このようなバリエーションをもつことで、状況に応じて作業機械の制御システム２００，２００Ａの設置を変えることができるので、作業機械の制御システム２００，２００Ａの汎用性を高めることできる。

【0091】

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0092】

１：作業機械、２：バケット、３：リフトアーム、４：ベルクランク、５：バケットリンク、７：エンジン、８：油圧ポンプ、９：駆動力伝達装置、１０：センタジョイント、１２：コントロールバルブ、１３：ステアシリンダ、１４：リフトシリンダ、１５：バケットシリンダ、１７：測位装置、１８：通信インタフェース、１９：圧力センサ、２０：エンジン制御装置、２１：油圧制御装置、２２：走行制御装置、３０：工程管理端末、１００：自動運転制御装置、１１０，１１０Ａ：動作制御部、１１１：マップデータ入力処理部、１１２：タスク入力処理部、１１３：タスク更新処理部、１１４：タスク実行処理部、１１５：積載判定部、１１６：マップメモリ、１１７：キュー、１１８：割込タスクバッファ、１１９：カレントタスクバッファ、１２０：経路計画部、１３０：動作生成部、２００，２００Ａ：作業機械の制御システム

【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】

【図16】

【図17】

【図18】