(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】2024-12-18
(45)【発行日】2024-12-26
(54)【発明の名称】無人車両の制御システム、無人車両、及び無人車両の制御方法
(51)【国際特許分類】
G05D 1/43 20240101AFI20241219BHJP
【FI】
G05D1/43
(21)【出願番号】P 2020128167
(22)【出願日】2020-07-29
【審査請求日】2023-06-09
(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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 駿
【審査官】影山 直洋
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-101688(JP,A)
【文献】特開平11-120497(JP,A)
【文献】特開2019-144841(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G05D 1/43
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のコース点、複数の前記コース点を通過する軌跡である走行コース、無人車両の目標位置、前記コース点に設定された目標方位、及び前記コース点に設定された目標走行速度を含むコースデータを取得するコースデータ取得部と、
前記
コースデータの前記走行コースに従って走行する前記無人車両の位置、方位、走行速度、及び実ステアリング角度の少なくとも一つのセンサデータを取得するセンサデータ取得部と、
前記無人車両が走行コースに従って走行するように、前記無人車両の要求ステアリング速度を算出する要求ステアリング速度算出部と、
ステアリングセンサにより検出された前記無人車両の実ステアリング速度を取得する実ステアリング速度取得部と、
前記要求ステアリング速度と前記実ステアリング速度との比較結果に基づいて、前記無人車両の走行速度を調整する走行制御部と、を備え
、
前記要求ステアリング速度算出部は、前記コースデータ取得部により取得された前記コースデータと前記センサデータ取得部により取得された前記センサデータとに基づいて、目標ステアリング角度を算出し、
前記目標ステアリング角度と前記実ステアリング角度とに基づいて、第1のコース点に存在する前記無人車両が前記無人車両よりも前方の第2のコース点において前記走行コースから逸脱しないように、前記要求ステアリング速度を算出する、
無人車両の制御システム。
【請求項2】
前記比較結果に基づいて、前記無人車両が前記走行コースに従って走行可能か否かを判定する判定部を備え、
前記走行制御部は、前記無人車両が前記走行コースに従って走行可能ではないと判定された場合、前記無人車両の走行速度を低減させる、
請求項1に記載の無人車両の制御システム。
【請求項3】
前記判定部は、前記要求ステアリング速度が前記実ステアリング速度よりも高く、且つ、前記要求ステアリング速度と前記実ステアリング速度との差が閾値を上回る場合、前記無人車両が前記走行コースに従って走行可能ではないと判定する、
請求項2に記載の無人車両の制御システム。
【請求項4】
前記判定部は、前記無人車両のステアリング装置が最大ステアリング速度で駆動されても、第2のコース点において前記無人車両が前記走行コースから逸脱すると判定した場合、前記無人車両が前記走行コースに従って走行可能ではないと判定する、
請求項
2に記載の無人車両の制御システム。
【請求項5】
前記判定部は、前記要求ステアリング速度が前記実ステアリング速度以下である場合、前記無人車両が前記走行コースに従って走行可能であると判定する、
請求項2から請求項
4のいずれか一項に記載の無人車両の制御システム。
【請求項6】
請求項1から請求項
5のいずれか一項に記載の無人車両の制御システムを備える、
無人車両。
【請求項7】
複数のコース点、複数の前記コース点を通過する軌跡である走行コース、無人車両の目標位置、前記コース点に設定された目標方位、及び前記コース点に設定された目標走行速度を含むコースデータを取得することと、
前記コースデータの前記走行コースに従って走行する前記無人車両の位置、方位、走行速度、及び実ステアリング角度の少なくとも一つのセンサデータを取得することと、
前記無人車両が走行コースに従って走行するように、前記無人車両の要求ステアリング速度を算出することと、
ステアリングセンサにより検出された前記無人車両の実ステアリング速度を取得することと、
前記要求ステアリング速度と前記実ステアリング速度との比較結果に基づいて、前記無人車両の走行速度を調整することと、
前記コースデータと前記センサデータとに基づいて、目標ステアリング角度を算出することと、
前記目標ステアリング角度と前記実ステアリング角度とに基づいて、第1のコース点に存在する前記無人車両が前記無人車両よりも前方の第2のコース点において前記走行コースから逸脱しないように、前記要求ステアリング速度を算出することと、を含む。
無人車両の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、無人車両の制御システム、無人車両、及び無人車両の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1に開示されているように、鉱山のような広域の作業現場において、無人車両が稼働する。
【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】
無人車両は、走行コースに従って作業現場を走行する。無人車両の走行速度が高くなると、無人車両が走行コースから逸脱する可能性がある。無人車両が走行コースから逸脱すると、無人車両の稼働が停止し、作業現場の生産性が低下する可能性がある。
【0005】
本開示は、無人車両が稼働する作業現場の生産性の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に従えば、無人車両が走行コースに従って走行するように、前記無人車両の要求ステアリング速度を算出する要求ステアリング速度算出部と、ステアリングセンサにより検出された前記無人車両の実ステアリング速度を取得する実ステアリング速度取得部と、前記要求ステアリング速度と前記実ステアリング速度との比較結果に基づいて、前記無人車両の走行速度を調整する走行制御部と、を備える、無人車両の制御システムが提供される。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、無人車両が稼働する作業現場の生産性の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】
図1は、実施形態に係る無人車両の管理システムを示す模式図である。
【
図2】
図2は、実施形態に係る無人車両を示す模式図である。
【
図3】
図3は、実施形態に係る作業現場を示す模式図である。
【
図4】
図4は、実施形態に係るコースデータを説明するための模式図である。
【
図5】
図5は、実施形態に係る無人車両の制御システムを示す機能ブロック図である。
【
図6】
図6は、実施形態に係る無人車両の走行条件を説明するための模式図である。
【
図7】
図7は、実施形態に係る無人車両の制御方法を示すフローチャートである。
【
図8】
図8は、実施形態に係る無人車両の動作を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示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、本開示は実施形態に限定されない。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】
[管理システム]
図1は、実施形態に係る無人車両2の管理システム1を示す模式図である。無人車両2とは、運転者による運転操作によらずに無人で稼働する作業車両をいう。無人車両2は、作業現場において稼働する。作業現場として、鉱山又は採石場が例示される。無人車両2は、無人で作業現場を走行して積荷を運搬する無人ダンプトラックである。鉱山とは、鉱物を採掘する場所又は事業所をいう。採石場とは、石材を採掘する場所又は事業所をいう。無人車両2に運搬される積荷として、鉱山又は採石場において掘削された鉱石又は土砂が例示される。
【0011】
管理システム1は、管理装置3と、通信システム4とを備える。管理装置3は、コンピュータシステムを含む。管理装置3は、作業現場の管制施設5に設置される。管制施設5に管理者が存在する。管理装置3と無人車両2とは、通信システム4を介して、無線通信する。管理装置3に無線通信機6が接続される。通信システム4は、無線通信機6を含む。管理装置3は、無人車両2の走行条件を示すコースデータを生成する。無人車両2は、管理装置3から送信されたコースデータに基づいて、作業現場において稼働する。
【0012】
[無人車両]
図2は、実施形態に係る無人車両2を示す模式図である。
図1及び
図2に示すように、無人車両2は、車両本体21と、走行装置22と、ダンプボディ23と、無線通信機30と、位置センサ31と、方位センサ32と、速度センサ33と、ステアリングセンサ34と、制御装置40とを備える。
【0013】
車両本体21は、車体フレームを含む。車両本体21は、走行装置22に支持される。車両本体21は、ダンプボディ23を支持する。
【0014】
走行装置22は、無人車両2を走行させる。走行装置22は、無人車両2を前進又は後進させる。走行装置22の少なくとも一部は、車両本体21よりも下方に配置される。走行装置22は、車輪24と、タイヤ25と、駆動装置26と、ブレーキ装置27と、ステアリング装置28とを有する。
【0015】
タイヤ25は、車輪24に装着される。車輪24は、前輪24Fと、後輪24Rとを含む。タイヤ25は、前輪24Fに装着される前タイヤ25Fと、後輪24Rに装着される後タイヤ25Rとを含む。
【0016】
駆動装置26は、無人車両2を発進又は加速させるための駆動力を発生する。駆動装置26として、内燃機関又は電動機が例示される。内燃機関として、ディーゼルエンジンが例示される。駆動装置26で発生した駆動力が後輪24Rに伝達されることにより、後輪24Rが回転する。後輪24Rが回転することにより、無人車両2が自走する。
【0017】
ブレーキ装置27は、無人車両2を停止又は減速させるための制動力を発生する。ブレーキ装置27として、ディスクブレーキ又はドラムブレーキが例示される。
【0018】
ステアリング装置28は、無人車両2の走行方向を調整するための操舵力を発生する。前進する無人車両2の走行方向とは、車両本体21の前部の方位をいう。後進する無人車両2の走行方向とは、車両本体21の後部の方位をいう。
図2に示すように、ステアリング装置28は、ステアリングシリンダ51を有する。ステアリングシリンダ51は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ51が発生する操舵力により、前輪24Fが操舵される。前輪24Fが操舵されることにより、無人車両2の走行方向が調整される。
【0019】
ダンプボディ23は、積荷が積まれる部材である。ダンプボディ23の少なくとも一部は、車両本体21よりも上方に配置される。
図2に示すように、ダンプボディ23は、ホイストシリンダ52の作動により昇降する。ホイストシリンダ52は、油圧シリンダである。ホイストシリンダ52が発生する昇降力により、ダンプボディ23は、積載姿勢又はダンプ姿勢に調整される。積載姿勢とは、ダンプボディ23が下降している姿勢をいう。ダンプ姿勢とは、ダンプボディ23が上昇している姿勢をいう。
【0020】
図2に示すように、無人車両2は、油圧ポンプ53と、バルブ装置54と、作動油タンク55とを有する。
【0021】
油圧ポンプ53は、駆動装置26で発生した駆動力により作動する。油圧ポンプ53は、ステアリングシリンダ51及びホイストシリンダ52のそれぞれを駆動するための作動油を吐出する。油圧ポンプ53は、作動油タンク55に収容されている作動油を吸引して吐出する。
【0022】
バルブ装置54は、ステアリングシリンダ51及びホイストシリンダ52のそれぞれに供給される作動油の流通状態を調整する。バルブ装置54は、制御装置40からの制御指令に基づいて作動する。バルブ装置54は、ステアリングシリンダ51に供給される作動油の流量及び方向を調整可能な第1の流量調整弁と、ホイストシリンダ52に供給される作動油の流量及び方向を調整可能な第2の流量調整弁とを含む。
【0023】
ステアリングシリンダ51は、ボトム室51Bとヘッド室51Hとを有する。油圧ポンプ53から吐出された作動油がバルブ装置54を介してボトム室51Bに供給されると、ステアリングシリンダ51は、伸びる。油圧ポンプ53から吐出された作動油がバルブ装置54を介してヘッド室51Hに供給されると、ステアリングシリンダ51は、縮む。ステアリングシリンダ51から排出された作動油は、バルブ装置54を介して作動油タンク55に戻される。前輪24Fは、リンク機構を介してステアリングシリンダ51に連結される。ステアリングシリンダ51が伸縮することにより、前輪24Fが操舵される。
【0024】
ホイストシリンダ52は、ボトム室52Bとヘッド室52Hとを有する。油圧ポンプ53から吐出された作動油がバルブ装置54を介してボトム室52Bに供給されると、ホイストシリンダ52は、伸びる。油圧ポンプ53から吐出された作動油がバルブ装置54を介してヘッド室52Hに供給されると、ホイストシリンダ52は、縮む。ホイストシリンダ52から排出された作動油は、バルブ装置54を介して作動油タンク55に戻される。ダンプボディ23は、ホイストシリンダ52に連結される。ホイストシリンダ52が伸縮することにより、ダンプボディ23が昇降する。
【0025】
無線通信機30は、無線通信機6と無線通信する。通信システム4は、無線通信機30を含む。
【0026】
位置センサ31は、無人車両2の位置を検出する。無人車両2の位置は、全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)を利用して検出される。全地球航法衛星システムは、全地球測位システム(GPS:Global Positioning System)を含む。全地球航法衛星システムは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定されるグローバル座標系の位置を検出する。グローバル座標系とは、地球に固定された座標系をいう。位置センサ31は、GNSS受信機を含み、無人車両2のグローバル座標系の位置を検出する。
【0027】
方位センサ32は、無人車両2の方位を検出する。無人車両2の方位は、無人車両2の走行方向を含む。方位センサ32として、ジャイロセンサが例示される。
【0028】
速度センサ33は、無人車両2の走行速度を検出する。
【0029】
ステアリングセンサ34は、ステアリング装置28のステアリング角度を検出する。ステアリングセンサ34として、ポテンショメータが例示される。
【0030】
制御装置40は、コンピュータシステムを含む。制御装置40は、車両本体21に配置される。制御装置40は、管理装置3と通信可能である。制御装置40は、走行装置22を制御する制御指令を出力する。制御装置40から出力される制御指令は、駆動装置26を作動させるための駆動指令、ブレーキ装置27を作動させるための制動指令、及びステアリング装置28を作動させるための操舵指令を含む。駆動装置26は、制御装置40から出力された駆動指令に基づいて、無人車両2を発進又は加速させるための駆動力を発生する。ブレーキ装置27は、制御装置40から出力された制動指令に基づいて、無人車両2を停止又は減速させるための制動力を発生する。ステアリング装置28は、制御装置40から出力された操舵指令に基づいて、無人車両2を直進又は旋回させるための操舵力を発生する。
【0031】
[作業現場]
図3は、実施形態に係る作業現場を示す模式図である。実施形態において、作業現場は、鉱山である。鉱山として、金属を採掘する金属鉱山、石灰石を採掘する非金属鉱山、又は石炭を採掘する石炭鉱山が例示される。無人車両2に運搬される積荷として、鉱山において掘削された採掘物が例示される。
【0032】
作業現場に走行エリア10が設定される。走行エリア10は、無人車両2の走行が許可されたエリアである。無人車両2は、走行エリア10を走行可能である。走行エリア10は、積込場11、排土場12、駐機場13、給油場14、走行路15、及び交差点16を含む。
【0033】
積込場11とは、無人車両2に積荷を積載する積込作業が実施されるエリアをいう。積込作業が実施される場合、ダンプボディ23は、積載姿勢に調整される。積込場11において、積込機7が稼働する。積込機7として、油圧ショベルが例示される。積込機7に運転者が搭乗する。積込機7は、運転者の運転操作に基づいて稼働する有人車両である。
【0034】
排土場12とは、無人車両2から積荷が排出される排出作業が実施されるエリアをいう。排出作業を実施する場合、ダンプボディ23は、ダンプ姿勢に調整される。排土場12に、破砕機8が設けられる。
【0035】
駐機場13とは、無人車両2が駐機されるエリアをいう。
【0036】
給油場14とは、無人車両2が給油されるエリアをいう。
【0037】
走行路15とは、積込場11、排土場12、駐機場13、及び給油場14の少なくとも一つに向かう無人車両2が走行するエリアをいう。走行路15は、少なくとも積込場11と排土場12とを繋ぐように設けられる。実施形態において、走行路15は、積込場11、排土場12、駐機場13、及び給油場14のそれぞれに繋がる。
【0038】
交差点16とは、複数の走行路15が交わるエリア又は1つの走行路15が複数の走行路15に分岐するエリアをいう。
【0039】
[コースデータ]
図4は、実施形態に係るコースデータを説明するための模式図である。管理装置3は、コースデータを生成する。コースデータは、無人車両2の走行条件を示す。コースデータは、走行エリア10に設定される。無人車両2は、管理装置3から送信されたコースデータに基づいて、走行エリア10を走行する。コースデータは、コース点18、無人車両2の走行コース17、無人車両2の目標位置Pr、無人車両2の目標方位Dr、及び無人車両2の目標走行速度Vrを含む。
【0040】
図4に示すように、走行エリア10に複数のコース点18が設定される。コース点18は、無人車両2の目標位置Prを規定する。複数のコース点18のそれぞれに、無人車両2の目標方位Dr及び無人車両2の目標走行速度Vrが設定される。複数のコース点18は、間隔をあけて設定される。コース点18の間隔は、例えば1[m]以上5[m]以下に設定される。コース点18の間隔は、均一でもよいし、不均一でもよい。
【0041】
走行コース17とは、無人車両2の目標走行経路を示す仮想線をいう。走行コース17は、複数のコース点18を通過する軌跡によって規定される。制御装置40は、無人車両2が走行コース17に従って走行するように、走行装置22を制御する。実施形態において、制御装置40は、無人車両2の車幅方向の中心と走行コース17とが一致した状態で無人車両2が走行するように、走行装置22を制御する。
【0042】
無人車両2の目標位置Prとは、コース点18を通過するときの無人車両2の目標位置をいう。制御装置40は、位置センサ31の検出データに基づいて、コース点18を通過するときの無人車両2の実際の位置Psが目標位置Prになるように、走行装置22を制御する。制御装置40は、位置センサ31の検出データに基づいて、無人車両2が走行コース17に従って走行するように、走行装置22を制御する。無人車両2の目標位置Prは、無人車両2のローカル座標系において規定されてもよいし、グローバル座標系において規定されてもよい。
【0043】
無人車両2の目標方位Drとは、コース点18を通過するときの無人車両2の目標方位をいう。目標方位Drは、基準方位(例えば北)に対する無人車両2の方位角を含む。実施形態において、目標方位Drは、車両本体21の前部の目標方位であり、無人車両2の目標走行方向を示す。制御装置40は、方位センサ32の検出データに基づいて、コース点18を通過するときの無人車両2の実際の方位Dsが目標方位Drになるように、走行装置22を制御する。例えば、第1のコース点18における目標方位Drが第1の目標方位Dr1に設定されている場合、制御装置40は、第1のコース点18を通過するときの無人車両2の実際の方位Dsが第1の目標方位Dr1になるように、ステアリング装置28を制御する。第2のコース点18における目標方位Drが第2の目標方位Dr2に設定されている場合、制御装置40は、第2のコース点18を通過するときの無人車両2の実際の方位Dsが第2の目標方位Dr2になるように、ステアリング装置28を制御する。
【0044】
無人車両2の目標走行速度Vrとは、コース点18を通過するときの無人車両2の目標走行速度をいう。制御装置40は、速度センサ33の検出データに基づいて、コース点18を通過するときの無人車両2の実際の走行速度Vsが目標走行速度Vrになるように、走行装置22を制御する。例えば、第1のコース点18における目標走行速度Vrが第1の目標走行速度Vr1に設定されている場合、制御装置40は、第1のコース点18を通過するときの無人車両2の実際の走行速度Vsが第1の目標走行速度Vr1になるように、駆動装置26又はブレーキ装置27を制御する。第2のコース点18における目標走行速度Vrが第2の目標走行速度Vr2に設定されている場合、制御装置40は、第2のコース点18を通過するときの無人車両2の実際の走行速度Vsが第2の目標走行速度Vr2になるように、駆動装置26又はブレーキ装置27を制御する。
【0045】
[制御システム]
図5は、実施形態に係る無人車両2の制御システム100を示す機能ブロック図である。制御システム100は、制御装置40と、走行装置22とを含む。管理装置3と、無人車両2の制御装置40とは、通信システム4を介して、無線通信する。
【0046】
制御装置40は、プロセッサ41と、メインメモリ42と、ストレージ43と、インタフェース44とを有する。プロセッサ41として、CPU(Central Processing Unit)又はMPU(Micro Processing Unit)が例示される。メインメモリ42として、不揮発性メモリ又は揮発性メモリが例示される。不揮発性メモリとして、ROM(Read Only Memory)が例示される。揮発性メモリとして、RAM(Random Access Memory)が例示される。ストレージ43として、ハードディスクドライブ(HDD:Hard Disk Drive)又はソリッドステートドライブ(SSD:Solid State Drive)が例示される。インタフェース44として、入出力回路又は通信回路が例示される。
【0047】
インタフェース44は、走行装置22、位置センサ31、方位センサ32、速度センサ33、及びステアリングセンサ34のそれぞれと接続される。インタフェース44は、走行装置22、位置センサ31、方位センサ32、速度センサ33、及びステアリングセンサ34のそれぞれと通信する。
【0048】
制御装置40は、コースデータ取得部101と、センサデータ取得部102と、要求ステアリング速度算出部103と、実ステアリング速度取得部104と、判定部105と、走行制御部106とを有する。プロセッサ41は、コースデータ取得部101、センサデータ取得部102、要求ステアリング速度算出部103、実ステアリング速度取得部104、判定部105、及び走行制御部106として機能する。
【0049】
コースデータ取得部101は、インタフェース44を介して、管理装置3から送信されたコースデータを取得する。
【0050】
センサデータ取得部102は、インタフェース44を介して、センサデータを取得する。センサデータは、位置センサ31の検出データ、方位センサ32の検出データ、速度センサ33の検出データ、及びステアリングセンサ34の検出データの少なくとも一つを含む。
【0051】
要求ステアリング速度算出部103は、無人車両2が走行コース17に従って走行するように、無人車両2のステアリング装置28の要求ステアリング速度vreqを算出する。
【0052】
要求ステアリング速度算出部103は、コースデータ取得部101により取得されたコースデータ、及びセンサデータ取得部102により取得されたセンサデータに基づいて、要求ステアリング速度vreqを算出する。実施形態において、要求ステアリング速度算出部103は、目標ステアリング角度δcomとステアリングセンサ34により検出された実ステアリング角度δrealとに基づいて、要求ステアリング速度vreqを算出する。
【0053】
図6は、実施形態に係る無人車両2の走行条件を説明するための模式図である。
図6は、無人車両2が旋回するように走行コース17が設定されている例を示す。
図6に示す例において、コース点18として、コース点18
(i)からコース点18
(i+n)が設定される。無人車両2は、コース点18
(i)を通過した後にコース点18
(i+n)を通過するように、走行エリア10を走行する。複数のコース点18のそれぞれに、目標位置Pr、目標方位Dr、及び目標走行速度Vrが設定される。
【0054】
無人車両2の進行方向において、コース点18(i+n)は、コース点18(i)よりも前方に存在する。要求ステアリング速度算出部103は、コース点18(i)の目標位置Pr(i)とセンサデータ取得部102より取得されるセンサデータ(位置センサ31の検出データ)との差ΔPr(i)を算出する。また、要求ステアリング速度算出部103は、コース点18(i)の目標方位Dr(i)とセンサデータ取得部102より取得されるセンサデータ(方位センサ32の検出データ)との差ΔDr(i)を算出する。
【0055】
要求ステアリング速度算出部103は、差ΔPr(i)、差ΔDr(i)、コース点18(i+n)における目標位置Pr(i+n)、及びコース点18(i+n)における目標方位Dr(i+n)などに基づいて、コース点18(i)からコース点18(i+n)に走行する無人車両2の目標ステアリング角度δcom(i)を算出する。
【0056】
実ステアリング角度δrealは、ステアリングセンサ34の検出データである。要求ステアリング速度算出部103は、センサデータ取得部102からステアリングセンサ34の検出データである実ステアリング角度δrealを取得する。
【0057】
要求ステアリング速度算出部103は、コース点18(i)において無人車両2のステアリングセンサ34により検出された実ステアリング角度δreal(i)を取得することができる。
【0058】
要求ステアリング速度算出部103は、目標ステアリング角度δcomと実ステアリング角度δrealとに基づいて、無人車両2が走行コース17に従って走行するための要求ステアリング速度vreqを算出する。要求ステアリング速度vreqは、以下の(1)式に基づいて算出される。
【0059】
vreq = (α/T)×(δcom-δreal) …(1)
【0060】
(1)式において、時間Tは、無人車両2が目標到達地点に到達するまでの予想時間である。時間Tは、無人車両2の現地点から目標到達時点までの距離と、無人車両2の走行速度Vsとに基づいて算出される。例えばコース点18(i)に存在する無人車両2が目標到達地点であるコース点18(i+n)に向かって走行する場合、時間Tは、コース点18(i)からコース点18(i+n)まで無人車両2が移動するのに要する時間である。時間Tは、コース点18(i)からコース点18(i+n)までの距離と、コース点18(i)を通過するときの無人車両2の走行速度Vsとに基づいて算出される。コース点18(i)からコース点18(i+n)までの距離は、コースデータにより規定される。コース点18(i)を通過するときの無人車両2の走行速度Vsは、速度センサ33により検出される。αは、定数である。定数αは、例えば3である。
【0061】
要求ステアリング速度算出部103は、コース点18(i)に存在する無人車両2がコース点18(i+n)において走行コース17から逸脱しないように、要求ステアリング速度vreq(i)を算出する。すなわち、要求ステアリング速度算出部103は、(1)式に基づいて、コース点18(i)からコース点18(i+n)に走行する無人車両2が走行コース17から逸脱しないように、要求ステアリング速度vreq(i)を算出する。
【0062】
実ステアリング速度取得部104は、ステアリングセンサ34により検出された無人車両2のステアリング装置28の実ステアリング速度vrealを取得する。実ステアリング速度vrealは、ステアリングセンサ34の検出データである。実ステアリング速度取得部104は、ステアリングセンサ34から実ステアリング速度vrealを取得する。なお、ステアリングセンサ34がステアリング角度を検出する場合、実ステアリング速度取得部104は、ステアリングセンサ34により検出されたステアリング角度を微分処理することによって、実ステアリング速度vrealを取得してもよい。
【0063】
実ステアリング速度取得部104は、コース点18(i)において無人車両2のステアリングセンサ34により検出された実ステアリング速度vreal(i)を取得することができる。
【0064】
判定部105は、要求ステアリング速度vreqと実ステアリング速度vrealとの比較結果に基づいて、無人車両2が走行コース17に従って走行可能か否かを判定する。すなわち、判定部105は、要求ステアリング速度vreqと実ステアリング速度vrealとの比較結果に基づいて、無人車両2が走行コース17から逸脱せずに走行可能か否かを判定する。
【0065】
例えば、判定部105は、要求ステアリング速度vreq(i)と実ステアリング速度vreal(i)との比較結果に基づいて、コース点18(i)からコース点18(i+n)に走行する無人車両2が走行コース17から逸脱せずに走行可能か否かを判定する。
【0066】
判定部105は、要求ステアリング速度vreqが実ステアリング速度vrealよりも高く、且つ、要求ステアリング速度vreqと実ステアリング速度vrealとの差が予め定められている閾値βを上回る場合、無人車両2が走行コース17に従って走行可能ではないと判定する。すなわち、判定部105は、以下の(2)式の条件が成立する場合、無人車両2が走行コース17に従って走行可能ではないと判定する。
【0067】
vreq - vreal > β …(2)
【0068】
閾値βは、ゼロである。なお、閾値βは、正数でもよい。
【0069】
(2)式において、実ステアリング速度vrealは、無人車両2のステアリング装置28が制御装置40により最大出力で駆動されたときのステアリングセンサ34の検出データである。実施形態において、ステアリング装置28が制御装置40により最大出力で駆動されたときの実ステアリング速度vrealを適宜、最大ステアリング速度、と称する。
【0070】
すなわち、判定部105は、第1のコース点18(i)に存在する無人車両2のステアリング装置28が最大ステアリング速度で駆動されても、実ステアリング速度vrealが要求ステアリング速度vreqに到達することができないと判定した場合、無人車両2よりも前方の第2のコース点18(i+n)において無人車両2が走行コース17から逸脱すると判定し、無人車両2が走行コース17に従って走行可能ではないと判定する。
【0071】
一方、判定部105は、要求ステアリング速度vreqと実ステアリング速度vrealとの差が閾値β以下である場合、無人車両2が走行コース17に従って走行可能であると判定する。実施形態において、判定部105は、要求ステアリング速度vreqが実ステアリング速度vreal以下である場合、無人車両2が走行コース17に従って走行可能であると判定する。
【0072】
走行制御部106は、コースデータ取得部101により取得されたコースデータに基づいて、走行装置22を制御する。また、走行制御部106は、要求ステアリング速度vreqと実ステアリング速度vrealとの比較結果に基づいて、無人車両2の走行速度Vsを調整する。
【0073】
走行制御部106は、要求ステアリング速度vreqと実ステアリング速度vrealとの比較結果に基づいて、無人車両2が走行コース17に従って走行可能ではないと判定部105により判定された場合、無人車両2の走行速度Vsを低減させる。
【0074】
無人車両2が第1のコース点18を通過するときの実際の走行速度をVsとしたとき、走行制御部106は、走行速度Vsから(3)式で示す走行速度Vt以下になるように、走行速度Vsを低減する。
【0075】
Vt ≦ (vreal / vreq) × Vs …(3)
【0076】
走行制御部106は、要求ステアリング速度vreqと実ステアリング速度vrealとの比較結果に基づいて、無人車両2が走行コース17に従って走行可能であると判定部105により判定された場合、無人車両2をコースデータで規定される目標走行速度Vrに基づいて走行させる。
【0077】
管理装置3は、コースデータ生成部3Aと、通信部3Bとを有する。
【0078】
コースデータ生成部3Aは、無人車両2の走行条件を示すコースデータを生成する。管制施設5の管理者は、管理装置3に接続されている入力装置9を操作して、無人車両2の走行条件を管理装置3に入力する。入力装置9として、タッチパネル、コンピュータ用キーボード、マウス、又は操作ボタンが例示される。入力装置9は、管理者に操作されることにより、入力データを生成する。コースデータ生成部3Aは、入力装置9により生成された入力データに基づいて、コースデータを生成する。コースデータ生成部3Aは、通信部3B及び通信システム4を介して、無人車両2にコースデータを送信する。
【0079】
[制御方法]
図7は、実施形態に係る無人車両2の制御方法を示すフローチャートである。管理装置3から制御装置40にコースデータが送信される。コースデータ取得部101は、管理装置3から送信されたコースデータを取得する(ステップS1)。
【0080】
走行制御部106は、コースデータに基づいて無人車両2が走行するように、走行装置22を制御する制御指令を出力する。無人車両2は、コースデータに基づいて、走行エリア10を走行する。
【0081】
センサデータ取得部102は、センサデータを取得する(ステップS2)。
【0082】
ステップS2において取得されるセンサデータは、位置センサ31の検出データ、方位センサ32の検出データ、速度センサ33の検出データ、及びステアリングセンサ34の検出データを含む。ステアリングセンサ34の検出データは、実ステアリング角度δrealである。
【0083】
要求ステアリング速度算出部103は、目標ステアリング角度δcomと実ステアリング角度δrealとに基づいて、要求ステアリング速度vreqを算出する(ステップS3)。
【0084】
要求ステアリング速度算出部103は、ステップS1において取得されたコースデータ及びステップS2において取得されたセンサデータに基づいて、目標ステアリング角度δcomを算出する。要求ステアリング速度算出部103は、コース点18の目標位置Pr、目標方位Dr、及びセンサデータに基づいて、目標ステアリング角度δcomを算出する。また、要求ステアリング速度算出部103は、ステップS2において取得された実ステアリング角度δrealを取得する。要求ステアリング速度算出部103は、(1)式に基づいて、無人車両2が走行コース17に従って走行するための要求ステアリング速度vreqを算出する。
【0085】
実ステアリング速度取得部104は、ステップS2において取得された実ステアリング角度δrealに基づいて、実ステアリング速度vrealを取得する(ステップS4)。
【0086】
判定部105は、ステップS3において算出された要求ステアリング速度vreqと、ステップS4において取得された実ステアリング速度vrealとを比較する(ステップS5)。
【0087】
判定部105は、ステップS5の比較結果に基づいて、無人車両2が走行コース17に従って走行可能か否かを判定する(ステップS6)。
【0088】
判定部105は、(2)式に基づいて、無人車両2が走行コース17に従って走行可能か否かを判定する。実施形態において、判定部105は、要求ステアリング速度vreqが実ステアリング速度vreal以下である場合、無人車両2が走行コース17に従って走行可能であると判定する。判定部105は、要求ステアリング速度vreqが実ステアリング速度vrealを上回る場合、無人車両2が走行コース17に従って走行可能ではないと判定する。
【0089】
ステップS6において、無人車両2が走行コース17に従って走行可能であると判定された場合(ステップS6:Yes)、走行制御部106は、コースデータにより規定される目標走行速度Vrに基づいて、無人車両2を走行させる(ステップS7)。
【0090】
ステップS6において、無人車両2が走行コース17に従って走行可能ではないと判定された場合(ステップS6:No)、走行制御部106は、ブレーキ装置27を作動して、走行速度Vsを低減させた状態で、無人車両2を走行させる(ステップS8)。
【0091】
[効果]
以上説明したように、実施形態によれば、無人車両2を走行コース17に従って走行させるための要求ステアリング速度vreqが算出される。要求ステアリング速度vreqは、第1のコース点18の目標位置Prとセンサデータ(位置センサ31の検出データ)との差ΔPrと、第1のコース点18の目標方位Drとセンサデータ(方位センサ32の検出データ)との差ΔDrと、第1のコース点18よりも前方の第2のコース点18の目標位置Pr及び目標方位Drから導出される目標ステアリング角度δcomと、第1のコース点18を無人車両2が通過するときにステアリングセンサ34により検出される実ステアリング角度δrealと、第1のコース点18から第2のコース点18まで無人車両2が移動するのに要する時間Tと、に基づいて算出される。時間Tは、第1のコース点18から第2のコース点18までの距離と、第1のコース点18を通過するときの無人車両2の走行速度Vsとに基づいて算出される。第1のコース点18から第2のコース点18までの距離は、コースデータにより規定される。第1のコース点18を通過するときの無人車両2の走行速度Vsは、速度センサ33により検出される。また、第1のコース点18を無人車両2が通過するときの実ステアリング速度vrealがステアリングセンサ34により検出される。要求ステアリング速度vreqと実ステアリング速度vrealとの比較結果に基づいて、無人車両2の走行速度Vsが調整される。これにより、作業現場の生産性の低下が抑制される。
【0092】
図8は、実施形態に係る無人車両2の動作を説明するための模式図である。
図8に示すように、無人車両2が走行コース17で規定されるカーブを走行する場合、実際の走行速度Vsがコースデータで規定される目標走行速度Vrよりも高い可能性がある。例えば無人車両2が走行する走行エリア10が降坂路であったり、ダンプボディ23に積荷が積まれている積荷状態であったりする場合、実際の走行速度Vsが目標走行速度Vrよりも高くなってしまう可能性がある。また、停止状態の無人車両2が発進した直後においても、実際の走行速度Vsが目標走行速度Vrよりも高くなってしまう可能性がある。走行速度Vsが高い状態で無人車両2がカーブに進入すると、無人車両2がカーブを曲がり切れずに、
図8の無人車両2Dで示すように、走行コース17を逸脱してしまう可能性がある。
【0093】
実施形態においては、要求ステアリング速度vreqと実ステアリング速度vrealとの比較結果に基づいて、無人車両2が走行コース17に従って走行可能ではないと判定された場合、すなわち、走行速度Vsでカーブに進入する無人車両2のステアリング装置28が最大ステアリング速度で作動されてもカーブを曲がり切れないと判定された場合、ブレーキ装置27が作動され、無人車両2の走行速度Vsが低減される。無人車両2の走行速度Vsが低減されることにより、無人車両2は、走行コース17に追従するように走行することができる。無人車両2が走行コース17から逸脱することが抑制されるので、作業現場の生産性の低下が抑制される。
【0094】
一方、要求ステアリング速度vreqと実ステアリング速度vrealとの比較結果に基づいて、無人車両2が走行コース17に従って走行可能であると判定された場合、無人車両2の走行速度Vsは低減されない。無人車両2の走行速度Vsが低減されないので、無人車両2は、目的場に短時間で到着することができる。例えば無人車両2が排土場12に向かって走行している場合、無人車両2の走行速度Vsが低減されないので、無人車両2は、排土場12に短時間で到着することができる。したがって、作業現場の生産性の低下が抑制される。
【0095】
[その他の実施形態]
なお、上述の実施形態において、制御装置40の機能の少なくとも一部が管理装置3に設けられてもよいし、管理装置3の機能の少なくとも一部が制御装置40に設けられてもよい。例えば、上述の実施形態において、管理装置3が、要求ステアリング速度算出部103の機能を有し、管理装置3において変更指令に基づいて算出された要求ステアリング速度vreqが、通信システム4を介して、無人車両2の制御装置40に送信されてもよい。また、管理装置3が、判定部105の機能を有し、判定部105の判定結果が、通信システム4を介して、無人車両2の制御装置40に送信されてもよい。制御装置40の走行制御部106は、無人車両2が走行コース17に従って走行可能ではないと管理装置3の判定部105により判定された場合、無人車両2の走行速度Vsを低減させる。
【符号の説明】
【0096】
1…管理システム、2…無人車両、3…管理装置、3A…コースデータ生成部、3B…通信部、4…通信システム、5…管制施設、6…無線通信機、7…積込機、8…破砕機、
9…入力装置、10…走行エリア、11…積込場、12…排土場、13…駐機場、14…給油場、15…走行路、16…交差点、17…走行コース、18…コース点、21…車両本体、22…走行装置、23…ダンプボディ、24…車輪、24F…前輪、24R…後輪、25…タイヤ、25F…前タイヤ、25R…後タイヤ、26…駆動装置、27…ブレーキ装置、28…ステアリング装置、30…無線通信機、31…位置センサ、32…方位センサ、33…速度センサ、34…ステアリングセンサ、40…制御装置、41…プロセッサ、42…メインメモリ、43…ストレージ、44…インタフェース、51…ステアリングシリンダ、51B…ボトム室、51H…ヘッド室、52…ホイストシリンダ、52B…ボトム室、52H…ヘッド室、53…油圧ポンプ、54…バルブ装置、55…作動油タンク、100…制御システム、101…コースデータ取得部、102…センサデータ取得部、103…要求ステアリング速度算出部、104…実ステアリング速度取得部、105…判定部、106…走行制御部、Pr…目標位置、Ps…位置、Vr…目標走行速度、Vs…走行速度、Vt…走行速度、Dr…目標方位、Ds…方位、ΔDr…差、α…定数、β…閾値、vreq…要求ステアリング速度、vreal…実ステアリング速度、δcom…目標ステアリング角度、δreal…実ステアリング角度。