(57)【要約】【課題】一定以上の掘削効率で自動掘削処理を行う。【解決手段】軌跡生成部は、掘削長さに対する掘削深さの比として表される予め定められた掘削曲線比率に従って、作業機の目標軌跡を生成する。操作信号出力部は、目標軌跡に従って作業機の操作信号を出力する。【選択図】図３
2020041354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機を備える作業機械の制御装置であって、
掘削長さに対する掘削深さの比として表される予め定められた掘削曲線比率に従って、前記作業機の目標軌跡を生成する軌跡生成部と、
前記目標軌跡に従って前記作業機の操作信号を出力する操作信号出力部と
を備える制御装置。
【請求項２】
前記掘削曲線比率は、前記作業機の駆動に用いる作動油のリリーフが生じる比率より小さい
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記掘削曲線比率は、前記目標軌跡が作業機械に接触する比率より大きい
請求項１または請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記掘削曲線比率は、０．１０以上０．４０未満である
請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記掘削曲線比率は、０．１２以上０．３０未満である
請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記掘削曲線比率は、０．１５以上０．２５未満である
請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記作業機による掘削対象の形状を取得する形状取得部を備え、
前記軌跡生成部は、前記形状と前記掘削曲線比率とに基づいて、前記作業機による掘削量が所定量になるように、前記目標軌跡を生成する
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項８】
作業機と、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の制御装置と
を備える作業機械。
【請求項９】
作業機を備える作業機械の制御方法であって、
掘削長さに対する掘削深さの比として表される予め定められた掘削曲線比率に従って、前記作業機の目標軌跡を生成するステップと、
前記目標軌跡に従って前記作業機の操作信号を出力するステップと
を備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機を備える作業機械、ならびに作業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、オペレータの操作による過去の掘削軌跡に基づいて、同様の掘削軌跡を描くように作業機を自動制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−８７０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
掘削作業において、掘削深さが深くなるほど作業機に掛かる抵抗が増大し、作業機の掘削速度が遅くなる。他方、掘削長さが長くなるほど作業機の移動距離が長くなり、掘削に係る時間が長くなる。同じ土量を掘削しようとする場合、掘削深さを浅くするほど掘削長さが長くなり、掘削長さを短くするほど掘削深さが深くなる。つまり、掘削深さと掘削長さは、掘削効率においてトレードオフの関係となる。
特許文献１に記載されているように、オペレータの操作による掘削軌跡に従って作業機の自動制御を行う場合、オペレータの技量によって自動掘削における掘削効率が異なってしまう。
本発明の目的は、オペレータの技量によらず、一定以上の掘削効率で自動掘削処理を行うことができる作業機械、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】
本発明の一態様によれば、作業機を備える作業機械の制御装置は、掘削長さに対する掘削深さの比として表される予め定められた掘削曲線比率に従って、前記作業機の目標軌跡を生成する軌跡生成部と、前記目標軌跡に従って前記作業機の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】
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、作業機械の制御装置は、一定以上の掘削効率で自動掘削処理を行うことができる。
【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】目標軌跡の例を示す図である。
【図４】掘削曲線比率と掘削効率との関係を示す図である。
【図５】掘削曲線比率と掘削効率との関係を示すヒートマップである。
【図６】第１の実施形態に係る自動掘削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、土砂などの掘削対象を掘削する作業機械である。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、バケットシリンダセンサ１３９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、ブームシリンダセンサ１３７と、アームシリンダセンサ１３８と、バケットシリンダセンサ１３９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、掘削対象を掘削するための刃と掘削した掘削対象を収容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を回動するリンク機構に取り付けられる。
【００１２】
ブームシリンダセンサ１３７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。
アームシリンダセンサ１３８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。
バケットシリンダセンサ１３９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、ブームシリンダセンサ１３７、アームシリンダセンサ１３８、およびバケットシリンダセンサ１３９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に自動掘削制御を開始させるための自動掘削指示信号を生成し、制御装置１２８に出力する。自動掘削制御とは、バケット１３３の刃先が掘削対象上の掘削開始位置に配置された状態から、ブーム１３１、アーム１３２、およびバケット１３３を駆動させて土砂を掘削する動作を自動的に実行する制御である。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。自動掘削指示信号は自動掘削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、自動掘削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自動掘削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、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、軌跡生成部１１０５、移動処理部１１０６、操作信号出力部１１０７を備える。
【００２２】
車両情報取得部１１０１は、例えば旋回体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。
【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、掘削対象の位置および形状を特定する。検出情報取得部１１０２は、形状取得部の一例である。
【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。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の自動掘削指示信号が含まれる。
【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バケット１３３の刃先の位置を特定する。
具体的には、バケット位置特定部１１０４は、以下の手順でバケット１３３の刃先の位置を特定する。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の先端部の位置を求める。バケット位置特定部１１０４は、アーム１３２の絶対角度と、バケットシリンダ１３６のストローク量から求められるバケット１３３の相対角度とに基づいて、バケット１３３の絶対角度を求める。バケット位置特定部１１０４は、アーム１３２の先端部の位置と、バケット１３３の絶対角度と、既知のバケット１３３の長さ（基端部のピンから刃先までの距離）とに基づいて、バケット１３３の刃先の位置を求める。
【００２６】
軌跡生成部１１０５は、自動掘削指示信号が入力されたときにバケット位置特定部１１０４が特定したバケット１３３の刃先の位置と、検出情報取得部１１０２が取得した検出情報とに基づいて、バケット１３３の目標軌跡Ｔを生成する。図３は、目標軌跡の例を示す図である。バケット１３３の目標軌跡Ｔは、自動掘削指示信号が入力されたときのバケット１３３の刃先の位置から、掘削方向に向けて掘削対象を掘削するような刃先の軌跡として描かれる。バックホウショベルにおいては、掘削方向は旋回体１２０の後方向きである。第１の実施形態に係る目標軌跡Ｔの形状は円弧である。バケット１３３の目標軌跡Ｔは、図３に示すように予め定められた掘削曲線比率に係る弧を描く。掘削曲線比率は、掘削長さＬに対する掘削深さＤの比として表される値（Ｄ／Ｌ）である。掘削曲線比率が小さいほど、掘削長さＬが長く掘削深さＤが浅い。掘削曲線比率が大きいほど、掘削長さＬが短く掘削深さＤが深い。掘削曲線比率の特定方法については後述する。軌跡生成部１１０５は、生成した目標軌跡Ｔに従って掘削したときの掘削量を算出し、掘削量がバケット１３３の最大収容量に等しくなるように、バケット１３３の目標軌跡Ｔを生成する。なお、他の実施形態に係る目標軌跡Ｔの形状は、楕円弧、放物線、および変曲点を有しないなだらかな曲線など、下に凸の形状を有する任意の曲線であってよい。
【００２７】
移動処理部１１０６は、操作信号入力部１１０３が自動掘削指示信号の入力を受け付けた場合に、バケット１３３の刃先を目標軌跡Ｔに沿って移動させるための操作信号を生成する。
【００２８】
操作信号出力部１１０７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１１０６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１１０７は、自動掘削制御中である場合に、移動処理部１１０６が生成した操作信号を出力し、自動掘削制御中でない場合に、操作信号入力部１１０３に入力された操作信号を出力する。
【００２９】
《掘削曲線比率》
軌跡生成部１１０５が生成する目標軌跡の掘削曲線比率は、一定以上の掘削効率での掘削が可能になるようにあらかじめ求められた値である。掘削効率とは、掘削土量を掘削時間で除算することで得られる。すなわち、一定の土量を掘削する場合、掘削効率が高いほど掘削時間が短くなる。
【００３０】
図４は、掘削曲線比率と掘削効率との関係を示す図である。図４は、作業機械および掘削対象の物理モデルに基づいて掘削のシミュレーションを行ったときの掘削効率を表している。図４に示すシミュレーションは、掘削開始時におけるアーム１３２の相対角度を１１０度とし、掘削対象が平面状に分布した土砂であるものとする条件下で、一定の土量を掘削するものとして行われたものである。
【００３１】
図４に示すように、掘削曲線比率が０．１０を下回ると、掘削効率が急激に低下して、掘削効率が０．００になることがわかる。掘削曲線比率が０．１０を下回るときには、掘削深さＤが浅いために、掘削長さが長くなる。そのため、一定の土量を掘削しようとすると、目標軌跡Ｔが、積込機械１００の走行体１１０に接触し、または作業機１３０の可動範囲外に進入するため、物理的に掘削ができなくなる。つまり、掘削効率０．００は、一定の土量での掘削が不可能であることを示す。
【００３２】
図４に示すように、掘削曲線比率が０．４０を上回ると、掘削効率が急激に低下して、掘削曲線比率０．５では掘削効率が０．００になることがわかる。掘削曲線比率が０．４０を上回るときには、掘削深さＤが深いために、掘削時にバケット１３３に掛かる負荷が高くなる。また、バケット１３３で掘削する際には、バケット１３３の角度をバケット刃先進行方向に対して適切に維持する必要がある。掘削曲線比率０．４を超える場合、バケット１３３の底面をほぼ垂直かそれ以上にダンプ方向に傾けて掘削する必要があるが、このときのバケット１３３の傾斜角は、アーム１３２に対するバケット１３３の可動範囲を超えてしまうため、バケット１３３の角度を適切に維持することができない。そのため、作業機１３０に供給する油圧がリリーフ圧を超え、油圧装置１２７に設けられた図示しないリリーフ弁によって作動油が逃がされる。掘削効率はリリーフされた作動油の量が多いほど悪くなるため、掘削深さＤが深いほど、すなわち掘削曲線比率が低いほど掘削効率が悪くなる。
【００３３】
図４に示すように、掘削曲線比率が０．１０以上０．４０以下の場合、掘削効率は０．２を超える値となる。そのため、軌跡生成部１１０５は、０．１０以上０．４０以下の掘削曲線比率で目標軌跡Ｔを生成することで、一定以上の掘削効率での自動掘削を行うことができる。また、図４に示すように、掘削曲線比率が０．１２以上０．３０以下の場合、掘削効率は０．３５を超える値となる。そのため、軌跡生成部１１０５は、０．１２以上０．３０以下の掘削曲線比率で目標軌跡Ｔを生成することで、より効率よく自動掘削を行うことができる。また、図４に示すように、掘削曲線比率が０．２０である場合に、最も良い掘削効率での自動掘削を行うことがわかる。したがって、第１の実施形態に係る軌跡生成部１１０５は、掘削曲線比率が０．２０となるように目標軌跡Ｔを生成するのが望ましい。また、図４に示すように、掘削曲線比率が０．１５以上０．２５以下の場合も掘削曲線比率が０．２０のときと略同等の掘削効率で掘削できる。
【００３４】
図５は、掘削曲線比率と掘削効率との関係を示すヒートマップである。図５は、作業機械および掘削対象の物理モデルに基づいて掘削のシミュレーションを行ったときの掘削開始時におけるアーム１３２の相対角度を異ならせたときの掘削効率を表している。なお、アーム１３２の相対角度が大きいほど、旋回体１２０からバケット１３３の刃先までの距離は長くなる。図５に示すシミュレーションは、掘削対象が平面状に分布した土砂であるものとする条件下で、一定の土量を掘削するものとして行われたものである。
【００３５】
図５に示すように、掘削開始時におけるアーム１３２の相対角度によって、掘削効率が変化する。例えば、図５に示すように、掘削開始時におけるアーム１３２の相対角度が９０度を下回る場合、掘削効率が低くなる。積込機械１００は、アーム１３２の相対角度が９０度程度のときに最大の力を発揮することができるように設計される。そのため、掘削開始時におけるアーム１３２の相対角度が９０度を下回る場合、掘削が進むにつれてアーム１３２の相対角度はさらに小さくなっていくので、掘削中に適切に力を発揮することができず、掘削速度が遅くなる。また、図５に示すように、掘削開始時におけるアーム１３２の相対角度が１４０度を上回る場合、掘削曲線比率が０．３を上回ると掘削効率が低くなる。これは、掘削開始時のアーム１３２の相対角度が大き過ぎると、アーム１３２が最大の力を発揮するアーム１３２の相対角度が９０度程度の姿勢を十分に利用できなくなるとともに、作業機１３０に係る負荷が大きく、早期にリリーフ圧に至るためである。
図５を参照すると、掘削曲線比率が０．１２以上０．３０以下の場合に、掘削開始時におけるアーム１３２の相対角度によらず、安定した掘削効率を実現することができる。すなわち、掘削曲線比率が０．１２以上０．３０以下の場合に、掘削曲線比率についての掘削効率の変化率が低い。
【００３６】
《動作》
積込機械１００のオペレータは、バケット１３３の刃先を掘削開始位置に移動させると、操作装置１２３の自動掘削制御用のスイッチをＯＮにする。これにより、操作装置１２３は、自動掘削指示信号を生成し出力する。掘削開始位置は、掘削対象の表面上の位置である。
【００３７】
図６は、第１の実施形態に係る自動掘削制御方法を示すフローチャートである。制御装置１２８は、オペレータから自動掘削指示信号の入力を受け付けると、図６に示す自動掘削制御を実行する。
【００３８】
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）。検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から三次元位置情報を取得し、３次元位置情報から掘削対象の形状（地形）を特定する（ステップＳ２）。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、自動掘削指示信号の入力時のバケット１３３の刃先の位置を特定する（ステップＳ３）。
【００３９】
軌跡生成部１１０５は、ステップＳ３で特定した刃先の位置を通り、かつ掘削曲線比率が０．２となる目標軌跡Ｔを生成する（ステップＳ４）。軌跡生成部１１０５は、検出情報取得部１１０２が特定した掘削対象の形状に基づいて、生成した目標軌跡Ｔに従って掘削したときの掘削量を算出する（ステップＳ５）。例えば、軌跡生成部１１０５は、作業機１３０の駆動平面における掘削対象の断面形状を特定し、当該断面形状のうち目標軌跡Ｔより上方の面積を算出することにより、掘削量を求める。
【００４０】
軌跡生成部１１０５は、算出した掘削量とバケット１３３の最大収容量との差が許容誤差以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。算出した掘削量とバケット１３３の最大収容量との差が許容誤差を超える場合（ステップＳ６：ＮＯ）、軌跡生成部１１０５は、ステップＳ４に戻り、円弧の半径を異ならせて目標軌跡Ｔを生成する。例えば、算出した掘削量が最大収容量を超える場合、軌跡生成部１１０５は、円弧の半径を小さくする。例えば、算出した掘削量が最大収容量未満である場合、軌跡生成部１１０５は、円弧の半径を大きくする。なお、軌跡生成部１１０５が生成する目標軌跡Ｔの円弧の半径の初期値は、掘削対象が平地である場合に掘削量が最大収容量に等しくなるときの半径であってよい。
【００４１】
ステップＳ５で算出した掘削量とバケット１３３の最大収容量との差が許容誤差以下である場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、移動処理部１１０６は、目標軌跡Ｔとバケット１３３の刃先の位置とに基づいて、バケット１３３の刃先の目標位置およびバケット１３３の目標姿勢を決定する（ステップＳ７）。例えば、移動処理部１１０６は、現在の刃先の位置から、制御周期に係る時間の間にバケット１３３が移動可能な距離だけ離れた目標軌跡Ｔ上の点を、刃先の目標位置に決定する。また移動処理部１１０６は、刃先の目標位置の接線に対して所定角度だけ傾けた姿勢を、バケット１３３の目標姿勢に決定する。バケット１３３の目標姿勢を目標軌跡Ｔの接線に対して傾けることで、バケット１３３の底面が目標軌跡Ｔに干渉することを防ぐことができる。
【００４２】
移動処理部１１０６は、刃先の目標位置およびバケット１３３の目標姿勢に基づいて、ブーム１３１およびアーム１３２の目標位置および目標姿勢を決定する（ステップＳ８）。例えば、移動処理部１１０６は、刃先の目標位置およびバケット１３３の目標姿勢から特定されるバケット１３３の基端部の位置と、既知のブーム１３１の基端部の位置との関係により、バケット１３３の刃先を目標位置に移動させるためのブーム１３１の先端部の位置すなわちアーム１３２の基端部の位置を特定することができる。
【００４３】
移動処理部１１０６は、特定したブーム１３１、アーム１３２、およびバケット１３３の目標位置および目標姿勢に基づいて操作信号を生成する（ステップＳ９）。操作信号出力部１１０７は、移動処理部１１０６が生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ１０）。これにより、作業機１３０が目標軌跡Ｔに沿って移動する。
【００４４】
制御周期に係る時間の経過後、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Ｓ１１）。バケット位置特定部１１０４は、取得したブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の傾斜角に基づいてバケット１３３の刃先の位置を特定する（ステップＳ１２）。移動処理部１１０６は、バケット１３３の刃先の位置が、目標軌跡Ｔの終点に位置するか否かを判定する（ステップＳ１３）。バケット１３３の刃先の位置が目標軌跡Ｔの終点に位置しない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御装置１２８は処理をステップＳ７に戻し、作業機１３０の次の目標位置および目標姿勢を決定する。他方、バケット１３３の刃先の位置が目標軌跡Ｔの終点に位置する場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御装置１２８は、自動掘削制御を終了する。
【００４５】
《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、予め定められた掘削曲線比率に従って、作業機１３０の目標軌跡Ｔを生成し、生成した目標軌跡Ｔに従って作業機１３０の操作信号を出力する。発明者が得た、作業機１３０による掘削効率は、掘削曲線比率によって決定されるという知見から、上記構成により、制御装置１２８は、一定以上の掘削効率で自動掘削処理を行うことができることがわかる。
【００４６】
また、第１の実施形態に係る掘削曲線比率は、作業機１３０の駆動に用いる作動油のリリーフが生じる比率より小さい。掘削効率はリリーフされた作動油の量が多いほど悪くなるため、掘削曲線比率が、作業機１３０の駆動に用いる作動油のリリーフが生じる比率より小さいことで、急激に掘削効率が悪くなることを防ぐことができる。
【００４７】
また、第１の実施形態に係る掘削曲線比率は、目標軌跡Ｔが作業機械に接触する比率より大きい。掘削曲線比率が小さく、掘削長さＬが長くなり目標軌跡Ｔが作業機械に接触する場合、一定の土量を掘ることができなくなる可能性がある。
【００４８】
また、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、掘削対象の形状と掘削曲線比率とに基づいて、作業機１３０による掘削量が所定量になるように、目標軌跡Ｔを特定する。これにより、制御装置１２８は、常に所定の掘削量を一定以上の掘削効率で掘削することができる。
【００４９】
〈他の実施形態〉
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、掘削曲線比率を０．２の固定値としたが、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、図５に示すようなあらかじめ定められたマップとアーム１３２の相対角度とに基づいて掘削曲線比率を決定してもよい。また、他の実施形態に係る掘削曲線比率は０．２でなくてもよい。この場合、掘削曲線比率は、好ましくは０．１０以上０．４０未満であり、より好ましくは０．１０以上０．３０未満である。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
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  １３７…ブームシリンダセンサ  １３８…アームシリンダセンサ  １３９…バケットシリンダセンサ  １２１…運転室  １２２…運転席  １２３…操作装置  １２４…検出装置  １２５…位置方位演算器  １２６…傾斜計測器  １２７…油圧装置  １２８…制御装置  １１００…プロセッサ  １２００…メインメモリ  １３００…ストレージ  １４００…インタフェース  １１０１…車両情報取得部  １１０２…検出情報取得部  １１０３…操作信号入力部  １１０５…軌跡生成部  １１０４…バケット位置特定部  １１０６…移動処理部  １１０７…操作信号出力部  Ｔ…目標軌跡  Ｌ…掘削長さ  Ｄ…掘削深さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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