(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積込機械（５０）のバケット（１０）の位置を検出するバケット位置検出装置（５４２）と、
前記バケット位置検出装置が検出した前記バケットの位置に基づいて前記バケットの移動軌跡（６１）を演算する軌跡演算装置（１０２）と、
前記軌跡演算装置が演算した前記移動軌跡に基づいてダンプトラック（１）の停車位置（６３）と停車方向（６６）を決定する停車位置方向決定装置（１１０）と、
前記停車位置方向決定装置により決定した前記ダンプトラックの停車位置と停車方向を出力する出力装置（１０１）とを備えることを特徴とするダンプトラック停車位置方向指示システム。
【請求項２】
請求項１に記載のダンプトラック停車位置方向指示システムにおいて、
前記停車位置方向決定装置（１１０）は、
前記軌跡演算装置（１０２）が演算した前記移動軌跡（６１）における前記バケットの停止位置を検出し、このバケットの停止位置を前記ダンプトラック（１）の停車位置（６３）と決定するバケット停止検出装置（１０３）と、
前記軌跡演算装置（１０２）が演算した前記移動軌跡（６１）における前記バケットの停止位置での接線（６４）と前記移動軌跡の進行方向から接線方向（６５）を演算する接線方向演算装置（１０４）とを備え、
前記停車位置方向決定装置（１１０）は、前記接線方向演算装置（１０４）が演算した前記接線方向（６５）に基づいて前記ダンプトラック（１）の前記停車方向（６６）を決定することを特徴とするダンプトラック停車位置方向指示システム。
【請求項３】
請求項２に記載のダンプトラック停車位置指示システムにおいて，
前記停車位置方向決定装置（１１０）は、
前記積込機械（５０）の種類を判断する積込機械判断装置（１０５）と、
前記接線方向演算装置（１０４）が演算した前記接線方向（６５）を前記積込機械判断装置が判断した前記積込機械の種類に応じて所定角度だけ回転させることで前記ダンプトラック（１）の停車方向（６６）を決定する接線方向回転装置（１０６）とを更に備えることを特徴とするダンプトラック停車位置方向指示システム。
【請求項４】
請求項２に記載のダンプトラック停車位置指示システムにおいて，
前記バケット停止検出装置（１０３）は、前記軌跡演算装置（１０２）が演算した前記移動軌跡（６１）が所定時間変化しないことを検出することで前記バケットの停止位置を検出し、このバケットの停止位置を前記ダンプトラック（１）の停車位置（６３）と決定することを特徴とするダンプトラック停車位置方向指示システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載のダンプトラック停車位置方向指示システムにおいて、
前記バケット（１０）への積載を検出する積載検出装置（５４３）を更に備え、
前記軌跡演算装置（１０２）は、前記積載検出装置が前記バケット（１０）への積載を検出したときに前記バケットの移動軌跡（６１）の演算を開始することを特徴とするダンプトラック停車位置方向指示システム。
【請求項６】
積込機械（５０）と、ダンプトラック（１）とを備えた運搬システムにおいて、
積込機械（５０）のバケット（１０）の位置を検出するバケット位置検出装置（５４２）と、
前記バケット位置検出装置が検出した前記バケットの位置に基づいて前記バケットの移動軌跡（６１）を演算する軌跡演算装置（１０２）と、
前記軌跡演算装置が演算した前記移動軌跡に基づいてダンプトラック（１）の停車位置（６３）と停車方向（６６）を決定する停車位置方向決定装置（１１０）と、
前記停車位置方向決定装置により決定した前記ダンプトラックの停車位置と停車方向を出力する出力装置（１０１）とを備えることを特徴とする運搬システム。
【請求項７】
請求項６に記載の運搬システムにおいて、
前記停車位置方向決定装置（１１０）は、
前記軌跡演算装置（１０２）が演算した前記移動軌跡（６１）における前記バケットの停止位置を検出し、このバケットの停止位置を前記ダンプトラック（１）の停車位置（６３）と決定するバケット停止検出装置（１０３）と、
前記軌跡演算装置（１０２）が演算した前記移動軌跡（６１）における前記バケットの停止位置での接線（６４）と前記移動軌跡の進行方向から接線方向（６５）を演算する接線方向演算装置（１０４）とを備え、
前記停車位置方向決定装置（１１０）は、前記接線方向演算装置（１０４）が演算した前記接線方向（６５）に基づいて前記ダンプトラック（１）の前記停車方向（６６）を決定することを特徴とする運搬システム。
【請求項８】
請求項７に記載の運搬システムにおいて、
前記停車位置方向決定装置（１１０）は、
前記積込機械（５０）の種類を判断する積込機械判断装置（１０５）と、
前記接線方向演算装置（１０４）が演算した前記接線方向（６５）を前記積込機械判断装置が判断した前記積込機械の種類に応じて所定角度だけ回転させることで前記ダンプトラック（１）の停車方向（６６）を決定する接線方向回転装置（１０６）とを更に備えることを特徴とする運搬システム。
【請求項９】
請求項７に記載の運搬システムにおいて，
前記バケット停止検出装置（１０３）は、前記軌跡演算装置（１０２）が演算した前記移動軌跡（６１）が所定時間変化しないことを検出することで前記バケットの停止位置を検出し、このバケットの停止位置を前記ダンプトラック（１）の停車位置（６３）と決定することを特徴とする運搬示システム。
【請求項１０】
請求項６から９のいずれか一つに記載の運搬システムにおいて、
前記バケット（１０）への積載を検出する積載検出装置（５４３）を更に備え、
前記軌跡演算装置（１０２）は、前記積載検出装置が前記バケット（１０）への積載を検出したときに前記バケットの移動軌跡（６１）の演算を開始することを特徴とする運搬システム。
【請求項１１】
請求項６から９のいずれか一つに記載の運搬システムにおいて、
前記積込機械（５０）が、
前記バケット位置検出装置（５４２）と、
前記ダンプトラック（１）とデータ通信可能な積込機械通信装置（５４１）とを備え、
前記ダンプトラック（１）が、
前記軌跡演算装置（１０２）および前記停車位置方向決定装置（１１０）と、
前記積込機械（５０）とデータ通信可能なダンプトラック通信装置（１０１）とを備えることを特徴とする運搬システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載の運搬システムにおいて，
前記積込機械（５０）が、
前記バケット位置検出装置（５４２）および前記積載検出装置（５４３）と、
前記ダンプトラックとデータ通信可能な積込機械通信装置（５４１）とを備え、
前記ダンプトラック（１）が、
前記軌跡演算装置（１０２）および前記停車位置方向決定装置（１１０）と、
前記積込機械（５０）とデータ通信可能なダンプトラック通信装置（１０１）とを備えることを特徴とする運搬システム。
【請求項１３】
請求項６から９のいずれか一つに記載の運搬システムにおいて、
管制局（９００）を更に備え、
前記積込機械（５０）が、
前記バケット位置検出装置（５４２）と、
前記ダンプトラック（１）および前記管制局（９００）とデータ通信可能な積込機械通信装置（５４１）とを備え、
前記管制局（９００）が、
前記軌跡演算装置（１０２）および前記停車位置方向決定装置（１１０）と、
前記積込機械（５０）および前記ダンプトラック（１）とデータ通信可能な管制局通信装置（９０１）とを備えることを特徴とする運搬システム。
【請求項１４】
請求項１０に記載の運搬システムにおいて、
管制局（９００）を更に備え、
前記積込機械（５０）が、
前記バケット位置検出装置（５４２）および前記積載検出装置（５４３）と、
前記ダンプトラック（１）および前記管制局（９００）とデータ通信可能な積込機械通信装置（５４１）とを備え、
前記管制局（９００）が、
前記軌跡演算装置（１０２）および前記停車位置方向決定装置（１１０）と、
前記積込機械（５０）および前記ダンプトラック（１）とデータ通信可能な管制局通信装置（９０１）とを備えることを特徴とする運搬システム。
【請求項１５】
請求項６から９のいずれか一つに記載の運搬システムにおいて、
前記ダンプトラック（１）を自律的に走行させる自律走行装置（２００）を更に備え、
前記出力装置（１２０）は、前記停車位置方向決定装置（１１０）が決定した前記ダンプトラック（１）の前記停車位置（６３）と前記停車方向（６６）を前記自律走行装置（２００）に出力し、
前記自律走行装置（２００）は、前記停車位置（６３）と前記停車方向（６６）を実現するように前記ダンプトラック（１）の走行を制御することを特徴とする運搬システム。
【請求項１６】
請求項６から９のいずれか一つに記載の運搬システムにおいて、
前記ダンプトラック（１）の運転室（９５１）に設けられたモニタ（９５０）を更に備え、
前記出力装置（１３０）は、前記停車位置方向決定装置（１１０）が決定した前記ダンプトラック（１）の前記停車位置（６３）と前記停車方向（６６）を前記モニタ（９５０）に出力し、
前記モニタ（９５０）は前記停車位置（６３）と前記停車方向（６６）を表示することを特徴とする運搬システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露天掘り鉱山などで使用されるダンプトラックの積込機械に対する停車位置および停車方向を決定するダンプトラック停車位置方向指示システムおよび運搬システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
露天掘り鉱山などでは、油圧ショベルやホイールローダといった積込機械によって、鉱石や土砂などの砕石物をダンプトラックに積み込む作業が行われる。このとき、ダンプトラックは、積込機械に対して積込作業が行いやすい位置および方向に停車する必要がある。通常この停車作業はダンプトラックのオペレータが実施している。【０００３】
一方、コスト削減や安全性向上のため、オペレータを必要とせず自律的に走行できる自律走行ダンプトラックが提案されている。【０００４】
オペレータが操縦するダンプトラックの場合は、そのオペレータが積込機械への停車位置と停車方向を決定することが可能であるが、自律走行ダンプトラックの場合は、その位置と方向を自律走行ダンプトラックが自律的に決定する必要がある。【０００５】
このような自律走行ダンプトラックを開示する従来技術として、特開平８−２６３１３８号公報（特許文献１）に記載のものがある。この公報には、積込機械の位置に対してあらかじめ固定された相対的な位置および方向に、自律走行ダンプトラックの停車位置と停車方向を決定する技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２６３１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の従来技術には次のような問題がある。【０００８】
特許文献１に記載の従来技術では、油圧ショベルやホイールローダなどの積込機械に対する自律走行ダンプトラックの停車位置および停車方向の相対的位置関係は事前に決定され、固定されている。この場合、積込作業の現場では、積込機械のオペレータが、自分にとって積み込み作業がし易い位置および方向に自律走行ダンプトラックの停車位置および停車方向を柔軟に変更することができないため、積込機械の作業に対して不適切な位置や方向にダンプトラックが停車せざるを得ず、作業効率が低下する恐れがある。【０００９】
また、一般的な鉱山では、油圧ショベルやホイールローダなどの積込機械が同時に運用されており、ダンプトラックに積み込み作業を行う積込機械の種類は、場所や時間によって変化する。そのため、ダンプトラックの停車位置および停車方向を、積込機械の種類に応じて適切に変化させる必要がある。しかし、特許文献１に記載の従来技術では、そのような要求に対応することはできなかった。【００１０】
本発明の目的は、積込機械のオペレータが自分にとって積込作業がしやすいダンプトラックの停車位置および停車方向を決定し、ダンプトラックをその位置方向に停車させることができるダンプトラック停車位置方向指示システムおよび運搬システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のダンプトラック停車位置方向指示システムは、積込機械のバケットの位置を検出するバケット位置検出装置と、前記バケット位置検出装置が検出した前記バケットの位置に基づいて前記バケットの移動軌跡を演算する軌跡演算装置と、前記軌跡演算装置が演算した前記移動軌跡に基づいてダンプトラックの停車位置と停車方向を決定する停車位置方向決定装置と、前記停車位置方向決定装置により決定した前記ダンプトラックの停車位置と停車方向を出力する出力装置とを備えている。【００１２】
また、上記課題を解決するため、本発明の運搬システムは、積込機械と、ダンプトラックと、上記のバケット位置検出装置、軌跡演算装置、停車位置方向決定装置及び出力装置を備えている。【００１３】
このように停車位置方向決定装置を備えることにより、積込機械のオペレータは自分にとって積込作業がしやすいダンプトラックの停車位置および停車方向を決定し、ダンプトラックをその位置方向に停車させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、積込機械のオペレータが自分にとって積込作業がしやすいダンプトラックの停車位置および停車方向を決定し、ダンプトラックをその位置及び方向に停車させることができるため、効率よく作業を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るダンプトラック停車位置方向指示システムおよび運搬システムの全体構成を示す図である。
【図２】積込機械のバケットの移動軌跡に基づいてダンプトラックの停車位置と停車方向を決定する概念を示す図であり、積込機械の一例として積込機械が油圧ショベルである場合を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるダンプトラックの全体構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるダンプトラックの停車位置と停車方向を決定する手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態における油圧ショベルの全体構成を示す図である。
【図６】積込機械が油圧ショベルであるときのダンプトラックの停車位置および停車方向の決定の様子を示す図である。
【図７】従来技術におけるダンプトラックの停車位置および停車方向を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態におけるホイールローダの全体構成を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態において、積込機械がホイールローダであるときのダンプトラックの停車位置および停車方向の決定の様子を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るダンプトラック停車位置方向指示システムおよび運搬システムの全体構成図を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るダンプトラック停車位置方向指示システムの停車位置方向演算装置を搭載したダンプトラックの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るダンプトラック停車位置方向指示システムおよび運搬システムの全体構成を示す図である。
【００１７】
図２は、積込機械のバケットの移動軌跡に基づいてダンプトラックの停車位置と停車方向を決定する概念を示す図であり、積込機械の一例として積込機械が油圧ショベルである場合を示す図である。
【００１８】
図１および図２において、ダンプトラック停車位置方向指示システムは符号１０００で示されている。停車位置方向指示システム１０００は、積込機械データ演算装置５４と、停車位置方向演算装置１００と、積込機械通信装置５４１と、ダンプトラック通信装置１０１とを主に備えている。積込機械データ演算装置５４と積込機械通信装置５４１は積込機械５０に備えられ、停車位置方向演算装置１００とダンプトラック通信装置１０１は、ダンプトラック１に備えられている。積込機械５０とダンプトラック１と停車位置方向指示システム１０００は本発明の運搬システムを構成している。積込機械５０は採石物等（土砂や鉱石など）を積載して積載位置に移動する容器であるバケット１０を備えている。
【００１９】
積込機械データ演算装置５４は、積込機械５０のバケット１０の位置を計測するバケット位置検出装置５４２と、バケット１０に砕石物を積載したことを検出する積載検出装置５４３と、積込機械５０の種類を検出する積込機械種類検出装置５４４とを主に備えている。
【００２０】
バケット位置検出装置５４２は、例えば対地位置を検出可能なGNSS（グローバル ナビゲーション サテライト システム）をバケット１０などに適用することなどで、バケット１０の位置を検出し、その位置情報を積込機械通信装置５４１およびダンプトラック通信装置１０１を介してダンプトラック１に通知できるよう構成されている。積載検出装置５４３は、例えばバケット１０への負荷の変動を検出することなどでバケット１０への砕石物の積載を検出し、その積載情報を積込機械通信装置５４１およびダンプトラック通信装置１０１を介してダンプトラック１に通知できるよう構成されている。積込機械種類検出装置５４４は、例えばあらかじめ各積込機械５０に応じたIDが決められており、そのIDを積込機械通信装置５４１およびダンプトラック通信装置１０１を介してダンプトラック１に通知できるよう構成されている。
【００２１】
停車位置方向演算装置１００は、積込機械５０のバケット位置検出装置５４２により検出したバケット１０の位置に基づいてバケット１０の移動軌跡６１を演算するバケット軌跡演算装置１０２と、このバケット軌跡演算装置１０２により演算した移動軌跡６１に基づいてダンプトラック１の停車位置６３と停車方向６６を決定する停車位置方向決定装置１１０とを備えている。停車位置方向決定装置１１０は、バケット軌跡演算装置１０２により演算した移動軌跡６１からバケット１０の停止位置を検出し、このバケット１０の停止位置をダンプトラック１の停車位置６３と決定するバケット停止検出装置１０３と、バケット軌跡演算装置１０２により演算した移動軌跡６１におけるバケット１０の停止位置での接線６４と移動軌跡６１の進行方向から接線方向６５を演算する接線方向演算装置１０４と、積込機械種類検出装置５４４からのデータをもとに積込機械５０の種類を判断する積込機械判断装置１０５と、接線方向演算装置１０４により演算した接線方向６５を積込機械判断装置１０５により判断した積込機械の種類に応じて所定の角度だけ回転させることで停車方向６６を決定する接線方向回転装置１０６とを主に備えている。
【００２２】
バケット軌跡演算装置１０２は、積込機械５０のバケット１０の位置を水平面に投影した位置を算出し、それを連続的に取得することでバケット１０の移動軌跡６１を演算できるよう構成されている。または、バケット１０の3次元的な移動軌跡を演算したのちに水平面に投影することで移動軌跡６１を演算できるよう構成されていても良い。
【００２３】
バケット停止検出装置１０３は、移動軌跡６１が所定の一定時間（Ｔ１）変化しないことを検出し、その位置をバケット１０の停止位置として検出し、停車位置６３と決定できるよう構成されている。
【００２４】
接線方向演算装置１０４は、移動軌跡６１の停車位置６３における接線６４を求め、その接線６４の移動軌跡６１の進行方向に接線方向６５を決定することができるよう構成されている。
【００２５】
積込機械判断装置１０５は、積込機械種類検出装置５４４が検出したデータをもとに積込機械５０の種類を判断できるよう構成されている。例えば、あらかじめ積込機械５０にIDが割り振られており、そのIDを積込機械判断装置１０５に記憶させておき、積込機械種類検出装置５４４がそのIDを積込機械判断装置１０５に送信すると、積込機械判断装置１０５が受信したIDを照合することなどで実現可能である。また、鉱山が、ダンプトラック１や積込機械５０などの状態や動作を管理し、ダンプトラック１の配車指示などを実施している管制局を備えている場合、その管制局が、ダンプトラック１が次に向かう積込場を決めた段階で、そこで作業している積込機械５０の種類に応じたIDをダンプトラック１に送信し、積込機械判断装置１０５が受信したIDを照合することなどでも実現可能である。
【００２６】
接線方向回転装置１０６は、積込機械判断装置１０５が判断した積込機械５０の種類に応じて、接線６４を、停車位置６３を通る水平面に垂直な軸周りに、接線方向６５が、積載位置６０がある側とは反対の方を向くように、所定角度だけ回転させることで、停車方向６６を決定することができるよう構成されている。例えば、積込機械５０が油圧ショベルの場合は、その所定の回転角度が0度、つまり、回転させないように構成されており、ホイールローダの場合は、その所定の回転角度が90度であるように構成されている。停車方向６６を決定するための所定の角度はオペレータが操作装置を操作することで変更できるようになっていてもよい。特に、積込機械５０が油圧ショベルである場合は、ダンプトラックの停車方向に対して柔軟に対応できるため、周囲の障害物の有無など応じて変更できるようにしておくと、便利である。
【００２７】
停車位置方向決定装置１１０で決定したダンプトラック１の停車位置６３と停車方向６６は、停車位置方向演算装置１００に備えられる出力装置１２０(図３参照)を介してダンプトラック１に搭載された自律走行装置２００に送られる。
【００２８】
図３に、本発明の実施の形態に係る、露天の採掘場、石切り場、鉱山等で採掘した砕石物を運搬する大型の運搬車両であるダンプトラック（いわゆるマイニングダンプ）であって、さらに、オペレータが操縦することなく自律的に走行可能な自律走行ダンプトラックの全体構成を示す。
【００２９】
図３に示すダンプトラック（車両）１は、頑丈なフレーム構造で形成された車体２と、車体２上に起伏可能に搭載されたベッセル（荷台）３と、車体２に装着された前輪４および後輪５と、ダンプトラック１を自律的に走行させる自律走行装置２００を備えている。また、ダンプトラック１は、前述したように、ダンプトラック１の停車位置６３と停車方向６６を演算する停車位置方向演算装置１００と、積込機械との間でデータ通信可能なダンプトラック通信装置１０１とを備えている。
【００３０】
自律走行装置２００は、次に移動すべき目標位置を認識する目標位置方向認識装置２０１と、現在の自車両の位置と方向を認識する自己位置方向認識装置２０２と、自己位置方向から目標位置方向を実現するために移動する経路を生成する目標経路生成装置２０３と、目標経路に沿って移動できるよう駆動と制動、操舵を制御する目標経路追従装置２０４とを主に備えている。
【００３１】
自律走行装置２００により、ダンプトラック１は、目標の位置と方向が指令されると、自己位置と方向を認識し、目標位置と方向を実現するための目標経路を生成し、その経路に追従するように走行することで、指令された目標位置と方向を実現することができるよう構成されている。
【００３２】
目標位置方向認識装置２０１は、自律走行装置２００に通知されたダンプトラック１が停車すべき目標位置と目標方向の情報に基づいて目標位置方向を認識するように構成されている。
【００３３】
自己位置方向認識装置２０２には、例えば、対地位置を検出可能なGNSSや車体の加速度を検出可能な加速度センサ、角速度を検出可能なジャイロセンサ、前輪または後輪の少なくともいずれか一つに取り付けられた車輪回転数を検出する車輪回転数センサなどが用いられる。自己位置方向認識装置２０２は、加速度センサやジャイロセンサ、車輪回転数センサによって車両の移動開始時の位置と方向からの相対的な位置と方向が検出可能となるよう構成されている。また、GNSSは直接位置が検出可能であるため、GNSSによって加速度センサやジャイロセンサ、車輪回転数センサで演算した位置を補正するなどに利用できるよう構成されている。
【００３４】
目標経路生成装置２０３は、ダンプトラック１の幾何学的特性や車両運動特性などを考慮してダンプトラック１が実現可能な経路が演算できるよう構成されている。
【００３５】
目標経路追従装置２０４は、生成した目標経路と自己位置を比較しながら、その偏差が小さくなるようダンプトラック１の駆動、制動、操舵を制御し、目標経路に追従走行できるよう構成されている。
【００３６】
以上の構成によって実現される、積込機械５０によるダンプトラック１への積込作業における、ダンプトラック１の停車位置６３と停車方向６６を決定する手順について図４を用いて説明する。図４は、図１に示した停車位置方向指示システムの構成によってダンプトラック１の停車位置６３と停車方向６６を決定する手順を示すフローチャートである。
【００３７】
ステップ１（Ｓ６０１）：積載検出装置５４３が、バケット１０が掘削対象物を積載したことを検出する。このとき、積載検出装置５４３は、バケット軌跡演算装置１０２に、積込機械通信装置５４１およびダンプトラック通信装置１０１を介してその旨を通知する。
【００３８】
ステップ２（Ｓ６０２）：積載検出装置５４３からの通知を受信したバケット軌跡演算装置１０２は、そのときのバケット位置検出装置５４２が検出するバケット１０の位置を取得し、そのバケット１０の位置を水平面へ投影したときの位置を積載位置６０として記憶するとともに、移動軌跡６１の演算を開始する。
【００３９】
ステップ３（Ｓ６０３）：バケット停止検出装置１０３は、移動軌跡６１が所定の一定時間（Ｔ１）変化しないことを検出すると、そのときのバケット１０の位置をバケット１０の停止位置として検出し、停車位置６３と決定するとともに、接線方向演算装置１０４にそれを通知する。
【００４０】
ステップ４（Ｓ６０４）：接線方向演算装置１０４は、移動軌跡６１における停車位置６３での接線６４を求め、その接線６４の移動軌跡６１の進行方向を、接線方向６５と決定するとともに、それを接線方向回転装置１０６に通知する。
【００４１】
ステップ５（Ｓ６０５）：接線方向回転装置１０６は、積込機械判断装置１０５が判断した積込機械５０の種類に基づき、接線６４を、停車位置６３を通り水平面に対して垂直な軸周りに、接線方向６５が移動軌跡６１の起点がある側とは反対の方向を向くように、0度または90度回転させる。そのときに接線方向６５が向く方向を、ダンプトラック１の停車方向６６と決定する。
【００４２】
以上の手順より、ダンプトラック１の停車位置６３と停車方向６６を決定できる。そして、決定した停車位置６３と停車方向６６を、ダンプトラック１の自律走行装置２００に出力装置１２０を介して通知する。自律走行装置２００の目標位置方向認識装置２０１はそれを目標位置方向と認識し、自律走行装置２００は、この目標位置方向を実現するようダンプトラック１を走行させることができる。
【００４３】
また、一般的な鉱山では、油圧ショベル５０Ａ（図５参照）やホイールローダ７０（図７参照）などの積込機械が同時に運用されており、ダンプトラック１に積み込み作業を行う積込機械５０の種類は、場所や時間によって変化する。そういった場合でも、本発明を適用したダンプトラックは、積込作業を行う積込機械５０の種類を判断することによって、その積込機械５０にとって適切な停車方向を決定することができる。
【００４４】
以下で、積込機械５０が油圧ショベルである場合に本発明を適用した例について説明する。図５に、本発明の実施の形態における油圧ショベルの全体構成図を示す。
【００４５】
図５に示す油圧ショベル５０Ａは、頑丈なフレーム構造で形成されたフロント５１と、オペレータの搭乗する運転室５２１を備えた旋回体５２と、油圧ショベル５０Ａを移動させることができる移動装置５３１を備えた移動体５３とを備えている。また、油圧ショベル５０Ａは、前述したように、積込機械データ演算装置５４と積込機械通信装置５４１とを備えている。
【００４６】
フロント５１は、頑丈なフレーム構造で形成されたブーム５１１と、アーム５１２と、バケット１０Ａと、ピン結合部５１４と、シリンダ５１５を主に備えている。バケット１０Ａは、砕石物等を積載するための容器であり、ピン結合部５１４等を介してアーム５１２に対して回転可能に連結されている。また、アーム５１２はブーム５１１に対してピン結合部５１４等を介してブーム５１１に対して回転可能に連結されている。さらに、ブーム５１１は旋回体５２に対してピン結合部５１４等を介して回転可能に連結されている。そして、旋回体５２とブーム５１１、ブーム５１１とアーム５１２、アーム５１２とバケット１０Ａは直動動作が可能なシリンダ５１５で接合されている。このシリンダ５１５は例えば油圧で駆動する油圧シリンダなどが適用される。このシリンダ５１５の駆動によりフロント５１が動作可能となる。
【００４７】
旋回体５２は、移動体５３に対して旋回モータ５２２などを介して回転可能に連結されている。この旋回体５２が移動体５３に対して旋回することでフロント５１も旋回することができる。旋回体５２は運転室５２１を備えており、その運転室５２１には操縦用のレバー、アクセルペダル、ブレーキペダルなどが設置されており、オペレータがこれらを操作することで、油圧ショベル５０Ａに所望の動作をさせることができるよう構成されている。
【００４８】
移動体５３は、油圧ショベル５０Ａを移動させることができるよう、移動装置５３１を備えている。油圧ショベル５０Ａは移動体５３により掘削位置近傍まで移動し、旋回体５２およびブーム５１１、アーム５１２、バケット１０をシリンダ５１５により動作させることでバケット１０Ａに砕石物を積載することができるよう構成されている。
【００４９】
前述したように、積込機械データ演算装置５４は、油圧ショベル５０Ａのバケット１０Ａの位置を計測するバケット位置検出装置５４２と、バケット１０に砕石物を積載したことを検出する積載検出装置５４３と、積込機械の種類を検出する積込機械種類検出装置５４４とを主に備えている。
【００５０】
バケット位置検出装置５４２は、例えば油圧ショベル５０Ａのバケット１０Ａに設置されたGNSSなどによりバケット１０Ａの位置を検出できるよう構成されている。本実施の形態ではバケットの中心をバケット位置として検出しているが、アーム５１２とバケット１０Ａの接続部にGNSSを取り付けた場合などは、その位置の値から幾何的な演算によりバケット中心を求めることができる。また、GNSSを油圧ショベル５０Ａのいずれかの場所に設置し、フロント５１のブーム５１１、アーム５１２、バケット１０Ａのピン接合部５１４および旋回体５２と移動体５３の間の旋回モータ５２２などに、その回転角度を検出可能なポテンショメータやエンコーダなどを設置することや、ブーム５１１、アーム５１２、バケット１０などにその傾斜角度を検出できる傾斜センサを設置することなどで、油圧ショベル５０Ａの位置と油圧ショベル５０Ａのバケット１０Ａの位置との相対的な位置関係を取得することができ、それによりバケット１０Ａの位置を算出する方法も適用可能である。更に、ダンプトラック１へ積込作業を行うときのバケット１０Ａの姿勢では、水平面に投影した位置でみた場合のバケット中心はアーム５１２とバケット１０Ａの接続部或いはアーム５１２の先端の位置とほぼ一致しているため、アーム５１２とバケット１０Ａの接続部或いはアーム５１２の先端の位置をバケット１０Ａの位置として検出してもよい。
【００５１】
積載検出装置５４３は、例えば各シリンダ５１５が備えたセンサが負荷変動を検出することで、バケット１０Ａへの砕石物の積載を検出できるよう構成されている。負荷変動を検出するセンサには、シリンダ５１５が油圧シリンダで構成されている場合、その油圧シリンダ内の圧力を検出可能な圧力センサを用いることができる。また、油圧ショベル５０Ａの運転室５２１内にオペレータが操作可能な入力装置、例えば、スイッチや音声入力装置など、を設置し、油圧ショベル５０Ａのオペレータがバケット１０Ａに砕石物を積み込んだときにその入力装置を操作することでも実現可能である。さらに、油圧ショベル５０Ａの動作に関するデータベースを作成しておき、行った動作とデータベースを照らし合わせることで、当該動作が積載動作であると判断することで積載を検出できるよう構成されていても良い。
【００５２】
積込機械種類検出装置５４４は、例えば油圧ショベル５０Ａに応じたIDが登録されており、積込機械通信装置５４１を介してダンプトラック１にその旨を通知することができるよう構成されている。
【００５３】
図６に積込機械が油圧ショベル５０Ａであるときのダンプトラック１の停車位置６３および停車方向６６の決定の様子を示す。
【００５４】
油圧ショベル５０Ａのオペレータは、積載位置６０でバケット１０Ａに砕石物を積載し、積込を行う位置にバケット１０Ａを動作させる。このとき、油圧ショベル５０Ａのオペレータは周囲の障害物８００の有無を考慮し、ダンプトラック１が進入し停車できるような位置と方向を判断し、それを指示するようにバケット１０を操作する。ダンプトラック停車位置方向決定システム１０００は、図４に示した手順により、図５に示すダンプトラック１の停車位置６３および停車方向６６を決定する。
【００５５】
このとき、接線方向回転装置１０６は、積込機械判断装置１０５が積込機械を油圧ショベル５０Ａと判断したときは、接線６４を、停車位置６３を通り水平面に対して垂直な軸周りに、 0度回転させる、つまり接線６４を回転させないよう構成されている。このことにより、停車方向６６が図５に示す方向に決定される。
【００５６】
ダンプトラック１の自律走行装置２００は決定された停車位置６３と停車方向６６と、自己位置からそれらを繋ぐ経路を演算し、その経路に追従するように走行する。そして、停車位置６３に到着したら停車する。このとき、必ずしも正確に停車位置６３に停車する必要はなく、ある一定のマージンをとった停車位置領域に進入した段階で停車する。この停車領域は自己位置認識装置２０２などの誤差を考慮して決定される。このことにより、何度も前進とバックを繰り返して停車位置を微調整する必要などがなく、効率的である。
【００５７】
ここで、従来技術のように、ダンプトラックは、油圧ショベル５０Ａの積込位置でのバケット１０の方向と平行な方向に停車するとあらかじめ決められている場合について述べる。図７は、従来技術におけるダンプトラックの停車位置および停車方向を示す図である。
【００５８】
図７に示すように周囲に障害物がある場合などでは、ダンプトラックがバケット１０Ａの方向と平行な方向に停車することが困難となる可能性がある。つまり、ダンプ停車位置および方向が事前に決められている場合、障害物が周りに有る場合などに、効率的な停車方向を指示できない恐れがある。一方、図５で示したように、本発明を適用することで、油圧ショベル５０Ａのオペレータは障害物８００に邪魔されない停車位置６３および停車方向６６をバケット１０Ａの操作によって決定できる。
【００５９】
次に、積込機械がホイールローダ７０の場合に本発明を適用した例について説明する。図８に、本発明の実施の形態に係る、ホイールローダ７０の全体構成図を示す。
【００６０】
図８に示すホイールローダ７０は、頑丈なフレーム構造で形成されたフロント７１と、前輪７２１を備えた前輪体７２と、オペレータの搭乗する運転室７３１と後輪７３２を備え、前輪体７２と屈折軸７３３をして屈折可能に取り付けられた後輪体７３と、積込機械データ演算装置５４と、積込機械通信装置５４１とを主に備えている。
【００６１】
フロント７１は、頑丈なフレーム構造で形成されたリフト７１１とバケット１０Ｂとを主に備えている。バケット１０Ｂは、砕石物等を積載するための容器であり。ピン結合部７１３等を介してリフト７１１に対して回転可能に連結されている。また、リフト７１１は前輪体７２に対してピン結合部７１３等を介して回転可能に連結されている。そして、前輪体７２とリフト７１１、リフト７１１とバケット１０Ｂは直動動作が可能なシリンダ７１４で接合されている。このシリンダ７１４は例えば油圧で駆動する油圧シリンダなどが適用される。このシリンダ７１４の駆動によりフロント７１が動作可能となる。
【００６２】
前輪体７２は、後輪体７３に対して屈折軸７３３を介して屈折可能に連結されている。この屈折軸７３３の角度を変更することでホイールローダ７０は進行方向を変更することができるよう構成されている。前輪体７２に設置された前輪７２１または後輪体７３に設置された後輪７３２の少なくともいずれか一方を駆動することでホイールローダ７０は移動することができるよう構成されている。
【００６３】
後輪体７３に設置された運転室７３１には操縦用のレバー、アクセルペダル、ブレーキペダルなどが設置されており、オペレータがこれらを操作することで、ホイールローダ７０に所望の動作をさせることができるよう構成されている。
【００６４】
前述したように、積込機械データ演算装置５４は、ホイールローダ７０のバケット１０Ｂの位置を計測するバケット位置検出装置５４２と、バケット１０に砕石物を積載したことを検出する積載検出装置５４３と、積込機械の種類を検出する積込機械種類検出装置５４４とを主に備えている。
【００６５】
バケット検出装置５４２、積載検出装置５４３の構成は油圧ショベル５０Ａのときと同様であるため説明は省略する。積込機械種類検出装置５４４は、ホイールローダ７０に応じたIDが登録されており、積込機械通信装置５４１を介してダンプトラック１にその旨を通知することができるよう構成されている。
【００６６】
図９に、積込機械がホイールローダ７０であるときのダンプトラック１の停車位置６３および停車方向６６の決定の様子を示す。
【００６７】
ホイールローダ７０のオペレータは、積載位置６０でバケット１０Ｂに砕石物を積載し、積込を行う位置にバケット１０Ｂを動作させる。このとき、ダンプトラック停車位置方向決定システム１０００は、図４に示した手順により、図９に示すダンプトラック１の停車位置６３および停車方向６６を決定する。
【００６８】
このとき、接線方向回転装置１０６は、積込機械判断装置１０５が積込機械をホイールローダ７０と判断した時は、接線６４を、停車位置６３を通り水平面に対して垂直な軸周りに、接線方向６５が移動軌跡６１の起点がある側とは反対の方向を向くように、90度回転させるよう構成されている。このことにより、停車方向６６が図９に示す方向に決定される。
【００６９】
本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
【００７０】
本発明を適用した油圧ショベル５０Ａやホイールローダ７０などの積込機械５０による積込作業では、積込機械５０のオペレータが積載位置６０でバケット１０に土砂や鉱石を積載したのち、ダンプトラック１へ積込作業を行いたい位置でバケット１０をＴ１秒間以上停止させることで、ダンプトラック１の停車位置６３を決定できる。Ｔ１はあらかじめ設定し（例えば５秒間）オペレータに伝えておけば良い。また、停車方向６６も、バケット１０の移動軌跡６１から決定できるため、オペレータはバケット動作を行うだけで良い。つまり、積込機械５０のオペレータが、自分にとって積込作業がしやすい位置および方向を、バケット１０の操作のみによって決定することができるため、積込作業を行っている場所の周囲の環境などを考慮し、積込機械５０のオペレータが最適な停車位置６３および停車方向６６を選択することで、効率的な積込作業が可能となる。
【００７１】
さらに、一度目の積み込みのための砕石物をバケット１０に積載した状態で、ダンプトラック１の停車位置６３と停車方向６６を指示できるため効率的である。
【００７２】
なお、積込機械５０の運転室内にスイッチなどの入力装置が設置されており、オペレータが停車位置６３にバケット１０を移動させたのち、その入力装置を操作することで停車位置６３を決定し、そのことをバケット停止検出装置１０３がデータ通信などにより検出できるよう構成されていても良い。また、バケット軌跡演算装置１０２が演算する移動軌跡６１によって検出可能なバケット１０の動作を合図として事前に決定しておき、積込機械５０のオペレータがその動作によって停車位置６３の決定を合図したことをバケット停止検出装置１０３が検出できるよう構成されていても良い。更に、油圧ショベル５０Ａが、フロント５１の動作を検出する角度センサ、旋回体５２の旋回角を検出する回転センサ、フロント５１、旋回体５２の操縦用のレバーの操作を検出するセンサ、シリンダ５１５、旋回モータ等に供給される作動油の流量を検出するセンサ等を備える場合は、バケット停止検出装置１０３がそれらの検出信号をみることでバケット１０の停止を検出できるよう構成されていても良い。
【００７３】
また、管制局がダンプトラック１の配車管理を行っている場合は、積込機械検出装置５４４は管制局が備えていても良い。管制局が、ダンプトラック１が次に向かう積込場を決めた段階で、そこで作業している積込機械５０の種類に応じたIDをダンプトラック１に通信し、積込機械判断装置１０５が受信したIDを照合することなどでも本発明は実現可能である。管制局にオペレータがいる場合は、スイッチなどの入力装置により、積込機械５０の種類を入力することなどでも本発明は実現可能である。
【００７４】
本実施の形態では、バケット軌跡演算装置１０２、バケット停止検出装置１０３、接線方向演算装置１０４、積込機械判断装置１０５、接線方向回転装置１０６はダンプトラック１に搭載されている例について説明した。しかし、それらは積込機械に設置されていても本発明は実現可能である。
【００７５】
また、本実施の形態では、積載検出装置５４２、バケット位置検出装置５４３、積込機械種類検出装置５４４は積込機械が備えている例について説明した。しかし、それらはダンプトラック１に設置されていても良い。例えば、ダンプトラック１が画像センサなどを備えており、積込機械の積載作業や、バケット１０を画像処理等で検出することで、積込機械の種類や、積載したこと、バケット１０とダンプトラック１との相対的な位置関係などを、取得できるようにした構成でも本発明は適用可能である。
＜実施の形態２＞
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るダンプトラック停車位置方向指示システムおよび運搬システムの全体構成図を示す図である。本実施の形態では、ダンプトラック１や積込機械５０を管理する管制局９００が存在し、その管制局９００が停車位置方向演算装置１００を備えている場合について説明する。
【００７６】
図１０において、鉱山には、ダンプトラック１や積込機械５０などの状態や動作、および、鉱山の操業を管理する管制局９００が備えられている。
【００７７】
管制局９００は、停車位置方向演算装置１００と、ダンプトラック１や積込機械５０とデータ通信可能な管制局通信装置９０１を主に備えている。
【００７８】
停車位置方向演算装置１００は、第１の実施の形態と同様に、バケット軌跡演算装置１０２と、バケット停止検出装置１０３、接線方向演算装置１０４、積込機械判断装置１０５および接線方向回転装置１０６からなる停車位置方向決定装置１１０とを主に備えており、管制局通信装置９０１によって積込機械５０やダンプトラック１とデータ通信が可能なように構成されている。
【００７９】
ダンプトラック１は、自律走行装置２００と、積込機械や管制局９００との間でデータ通信可能なダンプトラック通信装置１０１とを主に備えている。
【００８０】
油圧ショベル５０Ａやホイールローダ７０などの積込機械５０に備えられた積込機械データ演算装置５４は、バケット位置検出装置５４２と、積載検出装置５４３と、積込機械種類検出装置５４４と、積込機械通信装置５４１とを主に備えている。
【００８１】
本実施の形態では、積込機械５０に備えられた積込機械データ演算装置５４及び積込機械通信装置５４１と、管制局９００に備えられた停車位置方向演算装置１００及び管制局通信装置９０１とが本発明の停車位置方向指示システム１０００を構成し、積込機械５０とダンプトラック１と管制局９００と停車位置方向指示システム１０００とが本発明の運搬システムを構成する。
【００８２】
以上の構成によって、次のような手順でダンプトラック１の停車位置６３と停車方向６６が決定される。油圧ショベル５０Ａやホイールローダ７０などの積込機械５０が積込のためバケット１０が操作されると、積込機械５０に備えられた積込機械データ演算装置５４からバケット位置検出装置５４２が検出したバケット位置などのデータが、積込機械通信装置５４１および管制局通信装置９０１を介して、管制局９００が備えるダンプ停車位置方向演算装置１００に通信される。受信したデータを基に管制局９００が備えるダンプ停車位置方向演算装置１００は、第１の実施の形態に示したものと同様な方法および手順で、ダンプトラック１の停車位置６３と停車方向６６を演算することができるように構成されている。
【００８３】
以上のように本実施の形態では、第１の実施の形態で示した停車位置方向指示システム１０００の内、停車位置方向演算装置１００を管制局９００が備えている。このことにより、ダンプトラック１の構成を簡素化することができる。通常、鉱山には複数のダンプトラックが走行しているが、本実施の形態ではそれらすべてに停車方向演算装置１００を備える必要がないため、第１の実施の形態と比較してコスト削減効果が期待できる。
【００８４】
また、第１および第２の実施の形態で示したように、バケット軌跡演算装置１０２、バケット停止検出装置１０３、接線方向演算装置１０４、積込機械判断装置１０５、接線方向回転装置１０６、積載検出装置５４２、バケット位置検出装置５４３、積込機械種類検出装置５４４が、ダンプトラック１や積込機械、管制局の少なくともいずれか一つに設置されており、また、ダンプトラック１、積込機械５０、管制局９００が、それぞれの間でデータ通信可能な通信装置を備えていれば、本発明は実施可能である。
＜実施の形態３＞
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るダンプトラック停車位置方向指示システムの停車位置方向演算装置を搭載したダンプトラックの構成を示す図である。第１および第２の実施の形態では、ダンプトラック１は自律走行ダンプトラックを想定したが、オペレータが操縦するダンプトラック１にも本発明は適用可能である。本実施の形態では、ダンプトラック１をオペレータが操縦している場合について述べる。
【００８５】
図１１において、ダンプトラック１は積込位置方向演算装置１００と、管制局９５０や積込機械とデータ通信可能なダンプトラック通信装置１０１と、モニタ９５０を主に備えている。モニタ９５０は運転室９５１に備えられている。
【００８６】
停車位置方向演算装置１００が第１の実施の形態に示した構成および手順にて決定した停車位置６３と停車方向６６をオペレータに通知するため、停車位置方向演算装置１００は出力装置１３０を備え、停車位置方向決定装置１１０で決定したダンプトラック１の停車位置６３と停車方向６６は、出力装置１３０を介してそれらの情報をモニタ９５０に送り、モニタ９５０に停車位置６３と停車方向６６を表示できるように構成されている。
【００８７】
本実施の形態によれば、例えば、不慣れなオペレータでも適切な停車位置と方向を知ることができるため、作業効率の改善を期待できる。
【符号の説明】
【００８８】
１  ダンプトラック
２  車体
３  ベッセル
４  前輪
５  後輪
１０，１０Ａ，１０Ｂ  バケット
５０  積込機械
５０Ａ  油圧ショベル
５１  フロント
５２  旋回体
５３  移動体
５４  積込機械データ演算装置
６０  積載位置
６１  移動軌跡
６３  停車位置
６４  接線
６５  接線方向
６６  停車方向
７０  ホイールローダ
７１  フロント
７２  前輪体
７３  後輪体
１００  停車位置方向演算装置
１０１  ダンプトラック通信装置
１０２  バケット軌跡演算装置
１０３  バケット停止検出装置
１０４  接線方向演算装置
１０５  積込機械判断装置
１０６  接線方向回転装置
１１０  停車位置方向決定装置
１２０  出力装置
１３０  出力装置
２００  自律走行装置
２０１  目標位置方向認識装置
２０２  自己位置方向認識装置
２０３  目標経路生成装置
２０４  目標経路追従装置
５１１  ブーム
５１２  アーム
５１４  ピン結合部
５１５  シリンダ
５２１  運転室
５２２  旋回モータ
５３１  移動装置
５４１  積込機械通信装置
５４２  バケット位置検出装置
５４３  積載検出装置
５４４  積込機械種類検出装置
７１１  リフト
７１３  ピン結合部
７１４  シリンダ
７２１  前輪
７３１  運転室
７３２  後輪
７３３  屈折軸
８００  障害物
９００  管制局
９０１  管制局通信装置
９５０  モニタ
９５１  運転室
１０００  ダンプトラック停車位置方向指示システム
【図１】
0005852667.tif 000002
【図２】
0005852667.tif 000003
【図３】
0005852667.tif 000004
【図４】
0005852667.tif 000005
【図５】
0005852667.tif 000006
【図６】
0005852667.tif 000007
【図７】
0005852667.tif 000008
【図８】
0005852667.tif 000009
【図９】
0005852667.tif 000010
【図１０】
0005852667.tif 000011
【図１１】
0005852667.tif 000012