(57)【要約】【課題】積込対象の外殻に鑑みて自動積込を制御する。【解決手段】回避位置特定部は、積込対象より高くかつ下方に積込対象が存在しない位置である干渉回避位置を特定する。タイミング決定部は、旋回中心から作業機へ伸びる直線と旋回中心から干渉回避位置へ伸びる直線とがなす残り旋回角度と、干渉回避位置の高さとに基づいて、旋回開始タイミングを決定する。操作信号出力部は、旋回開始タイミングに至っていない場合に、作業機の操作信号を出力し、旋回開始タイミングに至った場合に、旋回開始タイミングに至っていないときより速い旋回速度で旋回体を旋回させる操作信号および作業機の操作信号を出力する。【選択図】図３
2019132064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを有する作業機とを備える積込機械を制御する制御装置であって、
積込対象より高くかつ下方に前記積込対象が存在しないバケット位置である干渉回避位置を特定する回避位置特定部と、
前記旋回中心から前記作業機へ伸びる直線と前記旋回中心から前記干渉回避位置へ伸びる直線とが上方からの平面視においてなす残り旋回角度と、前記干渉回避位置の高さとに基づいて、旋回開始タイミングを決定するタイミング決定部と、
前記旋回開始タイミングに至っていない場合に、前記作業機の操作信号を出力し、前記旋回開始タイミングに至った場合に、前記旋回開始タイミングに至っていないときより速い旋回速度で前記旋回体を旋回させる操作信号および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】
前記残り旋回角度の旋回に要する必要旋回時間を特定する旋回時間特定部と、
前記バケット位置の高さが前記干渉回避位置の高さに到達するまでの到達時間を特定する到達時間特定部と、
を備え、
前記タイミング決定部は、前記到達時間と前記必要旋回時間とに基づいて、前記旋回開始タイミングを決定する
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記バケット位置の高さが前記干渉回避位置の高さに到達するまでの到達時間を特定する到達時間特定部と、
前記到達時間で旋回可能な推定旋回角度を特定する角度推定部と
を備え、
前記タイミング決定部は、前記推定旋回角度と前記残り旋回角度とに基づいて、前記旋回開始タイミングを決定する
請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記残り旋回角度の旋回に要する必要旋回時間を特定する旋回時間特定部と、
前記必要旋回時間で前記バケット位置の高さが上昇可能な推定バケット高さを特定する高さ推定部と、
を備え、
前記タイミング決定部は、前記推定バケット高さと前記干渉回避位置の高さとに基づいて、前期旋回開始タイミングを決定する
請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを有する作業機とを備える積込機械の制御方法であって、
積込対象より高くかつ下方に前記積込対象が存在しないバケット位置である干渉回避位置を特定するステップと、
前記旋回中心から前記作業機へ伸びる直線と前記旋回中心から前記干渉回避位置へ伸びる直線とが上方からの平面視においてなす残り旋回角度と、前記干渉回避位置の高さとに基づいて、旋回開始タイミングを決定するステップと、
前記旋回開始タイミングに至っていない場合に、前記作業機の操作信号を出力するステップと、
前記旋回開始タイミングに至った場合に、前記旋回開始タイミングに至っていないときより速い旋回速度で前記旋回体を旋回させる操作信号および前記作業機の操作信号を出力するステップと、
を有する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積込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、積込機械の自動積込制御に関する技術が開示されている。特許文献１に記載の積込機械は、掘削開始位置、放土位置、および待機位置が予め教示され、積込機械の位置が当該教示位置データに合致するように、旋回体および作業機を作動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１１５２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、積込対象（例えば、運搬車両のベッセルや、ホッパなど）に土砂を積み込む場合、積込対象の上方において積込処理を行う必要がある。そのため、積込機械に自動積込をさせる場合、自動積込の過程においてバケットを積込対象の上方に自動移動させる必要がある。このとき、積込機械は、自動積込制御において作業機が積込対象の外殻に接触しないように、作業機及び旋回体を作動する必要がある。
本発明の目的は、積込対象の外殻に鑑みて自動積込を制御する積込機械の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】
本発明の第１の態様によれば、制御装置は、旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを有する作業機とを備える積込機械を制御する制御装置であって、積込対象より高くかつ下方に前記積込対象が存在しないバケット位置である干渉回避位置を特定する回避位置特定部と、前記旋回中心から前記作業機へ伸びる直線と前記旋回中心から前記干渉回避位置へ伸びる直線とが上方からの平面視においてなす残り旋回角度と、前記干渉回避位置の高さとに基づいて、旋回開始タイミングを決定するタイミング決定部と、前記旋回開始タイミングに至っていない場合に、前記作業機の操作信号を出力し、前記旋回開始タイミングに至った場合に、前記旋回開始タイミングに至っていないときより速い旋回速度で前記旋回体を旋回させる操作信号および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、制御装置は、積込対象の外殻に鑑みて自動積込を制御することができる。
【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】第１の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。
【図６】到達時間と必要旋回時間との関係を示す図である。
【図７】第２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８】第２の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】第３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１０】第３の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】第４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１２】第４の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】第４の実施形態に係る制御装置の動作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、土砂を運搬車両などの積込対象２００へ積込むため作業機械である。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はフェイスショベルであるが、バックホウショベルやロープショベルであってもよい。積込対象２００の例としては、運搬車両やホッパなどが挙げられる。
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、旋回中心を中心として走行体１１０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、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、ブーム角度センサ１３７と、アーム角度センサ１３８と、バケット角度センサ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、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂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、ブーム１３１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に取り付けられる。
【００１２】
ブーム角度センサ１３７は、ブーム１３１に取り付けられ、ブーム１３１の傾斜角を検出する。
アーム角度センサ１３８は、アーム１３２に取り付けられ、アーム１３２の傾斜角を検出する。
バケット角度センサ１３９は、バケット１３３に取り付けられ、バケット１３３の傾斜角を検出する。
第１の実施形態に係るブーム角度センサ１３７、アーム角度センサ１３８、およびバケット角度センサ１３９は、地平面に対する傾斜角を検出する。なお、他の実施形態に係る角度センサはこれに限られず、他の基準面に対する傾斜角を検出してもよい。例えば、他の実施形態においては、角度センサは、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の基端部に設けられたポテンショメータによって相対回転角を検出してもよいし、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のシリンダ長さを計測し、シリンダ長さを角度に変換することで傾斜角を検出するものであってもよい。
【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三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、ブームシリンダ１３４の操作信号、アームシリンダ１３５の操作信号、バケットシリンダ１３６の操作信号、旋回体１２０の左右への旋回操作信号、走行体１１０の前後進のための走行操作信号を生成し、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に自動積込制御を開始させるための積込指示信号を生成し、制御装置１２８に出力する。積込指示信号は、バケット１３３の自動移動の開始指示の一例である。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。積込指示信号はスイッチの操作により生成される。例えば、スイッチが押下されたときに、積込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、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）測距装置などが挙げられる。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、対象物の三次元位置を、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積込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、旋回モータ１２９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。
【００１６】
傾斜計測器１２６は、旋回体１２０の加速度および角速度（旋回速度）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、ピッチ角、ヨー角）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旋回モータ１２９、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旋回モータ１２９、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、旋回モータ１２９、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、旋回体１２０と作業機１３０とは共通の油圧装置１２７から供給される作動油によって駆動する。そのため、旋回体１２０と作業機１３０とが作動しているときにブームシリンダ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流量は、作業機１３０のみが作動しているときにブームシリンダ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流量より少なくなる。
【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】
旋回モータ１２９は、旋回体１２０を旋回させるための油圧モータである。旋回モータ１２９は、油圧装置１２７から供給される作動油によって作動する。
【００２０】
《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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、積込位置特定部１１０５、回避位置特定部１１０６、残り旋回角度特定部１１０７、旋回時間特定部１１０８、到達時間特定部１１０９、タイミング決定部１１１０、操作信号生成部１１１１、操作信号出力部１１１２を備える。
【００２３】
車両情報取得部１１０１は、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、走行体１１０の走行速度、ならびに旋回体１２０の姿勢を取得する。以下、車両情報取得部１１０１が取得する積込機械１００に係る情報を車両情報とよぶ。
【００２４】
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、積込対象２００の位置および形状を特定する。
【００２５】
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の操作信号、アーム１３２の操作信号、バケット１３３の操作信号、旋回体１２０の旋回操作信号、走行体１１０の走行操作信号、および積込機械１００の積込指示信号が含まれる。
【００２６】
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アーム１３２の先端の位置Ｐおよびアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂを特定する。バケット１３３の最下点とは、バケット１３３の外形のうち地表面からの距離が最も短い点をいう。特に、バケット位置特定部１１０４は、積込指示信号の入力を受け付けたときのアーム１３２の先端の位置Ｐを掘削完了位置Ｐ１０として特定する。図３は、第１の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。具体的には、バケット位置特定部１１０４は、ブーム１３１の傾斜角と既知のブーム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の長さの垂直方向成分および水平方向成分を求める。同様に、バケット位置特定部１１０４は、アーム１３２の長さの垂直方向成分および水平方向成分を求める。バケット位置特定部１１０４は、積込機械１００の位置から、積込機械１００の方位および姿勢から特定される方向に、ブーム１３１およびアーム１３２の長さの垂直方向成分の和および水平方向成分の和だけ離れた位置を、アーム１３２の先端の位置Ｐ（図１に示すアーム１３２の先端部のピンの位置Ｐ）として特定する。また、バケット位置特定部１１０４は、バケット１３３の傾斜角と既知のバケット１３３の形状とに基づいて、バケット１３３の鉛直方向の最下点を特定し、アーム１３２の先端から最下点までの高さＨｂを特定する。
【００２７】
積込位置特定部１１０５は、操作信号入力部１１０３に積込指示信号が入力された場合に、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、積込位置Ｐ１３を特定する。積込位置特定部１１０５は、車両情報取得部１１０１が取得した旋回体１２０の位置、方位および姿勢に基づいて積込対象２００の位置情報が示す積込点Ｐ２１を現場座標系からショベル座標系に変換する。積込位置特定部１１０５は、特定した積込点Ｐ２１から、積込機械１００の旋回体１２０の向く方向にバケット１３３の中心からアーム１３２の先端までの距離Ｄ１だけ離れた位置を、積込位置Ｐ１３の平面位置として特定する。つまり、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に位置するとき、バケット１３３の中心は積込点Ｐ２１に位置することとなる。したがって、制御装置１２８は、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３へ移動するように制御することで、バケット１３３の中心を積込点Ｐ２１に移動させることができる。積込位置特定部１１０５は、積込対象２００の高さＨｔに、バケット位置特定部１１０４が特定したアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂと、バケット１３３の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定する。なお、他の実施形態においては、積込位置特定部１１０５は、制御余裕分の高さを加算せずに積込位置Ｐ１３を特定してもよい。すなわち、積込位置特定部１１０５は、高さＨｔに高さＨｂを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定してもよい。
【００２８】
回避位置特定部１１０６は、積込位置特定部１１０５が特定した積込位置Ｐ１３と、車両情報取得部１１０１が取得した積込機械１００の位置と、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、作業機１３０が積込対象２００と干渉しない点である干渉回避位置Ｐ１２を特定する。干渉回避位置Ｐ１２は、積込位置Ｐ１３と同じ高さを有し、かつ旋回体１２０の旋回中心からの距離が、当該旋回中心から積込位置Ｐ１３までの距離と等しく、かつ下方に積込対象２００が存在しない位置である。つまり、干渉回避位置Ｐ１２は、積込対象２００より高くかつ下方に積込対象２００が存在しない位置である。
回避位置特定部１１０６は、例えば、旋回体１２０の旋回中心を中心とし、当該旋回中心と積込位置Ｐ１３との距離を半径とする円を特定し、当該円上の位置のうち、バケット１３３の外形が平面視で積込対象２００と干渉せず、かつ積込位置Ｐ１３に最も近い位置を、干渉回避位置Ｐ１２と特定する。回避位置特定部１１０６は、積込対象２００の位置および形状、ならびにバケット１３３の既知の形状に基づいて、積込対象２００とバケット１３３とが干渉するか否かを判定することができる。ここで、「同じ高さ」、「距離が等しい」とは、必ずしも高さまたは距離が完全に一致するものに限られず、多少の誤差やマージンが許容されるものとする。
【００２９】
残り旋回角度特定部１１０７は、旋回中心からアーム１３２の先端へ伸びる直線と旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２へ伸びる直線とが上方からの平面視においてなす残り旋回角度を特定する。なお、旋回中心からアーム１３２の先端へ伸びる直線と旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２へ伸びる直線とが上方からの平面視においてなす角度は、旋回中心からアーム１３２の先端へ伸びる直線の水平成分と旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２へ伸びる直線の水平成分とがなす角度、および旋回中心とアーム１３２の先端とを含む垂直面と旋回中心と干渉回避位置Ｐ１２とを含む垂直面とがなす角度と等しい。
【００３０】
旋回時間特定部１１０８は、残り旋回角度特定部１１０７が特定した残り旋回角度の旋回に要する必要旋回時間を特定する。旋回時間特定部１１０８は、予め旋回体１２０の旋回をモデル化しておき、残り旋回角度と、旋回体１２０を最大の動作量で作動させる操作信号を出力したときの旋回体１２０の加速度と、旋回体１２０の最高角速度とに基づいて、必要旋回時間を特定する。
【００３１】
到達時間特定部１１０９は、旋回体１２０と作業機１３０とが作動している場合にアーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さに到達するまでの到達時間を特定する。例えば、到達時間特定部１１０９は、以下の方法で到達時間を特定する。
到達時間特定部１１０９は、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２の高さに到達するときのブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５およびバケットシリンダ１３６の長さを特定する。到達時間特定部１１０９は、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の現在の長さと、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２の高さに到達するときのブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５およびバケットシリンダ１３６の長さとの差から、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２の高さに到達するまでに必要な作動油の体積を特定する。そして、到達時間特定部１１０９は、特定された作動油の体積を作業機１３０に供給される作動油の流量で除算することで、アーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さに到達するまでの到達時間を特定する。
なお、上記計算に用いられる作業機１３０に供給される作動油の流量は、作業機１３０のみが作動しているときに作業機１３０に供給される流量ではなく、旋回体１２０と作業機１３０とが作動しているときに作業機１３０に供給される流量である。すなわち、到達時間特定部１１０９は、旋回体１２０と作業機１３０とが作動しているときに油圧ポンプは旋回体１２０と作業機１３０との両方に作動油を供給しており、このとき油圧ポンプから作業機１３０側へ流れる作動油の流量を用いて、到達時間を特定する。当該流量は、例えば、平均的な作業時の実測値から求められた値であってもよいし、積込機械１００のエンジン馬力とポンプ圧とに基づいて算出された値であってもよいし、積込機械１００のエンジン回転数とポンプ容量とに基づいて算出された値であってもよいし、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の速度から算出された値であってもよい。
【００３２】
タイミング決定部１１１０は、旋回時間特定部１１０８が特定した必要旋回時間と、到達時間特定部１１０９が特定した到達時間とに基づいて、旋回開始タイミングを決定する。具体的には、タイミング決定部１１１０は、到達時間が必要旋回時間未満になったときに、その時点を旋回開始タイミングに決定する。なお、旋回開始タイミングにおいては、アーム１３２の先端は、旋回開始位置Ｐ１１に位置することとなる。
【００３３】
操作信号生成部１１１１は、操作信号入力部１１０３が積込指示信号の入力を受け付けた場合に、積込位置特定部１１０５が特定した積込位置Ｐ１３、回避位置特定部１１０６が特定した干渉回避位置Ｐ１２、およびタイミング決定部１１１０が決定する旋回開始タイミングに基づいて、バケット１３３を積込位置Ｐ１３まで移動させるための操作信号を生成する。すなわち、操作信号生成部１１１１は、掘削完了位置Ｐ１０から、旋回開始位置Ｐ１１および干渉回避位置Ｐ１２を経由して、積込位置Ｐ１３に到達するように、操作信号を生成する。操作信号生成部１１１１が生成する操作信号は旋回体１２０の操作信号と作業機１３０の操作信号を含む。旋回体１２０の操作信号は旋回モータ１２９を駆動するための旋回操作信号であり、作業機１３０の操作信号は、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の少なくとも１つを伸縮して作業機１３０を作動させるための（作業機）操作信号である。また、操作信号生成部１１１１は、ブーム１３１およびアーム１３２が駆動してもバケット１３３の対地角度が変化しないように、バケット１３３の操作信号を生成する。また、操作信号生成部１１１１は積込位置Ｐ１３到達後に積込動作をさせる操作信号を生成する。
【００３４】
操作信号出力部１１１２は、操作信号入力部１１０３に入力された操作信号、または操作信号生成部１１１１が生成した操作信号を、油圧装置１２７に出力する。なお、操作信号生成部１１１１は、旋回開始タイミングに至っていない場合に旋回体１２０の操作信号を生成せずに作業機１３０の操作信号を生成し、旋回開始タイミングに至った場合に、旋回体１２０の操作信号および作業機１３０の操作信号を生成する。したがって、操作信号出力部１１１２は、旋回開始タイミングに至っていない場合に、旋回体１２０の操作信号を出力せずに作業機１３０の操作信号を出力し、旋回開始タイミングに至った場合に、旋回体１２０の操作信号および作業機１３０の操作信号を出力する。
【００３５】
《動作》
積込機械１００のオペレータは、積込機械１００と積込対象２００とが積込処理可能な位置関係にあると判断すると、操作装置１２３のスイッチをＯＮにする。これにより、操作装置１２３は、積込指示信号を生成し出力する。
【００３６】
図４−図５は、第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。制御装置１２８は、オペレータから積込指示信号の入力を受け付けると、図４−図５に示す自動積込制御を実行する。
【００３７】
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の姿勢および旋回速度を取得する（ステップＳ１）。車両情報取得部１１０１は、取得した旋回体１２０の位置および方位に基づいて、旋回体１２０の旋回中心の位置を特定する（ステップＳ２）。また検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から、積込対象２００の三次元位置情報を取得し、三次元位置情報から積込対象２００の位置および形状を特定する（ステップＳ３）。
【００３８】
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、積込指示信号の入力時のアーム１３２の先端の位置Ｐ、およびアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂを特定する（ステップＳ４）。バケット位置特定部１１０４は、当該位置Ｐを掘削完了位置Ｐ１０と特定する。
【００３９】
積込位置特定部１１０５は、ステップＳ１で取得した旋回体１２０の位置、方位および姿勢に基づいて検出情報取得部１１０２が取得した積込対象２００の位置情報を現場座標系からショベル座標系に変換する。積込位置特定部１１０５は、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、積込位置Ｐ１３の平面位置を特定する（ステップＳ５）。このとき、積込位置特定部１１０５は、積込対象２００の高さＨｔに、ステップＳ４で特定したアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂと、バケット１３３の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定する（ステップＳ６）。
【００４０】
回避位置特定部１１０６は、旋回中心から積込位置Ｐ１３までの平面距離を特定する（ステップＳ７）。回避位置特定部１１０６は、旋回中心から特定した平面距離だけ離れた位置であって、バケット１３３の外形が平面視で積込対象２００と干渉せず、かつ積込位置Ｐ１３から最も近い位置を、干渉回避位置Ｐ１２として特定する（ステップＳ８）。
【００４１】
操作信号生成部１１１１は、アーム１３２の先端の位置Ｐが積込位置Ｐ１３に至ったか否かを判定する（ステップＳ９）。アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至っていない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、操作信号生成部１１１１は、アーム１３２の先端の位置が干渉回避位置Ｐ１２の近傍にあるか否かを判定する（ステップＳ１０）。例えば、操作信号生成部１１１１は、アーム１３２の先端の高さと干渉回避位置Ｐ１２の高さとの差が所定の閾値未満であり、または旋回体１２０の旋回中心からアーム１３２の先端までの平面距離と旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの平面距離との差が所定の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
【００４２】
アーム１３２の先端の位置が干渉回避位置Ｐ１２の近傍にない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、操作信号生成部１１１１は、アーム１３２の先端を干渉回避位置Ｐ１２まで移動させるブーム１３１およびアーム１３２の操作信号を生成する（ステップＳ１１）。このとき、操作信号生成部１１１１は、ブーム１３１およびアーム１３２の位置および速度に基づいて、操作信号を生成する。また、操作信号生成部１１１１は、アーム１３２の先端の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ１２の近傍に位置する場合に、制動時に作業機１３０に掛かる衝撃を軽減するために、操作量を所定の変化率に従って減少させてもよい。操作量の変化率は、変化率ａｗに応じた値となる。
【００４３】
また操作信号生成部１１１１は、生成したブーム１３１およびアーム１３２の操作信号に基づいてブーム１３１およびアーム１３２の角速度の和を算出し、当該角速度の和と同じ速度でバケット１３３を回動させる操作信号を生成する（ステップＳ１２）。これにより、操作信号生成部１１１１は、バケット１３３の対地角を保持する操作信号を生成することができる。なお、他の実施形態においては、操作信号生成部１１１１は、ブーム角度センサ１３７、アーム角度センサ１３８およびバケット角度センサ１３９の検出値より算出されるバケット１３３の対地角度が、自動制御開始時の対地角度と等しくなるようにバケット１３３を回動させる操作信号を生成してもよい。
【００４４】
アーム１３２の先端の位置が干渉回避位置Ｐ１２の近傍にある場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、操作信号生成部１１１１は、作業機１３０を駆動する操作信号を生成しない。つまり、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作信号を生成しない。
【００４５】
操作信号生成部１１１１は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。すなわち、操作信号生成部１１１１は、旋回体１２０が旋回中であるか否かを判定する。
旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満である場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、到達時間特定部１１０９は、アーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さに到達するまでの到達時間を特定する（ステップＳ１４）。次に、残り旋回角度特定部１１０７は、ステップＳ２で特定された旋回中心に基づいて、旋回中心からアーム１３２の先端へ伸びる直線と、旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２へ伸びる直線とがなす残り旋回角度を特定する（ステップＳ１５）。旋回時間特定部１１０８は、残り旋回角度特定部１１０７が特定した残り旋回角度の旋回に要する必要旋回時間を特定する（ステップＳ１６）。次に、タイミング決定部１１１０は、到達時間特定部１１０９が特定した到達時間が、旋回時間特定部１１０８が特定した必要旋回時間未満であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。
【００４６】
到達時間が必要旋回時間以上である場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、タイミング決定部１１１０は、現在時刻が旋回開始タイミングに至っていないと判定する（ステップＳ１８）。現在時刻が旋回開始タイミングに至っていない場合、操作信号生成部１１１１は、旋回操作信号を生成しない。
他方、到達時間が必要旋回時間未満である場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、タイミング決定部１１１０は、現在時刻が旋回開始タイミングに至ったと判定する（ステップＳ１９）。現在時刻が旋回開始タイミングに至った場合、操作信号生成部１１１１は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ２０）。
【００４７】
旋回体１２０の旋回速度が所定速度以上である場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、操作信号生成部１１１１は、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に到達することになるか否かを判定する（ステップＳ２１）。なお、旋回体１２０は、旋回操作信号の出力の停止後、減速しながらも慣性により旋回し続け、その後停止する。現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に到達することになる場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、操作信号生成部１１１１は、旋回操作信号を生成しない。これにより、旋回体１２０は減速を始める。
他方、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３より手前で停止することになる場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、操作信号生成部１１１１は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ２２）。
【００４８】
ステップＳ９からステップＳ２２の処理でブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作信号、並びに旋回体１２０の旋回操作信号の少なくともいずれか１つを生成すると、操作信号出力部１１１２は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ２３）。そして、車両情報取得部１１０１は、車両情報を取得する（ステップＳ２４）。これにより、車両情報取得部１１０１は、出力した操作信号によって駆動した後の車両情報を取得することができる。制御装置１２８は、処理をステップＳ９に戻し、操作信号の生成を繰り返し実行する。
【００４９】
他方、ステップＳ９にて、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至っている場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、操作信号生成部１１１１は操作信号を生成しない。したがって、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至ると、作業機１３０および旋回体１２０は停止する。アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至っている場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、すなわちステップＳ９からステップＳ２２の処理で操作信号生成部１１１１が操作信号を生成しておらず、かつ作業機１３０および旋回体１２０が静止している場合、操作信号生成部１１１１は、バケット１３３に積込動作をさせる操作信号を生成する（ステップＳ２５）。バケット１３３に積込動作をさせる操作信号の例としては、バケット１３３を排土方向に回動させる操作信号や、バケット１３３がクラムバケットである場合におけるクラムシェルを開く操作信号が挙げられる。操作信号出力部１１１２は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ２６）。そして、制御装置１２８は、自動積込制御を終了する。
【００５０】
ここで、図３および図６を用いて、自動積込制御時の積込機械１００の動作について説明する。図６は、到達時間と必要旋回時間との関係を示す図である。
自動積込制御が開始されると、ブーム１３１およびアーム１３２は、掘削完了位置Ｐ１０から旋回開始位置Ｐ１１へ向けて上昇する。このとき、バケット１３３は、掘削終了時の対地角度を維持するように駆動する。
【００５１】
図６に示すように、到達時間特定部１１０９は干渉回避位置Ｐ１２の高さまでの到達時間ｔｗを特定し、旋回時間特定部１１０８は必要旋回時間ｔｓ＿ａｖｏｉｄを特定し、タイミング決定部１１１０は到達時間ｔｗが必要旋回時間ｔｓ＿ａｖｏｉｄ未満になったか否かを判定する。必要旋回時間ｔｓ＿ａｖｏｉｄは、図６に示すように、旋回体１２０が残り旋回角度θｓ＿ａｖｏｉｄだけ旋回するのに要する時間である。
【００５２】
図６に示すように、到達時間ｔｗは、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２の高さに到達するために作業機１３０に供給する必要がある作動油の体積Ｖｒｅｓｔと、作業機１３０および旋回体１２０の作動時に作業機１３０に供給される作動油の最大流量Ｑｗ（体積の一階微分値）と、停止時の衝撃を抑えるために設定される流量の変化率ａｗ（体積の二階微分値）とに基づいて求めることができる。具体的には、到達時間ｔｗ、作動油の体積Ｖｒｅｓｔ、作動油の最大流量Ｑｗ、および流量の変化率ａｗは、以下に示す式（１）を満たす。
【００５３】
Ｖｒｅｓｔ＋（Ｑｗ２／２ａｗ）＝Ｑｗｔｗ・・・（１）
【００５４】
到達時間ｔｗが必要旋回時間ｔｓ＿ａｖｏｉｄ未満になると、アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１に到達したと特定されて、旋回体１２０は積込位置Ｐ１３へ向けて旋回を開始する。このとき、アーム１３２の先端は干渉回避位置Ｐ１２の高さに至っていないため、ブーム１３１およびアーム１３２の上昇は継続される。またこのとき、図３に示すように、旋回中心からアーム１３２の先端（位置Ｐ１０ａ、位置Ｐ１０ｂ）までの距離が、旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの距離と異なる場合、制御装置１２８は、旋回中心からアーム１３２の先端までの距離が旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの距離と等しくなるように、作業機１３０を旋回半径方向にも移動させる。アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１から干渉回避位置Ｐ１２へ移動する途中で、アーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２と等しくなるように、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３は減速する。
【００５５】
アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２にくると、作業機１３０の駆動は停止する。一方、旋回体１２０は旋回を継続する。すなわち、干渉回避位置Ｐ１２から積込位置Ｐ１３までの間、アーム１３２の先端は、作業機１３０の駆動によらず、旋回体１２０の旋回のみにより移動する。アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１から積込位置Ｐ１３へ移動する途中で、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３と等しくなるように、旋回体１２０は減速する。
【００５６】
アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３にくると、作業機１３０および旋回体１２０の駆動は停止する。その後、バケット１３３が積込動作を実行する。
【００５７】
上述の自動積込制御により、積込機械１００は、バケット１３３がすくった土砂を自動的に積込対象２００に積込することができる。オペレータは、作業機１３０による掘削と、積込指示信号の入力による自動積込制御とを、積込対象２００の積載量が最大積載量を超えない程度に繰り返し実行する。
【００５８】
《作用・効果》
第１の実施形態に係る積込機械１００の制御装置１２８は、干渉回避位置Ｐ１２までの残り旋回角度と干渉回避位置Ｐ１２の高さとに基づいて、旋回開始タイミングを決定する。制御装置１２８は、現在時刻が旋回開始タイミングに至っていない場合に、旋回体１２０の操作信号を出力せずに作業機１３０の操作信号を出力する。他方、制御装置１２８は、現在時刻が旋回開始タイミングに至った場合に、旋回体１２０の操作信号および作業機１３０の操作信号を出力する。
作業機１３０が干渉回避位置Ｐ１２の高さまで上昇する前に、上方からの平面視における作業機１３０の位置が干渉回避位置Ｐ１２に至ると、作業機１３０が積込対象２００の側面に当たる可能性がある。そのため、制御装置１２８は、上記の制御により、作業機１３０が干渉回避位置Ｐ１２の高さまで上昇する前に、上方からの平面視における作業機１３０の位置が干渉回避位置Ｐ１２に至らないよう、旋回開始タイミングを制御することで、作業機１３０が積込対象２００に当たることを防ぐことができる。
【００５９】
〈第２の実施形態〉
第１の実施形態に係る制御装置１２８は、残り旋回角度の旋回に要する必要旋回時間と、作業機１３０の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さに到達するまでの到達時間とに基づいて、旋回開始タイミングを決定する。これに対し、第２の実施形態は、他の方法で旋回開始タイミングを決定する。
【００６０】
《制御装置の構成》
図７は、第２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。
第２の実施形態に係る制御装置１２８は、第１の実施形態の構成のうち、旋回時間特定部１１０８に代えて、角度推定部１１１３を備える。また、第２の実施形態に係るタイミング決定部１１１０は、第１の実施形態と異なる方法で旋回開始タイミングを決定する。
【００６１】
角度推定部１１１３は、到達時間特定部１１０９が特定した到達時間で旋回可能な推定旋回角度を特定する。角度推定部１１１３は、例えば、予め旋回体１２０の旋回をモデル化しておき、旋回体１２０を最大の動作量で作動させる操作信号を出力したときの旋回体１２０の加速度と、旋回体１２０の最高角速度とに基づいて、推定旋回角度を特定する。なお、角度推定部１１１３は、到達時間と推定旋回角度とを予め関連付けたテーブルを参照して、推定旋回角度を特定してもよい。
【００６２】
タイミング決定部１１１０は、残り旋回角度特定部１１０７が特定した残り旋回角度と、角度推定部１１１３が特定した推定旋回角度とに基づいて、旋回開始タイミングを決定する。具体的には、タイミング決定部１１１０は、推定旋回角度が残り旋回角度未満になったときに、その時点を旋回開始タイミングに決定する。
【００６３】
《動作》
図８は、第２の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
第２の実施形態に係る制御装置１２８は、第１の実施形態におけるステップＳ１６およびステップＳ１７に代えて、以下のステップＳ１０１およびステップＳ１０２を実行する。
【００６４】
ステップＳ１５で、残り旋回角度特定部１１０７が残り旋回角度を特定すると、角度推定部１１１３は、ステップＳ１４で到達時間特定部１１０９が特定した到達時間で旋回可能な推定旋回角度を特定する（ステップＳ１０１）。次に、タイミング決定部１１１０は、推定旋回角度が残り旋回角度未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００６５】
推定旋回角度が残り旋回角度以上である場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、タイミング決定部１１１０は、現在時刻が旋回開始タイミングに至っていないと判定する（ステップＳ１８）。他方、推定旋回角度が残り旋回角度未満である場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、タイミング決定部１１１０は、現在時刻が旋回開始タイミングに至ったと判定する（ステップＳ１９）。
以降、制御装置１２８は、第１の実施形態と同様の処理を実行する。
【００６６】
《作用・効果》
このように、第２の実施形態に係る積込機械１００の制御装置１２８は、第１の実施形態と同様に、作業機１３０が干渉回避位置Ｐ１２の高さまで上昇する前に、上方からの平面視における作業機１３０の位置が干渉回避位置Ｐ１２に至らないよう、旋回開始タイミングを制御することで、作業機１３０が積込対象２００に当たることを防ぐことができる。
【００６７】
〈第３の実施形態〉
第３の実施形態は、第１の実施形態および第２の実施形態と異なる方法で旋回開始タイミングを決定する。
【００６８】
《制御装置の構成》
図９は、第３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。
第３の実施形態に係る制御装置１２８は、第１の実施形態の構成のうち、到達時間特定部１１０９に代えて、高さ推定部１１１４を備える。また、第３の実施形態に係るタイミング決定部１１１０は、第１の実施形態と異なる方法で旋回開始タイミングを決定する。
【００６９】
高さ推定部１１１４は、旋回時間特定部１１０８が特定した必要旋回時間でバケット１３３が上昇可能な推定バケット高さを特定する。高さ推定部１１１４は、例えば、予め作業機１３０の動作をモデル化しておき、作業機１３０を最大の動作量で作動させる操作信号を出力したときの作業機１３０の上昇速度に基づいて、推定バケット高さを特定する。なお、高さ推定部１１１４は、旋回時間と推定バケット高さとを予め関連付けたテーブルを参照して、推定バケット高さを特定してもよい。
【００７０】
タイミング決定部１１１０は、回避位置特定部１１０６が特定した干渉回避位置Ｐ１２の高さと、高さ推定部１１１４が特定した推定バケット高さとに基づいて、旋回開始タイミングを決定する。具体的には、タイミング決定部１１１０は、推定バケット高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さ以上になったときに、その時点を旋回開始タイミングに決定する。
【００７１】
《動作》
図１０は、第３の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
第３の実施形態に係る制御装置１２８は、第１の実施形態におけるステップＳ１４からステップＳ１７に代えて、以下のステップＳ１５１からステップＳ１５４を実行する。
【００７２】
ステップＳ１３で、旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満であると判定された場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、残り旋回角度特定部１１０７は、ステップＳ２で特定された旋回中心に基づいて、旋回中心からアーム１３２の先端へ伸びる直線と、旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２へ伸びる直線とがなす残り旋回角度を特定する（ステップＳ１５１）。旋回時間特定部１１０８は、残り旋回角度特定部１１０７が特定した残り旋回角度の旋回に要する必要旋回時間を特定する（ステップＳ１５２）。高さ推定部１１１４は、旋回時間特定部１１０８が特定した必要旋回時間でバケット１３３が上昇可能な推定バケット高さを特定する（ステップＳ１５３）。
【００７３】
次に、タイミング決定部１１１０は、高さ推定部１１１４が特定した推定バケット高さが、干渉回避位置Ｐ１２の高さ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５４）。推定バケット高さが、干渉回避位置Ｐ１２の高さ未満である場合（ステップＳ１５４：ＮＯ）、タイミング決定部１１１０は、現在時刻が旋回開始タイミングに至っていないと判定する（ステップＳ１８）。他方、推定バケット高さが、干渉回避位置Ｐ１２の高さ以上である場合（ステップＳ１５４：ＹＥＳ）、タイミング決定部１１１０は、現在時刻が旋回開始タイミングに至ったと判定する（ステップＳ１９）。
以降、制御装置１２８は、第１の実施形態と同様の処理を実行する。
【００７４】
《作用・効果》
このように、第３の実施形態に係る積込機械１００の制御装置１２８は、第１の実施形態および第２の実施形態と同様に、作業機１３０が干渉回避位置Ｐ１２の高さまで上昇する前に、上方からの平面視における作業機１３０の位置が干渉回避位置Ｐ１２に至らないよう、旋回開始タイミングを制御することで、作業機１３０が積込対象２００に当たることを防ぐことができる。
【００７５】
〈第４の実施形態〉
第１から第３の実施形態に係る制御装置１２８は、積込指示信号の入力を受け付けたタイミングから旋回開始タイミングまでの間、残り旋回角度を継続的に算出し、これに基づいて旋回開始タイミングの判定を行う。これに対し、第４の実施形態に係る制御装置１２８は、オペレータから積込指示信号の入力を受け付けたときに、予め旋回開始タイミングを決定する。
【００７６】
《制御装置の構成》
図１１は、第４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。
第４の実施形態に係る制御装置１２８は、第１の実施形態の構成に加え、タイマ部１１１５をさらに備える。また、第４の実施形態に係るタイミング決定部１１１０は、第１の実施形態と異なる方法で旋回開始タイミングを決定する。
【００７７】
タイマ部１１１５は、時刻を計測する。すなわち、制御装置１２８は、タイマ部１１１５を参照することで現在時刻を特定することができる。
【００７８】
タイミング決定部１１１０は、積込指示信号の入力を受け付けたときに、到達時間特定部１１０９が特定した到達時間と旋回時間特定部１１０８が特定した必要旋回時間とに基づいて、旋回開始タイミングを決定する。具体的には、タイミング決定部１１１０は、積込指示信号の入力を受け付けた時刻より、到達時間と必要旋回時間の差の時間だけ後の時刻を、旋回開始タイミングに決定する。
タイミング決定部１１１０は、タイマ部１１１５が計測する時刻と旋回開始タイミングとを比較し、現在時刻が旋回開始タイミングに至ったか否かを判定する。
【００７９】
《動作》
図１２−１３は、第４の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
第４の実施形態に係る制御装置１２８は、第１の実施形態におけるステップＳ８とステップＳ９の間に、さらに、以下のステップＳ２０１からステップＳ２０６の処理を実行する。
【００８０】
ステップＳ８で、回避位置特定部１１０６が干渉回避位置Ｐ１２を特定すると、到達時間特定部１１０９は、アーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さに到達するまでの到達時間を特定する（ステップＳ２０１）。次に、残り旋回角度特定部１１０７は、ステップＳ２で特定された旋回中心に基づいて、旋回中心からアーム１３２の先端へ伸びる直線と、旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２へ伸びる直線とがなす残り旋回角度を特定する（ステップＳ２０２）。旋回時間特定部１１０８は、残り旋回角度特定部１１０７が特定した残り旋回角度の旋回に要する必要旋回時間を特定する（ステップＳ２０３）。次に、タイミング決定部１１１０は、到達時間特定部１１０９が特定した到達時間が、旋回時間特定部１１０８が特定した必要旋回時間未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。
【００８１】
到達時間が必要旋回時間未満である場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、タイミング決定部１１１０は、現在時刻を旋回開始タイミングに決定する（ステップＳ２０５）。これは、積込指示信号の入力を受け付けた直後に旋回体１２０を旋回させても、上方からの平面視における作業機１３０の位置が干渉回避位置Ｐ１２に至る前に、作業機１３０が干渉回避位置Ｐ１２の高さまで上昇できるためである。
他方、到達時間が必要旋回時間以上である場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、タイミング決定部１１１０は、現在時刻より到達時間と必要旋回時間の差の時間だけ後の時刻を、旋回開始タイミングに決定する（ステップＳ２０６）。
以降、制御装置１２８は、ステップＳ９からステップＳ１３まで、第１の実施形態と同様の処理を実行する。
【００８２】
ステップＳ１３において、旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満である場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、タイミング決定部１１１０は、タイマ部１１１５が計測する時刻を参照し、現在時刻が旋回開始タイミングに至っているか否かを判定する（ステップＳ２１１）。
現在時刻が旋回開始タイミングに至っていない場合（ステップＳ２１１：ＮＯ）、操作信号生成部１１１１は、旋回操作信号を生成しない。
他方、現在時刻が旋回開始タイミングに至っている場合（ステップＳ２１１：ＹＥＳ）、操作信号生成部１１１１は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ２１２）。
【００８３】
ステップＳ１３において旋回体１２０の旋回速度が所定速度以上である場合（ステップＳ１３：ＮＯ）の処理、およびステップＳ２３以降の処理については、第１の実施形態と同様である。
【００８４】
《作用・効果》
このように、第４の実施形態に係る積込機械１００の制御装置１２８は、第１から第３の実施形態と同様に、作業機１３０が干渉回避位置Ｐ１２の高さまで上昇する前に、上方からの平面視における作業機１３０の位置が干渉回避位置Ｐ１２に至らないよう、旋回開始タイミングを制御することで、作業機１３０が積込対象２００に当たることを防ぐことができる。
なお、第４の実施形態に係る制御装置１２８は、第１の実施形態と同様に、到達時間と必要旋回時間とに基づいて、旋回開始タイミングを決定するが、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、積込指示信号の入力を受け付けたときに、第３の実施形態と同様に推定バケット高さと干渉回避位置とに基づいて旋回開始タイミングを決定してもよい。
【００８５】
〈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、上述の実施形態に係る積込機械１００は、検出装置１２４が検出した積込対象２００の三次元位置に基づいて積込位置Ｐ１３および干渉回避位置Ｐ１２を特定するが、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、オペレータによって入力された積込対象２００の座標に基づいて積込位置Ｐ１３および干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。積込機械１００が運転席１２２にタッチパネルなどの入力装置を備える場合、オペレータが当該入力装置に積込対象２００の座標を入力することで、制御装置１２８が積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。また例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、オペレータの手動操作による１杯目の積込対象２００への積込操作を記憶し、当該積込操作に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。
また他の実施形態において、積込対象２００が固定されている場合、積込機械１００は、既知の積込対象２００の位置に基づいて積込位置Ｐ１３および干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。例えば、積込対象２００がＧＮＳＳなどの自車位置特定機能を有する運搬車両である場合、積込機械１００は、積込場所に停車した積込対象２００から位置および方位を示す情報を取得し、当該情報に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。
【００８６】
また、他の実施形態に係る制御装置１２８は、積込対象２００の高さまたは型番と、積込指示信号の入力を受け付けたときの残り旋回角度とに関連付けて旋回開始タイミングを予め記憶しておき、積込対象２００の高さまたは型番と積込指示信号の入力を受け付けたときの残り旋回角度とに基づいて旋回開始タイミングを決定してもよい。
【００８７】
また、他の実施形態に係る制御装置１２８は、旋回開始タイミングを、旋回を開始するときの作業機１３０の高さとして特定してもよい。例えば、制御装置１２８は、積込指示信号の入力を受け付けたときの残り旋回角度に関連付けて、旋回を開始するときの作業機１３０の高さを予め記憶しておき、作業機１３０の高さが、残り旋回角度に関連付けられた高さになったときに、旋回体１２０の旋回を開始させてもよい。
【００８８】
また、上述した実施形態に係る制御装置１２８は、旋回開始タイミングより前に旋回体１２０を旋回させないが、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、旋回開始タイミングより前に低速で旋回体１２０を旋回させていてもよい。つまり、制御装置１２８は、旋回開始タイミング以降、旋回開始タイミングより前より速い旋回速度で旋回体１２０を旋回させればよい。
【符号の説明】
【００８９】
１００…積込機械  １１０…走行体  １２０…旋回体  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  １３０…作業機  １１０１…車両情報取得部  １１０２…検出情報取得部  １１０３…操作信号入力部  １１０４…バケット位置特定部  １１０５…積込位置特定部  １１０６…回避位置特定部  １１０７…残り旋回角度特定部  １１０８…旋回時間特定部  １１０９…到達時間特定部  １１１０…タイミング決定部  １１１１…操作信号生成部  １１１２…操作信号出力部  １１１３…角度推定部  １１１４…高さ推定部  １１１５…タイマ部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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