(57)【要約】  作業機械の制御システムは、作業機械の操舵輪を操作する操舵装置と、前記作業機械の方位に関する情報である第１方位角を検出する姿勢検出器と、前記操舵装置の操舵角を検出する操舵角検出器と、前記操舵角検出器によって検出された前記操舵角を用いて前記作業機械の第２方位角を求める方位角演算部と、前記第１方位角又は前記第２方位角のいずれかを用いて前記操舵装置を制御する車両制御部と、を含み、前記第１方位角又は前記第２方位角のいずれかを切り替え可能に前記車両制御部に送信する。
2016060283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の操舵輪を操作する操舵装置と、
前記作業機械の方位に関する情報である第１方位角を検出する姿勢検出器と、
前記操舵装置の操舵角を検出する操舵角検出器と、
前記操舵角検出器によって検出された前記操舵角を用いて前記作業機械の第２方位角を求める方位角演算部と、
前記第１方位角及び前記第２方位角の少なくとも一方に基づいて前記操舵装置を制御する車両制御部と、を含み、
前記車両制御部は、前記姿勢検出器が使用できない場合、前記第２方位角に基づいて前記操舵装置を制御する、作業機械の制御システム。
【請求項２】
前記第１方位角又は前記第２方位角のいずれかが切り替えられて前記車両制御部に入力される、請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項３】
前記車両制御部は、
前記姿勢検出器が使用できる場合、前記第１方位角を用いて前記作業機械の前記操舵装置を制御する、請求項１又は請求項２に記載の作業機械の制御システム。
【請求項４】
前記作業機械に備えられて前記作業機械の位置を検出する位置検出器と、
前記位置検出器によって求められた前記作業機械の位置を用いて、前記第２方位角を補正する補正量を求めて出力する補正部と、を含み、
前記車両制御部は、
前記第１方位角又は補正後の前記第２方位角を用いて前記操舵装置を制御する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
【請求項５】
前記補正部は、
前記作業機械の走行速度に基づいて前記補正量を変更する、
請求項４に記載の作業機械の制御システム。
【請求項６】
前記車両制御部は、前記姿勢検出器が使用できる場合、前記第１方位角を用いて前記鉱山機械の前記操舵装置を制御し、前記姿勢検出器が使用できない場合、補正後の前記第２方位角を用いて前記操舵装置を制御する、請求項４又は請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項７】
前記車両制御部は、前記姿勢検出器が使用できない場合、前記作業機械の制動装置を制御して前記作業機械を停止させる、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の作業機械の制御システムを含む、
作業機械。
【請求項９】
請求項８に記載の作業機械に前記作業機械の目標走行速度及び前記作業機械の目標走行経路を含む走行条件情報を出力する管理装置を含む、
作業機械の管理システム。
【請求項１０】
作業機械の方位に関する情報である第１方位角を検出するステップと、
前記作業機械の操舵装置の操舵角に基づいて前記作業機械の第２方位角を求めるステップと、
前記第１方位角が検出できない場合、前記第２方位角に基づいて前記操舵装置を制御するステップと、
を含む、作業機械の制御方法。
【請求項１１】
作業機械の姿勢を検出する姿勢検出器が使用できるか否かを判定することと、
前記姿勢検出器が使用できる場合は、前記姿勢検出器によって検出された前記作業機械の方位に関する情報である第１方位角を用いて前記作業機械の前記操舵装置を制御し、前記姿勢検出器が使用できない場合は、前記作業機械の操舵装置の操舵角を用いて得られた前記作業機械の第２方位角を用いて前記操舵装置を制御することと、
を含む、作業機械の制御方法。
【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、作業機械、作業機械の管理システム及び作業機械の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱山の採掘現場では、油圧ショベル及びダンプトラック等、様々な鉱山機械が稼働する。設定された目標走行経路に沿って鉱山を走行するように制御される無人の鉱山機械が知られている。このような無人の鉱山機械は、例えば、鉱山機械の方位を検出する装置によって検出された情報を用いた推測航法によって自律走行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３１９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、非常停止指令が検出された場合、車体姿勢検出部で得られた車体の向きと所望の進行方向とのズレに基づいて、車体の向きを所望の進行方向に近づくように修正する技術が記載されている。しかし、特許文献１に記載された技術では、車体姿勢検出部に不具合が発生した場合、車体の向きを修正できない可能性がある。無人の鉱山機械を含む無人の作業機械においては、作業機械に搭載された、方位を検出する装置に不具合があった場合でも、操舵装置を制御して目標走行経路から大きく外れないで走行できることが望まれている。【０００５】
本発明の態様は、設定された目標走行経路に沿って鉱山を走行するように制御される無人の作業機械において、作業機械に搭載された、方位を検出する装置に不具合があった場合であっても、作業機械が目標走行経路から大きく外れることを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、作業機械の操舵輪を操作する操舵装置と、前記作業機械の方位に関する情報である第１方位角を検出する姿勢検出器と、前記操舵装置の操舵角を検出する操舵角検出器と、前記操舵角検出器によって検出された前記操舵角を用いて前記作業機械の第２方位角を求める方位角演算部と、前記第１方位角及び前記第２方位角の少なくとも一方に基づいて前記操舵装置を制御する車両制御部と、を含み、前記姿勢検出器が使用できない場合、前記第２方位角に基づいて前記操舵装置を制御する作業機械の制御システムが提供される。【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、第１の態様において、前記第１方位角又は前記第２方位角のいずれかが切り替えられて前記車両制御部に入力される、作業機械の制御システムが提供される。【０００８】
本発明の第３の態様に従えば、第１の態様又は第２の態様において、前記車両制御部は、前記姿勢検出器が使用できる場合、前記第１方位角を用いて前記作業機械の前記操舵装置を制御し、前記姿勢検出器が使用できない場合、前記第２方位角を用いて前記操舵装置を制御する作業機械の制御システムが提供される。【０００９】
本発明の第４の態様に従えば、第１の態様から第３の態様のいずれか１つにおいて、前記作業機械に備えられて前記作業機械の位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器によって求められた前記作業機械の位置を用いて、前記第２方位角を補正する補正量を求めて出力する補正部と、を含み、前記車両制御部は、前記第１方位角又は補正後の前記第２方位角を用いて前記操舵装置を制御する作業機械の制御システムが提供される。【００１０】
本発明の第５の態様に従えば、第３の態様において、前記補正部は、前記作業機械の走行速度に基づいて前記補正量を変更する作業機械の制御システムが提供される。【００１１】
本発明の第６の態様に従えば、第４の態様又は第５の態様において、前記車両制御部は、前記姿勢検出器が使用できる場合、前記第１方位角を用いて前記鉱山機械の前記操舵装置を制御し、前記姿勢検出器が使用できない場合、補正後の前記第２方位角を用いて前記操舵装置を制御する作業機械の制御システムが提供される。【００１２】
本発明の第７の態様に従えば、第２の態様から第６の態様のいずれか１つにおいて、前記車両制御部は、前記姿勢検出器が使用できない場合、前記作業機械の制動装置を制御して前記作業機械を停止させる作業機械の制御システムが提供される。【００１３】
本発明の第８の態様に従えば、第１の態様から第７の態様のいずれか１つに係る作業機械の制御システムを含む、作業機械が提供される。【００１４】
本発明の第９の態様に従えば、第８の態様に係る作業機械に前記作業機械の目標走行速度及び前記作業機械の目標走行経路を含む走行条件データを出力する管理装置を含む、作業機械の管理システムが提供される。【００１５】
本発明の第１０の態様に従えば、作業機械の方位に関する情報である第１方位角を検出するステップと、前記作業機械の操舵装置の操舵角に基づいて前記作業機械の第２方位角を求めるステップと、前記第１方位角が検出できない場合、前記第２方位角に基づいて前記操舵装置を制御するステップと、を含む、作業機械の制御方法が提供される。【００１６】
本発明の第１１の態様に従えば、作業機械の姿勢を検出する姿勢検出器が使用できるか否かを判定することと、前記姿勢検出器が使用できる場合は、前記姿勢検出器によって検出された前記作業機械の方位に関する情報である第１方位角を用いて前記作業機械の操舵装置を制御し、前記姿勢検出器が使用できない場合は、前記作業機械の前記操舵装置の操舵角を用いて得られた前記作業機械の第２方位角を用いて前記操舵装置を制御することと、を含む、作業機械の制御方法が提供される。【００１７】
本発明の態様によれば、設定された目標走行経路に沿って鉱山を走行するように制御される無人の作業機械において、作業機械に搭載された、方位を検出する装置に不具合があった場合であっても、作業機械が目標走行経路から大きく外れることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態に係る作業機械の管理システムの一例を示す図である。
【図２】図２は、搬送路を走行するダンプトラックを示す模式図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るダンプトラックの一例を模式的に示す図である。
【図４】図４は、本実施形態に係るダンプトラックの一例を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る作業機械の制御システムの制御ブロック図である。
【図６】図６は、第２方位角を求める手法を説明するための図である。
【図７】図７は、補正量を求めるための観測値を示す図である。
【図８】図８は、補正ゲインとダンプトラックの走行速度との関係を示す図である。
【図９】図９は、制御システムが有する制御装置の処理部の制御ブロック図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る作業機械の制御方法を実行した場合と実行しない場合との状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
＜作業機械の管理システムの概要＞
図１は、本実施形態に係る作業機械の管理システム１の一例を示す図である。以下において、作業機械の管理システム１を、適宜、管理システム１と称する。管理システム１は、作業機械４を管理する。作業機械４の管理は、作業機械４の運行管理、作業機械４の生産性の評価、作業機械４のオペレータの操作技術の評価、作業機械４の保全、及び作業機械４の異常診断の少なくとも一つを含む。以下において、作業機械としては鉱山で用いられる鉱山機械を例として説明する。
【００２１】
作業機械の一例である鉱山機械とは、鉱山における各種作業に用いる機械類の総称である。作業機械４は、ボーリング機械、掘削機械、積込機械、運搬機械、破砕機、及び運転者が運転する車両の少なくとも一つを含む。掘削機械は、鉱山を掘削するための作業機械である。積込機械は、運搬機械に積荷を積み込むための作業機械である。積込機械は、油圧ショベル、電気ショベル、及びホイールローダの少なくとも一つを含む。運搬機械は、積荷を運搬するための作業機械である。破砕機は、運搬機械から投入された排土を破砕する作業機械である。作業機械４は、鉱山において移動可能である。
【００２２】
本実施形態において、作業機械４は、鉱山を走行可能な運搬機械であるダンプトラック２と、ダンプトラック２とは異なる他の作業機械３とを含む。本実施形態においては、管理システム１により、主にダンプトラック２が管理される例について説明する。
【００２３】
図１に示されるように、ダンプトラック２は、鉱山の作業場ＰＡ及び作業場ＰＡに通じる搬送路ＨＬの少なくとも一部を走行する。ダンプトラック２は、搬送路ＨＬ及び作業場ＰＡに設定された目標走行経路に従って走行する。
【００２４】
作業場ＰＡは、積込場ＬＰＡ及び排土場ＤＰＡの少なくとも一方を含む。積込場ＬＰＡは、ダンプトラック２に積荷を積み込む積込作業が行われるエリアである。排土場ＤＰＡは、ダンプトラック２から積荷が排出される排出作業が行われるエリアである。図１に示す例では、排土場ＤＰＡの少なくとも一部に破砕機ＣＲが設けられる。
【００２５】
本実施形態では、ダンプトラック２は、管理装置１０からの指令信号に基づいて鉱山を自律走行する無人ダンプトラックであることを前提に説明する。ダンプトラック２の自律走行とは、運転者の操作によらずに管理装置１０からの指令信号に基づいて走行することをいう。無人ダンプトラックは、例えば故障をしたような場合には、運転者の操作によって走行する機能も有している。
【００２６】
図１において、管理システム１は、鉱山に設置される管制施設７に配置された管理装置１０と、通信システム９とを備える。通信システム９は、データ及び指令信号の少なくとも一方を中継する中継器６を複数有する。通信システム９は、管理装置１０と作業機械４との間においてデータ又は指令信号を無線通信する。また、通信システム９は、複数の作業機械４の間においてデータ又は指令信号を無線通信する。
【００２７】
本実施形態において、ダンプトラック２の位置及び他の作業機械３の位置は、ＧＮＳＳ（Global  Navigation  Satellite  System：全地球航法衛星システム）を利用して検出される。全地球航法衛星システムの一例として、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）が挙げられるが、これに限定されるものではない。ＧＮＳＳは、複数の測位衛星５を有する。ＧＮＳＳは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定される位置を検出する。ＧＮＳＳにより検出される位置は、グローバル座標系において規定される絶対位置である。ＲＴＫ−ＧＮＳＳにより、鉱山におけるダンプトラック２の位置及び他の作業機械３の位置が検出される。
【００２８】
以下の説明においては、ＧＮＳＳによって検出される位置を適宜、ＧＰＳ位置、と称する。ＧＰＳ位置は、絶対位置であり、緯度、経度及び高度の座標データを含む。絶対位置は、高精度に推定されたダンプトラック２の推定位置を含む。
【００２９】
＜管理装置１０＞
次に、管理装置１０について説明する。管理装置１０は、作業機械４にデータ及び指令信号の少なくとも一方を送信し、作業機械４からデータを受信する。図１に示すように、管理装置１０は、コンピュータ１１と、表示装置１６と、入力装置１７と、無線通信装置１８とを備える。
【００３０】
コンピュータ１１は、処理装置１２と、記憶装置１３と、入出力部１５とを備える。表示装置１６、入力装置１７、及び無線通信装置１８は、入出力部１５を介してコンピュータ１１と接続される。
【００３１】
処理装置１２は、作業機械４を管理するための演算処理を実行する。記憶装置１３は、処理装置１２と接続され、作業機械４を管理するためのデータを記憶する。入力装置１７は、作業機械４を管理するためのデータを処理装置１２に入力するための装置である。処理装置１２は、記憶装置１３に記憶されているデータ、入力装置１７から入力されたデータ、及び通信システム９を介して取得したデータを使って演算処理を実行する。表示装置１６は、処理装置１２の演算処理結果等を表示する。
【００３２】
無線通信装置１８は、管制施設７に配置され、アンテナ１８Ａを有し、入出力部１５を介して処理装置１２と接続される。通信システム９は、無線通信装置１８を含む。無線通信装置１８は、作業機械４から送信されたデータを受信可能であり、受信されたデータは、処理装置１２に出力され、記憶装置１３に記憶される。無線通信装置１８は、作業機械４にデータを送信可能である。
【００３３】
図２は、搬送路ＨＬを走行するダンプトラック２を示す模式図である。管理装置１０の処理装置１２は、鉱山を走行するダンプトラック２の目標走行速度Ｖｒ及び目標走行経路ＲＰを含む走行条件情報を生成する走行条件情報生成部として機能する。目標走行経路ＲＰは、コースデータＣＳによって規定される。コースデータＣＳとは、絶対位置（座標）がそれぞれ規定された複数のポイントＰＩの集合体である。複数のポイントＰＩを通過する軌跡が目標走行経路ＲＰである。処理装置１２は、複数のポイントＰＩのそれぞれについてダンプトラック２の目標走行速度Ｖｒを設定する。管理装置１０は、通信システム９を介して、ダンプトラック２に、複数のポイントＰＩを有する目標走行経路ＲＰ及び各ポイントＰＩにおける目標走行速度Ｖｒを含む走行条件情報を出力する。ダンプトラック２は、管理装置１０から送信された走行条件情報に従って、鉱山を走行する。
【００３４】
＜ダンプトラック２＞
図３及び図４は、本実施形態に係るダンプトラック２の一例を模式的に示す図である。
【００３５】
ダンプトラック２は、ダンプトラック２を走行させる走行装置２１と、走行装置２１が取り付けられる車両本体２２と、車両本体２２に支持されるベッセル２３と、走行装置２１を駆動する駆動装置２４と、制御装置２５とを備える。
【００３６】
走行装置２１は、車輪２６Ｆ及び車輪２６Ｒと、車輪２６Ｒに動力を伝達する車軸２７と、車輪２６Ｆ及び車輪２６Ｒを制動する制動装置２８と、走行方向を調整可能な操舵装置２９とを有する。以下において、車輪２６Ｒを適宜、駆動輪２６Ｒと称する。
【００３７】
走行装置２１は、駆動装置２４が発生した駆動力により動作する。駆動装置２４は、ダンプトラック２を加速させるための駆動力を発生する。駆動装置２４は、電気駆動方式により走行装置２１を駆動する。駆動装置２４は、ディーゼルエンジンのような内燃機関と、内燃機関の動力により作動する発電機と、発電機が発生した電力により作動する電動機とを有する。電動機で発生した駆動力が走行装置２１の駆動輪２６Ｒに伝達される。駆動輪２６Ｒは、電動機で発生した駆動力によって回転して、ダンプトラック２を走行させる。このように、車両本体２２に設けられた駆動装置２４の駆動力によって、ダンプトラック２は自走する。駆動装置２４の出力が調整されることにより、ダンプトラック２の走行速度が調整される。駆動装置２４は、電気駆動方式に限定されるものではない。駆動装置２４は、例えば、内燃機関で発生した動力が、動力伝達装置を介して走行装置２１の駆動輪２６Ｒに伝達される駆動方式であってもよい。
【００３８】
操舵装置２９は、走行装置２１の走行方向を調整する。ダンプトラック２の走行方向は、車両本体２２の前部の向きを含む。操舵装置２９は、車輪２６Ｆを操作して車輪２６Ｆの向きを変更することによって、ダンプトラック２の走行方向を調整する。以下において、車輪２６Ｆを適宜、操舵輪２６Ｆと称する。
【００３９】
制動装置２８は、ダンプトラック２を減速又は停止させるための制動力を発生する。制御装置２５は、駆動装置２４を動作させるためのアクセル指令信号、制動装置２８を動作させるための制動指令信号、及び操舵装置２９を動作させるための操舵指令信号を出力する。駆動装置２４は、制御装置２５から出力されたアクセル指令信号に基づいて、ダンプトラック２を加速させるための駆動力を発生する。制動装置２８は、制御装置２５から出力された制動指令信号に基づいて、ダンプトラック２を減速又は停止させるための制動力を発生する。操舵装置２９は、制御装置２５から出力されたステアリング指令信号に基づいて、ダンプトラック２を直進又は旋回させるために操舵輪２６Ｆの向きを変えるための力を発生する。
【００４０】
ダンプトラック２は、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓを検出する走行速度検出器３１と、ダンプトラック２の加速度Ａｓを検出する加速度検出器３２と、ダンプトラック２の姿勢を検出する姿勢検出器３３と、操舵輪２６Ｆが操舵装置２９によって操舵された角度である操舵角を検出する操舵角検出器３７とを備える。また、ダンプトラック２は、ダンプトラック２の位置を検出する位置検出器３５と、例えば、図１に示される管理装置１０と通信する無線通信装置３６とを備える。
【００４１】
走行速度検出器３１は、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓを検出する。走行速度検出器３１は、操舵輪２６Ｆの回転速度を検出する回転速度センサを含む。操舵輪２６Ｆの回転速度とダンプトラック２の走行速度Ｖｓとは相関するため、回転速度センサの検出値である回転速度値が、ダンプトラック２の走行速度値に変換される。
【００４２】
加速度検出器３２は、ダンプトラック２の加速度Ａｓを検出する。ダンプトラック２の加速度Ａｓは、正の加速度及び負の加速度（減速度）を含む。本実施形態においては、操舵輪２６Ｆの回転速度を検出する回転速度センサの検出値である回転速度値に基づいて演算処理が実行されることにより、ダンプトラック２の加速度値に変換される。より詳細には、加速度検出器３２は、予め決められた時間における走行速度Ｖｓの差に基づいてダンプトラック２の加速度Ａｓを導出する。例えば、０．５［ｓｅｃ］間の走行速度Ｖｓの差から加速度Ａｓが導出される。走行速度検出器３１と加速度検出器３２とは別々の検出器でもよい。
【００４３】
姿勢検出器３３は、ダンプトラック２の姿勢を検出する。ダンプトラック２の姿勢は、ロール方向の姿勢、ピッチ方向の姿勢及びヨー方向の姿勢のうち少なくとも１つを含む。姿勢検出器３３は、例えばジャイロ又は慣性計測装置（Inertial  Measurement  Unit：ＩＭＵ）である。ジャイロは、例えば、ＦＯＧ（Fiber  Optical  Gyro：光ファイバジャイロ）が例示されるが、これに限定されない。姿勢検出器３３によって検出されるヨー方向の姿勢は、ダンプトラック２の方位に関する情報である。すなわち、姿勢検出器３３は、作業機械であるダンプトラック２に搭載されて、ダンプトラックの方位を計測する装置である。ダンプトラック２の方位に関する情報は、例えばダンプトラック２のヨー方向における姿勢を表す角度である方位角θｄ１である。方位角θｄ１は、ダンプトラック２がどの方向に進んでいるかを示す情報である。姿勢検出器３３によって検出された方位角θｄ１を、以下においては適宜、第１方位角θｄ１と称する。
【００４４】
位置検出器３５は、ＧＰＳ受信機を含み、ダンプトラック２のＧＰＳ位置（座標）を検出する。ＧＰＳ位置は、グローバル座標系における位置であり、少なくとも緯度及び経度によって表される。ＧＰＳ位置は、さらに高度を含んでいてもよい。位置検出器３５は、ＧＰＳ用のアンテナ３５Ａを有する。アンテナ３５Ａは、測位衛星５からの電波を受信する。位置検出器３５は、アンテナ３５Ａで受信した測位衛星５からの電波に基づく信号を電気信号に変換して、アンテナ３５Ａの位置を算出する。アンテナ３５ＡのＧＰＳ位置が算出されることによって、ダンプトラック２のＧＰＳ位置が検出される。
【００４５】
通信システム９は、ダンプトラック２に設けられている無線通信装置３６を含む。無線通信装置３６は、アンテナ３６Ａを有する。無線通信装置３６は、図１に示される管理装置１０と無線通信可能である。
【００４６】
操舵角検出器３７は、ダンプトラック２の操舵装置２９によって操作された操舵輪２６Ｆの操舵角δを検出する。操舵角検出器３７は、操舵輪２６Ｆの舵角に基づいて操舵角δを検出してもよい。操舵装置２９が操舵輪２６Ｆを油圧に基づいて操作する場合、操舵角検出器３７は、操舵輪２６Ｆを操作する油圧を検出して操舵角δを検出するようにしてもよい。また、操舵装置２９が操舵輪２６Ｆを電動機に基づいて操作する場合、操舵角検出器３７は、電動機への信号を検出して操舵角δを検出するようにしてもよい。さらに、ダンプトラック２が運転席を備える場合、操舵角検出器３７は、図示しないステアリングの舵角を検出して操舵角δを検出するようにしてもよい。
【００４７】
管理装置１０は、通信システム９を介して、ダンプトラック２の走行条件情報を含む指令信号を、制御装置２５に送信する。制御装置２５は、管理装置１０から供給された走行条件情報に基づいて、ダンプトラック２が走行条件情報（複数のポイントＰＩを有する目標走行経路ＲＰ及び各ポイントＰＩにおける目標走行速度Ｖｒを含む）に従って走行するように、ダンプトラック２の駆動装置２４、制動装置２８、及び操舵装置２９の少なくとも一つを制御する。
【００４８】
＜制御システム＞
図５は、本実施形態に係る作業機械の制御システム２０の制御ブロック図である。以下において、作業機械の制御システム２０を、適宜、制御システム２０と称する。制御システム２０は、ダンプトラック２に搭載される。
【００４９】
図５に示されるように、制御システム２０は、無線通信装置３６と、走行速度検出器３１と、加速度検出器３２と、姿勢検出器３３と、位置検出器３５と、操舵角検出器３７と、制御装置２５と、駆動装置２４と、制動装置２８と、操舵装置２９とを備える。
【００５０】
制御装置２５は、処理部４１と、記憶部４６とを備える。処理部４１は、方位角演算部４１Ａと、切替部４１Ｂと、車両制御部４１Ｃと、補正部４１Ｄと、判定部４１Ｅとを備える。
【００５１】
処理部４１は、無線通信装置３６から出力された管理装置１０からの走行条件情報を含む指令データ、走行速度検出器３１から出力されたダンプトラック２の走行速度Ｖｓを示す走行速度データ、加速度検出器３２から出力されたダンプトラック２の加速度Ａｓを示す加速度データ、姿勢検出器３３から出力されたダンプトラック２の姿勢を示す姿勢データの１つである第１方位角θｄ１、位置検出器３５から出力されたダンプトラック２の位置を示す位置データ、及び操舵角検出器３７から出力された操舵角δを取得する。また、処理部４１は、駆動装置２４にアクセル指令信号を出力し、制動装置２８に制動指令信号を出力し、操舵装置２９に操舵指令信号を出力する。
【００５２】
方位角演算部４１Ａは、操舵角検出器３７によって検出された操舵角δを用いて、ダンプトラック２の第２方位角θｄ２を求める。第２方位角θｄ２を求める方法は後述する。切替部４１Ｂは、姿勢検出器３３が検出した第１方位角θｄ１又は方位角演算部４１Ａにより導出された第２方位角θｄ２のいずれかを車両制御部４１Ｃに出力する。より詳細には、切替部４１Ｂは、姿勢検出器３３が使用できる場合は、姿勢検出器３３によって検出されたダンプトラック２の姿勢を用いて得られたダンプトラック２の第１方位角θｄ１を出力する。そして、切替部４１Ｂは、姿勢検出器３３が使用できない場合（姿勢角検出器３３に不具合が生じている場合を含む）に、第２方位角θｄ２を出力する。姿勢検出器３３が検出した第１方位角θｄ１を優先的に用いる理由は、一般的に姿勢検出器３３が検出した第１方位角θｄ１の方が、操舵角検出器３７によって検出された操舵角δを用いて演算した第２方位角θｄ２よりも正確な方位角であるためである。
【００５３】
車両制御部４１Ｃは、切替部４１Ｂから出力された第１方位角θｄ１又は第２方位角θｄ２を用いて操舵装置２９を制御する。より詳細には、車両制御部４１Ｃは、第１方位角θｄ１又は第２方位角θｄ２によって示されるダンプトラック２の現時点における進行方向と、図１に示される管理装置１０からダンプトラック２に送信される走行条件情報（絶対位置が規定された複数のポイントＰＩを有する目標走行経路ＲＰを含む）とに基づいて、操舵装置２９を制御する。車両制御部４１Ｃは、駆動装置２４及び制動装置２８も制御している。なお、姿勢検出器３３が使用できない場合（不具合が生じている場合を含む）には、車両制御部４１Ｃは、制動装置２８を制御してダンプトラック２を速やかに停止させるようにしてもよい。
【００５４】
補正部４１Ｄは、位置検出器３５によって求められたダンプトラック２の位置を用いて、第２方位角θｄ２を補正する補正量を求めて出力する。判定部４１Ｅは、制御装置２５の処理部４１の処理条件を判定する。
【００５５】
＜推測航法について＞
ダンプトラック２が図１に示される鉱山の搬送路ＨＬを走行する場合、管理装置１０から絶対位置が規定された複数のポイントＰＩを有する目標走行経路ＲＰ、及び目標走行速度Ｖｒを含む走行条件情報がダンプトラック２に送信される。ダンプトラック２の制御装置２５、より詳細には制御装置２５の処理部４１が有する車両制御部４１Ｃは、少なくとも複数のポイントＰＩを有する目標走行経路ＲＰ、及び目標走行速度Ｖｒに従ってダンプトラック２が走行するように、ダンプトラック２の駆動装置２４、制動装置２８及び操舵装置２９を制御する。車両制御部４１Ｃは、ダンプトラック２を走行させる際に、例えば推測航法と呼ばれる手法を用いる。
【００５６】
制御装置２５は、ダンプトラック２の駆動装置２４、制動装置２８及び操舵装置２９への出力信号を演算するにあたり、図１に示される管理装置１０から送信された走行条件情報に加え、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓ、加速度Ａｓ、姿勢（方位角）、及び位置検出器３５が検出したダンプトラック２の位置等のデータを用いる。本実施形態において、制御装置２５は、管理装置１０の処理装置１２によって設定された目標走行経路ＲＰ及び目標走行速度Ｖｒを含む走行条件情報に従って、ダンプトラック２を積込場ＬＰＡ、排土場ＤＰＡ、搬送路ＨＬ、及び交差点ＩＳの少なくとも一部で走行させる。
【００５７】
推測航法とは、既知の位置からの方位（方位変化量）と移動距離とに基づいて、対象物（ダンプトラック２）の現在位置を推測する航法をいう。ダンプトラック２の方位（方位変化量）は、ダンプトラック２に配置された姿勢検出器３３によって検出される。ダンプトラック２の移動距離は、ダンプトラック２が有する走行速度検出器３１によって検出される。姿勢検出器３３の検出信号及び走行速度検出器３１の検出信号は、ダンプトラック２の制御装置２５に出力される。
【００５８】
制御装置２５は、姿勢検出器３３からの検出信号に基づいて、既知の起点からのダンプトラック２の方位（方位変化量）を求めることができる。制御装置２５は、走行速度検出器３１からの検出信号に基づいて、既知の起点からのダンプトラック２の移動距離を求めることができる。制御装置２５は、姿勢検出器３３からの検出信号及び走行速度検出器３１からの検出信号に基づいて、生成された目標走行経路ＲＰ及び目標走行速度Ｖｒを含む走行条件情報に従ってダンプトラック２が走行するように、ダンプトラック２の走行に関する制御量を生成する。制御量は、アクセル信号、制動信号、及び操舵信号を含む。制御装置２５は、操舵信号、アクセル信号及び制動信号に基づいて、ダンプトラック２の走行を制御する。
【００５９】
次に、推測航法により求められた推測位置がＧＮＳＳを用いて補正されつつダンプトラック２が走行する例について説明する。ダンプトラック２の走行距離が長くなると、姿勢検出器３３及び走行速度検出器３１の少なくとも一方の検出誤差が蓄積されることにより、推測された位置（推測位置）と実際の位置との間に誤差が生じる可能性がある。その結果、ダンプトラック２は、処理装置１２によって生成された目標走行経路ＲＰから外れて走行してしまう可能性がある。
【００６０】
そのため、本実施形態において、制御装置２５は、推測航法により導出（推測）されたダンプトラック２の位置（推測位置）を、位置検出器３５により検出された位置データを用いて補正しつつ、ダンプトラック２を走行させる。
【００６１】
＜姿勢検出器３３が使用できなくなった場合の制御＞
本実施形態において、制御装置２５は、推測航法によってダンプトラック２を走行させる場合に、ダンプトラック２の方位に関する情報として、基本的には姿勢検出器３３の検出信号を用いる。ダンプトラック２の方位に関する情報としては、例えば、ダンプトラック２の旋回角速度及び方位角等がある。しかし、姿勢検出器３３に不具合が発生する等によって姿勢検出器３３が使用できなくなった場合、制御装置２５は、ダンプトラック２の方位を得ることができなくなるので、推測航法によってダンプトラック２を走行させることができなくなる。そこで、本実施形態では、姿勢検出器３３が使用できなくなった場合、制御装置２５は、第２方位角θｄ２、すなわち操舵角検出器３７によって検出された操舵角δを用いて方位角演算部４１Ａが求めたダンプトラック２の方位角を用いて操舵装置２９を制御する。このような制御により、制御装置２５は、姿勢検出器３３が使用できなくなった場合であっても、引き続き目標走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を推測航法により走行させることができるので、搬送路ＨＬからダンプトラック２が逸脱する等の事態を回避できる。
【００６２】
図６は、第２方位角θｄ２を求める手法を説明するための図である。図６は、ダンプトラック２の操舵輪２６Ｆ及び駆動輪２６Ｒを用いた２輪モデルである。２輪モデルによれば、第２方位角θｄ２は、式（１）によって求められる角速度ωを、時間ｔで積分することにより求めることができる。
ω＝ｄθｄ２／ｄｔ＝Ｖｓ／ρ＝Ｖｓ×ｓｉｎδ／Ｌｗｂ・・・（１）
【００６３】
式（１）中のρは旋回半径であり、ダンプトラック２の旋回中心Ｃから操舵輪２６Ｆの幅方向中心までの距離である。Ｌｗｂは、ダンプトラック２のホイールベースであり、操舵輪２６Ｆと駆動輪２６Ｒとの回転中心間の距離である。ホイールベースＬｗｂは、例えば、図５に示される記憶部４６に記憶されている。Ｖｓはダンプトラック２の走行速度であり、図５に示される走行速度検出器３１によって検出される。δは操舵輪２６Ｆの操舵角であり、図５に示される操舵角検出器３７によって検出される。方位角演算部４１Ａは、走行速度検出器３１から走行速度Ｖｓを取得し、操舵角検出器３７から操舵角δを取得し、記憶部４６からホイールベースＬｗｂを読み出して式（１）に与えて角速度ωを求める。そして、方位角演算部４１Ａは、得られた角速度ωを時間ｔで積分することにより、第２方位角θｄ２を求める。
【００６４】
図７は、補正量を求めるための観測値ＯＢＶを示す図である。第２方位角θｄ２は、時間の経過とともに誤差が蓄積するので、制御装置２５の処理部４１は、補正部４１Ｄによって求められた補正量θｄｃを用いて第２方位角θｄ２を補正する。補正量θｄｃは、式（２）で求められる。
θｄｃ＝ＯＢＶ×Ｇ・・・（２）
【００６５】
式（２）のＯＢＶは観測値である。観測値は、第１ベクトルＶＴ１と第２ベクトルＶＴ２との角度差である。第１ベクトルＶＴ１は、制御装置２５による推測航法（位置の補正なし）から求められたダンプトラック２の進行方向のベクトルである。第２ベクトルＶＴ２は、位置検出器３５によって検出された２箇所の位置Ｐ１，Ｐ２それぞれの座標から求められた、ダンプトラック２移動方向のベクトルである。Ｇは補正ゲインであり、観測値ＯＢＶに所定の補正ゲインＧを乗じたものを補正量θｄｃとしている。
【００６６】
図８は、補正ゲインＧとダンプトラック２の走行速度Ｖｓとの関係を示す図である。図８の縦軸は補正ゲインＧであり、横軸は走行速度Ｖｓである。補正ゲインＧをどのような値にするかは適宜決定してよいが、図８では補正ゲインＧを決定する方法の一例を説明するため、補正ゲインＧとダンプトラック２の走行速度Ｖｓとの関係を示している。図８の縦軸は補正ゲインＧであり、横軸はダンプトラック２の走行速度Ｖｓである。走行速度Ｖｓは絶対値である。
【００６７】
位置検出器３５が検出する位置は、本実施形態ではＧＰＳ位置である。ＧＰＳ位置に基づいて方位を求める場合、２つの位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の距離が大きくなると、すなわちダンプトラック２の走行速度Ｖｓが大きくなると、方位、すなわち観測値ＯＢＶの信頼度は高くなる。このため、本実施形態では、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓに基づいて補正量θｄｃを変更する。より詳細には、補正ゲインＧは、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓが増加するとともに大きくなり、走行速度がＶｓ１になった後は、走行速度Ｖｓの大きさによらず一定の値Ｇ２となるように設定されている。すなわち、走行速度Ｖｓが低い場合（Ｖｓ１以下）では、走行速度Ｖｓが低い程、ＧＰＳ位置に基づいて算出した方位角への重み付けが小さくなるように設定されている。また、走行速度Ｖｓがある程度大きくなると、観測値ＯＢＶの信頼度はほとんど変化しないので、走行速度がＶｓ１以上の場合は、走行速度Ｖｓの大きさによらず補正ゲインＧを一定の値Ｇ２としている。このような処理により、補正量θｄｃに観測値ＯＢＶの信頼度を反映させて、補正後の第２方位角θｄ２ｃの精度を向上させる。
【００６８】
補正ゲインＧとダンプトラック２の走行速度Ｖｓとの関係は、図５に示される記憶部４６に記憶されている。補正部４１Ｄは、推測航法によって得られた位置を取得して第１ベクトルＶＴ１を求めるとともに、位置検出器３５によって検出された２箇所の位置Ｐ１，Ｐ２の座標を取得して第２ベクトルＶＴ２を求める。補正部４１Ｄは、記憶部４６に記憶されている補正ゲインＧとダンプトラック２の走行速度Ｖｓとの関係を用いて、走行速度検出器３１からダンプトラック２の走行速度Ｖｓに対応する補正ゲインＧを取得する。補正部４１Ｄは、得られた第１ベクトルＶＴ１、第２ベクトルＶＴ２及び補正ゲインＧを式（２）に与えて補正量θｄｃを求める。
【００６９】
図９は、制御システム２０が有する制御装置２５の処理部４１の制御ブロック図である。方位角演算部４１Ａは、式（１）を用いて第２方位角θｄ２を求めて加減算器４１ａｄに出力する。補正部４１Ｄは、式（２）を用いて補正量θｄｃを求めて、加減算器４１ａｄに出力する。加減算器４１ａｄは、第２方位角θｄ２に補正量θｄｃを加算することにより補正後の第２方位角θｄ２ｃを求めて、切替部４１Ｂに出力する。切替部４１Ｂには、姿勢検出器３３によって検出された第１方位角θｄ１も入力される。
【００７０】
本実施形態において、方位角演算部４１Ａは、姿勢検出器３３の検出値を用いて第１方位角θｄ１を求めて、切替部４１Ｂに対して出力するものとするが、これに限定されるものではない。方位角演算部４１Ａが第１方位角θｄ１を求める場合、方位角演算部４１Ａは、姿勢検出器３３が検出したダンプトラック２の角速度ωを時間ｔで積分することにより、第１方位角θｄ１を求める。姿勢検出器３３が角速度ω及び方位角の両方を出力できる場合、第１方位角θｄ１は姿勢検出器３３によって求められたものであってもよい。
【００７１】
切替部４１Ｂは、第１方位角θｄ１と補正後の第２方位角θｄ２ｃとを切り替えて車両制御部４１Ｃに出力する。本実施形態において、切替部４１Ｂは、姿勢検出器３３が使用できる場合は第１方位角θｄ１を出力する。その場合、車両制御部４１Ｃは、第１方位角θｄ１を用いて推測航法を実行して、操舵装置２９、駆動装置２４及び制動装置２８の少なくとも１つを制御する。切替部４１Ｂは、姿勢検出器３３が使用できない場合は第２方位角θｄ２を出力する。その場合、車両制御部４１Ｃは、第２方位角θｄ２を用いて、推測航法を実行し、操舵装置２９、駆動装置２４及び制動装置２８の少なくとも１つを制御する。
【００７２】
本実施形態において、補正部４１Ｄが補正量θｄｃを求めて出力する周期を、方位角演算部４１Ａが第２方位角θｄ２を求めて出力する周期よりも長くするようにしてもよい。その場合、処理部４１は、補正量θｄｃが出力される周期よりも短い周期で第２方位角θｄ２を求め、第２方位角θｄ２が求められる周期よりも長い周期で得られる補正量θｄｃで第２方位角θｄ２を補正する。
【００７３】
位置検出器３５によって検出されるダンプトラック２の位置はＧＰＳ位置であってもよく、位置検出器３５がＧＰＳ位置を検出する周期は、操舵角検出器３７が操舵角δを検出する周期よりも長くなることがある。このため、ＧＰＳ位置のみを用いて第２方位角θｄ２を求めると、第２方位角θｄ２の情報が入力される機会が少ないために、制御装置２５が位置検出器３５の検出結果を用いてダンプトラック２を制御する場合、精度が低下する可能性がある。本実施形態において、制御装置２５は、ＧＰＳ位置よりも短い周期で検出される操舵角δを用いて第２方位角θｄ２を求めるので、姿勢検出器３３が使用できなくなった場合にダンプトラック２の操舵装置２９を制御する場合の精度低下を抑制できる。
【００７４】
２個のＧＰＳ用のアンテナ３５Ａをダンプトラック２の異なる場所に設置して、２個のＧＰＳ用のアンテナ３５Ａによって検出された２つの位置からダンプトラック２の方位を求めてもよいが、この場合、ＧＰＳ用のアンテナ３５Ａが２個必要になる。方位角演算部４１Ａが操舵角δを用いて第２方位角θｄ２を求めることにより、ダンプトラック２に既に備えられている操舵角検出器３７によって操舵角δを検出できる。このため、操舵角δを用いて第２方位角θｄ２を求めることで、追加のＧＰＳ用のアンテナ３５Ａを始めとした追加の機器が不要になるので、ダンプトラック２の製造コストの増加を抑制できる。
【００７５】
図１０は、本実施形態に係る作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、図５に示される制御装置２５が有する処理部４１の判定部４１Ｅは、姿勢検出器３３が使用可能か否かを判定する。判定部４１Ｅは、例えば次の条件（１）から条件（４）の少なくとも１つが成立した場合、姿勢検出器３３は使用できないと判定する。
（１）姿勢検出器３３からの通信が途絶したとき。
（２）姿勢検出器３３から内部故障のエラー情報を判定部４１Ｅが取得したとき。
（３）姿勢検出器３３がフリーズしたと判定されたとき。
（４）姿勢検出器３３がドリフトしたと判定されたとき。
【００７６】
判定部４１Ｅが姿勢検出器３３は使用できると判定した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２において処理部４１の方位角演算部４１Ａは第１方位角θｄ１を求める。処理部４１の切替部４１Ｂは、車両制御部４１Ｃに出力する方位角を、第１方位角θｄ１に切り替える。ステップＳ１０３において処理部４１の車両制御部４１Ｃは、切替部４１Ｂから入力された第１方位角θｄ１を用いて操舵装置２９等を制御する。
【００７７】
ステップＳ１０１において、判定部４１Ｅが姿勢検出器３３は使用できないと判定した場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０４において、判定部４１Ｅは操舵角δが使用できるか否かを判定する。次の条件（５）及び条件（６）の少なくとも１つが成立した場合、判定部４１Ｅは、操舵角δは使用できないと判定する。
（５）操舵角検出器３７が故障したと判定されたとき。
（６）位置検出器３５の情報が信頼できないと判定されたとき。
【００７８】
ステップＳ１０４において、判定部４１Ｅが操舵角δは使用できると判定した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５において、方位角演算部４１Ａは第２方位角θｄ２を求める。図９に示される補正部４１Ｄは補正量θｄｃを求める。加減算器４１ａｄは第２方位角θｄ２と補正量θｄｃとを加算して補正後の方位角θｄ２ｃを切替部４１Ｂに出力する。切替部４１Ｂは、車両制御部４１Ｃに出力する方位角を、第２方位角θｄ２に切り替える。ステップＳ１０６において車両制御部４１Ｃは、切替部４１Ｂから入力された第２方位角θｄ２を用いて、少なくとも操舵装置２９を制御する。このとき、車両制御部４１Ｃは、図５に示される制動装置２８を動作させて、ダンプトラック２を停止させてもよい。
【００７９】
ステップＳ１０４において、判定部４１Ｅが操舵角δは使用できないと判定した場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０７において、車両制御部４１Ｃは、操舵装置２９を制御しない。この場合、車両制御部４１Ｃは、制動装置２８を動作させて、ダンプトラック２を停止させる。
【００８０】
本実施形態において、前述したように、第１方位角θｄ１は姿勢検出器３３の検出結果によって求められ、第２方位角θｄ２は操舵角検出器３７の検出結果に基づき方位角演算部４１Ａによって求められるようにして、車両制御部４１Ｃが使用する方位角を切替部４１Ｂによって切り替えられるようにしてもよい。この場合、姿勢検出器３３は、使用できなくなる場合を除いて常時第１方位角θｄ１を求めて出力し、方位角演算部４１Ａは、操舵角δが使用できなくなる場合を除いて常時第２方位角θｄ２を求めて出力するように動作することが好ましい。このようにすれば、姿勢検出器３３が使用できなくなった場合には、車両制御部４１Ｃが使用する方位角を、切替部４１Ｂが第１方位角θｄ１から第２方位角θｄ２又は補正後の第２方位角θｄ２ｃに切り替えるだけでよい。このため、車両制御部４１Ｃが使用する方位角の切り替えに要する時間は、切替部４１Ｂの動作時間のみになるので、方位角の切り替えに要する時間を短縮できる。
【００８１】
本実施形態では、車両制御部４１Ｃが使用する方位角を切替部４１Ｂによって切り替えたが、図９に示される方位角演算部４１Ａが出力する第１方位角θｄ１と、加減算器４１ａｄが出力する補正後の第２方位角θｄ２ｃが、切替部４１Ｂを介さずに切り替えられて車両制御部４１Ｃに入力されるようにしてもよい。この場合、例えば、姿勢検出器３３が使用できる場合に、方位角演算部４１Ａは第１方位角θｄ１を生成して車両制御部４１Ｃに出力する。姿勢検出器３３が使用できない場合に、方位角演算部４１Ａは第２方位角θｄ２を生成し、補正部４１Ｄは補正量θｄｃを求め、加減算器４１ａｄは補正後の第２方位角θｄ２を車両制御部４１Ｃに出力する。車両制御部４１Ｃは、加減算器４１ａｄから出力された補正後の第２方位角θｄ２を用いて操舵装置２９を制御する。
【００８２】
処理部４１が補正部４１Ｄを有さない場合において、姿勢検出器３３が使用できないときには、方位角演算部４１Ａは第２方位角θｄ２を生成して車両制御部４１Ｃに出力する。車両制御部４１Ｃは、方位角演算部４１Ａによって生成された第２方位角θｄ２を用いて操舵装置２９を制御する。このように、車両制御部４１Ｃは、方位角演算部４１Ａによって生成された第２方位角θｄ２を用いて操舵装置２９を制御する。
【００８３】
このように、本実施形態において、車両制御部４１Ｃは、第２方位角θｄ２又は第２方位角θｄ２を補正することにより得られた補正後の第２方位角θｄ２を用いて操舵装置２９を制御する。補正後の第２方位角θｄ２も第２方位角θｄ２から求められるので、車両制御部４１Ｃが補正後の第２方位角θｄ２を用いることは、第２方位角θｄ２を用いることになる。すなわち、車両制御部４１Ｃは、第２方位角θｄ２に基づいて操舵装置２９を制御する。
【００８４】
本実施形態において、車両制御部４１Ｃは、第１方位角θｄ１及び第２方位角θｄ２又は補正後の第２方位角θｄ２の両方を用いて操舵装置２９を制御してもよい。例えば、車両制御部４１Ｃは、第１方位角θｄ１と、第２方位角θｄ２又は補正後の第２方位角θｄ２との平均値を用いて操舵装置２９を制御してもよい。前述したように、補正後の第２方位角θｄ２も第２方位角θｄ２から求められるので、車両制御部４１Ｃが補正後の第２方位角θｄ２を用いることは、第２方位角θｄ２を用いることになる。すなわち、本実施形態において、車両制御部４１Ｃは、第１方位角θｄ１及び第２方位角θｄ２の少なくとも一方に基づいて操舵装置２９を制御することができる。
【００８５】
図１１は、本実施形態に係る作業機械の制御方法を実行した場合と実行しない場合との状態を示す図である。本実施形態に係る作業機械の制御方法を実行した場合の結果は実線ＬＮａであり、本実施形態に係る作業機械の制御方法を実行しない場合の結果は一点鎖線ＬＮｎである。破線は複数のポイントＰＩで規定される目標走行経路ＲＰである。
【００８６】
図１１に示される結果のうち実線ＬＮａは、ダンプトラック２が目標走行経路ＲＰに沿って走行しているときに姿勢検出器３３が使用できなくなり、その後第２方位角θｄ２を用いて操舵して走行した場合のダンプトラック２の走行経路を示している。一点鎖線ＬＮｎは、前述した実線ＬＮａの内容と同様に姿勢検出器３３が使用できなくなり、その後第１方位角θｄ１及び第２方位角θｄ２の両方を用いないで操舵して走行した場合のダンプトラック２の走行経路を示している。位置ＳＰａ及び位置ＳＰｎは、それぞれ本実施形態に係る作業機械の制御方法を実行した場合と実行しない場合との、ある時点におけるダンプトラック２の位置である。
【００８７】
ΔＥａは、本実施形態に係る作業機械の制御方法を実行した場合における目標走行経路ＲＰとのずれであり、ΔＥｎは、本実施形態に係る作業機械の制御方法を実行しない場合における目標走行経路ＲＰとのずれである。ΔＥａは、ΔＥｎと比較して距離が短く、すなわち、本実施形態に係る作業機械の制御方法を実行した場合の方が目標走行経路ＲＰとのずれが小さいことを表している。このように、本実施形態に係る作業機械の制御方法は、姿勢検出器３３が使用できない場合であっても、目標走行経路ＲＰからのずれを抑制できる。
【００８８】
このように、本実施形態は、設定された目標走行経路に沿って鉱山を走行するように制御される無人の作業機械において、作業機械に搭載された、作業機械の方位を検出する装置に不具合があった場合に、目標走行経路から外れる大きさを低減することができる。このため、本実施形態は、作業機械の方位を検出する装置に不具合があった場合の安全性を向上させることができる。
【００８９】
本実施形態では、観測値ＯＢＶを求めるにあたり、２点のＧＰＳ位置Ｐ１，Ｐ２に基づいて第２ベクトルＶＴ２を２個のＧＰＳ用のアンテナ３５Ａをダンプトラック２の異なる場所に設置し導出することとしていたが、このような手法に限定されない。例えば、観測値ＯＢＶを求めるにあたり、２個のＧＰＳ用のアンテナ３５Ａによって検出された２つの位置からダンプトラック２の方位が求められるようにしてもよい。
【００９０】
前述した実施形態では、鉱山で用いられる鉱山機械を作業機械の一例として説明したが、作業機械は鉱山機械に限られず、作業現場で用いられる作業機械及び建設現場で用いられる建設機械等であってもよい。作業機械は、鉱山機械を含むものである。また、「作業機械の制御システム」として、前述の実施形態では地上の鉱山におけるダンプトラックの制御システムを例に説明したが、それに限られず、地上の鉱山における他の鉱山機械、又は作業現場で用いられる作業機械（ホイールローダ等）の制御システムも含んでよい。
【００９１】
以上、本実施形態を説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。
【符号の説明】
【００９２】
１  管理システム
２  ダンプトラック
１０  管理装置
２０  制御システム
２１  走行装置
２２  車両本体
２４  駆動装置
２５  制御装置
２６Ｆ  操舵輪（車輪）
２６Ｒ  駆動輪（車輪）
２７  車軸
２８  制動装置
２９  操舵装置
３１  走行速度検出器
３２  加速度検出器
３３  姿勢検出器
３５  位置検出器
３６  無線通信装置
３７  操舵角検出器
４１  処理部
４１Ａ  方位角演算部
４１Ｂ  切替部
４１Ｃ  車両制御部
４１Ｄ  補正部
４１Ｅ  判定部
４１ａｄ  加減算器
Ｇ  補正ゲイン
Ｌｗｂ  ホイールベース
ＯＢＶ  観測値
ＲＰ  目標走行経路
δ  操舵角
θｄ１  第１方位角
θｄ２  第２方位角
θｄ２ｃ  補正後の第２方位角
θｄｃ  補正量
【図１】
2016060283.tif 000003
【図２】
2016060283.tif 000004
【図３】
2016060283.tif 000005
【図４】
2016060283.tif 000006
【図５】
2016060283.tif 000007
【図６】
2016060283.tif 000008
【図７】
2016060283.tif 000009
【図８】
2016060283.tif 000010
【図９】
2016060283.tif 000011
【図１０】
2016060283.tif 000012
【図１１】
2016060283.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月16日(2017.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の操舵輪を操作する操舵装置と、
前記作業機械の方位に関する情報である第１方位角を検出する姿勢検出器と、
前記操舵装置の操舵角を検出する操舵角検出器と、
前記操舵角検出器によって検出された前記操舵角を用いて前記作業機械の第２方位角を求める方位角演算部と、
前記第１方位角及び前記第２方位角の少なくとも一方に基づいて前記操舵装置を制御する車両制御部と、
前記作業機械に備えられて前記作業機械の位置を検出する位置検出器と、
前記位置検出器によって求められた前記作業機械の位置を用いて、前記第２方位角を補正する補正量を求めて出力する補正部と、を含み、
前記車両制御部は、前記第１方位角又は補正後の前記第２方位角を用いて前記操舵装置を制御し、前記姿勢検出器が使用できない場合、補正後の前記第２方位角に基づいて前記操舵装置を制御する、作業機械の制御システム。
【請求項２】
前記第１方位角又は前記第２方位角のいずれかが切り替えられて前記車両制御部に入力される、請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項３】
前記車両制御部は、
前記姿勢検出器が使用できる場合、前記第１方位角を用いて前記作業機械の前記操舵装置を制御する、請求項１又は請求項２に記載の作業機械の制御システム。
【請求項４】
前記補正部は、
前記作業機械の走行速度に基づいて前記補正量を変更する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
【請求項５】
前記車両制御部は、前記姿勢検出器が使用できる場合、前記第１方位角を用いて前記作業機械の前記操舵装置を制御し、前記姿勢検出器が使用できない場合、補正後の前記第２方位角を用いて前記操舵装置を制御する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
【請求項６】
前記車両制御部は、前記姿勢検出器が使用できない場合、前記作業機械の制動装置を制御して前記作業機械を停止させる、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の作業機械の制御システムを含む、
作業機械。
【請求項８】
請求項７に記載の作業機械に前記作業機械の目標走行速度及び前記作業機械の目標走行経路を含む走行条件情報を出力する管理装置を含む、
作業機械の管理システム。
【請求項９】
作業機械の位置を検出する位置検出器と、
前記作業機械の走行速度を検出する走行速度検出器と、
前記作業機械の操舵輪を操作する操舵装置と、
前記作業機械の方位に関する情報である第１方位角を検出する姿勢検出器と、
前記操舵装置の操舵角を検出する操舵角検出器と、
前記操舵角検出器によって検出された前記操舵角を用いて前記作業機械の第２方位角を求める方位角演算部と、
前記第１方位角及び前記第２方位角の少なくとも一方に基づいて前記操舵装置を制御する車両制御部と、を含み、
前記車両制御部は、
前記姿勢検出器が使用できる場合は、前記位置検出器によって検出された前記作業機械の位置と、前記走行速度検出器によって検出された前記作業機械の走行速度と、前記姿勢検出器によって検出された前記第１方位角と、に基づいて前記操舵装置、前記作業機械の駆動装置、前記作業機械の制動装置の少なくとも１つを制御し、
前記姿勢検出器が使用できない場合は、前記位置検出器によって検出された前記作業機械の位置に基づいて補正された前記第２方位角に基づいて前記操舵装置を制御する、
作業機械の管理システム。
【請求項１０】
作業機械の方位に関する情報である第１方位角を検出するステップと、
前記作業機械の操舵装置の操舵角に基づいて前記作業機械の第２方位角を求めるステップと、
前記作業機械の位置を検出するステップと、
前記作業機械の位置を用いて、前記第２方位角を補正する補正量を求めるステップと、
前記第１方位角が検出できない場合、補正後の前記第２方位角に基づいて前記操舵装置を制御するステップと、
を含む、作業機械の制御方法。
【請求項１１】
作業機械の姿勢を検出する姿勢検出器が使用できるか否かを判定することと、
前記姿勢検出器が使用できる場合は、前記姿勢検出器によって検出された前記作業機械の方位に関する情報である第１方位角を用いて前記作業機械の操舵輪を操作する操舵装置を制御し、前記姿勢検出器が使用できない場合は、前記操舵装置の操舵角を用いて得られた前記作業機械の第２方位角を用いて前記操舵装置を制御することと、
を含み、
前記姿勢検出器が使用できない場合は、前記作業機械に備えられる位置検出器によって検出された前記作業機械の位置を用いて求められた、前記第２方位角を補正する補正量で補正された補正後の前記第２方位角を用いて前記操舵装置を制御する、作業機械の制御方法。
【国際調査報告】
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