(57)【要約】  コントローラは、崖位置データを取得する。崖位置データは、ワークサイトの現況地形に含まれる崖の位置を示す。コントローラは、現況地形よりも下方に位置する目標設計地形を決定する。コントローラは、崖位置データから作業機による作業の終了位置を決定する。コントローラは、終了位置と目標設計地形とに従って作業機を動作させる指令信号を生成する。
2019187192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機を有する作業機械の制御システムであって、
コントローラを備え、
前記コントローラは、
ワークサイトの現況地形に含まれる崖の位置を示す崖位置データを取得し、
前記現況地形よりも下方に位置する目標設計地形を決定し、
前記崖位置データから前記作業機による作業の終了位置を決定し、
前記終了位置と前記目標設計地形とに従って前記作業機を動作させる指令信号を生成する、
作業機械の制御システム。
【請求項２】
前記コントローラは、
前記崖と前記目標設計地形との交点の位置を算出し、
前記交点の位置から前記終了位置を決定する、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記作業機械の進行方向において、前記交点の位置から所定距離、後方に離れた地点を、前記終了位置として決定する、
請求項２に記載の作業機械の制御システム。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記崖位置データから、前記作業機械の進行方向において前記崖から後方に離れた傾斜面を決定し、
前記傾斜面と前記目標設計地形との交点の位置から、前記終了位置を決定する、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記崖位置データから前記崖の傾斜角を算出し、
前記傾斜面は、前記崖の傾斜角と同じ角度で傾斜している、
請求項４に記載の作業機械の制御システム。
【請求項６】
前記傾斜面は、前記崖に沿った形状を有する、
請求項４に記載の作業機械の制御システム。
【請求項７】
作業機を有する作業機械を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、
ワークサイトの現況地形に含まれる崖の位置を示す崖位置データを取得することと、
前記現況地形よりも下方に位置する目標設計地形を決定することと、
前記崖位置データから前記作業機による作業の終了位置を決定することと、
前記終了位置と前記目標設計地形とに従って前記作業機を動作させる指令信号を生成すること、
を備える方法。
【請求項８】
前記終了位置を決定することは、
前記崖と前記目標設計地形との交点の位置を算出することと、
前記交点の位置から前記終了位置を決定すること、
を含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記終了位置を決定することは、前記作業機械の進行方向において、前記交点の位置から所定距離、後方に離れた地点を、前記終了位置として決定することを含む、
請求項８に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１０】
前記終了位置を決定することは、
前記崖位置データから、前記作業機械の進行方向において前記崖から後方に離れた傾斜面を決定することと、
前記傾斜面と前記目標設計地形との交点の位置から、前記終了位置を決定すること、
を含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記終了位置を決定することは、前記崖位置データから前記崖の傾斜角を算出することをさらに含み、
前記傾斜面は、前記崖の傾斜角と同じ角度で傾斜している、
請求項１０に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１２】
前記傾斜面は、前記崖に沿った形状を有する、
請求項１０に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１３】
作業機と、
前記作業機を制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
ワークサイトの現況地形に含まれる崖の位置を示す崖位置データを取得し、
前記現況地形よりも下方に位置する目標設計地形を決定し、
前記崖位置データから前記作業機による作業の終了位置を決定し、
前記終了位置と前記目標設計地形とに従って前記作業機を動作させる指令信号を生成する、
作業機械。
【請求項１４】
前記コントローラは、
前記崖と前記目標設計地形との交点の位置を算出し、
前記交点の位置から前記終了位置を決定する、
請求項１３に記載の作業機械。
【請求項１５】
前記コントローラは、前記作業機械の進行方向において、前記交点の位置から所定距離、後方に離れた地点を、前記終了位置として決定する、
請求項１４に記載の作業機械。
【請求項１６】
前記コントローラは、
前記崖位置データから、前記作業機械の進行方向において前記崖から後方に離れた傾斜面を決定し、
前記傾斜面と前記目標設計地形との交点の位置から、前記終了位置を決定する、
請求項１３に記載の作業機械。
【請求項１７】
前記コントローラは、前記崖位置データから前記崖の傾斜角を算出し、
前記傾斜面は、前記崖の傾斜角と同じ角度で傾斜している、
請求項１６に記載の作業機械。
【請求項１８】
前記傾斜面は、前記崖に沿った形状を有する、
請求項１６に記載の作業機械。
【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、方法、及び作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブルドーザ、或いはグレーダ等の作業機械において、作業機械を自動的に制御するシステムが提案されている。例えば、特許文献1のシステムでは、コントローラが、ワークサイトでの作業機の動くべき目標プロファイルをワークサイトの地形などから予め決定する。コントローラは、目標プロファイルに沿って複数の作業区間に分けて掘削するよう複数のカットロケーションを決定する。コントローラは、決定したカットロケーションから掘削を開始し、目標プロファイルに沿って作業機を動作させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許９，０１４，９２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
作業機械が行う作業には、例えばマイニング作業のように、掘削したマテリアルを崖の近くまで運び、崖から落とす作業がある。このような作業を、作業機械の自動制御によって行う場合、崖際の手前の位置に作業の終了位置を設定することが好ましい。コントローラは、終了位置までマテリアルを押しながら作業機械を前進させ、作業機械が終了位置まで到達したら、作業機械を後退させる。【０００５】
しかし、実際の崖の位置や形状は、作業の進捗に応じて変化する。そのため、終了位置を適切に設定することは容易ではない。もし、崖から大きく離れた位置が終了位置として設定されると、崖の端部に落としきれなかったマテリアルが残ってしまう。その場合、所望の地形を作ることは困難になる。【０００６】
本発明の目的は、作業機械の自動制御によって崖際で作業を行う場合に、所望の地形を作ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第1の態様は、作業機を有する作業機械の制御システムであって、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を実行するようにプログラムされている。コントローラは、崖位置データを取得する。崖位置データは、ワークサイトの現況地形に含まれる崖の位置を示す。コントローラは、現況地形よりも下方に位置する目標設計地形を決定する。コントローラは、崖位置データから作業機による作業の終了位置を決定する。コントローラは、終了位置と目標設計地形とに従って作業機を動作させる指令信号を生成する。【０００８】
第2の態様は、作業機を有する作業機械を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、以下の処理を備える。第1の処理は、崖位置データを取得することである。崖位置データは、ワークサイトの現況地形に含まれる崖の位置を示す。第2の処理は、現況地形よりも下方に位置する目標設計地形を決定することである。第3の処理は、崖位置データから作業機による作業の終了位置を決定することである。第4の処理は、終了位置と目標設計地形とに従って作業機を動作させる指令信号を生成することである。【０００９】
第3の態様は、作業機械であって、作業機と、作業機を制御するコントローラとを備える。コントローラは、以下の処理を実行するようにプログラムされている。コントローラは、崖位置データを取得する。崖位置データは、ワークサイトの現況地形に含まれる崖の位置を示す。コントローラは、現況地形よりも下方に位置する目標設計地形を決定する。コントローラは、崖位置データから作業機による作業の終了位置を決定する。コントローラは、終了位置と目標設計地形とに従って作業機を動作させる指令信号を生成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、崖の位置を示す崖位置データが取得され、崖位置データから作業の終了位置が決定される。そのため、実際の崖の位置や形状の変化に対応して、終了位置を決定することができる。それにより、所望の地形を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る作業機械を示す側面図である。
【図２】作業機械の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。
【図３】作業機械の構成を示す模式図である。
【図４】作業機械の自動制御の処理を示すフローチャートである。
【図５】最終設計地形、現況地形、及び目標設計地形の一例を示す図である。
【図６】第1実施形態に係る作業の終了位置の決定方法を示す図である。
【図７】制御システムの第1変形例に係る構成を示すブロック図である。
【図８】制御システムの第2変形例に係る構成を示すブロック図である。
【図９】第2実施形態に係る作業の終了位置の決定方法を示す図である。
【図１０】現況地形の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態に係る作業機械について、図面を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係る作業機械1を示す側面図である。本実施形態に係る作業機械1は、ブルドーザである。作業機械1は、車体11と、走行装置12と、作業機13と、を備えている。
【００１３】
車体11は、運転室14とエンジン室15とを有する。運転室14には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室15は、運転室14の前方に配置されている。走行装置12は、車体11の下部に取り付けられている。走行装置12は、左右一対の履帯16を有している。なお、図1では、左側の履帯16のみが図示されている。履帯16が回転することによって、作業機械1が走行する。
【００１４】
作業機13は、車体11に取り付けられている。作業機13は、リフトフレーム17と、ブレード18と、リフトシリンダ19と、を有する。リフトフレーム17は、車幅方向に延びる軸線Ｘを中心として上下に動作可能に車体11に取り付けられている。リフトフレーム17は、ブレード18を支持している。
【００１５】
ブレード18は、車体11の前方に配置されている。ブレード18は、リフトフレーム17の上下動に伴って上下に移動する。リフトフレーム17は、走行装置12に取り付けられてもよい。リフトシリンダ19は、車体11とリフトフレーム17とに連結されている。リフトシリンダ19が伸縮することによって、リフトフレーム17は、軸線Ｘを中心として上下に回転する。
【００１６】
図2は、作業機械1の駆動系2と制御システム3との構成を示すブロック図である。図2に示すように、駆動系2は、エンジン22と、油圧ポンプ23と、動力伝達装置24と、を備えている。
【００１７】
油圧ポンプ23は、エンジン22によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ23から吐出された作動油は、リフトシリンダ19に供給される。なお、図2では、1つの油圧ポンプ23が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。
【００１８】
動力伝達装置24は、エンジン22の駆動力を走行装置12に伝達する。動力伝達装置24は、例えば、HST（Hydro Static Transmission）であってもよい。或いは、動力伝達装置24は、例えば、トルクコンバーター、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。
【００１９】
制御システム3は、入力装置25と、コントローラ26と、記憶装置28と、制御弁27とを備える。入力装置25は、運転室14に配置されている。入力装置25は、後述する作業機械1の自動制御の設定を行うための装置である。入力装置25は、オペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。入力装置25の操作信号は、コントローラ26に出力される。
【００２０】
入力装置25は、例えば、タッチパネル式のディスプレイを含む。ただし、入力装置25は、タッチパネルに限らず、ハードウェアキーを含んでもよい。入力装置25は、作業機械1から離れた場所（例えば、コントロールセンタ）に配置されてもよい。オペレータは、コントロールセンタにある入力装置25から無線通信を介して作業機械1を操作してもよい。
【００２１】
コントローラ26は、取得したデータに基づいて作業機械1を制御するようにプログラムされている。コントローラ26は、例えばCPU等の処理装置（プロセッサ）を含む。コントローラ26は、入力装置25から操作信号を取得する。なお、コントローラ26は、一体に限らず、複数のコントローラに分かれていてもよい。コントローラ26は、走行装置12、或いは動力伝達装置24を制御することで、作業機械1を走行させる。コントローラ26は、制御弁27を制御することで、ブレード18を上下に移動させる。
【００２２】
制御弁27は、比例制御弁であり、コントローラ26からの指令信号によって制御される。制御弁27は、リフトシリンダ19などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ23との間に配置される。制御弁27は、油圧ポンプ23からリフトシリンダ19に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ26は、ブレード18が動作するように、制御弁27への指令信号を生成する。これにより、リフトシリンダ19が制御される。なお、制御弁27は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁27は、電磁比例制御弁であってもよい。
【００２３】
制御システム3は、作業機センサ29を備える。作業機センサ29は、作業機13の位置を検出し、作業機13の位置を示す作業機位置信号を出力する。作業機センサ29は、作業機13の変位を検出する変位センサであってもよい。詳細には、作業機センサ29は、リフトシリンダ19のストローク長さ（以下、「リフトシリンダ長Ｌ」という。）を検出する。図3に示すように、コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいてブレード18のリフト角θliftを算出する。作業機センサ29は、作業機13の回転角度を直接検出する回転センサであってもよい。
【００２４】
図3は、作業機械1の構成を示す模式図である。図3では、作業機13の基準位置が二点鎖線で示されている。作業機13の基準位置は、水平な地面上でブレード18の刃先が地面に接触した状態でのブレード18の位置である。リフト角θliftは、作業機13の基準位置からの角度である。
【００２５】
図2に示すように、制御システム3は、位置センサ31を備えている。位置センサ31は、作業機械1の位置を測定する。位置センサ31は、GNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバ32と、IMU 33と、を備える。GNSSレシーバ32は、例えばGPS（Global Positioning System）用の受信機である。例えばGNSSレシーバ32のアンテナは、運転室14上に配置される。GNSSレシーバ32は、衛星より測位信号を受信し、測位信号によりアンテナの位置を演算して車体位置データを生成する。コントローラ26は、GNSSレシーバ32から車体位置データを取得する。コントローラ26は、車体位置データにより、作業機械1の進行方向と車速とを得る。
【００２６】
車体位置データは、アンテナ位置のデータでなくてもよい。車体位置データは、作業機械1内、或いは、作業機械1の周辺において、アンテナとの位置関係が固定されている任意の場所の位置を示すデータであってもよい。
【００２７】
IMU 33は、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit）である。IMU 33は、車体傾斜角データを取得する。車体傾斜角データは、車両前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）、および車両横方向の水平に対する角度（ロール角）を含む。コントローラ26は、IMU 33から車体傾斜角データを取得する。
【００２８】
コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌと、車体位置データと、車体傾斜角データとから、刃先位置Pbを演算する。図3に示すように、コントローラ26は、車体位置データに基づいて、GNSSレシーバ32のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいて、リフト角θliftを算出する。コントローラ26は、リフト角θliftと車体寸法データに基づいて、GNSSレシーバ32に対する刃先位置Pbのローカル座標を算出する。車体寸法データは、記憶装置28に記憶されており、GNSSレシーバ32に対する作業機13の位置を示す。コントローラ26は、GNSSレシーバ32のグローバル座標と刃先位置Pbのローカル座標と車体傾斜角データとに基づいて、刃先位置Pbのグローバル座標を算出する。コントローラ26は、刃先位置Pbのグローバル座標を刃先位置データとして取得する。
【００２９】
記憶装置28は、例えばメモリと補助記憶装置とを含む。記憶装置28は、例えば、RAM、或いはROMなどであってもよい。記憶装置28は、半導体メモリ、或いはハードディスクなどであってもよい。記憶装置28は、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置28は、プロセッサによって実行可能であり作業機械1を制御するためのコンピュータ指令を記録している。
【００３０】
記憶装置28は、設計地形データとワークサイト地形データとを記憶している。設計地形データは、最終設計地形を示す。最終設計地形は、ワークサイトの表面の最終的な目標形状である。設計地形データは、例えば、三次元データ形式の土木施工図である。ワークサイト地形データは、ワークサイトの広域の地形を示す。ワークサイト地形データは、例えば、三次元データ形式の現況地形測量図である。ワークサイト地形データは、例えば、航空レーザ測量で得ることができる。
【００３１】
コントローラ26は、現況地形データを取得する。現況地形データは、ワークサイトの現況地形を示す。ワークサイトの現況地形は、作業機械1の進行方向に沿う領域の地形である。現況地形データは、ワークサイト地形データと上述の位置センサ31から得られる作業機械1の位置と進行方向とからコントローラ26での演算により取得される。現況地形データは、車載されたライダ（LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging）などによる現況地形の測距から取得されてもよい。
【００３２】
コントローラ26は、現況地形データと、設計地形データと、刃先位置データとに基づいて、作業機13を自動的に制御する。なお、作業機13の自動制御は、オペレータによる手動操作と合わせて行われる半自動制御であってもよい。或いは、作業機13の自動制御は、オペレータによる手動操作無しで行われる完全自動制御であってもよい。作業機械1の走行は、コントローラ26によって自動的に制御されてもよい。例えば、作業機械1の走行制御は、オペレータによる手動操作無しで行われる完全自動制御であってもよい。或いは、走行制御は、オペレータによる手動操作と合わせて行われる半自動制御であってもよい。或いは、作業機械1の走行は、オペレータによる手動操作によって行われてもよい。
【００３３】
以下、コントローラ26によって実行される、掘削における作業機械1の自動制御について説明する。以下の説明では、作業機械１は、例えばスロットドージングにおける各スロットを前後に行き来して、各スロットの掘削を行うものとする。図4は、第1実施形態に係る自動制御の処理を示すフローチャートである。
【００３４】
図4に示すように、ステップS101では、コントローラ26は、現在位置データを取得する。ここでは、コントローラ26は、上述したように、ブレード18の現在の刃先位置Pbを取得する。
【００３５】
ステップS102では、コントローラ26は、設計地形データを取得する。図5に示すように、設計地形データは、作業機械1の進行方向において、複数の参照点Pn（n=0,1,2,3,...,A）での最終設計地形60の高さZdesignを含む。複数の参照点Pnは、作業機械１の進行方向に沿う所定間隔ごとの複数地点を示す。複数の参照点Pnは、ブレード18の進行パス上にある。なお、図5では、最終設計地形60は、水平方向に平行な平坦な形状であるが、これと異なる形状であってもよい。
【００３６】
ステップS103では、コントローラ26は、現況地形データを取得する。コントローラ26は、記憶装置28より得られるワークサイト地形データと、位置センサ31より得られる車体の位置データ及び進行方向データから演算により、現況地形データを取得する。
【００３７】
現況地形データは、作業機械1の進行方向に位置する地形を示す情報である。図5は、現況地形50の断面を示す。なお、図5において、縦軸は、地形の高さを示しており、横軸は、作業機械1の進行方向における現在位置からの距離を示している。
【００３８】
詳細には、現況地形データは、作業機械1の進行方向において、現在位置から所定の地形認識距離dAまでの複数の参照点Pnでの現況地形50の高さZnを含む。本実施形態において、現在位置は、作業機械1の現在の刃先位置Pbに基づいて定められる位置である。ただし、現在位置は、作業機械1の他の部分の現在位置に基づいて定められてもよい。複数の参照点は、所定間隔、例えば１ｍごとに並んでいる。
【００３９】
ステップS104では、コントローラ26は、崖位置データを取得する。図5に示すように、崖位置データは、現況地形50に含まれる崖51の位置と形状とを示す。コントローラ26は、現況地形データから現況地形の傾斜を算出し、傾斜の大きさから崖51を検出してもよい。コントローラ26は、検出された崖51の位置と形状とを現況地形データから求め、崖位置データとして取得してもよい。或いは、オペレータが入力装置25によって崖51の位置を入力してもよい。コントローラ26は、現況地形データから、入力された崖51の形状を求め、崖位置データとして取得してもよい。或いは、崖位置データが予め記憶装置28に保存されており、コントローラ26は、記憶装置28から崖位置データを取得してもよい。或いは、コントローラ26は、外部のコンピューターから崖位置データを取得してもよい。
【００４０】
ステップS105では、コントローラ26は、作業範囲データを取得する。作業範囲データは、入力装置25によって設定された作業範囲を示す。図5に示すように、作業範囲は始端と終端とを含む。作業範囲データは、始端の座標と終端の座標とを含む。或いは、作業範囲データは、始端の座標と、作業範囲の長さとを含み、始端の座標と作業範囲の長さとから、終端の座標が算出されてもよい。或いは、作業範囲データは、終端の座標と、作業範囲の長さとを含み、終端の座標と作業範囲の長さとから、始端の座標が算出されてもよい。
【００４１】
コントローラ26は、入力装置25からの操作信号に基づいて作業範囲データを取得する。ただし、コントローラ26は、他の方法によって、作業範囲データを取得してもよい。例えば、コントローラ26は、ワークサイトの施工管理を行う外部のコンピュータから、作業範囲データを取得してもよい。
【００４２】
ステップS106では、コントローラ26は、目標設計地形データを決定する。目標設計地形データは、図5に破線で記載された目標設計地形70を示す。目標設計地形70は、作業におけるブレード18の刃先の望まれる軌跡を示す。目標設計地形70は、作業対象である地形の目標プロファイルであり、掘削作業の結果として望まれる形状を示す。
【００４３】
図5に示すように、コントローラ26は、少なくとも一部が、現況地形50よりも下方に位置する目標設計地形70を決定する。例えば、コントローラ26は、水平方向に延びる目標設計地形70を決定する。コントローラ26は、現況地形50から、下方に所定距離dZ変位した目標設計地形70を生成する。所定距離dZは、入力装置25からの操作信号に基づいて設定されてもよい。所定距離dZは、ワークサイトの施工管理を行う外部のコンピュータから取得されてもよい。所定距離dZは、固定値であってもよい。
【００４４】
なお、コントローラ26は、最終設計地形60を下方に越えないように、目標設計地形70を決定する。従って、コントローラ26は、掘削作業時には、最終設計地形60以上、且つ、現況地形50より下方に位置する目標設計地形70を決定する。
【００４５】
ステップS107では、コントローラ26は、終了位置Pfを決定する。図6は第1実施形態に係る終了位置Pfと開始位置Ps1との決定方法を示す図である。図6に示すように、コントローラ26は、目標設計地形70と崖位置データとから終了位置Pfを決定する。詳細には、コントローラ26は、崖51と目標設計地形70との交点Pcの位置を算出する。コントローラ26は、交点Pcの位置から所定距離D1、後方に離れた地点を、終了位置Pfとして決定する。
【００４６】
好ましくは、所定距離D1は、作業の効率を考慮して定められる。所定距離D1は、一定値であってもよい。或いは、所定距離D1は、オペレータによって設定可能であってもよい。或いは、所定距離D1は、作業機械1の機械能力やブレード18の容量等に応じて、コントローラ26によって自動的に決定されてもよい。
【００４７】
ステップS108では、コントローラ26は、開始位置Ps1を決定する。図6に示すように、コントローラ26は、作業機械1の進行方向に並ぶ複数の開始位置Ps1-Ps4を決定する。各開始位置Ps1-Ps4は、ブレード18による1カット分の作業を開始する位置である。1カット分の作業とは、作業車両1の1回の前進走行におけるブレード18による掘削作業を意味する。コントローラ26は、終了位置Pfから所定の区間距離、後方に離れた位置を第1の開始位置Ps1として決定してもよい。コントローラ26は、各開始位置Ps1-Ps4の間の距離が、所定の区間距離となるように、他の開始位置Ps2-Ps4を決定してもよい。
【００４８】
所定の区間距離は、一定値であってもよい。或いは、所定の区間距離は、オペレータによって設定可能であってもよい。或いは、所定の区間距離は、作業機械1の機械能力やブレード18の容量、掘削されるマテリアルの量等に応じて、コントローラ26によって自動的に決定されてもよい。
【００４９】
ステップS109では、コントローラ26は、終了位置Pfと開始位置Ps1と目標設計地形70とに従って作業機13を制御する。コントローラ26は、第1の開始位置Ps1から作業を開始し、目標設計地形70に従ってブレード18の刃先位置が移動するように、作業機13への指令信号を生成する。生成された指令信号は、制御弁27に入力される。それにより、ブレード18の刃先位置Pbが第1の開始位置Ps1から目標設計地形70に向かって移動する。
【００５０】
コントローラ26は、ブレード18の刃先位置Pbが終了位置Pfに到達するまで、作業機械1を前進させる。それにより、ブレード18に抱えられたマテリアルが崖51から落とされる。コントローラ26は、ブレード18の刃先位置Pbが終了位置Pfに到達すると、作業機械1を後退させる。それにより、第1の開始位置Ps1からの1つの作業区間の作業が終了する。
【００５１】
第1の開始位置Ps1からの作業区間の掘削が完了すると、コントローラ26は、作業機械1を第2の開始位置Ps2に移動させ、次の第2の開始位置Ps2からの作業区間の掘削を行う。そして、コントローラ26は、ブレード18の刃先位置Pbが終了位置Pfに到達するまで、再び作業機械1を前進させる。それにより、ブレード18に抱えられたマテリアルが崖51から落とされる。
【００５２】
コントローラ26は、ブレード18の刃先位置Pbが終了位置Pfに到達すると、作業機械1を後退させる。第2の開始位置Ps2からの作業区間の掘削が完了すると、コントローラ26は、作業機械1を第3の開始位置Ps3に移動させ、次の第3の開始位置Ps3からの作業区間の掘削を行う。これらの作業が繰り返されることにより、作業範囲内で１つの目標設計地形70の掘削が完了する。
【００５３】
作業範囲内で１つの目標設計地形70の掘削が完了すると、コントローラ26は、図6に示すように、さらに下方に位置する次の目標設計地形70’について、終了位置Pf’と開始位置Ps1’とを決定し、開始位置Ps1’からの掘削を開始する。コントローラ26は、崖51と次の目標設計地形70’との交点Pc’の位置から所定距離D1、後方に離れた地点を、終了位置Pf’として決定する。このような処理が繰り返されることにより、現況地形50が最終設計地形60に近づくように、掘削が行われる。
【００５４】
ステップS110では、コントローラ26は、ワークサイト地形データを更新する。コントローラ26は、刃先位置Pbの最新の軌跡を示す位置データによってワークサイト地形データを更新する。ワークサイト地形データの更新は、随時、行われてもよい。或いは、コントローラ26は、車体位置データと車体寸法データとから履帯16の底面の位置を算出し、履帯16の底面の軌跡を示す位置データによってワークサイト地形データを更新してもよい。コントローラ26は、車載のライダから出力される測位信号により、ワークサイト地形データを更新してもよい。これらの場合、ワークサイト地形データの更新は即時に行うことができる。
【００５５】
或いは、ワークサイト地形データは、作業機械1の外部の測量装置によって計測された測量データから生成されてもよい。外部の測量装置として、例えば、航空レーザ測量を用いてよい。或いは、カメラによって現況地形50を撮影し、カメラによって得られた画像データからワークサイト地形データが生成されてもよい。例えば、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)による空撮測量を用いてよい。外部の測量装置又はカメラの場合、ワークサイト地形データの更新は、所定周期ごと、あるいは随時に行われてもよい。
【００５６】
以上説明した本実施形態に係る作業機械1の制御システム3では、崖51の位置を示す崖位置データが取得され、崖位置データから作業の終了位置Pfが決定される。そのため、実際の崖51の位置や形状の変化に対応して、終了位置Pfを決定することができる。それにより、所望の地形を精度よく作ると共に、作業効率の低下を抑えることができる。
【００５７】
終了位置Pfは、崖51と目標設計地形70との交点Pcの位置から所定距離D1、後方に離れた地点から決定される。そのため、終了位置Pfは、実際の崖51の形状に応じて決定される。そのため、崖51の端部に落としきれなかったマテリアルが残ってしまうことが防止される。それにより、所望の地形を精度よく作ると共に、作業効率の低下を抑えることができる。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５９】
作業機械1は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ、モータグレーダ、油圧ショベル等の他の車両であってもよい。
【００６０】
作業機械1は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、制御システム3の一部は、作業機械1の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ26は、作業機械1の外部に配置されてもよい。コントローラ26は、ワークサイトから離れたコントロールセンタ内に配置されてもよい。その場合、作業機械1は、運転室14を備えない車両であってもよい。
【００６１】
作業機械1は、電動モータで駆動される車両であってもよい。その場合、電源は作業機械1の外部に配置されてもよい。電源が外部から供給される作業機械1は、内燃エンジン及びエンジン室を備えない車両であってよい。
【００６２】
コントローラ26は、互いに別体の複数のコントローラ26を有してもよい。例えば、図7に示すように、コントローラ26は、作業機械1の外部に配置されるリモートコントローラ261と、作業機械1に搭載される車載コントローラ262とを含んでもよい。リモートコントローラ261と車載コントローラ262とは通信装置38,39を介して無線により通信可能であってもよい。そして、上述したコントローラ26の機能の一部がリモートコントローラ261によって実行され、残りの機能が車載コントローラ262によって実行されてもよい。例えば、目標設計地形70と作業順序を決定する処理とがリモートコントローラ261によって実行され、作業機13への指令信号を出力する処理が車載コントローラ262によって実行されてもよい。
【００６３】
入力装置25は、作業機械1の外部に配置されてもよい。その場合、運転室は、作業機械1から省略されてもよい。或いは、入力装置25が作業機械1から省略されてもよい。入力装置25は、走行装置12及び／又は作業機13を操作するための操作レバー、ペダル、或いはスイッチ等の操作子を含んでもよい。入力装置25の操作に応じて、作業機械1の前進及び後進などの走行が制御されてもよい。入力装置25の操作に応じて、作業機13の上昇及び下降などの動作が制御されてもよい。
【００６４】
現況地形50は、上述した位置センサ31に限らず、他の装置によって取得されてもよい。例えば、図8に示すように、外部の装置からのデータを受け付けるインターフェ−ス装置37によって現況地形50が取得されてもよい。インターフェ−ス装置37は、外部の計測装置41が計測した現況地形50データを無線によって受信してもよい。或いは、インターフェ−ス装置37は、記録媒体の読み取り装置であって、外部の計測装置41が計測した現況地形50データを記録媒体を介して受け付けてもよい。
【００６５】
目標設計地形70の決定方法は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、目標設計地形70は、現況地形50を鉛直方向に所定距離、変位させたものであってもよい。或いは、目標設計地形70は、水平方向に対して所定角度で傾斜したものであってもよい。所定角度は、オペレータによって設定されてもよい。或いは、コントローラ26が、所定角度を自動的に決定してもよい。
【００６６】
終了位置Pfを決定するための処理は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。図10は、第2実施形態に係る終了位置Pfの決定方法を示す図である。図9に示すように、コントローラ26は、崖位置データから崖51の傾斜角a1を算出する。コントローラ26は、崖位置データから、作業機械1の進行方向において崖51から後方に所定距離D2、離れた傾斜面71を決定する。傾斜面71は、崖51の傾斜角a1と同じ角度で傾斜している。傾斜面71は、崖51に沿った形状を有している。コントローラ26は、傾斜面71と目標設計地形70との交点の位置を、終了位置Pfとして決定する。
【００６７】
好ましくは、所定距離D2は、作業の効率を考慮して定められる。所定距離D2は、一定値であってもよい。或いは、所定距離D2は、オペレータによって設定可能であってもよい。或いは、所定距離D2は、作業機械1の機械能力やブレード18の容量等に応じて、コントローラ26によって自動的に決定されてもよい。
【００６８】
上記の実施形態では、開始位置Ps1-Ps4はコントローラ26によって自動的に決定されている。しかし、開始位置Ps1-Ps4はオペレータによって決定されてもよい。すなわち、開始位置Ps1-Ps4は、オペレータが手動で作業機13を操作して掘削を開始した位置であってもよい。
【００６９】
崖51の形状は上記の実施形態と異なる形状であってもよい。例えば、図10に示すように、崖51は穴100の一部であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明によれば、作業機械の自動制御によって崖際で作業を行う場合に、所望の地形を作ることができる。
【符号の説明】
【００７１】
3   制御システム
13  作業機
26  コントローラ
50  現況地形
51  崖
70  目標設計地形
【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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【国際調査報告】
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