CN111757962B

CN111757962B - 作业机械

Info

Publication number: CN111757962B
Application number: CN201980015036.8A
Authority: CN
Inventors: 逢泽正宪; 岛田健二郎; 根田知树
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: JP7274831B2; US20200407949A1; DE112019001124T5; JP2020020153A; CN111757962A; WO2020026522A1

Abstract

作业机械(1)具备作业机(12)、安装有作业机(12)的旋转体(13)、计测地形的地形传感器(35)、控制器(27)。控制器(27)基于地形传感器(35)计测的表示地形的地形数据，确定作业机(12)的挖掘开始位置(S1)，使作业机(12)从作业机(12)的当前位置(S2)移动到挖掘开始位置(S1)。

Description

作业机械

技术领域

本发明涉及作业机械。

背景技术

有利用液压挖掘机等作业机械挖掘砂土等原材料，并装载到自卸卡车等搬运车辆的作业。搬运车辆在规定的装载位置装载原材料。搬运车辆行驶到规定的卸载位置，在卸载位置卸载原材料。然后，搬运车辆返回装载位置，利用作业机械再次将原材料装载到搬运车辆。

以往，已知有通过自动控制进行上述那样的通过作业机械的装载作业的技术。例如专利文献1中，挖掘开始位置与排土位置预先提示到作业机械的控制器。控制器使作业机从挖掘位置向排土位置旋转，在排土位置排土之后，使作业机从排土位置向挖掘位置旋转。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-192514号公报

发明内容

发明将要解决的课题

根据上述技术，能够通过自动控制进行通过作业机械的装载作业。但是，在使作业机向挖掘位置旋转时，由于未考虑挖掘位置的地形，因此在高效地使作业机旋转方面仍有余地。

本发明的目的在于提供一种高效地使作业机旋转到挖掘开始位置的技术。

用于解决课题的手段

第一方式为具备作业机，安装有作业机的旋转体，计测地形的地形传感器，控制器的作业机械。在该作业机械中，控制器基于表示地形传感器计测的地形的地形数据，确定作业机的挖掘开始位置，使作业机从作业机的当前位置移动到挖掘开始位置。

第二方式为为了控制作业机械而由控制器执行的方法。该方法具备以下处理。第一处理基于表示作业机械附近的地形的地形数据，确定安装于旋转体的作业机的挖掘开始位置。第二处理使所述作业机从所述作业机的当前位置移动到所述挖掘开始位置。

发明效果

根据本发明，提供一种能够高效地使作业机旋转到挖掘开始位置的技术。

附图说明

图1是表示使用作业机械的作业现场的一个例子的俯视图。

图2作业机械的侧视图。

图3是表示作业机械的构成的框图。

图4是搬运车辆的侧视图。

图5是表示搬运车辆的构成的框图。

图6是表示待机模式下的处理的流程图。

图7是表示装载模式下的处理的流程图。

图8是表示装载模式下的处理的流程图。

图9是表示装载模式下的处理的流程图。

图10是示意性表示自动控制模式中的作业现场的状况的俯视图。

图11是示意性表示自动控制模式中的作业现场的状况的俯视图。

图12是示意性表示自动控制模式中的作业现场的状况的俯视图。

图13是示意性表示自动控制模式中的作业现场的状况的俯视图。

图14是示意性表示自动控制模式中的作业现场的状况的俯视图。

图15是示意性表示自动控制模式中的作业现场的状况的俯视图。

图16是示意性表示自动控制模式中的作业现场的状况的俯视图。

图17是示意性表示自动控制模式中的作业现场的状况的俯视图。

图18是示意性表示自动控制模式中的作业现场的状况的俯视图。

图19是表示利用第一相机或者第二相机拍摄的图像的一个例子的图。

图20是表示利用第一相机拍摄的图像的一个例子的图。

图21是表示在当前的位置作业机械能够挖掘的原材料的范围的图。

图22是表示挖掘计划的处理的流程图。

图23是表示当前的地形的剖面与挖掘路径的一个例子的图。

图24是从图14的X方向观察作业机械以及挖掘位置的侧视图。

图25是利用第一相机拍摄的图像的一个例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的作业机械1的控制系统进行说明。图1是表示使用作业机械1的作业现场的一个例子的俯视图。在作业现场配置有作业机械1与搬运车辆2。作业机械1通过自动控制与搬运车辆2协作来进行作业。

在本实施方式中，作业机械1为液压挖掘机。搬运车辆2为自卸卡车。作业机械1配置于作业现场内的规定的挖掘位置L1的横侧。搬运车辆2在作业现场内的规定的装载位置L2与规定的卸载位置L3之间行驶并往复。作业机械1通过自动控制，对挖掘位置L1进行挖掘，将作为挖掘对象物的砂土等原材料装载到停在装载位置L2的搬运车辆2。装载了原材料的搬运车辆2行驶到卸载位置L3，将原材料卸载到卸载位置L3。在卸载位置L3配置有推土机等其他作业机械3，将卸载到卸载位置L3的原材料铺平。卸载了原材料的搬运车辆2行驶到装载位置L2，作业机械1再次将原料装载到停在装载位置L2的搬运车辆2。通过重复这种作业，将挖掘位置L1的原材料移送到卸载位置L3。

图2是作业机械1的侧视图。如图2所示，作业机械1包括车辆主体11与作业机12。车辆主体11包括旋转体13与行驶体14。旋转体13能够旋转地安装于行驶体14。在旋转体13配置有驾驶部15。但是，也可以省略驾驶部15。行驶体14包括履带16。通过利用后述发动机24的驱动力驱动履带16，作业机械1行驶。

作业机12安装于车辆主体11的前部。作业机12包括大臂17、小臂18、铲斗19。大臂17能够在上下方向上动作地安装于旋转体13。小臂18能够动作地安装于大臂17。铲斗19能够动作地安装于小臂18。作业机12包括大臂缸21、小臂缸22、铲斗缸23。大臂缸21、小臂缸22、铲斗缸23为液压缸，利用来自后述液压泵25的工作油驱动。大臂缸21使大臂17动作。小臂缸22使小臂18动作。铲斗缸23使铲斗19动作。

图3是表示作业机械1的控制系统的构成的框图。如图3所示，作业机械1包括发动机24、液压泵25、动力传递装置26、控制器27。

发动机24利用来自控制器27的指令信号控制。液压泵25被发动机24驱动，排出工作油。从液压泵25排出的工作油向大臂缸21、小臂缸22、铲斗缸23供给。

作业机械1包括旋转马达28。旋转马达28为液压马达，利用来自液压泵25的工作油驱动。旋转马达28使旋转体13旋转。此外，在图2中，图示了一个液压泵25，但也可以设有多个液压泵。

在液压泵25连接有泵控制装置29。液压泵25为可变容量泵。泵控制装置29控制液压泵25的倾转角。泵控制装置29例如包括电磁阀，利用来自控制器27的指令信号控制。控制器27通过控制泵控制装置29，来控制液压泵25的容量。

液压泵25、液压缸21-23、旋转马达28经由控制阀31利用液压回路连接。控制阀31利用来自控制器27的指令信号控制。控制阀31控制从液压泵25向液压缸21-23以及旋转马达28供给的工作油的流量。控制器27通过控制控制阀31，控制作业机12的动作。另外，控制器27通过控制控制阀31，控制旋转体13的旋转。

动力传递装置26将发动机24的驱动力传递到行驶体14。动力传递装置26例如为变矩器，或者也可以是具有多个变速齿轮的变速器。或者，动力传递装置26也可以是HST(Hydro Static Transmission)，或者HMT(Hydraulic Mechanical Transmission)等其他形式的变速器。

控制器27编程为基于取得的数据控制作业机械1。控制器27通过控制发动机24、行驶体14、动力传递装置26，使作业机械1行驶。控制器27通过控制发动机24、液压泵25、控制阀31，使作业机12动作。

控制器27包括CPU或者GPU等处理器271、存储装置272。处理器271进行用于作业机械1的自动控制的处理。存储装置272包括RAM或者ROM等存储器以及HDD(Hard Disk Drive)或者SSD(Solid State Drive)等辅助存储装置。存储装置272存储有用于作业机械1的自动控制的数据以及程序。

作业机械1包括负载传感器32a-32c。负载传感器32a-32c检测作业机12的负载，并输出表示负载的负载数据。在本实施方式中，负载传感器32a-32c为液压传感器，分别检测液压缸21-23的液压。负载数据表示液压缸21-23的液压。控制器27能够通过有线或者无线通信地与负载传感器32a-32c连接。控制器27从负载传感器32a-32c接收负载数据。

作业机械1包括位置传感器33、作业机传感器34a-34c、旋转角度传感器39。位置传感器33检测作业机械1的位置，输出表示作业机械1的位置的位置数据。位置传感器33包括GNSS(Global Navigation Satellite System)接收器与IMU(惯性计测装置：InertialMeasurement Unit)。GNSS接收器例如为GPS(Global Positioning System)用的接收机。位置数据包括表示GNSS接收器输出的作业机械1的位置的数据、表示IMU输出的车辆主体11的姿势的数据。车辆主体11的姿势包括例如作业机械1的前后方向相对于水平的角度(俯仰角)，作业机械1的横向相对于水平的角度(侧倾角)。

作业机传感器34a-34c检测作业机12的姿势，输出表示作业机12的姿势的姿势数据。作业机传感器34a-34c例如为检测液压缸21-23的行程量的行程传感器。作业机12的姿势数据包括液压缸21-23的行程量。或者，作业机传感器34a-34c也可以是检测大臂17、小臂18以及铲斗19各自的旋转角度的传感器等其他传感器。旋转角度传感器39检测相对于行驶体14的旋转体13的旋转角度，并输出表示旋转角度的旋转角度数据。

控制器27能够通过有线或无线能够通信地连接于位置传感器33、作业机传感器34a-34c以及旋转角度传感器39。控制器27分别从位置传感器33、作业机传感器34a-34c、旋转角度传感器39接收作业机械1的位置数据、作业机12的姿势数据、旋转角度数据。控制器27根据位置数据、姿势数据、旋转角度数据计算作业机12中的铲斗19的刀尖位置。例如作业机械1的位置数据表示位置传感器33的整体坐标。控制器27基于作业机12的姿势数据与旋转角度数据，根据位置传感器33的整体坐标计算铲斗19的刀尖位置的整体坐标。

作业机械1包括地形传感器35。地形传感器35计测作业机械1的周围的地形，并输出表示计测了地形传感器35的地形的地形数据。在本实施方式中，地形传感器35安装于旋转体13的侧部。地形传感器35计测位于旋转体13的侧方的地形。地形传感器35例如为激光成像测距仪(LIDAR：Laser Imaging Detectionand Ranging)。激光成像测距仪通过照射激光，并计测其反射光，测定到地形上的多个计测点的距离。地形数据表示相对于作业机械1的各计测点的位置。

作业机械1包括第一相机36、多个第二相机37。第一相机36朝向旋转体13的前方，安装于旋转体13。第一相机36拍摄旋转体13的前方。第一相机36为立体拍摄机。第一相机36输出表示拍摄的动画的第一图像数据。

多个第二相机37分别朝向旋转体13的左侧方、右侧方、后方，安装于旋转体13。第二相机37输出表示拍摄的动画的第二图像数据。第二相机37也可以是单眼相机。或者，第二相机37也可以与第一相机36相同，为立体拍摄机。控制器27通过有限或者无线能够通信地与第一相机36以及第二相机37连接。控制器27从第一相机36接收第一图像数据。控制器27从第二相机37接收第二图像数据。

作业机械1包括通信装置38。通信装置38与作业机械1的外部的机器进行数据通信。通信装置38与作业机械1的外部的远程计算机机器4进行通信。远程计算机机器4也可以配置于作业现场。或者，远程计算机机器4也可以配置在远离作业现场的管理中心内。远程计算机机器4包括显示器401与输入装置402。

显示器401显示与作业机械1相关的图像。显示器401显示从控制器27经由通信装置38接收的信号相应的图像。输入装置402由操作人员操作。输入装置402例如也可以包含触摸面板，或者也可以包含硬件键盘。远程计算机机器4将由表示输入装置402输入的指令的信号经由信装置38发送到控制器27。另外，通信装置38与搬运车辆2进行数据通信。

图4是搬运车辆2的侧视图。如图4所示，搬运车辆2包括车辆主体51、行驶体52、载荷台53。车辆主体51支承于行驶体52。行驶体52包括履带54。通过利用后述发动机55的驱动力驱动履带54，搬运车辆2行驶。载荷台53支承于车辆主体51。载荷台53设置为能够以卸载姿势与搬运姿势动作。在图4中，实线位置表示的载荷台53表示搬运姿势的载荷台53的位置。双点划线位置表示的载荷台53’表示卸载姿势的载荷台53的位置。搬运姿势中，载荷台53配置为大致水平。卸载姿势中，载荷台53成为相对于搬运姿势倾斜的状态。

图5是表示搬运车辆2的控制系统的构成的框图。搬运车辆2包括发动机55、液压泵56、动力传递装置57、提升液压缸58、旋转马达59、控制器61、控制阀62。控制器61包括处理器611、易失性存储部612、非易失性存储部613。

发动机55、液压泵56、动力传递装置57、控制器61、控制阀62分别为与作业机械1的发动机24、液压泵25、动力传递装置26、控制器27、控制阀31相同的构成，因此省略详细说明。

提升液压缸58为液压缸。旋转马达59为液压马达。从液压泵56排出的工作油向提升液压缸58与旋转马达59供给。提升液压缸58与旋转马达59被来自液压泵56的工作油驱动。提升液压缸58使载荷台53升降。由此，载荷台53的姿势切换为搬运姿势与卸载姿势。旋转马达59相对于行驶体52使车辆主体51旋转。控制器61通过利用控制阀62控制提升液压缸58，控制载荷台53的动作。另外，控制器61通过利用控制阀62控制旋转马达59，控制车辆主体51的旋转。

搬运车辆2包括位置传感器63、载荷台传感器64、旋转角度传感器65。位置传感器63与作业机械1的位置传感器33相同，输出位置数据。位置数据包括表示搬运车辆2的位置的数据、表示车辆主体51的姿势的数据。

载荷台传感器64检测载荷台53的姿势，输出表示载荷台53的姿势的载荷台数据。载荷台传感器64例如是对提升液压缸58的行程量进行检测的行程传感器。载荷台数据包括提升液压缸58的行程量。或者，载荷台传感器64也可以是检测载荷台53的倾斜角度的传感器等其他传感器。旋转角度传感器65检测车辆主体51相对于行驶体52的旋转角度，并输出表示旋转角度的旋转角度数据。

控制器61能够通过有线或者无线通信地与位置传感器63、载荷台传感器64、旋转角度传感器65连接。控制器61分别从位置传感器63、载荷台传感器64、旋转角度传感器65接收位置数据、载荷台数据、旋转角度数据。

搬运车辆2包括通信装置66。搬运车辆2的控制器61仅由通信装置66，与作业机械1的控制器27进行数据通信。搬运车辆2的控制器61经由通信装置66发送搬运车辆2的位置数据、载荷台数据、旋转角度数据。作业机械1的控制器27经由通信装置38接收搬运车辆2的位置数据、载荷台数据、旋转角度数据。作业机械1的控制器27存储表示搬运车辆2的车辆主体51以及载荷台53的配置以及尺寸的车辆尺寸数据。控制器27根据搬运车辆2的位置数据、载荷台数据、旋转角度数据、车辆尺寸数据计算载荷台53的位置。

接着，对由作业机械1的控制器27执行的自动控制模式的处理进行说明。在自动控制模式中，控制器27以自动进行上述挖掘以及装载的作业的方式控制作业机械1。图6到图9是表示自动控制模式的处理的流程图。

自动控制模式包括装载模式和除了装载模式以外的其他模式。在本实施方式中，其他模式为待机模式。在待机模式中，控制器27在搬运车辆2到达装载位置L2而停车前，使作业机械1待机。此外，其他模式除了待机模式以外，也可以包括收集分散的原材料的模式、挖掘其他区域而新增加原材料的挖掘模式等模式。

在装载模式中，控制器27在搬运车辆2停在装载位置L2时，以向搬运车辆2进行装载作业的方式使作业机械1动作。图6是表示待机模式下的处理的流程图。图7至图9是表示装载模式下的处理的流程图。图10至图18是示意性表示自动控制模式中的作业现场的状况的俯视图。

控制器27在接收自动控制模式的开始指令时，起动作业机械1的发动机24，并且执行图6所示的待机模式的处理。如图10所示，自动控制模式的开始指令例如操作人员通过操作上述远程计算机机器4的输入装置402，而从远程计算机机器4输出。控制器27经由通信装置38接收开始指令。另外，搬运车辆2也接收自动控制模式的开始指令。搬运车辆2在接收自动控制模式的开始指令时，朝向装载位置L2开始移动。

如图6所示，在步骤S101中，控制器27使作业机械1以待排土姿势待机。即，在待机模式中，控制器27以待排土姿势使作业机12、旋转体13、行驶体14维持为停止状态。如图10所示，在待排土姿势中，作业机12以朝向装载位置L2的方式配置。即，在待排土姿势中，旋转体13的前方朝向装载位置L2。另外，在待排土姿势中，铲斗19配置在比搬运车辆2的载荷台53的高度靠上方的位置。

在步骤S102中，控制器27取得作业机械1的位置。这里，控制器27从位置传感器33、作业机传感器34a-34c、旋转角度传感器39分别取得作业机械1的位置数据、作业机12的姿势数据、旋转角度数据。控制器27根据位置数据、姿势数据、旋转角度数据计算作业机12中的铲斗19的刀尖位置。

在步骤S103中，控制器27取得图像数据。这里，控制器27从第一相机36取得表示旋转体13的前方的动画的第一图像数据。控制器27从第二相机37取得表示旋转体13的两侧方以及后方的动画的第二图像数据。此外，第一相机36与第二相机37至少在自动控制模式的执行中，始终进行拍摄，生成第一图像数据与第二图像数据。控制器27至少在自动控制模式的执行中，从第一相机36与第二相机37实时地取得第一图像数据与第二图像数据。

在步骤S104中，控制器27执行图像处理1。图像处理1基于第一图像数据与第二图像数据，通过图像识别技术，检测作业机械1的周围的人的存在。因此，第一相机36与第二相机37相当于检测作业机械1的周围的区域中的人的存在的人检测装置。

控制器27例如通过使用了AI(Artificial Intelligence)的图像识别技术，检测第一图像数据与第二图像数据表示的图像中的人的存在。图19是表示由第一相机36或者第二相机37拍摄的图像的一个例子的图。如图19所示，在第一图像数据或第二图像数据所示的图像中有人时，控制器27识别并检测图像中的人。在步骤S105中，控制器27判定是否检测到作业机械1的周围中的人的存在。在未检测到人的存在时，处理进入步骤S106。

在步骤S106中，控制器27执行图像处理2。在图像处理2中，控制器27基于第一图像数据，通过图像识别技术，检测搬运车辆2的存在。因此，第一相机36相当于检测搬运车辆2向作业机械1接近的车辆检测装置。关于图像识别技术，与步骤S104相同。如图11所示，在第一相机36的拍摄范围内，在搬运车辆2到达时，控制器27检测搬运车辆2的存在。

图20是表示在搬运车辆2到达第一相机的拍摄范围内时，由第一相机36拍摄的图像的一个例子的图。如图20所示，在第一图像数据表示的图像中包含搬运车辆2时，控制器27识别并检测图像中的搬运车辆2。

在步骤S107中，控制器27与搬运车辆2进行通信。这里，控制器27经由通信装置38，从搬运车辆2接收搬运车辆2的位置数据。另外，控制器27经由通信装置38，从搬运车辆2接收载荷台数据与旋转角度数据。

在步骤S108中，控制器27判定是否检测到搬运车辆2的接近。控制器27在从作业机械1到搬运车辆2的距离为规定的阈值以下时，判定为检测到搬运车辆2的接近。控制器27通过分析第一图像数据，计算从作业机械1到搬运车辆2的距离。或者，控制器27也可以根据作业机械1的位置数据与搬运车辆2的位置数据，计算从作业机械1到搬运车辆2的距离。在检测到搬运车辆2的接近时，处理进入图7所示的步骤S201。即，控制器27使自动控制模式从待机模式改变为装载模式。

在步骤S105中，未检测到人以及在步骤S108中检测出搬运车辆2的接近是用于使自动控制模式从待机模式向装载模式改变的改变条件。控制器27在满足改变条件时，使自动控制模式从待机模式向装载模式改变。控制器27在未满足改变条件时，不使自动控制模式从待机模式向装载模式改变，而维持待机模式。此外，改变条件也可以还包含其他条件。

在步骤S108中，在控制器27未检测到搬运车辆2的接近时，处理进入步骤S109。在步骤S109中，控制器27判定是否接收到终止信号。终止信号从远程计算机机器4发送。操作人员通过操作输入装置402，使终止信号从远程计算机机器4被发送到控制器27。在接收终止信号时，控制器27终止自动控制模式。在自动控制模式终止时，控制器27使作业机械1的发动机24停止。另外，搬运车辆2的控制器61在接收到终止信号时，使搬运车辆2停止。

如图12所示，在人100侵入作业机械1的周围时，在步骤S105中，控制器27检测到人100的存在。在控制器27检测出人100的存在时，处理进入步骤S110。在步骤S110中，控制器27输出警报信号，以使得向输出装置输出警报。在本实施方式中，输出装置为远程计算机机器4。远程计算机机器4在接收到警报信号时，将表示警报的消息或者图像显示于显示器401。远程计算机机器4在接收到警报信号时，也可以输出表示警报的语音。

此外，输出装置不限于远程计算机机器4，也可以是其他装置。例如输出装置也可以是安装于作业机械1，或者配置于作业机械的1的外部的警告灯或者扬声器。控制器27在检测出人的存在时，输出指令信号，以使警告灯点亮，或者从扬声器产生警告音。

控制器27在步骤S110中向输出装置输出警报之后，在步骤S109中，判定是否接收到终止信号。在接收到终止信号时，控制器27使自动控制模式停止。在未接收到终止信号时，控制器27将自动控制模式维持为待机模式。

在待机模式中，在检测出作业机械1的周围存在人时，控制器27即便检测到搬运车辆2的接近，也不将自动控制模式改变为装载模式，而维持待机模式。此外，在后述装载模式中，在检测出人的存在时，控制器27使作业机12以及旋转体13的动作停止。此外，控制器27在检测出人的存在时，也可以在待机模式与装载模式的任一模式中，将使搬运车辆2停止的指令信号向搬运车辆2的控制器61发送。

接着，对装载模式下的处理进行说明。控制器27在装载模式中，利用规定的挖掘位置L1进行作业机12的挖掘，从挖掘位置L1向装载位置L2与旋转体13旋转，通过在装载位置L2从作业机12排土，而进行装载作业。

如图7所示，在装载模式中，在步骤S201中，控制器27计测地形。这里，如图13所示，地形传感器35计测位于作业机械1的侧方的挖掘位置L1的地形。控制器27取得表示地形传感器35计测的挖掘位置L1的地形的地形数据。此外，控制器27判定旋转体13停止还是动作，在判定为旋转体13停止时，也可以进行地形传感器35的地形的计测。

在步骤S202中，控制器27判定是否能够确保挖掘量。这里，控制器27在当前的作业机械1的位置使作业机12以及旋转体13动作时，判定是否能够通过挖掘取得规定量以上的原材料。例如图21所示，控制器27根据在当前的作业机械1的位置使作业机12以及旋转体13动作时的作业机12的轨迹、地形数据所示的挖掘位置L1的地形，计算在当前的位置计算能够挖掘的原材料的量。在图21中，在使作业机12动作时，对能够挖掘的范围标注剖面线。而且，控制器27在能够挖掘的原材料的量为规定量以上时，判定为能够确保挖掘量。在控制器27判定为不能确保挖掘量时，处理进入步骤S203。

在步骤S203中，控制器27调整作业机械1的位置。例如控制器27使作业机械1以规定距离沿前后移动。而且，在步骤S201中，控制器27再次计测地形，在步骤S202中，判定能否确保挖掘量。

在步骤S202中，在控制器27判定为能够确保挖掘量时，处理进入步骤S204。在步骤S204中，控制器27计算之后能够向搬运车辆2装载的原材料的重量(以下，称作“可装载重量”)。控制器27存储能够向搬运车辆2装载的原材料的最大积载重量。控制器27基于最大积载重量和已装载到搬运车辆2的原材料的重量(以下，称作“装载量”)，计算可装载重量。

如后述那样，控制器27能够计算通过挖掘铲入的铲斗19内的原材料的重量，控制器27通过对每次向搬运车辆2排土的铲斗19内的原材料的重量进行累计，能够掌握向搬运车辆2的装载量。此外，在初次挖掘时，向搬运车辆2的装载量为零。

在步骤S205中，控制器27进行挖掘计划。图22是表示控制器27中的挖掘计划的处理的流程图。

在步骤S501中，控制器27判定可装载重量是否比用铲斗19一次能够挖掘的原材料的重量(以下，称作“挖掘重量”)大。控制器27存储用铲斗19一次能够挖掘的原材料的体积(以下，称作“挖掘体积”)。控制器27如后述那样计算原材料的密度，通过原材料的密度乘以挖掘体积，来计算挖掘重量。此外，第一次挖掘的执行时，密度也可以是规定的初始值。

在步骤S501中，在控制器27判定为与挖掘重量相比，可装载重量大时，处理进入步骤S502。在步骤S502中，控制器27将挖掘体积确定为目标体积。目标体积是由作业机12搬运的原材料的体积。

在步骤S501中，在控制器27判定为与挖掘重量相比，可装载重量不大时，处理进入步骤S503。在步骤S503中，控制器27将可装载重量除以原材料的密度后的值确定为目标体积。

在步骤S504中，控制器27根据当前的作业机械1的位置、地形数据、目标体积，确定挖掘路径PA1。挖掘路径PA1为作业机12的刀尖的目标挖掘轨迹。控制器27根据当前的作业机械1的位置与地形数据，以由作业机12挖掘的原材料的量与目标体积一致的方式确定挖掘路径PA1。

图23是表示当前的地形T1的剖面与挖掘路径PA1的一个例子的图。控制器27存储表示作业对象即当前的地形T1的目标地形W1的目标地形数据。当前的地形T1能够由地形传感器35取得。另外，作为目标地形W1，也可以使用通过当前的地形T1的顶部，并相对于水平面具有规定的角度(例如安息角)的直线。

控制器27基于目标地形W1与当前的地形T1，确定挖掘开始位置S1。例如控制器27在与目标地形W1垂直的方向上，将当前的地形T1中的最远离目标地形W1的位置设定为挖掘开始位置S1。接着，控制器27将以挖掘开始位置S1为中心的半径X1的圆弧CA1与当前的地形T1的交点设定为挖掘终止位置E1。接着，通过在半径X1的基础上乘以规定比率，求出与长度X1对应的深度Y1。而且，由半径X1与深度Y1规定的圆弧，并且是当前的地形T1的表面与该圆弧之间的体积(图23中标注了剖面线的部分)与目标体积一致的圆弧确定为挖掘路径PA1。用于求出深度Y1的规定比率能够根据模拟结果预先设定为挖掘效率最大的值。挖掘路径PA1包括挖掘开始位置S1与挖掘终止位置E1。挖掘开始位置S1与挖掘终止位置E1为地形T1的表面与挖掘路径PA1的交点。

在步骤S505中，控制器27基于地形数据，确定待排土姿势中的连结从作业机12的刀尖的位置(以下，称作“当前位置S2”)到挖掘开始位置S1的旋转路径PB1。旋转路径PB1为作业机12的刀尖的目标旋转轨迹。图24是从图14所示的X方向观察作业机械1以及挖掘位置L1的侧视图。控制器27确定旋转路径PB1，以使得作业机12的刀尖与当前的地形T1不接触。旋转路径PB1包括挖掘开始位置S1、中途点MP、当前位置S2。中途点MP例如设定在挖掘开始位置S1与当前位置S2之间的区间，比地形T1靠一定高度上方的点。中途点MP有时根据地形T1的形状设定多个。

控制器27基于当前位置S2与挖掘开始位置S1，确定使作业机12的刀尖从当前位置S2移动到挖掘开始位置S1所需要的旋转体13的旋转角度(以下，称作“目标旋转角度”)TA1。

利用以上步骤S501-S505完成挖掘计划的处理(步骤S205)，处理进入步骤S206。

在步骤S206中，控制器27执行自动下降旋转。这里，如图14所示，控制器27控制作业机12以及旋转体13，以使得根据在挖掘计划中确定的旋转路径PB1移动作业机12的刀尖。具体而言，控制器27一边使旋转体13旋转目标旋转角度TA1，一边使作业机12动作，使作业机12的刀尖从当前位置S2向挖掘开始位置S1移动。

在步骤S207中，控制器27执行自动挖掘。这里，控制器27控制作业机12，以使得根据在挖掘计划中确定的挖掘路径PA1移动作业机12的刀尖。

在步骤S208中，控制器27校正作业机械1的位置数据。这里，控制器27根据位置传感器33、作业机传感器34a-34c、旋转角度传感器39再次取得作业机械1的位置数据、作业机12的姿势数据、旋转角度数据，校正在步骤S102中取得的作业机械1的位置。

在步骤S209中，控制器27进行排土计划。这里，控制器27根据当前的作业机械1的位置与搬运车辆2的载荷台位置，确定目标旋转角度TA2与排土位置P1。排土位置P1表示待排土姿势下的作业机12的刀尖的位置。搬运车辆2的载荷台位置表示搬运车辆2位于装载位置L2的状态下的载荷台53的位置。控制器27也可以存储预先确定的载荷台位置。或者，控制器27也可以根据装载位置L2与搬运车辆2的车辆尺寸数据计算载荷台位置。控制器27确定排土位置P1，以使得作业机12朝向载荷台53正对，并且，刀尖位于比载荷台53靠规定距离上方。

在步骤S210中，控制器27执行自动升降旋转。这里，如图15所示，控制器27朝向排土位置P1，使旋转体13旋转目标旋转角度TA2的量，并且使作业机12的刀尖朝向排土位置P1上升。

在步骤S211中，控制器27计测作业机12挖掘并且铲斗19铲入的原材料的重量。这里，控制器27从负载传感器32a-32c取得表示施加到作业机12的负载的负载数据。控制器27能够基于负载数据，取得铲斗19铲入的原材料的重量。或者，控制器27也可以仅基于从检测施加到负载传感器32a-32c中的大臂缸21的负载的负载传感器32a接收的负载数据，取得铲斗19铲入的原材料的重量。

另外，控制器27根据挖掘前的地形数据、挖掘路径PA1、铲斗19铲入的原材料的重量，计算原材料的密度。挖掘路径PA1相当于挖掘后的地形。因此，控制器27能够基于挖掘前的地形数据与挖掘路径PA1，计算作业机12挖掘的原材料的体积。控制器27通过原材料的重量除以计算的原材料的体积，计算原材料的密度。

在图8所示的步骤S301中，控制器27判定作业机械1的状态。这里，控制器27判定作业机械1是在动作中还是停止。控制器27在行驶体14、旋转体13以及作业机12的至少一个动作时，判定为作业机械1为动作中。控制器27在作业机12的刀尖到达排土位置P1，并且行驶体14、旋转体13以及作业机12全部停止时，判定为作业机械1停止。或者，控制器27也可以在旋转体13与行驶体14停止时，判定为作业机械1停止。

在作业机械1停止时，控制器27在步骤S302中执行图像处理3。在图像处理3中，控制器27基于第一图像数据，通过图像识别技术检测搬运车辆2。另外，控制器27在步骤S303中，与搬运车辆2进行通信。这里与步骤S107相同，控制器27经由通信装置38接收搬运车辆2的位置数据、载荷台数据、旋转角度数据。

而且，在步骤S304中，控制器27判定搬运车辆2的状态。这里，控制器27判定搬运车辆2实在动作中还是在装载位置L2停止。控制器27在搬运车辆2行驶，或者载荷台53旋转时，判定为搬运车辆2在动作中。控制器27如图16所示，在搬运车辆2在装载位置L2停车，并且载荷台53不旋转地停止时，判定为搬运车辆2停止。

在步骤S301中，在作业机械1停止时，在步骤S304中，控制器27基于图像处理3、搬运车辆2的位置数据，判定搬运车辆2的状态。因此，第一相机36与位置传感器63相当于检测搬运车辆2的动作的检测装置。控制器27根据第一图像数据判定搬运车辆2是否停止。另外，控制器27根据搬运车辆2的位置数据判定搬运车辆2是否停止。即，第一图像数据与搬运车辆2的位置数据相当于表示搬运车辆2的动作的动作数据。

例如控制器27也可以在根据图像处理3以及搬运车辆2的位置数据这两方检测到搬运车辆2的停止时，判定为搬运车辆2停止。控制器27也可以根据图像处理3以及搬运车辆2的位置数据的至少一方，在检测到搬运车辆2的动作时，判定为搬运车辆2在动作中。

另一方面，在步骤S301中，在作业机械1动作中时，控制器27在步骤S305中取得搬运车辆2的位置数据，在步骤304中，仅根据搬运车辆2的位置数据判定搬运车辆2的状态。

在步骤304中，在搬运车辆2动作中时，处理返回步骤S301。在步骤304中在搬运车辆2停止时，处理进入步骤S306。在步骤S306中，控制器27执行图像处理4。在图像处理4中，控制器27基于第一图像数据，通过图像识别技术检测搬运车辆2的载荷台位置。

图25是表示在搬运车辆2停在装载位置L2时，由第一相机36拍摄的图像的一个例子的图。如图25所示，第一图像数据所示的图像包括搬运车辆2的载荷台53。在第一图像数据表示的图像中包含载荷台53时，控制器27识别图像中的载荷台53并检测载荷台位置。

在步骤S307中，控制器27判定载荷台位置的误差。控制器27计算控制器27存储的载荷台位置与在步骤S306中检测的载荷台位置的偏差。控制器27在偏差为规定的阈值以上时，判定为误差大。在载荷台位置的误差大时，处理进入步骤S308。

在步骤S308中，控制器27修正排土位置P1。这里，控制器27基于在步骤S307中计算的偏差修正在步骤S209中确定的排土位置P1。在步骤S307中，在载荷台位置的误差小时，未进行排土位置P1的修正，处理进入步骤S309。

在步骤S309中，控制器27执行自动排土。这里，控制器27使作业机12动作，以使得铲斗19铲入的原材料向载荷台53上排出。在步骤S310中，控制器27更新载荷台位置。控制器27使存储的载荷台位置更新为在步骤S306中检测的载荷台位置。

在图9所示的步骤S401中，控制器27判定装载是否终止。控制器27在向载荷台53的原材料的装载量达到最大积载重量时，判定为装载终止。控制器27根据负载数据计算装载量。详细而言，控制器27根据负载数据计算挖掘的原材料的重量。控制器27将装载于载荷台53的原材料的重量的合计值计算为装载量。

在步骤S401中，在控制器27判定为装载未终止时，处理返回步骤S201。而且，重复从步骤S201到步骤S211的处理以及从步骤S301到步骤S310的处理。由此，重复原材料的挖掘与向搬运车辆2的装载。

此外，在进行第二次以后的挖掘时，控制器27再次进行步骤S201中的地形的计测，根据地形传感器35取得的新的地形数据，更新地形数据。另外，控制器27再次进行步骤S211中的原材料的重量的计测，根据新计测的原材料的重量与体积，计算并更新原材料的密度。

在步骤S401中，在控制器27判定为装载终止时，处理进入步骤S402。在步骤S402中，如图17所示，控制器27向搬运车辆2发送从装载位置L2的脱离指令。搬运车辆2在接收到脱离指令时，开始从装载位置L2向卸载位置L3移动。

在步骤S403中，控制器27执行图像处理2。与步骤S106相同，在图像处理2中，控制器27基于第一图像数据，通过图像识别技术，检测旋转体13的前方中的搬运车辆2的存在。另外，在步骤S404中，控制器27与搬运车辆2进行通信，取得搬运车辆2的位置数据。这里，与步骤S303以及步骤S305相同，控制器27经由通信装置38接收搬运车辆2的位置数据。

记下来，在步骤S405中，控制器27判定脱离是否完成。控制器27基于图像处理2与搬运车辆2的位置数据，判定脱离是否完成。如图18所示，控制器27在检测出搬运车辆2从作业机械1分离规定距离以上时，判定为脱离完成。

例如控制器27基于第一图像数据，计算作业机械1与搬运车辆2之间的距离。控制器27基于位置数据，计算作业机械1与搬运车辆2之间的距离。控制器27也可以在根据第一图像数据计算的距离和根据位置数据计算的距离这两方为规定的阈值以上时，判定搬运车辆2从装载位置L2脱离。或者，控制器27也可以在根据第一图像数据计算的距离和根据位置数据计算的距离的至少一方为规定的阈值以上时，判定为搬运车辆2从装载位置L2脱离。

在步骤S405中，控制器27在判定为脱离未完成时，处理返回步骤S403。在步骤S405中，控制器27判定为脱离完成时，处理返回步骤S109。即，在控制器27判定为脱离完成时，控制器27终止装载模式，使自动控制模式改变为待机模式。

以上说明的本实施方式的作业机械1的控制器27基于地形数据，确定连结从当前位置S2到挖掘开始位置S1的旋转路径PB1。因此，能够不与周围的地形干涉地使作业机12迅速地移动到挖掘开始位置S1。

控制器27基于由作业机12搬运的原材料的目标体积与地形数据，确定连结从挖掘开始位置S1到挖掘终止位置E1的挖掘路径PA1。因此，能够高精度并且高效地进行挖掘。

旋转路径PB1包括当前位置S2、挖掘开始位置S1、目标旋转角度TA1。控制器27以使刀尖沿着旋转路径PB1移动的方式控制作业机12以及旋转体13。因此，通过使作业机12以及旋转体13相互连动，能够高效地移动作业机12。

控制器27在使刀尖沿着旋转路径PB1移动之后，控制作业机12，以使得刀尖沿着挖掘路径PA1移动。因此，由于能够使作业机12的旋转动作与作业机12的挖掘动作联动，因此能够提高作业效率。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种变更。

作业机械1并不限于液压挖掘机，也可以是轮式装载机或者机动平地机等其他机械。作业机械1的构成并不限于上述实施方式，也可以变更。作业机械1也可以是由电动机驱动的车辆。例如行驶体14以及/或旋转体13也可以由电动机驱动。作业机12的构成也可以变更。例如作业机12并不限于铲斗19，也可以包含抓斗、叉、起重磁铁等其他装载用配件。

搬运车辆2也可以是自卸卡车以外的车辆。搬运车辆2的构成并不限于上述实施方式，也可以变更。例如搬运车辆2也可以是由电动机驱动的车辆。例如行驶体14以及/或载荷台53也可以由电动机驱动。搬运车辆2的载荷台53也可以不能旋转。搬运车辆2的行驶体52也可以不具有履带，而具有轮胎。搬运车辆2也可以不是自动控制，也可以由操作人员手动操作。

作业机械1以及搬运车辆2所具备的各种传感器的构成不限于上述实施方式，也可以变更。例如地形传感器35也可以配置在除了旋转体13的侧部以外的部分。地形传感器35并不限于激光成像测距仪，也可以是雷达等其他传感检测装置。或者，地形传感器35为相机，控制器27也可以通过对相机拍摄的图像进行分析，来识别地形。

第一相机36也可以配置在除了旋转体13的前部以外的部分。第二相机37也可以配置在除了旋转体13的两侧部以及后部以外的部分。第二相机的数量不限于三个，也可以比三个少，或者比三个多。

控制器27并不限于一体，也可以分为多个控制器27。由控制器27执行的处理也可以分散到多个控制器27来执行。在该情况下，多个控制器27的一部分也可以配置于作业机械1的外部。

作业机械1的控制器27与搬运车辆2的控制器61也可以不相互直接通信，而经由其他控制器通信。由控制器27执行的自动控制模式的处理不限于上述实施方式，也可以变更。例如也可以变更待机模式下的处理。也可以变更装载模式下的处理。

在上述实施方式中，控制器27使用第一图像数据与搬运车辆2的位置数据这两方，判定搬运车辆2的接近以及脱离。但是，控制器27也可以仅使用第一图像数据与搬运车辆2的位置数据中的任一方，判定搬运车辆2的接近以及/或脱离。

在上述实施方式中，控制器27使用第一图像数据与搬运车辆2的位置数据这两方检测载荷台53的位置。但是，控制器27也可以仅使用第一图像数据与搬运车辆2的位置数据中的任一方，来检测载荷台53的位置。

在上述实施方式中，控制器27通过负载传感器32a-32c检测的负载数据计算可装载重量。但是，控制器27也可以基于第一图像数据所示的载荷台53的图像，计算可装载重量。控制器27也可以根据第一图像数据所示的载荷台53的图像，检测装载于载荷台53装载的原材料的量，并根据装载的原材料的量计算可装载重量。

在上述实施方式中，控制器27以连结从作业机12的当前位置S2到挖掘开始位置S1的方式确定旋转路径PB1。但是，控制器27也可以在挖掘开始位置S1的上方设定移动目标位置，并以连结从当前位置S2到移动目标位置的方式确定旋转路径PB1。铅垂方向上的挖掘开始位置S1与移动目标位置的间隔能够预先设定为规定值(例如20cm左右)。如此，通过将旋转路径PB1的回归点设定在从挖掘开始位置S1向铅垂方向上方偏移的移动目标位置，能够抑制作业机12碰到岩石等障碍物。

工业上的可利用性

根据本发明，能够通过自动控制进行作业机械的装载作业，并且能够提高作业效率。

附图标记说明

1 作业机械

2 搬运车辆

12 作业机

13 旋转体

27控制器

33 位置传感器

35 地形传感器

36 第一相机

Claims

1.一种作业机械，其特征在于，具备：

作业机；

安装有所述作业机的旋转体；

计测地形的地形传感器；

控制器，其基于所述地形传感器计测的当前地形和目标地形，确定所述作业机的挖掘开始位置，并使所述作业机从所述作业机的当前位置移动到所述挖掘开始位置;

所述控制器在与所述目标地形垂直的方向上，将所述当前地形中的最远离所述目标地形的位置设定为所述挖掘开始位置。

2.如权利请求1所述的作业机械，其特征在于，

所述控制器确定连结从所述当前位置到所述挖掘开始位置的旋转路径，并沿着所述旋转路径使所述作业机移动。

3.如权利请求2所述的作业机械，其特征在于，

在所述旋转路径中有中途点，

所述控制器控制所述作业机以及所述旋转体，以使得所述作业机的刀尖通过所述中途点移动。

4.如权利请求1所述的作业机械，其特征在于，

所述控制器在所述挖掘开始位置的上方设定移动目标位置，

确定连结从所述当前位置到所述移动目标位置的旋转路径，并使所述作业机沿着所述旋转路径移动。

5.如权利请求2至4中任一项所述的作业机械，其特征在于，

所述控制器基于由所述作业机搬运的原材料的目标体积与所述地形传感器计测的表示所述当前地形的地形数据，确定连结从所述挖掘开始位置到挖掘终止位置的挖掘路径。

6.如权利请求5所述的作业机械，其特征在于，

所述控制器在使所述作业机的刀尖沿着所述旋转路径移动之后，控制所述作业机，以使得所述刀尖沿着所述挖掘路径移动。

7.一种方法，是为了控制作业机械而由控制器执行的方法，其特征在于，具备：

基于所述作业机械附近的当前地形和目标地形，确定安装于旋转体的作业机的挖掘开始位置的第一处理；

使所述作业机从所述作业机的当前位置移动到所述挖掘开始位置的第二处理；

在所述第一处理中，在与所述目标地形垂直的方向上，将所述当前地形中的最远离所述目标地形的位置设定为所述挖掘开始位置。

8.如权利请求7所述的方法，其特征在于，

在所述第一处理中，确定连结从所述当前位置到所述挖掘开始位置的旋转路径，

在所述第二处理中，使所述作业机沿着所述旋转路径移动。

9.如权利请求8所述的方法，其特征在于，

在所述第一处理中，在所述旋转路径设定中途点，

在所述第二处理中，控制所述作业机以及所述旋转体，以使得所述作业机的刀尖通过所述中途点移动。

10.如权利请求7所述的方法，其特征在于，

在所述第一处理中，在所述挖掘开始位置的上方设定移动目标位置，确定连结从所述当前位置到所述移动目标位置的旋转路径，

在所述第二处理中，使所述作业机沿着所述旋转路径移动。

11.如权利请求7所述的方法，其特征在于，

在所述第一处理中，基于由所述作业机搬运的原材料的目标体积与表示所述当前地形的地形数据，确定连结从所述挖掘开始位置到挖掘终止位置的挖掘路径。

12.如权利请求11所述的方法，其特征在于，

具备在所述第二处理之后，控制所述作业机，以使得所述作业机的刀尖沿着所述挖掘路径移动的第三处理。