CN111771031B - 用于控制作业机械的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

控制器从检测装置获取表示搬运车辆的动作的动作数据。控制器使回转体朝向规定的排土位置回转。控制器基于动作数据判定搬运车辆在规定的装载位置处的停止。控制器在判定为搬运车辆正在动作时，使工作装置在排土位置待机。控制器在判定为搬运车辆在装载位置停止时，控制作业机械而使之在排土位置排土。

Description

用于控制作业机械的系统及方法
技术领域
本发明涉及用于控制作业机械的系统及方法。
背景技术
有一种利用液压挖掘机等作业机械挖掘土砂等原材料，并将其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，利用作业机械再次装载原材料。
以往，已知通过自动控制来进行上述作业机械的装载作业的技术。例如，在专利文献1中，挖掘位置和排土位置被预先指示给作业机械的控制器。控制器控制作业机械，以使作业机械在挖掘位置进行挖掘，并使作业机械从挖掘位置向排土位置回转，在排土位置进行排土。
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
发明所要解决的技术问题
根据上述技术，可以通过自动控制进行作业机械的装载作业。但是，装载作业不仅是利用作业机械进行，还要与搬运车辆协作进行。因此，为了更有效地进行装载作业，作业机械和搬运车辆适当地协作进行作业是很重要的。
本发明的目的在于：通过自动控制进行作业机械的装载作业，并且适当地使作业机械和搬运车辆进行协作。
用于解决技术问题的手段
第一方式是一种用于控制向搬运车辆装载原材料的作业机械的系统。作业机械包含工作装置和回转体。在回转体上安装有工作装置。系统具备检测装置和控制器。检测装置检测搬运车辆的动作。控制器控制作业机械。控制器从检测装置获取表示搬运车辆的动作的动作数据。控制器使回转体朝向规定的排土位置回转。控制器基于动作数据判定搬运车辆在规定的装载位置处的停止。控制器在判定为搬运车辆正在动作时，使工作装置在排土位置待机。控制器在判定为搬运车辆在装载位置停止时，控制作业机械而使之在排土位置排土。
第二方式是一种用于控制向搬运车辆装载原材料的作业机械的系统。作业机械包含工作装置、回转体和地形传感器。在回转体上安装有工作装置。系统具备检测装置和控制器。检测装置检测搬运车辆的动作。控制器控制作业机械。地形传感器计测作业机械的周围的地形。控制器获取表示由地形传感器计测到的地形的地形数据。控制器基于由地形传感器计测到的地形确定挖掘开始位置。控制器从检测装置获取表示搬运车辆的动作的动作数据。控制器在检测到搬运车辆接近时，使回转体朝向挖掘开始位置回转。控制器控制工作装置以在挖掘开始位置进行挖掘。控制器基于动作数据判定搬运车辆在规定的装载位置处的停止。控制器在判定为搬运车辆在装载位置停止时，控制作业机械而使之排土。
第三方式是一种为了控制向搬运车辆装载原材料的作业机械而由控制器执行的方法。作业机械包含工作装置和回转体。在回转体上安装有工作装置。该方法具备以下的处理。第一处理是获取表示搬运车辆的动作的动作数据。第二处理是使回转体朝向规定的排土位置回转。第三处理是基于动作数据基判定搬运车辆在规定的装载位置处的停止。第四处理是在判定为搬运车辆正在动作时使工作装置在排土位置待机。第五处理是在判定为搬运车辆在装载位置停止时控制作业机械而使之在排土位置排土。
第四方式是一种为了控制向搬运车辆装载原材料的作业机械而由控制器执行的方法。作业机械包含工作装置和回转体。在回转体上安装有工作装置。该方法具备以下的处理。第一处理是获取表示作业机械的周围的地形的地形数据。第二处理是基于地形确定挖掘开始位置。第三处理是获取表示搬运车辆的动作的动作数据。第四处理是在检测到搬运车辆接近时使回转体朝向挖掘开始位置回转。第五处理是控制工作装置以在挖掘开始位置进行挖掘。第六处理是基于动作数据判定搬运车辆在规定的装载位置处的停止。第七处理是在判定为搬运车辆在装载位置停止时控制作业机械而使之排土。
发明效果
根据本发明，检测搬运车辆的动作，且当搬运车辆在装载位置停止时，能够使作业机械进行排土。因此，能够使作业机械与搬运车辆适当地协作而进行作业。由此，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。
附图说明
图1是表示使用作业机械的作业现场的一例的俯视图。
图2是作业机械的侧视图。
图3是表示作业机械的结构的框图。
图4是搬运车辆的侧视图。
图5是表示搬运车辆的结构的框图。
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是示意性地表示自动控制模式下的作业现场的状况的俯视图。
图11是示意性地表示自动控制模式下的作业现场的状况的俯视图。
图12是示意性地表示自动控制模式下的作业现场的状况的俯视图。
图13是示意性地表示自动控制模式下的作业现场的状况的俯视图。
图14是示意性地表示自动控制模式下的作业现场的状况的俯视图。
图15是示意性地表示自动控制模式下的作业现场的状况的俯视图。
图16是示意性地表示自动控制模式下的作业现场的状况的俯视图。
图17是示意性地表示自动控制模式下的作业现场的状况的俯视图。
图18是示意性地表示自动控制模式下的作业现场的状况的俯视图。
图19是表示由第一摄像机或第二摄像机拍摄到的图像的一例的图。
图20是表示由第一摄像机拍摄到的图像的一例的图。
图21是表示作业机械在当前位置可挖掘的原材料的范围的图。
图22是表示当前地形的截面和挖掘路径的一例的图。
图23是表示由第一摄像机拍摄到的图像的一例的图。
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的作业现场的一例的俯视图。在作业现场配置作业机械1和搬运车辆2。作业机械1通过自动控制与搬运车辆2协作地进行作业。
在本实施方式中，作业机械1是液压挖掘机。搬运车辆2是自卸卡车。作业机械1配置在作业现场内的规定的挖掘位置L1的侧面。搬运车辆2在作业现场中的规定的装载位置L2与规定的卸载位置L3之间往复行驶。作业机械1通过自动控制在挖掘位置L1进行挖掘，将作为挖掘对象物的土砂等原材料装载到在装载位置L2停车的搬运车辆2中。装载有原材料的搬运车辆2行驶到卸载位置L3，并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的原材料展开。卸载原材料后的搬运车辆2行驶到装载位置L2，作业机械1再次将原材料装载到在装载位置L2停车的搬运车辆2中。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包含车辆主体11和工作装置12。车辆主体11包含回转体13和行驶体14。回转体13能够回转地安装于行驶体14。在回转体13上配置有驾驶室15。但是，可以省略驾驶室15。行驶体14包含履带16。通过利用后述的发动机24的驱动力驱动履带16，作业机械1行驶。
工作装置12安装于车辆主体11的前部。工作装置12包含大臂17、小臂18和铲斗19。大臂17以能够沿上下方向相对于回转体13动作的方式安装于回转体13。小臂18以能够沿上下方向相对于大臂17动作的方式安装于大臂17。铲斗19以能够相对于小臂18动作的方式安装于小臂18。工作装置12包含大臂缸21、小臂缸22和铲斗缸23。大臂缸21、小臂缸22和铲斗缸23是液压缸，被来自后述的液压泵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的控制系统的结构的框图。如图3所示，作业机械1包含发动机24、液压泵25、动力传动装置26和控制器27。
发动机24被来自控制器27的指令信号控制。液压泵25被发动机24驱动并排出工作油。从液压泵25排出的工作油被供给到大臂缸21、小臂缸22和铲斗缸23。
作业机械1包含回转马达28。回转马达28是液压马达，被来自液压泵25的工作油驱动。回转马达28使回转体13旋转。应予说明，在图2中示出了一个液压泵25，但是可以设置多个液压泵。
泵控制装置29连接于液压泵25。液压泵25是可变容量泵。泵控制装置29控制液压泵25的倾转角。泵控制装置29例如包含电磁阀，被来自控制器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、缸21-23及回转马达28经由控制阀31通过液压回路连接。控制阀31被来自控制器27的指令信号控制。控制阀31控制从液压泵25供给到缸21-23和回转马达28的工作油的流量。控制器27通过控制控制阀31来控制工作装置12的动作。另外，控制器27通过控制控制阀31来控制回转体13的回转。
动力传递装置26将发动机24的驱动力传递到行驶体14。动力传动装置26例如可以是变矩器或具有多个变速齿轮的变速器。或者，也可以是HST(Hydro StaticTransmission：静液压传动装置)或HMT(Hydraulic Mechanical Transmission：液压机械传动装置)等其他形式的变速器。
控制器27被编程为基于所获取的数据来控制作业机械1。控制器27通过控制发动机24、行驶体14和动力传递装置26来使作业机械1行驶。控制器27通过控制发动机24、液压泵25和控制阀31来使工作装置12动作。
控制器27包含CPU或GPU等处理器271和存储装置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包含RAM或ROM等存储器、以及HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)或SSD(Solid State Drive：固态驱动器)等辅助存储装置。存储装置272存储有用于作业机械1的自动控制的数据及程序。
作业机械1包含负荷传感器32a-32c。负荷传感器32a-32c检测施加于工作装置12的负荷，并输出表示负荷的负荷数据。在本实施方式中，负荷传感器32a-32c是液压传感器，分别检测缸21-23的液压。负荷数据表示缸21-23的液压。控制器27与负荷传感器32a-32c以能够有线或无线通信的方式连接。控制器27从负荷传感器32a-32c接收负荷数据。
作业机械1包含位置传感器33、工作装置传感器34a-34c和回转角度传感器39。位置传感器33检测作业机械1的位置并输出表示作业机械1的位置的位置数据。位置传感器33包含GNSS(Global Navigation Satellite System：全球导航卫星系统)接收器和IMU(Inertial Measurement Unit：惯性测量装置)。GNSS接收器例如是GPS(GlobalPositioning System：全球定位系统)用的接收器。位置数据包含：表示GNSS接收器所输出的作业机械1的位置的数据；表示IMU所输出的车辆主体11的姿态的数据。车辆主体11的姿态例如包含作业机械1在前后方向上相对于水平的角度(俯仰角)和作业机械1在横向方向上相对于水平的角度(横摆角)。
工作装置传感器34a-34c检测工作装置12的姿态，并输出表示工作装置12的姿态的姿态数据。工作装置传感器34a-34c例如是检测缸21-23的行程量的行程传感器。工作装置12的姿态数据包括缸21-23的行程量。或者，工作装置传感器34a-34c例如也可以是用于检测大臂17、小臂18及铲斗19各自的旋转角度的传感器等其他传感器。回转角度传感器39检测回转体13相对于行驶体14的回转角度，并输出表示回转角度的回转角度数据。
控制器27与位置传感器33、工作装置传感器34a-34c及回转角度传感器39以能够有线或无线通信的方式连接。控制器27分别从位置传感器33、工作装置传感器34a-34c和回转角度传感器39接收作业机械1的位置数据、工作装置12的姿态数据和回转角度数据。控制器27根据位置数据、姿态数据和回转角度数据计算出铲斗19的铲尖位置。例如，作业机械1的位置数据表示位置传感器33的全球坐标。控制器27基于工作装置12的姿态数据和回转角度数据，根据位置传感器33的全球坐标来计算出铲斗19的铲尖位置的全球坐标。
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，并输出表示由地形传感器35计测到的地形的地形数据。在本实施方式中，地形传感器35安装于回转体13的侧部。地形传感器35计测位于回转体13的侧面的地形。地形传感器35例如是激光雷达(LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging(激光成像探测与测距))。激光雷达照射激光，通过计测其反射光来测定到地形上的多个计测点为止的距离。地形数据表示各计测点相对于作业机械1的位置。
作业机械1包括第一摄像机36和多个第二摄像机37。第一摄像机36朝向回转体13的前方安装于回转体13。第一摄像机36拍摄回转体13的前方。第一摄像机36是立体摄像机。第一摄像机36输出表示所拍摄到的动态图像的第一图像数据。
多个第二摄像机37分别朝向回转体13的左侧、右侧和后方安装于回转体13。第二摄像机37输出表示所拍摄到的动态图像的第二图像数据。第二摄像机37可以是单眼摄像机。或者，第二摄像机37可以与第一摄像机36一样是立体摄像机。控制器27与第一摄像机36及第二摄像机37以能够有线或无线通信的方式连接。控制器27从第一摄像机36接收第一图像数据。控制器27从第二摄像机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的外部的设备进行数据通信。通信装置38与作业机械1的外部的远程计算机设备4进行通信。远程计算机设备4可以配置于作业现场。或者，远程计算机设备4可以配置在远离作业现场的管理中心内。远程计算机设备4包括显示器401和输入装置402。
显示器401显示与作业机械1有关的图像。显示器401显示与从控制器27经由通信装置38接收到的信号相对应的图像。输入装置402由操作员操作。输入装置402例如可以包括触摸面板，或者可以包括硬体键。远程计算机设备4将表示由输入装置402输入的指令的信号经由通信装置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和货箱53。车辆主体51由行驶体52支承。行驶体52包括履带54。通过利用后述的发动机55的驱动力驱动履带54，搬运车辆2行驶。货箱53由车辆主体51支承。货箱53被设置为能够在卸载姿态和搬运姿态之间动作。在图4中，实线所示的货箱53表示搬运姿态的货箱53的位置。双点划线所示的货箱53’表示卸载姿态的货箱53的位置。在搬运姿态下，货箱53大致水平地配置。在卸载姿态下，货箱53为相对于搬运姿态倾斜的状态。
图5是表示搬运车辆2的控制系统的结构的框图。搬运车辆2包括发动机55、液压泵56、动力传递装置57、提升缸58、回转马达59、控制器61和控制阀62。控制器61包括处理器611、易失性存储部612和非易失性存储部613。
由于发动机55、液压泵56、动力传递装置57、控制器61、控制阀62是分别为与作业机械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相同的结构，所以省略详细说明。
提升缸58是液压缸。回转马达59是液压马达。从液压泵56排出的工作油被供给到提升缸58和回转马达59。提升缸58和回转马达59被来自液压泵56的工作油驱动。提升缸58升降货箱53。由此，将货箱53的姿态切换为搬运姿态和卸载姿态。回转马达59使车辆主体51相对于行驶体52回转。控制器61通过利用控制阀62控制提升缸58来控制货箱53的动作。另外，控制器61通过利用控制阀62控制回转马达59来控制车辆主体51的回转。
搬运车辆2包括位置传感器63、货箱传感器64和回转角度传感器65。位置传感器63与作业机械1的位置传感器33一样，输出位置数据。位置数据包括表示搬运车辆2的位置的数据和表示车辆主体51的姿态的数据。
货箱传感器64检测货箱53的姿态，并输出表示货箱53的姿态的货箱数据。货箱传感器64例如是用于检测提升缸58的行程量的行程传感器。货箱数据包括提升缸58的行程量。或者，货箱传感器64可以是检测货箱53的倾斜角度的传感器等其他传感器。回转角度传感器65检测车辆主体51相对于行驶体52的回转角度，并输出表示回转角度的回转角度数据。
控制器61与位置传感器63、货箱传感器64及回转角度传感器65以能够有线或无线通信的方式连接。控制器61分别从位置传感器63、货箱传感器64和回转角度传感器65接收位置数据、货箱数据和回转角度数据。
搬运车辆2包括通信装置66。搬运车辆2的控制器61经由通信装置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、货箱数据和回转角度数据。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、货箱数据和回转角度数据。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及货箱53的配置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、货箱数据、回转角度数据和车辆尺寸数据来计算货箱53的位置。
接下来，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控制作业机械1，以使其自动地进行上述挖掘及装载作业。图6至图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装载模式以外的其他控制模式。在本实施方式中，其他模式是待机模式。在待机模式中，控制器27使作业机械1待机，直到搬运车辆2到达装载位置L2并停车。应予说明，其他模式除了待机模式以外，还可以包括预先收集倒塌的原材料的模式、挖掘其他区域而重新增加原材料的挖掘模式等模式。
在装载模式中，在搬运车辆2在装载位置L2停车时，控制器27使作业机械1动作以向搬运车辆2进行装载作业。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是示意性地表示自动控制模式下的作业现场的状况的俯视图。
控制器27在接收到自动控制模式的开始指令时，起动作业机械1的发动机24，并执行图6所示的待机模式的处理。如图10所示，例如通过由操作员操作上述远程计算机设备4的输入装置402，从远程计算机设备4输出自动控制模式的开始指令。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在接收到自动控制模式的开始指令时，开始朝向装载位置L2移动。
如图6所示，在步骤S101中，控制器27使作业机械1以待排土姿态进行待机。即，在待机模式下，控制器27以待排土姿态将工作装置12、回转体13和行驶体14维持为停止状态。如图10所示，在待排土姿态下，工作装置12被配置为朝向装载位置L2。即，在待排土姿态下，回转体13的前方朝向装载位置L2。另外，在待排土姿态下，铲斗19配置在比搬运车辆2的货箱53的高度更靠上方的位置。
在步骤S102中，控制器27获取作业机械1的位置。在此，控制器27分别从位置传感器33、工作装置传感器34a-34c和回转角度传感器39获取作业机械1的位置数据、工作装置12的姿态数据和回转角度数据。控制器27根据位置数据、姿态数据和回转角度数据来计算铲斗19的铲尖位置。
在步骤S103中，控制器27获取图像数据。在此，控制器27从第一摄像机36获取表示回转体13的前方的动态图像的第一图像数据。控制器27从第二摄像机37获取表示回转体13的两侧及后方的动态图像的第二图像数据。应予说明，第一摄像机36和第二摄像机37至少在自动控制模式的执行过程中始终进行拍摄而生成第一图像数据和第二图像数据。控制器27至少在自动控制模式的执行过程中从第一摄像机36和第二摄像机37实时地获取第一图像数据和第二图像数据。
在步骤S104中，控制器27执行第一图像处理。第一图像处理基于第一图像数据和第二图像数据，通过图像识别技术来检测作业机械1的周围的人的存在。因此，第一摄像机36和第二摄像机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AI(Artificial Intelligence：人工智能)的图像识别技术，检测由第一图像数据和第二图像数据表示的图像中的人的存在。图19是表示由第一摄像机36或第二摄像机37拍摄到的图像的一例的图。如图19所示，在由第一图像数据或第二图像数据表示的图像中包含人时，控制器27识别检测出图像中的人。在步骤S105中，控制器27确定是否检测到了作业机械1的周围的人的存在。在没有检测到人的存在时，处理进入步骤S106。
在步骤S106，控制器27执行第二图像处理。在第二图像处理中，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，第一摄像机36相当于检测搬运车辆2向作业机械1的接近的车辆检测装置。图像识别技术与步骤S104相同。如图11所示，在搬运车辆2到达第一摄像机36的拍摄范围内时，控制器27检测到搬运车辆2的存在。
图20是表示在搬运车辆2到达第一摄像机36的拍摄范围内时由第一摄像机36拍摄到的图像的一例的图。如图20所示，在第一图像数据所示的图像中包含搬运车辆2时，控制器27识别检测出图像中的搬运车辆2。
在步骤S107中，控制器27与搬运车辆2进行通信。在此，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接收货箱数据和回转角度数据。
在步骤S108，控制器27判定是否检测到了搬运车辆2的接近。在作业机械1到搬运车辆2的距离为规定阈值以下时，控制器27判定为检测到了搬运车辆2的接近。控制器27通过分析第一图像数据，计算出作业机械1到搬运车辆2的距离。或者，控制器27可以根据作业机械1的位置数据和搬运车辆2的位置数据计算出作业机械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转移到装载模式。
在步骤S105中没有检测到人以及在步骤S108中检测到搬运车辆2的接近是用于将自动控制模式从待机模式转移到装载模式的转移条件。在满足转移条件时，控制器27将自动控制模式从待机模式转移到装载模式。在不满足转移条件时，控制器27不将自动控制模式从待机模式转移到装载模式，而是维持在待机模式。应予说明，转移条件可以还包括其他条件。
在步骤S108，在控制器27没有检测到搬运车辆2的接近时，处理进入步骤S109。在步骤S109中，控制器27判定是否接收到了结束信号。结束信号是从远程计算机设备4发送出来的。通过由操作员操作输入装置402，从而将结束信号从远程计算机设备4发送到控制器27。在接收到了结束信号时，控制器27结束自动控制模式。在自动控制模式结束时，控制器27停止作业机械1的发动机24。另外，搬运车辆2的控制器61在接收到了结束信号时，停止搬运车辆2。
如图12所示，当人100侵入到了作业机械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检测到人100的存在时，处理进入步骤S110。在步骤S110中，控制器27输出警报信号以使输出装置输出警报。在本实施方式中，输出装置是远程计算机设备4。远程计算机设备4在接收到警报信号时在显示器401中显示表示警报的消息或图像。远程计算机设备4也可以在接收到警报信号时输出表示警报的声音。
应予说明，输出装置并不限于是远程计算机设备4，还可以是其他设备。例如，输出装置可以是安装于作业机械1或配置于作业机械1的外部的警报灯或扬声器。控制器27也可以在检测到人的存在时，输出指令信号以使警报灯点亮或从扬声器发出警报声。
控制器27在步骤S110中使输出装置输出警报后，在步骤S109中判定是否接收到了结束信号。在接收到了结束信号时，控制器27停止自动控制模式。在没有接收到结束信号时，控制器27将自动控制模式维持在待机模式。
在待机模式中，在检测到作业机械1的周围存在人时，控制器27即使检测到搬运车辆2的接近，也不将自动控制模式转移到装载模式，而是维持在待机模式。应予说明，当在后述的装载模式中检测到人的存在时，控制器27停止工作装置12及回转体13的动作。另外，也可以是，在检测到人的存在时，在待机模式和装载模式中的任一模式下，控制器27都向搬运车辆2的控制器61发送用于使搬运车辆2停止的指令信号。
接下来，对装载模式下的处理进行说明。控制器27在装载模式中，在规定的挖掘位置L1通过工作装置12进行挖掘，并使回转体13从挖掘位置L1朝向装载位置L2旋转，在装载位置L2从工作装置12排土，从而进行装载作业。如图7所示，在装载模式下，在步骤S201中，控制器27计测地形。在此，如图13所示，地形传感器35计测位于作业机械1的侧面的挖掘位置L1的地形。控制器27获取表示由地形传感器35计测到的挖掘位置L1的地形的地形数据。应予说明，控制器27可以判定回转体13是停止还是正在动作，在判定为回转体13停止时，通过地形传感器35进行地形的计测。
在步骤S202中，控制器27判定是否能够确保挖掘量。在此，控制器27判定在使工作装置12及回转体13在当前的作业机械1的位置进行动作时，是否能够通过挖掘获得规定量以上的原材料。例如，如图21所示，控制器27根据使工作装置12及回转体13在当前的作业机械1的位置进行动作时的工作装置12的轨迹、以及由地形数据表示的挖掘位置L1的地形，计算出能够在当前位置挖掘的原材料的量。在图21中，对于使工作装置12动作时能够挖掘的范围，标注了阴影线。并且，在能够挖掘的原材料的量为规定值以上时，控制器27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向前后移动规定距离。然后，在步骤S201中，控制器27再次计测地形，在步骤S202中判定是否能够确保挖掘量。
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计算出可装载重量。控制器27存储能够装载到搬运车辆2的最大装载重量。控制器27根据最大装载重量和已经装载到搬运车辆2的原材料的重量，计算出可装载重量。
在步骤S205中，控制器27创建挖掘计划。在此，控制器27根据作业机械1的当前位置、地形数据和目标体积来确定挖掘路径PA1(图22)和目标回转角度TA1(图14)。挖掘路径PA1是工作装置12的铲尖的目标轨迹。控制器27根据作业机械1的当前位置和地形数据来确定挖掘路径PA1，以使将由工作装置12挖掘的原材料的量与目标体积一致。
如后所述，控制器27能够计算通过挖掘而拢起的铲斗19中的原材料的重量。控制器27通过在每次向搬运车辆2排土时累积铲斗19内的原材料的重量，从而能够掌握装载到搬运车辆2的装载量。应予说明，在初次挖掘时，向搬运车辆2的装载量为零。
图22是表示当前地形T1的截面和挖掘路径PA1的一例的图。如图22所示，控制器27以使当前地形T1的表面和挖掘路径PA1之间的体积(图22中的标注阴影的部分)与目标体积一致的方式确定挖掘路径PA1。挖掘路径PA1包括挖掘起点S1和挖掘终点E1。挖掘起点S1和挖掘终点E1是地形T1的表面与挖掘路径PA1之间的交点。例如，挖掘起点S1相比于挖掘终点E1位于离作业机械1更远的位置。控制器27计算出挖掘起点S1的位置，并根据挖掘起点S1确定目标回转角度TA1。
控制器27根据可装载重量来确定目标体积。控制器27如后所述地计算出原材料的比重，并基于比重将可装载重量换算为体积。控制器27根据可装载重量计算出可装载容量，并基于可装载容量计算出目标体积。
具体地说，在可装载容量为铲斗19的挖掘容量以上时，控制器27将铲斗19的挖掘容量确定为目标体积。铲斗19的挖掘容量存储于存储装置272。在可装载容量小于铲斗19的挖掘容量时，控制器27将可装载容量确定为目标体积。应予说明，在执行第一次挖掘时，比重或目标体积也可以是规定的初始值。
在步骤S206中，控制器27执行自动下降回转。在此，如图14所示，控制器27使回转体13从待排土姿态的位置朝向挖掘起点S1回转目标回转角度TA1的量，并且使工作装置12的铲尖从待排土姿态下的高度朝向挖掘起点S1的高度下降。
在步骤S207中，控制器27执行自动挖掘。在此，控制器27控制工作装置12，以使工作装置12的铲尖按照在挖掘计划中确定的挖掘路径PA1移动。
在步骤S208中，控制器27校正作业机械1的位置数据。在此，控制器27再次从位置传感器33、工作装置传感器34a-34c和回转角度传感器39获取作业机械1的位置数据、工作装置12的姿态数据和回转角度数据，从而校正在步骤S102中获取的作业机械1的位置。
在步骤S209中，控制器27创建排土计划。在此，控制器27根据当前的作业机械1的位置和搬运车辆2的货箱位置来确定目标回转角度TA2和排土位置P1。排土位置P1表示待排土姿态下的铲斗19的铲尖的位置。搬运车辆2的货箱位置表示搬运车辆2位于装载位置L2的状态下的货箱53的位置。控制器27可以存储预先确定的货箱位置。或者，控制器27也可以根据装载位置L2和搬运车辆2的车辆尺寸数据而计算出货箱位置。控制器27以使工作装置12正对货箱53，并且使铲尖位于比货箱53向上方高规定距离的位置的方式，确定排出位置P1。
在步骤S210中，控制器27执行自动提升回转。在此，如图15所示，控制器27使回转体13朝向排土位置P1回转目标回转角度TA2的量，并且使工作装置12的铲尖朝向排土位置P1上升。
在步骤S211中，控制器27计测由工作装置12挖掘且由铲斗19拢起的原材料的重量。在此，控制器27获取表示施加于工作装置12的负荷的负荷数据。控制器27通过负荷数据计算出原材料的重量。
另外，控制器27根据挖掘前的地形数据、挖掘路径PA1和负荷数据计算出原材料的比重。挖掘路径PA1相当于挖掘后的地形。因此，控制器27根据挖掘前的地形数据和挖掘路径PA1，计算出由工作装置12挖掘的原材料的体积。控制器27根据原材料的体积和从负荷数据计算出的原材料的重量，计算出原材料的比重。
在图8所示的步骤S301中，控制器27判定作业机械1的状态。在此，控制器27判定作业机械1是正在动作还是停止。在行驶体14、回转体13及工作装置12中的至少一个正在动作时，控制器27判定为作业机械1正在动作。在工作装置12的铲尖到达排土位置P1并且行驶体14、回转体13及工作装置12全部停止时，控制器27判定为作业机械1停止。或者，控制器27也可以在回转体13和行驶体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中执行第三图像处理。在第三图像处理中，控制器27基于第一图像数据，通过图像识别技术来检测搬运车辆2。另外，控制器27在步骤S303中与搬运车辆2进行通信。在此，与步骤S107同样地，控制器27经由通信装置38接收搬运车辆2的位置数据、货箱数据和回转角度数据。
接下来，在步骤S304中，控制器27判定搬运车辆2的状态。在此，控制器27判定搬运车辆2是正在动作还是在装载位置L2处停止。在搬运车辆2正在行驶或货箱53正在回转时，控制器27判定为搬运车辆2正在动作。如图16所示，在搬运车辆2在装载位置L2停车，并且货箱53不回转而是停止时，控制器27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基于第三图像处理和搬运车辆2的位置数据来判定搬运车辆2的状态。因此，第一摄像机36和位置传感器33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，第一图像数据和搬运车辆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在根据第三图像处理以及搬运车辆2的位置数据这两者检测到搬运车辆2的停止时，可以判定为搬运车辆2停止。控制器27在根据第三图像处理以及搬运车辆2的位置数据中的至少一方检测到搬运车辆2的动作时，可以判定为搬运车辆2正在动作。
另一方面，在步骤S301中，在作业机械1正在动作时，控制器27在步骤S305中获取搬运车辆2的位置数据，并且在步骤304中，仅根据搬运车辆2的位置数据来判定搬运车辆2的状态。
在步骤304，在搬运车辆2正在动作时，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执行第四图像处理。在第四图像处理中，控制器27基于第一图像数据通过图像识别技术来检测搬运车辆2的货箱位置。
图23是表示在搬运车辆2在装载位置L2停车时由第一摄像机36拍摄到的图像的一例的图。如图23所示，第一图像数据所示的图像包括搬运车辆2的货箱53。在由第一图像数据表示的图像中包含货箱53时，控制器27识别图像中的货箱53而检测出货箱位置。
在步骤S307中，控制器27判定货箱位置的误差。控制器27计算出控制器27所存储的货箱位置与在步骤S306中检测到的货箱位置之间的偏差。在偏差为规定阈值以上时，控制器27判定为误差大。在货箱位置的误差大时，处理进入步骤S308。
在步骤S308中，控制器27校正排土位置P1。在此，控制器27基于在步骤S307中计算出的偏差，校正在步骤S209中确定的排土位置P1。在步骤S307中货箱位置的误差小时，不进行排土位置P1的校正，直接使处理进入步骤S309。
在步骤S309中，控制器27执行自动排土。在此，控制器27使工作装置12动作，以将由铲斗19拢起的原材料排出到货箱53上。在步骤S310中，控制器27更新货箱位置。控制器27将所存储的货箱位置更新为在步骤S306中检测到的货箱位置。
在图9所示的步骤S401中，控制器27判定装载是否已经结束。在装载到货箱53的原材料的重量(以下，称为“装载量”)达到了允许重量时，控制器27判定为装载结束。控制器27根据负荷数据计算出装载量。详细地说，控制器27根据负荷数据计算出所挖掘的原材料的重量。控制器27将装载到货箱53的原材料的重量的合计值作为装载量计算出来。
在步骤S401中，在控制器27判定为装载没有结束时，处理返回步骤S201。然后，重复步骤S201到步骤S211的处理以及步骤S301到步骤S310的处理。由此，重复原材料的挖掘和向搬运车辆2的装载。
应予说明，在进行第二次以后的挖掘时，控制器27也重新进行步骤S201中的地形的计测，并利用地形传感器35所获取的新的地形数据来更新地形数据。另外，控制器27再次进行步骤S211中的原材料的重量的计测，并根据新计测的原材料的重量和体积计算并更新原材料的比重。
在步骤S401中，在控制器27判定为装载已经结束时，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发送脱离装载位置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朝向卸载位置L3移动。
在步骤S403中，控制器27执行第二图像处理。与步骤S106同样，在第二图像处理中，控制器27基于第一图像数据，通过图像识别技术检测出回转体13的前方存在搬运车辆2。另外，在步骤S404中，控制器27与搬运车辆2进行通信，获取搬运车辆2的位置数据。在此，与步骤S303及步骤S305同样，控制器27经由通信装置38接收搬运车辆2的位置数据。
接下来，在步骤S405中，控制器27判定脱离是否已经完成。控制器27基于第二图像处理和搬运车辆2的位置数据，判定脱离是否完成。如图18所示，控制器27在检测到搬运车辆2与作业机械1分离规定距离以上时，判定为脱离已经完成。
例如，控制器27基于第一图像数据，计算出作业机械1与搬运车辆2之间的距离。控制器27基于位置数据，计算出作业机械1与搬运车辆2之间的距离。在根据第一图像数据计算出的距离和根据位置数据计算出的距离这两者为规定阈值以上时，控制器27可以判定为搬运车辆2脱离了装载位置L2。或者，在根据第一图像数据计算出的距离和根据位置数据计算出的距离中的至少一方为规定阈值以上时，控制器27可以判定为搬运车辆2脱离了装载位置L2。
在步骤S405，在控制器27判定为脱离尚未完成时，处理返回步骤S403。在步骤S405中，在控制器27判定为脱离已经完成时，处理返回步骤S109。即，在控制器27判定为脱离已经完成时，控制器27结束装载模式，使自动控制模式转移到待机模式。
根据本方式的作业机械1的控制系统，检测搬运车辆2的动作，且当搬运车辆2在装载位置L2停止时，能够使作业机械1进行排土。因此，能够使作业机械1与搬运车辆2适当地协作而进行作业。由此，能够通过自动控制进行作业机械1的装载作业，并且能够提高作业效率。
控制器27在判定为作业机械1停止时，基于第一图像数据判定搬运车辆2的停止。另外，控制器27在判定为作业机械1正在动作时，基于搬运车辆2的位置数据判定搬运车辆2的停止。在作业机械1正在动作时，第一摄像机36与作业机械1一同运动，因此第一图像数据的图像识别精度下降。因此，在作业机械1正在动作时，通过使用搬运车辆2的位置数据，能够高精度地判定搬运车辆2的停止。
控制器27在根据搬运车辆2的位置数据计算出的货箱53的位置与根据第一图像数据计算出的货箱53的位置之间的误差大于规定阈值时，基于根据第一图像数据计算出的货箱53的位置校正排土位置。由此，能够相对于货箱53高精度地确定排土位置。
控制器27判定回转体13的停止和动作，在判定为回转体13停止时利用地形传感器35对地形进行计测。在回转体13回转时，地形传感器35与回转体13一同运动，因此地形传感器35的地形检测精度下降。因此，控制器27在判定为回转体13停止时，利用地形传感器35对地形进行计测，由此能够提高地形的检测精度。
以上对本发明的一实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在不脱离发明主旨的范围内能够进行各种变更。
作业机械1不限于液压挖掘机，也可以是轮式装载机或机动平地机等其他机械。作业机械1的结构不限于上述实施方式，也可以改变。作业机械1可以是被电动马达驱动的车辆。例如，行驶体14和/或回转体13可以被电动马达驱动。工作装置12的结构也可以改变。例如，工作装置12不限于包括铲斗19，也可以包括抓斗、货叉、起重磁铁等其他装载用附件。
搬运车辆2可以是自卸卡车以外的车辆。搬运车辆2的结构不限于上述实施方式，也可以改变。例如，搬运车辆2可以是被电动马达驱动的车辆。例如，行驶体52和/或货箱53可以被电动马达驱动。搬运车辆2的货箱53可以不能回转。搬运车辆2的行驶体52可以不是履带，而是具备轮胎。搬运车辆2可以不是自动控制，而是由操作员手动驾驶。
设置于作业机械1及搬运车辆2的各种传感器的结构不限于上述实施方式，也可以改变。例如，地形传感器35可以配置在回转体13的侧部以外的部分。地形传感器35不限于激光雷达，也可以是雷达等其他传感装置。或者，也可以是，地形传感器35是摄像机，控制器27通过分析摄像机拍摄到的图像来识别地形。
第一摄像机36可以配置在回转体13的前部以外的部分。第二摄像机37可以配置在回转体13的两侧部及后部以外的部分。第二摄像机的数量不限于三个，也可以少于三个，或者多于三个。
控制器27不限于一体，可以被分成多个控制器27。由控制器27执行的处理可以分散给多个控制器27执行。在该情况下，多个控制器27中的一部分可以配置在作业机械1的外部。
作业机械1的控制器27和搬运车辆2的控制器61可以不相互直接通信，而是经由其他控制器进行通信。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，也可以改变。例如，待机模式下的处理可以改变。装载模式下的处理也可以改变。
在上述实施方式中，控制器27使用第一图像数据和搬运车辆2的位置数据这两者来判定搬运车辆2的接近和脱离。但是，控制器27可以仅使用第一图像数据和搬运车辆2的位置数据中的任一方来判定搬运车辆2的接近和/或脱离。
在上述实施方式中，控制器27使用第一图像数据和搬运车辆2的位置数据这两者来判定搬运车辆2在装载位置L2处的停止。但是，控制器27也可以仅使用第一图像数据和搬运车辆2的位置数据中的任一方来判定搬运车辆2的停止。
在上述实施方式中，控制器27使用第一图像数据和搬运车辆2的位置数据这两者来检测货箱53的位置。但是，控制器27可以仅使用第一图像数据和搬运车辆2的位置数据中的任一方来检测货箱53的位置。
在上述实施方式中，控制器27根据由负荷传感器32a-32c检测到的负荷数据而计算可装载重量。但是，控制器27也可以基于第一图像数据所示的货箱53的图像来计算可装载重量。控制器27还可以根据第一图像数据所示的货箱53的图像来检测装载到货箱53的原材料的量，并根据所装载的原材料的量来计算可装载重量。
工业实用性
根据本发明，能够通过自动控制进行作业机械的装载作业，并且能够适当地使作业机械和搬运车辆进行协作。
附图标记说明
1 作业机械
2 搬运车辆
12 工作装置
13 回转体
27 控制器
35 地形传感器
36 第一摄像机
53 货箱
63 位置传感器
L2 装载位置

Claims (7)

1.一种用于控制作业机械的系统，所述作业机械向搬运车辆装载原材料，其中，所述系统具备：
检测装置，其检测所述搬运车辆的动作；
控制器，其控制所述作业机械；
所述作业机械包含：
工作装置；
回转体，其安装有所述工作装置；
所述控制器从所述检测装置获取表示所述搬运车辆的动作的动作数据，
所述控制器使所述回转体朝向规定的排土位置回转，
所述控制器基于所述动作数据判定所述搬运车辆在规定的装载位置处的停止，
所述控制器在判定为所述搬运车辆正在动作时，使所述工作装置在所述排土位置待机，
所述控制器在判定为所述搬运车辆在所述装载位置停止时，控制所述作业机械而使之在所述排土位置排土，
所述检测装置包含安装于所述作业机械并对所述作业机械的周围进行拍摄的摄像机，
所述动作数据包含表示由所述摄像机拍摄到的所述作业机械的周围的动态图像的图像数据，
所述搬运车辆包含安装于所述搬运车辆并检测所述搬运车辆的位置的位置传感器，
所述动作数据包含表示由所述位置传感器检测到的所述搬运车辆的位置的位置数据，
所述控制器判定所述作业机械的停止和所述作业机械的动作，
所述控制器在判定为所述作业机械停止时，基于所述图像数据判定所述搬运车辆的停止，
所述控制器在判定为所述作业机械正在动作时，基于所述位置数据判定所述搬运车辆的停止。
2.如权利要求1所述的系统，其中，
所述控制器基于所述位置数据计算所述搬运车辆的货箱的位置，
所述控制器基于所述图像数据计算所述搬运车辆的货箱的位置，
所述控制器在根据所述位置数据计算出的所述货箱的位置与根据所述图像数据计算出的所述货箱的位置之间的误差大于规定阈值时，基于根据所述图像数据计算出的所述货箱的位置校正所述排土位置。
3.一种用于控制作业机械的系统，所述作业机械向搬运车辆装载原材料，其中，所述系统具备：
检测装置，其检测所述搬运车辆的动作；
控制器，其控制所述作业机械；
所述作业机械包含：
工作装置；
回转体，其安装有所述工作装置；
地形传感器，其计测所述作业机械的周围的地形；
所述控制器获取表示由所述地形传感器计测到的所述地形的地形数据，
所述控制器基于由所述地形传感器计测到的所述地形确定挖掘开始位置，
所述控制器从所述检测装置获取表示所述搬运车辆的动作的动作数据，
所述控制器在检测到所述搬运车辆接近时，使所述回转体朝向所述挖掘开始位置回转，
所述控制器控制所述工作装置以在所述挖掘开始位置进行挖掘，
所述控制器基于所述动作数据判定所述搬运车辆在规定的装载位置处的停止，
所述控制器在判定为所述搬运车辆正在动作时，使所述工作装置在排土位置待机，
所述控制器在判定为所述搬运车辆在所述装载位置停止时，控制所述作业机械而使之排土，
所述检测装置包含安装于所述作业机械并对所述作业机械的周围进行拍摄的摄像机，
所述动作数据包含表示由所述摄像机拍摄到的所述作业机械的周围的动态图像的图像数据，
所述搬运车辆包含安装于所述搬运车辆并检测所述搬运车辆的位置的位置传感器，
所述动作数据包含表示由所述位置传感器检测到的所述搬运车辆的位置的位置数据，
所述控制器判定所述作业机械的停止和所述作业机械的动作，
所述控制器在判定为所述作业机械停止时，基于所述图像数据判定所述搬运车辆的停止，
所述控制器在判定为所述作业机械正在动作时，基于所述位置数据判定所述搬运车辆的停止。
4.如权利要求3所述的系统，其中，
所述地形传感器安装于所述回转体，
所述控制器判定所述回转体的停止和动作，
所述控制器在判定为所述回转体停止时，利用所述地形传感器对地形进行计测。
5.一种为了控制向搬运车辆装载原材料的作业机械而由控制器执行的方法，其中，
所述作业机械包含：
工作装置；
回转体，其安装有所述工作装置；
所述方法具备以下的处理：
获取表示所述搬运车辆的动作的动作数据；
使所述回转体朝向规定的排土位置回转；
基于所述动作数据判定所述搬运车辆在规定的装载位置处的停止；
在判定为所述搬运车辆正在动作时，使所述工作装置在所述排土位置待机；
在判定为所述搬运车辆在所述装载位置停止时，控制所述作业机械而使之在所述排土位置排土；
所述动作数据包含表示由安装于所述作业机械的摄像机拍摄到的所述作业机械的周围的动态图像的图像数据，所述动作数据包含表示由安装于所述搬运车辆的位置传感器检测到的所述搬运车辆的位置的位置数据，判定所述作业机械的停止和所述作业机械的动作，在判定为所述作业机械停止时，基于所述图像数据判定所述搬运车辆的停止，在判定为所述作业机械正在动作时，基于所述位置数据判定所述搬运车辆的停止。
6.如权利要求5所述的方法，其中，
所述方法还具备以下的处理：
基于所述位置数据计算所述搬运车辆的货箱的位置；
基于所述图像数据计算所述搬运车辆的货箱的位置；
在根据所述位置数据计算出的所述货箱的位置与根据所述图像数据计算出的所述货箱的位置之间的误差大于规定阈值时，基于根据所述图像数据计算出的所述货箱的位置校正所述排土位置。
7.一种为了控制向搬运车辆装载原材料的作业机械而由控制器执行的方法，其中，
所述作业机械包含：
工作装置；
回转体，其安装有所述工作装置；
所述方法具备以下的处理：
获取表示所述作业机械的周围的地形的地形数据；
基于所述地形数据确定挖掘开始位置；
获取表示所述搬运车辆的动作的动作数据；
在检测到所述搬运车辆接近时，使所述回转体朝向所述挖掘开始位置回转；
控制所述工作装置以在所述挖掘开始位置进行挖掘；
基于所述动作数据判定所述搬运车辆在规定的装载位置处的停止；
在判定为所述搬运车辆正在动作时，使所述工作装置在排土位置待机；
在判定为所述搬运车辆在所述装载位置停止时，控制所述作业机械而使之排土；
所述动作数据包含表示由安装于所述作业机械的摄像机拍摄到的所述作业机械的周围的动态图像的图像数据，所述动作数据包含表示由安装于所述作业机械的位置传感器检测到的所述搬运车辆的位置的位置数据，判定所述作业机械的停止和所述作业机械的动作，在判定为所述作业机械停止时，基于所述图像数据判定所述搬运车辆的停止，在判定为所述作业机械正在动作时，基于所述位置数据判定所述搬运车辆的停止。
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