CN111771034A - 用于控制作业机械的系统以及方法 - Google Patents

Abstract

控制器以自动进行作业的自动控制模式控制作业机械。检测装置检测作业机械的周围区域的人的存在。自动控制模式包括装载模式和装载模式以外的其它模式。控制器在装载模式下，使作业机械动作以进行向运输车辆装载的装载作业。控制器在规定的转移条件被满足时，使自动控制模式从其它模式向装载模式转移。规定的转移条件包括检测装置未检测到人。

Description

用于控制作业机械的系统以及方法

技术领域

本发明涉及用于控制作业机械的系统以及方法。

背景技术

具有一种利用液压挖掘机等作业机械来挖掘沙土等材料，并将其装载到自卸卡车等运输车辆上的作业。运输车辆在规定的装载位置装载材料。运输车辆行驶至规定的倾卸位置，在倾卸位置倾卸材料。然后，运输车辆返回到装载位置，由作业机械再次将材料装载到运输车辆上。

以往，已知一种通过自动控制进行如上所述的作业机械的装载作业的技术。例如，在专利文献1中，将挖掘位置和排土位置预先告知作业机械的控制器。控制器控制作业机械，以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：(日本国)特开2000-192514号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

如上所述，在通过自动控制进行装载作业的情况下，作业机械自动进行动作。但是，上述的自动动作优选同时考虑周围的环境来进行。

本发明提供一种技术，其能够同时考虑周围的环境，自动进行作业机械的装载作业。

用于解决技术问题的技术方案

第一方面为用于控制向运输车辆装载材料的作业机械的系统。该系统具有控制器和检测装置。控制器以自动进行作业的自动控制模式控制作业机械。检测装置检测作业机械的周围区域的人的存在。自动控制模式包括装载模式和装载模式以外的其它模式。控制器在装载模式下使作业机械动作以进行向运输车辆装载的装载作业。控制器在规定的转移条件被满足时，使自动控制模式从其它模式向装载模式转移。规定的转移条件包括检测装置未检测到人。

第二方面是为了控制向运输车辆装载材料的作业机械而由控制器执行的方法。该方法具有以下的处理。第一处理为，检测作业机械的周围区域的人的存在。第二处理为，在未检测到人的存在时，允许开始由作业机械进行的向运输车辆装载的装载动作。第三处理为，在检测到人的存在时，不允许开始由作业机械进行的向运输车辆装载的装载动作。

发明效果

在本发明中，用于从其它模式向装载模式转移的转移条件包括在作业机械的周围区域未检测到人。因此，能够在根据检测装置的检测结果确认在作业机械的周围不存在人的基础上，使自动控制模式从其它模式向装载模式转移。由此，能够通过自动控制进行作业机械的装载作业，并且使装载作业中安全性进一步提高。

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是作业机械的侧视图。

图3是表示作业机械的构成的框图。

图4是运输车辆的侧视图。

图5是表示运输车辆的构成的框图。

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是表示由第一相机或第二相机拍摄到的图像的一个例子的图。

图20是表示由第一相机拍摄到的图像的一个例子的图。

图21是表示作业机械在当前位置可挖掘的材料的范围的图。

图22是表示当前地形的剖面和挖掘路径的一个例子的图。

图23是表示由第一相机拍摄到的图像的一个例子的图。

图24是表示其它实施方式的检测人的存在的检测范围的图。

具体实施方式

下面，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和运输车辆2。作业机械1通过自动控制，与运输车辆2协同工作地进行作业。

在本实施方式中，作业机械1为液压挖掘机。运输车辆2为自卸卡车。作业机械1配置在作业现场内的规定的挖掘位置L1的旁边。运输车辆2在作业现场内的规定的装载位置L2和规定的倾卸位置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，并将作为挖掘对象物的沙土等材料装载到停车在装载位置L2的运输车辆2上。装载有材料的运输车辆2行驶至倾卸位置L3，在倾卸位置L3将材料卸下。在倾卸位置L3配置有推土机等其它作业机械3，将在倾卸位置L3卸下的材料铺开。卸下了材料的运输车辆2行驶至装载位置L2，作业机械1再次将材料装载到停车在装载位置L2的运输车辆2上。通过重复上述作业，将挖掘位置L1的材料移送至倾卸位置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和工作装置12。车辆主体11包括回转体13和行驶体14。回转体13相对于行驶体14可回转地进行安装。在回转体13配置有驾驶室15。但是，也可以省去驾驶室15。行驶体14包括履带16。利用后面叙述的发动机24的驱动力来驱动履带16，由此，作业机械1进行行驶。

工作装置12安装在车辆主体11的前部。工作装置12包括：大臂17、小臂18、以及铲斗19。大臂17相对于回转体13在上下方向上可动作地进行安装。小臂18相对于大臂17可动作地进行安装。铲斗19相对于小臂18可动作地进行安装。工作装置12包括：大臂油缸21、小臂油缸22、以及铲斗油缸23。大臂油缸21、小臂油缸22、以及铲斗油缸23为液压缸，利用来自后面叙述的液压泵25的工作油来驱动。大臂油缸21使大臂17进行动作。小臂油缸22使小臂18进行动作。铲斗油缸23使铲斗19进行动作。

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、以及控制器27。

利用来自控制器27的指令信号控制发动机24。液压泵25由发动机24来驱动，排出工作油。从液压泵25排出的工作油向大臂油缸21、小臂油缸22、以及铲斗油缸23供给。

作业机械1包括回转马达28。回转马达28为液压马达，利用来自液压泵25的工作油来驱动回转马达28。回转马达28使回转体13回转。需要说明的是，在图2中，虽然图示了一个液压泵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的指令信号控制泵控制装置29。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、油缸21-23、以及回转马达28经由控制阀31，通过液压回路而连接。利用来自控制器27的指令信号控制控制阀31。控制阀31对从液压泵25向油缸21-23及回转马达28供给的工作油的流量进行控制。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的驱动力向行驶体14传递。动力传递装置26例如也可以为液力变矩器、或具有多个变速齿轮的传动机构。或者，动力传递装置26也可以为HST(Hydro Static Transmission：静液压式传动装置)、或HMT(Hydraulic MechanicalTransmission：液压机械式传动装置)等其它形式的传动机构。

控制器27进行编程以基于获取到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、以及动力传递装置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、以及控制阀31，使工作装置12进行动作。

控制器27包括CPU或GPU等处理器271、以及存储装置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ROM等存储器、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)或SSD(Solid State Drive：固态硬盘)等辅助存储装置。存储装置272对用于作业机械1的自动控制的数据及程序进行存储。

作业机械1包括负载传感器32a-32c。负载传感器32a-32c检测施加于工作装置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，分别检测油缸21-23的液压。负载数据表示油缸21-23的液压。控制器27通过有线或无线可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、工作装置传感器34a-34c、以及回转角度传感器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包括：GNSS(Global Navigation Satellite System：全球导航卫星系统)接收器和IMU(惯性测量装置：Inertial Measurement Unit)。GNSS接收器例如为GPS(GlobalPositioning System：全球定位系统)用接收机。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的姿态的数据。车辆主体11的姿态例如包括：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的宽度方向相对于水平的角度(侧倾角)。

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例如是检测油缸21-23的行程量的行程传感器。工作装置12的姿态数据包括油缸21-23的行程量。或者，工作装置传感器34a-34c也可以为检测大臂17、小臂18、以及铲斗19各自的回转角度的传感器等其它的传感器。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通过有线或无线可通信地与位置传感器33、工作装置传感器34a-34c、以及回转角度传感器39连接。控制器27从位置传感器33、工作装置传感器34a-34c、以及回转角度传感器39分别接收作业机械1的位置数据、工作装置12的姿态数据、以及回转角度数据。控制器27根据位置数据、姿态数据、以及回转角度数据，计算铲斗19的刃尖位置。例如，作业机械1的位置数据表示位置传感器33的全局坐标。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的全局坐标，计算铲斗19的刃尖位置的全局坐标。

作业机械1包括地形传感器35。地形传感器35对作业机械1周围的地形进行测量，并输出表示地形传感器35测量的地形的地形数据。在本实施方式中，地形传感器35安装在回转体13的侧部。地形传感器35对位于回转体13的侧方的地形进行测量。地形传感器35例如为LIDAR(LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging：激光成像探测与测距)。LIDAR通过照射激光并对其反射光进行测量，而对到地形上的多个测量点的距离进行测量。地形数据表示各测量点相对于作业机械1的位置。

作业机械1包括第一相机36和多个第二相机37。第一相机36朝向回转体13的前方，安装在回转体13。第一相机36对回转体13的前方进行拍摄。第一相机36为立体相机。第一相机36输出表示拍摄到的动态图像的第一图像数据。

多个第二相机37分别朝向回转体13的左侧、右侧、以及后方，安装在回转体13。第二相机37输出表示拍摄到的动态图像的第二图像数据。第二相机37也可以为单眼相机。或者，第二相机37也可以与第一相机36一样，为立体相机。控制器27通过有线或无线可通信地与第一相机36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的外部设备进行数据通信。通信装置38与作业机械1的外部远程计算机设备4进行通信。远程计算机设备4也可以配置在作业现场。或者，远程计算机设备4也可以配置在与作业现场分离的管理中心内。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相关的图像。显示器401显示与从控制器27经由通信装置38而接收到的信号对应的图像。输入装置402由操作人员来操作。输入装置402例如也可以包括触控面板，或者也可以包括硬件密钥。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，向控制器27发送。另外，通信装置38与运输车辆2进行数据通信。

图4是运输车辆2的侧视图。如图4所示，运输车辆2包括：车辆主体51、行驶体52、以及装载架53。车辆主体51支承于行驶体52。行驶体52包括履带54。通过利用后面叙述的发动机55的驱动力来驱动履带54，而运输车辆2进行行驶。装载架53支承于车辆主体51。装载架53可动作地设为倾卸姿态和运输姿态。在图4中，以实线表示的装载架53表示了运输姿态的装载架53的位置。以双点划线表示的装载架53’表示了倾卸姿态的装载架53的位置。在运输姿态下，装载架53大致水平配置。在倾卸姿态下，装载架53为相对于运输姿态倾斜的状态。

图5是表示运输车辆2的控制系统的构成的框图。运输车辆2包括：发动机5、液压泵56、动力传递装置57、提升油缸58、回转马达59、控制器61、以及控制阀62。控制器61包括：处理器611、易失性存储部612、以及非易失性存储部613。

因为发动机55、液压泵56、动力传递装置57、控制器61、以及控制阀62是分别与作业机械1的发动机24、液压泵25、动力传递装置26、控制器27、以及控制阀31相同的构成，所以省略详细的说明。

提升油缸58为液压缸。回转马达59为液压马达。从液压泵56排出的工作油向提升油缸58和回转马达59供给。提升油缸58和回转马达59由来自液压泵56的工作油驱动。提升油缸58使装载架53升降。由此，装载架53的姿态切换为运输姿态和倾卸姿态。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控制提升油缸58，来控制装载架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。

运输车辆2包括：位置传感器63、装载架传感器64、以及回转角度传感器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：表示运输车辆2的位置的数据、表示车辆主体51的姿态的数据。

装载架传感器64检测装载架53的姿态，并输出表示装载架53的姿态的装载架数据。装载架传感器64例如是检测提升油缸58的行程量的行程传感器。装载架数据包括提升油缸58的行程量。或者，装载架传感器64也可以是检测装载架53的倾斜角度的传感器等其它的传感器。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通过有线或无线可通信地与位置传感器63、装载架传感器64、以及回转角度传感器65连接。控制器61从位置传感器63、装载架传感器64、以及回转角度传感器65，分别接收位置数据、装载架数据、以及回转角度数据。

运输车辆2包括通信装置66。运输车辆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。运输车辆2的控制器61经由通信装置66，发送运输车辆2的位置数据、装载架数据、以及回转角度数据。作业机械1的控制器27经由通信装置38，接收运输车辆2的位置数据、装载架数据、以及回转角度数据。作业机械1的控制器27存储有表示运输车辆2的车辆主体51、以及装载架53的配置及尺寸的车辆尺寸数据。控制器27根据运输车辆2的位置数据、装载架数据、回转角度数据、以及车辆尺寸数据，计算装载架53的位置。

接着，针对由作业机械1的控制器27执行的自动控制模式的处理进行说明。在自动控制模式下，控制器27控制作业机械1以自动进行上述的挖掘及装载的作业。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、以及装载模式以外的其它控制模式。在本实施方式中，其它模式为待机模式。在待机模式下，控制器27使作业机械1待机，直至运输车辆2到达并停车在装载位置L2。需要说明的是，其它模式除了待机模式以外，还可以包括预先收集塌陷的材料的模式、挖掘其它的区域来新增材料的挖掘模式等模式。

在装载模式下，控制器27在运输车辆2于装载位置L2停车时，使作业机械1动作以进行向运输车辆2装载的装载作业。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。

当控制器27接收到自动控制模式的开始指令时，启动作业机械1的发动机24，并且执行图6所示的待机模式的处理。自动控制模式的开始指令例如如图10所示通过操作人员对上述远程计算机设备4的输入装置402进行操作，从远程计算机设备4输出。控制器27经由通信装置38，接收开始指令。另外，运输车辆2也接收自动控制模式的开始指令。当运输车辆2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在待排土姿态下待机。即，在待机模式中，控制器27在待排土姿态下，将工作装置12、回转体13、以及行驶体14维持在停止状态。如图10所示，在待排土姿态下，以工作装置12朝向装载位置L2的方式进行配置。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配置在比运输车辆2的装载架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从位置传感器33、工作装置传感器34a-34c、以及回转角度传感器39，分别获取作业机械1的位置数据、工作装置12的姿态数据、以及回转角度数据。控制器27根据位置数据、姿态数据、以及回转角度数据，计算铲斗19的刃尖位置。

在步骤S103中，控制器27获取图像数据。在此，控制器27从第一相机36获取表示回转体13前方的动态图像的第一图像数据。控制器27从第二相机37获取表示回转体13两侧及后方的动态图像的第二图像数据。需要说明的是，第一相机36和第二相机37至少在自动控制模式的执行期间，始终进行拍摄并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期间，实时从第一相机36和第二相机37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，检测作业机械1的周围的人的存在。因此，第一相机36和第二相机37相当于检测作业机械1的周围区域的人的存在的人检测装置。

控制器27例如通过利用了AI(Artificial Intelligence：人工智能)的图像识别技术，检测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是表示由第一相机36或第二相机37拍摄到的图像的一个例子的图。如图19所示，在第一图像数据或者第二图像数据表示的图像中包括人时，控制器27识别并检测图像中的人。在步骤S105中，控制器27判定是否检测到在作业机械1的周围的人的存在。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，检测运输车辆2的存在。因此，第一相机36相当于检测运输车辆2向作业机械1的接近的车辆检测装置。关于图像识别技术，与步骤S104一样。如图11所示，在运输车辆2到达了第一相机36的拍摄范围内时，控制器27检测运输车辆2的存在。

图20是表示在运输车辆2到达了第一相机的拍摄范围内时由第一相机36拍摄到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括运输车辆2时，控制器27识别并检测图像中的运输车辆2。

在步骤S107中，控制器27与运输车辆2进行通信。在此，控制器27经由通信装置38，从运输车辆2接收运输车辆2的位置数据。另外，控制器27经由通信装置38，从运输车辆2接收装载架数据和回转角度数据。

在步骤S108中，控制器27判定是否已检测到运输车辆2的接近。控制器27在从作业机械1至运输车辆2的距离为规定的阈值以下时，判定为已检测到运输车辆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至运输车辆2的距离。或者，控制器27也可以根据作业机械1的位置数据和运输车辆2的位置数据，计算从作业机械1至运输车辆2的距离。在已检测到运输车辆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向装载模式转移。

在步骤S105中未检测到人、以及在步骤S108中检测到运输车辆2的接近是用于使自动控制模式从待机模式向装载模式转移的转移条件。控制器27在转移条件被满足时，使自动控制模式从待机模式向装载模式转移。控制器27在转移条件未被满足时，不会使自动控制模式从待机模式向装载模式转移，而是维持在待机模式。需要说明的是，转移条件也可以还包括其它的条件。

在步骤S108中，在控制器27未检测到运输车辆2的接近时，处理进入步骤S109。在步骤S109中，控制器27判定是否接收到结束信号。结束信号从远程计算机设备4发送。结束信号通过操作人员对输入装置402进行操作，从远程计算机设备4向控制器27发送。当接收到结束信号时，控制器27结束自动控制模式。当结束自动控制模式时，控制器27使作业机械1的发动机24停止。另外，当运输车辆2的控制器61接收到结束信号时，使运输车辆2停止。

如图12所示，当人100进入作业机械1的周围时，在步骤S105中，控制器27检测人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设备4。当远程计算机设备4接收到警报信号时，将表示警报的消息或者图像显示在显示器401。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。

需要说明的是，输出装置不限于远程计算机设备4，也可以为其它装置。例如，输出装置也可以为在作业机械1安装的、或在作业机械1的外部配置的警告灯或扬声器。控制器27也可以在检测到人的存在时，输出指令信号以使点亮警告灯、或者从扬声器发出警告声。

控制器27在步骤S110中使警报向输出装置输出之后，在步骤S109中，判定是否接收到结束信号。在接收到结束信号时，控制器27使自动控制模式停止。在未接收到结束信号时，控制器27将自动控制模式维持在待机模式。

在待机模式下，在检测到作业机械1的周围存在人时，即使检测到运输车辆2的接近，控制器27也不会使自动控制模式向装载模式转移，而是维持在待机模式。需要说明的是，在后面叙述的装载模式期间，在检测到人的存在时，控制器27使工作装置12及回转体13的动作停止。

另外，控制器27在检测到人的存在时，即使在待机模式和装载模式的任一模式下，也可以将使运输车辆2停止的指令信号向运输车辆2的控制器61发送。在控制器27检测到人的存在而使作业机械1及运输车辆2停止后，当通过操作人员的操作而从远程计算机设备4接收到自动控制模式的开始指令时，控制器27也可以使作业机械1及运输车辆2的动作再次开始。

接着，对装载模式下的处理进行说明。控制器27在装载模式下，在规定的挖掘位置L1利用工作装置12进行挖掘，使回转体13从挖掘位置L1朝向装载位置L2回转，并在装载位置L2从工作装置12排土，由此来进行装载作业。如图7所示，在装载模式下，在步骤S201中，控制器27对地形进行测量。在此，如图13所示，地形传感器35对位于作业机械1的侧方的挖掘位置L1的地形进行测量。控制器27获取表示地形传感器35测量的挖掘位置L1的地形的地形数据。

需要说明的是，控制器27也可以判定回转体13是已停止还是正在进行动作，在判定为回转体13已停止时，利用地形传感器35进行地形的测量。在回转体13处于动作中时，地形传感器35也与回转体13一起移动。因此，由地形传感器35进行的地形的测量精度降低。因此，通过在判定为回转体13已停止时，进行基于地形传感器35的地形的测量，而能够高精度地进行地形的测量。

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判定在当前的作业机械1的位置使工作装置12及回转体13进行动作时，是否能够通过挖掘得到规定量以上的材料。例如，如图21所示，控制器27根据在当前的作业机械1的位置使工作装置12及回转体13进行动作时的工作装置12的轨迹、以及地形数据表示的挖掘位置L1的地形，计算在当前的位置可挖掘的材料的量。在图21中，对使工作装置12进行动作时可挖掘的范围添加了阴影线。然后，控制器27在可挖掘的材料的量为规定值以上时，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在前后移动规定距离。然后，在步骤S201中，控制器27再次对地形进行测量，并在步骤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计算可装载重量。控制器27存储有能够向运输车辆2装载的最大装载重量。控制器27根据最大装载重量以及已向运输车辆2装载的材料的重量，计算可装载重量。

在步骤S205中，控制器27制定装载计划。在此，控制器27根据作业机械1的当前位置、地形数据、以及目标体积，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的刃尖的目标轨迹。控制器27根据作业机械1的当前位置和地形数据，确定挖掘路径PA1，以使由工作装置12挖掘的材料的量与目标体积一致。

如后面所述，控制器27能够计算通过挖掘而铲入铲斗19内的材料的重量。控制器27通过累计每次向运输车辆2排土时铲斗19内的材料的重量，而能够掌握向运输车辆2装载的装载量。需要说明的是，初次挖掘时，向运输车辆2装载的装载量为0。

图22是表示当前地形T1的剖面和挖掘路径PA1的一个例子的图。如图22所示，控制器27确定挖掘路径PA1，以使当前地形T1的表面和挖掘路径PA1之间的体积(在图22中添加了阴影线的部分)与目标体积一致。挖掘路径PA1包括挖掘开始点S1和挖掘结束点E1。挖掘开始点S1和挖掘结束点E1是地形T1的表面与挖掘路径PA1的交点。例如，挖掘开始点S1相对于作业机械1位于比挖掘结束点E1更远的位置。控制器27计算挖掘开始点S1的位置，根据挖掘开始点S1确定目标回转角度TA1。

控制器27根据可装载重量，确定目标体积。控制器27如后面所述计算材料的比重，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可装载容量，基于可装载容量计算目标体积。

详细地说，在可装载容量为铲斗19的挖掘容量以上时，控制器27确定铲斗19的挖掘容量作为目标体积。铲斗19的挖掘容量存储在存储装置272中。在可装载容量比铲斗19的挖掘容量小时，控制器27确定可装载容量为目标体积。需要说明的是，在执行第一次挖掘时，比重或目标体积也可以为规定的初始值。

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从待排土姿态的位置朝向挖掘开始点S1，使回转体13回转目标回转角度TA1的量，并且使工作装置12的刃尖从待排土姿态下的高度朝向挖掘开始点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的刃尖依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对作业机械1的位置数据进行修正。在此，控制器27从位置传感器33、工作装置传感器34a-34c、以及回转角度传感器39，再次获取作业机械1的位置数据、工作装置12的姿态数据、以及回转角度数据，对在步骤S102中获取的作业机械1的位置进行修正。

在步骤S209中，控制器27制定排土计划。在此，控制器27根据当前的作业机械1的位置和运输车辆2的装载架位置，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的刃尖的位置。运输车辆2的装载架位置表示运输车辆2位于装载位置L2的状态下的装载架53的位置。控制器27也可以存储有预先确定的装载架位置。或者，控制器27也可以根据装载位置L2和运输车辆2的车辆尺寸数据，计算装载架位置。控制器27确定排土位置P1，以使工作装置12正对向装载架53、且刃尖相比于装载架53位于更上方规定距离的位置。

在步骤S210中，控制器27执行自动升起回转。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的刃尖朝向排土位置P1上升。

在步骤S211中，控制器27对工作装置12挖掘而铲斗19铲起的材料的重量进行测量。在此，控制器27获取表示施加于工作装置12的负载的负载数据。控制器27根据负载数据，计算材料的重量。

另外，控制器27根据挖掘前的地形数据、挖掘路径PA1、以及负载数据，计算材料的比重。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，计算工作装置12挖掘的材料的体积。控制器27根据材料的体积、以及根据负载数据计算出的材料的重量，计算材料的比重。

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是处于动作中还是已停止。控制器27在行驶体14、回转体13、以及工作装置12的至少一个装置正在进行动作时，判定为作业机械1处于动作中。控制器27在工作装置12的刃尖到达排土位置P1、且行驶体14、回转体13以及工作装置12都已停止时，判定为作业机械1已停止。或者，控制器27也可以在回转体13和行驶体1已停止时，判定为作业机械1已停止。

在作业机械1已停止时，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，通过图像识别技术检测运输车辆2。另外，控制器27在步骤S303中，与运输车辆2进行通信。在此，与步骤S107一样，控制器27经由通信装置38，接收运输车辆2的位置数据、装载架数据以及回转角度数据。

然后，在步骤S304中，控制器27判定运输车辆2的状态。在此，控制器27判定运输车辆2是处于动作中还是停止在装载位置L2。控制器27在运输车辆2正在行驶、或者装载架53正在回转时，判定为运输车辆2处于动作中。控制器27在如图16所示运输车辆2停车在装载位置L2、且装载架53不回转而是已停止时，判定为运输车辆2已停止。

在步骤S301中，在作业机械1已停止时，在步骤S304中，控制器27基于第三图像处理以及运输车辆2的位置数据，判定运输车辆2的状态。因此，第一相机36和位置传感器63相当于检测运输车辆2的动作的检测装置。控制器27根据第一图像数据判定运输车辆2是否已停止。另外，控制器27根据运输车辆2的位置数据判定运输车辆2是否已停止。即，第一图像数据和运输车辆2的位置数据相当于表示运输车辆2的动作的动作数据。

例如，控制器27也可以在根据第三图像处理及运输车辆2的位置数据双方检测到运输车辆2的停止时，判定为运输车辆2已停止。控制器27也可以在根据第三图像处理及运输车辆2的位置数据的至少一方检测到运输车辆2的动作时，判定为运输车辆2处于动作中。

另一方面，在步骤S301中，在作业机械1处于动作中时，控制器27在步骤S305中获取运输车辆2的位置数据，在步骤304中只根据运输车辆2的位置数据判定运输车辆2的状态。

在步骤304中运输车辆2处于动作中时，处理返回步骤S301。在步骤304中运输车辆2已停止时，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，检测运输车辆2的装载架位置。

图23是表示在运输车辆2停车在装载位置L2时由第一相机36拍摄到的图像的一个例子的图。如图23所示，第一图像数据表示的图像包括运输车辆2的装载架53。在第一图像数据表示的图像中包括装载架53时，控制器27识别图像中的装载架53并检测装载架位置。

在步骤S307中，控制器27判定装载架位置的误差。控制器27计算控制器27所存储的装载架位置与在步骤S306中检测到的装载架位置之间的偏差。在偏差为规定的阈值以上时，控制器27判定为误差较大。在装载架位置的误差较大时，处理进入步骤S308。

在步骤S308中，控制器27对排土位置P1进行修正。在此，控制器27基于在步骤S307中计算的偏差，对在步骤S209中确定的排土位置P1进行修正。在步骤S307中装载架位置的误差较小时，不进行排土位置P1的修正地使处理进入步骤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进行动作，以将铲斗19铲起的材料排出到装载架53上。在步骤S310中，控制器27更新装载架位置。控制器27将存储的装载架位置更新为在步骤S306中检测到的装载架位置。

在图9所示的步骤S401中，控制器27判定装载是否已结束。控制器27在装载到装载架53的材料的重量(下面称为“装载量”)达到允许重量时，判定为装载已结束。控制器27根据负载数据，计算装载量。详细地说，控制器27根据负载数据计算已挖掘的材料的重量。控制器27计算装载到装载架53的材料的重量的总值作为装载量。

在步骤S401中，在控制器27判定为装载未结束时，处理返回步骤S201。然后，重复从步骤S201至步骤S211的处理、以及从步骤S301至步骤S310的处理。由此，重复材料的挖掘和向运输车辆2的装载。

需要说明的是，在进行第二次之后的挖掘时，控制器27也重新进行步骤S201中的地形的测量，根据地形传感器35获取的新的地形数据，更新地形数据。另外，控制器27再次进行步骤S211中的材料的重量的测量，根据重新测量的材料的重量和体积，计算材料的比重并进行更新。

在步骤S401中，在控制器27判定为装载已结束时，处理进入步骤S402。在步骤S402中，如图17所示，控制器27向运输车辆2发送从装载位置L2脱离的脱离指令。当运输车辆2接收到脱离指令时，开始从装载位置L2朝向倾卸位置L3移动。

在步骤S403中，控制器27执行第二图像处理。与步骤S106一样，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，检测回转体13的前方的运输车辆2的存在。另外，在步骤S404中，控制器27与运输车辆2进行通信，获取运输车辆2的位置数据。在此，与步骤S303及步骤S305一样，控制器27经由通信装置38，接收运输车辆2的位置数据。

接着，在步骤S405中，控制器27判定脱离是否已完成。控制器27基于第二图像处理和运输车辆2的位置数据，判定脱离是否已完成。如图18所示，控制器27在检测到运输车辆2从作业机械1分离规定距离以上时，判定为脱离已完成。

例如，控制器27基于第一图像数据，计算作业机械1和运输车辆2之间的距离。控制器27基于位置数据，计算作业机械1和运输车辆2之间的距离。控制器27也可以在根据第一图像数据计算出的距离和根据位置数据计算出的距离双方都为规定的阈值以上时，判定为运输车辆2已经从装载位置L2脱离。或者，控制器27也可以在根据第一图像数据计算出的距离以及根据位置数据计算出的距离的至少一方为规定的阈值以上时，判定为运输车辆2已经从装载位置L2脱离。

在步骤S405中，在控制器27判定为脱离未完成时，处理返回步骤S403。在步骤S405中，在控制器27判定为脱离已完成时，处理返回步骤S109。即，在控制器27判定为脱离已完成时，控制器27结束装载模式，并使自动控制模式向待机模式转移。

在如上说明的本实施方式的作业机械1的控制系统中，用于从待机模式向装载模式转移的转移条件包括在作业机械1的周围区域未检测到人。因此，控制器27能够在根据第一相机36或者第二相机37拍摄到的图像，确认作业机械1的周围不存在人的基础上，使自动控制模式从待机模式向装载模式转移。由此，能够通过自动控制进行作业机械1的装载作业，并且使装载作业中安全性进一步提高。

控制器27在装载模式期间检测到人的存在时，使工作装置12及回转体13的动作停止。因此，在装载作业期间人进入作业机械1的周围时，使作业机械1停止，并中断装载作业。由此，能够使装载作业中的安全性进一步提高。

上面，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离发明主旨的范围内可以进行各种变更。

作业机械1不限于液压挖掘机，也可以为轮式装载机或机动平地机等其它的机械。作业机械1的构成不限于上述实施方式，也可以进行变更。作业机械1也可以为由电动马达驱动的车辆。例如，行驶体14和/或回转体13也可以由电动马达驱动。工作装置12的构成也可以变更。例如，工作装置12不限于铲斗19，也可以包括抓斗、货叉、起重磁铁等其它的装载用附件。

运输车辆2也可以为自卸卡车以外的其它车辆。运输车辆2的构成不限于上述实施方式，也可以变更。例如，运输车辆2也可以为由电动马达驱动的车辆。例如，行驶体14和/或装载架53也可以由电动马达驱动。运输车辆2的装载架53也可以不能回转。运输车辆2的行驶体52也可以不具有履带，而是具有轮胎。运输车辆2也可以不是自动控制，而是由操作人员手动驾驶。

作业机械1及运输车辆2所具有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也可以配置在回转体13的侧部以外的部分。地形传感器35不限于LIDAR，也可以为雷达等其它的感测装置。或者，地形传感器35也可以为相机，控制器27通过对相机拍摄到的图像进行分析，来识别地形。

第一相机36也可以配置在回转体13的前方以外的部分。第二相机37也可以配置在回转体13的两侧及后方以外的部分。第二相机的数量不限于三个，可以少于三个、或多于三个。

控制器27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为由多个控制器27来执行。在该情况下，多个控制器27的一部分也可以配置在作业机械1的外部。

作业机械1的控制器27和运输车辆2的控制器61也可以经由其它的控制器进行通信，而不是相互直接地通信。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使用第一图像数据和运输车辆2的位置数据双方，判定运输车辆2的接近及脱离。但是，控制器27也可以只使用第一图像数据和运输车辆2的位置数据的任意一方数据，判定运输车辆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运输车辆2的位置数据双方，检测装载架53的位置。但是，控制器27也可以只使用第一图像数据和运输车辆2的位置数据的任意一方数据，检测装载架53的位置。

在上述实施方式中，控制器27根据负载传感器32a-32c检测到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表示的装载架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表示的装载架53的图像，检测装载到装载架53的材料的量，根据已装载的材料的量计算可装载重量。

在上述实施方式中，控制器27在第一图像数据或者第二图像数据表示的图像中包括人100时，检测人100的存在。但是，控制器27也可以检测从作业机械1至人100的距离，根据距离判定是否存在人100。例如，控制器27也可以在从作业机械1至人100的距离为规定的阈值以下时，判定为存在人100。

在上述实施方式中，控制器27在装载模式期间检测到人100的存在时，使工作装置12及回转体13的动作停止。但是，控制器27也可以在装载模式期间检测到人100的存在时，只使工作装置12和回转体13的任意一方的动作停止。

或者，控制器27也可以根据人100被检测到的位置，改变装载模式期间的作业机械1的控制。如图24所示，控制器27也可以在装载模式期间在作业机械1周围的第一区域A1内检测到人100的存在时，使回转体13的动作停止。在该情况下，控制器27也可以允许工作装置12的动作。控制器27也可以在装载模式期间在工作装置12周边的第二区域A2内检测到人100的存在时，使工作装置12及回转体13的动作停止。第二区域A2是与第一区域A1不同的区域。但是，第二区域A2的一部分也可以与第一区域A1重合。

详细地说，第一区域A1是绕回转体13的回转中心的规定的第一角度范围。第二区域A2是绕回转体13的回转中心的规定的第二角度范围，第二角度范围比第一角度范围小。第二角度范围例如是以回转体13的回转中心为中心的90度以下的范围，第二区域A2包括相对于回转体13而配置有工作装置12的方向。即，第二区域A2是角度范围比位于回转体13的前方的第一区域A1小的区域。第一角度范围是以回转体13的回转中心为中心的360度的范围之中除去第二角度范围以外的范围。

但是，以回转体13的回转中心为中心的第二区域A2的半径R2比以回转体13的回转中心为中心的第一区域A1的半径R1大。即，第二区域A2在以回转体13的回转中心为中心的径向上比第一区域A1大。

第一区域A1的半径R1比回转体13的回转半径R3大。这是因为即使控制器27输出使回转体13停止的指令，也由于惰性而在几秒间回转体13继续回转。即，通过使第一区域A1的半径R1比回转体13的回转半径R3大，而能够在人100到达回转体13的回转范围内之前，使回转体13停止。另外，第二区域A2的半径R2比将工作装置12最大伸展时的工作装置12的回转半径R4大。由此，能够在人100到达工作装置12的回转范围内之前，使回转体13停止。

产业上的实用性

根据本发明，能够通过自动控制进行作业机械的装载作业，并且使装载作业中安全性进一步提高。

附图标记说明

1作业机械；2运输车辆；4远程计算机设备；12工作装置；13回转体；27控制器；36第一相机；37第二相机；A1第一区域；A2第二区域。

Claims (15)

1.一种系统，其控制向运输车辆装载材料的作业机械，该系统的特征在于，具有：

控制器，其以自动进行作业的自动控制模式控制所述作业机械；

检测装置，其检测所述作业机械的周围区域的人的存在；

所述自动控制模式包括装载模式和所述装载模式以外的其它模式，所述装载模式为使所述作业机械动作以进行向所述运输车辆装载的装载作业的模式，

所述控制器在规定的转移条件被满足时，使所述自动控制模式从所述其它模式向所述装载模式转移，

所述规定的转移条件包括所述检测装置未检测到人。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述作业机械包括：

工作装置；

回转体，其安装有所述工作装置；

所述控制器在所述装载模式下，控制所述工作装置和所述回转体。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

在所述装载模式期间所述检测装置检测到人的存在时，所述控制器使所述工作装置和/或所述回转体的动作停止。

4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，

在所述装载模式期间，在所述检测装置在所述作业机械周围的第一区域内检测到人的存在时，所述控制器使所述回转体的动作停止，

在所述装载模式期间，在所述检测装置在所述工作装置周边的第二区域内检测到人的存在时，所述控制器使所述工作装置及所述回转体的动作停止，

所述第二区域的至少一部分与所述第一区域不同。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述第一区域为绕所述回转体的回转中心的规定的第一角度范围，

所述第二区域为绕所述回转体的回转中心的规定的第二角度范围，

所述第二角度范围比所述第一角度范围小。

6.如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，

以所述回转体的回转中心为中心的所述第二区域的半径比以所述回转体的回转中心为中心的所述第一区域的半径大。

7.如权利要求4至6中任一项所述的系统，其特征在于，

所述第二区域包括相对于所述回转体而配置有所述工作装置的方向。

8.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，

还具有能够与所述控制器通信的输出装置，

在所述检测装置检测到人的存在时，所述控制器控制所述输出装置以输出警报。

9.如权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，

所述检测装置包括对所述作业机械的周围进行拍摄的相机，

所述控制器获取表示所述相机拍摄到的所述作业机械周围的图像的图像数据，

所述控制器基于所述图像数据，检测所述人的存在。

10.一种方法，其为了控制向运输车辆装载材料的作业机械而由控制器来执行，该方法的特征在于，具有：

检测所述作业机械的周围区域的人的存在的步骤；

在未检测到所述人的存在时，允许开始由所述作业机械进行的向所述运输车辆装载的装载动作；

在检测到所述人的存在时，不允许开始由所述作业机械进行的向所述运输车辆装载的装载动作。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，具有：

以自动进行作业的自动控制模式控制所述作业机械的步骤，所述自动控制模式包括使所述作业机械动作以进行向所述运输车辆装载的装载作业的装载模式、以及所述装载模式以外的其它模式；

在未检测到所述人的存在时，从所述其它模式向所述装载模式转移的步骤。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，

所述作业机械包括：

工作装置；

回转体，其安装有所述工作装置；

控制所述作业机械的步骤包括在所述装载模式期间在所述检测装置检测到人的存在时，使所述工作装置和/或所述回转体的动作停止。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，

控制所述作业机械的步骤包括：

在所述装载模式期间，在所述作业机械周围的第一区域内检测到人的存在时，使所述回转体的动作停止；

在所述装载模式期间，在所述作业机械周围的第二区域内检测到人的存在时，使所述工作装置及所述回转体的动作停止；

所述第二区域的至少一部分与所述第一区域不同。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，

所述第一区域为绕所述回转体的回转中心的规定的第一角度范围，

所述第二区域为绕所述回转体的回转中心的规定的第二角度范围，

所述第二角度范围比所述第一角度范围小。

15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，

以所述回转体的回转中心为中心的所述第二区域半径比以所述回转体的回转中心为中心的所述第一区域的半径大。

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