CN113423899A - 自动驾驶作业机械 - Google Patents

Abstract

在自动驾驶结束时，基于由激光扫描器获取到的地形信息来实施对能够供作业机设置的可接地范围进行检测的检测处理，在检测到可接地范围的情况下，生成使作业机在所述可接地范围内接地的自动驾驶指令信号，在未检测到可接地范围的情况下，生成使作业机处于规定的待机姿势的自动驾驶指令信号。由此，能够采取与自动驾驶结束时的周边状况相适应的待机姿势。

Description

自动驾驶作业机械

技术领域

本发明涉及能够进行无人驾驶的自动驾驶作业机械。

背景技术

近年来，与汽车同样地，作业机械的自动化也在发展，开发出如按照预先给予的目标面来自动调整随着操作员的操作而产生的作业机的动作那样的被称为机械控制的技术。另外，通过这些自动化技术的进展，开发出能够实施自动驾驶的作业机械(自动驾驶作业机械)，该自动驾驶为，无需操作员操作地以无人方式进行一部分作业。

作为这样的自动驾驶作业机械的技术，例如，在专利文献1中公开了一种自动驾驶挖掘机，其通过提示操作而被提示并记忆了多个位置，并且通过再生操作而基于所述记忆的多个位置来自动重复进行从挖掘至倒土的一系列动作，其中，该自动驾驶挖掘机具有：提示位置记忆机构，其作为由所述提示操作提示并记忆的所述多个的位置而至少记忆由挖掘位置、倒土位置以及待机位置构成的位置；和待机动作处理机构，其在指令了向所述待机位置的移动时，判断该自动驾驶挖掘机处于从所述挖掘至倒土的一系列动作中的哪个动作状态，与各个动作状态相应地执行规定的待机动作，在规定的待机位置待机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001－90120号公报

发明内容

这样的自动驾驶作业机械在某个时间自动进行特定的作业，在此期间，由于不需要操作员的操作，所以操作员在指示作业并开始自动驾驶之后不需要乘上作业机械，能够在其他地方从事不同的作业。另外，自动驾驶作业机械在被指示的作业结束的情况下，或因某种原因导致未完成作业等情况下，结束自动驾驶，执行待机直到出现下个自动驾驶的指示或基于操作员的搭乘进行的操作。

这样地在自动驾驶作业机械结束自动驾驶执行待机的情况下，作业机械的待机姿势是重要，希望待机姿势尽可能地处于车身稳定的状态，在此基础上，必须考虑还存在从无人状态切换至操作员搭乘来操作的状态的可能性。

在上述现有技术中，自动驾驶的结束时等发出待机指令的情况下，使挖掘机自动执行规定的待机动作，并且在操作员向挖掘机乘降的情况下，自动地向易于乘降的位置(以下称为待机位置)移动，另外，使挖掘机采取稳定的姿势且容易确保操作员乘降时的安全性的规定的待机姿势来执行待机。

但是，上述现有技术中的待机姿势是预先设定的，认为存在如下情况：因周围的状况而导致预先设定的待机姿势不合适的情况和无法采取待机姿势的情况。

本发明是鉴于上述情况作出的，目的为，提供能够采取与自动驾驶结束时的周边状况相适应的待机姿势的自动驾驶作业机械。

本申请包括多个解决上述课题的机构，但若举出一例，则自动驾驶作业机械具有：车身主体；搭载于所述车身主体的作业机；用于操作所述作业机的操作装置；基于由所述操作装置的操作所生成的手动驾驶指令信号来驱动所述作业机的执行机构；获取与所述作业机的姿势有关的信息、即姿势信息的姿势信息测量装置；和自动驾驶控制器，其生成代替所述手动驾驶指令信号的自动驾驶指令信号，并基于生成的自动驾驶指令信号进行使所述作业机自动执行规定动作的自动驾驶，其中，所述自动驾驶作业机械还具有获得所述自动驾驶作业机械的周围的地形信息的地形信息测量装置，所述自动驾驶控制器在所述自动驾驶结束时，基于由所述地形信息测量装置获取到的地形信息来实施对能够供所述作业机设置的可接地范围进行检测的检测处理，在检测到可接地范围的情况下，生成使所述作业机在所述可接地范围内接地的自动驾驶指令信号，在未检测到可接地范围的情况下，生成使所述作业机处于规定的待机姿势的自动驾驶指令信号。

发明效果

根据本发明，能够与通信网络的通信性能相应地恰当持续执行自动施工，能够提高作业机械的作业效率。

附图说明

图1是示意表示作为第1实施方式的自动驾驶作业机械的一例的液压挖掘机的外观的外观图。

图2是将自动驾驶作业机械上搭载的车身控制系统的一例与液压回路系统等的相关构成一同提取出来表示的概略图。

图3是详细表示车身控制器及自动驾驶控制器的处理功能的图。

图4是表示自动驾驶待机时的动作规划部的处理内容的流程图。

图5是表示自动驾驶待机时的动作规划部的处理内容的流程图，且是表示图4中的待机姿势决定处理的处理内容的流程图。

图6是表示液压挖掘机的姿势例的图。

图7是表示液压挖掘机的姿势例的图。

图8是表示液压挖掘机的姿势例的图。

图9是表示液压挖掘机的姿势例的图。

图10是表示第2实施方式的自动驾驶待机时的动作规划部的处理内容的流程图，且是表示待机姿势决定处理的处理内容的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明实施方式。

此外，在本实施方式中，作为自动驾驶作业机械的一例而举例说明具有前部装置(作业机)的液压挖掘机，但例如对于轮式装载机和推土机等那样地具有作业机的其他自动驾驶作业机械，也能够适用本发明。

另外，在以下说明中同一构成要素存在多个的情况下，有时会在附图标记(数字)的末尾标注罗马字母，但有时也会省略该罗马字母而汇总表述该多个构成要素。例如当存在四个姿势信息测量装置3a、3b、3c、3d时，会将它们综合标记为姿势信息测量装置3。

＜第1实施方式＞

参照图1至图9来说明本发明的第1实施方式。

图1是示意表示作为本实施方式的自动驾驶作业机械的一例的液压挖掘机的外观的外观图。另外，图2是将自动驾驶作业机械上搭载的车身控制系统的一例与液压回路系统等的相关构成一同提取出来表示的概略图，图3是详细表示车身控制器以及自动驾驶控制器的处理功能的图。

图1至图3中，液压挖掘机100具有将沿垂直方向各自转动的多个前方部件(动臂13、斗杆14、铲斗15)连结而构成的多关节型的作业机10、和构成车身主体的上部旋转体11以及下部行驶体12，上部旋转体11相对于下部行驶体12能够旋转地设置。

作业机10的动臂13的基端能够沿垂直方向转动地支承于上部旋转体11的前部，斗杆14的一端能够沿垂直方向转动地支承于与动臂13的基端不同的端部(顶端)，在斗杆14的另一端，能够沿垂直方向转动地支承有铲斗15。前方部件(动臂13、斗杆14、铲斗15)分别由作为液压执行机构的动臂液压缸18a、斗杆液压缸18b、铲斗液压缸18c驱动。此外，在以下的说明中，有时将动臂液压缸18a、斗杆液压缸18b以及铲斗液压缸18c综合标记为液压缸18。

在作业机10的斗杆14与铲斗15之间，设有与斗杆14以及铲斗15一同构成了四节连杆机构的铲斗连杆16、17。铲斗连杆16的一端能够转动地支承于斗杆14，另一端能够转动地支承于铲斗连杆17的一端，铲斗连杆17的另一端能够转动地支承于铲斗15。根据将一端能够转动地支承于斗杆14且将另一端能够转动地支承于铲斗连杆16的铲斗液压缸18c的伸缩，构成四节连杆机构的铲斗连杆16相对于斗杆14相对转动驱动，与该铲斗连杆16的转动驱动连动地，构成四节连杆机构的铲斗15相对于斗杆14相对转动驱动。

在下部行驶体12设有分别驱动左右一对履带的行驶液压马达19b、19c(包含未图示的减速机构)。此外，图1中，对于设于下部行驶体12的左右一对的行驶液压马达19b、19c、仅图示一方并标注附图标记，对于另一方的构成，仅表示括号内的附图标记而省略图示。上部旋转体11通过旋转液压马达19a(参照图2)相对于下部行驶体12旋转驱动，下部行驶体12的左右一对履带分别由左右的行驶液压马达19b、19c驱动。在上部旋转体11与下部行驶体12之间的旋转驱动部，配置有对上部旋转体11相对于下部行驶体12的旋转角度进行测量的旋转角传感器56。此外，在以下的说明中，有时将旋转液压马达19a以及行驶液压马达19b、19c综合标记为液压马达19。

通过取得以上那样构成的液压挖掘机100的行驶液压马达19b、19c而使车身主体移动至希望位置，通过驱动旋转液压马达19a而使上部旋转体11向希望方向旋转驱动，通过将动臂液压缸18a、斗杆液压缸18b、铲斗液压缸18c驱动至恰当的位置而将设在作业机10的顶端的铲斗15驱动至任意的位置、姿势来进行挖掘等希望作业。

在上部旋转体11、作业机10的动臂13、斗杆14、以及铲斗15的铲斗连杆16上分别安装有获取与姿势有关的信息、即姿势信息的姿势信息测量装置3a～3d。姿势信息表示姿势信息测量装置3a～3d所安装的部件各自的倾斜角度和倾斜方向，例如，相对于水平面相对表示，或相对于其他部件相对表示。在本实施方式中，举例说明作为姿势信息测量装置3a～3d而使用IMU(Inertial Measurement Unit：惯性测量装置)的情况。姿势信息测量装置3a～3d作为姿势信息而输出各姿势信息测量装置3a～3d上设定的IMU坐标系中的加速度和角速度的测量值。重力加速度相对于水平面始终垂直，因此通过使用这些测量值、和姿势信息测量装置3a～3d的安装状态(即，姿势信息测量装置3a～3d与上部旋转体11、动臂13、斗杆14以及铲斗连杆16之间的相对位置关系)等的信息，能够获得上部旋转体11和作业机10的各前方部件(动臂13、斗杆14、铲斗15)的相对于水平面的倾斜角度和倾斜方向，能够掌握自己姿势。尤其，对于构成四节连杆机构的铲斗15，在来自铲斗连杆16上设置的姿势信息测量装置3d的测量结果的基础上，还基于来自斗杆14上设置的姿势信息测量装置3c的测量结果、和四节连杆机构的尺寸信息，能够掌握旋转姿势。此外，在本实施方式中，举例说明了作为姿势信息测量装置而使用IMU的情况，但并不限于此，只要能够获得同样的信息，则也可以使用方位仪和液压缸行程传感器等。

另外，在上部旋转体11的前部且在作业机10的动臂13的基端的支承部的横向侧(在本实施方式中左侧)，配置有用于供操作员搭乘来进行液压挖掘机100的驾驶的驾驶室20。在驾驶室20内，配置有作为操作作业机10的操作装置的斗杆操作杆50a、动臂操作杆50b及铲斗操作杆50c、作为操作上部旋转体11的旋转动作的操作装置的旋转操作杆50d、和作为操作下部行驶体12的行驶动作的行驶操作装置的行驶操作杆50e、50f(参照图2)。此外，在以下说明中，有时将上述的操作杆50a～50f综合标记为操作杆50。操作杆50输出与杆的操作量相应的电压或电流并与车身控制器51(参照图2)电连接，操作杆50的各操作量能够由车身控制器51读取。

在上部旋转体11，除了构成车身控制系统的车身控制器51和自动驾驶控制器52、GNSS控制器53等之外，还配置有作为原动机的发动机41、由发动机41驱动的固定容量型的先导液压泵42以及可变容量型的主液压泵43、对从主液压泵43排出并向动臂液压缸18a、斗杆液压缸18b、铲斗液压缸18c、旋转液压马达19a、以及左右的行驶液压马达19b、19c等液压执行机构供给的工作油的方向以及流量进行控制的方向控制阀45、和基于来自车身控制器51的控制信号而从先导液压泵42的排出压生成控制方向控制阀45的先导压的控制阀47a～47l，通过这种机构而构成了液压回路系统。此外，在以下说明中，有时将控制阀47a～47l汇总称为控制阀47。

先导液压泵42及主液压泵43由发动机41驱动，由此向液压回路内供给液压油。在此，将由先导液压泵42供给的油称为先导油，将由主液压泵43供给的油称为工作油来区分。从先导液压泵42供给的先导油经由截断阀46、控制阀47而输送至方向控制阀45。截断阀46及控制阀47与车身控制器51电连接，通过来自车身控制器51的控制信号来控制截断阀46的阀开闭和控制阀47的阀开度。

方向控制阀45控制从主液压泵43向各液压缸18及各液压马达19供给的工作油的量和方向，根据经由控制阀47的先导油来控制向哪个液压缸18或液压马达19向哪个方向流动多少量的工作油。具体地，根据经由控制阀47a输送至方向控制阀45的先导油，在方向控制阀45内决定如向伸长或缩短的一方驱动液压缸18b那样的工作油的量，根据经由控制阀47b输送至方向控制阀45的先导油，在方向控制阀45内决定如向另一方驱动液压缸18b那样的工作油的量。

同样地，在方向控制阀45内分别决定由经由控制阀47c、47d的先导油来驱动液压缸18a的工作油的量、由经由控制阀47e、47f的先导油来驱动液压缸18c的工作油的量、由经由控制阀47g、47h的先导油来驱动旋转液压马达19a的工作油的量、由经由控制阀47i、47j的先导油来驱动行驶液压马达19b的工作油的量、由经由控制阀47k、47l的先导油来驱动行驶液压马达19c的工作油的量。

另外，在上部旋转体11的上部的驾驶室20的后方附近，配置有构成了用于计算作业现场中的液压挖掘机100的地球坐标系内的位置的GNSS的两个GNSS天线2a、2b。此外，在以下说明中，有时将GNSS天线2a、2b综合标记为GNSS天线2。

GNSS是指接收来自多个卫星的信号并掌握地球上的自己位置的卫星测位系统。GNSS天线2接收来自位于地球上空的多个GNSS卫星(未图示)的信号(电波)，将获得的信号向GNSS控制器53(参照图2)发送来进行运算，由此获取GNSS天线2a、2b的地球坐标中的位置。此外，本实施方式中，举例说明了根据设在上部旋转体11上的两个GNSS天线2a、2b的接收信号来运算位置的情况，但并不限于此。也就是说，测位的方法存在多种类型，例如也可以使用从包含设在现场的GNSS天线的基准局接收修正信息、更高精度地获取自己位置的被称为RTK-GNSS(Real Time Kinematic-GNSS)的方法。该情况下，液压挖掘机100需要用于接收来自基准局的修正信息的接收机，但能够精度更佳地测定GNSS天线2的自己位置。

通过GNSS控制器53能够获得两个GNSS天线2a、2b的地球坐标内的位置(处于地球上的位置，例如纬度、经度、标高等信息)。另外，若预先持有GNSS天线2配置在上部旋转体11的哪个位置的信息，则能够从GNSS天线2的位置倒算，能够求出上部旋转体11的地球上的位置。另外，通过测量两个GNSS天线2a、2b各自的位置，还能够掌握上部旋转体11的朝向，也就是说，作业机10朝着哪个方向。

以上那样地，根据GNSS(GNSS天线2以及GNSS控制器53)和姿势信息测量装置3a的测量结果能够掌握上部旋转体11的位置、方位、前后倾斜、左右倾斜，能够求出上部旋转体11在地球上的哪个位置以哪种姿势存在。另外，根据动臂13、斗杆14、铲斗15各自的尺寸信息、和从姿势信息测量装置3b～3d获得的动臂13、斗杆14、铲斗连杆16的各旋转姿势，能够掌握铲斗15的铲斗顶端150相对于上部旋转体11的位置。即，能够求出包含铲斗15的作业机10在地球上的哪个位置以哪种姿势存在。

在上部旋转体11，配置有作为获取液压挖掘机100的周围的地形信息的地形信息测量装置的激光扫描器57a～57d。在本实施方式中，举例说明如下情况：在驾驶室20的上部配置有测量上部旋转体11的前方的激光扫描器57a、在上部旋转体11的上部的右侧配置有测量右侧方的激光扫描器57b、在上部旋转体11的上部的后方配置有测量后方的激光扫描器57c、在上部旋转体11的上部的左侧配置有测量左侧方的激光扫描器57d。此外，在以下说明中，有时将激光扫描器57a～57d综合标记为激光扫描器57。激光扫描器57是通过向水平方向、垂直方向的固定范围照射激光而能够测量物体的三维形状的传感器，通过在上部旋转体11的前后左右分别配置的激光扫描器57，来测量液压挖掘机100的周边的地形和物体的形状。此外，在本实施方式中，举例说明了为了测量地形和物体的形状而使用激光扫描器的情况，但并不限于此，只要能够获得同样的信息，也可以使用立体摄像机等。

在此，说明液压挖掘机100的基本动作。

液压挖掘机100的动作中，车身控制器51首先受理来自操作杆50的操作输入，决定使各执行机构(液压缸18a～18c、液压马达19a～19c)向哪个方向以何种程度的速度(目标速度)动作。接着，根据方向和目标速度来决定向方向控制阀45的各部分流动的先导油(目标先导油)的流量。

此时，车身控制器51能够具有如下的先导油与执行机构速度的转换图，并通过适用该图而从目标速度转换为目标先导油，该转换图涉及若在方向控制阀45的各部分流动有何种程度的先导油，则各执行机构会向哪个方向以何种速度动作。当求出目标先导油后，车身控制器51进行控制，以使得调整想使其动作的执行机构和与其方向对应的某个控制阀47的阀开度，并相对于方向控制阀45而流动与目标流量相符的先导油。

另外，若假设控制阀47通过从车身控制器51输出的电流来控制阀开度的话，则车身控制器51能够具有如下的电流与先导油的转换图，通过适用该图而从目标先导油求出向控制阀47的输出电流，以使从控制阀47通过的先导油成为与目标相符的流量的方式对控制阀47的阀开度进行控制，该电流与先导油的转换图涉及若对各个控制阀47流动多少电流则会流动多少先导油。

这样地，车身控制器51在有人操作状态下，通过与操作杆50a的操作量相应生成的手动驾驶指令信号对控制阀47a、47b的阀开度进行控制，通过与操作杆50b的操作量相应生成的手动驾驶指令信号对控制阀47c、47d的阀开度进行控制，通过与操作杆50c的操作量相应生成的手动驾驶指令信号对控制阀47e、47f的阀开度进行控制，通过与操作杆50d的操作量相应生成的手动驾驶指令信号对控制阀47g、47h的阀开度进行控制，通过与操作杆50e的操作量相应生成的手动驾驶指令信号对控制阀47i、47j的阀开度进行控制，通过与操作杆50f的操作量相应生成的手动驾驶指令信号对控制阀47k、47l的阀开度进行控制。

通过这样的构成，液压挖掘机100分别对操作杆50a、50b、50c、50d、50e、50f进行操作，由此能够驱动斗杆14、动臂13、铲斗15、上部旋转体11、左履带、右履带，操作员通过操作杆50的操作使车身移动而能够实施任意的作业。

另外，车身控制器51也能够如上所述地控制截断阀46的阀开闭。若截断阀46关闭，则能够截断先导油向控制阀47和方向控制阀45供给，各执行机构变得无法动作，由此车身控制器51在对控制阀47的阀开度进行控制的基础上，能够更可靠地停止全部执行机构的动作。

GNSS天线2a、2b将接收到的来自GNSS卫星的信号向GNSS控制器53发送。在GNSS控制器53中，基于来自多个GNSS卫星的信号来运算GNSS天线2a、2b的地球上的位置(例如纬度、经度、标高)，将其结果向自动驾驶控制器52发送。在自动驾驶控制器52上，除了GNSS控制器53之外还连接有姿势信息测量装置3a～3d和显示器54、旋转角传感器56、激光扫描器57、切换开关58等。

姿势信息测量装置3将加速度、角速度等测量结果向自动驾驶控制器52发送，在自动驾驶控制器52中，基于这些信息来运算上部旋转体11的前后倾斜、左右倾斜、动臂13的旋转姿势、斗杆14的旋转姿势、铲斗15的旋转姿势。具体地，关于姿势信息测量装置3、即IMU的测量结果，使用对基于角速度的积分处理得到的角度和基于重力加速度的获取得到的重力方向之间所成的角度等信息进行利用的互补滤波器和卡尔曼滤波器等，由此求出IMU(姿势信息测量装置3)自身的相对于重力方向的三维角度，来预先修正各姿势信息测量装置3的相对于液压挖掘机100的各安装部的安装姿势，由此从姿势信息测量装置3自身的倾斜角度得到上部旋转体11和动臂13、斗杆14、铲斗连杆16的旋转姿势，并从斗杆14和铲斗连杆16的旋转姿势得到铲斗15的旋转姿势。

旋转角传感器56测量上部旋转体11与下部行驶体12之间的旋转角度，例如能够使用旋转编码器等。旋转角传感器56的测量结果向自动驾驶控制器52发送，自动驾驶控制器52能够掌握上部旋转体11与下部行驶体12之间的旋转角度。

激光扫描器57测量车身周围的地面和物体等的三维形状，向自动驾驶控制器52发送形状信息(地形信息)。在自动驾驶控制器52中，基于从激光扫描器57得到的车身周围的形状信息、和激光扫描器57相对于上部旋转体11的配置部位和配置姿势信息，而将从多个激光扫描器57得到的信息统合为车身基准下的一个形状信息。在本实施方式中，在上部旋转体11配置有四个激光扫描器57，通过将这些信息统合，能够测量车身全周围的地形信息。然而，通过对具有充分测量范围的传感器进行使用能够减少其个数，也能够根据具有冗长性等的理由来增加个数。

切换开关58设置于上部旋转体11的驾驶室内，是切换有人操作状态和无人自动驾驶状态的开关。切换开关58与自动驾驶控制器52连接，基于从切换开关58获得的信号而由自动驾驶控制器52切换有人操作状态和无人自动驾驶状态。

显示器54是设置于上部旋转体11的驾驶室20内的触摸面板式的输入输出设备，用于输入无人自动驾驶的作业内容。例如能够经由显示器54向自动驾驶控制器52输入作业的类型(挖掘填入、法面整形、边坡夯实等)、作业范围、目标形状等。

接着，说明液压挖掘机100的自动驾驶动作。

如图3所示，自动驾驶控制器52具有识别部521、状态管理部522以及动作规划部523的三个处理部。另外，车身控制器51具有车身控制部511。

自动驾驶控制器52的识别部521输入有来自姿势信息测量装置3、GNSS控制器53、旋转角传感器56以及激光扫描器57的信息，运算上部旋转体11的倾斜角度和位置、方位、旋转角度、作业机各部的旋转姿势、车身周围的地形等。运算结果向状态管理部522和动作规划部523发送。

状态管理部522输入有切换开关58的信号，在状态管理部522中管理有人操作状态和无人自动驾驶状态的切换。另外，在无人自动驾驶状态下，状态管理部522基于从识别部521获得的各识别信息和从动作规划部523获得的动作规划信息来管理自动驾驶作业的进程状况，在所给予的自动驾驶作业完成的情况下，向动作规划部523通知自动驾驶作业完成。

动作规划部523在无人自动驾驶状态下，基于从显示器54获得的自动驾驶作业内容和从识别部521获得的识别信息来规划具体的车身的动作，运算各执行机构(各液压缸18、各液压马达19)执行规划动作的目标动作速度。例如，在作为自动驾驶作业而对固定范围的法面进行整形这一内容的情况下，若经由显示器54给予了设为目标的法面形状，则控制下部行驶体12使其行驶至整形范围附近，以与目标法面正对的方式生成使上部旋转体11旋转的动作规划，并且生成如使铲斗顶端150描绘目标法面形状那样的作业机10的各部分的一系列动作规划，根据动作规划来生成各执行机构速度。

车身控制部511获取操作杆50的各操作量，并且获取从状态管理部522获得的是有人操作状态还是无人自动驾驶状态的信息，在是无人自动驾驶状态的情况下，获取从动作规划部523获得的各执行机构的目标动作速度。在车身控制部511中，在有人操作状态的情况下，以使各执行机构根据操作杆50的操作量而动作的方式驱动控制阀47，在无人自动驾驶状态的情况下，以使各执行机构根据从动作规划部523获得的目标动作速度而动作的方式驱动控制阀47。

通过这样的构成，自动驾驶控制器52生成代替操作员操作的操作信号(自动驾驶指令信号)，对车身控制器51发送操作指令，由此不需要操作员的操作，能够以无人方式使液压挖掘机100动作。

图4及图5是表示自动驾驶待机时的动作规划部的处理内容的流程图，图5是表示图4中的待机姿势决定处理的处理内容的流程图。另外，图6至图9是分别表示液压挖掘机的姿势例的图。

图4中，动作规划部523首先确认从状态管理部522接收的自动驾驶作业完成的信息，判断是否处于自动驾驶待机状态(步骤S101)，在判断结果为否定的情况下，也就是说，在没有完成作业的情况下，结束处理，持续进行自动驾驶。

另外，在步骤S101的判断结果为肯定的情况下，也就是说，在处于作业完成状态的情况下，获取由识别部521基于来自激光扫描器57的信息运算出的车身周围的地面和物体的形状信息(步骤S102)。

接着，基于在步骤S102获取到的信息来探索在车身周围能够使作业机接地的场所(步骤S103)。

此外，作业机可接地范围的探索考虑了多个方法，例如作为最单纯的方法，从形状信息探索仅使铲斗15能够接地的平坦的场所。除此之外，还考虑了如下方法：自动驾驶控制器52持有预先在现场测定的作业现场的现况地形信息，对现况地形与获取的地面和物体的形状信息的对应部分彼此进行比较，在获取的形状相对于现况地形在高度方向上增加的部位在一定范围内连续存在的情况下，将该范围识别为不是地面而是某种障碍物，将该部位从作业机可接地范围内排除。

另外，对于自动驾驶控制器52，不仅给予现况地形，而且给予作业现场的地图信息，在该地图中附加现场的机械移动的行驶范围等信息，若这样也能够将这些范围从作业机可接地范围排除。该情况下，这些现况地形和地图信息预先给予动作规划部523。

另外，当探索作业机可接地范围时，在若不行驶则作业机不会到达的范围的情况下，要考虑是否能够行驶至该位置(中途是否有障碍物等)，在必须使上部旋转体11旋转的范围的情况下要考虑是否能够旋转至该位置。

步骤S103中完成探索作业机可接地范围之后，接着进行待机姿势决定处理(步骤S104)。

如图5所示，在待机姿势决定处理(步骤S104)中，首先，相对于在步骤S103探索的作业机可接地范围的结果，判断是否存在作业机可接地范围(步骤S111)。

在步骤S111的判断结果为否定的情况下，也就是说，在步骤S103的探索的结果判断为根本不存在作业机可接地范围的情况下，将预先确定的作业机未接地姿势决定为待机姿势，结束待机姿势决定处理并向图4的步骤S105前进。在此，作业机未接地姿势例如是指图9所示地动臂13最大抬升且斗杆14向动臂13侧最大卷入的姿势，是在作业机没有接地的条件下车身最稳定的姿势。

另外，在步骤S111的判断结果为肯定的情况下，也就是说，判断为存在作业机可接地范围的情况下，决定作业机接地位置(步骤S112)。作业机接地位置的决定例如考虑在作业机可接地范围中离现在的作业机位置最近的位置。该情况下，使作业机移动的距离最小化，能够快速转移至待机姿势。另外，也能够考虑在作业机可接地范围中将上部旋转体11的旋转角度从现在的姿势成为最小的位置设为作业机接地位置。该情况下，使上部旋转体11的旋转动作最小化，能够更安全地转移至待机姿势。

若在步骤S112中决定了作业机接地位置，则接着，决定使作业机在作业机接地位置接地的待机姿势(步骤S113)，结束待机姿势决定处理并向图4的步骤S105前进。在作业机接地处的待机姿势考虑有例如图6至图8所示的姿势。在作业机接地处的待机姿势的基本是如图6所示地斗杆14成为垂直且铲斗15的背面部与地面接地的姿势。在具有足够的作业机可接地范围的情况下，该姿势被决定作为待机姿势。在将斗杆14设为垂直的状态下无法使铲斗15与地面接地的情况(例如存在在中途埋设的土管等障碍物200的情况等)下，考虑采取如图7所示的在使动臂13、斗杆14向前方伸长的状态下使铲斗15的背面部与地面接地的姿势。另外，在地面倾斜的情况等下，考虑将如图8所示的以使铲斗15的铲斗顶端150刺入地面的方式设置的姿势设为待机姿势。

当步骤S104的待机姿势决定处理结束后，生成从现在的姿势移动至由步骤S104决定的待机姿势的待机姿势移行动作规划并向车身控制部511发送(步骤S105)，结束处理。

在此，进一步详细说明可接地范围以及作业机接地位置的决定的流程。

作为与可接地范围的决定相关的基本考虑方式，只要是比作业机的接地面更大更平的场所，就考虑为能够接地。然而，不是地面的(障碍物等)、由从外部给予的图纸指定为待机禁止区域等情况从可接地范围排除。

在可接地范围的探索中，首先，作为前提，对于液压挖掘机100(自动驾驶作业机械)在进行自动(无人)动作时给予了作业允许区域，作业机械以不超出该区域的方式进行作业(不得超出作业允许区域)。另外，由形状测量机构(实施例中为激光扫描器)在能够测量的范围内探索可接地范围(若需要移动则不探索。然而若探索到的结果是不移动就无法到达的场所，则进行移动)。

该状态下，首先，由形状测量机构扫描作业机械的周围，获取三维的立体形状，在立体形状中分类为地面部分和非地面部分，将非地面部分设为障碍物范围(流程1)。

另外，在被分类为地面的区域中，进一步检索存在着具有作业机接地面以上的固定面积的平面的范围，相对于所得到的范围，进行以下的流程1－1至流程1－3的处理。首先，将作业允许区域以外的范围排除(流程1－1)。接着，对于在流程1－1中剩下的区域，在指定了待机禁止区域的情况下，将待机禁止区域排除(流程1－2)。而且，对于在流程1－2中剩下的区域，将因障碍物而无法行驶和旋转而不可能到达的范围排除(流程1－3)。将经过这些流程剩下的范围决定为可接地范围。

另外，在作业机接地位置的决定中，相对于可接地范围，尽可能将斗杆成为垂直的姿势(例如参照图6)下铲斗能够接地的范围设为作业机接地位置。在斗杆能够垂直的范围存在多个的情况下，将从现在的姿势由行驶和旋转产生的移动量少的位置设为作业机接地位置，也就是说，将尽量不行驶和旋转而能够将伴随移动的风险最小化的位置设为作业机接地位置。

说明以上那样构成的本实施方式的效果。

考虑到在自动驾驶作业机械中，如在自动驾驶结束时只能采取预先设定的待机姿势那样的现有技术中，因周围的状况而无法适应预先设定的待机姿势的情况和无法采取待机姿势的情况。

相对于此，在本实施方式中构成为，在自动驾驶结束时，基于由地形信息测量装置(激光扫描器57)获取到的地形信息来实施对能够供作业机10设置的可接地范围进行检测的检测处理，在检测到可接地范围的情况下，生成使作业机10在可接地范围内接地的自动驾驶指令信号，在未检测到可接地范围的情况下，生成使作业机10处于规定的待机姿势的自动驾驶指令信号，因此能够采取与自动驾驶结束时的周边状况相适应的待机姿势。

也就是说，本实施方式中，在液压挖掘机100结束自动驾驶时，能够自动识别周围的状况，根据状况自发决定最佳的待机姿势，而且向该待机姿势转移而待机，以更稳定的状态待机。

＜第2实施方式＞

参照图10来说明本发明的第2实施方式。

本实施方式表示待机姿势决定处理的处理内容不同于第1实施方式的情况。

图10是表示本实施方式中的待机姿势决定处理的处理内容的流程图。图中，对与第1实施方式同样的处理标注相同的附图标记，并省略说明。

在本实施方式的待机姿势决定处理(步骤S104A相当于图4的步骤S104)中，首先从识别部521获取车身倾斜角度(步骤S121)。

接着，判断车身倾斜角度是否为阈值以上(步骤S122)，在判断结果为肯定的情况下，也就是说，在车身倾斜角度为阈值以上的情况下，决定待机姿势中的下部行驶体12的行驶体姿势(步骤S123)。在车身处于倾斜地的情况下，为了使车身相对于倾斜更稳定，希望例如图8所示地使下部行驶体12的履带的长边方向顺着倾斜方向。因此，在车身倾斜角度为阈值以上的情况下，在步骤S123中以使下部行驶体12朝向倾斜方向的方式决定行驶体姿势。

在步骤S122的判断结果为否定的情况下，也就是说，在车身倾斜角度小于阈值的情况下，或步骤S123的处理结束的情况下，前进至步骤S124至S127的处理。此外，步骤S124至S127的处理是与第一实施方式的图5的步骤S111至S114对应的处理，省略详细说明。然而，在已经由步骤S123决定了行驶体姿势的情况下，在步骤S126、S127中不改写新的行驶体姿势。

也就是说，作为本实施方式中的与作业机接地位置的决定相关的考虑方式，相对于可接地范围，首先在车身倾斜的情况下，以使下部行驶体的方向朝向倾斜方向的方式移动(原地旋转)，在该状态下判断是否采取图8所示的姿势，若为不可能，则以与第1实施方式相同的流程决定作业机接地位置，也就是说，相对于倾斜而采取更稳定的姿势。

其他的构成是与第1实施方式同样的。

以上那样构成的本实施方式中也能够获得与第1实施方式同样的效果。

另外，在本实施方式中，能够将倾斜地中的待机姿势更稳定，能够进一步提高车身的稳定性。

＜第3实施方式＞

说明本发明的第3实施方式。

本实施方式表示待机姿势决定处理的处理内容不同于第1实施方式的情况。

在本实施方式中，相对于由图5的步骤S112决定的作业机接地位置，将由步骤S113决定的待机姿势设为，下部行驶体12的未搭载液压马达19的一侧(以下称为下部行驶体的前方方向)朝向作业机接地位置的姿势。通过这样地决定将下部行驶体12包含在内的姿势，能够使上部旋转体11和下部行驶体12每次相对地以规定角度待机。

在第1实施方式中，没有使下部行驶体12的朝向主动变化，稍微进行行驶动作，其目的为，基本上使行驶动作和(具有旋转机构的情况下)旋转动作最小化，降低伴随机械移动产生的风险。另一方面，在本实施方式中目的为，将下部行驶体12与上部旋转体11之间的相对角度限制在规定范围内。

在这样地使下部行驶体12和上部旋转体11的彼此的前方方向大致一致的情况下，若考虑到从待机状态切换至有人手动驾驶，则认为通过操作员容易进入驾驶室内的优点、和当推倒行驶杆时前进的方向每次都一致，能够降低操作员的误操作。

在从无人自动驾驶向有人手动驾驶转移的情况下，由于操作员不掌握以无人方式动作期间的机械的状态，所以在手动操作的最开始存在误操作的风险相对较高的倾向。尤其，在液压挖掘机中的行驶方向处于上部旋转体11与下部行驶体12为0度和180度的旋转角度关系的情况下，即使向相同朝向推倒行驶杆，会进行前后相反的动作，容易导致误操作。

本实施方式中，相对于作业机接地位置而始终朝向下部行驶体12的前方方向，因此能够降低误操作的风险。

也就是说，作为本实施方式中的与作业机接地位置的决定相关的考虑方式，虽然以与第1实施方式相同的流程来决定作业机接地位置，但在决定后进行使下部行驶体朝向接地方向(原地旋转)的动作。由此，下部行驶体12和上部旋转体11每次成为相同朝向，也就是说，相对角度成为规定范围内，因此操作员容易乘降，并能够使行驶杆的朝向和行驶方向每次都相符而减少误操作风险。

接着说明上述的各实施方式的特征。

(1)上述实施方式中，自动驾驶作业机械(例如液压挖掘机100)具有：车身主体(例如下部行驶体12以及上部旋转体11)；搭载于所述车身主体的作业机10；用于操作所述作业机的操作装置(例如操作杆50)；基于由所述操作装置的操作所生成的手动驾驶指令信号来驱动所述作业机的执行机构(例如液压缸18)；获取与所述作业机的姿势有关的信息、即姿势信息的姿势信息测量装置3；和自动驾驶控制器52，其生成代替所述手动驾驶指令信号的自动驾驶指令信号，并基于生成的自动驾驶指令信号进行使所述作业机自动执行规定动作的自动驾驶，其中，所述自动驾驶作业机械还具有获得所述自动驾驶作业机械的周围的地形信息的地形信息测量装置(例如激光扫描器57)，所述自动驾驶控制器在所述自动驾驶结束时，基于由所述地形信息测量装置获取到的地形信息来实施对能够供所述作业机设置的可接地范围进行检测的检测处理，在检测到可接地范围的情况下，生成使所述作业机在所述可接地范围内接地的自动驾驶指令信号，在未检测到可接地范围的情况下，生成使所述作业机处于规定的待机姿势的自动驾驶指令信号。

由此，能够采取与自动驾驶结束时的周边状况相适应的待机姿势。

(2)另外，在上述实施方式中，在(1)的自动驾驶作业机械(例如液压挖掘机100)中，所述车身主体由下部行驶体12和上部旋转体11构成，该上部旋转体11相对于所述下部行驶体能够旋转地设置，基于所述手动驾驶指令信号或所述自动驾驶指令信号而相对于所述下部行驶体进行旋转动作，在所述自动驾驶结束时，所述自动驾驶控制器52生成使所述上部旋转体进行旋转动作以使得所述下部行驶体与所述上部旋转体之间的相对的旋转角度成为预先决定的范围内的自动驾驶指令信号。

(3)另外，在上述实施方式中，在(2)的自动驾驶作业机械(例如液压挖掘机100)中，还具有用于操作所述下部行驶体的行驶操作装置，在所述自动驾驶结束时，所述自动驾驶控制器52生成使所述上部旋转体进行旋转动作以使得所述行驶操作装置的操作方向与基于所述行驶操作装置的操作实现的所述下部行驶体的行驶方向之间的相对角度成为预先决定的范围内的自动驾驶指令信号。

(4)另外，在上述实施方式中，在(1)的自动驾驶作业机械(例如液压挖掘机100)中，还具有作为姿势信息来获取所述车身主体的倾斜角度以及倾斜方向的姿势信息测量装置，当所述自动驾驶结束时，在所述车身主体的倾斜角度为预先决定的范围外的情况下，所述自动驾驶控制器52生成使所述车身主体移动以使得所述车身主体的行驶方向与所述倾斜角度的倾斜方向之间的在水平面投影中的相对角度成为预先决定的范围内的自动驾驶指令信号。

＜附记＞

此外，本发明并不限定于上述实施方式，包括在不脱离其要旨的范围内的各种变形例和组合。另外，本发明并不限定为具有上述实施方式所说明的全部构成，也包括将一部分构成删除的方案。另外，上述的各构成、功能等可以通过将其一部分或全部例如由集成电路进行设计等来实现。另外，上述的各构成、功能等也可以通过使处理器读取并执行实现各个功能的程序而由软件实现。

附图标记说明

2a、2b…GNSS天线，3a～3d…姿势信息测量装置，10…作业机，11…上部旋转体，12…下部行驶体，13…动臂，14…斗杆，15…铲斗，16、17…铲斗连杆，18a…动臂液压缸，18b…斗杆液压缸，18c…铲斗液压缸，19a…旋转液压马达，19b、19c…行驶液压马达，20…驾驶室，41…发动机，42…先导液压泵，43…主液压泵，45…方向控制阀，46…截断阀，47a～47l…控制阀，50a…斗杆操作杆，50b…动臂操作杆，50c…铲斗操作杆，50d…旋转操作杆，50e、50f…行驶操作杆，51…车身控制器，52…自动驾驶控制器，53…GNSS控制器，54…显示器，56…旋转角传感器，57a～57d…激光扫描器，58…切换开关，100…液压挖掘机，150…铲斗顶端，200…障碍物，511…车身控制部，521…识别部，522…状态管理部，523…动作规划部。

Claims (4)

1.一种自动驾驶作业机械，其具有：

车身主体；搭载于所述车身主体的作业机；用于操作所述作业机的操作装置；基于由所述操作装置的操作所生成的手动驾驶指令信号来驱动所述作业机的执行机构；获取与所述作业机的姿势有关的信息、即姿势信息的姿势信息测量装置；和自动驾驶控制器，其生成代替所述手动驾驶指令信号的自动驾驶指令信号，并基于生成的自动驾驶指令信号进行使所述作业机自动执行规定动作的自动驾驶，所述自动驾驶作业机械的特征在于，

还具有获得所述自动驾驶作业机械的周围的地形信息的地形信息测量装置，

所述自动驾驶控制器在所述自动驾驶结束时，基于由所述地形信息测量装置获取到的地形信息来实施对能够供所述作业机设置的可接地范围进行检测的检测处理，在检测到可接地范围的情况下，生成使所述作业机在所述可接地范围内接地的自动驾驶指令信号，在未检测到可接地范围的情况下，生成使所述作业机处于规定的待机姿势的自动驾驶指令信号。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶作业机械，其特征在于，

所述车身主体由下部行驶体和上部旋转体构成，该上部旋转体相对于所述下部行驶体能够旋转地设置，基于所述手动驾驶指令信号或所述自动驾驶指令信号而相对于所述下部行驶体进行旋转动作，

在所述自动驾驶结束时，所述自动驾驶控制器生成使所述上部旋转体进行旋转动作以使得所述下部行驶体与所述上部旋转体之间的相对的旋转角度成为预先决定的范围内的自动驾驶指令信号。

3.根据权利要求2所述的自动驾驶作业机械，其特征在于，

还具有用于操作所述下部行驶体的行驶操作装置，

在所述自动驾驶结束时，所述自动驾驶控制器生成使所述上部旋转体进行旋转动作以使得所述行驶操作装置的操作方向与基于所述行驶操作装置的操作实现的所述下部行驶体的行驶方向之间的相对角度成为预先决定的范围内的自动驾驶指令信号。

4.根据权利要求1所述的自动驾驶作业机械，其特征在于，

还具有作为姿势信息来获取所述车身主体的倾斜角度以及倾斜方向的姿势信息测量装置，

当所述自动驾驶结束时，在所述车身主体的倾斜角度为预先决定的范围外的情况下，所述自动驾驶控制器生成使所述车身主体移动以使得所述车身主体的行驶方向与所述倾斜角度的倾斜方向之间的在水平面投影中的相对角度成为预先决定的范围内的自动驾驶指令信号。

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