CN115380144A - 控制系统以及控制方法 - Google Patents

Abstract

自动控制判定部判定是否开始自动排土控制。排土控制部在判定为开始自动排土控制的情况下，生成使铲斗向排土方向旋转直至铲斗的倾角变为特定的排土完成角度的第1指令。排土控制部生成在铲斗的倾角从自动排土控制开始时的倾角变为排土完成角度的期间使动臂向上升方向旋转的第2指令。

Description

控制系统以及控制方法

技术领域

本公开涉及作业系统的控制装置以及控制方法。

本申请主张2020年4月17日在日本申请的日本特愿2020-074337号的优先权，在此引用其内容。

背景技术

在专利文献1中，公开了与作业机械的自动装货控制有关的技术。专利文献1中记载的作业机械防止铲斗接触搬运车辆而自动地进行起重回旋(hoist swing)控制，此后对挖掘物进行排土。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2019-132064号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1中记载的作业机械通过使铲斗向排土方向旋转来对挖掘物进行排土。一般而言，铲斗的外壳中离铲斗销(pin)最远的点是铲斗的铲尖，因此若使铲斗向排土方向旋转则铲斗的最低点会下降。因此，考虑到铲斗的旋转产生的最低点的轨迹，专利文献1中记载的作业机械有必要从高位置对挖掘物进行排土。另一方面，排土位置越高，则挖掘物从搬运车辆掉落的可能性变得越高。若挖掘物的掉落得多，则搬运车辆的目标停车位置周边的立脚点变得荒乱，停车变得困难。

本公开的目的为提供在自动排土控制中能够在低位置实现排土的控制系统以及控制方法。

用于解决课题的手段

根据一方式，控制系统为作业机械的控制装置，所述作业机械具备作业机械主体、可旋转地安装于所述作业机械主体的动臂(boom)、可旋转地安装于所述动臂的前端的斗杆(arm)、可旋转地安装于所述斗杆的前端的铲斗(bucket)，所述控制系统具备：自动控制判定部，判定是否开始自动排土控制；铲斗控制部，在判定为开始所述自动排土控制的情况下，生成使所述铲斗向排土方向旋转直至所述铲斗的倾角变为特定的排土完成角度的第1指令；以及动臂控制部，生成在所述铲斗的倾角根据所述铲斗指令从所述自动排土控制开始时的倾角变为所述排土完成角度的期间使所述动臂向上升方向旋转的第2指令。

发明效果

根据上述方式，控制系统能够在自动排土控制中抑制铲斗的最低点的降低。

附图说明

图1是表示第1实施方式所涉及的作业系统的结构的概略图。

图2是第1实施方式所涉及的作业机械100的外观图。

图3是表示第1实施方式所涉及的管控装置的结构的概略框图。

图4是表示行驶路径的例子的图。

图5是表示第1实施方式所涉及的作业机械的控制装置的结构的概略框图。

图6是表示第1实施方式所涉及的自动挖掘装货控制中的挖掘前的铲斗的轨迹的例子的图。

图7是表示第1实施方式所涉及的自动挖掘装货控制中的挖掘后的铲斗的轨迹的例子的图。

图8是表示第1实施方式所涉及的自动挖掘装货控制中的排土时的铲斗的轨迹的例子的图。

图9是表示第1实施方式所涉及的回避控制的例子的第1图。

图10是表示第1实施方式所涉及的回避控制的例子的第2图。

图11是表示第1实施方式所涉及的管控装置进行的自动挖掘装货指示的输出方法的流程图。

图12是表示第1实施方式所涉及的作业机械进行的自动挖掘装货控制的流程图。

具体实施方式

<第1实施方式>

《作业系统1》

图1是表示第1实施方式所涉及的作业系统的结构的概略图。

作业系统1具备作业机械100、1个或多个搬运车辆200、和管控装置300。作业系统1是通过管控装置300来自动控制作业机械100和搬运车辆200的无人运输系统。

搬运车辆200基于从管控装置300接收的路线数据(例如速度数据、搬运车辆200应前进的坐标)来进行无人行驶。搬运车辆200和管控装置300根据经由接入点400的通信被连接。管控装置300从搬运车辆200取得位置以及方位，并基于它们来生成用于搬运车辆200的行驶的路线数据。管控装置300将路线数据发送给搬运车辆200。搬运车辆200基于接收到的路线数据来进行无人行驶。另外，第1实施方式所涉及的作业系统1虽然具备无人运输系统，但在其他实施方式中，一部分或全部的搬运车辆200也可以被人工驾驶。这种情况下，管控装置300虽无需进行与路线数据以及装货有关的指示的发送，但要取得搬运车辆200的位置以及方位。

作业机械100依据从管控装置300接收的指示而被无人控制。作业机械100和管控装置300根据经由接入点400的通信被连接。

作业机械100以及搬运车辆200被设置于作业现场(例如，矿山、采石场)。另一方面，管控装置300可以被设置在任意的场所。例如，管控装置300也可以被设置在远离作业机械100以及搬运车辆200的地点(例如，街区，作业现场内)。

《搬运车辆200》

第1实施方式所涉及的搬运车辆200为具备卸斗(dump body，ベッセル)201卸斗的自卸卡车(dump truck)。另外，其他实施方式所涉及的搬运车辆200也可以是自卸卡车以外的搬运车辆。

搬运车辆200具备卸斗201、位置方位运算器210以及控制装置220。位置方位运算器210运算搬运车辆200的位置以及方位。位置方位运算器210具备2个从构成GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统)的人工卫星接收定位信号的接收器。作为GNSS的例子，能够举出GPS(Global Positioning System，全球定位系统)。2个接收器分别被设置在搬运车辆200的不同位置。位置方位运算器210基于接收器接收到的定位信号来检测现场坐标系中的搬运车辆200的位置。位置方位运算器210使用2个接收器接收到的各定位信号，将搬运车辆200的朝向方位作为与一个接收器的设置位置相对的另一个接收器的设置位置的关系来运算。另外，在其他实施方式中并不限于此，例如搬运车辆200也可以具备惯性测量装置(IMU：Inertial Measurement Unit)，基于惯性测量装置的测量结果来运算方位。这种情况下，也可以基于搬运车辆200的行驶轨迹来修正惯性测量装置的偏移。

控制装置220向管控装置300发送位置方位运算器210检测到的位置以及运算出的方位。控制装置220从管控装置300接收路线数据以及排土指示、向装货点P3进入的进入指示、以及从装货点P3出发的出发指示。控制装置220依据接收到的路线数据来使搬运车辆200行驶，或依据排土指示来使搬运车辆200的卸斗201上升或下降。控制装置220在搬运车辆基于指示而到达目的地并停止时，向管控装置300发送表示到达目的地(例如，图4所示的装货点P3)的到达通知。

《作业机械100》

图2为第1实施方式所涉及的作业机械100的外观图。

第1实施方式所涉及的作业机械100为液压挖掘机。另外，其他实施方式所涉及的作业机械100也可以是液压挖掘机以外的作业车辆。

作业机械100具备基于液压而运作的作业机110、支持作业机110的回旋体120、和支持回旋体120的行驶体130。

作业机110具备动臂111、斗杆112、铲斗113、动臂汽缸114、斗杆汽缸115、铲斗汽缸116、动臂角度传感器117、斗杆角度传感器118、和铲斗角度传感器119。

动臂111的基端部经由销而被安装在回旋体120的前部。

斗杆112连结动臂111和铲斗113。斗杆112的基端部经由销而被安装在动臂111的前端部。

铲斗113具备用于挖掘泥沙等挖掘物的刃和用于运输挖掘物的容器。铲斗113的基端部经由销而被安装在斗杆112的前端部。作为挖掘物的例子，能够举出泥沙、矿石、碎石、石炭等。

动臂汽缸114是用来使动臂111运作的液压汽缸。动臂汽缸114的基端部被安装在回旋体120上。动臂汽缸114的前端部被安装在动臂111上。

斗杆汽缸115是用来驱动斗杆112的液压汽缸。斗杆汽缸115的基端部被安装在动臂111上。斗杆汽缸115的前端部被安装在斗杆112上。

铲斗汽缸116是用来驱动铲斗113的液压汽缸。铲斗汽缸116的基端部被安装在斗杆112上。铲斗汽缸116的前端部被安装在铲斗113上。

动臂角度传感器117被安装在动臂111上，并检测动臂111的倾斜角。

斗杆角度传感器118被安装在斗杆112上，并检测斗杆112的倾斜角。

铲斗角度传感器119被安装在铲斗113上，并检测铲斗113的倾斜角。

第1实施方式所涉及的动臂角度传感器117、斗杆角度传感器118、以及铲斗角度传感器119检测针对地平面的倾斜角。另外，其他实施方式所涉及的角度传感器并不限于此，也可以检测针对其他基准面的倾斜角。例如，在其他实施方式中，角度传感器既可以检测将安装部作为基准的相对角，也可以测量各汽缸的划动(stroke)并通过将汽缸的划动变换为角度来检测倾斜角。

作业机械100具备位置方位运算器123、倾斜测量器124、控制装置125。

位置方位运算器123运算回旋体120的位置以及回旋体120的朝向方位。位置方位运算器123具备2个从构成GNSS的人工卫星接收定位信号的接收器。2个接收器分别被设置在回旋体120的不同位置。位置方位运算器123基于一个接收器接收到的定位信号来检测现场坐标系中的回旋体120的代表点(例如，回旋体120的回旋中心)的位置。

位置方位运算器123使用2个接收器接收到的各定位信号，将回旋体120的朝向方位作为与一个接收器的设置位置相对的另一个接收器的设置位置的关系来运算。另外，控制装置125能够通过使用现场坐标系中的回旋体120的代表点的位置来互相变换现场坐标系的位置和机械坐标系的位置。机械坐标系是指将回旋体120的代表点作为基准的正交坐标系。

倾斜测量器124测量回旋体120的加速度以及角速度，基于测量结果来检测回旋体120的姿态(例如，滚动(roll)角、俯仰(pitch)角、偏航(yaw)角)。倾斜测量器124被设置在例如回旋体120的下表面。倾斜测量器124能够使用例如惯性测量装置(IMU：InertialMeasurement Unit)。

控制装置125向管控装置300发送回旋体120的回旋速度、位置以及方位、动臂111、斗杆112以及铲斗113的倾斜角、行驶体130的行驶速度、以及回旋体120的姿态。下面，也将作业机械100或搬运车辆200从各种传感器收集到的数据称为车辆数据。另外，其他实施方式所涉及的车辆数据并不限于此。例如，其他实施方式所涉及的车辆数据既可以不包含回旋速度、位置、方位、倾斜角、行驶速度、姿态的任意一个，也可以包含通过其他传感器检测到的值，还可以包含由检测到的值运算得到的值。

控制装置125从管控装置300接收控制指示。控制装置125依据接收到的控制指示来驱动作业机110、回旋体120、或行驶体130。在基于控制指示的驱动完成时，控制装置125向管控装置300发送自动挖掘装货控制的完成通知。控制装置125的详细结构将会后述。

《管控装置300》

图3是表示第1实施方式所涉及的管控装置300的结构的概略框图。

管控装置300管理作业机械100的动作以及搬运车辆200的行驶。

管控装置300是具备处理器310、主存储器330、储存器350、接口370的计算机。储存器350存储程序。处理器310从储存器350读取程序并在主存储器330展开，依据程序来执行处理。管控装置300经由接口370被连接到网络。作为处理器310的例子，可以举出CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、GPU(Graphic Processing Unit，图形处理单元)、微处理器等。

程序也可以用于实现一部分使管控装置300的计算机发挥的功能。例如，程序也可以通过与已经被存储在储存器中的其他程序的组合、或与安装在其他装置的其他程序的组合来发挥功能。另外，在其他实施方式中，管控装置300除了上述结构以外，或取代上述结构，还可以具备PLD(Programmable Logic Device，可编程逻辑器件)等自定义LSI(LargeScale Integrated Circuit，大规模集成电路)。作为PLD的例子，能够举出PAL(可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic))、GAL(通用阵列逻辑(Generic Array Logic))、CPLD(复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device))、FPGA(现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array))。这种情况下，由处理器310实现的功能的一部分或者全部也可以由该集成电路实现。这样的集成电路也被包含于处理器的一例中。

储存器350具有作为控制位置存储部351以及行驶路径存储部352的存储区域。作为储存器350的例子，可以举出磁盘、磁光盘、光盘、半导体存储器等。储存器350既可以是被直接连接在管控装置300的公共通信线上的内部介质，也可以是经由接口370而被连接到管控装置300的外部介质。储存器350是非临时性的有形存储介质。

控制位置存储部351存储挖掘点P22(参考图6)以及装货点P3的位置数据。挖掘点P22以及装货点P3为例如通过作业现场的管理者等的操作而预先被设定的点。另外，控制位置存储部351所存储的挖掘点P22以及装货点P3的位置数据也可以根据作业的进展等而由管理者等更新。

图4是表示行驶路径的例子的图。

行驶路径存储部352按每个搬运车辆200来存储行驶路径R。行驶路径R是连接2个区域A(例如，装货场A1和排土场A2)的预定的连接路径R1，并具有作为区域A内的路径的进入路径R2、接近路径R3以及退出路径R4。进入路径R2是在区域A内连接作为连接路径R1的一端的待机点P1与特定的回转点P2的路径。接近路径R3是连接区域A内的回转点P2与装货点P3或排土点P4的路径。退出路径R4是连接区域A内的装货点P3或排土点P4与作为连接路径R1的另一端的出口点P5的路径。回转点P2是由管控装置300根据装货点P3的位置而设定的点。每当装货点P3被变更，则管控装置300计算进入路径R2、接近路径R3以及退出路径R4。

处理器310基于程序的执行而具备收集部311、搬运车辆确定部312、行驶路线生成部313、通知接收部314、卸斗确定部315、自动挖掘装货指示部316。

收集部311经由接入点400而从作业机械100以及搬运车辆200收集车辆数据。

搬运车辆确定部312基于收集部311收集到的搬运车辆200的车辆数据来确定成为挖掘物的装货对象的搬运车辆200。

行驶路线生成部313基于行驶路径存储部352所存储的行驶路径和收集部311收集到的车辆数据来生成表示许可搬运车辆200的移动的区域的路线数据，并将路线数据发送给搬运车辆200。例如，路线数据是表示搬运车辆200能在一定时间以内以特定的速度行驶的、且与其他搬运车辆200的行驶路径不重复的区域的数据。

通知接收部314从作业机械100接收自动挖掘装货控制的完成通知，并从搬运车辆200接收到达装货点P3的到达通知。

卸斗确定部315在接收到从搬运车辆200到达装货点P3的到达通知的情况下，基于搬运车辆200的车辆数据来确定现场坐标系中的卸斗201的位置。例如，卸斗确定部315确定卸斗201的底面的中心位置。卸斗确定部315通过例如以下的顺序来确定卸斗201的位置。卸斗确定部315使得卸斗201的底面朝上地将表示包含卸斗201的搬运车辆200的形状的三维数据配置在搬运车辆200的位置数据所示的位置上。卸斗确定部315通过将三维数据旋转至搬运车辆200的方位数据所示的方向，来确定现场坐标系中的卸斗201的位置。卸斗确定部315将确定到的卸斗201的位置发送给作业机械100。

自动挖掘装货指示部316向作业机械100发送包含控制位置存储部351所存储的挖掘点P22的位置以及装货点P3的位置的自动挖掘装货指示。

《作业机械的控制装置125》

图5是表示第1实施方式所涉及的作业机械的控制装置125的结构的概略框图。

控制装置125基于管控装置300的指示来控制作业机械100的执行器。

控制装置125是具备处理器1210、主存储器1230、储存器1250、接口1270的计算机。储存器1250存储程序。处理器1210从储存器1250读取程序并在主存储器1230中展开，依据程序来执行处理。控制装置125经由接口1270被连接到网络。作为处理器1210的例子，可以举出CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、GPU(Graphic Processing Unit，图形处理单元)、微型处理器等。

程序也可以用于实现一部分使控制装置125的计算机发挥的功能。例如，程序也可以通过与已经被存储在储存器中的其他程序的组合、或与安装在其他装置的其他程序的组合来发挥功能。另外，在其他实施方式中，控制装置125除了上述结构以外，或取代上述结构，还可以具备PLD等自定义LSI。这种情况下，由处理器1210实现的功能的一部分或者全部也可以由该集成电路实现。这样的集成电路也被包含于处理器的一例中。

作为储存器1250的例子，可以举出磁盘、磁光盘、光盘、半导体存储器等。储存器1250既可以是被直接连接在控制装置125的公共通信线上的内部介质，也可以是经由接口1270而被连接到控制装置125的外部介质。储存器1250是非临时性的有形存储介质。

处理器1210基于程序的执行而具备车辆数据取得部1211、铲斗确定部1212、指示接收部1213、坐标变换部1214、回避位置确定部1215、挖掘位置确定部1216、下降停止判定部1217、开始位置决定部1218、向下回旋控制部1219、挖掘控制部1220、起重回旋控制部1221、排土控制部1222、回避控制部1223、指令输出部1224。

车辆数据取得部1211从作业机械100所具备的各种传感器取得车辆数据，并将取得的车辆数据发送给管控装置300。

铲斗确定部1212基于车辆数据取得部1211所取得的车辆数据来确定以作业机械100为基准的机械坐标系中的铲斗113的位置。铲斗确定部1212确定包含铲尖以及底部的铲斗113的轮廓上的多个点的位置。铲斗113的轮廓是指区分铲斗113的形状中彼此不同的面(例如，侧面和底面等)的线。铲斗确定部1212至少确定铲斗113从侧面看时的轮廓上的多个点的位置。

具体而言，铲斗确定部1212以下面的顺序来确定铲斗113的轮廓上的多个点的位置。铲斗确定部1212基于从动臂111的倾斜角求取到的动臂111的绝对角度和已知的动臂111的长度(从基端部的销到前端部的销的距离)来求取动臂111的前端部的位置。铲斗确定部1212基于动臂111的绝对角度和斗杆112的倾斜角来求取斗杆112的绝对角度。铲斗确定部1212基于动臂111的前端部的位置、斗杆112的绝对角度、和已知的斗杆112的长度(从基端部的销到前端部的销的距离)来求取斗杆112的前端部的位置。

铲斗确定部1212基于斗杆112的绝对角度和铲斗113的倾斜角来求取铲斗113的绝对角度。铲斗确定部1212基于斗杆112的前端部的位置、铲斗113的绝对角度、从铲斗113的销到铲斗113的轮廓上的多个点的距离，来求取铲斗113的轮廓上的多个点的位置。

指示接收部1213从管控装置300接收自动挖掘装货指示。指示接收部1213根据自动挖掘装货指示的接收而判定为开始自动挖掘装货控制。自动挖掘装货控制包含自动排土控制。即，指示接收部1213是判定是否开始自动排土控制的自动控制判定部的一例。

坐标变换部1214从管控装置300接收搬运车辆200的卸斗201的位置，并基于车辆数据取得部1211所取得的车辆数据来将该卸斗201的位置从现场坐标系变换为机械坐标系。坐标变换部1214是确定机械坐标系中的卸斗201的位置的装货容器确定部的一例。

图6是表示第1实施方式所涉及的自动挖掘装货控制中的挖掘前的铲斗的轨迹的例子的图。

回避位置确定部1215基于作业机械100的位置、卸斗201的位置、控制开始时的铲斗113的销的位置(空载回旋开始位置P01)，来确定作业机110和搬运车辆200在俯视图中不干扰的点即干扰回避位置P02。干扰回避位置P02是具有与空载回旋开始位置P01相同的高度，且离回旋体120的回旋中心的距离与从该回旋中心到排土开始位置P07的距离相等，且下方不存在搬运车辆200的位置。另外，铲斗113的销通过后述的排土控制向比排土开始位置P07更高的空载回旋开始位置P01移动。回避位置确定部1215例如确定以回旋体120的回旋中心为中心，以该回旋中心和空载回旋开始位置P01的距离为半径的圆，并将该圆上的位置中的、铲斗113的外形在俯视图中不与搬运车辆200干扰且离空载回旋开始位置P01最近的位置确定为干扰回避位置P02。回避位置确定部1215能够基于搬运车辆200的位置以及铲斗113的轮廓上的多个点的位置，来判定搬运车辆200和铲斗113是否干扰。在这里，所谓的“相同的高度”、“距离相等”并不一定限定于高度或距离完全一致，而是设为容许稍微的误差、余量(margin)。

挖掘位置确定部1216将离自动挖掘装货指示所包含的挖掘点P22的距离为从铲斗113的销到铲尖的距离的点确定为挖掘位置P05。即，铲斗113在处于将铲尖朝向排土方向的特定的挖掘姿态的情况下，当铲斗113的铲尖位于挖掘点P22时，铲斗113的销会位于挖掘位置P05。

此外，挖掘位置确定部1216将比挖掘位置P05高出特定高度的位置决定为回旋结束位置P04。

在作业机110的下降操作与回旋体120的空载回旋同时进行时，下降停止判定部1217判定铲斗113的销的高度是否变为与回旋结束位置P04相同的高度。将此时的斗杆112的前端的位置称为下降停止位置P03。

图7是表示第1实施方式所涉及的自动挖掘装货控制中的挖掘后的铲斗的轨迹的例子的图。

开始位置决定部1218基于卸斗201的位置来决定排土开始位置P07。具体而言，开始位置决定部1218将排土开始位置P07的高度决定为对卸斗201的高度加上预先求取到的自动排土控制引起的铲斗113的高度的变化量、铲斗113的高度、铲斗113的控制余量的高度后的高度。铲斗113的高度是指例如从地表到铲斗113的最低点的高度。控制余量的高度是指根据由传感器的误差、控制的延迟而产生的铲斗113的高度的误差的波动而决定的宽裕量。自动排土控制引起的铲斗113的最低点的移动距离将在后述。

此外，开始位置决定部1218根据向同一搬运车辆200装货的装货次数来使排土开始位置P07的卸斗201的长度方向分量变化。具体而言，开始位置决定部1218将初始的排土开始位置P07决定为卸斗201的内侧(搬运车辆200的前方侧)的位置，随着装货次数的增多而将排土开始位置P07向卸斗201的跟前侧(搬运车辆200的后方侧)的位置移动。

在指示接收部1213接收到挖掘装货指示的情况下，向下回旋控制部1219基于挖掘位置P05以及干扰回避位置P02生成用于控制回旋体120、动臂111、斗杆112、以及铲斗113的指令，以使铲斗113移动至挖掘位置P05。即，向下回旋控制部1219生成各指令，以从空载回旋开始位置P01开始，经过干扰回避位置P02、下降停止位置P03、以及回旋结束位置P04而到达挖掘位置P05。另外，向下回旋是指，为了将铲斗113从卸斗201之上移动到挖掘位置而一边使动臂111下降一边使回旋体120回旋的动作。

当铲斗113到达挖掘位置P05时挖掘控制部1220生成用于将铲斗113向挖掘方向旋转或移动的指令。

起重回旋控制部1221基于排土开始位置P07以及干扰回避位置P02而生成用于控制回旋体120、动臂111、斗杆112以及铲斗113的指令，以使铲斗113移动至排土开始位置P07。即，起重回旋控制部1221生成各指令，以从挖掘完成位置P05′开始经过载货回旋开始位置P06以及干扰回避位置P02而到达排土开始位置P07。此时，起重回旋控制部1221生成使铲斗113旋转的指令，使得即使动臂111以及斗杆112驱动，铲斗113的高度也会不变化。另外，在排土开始位置P07低于干扰回避位置P02的情况下在仅输出使回旋体120从干扰回避位置P02开始回旋的指令且铲斗113的销到达排土开始位置P07以后，起重回旋控制部1221输出使动臂111下降的指令，并使铲斗113的销向排土开始位置P07移动。起重回旋控制部1221是生成使动臂111旋转的指令以使铲斗113移动至排土开始位置P07的排土位置调整部的一例。另外，起重回旋是指，为了使装有泥沙的铲斗113向卸斗201之上移动而一边使动臂111上升一边使回旋体120回旋的动作。

当铲斗113到达排土开始位置P07时，排土控制部1222生成用于控制动臂111、斗杆112以及铲斗113的指令，以使铲斗113向排土方向旋转。

图8是表示第1实施方式所涉及的自动挖掘装货控制中的排土时的铲斗的轨迹的例子的图。

为了抑制铲斗113的高度的变动，排土控制部1222以下面的顺序来生成各指令。排土控制部1222生成使铲斗113向排土方向旋转直至铲斗113的倾角变为特定的排土完成角度的指令。当铲斗113在旋转中时，例如，排土控制部1222生成用于驱动动臂111以及斗杆112的指令，以使铲斗113以该铲斗113侧面的几何重心G为中心而旋转。

排土控制部1222进行自动排土控制时的铲斗113的销的轨迹Lp通过预先计算而被求取。排土控制部1222生成用于驱动动臂111以及斗杆112的指令，以使铲斗113的销沿着该轨迹Lp而移动。

使铲斗113向排土方向旋转直至铲斗113的绝对角度变为排土完成角度时的铲斗113的几何重心G的轨迹Lg能够通过预先计算而被求取。在图8中，排土开始时的铲斗113的位置以及倾角通过以实线描绘的铲斗113来表示。此外，在维持铲斗113的销的位置的原样而使铲斗113旋转时的铲斗113的位置以及倾角通过以虚线描绘的铲斗113来表示。另外，铲斗113的绝对角度是指，例如铲斗113针对车体坐标系或现场坐标系中的轴的角度。通过将轨迹Lg旋转180度并将起始点与铲斗113的销对齐，能够求取用于使几何重心G的位置保持恒定的铲斗113的销的轨迹Lp。在图8中，一边依据轨迹Lp而移动铲斗113的销一边使铲斗113旋转时的铲斗113的位置以及倾角通过以点划线描绘的铲斗113来表示。另外，如图8所示，在将轨迹Lg反转后的轨迹具有极大点M的情况下，即将轨迹Lg反转后的轨迹从途中开始下降的情况下，铲斗113的销的轨迹Lp决定为从该极大点M向水平方向移动。将轨迹Lg反转后的轨迹在图8中以虚线的箭头表示。这是为了防止因为动臂111的驱动方向以该极大点为界从上升方向切换为下降方向所导致的作业机110的举动变得不安定的情形。

如图8所示，销的轨迹Lp朝向铲斗113的上方向和跟前方向。从而，排土控制部1222输出在铲斗113的倾角从自动排土控制开始时的倾角变为排土完成角度的期间使动臂111向上升方向旋转的指令。此外，排土控制部1222输出在铲斗113的倾角从自动排土控制开始时的倾角变为排土完成角度的期间使斗杆向牵引方向旋转的指令。

另外，如图8所示，一边使铲斗113的销沿着轨迹Lp移动一边使铲斗113旋转时的铲斗113的最低点的移动距离d1变得比使铲斗113以铲斗113的销为中心而旋转时的移动距离d0更小。这样，能够预先求取自动排土控制引起的铲斗113的最低点的移动距离d1。

图9以及图10是表示第1实施方式所涉及的回避控制的例子的图。

在铲斗113和卸斗201的距离在特定的接近阈值th以内的情况下，回避控制部1223生成使动臂111向上升方向旋转的指令或者使斗杆112向牵引方向旋转的指令，并停止驱动铲斗113的指令的输出。具体而言，回避控制部1223生成驱动动臂111或斗杆112的指令，以使铲斗113在以最短距离连接卸斗201和铲斗113的线段V的延长方向上移动。例如，如图9所示，在卸斗201的底面和铲斗113的距离变为最短的情况下，回避控制部1223驱动动臂111以使铲斗113向以最短距离连接卸斗201和铲斗113的线段V所延长的上方向移动。另一方面，如图10所示，在卸斗201的前面板部分和铲斗113的距离变为最短的情况下，回避控制部1223驱动斗杆112以使铲斗113向以最短距离连接卸斗201和铲斗113的线段V所延长的后方向移动。另外，取代停止驱动铲斗113的指令的输出，回避控制部1223也可以输出停止铲斗113的驱动的指令。另外，在其他实施方式中，在卸斗201的侧门部分和铲斗113的距离变为最短的情况下，回避控制部1223驱动动臂111以使铲斗113向上方向移动。

指令输出部1224输出各种指令。

《自动挖掘装货控制》

图11是表示第1实施方式所涉及的管控装置进行的自动挖掘装货指示的输出方法的流程图。

当管控装置300的通知接收部314从搬运车辆200接收到达装货点P3的到达通知时(步骤S1)，卸斗确定部315从搬运车辆200取得车辆数据(步骤S2)。卸斗确定部315基于取得的车辆数据来确定现场坐标系中的卸斗201的位置(步骤S3)。卸斗确定部315将确定后的卸斗201的位置发送给作业机械100。

自动挖掘装货指示部316从控制位置存储部351读取挖掘点P22和装货点P3的位置(步骤S4)。自动挖掘装货指示部316将包含读取到的挖掘点P22和装货点P3的位置的自动挖掘装货指示发送给作业机械100(步骤S5)。

图12是表示第1实施方式所涉及的作业机械进行的自动挖掘装货控制的流程图。

当控制装置125的指示接收部1213从管控装置300受理自动挖掘装货指示的输入时，执行图12所示的自动挖掘装货控制。另外，在自动挖掘装货控制中，车辆数据取得部1211依据特定的周期来取得回旋体120的位置以及方位、动臂111、斗杆112以及铲斗113的倾斜角、以及回旋体120的姿态。

坐标变换部1214从管控装置300取得现场坐标系中的卸斗201的位置(步骤S101)。坐标变换部1214基于车辆数据取得部1211所取得的回旋体120的位置、方位、以及姿态，来将卸斗201的位置从现场坐标系变换为机械坐标系(步骤S102)。

铲斗确定部1212、回避位置确定部1215、挖掘位置确定部1216、以及开始位置决定部1218分别决定空载回旋开始位置P01、干扰回避位置P02、回旋结束位置P04、以及排土开始位置P07(步骤S103)。

向下回旋控制部1219基于在步骤S103中决定的各控制位置来生成驱动回旋体120、动臂111、斗杆112、以及铲斗113的指令以到达挖掘位置。指令输出部1224输出所生成的各指令(步骤S104)。

当铲斗113到达挖掘位置P05时，挖掘控制部1220生成驱动斗杆112以及铲斗113的指令以使铲斗113向挖掘方向旋转或移动。指令输出部1224输出所生成的各指令(步骤S105)。

当步骤S105的挖掘控制结束时，起重回旋控制部1221基于在步骤S103中决定的各控制位置来生成用于控制回旋体120、动臂111、斗杆112以及铲斗113的指令，以使铲斗113移动至排土开始位置P07。指令输出部1224输出在步骤S111中所生成的各指令(步骤S106)。

当铲斗113到达排土开始位置P07时，回避控制部1223判定铲斗113和卸斗201的距离是否在特定的接近阈值以内(步骤S107)。在铲斗113和卸斗201的距离不在特定的接近阈值以内的情况下(步骤S107：否)，排土控制部1222生成用于使铲斗113以一定角速度向排土方向旋转的指令(步骤S108)。排土控制部1222通过基于铲斗113的销的位置和轨迹Lp的PID控制来生成驱动动臂111以及斗杆112的指令(步骤S109)。即，排土控制部1222生成使动臂111向上升方向旋转的指令和使斗杆112向牵引方向旋转的指令。指令输出部1224输出在步骤S108中生成的指令、以及在步骤S109中生成的指令(步骤S110)。

另一方面，在铲斗113和卸斗201的距离在特定的接近阈值以内的情况下(步骤S107：是)，回避控制部1223判定铲斗113和卸斗201的距离在高度方向上是否变为特定的接近阈值以内(步骤S111)。在铲斗113和卸斗201的距离在高度方向上在接近阈值以内的情况(步骤S111：是)，回避控制部1223生成使动臂111向上升方向旋转的指令(步骤S112)。此外，回避控制部1223判定铲斗113和卸斗201的距离在水平方向上是否变为特定的接近阈值以内(步骤S113)。在铲斗113和卸斗201的距离在水平方向上在接近阈值以内的情况下(步骤S113：是)，回避控制部1223生成使斗杆112向牵引方向旋转的指令(步骤S114)。指令输出部1224输出在步骤S107中生成的指令、以及在步骤S108中生成的指令的至少一者(步骤S115)。此时，指令输出部1224不输出使铲斗113旋转的指令。

排土控制部1222判定铲斗113的倾角是否变为排土完成角度(步骤S116)。在铲斗113的倾角未变为排土完成角度的情况下(步骤S116：否)，控制装置125将处理返回到步骤S107，继续排土控制。另一方面，在铲斗113的倾角变为排土完成角度的情况下(步骤S116：是)，排土控制部1222判定向同一搬运车辆200装货的装货次数是否达到特定次数(步骤S117)。在向同一搬运车辆200装货的装货次数未达到特定次数的情况下(步骤S117：否)，返回步骤S101，控制装置125再次执行自动挖掘装货控制。另一方面，在向同一搬运车辆200装货的装货次数达到特定次数的情况下(步骤S117：是)，排土控制部1222向管控装置300发送自动挖掘装货控制的完成通知(步骤S118)，结束处理。

《作用·效果》

这样，第1实施方式所涉及的作业机械100的控制装置125在判定为开始自动排土控制的情况下，生成使铲斗113向排土方向旋转直至铲斗113的倾角变为排土完成角度的指令，生成在铲斗113的倾角从自动排土控制开始时的倾角变为排土完成角度的期间使动臂111向上升方向旋转的指令。即，由于能够通过动臂111的上升处理来消除铲斗113的高度的降低，因此能够减低铲斗113的高度变动。另外，搬运车辆200的卸斗201相对于铲斗113越小，则根据铲斗113的轨迹能够变得更小的程度，减低铲斗113的高度变动的效果也越大。

此外，第1实施方式所涉及的控制装置125生成在铲斗113的倾角从自动排土控制开始时的倾角变为所述排土完成角度的期间使斗杆112向牵引方向旋转的指令。据此，能够减低挖掘物的降落点的波动。

若不移动斗杆112而将铲斗113向排土方向旋转，则铲斗113的铲尖的水平方向的位置会随着旋转而移动。另一方面，通过在铲斗113向排土方向旋转时将斗杆112向牵引方向旋转，能够消除铲斗113的铲尖的水平方向的移动。另外，其他实施方式所涉及的控制装置125也可以使动臂111向上升方向移动而不移动斗杆112。

此外，第1实施方式所涉及的控制装置125生成指令以使铲斗113的侧面的几何重心G的移动量与不控制动臂111以及斗杆112时相比减低。另外，在其他实施方式中并不限于此。例如，其他实施方式所涉及的控制装置125也可以生成指令以使与铲斗113的侧面的轮廓相接的外接圆的中心点的移动量减低。另外，控制装置125若生成指令使得以连接铲斗113的铲尖和销的线段为直径的圆的内侧的点的移动量减低，则能够恰当地减低铲斗113的移动量。

此外，第1实施方式所涉及的控制装置125在铲斗的轮廓和卸斗201的距离在接近阈值以内的情况下，生成使动臂111向上升方向旋转的指令或使斗杆112向牵引方向旋转的指令，并停止驱动铲斗113的指令的输出。据此，即使在作业机械100的立脚点发生松动等干扰的情况下，也能够减低铲斗113和卸斗201产生接触的可能性。

此外，根据第1实施方式，排土开始位置的水平方向的位置根据对同一搬运车辆200的自动排土控制的次数而不同。据此，能够避免对搬运车辆200的排土位置的集中，防止挖掘物从卸斗201掉落。

<其他实施方式>

以上，参考附图对一实施方式进行了详细说明，但具体结构并不限于上述的说明，而是能够进行各种各样的设计变更。即，在其他实施方式中，也可以对上述处理的顺序进行适当变更。此外，一部分处理也可以并列执行。

在上述的实施方式中，作业机械100通过管控装置300实现自动驾驶控制，但并不限于此。例如，其他实施方式所涉及的作业机械100也可以由操作员来操作。这种情况下，操作员也可以通过按下设置于驾驶席的未图示的自动挖掘装货按钮来对控制装置125输出自动挖掘装货指示。此外，在其他实施方式中，作业机械100也可以不通过经由接入点的通信而是通过车车间通信来进行信号的发送接收。

上述的实施方式所涉及的控制装置125既可以由单独的计算机构成，也可以将控制装置125的结构分开配置给多个计算机，多个计算机也可以通过互相协作来作为控制装置125发挥作用。此时，构成控制装置125的一部分也可以由管控装置300来实现。

工业上的可利用性

上述控制系统能够抑制在自动排土控制中铲斗的最低点的降低。

附图标记说明

100…作业机械 110…作业机 111…动臂 112…斗杆 113…铲斗 120…回旋体130…行驶体 125…控制装置 1211…车辆数据取得部 1212…铲斗确定部 1213…指示接收部 1214…坐标变换部 1215…回避位置确定部 1216…挖掘位置确定部 1217…下降停止判定部 1218…开始位置决定部 1219…向下回旋控制部 1220…挖掘控制部 1221…起重回旋控制部 1222…排土控制部 1223…回避控制部 1224…指令输出部 200…搬运车辆201…卸斗 300…管控装置。

Claims (8)

1.一种控制系统，其为作业机械的控制系统，所述作业机械具备作业机械主体、可旋转地安装于所述作业机械主体的动臂、可旋转地安装于所述动臂的前端的斗杆、可旋转地安装于所述斗杆的前端的铲斗，所述控制系统具备：

自动控制判定部，判定是否开始自动排土控制；以及

排土控制部，在判定为开始所述自动排土控制的情况下，生成使所述铲斗向排土方向旋转直至所述铲斗的倾角变为特定的排土完成角度的第1指令，并生成在所述铲斗的倾角从所述自动排土控制开始时的倾角变为所述排土完成角度的期间使所述动臂向上升方向旋转的第2指令。

2.如权利要求1所述的控制系统，

所述排土控制部生成在所述铲斗的倾角从所述自动排土控制开始时的倾角变为所述排土完成角度的期间使所述斗杆向一个方向旋转的第3指令。

3.如权利要求1或权利要求2所述的控制系统，

所述排土控制部生成所述第2指令，以使基准点的移动量降低，该基准点是以将连接所述斗杆和所述铲斗的销与所述铲斗的铲尖连接的线段为直径的圆内侧的点。

4.如权利要求3所述的控制系统，

所述基准点是所述铲斗的侧面的几何重心。

5.如权利要求1～4任一项所述的控制系统，具备：

卸斗确定部，确定卸斗的位置；

铲斗确定部，确定所述铲斗从侧面看时的轮廓的位置；以及

回避控制部，在所述铲斗从侧面看时的轮廓与所述卸斗的距离在特定的接近阈值以内的情况下，生成使所述动臂向上升方向旋转的第4指令或使所述斗杆向一个方向旋转的第5指令，并停止所述第1指令的输出。

6.如权利要求1～5任一项所述的控制系统，具备：

排土位置调整部，在判定为开始所述自动排土控制的情况下，生成使所述动臂旋转的第6指令，以使所述铲斗移动所述自动排土控制引起的所述铲斗的高度的变化量以上，直至高于卸斗的高度的排土开始位置，

其中，所述排土控制部在所述铲斗的最低点移动至所述排土开始位置后生成所述第1指令。

7.如权利要求6所述的控制系统，

所述排土位置调整部使所述排土开始位置的所述卸斗的水平方向的位置根据向同一所述卸斗进行的所述自动排土控制的次数而不同。

8.一种控制方法，其为作业机械的控制方法，所述作业机械具备作业机械主体、可旋转地安装于所述作业机械主体的动臂、可旋转地安装于所述动臂的前端的斗杆、可旋转地安装于所述斗杆的前端的铲斗，所述控制方法具备：

判定是否开始自动排土控制的步骤；

在判定为开始所述自动排土控制的情况下，生成使所述铲斗向排土方向旋转直至所述铲斗的倾角变为特定的排土完成角度的第1指令的步骤；以及

生成在所述铲斗的倾角根据所述第1指令从所述自动排土控制开始时的倾角变为所述排土完成角度的期间使所述动臂向上升方向旋转的第2指令的步骤。

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