JP2004145386A - 作業車両の誘導システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位置計測部21は、作業車両2の位置Pを計測する。待機時間演算部51は、各作業車両2で計測された位置Pのうち、停止する作業車両2fの位置Pfと、1台の作業車両2が停止を要する時間T1と、停止する作業車両2fの台数Nと、停止する作業車両2fの後方を走行する作業車両2bの位置Pbと、走行する作業車両2bの目標速度Ssと、に基づき、待機時間twを演算する。待機時間tw>0の場合は、待機が発生すると予測される。この場合、速度演算部52は、待機時間twを最小にすべく作業車両2bの減速速度Slを演算する。車両制御部28は、減速速度Slの指令に基づき、作業車両2bの速度を制御する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、設定した走行路に沿って複数の作業車両を順次誘導する作業車両の誘導システムに関し、特に後方車両が現行速度で走行し前方の停止車両に追いつくと予測される場合に、後方車両が停止車両に追いつき停止してから前方の停止車両が再走行するまでの後方車両の待機時間を予測するものに関する。
【0002】
【従来の技術】
鉱山などの作業領域では、土砂の運搬はダンプ等の作業車両によって行われる。作業車両は土砂の積み込み領域と排土領域との間を往復し、土砂の積み込み及び排土を繰り返す。このような作業システムに関して、例えば、下記特許文献1には、土砂の積み込み領域と排土領域との間に予め設けられた走行路に沿って各作業車両を誘導走行させる作業車両の誘導システムが記載されている。
【0003】
ここで、作業車両の誘導システムの大要について説明する。図1は作業車両の誘導システムの一例を示す外観図である。作業領域1には積み込み領域11と排土領域12が設けられ、積み込み領域11と排土領域12との間には走行路13が設けられている。作業領域1には複数の作業車両2が配備され、各作業車両2には予め走行路13が教示される。なお、作業車両2は主として無人車両であるが、有人車両が含まれる場合もある。
【0004】
各作業車両2はGPS(グローバル・ポジショニング・システム)又はその他の位置計測法で自己の位置を計測しており、自己の位置データと教示によって記憶した走行路13の位置データとを比較しつつ、自己が走行路13に沿って走行するように操舵する。こうして各作業車両2は順次走行する。なお、以下では説明の便宜のために、順次走行する作業車両2の相対関係をいう場合、前方の作業車両2を2fとし、後方の作業車両2を2bということにする。
【0005】
各作業車両2で取得された位置データや速度データは管制局4に送信される。管制局4では本システムの運行が集中管理されており、各作業車両2との間で通信が行われる。管制局4は、各作業車両2から送信された位置データや速度データ等を受信し、また各作業車両2に制御を指示する指示データを送信する。指示データを受信した作業車両2は、その指示内容に従い自己の制御を行う。
【0006】
例えば、下記特許文献1では、走行路13がセグメントに分割されており、前方の作業車両2fと後方の作業車両2bとの間のセグメント数が設定数以下となった場合に干渉の虞があるものとし、管制局4は、後方の作業車両2bに対して停止・減速を指示する指示データを送信する。指示データを受信した作業車両2は、自己の停止・減速を行う。
【0007】
積み込み領域11に到達した作業車両2は、必ず停止位置11bで一旦停止する。そして、油圧ショベル等の積み込み車両5からの入場指令を受信した後に積み込み位置11aに移動する。土砂の積み込みが終了した作業車両2は、走行路13に沿って排土領域12に向かって走行する。排土領域12にも排土位置12a及び停止位置12bが設けられている。各作業車両2はこの停止位置11b、12bを目標として走行する。積み込み位置11a、排土位置12aは作業の進行に伴い移動する。
【0008】
以上が作業車両の誘導システムの大要である。現状のシステムにおいては、生産性、安全性、コスト(燃費やタイヤの摩耗量等)を考慮し、作業車両2の配備台数や速度等が最適化される。最適化されたシステムでは、各作業車両2は目標速度Ssで速度制御し走行すると共に、停止位置11b、12bまで停止することなく走行する。
【0009】
【特許文献1】
国際公開第98/37468号パンフレット
【発明が解決しようとする課題】
積み込み領域11や排土領域12では作業が遅延する場合がある。すると、図2(a)に示すように、前方の作業車両2fが停止位置11b、12bに停止しているため、後方を走行する作業車両2bは積み込み領域11又は排土領域12に到達すると、停止位置11b、12bの手前で不測の停止を余儀なくされる。また、落石等の撤去作業のために作業車両2fが走行路13を一時的に閉鎖する場合がある。すると、図2(a)に示すように、後方の作業車両2bは作業車両2fの手前で不測の停止を余儀なくされる。
【0010】
このような場合に、従来のシステムでは、後方の作業車両2bは、目標速度Ssで走行し続け、停止した作業車両2fに接近した時点で停止する。そして、停止した作業車両2fが再走行するまで後方の作業車両2bは停止状態で待機する。特許文献1の技術によれば、後方の作業車両2bは、目標速度Ssで走行し続け、停止した作業車両2fとの間のセグメント数が第1の設定数以下となった時点で減速し、停止した作業車両2fとの間のセグメント数が第2の設定数以下となった時点で停止する。
【0011】
ところで、作業車両2が走行する際、速度の上昇に伴いタイヤの摩耗量は増加することが知られている。逆にいうと、より低速で走行することによってタイヤの摩耗量は減少するといえる。しかし、低速で走行することによって時間当たりの走行距離は減少するため、生産性は低下する。
【0012】
このようなことから、生産性とタイヤの摩耗量を考慮して作業車両2の目標速度Ssは最適化されているが、作業車両2bが目標速度Ssで速度制御し、停止した作業車両2fに追いつこうが、減速した速度Sl(<Ss)で走行し、停止した作業車両2fに追いつこうが、生産性の面では同等である。むしろ、目標速度Ssで速度制御し、停止状態で待機することは、タイヤを無駄に消耗させるといえる。
【0013】
作業車両2のタイヤは非常に高額であり、タイヤの摩耗量の増加は作業コストの上昇を招く。したがって、作業コストを低減するためには、タイヤの摩耗を抑制する必要がある。
【0014】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、作業車両の待機時間を最小にすることによって、生産性を維持しつつ、作業コストを低減することを解決課題とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段および作用、効果】
第1発明は、
走行路上の作業車両の位置情報と、速度情報と、停止を要する停止時間情報とに基づいて、後方車両が現行の速度で走行し前方で停止する作業車両に追いつくと予測される場合に、停止する作業車両の後方で後方車両が待機する待機時間を演算する待機時間演算手段と、
前記待機時間演算手段で演算した待機時間を最小にすべく、後方車両の速度を演算する速度演算手段と、
前記速度演算手段で演算した速度で後方車両を走行させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0016】
第2発明は、
設定した走行路に沿って複数の作業車両を順次誘導走行させる作業車両の誘導システムにおいて、
作業車両の位置を計測する車両位置計測手段と、
走行路上で停止する停止車両の位置と、停止車両が停止を要する停止時間と、停止車両の台数と、停止車両の後方を走行する後方車両の位置と、後方車両の速度と、に基づいて、後方車両が現行の速度で走行し前方の停止車両に追いつくと予測される場合に、後方車両が停止車両に追いつき停止してから前方の停止車両が再走行するまでの後方車両の待機時間を演算する待機時間演算手段と、
前記待機時間演算手段で演算した待機時間を最小にすべく、後方車両の速度を演算する速度演算手段と、
前記速度演算手段で演算した速度で後方車両を走行させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0017】
第1、第2発明を図3を参照し説明する。
【0018】
位置計測部21(車両位置計測手段)は、作業車両2の位置Pを計測する。位置Pのデータは待機時間演算部51(待機時間演算手段)に出力される。
【0019】
待機時間演算部51(待機時間演算手段)は、各作業車両2で計測された位置Pのうち、停止する作業車両2fの位置Pfと、1台の作業車両2が停止を要する時間T1と、停止する作業車両2fの台数Nと、停止する作業車両2fの後方を走行する作業車両2bの位置Pbと、走行する作業車両2bの目標速度Ssと、に基づき、待機時間twを演算する。待機時間tw>0の場合は、待機が発生すると予測され、待機時間twのデータが速度演算部52(速度演算手段)に出力される。なお、待機時間twとは、作業車両2fの停止に伴い、後方を走行する作業車両2bが作業車両2fの後方で不測の停止をする場合に、後方の作業車両2bが停止してから前方の作業車両2fが再走行するまでの時間のことをいう。
【0020】
速度演算部52(速度演算手段)は、待機時間twを最小にすべく作業車両2bの減速速度Slを演算する。減速速度Slは指令データとして車両制御部28(速度制御手段)に出力される。
【0021】
車両制御部28(速度制御手段)は、減速速度Slの指令に基づき、作業車両2bの速度を制御する。
【0022】
本発明によれば、生産性に影響が出ない範囲で作業車両2の速度を減速させることができ、待機時間を最小にすることができる。すると、タイヤの摩耗が抑制され、作業コストが低減する。また、高速走行よりも低速走行の方が作業車両2に対する負担が低減するため、マシンライフが向上する。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明に係る作業車両の誘導システムの実施形態について説明する。
【0024】
なお、本実施形態では作業車両として主に無人ダンプトラックを想定しているが、本発明はダンプトラック以外の車両、例えば、ホイルローダや油圧ショベル等にも適用可能である。
【0025】
作業車両の誘導システムの大要については図1を用いて既に説明した通りである。
【0026】
図3は第1の実施形態の機能ブロック図である。
【0027】
作業車両2には、位置計測部21と、速度計測部22と、通信部23と、記憶部26と、処理部27と、車両制御部28が設けられている。
【0028】
位置計測部21は、一定間隔(例えば、500msec)をもってGPS衛星との間で通信を行い、作業車両2(自己)の位置Pを計測する。他の方法、例えばジャイロとタイヤの回転数を使用して位置Pを計測するようにしてもよい。計測された作業車両2の位置Pは位置データとして出力される。
【0029】
速度計測部22は、作業車両2(自己)の速度Sを計測する。計測された作業車両2の速度Sは速度データとして出力される。
【0030】
通信部23は、管制局間通信部24と車両間通信部25とからなる。管制局間通信部24は、管制局4に設けられた通信部41との間で通信を行う。車両間通信部25は、他の作業車両2に設けられた車両間通信部25との間で通信を行う。例えば、通信部23は、位置計測部21から出力された位置データ及び速度計測部22から出力された速度データを送信し、他の作業車両2の位置データや速度データ、その他データを受信する。
【0031】
記憶部26は、教示された走行路13の位置データ及び目標速度Ssの速度データを記憶する。走行路13は次のようにして記憶される。走行路13に沿ってオペレータが所定車両を走行させ、この所定車両の軌跡が位置データとして管制局4に送信され、この位置データが管制局4から各作業車両2の管制局間通信部24に送信され、記憶部26に記憶される。
【0032】
処理部27は、各構成部間のデータの授受を行うと共に、他の構成部から出力された種々のデータに基づいて車両の制御指令を生成し、車両制御部28に出力する。例えば、位置計測部21から出力された位置データと記憶部26に記憶された走行路13の位置データとを比較し、作業車両2が走行路13に沿って走行するよう車両制御部28に操舵制御指令を出力する。また速度計測部22で計測された速度Sと記憶に記憶された目標速度Ssとを比較し、作業車両が目標速度Ssで走行するように車両制御部28に減速、加速の速度制御指令を出力する。
【0033】
車両制御部28は、制御指令に基づいて速度制御や操舵制御等の走行制御を行う。
【0034】
管制局4には、通信部41と、待機時間演算部51と、速度演算部52とが設けられている。
【0035】
通信部41は、各作業車両2に設けられた管制局間通信部24との間で通信を行う。
【0036】
待機時間演算部51は、作業車両2に生じる待機時間twを演算する。待機時間twとは、作業車両2が走行路13の途中で不測の停止をすることが予測される場合に、この作業車両2が再走行するまでの時間のことをいう。また、待機時間演算部51は待機時間twを演算するために、作業車両1台あたりの通常の積み込み時間T1を記憶する。ここで行われる処理内容については後述する。
【0037】
待機時間演算部51は、作業車両2に生じる待機時間twを演算する。待機時間twとは、作業車両2fの停止に伴い、後方を走行する作業車両2bが作業車両2fの後方で不測の停止をする場合に、後方の作業車両2bが停止してから前方の作業車両2fが再走行するまでの時間のことをいう。また、待機時間演算部51は待機時間twを演算するために、作業車両1台あたりの通常の積み込み時間T1を記憶する。ここで行われる処理内容については後述する。
【0038】
速度演算部52は、演算された待機時間twを最小(望ましくはゼロ)にするために、作業車両2bの減速速度Slを演算する。減速速度Slは一定値であってもよいし、段階的に減少する値であってもよい。
【0039】
図4は本発明の処理フローである。
【0040】
まず最初に、図2(a)で示したように、積み込み作業が遅延する場合の処理について説明する。なお、排土作業が遅延する場合も実質的に同一の処理が行われる。
【0041】
各作業車両2の位置計測部21では自己の位置P及び速度Sが計測される(ステップ41)。位置P、速度Sは位置データ、速度データとして管制局間通信部24から送信され、管制局4の通信部41で受信される。各作業車両2から送信された位置データ、速度データが通信部41から待機時間演算部51に出力されると、待機時間演算部51で待機時間twの演算が行われる(ステップ42)。
【0042】
ここで待機時間twの演算方法を説明するが、説明の便宜上、下記演算式で使用する各パラメータをつぎのように定義する。
【0043】
・作業車両1台あたりの通常の積み込み時間T1:積み込み時間T1
・停止する作業車両2fの台数N:停止台数N
・停止する作業車両2fのうち最後尾で停止する作業車両2fが再走行するまでに要する時間t1:再走行時間t1
・停止する作業車両2fの位置Pf(但し、(停止台数N)≧2の場合は、最後尾で停止する作業車両2fの位置Pf):位置Pf
・走行する作業車両2bの位置Pb:位置Pb
・作業車両2f、2b間の距離d:距離d
・走行する作業車両2bが停止する作業車両2fの位置Pfに到達するまでに要する到達時間t2:到達時間t2
なお、積み込み時間T1は待機時間演算部51に予め与えられた値であり、位置Pf、Pbは各作業車両2から送信される位置データから得られる値である。また、停止台数Nは各作業車両2から送信される速度データ(S=0)から判定される値である。
【0044】
待機時間演算部51では、
1.(積み込み時間T1)×(停止台数N)=(再走行時間t1)が演算され、
2.(位置Pf)と(位置Pb)とから(距離d)が演算され、
3.(距離d)/(目標速度Ss)=(到達時間t2)が演算され、
4.(再走行時間t1)−(到達時間t2)=(待機時間tw)が演算される。
【0045】
(待機時間tw)>0の場合は作業車両2bの待機が発生すると予測され、作業車両2bの減速速度Slの演算が行われる(ステップ43の判断YES)。(待機時間tw)≦0の場合は作業車両2bの待機が発生しないと予測され、現行の目標速度Ssにて作業車両2の速度制御が行われる(ステップ43の判断NO、ステップ44)。
【0046】
作業車両2bの待機が予測される場合は、速度演算部52で減速速度Slの演算が行われる。例えば、
(距離d)/(到達時間t2)=(減速速度Sl)(<目標速度Ss)
が演算される。これによって得られる減速速度Slは一定値である。なお、減速速度Slは段階的に減少する値であってもよい(ステップ45)。
【0047】
速度演算部52で演算された減速速度Slは速度制御データとして通信部41に出力され、通信部41から待機が予測される作業車両2bの管制局間通信部24に送信され、処理部27に出力される。処理部27では減速速度Slに応じた速度制御指令が生成され車両制御部28に出力される。そして、車両制御部28によって作業車両2bは速度制御され、減速速度Slにされる(ステップ46)。
【0048】
なお、積み込み位置11aで土砂を積み込まれている作業車両2が、管制局4に自己の積載量を送信するようにしてもよい。この場合、作業車両2の土砂の積み込み終了までの時間T1′が予測演算できる。したがって、この時間T1′を再走行時間t1に加算することにより、より正確な待機時間twを演算可能になる。
【0049】
つぎに、図2(b)で示したような、落石等の撤去作業のために作業車両2fが走行路13を一時的に閉鎖する場合の処理について説明する。
【0050】
処理手順は図4に示す処理フローと同じであるが、待機時間の演算(ステップ42)のみに異なる点があるため、待機時間の演算方法のみを説明する。
【0051】
説明の便宜上、下記演算式で使用する各パラメータを上記定義とともに、つぎのように定義する。
【0052】
・走行路13を閉鎖する時間T2:閉鎖時間T2
・作業車両2fの後方で停止した作業車両2において、前方の作業車両2fの再走行と後方の作業車両2bの再走行との間に設けられる時間間隔T3:時間間隔T3なお、閉鎖時間T2及び時間間隔T3は予め与えらる値であってもよいし、障害物の撤去を行う作業員が作業の状況に応じて管制局4に送信する値であってもよい。
【0053】
待機時間演算部51では、
1.(閉鎖時間T2)+{(時間間隔T3)×(停止台数N−1)}=(再走行時間t1)が演算され、
2.(位置Pf)と(位置Pb)とから(距離d)が演算され、
3.(距離d)/(目標速度Ss)=(到達時間t2)が演算され、
4.(再走行時間t1)−(到達時間t2)=(待機時間tw)が演算される。
【0054】
このようにして演算された待機時間twに基づき、待機の予測及び速度制御等が行われる。その手順は上述した説明と同じであるため、ここでは省略する。
【0055】
ところで、第1の実施形態では待機時間演算部51及び速度演算部52が管制局4に設けられている。しかし、これらの機能を作業車両2に設けることも可能である。
【0056】
図5は他の実施形態の機能ブロック図である。
【0057】
本実施形態では作業車両2に速度演算部52が設けられている。つまり、管制局4の待機時間演算部51で待機時間twが演算され、通信部41から待機時間データが送信される。このデータは作業車両2の管制局間通信部24で受信され、速度演算部52に出力される。速度演算部52で演算された減速速度Slのデータは処理部27に出力される。処理部27では減速速度Slに応じた速度制御指令が生成され車両制御部28に出力される。そして、車両制御部28によって作業車両2bは速度制御され、減速速度Slにされる。
【0058】
図6は図5と異なる他の実施形態の機能ブロック図である。
【0059】
本実施形態では作業車両2に待機時間演算部51及び速度演算部52が設けられている。つまり、管制局4の通信部41から各作業車両2の位置データ及び速度データが送信される。各データは作業車両2の管制局間通信部24で受信され、待機時間演算部51に出力される。待機時間演算部51で待機時間twが演算されると、待機時間データが速度演算部52に出力される。速度演算部52で演算された減速速度Slのデータは処理部27に出力される。処理部27では減速速度Slに応じた速度制御指令が生成され車両制御部28に出力される。そして、車両制御部28によって作業車両2bは速度制御され、速度Sが減速速度Slにされる。
【0060】
なお、各実施形態では作業車両2の管制局間通信部24と管制局4の通信部41との間の通信によって各データを交換するようにしているが、管制局4を介さずに各作業車両2の車両間通信部25間の通信によって各データを交換することも可能である。
【0061】
また、各実施形態では無人の作業車両を想定しているが、本発明は有人の作業車両にも適用可能である。通常、有人の作業車両はオペレータによって速度制御されている。したがって、演算した待機時間twをディスプレイ等の表示装置に表示するようにし、表示を見たオペレータが自身の判断で速度制御するようにしてもよい。あるいは、演算した減速速度Slをディスプレイ等の表示装置に表示するようにし、表示を見たオペレータが減速速度Slにするように速度制御するようにしてもよい。
【0062】
本発明によれば、生産性に影響が出ない範囲で作業車両2の速度を減速させることができ、待機時間を最小にすることができる。すると、タイヤの摩耗が抑制され、作業コストが低減する。また、高速走行よりも低速走行の方が作業車両2に対する負担が低減するため、マシンライフが向上する。
【0063】
また、タイヤの摩耗と燃費とを考慮して、減速速度Slを最適化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は作業車両の誘導システムを示す外観図である。
【図2】図2は作業車両が不測の停止をする状況を示す図である。
【図3】図3は第1の実施形態の機能ブロック図である。
【図4】図4は本発明の処理フローである。
【図5】図5は他の実施形態の機能ブロック図である。
【図6】図6は他の実施形態の機能ブロック図である。
【符号の説明】
2 作業車両
4 管制局
13 走行路
21 位置計測部
22 速度計測部
23 通信部
24 管制局間通信部
25 車両間通信部
26 記憶部
27 処理部
28 車両制御部
41 通信部
51 待機時間演算部
52 速度演算部
Claims (2)
- 走行路上の作業車両の位置情報と、速度情報と、停止を要する停止時間情報とに基づいて、後方車両が現行の速度で走行し前方で停止する作業車両に追いつくと予測される場合に、停止する作業車両の後方で後方車両が待機する待機時間を演算する待機時間演算手段と、
前記待機時間演算手段で演算した待機時間を最小にすべく、後方車両の速度を演算する速度演算手段と、
前記速度演算手段で演算した速度で後方車両を走行させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする作業車両の誘導システム。 - 設定した走行路に沿って複数の作業車両を順次誘導走行させる作業車両の誘導システムにおいて、
作業車両の位置を計測する車両位置計測手段と、
走行路上で停止する停止車両の位置と、停止車両が停止を要する停止時間と、停止車両の台数と、停止車両の後方を走行する後方車両の位置と、後方車両の速度と、に基づいて、後方車両が現行の速度で走行し前方の停止車両に追いつくと予測される場合に、後方車両が停止車両に追いつき停止してから前方の停止車両が再走行するまでの後方車両の待機時間を演算する待機時間演算手段と、
前記待機時間演算手段で演算した待機時間を最小にすべく、後方車両の速度を演算する速度演算手段と、
前記速度演算手段で演算した速度で後方車両を走行させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする作業車両の誘導システム。
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