JP2019051737A

JP2019051737A - 放土位置決定装置

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Publication number: JP2019051737A
Application number: JP2017175179A
Authority: JP
Inventors: 拓久哉中; Takuya Naka; 啓範石井; Keihan Ishii
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: JP6824851B2

Abstract

【課題】過去の放土ででき上がったパイル形状が想定と異なる場合にも高密度に放土することができる放土位置決定装置を提供する。【解決手段】暫定放土位置の周辺に存在する過去の放土作業で形成されたパイルの形状を計測する環境形状計測センサからの出力を基に、暫定放土位置の周辺の地形形状データを算出し、地形形状データを基に暫定放土位置の隣接パイルの位置を決定し、隣接パイルと暫定放土位置を結ぶ仮想直線上に複数の放土候補位置を設定し、各放土候補位置に対して、今回の放土作業で放土する積載物の重量に過去の放土済み領域に放土した積載物の過去重量を加算した合計放土重量を、予想放土面積に過去放土面積を加算した合計放土面積で除算して予想土砂密度を算出し、予め定められた目標土砂密度以下であって、予想土砂密度が最も高い放土候補位置を目標放土位置として決定する。【選択図】図９

Description

本発明は放土位置決定装置に係り、特に露天掘り鉱山等の広域な放土場において、ダンプトラックが積載物を密に放土するための放土位置を決定する技術に関する。

露天掘り鉱山等では、砕石物の搬送を行うダンプトラックを無人で運行させる自律運行システムが活用されている。

鉱山にはダンプトラックが放土を行う放土場がある。放土にはいくつかの方法があるが、特にパドックダンピングと呼ばれる放土方法では、ダンプトラックは平坦な地表面に土砂などの積載物を放土する。このとき、１つの放土場の面積の利用効率を高めるためには、土砂が可能な限り高密度になるように放土することが求められる。

特許文献１には、高密度に放土するための技術として「領域データ入力手段に入力された目標領域の位置データ（境界線の位置データ）に基づいて、当該目標領域内部の複数の目標点の位置データが生成される。そして生成された複数の目標点の位置データが順次与えられることにより車両が目標領域内部の複数の目標点へ順次誘導走行される（要約抜粋）」構成を有する車両の誘導装置が開示されている。

米国特許第６５０２０１６号明細書

特許文献１に記載の技術では、放土される放土量を想定したうえで予め放土目標位置が複数決定されてそこに順次放土していくので、過去の放土量が想定よりも少ない場合は放土によってできるパイル形状が想定と異なってしまうため高密度な放土ができず、放土場の面積の利用効率が低下するという課題が残る。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、過去の放土ででき上がったパイル形状が想定と異なる場合にも高密度に放土することができる放土位置決定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は放土場内に過去の放土作業で形成されたパイルの形状を計測する環境形状計測センサ、及びダンプトラックに積載された積載物の重量を検出する積載重量検出装置の其々に有線又は無線で接続され、前記ダンプトラックが前記放土場内にこれから放土作業を行う目標放土位置を決定するための放土位置決定装置であって、前記ダンプトラックがこれから放土する位置として暫定的に定められた暫定放土位置のデータを取得する暫定放土位置取得部と、前記環境形状計測センサが出力した計測データを取得し、当該計測データに基づいて前記暫定放土位置の周辺に存在する土砂及びパイルの形状を含む地形形状データを算出する地形算出部と、前記地形形状データを基に前記暫定放土位置に隣接する過去の放土作業で形成された隣接パイルの位置を決定し、当該隣接パイルの位置及び前記暫定放土位置を結ぶ仮想直線上に複数の放土候補位置を設定する放土候補位置設定部と、前記地形形状データ及び前記積載重量検出装置からの出力に基づいて、各放土候補位置で放土した場合のパイルの予想形状、及び当該パイルの底面積から過去の放土済み領域の底面積に重なる部分を除いた面積からなる予想放土面積を推定するパイル形状推定部と、前記放土場内における過去の放土済み領域に放土した積載物の重量を取得する放土重量取得部と、前記放土場内における過去の放土済み領域の面積からなる過去放土面積を取得する放土面積取得部と、前記積載重量検出装置からの出力を基に決まる今回の放土作業で放土する積載物の重量に前記過去の放土済み領域に放土した積載物の過去重量を加算した合計放土重量を、前記予想放土面積に前記過去放土面積を加算した合計放土面積で除算して予想土砂密度を算出する土砂密度算出部と、前記放土場の適切な土砂密度として予め定められた目標土砂密度以下となる放土候補位置のうち、前記予想土砂密度が最も高い放土候補位置を目標放土位置として決定する放土位置決定部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、過去の放土ででき上がったパイル形状が想定と異なる場合にも高密度に放土することができる放土位置決定装置を提供することができる。上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

鉱山の自律走行システムの概略図ダンプトラックの外観図管制局及びダンプトラックのハードウェア構成図放土位置及び放土方向の設定例を示す図放土位置決定装置のハードウェア構成図放土位置決定装置の機能構成を示すブロック図暫定放土位置に向かって後退でダンプトラックが接近する状態を示す図放土位置決定処理の流れを示すフローチャート放土候補位置の設定例を示す図放土候補位置４５０ｂに対して放土したと推定した状態を示す図放土候補位置４５０ｄに対して放土したと推定した状態を示す図合計放土面積の算出例を示す図目標土砂密度と予想パイル高さとから目標放土位置を決定する処理例を示す図第二実施形態に係る目標放土位置の処理の流れを示すフローチャート停止から微速前進中にかけて放土をした際のダンプトラックの積載重量検出装置の出力値例を示す図第二実施形態に係るパイル形状を示す図

以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更及び修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

＜第一実施形態＞
第一実施形態は、ダンプトラック１０が放土位置で停止し、完全に放土してから前進を行う場合の放土位置決定処理である。図１は、鉱山の自律走行システムの概略図である。鉱山には、管制局２０、積込場６１、放土場６２、及び積込場６１と放土場６２とを連結する搬送路６０が設置される。管制局２０には、搬送路６０を自律走行するダンプトラック１０の交通管制を行う交通管制装置２００が設置される。

積込場６１では、油圧ショベル３０が掘削作業を行い、ダンプトラック１０に積荷を積載する。ダンプトラック１０は、搬送路６０を走行して放土場６２まで積荷を運搬し、パドックダンピングと呼ばれる放土方法により放土する。本実施形態は、パドックダンピング時に放土場６２で放土された土砂密度が高密になるように、放土位置を決定する点に特徴がある。

鉱山の自律走行システム１は、各ダンプトラック１０及び油圧ショベル３０の其々と、交通管制装置２００とを無線通信回線４０を介して通信接続して構成される。

図２は、ダンプトラック１０の外観図である。ダンプトラック１０は、車体フレーム（ｖｅｈｉｃｌｅｆｒａｍｅ）２と、車体フレーム２上に起伏可能に設けられたベッセル３とを有する。更に車体フレーム２の前側上方に運転室４が設けられている。そして、車体フレーム２の下部には左右の前輪５及び後輪６が備えられる。また、ダンプトラック１０の前方にはＧＮＳＳアンテナ７を備える。

更にダンプトラック１０は、車体後部に外界センサ１２０を備える。外界センサ１２０は、ダンプトラック１０が自律走行をする際に周辺環境を計測するために備えられたセンサであり、例えばＬｉＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｎｄＲａｎｇｉｎｇ）や、カメラ、また距離画像センサでもよい。本実施形態では、ダンプトラック１０に予め備えられた外界センサ１２０をダンプトラック１０の後方周囲の土手や過去に放土されたパイル、走行路面などの環境の形状を検出するための環境形状計測センサとして流用する。

また外界センサ１２０は、ダンプトラック１０の後方に設置されているが、設置位置は車体前面や側面に搭載されていても良い。

更に環境形状計測センサは、ダンプトラック１０に搭載されている必然性はなく、ダンプトラック１０とは別体に構成されてもよい。例えば、ドローンにカメラを搭載し、上空から放土場６２を撮影して画像データを生成し、ダンプトラック１０に画像データを送信してもよい。この場合、ダンプトラック１０は、画像データを環境形状計測データとして用いる。またダンプトラック１０は、放土位置決定装置１００を備える。放土位置決定装置１００の詳細は後述する。

図３は、管制局及びダンプトラックのハードウェア構成図である。図４は放土位置及び放土方向の設定例を示す図である。

ダンプトラック１０は、無線通信回線４０を介し管制局２０と無線通信を行う通信装置１８０と、これに接続された放土位置決定装置１００及び車両制御装置１１０とを含む。外界センサ１２０、ベッセル３の積荷加重を検出するためのシリンダストロークセンサやシリンダ圧力センサを用いた積載重量検出装置１３０、ＧＰＳセンサやＩＭＵを含む自車位置検出装置１４０を備え、これらは有線又は無線で放土位置決定装置１００に接続され、積載重量検出装置１３０及び自車位置検出装置１４０の其々の出力が放土位置決定装置１００に入力される。また、自車位置検出装置１４０の出力は車両制御装置１１０にも出力される。

車両制御装置１１０は、制動装置１５１、操舵モータ１５２、及び走行モータ１５３を含む車両駆動装置１５０に接続され、自律走行に必要な制御信号を車両駆動装置１５０に対して出力する。

なお、ダンプトラック１０は自律走行するが、オペレータが搭乗して運転することもあるので操縦装置１７０を搭載する。更にアラート等を発報する警報装置１６０を備えてもよい。

一方、管制局２０に備えられた交通管制装置２００は、鉱山内に存在する機械や車両の位置や速度、作業状態、目的地、車体仕様などの状態を取得可能な車両状態取得部２００ａ、鉱山内の搬送路や積込場６１、放土場６２などの位置関係や接続関係を示した経路データや各エリアにおけるダンプトラック１０が走行可能な範囲とそうでない部分との境界を示す境界データを保管する地図データ保管部２００ｂ、各ダンプトラック１０の走行経路を決定する経路生成部２００ｃ、各ダンプトラック１０に対し、当該車両だけが走行を許可された区間（走行許可区間）を設定し、各ダンプトラック１０からの要求に応じて随時設定した走行許可区間を更新する走行許可区間管理部２００ｄ、及びダンプトラック１０に対して放土作業全般の作業計画及び指示を与える放土作業計画部２００ｅを備えている。通信装置２１０は、無線通信回線４０を介して交通管制装置２００とダンプトラック１０とが必要なデータの送受信を行う。

放土作業計画部２００ｅは、放土場６２の境界線を示す境界データを基に、放土場内のどの位置からどのような順番でどのダンプトラック１０に対していつ放土作業を行えば良いかをダンプトラック１０の位置や速度、積載重量などの車両状態データや、過去の放土作業結果に応じて計画する。この作業計画はオペレータが行っても良いし、予め設定した条件に基づき自動的に計画しても良い。

具体的には、図４に示すように放土場６２に対して初期放土位置と、初期放土方向、放土順番方向を設定し、ダンプトラック１０の積載物を基にどのような順番で放土作業を行えば良いか計画する。そして、設定された初期放土位置と初期放土方向の情報、またこれらが設定された後に放土位置、放土方向が設定されると随時経路生成部２００ｃに通知する。

初期放土位置の後に放土作業計画部２００ｅが設定する放土位置は、ダンプトラック１０に搭載された放土位置決定装置１００の処理により変更される可能性がある。よって、放土作業計画部２００ｅが設定する放土位置は暫定的に設定された放土位置であるので「暫定放土位置」と呼び、これを基に放土位置決定装置１００が決定する放土位置を「目標放土位置」と呼ぶ。更に、放土位置決定装置１００が目標放土位置を決定する前段階において設定する複数の放土位置を「放土候補位置」という。目標放土位置は放土候補位置の中から選択されたものである。

経路生成部２００ｃは、ダンプトラック１０から目標放土位置の情報を取得し、目標放土位置に向かってダンプトラックを走行させるための経路を生成する。生成された経路の情報は、通信装置２１０を介してダンプトラックに送信される。

詳細は後ほど述べるが、ダンプトラック１０に搭載された放土位置決定装置１００では指定された暫定放土位置周囲の地形と積載重量に応じて、目標放土位置を決定する。決定された目標放土位置は通信装置１８０を介して交通管制装置２００の放土作業計画部２００ｅに送信される。そして送信された目標放土位置に到達するための経路を経路生成部２００ｃが生成し、再度ダンプトラック１０の車両制御装置１１０に通知する事で、ダンプトラック１０は目標放土位置に向かって走行し、目標停止位置に停止する。そしてベッセル３を起伏させるための制御信号が生成され、ダンプトラック１０が放土作業を行う。放土作業が完了したら、ダンプトラック１０から交通管制装置２００に対して、実際に放土した位置や放土重量、放土領域などの情報が通知される。放土作業計画部２００ｅはこれらの情報を基に次の暫定放土位置を決定し、次に放土作業を行わせるダンプトラック１０に対して暫定放土位置を通知する。この処理を繰り返し実行することで、放土計画に沿った放土作業を実施することができる。

図５は、放土位置決定装置１００のハードウェア構成図である。放土位置決定装置１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤＤ１０４、入力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１０５、出力Ｉ／Ｆ１０６を含みこれらがバス１０７を介して互いに接続された制御装置を用いて構成される。交通管制装置２００も上記と同様の構成を含む。

図６は、放土位置決定装置１００の機能構成を示すブロック図である。図６に示すように、放土位置決定装置１００は、地形算出部１００ａ、暫定放土位置接近判定部１００ｂ、暫定放土位置取得部１００ｃ、目標土砂密度取得部１００ｄ、パイル形状推定部１００ｅ、土砂密度算出部１００ｆ、放土面積取得部１００ｇ、放土重量取得部１００ｈ、放土位置決定部１００ｉ、放土候補位置設定部１００ｊ、及び算出結果記憶部１００ｋを含んで構成される。これら各機能部は、各機能を実現するソフトウェアと図５に示すハードウェアとが協働することで構成されてもよいし、各機能を実現する集積回路により構成されてもよい。

図７及び図８を参照して放土位置決定装置を用いたダンプトラック１０の動作について説明する。図７は、暫定放土位置に向かって後退でダンプトラック１０が接近する状態を示す図である。図８は、放土位置決定処理の流れを示すフローチャートである。

図７に暫定放土位置４００に対して放土作業を行う事例を示す。図７のパイル４１１、４１２、４１３は、過去の放土作業において目標とされた放土位置４０１、４０２、４０３を中心に放土された土砂が占有している範囲を示している。

交通管制装置２００に実装されている放土作業計画部２００ｅは、今回の暫定放土位置４００を決定し、暫定放土位置４００及び過去に実際に放土された放土位置４０１、４０２、４０３の位置データをダンプトラック１０の放土位置決定装置１００に通知する。

なお、本実施形態では、放土作業計画部２００ｅは、放土場６２内において最初に放土したい位置、即ち初期放土位置をユーザからの入力操作を基に設定し、その初期放土位置に対してダンプトラック１０が後退走行で接近する方向を初期放土方向ベクトルとして定義する。そして放土作業計画部２００ｅは初期放土方向ベクトルに対して直交する方向に放土順番方向を設定し、この放土順番方向に沿って順次暫定放土位置を設定する。以下この事例を用いて図８の各ステップに沿って処理の流れを説明する。

ダンプトラック１０の車両制御装置１１０は、交通管制装置２００が放土場６２内に定めた暫定放土位置４００と、放土場６２の入口から暫定放土位置４００までのアプローチ経路を取得し自律走行する（Ｓ１０１）。アプローチ経路上にはスイッチバック点が設けられている。ダンプトラック１０はスイッチバック点で進行方向を前進から後退に切り替える。これにより、アプローチ経路終端においてダンプトラック１０の車体の向きは、ダンプトラック１０の後部が暫定放土位置４００に対向し、外界センサ１２０の検出範囲に暫定放土位置４００に隣接する過去の放土作業で形成されたパイル４１１が含まれているものとする。

また放土位置決定装置１００の目標土砂密度取得部１００ｄは、交通管制装置２００の放土作業計画部２００ｅより送信される目標土砂密度データを、通信装置１８０を介して取得し、ＲＡＭ１０３に保存する（Ｓ１０２）。ここで目標土砂密度とは、放土場６２の適切な土砂密度として予め定められた土砂密度である。

暫定放土位置接近判定部１００ｂは、ダンプトラック１０が暫定放土位置４００に接近しているか否かを判定する（Ｓ１０３）。具体的には、ダンプトラック１０が暫定放土位置４００を起点とし、接近したと判定するために予め定められた距離閾値（接近判定閾値）Ｄ_ｔｈ以下の地点に到達したか判定する。図７に示すようにダンプトラック１０が自車位置４８０、暫定放土位置４００で示される場合、暫定放土位置接近判定部１００ｂは、ＲＡＭ１０３に保存されている暫定放土位置４００の座標値と、自車位置検出装置１４０から得られる自車位置４８０の座標値と、距離閾値Ｄ_ｔｈとを用いて下式（１）の充足可否により接近判定を行う。
但し、
（ｘｒ、ｙｒ、ｚｒ）：暫定放土位置４００の座標値
（ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ）：自車位置４８０の座標値
Ｄ_ｔｈ：接近したと判定する距離閾値（接近判定閾値）

暫定放土位置接近判定部１００ｂは、予め設定した指定時間以上、式（１）を満たす場合（Ｓ１０３／Ｙｅｓ）に接近したと判定すればよい。

距離閾値Ｄ_ｔｈは、地形算出部１００ａでの地形算出開始のトリガーになるため、自車両周辺の地形を十分に算出することが可能なように、ダンプトラック１０に搭載された外界センサ１２０の検出距離と同程度かそれ以上の長さに設定するのが好ましい。但し、距離閾値Ｄ_ｔｈを大きな値に設定すると、地形算出部１００ａの処理時間が長くなりリアルタイム性を損なったり、メモリ容量を圧迫したりするなどの問題が生じる可能性が高くなるため、コントローラ性能に応じて適宜調整する事が望ましい。なお、暫定放土位置４００への接近を判定する方法は説明した方法に限定されるものではなく、自車両の姿勢など他の情報を用いても良い。

式（１）が成り立たない場合には（Ｓ１０３／Ｎｏ）、距離閾値Ｄ_ｔｈ以下となる地点までダンプトラック１０は後退で暫定放土位置４００に接近しながら、距離計測を繰り返す。

式（２）が成り立つ場合には（Ｓ１０３／Ｙｅｓ）、地形算出部１００ａは、暫定放土位置周囲の地形形状データを算出する処理を行う（Ｓ１０４）。地形算出部１００ａは外界センサ１２０から得られた自車両周辺の環境形状の計測データを、同時刻に自車位置検出装置１４０によって検出した自車位置及び姿勢データを用いて鉱山座標系に変換することで自車両周辺の地形を算出する処理を行う。

地形算出部１００ａは、暫定放土位置接近判定部１００ｂからダンプトラック１０が暫定放土位置４００に接近したとの通知を受け取ってから地形算出処理を開始し、ダンプトラック１０が放土作業を開始するまで継続する。これにより、自車両周辺の地形を十分に精度よく算出できる。

放土候補位置設定部１００ｊは、暫定放土位置４００と過去の放土位置４０１とを結ぶ仮想直線上に等間隔に複数（ｎ個）の放土候補位置を設定する（Ｓ１０５）。図９を用いて説明する。図９は放土候補位置の設定例を示す図である。この仮想直線に沿って過去の放土位置４０１から暫定放土位置４００へ向かう方向が放土順番方向と一致する。

図９では９つの放土候補位置４５０ａ〜４５０ｉを設定した事例を示している。放土候補位置の設置間隔や設置する範囲はパイル形状推定処理精度やコントローラの処理性能に応じて適宜決定すればよい。

本実施形態では環境形状計測センサとしてダンプトラック１０に搭載したＬｉＤＡＲを用いるので、地形形状データに基づいてダンプトラック１０から暫定放土位置４００に隣接するパイル（以下「隣接パイル」という）までの距離及び角度がわかる。すなわちダンプトラック１０に対する隣接パイルの位置がわかるので、隣接パイルの相対位置をダンプトラック１０の絶対座標を基準に座標変換すると隣接パイルの絶対座標を算出できる。これと暫定放土位置４００の絶対座標とを結ぶ仮想直線を設定し、この仮想直線上に複数の放土候補位置を設定する。

次にステップＳ１０６からステップＳ１１１では、地形算出部１００ａで算出された地形形状データと、積載重量検出装置１３０で得られた積載重量のデータとから、各放土候補位置に対して放土した場合に形成されるパイルの予想形状の推定と予想土砂密度の算出を全ての放土候補位置に対して繰り返し実行し、最高土砂密度となる放土候補位置を求める処理を行う。

パイル形状推定部１００ｅは、パイル形状推定処理の対象とする放土候補位置Ｐｉ（ｉ＝１）を設定する（Ｓ１０６）。

パイル形状推定部１００ｅは、処理対象の放土候補位置Ｐｉに対して放土した場合のパイル形状を推定する（Ｓ１０７）。パイル形状の推定は、たとえば、地形の３次元形状データと積載物の物性情報（種類や重量、密度など）と放土時のベッセルの動かし方を基に個別要素法を用いて推定すればよい。土砂などの積載物を所定サイズの球形の粒子の集合体と捉え、粒子と粒子、粒子とベッセル、粒子と地形の間のばね係数と摩擦係数のパラメータを定め、ベッセル動作に応じて粒子の動きをシミュレーションすることで、どのようなパイル形状が形成されるか推定することができる。推定精度を高めるためには適切なパラメータ設定が必要になるため、予め積載物の種類に応じた放土動作を繰り返し行いパラメータを同定しておく事が望ましい。個別要素法の処理は一般的に負荷が大きい事から、ダンプトラック１０に搭載した処理装置で推定処理させるのではなく、予め代表的な地形と所定の積載重量に対するパイル形状の推定処理を行う。

そして、ステップＳ１０８及びステップＳ１０９で推定したパイル形状の高さ（以下「予想パイル高さ」という）と予想放土面積を予め求めておけばよい。そして予想パイル高さと予想放土面積の推定に用いた地形の３次元形状と積載重量とを対応付けたデータを、ＲＡＭ１０３に保存しておけばよい。

従って、パイル形状推定部１００ｅは、ステップＳ１０７で放土後のパイル形状を推定する場合は、まずステップＳ１０４で算出した暫定放土位置周囲の地形の３次元形状データと、ＲＡＭ１０３に保存されている全ての地形モデルの３次元形状データとの類似度を算出し、最も類似する地形モデルを特定する。

そしてパイル形状推定部１００ｅは、積載重量検出装置１３０から得られた積載重量と特定された地形モデルとから、対応するパイル高さと放土面積を求めればよい。なお、本実施形態ではパイル形状の推定方法を上記に限定するものではなく、他の推定方法を用いても良い。たとえば、様々な鉱山で日々実施されているダンプトラック１０の放土作業において、積載物の重量や種類、放土前の地形形状と、放土動作時のベッセルや車体の動きと、放土後の地形形状を計測し、得られた大量の計測データに対して統計処理を行い、その結果を利用してパイル形状を推定できるようにしても良い。

次にパイル形状推定部１００ｅは、予想パイル高さｈが高さ閾値Ｈ_ｔｈ以下であるかを確認する（Ｓ１０８）。

図１０は放土候補位置４５０ｂに対して放土したと推定した状態を示す図であり、パイル４５１ｂが形成されることを推定した結果を示す。予想パイル高さｈは、地面４２０に対するパイル頂上の高さを意味する。過去の放土で形成されているパイルの近くで新たに放土するとパイル高さが高くなり易く、放土時にダンプトラック１０のベッセル３がパイルに接触する可能性が高いため適切な放土作業が行えなくなる。

従って、パイル形状推定部１００ｅは、ベッセル３を下げた（着座させた）際に放土したパイルとベッセル３とが非接触であるかを確認する。

よって高さ閾値Ｈ_ｔｈは、ベッセル３を下げた際のベッセル３の下端の地上高さに対して、余裕を持った値に設定する。

ステップＳ１０８の判定処理の結果が否定の場合は（Ｓ１０８／Ｎｏ）、図１０に示す放土候補位置４５０ｂでは、ダンプトラック１０を停止させた状態で放土が完了しない、又は放土後にベッセル３を完全に着座させることができないので、処理対象となっている放土候補位置を目標放土位置としては選択できない。よって、ステップＳ１１１へ進み、パイル形状推定部１００ｅは未処理の放土候補位置が残っているかを判定する。予想パイル高さｈが高さ閾値Ｈ_ｔｈを超える放土候補位置は土砂密度の算出も行われないので、最終的に目標放土位置として決定されることはない。

図１１は放土候補位置４５０ｄに対して放土したと推定した状態を示す図である。ステップＳ１０８の判定処理の結果が肯定の場合（Ｓ１０８／Ｙｅｓ）、例えば図１１に示す放土候補位置４５０ｄについては、土砂密度算出部１００ｆにおいて、予想される合計放土面積Ｓと合計放土重量Ｍの算出を行う（Ｓ１０９）。

合計放土面積Ｓとは、放土時に形成されるパイルが存在する路面上の面積を意味する。

図１２は合計放土面積の算出例を示す図である。土砂密度算出部１００ｆが算出する合計放土面積Ｓは、図１２に示すように、過去の放土済み領域の面積からなる過去放土面積Ｓｐと、放土候補位置に対して放土した際に形成されるパイルの放土面積のうち、過去放土面積Ｓｐと重ならない部分の面積からなる予想放土面積Ｓｅとの加算値である。なお、ここでいう面積はパイルの表面積ではなく、地表面に占める面積でありパイルの底面積である。

土砂密度算出部１００ｆが算出する合計放土重量Ｍは、過去の放土作業で放土した積載物の過去重量Ｍｐと、今回の放土作業で放土する積載物の今回重量Ｍｅとの加算値である。

過去放土面積Ｓｐ及び過去重量Ｍｐは、交通管制装置２００の放土作業計画部２００ｅに記録されている。そこで、放土面積取得部１００ｇと放土重量取得部１００ｈとでこれらのデータを取得する。

そして土砂密度算出部１００ｆは、下式（２）に示すように予想される合計放土重量Ｍを予想される合計放土面積Ｓで除算して予想土砂密度ρを算出し、算出結果記憶部１００ｋに放土候補位置とその放土候補位置に対応する予想土砂密度ρとを対応付けて記憶する。算出結果記憶部１００ｋはＲＡＭ１０３の一部領域に構成してもよい（Ｓ１１０）。

全ての放土候補位置についてステップＳ１０６からステップＳ１１０の処理を実行し終えていない場合は（Ｓ１１１／Ｎｏ）、パイル形状推定部１００ｅは新たな放土候補位置Ｐｉを選択し（Ｓ１１２）、ステップＳ１０６以下の処理を繰り返す。

全ての放土候補位置についてステップＳ１０６からステップＳ１１０の処理を実行し終えた場合は（Ｓ１１１／Ｙｅｓ）、放土位置決定部１００ｉは、算出結果記憶部１００ｋに記憶された算出結果のうち、予想土砂密度が最も高い放土候補位置を選択する（Ｓ１１３）。

放土位置決定部１００ｉは、ステップＳ１１３で選択した放土候補位置の最高土砂密度が目標土砂密度取得部１００ｄから得られた目標土砂密度以下であるかを確認し（Ｓ１１４）、目標土砂密度以下の場合（Ｓ１１４／Ｙｅｓ）は、選択された放土候補位置を目標放土位置と決定し（Ｓ１１５）、放土作業計画部２００ｅに放土位置を通知する。

また放土位置決定部１００ｉは、最高土砂密度が目標土砂密度を超える場合には（Ｓ１１４／Ｎｏ）、最高土砂密度となる放土候補位置を放土作業計画部２００ｅに通知し（Ｓ１１６）、放土作業計画部２００ｅの判定に応じて対応する。例えば目標土砂密度を下回らない場合にも放土作業を継続させる場合には、放土作業計画部２００ｅが放土候補位置を目標放土位置として強制的に決定すれば良い。

図１３を参照して目標放土位置の決定例について説明する。図１３は、目標土砂密度と予想パイル高さとから目標放土位置を決定する処理例を示す。

放土作業計画部２００ｅは、通知された目標放土位置へのアプローチ経路を生成するために、経路生成部２００ｃに対して目標放土位置を通知する。そして、目標放土位置へのアプローチ経路を示す経路データを車両制御装置１１０に通知する事で、ダンプトラック１０を目標放土位置に誘導し、放土作業を実施することができる。本実施形態では、図１３に示すように、予想パイル高さｈが高さ閾値Ｈ_ｔｈ以下、かつ目標土砂密度ρ_ｒとなる条件下では、放土候補位置４５０ｄで放土する場合に土砂密度が最も高くなると判定されることから、放土候補位置４５０ｄが目標放土位置として決定される。

本実施形態によれば、放土位置決定部１００ｉは交通管制装置２００が決定した暫定放土位置４００を基準として、環境形状計測センサが出力した計測データを基に暫定放土位置４００の周辺の地形を示す地形形状データを算出し、これを基に複数の放土候補位置の設定と、各放土候補位置で放土した場合の予想土砂密度を算出する。これにより、過去の放土作業で想定外の形状のパイルが形成されていたとしても、直近の計測データを基に目標放土位置を決定することができるので、高密度に放土することが可能となる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態は、目標放土位置において放土作業の終盤に、ダンプトラック１０が前進しながら放土する態様を示す。図１４は、第二実施形態に係る目標放土位置の処理の流れを示すフローチャートである。図１５は、停止から微速前進中にかけて放土をした際のダンプトラック１０の積載重量検出装置の出力値例を示す図である。図１６は、第二実施形態に係るパイル形状を示す図である。

第二実施形態では、ダンプトラック１０から放土作業計画部２００ｅに積載重量検出装置１３０の出力値が送信されているものとする。

第二実施形態の処理でもステップＳ１０８の肯定、及びステップＳ１１３までの処理は第一実施形態と同様なので重複説明を省略する。

ステップＳ１０８において予想パイル高さｈが高さ閾値Ｈ_ｔｈを超える場合（Ｓ１０８／Ｎｏ）、パイル形状推定部１００ｅはＳ１０７で推定したパイル形状を予想放土重量に換算して停止時に放土できる放土重量（停止時予想放土量）Ｍ１を算出する（Ｓ１２１）。

パイル形状推定部１００ｅは積載重量検出装置１３０から現在の積載重量を取得し、それから停止時予想放土量Ｍ１を減算して、予想積載残量を算出する（Ｓ１２２）。

パイル形状推定部１００ｅは、予想積載残量を放土し終わるまでに微速前進で移動するときの予想移動距離を算出する（Ｓ１２３）。本ステップの処理はいくつか考えられが、例えば、停止時から時速５ｋｍまで加速し、時速５ｋｍでまだ放土が完了していないときは時速５ｋｍで走行を続けるとダンプトラック１０の動作を条件づけておく。パイル形状推定部１００ｅは、直近の放土作業時の積載重量検出装置１３０の出力値の時間変化を示すプロファイルデータを生成しておく（図１５参照）。そして図１５のプロファイルデータに、予想積載残量をフィッティングすることで微速前進を開始してから放土が完了する時間を予想し、速度をその時間で積分することで予想移動距離を算出する。図１５において網掛けを施している領域が微速前進しながら放土した量を示すので、上記網掛け領域にステップＳ１２２で算出した予想積載残量をフィッティングすれば、微速前進開始時から放土完了までの時間が推定できる。

パイル形状推定部１００ｅは、放土候補位置での土砂が広がる領域及び放土候補位置からステップＳ１２３で算出した予想移動距離までを結ぶ線を中心線として放土された土砂が広がる領域を、パイル形状として再度推定する（Ｓ１２４）。図１６に示すように、第二実施形態では、パイル形状は、円錐形状を基本としてダンプトラック１０の前進方向に向けて伸びた形状となる。

そしてステップＳ１０９において、ステップＳ１２４で推定したパイル形状の合計放土面積Ｓと合計放土重量Ｍの算出を行う（Ｓ１０９）。

本実施形態によれば、パドックダンピングで放土作業の完了時に、微速前進をしながら放土をする態様であっても、土砂密度を高く保って放土作業を行う事ができる。

上記実施形態は、本発明を限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での様々な変更態様は本発明に含まれるものとである。例えば、上記実施形態では自律走行ダンプトラックに放土位置決定装置１００を搭載したが、オペレータの運転で走行する有人ダンプトラックに放土位置決定装置１００を搭載してもよい。この場合、運転席にモニタを設置し、目標放土位置と自車位置とを表示することで、オペレータに後退走行する際の目標停止位置を通知してもよい。これにより、有人ダンプトラックであっても高密な放土作業を実現しやすくなる。

また上記実施形態では、放土位置決定装置はダンプトラックに搭載にしたが、交通管制装置に放土位置決定装置を搭載し、目標放土位置及びそれに至るアプローチ経路をダンプトラックに送信するように構成してもよい。

１０・・・ダンプトラック
２０・・・管制局
１００・・放土位置決定装置
１２０・・外界センサ（環境形状計測センサ）
２００・・交通管制装置

Claims

放土場内に過去の放土作業で形成されたパイルの形状を計測する環境形状計測センサ、及びダンプトラックに積載された積載物の重量を検出する積載重量検出装置の其々に有線又は無線で接続され、前記ダンプトラックが前記放土場内にこれから放土作業を行う目標放土位置を決定するための放土位置決定装置であって、
前記ダンプトラックがこれから放土する位置として暫定的に定められた暫定放土位置のデータを取得する暫定放土位置取得部と、
前記環境形状計測センサが出力した計測データを取得し、当該計測データに基づいて前記暫定放土位置の周辺に存在する土砂及びパイルの形状を含む地形形状データを算出する地形算出部と、
前記地形形状データを基に前記暫定放土位置に隣接する過去の放土作業で形成された隣接パイルの位置を決定し、当該隣接パイルの位置及び前記暫定放土位置を結ぶ仮想直線上に複数の放土候補位置を設定する放土候補位置設定部と、
前記地形形状データ及び前記積載重量検出装置からの出力に基づいて、各放土候補位置で放土した場合のパイルの予想形状、及び当該パイルの底面積から過去の放土済み領域の底面積に重なる部分を除いた面積からなる予想放土面積を推定するパイル形状推定部と、
前記放土場内における過去の放土済み領域に放土した積載物の重量を取得する放土重量取得部と、
前記放土場内における過去の放土済み領域の面積からなる過去放土面積を取得する放土面積取得部と、
前記積載重量検出装置からの出力を基に決まる今回の放土作業で放土する積載物の重量に前記過去の放土済み領域に放土した積載物の過去重量を加算した合計放土重量を、前記予想放土面積に前記過去放土面積を加算した合計放土面積で除算して予想土砂密度を算出する土砂密度算出部と、
前記放土場の適切な土砂密度として予め定められた目標土砂密度以下となる放土候補位置のうち、前記予想土砂密度が最も高い放土候補位置を目標放土位置として決定する放土位置決定部と、
を備えることを特徴とする放土位置決定装置。
請求項１に記載の放土位置決定装置において、
前記ダンプトラックは車体フレーム及びその上に起伏可能に搭載されるベッセルを備え、
前記パイル形状推定部は、推定したパイルの予想形状の高さが、前記車体フレームに着座したベッセルに非接触であるかを判定する高さ閾値以下となる放土候補位置を選択し、
前記放土位置決定部は、前記選択された放土候補位置の中から前記目標放土位置を決定する、
ことを特徴とする放土位置決定装置。
請求項１に記載の放土位置決定装置において、
前記ダンプトラックは車体フレーム及びその上に起伏可能に搭載されるベッセルを備え、
前記パイル形状推定部は、推定したパイルの予想形状の高さが、前記車体フレームに着座したベッセルに非接触であるかを判定する高さ閾値を超える放土候補位置を選択し、当該選択された放土候補位置において前記ダンプトラックが停止中に放土した場合のパイルの予想形状及び当該パイルを形成する停止時予想放土量を算出し、前記積載重量検出装置の出力から前記停止時予想放土量を減算して予想積載残量を算出し、前記ダンプトラックが予め定められた速度で前進しながら前記予想積載残量を放土し終えたときのパイル形状を再度推定して前記予想放土面積を算出する、
ことを特徴とする放土位置決定装置。
請求項１に記載の放土位置決定装置において、
前記ダンプトラックから前記暫定放土位置までの距離が、前記暫定放土位置に接近したと判定するための距離閾値以下となったか否かを判定する暫定放土位置接近判定部を更に備え、
前記暫定放土位置接近判定部が前記ダンプトラックは前記暫定放土位置に対して前記距離閾値以下の地点に接近したと判定したことをトリガーとして、前記地形算出部は、前記地形形状データの算出を開始する、
ことを特徴とする放土位置決定装置。