JP2019060123A

JP2019060123A - 運搬機の停車位置方向案内システム

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Publication number: JP2019060123A
Application number: JP2017185142A
Authority: JP
Inventors: 茂阪東; Shigeru Bando; 邦嗣冨田; Kunitsugu Tomita
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: JP6777613B2

Abstract

【課題】必要な情報を運搬機の操作者に対して適切に提供し、積込機の操縦者のスキルに起因することなく、生産性を向上することができる運搬機の停車位置方向案内システムを提供する。【解決手段】積込機、運搬機、および管理部を互いにデータ通信可能に接続する通信部と、積込機と運搬機の間の相対位置を演算する相対位置演算部と、積込機と運搬機の間の相対姿勢を演算する相対姿勢演算部と、掘削積込作業の作業量を演算する作業量演算部と、掘削積込作業の作業時間を計測する作業時間計測部と、掘削積込作業の生産性評価値を演算する生産性評価値演算部と、前記相対位置、前記相対姿勢、および前記生産性評価値を対応させて記録する記録部と、記録したデータにより運搬機の目標停車位置および目標停車方向を決定する停車位置方向決定部と、目標停車位置および目標停車方向を表示する表示部と、を備えること。【選択図】図３

Description

本発明は、露天掘り鉱山などで行われる積込機による運搬機への掘削積込作業における運搬機の停車位置方向を案内するシステムに関する。

露天掘り鉱山などでは、油圧ショベルのような積込機によって、鉱石や土砂などの砕石物を掘削し、ダンプトラックのような運搬機に砕石物を積み込む、いわゆる掘削積込作業が行われる。この掘削積込作業の生産性は、積込機に対して運搬機が停車する位置および方向によって変化する。そのため、積込機に対して運搬機が停車する位置および方向を適切にすることは当該生産性の向上に繋がる重要な課題である。

この種の課題を解決する為の技術の一例として、例えば特許文献１には、積込機にとって積込作業を行いやすい運搬機の停車位置と停車方向を出力するシステムが記載されている。この特許文献１に記載の技術では、積込機のバケットの位置が検出され、このバケット位置からバケットの移動軌跡が計算される。そして、計算されたバケットの移動軌跡に基づいて運搬機の停車位置および停車方向が決定され、この運搬機の停車位置および停車方向が運搬機の操作者に対して出力されるようになっている。

すなわち、特許文献１においては、積込機のバケット移動軌跡を計算し、運搬機の停車位置と停車方向を決定することにより、運搬機を適切な位置および方向に停車させている。当該特許文献１に開示されている運搬機の停車をさせるためのシステムおよび方法によれば、出力される運搬機の停車位置および停車方向に基づいて、運搬機の操作者は、積込作業に係る生産性の改善を図ることが可能となる。

特許第５８５２６６７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたシステムおよび方法では、積込機の操縦者のスキル不足による誤った操作によって、不適切な停車位置方向に運搬機が誘導され、積込作業に係る生産性の向上を十分に図ることができないという問題があった。すなわち、上記特許文献１に開示されたシステムおよび方法では、当該生産性の向上に積込機の操縦者のスキルが起因することになり、当該生産性の向上を図ることができない場合が存在していた。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、必要な情報を運搬機の操作者に対して適切に提供し、積込機の操縦者のスキルに起因することなく、積込作業に係る生産性を向上することができる運搬機の停車位置方向案内システムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の運搬機の停車位置方向案内システムは、積込機による運搬機への掘削積込作業における運搬機の停車位置方向を管理する管理部を備える運搬機の停車位置方向案内システムであって、前記積込機、前記運搬機、および前記管理部を互いにデータ通信可能に接続する通信部と、前記管理部内に設けられ、前記積込機および前記運搬機から供給されるそれぞれの位置情報に基づいて、前記積込機と前記運搬機の間の相対位置を演算する相対位置演算部と、前記管理部内に設けられ、前記積込機および前記運搬機から供給されるそれぞれの姿勢情報に基づいて、前記積込機と前記運搬機の間の相対姿勢を演算する相対姿勢演算部と、前記積込機又は前記管理部内に設けられ、前記積込機に設けられたセンサから供給されるセンサ情報に基づいて、前記掘削積込作業の作業量を演算する作業量演算部と、前記積込機又は前記管理部内に設けられ、前記相対位置演算部の演算結果である前記相対位置に基づいて、前記掘削積込作業の作業時間を計測する作業時間計測部と、前記管理部内に設けられ、前記作業時間および前記作業量に基づいて、前記掘削積込作業の生産性評価値を演算する生産性評価値演算部と、前記管理部内に設けられ、前記相対位置、前記相対姿勢、および前記生産性評価値を対応させて記録する記録部と、前記管理部内に設けられ、前記相対位置、前記相対姿勢、および前記生産性評価値に基づいて、前記運搬機の目標停車位置および目標停車方向を決定する停車位置方向決定部と、前記停車位置方向決定部で決定された前記目標停車位置および前記目標停車方向を前記運搬機において表示する表示部と、を備えることを特徴とする。

本発明の運搬機の停車位置方向案内システムによれば、記録部に記録された相対位置、相対姿勢、および生産性評価値に基づいて、運搬機の目標停車位置および目標停車方向が決定され、その位置および方向が運搬機において表示される。すなわち、同一の掘削積込作業現場における過去の実績データに基づいた、運搬機の目標停車位置および目標停車方向の最適な候補が、運搬機の操作者に案内されることになる。これにより、当該案内に応じた運搬機の操作によって運搬機が適切な停車位置および停車方向に停車され、それに伴って掘削積込作業に係る生産性の向上が容易に実現可能となる。

本発明の運搬機の停車位置方向案内システムによれば、必要な情報を運搬機の操作者に対して適切に提供し、積込機の操縦者のスキルに起因することなく、積込作業に係る生産性を向上することができる。

本発明の一実施例における積込機の側面図である。本発明の一実施例における運搬機の側面図である。本発明の一実施の形態に係る掘削積込作業における運搬機の停車位置方向案内システムの全体構成を示す図である。本発明の一実施例における積込機と運搬機の間の相対位置および相対姿勢を地上に固定された座標系で示す図である。本発明の一実施例における作業時間測定演算処理のフローチャート図である。本発明の一実施例における記録装置に記録するデータ構造を示す図である。本発明の一実施例における停車位置方向決定装置処理のフローチャート図である。本発明の一実施例における相対位置および相対姿勢の頻度の演算結果を記録するデータ構造を示す図である。本発明の一実施例における相対位置および相対姿勢の頻度の演算結果をグラフで示す図である。本発明の一実施例における相対位置および相対姿勢についての生産性評価値の積算値の演算結果を記録するデータ構造を示す図である。本発明の一実施例における相対位置および相対姿勢についての生産性評価値の積算値の演算結果をグラフで示す図である。本発明の一実施例における相対位置および相対姿勢についての優先度の演算結果を記録するデータ構造を示す図である。本発明の一実施例における相対位置および相対姿勢についての優先度の演算結果をグラフとして示す図である。本発明の一実施例における運搬機のモニタに表示される表示画面の一例を示す図である。

（実施例）
本発明の一実施形態を、図１乃至図１４を用いて説明する。なお、図１乃至図１４においては、積込機として１台の油圧ショベルに適用し、運搬機として１台のダンプトラックに適用した場合を実施例として、以下に実施例に係る運搬機の停車位置方向案内システムを詳細に説明する。

＜油圧ショベル構成＞
図１は、本実施例における油圧ショベルの構造を表す側面図である。図１において、油圧ショベル１００は、下部走行体１０１と、下部走行体１０１の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体１０２と、上部旋回体１０２の前側に連結された作業装置１０３とを備える、いわゆる大型ショベルである。下部走行体１０１は、走行モータ（図示せず）の回転駆動によって走行する。一方、上部旋回体１０２は、旋回モータ（図示せず）の回転駆動によって旋回する。

作業装置１０３は、上部旋回体１０２の前部に回動可能に連結されたブーム１０４と、ブーム１０４の先端部に回動可能に連結されたアーム１０５と、アーム１０５の先端部に回動可能に連結されたバケット１０６とを備えている。ブーム１０４、アーム１０５、およびバケット１０６は、ブームシリンダ１０７、アームシリンダ１０８、およびバケットシリンダ１０９の伸縮駆動によって回動する。

上部旋回体１０２には、図示しないものの、エンジンと、エンジンによって駆動されて油圧アクチュエータ（詳細には、上述したブームシリンダ１０７、アームシリンダ１０８、およびバケットシリンダ１０９等）へ圧油を供給する油圧ポンプとが搭載されている。また、油圧ショベル１００は、上部旋回体１０２に、掘削積込作業の作業量を計測する作業量演算装置１１０、および掘削積込作業の作業時間を内蔵されたタイマによって計測する作業時間計測装置１１１を備えている。更に、上部旋回体１０２には、油圧ショベル１００と他の機械との間で情報や各種のデータの送受信を行うための無線通信装置であるデータ転送装置５０１Ａが搭載されている。

上述した油圧ショベル１００には、複数の計測装置が搭載されている。詳しく説明すると、ブーム１０４の回動角（相対角）を測定する角度センサ１１２Ａ、アーム１０５の回動角（相対角）を測定する角度センサ１１２Ｂ、およびバケット１０６の回動角（相対角）を測定する角度センサ１１２Ｃが設けられている。また、ブームシリンダ１０７のボトム側圧力を計測するブーム用圧力センサ１１３Ａ、およびブームシリンダ１０７のロッド側圧力をそれぞれ計測するブーム用圧力センサ１１３Ｂが設けられている。更に、アームシリンダ１０８のボトム側圧力を計測するアーム用圧力センサ１１４が設けられている。そして、上部旋回体１０２の対地位置を計測するＧＮＳＳ（グローバルナビゲーションサテライトシステム）５０２Ａ、上部旋回体１０２の対地姿勢を計測するＡＨＲＳ（アティテュートヘディングレファレンスシステム）５０３Ａが設けられている。

＜ダンプトラック構成＞
図２は、本実施例におけるダンプトラックの構造を表す側面図である。図２において、ダンプトラック２００は、頑丈なフレーム構造で形成された車体２０１と、車体２０１上に起伏可能に搭載されたベッセル（荷台）２０２と、車体２０１に装着された前輪２０３および後輪２０４と、操縦者が搭乗する運転席２０５を備えている。また、車体２０１には、他の機械との間で情報やデータの送受信を行うための無線通信装置であるデータ転送装置５０１Ｂが搭載されている。更に、運転席２０５には、ダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向を操縦者に対して出力する出力装置（すなわち、ダンプトラック２００において目標停車位置および目標停車方向を表示する表示部）としてのモニタ２０７、および当該モニタ２０７を制御するモニタ制御装置２０６が搭載されている。

上述したダンプトラック２００には、複数の計測装置が搭載されている。詳しく説明すると、車体２０１の対地位置を計測するＧＮＳＳ５０２Ｂが設けられている。また、車体２０１の対地姿勢を計測するＡＨＲＳ５０３Ｂが設けられている。

＜管理センタ構成＞
図３は、本実施例における運搬機の停車位置方向案内システムの構成を表す概略図である。

図３において、管理センタ３００は、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置を演算する相対位置演算装置３０１、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対姿勢を演算する相対姿勢演算装置３０２、掘削積込作業の生産性評価値を演算する生産性評価値演算装置３０３、鉱山内の油圧ショベル１００やダンプトラック２００を管理する運行管理部３０４、掘削積込作業の作業条件（例えば、油圧ショベル１００の操作者のＩＤ、作業場所）を取得する作業条件取得装置３０５、前述の相対位置と相対姿勢と生産性評価値と作業条件を記録する記録装置３０６、ダンプトラック２００の目標停車位置方向を決定する停車位置方向決定装置３０７および油圧ショベル１００やダンプトラック２００などの機械と情報を送受信するデータ転送装置５０１Ｃを備えている。

上述した管理センタ３００の停車位置方向決定装置３０７は、目標停車位置方向の決定に使用する情報の期間を設定する演算期間設定部３０８、油圧ショベル１００とダンプトラック２００との間の相対位置および相対姿勢の頻度を演算する頻度演算部３０９、油圧ショベル１００とダンプトラック２００との間の相対位置および相対姿勢の優先度を演算する優先度演算部３１０を備えている。

ここで、演算期間設定部３０８、頻度演算部３０９、および優先度演算部３１０は、別々の装置（例えば、マイクロプロセッサ等の演算装置）で構成され、且つ当該装置のそれぞれが各演算等の処理を行うためのプログラムによってそれぞれの処理を行う構成を有してもよい。このような場合に、停車位置方向決定装置３０７は、各種の設定及び演算等を行うことできる複数の装置を備えることになる。また、演算期間設定部３０８、頻度演算部３０９、および優先度演算部３１０は、１つの装置において、各演算等の処理を行うためのプログラムを実行することにより、各処理を行う構成を有してもよい。このような場合に、停車位置方向決定装置３０７は、各種の設定及び演算等を行うことできる装置を１つ備え、当該装置におけるプログラム処理により、設定処理、又は演算処理を実現することになる。

このような構成により、管理センタ３００は、積込機による運搬機への掘削積込作業における運搬機の停車位置方向を管理することが可能になっている。

＜システム構成＞
図３において、本実施例の運搬機の停車位置方向案内システムは、鉱山内の油圧ショベル１００に搭載された作業量演算装置１１０および作業時間計測装置１１１と、鉱山内のダンプトラック２００に搭載された出力装置としてのモニタ制御装置２０６およびモニタ２０７と、管理センタ３００に設置された相対位置演算装置３０１、相対姿勢演算装置３０２、生産性評価値演算装置３０３、作業条件取得装置３０５、記録装置３０６および停車位置方向決定装置３０７を主に備えている。また、本実施例の運搬機の停車位置方向案内システムは、油圧ショベル１００に搭載されたデータ転送装置５０１Ａ、ダンプトラック２００に搭載されたデータ転送装置５０１Ｂ、および管理センタ３００に設置されたデータ転送装置５０１Ｃも備えている。すなわち、本実施例においては、データ転送装置５０１Ａ、データ転送装置５０１Ｂ、およびデータ転送装置５０１Ｃから、油圧ショベル１００、ダンプトラック２００、および管理センタ３００を互いにデータ通信可能に接続する通信部が構成されている。

図３において、上述した油圧ショベル１００に搭載された計測装置によって所定の周期（例えば０．１〜１秒程度）で計測された油圧ショベル１００の計測データは、作業量演算装置１１０に送られる。具体的には、上述した角度センサ１１２Ａによって測定されたブーム１０４の回動角、角度センサ１１２Ｂによって測定されたアーム１０５の回動角、角度センサ１１２Ｃによって測定されたバケット１０６の回動角、圧力センサ１１３Ａによって測定されたブームシリンダ１０７のボトム側圧力、圧力センサ１１３Ｂによって測定されたブームシリンダ１０７のロッド側圧力、圧力センサ１１３Ｃによって測定されたアームシリンダ１０８のボトム側圧力が、図３における各センサから作業量演算装置１１０に向けて伸びる矢印によって示されるように、作業量演算装置１１０に送られる。

油圧ショベル１００に搭載されたＧＮＳＳ５０２Ａによって所定の周期で計測された油圧ショベル１００の上部旋回体１０２の対地位置に関するデータは、データ転送装置５０１Ａ，５０１Ｃを介して管理センタ３００の相対位置演算装置３０１に送られる。また、また、油圧ショベル１００に搭載されたＡＨＲＳ５０３Ａによって所定の周期で計測された油圧ショベル１００の上部旋回体１０２の対地姿勢に関するデータは、データ転送装置５０１Ａ，５０１Ｃを介して管理センタ３００の相対姿勢演算装置３０２に送られる。更に、油圧ショベル１００の作業量演算装置１１０で演算された作業量に関するデータおよび作業時間計測装置１１１で計測された作業時間に関するデータは、データ転送装置５０１Ａ，５０１Ｃを介して管理センタ３００の生産性評価値演算装置３０３に送られる。

上述したダンプトラック２００に搭載されたＧＮＳＳ５０２Ｂによって所定の周期で計測されたダンプトラック２００の車体２０１の対地位置に関するデータは、データ転送装置５０１Ｂ，５０１Ｃを介して管理センタ３００の相対位置演算装置３０１に送られる。また、ダンプトラック２００に搭載されたＡＨＲＳ５０３Ｂによって所定の周期で計測されたダンプトラック２００の車体２０１の対地姿勢に関するデータは、データ転送装置５０１Ｂ，５０１Ｃを介して管理センタ３００の相対姿勢演算装置３０２に送られる。

ダンプトラック２００のモニタ制御装置２０６の出力は、モニタ２０７に送られる。
上述した管理センタ３００に設置された運行管理部３０４によって管理された油圧ショベル１００の作業条件に関するデータは、作業条件取得装置３０５によって取得される。

管理センタ３００に設置された相対位置演算装置３０１によって演算された油圧ショベル１００とダンプトラック２００との間の相対位置に関するデータおよび相対姿勢演算装置３０２によって演算された油圧ショベル１００とダンプトラック２００との間の相対姿勢に関するデータは、生産性評価値演算装置３０３に送られる。

管理センタ３００に設置された生産性評価値演算装置３０３によって演算された生産性評価値に関するデータ、生産性評価値演算装置３０３を経由した油圧ショベル１００とダンプトラック２００との間の相対位置に関するデータおよび相対姿勢に関するデータと、作業条件取得装置３０５で取得された作業条件に関するデータは、記録装置３０６に送られる。

管理センタ３００に設置された相対位置演算装置３０１によって演算された油圧ショベル１００とダンプトラック２００との間の相対位置に関するデータは、データ転送装置５０１Ａ，５０１Ｃを介して油圧ショベル１００の作業量演算装置１１０および作業時間計測装置１１１に送られる。また、管理センタ３００に設置された相対姿勢演算装置３０２によって演算された油圧ショベル１００とダンプトラック２００との間の相対姿勢に関するデータは、データ転送装置５０１Ａ，５０１Ｃを介して油圧ショベル１００の作業量演算装置１１０に送られる。

管理センタ３００に設置された記録装置３０６によって記録された各種のデータや情報および油圧ショベル１００の対地位置に関するデータは、停車位置方向決定装置３０７に送られる。

管理センタ３００に設置された停車位置方向決定装置３０７で決定されたダンプトラック２００の目標停車位置に関するデータおよび目標停車方向に関するデータは、データ転送装置５０１Ｂ，５０１Ｃを介してダンプトラック２００のモニタ制御装置２０６に送られる。停車位置方向決定装置３０７の演算期間設定部３０８で設定された演算期間に関するデータおよび記録装置３０６に記録されたデータは、頻度演算部３０９に送られる。頻度演算部３０９の演算結果は優先度演算部３１０に送られる。優先度演算部３１０で演算された演算結果に基づき、停車位置方向決定装置３０７においてダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向が決定される。

＜相対位置演算装置＞
相対位置演算装置３０１は、油圧ショベル１００およびダンプトラック２００から供給されるそれぞれの位置情報に基づいて、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置を演算している。ここで、本実施例における油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置は、両者の中心位置の間の距離によって表現される。また、油圧ショベル１００の中心位置は上部旋回体１０２の旋回中心とし、ダンプトラック２００の中心位置は、ベッセル（荷台）２０２の中心とする。これらのことから、相対位置演算装置３０１は、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置を、油圧ショベル１００の上部旋回体１０２の対地位置とダンプトラック２００の対地位置の差分に係る演算によって算出する。

図４は、本実施例における油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置および相対姿勢を、地上に固定された座標系で示す図である。

図４に示すように、対地位置が水平面に投影された位置によって管理されている場合、油圧ショベル１００の車体中心５０４Ａの対地位置を｛ｘ＿ｓ、ｙ＿ｓ｝、ダンプトラック２００の車体中心５０４Ｂの対地位置を｛ｘ＿ｄ、ｙ＿ｄ｝とすると、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の対地位置の差は｛ｘ＿ｄｉｆｆ、ｙ＿ｄｉｆｆ｝＝｛ｘ＿ｄ―ｘ＿ｓ、ｙ＿ｄ―ｙ＿ｓ｝のように演算される。油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置は、ｌ＝√（ｘ＿ｄｉｆｆ×ｘ＿ｄｉｆｆ＋ｙ＿ｄｉｆｆ×ｙ＿ｄｉｆｆ）のように演算される。

相対位置演算装置３０１は、油圧ショベル１００およびダンプトラック２００の対地位置に関するデータを所定の周期（例えば０．１〜１秒程度）で受け取り、同周期で演算された油圧ショベル１００およびダンプトラック２００の間の相対位置に関するデータを出力する。

＜相対姿勢演算装置＞
相対姿勢演算装置３０２は、油圧ショベル１００およびダンプトラック２００から供給されるそれぞれの姿勢情報に基づいて、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対姿勢を演算している。ここで、本実施例における油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対姿勢は、両者の正面方向の角度関係によって表現される。これらのことから、相対姿勢演算装置３０２は、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対姿勢を、油圧ショベル１００の上部旋回体１０２の対地姿勢とダンプトラック２００の対地姿勢の差分に係る演算によって算出する。

図４に示すように、油圧ショベル１００の上部旋回体１０２の正面方向５０５Ａとダンプトラック２００の正面方向５０５Ｂについて、水平面に投影された方向によって管理されている場合、油圧ショベル１００の対地姿勢をθ＿ｓ、ダンプトラック２００の対地姿勢をθ＿ｄとすると、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対姿勢はθ＿Δ＝θ＿ｄ―θ＿ｓのように演算される。

相対姿勢演算装置３０２は、油圧ショベル１００およびダンプトラック２００の対地姿勢に関するデータを所定の周期（例えば０．１〜１秒程度）で受け取り、同周期で演算された油圧ショベル１００およびダンプトラック２００の間の相対姿勢に関するデータを出力する。

＜作業量演算装置＞
作業量演算装置１１０は、油圧ショベル１００に設けられた各センサから供給されるセンサ情報（角度センサの角度情報、圧力センサの圧力情報）に基づいて、掘削積込作業の作業量を演算する。ここで、掘削積込作業の作業量は、油圧ショベル１００がダンプトラック２００へ積込んだ砕石物の重量である。

作業量演算装置１１０は、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置および相対姿勢と、油圧ショベル１００のブーム１０４の回動角、アーム１０５の回動角およびバケット１０６の回動角に基づき、油圧ショベル１００のバケット１０６とダンプトラック２００のベッセル（荷台）２０２との距離を演算する。作業量演算装置１１０は、この距離が閾値（例えば１０メートル）よりも近づいた場合を、油圧ショベル１００がダンプトラック２００へ砕石物を積込むタイミングとして検出する。作業量演算装置１１０は、このタイミングにおいて、ブーム１０４の基端部の回動中心まわりのモーメントの釣り合い式を用い、ブームシリンダ１０７のボトム側圧力およびロッド側圧力、ブーム１０４の回動角、アーム１０５の回動角およびバケット１０６の回動角に基づきバケット１０６内の砕石物の重量を演算し、この重量を掘削積込作業における作業量として出力する。

作業量演算装置１１０は、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置および相対姿勢と、油圧ショベル１００のブーム１０４の回動角、アーム１０５の回動角およびバケット１０６の回動角を所定の周期（例えば０．１〜１秒程度）で受け取る。作業量演算装置１１０は、上述の油圧ショベル１００がダンプトラック２００へ砕石物を積込むタイミングで作業量を出力する。

＜作業時間計測装置＞
作業時間計測装置１１１は、相対位置演算装置３０１の演算結果である油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置に基づいて、掘削積込作業の作業時間を計測している。ここで、掘削積込作業の作業時間は、積込作業のためにダンプトラック２００が油圧ショベル１００の近くに停車している時間である。

作業時間計測装置１１１は、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置から、両者の距離が閾値（例えば５０メートル）以内であることを判定する。作業時間計測装置１１１は、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の距離が閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化したタイミングを作業開始のタイミングとして検出し、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の距離が閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化したタイミングを作業終了のタイミングとして検出する。作業時間計測装置１１１は、上述の作業開始のタイミングから作業終了のタイミングまでの間の時間を演算し、この時間を油圧ショベル１００による掘削積込作業の作業時間として出力する。

作業時間計測装置１１１は、油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置に関するデータを所定の周期（例えば０．１〜１秒程度）で受け取り、上述の作業終了のタイミングで作業時間に関するデータを出力する。

なお、本発明においては、油圧ショベル１００の作業に起因する生産性を向上することが目的であるため、生産性評価値演算に起因する掘削積込作業の作業時間を、上述したような油圧ショベル１００とダンプトラック２００の間の相対位置から算出することにしている。すなわち、積込作業場所から離れた場所におけるダンプトラック２００の待ち時間等は当該作業時間から除外し、油圧ショベル１００の作業に起因する生産性評価値をより正確に演算するようにしている。

＜生産性評価値演算装置＞
生産性評価値は、掘削積込作業の作業時間に対する作業量の比率である。生産性評価値演算装置３０３は、上述の作業開始のタイミングから作業終了のタイミングの間にダンプトラック２００へ積込まれた作業量を積算し、積算した作業量を作業時間で除算することで生産性評価値を演算する。

図５は、本実施例における生産性評価値演算装置３０３で行われる処理の流れを表すフローチャートである。生産性評価値演算装置３０３は、所定の周期（例えば０．１〜１秒程度）で図５に示した各処理を実行する。ステップＳ４０１からステップＳ４０５の処理により、ダンプトラック２００の１台あたりの生産性評価値の演算が行われることになる。

先ず、ステップＳ４０１では、作業時間計測装置１１１の出力が監視され、作業時間に関するデータが生産性評価値演算装置３０３へ出力された場合はステップＳ４０５以降の生産性評価値を出力する処理へ移る。一方で、作業時間計測装置１１１から作業時間に関するデータが出力されない場合は、ステップＳ４０２以降の作業量を積算する処理へ移る。

ステップＳ４０２では、作業量演算装置１１０の出力が監視し、作業量に関するデータが生産性評価値演算装置３０３へ出力された場合はステップＳ４０３の処理へ移り、それ以外の場合は本処理が終了する。

ステップＳ４０３では、作業量演算装置１１０が作業量を出力したタイミング（すなわち、ステップＳ４０２で判定されたタイミング）で、相対位置演算装置３０１より得られる相対位置に関するデータおよび相対姿勢演算装置３０２より得られる相対姿勢に関するデータが記録装置３０６に記録される。

ステップＳ４０４では、作業量演算装置１１０から出力された作業量が積算され、当該積算後の作業量に関するデータが記録装置３０６に記録され、本処理が終了する。

一方、ステップＳ４０５では、ステップＳ４０４で積算された作業量を作業時間計測装置１１１より得られた作業時間で除算して生産性評価値を演算する。また、ステップＳ４０３で記録した相対位置および相対姿勢の平均値を演算する。そして、ステップＳ４０５では、前述の演算された生産性評価値、相対位置および相対姿勢の平均値に関するデータが記録装置３０６に対して出力されるとともに記録装置３０６によって記録され、その後にステップＳ４０６へ移る。

ステップＳ４０６では、ステップＳ４０３で記録していた相対位置および相対姿勢と、ステップＳ４０４で積算していた作業量をゼロで初期化し、本処理を終了する。

＜作業条件取得装置＞
作業条件は、油圧ショベル１００の操作者、作業場所などの掘削積込作業の生産性に影響を与える項目である。本実施例では、油圧ショベル１００の操作者のＩＤを使用した場合を想定する。

作業条件取得装置３０５は、所定の周期（例えば０．１〜１秒程度）で作業条件を運行管理部３０４に対して問合せ（すなわち、作業条件の出力の要求を行い）、同周期で問合せによって得られた作業条件に関するデータが記録装置３０６に対して出力され、当該データが記録装置３０６に記録される。

＜記録装置＞
記録装置３０６は、生産性評価値、相対位置、相対姿勢および作業条件を対応させて時系列的に記録する。特に、記録装置３０６は、生産性評価値演算装置３０３から生産性評価値を受信したタイミングで、その受信時刻、生産性評価値、相対位置、相対姿勢および作業条件を対応させて記録する。

図６は、記録装置３０６に記録されるデータ構造３１１Ａを示す図である。図６に示すように、記録装置３０６に記録されるデータ構造３１１Ａは、｛受信時刻、生産性評価値（トン/秒）、相対位置ｌ（メートル）、相対姿勢Δ＿θ（度）、作業条件（油圧ショベル１００の操作者のＩＤ）｝の５要素によって構成される。

＜停車位置方向決定装置＞
図７は、本実施例における停車位置方向決定装置３０７で行われる処理の流れを表すフローチャートである。停車位置方向決定装置３０７は、所定の周期（例えば１〜１０秒程度）で図７に示した処理を実行する。すなわち、停車位置方向決定装置３０７は、ステップＳ４０７からステップＳ４１２の処理を行うことにより、ダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向を決定することができる。

先ず、ステップＳ４０７では、生産性評価値演算装置３０３の出力が監視され、停車位置方向決定装置３０７が生産性評価値演算装置３０３から生産性評価値を受信した場合に、ステップＳ４０８以降の目標停車位置方向の演算処理へ進む。

次にステップＳ４０８では、演算期間設定部３０８より設定された期間に該当し、かつダンプトラック２００に掘削積込作業を行っている油圧ショベル１００の操作者のＩＤと一致するＩＤによって関連付けられている生産性評価値、相対位置および相対姿勢に関するデータが記録装置３０６から選び出される。すなわち、油圧ショベル１００の現在の操作者が行った過去の掘削積込作業における生産性評価値、相対位置および相対姿勢が選択される。本実施例では、目標停車位置方向決定処理を行う前に、あらかじめ所定の値（例えば、１週間〜１カ月程度）を演算に使用する期間として演算期間設定部３０８に設定しておくこととする。

次にステップＳ４０９では、ステップＳ４０８において選択された相対位置に関するデータと相対姿勢に関するデータに基づき、相対位置と相対姿勢の頻度が頻度演算部３０９によって演算される。図８に示すように、ステップＳ４０９の演算結果のデータ構造３１１Ｂは、｛相対位置ｌ（メートル）、相対姿勢Δ＿θ（度）、頻度（回数）｝の３要素によって構成される。ステップＳ４０９では、相対位置および相対姿勢を所定の間隔（例えば、相対位置は１０メートル間隔、相対姿勢は１５度間隔程度）で区切り、ステップＳ４０８において選択されたデータが各々の区間にいくつ含まれるかを数え上げる。図９は、ステップＳ４０９の演算結果の説明を容易にするために、相対位置および相対姿勢の頻度についてグラフで示した概念図である。図９から回数が多い相対位置および相対姿勢を把握することができる。ただし、頻度が高い相対位置および姿勢であっても、生産性が高いかどうかは判断できない。

次にステップＳ４１０では、ステップＳ４０８において選択された相対位置と相対姿勢に基づき、相対位置と相対姿勢についての生産性評価値の積算値が頻度演算部３０９によって演算される。図１０に示すように、ステップＳ４１０の演算結果のデータ構造３１１Ｃは、｛相対位置ｌ（メートル）、相対姿勢Δ＿θ（度）、生産性評価値の積算値｝の３要素によって構成される。ステップＳ４１０では、ステップＳ４０９と同様に相対位置および相対姿勢を所定の間隔で区切り、ステップＳ４０８において選択されたデータから各々の区間における生産性評価値の積算を行う。図１１は、ステップＳ４１０の演算結果の説明を容易にするために、相対位置および相対姿勢に対する生産性評価値の積算値をグラフで示した概念図である。図１１から生産性評価値の積算値が多い相対位置および相対姿勢を把握することができる。また、図９と図１１を合わせてみることで、頻度が同程度であっても生産性評価値に差異があることがわかる。

次にステップＳ４１１では、ステップＳ４０９およびステップＳ４１０の演算結果に基づき、相対位置と相対姿勢の優先度が優先度演算部３１０によって演算される。図１２に示すように、ステップＳ４１１の演算結果のデータ構造３１１Ｄは、｛相対位置ｌ（メートル）、相対姿勢Δ＿θ（度）、優先度｝の３要素によって構成される。本実施例におけるステップＳ４１１では、ステップＳ４０９やステップＳ４１０と同様に相対位置および相対姿勢を所定の間隔で区切る。そして、各々の区間においてステップＳ４１０で演算された生産性評価値の積算値をステップＳ４０９で演算された頻度で除算した値が優先度として演算される。この優先度は、相対位置および相対姿勢に対する生産性評価値の平均値となる。図１３は、ステップＳ４１１の演算結果の説明を容易にするために、相対位置および相対姿勢に対する優先度をグラフで示した概念図である。図１３から優先度の高い（平均的に生産性評価値が高い）相対位置および相対姿勢を把握することができる。

ステップＳ４１２では、データ構造３１１Ｄで表現されたステップＳ４１１の演算結果に基づき、ダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向を決定する。本実施例では、ステップＳ４１１で演算されたデータ構造３１１Ｄの中で優先度が最大となる相対位置および相対姿勢がダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向の演算に用いられる。すなわち、ステップＳ４１２では、ダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向は、油圧ショベル１００の対地位置と前述の優先度が最大となる相対位置および相対姿勢から演算される。本実施例では、油圧ショベル１００の対地位置を中心に所定の角度間隔（例えば４５度程度）でダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向の候補を演算する。そして演算されたダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向の候補に関するデータは、データ転送装置５０１Ｂ，５０１Ｃを介してモニタ制御装置２０６へ送られる。

＜モニタ制御装置＞
モニタ制御装置２０６は、停車位置方向決定装置３０７で決定されたダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向の候補とダンプトラック２００の対地位置および対地姿勢に基づき、モニタ２０７に表示するための画像データを演算する。図１４は、本実施例における運搬機のモニタに表示される表示画面の一例を示す図である。図１４に示すように、モニタ２０７に表示する画像は、鉱山内の図面２０８の上において現在のダンプトラック２００の状態２０９および停車位置方向決定装置３０７で決定された目標停車位置方向の候補２１０を配置したものとなる。

モニタ制御装置２０６は、決められた時間間隔（例えば１秒から０．１秒程度）でダンプトラック２００の対地位置および対地姿勢を取得する。また、同周期にて停車位置方向決定装置３０７の出力が監視され、目標停車位置および目標停車方向の出力があった場合は、受信した目標停車位置および目標停車方向が記録装置３０６に記録され、次に停車位置方向決定装置３０７から出力がされるまでこの受信した値（目標停車位置および目標停車方向）を保持する。そして、同周期にて画像データの更新が行われ、最新のダンプトラック２００の状態２０９および生産性評価値に基づくダンプトラック２００の目標停車位置方向の候補２１０が画像データに反映される。この画像データは、更新がなされる毎にモニタ２０７へ出力される。

＜モニタ＞
モニタ２０７は、モニタ制御装置２０６によって出力された画像データを表示し、ダンプトラック２００の操縦者に目標停車位置方向を案内する。モニタの画像の更新は、モニタ制御装置２０６から画像データが出力される毎に行われる。

図１４より、ダンプトラック２００の操作者は、モニタ２０７に描画されたダンプトラック２００の現在の状態２０９と目標停車位置および目標停車方向の複数の候補２１０を確認する。また、ダンプトラック２００の操作者は、現在の現場の状況に適した生産性評価値の高い目標停車位置・目標停車方向を複数の候補２１０のなかから選択し、選択した目標停車位置・目標停車方向に合わせてダンプトラック２００を停車することになる。

なお、図１４において、崖となる部分（等高線が表示されている部分）にも、候補２１０が表示されているが、ダンプトラック２００の操作者は、実際の鉱山における現在の地形を鑑みて、複数の候補２１０から１つの目標停車位置・目標停車方向を選択することになる。

＜実施例の効果＞
本実施例の運搬機の停車位置方向案内システムによれば、記録装置３０６に時系列的に記録された相対位置、相対姿勢、および生産性評価値に基づいて、ダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向が決定され、その位置および方向がダンプトラック２００のモニタ２０７において表示される。すなわち、同一の掘削積込作業現場における過去の実績データに基づいた、ダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向の最適な候補が、ダンプトラック２００の操作者に案内されることになる。これにより、当該案内に応じたダンプトラック２００の操作によってダンプトラック２００が適切な停車位置および停車方向に停車され、それに伴って掘削積込作業に係る生産性の向上が容易に実現可能となる。

（変形例）
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

例えば、上記の実施例では積込機を図１に示した油圧ショベルの構成としたが、フロント数やフロント関節数、作業具の種類など、その構成は任意である。また、積込機としては、油圧ショベルの他にはホイールローダなどが挙げられる。

上記の実施例において、１台の積込機および１台の運搬機へ適用した場合を例にとって説明をしたが、これに限らない。すなわち、作業条件の項目を拡充し、複数台の運搬機が運用される場合へ適用してもよい。これにより、各々の運搬機に適した目標停車位置方向を指示できるようにしてもよい。更に、作業条件の項目を拡充し、複数台の積込機が運用される場合へ適用してもよい。これにより、各々の積込機に適した目標停車位置方向を指示できるようにしてもよい。

上記の実施例において、相対位置演算装置３０１は、積込機と運搬機の間の相対位置を両者の対地位置に基づいて演算した場合を例にとって説明したが、これに限らない。すなわち、積込機または運搬機に搭載した装置あるいは両者とは別の場所に設置した装置により両者の間の相対位置を直接計測してもよい。

上記の実施例において、相対姿勢演算装置３０２は、積込機と運搬機の間の相対姿勢を両者の対地姿勢に基づいて演算した場合を例にとって説明したが、これに限らない。すなわち、積込機または運搬機に搭載した装置あるいは両者とは別の場所に設置した装置により両者の間の相対姿勢を直接計測してもよい。

上記の実施例において、相対位置演算装置３０１および相対姿勢演算装置３０２によって、相対位置と相対姿勢を個別に計測した場合を例にとって説明したが、これに限らない。すなわち、積込機または運搬機に搭載した装置あるいは両者とは別の場所に設置した装置により両者の間の相対位置および相対姿勢を同時に直接計測してもよい。

上記の実施例において、作業量演算装置１１０は、掘削積込作業の作業量（積載重量）を積込機に搭載された装置によって演算した場合を例にとって説明したが、これに限らない。すなわち、運搬機に搭載した装置あるいは両者とは別の場所に設置した装置により作業量（積載重量）に直接計測してもよい。

上記の実施例において、記録装置３０６は、作業条件として積込機の操作者のＩＤを記録した場合を例にとって説明したが、これに限らない。すなわち、記録装置３０６に記録する作業条件として積込機の種類、運搬機の種類や作業場所のいずれか、あるいはいくつかを合わせて記録させてもよい。複数の作業条件を記録装置に記録させることにより、停車位置方向決定装置３０７において使用する記録装置に記録された情報を細分化し、細かな作業条件の違いに対応できるようにしてもよい。

上記の実施例において、優先度演算部３１０は、優先度としてデータ構造３１１Ｄに格納されている相対位置および相対姿勢における生産性評価値の平均値を用いた場合を例にとって説明したが、これに限らない。すなわち、生産性評価値の平均値に加えて分散値を演算し、生産性評価値が高く、且つばらつきの少ない相対位置および相対姿勢に高い優先度を与えるようにしてもよい。

上記の実施例において、モニタ制御装置２０６は、運搬機の目標停車位置および目標停車方向をモニタ２０７に出力した場合を例にとって説明したが、これに限らない。すなわち、音声による目標停車位置および目標停車方向を案内してもよい。

上記の実施例において、油圧ショベル１００に搭載された計測装置によって所定の周期で計測された油圧ショベル１００の計測データは、作業時間計測装置１１１には送られていなかったが、作業時間計測装置１１１における処理に応じて送るようにしてもよい。例えば、角度センサ１１２Ａによって測定されたブーム１０４の回動角、角度センサ１１２Ｂによって測定されたアーム１０５の回動角、角度センサ１１２Ｃによって測定されたバケット１０６の回動角が、図３における各センサから作業時間計測装置１１１に向けて送られてもよい。

上記の実施例において、作業量演算装置１１０および作業量計測装置は、油圧ショベル１００に設けられていたが、管理センタ３００内に設けられてもよい。この場合には、各センサからの情報が、データ転送装置５０１Ａ、５０１Ｃを介して直接的に送受信されることになる。

上記の実施例において、管理センタ３００は、油圧ショベル１００およびダンプトラック２００とは独立して設けられていたが、これに限られない。すなわち、油圧ショベル１００内に、管理センタ３００を構成する装置が設けられ、油圧ショベル１００が管理センタ３００として機能し、ダンプトラック２００の目標停車位置および目標停車方向の候補を演算してもよい。

１００油圧ショベル（積込機）
１１０作業量演算装置（作業量演算部）
１１１作業時間計測装置（作業時間計測部）
２００ダンプトラック（運搬機）
２０７モニタ（表示部）
３００管理センタ（管理部）
３０１相対位置演算装置（相対位置演算部）
３０２相対姿勢演算装置（相対姿勢演算部）
３０３生産性評価値演算装置（生産性評価値演算部）
３０５作業条件取得装置（作業条件取得装置）
３０６記録装置（記録部）
３０７停車位置方向決定装置（停車位置方向決定部）
３０８演算期間設定部
３０９頻度演算部
３１０優先度演算部
５０１Ａ，５０１Ｂ，５０１C データ転送装置（通信部）

Claims

積込機による運搬機への掘削積込作業における運搬機の停車位置方向を管理する管理部を備える運搬機の停車位置方向案内システムであって、
前記積込機、前記運搬機、および前記管理部を互いにデータ通信可能に接続する通信部と、
前記管理部内に設けられ、前記積込機および前記運搬機から供給されるそれぞれの位置情報に基づいて、前記積込機と前記運搬機の間の相対位置を演算する相対位置演算部と、
前記管理部内に設けられ、前記積込機および前記運搬機から供給されるそれぞれの姿勢情報に基づいて、前記積込機と前記運搬機の間の相対姿勢を演算する相対姿勢演算部と、
前記積込機又は前記管理部内に設けられ、前記積込機に設けられたセンサから供給されるセンサ情報に基づいて、前記掘削積込作業の作業量を演算する作業量演算部と、
前記積込機又は前記管理部内に設けられ、前記相対位置演算部の演算結果である前記相対位置に基づいて、前記掘削積込作業の作業時間を計測する作業時間計測部と、
前記管理部内に設けられ、前記作業時間および前記作業量に基づいて、前記掘削積込作業の生産性評価値を演算する生産性評価値演算部と、
前記管理部内に設けられ、前記相対位置、前記相対姿勢、および前記生産性評価値を対応させて記録する記録部と、
前記管理部内に設けられ、前記相対位置、前記相対姿勢、および前記生産性評価値に基づいて、前記運搬機の目標停車位置および目標停車方向を決定する停車位置方向決定部と、
前記停車位置方向決定部で決定された前記目標停車位置および前記目標停車方向を前記運搬機において表示する表示部と、を備える
ことを特徴とする運搬機の停車位置方向案内システム。
前記停車位置方向決定部は、前記記録部に記録された前記相対位置および前記相対姿勢の頻度を演算する頻度演算部と、前記相対位置および前記相対姿勢毎の生産性評価値、並びに前記頻度演算部によって演算された前記頻度に基づいて、前記相対位置および前記相対姿勢の優先度を演算する優先度演算部と、を更に備え、
前記停車位置方向決定部は、前記優先度演算部によって演算された前記優先度に基づいて、前記運搬機の前記目標停車位置および前記目標停車方向を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の運搬機の停車位置方向案内システム。
前記積込機の操作者、前記積込機の作業場所、および前記積込機の種類のうちの少なくとも一つを取得する作業条件取得部を前記管理部内に更に備え、
前記記録部は、前記相対位置、前記相対姿勢、前記生産性評価値、および前記作業条件取得部によって取得される作業条件を対応させて記録し、
前記停車位置方向決定部は、前記記録部に記録された前記相対位置、前記相対姿勢、前記生産性評価値、および前記作業条件に基づき前記運搬機の前記目標停車位置と前記目標停車方向を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の運搬機の停車位置方向案内システム。
前記停車位置方向決定部は、前記運搬機の前記目標停車位置および前記目標停車方向の決定に使用する前記相対位置、前記相対姿勢、および前記生産性評価値の期間を設定する演算期間設定部を更に備え、
前記停車位置方向決定部は、前記演算期間設定部で設定された期間内の前記相対位置、前記相対姿勢、および前記生産性評価値に基づき前記運搬機の停車位置方向を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の運搬機の停車位置方向案内システム。