JP2019065661A - 積込機械制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の態様は、排土位置の指定なしに積込機械を自動運転させることができる積込機械制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
《作業システム》
図1は、第1の実施形態に係る遠隔操作システムの構成を示す概略図である。
作業システム1は、積込機械100と、被積込機械である1または複数の運搬車両200と、管理装置300と、遠隔運転室500とを備える。積込機械100および運搬車両200は、作業現場(例えば、鉱山、採石場)で稼働する。遠隔運転室500は、作業現場から離れた地点(例えば、市街、作業現場内)に設けられる。
第1の実施形態に係る運搬車両200は、設定された走行経路を無人で走行する無人ダンプトラックである。なお、他の実施形態に係る運搬車両200は、ダンプトラック以外の運搬車であってもよい。
運搬車両200は、位置方位検出器210および制御装置220を備える。
位置方位検出器210は、2つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、運搬車両200の向く方位を演算する。なお、他の実施形態においてはこれに限られず、例えば運搬車両200が慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)を備え、慣性計測装置の計測結果に基づいて方位を演算してもよい。この場合、運搬車両200の走行軌跡に基づいて慣性計測装置のドリフトを補正してもよい。慣性計測装置を用いて方位を演算する場合、運搬車両200は1つの受信機を備えていればよい。
図2は、第1の実施形態に係る積込機械の外観図である。
第1の実施形態に係る積込機械100は、油圧ショベルである。なお、他の実施形態に係る積込機械100は、油圧ショベル以外の積込機械であってもよい。また図2に示す積込機械100はフェイスショベルであるが、バックホウショベルやロープショベルであってもよい。
積込機械100は、走行体130と、走行体130に支持される旋回体120と、油圧により作動し旋回体120に支持される作業機110とを備える。旋回体120は旋回中心を中心として旋回自在に支持される。
アーム112は、ブーム111とバケット113とを連結する。アーム112の基端部は、ブーム111の先端部にピンを介して取り付けられる。
バケット113は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を収容するための容器とを備える。バケット113の基端部は、アーム112の先端部にピンを介して取り付けられる。
アームシリンダ115は、アーム112を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ115の基端部は、ブーム111に取り付けられる。アームシリンダ115の先端部は、アーム112に取り付けられる。
バケットシリンダ116は、バケット113を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ116の基端部は、ブーム111に取り付けられる。バケットシリンダ116の先端部は、バケット113に取り付けられる。
アーム角度センサ118は、アーム112に取り付けられ、アーム112の傾斜角を検出する。
バケット角度センサ119は、バケット113に取り付けられ、バケット113の傾斜角を検出する。
第1の実施形態に係るブーム角度センサ117、アーム角度センサ118、およびバケット角度センサ119は、地平面に対する傾斜角を検出する。なお、他の実施形態に係る角度センサはこれに限られず、他の基準面に対する傾斜角を検出してもよい。例えば、他の実施形態においては、角度センサは、ブーム111、アーム112およびバケット113の基端部に設けられたポテンショメータによって相対回転角を検出してもよいし、ブームシリンダ114、アームシリンダ115およびバケットシリンダ116のシリンダ長さを計測し、シリンダ長さを角度に変換することで傾斜角を検出するものであってもよい。
位置方位演算器123は、2つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体120の向く方位を演算する。
制御装置126は、遠隔運転室500から操作信号を受信する。制御装置126は、受信した操作信号に基づいて、作業機110、旋回体120、または走行体130を駆動させる。
図3は、第1の実施形態に係る管理装置の構成を示す概略ブロック図である。
管理装置300は、運搬車両200の走行を管理する。
管理装置300は、プロセッサ3100、メインメモリ3200、ストレージ3300、インタフェース3400を備えるコンピュータである。ストレージ3300は、プログラムp3を記憶する。プロセッサ3100は、プログラムp3をストレージ3300から読み出してメインメモリ3200に展開し、プログラムp3に従った処理を実行する。管理装置300は、インタフェース3400を介してネットワークに接続される。インタフェース3400には、アクセスポイント360が接続される。管理装置300は、アクセスポイント360を介して積込機械100および運搬車両200と無線接続される。
遠隔運転室500は、運転席510、表示装置520、第1操作装置530、第2操作装置531、制御装置540を備える。
表示装置520は、運転席510の前方に配置される。表示装置520は、オペレータが運転席510に座ったときにオペレータの眼前に位置する。表示装置520は、図1に示すように、並べられた複数のディスプレイによって構成されてもよいし、1つの大きなディスプレイによって構成されてもよい。また、表示装置520は、プロジェクタ等によって曲面や球面に画像を投影するものであってもよい。
第2操作装置531は、オペレータの操作により、発進指示信号を管理装置300に送信する。第2操作装置531は、例えばタッチパネル等により構成される。
第1操作装置530および第2操作装置531は、運転席510の近傍に配置される。第1操作装置530および第2操作装置531は、オペレータが運転席510に座ったときにオペレータの操作可能な範囲内に位置する。
制御装置540は、プロセッサ5100、メインメモリ5200、ストレージ5300、インタフェース5400を備えるコンピュータである。ストレージ5300は、プログラムp5を記憶する。プロセッサ5100は、プログラムp5をストレージ5300から読み出してメインメモリ5200に展開し、プログラムp5に従った処理を実行する。制御装置540は、インタフェース5400を介してネットワークに接続される。
運搬車両200は、管理装置300が生成するコース情報によって走行経路Rに沿って走行し、待機点P1で停止する。積込機械100のオペレータは、第2操作装置531を操作することで(例えば、所定のボタンを押下することで)、第2操作装置531に進入指示信号を入力する。進入指示信号は、第2操作装置531から管理装置300に送信される。これによって、管理装置300が進入経路R2およびアプローチ経路R3の領域を示すコース情報を生成する。運搬車両200は、アプローチ経路R3に沿って走行し、積込点P3で停止する。オペレータは、第1操作装置530の操作により積込機械100のバケット113で土砂をすくい、第1操作装置530のノブスイッチを操作して排土指示信号を生成し出力する。
自動排土制御が開始されると、ブーム111およびアーム112は、掘削完了位置P10から位置P11へ向けて上昇する。このとき、バケット113は、掘削終了時の角度を維持するように駆動する。
第1の実施形態によれば、制御装置540は、運搬車両200が検出した運搬車両200の位置情報および方位情報に基づいて、土砂を運搬車両200に積み込むための排土位置を特定する。これにより、制御装置540は、オペレータ等によって排土位置の指定を受けることなく、積込機械100を自動運転させることができる。
第1の実施形態に係る積込機械100は、管理装置300から運搬車両200の位置情報および方位情報を取得する。これに対し、第2の実施形態に係る積込機械100は、検出方向に存在する対象物の空間位置を検出する検出装置を備え、検出装置の検出結果に基づいて運搬車両200の位置情報および方位情報を取得する。
これにより、積込機械100は、管理装置300によらずに運搬車両200の位置情報および方位情報を取得することができる。
第2の実施形態に係る作業システム1においては、積込機械100および運搬車両200は搭乗操作される。そのため、第2の実施形態に係る作業システム1は、管理装置300および遠隔運転室500を備えない。
図10は、第2の実施形態に係る積込機械の外観図である。
第2の実施形態に係る積込機械100は、第1の実施形態に係る積込機械100の構成に加え、さらに検出装置127および操作装置128を備える。他方、第2の実施形態に係る積込機械100は、撮像装置122を備えない。
制御装置126は、操作装置128に入力された操作信号に基づいて作業機110、旋回体120、または走行体130を駆動させる。また、制御装置126は、車両情報および検出装置127の検出情報に基づいて運搬車両200を認識し、自動排土処理を行う。
操作信号生成部1108は、排土位置特定部1105が特定した排土位置および回避位置特定部1106が特定した干渉回避位置に基づいて、第1の実施形態に係る操作信号生成部5109と同様の方法でバケット113を排土位置まで移動させるための操作信号を生成する。
指示信号出力部1110は、操作信号入力部1103に入力された指示信号(進入指示信号および発進指示信号)を、管理装置300に送信する。
第2の実施形態に係る制御装置540は、検出方向に存在する対象物の空間位置を検出する検出装置127を備え、検出装置127の検出結果に基づいて運搬車両200の位置情報および方位情報を取得する。これにより、第2の実施形態に係る積込機械100は、管理装置300によらずに運搬車両200の位置情報および方位情報を取得し、排土位置の指定を受けることなく、積込機械100を自動運転させることができる。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、第1の実施形態では遠隔操作の積込機械100が無人運転の運搬車両200に排土し、第2の実施形態では搭乗操作の積込機械100が搭乗操作の運搬車両200に排土するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、遠隔操作の積込機械100が搭乗操作の運搬車両200に排土してもよいし、搭乗操作の積込機械100が無人運転の運搬車両200に排土してもよい。なお、運搬車両200が無人運転によって動作する場合においても、第2の実施形態のように積込機械100が検出装置127に基づいて運搬車両200の位置情報および方位情報を取得してもよい。また、運搬車両200が搭乗操作によって動作する場合においても、第1の実施形態のように管理装置300が運搬車両200の位置情報および方位情報を管理し、積込機械100が管理装置300からこれらの情報を取得してもよい。
上述した実施形態において、排土位置など自動排土制御をショベル座標系で取り扱ったが、現場座標系で取り扱ってもよい。
Claims (6)
- 旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを含む作業機とを備える積込機械を制御する積込機械制御装置であって、
被積込機械の位置情報および方位情報を取得する被積込機械情報取得部と、
前記位置情報および前記方位情報に基づいて、積込対象を前記被積込機械に積み込むための排土位置を特定する排土位置特定部と、
前記バケットを前記排土位置まで移動させる排土指示信号が入力されたときの前記バケットの位置を特定するバケット位置特定部と、
前記バケットを、前記特定した位置から前記排土位置まで移動させるための操作信号を生成する操作信号生成部と、
を備える積込機械制御装置。 - 高さが前記排土位置と等しく、かつ前記旋回体の旋回中心からの距離が前記旋回中心から前記排土位置までの距離と等しく、かつ前記バケットの下方に前記被積込機械が存在しない位置である干渉回避位置を特定する回避位置特定部を備え、
前記操作信号生成部は、前記バケットが前記干渉回避位置に到達した後、前記旋回体のみを駆動させるように前記操作信号を生成する
請求項1に記載の積込機械制御装置。 - 前記操作信号生成部は、前記バケットが前記干渉回避位置に到達するまで、前記旋回体および前記作業機を駆動させる前記操作信号を生成する
請求項2に記載の積込機械制御装置。 - 前記被積込機械情報取得部は、前記被積込機械が検出した前記位置情報および前記方位情報を取得する
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の積込機械制御装置。 - 前記積込機械は、検出方向に存在する対象物の空間位置を検出する検出装置を備え、
前記被積込機械情報取得部は、前記検出装置の検出結果に基づいて前記位置情報および前記方位情報を取得する
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の積込機械制御装置。 - 旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを含む作業機とを備える積込機械の制御方法であって、
被積込機械の位置情報および方位情報を取得するステップと、
前記位置情報および前記方位情報に基づいて、積込対象を前記被積込機械に積み込むための排土位置へ前記バケットを移動させるための操作信号を出力するステップと
を備える制御方法。
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