JP2019173471A - 作業車両の制御システム、方法、及び作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】作業車両の自動制御において、作業効率の低下を抑える。【解決手段】コントローラは、作業範囲を示す作業範囲データを取得する。コントローラは、作業範囲の全長を所定の分割数で割ることで分割距離を決定する。コントローラは、作業範囲において、各開始位置の間の距離が分割距離となるように、複数の開始位置を決定する。コントローラは、複数の開始位置から作業機を動作させる指令信号を生成する。【選択図】図6

Description

本発明は、作業車両の制御システム、方法、及び作業車両に関する。

従来、ブルドーザ、或いはグレーダ等の作業車両において、作業車両を自動的に制御するシステムが提案されている。例えば、特許文献1のシステムでは、コントローラが、作業現場での作業機の動くべき目標プロファイルを作業現場の地形などから予め設定する。コントローラは、作業現場の現況地形上のカットロケーションを決定する。コントローラは、決定したカットロケーションから掘削を開始し、目標プロファイルに沿って作業機を動作させる。コントローラは、作業車両が受ける負荷を検出し、負荷の大きさに応じてカットロケーションの位置を調節する。

米国特許第9014922号

本発明の発明者は、作業現場において作業機の作業範囲を設定し、作業範囲内において複数の開始位置を決定することを案出した。その場合、上記のように作業車両が受ける負荷の大きさに応じて開始位置を決定すると、作業範囲内において最後の開始位置から掘削を行うときに、掘削すべき地形に僅かな土量しか残っていない場合があり得る。その場合、作業効率が低下するという問題がある。

本発明の課題は、作業車両の自動制御において、作業効率の低下を抑えることにある。

第1の態様は、作業機を有する作業車両の制御システムであって、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を実行するようにプログラムされている。コントローラは、作業範囲を示す作業範囲データを取得する。コントローラは、作業範囲の全長を所定の分割数で割ることで分割距離を決定する。コントローラは、作業範囲において、各開始位置の間の距離が分割距離となるように、複数の開始位置を決定する。コントローラは、複数の開始位置から作業機を動作させる指令信号を生成する。

第2の態様は、作業機を有する作業車両を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、以下の処理を備える。第1の処理は、作業範囲を示す作業範囲データを取得することである。第2の処理は、作業範囲の全長を所定の分割数で割ることで分割距離を決定することである。第3の処理は、作業範囲において、各開始位置の間の距離が分割距離となるように、複数の開始位置を決定することである。第4の処理は、複数の開始位置から作業機を動作させる指令信号を生成することである。

第3の態様は、作業機を有する作業車両の制御システムであって、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を実行するようにプログラムされている。コントローラは、作業範囲を示す作業範囲データを取得する。コントローラは、作業範囲において、作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定する。目標設計地形の少なくとも一部は、現況地形よりも下方に位置する。コントローラは、作業範囲において目標設計地形と現況地形との間の総土量を、所定の分割数で割ることで分割土量を決定する。コントローラは、作業範囲において、各開始位置の間の目標設計地形と現況地形との間の土量が分割土量となるように、複数の開始位置を決定する。コントローラは、複数の開始位置から作業機を動作させる指令信号を生成する。

本発明の第1及び第2の態様によれば、作業範囲の全長を所定の分割数で割ることで分割距離が決定される。そして、作業範囲において、各開始位置の間の距離が分割距離となるように、複数の開始位置が決定される。従って、各開始位置の間の距離が均等になるため、作業範囲内の最後の開始位置からの作業で、掘削される土量に偏りが生じることを抑えることができる。それにより、作業効率の低下を抑えることができる。

本発明の第3の態様によれば、作業範囲において目標設計地形と現況地形との間の総土量を、所定の分割数で割ることで、分割土量が決定される。そして、作業範囲において、各開始位置の間の目標設計地形と現況地形との間の土量が分割土量となるように、複数の開始位置が決定される。従って、各開始位置の間の土量が均等になるため、作業範囲内の最後の開始位置からの作業で、掘削される土量に偏りが生じることを抑えることができる。それにより、作業効率の低下を抑えることができる。

実施形態に係る作業車両を示す側面図である。 作業車両の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。 作業車両の構成を示す模式図である。 第1実施形態に係る作業車両の自動制御の処理を示すフローチャートである。 最終設計地形、現況地形、及び目標設計地形の一例を示す図である。 第1実施形態に係る作業の開始位置の一例を示す図である。 第1実施形態に係る分割数データの一例を示す図である。 第2実施形態に係る作業車両の自動制御の処理を示すフローチャートである。 第2実施形態に係る作業の開始位置の一例を示す図である。 第2実施形態に係る分割数データの一例を示す図である。 制御システムの第1変形例に係る構成を示すブロック図である。 制御システムの第2変形例に係る構成を示すブロック図である。 目標設計地形の変形例を示す図である。 作業範囲の全長、及び、分割距離の変形例を示す図である。

以下、実施形態に係る作業車両について、図面を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係る作業車両1を示す側面図である。本実施形態に係る作業車両1は、ブルドーザである。作業車両1は、車体11と、走行装置12と、作業機13と、を備えている。

車体11は、運転室14とエンジン室15とを有する。運転室14には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室15は、運転室14の前方に配置されている。走行装置12は、車体11の下部に取り付けられている。走行装置12は、左右一対の履帯16を有している。なお、図1では、左側の履帯16のみが図示されている。履帯16が回転することによって、作業車両1が走行する。

作業機13は、車体11に取り付けられている。作業機13は、リフトフレーム17と、ブレード18と、リフトシリンダ19と、を有する。

リフトフレーム17は、車幅方向に延びる軸線Ｘを中心として上下に動作可能に車体11に取り付けられている。リフトフレーム17は、ブレード18を支持している。ブレード18は、車体11の前方に配置されている。ブレード18は、リフトフレーム17の上下動に伴って上下に移動する。リフトフレーム17は、走行装置12に取り付けられてもよい。

リフトシリンダ19は、車体11とリフトフレーム17とに連結されている。リフトシリンダ19が伸縮することによって、リフトフレーム17は、軸線Ｘを中心として上下に回転する。

図2は、作業車両1の駆動系2と制御システム3との構成を示すブロック図である。図2に示すように、駆動系2は、エンジン22と、油圧ポンプ23と、動力伝達装置24と、を備えている。

油圧ポンプ23は、エンジン22によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ23から吐出された作動油は、リフトシリンダ19に供給される。なお、図2では、1つの油圧ポンプ23が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。

動力伝達装置24は、エンジン22の駆動力を走行装置12に伝達する。動力伝達装置24は、例えば、HST（Hydro Static Transmission）であってもよい。或いは、動力伝達装置24は、例えば、トルクコンバーター、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。

制御システム3は、入力装置25と、コントローラ26と、記憶装置28と、制御弁27とを備える。入力装置25は、運転室14に配置されている。入力装置25は、後述する作業車両1の自動制御の設定を行うための装置である。入力装置25は、オペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。入力装置25の操作信号は、コントローラ26に出力される。

入力装置25は、例えば、タッチパネル式のディスプレイを含む。ただし、入力装置25は、タッチパネルに限らず、ハードウェアキーを含んでもよい。入力装置25は、作業車両1から離れた場所（例えば、コントロールセンタ）に配置されてもよい。オペレータは、コントロールセンタにある入力装置25から無線通信を介して作業車両1を操作してもよい。

コントローラ26は、取得したデータに基づいて作業車両1を制御するようにプログラムされている。コントローラ26は、例えばCPU等の処理装置（プロセッサ）を含む。コントローラ26は、入力装置25から操作信号を取得する。なお、コントローラ26は、一体に限らず、複数のコントローラに分かれていてもよい。コントローラ26は、走行装置12、或いは動力伝達装置24を制御することで、作業車両1を走行させる。コントローラ26は、制御弁27を制御することで、ブレード18を上下に移動させる。

制御弁27は、比例制御弁であり、コントローラ26からの指令信号によって制御される。制御弁27は、リフトシリンダ19などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ23との間に配置される。制御弁27は、油圧ポンプ23からリフトシリンダ19に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ26は、ブレード18が動作するように、制御弁27への指令信号を生成する。これにより、リフトシリンダ19が制御される。なお、制御弁27は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁27は、電磁比例制御弁であってもよい。

制御システム3は、作業機センサ29を備える。作業機センサ29は、作業機13の位置を検出し、作業機13の位置を示す作業機位置信号を出力する。作業機センサ29は、作業機13の変位を検出する変位センサであってもよい。詳細には、作業機センサ29は、リフトシリンダ19のストローク長さ（以下、「リフトシリンダ長Ｌ」という。）を検出する。図3に示すように、コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいてブレード18のリフト角θliftを算出する。作業機センサ29は、作業機13の回転角度を直接検出する回転センサであってもよい。

図3は、作業車両1の構成を示す模式図である。図3では、作業機13の基準位置が二点鎖線で示されている。作業機13の基準位置は、水平な地面上でブレード18の刃先が地面に接触した状態でのブレード18の位置である。リフト角θliftは、作業機13の基準位置からの角度である。

図2に示すように、制御システム3は、位置センサ31を備えている。位置センサ31は、作業車両1の位置を測定する。位置センサ31は、GNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバ32と、IMU 33と、を備える。GNSSレシーバ32は、例えばGPS（Global Positioning System）用の受信機である。例えばGNSSレシーバ32のアンテナは、運転室14上に配置される。GNSSレシーバ32は、衛星より測位信号を受信し、測位信号によりアンテナの位置を演算して車体位置データを生成する。コントローラ26は、GNSSレシーバ32から車体位置データを取得する。コントローラ26は、車体位置データにより、作業車両1の進行方向と車速とを得る。

車体位置データは、アンテナ位置のデータでなくてもよい。車体位置データは、作業車両1内、或いは、作業車両1の周辺において、アンテナとの位置関係が固定されている任意の場所の位置を示すデータであってもよい。

IMU 33は、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit）である。IMU 33は、車体傾斜角データを取得する。車体傾斜角データは、車両前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）、および車両横方向の水平に対する角度（ロール角）を含む。コントローラ26は、IMU 33から車体傾斜角データを取得する。

コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌと、車体位置データと、車体傾斜角データとから、刃先位置PBを演算する。図3に示すように、コントローラ26は、車体位置データに基づいて、GNSSレシーバ32のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいて、リフト角θliftを算出する。コントローラ26は、リフト角θliftと車体寸法データに基づいて、GNSSレシーバ32に対する刃先位置PBのローカル座標を算出する。車体寸法データは、記憶装置28に記憶されており、GNSSレシーバ32に対する作業機13の位置を示す。コントローラ26は、GNSSレシーバ32のグローバル座標と刃先位置PBのローカル座標と車体傾斜角データとに基づいて、刃先位置PBのグローバル座標を算出する。コントローラ26は、刃先位置PBのグローバル座標を刃先位置データとして取得する。

記憶装置28は、例えばメモリーと補助記憶装置とを含む。記憶装置28は、例えば、RAM、或いはROMなどであってもよい。記憶装置28は、半導体メモリ、或いはハードディスクなどであってもよい。記憶装置28は、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置28は、プロセッサによって実行可能であり作業車両1を制御するためのコンピュータ指令を記録している。

記憶装置28は、設計地形データと作業現場地形データとを記憶している。設計地形データは、最終設計地形を示す。最終設計地形は、作業現場の表面の最終的な目標形状である。設計地形データは、例えば、三次元データ形式の土木施工図である。作業現場地形データは、作業現場の広域の地形を示す。作業現場地形データは、例えば、三次元データ形式の現況地形測量図である。作業現場地形データは、例えば、航空レーザ測量で得ることができる。

コントローラ26は、現況地形データを取得する。現況地形データは、作業現場の現況地形を示す。作業現場の現況地形は、作業車両1の進行方向に沿う領域の地形である。現況地形データは、作業現場地形データと上述の位置センサ31から得られる作業車両1の位置と進行方向とからコントローラ26での演算により取得される。現況地形データは、車載されたライダ（LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging）などによる現況地形の測距から取得されてもよい。

コントローラ26は、現況地形データと、設計地形データと、刃先位置データとに基づいて、作業機13を自動的に制御する。なお、作業機13の自動制御は、オペレータによる手動操作と合わせて行われる半自動制御であってもよい。或いは、作業機13の自動制御は、オペレータによる手動操作無しで行われる完全自動制御であってもよい。作業車両1の走行は、コントローラ26によって自動的に制御されてもよい。例えば、作業車両1の走行制御は、オペレータによる手動操作無しで行われる完全自動制御であってもよい。或いは、走行制御は、オペレータによる手動操作と合わせて行われる半自動制御であってもよい。或いは、作業車両1の走行は、オペレータによる手動操作によって行われてもよい。

以下、コントローラ26によって実行される、掘削における作業車両1の自動制御について説明する。以下の説明では、作業車両１は、例えばスロットドージングにおける各スロットを前後に行き来して、各スロットの掘削を行うものとする。図4は、第1実施形態に係る自動制御の処理を示すフローチャートである。

図4に示すように、ステップS101では、コントローラ26は、現在位置データを取得する。ここでは、コントローラ26は、上述したように、ブレード18の現在の刃先位置PBを取得する。

ステップS102では、コントローラ26は、設計地形データを取得する。図5に示すように、設計地形データは、作業車両1の進行方向において、複数の参照点Pn（n=0,1,2,3,...,A）での最終設計地形60の高さZdesignを含む。複数の参照点Pnは、作業車両１の進行方向に沿う所定間隔ごとの複数地点を示す。複数の参照点Pnは、ブレード18の進行パス上にある。なお、図5では、最終設計地形60は、水平方向に平行な平坦な形状であるが、これと異なる形状であってもよい。

ステップS103では、コントローラ26は、現況地形データを取得する。コントローラ26は、記憶装置28より得られる作業現場地形データと、位置センサ31より得られる車体の位置データ及び進行方向データから演算により、現況地形データを取得する。

現況地形データは、作業車両1の進行方向に位置する地形を示す情報である。図5は、現況地形50の断面を示す。なお、図5において、縦軸は、地形の高さを示しており、横軸は、作業車両1の進行方向における現在位置からの距離を示している。

詳細には、現況地形データは、作業車両1の進行方向において、現在位置から所定の地形認識距離dAまでの複数の参照点Pnでの現況地形50の高さZnを含む。本実施形態において、現在位置は、作業車両1の現在の刃先位置PBに基づいて定められる位置である。ただし、現在位置は、作業車両1の他の部分の現在位置に基づいて定められてもよい。複数の参照点は、所定間隔、例えば１ｍごとに並んでいる。

ステップS104では、コントローラ26は、作業範囲データを取得する。作業範囲データは、入力装置25によって設定された作業範囲を示す。図5に示すように、作業範囲は始端と終端とを含む。作業範囲データは、始端の座標と終端の座標とを含む。或いは、作業範囲データは、始端の座標と、作業範囲の長さとを含み、始端の座標と作業範囲の長さとから、終端の座標が算出されてもよい。或いは、作業範囲データは、終端の座標と、作業範囲の長さとを含み、終端の座標と作業範囲の長さとから、始端の座標が算出されてもよい。

コントローラ26は、入力装置25からの操作信号に基づいて作業範囲データを取得する。ただし、コントローラ26は、他の方法によって、作業範囲データを取得してもよい。例えば、コントローラ26は、作業現場の施工管理を行う外部のコンピュータから、作業範囲データを取得してもよい。

ステップS105では、コントローラ26は、目標設計地形データを決定する。目標設計地形データは、図5に破線で記載された目標設計地形70を示す。目標設計地形70は、作業におけるブレード18の刃先の望まれる軌跡を示す。目標設計地形70は、作業対象である地形の目標プロファイルであり、掘削作業の結果として望まれる形状を示す。

図5に示すように、コントローラ26は、少なくとも一部が、現況地形50よりも下方に位置する目標設計地形70を決定する。例えば、コントローラ26は、水平方向に延びる目標設計地形70を決定する。コントローラ26は、現況地形50から、下方に所定距離dZ変位した目標設計地形70を生成する。所定距離dZは、入力装置25からの操作信号に基づいて設定されてもよい。所定距離dZは、作業現場の施工管理を行う外部のコンピュータから取得されてもよい。所定距離dZは、固定値であってもよい。

なお、コントローラ26は、最終設計地形60を下方に越えないように、目標設計地形70を決定する。従って、コントローラ26は、掘削作業時には、最終設計地形60以上、且つ、現況地形50より下方に位置する目標設計地形70を決定する。

ステップS106では、コントローラ26は、分割数を決定する。図6に示すように、コントローラ26は、作業車両1の進行方向に並ぶ複数のカット71-75ごとに、目標設計地形70に従った掘削を行う。分割数は、作業範囲内に設定されるカット71-75の数に対応している。コントローラ26は、作業範囲の全長に応じて、分割数を決定する。詳細には、コントローラ26は、作業範囲データから作業範囲の全長を算出する。作業範囲の全長は、始端と終端との間の距離である。コントローラ26は、分割数データを参照することで、作業範囲の全長から分割数を決定する。

図7は、分割数データの一例を示す図である。分割数データは、作業範囲の全長と分割数との関係を規定している。図7に示すように、分割数データは、例えばテーブルであるが、数式、或いはマップなど他の形式で表されてもよい。分割数データでは、作業範囲の全長の増大に応じて、分割数が増大する。分割数データは、記憶装置28に保存されている。分割数データは、オペレータによる入力装置25の操作に応じて変更可能であってもよい。なお、図7に示された数値は例示であり、これに限定されるものではない。

ステップS107では、コントローラ26は、分割距離L1を決定する。図6に示すように、コントローラ26は、作業範囲の全長を分割数で割った値を分割距離L1として決定する。分割距離L1は、各カット71-75の作業の開始位置Ps1-Ps5の間の距離である。図6に示す例では、コントローラ26は、分割数を“５”に決定し、作業範囲の全長を“５”で割った値を分割距離L1として決定する。

ステップS108では、コントローラ26は、作業の開始位置を決定する。コントローラ26は、目標設計地形70において、作業範囲内での各カット71-75の作業の開始位置Ps1-Ps5とその作業順序を決定する。コントローラ26は、終端から、分割距離L1ずつ、離れた位置を開始位置Ps1-Ps5として決定する。

詳細には、コントローラ26は、作業範囲の終端の位置から始端側に、分割距離L1、離れた位置を、第1の開始位置Ps1として決定する。コントローラ26は、第1の開始位置Ps1から始端側に、分割距離L1、離れた位置を、第2の開始位置Ps2として決定する。コントローラ26は、第2の開始位置Ps2から始端側に、分割距離L1、離れた位置を、第3の開始位置Ps3として決定する。他のカットについても同様にして、コントローラ26は、作業範囲内において複数の開始位置Ps1-Ps5を決定する。そして、コントローラ26は、複数の開始位置Ps1-Ps5のうち、終端に近いものから順に掘削を行うように、作業順序を決定する。

ステップS109では、コントローラ26は、目標設計地形70に向ってブレード18を制御する。コントローラ26は、ステップS108で決定した開始位置Ps1-Ps5から作業機13による作業を開始し、ステップS105で作成した目標設計地形70に従ってブレード18の刃先位置が移動するように、作業機13への指令信号を生成する。生成された指令信号は、制御弁27に入力される。それにより、ブレード18の刃先位置PBが開始位置Ps1-Ps5から目標設計地形70に向かって移動する。

第1の開始位置Ps1から1つのカット71の掘削が完了すると、コントローラ26は、作業車両1を第2の開始位置Ps2に移動させ、次のカット72の掘削を行う。カット72の掘削が完了すると、コントローラ26は、作業車両1を第3の開始位置Ps3に移動させ、次のカット73の掘削を行う。これらの作業が繰り返されることにより、作業範囲内で１つの目標設計地形70の掘削が完了する。

作業範囲内で１つの目標設計地形70の掘削が完了すると、コントローラ26は、さらに下方に位置する次の目標設計地形70について、各カットの作業の開始位置とその作業順序を決定し、各カットの掘削を開始する。このような処理が繰り返されることにより、現況地形50が最終設計地形60に近づくように、掘削が行われる。

ステップS110では、コントローラ26は、作業現場地形データを更新する。コントローラ26は、刃先位置PBの最新の軌跡を示す位置データによって作業現場地形データを更新する。作業現場地形データの更新は、随時、行われてもよい。或いは、コントローラ26は、車体位置データと車体寸法データとから履帯16の底面の位置を算出し、履帯16の底面の軌跡を示す位置データによって作業現場地形データを更新してもよい。この場合、作業現場地形データの更新は即時に行うことができる。

或いは、作業現場地形データは、作業車両1の外部の測量装置によって計測された測量データから生成されてもよい。外部の測量装置として、例えば、航空レーザ測量を用いてよい。或いは、カメラによって現況地形50を撮影し、カメラによって得られた画像データから作業現場地形データが生成されてもよい。例えば、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)による空撮測量を用いてよい。外部の測量装置又はカメラの場合、作業現場地形データの更新は、所定周期ごと、あるいは随時に行われてもよい。

以上説明した、第1実施形態では、作業範囲の全長を所定の分割数で均等に割った値が分割距離L1として決定される。そして、作業範囲において、各開始位置の間の距離が分割距離L1となるように、複数の開始位置が決定される。すなわち、作業範囲において各開始位置の間の距離が均等になるように、開始位置が決定される。そのため、作業範囲内の最後の開始位置からの作業で掘削される土量に偏りが生じることを抑えることができる。それにより、作業効率の低下を抑えることができる。

次に、第2実施形態に係る自動制御について説明する。図8は、第2実施形態に係る自動制御の処理を示すフローチャートである。図8においてステップS201-205は、図4に示す第1実施形態のステップS101-105とそれぞれ同様である。

ステップS206では、コントローラ26は、分割数を決定する。コントローラ26は、作業範囲内の目標設計地形70と現況地形50との間の総土量を算出する。図9においてハッチングを付した部分の合計が総土量を示している。なお、作業車両1の車幅方向における地形のサイズについては所定の一定値であるものとして、土量が算出されてもよい。例えば、コントローラ26は、図9においてハッチングを付した断面の面積にブレード18の幅を乗じることで、土量を計算してもよい。コントローラ26は、分割数データを参照することで、総土量から分割数を決定する。

図10は、第2実施形態に係る分割数データの一例を示す図である。分割数データは、作業範囲内の目標設計地形70と現況地形50との間の総土量と分割数との関係を規定している。図10に示すように、分割数データは、例えばテーブルであるが、数式、或いはマップなど他の形式で表されてもよい。分割数データでは、総土量の増大に応じて、分割数が増大する。分割数データは、記憶装置28に保存されている。分割数データは、オペレータによる入力装置25の操作に応じて変更可能であってもよい。なお、図10に示された数値は例示であり、これに限定されるものではない。

ステップS207では、コントローラ26は、分割土量を決定する。コントローラ26は、総土量を分割数で割った値を分割土量S1として決定する。

ステップS208では、コントローラ26は、作業の開始位置を決定する。コントローラ26は、目標設計地形70において、作業範囲内での各カット71-75の作業の開始位置Ps1−Ps5とその作業順序を決定する。コントローラ26は、作業範囲において、各開始位置Ps1−Ps5の間の目標設計地形70と現況地形50との間の土量が分割土量S1となるように、複数の開始位置Ps1−Ps5を決定する。

詳細には、図9に示すように、コントローラ26は、作業範囲の終端の位置から始端側に離れた位置を第1の開始位置Ps1として、終端と第1の開始位置Ps1との間、且つ、目標設計地形70と現況地形50との間の土量が分割土量S1となるように、第1の開始位置Ps1を決定する。コントローラ26は、第1の開始位置Ps1から始端側に離れた位置を第2の開始位置Ps2として、第1の開始位置Ps1と第2の開始位置Ps2との間、且つ、目標設計地形70と現況地形50との間の土量が分割土量S1となるように、第2の開始位置Ps2を決定する。他のカットについても同様にして、コントローラ26は、作業範囲内において複数の開始位置Ps1-Ps5を決定する。そして、コントローラ26は、複数の開始位置Ps1-Ps5のうち、終端に近いものから順に掘削を行うように、作業順序を決定する。

ステップS209及びS210は、図4に示す第1実施形態のステップS109及びS110とそれぞれ同様である。

以上説明した、第2実施形態では、作業範囲において目標設計地形70と現況地形50との間の総土量を、所定の分割数で割った値が、分割土量S1として決定される。そして、作業範囲において、各開始位置の間の目標設計地形70と現況地形50との間の土量が分割土量S1となるように、複数の開始位置が決定される。すなわち、作業範囲において、各開始位置の間の目標設計地形70と現況地形50との間の土量が均等になるように、複数の開始位置が決定される。そのため、作業範囲内の最後の開始位置からの作業で掘削される土量に偏りが生じることを抑えることができる。それにより、作業効率の低下を抑えることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

作業車両1は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ、モータグレーダ、油圧ショベル等の他の車両であってもよい。

作業車両1は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、制御システム3の一部は、作業車両1の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されてもよい。コントローラ26は、作業現場から離れたコントロールセンタ内に配置されてもよい。その場合、作業車両1は、運転室14を備えない車両であってもよい。

作業車両1は、電動モータで駆動される車両であってもよい。その場合、電源は作業車両1の外部に配置されてもよい。電源が外部から供給される作業車両1は、内燃エンジン及びエンジン室を備えない車両であってよい。

コントローラ26は、互いに別体の複数のコントローラ26を有してもよい。例えば、図11に示すように、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されるリモートコントローラ261と、作業車両1に搭載される車載コントローラ262とを含んでもよい。リモートコントローラ261と車載コントローラ262とは通信装置38,39を介して無線により通信可能であってもよい。そして、上述したコントローラ26の機能の一部がリモートコントローラ261によって実行され、残りの機能が車載コントローラ262によって実行されてもよい。例えば、目標設計地形70と作業順序を決定する処理とがリモートコントローラ261によって実行され、作業機13への指令信号を出力する処理が車載コントローラ262によって実行されてもよい。

入力装置25は、作業車両1の外部に配置されてもよい。その場合、運転室は、作業車両1から省略されてもよい。或いは、入力装置25が作業車両1から省略されてもよい。入力装置25は、走行装置12及び／又は作業機13を操作するための操作レバー、ペダル、或いはスイッチ等の操作子を含んでもよい。入力装置25の操作に応じて、作業車両1の前進及び後進などの走行が制御されてもよい。入力装置25の操作に応じて、作業機13の上昇及び下降などの動作が制御されてもよい。

現況地形50は、上述した位置センサ31に限らず、他の装置によって取得されてもよい。例えば、図12に示すように、外部の装置からのデータを受け付けるインターフェ−ス装置37によって現況地形50が取得されてもよい。インターフェ−ス装置37は、外部の計測装置41が計測した現況地形データを無線によって受信してもよい。或いは、インターフェ−ス装置37は、記録媒体の読み取り装置であって、外部の計測装置41が計測した現況地形データを記録媒体を介して受け付けてもよい。

目標設計地形70の決定方法は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、目標設計地形70は、現況地形50を鉛直方向に所定距離、変位させたものであってもよい。或いは、図13に示すように、目標設計地形70は、水平方向に対して所定角度で傾斜したものであってもよい。所定角度は、オペレータによって設定されてもよい。或いは、コントローラ26が、所定角度を自動的に決定してもよい。コントローラ26は、最終設計地形Zdesignよりも所定距離dZだけ上方の位置に目標設計地形70を設定してもよい。

上記の第1実施形態では、作業範囲の全長、及び、分割距離L1は、水平方向における距離である。しかし、上記のように目標設計地形70が傾斜している場合、図14に示すように、作業範囲の全長、及び、分割距離L1は、目標設計地形70と平行な方向における距離であってもよい。

目標設計地形70が傾斜している場合、コントローラ26は、傾斜角に応じて分割距離L1が変更されるように分割数を決定してもよい。目標設計地形70が上方に傾斜している場合、コントローラ26は、目標設計地形70が水平である場合に比べて分割距離L1が小さくなるように分割数を決定してもよい。目標設計地形70が下方に傾斜している場合、コントローラ26は、目標設計地形70が水平である場合に比べて分割距離L1が大きくなるように分割数を決定してもよい。

コントローラ26は、作業車両1の機械能力を示す能力パラメータに応じて、分割数を決定してもよい。能力パラメータは、例えば、作業車両の定格出力、車体重量、或いは、ブレード18の容量であってもよい。能力パラメータは、記憶装置28に保存されていてもよい。コントローラ26は、記憶装置28から能力パラメータを読み出すことで、能力パラメータを取得してもよい。コントローラ26は、能力パラメータの増大に応じて、分割数を増加させてもよい。コントローラ26は、上述した分割数データから決定された分割数に所定の係数を乗じることで、分割数を決定してもよい。コントローラ26は、上述した能力パラメータに応じて、係数を決定してもよい。

コントローラ26は、作業範囲の全長を効率的な掘削距離で除し、最小の実質的な整数解を分割数と決定してもよい。効率的な掘削距離は、オペレータにより設定されてもよい。

コントローラ26は、終端から、分割距離L1ずつ、離れた位置を終了位置Ps1-Ps5として決定してもよい。コントローラ26は、目標設計地形70に従ってブレード18の刃先位置を移動させ、複数の終了位置Ps1-Ps5ごとに作業を終了するように、作業機13への指令信号を生成してもよい。

本発明によれば、作業車両の自動制御において作業効率の低下を抑えることができる。

3 制御システム
13 作業機
26 コントローラ
50 現況地形
70 目標設計地形
L1 分割距離
Ps1〜Ps5 開始位置

Claims (12)

1. 作業機を有する作業車両の制御システムであって、
   コントローラを備え、
   前記コントローラは、
   作業範囲を示す作業範囲データを取得し、
   前記作業範囲の全長を所定の分割数で割ることで分割距離を決定し、
   前記作業範囲において、各開始位置の間の距離が前記分割距離となるように、複数の開始位置を決定し、
   前記複数の開始位置から前記作業機を動作させる指令信号を生成する、
   作業車両の制御システム。
2. 前記コントローラは、前記作業範囲の全長に応じて、前記分割数を決定する、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
3. 前記コントローラは、
   前記作業車両の機械能力を示す能力パラメータを取得し、
   前記能力パラメータに応じて、前記分割数を決定する、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
4. 前記作業範囲は終端を含み、
   前記コントローラは、前記作業範囲において、前記終端から、前記分割距離ずつ、離れた位置を前記複数の開始位置として決定する、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
5. 作業機を有する作業車両を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、
   作業範囲を示す作業範囲データを取得することと、
   前記作業範囲の全長を所定の分割数で割ることで分割距離を決定することと、
   前記作業範囲において、各開始位置の間の距離が前記分割距離となるように、複数の開始位置を決定することと、
   前記複数の開始位置から前記作業機を動作させる指令信号を生成すること、
   を備える方法。
6. 前記作業範囲の全長に応じて、前記分割数を決定することをさらに備える、
   請求項５に記載の方法。
7. 前記作業車両の機械能力を示す能力パラメータを取得することと、
   前記能力パラメータに応じて、前記分割数を決定すること、
   をさらに備える請求項５に記載の方法。
8. 前記作業範囲は終端を含み、
   前記複数の開始位置を決定することは、前記作業範囲において、前記終端から、前記分割距離ずつ、離れた位置を前記複数の開始位置として決定することを含む、
   請求項５に記載の方法。
9. 作業機を有する作業車両の制御システムであって、
   コントローラを備え、
   前記コントローラは、
   作業範囲を示す作業範囲データを取得し、
   前記作業範囲において、少なくとも一部が現況地形よりも下方に位置し、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定し、
   前記作業範囲において前記目標設計地形と前記現況地形との間の総土量を、所定の分割数で割ることで分割土量を決定し、
   前記作業範囲において、各開始位置の間の前記目標設計地形と前記現況地形との間の土量が前記分割土量となるように、複数の開始位置を決定し、
   前記複数の開始位置から前記作業機を動作させる指令信号を生成する、
   作業車両の制御システム。
10. 前記コントローラは、前記総土量に応じて、前記分割数を決定する、
    請求項９に記載の作業車両の制御システム。
11. 前記コントローラは、
    前記作業車両の機械能力を示す能力パラメータを取得し、
    前記能力パラメータに応じて、前記分割数を決定する、
    請求項９に記載の作業車両の制御システム。
12. 前記作業範囲は終端を含み、
    前記コントローラは、前記作業範囲において、前記終端から、前記分割土量ずつ離れた位置を前記複数の開始位置として決定する、
    請求項９に記載の作業車両の制御システム。

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