JP2020084458A - 作業機を含む作業機械を自動制御するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、作業機械を自動制御することによって掘削壁を掘削するシステム及び方法を提供することにある。【解決手段】プロセッサは、通常掘削モードと壁掘削モードとを選択的に実行して作業機械を制御する。プロセッサは、壁掘削モードが実行された場合、掘削壁の始端の位置を示す始端位置データを取得する。プロセッサは、掘削壁の始端の位置に基づいて掘削開始位置を決定する。プロセッサは、作業機械を制御して、掘削開始位置から掘削壁の掘削を行うように、作業機械を制御する。【選択図】図7

Description

本発明は、作業機を含む作業機械を自動制御するためのシステム及び方法に関する。

ブルドーザなどの作業機械によって行われる作業に、スロットドージングがある。スロットドージングでは、作業現場の現況地形が作業機によって掘削されることで、現況地形上に複数のスロットが形成される。また、複数のスロットの間には、掘削壁が形成される。掘削壁は、スロットに沿って残された土の山（berms）である。このような掘削壁は、除去されることが望ましい。

特許文献１では、掘削壁を掘削して除去する作業の開始条件について記載されている。例えば、掘削壁の両側方に隣接するスロットの深さの差、或いは、掘削壁の幅に基づいて、掘削壁の掘削開始の可否をコントローラが判定する。

米国特許９，４６９，９６７号

しかし、上記の特許文献１では、掘削壁を掘削するための作業機械の動作については開示されていない。本発明の目的は、作業機械を自動制御することによって掘削壁を掘削するシステム及び方法を提供することにある。

第1の態様に係るシステムは、作業機を含む作業機械を自動制御するためのシステムである。当該システムは、プロセッサを含む。プロセッサは、通常掘削モードと壁掘削モードとを選択的に実行する。通常掘削モードは、作業現場の現況地形を掘削する制御モードである。壁掘削モードは、現況地形の掘削により複数のスロットの間に形成された掘削壁を掘削する制御モードである。

プロセッサは、壁掘削モードが実行された場合、掘削壁の始端の位置を示す始端位置データを取得する。プロセッサは、掘削壁の始端の位置に基づいて掘削開始位置を決定する。プロセッサは、作業機械を制御して、掘削開始位置から掘削壁の掘削を行うように、作業機械を制御する。

第2の態様に係る方法は、作業機を含む作業機械を自動制御するためにプロセッサによって実行される方法である。当該方法は、以下の処理を備える。第1の処理は、作業現場の現況地形を掘削する通常掘削モードと、現況地形の掘削により複数のスロットの間に形成された掘削壁を掘削する壁掘削モードとを選択的に実行することである。第2の処理は、壁掘削モードが実行された場合、掘削壁の始端の位置を示す始端位置データを取得することである。第3の処理は、掘削壁の始端の位置に基づいて掘削開始位置を決定することである。第4の処理は、作業機械を制御して、掘削開始位置から掘削壁の掘削を行うように、作業機械を制御することである。

本発明によれば、プロセッサは、壁掘削モードが実行された場合、掘削壁の始端の位置に基づいて掘削開始位置を決定し、掘削開始位置から掘削壁を掘削するように、作業機械を制御する。それにより、作業機械の自動制御によって掘削壁を掘削することができる。

実施形態に係る作業機械を示す側面図である。 作業機械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。 車幅方向から見た現況地形の一例を示す断面図である。 スロットと掘削壁とが形成された現況地形の一例を示す斜視図である。 通常掘削モードにおける自動制御の処理を示すフローチャートである。 通常掘削モードにおける車幅方向から見た現況地形及び目標設計地形の一例を示す断面図である。 壁掘削モードにおける自動制御の処理を示すフローチャートである。 壁掘削モードにおける車幅方向から見た現況地形及び目標設計地形の一例を示す断面図である。 作業機械の進行方向から見た現況地形の一例を示す断面図である。 壁掘削モードにおける作業範囲の決定方法を示す図である。 壁掘削モードにおける作業機械の動作を示す図である。 第1変形例に係る作業機械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。 第1変形例に係る作業機械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。

以下、実施形態に係る作業機械について、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機械1を示す側面図である。本実施形態に係る作業機械1は、ブルドーザである。作業機械1は、車体11と、走行装置12と、作業機13とを含む。

車体11は、運転室14とエンジン室15とを含む。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を含む。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、作業機械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、チルトシリンダ20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動作する。

チルトシリンダ20は、リフトフレーム17とブレード18とに連結される。チルトシリンダ20が伸縮することによって、ブレード18は、作業機械1の略前後方向に延びる軸線Zを中心に傾動する。

図2は、作業機械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とチルトシリンダ20とに供給される。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、操作装置25aと、入力装置25bと、コントローラ26と、記憶装置28と、制御弁27とを備える。操作装置25aと入力装置25bとは、運転室14に配置されている。操作装置25aは、作業機13、走行装置12、エンジン22、及び動力伝達装置24を操作するための装置である。操作装置25aは、運転室14に配置されている。

操作装置25aは、作業機13を駆動するための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。操作装置25aは、作業機械1を走行させるための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。操作装置25aの操作信号は、コントローラ26に出力される。操作装置25aは、例えば、操作レバー、ペダル、スイッチ等を含む。

入力装置25bは、後述する作業機械1の自動制御の設定を行うための装置である。入力装置25b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25bの操作信号は、コントローラ26に出力される。入力装置25b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25b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。

コントローラ26は、取得したデータに基づいて作業機械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）26aとメモリ26bとを含む。メモリ26bは、例えばRAMなどの揮発性メモリ、或いはROMなどの不揮発性メモリを含んでもよい。コントローラ26は、操作装置25aと入力装置25bとから操作信号を取得する。コントローラ26は、操作信号に応じて、走行装置12とエンジン22と動力伝達装置24とを制御することで、作業機械1を走行させる。コントローラ26は、操作信号に応じて制御弁27を制御することで、作業機13を動作させる。

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及びチルトシリンダ20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或いはチルトシリンダ20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、リフトシリンダ19或いはチルトシリンダ20を伸縮させるように制御弁27への指令信号を生成する。これにより、ブレード18の動作が制御される。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を含む。作業機センサ29は、車体11に対する作業機13の位置を検出し、作業機13の位置を示す作業機位置データを生成する。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。

例えば、作業機センサ29は、リフトシリンダ19のストローク長さを検出するセンサを含んでもよい。コントローラ26は、リフトシリンダ19のストローク長さに基づいてブレード18のリフト角を算出してもよい。作業機センサ29は、チルトシリンダ20のストローク長さを検出するセンサを含んでもよい。コントローラ26は、チルトシリンダ20のストローク長さに基づいてブレード18のチルト角を算出してもよい。

図2に示すように、制御システム3は、位置センサ31を含む。位置センサ31は、作業機械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（Inertial Measurement Unit）33とを含む。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。ただし、GNSSレシーバ32のアンテナは他の位置に配置されてもよい。

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11の位置を示す機械位置データを生成する。コントローラ26は、GNSSレシーバ32から機械位置データを取得する。コントローラ26は、機械位置データにより、作業機械1の現在位置と、作業機械1の進行方向と、車速とを取得する。

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、作業機械1の前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）、および作業機械1の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、作業機位置データと、機械位置データと、車体傾斜角データとから、ブレード18の刃先位置Pbを演算する。例えば、コントローラ26は、機械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取得する。コントローラ26は、作業機位置データに基づいて、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。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、作業機13の現在位置データとして取得する。

記憶装置28は、例えば、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機械1を制御するためのコンピュータ指令を記録している。

次に、コントローラ26によって実行される、掘削における作業機械1の自動制御について説明する。なお、作業機械1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、作業機械1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。

コントローラ26は、現況地形データと、設計地形データと、現在位置データとに基づいて、作業機械1を自動的に制御する。現況地形データと設計地形データとは、記憶装置28に記憶されている。図3に示すように、現況地形データは、作業現場の現況地形50を示す。現況地形データは、作業機械1の進行方向に位置する作業現場の現在の地形を示す情報である。図3は、現況地形50の断面を示す。図3において、縦軸は、地形の高さを示しており、横軸は、作業機械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、現況地形データにおいて、現況地形50は、作業機械1の進行パス上の複数の参照点Pn（n=1,2,....,A）での現況地形50の高さZnで表される。複数の参照点Pnは、作業機械１の進行方向に沿う所定間隔ごとの複数地点を示す。所定間隔は、例えば１ｍであってもよい。ただし、所定間隔は１ｍより小さくてもよく、或いは１ｍより大きくてもよい。

現況地形データは、外部の装置から取得されて記憶装置28に保存されてもよい。現況地形データは、コントローラ26が、刃先位置Pb或いは履帯16等の作業機械1の一部の軌跡を記録することで取得されてもよい。或いは、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50の測距から取得されてもよい。

設計地形データは、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の刃先の目標軌跡を示す。目標設計地形70は、作業機13による作業の結果として望まれる地形を示す。現況地形50と同様に、目標設計地形70は、複数の参照点Pnでの目標設計地形70の高さZnで表される。目標設計地形70は、現況地形データに基づいて、コントローラ26によって生成されてもよい。或いは、目標設計地形70は、ブレード18の容量などの作業機械1の能力に基づいて、コントローラ26によって生成されてもよい。或いは、目標設計地形70は、外部の装置から取得されてもよい。

コントローラ26は、通常掘削モードと壁掘削モードとを選択的に実行する。通常掘削モードは、図4に示すように、現況地形50を掘削する制御モードである。通常掘削モードにより、現況地形50にスロット51,52が形成される。壁掘削モードは、複数のスロット51,52の間に形成された掘削壁53を掘削する制御モードである。なお、コントローラ26は、通常掘削モード及び壁掘削モードと異なる他の制御モードを実行してもよい。

図5は、通常掘削モードにおける自動制御の処理を示すフローチャートである。図5に示すように、ステップS101では、コントローラ26は、通常掘削モードの開始指令を取得する。通常掘削モードは、オペレータが入力装置25bを操作することで選択されてもよい。すなわち、コントローラ26は、入力装置25bからの操作信号に基づいて、通常掘削モードの実行を決定してもよい。

或いは、予め設定された施工計画が記憶装置28に保存されており、コントローラ26は、施工計画に従って、通常掘削モードの実行を決定してもよい。或いは、コントローラ26が、現況地形50の形状等のパラメータに基づいて、所定の開始条件が満たされるかを判定することで、通常掘削モードの実行を決定してもよい。

ステップS102では、コントローラ26は、上述した現在位置データを取得する。コントローラ26は、後述する処理の実行中においても、継続的に現在位置データを取得して更新する。ステップS103では、コントローラ26は、上述した現況地形データを取得する。図6は、通常掘削モードにおける現況地形50の一例を示す図である。

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。図6に示すように、作業範囲は、掘削の始端と終端とを含む。作業範囲データは、掘削の始端位置データと終端位置データとを含む。掘削の始端位置データは、掘削の始端の位置を示す。掘削の終端位置データは、掘削の終端の位置を示す。

掘削の始端の位置と終端の位置とは、入力装置25bによって設定されてもよい。或いは、掘削の始端の位置と掘削範囲の長さとが入力装置25bによって設定され、掘削の終端の位置は演算により決定されてもよい。或いは、掘削の終端の位置と掘削範囲の長さとが入力装置25bによって設定され、掘削の始端の位置は演算により決定されてもよい。

また、作業範囲は、置土の終端位置を含む。置土は、掘削されてブレード18に保持されている土を、現況地形50上に排出する作業である。作業範囲データは、置土の終端位置データを含む。置土の終端位置データは、置土の終端の位置を示す。置土の終端の位置は、入力装置25bによって設定されてもよい。或いは、置土範囲の長さが入力装置25bによって設定され、置土の終端の位置は演算により決定されてもよい。

コントローラ26は、入力装置25b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、外部の装置から、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、設計地形データを取得する。例えば、コントローラ26は、図6に示すような目標設計地形70aを決定する。目標設計地形70aは、第1目標地形71aと第2目標地形72aとを含む。第1目標地形71aは、少なくとも一部が現況地形50よりも下方に位置する。第2目標地形72aは、少なくとも一部が現況地形50よりも上方に位置する。

コントローラ26は、現況地形50に応じて、目標設計地形70aを決定してもよい。例えば、コントローラ26は、現況地形50よりも所定距離分、下方に位置するように第1目標地形71aを決定してもよい。コントローラ26は、現況地形50に対して、或いは水平方向に対して所定角度で傾斜するように、第1目標地形71aを決定してもよい。

コントローラ26は、現況地形50よりも所定距離分、上方に位置するように第2目標地形72aを決定してもよい。コントローラ26は、現況地形50に対して、或いは水平方向に対して所定角度で傾斜するように、第2目標地形72aを決定してもよい。或いは、目標設計地形70aは、予め決定されていてもよい。

ステップS106では、コントローラ26は、掘削を開始する。ここでは、コントローラ26は、目標設計地形70aに従って作業機械1を制御する。コントローラ26は、掘削の始端から終端に向かって作業機械1を前進させると共に、第1目標地形71aに従ってブレード18の刃先位置Pbが移動するように作業機13を制御する。ブレード18の刃先が第1目標地形71aに沿って移動することで、現況地形50が掘削される。それにより、現況地形50に図4に示すようなスロット51,52が形成される。

また、コントローラ26は、掘削の終端から置土の終端に向かって作業機械1を前進させると共に、第2目標地形72aに従ってブレード18の刃先位置Pbが移動するように作業機13を制御する。ブレード18の刃先が第2目標地形72に沿って移動することで、掘削されてブレード18に保持された土が現況地形50上に置かれる。それにより、図4に示すように、現況地形50上に積み上げられた置土54,55が形成される。

なお、図6に示すように、コントローラ26は、掘削の始端と終端との間に、複数の掘削開始位置Ps1-Ps3を設定してもよい。コントローラ26は、終端に近い掘削開始位置Ps1から掘削を実行し、その後、掘削開始位置Ps2,Ps3の順に掘削を実行してもよい。

例えば、コントローラ26は、まず最初の開始位置Ps1から掘削の終端に向かって掘削を行い、掘削の終端を越えて置土の終端に向かって置土を行うように、作業機械1を制御する。次に、コントローラ26は、2番目の開始位置Ps2まで作業機械1を後退させる。そして、コントローラ26は、2番目の開始位置Ps2から掘削を開始し、上記と同様に掘削及び置土を行うように、作業機械1を制御する。次に、コントローラ26は、3番目の開始位置Ps3まで作業機械1を後退させる。そして、コントローラ26は、3番目の開始位置Ps3から掘削を開始し、上記と同様に掘削及び置土を行うように、作業機械1を制御する。

ステップS107では、コントローラ26は、現況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現況地形データを更新する。或いは、コントローラ26は、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現況地形データを更新してもよい。

或いは、現況地形データは、作業機械1の外部の測量装置によって計測された測量データによって更新されてもよい。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。現況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。

掘削の始端から置土の終端までの作業を1単位の作業として、1単位の作業が終わると、コントローラ26は、既に形成された第1スロット51の側方に作業機械1を移動させる。そして、再び上述したステップS101からS107の処理を実行することで、次の第2スロット52を形成する。

例えば、図4に示すように、コントローラ26は、第1スロット51を形成するように作業機械1を動作させた後、作業機械1を側方に移動させ、第1スロット51の側方に隣接する第2スロット52を形成するように作業機械1を動作させる。なお、コントローラ26は、複数単位の作業を繰り返して第1スロット51を形成した後に、第2スロット52の形成を開始してもよい。

ステップS108では、コントローラ26は、掘削を終了するかを判定する。例えば、コントローラ26は、入力装置25bの操作に応じて、掘削の終了を決定してもよい。或いは、コントローラ26は、予め設定された施工計画に従って、掘削の終了を決定してもよい。或いは、コントローラ26が、所定の終了条件が満たされたかを判定することで、掘削の終了を決定してもよい。

第1スロット51の形成を終え、第2スロット52の形成を開始するときに、コントローラ26は、作業機械1をブレード18の幅よりも大きく側方に移動させる。そのため、図4に示すように、第1スロット51と第2スロット52との間には、掘削壁53が形成される。掘削壁53は、スロット51,52に沿った土の山（berms）である。

図7は、壁掘削モードにおける自動制御の処理を示すフローチャートである。ステップS201では、コントローラ26は、壁掘削モードの開始指令を取得する。壁掘削モードは、オペレータが入力装置25bを操作することで選択されてもよい。すなわち、コントローラ26は、入力装置25bからの操作信号に基づいて、壁掘削モードの実行を決定してもよい。

或いは、コントローラ26は、予め設定された施工計画に従って、壁掘削モードの実行を決定してもよい。或いは、コントローラ26が、所定の開始条件が満たされているかを判定することで、壁掘削モードの実行を決定してもよい。

ステップS202では、コントローラ26は、ステップS102と同様に、現在位置データを取得する。ステップS203では、コントローラ26は、現況地形データを取得する。図8は、車幅方向から見た現況地形50に含まれる掘削壁53の一例を示す図である。図9は、作業機械1の進行方向から見た現況地形50の一例を示す図である。

現況地形データは、第1スロット位置データと第2スロット位置データと掘削壁位置データとを含む。第1スロット位置データは、第1スロット51の位置を示す。第2スロット位置データは、第2スロット52の位置を示す。掘削壁位置データは、掘削壁53の位置を示す。

ステップS204では、コントローラ26は、作業範囲データを取得する。図8に示すように、作業範囲は、掘削の始端と終端とを含む。作業範囲データは、掘削の始端位置データと、掘削の終端位置データとを含む。掘削の始端位置データは、掘削の始端の位置を示す。掘削の終端位置データは、掘削の終端の位置を示す。

図10は、現況地形50を上方から見た図である。図10に示すように、コントローラ26は、第1スロット51の掘削の始端の位置Pa1と、第2スロット52の掘削の始端の位置Pa2とから、掘削壁53の掘削の始端の位置Pa3を決定する。例えば、コントローラ26は、第1スロット51の掘削の始端の位置Pa1と、第2スロット52の掘削の始端の位置Pa2との中間位置を算出する。コントローラ26は、算出した中間位置を掘削壁53の掘削の始端の位置Pa3として決定する。すなわち、コントローラ26は、平面視で第1スロット51の掘削の始端の位置Pa1と、第2スロット52の掘削の始端の位置Pa2とを結んだ直線の中点の位置を、掘削壁53の掘削の始端の位置Pa3として決定する。

コントローラ26は、第1スロット51の掘削の終端の位置Pb1と、第2スロット52の掘削の終端の位置Pb2とから、掘削壁53の掘削の終端の位置Pb3を決定する。例えば、コントローラ26は、第1スロット51の掘削の終端の位置Pb1と、第2スロット52の掘削の終端の位置Pb2との中間位置を算出する。コントローラ26は、算出した中間位置を、掘削壁53の掘削の終端の位置Pb3として決定する。すなわち、コントローラ26は、平面視で第1スロット51の掘削の終端の位置Pb1と、第2スロット52の掘削の終端の位置Pb2とを結んだ直線の中点の位置を、掘削壁53の掘削の終端の位置Pb3として決定する。

また、図8に示すように、作業範囲は、置土の終端を含む。作業範囲データは、置土の終端位置データを含む。置土の終端位置データは、置土の終端の位置を示す。図10に示すように、コントローラ26は、第1スロット51の置土の終端の位置Pc1と、第2スロット52の置土の終端の位置Pc2とから、掘削壁53の置土の終端の位置Pc3を決定する。例えば、コントローラ26は、第1スロット51の置土の終端の位置Pc1と、第2スロット52の置土の終端の位置Pc2との中間位置を算出する。コントローラ26は、算出した中間位置を掘削壁53の置土の終端の位置Pc3として決定する。すなわち、コントローラ26は、平面視で第1スロット51の置土の終端の位置Pc1と、第2スロット52の置土の終端の位置Pc2とを結んだ直線の中点の位置を、掘削壁53の置土の終端の位置Pc3として決定する。

ステップS205では、コントローラ26は、設計地形データを取得する。例えば、コントローラ26は、図8に示すような掘削壁53の目標設計地形70bを決定する。目標設計地形70bは、第1目標地形71bと第2目標地形72bとを含む。第1目標地形71bは、少なくとも一部が掘削壁53よりも下方に位置する。第2目標地形72bは、少なくとも一部が掘削壁53よりも上方に位置する。ただし、崖下に落として排土する場合などには、第2目標地形72bは、掘削壁53よりも下方に位置してもよい。

コントローラ26は、第1スロット51の高さと第2スロット52の高さとから、掘削壁53の目標掘削高さを決定する。コントローラ26は、目標掘削高さから目標設計地形70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、第1スロット51と第2スロット52とのうち高いほうの高さ（図9では第2スロット52の高さ）から、掘削壁53の目標掘削高さを決定する。すなわち、コントローラ26は、第1スロット51と第2スロット52とのうち高いほうの高さに合わせて、掘削壁53の目標掘削高さを決定する。そして、コントローラ26は、掘削壁53の目標掘削高さから目標設計地形70bを決定する。

ステップS206では、コントローラ26は、図8に示すように、ステップS204で取得した掘削壁53の掘削の始端の位置Pa3を掘削開始位置Pw1に設定する。なお、コントローラ26は、掘削壁53の掘削の始端の位置Pa3そのものに限らず、始端の位置Pa3に基づいて決定された他の位置を掘削開始位置Pw1に設定してもよい。例えば、コントローラ26は、掘削壁53の掘削の始端の位置Pa3から所定距離、離れた位置を掘削開始位置Pw1に設定してもよい。

ステップS207では、コントローラ26は、作業機械1を掘削開始位置Pw1に移動させる。このとき、コントローラ26は、図11において矢印A1で示すように、作業機械1を第2スロット52に沿って後退させた後、掘削壁53上に移動させてもよい。或いは、コントローラ26は、作業機械1を掘削壁53上に移動させた後、掘削壁53に沿って後退させてもよい。

ステップS208では、コントローラ26は、掘削壁53の掘削を開始する。ここで、コントローラ26は、掘削壁53の目標設計地形70bに従って作業機械を制御する。詳細には、コントローラ26は、図11において矢印A2で示すように、掘削開始位置Pw1から掘削の終端の位置Pb3に向かって作業機械1を前進させると共に、第1目標地形71bに従ってブレード18の刃先位置Pbが移動するように作業機13を制御する。ブレード18の刃先が第1目標地形71bに沿って移動することで、現況地形50の掘削壁53が掘削される。

また、コントローラ26は、掘削の終端の位置Pb3から置土の終端の位置Pc3に向かって作業機械1を前進させると共に、第2目標地形72bに従ってブレード18の刃先位置Pbが移動するように作業機13を制御する。ブレード18の刃先が第2目標地形72bに沿って移動することで、掘削されてブレード18に保持された土が現況地形50上に置かれる。それにより、図4に示すように、第1スロット51に対応する置土54と第2スロット52に対応する置土55との間の隙間が、掘削された土によって埋められる。

ステップS209では、コントローラ26は、掘削壁53の掘削を終了するかを判定する。例えば、コントローラ26は、作業機械1が置土の終端に到達したときに、掘削壁53の掘削の終了を決定してもよい。或いは、コントローラ26は、入力装置25bの操作に応じて、掘削壁53の掘削の終了を決定してもよい。或いは、コントローラ26は、予め設定された施工計画に従って、掘削壁53の掘削の終了を決定してもよい。なお、図示を省略するが、壁掘削モードにおいても、コントローラ26は、ステップS107と同様に、現況地形データを更新する。

以上説明した本実施形態に係る作業機械1の制御システム3では、コントローラ26は、壁掘削モードの開始指令を取得すると、掘削壁53の掘削の始端の位置を、掘削開始位置Pw1として決定する。そして、コントローラ26は、掘削開始位置Pw1から掘削壁53の掘削の終端に向かって作業機械1を移動させ、作業機13よって掘削壁53を掘削するように、作業機械1を制御する。それにより、作業機械1の自動制御によって掘削壁53を掘削することができる。

コントローラ26は、掘削壁53に隣接する第1スロット51と第2スロット52との掘削の始端の位置から、掘削壁53の掘削の始端の位置を決定する。また、コントローラ26は、掘削壁53に隣接する第1スロット51と第2スロット52との掘削の終端の位置から、掘削壁53の掘削の終端の位置を決定する。それにより、掘削壁53を適切に小さく、或いは除去することができる。

コントローラ26は、掘削壁53に隣接する第1スロット51と第2スロット52との置土の終端の位置から掘削壁53の置土の終端の位置を決定する。それにより、第1スロット51に対応する置土54と第2スロット52に対応する置土55との間の隙間を、掘削された土によって適切に埋めることができる。

コントローラ26は、第1スロット51の高さと第2スロット52の高さとから、掘削壁53の目標掘削高さを決定する。それにより、掘削壁53を適切に小さく、或いは除去することができる。

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。

作業機械は、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作業機械であってもよい。作業機械は、電動モータで駆動される機械であってもよい。現況地形は、石炭、或いは鉄鉱石などの素材（material）を含むものであってもよい。

作業機械は、遠隔操縦可能な機械であってもよい。その場合、制御システムの一部は、作業機械の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラは、作業機械の外部に配置されてもよい。コントローラは、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、作業機械は、運転室を備えない機械であってもよい。

コントローラは、互いに別体の複数のコントローラを有してもよい。例えば、図12に示すように、コントローラ26は、作業機械の外部に配置されるリモートコントローラ261と、作業機械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70,70a,70bを決定する処理がリモートコントローラ261によって実行され、走行装置12、作業機13、エンジン22、動力伝達装置24等に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。

操作装置25a及び入力装置25bは、作業機械の外部に配置されてもよい。その場合、運転室は、作業機械から省略されてもよい。或いは、操作装置25a及び入力装置25bが作業機械から省略されてもよい。

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13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70,70a,70b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。コントローラ26は、作業機13への負荷、目標角度、目標位置などのパラメータに基づいて目標設計地形70,70a,70bを決定してもよい。或いは、目標設計地形70,70a,70bは、施工計画によって予め決定されていてもよい。

通常掘削モード及び壁掘削モードにおける作業行程は、上述した実施形態のものに限られない。例えば、上記の実施形態では、2つのスロット51,52が形成された後に、その間の掘削壁53の掘削が行われている。しかし、3つ以上のスロットが形成された後に、それらのスロットの間の複数の掘削壁の掘削が行われてもよい。

壁掘削モードにおいて、作業範囲データは、オペレータが入力装置25bを操作することで設定されてもよい。或いは、コントローラ26は、第1スロット51の掘削の始端の側方の位置と、第2スロット52の掘削の始端の側方の位置とのいずれかを、掘削壁53の掘削の始端の位置として決定してもよい。コントローラ26は、第1スロット51の掘削の終端の側方の位置と、第2スロット52の掘削の終端の側方の位置とのいずれかを、掘削壁53の掘削の終端の位置として決定してもよい。コントローラ26は、第1スロット51の置土の終端の側方の位置と、第2スロット52の置土の終端の側方の位置とのいずれかを、掘削壁53の置土の終端の位置として決定してもよい。

コントローラ26は、第1スロット51と第2スロット52とのうち低いほうの高さから、掘削壁53の目標掘削高さを決定してもよい。或いは、コントローラ26は、第1スロット51の高さと第2スロット52の高さの中間値から、掘削壁53の目標掘削高さを決定してもよい。

本発明によれば、作業機械の自動制御によって掘削壁を掘削することができる。

1 作業機械
13 作業機
26 コントローラ
31 位置センサ
51 第1スロット
52 第2スロット
53 掘削壁

Claims (18)

1. 作業機を含む作業機械を自動制御するためのシステムであって、
   作業現場の現況地形を掘削する通常掘削モードと、前記現況地形の掘削により複数のスロットの間に形成された掘削壁を掘削する壁掘削モードとを選択的に実行して前記作業機械を制御するプロセッサと、
   を備え、
   前記プロセッサは、
   前記壁掘削モードが実行された場合、
   前記掘削壁の始端の位置を示す始端位置データを取得し、
   前記掘削壁の始端の位置に基づいて掘削開始位置を決定し、
   前記作業機械を制御して、前記掘削開始位置から前記掘削壁の掘削を行うように、前記作業機械を制御する、
   システム。
2. 前記プロセッサは、
   前記掘削壁に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得し、
   前記スロット位置データから前記掘削壁の始端の位置を決定する、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記プロセッサは、
   前記掘削壁の左右に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得し、
   前記左右のスロットの始端の中間位置を前記掘削壁の始端の位置として決定する、
   請求項１に記載のシステム。
4. 前記プロセッサは、
   前記掘削壁の終端の位置を示す終端位置データを取得し、
   前記掘削開始位置から前記終端に向かって前記作業機械を移動させる、
   請求項１に記載のシステム。
5. 前記プロセッサは、
   前記掘削壁に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得し、
   前記スロット位置データから前記掘削壁の終端の位置を決定する、
   請求項４に記載のシステム。
6. 前記プロセッサは、
   前記掘削壁の左右に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得し、
   前記左右のスロットの終端の中間位置を前記掘削壁の終端の位置として決定する、
   請求項４に記載のシステム。
7. 前記プロセッサは、
   前記掘削壁に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得し、
   前記スロットの高さから前記掘削壁の目標掘削高さを決定し、
   前記目標掘削高さに従って前記作業機を制御する、
   請求項１に記載のシステム。
8. 前記プロセッサは、
   前記掘削壁の左右に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得し、
   前記左右のスロットのうち高いほうのスロットの高さから、前記掘削壁の目標掘削高さを決定し、
   前記目標掘削高さに従って前記作業機を制御する、
   請求項１に記載のシステム。
9. 前記作業機械の位置を検出する位置センサをさらに備え、
   前記プロセッサは、
   前記位置センサが検出した前記作業機械の位置を示す機械位置データを取得し、
   前記機械位置データを利用して前記掘削開始位置に前記作業機械を移動させるように、前記作業機械を制御する、
   請求項１に記載のシステム。
10. 作業機を含む作業機械を自動制御するためにプロセッサによって実行される方法であって、
    作業現場の現況地形を掘削する通常掘削モードと、前記現況地形の掘削により複数のスロットの間に形成された掘削壁を掘削する壁掘削モードとを選択的に実行することと、
    前記壁掘削モードが実行された場合に、前記掘削壁の始端の位置を示す始端位置データを取得することと、
    前記掘削壁の始端の位置に基づいて掘削開始位置を決定することと、
    前記作業機械を制御して、前記掘削開始位置から前記掘削壁の掘削を行うように、前記作業機械を制御すること、
    を備える方法。
11. 前記始端位置データを取得することは、
    前記掘削壁に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得することと、
    前記スロット位置データから前記掘削壁の始端の位置を決定すること、
    を含む、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記始端位置データを取得することは、
    前記掘削壁の左右に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得することと、
    前記左右のスロットの始端の中間位置を前記掘削壁の始端の位置として決定すること、
    を含む、
    請求項１０に記載の方法。
13. 前記掘削壁の終端の位置を示す終端位置データを取得することをさらに備え、
    前記作業機械を制御することは、前記掘削開始位置から前記終端に向かって前記作業機械を移動させることを含む、
    請求項１０に記載の方法。
14. 前記終端位置データを取得することは、
    前記掘削壁に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得することと、
    前記スロット位置データから前記掘削壁の終端の位置を決定すること、
    を含む、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記終端位置データを取得することは、
    前記掘削壁の左右に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得することと、
    前記左右のスロットの終端の中間位置を前記掘削壁の終端の位置として決定すること、
    を含む、
    請求項１３に記載の方法。
16. 前記掘削壁に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得することと、
    前記スロットの高さから前記掘削壁の目標掘削高さを決定すること、
    をさらに備え、
    前記作業機械を制御することは、前記目標掘削高さに従って前記作業機を制御することを含む、
    請求項１０に記載の方法。
17. 前記掘削壁の左右に隣接するスロットの位置を示すスロット位置データを取得することと、
    前記左右のスロットのうち高いほうのスロットの高さから、前記掘削壁の目標掘削高さを決定すること、
    をさらに備え、
    前記作業機械を制御することは、前記目標掘削高さに従って前記作業機を制御することを含む、
    請求項１０に記載の方法。
18. 前記作業機械の位置を示す機械位置データを取得することと、
    前記機械位置データを利用して前記掘削開始位置に前記作業機械を移動させるように、前記作業機械を制御すること、
    をさらに備える請求項１０に記載の方法。

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