JP2022044287A - 作業機械を制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示の目的は、作業機械の自動制御によって効率よく置土作業を行うことにある。【解決手段】目標軌跡の少なくとも一部は、水平方向に延びている。目標軌跡の少なくとも一部は、現況地形よりも上方に位置する。コントローラは、目標軌跡上に位置する切換位置を取得する。コントローラは、目標軌跡に沿って切換位置までブレードを移動させるように、作業機械を前進させる。コントローラは、ブレードが切換位置に到達すると、作業機械を後進させる。コントローラは、切換位置から前方に所定距離だけ離れた位置を、次の切換位置として切換位置を更新する。【選択図】図１３

Description

本開示は、作業機械を制御するためのシステムおよび方法に関する。

作業機械は、ある位置から他の位置に土を運ぶ作業（以下、「置土作業」と呼ぶ）を行うことがある。例えば、特許文献１では、作業機械は、土の山を運び、スロープに土の山を落とし込む。作業機械が、このような作業を繰り返し行うことにより、スロープが土によって埋め立てられる。

米国公開公報２０１７／１９８４５７号

上記のような作業機械を用いた置土作業は、熟練した技術を要するものである。そのため、経験の少ないオペレータが効率よく作業機械を用いた置土作業を行うことは容易ではない。本開示の目的は、作業機械の自動制御によって効率よく置土作業を行うことにある。

本開示の第１の態様に係るシステムは、作業機械を制御するためのシステムである。作業機械は、ブレードを含む。本態様に係るシステムは、位置センサとコントローラとを備える。位置センサは、作業機械の位置を示す位置データを出力する。コントローラは、位置データを取得する。コントローラは、現況地形を示す現況地形データを取得する。コントローラは、目標軌跡を取得する。目標軌跡の少なくとも一部は、水平方向に延びている。目標軌跡の少なくとも一部は、現況地形よりも上方に位置する。コントローラは、目標軌跡上に位置する切換位置を取得する。コントローラは、目標軌跡に沿って切換位置までブレードを移動させるように、作業機械を前進させる。コントローラは、ブレードが切換位置に到達すると、作業機械を後進させる。コントローラは、切換位置から前方に所定距離だけ離れた位置を、次の切換位置として切換位置を更新する。

本開示の第２の態様に係る方法は、作業機械を制御するための方法である。作業機械は、ブレードを含む。本態様に係る方法は、以下の処理を備える。第１の処理は、作業機械の位置を示す位置データを取得することである。第２の処理は、現況地形を示す現況地形データを取得することである。第３の処理は、目標軌跡を取得することである。目標軌跡の少なくとも一部は、水平方向に延びている。おり、目標軌跡の少なくとも一部は、現況地形よりも上方に位置する。第４の処理は、目標軌跡上に位置する切換位置を取得することである。第５の処理は、目標軌跡に沿って切換位置までブレードを移動させるように作業機械を前進させることである。第６の処理は、ブレードが切換位置に到達すると、作業機械を後進させることである。第７の処理は、切換位置から前方に所定距離だけ離れた位置を、次の切換位置として切換位置を更新することである。なお、上記の処理が実行される順番は、上記の記載の順番に限らず、変更されてもよい。

本開示によれば、作業機械の自動制御によって効率よく置土作業を行うことができる。

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。 ワークサイトの現況地形の側面図である。 第１実施形態に係る作業機械の自動制御の処理を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る作業機械の自動制御の処理を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第１実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第１実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第１実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第１実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第１実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第１実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第１実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第１実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第２実施形態に係る作業機械の自動制御の処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第２実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第２実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第２実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第２実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 第２実施形態に係る自動制御による作業機械の動作を示す側面図である。 他の実施形態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１の制御システムおよび制御方法について、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、を有する。リフトフレーム１７は、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動作する。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、上下に動作する。

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、油圧アクチュエータ２５に供給される。油圧アクチュエータ２５は、上述したリフトシリンダ１９を含む。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。

油圧アクチュエータ２５と油圧ポンプ２３との間には、制御弁２６が配置されている。制御弁２６は、比例制御弁であり、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。なお、制御弁２６は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁２６は、電磁比例制御弁であってもよい。

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、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。或いは、動力伝達装置２４は、HST（Hydro Static Transmission）などの他の方式の動力伝達装置であってもよい。

制御システム３は、コントローラ３１と、機械位置センサ３２と、通信装置３３と、ストレージ３４と、入力装置３５とを備える。コントローラ３１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３１は、メモリ３８とプロセッサ３９とを含む。メモリ３８は、例えばRAM（Random Access Memory）とROM（Read Only Memory）とを含む。ストレージ３４は、例えば、半導体メモリ、或いはハードディスクなどを含む。メモリ３８とストレージ３４とは、作業機械１を制御するためのコンピュータ指令およびデータを記録している。

プロセッサ３９は、例えばCPUであるが、他の種類のプロセッサ３９であってもよい。プロセッサ３９は、メモリ３８或いはストレージ３４に記憶されたコンピュータ指令およびデータに基づいて、作業機械１を制御するための処理を実行する。通信装置３３は、例えば無線通信用のモジュールであり、作業機械１の外部の機器と通信を行う。通信装置３３は、モバイル通信ネットワークを利用するものであってもよい。或いは、通信装置３３は、LAN（Local Area Network）、或いはインターネットなどの他のネットワークを利用するものであってもよい。

機械位置センサ３２は、作業機械１の位置を検出する。機械位置センサ３２は、例えば、GＰS（Global Positioning System）などのGNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバを含む。機械位置センサ３２は、車体１１に搭載されている。或いは、機械位置センサ３２は、作業機１３などの他の位置に搭載されてもよい。コントローラ３１は、作業機械１の現在位置を示す現在位置データを機械位置センサ３２から取得する。

入力装置３５は、オペレータによって操作可能である。入力装置３５は、例えばタッチスクリーンを含む。或いは、入力装置３５は、ハードキーなどの他の操作子を含んでもよい。入力装置３５は、オペレータによる操作を受け付け、オペレータの操作を示す信号をコントローラ３１に出力する。

作業機械１は、エンジン速度センサ２８と、車速センサ２９とを含む。エンジン速度センサ２８は、エンジン回転速度を検出する。エンジン速度センサ２８は、エンジン回転速度を示す信号をコントローラ３１に出力する。車速センサ２９は、作業機械１の車速を検出する。車速センサ２９は、作業機械１の車速を示す信号をコントローラ３１に出力する。例えば、車速センサ２９は、動力伝達装置２４の出力軸の回転速度を検出してもよい。或いは、車速センサ２９は、走行装置１２の回転要素の回転速度を検出してもよい。

コントローラ３１は、エンジン２２、油圧ポンプ２３、動力伝達装置２４、及び制御弁２６に指令信号を出力することで、これらの装置を制御する。例えば、コントローラ３１は、油圧ポンプ２３の容量、及び、制御弁２６の開度を制御することで、油圧アクチュエータ２５を動作させる。これにより、作業機１３を動作させることができる。

コントローラ３１は、エンジン２２の回転速度、及び、動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１を走行させる。例えば、動力伝達装置２４がHSTの場合、コントローラ３１は、HSTの油圧ポンプの容量と油圧モータの容量とを制御する。動力伝達装置２４が複数の変速ギアを有するトランスミッションの場合、コントローラ３１は、ギアシフト用のアクチュエータを制御する。また、コントローラ３１は、左右の履帯１６に速度差が生じるように、動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１を旋回させる。

次に、コントローラ３１によって実行される、作業機械１の自動制御について説明する。コントローラ３１は、エンジン２２及び動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１を自動的に走行させる。また、コントローラ３１は、エンジン２２、油圧ポンプ２３、及び制御弁２６を制御することで、作業機１３を自動的に制御する。

図３は、ワークサイトの現況地形４０の側面図である。図３に示すように、作業機械１は、目標設計面５０を決定する。目標設計面５０の少なくとも一部は、現況地形４０よりも下方に位置する。目標設計面５０は、所定の作業方向Ａ１に延びている。コントローラ３１は、作業機械１を制御して開始位置１０１から切換位置２０１まで移動させる。それにより、開始位置１０１から現況地形４０が掘削され、掘削された土砂が切換位置２０１まで運ばれる。

以下、ワークサイトにおいて作業機械１によって行われる置土作業の自動制御について説明する。図４は、第１実施形態に係る作業機械１の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３１は、現在位置データを取得する。コントローラ３１は、機械位置センサ３２から、作業機械１の現在位置を示す現在位置データを取得する。

ステップＳ１０２では、コントローラ３１は、現況地形データを取得する。現況地形データは、ワークサイトの現況地形４０を示すデータである。例えば、現況地形データは、現況地形４０の表面の平面座標と高さとを含む。図３に示すように、現況地形４０は、第１スロープ４１と第２スロープ４２とを含む。第１スロープ４１は、第２スロープ４２の前方に位置する。第１スロープ４１は、作業機械１の進行方向において登り勾配である。第２スロープ４２は、作業機械１の進行方向において下り勾配である。

現況地形４０は、基準位置３００を含む。基準位置３００は、現況地形４０上に位置している。基準位置３００は、予め決定されて、ストレージに３４に記憶されていてもよい。コントローラ３１は、現況地形４０、或いは目標設計面５０から、基準位置３００を決定してもよい。例えば図３に示すように、コントローラ３１は、次の第１スロープの計画線４１’を取得し、計画線４１’と現況地形４０との交点を基準位置３００として決定してもよい。或いは、基準位置３００は、入力装置３５を介してオペレータによって入力されてもよい。次の第１スロープの計画線４１’は、第１スロープから第２スロープ間を埋め立て後、更に土の山を置き、均すことにより、次の第１スロープを形成するための計画線である。

ステップＳ１０３では、コントローラ３１は、目標設計面５０を取得する。例えば、目標設計面５０の平面座標と高さと、作業方向Ａ１と、を取得する。目標設計面５０は、予め決定されて、ストレージ３４に保存されていてもよい。コントローラ３１は、現況地形４０から目標設計面５０を決定してもよい。或いは、目標設計面５０は、入力装置３５を介してオペレータによって入力されてもよい。

ステップＳ１０４では、コントローラ３１は、作業機械１の走行パス４００を取得する。走行パス４００は、予め決定されて、ストレージ３４に保存されていてもよい。コントローラ３１は、現況地形４０、或いは目標設計面５０から、走行パス４００を決定してもよい。或いは、走行パス４００は、入力装置３５を介してオペレータによって入力されてもよい。

図３に示すように、走行パス４００は、掘削領域４１０と、運土領域４２０と、開始位置１０１と、切換位置２０１とを含む。目標設計面５０は、第１目標軌跡５１と、第２目標軌跡５２と、第３目標軌跡５３とを含む。第１目標軌跡５１は、掘削領域４１０内に位置する。第１目標軌跡５１の少なくとも一部は、現況地形４０の下方に位置している。作業機械１は、掘削領域４１０において、ブレード１８の下端を第１目標軌跡５１に従って移動させることで、現況地形４０を掘削する。

運土領域４２０は、所定の作業方向Ａ１に向かって掘削領域４１０の前方に位置する。なお、以下の説明では、所定の作業方向Ａ１に向かう方向が前方と定義され、その逆方向が後方と定義される。第２目標軌跡５２は、運土領域４２０内に位置する。第２目標軌跡５２は、第１目標軌跡５１の前方に位置する。第２目標軌跡５２は、切換位置２０１の後方に位置する。第２目標軌跡５２は、現況地形４０に概ね沿っている。第２目標軌跡５２は、現況地形４０と同じ高さであってもよい。或いは、第２目標軌跡５２は、ブレード１８を現況地形４０に押し付けるように、現況地形４０よりも僅かに下方に位置してもよい。作業機械１は、運土領域４２０においてブレード１８を第２目標軌跡５２に従って移動させることで、現況地形４０上で、土砂をブレード１８によって運搬する。

第３目標軌跡５３は、切換位置２０１の前方に位置する。第３目標軌跡５３の少なくとも一部は、現況地形４０よりも上方に位置する。第３目標軌跡５３は、基準位置３００から水平方向に延びている。

開始位置１０１は、掘削領域４１０の後方に位置する。コントローラ３１は、現況地形４０に基づいて、開始位置１０１を決定してもよい。或いは、コントローラ３１は、掘削される土量に基づいて、開始位置１０１を決定してもよい。切換位置２０１は、運土領域４２０の前方に位置する。コントローラ３１は、基準位置３００に基づいて、切換位置２０１を決定してもよい。また、走行パス４００は、判定領域４０１を含む。判定領域４０１は、切換位置２０１から所定距離（例えば２ｍ）だけ後方の区間である。或いは、判定領域４０１は、現在の切換位置と前回の切換位置との間の区間であってもよい。

図４に示すステップＳ１０５では、コントローラ３１は、走行パス４００に従って、作業機械１を移動開始させる。コントローラ３１は、走行パス４００に従って、作業機械１を移動させながら、ブレード１８を目標設計面５０に従って移動させる。それにより、作業機械１は、掘削領域４１０において、現況地形４０の一部を掘削する。そして、運搬領域において、作業機械１は、掘削された土砂をブレード１８によって切換位置２０１まで運搬する。

ステップＳ１０６では、コントローラ３１は、作業機械１が判定領域４０１内に位置しているかを判定する。例えば、コントローラ３１は、取得された現在位置データに基づいて、作業機械１のブレード１８の下端が、判定領域４０１内に位置しているかを判定する。作業機械１が判定領域４０１内に位置していないときには、ステップＳ１０６の処理が繰り返される。作業機械１が判定領域４０１内に位置しているときには、処理は図５に示すステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、コントローラ３１は、負荷パラメータＰＬを取得する。負荷パラメータＰＬは、作業機械１の速度を示す。或いは、負荷パラメータＰＬは、エンジン回転速度であってもよい。ステップＳ１０８では、コントローラ３１は、負荷パラメータＰＬの変化を判定する。例えば、コントローラ３１は、負荷パラメータＰＬが所定量だけ変化したときに、負荷パラメータＰＬが変化したと判定する。所定量は、図８に示すように、土の山５０２を運搬している作業機械１が、先に置かれた土の山５０１に接触した時の負荷パラメータＰＬの変化に相当する。

負荷パラメータＰＬが車速である場合、コントローラ３１は、車速が所定量だけ低下したときに、負荷パラメータＰＬが変化したと判定する。コントローラ３１は、運土領域４２０において車速を一定に保持するように作業機械１を制御するものとする。或いは、負荷パラメータＰＬがエンジン回転速度である場合、コントローラ３１は、エンジン回転速度が所定量だけ低下したときに、負荷パラメータＰＬが変化したと判定する。コントローラ３１は、運土領域４２０においてエンジン回転速度を一定に保持するように作業機械１を制御するものとする。或いは、コントローラ３１は、負荷パラメータＰＬの変化量に代えて、或いは変化量に加えて、変化速度に基づいて、負荷パラメータＰＬの変化を判定してもよい。変化速度は、単位時間当たりの変化量を意味する。

ステップＳ１０８において、コントローラ３１が、負荷パラメータＰＬが変化したと判定した時には、処理はステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、コントローラ３１は、判定フラグＦ１をオンに設定する。なお、初期状態では、判定フラグＦ１はオフに設定されている。

図５に示すステップＳ１１０では、コントローラ３１は、作業機械１が切換位置２０１に到達したかを判定する。コントローラ３１は、ブレード１８が切換位置２０１に到達したときに、作業機械１が切換位置２０１に到達したと判定する。作業機械１が切換位置２０１に到達していないときには、処理はステップＳ１０７に戻る。作業機械１が切換位置２０１に到達したときには、処理はステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、コントローラ３１は、作業機械１を移動停止させる。

ステップＳ１１２では、コントローラ３１は、判定フラグＦ１がオンであるかを判定する。判定フラグＦ１がオンであるときには、処理はステップＳ１１３に進む。ステップＳ１１３では、コントローラ３１は、切換位置２０１を変更する。図１０に示すように、コントローラ３１は、切換位置を２０２から、所定距離Ｄ１だけ前方に位置する２０３に変更する。

所定距離Ｄ１は、例えば図１１に示すようにブレード１８に保持された土の山５０３で、切換位置２０２に置かれた土の山５０２を切換位置２０３から落とし込むのに適した値に設定される。所定距離Ｄ１は、予め決定されて、ストレージ３４に保存されていてもよい。コントローラ３１は、現況地形４０、目標設計面５０、或いはブレード１８の容量から、所定距離Ｄ１を決定してもよい。或いは、所定距離Ｄ１は、入力装置３５を介してオペレータによって入力されてもよい。

ステップＳ１１４では、コントローラ３１は判定フラグＦ１をオフに設定する。ステップＳ１１５では、コントローラ３１は作業機械１を次の開始位置１０２に移動させる。そして、ステップＳ１０５～Ｓ１１５の処理が繰り返される。なお、ステップＳ１１２において、判定フラグＦ１がオンではないときには、切換位置２０１の変更は行われずに、処理はステップＳ１１５に進む。

図３および図６から図１４は、置土作業を行う作業機械１の動作を示す図である。図３は、第１作業の開始時の作業機械１を示している。なお、１つの作業は、作業機械１が前進して掘削および置土を行い、その後、前進から後進に切り替えられるまでの一連の作業機械１の動作を意味するものとする。

図３に示すように、コントローラ３１は、走行パス４００に従い、作業機械１を第１作業の開始位置１０１から切換位置２０１に向かって前進させる。それにより、作業機械１は、掘削領域４１０において現況地形４０の一部を掘削する。作業機械１は、運土領域４２０において、掘削された土を切換位置２０１まで運ぶ。

図６に示すように、第１作業では、コントローラ３１は、基準位置３００よりも後方の位置に、切換位置２０１を設定する。作業機械１が切換位置２０１に到達すると、コントローラ３１は、作業機械１を停止させる。それにより、土の山５０１は基準位置３００よりも後方において、基準位置３００に近接する位置に置かれる。そして、図７に示すように、コントローラ３１は、作業機械１を次の第２作業の開始位置１０２まで後退させる。次の第２作業の開始位置１０２は、例えば、第１作業の開始位置１０１から所定距離だけ後方に離れた位置である。或いは、次の第２作業の開始位置１０２は、予めメモリ３８或いはストレージ３４に記憶された所定の位置でもよい。或いは、次の第２作業の開始位置１０２は、所定条件下で決定された任意の位置でもよい。このとき、第２作業の切換位置２０２は、第１作業の切換位置２０１から変更されずに、同じ位置に保持される。

コントローラ３１は、第２作業の開始位置１０２から切換位置２０２まで、作業機械１を前進させる。図８に示すように、作業機械１は、現況地形４０の一部を掘削して、掘削された土の山５０２を運ぶ。それにより、ブレード１８に保持された土の山５０２が、先に置かれた土の山５０１を押す。そして、図９に示すように、作業機械１が切換位置２０２に到達すると、土の山５０１が第２スロープ４２に落とし込まれる。

上記のように第２作業において、ブレード１８に保持された土の山５０２が、先に置かれた土の山５０１を押すと、作業機械１の車速が低下する。それにより、コントローラ３１は、負荷パラメータＰＬが変化したと判定して、図１０に示すように、切換位置を２０２から２０３に変更する。切換位置２０３は、切換位置２０２よりも、所定距離Ｄ１だけ、前方に位置している。なお、図１０では、切換位置２０３は、基準位置３００と一致している。しかし、切換位置２０３は、基準位置３００と異なってもよい。

コントローラ３１は、作業機械１を次の第３作業の開始位置１０３まで後退させる。コントローラ３１は、第３作業の開始位置１０３から切換位置２０３まで前進させる。それにより、図１１に示すように、作業機械１は、現況地形４０の一部を掘削して、掘削された土の山５０３を運ぶ。それにより、ブレード１８に保持された土の山５０３が、先に置かれた土の山５０２を押す。そして、図１２に示すように、作業機械１が切換位置２０３に到達すると、ことで、土の山５０２が第２スロープ４２に落とし込まれる。

第３作業において、ブレード１８に保持された土の山５０３が、先に置かれた土の山５０２を押すと、作業機械１の車速が低下する。それにより、コントローラ３１は、負荷パラメータＰＬが変化したと判定して、図１３に示すように、切換位置を２０３から２０４に変更する。切換位置２０４は、切換位置２０３よりも所定距離Ｄ２だけ前方に位置する。所定距離Ｄ２は、所定距離Ｄ１と同じであってもよい。或いは、所定距離Ｄ２は、所定距離Ｄ１と異なってもよい。コントローラ３１は、作業機械１が切換位置２０３に到達した後、作業機械１を次の第４作業の開始位置（図示せず）まで後退させる。

図１４に示すように、コントローラ３１は、以上の作業を繰り返すことで、各作業の終了ごとに、切換位置を２０１から２０７へと順次、前方に変更する。そして、それぞれ掘削された土の山５０１－５０６を第２スロープ４２に落とし込むことで、第２スロープ４２が埋め立てられる。また、コントローラ３１は、第２スロープ４２に土の山５０１－５０６を落としながら、ブレード１８を第３目標軌跡５３に従って移動させる。それにより、第２スロープ４２が埋め立てられて、平坦な現況地形４０が形成される。

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および制御方法では、作業機械１が切換位置２０３に到達する前に、負荷パラメータＰＬが低下したかが判定される。そして、作業機械１が切換位置２０３に到達する前に、負荷パラメータＰＬが低下したときには、次の作業の切換位置２０４が、切換位置２０３よりも前方に変更される。それにより、ブレード１８に保持された土の山５０３で、先に置かれた土の山５０２を押すことによって、土の山５０２が第２スロープ４２に落とし込まれる。このように、本実施形態に係る作業機械１の制御システム３および制御方法では、作業機械１の自動制御によって効率よく置土作業を行うことができる。

次に、第２実施形態に係る作業機械１の自動制御の処理について説明する。図１５は、第２実施形態に係る作業機械１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機械１の自動制御の処理では、上述した負荷パラメータによる判定は行われなくてもよい。図１５に示すように、ステップＳ２０１～Ｓ２０４の処理は、上述したステップＳ１０１～１０４の処理と同様である。

ステップＳ２０５では、コントローラ３１は、終端位置３０１を取得する。図１６に示すように、終端位置３０１は、第３目標軌跡５３上の位置である。終端位置３０１は、第３目標軌跡５３と現況地形４０とが交差する位置のうち、作業機械１から遠い方である。なお、上述した基準位置３００は、第３目標軌跡５３と現況地形４０とが交差する位置のうち、作業機械１に近い方である。本実施形態において、終端位置３０１は、第３目標軌跡５３と第１スロープ４１との交点である。基準位置３００は、第３目標軌跡５３と第２スロープ４２との交点である。ただし、基準位置３００と終端位置３０１との位置は、これらの位置に限られるものではなく、変更されてもよい。

ステップＳ２０６では、コントローラ３１は、走行パス４００に従って、作業機械１を移動させる。図１６に示すように、コントローラ３１は、基準位置３００を最初の切換位置２０１として設定する。図１６及び図１７に示すように、コントローラ３１は、第１作業の開始位置１０１から切換位置２０１まで、作業機械１を前進させながら、ブレード１８を目標設計面５０に従って移動させる。それにより、作業機械１は、現況地形４０の一部を掘削して、掘削された土の山５０１を運ぶ。そして、図１７に示すように、作業機械１が切換位置２０１に到達すると、土の山５０１が第２スロープ４２に落とし込まれる。

図１５に示すステップＳ２０７において、コントローラ３１は、作業機械１が切換位置２０１に到達したかを判定する。作業機械１が切換位置２０１に到達したとコントローラ３１が判定したときには、処理はステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、コントローラ３１は、作業機械１が終端位置３０１に到達したかを判定する。コントローラ３１は、ブレード１８の刃先位置が終端位置３０１に到達したときに、作業機械１が終端位置３０１に到達したと判定する。

作業機械１が終端位置３０１に到達していないときには、処理はステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９では、コントローラ３１は、図１８に示すように、作業機械１を後進させて、次の開始位置１０２に移動させる。そして、ステップＳ２１０において、コントローラ３１は、切換位置２０１を更新する。コントローラ３１は、切換位置２０１から第３目標軌跡５３に沿って前方に所定距離Ｄ３だけ離れた位置を、次の切換位置２０２として設定する。なお、所定距離Ｄ３は、一定値である。ただし、所定距離Ｄ３は、入力装置３５によって変更可能であってもよい。

処理はステップＳ２０６に戻り、コントローラ３１は、第２作業の開始位置１０２から切換位置２０２まで、作業機械１を前進させながら、ブレード１８を目標設計面５０に従って移動させる。それにより、作業機械１は、現況地形４０の一部を掘削して、掘削された土の山５０２を運ぶ。そして、図１９に示すように、作業機械１が切換位置２０２に到達すると、土の山５０２が第２スロープ４２に落とし込まれる。作業機械１が終端位置３０１に到達していないときは、図２０に示すように、コントローラ３１は、再び作業機械１を後進させて、次の開始位置１０３に移動させる。そして、ステップＳ２１０において、コントローラ３１は、切換位置２０２から前方に所定距離Ｄ３だけ離れた位置を、次の切換位置２０３として設定する。

図２１に示すように、コントローラ３１は、作業機械１が終端位置３０１に到達するまで以上の作業を繰り返す。それにより、コントローラ３１は、各作業の終了ごとに、切換位置を２０１から２０７へと順次、前方に変更する。そして、作業機械１が、それぞれ掘削された土の山５０１－５０７を第２スロープ４２に落とし込むことで、第２スロープ４２が埋め立てられる。また、切換位置２０１－２０７は、第３目標軌跡５３上に位置している。コントローラ３１は、第２スロープ４２に土の山５０１－５０７を落としながら、ブレード１８を第３目標軌跡５３に従って移動させる。それにより、第２スロープ４２が埋め立てられて、平坦な現況地形４０が形成される。

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１は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ等の他の機械であってもよい。走行装置１２は、履帯に限らず、タイヤを含んでもよい。作業機械１は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、作業機械１から運転室が省略されてもよい。

制御システム３の一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ３１は、互いに別体の複数のコントローラを有してもよい。図２２に示すように、コントローラ３１は、作業機械１の外部に配置されるリモートコントローラ３１１と、作業機械１に搭載される車載コントローラ３１２とを含んでもよい。リモートコントローラ３１１と車載コントローラ３１２とは通信装置３３,３６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３１の機能の一部がリモートコントローラ３１１によって実行され、残りの機能が車載コントローラ３１２によって実行されてもよい。例えば、走行パス４００を決定する処理がリモートコントローラ３１１によって実行され、作業機械１を動作させる処理が車載コントローラ３１２によって実行されてもよい。

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、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。例えば、図２２に示すように、作業機械１の外部に配置された操作装置３７をオペレータが操作することによって作業機械１が遠隔操作されてもよい。

置土作業を行うための処理は、上述した処理に限らず、変更されてもよい。例えば、上記の処理の一部が、変更、或いは省略されてもよい。置土作業を行うための処理に、上記の処理と異なる処理が追加されてもよい。

複数の作業機械１によって同時に置土作業が行われてもよい。その場合、複数の作業機械１に搭載されたコントローラ３１がそれぞれ自律的に上記の制御を実行してもよい。或いは、複数の作業機械１に共通のコントローラ３１が、複数の作業機械１に対して上記の制御を実行してもよい。

本開示によれば、作業機械の自動制御によって効率よく置土作業を行うことができる。

１ 作業機械
１８ ブレード
３１ コントローラ
３２ 機械位置センサ
５３ 第３目標軌跡
２０１－２０７ 切換位置

Claims (8)

1. ブレードを含む作業機械を制御するためのシステムであって、
   前記作業機械の位置を示す位置データを出力する位置センサと、
   前記位置データを取得するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   現況地形を示す現況地形データを取得し、
   少なくとも一部が前記現況地形よりも上方に位置し、少なくとも一部が水平方向に延びる目標軌跡を取得し、
   前記目標軌跡上に位置する切換位置を取得し、
   前記目標軌跡に沿って前記切換位置まで前記ブレードを移動させるように前記作業機械を前進させ、
   前記ブレードが前記切換位置に到達すると、前記作業機械を後進させ、
   前記切換位置から前方に所定距離だけ離れた位置を、次の切換位置として前記切換位置を更新する、
   システム。
2. 前記コントローラは、
   終端位置を取得し、
   前記切換位置が前記終端位置に到達するまで、前記切換位置への前記作業機械の前進と、前記切換位置での前進から後進への切換と、前記切換位置の更新とを繰り返す、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記終端位置は、前記目標軌跡と前記現況地形とが交差する位置のうち前記作業機械から遠い方である、
   請求項２に記載のシステム。
4. 最初の前記切換位置は、前記目標軌跡と前記現況地形とが交差する位置のうち前記作業機械に近い方である、
   請求項１に記載のシステム。
5. ブレードを含む作業機械を制御するための方法であって、
   前記作業機械の位置を示す位置データを取得することと、
   現況地形を示す現況地形データを取得することと、
   少なくとも一部が前記現況地形よりも上方に位置し、少なくとも一部が水平方向に延びる目標軌跡を取得することと、
   前記目標軌跡上に位置する切換位置を取得することと、
   前記目標軌跡に沿って前記切換位置まで前記ブレードを移動させるように前記作業機械を前進させることと、
   前記ブレードが前記切換位置に到達すると、前記作業機械を後進させることと、
   前記切換位置から前方に所定距離だけ離れた位置を、次の切換位置として前記切換位置を更新すること、
   を備える方法。
6. 終端位置を取得することと、
   前記切換位置が前記終端位置に到達するまで、前記作業機械の前進と後進と前記切換位置の更新とを繰り返すこと、
   をさらに備える請求項５に記載の方法。
7. 前記終端位置は、前記目標軌跡と前記現況地形とが交差する位置のうち前記作業機械から遠い方である、
   請求項６に記載の方法。
8. 最初の前記切換位置は、前記目標軌跡と前記現況地形とが交差する位置のうち前記作業機械に近い方である、
   請求項５に記載の方法。

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